半導体パッケージ
【課題】 多層配線板を脱落させることなくヒートシンクを取り付けることができ、かつヒートシンクの汎用化が可能であり、しかも高い放熱性を確保することができる半導体パッケージを提供すること。
【解決手段】 半導体パッケージ１１は、多層配線板１２とベースユニット２５とからなる。多層配線板１２は、高熱伝導性基板１３の片面にビルドアップ多層配線層Ｂ1 を設け、その上に電子部品搭載部１７及び第１の接続端子２２群を設けてなる。ベースユニット２５は、入出力ピン２９群が存在するプリント配線板２５ａのほぼ中央部に窓部２６を設けてなる。プリント配線板２５ａのピン非突出側面Ｓ2 には、両面が平坦な高熱伝導性板材３７が接合される。窓部２６から露出する部分に対しては、多層配線板１２が高熱伝導性接合材３９を介して接合される。
【解決手段】 半導体パッケージ１１は、多層配線板１２とベースユニット２５とからなる。多層配線板１２は、高熱伝導性基板１３の片面にビルドアップ多層配線層Ｂ1 を設け、その上に電子部品搭載部１７及び第１の接続端子２２群を設けてなる。ベースユニット２５は、入出力ピン２９群が存在するプリント配線板２５ａのほぼ中央部に窓部２６を設けてなる。プリント配線板２５ａのピン非突出側面Ｓ2 には、両面が平坦な高熱伝導性板材３７が接合される。窓部２６から露出する部分に対しては、多層配線板１２が高熱伝導性接合材３９を介して接合される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の半導体チップが搭載される多層配線板を配線板装着用のベースユニットに装着してなる半導体パッケージ〔ＭＣＭ (Multi Chip Module)：マルチチップモジュール〕に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、複数個のベアチップを高密度に実装した半導体パッケージとして、いわゆるＭＣＭと呼ばれる電子部品搭載装置がいくつか提案されている。ここで、図７にその一例を示す。
【０００３】この半導体パッケージ６１は、大まかにいって、矩形状の多層配線板６２及びそれを装着するためのベースユニット６３という２つの部分から成り立っている。多層配線板６２を構成する銅基板６４の片面には、絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ多層配線層Ｂ1 が設けられている。そのビルドアップ多層配線層Ｂ1 上の中央部には、ベアチップ６５を搭載するための複数の電子部品搭載部が設けられている。また、多層配線層Ｂ1 上の外縁部には、第１のボンディングパッド６６群が配設されている。
【０００４】一方、ベースユニット６３を構成するプリント配線板６７の片面における外縁部には、マザーボードＭ1 側との導通を図るための入出力ピン６８が多数突設されている。同面の中央部には、多層配線板６２の外形寸法に相当する窓部６９が貫設されている。窓部６９の内周面には接着面を有する段部７０が形成されており、その段部７０の上面には多層配線板６２の底面が支持されている。この窓部６９とそれを包囲する入出力ピン６８群との間の領域には、第２のボンディングパッド７１群が設けられている。そして、両ボンディングパッド６６，７１群同士は、ボンディングワイヤ７２を介して互いに電気的に接続されている。
【０００５】このように構成された半導体パッケージ６１は、前記入出力ピン６８によりマザーボードＭ1 に対してフェースダウン式に実装される。そのとき、マザーボードＭ1 側とならない面、即ちピン非突出側面においては、多層配線板６２の銅基板６４の底面が窓部６９から露出する。そして、この露出した面から、ベアチップ６５の熱が放散されるようになっている。
【０００６】また、この種の半導体パッケージ６１では、例えばベースユニット６３のピン非突出側面に、フィン構造やタワー構造等を持つヒートシンク７３をねじ７４等によって取り付けるという構成を採る場合がある。即ち、表面積の大きなヒートシンク７３を設けることによって、熱放散効率のさらなる向上が期待できるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の半導体パッケージ６１には、以下のような問題があった。
i)ピン非突出側面の中央が凹部になっているため、銅基板６４の底面との接触を図るためには、ヒートシンク７３側の接合面７３ａをそれに合致した凸形状に形成する必要があった。従って、この半導体パッケージ６１においては、通常よく用いられる単純な形状のヒートシンクを使用することができなかった。また、凹部の外形・大きさ・深さは半導体パッケージ６１の仕様によって変わるものであるため、ヒートシンク７３の汎用化を図ることができなかった。
【０００８】ii) 銅のような材料は軟質で切削しにくいため、ヒートシンク７３の接合面７３ａを所望の凸形状に加工することは難しい。また、このような加工における困難性があることで、コスト的にも不利益が多かった。
【０００９】iii)ねじ７４を用いてヒートシンク７３を取り付けようとすると、ヒートシンク７３によって多層配線板６２がピン突出側面に押圧されることにより、多層配線板６２と段部７０との接合面に応力が加わる。そして、この応力によって当該部分の接合強度が低下する。このため、ベースユニット６３から多層配線板６２が脱落しやすくなり、このことが信頼性の低下を引き起こす一原因となっていた。よって、ねじ止めによる取り付けに充分耐えうる構造が要求されていた。
【００１０】iv) 窓部６９に段部７０を設けた場合には、その分だけベースユニット６３の外形寸法を大きくしなければならない。よって、半導体パッケージ６１のダウンサイジングを図るうえでも、段部７０を必要としないパッケージ構造が望まれていた。
【００１１】v)窓部６９から露出している銅基板６４の底面の表面積には限りがあるため、そこに取り付けうるヒートシンク７３の大きさにはおのずと制約があった。よって、さらなる放熱効率の向上を図るうえでも、大きなヒートシンク７３を取り付けることが可能なパッケージ構造が望まれていた。
【００１２】本発明は上記の課題を解決するためなされたものであり、その目的は、多層配線板を脱落させることなくヒートシンクを取り付けることができ、かつヒートシンクの汎用化・大型化が可能であり、しかも高い放熱性を確保することができる半導体パッケージを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、高熱伝導性基板の片面に絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ多層配線層が設けられ、その多層配線層上に電子部品搭載部及び第１の接続端子群が設けられてなる多層配線板と、片面に入出力端子群が存在するプリント配線板に前記多層配線板の外形寸法に相当する貫通孔が設けられ、前記入出力端子群と前記貫通孔との間の領域に前記第１の接続端子と電気的に接続される第２の接続端子群が設けられてなる配線板装着用のベースユニットとからなる半導体パッケージであって、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に、少なくとも片面が平坦な高熱伝導性板材が接合され、かつその板材における前記貫通孔から露出する部分に対し、前記多層配線板が高熱伝導性接合材を介して接合されてなる半導体パッケージをその要旨とする。
【００１４】請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記高熱伝導性板材の外形寸法は前記プリント配線板の外形寸法と同程度であるとしている。請求項３に記載の発明では、請求項１または２において、前記高熱伝導性板材は両面が平坦な銅板であるとしている。
【００１５】請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記高熱伝導性基板は銅板でありかつ前記接合材ははんだであるとしている。請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記高熱伝導性板材は前記プリント配線板に対して絶縁性接着剤を介して接着されてなるとしている。
【００１６】次に本発明の「作用」について説明する。請求項１に記載の発明によると、プリント配線板に接合された高熱伝導性板材の少なくとも片面が平坦になっている。このため、通常よく使用される単純な形状の、即ち接合面が平坦なヒートシンクであっても、ベースユニットの片面に対して取り付けることができる。即ち、この構成であるとヒートシンクの汎用化を図ることができる。
【００１７】また、ヒートシンクの接合面を凹形状に切削する必要がなくなることにより、ヒートシンクの加工コストが低減され、ひいては半導体パッケージの低コスト化が達成される。
【００１８】さらに、多層配線板とヒートシンクとの間に高熱伝導性板材が介在するこの構成であると、例えばベースユニットに対してヒートシンクをねじ止めしたとしても、多層配線板の接合部分にじかに応力が付加することはない。よって、多層配線板がベースユニットから脱落する心配もない。そして、このようにヒートシンクのねじ止めが可能になることにより、リペア作業等が容易になる。
【００１９】また、高熱伝導性板材は、多層配線板のときほど面積上の制約を受けることがないため、ヒートシンクが接合されるべき平坦な面を比較的容易に拡大することができる。このため、従来よりも大きなヒートシンクをベースユニットに取り付けることが可能となる。その結果、さらなる放熱効率の向上を図ることができる。
【００２０】さらに、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に接合される板材は高い熱伝導性を有するものであるため、多層配線板とヒートシンクとの間に介在させたとしても、そこに好適な放熱経路が確保される。つまり、ビルドアップ多層配線層上に実装された電子部品の熱は、高熱伝導性基板、高熱伝導性板材及びヒートシンクへと確実に伝導し、同ヒートシンクから外部へと放散される。
【００２１】また、前記発明では、高熱伝導性板材における貫通孔から露出する部分に対し、多層配線板が高熱伝導性接合材を介して接合されている。即ち、多層配線板は、高熱伝導性板材に支持された状態でベースユニットに固定される。よって、従来の構成とは異なり、多層配線板を支持するために貫通孔内に段部を形成することは必ずしも不要になる。そして、例えば段部を省略した構成を採った場合には、そのためのざぐり加工が不要になることによって、工程の簡略化が図られる。また、プリント配線板を薄くすることができる等、ベースユニットの厚さの自由度が大きくなる。さらに、段部がなくなる分だけ外形寸法を小さくすることができ、半導体パッケージのダウンサイジングを達成することができる。
【００２２】請求項２に記載の発明によると、高熱伝導性板材の外形寸法がプリント配線板の外形寸法と同程度になることにより、ベースユニットの片面全体がヒートシンクを取り付けるための平坦な面となる。このため、かなり大きなヒートスラグを取り付けることができ、しかもその取付安定性も増す。
【００２３】また、ベースユニットの片面全体が金属製の板材によってカバーされることになるため、好適なノイズ対策にもなる。即ち、周辺機器へ与える電磁波妨害及び周辺機器から受ける電磁波防止が、ともに軽減される。従って、半導体パッケージの信頼性の向上等が図られ、高性能のＭＣＭを実現することができる。
【００２４】さらに、前記板材を例えばグランド層として利用すれば、電気的特性に優れたＭＣＭを実現することができる。加えて、入出力端子側面の反対側面にこのような広い面積の高熱伝導性板材を設けると、同面における封止距離が長くなることによって、多層配線板の封止性が向上する。そして、このことは半導体パッケージの信頼性向上につながる。
【００２５】なお、高熱伝導性板材の外形寸法はプリント配線板の外形寸法と同程度であるため、特に半導体パッケージのダウンサイジングを妨げるということもない。請求項３に記載の発明によると、高熱伝導性板材は両面が平坦な銅板であるため、高熱伝導性基板の底面が接合されるべき領域、即ち貫通孔から部分的に露出しているダイアタッチ部も同様に平坦になっている。このため、前記銅板に対して、多層配線板を容易にかつ確実に接合することができる。また、上記のような銅板の作製には、凹凸の形成のための加工を伴わないため、低コスト化に好都合である。また、銅は廉価であるということも低コスト化に好都合である。さらに、銅は熱伝導性が高く、はんだ濡れ性もよいという性質を有している。
【００２６】請求項４に記載の発明によると、高熱伝導性基板は銅板でありかつ前記接合材ははんだである。このため、はんだを高熱伝導性基板と高熱伝導性板材との間に介在させた状態で熱をかければ、両者を確実に接合することができる。また、はんだは接合材のなかでも熱伝導率が高いものに属し、しかも比較的廉価であるという好ましい性質を持つ。よって、はんだの選択は、半導体パッケージのさらなる放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。また、高熱伝導性基板が銅板であることも、同様に放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。
【００２７】請求項５に記載の発明によると、高熱伝導性板材はプリント配線板に対して絶縁性接着剤を介して接着されている。よって、例えば導電性を有するものを前記板材として選択した場合であっても、プリント配線板側との間に絶縁を確保することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施形態の半導体パッケージを図１〜図５に基づき詳細に説明する。
【００２９】本実施例の半導体パッケージ１１は、図５に示されるように、大まかにいって多層配線板１２と、それを装着するためのＰＧＡタイプのベースユニット２５とによって構成されている。
【００３０】多層配線板１２は、図３に示されるように、高熱伝導性基板としてのタフピッチ銅基板１３を主材料として形成されている。このタフピッチ銅基板１３の片側面全体は放熱領域となっており、かつその反対側面全体は電子部品搭載領域となっている。電子部品搭載領域の全体には、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 が形成されている。本実施形態では、前記ビルドアップ多層配線層Ｂ1 は、絶縁層１４と、導体層としての極めてファインな配線パターン１５とを交互に積層した構成を有している。各層の配線パターン１５どうしは、絶縁層１４に形成されたバイアホール１６によって互いに接続されている。
【００３１】図３に示されるように、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 上には、電子部品搭載部としてのダイパッド１７が複数個設けられている。ダイパッド１７上には、電子部品としてのＬＳＩチップ１８，１９が搭載されている。ＬＳＩチップ１８，１９とそれを取り巻くビルドアップ多層配線層Ｂ1 上のボンディングパッド２０とは、ボンディングワイヤ２１を介して電気的に接続されている。ビルドアップ多層配線層Ｂ1 の外縁部には、第１の接続端子としての多数のボンディングパッド２２が規則的に配設されている。そして、ＬＳＩチップ１８，１９側と前記ボンディングパッド２２とは、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 の内層または外層の配線パターン１５を介して電気的に接続されている。
【００３２】ベースユニット２５は、プラスティック製の板材（本実施形態ではガラスエポキシ製の銅張積層板）を主形成材料とするプリント配線板２５ａを用いて作製される。この種の板材には、基本的に加工し易いという利点があるからである。図１，図２に示されるように、ベースユニット２５を構成するプリント配線板２５ａのほぼ中央部には、貫通孔としての矩形状の窓部２６が形成されている。なお、この窓部２６は、被収容物である多層配線板１２の外形寸法にほぼ等しくなっている。窓部２６よりも外側の領域には、表裏を貫通するスルーホール２８が多数形成されている。各スルーホール２８には、入出力端子としての金属製の入出力ピン２９が挿入されている。なお、前記入出力ピン２９群は窓部２６を包囲している。
【００３３】図１に示されるように、ピン突出面側Ｓ1 において窓部２６の周囲には、その窓部２６を取り囲むように矩形状のボンディングパッド３０が配設されている。前記ボンディングパッド３０とスルーホール２８のランド３１とは、配線パターン３２を介して電気的に接続されている。また、ベースユニット２５側のボンディングパッド３０と、多層配線板１２のボンディングパッド２２とは、ボンディングワイヤ３３を介して電気的に接続されている。また、ベースユニット２５において配線パターン３２が形成されている面は、配線パターン３２を湿気等から保護するためのソルダーレジスト３４によって被覆されている。そして、ベースユニット２５においてボンディングパッド３０群と入出力ピン２９群との間の領域には、封止樹脂３５の流動を防止するダム３６が接着されている。
【００３４】図２，図３に示されるように、プリント配線板２５ａのピン突出面側Ｓ1 の反対側面（ピン非突出側面Ｓ2 ）には、高熱伝導性板材３７が接合されている。この板材３７は、矩形状であって両面が平坦になっており、プリント配線板２５ａと同程度の外形寸法を有している。前記板材３７は、ベースユニット２５のピン非突出側面Ｓ2 に対して絶縁性接着剤３８を介して接着されている。窓部２６から露出するダイアタッチ部に対しては、高熱伝導性接合材３９を介して多層配線板１２が接合されている。つまり、多層配線板１２は高熱伝導性板材３７によって支持されている。
【００３５】ここで「高熱伝導性」の板材３７とは、１００Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは１５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料からなる板材３７をいう。このような材料としては、例えば無酸素銅（３９０Ｗ／ｍＫ）、タフピッチ銅（３６０Ｗ／ｍＫ）、各種の銅合金（１００〜３５０Ｗ／ｍＫ）、アルミニウム（２２９Ｗ／ｍＫ）、金（３１８Ｗ／ｍＫ）、モリブデン（１３０Ｗ／ｍＫ）、Ｃｕ−Ｗ（２１０Ｗ／ｍＫ）等の金属が挙げられる。また、これら金属以外にも、窒化アルミニウム（１００〜２００Ｗ／ｍＫ）、窒化珪素（２６０Ｗ／ｍＫ）、ベリリア（２１０Ｗ／ｍＫ）等のセラミック焼結体が挙げられる。
【００３６】本実施形態では、高熱伝導性板材３７としてタフピッチ銅板３７が選択されている。なお、上述した高熱伝導性基板１３のための材料とは、少なくともプラスティック材料に比べて熱伝導性の高い材料をいい、特には先に列挙した金属またはセラミックから選択されることがよい。
【００３７】また「高熱伝導性」の接合材３９とは、１０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する接合材３９をいう。このような材料としては、例えばＰｂ−Ｓｎ系のはんだ、Ａｕ系のはんだ、Ｉｎ系のはんだ、Ｂｉ系のはんだ等がある。特に、Ｐｂ−Ｓｎ系のはんだの代表例としては、Ｐｂ：Ｓｎ＝３７：６３という組成のもの（いわゆる共晶はんだ，４９Ｗ／ｍＫ）、Ｐｂ：Ｓｎ＝９０：１０という組成のもの（３７Ｗ／ｍＫ）、Ｐｂ：Ｓｎ＝９５：５という組成のもの（２３Ｗ／ｍＫ）などがある。また、はんだ以外にも、Ａｕ／Ｓｎなどの各種のろう材や、金属粒子を分散させた熱伝導性接着剤が使用可能である。
【００３８】本実施形態では、高熱伝導性接合材３９として、共晶はんだ３９が選択されている。図２，図４に示されるように、高熱伝導性板材としてのタフピッチ銅板３７の外周部の複数箇所には、その厚さ方向に沿って延びるねじ孔４０が形成されている。そして、ヒートシンク４１のベースユニット２５への取り付けは、これらのねじ孔４０にねじ４２を螺合することによってなされるようになっている。
【００３９】図２，図３に示されるように、ＬＳＩチップ１８，１９側と多層配線板１２側との電気的接続部分や、多層配線板１２側とベースユニット２５側との電気的接続部分は、封止樹脂３５によって封止されている。このような封止部分には、金属製のキャップ４３が装着されている。そして、この半導体パッケージ１１は、入出力ピン２９によってマザーボードＭ1 にフェースダウン式に実装されるようになっている。
【００４０】次に、この半導体パッケージ１１を作製する手順の一例を紹介する。半導体パッケージ１１を構成する多層配線板１２は、次のようにして作製される。まず出発材料であるタフピッチ銅基板１３の片面を黒化処理し、その上に感光性エポキシ樹脂を塗布する。次に露光・現像を行うことにより、内径４０μｍのバイアホール形成用穴を有する厚さ１５μｍの絶縁層１４を形成する。次に、スパッタリングすることによって絶縁層１４上に厚さ０．１μｍのＣｒ薄層を形成し、さらにその上にスパッタリングすることによって厚さ０．２μｍのＣｕ薄層を形成する。次に、Ｌ／Ｓ＝２５μｍ／２５μｍの配線パターン１５を形成するためのめっきレジストをＣｕ薄層上に配置する。この状態で電解Ｃｕめっき及び電解Ｎｉめっきを順次行うことにより、厚さ６μｍのＣｕめっき層及び厚さ１μｍのＮｉめっき層をそれぞれ形成する。めっきレジストを剥離した後、塩化第二銅溶液と２０％塩酸水溶液とを用いて非めっき部分のＣｕ薄層及びＣｒ薄層をエッチングする。そして、以上の工程を必要に応じて繰り返すことにより、絶縁層１４と複数種の金属からなる配線パターン１５とを交互に形成する。その結果、配線パターン１５を５層備えた多層配線板（３５mm角，１．０mm厚）１２が完成する。そして、この後にオープン・ショートテストを行う。
【００４１】一方、ベースユニット２５は次のようにして作製される。まず、従来公知のサブトラクティブプロセスによりベース基板を作製し、その両面にプリプレグ及び銅箔を貼り付ける。この後、スルーホールの孔あけ及び窓部２６の形成のための貫通ざぐり加工（３６mm角）を実施する。この後、常法に従ってパネルめっき及びパターンめっきを行うことにより、スルーホール２８、ボンディングパッド３０及び配線パターン３２等を形成する。この後、スルーホール２８のランド３１及びボンディングパッド３０以外の部分を被覆するようにソルダーレジスト３４を形成する。このようにして得られた４層板に対し、さらにダム３６の接着及びスルーホール２８内への入出力ピン２９の挿入を行い、ベースユニット（６０mm角，１．０mm厚）２５を完成させる。そして、この後にオープン・ショートテストを行う。
【００４２】次に、オープン・ショートテストをパスしたベースユニット２５に対し、絶縁性接着剤（本実施形態では、エイブルスティック社製のエポキシ系接着剤，商品名「５０２０ｋ」）３８を介して、タフピッチ銅板３７を接合する。次に、その接合されたタフピッチ銅板３７のダイアタッチ部に、共晶はんだからなるはんだシート（３５mm角，５０μｍ厚）を載置する。そして、さらにその上にオープン・ショートテストをパスした多層配線板１２を載置する。この状態でリフローソルダリングを行うことにより、共晶はんだ３９を介してタフピッチ銅板３７と多層配線板１２とを接合する。
【００４３】次いで、ダイボンダを使用して、ダイパッド１７上にテスト済のＣＰＵ用ＬＳＩチップ１８を１個、メモリ用ＬＳＩチップ１９を６個搭載する。ここで、ワイヤボンディング装置（九州松下製，商品名：ＨＷ−２２００）を用いて、ＬＳＩチップ１８，１９をワイヤボンディングする。このとき、同じ装置を用いてボンディングパッド２２，３０間もワイヤボンディングする。
【００４４】そして、最後にポッティング法による樹脂封止を行って電気的接続部分を封止した後、キャップ４３を接合する。半導体パッケージ１１は、以上のような手順を経て完成する。
【００４５】次に、本実施形態において特徴的な作用効果を以下に列挙する。
（イ）本実施形態によると、プリント配線板２５ａに接合された高熱伝導性板材３７の外側の面が平坦になっている。このため、通常よく使用される単純な形状の、即ち接合面４１ａが平坦なヒートシンク４１であっても、ベースユニット２５のピン非突出側面Ｓ2 に対して取り付けることができる。即ち、この構成であるとヒートシンク４１の汎用化を図ることができる。
【００４６】また、ヒートシンク４１の接合面４１ａを凹形状に切削する必要がなくなることにより、ヒートシンク４１の加工コストが低減され、ひいては半導体パッケージ１１の低コスト化が達成される。
【００４７】さらに、多層配線板１２とヒートシンク４１との間に高熱伝導性板材３７が介在させているため、ベースユニット２５に対してヒートシンク４１をねじ止めしたとしても、多層配線板１２の接合部分にじかに応力が付加することはない。よって、多層配線板１２がベースユニット２５から脱落する心配もない。そして、このようにヒートシンク４１のねじ止めが可能になることにより、リペア作業等が容易になる。
【００４８】また、高熱伝導性板材３７は、多層配線板１２のときほど面積上の制約を受けることがないため、ヒートシンク４１が接合されるべき平坦な面を比較的容易に拡大することができる。このため、従来よりも大きなヒートシンク４１をベースユニット２５に取り付けることが可能となる。その結果、さらなる放熱効率の向上を図ることができる。
【００４９】さらに、ピン非突出側面Ｓ2 に接合される板材３７は高い熱伝導性を有するものであるため、それを多層配線板１２とヒートシンク４１との間に介在させたとしても、そこには好適な放熱経路が確保される。つまり、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 上に実装されたＬＳＩチップ１８，１９の熱は、タフピッチ銅基板１３、、高熱伝導性接合材３９、高熱伝導性板材としてのタフピッチ銅板３７及びヒートシンク４１へと確実に伝導する。そして、その熱は同ヒートシンク４１のタワー部４１ｂから外部へと効率よく放散される。
【００５０】（ロ）本実施形態では、窓部２６から露出する高熱伝導性板材３７のダイアタッチ部に対し、多層配線板１２が高熱伝導性接合材３９を介して接合されている。即ち、多層配線板１２は、高熱伝導性板材３７に支持された状態でベースユニット２５に固定される。よって、従来の構成とは異なり、多層配線板１２を支持するための段部を窓部２６内に形成することは必ずしも不要になる。その結果、ざぐり加工が不要になり、工程の簡略化が図られる。また、プリント配線板２５ａを薄くすることができる等、ベースユニット２５の厚さの自由度が大きくなる。さらに、段部がなくなる分だけ外形寸法を小さくすることができ、半導体パッケージ１１のダウンサイジングを達成することができる。
【００５１】（ハ）本実施形態によると、高熱伝導性板材３７の外形寸法がプリント配線板２５ａの外形寸法と同程度になることにより、ピン非突出側面Ｓ2 全体がヒートシンク４１を取り付けるための平坦な面となる。このため、図４に示されるように、かなり大きなヒートスラグ４１を取り付けることができ、しかもその取付安定性も増す。
【００５２】また、ピン非突出側面Ｓ2 全体が金属製の板材３７によってカバーされることになるため、好適なノイズ対策にもなる。即ち、周辺機器へ与える電磁波妨害及び周辺機器から受ける電磁波防止が、ともに軽減される。従って、半導体パッケージ１１の信頼性の向上等が図られ、高性能のＭＣＭを実現することができる。さらに、前記板材３７を例えばグランド層として利用すれば、電気的特性に優れたＭＣＭを実現することができる。
【００５３】加えて、ピン非突出側面Ｓ2 にこのような広い面積の高熱伝導性板材３７を設けると、同面における封止距離が長くなることによって、多層配線板１２の封止性が向上する。そして、このことは半導体パッケージ１１の信頼性向上につながる。
【００５４】なお、高熱伝導性板材３７の外形寸法はプリント配線板２５ａの外形寸法と同程度に止められているため、特に半導体パッケージ１１のダウンサイジングを妨げるということもない。
【００５５】（ニ）本実施形態によると、高熱伝導性板材３７として両面が平坦なタフピッチ銅板３７が選択されているため、ダイアタッチ部も同様に平坦になっている。このため、タフピッチ銅板３７に対して、多層配線板１２を容易にかつ確実に接合することができる。また、上記のようなタフピッチ銅板３７の作製には、凹凸の形成のための加工を伴わないため、低コスト化に好都合である。また、銅は廉価であるということも低コスト化に好都合である。さらに、銅は熱伝導性が高く、はんだ濡れ性もよいという性質を有している。
【００５６】（ホ）本実施形態によると、高熱伝導性基板１３としてタフピッチ銅基板１３が選択され、かつ高熱伝導性接合材３９として共晶はんだ３９が選択されている。このため、はんだシートを多層配線板１２とタフピッチ銅板３７との間に介在させた状態で熱をかければ、両者１２，３７を共晶はんだ３９を介して確実に接合することができる。また、共晶はんだ３９は上述した接合材のなかでもとりわけ熱伝導率が高く、しかも比較的廉価であるという好ましい性質を持つ。よって、共晶はんだ３９の選択は、半導体パッケージ１１のさらなる放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。また、高熱伝導性基板１３がタフピッチ銅基板１３であることも、同様に放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。
【００５７】また、本実施形態では、共晶はんだ３９で銅と銅とを、即ち金属同士を接合しているため、例えば金属とセラミックスとを接合する場合に比べ、工程簡略化が図られる。後者の場合にははんだ濡れ性の悪いセラミックス面をメタライズしておく必要があるのに対して、前者の場合にはその必要がないからである。
【００５８】（ヘ）本実施形態によると、高熱伝導性板材３７はプリント配線板２５ａに対して絶縁性接着剤３８を介して接着されているため、プリント配線板２５ａ側との間に絶縁を確保することができる。よって、プリント配線板２５ａの最表層にある導体層とのショートを心配する必要がなくなる。
【００５９】（ト）本実施形態では、高熱伝導性板材であるタフピッチ銅板３７の複数箇所に、ヒートシンク４１を取り付けるためのねじ孔４０が設けられている。よって、ねじ４２によるヒートシンク４１の取り付けを容易に行うことができる。
【００６０】なお、本発明は例えば次のように変更することが可能である。
（１）図５に示される別例１では、ベースユニット５１を構成するプリント配線板２５ａの窓部２６に従来通り段部２６ａを設け、そこに多層配線板１２を支持させている。さらに、ここでは多層配線板１２を構成するタフピッチ銅基板１３の底面が、タフピッチ銅板３７のダイアタッチ部に対し、いくぶん厚めの共晶はんだ層５２を介して接合されている。このような構成であると、段部２６を省略することによる利益は得られないものの、それ以外の点については前記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６１】（２）図６に示される別例２においても、ベースユニット５１を構成するプリント配線板２５ａの窓部２６に従来通り段部２６ａを設け、そこに多層配線板１２を支持させている。さらに、ここではタフピッチ銅基板１３の底面とタフピッチ銅板３７のダイアタッチ部とがなす空間内に、高熱伝導性の小片５６（例えばタフピッチ銅製の小片など）を介在させ、その隙間に熱伝導性接着剤５７を充填している。このような構成であっても、別例１と同様の作用効果（即ち、前記実施形態に準ずる作用効果）を奏する。この構成であると、ダイアタッチ部上にある空間が大きいときに、その空間を確実に埋設できるという利点がある。
【００６２】（３）高熱伝導性板材３７はプリント配線板２５ａに対して接着されるばかりでなく、ねじ止めされていたり、爪のような構造で係止されていてもよい。
（４）ピン非突出側面Ｓ2 上にある導体層がグランド層であるとき、そのグランド層に対して高熱伝導性板材３７を導電性接着剤で接合してもよい。この場合、高熱伝導性板材３７もグランド層の一部として機能することになるため、電気的特性に優れたＭＣＭを実現することができる。
【００６３】ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１） 請求項１〜５において、前記高熱伝導性板材の複数箇所にヒートシンク取り付け用のねじ孔を設けた半導体パッケージ。この構成であると、ねじによってヒートシンクを容易に取り付けることができる。
【００６４】（２） 請求項１〜３において、前記高伝導性板材における前記貫通孔から露出する部分と前記多層配線板とがなす空間に高熱伝導性の小片を収容するとともに、その隙間を前記高熱伝導性接合材で封止してなる半導体パッケージ。
【００６５】（３） 片面に入出力端子群が存在するプリント配線板のほぼ中央部に多層配線板の外形寸法に相当する貫通孔が設けられ、前記入出力端子群と前記貫通孔との間の領域に前記多層配線板における接続端子群と電気的に接続される接続端子群が設けられてなる配線板装着用のベースユニットであって、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に、少なくとも片面が平坦な高熱伝導性板材が接合されてなる配線板装着用のベースユニット。
【００６６】この構成であると、その上にビルドアップ多層配線層を有する多層配線板を搭載すれば、本発明の優れた半導体パッケージを確実に得ることができる。なお、本明細書中において使用した技術用語を次のように定義する。
【００６７】「はんだ： 金属合金からなる接合材であって、例えばＡｕ系のはんだ、Ｉｎ系のはんだ、Ｂｉ系のはんだ、共晶はんだ等に代表されるＰｂ−Ｓｎ系のはんだなどがある。」
【００６８】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によれば、多層配線板を脱落させることなくヒートシンクを取り付けることができ、かつヒートシンクの汎用化・大型化が可能であり、しかも高い放熱性を確保することができる半導体パッケージを提供することができる。
【００６９】請求項２に記載の発明によれば、前記効果に加え、より大きなヒートスラグを取り付けることができ、しかもその取付安定性も増大ことができる。また、好適なノイズ対策が図られかつ封止性もよくなることにより、半導体パッケージの信頼性の向上を図ることができる。請求項３に記載の発明によれば、前記効果に加え、銅板に対して多層配線板を容易にかつ確実に接合することができるとともに、低コスト化を図ることができる。請求項４に記載の発明によれば、前記効果に加えて、さらなる放熱性の向上及び低コスト化を図ることができる。請求項５に記載の発明によれば、前記効果に加えて、ベースユニット側との間に絶縁を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施形態における半導体パッケージのベースユニットを示す平面図、（ｂ）はその部分破断底面図。
【図２】同じくその半導体パッケージの部分破断概略断面図。
【図３】同じくその半導体パッケージの要部拡大概略断面図。
【図４】半導体パッケージ及びヒートシンクを示す斜視図。
【図５】別例１の半導体パッケージを示す概略断面図。
【図６】別例２の半導体パッケージを示す概略断面図。
【図７】従来の半導体パッケージを示す部分破断概略断面図。
【符号の説明】
１１…半導体パッケージ、１２…多層配線板、１３…高熱伝導性基板としてのタフピッチ銅基板、１４…絶縁層、１５…導体層としての配線パターン、１７…電子部品搭載部としてのダイパッド、２２…第１の接続端子としての第１のボンディングパッド、２５…配線板装着用のベースユニット、２５ａ…プリント配線板、２６…貫通孔としての窓部、２９…入出力端子としての入出力ピン、３０…第２の接続端子としての第２のボンディングパッド、３７…高熱伝導性板材としてのタフピッチ銅板、３８…絶縁性接着剤、３９…高熱伝導性接合材としての共晶はんだ、Ｂ1 …ビルドアップ多層配線層、Ｓ2 …入出力端子側面の反対側面。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の半導体チップが搭載される多層配線板を配線板装着用のベースユニットに装着してなる半導体パッケージ〔ＭＣＭ (Multi Chip Module)：マルチチップモジュール〕に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、複数個のベアチップを高密度に実装した半導体パッケージとして、いわゆるＭＣＭと呼ばれる電子部品搭載装置がいくつか提案されている。ここで、図７にその一例を示す。
【０００３】この半導体パッケージ６１は、大まかにいって、矩形状の多層配線板６２及びそれを装着するためのベースユニット６３という２つの部分から成り立っている。多層配線板６２を構成する銅基板６４の片面には、絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ多層配線層Ｂ1 が設けられている。そのビルドアップ多層配線層Ｂ1 上の中央部には、ベアチップ６５を搭載するための複数の電子部品搭載部が設けられている。また、多層配線層Ｂ1 上の外縁部には、第１のボンディングパッド６６群が配設されている。
【０００４】一方、ベースユニット６３を構成するプリント配線板６７の片面における外縁部には、マザーボードＭ1 側との導通を図るための入出力ピン６８が多数突設されている。同面の中央部には、多層配線板６２の外形寸法に相当する窓部６９が貫設されている。窓部６９の内周面には接着面を有する段部７０が形成されており、その段部７０の上面には多層配線板６２の底面が支持されている。この窓部６９とそれを包囲する入出力ピン６８群との間の領域には、第２のボンディングパッド７１群が設けられている。そして、両ボンディングパッド６６，７１群同士は、ボンディングワイヤ７２を介して互いに電気的に接続されている。
【０００５】このように構成された半導体パッケージ６１は、前記入出力ピン６８によりマザーボードＭ1 に対してフェースダウン式に実装される。そのとき、マザーボードＭ1 側とならない面、即ちピン非突出側面においては、多層配線板６２の銅基板６４の底面が窓部６９から露出する。そして、この露出した面から、ベアチップ６５の熱が放散されるようになっている。
【０００６】また、この種の半導体パッケージ６１では、例えばベースユニット６３のピン非突出側面に、フィン構造やタワー構造等を持つヒートシンク７３をねじ７４等によって取り付けるという構成を採る場合がある。即ち、表面積の大きなヒートシンク７３を設けることによって、熱放散効率のさらなる向上が期待できるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の半導体パッケージ６１には、以下のような問題があった。
i)ピン非突出側面の中央が凹部になっているため、銅基板６４の底面との接触を図るためには、ヒートシンク７３側の接合面７３ａをそれに合致した凸形状に形成する必要があった。従って、この半導体パッケージ６１においては、通常よく用いられる単純な形状のヒートシンクを使用することができなかった。また、凹部の外形・大きさ・深さは半導体パッケージ６１の仕様によって変わるものであるため、ヒートシンク７３の汎用化を図ることができなかった。
【０００８】ii) 銅のような材料は軟質で切削しにくいため、ヒートシンク７３の接合面７３ａを所望の凸形状に加工することは難しい。また、このような加工における困難性があることで、コスト的にも不利益が多かった。
【０００９】iii)ねじ７４を用いてヒートシンク７３を取り付けようとすると、ヒートシンク７３によって多層配線板６２がピン突出側面に押圧されることにより、多層配線板６２と段部７０との接合面に応力が加わる。そして、この応力によって当該部分の接合強度が低下する。このため、ベースユニット６３から多層配線板６２が脱落しやすくなり、このことが信頼性の低下を引き起こす一原因となっていた。よって、ねじ止めによる取り付けに充分耐えうる構造が要求されていた。
【００１０】iv) 窓部６９に段部７０を設けた場合には、その分だけベースユニット６３の外形寸法を大きくしなければならない。よって、半導体パッケージ６１のダウンサイジングを図るうえでも、段部７０を必要としないパッケージ構造が望まれていた。
【００１１】v)窓部６９から露出している銅基板６４の底面の表面積には限りがあるため、そこに取り付けうるヒートシンク７３の大きさにはおのずと制約があった。よって、さらなる放熱効率の向上を図るうえでも、大きなヒートシンク７３を取り付けることが可能なパッケージ構造が望まれていた。
【００１２】本発明は上記の課題を解決するためなされたものであり、その目的は、多層配線板を脱落させることなくヒートシンクを取り付けることができ、かつヒートシンクの汎用化・大型化が可能であり、しかも高い放熱性を確保することができる半導体パッケージを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、高熱伝導性基板の片面に絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ多層配線層が設けられ、その多層配線層上に電子部品搭載部及び第１の接続端子群が設けられてなる多層配線板と、片面に入出力端子群が存在するプリント配線板に前記多層配線板の外形寸法に相当する貫通孔が設けられ、前記入出力端子群と前記貫通孔との間の領域に前記第１の接続端子と電気的に接続される第２の接続端子群が設けられてなる配線板装着用のベースユニットとからなる半導体パッケージであって、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に、少なくとも片面が平坦な高熱伝導性板材が接合され、かつその板材における前記貫通孔から露出する部分に対し、前記多層配線板が高熱伝導性接合材を介して接合されてなる半導体パッケージをその要旨とする。
【００１４】請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記高熱伝導性板材の外形寸法は前記プリント配線板の外形寸法と同程度であるとしている。請求項３に記載の発明では、請求項１または２において、前記高熱伝導性板材は両面が平坦な銅板であるとしている。
【００１５】請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記高熱伝導性基板は銅板でありかつ前記接合材ははんだであるとしている。請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記高熱伝導性板材は前記プリント配線板に対して絶縁性接着剤を介して接着されてなるとしている。
【００１６】次に本発明の「作用」について説明する。請求項１に記載の発明によると、プリント配線板に接合された高熱伝導性板材の少なくとも片面が平坦になっている。このため、通常よく使用される単純な形状の、即ち接合面が平坦なヒートシンクであっても、ベースユニットの片面に対して取り付けることができる。即ち、この構成であるとヒートシンクの汎用化を図ることができる。
【００１７】また、ヒートシンクの接合面を凹形状に切削する必要がなくなることにより、ヒートシンクの加工コストが低減され、ひいては半導体パッケージの低コスト化が達成される。
【００１８】さらに、多層配線板とヒートシンクとの間に高熱伝導性板材が介在するこの構成であると、例えばベースユニットに対してヒートシンクをねじ止めしたとしても、多層配線板の接合部分にじかに応力が付加することはない。よって、多層配線板がベースユニットから脱落する心配もない。そして、このようにヒートシンクのねじ止めが可能になることにより、リペア作業等が容易になる。
【００１９】また、高熱伝導性板材は、多層配線板のときほど面積上の制約を受けることがないため、ヒートシンクが接合されるべき平坦な面を比較的容易に拡大することができる。このため、従来よりも大きなヒートシンクをベースユニットに取り付けることが可能となる。その結果、さらなる放熱効率の向上を図ることができる。
【００２０】さらに、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に接合される板材は高い熱伝導性を有するものであるため、多層配線板とヒートシンクとの間に介在させたとしても、そこに好適な放熱経路が確保される。つまり、ビルドアップ多層配線層上に実装された電子部品の熱は、高熱伝導性基板、高熱伝導性板材及びヒートシンクへと確実に伝導し、同ヒートシンクから外部へと放散される。
【００２１】また、前記発明では、高熱伝導性板材における貫通孔から露出する部分に対し、多層配線板が高熱伝導性接合材を介して接合されている。即ち、多層配線板は、高熱伝導性板材に支持された状態でベースユニットに固定される。よって、従来の構成とは異なり、多層配線板を支持するために貫通孔内に段部を形成することは必ずしも不要になる。そして、例えば段部を省略した構成を採った場合には、そのためのざぐり加工が不要になることによって、工程の簡略化が図られる。また、プリント配線板を薄くすることができる等、ベースユニットの厚さの自由度が大きくなる。さらに、段部がなくなる分だけ外形寸法を小さくすることができ、半導体パッケージのダウンサイジングを達成することができる。
【００２２】請求項２に記載の発明によると、高熱伝導性板材の外形寸法がプリント配線板の外形寸法と同程度になることにより、ベースユニットの片面全体がヒートシンクを取り付けるための平坦な面となる。このため、かなり大きなヒートスラグを取り付けることができ、しかもその取付安定性も増す。
【００２３】また、ベースユニットの片面全体が金属製の板材によってカバーされることになるため、好適なノイズ対策にもなる。即ち、周辺機器へ与える電磁波妨害及び周辺機器から受ける電磁波防止が、ともに軽減される。従って、半導体パッケージの信頼性の向上等が図られ、高性能のＭＣＭを実現することができる。
【００２４】さらに、前記板材を例えばグランド層として利用すれば、電気的特性に優れたＭＣＭを実現することができる。加えて、入出力端子側面の反対側面にこのような広い面積の高熱伝導性板材を設けると、同面における封止距離が長くなることによって、多層配線板の封止性が向上する。そして、このことは半導体パッケージの信頼性向上につながる。
【００２５】なお、高熱伝導性板材の外形寸法はプリント配線板の外形寸法と同程度であるため、特に半導体パッケージのダウンサイジングを妨げるということもない。請求項３に記載の発明によると、高熱伝導性板材は両面が平坦な銅板であるため、高熱伝導性基板の底面が接合されるべき領域、即ち貫通孔から部分的に露出しているダイアタッチ部も同様に平坦になっている。このため、前記銅板に対して、多層配線板を容易にかつ確実に接合することができる。また、上記のような銅板の作製には、凹凸の形成のための加工を伴わないため、低コスト化に好都合である。また、銅は廉価であるということも低コスト化に好都合である。さらに、銅は熱伝導性が高く、はんだ濡れ性もよいという性質を有している。
【００２６】請求項４に記載の発明によると、高熱伝導性基板は銅板でありかつ前記接合材ははんだである。このため、はんだを高熱伝導性基板と高熱伝導性板材との間に介在させた状態で熱をかければ、両者を確実に接合することができる。また、はんだは接合材のなかでも熱伝導率が高いものに属し、しかも比較的廉価であるという好ましい性質を持つ。よって、はんだの選択は、半導体パッケージのさらなる放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。また、高熱伝導性基板が銅板であることも、同様に放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。
【００２７】請求項５に記載の発明によると、高熱伝導性板材はプリント配線板に対して絶縁性接着剤を介して接着されている。よって、例えば導電性を有するものを前記板材として選択した場合であっても、プリント配線板側との間に絶縁を確保することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施形態の半導体パッケージを図１〜図５に基づき詳細に説明する。
【００２９】本実施例の半導体パッケージ１１は、図５に示されるように、大まかにいって多層配線板１２と、それを装着するためのＰＧＡタイプのベースユニット２５とによって構成されている。
【００３０】多層配線板１２は、図３に示されるように、高熱伝導性基板としてのタフピッチ銅基板１３を主材料として形成されている。このタフピッチ銅基板１３の片側面全体は放熱領域となっており、かつその反対側面全体は電子部品搭載領域となっている。電子部品搭載領域の全体には、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 が形成されている。本実施形態では、前記ビルドアップ多層配線層Ｂ1 は、絶縁層１４と、導体層としての極めてファインな配線パターン１５とを交互に積層した構成を有している。各層の配線パターン１５どうしは、絶縁層１４に形成されたバイアホール１６によって互いに接続されている。
【００３１】図３に示されるように、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 上には、電子部品搭載部としてのダイパッド１７が複数個設けられている。ダイパッド１７上には、電子部品としてのＬＳＩチップ１８，１９が搭載されている。ＬＳＩチップ１８，１９とそれを取り巻くビルドアップ多層配線層Ｂ1 上のボンディングパッド２０とは、ボンディングワイヤ２１を介して電気的に接続されている。ビルドアップ多層配線層Ｂ1 の外縁部には、第１の接続端子としての多数のボンディングパッド２２が規則的に配設されている。そして、ＬＳＩチップ１８，１９側と前記ボンディングパッド２２とは、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 の内層または外層の配線パターン１５を介して電気的に接続されている。
【００３２】ベースユニット２５は、プラスティック製の板材（本実施形態ではガラスエポキシ製の銅張積層板）を主形成材料とするプリント配線板２５ａを用いて作製される。この種の板材には、基本的に加工し易いという利点があるからである。図１，図２に示されるように、ベースユニット２５を構成するプリント配線板２５ａのほぼ中央部には、貫通孔としての矩形状の窓部２６が形成されている。なお、この窓部２６は、被収容物である多層配線板１２の外形寸法にほぼ等しくなっている。窓部２６よりも外側の領域には、表裏を貫通するスルーホール２８が多数形成されている。各スルーホール２８には、入出力端子としての金属製の入出力ピン２９が挿入されている。なお、前記入出力ピン２９群は窓部２６を包囲している。
【００３３】図１に示されるように、ピン突出面側Ｓ1 において窓部２６の周囲には、その窓部２６を取り囲むように矩形状のボンディングパッド３０が配設されている。前記ボンディングパッド３０とスルーホール２８のランド３１とは、配線パターン３２を介して電気的に接続されている。また、ベースユニット２５側のボンディングパッド３０と、多層配線板１２のボンディングパッド２２とは、ボンディングワイヤ３３を介して電気的に接続されている。また、ベースユニット２５において配線パターン３２が形成されている面は、配線パターン３２を湿気等から保護するためのソルダーレジスト３４によって被覆されている。そして、ベースユニット２５においてボンディングパッド３０群と入出力ピン２９群との間の領域には、封止樹脂３５の流動を防止するダム３６が接着されている。
【００３４】図２，図３に示されるように、プリント配線板２５ａのピン突出面側Ｓ1 の反対側面（ピン非突出側面Ｓ2 ）には、高熱伝導性板材３７が接合されている。この板材３７は、矩形状であって両面が平坦になっており、プリント配線板２５ａと同程度の外形寸法を有している。前記板材３７は、ベースユニット２５のピン非突出側面Ｓ2 に対して絶縁性接着剤３８を介して接着されている。窓部２６から露出するダイアタッチ部に対しては、高熱伝導性接合材３９を介して多層配線板１２が接合されている。つまり、多層配線板１２は高熱伝導性板材３７によって支持されている。
【００３５】ここで「高熱伝導性」の板材３７とは、１００Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは１５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料からなる板材３７をいう。このような材料としては、例えば無酸素銅（３９０Ｗ／ｍＫ）、タフピッチ銅（３６０Ｗ／ｍＫ）、各種の銅合金（１００〜３５０Ｗ／ｍＫ）、アルミニウム（２２９Ｗ／ｍＫ）、金（３１８Ｗ／ｍＫ）、モリブデン（１３０Ｗ／ｍＫ）、Ｃｕ−Ｗ（２１０Ｗ／ｍＫ）等の金属が挙げられる。また、これら金属以外にも、窒化アルミニウム（１００〜２００Ｗ／ｍＫ）、窒化珪素（２６０Ｗ／ｍＫ）、ベリリア（２１０Ｗ／ｍＫ）等のセラミック焼結体が挙げられる。
【００３６】本実施形態では、高熱伝導性板材３７としてタフピッチ銅板３７が選択されている。なお、上述した高熱伝導性基板１３のための材料とは、少なくともプラスティック材料に比べて熱伝導性の高い材料をいい、特には先に列挙した金属またはセラミックから選択されることがよい。
【００３７】また「高熱伝導性」の接合材３９とは、１０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する接合材３９をいう。このような材料としては、例えばＰｂ−Ｓｎ系のはんだ、Ａｕ系のはんだ、Ｉｎ系のはんだ、Ｂｉ系のはんだ等がある。特に、Ｐｂ−Ｓｎ系のはんだの代表例としては、Ｐｂ：Ｓｎ＝３７：６３という組成のもの（いわゆる共晶はんだ，４９Ｗ／ｍＫ）、Ｐｂ：Ｓｎ＝９０：１０という組成のもの（３７Ｗ／ｍＫ）、Ｐｂ：Ｓｎ＝９５：５という組成のもの（２３Ｗ／ｍＫ）などがある。また、はんだ以外にも、Ａｕ／Ｓｎなどの各種のろう材や、金属粒子を分散させた熱伝導性接着剤が使用可能である。
【００３８】本実施形態では、高熱伝導性接合材３９として、共晶はんだ３９が選択されている。図２，図４に示されるように、高熱伝導性板材としてのタフピッチ銅板３７の外周部の複数箇所には、その厚さ方向に沿って延びるねじ孔４０が形成されている。そして、ヒートシンク４１のベースユニット２５への取り付けは、これらのねじ孔４０にねじ４２を螺合することによってなされるようになっている。
【００３９】図２，図３に示されるように、ＬＳＩチップ１８，１９側と多層配線板１２側との電気的接続部分や、多層配線板１２側とベースユニット２５側との電気的接続部分は、封止樹脂３５によって封止されている。このような封止部分には、金属製のキャップ４３が装着されている。そして、この半導体パッケージ１１は、入出力ピン２９によってマザーボードＭ1 にフェースダウン式に実装されるようになっている。
【００４０】次に、この半導体パッケージ１１を作製する手順の一例を紹介する。半導体パッケージ１１を構成する多層配線板１２は、次のようにして作製される。まず出発材料であるタフピッチ銅基板１３の片面を黒化処理し、その上に感光性エポキシ樹脂を塗布する。次に露光・現像を行うことにより、内径４０μｍのバイアホール形成用穴を有する厚さ１５μｍの絶縁層１４を形成する。次に、スパッタリングすることによって絶縁層１４上に厚さ０．１μｍのＣｒ薄層を形成し、さらにその上にスパッタリングすることによって厚さ０．２μｍのＣｕ薄層を形成する。次に、Ｌ／Ｓ＝２５μｍ／２５μｍの配線パターン１５を形成するためのめっきレジストをＣｕ薄層上に配置する。この状態で電解Ｃｕめっき及び電解Ｎｉめっきを順次行うことにより、厚さ６μｍのＣｕめっき層及び厚さ１μｍのＮｉめっき層をそれぞれ形成する。めっきレジストを剥離した後、塩化第二銅溶液と２０％塩酸水溶液とを用いて非めっき部分のＣｕ薄層及びＣｒ薄層をエッチングする。そして、以上の工程を必要に応じて繰り返すことにより、絶縁層１４と複数種の金属からなる配線パターン１５とを交互に形成する。その結果、配線パターン１５を５層備えた多層配線板（３５mm角，１．０mm厚）１２が完成する。そして、この後にオープン・ショートテストを行う。
【００４１】一方、ベースユニット２５は次のようにして作製される。まず、従来公知のサブトラクティブプロセスによりベース基板を作製し、その両面にプリプレグ及び銅箔を貼り付ける。この後、スルーホールの孔あけ及び窓部２６の形成のための貫通ざぐり加工（３６mm角）を実施する。この後、常法に従ってパネルめっき及びパターンめっきを行うことにより、スルーホール２８、ボンディングパッド３０及び配線パターン３２等を形成する。この後、スルーホール２８のランド３１及びボンディングパッド３０以外の部分を被覆するようにソルダーレジスト３４を形成する。このようにして得られた４層板に対し、さらにダム３６の接着及びスルーホール２８内への入出力ピン２９の挿入を行い、ベースユニット（６０mm角，１．０mm厚）２５を完成させる。そして、この後にオープン・ショートテストを行う。
【００４２】次に、オープン・ショートテストをパスしたベースユニット２５に対し、絶縁性接着剤（本実施形態では、エイブルスティック社製のエポキシ系接着剤，商品名「５０２０ｋ」）３８を介して、タフピッチ銅板３７を接合する。次に、その接合されたタフピッチ銅板３７のダイアタッチ部に、共晶はんだからなるはんだシート（３５mm角，５０μｍ厚）を載置する。そして、さらにその上にオープン・ショートテストをパスした多層配線板１２を載置する。この状態でリフローソルダリングを行うことにより、共晶はんだ３９を介してタフピッチ銅板３７と多層配線板１２とを接合する。
【００４３】次いで、ダイボンダを使用して、ダイパッド１７上にテスト済のＣＰＵ用ＬＳＩチップ１８を１個、メモリ用ＬＳＩチップ１９を６個搭載する。ここで、ワイヤボンディング装置（九州松下製，商品名：ＨＷ−２２００）を用いて、ＬＳＩチップ１８，１９をワイヤボンディングする。このとき、同じ装置を用いてボンディングパッド２２，３０間もワイヤボンディングする。
【００４４】そして、最後にポッティング法による樹脂封止を行って電気的接続部分を封止した後、キャップ４３を接合する。半導体パッケージ１１は、以上のような手順を経て完成する。
【００４５】次に、本実施形態において特徴的な作用効果を以下に列挙する。
（イ）本実施形態によると、プリント配線板２５ａに接合された高熱伝導性板材３７の外側の面が平坦になっている。このため、通常よく使用される単純な形状の、即ち接合面４１ａが平坦なヒートシンク４１であっても、ベースユニット２５のピン非突出側面Ｓ2 に対して取り付けることができる。即ち、この構成であるとヒートシンク４１の汎用化を図ることができる。
【００４６】また、ヒートシンク４１の接合面４１ａを凹形状に切削する必要がなくなることにより、ヒートシンク４１の加工コストが低減され、ひいては半導体パッケージ１１の低コスト化が達成される。
【００４７】さらに、多層配線板１２とヒートシンク４１との間に高熱伝導性板材３７が介在させているため、ベースユニット２５に対してヒートシンク４１をねじ止めしたとしても、多層配線板１２の接合部分にじかに応力が付加することはない。よって、多層配線板１２がベースユニット２５から脱落する心配もない。そして、このようにヒートシンク４１のねじ止めが可能になることにより、リペア作業等が容易になる。
【００４８】また、高熱伝導性板材３７は、多層配線板１２のときほど面積上の制約を受けることがないため、ヒートシンク４１が接合されるべき平坦な面を比較的容易に拡大することができる。このため、従来よりも大きなヒートシンク４１をベースユニット２５に取り付けることが可能となる。その結果、さらなる放熱効率の向上を図ることができる。
【００４９】さらに、ピン非突出側面Ｓ2 に接合される板材３７は高い熱伝導性を有するものであるため、それを多層配線板１２とヒートシンク４１との間に介在させたとしても、そこには好適な放熱経路が確保される。つまり、ビルドアップ多層配線層Ｂ1 上に実装されたＬＳＩチップ１８，１９の熱は、タフピッチ銅基板１３、、高熱伝導性接合材３９、高熱伝導性板材としてのタフピッチ銅板３７及びヒートシンク４１へと確実に伝導する。そして、その熱は同ヒートシンク４１のタワー部４１ｂから外部へと効率よく放散される。
【００５０】（ロ）本実施形態では、窓部２６から露出する高熱伝導性板材３７のダイアタッチ部に対し、多層配線板１２が高熱伝導性接合材３９を介して接合されている。即ち、多層配線板１２は、高熱伝導性板材３７に支持された状態でベースユニット２５に固定される。よって、従来の構成とは異なり、多層配線板１２を支持するための段部を窓部２６内に形成することは必ずしも不要になる。その結果、ざぐり加工が不要になり、工程の簡略化が図られる。また、プリント配線板２５ａを薄くすることができる等、ベースユニット２５の厚さの自由度が大きくなる。さらに、段部がなくなる分だけ外形寸法を小さくすることができ、半導体パッケージ１１のダウンサイジングを達成することができる。
【００５１】（ハ）本実施形態によると、高熱伝導性板材３７の外形寸法がプリント配線板２５ａの外形寸法と同程度になることにより、ピン非突出側面Ｓ2 全体がヒートシンク４１を取り付けるための平坦な面となる。このため、図４に示されるように、かなり大きなヒートスラグ４１を取り付けることができ、しかもその取付安定性も増す。
【００５２】また、ピン非突出側面Ｓ2 全体が金属製の板材３７によってカバーされることになるため、好適なノイズ対策にもなる。即ち、周辺機器へ与える電磁波妨害及び周辺機器から受ける電磁波防止が、ともに軽減される。従って、半導体パッケージ１１の信頼性の向上等が図られ、高性能のＭＣＭを実現することができる。さらに、前記板材３７を例えばグランド層として利用すれば、電気的特性に優れたＭＣＭを実現することができる。
【００５３】加えて、ピン非突出側面Ｓ2 にこのような広い面積の高熱伝導性板材３７を設けると、同面における封止距離が長くなることによって、多層配線板１２の封止性が向上する。そして、このことは半導体パッケージ１１の信頼性向上につながる。
【００５４】なお、高熱伝導性板材３７の外形寸法はプリント配線板２５ａの外形寸法と同程度に止められているため、特に半導体パッケージ１１のダウンサイジングを妨げるということもない。
【００５５】（ニ）本実施形態によると、高熱伝導性板材３７として両面が平坦なタフピッチ銅板３７が選択されているため、ダイアタッチ部も同様に平坦になっている。このため、タフピッチ銅板３７に対して、多層配線板１２を容易にかつ確実に接合することができる。また、上記のようなタフピッチ銅板３７の作製には、凹凸の形成のための加工を伴わないため、低コスト化に好都合である。また、銅は廉価であるということも低コスト化に好都合である。さらに、銅は熱伝導性が高く、はんだ濡れ性もよいという性質を有している。
【００５６】（ホ）本実施形態によると、高熱伝導性基板１３としてタフピッチ銅基板１３が選択され、かつ高熱伝導性接合材３９として共晶はんだ３９が選択されている。このため、はんだシートを多層配線板１２とタフピッチ銅板３７との間に介在させた状態で熱をかければ、両者１２，３７を共晶はんだ３９を介して確実に接合することができる。また、共晶はんだ３９は上述した接合材のなかでもとりわけ熱伝導率が高く、しかも比較的廉価であるという好ましい性質を持つ。よって、共晶はんだ３９の選択は、半導体パッケージ１１のさらなる放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。また、高熱伝導性基板１３がタフピッチ銅基板１３であることも、同様に放熱性の向上及び低コスト化に貢献しうる。
【００５７】また、本実施形態では、共晶はんだ３９で銅と銅とを、即ち金属同士を接合しているため、例えば金属とセラミックスとを接合する場合に比べ、工程簡略化が図られる。後者の場合にははんだ濡れ性の悪いセラミックス面をメタライズしておく必要があるのに対して、前者の場合にはその必要がないからである。
【００５８】（ヘ）本実施形態によると、高熱伝導性板材３７はプリント配線板２５ａに対して絶縁性接着剤３８を介して接着されているため、プリント配線板２５ａ側との間に絶縁を確保することができる。よって、プリント配線板２５ａの最表層にある導体層とのショートを心配する必要がなくなる。
【００５９】（ト）本実施形態では、高熱伝導性板材であるタフピッチ銅板３７の複数箇所に、ヒートシンク４１を取り付けるためのねじ孔４０が設けられている。よって、ねじ４２によるヒートシンク４１の取り付けを容易に行うことができる。
【００６０】なお、本発明は例えば次のように変更することが可能である。
（１）図５に示される別例１では、ベースユニット５１を構成するプリント配線板２５ａの窓部２６に従来通り段部２６ａを設け、そこに多層配線板１２を支持させている。さらに、ここでは多層配線板１２を構成するタフピッチ銅基板１３の底面が、タフピッチ銅板３７のダイアタッチ部に対し、いくぶん厚めの共晶はんだ層５２を介して接合されている。このような構成であると、段部２６を省略することによる利益は得られないものの、それ以外の点については前記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６１】（２）図６に示される別例２においても、ベースユニット５１を構成するプリント配線板２５ａの窓部２６に従来通り段部２６ａを設け、そこに多層配線板１２を支持させている。さらに、ここではタフピッチ銅基板１３の底面とタフピッチ銅板３７のダイアタッチ部とがなす空間内に、高熱伝導性の小片５６（例えばタフピッチ銅製の小片など）を介在させ、その隙間に熱伝導性接着剤５７を充填している。このような構成であっても、別例１と同様の作用効果（即ち、前記実施形態に準ずる作用効果）を奏する。この構成であると、ダイアタッチ部上にある空間が大きいときに、その空間を確実に埋設できるという利点がある。
【００６２】（３）高熱伝導性板材３７はプリント配線板２５ａに対して接着されるばかりでなく、ねじ止めされていたり、爪のような構造で係止されていてもよい。
（４）ピン非突出側面Ｓ2 上にある導体層がグランド層であるとき、そのグランド層に対して高熱伝導性板材３７を導電性接着剤で接合してもよい。この場合、高熱伝導性板材３７もグランド層の一部として機能することになるため、電気的特性に優れたＭＣＭを実現することができる。
【００６３】ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１） 請求項１〜５において、前記高熱伝導性板材の複数箇所にヒートシンク取り付け用のねじ孔を設けた半導体パッケージ。この構成であると、ねじによってヒートシンクを容易に取り付けることができる。
【００６４】（２） 請求項１〜３において、前記高伝導性板材における前記貫通孔から露出する部分と前記多層配線板とがなす空間に高熱伝導性の小片を収容するとともに、その隙間を前記高熱伝導性接合材で封止してなる半導体パッケージ。
【００６５】（３） 片面に入出力端子群が存在するプリント配線板のほぼ中央部に多層配線板の外形寸法に相当する貫通孔が設けられ、前記入出力端子群と前記貫通孔との間の領域に前記多層配線板における接続端子群と電気的に接続される接続端子群が設けられてなる配線板装着用のベースユニットであって、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に、少なくとも片面が平坦な高熱伝導性板材が接合されてなる配線板装着用のベースユニット。
【００６６】この構成であると、その上にビルドアップ多層配線層を有する多層配線板を搭載すれば、本発明の優れた半導体パッケージを確実に得ることができる。なお、本明細書中において使用した技術用語を次のように定義する。
【００６７】「はんだ： 金属合金からなる接合材であって、例えばＡｕ系のはんだ、Ｉｎ系のはんだ、Ｂｉ系のはんだ、共晶はんだ等に代表されるＰｂ−Ｓｎ系のはんだなどがある。」
【００６８】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によれば、多層配線板を脱落させることなくヒートシンクを取り付けることができ、かつヒートシンクの汎用化・大型化が可能であり、しかも高い放熱性を確保することができる半導体パッケージを提供することができる。
【００６９】請求項２に記載の発明によれば、前記効果に加え、より大きなヒートスラグを取り付けることができ、しかもその取付安定性も増大ことができる。また、好適なノイズ対策が図られかつ封止性もよくなることにより、半導体パッケージの信頼性の向上を図ることができる。請求項３に記載の発明によれば、前記効果に加え、銅板に対して多層配線板を容易にかつ確実に接合することができるとともに、低コスト化を図ることができる。請求項４に記載の発明によれば、前記効果に加えて、さらなる放熱性の向上及び低コスト化を図ることができる。請求項５に記載の発明によれば、前記効果に加えて、ベースユニット側との間に絶縁を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施形態における半導体パッケージのベースユニットを示す平面図、（ｂ）はその部分破断底面図。
【図２】同じくその半導体パッケージの部分破断概略断面図。
【図３】同じくその半導体パッケージの要部拡大概略断面図。
【図４】半導体パッケージ及びヒートシンクを示す斜視図。
【図５】別例１の半導体パッケージを示す概略断面図。
【図６】別例２の半導体パッケージを示す概略断面図。
【図７】従来の半導体パッケージを示す部分破断概略断面図。
【符号の説明】
１１…半導体パッケージ、１２…多層配線板、１３…高熱伝導性基板としてのタフピッチ銅基板、１４…絶縁層、１５…導体層としての配線パターン、１７…電子部品搭載部としてのダイパッド、２２…第１の接続端子としての第１のボンディングパッド、２５…配線板装着用のベースユニット、２５ａ…プリント配線板、２６…貫通孔としての窓部、２９…入出力端子としての入出力ピン、３０…第２の接続端子としての第２のボンディングパッド、３７…高熱伝導性板材としてのタフピッチ銅板、３８…絶縁性接着剤、３９…高熱伝導性接合材としての共晶はんだ、Ｂ1 …ビルドアップ多層配線層、Ｓ2 …入出力端子側面の反対側面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】高熱伝導性基板の片面に絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ多層配線層が設けられ、その多層配線層上に電子部品搭載部及び第１の接続端子群が設けられてなる多層配線板と、片面に入出力端子群が存在するプリント配線板に前記多層配線板の外形寸法に相当する貫通孔が設けられ、前記入出力端子群と前記貫通孔との間の領域に前記第１の接続端子と電気的に接続される第２の接続端子群が設けられてなる配線板装着用のベースユニットとからなる半導体パッケージであって、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に、少なくとも片面が平坦な高熱伝導性板材が接合され、かつその板材における前記貫通孔から露出する部分に対し、前記多層配線板が高熱伝導性接合材を介して接合されてなる半導体パッケージ。
【請求項２】前記高熱伝導性板材の外形寸法は前記プリント配線板の外形寸法と同程度である請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】前記高熱伝導性板材は両面が平坦な銅板である請求項１または２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】前記高熱伝導性基板は銅板でありかつ前記接合材ははんだである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】前記高熱伝導性板材は前記プリント配線板に対して絶縁性接着剤を介して接着されてなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項１】高熱伝導性基板の片面に絶縁層と導体層とが交互に積層されたビルドアップ多層配線層が設けられ、その多層配線層上に電子部品搭載部及び第１の接続端子群が設けられてなる多層配線板と、片面に入出力端子群が存在するプリント配線板に前記多層配線板の外形寸法に相当する貫通孔が設けられ、前記入出力端子群と前記貫通孔との間の領域に前記第１の接続端子と電気的に接続される第２の接続端子群が設けられてなる配線板装着用のベースユニットとからなる半導体パッケージであって、前記プリント配線板の入出力端子側面の反対側面に、少なくとも片面が平坦な高熱伝導性板材が接合され、かつその板材における前記貫通孔から露出する部分に対し、前記多層配線板が高熱伝導性接合材を介して接合されてなる半導体パッケージ。
【請求項２】前記高熱伝導性板材の外形寸法は前記プリント配線板の外形寸法と同程度である請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】前記高熱伝導性板材は両面が平坦な銅板である請求項１または２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】前記高熱伝導性基板は銅板でありかつ前記接合材ははんだである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】前記高熱伝導性板材は前記プリント配線板に対して絶縁性接着剤を介して接着されてなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【図２】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開平９−１０２５６５
【公開日】平成９年（１９９７）４月１５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−２５８８４６
【出願日】平成７年（１９９５）１０月５日
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【公開日】平成９年（１９９７）４月１５日
【国際特許分類】
【出願日】平成７年（１９９５）１０月５日
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
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