半導体装置
【課題】半導体パッケージを実装基板から取り外すリペアが容易であって、半導体パッケージと実装基板との接続部の耐衝撃性を向上させることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体素子４が接続された半導体パッケージ１と、実装基板２とがはんだバンプ３を介して電気的及び機械的に接続されてなり、半導体パッケージ１は、半導体素子４が接続されるとともに実装基板２と接続される半導体パッケージ用配線板５を有し、半導体パッケージ用配線板５に形成された電極パッド２２のコア層１１側には第１応力緩和層２１が配置されており、実装基板２に形成された電極パッド３３の層間絶縁層３１側には第２応力緩和層３４が配置されており、第１応力緩和層２１の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、第２応力緩和層３４の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ第２応力緩和層３４の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体素子４が接続された半導体パッケージ１と、実装基板２とがはんだバンプ３を介して電気的及び機械的に接続されてなり、半導体パッケージ１は、半導体素子４が接続されるとともに実装基板２と接続される半導体パッケージ用配線板５を有し、半導体パッケージ用配線板５に形成された電極パッド２２のコア層１１側には第１応力緩和層２１が配置されており、実装基板２に形成された電極パッド３３の層間絶縁層３１側には第２応力緩和層３４が配置されており、第１応力緩和層２１の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、第２応力緩和層３４の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ第２応力緩和層３４の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型電話機、ノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの電子機器の薄型化が一段と進んでいる。これに伴い、電子機器に内蔵される半導体パッケージにも薄型化が望まれている。ここで、半導体パッケージとは、半導体パッケージ用配線板に半導体素子が搭載されたものを指す。また、半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とをはんだを介して電気的及び機械的に接続されたものを半導体装置という。
半導体パッケージの薄型化が進むと、半導体素子の熱膨張係数と、半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数との差により、半導体装置の使用環境下において半導体パッケージが反ったり、リフローはんだにより半導体パッケージを実装基板へ取り付ける工程において半導体パッケージが反ったりすることが起こり得る。これにより、半導体パッケージを実装基板へ取り付ける工程における歩留まりの低下を招く。これに対して、半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数を半導体素子の熱膨張係数に近づける対処が採られている。
【０００３】
同様に、半導体パッケージと、半導体パッケージが接続される実装基板との間にも熱膨張係数差によって、半導体装置の信頼性の低下を招くという問題がある。しかし、この問題についても、半導体パッケージの熱膨張係数と実装基板の熱膨張係数とを少しでも近づけることで解消できると考えられる。
【０００４】
ところが、電子機器の高機能化に伴い、実装基板の回路は複雑化し多層化されているとともに、コストの問題から低熱膨張基材の適用が望まれないため、半導体パッケージと比べて、実装基板の熱膨張係数の低下傾向の方が緩やかである。このため、実装基板の熱膨張係数と、半導体パッケージの熱膨張係数とを近づけるように調整することは、依然として困難性が高い。
半導体パッケージの熱膨張係数と実装基板の熱膨張係数との差が増加すると、半導体パッケージと実装基板との接続部において、加熱と冷却を繰り返すことに対する耐性（耐温度サイクル性）の低下が懸念される。
【０００５】
耐温度サイクル性を向上させる代表的な手法としては、半導体パッケージの熱膨張係数と実装基板の熱膨張係数とを近づける手法のほかに、アンダフィル材のような補強材料を、半導体素子と半導体パッケージ用配線板との接続部の周辺に充填する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
これに倣って、アンダフィル材のような補強材料を用いて、半導体装置においても半導体パッケージと実装基板との接続部を補強すれば、耐温度サイクル性の向上とともに、例えば、落下などの衝撃に対する耐性（耐衝撃性という）の向上も望める。
しかし、アンダフィル材を充填する手法では、半導体パッケージを実装基板から取り外すリペアが困難になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平６−７１０３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体パッケージを実装基板から取り外すリペアが容易であって、半導体パッケージと実装基板との接続部の耐衝撃性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記の課題を解決すべく検討を進めた結果、半導体パッケージ用配線板に形成される電極パッドに接し特定の弾性率を有する応力緩和層と、実装基板に形成される電極パッドのコア層側に配置されており該電極パッドに接し特定の弾性率を有する応力緩和層とを形成することによって、半導体パッケージと実装基板との接続部の耐衝撃性を向上できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
【０００９】
本発明は、以下の内容を含む。
＜１＞半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置であって、該半導体パッケージは、半導体パッケージ用層間絶縁層と、該半導体パッケージ用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該実装基板に電気的及び機械的に接続されるパッケージ側電極パッドと、該パッケージ側電極パッドの該半導体パッケージ用層間絶縁層側に配置されており該パッケージ側電極パッドに接する第１応力緩和層とを有し、該実装基板は、実装基板用層間絶縁層と、該実装基板用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該半導体パッケージに電気的及び機械的に接続される実装基板側電極パッドと、該実装基板側電極パッドの該実装基板用層間絶縁層側に配置されており該実装基板側電極パッドに接する第２応力緩和層とを有し、該第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、該第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ該第２応力緩和層の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である半導体装置。
＜２＞第１応力緩和層の厚みが２μｍ以上である前記＜１＞の半導体装置。
＜３＞第２応力緩和層の厚みが３０μｍ以上である前記＜１＞又は＜２＞の半導体装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体パッケージを実装基板から取り外すリペアが容易であって、半導体パッケージと実装基板との接続部の耐衝撃性を向上させることができる半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の半導体装置を説明する部分断面図である。
【図２】評価試験用の半導体パッケージ用配線板のサイズ、及び配線パターンを説明する平面図である。
【図３】評価試験用の半導体パッケージ、１パッケージ分の領域を拡大した平面拡大図である。
【図４】評価試験用の半導体パッケージに用いられる実装基板を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の半導体装置は、半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置であって、該半導体パッケージは、半導体パッケージ用層間絶縁層と、該半導体パッケージ用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該実装基板に電気的及び機械的に接続されるパッケージ側電極パッドと、該パッケージ側電極パッドの該半導体パッケージ用層間絶縁層側に配置されており該パッケージ側電極パッドに接する第１応力緩和層とを有し、該実装基板は、実装基板用層間絶縁層と、該実装基板用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該半導体パッケージに電気的及び機械的に接続される実装基板側電極パッドと、該実装基板側電極パッドの該実装基板用層間絶縁層側に配置されており該実装基板側電極パッドに接する第２応力緩和層とを有し、該第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、該第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ該第２応力緩和層の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である。
【００１３】
［半導体装置］
以下、本発明の一例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の半導体装置を説明する部分断面図である。図１には、半導体パッケージ用配線板が適用された半導体パッケージ及び半導体パッケージが接続される実装基板の一部が示されている。
図１に示す半導体装置１００は、半導体パッケージ１と、実装基板２とがはんだバンプ３によって電気的及び機械的に接続されることによって形成されている。はんだバンプ３とは、半導体パッケージ１と実装基板２とを接続する接続用電極であって、はんだボールやはんだペースト等で作製されている。
【００１４】
［半導体パッケージ］
＜半導体パッケージの構造＞
半導体パッケージ１は、半導体素子４と半導体パッケージ用配線板５とを有する。半導体素子４は、半導体パッケージ用配線板５に、はんだバンプ６によって電気的及び機械的に接続されている。半導体素子４と半導体パッケージ用配線板５との接続部分は、アンダフィル材７によって補強されていてもよい。
半導体パッケージ用配線板５は、コア層１１と、コア層１１の一方の表面に形成されたビルドアップ層１２と、コア層１１の他方の表面に形成されたビルドアップ層１３とを有する。
コア層１１は、半導体パッケージ用配線板５のコアを形成する層間絶縁層１４と、層間絶縁層１４の表面に配置された配線層１５とを有する。ここで、層間絶縁層１４は、半導体パッケージ用層間絶縁層を構成する。
ビルドアップ層１２は、層間絶縁層１６と配線層１７とを有する。配線層１７は、層間絶縁層１６がコア層１１の配線層１５と接する側と反対側の表面の所定領域に形成される。配線層１７が形成されていない層間絶縁層１６の表面、及び配線層１７の表面は、ソルダレジスト層１８により覆われている。
コア層１１の他方の表面に形成されるビルドアップ層１３は、層間絶縁層１９と、配線層２０と、層間絶縁層１９と配線層２０との間に配置されて層間絶縁層１９と配線層２０とに接する第１応力緩和層２１とを有する。
配線層２０は、層間絶縁層１９が配線層１５と接する側と反対側の表面の所定領域に形成された第１応力緩和層２１の表面に形成される。配線層２０の一部には、はんだバンプ３が接続される電極パッド２２が形成される。ここで、電極パッド２２は、パッケージ側電極パッドを構成する。
配線層２０が形成されていない第１応力緩和層２１の表面、層間絶縁層１９の表面に第１応力緩和層２１が形成されていないときは層間絶縁層１９の表面、及び配線層２０の表面であって電極パッド２２を除く部分は、ソルダレジスト層２３により覆われている。
図1に示すように、半導体パッケージ用配線板５が複数の層間絶縁層と複数の配線層とを有する場合には、第１応力緩和層２１は、実装基板２と電気的及び機械的に接続される電極パッド２２と層間絶縁層１９との間に配置される。
【００１５】
図１には省略されているが、半導体パッケージ用配線板５には、配線層１５，１７，２０を半導体パッケージ用配線板５の厚み方向に接続するビアホールやスルーホールが形成されていてもよい。
また、図１には、半導体素子４の入出力端子が半導体パッケージ用配線板５の配線層に、はんだバンプにより接続するフリップチップ方式（フェイスダウン実装）のものが説明されている。しかし、半導体素子４が半導体パッケージ用配線板５に固定されるとともに電気的に接続されればよく、フリップチップ方式に限定されない。
例えば、半導体素子４の入出力端子から導出された金ワイヤなどによって、半導体パッケージ用配線板５の配線層に直接金属間接合するワイヤボンド方式（フェイスアップ実装）であってもよい。
【００１６】
＜半導体パッケージ用配線板の各層の説明＞
（コア層）
コア層１１として、両面プリント配線板を使用することができる。両面プリント配線板は、例えば、層間絶縁層１４の表面に形成された配線パターンと裏面に形成された配線パターンとが層間絶縁層１４を貫通するめっきスルーホールで電気的に接続されたものである。
（コア層の層間絶縁層を形成する樹脂組成物）
コア層１１を形成する層間絶縁層１４用の樹脂組成物としては、絶縁層を形成することのできる従来の樹脂組成物であれば適用可能である。通常、熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂の硬化剤とを含有する熱硬化性樹脂組成物を加熱及び加圧して作製される硬化物を適用可能である。熱硬化性樹脂としては、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。
例えば、コア層１１を形成する層間絶縁層１４は、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂を含む樹脂成分１００質量部に対してシリカ１００〜２５０質量部を含有する樹脂組成物から形成することができる。
また、層間絶縁層１４は、シロキサン樹脂、シアネート樹脂を含む樹脂成分１００質量部に対してシリカ１００〜２００質量部を含有する樹脂組成物から形成することができる。
【００１７】
シロキサン樹脂としては、一般式（Ｉ）で示される構造の水酸基を含有するシロキサン樹脂を用いることができる。なかでも、シロキサン樹脂の両末端がフェノール性水酸基、アルコール性水酸基、又はアミノ基であると好ましい。
【００１８】
【化１】
（式中、Ｒ1は各々独立に炭素数１〜５のアルキレン基又はアルキレンオキシ基，Ａｒ1は各々独立に単結合、アリーレン基又は炭素数１〜５のアルキレン基であり、ｍは５〜１００の整数である。）
【００１９】
両末端にフェノール性水酸基を有するシロキサン樹脂の市販品としては、例えば、信越化学工業株式会社製、商品名Ｘ−２２−１８２１（水酸基価：３５ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名Ｘ−２２−１８２２（水酸基価：２０ＫＯＨｍｇ／ｇ）が挙げられる。
また、両末端にアルコール性水酸基を有するシロキサン樹脂の市販品としては、例えば、信越化学工業株式会社製、商品名Ｘ−２２−１６０ＡＳ（水酸基価：１１２ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名Ｘ−２２−４０１５（水酸基価：２７ＫＯＨｍｇ／ｇ）等が挙げられる。
また、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製、商品名ＫＦ−６００１（水酸基価：６２ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名ＫＦ−６００２（水酸基価：３５ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名ＫＦ−６００３（水酸基価：２０ＫＯＨｍｇ／ｇ）等が挙げられる。
また、アミノ基を含有するシロキサン樹脂の市販品としては、例えば、信越化学工業株式会社製、商品名Ｘ−２２−１６１Ａ（アミノ基当量；８００）が挙げられる。
【００２０】
ポリイミド樹脂としては、例えば、１分子中に少なくとも２個のＮ−置換マレイミド基を有するマレイミド化合物（成分Ａ）と、酸性置換基を有するアミン化合物（成分Ｂ）とを反応させて得られる樹脂である。このような樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤として働く。成分Ａと成分Ｂとは、別途反応させた後、樹脂組成物に添加してもよいし、樹脂組成物を作製する際に、同時に添加してもよい。
成分Ａの例としては、例えば、ビス（４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（４−マレイミドフェニル）エーテル、ビス（４−マレイミドフェニル）スルホン、３，３−ジメチル−５，５−ジエチル−４，４−ジフェニルメタンビスマレイミド、４−メチル−１，３−フェニレンビスマレイミド、ｍ−フェニレンビスマレイミド、２，２−ビス−（４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル）プロパン等が挙げられる。
これらの中で、反応率が高く、より高耐熱性化できるビス（４−マレイミドフェニル）メタン、ｍ−フェニレンビスマレイミド及びビス（４−マレイミドフェニル）スルホンが好ましく、安価である点からｍ−フェニレンビスマレイミド及びビス（４−マレイミドフェニル）メタンがより好ましく、溶媒への溶解性の点からビス（４−マレイミドフェニル）メタンが特に好ましい。
成分Ｂの例としては、例えば、ｍ−アミノフェノール、ｐ−アミノフェノール、ｏ−アミノフェノール、ｐ−アミノ安息香酸、ｍ−アミノ安息香酸、ｏ−アミノ安息香酸、ｏ−アミノベンゼンスルホン酸、ｍ−アミノベンゼンスルホン酸、ｐ−アミノベンゼンスルホン酸、３，５−ジヒドロキシアニリン、３，５−ジカルボキシアニリン等が挙げられる。
これらの中で、溶解性や合成の収率の点からｍ−アミノフェノール、ｐ−アミノフェノール、ｐ−アミノ安息香酸、ｍ−アミノ安息香酸及び３，５−ジヒドロキシアニリンが好ましく、耐熱性の点からｍ−アミノフェノール及びｐ−アミノフェノールがより好ましい。
【００２１】
シアネート樹脂としては、例えば、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、ビスフェノールＥ型シアネート樹脂、ビスフェノールＦ型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型シアネート樹脂等が挙げられる。これらのうち１種又は２種以上を混合して使用することができる。
中でも、誘電特性、耐熱性、難燃性、低熱膨張性、及び安価である点から、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、又は一般式（ＩＩ）に示すノボラック型シアネート樹脂が好ましい。
【００２２】
【化２】
（ｎは、０又は１以上の整数である。）
一般式（ＩＩ）で示されるノボラック型シアネート樹脂の平均繰り返し数ｎは、特に限定されないが、１〜３０が好ましい。１より少ないと結晶化しやすくなり取り扱いが困難となる場合がある。また、３０より多いと硬化物が脆くなる場合がある。
ビスフェノールＡ型シアネート樹脂の市販品としては、ロンザジャパン株式会社製、商品名Ａｒｏｃｙ Ｂ−１０が挙げられる。また、ノボラック型シアネート樹脂の市販品としては、ロンザジャパン株式会社製、商品名プリマセットＰＴ−３０（重量平均分子量５００〜１，０００）、商品名プリマセットＰＴ−６０（重量平均分子量２，０００〜３，０００）等が挙げられる。
【００２３】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、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、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂，ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂の硬化剤としては、特に制限はないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂、ビスマレイミド含有アミノトリアジンノボラック樹脂等が好ましい。
硬化剤の量は、エポキシ基に対して０．５〜１．５当量とすることが好ましく、０．７５〜１．２５当量とすることがより好ましい。
【００２４】
シリカとしては、溶融シリカを用いることができる。溶融シリカの市販品としては、アドマテック社製の商品名ＳＯ−２５Ｒ）等が挙げられる。本発明の熱硬化性樹脂組成物において、溶融シリカの配合量は、樹脂成分１００質量部に対して１００〜２５０質量部とすることが好ましい。
【００２５】
層間絶縁層１４用の樹脂組成物は、必要に応じて、難燃剤、無機充填材等を含有していてもよい。難燃剤としては、例えば、ハロゲン含有樹脂、リン含有樹脂、窒素含有樹脂等が挙げられる。
無機充填材としては、例えば、破砕シリカ、マイカ、タルク、ガラス短繊維又は微粉末及び中空ガラス、炭酸カルシウム、石英粉末、金属水和物等が挙げられる。これらの中で、低熱膨張性や高弾性、耐熱性、難燃性の点から、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水和物を使用することが好ましい。
シリカを除いた無機充填材の量は、溶剤を除く全固形分中で２０〜８０質量％とすることが好ましく、３０〜７０質量％とすることがより好ましい。
【００２６】
（層間絶縁層の構成）
コア層１１を形成する層間絶縁層１４は、通常、上述した熱硬化性樹脂組成物がＢステージ化したシート状の樹脂組成物から形成することができる。コア層１１を形成する層間絶縁層１４は、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物が基材に含浸し、乾燥してＢステージ化して作製されたものでもよい。また、熱硬化性樹脂組成物のワニス溶液を基材に含浸することなく、乾燥してＢステージ化したものでもよい。基材としては、例えば、ガラス織布やガラス不織布等のガラスクロスが挙げられる。
ガラスクロスなどの基材を用いた場合には、基材を用いない場合と比較して、平面方向の熱膨張係数が小さくなる傾向がある。このため、コア層１１を形成する層間絶縁層１４には、ガラスクロスなどの基材を用いることが好ましい。
ガラスクロスに用いられるガラスの種類は、特に限定されるものではないが、一般的に広くＦＲＰ用ガラスクロスに用いられるアルミノケイ酸ガラスが好適である。中でも、シリカ成分を増量して熱膨張係数を低下させた、いわゆるＳガラスを用いることが好ましい。
シリカ成分は、ガラスクロス１００質量部に対して６０〜７０質量部含まれることが好ましく、６４〜６６質量部含まれることがより好ましい。シリカ成分が６０質量部未満になると、層間絶縁層の熱膨張係数を低減させる効果が低くなる。また、シリカ成分が７０質量部を超えるとガラスクロスが割れ易くなり、半導体パッケージ用配線板が脆くなる傾向がある。
【００２７】
（層間絶縁層の物性）
コア層１１を形成する層間絶縁層１４の平面方向の２５℃〜１６５℃の平均の熱膨張係数は、５．５×１０-6／℃以下であることが好ましく、４．５×１０-6／℃以下であることがより好ましい。熱膨張係数が５．５×１０-6／℃より高くなると、半導体パッケージ１の反りが大きくなる傾向にある。
また、コア層１１を形成する層間絶縁層１４の平面方向の１６５℃〜２６０℃の平均の熱膨張係数は、７．５×１０-6／℃以下であることが好ましく、４．５×１０-6／℃以下であることがより好ましい。熱膨張係数が７．５×１０-6／℃以下にすると、半導体パッケージ１の反りを抑制できる。
【００２８】
コア層１１を形成する層間絶縁層１４の平面方向の２５℃〜１６５℃の平均の熱膨張係数、及び１６５℃〜２６０℃の平均の熱膨張係数は、上記（層間絶縁層の構成）で説明した構成によって達成される。すなわち、層間絶縁層を形成する樹脂組成物、樹脂組成物へのシリカの配合量、コア層を形成するガラスクロスなどの基材の種類、基材としてのガラスクロスにおけるシリカ成分量、半導体パッケージ用配線板の厚みに対するコア層を形成する層間絶縁層の厚み比などである。
本発明において、層間絶縁層の平面方向の熱膨張係数とは、層間絶縁層の厚み方向に垂直な方向における線膨張係数を意味し、次のように測定されるものである。
層間絶縁層を合計厚みが０．２ｍｍとなるように積層してプレス成型したプリプレグをテストサンプルとして使用して、ＴＭＡ装置（ＴＡインスツルメンツ製、装置名：ＴＡ２９４０）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ、測定モードは圧縮、印可加重は０．０５Ｎ、昇温速度は１０℃／分とする。装置内でサンプルの温度を２３０℃程度まで上げ、その後１０℃まで冷却する前処理を行ってから測定を開始し、得られた２５℃〜１６５℃の平均の熱膨張係数、及び１６５℃〜２６０℃の平均の熱膨張係数を算出する。
【００２９】
（ビルドアップ層の層間絶縁層を形成する樹脂組成物）
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９は、コア層１１を形成する層間絶縁層１４用の樹脂組成物と同様のものが用いられる。
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９の厚みは、それぞれ２００μｍ〜１０μｍとすることができ、より好ましくは、１００〜２０μｍである。ビルドアップ層の厚みが２００μｍ以下であれば、半導体パッケージ１の反りを抑制することができる。また、ビルドアップ層の厚みが１０μｍ以上であれば、良好な層間絶縁性を得ることができる。
【００３０】
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９用の樹脂組成物は、必要に応じて、それぞれ難燃剤、無機充填材等を含有していてもよい。難燃剤としては、例えば、ハロゲン含有樹脂、リン含有樹脂、窒素含有樹脂等が挙げられる。無機充填材としては、例えば、アルミナ、シリカ、無機水和物充填材、アルミノケイ酸塩、水酸化アルミニウム等が挙げられる。
【００３１】
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９は、コア層１１を形成する層間絶縁層１４と同様に、熱硬化性樹脂組成物がＢステージ化したシート状の樹脂組成物から形成されていてもよい。また、熱硬化性樹脂組成物が、ガラスクロスなどの基材に含浸し、乾燥してＢステージ化して作製されてものでもよい。
【００３２】
（第１応力緩和層を形成する樹脂組成物）
第１応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、該応力緩和層の２５℃の弾性率を２．５ＧＰａ以下にすることができる樹脂組成物であり、層間絶縁層と配線層との両者に対する密着性が良好な樹脂組成物を用いる必要がある。
応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、低弾性率性を示すエポキシ樹脂やポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂など、どのような樹脂でも構わない。
これらの樹脂を低弾性率化するために、ゴム成分等を添加しても構わないし、長鎖な脂肪族炭化水素鎖やエチレングリコール鎖を導入した樹脂を用いても構わない。
【００３３】
（第１応力緩和層の物性）
第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、２．５ＧＰａ以下であり、１．８ＧＰａ以下がより好ましい。第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａより高くなると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られなくなり、耐温度サイクル性が低下する。また、第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、０．２ＧＰａ以上であることが好ましい。０．２ＧＰａを下回ると、配線層の平坦性が確保できなくなるため、好ましくない。
第１応力緩和層の厚みは、２μｍ以上であることが好ましく、４μｍ以上であることがより好ましい。第１応力緩和層の厚みが２μｍ以上であると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られ、耐温度サイクル性を向上できる。また、第１応力緩和層の厚みは、１０μｍ以下であることが好ましい。１０μｍ以下であれば、配線層の平坦性を確保できる。
【００３４】
第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、上述した樹脂組成物の配合、応力緩和層の厚みによって達成される。
本発明において、第１応力緩和層の弾性率は、次のように測定される値である。
測定対象のサンプルは、測定の都合上、ある程度の厚みが必要となるため、測定対象の第１応力緩和層を合計厚みが０．４ｍｍとなるように複数枚積層してプレス成型したものをテストサンプルとして使用して、引張曲げ試験機（島津製作所製、装置名：テンシロン）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ、測定モードは、３点曲げで、サンプルの支持スパンは、２０ｍｍ、冶具の変位速度は１ｍｍ／分とする。
【００３５】
（配線層）
コア層１１及びビルドアップ層１２及び１３に形成される配線層１５，１７，及び２０の材質としては、例えば、銅が挙げられる。配線層１５，１７，及び２０の厚みは、それぞれ３〜２０μｍであることが好ましく、５〜１８μｍであることがより好ましい。３μｍ以上であると、配線層の剛性を高めることができ、半導体パッケージ１の反りを抑制できる。また、配線層１５，１７，及び２０の厚みが２０μｍ以下であると、配線層の表面に、層間絶縁層などの層を更に形成する場合に、作業性及び成形性が良好になる。
配線層に形成される電極パッドは、図１に示すように、電極パッド２２及び３３の一部がソルダレジスト層２３及び３５で覆われるＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ−Ｍａｓｋ−Ｄｅｆｉｎｅｄ）タイプとすることができる。また、電極パッドがソルダレジスト層で覆われないＮＳＭＤ（Ｎｏｎ−Ｓｏｌｄｅｒ−Ｍａｓｋ−Ｄｅｆｉｎｅｄ）タイプとすることもできる。電極パッド２２及び３５に施す後処理は、特に限定されない。例えば、半導体パッケージ１と実装基板２との接続に用いるはんだバンプの受けはんだを施してもよく、Ｎｉ−Ａｕめっきなどの保護めっきを施してもよい。
【００３６】
＜半導体パッケージ用配線板の物性＞
半導体パッケージ用配線板と構成する各層の厚さは、以下のようにすることが好ましい。
すなわち、コア層の厚みは、３０〜３００μｍであり、ビルドアップ層を有する場合、ビルドアップ層の厚みは、１０〜２００μｍであり、各配線層の厚みは、３〜３０μｍであり、ソルダレジスト層の厚みは、５〜３０μｍである。各配線層の残銅率は９０％以下であることが好ましい。
各層を合成した半導体パッケージ用配線板の合計厚みＤは、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。半導体パッケージ用配線板の厚みＤは、さらには０．４ｍｍ以下が好ましい。厚みＤが０．５ｍｍより厚いものは、半導体パッケージ用配線板の剛性が十分に得られ、「反り」が発生しにくいため、応力緩和層による反りの低減効果が小さい。
【００３７】
＜半導体パッケージ用配線板の製造方法＞
半導体パッケージ用配線板の製造方法について説明する。半導体パッケージ用配線板のコア層の両面にビルドアップ層を形成する場合について説明する。ビルドアップ層には、ガラスクロスを含むビルドアップ層と、ガラスクロスを含まないビルドアップ層とがある。なお、コア層の実装基板側の表面にビルドアップ層を形成しなくてもよい場合もある。
【００３８】
（半導体パッケージ用配線板のコア層の外側にビルドアップ層を形成する場合）
・ガラスクロスを含むビルドアップ層
以下に示す製造工程を経ることにより、ガラスクロスを含有するビルドアップ層を有する半導体パッケージ用配線板を作製できる。
まず、コア層を作製する。層間絶縁層用の樹脂組成物をガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得る。プリプレグの両面に配線層として銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張り積層板を作製する。必要に応じて、銅張り積層板にスルーホール形成及びスルーホール内壁めっき処理を行う。銅箔をエッチングすることによって、コア層の表裏に配線パターンを形成する。
続いて、ビルドアップ層を形成する。ビルドアップ層の層間絶縁層用の樹脂組成物をビルドアップ層用のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化したプリプレグを作製する。このプリプレグを上記コア層の両面に配置する。さらにその外側に銅箔を配置する。
このとき、プリプレグの実装基板側の表面には、予め応力緩和層が配置された銅箔を、応力緩和層がプリプレグに接するように配置する。これらをプレスにより貼り合わせる。必要に応じて、炭酸ガスレーザ等により、インナービアホールを形成するための所定の加工を行う。
続いて、銅箔をエッチングして、表裏の配線パターンを形成する。必要に応じて、配線パターンの上にソルダレジスト層を塗布する。
【００３９】
・ガラスクロスを含まないビルドアップ層
以下に示す製造工程を経ることにより、ガラスクロスを含まないビルドアップ層を有する半導体パッケージ用配線板を作製できる。
まず、層間絶縁層用の樹脂組成物をガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得る。プリプレグの両面に銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張り積層板を作製する。必要に応じて、コア層にスルーホール形成及びスルーホール内壁めっき処理を行う。銅箔をエッチングすることによって表裏の配線を形成する。
層間絶縁層用の樹脂組成物を所定の厚みに塗工、乾燥し、半硬化させる。半硬化させた層間絶縁層用の樹脂組成物をコア層の両面に配置し、真空加圧式ラミネータ等を用いて、真空下で加温するとともに、加圧し、熱風循環式乾燥機内で乾燥させる。このとき、実装基板側には、応力緩和層を配置する。
【００４０】
必要に応じて、炭酸ガスレーザ等により、インナービアホールを形成するための所定の加工を行う。また、セミアディティブ工法によって、層間絶縁層の表裏面に配線パターンを形成する。必要に応じて、配線パターンを保護するソルダレジスト層を塗布する。
ビルドアップ層の作製に際し、層間絶縁層用の樹脂組成物の種類などは、特に限定されるものではないが、コア層に用いる層間絶縁層用の樹脂組成物と同じ種類の層間絶縁層用の樹脂組成物を用いてビルドアップ層を形成することが好ましい。これにより、コア層とビルドアップ層との熱膨張係数差がなくなり、コア層とビルドアップ層との界面において余計な応力が生じることなく、良好な密着強度が得られる。
このように製造された半導体パッケージ用配線板は、特定の熱膨張係数を有する層間絶縁層をコア層として有するとともに、応力緩和層を有するため、半導体素子の熱膨張係数と半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数との差により、使用環境下において半導体パッケージが反ったり、リフローはんだによる実装基板への取り付け工程において半導体パッケージが反ったりすることが起こりにくく、耐温度サイクル性に優れ、半導体パッケージの薄型化に対応できる。
【００４１】
（半導体パッケージ用配線板のコア層の外側にビルドアップ層を形成しない場合）
例えば、ビルドアップ層を設けない場合には、以下のような作製工程を経ることができる。コア層の層間絶縁層用の樹脂組成物をガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得る。プリプレグの両面に配線層として銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張り積層板を作製する。このとき、プリプレグの実装基板側の表面には、予め応力緩和層が配置された銅箔を、応力緩和層がプリプレグに接するように配置する。これらをプレスにより貼り合わせる。
必要に応じて、炭酸ガスレーザ等により、インナービアホールを形成するための所定の加工を行って、銅張り積層板にスルーホール形成及びスルーホール内壁めっき処理を行う。
続いて、銅箔をエッチングして、表裏の配線パターンを形成する。必要に応じて、配線パターンの上にソルダレジスト層を塗布する。
このように製造された半導体パッケージ用配線板は、応力緩和層を有するため、半導体素子の熱膨張係数と半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数との差により、使用環境下において半導体パッケージが反ったり、リフローはんだによる実装基板への取り付け工程において半導体パッケージが反ったりすることが起こりにくく、耐温度サイクル性に優れ、半導体パッケージの薄型化に対応できる。
【００４２】
＜半導体パッケージの組立＞
半導体パッケージは、以下に示す製造工程を経ることにより、上述した半導体パッケージ用配線板に、半導体素子を接続して組み立てることができる。
半導体素子のはんだ電極が半導体パッケージ用配線板に形成された電極パッドに対向するように配置し、例えば、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に接合する。
必要に応じて、半導体素子と半導体パッケージ用配線板の間に、半導体素子と半導体パッケージ用配線板との接続部を補強するアンダフィル材を注入し、硬化させる。
【００４３】
［実装基板］
＜実装基板の構造＞
半導体パッケージ１が接続される実装基板２は、実装基板２のコアを形成する層間絶縁層３１と、配線層３２とを有する。配線層３２の一部には、はんだバンプ３が接続される電極パッド３３が形成されている。また、実装基板２は、配線層３２と、層間絶縁層３１と配線層３２との間に配置されて層間絶縁層３１と配線層３２とに接する第２応力緩和層３４を有する。ここで、層間絶縁層３１は、実装基板用層間絶縁層を構成し、電極パッド３３は、実装基板側電極パッドを構成する。
配線層３２が形成されていない第２応力緩和層３４の表面、層間絶縁層３１の表面に第２応力緩和層３４が形成されていない部分があるときは層間絶縁層３１の表面、及び配線層３２の表面であって電極パッド３２を除く部分は、ソルダレジスト層３５により覆われている。
実装基板２の層間絶縁層３１の、半導体パッケージ１が接続される面の反対側の表面にも第２応力緩和層３６が形成されていてもよい。第２応力緩和層３６の表面に配線層３７が形成されていてもよい。
配線層３７が形成されていない第２応力緩和層３６の表面、層間絶縁層３１の表面に第２応力緩和層３６が形成されていない部分があるときは層間絶縁層３１の表面、及び配線層３７の表面は、ソルダレジスト層３８により覆われている。
【００４４】
（層間絶縁層及び配線層）
実装基板２の層間絶縁層３１及び配線層３２，３７は、半導体パッケージ用配線板５において説明したものと同様のものを使用することができる。
【００４５】
（第２応力緩和層を形成する樹脂組成物）
第２応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、第２応力緩和層の２５℃の弾性率を３ＧＰａ以下、且つ２５℃における平面方向の熱膨張係数を８×１０-6／℃以下にすることができる樹脂組成物であり、層間絶縁層と配線層との両者に対する密着性が良好な樹脂組成物を用いる必要がある。
第２応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂、低弾性樹脂、硬化促進剤、カップリング材、充填剤及びそれらをワニス化するための希釈溶剤が使用される。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂が好適に用いられる。
エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば特に制限されるものでは無い。具体例としては、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、ブロム化ビスフェノールＡ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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を用いることができ、これらは、１種でも２種以上を組み合わせてもよい。これらの中から、その他の樹脂との反応性や樹脂の難燃化に良好なブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好適に使用される。
フェノール樹脂は、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂であれば特に制限されるものではない。具体例としては、クレゾールノボラック、フェノールノボラック、アミノトリアジンノボラック等を用いることができ、これらは、１種でも２種以上を組み合わせてもよい。これらの中から、その他樹脂との反応性が良好なクレゾールノボラックが好適に用いられる。
低弾性樹脂としては、アクリルゴムが好適に用いられる。アクリルゴムは（メタ）アクリル酸アルキルエステルをモノマーとする共重合体であり、含まれるアルキル基には脂環式基、グリシジル基、水酸基等の置換基が用いられる。これらは（メタ）アクリル酸アルキルエステルと共重合できる化合物であれば特に制限されるものでは無く、１種でも２種以上を組み合わせてよいが、グリシジル基を有するアクリルゴムがその他樹脂との反応性や相溶性の点から好適に用いられる。
硬化促進剤としては、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、イミダゾール類化合物、有機リン化合物、第二級アミン、第三級アミン、第四級アンモニウム塩等が挙げられるが、好適にはイミダゾール化合物が用いられる。イミダゾール化合物としては、２−メチルイミダゾール（２ＭＺ）、２−エチル−４−メチルイミダゾール（２Ｅ４ＭＺ）、２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール等が挙げられる。
カップリング材としては、ガラスクロス基材との密着性、充填剤の分散性及び銅箔との接着性を向上できるものであれば特に制限されるものでは無いが、好適にはシランカップリング材が用いられる。シランカップリング材としては、エポキシ系、アミン系、イソシアナト系、尿素系等が挙げられるが、尿素系シランカップリング材が銅箔との密着性が良好であることから好適に用いられる。
充填剤には、溶融シリカ、ガラス、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、チタン酸カリウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウムなどを、粉末又は球形化したビーズとして用いられる。また、ウィスカー、単結晶繊維、ガラス繊維、中空フィラー等の形状のものも用いられる。これらの中から好適には溶融シリカが用いられる。
上記樹脂材料をワニス化するための希釈溶剤は、特に制限するものではないが、ケトン系、芳香族炭化水素系、エステル系、アミド系、アルコール系等が用いられる。具体的には、ケトン系溶剤として、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等が、芳香族炭化水素系としては、トルエン、キシレン等が、エステル系溶剤としてはメトキシエチルアセテート、エトキシエチルアセテート、ブトキシエチルアセテート、酢酸エチル等が、アミド系溶剤としてはＮ−メチルピロリドン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等が、アルコール系溶剤としてはメタノール、エタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等が挙げられる。これらからケトン系溶剤が好適に用いられさらにはメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンが好適に用いられる。また、これらの溶剤は１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００４６】
（第２応力緩和層の物性）
第２応力緩和層の２５℃の弾性率は、３ＧＰａ以下であり、２．５ＧＰａ以下がより好ましい。第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａより高くなると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られなくなり、耐温度サイクル性が低下する。また、応力緩和層の２５℃の弾性率は、０．２ＧＰａ以上であることが好ましい。０．２ＧＰａを下回ると、実装基板２に種々の部品を実装したとき、実装基板自体の変形が大きくなり、実装基板の信頼性が低下する。
【００４７】
第２応力緩和層の２５℃の弾性率は、上述した樹脂組成物の配合、応力緩和層の厚みによって達成されるものである。
本発明において、第２応力緩和層の弾性率は、次のように測定されるものである。
第２応力緩和層を合計厚みが０．４ｍｍとなるように積層してプレス成型したプリプレグをテストサンプルとして使用して、引張曲げ試験機（島津製作所製、装置名：テンシロン）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ、測定モードは、３点曲げで、サンプルの支持スパンは、２０ｍｍ、冶具の変位速度は１ｍｍ／分とする。
【００４８】
第２応力緩和層の２５℃における平面方向の熱膨張係数は、８×１０-6／℃以下であることが必須であり、７×１０-6／℃以下であることがより好ましい。８×１０-6／℃を超えると、汎用の半導体パッケージ１と実装基板２の熱膨張係数との差が大きくなるため、耐温度サイクル性が低下する。
また、第２応力緩和層の２５℃における平面方向の熱膨張係数は、３×１０-6／℃以上であることが好ましい。３×１０-6／℃未満であると、第２応力緩和層が配される層間絶縁樹脂３１の熱膨張係数との差が広がり、第２応力緩和層３４，３６と層間絶縁層３１との間の剥離が生じやすくなる。
【００４９】
第２応力緩和層の２５℃の平面方向の熱膨張係数は、上述した樹脂組成物の配合、第２応力緩和層の厚みなどによって達成されるものである。
本発明において、第２応力緩和層の平面方向の熱膨張係数は、第２応力緩和層の厚み方向に垂直な方向における線膨張係数を意味し、次のように測定されるものである。
第２応力緩和層を形成する樹脂組成物が半硬化状態になったものを数枚重ねてプレス成型し、合計厚みを０．２ｍｍとしたものをテストサンプルとして使用して、ＴＭＡ装置（ＴＡインスツルメンツ製、装置名：ＴＡ２９４０）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ、測定モードは圧縮、印可加重は０．０５Ｎ、昇温速度は１０℃／分とする。装置内でサンプルの温度を２３０℃程度まで上げ、その後１０℃まで冷却する前処理を行ってから、測定を開始し、２５℃における平面方向の熱膨張係数を測定する。
【００５０】
第２応力緩和層の厚みは、３０μｍ以上であることが好ましく、３５μｍ以上であることがより好ましい。第２応力緩和層の厚みが３０μｍ未満であると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られず、耐温度サイクル性が向上する。また、落下時の衝撃を緩和する効果が十分に得られず、落下に対する耐性が低下する傾向にある。また、第２応力緩和層の厚みは、２００μｍ以下であることが好ましい。２００μｍを超えると、実装基板２に種々の部品を実装したとき、実装した部品の配線層３７と層間絶縁層３１に対する安定性が低下し、実装基板の信頼性が低下する。
【００５１】
［実装基板の作製］
実装基板２の作製方法は、特に限定されない。常法により作製できる。第２応力緩和層を形成する方法の一例としては、第２応力緩和層をビルドアップ層として設ける方法である。この場合には，以下のような作製工程を経る。
層間絶縁層を形成する絶縁性の樹脂組成物をコア層用のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化したプリプレグを得る。半硬化したプリプレグの両面に銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張りガラス布−エポキシ樹脂積層板を作製する。必要に応じて、スルーホールを形成し、スルーホールの内壁をめっき処理する。
銅張りガラス布−エポキシ樹脂積層板表面の銅箔をエッチングすることによって表裏の配線層を形成する。
次に、第２応力緩和層を形成する絶縁性の樹脂組成物をビルドアップ層用のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化したプリプレグを得る。この半硬化した第２応力緩和層用のプリプレグを、配線層が形成された銅張りガラス布−エポキシ樹脂積層板の一方の面又は両面に配置し、さらにその外側に配線層を形成する銅材料を配置し、所定の条件でプレスにより貼り合わせる。
必要に応じて、炭酸ガスレーザ等によりインナービアホールを形成するための所定の加工を行う。銅材料をエッチングすることによって表裏の配線層を形成する。また、必要に応じて、配線層を保護する目的でソルダレジスト層を塗布する。これにより、第２応力緩和層を有する実装基板が得られる。
【００５２】
［半導体装置の作製］
上述のように作製された半導体パッケージと実装基板とを、互いの電極パッド同士を対向させて配置し、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載したときと同様に、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体パッケージと実装基板とを接合する。
【実施例】
【００５３】
次に、下記の実施例により本発明を更に詳しく説明するが、これらの実施例は本発明を制限するものではない。まず、実施例及び比較例で行ったパッケージ反り及び耐温度サイクル性の評価方法と、各物性の測定方法について説明する。
【００５４】
［評価方法］
＜応力緩和層の弾性率＞
第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、引張・曲げ試験機（島津製作所製、商品名：テンシロン）を用いて測定した。測定対象のサンプルは、測定の都合上、ある程度の厚みが必要となるため、測定対象の第１応力緩和層を合計厚みが０．４ｍｍとなるように複数枚積層してプレス成型したものをテストサンプルとして使用した。サンプルサイズは長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍとした。測定モードは３点曲げで、サンプルの支持スパンは２０ｍｍ、冶具の変位速度は１ｍｍ／分とした。
第２応力緩和層の弾性率は、動的粘弾性測定装置（株式会社ＵＢＭ製、商品名：（ＤＶＥ）Ｒｅｏｇｅｌ−Ｅ―４０００）を用いて測定した。サンプルは、次に示した手順で作製した樹脂フィルムを用いて測定した。
第２応力緩和層用のワニスを１８μｍのロープロファイル銅箔上に乾燥後５０μｍ厚になるように塗布した後、１２０℃１０分乾燥し、半硬化状態の第２応力緩和層が塗布された第２応力緩和層樹脂付き銅箔を得た。第２応力緩和層樹脂付き銅箔の樹脂側同士を張り合わせて１８５℃／９０分、圧力２．５ＭＰａにて真空プレスし、第２応力緩和層樹脂の両面板を得た。得られた第２応力緩和層両面板の銅箔をエッチング除去し、第２応力緩和層樹脂フィルムを得た。この第２応力緩和層樹脂フィルムを幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍに切り出して弾性率測定用サンプルとした。測定条件はチャック間距離２０ｍｍ、温度範囲：−５０〜２８０℃、昇温速度１０℃／分とした。
【００５５】
＜熱膨張係数＞
第２応力緩和層の平面方向の熱膨張係数は、ＴＭＡ装置ＴＡ２９４０（ＴＡインスツルメンツ製、商品名）を用いて測定した。第２応力緩和層を形成する樹脂組成物が半硬化状態になったものを数枚重ねてプレス成型し、合計厚みを０．２ｍｍとしたものをテストサンプルとして使用した。テストサンプルのサイズは、長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ、測定モードは圧縮、印可加重は０．０５Ｎ、昇温速度は１０℃／分とした。装置内でサンプルの温度を２３０℃程度まで上げ、その後１０℃まで冷却する前処理を行ってから、測定を開始し、２５℃における平面方向の熱膨張係数を測定した。
【００５６】
＜耐温度サイクル性＞
耐温度サイクル性は、温度サイクル試験器（楠本化成製、装置名：ＮＴ１０１０）を用いて試験した。テストサンプルに、−５５〜１２５℃の昇温変化を１５分かけて与えて、１２５〜−５５℃の降温変化を１５分かけて与える、これを１サイクル（＝１回）とする温度変化を繰り返し与え、半導体パッケージ用配線板と実装基板との間で形成されたデイジーチェーン回路の電気抵抗値を測定した。この電気抵抗値が初期値の２倍になったときをＮＧとし、ＮＧになるまでの回数で表した。このほかの評価条件は、ＪＥＳＤ２２−Ａ１０４Ｃにあるｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｂに準拠した。
【００５７】
＜耐落下衝撃性＞
耐落下衝撃性は，落下衝撃試験機（日立テクノロジーアンドサービス製、商品名：ＢＩＴ−６００Ｓ）を用いて試験した。第２応力緩和層を設けない基準となる実装基板の中心にひずみゲージを貼り付け、落下衝撃時の基板のひずみが３０００μひずみになるように落下高さを設定した。設定された高さから落下させることによって落下衝撃を加えた際に，半導体装置の半導体パッケージと実装基板の間で形成されたデイジーチェーン回路の電気抵抗値をチェックし、初期値の２倍になったときをＮＧとした。
【００５８】
［層間絶縁層の作製］
コア層及びビルドアップ層を形成する層間絶縁層用の樹脂組成物として、以下の３種類の樹脂組成物を用いた。
＜層間絶縁層用の樹脂組成物＞
温度計、攪拌装置、還流冷却管の付いた加熱及び冷却可能な容積３リットルの反応容器に、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザジャパン社製；商品名Ａｒｏｃｙ Ｂ−１０）を５００．０ｇと、下記一般式（１）に示すシロキサン樹脂（信越化学社製；商品名Ｘ−２２−１８２１、水酸基当量；１６００）を５００．０gと、トルエンを１０００ｇ配合し、撹拌しながら昇温した。１２０℃に到達した後、ナフテン酸亜鉛の８質量％ミネラルスピリット溶液を０．０１ｇ添加し、約１１５〜１２５℃で４時間還流反応を行った後、室温に冷却し、熱硬化性樹脂の溶液を得た。
【００５９】
【化３】
（式中のｐは、平均して３５〜４０の数）
得られた熱硬化性樹脂１００重量部（固形分）、及び溶融シリカ（アドマテック社製；商品名ＳＯ−２５Ｒ）１５０重量部、及び希釈溶剤にメチルエチルケトンを使用して、混合して樹脂分６０質量％の均一なワニスを得た。
【００６０】
［応力緩和層用の樹脂組成物の作製］
＜第１応力緩和層用の樹脂組成物Ａ＞
ビフェニル構造を有するノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製、商品名：ＮＣ３０００Ｓ−Ｈ）を８０重量部、カルボン酸変性アクリロニトリルブタジエンゴム粒子（ＪＳＲ株式会社製、商品名：ＸＥＲ−９１ＳＥ−１５）を２重量部、カルボン酸変性ポリビニルアセタール樹脂（積水化学工業株式会社製、商品名：ＫＳ−２３Ｚ）を５重量部、トリアジン環含有クレゾールノボラック型フェノール樹脂（窒素含有量１８％、水酸基当量１５１、大日本インキ化学工業株式会社製、商品名：フェノライトＥＸＢ−９８２９）を１３重量部、１，８−ジアザビシクロウンデセン（関東化学株式会社製、商品名：ＤＢＵ）を０．３重量部、メチルエチルケトンを１５０重量部配合して樹脂組成物Ａを得た。
【００６１】
＜第１応力緩和層用の樹脂組成物Ｂ＞
フェノールノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製、商品名：Ｎ−７７０）を６０重量部、クレゾールノボラック型フェノール樹脂（大日本インキ化学工業製、商品名：ＫＡ−１１６５）を４０重量部、１，８−ジアザビシクロウンデセン（関東化学株式会社製、商品名：ＤＢＵ）を０．３重量部、メチルエチルケトンを１５０重量部配合して樹脂組成物Ｂを得た。
【００６２】
＜第２応力緩和層用の樹脂組成物Ｃ＞
ブロム化エポキシ樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：エピクロン１５３）を４２重量部、クレゾールノボラック型フェノール樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：ＫＡ−１１６５）を１２重量部、アクリルゴム（日立化成工業株式会社製、商品名：ＫＨ−ＣＴ−８６５）を４５重量部、１−シアノエチルー２―フェニルイミダゾール（四国化成株式会社、商品名：２ＰＺ−ＣＮ）を０．１重量部、尿素系シランカップリング材（東レダウコーニング株式会社製、商品名：ＡＺ−６２６０）、粉砕シリカ（福島窯業株式会社製、商品名：Ｆ０５−１２）、メチルイソブチルケトンを２２０重量部配合し、攪拌して樹脂組成物Ｃのワニスを得た。
【００６３】
＜第２応力緩和層用の樹脂組成物Ｄ＞
ブロム化エポキシ樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：エピクロン１５３）を６２重量部、クレゾールノボラック型フェノール樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：ＫＡ―１１６５）を１８重量部、アクリルゴム（日立化成工業株式会社製、商品名：ＫＨ−ＣＴ−８６５）を２０重量部、１−シアノエチルー２−フェニルイミダゾール（四国化成株式会社、商品名：２ＰＺ−ＣＮ）を０．１重量部、尿素系シランカップリング材（東レダウコーニング株式会社製、商品名：ＡＺ−６２６０）、粉砕シリカ（福島窯業株式会社製、商品名：Ｆ０５−１２）、メチルイソブチルケトンを１６０重量部配合し、攪拌して樹脂組成物Ｄのワニスを得た。
【００６４】
［半導体パッケージ用配線板を構成する他の材料］
＜ガラスクロス＞
コア層形成用のガラスクロスには、シリカ成分を増量したＳガラスを用いた。また、ＩＰＣ型番２１１７（日東紡績株式会社製）、又はＩＰＣ型番１０７８（日東紡績株式会社製）のものを用いた。また、ビルドアップ層形成用のガラスクロスにはＩＰＣ型番１０３７（日東紡績株式会社製）のものを用いた。
＜配線層＞
コア層及びビルドアップ層に形成する配線層としては、厚みが１２μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名：３ＥＣ−ＶＬＰ−１２）を用いた。
＜ソルダレジスト層＞
ソルダレジスト層として、ＳＲ７２００Ｇ（日立化成工業株式会社製）を用いた。
【００６５】
［半導体パッケージ用配線板の作製］
半導体パッケージ用配線板の作製方法について説明する。
図２に示すように、評価試験用の半導体パッケージ用配線板のサイズ、及び配線パターンを設定した。テスト用の半導体パッケージ用配線板のストリップサイズは、１４０ｍｍ×６０ｍｍとした。
ストリップから半導体パッケージの１パッケージ分のサイズをダイシングにより切り出した。１パッケージ分のサイズは、１４．４ｍｍ×１４．４ｍｍ（ダイシングライン０．２ｍｍを含み、ダイシングにて個片化後は１４ｍｍ×１４ｍｍになる）とした。
【００６６】
＜コア層の作製＞
上述した層間絶縁層用の樹脂組成物を、コア層形成用のＩＰＣの型番２１１７のガラスクロスを２枚重ねたものに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。この際の加熱条件は、１６０℃で３分間とした。
得られたプリプレグの両面に、厚さ１２μｍの銅箔を重ねて配線層とし、プレス成型することにより、コア層を得た。その際のプレス条件は、２３０℃、９０分間、２．５ＭＰａとした。得られたコア層を形成する層間絶縁層の厚さｄは、０．２ｍｍであった。
続いて、得られたコア層に、ドリル直径０．１ｍｍ、最小ピッチ０．６ｍｍで、１パッケージあたり２７２箇所に穴あけ処理を施した。その後、形成された穴内部に銅めっきを施すことにより、プリプレグの両面に形成された配線層を電気的に接続した。ダミーのスルーホールを設けた。その後、配線層をエッチングすることにより、配線パターンを作製した。スルーホール部の周囲には、パッドを形成した。配線パターン及びパッド形成後の配線層の残銅率は、６０％であった。
【００６７】
＜ビルドアップ層の作製＞
上述した層間絶縁層用の樹脂組成物を、ビルドアップ層形成用のＩＰＣの型番１０２７のガラスクロスを２枚重ねたものに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。この際の加熱条件は、１６０℃で３分間とした。得られたビルドアップ層を形成する層間絶縁層の厚さｄは、０．０４ｍｍであった。
また、上述した第１応力緩和層用の樹脂組成物ＡまたはＢを、１２μｍのロープロファイル銅箔に、乾燥後所定の厚さ（２μｍあるいは４μｍ）になるように塗布し、１６０℃／１０分乾燥した。これにより、第１応力緩和層付き銅箔を得た。
上記作製されたコア層の両表面に、ビルドアップ層形成用のガラスクロスを用いて作製されたプリプレグを配置した。プリプレグの一方の表面には、厚さ５μｍの銅箔を重ね、プリプレグの他方の表面には、第１応力緩和層付き銅箔を重ね、プレス成型することにより、ビルドアップ層を形成した。その際のプレス条件は、２３０℃、９０分間、２．５ＭＰａとした。
【００６８】
最外層の配線層をエッチングして、残銅率６０％の配線パターンを施した。その際、半導体素子を搭載する表面の配線層には、半導体素子の搭載用電極パッド、配線及びダミーパターンを作製した。また、実装基板側の表面の配線層には、実装基板に搭載されたときにデイジーチェーン回路を形成するように、実装基板へのはんだバンプ搭載用の電極パッド、配線、及びダミーパターンを作製した。半導体素子が接続されるはんだバンプ用の電極パッドは、直径１２０μｍ、２００μｍピッチで、パッケージの中央部８ｍｍ×８ｍｍのエリアに１パッケージあたり１６００個配置した。また、図３に示すように、実装基板が接続されるはんだバンプ用の電極パッド２２は、直径３５０μｍ、最小ピッチ５００μｍで、パッケージの中央１３ｍｍ×１３ｍｍのエリアに１パッケージあたり４８０個配置した。
【００６９】
続いて、配線層の表面にソルダレジスト層を形成する樹脂を塗布し、８０℃、２０分の条件で乾燥し、室温で３００ｍＪ／ｃｍ2で露光し、３０℃の１質量％炭酸ナトリウム水溶液で現像した。この後、１５０℃、１時間の条件で後硬化を行って、厚さ２０μｍのソルダレジスト層を作製した。
この際に、半導体素子のはんだ電極に対応する位置に、直径１００μｍの開口部を形成した。また、実装基板の電極パッドに対応する位置に、直径２００μｍの開口部を形成した。ソルダレジスト層に形成された開口部から露呈した電極パッドに、受けめっきとして、厚み５μｍのＮｉめっき及び厚み０．０５μｍのＡｕめっきを施し、半導体パッケージ用配線板を得た。
【００７０】
［半導体パッケージの組立］
以下、評価試験に用いるテスト用の半導体パッケージの組立方法を説明する。半導体素子として、ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ ＦＣ２００ＪＹ ＬＦ（株式会社ウォルツ製）を用いた。半導体パッケージ用配線板と接続される電極は、融点２１７℃のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだである。半導体素子のサイズは、８ｍｍ×８ｍｍ×０．１２ｍｍであった。
半導体素子のはんだ電極に、金属表面の酸化皮膜を除去するフラックス（千住金属工業株式会社製、製品名：スパークルフラックスＷＦ−６３００ＬＦ）を厚み３０μｍで転写し、はんだ電極を半導体パッケージ用配線板に形成された電極パッドに対向するように半導体素子を配置した。続いて、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載した。
この際、ＩＰＣ／ＪＥＤＥＣ Ｊ−ＳＴＤ−０２０Ｃによって定められた鉛フリーはんだ用のリフロー条件に従った。その後、フラックスを８０℃以上の温水で洗浄した。
【００７１】
続いて、半導体素子と半導体パッケージ用配線板の間に、半導体素子と半導体パッケージ用配線板との接続部を補強するアンダフィル材として、ＣＥＬ−Ｃ−３７３０Ｓ（日立化成工業株式会社製）を注入し、硬化させた。このとき、アンダフィル材の硬化条件は、１６５℃、２時間とした。アンダフィル材を硬化させた後、得られた半導体パッケージから、１４ｍｍ×１４ｍｍのテスト用パッケージをダイサを用いて切り出した。
【００７２】
テスト用の半導体パッケージの、はんだバンプが接続される電極パッドに、フラックス（千住金属工業株式会社製、製品名：スパークルフラックスＷＦ−６３００ＬＦ）を厚み５０μｍでステンシル印刷した。この上に更に、直径０．２５ｍｍの融点２１７℃のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだボール（千住金属工業株式会社製、商品名：エコソルダーボールＳ７０５Ｍ）を配置し、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載したときと同様に、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体パッケージ用配線板の電極パッド上に、はんだバンプを形成した。
また、実装基板に接続される電極パッドに、はんだペースト（千住金属工業株式会社製、商品名：エコソルダーペースト Ｍ７０５−２２１ＢＭ５−４２−１１）を厚さ約１００μｍでステンシル印刷し、受けはんだを作製した。
【００７３】
［実装基板の作製］
以下に、テスト用の半導体パッケージが搭載される実装基板の作製方法について説明する。実装基板の作製方法は、周知の基板作製技術によって作製できる。乾燥処理や洗浄処理などの詳細は、省略する。
実装基板用の層間絶縁層として、厚さ０．６ｍｍのＭＣＬ−Ｅ−６７の銅箔をエッチングで除去したものを用いた。
第２応力緩和層用の樹脂組成物Ｃ又はＤを、ＩＰＣの型番１０３７のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。この際の加熱条件は、１５０℃で１０分間とした。得られた第２応力緩和層用のプリプレグを上記実装基板用の層間絶縁層の両面に配置し、更に、１８μｍのロープロファイル銅箔を配置し、１８５℃で９０分間、２．５ＭＰａの条件で真空プレスした。
得られた実装基板の表面の配線層をエッチングして、テスト用パッケージを搭載するための電極パッドと、テスト用パッケージ搭載時に半導体パッケージ用配線板とのデイジーチェーン回路を形成する配線パターンと、導通チェック用電極とを形成した。電極パッドは、図４に示す１４．４ｍｍ×１４．４ｍｍの１パッケージ分のエリアのうち、中央の１３ｍｍ×１３ｍｍのエリアに、図３を用いて説明したビルドアップ層の電極パッドに対応するようにして、直径３５０μｍ、最小ピッチ５００μｍで、１パッケージあたり４８０個配置した。
【００７４】
配線層の表面にソルダレジスト層を形成する樹脂を塗布し、８０℃、２０分の条件で乾燥し、室温で３００ｍＪ／ｃｍ2で露光し、３０℃の１質量％炭酸ナトリウム水溶液で現像した。この後、１５０℃、１時間の条件で後硬化を行って、厚さ２０μｍのソルダレジスト層を作製した。
この際に、テスト用パッケージを搭載する電極パッドに対応する位置に、直径２００μｍの開口部を形成した。また、導通チェック用電極部分にも同様に、直径２００μｍの開口部を設けた。ソルダレジスト層に形成された開口部から露呈した電極パッドに、受けめっきとして、厚み５μｍのＮｉめっき及び厚み０．０５μｍのＡｕめっきを施した。
テスト用パッケージを搭載するための電極パッド群の中心位置が中央になるように１１０ｍｍ×５０ｍｍに切断した。
【００７５】
［半導体装置の作製］
はんだバンプを形成したテスト用パッケージと実装基板の電極パッド同士を対向させて配置し、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載したときと同様に、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、実装基板にテスト用パッケージを搭載した。このようにして、耐温度サイクル性、耐落下衝撃性の評価試験に使用するテストサンプルを得た。
＜実施例１＞
樹脂組成物Ａを用いて第１応力緩和層を形成した。また、樹脂組成物Ｃを用いて第２応力緩和層を形成した。第１応力緩和層の厚みを４μｍに設定し、第２応力緩和層の厚みを６０μｍに設定して評価試験用の半導体装置を得た。
＜比較例１＞
樹脂組成物Ｂを用いて第１応力緩和層を形成した以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
＜比較例２＞
第１応力緩和層を設けなかった以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
＜比較例３＞
樹脂組成物Ｄを用いて第２応力緩和層を形成した以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
＜比較例４＞
第２応力緩和層を設けなかった以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
【００７６】
［評価結果］
評価方法において説明した方法で、実施例１、及び比較例１〜４の半導体装置を評価した。結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】
実施例１のように、第１応力緩和層及び第２応力緩和層が設けられた半導体装置は、比較例２，４のように、第１応力緩和層又は第２応力緩和層が設けられていない半導体装置に比べて、耐温度サイクル性、耐落下衝撃性のいずれにおいても著しく向上していることが判る。
また、実施例１の半導体装置の耐落下衝撃性と比較例１の半導体装置の耐落下衝撃性とは、同程度であるが、実施例１の半導体装置の耐温度サイクル性は、樹脂組成物Ｂを用いて第１応力緩和層を形成した比較例１の耐温度サイクル性に比べて、著しく向上していることが判る。これは、実施例１の第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａであることに起因する。すなわち、第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａを上回っていると、耐温度サイクル性が低下する。
また、第１応力緩和層が同一であっても、樹脂組成物Ｄを用いて第２応力緩和層を形成した場合（比較例３）、すなわち、第１応力緩和層の２５℃の弾性率が８×１０-6／℃を上回っている場合には、耐温度サイクル性と耐落下衝撃性がともに低下する。
【符号の説明】
【００７９】
１…半導体パッケージ、 ２…実装基板、 ３，６…はんだバンプ、 ４…半導体素子、 ５…半導体パッケージ用配線板 ７…アンダフィル材、 １１…コア層、 １２，１３…ビルドアップ層、 １４，１６，１９，３１…層間絶縁層、 １５，１７，２０，３２，３７…配線層、 １８，２３，３５，３８…ソルダレジスト層、 ２１…第１応力緩和層、 ２２，３３…電極パッド、 ３４，３６…第２応力緩和層、 １００…半導体装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型電話機、ノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの電子機器の薄型化が一段と進んでいる。これに伴い、電子機器に内蔵される半導体パッケージにも薄型化が望まれている。ここで、半導体パッケージとは、半導体パッケージ用配線板に半導体素子が搭載されたものを指す。また、半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とをはんだを介して電気的及び機械的に接続されたものを半導体装置という。
半導体パッケージの薄型化が進むと、半導体素子の熱膨張係数と、半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数との差により、半導体装置の使用環境下において半導体パッケージが反ったり、リフローはんだにより半導体パッケージを実装基板へ取り付ける工程において半導体パッケージが反ったりすることが起こり得る。これにより、半導体パッケージを実装基板へ取り付ける工程における歩留まりの低下を招く。これに対して、半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数を半導体素子の熱膨張係数に近づける対処が採られている。
【０００３】
同様に、半導体パッケージと、半導体パッケージが接続される実装基板との間にも熱膨張係数差によって、半導体装置の信頼性の低下を招くという問題がある。しかし、この問題についても、半導体パッケージの熱膨張係数と実装基板の熱膨張係数とを少しでも近づけることで解消できると考えられる。
【０００４】
ところが、電子機器の高機能化に伴い、実装基板の回路は複雑化し多層化されているとともに、コストの問題から低熱膨張基材の適用が望まれないため、半導体パッケージと比べて、実装基板の熱膨張係数の低下傾向の方が緩やかである。このため、実装基板の熱膨張係数と、半導体パッケージの熱膨張係数とを近づけるように調整することは、依然として困難性が高い。
半導体パッケージの熱膨張係数と実装基板の熱膨張係数との差が増加すると、半導体パッケージと実装基板との接続部において、加熱と冷却を繰り返すことに対する耐性（耐温度サイクル性）の低下が懸念される。
【０００５】
耐温度サイクル性を向上させる代表的な手法としては、半導体パッケージの熱膨張係数と実装基板の熱膨張係数とを近づける手法のほかに、アンダフィル材のような補強材料を、半導体素子と半導体パッケージ用配線板との接続部の周辺に充填する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
これに倣って、アンダフィル材のような補強材料を用いて、半導体装置においても半導体パッケージと実装基板との接続部を補強すれば、耐温度サイクル性の向上とともに、例えば、落下などの衝撃に対する耐性（耐衝撃性という）の向上も望める。
しかし、アンダフィル材を充填する手法では、半導体パッケージを実装基板から取り外すリペアが困難になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平６−７１０３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体パッケージを実装基板から取り外すリペアが容易であって、半導体パッケージと実装基板との接続部の耐衝撃性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記の課題を解決すべく検討を進めた結果、半導体パッケージ用配線板に形成される電極パッドに接し特定の弾性率を有する応力緩和層と、実装基板に形成される電極パッドのコア層側に配置されており該電極パッドに接し特定の弾性率を有する応力緩和層とを形成することによって、半導体パッケージと実装基板との接続部の耐衝撃性を向上できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
【０００９】
本発明は、以下の内容を含む。
＜１＞半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置であって、該半導体パッケージは、半導体パッケージ用層間絶縁層と、該半導体パッケージ用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該実装基板に電気的及び機械的に接続されるパッケージ側電極パッドと、該パッケージ側電極パッドの該半導体パッケージ用層間絶縁層側に配置されており該パッケージ側電極パッドに接する第１応力緩和層とを有し、該実装基板は、実装基板用層間絶縁層と、該実装基板用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該半導体パッケージに電気的及び機械的に接続される実装基板側電極パッドと、該実装基板側電極パッドの該実装基板用層間絶縁層側に配置されており該実装基板側電極パッドに接する第２応力緩和層とを有し、該第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、該第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ該第２応力緩和層の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である半導体装置。
＜２＞第１応力緩和層の厚みが２μｍ以上である前記＜１＞の半導体装置。
＜３＞第２応力緩和層の厚みが３０μｍ以上である前記＜１＞又は＜２＞の半導体装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体パッケージを実装基板から取り外すリペアが容易であって、半導体パッケージと実装基板との接続部の耐衝撃性を向上させることができる半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の半導体装置を説明する部分断面図である。
【図２】評価試験用の半導体パッケージ用配線板のサイズ、及び配線パターンを説明する平面図である。
【図３】評価試験用の半導体パッケージ、１パッケージ分の領域を拡大した平面拡大図である。
【図４】評価試験用の半導体パッケージに用いられる実装基板を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の半導体装置は、半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置であって、該半導体パッケージは、半導体パッケージ用層間絶縁層と、該半導体パッケージ用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該実装基板に電気的及び機械的に接続されるパッケージ側電極パッドと、該パッケージ側電極パッドの該半導体パッケージ用層間絶縁層側に配置されており該パッケージ側電極パッドに接する第１応力緩和層とを有し、該実装基板は、実装基板用層間絶縁層と、該実装基板用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該半導体パッケージに電気的及び機械的に接続される実装基板側電極パッドと、該実装基板側電極パッドの該実装基板用層間絶縁層側に配置されており該実装基板側電極パッドに接する第２応力緩和層とを有し、該第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、該第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ該第２応力緩和層の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である。
【００１３】
［半導体装置］
以下、本発明の一例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の半導体装置を説明する部分断面図である。図１には、半導体パッケージ用配線板が適用された半導体パッケージ及び半導体パッケージが接続される実装基板の一部が示されている。
図１に示す半導体装置１００は、半導体パッケージ１と、実装基板２とがはんだバンプ３によって電気的及び機械的に接続されることによって形成されている。はんだバンプ３とは、半導体パッケージ１と実装基板２とを接続する接続用電極であって、はんだボールやはんだペースト等で作製されている。
【００１４】
［半導体パッケージ］
＜半導体パッケージの構造＞
半導体パッケージ１は、半導体素子４と半導体パッケージ用配線板５とを有する。半導体素子４は、半導体パッケージ用配線板５に、はんだバンプ６によって電気的及び機械的に接続されている。半導体素子４と半導体パッケージ用配線板５との接続部分は、アンダフィル材７によって補強されていてもよい。
半導体パッケージ用配線板５は、コア層１１と、コア層１１の一方の表面に形成されたビルドアップ層１２と、コア層１１の他方の表面に形成されたビルドアップ層１３とを有する。
コア層１１は、半導体パッケージ用配線板５のコアを形成する層間絶縁層１４と、層間絶縁層１４の表面に配置された配線層１５とを有する。ここで、層間絶縁層１４は、半導体パッケージ用層間絶縁層を構成する。
ビルドアップ層１２は、層間絶縁層１６と配線層１７とを有する。配線層１７は、層間絶縁層１６がコア層１１の配線層１５と接する側と反対側の表面の所定領域に形成される。配線層１７が形成されていない層間絶縁層１６の表面、及び配線層１７の表面は、ソルダレジスト層１８により覆われている。
コア層１１の他方の表面に形成されるビルドアップ層１３は、層間絶縁層１９と、配線層２０と、層間絶縁層１９と配線層２０との間に配置されて層間絶縁層１９と配線層２０とに接する第１応力緩和層２１とを有する。
配線層２０は、層間絶縁層１９が配線層１５と接する側と反対側の表面の所定領域に形成された第１応力緩和層２１の表面に形成される。配線層２０の一部には、はんだバンプ３が接続される電極パッド２２が形成される。ここで、電極パッド２２は、パッケージ側電極パッドを構成する。
配線層２０が形成されていない第１応力緩和層２１の表面、層間絶縁層１９の表面に第１応力緩和層２１が形成されていないときは層間絶縁層１９の表面、及び配線層２０の表面であって電極パッド２２を除く部分は、ソルダレジスト層２３により覆われている。
図1に示すように、半導体パッケージ用配線板５が複数の層間絶縁層と複数の配線層とを有する場合には、第１応力緩和層２１は、実装基板２と電気的及び機械的に接続される電極パッド２２と層間絶縁層１９との間に配置される。
【００１５】
図１には省略されているが、半導体パッケージ用配線板５には、配線層１５，１７，２０を半導体パッケージ用配線板５の厚み方向に接続するビアホールやスルーホールが形成されていてもよい。
また、図１には、半導体素子４の入出力端子が半導体パッケージ用配線板５の配線層に、はんだバンプにより接続するフリップチップ方式（フェイスダウン実装）のものが説明されている。しかし、半導体素子４が半導体パッケージ用配線板５に固定されるとともに電気的に接続されればよく、フリップチップ方式に限定されない。
例えば、半導体素子４の入出力端子から導出された金ワイヤなどによって、半導体パッケージ用配線板５の配線層に直接金属間接合するワイヤボンド方式（フェイスアップ実装）であってもよい。
【００１６】
＜半導体パッケージ用配線板の各層の説明＞
（コア層）
コア層１１として、両面プリント配線板を使用することができる。両面プリント配線板は、例えば、層間絶縁層１４の表面に形成された配線パターンと裏面に形成された配線パターンとが層間絶縁層１４を貫通するめっきスルーホールで電気的に接続されたものである。
（コア層の層間絶縁層を形成する樹脂組成物）
コア層１１を形成する層間絶縁層１４用の樹脂組成物としては、絶縁層を形成することのできる従来の樹脂組成物であれば適用可能である。通常、熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂の硬化剤とを含有する熱硬化性樹脂組成物を加熱及び加圧して作製される硬化物を適用可能である。熱硬化性樹脂としては、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。
例えば、コア層１１を形成する層間絶縁層１４は、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂を含む樹脂成分１００質量部に対してシリカ１００〜２５０質量部を含有する樹脂組成物から形成することができる。
また、層間絶縁層１４は、シロキサン樹脂、シアネート樹脂を含む樹脂成分１００質量部に対してシリカ１００〜２００質量部を含有する樹脂組成物から形成することができる。
【００１７】
シロキサン樹脂としては、一般式（Ｉ）で示される構造の水酸基を含有するシロキサン樹脂を用いることができる。なかでも、シロキサン樹脂の両末端がフェノール性水酸基、アルコール性水酸基、又はアミノ基であると好ましい。
【００１８】
【化１】
（式中、Ｒ1は各々独立に炭素数１〜５のアルキレン基又はアルキレンオキシ基，Ａｒ1は各々独立に単結合、アリーレン基又は炭素数１〜５のアルキレン基であり、ｍは５〜１００の整数である。）
【００１９】
両末端にフェノール性水酸基を有するシロキサン樹脂の市販品としては、例えば、信越化学工業株式会社製、商品名Ｘ−２２−１８２１（水酸基価：３５ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名Ｘ−２２−１８２２（水酸基価：２０ＫＯＨｍｇ／ｇ）が挙げられる。
また、両末端にアルコール性水酸基を有するシロキサン樹脂の市販品としては、例えば、信越化学工業株式会社製、商品名Ｘ−２２−１６０ＡＳ（水酸基価：１１２ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名Ｘ−２２−４０１５（水酸基価：２７ＫＯＨｍｇ／ｇ）等が挙げられる。
また、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製、商品名ＫＦ−６００１（水酸基価：６２ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名ＫＦ−６００２（水酸基価：３５ＫＯＨｍｇ／ｇ）、商品名ＫＦ−６００３（水酸基価：２０ＫＯＨｍｇ／ｇ）等が挙げられる。
また、アミノ基を含有するシロキサン樹脂の市販品としては、例えば、信越化学工業株式会社製、商品名Ｘ−２２−１６１Ａ（アミノ基当量；８００）が挙げられる。
【００２０】
ポリイミド樹脂としては、例えば、１分子中に少なくとも２個のＮ−置換マレイミド基を有するマレイミド化合物（成分Ａ）と、酸性置換基を有するアミン化合物（成分Ｂ）とを反応させて得られる樹脂である。このような樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤として働く。成分Ａと成分Ｂとは、別途反応させた後、樹脂組成物に添加してもよいし、樹脂組成物を作製する際に、同時に添加してもよい。
成分Ａの例としては、例えば、ビス（４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（４−マレイミドフェニル）エーテル、ビス（４−マレイミドフェニル）スルホン、３，３−ジメチル−５，５−ジエチル−４，４−ジフェニルメタンビスマレイミド、４−メチル−１，３−フェニレンビスマレイミド、ｍ−フェニレンビスマレイミド、２，２−ビス−（４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル）プロパン等が挙げられる。
これらの中で、反応率が高く、より高耐熱性化できるビス（４−マレイミドフェニル）メタン、ｍ−フェニレンビスマレイミド及びビス（４−マレイミドフェニル）スルホンが好ましく、安価である点からｍ−フェニレンビスマレイミド及びビス（４−マレイミドフェニル）メタンがより好ましく、溶媒への溶解性の点からビス（４−マレイミドフェニル）メタンが特に好ましい。
成分Ｂの例としては、例えば、ｍ−アミノフェノール、ｐ−アミノフェノール、ｏ−アミノフェノール、ｐ−アミノ安息香酸、ｍ−アミノ安息香酸、ｏ−アミノ安息香酸、ｏ−アミノベンゼンスルホン酸、ｍ−アミノベンゼンスルホン酸、ｐ−アミノベンゼンスルホン酸、３，５−ジヒドロキシアニリン、３，５−ジカルボキシアニリン等が挙げられる。
これらの中で、溶解性や合成の収率の点からｍ−アミノフェノール、ｐ−アミノフェノール、ｐ−アミノ安息香酸、ｍ−アミノ安息香酸及び３，５−ジヒドロキシアニリンが好ましく、耐熱性の点からｍ−アミノフェノール及びｐ−アミノフェノールがより好ましい。
【００２１】
シアネート樹脂としては、例えば、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、ビスフェノールＥ型シアネート樹脂、ビスフェノールＦ型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型シアネート樹脂等が挙げられる。これらのうち１種又は２種以上を混合して使用することができる。
中でも、誘電特性、耐熱性、難燃性、低熱膨張性、及び安価である点から、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、又は一般式（ＩＩ）に示すノボラック型シアネート樹脂が好ましい。
【００２２】
【化２】
（ｎは、０又は１以上の整数である。）
一般式（ＩＩ）で示されるノボラック型シアネート樹脂の平均繰り返し数ｎは、特に限定されないが、１〜３０が好ましい。１より少ないと結晶化しやすくなり取り扱いが困難となる場合がある。また、３０より多いと硬化物が脆くなる場合がある。
ビスフェノールＡ型シアネート樹脂の市販品としては、ロンザジャパン株式会社製、商品名Ａｒｏｃｙ Ｂ−１０が挙げられる。また、ノボラック型シアネート樹脂の市販品としては、ロンザジャパン株式会社製、商品名プリマセットＰＴ−３０（重量平均分子量５００〜１，０００）、商品名プリマセットＰＴ−６０（重量平均分子量２，０００〜３，０００）等が挙げられる。
【００２３】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、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、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂，ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂の硬化剤としては、特に制限はないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂、ビスマレイミド含有アミノトリアジンノボラック樹脂等が好ましい。
硬化剤の量は、エポキシ基に対して０．５〜１．５当量とすることが好ましく、０．７５〜１．２５当量とすることがより好ましい。
【００２４】
シリカとしては、溶融シリカを用いることができる。溶融シリカの市販品としては、アドマテック社製の商品名ＳＯ−２５Ｒ）等が挙げられる。本発明の熱硬化性樹脂組成物において、溶融シリカの配合量は、樹脂成分１００質量部に対して１００〜２５０質量部とすることが好ましい。
【００２５】
層間絶縁層１４用の樹脂組成物は、必要に応じて、難燃剤、無機充填材等を含有していてもよい。難燃剤としては、例えば、ハロゲン含有樹脂、リン含有樹脂、窒素含有樹脂等が挙げられる。
無機充填材としては、例えば、破砕シリカ、マイカ、タルク、ガラス短繊維又は微粉末及び中空ガラス、炭酸カルシウム、石英粉末、金属水和物等が挙げられる。これらの中で、低熱膨張性や高弾性、耐熱性、難燃性の点から、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水和物を使用することが好ましい。
シリカを除いた無機充填材の量は、溶剤を除く全固形分中で２０〜８０質量％とすることが好ましく、３０〜７０質量％とすることがより好ましい。
【００２６】
（層間絶縁層の構成）
コア層１１を形成する層間絶縁層１４は、通常、上述した熱硬化性樹脂組成物がＢステージ化したシート状の樹脂組成物から形成することができる。コア層１１を形成する層間絶縁層１４は、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物が基材に含浸し、乾燥してＢステージ化して作製されたものでもよい。また、熱硬化性樹脂組成物のワニス溶液を基材に含浸することなく、乾燥してＢステージ化したものでもよい。基材としては、例えば、ガラス織布やガラス不織布等のガラスクロスが挙げられる。
ガラスクロスなどの基材を用いた場合には、基材を用いない場合と比較して、平面方向の熱膨張係数が小さくなる傾向がある。このため、コア層１１を形成する層間絶縁層１４には、ガラスクロスなどの基材を用いることが好ましい。
ガラスクロスに用いられるガラスの種類は、特に限定されるものではないが、一般的に広くＦＲＰ用ガラスクロスに用いられるアルミノケイ酸ガラスが好適である。中でも、シリカ成分を増量して熱膨張係数を低下させた、いわゆるＳガラスを用いることが好ましい。
シリカ成分は、ガラスクロス１００質量部に対して６０〜７０質量部含まれることが好ましく、６４〜６６質量部含まれることがより好ましい。シリカ成分が６０質量部未満になると、層間絶縁層の熱膨張係数を低減させる効果が低くなる。また、シリカ成分が７０質量部を超えるとガラスクロスが割れ易くなり、半導体パッケージ用配線板が脆くなる傾向がある。
【００２７】
（層間絶縁層の物性）
コア層１１を形成する層間絶縁層１４の平面方向の２５℃〜１６５℃の平均の熱膨張係数は、５．５×１０-6／℃以下であることが好ましく、４．５×１０-6／℃以下であることがより好ましい。熱膨張係数が５．５×１０-6／℃より高くなると、半導体パッケージ１の反りが大きくなる傾向にある。
また、コア層１１を形成する層間絶縁層１４の平面方向の１６５℃〜２６０℃の平均の熱膨張係数は、７．５×１０-6／℃以下であることが好ましく、４．５×１０-6／℃以下であることがより好ましい。熱膨張係数が７．５×１０-6／℃以下にすると、半導体パッケージ１の反りを抑制できる。
【００２８】
コア層１１を形成する層間絶縁層１４の平面方向の２５℃〜１６５℃の平均の熱膨張係数、及び１６５℃〜２６０℃の平均の熱膨張係数は、上記（層間絶縁層の構成）で説明した構成によって達成される。すなわち、層間絶縁層を形成する樹脂組成物、樹脂組成物へのシリカの配合量、コア層を形成するガラスクロスなどの基材の種類、基材としてのガラスクロスにおけるシリカ成分量、半導体パッケージ用配線板の厚みに対するコア層を形成する層間絶縁層の厚み比などである。
本発明において、層間絶縁層の平面方向の熱膨張係数とは、層間絶縁層の厚み方向に垂直な方向における線膨張係数を意味し、次のように測定されるものである。
層間絶縁層を合計厚みが０．２ｍｍとなるように積層してプレス成型したプリプレグをテストサンプルとして使用して、ＴＭＡ装置（ＴＡインスツルメンツ製、装置名：ＴＡ２９４０）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ、測定モードは圧縮、印可加重は０．０５Ｎ、昇温速度は１０℃／分とする。装置内でサンプルの温度を２３０℃程度まで上げ、その後１０℃まで冷却する前処理を行ってから測定を開始し、得られた２５℃〜１６５℃の平均の熱膨張係数、及び１６５℃〜２６０℃の平均の熱膨張係数を算出する。
【００２９】
（ビルドアップ層の層間絶縁層を形成する樹脂組成物）
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９は、コア層１１を形成する層間絶縁層１４用の樹脂組成物と同様のものが用いられる。
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９の厚みは、それぞれ２００μｍ〜１０μｍとすることができ、より好ましくは、１００〜２０μｍである。ビルドアップ層の厚みが２００μｍ以下であれば、半導体パッケージ１の反りを抑制することができる。また、ビルドアップ層の厚みが１０μｍ以上であれば、良好な層間絶縁性を得ることができる。
【００３０】
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９用の樹脂組成物は、必要に応じて、それぞれ難燃剤、無機充填材等を含有していてもよい。難燃剤としては、例えば、ハロゲン含有樹脂、リン含有樹脂、窒素含有樹脂等が挙げられる。無機充填材としては、例えば、アルミナ、シリカ、無機水和物充填材、アルミノケイ酸塩、水酸化アルミニウム等が挙げられる。
【００３１】
ビルドアップ層１２及び１３を形成する層間絶縁層１６及び１９は、コア層１１を形成する層間絶縁層１４と同様に、熱硬化性樹脂組成物がＢステージ化したシート状の樹脂組成物から形成されていてもよい。また、熱硬化性樹脂組成物が、ガラスクロスなどの基材に含浸し、乾燥してＢステージ化して作製されてものでもよい。
【００３２】
（第１応力緩和層を形成する樹脂組成物）
第１応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、該応力緩和層の２５℃の弾性率を２．５ＧＰａ以下にすることができる樹脂組成物であり、層間絶縁層と配線層との両者に対する密着性が良好な樹脂組成物を用いる必要がある。
応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、低弾性率性を示すエポキシ樹脂やポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂など、どのような樹脂でも構わない。
これらの樹脂を低弾性率化するために、ゴム成分等を添加しても構わないし、長鎖な脂肪族炭化水素鎖やエチレングリコール鎖を導入した樹脂を用いても構わない。
【００３３】
（第１応力緩和層の物性）
第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、２．５ＧＰａ以下であり、１．８ＧＰａ以下がより好ましい。第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａより高くなると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られなくなり、耐温度サイクル性が低下する。また、第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、０．２ＧＰａ以上であることが好ましい。０．２ＧＰａを下回ると、配線層の平坦性が確保できなくなるため、好ましくない。
第１応力緩和層の厚みは、２μｍ以上であることが好ましく、４μｍ以上であることがより好ましい。第１応力緩和層の厚みが２μｍ以上であると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られ、耐温度サイクル性を向上できる。また、第１応力緩和層の厚みは、１０μｍ以下であることが好ましい。１０μｍ以下であれば、配線層の平坦性を確保できる。
【００３４】
第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、上述した樹脂組成物の配合、応力緩和層の厚みによって達成される。
本発明において、第１応力緩和層の弾性率は、次のように測定される値である。
測定対象のサンプルは、測定の都合上、ある程度の厚みが必要となるため、測定対象の第１応力緩和層を合計厚みが０．４ｍｍとなるように複数枚積層してプレス成型したものをテストサンプルとして使用して、引張曲げ試験機（島津製作所製、装置名：テンシロン）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ、測定モードは、３点曲げで、サンプルの支持スパンは、２０ｍｍ、冶具の変位速度は１ｍｍ／分とする。
【００３５】
（配線層）
コア層１１及びビルドアップ層１２及び１３に形成される配線層１５，１７，及び２０の材質としては、例えば、銅が挙げられる。配線層１５，１７，及び２０の厚みは、それぞれ３〜２０μｍであることが好ましく、５〜１８μｍであることがより好ましい。３μｍ以上であると、配線層の剛性を高めることができ、半導体パッケージ１の反りを抑制できる。また、配線層１５，１７，及び２０の厚みが２０μｍ以下であると、配線層の表面に、層間絶縁層などの層を更に形成する場合に、作業性及び成形性が良好になる。
配線層に形成される電極パッドは、図１に示すように、電極パッド２２及び３３の一部がソルダレジスト層２３及び３５で覆われるＳＭＤ（Ｓｏｌｄｅｒ−Ｍａｓｋ−Ｄｅｆｉｎｅｄ）タイプとすることができる。また、電極パッドがソルダレジスト層で覆われないＮＳＭＤ（Ｎｏｎ−Ｓｏｌｄｅｒ−Ｍａｓｋ−Ｄｅｆｉｎｅｄ）タイプとすることもできる。電極パッド２２及び３５に施す後処理は、特に限定されない。例えば、半導体パッケージ１と実装基板２との接続に用いるはんだバンプの受けはんだを施してもよく、Ｎｉ−Ａｕめっきなどの保護めっきを施してもよい。
【００３６】
＜半導体パッケージ用配線板の物性＞
半導体パッケージ用配線板と構成する各層の厚さは、以下のようにすることが好ましい。
すなわち、コア層の厚みは、３０〜３００μｍであり、ビルドアップ層を有する場合、ビルドアップ層の厚みは、１０〜２００μｍであり、各配線層の厚みは、３〜３０μｍであり、ソルダレジスト層の厚みは、５〜３０μｍである。各配線層の残銅率は９０％以下であることが好ましい。
各層を合成した半導体パッケージ用配線板の合計厚みＤは、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。半導体パッケージ用配線板の厚みＤは、さらには０．４ｍｍ以下が好ましい。厚みＤが０．５ｍｍより厚いものは、半導体パッケージ用配線板の剛性が十分に得られ、「反り」が発生しにくいため、応力緩和層による反りの低減効果が小さい。
【００３７】
＜半導体パッケージ用配線板の製造方法＞
半導体パッケージ用配線板の製造方法について説明する。半導体パッケージ用配線板のコア層の両面にビルドアップ層を形成する場合について説明する。ビルドアップ層には、ガラスクロスを含むビルドアップ層と、ガラスクロスを含まないビルドアップ層とがある。なお、コア層の実装基板側の表面にビルドアップ層を形成しなくてもよい場合もある。
【００３８】
（半導体パッケージ用配線板のコア層の外側にビルドアップ層を形成する場合）
・ガラスクロスを含むビルドアップ層
以下に示す製造工程を経ることにより、ガラスクロスを含有するビルドアップ層を有する半導体パッケージ用配線板を作製できる。
まず、コア層を作製する。層間絶縁層用の樹脂組成物をガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得る。プリプレグの両面に配線層として銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張り積層板を作製する。必要に応じて、銅張り積層板にスルーホール形成及びスルーホール内壁めっき処理を行う。銅箔をエッチングすることによって、コア層の表裏に配線パターンを形成する。
続いて、ビルドアップ層を形成する。ビルドアップ層の層間絶縁層用の樹脂組成物をビルドアップ層用のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化したプリプレグを作製する。このプリプレグを上記コア層の両面に配置する。さらにその外側に銅箔を配置する。
このとき、プリプレグの実装基板側の表面には、予め応力緩和層が配置された銅箔を、応力緩和層がプリプレグに接するように配置する。これらをプレスにより貼り合わせる。必要に応じて、炭酸ガスレーザ等により、インナービアホールを形成するための所定の加工を行う。
続いて、銅箔をエッチングして、表裏の配線パターンを形成する。必要に応じて、配線パターンの上にソルダレジスト層を塗布する。
【００３９】
・ガラスクロスを含まないビルドアップ層
以下に示す製造工程を経ることにより、ガラスクロスを含まないビルドアップ層を有する半導体パッケージ用配線板を作製できる。
まず、層間絶縁層用の樹脂組成物をガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得る。プリプレグの両面に銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張り積層板を作製する。必要に応じて、コア層にスルーホール形成及びスルーホール内壁めっき処理を行う。銅箔をエッチングすることによって表裏の配線を形成する。
層間絶縁層用の樹脂組成物を所定の厚みに塗工、乾燥し、半硬化させる。半硬化させた層間絶縁層用の樹脂組成物をコア層の両面に配置し、真空加圧式ラミネータ等を用いて、真空下で加温するとともに、加圧し、熱風循環式乾燥機内で乾燥させる。このとき、実装基板側には、応力緩和層を配置する。
【００４０】
必要に応じて、炭酸ガスレーザ等により、インナービアホールを形成するための所定の加工を行う。また、セミアディティブ工法によって、層間絶縁層の表裏面に配線パターンを形成する。必要に応じて、配線パターンを保護するソルダレジスト層を塗布する。
ビルドアップ層の作製に際し、層間絶縁層用の樹脂組成物の種類などは、特に限定されるものではないが、コア層に用いる層間絶縁層用の樹脂組成物と同じ種類の層間絶縁層用の樹脂組成物を用いてビルドアップ層を形成することが好ましい。これにより、コア層とビルドアップ層との熱膨張係数差がなくなり、コア層とビルドアップ層との界面において余計な応力が生じることなく、良好な密着強度が得られる。
このように製造された半導体パッケージ用配線板は、特定の熱膨張係数を有する層間絶縁層をコア層として有するとともに、応力緩和層を有するため、半導体素子の熱膨張係数と半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数との差により、使用環境下において半導体パッケージが反ったり、リフローはんだによる実装基板への取り付け工程において半導体パッケージが反ったりすることが起こりにくく、耐温度サイクル性に優れ、半導体パッケージの薄型化に対応できる。
【００４１】
（半導体パッケージ用配線板のコア層の外側にビルドアップ層を形成しない場合）
例えば、ビルドアップ層を設けない場合には、以下のような作製工程を経ることができる。コア層の層間絶縁層用の樹脂組成物をガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得る。プリプレグの両面に配線層として銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張り積層板を作製する。このとき、プリプレグの実装基板側の表面には、予め応力緩和層が配置された銅箔を、応力緩和層がプリプレグに接するように配置する。これらをプレスにより貼り合わせる。
必要に応じて、炭酸ガスレーザ等により、インナービアホールを形成するための所定の加工を行って、銅張り積層板にスルーホール形成及びスルーホール内壁めっき処理を行う。
続いて、銅箔をエッチングして、表裏の配線パターンを形成する。必要に応じて、配線パターンの上にソルダレジスト層を塗布する。
このように製造された半導体パッケージ用配線板は、応力緩和層を有するため、半導体素子の熱膨張係数と半導体パッケージ用配線板の熱膨張係数との差により、使用環境下において半導体パッケージが反ったり、リフローはんだによる実装基板への取り付け工程において半導体パッケージが反ったりすることが起こりにくく、耐温度サイクル性に優れ、半導体パッケージの薄型化に対応できる。
【００４２】
＜半導体パッケージの組立＞
半導体パッケージは、以下に示す製造工程を経ることにより、上述した半導体パッケージ用配線板に、半導体素子を接続して組み立てることができる。
半導体素子のはんだ電極が半導体パッケージ用配線板に形成された電極パッドに対向するように配置し、例えば、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に接合する。
必要に応じて、半導体素子と半導体パッケージ用配線板の間に、半導体素子と半導体パッケージ用配線板との接続部を補強するアンダフィル材を注入し、硬化させる。
【００４３】
［実装基板］
＜実装基板の構造＞
半導体パッケージ１が接続される実装基板２は、実装基板２のコアを形成する層間絶縁層３１と、配線層３２とを有する。配線層３２の一部には、はんだバンプ３が接続される電極パッド３３が形成されている。また、実装基板２は、配線層３２と、層間絶縁層３１と配線層３２との間に配置されて層間絶縁層３１と配線層３２とに接する第２応力緩和層３４を有する。ここで、層間絶縁層３１は、実装基板用層間絶縁層を構成し、電極パッド３３は、実装基板側電極パッドを構成する。
配線層３２が形成されていない第２応力緩和層３４の表面、層間絶縁層３１の表面に第２応力緩和層３４が形成されていない部分があるときは層間絶縁層３１の表面、及び配線層３２の表面であって電極パッド３２を除く部分は、ソルダレジスト層３５により覆われている。
実装基板２の層間絶縁層３１の、半導体パッケージ１が接続される面の反対側の表面にも第２応力緩和層３６が形成されていてもよい。第２応力緩和層３６の表面に配線層３７が形成されていてもよい。
配線層３７が形成されていない第２応力緩和層３６の表面、層間絶縁層３１の表面に第２応力緩和層３６が形成されていない部分があるときは層間絶縁層３１の表面、及び配線層３７の表面は、ソルダレジスト層３８により覆われている。
【００４４】
（層間絶縁層及び配線層）
実装基板２の層間絶縁層３１及び配線層３２，３７は、半導体パッケージ用配線板５において説明したものと同様のものを使用することができる。
【００４５】
（第２応力緩和層を形成する樹脂組成物）
第２応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、第２応力緩和層の２５℃の弾性率を３ＧＰａ以下、且つ２５℃における平面方向の熱膨張係数を８×１０-6／℃以下にすることができる樹脂組成物であり、層間絶縁層と配線層との両者に対する密着性が良好な樹脂組成物を用いる必要がある。
第２応力緩和層を形成する樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂、低弾性樹脂、硬化促進剤、カップリング材、充填剤及びそれらをワニス化するための希釈溶剤が使用される。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂が好適に用いられる。
エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば特に制限されるものでは無い。具体例としては、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、ブロム化ビスフェノールＡ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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を用いることができ、これらは、１種でも２種以上を組み合わせてもよい。これらの中から、その他の樹脂との反応性や樹脂の難燃化に良好なブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好適に使用される。
フェノール樹脂は、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂であれば特に制限されるものではない。具体例としては、クレゾールノボラック、フェノールノボラック、アミノトリアジンノボラック等を用いることができ、これらは、１種でも２種以上を組み合わせてもよい。これらの中から、その他樹脂との反応性が良好なクレゾールノボラックが好適に用いられる。
低弾性樹脂としては、アクリルゴムが好適に用いられる。アクリルゴムは（メタ）アクリル酸アルキルエステルをモノマーとする共重合体であり、含まれるアルキル基には脂環式基、グリシジル基、水酸基等の置換基が用いられる。これらは（メタ）アクリル酸アルキルエステルと共重合できる化合物であれば特に制限されるものでは無く、１種でも２種以上を組み合わせてよいが、グリシジル基を有するアクリルゴムがその他樹脂との反応性や相溶性の点から好適に用いられる。
硬化促進剤としては、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、イミダゾール類化合物、有機リン化合物、第二級アミン、第三級アミン、第四級アンモニウム塩等が挙げられるが、好適にはイミダゾール化合物が用いられる。イミダゾール化合物としては、２−メチルイミダゾール（２ＭＺ）、２−エチル−４−メチルイミダゾール（２Ｅ４ＭＺ）、２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール等が挙げられる。
カップリング材としては、ガラスクロス基材との密着性、充填剤の分散性及び銅箔との接着性を向上できるものであれば特に制限されるものでは無いが、好適にはシランカップリング材が用いられる。シランカップリング材としては、エポキシ系、アミン系、イソシアナト系、尿素系等が挙げられるが、尿素系シランカップリング材が銅箔との密着性が良好であることから好適に用いられる。
充填剤には、溶融シリカ、ガラス、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、チタン酸カリウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウムなどを、粉末又は球形化したビーズとして用いられる。また、ウィスカー、単結晶繊維、ガラス繊維、中空フィラー等の形状のものも用いられる。これらの中から好適には溶融シリカが用いられる。
上記樹脂材料をワニス化するための希釈溶剤は、特に制限するものではないが、ケトン系、芳香族炭化水素系、エステル系、アミド系、アルコール系等が用いられる。具体的には、ケトン系溶剤として、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等が、芳香族炭化水素系としては、トルエン、キシレン等が、エステル系溶剤としてはメトキシエチルアセテート、エトキシエチルアセテート、ブトキシエチルアセテート、酢酸エチル等が、アミド系溶剤としてはＮ−メチルピロリドン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等が、アルコール系溶剤としてはメタノール、エタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等が挙げられる。これらからケトン系溶剤が好適に用いられさらにはメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンが好適に用いられる。また、これらの溶剤は１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００４６】
（第２応力緩和層の物性）
第２応力緩和層の２５℃の弾性率は、３ＧＰａ以下であり、２．５ＧＰａ以下がより好ましい。第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａより高くなると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られなくなり、耐温度サイクル性が低下する。また、応力緩和層の２５℃の弾性率は、０．２ＧＰａ以上であることが好ましい。０．２ＧＰａを下回ると、実装基板２に種々の部品を実装したとき、実装基板自体の変形が大きくなり、実装基板の信頼性が低下する。
【００４７】
第２応力緩和層の２５℃の弾性率は、上述した樹脂組成物の配合、応力緩和層の厚みによって達成されるものである。
本発明において、第２応力緩和層の弾性率は、次のように測定されるものである。
第２応力緩和層を合計厚みが０．４ｍｍとなるように積層してプレス成型したプリプレグをテストサンプルとして使用して、引張曲げ試験機（島津製作所製、装置名：テンシロン）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ、測定モードは、３点曲げで、サンプルの支持スパンは、２０ｍｍ、冶具の変位速度は１ｍｍ／分とする。
【００４８】
第２応力緩和層の２５℃における平面方向の熱膨張係数は、８×１０-6／℃以下であることが必須であり、７×１０-6／℃以下であることがより好ましい。８×１０-6／℃を超えると、汎用の半導体パッケージ１と実装基板２の熱膨張係数との差が大きくなるため、耐温度サイクル性が低下する。
また、第２応力緩和層の２５℃における平面方向の熱膨張係数は、３×１０-6／℃以上であることが好ましい。３×１０-6／℃未満であると、第２応力緩和層が配される層間絶縁樹脂３１の熱膨張係数との差が広がり、第２応力緩和層３４，３６と層間絶縁層３１との間の剥離が生じやすくなる。
【００４９】
第２応力緩和層の２５℃の平面方向の熱膨張係数は、上述した樹脂組成物の配合、第２応力緩和層の厚みなどによって達成されるものである。
本発明において、第２応力緩和層の平面方向の熱膨張係数は、第２応力緩和層の厚み方向に垂直な方向における線膨張係数を意味し、次のように測定されるものである。
第２応力緩和層を形成する樹脂組成物が半硬化状態になったものを数枚重ねてプレス成型し、合計厚みを０．２ｍｍとしたものをテストサンプルとして使用して、ＴＭＡ装置（ＴＡインスツルメンツ製、装置名：ＴＡ２９４０）を用いて測定する。テストサンプルのサイズは、長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ、測定モードは圧縮、印可加重は０．０５Ｎ、昇温速度は１０℃／分とする。装置内でサンプルの温度を２３０℃程度まで上げ、その後１０℃まで冷却する前処理を行ってから、測定を開始し、２５℃における平面方向の熱膨張係数を測定する。
【００５０】
第２応力緩和層の厚みは、３０μｍ以上であることが好ましく、３５μｍ以上であることがより好ましい。第２応力緩和層の厚みが３０μｍ未満であると、はんだバンプや電極パッドにかかる応力を低減する効果が十分に得られず、耐温度サイクル性が向上する。また、落下時の衝撃を緩和する効果が十分に得られず、落下に対する耐性が低下する傾向にある。また、第２応力緩和層の厚みは、２００μｍ以下であることが好ましい。２００μｍを超えると、実装基板２に種々の部品を実装したとき、実装した部品の配線層３７と層間絶縁層３１に対する安定性が低下し、実装基板の信頼性が低下する。
【００５１】
［実装基板の作製］
実装基板２の作製方法は、特に限定されない。常法により作製できる。第２応力緩和層を形成する方法の一例としては、第２応力緩和層をビルドアップ層として設ける方法である。この場合には，以下のような作製工程を経る。
層間絶縁層を形成する絶縁性の樹脂組成物をコア層用のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化したプリプレグを得る。半硬化したプリプレグの両面に銅箔を配置し、プレスにより貼り合わせ、銅張りガラス布−エポキシ樹脂積層板を作製する。必要に応じて、スルーホールを形成し、スルーホールの内壁をめっき処理する。
銅張りガラス布−エポキシ樹脂積層板表面の銅箔をエッチングすることによって表裏の配線層を形成する。
次に、第２応力緩和層を形成する絶縁性の樹脂組成物をビルドアップ層用のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化したプリプレグを得る。この半硬化した第２応力緩和層用のプリプレグを、配線層が形成された銅張りガラス布−エポキシ樹脂積層板の一方の面又は両面に配置し、さらにその外側に配線層を形成する銅材料を配置し、所定の条件でプレスにより貼り合わせる。
必要に応じて、炭酸ガスレーザ等によりインナービアホールを形成するための所定の加工を行う。銅材料をエッチングすることによって表裏の配線層を形成する。また、必要に応じて、配線層を保護する目的でソルダレジスト層を塗布する。これにより、第２応力緩和層を有する実装基板が得られる。
【００５２】
［半導体装置の作製］
上述のように作製された半導体パッケージと実装基板とを、互いの電極パッド同士を対向させて配置し、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載したときと同様に、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体パッケージと実装基板とを接合する。
【実施例】
【００５３】
次に、下記の実施例により本発明を更に詳しく説明するが、これらの実施例は本発明を制限するものではない。まず、実施例及び比較例で行ったパッケージ反り及び耐温度サイクル性の評価方法と、各物性の測定方法について説明する。
【００５４】
［評価方法］
＜応力緩和層の弾性率＞
第１応力緩和層の２５℃の弾性率は、引張・曲げ試験機（島津製作所製、商品名：テンシロン）を用いて測定した。測定対象のサンプルは、測定の都合上、ある程度の厚みが必要となるため、測定対象の第１応力緩和層を合計厚みが０．４ｍｍとなるように複数枚積層してプレス成型したものをテストサンプルとして使用した。サンプルサイズは長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍとした。測定モードは３点曲げで、サンプルの支持スパンは２０ｍｍ、冶具の変位速度は１ｍｍ／分とした。
第２応力緩和層の弾性率は、動的粘弾性測定装置（株式会社ＵＢＭ製、商品名：（ＤＶＥ）Ｒｅｏｇｅｌ−Ｅ―４０００）を用いて測定した。サンプルは、次に示した手順で作製した樹脂フィルムを用いて測定した。
第２応力緩和層用のワニスを１８μｍのロープロファイル銅箔上に乾燥後５０μｍ厚になるように塗布した後、１２０℃１０分乾燥し、半硬化状態の第２応力緩和層が塗布された第２応力緩和層樹脂付き銅箔を得た。第２応力緩和層樹脂付き銅箔の樹脂側同士を張り合わせて１８５℃／９０分、圧力２．５ＭＰａにて真空プレスし、第２応力緩和層樹脂の両面板を得た。得られた第２応力緩和層両面板の銅箔をエッチング除去し、第２応力緩和層樹脂フィルムを得た。この第２応力緩和層樹脂フィルムを幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍに切り出して弾性率測定用サンプルとした。測定条件はチャック間距離２０ｍｍ、温度範囲：−５０〜２８０℃、昇温速度１０℃／分とした。
【００５５】
＜熱膨張係数＞
第２応力緩和層の平面方向の熱膨張係数は、ＴＭＡ装置ＴＡ２９４０（ＴＡインスツルメンツ製、商品名）を用いて測定した。第２応力緩和層を形成する樹脂組成物が半硬化状態になったものを数枚重ねてプレス成型し、合計厚みを０．２ｍｍとしたものをテストサンプルとして使用した。テストサンプルのサイズは、長さ５ｍｍ×幅５ｍｍ、測定モードは圧縮、印可加重は０．０５Ｎ、昇温速度は１０℃／分とした。装置内でサンプルの温度を２３０℃程度まで上げ、その後１０℃まで冷却する前処理を行ってから、測定を開始し、２５℃における平面方向の熱膨張係数を測定した。
【００５６】
＜耐温度サイクル性＞
耐温度サイクル性は、温度サイクル試験器（楠本化成製、装置名：ＮＴ１０１０）を用いて試験した。テストサンプルに、−５５〜１２５℃の昇温変化を１５分かけて与えて、１２５〜−５５℃の降温変化を１５分かけて与える、これを１サイクル（＝１回）とする温度変化を繰り返し与え、半導体パッケージ用配線板と実装基板との間で形成されたデイジーチェーン回路の電気抵抗値を測定した。この電気抵抗値が初期値の２倍になったときをＮＧとし、ＮＧになるまでの回数で表した。このほかの評価条件は、ＪＥＳＤ２２−Ａ１０４Ｃにあるｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｂに準拠した。
【００５７】
＜耐落下衝撃性＞
耐落下衝撃性は，落下衝撃試験機（日立テクノロジーアンドサービス製、商品名：ＢＩＴ−６００Ｓ）を用いて試験した。第２応力緩和層を設けない基準となる実装基板の中心にひずみゲージを貼り付け、落下衝撃時の基板のひずみが３０００μひずみになるように落下高さを設定した。設定された高さから落下させることによって落下衝撃を加えた際に，半導体装置の半導体パッケージと実装基板の間で形成されたデイジーチェーン回路の電気抵抗値をチェックし、初期値の２倍になったときをＮＧとした。
【００５８】
［層間絶縁層の作製］
コア層及びビルドアップ層を形成する層間絶縁層用の樹脂組成物として、以下の３種類の樹脂組成物を用いた。
＜層間絶縁層用の樹脂組成物＞
温度計、攪拌装置、還流冷却管の付いた加熱及び冷却可能な容積３リットルの反応容器に、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザジャパン社製；商品名Ａｒｏｃｙ Ｂ−１０）を５００．０ｇと、下記一般式（１）に示すシロキサン樹脂（信越化学社製；商品名Ｘ−２２−１８２１、水酸基当量；１６００）を５００．０gと、トルエンを１０００ｇ配合し、撹拌しながら昇温した。１２０℃に到達した後、ナフテン酸亜鉛の８質量％ミネラルスピリット溶液を０．０１ｇ添加し、約１１５〜１２５℃で４時間還流反応を行った後、室温に冷却し、熱硬化性樹脂の溶液を得た。
【００５９】
【化３】
（式中のｐは、平均して３５〜４０の数）
得られた熱硬化性樹脂１００重量部（固形分）、及び溶融シリカ（アドマテック社製；商品名ＳＯ−２５Ｒ）１５０重量部、及び希釈溶剤にメチルエチルケトンを使用して、混合して樹脂分６０質量％の均一なワニスを得た。
【００６０】
［応力緩和層用の樹脂組成物の作製］
＜第１応力緩和層用の樹脂組成物Ａ＞
ビフェニル構造を有するノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製、商品名：ＮＣ３０００Ｓ−Ｈ）を８０重量部、カルボン酸変性アクリロニトリルブタジエンゴム粒子（ＪＳＲ株式会社製、商品名：ＸＥＲ−９１ＳＥ−１５）を２重量部、カルボン酸変性ポリビニルアセタール樹脂（積水化学工業株式会社製、商品名：ＫＳ−２３Ｚ）を５重量部、トリアジン環含有クレゾールノボラック型フェノール樹脂（窒素含有量１８％、水酸基当量１５１、大日本インキ化学工業株式会社製、商品名：フェノライトＥＸＢ−９８２９）を１３重量部、１，８−ジアザビシクロウンデセン（関東化学株式会社製、商品名：ＤＢＵ）を０．３重量部、メチルエチルケトンを１５０重量部配合して樹脂組成物Ａを得た。
【００６１】
＜第１応力緩和層用の樹脂組成物Ｂ＞
フェノールノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業製、商品名：Ｎ−７７０）を６０重量部、クレゾールノボラック型フェノール樹脂（大日本インキ化学工業製、商品名：ＫＡ−１１６５）を４０重量部、１，８−ジアザビシクロウンデセン（関東化学株式会社製、商品名：ＤＢＵ）を０．３重量部、メチルエチルケトンを１５０重量部配合して樹脂組成物Ｂを得た。
【００６２】
＜第２応力緩和層用の樹脂組成物Ｃ＞
ブロム化エポキシ樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：エピクロン１５３）を４２重量部、クレゾールノボラック型フェノール樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：ＫＡ−１１６５）を１２重量部、アクリルゴム（日立化成工業株式会社製、商品名：ＫＨ−ＣＴ−８６５）を４５重量部、１−シアノエチルー２―フェニルイミダゾール（四国化成株式会社、商品名：２ＰＺ−ＣＮ）を０．１重量部、尿素系シランカップリング材（東レダウコーニング株式会社製、商品名：ＡＺ−６２６０）、粉砕シリカ（福島窯業株式会社製、商品名：Ｆ０５−１２）、メチルイソブチルケトンを２２０重量部配合し、攪拌して樹脂組成物Ｃのワニスを得た。
【００６３】
＜第２応力緩和層用の樹脂組成物Ｄ＞
ブロム化エポキシ樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：エピクロン１５３）を６２重量部、クレゾールノボラック型フェノール樹脂（ＤＩＣ株式会社製、商品名：ＫＡ―１１６５）を１８重量部、アクリルゴム（日立化成工業株式会社製、商品名：ＫＨ−ＣＴ−８６５）を２０重量部、１−シアノエチルー２−フェニルイミダゾール（四国化成株式会社、商品名：２ＰＺ−ＣＮ）を０．１重量部、尿素系シランカップリング材（東レダウコーニング株式会社製、商品名：ＡＺ−６２６０）、粉砕シリカ（福島窯業株式会社製、商品名：Ｆ０５−１２）、メチルイソブチルケトンを１６０重量部配合し、攪拌して樹脂組成物Ｄのワニスを得た。
【００６４】
［半導体パッケージ用配線板を構成する他の材料］
＜ガラスクロス＞
コア層形成用のガラスクロスには、シリカ成分を増量したＳガラスを用いた。また、ＩＰＣ型番２１１７（日東紡績株式会社製）、又はＩＰＣ型番１０７８（日東紡績株式会社製）のものを用いた。また、ビルドアップ層形成用のガラスクロスにはＩＰＣ型番１０３７（日東紡績株式会社製）のものを用いた。
＜配線層＞
コア層及びビルドアップ層に形成する配線層としては、厚みが１２μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名：３ＥＣ−ＶＬＰ−１２）を用いた。
＜ソルダレジスト層＞
ソルダレジスト層として、ＳＲ７２００Ｇ（日立化成工業株式会社製）を用いた。
【００６５】
［半導体パッケージ用配線板の作製］
半導体パッケージ用配線板の作製方法について説明する。
図２に示すように、評価試験用の半導体パッケージ用配線板のサイズ、及び配線パターンを設定した。テスト用の半導体パッケージ用配線板のストリップサイズは、１４０ｍｍ×６０ｍｍとした。
ストリップから半導体パッケージの１パッケージ分のサイズをダイシングにより切り出した。１パッケージ分のサイズは、１４．４ｍｍ×１４．４ｍｍ（ダイシングライン０．２ｍｍを含み、ダイシングにて個片化後は１４ｍｍ×１４ｍｍになる）とした。
【００６６】
＜コア層の作製＞
上述した層間絶縁層用の樹脂組成物を、コア層形成用のＩＰＣの型番２１１７のガラスクロスを２枚重ねたものに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。この際の加熱条件は、１６０℃で３分間とした。
得られたプリプレグの両面に、厚さ１２μｍの銅箔を重ねて配線層とし、プレス成型することにより、コア層を得た。その際のプレス条件は、２３０℃、９０分間、２．５ＭＰａとした。得られたコア層を形成する層間絶縁層の厚さｄは、０．２ｍｍであった。
続いて、得られたコア層に、ドリル直径０．１ｍｍ、最小ピッチ０．６ｍｍで、１パッケージあたり２７２箇所に穴あけ処理を施した。その後、形成された穴内部に銅めっきを施すことにより、プリプレグの両面に形成された配線層を電気的に接続した。ダミーのスルーホールを設けた。その後、配線層をエッチングすることにより、配線パターンを作製した。スルーホール部の周囲には、パッドを形成した。配線パターン及びパッド形成後の配線層の残銅率は、６０％であった。
【００６７】
＜ビルドアップ層の作製＞
上述した層間絶縁層用の樹脂組成物を、ビルドアップ層形成用のＩＰＣの型番１０２７のガラスクロスを２枚重ねたものに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。この際の加熱条件は、１６０℃で３分間とした。得られたビルドアップ層を形成する層間絶縁層の厚さｄは、０．０４ｍｍであった。
また、上述した第１応力緩和層用の樹脂組成物ＡまたはＢを、１２μｍのロープロファイル銅箔に、乾燥後所定の厚さ（２μｍあるいは４μｍ）になるように塗布し、１６０℃／１０分乾燥した。これにより、第１応力緩和層付き銅箔を得た。
上記作製されたコア層の両表面に、ビルドアップ層形成用のガラスクロスを用いて作製されたプリプレグを配置した。プリプレグの一方の表面には、厚さ５μｍの銅箔を重ね、プリプレグの他方の表面には、第１応力緩和層付き銅箔を重ね、プレス成型することにより、ビルドアップ層を形成した。その際のプレス条件は、２３０℃、９０分間、２．５ＭＰａとした。
【００６８】
最外層の配線層をエッチングして、残銅率６０％の配線パターンを施した。その際、半導体素子を搭載する表面の配線層には、半導体素子の搭載用電極パッド、配線及びダミーパターンを作製した。また、実装基板側の表面の配線層には、実装基板に搭載されたときにデイジーチェーン回路を形成するように、実装基板へのはんだバンプ搭載用の電極パッド、配線、及びダミーパターンを作製した。半導体素子が接続されるはんだバンプ用の電極パッドは、直径１２０μｍ、２００μｍピッチで、パッケージの中央部８ｍｍ×８ｍｍのエリアに１パッケージあたり１６００個配置した。また、図３に示すように、実装基板が接続されるはんだバンプ用の電極パッド２２は、直径３５０μｍ、最小ピッチ５００μｍで、パッケージの中央１３ｍｍ×１３ｍｍのエリアに１パッケージあたり４８０個配置した。
【００６９】
続いて、配線層の表面にソルダレジスト層を形成する樹脂を塗布し、８０℃、２０分の条件で乾燥し、室温で３００ｍＪ／ｃｍ2で露光し、３０℃の１質量％炭酸ナトリウム水溶液で現像した。この後、１５０℃、１時間の条件で後硬化を行って、厚さ２０μｍのソルダレジスト層を作製した。
この際に、半導体素子のはんだ電極に対応する位置に、直径１００μｍの開口部を形成した。また、実装基板の電極パッドに対応する位置に、直径２００μｍの開口部を形成した。ソルダレジスト層に形成された開口部から露呈した電極パッドに、受けめっきとして、厚み５μｍのＮｉめっき及び厚み０．０５μｍのＡｕめっきを施し、半導体パッケージ用配線板を得た。
【００７０】
［半導体パッケージの組立］
以下、評価試験に用いるテスト用の半導体パッケージの組立方法を説明する。半導体素子として、ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ ＦＣ２００ＪＹ ＬＦ（株式会社ウォルツ製）を用いた。半導体パッケージ用配線板と接続される電極は、融点２１７℃のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだである。半導体素子のサイズは、８ｍｍ×８ｍｍ×０．１２ｍｍであった。
半導体素子のはんだ電極に、金属表面の酸化皮膜を除去するフラックス（千住金属工業株式会社製、製品名：スパークルフラックスＷＦ−６３００ＬＦ）を厚み３０μｍで転写し、はんだ電極を半導体パッケージ用配線板に形成された電極パッドに対向するように半導体素子を配置した。続いて、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載した。
この際、ＩＰＣ／ＪＥＤＥＣ Ｊ−ＳＴＤ−０２０Ｃによって定められた鉛フリーはんだ用のリフロー条件に従った。その後、フラックスを８０℃以上の温水で洗浄した。
【００７１】
続いて、半導体素子と半導体パッケージ用配線板の間に、半導体素子と半導体パッケージ用配線板との接続部を補強するアンダフィル材として、ＣＥＬ−Ｃ−３７３０Ｓ（日立化成工業株式会社製）を注入し、硬化させた。このとき、アンダフィル材の硬化条件は、１６５℃、２時間とした。アンダフィル材を硬化させた後、得られた半導体パッケージから、１４ｍｍ×１４ｍｍのテスト用パッケージをダイサを用いて切り出した。
【００７２】
テスト用の半導体パッケージの、はんだバンプが接続される電極パッドに、フラックス（千住金属工業株式会社製、製品名：スパークルフラックスＷＦ−６３００ＬＦ）を厚み５０μｍでステンシル印刷した。この上に更に、直径０．２５ｍｍの融点２１７℃のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだボール（千住金属工業株式会社製、商品名：エコソルダーボールＳ７０５Ｍ）を配置し、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載したときと同様に、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、半導体パッケージ用配線板の電極パッド上に、はんだバンプを形成した。
また、実装基板に接続される電極パッドに、はんだペースト（千住金属工業株式会社製、商品名：エコソルダーペースト Ｍ７０５−２２１ＢＭ５−４２−１１）を厚さ約１００μｍでステンシル印刷し、受けはんだを作製した。
【００７３】
［実装基板の作製］
以下に、テスト用の半導体パッケージが搭載される実装基板の作製方法について説明する。実装基板の作製方法は、周知の基板作製技術によって作製できる。乾燥処理や洗浄処理などの詳細は、省略する。
実装基板用の層間絶縁層として、厚さ０．６ｍｍのＭＣＬ−Ｅ−６７の銅箔をエッチングで除去したものを用いた。
第２応力緩和層用の樹脂組成物Ｃ又はＤを、ＩＰＣの型番１０３７のガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。この際の加熱条件は、１５０℃で１０分間とした。得られた第２応力緩和層用のプリプレグを上記実装基板用の層間絶縁層の両面に配置し、更に、１８μｍのロープロファイル銅箔を配置し、１８５℃で９０分間、２．５ＭＰａの条件で真空プレスした。
得られた実装基板の表面の配線層をエッチングして、テスト用パッケージを搭載するための電極パッドと、テスト用パッケージ搭載時に半導体パッケージ用配線板とのデイジーチェーン回路を形成する配線パターンと、導通チェック用電極とを形成した。電極パッドは、図４に示す１４．４ｍｍ×１４．４ｍｍの１パッケージ分のエリアのうち、中央の１３ｍｍ×１３ｍｍのエリアに、図３を用いて説明したビルドアップ層の電極パッドに対応するようにして、直径３５０μｍ、最小ピッチ５００μｍで、１パッケージあたり４８０個配置した。
【００７４】
配線層の表面にソルダレジスト層を形成する樹脂を塗布し、８０℃、２０分の条件で乾燥し、室温で３００ｍＪ／ｃｍ2で露光し、３０℃の１質量％炭酸ナトリウム水溶液で現像した。この後、１５０℃、１時間の条件で後硬化を行って、厚さ２０μｍのソルダレジスト層を作製した。
この際に、テスト用パッケージを搭載する電極パッドに対応する位置に、直径２００μｍの開口部を形成した。また、導通チェック用電極部分にも同様に、直径２００μｍの開口部を設けた。ソルダレジスト層に形成された開口部から露呈した電極パッドに、受けめっきとして、厚み５μｍのＮｉめっき及び厚み０．０５μｍのＡｕめっきを施した。
テスト用パッケージを搭載するための電極パッド群の中心位置が中央になるように１１０ｍｍ×５０ｍｍに切断した。
【００７５】
［半導体装置の作製］
はんだバンプを形成したテスト用パッケージと実装基板の電極パッド同士を対向させて配置し、半導体素子を半導体パッケージ用配線板に搭載したときと同様に、窒素雰囲気下のリフロー炉にて、はんだを溶融し凝固させることにより、実装基板にテスト用パッケージを搭載した。このようにして、耐温度サイクル性、耐落下衝撃性の評価試験に使用するテストサンプルを得た。
＜実施例１＞
樹脂組成物Ａを用いて第１応力緩和層を形成した。また、樹脂組成物Ｃを用いて第２応力緩和層を形成した。第１応力緩和層の厚みを４μｍに設定し、第２応力緩和層の厚みを６０μｍに設定して評価試験用の半導体装置を得た。
＜比較例１＞
樹脂組成物Ｂを用いて第１応力緩和層を形成した以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
＜比較例２＞
第１応力緩和層を設けなかった以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
＜比較例３＞
樹脂組成物Ｄを用いて第２応力緩和層を形成した以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
＜比較例４＞
第２応力緩和層を設けなかった以外は、実施例１と同様にして半導体装置を作製した。
【００７６】
［評価結果］
評価方法において説明した方法で、実施例１、及び比較例１〜４の半導体装置を評価した。結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】
実施例１のように、第１応力緩和層及び第２応力緩和層が設けられた半導体装置は、比較例２，４のように、第１応力緩和層又は第２応力緩和層が設けられていない半導体装置に比べて、耐温度サイクル性、耐落下衝撃性のいずれにおいても著しく向上していることが判る。
また、実施例１の半導体装置の耐落下衝撃性と比較例１の半導体装置の耐落下衝撃性とは、同程度であるが、実施例１の半導体装置の耐温度サイクル性は、樹脂組成物Ｂを用いて第１応力緩和層を形成した比較例１の耐温度サイクル性に比べて、著しく向上していることが判る。これは、実施例１の第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａであることに起因する。すなわち、第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａを上回っていると、耐温度サイクル性が低下する。
また、第１応力緩和層が同一であっても、樹脂組成物Ｄを用いて第２応力緩和層を形成した場合（比較例３）、すなわち、第１応力緩和層の２５℃の弾性率が８×１０-6／℃を上回っている場合には、耐温度サイクル性と耐落下衝撃性がともに低下する。
【符号の説明】
【００７９】
１…半導体パッケージ、 ２…実装基板、 ３，６…はんだバンプ、 ４…半導体素子、 ５…半導体パッケージ用配線板 ７…アンダフィル材、 １１…コア層、 １２，１３…ビルドアップ層、 １４，１６，１９，３１…層間絶縁層、 １５，１７，２０，３２，３７…配線層、 １８，２３，３５，３８…ソルダレジスト層、 ２１…第１応力緩和層、 ２２，３３…電極パッド、 ３４，３６…第２応力緩和層、 １００…半導体装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置であって、
該半導体パッケージは、
半導体パッケージ用層間絶縁層と、
該半導体パッケージ用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該実装基板に電気的及び機械的に接続されるパッケージ側電極パッドと、
該パッケージ側電極パッドの該半導体パッケージ用層間絶縁層側に配置されており該パッケージ側電極パッドに接する第１応力緩和層と
を有し、
該実装基板は、
実装基板用層間絶縁層と、
該実装基板用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該半導体パッケージに電気的及び機械的に接続される実装基板側電極パッドと、
該実装基板側電極パッドの該実装基板用層間絶縁層側に配置されており該実装基板側電極パッドに接する第２応力緩和層と
を有し、
該第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、
該第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ該第２応力緩和層の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である半導体装置。
【請求項２】
前記第１応力緩和層の厚みが２μｍ以上である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２応力緩和層の厚みが３０μｍ以上である請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項１】
半導体素子が接続された半導体パッケージと、実装基板とがはんだを介して電気的及び機械的に接続されてなる半導体装置であって、
該半導体パッケージは、
半導体パッケージ用層間絶縁層と、
該半導体パッケージ用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該実装基板に電気的及び機械的に接続されるパッケージ側電極パッドと、
該パッケージ側電極パッドの該半導体パッケージ用層間絶縁層側に配置されており該パッケージ側電極パッドに接する第１応力緩和層と
を有し、
該実装基板は、
実装基板用層間絶縁層と、
該実装基板用層間絶縁層の表面に形成されており該はんだを介して該半導体パッケージに電気的及び機械的に接続される実装基板側電極パッドと、
該実装基板側電極パッドの該実装基板用層間絶縁層側に配置されており該実装基板側電極パッドに接する第２応力緩和層と
を有し、
該第１応力緩和層の２５℃の弾性率が２．５ＧＰａ以下であり、
該第２応力緩和層の２５℃の弾性率が３ＧＰａ以下かつ該第２応力緩和層の平面方向の２５℃の熱膨張係数が８×１０-6／℃以下である半導体装置。
【請求項２】
前記第１応力緩和層の厚みが２μｍ以上である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２応力緩和層の厚みが３０μｍ以上である請求項１又は２に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５８５７７（Ｐ２０１３−５８５７７Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５５１４（Ｐ２０１１−１９５５１４）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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