半導体プラスチックパッケージ
【課題】 内層金属芯と外層金属箔との接続性、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、該金属芯の表面の一部が円錐台形状で、半導体を搭載する表層の金属箔と接触しているか、熱伝導性接着剤で接合しており、裏面はビア孔の金属導体で金属芯と金属箔が接続していて、半導体搭載部となる金属箔表面に半導体チップが接着され、そして周囲の回路導体とワイヤボンディングで接続されており、少なくとも半導体チップ、ワイヤおよびボンディングパッドが樹脂封止されている半導体プラスチックパッケージ。
【効果】 内外層金属の接続性、放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、大量生産性に適した新規な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、該金属芯の表面の一部が円錐台形状で、半導体を搭載する表層の金属箔と接触しているか、熱伝導性接着剤で接合しており、裏面はビア孔の金属導体で金属芯と金属箔が接続していて、半導体搭載部となる金属箔表面に半導体チップが接着され、そして周囲の回路導体とワイヤボンディングで接続されており、少なくとも半導体チップ、ワイヤおよびボンディングパッドが樹脂封止されている半導体プラスチックパッケージ。
【効果】 内外層金属の接続性、放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、大量生産性に適した新規な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、少なくとも１個の半導体チップを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し、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用として適している。本発明の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装着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）等の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、表裏回路導体をメッキされたスルーホールで接続し、半導体チップを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージは公知である。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。このスルーホールを通して、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、ますます発熱量が増大することを意味し、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。
【０００３】
【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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも1 個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の信号伝播回路導体とを熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、半導体チップを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接続し、少なくとも該表面のプリント配線板上の回路導体と、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を、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し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージにおいて、少なくとも、1 個のビア孔を裏面から内層金属板と直接接合するように形成し、該ビア孔の壁を熱導体化し、該プリント配線板の一部を構成する金属板の複数個の円錐台形金属突起を、半導体チップを直接固定する金属箔の裏側に接続し、必要により熱伝導性接着剤で突起部を該金属箔に接着していることを特徴とする新規な構造の半導体プラスチックパッケージを提供する。本発明の半導体プラスチックパッケージは、上記構造とすることにより、表層金属箔との密着力が良好で、熱放散性に優れ、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されるとともに、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、加えて大量生産性にも適しており、経済性も改善されるという特徴を有している。
【０００５】
【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、表面円錐台形の金属突起を有し、必要により、その円錐台形上に熱伝導性接着剤が付着した、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、又はスリット孔幅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。
【０００６】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、複数個の円錐台形の突起を形成する。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又はスリット孔を、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形成する。
【０００７】該円錐台形突起とクリアランスホールまたはスリット孔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。該表面処理し、複数個の円錐台形突起部を形成し、必要によりその上に熱伝導性接着剤を付着させ、クリアランスホール又はスリット孔が形成した金属板には、積層成形後に、該円錐台形金属突起部が僅かに露出するような高さで、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。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台形突起部を通り、金属板に伝達し、直接金属板と接合した裏面のビア孔を通じて、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、プリプレグ、樹脂付き金属箔、樹脂シート、塗布樹脂層等を置き、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。表裏層には片面金属箔張積層板、片面回路形成両面金属箔張積層板、又は片面回路形成多層板を配置し、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こともできる。
【０００８】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が、錆を出さない点では、周囲を樹脂で埋め込んで金属面の露出しない構造とする方が好ましい。
【０００９】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等を配置し、加熱、加圧下に積層成形して、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を形成する。
【００１０】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。
【００１１】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。
【００１２】表裏回路導通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又はスリット孔のほぼ中央に、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に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。フルアディティブ法では、同時に表裏に回路、ソルダーボール用パッド等を形成する。
【００１３】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。
【００１４】裏面のビア孔は、炭酸ガスレーザー、メカニカルドリル等の一般に公知の方法で形成する。必要によりデスミア処理を行い、金属メッキを施す。あるいは熱伝導性接着剤を充填する。
【００１５】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、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部、反対面のハンダボール接着用パッド部以外の表面に皮膜を形成する。
【００１６】該プリント配線板の、半導体チップを搭載する金属箔の下の内層金属円錐台形突起上には、必要により熱伝導性接着剤を付着させ、積層成形時に金属箔と接合させる。これにより、表層金属箔との密着性が向上し、信頼性に優れたものが得られる。この金属箔の上に、半導体チップを、熱伝導性接着剤を用いて固定し、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。
【００１７】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、ボールを熱熔融してマザーボードプリント配線板と接続するか、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して接続する。
【００１８】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30〜500μｍ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等との合金が好適に使用される。また、合金の表面を銅メッキした金属板等も使用され得る。
【００１９】本発明の熱伝導性接着剤付着金属円錐台形突起部の高さは、特に限定はないが、50〜150μｍ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、金属円錐台形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続させる。円錐台形の大きさは特に限定しないが、一般には底部の径が0.1■5ｍｍ、上部の径が０〜１ｍｍである。
【００２０】熱伝導性接着剤としては、公知のものが使用できる。具体的には、銀ペースト、銅ペースト、ハンダペースト、錫・銀・銅系等の鉛フリーハンダ等が挙げられる。金属円錐台形突起部範囲は、半導体チップ面積以下の大きさ、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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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号公報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。
【００２４】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。
【００２５】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号公報に記載の末端三重結合のポリイミド類が挙げられる。
【００２６】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。
【００２７】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〜高分子量のエラスティックなゴム類；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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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3〜180μｍの銅箔、ニッケル箔等が使用される。
【００３１】金属板に形成するクリアランスホール径又はスリット幅は、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又はスリット孔壁とは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、50〜300μｍが好適である。
【００３２】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。
【００３３】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及び図２に示す以下の方法による。
（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に相当する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。エッチングにて金属板を所定厚み溶解し、表面の円錐台形の突起、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（図１（１））。
（２） 円錐台形上に鉛フリーハンダａを付着させ（図１（２））、（３） 表面に、金属箔に熱硬化性樹脂組成物を塗布、乾燥して得られた、半硬化状態の樹脂付き金属箔を配置する。この場合、円錐台形の突起の先端が、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。裏面にはプリプレグ、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、片面金属箔張積層板、片面回路形成両面金属箔張積層板、又は片面回路形成多層板を外側に配置し（図１（３））、（４） 加熱、加圧、真空下に積層成形した後（図２（４））、（５） 所定の位置にドリル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（図２（５））、（６） 裏面は、メカニカルドリル、レーザー等でビア孔を内層金属板まであけ、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、内層金属板が円錐台形の突起となって熱伝導性接着剤で金属箔に接触している半導体チップ搭載部の上に半導体チップを鉛フリーハンダで接着し、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（図２（６））。
【００３４】
【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、攪拌しながら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、均一攪拌混合してワニスＡを得た。このワニスを厚さ100μｍのガラス織布に塗布、乾燥して、ゲル化時間(at170℃）50秒、170 ℃、20kgf/cm2、5 分間での樹脂流れ10mmとなるように作成した、絶縁層の厚さ113μｍの半硬化状態のプリプレグＢを得た。また12μｍの電解銅箔の処理面にワニスＡを塗布し、乾燥して、ゲル化時間６５秒、絶縁層の厚み114μｍの樹脂付き銅箔Ｃを得た。
【００３５】一方、内層金属板となる厚さ200μｍのCu:99.9 ％、Fe:0.07 ％、P:0.03％の合金板を用意し、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2ｍｍ 間隔に、径300μｍ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除去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溶解除去し、両側からエッチングして、表面に高さ117μｍ、底部径520μｍ、上部25ｍの円錐台形の突起を25個作成すると同時に、孔径0.6ｍｍのクリアランスホールをあけた（図１（１））。その円錐台形上に鉛フリーハンダ（錫／銀／銅＝96/3.5/0.5％）を5μｍの厚みで付着させ（図１（２））、この上面に上記樹脂体と銅箔Ｃを置き、下面にプリプレグＢ、更にその外側に12μｍ の電解銅箔を配置し（図１（３））、230 ℃、20kgf/cm2 、30mmHg以下の真空下で２時間積層成形し、一体化した（図２（４））。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芯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た（図２（５））。また、裏面には、中央13ｍｍ角に、孔径100μｍの孔を銅箔にエッチング法にてあけ、炭酸ガスレーザーを照射して内層の金属板までビア孔をあけ、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。表裏にエッチングレジストを付着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。表面の円錐台形突起が銅箔と接続した部分に大きさ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、半導体チップ部、ワイヤ部及びボンディングパッド部を樹脂封止し、ハンダボールを接合して半導体プラスチックパッケージを作成した（図２（６））。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。
【００３６】実施例２実施例１において鉛フリーハンダを使用しない以外は同様にしてプリント配線板を作成し、半導体プラスチックパッケージを作成した。評価結果を表１に示す。
【００３７】比較例１実施例１のプリプレグＢを２枚使用し、上下に12μｍの電解銅箔を配置し（図３（１））、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（図３（２））。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（図３（３））。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（４））)。同様にマザーボードに接合した。評価結果を表1に示す。
【００３８】比較例２エポキシ樹脂（商品名：エピコート5045）700部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F）300部、ジシアンジアミド35部、2-エチル-4- メチルイミダゾール1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Ｄ）、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Ｅ）を作成した。プリプレグＥを２枚使用し、190℃、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（図４（１））。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Ｄ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（図４（２））。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（３））。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。
【００３９】
表 １ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ 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 24hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 48hrs. 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（℃） ２３７ ２３７ ２３４ １６０
【００４０】
表 １（続）
項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ ２ プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値 （Ω）
常 態 ４×１０14 ５×１０14 ６×１０14 ５×１０14 200hrs. ６×１０12 ５×１０12 ５×１０12 ２×１０8 500hrs. ６×１０11 ３×１０11 ３×１０11 ＜１０8 700hrs. ５×１０10 ６×１０10 ２×１０10 − 1000hrs. ２×１０10 １×１０10 １×１０10 −耐マイグレーション性 （Ω）
常 態 ６×１０13 ６×１０13 ４×１０13 ６×１０13 200hrs. ５×１０11 ４×１０11 ４×１０11 ３×１０9 500hrs. ４×１０11 ４×１０11 ４×１０11 ＜１０8 700hrs. １×１０11 ２×１０11 １×１０11 − 1000hrs. ９×１０10 １×１０10 ８×１０10 −放熱性（℃） ３５ ３６ ５６ ４８表層銅箔との密着性 非常に良好 良好 − −
【００４１】＜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。
４） プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値端子間(rainn/supe-su=70/70μｍ ）の櫛形パターンを作成し、この上に、それぞれ使用したプリプレグ、又は樹脂層を形成し、加熱硬化させたものを、121℃・2 気圧で所定時間処理した後、25℃・60％RHで2 時間後処理を行い、500VDCを印加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。
７） 表層金属箔との密着性円錐台形突起部の断面を全て観察した。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の回路とを、多官能性シアン酸エステルのような熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、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をワイヤボンディングで接続し、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と、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を、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し、少なくとも半導体チップ部、ワイヤ部およびボンディングパッド部を樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージにおいて、少なくとも1 個のビア孔を裏面から内層金属板と直接接合し、かつビア孔の孔壁を熱導体化し、該プリント配線板の一部を構成する金属板の複数個の円錐台形の金属突起を、半導体チップを直接固定する金属箔の裏側に、金属芯の複数個の円錐台形の金属突起を接触させ、必要により熱伝導性接着剤で金属突起を金属箔に接着固定し、この金属箔上に、半導体チップを熱伝導性接着剤で固定した構成からなる新規構造の半導体プラスチックパッケージが提供される。本発明によれば、半導体チップから発生した熱はこの金属板円錐台形突起部を通り、内層金属板に伝導し、金属板に直接結合した裏面のビア孔を通じてハンダボールに逃げ、マザーボードプリント配線板に拡散する構造とされていることにより、熱放散性に優れ、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、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が提供される。
【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の製造工程図である。
【図２】実施例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程図である。
【図３】比較例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程図である。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージの製造工程図である。
【符号の説明】
ａ 鉛フリーハンダ
ｂ 金属板
ｃ クリアランスホール
ｄ 金属箔
ｅ 樹脂層
ｆ プリプレグB
ｇ 表裏回路導通用スルーホール
ｈ 封止樹脂
ｉ 半導体チップ
ｊ 銀ペースト
ｋ ボンディングワイヤ
ｌ ハンダボール
ｍ メッキレジスト
ｎ プリプレグC
ｏ 放熱用スルーホール
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１個の半導体チップを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し、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用として適している。本発明の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装着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）等の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、表裏回路導体をメッキされたスルーホールで接続し、半導体チップを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージは公知である。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。このスルーホールを通して、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、ますます発熱量が増大することを意味し、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。
【０００３】
【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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも1 個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の信号伝播回路導体とを熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、半導体チップを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接続し、少なくとも該表面のプリント配線板上の回路導体と、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を、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し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージにおいて、少なくとも、1 個のビア孔を裏面から内層金属板と直接接合するように形成し、該ビア孔の壁を熱導体化し、該プリント配線板の一部を構成する金属板の複数個の円錐台形金属突起を、半導体チップを直接固定する金属箔の裏側に接続し、必要により熱伝導性接着剤で突起部を該金属箔に接着していることを特徴とする新規な構造の半導体プラスチックパッケージを提供する。本発明の半導体プラスチックパッケージは、上記構造とすることにより、表層金属箔との密着力が良好で、熱放散性に優れ、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されるとともに、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、加えて大量生産性にも適しており、経済性も改善されるという特徴を有している。
【０００５】
【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、表面円錐台形の金属突起を有し、必要により、その円錐台形上に熱伝導性接着剤が付着した、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、又はスリット孔幅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。
【０００６】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、複数個の円錐台形の突起を形成する。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又はスリット孔を、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形成する。
【０００７】該円錐台形突起とクリアランスホールまたはスリット孔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。該表面処理し、複数個の円錐台形突起部を形成し、必要によりその上に熱伝導性接着剤を付着させ、クリアランスホール又はスリット孔が形成した金属板には、積層成形後に、該円錐台形金属突起部が僅かに露出するような高さで、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。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台形突起部を通り、金属板に伝達し、直接金属板と接合した裏面のビア孔を通じて、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、プリプレグ、樹脂付き金属箔、樹脂シート、塗布樹脂層等を置き、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。表裏層には片面金属箔張積層板、片面回路形成両面金属箔張積層板、又は片面回路形成多層板を配置し、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こともできる。
【０００８】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が、錆を出さない点では、周囲を樹脂で埋め込んで金属面の露出しない構造とする方が好ましい。
【０００９】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等を配置し、加熱、加圧下に積層成形して、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を形成する。
【００１０】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。
【００１１】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。
【００１２】表裏回路導通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又はスリット孔のほぼ中央に、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に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。フルアディティブ法では、同時に表裏に回路、ソルダーボール用パッド等を形成する。
【００１３】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。
【００１４】裏面のビア孔は、炭酸ガスレーザー、メカニカルドリル等の一般に公知の方法で形成する。必要によりデスミア処理を行い、金属メッキを施す。あるいは熱伝導性接着剤を充填する。
【００１５】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、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディングパッド部、反対面のハンダボール接着用パッド部以外の表面に皮膜を形成する。
【００１６】該プリント配線板の、半導体チップを搭載する金属箔の下の内層金属円錐台形突起上には、必要により熱伝導性接着剤を付着させ、積層成形時に金属箔と接合させる。これにより、表層金属箔との密着性が向上し、信頼性に優れたものが得られる。この金属箔の上に、半導体チップを、熱伝導性接着剤を用いて固定し、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。
【００１７】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、ボールを熱熔融してマザーボードプリント配線板と接続するか、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して接続する。
【００１８】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30〜500μｍ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等との合金が好適に使用される。また、合金の表面を銅メッキした金属板等も使用され得る。
【００１９】本発明の熱伝導性接着剤付着金属円錐台形突起部の高さは、特に限定はないが、50〜150μｍ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、金属円錐台形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続させる。円錐台形の大きさは特に限定しないが、一般には底部の径が0.1■5ｍｍ、上部の径が０〜１ｍｍである。
【００２０】熱伝導性接着剤としては、公知のものが使用できる。具体的には、銀ペースト、銅ペースト、ハンダペースト、錫・銀・銅系等の鉛フリーハンダ等が挙げられる。金属円錐台形突起部範囲は、半導体チップ面積以下の大きさ、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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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号公報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。
【００２４】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。
【００２５】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号公報に記載の末端三重結合のポリイミド類が挙げられる。
【００２６】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。
【００２７】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〜高分子量のエラスティックなゴム類；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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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3〜180μｍの銅箔、ニッケル箔等が使用される。
【００３１】金属板に形成するクリアランスホール径又はスリット幅は、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又はスリット孔壁とは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、50〜300μｍが好適である。
【００３２】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。
【００３３】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及び図２に示す以下の方法による。
（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に相当する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。エッチングにて金属板を所定厚み溶解し、表面の円錐台形の突起、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（図１（１））。
（２） 円錐台形上に鉛フリーハンダａを付着させ（図１（２））、（３） 表面に、金属箔に熱硬化性樹脂組成物を塗布、乾燥して得られた、半硬化状態の樹脂付き金属箔を配置する。この場合、円錐台形の突起の先端が、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。裏面にはプリプレグ、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、片面金属箔張積層板、片面回路形成両面金属箔張積層板、又は片面回路形成多層板を外側に配置し（図１（３））、（４） 加熱、加圧、真空下に積層成形した後（図２（４））、（５） 所定の位置にドリル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（図２（５））、（６） 裏面は、メカニカルドリル、レーザー等でビア孔を内層金属板まであけ、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、内層金属板が円錐台形の突起となって熱伝導性接着剤で金属箔に接触している半導体チップ搭載部の上に半導体チップを鉛フリーハンダで接着し、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（図２（６））。
【００３４】
【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、攪拌しながら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、均一攪拌混合してワニスＡを得た。このワニスを厚さ100μｍのガラス織布に塗布、乾燥して、ゲル化時間(at170℃）50秒、170 ℃、20kgf/cm2、5 分間での樹脂流れ10mmとなるように作成した、絶縁層の厚さ113μｍの半硬化状態のプリプレグＢを得た。また12μｍの電解銅箔の処理面にワニスＡを塗布し、乾燥して、ゲル化時間６５秒、絶縁層の厚み114μｍの樹脂付き銅箔Ｃを得た。
【００３５】一方、内層金属板となる厚さ200μｍのCu:99.9 ％、Fe:0.07 ％、P:0.03％の合金板を用意し、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2ｍｍ 間隔に、径300μｍ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除去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溶解除去し、両側からエッチングして、表面に高さ117μｍ、底部径520μｍ、上部25ｍの円錐台形の突起を25個作成すると同時に、孔径0.6ｍｍのクリアランスホールをあけた（図１（１））。その円錐台形上に鉛フリーハンダ（錫／銀／銅＝96/3.5/0.5％）を5μｍの厚みで付着させ（図１（２））、この上面に上記樹脂体と銅箔Ｃを置き、下面にプリプレグＢ、更にその外側に12μｍ の電解銅箔を配置し（図１（３））、230 ℃、20kgf/cm2 、30mmHg以下の真空下で２時間積層成形し、一体化した（図２（４））。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芯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た（図２（５））。また、裏面には、中央13ｍｍ角に、孔径100μｍの孔を銅箔にエッチング法にてあけ、炭酸ガスレーザーを照射して内層の金属板までビア孔をあけ、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。表裏にエッチングレジストを付着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。表面の円錐台形突起が銅箔と接続した部分に大きさ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、半導体チップ部、ワイヤ部及びボンディングパッド部を樹脂封止し、ハンダボールを接合して半導体プラスチックパッケージを作成した（図２（６））。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。
【００３６】実施例２実施例１において鉛フリーハンダを使用しない以外は同様にしてプリント配線板を作成し、半導体プラスチックパッケージを作成した。評価結果を表１に示す。
【００３７】比較例１実施例１のプリプレグＢを２枚使用し、上下に12μｍの電解銅箔を配置し（図３（１））、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（図３（２））。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（図３（３））。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（４））)。同様にマザーボードに接合した。評価結果を表1に示す。
【００３８】比較例２エポキシ樹脂（商品名：エピコート5045）700部、及びエポキシ樹脂（商品名：ESCN220F）300部、ジシアンジアミド35部、2-エチル-4- メチルイミダゾール1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Ｄ）、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Ｅ）を作成した。プリプレグＥを２枚使用し、190℃、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（図４（１））。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Ｄ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（図４（２））。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（３））。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。
【００３９】
表 １ 項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ 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 24hrs. 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 48hrs. 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（℃） ２３７ ２３７ ２３４ １６０
【００４０】
表 １（続）
項 目 実 施 例 比 較 例 １ ２ １ ２ プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値 （Ω）
常 態 ４×１０14 ５×１０14 ６×１０14 ５×１０14 200hrs. ６×１０12 ５×１０12 ５×１０12 ２×１０8 500hrs. ６×１０11 ３×１０11 ３×１０11 ＜１０8 700hrs. ５×１０10 ６×１０10 ２×１０10 − 1000hrs. ２×１０10 １×１０10 １×１０10 −耐マイグレーション性 （Ω）
常 態 ６×１０13 ６×１０13 ４×１０13 ６×１０13 200hrs. ５×１０11 ４×１０11 ４×１０11 ３×１０9 500hrs. ４×１０11 ４×１０11 ４×１０11 ＜１０8 700hrs. １×１０11 ２×１０11 １×１０11 − 1000hrs. ９×１０10 １×１０10 ８×１０10 −放熱性（℃） ３５ ３６ ５６ ４８表層銅箔との密着性 非常に良好 良好 − −
【００４１】＜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。
４） プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値端子間(rainn/supe-su=70/70μｍ ）の櫛形パターンを作成し、この上に、それぞれ使用したプリプレグ、又は樹脂層を形成し、加熱硬化させたものを、121℃・2 気圧で所定時間処理した後、25℃・60％RHで2 時間後処理を行い、500VDCを印加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。
７） 表層金属箔との密着性円錐台形突起部の断面を全て観察した。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも１個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の回路とを、多官能性シアン酸エステルのような熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、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をワイヤボンディングで接続し、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と、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を、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し、少なくとも半導体チップ部、ワイヤ部およびボンディングパッド部を樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージにおいて、少なくとも1 個のビア孔を裏面から内層金属板と直接接合し、かつビア孔の孔壁を熱導体化し、該プリント配線板の一部を構成する金属板の複数個の円錐台形の金属突起を、半導体チップを直接固定する金属箔の裏側に、金属芯の複数個の円錐台形の金属突起を接触させ、必要により熱伝導性接着剤で金属突起を金属箔に接着固定し、この金属箔上に、半導体チップを熱伝導性接着剤で固定した構成からなる新規構造の半導体プラスチックパッケージが提供される。本発明によれば、半導体チップから発生した熱はこの金属板円錐台形突起部を通り、内層金属板に伝導し、金属板に直接結合した裏面のビア孔を通じてハンダボールに逃げ、マザーボードプリント配線板に拡散する構造とされていることにより、熱放散性に優れ、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、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が提供される。
【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の製造工程図である。
【図２】実施例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程図である。
【図３】比較例１の半導体プラスチックパッケージの製造工程図である。
【図４】比較例２の半導体プラスチックパッケージの製造工程図である。
【符号の説明】
ａ 鉛フリーハンダ
ｂ 金属板
ｃ クリアランスホール
ｄ 金属箔
ｅ 樹脂層
ｆ プリプレグB
ｇ 表裏回路導通用スルーホール
ｈ 封止樹脂
ｉ 半導体チップ
ｊ 銀ペースト
ｋ ボンディングワイヤ
ｌ ハンダボール
ｍ メッキレジスト
ｎ プリプレグC
ｏ 放熱用スルーホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも1 個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の信号伝播回路導体とを熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、半導体チップを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接続し、少なくとも該表面のプリント配線板上の回路導体と、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を、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し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージにおいて、少なくとも、1 個のビア孔を裏面から内層金属板と直接接合するように形成し、該ビア孔内壁を熱導体化し、該プリント配線板の一部を構成する金属板の複数個の円錐台形金属突起を、半導体チップを直接固定する金属箔の裏側に接触し、必要により熱伝導性接着剤で該突起部を金属箔に接着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】 プリント配線板の厚さ方向のほぼ中央部に、プリント配線板とほぼ同じ大きさの金属板を配置し、プリント配線板の片面に、少なくとも1 個の半導体チップを熱伝導性接着剤で固定し、該金属板と表面の信号伝播回路導体とを熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、半導体チップを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接続し、少なくとも該表面のプリント配線板上の回路導体と、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を、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し、少なくとも、半導体チップ、ワイヤ、ボンディングパッドを樹脂封止している構造の半導体プラスチックパッケージにおいて、少なくとも、1 個のビア孔を裏面から内層金属板と直接接合するように形成し、該ビア孔内壁を熱導体化し、該プリント配線板の一部を構成する金属板の複数個の円錐台形金属突起を、半導体チップを直接固定する金属箔の裏側に接触し、必要により熱伝導性接着剤で該突起部を金属箔に接着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４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図１】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平１１−３３０３０３
【公開日】平成１１年（１９９９）１１月３０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−１４５２０７
【出願日】平成１０年（１９９８）５月１２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）１１月３０日
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年（１９９８）５月１２日
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
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