JP3336240B2 - 半導体素子実装基板 - Google Patents
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- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を実装
した配線基板に関し、 特に大型形状の表面実装型の高熱
膨張特性を有する絶縁基板を具備する配線基板上に、半
導体素子を熱硬化性樹脂を用いて、固定および封止する
にあたり、熱履歴特性、使用耐久性、信頼性の改良に関
するものである。
した配線基板に関し、 特に大型形状の表面実装型の高熱
膨張特性を有する絶縁基板を具備する配線基板上に、半
導体素子を熱硬化性樹脂を用いて、固定および封止する
にあたり、熱履歴特性、使用耐久性、信頼性の改良に関
するものである。
【０００２】
【従来技術】従来、配線基板は、絶縁基板の表面あるい
は内部にメタライズ配線層が配設された構造からなる。
また、この配線基板の代表的な例として、半導体素子、
特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体集積回路
素子を載置するための半導体素子収納用パッケージは、
一般にアルミナセラミックスからなる絶縁基板の表面お
よび内部に、タングステン、モリブデン等の高融点金属
粉末から成る複数個のメタライズ配線層が配設され、上
部に載置される半導体素子とワイヤーを介して電気的に
接続される。
は内部にメタライズ配線層が配設された構造からなる。
また、この配線基板の代表的な例として、半導体素子、
特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体集積回路
素子を載置するための半導体素子収納用パッケージは、
一般にアルミナセラミックスからなる絶縁基板の表面お
よび内部に、タングステン、モリブデン等の高融点金属
粉末から成る複数個のメタライズ配線層が配設され、上
部に載置される半導体素子とワイヤーを介して電気的に
接続される。
【０００３】一般に、半導体素子の集積度が高まるほ
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴いこれを収納する半導体収納用パッケージにおける
端子数も増大することになる。さらに年々、パッケージ
小型化への要求が高まっており、最近では、チップ面積
がパッケージの面積の５０％以上のチップサイズパッケ
ージ（ＣＳＰ）が主流となりつつある。
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴いこれを収納する半導体収納用パッケージにおける
端子数も増大することになる。さらに年々、パッケージ
小型化への要求が高まっており、最近では、チップ面積
がパッケージの面積の５０％以上のチップサイズパッケ
ージ（ＣＳＰ）が主流となりつつある。
【０００４】また、パッケージにおける半導体素子の実
装は、半導体素子に形成された接続用電極と、パッケー
ジ側の素子搭載部周辺に形成されたメタライズ層とをと
をワイヤーでつなぐワイヤボンディング方式が従来より
広く使われている。このワイヤーボンディングによる半
導体素子の実装においては、半導体素子は、熱硬化性樹
脂をパッケージとの間に塗布し、 硬化接着して固定され
る。
装は、半導体素子に形成された接続用電極と、パッケー
ジ側の素子搭載部周辺に形成されたメタライズ層とをと
をワイヤーでつなぐワイヤボンディング方式が従来より
広く使われている。このワイヤーボンディングによる半
導体素子の実装においては、半導体素子は、熱硬化性樹
脂をパッケージとの間に塗布し、 硬化接着して固定され
る。
【０００５】さらに、前記半導体素子が装着されたパッ
ケージ（配線基板) は、その底面に形成された接続端子
と、マザーボード等の外部電気回路基板表面に形成され
た配線導体とをロウ材などの導電性接着剤によって電気
的に接続して実装される。一般に、この外部電気回路基
板は、プリント基板などの樹脂成分を含有する有機質材
料、あるいは有機質材料と無機質材料との複合材で構成
される。
ケージ（配線基板) は、その底面に形成された接続端子
と、マザーボード等の外部電気回路基板表面に形成され
た配線導体とをロウ材などの導電性接着剤によって電気
的に接続して実装される。一般に、この外部電気回路基
板は、プリント基板などの樹脂成分を含有する有機質材
料、あるいは有機質材料と無機質材料との複合材で構成
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の配線基板におけ
る絶縁基板として従来より使用されているアルミナ、ム
ライトなどのセラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強
度を有し、しかもメタライズ配線層などとの多層化技術
として信頼性の高い点で多用されているが、半導体素子
を載置、実装した場合、半導体素子の作動時に発する熱
が絶縁基板と外部電気回路基板の両方に繰り返し印加さ
れると、前記樹脂成分を含む外部電気回路基板と前記セ
ラミック絶縁基板との熱膨張係数差が１０ｐｐｍ／℃以
上と大きいために、熱応力歪みが発生する。また、ヤン
グ率が３００ＧＰａ以上と大きいために基板自体が変形
しにくいために高い熱応力が集中することになる。
る絶縁基板として従来より使用されているアルミナ、ム
ライトなどのセラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強
度を有し、しかもメタライズ配線層などとの多層化技術
として信頼性の高い点で多用されているが、半導体素子
を載置、実装した場合、半導体素子の作動時に発する熱
が絶縁基板と外部電気回路基板の両方に繰り返し印加さ
れると、前記樹脂成分を含む外部電気回路基板と前記セ
ラミック絶縁基板との熱膨張係数差が１０ｐｐｍ／℃以
上と大きいために、熱応力歪みが発生する。また、ヤン
グ率が３００ＧＰａ以上と大きいために基板自体が変形
しにくいために高い熱応力が集中することになる。
【０００７】この熱応力は、搭載される半導体素子にお
ける電極数およびパッケージにおける接続端子数が３０
０以下と比較的少ない場合には、半導体素子から発生す
る熱応力も小さいが、電極数や接続端子数が３００以上
の場合には、半導体素子からの発熱量も大きく、しかも
パッケージ自体も大型化し、半導体素子の作動／停止に
よりこれがパッケージの半導体素子の実装部に繰り返し
印加されると、パッケージの外部電気回路基板との接続
端子の外周部及び界面に応力が集中し、パッケージの接
続端子が絶縁基板から剥離したり、パッケージの接続端
子を外部電気回路の配線導体に長期にわたり安定に電気
的接続させることができないという致命的な欠点を有し
ていた。
ける電極数およびパッケージにおける接続端子数が３０
０以下と比較的少ない場合には、半導体素子から発生す
る熱応力も小さいが、電極数や接続端子数が３００以上
の場合には、半導体素子からの発熱量も大きく、しかも
パッケージ自体も大型化し、半導体素子の作動／停止に
よりこれがパッケージの半導体素子の実装部に繰り返し
印加されると、パッケージの外部電気回路基板との接続
端子の外周部及び界面に応力が集中し、パッケージの接
続端子が絶縁基板から剥離したり、パッケージの接続端
子を外部電気回路の配線導体に長期にわたり安定に電気
的接続させることができないという致命的な欠点を有し
ていた。
【０００８】この不都合を解消するため、本出願人は、
先に従来のアルミナ、ムライト等のセラミックスに替え
て、外部電気回路基板と近似した熱膨張係数を有する高
熱膨張のセラミックス、例えば、特願平８−３２２０３
８号に記載されているようなガラスセラミック焼結体を
絶縁基板材料として用いることが検討された。
先に従来のアルミナ、ムライト等のセラミックスに替え
て、外部電気回路基板と近似した熱膨張係数を有する高
熱膨張のセラミックス、例えば、特願平８−３２２０３
８号に記載されているようなガラスセラミック焼結体を
絶縁基板材料として用いることが検討された。
【０００９】この熱膨張のガラスセラミックスは、熱膨
張係数が８乃至２５ｐｐｍ／℃とアルミナに比較してか
なり高く、また、ヤング率が２００ＧＰａ以下と低く、
上記したパッケージと外部電気回路基板の接続部との間
に生ずる接続不良は回避できる。しかしながら、このよ
うな高熱膨張のガラスセラミック焼結体を絶縁基板材料
として用いた配線基板においては、シリコンより成る半
導体素子（熱膨張係数：２乃至３ｐｐｍ／℃) との熱膨
張差が逆に大きくなり、半導体素子の接続用電極と絶縁
基板に設けられたメタライズ配線層との間に接続不良が
発生したり、この熱膨張差による応力で、低いヤング率
によって配線基板自体に反りが発生し、外部電気回路基
板との接続部に不良が発生するなどの新たな問題を生ず
る。この配線基板自体の反りの発生は、ＣＳＰ型パッケ
ージにおいて特に顕著である。
張係数が８乃至２５ｐｐｍ／℃とアルミナに比較してか
なり高く、また、ヤング率が２００ＧＰａ以下と低く、
上記したパッケージと外部電気回路基板の接続部との間
に生ずる接続不良は回避できる。しかしながら、このよ
うな高熱膨張のガラスセラミック焼結体を絶縁基板材料
として用いた配線基板においては、シリコンより成る半
導体素子（熱膨張係数：２乃至３ｐｐｍ／℃) との熱膨
張差が逆に大きくなり、半導体素子の接続用電極と絶縁
基板に設けられたメタライズ配線層との間に接続不良が
発生したり、この熱膨張差による応力で、低いヤング率
によって配線基板自体に反りが発生し、外部電気回路基
板との接続部に不良が発生するなどの新たな問題を生ず
る。この配線基板自体の反りの発生は、ＣＳＰ型パッケ
ージにおいて特に顕著である。
【００１０】従って、本発明は、高熱膨張の配線基板表
面に対して、半導体素子を作動／停止による熱サイクル
の印加に対しても、強固に且つ長期にわたり安定した接
続状態を維持できる半導体素子実装基板を提供すること
を目的とするものである。
面に対して、半導体素子を作動／停止による熱サイクル
の印加に対しても、強固に且つ長期にわたり安定した接
続状態を維持できる半導体素子実装基板を提供すること
を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
半導体素子の高熱膨張の絶縁基板を具備した配線基板へ
の実装時において発生する熱応力を緩和させる方法につ
いて種々検討を重ねた結果、パッケージ上に半導体素子
を接着固定させるのに用いる熱硬化性樹脂の熱膨張係数
とヤング率を特定範囲に制御することにより、発生した
熱応力が吸収され、応力歪みが緩和される結果、前記目
的が達成されることを見いだし、本発明に至った。
半導体素子の高熱膨張の絶縁基板を具備した配線基板へ
の実装時において発生する熱応力を緩和させる方法につ
いて種々検討を重ねた結果、パッケージ上に半導体素子
を接着固定させるのに用いる熱硬化性樹脂の熱膨張係数
とヤング率を特定範囲に制御することにより、発生した
熱応力が吸収され、応力歪みが緩和される結果、前記目
的が達成されることを見いだし、本発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の半導体素子実装基板は、４
０℃から４００℃における熱膨張係数が８〜２５ｐｐｍ
／℃、ヤング率が２００ＧＰａ以下の絶縁基板の表面に
メタライズ配線層を被着形成してなる配線基板の表面
に、接続用電極を具備する半導体素子を熱硬化性樹脂に
より接着固定し、前記メタライズ配線層と前記接続用電
極とを導電性接続部材によって接続してなる半導体素子
実装基板において、前記固定用の熱硬化性樹脂の−４０
℃〜２５℃における熱膨張係数が１０〜４０ｐｐｍ／℃
であり、かつ前記温度範囲におけるヤング率が５〜１０
ＧＰａであることを特徴とするものであり、前記熱硬化
性樹脂は、フェノールノボラック型エポキシ樹脂または
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のいずれかからな
ることが望ましい。さらに、本発明によれば、前記半導
体素子の面積が前記配線基板の面積の８０％以上である
ことが特に望ましい。
０℃から４００℃における熱膨張係数が８〜２５ｐｐｍ
／℃、ヤング率が２００ＧＰａ以下の絶縁基板の表面に
メタライズ配線層を被着形成してなる配線基板の表面
に、接続用電極を具備する半導体素子を熱硬化性樹脂に
より接着固定し、前記メタライズ配線層と前記接続用電
極とを導電性接続部材によって接続してなる半導体素子
実装基板において、前記固定用の熱硬化性樹脂の−４０
℃〜２５℃における熱膨張係数が１０〜４０ｐｐｍ／℃
であり、かつ前記温度範囲におけるヤング率が５〜１０
ＧＰａであることを特徴とするものであり、前記熱硬化
性樹脂は、フェノールノボラック型エポキシ樹脂または
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のいずれかからな
ることが望ましい。さらに、本発明によれば、前記半導
体素子の面積が前記配線基板の面積の８０％以上である
ことが特に望ましい。
【００１３】本発明の半導体素子実装基板においては、
半導体素子と配線基板における絶縁基板の熱膨張係数の
差によって生ずる熱応力を、半導体素子を接着固定する
熱硬化性樹脂として、前記特定の熱膨張係数とヤング率
とを有する熱硬化性樹脂を用いることにより、半導体素
子の配線基板への接合部を補強すると共に、熱応力の低
減化、分散化を図ることができる結果，半導体素子と配
線基板との間に発生する応力の集中が回避され、半導体
素子と配線基板との間で接続不良を起こすことが無く、
長期にわたり確実に、強固な電気的接続が保持され、長
期使用に対しても高い信頼性が担保される。
半導体素子と配線基板における絶縁基板の熱膨張係数の
差によって生ずる熱応力を、半導体素子を接着固定する
熱硬化性樹脂として、前記特定の熱膨張係数とヤング率
とを有する熱硬化性樹脂を用いることにより、半導体素
子の配線基板への接合部を補強すると共に、熱応力の低
減化、分散化を図ることができる結果，半導体素子と配
線基板との間に発生する応力の集中が回避され、半導体
素子と配線基板との間で接続不良を起こすことが無く、
長期にわたり確実に、強固な電気的接続が保持され、長
期使用に対しても高い信頼性が担保される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体実装配線
基板を図面に基づき詳細に説明する。 図１は、本発明の
半導体実装基板の一例を示す図であり、かかる例では、
絶縁基板の表面にメタライズ配線層が被着形成された配
線基板の表面に半導体素子が実装されたものであるが、
この図１では、配線基板としてボールグリッドアレイ
（ＢＧＡ）型のチップサイズパッケージを用いた場合の
実装構造を示している。なお、図１において、ＡはＢＧ
Ａ型パッケージ、Ｂは半導体素子である。
基板を図面に基づき詳細に説明する。 図１は、本発明の
半導体実装基板の一例を示す図であり、かかる例では、
絶縁基板の表面にメタライズ配線層が被着形成された配
線基板の表面に半導体素子が実装されたものであるが、
この図１では、配線基板としてボールグリッドアレイ
（ＢＧＡ）型のチップサイズパッケージを用いた場合の
実装構造を示している。なお、図１において、ＡはＢＧ
Ａ型パッケージ、Ｂは半導体素子である。
【００１５】パッケージＡによれば、絶縁基板１の表面
には、半導体素子Ｂと接続されるメタライズ配線層２が
形成されている。また、絶縁基板１の底面には、外部電
気回路基板と接続するための接続端子３が取り付けられ
ており、この接続端子３は、メタライズ配線層２と、絶
縁基板１の内部に形成されたメタライズ配線層４やビア
ホール導体５を介して電気的に接続されている。図１の
ＢＧＡ型パッケージにおいては、接続端子３は、ボール
状の半田ボールにより構成され、絶縁基板１の底面に形
成された接続パッド６に対して半田等により取着されて
いる。
には、半導体素子Ｂと接続されるメタライズ配線層２が
形成されている。また、絶縁基板１の底面には、外部電
気回路基板と接続するための接続端子３が取り付けられ
ており、この接続端子３は、メタライズ配線層２と、絶
縁基板１の内部に形成されたメタライズ配線層４やビア
ホール導体５を介して電気的に接続されている。図１の
ＢＧＡ型パッケージにおいては、接続端子３は、ボール
状の半田ボールにより構成され、絶縁基板１の底面に形
成された接続パッド６に対して半田等により取着されて
いる。
【００１６】一方、半導体素子Ｂは、Ｓｉ材料からな
り、熱硬化性樹脂７により絶縁基板１表面に接着固定さ
れている。また、半導体素子Ｂには、接続用電極８が設
けられており、この接続用電極８はワイヤー９などの導
電性接続部材によってメタライズ配線層２と電気的に接
続されている。また、この半導体素子Ｂおよびワイヤー
９は封止用樹脂１０によって完全に被覆されている。
り、熱硬化性樹脂７により絶縁基板１表面に接着固定さ
れている。また、半導体素子Ｂには、接続用電極８が設
けられており、この接続用電極８はワイヤー９などの導
電性接続部材によってメタライズ配線層２と電気的に接
続されている。また、この半導体素子Ｂおよびワイヤー
９は封止用樹脂１０によって完全に被覆されている。
【００１７】上記ＢＧＡ型パッケージＡに半導体素子Ｂ
を実装するには、絶縁基板１表面に未硬化（軟質状態）
の熱硬化性樹脂を塗布した後、半導体素子Ｂを載置して
接着した後、約１００乃至２００度の温度に加熱するこ
とにより熱硬化性樹脂を完全硬化して固定される。
を実装するには、絶縁基板１表面に未硬化（軟質状態）
の熱硬化性樹脂を塗布した後、半導体素子Ｂを載置して
接着した後、約１００乃至２００度の温度に加熱するこ
とにより熱硬化性樹脂を完全硬化して固定される。
【００１８】また、半導体素子Ｂが実装されたパッケー
ジＡは、絶縁基体１１の表面に配線導体１２が形成され
た外部電気回路基板Ｃに対して、パッケージＡの接続端
子３を配線導体１２に対して、半田などのロウ材により
接着して、パッケージＡが基板Ｃに実装される。
ジＡは、絶縁基体１１の表面に配線導体１２が形成され
た外部電気回路基板Ｃに対して、パッケージＡの接続端
子３を配線導体１２に対して、半田などのロウ材により
接着して、パッケージＡが基板Ｃに実装される。
【００１９】本発明によれば、上記絶縁基板１が、４０
乃至４００℃における熱膨張係数が８乃至２５ｐｐｍ／
℃、同温度範囲におけるヤング率が２００ＧＰａ以下で
あることが必要である。このように絶縁基板の熱膨張係
数を上記の範囲に調整することにより、配線基板をプリ
ント基板などの有機樹脂を含む絶縁基板からなる外部電
気回路基板に対して長期に安定した実装構造が提供でき
る。
乃至４００℃における熱膨張係数が８乃至２５ｐｐｍ／
℃、同温度範囲におけるヤング率が２００ＧＰａ以下で
あることが必要である。このように絶縁基板の熱膨張係
数を上記の範囲に調整することにより、配線基板をプリ
ント基板などの有機樹脂を含む絶縁基板からなる外部電
気回路基板に対して長期に安定した実装構造が提供でき
る。
【００２０】また、この配線基板における絶縁基板は、
４０乃至４００℃でのヤング率が２００ＧＰａ以下、特
に１５０ＧＰａ以下のセラミック焼結体からなることが
望ましい。これはヤング率が２００ＧＰａよりも高い
と、高温もしくは低温においてパッケージの変形が小さ
く、そのため発生応力が高くなる可能性があるためであ
る。
４０乃至４００℃でのヤング率が２００ＧＰａ以下、特
に１５０ＧＰａ以下のセラミック焼結体からなることが
望ましい。これはヤング率が２００ＧＰａよりも高い
と、高温もしくは低温においてパッケージの変形が小さ
く、そのため発生応力が高くなる可能性があるためであ
る。
【００２１】このような焼結体として、例えば、前記特
願平８−３２２０３８号の明細書中に記載されているよ
うなリチウム珪酸系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＺｎＯ系
ガラス、ＢａＯ系ガラス等の高熱膨張の結晶化ガラス粉
末に対して、エンステタイト、フォルステライト、フォ
ルステライト、クオーツ、トリジマイト、クリストバラ
イト、ＭｇＯ、ＺｒＯ2 、ペタライト、ネフェリン等の
各種高熱膨張のセラミックフィラーを混合し、８００〜
１０５０℃で焼成して得られる。
願平８−３２２０３８号の明細書中に記載されているよ
うなリチウム珪酸系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＺｎＯ系
ガラス、ＢａＯ系ガラス等の高熱膨張の結晶化ガラス粉
末に対して、エンステタイト、フォルステライト、フォ
ルステライト、クオーツ、トリジマイト、クリストバラ
イト、ＭｇＯ、ＺｒＯ2 、ペタライト、ネフェリン等の
各種高熱膨張のセラミックフィラーを混合し、８００〜
１０５０℃で焼成して得られる。
【００２２】特に好適な焼結体としては、Ｌｉ2 Ｏを５
乃至３０重量％含有する屈伏点が４００℃乃至８００℃
のリチウム珪酸ガラスを２０乃至８０体積％と、必須成
分としてフォルステライトと、クオーツやクリストバラ
イトなどのＳｉＯ2 系フィラーとを２０乃至８０体積％
の割合で含有する成形体を焼成して得られた焼結体を挙
げることができる。
乃至３０重量％含有する屈伏点が４００℃乃至８００℃
のリチウム珪酸ガラスを２０乃至８０体積％と、必須成
分としてフォルステライトと、クオーツやクリストバラ
イトなどのＳｉＯ2 系フィラーとを２０乃至８０体積％
の割合で含有する成形体を焼成して得られた焼結体を挙
げることができる。
【００２３】この焼結体は、 均質の製品を再現性良く比
較的容易に製造できるだけでなく、ガラス成分として、
上記Ｌｉ2 Ｏを５乃至３０重量％含有するリチウム珪酸
ガラスを用いることにより、焼結後の焼結体中に高熱膨
張のリチウムシリケート（例えば、Ｌｉ2 ＳｉＯ3 ）を
析出することができ、屈伏点が比較的低く、ガラスの添
加量が少なくても低温焼成が可能であるために、Ｃｕ、
Ａｇ等からなるメタライズ配線層と同時に焼成すること
ができるため好都合である。
較的容易に製造できるだけでなく、ガラス成分として、
上記Ｌｉ2 Ｏを５乃至３０重量％含有するリチウム珪酸
ガラスを用いることにより、焼結後の焼結体中に高熱膨
張のリチウムシリケート（例えば、Ｌｉ2 ＳｉＯ3 ）を
析出することができ、屈伏点が比較的低く、ガラスの添
加量が少なくても低温焼成が可能であるために、Ｃｕ、
Ａｇ等からなるメタライズ配線層と同時に焼成すること
ができるため好都合である。
【００２４】さらに、用いるリチウム珪酸ガラスの屈伏
点が４００℃乃至８００℃であることにより、ガラス含
有量を低減しフィラー量を増加することができ、また焼
成収縮開始温度を上昇することが可能である。それによ
り、成形時に添加された有機樹脂等の成形用バインダー
を効率的に除去できるとともに、絶縁体と同時焼成され
るメタライズ層との焼成条件をマッチングさせることが
できる。
点が４００℃乃至８００℃であることにより、ガラス含
有量を低減しフィラー量を増加することができ、また焼
成収縮開始温度を上昇することが可能である。それによ
り、成形時に添加された有機樹脂等の成形用バインダー
を効率的に除去できるとともに、絶縁体と同時焼成され
るメタライズ層との焼成条件をマッチングさせることが
できる。
【００２５】また、本発明によれば、半導体素子Ｂを接
着固定するための熱硬化性樹脂７が、硬化後の−４０乃
至２５℃における熱膨張係数が１０乃至４０ｐｐｍ／℃
で、同様の温度範囲におけるヤング率が５乃至１０ＧＰ
ａであることが重要である。この熱硬化性樹脂の熱膨張
係数が１０ｐｐｍ／℃より低い場合、高温または低温時
の熱膨張、収縮が小さく半導体素子を圧迫し、高応力が
生じてしまい、また、４０ｐｐｍ／℃を越える場合は逆
に高温低温時の熱膨張収縮が大きく、同様に半導体素子
に高応力が生じる。熱膨張係数の好ましい範囲は、１０
〜３０ｐｐｍ／℃である。
着固定するための熱硬化性樹脂７が、硬化後の−４０乃
至２５℃における熱膨張係数が１０乃至４０ｐｐｍ／℃
で、同様の温度範囲におけるヤング率が５乃至１０ＧＰ
ａであることが重要である。この熱硬化性樹脂の熱膨張
係数が１０ｐｐｍ／℃より低い場合、高温または低温時
の熱膨張、収縮が小さく半導体素子を圧迫し、高応力が
生じてしまい、また、４０ｐｐｍ／℃を越える場合は逆
に高温低温時の熱膨張収縮が大きく、同様に半導体素子
に高応力が生じる。熱膨張係数の好ましい範囲は、１０
〜３０ｐｐｍ／℃である。
【００２６】また、ヤング率が５ＧＰａより低いと、熱
硬化性樹脂の変形が大きく、半導体素子と絶縁基板との
接続が不十分となり、１０ＧＰａより大きいと変形量が
小さく半導体素子と絶縁基板との熱膨張差の違いにより
反りが発生し高応力が生じてしまう。ヤング率の好まし
い範囲は、７〜９ＧＰａである。
硬化性樹脂の変形が大きく、半導体素子と絶縁基板との
接続が不十分となり、１０ＧＰａより大きいと変形量が
小さく半導体素子と絶縁基板との熱膨張差の違いにより
反りが発生し高応力が生じてしまう。ヤング率の好まし
い範囲は、７〜９ＧＰａである。
【００２７】このような特性を有する熱硬化性樹脂とし
ては、上記の特性を満足するものであれば、特に限定す
るものではないが、例えば、例えば、フェノール樹脂、
ユリア樹脂、 メラミン樹脂、 エポキシ樹脂、 不飽和ポリ
エステル樹脂、 フタル酸ジアリル樹脂、 ポリイミド樹
脂、 シリコーン樹脂、 ポリウレタン樹脂などを挙げるこ
とができる。
ては、上記の特性を満足するものであれば、特に限定す
るものではないが、例えば、例えば、フェノール樹脂、
ユリア樹脂、 メラミン樹脂、 エポキシ樹脂、 不飽和ポリ
エステル樹脂、 フタル酸ジアリル樹脂、 ポリイミド樹
脂、 シリコーン樹脂、 ポリウレタン樹脂などを挙げるこ
とができる。
【００２８】これらの内でも、 ビスフェノール系エポキ
シ樹脂、 フェノールノボラック系エポキシ樹脂、 クレゾ
ールノボラック系エポキシ樹脂、 ブロム化エポキシ樹
脂、 脂環式エポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂が特に好
ましく、さらには、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が硬化温度が
低く、硬化時の発生応力が小さい点で最も望ましい。
シ樹脂、 フェノールノボラック系エポキシ樹脂、 クレゾ
ールノボラック系エポキシ樹脂、 ブロム化エポキシ樹
脂、 脂環式エポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂が特に好
ましく、さらには、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が硬化温度が
低く、硬化時の発生応力が小さい点で最も望ましい。
【００２９】また、熱硬化性樹脂７のヤング率および熱
膨張係数を前記の範囲に制御するためには、前に熱硬化
性樹脂に対して、石英ガラス、アルミナ、マイカ、ジル
コニウムシリケート、リチウムシリケート等の無機質フ
ィラーを樹脂１００重量部に対して、１０〜２００重量
部の割合で配合することにより調整できる。
膨張係数を前記の範囲に制御するためには、前に熱硬化
性樹脂に対して、石英ガラス、アルミナ、マイカ、ジル
コニウムシリケート、リチウムシリケート等の無機質フ
ィラーを樹脂１００重量部に対して、１０〜２００重量
部の割合で配合することにより調整できる。
【００３０】本発明に於いては、既に前述したように配
線基板を形成する絶縁基板はヤング率が２００ＧＰａ以
下であると共に、その４０〜４００℃における熱膨張係
数が８乃至２５ｐｐｍ／℃であることがより好ましい。
線基板を形成する絶縁基板はヤング率が２００ＧＰａ以
下であると共に、その４０〜４００℃における熱膨張係
数が８乃至２５ｐｐｍ／℃であることがより好ましい。
【００３１】前述した高熱膨張を有する絶縁基板を具備
する配線基板に対して、前記特定範囲の熱膨張係数およ
びヤング率を有する熱硬化性樹脂により半導体素子を接
着固定することにより、半導体素子の作動に伴う発熱に
より、配線基板と半導体素子の熱膨張差に起因して発生
した熱応力を絶縁基板のたわみと歪みによって吸収でき
発生する熱応力自体を小さくすることができる。
する配線基板に対して、前記特定範囲の熱膨張係数およ
びヤング率を有する熱硬化性樹脂により半導体素子を接
着固定することにより、半導体素子の作動に伴う発熱に
より、配線基板と半導体素子の熱膨張差に起因して発生
した熱応力を絶縁基板のたわみと歪みによって吸収でき
発生する熱応力自体を小さくすることができる。
【００３２】なお、図１において、半導体素子Ｂおよび
ワイヤを封止する樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン
樹脂等が用いられるが、特にこれらの封止用樹脂は、低
温で硬化が可能なフェノールノボラック型やクレゾール
ノボラック型などのエポキシ樹脂が特に望ましい。
ワイヤを封止する樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン
樹脂等が用いられるが、特にこれらの封止用樹脂は、低
温で硬化が可能なフェノールノボラック型やクレゾール
ノボラック型などのエポキシ樹脂が特に望ましい。
【００３３】
【実施例】表１に示す各種セラミック材料について、５
×４×４０ｍｍの形状の焼結体を作製した後、各焼結体
について４０〜４００℃における熱膨張係数およびヤン
グ率を測定し表１に示した。
×４×４０ｍｍの形状の焼結体を作製した後、各焼結体
について４０〜４００℃における熱膨張係数およびヤン
グ率を測定し表１に示した。
【００３４】また、表１に示す各種セラミック材料を絶
縁基板として用いて、その表面に半導体素子と接続され
る接続パッドを含む配線層、内部配線層およびビアホー
ル導体、底面にボール状端子を取り付けるための接続パ
ッドを銅ペーストの印刷、あるいは充填により周知の方
法に従って、同時焼成して形成した。そして、底面の接
続パッドには、高融点半田（Ｓｎ：Ｐｂ重量比＝１０：
９０）からなるボール状端子を低融点半田（Ｓｎ：Ｐｂ
重量比６３：３７）により取り付けて配線基板を作製し
た。作製した配線基板は、縦×横が１３ｍｍ×１３ｍ
ｍ、厚みが０．４ｍｍとした。
縁基板として用いて、その表面に半導体素子と接続され
る接続パッドを含む配線層、内部配線層およびビアホー
ル導体、底面にボール状端子を取り付けるための接続パ
ッドを銅ペーストの印刷、あるいは充填により周知の方
法に従って、同時焼成して形成した。そして、底面の接
続パッドには、高融点半田（Ｓｎ：Ｐｂ重量比＝１０：
９０）からなるボール状端子を低融点半田（Ｓｎ：Ｐｂ
重量比６３：３７）により取り付けて配線基板を作製し
た。作製した配線基板は、縦×横が１３ｍｍ×１３ｍ
ｍ、厚みが０．４ｍｍとした。
【００３５】一方、Ｓｉからなり４０〜４００℃におけ
る熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃の半導体素子を準備
し、これを配線基板上面に表２に示す各種の熱硬化性樹
脂に対して石英ガラスまたはアルミナを表２の比率で配
合し、混練して調整したペースト上の熱硬化性樹脂を塗
布し、その上に１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズの半導体素
子を載置し、大気雰囲気中で１８０℃で２時間熱処理
し、熱硬化性樹脂を硬化させて半導体素子を配線基板に
固着した。
る熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃の半導体素子を準備
し、これを配線基板上面に表２に示す各種の熱硬化性樹
脂に対して石英ガラスまたはアルミナを表２の比率で配
合し、混練して調整したペースト上の熱硬化性樹脂を塗
布し、その上に１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズの半導体素
子を載置し、大気雰囲気中で１８０℃で２時間熱処理
し、熱硬化性樹脂を硬化させて半導体素子を配線基板に
固着した。
【００３６】そして、半導体素子の接続用電極と、配線
基板表面の接続パッドとを金によるワイヤボンディング
により電気的に接続し、さらに、この半導体素子とワイ
ヤボンディング部をフェノールノボラック型エポキシ樹
脂からなる封止用樹脂を流して１５０℃に加熱硬化して
封止用樹脂を硬化させた。
基板表面の接続パッドとを金によるワイヤボンディング
により電気的に接続し、さらに、この半導体素子とワイ
ヤボンディング部をフェノールノボラック型エポキシ樹
脂からなる封止用樹脂を流して１５０℃に加熱硬化して
封止用樹脂を硬化させた。
【００３７】（熱サイクル試験）上記のようにして半導
体素子をパッケージ用配線基板に実装したものをガラス
エポキシ基板からなる４０〜２００℃における熱膨張係
数が１５ｐｐｍ／℃の絶縁基体の表面に銅箔からなる配
線導体が形成されたプリント基板を準備し、上記のパッ
ケージ用配線基板をプリント基板の上の配線導体とパッ
ケージ用絶縁基板の接続端子が接続されるように位置合
わせして低融点半田を用いてＮ2 雰囲気中で２６０℃で
３分間熱処理してパッケージをプリント基板の表面に実
装した。
体素子をパッケージ用配線基板に実装したものをガラス
エポキシ基板からなる４０〜２００℃における熱膨張係
数が１５ｐｐｍ／℃の絶縁基体の表面に銅箔からなる配
線導体が形成されたプリント基板を準備し、上記のパッ
ケージ用配線基板をプリント基板の上の配線導体とパッ
ケージ用絶縁基板の接続端子が接続されるように位置合
わせして低融点半田を用いてＮ2 雰囲気中で２６０℃で
３分間熱処理してパッケージをプリント基板の表面に実
装した。
【００３８】このようにしてパッケージをプリント基板
に実装したものを大気の雰囲気にて−４０℃と１２５℃
の各温度に制御した恒温槽に試験サンプルを１５分／１
５分の保持を１サイクルとして最高１０００サイクル繰
り返した。
に実装したものを大気の雰囲気にて−４０℃と１２５℃
の各温度に制御した恒温槽に試験サンプルを１５分／１
５分の保持を１サイクルとして最高１０００サイクル繰
り返した。
【００３９】そして、１００サイクル毎にパッケージと
外部電気回路基板の配線導体との電気抵抗を測定し電気
抵抗に変化が現れるまでのサイクル数をカウントした。
結果を表２に示す。
外部電気回路基板の配線導体との電気抵抗を測定し電気
抵抗に変化が現れるまでのサイクル数をカウントした。
結果を表２に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】表１、表２より明らかなように、固定用の
熱硬化性樹脂として、熱膨張係数が１０〜４０ｐｐｍ／
℃、ヤング率が５〜１０ＧＰａの樹脂を用いた試料Ｎ
ｏ．４，５，９，１０，１１，１６，１７，２１，２２
では、パッケージと外部電気回路基板との間に電気抵抗
変化は熱サイクル１０００回まで全く見られず、極めて
安定で良好な電気的接続状態を維持できた。
熱硬化性樹脂として、熱膨張係数が１０〜４０ｐｐｍ／
℃、ヤング率が５〜１０ＧＰａの樹脂を用いた試料Ｎ
ｏ．４，５，９，１０，１１，１６，１７，２１，２２
では、パッケージと外部電気回路基板との間に電気抵抗
変化は熱サイクル１０００回まで全く見られず、極めて
安定で良好な電気的接続状態を維持できた。
【００４３】これに対して、熱膨張係数またはヤング率
が上記の範囲を逸脱する試料Ｎo.１，２，３，６，７，
８，１２，１３，１４，１５，１８，１９，２０，２
３，２４では１０００サイクル未満で抵抗変化が検出さ
れ、実装後の信頼性に欠けることがわかった。
が上記の範囲を逸脱する試料Ｎo.１，２，３，６，７，
８，１２，１３，１４，１５，１８，１９，２０，２
３，２４では１０００サイクル未満で抵抗変化が検出さ
れ、実装後の信頼性に欠けることがわかった。
【００４４】
【発明の効果】上述したように、本発明の配線基板の実
装構造によれば、半導体素子を高熱膨張の配線基板上に
実装した場合に、両者の熱膨張係数の差に起因する応力
発生を緩和し、半導体素子と配線基板とを長期間にわた
り正確、かつ強固に電気的接続させることが可能とな
る。
装構造によれば、半導体素子を高熱膨張の配線基板上に
実装した場合に、両者の熱膨張係数の差に起因する応力
発生を緩和し、半導体素子と配線基板とを長期間にわた
り正確、かつ強固に電気的接続させることが可能とな
る。
【図１】本発明におけるボールグリッドアレイ型の半導
体素子収納用パッケージにおけるの半導体素子の実装構
造を説明するための断面図である。
体素子収納用パッケージにおけるの半導体素子の実装構
造を説明するための断面図である。
１ 絶縁基板 ２ メタライズ配線層 ３ 接続端子 ６ 接続パッド ７ 固定用熱硬化性樹脂 ８ 電極パッド ９ ワイヤ １０ 封止用樹脂 １１ 絶縁基体 １２ 配線導体 Ａ 配線基板（パッケージ） Ｂ 半導体素子 Ｃ 外部電気回路基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 民 保秀 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ 株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平４−123442（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61303（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−148068（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/52
Claims (3)
- 【請求項１】４０℃から４００℃における熱膨張係数が
８〜２５ｐｐｍ／℃、ヤング率が２００ＧＰａ以下の絶
縁基板の表面にメタライズ配線層を被着形成してなる配
線基板の表面に、接続用電極を具備する半導体素子を熱
硬化性樹脂により接着固定し、前記メタライズ配線層と
前記接続用電極とを導電性接続部材によって接続してな
る半導体素子実装基板において、前記固定用の熱硬化性
樹脂の−４０℃〜２５℃における熱膨張係数が１０〜４
０ｐｐｍ／℃であり、かつ前記温度範囲におけるヤング
率が５〜１０ＧＰａであることを特徴とする半導体素子
実装基板。 - 【請求項２】前記熱硬化性樹脂が、 フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、 クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂のいずれかである請求項１記載の半導体素子実装基
板。 - 【請求項３】前記半導体素子の面積が前記配線基板の面
積の８０％以上であることを特徴とする請求項１記載の
半導体素子実装基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32844697A JP3336240B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 半導体素子実装基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32844697A JP3336240B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 半導体素子実装基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11163002A JPH11163002A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3336240B2 true JP3336240B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=18210372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32844697A Expired - Fee Related JP3336240B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 半導体素子実装基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3336240B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001015649A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-01-19 | Kyocera Corp | 半導体素子実装用配線基板および配線基板実装構造 |
| JP2001035953A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-02-09 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JP2001217350A (ja) * | 2000-01-31 | 2001-08-10 | Kyocera Corp | 半導体素子搭載配線基板の実装構造 |
| KR100651800B1 (ko) * | 2000-12-21 | 2006-11-30 | 삼성테크윈 주식회사 | 반도체 팩키지용 접착제 및, 그것을 구비한 반도체 팩키지 |
| JP3563387B2 (ja) * | 2001-01-23 | 2004-09-08 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置 |
| WO2006100738A1 (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Fujitsu Limited | 半導体装置及びその製造方法 |
| KR100924705B1 (ko) | 2005-03-18 | 2009-11-04 | 후지쯔 마이크로일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 반도체 장치 |
| DE102014115099B4 (de) * | 2014-10-16 | 2021-05-06 | Infineon Technologies Ag | Elektronisches Modul mit elektrisch isolierender Struktur mit Material mit niedrigem Elastizitätsmodul und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls |
| JP2016090413A (ja) | 2014-11-06 | 2016-05-23 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式空気流量計 |
| JP2016139648A (ja) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2020079808A (ja) * | 2020-03-02 | 2020-05-28 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式空気流量計 |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP32844697A patent/JP3336240B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11163002A (ja) | 1999-06-18 |
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