JPS6113687A - 半導体素子搭載用配線板 - Google Patents

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】 （発明の属する技術分野） 本発明は半導体素子搭載用配線板の改良に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、半導体素子をプリント配線板上に搭載するには、
セラミック製のチップキャリアもしくはセラミック製の
パッケージを介して搭載する方法が一般的であった。し
かし一般的に使用されている高アルミナ質セラミック（
以下セラミックとする）は誘電率が約９と高くこのため
近年の演算速度の超高速化においては信号遅れが大きい
ため好ましい材料ではなかった。一方ガラスエポキシ配
線板は誘電率が５程度で配線の浮遊容量による信号波形
のくずれはセラミックより少ないもののセラミックに比
べ耐熱性が低い、熱伝導率が低い。

という欠点を有しており実装の高密度化には限界があっ
た。

一方シリコンチップをプリント配線板上に直接搭載する
方法も試みられているがチップキャリアを介したものが
殆んどであり入出力の端子数が多いものはピングリッド
アレイ型パッケージとなり前述のセラミックに起因する
欠点はさけられない。

また半導体素子が配線板の電気信号により誤動作するの
でアース回路を設けなければ力らない。

しかし上記のような配線板ではすべての回路に対してそ
れぞれ別個にアース回路を設けなければ々らないという
欠点があった。

（発明の目的） の 本発明はこれら欠点のない半導体素子搭載用配Δ 線板を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 素子を搭載する部分以外の部分に貫通孔を設け。

この貫通孔および半導体素子を搭載する部分を除く金属
板の表面および側面に形成された絶縁層。

かつ前記表面の絶縁層上に形成された電気回路。

前記貫通孔に形成された絶縁層には金属板と絶縁され前
記電気回路と導通する導電層および金属板と導通し前記
電気回路と絶縁される導電層、該それぞれの導電層と接
して挿入固着された接続ピンとからなる構造としたとこ
ろ、誘電率が５程度で。

耐熱性および熱伝導率がガラスエポキシ配線板に比べ高
く、高発熱密度の素子も搭載可能であることが確認され
た。また配線板の電気信号による誤動作が生じないこと
も確認された。

本発明は金属板の半導体素子を搭載する部分以外の部分
に設けられた貫通孔、この貫通孔および半導体素子を搭
載する部分を除く金属板の表面および側面に形成された
絶縁層、かつ前記表面の絶縁層上に形成された電気回路
、前記貫通孔に形成された絶縁層には金属板と絶縁され
前記電気回路と導通する導電層および金属板と導通し前
記電気回路と絶縁される導電層、該それぞれの導電層と
接して挿入固着された接続ピンとからなる半導体素子搭
載用配線板に関する。

本発明において使用される金属板は、銅、アルミニウム
など熱伝導性にすぐれたものが好ましいが、搭載する半
導体素子の大きさにより、熱膨張係数の不一致に起因す
る不都合が発生する場合にはコバール、４２アロイなど
半導体素子と熱膨張係数が近似する金属材料を使用する
ことが好ましい。またその金属板の厚さは特に制限はな
いが。

放熱の効果を考慮して０．３〜２．５ｍｍ程度のものを
用いることが好ましい。絶縁材料についても特に制限は
ないが、一般にプリント配線板に使用されるガラスエポ
キシ複合材料を用いることが好ましい。ガラス材料とし
てはガラス布、ガラス不織布。

ガラスチョップ、ガラス粉末などが単独あるいは組み合
わされてエポキシ樹脂組成物と併用される。

特に貫通孔内を充てんするには、ガラス布、ガラス不織
布よりガラスチョップ又はガラス粉末々どとエポキシ樹
脂組成物とを併用した絶縁材料を使用するのが好ましい
。貫通孔以外に形成する絶縁層の厚さについては特に制
限はない。

金属板に設ける貫通孔の直径と導電部とにおける同径同
士のクリアランスは約０．０５ｍｍ以上あることが好ま
しく、０．１ｍｍ以上あればさらに好ましい。

金属板と導通し電気回路と絶縁される導体層は接続ピン
を接続してアースをとるため配設されるもので、少なく
とも１箇所は必要であるがあまり数多く配設する必要は
ない。

信号接続ピンは信号接続ピンとして用いるものであるが
特殊なものは必要とせず、従来公知のものが用いられる
。

（実施例） 以下実施例により本発明を説明する。

実施例１ 所定の位置に所定の数だけ、直径１．２　ｍｍの貫通孔
（スルーホール）Ａを設けた５０Ｘ５０ｍｍの寸法で、
厚さが１．０ｍｍの銅板Ａを、従来公知のエボノール処
理により亜酸化銅処理をした。

次に厚さ０．２　ｍｍのガラスエポキシ積層板用プリプ
レグ材料（以下プリプレグ材料とする）を２×２ＩＩＩ
１１の寸法に切断して前述の貫通孔Ａ上に置き。

この後２５Ｘ２５ｍｍの寸法で、厚さが５ｍｍの銅板Ｂ
を前述の亜酸化銅処理した銅板Ａの中央部に乗せ、さら
に上記と同じ厚さのプリプレグ材料を５５Ｘ５５ｍｍの
寸法に切断し、そしてその中央部を２５Ｘ２５＋＋ｍ＋
の寸法にくり抜き、そのくり抜いた部分で前述の銅板Ｂ
をとりまくように８枚積層しく一部は２Ｘ２ｍｍの寸法
のプリプレグ材料上に重なる）、銅板Ｂを圧着したまま
でプリプレグ材料を１２０℃で１時間、　さらに１６０
℃ｔ’１時間。

圧力２　Ｋｆ　／ｃｍ’の条件で加熱、加圧せしめ９貫
通孔Ａ内をプリプレグ材料で充填して絶縁層を形成する
と共に表面および側面に厚さ１．０ｍｍの絶縁層を形成
した。その後銅板Ｂを取り外し１次いで１箇所だけ除い
て銅板Ａに接し々いように貫通孔Ａに形成した絶縁層の
中央部を超硬ドリルで直径０．６薗の貫通孔Ｂを新たに
設けると共に１箇所だけ上記と同じドリルを用いて金属
板人に接するように貫通孔Ａに形成した絶縁層に貫通孔
Ｃを設け、その後一般にアディティブ法と呼ばれる銅導
体回路形成法により貫通孔Ｃの端部周辺を除いた他の部
分の表面に形成した絶縁層上に電気回路を形成し。

また貫通孔Ｂおよび貫通孔Ｃに導電層を配設して貫通孔
Ｂのみに配設した導電層を前記電気回路と導通させた。

次に各導電層に５２合金のネールへラドビンを半田にて
接続し、このうち銅板Ａと導通するネールヘッドピン１
本をアース回路とした半導体素子搭載用配線板を得た。

この半導体素子搭載用配線板の誘電率は、５．１でガラ
スエポキシ配線板とほぼ同一で、半導体素子を搭載する
部分の熱伝導率は、　０．９２　ｃａｌ　／ｃｍ・秒・
℃で半導体素子の発生する熱を裏面に放熱することがで
きた。また配線板の電気信号による誤動作は見られ々か
った。

実施例２ 金属板として寸法が５０　Ｘ　５０　ｍｍ　＋厚さが０
．５鵬で表面をサンドブラストにて７．５±２．５μｍ
の表面粗さに加工した後ニッケルメッキを２μｍの厚さ
に施したコバール板を使用し、そして電気回路の形成お
よび導電層の配設をテンティング法と呼ばれる銅導体回
路形成法で行なった以外は実施例１と同じ方法で半導体
素子搭載用配線板を得た。

この半導体素子搭載用配線板の誘電率は５．０でガラス
エポキシ配線板と同一で、半導体素子を搭載する部分の
熱伝導率は、　０．１４　ｃａｔ／ｃｍ・秒・℃でニッ
ケル板の熱伝導率と近似した値を示した。

また配線板の電気信号による誤動作は見られ々かった。

以上の結果から実施例１および実施例２で得られた半導
体素子搭載用配線板の熱伝導率はガラスエポキシ配線板
の６　Ｘ　１０−’　ｃａｂ　／ｃｍ・秒・℃に比べ著
しく大きい値を示すことがわかる。

（発明の効果） 本発明に々る半導体素子搭載用配線板は、金属板の半導
体素子を搭載する部分以外の部分に設け　　　１られた
貫通孔、この貫通孔および半導体素子を搭載する部分を
除く金属板の表面および側面に形成された絶縁層、かつ
前記表面の絶縁層上に形成された電気回路、前記貫通孔
に形成された絶縁層には金属板と絶縁され前記電気回路
と導通する導電層および金属板と導通し前記電気回路と
絶縁される導電層、該それぞれの導電層と接して挿入固
着　　　４された接続ビンとからなるので、誘電率、耐
熱性および熱伝導率に優れ、このため従来搭載不可能で
あった高発熱密度の素子も搭載することができるなどの
効果を奏し、またアース回路も簡単に設けることができ
配線板の電気信号による誤動作も　　　５生−じない。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６
手続補正書（自発） 昭和　５９年　７ｆ４３■８ 、事件の表示 昭和５９年特許願第１３３９１７号 ｉ１発明の名称 半導体素子搭載用配線板 １、補正をする者 事件との関係　　　　　　特許出願人 名　称　（４４５）　日立化成工業株式会社１、代　理
　人 、補正の対象 明細書全文 （１）別紙の山り」細書の全文を補正し拳、補正の内容 別紙 明　　　細　　　書 １、発明の名称 半導体素子搭載用配線板 ２、特許請求の範囲 １、金属板の半導体素子を搭載する部分以外の部分に設
けられた貫通孔、この貫通孔および半導体素子を搭載す
る部分を除く金属板の表面並びに側面に形成された絶縁
層、かつ前記表面の絶縁層上に形成された電気回路、前
記貫通孔に形成された絶縁層には金属板と絶縁され前記
電気回路と導通するよう絶縁層を貫通１２て形成された
導電層および金属板と導通し前記電気回路と絶縁するよ
うの導電層と接して挿入固着された接続ピンとからなる
半導体素子搭載用配線板。

３、発明の詳細な説明 （発明の属する技術分野） 本発明は半導体素子搭載用配線板の改良に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、半導体素子をプリント配線板」二に搭載するには
、セラミック製のチップキャリアもしくはセラミック製
のパッケージを介ｊ〜で搭載する方法が一般的であった
。しかし一般的に使用されている高アルミナ質セラミッ
ク（以下セラミックとする）は誘電率が約９と高くこの
ため近年の演算速度の超高速化においては信号遅れが大
きいため好ましい材料ではなかった。一方ガラスエポキ
シ配線板は誘電率が５程度で配線の浮遊容量による信号
波形のくずれはセラミックより少ないもののセラミック
に比べ耐熱性が低い、熱伝導率が低い。

という欠点を有しており実装の高密度化には限界があっ
た。

一方シリコンチップをプリント配線板上に直接搭載する
方法も試みられているがチップキャリアを介ｌ−九もの
が殆んどであり入出力の端子数が多いものはピングリッ
ドアレイ型パッケージとなり前述のセラミックに起因す
る欠点はさけられない。

また半導体素子が配線板の電気信号により誤動作するの
でアース回路を設けなければならない。

１７か１〜上記のような配線板ではすべての回路に対１
、てそれぞれ別個にアース回路を設けなければなら々い
という欠点があった。

（発明の目的） 本発明はこれらの欠点のない半導体素子搭載用配線板を
提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明者らは上記の欠点について種々検討した結果、半
導体素子搭載用配線板の構造を下記の如く金属板の半導
体素子を搭載する部分以外の部分に貫通孔を設け、この
貫通孔および半導体素子を搭載する部分を除く金属板の
表面並びに側面に形成された絶縁層、かつ前記表面の絶
縁層上に形成された電気回路、前記貫通孔に形成された
絶縁層には金属板と絶縁され前記電気回路と導通するよ
う絶縁層を貫通１〜で形成された導電層および金属板と
導通し前記電気回路と絶縁するよう絶縁層を貫通して形
成された導電層、＃それぞれの導電層と接して挿入固着
された接続ピンとからなる構造としたところ、誘電率が
５程度で、耐熱性および熱伝導率がガラスエポキシ配線
板に比べ高く、高発熱密度の素子も搭載可能であること
が確認された。また配線板の電気信号による誤動作が生
じないことも確認された。

本発明は金属板の半導体素子を搭載する部分以外の部分
に設けられた貫通孔、この貫通孔および半導体素子を搭
載する部分を除く金属板の表面並びに側面に形成された
絶縁層、かつ前記表面の絶縁層上に形成された電気回路
、前記貫通孔に形成された絶縁層には金属板と絶縁され
前記電気回路と導通するよう絶縁層を貫通１〜て形成さ
れた導電層および金属板と導通１−前記電気回路と絶縁
するよう絶縁層を貫通して形成された導電層、該それぞ
れの導電層と接して挿入固着された接続ピンとからなる
半導体素子搭載用配線板に関する。

本発明において使用される金属板は、銅、アルミニウム
など熱伝導性にすぐれたものが好まＩ〜いが、搭載する
半導体素子の大きさにより、熱膨張係数の不一致に起因
する不都合が発生する場合にはコバール、４２合金など
半導体素子と熱膨張係数が近似する金属材料を使用する
ことが好まｌ〜い。

またその金属板の厚さは特に制限はないが、放熱の効果
を考慮して０．３〜２．５〜程度のものを用いることが
好ましい。絶縁材料についても特に制限はないが、一般
にプリント配線板に使用されるガラスエポキシ複合材料
を用いることが好ましい。

ガラス材料としてはガラス布、ガラス不織布、ガラスチ
ョップ、ガラス粉末々どが単独あるいは組み合わされて
エポキシ樹脂組成物と併用される。

特に貫通孔内を充てんするには、ガラス布、ガラス不織
布よりガラスチョップ又はガラス粉末々どとエポキシ樹
脂組成物とを併用した絶縁材料を使用するのが好ましい
。貫通孔以外に形成する絶縁ことか好ましく＋０．１ｍ
ｎ以上あればさらに好ましい。

金属板と導通し電気回路と絶縁される導体層は接続ビン
を接続ｊ−てアースをとるため配設されるもので、少な
くとも１箇所は必要であるがあ壕り数多く配設する必要
は々い。

接続ビンは信号接続ビンと１〜て用いるものであるが特
殊なものは必要とせず、従来公知のもの例えばコバール
、４２合金、５２合金等が用いられ。

その長さについても特に制限は々く配線板の厚さよりも
長いものを使用することが好まｉ−い。

また接続ビンは端子を半導体素子搭載側に位置するよう
導電層に挿入固着することが好ましい。

（実施例） 以下実施例により本発明を説明する。

実施例１ 所定の位置に所定の数だけ、直径１．２ｍｍの貫通孔（
スルーホール）Ａを設けた５０Ｘ５０．の寸法テ、厚さ
が１．０　ｍｍの銅板Ａを、従来公知のエボノール処理
により亜酸化銅処理を１〜た。

次に厚さ０．２　ｍｍのガラスエポキシ積層板用プリプ
レグ材料（以下プリプレグ材料とする）を２×２＋Ｉ１
ｍの寸法に切断；７て前述の貫通孔Ａ　、、ｈ　Ｋ置き
。

この後２５Ｘ２５ｍｍの寸法で、厚さが５ｔＩＩ［ｌの
銅板Ｂを前述の亜酸化銅処理１．た銅板Ａの表側の表面
の中央部に乗せ、さらに上記と同じ厚さのプリプレグ材
料を５５Ｘ５５ｍｍの寸法に切断し、そしてその中央部
を２５Ｘ２５ｍｍの寸法にくり抜き、そのくり抜いた部
分で前述の銅板Ｂをとりまくように８枚積層しく一部は
２Ｘ２ｍｍの寸法のプリプレグ材料上に重なる）、また
上記と同じ厚さのプリプレグ材料を５０Ｘ５０■の寸法
に切断し、それを銅板人の裏側の表面に８枚重ねて配設
ｉ〜、銅板Ｂを圧着したままでプリプレグ材料を１２０
℃で１時間、さらに１６０℃で１時間、圧力２Ｋｇ／ｃ
ｄ’の条件で加熱、加圧せしめ１貫通孔Ａ内をプリプレ
グ材料で充填して絶縁層を形成すると共に銅板Ｂを設置
した以外の表面および側面に厚さ１．０閣の絶縁層を形
成した。その後鋼板Ｂを取り外し。

次いで１箇所だけ除いて銅板ＡＫ接しないように貫通孔
Ａに形成した絶縁層の中央部を超硬ドリルで直径０．６
ｍｍの貫通孔Ｂを新たに設けると共に１箇所だけ上記と
同じドリルを用いて金稿板Ａに接するように貫通孔Ａに
形成した絶縁層に貫通孔Ｃを設け、その後一般にアディ
ティブ法と呼ばれる銅導体回路形成法によシ貫通孔Ｃの
端部周辺を除いた他の部分の表面に形成した絶縁層上に
電気回路を形成し、また貫通孔Ｂおよび貫通孔Ｃに導電
層を配設して貫通孔Ｂのみに配設した導電層を前記電気
回路と導通させた。

次に各導電層に直径が０．５８ｍｍで一方の端部をくぎ
の顆状に加工した長さ６ｍｍの５２合金のネールヘッド
ピンを下部から挿入しそして端子を表側の表面に露出さ
せた後半田にて接続し、このうち銅板Ａと導通するネー
ルへラドピッ１本をアース回路とした半導体素子搭載用
配線板を得た。

この半導体素子搭載用配線板の誘電率は、５．１でガラ
スエポキシ配線板とほぼ同一で、また半導体累子を搭載
する部分の熱伝導率は、　０．９２　ｃａ／／ｃｍ・秒
・℃で半導体素子の発生する熱を裏面に放熱することが
できた。また配線板の電気信号による誤動作は見られな
かった。

実施例２ 金属板として寸法が５０Ｘ５０■、厚さが０．５鵬で表
面をサンドブラストにて７．５±２．５μｍの表面粗さ
に加工した後ニッケルメッキを２μｍの厚さに施したコ
パール板を使用し、そして電気回路の形成および導電層
の配設をテンティング法と呼ばれる銅導体回路形成法で
行なった以外は実施例１と同じ方法で半導体素子搭載用
配線板を得た。

この半導体素子搭載用配線板の誘電率は５．０でガラス
エポキシ配線板と同一で、また半導体素子を搭載する部
分の熱伝導率は、　０．１４　ｃａＪｆ／ｃｍ・秒・℃
でニッケル板の熱伝導率と近似した値を示した。また配
線板の電気信号による誤動作は見られなかった。

以上の結果から実施例１および実施例２で得られた半導
体素子搭載用配線板の熱伝導率はガラスエポキシ配線板
の６Ｘ１０−’Ｃａ↓／ｃｍ・秒・℃に比べ著しく大き
い値を示すことがわかる。

（発明の効果） 本発明になる半導体素子搭載用配線板は、金属板の半導
体素子を搭載する部分以外の部分に設けられた貫通孔、
この貫通孔および半導体素子を搭載する部分を除く金属
板の表面並びに側面に形成された絶縁層、かつ前記表面
の絶縁層上に形成された電気回路、前記貫通孔に形成さ
れた絶縁ノーには金属板と絶縁され前記電気回路と導通
するよう絶縁層を貫通して形成された導電層および金属
板と導通し前記電気回路と絶縁するよう絶縁層を貫通し
て形成され良導電層、該それぞれの導電層と接して挿入
固着された接続ピンとからなるので。

誘電率、耐熱性および熱伝導率に優れ、このため従来搭
載不可能でめった高発熱密度の素子も搭載することがで
きるなどの効果を奏し、またアース回路も簡単に設ける
ことができ配線板の電気信号による誤動作も生じない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属板の半導体素子を搭載する部分以外の部分に設
   けられた貫通孔、この貫通孔および半導体素子を搭載す
   る部分を除く金属板の表面および側面に形成された絶縁
   層、かつ前記表面の絶縁層上に形成された電気回路、前
   記貫通孔に形成された絶縁層には金属板と絶縁され前記
   電気回路と導通する導電層および金属板と導通し前記電
   気回路と絶縁される導電層、該それぞれの導電層と接し
   て挿入固着された接続ピンとからなる半導体素子搭載用
   配線板。