JP2000174164A - メタルベース半導体パッケージとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタルシートを支持体とし、かつ、その上に
形成された耐熱性熱可塑性樹脂を必須成分とする絶縁層
上の銅箔に回路加工が施されている半導体用メタルパッ
ケージにおいて、ワイヤボンド用ニッケル金メッキを合
理的、簡潔に行うために、ワイヤボンドパッド用のニッ
ケル金メッキをワークボード状態で行った後に絞り加工
および外形加工を行い、個片またはフレーム状のキャビ
ティー付きメタルベース半導体パッケージを提供する。 【解決手段】 伸び率が１５％以上であるメタルシート
と、耐熱性熱可塑樹脂を必須成分とし伸び率が２０％以
上である絶縁層とおよび、その上に形成された伸び率が
２０％以上である銅箔とから構成され、かつ、その銅箔
に回路加工が施されている半導体用メタルパッケージに
おいて、キャビティーを形成するための絞り部、曲げ部
のメタルシート部分、銅回路部分を、ワイヤボンド用金
属メッキ前に伸び率が２０％以上である耐熱性ポリマー
で被覆してＮｉメッキがつかないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はメタルベース半導体
パッケージ及びその製造方法に関する。さらに詳しく
は、キャビティーを持ち電気特性、放熱特性の優れたメ
タルベース半導体パッケージでワイヤボンド用金属メッ
キを行い、その後絞りまたは曲げ加工が可能な構成及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルベース半導体パッケージは放熱
性、電磁遮蔽性に優れているなどの特徴を持っており、
近年マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ等の半
導体パッケージ向けの利用が高まっている。メタルベー
ス半導体パッケージの代表的な具体例としてはＵＳＰ
５，４２０，４６０号に開示されているメタルベースの
ボール・グリッド・アレイ（Ball Grid Array 以下Ｂ
ＧＡと略す）、ＵＳＰ５，６３９，９９０号に開示され
ているメタルベースのメタル・クワッド・パッケージ
（Metal Quad Package、以下ＭＱＰと略す）、特開平６
−２９１２４３号に開示されている２段絞りで表面実装
性の良いメタルベース半導体パッケージ、特開平８−１
７２１４２の２段絞りで表面実装性の良いメタルベース
半導体パッケージ、１９９６年１２月のThe Third VLSI
PACKAGING WORKSHOP of Japan でのHighPerformance
Cavity-Down Metal Based BGA Package (TECHNICAL DIG
EST, Page153)（以下ＭｅＢＧＡと略す）、特開平９−
３０７０１９号に開示された回路保護皮膜も同時に絞り
加工する事により加工を容易にしたパッケージ（以下Ｍ
ｓＢＧＡと略す）等がある。これらで曲げ絞り加工を行
うパッケージの場合は全て曲げ絞り加工後にニッケル金
メッキ等のワイヤボンド用金属メッキを施す事が記載さ
れている。

【０００３】また、ベースメタルにプラスチック基板が
積層されたパッケージを絞り加工する場合はニッケル金
メッキのようなワイヤボンド用金属を銅パターンやベー
ス金属にメッキする前に行う。ワイヤボンド用金属を銅
パターンやベース金属にメッキした後は、絞りや曲げの
加工を行わない。

【０００４】これらの理由はワイヤボンド用金属メッキ
やベースメタルの保護用のメッキはニッケルが主体であ
り、そのニッケルが硬く伸びが無いために曲げ、絞り加
工でクラックが入ることが常であるからである。

【０００５】また、ニッケルがメッキとして掛からない
ようにソルダーレジスト等の樹脂で覆った場合でも、そ
の樹脂には２３０℃以上の半田耐熱性、耐無電解ニッケ
ル金メッキ性、耐湿性（耐プレッシャクッカー性）等の
特性が必要なためエポキシ系樹脂が使われる。従って伸
びが無く、急角度に曲げれば容易にクラックがはいるこ
とも当業者の常識となっている。

【０００６】特開平９−３０７０１９号で開示された内
容は上記の状況をよく説明しているので引用する。絞り
加工する回路部を感光性ソルダーレジスト等の保護膜で
保護した場合でも、発明の詳細な説明の欄に記載のごと
く、絞り加工によって形成する段差部分を滑らかに成形
することが重要である。また、間接的な表現であるが、
ベース銅だけで構成されニッケルメッキのかかる前の状
態部分の絞り角度は配線パターンを保護皮膜と共に絞る
部分より急角度に形成される記載されており、配線パタ
ーンを保護膜と共に絞る部分はより緩やかに絞ることが
必要である。これらは、回路保護膜付き回路部分を急角
度で絞った場合に想定される回路保護膜のクラックを避
けることを目的としている。また、ベース金属の裏面の
保護用ニッケルメッキは絞り加工後に行うことも記載さ
れている。これは、ニッケルメッキのクラックを防ぐこ
とを目的にしている。

【０００７】しかしながら、従来の常識を覆してニッケ
ル金メッキ等のワイヤボンド用金属を銅パターンやベー
ス金属の一部にメッキした後に、絞りや曲げ角度を十分
に急角度に加工することは、ワイヤボンド用金属をメッ
キする場合に、基板がフラットで最も単純な形状である
ので、均一でメッキが行いやすいこと、生産加工ライン
が金型加工ラインで途切れることが無く単純で生産性が
良いこと、及び、曲げ絞りを十分急角度に行うためにパ
ッケージの面積を小さくすることができるのでワイヤボ
ンド用金属のメッキのためにもパッケージの小型化のた
めにも非常に有用である。特に多数のパッケージを１枚
の板に形成したいわゆる枚葉で行う生産方式の場合やリ
ール・ツウ・リールで行う方法では、曲げ、絞り加工後
に個片にしたりフレームにしてからワイヤボンド用の金
属メッキを行う場合に比べて、特に合理的な方法であ
る。しかるに、この方法は、上記常識から、従来は提案
されてもいないし、実現は、なおさらできていなかっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の常識を覆してニ
ッケル金メッキ等のワイヤボンド用金属を銅パターンに
メッキした後に、絞りや曲げ角度を十分に急角度に加工
することにより、基板がフラットで最も単純な形状であ
る段階でワイヤボンド用金属を均一にメッキすること、
曲げ絞りを十分急角度に行ってパッケージの面積を小さ
くすること、１０個以上の多数のパッケージパターンを
１枚の板に形成したいわゆる平板状態あるいはリール・
ツウ・リールの長尺基板でワイヤボンド用金属メッキを
行った後に曲げ絞り加工を行うことが必要である。ま
た、製造したメタルベース半導体パッケージは前記加工
性と共に２３０℃以上の半田耐熱性、耐湿性（耐プレッ
シャクッカー性など）など半導体パッケージとしての実
装性、耐久性に優れていることも必要である。以上のよ
うに、特に曲げ、絞り加工後に個片にしたりフレームに
してからワイヤボンド用の金属メッキを行う従来の方法
に比べて、品質、生産性に優れていることが特徴であ
り、本発明はその優れた方法とそれを実行できる材料構
成を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するため次の構成を備える。すなわち、ベース金属の伸
び率が１５％以上であり、そのベース金属の上にガラス
転移温度が１６０℃以上、３００℃以下である耐熱性熱
可塑性樹脂を必須成分とし伸び率が２０％以上である絶
縁層を用い、その絶縁層上に伸び率が２０％以上である
銅箔に半導体搭載用回路を形成し、ベース金属の裏面の
絞り部および曲げ部にガラス転移温度が１６０℃以上、
３００℃以下の耐熱性熱可塑性樹脂を必須成分とし伸び
率が２０％以上である絶縁層を形成し、回路保護用のソ
ルダーレジストに伸び率が２０％以上である樹脂を使用
し、絞り部および曲げ部で１％以上の伸びを発生するベ
ース金属、銅箔回路にワイヤボンド用金属メッキがつか
ないようにすることを特徴とする構成である。

【００１０】さらに、ベース銅、銅箔に適切な表面処理
を施したり、前記特徴の物理特性を保有しながら、耐熱
性、耐薬品性を持った有機材料を使用することによっ
て、メタルベース半導体パッケージ単独の特性におい
て、耐ＰＣＴ性が９６時間以上で構成材料界面での剥が
れ、変色が生じなく、２３０℃以上の温度で全ての有機
材料層にクラックおよび脹れの発生が無く、無電解ニッ
ケルを１．５μｍ以上、無電解金メッキを０．３μｍ以
上析出させる工程でソルダーレジストと回路金属、有機
絶縁層からなる下地との間にメッキ液の潜りが生じない
性能を持たせることを特徴とする構成である。

【００１１】その様な構成、材料、表面処理を採用する
ことにより、耐久性に優れると共に、ワイヤボンド用金
属メッキの後に行うキャビティーを形成するための絞り
または曲げの角度が３０°以上、９０°以下の急角度で
あり、絞りまたは曲げの外側の曲率半径がパッケージの
回路基板の厚さの１／２倍以上、５倍以下の小さい曲率
半径の絞りまたは曲げ加工を実行できる。その結果、ワ
イヤボンド用金属メッキ後に絞り加工する生産方式であ
っても、実装に寄与しない絞り部の面積が小さくパッケ
ージの小型化が実現できる。

【００１２】また、パッケージが上記の層構成を取るこ
とによってワイヤボンド用金属メッキを行う際、絞りま
たは曲げ加工を行う前の基板が１０個以上のパッケージ
パターンを含んでいる板状であったり、リール・ツウ・
リールの長尺状であっても効率よく合理的に加工ができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明によって製造されるメ
タルベース半導体パッケージの形状、マザーボードへの
実装性、パッケージとしての耐久信頼性と発明の実施方
法を説明する。本発明のパッケージの特徴は １）絞り加工で１段以上のキャビティーが形成され、キ
ャビティーの深さは０．１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下で
あり、キャビティーの絞りや曲げの角度は２０°以上、
９０°以下である。 ２）キャビティーの絞りや曲げ部分で、ベースメタルや
回路用銅箔の伸びが１％以上である部分には表面にポリ
マー層を形成してベースメタルや回路用銅箔を露出させ
ないようにしている。そのポリマー層の外側の曲率半径
は、ＳＲ付き回路基板の厚さの１／２以上、５倍以下で
ある。 ３）製造過程でのニッケル、金メッキなどのワイヤボン
ド用金属メッキで何等異常が無く、半田リフローなどの
マザーボード実装信頼性、耐ＰＣＴ性、耐温度サイクル
性等の半導体用の耐久信頼性を持っている。

【００１４】キャビティーの深さが０．１ｍｍより小さ
ければ半導体を搭載するキャビティーの意味が無くな
り、１．５ｍｍより大きければパッケージの高さが大き
くなりすぎ実用的ではない。キャビティーの絞り角度が
２０°より小さければキャビティーの深さが取りにく
い。また、９０°より大きい絞り加工は実質的に価値が
ない。キャビティーの絞りや曲げ部分の外側のポリマー
層の外側の曲率半径はポリマー付き回路基板の厚さの１
／２より小さければ局部的にＳＲや回路の伸びが大きく
なり過ぎ、割れを生じる。また、５倍より大きければ絞
り角度が小さくなりキャビティー形成の意味が失われ
る。

【００１５】本発明のメタルベース半導体パッケージの
製造は次のようである。 １．本発明でＳＲを被覆する前のメタルベース回路基板
は絞りや曲げ角度を十分に急角度に加工できることが必
要であり、次のようにして製造する。 １）ベース金属の表裏面に形成する絶縁層はガラス転移
温度が１６０℃以上、３００℃以下である耐熱性熱可塑
性樹脂を必須成分とし、その耐熱性熱可塑性樹脂がベー
ス金属や回路用の金属箔との接着界面に存在することを
必須条件とする。即ち、その絶縁層は、耐熱性熱可塑性
樹脂単独でも、耐熱性熱可塑性樹脂と耐熱性非熱可塑性
樹脂との複層構造であっても良い。耐熱性熱可塑性樹脂
の例としてはＵＳＰ５，６３９，９９０号に開示されて
いる樹脂があり、例えば、熱可塑性ポリイミド（例とし
てはＬＡＲＣ−ＴＰＩ、三井化学（株）製のレグルス等
がある）、熱可塑性ポリエーテルイミド（例として、三
菱樹脂（株）製のスペリオＵＴ−Ｆ等がある）、ポリエ
ーテルサルフォン、熱可塑性ポリアミドイミド（例とし
て、日立化成（株）製のハイマール）等がある。また、
耐熱性非熱可塑性樹脂の例としては東レ・デュポン
（株）のカプトンＨ、Ｋ、Ｅ、ＥＮＺＴ、宇部興産
（株）のユーピレックスＳ、ＳＧＡ、鐘淵化学（株）の
アピカルＡＨ、ＮＰＩ等がある。これらの絶縁層の伸び
率が２０％より小さければ、パッケージの小型化に必要
な急角度の絞りや曲げ加工時に絶縁層が破断して実用に
耐えないからである。ガラス転移温度が１６０℃以下で
あれば半導体実装時のワイヤボンド（以下ＷＢと略す）
接合時に樹脂層が柔らかくなりすぎてＷＢ強度が低下し
たり、半田リフローでの脹れが起きやすい。裏面の場合
で有ればＷＢ時に加熱板と接触してタックを起こしたり
する等の問題が起こる。また、３００℃以上であれば金
属との積層接合が困難になるためである。 回路下の絶
縁層の厚さは３μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。
より好ましくは１５〜７５μｍである。３μｍより薄け
れば配線間の絶縁特性上心配がある。また、１００μｍ
より厚ければ曲げ、絞りの際、回路やソルダーレジスト
の伸びが多く必要でありクラックの発生に繋がる恐れが
ある。また、裏面の絶縁層の厚さは３μｍ以上、３０μ
ｍ以下が好ましい。より好ましくは５μｍ以上、１５μ
ｍ以下である。３μｍより薄ければ部分的に絶縁性が低
下する場所ができてＷＢ用金属メッキが付着したり、曲
げ、絞り加工で絶縁層が破断する恐れがある。また、３
０μｍより厚ければ、メタルベースで放熱性が優秀であ
るパッケージの特徴が熱伝導率が十分ではない樹脂層に
よって阻害されるからである。

【００１６】２）ベース金属は放熱板及び、グラウンド
または電源板としても使用するため、熱伝導性が良く、
電気特性が優れていれば特に限定しないが、銅、銅合
金、アルミニウムが好適に使用される。ベース金属の厚
さは０．０５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下、好ましくは
０．１５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下がである。ベース金
属の厚さが０．０５ｍｍより薄くなると最終的な機械加
工後の平坦度が低下し好ましくない。また、２．０ｍｍ
より厚くなると、所定の急角度の絞り加工の際に曲げの
外側の材料の伸びが大きくなり外側材料の破断などが発
生して好ましくないのである。

【００１７】ベース金属の表面は耐熱性熱可塑性樹脂と
の接着性、無電解ニッケル、金メッキ液などの薬品への
耐久性を得るために、適切な表面処理を施す事が必要で
ある。表面処理としては銅の防蝕にも使用される黒化ク
ロム処理（黒色酸化クロム処理）、市販の銅箔表面処理
と同様な処理（ニッケル、コバルト、銅の合金処理にク
ロメート防錆処理を施した物など）、銅箔の黒化処理等
が好適である。 ３）回路形成用の銅箔層は伸び率が２０％以上であれば
種類は特に問わないが、市販の圧延銅箔やＨＴＥ箔が好
適である。また、それらに表面が平滑になる電解銅メッ
キで厚みを増しても伸び率が確保できればかまわない。
また、絶縁層にスパッタ法などで銅層を形成し、銅メッ
キで適当な厚さにして形成しても良い。ソルダーレジス
トが塗布される面はバフ研磨などの機械的粗化やソフト
エッチ、ＣＺ処理（メック社）等を施すのが耐久信頼性
などの面から好ましい。 ４）ベース金属への絶縁層の形成、絶縁層上への回路形
成用銅箔層の形成方法は製品の耐久信頼性などに異常が
無ければ特に問わないが、次の方法も適切である。

【００１８】ベース金属に絶縁層、銅箔を積層して耐熱
性熱可塑性樹脂のガラス転移温度より３０℃以上の温度
で真空中で加圧積層する。 ２．回路加工の方法についても特に問わない。一例とし
てはドライフィルムなどの適切なエッチングレジスト、
塩化第二鉄などのエッチング液を使用した公知のエッチ
ング方法で形成できる。

【００１９】３．絞り部、曲げ部で１％以上の伸びを発
生させる銅箔回路にワイヤボンド用金属メッキがつかな
いように被覆するための上記メタルベース回路基板上に
形成するＳＲとしては、ファイン加工に好適な感光性樹
脂組成物であり、絞り加工を行いキャビティーを形成す
る際の伸びが２０％以上であることが必要である。その
伸びが必要な理由は、所定厚みの基板で絞り角度を３０
°以上にする際、クラックが入らないことが必要なため
である。また、ＳＲの伸びはＳＲ単独のフィルムで測定
するのでは無く、絞り加工を行った時に実際に伸びる量
で測定するのである。測定法をフィルム単独で測定した
値を採用しない理由は、絞り加工でのフィルム伸び速度
がＪＩＳ規格Ｃ２３１８等で規定される速度より速く、
必ずしもＣ２３１８で測定した伸び率が絞り加工での伸
び率と相関しないためである。

【００２０】ＳＲの好ましい厚みとしては回路上で０．
００３〜０．１０ｍｍである。より好ましい厚みは０．
００５〜０．０５ｍｍである。ＳＲの厚みが０．００３
ｍｍより薄ければ回路の保護の効果が低かったり、絞り
加工時にクラックが入りやすい。また、０．１０ｍｍよ
り厚ければ露光感度の低下や絶縁や回路保護的に過剰性
能となるなどで好ましくない。

【００２１】好適な感光性樹脂組成物としては（Ａ）熱
可塑性ポリイミドの前駆体であるアミック酸であり、そ
の対数粘度（Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド溶媒、濃
度０．５ｇ／１００ｍｌ−溶媒、３５℃）が０．３〜
１．０ｄｌ／ｇであるものを含窒素系有機溶剤に溶解し
た溶液と（Ｂ）光重合可能なＣ−Ｃ不飽和２重結合を有
する化合物と、（Ｃ）光重合開始剤とからなる感光性樹
脂組成物がある。また、前記ポリアミック酸の代わりに
熱可塑性ポリアミドイミドの前駆体であるポリアミック
酸、あるいは熱可塑性ポリエーテルイミドの前駆体であ
るポリアミック酸で、その対数粘度が０．３〜１．０ｄ
ｌ／ｇであるものの含窒素系溶解した溶液を使用しても
良い。それらの感光性樹脂組成物で絞り部、曲げ部で１
％以上の伸びを発生させる銅箔回路にワイヤボンド用金
属メッキがつかないように被覆することにより課題を達
成できることを見いだした。対数粘度が０．３より小さ
ければ本発明に必要なＳＲの伸びを２０％以上にするこ
とが困難であり、１．０より大きければＳＲのファイン
な現像が困難になるためである。

【００２２】特に好適なＳＲとしては下記の感光性樹脂
組成物があり、その感光性樹脂組成物で回路を被覆し、
絞り部、曲げ部で１％以上の伸びを発生させる銅箔回路
にワイヤボンド用金属メッキがつかないように被覆する
ことにより一層、好適に課題を達成できることを見いだ
した。構造式（１）〔化１〕

【００２３】

【化１】 （式中、Ｒは構造式（２）〔化２〕

【００２４】

【化２】 からなる群より選ばれる四価の基である。）で表される
繰り返し単位を有し、それの対数粘度（Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルアセトアミド溶媒、濃度０．５ｇ／１００ｍｌ−溶
媒、３５℃で測定）が０．３〜１．０ｄｌ／ｇであるポ
リアミド酸を含む窒素系溶媒に溶解した溶液と、（Ｂ）
光重合可能なＣ−Ｃ不飽和２重結合を有する化合物と、
（Ｃ）光重合開始剤とからなる感光性樹脂組成物また
は、構造式（３）〔化３〕

【００２５】

【化３】 （式中、Ｒは構造式（４）〔化４〕を表す。

【００２６】

【化４】 で表される繰り返し単位を有し、それの対数粘度（Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミド溶媒、濃度０．５ｇ／１００
ｍｌ−溶媒、３５℃で測定）が０．３〜１．０ｄｌ／ｇ
であるポリアミド酸、１００重量部に対して、（Ｂ）ア
ルコール性水酸基を含有し、少なくとも３つ以上の光重
合可能なＣ−Ｃ不飽和２重結合を有する（メタ）アクリ
レート化合物、１０〜５０重量部と、（Ｃ）ポリアルキ
レングリコールジ（メタ）アクリレート化合物、１０〜
５０重量部と、（Ｄ）光重合開始剤を必須成分として配
合せしめた感光性樹脂組成物。

【００２７】本発明者らは、上記のようにして、絞りや
曲げ角度を十分に急角度に加工してもベース金属、絶縁
層、回路およびソルダーレジストにクラック等の欠陥が
発生しないパッケージ材料、加工法を開発すると共に、
絞り部および曲げ部で１％以上の伸びまたは圧縮が発生
するようなベース金属、銅箔回路部分に、絶縁層または
ソルダーレジストを被覆して、その部分にワイヤボンド
用金属メッキがつかないような設計を行うことによっ
て、ワイヤボンド用金属メッキを行った後に絞り加工ま
たは曲げ加工を行うという新規な加工法を特徴とするメ
タルベース半導体パッケージの開発に成功したのであ
る。

【００２８】この従来の常識を覆してニッケル金メッキ
等のワイヤボンド用金属を銅パターンや一部ベース金属
にメッキした後に、絞りや曲げ角度を十分に急角度に加
工することは、ワイヤボンド用金属をメッキする場合
に、基板がフラットで最も単純な形状であるので均一で
メッキが行いやすいこと、生産加工ラインが金型加工ラ
インで途切れることが無く単純で生産性が良いこと、及
び、曲げ絞りを十分急角度に行うためにパッケージの面
積を小さくすることができるのでワイヤボンド用金属の
メッキのためにもパッケージの小型化のためにも非常に
有用である。特に多数のパッケージを１枚の板に形成し
たいわゆる枚葉で行う生産方式の場合やリール・ツウ・
リールで行う方法では、曲げ、絞り加工後に個片にした
りフレームにしてからワイヤボンド用の金属メッキを行
う場合に比べて、特に合理的な方法である。

【００２９】また、絞りまたは曲げ加工部にワイヤボン
ド用金属メッキが形成されないことによって、パッケー
ジ性能の一部も向上されるのである。例としては １）キャビティーを形成した場合に必用になるポッティ
ング材流出防止のダムの形成を不要にすることが可能に
なる、 ２）キャビティー内にＳＲを形成しなく、配線部分が金
メッキであることによる封止樹脂と金メッキの接着信頼
性の低下を防止できる、 ３）２段以上の絞りを形成して各段にワイヤボンド部を
設ける場合、段と段の間の絞りあるいは曲げ部にソルダ
ーレジストが形成されているので半導体からの金ワイヤ
が曲げ部の配線に接触するという問題がなくなる、 ４）裏面に熱膨張率が低いニッケルメッキなどのワイヤ
ボンド用金属メッキが付かないためにベース金属の表裏
材料の熱膨張率のバランスが良く、温度変化でのパッケ
ージ形状の変化が少ない、等の大きな利点が得られる。

【００３０】以下に実施例に基づき具体的に説明する。
ベース金属の表面及び裏面に耐熱性熱可塑性樹脂を必須
成分とする絶縁層を用い、表面の絶縁層上の銅箔に半導
体搭載用回路を形成するためのメタルベース回路基板を
次のようにして作成した。 （メタルベース基板１）１８μｍ厚さの圧延銅箔（ジャ
パンエナジー社製、アニール処理後の伸び率は２１
％）、１５μｍ厚さのポリエーテルイミドフィルム（ス
ペリオ、三菱樹脂社製、樹脂のガラス転移温度は２２６
℃、伸び率は８０％）、０．３５ｍｍ厚さのベース銅板
（C1020-1/2H、三菱伸銅社製、伸び率は２０％）をメッ
ク社のＣＺ処理を施し表面を粗化したもの、厚さ２５μ
ｍのポリエーテルイミドフィルム（スペリオ）、１８μ
ｍ厚さの前記圧延銅箔をこの順に積層した後、真空中で
２６０℃×圧力５ＭＰａ×６０分でプレス成形した。こ
の成型品（図１に断面模式図を示した）をメタルベース
基板（１）とする。メタルベース基板（１）の全ての層
間の接着力が７．８Ｎ／ｃｍ以上あることを確認した。 （メタルベース基板２）ジメチルアセトアミドを溶剤と
して３，３’−ジアミノフェノキシベンゼンと３，
３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無
水物を当量比で１：０．９９で混合し、２５℃で２４時
間反応させアミド酸溶液を得た（PAA-A とする）。PAA-
A を２５μｍ厚みのカプトンＨ（東レデュポン社製）の
両面にダイコータを用いて塗布、１００〜２００℃で乾
燥、２２０〜２６０℃でイミド化、最終乾燥した。カプ
トンＨの両面に形成されたPAA-A をイミド化してできた
ポリイミドＡ（PI-Aとする）の厚さは各面とも５μｍで
あった。２５μｍのカプトンＨの両面にPI-Aを５μｍ積
層したフィルムをボンドプライＡとする。

【００３１】また、PAA-A を２５μｍ厚みのカプトンＨ
の片面に両面塗布の場合と同様にして塗布、乾燥、イミ
ド化した。カプトンＨの片面に形成されたPI-Aの厚さは
３μｍであった。２５μｍのカプトンＨの片面にPI-Aを
３μｍ積層したフィルムをカバーフィルムＡとする。

【００３２】PI-Aは熱可塑性ポリイミドであり、ガラス
転移温度は１９８℃、ボンドプライＡおよびカバーフィ
ルムＡのフィルムの伸び率はそれぞれ５５％、６０％で
あった。次に１８μｍ厚さの圧延銅箔（１）（ジャパン
エナジー社製）、ボンドプライＡ、０．３５ｍｍ厚さの
ベース銅板（１）（C1020-1/2H、三菱伸銅社製で両面の
表面は日本電解（株）にてＮｉ，Ｃｏ等の電気メッキに
より接着力改善のための表面粗化処理がされている）、
熱可塑性ポリイミド側をベース銅板側にしたカバーフィ
ルムＡをこの順に積層した後、真空中で温度２５０℃×
圧力６．５ＭＰａ×時間６０分でプレス成形した。この
成形品をメタルベース基板（２）とする。メタルベース
基板（２）のすべての層間の接着力が７．８Ｎ／ｃｍ以
上であることを確認した。 感光性樹脂組成物の作成 １）ポリアミド酸を含む窒素系溶媒溶液の製造 〔合成例１〕 （ポリアミド酸ＰＡ１） 反応器（攪拌機、還流冷却器および窒素導入管付き）
中、窒素雰囲気下、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド１３
５ｇ、ジエチレングリコールジメチルエーテル１３５ｇ
に１、３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン５
３．２９ｇ（０．１８２５モル）を溶解し、これを攪拌
しながら、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物５７．９６０ｇ（０．１８０モル）
を乾燥固体のまま少量ずつ添加した。この間、反応器の
温度を２５〜３０℃に保ち、添加後２０時間、窒素雰囲
気下で攪拌を継続し、固形分３０％のポリアミド酸を得
た。このポリアミド酸の対数粘度は０．８０であった。

【００３３】〔合成例２〕 （ポリアミド酸ＰＡ２） 合成例１の３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物のかわりに、３，３’，４，４’−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いた以外は、
合成例１と全く同様に操作して固形分３０％のポリアミ
ド酸を得た。これらのポリアミド酸の対数粘度は０．９
５であった。

【００３４】〔合成例３〕 （ポリアミド酸ＰＡ３） 合成例２と同様にしてポリアミド酸を合成したが、３，
３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
の量を５３．０６６ｇ（０．１６４８モル）に減少して
合成した。このポリアミド酸の対数粘度は０．２１であ
った。 ２）感光性樹脂組成物の製造 〔組成物例１〕 （ＳＲ１） 配合量（重量部） 合成例１のポリアミド酸（ＰＡ１） ２２０ ペンタエリスリトールトリアクリレート ６ テトラエチレングリコールジアクリレート ２４ ＩＲＵＧＡＣＵＲＥ９０７ （チバガイギー社製 以下ＩＧＣ９０７と略す） ４ カヤキュアー ＤＥＴＸ（日本化薬製 以下ＤＥＴＸと略す） １ 〔組成物例２〕 （ＳＲ２） 配合量（重量部） 合成例２のポリアミド酸（ＰＡ２） ２２０ ペンタエリスリトールトリアクリレート ６ テトラエチレングリコールジアクリレート ２４ ＩＧＣ９０７ ４ ＤＥＴＸ １ Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド ４ 〔組成物例３〕 （ＳＲ３） 配合量（重量部） 合成例３のポリアミド酸（ＰＡ３） ２２０ ペンタエリスリトールトリアクリレート ２５ ＩＧＣ９０７ ６ ＤＥＴＸ ２ Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド ４

【００３５】（実施例１）４００ｍｍ角のメタルベース
基板（１）に４０ｍｍ角のパッケージを製造するために
４９面付けで回路加工を行った。圧延銅箔をエッチング
レジストでパターンを描き、塩化第二銅でエッチングし
て銅回路１００と半田付け用ランド部４００、ボンディ
ングパッド部５００を形成した。

【００３６】感光性ソルダーレジスト（ＳＲ１）を銅箔
回路上で３０μｍ厚みになるように塗布した後、パター
ン形成してＳＲ層６００を形成した。このパターンはＳ
Ｒ層が絞り加工の下部まで回路を被覆し、絞り加工で伸
び率が１％以上になる回路部分も被覆するように設計し
た。このパターン形成後には絞り加工で伸び率が１％以
上になる部分はＳＲおよび、またはポリエーテルイミド
層で被覆されベース銅や回路は露出していないようにし
た。次にワイヤボンド用の金属メッキとして無電解でＮ
ｉメッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５５μｍ）から
なるメッキ層７００を４００ｍｍ角の基板状態で形成し
た。ＳＲ層の下地へのメッキ液の潜りは全く観察されな
かった。また、そのメッキ厚みは±１０％以内で良好で
あった。その後、ＳＲおよび金メッキつきのメタルベー
ス回路基板のダイ搭載部分９００（１８ｍｍ角）を形成
するため、深さ０．７ｍｍの絞り加工を行った。その
際、金型がワイヤボンド部の金メッキ部分にはタッチし
ないように金型を加工した。その後、パッケージを溶剤
洗浄、プラズマ洗浄して清浄化した。このようにしてキ
ャビティーダウンのＬＧＡ用の４０ｍｍ角のメタルベー
ス半導体パッケージを得た。キャビティーを形成する絞
りの角度は４０°であり、絞り部分のソルダーレジスト
の外側の最小曲率半径は１．１ｍｍであった。また、そ
の時のＳＲの伸びは約３５％であった。絞り加工後の検
査でベース銅板（１）００１、両面のポリイミド層（回
路側のポリイミド層２００および裏面のポリイミド層３
００）、回路層１００、ＳＲ層６００にはクラック等の
外観異常は全く検出されなかった。

【００３７】このメタルベース半導体パッケージの金Ｗ
Ｂ性を検査したが全て０．０５９Ｎ以上の強度を示し、
いわゆるＥモードはなかった。また、実装性および耐久
性試験として半田リフロー試験およびＰＣＴにかけた。
半田リフロー条件は最高温度２４０℃３０秒であり、Ｐ
ＣＴ条件は１２５℃×１００％ＲＨ×２２５ｋＰａ×１
９２Ｈｒであった。半田リフロー後およびＰＣＴ後の外
観観察では構成材料の浮き、剥がれは観察されなかっ
た。ＳＲの碁盤目テストでも剥離はなっかた。

【００３８】半導体チップ１０００をダイアタッチ材１
１００で搭載部９００に接着し、金のワイヤ１２００で
金メッキされたボンディングパッド部５００にボンディ
ングを行った後ポッティング材８００でモールドした場
合の半導体実装後のメタルベース半導体パッケージの１
／２断面模式図を図−１に示した。配線の空気へのオー
プンはなく、ダムなしにモールドでき、モールド材のキ
ャビティー外側への出っ張りはなくＬＧＡとして好適で
あった。

【００３９】（実施例２）４００ｍｍ角のメタルベース
基板（２）に４０ｍｍ角のパッケージを製造するために
４９面付けで回路加工を行った。圧延銅箔をエッチング
レジストでパターンを描き、塩化第二銅でエッチングし
て銅回路１０１、半田ボール用パッド部４１０、千鳥型
ボンディングパッド部５１０、５２０を形成した。

【００４０】感光性ソルダーレジスト（ＳＲ２）を導電
体回路上で３０μｍ厚みになるように塗布した後、パタ
ーン形成してＳＲ層６１０を形成した。このパターンは
ＳＲ層が第一段目の下部まで回路を被覆し、絞り加工で
伸び率が１％以上になる回路部分も被覆するように設計
した。このパターン形成後には絞り加工で伸び率が１％
以上になる部分はＳＲ、ボンドプライあるいはカバーフ
ィルム層で被覆されベース銅や回路は露出していないよ
うにした。次に、無電解でＮｉメッキ（４μｍ）、Ａｕ
メッキ（０．５μｍ）からなるメッキ層７１０を４００
ｍｍ角の基板状態で形成した。ＳＲ層の下地へのメッキ
液の潜りは全く観察されなかった。その後、ＳＲおよび
金メッキ付きのメタルベース回路基板のダイ搭載部分９
１０（１３ｍｍ角）と千鳥型ボンディングパッドの内側
のパッド部５２０のための段９２０を形成するため、全
深さ０．５ｍｍの２段絞り加工を行った。１段目の絞り
深さは０．１７ｍｍであった。千鳥型ボンディングパッ
ドの外側のパッドは絞りの無い平坦部に形成されてい
る。このようにしてキャビティーダウンのＢＧＡ用の４
０ｍｍ角のメタルベース半導体パッケージを得た。キャ
ビティーを形成する絞りの角度は第一段目が４０°であ
り、第二段目は４５°であった。外側平坦部から絞り込
まれる部分のソルダーレジストの外側の最小曲率半径は
０．８５ｍｍであった。また、ＳＲの伸びは約４０％で
あった。絞り加工後の検査でベース銅板（１）００１、
両面のポリイミド層（２００および３００）、銅回路１
０１、ＳＲ層６１０にはクラック等の外観異常は全く検
出されなかった。回路側のワイヤボンド部や半田ボール
搭載部へのＮｉ，Ａｕメッキにおいて、ＳＲの下地への
メッキ液の潜りも全く観察されなかった。

【００４１】このメタルベース半導体パッケージの金Ｗ
Ｂ性を検査したが全て０．０６４Ｎ以上の強度を示し、
いわゆるＥモードはなかった。また、実装性および耐久
性試験として半田リフロー試験およびＰＣＴにかけた。
半田リフロー条件は最高温度２４０℃３０秒であり、Ｐ
ＣＴ条件は１２５℃×１００％ＲＨ×２２５ｋＰａ×１
９２Ｈｒであった。半田リフロー後およびＰＣＴ後の外
観観察では構成材料の浮き、剥がれは観察されなかっ
た。ＳＲの碁盤目テストでも剥離はなっかた。

【００４２】半導体チップ１０１０をダイアタッチ材１
１００で搭載部９１０に接着し、金のワイヤ１２１０で
金メッキされたボンディングパッド部５１０へ、金のワ
イヤ１２２０で金メッキされたボンディングパッド部５
２０にそれぞれボンディングを行い、ダム２０００を形
成した後、ポッティング材８００でモールドした場合の
半導体実装後のメタルベース半導体パッケージの１／２
断面模式図を図−２に示した。ボンディングパッド部５
１０へのワイヤ１２１０が水平に近かったがＳＲが絞り
部に形成されているため、ワイヤ１２１０と銅回路１０
１とのショートが全くなくワイヤボンド歩留まりが良好
であった。

【００４３】（比較例１〜３）実施例１で得られたメタ
ルベース回路基板１（４００ｍｍ角）に同一パターンで
種々のソルダーレジストをメーカーの推奨する方法で形
成した。種々のソルダーレジストの内容は次のとおりで
ある。

【００４４】比較例１：ＰＳＲ４０００：プラスチック
ＢＧＡに多用されている太陽インク（株）製の感光性エ
ポキシ系レジストインク 比較例２：ＳＲ−９０００：フレキシブル回路基板等に
使われる日立化成（株）製の感光性アミド系レジストイ
ンク 比較例３：パイララックスＰＣ１０００：フレキシブル
回路基板等に用いられるデュポン（株）の感光性カバー
レイフィルム これらＳＲ付きメタルベース回路基板に無電解でＮｉメ
ッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５μｍ）からなるメ
ッキ層７００を４００ｍｍ角の基板状態で形成した。そ
の後、ダイ部分１０００（１８ｍｍ角）を形成するた
め、深さ０．７ｍｍの絞り加工を行った。ソルダーレジ
スト層は絞り加工の下部まで回路を被覆していた。この
ようにして、キャビティーダウンのＬＧＡ用の４０ｍｍ
角のメタルベース半導体パッケージを得た。キャビティ
ーを形成する絞りの角度は３０°であり、外側平坦部か
ら絞り込まれる部分のソルダーレジストの外側の最小曲
率半径は約１．２ｍｍの設計とした。絞り加工でＳＲに
割れの生じなかったパッケージについてＰＣＴにかけ
た。ＰＣＴ条件は１２５℃×１００％ＲＨ×２２５ｋＰ
ａ×１９２Ｈｒであった。

【００４５】これらの絞り加工、無電解メッキ、ＰＣＴ
後の観察結果を表１に示した。表１に示されるように無
電解メッキでのメッキ液の潜り、絞り加工でのＳＲのク
ラック、ＰＣＴでのＳＲの剥がれの全ての問題点が無い
物はなく、ワイヤボンド用ニッケル／金メッキを行った
後に絞り加工を行い、欠陥がなく耐久信頼性に優れたパ
ッケージを製造することはできなかった。

【００４６】

【表１】 注：表中──はテストを行わなかったことを示す。

【００４７】（比較例４）実施例１で得られたメタルベ
ース回路基板１にＳＲ３を導電体回路上で３０μｍ厚み
になるように塗布した後、パターン形成してＳＲ層６２
０を形成した。次に、無電解でＮｉメッキ（３μｍ）、
Ａｕメッキ（０．５μｍ）からなるメッキ層７２０を形
成した。

【００４８】このＳＲ付きメタルベース回路基板にダイ
部分９００（１８ｍｍ角）を形成するため、深さ０．７
ｍｍの絞り加工を行った。ソルダーレジスト層は絞り加
工の下部まで回路を被覆していた。キャビティーを形成
する絞りの角度は３０°であり、外側平坦部から絞り込
まれる部分のソルダーレジストの外側の最小曲率半径は
約１．２ｍｍの設計とした。この絞り加工品を観察した
所、ＳＲは絞り加工の部分で割れを生じると共に銅回路
１００、ポリイミド層２００も切断していてパッケージ
として使用できなかった。その模式図を図３に示した。

【００４９】

【発明の効果】本発明によればワイヤボンド用金属をメ
ッキする場合に、基板がフラットで最も単純な形状で行
えるので均一にメッキできると共に、曲げ絞りを十分急
角度に行ってパッケージの面積を小さくする事ができ
る。また、製造したメタルベース半導体パッケージは前
記加工性と共に２３０℃以上の半田耐熱性、耐湿性（耐
プレッシャクッカー性など）など半導体パッケージとし
ての実装性、耐久性に優れている。また、１０個以上の
多数のパッケージパターンを１枚の板に形成した、いわ
ゆる平板状態あるいはリール・ツウ・リールの長尺基板
でワイヤボンド用金属メッキを行った後に曲げ絞り加工
を行うことができるので、特に曲げ、絞り加工後に個片
にしたりフレームにしてからワイヤボンド用の金属メッ
キを行う従来の方法に比べて、品質、生産性に優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ベース銅板００１、回路側ポリイミド層２０
０、裏面ポリイミド層３００、銅回路１００、ランド部
４００、ボンディングパッド部５００、ＳＲ１層６０
０、Ｎｉ，Ａｕメッキ層７００、ポッティング材８０
０、ダイ搭載部分９００、半導体チップ１０００、ダイ
アタッチ材１１００、金ワイヤ１２００から構成される
る半導体実装後のメタルベース半導体パッケージの１／
２断面模式図である。

【図２】ベース銅板００１、回路側ポリイミド層２０
０、裏面ポリイミド層３００、銅回路１０１、ボールパ
ッド部４１０、千鳥型ボンディングパッド部５１０、５
２０、ＳＲ２層６１０、Ｎｉ，Ａｕメッキ層７１０、ポ
ッティング材８００、ダイ搭載部分９１０、ボンディン
グパッド５２０を形成するための段９２０、半導体チッ
プ１０１０、ダイアタッチ材１１１０、金ワイヤ１２１
０、１２２０から構成される半導体実装後のメタルベー
ス半導体パッケージの１／２断面模式図である。

【図３】ベース銅板００１、回路側ポリイミド層２０
０、裏面ポリイミド層３００、銅回路１００、ランド部
４００、ボンディングパッド部５００、ＳＲ３層６２
０、ダイ搭載部分９００から構成されるメタルベース半
導体パッケージの製造途中工程の絞り加工品の１／２断
面模式図である。

【符号の説明】

００１・・・・・・・ベース銅板 １００・・・・・・・銅回路 １０１・・・・・・・銅回路 ２００・・・・・・・回路側ポリイミド層 ３００・・・・・・・裏面ポリイミド層 ４００・・・・・・・ランド部 ４１０・・・・・・・ボールパッド部 ５００・・・・・・・ボンディングパッド部 ５１０・・・・・・・千鳥型ボンディングパッド部の外
側 ５２０・・・・・・・千鳥型ボンディングパッド部の内
側 ６００・・・・・・・ＳＲ１層 ６１０・・・・・・・ＳＲ２層 ６２０・・・・・・・ＳＲ３層 ７００、７１０・・・Ｎｉ，Ａｕメッキ層 ８００・・・・・・・ポッティング材 ９００、９１０・・・ダイ搭載部分 ９２０・・・・・・・ボンディングパッド部５２０を形
成する段 １０００、１０１０・・・・・・・・半導体チップ １１００、１１１０・・・・・・・・ダイアタッチ材 １２００、１２１０、１２２０・・・金ワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 博文 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 化学株式会社内 (72)発明者 大川戸 悦夫 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 化学株式会社内 Ｆターム(参考） 5E315 AA05 AA09 BB04 BB16 DD15 DD21 DD25 GG16

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絞り加工または曲げ加工によってキャビ
   ティーを形成したメタルベース半導体パッケージにおい
   て、ワイヤボンド用金属メッキを行った後に絞り加工ま
   たは曲げ加工を行うことを特徴とするメタルベース半導
   体パッケージ。
2. 【請求項２】 ベース金属の伸び率が１５％以上であ
   り、そのベース金属の上にガラス転移温度が１６０℃以
   上、３００℃以下の耐熱性熱可塑性樹脂を必須成分とし
   伸び率が２０％以上である絶縁層を形成し、その絶縁層
   の上に伸び率が２０％以上である銅箔を形成し、その銅
   箔に半導体搭載用回路を形成し、ベース金属の裏面の絞
   り部および曲げ部に、ガラス転移温度が１６０℃以上、
   ３００℃以下である耐熱性熱可塑性樹脂を必須成分とし
   伸び率が２０％以上である絶縁層を形成し、回路保護用
   のソルダーレジストに伸び率が２０％以上である樹脂を
   使用して、絞り部および曲げ部で１％以上の伸びまたは
   圧縮を発生させるベース金属、銅箔回路にワイヤボンド
   用金属メッキがつかないようにすることを特徴とする請
   求項１に記載のメタルベース半導体パッケージ。
3. 【請求項３】 キャビティーが２段以上の絞りになって
   おり、ワイヤボンド部が１段以上であることを特徴とす
   る請求項２に記載のメタルベース半導体パッケージ。
4. 【請求項４】 メタルベース半導体パッケージ単独の特
   性において、耐ＰＣＴ性が９６時間以上で構成材料界面
   での剥がれ、変色が生じなく、２３０℃以上の温度で全
   ての有機材料層にクラックおよび脹れの発生が無く、無
   電解ニッケルを１．５μｍ以上、無電解金メッキを０．
   ３μｍ以上析出させる工程でソルダーレジストと回路金
   属、有機絶縁層からなる下地との間にメッキ液の潜りが
   生じないことを特徴とする請求項２または３のいずれか
   に記載のメタルベース半導体パッケージ。
5. 【請求項５】 キャビティーを形成する絞りまたは曲げ
   の角度が３０°以上、９０°以下であり、絞りまたは曲
   げの外側の曲率半径がパッケージの回路基板の厚さの１
   ／２倍以上、５倍以下であり、絞りまたは曲げ部分のパ
   ッケージ最外側の樹脂層の伸びが２０％以上であること
   を特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のメタル
   ベース半導体パッケージ。
6. 【請求項６】 ワイヤボンド用金属メッキを行う絞りま
   たは曲げ加工を行う前の基板が１０個以上のパッケージ
   パターンを含んでいる平板であることを特徴とする請求
   項１に記載のメタルベース半導体パッケージ。
7. 【請求項７】 ワイヤボンド用金属メッキを行う絞りま
   たは曲げ加工を行う前の基板がリール・ツウ・リール状
   の長尺で有ることを特徴とする請求項１に記載のメタル
   ベース半導体パッケージ。
8. 【請求項８】 絞り加工または曲げ加工によってキャビ
   ティーを形成したメタルベース半導体パッケージにおい
   て、ワイヤボンド用金属メッキを行った後に絞り加工ま
   たは曲げ加工を行うことを特徴とするメタルベース半導
   体パッケージの製造方法。