JP2003282777A - 放熱板付き配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁基板と放熱板とを強固に接合するととも
に、外部からの電磁ノイズの侵入や外部への電磁ノイズ
の放出を防止して、搭載する半導体素子を長期間にわた
り正常に作動させることができる放熱板付き配線基板を
提供すること。 【解決手段】 絶縁基板１の下面に接合された放熱板２
は、その外周縁に絶縁基板１を包囲する凸部２ａを有し
ているとともに、その上面と絶縁基体１の下面とが絶縁
性樹脂接着剤１５を介して接合されており、凸部と絶縁
基板上面の接地または電源導体層６ｂとが導電性樹脂接
着剤１６を介して電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路素
子等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パ
ッケージに用いられる放熱板付き配線基板に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】従来、ＭＰＵ等の半導体素子を収容する
ための半導体素子収納用パッケージに使用される放熱板
付き配線基板は、例えば図２に断面図で示すように、中
央部に半導体素子２０を収容するための段状の貫通穴２
１ａを有するとともに、その表面および内部に配線導体
層２７や接地または電源導体層２８等の導体層を有する
絶縁基板２１と、この絶縁基板２１の下面に貫通穴２１
ａを塞ぐように導電性樹脂接着剤２３を介して接合され
ており、上面中央部に半導体素子２０が搭載される搭載
部２２ａを有する銅等の金属材料から成る平板状の放熱
板２２とから主に構成されている。 【０００３】この従来の放熱板付き配線基板において
は、絶縁基板２１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹
脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る２枚の絶縁板２４
と２５とを同じくガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂を含浸させて成る絶縁層２６を介して積層して
成る。そして、絶縁板２４には、その中央部に半導体素
子２０よりも若干大きな貫通穴２４ａが形成されている
とともにその上面の貫通穴２４ａ周辺から外周部にかけ
て配線導体層２７およびその下面の略全面に接地または
電源導体層２８が被着されており、絶縁板２５には、そ
の中央部に貫通穴２４ａよりも大きな貫通穴２５ａが形
成されているとともに上面に外部接続導体２９が被着さ
れている。そして、これらの絶縁板２４、２５および絶
縁層２６の外周部には、複数の貫通孔３０が設けられて
おり、貫通孔３０の内壁には配線導体層２７や接地また
は電源導体層２８と外部接続導体２９とを電気的に接続
する貫通導体３１が被着されている。さらに、絶縁基板
２１の下面には貫通導体３１が下面に露出している部分
に放熱板２２と配線導体層２７との不要な電気的短絡を
防止するためにエポキシ樹脂から成る絶縁層３２が被着
されている。そして、この接地または電源導体層２８と
絶縁層３２が被着された絶縁基板２１の下面に放熱板２
２が金属粉末等の導電性フィラーを含有するエポキシ樹
脂等の導電性樹脂接着剤２３を介して接合されており、
接地または電源導体層２８と放熱板２２とが、この導電
性の導電性接着剤２３により電気的に導通されている。 【０００４】そして、この従来の放熱板付き配線基板に
よれば、放熱板２２の搭載部２２ａに半導体素子２０を
搭載するとともに、この半導体素子２０の各電極を配線
導体層２７にボンディングワイヤ３３等の電気的接続手
段を介して電気的に接続し、しかる後、外部接続導体２
９に半田ボール等から成る外部接続部材３４を接合する
とともに貫通穴２１ａ内へ図示しない封止用樹脂をポッ
ティングして半導体素子２０を気密に封止することによ
り製品としての半導体装置となる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の放熱板付き配線基板によると、金属粉末等の導電性
フィラーを含有する熱硬化性樹脂から成る導電性樹脂接
着剤２３は、その電気伝導度を上げるために大量の導電
性フィラーを含有させる必要があり、その分接着力が弱
いものとなっている。そのため導電性樹脂接着剤２３を
介した絶縁基板２１と放熱板２２との接合が弱く、絶縁
基板２１と放熱板２２との間に半導体素子２０が作動す
る際に発生する熱が長期間にわたり繰り返し印加される
と、絶縁基板２１と放熱板２２との間で剥がれが発生
し、絶縁基板２１と放熱板２２との間の気密性が低下す
るとともに放熱板２２と接地または電源用導体２８との
間の電気的な抵抗が増大する問題があった。また、絶縁
基板２１の外周側面が露出していることから、この露出
した絶縁基板２１の外周側面から配線導体層２７や半導
体素子２０に外部の電磁ノイズが進入し、その電磁ノイ
ズにより配線基板２１に搭載された半導体素子２０が誤
動作したり、あるいは逆に半導体素子２０や配線導体層
２７から発生する電磁ノイズが外部に放出されて外部の
電子機器等に悪影響を与えてしまったりするというとい
う問題を有していた。 【０００６】本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出
されたものであり、その目的は、絶縁基板と放熱板とを
強固に接合するとともに、外部からの電磁ノイズの侵入
や外部への電磁ノイズの放出を防止して、搭載する半導
体素子を長期間にわたり正常に作動させることができる
とともに外部の電子機器に悪影響を与えることのない放
熱板付き配線基板を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の放熱板付き配線
基板は、中央部に半導体素子収納用の貫通穴を有する絶
縁基板と、該絶縁基板の前記貫通穴周辺の上面から外周
部にかけて被着された配線導体層と、前記絶縁基板の上
面外周部および下面に被着された接地または電源導体層
と、該接地または電源導体層が被着された前記絶縁基板
の下面に、前記貫通穴を塞ぐようにして接合された金属
製の放熱板とを具備して成る放熱板付き配線基板であっ
て、前記放熱板は、その外周縁に前記絶縁基板の外周側
面を包囲する凸部を有しているとともに、その上面と前
記絶縁基体の下面とが絶縁性樹脂接着剤を介して接合さ
れており、前記凸部と前記絶縁基板上面の前記接地また
は電源導体層とが導電性樹脂接着剤を介して電気的に接
続されていることを特徴とするものである。 【０００８】本発明の放熱板付き配線基板によれば、絶
縁基板の下面と放熱板とを絶縁性樹脂接着剤を介して接
合したことから、絶縁基板と放熱板とが強固に接合され
る。また、金属製の放熱板の外周縁に絶縁基板の外周側
面を包囲する凸部を設けるとともに、この凸部と絶縁基
板の上面に被着させた接地または電源導体層とを導電性
樹脂接着剤を介して電気的に接続したことから、放熱板
の凸部により絶縁基板の外周側面と外部との間が電磁的
に遮蔽され、その結果、絶縁基板の外周側面からの電磁
ノイズの進入および放出を良好に防止することができ
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】次に、本発明の放熱板付き配線基
板を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の
放熱板付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図で
ある。図中、１はその表面および内部に配線導体層５や
接地または電源導体層６等の導体層が被着された絶縁基
板、２は放熱板であり、主としてこれらで半導体素子３
を搭載するための放熱板付き配線基板が構成されてい
る。なお、本例では、中央部に半導体素子３を収容する
空所を形成するための貫通穴４ａを有するとともに上面
に配線導体層５および下面に接地または電源導体層６ａ
が被着された絶縁板４と、中央部に貫通穴４ａより大き
い貫通穴７ａを有するとともに上面に外部接続導体８お
よび接地または電源導体層６ｂが被着された絶縁板７と
を絶縁層９を介して接着して絶縁基板１を形成した例を
示している。また、この絶縁基板１の外周部には複数の
貫通孔１０が形成されており、貫通孔１０の内壁には貫
通導体１１が被着されている。なお、接地または電源導
体層６ａ、６ｂは、半導体素子３の接地電極または電源
電極のどちらかに電気的に接続され、それにより接地導
体層として機能したり、電源導体層として機能したりす
る。 【００１０】絶縁基板１を構成する絶縁板４や７は、例
えばガラス繊維やアラミド繊維のクロスにエポキシ樹脂
やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含
浸させて成る略四角枠状であり、配線導体層５や接地ま
たは電源導体層６ａ、６ｂや外部接続導体８の支持体と
して機能するとともに、貫通穴４ａおよび７ａ内に半導
体素子３を収容するための空所を形成する。 【００１１】このような絶縁板４や７は、例えばガラス
クロスに未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸
させてなるシートを得るとともに、これを熱硬化させる
ことによって形成され、貫通穴４ａや７ａは、硬化した
絶縁板４や７に切削加工を施すことにより形成される。 【００１２】また、これらの絶縁板４と７とを接着する
絶縁層９は、同じくガラス繊維やアラミド繊維等から成
るクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹
脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、絶縁板４と７と
を接着する接着部材として機能する。なお、絶縁板４と
７とは、ガラス繊維等から成るクロスに未硬化のエポキ
シ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る絶縁層９用の
シートを絶縁板４と７との間に挟むとともに、これを熱
硬化させることにより絶縁層９を介して接着される。 【００１３】絶縁板４の上面に被着された配線導体層５
は、銅箔等の金属から成り、貫通穴４ａの開口近傍から
外周部にかけて複数の帯状パターンに被着形成されてい
る。この配線導体層５は、半導体素子３の各電極を外部
電気回路に電気的に接続するための導電路の一部として
機能し、その貫通穴４ａ近傍部位には半導体素子３の各
電極がボンディングワイヤ１３を介して接続され、その
外周部は貫通導体１１に接続されている。 【００１４】また、絶縁板４の下面に被着された接地ま
たは電源導体層６ａは、銅箔等の金属から成り、絶縁板
４の下面の略全面に被着形成されている。この接地また
は電源導体層６ａは、半導体素子３に接地または電源電
位を供給するとともに、配線導体層５の特性インピーダ
ンスを所定の値に調整する機能を有し、貫通導体１１に
電気的に接続されている。 【００１５】このような配線導体層５や接地または電源
導体層６ａは、絶縁板４用の未硬化のシートの上下面に
銅箔を貼着しておくとともに、そのシートを硬化させた
後、シートに貼着させた銅箔をフォトリソグラフィー技
術により所定のパターンにエッチングすることにより形
成される。 【００１６】なお、接地または電源導体層６ａの内縁を
絶縁板４の貫通穴４ａの開口よりも０．１〜５ｍｍ外周
側に位置して設けておくと、絶縁板４に貫通穴４ａを加
工する際に接地または電源導体層６ａにバリが発生する
ことがなく、それにより半導体素子３を搭載した際に、
接地または電源導体層６ａと半導体素子３とが接触する
ことが有効に防止され、その結果、半導体素子３と接地
または電源導体層６ａとの間の不要な電気的短絡や電気
的絶縁性の低下を防止して半導体素子３を正常に作動さ
せることができる。したがって、接地または電源導体層
６ａは、その内縁を貫通穴４ａの開口よりも０．１〜５
ｍｍ程度外周側に位置して設けることが好ましい。な
お、接地または電源導体層６ａの内縁と貫通穴４ａの開
口との距離が０．１ｍｍよりも短いと、貫通穴４ａを加
工する際に接地または電源導体層６ａにバリが発生する
危険性が大きくなる傾向にあり、他方、接地または電源
導体層６ａの内縁と貫通穴４ａの開口との距離が５ｍｍ
よりも長い場合には、接地または電源導体層６ａを十分
な面積で確保できなくなり、半導体素子３に十分に安定
した接地または電源電位を供給することができなくなる
とともに、配線導体層５の特性インピーダンスを所定の
値に調整することが困難となる傾向がある。 【００１７】また、絶縁板７の上面に被着された外部接
続導体８は、外部電気回路との接続用導体として機能
し、貫通導体１１に電気的に接続するようにして形成さ
れている。そして、この外部接続導体８には、半田ボー
ル等からなる外部接続部材１４が取着される。さらに絶
縁版７の上面にはその外周部に接地または電源用導体層
６ａに貫通導体１１を介して電気的に接続された接地ま
たは電源導体層６ｂが被着されている。この接地または
電源導体層６ｂは、後述するように放熱板２と電気的に
接続されることにより放熱板２を接地または電源電位に
接続するための端子として機能する。 【００１８】これらの外部接続導体８および接地または
電源導体６ｂは、配線導体層５や接地または電源導体層
６ａと同様に銅箔から成り、絶縁板７用の未硬化のシー
トの上面に銅箔を貼着しておくとともに、そのシートを
硬化させた後、シートに貼着させた銅箔をフォトリソグ
ラフィー技術により所定のパターンにエッチングするこ
とにより形成される。 【００１９】なお、配線導体層５および外部接続導体
８、接地または電源導体層６ａ、６ｂは、通常、５〜５
０μｍ程度の厚みである。高速の信号を伝達させるとい
う観点からは５μｍ以上の厚みが好ましく、配線導体層
５や外部接続導体８、接地または電源導体層６ａ、６ｂ
を寸法精度良く加工するためには５０μｍ以下の厚みと
しておくことが好ましい。また、これらの配線導体層５
および外部接続導体８、接地または電源導体層６ｂの露
出する表面には、通常であれば１〜３０μｍ程度の厚み
のニッケルめっき層および０．１〜３μｍ程度の厚みの
金めっき層が無電解めっき法や電解めっき法により順次
被着されている。それにより、配線導体層５および外部
接続導体８、接地または電源導体層６ｂの酸化腐食を有
効に防止することができるとともに、配線導体層５とボ
ンディングワイヤ１３との電気的接続および外部接続導
体８と外部接続部材１４との電気的接続および接地また
は電源導体層６ｂと放熱板２との電気的接続を良好とな
すことができる。 【００２０】また、貫通孔１０の内壁に被着された貫通
導体１１は配線導体層５や接地または電源導体層６ａと
外部接続導体８や接地または電源導体層６ｂとを電気的
に接続させる接続導体として機能し、絶縁基板１の上面
から下面にかけて穿孔された多数の貫通孔１０の内壁に
厚みが４〜５０μｍ程度の銅めっき層を無電解めっき法
や電解めっき法を採用して被着することにより形成され
ている。なお、貫通導体１１の厚みが４μｍ未満では、
配線導体層５や接地または電源導体層６と外部接続導体
８とを電気的に良好に接続することが困難となる傾向に
あり、他方、５０μｍを超えると、そのような厚みの貫
通導体１１を形成するために長時間を要し、配線基板を
形成する効率が極めて低いものとなる傾向にある。 【００２１】さらに、接地または電源導体層６が被着さ
れた絶縁基板１の下面には、エポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂から成る絶縁層１２が、その全面にわたり被着形成
されている。絶縁層１２は、配線導体層５に接続された
貫通導体１１と接地または電源導体層６との間に不要な
電気的短絡を発生させることを防止するための絶縁部材
として機能するとともに絶縁基板１と放熱板２とを接合
力を高める下地部材として機能し、絶縁層１２が被着さ
れた絶縁基板１の下面に放熱板２がエポキシ樹脂等の熱
硬化性樹脂から成る絶縁性樹脂接着剤１５を介して接着
されることにより絶縁基板１と放熱板２とが接合されて
いる。この絶縁層１２にはシリカ等の無機絶縁物粉末か
ら成る無機フィラーを５〜５０質量％程度含有させても
よい。そのような無機フィラーを含有させることにより
絶縁層１２の熱膨張係数を調整することができるととも
に、絶縁層１２の耐熱性等を向上させることができる。
このような絶縁層１２は、未硬化のエポキシ樹脂等の熱
硬化性樹脂ペーストを絶縁基板１の下面に塗布した後、
これを熱硬化させることにより形成される。 【００２２】また、絶縁基体１と放熱板２とを接合する
絶縁性樹脂接着剤１５は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂から成り、そのような絶縁性樹脂接着材１５には、接
着力を低下させる要因となるフィラーを大量に含有させ
る必要がないことから、この絶縁性樹脂接着剤１５を介
して絶縁基板１と放熱板２とが強固に接合することがで
きる。したがって、放熱板２に搭載する半導体素子３を
長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが可能で
ある。なお、絶縁性樹脂接着剤１５には、熱膨張係数の
調整や耐熱性等の向上のためにシリカ等の無機絶縁物粉
末から成るフィラーを絶縁性樹脂接着剤１５の接着力が
大きく低下しない程度、具体的には５〜５０質量％程度
含有させてもよい。 【００２３】他方、絶縁基板１の下面に絶縁性樹脂接着
剤１５を介して接合された放熱板２は、銅等の熱伝導性
に優れる金属から成り、貫通穴４ａを塞ぐようにして接
合されている。この放熱板２は、半導体素子３を支持す
るための支持体として機能するとともに、半導体素子３
が作動時に発生する熱を外部に良好に放熱するための放
熱部材として機能し、その上面中央部に半導体素子３を
搭載するための搭載部２aを有している。そして、この
搭載部２aに半導体素子３が導電性のエポキシ樹脂等の
接着剤を介して接着固定される。 【００２４】さらに、放熱板２は絶縁基板１や半導体素
子３に対する電磁的な遮蔽板としても機能し、その外周
縁に絶縁基板１の外周側面を包囲する凸部２ａを有して
おり、この凸部２ａと絶縁基板１の上面外周部に被着さ
せた接地または電源導体６ｂとがエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂中に銅や銀の粉末から成る導電性フィラーを含
有させた導電性樹脂接着剤１６を介して接続されてい
る。 【００２５】このように、本発明の放熱板付き配線基板
によれば、放熱板２の外周縁に絶縁基板１の外周側面を
包囲する凸部２ａを設けたことから、絶縁基板１の下面
および外周側面と外部とが放熱板２によって電磁的に遮
蔽され、その結果、絶縁基板１の下面や外周側面からの
電磁ノイズの侵入や放散を有効に防止することができ
る。また、絶縁基板１の上面外周部に被着させた接地ま
たは電源導体層６ｂと放熱板２の凸部２ａとが導電性樹
脂接着剤１６を介して接合されていることから、放熱板
２を接地または電源電位として放熱板２に搭載する半導
体素子３を安定して作動させることができる。 【００２６】このような放熱板２は、例えば銅から成る
板材をプレス金型により所定の形状に打ち抜きプレスし
たり、エッチング加工したりすることによって形成され
る。なお、放熱板２の表面にニッケルや金等の耐食性の
良好な金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着
させておくと、放熱板２の酸化腐食を有効に防止するこ
とができる。さらに、放熱板２と絶縁性樹脂接着剤１５
や導電性樹脂接着剤１６との接着力向上のために、放熱
板２の表面に粗化処理やブラスト処理を施し、その表面
に中心線平均粗さＲａが０．２〜３μｍ程度となるよう
な凹凸を形成してもよい。 【００２７】かくして、本発明の放熱板付き配線基板に
よれば、放熱板２の搭載部２ａに半導体素子３を搭載す
るとともに、この半導体素子３の各電極と配線導体層５
とをボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続し、
しかる後、貫通穴４ａ、７ａ内へ封止用樹脂をポッティ
ングして樹脂封止を行なうことにより半導体装置とな
る。 【００２８】なお、このような放熱板付き配線基板にお
いては、必要に応じて絶縁基板１上に外部接続導体８の
外周部を覆うソルダーレジスト層１７を設けてもよい。
このようなソルダーレジスト層１７は、例えばシリカ等
の絶縁性フィラーを含有させたエポキシ樹脂等の熱硬化
性樹脂から成り、外部接続導体８上に半田ボール等の外
部接続部材１４を取着する際の外部接続部材１４の不要
な濡れ広がりを制御するダムの作用をする。このような
ソルダーレジスト層１７は、未硬化の感光性を有する熱
硬化性樹脂ペーストを外部接続導体８が形成された絶縁
板７の上面にスクリーン印刷法を採用して塗布するとと
もに従来公知のフォトリソグラフィ−により所定のパタ
ーンにエッチングした後、熱硬化させることにより形成
することができる。 【００２９】なお、本発明は上述の実施の形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
あれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の
形態例では、絶縁基板１として２枚の絶縁板５と７とを
接着した例に示したが、絶縁基板１は１枚の絶縁板から
形成されていても良いし、あるいは３枚以上の絶縁板を
積層したものであってもよい。 【００３０】 【発明の効果】本発明の放熱板付き配線基板によれば、
絶縁基板の下面と放熱板とを絶縁性樹脂接着剤を介して
接合したことから、絶縁基板と放熱板とが強固に接合さ
れる。また、金属製の放熱板の外周縁に絶縁基板の外周
側面を包囲する凸部を設けるとともに、この凸部と絶縁
基板の上面に被着させた接地または電源導体層とを導電
性樹脂接着剤を介して電気的に接続したことから、放熱
板の凸部により絶縁基板の外周側面と外部との間が電磁
的に遮蔽され、その結果、絶縁基板の外周側面からの電
磁ノイズの進入および放出を良好に防止することができ
る。したがって、搭載する半導体素子を長期間にわたり
正常かつ安定に作動させることができるとともに外部の
電子機器に悪影響を与えることのない放熱板付き配線基
板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の放熱板付き配線基板の実施の形態の一
例を示す断面図である。 【図２】従来の放熱板付き配線基板の断面図である。 【符号の説明】 １・・・・・絶縁基板 ２・・・・・放熱板 ２ａ・・・・凸部 ３・・・・・半導体素子 ４ａ・・・・半導体素子収納用の貫通穴 ５・・・・・配線導体層 ６ａ、６ｂ・・・・接地または電源導体層 １５・・・・・絶縁性樹脂接着剤 １６・・・・・導電性樹脂接着剤

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 中央部に半導体素子収納用の貫通穴を有
   する絶縁基板と、該絶縁基板の前記貫通穴周辺の上面か
   ら外周部にかけて被着された配線導体層と、前記絶縁基
   板の上面外周部および下面に被着された接地または電源
   導体層と、該接地または電源導体層が被着された前記絶
   縁基板の下面に、前記貫通穴を塞ぐようにして接合され
   た金属製の放熱板とを具備して成る放熱板付き配線基板
   であって、前記放熱板は、その外周縁に前記絶縁基板の
   外周側面を包囲する凸部を有しているとともに、その上
   面と前記絶縁基体の下面とが絶縁性樹脂接着剤を介して
   接合されており、前記凸部と前記絶縁基板上面の前記接
   地または電源導体層とが導電性樹脂接着剤を介して電気
   的に接続されていることを特徴とする放熱板付き配線基
   板。