JP2010221526A - 金属張積層板、プリント回路板および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低弾性率、低スティフネス性（柔軟性）、吸湿半田耐熱性、熱ひずみによる応力緩和することでの金属接合信頼性向上を兼ね備えた回路基板に用いられる樹脂組成物を用いた金属張積層板を提供する。
【解決手段】絶縁層２３と、前記絶縁層２３の少なくとも一方の面側に金属箔が形成された金属張積層板であって、前記絶縁層２３の、２５℃における引張弾性率が０．１ＧＰａ以上、２ＧＰａ以下であり、２５℃からガラス転移温度までの前記絶縁層２３の面内方向の線膨張係数が２０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする金属張積層板である。
【選択図】図１
【解決手段】絶縁層２３と、前記絶縁層２３の少なくとも一方の面側に金属箔が形成された金属張積層板であって、前記絶縁層２３の、２５℃における引張弾性率が０．１ＧＰａ以上、２ＧＰａ以下であり、２５℃からガラス転移温度までの前記絶縁層２３の面内方向の線膨張係数が２０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする金属張積層板である。
【選択図】図１
Description
本発明は、金属張積層板、プリント回路板および半導体装置に関する。
近年、電子機器、特に携帯型の電子機器に搭載されるプリント回路板は小型化、薄型化、高集積化、高密度実装が要求されている。さらに、環境対応問題により、鉛フリーはんだを用いる実装要求を有しており、これまでのはんだに比べ１５〜２０℃実装温度が高くなり、プリント回路板にかけられた熱による内部応力で、基板が反ってしまい、実装不良が発生することがあった。
また、はんだボール電極を介して半導体素子とプリント回路板や、はんだボール電極を介して半導体素子と複数のプリント回路板が積層された半導体装置が提案されている。このような実装基板構造体の温度サイクル条件下では、半導体素子とプリント回路板との線膨張係数差による熱応力が、実装信頼性を低下の原因となることがあった。また、実装基板構造体の面内接続部分のはんだボールにストレスがたまりクラックを発生し、パット部分の回路の断線などが発生することが懸念される。
これらに使用されるプリント回路板は、絶縁層、銅箔、接着剤層あるいは接着フィルムからなる。この絶縁層に使用される樹脂としては、寸法安定性、高耐熱性、耐薬品性、難燃性に優れるポリイミド系樹脂系が知られている。このポリイミド系樹脂は、分子骨格にイミド基を有しており、それが高耐熱性を発現させる。しかしながら、分極の大きさにより水分子と親和性が高い特徴を持つために、吸湿条件化での銅箔と接着剤層との密着性を低下させること、半田耐熱性を劣化させてフクレや剥がれを発生することが懸念される。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体搭載基板の実装信頼性に優れた金属張積層板、プリント回路板および半導体装置を提供することである。
本発明によれば絶縁層と、前記絶縁層の少なくとも一方の面側に金属箔が形成された金属箔張積層板であって、前記絶縁層の、２５℃における引張弾性率が０．１ＧＰａ以上、２ＧＰａ以下であり、２５℃からガラス転移温度までの前記絶縁層の面内方向の線膨張係数が２０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする金属張積層板が提供される。
本発明に係る金属張積層板は、２５℃における絶縁層の引張弾性率が０．１ＧＰａ以上、２ＧＰａ以下であり、２５℃からガラス転移温度までの前記絶縁層の面内方向の線膨張係数が２０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下である。これにより、絶縁層が低弾性率であるため、実装温度の高温環境下、熱衝撃時の熱ストレスにより発生する内部応力を絶縁層で緩和することが可能となり、プリント回路板と半導体素子との接続信頼性を向上することができる。
また、前記絶縁層の、２５℃からガラス転移温度までの前記絶縁層の面内方向の線膨張係数が１００ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であってもよい。これにより、金属張積層板からパターン加工を行う熱履歴のかかる工程において絶縁層に発生する内部応力を緩和することで反りの少ないプリント回路板を作製することができる。
また、前記絶縁層を構成する樹脂成分は、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノキシ樹脂（Ｂ）、エラストマー（Ｃ）、硬化剤（Ｄ）を含有し、前記フェノキシ樹脂（Ｂ）は、前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して５０〜２５０重量部、さらに前記エラストマー（Ｃ）は前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して３０〜１６０重量部、さらに前記硬化剤（Ｄ）は前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して２０〜７０重量部を含有するようにしてもよい。
また、前記エポキシ樹脂（Ａ）は、下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を含んでいてもよい。
（式中、各ＲはＨもしくは分岐していてもよい炭素数１〜４のアルキル基であり、各Ｒは異なっていてもよいし、同じでもよい。）
また、前記フェノキシ樹脂（Ｂ）は、重量平均分子量が２００００〜４５０００であってもよい。
また、前記フェノキシ樹脂（Ｂ）は、重量平均分子量が２００００〜４５０００であってもよい。
また、前記エラストマー（Ｃ）は、アクロニトリルブタジエンゴムまたはカルボキシル基含有アクロニトリルブタジエンゴムを含むようにしてもよい。
また、前記硬化剤（Ｄ）は、アミン系化合物を含むようにしてもよい。さらに、前記硬化剤（Ｄ）の配合量は、エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当量１に対し、該硬化剤の当量比が０．８〜１．３であってもよい。
また、上記の金属張積層板を用いてパターン加工されたことを特徴とするプリント回路板が提供される。
また、前記プリント回路板と、該プリント回路板上に実装された半導体素子と、前記プリント回路板と前記半導体素子との間に設けられた、前記プリント回路板と前記半導体素子とを接続するバンプ、および、前記バンプの周囲に充填されたアンダーフィルとを備える前記プリント回路板であることを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明によれば、半導体搭載基板の実装信頼性に優れた金属張積層板、プリント回路板および半導体装置を提供することができる。
以下、本発明の金属張積層板、プリント回路板および半導体装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の金属張積層板をパターン加工し、半導体素子を搭載した半導体装置の一実施形態を示す断面図である。一実施形態の半導体装置について説明する。半導体装置１００は、プリント回路板２０と半導体素子１１と接着層１４とを含む。プリント回路板２０は、本発明の金属張積層板をパターン加工して得られるものであり、絶縁層２３と、外部接続端子２２と、絶縁性の被覆層であるソルダーレジスト層２１を被覆した構造体である。
本実施形態での、プリント回路板２０はフレキシブル基板を用いる。半導体素子１１には、半導体素子１１の内部に半導体回路が形成されており、電極端子である半導体素子電極パッド１２が複数設けられている。材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕなどが挙げられる。半導体素子電極パッド１２のおのおのには、フリップチップ接続をするためのバンプ１３が形成されている。このバンプ１３は、半導体素子電極パッド１２とプリント回路板２０の外部接続端子２２とを電気的に接続する。
バンプ１３としては、はんだボール、金属スタッドバンプなどが挙げられる。バンプ１３には金属材料を用いることができる。金属材料としては、例えば銅、アルミニウム、インジウムもしくは錫などの金属、またはこれらの合金を用いることができる。バンプ１３は、ペーストまたは電解メッキ法によって作製することができる。
バンプ１３としては、はんだボール、金属スタッドバンプなどが挙げられる。バンプ１３には金属材料を用いることができる。金属材料としては、例えば銅、アルミニウム、インジウムもしくは錫などの金属、またはこれらの合金を用いることができる。バンプ１３は、ペーストまたは電解メッキ法によって作製することができる。
絶縁層２３の面内方向の寸法は特に限定されず、半導体素子１１よりも小さくても、半導体素子１１と同寸法でも、または半導体素子１１よりも大きくてもよい。図１では、絶縁層２３の面積が、これに対向する半導体素子１１よりも大きく、半導体素子１１の形成領域が絶縁層２３の形成領域に包含される態様を例示している。
接着層１４は、エポキシ系の樹脂材料でアンダーフィル、 フィルム状の熱硬化性樹脂などを用いて、半導体素子１１とプリント回路板２０とを接合する。例として、図１には半導体素子１１とプリント回路板２０の間にエポキシ樹脂系の液状樹脂を注入して、１２０℃以上、２００℃以下の温度で１時間以上、３時間以下の熱履歴を加えて、接着層１４を硬化させる。
プリント回路板２０は、その表面または内部に配線層が単層に形成された単層基板でもよく、または配線層が多層に形成された多層配線基板でもよく、２層構造以上の絶縁層が積層した構造体でもよい。
図２は、多層配線基板として使用した一実施形態を示す断面構成図である。片面回路基板４０の絶縁層４３をはんだバンプ付き内層回路基板４６の片面又は両面に重ね合わせ、はんだ層４５を溶融させて層間を電気的接合させた多層配線基板である。
また、図３は、片面金属張積層板６０の絶縁層６４に接着剤シート６２を熱ラミネートさせて、パターン加工、絶縁層６４に穴あけ加工をして、導電性ペーストを充填させたものを複数枚積層して層間を電気接合させた多層配線基板の一実施形態を示す断面構成図である。
本発明の金属張積層板は、絶縁性の絶縁層２３を主体として構成されている。絶縁層２３を構成する樹脂成分は、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノキシ樹脂（Ｂ）、エラストマー（Ｃ）、硬化剤（Ｄ）を含有し、前記フェノキシ樹脂（Ｂ）は、前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して５０〜２５０重量部、さらに前記エラストマー（Ｃ）は前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して３０〜１６０重量部、さらに前記硬化剤（Ｄ）は前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して２０〜７０重量部を含有するのが好ましい。
また、絶縁層２３の、２５℃における絶縁層２３の引張弾性率の下限は、特に制限がないが０．１ＧＰａ以上が好ましい。上限は、２ＧＰａ以下が好ましく、１．２ＧＰａ以下であればより好ましい。２５℃における絶縁層２３の引張弾性率の上限が２ＧＰａ以下であると、絶縁層が低弾性率であるため、実装温度の高温環境下、熱衝撃時の熱ストレスにより発生する内部応力を絶縁層で緩和することが可能となり、プリント回路板と半導体素子との接続信頼性を向上することができる。また、１．２ＧＰａ以下であれば、各特性のバランスが安定的によくなる。
絶縁層２３の、２５℃からガラス転移温度までの絶縁層２３の面内方向の線膨張係数が２０ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下であること特徴とする。これにより、絶縁層が低弾性率であるため、実装温度の高温環境下、熱衝撃時の熱ストレスにより発生する内部応力を絶縁層で緩和することが可能となり、プリント回路板と半導体素子との接続信頼性を向上することができる。また、好ましくは、絶縁層２３の、２５℃からガラス転移温度までの絶縁層２３の面内方向の線膨張係数が１００ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であってもよい。これにより、金属張積層板からパターン加工を行う熱履歴のかかる工程において絶縁層２３に発生する内部応力を緩和することで反りの少ないプリント回路板を作製することができる。
絶縁層２３の、２５℃からガラス転移温度までの絶縁層２３の面内方向の線膨張係数が２０ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下であること特徴とする。これにより、絶縁層が低弾性率であるため、実装温度の高温環境下、熱衝撃時の熱ストレスにより発生する内部応力を絶縁層で緩和することが可能となり、プリント回路板と半導体素子との接続信頼性を向上することができる。また、好ましくは、絶縁層２３の、２５℃からガラス転移温度までの絶縁層２３の面内方向の線膨張係数が１００ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であってもよい。これにより、金属張積層板からパターン加工を行う熱履歴のかかる工程において絶縁層２３に発生する内部応力を緩和することで反りの少ないプリント回路板を作製することができる。
絶縁層２３の厚さは特に限定されず、例えば５〜１２５μｍとすることができる。特に、１２．５〜１００μｍとすることにより、絶縁層２３の面直方向の屈曲性と、面内方向の伸縮性が良好に得られる。
絶縁層を構成する樹脂成分は、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノキシ樹脂（Ｂ）、エラストマー（Ｃ）、硬化剤（Ｄ）を含有していてもよい。
以下、絶縁層を構成する各要素について説明する。
本発明の金属張積層板の絶縁層を形成する樹脂成分は、エポキシ樹脂（Ａ）を含んでいてもよい。エポキシ樹脂としては、特に限定はされないが、例えば、架橋反応をおこすために分子中に少なくとも２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を含むことが好ましく、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、ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、カテコール型エポキシ樹脂、エポキシ化ポリブタジエン、ＮＢＲ変性エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等、直鎖アルキル型エポキシ樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、各々単独で使用し得られるほか、必要により数種類の任意の組合せで併用しても構わない。エポキシ樹脂の含有量としては、例えば、樹脂組成物固形分を１００重量％としたとき、１５重量％以上、４５重量％以下であることが好ましい。含有量がこの範囲内であれば、得られた絶縁層の可とう性が得られ、銅箔との密着性に優れ吸湿はんだ耐熱性にも優れる。これらの中でカテコール型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。既存のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂に比べると低粘度であることにより他のエラストマー樹脂との相溶性に優れる。また、構造上２級水酸基を有し、分子間相互作用により密着性に優れる。これらの中でも、下記一般式（１）で表されるカテコール型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
（式中、各ＲはＨもしくは分岐していてもよい炭素数１〜４のアルキル基であり、各Ｒは異なっていてもよいし、同じでもよい。）
カテコール型エポキシ樹脂としては、下記式（２）で表される４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂を用いることができる。
本発明の金属張積層板の絶縁層を形成する樹脂成分は、フェノキシ樹脂（Ｂ）を含んでいてもよい。フェノキシ樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂、ビスフェノールＦ型フェノキシ樹脂ナフタレン型フェノキシ樹脂、フェノールノボラック型フェノキシ樹脂、ビフェニル型フェノキシ樹脂等が挙げられる。これらの中で、耐熱性、吸湿性、強靭性よりビフェニル型フェノキシ樹脂が好ましく用いられる。フェノキシ樹脂の重量平均分子量は、２５０００〜４５０００であることが好ましく、さらに好ましくは３００００〜４００００の範囲にある。重量平均分子量がこの範囲内であれば、得られた絶縁層の可とう性に優れ、他の樹脂成分との相溶性に優れる。フェノキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂１００重量部に対して、５０〜２５０重量部が好ましく、さらに好ましくは８０〜１８０重量部である。含有量が上記範囲内であれば、樹脂組成物を加熱硬化して得られる樹脂硬化物の弾性率が２ＧＰａ以下とすることが可能となり、また樹脂組成物の脆さを低減でき、引裂けにくい絶縁層を形成する。
本発明の金属張積層板の絶縁層を形成する樹脂成分は、エラストマー（Ｃ）を含んでいてもよい。
エラストマーとしては、特に限定されないが、例えば、アクロニトリルブタジエンゴム、カルボキシル基含有アクロニトリルブタジエンゴム、アクロニトリルエチレンゴムなどが挙げられる。これらの中で、銅箔との密着性、樹脂硬化物の柔軟性の観点から、カルボキシル基含有アクロニトリルブタジエンゴムが好ましい。エラストマーの含有量は、特に限定されないが、エポキシ樹脂１００重量部に対して、３０〜１６０重量部が好ましく、より好ましくは５０〜１２０重量部である。配合量が上記範囲内であれば、樹脂組成物を加熱硬化して得られる樹脂硬化物の弾性率が２ＧＰａ以下とすることが可能となり、また、フェノキシ樹脂との相溶性に優れる。
エラストマーとしては、特に限定されないが、例えば、アクロニトリルブタジエンゴム、カルボキシル基含有アクロニトリルブタジエンゴム、アクロニトリルエチレンゴムなどが挙げられる。これらの中で、銅箔との密着性、樹脂硬化物の柔軟性の観点から、カルボキシル基含有アクロニトリルブタジエンゴムが好ましい。エラストマーの含有量は、特に限定されないが、エポキシ樹脂１００重量部に対して、３０〜１６０重量部が好ましく、より好ましくは５０〜１２０重量部である。配合量が上記範囲内であれば、樹脂組成物を加熱硬化して得られる樹脂硬化物の弾性率が２ＧＰａ以下とすることが可能となり、また、フェノキシ樹脂との相溶性に優れる。
本発明の金属張積層板の絶縁層を形成する樹脂成分は、硬化剤（Ｄ）を含んでいてもよい。硬化剤としては、特に限定されないが、例えば、アミン化合物を有する硬化剤が好ましい。アミン化合物としては、ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、イソフォロンジアミン、ノルボルネンジアミン、ジアミノジエチルジフェニルメタンなどが挙げられる。これらの中で、耐熱性、柔軟性の観点からジアミノジエチルジフェニルメタンが好ましく用いられる。硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して、２０〜７０重量部が好ましく、より好ましくは３０〜６０重量部である。含有量が上記下限値以上では、エポキシ樹脂との反応が優れ密着性が良好である。また、上記上限値以下であれば、未反応の硬化剤が残らないため、金属箔との密着性に優れ吸湿はんだ耐熱性にも優れる。
上記硬化剤（Ｄ）の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当量１に対して、硬化剤（Ｄ）の当量比が０．８〜１．３の範囲であることが好ましく、より好ましくはエポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当量１．０に対して、該硬化剤（Ｄ）の当量比０．９〜１．１の範囲である。硬化剤（Ｄ）の当量比が、上述のの範囲にあると、金属箔への濡れ性、密着性に優れる。
本発明の金属張積層板の絶縁層を形成する樹脂成分は、上記以外の成分を含んでいても良い。例えば、銅箔との密着力の向上、濡れ性の向上のためにアミノシラン等のシランカップリング剤あるいはチタネート系カップリング剤、エポキシシラン系カップリング剤、消泡剤などの添加剤を含んでいてもよい。
本発明の金属張積層板の製造方法について説明する。
本発明の金属張積層板の製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属箔上に有機溶剤に溶解させた上記の樹脂成分を所定の溶剤に、所定の濃度に溶解したワニスを金属箔に塗工後６０℃以上１５０℃以下の乾燥を行って作製する方法がある。乾燥後の厚みは、５〜５０μｍの範囲になるように塗工する。乾燥後にその樹脂成分層面上にポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレンなどのフィルムを異物混入防止などの理由で離型フィルムとして使用してもよい。また、離型処理を施したポリエチレンテレフタレートなどのキャリアフィルムにワニスを塗工して、６０℃以上１５０℃以下の乾燥を行って得られた樹脂フィルムを上記金属箔に熱ロール等でラミネートして一体化させる方法がある。
ワニスに用いられる溶剤としては、樹脂成分に対して良好な溶解性を持つものを選択しなければならない。例えば、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン、ｎ-ヘキサン、メタノール、エタノール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセロソルブ、メトシキプロパノール、シクロヘキサノン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのうち一種類または二種類以上の混合溶剤系を使用することが可能である。
金属箔としては、例えば銅および銅系合金、アルミおよびアルミ系合金、鉄および鉄系合金等が挙げられ、銅が好ましい。樹脂成分層との密着性を向上、金属箔への濡れ性をあげるために金属箔表面上に表面処理を施してもよい。表面処理剤には、例えばエポキシシラン、ビニルシラン、メタクリルシラン、アミノシラン、メルカプトシランなどのシラン系カップリング剤、イソシアネート系のカップリング剤が挙げられる。
本発明に係る金属張積層板を用いてパターン加工されたプリント回路板について説明する。
本発明のプリント回路板は、上記の金属張積層板に回路作成、ソルダーレジスト、金メッキにて作製した。
本発明に係るプリント回路板２０と、プリント回路板２０上に実装された半導体素子１１と、プリント回路板２０と半導体素子間１１との間に設けられた、プリント回路板２０と半導体素子１１とを接続するバンプ１３、および、バンプ１３の周囲に充填された接着層（アンダーフィル）１４とを備えるプリント回路板２０が上述のプリント回路板２０である半導体装置１００について説明する（図１）。
半導体素子１１とプリント回路板２０との実装を行うときは、はんだボールが融解する温度である２１０℃以上、２６０℃以下で、保持時間２〜５分、窒素雰囲気下でリフロー加熱を行い接合させる。次に、半導体素子１１とプリント回路板２０との隙間に液状のアンダーフィル接着層１４を流し込み、１２０以上２００℃以下の温度で１時間以上、３時間以下の熱履歴を加えて、接着層１４を硬化させる。硬化した半導体素子とプリント回路板２０とが密着したものをダイシングして個片状にし半導体装置を得た。
以下、本発明の金属張積層板、半導体装置について、実施例及び比較例により説明するが、本発明はこれになんら限定されるものではない。
（実施例１）
樹脂成分として４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂３０重量部（ＨＰ−８２０、Ｄｉｃ社製）、ビフェニル型フェノキシ樹脂３５重量部（ＹＸ−６９５４ＢＨ３０、重量平均分子量３９０００、ジャパンエポキシレジン社製）、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２５重量部（ニポール１０７２Ｊ、日本ゼオン社製）、ジアミノジエチルジフェニルメタン９重量部（カヤハードＡ−Ａ、日本化薬社製）、およびエポキシシランカップリング剤１．０重量部をＭＥＫとジメチルアセトアミドとの混合溶剤に樹脂固形分が５０％となるように溶解した。この配合物ワニスを厚み１２μｍの特殊電解銅箔（ＨＬＳ−１２、日本電解社製）に樹脂組成物の厚みが乾燥後、２５μｍとなるようにコンマロールで塗工、１２０℃で５分＋１５０℃で５分で乾燥して、樹脂組成物層の表面にポリエチレンのフィルムを貼り合わせ巻き取った。ロール状に巻き取った銅張積層板を幅２５０ｍｍにスリットして、２５０×２５０ｍｍサイズのシート状にした銅張積層板を１８０℃で２時間硬化させて片面銅張積層板を得た。これを回路作成、ソルダーレジスト、金メッキ行いプリント回路板を作製した。
半導体素子とプリント回路板との実装は、はんだボールが融解する温度である２６０℃、保持時間２分、窒素雰囲気下でリフロー加熱を行い接合させた。次に、半導体素子とプリント回路板との隙間に液状のアンダーフィル材を流し込み、アンダーフィル材を硬化させるために温度を１８０℃、１時間加熱硬化させた。次に、硬化した半導体素子と半導体パッケージ基板とが密着した基板をダイシングして個片状にした半導体装置を得た。
樹脂成分として４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂３０重量部（ＨＰ−８２０、Ｄｉｃ社製）、ビフェニル型フェノキシ樹脂３５重量部（ＹＸ−６９５４ＢＨ３０、重量平均分子量３９０００、ジャパンエポキシレジン社製）、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２５重量部（ニポール１０７２Ｊ、日本ゼオン社製）、ジアミノジエチルジフェニルメタン９重量部（カヤハードＡ−Ａ、日本化薬社製）、およびエポキシシランカップリング剤１．０重量部をＭＥＫとジメチルアセトアミドとの混合溶剤に樹脂固形分が５０％となるように溶解した。この配合物ワニスを厚み１２μｍの特殊電解銅箔（ＨＬＳ−１２、日本電解社製）に樹脂組成物の厚みが乾燥後、２５μｍとなるようにコンマロールで塗工、１２０℃で５分＋１５０℃で５分で乾燥して、樹脂組成物層の表面にポリエチレンのフィルムを貼り合わせ巻き取った。ロール状に巻き取った銅張積層板を幅２５０ｍｍにスリットして、２５０×２５０ｍｍサイズのシート状にした銅張積層板を１８０℃で２時間硬化させて片面銅張積層板を得た。これを回路作成、ソルダーレジスト、金メッキ行いプリント回路板を作製した。
半導体素子とプリント回路板との実装は、はんだボールが融解する温度である２６０℃、保持時間２分、窒素雰囲気下でリフロー加熱を行い接合させた。次に、半導体素子とプリント回路板との隙間に液状のアンダーフィル材を流し込み、アンダーフィル材を硬化させるために温度を１８０℃、１時間加熱硬化させた。次に、硬化した半導体素子と半導体パッケージ基板とが密着した基板をダイシングして個片状にした半導体装置を得た。
（実施例２）
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂３４重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）３４重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２３重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン８重量部とした以外は、表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂３４重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）３４重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２３重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン８重量部とした以外は、表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（実施例３）
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂２９重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）３４重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン１１重量部とした以外は、表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂２９重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）３４重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン１１重量部とした以外は、表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（実施例４）
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂４２重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）２５重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２０重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン１２重量部とした以外は、表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂４２重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）２５重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２０重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン１２重量部とした以外は、表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（実施例５）
ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）４０重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２０重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）４０重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２０重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（実施例６）
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂１９重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）４４重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム３０重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン６重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂１９重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）４４重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム３０重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン６重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（実施例７）
グリシジルアミン型エポキシ樹脂２０重量部（ｊＥＲ６３０、ジャパンエポキシレジン社製）、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）４０重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２５重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン１４重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂２０重量部（ｊＥＲ６３０、ジャパンエポキシレジン社製）、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）４０重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム２５重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン１４重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（実施例８）
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂２２重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）３４重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム３０重量部、ジアミノジフェニルスルホン１３重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂２２重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（重量平均分子量３９０００）３４重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム３０重量部、ジアミノジフェニルスルホン１３重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（実施例９）
グリシジルアミン型エポキシ樹脂４０重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（ＹＸ−６９５４ＢＨ３０、重量平均分子量２００００、ジャパンエポキシレジン社製）２０重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム１１重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン２８重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂４０重量部、ビフェニル型フェノキシ樹脂（ＹＸ−６９５４ＢＨ３０、重量平均分子量２００００、ジャパンエポキシレジン社製）２０重量部、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム１１重量部、ジアミノジエチルジフェニルメタン２８重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（比較例１）
樹脂組成分としてビフェニル型エポキシ樹脂３２重量部（ＮＣ−３０００Ｈ、日本化薬社製）、ジアミノジエチルジフェニルメタン７重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
樹脂組成分としてビフェニル型エポキシ樹脂３２重量部（ＮＣ−３０００Ｈ、日本化薬社製）、ジアミノジエチルジフェニルメタン７重量部とした以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（比較例２）
樹脂組成分として４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂２７重量部、ノボラック型フェノール樹脂（住友ベークライト社製 ＰＲ−５３６４７）１２重量部以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
樹脂組成分として４−ｔ−ブチルカテコール型エポキシ樹脂２７重量部、ノボラック型フェノール樹脂（住友ベークライト社製 ＰＲ−５３６４７）１２重量部以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（比較例３）
樹脂組成分としてビフェニル型フェノキシ樹脂（ＹＸ−６９５４ＢＨ３０、重量平均分子量４０００、ジャパンエポキシレジン社製）３５重量部、以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
樹脂組成分としてビフェニル型フェノキシ樹脂（ＹＸ−６９５４ＢＨ３０、重量平均分子量４０００、ジャパンエポキシレジン社製）３５重量部、以外は表１に示す通りとし、実施例１と同様にして、片面銅張積層板を得て、プリント回路板及び半導体装置を得た。
（比較例４）
絶縁層として厚み２５μｍのポリイミドフィルムを用いた。ポリイミドフィルム絶縁層上に厚み１２μｍの銅箔がついた片面銅張積層板（宇部興産製 ユピセルＮ）を回路作成、ソルダーレジスト、金メッキを行いプリント回路板及び半導体装置を得た。
絶縁層として厚み２５μｍのポリイミドフィルムを用いた。ポリイミドフィルム絶縁層上に厚み１２μｍの銅箔がついた片面銅張積層板（宇部興産製 ユピセルＮ）を回路作成、ソルダーレジスト、金メッキを行いプリント回路板及び半導体装置を得た。
(比較例５)
住友ベークライト（株）製の片面銅張り積層板（ＴＦＣ−１３９０ＦＦＰＪ１０） 厚み１２μｍの電解銅箔（ＨＬＳ−１２、日本電解社製）、絶縁層として、ポリイミド層の厚み １２．５μｍ、接着剤層の厚み１０μｍを用いた。ガラス転移温度は、３００℃まで測定した。この片面銅張積層板を回路作成、ソルダーレジスト、金メッキ行いプリント回路板及び半導体装置を得た。
住友ベークライト（株）製の片面銅張り積層板（ＴＦＣ−１３９０ＦＦＰＪ１０） 厚み１２μｍの電解銅箔（ＨＬＳ−１２、日本電解社製）、絶縁層として、ポリイミド層の厚み １２．５μｍ、接着剤層の厚み１０μｍを用いた。ガラス転移温度は、３００℃まで測定した。この片面銅張積層板を回路作成、ソルダーレジスト、金メッキ行いプリント回路板及び半導体装置を得た。
各実施例および比較例により得られた半導体装置について、次の各評価を行った。各評価を、評価方法と共に以下に示す。得られた結果を表１〜３に示す。
（評価方法）
・弾性率
全面エッチングした片面銅張積層板から５０ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。この試験片を動的粘弾性測定装置(セイコーインスツルメンツ社製 ＤＭＳ６１００)を用いて、引張変形法で昇温速度３℃/分、周波数：１Ｈｚ、荷重：１００ｍＮの条件で、２５℃における貯蔵弾性率を引張弾性率とした。
・ガラス転移温度
全面エッチングした片面銅張積層板から５０ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。この試験片を動的粘弾性測定装置(セイコーインスツルメンツ社製ＤＭＳ６１００)を用いて、引張変形法で昇温速度３℃/分の条件で、ｔａｎδのピーク温度をガラス転移温度とした。
・線膨張係数
全面エッチングした片面銅張積層板から２０ｍｍ×３ｍｍの試験片を作製した。この試験片を熱機械的分析装置(セイコーインスツルメンツ社製ＴＭＡ/ＳＳ６１００)を用いて、引張荷重法で測定を行った。試験片を前記装置に装着してから、荷重０．１ｍＮ、昇温速度５℃/分の測定条件にて連続して２回測定した。２回目の測定における２５℃からガラス転移温度までの平均線膨張率を算出した。
・吸湿はんだ耐熱性
ＪＩＳ規格Ｃ５０１６−１０．３に準ずる。膨れ、剥がれのなかったものを○とした。
・密着力
ＪＩＳ規格Ｃ５０１６−８．１に準ずる。密着力が０．５Ｎ／ｍｍ以上を◎、０．４Ｎ／ｍｍ以上０．５Ｎ／ｍｍ未満を○、０．１Ｎ／ｍｍ以上０．４Ｎ／ｍｍ未満を△、０．１Ｎ／ｍｍ未満を×とした。
・リフロー耐湿性試験
温度８５℃、湿度６０％の高温高湿環境下で４日間処理を施した半導体装置に、最高温度２６０℃のはんだリフローを３回通した後に、透過ＳＡＴで確認して剥がれ、膨れがないものを○とした。
・温度サイクル試験
−５５℃／１０分〜１２５℃／１０分を１サイクルとして耐性試験を行い、接合部分にクラックなどにより断線するまでのサイクル数を測定した。
・弾性率
全面エッチングした片面銅張積層板から５０ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。この試験片を動的粘弾性測定装置(セイコーインスツルメンツ社製 ＤＭＳ６１００)を用いて、引張変形法で昇温速度３℃/分、周波数：１Ｈｚ、荷重：１００ｍＮの条件で、２５℃における貯蔵弾性率を引張弾性率とした。
・ガラス転移温度
全面エッチングした片面銅張積層板から５０ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。この試験片を動的粘弾性測定装置(セイコーインスツルメンツ社製ＤＭＳ６１００)を用いて、引張変形法で昇温速度３℃/分の条件で、ｔａｎδのピーク温度をガラス転移温度とした。
・線膨張係数
全面エッチングした片面銅張積層板から２０ｍｍ×３ｍｍの試験片を作製した。この試験片を熱機械的分析装置(セイコーインスツルメンツ社製ＴＭＡ/ＳＳ６１００)を用いて、引張荷重法で測定を行った。試験片を前記装置に装着してから、荷重０．１ｍＮ、昇温速度５℃/分の測定条件にて連続して２回測定した。２回目の測定における２５℃からガラス転移温度までの平均線膨張率を算出した。
・吸湿はんだ耐熱性
ＪＩＳ規格Ｃ５０１６−１０．３に準ずる。膨れ、剥がれのなかったものを○とした。
・密着力
ＪＩＳ規格Ｃ５０１６−８．１に準ずる。密着力が０．５Ｎ／ｍｍ以上を◎、０．４Ｎ／ｍｍ以上０．５Ｎ／ｍｍ未満を○、０．１Ｎ／ｍｍ以上０．４Ｎ／ｍｍ未満を△、０．１Ｎ／ｍｍ未満を×とした。
・リフロー耐湿性試験
温度８５℃、湿度６０％の高温高湿環境下で４日間処理を施した半導体装置に、最高温度２６０℃のはんだリフローを３回通した後に、透過ＳＡＴで確認して剥がれ、膨れがないものを○とした。
・温度サイクル試験
−５５℃／１０分〜１２５℃／１０分を１サイクルとして耐性試験を行い、接合部分にクラックなどにより断線するまでのサイクル数を測定した。
表１〜３から明らかなように、実施例１〜９の半導体パッケージ基板はいずれも、低弾性率、低スティフネス性（柔軟性）、吸湿半田耐熱性、熱ひずみによる応力緩和することでの金属接合信頼性とも良好な結果が得られた。それに対して比較例１〜３は、温度サイクル試験でいずれも１００回以下で断線が認められた。また、吸湿半田耐熱性、密着力等に問題があった。また、比較例４および５は、従来入手できるフレキシブルプリント回路板用の一般の材料である。半導体パッケージ用基板としては、温度サイクル試験でいずれも１５０回で断線が認められた。また、リフロー耐湿性は問題はなかったが、吸湿半田耐熱性に問題があった。
１００、２００、３００ 半導体装置
１１、３１、５１ 半導体素子
１２、３２、５２ 半導体素子電極パッド
１３、３３、５３ バンプ
１４、３４、５４ 接着層
２０、３０、５０ プリント回路板
２１、４１ ソルダーレジスト層
２２、４２、６１ 外部接続端子
２３、４３、６４ 絶縁層
４０、６０ 片面回路基板
４４、６３ 導体ポスト
４５ はんだ層
４６ 内層回路基板
１１、３１、５１ 半導体素子
１２、３２、５２ 半導体素子電極パッド
１３、３３、５３ バンプ
１４、３４、５４ 接着層
２０、３０、５０ プリント回路板
２１、４１ ソルダーレジスト層
２２、４２、６１ 外部接続端子
２３、４３、６４ 絶縁層
４０、６０ 片面回路基板
４４、６３ 導体ポスト
４５ はんだ層
４６ 内層回路基板
Claims (11)
- 絶縁層と、前記絶縁層の少なくとも一方の面側に金属箔が形成された金属張積層板であって、
前記絶縁層の、２５℃における引張弾性率が０．１ＧＰａ以上、２ＧＰａ以下であり、２５℃からガラス転移温度までの前記絶縁層の面内方向の線膨張係数が２０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする金属張積層板。 - 前記絶縁層の、２５℃からガラス転移温度までの前記絶縁層の面内方向の線膨張係数が１００ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下である請求項１に記載の金属張積層板。
- 前記絶縁層のガラス転移温度が、１００℃以上、１５０℃以下である請求項１または２に記載の金属張積層板。
- 前記絶縁層を構成する樹脂成分は、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノキシ樹脂（Ｂ）、エラストマー（Ｃ）、硬化剤（Ｄ）を含有し、前記フェノキシ樹脂（Ｂ）は、前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して５０〜２５０重量部、さらに前記エラストマー（Ｃ）は前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して３０〜１６０重量部、さらに前記硬化剤（Ｄ）は前記エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して２０〜７０重量部を含有する請求項１ないし３のいずれかに記載の金属張積層板。
- 前記エポキシ樹脂（Ａ）は、下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を含む請求項４に記載の金属張積層板。
- 前記フェノキシ樹脂（Ｂ）は、重量平均分子量が２００００〜４５０００である請求項４または５に記載の金属張積層板。
- 前記エラストマー（Ｃ）は、アクロニトリルブタジエンゴムまたはカルボキシル基含有アクロニトリルブタジエンゴムを含む請求項４ないし６のいずれかに記載の金属張積層板。
- 前記硬化剤（Ｄ）は、アミン系化合物を含む請求項４ないし７のいずれかに記載の金属張積層板。
- 前記硬化剤（Ｄ）の配合量は、エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当量１に対し、該硬化剤の当量比が０．８〜１．３である請求項４ないし８のいずれかに記載の金属張積層板。
- 請求項１ないし９のいずれかに記載の金属張積層板を用いてパターン加工されたことを特徴とするプリント回路板。
- 前記プリント回路板と、該プリント回路板上に実装された半導体素子と、前記プリント回路板と前記半導体素子との間に設けられた、前記プリント回路板と前記半導体素子とを接続するバンプ、および、前記バンプの周囲に充填されたアンダーフィルとを備える前記プリント回路板が請求項１０に記載のプリント回路板であることを特徴とする半導体装置。
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| JP2009071451A JP2010221526A (ja) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | 金属張積層板、プリント回路板および半導体装置 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010221526A true JP2010221526A (ja) | 2010-10-07 |
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ID=43039229
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012131899A (ja) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物、樹脂シート、金属ベース回路基板、インバータ装置、及びパワー半導体装置 |
| JP6115929B2 (ja) * | 2009-04-07 | 2017-04-19 | 株式会社スリーボンド | エポキシ樹脂組成物 |
| CN113615323A (zh) * | 2019-03-20 | 2021-11-05 | 大日本印刷株式会社 | 配线基板和配线基板的制造方法 |
-
2009
- 2009-03-24 JP JP2009071451A patent/JP2010221526A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113615323A (zh) * | 2019-03-20 | 2021-11-05 | 大日本印刷株式会社 | 配线基板和配线基板的制造方法 |
| CN113615323B (zh) * | 2019-03-20 | 2024-05-28 | 大日本印刷株式会社 | 配线基板和配线基板的制造方法 |
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