JPH10242321A

JPH10242321A - 半導体パッケージ

Info

Publication number: JPH10242321A
Application number: JP9038997A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Iyogi; 靖五代儀; Hironori Asai; 博紀浅井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックスパッケージの優れた高放熱性等
を損うことなく、パッケージの製造コストの低減を図る
と共に、より一層の狭ピッチ配線への対応およびパッケ
ージ外形の小形化、実装ボードとの接続部信頼性の向上
を図る。【解決手段】スルーホール４を有するセラミックス基
板２をパッケージ本体として用いる。このセラミックス
基板２の一方の主面側に、導体ボール３をその一部がス
ルーホール４内に収容されるように配置し、かつスルー
ホール４内に充填された接続用導体５により接続固定す
る。セラミックス基板２の他方の主面側には、半導体素
子６を搭載すると共に、導体層８を有する樹脂フィルム
９を接合し、半導体素子６と導体ボール３からなる外部
接続端子とを、スルーホール４内に充填された接続用導
体５を介して導体層８で電気的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低コスト化、高配
線密度化、高放熱性化、接続部の高信頼性化等を実現し
た半導体パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ、ＵＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体
素子が搭載されるセラミックスや樹脂等の絶縁性材料か
らなる各種のパッケージは、半導体素子の高集積化、高
速化、大消費電力化、大型チップ化等により、高密度
化、高速対応化、高放熱性化の傾向にある。また、半導
体素子の用途も、ワークステーション、パーソナルコン
ピュータ、ミニコンピュータ、大型コンピュータ等の産
業用から、携帯用機器、プリンタ、コピー、カメラ、テ
レビ、ビデオ等の電子機器まで多くの範囲に広がり、半
導体素子の性能自体も向上している。

【０００３】上述したような高性能、高集積な半導体素
子を搭載するパッケージには、具体的には半導体素子と
多端子・狭ピッチで接続ができること、配線密度が高い
こと、放熱性がよいこと、高速信号を扱うことができる
こと、パッケージの入出力端子自体を多端子・狭ピッチ
化できること等が求められている。さらに、これらの条
件を満足する高性能なパッケージを高信頼性の下で簡易
な工程で安価に作製する技術が求められている。

【０００４】まず、パッケージと半導体素子との多端子
・狭ピッチによる接続方法としては、ワイヤボンディン
グ法、ＴＡＢ法、フリップチップ法等が使用されてい
る。また、このような接続技術を有効に機能させる上
で、パッケージ側も狭ピッチ・多端子のインナーリード
部分が必要であると共に、プリント基板等の実装ボード
とパッケージとの接続を多端子・狭ピッチ化した上で、
接続部の信頼性を高めることが必要になっている。ま
た、前述したようにＬＳＩの高速化により、パッケージ
の電気特性も十分に考慮する必要が生じている。

【０００５】このようにパッケージの多端子・狭ピッチ
化や電気特性の向上が求められていることから、パッケ
ージ構造は従来のピン挿入型やＱＦＰ(Quad Flat Packa
ge）等の表面実装型からＢＧＡ(Ball Grid Array) 構造
に移行しつつある。パッケージの入出力端子として半田
ボール等を用いたＢＧＡパッケージは、接続距離の短縮
が図れ、接続部のインダクタンスによる高速信号の反射
や遅延等が抑制できる等の利点を有する。また、ＢＧＡ
は半田ボールによる接続距離の短縮に加えて、ボール端
子により狭ピッチ・多端子化が容易であり、さらにこの
狭ピッチ・多端子化はパッケージサイズそのものを縮小
化し、実装ボードへの実装密度の向上、配線の寄生容
量、インダクタンス、抵抗等の低減による電気特性の向
上、パッケージの小型化による高周波特性の改善等が期
待できる。

【０００６】また、放熱性に関しては、ＬＳＩの高速化
等に伴って消費電力が向上し、発熱量は年々増加する傾
向にあることから、パッケージを高放熱性化することが
求められている。パッケージの放熱性を高めるために
は、パッケージ本体としてセラミックス基材を用いるこ
とが有効である。このように、セラミックスパッケー
ジ、特にＢＧＡ構造のセラミックスパッケージは、高放
熱性と優れた電気特性を満足し、かつ多端子・狭ピッチ
化が可能なパッケージであり、高速・高集積化された半
導体チップ用のパッケージとして期待されている。

【０００７】しかしながら、従来のセラミックス製パッ
ケージは、パッケージ本体としてセラミックス多層配線
基板を用いて、このセラミックス多層配線基板内の配線
層により主として信号配線を取り回していることから、
パッケージ内配線の高密度化やパッケージ外形の小形化
に限界があると共に、プラスチックパッケージ等に比べ
て製造コストが高いというような難点を有していた。特
に、従来のセラミックス配線基板の内部配線は、Ｗペー
ストの塗布層等をセラミックス基板と同時焼成すること
により形成しているため、製造工程が繁雑であると共に
高コスト化しやすい。一方、プラスチックパッケージは
基本的に放熱性が低いことから、パッケージの高放熱性
化という点で劣っている。

【０００８】また、特にＢＧＡ構造のセラミックスパッ
ケージにおいては、プリント基板等の実装ボートに搭載
した際に、セラミックスパッケージとプリント基板との
間の熱膨張係数の差が大きいことから、接続部となる半
田ボール部分の接続信頼性が低いという問題を有してい
る。この熱膨脹差はＢＧＡパッケージをプリント基板に
搭載する際のリフロー半田付け工程で熱履歴を受けるこ
とにより生じるものと、通常の使用中における環境温度
変化によるものとがあるが、いずれもセラミックスパッ
ケージとプリント基板との熱膨張差が大きいために、機
械的強度が低い半田ボール部分に熱応力が集中して、半
田ボールにクラックが生じたり、さらには半田ボールが
破断する等して、接続部の信頼性を低下させている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のＢＧＡ構造のセラミックスパッケージは、優れた電気
特性と高放熱性とを有し、かつ外部接続端子の多端子・
狭ピッチ化が可能であることから、高性能、高集積な半
導体素子を搭載するパッケージとして期待されているも
のの、パッケージ本体として使用されるセラミックス配
線基板の製造工程が繁雑であることから、プラスチック
パッケージ等に比べて製造コストが高いという難点を有
している。

【００１０】また、セラミックス配線基板の構造や製造
方法等に起因して、狭ピッチ配線への対応やパッケージ
外形の小形化等に限界があり、さらにプリント基板等に
実装した際に、セラミックスパッケージとプリント基板
との間の熱膨張係数の差が大きいことから、接続部の信
頼性が低いという問題を有している。

【００１１】本発明は、このような課題に対処するべく
なされたもので、セラミックスパッケージの優れた電気
特性や高放熱性を損うことなく、パッケージの製造コス
トの低減を図ると共に、より一層の狭ピッチ配線への対
応およびパッケージ外形の小形化、さらには実装ボード
との接続部信頼性の向上を実現した半導体パッケージを
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体パッケー
ジは、請求項１に記載したように、スルーホールを有す
るセラミックス基板からなるパッケージ本体と、前記セ
ラミックス基板の一方の主面側に、その一部が前記スル
ーホール内に収容されるように配置され、かつ前記スル
ーホール内に充填された接続用導体により接続固定され
た導体ボールからなる外部接続端子と、前記セラミック
ス基板の他方の主面側に搭載された半導体素子と、前記
セラミックス基板の前記半導体素子の搭載面側に接合さ
れ、前記スルーホール内に充填された接続用導体と前記
半導体素子とを電気的に接続する導体層を有する樹脂基
材とを具備することを特徴としている。

【００１３】本発明の半導体パッケージにおいて、セラ
ミックス基板に設けられたスルーホールの開口径は、特
に請求項２に記載したように、スルーホールの開口径を
Ｄ_H、前記導体ボールの直径をＤ_Bとしたとき、前記ス
ルーホールの開口径Ｄ_HはＤ_B≦Ｄ_H≦ 1.5Ｄ_Bを満足
することを特徴としている。さらに、請求項３に記載し
たように、前記セラミックス基板に設けられたスルーホ
ールは、その容積の60/100以上が前記接続用導体で充填
されていることを特徴としている。

【００１４】本発明の半導体パッケージにおいては、セ
ラミックス基板の素子搭載面側に樹脂基材を接合し、こ
の樹脂基材に例えばパターニングされた銅箔等からなる
導体層を設けている。このような導体層で信号配線を取
り回すことによって、信号配線の配線幅および配線間距
離を大幅に短縮することができる。従って、パッケージ
内配線の高密度化およびパッケージ外形の小形化を図る
ことができる。

【００１５】また、樹脂基材の導体層で信号配線を主と
して取り回すことによって、セラミックス基板側の配線
層は簡易配線とすることができる。そこで、本発明にお
いては、パッケージ本体となるセラミックス基板に設け
たスルーホール内に、接続用導体を充填して外部接続端
子となる導体ボールを接続固定すると共に、この導体ボ
ールと樹脂基材の導体層とをスルーホール内に充填され
た接続用導体で電気的に接続している。すなわち、パッ
ケージ本体には単にスルーホールを有するセラミックス
基板を使用しているため、従来の同時焼成により内部配
線層を形成したセラミックス配線基板に比べて、製造工
数および製造コストを大幅に低減することがことがで
き、ひいては半導体パッケージの製造コストを低減する
ことが可能となる。

【００１６】本発明の半導体パッケージの放熱性に関し
ては、半導体素子の裏面側からセラミックス基板に直接
熱を放散させることができるため、樹脂パッケージ等に
比べて十分良好な放熱性を確保することができる。ただ
し、スルーホールを有するセラミックス基板を用い、そ
の一方の主面に樹脂基材を接合していることから、セラ
ミックス基板単独のパッケージに比べて放熱性が低下す
るおそれがある。そこで、スルーホール内に導体ボール
の一部が収容されるように配置し、この導体ボールを接
続用導体で固定している。このように、スルーホールを
大径化することによって、半導体素子で発生した熱をス
ルーホール内に充填された接続用導体および導体ボール
を介して、実装ボード側に良好に放散させることができ
る。すなわち、半導体パッケージの高放熱性化を図るこ
とが可能となる。

【００１７】この実装ボード側への放熱は、スルーホー
ルの開口径Ｄ_Hを導体ボールの直径Ｄ_Bの 1〜 1.5倍の
範囲としたときに特に良好となり、さらにはスルーホー
ルの容積の60/100以上を接続用導体で充填したときに、
より一層効率よく実装ボード側に放熱することが可能と
なる。

【００１８】さらに、本発明の半導体パッケージは、パ
ッケージ本体としてのセラミックス基板の一方の主面に
樹脂基材を接合した構造を有しているため、セラミック
ス基板単独で用いた場合に比べて、パッケージ本体の実
質的な熱膨張係数を増加させることができる。従って、
プリント基板等からなる実装ボードに半導体パッケージ
を実装した際に、導体ボールからなる外部接続端子によ
る接続部信頼性を高めることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。

【００２０】図１は本発明の半導体パッケージの一実施
形態の概略構造を示す断面図であり、図２はその要部拡
大断面図である。これらの図に示す半導体パッケージ１
は、パッケージ本体としてセラミックス基板２を有して
いる。このセラミックス基板２には窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）焼結体、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）焼結体、
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）焼結体、低温焼結ガラスセラミ
ックス等、各種のセラミックス材料を使用することがで
きる。

【００２１】これらのうち、特にＡｌＮ焼結体は熱伝導
率が大きいことから、半導体パッケージ１の高放熱性化
を図る上で好ましい材料である。セラミックス基板２に
使用するＡｌＮ焼結体としては、一般的に基板材料とし
て使用されている熱伝導率が80W/m K 以上のものが好ま
しく用いられる。

【００２２】また、Ｓｉ₃Ｎ₄焼結体は高強度特性と比
較的良好な熱伝導性とを合せ持つことから、半導体パッ
ケージの高信頼性化と高放熱性化を図る上で好ましい材
料である。セラミックス基板２に使用するＳｉ₃Ｎ₄焼
結体としては、特に50W/m K以上の熱伝導率を有するも
のが好ましい。Ｓｉ₃Ｎ₄焼結体は高強度・高靭性のセ
ラミックス焼結体としてよく知られており、さらに例え
ば焼結体原料となる窒化ケイ素粉末の微粒子化、高純度
化、焼結助剤組成等の組成制御等を行うことによって、
本来の高強度・高靭性という機械的特性を損うことな
く、50W/m K 以上というように比較的熱伝導性に優れた
Ｓｉ₃Ｎ₄焼結体が得られる。

【００２３】なお、他のセラミックス材料についても、
搭載する半導体素子の種類や用途等に応じて適宜使用し
得るものである。

【００２４】パッケージ本体を構成するセラミックス基
板２は、平板形状を有していると共に、後に詳述する導
体ボール３の設置位置に設けられたスルーホール４を有
している。このようなセラミックス基板２は、スルーホ
ールを形成したセラミックスグリーンシートを単に焼成
することにより得られるため、従来のセラミックス配線
基板に比べて製造工数および製造コストを大幅に低減す
ることができる。なお、セラミックスグリーンシートは
複数枚使用してもよい。

【００２５】そして、セラミックス基板２の下面２ａ側
には、上述したスルーホール４内にその一部が収容され
るように、例えばＰｂ−Ｓｎ系半田ボールやＩｎ系半田
ボール等の導体ボール３が配置されており、この導体ボ
ール３はスルーホール４内に充填された接続用導体５例
えば半田により接続固定されている。なお、導体ボール
３には金属ボールや金属コーティング樹脂ボール等、少
なくとも表面部が導電性を有する各種の導体ボールを使
用することができる。

【００２６】この導体ボール３は外部接続端子を構成す
るものであり、この外部接続端子としての導体ボール３
は、接続用導体５を介して後述する樹脂基材９に設けら
れた導体層８と電気的に接続されている。すなわち、接
続用導体５はパッケージ本体としてのセラミックス基板
２の内部配線層として機能するものである。このよう
に、本発明の半導体パッケージにおいては、セラミック
ス基板２の内部配線層は導体ボール３を接続固定する接
続用導体５のみにより構成されており、パッケージ本体
には単にスルーホール４をセラミックス基板２が用いら
れている。

【００２７】ここで、上述したスルーホール４は、図３
に示すように、少なくともその内部に直径Ｄ_Bの導体ボ
ール３の一部が収容されるような開口径Ｄ_Hを有してい
ればよく、これにより接続用導体５の内部配線層として
の機能を十分に得ることができるが、特にスルーホール
４の開口径Ｄ_Hは、導体ボールの直径Ｄ_Bに対して1〜
1.5倍（Ｄ_B≦Ｄ_H≦ 1.5Ｄ_B）の範囲とすることが好
ましい。スルーホール４の開口径Ｄ_Hが導体ボールの直
径Ｄ_Bより小さいと、導体ボール３と接続用導体５との
接触面積が小さくなり、セラミックス基板２から実装ボ
ードへの放熱性が低下するおそれがある。一方、 1.5倍
を超えると導体ボール３の実装密度の低下を招くことに
なる。

【００２８】また、半田等の接続用導体５は、スルーホ
ール４の容積の60/100以上を占めるように充填すること
が好ましい。この接続用導体５によるスルーホール４内
の充填率が60/100未満というように低い場合には、導体
ボール３と接続用導体５との接触面積のみならず、接続
用導体５とスルーホール４の内壁すなわちセラミックス
基板２との接触面積が小さくなり、接続用導体５および
導体ボール３を介してセラミックス基板２から実装ボー
ドへの放熱性が低下するおそれがある。言い換えると、
スルーホール４内を十分に接続用導体５で埋めておくこ
とによって、効率よく実装ボード側に放熱することがで
きる。

【００２９】セラミックス基板２の上面２ｂ側には、半
導体素子６がろう材、半田、ガラス系接着剤等の接合材
層７を介して接合搭載されている。半導体素子６は図示
を省略したポッティング樹脂等で封止される。このよう
に、この実施形態の半導体パッケージ１はいわゆるキャ
ビティアップ構造を有しており、半導体素子６の動作に
伴って生じる熱は半導体素子６の裏面から接合材層７を
介してセラミックス基板２に伝わる構造となっている。

【００３０】上記したセラミックス基板２の上面、すな
わち半導体素子６の搭載面２ｂには、導体層８を有する
樹脂フィルム９が接着剤層１０を介して接合されてい
る。樹脂フィルム９としては、液晶ポリマー、ポリイミ
ド樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の各種樹脂からなる厚さ
30〜1000μm 程度のフィルムを使用することができる。
また、接着剤層１０には、熱硬化性樹脂シート、熱硬化
性樹脂ペースト、エポキシ樹脂ペースト、ポリイミド樹
脂ペースト等を使用することができる。

【００３１】なお、樹脂基材としては上述したような樹
脂フィルム９に限らず、銅張り樹脂基板等を使用するこ
とも可能であるが、配線密度の高密度化という点におい
ては樹脂フィルム９に例えば厚さ30μm 以下というよう
な金属箔を熱圧着等で張り付けたものを使用することが
好ましい。

【００３２】樹脂フィルム９に設けられた導体層８は、
半導体素子６の信号配線を主として取り回すものであ
り、半導体素子６とスルーホール４内に充填された接続
用導体５、さらには外部接続端子としての導体ボール３
とを、さらにボンディングワイヤ１１を介して電気的に
接続するものである。すなわち、樹脂フィルム９の導体
層８（具体的には後述する上側導体層８ａ）と半導体素
子６の電極パッドとは、ボンディングワイヤ１１を介し
て電気的に接続されている。

【００３３】この実施形態における導体層８は、具体的
には樹脂フィルム９の上面側に形成された上側導体層８
ａと、樹脂フィルム９の下面側に形成された下側導体層
８ｂと、これらの間を電気的に接続する内部導体層８ｃ
とを有している。上側導体層８ａと下側導体層８ｂは、
例えば銅箔のような厚さ30μm 以下程度の金属箔からな
るものであり、所望の配線形状に応じてパターニングさ
れている。この際、信号配線の取り回しは上側導体層８
ａと下側導体層８ｂの双方で行ってもよいし、また下側
導体層８ｂはランドの形成のみとしてもよい。下側導体
層（ランド）８ｂは、スルーホール４内に充填された接
続用導体５と電気的に接続されている。上述した導体層
８を有する樹脂フィルム９は、例えば以下のようにして
作製することができる。すなわち、まず厚さ50μm 程度
の銅箔を上側導体層８ａの形成材料として用意し、その
表面にセラミックス基板２のスルーホール４の位置に対
応させて、銀等により内部導体層８ｃとなる例えば高さ
20μm 程度の突起を形成する。この突起を形成した銅箔
と、例えば液晶ポリマーからなる厚さ50μm 程度の樹脂
フィルム９と、さらに下側導体層８ｂとなる同様な厚さ
の銅箔とを重ね合わせ、突起の先端が樹脂フィルム９を
突き破って、下側導体層８ｂとなる銅箔と電気的に接続
するように熱圧着する。熱圧着は銅箔と液晶ポリマーフ
ィルム等との密着強度が保たれるような条件下で実施す
る。

【００３４】この後、両面の銅箔をそれぞれ所望の配線
形状となるようにエッチングし、上側導体層８ａには所
望の配線パターンを、また下側導体層８ｂには少なくと
もセラミックス基板２のスルーホール４の形成位置に合
せてランドを形成する。このようにして、上側導体層８
ａ、下側導体層８ｂおよび内部導体層８ｃを有する導体
層８が設けられた樹脂フィルム９が得られる。

【００３５】上記したような導体層８を有する樹脂フィ
ルム９は、例えばまず樹脂フィルム９とセラミックス基
板２との間に電気的な接続部分を打ち抜いた接着剤シー
トを介在させたり、あるいはセラミックス基板２の上面
２ａに接着剤を塗布した後、この状態で接着剤フィルム
や接着剤の塗布層が接着する温度で熱をかけつつ、適当
な圧力（例えば 30kg/cm²程度）を加えることによっ
て、樹脂フィルム９とセラミックス基板２とを機械的に
接合することができる。

【００３６】また、導体ボール３の接続固定は、各スル
ーホール４内に下側導体層８ｂによるランドと十分に接
触するように、接続用導体５としてＳｎ−Ｐｂ共晶半田
ペースト等を充填し、この半田ペースト上にＳｎ−Ｐｂ
共晶半田ボール（例えば 95%Ｐｂ共晶半田ボール）等か
らなる導体ボール３を載せた後、半田ペーストを溶融さ
せることにより実施する。この際、導体ボール３の高さ
が均一となるように、例えばボール 1個当たり1g程度の
重さを有する板等を乗せて半田リフローを実施すること
が好ましい。この導体ボール３の接続固定によって、導
体ボール３と樹脂フィルム９の導体層８とは電気的に接
続される。

【００３７】このように、この実施形態の半導体パッケ
ージ１はＢＧＡ構造のパッケージを構成するものであ
る。このような半導体パッケージ１は、例えば多層プリ
ント基板等の実装ボード上に実装される。この際、半導
体パッケージ１の外部接続端子としての導体ボール３
は、実装ボードの配線層と電気的に接続され、半導体実
装部品が構成される。

【００３８】上述した実施形態の半導体パッケージ１に
おいては、樹脂フィルム９に設けた導体層８で主に信号
配線を取り回している。このような導体層８には上述し
たように、銅箔等の厚さが10μm 以下というような金属
箔を使用することができるため、これをエッチングして
パターニングすることによって、例えば配線幅が30μm
、配線間距離が20μm というような高密度配線を実現
することができる。従って、入出力数の多い半導体素子
６であっても信号配線を容易に取り回すことができるだ
けでなく、パッケージサイズそのものを小形化すること
が可能となる。すなわちパッケージ内配線の高密度化お
よびそれに基くパッケージサイズの小形化を達成するこ
とができる。この際、樹脂フィルム９の上下両面の導体
層８ａ、８ｂで信号配線を取り回すことによって、より
一層パッケージ内配線を高密度化することができる。さ
らに、半導体素子６とパッケージ側のインナーリード部
とを狭ピッチで接続することが可能となる。

【００３９】そして、信号配線は基本的には樹脂フィル
ム９の導体層８で取り回しているため、セラミックス基
板２の内部配線層は簡易配線とすることができる。そこ
で、パッケージ本体に単にスルーホール４を設けたセラ
ミックス基板２を使用し、スルーホール４の一方の端部
側に外部接続端子となる導体ボール３を配置すると共
に、この導体ボール３を接続固定する半田等の接続用導
体５を内部配線層として利用している。

【００４０】このような構造を採用することによって、
パッケージ本体の一方の面に搭載した半導体素子６と他
方の面側に設置した導体ボール３とを電気的に接続した
上で、従来の同時焼成により内部配線層を形成したセラ
ミックス配線基板に比べて、製造工数および製造コスト
を大幅に低減することが可能な単にスルーホール４を設
けたセラミックス基板２をパッケージ本体として使用す
ることができる。これによって、半導体パッケージ１の
製造コストを低減することが可能となる。

【００４１】半導体パッケージ１の放熱性に関しては、
半導体素子６を接合材層７を介してセラミックス基板２
上に接合搭載しているため、半導体素子６の動作に伴っ
て生じた熱をその裏面からセラミックス基板２に分散さ
せることができる。ここで、半導体素子６で発生した熱
は概して、半導体素子６と接しているパッケージ本体へ
と分散されて放熱される。この際、パッケージ本体の熱
伝導率により放熱性が異なる。例えば、パッケージ本体
が樹脂からなる場合、例えばポリイミド樹脂の熱伝導率
は0.12〜 0.2W/m K であり、半導体素子を構成している
シリコンの熱伝導率よりかなり劣ることもあって、半導
体素子で発生した熱のポリイミド樹脂からの放熱は期待
できず、半導体素子に熱がこもることになる。このた
め、熱により半導体素子が誤動作するおそれが大きい。

【００４２】一方、この実施形態の半導体パッケージ１
では、上記したように半導体素子６を接合材層７を介し
てセラミックス基板２上に接合搭載しており、このセラ
ミックス基板２の構成材料の一つとして挙げられるＡｌ
Ｎ焼結体の場合、例えば 170W/m K と樹脂の1000倍以上
の熱伝導率が実現できることから、半導体素子６で発生
した熱をパッケージ本体としてのセラミックス基板２に
良好に分散させることができる。

【００４３】ここで、スルーホール４を有するセラミッ
クス基板２を用い、その一方の主面２ｂに樹脂フィルム
９を接合していることから、セラミックス基板単独のパ
ッケージに比べて放熱性が低下するおそれがあるが、ス
ルーホール４の開口径Ｄ_Hを導体ボール３の一部が収容
されるような大径とし、かつその内部に半田等の接続用
導体５を充填することにより、セラミックス単体の放熱
性と同等とすることができる。従って、半導体素子６で
発生した熱をスルーホール４内に充填した接続用導体５
および導体ボール３を介して、実装ボード側に良好に放
散させることができる。よって、半導体素子６で発生し
た熱をセラミックス基板２を介して良好に放熱すること
ができ、半導体素子６の誤動作等を防止することが可能
となる。特に、スルーホール４の開口径Ｄ_Hを導体ボー
ル３の直径Ｄ_Bの 1〜 1.5倍の範囲とすると共に、スル
ーホール４の容積の60/100以上を占めるように接続用導
体５を充填することによって、導体ボール３と接続用導
体５との接触面積、さらには接続用導体５とスルーホー
ル４の内壁との接触面積を十分にとることができるた
め、接続用導体５および導体ボール３を介してセラミッ
クス基板２から実装ボードにより一層効率よく放熱する
ことが可能となる。

【００４４】また、この実施形態の半導体パッケージ１
は、パッケージ本体としてのセラミックス基板２の上面
２ｂに樹脂フィルム９を接合した構造を有しているた
め、セラミックス基板単独で用いた場合に比べて、パッ
ケージ本体の熱膨張係数は増加する傾向を示す。すなわ
ち、樹脂材料とセラミックス材料との結合系の実際の伸
びは、 λ＝（λ_sＡ_sＥ_s＋λ_cＡ_cＥ_c）／（Ａ_sＥ_s＋Ａ
_cＥ_c）で表される。ここで、添え字ｓは樹脂、ｃはセラミック
ス、λは自由膨張伸び量、Ａは断面積、Ｅは縦弾性係数
である。

【００４５】このように、樹脂材料とセラミックス材料
との結合系の伸びはそれぞれの和であることから、セラ
ミックス基板２の上面２ｂに樹脂フィルム９を接合した
構造を有するこの実施形態の半導体パッケージ１は、伸
び量が半導体パッケージ１を実装するプリント基板等に
近付く方向に移行する。従って、半導体パッケージ１と
プリント基板等との実質的な熱膨張係数の差が減少し
て、導体ボール３による接続部の信頼性を大幅に高める
ことができる。

【００４６】このように、この実施形態のＢＧＡ構造の
半導体パッケージ１は、セラミックス基板２による高放
熱性化を損うことなく、低コスト化、高配線密度化、接
続部の高信頼性化等を実現したものである。また、実際
に作製したＢＧＡ構造の半導体パッケージ１（スルーホ
ール径=1.0mm，半田ボール径=0.9mm）をガラスエポキシ
基板からなる実装ボードに共晶半田ペーストを用いて実
装したところ、電気的にも問題がなく、放熱特性につい
ても7Wの消費電力において 8.5℃/Wと良好な熱特性が得
られた。実装信頼性についても、温度変化 100℃におい
て1000サイクルをクリアするものであった。

【００４７】次に、本発明の半導体パッケージの他の実
施形態について、図４を参照して説明する。

【００４８】図４に示す半導体パッケージ１２は、フリ
ップチップ構造の半導体素子１３を搭載対象としたパッ
ケージであり、前述した実施形態と同様な材料からなる
セラミックス基板２の上面２ｂ側には、半導体素子１３
を収容するキャビティ１４が形成されている。そして、
このキャビティ１４内にはフリップチップ構造の半導体
素子１３が、その裏面がキャビティ１４の底面すなわち
セラミックス基板２と直接接するように収容されてい
る。

【００４９】このように、この実施形態の半導体パッケ
ージ１２はいわゆるキャビティアップ構造を有してお
り、半導体素子１３の動作に伴って生じる熱はその裏面
からセラミックス基板２に直接伝わる構造となってい
る。半導体素子１３の電極パッド上には、ワイヤボンデ
ィング等により例えばＡｕボールがバンプ端子１３ａと
して接合形成されており、これによりフリップチップ実
装が可能とされている。

【００５０】半導体素子１３はキャビティ１４内の底面
に、ろう材、半田、ガラス系接着剤等の接合材を用いて
接合してもよいが、単にセラミックス基板２と接触して
いるだけであっても、半導体素子１３からセラミックス
基板２への放熱性を十分に確保することができる。この
実施形態では、半導体素子１３はキャビティ１４内に収
容されているだけである。

【００５１】上述したセラミックス基板２のキャビティ
形成面２ｂ、すなわち半導体素子１３の搭載面には、前
述した実施形態と同様に、導体層８を有する樹脂フィル
ム９が接着剤層１０を介して接合固定されている。この
樹脂フィルム９に設けられた導体層８のうち、下側導体
層８ｂはスルーホール４の形成位置に加えて、半導体素
子１３のバンプ端子１３ａの位置に応じて設けられてい
る。

【００５２】このバンプ端子１３ａの位置に応じた下側
導体層８ｂ上（ランド上）には、例えばＡｇエポキシ系
ペースト、Ａｕエポキシ系ペースト、Ａｇポリイミド系
ペースト等により、図示を省略した接続用突起が形成さ
れている。接続用突起はＡｕボール、Ｐｂ−Ｓｎ系共晶
半田ボール、Ｉｎ系半田ボール等を接合して形成するこ
ともできる。そして樹脂フィルム９の導体層８と半導体
素子１３のバンプ端子１３ａとは、樹脂フィルム９側の
接続用突起とバンプ端子１３ａとを突き当て、これを熱
圧着する等によって電気的に接続されている。なお、こ
れらの接続には異方性導電シートや異方性導電ペースト
等を使用することも可能である。

【００５３】セラミックス基板２の下面２ａ側には、前
述した実施形態と同様に、スルーホール２に充填された
接続用導体５を介して導体ボール３が接続固定されてい
る。この実施形態の半導体パッケージ１２においては、
まず半導体素子１３をキャビティ１４内に収容すること
によって、フリップチップ構造の半導体素子１３の電極
パッドへの電気的な接続を容易にした上で、半導体素子
１３とセラミックス基板２とが直接接触した状態を実現
している。これにより、半導体素子１３の動作に伴って
生じた熱を、半導体素子１３の裏面からセラミックス基
板２に直接分散させることができる。

【００５４】また、セラミックス基板２からは表面放
熱、さらには接続用導体５および導体ボール３を介して
実装ボードへの放熱が期待できる。従って、半導体素子
１３で発生した熱をセラミックス基板２を介して良好に
放熱することができ、半導体素子１３の誤動作等を防止
することが可能となる。すなわち、フリップチップ対応
の半導体パッケージ１２の高放熱性化を達成することが
できる。

【００５５】フリップチップ構造の半導体素子１３とパ
ッケージ本体との電気的な接続は、半導体素子１３をセ
ラミックス基板２のキャビティ１４内に収容した上で、
同一面に接合した樹脂フィルム９に設けた導体層８によ
り行っているため、半導体素子１３からの高放熱性を満
足させた上で、フリップチップ構造の半導体素子１３と
の電気的な接続を良好に実施することができる。

【００５６】この実施形態の半導体パッケージ１２にお
いて、他の効果例えば低コスト化、高配線密度化、接続
部の高信頼性化等については、前述した実施形態と同様
に得ることができるものである。

【００５７】なお、上記した実施形態ではワイヤボンデ
ィング実装およびフリップチップ実装の半導体素子を搭
載する場合について説明したが、本発明はこれらに限ら
れるものではなく、ＴＡＢ実装等の各種形式の半導体素
子を実装することが可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体パ
ッケージによれば、セラミックス基板を用いた際の高放
熱特性等を損うことなく、製造コストの低減やより一層
の狭ピッチ配線への対応およびパッケージ外形の小形
化、さらには実装ボード等との接続部信頼性の向上やを
実現することが可能となる。このような半導体パッケー
ジの工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージの一実施形態の概
略構造を示す断面図である。

【図２】図１に示す半導体パッケージの要部拡大断面
図である。

【図３】図１に示す半導体パッケージの要部の他の例
を示す断面図である。

【図４】本発明の半導体パッケージの他の実施形態の
概略構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１２……ＢＧＡ構造の半導体パッケージ２………セラミックス基板３………導体ボール４………スルーホール５………接続用突起６、１３……半導体素子８………導体層９………樹脂フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スルーホールを有するセラミックス基板
からなるパッケージ本体と、前記セラミックス基板の一方の主面側に、その一部が前
記スルーホール内に収容されるように配置され、かつ前
記スルーホール内に充填された接続用導体により接続固
定された導体ボールからなる外部接続端子と、前記セラミックス基板の他方の主面側に搭載された半導
体素子と、前記セラミックス基板の前記半導体素子の搭載面側に接
合され、前記スルーホール内に充填された接続用導体と
前記半導体素子とを電気的に接続する導体層を有する樹
脂基材ととを具備する半導体パッケージ。
【請求項２】請求項１記載の半導体パッケージにおい
て、前記セラミックス基板に設けられたスルーホールの開口
径をＤ_H、前記導体ボールの直径をＤ_Bとしたとき、前
記スルーホールの開口径Ｄ_HはＤ_B≦Ｄ_H≦1.5Ｄ_Bを
満足することを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項３】請求項１記載の半導体パッケージにおい
て、前記セラミックス基板に設けられたスルーホールは、そ
の容積の60/100以上が前記接続用導体で充填されている
ことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項４】請求項１記載の半導体パッケージにおい
て、前記パッケージ本体は、前記半導体素子が収容されるキ
ャビティを有するセラミックス基板、または平板状のセ
ラミックス基板からなることを特徴とする半導体パッケ
ージ。