JP2000286368A - Electronic circuit module - Google Patents

Electronic circuit module

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JP2000286368A
JP2000286368A JP8708099A JP8708099A JP2000286368A JP 2000286368 A JP2000286368 A JP 2000286368A JP 8708099 A JP8708099 A JP 8708099A JP 8708099 A JP8708099 A JP 8708099A JP 2000286368 A JP2000286368 A JP 2000286368A
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JP
Japan
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semiconductor element
metal
wiring board
electronic circuit
circuit module
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JP8708099A
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Japanese (ja)
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Takanori Ikuta
貴紀 生田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure a good heat transfer path to a wiring board for a semiconductor element mounted on the wiring board in a flip-chip mounting manner. SOLUTION: A semiconductor element 3 is mounted on a wiring board 1, and the terminal electrode 4 of the element 3 and the opposed electrode pads 2 formed on the surface of the wiring board 1 are connected together into an electronic circuit module with a bonding member composed of metal particles 5 which are 30 to 100 μm in diameter and arranged at an interval of 50 μm or smaller. Heat released from the semiconductor element 3 can be efficiently transferred to the wiring board 1, and the electronic circuit module can be improved in electric connection reliability.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は各種の電子機器や電
子装置等の重要部に用いられる、配線基板に半導体素子
を搭載してなる電子回路モジュールに関し、特に半導体
素子から配線基板への放熱性を高めた電子回路モジュー
ルに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic circuit module having a semiconductor element mounted on a wiring board, and more particularly to an electronic circuit module used for an important part of various electronic apparatuses and electronic devices, and more particularly, to a heat radiation from the semiconductor element to the wiring board. The present invention relates to an electronic circuit module having a higher level.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の電子機器や電子装置に対しては小
型化や薄型化・高機能化・低コスト化等の要求が絶える
ことがなく、それらの要求を実現するために、電子機器
や電子装置を構成する半導体装置である電子回路モジュ
ールに対しても同様に小型化・薄型化・高機能化・低コ
スト化の検討が急速に押し進められている。
2. Description of the Related Art The demand for smaller, thinner, more functional, and lower cost electronic devices and electronic devices has been constantly increasing. In the same way, studies on miniaturization, thinning, high functionality, and low cost of electronic circuit modules, which are semiconductor devices constituting electronic devices, have been rapidly advanced.

【0003】このような電子回路モジュールは、一般
に、回路基板を構成する基板上に電子部品や半導体素子
が搭載されて電子回路を構成し、さらに電子回路の保護
や電磁シールドのためにこれら電子部品や半導体素子を
覆うように金属ケースが取着されることにより構成され
ている。
[0003] Such electronic circuit modules generally constitute electronic circuits by mounting electronic components and semiconductor elements on a circuit board that constitutes a circuit board, and furthermore, these electronic components are used for protection of the electronic circuits and electromagnetic shielding. And a metal case is attached so as to cover the semiconductor element.

【0004】この電子回路モジュールを構成する基板に
は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体を主成分とする
セラミックス材料や窒化アルミニウム質焼結体を主成分
とする高熱伝導性のセラミックス材料、あるいはガラス
材料と有機材料とから成るガラスエポキシ、またはセラ
ミック材料に比べて低温焼成が可能なガラスセラミック
ス等が用いられている。これらの基板材料について電子
回路モジュールでは、その用途によって以下のように各
基板材料が使い分けられている。
The substrate constituting the electronic circuit module includes, for example, a ceramic material mainly composed of an aluminum oxide sintered body, a high thermal conductive ceramic material mainly composed of an aluminum nitride sintered body, or glass. Glass epoxy made of a material and an organic material, glass ceramics that can be fired at a lower temperature than ceramic materials, and the like are used. Regarding these substrate materials, in the electronic circuit module, the respective substrate materials are properly used depending on the application as follows.

【0005】例えば、酸化アルミニウム質焼結体を主成
分とするセラミックス材料は、安定性や信頼性の高い絶
縁材料であるが、約1400〜1650℃程度の高温で焼成しな
ければならないために配線導体の材料に高融点金属であ
るタングステンやモリブデン等を用いる必要があり、こ
れら高融点金属が高比抵抗金属材料であることから、高
速信号処理を行なう電子回路モジュールには適用が困難
である。
For example, a ceramic material containing an aluminum oxide sintered body as a main component is a highly stable and reliable insulating material. However, since it must be fired at a high temperature of about 1400 to 1650 ° C., wiring It is necessary to use a high melting point metal such as tungsten or molybdenum as the material of the conductor, and since such a high melting point metal is a high specific resistance metal material, it is difficult to apply it to an electronic circuit module that performs high-speed signal processing.

【0006】また、窒化アルミニウム質焼結体を主成分
とする高熱伝導性のセラミックス材料は、良好な放熱性
を有する点では有効であるが、一般的な民生分野の電子
回路モジュールに対しては高価であり、低コスト化を図
ることが困難である。
A ceramic material having a high thermal conductivity, which is mainly composed of an aluminum nitride sintered body, is effective in that it has good heat dissipation, but is not suitable for general electronic circuit modules in the consumer field. It is expensive and it is difficult to reduce the cost.

【0007】また、ガラス材料と有機材料とから成るガ
ラスエポキシは、安価であるが耐熱性が不十分であり、
熱的な安定性も要求される電子回路モジュールには不向
きである。
Further, glass epoxy comprising a glass material and an organic material is inexpensive but has insufficient heat resistance.
It is not suitable for electronic circuit modules that also require thermal stability.

【0008】これに対し、セラミックス材料に比べて低
温でかつ短時間で焼成可能であるガラスセラミックス
は、低コストで作製することができ、さらに配線導体の
材料に低融点金属材料であるAuやAg・Cu等の低比
抵抗金属材料を使用できるため、高速信号処理を行なう
電子回路モジュールに有利である。
On the other hand, glass ceramics which can be fired at a lower temperature and in a shorter time than ceramic materials can be manufactured at a low cost, and further, a low melting point metal material such as Au or Ag is used as a wiring conductor material. -Since a low resistivity metal material such as Cu can be used, it is advantageous for an electronic circuit module that performs high-speed signal processing.

【0009】また、これらの基板材料は用途によって使
い分けられ、近年の電子回路モジュールの高機能化に対
し、半導体素子を直接搭載して小型化を達成するに際し
て、半導体素子の小型化・高密度化・高電力化に伴う半
導体素子の発熱を以下に放熱させるかが重要な課題とな
っている。その放熱対策の手法としては、例えば、高熱
伝導率材料からなる基板に直接に半導体素子を実装する
手法や、半導体素子直下の基板に多数のサーマルビアホ
ールと呼ばれる放熱部材を基板に貫通させて形成する手
法等が挙げられる。
In addition, these substrate materials are properly used depending on the application. In order to attain the miniaturization by directly mounting the semiconductor element in response to the recent enhancement of the function of the electronic circuit module, the miniaturization and the high density of the semiconductor element are required. An important issue is how to dissipate the heat generated by the semiconductor element due to the higher power. As a measure for the heat radiation, for example, a method of directly mounting a semiconductor element on a substrate made of a material having a high thermal conductivity or a method of forming a large number of thermal via holes through a heat radiation member called a thermal via hole in a substrate immediately below the semiconductor element is formed. And the like.

【0010】一方、半導体素子の搭載における電気的接
続手法についても、実装面積の小型化を図るため、従来
のワイヤボンディングに変わり、金属バンプなどを用い
たいわゆるフリップチップ実装等の手法が実用化されて
いる。
On the other hand, as for the electrical connection method for mounting a semiconductor element, a method such as so-called flip-chip mounting using metal bumps has been put into practical use instead of conventional wire bonding in order to reduce the mounting area. ing.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発熱量
が増加する傾向にある半導体素子の信頼性を確保するた
めには、従来以上の良好な放熱性が必要とされ、さら
に、電気的特性においても、半導体素子の安定な動作を
確保するためにグランドの強化が必要とされており、従
来以上に小型化と低コスト化とを両立させた電子回路モ
ジュールに対する要求が強まっている。
However, in order to ensure the reliability of a semiconductor device in which the amount of generated heat tends to increase, better heat dissipation than before is required, and furthermore, the electrical characteristics are also reduced. In order to ensure stable operation of the semiconductor element, the ground is required to be strengthened, and there is an increasing demand for an electronic circuit module that achieves both smaller size and lower cost than ever before.

【0012】従来の放熱対策としては、基板の表面から
裏面に貫通させたいわゆるサーマルビアを設置して、こ
れを基板表面の金属電極部に接続し、この金属電極部に
半導体素子を金属バンプを介して搭載・接続することに
より、半導体素子の発熱をサーマルビアに伝達すること
が行なわれている。また、高熱伝導率のアンダーフィル
材を半導体素子と基板との隙間に注入することにより、
さらに放熱性を向上させることも行なわれている。
As a conventional heat dissipation measure, a so-called thermal via penetrating from the front surface to the rear surface of the substrate is provided, connected to a metal electrode portion on the substrate surface, and a semiconductor element is provided with a metal bump on the metal electrode portion. By mounting and connecting via a semiconductor device, heat generated by a semiconductor element is transmitted to a thermal via. Also, by injecting a high thermal conductivity underfill material into the gap between the semiconductor element and the substrate,
Further, heat dissipation is also improved.

【0013】しかしながら、半導体素子からの発熱の伝
達は、熱伝導率の観点からは金属バンプが支配的であ
り、金属バンプ数によって放熱の能力が左右されること
となる。つまり、半導体素子に多数の金属バンプを形成
することで放熱効率を向上させることができるが、形成
可能な金属バンプ数はバンプ形状やバンプのピッチバン
プ形成装置の能力により決定されることから、バンプ数
を増やすことによる放熱向上には限界があった。
However, the transfer of heat generated from the semiconductor element is dominated by metal bumps from the viewpoint of thermal conductivity, and the heat dissipation ability is affected by the number of metal bumps. In other words, the heat dissipation efficiency can be improved by forming a large number of metal bumps on the semiconductor element. However, the number of metal bumps that can be formed is determined by the bump shape and the capability of the bump pitch forming apparatus. There was a limit to improving the heat dissipation by increasing the number.

【0014】また、電気的特性の観点からは、半導体素
子の動作周波数が高周波になればなるほどグランドの安
定性が電気的特性に大きく影響するが、これもまた形成
できる金属バンプ数により制約を受けるものであり、形
成できる金属バンプ数はバンプ形成装置の能力により決
定されるため、グランドをさらに安定させる点からもバ
ンプ数を増加させることには限界があった。
Further, from the viewpoint of electrical characteristics, the higher the operating frequency of the semiconductor device, the greater the effect of ground stability on electrical characteristics. However, this is also limited by the number of metal bumps that can be formed. Since the number of metal bumps that can be formed is determined by the capability of the bump forming apparatus, there is a limit to increasing the number of bumps from the viewpoint of further stabilizing the ground.

【0015】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、配線基板に搭載される半導体素子
からの発熱を効率よく放熱し、さらに半導体素子の電気
的特性の安定化を図って高信頼性の電子回路モジュール
を得ることにあり、それにより、低コストで高密度化・
小型化の要求に対応可能な高信頼性の電子回路モジュー
ルを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to efficiently radiate heat generated from a semiconductor element mounted on a wiring board and to stabilize the electrical characteristics of the semiconductor element. In order to obtain a highly reliable electronic circuit module.
An object of the present invention is to provide a highly reliable electronic circuit module that can respond to a demand for miniaturization.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の電子回路モジュ
ールは、配線基板上に半導体素子を搭載するとともに、
この半導体素子の端子電極とそれに対向する前記配線基
板表面の電極パッドとを、50μm以下の間隔で配置され
た直径が30〜100 μmの複数個の金属粒を金属ろう材で
接合させた接合部材により接続したことを特徴とするも
のである。
An electronic circuit module according to the present invention has a semiconductor element mounted on a wiring board,
A joining member formed by joining a plurality of metal particles having a diameter of 30 to 100 μm, which are arranged at an interval of 50 μm or less and having a diameter of 30 to 100 μm, to a terminal electrode of the semiconductor element and an electrode pad on the surface of the wiring board opposed thereto The connection is characterized by the following.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子回路モジュー
ルについて図面を参照しながら詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an electronic circuit module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0018】図1は本発明の電子回路モジュールを構成
する配線基板の例を示す上面図、図2は同じく本発明の
電子回路モジュールを構成する半導体素子の例を示す下
面図であり、図3(a)および(b)は、それぞれ図1
に一点鎖線で示した部位に図2に示す半導体素子を搭載
した状態を示す、図2のA−A’線およびB−B線に対
応する断面図である。
FIG. 1 is a top view showing an example of a wiring board constituting the electronic circuit module of the present invention. FIG. 2 is a bottom view showing an example of a semiconductor element constituting the electronic circuit module of the present invention. (A) and (b) are each shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to the line AA ′ and the line BB in FIG. 2 showing a state where the semiconductor element shown in FIG.

【0019】これらの図において、1は電子回路モジュ
ールの基板本体部となる配線基板、2は配線基板1の上
面に形成された電極パッド、3は半導体素子、4は半導
体素子の下面に形成された端子電極、5は金属粒、6は
金属ろう材である。また、7は配線基板1と半導体素子
3との間に充填されたいわゆるアンダーフィル材であ
り、8は配線基板1の上面に半導体素子3とともに搭載
実装される各種のチップ部品等の電子部品である。な
お、図1には半導体素子3の搭載位置を一点鎖線で示し
ている。
In these figures, reference numeral 1 denotes a wiring board serving as a substrate main body of an electronic circuit module, 2 denotes an electrode pad formed on an upper surface of the wiring board 1, 3 denotes a semiconductor element, and 4 denotes a lower surface of the semiconductor element. The terminal electrodes 5, 5 are metal grains, and 6 is a brazing metal. Reference numeral 7 denotes a so-called underfill material filled between the wiring board 1 and the semiconductor element 3, and reference numeral 8 denotes various electronic parts such as chip parts mounted on the upper surface of the wiring board 1 together with the semiconductor element 3. is there. In FIG. 1, the mounting position of the semiconductor element 3 is indicated by a chain line.

【0020】配線基板1は、複数の絶縁層と回路配線層
および貫通導体等により回路基板を構成している。この
配線基板1には、セラミック多層配線基板やガラスセラ
ミック多層配線基板を始めとして、ガラスエポキシ基板
によるもの等、種々の材料から成る基板を用いることが
できる。
The wiring board 1 forms a circuit board with a plurality of insulating layers, circuit wiring layers, through conductors and the like. As the wiring board 1, substrates made of various materials such as a ceramic epoxy wiring board, a glass ceramic multilayer wiring board, and a glass epoxy board can be used.

【0021】電極パッド2は、配線基板1の上面に半導
体素子3の端子電極4に対向して形成されており、配線
基板1の導体層や貫通導体と同様に導体ペーストを用い
た厚膜印刷法等により形成される。例えば、セラミック
絶縁層からなる配線基板1の上面に形成する場合であれ
ば、Ag・Au・Cu等の金属粉末と有機バインダ等に
より調製した導体ペーストを用い、配線基板1の絶縁層
を構成するセラミックグリーンシートの表面に所定のパ
ターンで印刷した後、セラミックグリーンシートととも
に焼成させることにより所望の形状・寸法の電極パッド
2を形成すればよい。
The electrode pad 2 is formed on the upper surface of the wiring board 1 so as to face the terminal electrode 4 of the semiconductor element 3. The electrode pad 2 is made of a thick film using a conductive paste like the conductive layer and the through conductor of the wiring board 1. It is formed by a method or the like. For example, in the case of forming on the upper surface of the wiring board 1 made of a ceramic insulating layer, the insulating layer of the wiring board 1 is formed by using a metal paste such as Ag / Au / Cu and a conductive paste prepared with an organic binder or the like. After printing in a predetermined pattern on the surface of the ceramic green sheet, the electrode pad 2 having a desired shape and dimensions may be formed by firing together with the ceramic green sheet.

【0022】半導体素子3は、例えばICやLSI等の
半導体集積回路素子であり、近年の高密度化に伴って作
動時の発熱量が増加傾向にあるものである。この半導体
素子3の下面にはいわゆるフリップチップ実装を行なう
ための端子電極4が形成されており、ここでは図2に示
すように、配線基板1への搭載・接続のための金属粒5
が複数個配置される面積を有するものを含んでいる。な
お、端子電極4は、図2に示すように複数の金属粒5が
1列に並ぶような細長い形状のものに限られず、複数の
金属粒5が平面上に分散配置されるような広面積のパタ
ーン形状のものであってもよい。
The semiconductor element 3 is, for example, a semiconductor integrated circuit element such as an IC or LSI, and the amount of heat generated during operation tends to increase with the recent increase in density. Terminal electrodes 4 for performing so-called flip-chip mounting are formed on the lower surface of the semiconductor element 3. Here, as shown in FIG. 2, metal particles 5 for mounting and connecting to the wiring board 1 are formed.
Have an area in which a plurality are arranged. Note that the terminal electrode 4 is not limited to an elongated shape in which a plurality of metal grains 5 are arranged in a line as shown in FIG. 2, but has a wide area in which a plurality of metal grains 5 are dispersed and arranged on a plane. Pattern shape.

【0023】半導体素子3の端子電極4と配線基板1の
電極パッド2とを接続する金属粒5としては、金属ろう
材6の溶融温度では溶融せず、金属ろう材6による接合
後もその形状を維持し、かつ熱伝導性に優れた金属から
なる。この金属粒5は一般的な金属バンプに用いられる
Au(熱伝導率:318 W/m・K)やCu(394 W/m
・K)・Al(229 W/m・K)等により形成すればよ
く、例えば金属バンプの形成法と同様にして、ワイヤボ
ンディング装置を用いて端子電極4や電極パッド2の表
面に形成し配置することが可能である。
The metal particles 5 connecting the terminal electrodes 4 of the semiconductor element 3 and the electrode pads 2 of the wiring board 1 do not melt at the melting temperature of the metal brazing material 6, and have the same shape even after joining with the metal brazing material 6. And a metal having excellent thermal conductivity. The metal particles 5 are made of Au (thermal conductivity: 318 W / m · K) or Cu (394 W / m) used for general metal bumps.
· K) · Al (229 W / m · K) or the like, and is formed and arranged on the surface of the terminal electrode 4 or the electrode pad 2 using a wire bonding apparatus in the same manner as in the method of forming a metal bump. It is possible to

【0024】金属粒5の主原科としては、上記の材料の
中でも特に化学的に安定であり、電気的に導体損の小さ
く、しかも熱伝導性に優れたAuを用いることが好まし
い。
As the main substance of the metal particles 5, it is preferable to use Au which is chemically stable among the above materials, has small electric conductor loss, and is excellent in thermal conductivity.

【0025】また、金属粒5の直径は、30〜100 μmと
することが好ましい。
It is preferable that the diameter of the metal particles 5 is 30 to 100 μm.

【0026】金属粒5は、直径を大きくすることにより
導体損は減少するが、その直径が100 μmを超えると、
高密度化・高集積化された半導体素子3には不適当な大
きさのものとなり、電子回路モジュールの小型化を図る
ことが困難となる。また、金属粒5の体積が必要以上に
大きくなり、低コスト化を図る面でも不適当なものとな
る。他方、金属粒5の直径が30μm未満となると、この
金属粒5を介して伝達させる電流および熱に対する容量
が不足することとなり、高周波信号に対する伝送損失が
大きくなる。また、かかる微細な金属粒5を安定して形
成し配置することが困難となる。
The metal grains 5 reduce the conductor loss by increasing the diameter, but when the diameter exceeds 100 μm,
The size of the semiconductor element 3 is unsuitable for high-density and highly-integrated semiconductor elements 3, and it is difficult to reduce the size of the electronic circuit module. In addition, the volume of the metal particles 5 becomes unnecessarily large, which is unsuitable in terms of cost reduction. On the other hand, when the diameter of the metal particle 5 is less than 30 μm, the capacity for the current and heat transmitted through the metal particle 5 becomes insufficient, and the transmission loss for a high-frequency signal increases. In addition, it is difficult to stably form and arrange such fine metal particles 5.

【0027】なお、金属粒5の形状は基本的には球状で
あるが、必ずしも真球状である必要はなく、楕円球状や
円柱状の他、本発明における金属粒5として機能させる
ことができるものであれば、種々の異形状のものであっ
てもよい。
Although the shape of the metal particles 5 is basically spherical, it is not necessarily required to be a true sphere. In addition to an elliptical sphere or a column, the metal particles 5 can function as the metal particles 5 in the present invention. If so, various shapes may be used.

【0028】このような金属粒5は、例えばワイヤボン
ディング装置を用いて形成することが可能である。この
ワイヤボンディング装置による金属粒5の形成は、金属
メッキによる形成法や金属蒸着による形成法に比べて安
価で短時間に所望の金属粒5を形成することが可能であ
る。また、半田ペースト等を印刷法等を用いて端子電極
4あるいは電極パッド2の表面に供給し、これを加熱溶
融することによる金属粒5の形成法も採用し得るが、こ
の形成法では、ワイヤボンディング装置により形成法に
比べると微細な金属粒5を形成することがやや困難とな
る。
Such metal particles 5 can be formed by using, for example, a wire bonding apparatus. The formation of the metal particles 5 by this wire bonding apparatus can form the desired metal particles 5 at a lower cost and in a shorter time than the formation method by metal plating or the formation method by metal evaporation. Further, a method of forming the metal particles 5 by supplying a solder paste or the like to the surface of the terminal electrode 4 or the electrode pad 2 by using a printing method or the like and melting it by heating may be adopted. It is somewhat difficult to form fine metal particles 5 as compared with the forming method using a bonding apparatus.

【0029】そして、本発明に係る接続部材において、
金属ろう材6で接合させた複数個の金属粒5の配置間隔
は、50μm以下とすることが好ましい。この理由は、50
μm以下の間隔で金属粒5を配置することにより、半導
体素子3を配線基板1に搭載して接合部材で接続する時
に端子電極4と電極パッド2との間に配置された金属粒
5の隣り合う隙間に金属ろう材6を隙間なく充填して介
在させることが可能となり、金属粒5と金属ろう材6と
からなる接続部材による端子電極4−電極パッド2間の
接続面積を十分に確保して従来の金属バンプによる場合
よりも接続面積を大幅に増加させることができ、半導体
素子3からの発熱に対して十分な放熱経路を確保するこ
とができるとともに、電気的な接続信頼性も高めること
ができるものとなる。
In the connecting member according to the present invention,
The interval between the plurality of metal grains 5 joined by the metal brazing material 6 is preferably 50 μm or less. The reason for this is 50
By arranging the metal particles 5 at intervals of not more than μm, when the semiconductor element 3 is mounted on the wiring board 1 and connected by a bonding member, the metal particles 5 are adjacent to the metal particles 5 arranged between the terminal electrode 4 and the electrode pad 2. The fitting space can be filled with the metal brazing material 6 without any gap, and the metal brazing material 6 can be interposed therebetween, and the connection area between the terminal electrode 4 and the electrode pad 2 by the connecting member composed of the metal grains 5 and the metal brazing material 6 can be sufficiently ensured. As a result, the connection area can be greatly increased as compared with the conventional case using metal bumps, and a sufficient heat radiation path can be secured for the heat generated from the semiconductor element 3 and the electrical connection reliability can be improved. Can be done.

【0030】金属粒5の間隔は、50μmを超えると、こ
れら金属粒5を金属ろう材6で接合させて接続部材を構
成する時に金属粒5間に金属ろう材2を介在させてその
隙間を十分に埋めることが困難となり、隙間部への応力
集中が生じて接続部材に亀裂が生じたり、接続部材によ
る放熱経路の十分な確保や電気的接続の信頼性向上を図
ることが困難となる傾向にある。
When the interval between the metal grains 5 exceeds 50 μm, when the metal grains 5 are joined with the metal brazing material 6 to form a connecting member, the metal brazing material 2 is interposed between the metal grains 5 to reduce the gap. It becomes difficult to fill the gap sufficiently, and stress concentration in the gaps occurs, causing cracks in the connection member.It also becomes difficult to secure a sufficient heat dissipation path and improve the reliability of electrical connection by the connection member. It is in.

【0031】なお、これら複数個の金属粒5の配置間隔
は、50μm以下の間隔で可能な限り狭くしておくこと
が、放熱に対してより有利となり好ましいものである。
It is preferable that the interval between the plurality of metal grains 5 be as narrow as possible with an interval of 50 μm or less, which is more advantageous for heat radiation and is preferable.

【0032】金属ろう材6は、配線基板1の電極パッド
2と半導体素子3の端子電極4との間に50μm以下の所
定の間隔で配置された複数の金属粒5を接合して金属粒
5とともに接合部材を構成し、これにより電極パッド2
と端子電極4とを電気的に接続する。
The metal brazing material 6 is formed by joining a plurality of metal grains 5 arranged at a predetermined interval of 50 μm or less between the electrode pad 2 of the wiring board 1 and the terminal electrode 4 of the semiconductor element 3. Together with the bonding member, thereby forming the electrode pad 2
And the terminal electrode 4 are electrically connected.

【0033】そして、このような接合部材によれば、半
導体素子3の端子電極4と配線基板1の電極パッド2と
の接続面積を十分に確保して効果的な伝熱経路を確保す
ることができ、高い伝熱効率でもって半導体素子3の発
熱を配線基板1に伝達させ放散させることができる。
According to such a joining member, it is possible to secure a sufficient connection area between the terminal electrode 4 of the semiconductor element 3 and the electrode pad 2 of the wiring board 1 to secure an effective heat transfer path. Thus, the heat generated by the semiconductor element 3 can be transmitted to the wiring board 1 and radiated with high heat transfer efficiency.

【0034】このような金属ろう材6としては、接合部
材中で金属粒5の形状を維持する必要がある点から、ま
た半導体素子3の熱的保護や残留熱応力の問題からでき
る限り低温で溶融可能な材質のものを選定することが好
ましい。例えば、基本的には金属粒5の融点以下の溶融
温度であれば使用可能であるが、Pb/SnやAu/S
n・Au/Si等の半田を用いると、これらの溶融温度
が180 〜460 ℃であり、これに対して金属粒5の溶融温
度は900 ℃前後であることから、良好な接合部材を構成
することができる。なお、金属ろう材6の溶融時に金属
粒5の金属との間で固溶体を生じて金属粒5の融点が下
がることがあるため、金属粒5の形状を良好に維持させ
ておくためには、金属ろう材6の溶融温度としてはAu
/Snの330 ℃程度以下のものを選定することが望まし
い。
[0034] Such a metal brazing material 6 is required to maintain the shape of the metal particles 5 in the joining member, and at the lowest possible temperature due to the problem of thermal protection of the semiconductor element 3 and residual thermal stress. It is preferable to select a material that can be melted. For example, basically, any melting temperature lower than the melting point of the metal particles 5 can be used, but Pb / Sn or Au / S
When solder such as n.Au/Si is used, the melting temperature of these is 180 to 460.degree. C., whereas the melting temperature of metal particles 5 is around 900.degree. be able to. When the metal brazing material 6 is melted, a solid solution may be generated with the metal of the metal particles 5 to lower the melting point of the metal particles 5. Therefore, in order to maintain the shape of the metal particles 5 in good condition, The melting temperature of the brazing metal 6 is Au
It is desirable to select a material having a / Sn of about 330 ° C. or less.

【0035】また、金属ろう材6としても、可能な限り
熱伝導性の良好な材質のものを選定することが重要であ
る。このような金属ろう材6としては、例えばAu/S
n(熱伝導率:250 W/m・K)やAu(318 W/m・
K)・Cu(394 W/m・K)・Al(220 W/m・
K)・Pb/Sn(40W/m・K)等を用いることがで
きる。
It is important that the metal brazing material 6 be made of a material having good thermal conductivity as much as possible. As such a metal brazing material 6, for example, Au / S
n (thermal conductivity: 250 W / m · K) or Au (318 W / m · K)
K) ・ Cu (394 W / m ・ K) ・ Al (220 W / m ・
K) · Pb / Sn (40 W / m · K) or the like can be used.

【0036】かかる金属ろう材6としては、特に低融点
金属ろう材である半田を用いることが、金属粒5の形状
を維持して接合部材を構成することができ、また半導体
素子3や配線基板1あるいは電子部品8への温度による
損傷を抑えることができる点で好ましい。このような半
田としては、具体的にはAu/SnやSn/Pb・Sn
/Ag等を幅広く適用することができる。特に、環境面
への影響を考慮した場合には、Sn/Ag半田を用いる
ことが好ましい。
As the metal brazing material 6, in particular, solder which is a low melting point metal brazing material is used so that the joining member can be formed while maintaining the shape of the metal particles 5. This is preferable in that damage to the first or electronic component 8 due to temperature can be suppressed. Specific examples of such solder include Au / Sn and Sn / Pb.Sn.
/ Ag etc. can be applied widely. In particular, when considering the influence on the environment, it is preferable to use Sn / Ag solder.

【0037】また、複数個の金属粒5と金属ろう材6と
からなる接合部材により半導体素子3の端子電極4と配
線基板1の電極パッド2とを接続するには、例えば、半
導体素子3の端子電極4表面に直径が30〜100 μmの複
数個の金属粒5を50μm以下の間隔で配置して取着させ
ておき、一方、配線基板1の電極パッド2上には予め金
属ろう材6を取着させておき、その上に位置精度良く半
導体素子3を搭載してリフローや基板加熱により金属ろ
う材6を溶融させることにより、金属粒5を金属ろう材
6で接合するとともにこの接合部材で端子電極4と電極
パッド2とを接続すればよい。
In order to connect the terminal electrode 4 of the semiconductor element 3 and the electrode pad 2 of the wiring board 1 with a joining member composed of a plurality of metal grains 5 and a metal brazing material 6, for example, A plurality of metal particles 5 having a diameter of 30 to 100 μm are arranged and attached on the surface of the terminal electrode 4 at intervals of 50 μm or less, while a metal brazing material 6 is previously placed on the electrode pads 2 of the wiring board 1. By mounting the semiconductor element 3 thereon with good positional accuracy and melting the metal brazing material 6 by reflow or substrate heating, the metal particles 5 are joined with the metal brazing material 6 and the joining member is formed. And the terminal electrode 4 and the electrode pad 2 may be connected.

【0038】このとき、金属ろう材6の量としては、金
属粒5間に充分に濡れ広がり、金属粒5間を埋めてこれ
らを接合できる量を供給しておくことが必要である。ま
た、金属粒5への金属ろう材6の濡れ性を向上させるた
めには、ロジン系のフラックスを有機溶剤と混合し、金
属ろう材6と混合して用いることや、不活性雰囲気中や
還元雰囲気中で加熱して接合させることも有効である。
At this time, it is necessary to supply an amount of the metal brazing material 6 such that the metal brazing material 6 can sufficiently wet and spread between the metal particles 5 and fill the space between the metal particles 5 and join them. In order to improve the wettability of the metal brazing material 6 to the metal particles 5, a rosin-based flux is mixed with an organic solvent and mixed with the metal brazing material 6, and is used in an inert atmosphere or in a reducing atmosphere. It is also effective to heat and join in an atmosphere.

【0039】そして、配線基板1上に半導体素子3を搭
載し電極パッド2と端子電極4とを接合部材により接続
した後、必要に応じて配線基板1と半導体素子3との間
にアンダーフィル材7を注入することにより、半導体素
子3の実装信頼性を向上させることが可能である。この
ようなアンダーフィル材7は、半導体素子3の下面と配
線基板1との間に注入・充填される熱伝導の良好な絶縁
樹脂であり、これにより配線基板1と半導体素子3との
接続を安定させることができる。
After the semiconductor element 3 is mounted on the wiring board 1 and the electrode pads 2 and the terminal electrodes 4 are connected by a joining member, if necessary, an underfill material is provided between the wiring board 1 and the semiconductor element 3. By implanting 7, the mounting reliability of the semiconductor element 3 can be improved. Such an underfill material 7 is an insulating resin having good heat conduction injected and filled between the lower surface of the semiconductor element 3 and the wiring board 1, thereby connecting the wiring board 1 and the semiconductor element 3. Can be stabilized.

【0040】また、このようなアンダーフィル材7とし
て熱伝導率の高い無機フィラーを添加したエポキシ樹脂
等を用いることにより、半導体素子3から配線基板1へ
のさらに十分な放熱性をもたせることも可能である。な
お、このアンダーフィル材7は、必要に応じて使用され
るものであり、電子回路モジュールにとって必ずしも必
要なものではない。
Further, by using an epoxy resin or the like to which an inorganic filler having a high thermal conductivity is added as the underfill material 7, it is possible to provide more sufficient heat radiation from the semiconductor element 3 to the wiring board 1. It is. The underfill material 7 is used as needed, and is not always necessary for the electronic circuit module.

【0041】そして、配線基板1上の所定位置に各種の
電子部品8を実装することにより、所望の電気回路を構
成することができ、電子回路モジュールが完成する。
By mounting various electronic components 8 at predetermined positions on the wiring board 1, a desired electric circuit can be formed, and an electronic circuit module is completed.

【0042】その後、半導体素子3は、搭載後に素子お
よび接合部材を保護する目的で半導体素子封止用エポキ
シ樹脂やシリコーン樹脂等の封止樹脂により封止しても
よい。あるいは、配線基板1の上面に半導体素子3なら
びに電子部品8を覆う蓋体を取着してこれらを保護し、
あるいは電磁的にシールドするようにしてもよい。
Thereafter, the semiconductor element 3 may be sealed with a sealing resin such as an epoxy resin for sealing the semiconductor element or a silicone resin for the purpose of protecting the element and the bonding member after mounting. Alternatively, a cover covering the semiconductor element 3 and the electronic component 8 is attached to the upper surface of the wiring board 1 to protect them,
Alternatively, it may be electromagnetically shielded.

【0043】なお、半導体素子3とともに配線基板1の
上面に搭載され実装される各種の電子部品8としては、
例えばチップコンデンサやチップ抵抗・チップインダク
タ等が用いられる。また、これら電子部品8の実装は、
例えば電子部品8の搭載用電極に予め半田ペーストを印
刷・塗布しておき、電子部品8を配線基板1上に搭載
後、ベルト式リフロー炉等を通すことにより半田付けし
て行なえばよい。
The various electronic components 8 mounted and mounted on the upper surface of the wiring board 1 together with the semiconductor element 3 include:
For example, chip capacitors, chip resistors, chip inductors, and the like are used. The mounting of these electronic components 8 is as follows.
For example, a solder paste may be printed and applied to the mounting electrodes of the electronic component 8 in advance, and after mounting the electronic component 8 on the wiring board 1, it may be soldered by passing it through a belt-type reflow furnace or the like.

【0044】以上のような本発明の電子回路モジュール
によれば、半導体素子3の端子電極4とそれに対向する
配線基板1の電極パッド2とを、50μm以下の間隔で配
置された直径が30〜100 μmの複数個の金属粒5を金属
ろう材6で接合させた接合部材により接続したことか
ら、高い熱伝導性を有する金属粒5と同じく良好な熱伝
導性を有する金属ろう材6との好適な組合せで構成した
接合部材により十分な伝熱経路を確保することができ
て、半導体素子3の発熱を接合部材を介して効率よく配
線基板1側へ伝達させて放熱させることができる。ま
た、電気的な接続についてもその面積も十分に確保する
ことができ、グランドの安定化を図ったり高周波信号の
伝送損失を抑えたりすることも可能となり、接続信頼性
を高めることもできる。
According to the electronic circuit module of the present invention as described above, the terminal electrode 4 of the semiconductor element 3 and the electrode pad 2 of the wiring board 1 facing the terminal electrode 4 are arranged at an interval of 50 μm or less and have a diameter of 30 to 30 μm. Since a plurality of metal grains 5 of 100 μm are connected by a joining member joined by a metal brazing material 6, the metal grains 5 having high thermal conductivity and the metal brazing material 6 having good thermal conductivity are connected. A sufficient heat transfer path can be ensured by the joining members configured in a suitable combination, and the heat generated by the semiconductor element 3 can be efficiently transmitted to the wiring board 1 side via the joining members to dissipate the heat. In addition, the area of the electrical connection can be sufficiently secured, the ground can be stabilized, the transmission loss of the high-frequency signal can be suppressed, and the connection reliability can be improved.

【0045】なお、本発明は以上の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明の電子回路モジュールによれば、
半導体素子の端子電極とそれに対向する配線基板の電極
パッドとを、50μm以下の間隔で配置された直径が30〜
100 μmの複数個の金属粒を金属ろう材で接合させた接
合部材により接続したことから、かかる接合部材により
十分な伝熱経路を確保することができて半導体素子の発
熱を効率よく配線基板側へ伝達させて放熱させることが
できるとともに、電気的な接続面積も十分に確保するこ
とができてグランドの安定化を図ったり高周波信号の伝
送損失を抑えたりすることもでき、接続信頼性を高める
こともできる。
According to the electronic circuit module of the present invention,
The terminal electrodes of the semiconductor element and the electrode pads of the wiring board opposed thereto are arranged at an interval of 50 μm or less and have a diameter of 30 to
Since a plurality of metal particles of 100 μm are connected by a joining member joined by a brazing metal, a sufficient heat transfer path can be secured by such joining members, and the heat generated by the semiconductor element can be efficiently generated on the wiring board side. The heat can be transmitted to the radiator to dissipate heat, and the electrical connection area can be sufficiently ensured to stabilize the ground and reduce transmission loss of high-frequency signals, thereby improving connection reliability. You can also.

【0047】以上のように、本発明によれば、配線基板
に搭載される半導体素子からの発熱を効率よく放熱し、
さらに半導体素子の電気的特性の安定化を図ることがで
き、低コストで高密度化・小型化の要求に対応可能な高
信頼性の電子回路モジュールを提供することができた。
As described above, according to the present invention, heat generated from a semiconductor element mounted on a wiring board is efficiently radiated,
Furthermore, the electrical characteristics of the semiconductor element can be stabilized, and a highly reliable electronic circuit module that can meet the demand for high density and small size at low cost can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電子回路モジュールに用いられる配線
基板の例を示す上面図である。
FIG. 1 is a top view showing an example of a wiring board used for an electronic circuit module of the present invention.

【図2】本発明の電子回路モジュールを構成する半導体
素子の例を示す下面図である。
FIG. 2 is a bottom view showing an example of a semiconductor element constituting the electronic circuit module of the present invention.

【図3】(a)および(b)は、それぞれ図1に一点鎖
線で示した部位に図2に示す半導体素子を搭載した状態
を示す、図2のA−A’線およびB−B線に対応する断
面図である。
FIGS. 3 (a) and (b) show a state where the semiconductor element shown in FIG. 2 is mounted on a portion shown by a dashed line in FIG. 1, respectively, and are taken along lines AA 'and BB in FIG. It is sectional drawing corresponding to FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・配線基板 2・・・・電極パッド 3・・・・半導体素子 4・・・・端子電極 5・・・・金属粒 6・・・・金属ろう材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wiring board 2 ... Electrode pad 3 ... Semiconductor element 4 ... Terminal electrode 5 ... Metal particles 6 ... Metal brazing material

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 配線基板上に半導体素子を搭載するとと
もに、該半導体素子の端子電極とそれに対向する前記配
線基板表面の電極パッドとを、50μm以下の間隔で配
置された直径が30〜100μmの複数個の金属粒を金
属ろう材で接合させた接合部材により接続したことを特
徴とする電子回路モジュール。
A semiconductor device is mounted on a wiring substrate, and a terminal electrode of the semiconductor device and an electrode pad on the surface of the wiring substrate facing the semiconductor device are arranged at an interval of 50 μm or less and have a diameter of 30 to 100 μm. An electronic circuit module, wherein a plurality of metal particles are connected by a joining member joined by a brazing metal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8283775B2 (en) 2008-10-03 2012-10-09 Panasonic Corporation Wiring board, semiconductor device and method for manufacturing the same

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