JP2003204171A

JP2003204171A - ビルドアップ多層板

Info

Publication number: JP2003204171A
Application number: JP2002033219A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hirakawa; 董平川
Original assignee: KARENTEKKU KK
Current assignee: KARENTEKKU KK
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】コアに高モジュラスの層、ビルドアップ層に低
膨張、低モジュラスの層を設けることにより、半導体や
チップ部品の実装信頼性を向上させる。半導体や部品の
種類に関わらず実装信頼性の高いマザーボードを開発す
る。【解決手段】コア層にガラス基材両面あるいは多層板を
用い、表層にビルドアップ層を有するビルドアップ多層
基板において、コア層の面方向モジュラスが８，０００
ないし２０，０００ＭＰａであり、少なくとも一方の、
ビルドアップ層の面方向モジュラスが１，０００ないし
４，０００ＭＰａ、面方向線膨張係数が５ないし１２ｐ
ｐｍ／Ｃとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビルトアップ多層
板の構造に関する。さらに詳しくは、表層にビルドアッ
プ層をもつ多層板のコア層とビルドアップ層の物性を規
定することにより実装信頼性を向上することのできる多
層板の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルドアップ多層板は、コアに両面板や
４ないし６層の多層板を有し、表層に樹脂層や繊維−樹
脂複合体層を有する多層板の総称である。実装密度の向
上にともない、ビルドアップ多層板は多くの用途に使用
されており、その密度も年々向上している。ビルドアッ
プ層の多くはレーザーで開口され、銅めっきや導電性樹
脂の充填により回路層間の電気的接続が行われる。

【０００３】ビルドアップ多層板の製造法には多くのも
のがあるが大別して次の２種類に分類される。（１）多層板のコア層を形成し、表層に順次樹脂層や繊
維−樹脂複合体を形成していく方法。ビルドアップ層が
感光性樹脂で形成されている場合は、ヴィアホールは感
光性イメージングで行われ、非感光性樹脂で形成されて
いる場合は、ヴィアホールはレーザーで形成されるのが
通常である。（２）予め絶縁層にレーザーなどで穴あけし、これに導
電性樹脂を充填したあと銅箔を貼り、あるいはプリプレ
グに導電性バンプを突き刺すことにより積層と同時に導
通させるもの。これらの工法には特許公報第２６０１１
２８号や特開第２００１−１６８２２８号がある。

【０００４】いずれの工法でも、コア層は繊維補強樹脂
板であり、表層に近いビルドアップ層は通常の繊維樹脂
補強板または樹脂層である。すなわち、表層の線膨張係
数は通常、１５ｐｐｍ／Ｃ以上であり、モジュラス（引
張弾性率）は通常、１０，０００ＭＰａ程度である。こ
れらの表層を用いたとき、半導体や部品を搭載したと
き、熱衝撃信頼性の問題が多発してきた。

【０００５】一般に、半導体チップや部品チップは、線
膨張係数が小さく、とくに半導体はシリコン等の無機物
からなるため、線膨張係数が３ｐｐｍ／Ｃときわめて小
さいため、マザーボードとの線膨張係数の差のため、熱
衝撃が生じたとき接合部分でクラックが発生し、接続信
頼性が損なわれていた。とくに最近になって一般的にな
ってきたボールグリッドアレイ、チップスケールパッケ
ージ、フリップチップ等の先進的実装技術では、はんだ
ボールやバンプが接合に用いられるため、これら接合部
分の強化やストレスを低減させる種々の方策がとられて
きた。

【０００６】例えばマイクロＢＧＡと呼ばれる実装方式
では、半導体を搭載する基板と半導体の間にシリコンか
らなる緩衝層を設け、このストレスを低減している。ま
た、チップスケールパッケージのようにはんだボールの
小さな場合、これを補強するための充填樹脂を用いるこ
とが多かった。

【０００７】このように、マザーボードとチップとの間
に生じるストレスのため、チップサイドの個々に対策を
とる必要があり、また性質の異なるチップを混載するこ
とが困難であった。

【０００８】マザーボードに緩衝層を設けてチップとの
間のストレスを低減させる技術が開示されている。特開
平７−２９７５６０では、多層プリント配線基板の層間
に層間のせん断ひずみを吸収する吸収層を設け、かつ各
層の面内方向の熱膨張係数を積層方向に対し段階的に変
化させた構造が提案されている。ここでは最外層は通常
の物性値をもつため、十分な効果を発揮できなかった。

【０００９】さらに、特開平１１−１６３５３２では、
ビルドアップ多層板の最外層に低弾性率の樹脂を使用す
ることが記載されている。しかしここでは、弾性率に対
する定義がなく、また膨張係数に対する定義もないた
め、信頼性を向上させるための具体的な手段は記載され
ていない。また最外層にアラミド繊維等を用いることも
記述されていない。またコア材の物性に関する定義もな
されていない。

【００１０】さらに、特開平５−１０４６７５では、ポ
リアミド基材銅張積層板の界面剥離を防止するため、一
部の層に弾性率の小さな樹脂層を形成することが提案さ
れているが、ここでも実装信頼性を向上させる具体的な
手段は記載されていない。

【００１１】

【発明が解決しょうとする課題】本発明の課題は、この
ように複雑な実装信頼性の問題を、汎用的かつ低コスト
に解決することであり、多種、広範囲の搭載チップを混
載しても問題を生じない新規のプリント配線板を開発す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、このような
新規のプリント配線板を開発するに際し、これまでにな
い物性値をもつビルドアップ層の探索を行い、低モジュ
ラス、低膨張のビルドアップ層と、これを支える高モジ
ュラスのコア層が組み合わされることにより、ほとんど
すべてのチップを高い信頼性で搭載できることを見出
し、本発明に到達した。

【００１３】すなわち、本発明は、コア層１にガラス基
材両面あるいは多層板を用い、表層にビルドアップ層３
を有するビルドアップ多層板において、コア層の面方向
モジュラスが８，０００ないし２０，０００ＭＰａであ
り、少なくとも一方のビルドアップ層の面方向モジュラ
スが１，０００ないし４，０００ＭＰａ、面方向線膨張
係数が５ないし１２ｐｐｍ／Ｃであるビルドアップ多層
板である。

【００１４】さらに本発明は、コア層１にガラス基材エ
ポキシ積層板を用い、ビルドアップ層３にアラミド基材
樹脂積層板を用いた前項ビルドアップ多層板である。

【００１５】さらに本発明は、ビルドアップ層３の樹脂
として、少なくとも一部にシリコン樹脂用いた、前項ビ
ルドアップ多層板である。

【００１６】さらに本発明は、ビルドアップ層３の樹脂
として、少なくとも一部にアクリルゴムを用いた、前項
ビルドアップ多層板である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の多層板は、ビルドアップ
構造をもち、コア層１とビルドアップ層３からなる。コ
ア層は面方向モジュラスが８，０００ないし２０，００
０ＭＰａである。コア層は通常、繊維−樹脂複合体であ
り、繊維としてはガラス繊維、アラミド繊維など、いか
なる無機、有機繊維を用いることができる。また、樹脂
としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド
樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂など、いかなる樹
脂も用いることができる。コア層の面方向モジュラスが
小さすぎると、多層板全体が柔軟となり、部品実装が困
難になり、大きすぎると多層板にそりを生じ、やはり実
装が困難となる。

【００１８】ビルドアップ層は面方向モジュラスが１，
０００ないし４，０００ＭＰａ、面方向線膨張係数が５
ないし１２ｐｐｍ／Ｃであればいかなる材料も用いるこ
とができる。ビルドアップ層は繊維／樹脂複合材であっ
てもよく、樹脂単独でもよい。ビルドアップ層が繊維／
樹脂複合材である場合、繊維はガラス繊維やアラミド繊
維など、いかなる繊維も用いることができる。

【００１９】ビルドアップ層に用いられる樹脂は、低モ
ジュラスの樹脂であって、シリコン樹脂、アクリルゴ
ム、天然ゴムなど、いかなる材質であってもよい。ま
た、これらの混合物であってもよく、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、ポリイミド樹脂などとの混合物であって
もよい。さらに、エポキシ樹脂とアクリルゴムの組み合
わせなどのポリマーアロイであってもよい。シリコン樹
脂の場合は、末端をエポキシ基やアミノ基で変性し、反
応性としたものが好ましい。

【００２０】樹脂にはアルミナ、シリカ、酸化チタン、
ジルコニアなどの無機フィラーを含んでいてもよい。特
許公報第２６０１１２８号のように、コア層とビルドア
ップ層が同じ繊維であってもよい。ビルドアップ層のモ
ジュラスが小さすぎると、部品実装のさい、樹脂の凹み
やずれが生じ、大きすぎるとチップとの間のストレスが
増大し、本発明の効果が小さくなる。また、線膨張係数
が小さすぎると、コア材との間でストレスが発生し、デ
ラミ等の原因となり、大きすぎるとチップとの間のスト
レスが増大し、本発明の効果が小さくなる。

【００２１】なお、コア層およびビルドアップ層の面方
向のモジュラス、線膨張係数は、各層を単独に成型し、
（銅箔がついている場合はエッチングで取り除き）樹脂
層のみのモジュラスおよび線膨張係数を求める。モジュ
ラスは試料をＸ方向およびＹ方向に幅１０ｍｍで切断
し、引張試験機を用いて常温で、引張速度１ｍ／分で求
め、Ｘ方向とＹ方向の平均を求める。線膨張係数は試料
をＸ方向とＹ方向に幅３ｍｍで切断し、ＴＭＡ（熱力学
分析器）を用いて昇温速度２Ｃ／分で求め、Ｘ方向とＹ
方向の平均を求める。

【００２２】コア層またはビルドアップ層が繊維／樹脂
複合材の場合、この複合材の面方向モジュラスは、繊維
のモジュラスと樹脂のモジュラスの複合であって、繊維
が二次元的にランダム配向したときのモジュラスは繊
維、樹脂のそれぞれのモジュラスと体積分率の関数であ
る。これらについては、Ｌ．Ｅ．Ｎｉｅｌｓｅｎ著、小
野木重治訳の「高分子と複合材料の力学的性質」（１９
７６年１１月５日発行）ｐ．２７７−２９２に詳述され
ている。

【００２３】なお、コア層、ヒルドアップ層とも、繊維
／樹脂複合体の繊維としては、織物状、不織布状、紙状
など、いかなるものも用いることができる。また、繊維
と樹脂との界面を強化するため、シリカシランカップリ
ング剤やアミン成分を含む表面処理剤などで処理するこ
とも可能である。

【００２４】コア層およびビルドアップ層の物性が本発
明の範囲にある限り、ビルドアップ多層板の製造はいか
なる方法によってもよい。コア層を通常の貫通スルーホ
ール２をもつ両面板あるいは４ないし６層（またはそれ
以上の層数の）多層板として成型後、ビルドアップ層と
して樹脂つき銅箔（いわゆるＲＣＣ）を積層し、レーザ
ーで穴あけ後銅めっき等で層間の接続を行う方法（図
１）、あるいはプリプレグにレーザーで穴あけ後導電ペ
ーストを埋め込み、銅箔を両側に積層したあと回路加工
し、この工程を順次繰り返す方法（図２）等、いかなる
方法も採用することができる。

【００２５】コア層に用いる樹脂のガラス転移温度は、
１３０Ｃ以上が好ましく、１６０Ｃ以上がさらに好まし
い。ビルドアップ層のガラス転移温度は、高い方が好ま
しいが、アクリルゴムやシリコン樹脂を用いる場合、必
然的にガラス転移温度は低くなる。場合によっては、ガ
ラス転移温度は１００Ｃを下回る場合があるが、驚くべ
きことに、コア層のモジュラスが本発明の範囲であれば
チップ搭載やりフローなどの実装工程で大きな問題が起
こることはない。

【００２６】コア層およびビルドアップ層の層間接続の
ための穴あけは、レーザー（炭酸ガスレーサー、紫外線
レーザー、エキシマレーザー等）あるいは機械ドリルを
用いることができる。層間接続にはめっき、導電性ペー
スト、焼結金属などのいかなる手段も用いることができ
る。

【００２７】また、コア層の厚みは０．２ｍｍ以上が好
ましく、ビルドアップ層の厚みは０．０５ｍｍ以上が好
ましく、０．１ｍｍ以上がさらに好ましい。コア層の厚
みが小さすぎると、基板にそりが生じ、ビルドアップ層
の厚みが小さすぎると、ストレス低減効果が小さくな
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明のビルドアップ多層板は、表層に
低モジュラス、低膨張の層を有するため、搭載された半
導体チップや部品にかかるストレスが低減され、とくに
熱衝撃に対する信頼性が向上する。ストレスの低減は基
板側で行われるため、搭載される部品の種類にかかわら
ず効果を発揮し、このため信頼性を低下することなく種
々の部品を混載することができる。とくにボールグリッ
ドアレイ、チップスケールパッケージ、フリップチップ
の搭載に有効である。

【００２９】

【実施例】（実施例１）ガラス／エポキシ積層板とプリ
プレグを使用して、通常の工法を用いて各層の厚み０．
１ｍｍ、合計厚み０．３ｍｍの貫通スルーホール４層板
コアを作成した。スルーホールはすべて光硬化型アクリ
ル樹脂で埋め込み、その後アラミド繊維を紙状に仕上げ
た不織布にエポキシ樹脂、エポキシ樹脂／アクリルゴム
配合樹脂、シリコン樹脂（各種）をそれぞれ含浸したプ
リプレグと銅箔を両側から積層、プレスして６層板に仕
上げた。エポキシ樹脂にはビスフェノール型エポキシ樹
脂を用い、シリコン樹脂には末端エポキシ変性樹脂を用
いた。各構成のビルドアップ多層板に同一回路を形成
し、大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍの基板を得た。そり
はこの基板をガラス板上において、最も浮き上がった箇
所の高さを測定し、一辺の長さで除して求めた。

【００３０】これらの基板に、大きさ３５ｍｍのボール
グリッドアレイ（５２０ピン）を搭載、実装後、熱衝撃
試験（ＪＥＤＥＣ規格準拠、温度は−６５Ｃから１６５
Ｃまで）を実施し、熱衝撃寿命を求めた。

【００３１】各層の構成、物性、信頼性は表１に示すと
おりであった。

【００３２】構成ＡからＤまでは、コア層の物性を変更
した。構成Ａでは、コア層のモジュラスが大きすぎてこ
のため大きなそりが発生し、チップや部品の実装で接続
不良を起こし、実装不可能であった。構成Ｂ、Ｃでは実
装、信頼性とも問題なかった。構成Ｄでは、コア層のモ
ジュラスが小さすぎ、多層板全体が柔軟で、チップや部
品がリフローではずれるなどのため、実装が不可能であ
った。

【００３３】構成ＥからＨまでは、ビルドアップ層のモ
ジュラスを変更した。構成Ｅでは、ビルドアップ層のモ
ジュラスが小さすぎ、表面が柔軟すぎるため、リフロー
で部品が沈むなどのため、実装が不可能であった。構成
ＦとＧでは、実装、信頼性とも問題なかった。構成Ｈで
は、熱衝撃寿命が短かった。

【００３４】構成ＩからＬまでは、ビルドアップ層の線
膨張係数を変更した。構成Ｉでは、リフローで基板自体
のデラミが生じた。構成ＪとＫは実装、信頼性とも問題
なかった。構成Ｌでは、熱衝撃寿命が短かった。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビルドアップ多層板の例（コア層とビルドアッ
プ層の構造が異なる場合）

【図２】ビルドアップ多層板の例（コア層とビルドアッ
プ層の構造が同じ場合）

【符号の説明】

１：コア層の繊維／樹脂２：コア層のスルーホールまたはヴィア３：ビルドアップ層の樹脂または繊維／樹脂４：ビルドアップ層のヴィア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コア層にガラス基材両面あるいは多層板を
用い、表層にビルドアップ層を有するビルドアップ多層
板において、コア層の面方向モジュラスが８，０００な
いし２０，０００ＭＰａであり、少なくとも一方の、ビ
ルドアップ層の面方向モジュラスが１，０００ないし
４，０００ＭＰａ、面方向線膨張係数が５ないし１２ｐ
ｐｍ／Ｃであるビルドアップ多層板。
【請求項２】コア層にガラス基材エポキシ積層板を用
い、ビルドアップ層にアラミド基材樹脂積層板を用いた
請求項１のビルドアップ多層板。
【請求項３】ビルドアップ層の樹脂として、少なくとも
一部にシリコン樹脂用いた、請求項１または２のビルド
アップ多層板。
【請求項４】ビルドアップ層の樹脂として、少なくとも
一部にアクリルゴムを用いた、請求項１または２のビル
ドアップ多層板。