JPS62221136A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子搭載用配線板に関する。

（従来の技術とその問題点） 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Ｃ
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ビングリッ
ドアレイ型パン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。

これらの改良として特願昭５９−１３３９１６号に示す
半導体素子搭載用配線板があるが、しかしこのものは金
属板の露出している部分が少ないため放熱効果が十分で
なく、パッケージ化した場合、気密封止の際の接着性に
問題が生じる。

また上記の配線板は９曲げ弾性率の低いガラ°スエボキ
シ複合材料などの有機系材料を基板に用いるため配線板
がわずかに変形することがある。例えば１０Ｍｎ当り５
０μｍ程度の反りが起こりうる。

また半田柱で半導体素子を配線板表面に接合させる方法
で、半導体素子をディストリビューション配線板、マザ
ーチップ等に接合させたものは、２〜３μｍの歪によっ
て半田接合部に破断が発生するという欠点が生じる。

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。

（問題点を解決するための手段） 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基板の半導体
素子を搭載する部分を除いた部分に導通回路を形成し、
そして基板の半導体素子を搭載する部分に大貫通孔を形
成し、ついで大貫通孔内に上面に半導体素子が搭載され
る平坦部を有し、かつ前記大貫通孔の下方向に折曲部を
有し。

さらに基板に形成した導通回路と絶縁された伝熱板を設
けた構造としたところ、誘電率が５程度でセラミック配
線板より低く、耐熱性及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。また放熱効果も優れ、パンケージ化し
た場合、気密封止の際の接着性においても問題が生じな
いことを確認した。

本発明は基板に設けられた大貫通孔内に、上面に半導体
素子が搭載される平坦部を有し、かつ前記大貫通孔の下
方向に折曲部を有し、基板に形成した導通回路と絶縁さ
れた伝熱板を設けた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伝熱板は、銅、アルミニウム
など熱伝導性に優れ九ものが好ましいが。

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
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しい。

基板に伝熱板を設けるには、伝熱板に上面が平坦な突起
を形成し、そして前記平坦部を有する突起および基板と
の接合部（伝熱板の両端）以外の部分に折曲部を形成し
、前記突起を大貫通孔内に挿入し、折曲部が大貫通孔の
下方向に位置するように設けることが好ましい。突起の
形状は半導体素子を搭載するため上面は平坦とされ、そ
の突起の形成箇所は伝熱板のほぼ中央部とすることが好
ましい。なお平坦度はその上面に半導体素子が実装でき
る程度の平坦度が必要である。突起を形成する手段は特
に制限はないが１例えば金型を用いた絞り加工によれば
平坦部の周辺が変形しても。

平坦部表面の変形は殆んど起こらず、伝熱板と半導体素
子接合の信頼性および生産性に優れるので好ましい。

伝熱板の厚さと折曲部との関係について第４図により説
明する。伝熱板７の平坦部１６および基板との接合部１
７の厚さｔは０．１〜２［ｍｍＯものを用いることが好
ましく、０．２〜１．０−のものを用いれば加工性９強
度および配線板の重量が軽減できるので好ましい。また
平坦部１６を有する突起の高さＣは基板の厚さより小さ
いことが好ましく、基板の厚さから半導体素子を引いた
厚さに等しければ、ワイヤーボンディング性に優れるの
で好ましい。

さらに折曲部９の幅ａおよび高さｂについて。

ａは伝熱板７の基板との接合性の関係で３〜２０ｔの幅
にすることが好ましく、ｂは加工性の面で１５を未満で
あることが好ましい。

折曲部の形状については特に制限はないが、加工性の面
でＵ字形、７字形であることが好ましい。

本発明における基板とは、ガラスエポキシ積層板などの
プリント配線板材料の半導体素子を搭載する大貫通孔部
分を除いた部分に導通回路を形成し、さらに必要に応じ
て小貫通孔を形成し、小貫通孔に導電層を形成したもの
を示す。

基板の素材としては１紙、ガラス繊維からなる織布、不
織布などにエポキシ、フェノール等の樹脂組成物を含浸
、積層成形硬化せしめ九紙エポキシ積層板１紙フェノー
ル積層板、ガラスエポキシ積層板等のプリント配線板材
料が用途に応じて使用される。

基板の裏面と伝熱板との固着は樹脂を用いて固着するこ
とが好ましい。適用される樹脂としてはエポキシ樹脂、
ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂。

耐熱性熱可塑性樹脂などが用途、使用条件において選択
され用いられる。

もし基板の裏面側の大貫通孔と最も内側に必要に応じ配
列されたピンとの距離が十分にある場合には、大貫通孔
をとり囲む銅パターンを銅箔を貼りつけることなどによ
り導通回路と接触しないようＫして設け、この銅パター
ンと伝熱板とを半田等のろう材を介してろう接合しても
よい。この場合鋼パターンの幅は０．５〜２ｍｍあれば
十分である。

また必要に応じて銅パターンのろう付けと、接着剤によ
る接合とを併用しても差しつかえない。伝熱板の固着す
る箇所は、突起部分で固着してもよく、突起以外の部分
で固着してもよ＜、また突起部分と他の部分とを併用し
て固着してもよい。

本発明になる半導体素子搭載用配線板をマザーボードな
どのプリント配線板に搭載して用いる場合小貫通孔を大
貫通孔の周辺に設け、小貫通孔に導電層を形成し貫通し
てピンを挿入固着しても良く、この場合裏面にピンの一
部を突出させればプリント配線板と半導体素子搭載用配
線板の裏面との間に隙間ができ、放熱性に優れるので好
ましい。

またピンは、信号接続ピンとして用いることもあり、特
殊な材質は必要とせずコバール、４２合金。

５２合金等が用いられ、その長さは挿入して固定する基
板より突出させるため基板より長いものを用いることが
好ましく、突出長さは１ｍｍ以上あることが好ましい。

このピンは導電層を貫通して挿入固着されるため伝熱板
とは絶縁された状態となる。

導通回路および導電層を形成する材料としては、　　。

特に限定するものではないが１価格、熱伝導性などの点
で銅を用いることが好ましい。導通回路および導電層は
９例えば基板の表面に銅箔を張り合わせたり、めっき処
理などの手段で形成する。

本発明では上記の他に伝熱板の平坦部の裏面に必要に応
じて放熱用スタッドフィンなどが取り付けられる。

（作用） 本発明になる半導体素子搭載用配線板は、半導体素子搭
載部を平坦に加工し、その部分を大貫通孔内に挿入した
伝熱板を用いるため、ガラスエポキシ複合材料などの有
機系材料のみからなる配線板に比較して放熱性が格段に
すぐれたものとなる。

また伝熱板を第４図に示すような形状に加工することに
より大貫通孔周辺の基板が変形してもその変形は伝熱板
の折曲部で吸収され、半導体素子搭載部の変形が抑制さ
れる。さらに伝熱板を第４図に示すような形状に加工す
ることにより曲げ弾性′率も向上し、基板の変形の抑制
効果がある。

（実施例） 以下実施例により本発明を説明する。

実施例１ 寸法３０Ｘ３０ｍｍで厚さ１．０　ｍｍのガラス不織布
コンポジット積層板（新神戸電機製、商品名ＣＥＭ−３
）の両面に厚さ１８μｍの銅箔を張り合わせ。

ついで第１図に示すようにその中央部（寸法８Ｘ８ａｍ
＋）１５を除いた部分に１５４ｍｍ間隔で超硬ドリルで
直径０．６　ｍｍの小貫通孔１を７２個設けた。

この後エツチドフォイル法により前記積層板の両表面と
小貫通孔１内に１０±２μｍの厚さに銅めっきを識し、
小貫通孔１内に導電層２を形成し。

ついで表面にレジスト膜の形成、エツチング、レジスト
膜の剥離を行ない上面に所定の導通回路３゜中央部の端
から１ｍｍの位置にワイヤーボンディング部内側端部１
３を、さらに中央部の端からｚ５−の位置にワイヤーボ
ンデ４フフ部外側端部１４を形成した。ついで積層板下
面の小貫通孔１の外周にエツチングにより幅０．３　ｍ
ｍのランド４を形成して導通回路３．導電層２およびラ
ンド４を導通させた基板５を得た。

次に上記基板５の中央部を金型で８×８薗寸法に打ち抜
いて第２図に示すような大貫通孔６を形成した。

一方９寸法１２Ｘ１２ｍｍで厚さ０．２５４ｍｍの４２
合金板の中央部に第４図に示すように高さＣが０．５　
ａｎ　＊加工部の曲率半径が０．５　ｍｍ　Ｒで平坦部
１６の寸法が５．５　Ｘ　６．５　ｍｍの突起８お工び
ａが２閣、ｂが１−のＵ字形の折曲部９を絞り加工で形
成して伝熱板７を得た。折曲部９の４９口およびハの寸
法を側法したところ、イは０．２０ｍｍ、口は０．１９
閣およびハは０．２２　ｍｍであった。この恢トリクレ
ンの蒸気で洗浄後、アルカリ脱脂工程を経てワット浴で
伝熱板７の表面にニッケルめっきを２３５μｍの厚さに
施した。

次に第２図に示すように伝熱板７の突起８を前記基板５
の大貫通孔６内に挿入し、折曲部９が大貫通孔６の下方
向に位置するよう配設し、他の部分がランド４と接触し
ないように伝熱板７と基板５とを液状のシリコーンゴム
（信越化学工業製。

商品名ＫＥ４５Ｗ）で接着して半導体素子搭載用配線板
を得た。なお液状のシリコーンゴムは絞す加工した中央
部の上面を除き、基板裏面と接着する面上に０．２±０
．１　ｍｍの厚さに塗布した。

一方１寸法が６．５　Ｘ　６．５．で厚さが０．２５　
ｒ！ｍのシリコン単結晶の片面に所望の配線パターンを
形成したマザーチップを得た。次に第３図に示すように
このマザーチップ１０上に寸法が３　Ｘ４ｍｍの半導体
素子１１を搭載し、双方を直径１２０μｍ。

尚さ１００　ｔｔｍのＳｎ　：　Ｐｂ＝５　：　９５半
田柱で接合して複合半導体素子を得た。この後複合半導
体素子を伝熱板７の突起８上に前記と同じ液状のシリコ
ーンゴムに銀粉を９００重量％合したゴムを用いて接着
した。ついでマザーチップｌＯ上および前記の半導体素
子搭載用配線板上のワイヤーボンディング端部間を直径
が３８μｍの珪素を１重量％合むアルミニウムワイヤー
１２を用い超音波接合した。この後誘電率および熱伝導
率を測定したところ、誘電率は５．１でガラスエポキシ
配線板とほぼ同一で、半導体素子を搭載した部分の熱伝
導率は０．０４　ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃で半導体素子か
ら発生する熱を下面および側面に放熱することができた
。なお誘電率および熱伝導率の測定はＪＩＳＣ２１４１
に準じて行なった。

また半導体素子搭載用配線板の一漏を２ｍｍ固定し、他
端から１ｍｍの位置を１ｍｍ変形させたが、マザーチッ
プ１０と半導体素子１１とを接合している半田柱には亀
裂などの破断は発生しなかった。

実施例２ 伝熱板の材料として厚さ０．２５４ｍｍのコパール板を
用いた以外は実施例１と同様の方法および工程を経て半
導体素子搭載用配線板を得た。

以下実施例１と同様の方法で複合半導体素子を伝熱板の
突起上に接着し、″またワイヤーボンディング間をアル
ミニウムワイヤーを用いて超音波接合した。この後実施
例１と同様の方法で誘電率および熱伝導率を測定したと
ころ、誘電率は５．２でガラスエポキシ配線板とほぼ同
一で、半導体素子を搭載した部分の熱伝導率は０．０５
　ｃａｌ／　Ｃｍ・秒・℃で半導体素子から発生する熱
を下面および側面に放熱することができた。

また実施例１と同様の方法で半導体素子搭載用配線板を
変形させたが、マザーチップと半導体素子とを接合して
いる半田柱には亀裂などの破断は発生しなかった。

比較例１ 外径寸法３０Ｘ３０ｍｍで厚さ０．２５ｍｍの４２合金
板を用い中央部に突起を形成せず、基板に固着した場合
、基板に設けた小貫通孔と対応する位置に直径１．６ｍ
の孔を打ち抜いて伝熱板を得、大貫通孔内へ挿入工程を
除いた以外は実施例１と同様の方法および工程を経て半
導体素子搭載用配線板を得た。

以下複合半導体素子を実施例１と同じ液状の銀粉入りシ
リコンゴムを用いて基板の大貫通孔の底部に露出してい
る部分に接着し、実施例１と同様の方法でワイヤーボン
ディング間をアルミニウムワイヤーを用いて超音波接合
した。この後実施例１と同様の方法で誘電率および熱伝
導率を測定し九ところ、誘電率は５．２でガラスエポキ
シ配線板とほぼ同一で、半導体素子を搭載した部分の熱
伝導率はｏ、　０４　ｃａｔ／ａｎ・秒・℃で半導体素
子から発生する熱を下面および側面に放熱することがで
きた。しかし実施例１と同様の方法で半導体素子搭載用
配線板を変形させたところ、マザーチップと半導体素子
とを接合している半田柱に亀裂が入り′α気的な導通が
確保できなかった。

（発明の効果） 本発明になる半導体素子搭載用配線板は、誘電率、熱伝
導率および放熱効果に優れ、パッケージ化した場合、気
密封止の際の接着性においても問題はなく、伝熱板の半
導体素子搭載部の変形も抑制することができるなどの効
果を奏する半導体素子搭載用配線板である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例における半導体素
子搭載用配線板の製造作業状態を示す断面図、第３図は
本発明の実施例になる半導体素子搭載用配線板の伝熱板
の突起上に複合半導体素子を接着し、マザーチップ上と
ワイヤーで接合した状態を示す断面図および第４図は本
発明の実施例になる半導体素子搭載用配線板に用いられ
る伝熱板の部分正面図である。 符号の説明 １・・・小貫通孔　　　　　２・・・導電層３・・・導
通回路　　　　　４・・・ランド５・・・基板　　　　
　　　６・・・大貫通孔７・・・伝熱板　　　　　　８
・・・突起９・・・折曲部　　　　　　１０・・・マザ
ーチップ１１・・・半導体素子　　　　１２・・・アル
ミニウムワイヤー１３・・・ワイヤーボンディング部内
側端部１４・・・ワイヤーポンディング部外側端部１５
・・・中央部　　　　　１６・・・平坦部１７・・・基
板との接合部 代理人　弁理士　若　林　邦　彦　　　）、＝＝、、／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板に設けられた大貫通孔内に、上面に半導体素子
   が搭載される平坦部を有し、かつ前記大貫通孔の下方向
   に折曲部を有し、基板に形成した導通回路と絶縁された
   伝熱板を設けた半導体素子搭載用配線板。