JP2007080928A - 半導体素子内臓回路基板および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の半導体素子内臓回路基板は、基板と、樹脂層とで構成され、該樹脂層内に半導体素子が設けられる半導体素子内臓回路基板であって、前記樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂10〜40重量%と、無機充填材60〜90重量%とを含む樹脂組成物で構成され、かつ該樹脂層の線膨張係数が30ppm/℃以下であることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、上述の半導体素子内蔵回路基板を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
しかし、パッケージ基板表面に部品を実装する手法は、2次元方向のスペースのみのため基板の面積を搭載する部品の面積よりも小さくすることに制約があり、パッケージ基板の小型化、高密度化に限界があった。
しかし、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂に無機充填材を高充填すると誘電率が高くなり、また樹脂自身の吸水率が高いため、高周波用途で重要とされる信号伝搬速度や吸水処理後の接続信頼性に影響が生じる場合があった。
(1)基板と、樹脂層とで構成され、該樹脂層内に半導体素子が設けられる半導体素子内臓回路基板であって、前記樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂10〜40重量%と、無機充填材60〜90重量%とを含む樹脂組成物で構成され、かつ該樹脂層の線膨張係数が30ppm/℃以下であることを特徴とする半導体素子内臓回路基板。
(2)前記樹脂層は、半導体素子を封止するように形成されているものである上記(1)に記載の半導体素子内臓回路基板。
(3)前記無機充填材は、球状シリカを含むものである上記(1)または(2)に記載の半導体素子内臓回路基板。
(4)前記無機充填材の平均粒子径は、1.0μm以上である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板。
(5)さらに、エラストマーを含むものである上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板。
(6)前記樹脂層の厚さは、20〜100μmである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板。
(7)上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板を有することを特徴とする半導体装置。
また、平均粒子径1.0μm以上の無機充填材を用いた場合、特にプレス成形時の樹脂組成物の流動性が改善されることにより、平均粒子径1.0μm以下の無機充填材よりもより多く充填できるため、冷熱サイクル試験における耐クラック性に優れる樹脂層を有する半導体素子内臓回路基板を得ることができる。
本発明の半導体素子内臓回路基板は、基板と、樹脂層とで構成され、該樹脂層内に半導体素子が設けられる半導体素子内臓回路基板であって、前記樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂10〜40重量%と、無機充填材60〜90重量%とを含む樹脂組成物で構成され、かつ該樹脂層の線膨張係数が30ppm/℃以下であることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、上述の半導体素子内蔵回路基板を有することを特徴とする。
半導体素子内臓回路基板100は、コア基板1と、コア基板1の上側(図1中の上側)には、第1導体部11と、第1導体部11を覆うように形成された樹脂層2とが設けられている。
樹脂層2の内部には、半導体素子3が設けられている。
半導体素子3と、コア基板1とは、接着樹脂31を介して接続されている。
半導体素子3の上側(図1中の上側)には、電極32が設けられており、樹脂層2の上側に設けられた導体21と、電極32とは、樹脂層2に設けられたビア22に埋め込まれた導電性ペーストで通電されている。
樹脂層2を貫通するようにビア23が形成されており、ビア23内部には導電性ペーストが埋め込まれている。
樹脂層2の上側(図1中の上側)には、導体21が形成されている。導体21と、第1導体部11とは、ビア23内部に設けられた導電性ペーストにより通電されている。
コア基板1の下側(図1中下側)には、第3導体部12が設けられており、第1導体部11と、第2導体部12とは、コア基板1を貫通して設けられたビア13内部に設けられた導電性ペーストで通電している。
前記ベンゾシクロブテン樹脂とは、シクロブテン骨格を含む樹脂であればどのようなものであってもよい。具体的には、以下の一般式(IA)、(IB)、または(IC)で表されるベンゾシクロブテン誘導体をモノマーとして構成された樹脂であることが好ましい。
低分子量のベンゾシクロブテン樹脂を得る方法としては、例えばベンゾシクロブテンモノマーの重合時間を短くしてベンゾシクロブテン樹脂の重合度を下げる方法、ベンゾシクロブテンモノマーと例えば線状モノマーのようなスペーサーとを共重合させて架橋密度を低下させる方法等が挙げられる。
前記ベンゾシクロブテン樹脂の含有量は、より具体的には、前記樹脂組成物の15〜35重量%が好ましく、特に20〜30重量%が好ましい。
前記樹脂組成物では、無機充填材を前記樹脂組成物全体の60〜90重量%含むことを特徴とする。これにより、機械特性を向上することができる。特に、シリコンや銅等の線膨張係数の小さい金属と共に用いた場合のおいて冷熱サイクル時のクラックの発生を防止する効果に優れる。
前記無機充填材の含有量は、より具体的には、前記樹脂組成物の65〜85重量%が好ましく、特に70〜80重量%が好ましい。
これらの中でもシリカ(特に球状シリカ)が好ましい。これにより、加工性と機械特性とのバランスにより優れる。
前記樹脂組成物は、特に限定されないが、エラストマ−を含むことが好ましい。これにより、冷熱サイクル試験をした際の耐クラック性に特に優れる。
前記エラストマーとしては、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体等のポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等の熱可塑性エラストマ−、ポリブタジエン、エポキシ変性ポリブタジエン、アクリル変性ポリブタジエン、メタクリル変性ポリブタジエン等の液状エラストマ−が挙げられる。これらの中でもスチレン−ブタジエン共重合体、エポキシ変性ポリブタジエン、アクリル変性ポリブタジエン、メタクリル変性ポリブタジエンから選ばれる1種以上が好ましい。これにより、特にベンゾシクロブテン樹脂の誘電特性を低下させることなく金属との密着を向上することができる。
本発明の樹脂組成物は、特に限定されないが、紫外線吸収剤を含有しても良い。これにより、最終的に得られる半導体素子内臓回路基板100のレーザー加工性を向上することができる。
そのために、前記樹脂組成物は、200〜400nmに紫外線吸収領域を有するように形成されることが好ましい。これにより、UVレーザーにより微小ビアホールを形成することができ、レーザー加工性を向上することができる。
樹脂層2の厚さとしては、特に限定されないが、20〜100μmが好ましく、特に30〜80μmが好ましい。
これに対して、本発明では樹脂層の熱膨張係数を30ppm/℃以下としたので、熱衝撃信頼性を向上することができる。この熱膨張係数は、具体的には25ppm/℃以下であることが好ましく、特に20ppm/℃以下であることが好ましい。
本発明では、前記ベンゾシクロブテン樹脂と、無機充填材とを所定の割合で併用することにより、樹脂層2の熱膨張係数を30ppm/℃以下とすることができるものであり、それによって樹脂層2中に半導体素子を設けることができるものである。
コア基板1の所定の位置に貫通孔13を形成し、導電性ペーストを埋め込む。そして、コア基板1の上下(図1中の上下)に、例えばサブトラクティブ、アディティブ方法によって第1導体部11と、第2導体部12とを形成する。第1導体部11と、第2導体部12とは、貫通孔13に埋め込まれた導電性ペーストによって電気的に接続されている。
コア基板1としては、例えばガラスクロス入り樹脂基板、セラミック基板等が挙げられる。また、コア基板1としてはアルミニウム基板等の金属基板も挙げられるが、この場合は第1導体部11、第2導体部12等を設ける必要は無い。
このような半導体素子5としては、例えばSi、GaAs等の半導体素子が挙げられる。
なお、図1では、樹脂層2が1層のものについて説明したが、本発明はこれに限定されず2層、3層等の多層の基板であっても良い。また、図1では、半導体素子3がコア基板1の片面側に設けられているが、両面に設けられるような構造であっても良い。
(実施例1)
1.樹脂層を形成するワニスの調製
樹脂組成物固形分全体に対して、ベンゾシクロブテン樹脂としてジビニルシロキサン−ビスベンゾシクロブテン(Bステージ化したもの、数平均分子量140,000、ダウケミカル社製サイクロテンXUR)22重量%と、エラストマーとして末端アクリル化ポリブタジエンエラストマー(数平均分子量2,800、大阪有機化学工業社製BAC−45)2.5重量%と、紫外線吸収剤として4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン0.1重量%と、表面処理剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製SZ6030)0.2重量%と、硬化剤として2,6−ジ−(パラアジドベンザル)−4−エチルシクロヘキサノン0.2重量%とをMEKに溶解し、さらに無機充填材としてシリカ(アドマテックス社製SE5050、平均粒子径1.5μm、最大粒子径5μm)75重量%を加えて分散させ、不揮発分濃度50重量%になるように樹脂ワニスを調製した。
上述の樹脂ワニスを用いて、キャリアフィルム(厚さ0.038mm、PET)に樹脂ワニスを厚さ0.14mmで塗工し、80℃の乾燥機炉で5分、140℃の乾燥機炉で5分乾燥させ、樹脂層の厚さが0.07mmのキャリアフィルム付き樹脂層を作成した。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、20ppm/℃であった。
銅箔を両面に張った両面銅張積層板の銅箔表面を黒化処理(酸化銅形成)した後還元したものをコア基板として、その片面に半導体素子を接着後、コア基板の両面に上述のキャリアフィルム付き樹脂層を170℃、1時間、続いてキャリアフィルムを剥離後200℃、2時間加熱加圧接着し、その後所定の回路をパターニングすることにより半導体素子内臓回路基板を製造した。
無機充填材として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様にした。
無機充填材としてシリカ(アドマテックス社製「SE2050」、平均粒子径0.5μm、最大粒子径5μm)を用いた。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、20ppm/℃であった。
樹脂ワニス中のベンゾシクロブテン樹脂および無機充填材の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした。
樹脂組成物固形分全体に対して、ベンゾシクロブテン樹脂としてジビニルシロキサン−ビスベンゾシクロブテン(Bステージ化したもの、数平均分子量140,000、ダウケミカル社製サイクロテンXUR)11.7重量%、エラストマーとして末端アクリル化ポリブタジエンエラストマー(数平均分子量2,800、大阪有機化学工業社製BAC−45)2.9重量%、硬化剤として2,6−ジ−(パラアジドベンザル)−4−エチルシクロヘキサノン0.1重量%、無機充填材としてシリカ(アドマテックス社製SE5050、平均粒子径1.5μm、最大粒子径5μm)85重量%とした。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、15ppm/℃であった。
樹脂ワニス中のベンゾシクロブテン樹脂および無機充填材の配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした。
樹脂組成物固形分全体に対して、ベンゾシクロブテン樹脂として、ジビニルシロキサン−ビスベンゾシクロブテン(Bステージ化したもの、数平均分子量140,000、ダウケミカル社製サイクロテンXUR)35.3重量%、エラストマーとして末端アクリル化ポリブタジエンエラストマー(数平均分子量2,800、大阪有機化学工業社製BAC−45)4.1重量%、硬化剤として2,6−ジ−(パラアジドベンザル)−4−エチルシクロヘキサノン0.3重量%、無機充填材として、シリカ(アドマテックス社製SE5050、平均粒子径1.5μm、最大粒子径5μm)60重量%とした。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、28ppm/℃であった。
エラストマ-を用いずに、樹脂ワニスの配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、19ppm/℃であった。
樹脂組成物固形分全体に対して、ベンゾシクロブテン樹脂として、ジビニルシロキサン−ビスベンゾシクロブテン(Bステージ化したもの、数平均分子量140,000、ダウケミカル社製サイクロテンXUR)24.5重量%、紫外線吸収剤として4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン0.1重量%、表面処理剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製SZ6030)0.2重量%、硬化剤として2,6−ジ−(パラアジドベンザル)−4−エチルシクロヘキサノン0.2重量%をメシチレンに溶解し、さらに無機充填材として、シリカ(アドマテックス社製SE5050、平均粒子径1.5μm、最大粒子径5μm)75重量%を加えて分散させ、不揮発分濃度50重量%になるように樹脂ワニスを調製した。
ベンゾシクロブテン樹脂の代わりに以下のようにエポキシ樹脂を用いた以外は実施例1と同様にした。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、20ppm/℃であった。
樹脂組成物固形分全体に対して、エポキシ樹脂としてNC−3000(日本化薬社製)22重量%、エラストマーとして末端アクリル化ポリブタジエンエラストマー(数平均分子量2,800、大阪有機化学工業社製BAC−45)2.5重量%、紫外線吸収剤として4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン0.1重量%、表面処理剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製SZ6030)0.2重量%、硬化剤として2−フェニルー4−メチルイミダゾール(四国化成工業社製2P4MZ)0.2重量%、無機充填材としてシリカ(アドマテックス社製SE5050、平均粒子径1.5μm、最大粒子径5μm)75重量%とした。
無機充填材を用いずに樹脂ワニスの配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした。
樹脂組成物固形分全体に対して、ベンゾシクロブテン樹脂としてジビニルシロキサン−ビスベンゾシクロブテン(Bステージ化したもの、数平均分子量140,000、ダウケミカル社製サイクロテンXUR)87.5重量%と、エラストマーとして末端アクリル化ポリブタジエンエラストマー(数平均分子量2,800、大阪有機化学工業社製BAC−45)11.6重量%と、紫外線吸収剤として4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン0.1重量%と、表面処理剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製SZ6030)0.2重量%と、硬化剤として2,6−ジ−(パラアジドベンザル)−4−エチルシクロヘキサノン0.6重量%とをMEKに溶解し、不揮発分濃度50重量%になるように樹脂ワニスを調製した。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、80ppm/℃であった。
樹脂ワニスの配合を以下のようにした以外は、実施例1と同様にした。
樹脂組成物固形分全体に対して、ベンゾシクロブテン樹脂としてジビニルシロキサン−ビスベンゾシクロブテン(Bステージ化したもの、数平均分子量140,000、ダウケミカル社製サイクロテンXUR)44.4重量%、エラストマーとして末端アクリル化ポリブタジエンエラストマー(数平均分子量2,800、大阪有機化学工業社製BAC−45)5重量%、紫外線吸収剤として4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン0.1重量%、表面処理剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製SZ6030)0.2重量%、硬化剤として2,6−ジ−(パラアジドベンザル)−4−エチルシクロヘキサノン0.3重量%、無機充填材としてシリカ(アドマテックス社製SE5050、平均粒子径1.5μm、最大粒子径5μm)50重量%とした。なお、得られた樹脂層の膨張係数は、60ppm/℃であった。
1.誘電率および誘電正接
JIS C 6481に準拠して、1MHz、A状態の条件で測定した。
JIS C 6481に準拠して、引張モードで荷重フルスケール20kgf、速度5mm/min.の条件で弾性率、引張強度を測定した。
昇温速度10℃/分で35〜85℃の温度範囲で測定した。
液相冷熱試験で、−65℃と125℃で各30分間処理を1000および2000サイクルした後のクラックの有無で評価した。評価には、タバイエスペック製液槽冷熱衝撃装置TSB−2型、フロリナート液を用いた。なお、クラックの有無は顕微鏡で判断した。各記号は以下の事項を示す。
◎:1,000および2,000サイクルのいずれにおいても、クラックがほとんど発生しなかった。
○:1,000サイクルではクラックがほとんど発生しなかったが、2,000サイクルではクラックが一部発生した。
△:1,000および2,000サイクルのいずれかにおいて、クラックが一部発生して実用不可であった。
×:1000サイクルおよび2000サイクルのいずれにおいても、クラックが多数発生した。
60℃、60%の環境で40h処理後、半導体素子内臓回路基板を260℃×5分間で3回処理し、フクレの発生の有無を顕微鏡で判断した。
◎:クラックが、ほとんど発生しなかった。
○:クラックが一部発生するが、実用上問題の無かった。
△:クラックが、一部発生して実用不可であった。
×:クラックが、多数発生した。
また、実施例1〜3および5は、冷熱サイクル試験におけるクラックの発生がほとんど無く、耐クラック性にも特に優れていた。
また、実施例1、2、4および5は、耐吸湿リフロー試験においてもクラックの発生がほとんど無く、吸湿処理後の耐クラック性にも優れていた。
11 第1導体部
12 第2導体部
13 貫通孔
2 樹脂層
21 導体
22 ビア
23 ビア
3 半導体素子
31 接着樹脂
32 電極
100 半導体素子内臓回路基板
Claims (7)
- 基板と、樹脂層とで構成され、該樹脂層内に半導体素子が設けられる半導体素子内臓回路基板であって、
前記樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂10〜40重量%と、無機充填材60〜90重量%とを含む樹脂組成物で構成され、かつ該樹脂層の線膨張係数が30ppm/℃以下であることを特徴とする半導体素子内臓回路基板。 - 前記樹脂層は、半導体素子を封止するように形成されているものである請求項1に記載の半導体素子内臓回路基板。
- 前記無機充填材は、球状シリカを含むものである請求項1または2に記載の半導体素子内臓回路基板。
- 前記無機充填材の平均粒子径は、1.0μm以上である請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板。
- さらに、エラストマーを含むものである請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板。
- 前記樹脂層の厚さは、20〜100μmである請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体素子内臓回路基板を有することを特徴とする半導体装置。
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