JP6480650B2 - 金属張積層板、プリント配線基板、半導体パッケージ、半導体装置および金属張積層板の製造方法 - Google Patents
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Description
そのため、半導体素子を含めた電子部品を実装するプリント配線基板も薄型化される傾向にあり、プリント配線基板の内層コア基板(以下、単に積層板ともいう)は、厚みが約0.8mmのものが主流となっている。
さらに最近では、0.4mm以下のコア基板を用いた半導体パッケージ同士を積層するパッケージ・オン・パッケージ(以下、POPという。)がモバイル機器(例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型PCなど)に搭載されている。
そのため、加熱時にPOPの上下の半導体パッケージは、半導体素子と半導体素子が搭載されるプリント配線基板との熱膨張の差が非常に大きいため、大きく反ってしまう場合があった。
熱硬化性樹脂および充填材を含む樹脂組成物と、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、
エッチングにより両面の金属箔を除去後、
(1)105℃で4時間の予備加熱処理と、
(2)表面温度が260〜265℃で5秒のリフロー処理と
からなる加熱処理をおこなったとき、
IPC−TM−650の2.4.39に準拠して測定した、室温における当該積層板の寸法において、
上記エッチング前の室温における上記積層板の寸法から上記予備加熱処理後の室温における上記積層板の寸法への変化率をAとし、
上記エッチング前の室温における上記積層板の寸法から上記リフロー処理後の室温における上記積層板の寸法への変化率をBとしたとき、
B−Aより算出される寸法変化率が、
当該金属張積層板の縦方向および横方向ともに、−0.080%以上0%以下であり、
上記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、およびシアネート樹脂から選択される一種または二種以上を含み、
上記充填材がシリカを含み、
上記充填材の平均粒子径が0.01μm以上5.0μm以下であり、
上記充填材の含有量が上記樹脂組成物全体に対し20質量%以上80質量%以下であり、
上記繊維基材がガラス繊維基材を含む、金属張積層板が提供される。
上記金属張積層板を製造するための製造方法であって、
(A)熱硬化性樹脂と充填材を含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させる工程と、
(B)加熱により上記熱硬化性樹脂を半硬化させ、プリプレグを得る工程と、
(C)上記プリプレグの両面に金属箔を重ね合わせ、加熱加圧する工程と
を含み、
上記(A)工程において、上記繊維基材にかかる張力を25N/m以上350N/m以下とする、金属張積層板の製造方法が提供される。
はじめに、本実施形態における金属張積層板100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、(1)105℃で4時間の予備加熱処理と、(2)表面温度が260〜265℃で5秒のリフロー処理とからなる加熱処理をおこなったとき、下記式(1)〜(3)から算出される寸法変化率が、金属張積層板100の縦方向105および横方向107ともに、−0.080%以上0%以下であり、好ましくは−0.070%以上0%以下であり、さらに好ましくは−0.060%以上0%以下である。
A(%)=(予備加熱処理後寸法−初期寸法)/初期寸法×100 (1)
B(%)=(リフロー処理後寸法−初期寸法)/初期寸法×100 (2)
寸法変化率(%)=B−A (3)
各段階における積層板の寸法はIPC−TM−650の2.4.39に準拠して室温で測定する。また、上記式中の初期寸法とはエッチング前の積層板の寸法を示す。上記式(1)中の予備加熱処理後寸法とは予備加熱処理後の積層板の寸法を示す。上記式(2)中のリフロー処理後寸法とはリフロー処理後の積層板の寸法を示す。
ここで、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。なお、予備加熱処理の温度は雰囲気温度であり、リフロー処理の温度は積層板の表面の温度である。
本発明者はこの内部歪みの発生メカニズムを鋭意調べたところ、製造工程中は線膨張係数が異なる金属箔によって絶縁層が拘束されているため、金属張積層板の内部に歪みがたまってしまうことを見出した。
この内部に発生した歪みは金属箔エッチング後のリフロー処理時に一気に開放され、積層板の寸法変化を引き起こす。そのため、リフロー工程においてとくに積層板の反りが起こってしまうと推察される。
縦方向105および横方向107における寸法変化率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したときの寸法変化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することができる。
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することができる。
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することができる。
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、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。
本発明者はプリプレグの製造の中で繊維基材に樹脂組成物を含浸させる工程で、繊維基材の張力を低圧に調節することによって、金属張積層板100内部に発生する歪みが緩和され、寸法変化率が上記の範囲を満たす金属張積層板100が得られることを見出した。
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が支持基材13の片面に形成された第一キャリア材料5aと、熱硬化性樹脂と充填材を含む絶縁樹脂層15bが支持基材13の片面に形成された第二キャリア材料5bとをそれぞれ準備する工程と、(B)第一キャリア材料5aの絶縁樹脂層15a側と、第二キャリア材料5bの絶縁樹脂層15b側とを、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ことにより、絶縁樹脂層15aおよび絶縁樹脂層15bを繊維基材に含浸させ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が支持基材13の片面に形成された第一キャリア材料5aと、熱硬化性樹脂と充填材を含む絶縁樹脂層15bが支持基材13の片面に形成された第二キャリア材料5bとをそれぞれ製造し、準備する。第一キャリア材料5aおよび第二キャリア材料5bは、支持基材13の片面側に、絶縁樹脂層15aおよび絶縁樹脂層15bが薄層状にそれぞれ形成されたものである。絶縁樹脂層15aおよび絶縁樹脂層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中途まで進め、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または複数回数の塗工で形成してもよいし、異なる熱硬化性樹脂を用いて複数回数の塗工で形成してもよい。
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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料5bを製造する際の機械的強度を充分に確保することができる。また、上記上限値以下であると、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料5bの生産性が向上することがある。
この金属箔の厚みは、例えば、1μm以上70μm以下である。これにより、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料5bを製造する際の機械的強度を充分に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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料5bの生産性が向上することがある。
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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料5bを製造する際の機械的強度を充分に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やすくなる。
この金属箔103は、プリプレグを製造するのに用いる第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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。この減圧下での接合は、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と第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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が挙げられる。
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、内部歪み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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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、第一キャリア材料5aの絶縁樹脂層15aと繊維基材11、および、第二キャリア材料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、第一キャリア材料5aの絶縁樹脂層15a面と、第二キャリア材料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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料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、内部歪み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みが緩和される。
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好ましい。
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することにより、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、第一キャリア材料5a、第二キャリア材料5bを製造する際の機械的強度を充分に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やすくなる。
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として使用することができる。
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、熱硬化性樹脂の動的粘弾性測定による周波数1Hzでのガラス転移温度は、好ましくは160℃以上であり、さらに好ましくは200℃以上である。このようなガラス転移温度を有する樹脂組成物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を得ることができる。また、樹脂組成物の動的粘弾性測定による周波数1Hzでのガラス転移温度の上限については、とくに限定するものではないが、350℃以下とすることができる。
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用いてもよく、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用いてもよい。
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。
また、ベンゼン環に比べナフタレン環のπ−πスタッキン効果が高いため、特に、低熱膨張性、低熱収縮性に優れる。さらに、多環構造のため剛直効果が高く、ガラス転移温度が特に高いため、リフロー前後の熱収縮変化が小さい。
ナフトール型エポキシ樹脂としては、例えば、下記一般式(VII−1)、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂としては下記式(VII−2)、2官能ないし4官能エポキシ型ナフタレン樹脂としては下記式(VII−3)(VII−4)(VII−5)、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、下記一般式(VII−6)で示すことができる。
フェノール樹脂としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、アリールアルキレン型フェノール樹脂などが挙げられる。フェノール樹脂として、これらの中の1種類を単独で用いてよいし、異なる重量平均分子量を有する2種類以上を併用して用いてもよく、1種類または2種類以上と、それらのプレポリマーとを併用して用いてもよい。これらの中でも、とくにアリールアルキレン型フェノール樹脂が好ましい。これにより、金属張積層板100の吸湿半田耐熱性をさらに向上させることができる。
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、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、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の線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プリント配線基板および半導体パッケージ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。プリント配線基板および半導体パッケージ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することにより、プリント配線基板を得ることができる。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201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、
エッチングにより両面の金属箔を除去後、
(1)105℃で4時間の予備加熱処理と、
(2)表面温度が260〜265℃で5秒のリフロー処理と
からなる加熱処理をおこなったとき、
IPC−TM−650の2.4.39に準拠して測定した室温での当該積層板の寸法において、
前記エッチング前から前記予備加熱処理後の前記寸法の変化率をAとし、
前記エッチング前から前記リフロー処理後の前記寸法の変化率をBとしたとき、
B−Aより算出される寸法変化率が、
当該金属張積層板の縦方向および横方向ともに、−0.080%以上0%以下である、金属張積層板。
2.
1.に記載の金属張積層板において、
当該金属張積層板の前記縦方向および前記横方向の前記寸法変化率の差の絶対値が、0%以上0.03%以下である、金属張積層板。
3.
1.または2.に記載の金属張積層板において、
前記絶縁層に含まれる前記繊維基材と前記充填材との合計が、55質量%以上80質量%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、
当該金属張積層板の動的粘弾性測定によるガラス転移温度が、200℃以上350℃以下である、金属張積層板。
5.
1.乃至4.いずれか一つに記載の金属張積層板において、
当該積層板の250℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率E'が、5GPa以上50GPa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、
前記繊維基材が、Eガラス、Sガラス、Dガラス、NEガラス、石英ガラスおよびTガラスから選ばれる少なくとも一種のガラスを含むガラス繊維基材である、金属張積層板。
7.
6.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。
8.
6.または7.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。
9.
1.乃至8.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。
10.
1.乃至9.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。
11.
10.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。
12.
11.に記載の半導体パッケージを含む、半導体装置。
13.
(A)熱硬化性樹脂と充填材を含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させる工程と、
(B)加熱により前記熱硬化性樹脂を半硬化させ、プリプレグを得る工程と、
(C)前記プリプレグの両面に金属箔を重ね合わせ、加熱加圧する工程と
を含み、
前記(A)工程において、前記繊維基材にかかる張力を25N/m以上350N/m以下とする、金属張積層板の製造方法。
14.
13.に記載の金属張積層板の製造方法において、
前記(A)工程は、
(a1)前記樹脂組成物を含む樹脂層が支持基材の片面に形成された、第一キャリア材料および第二キャリア材料をそれぞれ準備する工程と、
(a2)前記第一キャリア材料の前記樹脂層側と前記第二キャリア材料の前記樹脂層側とを前記繊維基材の両面にそれぞれ重ね合わせ、減圧条件下で、前記第一キャリア材料、前記繊維基材、および前記第二キャリア材料をラミネートすることにより、前記樹脂層を前記繊維基材に含浸させる工程と、
を含む、金属張積層板の製造方法。
15.
前記支持基材が金属箔である、14.に記載の金属張積層板の製造方法。
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)
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:球状シリカ(トクヤマ社製、NSS−5N、平均粒径75nm)
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
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に示し、得られたプリプレグ1〜16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〜P16とはプリプレグ1〜プリプレグ16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B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(GE東芝シリコーン社製、A−187)0.5質量部を添加し、高速撹拌装置を用いて30分間撹拌して、不揮発分65質量%の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た。次いで、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、日東紡社製Tガラス織布、WTX−116E、IPC規格2116T、線膨張係数:2.8ppm/℃)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2〜7は、樹脂ワニスの種類、第一および第二樹脂層の厚み、用いたガラス繊維基材、ラミネート速度、およびガラス繊維基材にかかる張力を表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8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、用いたガラス繊維基材、ラミネート速度、およびガラス繊維基材にかかる張力を表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9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、厚さ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10〜11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−1078T、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、厚さ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。
プリプレグ12〜13は、樹脂ワニス4を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)上に塗工し、第一および第二樹脂層の厚み、用いたガラス繊維基材、ラミネート速度、およびガラス繊維基材にかかる張力を表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14は、樹脂ワニス4を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)上に同様に塗工し、第一および第二樹脂層の厚み、用いたガラス繊維基材、ラミネート速度、およびガラス繊維基材にかかる張力を表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15は、樹脂ワニス4を、ガラス繊維基材(厚さ43μm、ユニチカ社製Eガラス織布、E06E、IPC規格1078、線膨張係数:5.5ppm/℃)に塗布装置で含浸させ、180℃の加熱炉で2分間乾燥して、厚さ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。
プリプレグ16は、樹脂ワニス4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/℃)に塗布装置で含浸させ、180℃の加熱炉で2分間乾燥して、厚さ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。
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。得られた金属張積層板のコア層(絶縁層からなる部分)の厚みは、0.10mmであった。
上記で得られた金属張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。つぎにビア内に、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)を5分間浸漬させ、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)を10分浸漬させた後、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20mm×20mm、厚み725μm)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が積層されたプリプレグの両面のPETフィルムを剥離した2枚のプリプレグの両面に、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。得られた金属張積層板のコア層(絶縁層からなる部分)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。
所定枚数のプリプレグの両面に極薄銅箔(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。得られた金属張積層板のコア層(絶縁層からなる部分)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。
実施例および比較例で作製した金属張積層板の中心付近を270mm×350mmサイズで切断し、IPC−TM−650の2.4.39に準拠した室温での初期寸法を測定した。
つぎに、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、加熱オーブンを用いて105℃で4時間の予備加熱処理をおこなった後、IPC−TM−650の2.4.39に準拠した室温での予備加熱処理後寸法を測定した。つづいて、エアーリフロー炉(タムラ製作所社製、TAR−30−36LH)を用いて、金属張積層板に260〜265℃で5秒のリフロー処理をおこなった。その後、室温まで冷まし、IPC−TM−650の2.4.39に準拠した室温でのリフロー処理後寸法を測定した。下記式(1)〜(3)から金属張積層板の縦方向および横方向の寸法変化率を算出した。
A(%)=(予備加熱処理後寸法−初期寸法)/初期寸法×100 (1)
B(%)=(リフロー処理後寸法−初期寸法)/初期寸法×100 (2)
寸法変化率(%)=B−A (3)
実施例および比較例で作製した金属張積層板の中心付近を270mm×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。
実施例および比較例で作製した半導体パッケージ3個をフライングチェッカー(1116X−YC ハイテスタ:日置電機社製)を用い、半田バンプを介して半導体素子とプリント配線基板との間を通る回路端子の導通の測定をおこない、初期値とした。つぎに、60℃、60%の吸湿条件下で40時間処理後、IRリフロー炉(ピーク温度:260℃)で3回処理し、同様に導通を測定して初期値より抵抗値が5%以上上昇したものを実装時の断線と判定した。ここで、初期値で断線が生じていた場合は、回路作製上の不具合と判断しカウントしていない。なお、半導体パッケージ1個につき測定箇所は61箇所、計183箇所を測定した。
各符号は、以下の通りである。
◎:断線箇所が無かった。
○:断線箇所が1%以上11%未満であった。
△:断線箇所が11%以上51%未満であった。
×:断線箇所が51%以上であった。
実施例および比較例で作製した半導体パッケージ4個を60℃、60%の条件下で40時間処理後、IRリフロー炉(ピーク温度:260℃)で3回処理し、大気中で、−55℃(15分)、125℃(15分)で500サイクル処理した。つぎに、超音波映像装置(日立建機ファインテック社製、FS300)を用いて、半導体素子、半田バンプに異常がないか観察した。
◎:半導体素子、半田バンプともに異常なし。
○:半導体素子および/または半田バンプの一部にクラックが見られるが実用上問題なし。
△:半導体素子および/または半田バンプの一部にクラックが見られ実用上問題あり。
×:半導体素子、半田バンプともにクラックが見られ使用できない。
これにより、実施例1〜11の積層板は、比較例2〜5の積層板に比べて、基板反りが軽減されることが明らかとなった。
101 絶縁層
103 金属箔
105 縦方向
107 横方向
5a 第一キャリア材料
5b 第二キャリア材料
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 (15)
- 熱硬化性樹脂および充填材を含む樹脂組成物と、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、
エッチングにより両面の金属箔を除去後、
(1)105℃で4時間の予備加熱処理と、
(2)表面温度が260〜265℃で5秒のリフロー処理と
からなる加熱処理をおこなったとき、
IPC−TM−650の2.4.39に準拠して測定した、室温における当該積層板の寸法において、
前記エッチング前の室温における前記積層板の寸法から前記予備加熱処理後の室温における前記積層板の寸法への変化率をAとし、
前記エッチング前の室温における前記積層板の寸法から前記リフロー処理後の室温における前記積層板の寸法への変化率をBとしたとき、
B−Aより算出される寸法変化率が、
当該金属張積層板の縦方向および横方向ともに、−0.080%以上0%以下であり、
前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、およびシアネート樹脂から選択される一種または二種以上を含み、
前記充填材がシリカを含み、
前記充填材の平均粒子径が0.01μm以上5.0μm以下であり、
前記充填材の含有量が前記樹脂組成物全体に対し20質量%以上80質量%以下であり、
前記繊維基材がガラス繊維基材を含む、金属張積層板。 - 請求項1に記載の金属張積層板において、
当該金属張積層板の前記縦方向および前記横方向の前記寸法変化率の差の絶対値が、0%以上0.03%以下である、金属張積層板。 - 請求項1または2に記載の金属張積層板において、
前記絶縁層に含まれる前記繊維基材と前記充填材との合計が、55質量%以上80質量%以下である、金属張積層板。 - 請求項1乃至3いずれか一項に記載の金属張積層板において、
当該金属張積層板の動的粘弾性測定によるガラス転移温度が、200℃以上350℃以下である、金属張積層板。 - 請求項1乃至4いずれか一項に記載の金属張積層板において、
当該積層板の250℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率E'が、5GPa以上50GPa以下である、金属張積層板。 - 請求項1乃至5いずれか一項に記載の金属張積層板において、
前記ガラス繊維基材が、Eガラス、Sガラス、Dガラス、NEガラス、石英ガラスおよびTガラスから選ばれる少なくとも一種のガラスを含む、金属張積層板。 - 請求項6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6または7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乃至8いずれか一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乃至9いずれか一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10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11に記載の半導体パッケージを含む、半導体装置。
- 請求項1に記載の金属張積層板を製造するための製造方法であって、
(A)熱硬化性樹脂と充填材を含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させる工程と、
(B)加熱により前記熱硬化性樹脂を半硬化させ、プリプレグを得る工程と、
(C)前記プリプレグの両面に金属箔を重ね合わせ、加熱加圧する工程と
を含み、
前記(A)工程において、前記繊維基材にかかる張力を25N/m以上350N/m以下とする、金属張積層板の製造方法。 - 請求項13に記載の金属張積層板の製造方法において、
前記(A)工程は、
(a1)前記樹脂組成物を含む樹脂層が支持基材の片面に形成された、第一キャリア材料および第二キャリア材料をそれぞれ準備する工程と、
(a2)前記第一キャリア材料の前記樹脂層側と前記第二キャリア材料の前記樹脂層側とを前記繊維基材の両面にそれぞれ重ね合わせ、減圧条件下で、前記第一キャリア材料、前記繊維基材、および前記第二キャリア材料をラミネートすることにより、前記樹脂層を前記繊維基材に含浸させる工程と、
を含む、金属張積層板の製造方法。 - 前記支持基材が金属箔である、請求項14に記載の金属張積層板の製造方法。
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