JP6458978B2

JP6458978B2 - 積層板

Info

Publication number: JP6458978B2
Application number: JP2014085254A
Authority: JP
Inventors: 正明竹越; 蔵渕　和彦; 和彦蔵渕; 高根沢　伸; 伸高根沢; 正人宮武
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: JP2015205397A

Description

本発明は、電子機器の基板用途に適用される積層板に関するものである。

近年、スマートフォンに代表されるモバイル用電子機器の薄型化が著しい。当然、電子機器に用いられる配線板にも薄型化が望まれており、用途によってはコア層に用いる基材には１００μｍ程度あるいはそれ以下のものが望まれているが、二つの反りの問題を同時に解決することが難しく、薄型化の課題となっている。

一つ目の反りの問題とは、配線板を用いた有機基板にシリコンチップを搭載してなる半導体パッケージに代表されるような、デバイスレベルでの反りの増大である。シリコンチップ等の無機部材と、配線板を用いた基板との間の熱膨張係数差から、デバイスには反りが発生することが一般的に知られている。配線板が薄型化すると、配線板の剛性が低下し、基板の剛性も低下することから、デバイスの反りは増大する傾向にある。

二つ目の反りの問題とは、積層板に配線パターンを形成する工程中での反りの増大である。加熱プレス工程によって作製された一般的な金属張積層板を用いた場合、積層板中の金属層と樹脂層の熱膨張係数の差から、配線パターン加工時の温度では積層板内部に残留応力が存在している。ここで、配線パターンは、配線のデザインや配線に用いる金属の体積が配線板の表裏で異なることが普通であるため、配線加工を施すと、表裏で開放される残留応力に差が生じ、配線板に反りが生じる。当然、配線板が薄型化すると、配線板の剛性が低下することから、工程中の反りは増大する傾向にある。

デバイスの反りを低減するため、一般的に用いられる技術としては、配線板の樹脂層の熱膨張係数の低減がよく知られている（例えば、特許文献１参照）。このことにより、基板とシリコンチップ等の無機材料との間の熱膨張係数差が小さくなり、デバイスの反りが低減できる。

しかしながら、加熱プレス工程によって作製された一般的な金属張積層板の配線加工工程での反りに対しては、積層板の樹脂層の低熱膨張化は逆効果となる。これは、積層板中の金属層と樹脂層の熱膨張係数の差が広がるためで、配線パターン加工時の温度での積層板内部の残留応力を拡大する結果となるためである。

そこで、配線加工工程での反りを低減するために、積層板を高剛性の枠に固定する方法が用いられることがある（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、加工プロセスのコスト増大を招くとともに、配線板中の残留応力は依然存在するため、枠を外した際には配線板に反りが発生することから、効果的かつ根本的な解決方法とは言えない。

特開２００６−２１３８７６号公報特開２００７−１５８１５０号公報

本発明の目的は、薄型配線板をコア層に用いたデバイスの反り低減と、薄型配線板の配線加工時の反り低減を両立できる、積層板を提供することにある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明者らは鋭意検討の結果、樹脂層と配線層を有する積層板の樹脂層を一定の値以下に低熱膨張化するとともに、金属層をめっきで作製することで、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は下記の態様を有する。
１．樹脂層とめっきによって形成された金属層を有する積層板であり、樹脂層の２５℃から２６０℃の範囲での平均熱膨張係数が４×１０^−６／℃以下であり、樹脂層の厚さが１２０μｍ以下であり、かつ樹脂層の樹脂分率が７０％以下である、コア層に用いる、めっき配線形成用積層板。
２．樹脂層に繊維材料を含む、項１に記載のめっき配線形成用積層板。
３．繊維材料がガラス繊維材料である、項２に記載のめっき配線形成用積層板。
４．繊維材料が有機繊維材料である、項２に記載のめっき配線形成用積層板。

本発明によって、薄型配線板をコア層に用いたデバイスの反り低減と、薄型配線板の配線加工時の反り低減を両立できる、積層板を提供することができる。

本発明の積層板及び基材の一実施形態を示す模式断面図である。反りが課題となる配線加工工程の配線板の一例を示す模式断面図である。反りが課題となるデバイスの一例と配線加工工程の一部を示す模式断面図である。本発明の実施例において用いた、デバイスの反りを測定する半導体デバイスに用いた積層板を示す平面図である。本発明の実施例において用いた、デバイスの反りを測定する半導体デバイスに用いたチップを示す断面図である。図４に示した積層板上に図５に示したチップを配置した状態を示す平面図である。本発明の実施例において用いた、デバイスの反りを測定する半導体デバイスを示す断面図である。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について詳細に説明する、ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面の寸法比率は図示した比率に限られるものではない。

図１に本実施形態の積層板及び基材を示すとともに、図２に反りが課題となる配線加工工程の配線板、図３に反りが課題となるデバイスの一例と配線加工工程の一部を示す。１は樹脂層及び基材、２は金属層、３は金属張積層板、４は配線板、５はビルドアップ材、６はビルドアップ材上に形成された配線加工済みの金属層、７はソルダレジスト、８は接着材層、９はシリコンチップ等の無機部材、１０は封止材を示す。１１は繊維材料を示す。ここで、１は金属張積層板としてある場合は樹脂層と呼び、樹脂層単体としてある場合は基材と呼ぶ。また、２は配線加工工程においてめっきによって形成されためっき配線を加工され、その際の配線デザインや配線形成方法は特に限定されない。また、３の金属張積層板は１の樹脂層と２の金属層からなり、２の金属層に配線加工を行っておらず、層間接続用のスルーホールの加工等も未実施の状態のものを指す。また、４は３の金属張積層板に配線加工や必要であれば層間接続用のスルーホールの加工等を行った状態であり、それを配線板と呼ぶ。また、５のビルドアップ材は必要に応じてコア層の上下方向に複数層積層することができ、その材料や積層方法は特に限定されない。また、必要に応じて層間接続用のビアホール等を作製することができ、その作製方法についても特に限定されない。また、７のソルダレジストは必要に応じて作製することができ、その材料や作製方法は特に限定されない。また、８の接着材層は９の無機部材の種類に応じて適当なものを用いることができ、例えば、ダイボンドフィルム、ダイボンドペースト、アンダフィル、封止材、銀ペーストであり、作製方法は特に限定されず、種類によっては９の無機部材のサイドにはみ出ることもあり、９の無機部材の種類によっては、接着材層８の内部に金属バンプ等の電極を含むことがある。また、９は半導体チップ、抵抗やコンデンサ等のチップ部品などであり、種類によっては８の接着材層や１０の封止材の内部にその一部が入り込むこともある。また、１０の封止材は必要に応じて作製することができ、その材料や作製方法は特に限定されない。また、１１の繊維材料は必要に応じて用いることができる。

樹脂層１の２５℃から２６０℃の範囲での平均熱膨張係数は、デバイスでの反りを低減する観点から、４×１０^−６／℃以下が好ましく、３×１０^−６／℃以下がより好ましい。

また、樹脂層１の厚さは、配線板を薄型化する観点から、１２０μｍ以下が好ましく、８０μｍ以下がより好ましい。

また、樹脂層１の樹脂分率は７０％以下が好ましく、６０％以下がより好ましい。樹脂分率が７０％以下であると、樹脂層１の熱膨張係数を低く抑えられ、樹脂層１の高い剛性が得られ、樹脂層１を薄くできる傾向にあり好まい。ここで樹脂分率とは、樹脂層の単位体積あたりに含まれる樹脂成分の体積と無機フィラの体積の合計を指す。ここで樹脂成分とは、金属張積層板３や基材１を作製する際に、化学反応によって液体状から固体状に硬化するものを指す。

樹脂成分としては、特に制限はないが、通常、熱硬化性樹脂組成物が好ましい。熱硬化性樹脂組成物は特に限定するものではないが、好ましくは、耐めっき液性、耐熱性、耐絶縁性を考慮し、エポキシ樹脂及び熱硬化剤の混合物がよい。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を用いることができる。熱硬化剤としては、例えば、アミン系硬化剤、グアニジン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤を用いることができる。また、難燃剤としてハロゲン含有樹脂、リン含有樹脂、窒素含有樹脂等を併用してもよい。

無機フィラとして特に制限はないが、必要に応じてアルミナ、シリカ、無機水和物充てん剤アルミノケイ酸塩、水酸化アルミニウム等を添加してもよい。

熱硬化剤の量は、エポキシ基に対して、０．５〜１．５当量とすることが好ましく、０．７５〜１．２５当量とすることがより好ましい。熱硬化剤の量を０．５〜１．５とすることで、硬化障害による熱膨張係数の増大及び密着強度の低下を防止できる傾向にあり好ましい。無機フィラの量は、溶剤を除く全固形分中で２０〜８０質量％とすることが好ましく、３０〜７０質量％とすることがより好ましい。無機フィラの量を２０〜８０質量％とすることで、低熱膨張及び低誘電損失といった良好な基材の特性と、基材の形成性を両立できる傾向にあり好ましい。

樹脂層１には繊維材料を含むことができ、繊維材料としては様々な材料を用いることができる。熱膨張係数を効果的に低減することができるため、ガラスや有機繊維を用いることが好ましい。

本実施形態において、コア層とは、樹脂層表面の配線を含まない樹脂層と、樹脂層の表面に配された金属層からなっており、上下いずれか、あるいは両方向にビルドアップ材が積層されたり、ソルダレジストが作製されるベースとなる層を指す。樹脂層内部に層間接続用のスルーホール等が形成されてもよい。

本実施形態において、めっき配線とは、配線板４の金属層２が、全てめっきによってできているものを指し、特に形成方法は限定されない。めっき配線の例として、例えば、加熱プレス工程によって、樹脂層１の上下に金属箔を金属層２として張りつけ金属張積層板３とし、その金属層２を全面エッチングして一度除去し、基材１としたものに新たにめっきで金属層２を形成し、金属張積層板３を作製し、その金属層２をサブトラクティブ法で配線加工したものや、基材１としたものにアディティブ法やセミアディティブ法で配線パターンをめっきアップしたものが挙げられる。加熱プレス工程によって、樹脂層１の上下に金属箔を金属層２として張りつけ金属張積層板３とし、その金属層２をサブトラクティブ法で配線加工したものは、めっき配線に含まれない。例外として、スパッタにより形成された金属層を加工した配線は、めっき配線に含まれる。

めっき配線の厚さは、４０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましい。めっき配線の厚さが４０μｍ以下であると、配線板の内部応力を低く抑えて配線加工工程での反りを低減でき、また、配線板の上下にビルドアップ材やソルダレジストを作製する際に、めっき配線を埋め込むことが容易になる。

本実施形態において、めっき時の条件は特に限定されないが、めっき時の温度は１００℃以下が好ましく、６０℃以下がより好ましい。めっき時の温度が１００℃以下であると、積層板あるいは配線板が室温まで冷却された際に、金属層２と樹脂層１との間の熱膨張係数差によって、積層板あるいは配線板内部に応力が発生しにくくなるため好ましい。また、めっきは電解めっき、無電解めっきを問わない。

配線板４における表裏面のめっき配線パターンは任意のものが適用でき、特に限定されない。

以上、本発明の金属張積層板及び基材は、デバイスの反り低減と、配線板の配線加工時の反り低減を両立でき、電子機器に用いられる配線板を薄型化することができるようになるため、産業上の利用価値は非常に大きい。

次に前記実施形態における金属張積層板を用いた実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

以下に実施例及び比較例において用いた材料を説明する。

樹脂層の樹脂成分について説明する。
温度計、攪拌装置、還流冷却管の付いた加熱及び冷却可能な容積３リットルの反応容器に、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ハンツマン社製、商品名：ＡｒｏＣｙＢ−１０（「ＡｒｏＣｙ」は、登録商標。））を５００．０ｇと、下記一般式（１）に示すシロキサン樹脂（信越化学工業株式会社製、商品名：Ｘ−２２−１８２１、水酸基当量；１６００）を５００．０ｇと、トルエンを１０００ｇ配合し、撹拌しながら昇温した。１２０℃に到達した後、ナフテン酸亜鉛の８質量％ミネラルスピリット溶液を０．０１ｇ添加し、約１１５〜１２５℃で４時間還流反応を行った後、室温に冷却し、熱硬化性樹脂の溶液を得た。

（式中のｐは、平均して３５〜４０の数）

得られた樹脂成分１００質量部（固形分）、及び溶融シリカ（アドマテック社製、商品名：ＳＯ−２５Ｒ）１５０質量部、及び希釈溶剤にメチルエチルケトンを使用して、混合して樹脂固形分６０質量％の均一なワニスを得、実施例と比較例に用いた。

上記ワニスを含浸するガラスクロスにはＩＰＣ型番１０７８のものを２枚重ねて用いた。実施例１、比較例１及び比較例３のガラスクロスには、シリカ成分を増量したＧＡＴ−５００５（日東紡績株式会社製、商品名）を用いた。比較例２のガラスクロスには、ＧＡ−５００５（日東紡績株式会社製、商品名）を用いた。

銅箔は厚さ１２μｍの３ＥＣ−ＶＬＰ−１２（三井金属鉱業株式会社製、商品名）とし、全ての例について同様に用いた。

以下に実施例及び比較例において用いた、配線加工時の配線板の反りを測定する配線板の作製方法について説明する。

実施例１、比較例１及び比較例２では、樹脂分率が６２％となるよう、ワニスをガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。比較例３では、樹脂分率が７５％となるよう、ワニスをガラスクロスに含浸し、加熱して半硬化のプリプレグを得た。その際の加熱条件は、どちらも１６０℃で３分間であった。全ての例において、更に、その両側に厚さ１２μｍの銅箔を重ね、プレス成型し金属張積層板を得た。その際のプレス条件は２３０℃、９０分間、２．５ＭＰａの条件であった。

次に、実施例１、比較例２及び比較例３では、銅箔層を全てエッチングして除去したのち、樹脂層の両面に電解めっきにて銅めっき層を１２μｍ作製した積層板を得た。比較例１においては銅箔層のエッチング及び銅めっきを行わなかった。

次に、全ての例において、上記積層板の片面の銅層をエッチングして除去した。こうすることで、配線板の上下面の残銅率差は最大となり、配線加工時の配線板の反りを評価しやすくなる。こうしてできた片面に銅層を有する配線板を、３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさにダイサを用いて切断し、配線加工時の配線板の反りを評価する配線板とした。

以下に実施例及び比較例において用いた、デバイスの反りを測定する半導体デバイスの作製方法について説明する。

全ての例において、上記において作製した両面に銅層を有する積層板を、図４に示すように１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断し、積層板の中央に１４ｍｍ×１４ｍｍのデバイス大のマス目を横４列、縦４列で、計１６マス配置した。

次に、１１０℃のホットプレート上に上記積層板を置き、各マス目の中心付近に、図５に示すような、高さ４５μｍのダミーバンプ付きの７．３ｍｍ×７．３ｍｍ×１５０μｍのＴＥＧチップＳＭ４８７Ａ（住友商事株式会社製、商品名）を図６のように配置し、アンダフィルＣＥＬ−Ｃ−３７３０Ｓ（日立化成株式会社製、商品名）をチップと積層板のギャップに注入した。

次に、１６５℃のオーブンで２時間加熱し、アンダフィルを硬化させた後、ダイサを用いて１４ｍｍ×１４ｍｍのデバイス大に切断し、図７に示すような、デバイスの反りを測定する半導体デバイスとした。

以下に、熱膨張係数の測定方法と、実施例及び比較例で行ったデバイスの反り及び配線加工時の配線板の反りの測定方法について説明する。

樹脂層の平面方向の熱膨張係数は、ＴＭＡ（熱機械分析）装置ＴＡ２９４０（ＴＡインスツルメンツ社製、商品名）を用いて測定した。樹脂層は、プリプレグの状態のものを２枚重ねてプレス成型し、トータル厚さを０．２ｍｍ以上としたものを用いた。サンプルサイズは長さ５ｍｍ×幅５ｍｍとした。測定モードは圧縮で、印可加重は０．０５Ｎ、昇温速度は１０℃／分とした。一度装置内でサンプル温度を２３０℃程度まで上げ、その後１０℃まで冷却してから測定を行った。

パッケージ反りは、シャドウモアレによる非接触反り測定装置であるＰＳ−２００（ＡＫＲＯＭＥＴＲＩＸ社製、商品名）を用いて測定した。測定温度は２５℃と２６０℃、反り解析範囲は各デバイスで１３ｍｍ×１３ｍｍ、各配線板で２８ｍｍ×２８ｍｍとした。その他の評価条件はＪＥＩＴＡＥＤ−７３０６に準拠した。

以下、実施例及び比較例をもとに説明する。

表１に実施例１及び比較例１〜３における、配線の金属種、樹脂層の２５℃から２６０℃の範囲での平均熱膨張係数、樹脂層の厚さ、樹脂層の樹脂分率、基材の厚さ、デバイスの反り、配線加工時の配線板の反りを示す。

表１から明らかなように、実施例１は比較例１〜３と比較して、１２０μｍ以下の薄型基材であるにもかかわらず、デバイスの反りと配線加工時の配線板の反りが小さく抑えられていることが分かる。

比較例１では銅箔が用いられているため、配線加工時の配線板の反りが大きい。比較例２では樹脂層の熱膨張係数が大きいため、デバイスの反りが大きい。比較例３では、樹脂分率が大きいため、熱膨張係数が大きくデバイスの反りが大きい、また、基材の厚さが厚い。

本発明の積層板及び基材は、薄型であると同時に、デバイスでの反り及び基板の配線加工時の反りが小さく、半導体装置用配線板やモジュール用配線板に最適である。尚、本実施例では、配線板に半導体素子がフェイスダウンでフリップチップ実装される場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体素子がフェイスアップで実装され、ワイヤボンドによって接続される場合も同様の効果が得られる。

１樹脂層（基材）、２金属層、３金属張積層板、４配線板、５ビルドアップ材、６ビルドアップ材上に形成された配線加工済みの金属層、７ソルダレジスト、８接着材層、９無機部材、１０封止材、１１繊維材料。

Claims

樹脂層とめっきによって形成された金属層を有する積層板であり、樹脂層の２５℃から２６０℃の範囲での平均熱膨張係数が４×１０^−６／℃以下であり、樹脂層の厚さが１２０μｍ以下であり、かつ樹脂層の樹脂分率が７０％以下である、コア層に用いる、めっき配線形成用積層板。
樹脂層に繊維材料を含む、請求項１に記載のめっき配線形成用積層板。
繊維材料がガラス繊維材料である、請求項２に記載のめっき配線形成用積層板。
繊維材料が有機繊維材料である、請求項２に記載のめっき配線形成用積層板。