JP6281184B2 - 金属張積層板、プリント配線基板、半導体パッケージ、および半導体装置 - Google Patents
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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。
熱硬化性樹脂と、充填材と、繊維基材と、を含む絶縁層の両面に金属箔を有する金属張積層板であって、
前記熱硬化性樹脂は、ビスマレイミド化合物を含み、
エッチングにより当該金属張積層板両面の前記金属箔を除去後、
熱機械分析装置を用いて、
(1)25℃から300℃までの昇温工程と、
(2)300℃から25℃までの降温工程と、
を含む熱機械分析測定をおこない、
前記絶縁層の面方向における、
前記昇温工程の25℃からTgの範囲において算出した線膨張係数をα1とし、
前記昇温工程のTgから300℃の範囲において算出した線膨張係数をα2とし、
前記降温工程の300℃から25℃の範囲において算出した線膨張係数をα3としたとき、
α3>α1>α2の条件を満たした上で、
前記α 1 が、−12ppm/℃以上12ppm/℃以下であり、
前記α 2 が、−15ppm/℃以上8ppm/℃以下であり、
前記α 3 が、−10ppm/℃以上15ppm/℃以下であり、
前記Tgが200℃以上220℃以下である、金属張積層板が提供される。
(ここで、前記Tgは前記絶縁層の動的粘弾性測定(昇温速度5℃/min、周波数1Hz)によるガラス転移温度を表す。)
また、本発明によれば、
熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、充填材と、繊維基材と、を含む絶縁層の両面に金属箔を有する金属張積層板であって、
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂及びシアネート樹脂であり、
エッチングにより当該金属張積層板両面の前記金属箔を除去後、
熱機械分析装置を用いて、
(1)25℃から300℃までの昇温工程と、
(2)300℃から25℃までの降温工程と、
を含む熱機械分析測定をおこない、
前記絶縁層の面方向における、
前記昇温工程の25℃からT g の範囲において算出した線膨張係数をα 1 とし、
前記昇温工程のT g から300℃の範囲において算出した線膨張係数をα 2 とし、
前記降温工程の300℃から25℃の範囲において算出した線膨張係数をα 3 としたとき、
α 3 >α 1 >α 2 の条件を満たした上で、
前記α 1 が、−12ppm/℃以上10ppm/℃以下であり、
前記α 2 が、−15ppm/℃以上8ppm/℃以下であり、
前記α 3 が、−10ppm/℃以上15ppm/℃以下であり、
前記T g が200℃以上260℃以下である、金属張積層板が提供される。
(ここで、前記T g は前記絶縁層の動的粘弾性測定(昇温速度5℃/min、周波数1Hz)によるガラス転移温度を表す。)
はじめに、本実施形態における金属張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金属張積層板100の構成を示す断面図である。
金属張積層板100は、熱硬化性樹脂と、充填材と、繊維基材と、を含む絶縁層101を有し、絶縁層101の両面に金属箔103を備えている。
そして、金属張積層板100は、エッチングにより両面の金属箔103を除去後、熱機械分析装置を用いて、(1)25℃から300℃までの昇温工程と、(2)300℃から25℃までの降温工程とを含む熱機械分析測定をおこなったときに、下記条件で算出される絶縁層101の面方向における線膨張係数α1、α2およびα3が、α3>α1>α2の条件を満たしている。
α1は(1)昇温工程の25℃からTgの範囲において算出した線膨張係数であり、α2は(1)昇温工程のTgから300℃の範囲において算出した線膨張係数であり、α3は(2)降温工程の300℃から25℃の範囲において算出した線膨張係数である。
ここで、Tgは絶縁層101の動的粘弾性測定(昇温速度5℃/min、周波数1Hz)によるガラス転移温度を表す。なお、本実施形態の線膨張係数は、上記各温度範囲での平均値を示す。
よって、上記条件を満たす本実施形態の金属張積層板100は、リフローなどの加熱処理後の金属張積層板100の反りを低減することができる。さらに、その結果として、金属張積層板100を含む半導体パッケージ200や半導体装置300の反りも低減することができる。
縦方向105および横方向107における変形率C1の差の絶対値が上記範囲を満たした金属張積層板100は、リフローなどの加熱処理をしたときの応力緩和の異方性が小さいため、実装時の金属張積層板100の反りをより一層低減できる。
なお、縦方向105は積層板100の搬送方向(いわゆるMD)を指し、横方向107は、積層板の搬送方向と直交方向(いわゆるTD)を指す。
縦方向105および横方向107における変形率C2の差の絶対値が上記範囲を満たした金属張積層板100は、リフローなどの加熱処理をしたときの応力緩和の異方性が小さいため、実装時の金属張積層板100の反りをより一層低減できる。
金属張積層板100は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでのガラス転移温度が上記範囲を満たすと、金属張積層板100の剛性が高まり、実装時の金属張積層板100の反りをより一層低減できる。
金属張積層板100は、150℃での貯蔵弾性率E'が上記範囲を満たすと、金属張積層板100の剛性が高まり、実装時の金属張積層板100の反りをより一層低減できる。
絶縁層101の線膨張係数が上記範囲内であると、配線パターンを形成したプリント配線基板、半導体素子を搭載した半導体パッケージ200の反り抑制や温度サイクル信頼性の向上がより一層効果的に得られる。さらに半導体パッケージ200を二次実装した半導体装置300のマザーボードとの温度サイクル信頼性の向上がより一層効果的に得られる。
つづいて、本実施形態における金属張積層板100の製造方法について説明する。金属張積層板100は、例えば、熱硬化性樹脂、充填材および繊維基材を含む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金属張積層板100の製造に適しており好ましい。
本実施形態において、樹脂組成物を繊維基材に含浸させる方法としては、繊維基材にかかる張力を低圧に調節できればとくに限定されないが、例えば、(1)支持基材付き絶縁樹脂層を繊維基材にラミネートする方法、(2)樹脂組成物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、などが挙げられる。
(1)支持基材付き絶縁樹脂層をラミネートする方法を用いたプリプレグの製造方法は、(A)熱硬化性樹脂と充填材を含む絶縁樹脂層15a、15bが支持基材13の片面に形成された第一キャリア材料5aおよび第二キャリア材料5bをそれぞれ準備する工程と、(B)キャリア材料5a、5bの絶縁樹脂層側を、繊維基材11の両面にそれぞれ重ね合わせ、減圧条件下でこれらをラミネートする工程とを含んでいる。
上記(A)工程においては、熱硬化性樹脂と充填材を含む絶縁樹脂層15a、15bが支持基材13の片面に形成された第一キャリア材料5aおよび第二キャリア材料5bをそれぞれ製造し、準備する。キャリア材料5a、5bは、支持基材13の片面側に、絶縁樹脂層15a、15bが薄層状に形成されたものである。絶縁樹脂層15a、15bは、支持基材13の片面側に所定厚みで形成することができる。
これらの中でも、各種コーター装置を用いて、樹脂組成物を支持基材13に塗工する方法が好ましい。これにより、簡易な装置で厚み精度に優れた絶縁樹脂層15a、15bを形成することができる。
また、熱硬化性樹脂の硬化反応を途中まで進め、後述する(B)工程または(C)工程における絶縁樹脂層15a、15bの流動性を調整することもできる。
上記加温下で乾燥させる方法としては、とくに限定されないが、熱風乾燥装置、赤外線加熱装置などを用いて連続的に処理する方法を好ましく適用することができる。
なお、この絶縁樹脂層15a、15bは、同じ熱硬化性樹脂を用いて一回又は複数回数の塗工で形成されてもよいし、異なる熱硬化性樹脂を用いて複数回数の塗工で形成されたものであってもよい。
これらの中でも、熱可塑性樹脂フィルムを形成する熱可塑性樹脂としては、耐熱性に優れ、安価であることから、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
また、金属箔を形成する金属としては、導電性に優れ、エッチングによる回路形成が容易であり、また安価であることから銅または銅合金が好ましい。
熱可塑性樹脂フィルムの厚みが上記下限値以上であると、キャリア材料5a、5bを製造する際に機械的強度を充分確保することができる。また、厚みが上記上限値以下であると、キャリア材料5a、5bの生産性を向上させることができる。
この金属箔の厚みとしては、例えば1μm以上70μm以下であるものを用いることができる。これにより、キャリア材料5a、5bを製造する際の作業性を良好なものとすることができる。
金属箔の厚みが上記下限値以上であると、キャリア材料5a、5bを製造する際に機械的強度を充分確保することができる。また、厚みが上記上限値以下であると、キャリア材料5a、5bの生産性を向上させることができる。
このとき、絶縁樹脂層15a、15bが形成される側の支持基材表面の凹凸としては、とくに限定されないが、例えばRa:0.1μm以上1.5μm以下であるものを用いることができる。
また、この金属箔103の厚みとしては、例えば1μm以上35μm以下であるものを好適に用いることができる。この金属箔103の厚みが上記下限値以上であると、キャリア材料5a、5bを製造する際に機械的強度を充分確保することができる。また、厚みが上記上限値以下であると、微細な回路がより加工形成し易くなることがある。
この金属箔103は、プリプレグを製造するのに用いるキャリア材料5a、5bのうちの少なくとも一方の支持基材13に用いて、プリプレグを製造することができる。
なお、この用途で用いる金属箔103としては、1つの層から形成される金属箔103を用いることもできるし、金属箔103どうしが剥離可能な2つ以上の層から構成される金属箔103を用いることもできる。例えば、絶縁層に密着させる側の第1の金属箔103と、絶縁層に密着させる側と反対側に第1の金属箔103を支持できるような第2の金属箔103とを、剥離可能に接合した2層構造の金属箔を用いることができる。
上記(B)工程においては、絶縁樹脂層が支持基材の片面に形成されたキャリア材料5a、5bの絶縁樹脂層側を、繊維基材11の両面にそれぞれ重ね合わせ、減圧条件下でこれらをラミネートする。図2は、キャリア材料5a、5bと繊維基材11を重ね合わせる際の一例を示したものである。
ここで、減圧下で接合することにより、キャリア材料5a、5bの絶縁樹脂層と繊維基材11とを接合する際に、繊維基材11の内部、あるいは、キャリア材料5a、5bの絶縁樹脂層と繊維基材11との接合部位に非充填部分が存在しても、これを減圧ボイドあるいは実質的な真空ボイドとすることができる。この減圧条件としては、7000Pa以下で実施することが好ましい。さらに好ましくは3000Pa以下である。これにより、上記効果を高く発現させることができる。
このような減圧下で繊維基材11とキャリア材料5a、5bとを接合する他の装置としては、例えば真空ボックス装置、真空ベクレル装置などを用いることができる。
ここで加温する方法としてはとくに限定されないが、例えば、接合する際に所定温度に加熱したラミネートロールを用いる方法などを好適に用いることができる。
ここで加温する温度(以下、「ラミネート温度」ともいう)としては、絶縁樹脂層を形成する樹脂の種類や配合により異なるためとくに限定されないが、絶縁樹脂層を形成する樹脂の軟化点+10℃以上の温度であることが好ましく、軟化点+30℃以上がより好ましい。これにより、繊維基材11と絶縁樹脂層とを容易に接合することができる。また、ラミネート速度を上昇させて、金属張積層板100の生産性をより向上させることができる。例えば60℃以上150℃以下で実施することができる。軟化点は、例えば、動的粘弾性試験における、G'/G"のピーク温度で規定することができる。
これらの中でも、上記接合したものに実質的に圧力を作用させることなく実施する方法が好ましい。この方法によれば、(B)工程で樹脂成分を過剰に流動させることがないので、所望とする絶縁層厚みを有し、かつ、この絶縁層厚みにおいて高い均一性を有したプリプレグを効率良く製造することができる。
また、樹脂成分の流動に伴って繊維基材11に作用する応力を最小限とすることができるので、内部歪を非常に少ないものとすることができる。さらには、樹脂成分が溶融した際に、実質的に圧力が作用していないので、この工程における打痕不良の発生を実質的になくすことができる。
図3(1)〜(3)においては、キャリア材料5a、5bとして、繊維基材11よりも幅方向寸法が大きい支持基材13を有するとともに、繊維基材11よりも幅方向寸法が大きい絶縁樹脂層15を有するものを用いている。ここで、支持基材13、絶縁樹脂層15a、15b、繊維布の各々の幅方向寸法の関係を図3(1)に示す。
この形態では、上記(B)工程において、繊維基材11の幅方向寸法の内側領域、すなわち、幅方向で繊維基材11が存在する領域においては、キャリア材料5aの絶縁樹脂層15aと繊維基材11、および、キャリア材料5bの絶縁樹脂層15bと繊維基材11とをそれぞれ接合することができる。
また、繊維基材11の幅方向寸法の外側領域、すなわち、繊維基材11が存在していない領域においては、キャリア材料5bの絶縁樹脂層15a面と、キャリア材料5bの絶縁樹脂層15b面とを直接接合することができる。この状態を図3(2)に示す。
そして、これらの接合を減圧下で実施するため、繊維基材11の内部、あるいは、キャリア材料5a、5bの絶縁樹脂層15a、15bと繊維基材11との接合面などに非充填部分が残存していても、これらを減圧ボイドあるいは実質的な真空ボイドとすることができるので、(B)工程後の(C)工程で、樹脂の溶融温度以上の温度域で加熱処理した場合、これを容易に消失させることができる。そして、(C)工程において、幅方向の周辺部から空気が侵入して新たなボイドが形成されるのを防ぐことができる。この状態を図3(3)に示す。
加熱処理する他の方法としては、とくに限定されないが、例えば赤外線加熱装置、加熱ロール装置、平板状の熱盤プレス装置、熱循環加熱装置、誘導加熱装置など所定の温度で加熱しうる従来公知の加熱装置を用いて実施することができる。これらの中でも、上記接合したものに実質的に圧力を作用させることなく実施する方法が好ましい。
熱風乾燥装置、赤外線加熱装置を用いた場合は、上記接合したものに実質的に圧力を作用させることなく実施することができる。この方法によれば、樹脂成分を過剰に流動させることがないので、所望とする絶縁層厚みを有し、かつ、この絶縁層厚みにおいて高い均一性を有したプリプレグをより一層効率良く製造することができる。
また、加熱ロール装置、平板状の熱盤プレス装置を用いた場合は、上記接合したものに所定の圧力を作用させることで実施することができる。また、樹脂成分の流動に伴って繊維基材に作用する応力を最小限とすることができるので、内部歪を非常に少ないものとすることができる。
さらには、樹脂成分が溶融した際に、実質的に圧力が作用していないので、この工程における打痕不良の発生を実質的になくすことができる。
加熱温度は、樹脂層を形成する樹脂の種類や配合により異なるためとくに限定されないが、用いる熱硬化性樹脂が溶融し、かつ、熱硬化性樹脂の硬化反応が急速に進行しないような温度域とすることが好ましい。
また、加熱処理する時間は、用いる熱硬化性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1〜10分間処理することにより実施することができる。
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。このように、必要な樹脂量のみを繊維基材11に供給することで、繊維基材11に作用する応力を最小限することができ、プリプレグ内部に発生する歪が緩和される。
なお、(2)樹脂組成物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では、使用する材料や加工条件は上述した(1)支持基材付き絶縁樹脂層をラミネートする方法を用いたプリプレグの製造方法に準じた材料や加工条件を使用することが望ましい。
得られたプリプレグから支持基材を剥離後、プリプレグの外側の上下両面または片面に金属箔103を重ね、ラミネーター装置やベクレル装置を用いて高真空条件下でこれらを接合する、あるいはそのままプリプレグの外側の上下両面または片面に金属箔103を重ねる。
つぎに、プリプレグに金属箔を重ねたものを真空プレス機で加熱、加圧するかあるいは乾燥機で加熱し、金属張積層板100を得ることができる。
金属箔103の厚みは、例えば1μm以上35μm以下である。この金属箔103の厚みが上記下限値以上であると、キャリア材料5a、5bを製造する際に機械的強度を充分確保することができる。また、厚みが上記上限値以下であると、微細な回路を加工形成し易くなることがある。
なお、支持基材として金属箔を使用した場合は、支持基材を剥離せずにそのまま金属張積層板100として使用できる。
以下、金属張積層板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、熱硬化性樹脂のガラス転移温度は、好ましくは160℃以上350℃以下であり、さらに好ましくは180℃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、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。
ノボラック型シアネート樹脂としては、例えば、下記一般式(I)で示されるものを使用することができる。
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。
充填材としては、例えばタルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラスなどのケイ酸塩、酸化チタン、アルミナ、ベーマイト、シリカ、溶融シリカなどの酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイトなどの炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウムなどの硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウムなどのホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化炭素などの窒化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなどのチタン酸塩などを挙げることができる。
このほか、必要に応じて、樹脂組成物にはカップリング剤、硬化促進剤、硬化剤、熱可塑性樹脂、有機充填材などの添加剤を適宜配合することができる。本実施形態で用いられる樹脂組成物は、上記成分を有機溶剤などにより溶解および/または分散させた液状形態で好適に用いることができる。
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。
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とくに好ましい。また、ガラス繊維基材を用いることにより、絶縁層101の熱膨張係数をさらに小さくすることができる。
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。
金属張積層板100は、図7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。
金属張積層板100に層間接続用のスルーホールを形成し、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7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8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金属張積層板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。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
熱硬化性樹脂と、充填材と、繊維基材と、を含む絶縁層の両面に金属箔を有する金属張積層板であって、
エッチングにより当該金属張積層板両面の前記金属箔を除去後、
熱機械分析装置を用いて、
(1)25℃から300℃までの昇温工程と、
(2)300℃から25℃までの降温工程と、
を含む熱機械分析測定をおこない、
前記絶縁層の面方向における、
前記昇温工程の25℃からT g の範囲において算出した線膨張係数をα 1 とし、
前記昇温工程のT g から300℃の範囲において算出した線膨張係数をα 2 とし、
前記降温工程の300℃から25℃の範囲において算出した線膨張係数をα 3 としたとき、
α 3 >α 1 >α 2 の条件を満たす、金属張積層板。
(ここで、前記T g は前記絶縁層の動的粘弾性測定(昇温速度5℃/min、周波数1Hz)によるガラス転移温度を表す。)
2.
1.に記載の金属張積層板において、
前記熱機械分析測定前の前記絶縁層の基準長をL 0 とし、
前記降温工程における25℃での前記絶縁層の前記基準長からの変形量をL 1 としたとき、
L 1 /L 0 で算出される変形率C 1 が、50ppm以上5000ppm以下である、金属張積層板。
3.
2.に記載の金属張積層板において、
当該金属張積層板の縦方向における前記変形率C 1 をC 1x とし、
前記縦方向に直行する横方向における前記変形率C 1 をC 1y としたとき、
(C 1x −C 1y )の絶対値が0ppm以上1000ppm以下である、金属張積層板。
4.
1.乃至3.いずれか一つに記載の金属張積層板において、
前記熱機械分析測定前の前記絶縁層の基準長をL 0 とし、
前記昇温工程における前記T g での前記L 0 からの変形量と、前記降温工程における前記T g での前記L 0 からの変形量との差をL 2 としたとき、
L 2 /L 0 で算出される変形率C 2 が、50ppm以上2500ppm以下である、金属張積層板。
5.
4.に記載の金属張積層板において、
当該金属張積層板の縦方向における前記変形率C 2 をC 2x とし、
前記縦方向に直行する横方向における前記変形率C 2 をC 2y としたとき、
(C 2x −C 2y )の絶対値が0ppm以上500ppm以下である、金属張積層板。
6.
1.乃至5.いずれか一つに記載の金属張積層板において、
前記T g が200℃以上350℃以下である、金属張積層板。
7.
1.乃至6.いずれか一つに記載の金属張積層板において、
前記繊維基材が、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Tガラス、NEガラス、UTガラス、Lガラスおよび石英ガラスからなる群から選ばれる少なくとも一種からなるガラス繊維基材である、金属張積層板。
8.
7.に記載の金属張積層板において、
前記ガラス繊維基材を構成する材料の引張弾性率が60GPa以上100GPa以下である金属張積層板。
9.
7.または8.に記載の金属張積層板において、
前記ガラス繊維基材の線膨張係数が、3.5ppm/℃以下である、金属張積層板。
10.
1.乃至9.いずれか一つに記載の金属張積層板において、
前記絶縁層の厚みが、0.6mm以下である、金属張積層板。
11.
1.乃至10.いずれか一つに記載の金属張積層板を回路加工してなる、プリント配線基板。
12.
11.に記載のプリント配線基板に半導体素子が搭載された、半導体パッケージ。
13.
12.に記載の半導体パッケージを含む、半導体装置。
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:ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000FH)
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)
エポキシ樹脂D:ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂(DIC社製、エピクロンHP−6000)
エポキシ樹脂E:ゴム変性エポキシ樹脂(ダイセル化学工業社製、PB−3600)
エポキシ樹脂F:ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000H)
シアネート樹脂B: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誘導体」)と塩化シアンの反応物)
アミン化合物:4,4'−ジアミノジフェニルメタン
ビスマレイミド化合物(ケイアイ化成工業社製、BMI−70)
充填材B:球状シリカ(アドマテックス社製、SO−31R、平均粒径1.0μm)
充填材C:ナノシリカ(アドマテックス社製、アドマナノ、KBM403E表面処理品、平均粒径50nm)
充填材D:ベーマイト(ナバルテック社製、AOH−30)
充填材E:シリコーン粒子(信越化学工業社製、KMP−600、平均粒径5μm)
カップリング剤B:N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、KBM−573)
硬化促進剤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)
硬化促進剤B:オクチル酸亜鉛
硬化促進剤C:2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成社製、2E4MZ)
以下の手順を用いて、本実施形態における金属張積層板を作製した。
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(固形物質量%)に示し、得られたプリプレグ1〜8が有する各層の厚みを表2に示す。なお、表2、3に記載のP1〜P8とはプリプレグ1〜プリプレグ8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社製、日東紡とは日東紡社製を意味する。
1.樹脂組成物のワニス1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質量部、アミン化合物として4,4'−ジアミノジフェニルメタン3.5質量部、ビスマレイミド化合物としてビス−(3−エチル−5−メチル−4−マレイミドフェニル)メタン(ケイアイ化成工業社製、BMI−70)20.0質量部、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として球状シリカ(アドマテックス社製、SO−25R、平均粒径0.5μm)20.0質量部、充填材Dとしてベーマイト(ナバルテック社製、AOH−30)45.0質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(モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、A−187)0.5質量部を添加して、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分65質量%となるように調整し、樹脂組成物のワニス1(樹脂ワニス1)を調製した。
樹脂ワニス1を、支持基材であるキャリア箔付き極薄銅箔(三井金属鉱業社製、マイクロシンEx、1.5μm)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30μm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、第一樹脂層用の銅箔付き樹脂シート1A(キャリア材料1A)を得た。
(プリプレグ1)
第一樹脂層用のキャリア材料1A、および第二樹脂層用のキャリア材料1Bをガラス繊維基材(厚さ91μm、ユニチカ社製Eガラス織布、E10T、IPC規格2116、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、銅箔が積層されたプリプレグ1を得た。
プリプレグ2〜4は、樹脂ワニスの種類、第一および第二樹脂層の厚み、および用いたガラス繊維基材、ラミネート速度、ガラス繊維基材にかかる張力を表1および2のように変えた以外は、プリプレグ1と同様にして製造した。
プリプレグ5は、支持基材として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、厚さ36μm)を用い、樹脂ワニスの種類、第一および第二樹脂層の厚み、および用いたガラス繊維基材、ラミネート速度、ガラス繊維基材にかかる張力を表1および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、樹脂ワニス4を、ガラス繊維基材(厚さ91μm、日東紡社製Tガラス織布、WTX−116E、IPC規格2116T、線膨張係数:2.8ppm/℃)に塗布装置で含浸させ、180℃の加熱炉で2分間乾燥して、100μmのプリプレグを製造した。なお、塗布速度、ガラス繊維基材にかかる張力を表2の条件で行った。
プリプレグ7は、樹脂ワニス4を、ガラス繊維基材(厚さ43μm、日東紡社製Tガラス織布、WTX−1078、IPC規格1078T、線膨張係数:2.8ppm/℃)に塗布装置で含浸させ、180℃の加熱炉で2分間乾燥して、50μmのプリプレグを製造した。なお、塗布速度、ガラス繊維基材にかかる張力を表2の条件で行った。
1.金属張積層板の製造
銅箔が積層されたプリプレグ1を平滑な金属板に挟み、220℃、1.5MPaで2時間加熱加圧成形することにより、金属張積層板を得た。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、0.10mm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、その両面にセミアディティブ法で微細回路パターン形成(残銅率70%、L/S=25/25μm)した内層回路基板を作成した。その両面に、銅箔付き樹脂シート(キャリア材料1A)を真空ラミネートで積層した後、熱風乾燥装置にて220℃で60分間加熱硬化をおこなった。次いで、キャリア箔を剥離後、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プリント配線基板上に、半田バンプを有する半導体素子(TEGチップ、サイズ8mm×8mm、厚み100μm)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、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。
プリプレグの種類を変えた以外は実施例1と同様に金属張積層板および半導体パッケージを製造した。
PETフィルムを剥離した2枚のプリプレグ5の両面に、極薄銅箔(三井金属鉱業社製、マイクロシンEx、1.5μm)を重ね合わせ、220℃、3.0MPaで2時間加熱加圧成形することにより、金属張積層板を得た。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、0.10mmであった。表2のキャリア材料を用いた以外は、実施例1と同様に半導体パッケージを製造した。
2枚のプリプレグ7の両面に極薄銅箔(三井金属鉱業社製、マイクロシンEx、1.5μm)を重ね合わせ、220℃、3.0MPaで2時間加熱加圧成形することにより、金属張積層板を得た。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、0.10mmであった。表2のキャリア材料を用いた以外は、実施例1と同様に半導体パッケージを製造した。
ガラス転移温度の測定は、動的粘弾性測定(DMA)でおこなった。
得られた積層板から8mm×40mmのテストピースを切り出し、TAインスツルメント製DMA2980を用いて昇温速度5℃/min、周波数1Hzで測定をおこなった。なお、ガラス転移温度は、周波数1Hzにおいてtanδが最大値を示す温度とした。
実施例で作製した金属張積層板4mm×15mmのテストピースを切り出し、エッチング液(第二塩化鉄溶液、35℃)で銅箔を除去した。次いで、熱機械分析装置TMA(TAインスツルメント社製、Q400)を用いて10℃/分の引っ張り条件で(1)25℃から300℃までの昇温工程と、(2)300℃から25℃までの降温工程とをおこない、昇温工程の25℃からTgの範囲における線膨張係数α1と、昇温工程のTgから300℃における線膨張係数α2と、降温工程の300℃から25℃における線膨張係数α3をそれぞれ算出した。
また、線膨張係数の測定と同時に、絶縁層の縦方向(x)および横方向(y)における変形量をそれぞれ測定し、下記式(1)および(2)から変形率C1およびC2をそれぞれ算出した。
C1=L1/L0 (1)
C2=L2/L0 (2)
ここで、L0は絶縁層の基準長((1)25℃から300℃までの昇温工程の25℃での絶縁層の長さ)であり、具体的には上記テストピースの一辺の長さを示す。また、L1は(2)300℃から25℃までの降温工程における25℃での絶縁層の基準長からの変形量である。L2は、(1)25℃から300℃までの昇温工程における上記Tgでの絶縁層の基準長L0からの変形量と、(2)300℃から25℃までの降温工程における上記Tgでの絶縁層の基準長L0からの変形量との差である。
半導体パッケージの反り量は、チップ面を加熱冷却可能なチャンバー上に置いて、−50℃と125℃の雰囲気下で、BGA面から基板(サイズ:14mm×14mm)上の13mm×13mm部分での反り量の変化を測定した。なお、サンプルは上記実施例で作製した半導体パッケージを用いた。各符号は、以下の通りである。
◎:反り量の変化が、150μm未満であった(良好)
○:反り量の変化が、150μm以上350μm未満であった(実質上問題なし)
×:反り量の変化が、350μm以上であった
実施例で作製した金属張積層板の中心付近を350mm×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。
◎:反り量の変化が85μm未満であった(良好)
○:反り量の変化が85μm以上150μm未満であった(実質上問題なし)
×:反り量の変化が、150μm以上であった
101 絶縁層
103 金属箔
105 縦方向
107 横方向
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
13 支持基材
15a 絶縁樹脂層
15b 絶縁樹脂層
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
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
300 半導体装置
301 半田バンプ
303 実装基板
305 接続端子
Claims (17)
- 熱硬化性樹脂と、充填材と、繊維基材と、を含む絶縁層の両面に金属箔を有する金属張積層板であって、
前記熱硬化性樹脂は、ビスマレイミド化合物を含み、
エッチングにより当該金属張積層板両面の前記金属箔を除去後、
熱機械分析装置を用いて、
(1)25℃から300℃までの昇温工程と、
(2)300℃から25℃までの降温工程と、
を含む熱機械分析測定をおこない、
前記絶縁層の面方向における、
前記昇温工程の25℃からTgの範囲において算出した線膨張係数をα1とし、
前記昇温工程のTgから300℃の範囲において算出した線膨張係数をα2とし、
前記降温工程の300℃から25℃の範囲において算出した線膨張係数をα3としたとき、
α3>α1>α2の条件を満たした上で、
前記α 1 が、−12ppm/℃以上12ppm/℃以下であり、
前記α 2 が、−15ppm/℃以上9ppm/℃以下であり、
前記α 3 が、−10ppm/℃以上15ppm/℃以下であり、
前記Tgが200℃以上220℃以下である、金属張積層板。
(ここで、前記Tgは前記絶縁層の動的粘弾性測定(昇温速度5℃/min、周波数1Hz)によるガラス転移温度を表す。) - 請求項1に記載の金属張積層板であって、
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を更に含む、金属張積層板。 - 請求項1または2に記載の金属張積層板であって、
前記熱硬化性樹脂は、シアネート樹脂を更に含む、金属張積層板。 - 熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、充填材と、繊維基材と、を含む絶縁層の両面に金属箔を有する金属張積層板であって、
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂及びシアネート樹脂であり、
エッチングにより当該金属張積層板両面の前記金属箔を除去後、
熱機械分析装置を用いて、
(1)25℃から300℃までの昇温工程と、
(2)300℃から25℃までの降温工程と、
を含む熱機械分析測定をおこない、
前記絶縁層の面方向における、
前記昇温工程の25℃からTgの範囲において算出した線膨張係数をα1とし、
前記昇温工程のTgから300℃の範囲において算出した線膨張係数をα2とし、
前記降温工程の300℃から25℃の範囲において算出した線膨張係数をα3としたとき、
α3>α1>α2の条件を満たした上で、
前記α 1 が、−12ppm/℃以上10ppm/℃以下であり、
前記α 2 が、−15ppm/℃以上8ppm/℃以下であり、
前記α 3 が、−10ppm/℃以上15ppm/℃以下であり、
前記Tgが200℃以上260℃以下である、金属張積層板。
(ここで、前記Tgは前記絶縁層の動的粘弾性測定(昇温速度5℃/min、周波数1Hz)によるガラス転移温度を表す。) - 請求項4に記載の金属張積層板であって、
前記硬化促進剤は、有機金属塩、3級アミン類、イミダゾール類、有機酸及びオニウム塩化合物からなる群より選択される1種又は2種以上である、金属張積層板。 - 請求項4または5に記載の金属張積層板であって、
前記硬化促進剤の含有量は、前記絶縁層中の前記繊維基材以外の成分の合計に対して、0.005質量%以上5質量%以下である、金属張積層板。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の金属張積層板において、
前記熱機械分析測定前の前記絶縁層の基準長をL0とし、
前記降温工程における25℃での前記絶縁層の前記基準長からの変形量をL1としたとき、
L1/L0で算出される変形率C1が、50ppm以上5000ppm以下である、金属張積層板。 - 請求項7に記載の金属張積層板において、
当該金属張積層板の縦方向における前記変形率C1をC1xとし、
前記縦方向に直行する横方向における前記変形率C1をC1yとしたとき、
(C1x−C1y)の絶対値が0ppm以上1000ppm以下である、金属張積層板。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の金属張積層板において、
前記熱機械分析測定前の前記絶縁層の基準長をL0とし、
前記昇温工程における前記Tgでの前記L0からの変形量と、前記降温工程における前記Tgでの前記L0からの変形量との差をL2としたとき、
L2/L0で算出される変形率C2が、50ppm以上2500ppm以下である、金属張積層板。 - 請求項9に記載の金属張積層板において、
当該金属張積層板の縦方向における前記変形率C2をC2xとし、
前記縦方向に直行する横方向における前記変形率C2をC2yとしたとき、
(C2x−C2y)の絶対値が0ppm以上500ppm以下である、金属張積層板。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の金属張積層板において、
前記繊維基材が、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Tガラス、NEガラス、UTガラス、Lガラスおよび石英ガラスからなる群から選ばれる少なくとも一種からなるガラス繊維基材である、金属張積層板。 - 請求項11に記載の金属張積層板において、
前記ガラス繊維基材を構成する材料の引張弾性率が60GPa以上100GPa以下である金属張積層板。 - 請求項11または12に記載の金属張積層板において、
前記ガラス繊維基材の線膨張係数が、3.5ppm/℃以下である、金属張積層板。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載の金属張積層板において、
前記絶縁層の厚みが、0.6mm以下である、金属張積層板。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の金属張積層板を回路加工してなる、プリント配線基板。
- 請求項15に記載のプリント配線基板に半導体素子が搭載された、半導体パッケージ。
- 請求項16に記載の半導体パッケージを含む、半導体装置。
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