JP4902606B2 - 半導体パッケージの製造方法及びそれを用いた半導体プラスチックパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、半導体パッケージの製造方法及びそれを用いた半導体プラスチックパッケージに関する。

最近、電子機器は、小型化、薄型化、軽量化され、これに伴って半導体チップの搭載接続方式はワイヤーボンディング方式から端子数の多いフリップチップボンディング方式となってきている。その上、半導体チップを搭載接続する多層プリント配線板に対しても高信頼性及び高密度性が求められている。

従来、多層プリント配線板は補強基材としてガラス繊維織布を用い、ガラス繊維成分としてはＥ−ガラスなどが一般的に使用されている。

ガラス繊維織布は、絶縁層を含浸、乾燥してＢ−ステージとし、これを用いて銅張積層板として加工する。この銅張積層板を利用して内層用コアプリント配線板を作製し、この両面にビルドアップ（Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）用Ｂ−ステージ絶縁層シートを配置し、積層して多層プリント配線板が作製される。

多層プリント配線板の構成において、熱膨張率の大きい（一般には縦横方向の熱膨張率が１８〜１００ｐｐｍ／℃）ビルドアップ用樹脂組成物を多くの層に配置し、各層には熱膨張率が１７ｐｐｍ／℃である銅（Ｃｕ）層を備え、最外層には熱膨張率の大きい（一般的には５０〜１５０ｐｐｍ／℃）ソルダーレジスト層を形成するので、最終的に得られる多層プリント配線板全体の縦横方向への熱膨張率は１０〜３０ｐｐｍ／℃程度になる。

一方、補強基材として全芳香族ポリアラミド繊維（ｆａｂｒｉｃ）を用いると、内層コア材と使用される両面プリント配線板の縦横方向の熱膨張率は１０ｐｐｍ／℃以下になるが、これをビルドアップ用樹脂組成物、層間の銅層を含んで高多層プリント配線板を作製した場合には熱膨張率が大きくなって、１０ｐｐｍ／℃を超える熱膨張率を有する高多層プリント配線板が作製される。

ところで、半導体チップと多層プリント配線板との熱膨張率の差により、全芳香族ポリアラミド繊維（ｆａｂｒｉｃ）を用いて作製した高多層プリント配線板は、プリント配線板全体に剛性の大きいガラス繊維不織布を用いて作製したプリント配線板に比べて剛性が小さいために反り・捩れが発生し易く、また補強基材と樹脂とが有機物であるため多層プリント配線板の厚さ方向の熱膨張率が大きく、信頼性にも問題があった。

一方、Ｅ−ガラス繊維織布と全芳香族ポリアラミド繊維（ｆａｂｒｉｃ）とを併用して使う場合にも、同様にビルドアップ用樹脂の影響及び熱膨張率が１７ｐｐｍ／℃と大きい銅層の影響で全体プリント配線板の熱膨張率が縦横方向で１０ｐｐｍ／℃、さらに９ｐｐｍ／℃以下のプリント配線板を作製するのが困難であった。

このような多層プリント配線板に半導体チップを実装する際にはアンダーフィルレジンを使用して加熱及び冷却時の伸縮による応力を吸収する構造となっているが、熱膨張係数が２〜３ｐｐｍ／℃である半導体チップを搭載接続した場合、それぞれの熱膨張係数の差のため反り・捩れが発生した。また、半導体チップをアンダーフィルレジンを用いずに搭載接続して温度サイクル試験などの信頼性試験を行った場合、特に鉛フリーハンダなどで熱膨張率が３ｐｐｍ／℃くらいの半導体チップを接続した場合には、鉛フリーハンダ及び半導体チップなどに部分的なクラックや、半導体チップとハンダとの間の剥離などの不良が生じた。

一方、電気伝導性のカーボン繊維織布及び銅インバー（Ｃｏｐｐｅｒ−ｉｎｖｅｒ）などの金属板を中央にコア材として使用し、これを絶縁層で被覆して絶縁性を確保しながら作製した多層プリント配線板においても、配線板の多層化にしたがって同様にビルドアップ用樹脂の影響及び熱膨張率が１７ｐｐｍ／℃と大きい銅層の影響のために、高多層プリント配線板の熱膨張率は１０ｐｐｍ／℃以上になる。また、このような多層プリント配線は、材料価格が高く、加工も難しくなるので、信頼性、経済性の点では問題のあるものであった。さらに、アンダーフィルレジンを用いると、半導体チップや多層プリント配線板に故障があった場合にリペアができず、半導体プラスチックパッケージ自体が不良となり、経済的ではなかった。

本発明は、製造コストを低減でき、基板及び半導体チップのクラック・剥離と、反り・捩れのような問題による不良とを防止できる。さらに、温度サイクル試験などでのストレスに対し、半導体チップや鉛フリーハンダなどの破壊や剥離のない半導体プラスチックパッケージを作製することができる。加えて、不良が生じた場合にそれぞれの部分に対するリペアが可能な半導体パッケージの製造方法及びそれを用いた半導体プラスチックパッケージを作製することができる。

本発明の一実施形態によれば、第１基板を形成するステップと、キャビティが設けられた第２基板を形成するステップと、第１基板に電気的に接続されるように第１基板の両面に第２基板を各々接着するステップと、キャビティに電子素子を内蔵し、第１基板にフリップチップ方式で接続するステップと、を含む半導体パッケージの製造方法が提供される。

キャビティは、第２基板が互いに離隔するように形成できる。第１基板は、第２基板より低熱膨張基板で形成されてもよい。第１基板を形成するステップにおいて第１基板の熱膨張率は−１５〜９ｐｐｍ／℃の範囲で形成できる。第２基板を形成するステップにおいて第２基板の熱膨張率は１０〜２５ｐｐｍ／℃の範囲で形成できる。第１基板を形成するステップは、コア基板を形成するステップと、コア基板をくり抜いて選択的に貫通穴を形成するステップと、貫通穴に樹脂組成物を満たすステップと、コア基板の両面に絶縁層付き銅箔を接着するステップと、樹脂組成物をくり抜いて選択的に電気導通貫通穴を形成するステップと、コア基板に回路を形成するステップと、コア基板をメッキするステップとを含むことができる。

コア基板は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ラジカル硬化樹脂からなる群より選ばれるいずれか一つからなることができる。コア基板は、無機繊維、有機繊維、及び金属材料のいずれか一つで形成できる。無機繊維は、グラス繊維またはセラミック繊維のいずれか一つからなることができる。有機繊維は、ポリオキシベンザゾール繊維、全芳香族ポリアラミド繊維、液晶ポリエステル繊維、カーボン繊維からなる群より選ばれるいずれか一つからなることができる。有機繊維は、全芳香族ポリアラミド不織布または織布補強基材のいずれか一つからなることができる。金属材料は、インバー（ｉｎｖａｒ）または銅インバー（ｃｏｐｐｅｒ ｉｎｖｅｒ）のいずれか一つからなることができる。

接着ステップは、第１基板と第２基板との間に基板接続材を介在するステップを含むことができる。接続ステップは、それぞれの電子素子と第１基板との間に電子素子接続材を介在することができる。基板接続材及び電子素材接続材は、バンプまたは電気伝導性接着剤のいずれか一つで形成されてもよく、電気伝導性接着剤は、電気信号が機能できるくらいの比抵抗を有する電気伝導性物質であることが好ましく、銀ペーストまたは銅ペーストのいずれか一つで形成されるのがさらに好ましい。また、電子素子の厚さは、第２基板の厚さより薄いかまたは同一であってもよい。

本発明の他の実施形態によれば、第１基板と、第１基板の両面に各々接着され、第１基板に電気的に接続されるキャビティが形成された第２基板と、キャビティに各々内蔵され、第１基板にフリップチップ方式で接続される電子素子と、を含む半導体プラスチックパッケージが提供される。

キャビティは、第２基板が互いに離隔するように形成されてもよい。ここで、第１基板は第２基板より低熱膨張基板であることを特徴とし、第１基板の熱膨張率は、−１５〜９ｐｐｍ／℃の範囲であり、第２基板の熱膨張率は、１０〜２５ｐｐｍ／℃の範囲であってもよい。第１基板は、選択的にくり抜かれた貫通穴に樹脂組成物が満たされたコア基板と、コア基板の両面に接着される絶縁層付き銅箔と、樹脂組成物が選択的にくり抜かれて形成された電気導通貫通穴と、コア基板の表面に形成された回路と、を含むことができる。

コア基板の樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ラジカル硬化樹脂で形成でき、コア基板の材質は、無機繊維、有機繊維、及び金属材料のいずれか一つで形成できる。無機繊維は、グラス繊維またはセラミック繊維のいずれか一つであることができ、有機繊維は、ポリオキシベンザゾール繊維、全芳香族ポリアラミド繊維、液晶ポリエステル繊維、カーボン繊維からなる群より選ばれるいずれか一つであることができ、金属材料は、インバー（ｉｎｖａｒ）または銅インバー（ｃｏｐｐｅｒ ｉｎｖｅｒ）のいずれか一つからなることができる。また、有機繊維は、全芳香族ポリアラミド不織布または織布補強基材のいずれか一つからなることができる。

一方、第１基板と第２基板との間に介在され、第１基板と第２基板とを電気的に接続させる基板接続材をさらに含むことができ、第１基板と電子素子との間に介在され、第１基板と電子素子とを電気的に接続させる電子素子接続材をさらに含むことができる。基板接続材及び電子素材接続材は、バンプまたは電気伝導性接着剤のいずれか一つからなってもよく、電気伝導性接着剤は、電気信号が機能できるくらいの比抵抗を有する電気伝導性物質であることが好ましく、銀ペーストまたは銅ペーストで形成されることがさらに好ましい。また、電子素子の厚さは、第２基板の厚さより薄いかまたは同一であってもよい。

本発明の半導体パッケージの製造方法及びそれを用いた半導体プラスチックパッケージは、半導体チップの損傷、接続材の応力緩和による基板及び半導体チップのクラック、及び反り・捩れなどの不良を防止でき、かつ製造コストを低減することができる。また、半導体チップと多層印刷回路基板との熱膨張係数の差が殆どなく、温度変化などによる接続材の応力が小さいので、半導体チップの接続信頼性に優れ、剥離などの不良も防止できる。更に、半導体チップ及び各プリント配線板の接続部分にアンダーフィルレジン（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ ｒｅｓｉｎ）を使わないので、故障の際にリペアが容易であり、加えて価格を低減することができて経済的である。

本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施形態を有することができるため、本願では特定実施形態を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するのに用いることに過ぎなく、前記構成要素が前記用語により限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけに用いられる。

本願で用いた用語は、ただ特定の実施形態を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなくてはならない。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による多層印刷回路基板の製造方法を示すフローチャートであり、図２から図６は、本発明の一実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図であり、図７から図８は、本発明の他の実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図であり、図９は、本発明の一実施形態による第２基板を示す断面図であり、図１０は、本発明の一実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す断面図であり、図１１は、本発明の他の実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す断面図である。

本実施形態は、熱膨張率が互いに異なる基板を接着して形成された半導体パッケージの製造方法及びそれを用いた半導体プラスチックパッケージに関し、製造工程コストを低減でき、基板と電子素子との接続信頼性を向上して接続材の応力緩和による基板及び半導体チップのクラック及び反り・捩れなどのような不良を防止できることを特徴とする。また、温度サイクル試験によるストレスから半導体チップやバンプが破壊されず、基板または電子素子の各々に不良が生じた場合にもそれぞれを取り除いてリペアできることを特徴とする。

図１から図１１を参照すると、半導体プラスチックパッケージ１００，２００、第１基板１１０、コア基板１１１、樹脂組成物１１２、銅箔１１３、絶縁層１１４、貫通穴１１５、銅導体１１６、回路１１７、ランド１１８、電気導通貫通穴１１９、第２基板１２０、電子素子１３０、基板接続材１４０、電子素子接続材１５０が示されている。

まず、ステップＳ１０で、熱膨張率が９ｐｐｍ／℃以下、好ましくは−１５〜９ｐｐｍ／℃範囲の第１基板１１０を形成する。第１基板１１０は、第２基板１２０に比べて低熱膨張係数を有する印刷回路基板であって、熱膨張率が９ｐｐｍ／℃以下で、好ましくは−１５〜７．５ｐｐｍ／℃であり、さらに好ましくは−１０〜５ｐｐｍ／℃である。ここで、熱膨張係数が前記範囲から外れる場合には基板の接続に問題が生じてクラックが発生するおそれがある。

第１基板１１０の形成方法は次の通りである。ステップＳ１１で、図２に示すように、コア基板１１１を形成し、ステップＳ１２で、図３に示すように、コア基板１１１をくり抜いて選択的に貫通穴１１５を形成する。次に、ステップＳ１３で、図４に示すように、貫通穴１１５に樹脂組成物１１２を満たし、ステップＳ１４で、図５に示すように、コア基板１１１の両面にＢ−ステージの絶縁層１１４付き銅箔１１３を接着する。ここで、絶縁層１１４は熱硬化性樹脂組成物で形成されてもよい。

次に、ステップＳ１５で、図６に示すように、表層の銅箔１１３をエッチングし、貫通穴１１５に充填された樹脂組成物１１２をくり抜いて選択的に電気導通貫通穴１１９を形成する。その次に、ステップＳ１６で、表層の銅箔１１３と電気導通貫通穴１１９に回路１１７を形成し、ステップＳ１７で、電気導通貫通穴１１９をメッキして電気信号が伝達できるようにする。このように作製されたコア基板１１１の上下にソルダーレジストを積層し、ランド１１８部分を開口する。ソルダーレジストが開口されたランド１１８の上に表面処理を行う。結果的に、図６に示すような第１基板１１０を得ることができる。

また、図７及び図８に示すように、第１基板１１０’は、コア基板１１１に電気導通貫通穴１１９を形成し、コア基板１１１の両面に接着された銅箔１１３をエッチングして回路１１７を形成し、メッキすることにより作製することもできる。

第１基板１１０には熱硬化性樹脂を用いるが、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド−シアン酸エステル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、カルド（ｃａｒｄｏ）樹脂、官能基含有ポリフェニレンエーテル樹脂のいずれか一つあるいは二つ以上を組み合わせて使用することができる。

ますます狭くなる貫通穴間、回路間のマイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）防止のためには、シアン酸エステル系樹脂、マレイミドシアン酸エステル系樹脂が好適に使用できる。さらに、臭素やリンで難燃化した公知の前記樹脂も使用できる。本発明の熱硬化性樹脂は、それ自体を加熱することにより硬化するが、硬化速度が遅く、生産性に劣るために、好適には、熱硬化性樹脂に硬化剤、熱硬化触媒を適正量添加して使用する。

これらの熱硬化性樹脂には、組成物として公知の様々な添加物を配合したものが一般的に使用される。例えば、前記以外の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、その他の樹脂、公知の有機・無機充填剤、染料、顔料、増粘剤、滑剤、消泡剤、分散剤、レベリング剤、光沢剤、チクソ性付与剤などの各種添加剤が目的及び用途によって適正量添加されることが可能である。また、難燃剤としてもリン、臭素で難燃化されたもの、ノンハロゲンタイプなどの公知の物質を適正量使用可能である。

本発明で好適に使用される熱可塑性樹脂は、一般的に公知のものが使用できる。具体的には、液晶ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などが挙げられ、これらの１種あるいは２種以上を組み合わせて使用される。ただ、プリント配線板は、部品の実装などで高温のリフロー処理が必要とされるため、リフロー温度でのプリント配線板が不良とならない融点のもの、好適には２７０℃以上のものを使用する。ここにも前述した各種添加剤を適正量添加することが可能である。これらは、前記熱硬化性樹脂と組み合わせて使用することもできる。

前記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の他に、ＵＶで硬化する樹脂、ラジカル反応で硬化する樹脂なども１種あるいは２種以上を組み合わせて使用できる。さらに、前記の熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを組み合わせて使用することもできる。これらにも架橋を促進する光重合開始剤、ラジカル重合開始剤など、前述した各種添加剤、硬化剤、触媒を適正量配合して使用することもできる。

しかしながらも、本発明では、得られたプリント配線板の信頼性などの点から熱硬化性樹脂、耐熱熱可塑性樹脂が好適に使用される。

また、低熱膨張係数の第１基板１１０に用いる補強基材としては、無機・有機繊維の不織布、織布、及び金属材料が使用可能である。

無機繊維としては、例えば熱膨張係数の小さいＴ−ガラス繊維、Ｓ−ガラス繊維、セラミック繊維などが使用される。また、有機繊維としては、熱膨張係数が小さく、耐熱性のあるポリオキシベンザゾール（ｐｏｌｙ−ｏｘｉｂｅｎｚａｚｏｌ）繊維、全芳香族ポリアラミド繊維、液晶ポリエステル繊維、カーボン繊維などが使用される。

さらに、全芳香族ポリアラミドフィルム、ポリオキシベンザゾールフィルム、液晶ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルムなどの低熱膨張係数のフィルムが補強基材として使用できる。これらの補強基材は、樹脂との密着性を向上させるために、補強基材の表面に公知の処理を行うことができる。例えば、ガラス繊維（Ｇｌａｓｓ Ｆａｂｒｉｃ）にはシランカップリング剤の処理を行い、フィルム材にはプラズマ処理、コロナ処理、各種薬品処理、ブラスト（ｂｌａｓｔ）処理などを行うことができる。

フィルム材の場合には、このフィルム両面に接着剤で銅箔を接着するか、公知の方法で直接銅箔を接着させた銅張シートが使用できる。熱膨張係数を小さくするためには後者が好ましい。

また、有機繊維は、全芳香族ポリアラミド不織布または織布補強基材のいずれか一つからなることができる。

また、金属材料として低熱膨張係数のものが使用される。例えば、インバーまたは銅インバーなどの低熱膨張係数の金属材料などが使用できる。本発明の低熱膨張係数プリント配線板は、２層以上の金属回路層で構成されたプリント配線板であるが、電子素子を搭載するために電子素子との熱膨張係数が大きく違わないことが重要である。２層以上の多層基板を作製する場合には、金属材料をコア基板に使用して層数を低めることが好ましい。この場合、金属材料を用いたコア基板全体の熱膨張率は９ｐｐｍ／℃以下、好ましくは−１５〜７．５ｐｐｍ／℃とする。さらに好ましくは−１０〜５ｐｐｍ／℃とする。

また、低熱膨張係数のガラス繊維を用いたプリント配線板、セラミックプリント配線板を用いることもできる。プリント配線板を低熱膨張率のもので作製しても、外側に電気伝導性物で接着する熱膨張係数が１０〜２５ｐｐｍ／℃と比較的大きいプリント配線板を用いれば、加熱時に縦横方向に伸びる力が働く。実際にはこの外側の熱膨張率の大きいプリント配線板の大きい伸縮によりプリント配線板全体が伸縮することになる。これは内部に使用した低熱膨張係数のプリント配線板だけを加熱する時の熱膨張率よりは大きい値となるが、電子素子を搭載接続する低熱膨張率プリント配線板には電気伝導性物が接着されているため、加熱すると、この電気伝導性物の応力緩和により伸びが前記のように大きくは伸びず、少し縮むようになる。

これに伴い、内部に電子素子を搭載接続した低熱膨張率プリント配線板は、それほど大きくは伸びず、電子素子や接続材のクラック、剥離などの不良が発生し難くなる。この外側に接着された比較的に熱膨張係数の大きいプリント配線板の大きさは、内部の低熱膨張率プリント配線板と同一であるかまたは小さくても良い。

ただ、上下に接着する比較的熱膨張係数が大きいプリント配線板は、同じ熱膨張率のものを用いて上下同一位置に接着して反り・捩れなどを防止するようにする。そして、これは電子素子を搭載接続する低熱膨張率プリント配線板より熱膨張係数が大きくて、安価なものを使用することにより全体コストを低減することができる。

本発明の低熱膨張係数プリント配線板は、使用材料に応じてプリント配線板の製造方法が異なるが、いずれも公知の方法が使用され得る。使用材料は、熱膨張率が９ｐｐｍ／℃以下、好ましくは−１５〜７．５ｐｐｍ／℃、さらに好ましくは−１０〜５ｐｐｍ／℃の低熱膨張係数を有するプリント配線板を作製できる材料であれば使用できる。例えば、パラまたはメタタイプの全芳香族ポリアラミド繊維織布あるいは不織布を使用した場合には、繊維に絶縁層を含浸、乾燥して樹脂をＢ−ステージとし、両面に銅箔を用いて積層成形した両面銅張積層板を形成する。

この両面銅張積層板にレーザーで貫通穴を形成した後、デスミア処理、銅メッキ、回路形成などを行ってプリント配線板とする。Ｔ−ガラス繊維織布またはＳ−ガラス繊維織布を使用した銅張積層板も同様にしてプリント配線板を製造できる。ただ、この場合には、貫通穴をあける際に機械式（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）ドリルも使用できる。これらの両面銅張積層板の熱膨張率は、樹脂の中に含浸される補強基材の種類及び量に応じて変わり、補強基材の含有量が増加するほど熱膨張率は小さくなるので、適正量を配合しなければならない。この適正量として、両面銅張積層板の熱膨張率を９ｐｐｍ／℃以下、好ましくは−１５〜７．５ｐｐｍ／℃とすることがよい。さらに好ましくは、−１０〜５ｐｐｍ／℃とする。

カーボン繊維織布を用いた場合、例えば、繊維に絶縁層を含浸、乾燥して樹脂をＢ−ステージとし、両面が銅箔で積層成形された両面銅張積層板を形成し、これにレーザーで貫通穴をあけ、この貫通穴の径は電気導通貫通穴の径に比べて大きめに形成する。

次に、貫通穴を樹脂組成物で充填し、硬化して、表面に出っ張った樹脂組成物を研磨して表面を平滑にする。その後、再度レーザーでこの樹脂組成物の中央に、カーボン繊維織布と接触しないようにしながら、電気導通貫通穴を加工し、デスミア処理、銅メッキ、回路形成などを行って低熱膨張プリント配線板が形成できる。

ガラス繊維を用いた場合、例えば、レーザー、フッ酸などの薬液などを用いて公知の方法で貫通穴を形成し、この全表面にスパッタリングで薄く銅層を付け、電解銅メッキのような厚い銅メッキ形成、回路形成などで低熱膨張プリント配線板が作製できる。

インバーあるいは銅インバーを用いた場合、例えば、レーザーで電気導通貫通穴よりやや大きめに貫通穴をあけ、スパッタリングなどで薄く銅層を全体的に付けてから、樹脂組成物で貫通穴を充填し硬化する。この上下に薄いＢ−ステージの絶縁層付き銅箔を配置して積層成形する。この樹脂組成物の中央に、インバーあるいは銅インバーに接触しないようにしながら、貫通穴より小さめの電気導通貫通穴をあけ、デスミア処理、無電解銅メッキ、電解銅メッキを行い、回路を形成して低熱膨張プリント配線板を形成する。

直接インバーあるいは銅インバーの表面に樹脂組成物を付着する場合には、インバーあるいは銅インバーの表面に薬液を用いて凹凸を付与するか、公知の化学処理などの方法を行うことにより、樹脂組成物との接着性を向上させることができる。それぞれの低熱膨張率プリント配線板の製造方法は、これに限定されず、公知の製造方法が使用され得る。

次に、ステップＳ２０で、図９に示すように、熱膨張率が１０〜２５ｐｐｍ／℃範囲であり、キャビティ１６０が形成された第２基板１２０を形成する。

内部の低熱膨張プリント配線板、すなわち第１基板１１０に接着される外側の比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板、すなわち第２基板１２０は、低熱膨張係数のプリント配線板に比べて熱膨張係数の大きいプリント配線板を用いる。

比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板とは、熱膨張係数が１０〜２５ｐｐｍ／℃であるプリント配線板をいう。このプリント配線板の材料は特に限定はなく、前記の樹脂、添加剤などの材料、補強基材が使用できる。ただ、価格を安くするために、補強基材はＥ−ガラス繊維織布を用いるプリント配線板が好ましい。この熱膨張係数の大きいプリント配線板の層数は、その用途及び設計に合わせて、２層以上の多層プリント配線板、好ましくは主機能を有する４層以上の多層プリント配線板とする。このプリント配線板の厚さは特に制限はないが、電子素子が搭載接続された場合には、電子素子と接続材とを加えた高さが、熱膨張係数の大きいプリント配線板の接着後の熱膨張係数の大きいプリント配線板と接続材とを加えた高さと同じであるかまたは小さい方が好ましい。

このようにすれば、電子素子が周囲の比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板の上からはみ出すことを防止でき、電子素子が側面から受ける圧力により破壊されるなどの不良が発生しない。ただ、比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板が接続されていない二つの方向からは、この二方向から圧力が加えられないように注意を要する。さらに、接続材が鉛フリーハンダのようにリペアが可能な素材である場合には、プリント配線板に不良が生じてもリペアできるので経済的である。また、電子素子が低熱膨張率プリント配線板上に搭載接続されるために、電子素子や接続材のクラック、破壊などの問題が殆どなく、アンダーフィルレジン（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ ｒｅｓｉｎ）を用いなくてもよい。また、電子素子の不良がある場合にもリペアにより取替えができるので経済性にも優れる。

低熱膨張プリント配線板の両外側に接着する比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板は、電子素子を搭載接続する場所を、電子素子の面積よりやや大きめに開口する。この開口部の大きさは特に限定されないが、一般的には電子素子の片面の端部から１〜３ｍｍ程度大きいキャビティを形成する。

キャビティを形成する方法は特に限定されないが、例えば、ルーター、パンチング、レーザー、ウォータージェットなどの方法で切断して除去する。電子素子はキャビティ内に収納され、内部の低熱膨張係数のプリント配線板に金バンプ、鉛フリーハンダ、一般のハンダなどの公知の接続材を用いて公知の方法により搭載接続される。電子素子の搭載接続は、外側の比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板を低熱膨張プリント配線板に接着する前でも接着した後でも行うことができる。

比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板を製造する場合、必ずしも前記のような同一樹脂組成物の材料だけを使用する必要はなく、例えば、内層用コア基板としてＥ−ガラス繊維織布の補強基材とエポキシ樹脂組成物で形成された銅張積層板を使用し、積層用絶縁基材としては補強基材が入っていないＢ−ステージのシアン酸エステル系樹脂組成物が接着された銅張シート、Ｂ−ステージの不飽和基含有ポリフェニレンエーテル樹脂組成物シート、各種基材入りのＢ−ステージ樹脂組成物シートなどを適宜選択して使用できる。

次に、ステップＳ３０で、図１０及び図１１に示すように、基板接続材１４０を用いて第１基板１１０の両面に第２基板１２０を各々接着して電気的に接続するようにする。その次に、ステップＳ４０で、キャビティに各々内蔵された電子素子１３０と第１基板１１０とをフリップチップ方式で電子素子接続材１５０を用いて接続させる。

図１０は、図２及び図６に示されたような方法で製造された第１基板１１０から作製された半導体プラスチックパッケージ１００である。

図１１は、図７及び図８で示されたような方法で製造された第１基板１１０’から作製された半導体プラスチックパッケージ２００である。

熱膨張係数の大きいプリント配線板、すなわち第２基板の層数は、その用途及び設計に合わせて、２層以上の多層プリント配線板、好ましくは主機能を有する４層以上の多層プリント配線板とする。このプリント配線板の厚さは特に制限はないが、電子素子が搭載接続された時に、電子素子と電気伝導性接続材とを加えた高さが、熱膨張係数の大きいプリント配線板の接着後の熱膨張係数の大きいプリント配線板と電気伝導性接続材とを加えた高さと同じであるかまたは小さいことが好ましい。このようにすれば、電子素子が周囲の比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板の上からはみ出すことを防止でき、電子素子が側面から受ける圧力により破壊されるなどの不良が生じないようになる。

低熱膨張プリント配線板、すなわち第１基板の両外側に接着する比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板、すなわち第２基板は、電子素子を搭載接続する場所を、電子素子の面積よりやや大きめに加工する。この開口部の大きさは特に限定はないが、一般的には電子素子の片面の端部から１〜３ｍｍ程度大きいキャビティを形成する。キャビティを形成する方法は特に限定はないが、例えば、ルーター、パンチング、レーザー、ウォータージェットなどの方法で切断して除去する。

本発明で電子素子を接続するための低熱膨張率プリント配線板と、この外側に接着する比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板との接続方法は特に限定されず、信頼性試験に耐えられる接続方法を選択すればよい。例えば、電気伝導性接着剤、鉛フリーハンダ、一般のハンダ、金属ピンなどを使用する方法が挙げられる。

ここで、低熱膨張プリント配線板と両外側の比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板との接続材は、電気信号が機能できるほどに通過できる抵抗が小さいか、比抵抗の電気伝導性の接着剤を使うのが好ましい。

この電気伝導性の接着剤は、主に電気伝導性粉体とバインダー樹脂組成物で構成されているが、樹脂組成物を混合して使用すると、弾性を持たせて加熱冷却時にこの電気伝導性の接着剤が伸縮することになる。これは加熱冷却時に両プリント配線板の熱膨張差による縦横の応力によるストレスを緩和させ、接続材の剥離、破壊が発生しない。

また、この電気伝導性の接着剤は、それぞれのプリント配線板の熱膨張に応じて適宜選択して使用する。この電気伝導性接着剤は、特に限定されないが、例えば銀ペースト、銅ペーストなどが挙げられる。

本発明では、電子素子を搭載接続する低熱膨張プリント配線板と主機能を有する比較的熱膨張係数が大きくて安価であるプリント配線板を別々に作製し、これらを接続することにより、加熱時でも電子素子と低熱膨張プリント配線板との間の熱膨張率が大きく違わないために伸縮時の応力による不良が発生しない。

また、低熱膨張プリント配線板とその両外側の比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板を接続する接続材には、応力緩和能力の大きい電気伝導性接着剤などを使用するので、加熱冷却時のそれぞれに接続されている接続材に伸縮時の応力が大きくかからず、接続材のクラック、剥離などの不良を防ぐことができる。

すなわち、接続材は、電子素子またはプリント配線板それぞれの応力によるストレスを受けるが、ストレスは接続材に分散できるため、加熱温度サイクル試験などの信頼性試験を行う場合、他の多層プリント配線板に比べて信頼性が良好となる。さらに、他の多層プリント配線板全体の熱膨張係数を小さくしようとすれば、全体プリント配線板を高価の材料で構成しなければならないため、製造コストが高くなり、したがって完成された多層プリント配線板は高価なものとなる。しかも、本発明の多層プリント配線板においてリペアを考えるならば、接続材はリペア可能な材料を選択することができる。

低熱膨張プリント配線板とその外側の比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板を接続する接続方式及び接続材として使用するものは特に限定されず、信頼性が良ければ接続材として使用するのに問題はなく、鉛フリーハンダ、一般のハンダ、電気伝導性接着剤、金属ピンなど公知の接続材を適宜用いた接続方式を使用すればよい。もちろん、本発明の多層プリント配線板は、電子素子を搭載接続するのに適したプリント配線板であるが、ワイヤーボンディング接続も可能な構造である。

図１２は、本発明の一実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す斜視図であり、図１３は、本発明の他の実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す斜視図であり、図１４は、本発明の一実施形態による半導体プラスチックパッケージを簡略に示す断面図である。

図１２及び図１４を参照すると、半導体プラスチックパッケージ３００，４００、第１基板１１０、第２基板１２０、電子素子１３０、基板接続材１４０、電子素子接続材１５０、キャビティ１６０、開口部１６０’が示されている。

第１基板１１０は、第２基板１２０より低熱膨張係数を有する印刷回路基板であって、熱膨張率は９ｐｐｍ／℃以下であり、好ましくは−１５〜７．５ｐｐｍ／℃であり、さらに好ましくは−１０〜５ｐｐｍ／℃である。熱膨張係数が前記範囲から外れる場合は基板の接続に問題が生じてクラックが発生するおそれがある。

第１基板１１０は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、ラジカル反応で硬化する樹脂のいずれか一つで形成でき、無機・有機繊維の不織布、織布、及び金属材料のいずれか一つで形成されることもできる。

第１基板１１０には熱硬化性樹脂を用いるが、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド−シアン酸エステル樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、カルド樹脂、官能基含有ポリフェニレンエーテル樹脂の何れか一つあるいは二つ以上を組み合わせて使用することができる。

また、第１基板１１０に用いられる低熱膨張係数を有する補強基材としては、無機・有機繊維の不織布、織布、及び金属材料が使用できる。

無機繊維としては、例えば熱膨張係数の小さいＴ−ガラス繊維、Ｓ−ガラス繊維、セラミック繊維などが使用される。また、有機繊維としては、熱膨張係数が小さく、耐熱性のあるポリオキシベンザゾール繊維、全芳香族ポリアラミド繊維、液晶ポリエステル繊維、カーボン繊維などが使用される。

さらに、全芳香族ポリアラミドフィルム、ポリオキシベンザゾールフィルム、液晶ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルムなどの低熱膨張係数のフィルムが補強基材として使用できる。これらの補強基材は、樹脂との密着性を向上させるために、補強基材の表面に公知の処理を行うことができる。例えば、ガラス繊維にはシランカップリング剤の処理を行い、フィルム材にはプラズマ処理、コロナ処理、各種薬品処理、ブラスト処理などを行うことができる。

また、有機繊維は、全芳香族ポリアラミド不織布または織布補強基材のいずれか一つからなることができる。

また、金属材料として低熱膨張係数のものが使用される。例えば、インバーまたは銅インバーなどの低熱膨張係数の金属材料などが使用できる。本発明の低熱膨張係数プリント配線板は、２層以上の金属回路層で構成されたプリント配線板であるが、電子素子を搭載するためには電子素子との熱膨張係数が大きく違わないことが重要である。２層以上の多層基板を作製しようとすれば、金属材料をコア基板に使用して層数を低めることが好ましい。この場合、金属材料を用いたコア基板全体の熱膨張率は９ｐｐｍ／℃以下、好ましくは−１〜５ｐｐｍ／℃とする。さらに好ましくは半導体チップと殆ど同一の熱膨張係数とする。

図１２に示すように、第２基板１２０は第１基板１１０の両面にそれぞれ接着され第１基板１１０に電気的に接続され、後述する電子素子１３０が内蔵されるキャビティ１６０が形成される。第２基板１２０の熱膨張率は１０〜２５ｐｐｍ／℃の範囲で、第１基板１１０の熱膨張率より大きい。

また、図１３に示すように、第２基板１２０は第１基板１１０の両面にそれぞれ接着され、第１基板１１０に電気的に接続され、後述する電子素子１３０が内蔵される開口部１６０’が形成される。開口部１６０’は第２基板１２０が互いに離隔するように形成される。したがって、半導体プラスチックパッケージを加熱する場合、熱膨張係数の大きい第２基板１２０が半導体チップ１３０に影響を及ぼさないようにすることができる。第２基板１２０の熱膨張率が前記範囲から外れる場合は基板間のクラックが発生して信頼性に問題が生じるおそれがある。

高熱膨張係数を有する第２基板１２０が低熱膨張係数を有する第１基板１１０より安いことから、第１基板１１０の両面に第２基板１２０を形成すれば、全体基板工程の製造コストを低減できる。

第２基板１２０の補強基材はＥ−ガラス繊維を使用することが好ましく、２層以上の多層印刷回路基板に具現できることは明らかである。また、第２基板１２０に、後述する電子素子１３０が内蔵されるキャビティ１６０を形成する。キャビティ１６０の開口サイズは特に限定されないが、一般的に電子素子１３０の外郭から１〜３ｍｍ程度大きく開口するように加工する。キャビティ１６０を形成する方法は特に限定されず、例えば、ルーター、パンチング、レーザー、ウォータージェットなどの方法を使用して加工することができる。

第２基板１２０の内層用コア基板材料としてはＥ−ガラス繊維が含まれたエポキシ樹脂組成物が使用され、積層用としては補強基材が入っていないＢ−ステージのシアン酸エステル系樹脂組成物が接着された銅張シート、Ｂ−ステージ不飽和基含有ポリフェニレンエーテル樹脂組成物シート、Ｂ−ステージ樹脂組成物シートなどを適宜選択して使用すればよい。

電子素子１３０が第２基板１２０に形成されたキャビティ１６０に内蔵されると、第１基板１１０にフリップチップ方式で接続されることができる。ここで、電子素子１３０とは半導体チップを意味する。

電子素子１３０が第１基板１１０に搭載接続された場合、図１３に示すように、電子素子接続材を含んだ電子素子１３０の厚さは基板接続材を含んだ第２基板１２０の厚さより薄くなる。すなわち、第２基板１２０のキャビティ１６０に電子素子接続材を含んだ電子素子１３０が内蔵されると、内蔵された電子素子１３０の高さが基板接続材を含んだ第２基板１２０の高さより低くなる。これにより、電子素子１３０が熱膨張率の大きい第２基板１２０に比べて厚さが高いと、第２基板の上からはみ出すことになり、両側面から圧力を受けて破壊されることを防止できるようになる。このため不良の発生を防ぐことができる。また、基板接続材及び電子素子接続材がハンダなどのようにリペアできる素材である場合には電子素子やプリント配線板に不良が発生してもそれぞれを分離してリペアが可能となるので、経済的である。更に、電子素子１３０の厚さと第２基板１２０の厚さとを同一にしても関係ない。

基板接続材１４０は、第１基板１１０と第２基板１２０との間に介在され、第１基板１１０と第２基板１２０とを電気的に接続することができる。

電子素子接続材１５０は、第１基板１１０と電子素子１３０との間に介在され、第１基板１１０と電子素子１３０とを電気的に接続することができる。

ここで、基板接続材１４０及び電子素子接続材１５０は、各種成分のバンプまたは電気伝導性接着剤などのいずれか一つで形成でき、電気伝導性接着剤は銀ペーストまたは銅ペーストなどのいずれか一つで形成できる。

より具体的に、基板接続材１４０及び電子素子接続材１５０は、一般のハンダバンプ、鉛フリーハンダバンプ及び電気伝導性接着剤などで具現できる。

熱膨張率の小さい第１基板１１０に熱膨張率の大きい第２基板１２０が搭載されているので、基板全体を加熱すると、熱膨張率の大きい第２基板１２０は縦横方向で伸縮することができる。

しかし、第２基板１２０と第１基板１１０とは、電気伝導性接着剤の基板接続材１４０で接続されているので、基板が加熱または冷却されると、熱膨張率の差のため発生し得る第１基板１１０と第２基板１２０との応力差を基板接続材１４０が緩和させることができる。

このように、第１基板１１０は加熱冷却時に第２基板１２０ほどに伸縮せず、基板接続材１４０にはクラックが生じないため剥離されることはない。電気伝導性接着剤は銀ペーストまたは銅ペーストなどのいずれか一つであることができる。

また、電子素子接続材１５０も電子素子１３０と第１基板１１０との間に生じ得る熱膨張率の応力差を緩和させることにより、基板全体及び電子素子のクラックを防止できるようになる。

基板接続材１４０及び電子素子接続材１５０が一般のハンダ及び鉛フリハンダのようにリペアできる素材である場合には、基板に不良があってもリペアできるので経済的である。

上述したように、電子素子１３０が接続する低熱膨張の第１基板１１０と高熱膨張の第２基板１２０とを別に製造し、第１基板１１０に電子素子接続材１５０を用いて電子素子１３０を接続すれば、基板が加熱及び冷却する時、電子素子１３０と第１基板１１０との熱膨張率の差により発生する応力を電子素子接続材１５０が緩和させて不良を克服することができる。したがって、電子素子１３０と第１基板１１０とのクラックを防止できるようになり、不良を防止できるようになる。

また、第１基板１１０と第２基板１２０とを基板接続材１４０で接続することにより、基板全体を加熱する場合に第１基板１１０と第２基板１２０との間に発生し得る熱膨張率の差により発生する応力を基板接続材１４０が緩和させて不良を克服することができる。したがって、第１基板１１０と第２基板１２０とのクラックを防止できるので不良を防止できるようになる。

このとき、基板接続材１４０は、電気伝導性接着剤で具現され、加熱冷却時に基板の伸縮が発生しても基板接続材１４０には伸縮応力が大きくかからないため、基板接続材１４０のクラックや剥離により発生する不良を抑制することができる。

また、低熱膨張率を有する基板から多層印刷回路基板を形成するためには、高い材料費が要求されるので、第１基板１１０を低熱膨張率のもので形成し、両面に接続される第２基板１２０を高熱膨張率の基板で形成することにより、全体多層プリント配線板の材料費を低減すると共に信頼性向上も図ることができる。

［製造例１］低熱膨張係数プリント配線板の外側に接続する熱膨張係数の大きい第２基板の作製
厚さ１２μｍの電解銅箔を両面に張った厚さ０．２ｍｍのノンハロゲンタイプエポキシ系両面銅張積層板（商品名；Ｒ−１５１５Ｔ、ＣＴＥα１；１２ｐｐｍ／℃、松下電工＜株＞製）の表層銅箔をエッチングして厚さ１．２μｍとした後に、機械式ドリルにて穴径１５０μｍの貫通穴を形成し、デスミア処理後に無電解銅メッキ０．９μｍ、電解銅メッキを２０μｍ付着して、サブトラクティブ法を用いてライン／スペース＝４０／４０μｍの回路を形成した。これに黒色酸化銅処理を施し、この両面に厚さ４０μｍのノンハロゲンタイプエポキシ樹脂系プリプレグ（商品名；ＧＥＡ−６７９ＦＧＲ、日立化成工業＜株＞製）を各１枚置き、その両外側に厚さ１２μｍの電解銅箔を配置し、２００℃、２５ｋｇｆ／ｃｍ^２、２ｍｍＨｇの真空下で、９０分間積層成形して４層両面銅張積層板を作製した。この銅張積層板の銅箔表層を１．２μｍまでエッチングしてから、ＵＶ−ＹＡＧレーザーにて穴径５０μｍのブラインドビア穴を両面に形成し、デスミア処理後に穴内を銅メッキで充填し、表面に回路を作製した。これを繰り返して６層のプリント配線板とした。接続用ランドは４２５μｍピッチで、径は１５０μｍで形成した。この銅張積層板の表面に厚さ１５μｍで一般のＵＶ熱硬化型ソルダーレジスト（商品名；ＰＳＲ４０００ＡＵＳ３０８、太陽インキ製造＜株＞製）を形成し、ニッケルメッキ５μｍ、金メッキ０．２μｍを施し、多層プリント配線板Ａとした。ランドは径１００μｍで開口した。この多層プリント配線板Ａで１０×１０ｍｍの大きさのフリップチップを収納搭載接続する箇所を１２×１２ｍｍでルーターにて開口した。この多層プリント配線板Ａの縦横方向の熱膨張係数は２０．４ｐｐｍ／℃、２２．０ｐｐｍ／℃であった。

［製造例２］銅インバーを使用した低熱膨張の第１基板の作製
厚さ０．４ｍｍの銅インバー板（Ｃｕ厚さ／Ｉｎｖａｒ厚さ／Ｃｕ厚さ＝２μｍ／３９６μｍ／２μｍ）にＵＶ―ＹＡＧレーザーにて穴径２００μｍの貫通穴をあけ、銅インバー板の全表面にスパッタリングにて厚さ７２２オングストロームの銅層を付着した。形成された穴内部を樹脂組成物（商品名；ＦＰ−Ｒ２００、＜株＞アサヒ化学研究所製、Ｔｇ；１７９℃）をスクリーン印刷にて穴の部分だけに樹脂組成物を充填し、はみ出した樹脂組成物は拭き取って除去後に、１４０℃で５０分、１５５℃で１時間硬化してから、この両面に厚さ１０μｍのＢステージ熱硬化性樹脂組成物付き銅箔（商品名；ＣＲＳ−５０１、銅箔厚さ１２μｍ、三菱ガス化学＜株＞製）を配置し、１９０℃、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２ｍｍＨｇの真空下で９０分間積層成形してからこの銅インバー板の表層銅箔を１μｍまでエッチングした。樹脂組成物が充填された貫通穴の中央を炭酸ガスレーザーにて穴径１００μｍの電気導通貫通穴をあけ、無電解銅メッキ１．２μｍ、電解銅メッキ１５μｍを付着し、表面に回路、接続用ランドを作製した。熱硬化型液状ソルダーレジストを用いて穴内を含む全層の表層を１０〜１５μｍの厚さで被覆し、１５０℃で１時間硬化後に、ＵＶ−ＹＡＧレーザーにて１００μｍのランドを開口し、プラズマ処理を行なってから、ニッケルメッキ、金メッキを施して低熱膨張プリント配線板Ｂとした。このプリント配線板Ｂの電子素子を搭載接続する範囲の熱膨張係数は縦横方向両方とも２．４ｐｐｍ／℃であった。

［製造例３］液晶ポリエステル樹脂組成物を使用した低熱膨張の第１基板の作製
厚さ５０μｍの液晶ポリエステル樹脂組成物シート（商品名；ＦＡフィルム、熱膨張係数；−１１ｐｐｍ／℃、融点２８０℃、＜株＞クラレ製）を８枚使用して、この両面に厚さ１２μｍの電解銅箔を置き、２９０℃、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２ｍｍＨｇの真空下で２０分間積層成形して厚さ０．４ｍｍの銅張板を作製した。この銅張積層板の両面の銅箔を１．２μｍまでエッチングし、機械式ドリルで穴径１５０μｍの貫通穴を形成し、プラズマでのデスミア処理を行い、製造例１と同様に無電解銅メッキ、電解銅メッキを施してから、表面に回路、接続用ランドを形成した。更に実施例１と同じく、液状熱硬化型ソルダーレジストを全層に薄く形成し、ランドの開口部位にプラズマ処理を行なってからニッケルメッキ、金メッキを施して低熱膨張プリント配線板Ｃとした。このプリント配線板Ｃのフリップチップを搭載接続する範囲の熱膨張率は縦横方向同じで−１．６ｐｐｍ／℃であった。

［実施例１］
Ｔｇ（ＤＭＡ測定）が２３２℃の銀ペースト（比抵抗；５．１×１０^−５Ω・ｃｍ）を用いて低熱膨張プリント配線板Ｂの両面に熱膨張係数が比較的大きいプリント配線板Ａを接着し、５ｍｍＨｇの真空下に、１５０℃で１時間、１８０℃で１時間硬化した。これらの多層プリント配線板を用い、両面のくり抜いたキャビティに収納される電子素子を低熱膨張プリント配線板上に搭載接続した。電子素子には接続用バンプを最初に接着しておいた。このバンプも鉛フリーハンダ（Ｓｎ−８．０Ｚｎ−３．０Ｂｉ、溶融温度１９０〜１９７℃）で、リフロー工程で最高温度２２０℃にて接着して、半導体プラスチックパッケージとした。

この電子素子を搭載接続した多層プリント配線板を用い、−４５℃／３０ｍｉｎ．〜１２５℃／３０ｍｉｎ．の温度サイクル試験を１０００サイクル行なった。評価結果を表１に示す。

［実施例２］
低熱膨張プリント配線板をＣとしたことを除いては、実施例１と同じ方法で施した。評価結果を表１に示す。

［製造例４］低熱膨張係数プリント配線板の外側に接続する熱膨張係数の大きい第２基板の作製
２，２−ビス（４−シアナトフェニル）プロパンモノマー５５０重量部を１６０℃に溶解させ、攪拌しながら４．５時間反応させ、モノマーとプレポリマーの混合物を得た。これをメチルエチルケトンに溶解し、さらにこれにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名：エピコート１００１、ジャパンエポキシレジン＜株＞製）１００重量部、フェノールノボラック型エポキシ樹脂（商品名：ＤＥＮ−４３１、ダウケミカル＜株＞製）１５０重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（商品名：ＥＳＣＮ−２２０Ｆ、住友化学工業＜株＞製）２００重量部を配合し、硬化触媒としてオクチル酸亜鉛を０．２部メチルエチルケトンに溶解して加え、攪拌、混合してワニスＤとした。

また、ワニスＤに無機充填剤球状シリカ（平均粒子径；０．９μｍ）１０００重量部、エポキシシランカップリング剤１０重量部を加えてよく攪拌分散してワニスＥとした。

一方、厚さ２００μｍのアラミド繊維（ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ）織布にワニスＥを含浸、乾燥して、ゲル化時間（温度：１７０℃）１１１秒、樹脂組成物含有量５５重量％のプリプレグＦを作製した。また、厚さ４０μｍのＥガラス繊維織布にワニスＥを含浸、乾燥して、ゲル化時間１１３秒、樹脂組成物含有量６７重量％のプリプレグＧを作製した。プリプレグＦを１枚使用し、その両外側に厚さ１２μｍの電解銅箔を置いて、１９０℃、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２ｍｍＨｇの真空下で９０分間積層成形して厚さ０．２ｍｍの両面銅張積層板Ｈを作製した。この両面銅張積層板Ｈの両面の銅箔を１．２μｍの厚さまでエッチングしてから、炭酸ガスレーザーにて穴径１５０μｍの貫通穴を形成した。以後デスミア処理後に無電解銅メッキ０．９μｍ、電解銅メッキ２０μｍを付着してから、サブトラクティブ法にて銅張積層板の表面にライン／スペース＝４０／４０μｍの回路を形成した。銅箔にＣＺ処理を施した後、この両外側にプリプレグＧを各１枚置き、その外側に厚さ１２μｍの電解銅箔を配置し、同様に積層成形して４層両面銅張積層板を作製した。銅張積層板表面の銅箔を１．２μｍの厚さまでエッチング後に、この表面にＵＶ−ＹＡＧレーザーを照射して穴径５０μｍのブラインドビア穴を作製し、デスミア処理後に穴内を銅メッキで充填した。その後、銅張積層板表面に回路を形成し、ＣＺ処理、積層、回路形成を繰り返して６層のプリント配線板Ｉを作製した。接続用ランドは４２５μｍピッチで、径は１５０μｍで形成した。製造例１と同様にこの最外層にソルダーレジストを全体プリント配線板に形成し、製造例１と同様に径１００μｍでランドを開口し、現像処理を行い、ニッケルメッキ、金メッキを施して比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板Ｊとした。このプリント配線板Ｊの縦横の熱膨張率は１１．３ｐｐｍ／℃、１２．０ｐｐｍ／℃であった。

［製造例５］アラミド繊維織布を使用した低熱膨張の第１基板の作製
アラミド繊維織布を補強基材として用いたプリプレグＦを２枚使用し、このプリプレグ両面に厚さ１２μｍの電解銅箔を配置し、１９０℃、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２ｍｍＨｇの真空下で９０分間積層成形して厚さ０．４ｍｍの両面銅張積層板Ｋを作製した。この両面銅張積層板Ｋを使用し、この両面銅張積層板の表層の銅箔を厚さ１．２μｍの厚さまでエッチングして除去した後、穴径１５０μｍの穴を炭酸ガスレーザーにてあけ、デスミア処理を行った。以後無電解銅メッキ１μｍ、電解銅メッキ１５μｍを付着し、表面に回路、接続用ランドを作製し、前記製造例１と同様にソルダーレジストを形成し、開口して、プラズマでデスミア処理を行った後、ニッケルメッキ、金メッキを施して低熱膨張プリント配線板Ｌとした。このプリント配線板Ｌの電子素子を搭載接続する範囲の縦横方向の熱膨張係数は、６．０ｐｐｍ／℃、５．８ｐｐｍ／℃であった。

［製造例６］Ｔ−ガラス繊維織布を使用した低熱膨張の第１基板の作製
ワニスＥにシリカを５００重量部添加し、よく攪拌混合してワニスＭとした。このワニスＭを厚さ１００μｍのＴ−ガラス繊維またはＳ−ガラス繊維に含浸、乾燥して、ゲル化時間１０１秒（温度：１７０℃）、樹脂組成物５３重量％のプリプレグＮを作製した。このプリプレグＮを４枚用い、この両面に厚さ１２μｍの電解銅箔を置き、１９０℃、４０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２ｍｍＨｇの真空下で９０分積層成形して厚さ０．４ｍｍの銅張積層板を作製した。この表面の銅箔を１．２μｍの厚さまでエッチングし、機械式ドリルで穴径１５０μｍの貫通穴をあけ、デスミア処理後に前記製造例１と同様に銅メッキを行ない、表面に回路、接続用ランドを形成した。また、前記製造例１と同様にソルダーレジスト形成し、開口して、デスミア処理を行った後、ニッケルメッキ、金メッキを施して低熱膨張プリント配線板Ｏとした。このプリント配線板Ｏの電子素子を搭載接続する範囲の縦横方向の熱膨張係数は６．９ｐｐｍ／℃、７．３ｐｐｍ／℃であった。

［製造例７］カーボン繊維織布を使用した低熱膨張の第１基板の作製
厚さ２００μｍのカーボン繊維織布を用い、ワニスＥを含浸、乾燥して、ゲル化時間１０２秒（温度：１７０℃）、樹脂組成物５５重量％のプリプレグＰを作製した。このプリプレグＰを２枚用い、このプリプレグ両面に厚さ１２μｍの電解銅箔を置き、１９０℃、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２ｍｍＨｇの真空下で９０分積層成形して厚さ０．４ｍｍの銅張積層板を作製した。この両面銅張積層板の銅箔を５μｍの厚さまでエッチングしてから、ダイヤモンドドリルにて穴径２００μｍの貫通穴を形成し、穴内部に製造例１で用いた樹脂組成物を充填して硬化させ、はみ出した樹脂組成物を補強基材が伸びないように注意して平坦に研磨し、銅層の厚さを１．５〜２．３μｍとした。以後、樹脂組成物の中央に穴径１００μｍの貫通穴を炭酸ガスレーザーであけ、デスミア処理を行った。以後に、無電解銅メッキを０．９μｍ、電解銅メッキを１５μｍ付着させてから、表面に回路、接続用ランドを形成した。製造例１と同様にソルダーレジストを付着させ、開口し、デスミア処理を行い、ニッケルメッキ、金メッキを同様に施して低熱膨張プリント配線板Ｑとした。このプリント配線板Ｑの電子素子を搭載接続する範囲の熱膨張係数は４．８ｐｐｍ／℃、４．９ｐｐｍ／℃であった。

［実施例３］
製造例５で作製された低熱膨張プリント配線板と［製造例４］で作製された比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板との接着用として鉛フリーハンダ（Ｓｎ−３．５Ａｇ、溶解温度；２２１〜２２３℃）を用い、低熱膨張プリント配線板の両面に比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板をリフロー工程で最高温度２６０℃で接着した。電子素子を搭載接続する場合には、実施例１、２と同じ鉛フリーハンダで接続し、信頼性試験も同様に行った。電子素子の接続は、この方法に限定されるものではなく、様々な接着方法で接続することができる。評価結果を表１に示す。

［実施例４］
製造例６で作製された低熱膨張プリント配線板と［製造例４］で作製された比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板との接着用として鉛フリーハンダ（Ｓｎ−３．５Ａｇ、溶解温度；２２１〜２２３℃）を用い、低熱膨張プリント配線板の両面に比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板をリフロー工程で最高温度２６０℃で接着した。電子素子を搭載接続する場合には、実施例１、２と同じ鉛フリーハンダで接続し、信頼性試験も同様に行った。評価結果を表１に示す。

［実施例５］
製造例７で作製された低熱膨張プリント配線板と［製造例４］で作製された比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板との接着用として鉛フリーハンダ（Ｓｎ−３．５Ａｇ、溶解温度；２２１〜２２３℃）を用い、低熱膨張プリント配線板の両面に比較的熱膨張係数の大きいプリント配線板をリフロー工程で最高温度２６０℃で接着した。電子素子を搭載接続する場合には、実施例１、２と同じ鉛フリーハンダで接続し、信頼性試験も同様に行った。評価結果を表１に示す。

［実施例６］
製造例１で作製した高熱膨張プリント配線板Ａを片面だけソルダーレジストを開口して多層プリント配線板を作製し、電子素子を片面だけ搭載接続して信頼性試験を同様に行った。評価結果を表１に示す。

［実施例７］
製造例４で作製した高熱膨張プリント配線板Ｊを片面だけソルダーレジストを開口して多層プリント配線板を作製し、電子素子を片面だけ搭載接続して信頼性試験を同様に行った。評価結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１、２で使用した高熱膨張の多層プリント配線板Ａの両面に直接電子素子を搭載接続して基板Ｒとした。評価結果を表２に示す。

［比較例２］
実施例３〜５で使用した高熱膨張の多層プリント配線板Ｊの両面に直接電子素子を搭載接続して基板Ｓとした。評価結果を表２に示す。

［比較例３］
実施例１〜２で使用した高熱膨張の多層プリント配線板Ａの片面に直接電子素子を搭載接続して基板Ｔとした。評価結果を表２に示す。

［比較例４］
実施例３〜５で使用した高熱膨張の多層プリント配線板Ｊの片面に直接電子素子を搭載接続して基板Ｕとした。評価結果を表２に示す。

［比較例５］
製造例２から得られた両面銅張積層板の両面の銅箔を厚さ１．２μｍまでエッチングしてから、機械式ドリルにて穴径１５０μｍの貫通穴をあけ、プラズマでのデスミア処理を行った。以後に、無電解銅メッキ１μｍ、電解銅メッキ１５μｍを施し、表面に回路形成、黒色酸化銅処理を行なってから、この銅張積層板の両面に、厚さ４０μｍのプリプレグＧＥＡ−６７９ＦＧＲを各１枚配置し、その外側に厚さ１２μｍの電解銅箔を置き、製造例１と同様に積層成形して４層両面銅張積層板を作製した。この銅張積層板の表層の銅箔を１．２μｍまでエッチングしてからＵＶ−ＹＡＧレーザーにて穴径５０μｍのブラインドビア穴を形成し、デスミア処理後に穴内を銅メッキで充填した。この銅張積層板の表面に回路を形成し、前記と同様に黒色酸化銅処理を施し、前記と同様にして加工を繰り返して１４層プリント配線板Ｖを作製した。これは電子素子を搭載接続する箇所は凹としないように、そのまま両表層に搭載接続した。評価結果を表２に示す。

［測定方法］
（１）電子素子の多層プリント配線板上のはみ出し高さ
プリント配線板に接続材で搭載接続した電子素子が周囲の多層プリント配線板より上にはみ出した高さを片面で測定した。両面から測定すると、約２倍の高さとなる。薄いプリント配線板とするには、このはみ出し分だけ電子機器の厚さを薄くできない。

（２）反り・捻れの測定
サイズ１０×１０ｍｍ、厚さ４００μｍの電子素子をプリント配線板の両面に２個ずつ左右、中央に接続した４０×１００ｍｍのモジュールを各１００個用い、この反り・捻れをレーザー測定装置で測定した。最初に測定されたプリント配線板の反り・捻れは５０±１０μｍのものを使用し、電子素子を搭載接続した後の反り・捻れの最大値をレーザー測定装置で測定した。

（３）クラックまたは剥離不良の測定
サイズ１０×１０ｍｍ、厚さ４００μｍの電子素子をプリント配線板の両面に２個ずつ左右、中央に接続した４０×１００ｍｍのモジュールを各１００個用い、−４５℃で、３０分維持し、温度を上昇させて１２５℃で３０分間維持する熱衝撃温度サイクル試験を１０００サイクル行ってから、電気チェックで接続の良否を確認した。抵抗変化率が±１０％を超えるものを不良とした。また、電子素子のクロスセクションによるハンダ、電気伝導性接着剤のクラックあるいは剥離を確認した。
（４）耐マイグレーション性
各実施例において、低熱膨張プリント配線板の貫通穴間の間隔を２００μｍで作製し、これを１００個つなぎ、８５℃／８５％ＲＨ／３０ＶＤＣを印加して絶縁抵抗値を測定した。

表１に示された結果のように、実施例１〜５は電子素子を基板の両面に搭載接続し、鉛フリーハンダで電子素子と低熱膨張基板とを接続した。これにより、本実施例の配線板は比較例に比べて、反りや捩れの数値が小さく、クラックまたは剥離が発生しなかった。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。

本発明の一実施形態による多層印刷回路基板の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の他の実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の他の実施形態による第１基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施形態による第２基板を示す断面図である。 本発明の一実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す断面図である。 本発明の一実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す斜視図である。 本発明の他の実施形態による半導体プラスチックパッケージを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による半導体プラスチックパッケージを簡略に示す断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００ 半導体プラスチックパッケージ
１１０、１１０’ 第１基板
１１１ コア基板
１１２ 樹脂組成物
１１３ 銅箔
１１４ 絶縁層
１１５ 貫通穴
１１６ 銅導体
１１７ 回路
１１８ ランド
１１９ 電気導通貫通穴
１２０ 第２基板
１３０ 電子素子
１４０ 基板接続材
１５０ 電子素子接続材
１６０ キャビティ
１６０’ 開口部

Claims (28)

1. 第１基板を形成するステップと、
   キャビティが形成された第２基板を形成するステップと、
   前記第１基板に電気的に接続されるように前記第１基板の両面に前記第２基板が各々接着されるステップと、
   前記キャビティに電子素子を内蔵し、フリップチップ方式で前記第１基板に接続するステップと、を含み、
   前記キャビティは、前記第２基板が互いに離隔するように形成され、
   前記第１基板は、前記第２基板より低熱膨張基板で形成され、
   前記第１基板を形成するステップは、
   コア基板を形成するステップと、
   前記コア基板をくり抜いて選択的に貫通穴を形成するステップと、
   前記貫通穴に樹脂組成物を満たすステップと、
   前記コア基板の両面に絶縁層付き銅箔を接着するステップと、
   前記樹脂組成物をくり抜いて選択的に電気導通貫通穴を形成するステップと、
   前記コア基板に回路を形成するステップと、
   前記コア基板をメッキするステップと、
   を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
2. 前記第１基板を形成するステップにおいて、前記第１基板の熱膨張率が、−１５〜９ｐｐｍ／℃の範囲で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージの製造方法。
3. 前記第２基板を形成するステップにおいて、前記第２基板の熱膨張率が、１０〜２５ｐｐｍ／℃の範囲で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体パッケージの製造方法。
4. 前記コア基板は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ラジカル硬化樹脂からなる群より選ばれるいずれか一つからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージの製造方法。
5. 前記コア基板は、無機繊維、有機繊維、及び金属材料からなる群より選ばれるいずれか一つからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージの製造方法。
6. 前記無機繊維は、グラス繊維またはセラミック繊維のいずれか一つからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージの製造方法。
7. 前記有機繊維は、ポリオキシベンザゾール繊維、全芳香族ポリアラミド繊維、液晶ポリエステル繊維、カーボン繊維からなる群より選ばれるいずれか一つからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージの製造方法。
8. 前記有機繊維は、全芳香族ポリアラミド不織布または織布補強基材のいずれか一つからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージの製造方法。
9. 前記金属材料は、インバーまたは銅インバーのいずれか一つからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージの製造方法。
10. 前記接着ステップは、前記第１基板と前記第２基板との間に基板接続材が介在されるステップを含むことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
11. 前記接続ステップは、前記それぞれの電子素子と前記第１基板との間に電子素子接続材が介在されることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
12. 前記基板接続材及び前記電子素材接続材は、バンプまたは電気伝導性接着剤のいずれか一つからなることを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体パッケージの製造方法。
13. 前記電気伝導性接着剤は、銀ペーストまたは銅ペーストのいずれか一つからなることを特徴とする請求項１２に記載の半導体パッケージの製造方法。
14. 前記電子素子の厚さは、前記第２基板の厚さより薄いかまたは同一であることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
15. 第１基板と、
    前記第１基板の両面に各々接着されて前記第１基板と電気的に接続され、キャビティが形成された第２基板と、
    前記キャビティに各々内蔵され、フリップチップ方式で前記第１基板に接続される電子素子と、を含み、
    前記キャビティは、前記第２基板が互いに離隔するように形成され、
    前記第１基板は、前記第２基板より低熱膨張基板で形成され、
    前記第１基板は、
    選択的にくり抜かれた貫通穴に樹脂組成物が満たされたコア基板と、
    前記コア基板の両面に接着される、絶縁層が接着された銅箔と、
    前記樹脂組成物が選択的にくり抜かれて形成された電気導通貫通穴と、
    前記コア基板の表面に形成された回路と、
    を含むことを特徴とする半導体プラスチックパッケージ。
16. 前記第１基板の熱膨張率が、−１５〜９ｐｐｍ／℃の範囲であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体プラスチックパッケージ。
17. 前記第２基板の熱膨張率が、１０〜２５ｐｐｍ／℃の範囲であることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の半導体プラスチックパッケージ。
18. 前記コア基板の樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化樹脂、及びラジカル硬化樹脂からなる群より選ばれるいずれか一つであることを特徴とする請求項１５に記載の半導体プラスチックパッケージ。
19. 前記コア基板の材質は、無機繊維、有機繊維、及び金属材料からなる群より選ばれるいずれか一つであることを特徴とする請求項１５に記載の半導体プラスチックパッケージ。
20. 前記無機繊維は、グラス繊維またはセラミック繊維のいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体プラスチックパッケージ。
21. 前記有機繊維は、ポリオキシベンザゾール繊維、全芳香族ポリアラミド繊維、液晶ポリエステル繊維、カーボン繊維からなる群より選ばれるいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体プラスチックパッケージ。
22. 前記有機繊維は、全芳香族ポリアラミド不織布または織布補強基材のいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体プラスチックパッケージ。
23. 前記金属材料は、インバーまたは銅インバーのいずれか一つからなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体プラスチックパッケージ。
24. 前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続させる基板接続材をさらに含むことを特徴とする請求項１５から請求項２３までのいずれか１項に記載の半導体プラスチックパッケージ。
25. 前記第１基板と前記電子素子との間に介在され、前記第１基板と前記電子素子とを電気的に接続させる電子素子接続材をさらに含むことを特徴とする請求項１５から請求項２４までのいずれか１項に記載の半導体プラスチックパッケージ。
26. 前記基板接続材及び前記電子素子接続材は、バンプまたは電気伝導性接着剤のいずれか一つからなることを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の半導体プラスチックパッケージ。
27. 前記電気伝導性接着剤は、銀ペーストまたは銅ペーストのいずれか一つからなることを特徴とする請求項２６に記載の半導体プラスチックパッケージ。
28. 前記電子素子の厚さが、前記第２基板の厚さより薄いかまたは同一であることを特徴とする請求項１５から請求項２７までのいずれか１項に記載の半導体プラスチックパッケージ。

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