JPS63173349A - 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
（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シ実装の高密度化には限界があっ
た。

一部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
が殆んどであシ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シ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開昭６１−１３６８６号公報に示
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。

またセラミック製のパッケージにピンを略垂直に立てる
場合、メタライズ面上に一方の端部をくぎの顆状に加工
したピンをろう材で接合するのが一般的である。しかし
ろう材だけの接合では接合強度が弱く、気密性に問題が
生ずる。

前記の問題を解消する方法として特開昭６１−２３２５
８８号公報に示すようにガラスエポキシ基板に小貫通孔
を設は小貫通孔に一方の端部をくぎの顆状に加工し、か
つ途中に凸部を形成したピンを挿入し、凸部の部分でが
ん合せしめて接合する方法も試みられているが、この方
法ではピンの接合強度がばらつく。これは小貫通孔内に
導体層をめっき技術により形成し、この導体層に前述の
ピンの途中に形成した凸部をがん合させるため。

小貫通孔の内径のばらつきによシかん合の強度がばらつ
くためである。接合強度を常に一定以上に保つのはかな
り困難な技術である。

またガラスエポキシ配線板は１曲げ弾性率の低いガラス
エポ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り９例えば１０岨当
９５０μｍ程度の反りが起とシうる。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
ティストリビュージョン配線板、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、ほぼ中央部
に伝熱板を有し、この伝熱板の周囲に導電性を有する素
材をエツチング又は打ち抜いて形成した複数の導通回路
が前記伝熱板に接触しないように配設され、かつ導通回
路の一部を貫通して形成された貫通孔内にピンが挿入さ
れ、少なくともピンの先端、導通回路のワイヤーが接続
される部分および伝熱板のマザーチップが搭載される部
分を残し、他の部分を合成樹脂で被覆した構造としたと
ころ、誘電率はガラスエポキシ配線板と同等で、高発熱
密度の半導体素子も搭載可能であることを見出した。ま
た気密封止性も高くなシ、伝熱板の上面の半導体素子搭
載部をキャビティ構造にすることも可能で半導体素子実
装に好適であるということも確認した。

本発明はほぼ中央部に伝熱板を有し、この伝熱板の周囲
に導電性を有する素材をエツチング又は打ち抜いて形成
した複数の導体回路が前記伝熱板に接触しないように配
設され、かつ導体回路の一部を貫通して形成された貫通
孔内にピンが挿入され、少なくともピンの先端、導通回
路のワイヤーが接続される部分および伝熱板のマザーチ
ップが搭載される部分を残し、他の部分を合成樹脂で被
覆して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伝熱板は、銅、アルミニウム
など熱伝導性に優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シ、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
使用することが好捷しい。

伝熱板の厚さは特に制限はないが、０．１〜１．０陥で
あればハンドリング性、加工性などの面で好ましい。伝
熱板の大きさは半導体素子より大きいことが望ましい。

また伝熱板の高さく取付位置）は導通回路よシ低くした
方が好ましく、伝熱板上にマザーチップ及び半導体素子
を搭載したとき。

マザーチップと導通回路との高さがほぼ同一であるよう
な高さにすれば、導線（ワイヤ）を介してこれら両者を
接続する工程がより容易になり好ましい。

導通回路を形成する素材は、伝熱板の素材と同一のもの
を用いれば製造上容易であり好ましいが。

導電性を有する素材であれば特に制限はなく目的に応じ
て選択され２例えば銅、５２合金、４２合金等が用いら
れる。

ピンの材質は、特に制限はないが、コバール。

４２合金、５２合金等のＮｉ系合金、銅、銅合金などが
使用できる。ピンの長さは挿入して固着する導通回路を
形成する素材より突出させるため導通回路を形成する素
材よシ長いものを用いることが好ましく、突出長さは２
１１１ｍ以上あることが好ましい。このピンと導通回路
との固着は、半田、銀ろう、熱硬化性樹脂、耐熱性熱可
塑性樹脂等が用いられるが、ピンの頭部と導通回路との
部分を半田。

銀ろう等で固着すれば接着強度に優れるので好ましい。

被覆用の合成樹脂は、熱硬化性樹脂であっても熱可塑性
樹脂であっても差しつかえない。例えばエポキシ樹脂、
ポリイミド樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂とその硬化剤、添加剤又は飽和ポリエステル樹
脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂とその硬化剤、添
加剤が用途。

使用条件において選択され用いられる。なお本発明では
必要に応じ合成樹脂中に溶融石英粉、アルミナ粉、ボロ
ンナイトライド粉、アルミニウムナイトライド粉等の無
機質充填材、ガラス繊維のような補強材などが添加され
る。合成樹脂中に上記のような無機質充填材を添加すれ
ば得られる半導体素子搭載用配線板の熱伝導率が高くな
り放熱性に優れるので好ましい。

被覆用の合成樹脂は、導通回路上の全面を被覆すること
なく２作業性及びワイヤーの接合に支障が生じないよう
にワイヤーが接続される部分を除いて被覆しなければな
らない。

本発明は少なくともピンの先端、導通回路のワイヤーが
接続される部分および伝熱板のマザーチップが搭載され
る部分を残し、他の部分を合成樹脂で被覆するので伝熱
板の上面をキャピテイ構造にすることが可能である。

本発明では上記の他に伝熱板の裏面（下面）に必要に応
じて放熱用スタッドフィンなどが取シ付けられる。

（実施例） 以下本発明の詳細な説明する。

実施例１ 寸法１０１００Ｘ１００で厚さ０．２　ｍ＋ｎの銅板を
金型で打ち抜いて第１図および第２図に示すように内側
にワイヤーボンディング部３および外側に貫通孔１を設
けた７２本の導通回路２を得た。第１図において５は導
通回路の連結部分である。

一方上記とは別に寸法１０１０Ｘ１０で厚さ０．２閣の
銅板を金型で８×８旺の寸法に打ち抜いて伝熱板を得た
。

次に上記で得た導通回路２と伝熱板とをトリクロールエ
チレンの蒸気で洗浄後、アルカリ脱脂を行ない、ついで
ワット浴でニッケルめっきを各々５−０μｍの厚さに施
した。この後第３図に示すように２貫通孔１内に上記と
同様の方法で表面にニッケルめっきを２＋ｊ、０μｍの
厚さに施した直径が０．５−で一方の端部をくぎの顆状
に加工し９頭頂部の厚さが０．２ｍｍ、頭頂部の直径が
０．８　ｍ及び長さが７職の５２合金のネールへラドピ
ン４を挿入し、他の一方の端部（端子）を下面に露出さ
せた後Ｓｎ　：ｐｉ）＝５０　：　４０の半田によシネ
ールへラドピン４を固着し、かつ貫通孔１内を気密封止
した。この後ネールへラドピン４を固着した導通回路２
及び伝熱板を所定の注型金型にセットし。

しかる後者導通回路２の連結部分５を切り離し。

ついでネールヘッドピン４の先端５ｍ、　　ワイヤーボ
ンディング部３及び伝熱板の中央部の上下面７Ｘ　７　
ｍｍの部分を除いた部分を第４図に示すようにエポキシ
樹脂組成物６で被覆し、そのほぼ中央部にマザーチップ
及び半導体素子を搭載するだめの伝熱板７を有する半導
体素子搭載用配線板を得た。

なお伝熱板７の高さは、ワイヤーボンディング部３と後
工程で伝熱板７上に搭載されるマザーチップの上面とが
ほぼ同一の高さになるようにした。

また上記で用いたエポキシ樹脂組成物は、酸無水物硬化
剤としてメチルテトラヒドロ無水フタル酸（日立化成工
業製、商品名ＨＮ−２２００）６０重量部に２エチル４
メチルイミダゾール０．１５重量部を溶解混合したもの
と水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（旭電化製、商
品名ＢＰ−４０８０゜エポキシ当量２３５〜２５５．平
均エポキシ当量２４５）３０重量部とビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂（シェル化学製、商品名エピコー）８３
４゜エポキシ当量２２５〜２８０．平均エポキシ当量２
５ＣＭ７０重惜部とを溶解混合したもの５０重量部及び
ボロンナイトライド粉（電気化学工業製＝１０− ＧＰ１５０重量部をよく混合したものを用い。

１３０℃に予熱した金型に注入し、金型底部を１７０℃
まで５分で昇温し、金型底部から硬化させ、約１５分で
硬化させた。後硬化は１５０℃で１時間行なった。

一方１寸法が６．５　Ｘ　６．５　ｍｍで厚さが０．３
　ｍｍ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５図に示すように
このマザーチップ８上に寸法が３Ｘ４ｏｎの半導体素子
９を搭載し、双方を直径１２０μｍ、高さ１００　μｍ
のＳｎ　：　Ｐｂ＝５　：　９５の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の上面にシリコーンゴ
ム組成物１０を用いて接着した。シリコーンゴム組成物
１０はシリコーンゴム（信越化学工業製、商品名ＫＥ４
５Ｗ）５０重量部と前述のボロンナイトライド粉５０重
量部とをよく混合したものを用いた。なふ≦シリコーン
ゴム組成物１０は厚さが０．０５　ｍになるように計算
し、計算量を秤量して伝熱板７の上面に供給し、複合半
導体素子を接着した。

ついでマザーチップ８−ヒ及び前記のワイヤーボンディ
ング部３間を直径が５０μｍの珪素を１重ｉ％含むアル
ミニウムワイヤー１１を用い超音波接合した。この後外
径寸法が３　Ｑ　Ｘ　３０　ｍｔｕで外周部の幅５［［
１ｌＩＩの部分が高さ３　ｍ１ｌｌで、中央部２０×２
０ｎｎｎの部分に深さ２ｍ１ｌｌの凹部を形成した第６
図に示す蓋１２を前記と同じエポキシ樹脂組成物を用い
て成形、製作し、蓋１２の外周部を半導体素子搭載用配
線板の上面の外周部分に合わせ、前記と同じエポキシ樹
脂組成物１００重量部に対し２エチル４メチルイミダゾ
ールを２重量部添加したエポキシ樹脂接着剤１３を用い
て蓋１２と複合半導体素子を搭載した半導体素子搭載用
配線板とを接着して半導体装置を得た。

なおエポキシ樹脂接着剤１３は、厚さ０．４　ｍｍにな
るように計算し、算出量を秤量して蓋１５の外周部にほ
ぼ均等になるように塗布し、１５０°Ｃ１１０分で硬化
させた。

得られた半導体装置についてピンの引き抜き（ピン先端
方向の引張シ）強さ及びピンの押し込み（〈ぎの顆状方
向への押し込み）強さを測定したところ、引き抜きでは
ピンが９．２に９ｆ／本で破断し、押し込みではピンが
座屈し、測定できなかった。

また誘電率及び熱伝導率を測定したところ、誘電率は、
５，３でガラスエポキシ配線板とほぼ同一であり、マザ
ーチップ８の下面から伝熱板７の下面までの熱伝導率は
、　　０．００１２　ｃａｌ／ｃｍ　・秒・℃であった
。

さらに気密封止した半導体装置を、プレッシャークツカ
ー試験機で１２１℃、２気圧（ゲージ圧）。

１００時間の条件で試験を行なったが、アルミニウムワ
イヤーの腐食はみられなかった。

また半導体素子搭載用配線板から露出した７２本のネー
ルへラドピン４を無負荷挿入用ソケット（図示せずンに
挿入後レバーを操作してネールヘッドピン４をソケット
内ではさみ込んで固定した。

ネールへラドピン４をはさみ込んだときネールへラドピ
ン４に歪が発生するが、このネールヘッドピン４をはさ
み込む操作を１００回繰シ返し行なってもマザーチップ
８と半導体素子９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 実施例１で用いたエポキシ樹脂組成物の代りにポリアミ
ドイミド樹脂組成物を用いた以外は実施例１と同様の方
法及び工程により半導体素子搭載用配線板及び半導体装
置を得た。熱硬化性であるエポキシ樹脂組成物の代りに
熱可塑性であるポリアミドイミド樹脂組成物を用いたこ
とにともない。

成形は、２６０℃に加熱した該樹脂組成物を２６０℃に
加熱した金型に圧入後直ちに金型を６０℃の温水で冷却
し賦形する方法とした。

なお該樹脂組成物は、ポリアミドイミド樹脂（自社配合
品）５０重量部に実施例１で用いたものと同じボロンナ
イトライド粉５０重量部を均一に混合したものを用いた
。

得られた半導体装置についてネールへラドピンの引き抜
き及び押し込み強さを測定したところ引き抜きではネー
ルへラドピンが９．３　ｋｇｆ　／本テ破断し、押し込
みではネールヘッドピンが座屈し。

測定できなかった。

また実施例１と同様の方法でネールへラドピンをはさみ
込む操作を１００回繰シ返し行なってもマザーチップと
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。

なお実施例１及び実施例２では導通回路を形成するのに
銅板を打ち抜いて形成したが、エツチングで形成しても
上記と同様の効果が得られる。

比較例１ 外径寸法３０Ｘ３０ｍｍで厚さ１　ａｎ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ＯＥＭ−３
）の両面に厚さ３５μｍの銅箔を張シ合わせ、ついでそ
の中央部（寸法８　Ｘ　８　ｎｕｎ　）を除いた部分に
第７図に示すように２．５４ｍｍ間隔で超硬ドリルで直
径０．５５　ｍの小貫通孔１４を７２個設けた。この後
表面にレジスト膜を形成し、エツチングして、レジスト
膜の剥離を行ない上面に所定の導通回路１５及び前記中
央部の端から１ｗの位置にワイヤーボンディング部内側
端部１６を。

さらに前記中央部の端から２．５　ｍ１１１の位置にワ
イヤーボンディング部外側端部１７を形成した基板１８
を得た。ついで小貫通孔１４内に、直径が０、５０　ｍ
ｕ＋で一方の端部を頭頂部の厚さが０．２　印。

頭頂部の直径が０．８　ａ＋＋ｎのくぎの顆状に加工し
、くぎの頭部から０．５　ｎｕｎ下の部分を金型で最大
幅がＱ、　６５　ｍ＋＋ｎになるようにつぶして途中に
凸部１９を形成した長さ７ｍｍの５２合金製のネールへ
ラドピン２０を挿入し、凸部１９の部分で小貫通孔１４
とかん合させ第７図に示す半導体素子搭載用配線板を得
た。次にこの半導体素子搭載用配線板の中央部に実施９
す１で得た複合半導体素子を実施例１と同様の方法で接
着した。

この後実施例１と同様の方法でネールへラドピンの引き
抜き及び押し込み強さを測定したところ。

引き抜きではネールへラドピンが３．３　ｋｇｆ　／本
で破断し、押し込みではネールへラドピンが基板から１
，７〜２．８　ｋｇｆ　／本で抜けた。

また実施例１と同様の方法でネールヘッドピンをはさみ
込む操作を繰シ返したところ、５回繰り返しただけでマ
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、電気的な導通が確保できなかった。

なお比較例１では蓋を接合する前に欠点が生じたので、
蓋を伝熱板の外周部分に接合する作業は行なわなかった
。

（発明の効果） 本発明になる半導体素子搭載用配線板は２反りの発生は
なく機械的強度に優れ、気密封止の際の接着性及び気密
性において何ら問題はない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４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一
部省略断面図、第５図及び第６図は半導体素子搭載用配
線板を用いた半導体装置の製造作業状態を示す一部省略
断面図、第６図は従来の半導体素子搭載用配線の断面図
である。 符号の説明 １・・・貫通孔　　　　　　２・・・導通回路３・・・
ワイヤーボンディング部 ４・・・ネールへラドピン　５・・・導通回路の連結部
分６・・・エポキシ樹脂組成物 ７・・・伝熱板　　　　　８・・・マザーチップ９・・
・半導体素子　　　１０・・・シリコーンゴム組成物１
１・・・アルミニウムワイヤー １２・・・蓋１３・・・エポキシ樹脂接着剤１４・・・
小貫通孔　　　　１５・・・導通回路１６・・・ワイヤ
ーボンディング部内側端部１７・・・ワイヤーボンティ
ング部外側端部１８・・・基板　　　　　　１９・・凸
部２０・・・ネールへラドピン ＝１−〜 代理人　弁理士　若　林　邦　彦　　　・；ノ 第１　図 輩２図 第　５　図 第４−図 ）５　　６　　　図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ほぼ中央部に伝熱板を有し、この伝熱板の周囲に導
   電性を有する素材をエッチング又は打ち抜いて形成した
   複数の導通回路が前記伝熱板に接触しないように配設さ
   れ、かつ導通回路の一部を貫通して形成された貫通孔内
   にピンが挿入され、少なくともピンの先端、導通回路の
   ワイヤーが接続される部分および伝熱板のマザーチップ
   が搭載される部分を残し、他の部分を合成樹脂で被覆し
   てなる半導体素子搭載用配線板。