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JP6680634B2 - Substrate for mounting semiconductor element and semiconductor device - Google Patents

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JP6680634B2 JP2016128921A JP2016128921A JP6680634B2 JP 6680634 B2 JP6680634 B2 JP 6680634B2 JP 2016128921 A JP2016128921 A JP 2016128921A JP 2016128921 A JP2016128921 A JP 2016128921A JP 6680634 B2 JP6680634 B2 JP 6680634B2
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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).

特開2008−109056号公報JP, 2008-109056, A

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 Patent Document 1 is electrically connected to a semiconductor element formed on a substrate having a through hole, a metal plate provided so as to close the through hole, and the through hole. A semiconductor element mounting substrate provided with a through-hole conductor is described. A semiconductor element housed in the through hole is mounted on the upper surface of the metal plate.

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 Patent Document 1, a semiconductor element is connected to a through-hole conductor, and the through-hole conductor is filled with a conductor inside the through hole. However, since the through-hole conductor is formed, a large amount of heat is generated when a large current is applied to the semiconductor element, so that the through-hole conductor may be thermally expanded and deformed. Further, the through-hole conductor may be damaged due to the stress load due to the difference in thermal expansion coefficient from the substrate. If the through-hole conductor is deformed or damaged, current may not flow in the semiconductor element or the like.

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.

本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す上面からの斜視図である。It is a perspective view from the upper surface showing the composition of the semiconductor device mounting substrate concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す下面からの斜視図である。It is a perspective view from the lower surface showing the composition of the semiconductor device mounting substrate concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す上面からの分解斜視図である。It is an exploded perspective view from the upper surface showing the composition of the semiconductor device mounting substrate concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す、下面からの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view from the bottom surface showing the configuration of the semiconductor element mounting substrate according to the embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す上面からの斜視図である。It is a perspective view from the upper surface showing the composition of the semiconductor device mounting substrate concerning other embodiments of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す下面からの斜視図である。It is a perspective view from the lower surface showing the composition of the semiconductor device mounting substrate concerning other embodiments of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す上面からの分解斜視図である。It is an exploded perspective view from the upper surface showing the composition of the semiconductor device mounting substrate concerning other embodiments of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る半導体素子実装用基板の構成を示す、下面からの分解斜視図である。It is an exploded perspective view from the lower surface showing the composition of the semiconductor device mounting substrate concerning other embodiments of the present invention. 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。It is a top view which shows the structure of the semiconductor element mounting substrate which is other embodiment of this invention, FIG.9 (a) is a top view from a top view, and FIG.9 (b) is a top view from a bottom surface. . 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。FIG. 10 is a side view showing a configuration of a semiconductor element mounting substrate which is another embodiment of the present invention and a cross-sectional view of FIG. 9, FIG. 10 (a) is a side view, and FIG. 10 (b) is A of FIG. 9. 10A is a cross-sectional view taken along line A, FIG. 10C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 10, FIG. 10D is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 9, and FIG. It is sectional drawing in the DD line of FIG. 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。It is a perspective view of the structure in which the frame was provided in the semiconductor device mounting substrate which is another embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態である半導体装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the composition of the semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態である半導体装置の構成を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view showing composition of a semiconductor device which is one embodiment of the present invention.

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 element mounting substrate 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view from the lower surface of a semiconductor element mounting substrate 1 according to an embodiment of the present invention. There is. 3 and 4 are exploded perspective views from the upper surface of the semiconductor element mounting substrate 1 according to one embodiment of the present invention and exploded perspective views from the lower surface of the semiconductor element mounting substrate 1 according to one embodiment of the present invention, respectively. The figure is shown. In these figures, the semiconductor element mounting substrate 1 includes a substrate 2, a first metallized layer 31, a second metallized layer 32, a metal plate 3 and a through conductor 21.

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 substrate 2 has, for example, a rectangular shape in a plan view. The substrate 2 has a size in plan view of, for example, 5 mm × 50 mm to 5 mm × 50 mm in plan view, and a thickness of 0.5 mm to 5 mm. The substrate 2 is made of, for example, a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride sintered body or a silicon nitride sintered body, or a glass ceramic material. It is made of a resin material such as epoxy resin.

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 substrate 2 has a plurality of through holes. The plurality of through holes formed in the substrate 2 are, for example, the first through hole 11 and the second through hole 12. Besides, the third through hole 13 and the fourth through hole 14 may be formed. A metallized layer is formed on the lower surface of the substrate 2. The first metallized layer 31 surrounds the outer edge of the first through hole 11, and the second metallized layer 32 surrounds the outer edge of the second through hole 12. When the third through hole 13 and the fourth through hole 14 are formed, the third metallized layer 33 and the fourth metallized layer 34 are formed on the lower surface of the substrate 2.

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 first metallization layer 31 is on the lower surface of the substrate 2 and surrounds the outer edge of the first through hole 11. The first metallized layer 31 has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 2 mm × 40 mm to 2 mm × 40 mm. The thickness is 0.01 mm to 0.1 mm. The first metallization layer 31 is made of, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, and manganese, and is provided in the form of a metallization layer on the lower surface of the substrate 2 so as to surround the outer edge of the first through hole 11, and on the surface thereof. A plating layer made of a metal material such as gold or nickel is formed by electric field plating or electroless plating.

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 second metallization layer 32 is the lower surface of the substrate 2 and surrounds the outer edge of the second through hole 12. The second metallized layer 32 has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 2 mm × 40 mm to 2 mm × 40 mm. The thickness is 0.01 mm to 0.1 mm. The first metallization layer 31 is made of, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, and manganese, and is provided in the form of a metallization layer on the lower surface of the substrate 2 so as to surround the outer edge of the first through hole 11, and on the surface thereof. A plating layer made of a metal material such as gold or nickel is formed by electric field plating or electroless plating.

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 hole 11 is formed in the substrate 2, and a first metallization layer 31 is formed around the lower surface of the substrate 2. It has, for example, a rectangular shape in a plan view and a size of 1 mm × 38 mm to 1 mm × 38 mm. Since the semiconductor element is accommodated in the first through hole 11, a sufficient size for accommodating the semiconductor element is ensured.

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 hole 11 is located, for example, at the outer edge of the center of the substrate 2. That is, the first through holes 11 are formed in a biased manner with respect to the substrate 2 in a plan view. Therefore, it is possible to secure a space in the substrate 2 in a region where the first through hole 11 is not formed. As a result, the substrate 2 can secure a space for the electrode around the first through hole 11 on the upper surface of the substrate 2, which is electrically connected to the accommodated semiconductor element.

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 holes 11 are formed so as to be deviated from the substrate 2 in a plan view, the first metallized layer 31 is also formed so as to be deviated from the substrate 2 in a plan view. Therefore, in a plan view, the width from the outer edge of the first metallized layer 31 to the outer edge of the substrate 2 can be narrowed. Therefore, the stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate 2 and the first metallized layer 31 can be suppressed. Further, at this time, when the first metallized layer 31 is formed up to the outer edge of the substrate 2, plating can be efficiently applied when the surface is electroplated.

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 metal plate 3 is provided on the lower surface of the substrate 2 so as to close the first through hole 11. The metal plate 3 has a mounting region 3a for mounting a semiconductor element in the central portion of the upper surface and a peripheral region 3b surrounding the mounting region 3a. The peripheral region 3b overlaps the first metallization layer 31 and closes the first through hole 31. The metal plate 3 has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 1.5 mm × 38.5 mm to 1.5 mm × 38.5 mm. The thickness is 0.5 mm to 3 mm. The metal plate 3 is made of, for example, a metal material made of iron, nickel, cobalt, chromium or the like, or an alloy containing these, and is made of a plated layer of gold, nickel or the like provided on the surface thereof by electric field plating or electroless plating. Since the metal plate 3 is made of a metal material, even if heat is generated when the semiconductor element mounted on the upper surface is used, the heat can be easily released to the external circuit board via the metal plate 3.

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 hole 12 is formed in the substrate 2 with a space between the second through hole 12 and the first through hole 11. A second metallization layer 32 is formed around the second through hole 12 on the lower surface of the substrate 2. The second through hole 12 has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 1.5 mm × 18 mm to 1.5 mm × 18 mm. In the second through hole 12, a through conductor 21 that is electrically connected to the semiconductor element housed in the first through hole 11 is formed.

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 conductor 21 is provided so as to cover the second through hole 12 from the inside of the second through hole 12 to the lower surface of the substrate 2. The through conductor 21 is surrounded by the second through hole 12 and is provided so as to be spaced apart from the inner surface of the second through hole 12. The penetrating conductor 21 is a columnar body, and the lower portion 21 a of the columnar body is located below the lower surface of the substrate 2. Further, the entire circumference of the lower portion 21a is projected laterally, and the entire circumference of the lower portion 21a overlaps with the second metallization layer 32 to close the second through hole 12. That is, the lower portion 21 a of the penetrating conductor 21 is exposed on the lower surface of the substrate 2.

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 conductor 21 has, for example, a rectangular shape in a plan view from the lower surface of the substrate 2, and has a size of 1.7 mm × 18 mm to 1.7 mm × 18 mm. The substrate 2 has, for example, a rectangular shape in a plan view from the upper surface and has a size of 1.3 mm × 17 mm to 1.3 mm × 17 mm. The thickness is 0.5 mm to 5 mm in the second through hole 12. Further, the thickness of the lower portion 21a exposed from the lower surface of the substrate 2 is 0.5 mm to 3 mm. The through conductor 21 is made of, for example, a metal material made of iron, nickel, cobalt, chromium, or the like, or an alloy containing these, and is made of a plated layer of gold, nickel, or the like provided on the surface thereof by electric field plating or electroless plating. The through conductor 21 is electrically connected to the semiconductor element mounted on the metal plate 3 by wire bonding or the like. For this reason, since the penetrating conductor 21 is made of a metal material, even if a large current flows and a large amount of heat is generated when the semiconductor element is used, the heat can be easily released to the outside and the semiconductor element mounting substrate 1 is also provided. It is possible to suppress disconnection of the current path in the.

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 conductor 21 is surrounded by the second through hole 12 and is provided so as to be spaced apart from the inner surface of the second through hole 12. That is, there is a gap between the inner surface of the second through hole 12 and the side surface of the through conductor 21 located inside the second through hole 12. The distance between the outer edge of the through conductor 21 and the inner edge of the second through hole in a plan view is, for example, 0.1 to 1.5 mm. A semiconductor element generates a large amount of heat by flowing a large current during use. At this time, since the side surface of the through conductor 21 is provided so as to be spaced apart from the inner surface of the second through hole 12, when the through conductor 21 thermally expands and contracts, the through conductor 21 and the substrate 2 are separated from each other. The load of the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion, and the crack of the substrate 2 caused by the stress are reduced. When the inner surface of the second through hole 12 and the side surface of the through conductor 21 located inside the second through hole 12 are spaced apart from each other, the through conductor 21 made of a metal material has a larger thermal expansion and thermal contraction than the substrate 2. This is because even if it does, it is reduced compared to the case where there is no contact or there is no gap after contact, so that the stress that is pulled or pressed by the substrate 2 is suppressed. Therefore, the electrical connection with the semiconductor element can be maintained. That is, a large current can be used, and damage to the semiconductor element mounting substrate 1 due to thermal stress can be suppressed.

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 conductor 21 located inside the second through hole 12 be spaced apart from the inner surface of the second through hole 12. As a result, when a semiconductor element is used, a large current is passed to generate a large amount of heat, and when the through conductor 21 thermally expands and contracts, a stress load caused by a difference in thermal expansion coefficient from the substrate 2, And the crack of the board | substrate 2 which accompanies with it is reduced further. Therefore, the electrical connection with the semiconductor element can be maintained more effectively, and the damage to the semiconductor element mounting substrate 1 due to thermal stress can be suppressed.

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 conductor 21 located inside the second through hole 12 has a curved portion in a plan view. As a result, when compared with the case where the through conductor 21 has a corner in plan view, it is possible to make it difficult to deform even when a large amount of heat is generated. In addition, since the penetrating conductor 21 has the curved portion, it is possible to suppress the stress load due to thermal expansion and thermal contraction that tends to concentrate in the corner portion.

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 first metallized layer 31 is formed to be larger than the outer edge of the metal plate 3 in a plan view. The outer edge of the second metallized layer 32 is formed to be larger than the lower edge of the through conductor 21. This makes it possible to secure the joint area between the metal plate 3 and the penetrating conductor 21 even if displacement occurs during joining. Further, when the bonding material is provided up to the side surface of the metal plate 3 and the side surface of the lower portion 21a of the through conductor 21, the bonding strength can be improved.

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 lower portion 21a of the through conductor 21 to the outer edge of the second metallization layer 32, the width from the outer edge of the lower portion 21a of the through conductor 21 of the second metallization layer 32 facing the outer edge of the substrate 2 is The width from the outer edge of the lower portion 21a of the penetrating conductor 21 of the first metallized layer 31 facing the second metallized layer 32 is formed to be larger. That is, the width of the metallization layers facing each other is narrowed. This can prevent the metallized layers from coming into contact with each other to cause a short circuit.

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 conductor 21 to the second metallized layer 32, a bonding material provided on the metallized layers where the first metallized layer 31 and the second metallized layer 32 face each other. The amount of the bonding material provided on the second metallization layer 32 on the side facing the outer edge of the substrate 2 can be increased. As a result, the bonding strength between the penetrating conductor 21 and the second metallization layer 32 can be maintained by the bonding material provided on the second metallization layer 32 on the side facing the outer edge of the substrate 2. Further, the substrate 2, the metal plate 3, the penetrating conductor 21, the first metallization layer 31, the second metallization layer 32, and the bonding locally generated at the location where the first metallization layer 31 and the second metallization layer 32 face each other and are close to each other. The stress due to the difference in thermal expansion from the material can be reduced.

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 first metallized layer 31 and the second metallized layer 32 are formed to the outer edge of the substrate 2. This makes it possible to efficiently apply the electric field plating when forming the metallized layer.

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 substrate 2 described above. 5 is a perspective view from the upper surface of a semiconductor element mounting substrate 1 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view from the lower surface of a semiconductor element mounting substrate 1 according to another embodiment of the present invention. Shows. 7 and 8 are exploded perspective views from the upper surface of a semiconductor element mounting substrate 1 according to another embodiment of the present invention and from a lower surface of the semiconductor element mounting substrate 1 according to another embodiment of the present invention. The exploded perspective view is shown. FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a semiconductor element mounting substrate according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 (a) is a plan view from the top, and FIG. 9 (b) is a view from the bottom. It is a top view. 10 is a side view showing a configuration of a semiconductor element mounting substrate according to another embodiment of the present invention and a sectional view of FIG. 9, FIG. 10 (a) is a side view, and FIG. ) Is a sectional view taken along the line AA of FIG. 9, FIG. 10C is a sectional view taken along the line BB of FIG. 10, and FIG. 10D is a sectional view taken along the line CC of FIG. 9. FIG. 10E is a sectional view taken along the line DD of FIG. In these drawings, the semiconductor element mounting substrate 1 further includes a third through hole 13, a fourth through hole 14, a third metallized layer 33, a fourth metallized layer 34, a second through conductor 22, and a third through conductor 23. This is different from the semiconductor element mounting substrate 1 according to the embodiment of the present invention.

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 third metallization layer 33 is the lower surface of the substrate 2 and surrounds the outer edge of the third through hole 13. The third metallization layer 33 has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 2 mm × 20 mm to 2 mm × 20 mm. The thickness is 0.01 mm to 0.1 mm. The third metallization layer 33 is made of, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, and manganese, is provided in the form of a metallization layer on the lower surface of the substrate 2 so as to surround the outer edge of the third through hole 13, and is provided on the surface thereof. A plating layer made of a metal material such as gold or nickel is formed by electric field plating or electroless plating.

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 fourth metallized layer 34 is the lower surface of the substrate 2 and surrounds the outer edge of the fourth through hole 14. The fourth metallized layer 34 has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 2 mm × 20 mm to 2 mm × 20 mm. The thickness is 0.01 mm to 0.1 mm. The fourth metallization layer 34, like the fourth metallization layer 34, is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, and manganese, and is formed on the lower surface of the substrate 2 so as to surround the outer edge of the fourth through hole 14. And a plating layer made of a metal material such as gold or nickel is formed on the surface by electroplating or electroless plating.

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 hole 13 is formed in the substrate 2, and a third metallization layer 33 is formed around the lower surface of the substrate 2. It has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 1.5 mm × 18 mm to 1.5 mm × 18 mm. A second through conductor 22 is formed in the third through hole 13 and electrically connected to an electronic component mounted on the upper surface of the substrate 2.

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 conductor 22 is provided so as to cover the third through hole 13 from the inside of the third through hole 13 to the lower surface of the substrate 2. The second through conductor 22 is surrounded by the third through hole 13 and is provided so as to be spaced apart from the inner surface of the third through hole 13. The second penetrating conductor 22 is a columnar body, and the lower portion of the columnar body is located below the lower surface of the substrate 2. Further, the entire circumference of the lower part is projected laterally, and the entire circumference of the lower part overlaps with the third metallization layer 33 to close the third through hole 13. That is, the lower portion of the second penetrating conductor 22 is exposed on the lower surface of the substrate 2.

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 conductor 22 has, for example, a rectangular shape in a plan view from the lower surface of the substrate 2, and has a size of 1.7 mm × 18 mm to 1.7 mm × 18 mm. The substrate 2 has, for example, a rectangular shape in a plan view from the upper surface and has a size of 1.3 mm × 17 mm to 1.3 mm × 17 mm. The thickness is 0.5 mm to 5 mm in the third through hole 13. The thickness of the lower part exposed from the lower surface of the substrate 2 is 0.5 mm to 3 mm. The second penetrating conductor 22 is made of, for example, a metal material made of iron, nickel, cobalt, chromium or the like or an alloy containing these, and is formed from a plated layer of gold or nickel provided on the surface by electric field plating or electroless plating. Become. The second penetrating conductor 22 is electrically connected to an electronic component mounted on the upper surface of the substrate 2 by wire bonding or the like. Therefore, since the second through conductor 22 is made of a metallic material, even if a large current flows and a large amount of heat is generated when the electronic component is used, the heat can be easily released to the outside.

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 conductor 22 is surrounded by the third through hole 13 and is provided so as to be spaced apart from the inner surface of the third through hole 13. When the second through conductor 22 thermally expands and contracts, the third through conductor 23 has a large coefficient of thermal expansion when the second through conductor 22 thermally expands and contracts because a large amount of current is generated when the electronic component is used. The stress load is reduced. Therefore, the electrical connection with the semiconductor element can be maintained. That is, a large current can be used.

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 hole 14 is formed in the substrate 2, and a fourth metallization layer 34 is formed around the lower surface of the substrate 2. It has, for example, a rectangular shape in a plan view, and has a size of 1.5 mm × 18 mm to 1.5 mm × 18 mm. In the fourth through hole 14, a third through conductor 23 that is electrically connected to an electronic component mounted on the upper surface of the substrate 2 is formed. In a plan view, the third through hole 13, the fourth through hole 14, and the electronic component are arranged on a straight line.

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 conductor 23 is provided from the inside of the fourth through hole 14 to the lower surface of the substrate 2 so as to close the fourth through hole 14. The third through conductor 23 is surrounded by the fourth through hole 14 and is provided so as to be spaced apart from the inner surface of the fourth through hole 14. The third penetrating conductor 23 is a columnar body, and the lower portion of the columnar body is located below the lower surface of the substrate 2. Also, the entire circumference of the lower part is projected laterally, and the entire circumference of the lower part overlaps with the fourth metallization layer 34 to close the fourth through hole 14. That is, the lower portion of the third penetrating conductor 23 is exposed on the lower surface of the substrate 2.

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 conductor 23 has, for example, a rectangular shape in a plan view from the lower surface of the substrate 2, and has a size of 1.7 mm × 18 mm to 1.7 mm × 18 mm. The substrate 2 has, for example, a rectangular shape in a plan view from the upper surface and has a size of 1.3 mm × 17 mm to 1.3 mm × 17 mm. The thickness is 0.5 mm to 5 mm in the fourth through hole 14. The thickness of the lower part exposed from the lower surface of the substrate 2 is 0.5 mm to 3 mm. The third penetrating conductor 23 is made of, for example, a metal material made of iron, nickel, cobalt, chromium, or the like, or an alloy containing these, and is formed from a plated layer of gold, nickel, or the like provided on the surface thereof by electric field plating or electroless plating. Become. The third penetrating conductor 23 is electrically connected to an electronic component mounted on the upper surface of the substrate 2 by wire bonding or the like. Therefore, since the third through conductor 23 is made of a metal material, it is possible to easily release the heat to the outside even when a large current is generated and a large amount of heat is generated when the electronic component is used, and at the same time, for mounting the semiconductor element. It is possible to suppress disconnection of the current path in the substrate 1. The third penetrating conductor 23 is electrically connected to an electronic component mounted on the upper surface of the substrate 2 by wire bonding or the like. Therefore, by forming the third penetrating conductor 23 from a metal material, even if a large current is generated and a large amount of heat is generated when the electronic component is used, the heat can be easily released to the outside.

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 conductor 23 is surrounded by the fourth through hole 14 and is provided so as to be spaced apart from the inner surface of the fourth through hole 14. When the third through conductor 23 thermally expands and contracts due to a large amount of heat generated when a large current flows when the electronic component is used, the fourth conductive conductor 24 has a difference in thermal expansion coefficient from the substrate 2. The stress load is reduced. Therefore, the electrical connection with the semiconductor element can be maintained. That is, a large current can be used.

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 conductors 22 and the third through conductors 23, the entire circumferences of the side surfaces located inside the third through holes 13 and the fourth through holes 14 are the inner surfaces of the third through holes 13 and the fourth through holes 14, respectively. It is good that there is a gap. As a result, when the semiconductor element is used, a large current flows and a large amount of heat is generated, and when the second through conductor 22 and the third through conductor 23 thermally expand and contract, the coefficient of thermal expansion with the substrate 2 increases. The load of stress due to the difference of is further reduced. Therefore, the electrical connection with the semiconductor element can be maintained more effectively.

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 conductor 22 and the third penetrating conductor 23 each have a side surface located in each through hole having a curved portion in a plan view. As a result, it is possible to make the second through conductor 22 and the third through conductor 23 less likely to be deformed even when a large amount of heat is generated, as compared with the case where the side surfaces are angular.

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 conductors 22 and the third through conductors 23 are also narrowed in width between the metallization layers facing each other, like the metal plate 3 and the through conductors 21. This can prevent the metallized layers from coming into contact with each other to cause a short circuit.

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 conductor 22 and the third through conductor 23 to the third metallization layer 33 and the fourth metallization layer 34, the third metallization layer 33 and the fourth metallization layer The amount of the bonding material provided on the metallization layer facing the metallization layer 34 is reduced, and the amount of the bonding material provided on the third metallization layer 33 and the fourth metallization layer 34 on the side facing the outer edge of the substrate 2 is reduced. You can do a lot. As a result, the bonding strength between the second through conductors 22 and the third through conductors 23 and the third metallization layer 33 and the fourth metallization layer 34 is determined by the third metallization layer 33 and the third metallization layer 33 on the side facing the outer edge of the substrate 2. 4 can be maintained by the bonding material provided on the metallized layer 34. Further, the substrate 2, the second through conductor 22, the third through conductor 23, the third metallized layer 33, and the fourth metallized layer locally occur at a location where the third metallized layer 33 and the fourth metallized layer 34 face each other and are close to each other. The stress caused by the difference in thermal expansion between the layer 34 and the bonding material can be reduced.

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 third metallized layer 33 and the fourth metallized layer 34 are formed up to the outer edge of the substrate 2, like the first metallized layer 31 and the second metallized layer 32. This makes it possible to efficiently apply the electric field plating when forming the metallized layer.

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 second metallization layer 32, the third metallization layer 33, and the fourth metallization layer 34 are formed so that only one side overlaps with the outer edge of the substrate 2 when it is rectangular. The remaining three sides are formed to be smaller than the width from the outer edge of the lower part of each through conductor of the metallized layer formed to the outer edge in order to suppress a short circuit with another metallized layer. As a result, as compared with the case where it is formed large, not only the short circuit is suppressed but also the bonding strength is maintained, the substrate 2 made of a ceramic material, the metallized layer made of a metal material, the through conductor 21, and the second through conductor. It is possible to suppress the load of stress due to the difference in the thermal expansion coefficient between 22, 22, the third through conductor 23, the bonding material, and the like.

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 semiconductor mounting substrate 1 may be provided with a frame 5 on the upper surface of the substrate 2. The frame body 5 is provided along the outer edge of the substrate 2 so as to surround the upper surface of the substrate 2. The frame body 5 has, for example, the same size as the substrate 2 in a plan view and a height of 0.5 mm to 5 mm. The frame body 5 is, for example, a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride sintered body or a silicon nitride sintered body, or a glass ceramic material. And resin material such as epoxy resin.

<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 substrate 2 is made of, for example, a plurality of insulating layers, and if it is made of a glass ceramic sintered body, it is manufactured as follows. First, an appropriate organic binder, a solvent and the like are added and mixed to a raw material powder made of glass powder such as borosilicate glass and ceramic powder such as aluminum oxide to prepare a slurry. Next, the slurry is formed into a sheet by a forming method such as a doctor blade method to prepare a plurality of ceramic green sheets.

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 substrate 2 can be manufactured.

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 first metallized layer 31, the second metallized layer 32, the third metallized layer 33, and the fourth metallized layer 34 are made of a high melting point metal such as tungsten, molybdenum, or manganese, for example, Can be formed. That is, first, a metal paste prepared by kneading a high melting point metal powder together with an organic solvent and a binder is printed on a predetermined portion of the ceramic green sheet on the lower surface of the substrate 2 by a method such as screen printing. After that, these are simultaneously fired. Through the above steps, the metallization layer is deposited on the lower surface of the substrate 2.

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 conductor 21, the second through conductor 22, and the third through conductor 23 are cut or laser processed. The metal material is cut into a convex shape. The upper part is thinner than the lower part and is processed to have a curved part.

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 hole 11, the second through hole 12, the third through hole 13 and the fourth through hole 14 are, for example, mechanical punching using metal pins, processing using laser light, or the like. Can be formed by drilling. The penetrating conductor 21, the second penetrating conductor 22, and the third penetrating conductor 23 are fitted into the respective through holes, and the lower parts thereof are joined to the metallized layer by using a joining material such as Ag—Cu brazing material.

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 semiconductor device 10 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 13 is an exploded perspective view of the semiconductor device 10 according to the embodiment of the present invention. In these figures, a semiconductor device 10 includes the above-described semiconductor element mounting substrate 1, semiconductor element 4, frame 5 and lid 6. Further, the electronic component 7 may be further provided.

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 semiconductor element 4 is, for example, a silicon semiconductor, a GaN semiconductor, or a SiC semiconductor. Further, when the third through hole 13 and the fourth through hole 14 are formed, the electronic component 7 is mounted on the upper surface of the substrate 2. The electronic component 7 is, for example, a capacitor, a resistance element, or a semiconductor element such as a silicon semiconductor, a GaN semiconductor, or a SiC semiconductor like the semiconductor element 4.

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 lid body 6 is joined to the upper end of the frame body 5 while covering the inside surrounded by the frame body 5. At this time, the size of the lid body 6 is the same size as the substrate 2 and the frame body 5 in a plan view. The lid 6 is made of, for example, a metal material made of iron, nickel, cobalt, chromium or the like, or an alloy containing these, and is provided with a plated layer of gold or nickel provided on the surface by electric field plating or electroless plating. Become.

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 semiconductor device 10 includes the above-described semiconductor element mounting substrate 1, the semiconductor device 10 can be used even with a large current. Therefore, the semiconductor device 10 using various elements can be obtained.

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 Element Mounting Substrate 2 Substrate 3 Metal Plate 3a Mounting Area 3b Peripheral Area 4 Semiconductor Element 5 Frame 6 Lid 7 Electronic Component 10 Semiconductor Device 11 First Through Hole 12 Second Through Hole 13 Third Through Hole 14 Fourth Through hole 21 Through conductor 21a Lower part 22 Second through conductor 23 Third through conductor 31 First metallized layer 32 Second metallized layer 33 Third metallized layer 34 Fourth metallized layer

Claims (7)

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:
前記貫通導体の前記第2貫通孔内に位置する側面の全面は、前記第2貫通孔の内面と間が空いていることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子実装用基板。   2. The semiconductor element mounting substrate according to claim 1, wherein the entire surface of the side surface of the through conductor, which is located inside the second through hole, is spaced apart from the inner surface of the second through hole. 前記基板はセラミック材料から成り、前記貫通導体は金属材料から成ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体素子実装用基板。   The semiconductor element mounting substrate according to claim 1 or 2, wherein the substrate is made of a ceramic material, and the through conductor is made of a metal material. 平面視において、前記貫通導体の前記第2貫通孔内に位置する側面は、曲線部を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体素子実装用基板。   The semiconductor element mounting substrate according to claim 1, wherein a side surface of the through conductor located in the second through hole has a curved portion in a plan view. . 平面視において、前記第1メタライズ層の外縁は、前記金属板の外縁よりも大きく形成されているとともに、前記第2メタライズ層の外縁は、前記貫通導体の下部の外縁よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体素子実装用基板。   In plan view, the outer edge of the first metallization layer is formed larger than the outer edge of the metal plate, and the outer edge of the second metallization layer is formed larger than the outer edge of the lower portion of the through conductor. The semiconductor element mounting substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein: 平面視において、前記第1メタライズ層および前記第2メタライズ層は、前記基板の外縁まで形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体素子実装用基板。   The substrate for mounting a semiconductor element according to claim 1, wherein the first metallization layer and the second metallization layer are formed to an outer edge of the substrate in a plan view. 請求項1〜6のいずれか1つに記載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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