金属芯入りキャビティ型プリント配線板
【課題】 放熱性に優れた金属芯入りキャビティー型プリント配線板を提供する。
【解決手段】 半導体チップｊを直接搭載し、ワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続するために用いるプリント配線板の製造において、スルーホール部ｈにクリアランスホールｄを設けた内層用金属板ａの片面に、半導体搭載用孔開きノーフロープリプレグｆ、反対面にハイフローのプリプレグｇ、その両面に外層用金属箔ｅの構成にて積層成形し、クリアランスホールが樹脂埋めされ、半導体搭載部が樹脂埋めされていない金属芯入り積層板を作成し、スルーホール形成、半導体搭載部の金属箔を除去し、ニッケルメッキ、金メッキを施してなる金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【効果】 放熱性、耐湿性、耐熱性、電気的特性等に優れた半導体搭載用の金属芯入りキャビティー型プリント配線板が得られた。
【解決手段】 半導体チップｊを直接搭載し、ワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続するために用いるプリント配線板の製造において、スルーホール部ｈにクリアランスホールｄを設けた内層用金属板ａの片面に、半導体搭載用孔開きノーフロープリプレグｆ、反対面にハイフローのプリプレグｇ、その両面に外層用金属箔ｅの構成にて積層成形し、クリアランスホールが樹脂埋めされ、半導体搭載部が樹脂埋めされていない金属芯入り積層板を作成し、スルーホール形成、半導体搭載部の金属箔を除去し、ニッケルメッキ、金メッキを施してなる金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【効果】 放熱性、耐湿性、耐熱性、電気的特性等に優れた半導体搭載用の金属芯入りキャビティー型プリント配線板が得られた。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップ搭載用プリント配線板に関し、詳しくは内層金属板の上に直接半導体チップを搭載する、放熱性、耐湿性、耐熱性、電気的特性等に優れた金属芯入りキャビティ型プリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体チップを搭載するのに、両面、又は多層のプリント配線板を作成し、上或いは下側に銀ペーストで半導体を接着し、ワイヤボンディング後、封止樹脂で封止していた。これは高密度の半導体だと熱が発生し、熱放散ができずに半導体が動作不良となることがあった。また、キャビティ型のプリント配線板を作成し、これを接着剤で銅板のような放熱板を貼り付けて、この放熱板の上に半導体を搭載していた。これだと接着剤が耐熱性、耐湿性等に劣っており、耐マイグレーション性、プレッシャークッカー試験等の信頼性試験では、長期信頼性に劣るものであった。更に銅板の線膨張率がプリント配線板と異なるため、貼り合わせた場合、ソリが発生する、ストレスがかかる等の欠点が生じていた。また、プリント配線板の特性は、耐熱性、耐湿性、吸湿後の電気絶縁性等が今一歩であった。
【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チップ搭載用金属芯入りキャビティ型プリント配線板を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、半導体チップを直接搭載し、ワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続するために用いるプリント配線板の製造において、(1). 内層に用いる金属板を用意し、この金属板のスルーホールを形成する位置に、スルーホール径より少し大きめのクリアランスホールを形成し、必要により表面を化学処理し、(2). クリアランスホールを形成した金属板の片面に、少なくとも半導体チップを該金属板に直接搭載する位置のプリプレグを切除したノーフロープリプレグを置き、(3). 該金属板の反対側にハイフローのプリプレグを配置し、(4). 両面のプリプレグの外側に外層回路形成用の金属箔を置き、(5). 加熱、加圧下にプリプレグの樹脂を熱硬化して全体を一体化するとともに、金属板中に形成されたクリアランスホールにハイフロープリプレグの樹脂を流し込んで埋め込み、ノーフロープリプレグ中に形成された半導体チップ搭載用空間は、ノーフロープリプレグの樹脂で埋め込まれない金属芯３層金属張板を作成し、(6). 内層金属板のクリアランスホール部に、金属板に接触しないようにスルーホールをあけ、(7). スルーホール内を金属メッキでメッキして表裏を導通させ、(8). 表裏に公知の方法で回路を形成し、(9). 半導体チップを搭載する内層金属板露出部上側の金属箔を同時に除去し、ニッケルメッキ、金メッキを施して得られる金属芯入りキャビティー型プリント配線板である。
【０００５】本発明の金属芯入りキャビティー型プリント配線板は、放熱性も良く、半導体チップ搭載部の裏側からの湿気の侵入を防ぎ、且つプリプレグの樹脂組成物として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を用いることにより、耐熱性、耐湿性、耐マイグレーション性、プレッシャークッカー後の電気絶縁性等の信頼性にも優れたものを得ることができた。
【０００６】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、不飽和ポリエステル樹脂、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。
【０００７】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。
【０００８】これらのほかに特公昭41-1928 、同43-18468、同44-4791 、同45-11712、同46-41112、同47-26853及び特開昭51-63149等に記載の多官能性シアン酸エステル化合物類も用いられ得る。また、これら多官能性シアン酸エステル化合物のシアナト基の三量化によって形成されるトリアジン環を有する分子量400 〜6,000 のプレポリマーが使用される。このプレポリマーは、上記の多官能性シアン酸エステルモノマーを、例えば鉱酸、ルイス酸等の酸類；ナトリウムアルコラート等、第三級アミン類等の塩基；炭酸ナトリウム等の塩類等を触媒として重合させることにより得られる。このプレポリマー中には一部未反応のモノマーも含まれており、モノマーとプレポリマーとの混合物の形態をしており、このような原料は本発明の用途に好適に使用される。一般には可溶な有機溶剤に溶解させて使用する。
【０００９】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。
【００１０】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等が挙げられる。
【００１１】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。
【００１２】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、組成物本来の特性が損なわれない範囲で、所望に応じて種々の添加物を配合することができる。これらの添加物としては、不飽和ポリエステル等の重合性二重結合含有モノマー類及びそのプレポリマー類；ポリブタジエン、エポキシ化ブタジエン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレン、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソプレン、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム等の低分子量液状〜高分子量のelastic なゴム類；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ-4- メチルペンテン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂、スチレン−イソプレンゴム、ポリエチレン−プロピレン共重合体、4-フッ化エチレン-6- フッ化エチレン共重合体類；ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の高分子量プレポリマー若しくはオリゴマー；ポリウレタン等が例示され、適宜使用される。また、その他、公知の無機或いは有機の充填剤、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、光増感剤、難燃剤、光沢剤、重合禁止剤、チキソ性付与剤等の各種添加剤が、所望に応じて適宜組み合わせて用いられる。必要により、反応基を有する化合物は硬化剤、触媒が適宜配合される。
【００１３】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。
【００１４】本発明で使用される内層用金属板は、公知の金属板が使用される。具体的には、圧延或いは電解法で作成した銅板、ニッケル板、スズ板、鉄板、アルミ板、42アロイ等が挙げられる。これらの金属の表面は一般に公知の内層用表面処理を行う。例えば、銅板は、ブラックオキサイド処理等の化学処理、化学薬品で表面を粗化する方法等、公知の内層処理が用いられ得る。42アロイ等の樹脂が接着しにくい金属は、表面に銅を接着させ、これの表面を前述の処理を施して使用する。
【００１５】プリント配線板のスルーホールをあける位置に、内層の金属板にあらかじめスルーホール径より50〜500 μm 大きめの穴をあけておく。穴のあけかたは、打ち抜き、ドリル、レーザー、薬液で溶解する方法等、公知の方法で穴をあける。穴の形は特に限定はないが、円形が好ましい。
【００１６】プリプレグの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。
【００１７】ノーフローの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、Ｂステージとする。また、基材を使用しない樹脂シート、あるいは銅箔に樹脂を付着させ、Ｂステージとしたものも使用できる。この場合、Ｂステージの程度により、ハイフロー化、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100 μm 以下、好ましくは50μm以下とする。また、この際、銅板、銅箔とは接着し、ボイドが生じないことが重要である。加熱温度は一般的には100 〜180 ℃である。時間は５〜60分であり、フローに合わせて温度、時間を選択する。
【００１８】本発明のキャビティ付きプリント配線板はワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続する。この製造の手順は、（１）内層に用いる金属板、好ましくは銅板を用意し、このプリント配線板のスルーホールを形成する位置に、スルーホール径より少し大きめのクリアランスホールを形成し、（２）この銅板の片面に少なくとも半導体チップを該銅版に直接搭載する位置のプリプレグを切除したノーフロープリプレグを置き、（３）該銅版の反対側にハイフローのプリプレグを配置して、（４）両面のプリプレグの外側に外層回路形成用の銅箔を置き、（５）加熱、加圧下にプリプレグの樹脂を熱硬化して全体を一体化するとともに、銅板中に形成されたクリアランスホールにハイフロープリプレグの樹脂を流し込んで埋め込み、ノーフロープリプレグ中に形成された半導体チップ搭載用空間は、ノーフロープリプレグの樹脂で埋め込まれない金属芯３層銅張板を作成し、（６）内層銅板のクリアランスホール部に、銅板に接触しないようにスルーホールをあけ、（７）スルーホール内に銅メッキを施して上下を導通させ、（８）表裏に公知の方法で回路を形成してから、半導体チップを搭載するためにあけておいた空隙部分の上の銅箔を切除し、（９）ニッケルメッキ、金メッキを施し、金属芯入りキャビティ型プリント配線板を作成する。もちろん、（８）の回路形成後にニッケルメッキ、金メッキをし、この後に半導体チップ搭載用内層金属部分上側の金属箔を除去することも可能である。
【００１９】
【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 1,000部を 150℃で熔融させ、撹拌しながら６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液に溶解した。これにビス（4-マレイミドフェニル）メタン 100部、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）1,000 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0.2 部を加えて均一に溶解混合し、ワニスＡを得た。これをガラス織布に含浸し、 150℃で乾燥させて、ゲル化時間(at170℃)0秒、170℃,20kgf/cm2,5分間での樹脂流れが56μｍとなるように作成したノーフロープリプレグ（プリプレグＢ）を得た。また、 146℃で乾燥させて、ゲル化時間 110秒、樹脂流れ12mmであるハイフロープリプレグ（プリプレグＣ）を作成した。
【００２０】内層金属板となる厚さ 200μｍの圧延銅板にクリアランスホールを、所定の位置に、スルーホール径より 500μｍ大きめの穴を、パンチングにてあけ、研磨後、これを黒化処理した。半導体チップを直接搭載する位置と同じ箇所に、半導体チップより 200μｍ大きめの穴をパンチングでノーフロープリプレグＢにあけ、上記内層銅板の片面に配置した。また、銅板の反対側にハイフロー化したプリプレグＣを置き、その外側に厚さ18μｍの電解銅箔（商品名：3EC-III 、三井金属＜株＞製）を配置し、 190℃、25kgf/cm2 にて、真空下に90分積層成形し、３層銅張板を作成した。ボイドは見られなかった。
【００２１】この板の所定位置に炭酸ガスレーザーで穴径0.25mmφのスルーホールをあけ、デスミア処理を行い、銅メッキを施した。公知の方法で上下に回路を形成し、同時に半導体チップを搭載する位置の上の銅箔をエッチング除去し、レジストを塗布して、電解法にてニッケルメッキ、金メッキを施し、金属芯入りキャビティ型プリント配線板を作成した。この半導体チップ搭載部分に半導体チップを銀ペーストで接着させ、ワイヤボンディング後、液状封止樹脂で封止した（図１）。この試験結果を表１に示す。
【００２２】実施例２実施例１の樹脂に無機充填剤としてタルク（商品名：P-3 、日本タルク＜株＞製）500 部を加え、均一分散したものを18μm の電解銅箔に厚さ55μm となるように塗布し、乾燥して、樹脂のゲル化時間（ａｔ170 ℃）が３秒、170 ℃、20kgf/cm2 、５分間での樹脂流れが、70μm となるように作成したノーフロー品、及びゲル化時間84秒、樹脂流れ17mmのハイフロー品を作成した。これを実施例１と同様に配置し、190 ℃、20kgf/cm2 にて、真空下に90分積層成形し、３層の銅張板を作成した。ボイドは見られなかった。この板の所定位置にドリルで穴径0.25ｍφのスルーホールをあけ、デスミア処理を行い、銅メッキを施した。公知の方法で上下に回路を形成し、ニッケルメッキ、金メッキを施した後、半導体チップを搭載する位置の銅箔をザグリマシーンで切除し、金属芯入りキャビティ型プリント配線板を得た。これを用い、実施例１と同様に半導体チップ接着、ワイヤボンディング、樹脂封止した。試験結果を表１に示す。
【００２３】比較例１実施例１のハイフロープリプレグＣを２枚使用し、上下に上記電解銅箔を配置し、190 ℃、20kgf/cm2 、真空下で90分間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に穴径0.25mmφのスルーホールをドリルであけ、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、メッキレジストを塗布し、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、エポキシコンパウンド封止樹脂で封止した（図２）。このプリント配線板の評価結果を表１に示す。
【００２４】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で上下くりぬいてから裏面に厚さ 200μｍの銅板を、上記ノーフロープリプレグを打ち抜いたもので加熱、加圧下に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが見られた。これの放熱板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した後、液状封止樹脂で封止した（図３）。このプリント配線板の評価結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 吸湿後の耐熱性 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 24 hrs 異常なし 異常なし やや剥離 異常なし 48 hrs 異常なし 異常なし 剥離 異常なし 72 hrs 異常なし 異常なし 剥離 やや剥離 96 hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ 剥離 168 hrs やや剥離 やや剥離 − 剥離 ガラス転移温度 (℃) ２１２ ２１０ − − 絶縁抵抗 (Ω) − − プレッシャクッ 常態 ５×1014 ６×1014 カー処理後 200 hrs ３×1012 ３×1012 500 hrs ２×1011 ５×1011 700 hrs ６×1010 １×1011 1000 hrs １×1010 ４×1010 耐マイグレー 常態 ５×1013 ４×1013 ション性 200 hrs ３×1011 ７×1011 500 hrs ２×1011 ５×1011 700 hrs ７×1010 ３×1010 1000 hrs ５×1010 １×1010
【００２６】＜測定方法＞１）吸湿後の耐熱性 ： 40℃・90％RHの雰囲気下に放置後、所定時間で取り出してから240 ℃の半田中に30秒浸せきし、基板の金属との剥離、ワイヤ切れについて断面及び電気チェックで確認した。
２）ガラス転移温度 ： ＤＭＡ法によって測定した。
３）プレッシャークッカー(PCT) 処理後の絶縁抵抗値 ：121 ℃・２気圧で所定時間処理後、25℃、65％RHで２時間後処理し、500VDC印加60秒でその端子間（ライン／スペース＝100 μm/100 μm)の絶縁抵抗値を測定した。
４）耐マイグレーション性 ： 85℃、86％RH、50VDC にて端子間の絶縁抵抗値を測定した。
【００２７】
【発明の効果】本発明の製造法による金属芯入りキャビティー型プリント配線板は、熱放散も良く、半導体チップ搭載部裏側からの湿気の侵入を防ぎ、且つプリプレグの樹脂組成物として、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を用いることにより、耐熱性、吸湿後の耐熱性、耐マイグレーション性、プレッシャークッカー処理後の電気絶縁性等に優れていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の製造工程図。
【図２】比較例１の製造工程図。
【図３】比較例２の製造工程図。
【符号の説明】
（ａ）銅板、（ｂ）ノーフロープリプレグＢ打ち抜き穴部、（ｃ）キャビティー部、（ｄ）クリアランスホール、（ｅ）銅箔、（ｆ）ノーフロープリプレグＢ、（ｇ）ハイフロープリプレグＣ、（ｈ）表裏回路導通用スルーホール、（ｉ）放熱用スルーホール、（ｊ）半導体チップ、（ｋ）銀ペースト、（ｌ）金ワイヤ、（ｍ）封止樹脂、（ｎ）ハンダボール、（ｏ）メッキレジスト
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップ搭載用プリント配線板に関し、詳しくは内層金属板の上に直接半導体チップを搭載する、放熱性、耐湿性、耐熱性、電気的特性等に優れた金属芯入りキャビティ型プリント配線板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体チップを搭載するのに、両面、又は多層のプリント配線板を作成し、上或いは下側に銀ペーストで半導体を接着し、ワイヤボンディング後、封止樹脂で封止していた。これは高密度の半導体だと熱が発生し、熱放散ができずに半導体が動作不良となることがあった。また、キャビティ型のプリント配線板を作成し、これを接着剤で銅板のような放熱板を貼り付けて、この放熱板の上に半導体を搭載していた。これだと接着剤が耐熱性、耐湿性等に劣っており、耐マイグレーション性、プレッシャークッカー試験等の信頼性試験では、長期信頼性に劣るものであった。更に銅板の線膨張率がプリント配線板と異なるため、貼り合わせた場合、ソリが発生する、ストレスがかかる等の欠点が生じていた。また、プリント配線板の特性は、耐熱性、耐湿性、吸湿後の電気絶縁性等が今一歩であった。
【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チップ搭載用金属芯入りキャビティ型プリント配線板を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、半導体チップを直接搭載し、ワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続するために用いるプリント配線板の製造において、(1). 内層に用いる金属板を用意し、この金属板のスルーホールを形成する位置に、スルーホール径より少し大きめのクリアランスホールを形成し、必要により表面を化学処理し、(2). クリアランスホールを形成した金属板の片面に、少なくとも半導体チップを該金属板に直接搭載する位置のプリプレグを切除したノーフロープリプレグを置き、(3). 該金属板の反対側にハイフローのプリプレグを配置し、(4). 両面のプリプレグの外側に外層回路形成用の金属箔を置き、(5). 加熱、加圧下にプリプレグの樹脂を熱硬化して全体を一体化するとともに、金属板中に形成されたクリアランスホールにハイフロープリプレグの樹脂を流し込んで埋め込み、ノーフロープリプレグ中に形成された半導体チップ搭載用空間は、ノーフロープリプレグの樹脂で埋め込まれない金属芯３層金属張板を作成し、(6). 内層金属板のクリアランスホール部に、金属板に接触しないようにスルーホールをあけ、(7). スルーホール内を金属メッキでメッキして表裏を導通させ、(8). 表裏に公知の方法で回路を形成し、(9). 半導体チップを搭載する内層金属板露出部上側の金属箔を同時に除去し、ニッケルメッキ、金メッキを施して得られる金属芯入りキャビティー型プリント配線板である。
【０００５】本発明の金属芯入りキャビティー型プリント配線板は、放熱性も良く、半導体チップ搭載部の裏側からの湿気の侵入を防ぎ、且つプリプレグの樹脂組成物として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を用いることにより、耐熱性、耐湿性、耐マイグレーション性、プレッシャークッカー後の電気絶縁性等の信頼性にも優れたものを得ることができた。
【０００６】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、不飽和ポリエステル樹脂、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。
【０００７】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。
【０００８】これらのほかに特公昭41-1928 、同43-18468、同44-4791 、同45-11712、同46-41112、同47-26853及び特開昭51-63149等に記載の多官能性シアン酸エステル化合物類も用いられ得る。また、これら多官能性シアン酸エステル化合物のシアナト基の三量化によって形成されるトリアジン環を有する分子量400 〜6,000 のプレポリマーが使用される。このプレポリマーは、上記の多官能性シアン酸エステルモノマーを、例えば鉱酸、ルイス酸等の酸類；ナトリウムアルコラート等、第三級アミン類等の塩基；炭酸ナトリウム等の塩類等を触媒として重合させることにより得られる。このプレポリマー中には一部未反応のモノマーも含まれており、モノマーとプレポリマーとの混合物の形態をしており、このような原料は本発明の用途に好適に使用される。一般には可溶な有機溶剤に溶解させて使用する。
【０００９】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。
【００１０】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等が挙げられる。
【００１１】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。
【００１２】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、組成物本来の特性が損なわれない範囲で、所望に応じて種々の添加物を配合することができる。これらの添加物としては、不飽和ポリエステル等の重合性二重結合含有モノマー類及びそのプレポリマー類；ポリブタジエン、エポキシ化ブタジエン、マレイン化ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレン、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリイソプレン、ブチルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム等の低分子量液状〜高分子量のelastic なゴム類；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ-4- メチルペンテン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂、スチレン−イソプレンゴム、ポリエチレン−プロピレン共重合体、4-フッ化エチレン-6- フッ化エチレン共重合体類；ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の高分子量プレポリマー若しくはオリゴマー；ポリウレタン等が例示され、適宜使用される。また、その他、公知の無機或いは有機の充填剤、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、光増感剤、難燃剤、光沢剤、重合禁止剤、チキソ性付与剤等の各種添加剤が、所望に応じて適宜組み合わせて用いられる。必要により、反応基を有する化合物は硬化剤、触媒が適宜配合される。
【００１３】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。
【００１４】本発明で使用される内層用金属板は、公知の金属板が使用される。具体的には、圧延或いは電解法で作成した銅板、ニッケル板、スズ板、鉄板、アルミ板、42アロイ等が挙げられる。これらの金属の表面は一般に公知の内層用表面処理を行う。例えば、銅板は、ブラックオキサイド処理等の化学処理、化学薬品で表面を粗化する方法等、公知の内層処理が用いられ得る。42アロイ等の樹脂が接着しにくい金属は、表面に銅を接着させ、これの表面を前述の処理を施して使用する。
【００１５】プリント配線板のスルーホールをあける位置に、内層の金属板にあらかじめスルーホール径より50〜500 μm 大きめの穴をあけておく。穴のあけかたは、打ち抜き、ドリル、レーザー、薬液で溶解する方法等、公知の方法で穴をあける。穴の形は特に限定はないが、円形が好ましい。
【００１６】プリプレグの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。
【００１７】ノーフローの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、Ｂステージとする。また、基材を使用しない樹脂シート、あるいは銅箔に樹脂を付着させ、Ｂステージとしたものも使用できる。この場合、Ｂステージの程度により、ハイフロー化、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100 μm 以下、好ましくは50μm以下とする。また、この際、銅板、銅箔とは接着し、ボイドが生じないことが重要である。加熱温度は一般的には100 〜180 ℃である。時間は５〜60分であり、フローに合わせて温度、時間を選択する。
【００１８】本発明のキャビティ付きプリント配線板はワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続する。この製造の手順は、（１）内層に用いる金属板、好ましくは銅板を用意し、このプリント配線板のスルーホールを形成する位置に、スルーホール径より少し大きめのクリアランスホールを形成し、（２）この銅板の片面に少なくとも半導体チップを該銅版に直接搭載する位置のプリプレグを切除したノーフロープリプレグを置き、（３）該銅版の反対側にハイフローのプリプレグを配置して、（４）両面のプリプレグの外側に外層回路形成用の銅箔を置き、（５）加熱、加圧下にプリプレグの樹脂を熱硬化して全体を一体化するとともに、銅板中に形成されたクリアランスホールにハイフロープリプレグの樹脂を流し込んで埋め込み、ノーフロープリプレグ中に形成された半導体チップ搭載用空間は、ノーフロープリプレグの樹脂で埋め込まれない金属芯３層銅張板を作成し、（６）内層銅板のクリアランスホール部に、銅板に接触しないようにスルーホールをあけ、（７）スルーホール内に銅メッキを施して上下を導通させ、（８）表裏に公知の方法で回路を形成してから、半導体チップを搭載するためにあけておいた空隙部分の上の銅箔を切除し、（９）ニッケルメッキ、金メッキを施し、金属芯入りキャビティ型プリント配線板を作成する。もちろん、（８）の回路形成後にニッケルメッキ、金メッキをし、この後に半導体チップ搭載用内層金属部分上側の金属箔を除去することも可能である。
【００１９】
【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 1,000部を 150℃で熔融させ、撹拌しながら６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液に溶解した。これにビス（4-マレイミドフェニル）メタン 100部、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）1,000 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0.2 部を加えて均一に溶解混合し、ワニスＡを得た。これをガラス織布に含浸し、 150℃で乾燥させて、ゲル化時間(at170℃)0秒、170℃,20kgf/cm2,5分間での樹脂流れが56μｍとなるように作成したノーフロープリプレグ（プリプレグＢ）を得た。また、 146℃で乾燥させて、ゲル化時間 110秒、樹脂流れ12mmであるハイフロープリプレグ（プリプレグＣ）を作成した。
【００２０】内層金属板となる厚さ 200μｍの圧延銅板にクリアランスホールを、所定の位置に、スルーホール径より 500μｍ大きめの穴を、パンチングにてあけ、研磨後、これを黒化処理した。半導体チップを直接搭載する位置と同じ箇所に、半導体チップより 200μｍ大きめの穴をパンチングでノーフロープリプレグＢにあけ、上記内層銅板の片面に配置した。また、銅板の反対側にハイフロー化したプリプレグＣを置き、その外側に厚さ18μｍの電解銅箔（商品名：3EC-III 、三井金属＜株＞製）を配置し、 190℃、25kgf/cm2 にて、真空下に90分積層成形し、３層銅張板を作成した。ボイドは見られなかった。
【００２１】この板の所定位置に炭酸ガスレーザーで穴径0.25mmφのスルーホールをあけ、デスミア処理を行い、銅メッキを施した。公知の方法で上下に回路を形成し、同時に半導体チップを搭載する位置の上の銅箔をエッチング除去し、レジストを塗布して、電解法にてニッケルメッキ、金メッキを施し、金属芯入りキャビティ型プリント配線板を作成した。この半導体チップ搭載部分に半導体チップを銀ペーストで接着させ、ワイヤボンディング後、液状封止樹脂で封止した（図１）。この試験結果を表１に示す。
【００２２】実施例２実施例１の樹脂に無機充填剤としてタルク（商品名：P-3 、日本タルク＜株＞製）500 部を加え、均一分散したものを18μm の電解銅箔に厚さ55μm となるように塗布し、乾燥して、樹脂のゲル化時間（ａｔ170 ℃）が３秒、170 ℃、20kgf/cm2 、５分間での樹脂流れが、70μm となるように作成したノーフロー品、及びゲル化時間84秒、樹脂流れ17mmのハイフロー品を作成した。これを実施例１と同様に配置し、190 ℃、20kgf/cm2 にて、真空下に90分積層成形し、３層の銅張板を作成した。ボイドは見られなかった。この板の所定位置にドリルで穴径0.25ｍφのスルーホールをあけ、デスミア処理を行い、銅メッキを施した。公知の方法で上下に回路を形成し、ニッケルメッキ、金メッキを施した後、半導体チップを搭載する位置の銅箔をザグリマシーンで切除し、金属芯入りキャビティ型プリント配線板を得た。これを用い、実施例１と同様に半導体チップ接着、ワイヤボンディング、樹脂封止した。試験結果を表１に示す。
【００２３】比較例１実施例１のハイフロープリプレグＣを２枚使用し、上下に上記電解銅箔を配置し、190 ℃、20kgf/cm2 、真空下で90分間積層成形し、両面銅張積層板を得た。所定の位置に穴径0.25mmφのスルーホールをドリルであけ、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、メッキレジストを塗布し、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、エポキシコンパウンド封止樹脂で封止した（図２）。このプリント配線板の評価結果を表１に示す。
【００２４】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で上下くりぬいてから裏面に厚さ 200μｍの銅板を、上記ノーフロープリプレグを打ち抜いたもので加熱、加圧下に接着させ、放熱板付きプリント配線板を作成した。これはややソリが見られた。これの放熱板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した後、液状封止樹脂で封止した（図３）。このプリント配線板の評価結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 吸湿後の耐熱性 常態 異常なし 異常なし 異常なし 異常なし 24 hrs 異常なし 異常なし やや剥離 異常なし 48 hrs 異常なし 異常なし 剥離 異常なし 72 hrs 異常なし 異常なし 剥離 やや剥離 96 hrs 異常なし 異常なし ワイヤ 切れ 剥離 168 hrs やや剥離 やや剥離 − 剥離 ガラス転移温度 (℃) ２１２ ２１０ − − 絶縁抵抗 (Ω) − − プレッシャクッ 常態 ５×1014 ６×1014 カー処理後 200 hrs ３×1012 ３×1012 500 hrs ２×1011 ５×1011 700 hrs ６×1010 １×1011 1000 hrs １×1010 ４×1010 耐マイグレー 常態 ５×1013 ４×1013 ション性 200 hrs ３×1011 ７×1011 500 hrs ２×1011 ５×1011 700 hrs ７×1010 ３×1010 1000 hrs ５×1010 １×1010
【００２６】＜測定方法＞１）吸湿後の耐熱性 ： 40℃・90％RHの雰囲気下に放置後、所定時間で取り出してから240 ℃の半田中に30秒浸せきし、基板の金属との剥離、ワイヤ切れについて断面及び電気チェックで確認した。
２）ガラス転移温度 ： ＤＭＡ法によって測定した。
３）プレッシャークッカー(PCT) 処理後の絶縁抵抗値 ：121 ℃・２気圧で所定時間処理後、25℃、65％RHで２時間後処理し、500VDC印加60秒でその端子間（ライン／スペース＝100 μm/100 μm)の絶縁抵抗値を測定した。
４）耐マイグレーション性 ： 85℃、86％RH、50VDC にて端子間の絶縁抵抗値を測定した。
【００２７】
【発明の効果】本発明の製造法による金属芯入りキャビティー型プリント配線板は、熱放散も良く、半導体チップ搭載部裏側からの湿気の侵入を防ぎ、且つプリプレグの樹脂組成物として、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を用いることにより、耐熱性、吸湿後の耐熱性、耐マイグレーション性、プレッシャークッカー処理後の電気絶縁性等に優れていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の製造工程図。
【図２】比較例１の製造工程図。
【図３】比較例２の製造工程図。
【符号の説明】
（ａ）銅板、（ｂ）ノーフロープリプレグＢ打ち抜き穴部、（ｃ）キャビティー部、（ｄ）クリアランスホール、（ｅ）銅箔、（ｆ）ノーフロープリプレグＢ、（ｇ）ハイフロープリプレグＣ、（ｈ）表裏回路導通用スルーホール、（ｉ）放熱用スルーホール、（ｊ）半導体チップ、（ｋ）銀ペースト、（ｌ）金ワイヤ、（ｍ）封止樹脂、（ｎ）ハンダボール、（ｏ）メッキレジスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体チップを直接搭載し、ワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続するために用いるプリント配線板の製造において、(1). 内層に用いる金属板を用意し、この金属板のスルーホールを形成する位置に、スルーホール径より少し大きめのクリアランスホールを形成し、必要により表面を化学処理し、(2). クリアランスホールを形成した金属板の片面に、少なくとも半導体チップを該金属板に直接搭載する位置のプリプレグを切除したノーフロープリプレグを置き、(3). 該金属板の反対側にハイフローのプリプレグを配置し、(4). 両面のプリプレグの外側に外層回路形成用の金属箔を置き、(5). 加熱、加圧下にプリプレグの樹脂を熱硬化して全体を一体化するとともに、金属板中に形成されたクリアランスホールにハイフロープリプレグの樹脂を流し込んで埋め込み、ノーフロープリプレグ中に形成された半導体チップ搭載用空間は、ノーフロープリプレグの樹脂で埋め込まれない金属芯３層金属張板を作成し、(6). 内層金属板のクリアランスホール部に、金属板に接触しないようにスルーホールをあけ、(7). スルーホール内を金属メッキでメッキして表裏を導通させ、(8). 表裏に公知の方法で回路を形成し、(9). 半導体チップを搭載する内層金属板露出部上側の金属箔を同時に除去し、ニッケルメッキ、金メッキを施して得られる金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【請求項２】 該金属板及び表層の金属板が銅箔である請求項１に記載の金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【請求項３】 該プリプレグの樹脂組成物が、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に記載の金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【請求項１】 半導体チップを直接搭載し、ワイヤボンディングで回路導体と半導体チップを接続するために用いるプリント配線板の製造において、(1). 内層に用いる金属板を用意し、この金属板のスルーホールを形成する位置に、スルーホール径より少し大きめのクリアランスホールを形成し、必要により表面を化学処理し、(2). クリアランスホールを形成した金属板の片面に、少なくとも半導体チップを該金属板に直接搭載する位置のプリプレグを切除したノーフロープリプレグを置き、(3). 該金属板の反対側にハイフローのプリプレグを配置し、(4). 両面のプリプレグの外側に外層回路形成用の金属箔を置き、(5). 加熱、加圧下にプリプレグの樹脂を熱硬化して全体を一体化するとともに、金属板中に形成されたクリアランスホールにハイフロープリプレグの樹脂を流し込んで埋め込み、ノーフロープリプレグ中に形成された半導体チップ搭載用空間は、ノーフロープリプレグの樹脂で埋め込まれない金属芯３層金属張板を作成し、(6). 内層金属板のクリアランスホール部に、金属板に接触しないようにスルーホールをあけ、(7). スルーホール内を金属メッキでメッキして表裏を導通させ、(8). 表裏に公知の方法で回路を形成し、(9). 半導体チップを搭載する内層金属板露出部上側の金属箔を同時に除去し、ニッケルメッキ、金メッキを施して得られる金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【請求項２】 該金属板及び表層の金属板が銅箔である請求項１に記載の金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【請求項３】 該プリプレグの樹脂組成物が、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に記載の金属芯入りキャビティー型プリント配線板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平１１−１７６９７７
【公開日】平成１１年（１９９９）７月２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−３３７２６４
【出願日】平成９年（１９９７）１２月８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）７月２日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）１２月８日
【出願人】（０００００４４６６）三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
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