JP3660817B2

JP3660817B2 - 電子回路モジュール

Info

Publication number: JP3660817B2
Application number: JP36697498A
Authority: JP
Inventors: 貴紀生田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP2000195996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種の電子機器や電子装置等の重要部に用いられる、基板上に搭載された半導体素子を金属ケース等の蓋体で覆って成る電子回路モジュールに関し、特に蓋体を半導体素子の放熱構造に利用した電子回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の電子機器や電子装置に対しては小型化や薄型化・高機能化・低コスト化等の要求が絶えることがなく、それらの要求を実現するために、電子機器や電子装置を構成する半導体装置である電子回路モジュールに対しても同様に小型化・薄型化・高機能化・低コスト化の検討が急速に押し進められている。
【０００３】
このような電子回路モジュールは、一般に、回路基板を構成する基板上に電子部品や半導体素子が搭載されて電子回路を構成し、さらに電子回路の保護や電磁シールドのためにこれら電子部品や半導体素子を覆うように金属ケースが取着されることにより構成されている。
【０００４】
この電子回路モジュールを構成する基板には、例えば、酸化アルミニウム質焼結体を主成分とするセラミックス材料や窒化アルミニウム質焼結体を主成分とする高熱伝導性のセラミックス材料、あるいはガラス材料と有機材料とから成るガラスエポキシ、またはセラミックス材料に比べて低温焼成が可能なガラスセラミックス等が用いられている。これらの基板材料について電子回路モジュールでは、その用途によって以下のように各基板材料が使い分けられている。
【０００５】
例えば、酸化アルミニウム質焼結体を主成分とするセラミックス材料は、安定性や信頼性の高い絶縁材料であるが、約1400〜1650℃程度の高温で焼成しなければならないために配線導体の材料に高融点金属であるタングステンやモリブデン等を用いる必要があり、これら高融点金属が高比抵抗金属材料であることから、高速信号処理を行なう電子回路モジュールには適用が困難である。
【０００６】
また、窒化アルミニウム質焼結体を主成分とする高熱伝導性のセラミックス材料は、良好な放熱性を有する点では有効であるが、一般的な民生分野の電子回路モジュールに対しては高価であり、低コスト化を図ることが困難である。
【０００７】
また、ガラス材料と有機材料とから成るガラスエポキシは、安価であるが耐熱性が不十分であり、熱的な安定性も要求される電子回路モジュールには不向きである。
【０００８】
これに対し、セラミックス材料に比べて低温でかつ短時間で焼成可能であるガラスセラミックスは、低コストで作製することができ、さらに配線導体の材料に低融点金属材料であるＡｕやＡｇ・Ｃｕ等の低比抵抗金属材料を使用できるため、高速信号処理を行なう電子回路モジュールに有利である。
【０００９】
また、これらの基板材料は用途によって使い分けられ、近年の電子回路モジュールの高機能化に対し、半導体素子を直接搭載して小型化を達成するに際して、半導体素子の小型化・高密度化・高電力化に伴う半導体素子の発熱を以下に放熱させるかが重要な課題となっている。その放熱対策の手法としては、例えば、高熱伝導率材料からなる基板に直接に半導体素子を実装する手法や、半導体素子直下の基板に多数のサーマルビアホールと呼ばれる放熱部材を基板に貫通させて形成する手法等が挙げられる。
【００１０】
一方、半導体素子の搭載における電気的接続手法についても、実装面積の小型化を図るため、従来のワイヤボンディングに変わり、金属バンプなどを用いたいわゆるフリップチップ実装等の手法が実用化されている。
【００１１】
さらに、基板の小型化の観点から、基板の表面側に半導体素子を搭載するのではなく、基板の裏面側にキャビティを設けて半導体素子を埋設して搭載することにより、基板表面のチップ部品実装面積を増加させて有効に活用することによって、さらなる小型化が可能となっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、さらに小型化と低コスト化とを両立させた電子回路モジュ一ルの要求が強まっており、その中で半導体素子の信頼性を確保するために、電子回路モジュールに対しては従来以上の良好な放熱性が必要とされるようになっている。
【００１３】
そのような放熱性の確保は、例えば基板の裏面側に設けたキャビティの底部から基板の表面に貫通させてサーマルビアホールと言われる放熱用貫通導体を設置し、これを基板の表面に形成した金属電極部に接続して、この金属電極部に金属等から成る放熱部材を半田付けにより取着することによって達成することができる。さらに、その金属放熱部材を放熱性の良い金属等から成る、電子回路モジュールのケース（蓋体）と密着させることにより、さらなる放熱が可能となる。
【００１４】
しかしながら、サーマルビアホールは基板を貫通して形成されることによって半導体素子からの発熱を伝達し放熱させているため、サーマルビアホールが基板を貫通している部分では多層配線基板の内部の回路配線を任意に配置することが不可能となり、例えば内層される回路配線はサーマルビアホールを避けて配置せざるを得ないため、回路配線の引き回しが長くなって電気的損失を増加させてしまう等、電子回路モジュールの小型化の面で大きな制約を受けるという問題点があった。
【００１５】
さらに、放熱部材を余分に用意する必要があると同時に、ケ一スとの接続においてその放熱部材の高さがケ一スの高さつまり製品高さを決定してしまい、また、放熱部材を取着するための半田付けにおいて半田量の制御や半田厚み制御が困難であることから、製品高さのばらつきが大きくなってしまうという問題点があった。
【００１６】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、安価な多層回路基板を用いて内部の回路配線を任意に配置することができるとともに半導体素子からの発熱を効率よく放熱することができ、高密度化・小型化・低コスト化の要求に対応可能な高信頼性の電子回路モジュールを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子回路モジュールは、多層配線基板の上面に、半導体素子搭載部および蓋体当接部を有する熱伝導層が前記多層配線基板の絶縁層の最上層の１層分以上の厚みで形成され、半導体素子が前記半導体素子搭載部に搭載されるとともに、熱伝導材料から成り、内側に突出部を有する蓋体が前記突出部を前記蓋体当接部に当接させて取着されていることを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子回路モジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の電子回路モジュールの実施の形態の一例を示す、蓋体を除いた状態の上面図であり、図２は蓋体を取着した状態を示す図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【００２０】
これらの図において、１は電子回路モジュールの基板本体部となる多層配線基板であり、複数の絶縁層と回路配線層および貫通導体等により回路基板を構成している。この多層配線基板１には、セラミック多層配線基板やガラスセラミック多層配線基板を始めとして、ガラスエポキシ基板によるもの等種々の材料から成る基板をを用いることができる。
【００２１】
２は多層配線基板１の上面に形成された熱伝導層であり、この熱伝導層２は多層配線基板１の上面における半導体素子搭載部２ａおよび蓋体当接部２ｂを有している。このような熱伝導層２には、多層配線基板１の絶縁層間の電気的導通を確保するためのビア導体等と同様の金属材料を始めとする熱伝導性の良好な伝熱材料を用いることができる。例えば、ビア導体と同様に導体ペーストを用いて形成する場合であれば、Ａｇ・Ａｕ・Ｃｕ等の金属粉末と有機バインダ等により調製したペーストを用いればよく、多層配線基板１の絶縁層を構成するセラミックグリーンシートに形成した凹部に印刷し充填して焼成させること等により所望の形状・寸法の熱伝導層２を形成すればよい。
【００２２】
なお、熱伝導層２の寸法としては、厚みは例えば多層配線基板１の絶縁層の最上層の１層分があればよいが、数層分にわたる厚みとすれば熱伝導性の点で有利となる。また、面積は半導体素子３を搭載する半導体素子搭載部２ａと後述する蓋体５の突出部５ａを当接させる蓋体当接部２ｂとが確保できる面積があればよく、半導体素子３からの発熱を十分に逃がせるように考慮する。
【００２３】
３は半導体素子であり、半導体素子搭載部２ａにＡｕＳｎろうやＡｕＳｉろう、あるいは熱硬化型Ａｇペースト等の熱伝導性の良好な接着材料により接着されて搭載され、多層配線基板１の回路配線導体とワイヤボンディング等により電気的に接続されるとともに、その動作に伴う発熱は熱伝導層２に伝えられることとなる。また、半導体素子３は、搭載後に素子およびボンディングワイヤ等を保護する目的で、半導体素子封止用エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の封止樹脂により封止される。
【００２４】
また、いわゆるフリップチップ実装法等の手法により金属バンプを介して接続し、半導体素子３の下面と多層配線基板１（半導体素子搭載部２ａ）との間に熱伝導の良好な絶縁樹脂、いわゆるアンダーフィルを注入して、熱伝導層２への半導体素子３の熱の伝導を良好なものとすることもできる。
【００２５】
４は半導体素子３とともに多層配線基板１の上面に搭載され実装される各種の電子部品であり、例えばチップコンデンサやチップ抵抗・チップインダクタ等である。
【００２６】
５は蓋体であり、熱伝導材料から成り、多層配線基板１にその上面を覆って取着され、基板１に搭載された半導体素子３や電子部品４を容器内部に収容して保護するものである。また、蓋体５は内側に突出部５ａを有しており、この突出部５ａを熱伝導層２の蓋体当接部２ｂに当接させている。突出部５ａと蓋体当接部２ｂとは、熱伝導性を高めるために、半田等を用いベルト式リフロー炉等を用いて接続してもよい。
【００２７】
このような蓋体５は、半導体素子３や電子部品４の保護とともに電磁シールドの目的で多層配線基板１に取着されるものであり、例えば洋白・鉄・ＳＵＳ等の材料が用いられ、その表面にはＮｉやＳｎ・半田等のメッキを施すことで半田濡れ性を向上させることができる。また、蓋体５は、例えば金型を用いて所望の寸法に加工することにより形成される。
【００２８】
なお、蓋体５には多層配線基板１との位置合わせを行なうためのべろ部５ｂを設けておき、これを多層配線基板１の側面に設けたべろ部挿入孔やべろ部挿入溝（図示せず）に挿入することにより、正確に位置合わせして取着させることができる。
【００２９】
また、突出部５ａは、熱伝導層２の蓋体当接部２ｂに当接させて半導体素子３からの熱を十分に伝導し蓋体５から放散させることができる形状および寸法とすればよく、また、蓋体当接部２ｂとの当接部を半田付けすることにより多層配線基板１との接着強度が満足できるような形状および寸法として形成すればよい。
【００３０】
このような突出部５ａは、例えば蓋体５を加工するための金型に突出部５ａとなる部分を設けたり、あるいはパンチ加工等により蓋体５を加工して凹部として形成することにより所望の形状・位置・寸法に形成される。
【００３１】
このように、本発明の電子回路モジュールによれば、多層配線基板１の上面において半導体素子３が搭載された熱伝導層２の蓋体当接部２ｂに蓋体５の突出部５ａを当接させていることから、半導体素子３で発生した熱は熱伝導層２を経て突出部５ａから蓋体５に効率よく伝導していき、蓋体５から大気中あるいは蓋体５に取着された放熱用部材（図示せず）に放散されることとなる。
【００３２】
また、熱伝導層２は多層の絶縁層の最上層と一体化するようにして多層配線基板１の上面に形成され、従来のサーマルビアホールのように多層配線基板１の内部を貫通していないため、熱伝導層２の下部においても多層配線基板１の内部の回路配線を自由に引き回すことができ、内部の回路配線層を特に制約なしに配置して多層配線基板１の高密度化・小型化を図ることができる。
【００３３】
さらに、熱伝導層２の蓋体当接部２ｂに蓋体５の突出部５ａを当接させるだけでも半導体素子３からの発熱を効果的に伝導させて放散させることができ、突出部５ａを蓋体当接部２ｂに半田等の良熱伝導性の接着剤により接着する場合であっても、突出部５ａはそれら接着剤に対する濡れ性が良好なため余分な接着剤は突出部５ａの側面に吸い上げられることとなり、蓋体５の自重を利用して突出部５ａを蓋体当接部２ｂに密着させて接合することができるので、蓋体５の高さのばらつき、つまり製品高さのばらつきを低減することもできる。
【００３４】
また、熱伝導層２は多層配線基板１の製造工程において一体的に形成することができ、多層配線基板１に対して別途放熱部材を搭載する必要がないため、電子回路モジュールの低コスト化を図ることもできる。
【００３５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の電子回路モジュールによれば、多層配線基板の上面に半導体素子搭載部および蓋体当接部を有する熱伝導層を多層配線基板の絶縁層の最上層の１層分以上の厚みで形成し、半導体素子を半導体素子搭載部に搭載するとともに、熱伝導材料から成る蓋体の内側に突出部を形成して、この突出部を蓋体当接部に当接させて蓋体を多層配線基板に取着していることから、半導体素子の発熱を熱伝導層と突出部とを介して蓋体に効率よく伝えて放散させることが可能となる。
【００３７】
また、多層配線基板における放熱部材である熱伝導層が多層配線基板の上面に多層配線基板の絶縁層の最上層の１層分以上の厚みで形成されており、基板を貫通していないため、熱伝導層の下部においても多層配線基板の内部における回路配線層を特に制約無しに配置させることが可能となり、従来のサーマルビアホールを用いたものに比べて高密度で小型の電子回路モジュールとなる。
【００３８】
以上により、本発明によれば、安価な多層回路基板を用いて内部の回路配線を任意に配置することができるとともに半導体素子からの発熱を効率よく放熱することができ、高密度化・小型化・低コスト化の要求に対応可能な高信頼性の電子回路モジュールを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子回路モジュールの実施の形態の一例を示す、蓋体を除いた状態の上面図である。
【図２】本発明の電子回路モジュールの実施の形態の一例を示す、蓋体を取着した状態における図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・多層配線基板
２・・・・・熱伝導層
２ａ・・・・半導体素子搭載部
２ｂ・・・・蓋体当接部
３・・・・・半導体素子
５・・・・・蓋体
５ａ・・・・突出部

Claims

多層配線基板の上面に、半導体素子搭載部および蓋体当接部を有する熱伝導層が前記多層配線基板の絶縁層の最上層の１層分以上の厚みで形成され、半導体素子が前記半導体素子搭載部に搭載されるとともに、熱伝導材料から成り、内側に突出部を有する蓋体が前記突出部を前記蓋体当接部に当接させて取着されていることを特徴とする電子回路モジュール。