JP5407517B2 - 絶縁層、絶縁体インク及び両面電極パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、絶縁層、絶縁体インク及び両面電極パッケージに関する。

電子産業の発達にともなって、電子部品の高機能化、小型化に対する要求が急増している。係る要求に対応するべく、半導体実装技術として、一つの基板に一つの集積回路を実装する構造の他に、一つの基板に多数の集積回路を実装した積層型半導体パッケージなど、様々な実装パッケージ構造が提案されている。その中の一つにパッケージオンパッケージ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ ｐａｃｋａｇｅ、以下「ＰｏＰ」と称する。）がある。ＰｏＰは高性能、高集積パッケージを実現するための方法として注目されている。

しかし、ＰｏＰはその合計高さが１．４ｍｍ以上であることから実装密度が比較的低い。また、ＰｏＰはパッケージ構造の非対称性に起因する反りの発生や、導通接続部分として利用できる範囲がパッケージ周囲のみに限定されているなどの問題も有している。

このような問題を解決する次世代ＰｏＰとして、パッケージ上面に直接配線層を形成する外部接続用電極を備える両面電極パッケージが提案されている（特許文献１及び２参照）。パッケージ上面を配線層として利用することで、更なる低背化及び狭ピッチ化が可能になり、また、全面を導通接続部分として利用することができる。パッケージ上面を配線層として利用するためには、平坦性及び高絶縁信頼性を確保するために配線層の下地としての絶縁層が必要とされる。

一方、例えばインクジェット印刷法により所定のパターンを有する配線層又は絶縁層を形成する方法（例えば、特許文献３及び４参照）が提案されている。また、配線層及び絶縁層の両方を印刷法により形成させる方法も知られている（例えば、特許文献５参照）。

印刷法により配線層や絶縁層を形成する方法は、必要な箇所にのみ層形成用材料を印刷すればよいため、材料の使用効率が極めて高い。また、簡便に、配線層や絶縁層を形成でき、製造ラインの大幅な変更を伴わず小型化、高性能、高集積化を実現できる可能性がある。

特開２００２−１５８３１２号公報 特許第３９４１８７７号公報 特開２００３−８０６９４号公報 特開平１１−５８９２１号公報 特開２００３−１１０２４２号公報

しかし、従来、インクジェット印刷法等の印刷法によってパッケージ上に所定のパターンを有する配線層を形成する場合に、形成された配線層のパターンが所望の形状を保てない場合があった。特にインクジェット印刷法に適用されるインクは粘度が低く、上記の傾向はインクジェット印刷法によって配線層を形成した場合に特に顕著であった。そのため、印刷法による配線層形成の実用化は困難であるのが実情であった。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、印刷法によって形成される配線層の下地として用いられたときに、良好なパターン形成性で配線層を形成することを可能にする絶縁層を提供することを主な目的とする。また、本発明は係る絶縁層を形成するために用いられる絶縁体インクを提供することを目的とする。さらには、本発明は係る絶縁層及び配線層を備える両面電極パッケージを提供することを目的とする。

本発明は、配線層形成用インクを印刷する方法によって形成される配線層の下地用の絶縁層に関する。本発明に係る絶縁層は、絶縁性樹脂組成物及び溶媒を含有する絶縁体インクを加熱硬化することにより形成される。配線層形成用インク中の溶媒の表面自由エネルギーγ_ａ及び当該絶縁層の表面自由エネルギーγ_ｂは、γ_ｂ−γ_ａ＝−１０〜１５ｍＪ／ｍ^２を満たす。

上記本発明に係る絶縁層を配線層の下地として用いることにより、良好なパターン形成性で印刷法によって配線層を形成することが可能である。

絶縁体インク中の溶媒の２５℃における蒸気圧は１．３４×１０^３Ｐａ未満であることが好ましい。

２５℃における蒸気圧が１．３４×１０^３Ｐａ未満である上記溶媒の絶縁層における含有割合は、当該絶縁層全体に対して１５質量％以下であることが好ましい。溶媒の含有割合が１５質量％以下であることにより、絶縁信頼性、及び良好な配線パターン形成性の点でより優れた効果が得られる。同様の観点から、絶縁層における溶媒の含有量はより好ましくは１０質量％以下、更に好ましくは２質量％以下である。

絶縁体インクは表面調整剤を更に含有することが好ましい。表面調整剤を用いることにより、配線層形成用インク中の溶媒の表面自由エネルギーγ_ａ及び当該絶縁層の表面自由エネルギーγ_ｂが上記特定範囲となるように容易に調整することができる。

絶縁体インクは、絶縁性樹脂組成物として、エポキシ樹脂とその硬化剤とを含有することが好ましい。この場合、エポキシ樹脂は、好ましくは、フェノール化合物とアルデヒド化合物との縮合物のグリシジルエーテル化物である。また、硬化剤は、好ましくは、フェノール化合物とアルデヒド化合物との縮合物である。

本発明はまた、上記本発明に係る絶縁層を形成するために用いられる絶縁体インクに関する。

本発明に係る絶縁体インクの２５℃における粘度は、５０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。

本発明に係る絶縁体インクの２０℃における表面張力は、１５〜５０ｍＮ／ｍであることが好ましい。

本発明に係る絶縁体インクは、印刷法によって絶縁層を形成するために用いられるときに、特に有用なものである。

別の側面において、本発明は半導体チップ及び外部接続用電極を備え、該外部接続用電極が両面に配置された両面電極パッケージに関する。本発明に係る両面電極パッケージは、配線層形成用インクを印刷する方法によって形成された配線層と、該配線層の下地である上記本発明に係る絶縁層とを備える。

本発明によれば、インクジェット印刷法等の印刷法によって形成される配線層の下地として用いられたときに、良好なパターン形成性で配線層を形成することを可能にする絶縁層が提供される。より具体的には、インクジェット印刷法等の印刷法によってパッケージ上に絶縁層を形成し、その上面にインクジェット印刷法等の印刷法によって配線層を形成する場合に、配線層が良好なパターン形状を形成し得る絶縁体インク、及びこれを用いて形成された絶縁層を備える多層配線両面電極パッケージを提供することができる。

両面電極パッケージの一実施形態を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施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。

本実施形態に係る両面電極パッケージは、半導体チップ及びこれに電気的に接続された外部接続用電極を備える。外部接続用電極は両面電極パッケージの両面にそれぞれ配置される。本実施形態に係る両面電極パッケージにおいて、配線層と、該配線層の下地である上記本発明に係る絶縁層とが所望の位置に配置される。

本実施形態に係る両面電極パッケージは、例えば、絶縁性樹脂組成物及び溶媒を含有する絶縁体インクを印刷し、印刷された絶縁体インクを加熱硬化して絶縁層を形成する工程と、絶縁層上に導電材料及び溶媒を含有する配線層形成用インクを印刷し、印刷された配線層形成用インクから溶媒を除去して配線層を形成する工程とを含む方法によって製造することができる。

絶縁層を形成するために用いられる絶縁体インクは、絶縁性樹脂組成物と、該絶縁性樹脂組成物を溶解又は分散する溶媒とを含有する。

絶縁性樹脂組成物は、電気絶縁性を示す材料から構成される。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコン変性ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ＢＴレジン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂及びアルキッド樹脂等を構成する、モノマー、オリゴマー及びポリマー等を含む組成物が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を併用することができる。

上記樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を含有することが好ましい。この場合、絶縁体インクの加熱硬化により、熱硬化性樹脂の硬化物が絶縁層として形成される。係る絶縁層は耐熱性に優れ、また、両面電極パッケージにおける絶縁信頼性及び接続信頼性向上に寄与する。

熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が特に好ましい。エポキシ樹脂は、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、フェノール化合物とアルデヒド化合物のグリシジルエーテル化物、二官能フェノール類のグリシジルエーテル化物、二官能アルコールのグリシジルエーテル化物、ポリフェノール類のグリシジルエーテル化物、及びこれらのアルキル置換体、窒素含有基置換体、水素又はハロゲン化物から選ばれる。これらは、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

上述した中でも、エポキシ樹脂としては、フェノール性水酸基を有するフェノール化合物とアルデヒド化合物とを縮合反応させて得られる縮合物のグリシジルエーテル化物が好ましい。このようなエポキシ樹脂を用いることで、絶縁層の耐熱性及び配線層に対する接着性を更に向上させることが可能となる。

上記フェノール化合物としては、フェノール、クレゾール、アルキルフェノール、カテコール、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡ及びビスフェノールＳが好ましい。また、上記アルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド及びサリチルアルデヒドが挙げられる。

エポキシ樹脂の分子量は、好ましくは５００００未満、より好ましくは１５０００未満である。

エポキシ樹脂を用いる場合、絶縁性樹脂組成物は、エポキシ樹脂を硬化する硬化剤を更に含むことが好ましい。硬化剤としては、例えば、アミン類、イミダゾール化合物、酸無水物、フェノール化合物、フェノール化合物とアルデヒド化合物との縮合物が挙げられる。これらの硬化剤は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

硬化剤としては、上述した中でも、フェノール性水酸基を有するフェノール化合物とアルデヒド化合物との縮合物が好ましい。係る縮合物としては、例えば、ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコール，ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、ナフタレンジオール類、ビフェノール類、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂及びこれらのハロゲン化物、アルキル基置換体又は窒素含有基置換体が挙げられる。これらは、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

絶縁体インク中の溶媒の２５℃における蒸気圧は、１．３４×１０^３Ｐａ未満であることが好ましい。より具体的には、絶縁体インクは、例えば、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アニソール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチエーテルアセテート及び１，３ブチレングリコールジアセテートからなる群より選ばれる少なくとも１種の溶媒を含有する。２種以上の溶媒を混合して用いる場合、混合溶媒の２５℃における蒸気圧が１．３４×１０^３Ｐａ未満であることが好ましい。

絶縁体インク中における溶媒の含有割合は、特に限定されないが、絶縁体インクの粘度が２５℃において５０ｍＰａ・ｓ以下となるように適宜調整されることが好ましい。インクジェット法におけるより安定した吐出性を達成する観点から、絶縁体インクの２５℃での粘度はより好ましくは１〜３０ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは５〜１５ｍＰｓ・ｓである。このように絶縁体インクの粘度を調整することにより、絶縁体インクの粘度の高さに起因する印刷時の目詰まり等をより確実に防止することができる。

絶縁体インクは、上述したような成分のほか、所望の性状に応じて、硬化促進剤、カップリング剤、酸化防止剤、充填剤、表面調整剤等を含有してもよい。

表面調整剤によって、絶縁体インクの表面張力を調整することができる。表面調整剤としては、例えば、シリコン系、ビニル系、アクリル系及びフッ素系から選ばれる少なくとも１種の化合物が用いられる。絶縁体インクの２０℃における表面張力は、好ましくは１５〜５０ｍＮ／ｍ、より好ましくは２０〜４５ｍＮ／ｍである。

絶縁体インクの印刷法としてはインクジェット法が好ましい。印刷された絶縁体インクを加熱することにより、溶媒が除去されるとともに樹脂組成物が硬化されて、絶縁層が形成される。例えば、室温（２５℃）〜２４０℃で３〜９０分間の加熱により絶縁層が形成される。複数の絶縁層及び配線層を交互に形成する場合、絶縁層を形成するための絶縁体インクの硬化は、配線層の積層及び絶縁体インクの塗布を交互に複数回行った後に、全体を加熱して一括して行ってもよい。

絶縁層上に配線層形成用インクを所望のパターンで印刷し、印刷された配線層形成用インクから溶媒を除去して、配線層が形成される。配線層形成用インクは、導電材料として例えば銀粒子を含有する。配線層形成用インクの溶媒としては、例えばトリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル及びエチレングリコールモノプロピルエーテルなどのエチレングリコール系のエーテル、テトラデカン、並びにトルエンから選ばれる非極性溶媒が用いられる。

絶縁層は、上記配線層形成用インク中の溶媒の表面自由エネルギーγ_ａ及び当該絶縁層の表面自由エネルギーγ_ｂがγ_ｂ−γ_ａ＝−１０〜１５ｍＪ／ｍ^２を満たすように、調整される。より好ましくは、γ_ｂ−γ_ａ＝−５〜１０ｍＪ／ｍ^２である。

上記のような関係は、例えば、絶縁層を形成するための絶縁体インクに表面調整剤を適量添加することにより達成することができる。絶縁体インク全量に対する表面調整剤の濃度が０．０１〜１０質量％であるとき、絶縁層中に残存する表面調整剤の作用により、上記のような関係式を満たす絶縁層が形成される場合が多い。

配線層形成用インクの溶媒の絶縁層に対する接触角は、２０度〜３５度であることが好ましい。より安定した配線層の形成性を達成する観点から、係る接触角はより好ましくは２５度〜３０度である。

絶縁層は、２５℃における蒸気圧が１．３４×１０^３Ｐａ未満である溶媒を含有していてもよい。絶縁層中の溶媒は、通常、絶縁体インクに由来する残存溶媒である。絶縁層における溶媒の含有割合は、絶縁層全体に対して、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、更に好ましくは２質量％以下である。

図１は、両面電極パッケージの一実施形態を示す断面図である。図１に示す両面電極パッケージ１００は、基板３０と、基板３０に搭載された半導体チップ１０と、半導体チップ１０と基板３０との間に介在しこれらを接着するダイボンディング層５と、基板３０上に設けられ半導体チップ１０を封止する封止樹脂層７とを備える。更に、封止樹脂層７を貫通する貫通電極２０が設けられており、貫通電極２０は、基板３０に接する端部２３と、封止樹脂層７の基板３０とは反対側の面に露出する端部２１とを有する。端部２３はワイヤ１５を介して半導体チップ１０と接続されている。基板３０の半導体チップ１０とは反対側の面上には、複数のはんだボール２２が設けられている。両面電極パッケージ１００は、封止樹脂層７の基板３０とは反対側の面上に形成された絶縁層１と、絶縁層１上に形成され、貫通電極２０の端部２１と接続されるようにパターン化された配線層３とを更に備えている。端部２１及びはんだボール２２が、両面電極パッケージ１００の外部接続用電極として機能する。絶縁層１は、配線層３の下地として設けられており、端部２１が露出するようなパターンを有している。絶縁層１として、上述の実施形態に係る絶縁層が用いられる。

以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

絶縁体インクの調整
（実施例１）
ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂（商品名「Ｎ‐８６５」、大日本インキ化学工業株式会社製）２２．２ｇと、硬化剤であるビスフェノールＡノボラック樹脂（商品名「ＶＨ−４１７０」、大日本インキ化学工業株式会社製）１２．１ｇと、硬化促進剤である２−エチル−４−メチルイミダゾール（東京応化工業株式会社製）０．０２ｇと、シリコン系表面調整剤（商品名「ディスパロン１７１１」、楠本化成株式会社）０．１７ｇとを、溶媒であるγ‐ブチロラクトン（２５℃における蒸気圧：３．４×１０^２Ｐａ）１１５．５ｇに溶解させて、粘度が１１．３ｍＰａ・ｓである絶縁体インクを得た。なお、粘度は、音叉型振動式粘度計（「ＳＶ‐１０」、エーアンドディー社製）を用い、２５℃の条件で測定して得られた値である（以下同様）。

（実施例２）
Ｎ−８６５を２２．２ｇと、ＶＨ−４１７０を１２．１ｇと、２−エチル−４−メチルイミダゾール０．０２ｇと、シリコン系表面調整剤（商品名「ＢＹＫ３１０」、ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｅ社製）０．１７ｇとを、γ‐ブチロラクトン１１５．５ｇに溶解させて、粘度が１０．５ｍＰａ・ｓである絶縁体インクを得た。

（比較例１）
Ｎ‐８６５を２２．３ｇと、ＶＨ‐４１７０を１２．２ｇと、２−エチル−４−メチルイミダゾール０．０２ｇとを、γ‐ブチロラクトン１１５．５ｇに溶解させて、粘度が９．６ｍＰａ・ｓである絶縁体インクを得た。

（配線層形成用インク）
配線層形成用インクとして、テトラデカンを溶媒とした銀インク（商品名「Ａｇ１ＴｅＨ」、アルバックマテリアル株式会社製）を使用した。

（表面張力の測定）
白金プレート法による表面張力計（ＣＢＶＰ−Ｚ、協和界面科学社製）を用いてテトラデカンの表面張力を測定した。表面張力は、液体の表面自由エネルギーを張力として測定した値であり、次式により単位換算できる。
表面張力（ｍＮ／ｍ）＝表面自由エネルギー（ｍＪ／ｍ^２）
（評価用試験片の作製）
大きさ３５０ｍｍ×３５０ｍｍの正方形のパターンでモールドされた封止材を準備した。この封止材上に、インクジェット印刷装置を用いて実施例１、２及び比較例１の絶縁体インクをそれぞれ印刷した。印刷されたインクを１８０℃で３０分の加熱により硬化して、絶縁層を形成した。形成された絶縁層を試験片として評価に用いた。

（インクジェット印刷性の評価）
インクジェット印刷によって安定に吐出できた絶縁体インクを「良」とした。

（接触角及び表面自由エネルギーの測定）
配線層形成用インクの溶媒（本実施例では、テトラデカン）の各試験片（絶縁層）に対する接触角を接触角計（Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ５００、協和界面科学社製）を用いて測定した。表面自由エネルギーは、水、グリセリン及びホルムアミドをプローブ液体としてその絶縁層に対する接触角を測定し、Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ５００に搭載の解析ソフト（ＦＡＭＡＳ、協和界面科学社製）を用いて酸−塩基法により求めた。

（配線層形成用インクのパターニング性）
配線形成用インクを用いて線幅２００μｍの細線を各試験片上に描画したときの配線層形成用インクのパターン形状を観察し、パターニング性を評価した。配線層形成用インクのパターニング性は、線形状が良好な場合を「良」、バルジの発生等により線形状を保てない場合を「不良」と判定した。

表１に実施例及び比較例の結果を示す。

以上の実験結果からも明らかなように、本発明によれば、インクジェット印刷法等の印刷法によって半導体パッケージ上の絶縁層及び配線層を順次形成する場合において、良好なパターン形状を有する配線層を形成可能な絶縁層を形成することのできる絶縁体インク、及びこれを用いて形成された絶縁層を備える両面電極パッケージを提供することができる。

１…絶縁層（配線層の下地）、３…配線層、５…ダイボンディング層、７…封止樹脂層、１０…半導体チップ、１５…ワイヤ、２０…貫通電極、２１，２３…貫通電極の端部、２２…はんだボール、３０…基板、１００…両面電極パッケージ。

Claims (10)

1. 配線層形成用インクを印刷する方法によって形成される配線層の下地用の絶縁層であって、
   絶縁性樹脂組成物及び溶媒を含有する絶縁体インクを加熱硬化することにより形成され、
   前記配線層形成用インク中の溶媒の表面自由エネルギーγ_ａ及び当該絶縁層の表面自由エネルギーγ_ｂがγ_ｂ−γ_ａ＝−１０〜１５ｍＪ／ｍ^２を満たす、絶縁層。
2. 前記絶縁体インク中の溶媒の２５℃における蒸気圧が１．３４×１０^３Ｐａ未満である、請求項１記載の絶縁層。
3. 前記絶縁体インクが表面調整剤を更に含有する、請求項１又は２記載の絶縁層。
4. 前記絶縁性樹脂組成物がエポキシ樹脂とその硬化剤とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁層。
5. 前記エポキシ樹脂が、フェノール化合物とアルデヒド化合物との縮合物のグリシジルエーテル化物を含む、請求項４記載の絶縁層。
6. 絶縁性樹脂組成物及び溶媒を含有し、請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶縁層を形成するために用いられる、絶縁体インク。
7. ２５℃における粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である、請求項６記載の絶縁体インク。
8. ２０℃における表面張力が１５〜５０ｍＮ／ｍである、請求項６又は７記載の絶縁体インク。
9. 印刷法によって前記絶縁層を形成するために用いられる、請求項６〜８のいずれか一項に記載の絶縁体インク。
10. 半導体チップ及び外部接続用電極を備え、該外部接続用電極が両面に配置された両面電極パッケージにおいて、
    配線層形成用インクを印刷する方法によって形成された配線層と、該配線層の下地である請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶縁層と、を備える、両面電極パッケージ。

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