JP2020094111A - プリプレグ、樹脂基板、金属張積層板、プリント配線基板、および半導体装置 - Google Patents
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条件1:当該プリプレグの両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、回路基板1を作成する。回路基板1の上下面から2kVの電圧をかけたとき、当該回路基板1が破壊されるまでの時間が、250時間以上である。
条件2:当該プリプレグを2枚重ね、その両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、回路基板2を作成する。回路基板2の上下面から2kVの電圧をかけたとき、回路基板2が破壊されるまでの時間が、150時間以上である。
はじめに、本実施形態における樹脂基板の構成について説明する。図1は、本実施形態における樹脂基板100の構成を示す断面図である。樹脂基板100は、繊維基材101に樹脂材料(熱硬化性樹脂組成物)を含浸してなり、繊維基材101上に、当該樹脂材料の硬化物を含む絶縁樹脂層103を備える。繊維基材101は織布基材である。
以下、本実施形態における樹脂基板100の製造方法について具体的に説明する。樹脂基板100は、プリプレグを加熱硬化することによって得られる。ここで用いるプリプレグはシート状材料であり、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、プリント配線基板用の樹脂基板100の製造に適しており好ましい。
本実施形態において、樹脂材料を繊維基材に含浸させる方法としては、とくに限定されないが、例えば、(1)樹脂材料を溶剤に溶かして樹脂ワニスを調製し、樹脂ワニスを繊維基材に塗布する方法、(2)支持基材付き樹脂層を繊維基材にラミネートする方法、などが挙げられる。
プリプレグが1枚のときは、その上下両面もしくは片面に金属箔を重ねる。また、プリプレグを2枚以上積層するときは、積層したプリプレグの最も外側の上下両面もしくは片面に金属箔あるいはフィルムを重ねる。次いで、プリプレグと金属箔あるいはフィルムとを重ねた積層体を加熱加圧成形することで金属張積層板を得ることができる。
また、上記の加熱加圧成形するときの圧力は、とくに限定されないが、0.5MPa以上5MPa以下が好ましく、2.5MPa以上5MPa以下の高圧がより好ましい。
樹脂基板100の製造には、熱硬化性樹脂組成物が用いられる。以下、樹脂基板100を製造する際に使用する各材料について詳細に説明する。
熱硬化性樹脂のガラス転移温度は、好ましくは120℃以上350℃以下であり、さらに好ましくは150℃以上300℃以下である。このようなガラス転移温度を有する熱硬化性樹脂を用いることにより、数百〜数千〔V〕程度の高電圧下においても絶縁破壊の発生を抑制でき、絶縁信頼性を向上できる。
これらの中の1種類を単独で用いてもよいし、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。
熱硬化性樹脂の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。
これらの中でもノボラック型シアネート樹脂が好ましい。ノボラック型シアネート樹脂を用いることにより、架橋密度が増加し、耐熱性が向上する。
本実施形態の樹脂材料は充填材をさらに含んでもよい。これにより、樹脂基板100を薄型化しても、より一層優れた機械的強度を付与することができる。また、絶縁崩壊の発生をより安定的に抑制できる。
また、充填材は、必要に応じて表面処理を施したものであってもよい。これにより、絶縁崩壊を延期し、絶縁寿命を長くすることができる。
また、充填材の平均粒子径の上限は、とくに限定されないが、10μm以下が好ましく、9μm以下がより好ましい。充填材の平均粒子径が上記上限値以下であると、ワニス中で充填材の沈降などの現象を抑制でき、より均一な樹脂層を得ることができるだけでなく、高い絶縁信頼性を保持することができる。
充填材の比表面積の上限は、20m2/g以下であることが好ましく、15m2/g以下であることがより好ましい。充填材の比表面積が上記上限値以下であると、作業性が良好に保持できる。
また、本実施の形態に用いる樹脂材料は、ゴム成分も配合することができ、例えば、ゴム粒子を用いることができる。ゴム粒子の好ましい例としては、コアシェル型ゴム粒子、架橋アクリロニトリルブタジエンゴム粒子、架橋スチレンブタジエンゴム粒子、アクリルゴム粒子、シリコーン粒子などが挙げられる。
条件1:当該プリプレグの両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、回路基板1を作成する。回路基板1の上下面から2kVの電圧をかけたとき、当該回路基板1が破壊されるまでの時間が、250時間以上である。
なお、破壊されるまでの時間の上限値は、特に限定されないが、半導体装置の耐久性を保持する等の観点から、例えば、5000時間である。
また、より安定的に絶縁信頼性を得る観点から、回路基板1の厚みを0.2mmとすることが好ましい。なお、厚み0.2mmの回路基板1を得るために、プリプレグに含まれる繊維基材の厚みを調整したり、繊維基材を2枚以上積層してもよい。
条件2:当該プリプレグを2枚重ね、その両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、回路基板2を作成する。回路基板2の上下面から2kVの電圧をかけたとき、回路基板2が破壊されるまでの時間が、150時間以上である。
なお、破壊されるまでの時間の上限値は、特に限定されないが、半導体装置の耐久性を保持する等の観点から、例えば、5000時間である。
また、より安定的に絶縁信頼性を得る観点から、回路基板2の厚みを0.4mmとすることが好ましい。なお、厚み0.4mmの回路基板2を得るために、プリプレグに含まれる繊維基材の厚みを調整したり、繊維基材を2枚以上積層してもよい。
(1)熱硬化性樹脂組成物を構成する各材料の組み合わせと、それらの割合
(2)充填材の粒径、表面処理の有無
(3)プリプレグを構成する基材と熱硬化性樹脂組成物との組み合わせ
(1)熱硬化性樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂を選択することが好ましい。さらに、充填材を含むことが好ましく、その含有量は10質量%以上80質量%以下であることが好ましい。
(2)充填材の平均粒径は、0.01μm以上10μm以下であることが好ましい。
(3)プリプレグを構成する材料としてはガラス繊維基材であることが好ましい。
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基材、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基材、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繊維基材が好ましい。また、ガラス繊維基材を用いることにより、樹脂基板100の熱膨張係数をさらに小さくすることができる。
ただし、本実施形態の樹脂基板は、上述した各材料に限定されず、種々の条件を適切に調整することにより、本実施形態の樹脂基板を得ることができる。
つづいて、本実施形態における半導体パッケージ200について説明する。
樹脂基板100は、図2に示すような半導体パッケージ200に用いることができる。半導体パッケージ200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。
金属箔付き樹脂基板213(金属張積層板)に層間接続用のスルーホール215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を作製する。その後、必要に応じてビルドアップ層(図2では図示しない)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す。そして、必要に応じてソルダーレジスト層201を積層して、上記に準じた方法で回路形成し、プリント配線基板が得られる。ここで、一部あるいは全てのビルドアップ層およびソルダーレジスト層は繊維基材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半導体装置300について説明する。
半導体パッケージ200は、図3に示すような半導体装置300に用いることができる。半導体装置300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。
はじめに、得られた半導体パッケージ200のソルダーレジスト層201の開口部209に半田ペーストを供給し、リフロー処理を行なうことによって半田バンプ301を形成する。また、半田バンプ301は、あらかじめ作製した半田ボールを開口部209に取り付けることによっても形成できる。
本実施形態における樹脂基板100にビルドアップ層をさらに積層した構成を取ることもできる。
1.樹脂ワニスの調製
表1に示す組成の熱硬化性樹脂組成物を用意した。次に、熱硬化性樹脂組成物をメチルエチルケトンに溶解、分散させ、樹脂ワニスを調製した。このとき、最終的に得られる樹脂ワニス全量に対する固形分の配合比率が70%の割合となるように、原材料および溶剤の量を調整した。
ガラス繊維織布(日東紡社製「#7628」、厚み180μm、坪量208.0g/m2、線膨張係数5.5ppm/℃)に、得られた樹脂ワニスを塗布装置で含浸させ、180℃の加熱炉で2分間乾燥して、樹脂含有量が48質量%であるプリプレグを得た。
次に、プリプレグ1枚に対し、両面に電解銅箔(厚み35μm)を重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、厚さ0.2mmの金属張積層板の作製を得た。
上述した方法で得られた金属張積層板に、両面にエッチングにより回路形成しプリント配線板を作製した。
表1に示す組成の熱硬化性樹脂組成物を用いて樹脂ワニスを作製した以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板およびプリント配線基板を作製した。
表1に示す組成の熱硬化性樹脂組成物を用いて樹脂ワニスを作製し、ガラス繊維織布(日東紡社製「#2116」、厚み90μm、坪量104.0g/m2、線膨張係数5.5ppm/℃)を用いてプリプレグを作製し、当該プリプレグを2枚重ねた後に、両面に電解銅箔を重ね合わせた以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板およびプリント配線基板を作製した。
得られたプリプレグを2枚重ねた後に、両面に電解銅箔を重ね合わせた以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板およびプリント配線基板を作製した。
1.破壊時間の測定1:
各プリプレグ1枚の両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、厚さ0.2mmの回路基板1を作成した。回路基板1の上下面から2kVの電圧をかけたとき、回路基板1が破壊されるまでの時間を測定した。
各プリプレグを2枚重ね、その両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、厚さ0.4mmの回路基板2を作成した。回路基板2の上下面から2kVの電圧をかけたとき、回路基板2が破壊されるまでの時間を測定した。
プリント配線基板の両面の銅箔をエッチングで除去したサンプルを用意し、層間厚み(mm)をマイクロメーターで測定した。
「JIS C 6481-1996 プリント配線板銅張積層板試験方法」5.9項の記載に従い体積抵抗率を測定した。
101 繊維基材
103 絶縁樹脂層
200 半導体パッケージ
201 ソルダーレジスト層
203 半導体素子
205 接続端子
207 半田バンプ
209 開口部
211 封止材
213 樹脂基板
215 スルーホール
300 半導体装置
301 半田バンプ
303 実装基板
305 接続端子
Claims (10)
- 回路基板形成に用いられるプリプレグであって、以下の条件1を満たす、プリプレグ。
条件1:当該プリプレグの両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、回路基板1を作成する。回路基板1の上下面から2kVの電圧をかけたとき、当該回路基板1が破壊されるまでの時間が、250時間以上である。 - 回路基板形成に用いられるプリプレグであって、以下の条件2を満たす、プリプレグ。
条件2:当該プリプレグを2枚重ね、その両面に35μmの銅箔をそれぞれ重ね合わせ、圧力4MPa、温度200℃で120分間加熱加圧成形することにより、回路基板2を作成する。回路基板2の上下面から2kVの電圧をかけたとき、回路基板2が破壊されるまでの時間が、150時間以上である。 - 前記プリプレグが充填材を含み、当該充填材の平均粒子径が1〜10μmである、請求項1または2に記載のプリプレグ。
- 前記充填材の比表面積が0.1〜20m2/gである、請求項3に記載のプリプレグ。
- 前記プリプレグが、エポキシ樹脂を含む、請求項1乃至4いずれか一項に記載のプリプレグ。
- 前記プリプレグは、ガラス繊維基材に熱硬化性樹脂組成物が含浸されてなる、請求項1乃至5いずれか一項に記載のプリプレグ。
- 請求項1乃至6いずれか一項に記載のプリプレグを用いた樹脂基板。
- 請求項7に記載の樹脂基板の少なくとも一方の面に金属箔を有する、金属張積層板。
- 請求項7に記載の樹脂基板に回路を有する、プリント配線基板。
- 請求項9に記載のプリント配線基板上に半導体素子を有する、半導体装置。
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