住友ベークライトの半導体パッケージ向け基板材料　プリプレグやレジンフィルムとは何か？

この記事で分かること

住友ベークライトの新規半導体パッケージ向け基板材料

　住友ベークライトは半導体パッケージ向け基板材料「LαZ®」のサンプル出荷を開始したことを発表しています。

　https://www.sumibe.co.jp/topics/2025/it-materials/0513_01/index.html

　新製品は、高性能化・小型化が進む半導体パッケージのニーズに対応するために開発された基板材料です。特に、スマートフォンやタブレット端末などのモバイル機器向けアプリケーションプロセッサー（AP）用パッケージ基板材料として、その高い信頼性と優れた特性が評価されています。

新製品はどのような特徴を持っているのか

　「LαZ®」は、近年、高性能化・小型化が進む半導体パッケージのニーズに対応するために開発された革新的な材料シリーズです。特に、スマートフォンやタブレット端末などのモバイル機器向けアプリケーションプロセッサー（AP）用パッケージ基板材料として、その高い信頼性と優れた特性が評価されています。

LαZ®の主な特徴とメリットは以下の通りです。

1. 高い放熱性（最新の開発動向）

• 近年、住友ベークライトはLαZ®の新製品として、半導体チップから生じる熱を効果的に放熱する高熱伝導基板材料を開発し、サンプル出荷を開始しています。
• 熱伝導率: プリプレグタイプで1.5W/(m・K)、レジンフィルムタイプで2.1W/(m・K)という高い熱伝導率を実現しています。これは、従来の半導体パッケージ基板材料と比較して非常に優れています。
• チップ埋込への対応: レジンフィルムタイプでは、チップ埋込用のキャビティを樹脂で埋め込むための高流動性も付与されており、基板内部の放熱性向上に大きく貢献します。

2. パッケージの小型化

• LαZ®は、その高い熱伝導率により、チップを基板に内蔵する「チップ内蔵パッケージ」の実現を可能にします。これにより、パッケージ全体のさらなる小型化が期待できます。
• スマートフォンなどの小型電子機器において、部品実装面積の削減は非常に重要であり、LαZ®はこれに大きく貢献します。

3. 放熱性の向上

• チップで発生した熱を効率よく拡散することで、チップの発熱そのものを低減し、デバイスの安定稼働と長寿命化に寄与します。特に、チップや部品を内蔵した基板では、LαZ®の放熱効果がより顕著に現れます。

4. 設計の自由度向上

• 高熱伝導性基板材料であるLαZ®を使用することで、熱を逃がすために設置される「サーマルビア」の数を減らすことが可能になります。これにより、回路設計の自由度が向上し、より複雑で高性能な回路を実装できるようになります。

5. 高信頼性・高剛性・低熱膨張・低寸法変化

• LαZ®シリーズは、半導体パッケージに求められる厳しい信頼性基準を満たしています。
• 高剛性: 高い剛性を持つため、薄型化が進むパッケージの反りを抑制し、安定した実装を可能にします。
• 低熱膨張率（低CTE）: 半導体チップと基板との熱膨張係数の差を小さくすることで、温度変化による応力発生を抑制し、接続信頼性を高めます。
• 低寸法変化: プロセス中の寸法変化が小さいため、高精度な回路形成が可能です。

6. 環境対応と高耐熱性

• 環境保護のため、ハロゲン・リンフリーの難燃性を有しています。
• 鉛フリーはんだ実装時の高温リフローにも十分な高耐熱性を有しており、最新の半導体製造プロセスに対応しています。

7. 用途

• 主にスマートフォンやタブレット端末などのモバイル機器向けアプリケーションプロセッサー（AP）用パッケージ基板材料として使用されています。
• 今後、車載分野や5G関連機器など、より高い放熱性が求められる先端半導体パッケージへの適用拡大が期待されています。

プリプレグとは何か

　「プリプレグ（Pre-preg）」は、複合材料を製造する上で非常に重要な中間材料です。特に、プリント基板（PCB）や炭素繊維強化プラスチック（CFRP）などの分野で広く用いられています。

プリプレグの基本的な構成と特徴

プリプレグは、以下の2つの主要な要素から構成されます。

1. 強化繊維（基材）:
   • ガラス繊維（プリント基板で一般的）
   • 炭素繊維（CFRPで一般的）
   • アラミド繊維 など これらの繊維は、シート状に織られたり（クロスプリプレグ）、一方向に引き揃えられたり（UDプリプレグ：Uni-Directionalプリプレグ）しています。繊維は材料に強度や剛性、耐熱性などを与える役割を担います。
2. マトリックス樹脂:
   • エポキシ樹脂（最も一般的）
   • フェノール樹脂
   • BT樹脂（ビスマレイミドトリアジン樹脂）
   • 熱可塑性樹脂（PEEK、PA、PPSなど） など。 これらの樹脂は、まだ完全に硬化していない「半硬化状態（Bステージ）」で繊維に含浸されています。樹脂は繊維を結合し、外部からの力に対して繊維がバラバラにならないようにする役割を果たします。また、電気絶縁性や耐薬品性、耐水性なども付与します。

プリプレグの役割とメリット

　プリプレグは、以下のような重要な役割とメリットを持っています。

• 中間材料としての加工性: 樹脂が半硬化状態であるため、製造工程で加熱・加圧することで容易に成形・接着が可能です。これにより、複雑な形状の部品や多層構造の基板を製造することができます。
• 軽量性と高強度・高剛性の両立: 強化繊維と樹脂を組み合わせることで、従来の金属材料と比較して圧倒的に軽量でありながら、優れた強度、高剛性を実現します。航空宇宙、自動車、スポーツ用品など、軽量化と高強度が求められる分野で特に重宝されます。
• 電気絶縁性: 特にプリント基板においては、層間の電気的な絶縁性を確保するために不可欠です。銅層同士のショートを防ぎ、信号の整合性を維持します。
• 層間の接着: 多層プリント基板の製造において、異なる層（コア材や銅箔など）を強力に接着する「接着剤」としての役割を果たします。熱と圧力を加えることで樹脂が完全に硬化し、強固で耐久性のある結合を形成します。
• 寸法安定性: 低熱膨張率の材料を選ぶことで、温度変化による寸法変化を抑制し、精密な回路形成を可能にします。
• 設計の自由度: 強化繊維の種類や方向、樹脂の種類、プリプレグの厚みなどを組み合わせることで、目的に応じた様々な物性（耐熱性、電気特性、機械的強度など）を持つ材料を作り出すことができ、設計の自由度を大幅に向上させます。

製造と保管

　プリプレグは、通常、強化繊維に未硬化の樹脂を含浸させた後、乾燥させてシート状に成形されます。この際、樹脂が完全に硬化しないように制御されます。

　樹脂が半硬化状態であるため、保管には注意が必要です。一般的に、樹脂の硬化が進まないよう　に-18℃以下の冷凍庫で保管され、使用期限も設定されています。

レジンフィルムとは何か　

　プリプレグが「強化繊維に樹脂を含浸させた半硬化シート」であるのに対し、「レジンフィルム（Resin Film）」は、強化繊維を含まない、樹脂のみから構成される半硬化状態のフィルムを指します。

別名として「レジンシート」「接着フィルム」「絶縁フィルム」などと呼ばれることもあります。

レジンフィルムの基本的な構成と特徴

• 構成: 主にエポキシ樹脂、BT樹脂、ポリイミド樹脂など、プリント基板や半導体パッケージで用いられる熱硬化性樹脂が主成分です。これらの樹脂は、プリプレグと同様に、まだ完全に硬化していない「半硬化状態（Bステージ）」に調整されています。
• 強化繊維の有無: プリプレグと決定的に異なる点は、ガラス繊維や炭素繊維といった強化繊維を含まないことです。このため、非常に薄く、平滑な表面を持つことができます。
• 厚み: マイクロメートル単位の非常に薄いものから、数十〜数百マイクロメートルのものまで、用途に応じて様々な厚みが存在します。
• 用途:
  • 層間絶縁材: 多層プリント基板において、導体層（銅箔）間の電気的な絶縁を確保するために使用されます。特に、微細な配線が要求される高密度実装基板では、薄くて均一な絶縁層として不可欠です。
  • 接着剤: 各層（コア材、銅箔、プリプレグなど）を接着する役割を果たします。熱と圧力を加えることで樹脂が溶融・硬化し、強固な結合を形成します。
  • ギャップフィル材: 半導体パッケージにおいて、チップと基板の間のごくわずかな隙間（ギャップ）を埋めたり、チップを埋め込むキャビティ（窪み）を充填したりするために使用されます。住友ベークライトのLαZ®のレジンフィルムタイプのように、この用途に特化した高流動性の製品もあります。
  • 平坦化材: 凹凸のある表面を平坦化するためにも利用されます。
  • 誘電体層: 高周波特性が求められるアプリケーションでは、特定の誘電率を持つ樹脂を配合したレジンフィルムが使用されます。

プリプレグとレジンフィルムの使い分け

　多層プリント基板の積層工程では、通常、プリプレグとレジンフィルムの両方が組み合わせて使用されます。

• プリプレグ: 主に、電気的な絶縁と機械的強度（剛性）を確保するために用いられます。ガラス繊維などの補強材が入っているため、層間の距離を比較的安定させ、基板全体の反りや歪みを抑制する効果があります。
• レジンフィルム: 主に、より薄い絶縁層が必要な場合や、狭いギャップを埋める場合、または平坦性を重視する場合に用いられます。強化繊維がないため、より高い自由度で厚みを調整でき、微細なパターンに対応しやすくなります。また、高流動性を付与しやすい特性があります。

LαZ®におけるレジンフィルム

　住友ベークライトのLαZ®においてレジンフィルムタイプが提供されているのは、特に以下のようなメリットを追求しているためと考えられます。

• 高放熱性: 強化繊維がない分、熱伝導性の高いフィラーを高充填しやすくなり、より高い熱伝導率を実現できます。（LαZ®のレジンフィルムタイプは2.1W/(m・K)と発表されています）
• ギャップフィル能力: 半導体チップを基板に埋め込む際、チップ周辺の微細な隙間を確実に充填し、空隙をなくすことが重要です。レジンフィルムは高い流動性を付与しやすいため、このようなギャップフィル性に優れています。
• 薄型化と平坦性: パッケージの極限的な薄型化と、チップ表面との密着性・平坦性を確保する上で、繊維を含まないレジンフィルムは有利です。