JP2001185642A - 半導体実装用パッケージ基板 - Google Patents

半導体実装用パッケージ基板

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度サイクル試験時のパッケージ基板と
マザー基板との熱膨張係数差に起因する応力を緩和する
ことができ、かつ半導体チップとパッケージ基板間との
接続信頼性が高い半導体実装用パッケージ基板の提供を
課題とする。 【解決手段】 半導体チップに近い熱膨張係数を有する
セラミックス基板に、半導体素子を搭載するための電極
部と、マザー基板に搭載するための電極部を設け、熱膨
張係数が5〜50ppm、ヤング率が10〜2000k
gf/mm2を有する熱可塑性絶縁性フィルムに、その
フィルムの上記マザー基板に搭載するための電極部に対
応する位置に導通部を設け、セラミックス基板のマザー
基板に搭載するための電極部と熱可塑性絶縁性フィルム
の導通部が重なるように張り合わす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体実装用パッケ
ージ基板に関し、特に温度サイクル試験時のマザー基板
とパッケージ基板との熱膨張係数差に起因する応力を緩
和することができ、かつICとパッケージ基板間との接
続信頼性が高い半導体実装用パッケージ基板の構造に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器は、ますます小型化・軽
量化・薄型化の傾向が進み、これにもちいられる部品の
高集積化が厳しく要求されている。このような背景か
ら、半導体パッケージの形態も、QFPなどのリードフ
レームを用いてマザー基板に実装する周辺実装タイプか
ら、BGA・CSPなどのハンダボールを用いてマザー
基板に実装するエリアアレイ実装タイプが主流となりつ
つある。図1は、マザー基板にエリアアレイ実装するパ
ッケージ基板の一例として従来のアルミナセラミック多
層基板(熱膨張係数:7ppm)を示すものである。従
来のパッケージ基板2を、例えばマザー基板7(熱膨張
係数:14ppm)に実装する場合には、まずバンプ付
き半導体チップ4をパッケージ基板2に実装し樹脂封止
5をしたのち、ハンダボール6を電極パッド3に搭載
し、リフローにてハンダ電極を形成し、さらにマザー基
板7に再度リフローにてハンダ接合する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マザー
基板7に実装した後に温度サイクル信頼性試験を行う
と、マザー基板7とパッケージ基板2との熱膨張係数差
に起因する応力のためハンダ6にクラックが生じ、数1
00サイクルで断線してしまうという問題があった。
【0004】この問題を解決する方法としてハンダボー
ルを大きくしマザー基板とパッケージ基板との隙間を大
きくするというものが検討されている。しかし、この方
法では応力が緩和されるものの、近時強く求められる小
型化、薄型化に対応できない。また隣接する電極とのシ
ョートの危険性もあり、実装が難しくなる。
【0005】また応力を緩和するために、マザー基板に
パッケージ基板を実装した後にその間隙に樹脂を流し込
み封止する方法も検討されているが、実装プロセスが増
え、コストも高くなる。
【0006】また、応力の発生を小さくするために、パ
ッケージ基板の熱膨張係数をマザー基板と同等もしくは
近いものにする方法も検討されているが、半導体チップ
とパッケージ基板との熱膨張係数差が大きくなり、半導
体チップとパッケージ基板との接続信頼性が低下する。
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、ハン
ダボールの大径化や実装プロセスの増加を伴うことな
く、かつ半導体チップとパッケージ基板との接続信頼性
を損なうことなしに、温度サイクル試験時のパッケージ
基板とマザー基板との熱膨張係数差に起因する応力を緩
和することができ、かつ半導体チップとパッケージ基板
間との接続信頼性が高い半導体実装用パッケージ基板の
提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
の本発明の半導体実装用パッケージ基板は、半導体チッ
プに近い熱膨張係数を有し、半導体チップを実装するた
めの電極構造をするセラミック基板と、熱膨張係数が5
×10−6/℃〜50×10−6/℃(以下「10−6
/℃」を単にppmで表す。)であり、ヤング率が10
〜2000kgf/mm2を有する熱可塑性絶縁フィル
ムとから構成されたものであり、セラミックス基板には
半導体素子を搭載するための電極部と、マザー基板に搭
載するための電極部が設けられ、熱可塑性絶縁性フィル
ムには、そのフィルムの上記マザー基板に搭載するため
の電極部に対応する位置に導通部が設けられ、セラミッ
クス基板のマザー基板に搭載するための電極部と熱可塑
性絶縁性フィルムの導通部が重なるように張り合わして
作製されたものである。
【0008】本発明において、セラミックス基板として
セラミックス積層配線板を用いることも可能である。
【0009】本発明において、用いる熱可塑性フィルム
の厚さは、熱膨張係数の差の緩和と薄いパッケージを得
るという目的より10〜100μmとすることが好まし
い。
【0010】また、本発明において絶縁性フィルムに設
ける導通部は、孔に導電性樹脂を充填したものでも、無
電解めっきにより孔内壁にめっき層を設けたものでも良
い。
【0011】本発明の半導体装置は上記本発明のセラミ
ックス基板を用いた半導体装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の例を図2、3により説明
する。図2は本発明の半導体実装用パッケージ基板の製
造工程を示した図であり、図3は本発明の本発明の基板
を用いた実装例である。まず、熱膨張係数が5〜50p
pmであり、ヤング率が10〜2000kgf/mm2
以下である熱可塑性フィルム8に、レーザーもしくは金
型を用いて貫通孔9を形成する(図2(a)参照)。
【0013】熱可塑性フィルム8の熱膨張係数が5pp
m未満または50ppmを超えると、フィルムとセラミ
ック基板との熱膨張係数差が大きくなり、温度サイクル
信頼性試験時にセラミック基板とフィルムとの界面で剥
離してしまう。
【0014】また、ヤング率が2000kgf/mm2
を超えると、温度サイクル試験時にセラミック基板とマ
ザー基板間の熱膨張係数差に起因する応力を緩和できず
にハンダにクラックが入り断線が生じる。またヤング率
が10kgf/mm2未満であると、温度サイクル試験
時にセラミック基板とマザー基板間の熱膨張係数差に起
因する応力によって過大な変形がフィルム内に生じ、フ
ィルム内で破断が生じてしまう。
【0015】また、熱可塑性フィルムの厚さが薄いと本
発明の効果が薄れ、あまりに厚いとパッケージ自体の厚
さが厚くなりすぎるため、熱可塑性フィルムの厚さは1
0〜100μmとすることが好ましい。次に貫通孔9に
Au、Ag、Cu、Pd、Pt、およびこれらの合金粉
の内の少なくとも1種と、エポキシやポリエステル、ア
クリル、塩化ビニル、ポリイミドとをベースとした熱硬
化性導電性樹脂ペースト10を充填(図2(b)参照)
して導通部を作製する。次に、シリコンに近い2〜4p
pmの熱膨張係数をもつセラミック基板11のマザー基
板側の表面に設けられた電極パターンと熱可塑性フィル
ム8の導通部とを位置合わせをしたのち熱圧着して貼り
合わせる(図2(c)参照)。最後に、加熱工程によっ
て導電性樹脂を硬化させることにより本発明のパッケー
ジ基板12を得る。なお、セラミック基板11の熱膨張
係数が2ppm未満もしくは4ppmを超えると、温度
サイクル試験時に半導体チップ13とセラミック基板1
1との熱膨張係数差によって生じる応力によって半導体
チップ13とセラミック基板11との接続部14の信頼
性が低下する。本発明の構造によれば、半導体チップと
パッケージ基板との間では熱膨張係数差が小さく、その
ため熱膨張係数差に起因する応力が小さくなり、温度サ
イクル信頼性試験時の半導体チップとパッケージ基板間
の接続信頼性が高い。またパッケージ基板とマザー基板
との間では熱可塑性フィルム層がセラミック基板とマザ
ー基板との熱膨張係数差に起因する応力を緩和するため
ハンダにクラックが入りにくく、温度サイクル信頼性試
験時のパッケージ基板とマザー基板との接続信頼性が向
上する。
【0016】
【実施例】次に実施例を用いて本発明をさらに説明す
る。 (実施例1)本例はセラミックス基板として積層セラミ
ックス基板を用いたものである。
【0017】まず熱膨張係数が48ppm、ヤング率が
425kgf/mm2の熱可塑性ポリイミドフィルムに
金型を用いて、直径200μmの孔を開孔し、導通部パ
ターンを形成した。その後、この孔にAg/Pd比が
8:2の混合金属粉80重量部とエポキシ樹脂と硬化剤
が20重量部で構成された導電性樹脂を充填した。表1
に示す組成のガラス粉末と、アルミナ粉末を70:30
の比率で混合したガラスセラミック粉末をグリーンシー
トに成形し、半導体チップ搭載面、および熱可塑性絶縁
フィルムと接する表面層には、半導体チップ電極部、あ
るいは熱可塑性ポリイミドフィルムの導通部と対応した
位置に開口部を設け、開口部内部にAgペーストをを用
いてビア導体を形成した。そして、ビア導体と配線層と
を設けた中間層を作製した。配線層はAg/Pd比が9
0:10の導体ペーストを用いて形成した。次いで、両
表面層と中間層と加圧密着させ、積層し、空気中、87
5?で20分間焼成を行ってセラミック基板を得た。こ
の基板の熱膨張係数は4.2ppmであった。
【0018】 表1 成分 PbO SiO2 Al2323 CaO 重量% 30.7 51.7 8.4 7.3 1.9
【0019】セラミック基板の表面電極パターンと熱可
塑性フィルムの孔パターンとを位置合わせし、70℃で
5分間熱圧着した。その後、150℃で15分間加熱
し、導電性樹脂を硬化させ本発明のセラミックスパッケ
ージ基板を得た。このセラミックスパッケージ基板にま
ず半導体チップを実装した後、マザー基板(熱膨張係数
14ppm)に共晶ハンダボールを用いて実装した。そ
の後、−55℃×30分と125℃×30分の温度サイ
クル試験にて信頼性を評価した。信頼性の判断は、導通
検査によるオープン判定によって行った。この結果、本
実施例では、1000サイクルまで断線は発生しなかっ
た。
【0020】(比較例)熱可塑性ポリイミドフイルムを
用いない以外は実施例と同様にしてこの実施例のパッケ
ージ基板12および比較例として従来パッケージ基板2
にまずICを実装した後、マザー基板(熱膨張係数14
ppm)に共晶ハンダボールを用いて実装した。その
後、−55℃×30分と125℃×30分の温度サイク
ル試験にて信頼性を評価した。信頼性の判断は、導通検
査によるオープン判定によって行った。この結果、この
例で得られたパッケージ基板では、100サイクルでハ
ンダにクラックが生じて断線が発生した。
【0021】
【発明の効果】本発明の半導体実装用パッケージ基板
は、半導体チップ実装面はシリコンに近い熱膨張係数を
もっているため半導体チップと該パッケージ基板間は熱
膨張係数差に起因する応力が小さくでき、温度サイクル
信頼性試験時の半導体チップと該パッケージ基板間の接
続信頼性が高い。また該パッケージ基板とマザー基板間
は熱可塑性フィルム層が該パッケージ基板を構成するセ
ラミック層とマザー基板との熱膨張係数差に起因する応
力を緩和するためハンダにクラックが入りにくく、温度
サイクル信頼性試験時の接続信頼性が向上する。このよ
うに本発明の半導体実装用パッケージ基板を用いれば、
温度サイクル信頼性試験において信頼性が非常に高く疲
労寿命を著しくのばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のパッケージ基板の代表的な例であるセラ
ミック多層基板の断面図
【図2】本発明の一実施例であるセラミック多層基板の
製造工程を示した断面図
【図3】図2のセラミック多層基板を用いた実装例であ
る。
【符号の説明】
1―――ビア導体 2―――パッケ
ージ基板 3―――電極パッド 4―――バンプ
付き半導体チップ 5―――封止樹脂 6―――ハンダ
ボール 7―――マザー基板 8―――熱可塑
性フィルム 9―――貫通孔 10―――熱硬化
性導電性樹脂ペースト 11―――セラミック基板 12―――本発
明のパッケージ基板 13―――半導体チップ 14―――接続
部 15―――ハンダボール 16―――マザ
ー基板 17―――ビア導体 18―――表面
導体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体チップに近い熱膨張係数を有し、半
    導体チップを実装するための電極構造をするセラミック
    基板と、熱膨張係数が5×10−6/℃〜50×10−
    6/℃(以下「10−6/℃」を単にppmで表す。)
    であり、ヤング率が10〜2000kgf/mm2を有
    する熱可塑性絶縁フィルムとから構成されたものであ
    り、セラミックス基板には半導体素子を搭載するための
    電極部と、マザー基板に搭載するための電極部が設けら
    れ、熱可塑性絶縁性フィルムには、そのフィルムの上記
    マザー基板に搭載するための電極部に対応する位置に導
    通部が設けられ、セラミックス基板のマザー基板に搭載
    するための電極部と熱可塑性絶縁性フィルムの導通部が
    重なるように張り合わして作製されたことを特徴とする
    半導体実装用パッケージ基板。
  2. 【請求項2】熱可塑性絶縁性フィルムに設ける導通部
    が、孔に導電性樹脂を充填したもの、無電解めっきによ
    り孔内壁にめっき層を設けたもの、無電解めっき後電解
    メッキにより孔内に金属層を設けたものの内の何れかで
    ある請求項1記載の基板。
  3. 【請求項3】セラミックス基板が積層セラミックス配線
    板である請求項1または2記載の基板。
  4. 【請求項4】請求項1〜3記載の何れかのセラミックス
    基板を用いたことを特徴とする半導体装置。
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Cited By (4)

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