JP2004288662A - 配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱や機械的衝撃による絶縁基板の反りを無くすとともに、応力の集中箇所を無くして分散させることにより、絶縁基板のクラック発生やロウ材接合部の剥離を無くし、高熱伝導部材と絶縁基板とを強固に接合することができる信頼性の高い配線基板を提供すること。
【解決手段】上下主面間を貫通する貫通穴２を有するとともに、この貫通穴２の周辺に配線導体３が配設された絶縁基板１に、上側主面に半導体素子４が接着される、外周部に複数個の貫通孔８が形成された板状の高熱伝導部材５が、絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間にロウ材６を介して接合されて成る配線基板７である。絶縁基板１と高熱伝導部材５との間の応力の集中箇所を無くすとともに貫通孔８により応力を分散させて効率良く減衰することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】上下主面間を貫通する貫通穴２を有するとともに、この貫通穴２の周辺に配線導体３が配設された絶縁基板１に、上側主面に半導体素子４が接着される、外周部に複数個の貫通孔８が形成された板状の高熱伝導部材５が、絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間にロウ材６を介して接合されて成る配線基板７である。絶縁基板１と高熱伝導部材５との間の応力の集中箇所を無くすとともに貫通孔８により応力を分散させて効率良く減衰することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板に関し、特に、半導体素子から発生する熱を効率良く吸収し、外部に放散するための高熱伝導部材の熱の吸収性および高熱伝導部材と絶縁基板との接合信頼性を改善した配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子等の電子部品の高集積化・高速化に伴い、半導体素子等が動作した際に発生する熱量は増加する傾向にある。そして、この発生した熱が半導体素子等に蓄積されると、半導体素子等の回路の誤動作を発生させたり、さらには回路自身を破壊したりするという問題がある。そこで従来から、半導体素子等を搭載する配線基板には、半導体素子等から発生する熱を効率良く吸収し、外部に放散するための放熱板を設けるといった工夫がなされている。
【０００３】
このような放熱板は、一般に、銅やその他の金属から成る高熱伝導部材で形成されており、半導体素子等を搭載する配線基板の裏面または両面に面接合したり、あるいは半導体素子等を放熱板に直接搭載することによって、半導体素子等に発生した熱をこの放熱板に吸収させるとともに吸収した熱を外部に放散させることにより半導体素子等を熱から保護している。そして、このような配線基板における半導体素子等が発する熱の放熱構造においては、放熱板に半導体素子等を直接搭載した構造のものが特に放熱性に優れている。
【０００４】
放熱板に半導体素子等を直接搭載した従来の配線基板としては、例えば、図５に断面図で示すような構造が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図５において、従来の配線基板１０７は、中央部に貫通穴１０２が形成され、ビアホール導体１０３ａと配線回路層１０３ｂとから成る配線導体１０３が配設された、複数の絶縁層１０１ａ〜１０１ｈから成る絶縁基板１０１の下側主面に、貫通穴１０２を塞ぐようにして、その上側主面に半導体素子１０４が接着剤１０９により接着されて搭載される板状の高熱伝導部材１０５が、ロウ材１０６を介して接合されて構成されている。
【０００６】
このような従来の配線基板１０７に使用される絶縁基板１０１としては、各種のセラミック材料または有機絶縁樹脂材料、あるいは無機絶縁物粉末を有機絶縁樹脂で結合したもの等が使用され、配線導体１０３にはタングステン・モリブデン等の高融点金属や銅・銀・金等の低抵抗金属が用いられている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２９６０８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の配線基板１０７においては、前述のように、絶縁基板１０１には各種のセラミック材料および有機絶縁樹脂材料あるいは無機絶縁物粉末を有機絶縁樹脂で結合したもの等が使用されるのに対して、高熱伝導部材１０５には熱伝導性が高い金属等が使用されるため、熱膨張係数が異なる異種の材料がロウ材１０６を介して接合されることとなる。
【０００９】
そして、高熱伝導部材１０５の上側主面と絶縁基板１０１の下側主面とが互いにロウ材１０６を介して接合される平行な面のみで接合される構造となっていることから、高熱伝導部材１０５に枠状の絶縁基板１０１をロウ材１０６により接合する際の加熱とその後の冷却過程において高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１では熱膨張ならびに熱収縮挙動が異なることから、例えば、高熱伝導部材１０５よりも絶縁基板１０１の熱膨張係数が大きい場合には、冷却時の熱収縮量が大きな絶縁基板１０１が、ロウ材１０６で接合されている面を力点として高熱伝導部材１０５を配線基板１０７の中心方向へ圧縮する応力を発生させるために、配線基板１０７全体が凹形に反ってしまうこととなる。
【００１０】
また、これとは反対に、高熱伝導部材１０５よりも絶縁基板１０１の熱膨張係数が小さい場合には、冷却時の熱収縮量の大きな高熱伝導部材１０５が、ロウ材１０６で接合されている面を力点として絶縁基板１０１を配線基板１０７の内側方向へ引っ張る応力を発生させるために、配線基板１０７全体が凸形に反ってしまうこととなる。
【００１１】
このような、絶縁基板１０１と高熱伝導部材１０５のロウ材１０６による接合時に、特に、冷却過程における熱収縮挙動の違いによって発生する配線基板１０７の反りは、絶縁基板１０１と高熱伝導部材１０５の接合界面であるロウ材１０６の内部や、高熱伝導部材１０５の上側主面とロウ材１０６との接合界面または絶縁基板１０１の下側主面とロウ材１０６との接合界面に大きな応力を集中させることとなり、ロウ材１０６が破壊したり、ロウ材１０６と高熱伝導部材１０５の上側主面または絶縁基板１０１の下側主面との接合界面が剥離したり、一般に高熱伝導部材１０５よりも延性が低い絶縁基板１０１の内部にロウ材１０６との接合界面の端部を起点としたクラック等が発生するという問題点があった。
【００１２】
また、配線基板１０７の反りにより、高熱伝導部材１０５も反るため、半導体素子１０４を高熱伝導部材１０５に接着して固定すると、熱伝導率の低い接着剤１０９の厚みが接着面全体で不均一でかつ厚くなることとなり、半導体素子１０４の動作時に発生する熱が厚みの厚い接着剤１０９により、高熱伝導部材１０５に伝わりにくくなるため、半導体素子１０４の熱の吸収・放散性が低下するという問題点があった。
【００１３】
また、接着剤１０９の種類としては、金−錫・半田・銀エポキシ樹脂等があるが、熱伝導率は、５〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であり、高熱伝導部材１０５の材料である銀や銅の３８０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋより小さく、このような低熱伝導率の接着剤１０９が半導体素子１０４と高熱伝導部材１０５との間の全面にあるため、半導体素子１０４の動作時に発生する熱が接着剤１０９によって高熱伝導部材１０５に伝わりにくくなり、半導体素子１０４の熱の吸収・放散性が低下するという問題点があった。
【００１４】
また、半導体素子１０４の動作時における発熱および冷却のサイクルにおいては、前述のような高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との熱膨張係数の差に起因する熱応力が、高熱伝導部材１０５および絶縁基板１０１の接合界面に繰り返し、かつ、長期間作用することから、これによっても同様に、ロウ材１０６が破壊したり、ロウ材１０６と高熱伝導部材１０５の上側主面または絶縁基板１０１の下側主面との接合界面が剥離したり、一般に高熱伝導部材１０５よりも延性が低い絶縁基板１０１の内部にロウ材１０６との接合界面の端部を起点としたクラック等が徐々に発生し進行したりすることから、配線基板１０７における絶縁基板１０１と高熱伝導部材１０５との接合信頼性が低いという問題点があった。
【００１５】
そこで、以上のような高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との熱膨張係数の差に起因する熱応力による接合信頼性の低下を防止するために、ロウ材１０６の接合状態を調整することによって熱応力を分散させたり、高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との熱膨張係数の差を小さくするために、高熱伝導部材１０５および絶縁基板１０１の材料組成等を調整したりすることが種々試みられているが、近年の配線基板に要求されている機械的・電気的特性の多様化や、増加傾向にある半導体素子１０４の発熱量に十分対応できているとは言えないのが現状である。
【００１６】
さらに、上記のような従来の配線基板１０７においては、高熱伝導部材１０５が絶縁基板１０１から下方に突出しているため、高熱伝導部材１０５の側面と絶縁基板１０１下側主面で形成される段差部および絶縁基板１０１の貫通穴１０２の内面と高熱伝導部材１０５上側主面で形成される段差部に応力が集中しやすい構造となっており、配線基板１０７が落下する等の機械的衝撃が加わった際に、この機械的衝撃が高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との間の段差部に集中して作用してしまうことから、ここを起点としたクラック等の破壊が絶縁基板１０１に発生しやすいという問題点もあった。
【００１７】
また、高熱伝導部材１０５が絶縁基板１０１から突出した構造の従来の配線基板１０７においては、小型・薄型化が困難であり設計的に大きな制約があるという問題点もあった。
【００１８】
本発明は、上記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力によって、ロウ材を用いた接合時に高熱伝導部材と絶縁基板との界面が破壊したり、半導体素子等の電子部品の動作時に絶縁基板にクラックが発生したりすることによる接合信頼性の低下や、機械的衝撃による高熱伝導部材と絶縁基板との界面の破壊等を防止し、高熱伝導部材と絶縁基板とを強固に接合するとともに、半導体素子が発生する熱を効率良く吸収・放散し、半導体素子を長期にわたり正常、かつ安定に作動させることができる信頼性の高い配線基板を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、上下主面間を貫通する貫通穴を有するとともにこの貫通穴の周辺に配線導体が配設された絶縁基板に、上側主面の中央部に半導体素子が接着される、外周部に複数個の貫通孔が形成された板状の高熱伝導部材が、前記絶縁基板の前記上下主面と前記高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、前記貫通穴の内面と前記高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されて成ることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の配線基板によれば、上側主面の中央部に半導体素子が接着される、外周部に複数個の貫通孔が形成された板状の高熱伝導部材が、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時の配線基板の熱収縮挙動は、高熱伝導部材の熱収縮と絶縁基板の熱収縮とが横方向（配線基板の主面に対して平行な方向）に並ぶ状態で発生するため、そのような熱収縮挙動によって配線基板には反りが発生しないものとすることができる。
【００２１】
また、配線基板が反らず、高熱伝導部材も反らないため、半導体素子を高熱伝導部材に接着して固定しても、熱伝導率の低い接着剤の厚みは接着面全体で均一で薄いものとすることができるため、半導体素子の動作時に発生する熱が薄い接着剤を経由して高熱伝導部材に伝わりやすく、接着剤の厚みが不均一で厚い場合に比較して、半導体素子の熱の吸収・放散性を高くすることができる。
【００２２】
また、発生した熱応力は、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面となっており、両者の間に部分的に応力が集中する箇所が存在しないことから、絶縁基板の貫通穴の内面および高熱伝導部材配線基板の側面に分散され、かつ、両者の間を接合しているロウ材が応力緩和層としても機能するため、効率良く減衰させることができる。
【００２３】
さらに、高熱伝導部材は、上側主面の外周部である半導体素子が接着される部位の外周の外側の領域、つまり、半導体素子の接着部である中央部とロウ材の接合部との間の部位に複数個の貫通孔が形成されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時にロウ材接合部に発生する引っ張りおよび圧縮の熱応力は、複数個の貫通孔に分散させることができるため、効率よく減衰させて、配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００２４】
従って、ロウ材による接合時に高熱伝導部材と絶縁基板との界面が破壊したり、半導体素子等の電子部品の動作時に絶縁基板にクラックが発生したりすることによる絶縁基板と高熱伝導部材との接合信頼性の低下等を効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面とがロウ材を介して接合されていることから、配線基板に落下等により機械的衝撃が加わった場合においても、従来の配線基板のように、応力が集中しやすい高熱伝導部材の側面と絶縁基板の下側主面とで形成される段差部および絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の上側主面とで形成される段差部が存在しないので、絶縁基板の破壊の起点となる部位が無く機械的衝撃に強いものとすることができる。そして、高熱伝導性部材が配線基板の内部に収納される構造となるため、容易に小型化・薄型化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、高熱伝導部材の前記上側主面の前記中央部に前記半導体素子の面積よりも小さい面積の、前記半導体素子の下面に上面が当接する凸部が形成されている場合には、半導体素子が接着剤により接着されて固定されていても、その接着剤から露出した凸部の上面が半導体素子の下面に当接していることから、半導体素子から発生した熱が高熱伝導部材の凸部に直接伝わるため、半導体素子が動作する際に発生する熱を熱伝導率の低い接着剤に阻害されることなく高熱伝導部材に伝えることができ、半導体素子から発生した熱を高熱伝導部材が効率よく吸収し放散することができる。
【００２７】
また、高熱伝導部材が四角形状であり、前記貫通孔が前記外周部の角部に形成されている場合には、角部に発生する局所的な引っ張りおよび圧縮の最大熱応力は、それら四角形状の高熱伝導部材の外周部の角部に形成された複数個の貫通孔に分散するため、極めて効率良く減衰させることができ、さらに確実に配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００２８】
さらに、凸部が複数形成されている場合には、半導体素子が複数の凸部上に設置されることとなり、硬化後の接着剤の厚みが凸部の厚みよりも低くなるので、凸部が半導体素子に圧縮応力を加えるような場合においても、圧縮応力が複数の凸部に分散されるため、半導体素子への局所的な圧縮応力を低減することができ、半導体素子の動作信頼性をより高いものとすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図である。また、図２は、図１に示す本発明の配線基板の実施の形態の一例の平面図である。
【００３１】
これらの図において、本発明の配線基板７は、中央部に上下主面間を貫通する貫通穴２が形成され、ビアホール導体３ａと配線回路層３ｂとから成る配線導体３が配設された、複数の絶縁層１ａ〜１ｄから成る絶縁基板１の下側主面に、貫通穴２を塞ぐようにして、その上側主面の中央部に半導体素子４が接着され、その半導体素子４の接着部である中央部の外側の領域である外周部に複数個の貫通孔８が形成された板状の高熱伝導部材５が、ロウ材６を介して接合されて構成されている。
【００３２】
絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等のセラミックスやエポキシ樹脂等の電気絶縁材料から成り、例えば、ガラスセラミックス焼結体から成る場合には、ガラス粉末・フィラー粉末（セラミック粉末）・有機バインダ・可塑剤・有機溶剤等を混練したガラスセラミックグリーンシートを単層で、または複数積層し、焼焼することで作製される。
【００３３】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）・Ｐｂ系ガラス・Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００３４】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００３５】
これらガラスとフィラーとの混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。
【００３６】
また、有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）・ポリビニルブチラール系・ポリビニルアルコール系・アクリル−スチレン系・ポリプロピレンカーボネート系・セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００３７】
ガラスセラミックグリーンシートは、上記ガラス粉末・フィラー粉末・有機バインダに必要に応じて所定量の可塑剤・溶剤（有機溶剤，水等）を添加してスラリーを得て、これをドクターブレード・圧延・カレンダーロール・金型プレス等により厚さ約５０〜５００μｍに成形することにより得られる。
【００３８】
このようにして得られたガラスセラミックグリーンシートにビアホール導体３ａや貫通穴２を作製するため打ち抜き加工を行ない、切断して適当な形状の絶縁層１ａ〜１ｄを作製する。
【００３９】
なお、絶縁層１ａ〜１ｄがガラスセラミックスから成る場合は、例えば、銅・銀・金・銀−パラジウム等の銀系合金等の金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加し混練して作製した金属ペーストをスクリーン印刷法等により所定パターンに埋め込むとともに印刷することにより、ビアホール導体３ａおよび配線回路層３ｂを形成する。
【００４０】
配線導体３が埋め込まれ印刷された絶縁層１ａ〜１ｄを複数枚積層した後、有機成分の除去および焼成を行なう。有機成分の除去は、例えば１００〜５００℃の温度範囲でこの積層体を加熱することにより行ない、有機成分を分解し揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミックスの組成により異なるが、通常は８００〜１０００℃の範囲内であり、配線導体３および絶縁層１ａ〜１ｄが焼結することにより、貫通穴２を有するとともに貫通穴２の周辺にビアホール導体３ａと配線回路層３ｂとから成る配線導体３が配設された絶縁層１ａ〜１ｄから成る絶縁基板１が得られる。
【００４１】
高熱伝導部材５は、半導体素子４が接着される部位の外周の外側の領域の部位、つまり、半導体素子４の接着部の外周とロウ材６接合部との間の領域の中央に、円形状または楕円形状の、その半導体素子４の接着部の外周とロウ材６の接合部との間隔の半分程度の大きさの孔径を有する複数個の貫通孔８を打ち抜き加工により作製することによって、複数個の貫通孔８が形成された板状の部材として得られる。
【００４２】
貫通孔８は、多角形状であると、ロウ材の接合時や半導体素子４の発熱時に貫通孔８に分散した応力が高熱伝導部材５の角部に集中し、高熱伝導部材５が劣化しやすくなるため、角部の無い円または楕円の形状であることが好ましい。
【００４３】
また、貫通孔８が、ロウ材６の接合部や半導体素子４の接着部の外周の近辺に位置すると、貫通孔８に分散した応力がロウ材６の接合部や半導体素子４の接着部の外周に影響し、接合強度および接着強度を低下させるため、貫通孔８はロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間の領域の中央に位置することが好ましい。
【００４４】
また、貫通孔８の孔径が、ロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間隔とほぼ同じ大きさであると、貫通孔８に分散した応力がロウ材６の接合部や半導体素子４の接着部の外周に影響を与え、接合強度および接着強度を低下させることがある。逆に、ロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間隔に比較して非常に小さい大きさであると、貫通孔８に分散する応力が小さくなり、十分な応力の分散効果が得られないこととなる。従って、貫通孔８の孔径は、ロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間隔の半分程度の大きさであることが好ましい。
【００４５】
さらに、高熱伝導部材５が四角形状である場合には、ロウ材６による接合時や半導体素子４の発熱時にロウ材６の接合部の角部に最大の熱応力が発生するため、貫通孔８は、この発生した最大の熱応力を分散させるために、上記の条件に加え、高熱伝導部材５の角部に形成することが好ましい。
【００４６】
次に、絶縁基板１の貫通穴２に絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面がそれぞれ同一面をなすように高熱伝導部材５を埋設した後、ロウ材６を絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間に充填して６００〜８００℃で加熱することによりロウ材６が溶融し、その後、冷却することによってロウ材６が固化し、これによって絶縁基板１と高熱伝導部材５とがロウ材６を介して接合される。
【００４７】
ここで、絶縁基板１の上下主面と、外周部に複数個の貫通孔８が形成された板状の高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間にロウ材６を介して接合することが重要である。
【００４８】
絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすため、ロウ材６による接合時および半導体素子４の動作時において、高熱伝導部材５と絶縁基板１との熱膨張係数の差に起因して発生する引っ張りおよび圧縮応力は、高熱伝導部材５の側面と絶縁基板１の貫通穴２の内面の接合面において、局所的な偏りがない均等な応力分布をもつため、配線基板７には反りが発生せず、また、両者の間を接合しているロウ材６が応力緩和層として機能するため、高熱伝導部材５と絶縁基板１との熱膨張係数の差に起因して発生する引っ張りおよび圧縮応力を効率良く減衰させることができる。さらに、発生した引っ張りおよび圧縮応力は、高熱伝導部材５に形成された貫通孔８に分散するため、ロウ材６の接合面での引っ張りおよび圧縮応力をより一層低減させることができる。また、高熱伝導部材５が四角形状であり、貫通孔８が外周部の角部に形成されている場合には、貫通孔８が外周部の角部に形成されていることから、角部に発生する局所的な引っ張りおよび圧縮の最大の熱応力は、これら角部に形成された複数個の貫通孔８に分散するため、効率よく減衰させることができる。
【００４９】
また、配線基板７に落下等により機械的衝撃が加わった場合においても、従来の配線基板のように、応力が集中しやすい高熱伝導部材５の側面と絶縁基板１の下側主面とで形成される段差部および絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の上側主面とで形成される段差部が存在しないことから、絶縁基板１の破壊の起点となる部位が無く機械的衝撃に強いものとすることができる。
【００５０】
なお、このように絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすようにする場合、その上側主面同士および下側主面同士は、高熱伝導部材５の側面と絶縁基板１の貫通穴２の内面との接合面において、局所的な偏りがない均等な応力分布をもたせるため、可能な限り同一平面をなすようにしておくことが好ましいが、絶縁基板１と高熱伝導部材５の厚みが各々の加工精度により寸法誤差が生じた場合でも、そのことにより、絶縁基板１と高熱伝導部材５の接合信頼性が著しく低下するようなことはない。
【００５１】
貫通穴２は、板状の高熱伝導部材５を絶縁基板１の内部に収容し、絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間をロウ材６を介して接合するために形成される。従って、貫通穴２は高熱伝導部材５と同形状となっており、さらに、その内面と高熱伝導部材５との間に適量のロウ材６を充填できる程度の間隔が開けられるような開口寸法を有している。
【００５２】
一方、高熱伝導部材５は、半導体素子４を直接搭載し半導体素子４が発生する熱を効率良く吸収し、外部に放散する機能を有する。このような高熱伝導部材５には、銅・銀・アルミニウム・ニッケル・ベリリウム・マグネシウム・銅−タングステン合金・銅−モリブデン合金等の熱伝導性に優れた金属や合金が使用され、例えば、銅−タングステン合金から成る場合には、タングステンの粉末を約９８ＭＰａの圧力で加圧成形するとともにこれを還元雰囲気中にて約２０００℃の温度で焼成して多孔質のタングステン焼結体を得た後に、約９００℃の温度で加熱溶融させた銅をタングステン焼結体の多孔質部分に毛管現象を利用し含浸させることにより作製できる。
【００５３】
なお、高熱伝導部材５の材質は、絶縁基板１の材質に応じて種々選択することが可能であるが、特に、高周波用配線基板として絶縁基板１にガラスセラミックス焼結体を用いた場合には、一般にガラスセラミックス焼結体の熱膨張係数は１０×１０−６／℃程度と比較的小さいことから、他の高熱伝導部材に比べ熱膨張係数が５×１０−６／℃程度と小さいタングステンを用いることが好ましい。
【００５４】
また、高熱伝導部材５の上下主面の面積は、半導体素子４の搭載面積よりも全方向に渡って広く、かつ、半導体素子４の端部から高熱伝導部材５の上側主面の端部までの幅が絶縁基板１の厚み以上になるようにしておくと、半導体素子４から発生した熱は高熱伝導部材５の下側主面の方向におよそ４５°の角度をもって放射状に伝熱する性質があることから、半導体素子４から発生した熱が高熱伝導部材５に吸収された後に低い熱伝導率を有する絶縁基板１で阻害されずに配線基板７の外部に効率良く放散されるため、より好ましいものとなる。
【００５５】
また、高熱伝導部材５の上下主面の形状は、搭載する半導体素子４の形状や搭載形態に応じて任意の形状を選択することができるが、熱応力および機械的衝撃等の影響を抑制するという観点からは円形状であることが望ましく、四角形状等の多角形状を用いる際は、各角部に丸み（Ｒ面）を設けたりすることによって応力の集中を避けるようにしてもよい。
【００５６】
また、高熱伝導部材５の熱膨張係数が絶縁基板１の熱膨張係数よりも小さくなるようにすると、絶縁基板１の熱収縮が高熱伝導部材５の熱収縮より大きくなり、ロウ材６による接合時の冷却過程において、絶縁基板１が高熱伝導部材５の周囲を圧縮し、かしめる効果があり、絶縁基板１と高熱伝導部材５との接合強度をより向上させることができる点で好ましい。
【００５７】
なお、図１および図２に示す例では、貫通穴２および高熱伝導部材５は絶縁基板１の中央部に１つ設けた例を示しているが、複数個の半導体素子を搭載する混成集積回路基板や複数個のＬＥＤを収容するＬＥＤ収納用容器等に適用する場合においては、貫通穴２および高熱伝導部材５は所定の部位にそれぞれ複数個設けてもよい。
【００５８】
ロウ材６は、絶縁基板１と高熱伝導部材５とを接合し、さらに発生した熱応力を緩和する機能を有しており、一般的な銀・銀−銅等のロウ材や、Ｔｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有する銀−銅系の活性金属ロウ材等を用いることができる。
【００５９】
また、絶縁基板１の貫通穴２の内面に、例えば絶縁基板１がガラスセラミックス焼結体から成る場合には、予め焼成前に銅・銀・金・銀−パラジウム等の銀系合金等の金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加し混練して作製した金属ペーストを塗布しておいてメタライズ層を形成し、このメタライズ層とロウ材６を介して絶縁基板１と高熱伝導部材５とを接合すると、応力緩和層がメタライズ層とロウ材６との二重となって、より強固に絶縁基板１と高熱伝導部材５とを接合することができるので好ましい。
【００６０】
以上によって、絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間にロウ材６を介して接合された配線基板７が作製され、次に、高熱伝導部材５の上側主面に半導体素子４を銀エポキシ樹脂等の接着剤９で接着して固定した後、配線導体３の絶縁基板１の上側主面に露出した部位と半導体素子４の電極とを金・アルミニウム等のボンディングワイヤを介して電気的に接続し、さらに、絶縁基板１の上側および下側主面に金属やセラミックスから成る蓋体（図示せず）をガラスや樹脂・ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基板１と蓋体とから成る容器内部に半導体素子４を気密に収容したり、樹脂等の封止材（図示せず）により、直接、半導体素子４や貫通孔８を封止して半導体素子４を気密に収容したりすることによって製品としての半導体装置が完成する。
【００６１】
次に、図３は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の実施の形態の他の例を示す断面図である。また、図４は、図３に示す本発明の配線基板の実施の形態の他の例の平面図である。なお、図３および図４においては、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してある。また、この図４においては、凸部１０および接着剤９の配置が分かるように、半導体素子４は破線で示している。
【００６２】
図３および図４に示す例においては、本発明の配線基板７’の高熱伝導部材５’には、その上側主面の中央部の半導体素子４の接着部の内側に、半導体素子４の面積よりも小さい面積の、半導体素子４の下面にその上面が当接する凸部１０が、接着剤９の硬化後の厚みに等しい高さで形成されている。これにより、半導体素子４が接着剤９により高熱伝導部材５’の上側主面に接着されて固定されていても、その接着剤９から露出した凸部１０の上面が半導体素子４の下面に当接していることから、半導体素子４から発生した熱が高熱伝導部材５’の凸部１０に直接伝わるため、半導体素子４が動作する際に発生する熱を熱伝導率の低い接着剤９に阻害されることなく高熱伝導部材５’に伝えることができ、半導体素子４から発生した熱を高熱伝導部材５’が効率よく吸収し放散することができる。
【００６３】
このような高熱伝導部材５’は、上側主面の半導体素子４の接着部内に接着剤９の硬化後の厚みに等しい高さの凸部１０を、物理的な切削加工や化学的なエッチング加工等の方法により形成することによって作製される。凸部１０の平面形状は、半導体素子４の動作時に発生する熱を効率よく吸収するために、半導体素子４の形状に合わせて四角形状であることが好ましいが、半導体素子４の接着時にはこの凸部１０の角部に局所的な熱応力が発生することを考慮して、四角形状の角部に丸み（Ｒ面）をつけてもよい。また、半導体素子４の下面に当接する凸部１０の上面は、半導体素子４と隙間無く密着し、発生する熱を効率よく吸収するために、平坦になっていることが好ましい。また、半導体素子４の下面に当接する凸部１０の上面の面積は、半導体素子４の下面の面積の４０％から９０％であることが好ましい。凸部１０の半導体素子４の下面に当接する凸部１０の上面の面積が半導体素子４の下面の面積の４０％未満であると、半導体素子４の動作時に発生する熱が直接、十分に高熱伝導部材５’に伝わりにくくなるため、熱の吸収・放散性が低下することとなる。他方、半導体素子４の下面に接する凸部１０の上面の面積が半導体素子４の下面の面積の９０％を超えると、半導体素子４を接着剤９で高熱伝導部材５’の上側主面に接着する面積が半導体素子４の下面の面積の１０％未満となり、高熱伝導部材５’に接着固定する力が不十分となってしまう。
【００６４】
凸部１０の高さは、接着剤９の硬化後の厚みに等しいことが好ましい。凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより大きいと、接着剤９で半導体素子４を高熱伝導部材５’に十分な強度で接着できなくなるうえに、凸部１０が半導体素子４に圧縮応力を与えることになり、半導体素子４の動作信頼性および高熱伝導部材５’への接着固定力を低下させることになる。他方、凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより小さいと、凸部１０の上面と半導体素子４の下面との間に隙間が生じることになり、半導体素子４の動作時に発生する熱の吸収・放散性が低下することになる。
【００６５】
なお、図３および図４に示す例では、凸部１０を高熱伝導部材５’の上側主面に１つ設けた例を示しているが、半導体素子４の動作信頼性をより向上させる目的等により、凸部１０を複数形成してもよい。凸部１０を複数形成することにより、半導体素子４が複数の凸部１０上に設置されることとなり、硬化後の接着剤９の厚みが凸部１０の厚みよりも低くなり、凸部１０が半導体素子４に圧縮応力を加えるような場合においても、圧縮応力が複数の凸部１０に分散されるため、半導体素子４への局所的な圧縮応力を低減することができ、半導体素子４の動作信頼性をより向上させることができる。
【００６６】
このように凸部１０を複数形成する場合には、高熱伝導部材５’は、上側主面の半導体素子４の接着部内に接着剤９の硬化後の厚みに等しい高さの複数の凸部１０を、物理的な切削加工や化学的なエッチング加工等の方法により形成することによって作製される。凸部１０の平面形状は、半導体素子４の動作時に発生する熱を効率よく吸収するために、半導体素子４の形状に合わせて四角形状を複数に分割する形であることが好ましいが、半導体素子４の接着時にはこの複数の凸部１０の角部に局所的な熱応力が発生することを考慮して、複数の凸部１０の角部に丸み（Ｒ面）をつけてもよい。複数の凸部１０の平面形状は、半導体素子４が高熱伝導部材５’上に均等な接着力で接着されるように、同形状・同寸法で、半導体素子４の接着部の中心に対して点対称に配置されることが好ましく、半導体素子４が正方形である場合には、複数の同形状・同寸法の正方形の凸部１０が半導体素子４の接着部内に等間隔で配置されることが好ましい。また、半導体素子４の下面に当接する複数の凸部１０の上面は、半導体素子４と隙間無く密着して発生する熱を効率よく吸収するために、平坦になっていることが好ましい。また、半導体素子４の下面に当接する複数の凸部１０の上面の面積の合計は、半導体素子４の下面の面積の４０％から９０％であることが好ましい。半導体素子４の下面に当接する複数の凸部１０の上面の面積の合計が半導体素子４の下面の面積の４０％未満であると、半導体素子４の動作時に発生する熱が直接、十分に高熱伝導部材５’に伝わりにくくなるため、熱の吸収・放散性が低下することとなる。他方、半導体素子４の下面に接する複数の凸部１０の上面の面積の合計が半導体素子４の下面の面積の９０％を超えると、半導体素子４を接着剤９で高熱伝導部材５’の上側主面に接着する面積が半導体素子４の下面の面積の１０％未満となり、高熱伝導部材５’に接着固定する力が不十分となってしまう。
【００６７】
複数の凸部１０の相互の間隔は、半導体素子４が高熱伝導部材５’上に均等な接着力で接着されるように全て等しい間隔であることが好ましく、間隔の大きさは、前述のように、複数の凸部１０が同形状・同寸法で、半導体素子４の接着部の中心に対して点対称に配置されることと、複数の凸部１０の上面の面積の合計が半導体素子４の下面の面積の４０％から９０％であることから決められる。
【００６８】
複数の凸部１０の高さは、全て等しく、接着剤９の硬化後の厚みに等しいことが好ましい。複数の凸部１０の高さが全て等しくないと、部分的に高い凸部１０が有る場合には、半導体素子４に局所的な圧縮応力を与えることになる。他方、部分的に低い凸部１０が有る場合には、半導体素子４との間に隙間が生じ、半導体素子４の動作時に発生する熱の吸収・放散性が低下することになる。また、複数の凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより大きいと、接着剤９で半導体素子４を高熱伝導部材５’に十分な強度で接着できなくなるうえに、凸部１０が半導体素子４に圧縮応力を与えることになり、半導体素子４の動作信頼性および高熱伝導部材５’への接着固定力を低下させることになる。他方、凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより小さいと、凸部１０の上面と半導体素子４の下面との間に隙間が生じることになり、半導体素子４の動作時に発生する熱の吸収・放散性が低下することになる。
【００６９】
この例のような本発明の配線基板７’について、高熱伝導部材５’の上面に半導体素子４を接着剤９で接着して固定するときには、接着剤９は、銀エポキシ樹脂・半田・金−錫等の各種接着剤が使用できるが、接着時に半導体素子４に加えられる熱および熱応力を少なくするために、低温で接着可能な銀エポキシ樹脂を使用することが好ましい。
【００７０】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例の試験結果を挙げて本発明の配線基板を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００７１】
絶縁基板には、ガラスセラミックス焼結体を用い、ガラス粉末・フィラー粉末（セラミック粉末）・有機バインダ・可塑剤・有機溶剤等を混練したガラスセラミックグリーンシートを焼成することで作製した。
【００７２】
ガラスセラミック成分としては、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス粉末６０質量％，ＣａＺｒＯ３粉末２０質量％，ＳｒＴｉＯ３粉末１７質量％およびＡｌ２Ｏ３粉末３質量％を使用した。このガラスセラミック成分１００重量部に有機バインダとしてアクリル樹脂１２重量部，フタル酸系可塑剤６重量部および溶剤としてトルエン３０重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００７３】
このガラスセラミックグリーンシートにビアホール導体や貫通穴を作製するための打ち抜き加工を行ない、切断して適当な形状の絶縁層を作製した。
【００７４】
そして、銀の金属粉末に有機バインダや溶剤を添加し混練して作製した金属ペーストをスクリーン印刷法により絶縁層上の所定パターンに埋め込むとともに印刷し、ビアホール導体および配線回路層を作製した。
【００７５】
この配線導体が埋め込まれ印刷された絶縁層を複数枚積層した後、この積層体を約３００℃に加熱して有機成分を分解・揮散させた後、約９００℃で焼成することにより、配線導体および絶縁層を焼結させて、中央部に上下主面を貫通する貫通穴を有するとともに貫通穴の周辺に配線導体が配設された絶縁基板を作製した。
【００７６】
高熱伝導部材は、四角形状で、熱膨張係数が２０×１０−６／℃の銀から成るものを使用し、半導体素子の接着部の外側の領域の４つの角部およびそれら角部間の中央部に、ロウ材の接合部と半導体素子の接着部との間の中央にその間隔の半分の大きさの孔径を持つ円形状の８個の貫通孔を打ち抜き加工した。
【００７７】
次に、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、高熱伝導部材を絶縁基板の貫通穴に埋設した後、約７００℃で加熱して冷却することにより、銀−銅ロウ材を絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間に充填し固化させることによって、絶縁基板と高熱伝導部材とを接合した。なお、絶縁基板には熱膨張係数が９×１０−６／℃のガラスセラミックスを使用した。
【００７８】
半導体素子は、高熱伝導部材の上側主面に搭載し、銀エポキシ樹脂接着剤で接着し固定して、配線導体の絶縁基板の上面に露出した部位に半導体素子の電極をアルミニウムのボンディングワイヤを介して電気的に接続した。
【００７９】
以上により、絶縁基板と高熱伝導部材とが、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されて成ることを特徴とする本発明の配線基板の実施例１の試料を作製した。
【００８０】
次に、同様にして、高熱伝導部材に、四角形状で、熱膨張係数が２０×１０−６／℃で熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋの銀を使用し、切削加工により、高熱伝導部材の上側主面の中央部に、半導体素子の下面に当接する上面の面積を半導体素子の下面の面積の７０％とした、高さが２０μｍの四角形状の凸部を形成した。また、高熱伝導部材の半導体素子の接着部の外周の外側の領域の４つの角部およびそれら角部間の中央部に、ロウ材の接合部と半導体素子の接着部との間の中央にその間隔の半分の大きさの孔径を持つ円形状の８個の貫通孔を打ち抜き加工し、この高熱伝導部材を用いて本発明の配線基板の実施例２の試料を作製した。
【００８１】
また、比較例として、上記と同じ材料および作製方法によって、絶縁基板に形成した貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間ではなく、絶縁基板の貫通穴の周囲の下面とその貫通穴を覆うような大きさの高熱伝導部材の外周部の上面とをロウ材を介して接合した従来の構造の配線基板（以下、比較例という）を作製した。
【００８２】
そして、本発明の実施例１・２および比較例について応力の集中特性を評価するために、ロウ材付け接合試験、半導体素子発熱試験、機械的衝撃試験を実施したところ、各試験においてロウ材接合部の剥離というような重大な問題は両者とも発生しなかった。
【００８３】
そこで、さらに詳細な比較を行なうために、ロウ材の接合部における絶縁基板側のクラックの発生の有無を評価した。その評価結果を表１に示す。
【００８４】
表１に示す結果において、ロウ付け接合試験については、高熱伝導部材と絶縁基板とをロウ材を介して接合する際に７００℃まで加熱し、次いで２５℃まで冷却した後に、絶縁基板の表面を倍率１０〜４０倍の顕微鏡を用いて観察し、クラックが有れば接合信頼性に問題が発生する可能性があるため「×」とし、クラックが無ければ実用上問題のない接合信頼性を有すると考えられることから「○」として評価した。
【００８５】
また、半導体素子発熱試験については、高熱伝導部材の上側主面に半導体素子を搭載して、半導体素子を初めの１サイクルに動作開始後５秒間で１２５℃まで上昇し、次いで停止後１５秒間で２５℃まで下降するように半導体素子への印加電流を初期設定し、これを連続で５０００サイクル繰り返して行なった後に、絶縁基板の表面を倍率１０〜４０倍の顕微鏡を用いて観察し、上記と同様にクラックが有れば「×」、無ければ「○」として評価した。
【００８６】
また、機械的衝撃試験については、高熱伝導部材の上側主面に半導体素子を搭載した配線基板を１０ｃｍの高さから落とした後に、絶縁基板の表面を倍率１０〜４０倍の顕微鏡を用いて観察し、上記と同様にクラックが有れば「×」、無ければ「○」として評価した。
【００８７】
【表１】
【００８８】
表１に示す結果から明らかなように、いずれの試験においても、比較例においてはクラックの発生が観察されたが、本発明の実施例１および２においては絶縁基板にクラックは発生しておらず、これにより本発明の実施例１および２においては、絶縁基板と高熱伝導部材との間のロウ材を介した接合部への応力の集中度が低く、絶縁基板と高熱伝導部材とが強固に接合されていることが確認できた。
【００８９】
次に、本発明の実施例１・２および比較例について、熱の吸収・放散特性を評価するために、半導体素子の動作試験を行なった。この半導体素子の動作試験は、高熱伝導部材の上側主面に半導体素子を搭載して、半導体素子が１２５℃で一定になるように半導体素子への印加電流を設定し、半導体素子の上面および高熱伝導部材の下側主面の温度を測定することにより、実施例１・２および比較例の配線基板としての熱抵抗を求めた。比較例に対して実施例１は１０％、実施例２は２０％、それぞれ配線基板の熱抵抗が低下しており、本発明の配線基板によれば、高熱伝導部材による半導体素子の熱の吸収・放散特性が改善されていることが確認された。
【００９０】
なお、本発明は上記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あれば種々の変更は可能である。例えば、上記の例では本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用したが、混成集積回路基板やＬＥＤ収納用容器等の他の用途に適用してもよい。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、上側主面の中央部に半導体素子が接着される、外周部に複数個の貫通孔が形成された板状の高熱伝導部材が、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板の上下主面間を貫通する貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因して発生する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時の配線基板の引っ張りおよび圧縮の熱応力は、高熱伝導部材の側面と絶縁基板の貫通穴の内面との接合面において、局所的な偏りがない均等な応力分布をもつこととなり、配線基板の熱収縮挙動は、高熱伝導部材の熱収縮と絶縁基板の熱収縮とが横方向（配線基板の主面に対して平行な方向）に並ぶ状態で発生するため、そのような熱収縮挙動によって配線基板には反りが発生しないものとすることができる。
【００９２】
また、配線基板が反らず、高熱伝導部材も反らないため、半導体素子を高熱伝導部材に接着して固定しても、熱伝導率の低い接着剤の厚みは接着面全体で均一で薄いものとすることができるため、半導体素子の動作時に発生する熱が薄い接着剤を経由して高熱伝導部材に伝わりやすく、接着剤の厚みが不均一で厚い場合に比較して、半導体素子の熱の吸収・放散性を高くすることができる。
【００９３】
また、発生した熱応力は、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面となっており、両者の間に部分的に応力が集中する箇所が存在しないことから、絶縁基板の貫通穴の内面および高熱伝導部材配線基板の側面に分散され、かつ、両者の間を接合しているロウ材が応力緩和層としても機能するため、効率良く減衰させることができる。
【００９４】
さらに、高熱伝導部材は、上側主面の外周部である半導体素子が接着される部位の外周の外側の領域、つまり、半導体素子の接着部である中央部とロウ材の接合部との間の部位に複数個の貫通孔が形成されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時にロウ材接合部に発生する引っ張りおよび圧縮の熱応力は、複数個の貫通孔に分散させることができるため、効率よく減衰させて、配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００９５】
従って、ロウ材による接合時に高熱伝導部材と絶縁基板との界面が破壊したり、半導体素子等の電子部品の動作時に絶縁基板にクラックが発生したりすることによる絶縁基板と高熱伝導部材との接合信頼性の低下等を効果的に抑制することができる。
【００９６】
また、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面とがロウ材を介して接合されていることから、配線基板に落下等により機械的衝撃が加わった場合においても、従来の配線基板のように、応力が集中しやすい高熱伝導部材の側面と絶縁基板の下側主面とで形成される段差部および絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の上側主面とで形成される段差部が存在しないので、絶縁基板の破壊の起点となる部位が無く機械的衝撃に強いものとすることができる。そして、高熱伝導性部材が配線基板の内部に収納される構造となるため、容易に小型化・薄型化を図ることが可能となる。
【００９７】
また、高熱伝導部材の前記上側主面の前記中央部に前記半導体素子の面積よりも小さい面積の、前記半導体素子の下面に上面が当接する凸部が形成されている場合には、半導体素子が接着剤により接着されて固定されていても、その接着剤から露出した凸部の上面が半導体素子の下面に当接していることから、半導体素子から発生した熱が高熱伝導部材の凸部に直接伝わるため、半導体素子が動作する際に発生する熱を熱伝導率の低い接着剤に阻害されることなく高熱伝導部材に伝えることができ、半導体素子から発生した熱を高熱伝導部材が効率よく吸収し放散することができる。
【００９８】
また、高熱伝導部材が四角形状であり、貫通孔が外周部の角部に形成されている場合には、角部に発生する局所的な引っ張りおよび圧縮の最大熱応力は、それら四角形状の高熱伝導部材の外周部の角部に形成された複数個の貫通孔に分散するため、極めて効率よく減衰させることができ、さらに確実に配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００９９】
さらに、凸部が複数形成されている場合には、半導体素子が複数の凸部上に設置されることとなり、硬化後の接着剤の厚みが凸部の厚みよりも低くなるので、凸部が半導体素子に圧縮応力を加えるような場合においても、圧縮応力が複数の凸部に分散されるため、半導体素子への局所的な圧縮応力を低減することができ、半導体素子の動作信頼性をより高いものとすることができる。
【０１００】
以上により、本発明によれば、高熱伝導部材と絶縁基板とを強固に接合するとともに、半導体素子が発生する熱を効率良く吸収・放散し、半導体素子を長期にわたり正常、かつ安定に作動させることができる信頼性の高い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】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】従来の配線基板の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・絶縁基板
１ａ〜１ｄ・・・絶縁層
２・・・・・・・貫通穴
３・・・・・・・配線導体
３ａ・・・・・・ビアホール導体
３ｂ・・・・・・配線回路層
４・・・・・・・半導体素子
５、５’・・・・高熱伝導部材
６・・・・・・・ロウ材
７、７’・・・・配線基板
８・・・・・・・貫通孔
９・・・・・・・接着剤
１０・・・・・・・凸部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板に関し、特に、半導体素子から発生する熱を効率良く吸収し、外部に放散するための高熱伝導部材の熱の吸収性および高熱伝導部材と絶縁基板との接合信頼性を改善した配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子等の電子部品の高集積化・高速化に伴い、半導体素子等が動作した際に発生する熱量は増加する傾向にある。そして、この発生した熱が半導体素子等に蓄積されると、半導体素子等の回路の誤動作を発生させたり、さらには回路自身を破壊したりするという問題がある。そこで従来から、半導体素子等を搭載する配線基板には、半導体素子等から発生する熱を効率良く吸収し、外部に放散するための放熱板を設けるといった工夫がなされている。
【０００３】
このような放熱板は、一般に、銅やその他の金属から成る高熱伝導部材で形成されており、半導体素子等を搭載する配線基板の裏面または両面に面接合したり、あるいは半導体素子等を放熱板に直接搭載することによって、半導体素子等に発生した熱をこの放熱板に吸収させるとともに吸収した熱を外部に放散させることにより半導体素子等を熱から保護している。そして、このような配線基板における半導体素子等が発する熱の放熱構造においては、放熱板に半導体素子等を直接搭載した構造のものが特に放熱性に優れている。
【０００４】
放熱板に半導体素子等を直接搭載した従来の配線基板としては、例えば、図５に断面図で示すような構造が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図５において、従来の配線基板１０７は、中央部に貫通穴１０２が形成され、ビアホール導体１０３ａと配線回路層１０３ｂとから成る配線導体１０３が配設された、複数の絶縁層１０１ａ〜１０１ｈから成る絶縁基板１０１の下側主面に、貫通穴１０２を塞ぐようにして、その上側主面に半導体素子１０４が接着剤１０９により接着されて搭載される板状の高熱伝導部材１０５が、ロウ材１０６を介して接合されて構成されている。
【０００６】
このような従来の配線基板１０７に使用される絶縁基板１０１としては、各種のセラミック材料または有機絶縁樹脂材料、あるいは無機絶縁物粉末を有機絶縁樹脂で結合したもの等が使用され、配線導体１０３にはタングステン・モリブデン等の高融点金属や銅・銀・金等の低抵抗金属が用いられている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２９６０８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の配線基板１０７においては、前述のように、絶縁基板１０１には各種のセラミック材料および有機絶縁樹脂材料あるいは無機絶縁物粉末を有機絶縁樹脂で結合したもの等が使用されるのに対して、高熱伝導部材１０５には熱伝導性が高い金属等が使用されるため、熱膨張係数が異なる異種の材料がロウ材１０６を介して接合されることとなる。
【０００９】
そして、高熱伝導部材１０５の上側主面と絶縁基板１０１の下側主面とが互いにロウ材１０６を介して接合される平行な面のみで接合される構造となっていることから、高熱伝導部材１０５に枠状の絶縁基板１０１をロウ材１０６により接合する際の加熱とその後の冷却過程において高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１では熱膨張ならびに熱収縮挙動が異なることから、例えば、高熱伝導部材１０５よりも絶縁基板１０１の熱膨張係数が大きい場合には、冷却時の熱収縮量が大きな絶縁基板１０１が、ロウ材１０６で接合されている面を力点として高熱伝導部材１０５を配線基板１０７の中心方向へ圧縮する応力を発生させるために、配線基板１０７全体が凹形に反ってしまうこととなる。
【００１０】
また、これとは反対に、高熱伝導部材１０５よりも絶縁基板１０１の熱膨張係数が小さい場合には、冷却時の熱収縮量の大きな高熱伝導部材１０５が、ロウ材１０６で接合されている面を力点として絶縁基板１０１を配線基板１０７の内側方向へ引っ張る応力を発生させるために、配線基板１０７全体が凸形に反ってしまうこととなる。
【００１１】
このような、絶縁基板１０１と高熱伝導部材１０５のロウ材１０６による接合時に、特に、冷却過程における熱収縮挙動の違いによって発生する配線基板１０７の反りは、絶縁基板１０１と高熱伝導部材１０５の接合界面であるロウ材１０６の内部や、高熱伝導部材１０５の上側主面とロウ材１０６との接合界面または絶縁基板１０１の下側主面とロウ材１０６との接合界面に大きな応力を集中させることとなり、ロウ材１０６が破壊したり、ロウ材１０６と高熱伝導部材１０５の上側主面または絶縁基板１０１の下側主面との接合界面が剥離したり、一般に高熱伝導部材１０５よりも延性が低い絶縁基板１０１の内部にロウ材１０６との接合界面の端部を起点としたクラック等が発生するという問題点があった。
【００１２】
また、配線基板１０７の反りにより、高熱伝導部材１０５も反るため、半導体素子１０４を高熱伝導部材１０５に接着して固定すると、熱伝導率の低い接着剤１０９の厚みが接着面全体で不均一でかつ厚くなることとなり、半導体素子１０４の動作時に発生する熱が厚みの厚い接着剤１０９により、高熱伝導部材１０５に伝わりにくくなるため、半導体素子１０４の熱の吸収・放散性が低下するという問題点があった。
【００１３】
また、接着剤１０９の種類としては、金−錫・半田・銀エポキシ樹脂等があるが、熱伝導率は、５〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であり、高熱伝導部材１０５の材料である銀や銅の３８０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋより小さく、このような低熱伝導率の接着剤１０９が半導体素子１０４と高熱伝導部材１０５との間の全面にあるため、半導体素子１０４の動作時に発生する熱が接着剤１０９によって高熱伝導部材１０５に伝わりにくくなり、半導体素子１０４の熱の吸収・放散性が低下するという問題点があった。
【００１４】
また、半導体素子１０４の動作時における発熱および冷却のサイクルにおいては、前述のような高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との熱膨張係数の差に起因する熱応力が、高熱伝導部材１０５および絶縁基板１０１の接合界面に繰り返し、かつ、長期間作用することから、これによっても同様に、ロウ材１０６が破壊したり、ロウ材１０６と高熱伝導部材１０５の上側主面または絶縁基板１０１の下側主面との接合界面が剥離したり、一般に高熱伝導部材１０５よりも延性が低い絶縁基板１０１の内部にロウ材１０６との接合界面の端部を起点としたクラック等が徐々に発生し進行したりすることから、配線基板１０７における絶縁基板１０１と高熱伝導部材１０５との接合信頼性が低いという問題点があった。
【００１５】
そこで、以上のような高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との熱膨張係数の差に起因する熱応力による接合信頼性の低下を防止するために、ロウ材１０６の接合状態を調整することによって熱応力を分散させたり、高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との熱膨張係数の差を小さくするために、高熱伝導部材１０５および絶縁基板１０１の材料組成等を調整したりすることが種々試みられているが、近年の配線基板に要求されている機械的・電気的特性の多様化や、増加傾向にある半導体素子１０４の発熱量に十分対応できているとは言えないのが現状である。
【００１６】
さらに、上記のような従来の配線基板１０７においては、高熱伝導部材１０５が絶縁基板１０１から下方に突出しているため、高熱伝導部材１０５の側面と絶縁基板１０１下側主面で形成される段差部および絶縁基板１０１の貫通穴１０２の内面と高熱伝導部材１０５上側主面で形成される段差部に応力が集中しやすい構造となっており、配線基板１０７が落下する等の機械的衝撃が加わった際に、この機械的衝撃が高熱伝導部材１０５と絶縁基板１０１との間の段差部に集中して作用してしまうことから、ここを起点としたクラック等の破壊が絶縁基板１０１に発生しやすいという問題点もあった。
【００１７】
また、高熱伝導部材１０５が絶縁基板１０１から突出した構造の従来の配線基板１０７においては、小型・薄型化が困難であり設計的に大きな制約があるという問題点もあった。
【００１８】
本発明は、上記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力によって、ロウ材を用いた接合時に高熱伝導部材と絶縁基板との界面が破壊したり、半導体素子等の電子部品の動作時に絶縁基板にクラックが発生したりすることによる接合信頼性の低下や、機械的衝撃による高熱伝導部材と絶縁基板との界面の破壊等を防止し、高熱伝導部材と絶縁基板とを強固に接合するとともに、半導体素子が発生する熱を効率良く吸収・放散し、半導体素子を長期にわたり正常、かつ安定に作動させることができる信頼性の高い配線基板を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、上下主面間を貫通する貫通穴を有するとともにこの貫通穴の周辺に配線導体が配設された絶縁基板に、上側主面の中央部に半導体素子が接着される、外周部に複数個の貫通孔が形成された板状の高熱伝導部材が、前記絶縁基板の前記上下主面と前記高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、前記貫通穴の内面と前記高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されて成ることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の配線基板によれば、上側主面の中央部に半導体素子が接着される、外周部に複数個の貫通孔が形成された板状の高熱伝導部材が、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時の配線基板の熱収縮挙動は、高熱伝導部材の熱収縮と絶縁基板の熱収縮とが横方向（配線基板の主面に対して平行な方向）に並ぶ状態で発生するため、そのような熱収縮挙動によって配線基板には反りが発生しないものとすることができる。
【００２１】
また、配線基板が反らず、高熱伝導部材も反らないため、半導体素子を高熱伝導部材に接着して固定しても、熱伝導率の低い接着剤の厚みは接着面全体で均一で薄いものとすることができるため、半導体素子の動作時に発生する熱が薄い接着剤を経由して高熱伝導部材に伝わりやすく、接着剤の厚みが不均一で厚い場合に比較して、半導体素子の熱の吸収・放散性を高くすることができる。
【００２２】
また、発生した熱応力は、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面となっており、両者の間に部分的に応力が集中する箇所が存在しないことから、絶縁基板の貫通穴の内面および高熱伝導部材配線基板の側面に分散され、かつ、両者の間を接合しているロウ材が応力緩和層としても機能するため、効率良く減衰させることができる。
【００２３】
さらに、高熱伝導部材は、上側主面の外周部である半導体素子が接着される部位の外周の外側の領域、つまり、半導体素子の接着部である中央部とロウ材の接合部との間の部位に複数個の貫通孔が形成されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時にロウ材接合部に発生する引っ張りおよび圧縮の熱応力は、複数個の貫通孔に分散させることができるため、効率よく減衰させて、配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００２４】
従って、ロウ材による接合時に高熱伝導部材と絶縁基板との界面が破壊したり、半導体素子等の電子部品の動作時に絶縁基板にクラックが発生したりすることによる絶縁基板と高熱伝導部材との接合信頼性の低下等を効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面とがロウ材を介して接合されていることから、配線基板に落下等により機械的衝撃が加わった場合においても、従来の配線基板のように、応力が集中しやすい高熱伝導部材の側面と絶縁基板の下側主面とで形成される段差部および絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の上側主面とで形成される段差部が存在しないので、絶縁基板の破壊の起点となる部位が無く機械的衝撃に強いものとすることができる。そして、高熱伝導性部材が配線基板の内部に収納される構造となるため、容易に小型化・薄型化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、高熱伝導部材の前記上側主面の前記中央部に前記半導体素子の面積よりも小さい面積の、前記半導体素子の下面に上面が当接する凸部が形成されている場合には、半導体素子が接着剤により接着されて固定されていても、その接着剤から露出した凸部の上面が半導体素子の下面に当接していることから、半導体素子から発生した熱が高熱伝導部材の凸部に直接伝わるため、半導体素子が動作する際に発生する熱を熱伝導率の低い接着剤に阻害されることなく高熱伝導部材に伝えることができ、半導体素子から発生した熱を高熱伝導部材が効率よく吸収し放散することができる。
【００２７】
また、高熱伝導部材が四角形状であり、前記貫通孔が前記外周部の角部に形成されている場合には、角部に発生する局所的な引っ張りおよび圧縮の最大熱応力は、それら四角形状の高熱伝導部材の外周部の角部に形成された複数個の貫通孔に分散するため、極めて効率良く減衰させることができ、さらに確実に配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００２８】
さらに、凸部が複数形成されている場合には、半導体素子が複数の凸部上に設置されることとなり、硬化後の接着剤の厚みが凸部の厚みよりも低くなるので、凸部が半導体素子に圧縮応力を加えるような場合においても、圧縮応力が複数の凸部に分散されるため、半導体素子への局所的な圧縮応力を低減することができ、半導体素子の動作信頼性をより高いものとすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図である。また、図２は、図１に示す本発明の配線基板の実施の形態の一例の平面図である。
【００３１】
これらの図において、本発明の配線基板７は、中央部に上下主面間を貫通する貫通穴２が形成され、ビアホール導体３ａと配線回路層３ｂとから成る配線導体３が配設された、複数の絶縁層１ａ〜１ｄから成る絶縁基板１の下側主面に、貫通穴２を塞ぐようにして、その上側主面の中央部に半導体素子４が接着され、その半導体素子４の接着部である中央部の外側の領域である外周部に複数個の貫通孔８が形成された板状の高熱伝導部材５が、ロウ材６を介して接合されて構成されている。
【００３２】
絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等のセラミックスやエポキシ樹脂等の電気絶縁材料から成り、例えば、ガラスセラミックス焼結体から成る場合には、ガラス粉末・フィラー粉末（セラミック粉末）・有機バインダ・可塑剤・有機溶剤等を混練したガラスセラミックグリーンシートを単層で、または複数積層し、焼焼することで作製される。
【００３３】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）・ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）・Ｐｂ系ガラス・Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００３４】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００３５】
これらガラスとフィラーとの混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。
【００３６】
また、有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）・ポリビニルブチラール系・ポリビニルアルコール系・アクリル−スチレン系・ポリプロピレンカーボネート系・セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００３７】
ガラスセラミックグリーンシートは、上記ガラス粉末・フィラー粉末・有機バインダに必要に応じて所定量の可塑剤・溶剤（有機溶剤，水等）を添加してスラリーを得て、これをドクターブレード・圧延・カレンダーロール・金型プレス等により厚さ約５０〜５００μｍに成形することにより得られる。
【００３８】
このようにして得られたガラスセラミックグリーンシートにビアホール導体３ａや貫通穴２を作製するため打ち抜き加工を行ない、切断して適当な形状の絶縁層１ａ〜１ｄを作製する。
【００３９】
なお、絶縁層１ａ〜１ｄがガラスセラミックスから成る場合は、例えば、銅・銀・金・銀−パラジウム等の銀系合金等の金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加し混練して作製した金属ペーストをスクリーン印刷法等により所定パターンに埋め込むとともに印刷することにより、ビアホール導体３ａおよび配線回路層３ｂを形成する。
【００４０】
配線導体３が埋め込まれ印刷された絶縁層１ａ〜１ｄを複数枚積層した後、有機成分の除去および焼成を行なう。有機成分の除去は、例えば１００〜５００℃の温度範囲でこの積層体を加熱することにより行ない、有機成分を分解し揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミックスの組成により異なるが、通常は８００〜１０００℃の範囲内であり、配線導体３および絶縁層１ａ〜１ｄが焼結することにより、貫通穴２を有するとともに貫通穴２の周辺にビアホール導体３ａと配線回路層３ｂとから成る配線導体３が配設された絶縁層１ａ〜１ｄから成る絶縁基板１が得られる。
【００４１】
高熱伝導部材５は、半導体素子４が接着される部位の外周の外側の領域の部位、つまり、半導体素子４の接着部の外周とロウ材６接合部との間の領域の中央に、円形状または楕円形状の、その半導体素子４の接着部の外周とロウ材６の接合部との間隔の半分程度の大きさの孔径を有する複数個の貫通孔８を打ち抜き加工により作製することによって、複数個の貫通孔８が形成された板状の部材として得られる。
【００４２】
貫通孔８は、多角形状であると、ロウ材の接合時や半導体素子４の発熱時に貫通孔８に分散した応力が高熱伝導部材５の角部に集中し、高熱伝導部材５が劣化しやすくなるため、角部の無い円または楕円の形状であることが好ましい。
【００４３】
また、貫通孔８が、ロウ材６の接合部や半導体素子４の接着部の外周の近辺に位置すると、貫通孔８に分散した応力がロウ材６の接合部や半導体素子４の接着部の外周に影響し、接合強度および接着強度を低下させるため、貫通孔８はロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間の領域の中央に位置することが好ましい。
【００４４】
また、貫通孔８の孔径が、ロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間隔とほぼ同じ大きさであると、貫通孔８に分散した応力がロウ材６の接合部や半導体素子４の接着部の外周に影響を与え、接合強度および接着強度を低下させることがある。逆に、ロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間隔に比較して非常に小さい大きさであると、貫通孔８に分散する応力が小さくなり、十分な応力の分散効果が得られないこととなる。従って、貫通孔８の孔径は、ロウ材６の接合部と半導体素子４の接着部の外周との間隔の半分程度の大きさであることが好ましい。
【００４５】
さらに、高熱伝導部材５が四角形状である場合には、ロウ材６による接合時や半導体素子４の発熱時にロウ材６の接合部の角部に最大の熱応力が発生するため、貫通孔８は、この発生した最大の熱応力を分散させるために、上記の条件に加え、高熱伝導部材５の角部に形成することが好ましい。
【００４６】
次に、絶縁基板１の貫通穴２に絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面がそれぞれ同一面をなすように高熱伝導部材５を埋設した後、ロウ材６を絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間に充填して６００〜８００℃で加熱することによりロウ材６が溶融し、その後、冷却することによってロウ材６が固化し、これによって絶縁基板１と高熱伝導部材５とがロウ材６を介して接合される。
【００４７】
ここで、絶縁基板１の上下主面と、外周部に複数個の貫通孔８が形成された板状の高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間にロウ材６を介して接合することが重要である。
【００４８】
絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすため、ロウ材６による接合時および半導体素子４の動作時において、高熱伝導部材５と絶縁基板１との熱膨張係数の差に起因して発生する引っ張りおよび圧縮応力は、高熱伝導部材５の側面と絶縁基板１の貫通穴２の内面の接合面において、局所的な偏りがない均等な応力分布をもつため、配線基板７には反りが発生せず、また、両者の間を接合しているロウ材６が応力緩和層として機能するため、高熱伝導部材５と絶縁基板１との熱膨張係数の差に起因して発生する引っ張りおよび圧縮応力を効率良く減衰させることができる。さらに、発生した引っ張りおよび圧縮応力は、高熱伝導部材５に形成された貫通孔８に分散するため、ロウ材６の接合面での引っ張りおよび圧縮応力をより一層低減させることができる。また、高熱伝導部材５が四角形状であり、貫通孔８が外周部の角部に形成されている場合には、貫通孔８が外周部の角部に形成されていることから、角部に発生する局所的な引っ張りおよび圧縮の最大の熱応力は、これら角部に形成された複数個の貫通孔８に分散するため、効率よく減衰させることができる。
【００４９】
また、配線基板７に落下等により機械的衝撃が加わった場合においても、従来の配線基板のように、応力が集中しやすい高熱伝導部材５の側面と絶縁基板１の下側主面とで形成される段差部および絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の上側主面とで形成される段差部が存在しないことから、絶縁基板１の破壊の起点となる部位が無く機械的衝撃に強いものとすることができる。
【００５０】
なお、このように絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすようにする場合、その上側主面同士および下側主面同士は、高熱伝導部材５の側面と絶縁基板１の貫通穴２の内面との接合面において、局所的な偏りがない均等な応力分布をもたせるため、可能な限り同一平面をなすようにしておくことが好ましいが、絶縁基板１と高熱伝導部材５の厚みが各々の加工精度により寸法誤差が生じた場合でも、そのことにより、絶縁基板１と高熱伝導部材５の接合信頼性が著しく低下するようなことはない。
【００５１】
貫通穴２は、板状の高熱伝導部材５を絶縁基板１の内部に収容し、絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間をロウ材６を介して接合するために形成される。従って、貫通穴２は高熱伝導部材５と同形状となっており、さらに、その内面と高熱伝導部材５との間に適量のロウ材６を充填できる程度の間隔が開けられるような開口寸法を有している。
【００５２】
一方、高熱伝導部材５は、半導体素子４を直接搭載し半導体素子４が発生する熱を効率良く吸収し、外部に放散する機能を有する。このような高熱伝導部材５には、銅・銀・アルミニウム・ニッケル・ベリリウム・マグネシウム・銅−タングステン合金・銅−モリブデン合金等の熱伝導性に優れた金属や合金が使用され、例えば、銅−タングステン合金から成る場合には、タングステンの粉末を約９８ＭＰａの圧力で加圧成形するとともにこれを還元雰囲気中にて約２０００℃の温度で焼成して多孔質のタングステン焼結体を得た後に、約９００℃の温度で加熱溶融させた銅をタングステン焼結体の多孔質部分に毛管現象を利用し含浸させることにより作製できる。
【００５３】
なお、高熱伝導部材５の材質は、絶縁基板１の材質に応じて種々選択することが可能であるが、特に、高周波用配線基板として絶縁基板１にガラスセラミックス焼結体を用いた場合には、一般にガラスセラミックス焼結体の熱膨張係数は１０×１０−６／℃程度と比較的小さいことから、他の高熱伝導部材に比べ熱膨張係数が５×１０−６／℃程度と小さいタングステンを用いることが好ましい。
【００５４】
また、高熱伝導部材５の上下主面の面積は、半導体素子４の搭載面積よりも全方向に渡って広く、かつ、半導体素子４の端部から高熱伝導部材５の上側主面の端部までの幅が絶縁基板１の厚み以上になるようにしておくと、半導体素子４から発生した熱は高熱伝導部材５の下側主面の方向におよそ４５°の角度をもって放射状に伝熱する性質があることから、半導体素子４から発生した熱が高熱伝導部材５に吸収された後に低い熱伝導率を有する絶縁基板１で阻害されずに配線基板７の外部に効率良く放散されるため、より好ましいものとなる。
【００５５】
また、高熱伝導部材５の上下主面の形状は、搭載する半導体素子４の形状や搭載形態に応じて任意の形状を選択することができるが、熱応力および機械的衝撃等の影響を抑制するという観点からは円形状であることが望ましく、四角形状等の多角形状を用いる際は、各角部に丸み（Ｒ面）を設けたりすることによって応力の集中を避けるようにしてもよい。
【００５６】
また、高熱伝導部材５の熱膨張係数が絶縁基板１の熱膨張係数よりも小さくなるようにすると、絶縁基板１の熱収縮が高熱伝導部材５の熱収縮より大きくなり、ロウ材６による接合時の冷却過程において、絶縁基板１が高熱伝導部材５の周囲を圧縮し、かしめる効果があり、絶縁基板１と高熱伝導部材５との接合強度をより向上させることができる点で好ましい。
【００５７】
なお、図１および図２に示す例では、貫通穴２および高熱伝導部材５は絶縁基板１の中央部に１つ設けた例を示しているが、複数個の半導体素子を搭載する混成集積回路基板や複数個のＬＥＤを収容するＬＥＤ収納用容器等に適用する場合においては、貫通穴２および高熱伝導部材５は所定の部位にそれぞれ複数個設けてもよい。
【００５８】
ロウ材６は、絶縁基板１と高熱伝導部材５とを接合し、さらに発生した熱応力を緩和する機能を有しており、一般的な銀・銀−銅等のロウ材や、Ｔｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有する銀−銅系の活性金属ロウ材等を用いることができる。
【００５９】
また、絶縁基板１の貫通穴２の内面に、例えば絶縁基板１がガラスセラミックス焼結体から成る場合には、予め焼成前に銅・銀・金・銀−パラジウム等の銀系合金等の金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加し混練して作製した金属ペーストを塗布しておいてメタライズ層を形成し、このメタライズ層とロウ材６を介して絶縁基板１と高熱伝導部材５とを接合すると、応力緩和層がメタライズ層とロウ材６との二重となって、より強固に絶縁基板１と高熱伝導部材５とを接合することができるので好ましい。
【００６０】
以上によって、絶縁基板１の上下主面と高熱伝導部材５の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板１の貫通穴２の内面と高熱伝導部材５の側面との間にロウ材６を介して接合された配線基板７が作製され、次に、高熱伝導部材５の上側主面に半導体素子４を銀エポキシ樹脂等の接着剤９で接着して固定した後、配線導体３の絶縁基板１の上側主面に露出した部位と半導体素子４の電極とを金・アルミニウム等のボンディングワイヤを介して電気的に接続し、さらに、絶縁基板１の上側および下側主面に金属やセラミックスから成る蓋体（図示せず）をガラスや樹脂・ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基板１と蓋体とから成る容器内部に半導体素子４を気密に収容したり、樹脂等の封止材（図示せず）により、直接、半導体素子４や貫通孔８を封止して半導体素子４を気密に収容したりすることによって製品としての半導体装置が完成する。
【００６１】
次に、図３は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の実施の形態の他の例を示す断面図である。また、図４は、図３に示す本発明の配線基板の実施の形態の他の例の平面図である。なお、図３および図４においては、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してある。また、この図４においては、凸部１０および接着剤９の配置が分かるように、半導体素子４は破線で示している。
【００６２】
図３および図４に示す例においては、本発明の配線基板７’の高熱伝導部材５’には、その上側主面の中央部の半導体素子４の接着部の内側に、半導体素子４の面積よりも小さい面積の、半導体素子４の下面にその上面が当接する凸部１０が、接着剤９の硬化後の厚みに等しい高さで形成されている。これにより、半導体素子４が接着剤９により高熱伝導部材５’の上側主面に接着されて固定されていても、その接着剤９から露出した凸部１０の上面が半導体素子４の下面に当接していることから、半導体素子４から発生した熱が高熱伝導部材５’の凸部１０に直接伝わるため、半導体素子４が動作する際に発生する熱を熱伝導率の低い接着剤９に阻害されることなく高熱伝導部材５’に伝えることができ、半導体素子４から発生した熱を高熱伝導部材５’が効率よく吸収し放散することができる。
【００６３】
このような高熱伝導部材５’は、上側主面の半導体素子４の接着部内に接着剤９の硬化後の厚みに等しい高さの凸部１０を、物理的な切削加工や化学的なエッチング加工等の方法により形成することによって作製される。凸部１０の平面形状は、半導体素子４の動作時に発生する熱を効率よく吸収するために、半導体素子４の形状に合わせて四角形状であることが好ましいが、半導体素子４の接着時にはこの凸部１０の角部に局所的な熱応力が発生することを考慮して、四角形状の角部に丸み（Ｒ面）をつけてもよい。また、半導体素子４の下面に当接する凸部１０の上面は、半導体素子４と隙間無く密着し、発生する熱を効率よく吸収するために、平坦になっていることが好ましい。また、半導体素子４の下面に当接する凸部１０の上面の面積は、半導体素子４の下面の面積の４０％から９０％であることが好ましい。凸部１０の半導体素子４の下面に当接する凸部１０の上面の面積が半導体素子４の下面の面積の４０％未満であると、半導体素子４の動作時に発生する熱が直接、十分に高熱伝導部材５’に伝わりにくくなるため、熱の吸収・放散性が低下することとなる。他方、半導体素子４の下面に接する凸部１０の上面の面積が半導体素子４の下面の面積の９０％を超えると、半導体素子４を接着剤９で高熱伝導部材５’の上側主面に接着する面積が半導体素子４の下面の面積の１０％未満となり、高熱伝導部材５’に接着固定する力が不十分となってしまう。
【００６４】
凸部１０の高さは、接着剤９の硬化後の厚みに等しいことが好ましい。凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより大きいと、接着剤９で半導体素子４を高熱伝導部材５’に十分な強度で接着できなくなるうえに、凸部１０が半導体素子４に圧縮応力を与えることになり、半導体素子４の動作信頼性および高熱伝導部材５’への接着固定力を低下させることになる。他方、凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより小さいと、凸部１０の上面と半導体素子４の下面との間に隙間が生じることになり、半導体素子４の動作時に発生する熱の吸収・放散性が低下することになる。
【００６５】
なお、図３および図４に示す例では、凸部１０を高熱伝導部材５’の上側主面に１つ設けた例を示しているが、半導体素子４の動作信頼性をより向上させる目的等により、凸部１０を複数形成してもよい。凸部１０を複数形成することにより、半導体素子４が複数の凸部１０上に設置されることとなり、硬化後の接着剤９の厚みが凸部１０の厚みよりも低くなり、凸部１０が半導体素子４に圧縮応力を加えるような場合においても、圧縮応力が複数の凸部１０に分散されるため、半導体素子４への局所的な圧縮応力を低減することができ、半導体素子４の動作信頼性をより向上させることができる。
【００６６】
このように凸部１０を複数形成する場合には、高熱伝導部材５’は、上側主面の半導体素子４の接着部内に接着剤９の硬化後の厚みに等しい高さの複数の凸部１０を、物理的な切削加工や化学的なエッチング加工等の方法により形成することによって作製される。凸部１０の平面形状は、半導体素子４の動作時に発生する熱を効率よく吸収するために、半導体素子４の形状に合わせて四角形状を複数に分割する形であることが好ましいが、半導体素子４の接着時にはこの複数の凸部１０の角部に局所的な熱応力が発生することを考慮して、複数の凸部１０の角部に丸み（Ｒ面）をつけてもよい。複数の凸部１０の平面形状は、半導体素子４が高熱伝導部材５’上に均等な接着力で接着されるように、同形状・同寸法で、半導体素子４の接着部の中心に対して点対称に配置されることが好ましく、半導体素子４が正方形である場合には、複数の同形状・同寸法の正方形の凸部１０が半導体素子４の接着部内に等間隔で配置されることが好ましい。また、半導体素子４の下面に当接する複数の凸部１０の上面は、半導体素子４と隙間無く密着して発生する熱を効率よく吸収するために、平坦になっていることが好ましい。また、半導体素子４の下面に当接する複数の凸部１０の上面の面積の合計は、半導体素子４の下面の面積の４０％から９０％であることが好ましい。半導体素子４の下面に当接する複数の凸部１０の上面の面積の合計が半導体素子４の下面の面積の４０％未満であると、半導体素子４の動作時に発生する熱が直接、十分に高熱伝導部材５’に伝わりにくくなるため、熱の吸収・放散性が低下することとなる。他方、半導体素子４の下面に接する複数の凸部１０の上面の面積の合計が半導体素子４の下面の面積の９０％を超えると、半導体素子４を接着剤９で高熱伝導部材５’の上側主面に接着する面積が半導体素子４の下面の面積の１０％未満となり、高熱伝導部材５’に接着固定する力が不十分となってしまう。
【００６７】
複数の凸部１０の相互の間隔は、半導体素子４が高熱伝導部材５’上に均等な接着力で接着されるように全て等しい間隔であることが好ましく、間隔の大きさは、前述のように、複数の凸部１０が同形状・同寸法で、半導体素子４の接着部の中心に対して点対称に配置されることと、複数の凸部１０の上面の面積の合計が半導体素子４の下面の面積の４０％から９０％であることから決められる。
【００６８】
複数の凸部１０の高さは、全て等しく、接着剤９の硬化後の厚みに等しいことが好ましい。複数の凸部１０の高さが全て等しくないと、部分的に高い凸部１０が有る場合には、半導体素子４に局所的な圧縮応力を与えることになる。他方、部分的に低い凸部１０が有る場合には、半導体素子４との間に隙間が生じ、半導体素子４の動作時に発生する熱の吸収・放散性が低下することになる。また、複数の凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより大きいと、接着剤９で半導体素子４を高熱伝導部材５’に十分な強度で接着できなくなるうえに、凸部１０が半導体素子４に圧縮応力を与えることになり、半導体素子４の動作信頼性および高熱伝導部材５’への接着固定力を低下させることになる。他方、凸部１０の高さが接着剤９の硬化後の厚みより小さいと、凸部１０の上面と半導体素子４の下面との間に隙間が生じることになり、半導体素子４の動作時に発生する熱の吸収・放散性が低下することになる。
【００６９】
この例のような本発明の配線基板７’について、高熱伝導部材５’の上面に半導体素子４を接着剤９で接着して固定するときには、接着剤９は、銀エポキシ樹脂・半田・金−錫等の各種接着剤が使用できるが、接着時に半導体素子４に加えられる熱および熱応力を少なくするために、低温で接着可能な銀エポキシ樹脂を使用することが好ましい。
【００７０】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例の試験結果を挙げて本発明の配線基板を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００７１】
絶縁基板には、ガラスセラミックス焼結体を用い、ガラス粉末・フィラー粉末（セラミック粉末）・有機バインダ・可塑剤・有機溶剤等を混練したガラスセラミックグリーンシートを焼成することで作製した。
【００７２】
ガラスセラミック成分としては、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス粉末６０質量％，ＣａＺｒＯ３粉末２０質量％，ＳｒＴｉＯ３粉末１７質量％およびＡｌ２Ｏ３粉末３質量％を使用した。このガラスセラミック成分１００重量部に有機バインダとしてアクリル樹脂１２重量部，フタル酸系可塑剤６重量部および溶剤としてトルエン３０重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００７３】
このガラスセラミックグリーンシートにビアホール導体や貫通穴を作製するための打ち抜き加工を行ない、切断して適当な形状の絶縁層を作製した。
【００７４】
そして、銀の金属粉末に有機バインダや溶剤を添加し混練して作製した金属ペーストをスクリーン印刷法により絶縁層上の所定パターンに埋め込むとともに印刷し、ビアホール導体および配線回路層を作製した。
【００７５】
この配線導体が埋め込まれ印刷された絶縁層を複数枚積層した後、この積層体を約３００℃に加熱して有機成分を分解・揮散させた後、約９００℃で焼成することにより、配線導体および絶縁層を焼結させて、中央部に上下主面を貫通する貫通穴を有するとともに貫通穴の周辺に配線導体が配設された絶縁基板を作製した。
【００７６】
高熱伝導部材は、四角形状で、熱膨張係数が２０×１０−６／℃の銀から成るものを使用し、半導体素子の接着部の外側の領域の４つの角部およびそれら角部間の中央部に、ロウ材の接合部と半導体素子の接着部との間の中央にその間隔の半分の大きさの孔径を持つ円形状の８個の貫通孔を打ち抜き加工した。
【００７７】
次に、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、高熱伝導部材を絶縁基板の貫通穴に埋設した後、約７００℃で加熱して冷却することにより、銀−銅ロウ材を絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間に充填し固化させることによって、絶縁基板と高熱伝導部材とを接合した。なお、絶縁基板には熱膨張係数が９×１０−６／℃のガラスセラミックスを使用した。
【００７８】
半導体素子は、高熱伝導部材の上側主面に搭載し、銀エポキシ樹脂接着剤で接着し固定して、配線導体の絶縁基板の上面に露出した部位に半導体素子の電極をアルミニウムのボンディングワイヤを介して電気的に接続した。
【００７９】
以上により、絶縁基板と高熱伝導部材とが、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されて成ることを特徴とする本発明の配線基板の実施例１の試料を作製した。
【００８０】
次に、同様にして、高熱伝導部材に、四角形状で、熱膨張係数が２０×１０−６／℃で熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋの銀を使用し、切削加工により、高熱伝導部材の上側主面の中央部に、半導体素子の下面に当接する上面の面積を半導体素子の下面の面積の７０％とした、高さが２０μｍの四角形状の凸部を形成した。また、高熱伝導部材の半導体素子の接着部の外周の外側の領域の４つの角部およびそれら角部間の中央部に、ロウ材の接合部と半導体素子の接着部との間の中央にその間隔の半分の大きさの孔径を持つ円形状の８個の貫通孔を打ち抜き加工し、この高熱伝導部材を用いて本発明の配線基板の実施例２の試料を作製した。
【００８１】
また、比較例として、上記と同じ材料および作製方法によって、絶縁基板に形成した貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間ではなく、絶縁基板の貫通穴の周囲の下面とその貫通穴を覆うような大きさの高熱伝導部材の外周部の上面とをロウ材を介して接合した従来の構造の配線基板（以下、比較例という）を作製した。
【００８２】
そして、本発明の実施例１・２および比較例について応力の集中特性を評価するために、ロウ材付け接合試験、半導体素子発熱試験、機械的衝撃試験を実施したところ、各試験においてロウ材接合部の剥離というような重大な問題は両者とも発生しなかった。
【００８３】
そこで、さらに詳細な比較を行なうために、ロウ材の接合部における絶縁基板側のクラックの発生の有無を評価した。その評価結果を表１に示す。
【００８４】
表１に示す結果において、ロウ付け接合試験については、高熱伝導部材と絶縁基板とをロウ材を介して接合する際に７００℃まで加熱し、次いで２５℃まで冷却した後に、絶縁基板の表面を倍率１０〜４０倍の顕微鏡を用いて観察し、クラックが有れば接合信頼性に問題が発生する可能性があるため「×」とし、クラックが無ければ実用上問題のない接合信頼性を有すると考えられることから「○」として評価した。
【００８５】
また、半導体素子発熱試験については、高熱伝導部材の上側主面に半導体素子を搭載して、半導体素子を初めの１サイクルに動作開始後５秒間で１２５℃まで上昇し、次いで停止後１５秒間で２５℃まで下降するように半導体素子への印加電流を初期設定し、これを連続で５０００サイクル繰り返して行なった後に、絶縁基板の表面を倍率１０〜４０倍の顕微鏡を用いて観察し、上記と同様にクラックが有れば「×」、無ければ「○」として評価した。
【００８６】
また、機械的衝撃試験については、高熱伝導部材の上側主面に半導体素子を搭載した配線基板を１０ｃｍの高さから落とした後に、絶縁基板の表面を倍率１０〜４０倍の顕微鏡を用いて観察し、上記と同様にクラックが有れば「×」、無ければ「○」として評価した。
【００８７】
【表１】
表１に示す結果から明らかなように、いずれの試験においても、比較例においてはクラックの発生が観察されたが、本発明の実施例１および２においては絶縁基板にクラックは発生しておらず、これにより本発明の実施例１および２においては、絶縁基板と高熱伝導部材との間のロウ材を介した接合部への応力の集中度が低く、絶縁基板と高熱伝導部材とが強固に接合されていることが確認できた。
【００８９】
次に、本発明の実施例１・２および比較例について、熱の吸収・放散特性を評価するために、半導体素子の動作試験を行なった。この半導体素子の動作試験は、高熱伝導部材の上側主面に半導体素子を搭載して、半導体素子が１２５℃で一定になるように半導体素子への印加電流を設定し、半導体素子の上面および高熱伝導部材の下側主面の温度を測定することにより、実施例１・２および比較例の配線基板としての熱抵抗を求めた。比較例に対して実施例１は１０％、実施例２は２０％、それぞれ配線基板の熱抵抗が低下しており、本発明の配線基板によれば、高熱伝導部材による半導体素子の熱の吸収・放散特性が改善されていることが確認された。
【００９０】
なお、本発明は上記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あれば種々の変更は可能である。例えば、上記の例では本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用したが、混成集積回路基板やＬＥＤ収納用容器等の他の用途に適用してもよい。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、上側主面の中央部に半導体素子が接着される、外周部に複数個の貫通孔が形成された板状の高熱伝導部材が、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、絶縁基板の上下主面間を貫通する貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因して発生する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時の配線基板の引っ張りおよび圧縮の熱応力は、高熱伝導部材の側面と絶縁基板の貫通穴の内面との接合面において、局所的な偏りがない均等な応力分布をもつこととなり、配線基板の熱収縮挙動は、高熱伝導部材の熱収縮と絶縁基板の熱収縮とが横方向（配線基板の主面に対して平行な方向）に並ぶ状態で発生するため、そのような熱収縮挙動によって配線基板には反りが発生しないものとすることができる。
【００９２】
また、配線基板が反らず、高熱伝導部材も反らないため、半導体素子を高熱伝導部材に接着して固定しても、熱伝導率の低い接着剤の厚みは接着面全体で均一で薄いものとすることができるため、半導体素子の動作時に発生する熱が薄い接着剤を経由して高熱伝導部材に伝わりやすく、接着剤の厚みが不均一で厚い場合に比較して、半導体素子の熱の吸収・放散性を高くすることができる。
【００９３】
また、発生した熱応力は、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面となっており、両者の間に部分的に応力が集中する箇所が存在しないことから、絶縁基板の貫通穴の内面および高熱伝導部材配線基板の側面に分散され、かつ、両者の間を接合しているロウ材が応力緩和層としても機能するため、効率良く減衰させることができる。
【００９４】
さらに、高熱伝導部材は、上側主面の外周部である半導体素子が接着される部位の外周の外側の領域、つまり、半導体素子の接着部である中央部とロウ材の接合部との間の部位に複数個の貫通孔が形成されていることから、高熱伝導部材と絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する、ロウ材による接合時および半導体素子動作時にロウ材接合部に発生する引っ張りおよび圧縮の熱応力は、複数個の貫通孔に分散させることができるため、効率よく減衰させて、配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００９５】
従って、ロウ材による接合時に高熱伝導部材と絶縁基板との界面が破壊したり、半導体素子等の電子部品の動作時に絶縁基板にクラックが発生したりすることによる絶縁基板と高熱伝導部材との接合信頼性の低下等を効果的に抑制することができる。
【００９６】
また、絶縁基板の上下主面と高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の側面とがロウ材を介して接合されていることから、配線基板に落下等により機械的衝撃が加わった場合においても、従来の配線基板のように、応力が集中しやすい高熱伝導部材の側面と絶縁基板の下側主面とで形成される段差部および絶縁基板の貫通穴の内面と高熱伝導部材の上側主面とで形成される段差部が存在しないので、絶縁基板の破壊の起点となる部位が無く機械的衝撃に強いものとすることができる。そして、高熱伝導性部材が配線基板の内部に収納される構造となるため、容易に小型化・薄型化を図ることが可能となる。
【００９７】
また、高熱伝導部材の前記上側主面の前記中央部に前記半導体素子の面積よりも小さい面積の、前記半導体素子の下面に上面が当接する凸部が形成されている場合には、半導体素子が接着剤により接着されて固定されていても、その接着剤から露出した凸部の上面が半導体素子の下面に当接していることから、半導体素子から発生した熱が高熱伝導部材の凸部に直接伝わるため、半導体素子が動作する際に発生する熱を熱伝導率の低い接着剤に阻害されることなく高熱伝導部材に伝えることができ、半導体素子から発生した熱を高熱伝導部材が効率よく吸収し放散することができる。
【００９８】
また、高熱伝導部材が四角形状であり、貫通孔が外周部の角部に形成されている場合には、角部に発生する局所的な引っ張りおよび圧縮の最大熱応力は、それら四角形状の高熱伝導部材の外周部の角部に形成された複数個の貫通孔に分散するため、極めて効率よく減衰させることができ、さらに確実に配線基板に反りが発生しないものとすることができる。
【００９９】
さらに、凸部が複数形成されている場合には、半導体素子が複数の凸部上に設置されることとなり、硬化後の接着剤の厚みが凸部の厚みよりも低くなるので、凸部が半導体素子に圧縮応力を加えるような場合においても、圧縮応力が複数の凸部に分散されるため、半導体素子への局所的な圧縮応力を低減することができ、半導体素子の動作信頼性をより高いものとすることができる。
【０１００】
以上により、本発明によれば、高熱伝導部材と絶縁基板とを強固に接合するとともに、半導体素子が発生する熱を効率良く吸収・放散し、半導体素子を長期にわたり正常、かつ安定に作動させることができる信頼性の高い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】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】従来の配線基板の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・絶縁基板
１ａ〜１ｄ・・・絶縁層
２・・・・・・・貫通穴
３・・・・・・・配線導体
３ａ・・・・・・ビアホール導体
３ｂ・・・・・・配線回路層
４・・・・・・・半導体素子
５、５’・・・・高熱伝導部材
６・・・・・・・ロウ材
７、７’・・・・配線基板
８・・・・・・・貫通孔
９・・・・・・・接着剤
１０・・・・・・・凸部
Claims (4)
- 上下主面間を貫通する貫通穴を有するとともに該貫通穴の周辺に配線導体が配設された絶縁基板に、上側主面の中央部に半導体素子が接着される外周部に複数個の貫通孔が形成された板状の高熱伝導部材が、前記絶縁基板の前記上下主面と前記高熱伝導部材の上下主面とがそれぞれ同一面をなすように、前記貫通穴の内面と前記高熱伝導部材の側面との間にロウ材を介して接合されて成ることを特徴とする配線基板。
- 前記高熱伝導部材の前記上側主面の前記中央部に前記半導体素子の面積よりも小さい面積の、前記半導体素子の下面に上面が当接する凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
- 前記高熱伝導部材が四角形状であり、前記貫通孔が前記外周部の角部に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の配線基板。
- 前記凸部が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板。
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