JP4605177B2 - 半導体搭載基板 - Google Patents
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Description
従来の半導体搭載基板では、使用する絶縁基材は、基板製造工程及び半導体パッケージ組立て工程での耐熱性、剛性、寸法安定性、耐薬品性等の特性と、半導体パッケージとしての耐リフロー性、PCT性(プレッシャクッカテスト)、THB性(高温高湿バイアス)、TCT性(温度サイクルテスト)等の信頼性試験の全てを満足しなければならなかった。これらの特性を全て満足できる基材としてはポリイミドフィルムやガラスエポキシ基材を用いるのが一般的であったが、ポリイミドフィルムは非常に高価であることや、薄いガラスエポキシ基材が入手困難であること等の問題点があった。
本発明の半導体搭載基板に半導体チップを搭載後、半導体搭載基板のキャリア層を除去する。 キャリア層の除去方法としては、機械的な力で剥離する方法、機械的な研磨による方法、薬液によるウエットエッチング、プラズマ等によるドライエッチングによる方法、レーザによる方法等があり、使用する材料の組合せによって選択でき、必要に応じて組み合わせて行うこともできる。
機械的に剥離するためには、絶縁層とキャリア層の接着力が10〜500N/mであることが好ましく、更に50〜200N/mであることがより好ましい。
接着力の低下は、以下に示す温度処理、光照射、吸湿、液処理のいずれかもしくは組合わせで行うことができ、絶縁層やキャリア層材質等により効率的な方法を選択することが好ましい。また、接着力低下手段は、キャリア層の剥離前または剥離工程と同時に行うことができる。更に、キャリア層の絶縁層形成側に、予め離型処理を施すことにより、キャリア層と絶縁層間の接着力を調節することもできる。離型処理の方法は特に問わないが、一般的なシリコーン系または非シリコーン系材料による表面処理が使用できる。また、逆に接着力が弱い場合は、プラズマ処理やコロナ放電処理を行い、好ましい接着力に調整することもできる。
温度処理としては、剥離工程前に行う恒温放置と、剥離工程と同時に行う加熱処理および冷却処理に大別される。剥離工程前に行う恒温放置の温度としては、接着力が充分に低下してキャリア層が残らず、かつ絶縁層や半導体パッケージに熱によるダメージを与えない必要があり、50〜250℃が好ましく、80〜150℃がより好ましい。剥離工程前に行う恒温放置は、封止樹脂の加熱・硬化と同時に行うことが効率的で好ましい。但し、ある温度以上で急激に熱収縮する材料をキャリア層に用いれば、剥離工程前に恒温放置しなくても、熱処理だけで簡単に剥離できる場合があるため、より好ましい。この温度としては、180℃〜250℃が好ましく、使用する材料としてはポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等が使用できる。
キャリア層の剥離前に、光を照射することで、接着力を低下することができる。そのような光としては、紫外線を用いることが好ましく、一般的な配線板製造工程で用いられる紫外線露光機を用いることができる。その露光量は、キャリア層の光透過量、種類、厚みにより適切な量を実験的に求めることが好ましい。使用する波長も材料によって最適の波長を選択すればよい。
キャリア層の剥離前に、吸湿処理を行うことで接着力を低下できる。その条件は、例えば、60%RH以上が好ましく、必要であれば同時に加熱することもできる。吸湿を行う雰囲気としては、汚染などの防止のために純水が好ましいが、必要に応じて有機溶剤を用いることもできる。
キャリア層の剥離前に、液処理を行うことで接着力を低下できる。そのような液としては、水、アルコール、有機溶剤、アルカリ水溶液などを用いることができ、キャリア層の種類・厚みにより効果的なものを選択でき、さらに、組み合わせることもできる。例えば、アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノールがあり、有機溶剤としては、アセトン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、トルエンなどがある。さらに、アルカリ水溶液のアルカリ成分としては、モノエタノールアミン、エチレンジアミンなどのアミン系材料や水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどがある。また、液処理方法としては、液中への浸漬やスプレー噴霧があり、長時間の処理が必要な場合、液中への浸漬が好ましい。スプレー噴霧はスプレー圧によりキャリア層を剥離することができる場合に、効率的でより好ましい。
半導体搭載基板を、絶縁層とキャリア層とから成る支持体の絶縁層側に金属層を設け、この金属層の不要な箇所をエッチング除去して配線を形成する方法によって製造することができる。また、絶縁層とキャリア層から成る支持体の絶縁層側の必要な箇所にのみ、めっきにより配線を形成する方法によっても製造することができる。
キャリア層と絶縁層と金属層を有する積層材は、キャリア層と絶縁層から成る支持体を形成しこれに金属箔を貼り合わせる方法、または金属箔に絶縁層を形成し、さらにキャリア層を貼り合わせる方法、キャリア層と絶縁層と金属箔とを同時に貼り合わせる方法によって製造することができる。この場合は、絶縁層が接着剤であれば効率がよく好ましい。その方法としては、キャリア層と金属箔を接着剤で貼り合わせる方法や、半硬化した絶縁層を直接金属箔と貼り合わせる方法がある。絶縁層として接着剤を使用する場合は、上記したように透湿性の高いものを用いるのが好ましいが、キャリア層及び絶縁層のトータルでの透湿度が1(g/m2・24h)以上であることが好ましく、さらに10(g/m2・24h)以上であることがより好ましい。また、接着剤は、金属箔との接着力、特に熱衝撃下での接着力が重要であり、この値が300(N/m)以下であると、配線を接着する力が弱く、実用的でない場合がある。
また、金属箔に、絶縁層となる絶縁ワニスをキャスティングし、加熱硬化後に更にキャリア層となる絶縁ワニスを絶縁層上にキャスティングして加熱硬化さて製造することもできる。この場合、金属箔の表面が適切な粗さを持つように調整されていれば、絶縁層との接着力が向上し効果的である。例えば、銅箔に、絶縁層用ワニスとして、ポリアミドイミドをキャスティングする場合、銅箔の表面粗さは、2〜15μmであることが好ましく、そのような粗さに調整するには、一般に知られている酸化剤による表面処理があり、例えば、亜塩素酸ナトリウム、過硫酸アルカリ、塩素酸カリウム、過塩素酸カリウム、又はペルオキソ硫酸アルカリのアルカリ性水溶液等の酸化剤を含む処理液に浸漬又はその処理液を吹き付けて行う。
また、絶縁層及びキャリア層からなる支持体の絶縁層側に、蒸着またはめっきによって金属層を形成してもよく、例えば、ポリイミド系接着剤とポリエチレンナフタレートフィルムに銅を蒸着する場合には、まず、絶縁層側に接着金属となるニッケルやクロムを5〜100nm蒸着し、その上に銅を10〜600nm蒸着する。さらに銅を電気めっきすることによって、総厚み5〜50μmの銅層を形成することができる。
このようにして作製した積層体の、金属箔の配線となる箇所にエッチングレジストを形成し、エッチングレジストから露出した箇所に、化学エッチング液をスプレー噴霧して、不要な金属箔をエッチング除去し、配線を形成することができる。金属箔として銅箔を用いる場合は、エッチングレジストは、通常のプリント配線板に用いることのできるエッチングレジスト材料を用いることができ、レジストインクをシルクスクリーン印刷して形成したり、エッチングレジスト用感光性ドライフィルムを銅箔の上にラミネートして、その上に配線の形状に光を透過するフォトマスクを重ね、紫外線を露光し、露光しなかった箇所を現像液で除去して形成する。化学エッチング液には、例えば、塩化第二銅と塩酸の溶液、塩化第二鉄溶液、硫酸と過酸化水素の溶液、過硫酸アンモニウム溶液など、通常のプリント配線板に用いる化学エッチング液を用いることができる。
また、配線は、前記したように、絶縁層及びキャリア層からなる支持体の絶縁層側の必要な箇所にのみ無電解めっきを行うことで形成することもでき、通常の無電解めっきによる配線形成技術を用いることができる。
配線の形状は特に問わないが、図1及び2に示すような、少なくとも半導体チップと電気的に接続される半導体チップ接続端子16(ワイヤボンド端子等)、マザーボードと電気的に接続される外部接続端子19(はんだボール等が搭載される箇所)及びそれらを繋ぐ展開配線20から構成される。また、配線の配置も特に問わないが、図1に示すように、後に半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域15又は18に外部接続端子19を形成し、半導体搭載領域の外側で後に封止樹脂で封止される半導体パッケージ領域13に半導体チップ接続端子16を形成したファン−インタイプや、図2に示すような半導体チップ接続端子16の外側に外部接続端子19を形成したファン−アウトタイプ、またはこれらを組み合わせたタイプでもよい。なお、ダイボンドフィルム接着領域は、14または17で示される。さらに必要に応じて、半導体チップと電気的に接続されないダミーパターン21を半導体搭載領域及び半導体パッケージ領域に形成することもできる。ダミーパターンの形状や配置も特には問わないが、半導体チップ搭載領域に均一に配置するのが好ましい。これによって、ダイボンド接着剤で半導体チップを搭載する際に、ボイドが発生しにくくなる。
支持体には、外部接続端子の裏面に達する貫通穴を設けることができる。この貫通穴は、パッケージ内部の配線から、はんだボールのような接続導体で他のプリント配線板の接続ランドとの電気的な接続を行うために、接続端子を設けるためのものである。貫通穴を設ける方法としては、パンチやドリルなどの機械加工、レーザ加工、薬液による化学エッチング加工、プラズマを用いたドライエッチング法などがある。
前述した方法で形成した配線の露出部分にニッケル、金めっきを順次施すことができる。これらのめっきは、配線の露出部分全体に施すことも可能であるが、必要に応じて半導体チップと電気的に接続される半導体チップ接続端子(ワイヤボンド端子等)や、マザーボードと電気的に接続される外部接続続端子(はんだボール等が搭載される箇所)などに選択的に施すこともできる。また、このめっきは、無電解めっき、または電解めっきのどちらを用いてもよく、必要に応じてニッケル、パラジウム、金という構成にしてもよく、さらに、錫めっきを用いることもできる。
半導体搭載基板の形状は、特に問わないが、図3に示すようなフレーム形状にすることが好ましい。半導体搭載基板の形状をこのようにすることで、半導体パッケージの組立てを効率よく行うことができる。以下、好ましいフレーム形状について詳細に説明する。
(半導体チップ搭載)
このように作製された半導体搭載基板の半導体チップ搭載領域に、半導体チップを搭載することができ、この半導体チップを搭載する接着剤には、ダイボンド用接着剤を用いる。ダイボンド用接着剤は、特にどんなものを用いてもよいが、絶縁性で接着力の強いものであることが好ましく、例えば、DF−100(日立化成工業株式会社製、商品名)のような、ダイボンドフィルムを用いるのがより好ましい。さらに、ダイボンドフィルムは、先に半導体チップ側または半導体搭載基板側のどちらに仮固定してもよい。特に、半導体チップ側に先に仮固定する場合は、ウエハの状態で裏面にダイボンドシートを貼り付け、ダイシングの際に同時にカットすると効率よく好ましい。また、ダイボンド用接着剤も高透湿性で、透湿度が1(g/m2・24h)以上のものを用いるのが好ましく、さらに、10(g/m2・24h)以上のものがより好ましい。なお、透湿度は高ければ高い程よいが、入手困難性の観点から2000(g/m2・24h)以下が好ましい。
半導体チップは、封止樹脂によって封止されていることが耐湿性の点で好ましく、このような封止樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、あるいはポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、封止方法としては、半導体チップを包み込むように樹脂ワニスで固めるポッティングやコンパウンドによるトランスファモールドなどを用いることができる。また、半導体チップを半導体チップ接続端子と対向するように搭載したフリップチップ実装の場合は、チップと半導体搭載基板の間にアンダーフィル材などを用いて封止することもできる。また、封止樹脂に熱硬化性樹脂を用いた場合は、トランスファモールド後またはポッティング後に樹脂を完全硬化させるための熱処理を行うのが一般的である。熱処理条件は使用する封止樹脂により異なるが、140〜200℃で3〜6時間程度である。さらに、ダイボンドフィルム等を半硬化状態で封止した場合は、封止樹脂とダイボンドフィルム等を同時に完全硬化することも可能であり、効率的である。また、封止は半導体パッケージ1個分を個々に封止する個別モールドで行ってもよいが、図3に示すように、複数の半導体パッケージ領域(図3の封止領域23)を一体で封止し、後に封止樹脂と半導体搭載基板を同時にダイサー等で切断する方法が効率的で好ましい。さらに、格子状に配置された封止領域を複数ブロックに分けて封止することにより、半導体パッケージの反りを低減することが可能になり好ましい。
樹脂封止後に、キャリア層を除去する。キャリア層の除去方法は、前述のように、機械的な力で剥離する方法、機械的な研磨による方法、薬液によるウエットエッチング、プラズマ等によるドライエッチングによる方法、レーザによる方法等があり、必要に応じて最良の方法を選択すればよい。キャリア層と絶縁層間の接着力を最適化できれば、機械的な力で剥離する方法が効率的で好ましい。さらに、除去されたキャリア層はリサイクル可能な材料であれば、リサイクルすることも可能である。
半導体搭載用基板の外部接続端子裏面に設けられた貫通穴に、はんだボール等を融着できる。使用するはんだボールは、鉛・錫の共晶はんだが一般的であるが、接続信頼性を向上させるために、銀、アンチモン等を添加した高強度はんだや、環境対応として、錫・銀系、錫・ビスマス系などの脱鉛はんだを使用することもできる。特に、脱鉛はんだを使用した場合は、リフロー温度を従来より20℃程度高温にする必要があり、リフロー時のパッケージクラックは、より一層発生しやすくなる。また、必要に応じて、はんだペーストを印刷して溶融し、ボール状にすることもできる。
図3のようなフレーム状半導体搭載基板で組み立てられた複数の半導体パッケージは、切断し個々の半導体パッケージに分離できる。複数の半導体パッケージ領域を一体で封止した場合は、封止樹脂と半導体搭載基板を同時にダイサーで切断する方法が効率よく、半導体パッケージ領域間のスペースがブレード幅と同じに設計されていれば、さらに効率よく好ましい。
キャリア層2として、厚み50μmのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、図7(a)に示すように、その一方の面にシリコーン系離型処理を行った後、離型処理面側に接着剤である絶縁層1としてポリイミド系接着剤を10μmの厚みに塗布し、120℃で10分間、加熱・乾燥して、半硬化状にした。次に、図7(b)に示すように、厚み18μmの銅箔4を重ね、150℃で、2MPaの条件で加熱・加圧して、60分間保持することで積層一体化した。さらに、図7(c)に示すように、外部接続端子となる箇所に、炭酸ガスレーザを用いて直径0.27mmの貫通穴3をあけた後、図7(d)に示すように、不要な銅箔の箇所をエッチング除去して配線5を形成し、配線表面に無電解のニッケル、パラジウム、金めっきを順次施した。
キャリア層2として、厚み75μmのポリエチレンナフタレートフィルムを用い、図8(a)に示すように、その一方の面に厚み15μmのフィルム状ポリアミドイミド系接着剤1を、温度120℃でラミネートした。次に、図8(b)に示すように、ドリルを用いて外部接続端子となる箇所に直径0.32mmの貫通穴3、及び直系1.5mmの位置合わせ用ガイド穴11を開口した。次に、図8(c)に示すように、厚さ18μmの銅箔4を加熱・加圧して一体化し、さらに、図8(d)に示すように、不要な銅箔の箇所をエッチング除去して図1に示すようなファン−インタイプの配線5及び補強パターン12を形成し、配線及び補強パターン表面に無電解のニッケル、パラジウム、金めっきを順次施した。以上の工程で製造された半導体搭載基板の平面図を図3に示す。また、必要に応じて図3のように切断位置合わせマークを設けてもよい。さらに、本実施例では、半導体パッケージ領域を4行8列の格子状に配列したブロックを2ブロック配置し、半導体パッケージ領域間のスペースは200μmとした。
比較例1として、図7に示すように、キャリア層にポリイミドフィルム、絶縁層にエポキシ系接着剤を用い、図7(a)で離型処理を行わず、さらに図7(f)でポリイミドフィルムを剥離しないで直径0.30mmの鉛・錫の共晶はんだボールを融着した半導体パッケージを作製し、実施例1と同じ試験を行った。このときのポリイミドフィルムと接着剤との接着力は900N/mであった。結果を表1及び表2に示す。
2.キャリア層
3.外部接続端子用貫通穴
4.金属箔(銅箔)
5.配線
6.半導体チップ
7.金ワイヤ
8.ダイボンドフィルム
9.封止樹脂
10.はんだボール
11.位置合わせ用ガイド穴
12.補強パターン
13.半導体パッケージ領域
14.ダイボンドフィルム接着領域(フリップチップタイプ)
15.半導体チップ搭載領域(フリップチップタイプ)
16.半導体チップ接続端子
17.ダイボンドフィルム接着領域(ワイヤボンドタイプ)
18.半導体チップ搭載領域(ワイヤボンドタイプ)
19.外部接続端子
20.展開配線
21.ダミーパターン
22.半導体搭載基板
23.封止領域
24.補強パターン
25.切断位置合わせマーク
26.接着剤
27.絶縁基材(ポリイミドフィルム)
28.ベントホール
29.空隙
Claims (6)
- 支持体と多数の配線からなり、前記支持体の一方の面に半導体チップが搭載される半導体搭載基板であって、前記支持体は少なくとも1の絶縁層と1のキャリア層を備え、前記絶縁層は前記半導体チップを搭載する側に位置し、前記キャリア層は前記半導体チップを搭載し樹脂封止した後に除去可能であって、前記配線は前記支持体の前記絶縁層上に形成され、前記支持体には前記配線に達する開口が形成される半導体搭載基板。
- 前記キャリア層の除去が機械的に剥離可能な請求項1に記載の半導体搭載基板。
- 前記絶縁層と前記キャリア層の接着力が10〜500N/mである請求項1又は2に記載の半導体搭載基板。
- 前記絶縁層の厚みが1〜50μmである請求項1〜3のいずれかに記載の半導体搭載基板。
- 前記キャリア層の厚みが30〜500μmである請求項1〜4のいずれかに記載の半導体搭載基板。
- 前記配線の露出した部分に少なくともニッケル及び金めっきを施した請求項1〜5のいずれかに記載の半導体搭載基板。
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