JP3938017B2

JP3938017B2 - Electronic equipment

Info

Publication number: JP3938017B2
Application number: JP2002337365A
Authority: JP
Inventors: 剛秀横塚; 正英原田; 志郎山下; 内山　　薫; 州志江口; 雅彦浅野; 弘二佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP2004172425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターポーザ基板に製品品種に起因しない共通した半導体チップを搭載しておき、マザー基板にインターポーザ基板ごと搭載することで、製造期間の短縮やコスト低減を図ろうとする動きがある。このような構造は、電子部品から筐体までの熱導伝経路が小さいため放熱性が十分に得られない。
【０００３】
また、インターポーザ基板を用いたモジュールに、複数の電子部品がインタポーザ基板に搭載してモジュール化したマルチチップモジュール（ＭＣＭ：Multi-Chip module）がある。このようなモジュールの場合には複数の電子部品がモジュール化されているため、いっそうの高放熱性が必要となる。
【０００４】
車載用電子装置の場合、汎用用途に比べて温度範囲が広く、また多くの熱サイクルに耐える必要があり、エンジンコントロールユニットの場合、エンジンルーム内に搭載される傾向にあるので、車載用電子装置の中でもより耐久性が求められており、従来技術ではユニット内のドライバーＩＣチップや電源ＩＣチップをインターポーザ基板に搭載することが困難であった。
【０００５】
かかる放熱性を向上させる従来技術に、特許文献１がある。この特許文献１には、メタルコア基板の表裏それぞれの一部に金属コアが露出した部分を形成し、表面露出部にＬＳＩチップを搭載し、裏面の露出部分から空気中への放熱性を高めることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平5-175407
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、インターポーザ基板の裏面にあるマザーボードからの放熱性まで考慮していない。
【０００８】
すなわち、アンダーフィルやゲルが存在するような空気の流動がほとんどないような製品構造の場合（エンジンコントロールユニットでは信頼性向上の観点から透明なゲル状の樹脂で基板上の電子部品や電子モジュールを樹脂で覆ってしまう）、空冷効果をほとんど期待できないため、従来構造では十分な放熱性を得ることができない。
【０００９】
また、インタポーザ基板とマザー基板との間隔は微小な間隔しかないので、空冷では十分な放熱効果を得ることができない。
【００１０】
また、インターポーザ基板とマザーボードの熱膨張係数差を考慮していないため、熱サイクルに起因する接続不良を生じやすかった。
【００１１】
本発明の目的は、インタポーザ基板がマザーボードに搭載されている電子装置の放熱性を向上することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願では、上記目的を達成する手段を種々開示している。
【００１３】
以下にその代表的な手段を記載する。
【００１４】
電子装置に搭載したインタポーザ基板だけでなく、マザーボードにも熱容量が大きく熱伝導性も高いメタルコア基板を採用する。
【００１５】
このようにマザーボードにメタルコア基板を採用することによって、インターポーザ基板の縦方向に大きな熱容量が生じることになるので、インターポーザ基板の横（平面）方向に熱拡散させるだけでなく、縦方向にも熱拡散させることができるようになる。
【００１６】
さらに、この構造のマザーボードのコアメタルを露出させ、その部分に直接はんだ接続用のパッドを形成し、メタルコアインタポーザ基板とはんだ接続すると、インタポーザ基板のコアメタル上に形成されている熱導電性の低い絶縁層を介することがなくなるので、さらに放熱性を高めることができる。
【００１７】
なお、従来のＭＣＭでは、インタポーザ基板とマザーボードを接続するはんだの信頼性が問題になることが多い。これは主に、インタポーザ基板とマザーボードの熱膨張率の差に起因するものであるが、上述したように、インタポーザ基板とマザーボードでは、それぞれに同じ基板を使用しているので、熱膨張率を等しくすることができている。したがって、上記構造によってはんだ接続の熱サイクルに起因する不良発生を抑制することができるので、電子装置の耐熱性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１２は、電子装置であるＥＣＵの上部筐体を開けた状態の鳥瞰図である。
【００１９】
この電子装置は、外部の端子と接続するためのコネクタ（図示せず。）が側壁にモールド成形されている筐体４１（この筐体は下部筐体で、この下部筐体に嵌め込まれ、電子基板を封止する上部筐体も存在するが、図示していない。）と、筐体４１に固定されコネクタの端子と電気的に接続されている電子基板とで構成されている。
【００２０】
この電子基板は、電子部品であるＬＳＩチップ２７が搭載されているインタポーザ基板５９と、インタポーザ基板５９が搭載されたマザーボード５７とを備え、これらの基板ははんだで接続されている。なお、ＬＳＩチップは、高発熱な3個のＬＳＩチップ１１がそれぞれ異なるインタポーザ基板上に他の電子部品とともに搭載されている。この３つのＬＳＩチップ２７は、１つが電源ＩＣチップで、2つはドライバーＩＣチップである。以下で説明する電子基板のインタポーザ基板に搭載しているＬＳＩチップは、１つのチップとして記載しているが、電源ＩＣチップ又はドライバＩＣチップ又はこれらの任意の組み合わせた複数のＬＳＩチップのことである。
【００２１】
以下、このＥＣＵで用いる電子基板の種々の形態を図を用いて説明する。
【００２２】
図１に、電子基板のリフロー前の断面図を示す。
【００２３】
図１の電子基板は、ＬＳＩチップ１１、コアメタル１３、配線層１５、スルーホール１７、はんだボール１９、絶縁層２１、メタルベース２３、メタルコア基板２５、メタルベース基板２７及びソルダーレジスト２９を備えている。なお、メタルコア基板２５とは、金属板（コアメタル１３）をコアとし、コアメタル１３の両面に形成された樹脂による絶縁層２１および配線層１５を備えた基板で、メタルベース基板２３とは、金属板（メタルベース２３）をベースにしてその片面上に樹脂による絶縁層２１が形成されており、その絶縁層２１上に配線層１５が形成されている基板である。
【００２４】
メタルコア基板２５の表面には、フェースアップタイプのＬＳＩチップ１１がダイボンディングされ、ＬＳＩチップ搭載面の配線層２１とワイヤボンディングされている。また、裏面には、電気的にマザーボードと接続するためのはんだ接続用パッドが配線層に形成されている。このはんだ接続用パッドのうち、ＬＳＩチップ１１と重畳するものは放熱用、電源用、アース用のいずれかに用いられている。
【００２５】
メタルベース基板２７はメタルベース２３上に絶縁層２１と配線層１５が２層形成されおり、配線層の一部がはんだ接続用パッドになっており、インターポーザ基板２５とはんだで接続されている。また、接着材により筐体と接着されている。
【００２６】
このメタルコアインタポーザ基板は次のプロセスにより製造する。
【００２７】
まず、コアとなる金属１３として0.2mmt×300mm×500mmの銅板を用意する。この銅板は、複数の基板を後に切り出して使用するため、サイズは大きくなっている。もちろん基板製造上取り扱いやすいサイズで良い。金属の種類としては、アルミニウムや鉄−Ｎｉ合金等でも良いが、熱伝導性の良い銅が好ましい。
【００２８】
スルーホール形成用の穴（0.8mmφ）と、必要に応じて、後に基板サイズで切り出し易くするために、基板個片外形にスリットを、エッチングにより形成した。なお、エッチング液は塩化第２鉄を含む溶液を用いる。
【００２９】
次に、絶縁層および内層の配線層として、プリプレグ２１（ガラスクロス入りのエポキシ樹脂、厚さ0.1mmt）と銅薄１５（厚さ0.012mmt）をメタル表裏に積層配置して、プレスで接着することにより形成した。なお、プリプレグと銅箔の代わりに、樹脂付き銅箔ＲＣＦ（Resin Coated Cupper Foil）を使用しても良い。
【００３０】
次に、配線として不要な部分の銅箔はエッチングにより除去した。
【００３１】
コアメタルと内層配線を電気的に接続する必要がある場合には、内層ビア形成用に、コアメタルが露出するようにレーザーで直径0.15mmφのざぐりを形成した。レーザーは炭酸レーザー、ＹＡＧレーザー等何でも良いが、炭酸レーザーで行うと低コストで加工できるので好ましい。
【００３２】
合わせて、基板表裏の内層どうしを電気的に接続するためのスルーホール１７用の貫通穴をドリルで形成した。この貫通穴の形成もレーザーで加工することも可能であるが、プリプレグ使用の場合にはガラスクロスがあるため、ドリル加工が適している。
【００３３】
次に、内層スルーホール、内層ビア、内層配線用に、厚さ0.015mm程度の銅めっきを施した。
【００３４】
絶縁層および内層の配線層の形成プロセス再度繰り返すことにより、表層回路を形成した。
【００３５】
配線およびビアホールは前述と同様の厚さの銅めっきを施し、さらに配線腐食防止とはんだ接続のために無電解ニッケルめっき（厚さ0.005mm程度）と無電解金めっき（厚さ0.001mm程度）を施した。
【００３６】
さらに、部品搭載用に必要な部分を残して、ソルダーレジスト２９をパターンで形成した。
【００３７】
上記のメタルコア基板は、配線層数が表裏各２の場合であるが、本発明は層数に依存するものではないので、表裏の配線層数を増やす場合には、前述の工程を繰り返せば良い。
【００３８】
上記のように製造したメタルコアインタポーザ基板表面の部品搭載用の所望の部分にＡｇペーストを塗布し、電子部品を搭載し、適切な硬化条件（例えば１５０℃、１ｈｒ）にてＡｇペーストを硬化させ接着する。なお、接着ははんだで行うと、より放熱性を向上できる。
【００３９】
次に、高発熱ＬＳＩ１１の電極とメタルコアインタポーザ基板の電極をワイヤボンディングで接続する。必要に応じてインタポーザ基板の部品搭載面を樹脂でモールドすると、取り扱い性が向上する。
【００４０】
インタポーザ基板の反対面側には、フラックス塗布後、電極上にSn3Ag0.5Cuはんだボールを搭載し、最高温度２４０℃、はんだ溶融時間およそ２０秒でリフローすることにより、はんだバンプを形成する。なお、他のはんだを用いても良く、その場合にははんだ種類に応じたリフロー条件にてボール形成を行う。
【００４１】
マザーボードも、以下の点を除きメタルコア基板と同様に形成する。
【００４２】
メタルベース基板は、メタルの片面側に絶縁層および配線層を形成したもので、コアメタルを貫通するスルーホールが不要であるため、より簡単なプロセスで製造することができる。マザーボードのはんだ接続用パッド上に、マスク厚さ０．１ｍｍのはんだ印刷用マスクを使用し、はんだペーストを印刷する印刷法によりはんだを形成する。
【００４３】
印刷したペースト状のはんだ上に、インタポーザ基板のはんだバンプを位置合わせして搭載し、再度リフローし、はんだ接続を行う。
【００４４】
必ずしもこのはんだ印刷を行う必要はないが、行うと、印刷したはんだの粘性によって、リフロー時のインタポーザ基板の位置ずれを防止することができる。
【００４５】
この構造では、マザーボードの熱容量が大きくなるので、ＬＳＩの発する熱がまずメタルコアインタポーザ基板内で拡散されるだけでなく、はんだを介して縦方向（マザーボード方向）へ効率よく熱を伝達し、マザーボード内でも熱を拡散することができる。通常のプリント基板では、ほとんどが熱伝導率の悪い樹脂が基材となっているが、メタルコア基板ではコアが熱伝導率の良い金属であり、絶縁樹脂層は薄いため、上記のような効率の良い放熱構造を得ることができるのである。
【００４６】
ＭＣＭでは、インタポーザ基板とマザーボードを接続するはんだの信頼性が問題になることが多い。これは、インタポーザ基板とマザーボードの熱膨張率の差に起因するものであるが、ベースメタル及びコアメタルに熱膨張係数の近い材料を使用するため、インターポーザ基板とマザーボードの熱膨張率差を小さくすることができるので、はんだ接続信頼性を向上できる。この効果は、以下のいずれの実施例に対しても期待できる。
【００４７】
図２はメタルコアインタポーザ基板上の一部の絶縁樹脂を除去して、その領域のコアメタル上に絶縁層を介さずにＬＳＩチップを搭載したこと以外は、図１一と同様である。
【００４８】
熱伝導率の低い絶縁層を介さないので、この構造は図１よりもさらに放熱性を高めることができる。この絶縁樹脂の除去は、表層の回路を形成後、ビア形成と同時に、レーザにより行う。レーザは、炭酸レーザ、ＹＡＧレーザ等種類があるが、何でも良く、炭酸レーザだと加工費が安い。また、機械的に樹脂を除去しても良い。
【００４９】
図３はマザーボードのメタルベース基板上の一部の絶縁樹脂を除去して、メタルを露出させ、その領域に、Ｎｉめっき、Ａｕめっきを施してはんだ接続用のパッド３１を形成した構造である。樹脂の除去方法は、図２の製法と同様である。
【００５０】
コアメタル上の無電解ニッケルめっきの厚さは0.005mm程度、金めっきの厚さは0.001mm程度とする。コアメタルが銅の場合には、必ずしも上記めっきは不要であるが、めっきを施すとはんだ接続性、接続信頼性を向上できる。
【００５１】
放熱性向上のため、このようにして形成したマザーボードのコアメタル上のパッドと、メタルコアはんだ接続用パッドとを、はんだバンプ３３にて接続する。もちろん、電気的接続用には、通常の絶縁樹脂上のパッドどうしを、はんだバンプで接続することになる。
【００５２】
この構造では、ＬＳＩの発する熱をマザーボードの金属ベースに放散することができるため、さらに良い放熱性を得ることが出来る。また、コアメタルのはんだ接続用パッド面積を小さくすると、搭載するはんだボールをほぼ同一サイズにすることが可能なため、特別な製造工程を要することがないので、低コスト化できる。
【００５３】
図４〜６は、マザーボードを、両面配線のメタルコア基板としたこと以外は、図１〜３と同様である。
【００５４】
図７〜９は、さらにマザーボードの、インタポーザ基板非搭載面側の絶縁樹脂を除去し、コアメタルを露出させるようにした構造である。
【００５５】
このようにコアメタルを一部露出させて絶縁層で覆わないようにすると、より放熱性を高くすることができる。
【００５６】
この構造では、例えばインタポーザ基板とマザーボードの間にアンダーフィルやゲルを入れる構造においても、高い放熱性を得ることができる。
【００５７】
コアメタルの熱伝導率は大きいので、上記いずれの実施例においても、チップ搭載用ざぐりは基板の中心付近にある必要はなく、またコアメタルに直接形成した放熱用パッドはチップ搭載部分の真下にある必要もない。
【００５８】
図１０および図１１は、さらに金属製（例えばアルミニウム）の筐体に接着した構造を示すである。
【００５９】
マザーボードのざぐり部と筐体の間に、高熱伝導の部材４５を挟み込むと、さらに放熱性を向上させることができる。
【００６０】
高熱伝導の部材とは、マザーボードとアルミニウムの筐体を接着している接着剤よりも熱伝導率の大きな部材であり、例えばはんだ、銅やアルミニウム等の金属板、高熱伝導の樹脂や接着剤である。特にはんだを用いる場合には、筐体にはんだ接続用のパッドを形成して接続しても良いし、必ずしも筐体にはパッドを形成する必要はなく、マザーボードのコアメタルにはんだ供給しておいて、筐体には押しつけて、接触だけの接続でも良い。金属板を挟み込む場合には、金属板両面に接着剤を塗布して接続しても良いし、単に接触させるだけでも良い。当該部分以外のマザーボードと筐体の接続は、通常の接着剤か高熱伝導の接着剤を用いて行う。筐体は通常は軽いアルミニウムが用いられるが、放熱機能はその材質に依存するものではないので、任意に選択可能である。
【００６１】
図１３は、メタルコアインタポーザ基板上のＬＳＩチップ１１がフェースダウンで、端子がバンプ５１でフリップチップ接続されている例である。
【００６２】
このようにアンダーフィル５３を用いると、信頼性と放熱性が向上する。
【００６３】
図１４は、メタルコアインタポーザ基板上に、半導体パッケージ５５が、はんだバンプ５７で接続された構造の例である。
【００６４】
このような構造においても、放熱性を高めることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＭＣＭのようなインタポーザ基板を有する電子装置の放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図２】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図３】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図４】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図５】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図６】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図７】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図８】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図９】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図１０】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図１１】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図１２】ＥＣＵの上部筐体を開けた状態の鳥瞰図である。
【図１３】本発明に関わる実装構造を表す断面図である。
【図１４】本発明に関わる実装構造を表す断面図である。
【符号の説明】
１１…ＬＳＩチップ、１３…コアメタル、１５…配線、１７…スルーホール、１９…はんだボール接続部、２１…絶縁層、２３…メタルベース、２５…メタルコアインタポーザ基板、２７…メタルベース基板、２９…ソルダーレジスト、３１…はんだ接続用パッド、３３…放熱用はんだ、３５…メタルコア基板、３７…コアメタル、３９…放熱用ざぐり、４１…筐体、４３…接着剤、４５…高熱伝導部材、５１…バンプ、５３…アンダーフィル、５５…半導体パッケージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there is a movement to shorten the manufacturing period and reduce the cost by mounting a common semiconductor chip that does not originate from the product type on the interposer substrate and mounting the interposer substrate together with the mother substrate. Such a structure does not provide sufficient heat dissipation because the heat conduction path from the electronic component to the housing is small.
[0003]
As a module using an interposer substrate, there is a multi-chip module (MCM) in which a plurality of electronic components are mounted on the interposer substrate to form a module. In the case of such a module, since a plurality of electronic components are modularized, higher heat dissipation is required.
[0004]
In the case of in-vehicle electronic devices, the temperature range is wider than in general-purpose applications, and it is necessary to withstand many thermal cycles. In the case of engine control units, there is a tendency to be installed in the engine room. Among them, durability is demanded, and it has been difficult to mount a driver IC chip and a power supply IC chip in a unit on an interposer substrate with the conventional technology.
[0005]
Patent Document 1 is a conventional technique for improving the heat dissipation. In this Patent Document 1, a part where the metal core is exposed is formed on each part of the front and back of the metal core substrate, an LSI chip is mounted on the exposed surface part, and heat dissipation from the exposed part on the back surface to the air is improved. Is described.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 5-175407
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Patent Document 1 does not consider the heat dissipation from the mother board on the back surface of the interposer substrate.
[0008]
In other words, in the case of a product structure in which there is almost no air flow in the presence of underfill or gel (in the engine control unit, the electronic components and electronic modules on the board are made of transparent gel resin from the viewpoint of improving reliability. Since the air cooling effect can hardly be expected, the conventional structure cannot provide sufficient heat dissipation.
[0009]
In addition, since the interval between the interposer substrate and the mother substrate is only a minute interval, a sufficient heat dissipation effect cannot be obtained by air cooling.
[0010]
In addition, since the difference in thermal expansion coefficient between the interposer board and the motherboard is not taken into account, connection failures due to thermal cycles are likely to occur.
[0011]
An object of the present invention is to improve heat dissipation of an electronic device in which an interposer substrate is mounted on a motherboard.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the present application, various means for achieving the above object are disclosed.
[0013]
The typical means will be described below.
[0014]
In addition to the interposer board mounted on the electronic device, the motherboard adopts a metal core board with high heat capacity and high thermal conductivity.
[0015]
By adopting a metal core substrate for the motherboard in this way, a large heat capacity is generated in the vertical direction of the interposer substrate, so that not only is the heat diffused in the horizontal (planar) direction of the interposer substrate, but also in the vertical direction. To be able to.
[0016]
Furthermore, when the core metal of the mother board of this structure is exposed, a pad for solder connection is directly formed on that portion, and solder connection is made with the metal core interposer substrate, an insulating layer with low thermal conductivity formed on the core metal of the interposer substrate Therefore, heat dissipation can be further improved.
[0017]
In the conventional MCM, the reliability of the solder connecting the interposer substrate and the motherboard often becomes a problem. This is mainly due to the difference in coefficient of thermal expansion between the interposer board and the motherboard. However, as described above, since the same board is used for the interposer board and the motherboard, the coefficients of thermal expansion are equal. Have been able to. Therefore, the occurrence of defects due to the thermal cycle of the solder connection can be suppressed by the above structure, so that the heat resistance of the electronic device can be improved.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 12 is a bird's-eye view showing a state where the upper housing of the ECU which is an electronic device is opened.
[0019]
This electronic device has a housing 41 (not shown) that is molded on the side wall of a connector (not shown) for connecting to an external terminal (this housing is a lower housing, and is fitted into this lower housing, An upper housing that seals the substrate also exists (not shown), and an electronic substrate that is fixed to the housing 41 and electrically connected to the terminals of the connector.
[0020]
This electronic board includes an interposer board 59 on which an LSI chip 27 as an electronic component is mounted, and a mother board 57 on which the interposer board 59 is mounted, and these boards are connected by solder. In the LSI chip, three LSI chips 11 with high heat generation are mounted together with other electronic components on different interposer substrates. Of these three LSI chips 27, one is a power supply IC chip and two is a driver IC chip. The LSI chip mounted on the interposer substrate of the electronic substrate described below is described as one chip, but is a power supply IC chip, a driver IC chip, or a plurality of LSI chips in any combination thereof. .
[0021]
Hereinafter, various forms of the electronic substrate used in the ECU will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the electronic substrate before reflow.
[0023]
1 includes an LSI chip 11, a core metal 13, a wiring layer 15, a through hole 17, a solder ball 19, an insulating layer 21, a metal base 23, a metal core substrate 25, a metal base substrate 27, and a solder resist 29. . The metal core substrate 25 is a substrate having a metal plate (core metal 13) as a core and including a resin insulating layer 21 and a wiring layer 15 formed on both surfaces of the core metal 13. The metal base substrate 23 is a metal plate. This is a substrate in which an insulating layer 21 made of resin is formed on one surface of (metal base 23) as a base, and a wiring layer 15 is formed on the insulating layer 21.
[0024]
A face-up type LSI chip 11 is die-bonded on the surface of the metal core substrate 25 and wire-bonded to the wiring layer 21 on the LSI chip mounting surface. On the back surface, solder connection pads for electrically connecting to the mother board are formed on the wiring layer. Of these solder connection pads, those that overlap with the LSI chip 11 are used for heat dissipation, power supply, or ground.
[0025]
In the metal base substrate 27, two insulating layers 21 and wiring layers 15 are formed on the metal base 23, and a part of the wiring layers serves as solder connection pads and is connected to the interposer substrate 25 by solder. Moreover, it adhere | attaches with the housing | casing with the adhesive material.
[0026]
This metal core interposer substrate is manufactured by the following process.
[0027]
First, a copper plate of 0.2 mmt × 300 mm × 500 mm is prepared as the core metal 13. The copper plate has a large size because a plurality of substrates are cut out later and used. Of course, it may be a size that is easy to handle in manufacturing the substrate. The metal type may be aluminum or iron-Ni alloy, but copper having good thermal conductivity is preferable.
[0028]
A hole for forming a through hole (0.8 mmφ) and, if necessary, a slit was formed in the outer shape of the substrate piece by etching so that it could be easily cut out later with a substrate size. Note that a solution containing ferric chloride is used as the etching solution.
[0029]
Next, prepreg 21 (epoxy resin with glass cloth, thickness 0.1 mmt) and copper thin 15 (thickness 0.012 mmt) are laminated on the front and back of the metal as an insulating layer and an inner wiring layer, and bonded by pressing. Was formed. Instead of the prepreg and the copper foil, a resin-coated copper foil RCF (Resin Coated Cupper Foil) may be used.
[0030]
Next, unnecessary portions of the copper foil as wiring were removed by etching.
[0031]
When it was necessary to electrically connect the core metal and the inner layer wiring, a counterbore with a diameter of 0.15 mmφ was formed with a laser so as to expose the core metal for forming the inner layer via. Any laser such as a carbonic acid laser or a YAG laser may be used, but a carbonic acid laser is preferable because it can be processed at low cost.
[0032]
In addition, a through hole for the through hole 17 for electrically connecting the inner layers on the front and back of the substrate was formed by a drill. This through hole can be formed by laser processing, but when using a prepreg, since there is a glass cloth, drilling is suitable.
[0033]
Next, copper plating with a thickness of about 0.015 mm was applied for the inner layer through hole, inner layer via, and inner layer wiring.
[0034]
The surface layer circuit was formed by repeating again the formation process of the insulating layer and the inner wiring layer.
[0035]
The wiring and via holes are plated with copper as described above. Furthermore, in order to prevent wiring corrosion and solder connections, electroless nickel plating (thickness: 0.005mm) and electroless gold plating (thickness: 0.001mm) are applied. gave.
[0036]
Further, the solder resist 29 was formed in a pattern, leaving a portion necessary for component mounting.
[0037]
In the above metal core substrate, the number of wiring layers is 2 on each side, but the present invention does not depend on the number of layers. Therefore, when the number of wiring layers on the front and back sides is increased, the above-described steps may be repeated. .
[0038]
Apply the Ag paste to the desired parts for mounting components on the surface of the metal core interposer board manufactured as described above, mount the electronic components, and cure and bond the Ag paste under appropriate curing conditions (for example, 150 ° C., 1 hr). To do. Note that heat radiation can be further improved by bonding with solder.
[0039]
Next, the electrode of the high heat generation LSI 11 and the electrode of the metal core interposer substrate are connected by wire bonding. If the component mounting surface of the interposer substrate is molded with resin as necessary, the handleability is improved.
[0040]
On the opposite side of the interposer substrate, after applying the flux, Sn3Ag0.5Cu solder balls are mounted on the electrodes, and solder bumps are formed by reflowing at a maximum temperature of 240 ° C. and a solder melting time of about 20 seconds. Other solder may be used. In that case, the ball is formed under reflow conditions according to the solder type.
[0041]
The motherboard is also formed in the same manner as the metal core substrate except for the following points.
[0042]
The metal base substrate is formed by forming an insulating layer and a wiring layer on one side of the metal, and does not require a through hole penetrating the core metal. Therefore, the metal base substrate can be manufactured by a simpler process. A solder printing mask having a mask thickness of 0.1 mm is used on the solder connection pads of the mother board, and solder is formed by a printing method in which a solder paste is printed.
[0043]
The solder bumps of the interposer board are aligned and mounted on the printed paste-like solder, reflowed again, and solder connection is performed.
[0044]
It is not always necessary to perform this solder printing, but if it is performed, the position of the interposer substrate during reflow can be prevented by the viscosity of the printed solder.
[0045]
In this structure, the heat capacity of the motherboard increases, so the heat generated by the LSI is not only diffused in the metal core interposer board, but also efficiently transfers heat in the vertical direction (motherboard direction) via the solder. But it can diffuse heat. In ordinary printed circuit boards, most of the resin is based on resin with poor thermal conductivity, but in metal core boards, the core is a metal with good thermal conductivity, and the insulating resin layer is thin. A good heat dissipation structure can be obtained.
[0046]
In MCM, the reliability of the solder connecting the interposer substrate and the motherboard often becomes a problem. This is due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the interposer board and the motherboard, but because the base metal and the core metal are made of materials with similar coefficients of thermal expansion, the difference in the coefficient of thermal expansion between the interposer board and the motherboard should be reduced. Therefore, the solder connection reliability can be improved. This effect can be expected for any of the following embodiments.
[0047]
FIG. 2 is the same as FIG. 1 except that a part of the insulating resin on the metal core interposer substrate is removed and an LSI chip is mounted on the core metal in that region without an insulating layer.
[0048]
Since an insulating layer having a low thermal conductivity is not interposed, this structure can further improve heat dissipation compared to FIG. This insulating resin is removed by laser after forming the surface layer circuit and simultaneously with the via formation. There are various types of lasers, such as a carbonic acid laser and a YAG laser. Further, the resin may be removed mechanically.
[0049]
FIG. 3 shows a structure in which a part of the insulating resin on the metal base substrate of the motherboard is removed to expose the metal, and Ni plating or Au plating is applied to the region to form a solder connection pad 31. The method for removing the resin is the same as that in FIG.
[0050]
The thickness of the electroless nickel plating on the core metal is about 0.005mm, and the thickness of the gold plating is about 0.001mm. When the core metal is copper, the above plating is not necessarily required. However, when the core metal is plated, the solder connectivity and the connection reliability can be improved.
[0051]
In order to improve heat dissipation, the pads on the core metal of the motherboard thus formed and the metal core solder connection pads are connected by solder bumps 33. Of course, for electrical connection, pads on a normal insulating resin are connected by solder bumps.
[0052]
In this structure, the heat generated by the LSI can be dissipated to the metal base of the motherboard, so that better heat dissipation can be obtained. In addition, if the pad area for solder connection of the core metal is reduced, the solder balls to be mounted can be made substantially the same size, so that no special manufacturing process is required, so that the cost can be reduced.
[0053]
4 to 6 are the same as FIGS. 1 to 3 except that the motherboard is a metal core substrate with double-sided wiring.
[0054]
7 to 9 show a structure in which the insulating metal on the non-mounting surface side of the motherboard is removed to expose the core metal.
[0055]
Thus, if a part of core metal is exposed and it does not cover with an insulating layer, heat dissipation can be made higher.
[0056]
In this structure, for example, even in a structure in which an underfill or gel is inserted between the interposer substrate and the motherboard, high heat dissipation can be obtained.
[0057]
Since the thermal conductivity of the core metal is large, in any of the above embodiments, the chip mounting counterbore need not be near the center of the substrate, and the heat dissipation pad formed directly on the core metal must be directly under the chip mounting portion. Nor.
[0058]
FIG. 10 and FIG. 11 further show a structure bonded to a metal (for example, aluminum) housing.
[0059]
Heat dissipation can be further improved by sandwiching a high thermal conductivity member 45 between the counterbore of the motherboard and the housing.
[0060]
The high thermal conductivity member is a member having a higher thermal conductivity than the adhesive that bonds the motherboard and the aluminum casing. For example, a metal plate such as solder, copper or aluminum, or a high thermal conductivity resin or adhesive. is there. In particular, when solder is used, a solder connection pad may be formed and connected to the housing, and it is not always necessary to form a pad on the housing, and solder must be supplied to the core metal of the motherboard. It is also possible to connect to the case by pressing it against the housing. When the metal plate is sandwiched, an adhesive may be applied to both surfaces of the metal plate and connected, or simply contacted. Connection between the mother board and the casing other than the part is performed using a normal adhesive or a high thermal conductive adhesive. The casing is usually made of light aluminum, but the heat dissipation function does not depend on the material, and can be arbitrarily selected.
[0061]
FIG. 13 shows an example in which the LSI chip 11 on the metal core interposer substrate is face-down and the terminals are flip-chip connected by bumps 51.
[0062]
When the underfill 53 is used in this way, reliability and heat dissipation are improved.
[0063]
FIG. 14 shows an example of a structure in which a semiconductor package 55 is connected by solder bumps 57 on a metal core interposer substrate.
[0064]
Even in such a structure, heat dissipation can be enhanced.
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, the heat dissipation of an electronic device having an interposer substrate such as MCM can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an electronic substrate according to the present invention.
FIG. 12 is a bird's-eye view showing a state where an upper housing of the ECU is opened.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a mounting structure according to the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a mounting structure according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... LSI chip, 13 ... Core metal, 15 ... Wiring, 17 ... Through hole, 19 ... Solder ball connection part, 21 ... Insulating layer, 23 ... Metal base, 25 ... Metal core interposer substrate, 27 ... Metal base substrate, 29 ... Solder Resist, 31 ... Pad for solder connection, 33 ... Solder for heat dissipation, 35 ... Metal core substrate, 37 ... Core metal, 39 ... Counterbore for heat dissipation, 41 ... Housing, 43 ... Adhesive, 45 ... High heat conductive member, 51 ... Bump, 53 ... Underfill, 55 ... Semiconductor package

Claims

The core metal has a wiring layer and an insulating layer formed on each of both surfaces thereof, and one side of the both sides of the core metal is a first surface on which a semiconductor chip is mounted, and the other side of the both sides of the core metal An interposer substrate having a second surface, a metal plate, and a wiring layer and an insulating layer formed on at least one of both surfaces thereof, and the interposer substrate is mounted on the one surface side of the metal plate With a motherboard,
In the motherboard, a region where the one surface of the metal plate is exposed by partial removal of the insulating layer is formed,
A part of the solder connection pad formed on the wiring layer on the second surface of the interposer substrate is connected to the pad formed on the exposed area of the metal plate on the motherboard by the first solder bump, and Other than the part of the solder connection pads on the second surface of the interposer substrate, the pads formed on the insulating layer on one surface side of the metal plate of the motherboard are connected by second solder bumps. An electronic device characterized by that.

2. The electronic device according to claim 1, wherein the mother board has a region where the metal plate is exposed in a part of the non-mounting surface of the interposer substrate on the other side of both surfaces of the metal plate. .

The motherboard is a metal core substrate having the metal plate as a core metal, and the wiring layer and the insulating layer formed on both surfaces of the metal plate, respectively.
The non-mounting surface of the interposer substrate on the other surface side of the metal plate of the mother board is formed with a region where a part of the insulating layer on the core metal is removed. The electronic device according to 1.

The motherboard is bonded to the housing with an adhesive on the surface on which the interposer substrate is not mounted, and the exposed region of the metal plate or the region from which a part of the insulating layer is removed formed on the surface on which the interposer substrate is not mounted; The electronic device according to claim 2, wherein a member having a higher thermal conductivity than the adhesive is provided between the housing and the housing.

A region exposing the one surface of the core metal is formed on the first surface of the interposer substrate by removing a part of the insulating layer, and the semiconductor chip is exposed in the region. The electronic device according to claim 1, wherein the electronic device is die-bonded to the core metal.

2. The part of the solder connection pad formed on the second surface of the interposer substrate overlaps the semiconductor chip mounted on the first surface of the interposer substrate. An electronic device according to 1.

The area of the pad formed in the exposed region of the metal plate on the one surface side of the metal plate of the motherboard is smaller than the pad formed on the insulating layer. Electronic devices.

The electronic device according to claim 1, wherein the first solder bump is formed higher than the second solder bump.