JP2013006328A - 積層板、回路基板、および半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】反りが低減され、薄型回路基板として適した積層板を提供する。
【解決手段】本発明の積層板100は、上部に配線層が形成されるか、またはビルドアップ層が形成される積層板である。そして、積層板100の厚み方向においては、第一繊維基材層101を含有する第一絶縁層205と、無機充填材を含み繊維基材層を含まない第二絶縁層206と、第二繊維基材層102を含有する第三絶縁層207と、がこの順で積層され、第一絶縁層205および第三絶縁層207がそれぞれ第一プリプレグ201および第二プリプレグ203の硬化体である。
【選択図】図1
Description
近年、軽薄短小化の要求、部材コスト、加工コストなどの削減による基板コスト低減、電気的特性の向上などの理由から積層板の薄型化が進んでいる。最近では、積層板の厚みが0.4mm程度、さらには0.2mm以下のものも開発されている。
特許文献1、2および3の技術は、積層板の反りを解決する上で効果的であったが、回路基板のさらなる薄型化に伴い、さらに反りが低減された積層板の開発が望まれていた。
上部に配線層が形成されるか、またはビルドアップ層が形成される積層板であって、
当該積層板の厚み方向において、
第一繊維基材層を含有する第一絶縁層と、
無機充填材を含有し、繊維基材層を含まない第二絶縁層と、
第二繊維基材層を含有する第三絶縁層と、
がこの順で積層され、
前記第一絶縁層および前記第三絶縁層がプリプレグの硬化体からなる、積層板が提供される。
はじめに、本実施形態における積層板の構成について説明する。図1は、本実施形態における積層板の構成および製造方法を示す断面図である。積層板100は、上部に配線層が形成されるか、またはビルドアップ層が形成される積層板である。そして、積層板100の厚み方向においては、第一繊維基材層101を含有する第一絶縁層205と、無機充填材を含み繊維機材層を含まない第二絶縁層206と、第二繊維基材層102を含有する第三絶縁層207と、がこの順で積層され、第一絶縁層205および第三絶縁層207がそれぞれ第一プリプレグ201および第二プリプレグ203の硬化体であり、第二絶縁層206が樹脂層202の硬化体である。
こうすれば、膨張応力を積層板100の中心に移動でき、積層板の単体反りをより一層低減できる。
線膨張係数は、例えば、積層板の銅箔をエッチングし、4mm×40mmのテストピースを切り出し、TMA装置(TAインスツルメント社製)を用いて、5℃/分の引っ張り条件で、20℃から300℃の範囲における線熱膨張係数を測定して求めることができる。また、α1はガラス転移温度以下の線膨張係数、α2はガラス転移温度以上での線膨張係数であり、ここでは50℃から150℃の範囲を線膨張係数(α1)とする。
つぎに、積層板100の製造方法について説明する。
はじめに、第一繊維基材層101を含有する第一プリプレグ201、無機充填材を含み繊維機材層を含まない樹脂層202および第二繊維基材層102を含有する第二プリプレグ203をそれぞれ準備する。
このとき、積層板100の反りの防止効果をより効果的に得るためには、得られる積層板100がD2/2<D1の条件を満たすように、それぞれ重ね合わせることが好ましい。第一プリプレグ201および第二プリプレグ203に含まれる第一繊維基材層101および第二繊維基材層102の積層方向におけるそれぞれの位置や、各層の厚さを調整することによって、上記条件を満たす積層板を作製することができる。
また、加熱処理する時間は用いる樹脂の種類などにより異なるため、とくに限定されないが、例えば、30分間以上180分間以下処理することにより実施することができる。
また、加圧する圧力は、とくに限定されないが、例えば、0.2MPa以上5MPa以下が好ましく、2MPa以上4MPa以下がより好ましい。
(プリプレグ)
積層板100に含まれる第一プリプレグ201および第二プリプレグ203は、繊維基材に一または二以上の樹脂組成物を含浸させ、その後、半硬化させて得られる繊維基材層と樹脂層を備えるシート状の材料であり、一般的にプリプレグと呼ばれている。このような構造のシート状材料は、誘電特性、高温多湿下での機械的、電気的接続信頼性などの各種特性に優れ、回路基板用の積層板の製造に適しており、好ましい。
図2は、プリプレグの製造方法を示す断面図である。ここでは、あらかじめキャリア材料5a、5bを製造し、このキャリア材料5a、5bを繊維基材11にラミネートした後、キャリアフィルムを剥離する方法について、具体的に説明する。
乾燥機で所定の温度で加熱して、塗布された樹脂ワニス4の溶剤を揮発させると共に樹脂組成物を半硬化させてプリプレグを製造する。
ここで言う樹脂層の厚みとは、繊維基材層と樹脂層の界面から当該樹脂層の反対側界面までの距離であり、繊維基材層に含浸している樹脂を含まない。なお、樹脂層の厚みは、例えばプリプレグの硬化後の断面を光学顕微鏡で観察することにより測定できる。
また、非対称プリプレグの樹脂層Bの厚みC2と樹脂層Aの厚みC1との比(C2/C1)が0.1<C2/C1<0.9の範囲であることが、反りの制御を容易にする観点から好ましい。なお、本実施形態では、非対称プリプレグを構成する樹脂層の中で、相対的に厚い樹脂層を樹脂層A、相対的に薄い樹脂層を樹脂層Bと呼ぶ。なお、このように繊維基材を挟む2つの樹脂層の厚みが異なるプリプレグを非対称プリプレグと呼ぶ。
第一繊維基材層101および第二繊維基材層102に使用される繊維基材としては、とくに限定されないが、ガラスクロスなどのガラス繊維基材、ポリベンゾオキサゾール樹脂繊維、ポリアミド樹脂繊維、芳香族ポリアミド樹脂繊維、全芳香族ポリアミド樹脂繊維などのポリアミド系樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、芳香族ポリエステル樹脂繊維、全芳香族ポリエステル樹脂繊維などのポリエステル系樹脂繊維、ポリイミド樹脂繊維、フッ素樹脂繊維などを主成分として構成される合成繊維基材、クラフト紙、コットンリンター紙、リンターとクラフトパルプの混抄紙などを主成分とする紙基材などの有機繊維基材などが挙げられる。これらの中でも、強度、吸水率の点からガラスクロスがとくに好ましい。また、ガラスクロスを用いることにより、樹脂層の熱膨張係数をさらに小さくすることができる。
上記のような線膨張係数、ヤング率および誘電率を有するガラス繊維基材として、例えば、Eガラス、Sガラス、NEガラス、Tガラス、UNガラスなどが好適に用いられる。
繊維基材層の厚みは、とくに限定されないが、5μm以上100μm以下であることが好ましく、より好ましくは10μm以上60μm以下、さらに好ましくは12μm以上35μm以下である。このような厚みを有するガラス繊維基材を用いることにより、プリプレグ製造時のハンドリング性がさらに向上し、とくに反り低減効果が顕著である。
また、繊維基材に含浸させる樹脂組成物としては、とくに限定されないが、低線膨張率および高弾性率を有し、熱衝撃性の信頼性に優れたものであることが好ましい。
また、樹脂組成物のガラス転移温度は、好ましくは160℃以上270℃以下であり、さらに好ましくは180℃以上240℃以下である。このようなガラス転移温度を有する樹脂組成物を用いることにより、鉛フリー半田リフロー耐熱性がさらに向上するという効果が得られる。
これらの中の1種類を単独で用いてもよいし、異なる重量平均分子量を有する2種類以上を併用してもよく、1種類または2種類以上と、それらのプレポリマーを併用してもよい。
この理由としては、ノボラック型シアネート樹脂は、硬化反応後にトリアジン環を形成することが挙げられる。さらに、ノボラック型シアネート樹脂は、その構造上ベンゼン環の割合が高く、炭化しやすいためと考えられる。さらに、プリプレグなどからなる樹脂層を厚さ0.6mm以下にした場合であっても、ノボラック型シアネート樹脂を硬化させて作製した樹脂層を含む積層板は優れた剛性を有する。とくに、このような積層板は加熱時における剛性に優れるので、半導体素子実装時の信頼性にも優れる。
シアネート樹脂などのMwは、例えば、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、標準物質:ポリスチレン換算)で測定することができる。
エポキシ樹脂として、これらの中の1種類を単独で用いてもよいし、異なる重量平均分子量を有する2種類以上を併用してもよく、1種類または2種類以上と、それらのプレポリマーとを併用してもよい。
これらエポキシ樹脂の中でもとくにアリールアルキレン型エポキシ樹脂が好ましい。これにより、吸湿半田耐熱性および難燃性をさらに向上させることができる。
前述のシアネート樹脂(とくにノボラック型シアネート樹脂、ナフトール型シアネート樹脂、ジシクロペンタジエン型シアネート樹脂)やエポキシ樹脂(アリールアルキレン型エポキシ樹脂、とくにビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素構造を有するノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂)とアリールアルキレン型フェノール樹脂との組合せにより、架橋密度をコントロールし、反応性を容易に制御できる。
無機充填材の平均粒子径は、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置(HORIBA製、LA−500)により、粒子の粒度分布を体積基準で測定し、そのメディアン径(D50)を平均粒子径とする。
カップリング剤としては、カップリング剤として通常用いられるものであれば使用できるが、具体的にはエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる1種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。これにより、無期充填材の界面との濡れ性を高くすることができ、それによって耐熱性をより向上させることができる。
オニウム塩化合物は、とくに限定されないが、例えば、下記一般式(IX)で表されるオニウム塩化合物を用いることができる。
また、下記一般式(X)で表されるビスフェノールアセトフェノン構造を有するフェノキシ樹脂を用いるのも好ましい。
つぎに、積層板100を構成する無機充填材を含み繊維機材層を含まない樹脂層202について、上述の第一プリプレグ201および第二プリプレグ203と異なる点を中心に説明する。
樹脂層202を構成する樹脂材料および添加剤は、とくに限定されないが、本実施形態における第一プリプレグ201および第二プリプレグ203に使われる樹脂組成物を適宜使用してもよいし、別の材料を使用してもよい。
平均粒子径は、例えばレーザー回折散乱法により測定することができる。無機充填材を水中で超音波により分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置(HORIBA製、LA−500)により、無機充填材の粒度分布を体積基準で作成し、そのメディアン径を平均粒子径とすることで測定することができる。具体的には、無機充填材の平均粒子径はD50で規定される。
含有量が小さすぎると積層板の熱膨張係数が大きくなる場合がある。また、含有量の上限は、とくに限定されないが、樹脂組成物全体において80重量%以下が好ましく、とくに75重量%以下が好ましい。含有量が多すぎると樹脂ワニスを基材上に塗工して作製したBステージ状態の樹脂層において、樹脂の粉落ちによってハンドリング性が低下する場合がある。
樹脂層202は繊維基材層を含まないため、積層板の機械的強度の観点から繊維基材層を含む第一プリプレグ201および第二プリプレグ203に比べて、無機充填材の含有量を多くすることができる。
上記の第一プリプレグ、樹脂層、第二プリプレグをこの順に積層して成形すると、膨張応力を積層板100の中心にさらに効率的に移動でき、積層板100の単体反りをとくに低減することができる。
つづいて、本実施形態における金属箔付き積層板200について説明する。
本実施形態における積層板100は、図3に示すような、少なくとも一方の面110に金属箔210が形成された、金属箔付き積層板200としてもよい。
金属箔210の厚みは、好ましくは1μm以上18μm以下である。さらに好ましくは2μm以上12μm以下である。金属箔210の厚みが上記範囲内であると、微細パターンが形成可能であり、目ずれ度を制御することで反りをより低減できる。
つづいて、本実施形態におけるビルドアップ層付き積層板300について説明する。
積層板100は、図4に示すように、当該積層板の少なくとも一方の面110の上部に、第三繊維基材層301と樹脂層を備えるビルドアップ層303がさらに形成されていてもよい。ここで、第三繊維基材層301は含まなくても構わないが、第三繊維基材層301を含むとビルドアップ層付き積層板300の反りの防止効果が高まる。
また、このとき、ビルドアップ層付き積層板300の反りの防止効果をより効果的に得るためには、図5に示すように、積層方向において、一方の面110と第三繊維基材層301の中心線A3との距離をD3とし、ビルドアップ層の表面310と第三繊維基材層301の中心線A3との距離をD4としたとき、D3>D4の条件を満たすようにビルドアップ層303が積層されるのが好ましい。
ビルドアップ層303の積層方法としては、とくに限定されないが、積層板100の積層方法と同様の方法であってもよいし、別の方法であってもよい。
ビルドアップ層303に使用される材料は、とくに限定されないが、積層板100に使われる材料を適宜使用してもよいし、別の材料を使用してもよい。
また、ビルドアップ層303の製造方法は、とくに限定されないが、本実施形態における第一プリプレグ201、樹脂層または第二プリプレグ203と同様の製造方法であってもよいし、別の製造方法であってもよい。
つづいて、本実施形態における回路基板400について説明する。
積層板100は、図6に示すような回路基板400に用いることができる。回路基板400の製造方法としては、例えば、以下のような方法がある。
上記の方法で形成した金属箔付き積層板200に層間接続用のスルーホール405を形成し、サブトラクティブ工法、セミアディティブ工法などにより配線層401を作製する。その後、任意のビルドアップ層303を積層して、アディティブ工法により層間接続および回路形成する工程を繰り返し、回路基板400を製造する。ここで、一部あるいは全てのビルドアップ層は繊維基材層を含んでも構わないし、含まなくても構わない。
つづいて、本実施形態におけるソルダーレジスト層付き回路基板500について説明する。
回路基板400は、図7に示すように、当該回路基板の少なくとも一方の面110(ビルドアップ層が形成される場合はビルドアップ層の表面310)に、第四繊維基材層501と樹脂層を備えるソルダーレジスト層503がさらに形成されていてもよい。ここで、第四繊維基材層501は含まなくても構わないが、第四繊維基材層501を含むとソルダーレジスト層付き回路基板500の反りの防止効果が高まる。
また、このとき、ソルダーレジスト層付き回路基板500の反りの防止効果をより効果的に得るためには、図8に示すように、積層方向において、一方の面110(ビルドアップ層が形成される場合はビルドアップ層の表面310)と第四繊維基材層501の中心線A4との距離をD5とし、ソルダーレジスト層の表面510と第四繊維基材層501の中心線A4との距離をD6としたとき、D5>D6の条件を満たすようにソルダーレジスト層503が積層されるのが好ましい。
ソルダーレジスト層503の積層方法としては、とくに限定されないが、本実施形態における積層板100またはビルドアップ層303の積層方法と同様の方法であってもよいし、別の方法であってもよい。
ソルダーレジスト層503に使用される材料は、とくに限定されないが、本実施形態における積層板100またはビルドアップ層303に使われる材料を適宜使用してもよいし、別の材料を使用してもよい。
また、ソルダーレジスト層503の作製方法は、とくに限定されないが、本実施形態における第一プリプレグ201、樹脂層202、第二プリプレグ203、またはビルドアップ層303と同様の作製方法であってもよいし、別の作製方法であってもよい。
半導体素子601の製造方法としては、とくに限定されないが、例えば、以下のような方法がある。半導体素子601を、ソルダーレジスト層503を有する回路加工された積層板100の上部に搭載する。この際、半導体素子601と配線層401とをビア孔403においてバンプ603にて接合する。その後、アンダーフィル605によって、アンダーフィリングする。このようにして、半導体パッケージを得ることができる。
積層板100は、上述の回路加工およびそれ以後の各プロセスにおいても反りの発生が低減される。したがって、本実施形態における半導体パッケージ600は、反りおよびクラックが発生しにくく、薄型化が可能である。
エポキシ樹脂A:ビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000)
エポキシ樹脂B:ナフタレン骨格変性クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC社製、EXA−7320)
エポキシ樹脂C:ナフタレンジオールジグリシジルエーテル(DIC社製、エピクロンHP−4032D)
シアネート樹脂B:ビスフェノールA型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットBA230)
シアネート樹脂C:一般式(II)で表わされるp−キシレン変性ナフトールアラルキル型シアネート樹脂(ナフトールアラルキル型フェノール樹脂(東都化成社製、「SN−485」)と塩化シアンの反応物)
ビスマレイミド樹脂A(ケイアイ化成工業社製、BMI−70)
(合成例)
容量1Lの反応容器に、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製「YX−4000」、エポキシ当量185g/eq)100g、ビスフェノールアセトフェノン80g、およびシクロヘキサノン70gを入れ撹拌して溶解させた。つぎに、50wt%テトラメチルアンモニウムクロライド溶液0.4gを滴下し、窒素雰囲気下、180℃で5時間反応させた。反応終了後、析出物をろ過し、真空乾燥機にて、95℃で8時間真空乾燥し、上記一般式(X)で表される重量平均分子量38,000、ガラス転移温度130℃のビスフェノールアセトフェノン構造を含むフェノキシ樹脂を得た。
充填材B:球状溶融シリカ(トクヤマ社製、NSS−5N、平均粒径75nm)
充填材C:水酸化アルミニウム(昭和電工社製、HP−360)
充填材D:シリコーン粒子(信越化学工業社製、KMP600、平均粒径5μm)
カップリング剤B:エポキシシラン(信越化学工業社製、KBM−403E)
硬化触媒A:上記一般式(IX)に該当するオニウム塩化合物のリン系触媒(住友ベークライト社製、C05−MB)
硬化触媒B:ジシアンジアミド
着色剤A:フタロシアニンブルー/ベンゾイミダゾロン/メチルエチルケトン(=1/1/8)混合物:(山陽色素社製)
以下の手順を用いて、本発明における積層板を作製した。
まず、プリプレグの製造について説明する。使用した樹脂ワニスの組成を表1に示し、得られたプリプレグ1〜15が有する各層の厚みを表2に示す。なお、表2〜4に記載のP1〜P15とはプリプレグ1〜プリプレグ15を意味し、表2に記載のユニチカとはユニチカグラスファイバー株式会社、日東紡とは日東紡株式会社を意味する。なお、プリプレグ1〜8は非対称プリプレグ、プリプレグ9〜15は対称プリプレグとなる。
1.樹脂組成物のワニスAの調製
エポキシ樹脂Aとしてビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000)11.0重量部、フェノール樹脂Aとしてビフェニルジメチレン型フェノール樹脂(日本化薬社製、GPH−103)8.8重量部、シアネート樹脂Aとしてノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットPT−30)16.0重量部、シアネート樹脂BとしてビスフェノールA型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットBA230)4.0重量部、をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに、充填材Aとして球状溶融シリカ(アドマテックス社製、SO−32R、平均粒径1μm)60.0重量部とカップリング剤Aとしてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GE東芝シリコーン社製、A187)0.2重量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分50重量%となるように調整し、樹脂組成物のワニスA(樹脂ワニスA)を調製した。
樹脂ワニスAをPETフィルム(ポリエチレンテレフタレート、帝人デュポンフィルム社製ピューレックスフィルム、厚さ36μm)上に、ダイコーター装置を用いて乾燥後の樹脂層の厚さが13μmとなるように塗工し、これを160℃の乾燥装置で5分間乾燥して、第一樹脂層用のPETフィルム付き樹脂シートA(キャリア材料A)を得た。
第一樹脂層用のキャリア材料A、および第二樹脂層用のキャリア材料Bをガラス繊維基材(厚さ15μm、ユニチカグラスファイバー社製Eガラス織布、E02Z 04 53SK、IPC規格1015、線膨張係数:5.5ppm/℃)の両面に樹脂層が繊維基材と向き合うように配し、図2に示す真空ラミネート装置および熱風乾燥装置により樹脂組成物を含浸させ、PETフィルムが積層されたプリプレグを得た。
このとき、第一樹脂層の厚み(C1)が9μm、ガラス繊維基材層の厚みが15μm、第二樹脂層の厚み(C2)が3μmで、総厚27μmであり、C2/C1が0.33であった。なお、樹脂層の厚みは、プリプレグの断面を切り出し、光学顕微鏡で観察することにより測定した。
プリプレグ2、4、5は、第一樹脂層の厚み(C1)、第二樹脂層の厚み(C2)、および用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ1と同様にして製造した。
1.樹脂組成物のワニスCの調製
エポキシ樹脂Bとしてナフタレン骨格変性クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC社製、EXA−7320)12.0重量部、シアネート樹脂Aとしてノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットPT−30)12.0重量部、フェノキシ樹脂Aとして上記で作製したビスフェノールアセトフェノン構造を含むフェノキシ樹脂5.6重量部、硬化触媒Aとして上記一般式(IX)に該当するオニウム塩化合物のリン系触媒(住友ベークライト社製、C05−MB)0.2重量部をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに、充填材Aとして球状溶融シリカ(アドマテックス社製、SO−32R、平均粒径1μm)65.0重量部、充填材Bとして球状溶融シリカ(トクヤマ社製、NSS−5N、平均粒径75nm)5.0重量部、とカップリング剤Aとしてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GE東芝シリコーン社製、A187)0.2重量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分50重量%となるように調整し、樹脂組成物のワニスC(樹脂ワニスC)を調製した。
プリプレグ3は、上記で得られた樹脂ワニスCを用い、第一樹脂層の厚み(C1)、第二樹脂層の厚み(C2)、および用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ1と同様にして製造した。
プリプレグ6は、第一樹脂層の厚み(C1)、第二樹脂層の厚み(C2)を表2のように変え、用いたガラス繊維基材を厚さ28μm、日東紡株式会社製Tガラス織布、WTX1035−53−X133、IPC規格1035、線膨張係数:2.8ppm/℃のものに変えたこと以外は、プリプレグ1と同様にして製造した。
1.樹脂組成物のワニスDの調製
エポキシ樹脂Aとしてビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000)8.0重量部、エポキシ樹脂Bとしてナフタレン骨格変性クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC社製、EXA−7320)3.0重量部、ビスマレイミド樹脂Aとしてビスマレイミド樹脂(ケイアイ化成工業社製、BMI−70)20.0重量部、硬化触媒Bとしてジシアンジアミド3.5重量部をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに、充填材Cとして水酸化アルミニウム(昭和電工社製、HP−360)65.0重量部とカップリング剤Bとしてエポキシシラン(信越化学工業社製、KBM−403E)0.5重量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分50重量%となるように調整し、樹脂組成物のワニスD(樹脂ワニスD)を調製した。
プリプレグ7は、上記で得られた樹脂ワニスDを用い、第一樹脂層の厚み(C1)、第二樹脂層の厚み(C2)、および用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ1と同様にして製造した。
1.樹脂組成物のワニスEの調製
エポキシ樹脂Aとしてビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000)15.0重量部、エポキシ樹脂Bとしてナフタレン骨格変性クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC社製、EXA−7320)2.0重量部、エポキシ樹脂Cとしてナフタレンジオールジグリシジルエーテル(DIC社製、エピクロンHP−4032D)6.0重量部、シアネート樹脂Cとして一般式(II)で表わされるp−キシレン変性ナフトールアラルキル型シアネート樹脂(ナフトールアラルキル型フェノール樹脂(東都化成社製、「SN−485」)と塩化シアンの反応物)16.0重量部、ビスマレイミド樹脂Aとしてビスマレイミド樹脂(ケイアイ化成工業社製、BMI−70)6.5重量部、硬化触媒Aとして上記一般式(IX)に該当するオニウム塩化合物のリン系触媒(住友ベークライト社製、C05−MB)0.1重量部をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに、充填材Aとして球状溶融シリカ(アドマテックス社製、SO−32R、平均粒径1μm)40.0重量部、充填材Bとして球状溶融シリカ(トクヤマ社製、NSS−5N、平均粒径75nm)7.0重量部、充填材Dとしてシリコーン粒子(信越化学工業社製、KMP600、平均粒径5μm)7.0重量部とカップリング剤Bとしてエポキシシラン(信越化学工業社製、KBM−403E)0.4重量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分50重量%となるように調整し、樹脂組成物のワニスE(樹脂ワニスE)を調製した。
プリプレグ8は、上記で得られた樹脂ワニスEを用い、第一樹脂層の厚み(C1)、第二樹脂層の厚み(C2)、および用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ1と同様にして製造した。
上記で得られた樹脂ワニスAをガラス繊維基材(厚さ15μm、ユニチカグラスファイバー社製Eガラス織布、E02Z 04 53SK、IPC規格1015、線膨張係数:5.5ppm/℃)に含浸し、150℃の加熱炉で2分間乾燥して、プリプレグを得た。このとき、ガラス繊維基材層の厚みが15μmであり、当該ガラス繊維基材層の両面には同じ厚さ(6μm)の樹脂層が設けられ、総厚は27μmであった。
プリプレグ10、12は、樹脂層の厚みおよび用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ9と同様にして製造した。
プリプレグ11は、上記で得られた樹脂ワニスCを用い、樹脂層の厚みおよび用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ9と同様にして製造した。
プリプレグ13は、樹脂層の厚みを表2のように変え、用いたガラス繊維基材を厚さ28μm、日東紡社製Tガラス織布、WTX1035−53−X133、IPC規格1035、線膨張係数:2.8ppm/℃のものに変えたこと以外は、プリプレグ9と同様にして製造した。
プリプレグ14は、上記で得られた樹脂ワニスDを用い、樹脂層の厚みおよび用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ9と同様にして製造した。
プリプレグ15は、上記で得られた樹脂ワニスEを用い、樹脂層の厚みおよび用いたガラス繊維基材を表2のように変えたこと以外は、プリプレグ9と同様にして製造した。
次に無機充填材を含み繊維基材を含まない樹脂層の製造について説明する。使用した樹脂ワニスの組成を表1に示し、得られた繊維基材を含まない第二樹脂層1〜3が有する各層の厚みを表2に示す。なお、表2〜4に記載のR1〜R3とは繊維基材を含まない樹脂層1〜3を意味する。
1.樹脂組成物のワニスBの調製
エポキシ樹脂Aとしてビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000)15.8重量部、シアネート樹脂Aとしてノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットPT−30)6.8重量部、フェノキシ樹脂Aとして上記で作製したビスフェノールアセトフェノン構造を含むフェノキシ樹脂5.0重量部、硬化触媒Aとして上記一般式(IX)に該当するオニウム塩化合物のリン系触媒(住友ベークライト社製、C05−MB)0.1重量部をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに、充填材Aとして球状溶融シリカ(アドマテックス社製、SO−32R、平均粒径1μm)72.0重量部とカップリング剤Aとしてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GE東芝シリコーン社製、A187)0.3重量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分50重量%となるように調整し、樹脂組成物のワニスB(樹脂ワニスB)を調製した。
樹脂ワニスBをPETフィルム(ポリエチレンテレフタレート、帝人デュポンフィルム社製ピューレックスフィルム、厚さ36μm)上に、ダイコーター装置を用いて乾燥後の樹脂層の厚さが20μmとなるように塗工し、これを160℃の乾燥装置で5分間乾燥して、PETフィルム付き樹脂層1(R1)を得た。
繊維基材を含まない樹脂層2は、樹脂ワニスCに変えたこと以外は、繊維基材を含まない樹脂層1と同様にして製造した。
繊維基材を含まない樹脂層3は、乾燥後の樹脂層の厚さを50μmに変えたこと以外は、繊維基材を含まない樹脂層1と同様にして製造した。
1.積層板の製造
プリプレグ1、樹脂層1、プリプレグ1の順で、プリプレグ1のそれぞれ両面と樹脂層1のPETフィルムを剥離し、プリプレグ1の第一樹脂層がそれぞれ第二樹脂層1側に接するように、合計3枚の樹脂層を積層し、得られた積層体の両面に、12μmの銅箔(三井金属鉱業社製3EC−VLP箔)を重ね合わせ、220℃、3MPaで2時間加熱加圧成形することにより、金属箔付き積層板を得た。得られた金属箔付き積層板のコア層(積層板からなる部分)の厚みは、0.074mmであった。なお、本実施例・比較例で使用したプリプレグや樹脂層は硬化前後で厚みがほとんど変化しなかった。そのため、コア層(積層板からなる部分)の厚みはプリプレグや樹脂層の厚みの合計となっている。また、硬化後のプリプレグの樹脂層の厚みは、コア層の断面を切り出し、光学顕微鏡で観察することにより測定した。
シアネート樹脂Aとしてノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットPT−30)25重量部、エポキシ樹脂Aとしてビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000)25重量部、フェノキシ樹脂Aとして上記で作製したビスフェノールアセトフェノン構造を含むフェノキシ樹脂10重量部、硬化促進剤としてイミダゾール化合物(四国化成工業社製、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール)0.4重量部をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに充填材Aとして球状溶融シリカ(アドマテックス社製、SO−32R、平均粒径1μm)を39.4重量部とカップリング剤Aとしてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GE東芝シリコーン社製、A187)0.2重量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分50重量%となるように調整し、樹脂組成物のワニスF(樹脂ワニスF)を調整した。
シアネート樹脂Aとしてノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、プリマセットPT−30)25重量部、エポキシ樹脂Aとしてビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000)25重量部、フェノキシ樹脂Aとして上記で作製したビスフェノールアセトフェノン構造を含むフェノキシ樹脂10重量部、硬化促進剤としてイミダゾール化合物(四国化成工業社製、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール)0.4重量部をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに充填材Aとして球状溶融シリカ(アドマテックス社製、SO−32R、平均粒径1μm)を39重量部、カップリング剤Aとしてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GE東芝シリコーン社製、A187)0.2重量部、着色剤Aとしてフタロシアニンブルー/ベンゾイミダゾロン/メチルエチルケトン(=1/1/8)混合物:(山陽色素社製)固形分で0.4重量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分50重量%となるように調整し、樹脂組成物のワニスG(樹脂ワニスG)を調整した。
このとき、第一樹脂層の厚み(C1)が10μm、ガラス繊維基材層の厚みが15μm、第二樹脂層の厚み(C2)が5μmで、総厚30μmであり、C2/C1が0.5であった。
上記で得られた金属箔付き積層板をコア基板として用い、その両面に回路パターン形成(残銅率70%、L/S=50/50μm)した内層回路基板の表裏に、上記で得られたビルドアップ層Aの第一樹脂層側のPETフィルムを剥離して第一樹脂層を重ね合わせた。これに真空加圧式ラミネーター装置を用いて、温度150℃、圧力1MPa、時間120秒で真空加熱加圧成形した。その後、熱風乾燥装置にて220℃で60分間加熱硬化をおこない、第二樹脂層側のPETフィルムを剥離した。次いで炭酸レーザーによりブラインドビアホール(非貫通孔)を形成した。つぎにビア内および、樹脂層表面を、60℃の膨潤液(アトテックジャパン社製、スウェリングディップ セキュリガント P)に5分間浸漬し、さらに80℃の過マンガン酸カリウム水溶液(アトテックジャパン社製、コンセントレート コンパクト CP)に10分浸漬後、中和して粗化処理をおこなった。
半導体パッケージ用の回路基板上に、半田バンプを有する半導体素子(TEGチップ、サイズ20mm×20mm、厚み725μm)を、フリップチップボンダー装置により、加熱圧着により搭載した。つぎに、IRリフロー炉で半田バンプを溶融接合した後、液状封止樹脂(住友ベークライト社製、CRP−X4800B)を充填し、当該液状封止樹脂を硬化させることで半導体パッケージを得た。なお、液状封止樹脂は、温度150℃、120分の条件で硬化させた。また、前記半導体素子の半田バンプは、Sn/Ag/Cu組成の鉛フリー半田で形成されたものを用いた。
実施例2では、プリプレグ2と第二樹脂層2を用いた以外は、実施例1と同様にして、金属箔付き積層板、回路基板、半導体パッケージを製造した。
実施例3〜7では、それぞれプリプレグ3、5〜8を用いた以外は、実施例1と同様にして、金属箔付き積層板、回路基板、半導体パッケージを製造した。
実施例8では、プリプレグ4、第二樹脂層3、第二樹脂層3、プリプレグ4の順で、プリプレグ4のそれぞれ両面と第二樹脂層3のPETフィルムを剥離し、プリプレグ4の第一樹脂層がプリプレグ4のそれぞれ接する第二樹脂層3側に接するように、合計4枚の樹脂層を積層した以外は、実施例1と同様にして、金属箔付き積層板、回路基板、半導パッケージを製造した。
比較例1〜7では、それぞれプリプレグ9〜15の各2枚を用い、プリプレグ、プリプレグの順で、プリプレグのそれぞれ両面を剥離し、プリプレグの第一樹脂層がそれぞれ接するように、合計2枚の樹脂層を積層した以外は、実施例1と同様にして、金属箔付き積層板、回路基板、半導パッケージを製造した。
実施例および比較例で作製した金属箔付き積層板を中心付近の270mm×350mmサイズで切断し、エッチング液で金属箔を剥離後、30mm間隔で50mm×50mmサイズに切断し、合計12ピースの基板反り用サンプルを得た。得られたサンプルの基板反りは、温度可変レーザー三次元測定機(LS200−MT100MT50:ティーテック社製)を用いて、常温(25℃)における基板の反りの測定をおこなった。
実施例および比較例で作製した半導体パッケージ3個をフライングチェッカー(1116X−YC ハイテスタ:日置電機社製)を用い、半田バンプを介して半導体素子と回路基板間を通る回路端子の導通の測定をおこない、初期値とした。つぎに、60℃、60%の吸湿条件下で40時間処理後、IRリフロー炉(ピーク温度:260℃)で3回処理し、同様に導通を測定して初期値より抵抗値が5%以上上昇したものを実装時の断線と判定した。ここで、初期値で断線が生じていた場合は、回路作製上の不具合と判断しカウントしていない。なお、半導体パッケージ1個につき測定箇所は61箇所、計183箇所を測定した。
各符号は、以下の通りである。
◎:断線箇所が無かった。
○:断線箇所が1〜10%であった。
△:断線箇所が11〜50%であった。
×:断線箇所が51%以上であった。
実施例および比較例で作製した半導体パッケージ4個を60℃、60%の条件下で40時間処理後、IRリフロー炉(ピーク温度:260℃)で3回処理し、大気中で、−55℃(15分)、125℃(15分)で500サイクル処理した。つぎに、超音波映像装置(日立建機ファインテック社製、FS300)を用いて、半導体素子、半田バンプに異常がないか観察した。
◎:半導体素子、半田バンプともに異常なし。
○:半導体素子および/または半田バンプの一部にクラックが見られるが実用上問題なし。
△:半導体素子および/または半田バンプの一部にクラックが見られ実用上問題あり。
×:半導体素子、半田バンプともにクラックが見られ使用できない。
表5からわかるように、実施例1〜8は、対照した比較例よりも基板反り量が減少していた。
これにより、実施例1〜7の積層板は、比較例1〜7の積層板に比べて、基板反りが軽減されることが明らかとなった。
101 第一繊維基材層
102 第二繊維基材層
110 一方の面
201 第一プリプレグ
202 樹脂層
203 第二プリプレグ
204 樹脂層
205 第一絶縁層
206 第二絶縁層
207 第三絶縁層
5a キャリア材料
5b キャリア材料
11 繊維基材
21 プリプレグ
60 真空ラミネート装置
61 ラミネートロール
62 熱風乾燥装置
200 金属箔付き積層板
210 金属箔
300 ビルドアップ層付き積層板
301 第三繊維基材層
303 ビルドアップ層
310 ビルドアップ層の表面
400 回路基板
401 配線層
403 ビア孔
405 スルーホール
500 ソルダーレジスト層付き回路基板
501 第四繊維基材層
503 ソルダーレジスト層
510 ソルダーレジスト層の表面
600 半導体パッケージ
601 半導体素子
603 バンプ
605 アンダーフィル
700 積層板
1 塗工装置
1a 第1塗工装置
1b 第2塗工装置
2 塗工先端部
2a 第1塗工先端部
2b 第2塗工先端部
3 繊維基材
4 樹脂ワニス
Claims (15)
- 上部に配線層が形成されるか、またはビルドアップ層が形成される積層板であって、
当該積層板の厚み方向において、
第一繊維基材層を含有する第一絶縁層と、
無機充填材を含有し、繊維基材層を含まない第二絶縁層と、
第二繊維基材層を含有する第三絶縁層と、
がこの順で積層され、
前記第一絶縁層および前記第三絶縁層はプリプレグの硬化体からなる、積層板。 - 請求項1に記載の積層板において、
前記第一繊維基材層の中心線と前記第二繊維基材層の中心線との距離をD1とし、
当該積層板の厚さをD2としたとき、
D2/2<D1の条件を満たす、積層板。 - 請求項1または2に記載の積層板において、
当該積層板の厚み方向においては、
前記第一繊維基材層および前記第二繊維基材層が、
当該積層板の中心線に対して、対称に配置されている、積層板。 - 請求項1乃至3に記載の積層板において、
前記無機充填材の含有量が40重量%以上80重量%以下である、積層板。 - 請求項1乃至4いずれか一項に記載の積層板において、前記無機充填材がシリカである、積層板。
- 請求項1乃至5いずれか一項に記載の積層板において、当該積層板の厚さが、0.6mm以下である、積層板。
- 請求項1乃至6いずれか一項に記載の積層板において、当該積層板の面方向の線膨張係数が、1ppm/℃以上20ppm/℃以下である、積層板。
- 請求項1乃至7いずれか一項に記載の積層板において、当該積層板の少なくとも片面に金属箔が形成された、積層板。
- 請求項8に記載の積層板において、前記金属箔が銅箔である、積層板。
- 請求項1乃至9いずれか一項に記載の積層板において、
前記第一繊維基材層および前記第二繊維基材層の厚さが、5μm以上100μm以下である、積層板。 - 請求項1乃至10いずれか一項に記載の積層板において、
前記第一繊維基材層および前記第二繊維基材層を構成する繊維基材が、いずれもガラスクロスである、積層板。 - 請求項1乃至11いずれか一項に記載の積層板において、
当該積層板の前記上部に、第三繊維基材層を含む前記ビルドアップ層がさらに形成されており、
当該積層板の厚み方向において、
当該積層板の前記一方の面と、前記ビルドアップ層に含まれる前記第三繊維基材層の中心線との距離をD3とし、
前記ビルドアップ層の表面と前記第三繊維基材層の中心線との距離をD4としたとき、D3>D4を満たす、積層板。 - 請求項1乃至12いずれか一項に記載の積層板を含む、回路基板。
- 請求項13に記載の回路基板において、
当該回路基板の上部に、第四繊維基材層を含むソルダーレジスト層がさらに形成されており、
当該回路基板の厚み方向において、
前記一方の面または前記ビルドアップ層の表面と、前記第四繊維基材層の中心線との距離をD5とし、
前記ソルダーレジスト層の表面と、前記第四繊維基材層の中心線との距離をD6としたとき、
D5>D6を満たす、回路基板。 - 請求項13または14に記載の回路基板に半導体素子が搭載された、半導体パッケージ。
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