JP2009079311A - 電子材料積層板用の織物とプリプレグ、並びに積層板 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体の実装時での基板の反りを抑える。
【解決手段】 樹脂が含浸される積層板用の織物を、熱膨張係数の差が相互に２ｐｐｍ／℃〜２０ｐｐｍ／℃の範囲内である２種以上の繊維からなるものとする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子材料積層板用の織物とこれを用いたプリプレグ並びに積層板、そして半導体実装用の回路基板に関するものである。

従来より、半導体を実装して電子回路を構成するためのプリント配線基板については、その熱膨張率の制御や、寸法安定性、反りの抑制等の様々な観点からのモールド樹脂の選定、ガラスクロスの構成等の点での様々な改良が進められてきている。

一方、近年の電子機器の小型化、高機能化、軽量化の市場動向において、それに搭載される半導体は、高密度実装を可能とするため、ＢＧＡ（Ball Grid Array)ＣＳＰ(Chip Size Package) 等に移行してきている。このタイプの半導体は基材の片面に半田ポールを用いて接続するタイプで、回路基板上との接続には半導体の反りが重要であり、半導体の反りが大きければ回路基板との接続ができないといった問題が生じる。更に、ＰｏＰ(Package on Package) と呼ばれるパッケージの上にパッケージを実装する実装形態が増えてきており、半導体の反りを抑制することが、一番の課題となっている。これらの問題には従来、モールド樹脂の選定や基材の剛性向上や熱膨張係数の低減などで対応してきたが、半導体の薄型化によりモールド樹脂の割合が低下し、モールド樹脂だけでは実装時の反り低減には限界にきている。このような状況において、基材の特性による改善も検討されている。回路基板を構成する基材については、高性能化に対応するため、積層ＩＣチップの大型化や複数化、多様化が進んでおり、たとえば熱膨張係数を小さくするためにガラスクロスに異なる種類のガラス繊維を混繊すること（特許文献１）や、屈曲性とともに寸法安定性を向上させるために少なくともヨコ糸が有機繊維等の異種のガラス繊維糸からなるガラス繊維織物とすること（特許文献２）、プリント配線板の反りの低減を図り、寸法安定性を改良するためにＥガラス繊維系とＳガラス繊維系で平織りしたガラス織布として基板の経緯の熱膨張係数をほぼ等しくすること（特許文献３）等が提案されている。

しかし、前記のとおりの事情にある高密度実装のための基板については、その反りを抑えるとのことにおいてこれら従来の方策は満足できるものではない。反りを抑えるためには、必ずしも基材の熱膨張係数が小さいものが良いのではなく、モールド樹脂やＩＣチップとの熱膨張係数の合し込みが重要となってきている。
特開２００５−３３６６９５号公報 特開平８−２４６２９２号公報 特許第３６７４９６０号公報

本発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消して、半導体の実装時の反りを抑制することのできる新しい基板手段を提供することを課題としている。

本発明は、新しい基板手段として、以下の特徴を有する電子材料積層板用の織物を提供する。

第１：織物であって、熱膨張係数の差が相互に２ｐｐｍ／℃〜２０ｐｐｍ／℃の範囲内である２種以上の繊維からなる電子材料積層板用の織物である。

第２：熱膨張係数の差が５〜１２ｐｐｍ／℃の範囲内である。

第３：マイナスの熱膨張係数の繊維のみからなり、熱膨張係数の差が５〜８ｐｐｍ／℃の範囲内である。

第４：プラスの熱膨張係数の繊維にとってマイナスの熱膨張係数の繊維からなり、熱膨張係数の差が８〜１２ｐｐｍ／℃の範囲内である。

第５：繊維として無機繊維および有機繊維のうちの２種以上である。

第６：有機繊維が、芳香族ポリアミド繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリパラフエニレンベンズ、ビスオキサゾール繊維およびポリエチレン繊維のうちの少くともいずれかである。

第７：無機繊維がガラス繊維である。

第８：熱膨張係数の異なる繊維がフィラメントの状態で混合されてなる織物である。

第９：熱膨張係数の異なる繊維がヤーンの状態で混合されてなる織物である。

第１０：１種の繊維に対しての熱膨張率の異なる少くとも１種の繊維の混合割合が、１０％〜９０％の範囲内である。

第１１：繊維のフィラメント径が３〜８μｍの範囲内である。

そして、本発明は、以上いずれかの電子材料積層板用の織物に熱硬化性樹脂が含浸されてなる積層板用のプリプレグと、このプリプレグをもって積層一体化されているとする電子材料積層板、並びにこの積層板をもって形成されている半導体実装用の回路基板も提供する。

上記本発明の積層板用の織物によれば、熱膨張係数の差が特有の範囲内となる２種以上の熱膨張係数の異なる繊維からの織物であることによって、これに樹脂含浸させたプリプレグを用いた回路基板では、基材の熱膨張率の調製が容易とされて、反りが抑えられ、半導体の高密度実装が可能とされる。

本発明の電子材料積層板用の織物においては熱膨張係数の差が２ｐｐｍ／℃〜２０ｐｐｍ／℃の範囲内である２種以上の繊維を用いることを必須としている。これによってプリプレグへの樹脂含浸による基材の熱膨張率の調整が容易とされ、反りの低減が顕著に実現されることになる。２ｐｐｍ／℃未満、あるいは２０ｐｐｍ／℃を超える場合にはいずれもこのことは困難となる。これは２ｐｐｍ／℃未満の場合は織物にした際の熱膨張率の制御幅が小さいため、半導体実装時の反りへの効果が少ないためである。一方、２０ｐｐｍ／℃を超える場合には、基材の熱膨張係数の調製が難しくなり、かえって反りを増大させかねないためである。

熱膨張率の差は、より好ましくは５ｐｐｍ／℃〜１２ｐｐｍ／℃の範囲内とすることが考慮される。これにより本発明の効果はより確実に、より顕著なものとして実現される。

このような特定の熱膨張率の差のある２種以上の繊維は、無機繊維と有機繊維のうちのいずれであってもよい。無機繊維としてはガラス繊維が代表的なものとして挙げられる。

このようなガラス繊維として、Ｅガラス、Ｑガラス、Ｄガラス、Ｓガラス、Ｔガラスが挙げられるが、Ｅガラスがドリル穴あけ加工性やコスト面で好ましい。

一方、有機繊維としては、芳香族ポリアミド繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維等が好適なものとして挙げられる。

これらの有機繊維によれば、本発明の効果がより確実なものとして実現される。

前記のとおりの熱膨張率の異なる繊維の組合わせとしては、２種以上のものが無機繊維のみの場合、無機繊維と有機繊維の場合、あるいは有機繊維のみの場合のいずれであってもよい。

これらいずれの場合においても、本発明の織物においは、基材の熱膨張率の調整の容易さ、そして反りの抑制の観点からは、後述の実施例にも示されているように、２種以上の繊維は、マイナスの熱膨張係数の繊維のみからなり、熱膨張係数の差が５〜８ｐｐｍ／℃の範囲内であると、あるいは、プラスの熱膨張係数の繊維とマイナスの熱膨張係数の繊維からなり、熱膨張係数の差が８〜１２ｐｐｍ／℃の範囲内であることが好適なものとして考慮される。

また、繊維のフィラメント径は、特に限定するものではなが、３から８μｍのものが好ましい。これは３μｍ未満では積層板にした時の強度が得られない場合があり、８μｍを超えると薄い織物が得られないからである。

２種以上の繊維を織り込みの方法としては、特に限定するものではないが、フィラメントの状態で混合する、あるいは、ヤーンの状態で混合してもかまわない。

織り方としては、特に限定するものでないが、平織り等が挙げられる。また、その後開繊等の処理やカップリング処理等を行ってもかまわない。

１種の繊維に対しての熱膨張率の異なる少くとも１種の繊維の混合割合は、質量％として、１０％〜９０％の範囲内であることが好ましい。１０％未満、あるいは９０％を超える場合には、基材の反りを抑えるための熱膨張率の調整が難しきなる傾向にあるからでる。

本発明において、織物に含浸する樹脂は、特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂やＰＰＥ樹脂やポリイミド樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂はコストと積層板の性能のバランスがよく最も好ましい。

エポキシ樹脂としては特に限定されるものではないが、ビスフェノールＡ型、ビスフェノール型、ノボラック型、ジシクロペンタジェン型、ビフェニル型等を使用することができる。硬化剤も特に限定されず、Ｄｉｃｙ硬化やフェノール硬化が挙げられる。さらに、これらのエポキシ樹脂に必要に応じて、硬化促進剤、ＵＶ遮蔽剤、螢光発光剤、離燃剤、着色剤、充填材を添加してもよい。

そして、上述したエポキシ樹脂を有機溶剤によりワニス化し、基材に含浸、乾燥機中で１２０〜１９０℃、３分〜１５分間程度乾燥させることによって、半硬化状態（Ｂ−ステージ）のプリプレグを製造することができるものである。

また、このようにして製造したプリプレグを所要枚数重ねて、これを１４０〜２００℃、０．９８〜４．９ＭＰａの条件下で加熱、加圧することによって、積層板を製造することができる。この際、所要枚数重ねたプリプレグの片面又は両面に金属箔を重ねて、プリプレグと金属箔とを共に加熱、加圧することによって、金属箔積層板を製造することができるものである。この金属箔としては、銅箔、銀箔、アルミニウム箔、ステンレス箔等を用いることができる。

半導体実装用の回路基板は、このようにして製造された積層板に対してエッチングやスローホール加工等を行うことによって製造することができる。

そこで、以下に、本発明を実施例によって具体的に説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

まず使用した織物（繊維）、樹脂を以下の順に示す。

繊維は、以下の５種類のものを使用した。

繊維１：Ｅガラス（熱膨張係数 ５．５ｐｐｍ／℃，フィラメント径 ５μｍ）無機繊維
繊維２：Ｔガラス（熱膨張係数 ２．８ｐｐｍ／℃，フィラメント径 ５μｍ）無機繊維
繊維３：ダイニーマ（熱膨張係数 −１２ｐｐｍ／℃，フィラメント径 ４μｍ 東洋紡製 有機繊維：ポリエチレン繊維）
繊維４：テクノーラ（熱膨張係数 −６ｐｐｍ／℃，フィラメント径 ８μｍ 帝人製 有機繊維：芳香族ポリアミド繊維）
繊維５：ザイロン（熱膨張係数 −６ｐｐｍ／℃，フィラメント径 ５μｍ 東洋紡製 有機繊維：ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維）
使用した樹脂は、テトラメチルビフェニル型２官能エポキシ樹脂 ジャパンエポキシ社製「ＹＸ４０００Ｈ」７０質量部とフェノール性水酸基を平均２．０個有するリン化合物三光株式会社製「ＨＣＡ−ＨＱ」３０質量部をメトキシプロパノール ６４．０質量部、ジメチルホルムアミド ２．６７質量部の溶媒に１１５℃中で加熱攪拌し、その後、トリフェニルフォスフィンを０．２質量部添加し、約５時間加熱攪拌し、エポキシ当量約５００ｅｑ／ｇのエポキシ樹脂作製し、得られたエポキシ樹脂８６．７質量部、多官能エポキシ樹脂である日本化薬（株）製「ＥＰＰＮ５０２Ｈ」を４８質量部、有機溶媒としてメチルエチルケトン３４質量部、メトキシプロパノール３４質量部、ジメチルホルムアミド４０質量部、硬化剤としてジシアンジアミド４．０質量部、硬化促進剤０．１質量部加え、攪拌混合後、更に、デンカ社製「ＳＦＰ−３０Ｍ」を６０質量部、昭和電工製「ハイジライド」を５０質量部、添加し分散機によって良く分散し、樹脂組成物１を得る。
（実施例１）
繊維１、２をそれぞれ２００本合わせてヤーンを作製し、タテ糸に１インチ当たり繊維１のヤーンを１１本と繊維２のヤーンを４２本、ヨコ糸に１インチ当たり繊維１のヤーンを１１本と繊維２のヤーンを４２本使用し、織物を作製した。

得られた織物を樹脂組成物１に含浸し、下記記載の方法にてプリプレグ、銅張り積層板、ＰＫＧを作製し、反り評価を実施した。
（実施例２）
繊維１を８０本、繊維５を１２０本使用しヤーンを作製、タテ糸に１インチ当たりここで作製したヤーンを５３本、ヨコ糸に１インチ当たりのヤーンを５３本使用し、織物を作製した。

得られた織物を樹脂組成物１に含浸し、下記記載の方法にてプリプレグ、銅張り積層板、ＰＫＧを作製し、反り評価を実施した。
（実施例３）
繊維３を１６０本、繊維５を４０本使用したヤーンを作製、タテ糸に１インチ当たりここで作製したヤーンを５３本、ヨコ糸に１インチ当たりのヤーンを５３本使用し、織物を作製した。

得られた織物を樹脂組成物１に含浸し、下記記載の方法にてプリプレグ、銅張り積層板、ＰＫＧを作製し、反り評価を実施した。
（実施例４）
繊維１を２００本、繊維４を１００本合わせてそれぞれヤーンを作製し、タテ糸に１インチ当たり繊維１のヤーンを１６本と繊維４のヤーンを３７本、ヨコ糸に１インチ当たり繊維１のヤーンを１６本と繊維４のヤーンを３７本使用し、織物を作製した。

得られた織物を樹脂組成物１に含浸し、下記記載の方法にてプリプレグ、銅張り積層板、ＰＫＧを作製し、反り評価を実施した。
（実施例５）
繊維１を２００本、繊維３を２００本合わせてそれぞれヤーンを作製し、タテ糸に１インチ当たり繊維１のヤーンを１６本と繊維３のヤーンを３７本、ヨコ糸に１インチ当たり繊維１のヤーンを１６本と繊維３のヤーンを３７本使用し、織物を作製した。

得られた織物を樹脂組成物１に含浸し、下記記載の方法にてプリプレグ、銅張り積層板、ＰＫＧを作製し、反り評価を実施した。
（比較例６）
織物として日東紡製 ＷＥＡ１０７８を使用し、樹脂組成物１に含浸し、下記記載の方法にてプリプレグ、銅張り積層板、ＰＫＧを作製し、反り評価を実施した。

繊維組成はＥガラス、フィラメント径は５μｍ、ヤーン１本の使用フィラメントは２００本、タテ糸は１インチ当たり６０本、ヨコ糸は５８本
＜プリプレグの製造方法＞
実施例１〜５および比較例１の織物を樹脂組成物１に含浸させ、乾燥機中で１２０〜１９０℃の範囲で５分〜１５分程度乾燥させることによって、半硬化状態（Ｂ−ステージ）のプリプレグを製造した。
＜銅張り積層板の製造方法＞
上記のようにして製造したプリプレグを１枚重ね、さらにこのプリプレグの両面に銅箔を重ね、これを１４０〜１８０℃、０．９８〜．９ＭＰａの条件で加熱、加圧することによって、約０．０６ｍｍの銅張り積層板を製造した。ここで加熱時間は、プリプレグ全体が１７０℃以上となる時間が少なくとも６０分間以上となるように設定した。またこの際、プレス内が１３３ｈＰａ以下の減圧状態となるようにした。こうすることによって、プリプレグの吸着水を効率よく除去することができ、成型後に空隙が残存することを防ぐことができるからである。なお、銅箔は古河サーキットフォイル（株）製「ＧＴＭＰ」（暑さ１２μｍ）を用いた。
＜ＰＫＧ作製＞
評価用のＰＫＧ作製は次のようにして行った。まず、上記で作製された銅積層板を用い、プリント板加工したパッケージ回路を描画し、更にレジスト（太陽インキ（株）製「ＰＳＲ４０００ＡＵＳ３０８」）を塗布し、これに半導体素子として厚さ１３０μｍで８×８ｍｍあるいは１０×１０ｍｍあるいは１２×１２ｍｍの評価用ＴＥＧチップを搭載し、チップ搭載側の片面にモールド材として松下電工製ＣＶ８７１０にてモールド厚み０．３０ｍｍ、成形条件１１７５℃・９０秒でトランスファー成形し、その後１７５℃で６時間アフターベーキング、ダイシングにより、１７ｍｍ角のＰＫＧを作製した。
＜ＰＫＧ反り評価＞
アクロメトリックス社製シャドーモアレにより、２６０℃におけるＰＫＧ反り評価を行った。

表１にみられるように、熱膨張係数の異なる２種以上の繊維から織物を使用した銅張り積層板は、基材のＣＴＥの調整が容易で、２６０℃測定での反りを５０μｍ以下にまで抑えるというＰＫＧ反り低減に効果があることが確認できた。

Claims (15)

1. 樹脂が含浸される積層板用の織物であって、熱膨張係数の差が相互に２ｐｐｍ／℃〜２０ｐｐｍ／℃の範囲内である２種以上の繊維からなることを特徴とする電子材料積層板用の織物。
2. 熱膨張係数の差が５〜１２ｐｐｍ／℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の織物。
3. マイナスの熱膨張係数の繊維のみからなり、熱膨張係数の差が５〜８ｐｐｍ／℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の織物。
4. プラスの熱膨張係数の繊維にとってマイナスの熱膨張係数の繊維からなり、熱膨張係数の差が８〜１２ｐｐｍ／℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の織物。
5. 繊維として無機繊維および有機繊維のうちの２種以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の織物。
6. 有機繊維が、芳香族ポリアミド繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリパラフエニレンベンズ、ビスオキサゾール繊維およびポリエチレン繊維のうちの少くともいずれかでることを特徴とする請求項５に記載の織物。
7. 無機繊維がガラス繊維であることを特徴とする請求項５または６に記載の織物。
8. 熱膨張係数の異なる繊維がフィラメントの状態で混合されてなることを特徴とするとする請求項１から７のいずれか一項に記載の織物。
9. 熱膨張係数の異なる繊維がヤーンの状態で混合されてなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の織物。
10. １種の繊維に対しての熱膨張率の異なる少くとも１種の繊維の混合割合が、１０％〜９０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の織物。
11. 繊維のフィラメント径が３〜８μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の織物。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の電子材料積層板用の織物に熱硬化性樹脂が含浸されてなることを特徴とする電子材料積層板用のプリプレグ。
13. 熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１２に記載のプリプレグ。
14. 請求項１２または１３に記載のプリプレグをもって積層一体化されていることを特徴とする電子材料積層板。
15. 請求項１４に記載の積層板をもって形成されていることを特徴とする半導体実装用の回路基板。