JP3163075B2 - 金属製スティフナ付き配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子（半導
体集積回路素子）等の電子部品の実装に用いられる金属
製スティフナ付き配線基板（ＩＣパッケージ）に関す
る。詳しくは配線基板に金属製スティフナ（補強板又は
支持体ともいわれる）が接着（接合）され、その金属製
スティフナに形成された穴若しくは切欠き等の開口の部
位に、半導体素子、要すればさらには別の電子部品（電
子素子）を実装するのに使用される金属製スティフナ付
き配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、この種の金属製スティフナ付き
配線基板１の一例を示したものであり、図示しない配線
層を有する配線基板（以下、単に基板ともいう）１１の
上面１３に、例えば中央に開口２５を備えて平面視、枠
状に形成されてなる金属製スティフナ２１が接着された
ものである。このものは、その後、開口２５内における
基板１１の上に半導体素子１００がフリップチップ接合
方式で接続されて表面実装され、さらに半導体素子１０
０から発生する熱を放熱させるべく同素子の上面に放熱
フィンなどをもつ放熱部材１２０が取りつけられる。な
お、このような放熱部材１２０は、放熱効率の向上のた
めや重量が半導体素子１００のみにかからないようにス
ティフナ２１の上面にも接着されて取り付けられること
がある。

【０００３】一方、配線基板１１に接着される金属製ス
ティフナ（以下、単にスティフナともいう）２１は、銅
若しくは銅合金などの薄板を切断して形成され、表面に
メッキ層が形成されたものである。このスティフナ２１
は、従来は加工精度の点などから、放電加工やレーザー
加工などで所定形状に切断、形成されていたが、近時は
コストダウンのため、プレスによる打ち抜きで切断（せ
ん断）形成されるようになってきている。このスティフ
ナ２１は、接着剤３１を介して基板１１に接着される
が、打ち抜きで切断形成されたスティフナを用いた場合
には従来次のような問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、基板１１に
対するスティフナ２１の接着面においてはその外縁から
接着剤３１が流出（染み出し）しないように、接着面の
外縁２１ａ、２１ｂより若干内側（接着面の中央寄り部
位）に控えるようにして接着剤が塗布され、或いは基体
（樹脂シート）に接着剤を含ませた接着シートが介装さ
れるが、図３中の拡大図に示したように、同外縁２１
ａ、２１ｂの一部から接着剤３１が流出し、外観不良が
発生する問題があった。また、特にスティフナ２１を基
板１１に接着した後に、半導体素子１００を搭載するタ
イプのものでは、外縁２１ｂから流れ出した接着剤３１
が半導体素子１００と基板１１とを接続する端子（ハン
ダバンプなど）を覆ってしまい、半導体素子１００と基
板１１との電気的接続が不良となることがあった。本願
発明者らにおいてこの問題の発生原因について種々の角
度から検討した結果、次のことが判明した。

【０００５】このような打ち抜き品は、その製造形態に
起因し、図４に誇張して示したように切断面（輪郭）２
６、２７に沿ってその一方（図４下）の平面（図４下の
主面）２３の寄り縁には不可避的にダレ２９が発生し、
他方の平面２４の寄り縁には同平面２４から突出するよ
うにバリ（かえり）２０が不可避的に発生する。このよ
うなバリ２０は高さや幅が最小で数μｍで最大でも５〜
２５μｍ程度と極めて微小であることから、従来はこれ
を除去することなく、しかもダレ又はバリの発生側の平
面を区別することなくして基板１１に接着していた。

【０００６】一方、接着剤の流出のある金属製スティフ
ナ付き配線基板を調査してみると、そのバリ２０が上面
にあるもの、つまりバリ２０が基板１１の接着面側にな
いものに集中していることが判明した。そこで、さらに
調査した結果、その流出状況は表面側におけるバリ２０
の高い部位及びその近傍で多いこと、さらには、そのよ
うな流出のあるものでは、その流出側が低位となすよう
にスティフナ２１の表面に僅かではあるが傾斜がつくこ
とも判明した。こうした問題の発生原因は次のように考
えられる。

【０００７】プレスによる打ち抜きで切断形成される金
属製スティフナに発生するバリが、一方の平面から突出
する高さ（以下単にバリの高さという）は、打ち抜きに
用いるポンチやダイスの状況（摩耗状態など）によるた
め、スティフナ２１の平面的輪郭に沿って一定ではな
い。すなわち、バリのうちの一部のみ、或いはスティフ
ナの一辺に沿う部位のバリが、相対的に高くなることが
ある。一方、接着する際には、プレス機械により高精度
に仕上られた金属製可動盤の押圧用平面をスティフナの
上側の平面に当接させて押付ける。このようにしてステ
ィフナの平面を押圧する際には、押圧用平面がバリの高
いところに強く当ることから、そのバリの部位に押圧力
が集中する、いわゆる片当り（片効き）状態となり、そ
の部位及び近傍にある接着剤が強く押しつけられるため
に流出する。接着剤流出の発生原因はこのように考えら
れる。

【０００８】そして、このような流出があると、流出部
分ではその分接着剤３１の層の厚さが薄くなるために、
スティフナ２１が傾斜し、放熱部材１２０を接着した際
の精度が低下してしまう。なお、こうした問題を解消す
るには、事前にスティフナ２１のバリ取り（面取り）を
することも考えられるが、そのようにすれば工程数が増
加し、コストアップを招いてしまう。

【０００９】本発明は、前記問題点及びその発生原因に
着目してなされたもので、その目的は、打ち抜きで切断
形成された金属製スティフナのバリ取り作業を要するこ
となく、それの基板への接着時における片当りを防止
し、接着剤の接着面の外縁への流出の防止、さらにはス
ティフナの傾斜のない、金属製スティフナ付き配線基板
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明は、配線基板に、打ち抜きで切断形成された
金属製スティフナが接着剤の層を介して接着されてなる
半導体素子実装用の金属製スティフナ付き配線基板にお
いて、前記接着剤の層を、前記金属製スティフナの接着
面の外縁より内側に存在させ、前記金属製スティフナ
を、その打ち抜き切断面のバリが突出する側の平面を配
線基板側にして接着してなることを特徴とする。

【００１１】本発明においては、このように金属製ステ
ィフナが接着されているため、プレス機械側の押圧用平
面で押付ける際には、同押圧用平面がスティフナのバリ
に当接することなく、常に、ダレ発生側の平面に当接し
て略均一に押付けられたものである。したがって、従来
のように高さの高いバリ部位に押圧用平面が当接して押
圧するために片当り状態となることが防止される結果、
接着剤の接着面の外縁への流出といった問題を解消でき
るとともに、スティフナの傾斜も防止できる。

【００１２】なお、接着後における前記接着剤の層の厚
さは、結果として均一となるが、その厚さ（平均厚さ）
は、前記バリの最大高さより大きく（厚く）なるように
するとよい。ここにバリの最大高さとは、金属製スティ
フナの平面から突出するバリのうち同平面からの最大の
高さをいう。このようにしておけば、バリは高さ的にみ
るとその先端が接着剤の層にあるに止まり、配線基板へ
食い込むなどの影響がないためである。しかも、本発明
においては、ダレ発生側の平面を押圧する時に片当り状
態とならないことに加えて、このバリが接着剤の流出
（染み出し）防止のダム作用をなすため、接着剤の流出
の発生を積極的に防止する効果もある。

【００１３】このダム作用の点からは、接着剤の層の厚
さは、前記金属製スティフナのバリの高さに近いほうが
よい。一方、バリの高さは経験的にみると、数μｍ〜２
０μｍ程度の範囲でバラツキがある。したがって、接着
剤の層の厚さはバリの高さによって適宜の厚さに変えれ
ばよいが、バリのダム作用及びバリの高さのバラツキを
考慮すると、接着剤の層の厚さは５０μｍ以上に設定す
るのが好ましい。ただし、あまり厚いとダム作用も期待
できないし、接着の安定性も低下する。これらのことよ
り、接着剤の層の厚さは５０〜１５０μｍ、さらには８
０〜１２０μｍとするのが好ましい。本発明の請求項３
に記載の発明は、配線基板に、打ち抜きで切断形成され
た金属製スティフナが接着剤で接着されてなる半導体素
子実装用の金属製スティフナ付き配線基板において、前
記金属製スティフナを、その打ち抜き切断面のバリが突
出する側の平面を配線基板側にして接着し、前記接着剤
の層の厚さを、前記バリの最大高さより大きくし、前記
接着剤の層の厚さを５０〜１５０μｍとしたことを特徴
とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１、２を
参照しながら詳細に説明する。図１は、本形態の金属製
スティフナ付き配線基板１を示す断面図及びその要部の
拡大図、図２は図１の一部破断平面図である。この金属
製スティフナ付き配線基板１は複数の配線層を有して公
知の手法によって積層、形成されたオーガニック基板１
１と、打ち抜きで切断形成された銅製スティフナ２１と
を主体とし、例えばＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）タ
イプをなすように次のように構成されている。

【００１５】すなわち、基板１１は、複数の配線層（図
示せず）を備え、平面視、略正方形の平板形状に形成さ
れてなるもので、上面１３には実装する半導体素子の電
極と接続される多数の端子１５を備えたダイアタッチ部
が形成されている。そして基板１１の図示下面１４には
マザーボード（プリント基板）への接続用の端子１７が
多数配置されており、これらの端子等には、Ｎｉメッキ
及び金メッキがかけられており、ハンダバンプ（図示し
ない）が形成されている。

【００１６】このような基板１１の上面１３には、本例
では板厚が1ｍｍ程度で、プレスによる打ち抜きで切断
形成された銅製のスティフナ２１が、熱硬化性の例えば
エポキシ系の接着剤３１で接着されている。ただし、ス
ティフナ２１は基板１１と同大、同形状の正方形で、中
央には略正方形の開口２５が設けられている。そして、
スティフナ２１の平面２３、２４のうち、切断面２６、
２７つまり開口２５の内周側面（壁面）２６又は外周側
面２７におけるバリ２０の突出側をなす平面２４側が基
板１１の上面１３に対面するようにして接着され、反対
のダレのある平面２３側が上面とされている。なお本形
態では、スティフナ２１にはその全面に図示はしないが
ニッケルメッキ層及び最表面に金メッキ層が形成されて
いる。

【００１７】このような金属製スティフナ付き配線基板
１は、基板１１の上面１３に、接着剤３１としてスティ
フナ２１の平面形状と略同形状にカットされ、接着時に
おいて例えばその厚さТが１００μｍ程度をなす接着シ
ートを配置するか、流体状の接着剤を塗布する。なお、
接着シート又は接着剤の塗布の幅Ｗ１は、図２中、破線
及び破断部に示したようにスティフナ２１の幅Ｗ２より
小さめ、つまりその側端が接着面の中央寄り部位に幾分
引下るように設定するのが好ましい。そして、接着剤３
１の上にスティフナ２１を位置決めし、図示しないプレ
ス機械の押圧用平面をスティフナ２１の上の平面（以下
上面という）２３に当接するようにして押付け、例えば
１７５℃で２時間加圧する。

【００１８】こうすることでスティフナ２１は上の平面
２３に圧着され、スティフナ付き配線基板１が製造され
る。このスティフナ２１の接着のためのプレス過程にお
いては、スティフナ２１の上面２３にプレス機械の押圧
用平面の全体がぴたりと当接する。また、バリ２０の高
さは最大高さＨが例えば３０μｍ以下となるように設
定、管理されており、接着後における接着剤３１の層の
厚さТより小さい。したがって、本形態では接着時にプ
レス機械の押圧用平面がスティフナ２１の上面２３に片
当りとなることもないし、バリ２０が基板１１の上面１
３に当接あるいは食い込むこともない。

【００１９】かくして、スティフナ２１及び接着剤３１
が均等に加圧されることに加え、バリ２０が接着剤の流
出防止のダム作用をなすことともあいまって、接着剤３
１が接着面の外縁に流出すことが防止されるし、スティ
フナ２１の傾斜が防止される。なお、こうして形成され
た金属製スティフナ付き配線基板１は、その後、半導体
素子が実装され、その半導体素子及び金属製スティフナ
の上面２３に放熱部材が接着されるが、この際には放熱
部材の傾きもない精度の高い半導体装置となすことがで
きる。

【００２０】前記スティフナ２１は、外形が正方形で中
央に半導体素子搭載用の正方形の開口２５があるものと
したが、本発明においては打ち抜きで切断形成された金
属製スティフナであれば、切断面には一方の平面側に突
出するようにバリが発生することから、外形や開口の輪
郭、形状にかかわらず同様の効果がある。図２中、２点
鎖線で示したように、中央の開口２５に加えてスティフ
ナ２１の幅部の中間に電子部品の実装部位をなす別の開
口３５があるものでも同様である。

【００２１】なお、スティフナの材質は強度や熱伝達
（伝導）の点から銅又は銅合金が広く用いられている
が、本発明ではこれらに限定されるものではない。ステ
ンレス合金、アルミニウム、４２アロイ、コバールなど
であっても、打ち抜きで切断形成された金属製スティフ
ナであればその製造に基づいて同様にバリが発生するこ
とから、本発明の構成とすることで前記形態と同様に奏
効する。

【００２２】また、前記形態では本発明をなす配線基板
を樹脂製のもので具体化したが、セラミック製であって
も、打ち抜きで切断形成された金属製スティフナが接着
剤で接着されてなる配線基板においては同様の効果があ
ることは明らかであり、同様に適用できる。さらに前記
においてはＬＧＡタイプのスティフナ付き配線基板とし
て具体化したが、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）タイ
プ、ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）タイプなど、プリン
ト基板や外部回路基板との接続方式にかかわらず広く適
用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属製スティフナ付き配線基板によれば、金属製ステ
ィフナのバリ取り作業を要することなく、スティフナの
基板への接着の際の押圧時における片当りが防止される
ため、接着面の外縁への接着剤の流出やスティフナの傾
きを防止できる。すなわち、コストの上昇を招くことな
く、金属製スティフナ付き配線基板の品質の向上が図ら
れる。しかも、本発明においてはバリが接着剤の流出防
止のダム作用をなしていることもあることから、その効
果には著しいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属製スティフナ付き配線基板の
実施形態例の断面図及びその要部拡大図。

【図２】図１の金属製スティフナ付き配線基板の一部破
断平面図。

【図３】従来の金属製スティフナ付き配線基板の問題点
の説明用断面図。

【図４】従来の金属製スティフナを説明するバリを誇張
した説明用断面図。

【符号の説明】

１ 金属製スティフナ付き配線基板 １１ 基板 ３１ 接着剤 ２１ 金属製スティフナ ２０ スティフナのバリ ２５ 開口 Ｈ バリの高さ Т 接着剤の層の厚さ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線基板に、打ち抜きで切断形成された
   金属製スティフナが接着剤の層を介して接着されてなる
   半導体素子実装用の金属製スティフナ付き配線基板にお
   いて、前記接着剤の層を、前記金属製スティフナの接着面の外
   縁より内側に存在させ、 前記金属製スティフナを、その打ち抜き切断面のバリが
   突出する側の平面を配線基板側にして接着してなること
   を特徴とする金属製スティフナ付き配線基板。
2. 【請求項２】 前記接着剤の層の厚さを、前記バリの最
   大高さより大きくしたことを特徴とする請求項１に記載
   の金属製スティフナ付き配線基板。
3. 【請求項３】 配線基板に、打ち抜きで切断形成された
   金属製スティフナが接着剤で接着されてなる半導体素子
   実装用の金属製スティフナ付き配線基板において、 前記金属製スティフナを、その打ち抜き切断面のバリが
   突出する側の平面を配線基板側にして接着し、 前記接着剤の層の厚さを、前記バリの最大高さより大き
   くし、 前記接着剤の層の厚さを５０〜１５０μｍとしたことを
   特徴とする金属製スティフナ付き配線基板。