JPS59996A - 基板の接続構造 - Google Patents

基板の接続構造

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JPS59996A
JPS59996A JP57108478A JP10847882A JPS59996A JP S59996 A JPS59996 A JP S59996A JP 57108478 A JP57108478 A JP 57108478A JP 10847882 A JP10847882 A JP 10847882A JP S59996 A JPS59996 A JP S59996A
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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  • Die Bonding (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Combinations Of Printed Boards (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基板の接続構造に係シ、特に高密度で高信頼性
に好適な基板の接続構造に関する。
従来の高密度マルチチップ実装として、例えば特公昭4
3−28735号に示される様なi91チップに多数個
形成された電極とそれを支持する一方の回路基板q端子
部とをはんだで直接接合するCCD法が知られている。
この実装法の問題点はS1チツプと支持体との間に熱膨
張係数の差に起因する熱歪が生じ、との熱歪を接続部の
はんだが緩和するため、はんだは次第に疲労して破断に
至ることである。このため、Slチップと熱膨張係数が
大きく異なる回路基板ははんだが容易に熱疲労するため
使用できない。
第1図(a)、 (b)は従来例を示し、1はf3iチ
ップ、2ははんだバンプ、3はAt、0.多層板、4は
A/、、0.多層板の内層のWペースト導体、5はWペ
ース導体にN1めつきを2〜3μm施した表面配線導体
、13はスルーホール導体、18は多層プリント基板、
6はCu箔リードを示す。第1図(a)はS1チツプ1
とAt、0.多層基板3とをCCB接合した一般的なC
CB実装構造である。St  とAt、033との熱膨
張係数の差から、10年以上の寿命を保証するには最外
周のはんだバンプ間距離dは約5闘までしか、許されて
いない。またAt、0.多層配線基板3の内部配線導体
4はAL、0゜グリーンシートと同時に高温で焼成しな
ければならない関係上、WもしくはMOペースト導体し
か使用できないため誘電率が8〜10と高く、高速At
算に支障をきたしている。他方、第1図(b)に示すご
とく、第1図(a)のA/、、0.多層基板の代わりに
誘電率の低い多層プリント18板を用いると、Cu6導
体と有機絶縁層でできているため、誘電率は3.5〜4
.5と低く、高速計算は可能になり上記(a)の欠点は
改善される。しかし、多層プリント板(ガラスエポキシ
)の熱膨張係数は10〜12XIO−@/l:’と高い
ため、B i (2,,5xxo−’/C)との熱膨張
係数の差が大きくなシ、はんだバンプは容易に熱疲労し
破壊する欠点がある。
本発明の目的は上記欠点を除去し、熱膨張係数が異なる
基板構造において、実装密度及び信頼性は従来並みに維
持し、熱歪を緩和する構造を提供することにある。
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、一対
の基板間に両者の中間の熱膨張係数を有する中継基板を
設け、中継基板のスルーホールを介して一対Ω基板の電
極端子間を接続することにある。
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
(実施例1) 第2図は中継基板となるA40m基板の製造工程を示す
図である。焼結された中継基板の厚さは0、5 mm 
、スルーホール直径は150μm1 ピッチは250μ
mである。
第3図(a)、 (b)はそれぞれグリーンシート12
にパンチングで穴明けした断面図と平面図を示す。
Siチップのほぼ全面には250μmピッチではんだバ
ンプが形成されている。従って、中継基板のグリーンシ
ートの穴はスルーホールとするため、同様に焼成された
時点で250μInピツチで形成される。
スルーポール電極14は第4図(a)に示す様にスルー
ポール13の内壁にホトレジストと化学めっき法により
CH2O導体を形成し、はんだ電極41を設けることに
より形成される。ここではんだ電極41は3tチツプ1
のCOBはんだバンプ組成と同じ<Pb−5wt%5n
である。尚、スルーホール導体14は第4図(b)に示
す様に既に焼結されたAt、0.基板にAg、Cuペー
スト20を印刷法によってスルーホール13に充填した
後、低温で焼結して、浸漬はんだめつき42を施したも
のであってもよい。スルーホール導体の抵抗値ハ小さい
ため、Ag、Cuペーストでも実装した場合に計算速度
に影譬を与えない。
第5図(a)は各基板の接続前の状態、第5図(b)は
接続後の状態を示し、1はSiチップ、2はpb−5w
t%3n組成のはんだ、15は中継基板であるA、/、
!O,基板、16はPb−60wt%Sn組成のはんだ
、17ははんだレジスト膜、18はガラスエポキシとC
u箔よシ成る4層プリント基板でお暮。ここでSlチッ
プ1の熱膨張係数αS1は約2、5 X 10−’ /
 Cs A40m基板15の熱膨張係数αAttOaは
約7.5 X 10−@/C1多層プリント基板18の
熱膨張係数は約tzxto−’/Cである。
まずBtチップ1上のPb−5wt%Snはんだバンプ
とAt、0.基板15t−ロジン系フラックスを用いて
、最高33Cの温度で接続後、トリクレン。
アセトンで7ラツクスを洗浄する。一方、多層プリント
基板18上の表面層には250μmのピッチで形成され
たCu箔電極上にPb−60wt%Sn組成のはんだめ
っき16(もしくはペース))−1−施し、ボンディン
グし易くするため平坦に保った状態にしておく、もしく
は再溶融してはんだ中に含まれているガスを放出させる
と同時に基板の電極上に半球状のはんだ16を形成する
。先に接合したSiチップ1とALtOs基板15は多
層プリント基板18に位置決め後、2200の雰囲気炉
で接続する。この時Siチップ1とkttos基板15
とを接続したはんだ(pb 5wt%Sn)は融点力文
約300Cのため、溶融しない。
第6図は本実施例に於ける耐熱疲労性を示すために、動
作中の81チツプ1の最大温度75Cと室温との温度履
歴を1日1回のサイクルで受けたとき10年間の寿命を
保証する最外周のノくンフ”間距離dを示したものでお
る。
はんだバンプの熱疲労寿命(Nf)は次式によって求め
られる。
はんだバンプの熱疲労寿命(Nf)は式(1)に示す様
に、せん断歪(r)の2乗に反比例することが知られて
いる。せん断歪(r)は式(21,(3)に示す様に最
外周のバンプ間距離(d)、はんだ高さくh)、接続さ
れる基板間の熱膨張係数の差(Δα)及び形状係数に等
で決まる。せん断歪(r)はSiチップ1と中継基板1
5間においては式(2)、中継基板工5と多層プリント
板18(FB)間においては式(3)で与えられる。
表木は多層プリント基板(FB)にht、os中継基板
を使用した場合のCCBはんだバンプの耐熱疲労寿命1
0年を保証する最外周のバンプ間距離(d)を示したも
のである。従来の81チツプを多層プリント基板PBに
直接CCB接続した場合の10年の寿命を保証する寸法
(d)は2.5wで、大型チップには使えない構造であ
る。
一方、本実施例に於いては、8Mチップ1と多層プリン
ト基板18の間に、熱膨張係数が両者の間であるA/1
..0.基板15(αsi<αに40m<αPB)を設
けているので、はんだの熱疲労が少なく、熱歪はA40
.基板15によって緩和される。従って、Siチップの
最外周バンプ間距離(d)は表1に示すように5簡まで
可能となり、S1チツプの大型化が実現できる。
さらに、Siチップ1と多層プリント基板18とはAt
、O,基板15のスルーホールを介してCCB接続され
ているので、実装密度が低下することもない。
また、多層プリント基板18はAttOa基板と比較し
て、高密化が容易で、かつ低コストであシ、さらに誘電
率が低いため、計算スピードに優れている。
また、本実施例の場合め多層プリント基板18はガラス
エポキシ材であったが、さらにシリカ等のフィラーを入
れて低膨張化する仁とが可能であることから、AttO
s基板15と多層プリント基板18間のはんだの熱疲労
寿命の安全率は高くなる。
一般に中継基板と多層プリント基板間の熱膨張係数の差
は5iチツプと中継基板間の熱膨張係数の差よりも小さ
くとることによυ、後者の寿命が大になるように設計す
る。
第7図は本実施例により高密度実装した場合のヒートシ
ンク構造を組合せたモジュール断面図である。
第7図(a)に於いて、6は取付枠、7は水冷取付枠、
8は冷却水、9はHeガス、10ははんだ封止部、11
は多層プリント板基板18の出力ビン、22は液体金属
、23はベローズ、24はヒートシンク、25は取付ボ
ルトであり、第5図と同一符号は同−物及び相当物を示
す。
191チツプlの発生した熱は大部分、液体金属22を
つつんだベローズ23を介して、水冷された面と接した
ヒートシンク24に伝えられる。一部はCCHのはんだ
バンズ2を介してA7tO,基板15に伝えられ、熱放
散される。多層プリント基板18はコネクターに差込む
ための出力ピン11がはんだ付されている。尚、第7図
(b)K示す様にこのピン構造はピン固定枠26を設け
て多層プリント基板の端子にはんだ27付した構造も可
能である。
内部は不活性で熱伝導性の優れた)(eガス9が封止さ
れてhる。ベロ−ズ23のばね強さははんだが圧縮力で
クリープしない力で変形できる程度に設計されている。
゛第8図はAt、03基板15として、Slチップ1と
同一寸法(A′)およびSlチップ1よ少大きな寸法(
A)を用いた場合の熱抵抗を比較するために、中心部(
o−o’)の温度を測定したもので、中継基板としての
At、Os基板15を大きくすることは中継基板の表面
積が大きくなり、熱放散性に優れた効果があることがわ
かる。
即ち、At、03基板の表面積を、Siチッグの表面積
よシ大きくとることにより、熱歪がよシ緩和される。
(実施例2) 本実施例忙於いては、第9図に示す様に、S!チップ1
 (a9 i=2.5X10−”/U ) (D主表面
に配t  ’される複数の電極端子と、A40m基板1
50(αAt、0.さ7.5xto’/l:’ )の主
表面に配置される複数の電極端子とをはんだによって接
続する場合に、Slチップ1とAL!Os基板150と
の間に、中継基板として熱膨張係数が両者の間にあるS
iC基板200(αStCさ4X10’/C)を設けて
いる。
第1図に示す様な、Btチップ1とA ItOs多層基
板を直接CCB接続する従来例に於いては、10年間の
寿命を保証するためには、81チツプの最外周はんだバ
ンプ間距離最大5wxまでであったが、本実施例に於い
ては、StC基板200によって、熱歪が緩和されるの
で、表2に示す様にdは7■まで可能となり、81チツ
プの大型化が更に図れる。
表2゜ 8iC基板とほぼ等しい熱膨張係数を有する中継基板と
して、ムライト(3At、0.・2810.)にガラス
を混入した基板(熱膨張係数5.OX 10−シで)を
使用すればdは10mまで可能となる。
(実施例3) 多層プリント基板の材質としてガラスエポキシ材が一般
的であるが、この他に、さらに低膨張率を有するケプラ
ークロス、ケプラー・ガラスクロスのエポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂等の各種の組合せが可能である。ケブラー
・ガラスクロスのエポキシ樹脂系多層プリント基板の熱
膨張係数は8X l O−’ /cと低く、中継基板と
して、8IC(α5iA−4X 10−” /C)、も
しくはムライト・ガラス基板(αムライト=5X10−
”/C)を使用することKよシ、計算速度も大で、かり
、大型CCB実装が可能となる。
以上述べた様に、本発明によれば、基板間の熱歪が緩和
できる基板の接続構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の基板の接続構造を示す断面図、第2図は
本発明の第1の実施例に用いるAt、0゜基板の製造工
程を示す図、第3図は本発明の第1の実施例に用いるA
t、O,基板のグリーンシートの断面図及び平面図、第
4図は本発明の第1の実施例に用いるAt高基稜のスル
ーホールの拡大断面図、第5図は本発明の第1の実施例
を示す断面図、第6図は本郷明の第1の実施例の効果を
説明する図、第7図は本発明の第1の実施例を用いたモ
ジュール断面図、第8図は本発明の第1の実施例の効果
を説明する図、第9図は本発明の第2の実施例を示す図
である。 1・・・Stチップ、15・・・At tos基板、1
8・・・多層プリント基板。 ystrt 嗜(乙   Dり Y7 図 Uす

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一方の基板の主表面に配置される多数個の一方の電
    極端子と、上記一方の基板より大きい熱膨張係数を有す
    る他方の基板の主表面に配置される多数個の他方の電極
    端子とが、それぞれ対応するように金属材料によって接
    続されるものに於いて、上記一方の基板と上記他方の基
    板との間に、上記一方の基板の熱膨張係数より大きくか
    つ上記他方の基板の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を
    有する中継基板を設け、該中継基板に形成される多数個
    のスルーホールを介して、上記一方の電極端子と上記他
    方の成極′端子とが接続されることを特徴とする基板の
    接続構造。 2、特許請求の範囲第1項に於いて、上記中継基板の表
    面積は、上記一方の基板の表面積より大きいことを特徴
    とする基板の接続構造。 3、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、上記
    一方の基板はSlチップであり、上記他方の基板は多層
    ンリント基板でアシ、上記中継基板は4t、o、系基板
    であることを特徴とする基板の接続構造。 4、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、上記
    一方の基板はSNチップであシ、上記他方の基板はA4
    Os系基板でアシ、上記中継基板はSiC基板であるこ
    とを特徴とする基板の接続構造。
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