JP5062583B2 - Package for electronic components - Google Patents
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Description
本発明は、金属板をパッケージの基板に使用した電子部品用パッケージ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electronic component package using a metal plate as a package substrate and a method for manufacturing the same.
金属板を基板に使用した電子部品用パッケージでは、素子の放熱のために素子実装面の逆面に放熱の為のヒートシンクを貼り付けたり、金属板を貼り付けた基板に金属板まで開口したキャビティを設けて、露出した金属板に素子を搭載し放熱を行っていた。 In a package for electronic components that uses a metal plate as a substrate, a heat sink for heat dissipation is attached to the reverse side of the device mounting surface for heat dissipation of the device, or a cavity that opens to the metal plate on the substrate on which the metal plate is attached The element was mounted on the exposed metal plate to dissipate heat.
半導体集積回路において、回路部品をチップ内に取り込み、また高速化が進んだ事により、使用電流が大きくなり、単位面積あたりの発熱量も増大した為、回路の破損を防ぐ為に、効率的な放熱を行う事が重要な課題となっている。
しかしながら、基板に回路形成を行い実装面の逆面に金属板を貼り付け実装した場合には、基板の絶縁層に熱の伝導が妨げられてしまい金属板への放熱量を確保する事が難しい。また、金属板を貼り付けた基板に金属板まで開口したキャビティを設けて、露出した金属板に素子を搭載し放熱を行う場合には、形成したキャビティの底面及び逆面は金属板を使用している為、配線の形成エリアとして使用する事が難しく、パッケージの小型化を阻害する要因となってしまう。
本発明はこのような問題点を鑑みてなされ、半導体素子等の部品を搭載するキャビティ部底面に回路が形成され、形成された回路の一部をキャビティ部周辺の残された金属板に直接接続する事により高い熱伝導性を実現し、素子搭載面に作成したキャビティ周辺は金属板である事から、十分な容積をもって熱を吸収する。また、キャビティの底面には回路が形成され、レーザー等の一般的な接続孔形成方法をもって形成されたスルーホールを通じて裏面の回路へと導通が取られ、裏面の配線から外部への接続を可能としている事から、パッケージの小型化を阻害しない事を特徴とする。In semiconductor integrated circuits, circuit components are incorporated into the chip, and the increase in speed has led to increased current consumption and increased heat generation per unit area. Dissipating heat is an important issue.
However, when a circuit is formed on the substrate and a metal plate is attached to the opposite side of the mounting surface and mounted, heat conduction is hindered by the insulating layer of the substrate, making it difficult to ensure the amount of heat released to the metal plate. . In addition, when a cavity that is open to the metal plate is provided on the substrate to which the metal plate is attached and the element is mounted on the exposed metal plate for heat dissipation, a metal plate is used for the bottom and opposite surfaces of the formed cavity. For this reason, it is difficult to use as a wiring formation area, which becomes a factor that hinders downsizing of the package.
The present invention has been made in view of such problems, and a circuit is formed on the bottom surface of the cavity portion on which components such as semiconductor elements are mounted, and a part of the formed circuit is directly connected to the remaining metal plate around the cavity portion. By doing so, high thermal conductivity is realized, and the cavity around the element mounting surface is a metal plate, so it absorbs heat with a sufficient volume. In addition, a circuit is formed on the bottom surface of the cavity, and conduction is taken to the circuit on the back surface through a through hole formed by a general method of forming a connection hole such as a laser, so that the wiring on the back surface can be connected to the outside. Therefore, it is characterized by not hindering the downsizing of the package.
上記の目的を達成するために、本発明のパッケージは次の構成を備える。
すなわち、四角形の金属板の中央部にキャビティを設け、キャビティの底部には電気的 絶縁層に囲われた底部厚さと同じ厚さの電極を形成し、キャビティの壁部及び底部には部 品実装の為の表面処理めっが被覆されており、前記キャビティの反対面に銅箔を順に積層 し前記金属板と銅箔を接続させた、キャビティ底部の電気的絶縁層に囲われた底部厚さと 同じ厚さの電極と電極を囲っている絶縁層以外の金属板部分が、キャビティ周囲の金属板 と同体から形成されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the package of the present invention has the following configuration.
That is, a cavity provided in the central portion of the rectangular metal plate, the bottom of the cavity to form an electrode of the same thickness as the electrically insulating layer to the enclosed bottom thickness, part article mounted on the wall and bottom of the cavity And a bottom thickness surrounded by an electrically insulating layer at the bottom of the cavity, in which a copper foil is sequentially laminated on the opposite surface of the cavity and the metal plate and the copper foil are connected to each other. An electrode having the same thickness and a metal plate portion other than the insulating layer surrounding the electrode are formed of the same body as the metal plate around the cavity .
本発明によれば、金属板の片面もしくは両面に電気的絶縁層を被着形成して成る電子部品用パッケージにおいて、電気的絶縁層には通常のプリント配線基板にて用いられる材料を用いる事が可能である。厚い金属板(0.2mm〜4.0mm)を用い、この金属板にエッチングを用いて仕上がり回路の絶縁部分となる部分に凹みを形成した後に、前記金属板の凹みが形成された面の片面もしくは両面に電気的絶縁層を積層被着させ、その絶縁層の表層に単層または複数層の回路を形成し、さらに裏面への導通や放熱の必要個所はレーザービアにスルーホールめっきをする方法や銅バンプを用いて前記金属板と接続させる。そして、金属板に凹みを形成した逆面より、ザグリやエッチングを用いて前記の凹みの底面より多く削り込み、前記金属板の一部厚さ部分を残してキャビティ部を形成する事により、半導体素子等の部品を搭載するキャビティ部底面に回路が形成され、一部の回路は周辺の金属板へと直接接続している。熱は回路を通じて周辺のさらに厚い金属板へ伝導し、厚い金属板の全体に伝わった熱は金属板から直接他の放熱体に熱を伝える事が可能である。また、薄い絶縁層を通して広い面積から表層回路に熱伝導させたり、必要箇所に多数のレーザービアを設けて表層回路に熱を伝導し、そこから他の放熱体に熱を伝える事も可能である。本発明では素子のダイボンド箇所からでなく、金属板や表層回路の広い面積からビアや絶縁層を通して熱伝導する事が出来、金属板の有する高い熱伝導性、電気特性を確保する事が可能である。また、一括の積層を行った後にキャビティ加工を行う事から絶縁の信頼性および接続の信頼性に優れている。また、本発明をLEDや光センサー等に使用する場合には、キャビティ部側面を斜めに加工し反射板の作用を持たすことも可能である事から、組み立て時に反射板を取り付ける工数を減らすことが可能な電子部品用パッケージを、低コストにて提供することを可能とする。 According to the present invention, in an electronic component package formed by depositing an electrical insulating layer on one side or both sides of a metal plate, the electrical insulating layer may be made of a material used in a normal printed wiring board. Is possible. Using a thick metal plate (0.2 mm to 4.0 mm) and etching the metal plate to form a recess in a portion to be an insulating part of the finished circuit, one side of the surface on which the recess of the metal plate is formed Alternatively, a method of laminating and applying electrical insulating layers on both sides, forming a single-layer or multiple-layer circuit on the surface of the insulating layer, and through-hole plating on the laser vias where necessary for conduction or heat dissipation to the back surface And it connects with the said metal plate using a copper bump. Then, the semiconductor plate is formed by cutting more than the bottom surface of the dent using a counterbore or etching from the reverse surface where the dent is formed in the metal plate, and forming a cavity portion leaving a part of the thickness of the metal plate. A circuit is formed on the bottom surface of the cavity where components such as elements are mounted, and a part of the circuit is directly connected to a peripheral metal plate. Heat is conducted through the circuit to the surrounding thicker metal plate, and the heat transmitted to the entire thick metal plate can be directly transferred from the metal plate to another heat radiating body. It is also possible to conduct heat from a large area to the surface layer circuit through a thin insulating layer, or to provide heat to the surface layer circuit by providing a number of laser vias where necessary, and to transfer heat from there to other radiators . In the present invention, it is possible to conduct heat through a via or an insulating layer from a large area of a metal plate or surface layer circuit, not from a die-bonding portion of the element, and it is possible to ensure high thermal conductivity and electrical characteristics of the metal plate. is there. In addition, since the cavity processing is performed after batch stacking, the insulation reliability and the connection reliability are excellent. In addition, when the present invention is used for an LED, an optical sensor, or the like, it is possible to process the cavity side surface obliquely and have the function of a reflector, thereby reducing the number of steps for attaching the reflector during assembly. It is possible to provide a package for possible electronic components at a low cost.
以下、本発明の好適な実施例について説明する。
図1は、本発明に係る金属板の片面にのみ配線パターンを形成した電子部品用パッケージの実施例上面よりの状態を示した説明図である。素子10は金属板と直接繋がっている配線にダイボンドされ、熱は金属板へ伝導される。さらに厚い金属板の全体に伝わった熱は、金属板から直接他の放熱体に熱を伝える事が可能である。また、薄い絶縁層を通して広い面積から表層回路に熱伝導させたり、必要箇所に多数のレーザービアを設けて表層回路に熱を伝導し、そこから他の放熱体に熱を伝える事も可能である。
図2は、図1のA−A’部分の断面を示す説明図である。キャビティ内の独立した配線はブラインドビア25によって素子搭載面の逆面に引き出されている。
図3は、図1のB−B’部分の断面を示す説明図である。本説明図では金属板のした面にブラインドビアを多数形成し、素子搭載面の逆面にも熱を伝導することを可能にしている。スルーホールはレーザービア以外にも、導電性の樹脂によって接続をしたり、フィルドビア、金属バンプを使用する等の方法がある。本実施例ではボンディングワイヤー20によって接続を行っているが、フリップチップ接続等の他の接続でも本発明の特徴を生かす事は可能であり、本発明をワイヤーボンディングに限定する物ではない。また、スルーホール等の構成もそれに限定するものではない。
図4からは製造工程を追って説明する。
図4はパッケージの基板として使用する金属板30を示す。金属板はエッチングにより、キャビティ底面に形成する配線の配線間隔となる部分40を凹ませた形に形成する。この部分は仕上がり時にキャビティ底面に露出する配線の絶縁部分となる。金属板30は、電気的絶縁層との密着性を向上させるため、電気的絶縁層を形成する面に化学処理等の下地処理45を施しても良い。
図5は金属板30に電気的絶縁層50を被着形成した状態を示す。電気的絶縁層50を被着形成する際には配線パターンを形成するための銅箔60も同時に形成する。本説明図ではビルドアップ工法での絶縁層形成を便宜的に説明しているが、配線が形成されたコア材を貼り付けるなどの一般的な基板の製造方法が適用可能である。また、絶縁層に熱伝導の良いものを使用すれば、本パッケージの構成を好適に利用可能である。
図6は電気的絶縁層50の所要の部位に接続孔70形成のためのレーザー加工を行った状態を示している。接続孔70形成はレーザーに限定するものではなく、ドリル穴明等の、通常の基板製造と同様の工法が使用可能である。
図7は、図6で形成した接続孔70にスルーホールめっき80を形成した状態を示す。
図8は所要の配線パターン90を形成した状態を示す。銅箔60及びスルーホールめっき80をあわせた層をエッチングして配線パターン90を形成した。
図9は本発明の最も特徴的な工程であり、図4で金属板に形成した凹部分40の金属板逆面から、凹部分40の底面を取り除くことの出来る深さまで精度良くザグリやエッチング加工する事により、前記金属板のエッチングによって凹ませた部分を含めた所望の部品搭載したい所を、凹ませた逆面より表出させ、凹ませた部分が所定のパターン間隔部分の形状となってキャビティ100の底面に形成する事ができる。配線は独立させる事も可能であり、ザグリ周辺部に残した金属板との直接接続をする事も可能である。よって熱容量を持った金属板に直接接続された部分に素子を実装する事で高い熱伝導性を実現する。本基板をLEDや光センサー等に使用する際には、ザグリを行った金属板壁面110を反射板として使用する事もでき、効率的に光を外に出すことが可能であり、反射板に当たる光の熱や樹脂等に光が当たる事により発生する熱も金属板に吸収させることが可能である。
図10は、配線パターンの所要の部位に表面処理めっき120を施した、電子部品用パッケージの断面図である。表面処理めっき120は一般的な基板のめっきを適用する事が可能であり、LEDとして使用する場合には銀めっき等のより高輝度なめっきを使用する事により、光の利用効率を高めることが出来る。また、表裏に貫通する穴がめっき時に影響を及ぼす場所に開いていない場合には、表面のめっきと裏面のめっき種類を変える事が可能であり、面ごとの実装方法に合わせためっき処理を行う事が可能である。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory view showing a state from the upper surface of an embodiment of an electronic component package in which a wiring pattern is formed only on one side of a metal plate according to the present invention. The
FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section of the AA ′ portion of FIG. 1. Independent wiring in the cavity is drawn out to the reverse side of the element mounting surface by the blind via 25.
FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section of the BB ′ portion of FIG. 1. In this explanatory view, a large number of blind vias are formed on the surface of the metal plate, and heat can be conducted to the reverse side of the element mounting surface. In addition to laser vias, through-holes can be connected by a conductive resin, filled vias, and metal bumps. In this embodiment, the connection is made by the
The manufacturing process will be described with reference to FIG.
FIG. 4 shows a
FIG. 5 shows a state in which an
FIG. 6 shows a state in which laser processing for forming the
FIG. 7 shows a state in which through-
FIG. 8 shows a state in which a required wiring pattern 90 is formed. The wiring pattern 90 was formed by etching the combined layer of the copper foil 60 and the through-
FIG. 9 shows the most characteristic process of the present invention. The counterbore or etching process is performed with high accuracy from the reverse side of the metal part of the
FIG. 10 is a cross-sectional view of an electronic component package in which a surface treatment plating 120 is applied to a required portion of a wiring pattern. The surface treatment plating 120 can be applied to general substrate plating, and when used as an LED, by using a brighter plating such as silver plating, the use efficiency of light can be increased. I can do it. In addition, if the holes that penetrate the front and back are not opened in the place that affects the plating, it is possible to change the type of plating on the front side and the back side, and perform plating processing according to the mounting method for each side Things are possible.
図11は、本発明の多層配線パターンを形成する他の実施例を示す説明図である。図11では、凹みが形成された金属板に電気的絶縁層を被着形成し、図8にて示された配線層を形成した後に、同様の工法にて配線層を追加形成し、前記金属板に形成した凹みの底面より多くを金属板の凹みを形成した逆面より精度良く削り出し露出させる事により、半導体素子等の部品を搭載するキャビティ部底面に回路が形成されている。この様な方法で通常の基板製造方法と同様なビルドアップ工法を本基板に適用する事も可能である。また、本実施例では便宜的に2層に電気的絶縁層を介した配線を重ねているが、それに限定する物ではない。
実施例では、金属板の片面に電気的絶縁層及び配線層を単層または複数層被着形成し、片面にのみキャビティを形成した形状を示しているが、片面に限定する物ではなく、配線層を両面に形成する事も可能である。FIG. 11 is an explanatory view showing another embodiment for forming a multilayer wiring pattern of the present invention. In FIG. 11, an electrically insulating layer is deposited on a metal plate having a recess, and after the wiring layer shown in FIG. 8 is formed, a wiring layer is additionally formed by the same method, and the metal A circuit is formed on the bottom surface of the cavity portion on which a component such as a semiconductor element is mounted by accurately cutting and exposing more than the bottom surface of the recess formed on the plate than the opposite surface on which the metal plate recess is formed. In this way, it is possible to apply a build-up method similar to a normal substrate manufacturing method to the substrate. Further, in this embodiment, the wiring via the electrical insulating layer is overlapped on the two layers for convenience, but it is not limited to this.
In the examples, a single layer or multiple layers of an electrical insulating layer and a wiring layer are formed on one side of a metal plate, and a cavity is formed only on one side. However, the shape is not limited to one side. It is also possible to form layers on both sides.
本発明に係る電子部品用パッケージよれば、四角形の金属板の中央部にキャビティを設 け、キャビティの底部には電気的絶縁層に囲われた底部厚さと同じ厚さの電極を形成し、 キャビティの壁部及び底部には部品実装の為の表面処理めっきが被覆されており、前記キ ャビティの反対面に銅箔を順に積層し前記金属板と銅箔を接続させている。キャビティ底 部の電気的絶縁層に囲われた底部厚さと同じ厚さの電極と電極を囲っている絶縁層以外の 金属板部分が、キャビティ周囲の金属板と同体から形成されていることから、金属板の有する高い熱伝導性、電気特性を確保して、絶縁の信頼性および接続の信頼性に優れた電子部品用パッケージを、低コストにて提供することができる。
本発明が、LED用基板、光センサー用基板、放熱性の求められる用途の基板に広く応用することができることは勿論である。According package for electronic components according to the present invention, only setting the cavity in the center of the square of the metal plate, the bottom of the cavity to form an electrode of the same thickness as the bottom thickness which is surrounded by the electrically insulating layer, a cavity the walls of and bottom and surface treatment plating for component mounting is covered, it is stacked in this order by connecting the metal plate and copper foil copper foil on the opposite surface of the key Yabiti. Since the metal plate part other than the insulating layer surrounding the electrode and the electrode having the same thickness as the bottom thickness surrounded by the electrical insulating layer at the bottom of the cavity is formed from the same body as the metal plate around the cavity , It is possible to provide an electronic component package having high thermal conductivity and electrical characteristics of the metal plate and excellent in insulation reliability and connection reliability at a low cost.
Needless to say, the present invention can be widely applied to LED substrates, optical sensor substrates, and substrates for applications where heat dissipation is required.
10 半導体素子等の部品
20 ボンディングワイヤー
25 ブラインドビア
30 金属板
40 配線間隔部
45 下地処理
50 電気的絶縁層
60 銅箔
70 接続孔
80 スルーホールめっき
90 配線パターン
100 キャビティ
110 金属板壁面
120 表面処理めっきDESCRIPTION OF
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