JPH1154651A - Composite package - Google Patents

Composite package

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Publication number
JPH1154651A
JPH1154651A JP9206307A JP20630797A JPH1154651A JP H1154651 A JPH1154651 A JP H1154651A JP 9206307 A JP9206307 A JP 9206307A JP 20630797 A JP20630797 A JP 20630797A JP H1154651 A JPH1154651 A JP H1154651A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
package
resin substrate
conductive material
high thermal
Prior art date
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Pending
Application number
JP9206307A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironori Asai
博紀 浅井
Keiichi Yano
圭一 矢野
Yasushi Iyogi
靖 五代儀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1154651A publication Critical patent/JPH1154651A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a composite package excellent in heat dissipation by making a trench on the surface of a board made of a high thermal conductivity material facing a resin board thereby decreasing thermal resistance. SOLUTION: The composite package comprises a ceramic substrate 11 composed of either one of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide or diamond having a recess for mounting a semiconductor chip 1. The ceramic substrate 11 is bonded to a resin board 10 through an adhesive. A trench 92 is made on the surface of the ceramic substrate 11 in the vicinity of the interface between the resin board 10 and the ceramic substrate 11. According to the structure, warping of the package can be suppressed even if the ceramic substrate 11 is made thin and the heat dissipation of the package can be enhanced while decreasing the thickness thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は放熱特性が良好で多
端子・狭ピッチの半導体素子用パッケージに係り、特に
高熱伝導性材料基板と樹脂基板とを接着・接合した半導
体素子用複合パッケージに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-terminal, narrow-pitch semiconductor element package having good heat radiation characteristics, and more particularly to a semiconductor element composite package in which a high thermal conductive material substrate and a resin substrate are bonded and joined.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体チップが実装されるセ
ラミックス、樹脂、金属などからなる各種のパッケージ
は、LSIの高集積化、高速化、大消費電力化、大型チ
ップ化により、高密度化、高速対応化、高放熱化が要求
されている。また、これらの半導体チップの用途も、ワ
ークステーション、パーソナルコンピューター、コンピ
ューター等の産業用から、携帯用機器、プリンター、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。
2. Description of the Related Art Various types of packages, such as ceramics, resins, and metals, on which semiconductor chips such as LSIs are mounted, have been increased in density due to high integration, high speed, large power consumption, and large chips of LSIs. High-speed response and high heat dissipation are required. In addition, the applications of these semiconductor chips are wide ranging from industrial applications such as workstations, personal computers, and computers to electronic devices such as portable devices, printers, copiers, cameras, televisions, and videos. The performance itself has also improved.

【0003】このように、高性能、高集積密度のLSI
チップを搭載するパッケージには、LSIチップと多端
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、高速の信号を扱うことができる
こと、パッケージの入出力端子を多端子・狭ピッチ化す
る事が可能であることなどが求められている。さらに、
これらの条件を満足する高性能なパッケージを、簡単な
工程で高信頼性の下で安価に作製する技術が必要になっ
てきている。
As described above, a high-performance, high-density LSI
The package on which the chip is mounted must be able to be connected to the LSI chip with multiple terminals and a narrow pitch, have a high wiring density, have good heat dissipation, can handle high-speed signals, and have many input / output terminals of the package. -It is required that the pitch can be reduced. further,
There is a need for a technique for manufacturing a high-performance package that satisfies these conditions at a low cost with a simple process under high reliability.

【0004】半導体素子を高機能化するためには多ビッ
ト化、大容量化、高速化の三つが柱となる。この中で特
に高速化の要求はパッケージに大きな影響を与えてき
た。半導体素子への入出力の端子数(ピン数)を増加さ
せ、データを並行処理することで高速化が図られたから
である。このため、パッケージにおいても多端子化(多
ピン化)は一つの命題となってきている。また、携帯機
器の小型化や、高密度実装のためにパッケージには小型
化も要求されている。特にこれから大きく伸びるマルチ
メディアの分野、アミューズメントや通信機器などにお
いてこの要求は大きい。多ピン化と小型化、この二つの
ニーズを満たすため様々なパッケージが開発されてい
る。半導体チップとの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、プリント基板等の搭載ボード
とパッケージとの接続も、多端子・狭ピッチにする事が
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も高速信号を扱う必要があるた
め、電気特性の考慮も必要となる。
[0004] In order to enhance the function of a semiconductor element, three pillars, ie, multi-bit, large capacity, and high speed are the pillars. Among them, the demand for high speed has had a great influence on the package. This is because the number of input / output terminals (the number of pins) to the semiconductor element is increased and data is processed in parallel to increase the speed. For this reason, multi-terminals (multi-pins) has become one proposition in packages. In addition, the miniaturization of portable devices and the miniaturization of packages for high-density mounting are also required. This demand is particularly great in the field of multimedia, amusement and communication equipment, which will greatly increase in the future. Various packages have been developed to meet these two needs of multi-pin and miniaturization. In order for the connection technology with the semiconductor chip to function effectively, the package side must also have a narrow-pitch, multi-terminal inner lead part, and the connection between the mounting board, such as a printed circuit board, and the package must also have a multi-terminal, narrow pitch. It is necessary to do. Further, as described above, the package needs to handle high-speed signals due to the increase in the speed of the LSI, so that it is necessary to consider the electrical characteristics.

【0005】以上のようなパッケージの多端子・狭ピッ
チ化への要請を満足させるために、パッケージ構造は従
来のピン挿入型やQFP(クウォド・フラッド・パッケ
ージ;Quad Flad Package)等の表面実装型から、BGA
(ボール・グリッド・アレイ;Ball Grid Array)パッケ
ージに移行している。表面実装型パッケージにおいては
多端子・狭ピッチ化を行うためには端子の精度、リード
に起因するインダクタンス、リードそのものの強度ある
いは実装時の精度等の点から限界が見えてきているから
である。また表面実装型パッケージでは多端子化にとも
ない外形寸法が大型化せざるを得ない欠点を有している
からである。
[0005] In order to satisfy the above demand for a package having multiple terminals and a narrow pitch, a package structure is a conventional pin insertion type or a surface mount type such as a QFP (Quad Flood Package). From BGA
(Ball Grid Array) package. This is because, in the case of a surface mount package, in order to reduce the number of terminals and the pitch, it is becoming possible to limit the accuracy of the terminals, the inductance caused by the leads, the strength of the leads themselves, and the accuracy at the time of mounting. Another reason is that the surface mount type package has a disadvantage that the outer dimensions must be increased with the increase in the number of terminals.

【0006】BGAは、従来のパッケージに比べ、イン
ダクタンスを低減させ、パッケージ本体の多層配線構造
を高速対応させる事が可能であり、大型コンピューター
や、パーソナルコンピューター、携帯機器等の民生品へ
と使用用途が広がっている。BGAは、パッケージの入
出力端子として半田からなる突起接続体(半田ボール)
を用いたパッケージ構造体を有し、上述したようなピン
やリードに起因するインダクタンスによる高速信号の反
射遅延等を改善するのが可能である。また、半田ボール
による接続距離の短縮化に加えて、半田ボール形成によ
る狭ピッチ・多端子化が容易となり、BGAは今後のL
SIパッケージとして有望である。更に、この半田ボー
ル形成による狭ピッチ・多端子化は、パッケージサイズ
そのものを縮小化し、プリント基板等への実装密度の向
上、配線の寄生容量、インダクタンス、抵抗などの低減
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。
The BGA can reduce the inductance compared to the conventional package, and can adapt the multilayer wiring structure of the package body at high speed, and is used for consumer products such as large computers, personal computers, and portable devices. Is spreading. BGA is a protruding connector (solder ball) made of solder as the input / output terminal of the package
It is possible to improve the reflection delay of a high-speed signal and the like due to the inductance caused by the pins and leads as described above. Further, in addition to shortening of the connection distance by the solder ball, narrow pitch and multiple terminals can be easily achieved by forming the solder ball.
Promising as an SI package. Furthermore, the narrow pitch and multiple terminals due to the formation of the solder balls reduce the package size itself, improve the mounting density on printed circuit boards, etc., improve the electrical characteristics by reducing the parasitic capacitance, inductance, and resistance of wiring, and improve the package. Improvement of high frequency characteristics and the like can be expected by downsizing.

【0007】一方、パッケージの放熱面から見ると、L
SIの高集積密度化と高速化にともない、消費電力が向
上し、発熱量は年々増加する傾向にある。しかもコンピ
ュータにおいては、本体の小型化がすすむ反面、ボード
の枚数は増加する傾向にあり、ボード間の隙間も次第に
狭くなってきている。このようなことから、パッケージ
自体も薄型で、放熱性に優れた構造や高熱伝導性材料が
必要となってきている。高熱伝導性材料には銅、アルミ
ニウム、銅又はアルミニウムを含んだ合金等の金属や、
窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、硝子セラミッ
クス等のセラミックがあり、発熱量や高周波特性等の仕
様によりこれらをうまく使い分けている。
On the other hand, when viewed from the heat dissipation surface of the package, L
As the integration density and the speed of the SI increase, the power consumption increases, and the amount of heat generated tends to increase year by year. Moreover, in the computer, while the size of the main body has been reduced, the number of boards has been increasing, and the gap between the boards has been gradually narrowed. For this reason, the package itself is required to be thin and have a structure excellent in heat dissipation and a material having high thermal conductivity. Metals such as copper, aluminum, alloys containing copper or aluminum, and high thermal conductive materials,
There are ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, alumina, and glass ceramics, and these are properly used depending on specifications such as heat generation and high-frequency characteristics.

【0008】高熱伝導性材料であるセラミックスを用い
たパッケージでは、プリント基板に搭載した際に、パッ
ケージとプリント基板との熱膨張係数の差が大きいこと
から、接続部である半田ボール部分の接続信頼性(実装
信頼性)が低いという問題を有している。この熱膨張係
数の差は、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うけることにより
起こるものと、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、いずれも高熱伝導性材料とプリント
基板との熱膨張係数の差が大きいために、機械的強度が
低い半田ボール部分に熱応力が集中し、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るという問題を有してい
た。
In a package using ceramics, which is a material having high thermal conductivity, the difference in thermal expansion coefficient between the package and the printed circuit board when mounted on the printed circuit board is large. (Reliability) (mounting reliability). This difference in the coefficient of thermal expansion may be caused by heat history in the reflow soldering process when mounting the BGA package on a printed circuit board, or by a change in environmental temperature during normal use. Due to the large difference in the coefficient of thermal expansion between the high thermal conductive material and the printed circuit board, thermal stress concentrates on the solder ball part with low mechanical strength, causing cracks in the solder ball and further breaking the solder ball. As a result, there is a problem that the reliability of the connection part is reduced.

【0009】この熱膨張係数の差に起因した問題点を鑑
み、近年、高熱伝導性材料基板に樹脂基板を熱圧着等に
より貼り合わせた複合パッケージが着目されている。樹
脂基板はプリント基板に近い熱膨張係数を有するので半
田バンプ部分に熱応力が集中することが緩和されること
が期待できるからである。さらに樹脂基板はリソグラフ
ィにより微細化が容易で、かつ低価格であるという利点
を有している。したがってこれら樹脂基板の利点と高熱
伝導性材料基板の有する高い放熱特性を共に生かした構
造が期待されている。
In view of the problem caused by the difference in the coefficient of thermal expansion, a composite package in which a resin substrate is bonded to a high thermal conductive material substrate by thermocompression or the like has recently been receiving attention. This is because the resin substrate has a thermal expansion coefficient close to that of the printed circuit board, so that concentration of thermal stress on the solder bump portion can be expected to be reduced. Further, the resin substrate has an advantage that it can be easily miniaturized by lithography and is inexpensive. Therefore, a structure utilizing both the advantages of these resin substrates and the high heat dissipation characteristics of the high thermal conductive material substrate is expected.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記のような複合パッ
ケージにおいて、樹脂基板の厚さが厚くなると、構造上
樹脂基板部が熱抵抗層として働くため、高放熱性を確保
することが困難となり、放熱フィンの採用等の手当が必
要になり、コストアップ、パッケージ厚さの厚くなる方
向にシフトしてしまう。
In the above-described composite package, when the thickness of the resin substrate is increased, the resin substrate portion functions as a heat resistance layer in structure, so that it is difficult to ensure high heat dissipation. The use of a radiation fin or the like is necessary, resulting in an increase in cost and an increase in the package thickness.

【0011】これを避けるために樹脂基板の厚さを15
0μm以下、特に100μm以下の薄さにすると、熱抵
抗上昇もさほどでないことを本発明者らは発見した。図
10は本発明者らが実験的に求めた複合パッケージ中の
樹脂基板の厚さと熱抵抗の関係を示す図である。図10
で○印は消費電力4Wをターゲットとしたノーマルチッ
プ実装タイプの複合パッケージのデータで、△印は消費
電力3Wをターゲットとしたフリップチップ実装タイプ
の複合パッケージのデータである。いずれも300ピン
半導体素子用の外形寸法31mm□のパッケージである
がノーマルチップのセラミックス基板の厚さtは0.8
mm、フリップチップ実装タイプのセラミックス基板の
厚さtは0.6mmである。図10によれば、樹脂基板
の厚さが100μm以下になると低い熱抵抗を呈するこ
とがわかる。特にフリップチップ実装型では樹脂基板の
厚さが100μm以下で急激に熱抵抗が下がることがわ
かる。なお図10はセラミックス基板として熱伝導率1
80W/(m・K)の窒化アルミニウム(AIN)を用
いた場合である。樹脂基板は液晶ポリマーを主剤として
その両側に銅箔を接合した構造である。また、樹脂基板
とセラミックス基板はアクリル接着剤で接着した場合の
データである。ノーマルチップ実装タイプのセラミック
ス基板には配線層やスルーホールを設けていないが、フ
リップチップ実装タイプのセラミックス基板には200
μm中のスルーホールが設けられ、タングステン(W)
を主剤とした導体層が埋め込まれている。
In order to avoid this, the thickness of the resin substrate is set to 15
The present inventors have found that when the thickness is reduced to 0 μm or less, particularly 100 μm or less, the thermal resistance rise is not so large. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the thickness of the resin substrate in the composite package and the thermal resistance obtained experimentally by the present inventors. FIG.
The circles indicate data of a composite package of a normal chip mounting type targeting a power consumption of 4 W, and the triangles indicate data of a composite package of a flip chip mounting type targeting a power consumption of 3 W. Each is a package having an outer dimension of 31 mm □ for a 300-pin semiconductor element, but the thickness t of the ceramic substrate of the normal chip is 0.8.
mm, and the thickness t of the flip-chip mounting type ceramic substrate is 0.6 mm. FIG. 10 shows that when the thickness of the resin substrate is 100 μm or less, a low thermal resistance is exhibited. In particular, in the flip-chip mounting type, when the thickness of the resin substrate is 100 μm or less, the thermal resistance rapidly decreases. FIG. 10 shows a ceramic substrate having a thermal conductivity of 1
This is a case where aluminum nitride (AIN) of 80 W / (m · K) is used. The resin substrate has a structure in which a liquid crystal polymer is a main component and copper foils are bonded to both sides thereof. The data is for a case where the resin substrate and the ceramic substrate are bonded with an acrylic adhesive. Wiring layers and through-holes are not provided on the ceramic substrate of the normal chip mounting type.
μm through holes are provided and tungsten (W)
Is embedded in the conductor layer.

【0012】さらに本発明者らは樹脂基板の厚さを15
0μm以下、好ましくは100μm以下にすることがパ
ッケージの反りを減少させることを見い出した。上述し
たようにパッケージはボードの枚数が増加するにつれ薄
型が要求されて来ているが、図11に示すようにセラミ
ックス基板の厚さtが0.6mm以下になるとパッケー
ジの反りが顕著になってきている。実装信頼性の点から
は反りは65μm以下程度にしなければならないので、
樹脂基板の厚さを150μm以下、好ましくは100μ
m以下とすることは反りを減らす点で顕著な効果が認め
られたのである。
Further, the present inventors set the thickness of the resin substrate to 15
It has been found that reducing the thickness to 0 μm or less, preferably 100 μm or less, reduces the warpage of the package. As described above, the package is required to be thinner as the number of boards increases, but as shown in FIG. 11, when the thickness t of the ceramic substrate becomes 0.6 mm or less, the warpage of the package becomes remarkable. ing. From the point of mounting reliability, the warp must be about 65 μm or less.
The thickness of the resin substrate is 150 μm or less, preferably 100 μm.
When it is less than m, a remarkable effect was observed in reducing the warpage.

【0013】この150μm以下の薄さの樹脂基板と高
熱伝導性材料との接合は、接着剤にて接合することが一
般的である。しかし、樹脂基板と高熱伝導性材料基板と
の接着強度は樹脂基板の厚さが薄くなると劣化してしま
う問題が明らかになってきた。たとえば、接着剤と高熱
伝導性材料基板との間に空気層の残りが存在することが
あり、樹脂基板が薄いために、樹脂基板の膨れとして発
現する。特にこの膨れは接合後の高温環境下で顕著とな
る。また複合パッケージにおいては、昇温と降温が繰り
返される熱サイクルにおいて次第に電気的接続が不良と
なり熱抵抗が増大することが明らかになってきた。さら
に、熱サイクルにより機械的接着強度も劣化し、実装信
頼性の点で不十分であるという問題点が明らかになって
きた。
[0013] The resin substrate having a thickness of 150 µm or less and the high thermal conductive material are generally bonded with an adhesive. However, it has become clear that the adhesive strength between the resin substrate and the high thermal conductive material substrate deteriorates as the thickness of the resin substrate decreases. For example, there is a case where the air layer remains between the adhesive and the high thermal conductive material substrate, and the resin substrate is thin, so that it appears as swelling of the resin substrate. In particular, this swelling becomes remarkable in a high temperature environment after joining. Further, in the composite package, it has become clear that the electrical connection gradually becomes poor and the thermal resistance increases in a thermal cycle in which the temperature is repeatedly increased and decreased. Further, it has become clear that the mechanical bonding strength is also deteriorated due to the heat cycle, and the mounting reliability is insufficient.

【0014】さらに、特に高熱伝導性材料としてセラミ
ックスを選んだ場合、熱圧着時に一定の圧力を印加する
必要があるが、この接着圧力でセラミックスが割れると
いう問題も明らかになってきた。
Further, when ceramics is selected as a material having a high thermal conductivity, it is necessary to apply a constant pressure during thermocompression bonding. However, the problem that the ceramics is cracked by this bonding pressure has become clear.

【0015】一般的に樹脂性の実装用ボードやプリント
基板に半田ボール等を用いて電気的に接続してパッケー
ジは実装されるが、セラミックスと実装用ボードやプリ
ント基板を構成している材料の熱膨張率が異なる。この
ため、熱サイクル試験を実施すると半田ボールや導電性
樹脂に亀裂が入り、接続不良を生じやすい。樹脂基板と
セラミックス基板とを貼り合わせた複合パッケージにお
いて、半田ボールは樹脂基板と樹脂性のボードやプリン
ト基板との間の接続なので、樹脂基板が厚い場合は、比
較的良好な接続性を示すが、樹脂基板の厚さが150μ
m以下と薄くなると、樹脂基板はセラミックス基板に拘
束されて動かないため、純粋な樹脂同士のときと比べて
接続信頼性が低下しやすいという新たな問題も明らかに
なってきた。
In general, a package is mounted by electrically connecting to a resin mounting board or printed board using solder balls or the like. Different coefficient of thermal expansion. For this reason, when a thermal cycle test is performed, cracks are formed in the solder balls and the conductive resin, and connection failure is likely to occur. In a composite package in which a resin substrate and a ceramic substrate are bonded together, the solder balls are connected between the resin substrate and the resinous board or printed circuit board. , The thickness of the resin substrate is 150μ
When the thickness is less than m, the resin substrate is restrained by the ceramic substrate and does not move. Therefore, a new problem that connection reliability is more likely to be reduced than in the case of pure resins has also been clarified.

【0016】このように樹脂基板の厚さを150μm以
下、特に100μm以下に薄くすることについては新た
な種々の技術的困難性や問題点が明らかになってきた。
As described above, various new technical difficulties and problems have become apparent in reducing the thickness of the resin substrate to 150 μm or less, particularly 100 μm or less.

【0017】上記問題点を鑑み、本発明は熱抵抗が小さ
く放熱特性の良好な複合パッケージを提供することを目
的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a composite package having a small heat resistance and good heat radiation characteristics.

【0018】本発明の他の目的は高熱伝導性材料基板の
厚さを薄くしても反りが許容値以下におさえられる複合
パッケージを提供することである。
Another object of the present invention is to provide a composite package in which the warpage is kept below an allowable value even when the thickness of the high thermal conductive material substrate is reduced.

【0019】本発明のさらに他の目的は樹脂基板と高熱
伝導性材料基板との接合部の信頼性が高く、過酷な熱サ
イクルの繰り返しの下でも熱抵抗の増大がなく、安定し
て動作する複合パッケージを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a high reliability of a joint between a resin substrate and a high thermal conductive material substrate, and to operate stably without increasing thermal resistance even under repeated severe thermal cycles. To provide a composite package.

【0020】本発明の他の目的は樹脂基板の厚さを15
0μm以下、特に100μm以下に薄くしても接着強度
が低下しない複合パッケージを提供することである。
Another object of the present invention is to reduce the thickness of the resin substrate to 15
An object of the present invention is to provide a composite package in which the adhesive strength is not reduced even when the thickness is reduced to 0 μm or less, particularly 100 μm or less.

【0021】本発明のさらに他の目的は樹脂基板の厚さ
を150μm以下、特に100μm以下に薄くしても膨
れの生じない複合パッケージを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a composite package which does not swell even when the thickness of the resin substrate is reduced to 150 μm or less, particularly 100 μm or less.

【0022】本発明のさらに他の目的は、接着時の圧力
を低くしても良好な接着強度が得られる複合パッケージ
を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a composite package which can obtain good adhesive strength even when the pressure during bonding is reduced.

【0023】本発明のさらに他の目的は実装ボードとの
良好な接続信頼性を確保することのできる複合パッケー
ジを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a composite package which can ensure good connection reliability with a mounting board.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の特徴は高熱伝導性材料基板と樹脂基
板とを接着して構成した半導体素子用パッケージであっ
て、高熱伝導性材料基板の樹脂基板と対向する表面に溝
部を設けた複合パッケージであることである。
In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is a semiconductor element package formed by bonding a high thermal conductive material substrate and a resin substrate, and comprises a high thermal conductive package. The composite package has a groove on the surface of the material substrate facing the resin substrate.

【0025】高熱伝導性材料基板は銅、アルミニウム、
銅を含む合金、アルミニウムを含む合金のいずれかから
なる金属基板、もしくはアルミナ、窒化アルミニウム、
窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンドのいずれかからなる
セラミックス基板のいずれでもよい。さらにこれらのう
ちの2種以上からなる複合基板でもよい。
The high heat conductive material substrate is made of copper, aluminum,
Alloy containing copper, metal substrate made of any of alloys containing aluminum, or alumina, aluminum nitride,
Any ceramic substrate made of any one of silicon nitride, silicon carbide, and diamond may be used. Further, a composite substrate composed of two or more of these may be used.

【0026】従来、高熱伝導性材料基板と樹脂基板の接
合では所定の温度で20−40kgf/cm2 の圧力を
かけていた。一般的には高い圧力でかつ変形しやすい金
属基板、樹脂基板の組み合わせであるため、空気層の巻
き込みは発生しにくいのであるが、圧力の掛かり方が均
一でないと空気層の残留が認められた。本発明者らは、
高熱伝導性材料基板の表面に溝があれば、空気層の巻き
込みが防止できることを発見した。高熱伝導性材料基板
の表面への溝付けは、線状突起のついたプレスで高熱伝
導性材料基板を押す方法、エッチングで形成する方法等
の一般的な方法でよい。
Conventionally, a pressure of 20 to 40 kgf / cm 2 has been applied at a predetermined temperature in joining a high thermal conductive material substrate and a resin substrate. Generally, it is a combination of a metal substrate and a resin substrate that are easily deformed under high pressure, so that entrainment of the air layer is unlikely to occur, but if the pressure is not applied uniformly, the air layer remains. . We have:
It has been discovered that if a groove is formed on the surface of the high thermal conductive material substrate, the entrapment of the air layer can be prevented. The grooves on the surface of the high thermal conductive material substrate may be formed by a general method such as a method of pressing the high thermal conductive material substrate with a press having linear projections, a method of forming the substrate by etching, and the like.

【0027】本発明の第1の特徴によれば10kgf/
cm2 以下の圧力で接触しても空気層の巻き込みが生じ
ない。したがって脆性材料であるセラミックス基板と樹
脂基板の良好な接着をセラミックス基板を破損すること
なく実現できる。また高熱伝導性基板の表面に溝部を設
けることで、樹脂基板の厚さを150μm以下、特に1
00μm以下にしても樹脂基板の膨れは生じない。また
接着後の高温環境下においても膨れは生じない。
According to a first feature of the present invention, 10 kgf /
Even when contact is made at a pressure of not more than cm 2, no air layer is involved. Therefore, good adhesion between the ceramic substrate, which is a brittle material, and the resin substrate can be realized without damaging the ceramic substrate. By providing a groove on the surface of the high thermal conductive substrate, the thickness of the resin substrate can be reduced to 150 μm or less,
Even if the thickness is less than 00 μm, no swelling of the resin substrate occurs. Also, swelling does not occur even in a high temperature environment after bonding.

【0028】本発明の第2の特徴は高熱伝導性材料基板
と樹脂基板とを接着して構成した半導体素子用パッケー
ジであって、高熱伝導性材料基板の樹脂基板と対向する
表面の中心線平均あらさRa≧0.05μmとした複合
パッケージであることである。
A second feature of the present invention is a semiconductor element package formed by bonding a high thermal conductive material substrate and a resin substrate, wherein a center line average of the surface of the high thermal conductive material substrate facing the resin substrate is provided. The composite package has a roughness Ra ≧ 0.05 μm.

【0029】高熱伝導性材料基板は銅、アルミニウム、
銅を含む合金、アルミニウムを含む合金のいずれかから
なる金属基板、もしくはアルミナ、窒化アルミニウム、
窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンドのいずれかからなる
セラミックス基板のいずれでもよい。さらにこれらのう
ちの2種以上からなる複合基板でもよい。
The high thermal conductive material substrate is made of copper, aluminum,
Alloy containing copper, metal substrate made of any of alloys containing aluminum, or alumina, aluminum nitride,
Any ceramic substrate made of any one of silicon nitride, silicon carbide, and diamond may be used. Further, a composite substrate composed of two or more of these may be used.

【0030】従来光沢面を有する高熱伝導性材料基板と
樹脂基板の接合では所定の温度で20−40kgf/c
2 の圧力をかけていた。しかし、光沢面を有する高熱
伝導性材料基板の表面の接合ではその接合強度が低下し
てしまう。発明者らは、高熱伝導性材料基板の表面の粗
さが中心線平均あらさRa≧0.05μmであれば、良
好な強度が得られることを発見した。たとえば、セラミ
ックス基板と樹脂基板との接続の場合、40gf/cm
2 ほどの圧力をかけると割れるものが生じる。このため
圧力としては10kgf/cm2 以下が望ましい。しか
し、低圧力で押す場合、その分接着強度が低下する傾向
があった。本発明者らは鋭意検討した結果、上記の本発
明の第2の特徴に示すようにセラミックスの表面粗さを
粗面化することで低圧力でも接合強度を確保できること
を発明したのである。
Conventionally, in bonding a high thermal conductive material substrate having a glossy surface and a resin substrate, a predetermined temperature of 20-40 kgf / c
m 2 pressure was applied. However, when joining the surface of a highly heat conductive material substrate having a glossy surface, the joining strength is reduced. The inventors have found that if the surface roughness of the high thermal conductive material substrate is center line average roughness Ra ≧ 0.05 μm, good strength can be obtained. For example, in the case of connection between a ceramic substrate and a resin substrate, 40 gf / cm
Applying about 2 pressures will cause cracking. Therefore, the pressure is desirably 10 kgf / cm 2 or less. However, when pressed at a low pressure, the adhesive strength tends to decrease accordingly. As a result of intensive studies, the present inventors have invented that the bonding strength can be ensured even at low pressure by roughening the surface roughness of the ceramic as shown in the second feature of the present invention.

【0031】本発明の第3の特徴は高熱伝導性材料基板
と樹脂基板とを接着して構成した半導体素子用パッケー
ジであって、高熱伝導性材料基板は溝部を有したランド
部を有し、突起バンプを介して溝部を有したランド部
と、樹脂基板のランド部とが互いに電気的に接続されて
いる複合パッケージであることである。溝部の形状はV
字形状でも、U字形状でもよく、2段の溝でもよい。ま
た、高熱伝導性材料基板は銅、アルミニウム、銅を含む
合金、アルミニウムを含む合金のいずれかからなる金属
基板、もしくはアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪
素、炭化珪素、ダイヤモンドのいずれかからなるセラミ
ックス基板のいずれでもよい。さらにこれらのうちの2
種以上を選択した複合基板でもよい。
A third feature of the present invention is a semiconductor device package formed by bonding a high thermal conductive material substrate and a resin substrate, wherein the high thermal conductive material substrate has a land portion having a groove, This is a composite package in which a land having a groove and a land of a resin substrate are electrically connected to each other via a bump. The shape of the groove is V
It may be a U-shape or a two-step groove. Further, the high thermal conductive material substrate is a metal substrate made of copper, aluminum, an alloy containing copper, an alloy containing aluminum, or a ceramic substrate made of any of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and diamond. Either may be used. And two of these
A composite substrate in which at least one kind is selected may be used.

【0032】突起バンプは、たとえば粒径0.5〜5μ
m程度の銀フィラーを80%(重量パーセント)程度含
有したエポキシ系導電ペーストやAuエポキシ、Agポ
リイミドをパターニングして乾燥して形成すればよい。
高熱伝導性材料基板と樹脂基板の機械的接続に関して
は、高熱伝導性材料基板と樹脂基板のあいだに接着剤シ
ートを敷き、熱および圧力をかけ接着すればよい。この
とき、高熱伝導性材料基板側もしくは樹脂基板側に形成
した突起バンプは、接着剤シートを突き破り、もしく
は、接着剤シートにあらかじめ開けておいた穴を通り、
高熱伝導性材料基板と樹脂基板が電気的に接続される構
造となる。
The bumps have a particle size of, for example, 0.5 to 5 μm.
An epoxy conductive paste containing about 80% (weight percent) of a silver filler of about m, Au epoxy, or Ag polyimide may be patterned and dried.
As for the mechanical connection between the high thermal conductive material substrate and the resin substrate, an adhesive sheet may be laid between the high thermal conductive material substrate and the resin substrate and bonded by applying heat and pressure. At this time, the protruding bumps formed on the high thermal conductive material substrate side or the resin substrate side break through the adhesive sheet, or pass through holes previously opened in the adhesive sheet,
The structure is such that the high heat conductive material substrate and the resin substrate are electrically connected.

【0033】セラミックス基板側のランド(表層配線)
は、タングステンの上にニッケルおよび金メッキを施し
たものを用いればよい。また、樹脂基板側のランドは、
銅配線の上にニッケルおよび金メッキを施したものを使
用すればよい。上記の様に高熱伝導性材料基板と樹脂基
板の電気的接続は銀等を用いた突起バンプを用いている
事から、樹脂基板上および高熱伝導性材料基板上のラン
ドの表面に形成した金とは、反応層を形成しない機械的
な接続であり、接続信頼性に問題があることが明らかと
なった。これについて、本発明者らは鋭意研究を重ねた
結果、高熱伝導性材料基板側のランド部に予めV溝等の
溝部を形成し、その上に突起バンプを形成し、樹脂基板
と高熱伝導性材料基板とを接合接着することで、突起バ
ンプ部の接続信頼性の向上が図られることを確認した。
Land (surface wiring) on the ceramic substrate side
May be used in which nickel and gold are plated on tungsten. The land on the resin substrate side is
A copper wiring plated with nickel and gold may be used. As described above, the electrical connection between the high thermal conductive material substrate and the resin substrate uses a bump made of silver or the like, so that the gold formed on the surface of the land on the resin substrate and the high thermal conductive material substrate Is a mechanical connection that does not form a reaction layer, and it is clear that there is a problem in connection reliability. The present inventors have conducted intensive research on this, and as a result, a groove such as a V-groove is formed in advance on the land portion on the high thermal conductive material substrate side, and a bump is formed thereon, and the resin substrate is connected to the high thermal conductive material. It was confirmed that the connection reliability of the protruding bump portion can be improved by bonding the material substrate.

【0034】概して、樹脂基板とセラミックス等の高熱
伝導性材料基板との接着には、樹脂の耐熱性を考慮し、
200℃近傍で圧着される。電気的接続を必要とする銀
フィラー入りエポキシ系導電ペーストは上記温度では、
樹脂基板上および高熱伝導性材料基板上に形成されたラ
ンド部の表面の金メッキ層との反応は生じない。よっ
て、電気的接続は圧着による銀フィラーの変形によるも
のと、エポキシ硬化によるものである。
In general, the bonding between the resin substrate and the substrate made of a high thermal conductive material such as ceramics is performed in consideration of the heat resistance of the resin.
Crimping is performed at around 200 ° C. Epoxy conductive paste containing silver filler that requires electrical connection, at the above temperature,
No reaction occurs with the gold plating layer on the surface of the land formed on the resin substrate and the high thermal conductive material substrate. Therefore, the electrical connection is due to the deformation of the silver filler by pressure bonding and to the epoxy curing.

【0035】複合パッケージにおいては、樹脂基板とセ
ラミックス等の高熱伝導性材料基板との熱膨張係数の違
いによる信頼性の低下が懸念される。たとえば、樹脂と
セラミックスでは、熱膨張係数が約10倍以上異なる。
このことから、貼り合わせたものは、熱履歴により、接
着強度が低下するだけでなく、電気的接続部である銀エ
ポキシ系導電ペーストからなる突起バンプ部にも影響を
与え、接続強度の低下と、接続抵抗の増加が発生する。
この場合、用いられる接着剤の接着温度は200℃以下
であり、樹脂基板または樹脂フィルムとの密着性の方が
高熱伝導性材料基板との密着性に比べ良く、突起バンプ
の接続抵抗増加は、高熱伝導性材料基板側の突起バンプ
との接続部で発生する。本発明の第3の特徴によれば、
接続部の突起バンプ接触面積が大きく、アンカー効果を
期待でき、接続信頼性の向上がはかれる。以上のように
高熱伝導性材料基板の樹脂基板と接着する側のランド部
に接触面積が大きくなるような所定の溝部を形成するこ
とで、接続信頼性が向上する。
In the composite package, there is a concern that the reliability may be reduced due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the resin substrate and the high thermal conductive material substrate such as ceramics. For example, the coefficient of thermal expansion of a resin differs from that of a ceramic by about 10 times or more.
From this, the bonded product not only reduces the bonding strength due to the heat history, but also affects the projection bump portion made of the silver epoxy conductive paste which is the electrical connection portion, and the connection strength is reduced. As a result, an increase in connection resistance occurs.
In this case, the bonding temperature of the adhesive used is 200 ° C. or less, and the adhesion with the resin substrate or the resin film is better than the adhesion with the high thermal conductive material substrate, and the increase in the connection resistance of the projecting bumps is as follows. Occurs at the connection with the protruding bump on the high thermal conductive material substrate side. According to a third aspect of the present invention,
The contact area of the projection bumps at the connection portion is large, an anchor effect can be expected, and the connection reliability is improved. As described above, by forming a predetermined groove portion having a large contact area on the land portion of the high thermal conductive material substrate on the side to be bonded to the resin substrate, connection reliability is improved.

【0036】本発明の第4の特徴は高熱伝導性材料基板
と樹脂基板とを接着して構成した半導体素子用パッケー
ジであって、実装用ボードとの電気的接続部となる接続
パッド直上又は直下に空隙部を有するように接着剤を不
均一に形成し、高熱伝達性材料基板と樹脂基板とが互い
に接着されている複合パッケージであることである。す
なわち金属性ボールや柱状金属を用いて複合パッケージ
と実装用ボードとを電気的に接続する際に電気的接続部
となる接続パッドの直上又は直下に接着剤層のない領域
を設けることにより、実装信頼性が向上する。ここで、
複合パッケージの上部に実装用ボードを配置すれば、接
続パッドの直下に空隙部が配置され、複合パッケージの
下部に実装用ボードを配置すれば、接続パッドの直上に
空隙部が配置されることとなる。しかし、いずれを
「上」と呼び、いずれを「下」と呼ぶかは相対的な意味
しかないことは本発明の第4の特徴の趣旨を理解すれば
明らかであろう。したがって「直上又は直下」とは接続
パッドに最も近い接着剤層の位置を意味している。
A fourth feature of the present invention is a semiconductor element package formed by bonding a high thermal conductive material substrate and a resin substrate, and directly above or directly below a connection pad serving as an electrical connection portion with a mounting board. An adhesive is formed unevenly so as to have a void portion, and a high heat transfer material substrate and a resin substrate are bonded to each other. That is, mounting is performed by providing a region without an adhesive layer directly above or directly below a connection pad serving as an electrical connection portion when electrically connecting the composite package to the mounting board using a metal ball or a columnar metal. Reliability is improved. here,
If the mounting board is arranged at the top of the composite package, a gap is placed directly below the connection pad, and if the mounting board is arranged at the bottom of the composite package, the gap is placed just above the connection pad. Become. However, it will be apparent from an understanding of the spirit of the fourth feature of the present invention that it is only relatively meaningful which one is called “upper” and which is called “lower”. Therefore, “directly above or directly below” means the position of the adhesive layer closest to the connection pad.

【0037】複合パッケージの高熱伝導性基板と樹脂基
板とを接着する接着剤層が均一かつ十分に接続パッド部
の直上又は直下にあると、樹脂基板は接着剤と高熱伝導
性材料基板に拘束され、あたかも高熱伝導性材料基板の
ような挙動を示す。しかし、接着剤層をなくし、この部
分だけを事実上中空状態としておけば、実装用ホードの
変形に対して樹脂基板も追随して変形できる。特に、樹
脂基板の厚さが150μm以下の場合は、その変形が生
じやすいので実装信頼性向上には有利である。本樹脂基
板に用いる樹脂には樹脂自体の強度が強いものが望まし
く、液晶ポリマーやBTレジン、或は繊維状のシートが
入っているものなど望ましい。一方、高熱伝導性材料基
板は銅、アルミニウム、銅を含む合金、アルミニウムを
含む合金のいずれかからなる金属基板、もしくはアルミ
ナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモ
ンドのいずれかからなるセラミックス基板のいずれでも
よい。さらにこれらのうちの2種以上を組み合わせた複
合基板として高熱伝導性材料基板を構成してもよい。
If the adhesive layer for bonding the high thermal conductive substrate and the resin substrate of the composite package is uniformly and sufficiently directly above or directly below the connection pad portion, the resin substrate is restrained by the adhesive and the high thermal conductive material substrate. It behaves like a high thermal conductive material substrate. However, if the adhesive layer is eliminated and only this portion is made substantially hollow, the resin substrate can be deformed following the deformation of the mounting hood. In particular, when the thickness of the resin substrate is 150 μm or less, the deformation is likely to occur, which is advantageous for improving the mounting reliability. It is desirable that the resin used for the present resin substrate has a strong strength itself, such as a liquid crystal polymer, a BT resin, or a resin containing a fibrous sheet. On the other hand, the high thermal conductive material substrate is a metal substrate made of any of copper, aluminum, an alloy containing copper, an alloy containing aluminum, or a ceramic substrate made of any of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and diamond. Either may be used. Further, the high thermal conductive material substrate may be configured as a composite substrate combining two or more of these.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0039】(第1の実施の形態)図1は本発明の第1
の実施の形態に係る複合パッケージの断面の模式図であ
る。図1に示すように本発明の第1の実施の形態に係る
複合パッケージは半導体チップ1をマウントするための
凹部を有した金属基板9と、金属基板9と接着剤で接着
された樹脂基板10とから構成されている。金属基板9
と樹脂基板10との界面近傍に位置する金属基板9の表
面には溝部91が設けられている。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
It is a schematic diagram of a section of a compound package concerning an embodiment. As shown in FIG. 1, a composite package according to a first embodiment of the present invention includes a metal substrate 9 having a concave portion for mounting the semiconductor chip 1, and a resin substrate 10 bonded to the metal substrate 9 with an adhesive. It is composed of Metal substrate 9
A groove 91 is provided on the surface of the metal substrate 9 located near the interface between the metal substrate 9 and the resin substrate 10.

【0040】図1に示す複合パッケージは300ピンの
半導体素子用パッケージである。樹脂基板10は、液晶
ポリマーを主剤とし、その両側に銅を接合して構成され
ている。樹脂基板の絶縁層厚さは0.05mmである。
樹脂基板10に用いる材料としてはこのほかにも、BT
レジンを使用したもの、ガラスエポキシ系樹脂を使用し
たものなどを使用しても良い。また、金属基板9の材料
として、銅を用いた。金属基板9の厚さは0.6mm
で、外形寸法は35mm□である。このほか、金属基板
9の材料としては銅以外に、アルミニウム、銅又はアル
ミニウムを含んだ合金等を用いることができる。
The composite package shown in FIG. 1 is a 300-pin semiconductor device package. The resin substrate 10 is composed of a liquid crystal polymer as a main component and copper bonded to both sides thereof. The thickness of the insulating layer of the resin substrate is 0.05 mm.
Other materials used for the resin substrate 10 include BT
Those using a resin or those using a glass epoxy resin may be used. Further, copper was used as the material of the metal substrate 9. The thickness of the metal substrate 9 is 0.6 mm
And the external dimensions are 35 mm □. In addition, as the material of the metal substrate 9, besides copper, aluminum, copper, an alloy containing aluminum, or the like can be used.

【0041】図1に示す本発明の第1の実施の形態の複
合パッケージにおいては、金属基板9の表面に深さ50
μmの溝部91を形成している。溝幅は50μm〜0.
5mm程度、溝のピッチは0.1mm〜5mmが代表的
なものである。溝のピッチは細かい方が良い。なお、図
1ではU字型の溝が示されているがV字型等、他の断面
形状でも良いことはもちろんである。溝は内部で閉じた
平面パターンとなるよりもパッケージの端部にまで達す
る平面パターンで形成する方が、空気の巻き込みが少な
いので好ましい。接着剤にはアクリル系接着剤を用い、
接合圧力20kgf/cm2 で接合した。接着剤は溝を
完全に埋め込むように充填するのが好ましい。
In the composite package according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
A μm groove 91 is formed. The groove width is 50 μm to 0.1 μm.
The typical pitch is about 5 mm, and the pitch of the grooves is 0.1 mm to 5 mm. The finer the pitch of the grooves, the better. Although a U-shaped groove is shown in FIG. 1, other cross-sectional shapes such as a V-shaped groove may be used. It is preferable to form the groove with a flat pattern reaching the end of the package rather than a flat pattern closed inside because the air entrapment is small. Use an acrylic adhesive for the adhesive,
The joining was performed at a joining pressure of 20 kgf / cm 2 . The adhesive is preferably filled so as to completely fill the groove.

【0042】比較例として、金属基板の表面溝がないも
のを作製した。作製したサンプルについて、260℃で
加熱したときの外観を測定し、本発明と比較した。結果
を表1に示す。
As a comparative example, a metal substrate having no surface groove was manufactured. The appearance of the prepared sample when heated at 260 ° C. was measured and compared with the present invention. Table 1 shows the results.

【0043】[0043]

【表1】 (第2の実施の形態)図2は本発明の第2の実施の形態
に係る複合パッケージの断面の模式図である。図2に示
すように本発明の第2の実施の形態に係る複合パッケー
ジは半導体チップ1をマウントするための凹部を有した
セラミックス基板11と、セラミックス基板11と接着
剤で接着された樹脂基板10とから構成されている。セ
ラミックス基板11と樹脂基板10との界面近傍に位置
するセラミックス基板11の表面には溝部92が設けら
れている。
[Table 1] (Second Embodiment) FIG. 2 is a schematic sectional view of a composite package according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a composite package according to a second embodiment of the present invention includes a ceramic substrate 11 having a concave portion for mounting the semiconductor chip 1, and a resin substrate 10 bonded to the ceramic substrate 11 with an adhesive. It is composed of A groove 92 is provided on the surface of the ceramic substrate 11 located near the interface between the ceramic substrate 11 and the resin substrate 10.

【0044】図2に示す複合パッケージは300ピンの
半導体素子用パッケージである。樹脂基板10は、液晶
ポリマーを主剤とし、その両側に銅を接合して構成され
ている。樹脂基板の絶縁層厚さは0.05mmである。
樹脂基板10に用いる材料としてはこのほかにも、BT
レジンを使用したもの、ガラスエポキシ系樹脂を使用し
たものなどを使用しても良い。
The composite package shown in FIG. 2 is a 300-pin semiconductor device package. The resin substrate 10 is composed of a liquid crystal polymer as a main component and copper bonded to both sides thereof. The thickness of the insulating layer of the resin substrate is 0.05 mm.
Other materials used for the resin substrate 10 include BT
Those using a resin or those using a glass epoxy resin may be used.

【0045】また、放熱部を構成するセラミックス基板
11の材料として、窒化アルミニウムセラミックスを用
いた。窒化セラミックスの熱伝導率は180W/(m・
K)である。セラミックス基板11の厚さは0.6mm
で、外形寸法は35mm□である。セラミック基板11
の表面・内部には配線層は有していないが、セラミック
基板11の表面にメタライズ層を形成したり、スルーホ
ール形成することは可能である。このほか、支持基板と
しては、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化硼素、ダ
イヤモンドのいずれかを用いてもよい。
Further, aluminum nitride ceramics was used as the material of the ceramic substrate 11 constituting the heat radiation part. The thermal conductivity of nitrided ceramics is 180 W / (m ·
K). The thickness of the ceramic substrate 11 is 0.6 mm
And the external dimensions are 35 mm □. Ceramic substrate 11
Although there is no wiring layer on the surface or inside, it is possible to form a metallized layer or a through hole on the surface of the ceramic substrate 11. In addition, any of alumina, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, and diamond may be used as the supporting substrate.

【0046】本発明の第2の実施の形態においては、窒
化アルミニウムの表面粗さを中心線平均あらさRa=
0.05μmのものにレーザーで線状に溝部を深さ約3
0μmにて作製した。溝幅は50μm〜0.5mm程
度、溝のピッチは0.1mm〜5mmが代表的なもので
ある。溝のピッチは細かい方が良い。なお、図1ではU
字型の溝が示されているが、V字型等、他の断面形状で
も良いことはもちろんである。溝は内部で閉じた平面パ
ターンとなるよりもパッケージの端部にまで達する平面
パターンで形成する方が、空気の巻き込みが少ないので
好ましい。接着剤にはアクリル系接着剤を用い、接合圧
力10kgf/cm2 で接合した。接着剤は溝を完全に
埋め込むように充填するのが好ましい。
In the second embodiment of the present invention, the surface roughness of aluminum nitride is determined by calculating the center line average roughness Ra =
A groove of approximately 3 μm depth of 0.05 μm with a laser
It was prepared at 0 μm. The groove width is typically about 50 μm to 0.5 mm, and the pitch of the grooves is typically 0.1 mm to 5 mm. The finer the pitch of the grooves, the better. In FIG. 1, U
Although a V-shaped groove is shown, it goes without saying that other cross-sectional shapes such as a V-shape may be used. It is preferable to form the groove with a flat pattern reaching the end of the package rather than a flat pattern closed inside because the air entrapment is small. An acrylic adhesive was used as the adhesive, and bonding was performed at a bonding pressure of 10 kgf / cm 2 . The adhesive is preferably filled so as to completely fill the groove.

【0047】[0047]

【表2】 表2は比較例として、セラミック基板の表面に溝部のな
いものを作製し、作製したサンプルについて、260℃
に加熱し膨れの発生を観察し、本発明と比較した結果を
示す。
[Table 2] Table 2 shows, as a comparative example, a ceramic substrate having no groove on the surface thereof, and a sample prepared at 260 ° C.
The results are shown in FIG.

【0048】(第3の実施の形態)図3は本発明の第3
の実施の形態に係る複合パッケージの断面の模式図であ
る。図3に示すように本発明の第3の実施の形態に係る
複合パッケージは半導体チップ1をマウントするための
凹部を有した金属基板9と、金属基板9と接着剤で接着
された樹脂基板10とから構成されている。金属基板9
と樹脂基板10との界面近傍に位置する金属基板9の表
面は中心線平均あらさRa≧0.05μm以上の荒れた
表面となっている。
(Third Embodiment) FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
It is a schematic diagram of a section of a compound package concerning an embodiment. As shown in FIG. 3, a composite package according to a third embodiment of the present invention includes a metal substrate 9 having a concave portion for mounting the semiconductor chip 1, and a resin substrate 10 bonded to the metal substrate 9 with an adhesive. It is composed of Metal substrate 9
The surface of the metal substrate 9 located near the interface between the metal substrate 9 and the resin substrate 10 is a rough surface having a center line average roughness Ra ≧ 0.05 μm or more.

【0049】図3に示す複合パッケージは300ピンの
半導体素子用パッケージである。樹脂基板10は、液晶
ポリマーを主剤とし、その両側に銅を接合して構成され
ている。樹脂基板の絶縁層厚さは0.05mmである。
樹脂基板10に用いる材料としてはこのほかにも、BT
レジンを使用したもの、ガラスエポキシ系樹脂を使用し
たものなどを使用しても良い。また、金属基板9の材料
として、アルミニウムを用いた。金属基板9の厚さは
0.06mmで、外形寸法は35mm□である。このほ
か、金属基板9の材料としてはアルミニウム以外に、
銅、銅又はアルミニウムを含んだ合金等を用いることが
できる。
The composite package shown in FIG. 3 is a 300-pin package for a semiconductor device. The resin substrate 10 is composed of a liquid crystal polymer as a main component and copper bonded to both sides thereof. The thickness of the insulating layer of the resin substrate is 0.05 mm.
Other materials used for the resin substrate 10 include BT
Those using a resin or those using a glass epoxy resin may be used. Aluminum was used as the material of the metal substrate 9. The thickness of the metal substrate 9 is 0.06 mm, and the external dimensions are 35 mm □. In addition, besides aluminum, the material of the metal substrate 9 is
Copper, an alloy containing copper or aluminum, or the like can be used.

【0050】本発明の第3の実施の形態では高熱伝導性
材料基板としてのアルミニウムの表面粗さをRa=0.
05,0.1μmのものを作製した。接着剤にはアクリ
ル系接着剤を用い、接合圧力40kgf/cm2 で接合
した。
In the third embodiment of the present invention, the surface roughness of aluminum as a substrate having a high thermal conductivity is Ra = 0.
05, 0.1 μm was prepared. An acrylic adhesive was used as the adhesive, and bonding was performed at a bonding pressure of 40 kgf / cm 2 .

【0051】図4は本発明の実施の形態に係る複合パッ
ケージと比較例との接合強度の違いを示す。比較例はR
a=0.01μmであるが、接合強度300gfと小さ
い。本発明の第3の実施の形態によれば1.7kg以上
の良好な接合強度が得られることがわかる。
FIG. 4 shows the difference in bonding strength between the composite package according to the embodiment of the present invention and the comparative example. Comparative example is R
a = 0.01 μm, but the bonding strength is as small as 300 gf. It can be seen that according to the third embodiment of the present invention, a good bonding strength of 1.7 kg or more can be obtained.

【0052】(第4の実施の形態)図5は本発明の第4
の実施の形態に係る複合パッケージの断面の模式図であ
る。図5に示すように本発明の第4の実施の形態に係る
複合パッケージは半導体チップ1をマウントするための
凹部を有したセラミックス基板11と、セラミックス基
板11と接着剤で接着された樹脂基板10とから構成さ
れている。セラミックス基板11と樹脂基板10との界
面近傍に位置するセラミックス基板11の表面は中心線
平均あらさRa≧0.05μm以上の荒れた表面となっ
ている。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
It is a schematic diagram of a section of a compound package concerning an embodiment. As shown in FIG. 5, a composite package according to a fourth embodiment of the present invention includes a ceramic substrate 11 having a concave portion for mounting the semiconductor chip 1, and a resin substrate 10 bonded to the ceramic substrate 11 with an adhesive. It is composed of The surface of the ceramic substrate 11 located near the interface between the ceramic substrate 11 and the resin substrate 10 is a rough surface having a center line average roughness Ra ≧ 0.05 μm or more.

【0053】図5に示す複合パッケージは300ピンの
半導体素子用パッケージである。樹脂基板10は、液晶
ポリマーを主剤とし、その両側に銅を接合して構成され
ている。樹脂基板の絶縁層厚さは0.05mmである。
樹脂基板10に用いる材料としてはこのほかにも、BT
レジンを使用したもの、ガラスエポキシ系樹脂を使用し
たものなどを使用しても良い。また、放熱部を構成する
セラミックス基板11の材料として、窒化アルミニウム
セラミックスを用いた。窒化アルミニウムの熱伝導率は
180W/(m・K)である。セラミっク基板11の厚
さは0.6mmで、外形寸法は35mm□である。セラ
ミック基板11の表面・内部には配線層は有していない
が、セラミック基板11の表面にメタライズ層を形成し
たり、スルーホール形成することは可能である。このほ
か、支持基板としては、アルミナ、窒化珪素、炭化珪
素、窒化硼素、ダイヤモンドのいずれかを用いてもよ
い。
The composite package shown in FIG. 5 is a 300-pin semiconductor device package. The resin substrate 10 is composed of a liquid crystal polymer as a main component and copper bonded to both sides thereof. The thickness of the insulating layer of the resin substrate is 0.05 mm.
Other materials used for the resin substrate 10 include BT
Those using a resin or those using a glass epoxy resin may be used. Aluminum nitride ceramics was used as the material of the ceramic substrate 11 constituting the heat radiating portion. The thermal conductivity of aluminum nitride is 180 W / (m · K). The thickness of the ceramic substrate 11 is 0.6 mm, and the outer dimensions are 35 mm □. Although no wiring layer is provided on the surface or inside of the ceramic substrate 11, it is possible to form a metallized layer or a through hole on the surface of the ceramic substrate 11. In addition, any of alumina, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, and diamond may be used as the supporting substrate.

【0054】本発明の第4の実施の形態においては、窒
化アルミニウムの表面粗さをRa=0.05,0.1,
0.3μmのものを作製した。接着剤にはアクリル系接
着剤を用い、接合圧力4kgf/cm2 で接合した。
In the fourth embodiment of the present invention, the surface roughness of aluminum nitride is Ra = 0.05, 0.1,
One having a thickness of 0.3 μm was produced. An acrylic adhesive was used as the adhesive, and bonding was performed at a bonding pressure of 4 kgf / cm 2 .

【0055】図6は比較例として表面粗さRa=0.0
1μmの複合パッケージと本発明の第4の実施の形態に
よる複合パッケージの接合強度を示す。Ra=0.01
μmの場合は接合強度400gfと弱いがRa=0.0
5,0.1,0.3μmではそれぞれ1.3kgf,
1.6kgf,1.7kgfと強い接合強度が低圧の接
着圧力においても得られることがわかる。Ra=0.1
μmとRa=0.3μmの場合ほぼ近似した値でありR
a≧0.1μm以上で飽和の傾向にある。したがって中
心線平均あらさRaは0.05μm以上、0.3μm以
下程度で十分であるが、Ra=0.6〜1.0程度にす
ることを防げるものではない。
FIG. 6 shows a surface roughness Ra = 0.0 as a comparative example.
9 shows the bonding strength between a 1 μm composite package and a composite package according to a fourth embodiment of the present invention. Ra = 0.01
In the case of μm, the bonding strength is as weak as 400 gf, but Ra = 0.0
1.3kgf at 5,0.1,0.3μm,
It can be seen that a strong bonding strength of 1.6 kgf and 1.7 kgf can be obtained even at a low bonding pressure. Ra = 0.1
μm and Ra = 0.3 μm are almost similar values.
When a ≧ 0.1 μm or more, there is a tendency for saturation. Therefore, the center line average roughness Ra of 0.05 μm or more and 0.3 μm or less is sufficient, but this does not prevent Ra from being about 0.6 to 1.0.

【0056】(第5の実施の形態)図7(a)は本発明
の第5の実施の形態に係る複合パッケージの断面構造の
概略を示し、図7(b)は図7(a)のA部の拡大図で
ある。図7に示すように本発明の第5の実施の形態に係
る複合パッケージは高熱伝導性材料基板11と樹脂基板
10とを接着して構成した半導体素子用パッケージであ
って、高熱伝導性材料基板11はV溝形状を有したラン
ド部12aを有し、突起バンプ55を介して高熱伝導性
材料基板11のランド部12aと、樹脂基板10のラン
ド部34とが互いに電気的に接続されている。
(Fifth Embodiment) FIG. 7A schematically shows a cross-sectional structure of a composite package according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. It is an enlarged view of the A section. As shown in FIG. 7, the composite package according to the fifth embodiment of the present invention is a package for a semiconductor device formed by bonding a high thermal conductive material substrate 11 and a resin substrate 10 to each other. Reference numeral 11 denotes a land portion 12a having a V-groove shape, and the land portion 12a of the high thermal conductive material substrate 11 and the land portion 34 of the resin substrate 10 are electrically connected to each other via the bumps 55. .

【0057】より具体的には図7に示す高熱伝導性材料
基板は窒化アルミニウムを用いたセラミックス基板11
であり、セラミックス基板11にはスルーホールが設け
られスルーホール中にはスルーホール金属12が埋め込
まれている。ランド部12aはスルーホール金属12と
一体として形成され、図7(b)に示すようにV溝形状
をなしている。樹脂基板10は液晶ポリマー23を主材
料とし、液晶ポリマーの上部に銅箔から形成した表面配
線35が形成され、下部に銅箔から形成したランド34
が形成されている。つまり樹脂基板10は2枚の銅箔で
液晶ポリマーをはさんだ構造である。表面配線35とラ
ンド34とは銀バンプ22により電気的に接続されてい
る。ランド34とランド12aとを電気的に接続する突
起バンプ55はAgエポキシ系ペーストをパターニング
し、乾燥した銀バンプである。
More specifically, the high thermal conductive material substrate shown in FIG. 7 is a ceramic substrate 11 using aluminum nitride.
A through-hole is provided in the ceramic substrate 11, and a through-hole metal 12 is embedded in the through-hole. The land portion 12a is formed integrally with the through-hole metal 12, and has a V-groove shape as shown in FIG. 7B. The resin substrate 10 has a liquid crystal polymer 23 as a main material, a surface wiring 35 formed of a copper foil on the upper portion of the liquid crystal polymer, and a land 34 formed of a copper foil on the lower portion.
Are formed. That is, the resin substrate 10 has a structure in which a liquid crystal polymer is sandwiched between two copper foils. The surface wiring 35 and the land 34 are electrically connected by the silver bump 22. The bumps 55 for electrically connecting the lands 34 and the lands 12a are silver bumps obtained by patterning an Ag epoxy paste and drying.

【0058】図7(b)に示すようにランド部12aが
V溝形状をなし、広い接触面積で突起バンプ55と接す
るので突起バンプ55とランド部12aとが良好なオー
ミック接触をする。突起バンプ55とランド部34との
接触は本来良好である。したがって樹脂基板10とセラ
ミックス基板11との良好な電気的接触が得られ、その
信頼性も高い。
As shown in FIG. 7B, the land portion 12a has a V-groove shape and comes into contact with the projection bump 55 with a large contact area, so that the projection bump 55 and the land portion 12a make good ohmic contact. The contact between the projection bump 55 and the land 34 is originally good. Therefore, good electrical contact between the resin substrate 10 and the ceramic substrate 11 is obtained, and the reliability is high.

【0059】本発明の第5の実施の形態に係る複合パッ
ケージは以下のような工程で製造することができる。
The composite package according to the fifth embodiment of the present invention can be manufactured by the following steps.

【0060】(イ)窒化アルミニウムのグリーン・シー
ト19にスルーホールを用意し、スルーホール中にスル
ーホール金属12(焼成後、1.0mm)を形成する。
ここで、グリーン・シート19は厚さ0.55mmの物
を2枚もちいた。そして、積層ジグとして、樹脂基板1
0と接着する側のランド部12aに相当する部分にブイ
溝が形成されるような突起付きの物を用いて積層、圧着
操作を経て、還元雰囲気中で焼成する。つぎに、ランド
部12aにNi/Auメッキを行い図8(a)に示すよ
うなセラミックス基板11を得る。
(A) A through-hole is prepared in the aluminum nitride green sheet 19, and a through-hole metal 12 (after firing, 1.0 mm) is formed in the through-hole.
Here, two green sheets 19 having a thickness of 0.55 mm were used. Then, as a laminated jig, the resin substrate 1
Using a material having a protrusion such that a buoy groove is formed in a portion corresponding to the land portion 12a on the side to be bonded to 0, laminating and pressing, and firing in a reducing atmosphere. Next, the land portion 12a is plated with Ni / Au to obtain a ceramic substrate 11 as shown in FIG.

【0061】(ロ)次に、図8(b)に示すように50
μm厚みの銅箔21に、半導体の入出力パッドに対応す
る部分と、パッケージ本体のランドに対応する部分に1
00μmの銀バンプ22を形成する。その後、銀バンプ
22の先端が容易に突き破るような50μm厚の液晶ポ
リマー23をかぶせ、さらにその上に他の銅箔21をか
ぶせる。すなわち図8(c)に示すように液晶ポリマー
23を挟んで2枚の銅箔21が両面になるように重ね、
温度と圧力をかけ積層し、樹脂基板10を形成する。
(B) Next, as shown in FIG.
A portion corresponding to a semiconductor input / output pad and a portion corresponding to a land of a package body are formed on a copper foil 21 having a thickness of μm.
A silver bump 22 of 00 μm is formed. Thereafter, a liquid crystal polymer 23 having a thickness of 50 μm is applied so that the tip of the silver bump 22 can easily break through, and another copper foil 21 is further applied thereon. That is, as shown in FIG. 8C, two copper foils 21 are stacked on both sides of the liquid crystal polymer 23,
The resin substrate 10 is formed by applying the temperature and the pressure and stacking.

【0062】(ハ)その後、銅箔21の中央部分を半導
体チップマウント用にプレスで打ち抜き、樹脂基板10
に窓部を開孔する。そして、残った銅箔21の部分をエ
ッチングして表面に図8(a)に示すように表面配線3
5を形成する。同様に、裏面にパッケージのランドに対
応する部分にランド34を形成する。その後、樹脂基板
10の表層およびセラミックスと接着する裏層に半田レ
ジスト24をスクリーン印刷により形成する。次に表面
配線35およびランド34にニッケルおよび金メッキを
おこない、樹脂基板10を完成する。
(C) Thereafter, the central portion of the copper foil 21 is punched out by a press for mounting a semiconductor chip, and the resin substrate 10
Open a window at Then, the remaining copper foil 21 is etched to form a surface wiring 3 on the surface as shown in FIG.
5 is formed. Similarly, a land 34 is formed on the back surface at a portion corresponding to the land of the package. Thereafter, a solder resist 24 is formed on the surface layer of the resin substrate 10 and the back layer that adheres to the ceramics by screen printing. Next, the surface wiring 35 and the land 34 are plated with nickel and gold to complete the resin substrate 10.

【0063】(ニ)つぎに、図8(e)に示すように樹
脂基板10のランド34に対して電気的接続を予定して
いるセラミックス基板11のランド12aに、銀エポキ
シ系ペーストをスクリーン印刷技術により選択的に形成
し、乾燥を実施し、ランド部12aのブイ溝部の上に銀
バンプ55を形成する。
(D) Next, as shown in FIG. 8E, a silver epoxy paste is screen-printed on the lands 12a of the ceramic substrate 11 which are to be electrically connected to the lands 34 of the resin substrate 10. A silver bump 55 is formed selectively on the buoy groove of the land part 12a by forming it selectively by a technique and drying.

【0064】(ホ)次に、セラミックスとの比較的接着
性の良い接着剤フィルム13を用いて、セラミックス基
板11のランド12aと樹脂基板10のランド34を機
械的に合わせ込み、接着剤フィルム13を用いて所定の
温度および所定の圧力(10kgf/cm2 )をかけ、
電気的および機械的に接続させれば図7に示す本発明の
第5の実施の形態に係る複合パッケージが完成する。
(E) Next, the land 12a of the ceramic substrate 11 and the land 34 of the resin substrate 10 are mechanically fitted to each other using an adhesive film 13 having relatively good adhesion to ceramics. Apply a predetermined temperature and a predetermined pressure (10 kgf / cm 2 ) using
By electrically and mechanically connecting, the composite package according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is completed.

【0065】本発明の第5の実施の形態に係る複合パッ
ケージを用い、高温側120℃、低温側−45℃の冷熱
サイクル試験において、700サイクル以上繰り返して
も電気抵抗の変化は見られなかった。比較として、セラ
ミックス基板側のランドにブイ溝部を形成しないセラミ
ックス基板をもちいて上記と同様の信頼性試験を実施し
た。結果、450サイクルで、電気抵抗値が増加する結
果となった。
Using the composite package according to the fifth embodiment of the present invention, in a cooling / heating cycle test at a high temperature side of 120 ° C. and a low temperature side of −45 ° C., no change in electric resistance was observed even after repeating 700 cycles or more. . As a comparison, a reliability test similar to that described above was performed using a ceramic substrate having no buoy groove formed on the land on the ceramic substrate side. As a result, the electric resistance increased in 450 cycles.

【0066】本発明の第5の実施の形態においては、パ
ッケージ構造がキャビティ アップのものであるが、キ
ャビティ ダウン構造においても同様に適用できること
はもちろんである。また、セラミックスは、窒化アルミ
ニウムの場合について述べたが、セラミックス材料とし
ては、その他アルミナ、窒化珪素、低温焼成ガラスセラ
ミックス等を用いることが可能である。樹脂基板につい
ては、液晶ポリマー、ポリイミド、ガラスエポキシ、F
R4などの樹脂からなるフィルム、基板状のものを用い
てもよい。
In the fifth embodiment of the present invention, the package structure has a cavity-up structure, but it is needless to say that the present invention can be similarly applied to a cavity-down structure. Although the case where the ceramic is aluminum nitride has been described, other ceramic materials such as alumina, silicon nitride, and low-temperature fired glass ceramic can be used. For resin substrates, liquid crystal polymer, polyimide, glass epoxy, F
A film made of a resin such as R4 or a substrate may be used.

【0067】樹脂基板とセラミックス基板とを電気的接
続するための突起バンプ55については、Agエポキシ
系ペースト以外に、Auエポキシ、Agポリイミドを用
いることも可能で、この場合も接続信頼性に変化はなく
良好な接合強度が得られた。接着剤については、熱硬化
性樹脂からなるシート状のもの、またはペースト状のも
の、エポキシ樹脂ペーストおよびシート、ポリイミド樹
脂ペーストおよびシートなどが実用可能である。
For the bumps 55 for electrically connecting the resin substrate and the ceramic substrate, Au epoxy or Ag polyimide can be used in addition to the Ag epoxy paste. In this case also, the connection reliability does not change. And good bonding strength was obtained. As the adhesive, a sheet-like or paste-like adhesive made of a thermosetting resin, an epoxy resin paste and a sheet, a polyimide resin paste and a sheet, and the like can be practically used.

【0068】(第6の実施の形態)図9(a)は本発明
の第6の実施の形態に係る複合パッケージが実装用ボー
ド5に半田ボール3で接合された状態を示す模式的な断
面図で、図9(b)は図9(a)のB部の拡大図であ
る。本発明の第6の実施の形態に係る複合パッケージ
は、300ピンの半導体素子用パッケージで図9(b)
に示すように厚さ100μm以下の樹脂基板10と高熱
伝導性材料基板であるセラミックス基板11とが接着剤
13で接着された構造を有する。そして、半田ボール3
を配置させるための接続パッド(半田ボール接続パッ
ド)39の直上の接着剤13が空隙15を挟んで部分的
に形成されている。半田ボール接続パッド39以外の入
出力パッド35やその他の表面配線部の直上の接着剤1
3には空隙部を形成する必要はない。
(Sixth Embodiment) FIG. 9A is a schematic cross section showing a state in which a composite package according to a sixth embodiment of the present invention is joined to a mounting board 5 with solder balls 3. FIG. 9B is an enlarged view of a portion B in FIG. 9A. The composite package according to the sixth embodiment of the present invention is a 300-pin semiconductor device package shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a resin substrate 10 having a thickness of 100 μm or less and a ceramic substrate 11 which is a high thermal conductive material substrate are bonded with an adhesive 13. And solder ball 3
The adhesive 13 immediately above the connection pad (solder ball connection pad) 39 for arranging is formed partially with the gap 15 interposed therebetween. Adhesive 1 directly above input / output pads 35 and other surface wiring parts other than solder ball connection pads 39
It is not necessary to form a void in 3.

【0069】図9に示す樹脂基板10は液晶ポリマーを
主剤とし、その両側に銅を接合して構成している。液晶
ポリマーの厚さは0.05mmである。樹脂基板10と
してはこのほかにも、BTレジンを使用したもの、ガラ
スエポキシ系樹脂を使用したものなどを使用しても良
い。
The resin substrate 10 shown in FIG. 9 is composed of a liquid crystal polymer as a main component and copper bonded to both sides thereof. The thickness of the liquid crystal polymer is 0.05 mm. In addition, as the resin substrate 10, one using BT resin, one using glass epoxy resin, or the like may be used.

【0070】また、熱伝導性材料基板11として、窒化
アルミニウムセラミックスを用いた。窒化アルミニウム
の熱伝導率は180W/(m・K)であった。セラミッ
クス基板11の厚さは0.6mmで、外形寸法は35m
m□である。セラミック基板11の表面・内部には配線
層は有していないが、セラミック基板11の表面にメタ
ライズ層を形成したり、スルーホールを形成することは
可能である。またセラミックス基板11の材料として上
記の窒化アルミニウム以外にアルミナ、窒化珪素、炭化
珪素、窒化硼素、ダイヤモンドのいずれか、又は、これ
らの2種以上からなる複合セラミックスを用いてもよい
ことはもちろんである。本発明の第6の実施の形態にお
いては接着剤13としてアクリル系接着剤を用い、接合
圧力4kgf/cm2 で接合している。接着剤の接着面
積は半田ボール接続パッド部39の直径0.9mmφの
領域に対し、その直上の0.6mmφの領域に空隙15
を形成し、接着剤13が乗らないように接合している。
接着剤13の空隙15を形成するには、予め、接着剤シ
ートに穴を開けたものを用意し、この穴の用いた接着剤
シートを用いて樹脂基板10とセラミックス基板11と
を接着すればよい。
As the heat conductive material substrate 11, an aluminum nitride ceramic was used. The thermal conductivity of aluminum nitride was 180 W / (m · K). The thickness of the ceramic substrate 11 is 0.6 mm, and the outer dimensions are 35 m.
m □. Although no wiring layer is provided on the surface or inside of the ceramic substrate 11, it is possible to form a metallized layer or a through hole on the surface of the ceramic substrate 11. In addition, as a material of the ceramics substrate 11, any of alumina, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, and diamond, or a composite ceramics of two or more of these may be used in addition to the above-described aluminum nitride. . In the sixth embodiment of the present invention, an acrylic adhesive is used as the adhesive 13 and the bonding is performed at a bonding pressure of 4 kgf / cm 2 . The bonding area of the adhesive is such that a gap 15 mm is formed in the area of 0.6 mmφ immediately above the area of 0.9 mmφ in the solder ball connection pad portion 39.
Is formed and joined so that the adhesive 13 does not get on.
In order to form the gap 15 of the adhesive 13, a holed hole is prepared in advance in the adhesive sheet, and the resin substrate 10 and the ceramic substrate 11 are bonded using the adhesive sheet using the hole. Good.

【0071】[0071]

【表3】 表3は本発明の第6の実施の形態により作成したサンプ
ルについて、ΔT=165℃の温度サイクル試験を実施
したときの電気抵抗が増大するまでのサイクル数を示
す。表3には比較例として、空隙のない場合、すなわ
ち、接着剤の接着面積が半田ボール接続パッドの0.9
mmφ全面に付着するように作製したサンプルについて
の温度サイクル試験の結果をも同時に示す。空隙部を設
けることにより温度サイクル数が約2倍増大することが
示され、高実装信頼性を有することがわかる。
[Table 3] Table 3 shows the number of cycles until the electrical resistance increases when a temperature cycle test of ΔT = 165 ° C. is performed on the sample prepared according to the sixth embodiment of the present invention. Table 3 shows, as a comparative example, a case where there is no gap, that is, the bonding area of the adhesive is 0.9% of the solder ball connection pad.
The results of a temperature cycle test on a sample manufactured so as to adhere to the entire surface of mmφ are also shown. It is shown that the provision of the gap increases the number of temperature cycles by about two times, indicating that the device has high mounting reliability.

【0072】なお、上記説明においては半田ボールで実
装用ボードに接合する場合について説明したが、半田以
外の金属性ボードや柱状金属で実装用ボードに接合して
もかまわないことはもちろんである。
In the above description, the case of bonding to the mounting board with solder balls has been described. However, it is needless to say that the mounting to the mounting board may be performed with a metal board other than solder or a columnar metal.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明によれば樹脂基板の厚みを150
μm以下、特に100μm以下とすることができるので
複合パッケージの放熱特性が改善される。
According to the present invention, the thickness of the resin substrate is set to 150.
Since the thickness can be set to μm or less, particularly 100 μm or less, the heat radiation characteristic of the composite package is improved.

【0074】また本発明によれば、セラミックス基板を
薄くしてもパッケージの反りを抑制することができ、パ
ッケージの薄型化および放熱特性の改善が可能となる。
According to the present invention, the warpage of the package can be suppressed even if the ceramic substrate is thinned, and the package can be made thinner and the heat radiation characteristics can be improved.

【0075】さらに、本発明によれば過酷な熱サイクル
の繰り返しの下でも電気抵抗および熱抵抗の増大がな
く、信頼性の高い高消費電力対応の複合パッケージが提
供できる。
Further, according to the present invention, there can be provided a composite package which does not increase in electrical resistance and thermal resistance even under repeated severe thermal cycles and has high reliability and high power consumption.

【0076】さらに、本発明によれば膨張基板の厚さを
薄くしても接着強度の低下や膨れが生じない。したがっ
て信頼性の高く、熱放散の良好な複合パッケージが提供
できる。
Further, according to the present invention, even if the thickness of the expansion substrate is reduced, the adhesion strength does not decrease or swelling does not occur. Therefore, a composite package having high reliability and good heat dissipation can be provided.

【0077】さらに本発明によれば接着時の圧力を低く
しても良好な接着強度が得られる。したがってセラミッ
クス等の脆性材料であっても接合工程で割れが発生する
ことはなく、製造歩留りが向上し、したがって生産性が
向上する。
Further, according to the present invention, good adhesive strength can be obtained even when the pressure during bonding is reduced. Therefore, even in the case of brittle materials such as ceramics, cracks do not occur in the joining step, and the production yield is improved, and therefore, the productivity is improved.

【0078】さらに本発明によれば実装用ボードと高熱
伝導性材料基板との間の熱膨張係数の差による歪が緩和
され実装信頼性が向上する。
Further, according to the present invention, the distortion due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the mounting board and the high thermal conductive material substrate is reduced, and the mounting reliability is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの構造を示す模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of a composite package for a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの構造を示す模式的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a composite package for a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの構造を示す模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a structure of a composite package for a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの接合強度と金属基板表面の中心線平均
あらさRaとの関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between bonding strength of a composite package for a semiconductor device and a center line average roughness Ra of a metal substrate surface according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの構造を示す模式的な断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a structure of a composite package for a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの接合強度とセラミックス基板表面の中
心線平均あらさRaとの関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between bonding strength of a composite package for a semiconductor device and a center line average roughness Ra of a ceramic substrate surface according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの構造を示す模式的な断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a structure of a composite package for a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージの製造方法を説明する工程図である。
FIG. 8 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a composite package for a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施の形態に係る半導体素子用
複合パッケージを実装用ボードに半田ボールで接合した
状態を示す模式的な断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a state in which a composite package for a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention is joined to a mounting board with solder balls.

【図10】樹脂基板の厚さと半導体素子用複合パッケー
ジの熱抵抗の関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the thickness of a resin substrate and the thermal resistance of a composite package for a semiconductor element.

【図11】樹脂基板の厚さと半導体素子用複合パッケー
ジの反りとの関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the thickness of a resin substrate and the warpage of a composite package for a semiconductor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体チップ 3 半田ボール 5 実装用ボード 9 金属基板 10 樹脂基板 11 セラミックス基板 12 スルーホール金属 12a,34 ランド 13 接着剤 15 空隙 19 窒化アルミニウム(グリーン・シート) 21 銅箔 22 銀バンプ 23 液晶ポリマー 24 半田・レジスト 35 表面配線(入出力パッド) 39 半田ボール接続パッド 41,44 メッキ層 55 突起バンプ 91,92 溝部 REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor chip 3 solder ball 5 mounting board 9 metal substrate 10 resin substrate 11 ceramic substrate 12 through-hole metal 12 a, 34 land 13 adhesive 15 void 19 aluminum nitride (green sheet) 21 copper foil 22 silver bump 23 liquid crystal polymer 24 Solder / resist 35 Surface wiring (input / output pad) 39 Solder ball connection pad 41,44 Plating layer 55 Protrusion bump 91,92 Groove

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高熱伝導性材料基板と樹脂基板とを接着
して構成した半導体素子用パッケージであって、 該高熱伝導性材料基板の該樹脂基板と対向する表面に溝
部を設けたことを特徴とする複合パッケージ。
1. A semiconductor element package comprising a high thermal conductive material substrate and a resin substrate bonded to each other, wherein a groove is provided on a surface of the high thermal conductive material substrate facing the resin substrate. And composite package.
【請求項2】 高熱伝導性材料基板と樹脂基板とを接着
して構成した半導体素子用パッケージであって、 該高熱伝導性材料基板の該樹脂基板と対向する表面の中
心線平均あらさRa≧0.05μmとしたことを特徴と
する複合パッケージ。
2. A semiconductor element package comprising a high thermal conductive material substrate and a resin substrate bonded to each other, wherein a center line average roughness Ra ≧ 0 of a surface of the high thermal conductive material substrate facing the resin substrate. A composite package having a thickness of 0.05 μm.
【請求項3】 高熱伝導性材料基板と樹脂基板とを接着
して構成した半導体素子用パッケージであって、 該高熱伝導性材料基板は溝部を有したランド部を有し、 突起バンプを介して該溝部を有したランド部と、該樹脂
基板のランド部とが互いに電気的に接続されていること
を特徴とする複合パッケージ。
3. A package for a semiconductor device, comprising a high thermal conductive material substrate and a resin substrate bonded to each other, wherein the high thermal conductive material substrate has a land portion having a groove, and is provided with a protrusion bump. A composite package, wherein the land having the groove and the land of the resin substrate are electrically connected to each other.
【請求項4】 高熱伝導性材料基板と樹脂基板とを接着
して構成した半導体素子用パッケージであって、 実装用ボードとの電気的接続部となる接続パッド直上又
は直下に空隙部を有するように接着剤を不均一に形成
し、該高熱伝導性材料基板と該樹脂基板とが互いに接着
されていることを特徴とする複合パッケージ。
4. A semiconductor element package formed by bonding a high thermal conductive material substrate and a resin substrate, wherein the semiconductor element package has a void portion directly above or immediately below a connection pad serving as an electrical connection portion with a mounting board. Wherein the adhesive is formed non-uniformly, and the high thermal conductive material substrate and the resin substrate are bonded to each other.
JP9206307A 1997-07-31 1997-07-31 Composite package Pending JPH1154651A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9799720B2 (en) 2014-09-12 2017-10-24 International Business Machines Corporation Inductor heat dissipation in an integrated circuit

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