説明

外周部熱放散型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キヤビテイ型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、該金属芯の一部を表面の一部に露出し、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とをワイヤボンディングで接続し、表裏の回路を熱硬化性樹脂で絶縁されたスルーホール導体で結線し、該プリント配線板の外周部には金属突起を表裏に露出している、半導体チップが樹脂封止されてなる半導体プラスチックパッケージ。
【効果】 放熱性、吸湿後の耐熱性などに優れ、大量生産に適した新規な構造のキヤビテイ型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、半導体チップを複数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。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。
【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】
【発明が解決するための手段】本発明は、プリント配線板の片面の、ほぼ中央部分に露出した金属板の表面に半導体チップを固定し、半導体チップとその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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ハンダボールを接続するために形成された回路導体パッドとメッキされたスルーホールで結線し、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であって、該プリント配線板より少し大きい金属板をプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置し、該金属板を表裏回路導体と熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、金属板には少なくとも1個以上のスルーホール導体径より大きい径のクリアランスホールを形成し、クリアランスホールの孔壁を絶縁化し、金属板の1部分を半導体チップ固定に用いたプリント配線板のほぼ中央の外面に露出し、かつ、半導体チップを固定する面積とほぼ同じ大きさの金属突起部を、少なくとも、1個以上表面に露出し、さらに該プリント配線板の外周の一部、または全周にあたる部分の金属板をプリント配線板の表裏に露出し、該外周表裏に露出した金属板を用いて熱放散することを特徴とする半導体プラスチックパッケージを提供する。本発明によれば、該外周表裏に露出した金属板を用いて、発生した熱を放散することにより、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、熱放散性を大幅に改善でき、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。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の半導体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。
【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法、冷間機械加工、圧延異型条加工法等の方法で、少なくとも1個以上の半導体チップ固定用に、半導体チップとほぼ同等の大きさの突起および放熱用の外周部突起を形成しておく。次いで、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。半導体から発生する熱は、半導体チップを搭載する部分から金属板全体に熱伝導されるために、直接金属板に接続するスルーホルを通して熱をマザーボードプリント配線板等に拡散する構造とする。
【0007】該突起とスルーホールが形成された金属板の表面に、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、突起部とクリアランスホールが形成された金属板の、半導体チップを直接固定する面以外は、すべて熱硬化性樹脂組成物で絶縁部を形成する。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含浸、乾燥したプリプレグ等を用い、半導体チップを直接固定する突起のある金属部分及び外周部の金属突起部分の面積よりやや大きめの孔を打抜き等によってあけておき、これを表面に配置し、裏面には外周金属突起部のみ孔のあいたプリプレグを配置し、加熱、加圧下に積層成形する。プリプレグの厚みは金属突起の高さよりやや高めになるように作成する。加熱、加圧工程中に、熱により1度溶融した半硬化状態の熱硬化性樹脂を金属板のクリアランスホールに流し込んでクリアランスホールの中を埋め込むと同時に、金属突起物の表面以外は熱硬化性樹脂組成物で一体化する。
【0008】また、無溶剤或いは溶剤タイプの熱硬化性樹脂組成物を用い、スクリーン印刷等で該金属板突起場所以外に塗布し、更には裏面も同様に塗布してから加熱して半硬化状態とした後、このまま加熱して硬化するか、加熱、加圧下に積層成形して一体化する。積層成形する場合、上記と同様にクリアランスホール内に樹脂を流し込むと同時に熱硬化させる。塗布、半硬化する場合、低圧にてクリアランスホールの中に樹脂を流し込み、溶剤或いは空気を加熱しながら抜き、半硬化する。溶剤が入っている場合、クリアランスホール内の未充填が起こり易いため、あらかじめ無溶剤液条の熱硬化性樹脂組成物クリアランスホールに流し込み、硬化あるいは半硬化しておく方法が一般的であるが、いずれの方法においても、金属板のクリアランスホール内を熱硬化性樹脂組成物で充填されるように加工する。
【0009】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。
【0010】また、サブトクラ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、或いは片面銅張積層板を配置して、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箔張多層板が形成される。
【0011】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。
【0012】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。
【0013】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。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。
【0014】セミアデティブ法では、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。また、表裏金属箔を使用して積層成形されたものは、表裏の回路形成工程で、半導体チップ固定部分の金属突起部分の表面にある金属箔も除去される。更に、その表面の突起部となった金属露出部分以外に樹脂層を形成し、ビアをレーザー、プラズマ等で作成してから、必要によりデスミア処理を施し、金属メッキを行い、回路形成後、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、反対面のハンダボール接続用パッド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、半導体チップを搭載する金属突起、ボンディングパッド、反対面のハンダボール接続用パッド、及び外周部の表裏金属露出部以外の表面に皮膜を形成する。片面銅張積層板を使用した場合、回路形成後、或いは貴金属メッキ後にルータ等で半導体チップ搭載箇所金属突起、外周部金属突起部分の上の基材を切除する。
【0015】該プリント配線板の半導体を接着する金属突起部分の表面に接着剤や金属粉混合接着剤を用いて、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。
【0016】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溶融接続するか、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溶融することにより接続する。
【0017】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30〜300μm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 、Gr、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。
【0018】本発明の金属突起部の高さは、30〜200μmが好適である。また、突起部をくり抜いたプリプレグ、或いはスクリーン印刷で形成する熱硬化性樹脂の高さは、この突起と同じ高さか、やや高いことが好ましい。突起部の面積は、半導体チップの面積と同等以上であり、僅かに大きめが好ましい。一般的には5〜20mm角である。金属突起部は、エッチング、冷間機械加工、或いは圧延異型条加工等の一般に公知の方法で作成できる。また、平滑な金属板の上に、所定の大きさの同質、或いは異質の金属板を、熱伝導の良好な銅ペースト等、一般に公知の接着方法にて接着させて突起とすることも可能である。
【0019】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。
【0020】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-ジシアナシビフェニル、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。
【0021】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。
【0022】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。
【0023】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。
【0024】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。
【0025】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、ポリブデン、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。
【0026】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る得る。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。
【0027】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。
【0028】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3〜100μmの銅箔、ニッケル箔等が使用される。
【0029】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、50〜300μmが好適である。
【0030】本発明の多層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、ローフロー化ある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。
【0031】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突起部及び外周部表裏の放熱用突起部のレジストが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未露光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てから、エッチングレジストを溶解除去する。
(3) 再び液状エッチングレジストで上下を被覆し、両面の金属突起部をくり抜き、クリアランスホール部の光が遮断できるように作成したネガフィルムをその上にあて、紫外線で露光する。
(4) クリアランスホール部のエッチングレジストを溶解除去してから、エッチング法にて両側からエッチングし、金属板にクリアランスホールを作成する。
(5) エッチングレジストを除去後、金属板全面を化学表面処理し、半導体チップ搭載及び外周部の金属突起部の部分よりやや大きめに孔をあけたプリプレグを表側に、裏面には外周部の金属突起部の部分が孔のあいたプリプレグを配置し、上下に金属箔を置く。
(6) 加熱、加圧、真空下に積層成形した後、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、デスミア処理を施した後、金属メッキを行う。
(7) 公知の方法にて上下に回路を作成すると同時に、金属板突起部の上の銅箔を除去する。
(8) メッキレジストで被覆後、貴金属メッキを施し、内層金属板の半導体チップ搭載部である突起部の表面に半導体チップを接着し、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。
【0032】
【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。
【0033】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℃に溶融させ、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1045、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。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105μmの半硬化状態のプリプレグ(プリプレグB)を得た。また、ゲル化時間114 秒、樹脂流れ13mm、厚さ109μmのプリプレグCを作成した。一方、内層金属板となる厚さ250μmの銅板を用意し、大きさ50mm角のパッケージの中央に13mm角、高さ100μmの突起を1個、及び外周部に幅5mm、高さ100μmの突起を作成した。その後、該金属板の全面に液状エッチングレジストを厚さ20μm塗布し、乾燥して溶剤を飛ばした後、突起部をくり抜いたネガフィルムを両面にそれぞれ重ね、クリアランスホール以外は紫外線照射してからクリアランスホール部のレジスト膜を1%炭酸ナトリウム水溶液で除去した後、両側からエッチングによって0.6 mmφ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、この裏面には、突起部分に相当する位置に、突起部より50μm大きめの孔をルーターにてあけた上記ローフロープリプレグBを被せ、裏側には放熱金属突起部より100μm大きめの孔をあけたハイフロープリプレグCを被せ、その両外側に厚さ18μmの電解銅箔を配置し、200℃、20kgf/cm2、30mmHg以下の真空下で2時間積層成形し、一体化した。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、中央に孔径0.25mmのスルーホールをドリルにてあけ、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、表裏回路を形成するとともに、突起部上の銅箔も同時にエッチング除去し、プリント配線板を得た。突起部、ボンディングパッド及びボールパッド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作成した。上面突起部に大きさ13mm角の半導体チップを銀ペーストで接着固定した後、ワイヤボンティングを行い、次いでシリカ入り液状エポキシ封止用液状樹脂を用い、半導体チップ部を樹脂封止し、ハンダボールを付けて半導体プラスチックパッケージを作成した(図1、図2)。これをエポキシ樹脂のマザーボードプリント配線板に加熱によってハンダボールを溶融して接続した。この半導体プラスチックパッケージの評価結果を表1に示す。
【0034】実施例2実施例1のプリプレグCを1枚用い、片面に18μmの電解銅箔、片面に離型フィルムを配置し、200℃、20kgf/cm2 にて2時間積層成形して片面銅張積層板を作成した。内層となる、厚さ250μmのCu:99.86重量%、Fe:0.11 重量%、P:0.03重量%の合金板を実施例1と同様に加工して、表面に大きさ10mm角、高さ100μmで、2個の突起、及び外周部に幅5mm、高さ100μmの突起を作成した。更に0.6 mmφのクリアランスホールをあけ、同様にパンチングで突起部に孔をあけたプリプレグBを上面に配置し、裏側には熱放散用金属突起部と同じ位置に孔をあけたプリプレグCを配置し、その両側に上記で得た片面銅張積層板を置き、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、乾燥した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。ボンディングパッド及びボールバッド部以外にメッキレジストを形成し、ニッケル、金メッキを施してから、銅板突起部上の積層板部の基材を全てルーターで切削除去し、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、ハンダボールを付け、半導体プラスチックパッケージとした。これを実施例1と同様にマザーボードに接続した。この半導体プラスチックパッケージの評価結果を表1に示す。
【0035】比較例1実施例1のプリプレグCを2枚使用し、上下に電解銅箔を配置し、200℃、20kgf/cm2 、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、ニッケルメッキ、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、さらにハンダボールを付けた(図3)。実施例1と同様にマザーボードに接続した。この半導体プラスチックパッケージの評価結果を表1に示す。
【0036】比較例2比較例1のプリント配線板の半導体チップ搭載部分をザグリマシーンにて上下くり抜いてから、裏面に厚さ200μmの銅板を、上記プリプレグBを用いて、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)。このパッケージの金属板を接着した面とは反対の面にハンダボールを付け、実施例1と同様にマザーボードに接続した。このパッケージの評価結果を表1に示す。
【0037】<測定方法>1) 吸湿後の耐熱性・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) 吸湿後の電気絶縁性・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(ライン/スペース=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にて、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、800時間連続使用してから、パッケージの温度を測定した。
7) 温度サイクル試験JEDEC STANDARD JESD22-A104-A CONDITION C (−65℃・30分←→室温5分←→+150℃・30分)1サイクルで実施。
【0038】
【表1】


【0039】
【発明の効果】プリント配線板の片面に露出した金属板の表面に半導体チップが固定され、その周囲に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パッケージのハンダボールを接続するために形成された回路導体パッドとが、メッキされたスルーホール導体で結線されており、少なくとも、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であって、該プリント配線板より少し大きい金属板がプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置され、表裏回路導体と多官能性シアン酸エステル樹脂組成物といった耐熱性樹脂組成物で絶縁されており、金属板に少なくとも1個以上のスルーホール導体径より大きい径のクリアランスホールが形成されており、孔壁と金属板とは樹脂組成物で絶縁されており、金属板の1部分が半導体チップ固定に用いたプリント配線板のほぼ中央の外面に露出しており、且つ、半導体チップとほぼ同じ大きさの内層の金属突起の一部が、少なくとも1個以上表面に露出しており、さらに該プリント配線板の外周の一部、または全周にあたる部分の金属板が、プリント配線板の表裏に露出され、該外雌雄表裏に露出した金属板を用いて熱放散するようにした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、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、新規なキャビティ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】本発明の外周部熱放散型半導体プラスチックパッケージの説明図である。
【図2】本発明の外周部熱放散型半導体プラスチックパッケージの説明図である。
【図3】比較例1で製造された半導体プラスチックパッケージの説明図である。
【図4】比較例2で製造された半導体プラスチックパッケージの説明図である。
【符号の説明】
(a) 液状エッチングレジスト
(b) 金属板
(c) ネガフィルム
(d) クリアランスホール
(e) 金属箔
(f) プリプレグB
(g) プリプレグC
(h) 上下回路導通用スルーホール
(i) 半導体チップ
(j) 銀ペースト
(k) 金ワイヤ
(l) メッキレジスト
(m) ハンダボール
(n) 封止樹脂
(o) 放熱用スルーホール
(p) プリント配線板外周部

【特許請求の範囲】
【請求項1】 プリント配線板の片面の、ほぼ中央部分に露出した金属板の表面に半導体チップを固定し、半導体チップとその周囲のプリント配線板表面に形成された回路導体とをワイヤボンディングで接続し、少なくとも、プリント配線板表面上の信号伝播回路導体を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ハンダボールを接続するために形成された回路導体パッドとメッキされたスルーホールで結線し、少なくとも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であって、該プリント配線板より少し大きい金属板をプリント配線板の厚さ方向のほぼ中央に配置し、該金属板を表裏回路導体と熱硬化性樹脂組成物で絶縁し、金属板には少なくとも1個以上のスルーホール導体径より大きい径のクリアランスホールを形成し、クリアランスホールの孔壁を絶縁化し、金属板の1部分を半導体チップ固定に用いたプリント配線板のほぼ中央の外面に露出し、かつ、半導体チップを固定する面積とほぼ同じ大きさの金属突起部を、少なくとも、1個以上表面に露出し、さらに該プリント配線板の外周の一部、または全周にあたる部分の金属板をプリント配線板の表裏に露出し、該外周表裏に露出した金属板を用いて熱放散す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記載の半導体プラスチックパッケージ。

【図3】
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【図1】
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【図2】
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【図4】
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【公開番号】特開平11−220062
【公開日】平成11年(1999)8月10日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平10−34232
【出願日】平成10年(1998)1月30日
【出願人】(000004466)三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)