JP2003338579A - 放熱板付き配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線基板と放熱板とを導電性樹脂から成る接
合層を介して強固に接合することができるとともに、配
線基板の接地または電源導体層と放熱板とを電気的に良
好かつ安定に接続することが可能な放熱板付き配線基板
を提供すること。 【解決手段】 配線基板１の下面に被着された接地また
は電源導体層６と、この接地または電源導体層６の一部
を露出させるようにして部分的に被着された熱硬化性樹
脂から成る絶縁層１２とに、金属製の放熱板２を導電性
フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層１５を介し
て接合して成る放熱板付き配線基板において、接地また
は電源導体層６の絶縁層１２から露出する部位の厚みを
厚くした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路素
子等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パ
ッケージに用いられる放熱板付き配線基板に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】従来、ＭＰＵ等の半導体素子を収容する
ための半導体素子収納用パッケージに使用される放熱板
付き配線基板は、例えば図２に断面図で示すように、中
央部に半導体素子２０を収容するための段状の貫通穴２
１ａを有する配線基板２１と、この配線基板２１の下面
に貫通穴２１ａを塞ぐように接合層２３を介して接合さ
れており、上面中央部に半導体素子２０が搭載される搭
載部２２ａを有する上下面が平坦な銅等の金属材料から
成る放熱板２２とから主に構成されている。 【０００３】この従来の放熱板付き配線基板において
は、配線基板２１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹
脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る二枚の絶縁板２
４、２５を同じくガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂を含浸させて成る接着層２６を介して積層した
絶縁基板に配線導体２７や接地または電源導体２８等を
被着形成して成る。絶縁基板を構成する絶縁板２４に
は、その中央部に半導体素子２０よりも若干大きな貫通
穴２４ａが形成されているとともに、その上面の貫通穴
２４ａ周辺から外周部にかけて配線導体層２７およびそ
の下面の略全面に接地または電源導体層２８が被着され
ており、絶縁板２５には、その中央部に貫通穴２４ａよ
りも大きな貫通穴２５ａが形成されているとともに、そ
の上面に外部接続導体２９が被着されている。そして、
絶縁板２４、２５および接着層２６から成る絶縁基板の
外周部には、複数の貫通孔３０が設けられており、貫通
孔３０の内壁には配線導体層２７や接地または電源導体
層２８と外部接続導体２９とを電気的に接続する貫通導
体３１が被着されている。さらに、配線基板２１の下面
には接地または電源導体層２８の一部および貫通導体３
１が下面に露出している部分に、接地または電源導体層
２８と放熱板２２との接合を強固なものとするとともに
放熱板２２と配線導体層２７との不要な電気的短絡を防
止するためにエポキシ樹脂から成る絶縁層３２が被着さ
れている。そして、この接地または電源導体層２８と絶
縁層３２の下面に放熱板２２が金属粉末等の導電性フィ
ラーを含有するエポキシ樹脂等の導電性接着樹脂からな
る接合層２３を介して接合されており、接地または電源
導体層２８と放熱板２２とが、この接合層２３により電
気的に導通されている。 【０００４】そして、この従来の放熱板付き配線基板に
よれば、放熱板２２の搭載部２２ａに半導体素子２０を
搭載するとともに、この半導体素子２０の各電極を配線
導体層２７にボンディングワイヤ３３等の電気的接続手
段を介して電気的に接続し、しかる後、外部接続導体２
９に半田ボール等から成る外部接続部材３４を接合する
とともに貫通穴２１ａ内へ図示しない封止用樹脂をポッ
ティングして半導体素子２０を気密に封止することによ
り製品としての半導体装置となる。 【０００５】なお、配線基板２１の下面に放熱板２２を
接合層２３を介して接合するには、接地または電源導体
層２８および絶縁層３２が被着された配線基板２１の下
面に、未硬化の熱硬化性樹脂と導電性フィラーとの混合
物から成る導電性接着剤ペーストを印刷塗布するととも
に、その導電性接着剤ペーストに放熱板２２を当接させ
て上下から加圧しながら導電性接着剤ペーストを熱硬化
させる方法が採用されている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の放熱板付き配線基板によると、配線基板２１の接地
または電源導体層２８の下面に絶縁層３２が部分的に被
着されていることから、この絶縁層３２により配線基板
２１と放熱板２２とが接合層２３を介して強固に接合さ
れるものの、接地または電源導体層２８の下面と絶縁層
３２の下面との間に絶縁層３２の厚みに対応した大きな
段差が形成されることから、導電性樹脂から成る接合層
２３の厚みが接地または電源導体層２８と接合する部位
で極めて厚いものとなり、そのような厚い接合層２３に
より接地または電源導体層２８と放熱板２２との間の電
気抵抗が高いものとなる。また、配線基板２１と放熱板
２２とを接合する際に、接合層２３と接地または電源導
体層２８との間の大きな段差部に気泡が巻き込まれやす
く、そのため両者の間にボイドや密着不良が発生してし
まいやすい。したがって、放熱板２２と接地または電源
導体層２８とを電気的に良好かつ安定に接続することが
困難であるという問題点を有していた。 【０００７】本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出
されたものであり、その目的は、配線基板と放熱板とを
導電性樹脂から成る接合層を介して強固に接合すること
ができるとともに、配線基板の接地または電源導体層と
放熱板とを電気的に良好かつ安定に接続することが可能
な放熱板付き配線基板を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の放熱板付き配線
基板は、中央部に半導体素子収納用の貫通穴を有する絶
縁基板と、該絶縁基板の前記貫通穴周辺の上面にその一
端が位置するように配設された配線導体層と、前記絶縁
基板の下面に被着された接地または電源導体層と、該接
地または電源導体層が被着された前記絶縁基板の下面に
前記接地または電源導体層の一部を露出させるようにし
て被着された熱硬化性樹脂から成る絶縁層と、前記接地
または電源導体層の露出部および前記絶縁層に、前記貫
通穴を塞ぐようにして導電性フィラーおよび熱硬化性樹
脂から成る接合層を介して接合された金属製の放熱板と
を具備して成る放熱板付き配線基板において、前記接地
または電源用導体は、前記絶縁層から露出した部位が前
記絶縁層で覆われた部分よりも厚いことを特徴とするも
のである。 【０００９】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、接地または電源用導体は、絶縁層から露出した部
位が絶縁層で覆われた部分よりも厚いことから、接地ま
たは電源導体と絶縁層との間に形成される段差が小さい
ものとなり、接合層の厚みが接地または電源導体層と接
合する部位で極めて厚くなることがない。したがって、
接地または電源導体層と放熱板とを接合層を介して低い
電気抵抗で接続することができる。また、接地または電
源導体と絶縁層との間に形成される段差が小さいことか
ら、配線基板と放熱板とを接合層を介して接合する際
に、接地または電源導体層と絶縁層との間の段差部に気
泡が巻き込まれにくいので、両者の間にボイドや密着不
良が発生することがなく、両者を電気的に良好かつ安定
に接続することができる。 【００１０】 【発明の実施の形態】次に、本発明の放熱板付き配線基
板を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の
放熱板付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図で
ある。図中、１は配線基板、２は放熱板であり、主とし
てこれらで半導体素子３を搭載するための放熱板付き配
線基板が構成されている。なお、本例では、中央部に半
導体素子３を収容する空所を形成するための貫通穴４ａ
を有する絶縁板４と、中央部に貫通穴４ａより大きい貫
通穴７ａを有する絶縁板７とを接着層９を介して接着し
て絶縁基板を形成した例を示している。そして、絶縁板
４にはその上面に配線導体層５および下面に接地または
電源導体層６が被着されており、絶縁板７にはその上面
に外部接続導体８が被着されている。また、絶縁板４と
絶縁板７とを接着層９を介して接着した絶縁基板の外周
部には複数の貫通孔１０が形成されており、これらの貫
通孔１０の内壁には貫通導体１１が被着されている。な
お、接地または電源導体層６は、半導体素子３の接地電
極または電源電極のどちらかに電気的に接続され、それ
により接地導体層として機能したり、電源導体層として
機能したりする。 【００１１】配線基板１を構成する絶縁板４や７は、例
えばガラス繊維やアラミド繊維のクロスにエポキシ樹脂
やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含
浸させて成る略四角枠状であり、配線導体層５や接地ま
たは電源導体層６や外部接続導体８の支持体として機能
するとともに、貫通穴４ａ、７ａ内に半導体素子３を収
容するための空所を形成する。 【００１２】このような絶縁板４や７は、例えばガラス
クロスに未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸
させてなるシートを得るとともに、これを熱硬化させる
ことによって形成され、貫通穴４ａや７ａは、硬化した
絶縁板４、７に切削加工を施すことにより形成される。 【００１３】また、これらの絶縁板４、７を接着する接
着層９は、同じくガラス繊維やアラミド繊維等から成る
クロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂
等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、絶縁板４と７とを
接着する接着部材として機能する。なお、絶縁板４と７
とは、ガラス繊維等から成るクロスに未硬化のエポキシ
樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る接着層９用のシ
ートを絶縁板４と７との間に挟むとともに、これを熱硬
化させることにより接着層９を介して接着されている。 【００１４】絶縁板４の上面に被着された配線導体層５
は、銅箔等の金属から成り、貫通穴４ａの開口近傍から
外周部にかけて複数の帯状パターンに被着形成されてい
る。この配線導体層５は、半導体素子３の各電極を外部
電気回路に電気的に接続するための導電路の一部として
機能し、その貫通穴４ａ近傍部位には半導体素子３の各
電極がボンディングワイヤ１３を介して接続され、その
外周部は貫通導体１１に接続されている。 【００１５】また、絶縁板４の下面に被着された接地ま
たは電源導体層６は、銅箔等の金属から成り、絶縁板４
の下面の略全面に被着形成されている。この接地または
電源導体層６は、半導体素子３に接地または電源電位を
供給するとともに、配線導体層５の特性インピーダンス
を所定の値に調整する機能を有し、貫通導体１１に電気
的に接続されている。 【００１６】このような配線導体層５や接地または電源
導体層６は、絶縁板４用の未硬化のシートの上下面に銅
箔を貼着しておくとともに、そのシートを硬化させた
後、シートに貼着させた銅箔をフォトリソグラフィー技
術により所定のパターンにエッチングすることにより形
成される。 【００１７】また、絶縁板７の上面に被着された外部接
続導体８は、外部電気回路との接続用導体として機能
し、貫通導体１１に電気的に接続するようにして形成さ
れている。そして、この外部接続導体８には、半田ボー
ル等からなる外部接続部材１４が取着される。この外部
接続導体８は、配線導体層５や接地または電源導体層６
と同様に銅箔から成り、絶縁板７用の未硬化のシートの
上面に銅箔を貼着しておくとともに、そのシートを硬化
させた後、シートに貼着させた銅箔をフォトリソグラフ
ィー技術により所定のパターンにエッチングすることに
より形成される。 【００１８】なお、配線導体層５および外部接続導体８
は、通常、５〜５０μｍ程度の厚みである。高速の信号
を伝達させるという観点からは５μｍ以上の厚みが好ま
しく、配線導体層５や外部接続導体８を寸法精度良く加
工するためには５０μｍ以下の厚みとしておくことが好
ましい。また、これらの配線導体層５および外部接続導
体８の露出する表面には、通常であれば１〜３０μｍ程
度の厚みのニッケルめっき層および０．１〜３μｍ程度
の厚みの金めっき層が無電解めっき法や電解めっき法に
より順次被着されている。それにより、配線導体層５お
よび外部接続導体８の酸化腐食を有効に防止することが
できるとともに、配線導体層５とボンディングワイヤ１
３との電気的接続および外部接続導体８と外部接続部材
１４との電気的接続を良好となすことができる。 【００１９】また、貫通孔１０の内壁に被着された貫通
導体１１は配線導体層５や接地または電源導体層６と外
部接続導体８とを電気的に接続させる接続導体として機
能し、配線基板１の上面から下面にかけて穿孔された多
数の貫通孔１０の内壁に厚みが４〜５０μｍ程度の銅め
っき層を無電解めっき法や電解めっき法を採用して被着
することにより形成されている。なお、貫通導体１１の
厚みが４μｍ未満では、配線導体層５や接地または電源
導体層６と外部接続導体８とを電気的に良好に接続する
ことが困難となる傾向にあり、他方、５０μｍを超える
と、そのような厚みの貫通導体１１を形成するために長
時間を要し、配線基板１を製造する効率が極めて低いも
のとなる傾向にある。 【００２０】さらに、接地または電源導体層６が被着さ
れた配線基板１の下面には、エポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂から成る絶縁層１２が、接地または電源導体層６の
一部を例えば枠状に露出させるようにして部分的に被着
形成されている。この絶縁層１２は、配線基板１に放熱
板２を強固に接合させるための接合用下地部材として機
能し、接地または電源導体層６および絶縁層１２に放熱
板２が導電性フィラーと熱硬化性樹脂とから成る導電性
の接合層１５を介して接合されることにより配線基板１
と放熱板２とが接合されているとともに、接地または電
源導体層６と放熱板２とが電気的に接続されている。こ
の絶縁層１２にはシリカ等の無機絶縁物粉末から成る無
機フィラーを５〜５０質量％程度含有させてもよい。そ
のような無機フィラーを含有させることにより絶縁層１
２の熱膨張係数を調整することができるとともに、絶縁
層１２の耐熱性等を向上させることができる。このよう
な絶縁層１２は、未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂ペーストを配線基板１の下面に部分的に塗布した後、
これを熱硬化させることにより形成される。 【００２１】このように、本発明の放熱板付き配線基板
においては、熱硬化性樹脂から成る絶縁層１２が配線基
板１の下面に、接地または電源導体層６の一部を露出さ
せるようにして部分的に被着されていることから、この
絶縁層１２を介して配線基板１と放熱板２とが接合層１
５により強固に接合される。このとき、絶縁層１２は、
接合層１５と配線基板１とを強固に固着させるためのア
ンカーとして作用し、絶縁層１２中の熱硬化性樹脂と接
合層１５中の熱硬化性樹脂とが強固に接合することによ
り配線基板１と放熱板２とが強固に接合される。 【００２２】この場合、接地または電源導体層６の下面
に占める絶縁層１２の面積比率を５％〜４０％とするこ
とにより、配線基板１と接合層１５との接合性が特に向
上する。接地または電源導体層６の下面に占める絶縁層
１２の面積比率が５％より小さいと、絶縁層１２のアン
カーとしての効果が小さく、配線基板１と放熱板２とを
接合層１５により強固に接合することが困難となる傾向
にあり、逆に４０％より大きいと、接地または電源導体
層６と導電性の接合層１５との接着面積が少なくなるた
め接地または電源導体層６と放熱板２の間の電気抵抗が
若干大きくなってしまい、放熱板２を接地または電源電
位に安定して接続することが困難となってしまう。 【００２３】なお、この例では、絶縁層１２は接地また
は電源導体層６の下面の一部を枠状に露出させるように
被着されているが、絶縁層１２は接地または電源導体層
６の下面の一部を格子状やドット状に部分的に露出させ
るように被着されていてもよい。 【００２４】他方、配線基板１の下面に接合層１５を介
して接合された放熱板２は、銅等の熱伝導性に優れる金
属から成り、貫通穴４ａを塞ぐようにして接合されてい
る。この放熱板２は、半導体素子３を支持するための支
持体として機能するとともに、半導体素子３が作動時に
発生する熱を外部に良好に放熱するための放熱部材とし
て機能し、その上面中央部に半導体素子３を搭載するた
めの搭載部２ａを有している。そして、この搭載部２ａ
に半導体素子３が導電性のエポキシ樹脂等の接着剤を介
して接着固定される。 【００２５】このような放熱板２は、例えば銅から成る
板材をプレス金型により所定の形状に打ち抜いたり、エ
ッチング加工したりすることによって形成される。な
お、放熱板２の表面にニッケルや金等の耐食性の良好な
金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させて
おくと、放熱板２の酸化腐食を有効に防止することがで
きる。さらに、放熱板２と接合層１５との接合力向上の
ために、放熱板２の表面に黒化処理やブラスト処理を施
し、その表面に中心線平均粗さＲａが０．２〜３μｍ程
度となるような凹凸を形成してもよい。 【００２６】また、配線基板１と放熱板２とを接合する
接合層１５は、例えば銅粉末や銀粉末等の導電性フィラ
ーとエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とから成る。このよ
うな構成により配線基板１と放熱板２とを機械的に接合
するとともに、接地または電源導体層６と放熱板２とを
電気的に接続することができる。このような接合層１５
は、例えば未硬化の熱硬化性樹脂と導電性フィラーとの
混合物から成る導電性接着剤ペーストを絶縁層１２が部
分的に被着された配線基板１の下面にスクリーン印刷法
を採用して印刷塗布し、これに放熱板２を当接させて上
下から加圧しながら熱硬化させることにより配線基板１
と放熱板２とを強固に接合する。このとき、配線基板１
の下面には接地または電源導体層６を部分的に露出させ
る絶縁層１２が被着されているので、この絶縁層１２が
アンカーとなって配線基板１と接合層１５とが強固に接
合される。 【００２７】なお、接合層１５用のペーストの内縁が貫
通穴４ａの開口から０．１〜１ｍｍ外周側に位置するよ
うに印刷塗布しておくと、配線基板１と放熱板２とを接
合層１５を介して接合する際に、接合層１５に含有され
る熱硬化性樹脂の一部が貫通穴４ａ内壁を伝って配線導
体層５に付着するのを有効に防止することができるとと
もに、配線基板１と放熱板２との間に大きな隙間を形成
することなく両者を強固に接合することができる。した
がって、接合層１５用のペーストは、その内縁が貫通穴
４ａの開口から０．１〜１ｍｍ外周側に位置するように
印刷塗布することが好ましい。 【００２８】さらに、本発明においては、接地または電
源導体層６は、絶縁層１２から露出した部位の厚みが絶
縁層１２で覆われた部位の厚みよりも厚いものとなって
いる。そして、そのことが重要である。このように、接
地または電源導体層６の絶縁層１２から露出する部位の
厚みが絶縁層１２で覆われた部位の厚みよりも厚いもの
となっていることから、接地または電源導体６と絶縁層
１２との間に形成される段差が小さなものとなる。その
結果、配線基板１と放熱板２とを接合層１５を介して接
合しても、接合層１５の厚みが接地または電源導体層６
との接合部で極めて厚くなることがない。したがって、
接地または電源導体層６と放熱板２との間を低い電気抵
抗で接続することができる。また、接地または電源導体
６と絶縁層１２との間に形成される段差が小さなものと
なることから、配線基板１と放熱板２とを接合層１５を
介して接合する際に、接地または電源導体層６と絶縁層
１２との間の段差部に気泡が巻き込まれにくくなり、両
者の間にボイドや密着不良が発生することがなく、両者
を電気的に良好かつ安定に接続することができる。この
場合、接地または電源導体層６と絶縁層１２との間の段
差の高さが５μｍを超えると、配線基板１と放熱板２と
を接合層１５を介して接合する際に、接地または電源導
体層６と絶縁層１２との間の段差部に気泡が巻き込まれ
て両者の間にボイドや密着不良が発生しやすくなる傾向
にある。したがって、接地または電源導体６の絶縁層１
２から露出する部位の厚みは、接地または電源導体層６
と絶縁層１２との間の段差が５μｍ以下となるように厚
くすることが好ましい。 【００２９】なお、接地または電源導体層６の絶縁層１
２から露出する露出部の厚みを厚いものとするには、接
地または電源導体層６の上に絶縁層１２を被着させた
後、絶縁層１２から露出する露出部に電解めっき法や無
電解めっき法により銅やニッケル、金等のめっき金属層
を被着させる方法が採用される。 【００３０】かくして、本発明の放熱板付き配線基板に
よれば、放熱板２の搭載部２ａに半導体素子３を搭載す
るとともに、この半導体素子３の各電極と配線導体層５
とをボンディングワイヤ１３を介して電気的に接続し、
しかる後、貫通穴４ａ、７ａ内へ封止用樹脂をポッティ
ングして樹脂封止を行なうことにより半導体装置とな
る。 【００３１】なお、このような放熱板付き配線基板にお
いては、必要に応じて配線基板１上に外部接続導体８の
外周部を覆うソルダーレジスト層１６を設けてもよい。
このようなソルダーレジスト層１６は、例えばシリカ等
の絶縁性フィラーを含有させたエポキシ樹脂等の熱硬化
性樹脂から成り、外部接続導体８上に半田ボール等の外
部接続部材１４を取着する際の外部接続部材１４の不要
な濡れ広がりを制御するダムの作用をする。このような
ソルダーレジスト層１６は、未硬化の感光性を有する熱
硬化性樹脂ペーストを外部接続導体８が形成された絶縁
板７の上面にスクリーン印刷法を採用して塗布するとと
もに従来公知のフォトリソグラフィ−により所定のパタ
ーンにエッチングした後、熱硬化させることにより形成
することができる。 【００３２】なお、本発明は上述の実施の形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
あれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の
形態例では、２枚の絶縁板５、７を接着して絶縁基板を
形成した配線基板１を例に示したが、１枚の絶縁板から
成る絶縁基体の上面に配線導体層と外部接続導体とを一
体的に形成するとともに、下面に接地または電源導体層
を形成して成る配線基板や、３枚以上の絶縁板を積層し
て成る絶縁基体を用いたものであってもよい。 【００３３】 【発明の効果】本発明の放熱板付き配線基板によれば、
接地または電源用導体は、絶縁層から露出した部位が絶
縁層で覆われた部分よりも厚いことから、接地または電
源導体と絶縁層との間に形成される段差が小さいものと
なり、接合層の厚みが接地または電源導体層と接合する
部位で極めて厚くなることがない。したがって、接地ま
たは電源導体層と放熱板とを接合層を介して低い電気抵
抗で接続することができる。また、接地または電源導体
と絶縁層との間に形成される段差が小さいことから、配
線基板と放熱板とを接合層を介して接合する際に、接地
または電源導体層と絶縁層との間の段差部に気泡が巻き
込まれにくいので、両者の間にボイドや密着不良が発生
することがなく、両者を電気的に良好かつ安定に接続す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の放熱板付き配線基板の実施の形態の一
例を示す断面図である。 【図２】従来の放熱板付き配線基板の断面図である。 【符号の説明】 １・・・・・配線基板 ２・・・・・放熱板 ３・・・・・半導体素子 ４ａ・・・・半導体素子収納用の貫通穴 ５・・・・・配線導体層 ６・・・・・接地または電源導体層 １２・・・・絶縁層 １５・・・・接合層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 中央部に半導体素子収納用の貫通穴を有
   する絶縁基板と、該絶縁基板の前記貫通穴周辺の上面に
   その一端が位置するように配設された配線導体層と、前
   記絶縁基板の下面に被着された接地または電源導体層
   と、該接地または電源導体層が被着された前記絶縁基板
   の下面に前記接地または電源導体層の一部を露出させる
   ようにして被着された熱硬化性樹脂から成る絶縁層と、
   前記接地または電源導体層の露出部および前記絶縁層
   に、前記貫通穴を塞ぐようにして導電性フィラーおよび
   熱硬化性樹脂から成る接合層を介して接合された金属製
   の放熱板とを具備して成る放熱板付き配線基板におい
   て、前記接地または電源用導体は、前記絶縁層から露出
   した部位が前記絶縁層で覆われた部分よりも厚いことを
   特徴とする放熱板付き配線基板。