(57)【要約】【課題】    繊維状フィラーを使用する半導体素子実装用回路基板の製造方法において、フィラーの配向を制御して、実装時の熱負荷や使用時の温度変化などによって実装接合部分の破断のない半導体素子実装用回路基板の成形品の製造方法を提供する。【解決手段】    繊維状フィラーを含む成形用樹脂１１を金型２内のキャビティに射出する樹脂射出工程と、少なくとも実装される半導体素子と重なりあう成形品の部分に対応するキャビティに対して、成形用樹脂の流動方向と交差する方向に磁場を付加する磁場付加工程と、金型内の成形用樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを備えた半導体素子実装用回路基板の製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体である繊維状フィラーを含む成形用樹脂を金型内のキャビティに射出する樹脂射出工程と、少なくとも実装される半導体素子と重なりあう成形品の部分に対応するキャビティに対して、成形用樹脂の流動方向と交差する方向に磁場を付加する磁場付加工程と、キャビティの成形用樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを備えた半導体素子実装用回路基板の製造方法。
【請求項２】
樹脂射出工程が、平板状金型内のキャビティの外周部位から成形用樹脂を射出するものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
【請求項３】
磁場付加工程が、半導体素子が実装される面を含む平面に対してのみ磁場を付加することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一つに記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
【請求項４】
磁場付加工程が、実装される半導体素子と重なりあう成形品の部分に対応するキャビティの略中心から、放射状に磁場を付加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
【請求項５】
磁性体である繊維状フィラーが鉄系繊維状フィラーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、家電製品、各種センサなどの部品である半導体素子実装用回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子実装用回路基板は、半導体素子との線膨張率の差を小さくするために、母材樹脂の中にフィラーを入れて製造することが一般的に行われている。ここで、フィラーの形状には球状のものと繊維状のものが存在するが、後者の方が熱膨張を抑制する効果が高いために、よく使用されている。
【０００３】
ところが、ゲート位置を図１２（ａ）に示す如く設定すると、繊維状フィラー２５を母材樹脂に混入して使用する場合には、回路形成前の半導体素子実装用回路基板（以下、成形品１６とする）において、繊維状フィラー２５が成形用樹脂の流動方向（図１２（ａ）において右上から左下に向かう方向）に配向しやすい。この場合、図１２（ｂ）に示す如く、図１２（ａ）におけるＥ−Ｅ断面においては、繊維状フィラー２５の断面方向が揃うこととなり、熱膨張を抑制する効果が低くなる。そのため、図１２（ｃ）に示す如く、実装時の熱負荷や使用時の温度変化などが半導体素子実装用回路基板２６に加わると、この断面に沿った方向の実装接合部分が破断してしまう場合がある。
【０００４】
ところで、繊維状フィラーの配向を制御する技術としては、特開２００１−８１２０２号公報に開示されている技術や特開２００１−１０６７９９号公報に開示されている技術がある。これらは導体回路用樹脂基板や高分子複合材料成形品の成形用樹脂に混入したポリベンザゾール短繊維やアラミド繊維の配向について、磁場を付加することで任意の一方向に配向させているが、いずれも前記導体回路用樹脂基板等の特定物性を改良する技術であり、かつ基板内のフィラーを所定の方向に揃えるためのものであり、半導体素子実装用回路基板に適用するための方法に関しては言及されていない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８１２０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０６７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、繊維状フィラーを使用する半導体素子実装用回路基板の製造方法において、繊維状フィラーの配向を制御して、実装時の熱負荷や使用時の温度変化などによって実装接合部分の破断のない半導体素子実装用回路基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願発明は、磁性体である繊維状フィラーを含む成形用樹脂を金型内のキャビティに射出する樹脂射出工程と、少なくとも実装される半導体素子と重なりあう成形品の部分に対応するキャビティに対して、成形用樹脂の流動方向と交差する方向に磁場を付加する磁場付加工程と、キャビティの成形用樹脂を硬化させる樹脂硬化工程とを備えた半導体素子実装用回路基板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明によれば、半導体素子実装用回路基板において、成形用樹脂の流動方向と交差する方向にも磁性体である繊維状フィラーを配向させることができるので、流動方向と交差する方向においても実装時の熱負荷や使用時の温度変化などの熱履歴に強い基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜８は、本願の請求項１〜５すべてに対応した第一実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法を示している。この実施形態の半導体素子実装用回路基板の製造方法は、図２及び図３に示す如く、磁性体である繊維状フィラーを含む成形用樹脂１１を金型２内のキャビティ７に射出する樹脂射出工程、及び少なくとも実装される半導体素子と重なりあう成形品の部分に対応するキャビティに対して、成形用樹脂１１の流動方向と交差する方向に磁場を付加する磁場付加工程と、図４に示す如く、キャビティの成形用樹脂１１を硬化させる樹脂硬化工程とを備えている。
【００１０】
以下、この実施形態による半導体素子実装回路用基板の製造方法の第一実施形態を、成形用樹脂の製造方法、樹脂射出工程、磁場付加工程、樹脂硬化工程、その他の工程に分けて、より具体的詳細に説明する。
【００１１】
まず成形用樹脂の製造方法について説明する。磁性体である繊維状フィラーは、外径３０μｍ、長さ２５０μｍの鋳鉄を用い、その表面にディッピングによって膜厚が５〜１５μｍ程度となるようにポリイミドをコーティングした。これをバレル状のものに入れ、回転させながら加熱することによって、磁性体である繊維状フィラー同士の固着を避けながら乾燥・硬化させた。これを母材樹脂であるポリフタルアミド（商品名；Ｎ１０００、株式会社クラレ製）に５０重量％混入し、加熱ロールで十分に混錬することで成形用樹脂を製造した。
【００１２】
ここで磁性体である繊維状フィラーの混入比率であるが、２０〜７０ｗｔ％の範囲内が好適である。この範囲を超えると所望の熱膨張を抑制する効果が得られなかったり、成形用樹脂の粘度が過大となり樹脂射出工程における生産性が低下する恐れがある。一方、この範囲を下回ると熱膨張を阻止する効果が十分に得られなくなる。
【００１３】
次に樹脂射出工程について説明する。これらは図２及び図３に示す如く、金型２に射出シリンダのノズル３を接触させ、樹脂温度３３０℃、金型温度１４０℃、射出速度５０ｍｍ／ｓの条件で成形用樹脂１１を射出することで実施した。ここで金型２であるが、これは図１に示す如く、非磁性体である高強度のアルミ合金を型材とする固定側金型５に中央部と外周部のヨークがキャビティに露出するように電磁石４を設けた後に、非磁性体である高強度のアルミ合金を型材とする可動側金型６と組み合わせることで、金型２を構成した。ここでゲート位置１は金型のキャビティの隅角部とした。
【００１４】
また電磁石４は、図６に示す如く、焼入れ処理した炭素鋼を使用して、中央部がＮ極１０、外周部がＳ極９となるように、コイル８の巻き方向と電流の流す方向を設定した。コイル８はコイル用に一般に使用されているマイカ入りの絶縁シートをヨークに巻いた上にエナメル銅線を巻きつけた。また図６（ｂ）においてN極１０とS極９との下方突出部の底面は略面一となるようにした。
【００１５】
次に磁場付加工程について説明する。これらは図２及び図３に示す如く、射出と同時に、キャビティの略中心から放射状に磁場３５０Ａ／ｍを付加することで実施した。このときの磁場は２００〜５００Ａ／ｍの範囲が好適である。２００Ａ／ｍを下回ると十分に磁性体である繊維状フィラーを配向させることができず、５００Ａ／ｍを上回るとコイル２の発熱が不可避となる。なお図６（ｂ）においてN極１０とS極９との下方突出部の底面は略面一であるので、磁場はキャビティ全体に付加されることはなく、図７に示す如く、キャビティの突出部１４を除く平面部分（ハッチ部）１３にのみ放射状に付加される。
【００１６】
次に樹脂硬化工程及びその他の工程について説明する。これは図４に示す如く、成形用樹脂１１を冷却させることで実施した。成形用樹脂の硬化が完了すると、電磁石４への電流供給を止め、金型２を開き、エジェクタピン（図示せず）にて突き出すことによりゲート部１７と一体となった状態で成形品１６を離型した。その後、図５に示す如く、ゲート部１７を切断し、所望の成形品１６を得た。そして得られた成形品にレーザパターニング法、マスク露光法、２ショット法等の回路形成法を用いて、成形品の表面に回路形成して、半導体素子実装用回路基板を得た。そして、この回路基板に対し半導体素子をフリップチップ実装後、アンダーフィル樹脂を注入し硬化させることで半導体素子実装パッケージを得た。
【００１７】
ここで成形用樹脂とは、磁性体である繊維状フィラーと母材樹脂を混錬したものであって、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも含む概念である。
【００１８】
ここで実装される半導体素子２１と重なりあう成形品の部分２４とは、図９に示す如く、半導体素子２１を実装した状態でその上部から成形品１６を観察した場合に、半導体素子２１によって隠される成形品１６の、半導体素子２１と対向する表面部分をいう。
【００１９】
本第一実施形態によれば、半導体素子実装用回路基板において、成形用樹脂の流動方向と交差する方向にも磁性体である繊維状フィラーを配向させることができるので、流動方向と交差する方向においても実装時の熱負荷や使用時の温度変化などの熱履歴に強い基板を製造することができる。
【００２０】
また本第一実施形態によれば、図１に示す如く、樹脂射出工程において、ゲート位置１をキャビティの隅角部としたように、平板状金型のキャビティの外周部位から成形用樹脂を射出することにより、図３に示す如く、成形用樹脂１１の流動方向が略平行になりやすいことから、これと直交する方向に磁場を付加することで容易に磁性体である繊維状フィラーの配向を抑制することができ、また通常の射出成形で実施される、いわゆる多数個取り（一の射出シリンダから複数の金型に成形用樹脂を射出することで複数個の成形品を得る成形方法）に適用できる点で好ましい。
【００２１】
また本第一実施形態によれば、図７に示す如く、キャビティ全体ではなく、キャビティの突出部１４を除く平面部分（ハッチ部）１３にのみ磁場を付加したが、このように半導体素子が実装される面を含む平面にのみ磁場を付加する場合には、磁性体である繊維状フィラーの密度が磁場を付加された部位において高まるので、当該平面部分の強度が高くなり、実装後の接続信頼性を高める点で好適である。また、半導体素子の実装部でないキャビティの突出部１４に磁性体である繊維状フィラーを充填する必要がなく、成形用樹脂への磁性体である繊維状フィラーの混入率を低減できるため、射出成形時の圧力を低くできる点でも好ましい。
【００２２】
また本第一実施形態の製造方法によれば、磁場付加工程において、図２に示す如く、磁場はキャビティの略中心から放射状に付加されているので、図８（ａ）に示す如く成形品１６において、磁性体である繊維状フィラー１８が成形用樹脂の流動方向（図８（ａ）において右上から左下に向かう方向）ではなく、成形品１６の略中心から放射状に配向する。この場合、図８（ｂ）に示す如く、図８（ａ）におけるＤ−Ｄ断面のような半導体素子と重なりあう成形品１６の部分の中心を通るどの断面においても、磁性体である繊維状フィラー１８の長手方向が断面内に揃うこととなり、熱膨張を抑制する効果が一層高くなる点で好適である。
【００２３】
また本第一実施形態の製造方法によれば、磁性体である繊維状フィラーとして鉄系繊維状フィラーを用いているので、比較的低い磁場で配向させることができ、かつ原料のコストを低く抑えることができる点で、好適である。
【００２４】
また本願発明の第二実施形態を図１１に示す。これは前記第一実施形態の樹脂射出工程において、射出シリンダのノズル３の直下に設置した振動方向変換体２８を介して振動子２９により振動を付加することで、振動と磁場を重畳して付加するものであり、その他については第一実施形態と同じである。これにより、磁性体である繊維状フィラーの配向が容易となり、磁場付加工程時に付加する磁場が小さくでき、製造装置の小型化が可能となる。
【００２５】
なお以上の実施形態では、図２に示す如く、キャビティの略中心から放射状に磁場を付加したが、このように実装される半導体素子と重なり合う成形品の部分に対応するキャビティの略中心から放射状に磁場を付加することに限られず、成形用樹脂１１の流動方向と交差する方向であれば、任意の磁場を付加することができる。例えば当該中心から同心円状に磁場を付加してもよく、また流動方向と略直交する方向に磁場を付加してもよい。
【００２６】
さらに磁性体である繊維状フィラーを鋳鉄であるとしたが、鉄、鉄−けい素合金、鉄−アルミニウム合金、鉄−けい素−アルミニウム合金、ニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト等を例示できる。また磁場に応答して配向するものであれば無機系材料に限られず、例えば、黒鉛化炭素繊維、ポリベンザゾール短繊維、アラミド短繊維等も使用可能である。
【００２７】
また磁性体繊維状フィラーの寸法であるが、形状が繊維状であれば任意のものを使用でき、外形５〜２００μｍ、長さ５０〜８００μｍの範囲にあるものを例示できる。特に外径２０〜５０μｍ、長さ２００〜３００μｍのものが、材料を旋盤上でびびり振動切削を行って、繊維状の切屑として容易に作製できるので好ましい。
【００２８】
また磁性体である繊維状フィラー表面にポリイミドをディッピングすることとしたが、表面を電気的に絶縁処理できるものであれば、ポリイミド以外にもポリパラキシリレン、エポキシなどの樹脂も使用可能である。この絶縁処理により成形品の導電性をより低減することができ、回路基板としての電気絶縁信頼性が向上することとなり好適である。またコーティング方法はディッピング以外にも塗布や蒸着重合等の定法を使用することができる。
【００２９】
また本第一実施形態では成形用の母材樹脂をポリフタルアミドとしたが、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂や、全芳香族ポリエステルに代表される液晶ポリマー、ポリフェニレンエーテル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン等の熱可塑性樹脂を例示できる。耐熱性、機械特性、成形性等の諸特性のバランスからポリフタルアミドが好ましく、磁場により分極しやすいという特性を持つことから配向制御が容易になる点で全方向族ポリエステルに代表される液晶ポリマー、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデンが好適である。
【００３０】
さらに繊維状フィラーは単一の材料であることに限られず、複数種類、例えば磁性体である繊維状フィラーとガラス繊維のような非磁性体の繊維フィラーの混合物であってもよい。例えば鋳鉄及びこれと略同形状のガラス繊維を３０体積％ずつ混入し、本第一実施形態に示す方法と同様の手続きにより、半導体素子実装用回路基板を製造する方法も本願発明の技術的思想に含まれる。
【００３１】
この場合、図１０に示す如く、磁性体である繊維状フィラー１８は、実装される半導体素子と重なりあう部分の略中心から放射状に配向し、非磁性体の繊維状フィラー（細線）２７は、樹脂の流動方向（図１０において右上から左下に向かう方向）に配向するようになり、全体として見ると、磁性体の繊維状フィラー１８と非磁性体の繊維状フィラー（細線）２７がクロスして配向するような形をとる。これによって繊維状フィラーを多方向に制御することが可能となり、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本願発明の第一実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法を示す図面であり、（ａ）はＢ−Ｂ断面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示している。
【図２】本願発明の第一実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法を示す図面であり、（ａ）はＢ−Ｂ断面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示している。
【図３】本願発明の第一実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法を示す図面であり、（ａ）はＢ−Ｂ断面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示している。
【図４】本願発明の第一実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法を示す図面であり、（ａ）はＢ−Ｂ断面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示している。
【図５】本願発明の第一実施形態である成形品とゲート部の側面図。
【図６】本願発明の第一実施形態に用いる電磁石を示す図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、をそれぞれ示している。
【図７】本願発明の第一実施形態であるキャビティ内に磁化を付加した部分（ハッチ部）を示す図面であり、（ａ）はＢ−Ｂ断面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、をそれぞれ示している。
【図８】本願発明の第一実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法で得られた成形品又は半導体素子実装パッケージを示す図面であり、（ａ）は成形品の平面図、（ｂ）は成形品のＤ−Ｄ断面図図、（ｃ）は半導体素子実装パッケージのＤ−Ｄ断面図、をそれぞれ示している。
【図９】本願発明における「実装される半導体素子と重なり合う成形品の部分」の斜視図。
【図１０】本願発明の第一実施形態である磁性体であるフィラーと非磁性体であるフィラーの混合させた場合の成形品の平面図。
【図１１】本願発明の第二実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法を示す断面図。
【図１２】従来の発明の一実施形態である半導体素子実装用回路基板の製造方法で得られた成形品又は半導体素子実装パッケージを示す図面であり、（ａ）は成形品の平面図、（ｂ）は成形品のＥ−Ｅ断面図図、（ｃ）は半導体素子実装パッケージのＥ−Ｅ断面図、をそれぞれ示している。
【符号の説明】
【００３３】
１  ゲート位置
２  金型
７  キャビティ
１１  成形用樹脂
１２  付加した磁場の方向を示す矢印
１３  キャビティの突出部を除く平面部分（ハッチ部）
１４  キャビティの突出部
１５  成形用樹脂の流動方向を表す矢印
１６  成形品
１８  磁性体である繊維状フィラー
１９  ゲート位置を示す矢印
２０  はんだ
２１  半導体素子
２４  実装される半導体素子と重なり合う成形品の部分
２５  繊維状フィラー
２６  半導体素子実装用回路基板
２７  非磁性体である繊維状フィラー（細線）
３０  電気回路
３１  半導体素子実装パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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