JP3840043B2 - 感光性ソルダーレジスト層およびそれを用いた配線基板ならびに電子部品モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性・耐湿性に優れた感光性ソルダーレジスト層およびそれを用いた配線基板ならびに電子部品モジュールに関するものであり、特に、実装時の熱履歴や温度サイクル試験(TCT)に対する耐熱疲労性および高加速度試験(HAST)に対する耐湿性等に優れた感光性ソルダーレジスト層およびそれを用いた配線基板ならびに電子部品モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量と共に、高性能・高機能・高品質・高信頼性が要求されるようになってきており、このような電子機器に搭載される電子部品モジュールも小型・高密度化が要求されるようになってきている。このような要求に対して、近年、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスを素材とするセラミック配線基板から、より軽量化・高密度化が可能なガラス繊維とエポキシ樹脂とから成る絶縁基板の表面に低抵抗金属である銅や金等を用いて薄膜形成法により配線導体層を形成した、いわゆるプリント基板が電子部品モジュールに用いられるようになってきている。また、このプリント基板も、より高密度配線化が可能なビルドアップ配線基板へ変わりつつある。
【0003】
このようなビルドアップ配線基板は、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とから成る絶縁基板上に、感光性樹脂液を塗布・乾燥して絶縁層を形成した後にこれに露光・現像により開口を形成し、あるいは熱硬化性樹脂から成るフィルムをラミネートし熱硬化して絶縁層を形成した後にこれにレーザで開口を穿設し、しかる後、絶縁層表面を化学粗化して無電解銅めっき法および電解銅めっき法を用いて銅膜を被着形成することにより、開口内に導体層を形成するとともに絶縁層表面に配線導体層を形成し、さらに、このような絶縁層と配線導体層の形成を繰返すことにより製作される。
【0004】
また、配線基板の表面には、配線導体層の酸化や腐蝕の防止および配線基板に電子部品を実装する際の熱から絶縁層を保護するために厚みが20〜50μmのソルダーレジスト層が被着形成されている。このソルダーレジスト層は、一般に配線導体層および絶縁層との密着性が良好な感光性樹脂と、可撓性を有する樹脂とから成り、熱膨張係数を絶縁層や配線導体層の熱膨張係数と整合させるために平均粒径が5〜20μm程度の無機絶縁性フィラーを30〜80重量%含有している。
【0005】
さらに、この配線基板は、配線導体層上のソルダーレジスト層に露光・現像により開口を形成し、開口内の配線導体層に半田等から成る導体バンプを介して電子部品を電気的に接続することにより半導体装置等の電子部品モジュールとなる。
【0006】
一般に、このような電子部品モジュールに用いられるソルダーレジスト層は、乾燥状態での絶縁抵抗が1011〜1013Ωである。しかしながら、このソルダーレジスト層は、一般に、含有する感光性樹脂がソルダーレジスト層に露光・現像により開口を形成する際の現像性を発現させるために水酸基やカルボキシル基を含有することから、吸水率が高く空気中の水分を徐々に吸収して、この水分がソルダーレジスト層の絶縁抵抗を108Ω以下にまで低下させてしまい配線導体層間を短絡させてしまったり、さらには、この水分が配線導体層を腐食させてしまい、その結果、配線基板の電気信頼性を劣化させてしまうという問題点を有していた。また、ソルダーレジスト層は、含有する感光性樹脂組成物がその製造の精製工程中において除去できない塩素イオン・臭素イオン等のハロゲンイオンやナトリウムイオン等のアルカリイオンなどの不純物イオンを、それぞれ20〜100ppm、2〜200ppm程度含有しているため、例えば、温度が130℃で相対湿度が85%の高温高湿槽中で5.5Vの電圧を長時間印加する高加速度試験(HAST)を行うと、イオンマイグレーションにより配線導体層間の絶縁抵抗が急激に低下し絶縁破壊を起こし、その結果、電子部品モジュールを電気的に短絡させてしまうという問題点を有していた。
【0007】
このような問題点を解決するために、ソルダーレジスト層中にアルデヒドやハイドロキノン・ヒドラジン等の還元剤を添加して不純物イオンを還元する方法や、不純物イオンと反応し難溶性金属塩を形成する含イオウ化合物を添加する方法が提案されている。しかしながら、これら還元剤や含イオウ化合物は配線基板に電子部品を実装する際の熱履歴で容易に分解して活性を失うため、不純物イオンの捕捉効果を十分に発揮することができないという問題点を有していた。
【0008】
そこでこのような問題点を解決するために、樹脂中のナトリウムイオンや塩素イオン・臭素イオン等の不純物イオンを吸着し、イオンマイグレーションの発生を防止する、陰イオンや陽イオン・陰陽両イオンを吸着する無機イオン交換体等の微粒子からなる化学的に安定なイオン吸着剤を添加したソルダーレジスト用の感光性樹脂組成物が提案されている(特開2000-159859号公報参照)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記提案の感光性樹脂組成物は、樹脂成分と無機イオン交換体粒子との濡れ性が悪いために、無機イオン交換体粒子が凝集し易く、その結果、温度サイクル試験(TCT)等の耐熱疲労性試験で発生する応力が無機イオン交換体の凝集個所に集中してクラックを発生させてしまい、その結果、配線導体層に断線が発生し、配線基板の電気的接続の信頼性を低下させてしまうという問題点を有していた。
【0010】
また、感光性ソルダーレジスト層は、その熱膨張係数を絶縁層や配線導体層の熱膨張係数と整合させるために平均粒径が5〜20μmの無機絶縁性フィラーを30〜80重量%含有しているが、この無機絶縁性フィラーと樹脂との界面に水分が溜り易いとともにこの界面に沿って不純物イオンが移動し易く、配線基板の薄型化にともなってソルダーレジスト層を5〜20μmの厚みに薄層化した場合に、感光性ソルダーレジスト層の厚みよりも大きな粒径の無機絶縁性フィラーの粒子がソルダーレジスト層の表裏両面を架橋してしまい、その結果、高加速度試験(HAST)を行うと、不純物イオンが無機絶縁性フィラーと樹脂との界面に沿って感光性ソルダーレジスト層の表裏両面を容易に移動し、絶縁抵抗が急激に108Ω以下に低下してしまい電気的に短絡してしまうという問題点を有していた。
【0011】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、ソルダーレジスト層を薄層化しても、高加速度試験(HAST)においてイオンマイグレーションの発生がなく、耐熱・耐湿性に優れた感光性ソルダーレジスト層およびそれを用いた配線基板ならびに電子部品モジュールを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の感光性ソルダーレジスト層は、感光性樹脂組成物と、この感光性樹脂組成物中の不純物イオンを捕捉するキレート高分子と、可撓性を付与するエラストマーと、平均粒径が0.1〜2μmの無機絶縁性フィラーとから成り、温度が85℃で相対湿度が85%の環境中に168時間放置後の絶縁抵抗が1010Ω以上であることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の感光性ソルダーレジスト層は、感光性樹脂組成物がアクリル変性エポキシ樹脂40〜80重量%と、エポキシ樹脂20〜60重量%とから成るとともに、感光性樹脂組成物に対して、キレート高分子が1〜10重量%、エラストマーが10〜40重量%および無機絶縁性フィラーが5〜20重量%含有されていることを特徴とするものである。
【0014】
本発明の配線基板は、絶縁基板の表面に、配線導体層を被着形成するとともに、この配線導体層の一部を覆って上記の感光性ソルダーレジスト層を被着形成したことを特徴とするものである。
【0015】
本発明の電子部品モジュールは、上記の配線基板の感光性ソルダーレジスト層に、配線導体層を露出させる開口を設けて、この開口内の配線導体層に導体バンプを介して電子部品の電極を接続したこと特徴とするものである。
【0016】
本発明の感光性ソルダーレジスト層によれば、感光性樹脂組成物を含有していることから、配線導体層や絶縁層と密着性の良好なソルダーレジスト層とすることができる。また、含有するキレート高分子が陽イオンや陰イオンに配位する官能基を有することから感光性樹脂組成物中のナトリウムイオンや塩素イオン・臭素イオン等の不純物イオンを良好に捕捉するとともにキレート高分子が樹脂からなり感光性樹脂組成物との濡れ性に優れることから感光性樹脂組成物中に均一に分散し効率的に不純物イオンを捕捉でき、その結果、イオンマイグレーションの発生を抑制できる感光性ソルダーレジスト層とすることができる。さらに、キレート高分子は、その熱分解開始温度が300℃以上であることから、配線基板に電子部品を実装する際の熱履歴で分解して活性を失うこともない。また、エラストマーを含有していることから、配線基板に電子部品を実装する際や温度サイクル試験(TCT)を行った際の熱応力をエラストマーが良好に吸収し、感光性ソルダーレジスト層にクラックが生じることはなく、その結果、配線導体層が断線することのない電気的な接続信頼性に優れるソルダーレジスト層にすることができる。さらに、平均粒径が0.1〜2μmの無機絶縁性フィラーを含有するしていることから、感光性ソルダーレジスト層を配線基板の薄型化にともなって5〜20μmの厚みに薄層化したとしても、無機絶縁性フィラー粒子がソルダーレジスト層の表裏両面を架橋することはなく、その結果、高加速度試験(HAST)においてもイオンマイグレーションの発生がなく、耐熱・耐湿性に優れた感光性ソルダーレジスト層とすることができる。
【0017】
また、本発明の感光性ソルダーレジスト層によれば、上記組成で温度が85℃で相対湿度が85%の環境中に168時間放置後の絶縁抵抗を1010Ω以上であるものととしたことから、高温・高湿雰囲気で使用したとしても配線導体層間を短絡させてしまったり、配線導体層を腐蝕させてしまうことのない、良好な耐湿性を有するソルダーレジスト層とすることができる。
【0018】
さらに本発明の配線基板によれば、絶縁基板の表面に、配線導体層を被着形成するとともに、この絶縁基板の一部を覆って、上記の感光性ソルダーレジスト層を被着形成したことから、感光性ソルダーレジスト層が配線基板に電子部品を実装する際の熱から絶縁層を保護するとともに配線導体層を湿気による酸化や腐蝕から保護することができ、その結果、耐熱性・耐湿性に優れた配線基板とすることができる。
【0019】
また、本発明の電子部品モジュールによれば、上記配線基板の感光性ソルダーレジスト層に、配線導体層を露出させる開口を設けて、この開口内の配線導体層に導体バンプを介して電子部品の電極を接続したことから、高加速度試験(HAST)においてもイオンマイグレーションの発生がなく、耐熱・耐湿性に優れた電子部品モジュールとすることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の感光性ソルダーレジスト層およびそれを用いた配線基板ならびに電子部品モジュールについて詳細に説明する。
【0021】
本発明の感光性ソルダーレジスト層は、感光性樹脂組成物と、この感光性樹脂組成物中の不純物イオンを捕捉するキレート高分子と、可撓性を付与するエラストマーと、平均粒径が0.1〜2μmの無機絶縁性フィラーとから構成されている。
【0022】
感光性樹脂組成物は、アクリル変性エポキシ樹脂40〜80重量%とエポキシ樹脂20〜60重量%とから成つている。アクリル変性エポキシ樹脂はカルボン酸や水酸基を有することから配線導体層および絶縁層との密着性を良好とする機能を有し、また、エポキシ樹脂は感光性ソルダーレジスト層の架橋密度を高くし、熱による樹脂の分子切断および樹脂中への水分の浸入を抑制する機能を有する。
【0023】
アクリル変性エポキシ樹脂は、後述する感光性ソルダーレジスト層に露光・現像により開口を形成する際に樹脂残りやアンダーカットを生じ難くするという観点からは40重量%以上とすることが好ましく、めっき液等の耐薬品性に優れるという観点からは80重量%以下とすることが好ましい。従って、アクリル変性エポキシ樹脂の含有量は40〜80重量%の範囲にすることが好ましい。また、エポキシ樹脂は、その含有量が20重量%より少ないとソルダーレジスト層の架橋密度が低くなり、耐熱性・耐薬品性が低下してしまう傾向があり、60重量%を超えるとソルダーレジスト層の架橋密度が高くなり可撓性が低下して、クラックが発生し易くなる傾向がある。従って、エポキシ樹脂の含有量は40〜80重量%の範囲にすることが好ましい。
【0024】
このようなアクリル変性エポキシ樹脂としては、アクリル化クレゾールノボラック型エポキシ樹脂やアクリル化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等の感光性樹脂が用いられ、露光・現像性の観点からは分子量が数百〜数千程度のものが好ましい。また、エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、耐熱性・耐薬品性の観点からは分子量が数百程度のものが好ましい。さらに、感光性樹脂組成物には露光・現像を促進するためにα-アミノケトン系の光重合開始剤とベンゾフェノン系の光増感剤を添加しても良い。
【0025】
また、本発明の感光性ソルダーレジスト層は、カルボン酸やアミノ基・水酸基等の官能基を有するキレート高分子を含有している。このようなキレート高分子は陽イオンや陰イオンに配位する官能基を有することから感光性樹脂組成物中のナトリウムイオンや塩素イオン・臭素イオン等の不純物イオンを良好に捕捉するとともにキレート高分子が樹脂からなり感光性樹脂組成物との濡れ性に優れることから感光性樹脂組成物中に均一に分散し効率的に不純物イオンを捕捉でき、その結果、イオンマイグレーションの発生を抑制できる感光性ソルダーレジスト層とすることができる。さらに、キレート高分子は、その熱分解開始温度が300℃以上であることから、配線基板に電子部品を実装する際の熱履歴で分解して活性を失うこともない。
【0026】
キレート高分子の含有量は、感光性樹脂組成物100重量%に対してイオン不純物を効率良く捕捉する観点からは1重量%以上とすることが好ましく、また、分散不良による外観不良を防止するという観点からは10重量%以下とすることが好ましい。従って、キレート高分子の含有量は1〜10重量%の範囲にすることが好ましい。
【0027】
このようなキレート高分子としては、イミノジ酢酸型スチレン−アクリル酸メチル共重合体やザルコシン型スチレン−アクリル酸メチル共重合体、エタノールアミンスチレン−アクリル酸メチル共重合体、グリシン型スチレン−アクリル酸メチル共重合体、ビニルピリジン−メタクリル酸メチル等が用いられる。なお、感光性樹脂組成物にキレート高分子をより均一に分散させるために、キレート高分子をエポキシ変性させて感光性樹脂組成物と共架橋させても良い。
【0028】
さらに、本発明の感光性ソルダーレジスト層は、感光性樹脂組成物100重量%に対してエラストマーを10〜40重量%含有している。エラストマーは、配線基板に電子部品を実装する際や温度サイクル試験(TCT)を行った際に発生する熱応力を吸収し、感光性ソルダーレジスト層のクラックを防止する機能を有する。
【0029】
エラストマーの含有量は、感光性ソルダーレジスト層の可撓性を考慮すると10重量%以上とすることが好ましく、また、耐熱性・耐湿性に影響する架橋密度を考慮すると40重量%以下とすることが好ましい。従って、エラストマー含有量は10〜40重量%の範囲にすることが好ましい。
【0030】
このようなエラストマーとしては、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレントリブロックポリマー(SEBS)やスチレン−エチレン−イソプレン−スチレントリブロックポリマー(SEPS)、ポリエーテル−ポリエステルマルチブロックポリマー、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム(HNBR)等が用いられる。
【0031】
また、本発明の感光性ソルダーレジスト層は平均粒径が0.1〜2μmの無機絶縁性フィラーを含有している。この無機絶縁性フィラーは感光性ソルダーレジスト層の強度を高めるとともに感光性ソルダーレジスト層の熱膨張係数と絶縁層や配線導体層の熱膨張係数とを整合させる機能を有する。さらに、無機絶縁性フィラーの平均粒径を0.1〜2μmとしたことから、感光性ソルダーレジスト層を配線基板の薄型化にともなって5〜20μmの厚みに薄層化したとしても,無機絶縁性フィラー粒子がソルダーレジスト層の表裏両面を架橋することはなく、その結果、高加速度試験(HAST)においてもイオンマイグレーションの発生がなく、耐熱・耐湿性に優れた感光性ソルダーレジスト層とすることができる。
【0032】
無機絶縁性フィラーは,その平均粒径が0.1μmより小さいと嵩密度が大きくなり感光性ソルダーレジスト層の成形時の粘度が上昇し厚みの制御が困難となる傾向にあり、また、平均粒径が2μmを超えると感光性ソルダーレジスト層を15μm程度の厚みに薄層化した時に、無機絶縁性フィラー粒子が複数個連なってソルダーレジスト層の表裏両面を架橋してしまい、無機絶縁性フィラーと樹脂との界面に沿ってイオンマイグレーションが発生しソルダーレジスト層の絶縁抵抗を低下させてしまい易くなる傾向にある。従って、無機絶縁性フィラーの平均粒径は0.1〜2μmの範囲にすることが好ましい。
【0033】
無機絶縁性フィラーの含有量は、感光性ソルダーレジスト層の形成時の平坦性を確保する観点からは5重量%以上とすることが好ましく、露光・現像により開口を形成する際に無機絶縁性フィラー残りを生じ難くするという観点からは20重量%以下とすることが好ましい。従って、無機絶縁性フィラー含有量は感光性樹脂組成物100重量%に対して5〜20重量%の範囲にすることが好ましい。
【0034】
このような無機絶縁性フィラーとしては、酸化珪素や酸化アルミニウム・窒化アルミニウム・炭化珪素・チタン酸カルシウム・酸化チタン・ゼオライト等の無機絶縁性粒子が用いられ、熱膨張係数の制御の観点から酸化珪素が好ましい。さらに、樹脂との濡れ性を良くするためにシランカップリング剤等で処理を行って用いても良い。
【0035】
さらに、本発明の感光性ソルダーレジスト層は、上記組成で温度が85℃で相対湿度が85%の環境中に168時間放置後の絶縁抵抗を1010Ω以上であるものとしたことから、高温・高湿雰囲気で使用したとしても配線導体層間を短絡させてしまったり、配線導体層を腐蝕させてしまうことのない、良好な耐湿性を有するソルダーレジスト層とすることができる。
【0036】
なお、ここで感光性ソルダーレジスト層の絶縁抵抗は、JIS C 6481に記載されている測定方法を用いて測定した。
【0037】
このような感光性ソルダーレジスト層は、例えば、アクリル変性エポキシ樹脂としてアクリル変性したクレゾールノボラック型エポキシ60重量%と、エポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ40重量%とから成る感光性樹脂組成物に、これに対してキレート高分子として5重量%のイミノジ酢酸型スチレン−アクリル酸メチル共重合体と、エラストマーとして20重量%のSEBSと、無機絶縁性フィラーとして10重量%の平均粒径が0.1〜2μmの範囲の酸化珪素と有機溶剤とを添加して混練することにより液状ワニスを作成し、これをスクリーン印刷法またはロールコート法を採用することにより所定の絶縁基板上に均一に塗布することにより被着し、さらに乾燥して有機溶剤を除去した後、UV硬化と熱硬化をすることにより形成される。また、感光性ソルダーレジスト層は液状ワニスを離型フィルム上に塗布して乾燥させたフィルム状感光性ソルダーレジストとして用いても良く、この場合、フィルム状感光性ソルダーレジストは、真空ラミネータを用いることにより絶縁層および配線導体層上に被着される。
【0038】
かくして本発明の感光性ソルダーレジスト層によれば、高加速度試験(HAST)においてもイオンマイグレーションのない、耐熱性・耐湿性に優れたソルダーレジスト層とすることができる。
【0039】
なお、本発明の感光性ソルダーレジスト層は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上記の感光性ソルダーレジスト層に外観検査を容易にするためにフタロシアニングリーン等の有機色素や成形性をより向上させるために高級脂肪酸エステル等の滑剤を含有させることも可能である。
【0040】
次に、本発明の感光性ソルダーレジスト層を用いた配線基板および電子部品モジュールを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【0041】
図1は、本発明の感光性ソルダーレジスト層を用いた配線基板に半導体素子等の電子部品を搭載して成る電子部品モジュールの実施の形態の一例を示す要部断面図である。この図において1は絶縁基板、2は配線導体層、3は感光性ソルダーレジスト層で主にこれらで本発明の配線基板4が構成される。また、5は開口、6は導体バンプ、7は電子部品で主に配線基板4と開口5・導体バンプ6・電子部品7とで本発明の電子部品モジュール8が構成される。なお、本例では絶縁基板1の両面に被着形成した配線導体層2を貫通孔9に穿設した貫通導体10により電気的に接続した例を示している。
【0042】
絶縁基板1は、ガラスクロス−エポキシ樹脂やガラスクロス−ビスマレイミドトリアジン樹脂、ガラスクロス−ポリフェニレンエーテル、アラミド繊維−エポキシ樹脂等からなり、配線導体層2およびソルダーレジスト層3の支持体として機能する。
【0043】
また、絶縁基板1の表裏両面には、銅やニッケル・アルミニウム等の金属薄膜から成る配線導体層2が被着形成されている。
【0044】
配線導体層2は、電子部品7の電気信号を外部電気回路基板(図示せず)に電気的に接続し伝達する導電路として機能し、絶縁基板1の表面側の部位には電子部品7の各電極が導体バンプ6を介して電気的に接続され、裏側の部位には外部電気回路基板の配線導体が半田等の導体バンプ6を介して配線基板4の配線導体層2と電気的に接続される。
【0045】
このような配線導体層2は、例えば絶縁基板1上に接着材を介して銅から成る金属箔を被着し、その上にドライフィルムレジストでパターン加工を施した後に、配線導体層2となる部分以外の箇所をエッチングして除去することにより形成される。
【0046】
なお、配線導体層2の厚みは、高速の電気信号を伝達させるという観点からは3μm以上であることが好ましく、また、配線導体層2を絶縁基板1に被着形成させる際に配線導体層2に大きな応力を残留させず、配線導体層2を絶縁基板1より剥離させ難くするという観点からは50μm以下とすることが好ましい。従って、配線導体層2の厚みは、3〜50μmの範囲にすることが好ましい。
【0047】
また、絶縁基板1の表面には、配線導体層2の一部を覆って、感光性ソルダーレジスト層3が被着形成されている。
【0048】
感光性ソルダーレジスト層3は、配線基板4に電子部品9を実装する際の熱から絶縁基板1を保護するとともに、配線導体層2を湿気による酸化や腐蝕から保護する機能を有する。また、感光性ソルダーレジスト層3は、不純物イオンを良好に捕捉するキレート高分子を含有しているのでイオンマイグレーションの発生を抑制する。さらに、含有する無機絶縁性フィラーの平均粒径を0.1〜2μmとしたことから感光性ソルダーレジスト層を5〜20μmに薄層化したとしても無機絶縁性フィラーがソルダーレジスト層の表裏両面を架橋することはなく、その結果、不純物イオンの移動を抑制でき絶縁抵抗が低下するのを防止できる。また、可撓性に優れるエラストマーを含有しているのでTCTを行った際の熱応力によるクラックの発生を防止することも可能となる。
【0049】
このような感光性ソルダーレジスト層3は、絶縁基板1および配線導体層2上に、例えば、アクリル変性したクレゾールノボラック型エポキシ60重量%と、ビスフェノールA型エポキシ40重量%とから成る感光性樹脂組成物に、これに対してキレート高分子として5重量%のイミノジ酢酸型スチレン−アクリル酸メチル共重合体と、エラストマーとして20重量%のSEBSと、無機絶縁性フィラーとして10重量%の平均粒径が0.1〜2μmの範囲の酸化珪素と有機溶剤とを添加して昆練することにより液状ワニスを作成し、これをスクリーン印刷またはロールコートにより5〜20μmの厚みに被着形成し、60〜80℃の温度で数十分間乾燥して有機溶剤を除去した後、UV照射と加熱処理して硬化することによって形成される。
【0050】
かくして、本発明の配線基板4は、絶縁基板1の表面に、配線導体層2を被着形成するとともに、この絶縁基板1の一部を覆って、感光性ソルダーレジスト層3を被着形成したことから、感光性ソルダーレジスト層3が配線基板1に電子部品7を実装する際の熱から絶縁層1を保護するとともに配線導体層2を湿気による酸化や腐蝕から保護することができ、その結果、耐熱性・耐湿性に優れた配線基板4となる。
【0051】
また、本発明の電子部品モジュール8は、感光性ソルダーレジスト層3に配線導体層2を露出させる開口5を設けて、開口5内の配線導体層2に導体バンプ6を介して電子部品7の電極を接続することによって形成される。
【0052】
開口5は、絶縁基板1および配線導体層2上に、感光性ソルダーレジスト層3を被着し乾燥した後に、ガラスマスクを通して0.3〜0.5J/cm2のエネルギー量のUV光を照射して露光を行い、約1%炭酸ナトリウム水溶液で現像することにより形成される。なお、感光性ソルダーレジスト層3は1〜3J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150〜180℃の温度で1〜3時間加熱することにより硬化される。また、開口5は感光性ソルダーレジスト層3をUV照射と加熱処理して硬化した後に、炭酸ガスレーザの条件を出力5〜7A、パルス幅10〜100μsに設定し、レーザ光を所定の径のマスクを通して、配線導体層上の感光性ソルダーレジスト層3に1〜3回/孔照射することより形成することもできる。
【0053】
このような開口5は、その径が通常30〜300μmであり、径が300μmより大きいと配線導体層2のピッチが大きなものととなり配線基板4が大きなものとなる傾向があり、また、30μmより小さいと電気的な接続信頼性が低下する傾向がある。従って、開口5の径は30〜300μmの大きさにすることが好ましい。
【0054】
なお、通常であれば、開口4に露出する配線導体層2には、配線導体層2の酸化腐蝕の防止と導体バンプ6との接続を良好にするために配線導体層2の露出する表面にニッケル・金等の良導電性で耐腐蝕性に優れた金属をめっき法により1〜20μmの厚さに被着することが好ましい。
【0055】
また、開口5内の配線導体層2の露出する表面には、導体バンプ6が固着形成されている。導体バンプ6は、配線導体層2と電子部品7とを電気的および機械的に接続する機能を有する。
【0056】
このような導体バンプ6は、金や鉛−錫、錫−亜鉛、錫−銀−ビスマス等の導電性材料から成り、例えば、導電性材料が鉛−錫から成る場合、このペーストを開口5内にスクリーン印刷法で印刷あるいは鉛−錫から成る金属ボールを開口5内に載置した後、リフロー炉を通すことにより開口5内に半円状に固着形成される。
【0057】
さらに、電子部品7を導体バンプ6に載置し、リフロー炉を通し配線導体層2と電子部品7との各電極とを電気的に接続することにより、本発明の電子部品モジュール8となる。なお、導体バンプ6の保護と電子部品7と配線基板4とを強固に固着するために、電子部品7と配線基板4表層との間に、熱硬化性樹脂とフィラーとから成るアンダーフィル材を注入しても良い。
【0058】
かくして、本発明の電子部品モジュール8は、イオンマイグレーションの発生を抑制でき、耐湿性に優れる上記の感光性ソルダーレジスト層3に、配線導体層2を露出させる開口5を設けて、この開口5内の配線導体層2に導体バンプ6を介して電子部品7の電極を接続したことことから、感光性ソルダーレジスト層2を5〜20μmの厚みに薄膜化しても高加速度試験(HAST)後の絶縁抵抗が1010Ω以上とすることができ、その結果、耐熱性・耐湿性に優れた電子部品モジュール8とすることができる。
【0059】
なお、本発明の電子部品モジュールは、上記の実施例に限定されるものでなく、例えば、配線基板として絶縁基板上に配線導体層と絶縁層を交互に積層したビルドアップ基板を用いても良い。
【0060】
図2はこのようなビルドアップ基板に電子部品を搭載して成る電子部品モジュールの実施の形態の一例を示す要部断面図であり、この図において11は絶縁基板、12はスルーホール、13はスルーホール導体、14は絶縁層、15は配線導体層、16は貫通孔、17は貫通導体、18は感光性ソルダーレジスト層であり、主にこれらで本発明の配線基板20が構成されている。さらに、19は開口、21は導体バンプ、22は電子部品であり、主に配線基板20と開口19・導体バンプ21・電子部品22とで本発明の電子部品モジュール23が構成されている。
【0061】
この例では、配線基板20は、絶縁基板11の表裏両面に配線導体層15と絶縁層14とを交互に積層し、さらに、感光性ソルダーレジスト層18を被着形成することにより構成されている。
【0062】
なお、上述の例では電子部品モジュールに搭載される電子部品として半導体素子の例を示したが、抵抗器・キャパシタ・圧電素子等の電子部品を搭載しても良い。さらに、電子部品の作動時に発生する熱を放散するためにスティフナー等の放熱板を配線基板に被着しても良い。
【0063】
【実施例】
本発明の感光性ソルダーレジスト層とそれを用いた電子部品モジュールの特性を評価するために、以下のようなフィルム状の感光性ソルダーレジストとこれを用いた半導体素子を搭載した電子部品モジュールを作成した。
【0064】
(実施例1)
アクリル変性したクレゾールノボラック型エポキシ60重量%と、ビスフェノールA型エポキシ40重量%とから成る感光性樹脂組成物に、これに対してキレート高分子として5重量%のイミノジ酢酸型スチレン−アクリル酸メチル共重合体と、エラストマーとして20重量%のSEBSと、無機絶縁性フィラーとして10重量%の平均粒径が0.1〜2μmの範囲の酸化珪素と有機溶剤とを添加・混練して得た液状ワニスを、離型フィルム上にスクリーン印刷により10μmの均一な厚さに印刷・塗布し、80℃の温度で30分間乾燥して溶剤を除去することによりフィルム状の感光性ソルダーレジストを形成した。次にフィルム状の感光性ソルダーレジストに1J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150℃の温度で1時間加熱処理を行って硬化して、その後、離型フィルムを剥離することにより、フィルム状の感光性ソルダーレジストAを作成した。
【0065】
このフィルム状の感光性ソルダーレジストAの絶縁抵抗は、JIS C 6481に記載されているように、まず、フィルム状の感光性ソルダーレジストAを挟んでその表裏表面に円形電極を形成して評価基板を作成し、これを温度が85℃で相対湿度が85%の雰囲気中に168時間放置し、さらに、表裏表面に円形電極関に500Vの電圧を1分間印加した後に測定することにより求めた。このときのフィルム状の感光性ソルダーレジストAの絶縁抵抗は5×1011Ωであった。
【0066】
また、フィルム状の感光性ソルダーレジストAの不純物イオン濃度は、温度が85℃で相対湿度が85%の雰囲気中に96時間放置後、フィルム状の感光性ソルダーレジストAを100℃の熱水でイオン抽出した後、抽出液をイオンクロマトグラフィー法を用いて測定して求めた。感光性ソルダーレジスト層Aの不純物イオン濃度は塩素イオンが3.0ppmと、ナトリウムイオンが0.5ppmであった。
【0067】
次に、絶縁基板および配線導体層上に、上記と同様の組成の液状ワニスを、スクリーン印刷により10μmの均一な厚さに印刷・塗布し、80℃の温度で30分間乾燥して溶剤を除去することにより感光性ソルダーレジスト層を形成した。また、ガラスマスクを通して0.4J/cm2のエネルギー量のUV光を照射し露光を行い、しかる後、約1%炭酸ナトリウム水溶液で現像することにより直径が50μmの開口を形成し、さらに、1J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150℃の温度で1時間加熱処理を行うことにより感光性ソルダーレジスト層を硬化した。次に、感光性ソルダーレジスト層の開口部にニッケル・金めっきを順じ施すとともに開口に鉛−錫から成る導体ペーストを印刷後、リフロー炉を通すことにより導体バンプを形成し、そして、導体バンプに半導体素子を載せリフロー炉を通して半導体素子の各電極と導体バンプとを電気的に接続し、最後に、半導体素子と感光性ソルダーレジスト層の隙間にアンダーフィル材を注入することにより電子部品モジュールAを作成した。
【0068】
信頼性試験項目は、温度サイクル試験(TCT)および高加速度試験(HAST)で、TCTではクラックや剥れ等の外観と抵抗値変化率を、HASTではマイグレーションと絶縁抵抗値を評価した。
【0069】
TCTは気相冷熱試験機を用い、電子部品モジュールを温度が−55℃および125℃の気相中に各30分間放置し、これを1サイクルとして1500サイクルの条件で行い、抵抗値変化率は試験前後の抵抗値を測定して計算により算出を行った。
【0070】
HASTは高加速度試験器を用い、電子部品モジュールを温度が130℃で相対湿度が85%の雰囲気中、5.5Vの電圧を300時間印加後に、導体バンプのイオンマイグレーションと絶縁抵抗値を測定した。
【0071】
本発明の電子部品モジュールAは、TCT1500サイクル後でもクラックが発生せず、抵抗値変化率も5%と低い値を示した。また、HAST300時間後でも、イオンマイグレーションは発生せず、絶縁抵抗も6×1010Ωであった。
【0072】
(実施例2)
アクリル変性したフェノールノボラック型エポキシ60重量%と、ビスフェノールF型エポキシ40重量%とから成る感光性樹脂組成物に、これに対してキレート高分子として5重量%のグリシン型スチレン−アクリル酸メチル共重合体と、エラストマーとして15重量%のSEBSと、無機絶縁性フィラーとして10重量%の平均粒径が0.1〜2μmの範囲の酸化珪素と有機溶剤とを添加・混合して得た液状ワニスを、離型フィルム上にスクリーン印刷により10μmの均一な厚さに塗布・乾燥することによりフィルム状の感光性ソルダーレジストを形成し、1J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150℃の温度で1時間加熱処理を行って硬化して、フィルム状の感光性ソルダーレジストBを作成した。
【0073】
実施例1と同様の方法により測定した結果、フィルム状の感光性ソルダーレジストBの絶縁抵抗は3×1011Ωであり、また、フィルム状の感光性ソルダーレジストBの不純物イオン濃度は、塩素イオンが5.0ppmで、ナトリウムイオンが0.8ppmであった。
【0074】
次に、絶縁基板および配線導体層上に、上記のフィルム状感光性ソルダーレジストBを80℃の温度で60秒間真空ラミネートを行って被着し、さらに、1J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150℃の温度で1時間加熱処理を行った後に、炭酸ガスレーザーの条件を出力5A、パルス幅100μsに設定し、レーザー光を所定の径のマスクを通して、配線導体層上の感光性ソルダーレジスト層に2回/孔照射することより直径が50μmの開口を形成した。しかる後、1J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150℃の温度で1時間加熱処理を行うことにより感光性ソルダーレジスト層を硬化した。また、感光性ソルダーレジスト層の開口部にニッケル・金めっきを順じ施すとともに開口に鉛−錫から成る導体ペーストを印刷後、リフロー炉を通すことにより導体バンプを形成し、そして、導体バンプに半導体素子を載せリフロー炉を通して半導体素子の各電極と導体バンプとを電気的に接続し、最後に、半導体素子と感光性ソルダーレジスト層の隙間にアンダーフィル材を注入することにより電子部品モジュールBを作成した。
【0075】
本発明の電子部品モジュールBは、TCT1500サイクル後でもクラックが発生せず、抵抗値変化率も7%と低い値を示した。また、HAST300時間後でも、イオンマイグレーションが生じず、絶縁抵抗も4×1010Ωであった。
【0076】
(比較例)
アクリル変性したクレゾールノボラック型エポキシ60重量%と、ビスフェノールA型エポキシ40重量%とから成る感光性樹脂組成物に、これに対して30重量%の平均粒径が3〜10μmの範囲の酸化珪素と有機溶剤とを添加して得た液状ワニスを、スクリーン印刷により離型フィルム上に20μmの均一な厚さに印刷・塗布し、80℃の温度で30分間乾燥して溶剤を除去することによりフィルム状の感光性ソルダーレジストを形成し、1J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150℃の温度で1時間加熱処理を行って硬化して、フィルム状の感光性ソルダーレジストCを作成した。
【0077】
このフィルム状の感光性ソルダーレジストCの絶縁抵抗は5×107Ωであり、また、感光性ソルダーレジスト層Cの不純物イオン濃度は塩素イオンが120 ppm、ナトリウムイオンが50 ppmであった。
【0078】
次に、絶縁基板および配線導体層上に、上記と同じ組成の液状ワニスを、スクリーン印刷より20μmの均一な厚さに印刷・塗布し、80℃の温度で30分間乾燥して溶剤を除去することにより感光性ソルダーレジスト層を形成した。さらに、ガラスマスクを通して0.55J/cm2のエネルギー量のUV光を照射し露光を行い、しかる後、約1%炭酸ナトリウム水溶液で現像し100μmの直径の開口を形成し、さらに、1J/cm2のエネルギー量のUV光を照射するとともに150℃の温度で1時間加熱処理を行うことにより感光性ソルダーレジスト層を硬化した。また、感光性ソルダーレジスト層の開口部にニッケル・金めっきを順じ施すとともに開口に鉛−錫から成る導体ペーストを印刷後、リフロー炉を通すことにより導体バンプを形成し、そして、導体バンプに半導体素子を載せリフロー炉を通して半導体素子の各電極と導体バンプとを電気的に接続し、最後に、半導体素子と感光性ソルダーレジスト層の隙間にアンダーフィル材を注入することにより電子部品モジュールCを作成した。
【0079】
比較例の電子部品モジュールCは、TCT1000サイクル後でクラックが発生し、抵抗値変化率も30%まで上昇した。また、HAST200時間後で、イオンマイグレーションが生じ、絶縁抵抗も3×106Ωに低下した。
【0080】
【発明の効果】
本発明の感光性ソルダーレジスト層によれば、感光性樹脂組成物を含有していることから、配線導体層や絶縁層と密着性の良好なソルダーレジスト層とすることができる。また、含有するキレート高分子が陽イオンや陰イオンに配位する官能基を有することから感光性樹脂組成物中のナトリウムイオンや塩素イオン・臭素イオン等の不純物イオンを良好に捕捉するとともにキレート高分子が樹脂からなり感光性樹脂組成物との濡れ性に優れることから感光性樹脂組成物中に均一に分散し効率的に不純物イオンを捕捉でき、その結果、イオンマイグレーションの発生を抑制できる感光性ソルダーレジスト層とすることができる。さらに、キレート高分子は、その熱分解開始温度が300℃以上であることから、配線基板に電子部品を実装する際の熱履歴で分解して活性を失うこともない。また、エラストマーを含有していることから、配線基板に電子部品を実装する際や温度サイクル試験(TCT)を行った際の熱応力をエラストマーが良好に吸収し、感光性ソルダーレジスト層にクラックが生じることはなく、その結果、配線導体層が断線することのない電気的な接続信頼性に優れるソルダーレジスト層にすることができる。さらに、平均粒径が0.1〜2μmの無機絶縁性フィラーを含有するしていることから、感光性ソルダーレジスト層を配線基板の薄型化にともなって5〜20μmの厚みに薄層化したとしても,無機絶縁性フィラー粒子がソルダーレジスト層の表裏両面を架橋することはなく、その結果、高加速度試験(HAST)においてもイオンマイグレーションの発生がなく、耐熱・耐湿性に優れた感光性ソルダーレジスト層とすることができる。
【0081】
また、本発明の感光性ソルダーレジスト層によれば、上記組成で温度が85℃で相対湿度が85%の環境中に168時間放置後の絶縁抵抗を1010Ω以上であるものとしたことから、高温・高湿雰囲気で使用したとしても配線導体層間を短絡させてしまったり、配線導体層を腐蝕させてしまうことのない、良好な耐湿性を有するソルダーレジスト層とすることができる。
【0082】
さらに本発明の配線基板によれば、絶縁基板の表面に、配線導体層を被着形成するとともに、この絶縁基板の一部を覆って、上記の感光性ソルダーレジスト層を被着形成したことから、感光性ソルダーレジスト層が配線基板に電子部品を実装する際の熱から絶縁層を保護するとともに配線導体層を湿気による酸化や腐蝕から保護することができ、その結果、耐熱性・耐湿性に優れた配線基板とすることができる。
【0083】
また、本発明の電子部品モジュールによれば、上記配線基板の感光性ソルダーレジスト層に、配線導体層を露出させる開口を設けて、この開口内の配線導体層に導体バンプを介して電子部品の電極を接続したことから、高加速度試験(HAST)においてもイオンマイグレーションの発生がなく、耐熱・耐湿性に優れた電子部品モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の配線基板に電子部品を搭載して成る電子部品モジュールの実施の形態の一例を示す要部断面図である。
【図2】本発明の配線基板に電子部品を搭載して成る電子部品モジュールの実施の形態の他の例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・・絶縁基板
2・・・・・・配線導体層
3・・・・・・感光性ソルダーレジスト層
4・・・・・・配線基板
5・・・・・・開口
6・・・・・・導体バンプ
7・・・・・・電子部品
8・・・・・・電子部品モジュール
Claims (3)
- 感光性樹脂組成物と、該感光性樹脂組成物中の不純物イオンを捕捉するキレート高分子と、可撓性を付与するエラストマーと、平均粒径が0.1〜2μmの無機絶縁性フィラーとから成り、温度が85℃で相対湿度が85%の環境中に168時間放置後の絶縁抵抗が1010Ω以上である感光性ソルダーレジスト層であって、
前記感光性樹脂組成物がアクリル変性エポキシ樹脂40〜80重量%と、エポキシ樹脂20〜60重量%とから成るとともに、前記感光性樹脂組成物に対して、前記キレート高分子が1〜10重量%、前記エラストマーが10〜40重量%および前記無機絶縁性フィラーが5〜20重量%含有されていることを特徴とする感光性ソルダーレジスト層。 - 絶縁基板の表面に、配線導体層を被着形成するとともに、該配線導体層の一部を覆って請求項1記載の感光性ソルダーレジスト層を被着形成したことを特徴とする配線基板。
- 請求項2記載の配線基板の前記感光性ソルダーレジスト層に、前記配線導体層を露出させる開口を設けて、該開口内の配線導体層に導体バンプを介して電子部品の電極を接続したこと特徴とする電子部品モジュール。
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