JPH0770637B2

JPH0770637B2 - 熱可塑性合成樹脂製回路板およびその製法

Info

Publication number: JPH0770637B2
Application number: JP27544486A
Authority: JP
Inventors: 哲男湯本
Original assignee: Sankyo Kasei Co Ltd
Current assignee: Sankyo Kasei Co Ltd
Priority date: 1986-11-20
Filing date: 1986-11-20
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPS63129653A

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。

〔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、100ピン以上の多ピン半導体が出現
している。このよう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、実装密度の高いピ
ン・グリッド・アレイ（以下、「PGA」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頼性は高いもののい
くつかの欠点を有していた。例えば、衝撃に弱く、ピン
圧入などによってクラックを生じやすい。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PGA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ー部は、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、耐熱時に
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、信頼性、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
放射方向に延びる多数の配線からなる回路パターンを有
しその中央部に半導体チップを搭載し該半導体チップと
該配線とを電気的に接続してピン・グリット・アレーと
する回路板において、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。

この回路板は、基板の表面に放射方向に延びる多数の配
線からなる回路パターンを有しその中央部に半導体チッ
プを搭載し該半導体チップと該配線とを電気的に接続し
てピン・グリット・アレーとする回路板の製法におい
て、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
物を射出成型して該ガラス繊維を基板の該ゲート位置か
ら放射方向に配向させた熱可塑性合成樹脂製基板を形成
した後、該基板の表面に前記ガラス繊維と実質的に同じ
放射方向に延びる多数の配線からなる回路パターンをメ
ッキ法により形成することを特徴とする熱可塑性合成樹
脂製回路板の製法によって製造される。

〔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
（１）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生するこ
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たっては、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。

熱可塑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（18.6kg/c
m²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℃未満ではハンダ付け時に変形の惧れがあ
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体
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、250〜300℃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重量％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のチョップドス
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が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0.1〜５μｍ、繊
維流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、TiO₂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、LiCO₃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、
単独または二軸押出機によって混練、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（１）
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。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
学エッチング、センシタイジング、Pd触媒によるアクチ
ベーション、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げるため各種のエッチン
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、酸性フッ化アンモニウム
／硝酸、フッ化水素酸／硝酸といったエッチング液が好
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。ピン打込用孔部にはピンとの接
続のためスルーホールメッキが施される。

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ッキレジスト印刷、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、不要な銅メッキ部分をエッ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、金ワイヤー・ボンディンを行ない、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60重量％とガラス繊維
（繊維径13μｍ、長さ3mのチョップドストランド、アミ
ノシラン処理品）40重量％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35mm×35mm×1.2mmで、この成型体は内
径0.48mmφ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ー部
（３）は11mm×11mm、深さ0.5mmである。射出成型条件
は次の通りであった。

射出成型機：住友ネスタールプロマット165/75 シリンダー温度:310℃ 樹脂温度:330℃ 金型温度:130℃ 保圧:600kg/cm²/6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0.8mm
φの一点ポイント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。

＜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
成るエッチング液に40℃で５分間浸漬し、エッチングを
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。

＜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ッ
キレジスト印刷した。

＜工程３＞電気メッキ電子銅メッキ（スルーホールメッキ）を10A/dm²で10分
間行ない、さらに電気ニッケルメッキを１μｍ、電気金
メッキを１μｍ被覆した。

＜工程４＞エッチングメッキレジスト被膜を除去後、硝酸によってメッキ不要
部を除去した。

＜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ー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ッティング樹脂によっ
て半導体チップを封止した。

＜工程７＞ピン打込みスルーホールメッキを施されたピン孔に0.45mmφ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1000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、常態でのピン間の抵抗値、および85℃95％
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・クッ
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に示した。

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（2mm×0.5mm）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（大塚化学“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。

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％およびガラス繊維30重量％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ドゲー
ト（2mm×0.5mm）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。

【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比較品の射出成
型時における樹脂の流れ方向を示す説明図である。 1:基板、2:ピン打込用孔、 3:凹部、 4,4′：樹脂注入用ゲート、 5:放射状の配線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に放射方向に延びる多数の配線
からなる回路パターンを有しその中央部に半導体チップ
を搭載し該半導体チップと該配線とを電気的に接続して
ピン・グリット・アレーとする回路板において、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。
【請求項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0.1〜５μｍ、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。
【請求項３】基板の表面に放射方向に延びる多数の配線
からなる回路パターンを有しその中央部に半導体チップ
を搭載し該半導体チップと該配線とを電気的に接続して
ピン・グリット・アレーとする回路板の製法において、
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
射出成型して該ガラス繊維を基板の該ゲート位置から放
射方向に配向させた熱可塑性合成樹脂製基板を形成した
後、該基板の表面に前記ガラス繊維と実質的に同じ放射
方向に延びる多数の配線からなる回路パターンをメッキ
法により形成することを特徴とする熱可塑性合成樹脂製
回路板の製法。