JPS6388834A - 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シ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。

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頭状に加工
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願昭６０−７３７６
０号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、凸部の部分でかん合せ
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
をめっき技術によ多形成し、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シ困難な技術
である。

またガラスエポキシ配線板は９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らシ９例えば１０ｍｍ
当シ５０μｍ程度の反りが起こシうる。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、ワイヤー
ボンディング部及びピンを挿入固着するための小貫通孔
を形成し、さらに基板の半導体素子を搭載する部分に大
貫通孔を形成し、少なくともピンの先端及びワイヤーボ
ンディング部を残し、他の部分を合成樹脂で被覆した構
造としたところ、誘電率が５程度で耐熱性がガラスエポ
キシ配線板に比べ高いものも可能で、高発熱密度の半導
体素子も搭載可能であることが確認された。また気密封
止性も高くなシ、大貫通孔内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。

本発明は基板のほぼ中央部に設けられた大賞通孔、大貫
通孔の周辺の基板の表面に形成されたワイヤーボンディ
ング部、ワイヤーボンディング部と導通するようワイヤ
ーボンディング部と接して形成された導通回路、導通回
路及び基板を貫通して形成された小貫通孔、小貫通孔内
に挿入固着されたピンとからなシ、少なくともピンの先
端及びワイヤーボンディング部を残し、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。

本発明において基板の素材としては２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、ポリ
イミド等の樹脂組成物を含浸、積層成形硬化せしめた紙
エポキシ積層板２紙フェノール積層板、ガラスエポキシ
積層板、ガラスポリイミド積層板等のプリント配線板材
料、熱可塑性樹脂組成物を板状に成形したもの、熱可塑
性樹脂組成物を板状に成形したものに銅箔を張シ合わせ
たものなどが用途に応じて使用される。

導通回路及びワイヤーボンディング部を形成スる材料と
しては、特に制限はないが９価格、熱伝導性などの点で
銅を用いることが好ましい。導通回路及びワイヤーボン
ディング部の形成方法についても特に制限はなく２例え
ば基板の表面に銅箔を張シ合わせたシ、銅ペーストを印
刷して硬化させたシ、めっき処理などの手段で銅の被膜
を形成し、その後必要に応じてエツチングを行ない希望
の形状に形成する。

配線板のほぼ中央に設ける大貫通孔の大きさは。

半導体素子の大きさに応じて設けられるが、大貫通孔と
半導体素子とのクリアランスは０．５　ｍ！Ω程度であ
ることが好ましい。

大貫通孔周辺に設ける／ｌ−貫通孔の周辺にはワイヤー
ボンディング部と導通ずる導通回路がピンの中心に対し
て同心円状に存在することが望ましく。

ピンと導通回路はこの同心円状の部分（ランド部）で電
気的に接続した状態で固着される。例えばピンの形状が
くぎの顆状を呈し、ピンの直線部の直径が小貫通孔の内
径より小さく、そしてピンの頭部の直径が小貫通孔の外
径よシ大きく、ランド部６一 の外径以下の寸法であれは圧接、ろう材による固着、導
電性接着剤による固着などの手段によりピンの頭部とラ
ンド部は電気的に接続した状態で固着される。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１１１１１１＋以上あること
が好ましい。このピンと基板との固着は。

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、ピンの頭部と基板に形成した導通回路と
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シ放
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してもよ
いが２作業性及びワイヤーボンディング部へのワイヤー
の接合に支障が生じないようにワイヤーボンディング部
に接する部分を除いて被覆することが好ましい。また大
貫通孔の内壁は必要に応じ被覆するものとする。

本発明は、少なくともピンの先端及びワイヤーボンディ
ング部を残し、他の部分を合成樹脂で被覆するので大貫
通孔内の半導体素子搭載部をキャビティ構造にすること
が可能である。キャビティの深さは特に制限するもので
はないが、＃−導体素子搭載部に半導体素子を搭載した
とき、半導体素子の上面と、ワイヤーボンディング部と
の高さがほぼ同一であるような深さにすれば、導線（ワ
イヤ）を介してこれら両者を接続する工程がよシ容易に
なシ好ましい。

（実施例） 以下実施例によシ本発明を説明する。

実施例１ 寸法３０Ｘ３０ｍｍで厚さ０．６閣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
片面に厚さ３５μｍの銅箔を張９合わせ。

ついでその中央部（寸法８　Ｘ　８　ｍｍ　）を除いた
部分に第１図に示すように２．５４　ｍｍ間隔で超硬ド
リルで直径０．５５閣の小貫通孔ｌ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２、前記中央
部の端からＩＩＩ］Ｉ１１の位置にワイヤーボンディン
グ部内側端部３を、さらに前記中央部の端から２．５ｍ
ｍの位置にワイヤーボンディング部外側端部４を形成し
た基板５を得た。

次に上記基板５の中央部を金型で８×８岨の寸法に打ち
抜いて第２図に示すような大貫通孔６を形成し友。つい
で小貫通孔１内に直径が０．５０ｍｍで一方の端部をく
ぎの顆状に加工し２頭頂部の厚さが０．２ｍｍ、頭頂部
の直径が０．８■及び長さが７■の５２合金のネールへ
ラドピン７を挿入し、他の一方の端部（端子）を下面に
露出させた後Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７の半田によシネー
ルへラドピン７を固着し、かつ小貫通孔１内を気密封止
した。この後ネールへラドピン７の先端５ｍｍ、　　ワ
イヤーボンディング部（ワイヤーボンディング部内側端
部３からワイヤーボンディング部外側端部４の部分）及
び大貫通孔６の内壁を除いた部分をエポキシ樹脂組成物
９で被覆して大貫通孔６の底面に半導体素子搭載部８を
有する半導体素子搭載用配線板を得た。

なお、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ＥＰ−
４０８０）、エボキシ轟量２３５〜２５５．平均エポキ
シ当量２４５）３０重量部とビスフェノールＡｍエポキ
シ樹脂（シェル化学製、商品名エビコー）　８３４゜エ
ポキシｆｉｉ２２５〜２８０．平均エポキシ当量２５０
）７０重量部とを溶解混合したもの５ｏ重量部及びボロ
ンナイトライド粉（電気化学工業製ＧＰ）５０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９寸法が６．５　Ｘ　６．５０で厚さが０．３圓の
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３Ｘ４ｍｍの半導体素子１１を
搭載し、双方を直径１２０μｍ。

高さ１００　ｔｔｍ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半導体素子搭載部８にシリコー
ンゴム組成物１３を用いて接着した。シリコーンゴムｍ
酸物ｘ３はシリコーンゴム（信越化学工業製、商品名Ｋ
Ｅ４５Ｗ）５０重量部と前述のボロンナイトライド粉５
０Ｍ量部とをよく混合したものを用いた。なおシリコー
ンゴム組成物１３は厚さが０．０５ｍＩｎになるように
計算し、計算量を秤量して半導体素子搭載部８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１０上及び前記のワイヤーボンディ
ング端部間を直径が５０μｍの珪素を１重量％含むアル
ミニウムワイヤー１４を用い超音波接合した。この後外
径寸法が３０Ｘ３０ｍｍで外周部の幅５■の部分が高さ
３柵で、中央部２０×２０ｍの部分に深さ２ｍＩＩ＋の
凹部を形成した第４図に示す蓋１５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１５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１２を用いて蓋１５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１２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°Ｃ２１０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（くぎの顆状方
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９．２ｋｇｆ／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シアマザ
ーチップ１０の下面から半導体素子搭載部８の下面まで
の熱伝導率は、０．００２４ｃａｌ！／ｃｍ・秒・℃で
ガラスエポキシ積層板の０、００１　ｃａｌ　／ｃｍ　
・秒−’ｃに比べ約２．５倍であった。

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７を無負荷挿入用ソケット（図示せず）に
挿入後レバーを操作してネールへラドピン７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７をはさみ込んだときネールへラドピ
ン７に歪が発生するが、このネールへラドピン７をはさ
み込む操作を１００回繰り返し行なってもマザーチップ
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 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
法及び工程によシ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２６０−１
４＝ ℃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
ルヘッドピンが９．３ｋｇｆ／本で破断し、押し込みで
はネールへラドピンが座屈し、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回繰り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。

比較例１ 外径寸法３０Ｘ３０ｍｍで厚さ１！［ｌＴ［ｌのガラス
不織布コンポジット積層板（新神戸電＠製、商品名ＣＢ
Ｍ−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ｓｘ８ｍ）を除いた部分に第５図
に示すように２．５４ｍｍ間隔で超硬ドリルで直径０．
５５ｍｍの小貫通孔ｌ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２及び前記中央部の端か
ら１　ｍｍの位置にワイヤーボンディング部内側端部３
を、さらに前記中央部の端から２．５　ｍｍの位置にワ
イヤーボンディング部外側端部４を形成した基板５を得
た。

ついで小貫通孔１内に、直径が０．５０　ｍｍで一方の
端部を頭頂部の厚さが０．２ｍ、頭頂部の直径が０、８
　ｍｍのくぎの顆状に加工し、くぎの頭部から０、５　
ｍｍ下の部分を金型で最大幅が０．６５ｍｍになるよう
につぶして途中に凸部１６を形成した長さ７柵の５２合
金製のネールへラドピン１７を挿入し。

凸部１６の部分で小貫通孔とかん合させ第５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例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８．３　ｋｇｒ／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　ｋｇｆ１本で抜けた。

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
込む操作を繰υ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
が入シ、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反シの発生は
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図及び第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図及び
第４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断面図である。 符号の説明 １・・・小貫通孔　　　　２・・・導通回路３・・・ワ
イヤーボンディング部内側端部４・・・ワイヤーボンデ
ィング部外側端部５・・・基板　　　　　　　６・・・
大貫通孔７・・・ネールへラドピン　８・・・半導体素
子搭載部９・・・エポキシ樹脂組成物 １０・・・マザーチップ　　１１・・・半導体素子１２
・・・エポキシ樹脂接着剤 １３・・・シリコーンゴム組成物 １４・・・アルミニウムワイヤー １５・・・蓋　　　　　　　１６・・・凸部１７・・・
ネールへラドピン 代理人　弁理士　若　林　邦　彦 ７１　図 茅２　図 第３　図 第　４　区 ￥Ｉ５図 手続補正書Ｃ方式） ％式％ １、事件の表示　　　　　　　　　　　　　　　　国昭
和６１年特許願第２３３６８１号 ２　発明の名称 半導体素子搭載用配線板 ３、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４、代理人 ５、　補正命令の日付 （１）本願明細書第１８頁第２行の「断面図Ｊゴ の半導体素子搭載用配線板を示す断面図」を加入します
。 以上 手続補正書（自発） 昭和６２年２　月１８　日 ｌ、事件の表示 昭和６１年特許願第２３３６８１号 ２、発明の名称 半導体素子搭載用配線板 ３、補正をする者 事件との関停　　　　　特許出願人 名　称　（４４５）　日立化成工業株式会社４、代　理
　人 きく、」とあるのを「内径より大きり、」と訂正します
。 （２）同第８頁第１９行から第２０行に「半導体素子の
上面と、」とあるのを「マザーチップの上面と、」と訂
正します。 （３）同第９頁第８行および第１５頁第２０行に「ＣＥ
Ｍ−３」とあるのを「Ｅ６６８」と訂正します。 （４）図面の第５図を添付のとおり補正し渣す。 以上 王誌姑τ愈７、−、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板のほぼ中央部に設けられた大貫通孔、大貫通孔
   の周辺の基板の表面に形成されたワイヤーボンディング
   部、ワイヤーボンディング部と導通するようワイヤーボ
   ンディング部と接して形成された導通回路、導通回路及
   び基板を貫通して形成された小貫通孔、小貫通孔内に挿
   入固着されたピンとからなり、少なくともピンの先端及
   びワイヤーボンディング部を残し、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。