基板

【課題】比較的シンプルな構成により基板と半導体素子との間の半田接合部の耐久性を向上させること。
【解決手段】基板１は、表面及び裏面の少なくとも一方に半導体素子を半田により接合するように構成される。ここで、半導体素子を接合する部位は、凹部２となっており、他の部位である外周縁部３よりも低い面となっている。凹部２は、外周縁部３の内側の部分である。基板１は、ガラス繊維層１１を樹脂層１２で覆うことにより形成される。半導体素子を接合する凹部２の面２ａは、外周縁部３の面３ａに比べてガラス繊維層１１に近接している。基板１の凹部２の中の最薄部の厚さは、ガラス繊維層１１の厚さよりも大きい。この基板１に適用される半導体素子は、ランドグリッドアレイの素子である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子を半田により接合して実装するために使用される基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、樹脂製のプリント基板に半導体素子を半田により接合して実装したランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）型の半導体装置が知られている。この種の半導体装置では、温度変動や経年変化に起因して、半田接合部が破断するおそれがあり、耐用年数が短くなる懸念があった。この半田接合部の破断は、半導体素子と樹脂製プリント基板との熱膨張差に起因するものであり、半田へのストレスの蓄積により、半田に疲労破壊が発生することによるものである。
【０００３】
また、半導体装置については、一般に出荷前の信頼性試験の一つとして、所定のサイクルで加熱処理及び冷却処理を繰り返し実施することが行われている。このとき、半導体装置では、基板と半導体素子との間で熱による膨張量・収縮量が異なることから、両者の間に応力に起因する剥離や亀裂が発生し、半導体装置として高い信頼性を実現することが難しくなっている。
【０００４】
そこで、上記課題に対処するために、例えば、下記の特許文献１に記載される半導体装置が提案されている。この半導体装置は、基板と、基板の上面に接合される半導体素子と、基板に第１の接着剤を介して接着されると共に半導体素子が内部に位置する開口部が形成されてなる枠状部材と、半導体素子及び枠状部材の上部を覆うように配設され、第２の接着剤により接着されるプレート状部材とを備える。そして、この半導体装置は、枠状部材が、加熱時における基板の熱膨張による変形及びプレート状部材の熱膨張による変形を共に阻止し得る剛性を有するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２８４０９７号公報
【特許文献２】特開２００９−２８９９１４号公報
【特許文献３】特開平０８−２３６８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の半導体装置では、基板と半導体素子以外に、枠状部材やプレート状部材を設けなければならず、それらを第１及び第２の接着剤で接合しなければならない。このため、構成部品数が増え、それらを接着するための工程数も増えることになった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較的シンプルな構成により基板と半導体素子との間の半田接合部の耐久性を向上させることを可能とした基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表面及び裏面の少なくとも一方に半導体素子を半田により接合するように構成した基板であって、半導体素子を接合する部位が他の部位よりも低い面となっていることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、半導体素子を接合する部位が他の部位よりも低い面となっているので、その低い面の部分では、他の部位と比べて熱膨張量が小さくなる。従って、その低い面の部分に半導体素子を半田により接合した場合に、基板と半導体素子との間の熱膨張差が少なくなる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、他の部位が外周縁部であり、半導体素子を接合する部位が外周縁部よりも内側の部分であることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、外周縁部を含む面が最も長い辺を持つ面となるため、基板の熱膨張量が相対的に大きくなる。一方、半導体素子を接合する部位が外周縁部より内側の部分の面であるため、基板の熱膨張量が相対的に小さくなる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ガラス繊維層を樹脂層で覆うことにより形成され、半導体素子を接合する部位の面が、他の部位の面に比べてガラス繊維層に近接していることを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、ガラス繊維層は樹脂層に比べて熱膨張が少なく、半導体素子を接合する部位の面が、他の部位の面に比べてガラス繊維層に近接している。従って、基板と半導体素子との半田による接合部では、基板と半導体素子との間の熱膨張差が更に少なくなる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ガラス繊維層を樹脂層で覆うことにより形成され、最薄部の厚さが、ガラス繊維層の厚さよりも大きいことを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、基板の最薄部の厚さが、ガラス繊維層の厚さよりも大きいので、基板と半導体素子との半田による接合部分では、基板の強度が確保される。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、半導体素子は、ランドグリッドアレイの素子であることを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、半導体素子が、ランドグリッドアレイの素子であることから、半田をボール状にしたボールグリッドアレイの素子よりも、半田の接合部が薄いことか、この発明が有効となる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、基板に凹部を設けるだけの比較的シンプルな構成により基板と半導体素子との間の半田接合部の耐久性を向上させることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、基板と半導体素子との間の半田接合部の耐久性を更に向上させることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、基板と半導体素子との間の半田接合部の耐久性を更に向上させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、基板の耐久性を確保することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ランドグリッドアレイ型の半導体素子に有効な基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態に係り、基板を示す平面図。
【図２】同実施形態に係り、基板を示す正面図。
【図３】同実施形態に係り、図１に示す基板の鎖線四角の部分を拡大して示す斜視断面図。
【図４】比較例に係り、凹部を形成しない従来の基板を簡略的に示す断面図。
【図５】同実施形態に係り、凹部を形成した基板を簡略的に示す断面図。
【図６】同実施形態に係り、ＬＧＡ素子と基板との接合前の関係を示す分解拡大断面図。
【図７】同実施形態に係り、ＬＧＡ素子と基板との接合後の関係を示す拡大断面図。
【図８】同実施形態に係り、凹部を形成しない従来の基板及びＬＧＡ素子等を示す分解拡大断面図。
【図９】別の実施形態に係り、基板を示す正面図。
【図１０】別の実施形態に係り、基板を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の基板を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。図１に、基板１を平面図により示す。図２に、基板１を正面図により示す。図３に、図１に示す基板１の鎖線四角Ｓ１の部分を拡大して斜視断面図により示す。
【００２５】
図１〜３に示すように、この実施形態の基板１は、平面視で正方形をなし、その表面に半導体素子を半田により接合するように構成される。この実施形態では、半導体素子として、ランドグリッドアレイの素子（以下「ＬＧＡ素子」と言う。）が適用されるようになっている。すなわち、基板１において、複数のＬＧＡ素子を接合するための部位が、凹部２となっており、その部位が他の部位よりも低い面を有している。ここで、「他の部位」は、基板１の外周縁部３であり、四角枠形状をなしている。そして、ＬＧＡ素子を接合する凹部２が外周縁部３よりも内側の部分となっている。図１に示すように、凹部２には、ＬＧＡ素子を接合するための多数のプリント基板パターン４が形成されている。
【００２６】
図３に示すように、この基板１は、ガラス繊維層１１を樹脂層１２で覆うことにより形成される。ガラス繊維層１１として、凹部２の面２ａが、外周縁部３の面３ａに比べてガラス繊維層１１に近接している。ここで、基板１は、ガラス繊維層１１を樹脂層１２で覆うことにより形成されるが、凹部２の中の最薄部の厚さは、ガラス繊維層１１の厚さよりも樹脂層１２の分だけ大きくなっている。
【００２７】
図４に、比較例に係り凹部を形成しない従来の基板２１を簡略的に断面図により示す。図５に、凹部２を形成した本実施形態の基板１を簡略的に断面図により示す。図４，５のそれぞれにおいて、常温時の基板２１，１の状態を実線で示し、高温時の基板２１，１の状態を２点鎖線で示す。
【００２８】
凹部を形成しない従来の基板２１では、図４に２点鎖線で示すように、高温時に表層の樹脂層１２が連続的に伸びる。このため、半田により接合されて実装されるＬＧＡ素子（図示略）の変形量と基板２１の変形量との差が大きくなり、半田接合部へのストレスが大きくなる。
【００２９】
これに対し、凹部２を形成した本実施形態の基板１では、図５に２点鎖線（細線）で示すように、凹部２の部分で表層の樹脂層１２の連続的な伸びが小さくなる。図５に２点鎖線（太線）で示す従来の基板２１の伸びと比較すると、本実施形態の基板１の伸びが少ないことが分かる。このため、半田により接合されて実装されるＬＧＡ素子（図示略）の熱膨張量（変形量）と基板１の熱膨張量（変形量）との差が小さくなり、半田へのストレスが減少する。
【００３０】
図６に、ＬＧＡ素子５と基板１との接合前の関係を分解拡大断面図により示す。図７に、同じくＬＧＡ素子５と基板１との接合後の関係を拡大断面図により示す。図６，７に示すように、この実施形態では、基板１の凹部２の面２ａ上に形成されたプリント基板パターン４上に、ＬＧＡ素子１の電極部６が、半田７を介して接合されるようになっている。
【００３１】
ここで、基板１の凹部２の深さの決定方法について以下に説明する。図８に、凹部を形成しない従来の基板２１及びＬＧＡ素子５等を分解拡大断面図により示す。図８において、位置Ｐ１は、ＬＧＡ素子５が半田７によりプリント基板パターン４に接合された場合の、常温時におけるＬＧＡ素子５の基準となる一端面の位置を示す。高温時には、位置Ｐ１を基準とすると、２点鎖線で示すように、ＬＧＡ素子５は寸法Ｌ１だけ伸びる。これに対し、高温時に、基板２１は、位置Ｐ１を基準とすると、寸法Ｌ１よりも大きい寸法Ｌ２だけ伸びることとなり、その違いは明らかである。
【００３２】
図６，７に示すように、基板１に凹部２を設ける理由は、凹部２の面２ａの伸びを、ＬＧＡ素子５の伸びと等しくするためである。ここで、基板１において、表面に一番近いガラス繊維層１１の厚さ方向の中心Ｃ１を起点にすると、高温時の基板１の伸びは、斜線Ｍ１に沿って変化することとなる。つまり、ガラス繊維層１１の中心Ｃ１から基板２１の表面へ向けて、基板２１の伸びが徐々に大きくなる。従って、ＬＧＡ素子５の伸び（寸法Ｌ１）と基板２１の伸びが等しくなるのは、斜線Ｍ１上の位置Ｐ２であることが分かる。よって、基板２１の表面から、斜線Ｍ１上の位置Ｐ２までの垂直方向の寸法Ｌ３が、基板１の凹部２の深さとなる。但し、この凹部２の深さは、ガラス繊維層１１に達しない、樹脂層１２の範囲内で決定されることとなる。
【００３３】
以上説明したこの実施形態の基板１によれば、ＬＧＡ素子５を接合する部位が他の部位よりも低い面２ａとなっているので、その低い面２ａの部分では、他の部位と比べて熱膨張量が小さくなる。従って、その低い面２ａの部分にＬＧＡ素子５を半田７により接合した場合に、基板１とＬＧＡ素子５との間の熱膨張差が少なくなる。これにより、半田７へのストレスの蓄積を軽減することができ、半田７の疲労破壊の発生を防止することができる。このため、基板１に凹部２を設けるだけの比較的シンプルな構成により基板１とＬＧＡ素子５との間の半田接合部の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
また、この実施形態では、基板１において、外周縁部３を含む面３ａが最も長い辺を持つ面となるため、この外周縁部３にて基板１の熱膨張量が相対的に大きくなる。一方、ＬＧＡ素子５を接合する部位、すなわち凹部２は、外周縁部３より内側の部分の面２ａを有するため、この部分で基板１の熱膨張量が相対的に小さくなる。この意味で、基板１とＬＧＡ素子５との間の半田接合部の耐久性を更に向上させることができる。
【００３５】
また、この実施形態の基板１では、ガラス繊維層１１は樹脂層１２に比べて熱膨張が少なく、ＬＧＡ素子５を接合する部位の面２ａが、他の部位の面３ａに比べてガラス繊維層１１に近接している。従って、基板１とＬＧＡ素子５との半田による接合部では、基板１とＬＧＡ素子５との間の熱膨張差が更に少なくなる。この意味で、基板１とＬＧＡ素子５との間の半田接合部の耐久性を更に向上させることができる。
【００３６】
更に、この実施形態の基板１では、凹部２における基板１の最薄部の厚さが、ガラス繊維層１１の厚さよりも大きいので、基板１とＬＧＡ素子５との半田７による接合部分では、基板１の強度が確保される。このため、基板１の耐久性を確保することができる。
【００３７】
この実施形態の基板１によれば、ＬＧＡ素子５が接合されるので、半田をボール状にしたボールグリッドアレイの素子よりも、半田７の接合部が薄いことから、この発明の基板１が有効となる。すなわち、基板１とＬＧＡ素子５との間で熱膨張差が大きいと、ＬＧＡ素子を半田により接合した場合に、半田７の接合部が薄くて、破断のおそれが高くなる。これに対し、この実施形態の基板１によれば、上記のように基板１とＬＧＡ素子５との間で熱膨張差が少なくなるので、半田の接合部が薄くても、この破断を有効に防止することができるのである。よって、ＬＧＡ素子５に有効な基板１を得ることができる。
【００３８】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００３９】
（１）前記実施形態では、図１，２に示すように、基板１の表面に凹部２を設けたが、図９に示すように、基板１の表面及び裏面に凹部２を設けることもできる。
【００４０】
（２）前記実施形態では、図１に示すように、基板１に一段の凹部２を設けたが、図１０に示すように、基板１に一段目の凹部２と二段目の凹部８とを設けることもできる。
【００４１】
（３）前記実施形態では、半導体素子として、ランドグリッドアレイの素子（ＬＧＡ素子）５を適用できる基板１に具体化したが、ボールグリッドアレイの素子を適用できる基板に具体化することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明は、半導体装置の構成要素として利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１基板
２凹部
２ａ面
３外周縁部
３ａ面
５ＬＧＡ素子（半導体素子）
７半田
８凹部
１１ガラス繊維層
１２樹脂層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面及び裏面の少なくとも一方に半導体素子を半田により接合するように構成した基板であって、
前記半導体素子を接合する部位が他の部位よりも低い面となっていることを特徴とする基板。
【請求項２】
前記他の部位が外周縁部であり、前記半導体素子を接合する部位が前記外周縁部よりも内側の部分であることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項３】
ガラス繊維層を樹脂層で覆うことにより形成され、前記半導体素子を接合する部位の面が、前記他の部位の面に比べて前記ガラス繊維層に近接していることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項４】
ガラス繊維層を樹脂層で覆うことにより形成され、最薄部の厚さが、前記ガラス繊維層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項５】
前記半導体素子は、ランドグリッドアレイの素子であることを特徴する請求項１に記載の基板。

【図１】