JPS63129653A - 熱可塑性合成樹脂製回路板およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多ピン半導体パッケージのような機能回路板
およびその製造方法に関する。

Ｃ従来の技術〕 近年、ＬＳＩの高集積化、高機能化が急速に進み、リー
ド端子の数が増加し、ｌＯＯピン以上の多ピン半導体が
出現している。このような多ピン半導体のパッケージ形
態としては、旧来のＤＩＰ型は不適であって、実装密度
の高いビン・グリッド・アレイ　（以下、ｒＰＧＡＪと
略記する。）のような印刷回路板が採用されている。

従来、このＰＧＡパッケージにはセラミックス基板が用
いられてきた。セラミックス基板は信顛性は高いものの
いくつかの欠点を有していた。例えば、衝撃に弱く、ビ
ン圧入などによってクラブりを生じやすい。また、セラ
ミックス焼成時の収縮が大きく、反りが生じたり、寸法
精度が出ないなどの理由から大型のＰＧＡは作成困難で
あった。

加えて、セラミックス製ＰＧＡは重量が大きいため、回
路用基板に多数実装すると負荷が大きくなり過ぎ問題を
生じる。さらに、コスト面からも有利ではなかった。

セラミックスＰＧＡの欠点を改良するためプラスチック
ＰＧＡが提案され実用に供されている。

具体的には、銅張りガラスエポキシ積層基板が使用され
ている。しかしながら、ガラスエポキシ積層板からＰＧ
Ａを作成するには、所定の小サイズの基板を切り出し、
さらに多数のピン孔をドリルによって正確に穿設しなけ
ればならない。また、半導体チップを搭載する基板のキ
ャビティ一部は、ボンディング高さの調整と放熱効果の
向上を目的として、凹状構造であることが望ましいが、
ガラスエポキシ基板では、そのような凹状構造を機械加
工によって作成しなければならない。結局、ガラスエポ
キシＰＧＡの作成には、煩雑な多くの製作工程が必要と
なる。加えて、温熱時にガラス繊維マットとエポキシ樹
脂の界面を水分がマイグレーションし、絶縁抵抗の低下
、腐食などの問題を生じ易い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、ガラスエポキシＰＧＡの難点を克服し
、強度、信顧性、耐熱性に優れ、且つ効率よく経済的有
利に製造できる回路板を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段（１）〕上記目的は、本
発明の回路板、すなわち、基板の表面に、放射方向に伸
びる多数の配線からなる回路パターンが形成された回路
板において、該基板が熱可塑性樹脂８０〜４０重量％お
よびガラス繊維２０〜６０重量％からなる組成物で構成
され、且つ、該ガラス繊維は上記配線と実質的に同じ放
射方向に配向していることを特徴とする熱可塑性合成樹
脂製回路板によって達成される。

本発明の上記回ｆａｌ板は次の方法によって製造される
。すなわち、成型すべき基板の表面の中心に相当する位
置に樹脂注入用ゲートが設けられた金型を用いて、熱可
塑性合成樹脂８０〜４０重量％およびガラス繊維２０〜
６０重量％からなる組成物を射出成型して基板を作成し
、次いで、該基板の表面に、無電解メッキ法により、放
射方向に伸びる多数の配線からなる回路パターンを形成
する。

〔作　用〕

本発明の回路板の要点は、その基板がガラス繊維を含む
熱可塑性合成樹脂の射出成型によって形成され、且つ、
該ガラス繊維が回路板表面の回路パターンの配線と同様
に放射方向に配向している点にある。

一般に、ガラス繊維を含む熱可塑性合成樹脂成型品にお
いては、その線膨張率がガラス繊維の配向方向とそれに
直交する方向とでは相異する。本発明者は、一般に用い
られているようなサイドゲートを有する金型を用いて、
回路用熱可塑性合成樹脂基板の射出成型を行うと、最終
的に得られる回路板は冷熱サイクルを繰返すとメッキ層
が剥離したり配線が断線するというトラブルが発生し易
いことを見出した。この原因を検討した結果、サイドゲ
ートを有する金型を用いてガラス繊維含有熱可塑性樹脂
基板の射出成型を行うと、ゲート（４′）から注入され
た樹脂は第４図に示すように基板全体に亘ってほぼ放射
状に拡がるため、ガラス繊維は矢印で示す樹脂の流れ方
向に配向しており、他方、基板表面に形成される回路パ
ターンの配線（５）は、第１図に示すように、基板（土
）の中心から基板の外周近接部に多数穿設されたピン打
込用孔（２）に向って放射状に伸びており、このように
回路パターンの配線方向とガラス繊維の配向方向とが相
異することに基づいて上記のトラブルが発注することを
見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成されたも
のであって、本発明では、成型すべき基板の表面の中心
に相当する位置に樹脂注入ゲートが設けられた金型を用
いて射出成型するため、樹脂は第３図に示すように中心
のゲート（４）から放射方向に拡がり、その中に含まれ
るガラス繊維も矢印方向に配向する。このガラス繊維配
向方向（第３図）は回路パターンの配線方向（第１図）
とほぼ一致するため、上述のトラブルは完全に解消する
。

なお、合成樹脂、特に結晶性合成樹脂にあっては、重合
体分子自体もガラス繊維と同一方向に配向しており、こ
のことが上記のトラブル解消に若干寄与するものと推定
される。

〔問題点を解決するための手段（２）〕以下、本発明の
熱可塑性合成樹脂製回路板およびその製造方法を詳しく
説明する。

熱可型性合成樹脂としては、結晶性および非晶性ポリマ
ーのいずれも使用可能であるが、熱変形温度（１８，６
ｋｇ／ａＪの加圧下に測定）が２００℃以上の値を有す
るものが望ましい。２００℃未満ではハンダ付は時に変
形の慣れがある。具体例としては、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド
、ポリアミド６．６、ポリエーテルケトン、芳香族ポリ
エステル（液晶ポリマー）などが挙げられる。

熱可塑性樹脂の中でもポリフェニレンサルファイド樹脂
が好ましい。使用されるポリフェニレンサルファイド樹
脂は構造式　％ｓ−で表わされる単位を少なくとも９０
モル％以上有するポリマーであって、酸素によって架橋
された分岐を有するポリマーおよび高分子量直鎖状ポリ
マーのいずれであってもかまわない。共重合成分として
下記のような共重合単位を含む共重合体も使用可能であ
るが、ハンダ耐熱の点から下記共重合単位の量は１０モ
ル％以下が望ましい。１０モル％を越える量の共重合体
成分を使用すると結晶化度、融点が低下し、２５０〜３
００℃のハンダ付けに耐えられなくなる。

（但し、式中Ｒはアルキル基、フェニル基、ニトロ基、
カルボキシル基、ニトリル基、アミノ基、アルコキシ基
、ヒドロキシル基、スルホン基等である。） 熱可塑性樹脂の使用量は８０〜４０！量％の範囲とする
。８０重量％を越えると概して耐熱性、寸法安定性の点
で問題を生じる。４０重量％未満になると流動性が悪く
平面性を得難い。

ガラス繊維としては、繊維径５〜１５μｍのチョツプド
ストランド、ロービング等が好ましい。

ガラス繊維は、マトリックス樹脂との親和性を増すため
必ずシラン処理が施される。シランカップリング剤とし
ては、アミノシラン、メルカプトシラン、ビニルシラン
などが選定される。

ガラス繊維の添加量は２０〜６０重量％の範囲から選定
される。２０重量％未満では補強効果が不十分であり、
収縮率も大き゛く、問題を生じる。６０重量％を越える
と流動性が著しく低下し、表面状態も悪化し、ＰＧＡの
ような微細な成型品を得ることが困難となる。いずれに
せよ、繊維の配向方向における線膨張係数が回路パター
ンの配線の構成材料（銅またはニッケル）にできるだけ
近いことが望ましい。

メッキ密着性をより向上する目的で熱可塑性合成樹脂中
にチタン酸カリウム繊維を添加することも可能である。

チタン酸カリウム繊維としては繊維径０．１〜５μｍＮ
繊維長５〜１００μｍのものが望ましく、具体的には大
塚化学より「ティスモ」という商品名にて市販されてい
るものが使用可能である。チタン酸カリウム繊維の添加
量は、メッキ密着性の向上効果からみて、１〜１０重量
％の範囲が望ましい。

熱可塑性合成樹脂中には、メッキ性能を向上させるため
炭酸カルシウム、タルク、シリカ、クレー、マイカ、ケ
イ酸カルシウム、ＴｉＯ□などの無機フィラーや、着色
顔料、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、ＬｉＣ０，の
ような金型腐食防止剤、イオントラップ剤などの各種添
加剤を添加することも可能である。

熱可塑性樹脂、ガラス繊維及び必要に応じてチタン酸カ
リウム繊維、他の添加剤からなる組成物は混合した後、
車軸または二軸押出機によって混線、押出、ペレット化
される。

ペレット化した熱可塑性樹脂組成物は、射出成型によっ
て多数のピン打込用孔（２）、中央部に凹状のキャビテ
ィー（３）を有する複雑なＰＧＡパッケージ用基板基板
）に成型される。この際、ゲート（４）を、基板の表面
（下面）の中心に対応する位置に設け、ガラス繊維を放
射状に配向させることが重要である。ゲートの種類とし
てはピンポイントゲートが好適に使用される０通常のサ
イドゲートなどの方式では、前述の・ようにガラス繊維
の配向がコントロール出来ず、冷熱サイクルを繰り返す
とメッキ層が剥離または断線するというトラブルを生じ
やすい。

射出成型によって得られた成型体には無電解メッキによ
って回路パターンが形成される。この回路パターンは、
その配線が放射方向、すなわちガラス繊維の配向方向と
平行になるように形成される。

無電解メッキは公知の方法で行うことができ、通常、化
学エツチング、センシタイジング、Ｐｄ触媒によるアク
チベーシッン、無電解メッキという工程によって行なわ
れる。無電解メッキの密着力を上伊るため各種のエツチ
ング液が使用されるが、ポリフェニレンサルファイド樹
脂組成物の場合クロム酸／硫酸、酸性フン化アンモニウ
ム／硝酸、フン化水素酸／硝酸といったエツチング液が
好適に使用される。無電解メッキとしては通常化学銅メ
ッキ、化学ニッケルメッキが使用されるが、配線用とし
ては銅メッキが望ましい。ピン打込用孔部社はピンとの
接続のためスルーホールメッキが緒される。

無電解メッキされた成型体には、さらに、シルクスクリ
ーン印刷法によるメツキレシスト印刷、ドライフィルム
による被膜、フォトレジストによる被膜など各種のパタ
ーン形成法によって回路を描き、さらに電気銅メッキ電
気金メッキが行なわれる。その後、マスキング部を除去
し、不要な銅メツキ部分をエツチングにより除去して回
路が形成される。

上述のような工程を経て製作された基板には半導体チッ
プが実装され、金ワイヤ−・ボンディングを行ない、回
路板として完成される。

（発明の効果〕 本発明によれば、強度および信頼性に優れ、特に回路パ
ターンのメッキ剥離や断線を生じないＰＧＡその他の回
路板を効率よく経済的有利に製造することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例について具体的に説明する。

実施例１ ポリフェニレンサルファイド樹脂６０Ｍ量％とガラス繊
維（繊維径１３μｍ、長さ３１１のチョツプドストラン
ド、アミノシラン処理品）４０重景％を二軸押出機で混
練してペレット化した。このペレットを用いて第１図お
よび第２図に示す形態を有するＰＧＡ基板を射出成型に
より作製した。

成型体の寸法は３５ｍＸ３５鶴Ｘ　１．２　ｎで、この
成型体は内径０．４８ｍφのリードピン打込用孔（２）
を１００個有する。半導体チップを搭載する基板中央の
キャビティ一部（３）は１１ｗｍＸ１１日、深さ０．５
鶴である。射出成型条件は次の通りであった。

射出成型機：住友ネスクールプロマソト１６５／７５シ
リンダ一温度：３１Ｏ℃ 樹脂温度＝３３０℃ 金型温度＝１３０℃ 保圧：　６００ｋｇ／　ａａ　／　６秒冷却時間：２０
秒 成型サイクル：４０秒 金型としては、基板下面の中心に相当する位置に０．８
　ａｍφの一点ポインドゲートを設けたものを用いた。

上記基板の表面に、以下の工程に従いメッキによるパタ
ーン形成を行なった。

く工程１〉　化学銅メッキ 基板を脱脂処理後、酸性フッ化アンモニウム／硝酸から
成るエツチング液に４０”Ｃで５分間浸漬し、エツチン
グを行なった。

水洗後、塩化第一スズによるセンシタイジング塩化パラ
ジウムによるアクチベーションを行い次いで、無電解銅
メッキを２０μｍの厚みで行なった。

く工程２〉　パターン印刷 シルク印刷により第１図に示す様な回路パターンをメン
キレジスト印刷した。

〈工程３〉　電気メッキ 電気銅メッキ（スルーホールメッキ）をＩＯＡ／ｄｒｄ
で１０分間行ない、さらに電気ニッケルメッキをｌｐｍ
、電気金メッキを１μｍ被覆した。

〈工程４〉　エツチング メンキレジスト被膜を除去後、硝酸によってメツキネ要
部を除去した。

く工程５〉　ハンダレジスト被覆 ピン打込用孔、ワイヤーボンディング部を残し、ハンダ
レジスト被覆を行なった。

〈工程６〉　半導体チップ搭載 キャビティ一部に半導体チップを搭載し、ワイヤーボン
ディングし、さらにエポキシ系ポツティング樹脂によっ
て半導体チップを封止した。

〈工程７〉　ビン打込み スルーホールメッキを施されたピン孔にｏ、４５鶴φの
ピンを打込みクリームハンダを塗布し、リフローによる
ハンダ付けを行なった。

以上の工程によって製作したＰＧＡは、５０個の試験片
について、−６０℃〜＋１２５℃の熱衝撃試験を１００
０サイクル行ない、メッキされた回路パターンの密着状
態、断線率を求めた。また、常態でのビン間の抵抗値、
および８５℃８５％湿度の恒温恒湿槽に入れ１０００時
間後のピン間の抵抗値を測定した。また、１２１℃、２
気圧でのプレッシャ・クツカー試験を行ない、４８時間
後の浸透距離を求めた。結果を表−１は示した。

比較例１ 実施例１と同様にＰＧＡを製作した。但し、中心にゲー
トを有する金型に代えて、第４図に示すようにサイドゲ
ート（２ｍｍＸＱ、５ｍｍ）を有する金型を用いて射出
成型を行った。得られたＰＧＡについて性能試験を行っ
た結果を表−１に示した。

実施例２ 実施例１と同様にＰＧＡを製作した。但し、ポリフェニ
レンサルファイド樹脂６０重量％、ガラス繊維３５重量
％、チタン酸カリウム繊維（人尿化学“ティスモＤ”）
５重量％からなる熱可塑性樹脂組成物を用いた。同様に
ＰＧＡ性能試験を行った結果を表−１に示した。

比較例２ 実施例２と同様の組成を用いて比較例１と同様にＰＧＡ
を製作した。得られたＰＧＡについて性能試験を行なっ
た結果を表−１に示した。

表−１ 断線率帽　　２１５０　　３７１５０　　１１５０　　
２４１５０　　　−１　欠陥ＰＧＡ数／ＰＧＡ検体数 １　ビン間での測定値 ＄３　ｆＪ張りガラスエポキシａ層板から製作されたＰ
ＧＡ基板 実施例３ 実施例１と同様にＰＧＡを製作した。但し、ポリエーテ
ルスルホン樹脂７０重量％およびガラス繊Ｎｆ！３０重
景％からなる熱可塑性樹脂組成物を用いた。メッキされ
た回路パターンの密着状態および断線率を測定した。結
果を表−２に示した。

比較例３ 実施例３と同様にＰＧＡを製作した。但し、中心にゲー
トを有する金型に代えて、第４図に示すようにサイトゲ
−）　（２ｍｉＸ０．５＋＋ｎ）を有する金型を用いて
射出成型を行った。実施例３と同様に性能試験を行った
結果を表−２に示した。

表−２

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＰＧＡの一例を示す正面図であり、第
２図は第１図Ａ−Ａ’線に沿うその断面図である。 第３図は本発明のＰＧＡの射出成型時における樹脂の流
れ方向を示す説明図であり、第４図はＰＧＡ比較比較対
出成型時における樹脂の流れ方向を示す説明図である。 ｌ：基板、　　　　２：ビン打込用孔、３：凹部、 ４．４’：樹脂注入用ゲート、 ５：放射状の配線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の表面に、放射方向に伸びる多数の配線からな
   る回路パターンが形成された回路板において、該基板が
   熱可塑性樹脂８０〜４０重量％およびガラス繊維２０〜
   ６０重量％からなる組成物で構成され、且つ、該ガラス
   繊維は上記配線と実質的に同じ放射方向に配向している
   ことを特徴とする熱可塑性合成樹脂製回路板。 ２、該組成物が、熱可塑性樹脂およびガラス繊維の他に
   、繊維径０．１〜５μｍＮ平均繊維長５〜１００μｍで
   あるチタン酸カリウム繊維を１〜１０重量％含有する特
   許請求の範囲第１項記載の回路板。 ３、基板の表面に、放射方向に伸びる多数の配線からな
   る回路パターンが無電解メッキ法により形成された回路
   板を製造する方法において、成型すべき該基板の表面の
   中心に相当する位置に樹脂注入用ゲートが設けられた金
   型を用いて、熱可塑性合成樹脂８０〜４０重量％および
   ガラス繊維２０〜６０重量％からなる組成物を射出成型
   することを特徴とする熱可塑性合成樹脂製回路板の製造
   方法。