JP2018018910A - 配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子を安定的に作動させることが可能な配線基板を提供することを課題とする。【解決手段】コア絶縁板5の上下面にビルドアップ絶縁層6が積層されて成る絶縁基板1と、絶縁基板1の表面および内部に形成された配線導体2と、絶縁基板1の上面中央部に半導体素子Sの電極Tと接続される複数の半導体素子接続パッド3が配設されたパッド形成領域7を有するとともに、パッド形成領域7から離間した上面外周部に半導体素子Sを覆う金属キャップMが接合される接合領域8を有する配線基板Aであって、コア絶縁板5は、パッド形成領域7および接合領域8に対応する領域が25〜130GPaのヤング率を有する高弾性材料から成り、パッド形成領域7と接合領域8との間に対応する領域が、パッド形成領域7の外周に沿って断続的に配置された、0.1〜15GPaのヤング率を有する低弾性材料から成る緩衝領域9を含む。【選択図】図1
Description
本発明は、半導体素子および半導体素子を覆う金属キャップが接続される配線基板に関するものである。
近年、高機能化が進むコンピューターやゲーム機等に搭載される半導体素子は、同時に多量の演算処理を行える一方で発熱量も増大している。このため、半導体素子および半導体素子が接続された配線基板には熱伸縮が生じるが、両者の熱伸縮差により熱応力が生じて、配線基板に変形が発生しやすくなる。
配線基板の変形が大きくなると、配線基板を外部回路基板に二次実装することが困難になることから、配線基板の上面には半導体素子から生じる熱を放熱するとともに、変形を矯正するための金属キャップが接続される。
配線基板の変形が大きくなると、配線基板を外部回路基板に二次実装することが困難になることから、配線基板の上面には半導体素子から生じる熱を放熱するとともに、変形を矯正するための金属キャップが接続される。
図2(a)および(b)に、このような半導体素子S、および金属キャップMが接続された従来の配線基板Bを示す。
配線基板Bは、絶縁基板21と、配線導体22と、半導体素子接続パッド23と、外部接続パッド24とを備えている。配線基板Bの熱膨張係数は、およそ15ppm/℃程度である。
配線基板Bは、絶縁基板21と、配線導体22と、半導体素子接続パッド23と、外部接続パッド24とを備えている。配線基板Bの熱膨張係数は、およそ15ppm/℃程度である。
絶縁基板21は、コア絶縁板25およびビルドアップ絶縁層26を備えている。絶縁基板21の上面中央部には、複数の半導体素子接続パッド23が配設されたパッド形成領域27を有している。パッド形成領域27から離間した絶縁基板21の上面外周部には、金属キャップMが接合される接合領域28を有している。
コア絶縁板25は、配線基板Bの平坦性を保持するために高弾性材料で形成されている。コア絶縁板25は、複数のスルーホール29を有している。
ビルドアップ絶縁層26は、コア絶縁板25の上下面に積層されている。ビルドアップ絶縁層26は、複数のビアホール30を有している。
コア絶縁板25は、配線基板Bの平坦性を保持するために高弾性材料で形成されている。コア絶縁板25は、複数のスルーホール29を有している。
ビルドアップ絶縁層26は、コア絶縁板25の上下面に積層されている。ビルドアップ絶縁層26は、複数のビアホール30を有している。
配線導体22は、コア絶縁板25の表面およびスルーホール29内、ならびにビルドアップ絶縁層26の上下表面およびビアホール30内に形成されている。これにより、絶縁基板21の上下表面の配線導体22同士が電気的に接続される。
半導体素子接続パッド23は、パッド形成領域27に配線導体22と一体的に形成されている。半導体素子接続パッド23は、半導体素子Sの電極Tと半田を介して接続される。半導体素子Sは、シリコンから成り、その熱膨張係数は、およそ3ppm/℃程度である。半導体素子Sと配線基板Bとの間は、絶縁性の熱硬化性樹脂Rで充填され、この熱硬化性樹脂Rおよび半田により半導体素子Sと配線基板Bとが互いに固定されている。
金属キャップMは、半導体素子Sの上面を覆うキャップ部Maおよび配線基板Bと接合する接合部Mbを有している。キャップ部Maの下面と半導体素子Sの上面とは固定されず熱伝導性のグリース(不図示)を介して熱的に接触されており、半導体素子Sから発生する熱の放熱を行っている。接合部Mbと接合領域28とは、接着剤により固定されている。
金属キャップMは、例えば銅から成り、その熱膨張係数は、およそ17ppm/℃程度である。
金属キャップMは、例えば銅から成り、その熱膨張係数は、およそ17ppm/℃程度である。
外部接続パッド24は、絶縁基板21の下面に配線導体22と一体的に形成されている。外部接続パッド24は、外部回路基板(不図示)の電極に半田を介して接続される。
これにより、半導体素子Sと外部回路基板とが電気的に接続される。
これにより、半導体素子Sと外部回路基板とが電気的に接続される。
ところで、半導体素子Sの発熱や冷熱時には、上述した半導体素子Sおよび配線基板Bに加えて、金属キャップMに熱伸縮が生じる。配線基板Bは半導体素子Sよりも大きく熱伸縮し、金属キャップMは配線基板Bよりも大きく熱伸縮する。その結果、互いに固定されている半導体素子Sと配線基板Bとの間には両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生する。この熱応力は、半導体素子Sの外周角部に対応する位置に大きく集中して作用する。さらに、互いに固定されている配線基板Bと金属キャップMとの間にも両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生する。この熱応力も、高弾性材料から成る配線基板Bを介して半導体素子Sの外周角部に対応する位置に大きく集中して作用する。そしてこれらの熱応力が重畳して作用する結果、半導体素子Sの外周角部に対応する位置において、半導体素子Sの電極Tと半導体素子接続パッド23との接続間に亀裂が生じることがあり、半導体素子Sが安定的に作動できないという問題がある。
本発明は、半導体素子の外周角部に対応する位置に集中して作用する熱応力を低減することで、半導体素子と配線基板との電気的な接続を保持して半導体素子を安定的に作動させることが可能な配線基板を提供することを課題とする。
本発明の配線基板は、コア絶縁板の上下面にビルドアップ絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、絶縁基板の表面および内部に形成された配線導体と、絶縁基板の上面中央部に、半導体素子の電極と接続される複数の半導体素子接続パッドが配設されたパッド形成領域を有するとともに、パッド形成領域から離間した上面外周部に、半導体素子を覆う金属キャップが接合される接合領域を有する配線基板であって、コア絶縁板は、パッド形成領域および接合領域に対応する領域が、25〜130GPaのヤング率を有する高弾性材料から成るとともに、パッド形成領域と接合領域との間に対応する領域が、パッド形成領域の外周に沿って断続的に配置された、0.1〜15GPaのヤング率を有する低弾性材料から成る緩衝領域を含むことを特徴とするものである。
本発明の配線基板によれば、パッド形成領域と接合領域との間に対応する領域に、パッド形成領域の外周に沿って断続的に配置された、0.1〜15GPaのヤング率を有する低弾性材料から成る緩衝領域を含んでいる。このため、配線基板と金属キャップとの熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩衝領域で吸収することができる。これにより、半導体素子の外周角部に対応する位置に作用する熱応力を小さいものとし、半導体素子と配線基板との電気的な接続を保持して半導体素子を安定的に作動させることが可能な配線基板を提供することができる。
次に、本発明に係る配線基板の一例を、図1(a)および(b)を基に説明する。
配線基板Aは、絶縁基板1と、配線導体2と、半導体素子接続パッド3と、外部接続パッド4とを備えている。配線基板Aの熱膨張係数は、およそ15ppm/℃程度である。
配線基板Aは、絶縁基板1と、配線導体2と、半導体素子接続パッド3と、外部接続パッド4とを備えている。配線基板Aの熱膨張係数は、およそ15ppm/℃程度である。
絶縁基板1は、コア絶縁板5およびビルドアップ絶縁層6を備えている。絶縁基板1の上面中央部には、複数の半導体素子接続パッド3が配設されたパッド形成領域7を有している。パッド形成領域7から離間した絶縁基板1の上面外周部には、金属キャップMが接合される接合領域8を有している。
コア絶縁板5において、パッド形成領域7および接合領域8に対応する領域は、例えばガラス繊維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、圧力下で熱硬化させた高弾性材料から成る。この領域のヤング率は、25〜130GPaである。
これにより、パッド形成領域7および接合領域8の平坦性を保持して、半導体素子Sや金属キャップMの接合性を確保することができる。
コア絶縁板5において、パッド形成領域7と接合領域8との間には、パッド形成領域7の外周に沿って断続的に形成された緩衝領域9を有している。緩衝領域9は、例えばポリイミド樹脂やフッ素樹脂等を熱硬化させたガラス繊維を含まない低弾性材料から成る。この緩衝領域9のヤング率は、0.1〜15GPaである。
コア絶縁板5は、複数のスルーホール10を有している。
このようなコア絶縁板5は、例えば次のように形成される。
まず、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させて熱硬化した高弾性板を用意する。
次に、緩衝領域9に対応する部分をレーザー加工により切断除去して高弾性板に空所を形成する。このとき、パッド形成領域7および接合領域8に対応する部分は、完全に分離せずに接続箇所を残しておく。これにより、パッド形成領域7の位置精度のバラツキを抑制できる。
次に、緩衝領域9に対応する形状に成形したポリイミド樹脂から成る低弾性樹脂シートを用意して空所に入れる。
次に、低弾性樹脂シートが嵌装された高弾性板を加熱しながら平板にてプレスする。
最後に、ドリル加工やブラスト加工、あるいはレーザー加工により複数のスルーホール10を形成することでコア絶縁板5が形成される。
これにより、パッド形成領域7および接合領域8の平坦性を保持して、半導体素子Sや金属キャップMの接合性を確保することができる。
コア絶縁板5において、パッド形成領域7と接合領域8との間には、パッド形成領域7の外周に沿って断続的に形成された緩衝領域9を有している。緩衝領域9は、例えばポリイミド樹脂やフッ素樹脂等を熱硬化させたガラス繊維を含まない低弾性材料から成る。この緩衝領域9のヤング率は、0.1〜15GPaである。
コア絶縁板5は、複数のスルーホール10を有している。
このようなコア絶縁板5は、例えば次のように形成される。
まず、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させて熱硬化した高弾性板を用意する。
次に、緩衝領域9に対応する部分をレーザー加工により切断除去して高弾性板に空所を形成する。このとき、パッド形成領域7および接合領域8に対応する部分は、完全に分離せずに接続箇所を残しておく。これにより、パッド形成領域7の位置精度のバラツキを抑制できる。
次に、緩衝領域9に対応する形状に成形したポリイミド樹脂から成る低弾性樹脂シートを用意して空所に入れる。
次に、低弾性樹脂シートが嵌装された高弾性板を加熱しながら平板にてプレスする。
最後に、ドリル加工やブラスト加工、あるいはレーザー加工により複数のスルーホール10を形成することでコア絶縁板5が形成される。
ビルドアップ絶縁層6は、例えば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有する樹脂フィルムをコア絶縁板5の上に貼着して熱硬化させた電気絶縁材料から成る。ビルドアップ絶縁層6は、複数のビアホール11を有している。ビアホール11は、レーザー加工により形成される。
配線導体2は、例えば周知のセミアディティブ法により、銅等の良導電性金属から成り、コア絶縁板5の表面およびスルーホール10内、ならびにビルドアップ絶縁層6の上下表面およびビアホール11内に形成されている。これにより、コア絶縁板5の上下表面の配線導体2同士が電気的に接続される。
半導体素子接続パッド3は、パッド形成領域7に配線導体2と一体的に形成されている。半導体素子接続パッド3は、半導体素子Sの電極Tと半田を介して接続される。半導体素子Sは、例えばシリコンやゲルマニウムから成る。半導体素子Sの熱膨張係数は、およそ3〜6ppm/℃程度である。半導体素子Sと配線基板Aとの間は、絶縁性の封止用樹脂Rで充填される。
金属キャップMは、半導体素子Sの上面を覆うキャップ部Maおよび配線基板Aと接合する接合部Mbを有している。キャップ部Maの下面と半導体素子Sの上面とは固定されず熱伝導性のグリース(不図示)を介して熱的に接続されており、半導体素子Sから発生する熱の放熱を行っている。接合部Mbと接合領域8とは、接着剤により固定されている。金属キャップMは、例えば銅から成る。金属キャップMの熱膨張係数は、およそ17ppm/℃程度である。
外部接続パッド4は、絶縁基板1の下面に配線導体2と一体的に形成されている。外部接続パッド4は、外部回路基板(不図示)の電極に半田を介して接続される。
これにより、半導体素子Sと外部回路基板とが電気的に接続される。
これにより、半導体素子Sと外部回路基板とが電気的に接続される。
このように、本発明に係る配線基板Aによれば、パッド形成領域7と接合領域8との間に対応する領域に、パッド形成領域7の外周に沿って断続的に形成された、0.1〜15GPaのヤング率を有する低弾性材料から成る緩衝領域9を含んでいる。このため、配線基板Aと金属キャップMとの熱膨張係数の差に起因する応力を緩衝領域9で吸収することができる。これにより、半導体素子Sの外周角部に対応する位置に作用する熱応力を小さいものとし、半導体素子と配線基板との電気的な接続を保持して半導体素子を安定的に作動させることが可能な配線基板を提供することができる。
なお、本発明は上述の実施形態の一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、上述の実施形態の一例では、絶縁基板1の表面にソルダーレジスト層が無い例を示したが、絶縁基板1表面のいずれか一方、あるいは両方にソルダーレジスト層を有していても構わない。
1 絶縁基板
2 配線導体
3 半導体素子接続パッド
5 コア絶縁板
6 ビルドアップ絶縁層
7 パッド形成領域
8 接合領域
9 緩衝領域
A 配線基板
M 金属キャップ
S 半導体素子
T 電極
2 配線導体
3 半導体素子接続パッド
5 コア絶縁板
6 ビルドアップ絶縁層
7 パッド形成領域
8 接合領域
9 緩衝領域
A 配線基板
M 金属キャップ
S 半導体素子
T 電極
Claims (1)
- コア絶縁板の上下面にビルドアップ絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、
該絶縁基板の表面および内部に形成された配線導体と、
前記絶縁基板の上面中央部に、半導体素子の電極と接続される複数の半導体素子接続パッドが配設されたパッド形成領域を有するとともに、前記パッド形成領域から離間した上面外周部に、前記半導体素子を覆う金属キャップが接合される接合領域を有する配線基板であって、
前記コア絶縁板は、前記パッド形成領域および接合領域に対応する領域が、25〜130GPaのヤング率を有する高弾性材料から成るとともに、前記パッド形成領域と前記接合領域との間に対応する領域が、前記パッド形成領域の外周に沿って断続的に配置された、0.1〜15GPaのヤング率を有する低弾性材料から成る緩衝領域を含むことを特徴とする配線基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016146894A JP2018018910A (ja) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016146894A JP2018018910A (ja) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 配線基板 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2016146894A Pending JP2018018910A (ja) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 配線基板 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019155947A1 (ja) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | 日東電工株式会社 | カーボンナノチューブ集合体 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006108460A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2009158571A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Fujitsu Ltd | 配線基板および配線基板の製造方法 |
JP2011135034A (ja) * | 2009-11-25 | 2011-07-07 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 半導体パッケージおよび半導体装置 |
-
2016
- 2016-07-27 JP JP2016146894A patent/JP2018018910A/ja active Pending
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WO2019155947A1 (ja) | 2018-02-06 | 2019-08-15 | 日東電工株式会社 | カーボンナノチューブ集合体 |
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