半導体プラスチックパッケージ
【課題】 放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れた半導体プラスチックパッケージを得る。
【解決手段】 金属芯プリント配線板を用いるボールグリッドアレイの半導体プラスチックパッケージであって、該金属芯の一部が表面の一部に複数個円錐状に露出しており、この先端の一部が熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載金属箔に接触しており、この上に固定された半導体チップと、その周囲の回路導体がワイヤボンディングで接続され、表裏の回路が熱硬化性樹脂で絶縁されたスルーホール導体で結線され、１個以上のスルーホールが直接金属板に接続しており、半導体チップ部が樹脂封止されてなる半導体プラスチックパッケージとする。
【効果】 放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、多量生産性にも適した新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができた。
【解決手段】 金属芯プリント配線板を用いるボールグリッドアレイの半導体プラスチックパッケージであって、該金属芯の一部が表面の一部に複数個円錐状に露出しており、この先端の一部が熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載金属箔に接触しており、この上に固定された半導体チップと、その周囲の回路導体がワイヤボンディングで接続され、表裏の回路が熱硬化性樹脂で絶縁されたスルーホール導体で結線され、１個以上のスルーホールが直接金属板に接続しており、半導体チップ部が樹脂封止されてなる半導体プラスチックパッケージとする。
【効果】 放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、多量生産性にも適した新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができた。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを少なくとも1 個小型プリント配線板に搭載した形の、新規な半導体プラスチックパッケージに関する。特に、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、ASIC、グラフィック等の比較的高ワットで、多端子高密度の半導体プラスチックパッケージに関する。本半導体プラスチックパッケージは、ソルダーボールを用いてマザーボードプリント配線板に実装して電子機器として使用される。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体プラスチックパッケージとして、プラスチックボールグリッドアレイ(P-BGA）やプラスチックランドグリッドアレイ(P-LGA）等、プラスチックプリント配線板の上面に半導体チップを固定し、このチップを、プリント配線板上面に形成された導体回路にワイヤボンディングで結合し、プリント配線板の下面にはソルダーボールを用いて、マザーボードプリント配線板と接続するための導体パッドを形成し、表裏回路導体がメッキされたスルーホールで接続されて、半導体チップが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージが公知である。本公知構造において、半導体から発生する熱をマザーボードプリント配線板に拡散させるため、半導体チップを固定するための上面の金属箔から下面に接続するメッキされた熱拡散スルーホールが形成されている。
【０００３】該スルーホールを孔を通して、水分が半導体固定に使われている銀粉入り樹脂接着剤に吸湿され、マザーボードへの実装時の加熱により、また、半導体部品をマザーボードから取り外す際の加熱により、層間フクレを生じる危険性があり、これはポップコーン現象と呼ばれている。このポップコーン現象が発生した場合、パッケージは使用不能となることが多く、この現象を大幅に改善する必要がある。また、半導体の高機能化、高密度化は、ますます発熱量の増大を意味し、熱放散用のための半導体チップ直下のスルーホールのみでは熱の放散は不十分となってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題点を改善した半導体プラスチックパッケージを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プリント配線板のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置されており、プリント配線板の片面に、少なくとも、1 個の半導体チップが熱伝導性接着剤で固定され、該金属板と表面の回路とが熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、そのプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで半導体チップが接続されており、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体が、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該パッケージの外部とのハンダボールで接続するために形成された回路導体パッドとが、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線されており、少なくとも、1 個のスルーホールが内層金属板と直接接合して、少なくとも、半導体チップ、ワイヤが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板の、半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載用金属箔と接触していることを特徴とする半導体プラスチックパッケージである。
【０００６】半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップを搭載する表面の金属箔と接触している形態の半導体プラスチックパッケージとすることにより、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性、すなわちポップコーン現象が大幅に改善できるとともに、プレッシャークッカー後の電気絶縁性、耐マイグレーション性等に優れ、熱放散性も改善できた。加えて大量生産性にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のプラスチックパッケージは、プリント配線板の厚み方向のほぼ中央に熱放散性の良好な金属板を配置し、表裏の回路導体導通用のメッキされたスルーホールは、金属板にあけられた該クリアランスホール径より小さめの径の孔とし、埋め込まれた樹脂のほぼ中央に形成することにより、金属板との絶縁性を保持する。
【０００８】公知のスルーホールを有する金属芯プリント配線板の上面に半導体チップを固定する方法においては、従来のP-BGA パッケージと同様に半導体チップからの熱は直下の熱放散用スルーホールに落として熱放散せざるを得ず、ポップコーン現象は改善できない。本発明は、まず金属芯とする金属板をあらかじめ公知のエッチング法等の方法で、半導体チップを固定する位置に、複数個の円錐状の突起を形成しておく。また、同時に、或いは後で表裏の導通スルーホールを形成可能なように、スルーホールを形成しようとする位置にスルーホール径より大きめのクリアランスホールを、公知のエッチング法、打ち抜き法、ドリル、レーザー等で金属芯に孔を形成しておく。
【０００９】該円錐状突起とスルーホールが形成された金属板の表面を公知の方法で酸化処理、微細凹凸形成、皮膜形成等の接着性や電気絶縁性向上のための表面処理を必要に応じて施す。該表面処理され、複数個の円錐状突起部とクリアランスホールが形成された金属板の上は、該円錐状金属突起部が僅かに露出するようにし、すべて熱硬化性樹脂組成物で全面絶縁部を形成する。熱硬化性樹脂組成物による絶縁部の形成は、半硬化状態の熱硬化性樹脂組成物を基材含浸、乾燥したプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔等を用いてなされる。
【００１０】絶縁部の高さは、積層成形後に、表面の金属箔と接触するか、半導体チップを固定する熱伝導性接着剤に接触するようにし、半導体チップから発生した熱は、この搭載部分から熱伝導して内層金属板の円錐状突起部を通り、金属板に伝達し、直接金属板と接合したスルーホールを通じて、ハンダボールで接合したマザーボードプリント配線板に拡散する。裏面は、クリアランスホールを十分埋め込むことができる樹脂量、樹脂流れを有するプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、塗布樹脂層等を配置し、必要により金属箔を配置し、加熱、加圧下、好ましくは真空下に積層成形して一体化する。
【００１１】金属板の側面については、熱硬化性樹脂組成物で埋め込まれている形、露出している形、いずれの形でも良い。
【００１２】また、サブトラクティブ法によるスルーホールプリント配線板の形成のためには、積層成形時に、表裏の最外層に、プリント配線板よりやや大きめの金属箔を配置して、加熱、加圧下に積層成形することにより、外層回路形成用の金属箔で表裏が覆われた金属芯入り金属箔張積層板が形成される。
【００１３】表裏層に金属箔を使用しないで積層成形する場合、公知のアディティブ法にて回路を形成し、プリント配線板を作る。
【００１４】上記サブトラクティブ法、セミアディティブ法で作成した板の、半導体を固定する部分以外の箇所に表裏の回路を導通するスルーホール用孔をドリル、レーザー或いはプラズマ等、公知の方法にて小径の孔をあける。
【００１５】表裏信号回路用のスルーホール用孔は、樹脂の埋め込まれた金属板クリアランスホールのほぼ中央に、金属板と接触しないように形成する。必要によりデスミア処理を施し、次いで無電解メッキや電解メッキによりスルーホール内部の金属層を形成して、メッキされたスルーホールを形成するとともに、フルアディティブ法では、同時に表裏にワイヤボンディング用端子、信号回路、ソルダーボール用パッド、導体回路等を形成する。
【００１６】セミアディティブ法では、スルーホールをメッキすると同時に、表裏も全面メッキされ、その後、公知の方法にて上下に回路を形成する。
【００１７】表裏の回路を形成後、貴金属メッキを、少なくともワイヤボンディングパッド表面に形成してプリント配線板を完成させる。この場合、貴金属メッキの必要のない箇所は、事前にメッキレジストで被覆しておく。または、メッキ後に、必要により公知の熱硬化性樹脂組成物、或いは光選択熱硬化性樹脂組成物で、少なくとも円錐状の金属突起、ボンディングパッド、反対面のハンダボール接着用パッド以外の表面に皮膜を形成する。
【００１８】該プリント配線板の半導体を接着する、金属円錐状突起が一部露出した部分、又は金属円錐状突起が表面金属箔と接触した部分の表面に熱伝導性接着剤を用いて、半導体チップを固定し、さらに半導体チップとプリント配線板回路のボンディングパッドとをワイヤボンディング法で接続し、少なくとも、半導体チップ、ボンディングワイヤ、及びボンディングパッドを公知の封止樹脂で封止する。
【００１９】半導体チップと反対面のソルダーボール接続用導体パッドに、ソルダーボールを接続してP-BGA を作り、マザーボードプリント配線板上の回路にソルダーボールを重ね、熱によってボールを熔融接続するか、またはパッケージにソルダーボールをつけずにP-LGA を作り、マザーボードプリント配線板に実装する時に、マザーボードプリント配線板面に形成されたソルダーボール接続用導体パッドとP-LGA 用のソルダーボール用導体パッドとを、ソルダーボールを加熱熔融することにより接続する。
【００２０】本発明に用いる金属板は、特に限定しないが、高弾性率、高熱伝導性で、厚さ30〜300 μｍのものが好適である。具体的には、純銅、無酸素銅、その他、銅が95重量％以上のFe,Sn,P,Cr,Zr,Zn等との合金、或いは合金の表面を銅メッキした金属板等が好適に使用される。
【００２１】本発明の金属円錐状突起部の高さは、特に限定はないが、50〜150 μm が好適である。また、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、塗布樹脂等の絶縁層の厚さは、金属円錐状突起の高さよりやや低め、好ましくは 5〜15μm 低めとし、積層成形後に表層金属箔と接触する程度、或いは半導体チップを接着する熱伝導性接着剤の厚みよりは薄くなるようにする。金属円錐状突起は、半導体チップ面積以下、一般的には 5〜20mm角以内とし、半導体チップ固定箇所の下に存在するようにする。また、金属円錐状突起は、平坦な金属板の上に、金属粉入り接着剤を円錐状に立てた構造でも使用できる。
【００２２】本発明で使用される熱硬化性樹脂組成物の樹脂としては、一般に公知の熱硬化性樹脂が使用される。具体的には、エポキシ樹脂、多官能性シアン酸エステル樹脂、多官能性マレイミド−シアン酸エステル樹脂、多官能性マレイミド樹脂、不飽和基含有ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ、1 種或いは2 種類以上が組み合わせて使用される。耐熱性、耐湿性、耐マイグレーション性、吸湿後の電気的特性等の点から多官能性シアン酸エステル樹脂組成物が好適である。
【００２３】本発明の好適な熱硬化性樹脂分である多官能性シアン酸エステル化合物とは、分子内に2 個以上のシアナト基を有する化合物である。具体的に例示すると、1,3-又は1,4-ジシアナトベンゼン、1,3,5-トリシアナトベンゼン、1,3-、1,4-、1,6-、1,8-、2,6-又は2,7-ジシアナトナフタレン、1,3,6-トリシアナトナフタレン、4,4-ジシアナトビフェニル、ビス（4-ジシアナトフェニル）メタン、2,2-ビス（4-シアナトフェニル）プロパン、2,2-ビス（3,5-ジブロモ-4- シアナトフェニル）プロパン、ビス（4-シアナトフェニル）エーテル、ビス（4-シアナトフェニル）チオエーテル、ビス（4-シアナトフェニル）スルホン、トリス（4-シアナトフェニル）ホスファイト、トリス（4-シアナトフェニル）ホスフェート、およびノボラックとハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などである。
【００２４】これらのほかに特公昭41-1928 、同43-18468、同44-4791 、同45-11712、同46-41112、同47-26853及び特開昭51-63149等に記載の多官能性シアン酸エステル化合物類も用いられ得る。また、これら多官能性シアン酸エステル化合物のシアナト基の三量化によって形成されるトリアジン環を有する分子量 400〜6,000 のプレポリマーが使用される。このプレポリマーは、上記の多官能性シアン酸エステルモノマーを、例えば鉱酸、ルイス酸等の酸類；ナトリウムアルコラート等、第三級アミン類等の塩基；炭酸ナトリウム等の塩類等を触媒として重合させることにより得られる。このプレポリマー中には一部未反応のモノマーも含まれており、モノマーとプレポリマーとの混合物の形態をしており、このような原料は本発明の用途に好適に使用される。一般には可溶な有機溶剤に溶解させて使用する。
【００２５】エポキシ樹脂としては、一般に公知のものが使用できる。具体的には、液状或いは固形のビスフェノールA 型エポキシ樹脂、ビスフェノールF 型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂；ブタジエン、ペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、ジシクロペンチルエーテル等の二重結合をエポキシ化したポリエポキシ化合物類；ポリオール、水酸基含有シリコン樹脂類とエポハロヒドリンとの反応によって得られるポリグリシジル化合物類等が挙げられる。これらは1 種或いは2 種類以上が組み合わせて使用され得る。
【００２６】ポリイミド樹脂としては、一般に公知のものが使用され得る。具体的には、多官能性マレイミド類とポリアミン類との反応物、特公昭57-005406 に記載の末端三重結合のポリイミド類が挙げられる。
【００２７】これらの熱硬化性樹脂は、単独でも使用されるが、特性のバランスを考え、適宜組み合わせて使用するのが良い。
【００２８】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、組成物本来の特性が損なわれない範囲で、所望に応じて種々の添加物を配合することができる。これらの添加物としては、不飽和ポリエステル等の重合性二重結合含有モノマー類及びそのプレポリマー類；ポリブタジエン、エポキシ化ブタジエン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレン、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソプレン、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム等の低分子量液状〜高分子量のelastic なゴム類；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ-4- メチルペンテン、ポリスチレン、AS樹脂、ABS 樹脂、MBS 樹脂、スチレン−イソプレンゴム、ポリエチレン−プロピレン共重合体、4-フッ化エチレン-6- フッ化エチレン共重合体類；ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の高分子量プレポリマー若しくはオリゴマー；ポリウレタン等が例示され、適宜使用される。また、その他、公知の無機或いは有機の充填剤、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、光増感剤、難燃剤、光沢剤、重合禁止剤、チキソ性付与剤等の各種添加剤が、所望に応じて適宜組み合わせて用いられる。必要により、反応基を有する化合物は硬化剤、触媒が適宜配合される。
【００２９】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、それ自体は加熱により硬化するが硬化速度が遅く、作業性、経済性等に劣るため使用した熱硬化性樹脂に対して公知の熱硬化触媒を用い得る。使用量は、熱硬化性樹脂 100重量部に対して 0.005〜10重量部、好ましくは0.01〜5 重量部である。
【００３０】プリプレグの補強基材として使用するものは、一般に公知の無機或いは有機の織布、不織布が使用される。具体的には、Ｅガラス、Ｓガラス、Ｄガラス等の公知のガラス繊維布、全芳香族ポリアミド繊維布、液晶ポリエステル繊維布等が挙げられる。これらは、混抄でも良い。また、ポリイミドフィルム等のフィルムの表裏に熱硬化性樹脂組成物を塗布、加熱して半硬化状態にしたものも使用できる。
【００３１】最外層の金属箔は、一般に公知のものが使用できる。好適には厚さ 3〜100 μｍの銅箔、ニッケル箔等が使用される。
【００３２】金属板に形成するクリアランスホールの径は、表裏導通用スルーホール径よりやや大きめに形成する。具体的には、該スルーホール壁と金属板クリアランスホール壁とは50μｍ以上の距離が、熱硬化性樹脂組成物で絶縁されていることが好ましい。表裏導通用スルーホール径については、特に限定はないが、50〜300 μｍが好適である。
【００３３】本発明のプリント配線板用プリプレグを作成する場合、基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸、乾燥し、半硬化状態の積層材料とする。また基材を使用しない半硬化状態とした樹脂シートも使用できる。或いは塗料も使用できる。この場合、半硬化状態の程度により、ハイフロー化、ローフロー化、或いはノーフロー化する。ノーフローとした場合、加熱、加圧して積層成形した時、樹脂の流れ出しが 100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下とする。また、この際、金属板、金属箔とは接着し、ボイドの発生しないことが肝要である。プリプレグを作成する温度は一般的には 100〜180 ℃である。時間は 5〜60分であり、目的とするフローの程度により、適宜選択する。
【００３４】本発明の金属芯の入った半導体プラスチックパッケージを作成する方法は特に限定しないが、例えば以下（図１）の方法による。
（１）内層となる金属板全面を液状エッチングレジストで被覆し、加熱して溶剤を除去した後、半導体チップを固定する箇所のレジストが小さい円形で残るように作成したネガフィルムを被せ、紫外線照射後、1 ％炭酸ナトリウム水溶液で円形の露光部分以外、及び裏面のクリアランスホール部分を溶解除去する。
（２）エッチングにて金属板を所定厚み溶解し、表面の円錐状の突起、及びクリアランスホールを形成してから、エッチングレジストを除去し、金属板全面を化学表面処理する。
（３）表面に、熱硬化性樹脂組成物を塗布、乾燥して、ローフロー、或いはノーフローの樹脂層を形成する。この場合、円錐状の突起の先端が、金属箔の厚みよりやや薄めに残るよう樹脂層を形成する。
【００３５】（４）表面には金属箔を配置し、裏面にはハイフローのプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を配置し、必要により、金属箔を外側に配置して、（５）加熱、加圧、真空下に積層成形した後、（６）所定の位置にドリル、或いはレーザー等でスルーホールを内層金属箔に接触しないようにあけ、（７）デスミア処理を施した後、金属メッキを行い、公知の方法にて上下に回路を作成する。メッキレジストで表面の半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部、及び裏面のハンダボールパッド部以外を被覆後、貴金属メッキを施し、内層金属板が円錐状に突起となって金属箔に接触している半導体チップ搭載部の表面に半導体チップを熱伝導性接着剤で接着し、ワイヤボンディングを行い、その後、樹脂封止して、必要によりハンダボールを接着する。
【００３６】
【実施例】以下に実施例、比較例で本発明を具体的に説明する。尚、特に断らない限り、『部』は重量部を表す。
実施例１2,2-ビス（4-シアナトフェニル）プロパン 900部、ビス（4-マレイミドフェニル）メタン 100部を 150℃に熔融させ、撹拌しながら 4時間反応させ、プレポリマーを得た。これをメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に溶解した。これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名：エピコート1001、油化シェルエポキシ〈株〉製） 400部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（商品名：ESCN-220F 、住友化学工業〈株〉製） 600部を加え、均一に溶解混合した。更に触媒としてオクチル酸亜鉛 0.4部を加え、溶解混合し、これに無機充填剤（商品名：焼成タルクBST-200 、日本タルク〈株〉製） 500部を加え、均一撹拌混合してワニスＡを得た。
【００３７】このワニスを厚さ 100μｍのガラス織布に含浸し 150℃で乾燥して、ゲル化時間(at170℃）7 秒、 170℃,20kgf/cm2,5分間での樹脂流れ 110μｍとなるように作成した、厚さ 107μｍの半硬化状態のローフロープリプレグ（プリプレグＢ）を得た。また、ゲル化時間 120秒、樹脂流れ 13mm 、厚さ 107μｍのハイフロープリプレグ (プリプレグＣ）を作成した。
【００３８】一方、内層金属板となる厚さ 300μｍの銅板を用意し、上下に液状エッチングレジストを25μｍ塗布、乾燥し、表面には大きさ50mm角のパッケージの中央13mm角内に、幅 1mm間隔に、径 150μｍの円形のレジストが残るように作成したネガフィルムを被せ、裏面にはクリアランスホール部のレジストが削除されるように形成したネガフィルムを被せ、紫外線を照射後、未露光の部分を1 ％炭酸ナトリウム溶液で除去し、両側からエッチングして、表面に高さ 100μｍの円錐状の突起を 144個作成すると同時に、孔径 0.6mmφのクリアランスホールをあけた。金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、この表面に、円錐状の突起部先端10μmが残るように上記ワニスＡを塗布、乾燥して、ゲル化時間(at170℃）30秒のローフローの樹脂層を形成した。また、裏面には上記プリプレグＢを配置し、表裏面の外側に12μｍの電解銅箔を置き、 200℃,20kgf/cm2,30mmHg 以下の真空下で 2時間積層成形し、一体化した。
【００３９】クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の金属に接触しないように、中央に孔径0.25mmのスルーホールをドリルにてあけ、放熱用スルーホールを4隅内層金属板と接続してあけ、デスミア処理後、銅メッキを無電解、電解メッキで行い、孔内に17μｍの銅メッキ層を形成した。表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥してからポジフィルムを重ねて露光、現像し、表裏回路を形成し、半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びボールパッド部以外にメッキレジストを形成し、ニッケル、金メッキを施してプリント配線板を完成した。
【００４０】表面の円錐状突起が銅箔と接触した部分に大きさ13mm角の半導体チップを銀ペーストで接着固定した後、ワイヤボンディングを行い、次いでシリカ入りエポキシ封止用液状樹脂を用い、半導体チップ、ワイヤ及びボンディングパッドを樹脂封止し、ハンダボールを接合して半導体パッケージを作成した (図２(7-2))。この半導体プラスチックパッケージをエポキシ樹脂マザーボードプリント配線板にハンダボールを熔融接合した。評価結果を表1 に示す。
【００４１】実施例２内層となる、厚さ 200μm のCu:99.9 重量％、Fe:0.07 重量％、P:0.03重量％の合金板の両面にエッチングレジストを20μm 塗布、乾燥して、クリアランスホール部が未露光となるネガフィルムを表裏に被せ、紫外線を露光後、1 ％炭酸ナトリウムで未露光部分を溶解除去し、両側からエッチングにて 0.6mmφのクリアランスホールをあけた。
【００４２】このクリアランスホールの真ん中の大きさ13mm角の範囲に、ディスペンサーに入れた銅ペーストで、高さ 100μｍの円錐状の突起を 100個形成し、加熱して硬化した後、金属板全体に黒色酸化処理を施し、金属芯（金属板Ｄ）とした。一方、上記ワニスＡを12μｍの電解銅箔に、厚さ93μｍとなるように塗布、乾燥して、ゲル化時間(at170℃）10秒のローフロー樹脂付き銅箔（積層材料Ｅ）とした。また、同様に、ゲル化時間65秒のハイフロー樹脂付き銅箔（積層材料Ｆ）を作成した。
【００４３】上記金属板Ｄの表面に半導体チップ搭載部をパンチングで打ち抜いた積層材料Ｅを、半導体チップが固定される面積よりやや大きめに孔をあけたものを配し、裏面に積層材料Ｆを配置し、実施例１と同一条件で積層成形した。クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の金属に接触しないように、ドリルにて中央に孔径0.20mmのスルーホールをあけ、デスミア処理後、銅メッキを無電解、電解メッキにて行い、孔内に17μｍの銅メッキ層を形成した。表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥して溶剤を除去してからポジフィルムを重ねて、露光、現像して表裏回路を形成した。後は実施例１と同様にしてプリント配線板を完成した。その後、同様に半導体チップを接着、ワイヤボンディングを行い、樹脂封止して半導体パッケージとし（図２(7-1))、マザーボードに接合した。評価結果を表1 に示す。
【００４４】比較例１実施例１のプリプレグＣを２枚使用し、上下に12μｍの電解銅箔を配置し、200 ℃,20kgf/cm2,30mmHg 以下の真空下に2 時間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に孔径0.25mmφのスルーホールをドリルであけ、デスミア処理後に銅メッキを施した。この板の上下に公知の方法で回路を形成し、メッキレジストで被覆後、ニッケル、金メッキを施した。これは半導体チップを搭載する箇所に放熱用のスルーホールが形成されており、この上に銀ペーストで半導体チップを接着し、ワイヤボンディング後、エポキシ封止用コンパウンドで実施例１と同様に樹脂封止し、ハンダボールを接合した（図３）。同様にマザーボードに接合した。評価結果を表１に示す。
【００４５】比較例２エポキシ樹脂（商品名：エピコート1045）600 部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F）400 部、ジシアンジアミド 300部、2-エチル−4-メチルイミダゾール 2部をメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に均一溶解させ、これを厚さ 100μｍのガラス織布に含浸、乾燥させて、ゲル化時間(at170℃）10秒、樹脂流れ98μｍのノーフロープリプレグ (プリプレグＧ）、ゲル化時間150 秒、樹脂流れ18mmのハイフロープリプレグ (プリプレグＨ）を作成した。プリプレグＨを2 枚使用し、 170℃,20kgf/cm2,30mmHg 以下の真空下で 2時間積層成形し、両面銅張積層板を作成した。後は比較例１と同様にしてプリント配線板を作成し、半導体チップ搭載部分をザグリマシーンにてくりぬき、裏面に厚さ 200μｍの銅板を、上記ノーフロープリプレグＧを打ち抜いたものを使用して、加熱、加圧下に同様に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが発生した。この放熱板に直接銀ペーストで半導体チップを接着させ、ワイヤボンディングで接続後、液状エポキシ樹脂で封止した (図４）。同様にマザーボードプリント配線板に接合した。評価結果を表1 に示す。
【００４６】
【表１】
実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 吸湿後の耐熱性(1) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 72hrs 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 96hrs 異常なし 異常なし 異常なし 一部剥離 120hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 144hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 168hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 吸湿後の耐熱性(2) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 24hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 48hrs 異常なし 異常なし 剥離大 剥離大 72hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 96hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 120hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 144hrs 異常なし 異常なし − − 168hrs 異常なし 異常なし − − ガラス転移温度 (℃) ２３４ ２３５ ２３４ １４５ プレッシャークッ 常態 ４×1014 ５×1014 ４×1014 ５×1014カー処理後の絶縁 200hrs ６×1012 ４×1012 ４×1012 ２×108 抵抗値 （Ω） 500hrs ６×1011 ３×1011 ３×1011 ＜ 108 700hrs ５×1010 ５×1010 ２×1010 1000hrs ２×1010 ３×1010 １×1010 耐マイグレーシ 常態 ５×1013 ６×1013 ５×1013 ６×1013ョン性 200hrs ４×1011 ４×1011 ６×1011 ３×109 （Ω） 500hrs ３×1011 ３×1011 ３×1011 ＜ 108 700hrs １×1011 ２×1011 １×1011 1000hrs ９×1010 １×1011 ８×1010 放熱性 (℃) ３７ ３９ ５７ ４８
【００４７】＜測定方法＞１）吸湿後の耐熱性(1)JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL3:30 ℃・60％RHで所定時間処理後、220 ℃リフローソルダー3 サイクル後の基板の異常の有無について、断面観察及び電気的チェックによって確認した。
２）吸湿後の耐熱性(2)JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL2:85 ℃・60％RHで所定時間(Max.168hrs.）処理後、220 ℃リフローソルダー3 サイクル後の基板の異常の有無を断面観察及び電気的チェックによって確認した。
３）ガラス転移温度DMA 法にて測定した。
【００４８】４）プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値端子間（ライン／スペース＝70／70μｍ) の櫛型パターンを作成し、この上に、それぞれ使用したプリプレグを配置して同様に積層成形したものを、121 ℃・2 気圧で所定時間処理した後、25℃・60％RHにて２時間後処理を行い、500VDC印加60秒後に、その端子間の絶縁抵抗値を測定した。
５）耐マイグレーション性上記４）の試験片を用い、85℃・85％RH、50VDC 印加して端子間の絶縁抵抗値を測定した。
６）放熱性パッケージを同一マザーボードプリント配線板にハンダボールで接着させ、1000時間連続使用してから、パッケージの温度を測定した。
【００４９】
【発明の効果】プリント配線板のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置されており、プリント配線板の片面に、少なくとも1 個の半導体チップが熱伝導性接着剤で固定され、該金属板と表面の回路とが、多官能性シアン酸エステルといった熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、そのプリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとがワイヤボンディングで接続されており、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体が、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該ハンダボールでの接続用導体パッドとが、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線されており、少なくとも、1 個のスルーホールが内層金属板と直接接続し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板の、半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐台状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載用金属箔と接触していることにより、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性、すなわちポップコーン現象が大幅に改善できるとともに、熱放散性も改善でき、加えて大量生産性にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の半導体プラスチックパッケージ用金属芯入り両面金属箔張積層板の製造工程。
【図２】実施例１の金属芯入り両面金属箔張積層板を用いた半導体プラスチックパッケージ。
【図３】比較例１の半導体プラスチックパッケージ製造工程。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージ製造工程。
【符号の説明】
ａ：金属板、ｂ：エッチングレジスト、ｃ：樹脂層（表面）又はプリプレグＢ（裏面）、ｄ：金属箔、ｅ：表裏回路導通用スルーホール、ｆ：半導体チップ、ｇ：熱伝導性接着剤、ｈ：ボンディングワイヤ、ｉ：ハンダボール、ｊ：封止樹脂、ｋ：メッキレジスト、ｏ：放熱用スルーホール、ｐ：プリプレグＧ、ｌ：ハイフロープリプレグＣ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを少なくとも1 個小型プリント配線板に搭載した形の、新規な半導体プラスチックパッケージに関する。特に、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、ASIC、グラフィック等の比較的高ワットで、多端子高密度の半導体プラスチックパッケージに関する。本半導体プラスチックパッケージは、ソルダーボールを用いてマザーボードプリント配線板に実装して電子機器として使用される。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体プラスチックパッケージとして、プラスチックボールグリッドアレイ(P-BGA）やプラスチックランドグリッドアレイ(P-LGA）等、プラスチックプリント配線板の上面に半導体チップを固定し、このチップを、プリント配線板上面に形成された導体回路にワイヤボンディングで結合し、プリント配線板の下面にはソルダーボールを用いて、マザーボードプリント配線板と接続するための導体パッドを形成し、表裏回路導体がメッキされたスルーホールで接続されて、半導体チップが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージが公知である。本公知構造において、半導体から発生する熱をマザーボードプリント配線板に拡散させるため、半導体チップを固定するための上面の金属箔から下面に接続するメッキされた熱拡散スルーホールが形成されている。
【０００３】該スルーホールを孔を通して、水分が半導体固定に使われている銀粉入り樹脂接着剤に吸湿され、マザーボードへの実装時の加熱により、また、半導体部品をマザーボードから取り外す際の加熱により、層間フクレを生じる危険性があり、これはポップコーン現象と呼ばれている。このポップコーン現象が発生した場合、パッケージは使用不能となることが多く、この現象を大幅に改善する必要がある。また、半導体の高機能化、高密度化は、ますます発熱量の増大を意味し、熱放散用のための半導体チップ直下のスルーホールのみでは熱の放散は不十分となってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題点を改善した半導体プラスチックパッケージを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、プリント配線板のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置されており、プリント配線板の片面に、少なくとも、1 個の半導体チップが熱伝導性接着剤で固定され、該金属板と表面の回路とが熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、そのプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで半導体チップが接続されており、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体が、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該パッケージの外部とのハンダボールで接続するために形成された回路導体パッドとが、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線されており、少なくとも、1 個のスルーホールが内層金属板と直接接合して、少なくとも、半導体チップ、ワイヤが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板の、半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載用金属箔と接触していることを特徴とする半導体プラスチックパッケージである。
【０００６】半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップを搭載する表面の金属箔と接触している形態の半導体プラスチックパッケージとすることにより、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性、すなわちポップコーン現象が大幅に改善できるとともに、プレッシャークッカー後の電気絶縁性、耐マイグレーション性等に優れ、熱放散性も改善できた。加えて大量生産性にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のプラスチックパッケージは、プリント配線板の厚み方向のほぼ中央に熱放散性の良好な金属板を配置し、表裏の回路導体導通用のメッキされたスルーホールは、金属板にあけられた該クリアランスホール径より小さめの径の孔とし、埋め込まれた樹脂のほぼ中央に形成することにより、金属板との絶縁性を保持する。
【０００８】公知のスルーホールを有する金属芯プリント配線板の上面に半導体チップを固定する方法においては、従来のP-BGA パッケージと同様に半導体チップからの熱は直下の熱放散用スルーホールに落として熱放散せざるを得ず、ポップコーン現象は改善できない。本発明は、まず金属芯とする金属板をあらかじめ公知のエッチング法等の方法で、半導体チップを固定する位置に、複数個の円錐状の突起を形成しておく。また、同時に、或いは後で表裏の導通スルーホールを形成可能なように、スルーホールを形成しようとする位置にスルーホール径より大きめのクリアランスホールを、公知のエッチング法、打ち抜き法、ドリル、レーザー等で金属芯に孔を形成しておく。
【０００９】該円錐状突起とスルーホールが形成された金属板の表面を公知の方法で酸化処理、微細凹凸形成、皮膜形成等の接着性や電気絶縁性向上のための表面処理を必要に応じて施す。該表面処理され、複数個の円錐状突起部とクリアランスホールが形成された金属板の上は、該円錐状金属突起部が僅かに露出するようにし、すべて熱硬化性樹脂組成物で全面絶縁部を形成する。熱硬化性樹脂組成物による絶縁部の形成は、半硬化状態の熱硬化性樹脂組成物を基材含浸、乾燥したプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔等を用いてなされる。
【００１０】絶縁部の高さは、積層成形後に、表面の金属箔と接触するか、半導体チップを固定する熱伝導性接着剤に接触するようにし、半導体チップから発生した熱は、この搭載部分から熱伝導して内層金属板の円錐状突起部を通り、金属板に伝達し、直接金属板と接合したスルーホールを通じて、ハンダボールで接合したマザーボードプリント配線板に拡散する。裏面は、クリアランスホールを十分埋め込むことができる樹脂量、樹脂流れを有するプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、塗布樹脂層等を配置し、必要により金属箔を配置し、加熱、加圧下、好ましくは真空下に積層成形して一体化する。
【００１１】金属板の側面については、熱硬化性樹脂組成物で埋め込まれている形、露出している形、いずれの形でも良い。
【００１２】また、サブトラクティブ法によるスルーホールプリント配線板の形成のためには、積層成形時に、表裏の最外層に、プリント配線板よりやや大きめの金属箔を配置して、加熱、加圧下に積層成形することにより、外層回路形成用の金属箔で表裏が覆われた金属芯入り金属箔張積層板が形成される。
【００１３】表裏層に金属箔を使用しないで積層成形する場合、公知のアディティブ法にて回路を形成し、プリント配線板を作る。
【００１４】上記サブトラクティブ法、セミアディティブ法で作成した板の、半導体を固定する部分以外の箇所に表裏の回路を導通するスルーホール用孔をドリル、レーザー或いはプラズマ等、公知の方法にて小径の孔をあける。
【００１５】表裏信号回路用のスルーホール用孔は、樹脂の埋め込まれた金属板クリアランスホールのほぼ中央に、金属板と接触しないように形成する。必要によりデスミア処理を施し、次いで無電解メッキや電解メッキによりスルーホール内部の金属層を形成して、メッキされたスルーホールを形成するとともに、フルアディティブ法では、同時に表裏にワイヤボンディング用端子、信号回路、ソルダーボール用パッド、導体回路等を形成する。
【００１６】セミアディティブ法では、スルーホールをメッキすると同時に、表裏も全面メッキされ、その後、公知の方法にて上下に回路を形成する。
【００１７】表裏の回路を形成後、貴金属メッキを、少なくともワイヤボンディングパッド表面に形成してプリント配線板を完成させる。この場合、貴金属メッキの必要のない箇所は、事前にメッキレジストで被覆しておく。または、メッキ後に、必要により公知の熱硬化性樹脂組成物、或いは光選択熱硬化性樹脂組成物で、少なくとも円錐状の金属突起、ボンディングパッド、反対面のハンダボール接着用パッド以外の表面に皮膜を形成する。
【００１８】該プリント配線板の半導体を接着する、金属円錐状突起が一部露出した部分、又は金属円錐状突起が表面金属箔と接触した部分の表面に熱伝導性接着剤を用いて、半導体チップを固定し、さらに半導体チップとプリント配線板回路のボンディングパッドとをワイヤボンディング法で接続し、少なくとも、半導体チップ、ボンディングワイヤ、及びボンディングパッドを公知の封止樹脂で封止する。
【００１９】半導体チップと反対面のソルダーボール接続用導体パッドに、ソルダーボールを接続してP-BGA を作り、マザーボードプリント配線板上の回路にソルダーボールを重ね、熱によってボールを熔融接続するか、またはパッケージにソルダーボールをつけずにP-LGA を作り、マザーボードプリント配線板に実装する時に、マザーボードプリント配線板面に形成されたソルダーボール接続用導体パッドとP-LGA 用のソルダーボール用導体パッドとを、ソルダーボールを加熱熔融することにより接続する。
【００２０】本発明に用いる金属板は、特に限定しないが、高弾性率、高熱伝導性で、厚さ30〜300 μｍのものが好適である。具体的には、純銅、無酸素銅、その他、銅が95重量％以上のFe,Sn,P,Cr,Zr,Zn等との合金、或いは合金の表面を銅メッキした金属板等が好適に使用される。
【００２１】本発明の金属円錐状突起部の高さは、特に限定はないが、50〜150 μm が好適である。また、プリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、塗布樹脂等の絶縁層の厚さは、金属円錐状突起の高さよりやや低め、好ましくは 5〜15μm 低めとし、積層成形後に表層金属箔と接触する程度、或いは半導体チップを接着する熱伝導性接着剤の厚みよりは薄くなるようにする。金属円錐状突起は、半導体チップ面積以下、一般的には 5〜20mm角以内とし、半導体チップ固定箇所の下に存在するようにする。また、金属円錐状突起は、平坦な金属板の上に、金属粉入り接着剤を円錐状に立てた構造でも使用できる。
【００２２】本発明で使用される熱硬化性樹脂組成物の樹脂としては、一般に公知の熱硬化性樹脂が使用される。具体的には、エポキシ樹脂、多官能性シアン酸エステル樹脂、多官能性マレイミド−シアン酸エステル樹脂、多官能性マレイミド樹脂、不飽和基含有ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ、1 種或いは2 種類以上が組み合わせて使用される。耐熱性、耐湿性、耐マイグレーション性、吸湿後の電気的特性等の点から多官能性シアン酸エステル樹脂組成物が好適である。
【００２３】本発明の好適な熱硬化性樹脂分である多官能性シアン酸エステル化合物とは、分子内に2 個以上のシアナト基を有する化合物である。具体的に例示すると、1,3-又は1,4-ジシアナトベンゼン、1,3,5-トリシアナトベンゼン、1,3-、1,4-、1,6-、1,8-、2,6-又は2,7-ジシアナトナフタレン、1,3,6-トリシアナトナフタレン、4,4-ジシアナトビフェニル、ビス（4-ジシアナトフェニル）メタン、2,2-ビス（4-シアナトフェニル）プロパン、2,2-ビス（3,5-ジブロモ-4- シアナトフェニル）プロパン、ビス（4-シアナトフェニル）エーテル、ビス（4-シアナトフェニル）チオエーテル、ビス（4-シアナトフェニル）スルホン、トリス（4-シアナトフェニル）ホスファイト、トリス（4-シアナトフェニル）ホスフェート、およびノボラックとハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などである。
【００２４】これらのほかに特公昭41-1928 、同43-18468、同44-4791 、同45-11712、同46-41112、同47-26853及び特開昭51-63149等に記載の多官能性シアン酸エステル化合物類も用いられ得る。また、これら多官能性シアン酸エステル化合物のシアナト基の三量化によって形成されるトリアジン環を有する分子量 400〜6,000 のプレポリマーが使用される。このプレポリマーは、上記の多官能性シアン酸エステルモノマーを、例えば鉱酸、ルイス酸等の酸類；ナトリウムアルコラート等、第三級アミン類等の塩基；炭酸ナトリウム等の塩類等を触媒として重合させることにより得られる。このプレポリマー中には一部未反応のモノマーも含まれており、モノマーとプレポリマーとの混合物の形態をしており、このような原料は本発明の用途に好適に使用される。一般には可溶な有機溶剤に溶解させて使用する。
【００２５】エポキシ樹脂としては、一般に公知のものが使用できる。具体的には、液状或いは固形のビスフェノールA 型エポキシ樹脂、ビスフェノールF 型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂；ブタジエン、ペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、ジシクロペンチルエーテル等の二重結合をエポキシ化したポリエポキシ化合物類；ポリオール、水酸基含有シリコン樹脂類とエポハロヒドリンとの反応によって得られるポリグリシジル化合物類等が挙げられる。これらは1 種或いは2 種類以上が組み合わせて使用され得る。
【００２６】ポリイミド樹脂としては、一般に公知のものが使用され得る。具体的には、多官能性マレイミド類とポリアミン類との反応物、特公昭57-005406 に記載の末端三重結合のポリイミド類が挙げられる。
【００２７】これらの熱硬化性樹脂は、単独でも使用されるが、特性のバランスを考え、適宜組み合わせて使用するのが良い。
【００２８】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、組成物本来の特性が損なわれない範囲で、所望に応じて種々の添加物を配合することができる。これらの添加物としては、不飽和ポリエステル等の重合性二重結合含有モノマー類及びそのプレポリマー類；ポリブタジエン、エポキシ化ブタジエン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレン、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソプレン、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム等の低分子量液状〜高分子量のelastic なゴム類；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ-4- メチルペンテン、ポリスチレン、AS樹脂、ABS 樹脂、MBS 樹脂、スチレン−イソプレンゴム、ポリエチレン−プロピレン共重合体、4-フッ化エチレン-6- フッ化エチレン共重合体類；ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の高分子量プレポリマー若しくはオリゴマー；ポリウレタン等が例示され、適宜使用される。また、その他、公知の無機或いは有機の充填剤、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、光増感剤、難燃剤、光沢剤、重合禁止剤、チキソ性付与剤等の各種添加剤が、所望に応じて適宜組み合わせて用いられる。必要により、反応基を有する化合物は硬化剤、触媒が適宜配合される。
【００２９】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、それ自体は加熱により硬化するが硬化速度が遅く、作業性、経済性等に劣るため使用した熱硬化性樹脂に対して公知の熱硬化触媒を用い得る。使用量は、熱硬化性樹脂 100重量部に対して 0.005〜10重量部、好ましくは0.01〜5 重量部である。
【００３０】プリプレグの補強基材として使用するものは、一般に公知の無機或いは有機の織布、不織布が使用される。具体的には、Ｅガラス、Ｓガラス、Ｄガラス等の公知のガラス繊維布、全芳香族ポリアミド繊維布、液晶ポリエステル繊維布等が挙げられる。これらは、混抄でも良い。また、ポリイミドフィルム等のフィルムの表裏に熱硬化性樹脂組成物を塗布、加熱して半硬化状態にしたものも使用できる。
【００３１】最外層の金属箔は、一般に公知のものが使用できる。好適には厚さ 3〜100 μｍの銅箔、ニッケル箔等が使用される。
【００３２】金属板に形成するクリアランスホールの径は、表裏導通用スルーホール径よりやや大きめに形成する。具体的には、該スルーホール壁と金属板クリアランスホール壁とは50μｍ以上の距離が、熱硬化性樹脂組成物で絶縁されていることが好ましい。表裏導通用スルーホール径については、特に限定はないが、50〜300 μｍが好適である。
【００３３】本発明のプリント配線板用プリプレグを作成する場合、基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸、乾燥し、半硬化状態の積層材料とする。また基材を使用しない半硬化状態とした樹脂シートも使用できる。或いは塗料も使用できる。この場合、半硬化状態の程度により、ハイフロー化、ローフロー化、或いはノーフロー化する。ノーフローとした場合、加熱、加圧して積層成形した時、樹脂の流れ出しが 100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下とする。また、この際、金属板、金属箔とは接着し、ボイドの発生しないことが肝要である。プリプレグを作成する温度は一般的には 100〜180 ℃である。時間は 5〜60分であり、目的とするフローの程度により、適宜選択する。
【００３４】本発明の金属芯の入った半導体プラスチックパッケージを作成する方法は特に限定しないが、例えば以下（図１）の方法による。
（１）内層となる金属板全面を液状エッチングレジストで被覆し、加熱して溶剤を除去した後、半導体チップを固定する箇所のレジストが小さい円形で残るように作成したネガフィルムを被せ、紫外線照射後、1 ％炭酸ナトリウム水溶液で円形の露光部分以外、及び裏面のクリアランスホール部分を溶解除去する。
（２）エッチングにて金属板を所定厚み溶解し、表面の円錐状の突起、及びクリアランスホールを形成してから、エッチングレジストを除去し、金属板全面を化学表面処理する。
（３）表面に、熱硬化性樹脂組成物を塗布、乾燥して、ローフロー、或いはノーフローの樹脂層を形成する。この場合、円錐状の突起の先端が、金属箔の厚みよりやや薄めに残るよう樹脂層を形成する。
【００３５】（４）表面には金属箔を配置し、裏面にはハイフローのプリプレグ、樹脂シート、樹脂付き金属箔、或いは塗布樹脂層を配置し、必要により、金属箔を外側に配置して、（５）加熱、加圧、真空下に積層成形した後、（６）所定の位置にドリル、或いはレーザー等でスルーホールを内層金属箔に接触しないようにあけ、（７）デスミア処理を施した後、金属メッキを行い、公知の方法にて上下に回路を作成する。メッキレジストで表面の半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部、及び裏面のハンダボールパッド部以外を被覆後、貴金属メッキを施し、内層金属板が円錐状に突起となって金属箔に接触している半導体チップ搭載部の表面に半導体チップを熱伝導性接着剤で接着し、ワイヤボンディングを行い、その後、樹脂封止して、必要によりハンダボールを接着する。
【００３６】
【実施例】以下に実施例、比較例で本発明を具体的に説明する。尚、特に断らない限り、『部』は重量部を表す。
実施例１2,2-ビス（4-シアナトフェニル）プロパン 900部、ビス（4-マレイミドフェニル）メタン 100部を 150℃に熔融させ、撹拌しながら 4時間反応させ、プレポリマーを得た。これをメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に溶解した。これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名：エピコート1001、油化シェルエポキシ〈株〉製） 400部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（商品名：ESCN-220F 、住友化学工業〈株〉製） 600部を加え、均一に溶解混合した。更に触媒としてオクチル酸亜鉛 0.4部を加え、溶解混合し、これに無機充填剤（商品名：焼成タルクBST-200 、日本タルク〈株〉製） 500部を加え、均一撹拌混合してワニスＡを得た。
【００３７】このワニスを厚さ 100μｍのガラス織布に含浸し 150℃で乾燥して、ゲル化時間(at170℃）7 秒、 170℃,20kgf/cm2,5分間での樹脂流れ 110μｍとなるように作成した、厚さ 107μｍの半硬化状態のローフロープリプレグ（プリプレグＢ）を得た。また、ゲル化時間 120秒、樹脂流れ 13mm 、厚さ 107μｍのハイフロープリプレグ (プリプレグＣ）を作成した。
【００３８】一方、内層金属板となる厚さ 300μｍの銅板を用意し、上下に液状エッチングレジストを25μｍ塗布、乾燥し、表面には大きさ50mm角のパッケージの中央13mm角内に、幅 1mm間隔に、径 150μｍの円形のレジストが残るように作成したネガフィルムを被せ、裏面にはクリアランスホール部のレジストが削除されるように形成したネガフィルムを被せ、紫外線を照射後、未露光の部分を1 ％炭酸ナトリウム溶液で除去し、両側からエッチングして、表面に高さ 100μｍの円錐状の突起を 144個作成すると同時に、孔径 0.6mmφのクリアランスホールをあけた。金属板全面に黒色酸化銅処理を施し、この表面に、円錐状の突起部先端10μmが残るように上記ワニスＡを塗布、乾燥して、ゲル化時間(at170℃）30秒のローフローの樹脂層を形成した。また、裏面には上記プリプレグＢを配置し、表裏面の外側に12μｍの電解銅箔を置き、 200℃,20kgf/cm2,30mmHg 以下の真空下で 2時間積層成形し、一体化した。
【００３９】クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の金属に接触しないように、中央に孔径0.25mmのスルーホールをドリルにてあけ、放熱用スルーホールを4隅内層金属板と接続してあけ、デスミア処理後、銅メッキを無電解、電解メッキで行い、孔内に17μｍの銅メッキ層を形成した。表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥してからポジフィルムを重ねて露光、現像し、表裏回路を形成し、半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部及びボールパッド部以外にメッキレジストを形成し、ニッケル、金メッキを施してプリント配線板を完成した。
【００４０】表面の円錐状突起が銅箔と接触した部分に大きさ13mm角の半導体チップを銀ペーストで接着固定した後、ワイヤボンディングを行い、次いでシリカ入りエポキシ封止用液状樹脂を用い、半導体チップ、ワイヤ及びボンディングパッドを樹脂封止し、ハンダボールを接合して半導体パッケージを作成した (図２(7-2))。この半導体プラスチックパッケージをエポキシ樹脂マザーボードプリント配線板にハンダボールを熔融接合した。評価結果を表1 に示す。
【００４１】実施例２内層となる、厚さ 200μm のCu:99.9 重量％、Fe:0.07 重量％、P:0.03重量％の合金板の両面にエッチングレジストを20μm 塗布、乾燥して、クリアランスホール部が未露光となるネガフィルムを表裏に被せ、紫外線を露光後、1 ％炭酸ナトリウムで未露光部分を溶解除去し、両側からエッチングにて 0.6mmφのクリアランスホールをあけた。
【００４２】このクリアランスホールの真ん中の大きさ13mm角の範囲に、ディスペンサーに入れた銅ペーストで、高さ 100μｍの円錐状の突起を 100個形成し、加熱して硬化した後、金属板全体に黒色酸化処理を施し、金属芯（金属板Ｄ）とした。一方、上記ワニスＡを12μｍの電解銅箔に、厚さ93μｍとなるように塗布、乾燥して、ゲル化時間(at170℃）10秒のローフロー樹脂付き銅箔（積層材料Ｅ）とした。また、同様に、ゲル化時間65秒のハイフロー樹脂付き銅箔（積層材料Ｆ）を作成した。
【００４３】上記金属板Ｄの表面に半導体チップ搭載部をパンチングで打ち抜いた積層材料Ｅを、半導体チップが固定される面積よりやや大きめに孔をあけたものを配し、裏面に積層材料Ｆを配置し、実施例１と同一条件で積層成形した。クリアランスホール箇所は、クリアランスホール部の金属に接触しないように、ドリルにて中央に孔径0.20mmのスルーホールをあけ、デスミア処理後、銅メッキを無電解、電解メッキにて行い、孔内に17μｍの銅メッキ層を形成した。表裏に液状エッチングレジストを塗布、乾燥して溶剤を除去してからポジフィルムを重ねて、露光、現像して表裏回路を形成した。後は実施例１と同様にしてプリント配線板を完成した。その後、同様に半導体チップを接着、ワイヤボンディングを行い、樹脂封止して半導体パッケージとし（図２(7-1))、マザーボードに接合した。評価結果を表1 に示す。
【００４４】比較例１実施例１のプリプレグＣを２枚使用し、上下に12μｍの電解銅箔を配置し、200 ℃,20kgf/cm2,30mmHg 以下の真空下に2 時間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に孔径0.25mmφのスルーホールをドリルであけ、デスミア処理後に銅メッキを施した。この板の上下に公知の方法で回路を形成し、メッキレジストで被覆後、ニッケル、金メッキを施した。これは半導体チップを搭載する箇所に放熱用のスルーホールが形成されており、この上に銀ペーストで半導体チップを接着し、ワイヤボンディング後、エポキシ封止用コンパウンドで実施例１と同様に樹脂封止し、ハンダボールを接合した（図３）。同様にマザーボードに接合した。評価結果を表１に示す。
【００４５】比較例２エポキシ樹脂（商品名：エピコート1045）600 部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F）400 部、ジシアンジアミド 300部、2-エチル−4-メチルイミダゾール 2部をメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合溶剤に均一溶解させ、これを厚さ 100μｍのガラス織布に含浸、乾燥させて、ゲル化時間(at170℃）10秒、樹脂流れ98μｍのノーフロープリプレグ (プリプレグＧ）、ゲル化時間150 秒、樹脂流れ18mmのハイフロープリプレグ (プリプレグＨ）を作成した。プリプレグＨを2 枚使用し、 170℃,20kgf/cm2,30mmHg 以下の真空下で 2時間積層成形し、両面銅張積層板を作成した。後は比較例１と同様にしてプリント配線板を作成し、半導体チップ搭載部分をザグリマシーンにてくりぬき、裏面に厚さ 200μｍの銅板を、上記ノーフロープリプレグＧを打ち抜いたものを使用して、加熱、加圧下に同様に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが発生した。この放熱板に直接銀ペーストで半導体チップを接着させ、ワイヤボンディングで接続後、液状エポキシ樹脂で封止した (図４）。同様にマザーボードプリント配線板に接合した。評価結果を表1 に示す。
【００４６】
【表１】
実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 吸湿後の耐熱性(1) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 72hrs 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 96hrs 異常なし 異常なし 異常なし 一部剥離 120hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 144hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 168hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 吸湿後の耐熱性(2) 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 24hrs 異常なし 異常なし 一部剥離 一部剥離 48hrs 異常なし 異常なし 剥離大 剥離大 72hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 96hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 120hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ ワイヤ 切れ 144hrs 異常なし 異常なし − − 168hrs 異常なし 異常なし − − ガラス転移温度 (℃) ２３４ ２３５ ２３４ １４５ プレッシャークッ 常態 ４×1014 ５×1014 ４×1014 ５×1014カー処理後の絶縁 200hrs ６×1012 ４×1012 ４×1012 ２×108 抵抗値 （Ω） 500hrs ６×1011 ３×1011 ３×1011 ＜ 108 700hrs ５×1010 ５×1010 ２×1010 1000hrs ２×1010 ３×1010 １×1010 耐マイグレーシ 常態 ５×1013 ６×1013 ５×1013 ６×1013ョン性 200hrs ４×1011 ４×1011 ６×1011 ３×109 （Ω） 500hrs ３×1011 ３×1011 ３×1011 ＜ 108 700hrs １×1011 ２×1011 １×1011 1000hrs ９×1010 １×1011 ８×1010 放熱性 (℃) ３７ ３９ ５７ ４８
【００４７】＜測定方法＞１）吸湿後の耐熱性(1)JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL3:30 ℃・60％RHで所定時間処理後、220 ℃リフローソルダー3 サイクル後の基板の異常の有無について、断面観察及び電気的チェックによって確認した。
２）吸湿後の耐熱性(2)JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL2:85 ℃・60％RHで所定時間(Max.168hrs.）処理後、220 ℃リフローソルダー3 サイクル後の基板の異常の有無を断面観察及び電気的チェックによって確認した。
３）ガラス転移温度DMA 法にて測定した。
【００４８】４）プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値端子間（ライン／スペース＝70／70μｍ) の櫛型パターンを作成し、この上に、それぞれ使用したプリプレグを配置して同様に積層成形したものを、121 ℃・2 気圧で所定時間処理した後、25℃・60％RHにて２時間後処理を行い、500VDC印加60秒後に、その端子間の絶縁抵抗値を測定した。
５）耐マイグレーション性上記４）の試験片を用い、85℃・85％RH、50VDC 印加して端子間の絶縁抵抗値を測定した。
６）放熱性パッケージを同一マザーボードプリント配線板にハンダボールで接着させ、1000時間連続使用してから、パッケージの温度を測定した。
【００４９】
【発明の効果】プリント配線板のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置されており、プリント配線板の片面に、少なくとも1 個の半導体チップが熱伝導性接着剤で固定され、該金属板と表面の回路とが、多官能性シアン酸エステルといった熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、そのプリント配線板表面に形成された回路導体と半導体チップとがワイヤボンディングで接続されており、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体が、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該ハンダボールでの接続用導体パッドとが、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線されており、少なくとも、1 個のスルーホールが内層金属板と直接接続し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板の、半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐台状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載用金属箔と接触していることにより、半導体チップの下面からの吸湿がなく、吸湿後の耐熱性、すなわちポップコーン現象が大幅に改善できるとともに、熱放散性も改善でき、加えて大量生産性にも適しており、経済性の改善された、新規な構造の半導体プラスチックパッケージを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の半導体プラスチックパッケージ用金属芯入り両面金属箔張積層板の製造工程。
【図２】実施例１の金属芯入り両面金属箔張積層板を用いた半導体プラスチックパッケージ。
【図３】比較例１の半導体プラスチックパッケージ製造工程。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージ製造工程。
【符号の説明】
ａ：金属板、ｂ：エッチングレジスト、ｃ：樹脂層（表面）又はプリプレグＢ（裏面）、ｄ：金属箔、ｅ：表裏回路導通用スルーホール、ｆ：半導体チップ、ｇ：熱伝導性接着剤、ｈ：ボンディングワイヤ、ｉ：ハンダボール、ｊ：封止樹脂、ｋ：メッキレジスト、ｏ：放熱用スルーホール、ｐ：プリプレグＧ、ｌ：ハイフロープリプレグＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プリント配線板のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置されており、プリント配線板の片面に、少なくとも、1 個の半導体チップが熱伝導性接着剤で固定され、該金属板と表面の回路とが熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、そのプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで半導体チップが接続されており、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体が、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該パッケージの外部とのハンダボールで接続するために形成された回路導体パッドとが、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線されており、少なくとも、1 個のスルーホールが内層金属板と直接接合して、少なくとも、半導体チップ、ワイヤが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板の、半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載用金属箔と接触していることを特徴とする半導体プラスチックパッケージ。
【請求項２】 該金属板が銅95重量％以上の銅合金、或いは純銅である請求項1 に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項３】 該絶縁樹脂組成物が、多官能性シアン酸エステル、該シアン酸エステルプレポリマーを必須成分とする熱硬化性樹脂組成物である請求項1 、2 に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項１】 プリント配線板のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板が配置されており、プリント配線板の片面に、少なくとも、1 個の半導体チップが熱伝導性接着剤で固定され、該金属板と表面の回路とが熱硬化性樹脂組成物で絶縁されており、そのプリント配線板表面に形成された回路導体とワイヤボンディングで半導体チップが接続されており、少なくとも、該表面のプリント配線板上の信号伝播回路導体が、プリント配線板の反対面に形成された回路導体もしくは該パッケージの外部とのハンダボールで接続するために形成された回路導体パッドとが、金属板と樹脂組成物で絶縁されたスルーホール導体で結線されており、少なくとも、1 個のスルーホールが内層金属板と直接接合して、少なくとも、半導体チップ、ワイヤが樹脂封止されている構造の半導体プラスチックパッケージであって、該プリント配線板の一部を構成する金属板の、半導体チップを直接固定する部分に、複数個の円錐状の金属突起が形成されており、該金属突起の先端の一部分が、熱伝導性接着剤、又は半導体チップ搭載用金属箔と接触していることを特徴とする半導体プラスチックパッケージ。
【請求項２】 該金属板が銅95重量％以上の銅合金、或いは純銅である請求項1 に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【請求項３】 該絶縁樹脂組成物が、多官能性シアン酸エステル、該シアン酸エステルプレポリマーを必須成分とする熱硬化性樹脂組成物である請求項1 、2 に記載の半導体プラスチックパッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平１１−２１４５７３
【公開日】平成１１年（１９９９）８月６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−１５８９４
【出願日】平成１０年（１９９８）１月２８日
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
【公開日】平成１１年（１９９９）８月６日
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年（１９９８）１月２８日
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
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