先端半導体パッケージの反り抑制と応力緩和に貢献する材料①

カテゴリ：
半導体・電子材料

本稿では、第4回で解説した先端半導体パッケージの主要な技術的課題である反りに焦点を当てます。

チップ、インターポーザー、パッケージ基板など、CTE^*1の異なる異種材料を積層する先端半導体パッケージでは、製造工程の熱履歴によって生じる各材料の収縮差が、設計精度への影響を無視できないレベルの反りの要因となります。これは接続不良や製品寿命の低下に直結する問題です。

反りに対しては設計面・製造プロセス面でだけでなく、構成材料間での熱膨張率のマッチングを始めとする材料面での対策も重要です。

3Dパッケージと反り低減に貢献する材料

以下では反り対策に貢献する材料について具体例を挙げてご紹介します。

反り対策に貢献する材料

パッケージ基板材料 (MCL(Core)/Prepreg)

パッケージ基板材料は、半導体パッケージにおいて全体を強固に支持し、チップないしはインターポーザーとプリント基板の電気的な接続を中継するパッケージ基板に使用される材料です。特に先端半導体パッケージではチップやインターポーザー上の端子は極めて微細なピッチで高密度に並んでいますが、接続先となるマザーボードなどのプリント基板の端子は、それよりも遥かに大きなサイズで構成されています。パッケージ基板は、この両者の寸法差を多層配線によって段階的に中継する役割を担います。

このように構造が複雑化する中で、CTEの異なるチップ、インターポーザー、プリント基板に挟まれたパッケージ基板には、熱履歴による内部応力が蓄積されやすくなります。そのため、パッケージ基板の特性が、半導体パッケージ全体の反りを左右します。

レゾナックでは先端半導体パッケージ向け、高周波用途向けなど多様なパッケージ基板材料をラインナップしています。特に先端半導体パッケージ向けに開発されたMCL-E-795Gシリーズは、独自のポリマーブレンド技術及びフィラー高充填技術により、反り抑制に不可欠な高弾性率と低熱膨張を実現し、半導体パッケージ全体の反り低減と、製品の長期信頼性の確保に貢献します。

詳細は以下よりご覧ください。

パッケージ用基板材料

MCL-E-795G

MCL製品外観

ソルダーレジスト (SR)

ソルダーレジストは、パッケージ基板の最表面を覆うように形成され、配線を物理的および電気的に保護するとともに、回路の絶縁性を担保する材料です。

感光性ソルダーレジストは露光工程および現像工程を用いて一括で、半導体チップとパッケージ基板を接続するための開口を形成します。この方法により、極めて高精度な開口形成が可能です。また、フィルム状の形態は、液状に比べてパッケージ基板上の銅配線による凹凸を平坦に埋め込む能力に長けています。

先端半導体パッケージの領域では、半導体チップやインターポーザーとパッケージ基板の間の接続は、極めて高密度に端子接続されます。そのため、パッケージ基板表面には高精度な開口形成と高い平坦性が要求されており、フィルム状の感光性ソルダーレジストが広く採用されています。フィルム状のソルダーレジストを使用することで、極めて高密度に配置された端子に対して正確な接続を確保すると同時に、パッケージ基板表面を平坦に仕上げることができ、その後の半導体チップ実装性を飛躍的に向上させることが可能です。

レゾナックのSR-Fシリーズは、先端半導体パッケージの技術課題を打破するフィルム状の感光性ソルダーレジストです。低熱膨張かつ、低硬化収縮という特性によって、パッケージ基板の反りを抑え込むとともに、優れた解像性により、微細な開口形成を可能にします。この高い微細加工能力は、AIやHPC向けなど、高性能化が進む次世代の半導体デバイスにおける接続端子のさらなる高密度化に貢献します。

詳細は以下よりご覧ください。

パッケージ基板用感光性ソルダーレジスト

SR-Fシリーズ製品外観