JP2000294678A - 高熱放散型ボールグリッドアレイタイプ半導体プラスチックパッケージ用プリント配線板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 放熱性に優れ、且つ耐熱性、吸湿後の電気絶
縁性、耐マイグレーション性などに優れたBGAタイプ半
導体プラスチックパッケージ用プリント配線板を作成す
る。 【解決手段】 ガラス布基材両面銅張積層板を用いて、
少なくとも片面に回路ｃを形成し、表面処理したものの
上にガラス布基材プリプレグｄを置き、その外側に銅箔
ａまたはガラス布基材片面銅張積層板を配置し、加熱、
加圧して積層成形し、サンドブラスト法にて内層のボン
ディングパッド部、半導体チップ搭載部となる裏面銅箔
部上のガラス布基材、熱硬化性樹脂組成物を切削除去
し、貴金属メッキを施し、プリント配線板とする。更に
は銅張積層板及びプリプレグの樹脂として、多官能性シ
アン酸エステル樹脂組成物を用いる。 【効果】 放熱性に優れ、且つ耐熱性、プレッシャーク
ッカー処理後の電気絶縁性、耐マイグレーション性など
に優れ、量産性にも適したものが得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを少
なくとも１個、小型プリント配線板に搭載した形態の、
高熱放散型半導体プラスチックパッケージ用プリント配
線板に関する。得られたプリント配線板は、半導体チッ
プを搭載し、マイクロコントローラ、ASIC、メモリー等
の用途に使用される。本パッケージはハンダボールを用
いてマザーボードプリント配線板に接続され、電子機器
等として使用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体プラスチックパッケージの
基材としては、ガラスエポキシ材、ポリイミドフィルム
材、セラミック材等の薄い板が主に使用されている。こ
れらのパッケージ類は、現在ではハンダボール間隔がほ
とんど０．８ｍｍ以上である。しかしながら、薄型、小
型、軽量化を図るために近年ますますハンダボールピッ
チ及び回路のライン／スペースが狭くなって来ている。
このため基板の耐熱性、多層板とした時の吸湿後の電気
絶縁性、耐マイグレーション性等が問題となっていた。
また、近年ますます高密度化するプリント配線板におい
て、半導体チップから発生する熱は、従来の半導体プラ
スチックパッケージでは十分な放熱ができないようにな
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
点を改善した高熱放散型半導体プラスチックパッケージ
用プリント配線板を提供する。

【０００４】

【発明が解決するための手段】本発明は、高熱放散型半
導体プラスチックパッケージのサブストレートとして、
ガラス布基材両面銅張積層板を用い、少なくとも片面に
回路を形成し、銅箔の表面を化学処理した後、回路形成
側に、ガラス布基材プリプレグを置き、その外側に銅箔
または片面銅張積層板を配置し、加熱、加圧下に積層成
形して得られた両面銅張多層板の表面には、少なくとも
半導体チップボンディング用パッド、裏面にはハンダボ
ール接続用パッド、表面にはボンディングパッドと該パ
ッドを接続する銅箔回路を、裏面にはハンダボールパッ
ドを接続する銅箔回路配置し、該回路を表裏スルーホー
ル導体で接続した回路板を作成した後、内層のボンディ
ングパッド、半導体チップを搭載する裏面側の銅箔の上
にあるガラス布基材及び熱硬化性樹脂を、好ましくはサ
ンドブラスト法で除去して、内層のボンディングパッ
ド、半導体チップ固定用の裏面の銅箔の表面を露出させ
て多層のサブストレートを作成する。その後、少なくと
も、半導体チップ搭載部、ボンディング用パッド及びハ
ンダボールパッドを除いて表面をメッキレジストで覆
い、ニッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板
とする。更には、プリプレグ、片面銅張積層板に使用す
る樹脂として、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
成物を使用することにより、耐熱性、吸湿後の電気絶縁
性、耐マイグレーション性等の特性に優れた、高熱放散
型ボールグリッドアレイ半導体プラスチックパッケージ
用プリント配線板を提供する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、高熱放散型ボールグリ
ッドアレイタイプ半導体プラスチックパッケージ用プリ
ント配線板として、まずガラス布基材両面銅張積層板
の、少なくとも片面に回路を形成し、その回路表面を化
学処理し、その回路側にガラス布基材熱硬化性樹脂プリ
プレグを置き、その外側に銅箔或いは片面銅張積層板を
配置する。これらを加熱、加圧、好ましくは真空下に積
層成形し、一体化して両面銅張多層板とする。この多層
板にスルーホールをあけ、スルーホール内に銅メッキを
施した後、表裏に回路を形成し、少なくとも内層のボン
ディングパッド及び半導体チップ搭載部となる裏面の銅
箔までの上側にあるガラス布基材及び熱硬化性樹脂組成
物を、好ましくはサンドブラスト法にて除去し、その
後、サンドブラスト残さをソフトエッチングなどでクリ
ーニングし、少なくとも半導体チップ搭載部、ボンディ
ングパッド部、ボールパッド部にニッケルメッキ、金メ
ッキを施してプリント配線板を作製する。

【０００６】半導体チップを、そのプリント配線板の裏
面の銅箔の上に、表面から熱伝導性接着剤で接着固定
し、ワイヤボンディングでボンディングパッドに接続
し、表面を好ましくは液状封止樹脂で封止する。裏面
は、ハンダボールを溶融接合し、半導体プラスチックパ
ッケージとする。また、プリプレグ、銅張積層板の熱硬
化性樹脂組成物としては、多官能性シアン酸エステル樹
脂組成物を使用することにより、耐熱性、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などに
優れたプリント配線板が提供される。

【０００７】本発明のプリプレグ、銅張積層板として
は、一般に公知のガラス布、好ましくは織布に熱硬化性
樹脂を含浸、乾燥して得られたプリプレグを用いて両面
又は片面に電解銅箔を配置して、加熱、加圧下、好まし
くは真空下に積層成形して得られたものが使用される。
ガラス繊維としては、一般に公知のガラス繊維、例えば
E、S、Dなどのガラス繊維を用いた不織布、織布が挙げ
られ、厚みは一般に50〜150μmが使用される。またこれ
らの糸を用いた混抄も使用できる。基材としては、薄い
ものは密度の高いものが好ましい。例えば50μmの厚み
では、50〜60g/m²が好ましい。織り方についても特に限
定はしないが、平織りが好ましい。

【０００８】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ー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。

【０００９】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-ジブロモー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。これらのほかに特公昭41-192
8、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40
0〜6,000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。

【００１０】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。

【００１１】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。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、公知の有機、無機の充填剤、
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。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。

【００１３】ガラス基材補強銅張積層板は、まず上記補
強基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸、乾燥させて、100
〜180℃、好適には120〜150℃で加熱、乾燥てBステージ
とし、プリプレグを作成する。次に、両面銅張積層板
は、このプリプレグ両面に、片面銅張り積層板は、片面
に銅箔、反対面には離型フィルムを配置し、加熱、加
圧、好適には真空下に積層成形し、銅張積層板とする。
銅箔の厚みは、好適には12〜70μmである。

【００１４】サンドブラスト法には一般に公知のものが
挙げられる。具体的には、乾式或いは湿式のサンドブラ
スト法が挙げられる。砂の種類は特に限定しないが、珪
砂、ガラス粉など一般に公知のものが使用できる。削る
箇所に砂を吹き付け、ガラス布基材、熱硬化性樹脂組成
物を研削、除去する。削らない箇所には、事前にカバー
をしておくか、樹脂を塗布しておき、砂を吹き付けたと
きに、削る以外の箇所を保護する。その後、好適には銅
箔表面をソフトエッチングなどの処理を行なってクリー
ニングし、定法にてニッケルメッキ、金メッキを行う。
切削にはサンドブラスト法が好ましいが、その他にはレ
ーザー、ルーター等の機器を使うことも可能である。

【００１５】

【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。

【００１６】実施例１ 2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン900部、ビス(4-
マレイミドフェニル)メタン100部を150℃に熔融させ、
撹拌しながら4時間反応させ、プレポリマーを得た。こ
れをメチルエチルケトンとジメチルホルムアミドの混合
溶剤に溶解した。これにビスフェノールA型エポキシ樹
脂(商品名:エピコート1001、油化シェルエポキシ＜株＞
製)400部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品
名:ESCN-220F、住友化学工業＜株＞製)600部を加え、均
一に溶解混合した。更に触媒としてオクチル酸亜鉛0.4
部を加え、溶解混合し、これに無機充填剤(商品名:焼成
タルク、日本タルク＜株＞製)500部、及び黒色顔料8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℃)120秒、樹脂組成物含有量が51wt%
のプリプレグBを作成した。

【００１７】厚さ18μmの電解銅箔（図１、a）を、１枚
の上記プリプレグＢの両面に配置し、200℃、20kgf/c
m²、30mmHg以下の真空下で2時間積層成形し、 両面銅張
積層板を得た。この片面に回路（図１、c）を形成し、
黒色酸化銅処理を施し、片面回路形成銅張板とした。こ
の片面回路形成銅張板の回路を形成した面に上記プリプ
レグＢ(図１、d)を１枚、その外側に18μmの電解銅箔
(図１、a)を置き、同様に積層成形して３層板とした。
この３層板の半導体チップを固定する以外の箇所に、表
裏回路接続用の径0.2mmのスルーホール用貫通孔をメカ
ニカルドリルであけ、デスミア処理後、スルーホールメ
ッキを20μm施した(図１、e)。表裏に回路を形成し、内
層のボンディングパッド部、及び半導体チップ搭載部と
なる裏面の銅箔の上部の部分以外を、サンドブラスト用
レジストで被覆し、表面からサンドブラスの砂を吹き付
け、ガラス布基材、熱硬化性樹脂組成物を切削し、内層
のボンディングパッド部(図１、f)表面を露出した。そ
の後、サンドブラスト用レジストを剥離除去し、再度全
面をサンドブラスト用レジストで覆い、半導体チップ搭
載部となる裏面の銅箔5mm角の上のレジストだけを除去
し、再度サンドブラストにて裏面の、半導体チップ搭載
銅箔(図１、g)を露出させ、レジストを溶解除去後、こ
のプリント板の半導体チップ搭載部(図１、g)、ボンデ
ィングパッド部(図１、f)、及び裏面のハンダボールパ
ッド部(k)以外にメッキレジストを付着させ、これにニ
ッケルメッキ、金メッキを施してプリント配線板とし
た。このプリント配線板の半導体チップ搭載部に4mm角
の半導体チップ(図１、j)を、銀ペースト（図１、l）で
接着固定し、ワイヤボンディング（図１、h）後、液状
エポキシ封止樹脂(図１、i)で封止した。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。

【００１８】比較例１ 実施例１において、熱硬化性樹脂組成物として、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：ESCN-220F)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溶解し、均
一に攪拌、混合したものを使用した。これを実施例１と
同じガラスクロスに含浸させ、乾燥して、ゲル化時間15
0秒のプリプレグＣを作成した。このプリプレグＣ(図
２、n)を2枚使用し、両面に18μmの電解銅箔(図２、a)
を配置し、190℃、20kgf/cm²、30mmHg以下の真空下で積
層成形して両面銅張積層板を作成した。この両面に回路
を形成し、半導体チップ搭載部の銅箔部に放熱用の銅メ
ッキしたスルーホール(図２、o)を形成し、半導体チッ
プ搭載部、ワイヤボンディングパッド部、及びハンダボ
ールパッド部以外をメッキレジストで被覆し、ニッケル
メッキ、金メッキしてプリント配線板を作成し、表面は
半導体チップ(図２、j)搭載、ワイヤボンディング(図
２、h)、エポキシ樹脂コンパウンド封止(図２、i)を行
い、裏面はハンダボール(図２、k)を接合し、半導体プ
ラスチックパッケージとした。評価結果を表１に示す。

【００１９】 表１ 項 目 実 施 例 比 較 例 1 1 ガラス転移温度（℃） 235 160 プレッシャークッカー 処理後の絶縁抵抗(Ω) 常態 4x10¹⁴ 6x10¹⁴ 200hrs.処理後 5x10¹² 2x10¹¹ 500hrs.処理後 6x10¹¹ <1x10⁸ 700hrs.処理後 3x10¹⁰ ー 1,000hrs.処理後 2x10¹⁰ ー 耐マイグレーション性(Ω) 常態 6x10¹³ 2x10¹³ 200hrs.処理後 5x10¹¹ 7x10⁹ 300hrs.処理後 6x10¹¹ <1x10⁸ 500hrs.処理後 3x10¹¹ ー 1,000hrs.処理後 1x10¹¹ ー 放熱性（℃） 28 56

【００２０】＜測定方法＞ 1)ガラス転移温度：DMA法にて測定した。 2)プレッシャークッカー処理後の絶縁抵抗値：ライン／
スペース＝100/100μm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、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。 3)耐マイグレーション性：上記2)の試験片を85℃・85%R
H、50VDC印加して端子間の絶縁抵抗値を測定した。 4)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。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ガラス布基材両面銅張
積層板を用いて、少なくとも片面に回路を形成し、化学
表面処理を施してから、回路形成面にガラス布基材プリ
プレグを配置し、その外側に銅箔或いはガラス布基材片
面銅張積層板を配置し、加熱、加圧下に積層成形した
後、スルーホールを形成し、銅メッキを施し、表裏に回
路を形成後、少なくとも内層のボンディングパッド部及
び半導体チップ搭載用銅箔部上にあるガラス布基材と熱
硬化性樹脂組成物を、好適にはサンドブラスト法にて切
削除去し、少なくとも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に貴金属メッキを施
し、プリント配線板としたものに、半導体チップを熱伝
導性接着剤で接着し、ワイヤボンディングで半導体チッ
プを接続し、液状封止樹脂で封止して半導体プラスチッ
クパッケージを作成することにより、放熱性に優れ、か
つ大量生産に適した半導体プラスチックパッケージが提
供される。更には熱硬化性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
須成分として用いることにより、耐熱性、プレッシャー
クッカー処理後の電気絶縁性、耐マイグレーション性な
どに優れた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】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。

【符号の説明】

ａ 銅箔 ｂ ガラス織布基材熱硬化性樹脂層 ｃ 回路 ｄ プリプレグＢ ｅ 表裏回路導通用スルーホール ｆ ボンディングパッド ｇ 半導体チップ搭載部 ｈ ボンディングワイヤ ｉ 封止樹脂 ｊ 銀ペースト ｋ ハンダボール ｌ 銀ペースト 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｌ (72)発明者 小松 勝次 東京都葛飾区新宿６丁目１番１号 三菱瓦 斯化学株式会社東京工場内 Ｆターム(参考） 5E346 AA06 AA12 AA15 AA42 AA60 BB16 CC04 CC08 CC09 CC12 CC32 CC37 CC38 DD02 EE02 EE06 EE09 EE13 FF03 FF04 GG15 GG17 GG23 GG28 HH08 HH17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス布基材両面銅張積層板を用いて、
   少なくとも片面に回路及び半導体チップボンディング用
   パッドを作成し、化学処理した後、回路側全面に、ガラ
   ス布基材プリプレグを置き、その外側に銅箔或いは片面
   銅張積層板を配置して、加熱、加圧下に積層成形して得
   られる両面銅張多層板の両面に、少なくとも半導体チッ
   プボンディング用パッド、裏面にハンダボール接続用パ
   ッド、表裏面にボンディングパッドと該パッドを接続す
   る銅箔回路及び表裏回路を接続するスルーホール導体を
   配置した回路板を作成後、内層のボンディングパッド、
   半導体チップを搭載する場所の上側のガラス布基材、及
   び熱硬化性樹脂を除去し、内層に形成されたボンディン
   グパッドと、裏面の銅箔に形成してある半導体チップ固
   定用銅箔面を露出させたことを特徴とする高熱放散型ボ
   ールグリッドアレイタイプ半導体プラスチックパッケー
   ジ用プリント配線板。
2. 【請求項２】 該ガラス布、熱硬化性樹脂組成物をサン
   ドブラスト法にて除去して製造される請求項１記載の高
   熱放散型半導体プラスチックパッケージ用プリント配線
   板。
3. 【請求項３】 該銅張板の熱硬化性樹脂組成物が、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
   又は２記載の高熱放散型半導体プラスチックパッケージ
   用プリント配線板。