JP6680634B2 - Substrate for mounting semiconductor element and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子を実装するための半導体素子実装用基板、およびそれを用いた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor element mounting substrate for mounting a semiconductor element, and a semiconductor device using the same.
近年、高周波の信号で作動する半導体素子等を収容する半導体素子実装用基板が知られている。このような半導体素子等は、作動する際に熱が生じる。この熱を外部に放熱させるために、半導体素子等を金属板の上面に実装した半導体実装用基板が開示されている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, a semiconductor element mounting substrate that houses a semiconductor element that operates with a high-frequency signal has been known. When such a semiconductor element or the like is operated, heat is generated. In order to dissipate this heat to the outside, a semiconductor mounting substrate in which a semiconductor element or the like is mounted on the upper surface of a metal plate is disclosed (see Patent Document 1).
特許文献1に開示された技術は、貫通孔を有する基板と、貫通孔を塞いで設けられた金属板と、貫通孔と間を空けて基板に形成された、半導体素子と電気的に接続されるスルーホール導体とを備えた半導体素子実装用基板が記載されている。この金属板の上面に、貫通孔に収容される半導体素子が実装される。
The technique disclosed in
特許文献1に開示された技術では、半導体素子と接続されるのがスルーホール導体であり、スルーホール導体は、貫通孔の内側に導体が充填されている。しかしながら、スルーホール導体が形成されているために、半導体素子に大電流を流した際に大きな熱が生じることで、スルーホール導体が熱膨張して変形する場合があった。また、基板との熱膨張係数差による応力負荷によって、スルーホール導体が破損する場合があった。スルーホール導体が変形または破損すると、半導体素子等に電流が流れなくなる場合があった。
In the technique disclosed in
本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板は、第1貫通孔および前記第1貫通孔と間をあけて形成された第2貫通孔を有する基板と、前記基板の下面であって、前記第1貫通孔の外縁を取り囲む第1メタライズ層と、前記基板の下面であって、前記第2貫通孔の外縁を取り囲む第2メタライズ層と、上面の中央部分に半導体素子を実装する実装領域と前記実装領域を取り囲む周辺領域とを有しているとともに、前記周辺領域が前記第1メタライズ層と重なって前記第1貫通孔を塞いだ金属板と、前記第2貫通孔に囲まれるとともに、前記第2貫通孔の内面と間を空けた柱状体であって、前記柱状体の下部が前記基板の下面よりも下方に位置し、前記下部の全周が側方に向かって出ており、前記下部の全周が前記第2メタライズ層と重なって前記第2貫通孔を塞いだ、前記半導体素子と電気的に接続される貫通導体とを備えたことを特徴とする。 A semiconductor element mounting substrate according to an embodiment of the present invention is a substrate having a first through hole and a second through hole formed with a space between the first through hole, and a lower surface of the substrate, A first metallization layer that surrounds the outer edge of the first through hole, a second metallization layer that surrounds the outer edge of the second through hole that is the lower surface of the substrate, and a mounting area for mounting a semiconductor element in the center of the upper surface. And a peripheral area that surrounds the mounting area, the peripheral area overlaps with the first metallization layer and closes the first through hole, and is surrounded by the second through hole, A columnar body that is spaced apart from the inner surface of the second through hole, the lower portion of the columnar body is located below the lower surface of the substrate, and the entire circumference of the lower portion projects laterally. The entire circumference of the lower portion does not overlap the second metallization layer. Closes the second through hole Te, characterized in that a semiconductor element electrically connected to the through conductors.
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、上記の半導体素子実装用基板と、前記金属板の上面に実装された、前記第2貫通導体と電気的に接続された半導体素子と、前記半導体素子実装用基板の上面を取り囲んで形成された枠体と、前記枠体の上端に接合された蓋体とを備えていることを特徴とする。 A semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a semiconductor element mounting substrate described above, a semiconductor element mounted on an upper surface of the metal plate and electrically connected to the second through conductor, and the semiconductor element. It is characterized by comprising a frame body formed so as to surround the upper surface of the mounting substrate and a lid body joined to the upper end of the frame body.
本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板によれば、貫通導体が貫通孔の内面と
間を空けて形成されていることにより、大電流を流して使用することを可能とする半導体素子実装用基板、およびそれを用いた半導体装置を提供することができる。
According to the semiconductor element mounting substrate of one embodiment of the present invention, since the through conductor is formed so as to be spaced apart from the inner surface of the through hole, a semiconductor element that allows a large current to flow therethrough and be used. A mounting substrate and a semiconductor device using the same can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板および半導体装置について、図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, a semiconductor element mounting substrate and a semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<半導体素子実装用基板の構成>
図1は本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板1の上面からの斜視図、図2は本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板1の下面からの斜視図を示している。図3および図4は、それぞれ本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板1の上面からの分解斜視図および本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板1の下面からの分解斜視図を示している。これらの図において半導体素子実装用基板1は、基板2、第1メタライズ層31、第2メタライズ層32、金属板3および貫通導体21を備えている。
<Structure of substrate for mounting semiconductor element>
FIG. 1 is a perspective view from the upper surface of a semiconductor
基板2は、例えば平面視において矩形状である。基板2は、平面視において大きさは例えば平面視において大きさは例えば5mm×50mm〜5mm×50mmであり、厚みは0.5mm〜5mmである。基板2は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料やエポキシ樹脂等の樹脂材料から成る。
The
基板2は、複数の貫通孔を有している。基板2に形成された複数の貫通孔は、例えば第
1貫通孔11および第2貫通孔12である。他にも、第3貫通孔13および第4貫通孔14が形成されていてもよい。また、基板2の下面には、メタライズ層が形成されている。第1メタライズ層31は、第1貫通孔11の外縁を取り囲んでおり、第2メタライズ層32は、第2貫通孔12の外縁を取り囲んでいる。また、第3貫通孔13および第4貫通孔14が形成されている場合には、基板2の下面に、第3メタライズ層33および第4メタライズ層34が形成されている。
The
第1メタライズ層31は、基板2の下面であって、第1貫通孔11の外縁を取り囲むものである。第1メタライズ層31は、平面視において、例えば矩形状であり、大きさは2mm×40mm〜2mm×40mmである。厚みは、0.01mm〜0.1mmである。第1メタライズ層31は、例えば、タングステン、モリブデンおよびマンガン等の金属材料から成り、基板2の下面であって第1貫通孔11の外縁を取り囲むようにメタライズ層の形態で設けられ、その表面に電界めっきや無電解めっきによって金やニッケル等の金属材料から成るめっき層が形成される。
The
第2メタライズ層32は、基板2の下面であって、第2貫通孔12の外縁を取り囲むものである。第2メタライズ層32は、平面視において、例えば矩形状であり、大きさは大きさは2mm×40mm〜2mm×40mmである。厚みは、0.01mm〜0.1mmである。第1メタライズ層31は、例えば、タングステン、モリブデンおよびマンガン等の金属材料から成り、基板2の下面であって第1貫通孔11の外縁を取り囲むようにメタライズ層の形態で設けられ、その表面に電界めっきや無電解めっきによって金やニッケル等の金属材料から成るめっき層が形成される。
The
第1貫通孔11は、基板2に形成されており、基板2の下面において、周囲に第1メタライズ層31が形成されている。平面視において例えば矩形状であって、大きさは1mm×38mm〜1mm×38mmである。第1貫通孔11は、半導体素子が収容されるので、半導体素子が収容される十分な大きさが確保されている。
The first through
また、平面視において、第1貫通孔11の中心は、例えば、基板2の中心よりも外縁に位置している。つまり、平面視において第1貫通孔11は基板2に対して偏って形成されている。このため、基板2には、第1貫通孔11が形成されていない領域にスペースを確保することができる。このことによって、基板2は、収容される半導体素子と電気的に接続される、基板2上面の第1貫通孔11の周囲における電極のスペースを確保することができる。
Further, in plan view, the center of the first through
また、平面視において第1貫通孔11は基板2に対して偏って形成されている場合には、平面視において、第1メタライズ層31も基板2に対して偏って形成されている。このため、平面視において、第1メタライズ層31の外縁から基板2の外縁までの幅を狭くすることができる。このため、基板2と第1メタライズ層31との間の熱膨張係数の差による応力を抑制することができる。また、このとき、第1メタライズ層31が基板2の外縁まで形成されている場合には、表面に電界めっきをかける際に効率よくめっきをかけることができる。
Further, when the first through
金属板3は、基板2の下面に第1貫通孔11を塞いで設けられている。金属板3は、上面の中央部分に半導体素子を実装する実装領域3aと、実装領域3aを取り囲む周辺領域3bとを有している。この周辺領域3bが第1メタライズ層31と重なって第1貫通孔31を塞いでいる。金属板3は、平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.5mm×38.5mm〜1.5mm×38.5mmである。厚みは、0.5mm〜3mmである。金属板3は、例えば、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属材料またはこれらを含む合金からなり、その表面に電界めっきや無電解めっきによって設けられる、金やニッケル等のめっき層から成る。金属板3が金属材料から成ることによって、上面に実装される半導体素子の使用時に熱が発生しても、金属板3を介して外部の回路基板に熱を逃がしやすくすることができる。
The
第2貫通孔12は、第1貫通孔11と間を空けて基板2に形成されている。第2貫通孔12は基板2の下面において、周囲に第2メタライズ層32が形成されている。第2貫通孔12は平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.5mm×18mm〜1.5mm×18mmである。第2貫通孔12には、第1貫通孔11に収容される半導体素子と電気的に接続される貫通導体21が形成される。
The second through
貫通導体21は、第2貫通孔12内から基板2の下面にかけて、第2貫通孔12を塞いで設けられている。貫通導体21は、第2貫通孔12に囲まれており、第2貫通孔12の内面と間を空けて設けられている。貫通導体21は、柱状体であり、柱状体の下部21aが基板2の下面よりも下方に位置している。また、下部21aの全周が側方に向かって出ており、下部21aの全周が第2メタライズ層32と重なって第2貫通孔12を塞いでいる。つまり、貫通導体21の下部21aは、基板2の下面に露出していることになる。
The through
貫通導体21は、基板2の下面からの平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.7mm×18mm〜1.7mm×18mmである。また、基板2の上面からの平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.3mm×17mm〜1.3mm×17mmである。厚みは、第2貫通孔12内で、0.5mm〜5mmである。また、基板2の下面から露出した下部21aの厚みは、0.5mm〜3mmである。貫通導体21は、例えば、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属材料またはこれらを含む合金からなり、その表面に電界めっきや無電解めっきによって設けられる、金やニッケル等のめっき層から成る。貫通導体21は、金属板3に実装される半導体素子と、ワイヤボンディング等で電気的に接続される。このため、貫通導体21が金属材料から成ることによって、半導体素子の使用時に大電流を流して大きな熱が発生しても、外部に熱を逃がしやすくすることができるとともに、半導体素子実装用基板1における電流経路の断線を抑制することができる。
The penetrating
また、貫通導体21は、第2貫通孔12に囲まれており、第2貫通孔12の内面と間を空けて設けられている。つまり、第2貫通孔12の内面と貫通導体21の第2貫通孔12内に位置する側面とが間が空いている。平面視における貫通導体21の外縁と第2貫通孔の内縁との間は、たとえば0.1〜1.5mmである。半導体素子は、使用時に大電流を流して大きな熱が発生する。このとき貫通導体21の側面が第2貫通孔12の内面と間を空けて設けられていることで、貫通導体21が熱膨張および熱収縮した場合に、貫通導体21と基板2との間にはたらく、熱膨張係数の違いによって生じる応力の負荷、およびそれに伴って生じる基板2のクラックが低減される。第2貫通孔12の内面と貫通導体21の第2貫通孔12内に位置する側面とが間が空いていると、金属材料から成る貫通導体21が基板2と比べて大きく熱膨張および熱収縮したとしても接触しない、または接触しても間が空いていない場合と比較して低減されるので、基板2に引っ張られたり、押されたりする応力が抑制されるためである。このため、半導体素子との電気的な接続を保つことができる。つまり、大電流を使用することができるとともに、熱応力による半導体素子実装用基板1の破損を抑制することができる。
The through
このとき、貫通導体21は、第2貫通孔12内に位置する側面の全周が第2貫通孔12の内面と間が空いているのがよい。このことによって、半導体素子の使用時に大電流を流して大きな熱が発生することで、貫通導体21が熱膨張および熱収縮した場合に、基板2との熱膨張係数の違いによって生じる応力の負荷、およびそれに伴って生じる基板2のクラックがより低減される。このため、半導体素子との電気的な接続をより有効に保つこと
ができるとともに、熱応力による半導体素子実装用基板1の破損を抑制することができる。
At this time, it is preferable that the entire circumference of the side surface of the penetrating
また、貫通導体21は、第2貫通孔12内に位置する側面が、平面視において曲線部を有している。このことによって、平面視において貫通導体21が角部を有している場合と比較したときに、大きな熱が発生した場合であっても変形しにくいものとすることができる。また、曲線部を有していることによって、貫通導体21は、角部に集中しやすい熱膨張および熱収縮による応力の負荷を抑制することができる。
The side surface of the through
また、平面視において第1メタライズ層31の外縁は、金属板3の外縁よりも大きく形成されている。また、第2メタライズ層32の外縁は、貫通導体21の下部の外縁よりも大きく形成されている。このことによって、それぞれ、接合時に位置ずれが起きたとしても金属板3と貫通導体21との接合面積を確保することができる。また、金属板3の側面および貫通導体21の下部21aの側面まで、接合材が設けられる場合には、接合強度を向上させることができる。
The outer edge of the
また、貫通導体21の下部21aの外縁から第2メタライズ層32の外縁までの幅において、基板2の外縁に対向している第2メタライズ層32の貫通導体21の下部21aの外縁からの幅は、第2メタライズ層32と対向している第1メタライズ層31の貫通導体21の下部21aの外縁からの幅よりも大きく形成されている。つまり、対向するメタライズ層同士の幅が狭くなっている。このことによって、メタライズ層同士が接触して短絡することを抑制することができる。
Further, in the width from the outer edge of the
さらに、貫通導体21を第2メタライズ層32に接合する、ろう材やはんだ等の導電性の接合材において、第1メタライズ層31と第2メタライズ層32とが対向するメタライズ層に設けられる接合材の量を少なくし、基板2の外縁に対向している側の第2メタライズ層32に設けられる接合材の量を多くすることができる。その結果、貫通導体21と第2メタライズ層32との接合強度は、基板2の外縁に対向している側の第2メタライズ層32に設けられる接合材によって維持できる。また、第1メタライズ層31と第2メタライズ層32とが向かい合って近接する箇所に局所的に生じる、基板2、金属板3、貫通導体21、第1メタライズ層31、第2メタライズ層32および接合材との熱膨張差に起因した応力を低減することができる。
Further, in a conductive bonding material such as a brazing material or a solder for bonding the through
また、平面視において、第1メタライズ層31および第2メタライズ層32は、基板2の外縁まで形成されている。このことによって、メタライズ層の形成の際に、電界めっきをかける上で、効率よくかけることができる。
Further, in plan view, the
また、図5〜図10は、上述した基板2に第3貫通孔および第4貫通孔が形成された場合を示している。図5は本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板1の上面からの斜視図、図6は本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板1の下面からの斜視図を示している。図7および図8は、それぞれ本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板1の上面からの分解斜視図および本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板1の下面からの分解斜視図を示している。図9は、本発明の他の実施形態である半導体素子実装用基板の構成を示す平面視であり、図9(a)が上面からの平面図であり、図9(b)が下面からの平面図である。また、図10は、本発明の他の実施形態である半導体素子実装用基板の構成を示す側面図および図9の断面図であり、図10(a)は側面図であり、図10(b)は図9のA−A線での断面図、図10(c)は図10のB−B線での断面図、図10(d)は図9のC−C線での断面図、図10(e)は図9のD−D線での断面図である。これらの図において半導体素子実装用基板1は、第3貫通孔13、第4貫通孔14、第3メタライズ層33、第4メタライズ層34、第2貫通導体22および第
3貫通導体23をさらに備えている点が、本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板1と異なる。
5 to 10 show the case where the third through hole and the fourth through hole are formed in the
第3メタライズ層33は、基板2の下面であって、第3貫通孔13の外縁を取り囲むものである。第3メタライズ層33は、平面視において、例えば矩形状であり、大きさは2mm×20mm〜2mm×20mmである。厚みは、0.01mm〜0.1mmである。第3メタライズ層33は、例えば、タングステン、モリブデンおよびマンガン等の金属材料から成り、基板2の下面であって第3貫通孔13の外縁を取り囲むようにメタライズ層の形態で設けられ、その表面に電界めっきや無電解めっきによって金やニッケル等の金属材料から成るめっき層が形成される。
The
第4メタライズ層34は、基板2の下面であって、第4貫通孔14の外縁を取り囲むものである。第4メタライズ層34は、平面視において、例えば矩形状であり、、大きさは2mm×20mm〜2mm×20mmである。厚みは、0.01mm〜0.1mmである。第4メタライズ層34は、第4メタライズ層34と同じく、例えば、タングステン、モリブデンおよびマンガン等の金属材料から成り、基板2の下面であって第4貫通孔14の外縁を取り囲むようにメタライズ層の形態で設けられ、その表面に電界めっきや無電解めっきによって金やニッケル等の金属材料から成るめっき層が形成される。
The
第3貫通孔13は、基板2に形成されており、基板2の下面において、周囲に第3メタライズ層33が形成されている。平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.5mm×18mm〜1.5mm×18mmである。第3貫通孔13には、基板2の上面に実装される電子部品と電気的に接続される第2貫通導体22が形成される。
The third through
第2貫通導体22は、第3貫通孔13内から基板2の下面にかけて、第3貫通孔13を塞いで設けられている。第2貫通導体22は、第3貫通孔13に囲まれており、第3貫通孔13の内面と間を空けて設けられている。第2貫通導体22は、柱状体であり、柱状体の下部が基板2の下面よりも下方に位置している。また、下部の全周が側方に向かって出ており、下部の全周が第3メタライズ層33と重なって第3貫通孔13を塞いでいる。つまり、第2貫通導体22の下部は、基板2の下面に露出していることになる。
The second through
第2貫通導体22は、基板2の下面からの平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.7mm×18mm〜1.7mm×18mmである。また、基板2の上面からの平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.3mm×17mm〜1.3mm×17mmである。厚みは、第3貫通孔13内で、0.5mm〜5mmである。また、基板2の下面から露出した下部の厚みは、0.5mm〜3mmである。第2貫通導体22は、例えば、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属材料またはこれらを含む合金からなり、その表面に電界めっきや無電解めっきによって設けられる、金またはニッケル等のめっき層から成る。第2貫通導体22は、基板2の上面に実装される電子部品と、ワイヤボンディング等で電気的に接続される。このため、第2貫通導体22が金属材料から成ることによって、電子部品の使用時に大電流を流して大きな熱が発生しても、外部に熱を逃がしやすくすることができる。
The second penetrating
また、第2貫通導体22は、第3貫通孔13に囲まれており、第3貫通孔13の内面と間を空けて設けられている。第3通導体23は、電子部品の使用時に大電流を流して大きな熱が発生することで、第2貫通導体22が熱膨張および熱収縮した場合に、基板2との熱膨張係数の違いによる応力の負荷が低減される。このため、半導体素子との電気的な接続を保つことができる。つまり、大電流を使用することができる。
The second through
第4貫通孔14は、基板2に形成されており、基板2の下面において、周囲に第4メタ
ライズ層34が形成されている。平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.5mm×18mm〜1.5mm×18mmである。第4貫通孔14には、基板2の上面に実装される電子部品と電気的に接続される第3貫通導体23が形成される。平面視において、第3貫通孔13、第4貫通孔14および電子部品は、一直線上に配置される。
The fourth through
第3貫通導体23は、第4貫通孔14内から基板2の下面にかけて、第4貫通孔14を塞いで設けられている。第3貫通導体23は、第4貫通孔14に囲まれており、第4貫通孔14の内面と間を空けて設けられている。第3貫通導体23は、柱状体であり、柱状体の下部が基板2の下面よりも下方に位置している。また、下部の全周が側方に向かって出ており、下部の全周が第4メタライズ層34と重なって第4貫通孔14を塞いでいる。つまり、第3貫通導体23の下部は、基板2の下面に露出していることになる。
The third through
第3貫通導体23は、基板2の下面からの平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.7mm×18mm〜1.7mm×18mmである。また、基板2の上面からの平面視において例えば矩形状であって、大きさは1.3mm×17mm〜1.3mm×17mmである。厚みは、第4貫通孔14内で、0.5mm〜5mmである。また、基板2の下面から露出した下部の厚みは、0.5mm〜3mmである。第3貫通導体23は、例えば、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属材料またはこれらを含む合金からなり、その表面に電界めっきや無電解めっきによって設けられる、金やニッケル等のめっき層から成る。第3貫通導体23は、基板2の上面に実装される電子部品と、ワイヤボンディング等で電気的に接続される。このため、第3貫通導体23が金属材料から成ることによって、電子部品の使用時に大電流を流して大きな熱が発生しても、外部に熱を逃がしやすくすることができるとともに、半導体素子実装用基板1における電流経路の断線を抑制することができる。第3貫通導体23は、基板2の上面に実装される電子部品と、ワイヤボンディング等で電気的に接続される。このため、第3貫通導体23が金属材料から成ることによって、電子部品の使用時に大電流を流して大きな熱が発生しても、外部に熱を逃がしやすくすることができる。
The third penetrating
また、第3貫通導体23は、第4貫通孔14に囲まれており、第4貫通孔14の内面と間を空けて設けられている。第4通導体24は、電子部品の使用時に大電流を流して大きな熱が発生することで、第3貫通導体23が熱膨張および熱収縮した場合に、基板2との熱膨張係数の違いによる応力の負荷が低減される。このため、半導体素子との電気的な接続を保つことができる。つまり、大電流を使用することができる。
The third through
また、第2貫通導体22および第3貫通導体23においても、第3貫通孔13および第4貫通孔14内に位置する側面の全周がそれぞれ第3貫通孔13および第4貫通孔14の内面と間が空いているのがよい。このことによって、半導体素子の使用時に大電流を流して大きな熱が発生することで、第2貫通導体22および第3貫通導体23が熱膨張および熱収縮した場合に、基板2との熱膨張係数の違いによる応力の負荷がより低減される。このため、半導体素子との電気的な接続をより有効に保つことができる。
Further, also in the second through
また、第2貫通導体22および第3貫通導体23は、それぞれの貫通孔内に位置する側面が、平面視において曲線部を有している。このことによって、第2貫通導体22および第3貫通導体23の側面が角になっている場合と比較したときに、大きな熱が発生した場合であっても変形しにくいものとすることができる。
Further, the second penetrating
また、第2貫通導体22および第3貫通導体23の下部の外縁も金属板3および貫通導体21と同じく、対向するメタライズ層同士の幅が狭くなっている。このことによって、メタライズ層同士が接触して短絡することを抑制することができる。
Further, the outer edges of the lower portions of the second through
さらに、第2貫通導体22および第3貫通導体23を第3メタライズ層33および第4メタライズ層34に接合する、ろう材やはんだ等の導電性の接合材において、第3メタライズ層33と第4メタライズ層34とが対向するメタライズ層に設けられる接合材の量を少なくし、基板2の外縁に対向している側の第3メタライズ層33および第4メタライズ層34に設けられる接合材の量を多くすることができる。その結果、第2貫通導体22および第3貫通導体23と第3メタライズ層33および第4メタライズ層34との接合強度は、基板2の外縁に対向している側の第3メタライズ層33および第4メタライズ層34に設けられる接合材によって維持できる。また、第3メタライズ層33および第4メタライズ層34とが向かい合って近接する箇所に局所的に生じる、基板2、第2貫通導体22、第3貫通導体23、第3メタライズ層33、第4メタライズ層34および接合材との熱膨張差に起因した応力を低減することができる。
Furthermore, in a conductive bonding material such as a brazing material or a solder that bonds the second through
また、平面視において、第3メタライズ層33および第4メタライズ層34は、第1メタライズ層31および第2メタライズ層32と同様に、基板2の外縁まで形成されている。このことによって、メタライズ層の形成の際に、電界めっきをかける上で、効率よくかけることができる。
Further, in plan view, the
また、第2メタライズ層32、第3メタライズ層33および第4メタライズ層34は、矩形状である場合に、1辺のみが基板2の外縁と重なるように形成されている。残りの3辺は、他のメタライズ層との短絡を抑制するために、外縁まで形成されたメタライズ層の各貫通導体の下部の外縁からの幅よりも小さく形成されている。このことによって、大きく形成された場合と比較して、短絡を抑制するだけではなく、接合強度を保ちながら、セラミック材料から成る基板2と金属材料から成るメタライズ層、貫通導体21、第2貫通導体22、第3貫通導体23および接合材等との熱膨張係数の違いによる応力の負荷を抑制することができる。
Further, the
また、図11は、本発明の他の実施形態である半導体素子実装用基板に枠体が設けられた構成の斜視図である。図11に示すように、半導体実装用基板1は、基板2の上面に枠体5が設けられていてもよい。枠体5は、基板2の外縁に沿って、基板2の上面を取り囲んで設けられる。枠体5は、平面視において、たとえば基板2と同じ大きさで、高さは0.5mm〜5mmである。枠体5は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料やエポキシ樹脂等の樹脂材料から成る。
In addition, FIG. 11 is a perspective view of a structure in which a frame is provided on a semiconductor element mounting substrate according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the
<半導体素子実装用基板の製造方法>
基板2は、たとえば複数の絶縁層から成り、ガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作される。まず、ホウケイ酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とからなる原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをドクターブレード法等の成形法でシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを作製する。
<Method for manufacturing semiconductor element mounting substrate>
The
その後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともにセラミックグリーンシートを積層して、圧着する。最後にこの積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中において約900〜1000℃の温度で焼成することによって基板2を作製することができる。
After that, the ceramic green sheets are formed into an appropriate shape by cutting or punching, and the ceramic green sheets are laminated and pressure-bonded. Finally, the laminated ceramic green sheets are fired in a reducing atmosphere at a temperature of about 900 to 1000 ° C., whereby the
第1メタライズ層31、第2メタライズ層32、第3メタライズ層33および第4メタライズ層34は、たとえば、タングステンやモリブデン、マンガン等の高融点の金属からなる場合であれば、次のようにして形成することができる。すなわち、まず高融点の金属の粉末を有機溶剤およびバインダとともによく混ざるように練って作製した金属ペースト
を、基板2の下面となるセラミックグリーンシートの所定部位にスクリーン印刷等の方法で印刷する。その後、これらを同時焼成する。以上の工程によって、基板2の下面にメタライズ層が被着される。
If the
貫通導体21、第2貫通導体22および第3貫通導体23は、切削加工またはレーザ加工される。金属材料を、切削加工で凸形状にされる。上部が下部よりも細く、また曲線部を有するように加工される。
The through
複数の貫通孔、第1貫通孔11、第2貫通孔12、第3貫通孔13および第4貫通孔14は、たとえば金属ピンを用いた機械的な打ち抜き加工、またはレーザ光を用いた加工等の孔あけ加工によって形成することができる。貫通導体21、第2貫通導体22および第3貫通導体23は、各貫通孔へ嵌め込まれて、Ag−Cuろう材等の接合材を用いて、各下部がメタライズ層と接合される。
The plurality of through holes, the first through
この後、電界めっきによって、例えば、ニッケルまたは等のめっきが各メタライズ層、金属板および各貫通導体の表面に被着される。 Thereafter, by electrolytic plating, for example, plating of nickel or the like is applied to the surface of each metallized layer, metal plate and each through conductor.
<半導体装置の構成>
図12は、本発明の一実施形態に係る半導体装置10の斜視図を、図13は本発明の一実施形態に係る半導体装置10の分解斜視図を示している。これらの図において、半導体装置10は、上述した半導体素子実装用基板1、半導体素子4、枠体5および蓋体6を備えている。また、電子部品7をさらに備えていてもよい。
<Structure of semiconductor device>
FIG. 12 is a perspective view of the
半導体素子4は、たとえばシリコン半導体、GaN半導体、SiC半導体である。また、第3貫通孔13および第4貫通孔14が形成されている場合に、基板2の上面に電子部品7が実装される。電子部品7としては、たとえばコンデンサ、抵抗素子、または半導体素子4と同じく、シリコン半導体、GaN半導体、SiC半導体等の半導体素子である。
The
蓋体6は、上述した枠体5の上端に、枠体5で囲まれた内部を覆って接合される。このとき、蓋体6の大きさは平面視において、基板2、枠体5と同じ大きさである。また、蓋体6は、例えば、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属材料またはこれらを含む合金からなり、その表面に電界めっきや無電解めっきによって設けられる、金またはニッケル等のめっき層から成る。
The
半導体装置10は、上述した半導体素子実装用基板1を備えていることによって、大電流でも使用することができる。このため、様々な素子を用いた半導体装置10とすることができる。
Since the
以上に説明した、本発明は上述の実施形態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において種々の変更等が可能である。 The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and the like can be made without departing from the scope of the present invention.
1 半導体素子実装用基板
2 基板
3 金属板
3a 実装領域
3b 周辺領域
4 半導体素子
5 枠体
6 蓋体
7 電子部品
10 半導体装置
11 第1貫通孔
12 第2貫通孔
13 第3貫通孔
14 第4貫通孔
21 貫通導体
21a 下部
22 第2貫通導体
23 第3貫通導体
31 第1メタライズ層
32 第2メタライズ層
33 第3メタライズ層
34 第4メタライズ層
1 Semiconductor
Claims (7)
前記基板の下面であって、前記第2貫通孔の外縁を取り囲む第2メタライズ層と、
上面の中央部分に半導体素子を実装する実装領域と前記実装領域を取り囲む周辺領域とを有しているとともに、前記周辺領域が前記第1メタライズ層と重なって前記第1貫通孔を塞いだ金属板と、
前記第2貫通孔に囲まれるとともに、前記第2貫通孔の内面と間を空けた柱状体であって、前記柱状体の下部が前記基板の下面よりも下方に位置し、前記下部の全周が側方に向かって出ており、前記下部の全周が前記第2メタライズ層と重なって前記第2貫通孔を塞いだ、前記半導体素子と電気的に接続される貫通導体とを備えたことを特徴とする半導体素子実装用基板。 A substrate having a first through hole and a second through hole formed at a distance from the first through hole; a first metallization layer that is a lower surface of the substrate and surrounds an outer edge of the first through hole;
A second metallization layer surrounding the outer edge of the second through hole on the lower surface of the substrate;
A metal plate having a mounting region for mounting a semiconductor element in a central portion of an upper surface and a peripheral region surrounding the mounting region, and the peripheral region overlapping the first metallization layer and blocking the first through hole. When,
A columnar body surrounded by the second through hole and spaced apart from an inner surface of the second through hole, wherein a lower portion of the columnar body is located below a lower surface of the substrate, and the entire circumference of the lower portion is formed. And a through conductor that is electrically connected to the semiconductor element, that is, the entire circumference of the lower portion overlaps with the second metallization layer and closes the second through hole. A substrate for mounting a semiconductor element, comprising:
前記金属板の上面に実装された、前記貫通導体と電気的に接続された半導体素子と、
前記半導体素子実装用基板の上面を取り囲んで形成された枠体と、
前記枠体の上端に接合された蓋体とを備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element mounting substrate according to any one of claims 1 to 6,
A semiconductor element mounted on the upper surface of the metal plate and electrically connected to the through conductor,
A frame body formed so as to surround the upper surface of the semiconductor element mounting substrate,
A semiconductor device comprising: a lid joined to an upper end of the frame.
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