JP2559977C

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Publication number: JP2559977C
Authority: JP
Original assignee: インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション
Publication date: 1999-04-12

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】本発明は半導体チップのパッケージに、特にセラミックパッケージの構造にお
ける配線とバイアの接続に関わる。【０００２】【発明が解決しようとする課題】現在の多層セラミックパッケージにおいては、パッケージの密度を増大するた
めに、パッケージ上のスペースを最大限度に使用するための目的で、導電線が細
線化されようとしている。【０００３】ここで問題となるのは、回路導体の細線化と多層ガラスセラミックパッケージ
の形成のしくみの観点で、細い導体が大きなバイアに接続される時、配線とバイ
アの接続におけるクラックによる断線の欠陥が生じる傾向があることである。発
生する可能性のある一つの問題は、大きな銅の粒子が用いられることである。さ
らに、配線とバイアの接続箇所で配線が薄くなることと、不純物汚染によって断
線が生じることである。【０００４】図１に示すように、多層セラミックパッケージ１０には、配線１４、１５、１
６にそれぞれ接続された一組のバイア１１、１２、１３があり、これ等の配線１
４−１６は非常に細く、一例として７６μｍ（３ミル）の幅しかない。図に示し
たように、バイアの幅は配線よりはるかに大きく、配線とバイアの間の接続個所
または界面に起きるクラックの問題が回路断線を望ましくない程度にまでしてし
まう。【０００５】図３は、従来技術の図１を９０度回転させた部分平面図である。図４は、図３
の線４−４に沿った断面図であり、従来技術の配線とバイアの接続の厚さを表す
。図３と図４は、一つの従来技術である、配線とバイアの接続と共に、図１のパ
ッケージの平面および断面の一部を示す。図１のバイア１２は、配線１５に接続
されており、この配線１５は薄く、厚さｔ₁が約１２μｍ（０．５ミル）である
。【０００６】【課題を解決するための手段】本発明によると、半導体セラミックパッケージの基板は、基板を通り抜けて通
じる導電性金属を焼結して成るバイアと、表面に金属の導電エレメント（配線）
を備えている。バイアはある既定のパターンで、導電エレメントに接続されてい
る。改良点は、バイアがその表面に、導電性のキャップを持っていることである
。この導電性キャップは、バイアと導電エレメントを接合する。バイアのそれぞ
れが、それと接続する関連導体と接続する位置で、そのキャップはバイアの直径
より幅が実質的に大きくなっている。【０００７】さらに、本発明によると、半導体ガラスセラミックパッケージ基板では、基板
を通り抜けて通じる導電性金属を焼結されて成るバイアと、その表面に金属の導
電エレメントを備えている。バイアはある既定のパターンで導電エレメントに接
続されている。改良点は、バイアがその表面に導電性バイアキャップを持ってい
ることである。そのキャップは、バイアと導電エレメントを接合する。バイアの
それぞれが配線と接続される位置で、その導電性キャップは、バイアの直径の１．５倍から２倍の位の幅になっている。【０００８】基板を通り抜けて通じる導電性金属を焼結して成るバイアと、その表面に導電
エレメントを備える半導体セラミックパッケージにおいて、そのバイアは、ある
既定のパターンで導電エレメントに接続されている。改良点は、バイアは表面に
導電性バイアキャップを持っていることである。バイアキャップと導電エレメン
トが接合される位置で、そのバイアキャップの断面積は導電エレメントの断面積
より実質的に大きくなっている。【０００９】要約すれば、半導体セラミックパッケージ基板には、基板を通り抜けて通じる
導電性金属を焼結した通常のバイアがある。その基板の表面には、導電エレメン
トより成る通常の金属の導電性配線がある。それぞれのバイアはセラミックパッ
ケージの表面にある導電性バイアキャップを通じて、既定のパターンで導電エレ
メントに接続される。キャップは各導電エレメントを各バイアに接続する。その
キャップは、バイアと導電エレメントが接合される位置で、バイアの直径より実
質的に幅が大きくなっている。そのキャップはまた、導電エレメントより実質的
に厚く、幅が大きくなっている。【００１０】【実施例】図２において、多層セラミックパッケージ２０には、点線（隠れ線）に示した
一組のバイア２１、２２、２３があり、これらは非常に細い、例えば７６μｍ（
３ミル）幅の電導性の配線２４−２６にそれぞれ接続されている。導電性配線２
４−２６のそれぞれのバイア側の終点位置にある、本発明にもとづいて備えられ
た新しいバイアキャップ２７−２９は、導電性配線２４−２６よりかなり幅が大
きくなっている。図に示すように、バイア２１、２２、２３は、それぞれの配線
２４−２６のバイアキャップ２７−２９より、はるかに狭く（幅が小さく）なっ
ている。従って、このキャップの厚い構造の結果として、配線と対応するバイア
の間の接合または界面におけるクラックの問題は、もはや、不所望な程度にまで
回路断線を生ずることはない。【００１１】配線とバイアの接続は、この配線とバイアの接合附近およびこの接合点で厚い
ペースト付着および大きな断面積をもつように設計され直されるので、潜在的あ
るいは顕在的な断線欠陥を減少させることができる。導電性配線の大きくされた
バイアキャップ２７−２９の寸法は、望ましくは配線のオフセット部分の長さＸ
とバイアキャップの直径Ｙが、次の関係を持つごときものである。Ｘ＝（α）Ｙここで、 α＝約１．５から２Ｘ＝配線のオフセット部分の長さＶ＝バイアの直径Ｙ＝バイアキャップの直径Ｙ＞Ｖ（Ｙはバイアの直径Ｖより大きい）ただし、Ｙは、バイア２１−２３を覆う部分の大きくされたバイアキャップの幅に等し
い。【００１２】図５は、図２のパッケージの部分平面図である。図６は、線６−６に沿った図
５の断面図であり、図２で示された本発明の実施例で使われる配線とバイアの接
続の厚さを示す。【００１３】図５および図６には、バイア２１とバイアキャップ２７を含む多層セラミック
パッケージの部分が示されている。バイアキャップ２７は配線２４に接続されて
いるが、しかしこの導電性配線２４は薄く、例えば１２μｍ（０．５ミル）の厚
さしかない。厚さ約２５−５０μｍ（１−２ミル）のバイアキャップ２７は、厚
さ約１２μｍ（０．５ミル）の導電性配線２４よりかなり厚い。バイアキャップ
２７（キャップ２８および２９等も同様に）がこのように厚いので、配線２４と
対応するバイア２１間の接合または界面におけるクラックの問題は、もはや回路
断線がほとんど同じ程度に生じる程には至らない。【００１４】前記のように、図５と図６の回路の複数のパラメータは、重要な関係を持って
いる。その複数のパラメータは以下の通りである。Ｖ＝バイアの直径＝７５−１７５μｍ（３−７ミル）Ｙ＝バイアキャップの直径＝１２５−２２５μｍ（５−９ミル）Ｘ＝配線のオフセット部分の長さ＝１８８−３３８μｍ（７．５−１３．５
ミル）ｗ＝配線の幅＝７５−１２５μｍ（３−５ミル）ｔ₁＝配線の厚さ＝１２μｍ（０．５ミル）ｔ₂＝バイアキャップの厚さ＝２５− ５０μｍ（１−２ミル）ここでｔ₂≧２ｔ₁ 【００１５】本発明は、上記の実施例を用いて記述されたが、本発明が特許請求の範囲の精
神およびその範囲内で、変更して実施されうることは勿論である。

【図面の簡単な説明】【図１】従来技術の半導体回路パッケージの配線とバイアの接続を示す平面図である。【図２】本発明にもとづいて構成された半導体回路パッケージの配線とバイアの接続を
示す平面図である。【図３】図１の従来技術のパッケージの一部を９０度回転させた平面図である。【図４】従来技術の配線とバイアの接続の厚さを示すために、図３を線４−４に沿って
見た断面図である。【図５】図２のパッケージの部分平面図である。【図６】本発明にもとづく配線とバイアの接続の厚さを示すために、図５を線６−６に
沿って見た断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】（ａ）バイアの少なくとも一方の端が露出されて前記基板の表面を実質的に共有
するように、基板の内側を経てバイアを形成するステップと、（ｂ）前記露出されたバイアが完全に包まれるように前記露出されたバイアをお
おってバイアキャップを形成することによって、前記バイアキャップが実質的に
前記バイアよりも大きくなるようにするステップと、（ｃ）前記バイアキャップを通り抜けて前記バイアに電気的に接続するように配
線を形成するステップとを有し、ここで前記バイアキャップの寸法は、配線のオフセット部分の長さＸとバイアキャッ
プの直径Ｙが、次の関係：Ｘ＝（α）Ｙここで、 α＝約１．５から２Ｘ＝配線のオフセット部分の長さＶ＝バイアの直径Ｙ＝バイアキャップの直径Ｙ＞Ｖ（Ｙはバイアの直径Ｖより大きい）ただし、Ｙは、バイアをおおう部分の大きくされたバイアキャップの幅に等しいとして
特定される、バイアに係るクラックを除去する方法。【請求項２】前記基板はセラミック基板である、請求項１記載の方法。【請求項３】前記基板はガラスセラミック基板である、請求項１記載の方法。【請求項４】前記バイアは第１の直径を持ち、前記バイアキャップは前記バイアと接合され
る位置において第２の直径を持つことによって、前記第２の直径が前記第１の直
径より実質的に１．５倍から２倍の位の幅である、請求項１記載の方法。【請求項５】前記バイアキャップは、前記バイアキャップと前記バイアとの間の接合位置に
おいて前記バイアの直径よりも実質的に大きい幅を持つ、請求項１記載の方法。【請求項６】前記バイアキャップは、一方の端においては前記バイアをおおって実質的に丸
い形状であって、反対の端においては実質的に四角い形状である、請求項１記載の方法。【請求項７】前記バイアは約７５μｍから約１７５μｍの間の直径を持ち、前記バイアキャ
ップは約１２５μｍから約２２５μｍの間の直径を持つ、請求項１記載の方法。【請求項８】前記配線の幅が約７５μｍから約１２５μｍの間の幅を持つ、請求項７記載の方法。【請求項９】前記バイアキャップが約２５μｍから約５０μｍの間の厚さを持つ、請求項７
記載の方法。【請求項１０】前記ステップ（ｂ）と前記ステップ（ｃ）とが、同時に実行される、請求項１記載の方法。【請求項１１】バイアの少なくとも一方の端が露出されて実質的に前記基板の表面に平行にな
るように基板中にはめこまれた、バイアと、前記バイアより実質的に大きくなっていて前記バイアを完全に覆う、バイアキ
ャップと、前記バイアキャップを通じて前記バイアへの電気的な接続を与える、導電配線
とを有し、ここで前記バイアキャップの寸法は、導電配線のオフセット部分の長さＸとバイアキ
ャップの直径Ｙが、次の関係：Ｘ＝（α）Ｙここで、 α＝約１．５から２Ｘ＝導電配線のオフセット部分の長さＶ＝バイアの直径Ｙ＝バイアキャップの直径Ｙ＞Ｖ（Ｙはバイアの直径Ｖより大きい）ただし、Ｙは、バイアをに覆う部分の大きくされたバイアキャップの幅に等しいとして
特定される、バイアに係るクラックを除去する構造。【請求項１２】前記基板はセラミック基板である、請求項１１記載の構造。【請求項１３】前記基板はガラスセラミック基板である、請求項１１記載の構造。【請求項１４】前記バイアは第１の直径を持ち、前記バイアキャップは前記バイアと接合され
る位置において第２の直径を持つことによって、前記第２の直径が前記第１の直
径より実質的に１．５倍から２倍の位の幅である、請求項１１記載の構造。【請求項１５】前記バイアキャップは、前記バイアキャップと前記バイアとの間の接合位置に
おいて前記バイアの直径よりも実質的に大きい幅を持つ、請求項１１記載の構造。【請求項１６】前記バイアキャップは、一方の端においては前記バイアをおおって実質的に丸
い形状であって、反対の端においては実質的に四角い形状である、請求項１１記載の構造。【請求項１７】前記バイアは約７５μｍから約１７５μｍの間の直径を持ち、前記バイアキャ
ップは約１２５μｍから約２２５μｍの間の直径を持つ、請求項１１記載の構造。【請求項１８】前記配線の幅が約７５μｍから約１２５μｍの間の幅を持つ、請求項１７記載の構造。【請求項１９】前記バイアキャップが約２５μｍから約５０μｍの間の厚さを持つ、請求項１
７記載の構造。【請求項２０】基板を通り抜けて通じる導電性金属を焼結して成るバイアと、表面に金属の導
電エレメントを持ち、前記バイアが既定のパターンで、導電エレメントに接続さ
れている、半導体ガラスセラミックパッケージの基板において、それぞれの前記
バイアが、前記導電エレメントと前記バイアを結合する導電性キャップをその表
面に持っており、前記キャップは、前記バイアと前記導電エレメントが接合され
る位置において、前記バイアの直径の１．５倍から２倍の位の幅を持っていて、
ここで前記導電性キャップの寸法は、導電エレメントのオフセット部分の長さＸと導
電性キャップの直径Ｙが、次の関係：Ｘ＝（α）Ｙここで、 α＝約１．５から２Ｘ＝導電エレメントのオフセット部分の長さＶ＝バイアの直径Ｙ＝導電性キャップの直径Ｙ＞Ｖ（Ｙはバイアの直径Ｖより大きい）ただし、Ｙは、バイアに結合された導電性キャップの幅に等しいとして特定される、半導体ガラスセラミックパッケージ基板。