JP2000252392A

JP2000252392A - 半導体素子搭載配線基板およびその実装構造

Info

Publication number: JP2000252392A
Application number: JP5026199A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Azuma; 昌彦東; Yoshiteru Tokumitsu; 良照徳満; Masato Yano; 正人矢野; Yoshihiro Nakao; 吉宏中尾; Kenichi Nagae; 謙一永江
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子を絶縁基板の表面に接着固定し、か
つ封止材によって封止された配線基板における反りの発
生や、封止材や半導体素子を接着するために用いられる
熱硬化性樹脂の吸湿を抑え、半導体素子の配線基板への
強固なかつ長期にわたり安定した電気接続を維持させ
る。【解決手段】セラミック絶縁基板と、該絶縁基板の少な
くとも表面に被着形成されたメタライズ配線層と、前記
セラミック絶縁基板の表面に接着固定され、前記メタラ
イズ配線層とワイヤによって電気的に接続された半導体
素子とを具備し、前記ワイヤ及び前記半導体素子を熱硬
化性樹脂を含む封止材により封止してなり、且つ前記封
止材の表面に０〜１００℃における熱膨張係数が１５ｐ
ｐｍ／℃以下、ヤング率が８０ＧＰａ以上の高剛性板を
接着固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック配線基
板の表面に半導体素子を搭載し熱硬化性樹脂によって封
止された配線基板と、その配線基板をマザーボードなど
の外部回路基板への実装構造に関し、封止構造の熱履歴
特性、使用耐久性の改良に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、セラミック配線基板は、アルミナセ
ラミックスなどの絶縁基板の表面あるいは内部にメタラ
イズ配線層が配設された構造からなる。また、この配線
基板の代表的な例として、配線基板の表面に半導体素子
を搭載し、半導体素子を蓋体や樹脂などの封止材によっ
て気密に封止した半導体素子パッケージが知られてい
る。

【０００３】このような半導体素子パッケージにおいて
は、例えば、アルミナセラミックスからなる絶縁基板の
表面に、タングステン等の高融点金属粉末から成るメタ
ライズ配線層が配設され、絶縁基板の表面に接着剤によ
って半導体素子を接着固定し、その半導体素子の電極と
メタライズ配線層とをワイヤボンディング法などによっ
てワイヤを介して電気的に接続される。その後、半導体
素子とワイヤとは熱硬化性樹脂を含む封止材によって気
密に封止される。

【０００４】一般に、半導体素子の集積度が高まるほ
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴いこれを収納する半導体収納用パッケージにおける
外部回路基板と接続するために配線基板の裏面に形成さ
れる接続端子の数も増大する傾向にある。そこで、接続
端子の構造もより高密度化できる構造が要求され、従来
から用いられているピン型の接続端子から半田などのボ
ール型の接続端子に代えたボールグリッドアレイ（ＢＧ
Ａ）が主流となりつつある。

【０００５】また、年々、パッケージ小型化への要求も
高まっており、このような小型化に対しては、最近で
は、チップ面積が配線基板の面積の５０％以上のチップ
サイズパッケージ（ＣＳＰ）も主流となりつつある。

【０００６】さらに、前記半導体素子が搭載されたパッ
ケージ（配線基板）は、その底面に形成された接続端子
と、マザーボードなどの外部回路基板の表面に形成され
た配線導体とをロウ材などの導電性接着剤によって電気
的に接続固定することにより実装される。一般に、この
外部回路基板は、プリント基板などの樹脂成分を含有す
る有機質材料、あるいは有機質材料と無機質材料との複
合材料によって構成される。

【０００７】ところが、ＢＧＡのような高密度で接続端
子を形成した配線基板において、絶縁基板として従来よ
り使用されているアルミナ、ムライト等のセラミックス
を用いると、ガラス−エポキシ樹脂複合材料などの有機
樹脂を含むプリント基板などの外部回路基板に実装した
場合、半導体素子の作動時に発する熱がセラミック絶縁
基板と外部回路基板の両方に繰り返し印加され、外部回
路基板とセラミック絶縁基板との熱膨張差によって発生
する熱応力によって、接続端子がセラミック絶縁基板か
ら剥離したり、接続端子の周囲にクラックが生じ、配線
基板を外部回路基板上に長期にわたり安定に維持できな
いという問題があった。

【０００８】そこで、本出願人らは、従来のアルミナ、
ムライト等のセラミックスに変えて、絶縁基板を熱膨張
係数が８ｐｐｍ／℃以上の高熱膨張、低ヤング率のセラ
ミックスによって形成することによって、外部回路基板
の熱膨張係数（１５〜２０ｐｐｍ／℃）に近似させるこ
とにより配線基板の外部回路基板への接続信頼性を改善
することを提案した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高熱膨張性・低ヤング率のセラミックスを絶縁基板
として用いた配線基板において半導体素子およびワイヤ
を封止材によって封止した場合、半導体素子およびワイ
ヤを封止するための封止材とセラミック絶縁基板との熱
膨張差から生じる応力によりセラミック絶縁基板が反り
やすいために、外部回路基板と配線基板との間を接続し
ている接続端子に高応力が働くという新たな問題が発生
することがわかった。

【００１０】また、前記半導体素子の接着固定する接着
剤や封止材に用いられる熱硬化性樹脂はおもにエポキシ
樹脂からなるが、このエポキシ樹脂は吸湿性を有するた
めに、高湿雰囲気中に長時間保持されると、その接着性
や強度が著しく劣化するという問題もあった。

【００１１】従って、本発明は、半導体素子を絶縁基板
の表面に接着固定し、かつ封止材によって封止された配
線基板における反りの発生や、封止材や半導体素子を接
着するために用いられる熱硬化性樹脂の吸湿を抑え、強
固な、かつ長期にわたり安定した電気接続を維持させる
ことのできる長期使用信頼性に顕著に優れた半導体素子
搭載配線基板を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
に対して種々検討を重ねた結果、半導体素子およびワイ
ヤを封止した封止材の表面に特定の物性を有するセラミ
ックス板または金属板を接着固定することにより、上記
目的が達成できることを見いだした。

【００１３】即ち、本発明は、セラミック絶縁基板と、
該絶縁基板の少なくとも表面に被着形成されたメタライ
ズ配線層と、前記セラミック絶縁基板の表面に接着固定
され、前記メタライズ配線層とワイヤによって電気的に
接続された半導体素子とを具備し、前記ワイヤ及び前記
半導体素子が熱硬化性樹脂を含む封止材により封止され
てなる半導体素子搭載配線基板と、その配線基板を少な
くとも有機樹脂を含有する絶縁基体と、その表面に被着
形成された配線層を具備する外部回路基板の表面に搭載
し、前記配線基板の接続端子を前記外部回路基板の配線
層にロウ付けしてなる実装構造であって、前記半導体素
子搭載配線基板における封止材の表面に０〜１００℃に
おける熱膨張係数が封止材よりも小さく、且つヤング率
が８０ＧＰａ以上の高剛性板を接着固定したことを特徴
とするものである。

【００１４】なお、上記配線基板およびその実装構造に
おいては、前記セラミックス板もしくは金属板の厚みが
０．２〜１ｍｍであること、前記高剛性板の０〜１００
℃における熱膨張係数が１５ｐｐｍ／℃以下であるこ
と、前記セラミック絶縁配線基板のヤング率が２００Ｇ
Ｐａ以下であること、さらには前記セラミックス板もし
くは金属板の面積が、前記封止材による封止面積の３０
％以上であること、前記セラミック絶縁基板の０〜１０
０℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上であること
が望ましい。

【００１５】

【作用】半導体素子搭載配線基板において、半導体素子
およびワイヤを封止するための熱硬化性樹脂を含む封止
材の熱膨張係数は、セラミック絶縁基板の熱膨張係数よ
り大きい。そのため、両者の熱膨張差によって特に低温
時に高応力が発生し、セラミック絶縁基板に反りが発生
し、その結果、配線基板と外部回路基板とを接続する接
続端子に対して高い応力が作用し、接続端子がセラミッ
ク絶縁基板から剥離したり、接続端子の周囲にクラック
が生じることにより接続不良が発生し、配線基板を外部
回路基板上に長期にわたり安定に維持できない。

【００１６】これに対して、本発明によれば、封止材の
表面に封止材よりも熱膨張係数が小さく、ヤング率が８
０ＧＰａ以上のセラミックス板もしくは金属板からなる
高剛性板を接着固定することにより、封止材の膨張／収
縮を妨げることができるために、セラミック絶縁基板の
反りを低減することができる結果、前記接続端子に発生
する応力を低下させる。これにより、配線基板と外部回
路基板との間で接続不良をおこすことがなく、長期にわ
たり確実に強固な電気的接続が保持され、長期使用に対
しても高い信頼性が保たれる。

【００１７】また、封止材の表面にセラミック板あるい
は金属板などの高剛性板を接着固定しているために、封
止材の外気と直接接する面積を削減することができるた
めに、封止材の吸湿性による封止材の封止性や半導体素
子を接着するための接着剤などの接着性などの劣化を防
止することができるために、半導体素子と絶縁基板との
電気的接続を長期にわたり強固に保持し、高い信頼性が
保たれる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体素子搭載
配線基板を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本
発明の半導体素子搭載配線基板と外部回路基板への実装
構造の一例を示す概略断面図であり、かかる例では、ボ
ールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型のチップサイズパッケ
ージ（ＣＳＰ）に適用した場合を示している。なお、図
１において、ＡはＢＧＡ型パッケージ、Ｂは半導体素
子、Ｃは外部回路基板である。

【００１９】パッケージＡによれば、セラミック絶縁基
板１の表面には、メタライズ配線層として半導体素子Ｂ
と接続するためのメタライズパッド２が被着形成されて
いる。また、セラミック絶縁基板１の底面には、外部回
路基板Ｃと接続するための接続端子３が複数個取り付け
られており、この接続端子３は、絶縁基板１表面のメタ
ライズパッド２と絶縁基板１の内部に形成されたスルー
ホール導体４、内部メタライズ配線層５などを介して電
気的に接続されている。

【００２０】図１のＢＧＡ型パッケージＡにおいては、
接続端子３はボール状の半田ボールにより構成され、絶
縁基板１の底面に形成された接続パッド６に対して半田
等により取着されている。

【００２１】一方、半導体素子Ｂは、Ｓｉ材料からな
り、熱硬化性樹脂からなる接着剤７によって絶縁基板１
の表面に接着固定されている。また、半導体素子Ｂには
電極８が設けられており、この電極８はワイヤ９などの
導電性接続部材によってメタライズパッド２と電気的に
接続されている。また、この半導体素子Ｂおよびワイヤ
９は熱硬化性樹脂を含む封止材１０によって外気から完
全に封止されている。

【００２２】上記のパッケージＡによれば、セラミック
絶縁基板１は、アルミナ、窒化ケイ素、シリカ、ホウケ
イ酸系ガラス、ムライトなどを主成分とするセラミック
材料からなるものであるが、特にこの絶縁基板１は、マ
ザーボードなどの有機樹脂を絶縁基体とする外部回路基
板への実装信頼性を高める上で、熱膨張係数が外部回路
基板の絶縁基体の熱膨張特性と近似していることが望ま
しい。かかる観点から、絶縁基板１の０〜１００℃にお
ける熱膨張係数は８ｐｐｍ／℃以上であることが望まし
い。

【００２３】また、この絶縁基板１は、ヤング率が２０
０ＧＰａ以下であることが望ましい。これは、絶縁基板
１のヤング率が小さいほど外部回路基板１との熱膨張差
による応力を緩和させることができることができるため
である。

【００２４】さらには、メタライズ配線層２の材質とし
ては、銅、銀、金、タングステン、モリブデンなどが挙
げられるが、配線層の低抵抗化を図る上で、メタライズ
パッド２、スルーホール導体４、内部メタライズ配線層
５、接続パッド６などのメタライズ配線層は、銅、銀、
金の群から選ばれる少なくとも１種からなることが望ま
しい。また、これらのメタライズ配線層は、配線層の多
層化を図る上で絶縁基板１と同時焼成によって形成され
ることが望ましい。

【００２５】上記の低抵抗金属と同時焼成するために
は、絶縁基板１は、８００〜１１００℃の温度で焼成可
能なセラミックス、特に、セラミックフィラーとガラス
との混合物を成形、焼成してなるガラスセラミックスが
最も好適である。この場合、ガラスとしては、ホウ珪酸
亜鉛系ガラス、ホウ珪酸鉛系ガラス、アルカリ珪酸系ガ
ラス、ＰｂＯ系ガラス、ＢａＯ系ガラス、ＺｎＯ系ガラ
スなどの周知のガラス材料が用いられ、さらにセラミッ
クフィラーとしては、ＳｉＯ₂（石英、クオーツ、トリ
ジマイト、クリストバライトなど）、Ａｌ₂Ｏ₃、フォ
ルステライト、ムライト、ジルコニア、マグネシア、ペ
タライトなどが挙げられる。

【００２６】このガラスとセラミックフィラーとは、焼
成温度が上記の範囲となるように適当な比率、具体的に
は、体積比率で２０：８０〜９０：１０の比率で複合化
されるのが好適である。

【００２７】また、半導体素子Ｂおよびワイヤ９を封止
するための封止材１０には、一般には、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、メラミ
ン樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂
が含まれる。これらの熱硬化性樹脂は、硬化温度が１０
０〜２００℃であり、半導体素子Ｂなどに対して加熱に
よって悪影響を及ぼさない温度で硬化するものが選択さ
れる。また、これらの熱硬化性樹脂を含む封止材は、一
般に、０〜１００℃における熱膨張係数は１０〜５０ｐ
ｐｍ／℃程度であり、適宜、石英ガラス、アルミナ、マ
イカ、ジルコニウムシリケート、リチウムシリケートな
どを前記樹脂１００重量部当たり、１０〜２００重量部
の割合で配合される。

【００２８】本発明によれば、半導体素子Ｂおよびワイ
ヤ９を封止している封止材１０の表面に高剛性板１１を
接着固定することが大きな特徴である。また、前記高剛
性板１１の０〜１００℃における熱膨張係数は封止材１
０の熱膨張係数よりも小さいことが重要である。これ
は、高剛性板１１の熱膨張係数が封止材よりも大きい
と、封止材の膨張／収縮を抑制することができず、熱サ
イクル特性が劣化する。特に高剛性板の熱膨張係数は１
５ｐｐｍ／℃以下、特に１２ｐｐｍ／℃以下、さらには
１０ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。

【００２９】また、前記高剛性板１１のヤング率は８０
ＧＰａ以上であることが重要である。このヤング率が８
０ＧＰａ未満では、高剛性板１１が柔軟で変形しやすく
なるために、封止材の膨張／収縮を抑制する効果がな
く、パッケージ全体の反りを抑えることができず、熱サ
イクル特性が劣化する。このヤング率は、１００ＧＰａ
以上、さらには１５０ＧＰａ以上であることが望まし
い。

【００３０】さらに、高剛性板１１の厚みは０．２ｍｍ
以上、特に０．３ｍｍ以上であることが望ましい。これ
は、高剛性板１１の材質にもよるが、概して、高剛性板
１１の厚みが０．２ｍｍよりも薄いと高剛性板１１と封
止材１０との熱膨張差から生じる応力により、高剛性板
１１が破壊または容易に変形してしまい、封止材１０の
収縮を抑制する作用が十分に発揮されない場合があるた
めである。

【００３１】逆に、この高剛性板１１の厚みが厚すぎる
と、パッケージの小型化、薄肉化に適合できない場合が
あり、また、その高剛性板１１の重みで封止材１０内に
て封止されているワイヤ９に応力が発生し、ワイヤ９が
はずれるなどの障害が生じる場合もある。さらに、厚く
なると、高剛性板１１と封止材１０の熱膨張差より発生
する応力を板自体の変形で緩和することができなくな
り、高剛性板１１と封止材１０との間の界面の剥離につ
ながる。従って、高剛性板の厚さは１ｍｍ以下が適当で
ある。

【００３２】さらに、上記高剛性板１１の封止材１０へ
の接着面積が、前記封止材による封止面積の３０％以
上、特に５０％以上であることが望ましい。この接着面
積は、平面的にみて、配線基板表面の封止材による全封
止面積に対する高剛性板の封止材との接着面積の面積比
率である。この面積が３０％よりも小さいと、高剛性板
１１による封止材の膨張／収縮を充分に抑制することが
難しくなる。

【００３３】上記の特性を有する高剛性板１１の材質と
しては、ガラス、ガラスセラミックス、アルミナ、窒化
ケイ素、ムライト、炭化ケイ素、ジルコニア、窒化アル
ミニウムのうちの少なくとも１種を主成分とするセラミ
ックス、またはＳｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃ
ｒ、Ｎｂのうちの少なくとも１種を主成分とする金属か
らなることが望ましい。

【００３４】また、上記高剛性板１１の封止材１０への
載置は、絶縁基板１のヤング率が２００ＧＰａ以下であ
る場合に特に有効である。即ち、絶縁基板１のヤング率
は前述した通り、外部回路基板との熱膨張差による応力
の発生を緩和させる上で２００ＧＰａ以下であることが
望ましいが、逆に、封止材１０との熱膨張差によって絶
縁基板１はヤング率が低いために変形が発生しやすくな
る。それに対して、本発明によれば、封止材１０の表面
に高剛性板１１を接着固定することにより、高熱膨張を
有する封止材１０の膨張／収縮を妨げることができるた
めに、セラミック絶縁基板の反りを低減することができ
る。

【００３５】上記のＢＧＡ型パッケージＡは、以下のよ
うにして作製される。例えば、上記ガラス２０〜９０体
積％、上記フィラー８０〜１０体積％の混合物に、適時
有機バインダーを添加してスラリーを調整し、そのスラ
リーをシート状に成形した後、そのシート状成形体の表
面に、銅、金、銀などの低抵抗金属を含む導体ペースト
を印刷塗布する。また、所望により、シート状成形体の
所定箇所にマイクロドリルやレーザー等によりスルーホ
ールを形成して、ホール内に前記導体ペーストを充填す
る。そして、そのシート状成形体を複数積層圧着して積
層体を作製した後、これを窒素雰囲気、あるいは水蒸気
を含む窒素雰囲気中で脱脂後、８００〜１０００℃の温
度で焼成することにより、パッケージ構造の配線基板を
作製することができる。

【００３６】そして、このＢＧＡ型パッケージＡに半導
体素子Ｂを実装するには、絶縁基板１表面に未硬化（軟
質状態）の熱硬化性樹脂７を塗布した後、半導体素子Ｂ
を載置して接着し、約１００乃至２００℃の温度に加熱
することにより熱硬化性樹脂７が完全硬化して固定され
る。その後、ワイヤボンダー装置を用いて半導体素子Ｂ
の電極とメタライズパッド２とをワイヤ９により電気的
に接続する。

【００３７】その後、ワイヤ９、半導体素子Ｂ全体を被
覆するように熱硬化性樹脂を含む封止材１０を塗布し、
その上に熱膨張係数が１５ｐｐｍ／℃以下、ヤング率が
８０ＧＰａ以上のセラミックスもしくは金属の高剛性板
５を載置し、その後約１００乃至２００℃の温度に加熱
することにより封止材を完全に硬化させると同時に、前
記高剛性板５を接着固定させる。このようにして、半導
体素子Ｂを搭載したＢＧＡ型パッケージを作製すること
ができる。

【００３８】このようにして半導体素子が搭載されたＢ
ＧＡ型パッケージは、マザーボードなどの外部回路基板
Ｃの表面に実装される。この外部回路基板Ｃは、一般に
は、プリント基板などの有機樹脂としてエポキシ樹脂、
フェノール樹脂、アラミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
オレフィン樹脂から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性
樹脂を含み、さらには、フィラー成分としてガラスなど
を含む、ガラス−エポキシ樹脂、ガラス−ポリイミド樹
脂複合材料などの有機樹脂を含む複合材料によて絶縁基
体１２が形成されその表面には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎ
ｉ、Ｐｂ−Ｓｎから選ばれた少なくとも１種の金属を含
む配線層１３が被着形成された構造からなる。

【００３９】そして、この外部回路基板Ｃの表面にパッ
ケージＢを載置し、外部回路基板Ｃ側の配線層１３に対
して、パッケージＡの接続端子３を半田などのロウ材に
よって電気的に接続することにより、パッケージＡを外
部回路基板Ｃ表面に実装することができる。

【００４０】

【実施例】実施例１パッケージＡにおける絶縁基板材料として、表１に示す
組成物からなるセラミック材料を準備した。なお、作製
したパッケージの絶縁基板材料についてヤング率および
０〜１００℃における熱膨張係数を測定した。

【００４１】また、高剛性板の材料として、表２に示す
ような組成物を表２に示す条件した焼成した種々の厚み
のセラミックスを作製した。また、表３に示すような種
々の金属材料も準備した。作製したセラミックス板、お
よび金属板についてそれぞれ上記と同様にヤング率およ
び熱膨張係数を作製した。

【００４２】そして、表１に示す各種セラミック材料を
絶縁基板として用いて、その表面に半導体素子と接続さ
れる接続パッドを含むメタライズ配線層、内部メタライ
ズ配線層およびビアホール導体、さらに絶縁基板底面に
ボール状端子を取り付けるための１４４個の接続パッド
を銅ペーストの印刷、あるいは充填により周知の方法に
従い、表１に示す温度および雰囲気で同時焼成してパッ
ケージＡ用基板を作成した。

【００４３】そして、この基板の下面の接続パッドに、
直径が０．５ｍｍの高融点半田（Ｓｎ：Ｐｂ重量比＝１
０：９０）ボールを低融点半田（Ｓｎ：Ｐｂ重量比＝６
３：３７）により取り付けてパッケージＡを作製した。
作製したパッケージの寸法は、縦１３ｍｍ×横１３ｍｍ
×厚みが０．４ｍｍである。

【００４４】一方、シリコン（Ｓｉ）からなり、４０〜
４００℃における熱膨張係数が２．６ｐｐｍ／℃、縦８
ｍｍ×横８ｍｍの半導体素子Ｂを準備し、これを上記パ
ッケージＡにビスフェノール型エポキシ樹脂（０〜１０
０℃における熱膨張係数３５ｐｐｍ／℃）からなる接着
剤にて接着し１５０℃で加熱硬化することにより接着固
定した。そして、ワイヤーボンダーを用いてワイヤによ
り半導体素子Ｂの電極とパッケージＡの接続パッドを電
気的に接続した。

【００４５】その後、半導体素子Ｂおよびワイヤを含む
配線基板表面にノボラック型エポキシ樹脂４０重量％と
石英ガラスを６０重量％配合した封止材（０〜１００℃
における熱膨張係数２２ｐｐｍ／℃）を塗布した後、そ
の封止材の表面に表１、表２、表３に示す厚さ０．３ｍ
ｍのセラミックス板もしくは金属板を載置し、１５０℃
で加熱することで封止材を硬化させ、前記セラミックス
板もしくは金属板を接着固定した。なお、前記セラミッ
クス板もしくは金属板の封止材への接着面積と封止部分
の総面積に対する比率は８０％とした。

【００４６】その後、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁
基体の表面にＣｕからなる配線層が形成されたマザーボ
ード（外部回路基板）に対して、上記半導体素子を搭載
したＢＧＡ型パッケージを載置し、パッケージの高融点
半田からなるボールとマザーボードの配線層とを低融点
半田によって接続して、パッケージをマザーボードに実
装した。

【００４７】（熱サイクル試験）上記のようにして半導
体素子を搭載したＢＧＡ型パッケージをマザーボードに
実装したものを大気の雰囲気にて−４０℃保持２５分／
１２５℃保持２５分を１サイクルとして最高１５００サ
イクルまで繰り返した。そして１００サイクル毎にパッ
ケージとマザーボードとの間の電気抵抗を測定し、抵抗
に変化が生じた時のサイクル数を表１に示した。同時
に、高剛性板と封止材との剥離を目視により確認した。
結果を表４に示す。

【００４８】（吸湿リフロー試験）また、同じく半導体
素子Ａをパッケージ用基板Ｂに実装したものを３０℃、
６０％湿度に管理されている高温高湿槽に１９２時間入
れた。そして、その後に取り出し、最高温度２４０℃の
リフロー炉に投入し、超音波探傷装置により、封止材と
その上に載置した高剛性板および封止材と絶縁基板との
界面の剥離の確認を行った。結果を表４に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】表２から明らかなように、高剛性板を有し
ない試料Ｎo.１、１２、２３、２７、３２、高剛性板の
熱膨張係数が封止材よりも大きい材料Ｄ、ｈを用いた試
料Ｎo.１１、１８、ヤング率が８０ＧＰａよりも小さい
材料を使用した試料Ｎo.２、３、１１、１２、２０、２
４、２９では、いずれも１０００サイクル未満で接続端
子付近の破壊が発生し、電気抵抗の上昇が認められた。

【００５４】これに対して、封止材の表面に０〜１００
℃における熱膨張係数が前記封止材よりも小さく、且つ
ヤング率が８０ＧＰａ以上の高剛性板を接着固定した本
発明の試料は、いずれも熱サイクル試験１０００サイク
ル試験後も接続部の電気抵抗値に変化および載置板と封
止材との剥離はなく、また、吸湿リフロー試験後も板と
封止材との界面での剥離が見られなかった。

【００５５】実施例２実施例１と同様にして、表５の組み合わせに従い、厚さ
の異なる数種の高剛性板を接着固定し、実施例１と同様
に、熱サイクル試験および吸湿リフロー試験を行い、そ
の結果を表５に示した。なお、この実施例におけるセラ
ミックス板もしくは金属板の封止材への接着面積と封止
部分の総面積に対する比率は５０％とした。表５に示す
ように、高剛性板の厚さは０．２〜１ｍｍが最適であっ
た。

【００５６】

【表５】

【００５７】実施例３実施例１と同様にして、表５の組み合わせに従い、セラ
ミックス板もしくは金属板の封止材への接着面積と封止
部分の総面積に対する比率を変化させて、接着固定し、
実施例１と同様に、熱サイクル試験および吸湿リフロー
試験を行い、その結果を表６に示した。表６に示すよ
うに、高剛性板の封止材との接触面積は３０％以上が最
適であった。

【００５８】

【表６】

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明における半
導体素子搭載配線基板によれば、半導体素子やワイヤを
封止するために封止材を塗布した場合、セラミック絶縁
基板と封止材との熱膨張差に起因する配線基板の反りを
抑え、配線基板と半導体素子とを長期間にわたり正確、
かつ強固に電気的接続させることが可能となる。また本
発明における配線基板においては、この封止材および半
導体素子の固定に用いる接着剤の吸湿も低減でき、接着
力、強度の劣化を防ぐことにより、長期間にわたり正
確、かつ強固に半導体素子を固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子搭載配線基板として、ボー
ルグリッドアレイ（ＢＧＡ）型のチップサイズパッケー
ジを用いた場合の実装構造を示す概略断面図である。

【符号の説明】ＡＢＧＡ型パッケージＢ半導体素子Ｃ外部回路基板１セラミック絶縁基板２メタライズパッド３接続端子４スルーホール導体５内部メタライズ配線層６接続パッド７接着剤８電極９ワイヤ１０封止材１１高剛性板１２絶縁基体１３配線層

フロントページの続き (72)発明者中尾吉宏鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内 (72)発明者永江謙一鹿児島県国分市山下町１番４号京セラ株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA03 CA05 DA08 DB15 EA02 EB13 EC01 EC04 EE02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック絶縁基板と、該絶縁基板の少な
くとも表面に被着形成されたメタライズ配線層と、前記
セラミック絶縁基板の表面に接着固定され、前記メタラ
イズ配線層とワイヤによって電気的に接続された半導体
素子とを具備し、前記ワイヤ及び前記半導体素子を熱硬
化性樹脂を含む封止材により封止するとともに、該封止
材の表面に０〜１００℃における熱膨張係数が前記封止
材よりも小さく、且つヤング率が８０ＧＰａ以上の高剛
性板を接着固定したことを特徴とする半導体素子搭載配
線基板。
【請求項２】前記高剛性板が、セラミックス材料あるい
は金属材料からなることを請求項１記載の半導体素子搭
載配線基板。
【請求項３】前記高剛性板の０〜１００℃における熱膨
張係数が１５ｐｐｍ／℃以下である請求項１記載の半導
体素子搭載配線基板。
【請求項４】前記セラミック絶縁基板のヤング率が２０
０ＧＰａ以下である請求項１記載の半導体素子搭載配線
基板。
【請求項５】前記高剛性板の前記封止材との接着面積
が、前記封止材による封止面積の３０％以上である請求
項１記載の半導体素子搭載配線基板。
【請求項６】前記セラミック絶縁基板の０〜１００℃に
おける熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上である請求項１記
載の半導体素子搭載配線基板。
【請求項７】前記高剛性板の厚さが０．２〜１ｍｍであ
る請求項１記載の半導体素子搭載配線基板。
【請求項８】セラミック絶縁基板と、該絶縁基板の少な
くとも表面に被着形成されたメタライズ配線層と、前記
セラミック絶縁基板の表面に接着固定され、前記メタラ
イズ配線層とワイヤによって電気的に接続された半導体
素子と、前記絶縁基板の裏面に多数の接続端子を具備
し、前記ワイヤ及び前記半導体素子が熱硬化性樹脂を含
む封止材により封止されてなる半導体素子搭載配線基板
を、少なくとも有機樹脂を含有する絶縁基体と、その表
面に被着形成された配線層を具備する外部回路基板の表
面に載置し、前記配線基板の接続端子を前記外部回路基
板の配線層にロウ付けしてなる半導体素子搭載基板の実
装構造において、前記半導体搭載配線基板の前記封止材の表面に０〜１０
０℃における熱膨張係数が前記封止材よりも小さく、且
つヤング率が８０ＧＰａ以上の高剛性板を接着固定した
ことを特徴とする半導体素子搭載配線基板の実装構造。
【請求項９】前記高剛性板が、セラミックスあるいは金
属からなることを請求項８記載の半導体素子搭載配線基
板の実装構造。
【請求項１０】前記高剛性板の０〜１００℃における熱
膨張係数が１５ｐｐｍ／℃以下である請求項８記載の半
導体素子搭載配線基板の実装構造。
【請求項１１】前記セラミック絶縁配線基板のヤング率
が２００ＧＰａ以下である請求項８記載の半導体素子搭
載配線基板の実装構造。
【請求項１２】前記高剛性板の前記封止材との接着面積
が、前記封止材による封止面積の３０％以上である請求
項８記載の半導体素子搭載配線基板の実装構造。
【請求項１３】前記セラミック絶縁基板の０〜１００℃
における熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上である請求項８
記載の半導体素子搭載配線基板の実装構造。
【請求項１４】前記高剛性板の厚さが０．２〜１ｍｍで
ある請求項８記載の半導体素子搭載配線基板の実装構
造。