セラミック多層基板におけるサーマルビアの形成方法

【目的】本発明は、セラミック多層基板における放熱用サーマルビアの製造方法に関するもので、該多層基板焼成後に発生するサーマルビアの突出やクラックを除去することと、ボンディング時にダイペースト中に発生するボイドを除去することが可能となる製法を提供することを目的とする。
【構成】本発明は、スルーホール２を形成したグリーンシート１を重ね合わせて多層基板７とした後、ダイペースト５を塗布し、ベアチップＩＣ６を搭載し、その後、真空引き１１を行なって前記スルーホール内に前記ダイペースト５を充填させるようにしたものである。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＩＣ（半導体装置）などを搭載し、回路パターンを印刷して電子機器として使用されるセラミック多層基板における放熱用サーマルビアの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】前述したセラミック多層基板の放熱用サーマルビアの従来の製造方法を図３に要部断面図で示し、以下に説明する。
【０００３】まず、図３（ａ）に示すように、複数枚のグリーンシート（周知のようにグリーンシートとは焼成する前の一種の基板であり、低温焼成基板とも言われ、一般にアルミナとガラスからなり、それに有機成分が加えられており、これにパターンを印刷して焼成する）１の所定位置にサーマルビア用スルーホール２をパンチングにより形成する。
【０００４】次いで、図３（ｂ）に示すように、前記スルーホール２に高熱伝導性サーマルビアペースト（一般に金とガラス成分からなるペースト）を印刷により充填した後、所定のグリーンシート１上の所定部分に信号用のパターン４ａやワイヤボンディング用パターン４ｂなどの印刷を行なう。
【０００５】その後、図３（ｃ）に示すように、前記複数枚のグリーンシート１を重ね合わせて熱圧着し、ラミネーション（積層）を行ない、その後、バーンアウト、焼成を行なうことで、前記高熱伝導性サーマルビアペースト３ａが、ひとつながりになったグリーンシート１のスルーホール２内すべてにつながった形状に形成され、図ではそれを３ｂと表示してある。これが放熱用サーマルビアであり、それを有するセラミック多層基板７が前記処理で図３（ｃ）のように出来上がる。
【０００６】その後、図３（ｄ）に示すように、前記セラミック多層基板７上に高熱伝導性ダイペースト５を印刷、またはディスペンサにより塗布して、半導体装置であるベアチップＩＣ６を所定箇所に搭載する。そして、前記ダイペースト中のボイドなどを除去するためにスクラブを行なってから、熱硬化することによってＩＣ６がセラミック多層基板７上に接着固定される。
【０００７】このような構造をとることにより、動作時にベアチップＩＣ６が発生する熱は、ベアチップＩＣ６下面の高熱伝導性ダイペースト５、放熱用サーマルビア３ｂを伝導していき、効率良くセラミック多層基板７下面に実装される放熱用フィン（図示せず）により放熱することが可能となる。
【０００８】また、ベアチップＩＣ６と、セラミック多層基板７との電気的接続はワイヤボンディングにより行われ、Ａｕワイヤ８をボール状に形成し、ベアチップＩＣ６側の電極に熱、荷重、および超音波を加えて接続した後（１ｓｔボンド）、図３（ｄ）のようなループを形成しながらセラミック多層基板７側のワイヤボンディング用パターン４ｂに熱、荷重および超音波を加えて接続する（２ｎｄボンド）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記放熱用サーマルビア製造方法では高熱伝導性サーマルビアペースト３ａを各層ごとに印刷、積層することによりサーマルビア３ｂを形成したので、基板層数が多くなるに従い、該高熱伝導性サーマルビアペースト３ａが過充填の状態となり、シートとペーストの収縮率差が大きくなって、基板焼成後では図４のように基板に対しサーマルビアが突出してしまい、しかも図中３ｃ，３ｄのように突出高さがばらついてしまうという問題点や、サーマルビア周辺部のマイクロクラック１ａ，１ｂが発生するという問題点があった。
【００１０】また、サーマルビア上にベアチップＩＣ６をダイボンディングする場合、サーマルビアの突出、および突出高さのばらつきにより、ダイペースト中に多数のボイドが発生してしまい、サーマルビアの放熱効果が減少するという問題点があった。
【００１１】この発明は、以上述べたセラミック多層基板焼成後に発生するサーマルビアの突出や、サーマルビア周辺部に発生するマイクロクラックを除去する事ができ、さらにベアチップＩＣダイボンディング時に、ダイペースト中に発生するボイドを除去する事が可能になるセラミック多層基板のサーマルビア製造方法を提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的達成のため、この発明は、セラミック多層基板のサーマルビア製造方法において、サーマルビア用のスルーホールを形成し、その後ベアチップＩＣ搭載部にベアチップＩＣの外形より多少大きめの外形でダイペーストの拡がり防止用ダムを設け、その後ダム内に高熱伝導性のダイペーストを塗布し、ベアチップＩＣを搭載後、セラミック多層基板下面からスルーホール部を充分に真空引きし、前記スルーホール内に塗布されたダイペーストを充填し、その後ダイペーストを硬化して、サーマルビアを製造するようにしたものである。
【００１３】
【作用】前述したように、この発明によれば、セラミック多層基板へ放熱用サーマルビアを製造する際に、サーマルビア用スルーホールを形成し、焼成を行った後、サーマルビア用スルーホールに高熱伝導性ダイペースト、あるいは高熱伝導性サーマルビアペーストをディスペンサ、または厚膜印刷を用い充填することでサーマルビアを形成したため、各ペーストの過充填を防止し、基板焼成時の誘電体材料であるグリーンシートの収縮率と、高熱伝導性サーマルビアペーストの収縮率が不整合であるために発生する基板焼成後のサーマルビア突出や、サーマルビア周辺部のマイクロクラックを防止できる。
【００１４】また塗布した各ペーストを裏面から真空引きすることで、各ペースト中のボイドがスムーズに抜け、ダイボンディング接合部のボイドレスが可能になる。
【００１５】
【実施例】図１に本発明の第１の実施例の製造方法を工程順に断面図で示し、以下に説明する。
【００１６】まず、図１（ａ）に示すように、従来同様、複数枚のグリーンシート（従来の技術で説明したようにアルミナ、ガラス、有機成分などからなる誘電体材料である）１の所定位置にサーマルビア用スルーホール２をパンチング技術により形成する。
【００１７】その後、図１（ｂ）に示すように、所定のグリーンシート１上の所定部分に信号用パターン４ａやワイヤボンディング用パターン４ｂなどを、厚膜印刷技術により形成し、乾燥処理を行なう。その後、各グリーンシート１を重ね合わせて熱圧着、ラミネーションを行ない、バーンアウトし、焼成を行なってセラミック多層基板７を形成する。
【００１８】この多層基板７上に、後工程で搭載するベアチップＩＣ６の外形より多少大きめの外形でレジスト、または厚膜用ガラスペーストをディスペンサ、（または厚膜印刷）で塗布し、硬化または焼成を行なってダイペースト拡がり防止用ダム９を形成する。このダム９は、後工程で真空引きする前に塗布したダイペースト５がワイヤボンディング用パターン（電極）４ｂなどへ流れるのを防ぐ。
【００１９】その後、図１（ｃ）に示すように、高熱伝導性ダイペースト５を、ディスペンサ、または厚膜印刷により塗布する。その塗布量は、ダイボンディングに必要なペースト量にスルーホール部２充填分のペーストを加えた量である。
【００２０】その後、図１（ｄ）のように、前記多層基板７上の所定位置にベアチップＩＣ６を搭載し、該多層基板７を焼結金属製ステージ１０上に固定して、前記ステージ１０より真空引き１１を、ダイペースト５が完全に前記スルーホール２内に充填するまで行なう。その後、ダイペースト５の硬化を行なうことにより、ＩＣ６のダイボンディングが完了し、同時にサーマルビア用スルーホール２内に充填されたダイペースト５が硬化する。その後ワイヤボンディングすることは従来例と同じであるので説明は省略する。
【００２１】図２は本発明の第２の実施例の製造工程を示す断面図であり、以下に順を追って説明する。
【００２２】まず、図２（ａ）に示すように、第１の実施例と同様、複数枚のグリーンシート１にスルーホール２を形成した後、図２（ｂ）のように、信号配線用パターン４ａやワイヤボンディング用パターン４ｂなどを印刷、乾燥し、その後、各グリーンシート１を重ね合わせ、ラミネーションを行なってバーンアウト、焼成してセラミック多層基板７を形成する。ここまでは、第１の実施例と同じである。
【００２３】次いで、図２（ｃ）に示すように、高熱伝導性サーマルビアペースト３ａを、グリーンシート１を重ね合わせ形成された前記多層基板７全部を通して形成されている前記スルーホール２上に厚膜印刷、またはディスペンサにより供給し、その後、その多層基板７を、焼結金属製ステージ１０上に固定し、そのステージ１０の下面より真空引き１１を行ない、前記サーマルビアペースト３ａを前記スルーホール２内に充分に充填する。
【００２４】次いで、図２（ｄ）に示すように、前記サーマルビアペースト３ａの焼成を行なって、サーマルビア３ｂを形成する。その後、前記多層基板７上に高熱伝導性ダイペースト５を印刷、またはディスペンサにより塗布し、その上の所定位置にベアチップＩＣ６を搭載し、ダイペースト５中のボイドなどを除去するためのスクラブを行なってから、熱硬化する。これでＩＣ６が多層基板７上にダイボンディングされる。その後、ワイヤボンディングすることは第１の実施例、従来例と同じであるので説明は省略する。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明によればセラミック多層基板へ放熱用サーマルビアを製造する際に、サーマルビア用スルーホールを形成し、焼成を行った後、サーマルビア用スルーホールに高熱伝導性ダイペースト、あるいは高熱伝導性サーマルビアペーストをディスペンサ、または厚膜印刷を用い充填することでサーマルビアを形成したため、各ペーストの過充填を防止し、基板焼成時の誘電体材料であるグリーンシートの収縮率と、高熱伝導性サーマルビアペーストの収縮率が不整合であるために発生する基板焼成後のサーマルビア突出や、サーマルビア周辺部のマイクロクラックを防止する事が期待できる。
【００２６】また塗布した各ペーストを裏面から真空引きすることで、各ペースト中のボイドがスムーズに抜け、ダイボンディング接合部のボイドレスが可能になることから、良好な放熱効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例説明図
【図２】本発明の第２の実施例説明図
【図３】従来技術説明図
【図４】問題点説明図
【符号の説明】
１グリーンシート
２スルーホール
４ａ信号用配線パターン
４ｂワイヤボンディング用パターン
５ダイペースト
６ベアチップＩＣ
９ダイペースト拡がり防止用ダム
１０焼結金属製ステージ
１１真空引き

【特許請求の範囲】
【請求項１】（ａ）セラミック多層基板の構成要素である複数枚のグリーンシートの所定位置にスルーホールを形成し、そのグリーンシートを重ね合わせて焼成する工程、（ｂ）前記構造の上の所定位置に、後工程で形成するダイペーストの拡がりを防止するダムを形成する工程、（ｃ）前記構造の上に、ダイペーストを塗布して、その上に所定部品を搭載し、その後、この構造の下面より真空引きを行なって、前記ダイペーストを前記スルーホール内に充填、硬化させることにより、サーマルビア形成と、搭載した部品のダイボンディングを同時に行う工程、以上の工程を含むことを特徴とするセラミック多層基板におけるサーマルビアの形成方法。
【請求項２】（ａ）セラミック多層基板の構成要素である複数枚のグリーンシートの所定位置にスルーホールを形成し、そのグリーンシートを重ね合わせて焼成する工程、（ｂ）前記構造の上に、サーマルビアペーストを塗布し、その構造の下面より真空引きを行なって、前記スルーホール内に前記ペーストを充填し、焼成を行なう工程、以上の工程を含むことを特徴とするセラミック多層基板におけるサーマルビアの形成方法。

【図１】