JP2003224155A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP2003224155A JP2002020156A JP2002020156A JP2003224155A JP 2003224155 A JP2003224155 A JP 2003224155A JP 2002020156 A JP2002020156 A JP 2002020156A JP 2002020156 A JP2002020156 A JP 2002020156A JP 2003224155 A JP2003224155 A JP 2003224155A
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semiconductor device
filler
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俊昭 重岡
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智 濱野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device of superior mounting reliability that is connected by a flip chip connecting method, and a method for manufacturing it. <P>SOLUTION: A multilayer distributing board 1 comprises a plurality of metalized wiring layers 21 and a via hole conductor 22 at least on the surface and/or inside of a ceramic insulating substrate 19. A semiconductor element 7 provided with a connecting electrode 5 is mounted on the principal surface 2 of the multilayer distributing board 1. The metalized wiring layer 21 of the multilayer distributing board 1 is electrically connected to the connecting electrode 5 of the semiconductor element 7. A gap 9 between the multilayer distributing board 1 and the semiconductor element 7 is filled with a filler 11. In this semiconductor device constituted in such a manner that the pulse duty factor of an area of a void 23 in the principal surface 2 of the multilayer distributing board 1 where the filler 11 is applied is at least 8% or more. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、多層配線基板の表
面に半導体素子が搭載された半導体装置およびその製造
方法に関し、特に、半導体素子と多層配線基板とがフリ
ップチップ接続法により接続された半導体装置およびそ
の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor element mounted on the surface of a multilayer wiring board and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor in which the semiconductor element and the multilayer wiring board are connected by a flip chip connection method. The present invention relates to a device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来技術】近年の電子機器の小型化や高密度化に対応
した実装技術の革新は目覚しく、それに伴い、半導体素
子やこれを搭載する多層配線基板などにより構成される
半導体装置においても、半導体素子と多層配線基板との
接続に係る技術が注目されている。そして、半導体装置
では、小型化、多ピン化、高速化の要求から、半導体素
子をフェイスダウンで接続用電極を介して多層配線基板
にロウ材によって直接接続するフリップチップ接続法が
開発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the innovation of packaging technology corresponding to the miniaturization and high density of electronic devices has been remarkable, and accordingly, semiconductor devices such as semiconductor devices including a semiconductor device and a multilayer wiring board on which the semiconductor device is mounted have a semiconductor device. Attention has been paid to a technology relating to the connection between the wiring board and the multilayer wiring board. In the semiconductor device, a flip chip connection method has been developed in which a semiconductor element is directly connected face-down to a multi-layer wiring substrate with a brazing material through a connection electrode in order to reduce the size, increase the number of pins, and increase the speed. .

【0003】また、このフリップチップ接続法では、実
装信頼性を高めるために、半導体素子と多層配線基板と
の隙間にアンダーフィルと呼ばれる充填剤を充填し硬化
させて補強することが行われている。
Further, in this flip-chip connection method, in order to enhance the mounting reliability, a filler called underfill is filled in the gap between the semiconductor element and the multilayer wiring board and cured to reinforce it. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半導体装置では、半導体素子がシリコン(Si)に
より形成されるため、その熱膨張係数は約3×10-6
℃であり、一方、多層配線基板は、セラミック材料やガ
ラスセラミック材料といった無機材料や有機樹脂などが
絶縁基板として用いられることから、その熱膨張係数が
7〜15×10-6/℃であり、半導体素子と多層配線基
板との熱膨張係数差が大きくなっている。
However, in such a semiconductor device, since the semiconductor element is formed of silicon (Si), the coefficient of thermal expansion thereof is about 3 × 10 −6 /
On the other hand, the multilayer wiring board has a coefficient of thermal expansion of 7 to 15 × 10 −6 / ° C. because an inorganic material such as a ceramic material or a glass ceramic material or an organic resin is used as an insulating substrate. The difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element and the multilayer wiring board is large.

【0005】その結果、上記の多層配線基板の表面に半
導体素子をフリップチップ接続した場合、半導体素子の
作動、停止により発生する熱によって応力が発生するた
め、例え、半導体素子と多層配線基板との隙間に充填剤
を充填して補強したとしても、このような熱応力によっ
て、半導体素子と多層配線基板との界面に剥離が発生
し、それに伴って接続用電極の電気的な接続状態が損な
われるという問題があった。
As a result, when a semiconductor element is flip-chip connected to the surface of the above-mentioned multilayer wiring board, stress is generated by heat generated by the operation and stop of the semiconductor element. Even if the gap is filled with a filler to reinforce, the thermal stress causes peeling at the interface between the semiconductor element and the multilayer wiring board, thereby impairing the electrical connection state of the connection electrode. There was a problem.

【0006】従って、本発明は、フリップチップ接続法
により接続され、実装信頼性に優れた半導体装置および
その製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device which is connected by a flip chip connection method and has excellent mounting reliability, and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
少なくともセラミック絶縁基板の表面および/または内
部に複数のメタライズ配線層およびビアホール導体を有
する多層配線基板と、該多層配線基板の主面に、接続用
電極を備えた半導体素子を載置し、前記多層配線基板の
メタライズ配線層と前記半導体素子の接続用電極とを電
気的に接続するとともに、前記多層配線基板と前記半導
体素子との隙間に充填剤を充填してなる半導体装置にお
いて、少なくとも充填剤が塗布された前記多層配線基板
の主面におけるボイドの面積占有率が8%以上であるこ
とを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A multilayer wiring substrate having a plurality of metallized wiring layers and via-hole conductors on at least the surface and / or inside of the ceramic insulating substrate, and a semiconductor element provided with a connecting electrode is placed on the main surface of the multilayer wiring substrate. In a semiconductor device in which a metallized wiring layer of a wiring board is electrically connected to a connection electrode of the semiconductor element, and a filler is filled in a gap between the multilayer wiring board and the semiconductor element, at least the filler is The area occupancy of voids on the main surface of the applied multilayer wiring board is 8% or more.

【0008】このような構成によれば、半導体素子と多
層配線基板との隙間に充填される充填剤が、多層配線基
板の表面に形成されたボイド内に浸入することによりア
ンカーを形成でき、また、多層配線基板の主面の面積に
対するボイドの面積占有率を8%以上とすることによ
り、充填剤により形成されるアンカーが増し、半導体素
子と多層配線基板との接着強度を高めることができる。
これにより、半導体素子と多層配線基板との間に介在す
る接続用電極および充填剤のクラックを抑制できる。こ
うして、半導体素子と多層配線基板との界面に熱応力等
が発生しても剥離を防止でき、接続用電極の接続状態を
安定に保つことができ、実装信頼性を向上できる。
According to this structure, the filler filled in the gap between the semiconductor element and the multilayer wiring board can penetrate into the void formed on the surface of the multilayer wiring board to form the anchor, and By setting the area occupation ratio of the voids to the area of the main surface of the multilayer wiring board to be 8% or more, the anchors formed by the filler are increased, and the adhesive strength between the semiconductor element and the multilayer wiring board can be increased.
As a result, it is possible to suppress cracks in the connecting electrode and the filler that are interposed between the semiconductor element and the multilayer wiring board. Thus, even if thermal stress or the like occurs at the interface between the semiconductor element and the multilayer wiring board, peeling can be prevented, the connection state of the connection electrode can be kept stable, and mounting reliability can be improved.

【0009】上記半導体装置では、ボイドの最大径の平
均が3μm以上であることが望ましい。このように多層
配線基板の主面に形成されるボイドの最大径の平均が3
μm以上であれば、多層配線基板の表面に大きなアンカ
ーを形成できることから、半導体素子と多層配線基板と
の接着強度をさらに高めることができる。
In the above semiconductor device, it is desirable that the average of the maximum diameters of voids is 3 μm or more. Thus, the average maximum diameter of the voids formed on the main surface of the multilayer wiring board is 3
When the thickness is at least μm, a large anchor can be formed on the surface of the multilayer wiring board, so that the adhesive strength between the semiconductor element and the multilayer wiring board can be further increased.

【0010】上記半導体装置では、多層配線基板の前記
ボイドを除く部分の表面粗さ(Ra)が0.3μm以上
であることが望ましい。上記のボイドとともに多層配線
基板の表面粗さ(Ra)を0.3μm以上とすることに
より、充填剤の接着強度をさらに高めることができる。
In the above semiconductor device, the surface roughness (Ra) of the portion of the multilayer wiring board excluding the voids is preferably 0.3 μm or more. By setting the surface roughness (Ra) of the multilayer wiring board to 0.3 μm or more together with the voids, the adhesive strength of the filler can be further increased.

【0011】上記半導体装置では、多層配線基板の充填
剤が塗布される領域のみに、最大径の平均が3μm以上
のボイドが形成されていることが望ましい。このように
充填剤が塗布される領域のみに最大径の平均が3μm以
上のボイドを形成することにより、半導体素子と多層配
線基板との接着強度を高めることができるとともに、多
層配線基板表面の、充填剤が塗布される領域以外のボイ
ドを低減することにより、多層配線基板並びにそれを用
いた半導体装置の基板強度および耐湿性を高めることが
でき、このため実装信頼性をさらに向上できる。
In the above semiconductor device, it is desirable that voids having an average maximum diameter of 3 μm or more are formed only in the region of the multilayer wiring substrate to which the filler is applied. By forming a void having an average maximum diameter of 3 μm or more only in the region where the filler is applied, the adhesive strength between the semiconductor element and the multilayer wiring board can be increased, and the surface of the multilayer wiring board By reducing the voids other than the region to which the filler is applied, it is possible to enhance the substrate strength and moisture resistance of the multilayer wiring board and the semiconductor device using the multilayer wiring board, thus further improving the mounting reliability.

【0012】上記半導体装置では、半導体素子と多層配
線基板との熱膨張係数差が5×10 -6/℃以上であると
ともに、半導体素子主面の面積をA1、多層配線基板主
面の面積をA3としたときに、A1/A3≧0.02であ
ることが望ましい。上記したように、主面にボイドを形
成した多層配線基板を用いる半導体装置であれば、半導
体素子と多層配線基板との熱膨張係数差が大きく、動作
時に熱応力とともに大きな歪みが発生しやすくなるよう
な上記のような構造であっても実装信頼性を向上でき
る。
In the above semiconductor device, the semiconductor element and the multi-layer
5 × 10 thermal expansion coefficient difference with linear substrate -6/ C or above
In both cases, the area of the semiconductor element main surface is A1, Multilayer wiring board
Area of the surface is A3And when1/ A3≧ 0.02
Is desirable. Form a void on the main surface, as described above.
If it is a semiconductor device that uses a multilayer wiring board made of semiconductor,
The thermal expansion coefficient difference between the body element and the multilayer wiring board is large
Sometimes large strain is likely to occur along with thermal stress
Even with the above structure, mounting reliability can be improved.
It

【0013】上記半導体装置では、セラミック絶縁基板
がガラスセラミックスからなることが望ましい。ガラス
セラミックスは部品相互の熱膨張差を緩和し、発生する
応力を低減するために高い接続信頼性を得ることができ
る。
In the above semiconductor device, the ceramic insulating substrate is preferably made of glass ceramics. Glass-ceramics alleviate the difference in thermal expansion between components and reduce the generated stress, so that high connection reliability can be obtained.

【0014】本発明の半導体装置の製造方法は、ビアホ
ール導体が形成されたセラミックグリーンシートの表面
にメタライズ配線層を形成する工程と、該メタライズ配
線層が形成されたグリーンシートを複数積層して積層体
を形成する工程と、該積層体を所定の雰囲気下、温度条
件にて焼成して、多層配線基板素体を形成する工程と、
該多層配線基板素体の表面に、最大粒径が50μm以下
のアルミナ砥粒を用いてサンドブラスト処理を行うこと
により、前記多層配線基板の表面にボイドが形成された
多層配線基板を形成する工程と、該多層配線基板の主面
に、接続用電極を備えた半導体素子を載置する工程と、
該半導体素子と前記多層配線基板との隙間に充填剤を充
填する工程とを具備する製造方法である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a metallized wiring layer on the surface of a ceramic green sheet on which a via-hole conductor is formed, and a plurality of green sheets on which the metallized wiring layer is formed. A step of forming a body, a step of firing the laminated body under a predetermined atmosphere under temperature conditions to form a multilayer wiring board body,
A step of forming a multi-layered wiring board having voids on the surface of the multi-layered wiring board by performing a sandblasting treatment on the surface of the multi-layered wiring board body using alumina abrasive grains having a maximum particle size of 50 μm or less; A step of mounting a semiconductor element having a connecting electrode on the main surface of the multilayer wiring board,
And a step of filling a gap between the semiconductor element and the multilayer wiring board with a filler.

【0015】このような製法によれば、多層配線基板の
表面に、サンドブラスト処理を用いてボイドを形成する
ために、サンドブラスト処理の条件を変更することによ
り、所望の最大径と面積占有率を有するボイドを容易に
形成できる。また、マスクを用いれば、ボイドを多層配
線基板の任意の場所に容易に形成できる。
According to such a manufacturing method, in order to form the voids on the surface of the multilayer wiring board by using the sandblasting process, the conditions of the sandblasting process are changed so that the desired maximum diameter and area occupation ratio are obtained. Voids can be easily formed. Further, by using a mask, voids can be easily formed at any place on the multilayer wiring board.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の一形態であ
るフェイスアップ型のボールグリッドアレイ(BGA)
について、図1の概略断面図をもとに詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A face-up type ball grid array (BGA) which is one mode of a semiconductor device of the present invention.
Will be described in detail with reference to the schematic sectional view of FIG.

【0017】本発明の半導体装置によれば、多層配線基
板1の主面2上に、格子状に配列された接続用電極5を
備えた半導体素子7が搭載されている。また、多層配線
基板1の半導体素子7搭載面の反対側にはマザーボード
などに2次実装するための接続端子8が格子状に形成さ
れている。
According to the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element 7 having the connecting electrodes 5 arranged in a grid is mounted on the main surface 2 of the multilayer wiring board 1. Further, connection terminals 8 for secondary mounting on a mother board or the like are formed in a grid pattern on the side of the multilayer wiring board 1 opposite to the semiconductor element 7 mounting surface.

【0018】また、この多層配線基板1と半導体素子7
との隙間9には、充填剤11が充填されており、この充
填剤11は、半導体素子7の周縁部から多層配線基板1
の主面2にかけて裾状に広がったフィレット部17が形
成されている。
The multilayer wiring board 1 and the semiconductor element 7 are also provided.
A filler 11 is filled in the gap 9 between the multilayer wiring board 1 and the peripheral portion of the semiconductor element 7.
A fillet portion 17 is formed so as to spread like a hem over the main surface 2.

【0019】多層配線基板1は、セラミック絶縁基板1
9の少なくとも主面2にメタライズ配線層21やビアホ
ール導体22が形成されている。
The multilayer wiring board 1 is a ceramic insulating board 1.
A metallized wiring layer 21 and a via-hole conductor 22 are formed on at least the main surface 2 of the metal layer 9.

【0020】本発明によれば、多層配線基板1の半導体
素子7が搭載される主面2に、複数のボイド23が形成
されており、多層配線基板1の主面2の面積に対するボ
イド23の面積占有率が8%以上であることが重要であ
る。このボイド23には充填剤11の一部が浸入しアン
カー25が形成されている。
According to the present invention, a plurality of voids 23 are formed on the main surface 2 of the multilayer wiring board 1 on which the semiconductor element 7 is mounted, and the voids 23 are formed with respect to the area of the main surface 2 of the multilayer wiring board 1. It is important that the area occupation rate is 8% or more. An anchor 25 is formed by partially infiltrating the filler 11 into the void 23.

【0021】このボイドの面積占有率は、充填剤11に
よるアンカー25の数を増し接着強度を高めるととも
に、多層配線基板1の機械的強度を向上させるという理
由から、8〜40%が望ましく、さらには、10〜30
%、特に、機械的強度を高く維持するために10〜20
%がより望ましい。
The area occupancy of the voids is preferably 8 to 40% for the reason that the number of anchors 25 by the filler 11 is increased to increase the adhesive strength and the mechanical strength of the multilayer wiring board 1 is improved. Is 10 to 30
%, Especially 10 to 20 to maintain high mechanical strength
% Is more desirable.

【0022】また、ボイド23の最大径の平均は3μm
以上であることが望ましく、さらに確実な投錨効果を有
するとともに、多層配線基板1の基板強度を高く維持す
るという理由から、この最大径の平均は3〜50μm、
さらには、10〜30μmであることがより望ましい。
ボイド23の最大径の平均が3μm以上とは、個々の多
層配線基板1についてボイド23の最大径を測定し、そ
の平均を求めた値である。
The average maximum diameter of the voids 23 is 3 μm.
The average of the maximum diameters is preferably 3 to 50 μm for the reason that the above is preferable, and because the anchoring effect is further ensured and the substrate strength of the multilayer wiring board 1 is maintained high,
Furthermore, it is more desirable that the thickness is 10 to 30 μm.
The average maximum diameter of the voids 23 being 3 μm or more is a value obtained by measuring the maximum diameter of the voids 23 of each multilayer wiring board 1 and calculating the average.

【0023】そして、このように最大径が3μm以上の
ボイド23は、充填剤11が塗布される領域にのみ形成
されていることが、半導体素子7との接着強度を高める
とともに、多層配線基板1の基板強度および耐湿性を向
上させるために望ましい。
The voids 23 having a maximum diameter of 3 μm or more are formed only in the region to which the filler 11 is applied, so that the adhesive strength with the semiconductor element 7 is increased and the multilayer wiring board 1 is formed. It is desirable to improve the substrate strength and moisture resistance of the.

【0024】また、ボイド23の最大深さは20μm以
下であることが望ましく、これも充填剤11により形成
されるアンカー25の投錨効果を高めると同時に多層配
線基板1の基板強度を高く維持するという理由から、さ
らには、この最大深さは5〜15μmであることがより
望ましい。
The maximum depth of the void 23 is preferably 20 μm or less, which also enhances the anchoring effect of the anchor 25 formed by the filler 11 and at the same time maintains the substrate strength of the multilayer wiring substrate 1 at a high level. For reasons, furthermore, it is more desirable that this maximum depth is 5 to 15 μm.

【0025】また、充填剤11が塗布される多層配線基
板1では、ボイド23の形成とともに充填剤11との接
触面積を高めることも充填剤11の接着強度を向上でき
るという理由から、多層配線基板1の表面粗さ(Ra)
は、0.3μm以上、特に、0.6〜1.5μmである
ことが望ましい。
Further, in the multilayer wiring board 1 to which the filler 11 is applied, it is possible to improve the adhesive strength of the filler 11 by increasing the contact area with the filler 11 together with the formation of the voids 23, so that the multilayer wiring board 1 can be improved. Surface roughness of 1 (Ra)
Is preferably 0.3 μm or more, and particularly preferably 0.6 to 1.5 μm.

【0026】また、半導体素子7と多層配線基板1との
熱膨張係数差が5×10-6/℃以上、特には7〜13×
10-6/℃の範囲であり、動作時に熱応力とともに大き
な歪みが発生しやすくなるような構造を有する半導体装
置では、半導体素子7の主面の面積をA1、多層配線基
板1の主面2の面積をA3としたときに、A1/A3
0.02であることが望ましく、特に、0.1〜0.7
であれば、実装信頼性をより向上できる。
Further, the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element 7 and the multilayer wiring board 1 is 5 × 10 −6 / ° C. or more, and particularly 7 to 13 ×.
In the case of a semiconductor device having a structure in the range of 10 −6 / ° C., in which a large strain is likely to occur along with thermal stress during operation, the area of the main surface of the semiconductor element 7 is A 1 , the main surface of the multilayer wiring substrate 1 is When the area of 2 is A 3 , A 1 / A 3
0.02 is preferable, and 0.1 to 0.7 is particularly preferable.
If so, mounting reliability can be further improved.

【0027】本発明の半導体装置において、多層配線基
板1を構成する絶縁基板19の材質としては、アルミナ
(Al23)、窒化珪素(Si34)、窒化アルミニウ
ム(AlN)、およびガラスセラミックなどの低温焼成
可能なセラミックスなどの電気絶縁材料のいずれであっ
てもよいが、部品相互の熱膨張差を緩和し、発生する応
力を低減する上で絶縁基板19としてはガラスセラミッ
クスなどの低温焼成セラミックスからなることが望まし
い。
In the semiconductor device of the present invention, the insulating substrate 19 constituting the multilayer wiring board 1 is made of alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), and glass. It may be any of electrically insulating materials such as ceramics that can be fired at low temperature such as ceramics. However, in order to reduce the difference in thermal expansion between components and reduce the generated stress, the insulating substrate 19 is made of glass ceramics or the like at a low temperature. It is preferably composed of fired ceramics.

【0028】多層配線基板1の一方の主面2に半導体素
子7を搭載している半導体装置では、半導体素子7のサ
イズに比べて、多層配線基板1のサイズが大きく、それ
らの面積比率が大きくなっているために、半導体装置の
熱膨張係数は主に絶縁基板19の熱膨張係数によって決
まってくるものである。このため絶縁基板19として
は、実用上、有機樹脂を含有する外部回路基板上に実装
される場合の実装信頼性を高める必要があることから、
40〜400℃の熱膨張係数が8×10-6/℃以上、特
に9×10-6/℃以上であることが望ましい。
In the semiconductor device in which the semiconductor element 7 is mounted on one main surface 2 of the multilayer wiring board 1, the size of the multilayer wiring board 1 is larger than the size of the semiconductor element 7 and the area ratio thereof is large. Therefore, the coefficient of thermal expansion of the semiconductor device is mainly determined by the coefficient of thermal expansion of the insulating substrate 19. Therefore, as the insulating substrate 19, in practice, it is necessary to enhance the mounting reliability when mounted on an external circuit substrate containing an organic resin.
It is desirable that the coefficient of thermal expansion at 40 to 400 ° C. is 8 × 10 −6 / ° C. or more, particularly 9 × 10 −6 / ° C. or more.

【0029】また、絶縁基板19のヤング率は200M
Pa以下、特に150MPa以下であることが使用時に
発生する応力を低減することができる。
The Young's modulus of the insulating substrate 19 is 200M.
When it is Pa or less, particularly 150 MPa or less, the stress generated during use can be reduced.

【0030】また、多層配線基板1の少なくとも表面に
形成されたメタライズ配線層21は、絶縁基板19の材
質によって、タングステン(W)、モリブデン(M
o)、銅(Cu)、銀(Ag)の群から選ばれる少なく
とも1種の導体を選択して用いることができ、アルミナ
(Al23)、窒化珪素(Si34)、窒化アルミニウ
ム(AlN)を主体とするセラミックスに対しては、タ
ングステン(W)またはモリブデン(Mo)を主として
含有する導体が、また、1000℃以下での焼成が可能
な低温焼成セラミックスなどの場合には、銅(Cu)ま
たは銀(Ag)を主体とする導体を選択して用いること
ができる。
The metallized wiring layer 21 formed on at least the surface of the multi-layer wiring board 1 may be made of tungsten (W), molybdenum (M) depending on the material of the insulating substrate 19.
o), copper (Cu), at least one conductor selected from the group of silver (Ag) can be selected and used, and alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride For a ceramic mainly composed of (AlN), a conductor mainly containing tungsten (W) or molybdenum (Mo) is used, and in the case of a low temperature fired ceramic capable of firing at 1000 ° C. or lower, copper is used. A conductor mainly composed of (Cu) or silver (Ag) can be selected and used.

【0031】尚、半導体素子7は、シリコン(Si)に
より形成され、その熱膨張係数は約3×10-6/℃であ
り、所望の熱硬化性樹脂によって多層配線基板1にて樹
脂封止されるか、または適当な蓋体を多層配線基板1の
主面2に接合することによりその内部に設置された半導
体素子7が気密封止される。
The semiconductor element 7 is made of silicon (Si), has a coefficient of thermal expansion of about 3 × 10 −6 / ° C., and is encapsulated in the multilayer wiring board 1 by a desired thermosetting resin. The semiconductor element 7 installed therein is hermetically sealed by bonding a suitable lid to the main surface 2 of the multilayer wiring board 1.

【0032】半導体素子7と多層配線基板1との隙間9
に充填される充填剤11は、無機フィラーと熱硬化性樹
脂により構成されたものが好適に用いられる。
Gap 9 between semiconductor element 7 and multilayer wiring board 1
The filler 11 to be filled in is preferably composed of an inorganic filler and a thermosetting resin.

【0033】また、この充填剤11中に含まれる熱硬化
性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、ユリア樹脂、
メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フタル酸ジアリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコー
ン樹脂、ポリウレタン樹脂の群から選ばれる少なくとも
1種を挙げることができる。これらの中でも、ビスフェ
ノール系エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂、ブ
ロム化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂の群から選ば
れる少なくとも1種のエポキシ樹脂が特に望ましい。
As the thermosetting resin contained in the filler 11, for example, phenol resin, urea resin,
At least one selected from the group consisting of melamine resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, polyimide resin, silicone resin, and polyurethane resin can be mentioned. Among these, at least one epoxy resin selected from the group of bisphenol epoxy resin, novolac epoxy resin, brominated epoxy resin, and alicyclic epoxy resin is particularly desirable.

【0034】また、充填剤11の熱膨張係数を下げるた
めに熱硬化性樹脂に添加される無機フィラーとしては、
球状粒子が好ましく、半導体素子7と多層配線基板1と
の隙間9の狭い空間に対する充填性を高めることがで
き、かつ充填剤11中への充填不良によるクラックの発
生を防止することができる。
As the inorganic filler added to the thermosetting resin in order to reduce the coefficient of thermal expansion of the filler 11,
Spherical particles are preferable, and the filling property in the narrow space of the gap 9 between the semiconductor element 7 and the multilayer wiring board 1 can be improved, and the occurrence of cracks due to defective filling in the filler 11 can be prevented.

【0035】また、この球状粒子は、粒子の表面に角部
が実質的に存在しない方が、粒子間の摩擦が小さいこと
から良好な充填性を示す。特に、この球状粒子は、平均
アスペクト比(長径/短径)が1.2以下、特に1.1
以下であり、長径による平均粒径が0.3〜20μm、
特に1〜10μmが充填性の点から好適である。この平
均粒径が0.3μmよりも小さいと、充填剤11の粘性
が低く、充填性が悪化してボイドが発生しやすくなり、
平均粒径が20μmを越えると、半導体素子7と多層配
線基板1との間に無機フィラーが充填されにくく、ボイ
ドの発生および充填剤11の不均一に伴うクラックが発
生しやくなるためである。用いられる無機フィラーとし
ては、石英ガラス、アルミナ、マイカ、ジルコニウムシ
リケート、リチウムシリケートなどの破砕状、もしくは
球状の無機物が望ましい。
Further, the spherical particles exhibit a good packing property when the corners are not substantially present on the surface of the particles because the friction between the particles is small. In particular, the spherical particles have an average aspect ratio (major axis / minor axis) of 1.2 or less, particularly 1.1.
And the average particle diameter depending on the long diameter is 0.3 to 20 μm,
Particularly, 1 to 10 μm is preferable from the viewpoint of filling property. When the average particle size is smaller than 0.3 μm, the viscosity of the filler 11 is low, the filling property is deteriorated, and voids are easily generated.
This is because if the average particle diameter exceeds 20 μm, it is difficult to fill the inorganic filler between the semiconductor element 7 and the multilayer wiring board 1, and it is easy for cracks to occur due to the occurrence of voids and nonuniformity of the filler 11. The inorganic filler used is preferably a crushed or spherical inorganic substance such as quartz glass, alumina, mica, zirconium silicate, lithium silicate and the like.

【0036】また、充填剤11の無機フィラーの含有量
は、30〜90体積%が適当であって、用いる樹脂のヤ
ング率に応じて上記の範囲でフィラー量を調整すること
により充填剤11の硬化後のヤング率を制御できる。
Further, the content of the inorganic filler in the filler 11 is appropriate to be 30 to 90% by volume, and the amount of the filler 11 is adjusted by adjusting the filler amount in the above range according to the Young's modulus of the resin used. The Young's modulus after curing can be controlled.

【0037】また、本発明の半導体装置は、一般に、外
部回路基板上に実装される。ここで用いられる外部回路
基板は、いわゆるプリント基板からなり、ガラス・エポ
キシ樹脂、ガラス・ポリイミド樹脂複合材料、およびア
ラミド繊維などの有機樹脂を含む材料からなる絶縁板の
表面および/または内部に、Cu、Au、Al、Ni、
Sn−Pbなどの金属からなる導体層が被着形成された
ものであり、熱膨張係数は12〜17×10-6/℃の範
囲が望ましい。
The semiconductor device of the present invention is generally mounted on an external circuit board. The external circuit board used here is made of a so-called printed circuit board, and is formed on the surface and / or inside of an insulating plate made of a material containing an organic resin such as glass / epoxy resin, glass / polyimide resin composite material, and aramid fiber. , Au, Al, Ni,
A conductor layer made of a metal such as Sn-Pb is adhered and formed, and the coefficient of thermal expansion is preferably in the range of 12 to 17 × 10 -6 / ° C.

【0038】このように、熱膨張係数が12〜17×1
-6/℃の範囲の外部回路基板を用いることにより、半
導体素子7、多層配線基板1、および外部回路基板のそ
れぞれの熱膨張係数をα1、α2、およびα5とした時
に、α1<α2<α5の関係を満足することができ、こ
れにより、半導体素子7、多層配線基板1、および外部
回路基板の反り形状を近づけることができるために、半
導体装置の実装信頼性を向上できる。
Thus, the coefficient of thermal expansion is 12 to 17 × 1.
By using the external circuit board in the range of 0 −6 / ° C., when the thermal expansion coefficients of the semiconductor element 7, the multilayer wiring board 1, and the external circuit board are α1, α2, and α5, α1 <α2 < The relationship of α5 can be satisfied, and since the warp shapes of the semiconductor element 7, the multilayer wiring board 1 and the external circuit board can be made close to each other, the mounting reliability of the semiconductor device can be improved.

【0039】次に、本発明の半導体装置に用いられる多
層配線基板1の製造方法を図2の工程図をもとに説明す
る。
Next, a method of manufacturing the multilayer wiring board 1 used in the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the process chart of FIG.

【0040】先ず、図2(a)に示すように、セラミッ
クグリーンシート31は、所定のセラミック組成物に対
し、有機バインダーと可塑剤等を加えた後、ドクターブ
レード法、圧延法、プレス法等の成形法により厚さ約5
0〜500μmのシート状に成形される。
First, as shown in FIG. 2A, the ceramic green sheet 31 is prepared by adding an organic binder and a plasticizer to a predetermined ceramic composition, and then applying a doctor blade method, a rolling method, a pressing method or the like. About 5 by the molding method
It is formed into a sheet shape of 0 to 500 μm.

【0041】次に、図2(b)に示すように、セラミッ
クグリーンシート31にレーザーやマイクロドリル、パ
ンチング等の加工法を用いて直径50〜200μmの貫
通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填してビア
ホール導体35が形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a through hole having a diameter of 50 to 200 μm is formed in the ceramic green sheet 31 by using a processing method such as laser, microdrill, punching or the like, and a conductor paste is formed therein. To fill the via hole conductor 35.

【0042】次に、図2(c)に示すように、セラミッ
クグリーンシート31の表面にメタライズ配線層37が
形成される。メタライズ配線層37としては、上述のビ
アホール導体35を形成するための金属導体粉末を含有
する導体ペースト等を用いて印刷法等により形成するこ
ともできるが、特に、メタライズ配線層37の幅が75
μm以下、特に50μm以下、かつメタライズ配線層3
7のピッチが100μm以下、特に、75μm以下の微
細配線化する上では、金属箔を使用することが望まし
い。
Next, as shown in FIG. 2C, a metallized wiring layer 37 is formed on the surface of the ceramic green sheet 31. The metallized wiring layer 37 may be formed by a printing method or the like using a conductor paste containing a metal conductor powder for forming the above-mentioned via-hole conductor 35. In particular, the metallized wiring layer 37 has a width of 75.
μm or less, especially 50 μm or less, and metallized wiring layer 3
It is desirable to use a metal foil for forming fine wiring with a pitch of 7 being 100 μm or less, particularly 75 μm or less.

【0043】このような金属箔からなるメタライズ配線
層37は、セラミックグリーンシート31の表面に金属
箔を接着した後に周知のフォトエッチング法等の手法に
よって所望の回路を形成する方法が知られているが、か
かる方法ではエッチング液によってセラミックグリーン
シート31を変質させてしまうため、転写法にて形成す
ることが望ましい。
As for the metallized wiring layer 37 made of such a metal foil, a method of forming a desired circuit by a known photo-etching method or the like after the metal foil is adhered to the surface of the ceramic green sheet 31 is known. However, in such a method, the ceramic green sheet 31 is deteriorated by the etching solution, and thus it is desirable to form it by the transfer method.

【0044】次に、図2(d)に示すように、同様にし
て得られた複数のグリーンシート31a〜31cを積層
圧着して積層体が形成され、さらに、この積層体を所定
の雰囲気下、温度条件にて焼成することにより多層配線
基板素体39が形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, a plurality of green sheets 31a to 31c obtained in the same manner are laminated and pressure-bonded to form a laminated body, and the laminated body is further subjected to a predetermined atmosphere. By firing under temperature conditions, the multilayer wiring board element body 39 is formed.

【0045】焼成は、通常の焼成でも良いが、高い寸法
精度を有する多層配線基板素体39を形成するために、
焼成時の収縮が殆どない拘束シートを積層体の上下面に
設置して同時焼成することも可能である。この場合、積
層体は、主に積層方向にのみ収縮した多層配線基板素体
39が形成される。
The firing may be ordinary firing, but in order to form the multilayer wiring board element 39 having high dimensional accuracy,
It is also possible to install a constraining sheet having almost no shrinkage at the time of firing on the upper and lower surfaces of the laminated body and perform simultaneous firing. In this case, in the laminated body, the multilayer wiring board element body 39 that is mainly contracted only in the laminating direction is formed.

【0046】次に、図2(e)に示すように、多層配線
基板素体39を超音波洗浄、研磨、ウォータージェッ
ト、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラ
スト、ドライブラストの群から選ばれる少なくとも1つ
の方法を用いて行われる。本発明の多層配線基板1の製
造方法によれば、上記の処理方法の中で、サンドブラス
ト処理機38により多層配線基板素体39の表面に所定
のボイド23を効率よく形成することができ、このよう
な加工を行うことにより、表面に所望のボイド23が形
成された多層配線基板1を容易に形成できる。
Next, as shown in FIG. 2E, at least one selected from the group consisting of ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blasting, sand blasting, wet blasting, and drive blasting is performed on the multilayer wiring board body 39. Method is used. According to the manufacturing method of the multilayer wiring board 1 of the present invention, in the above processing method, the predetermined void 23 can be efficiently formed on the surface of the multilayer wiring board body 39 by the sandblasting machine 38. By performing such processing, the multilayer wiring board 1 having the desired voids 23 formed on the surface can be easily formed.

【0047】サンドブラスト処理に用いる砥粒は、多層
配線基板素体39の表面を粗く研磨加工できるくらいの
硬度を有するセラミック粉末が望ましく、特に、粒度調
整や純度、価格の点で、アルミナ砥粒が好適に用いられ
る。
The abrasive grains used for the sandblasting treatment are preferably ceramic powders having a hardness enough to roughly grind the surface of the multilayer wiring board body 39. In particular, alumina abrasive grains are preferable in terms of particle size adjustment, purity and price. It is preferably used.

【0048】ここで用いられるアルミナ砥粒の平均粒径
は50μm以下の範囲のものが用いられ、特に、多層配
線基板素体39の表面に直径が3μm以上のボイドを形
成するために、このアルミナ砥粒の平均粒径は9〜20
μm、望ましくは13〜16μmであること望ましい。
The alumina abrasive grains used here have an average grain size in the range of 50 μm or less, and in particular, in order to form a void having a diameter of 3 μm or more on the surface of the multilayer wiring board body 39, this alumina is used. The average grain size of the abrasive grains is 9 to 20.
μm, preferably 13 to 16 μm.

【0049】さらに、サンドブラスト処理の条件として
は、処理時間や圧力等を調整して行われる。このサンド
ブラストによって、セラミック絶縁基板表面におけるガ
ラスなどの低軟化成分が選択的に削られ、ボイドが形成
される。
Further, as the condition of the sandblast treatment, the treatment time, pressure and the like are adjusted. By this sandblasting, the low-softening component such as glass on the surface of the ceramic insulating substrate is selectively shaved to form voids.

【0050】このようにして作製された多層配線基板1
の主面2に半導体素子7が実装され半導体装置が形成さ
れる。半導体素子7は多層配線基板1との電気的接続を
行うための接続用電極5が、その主面に格子状に形成さ
れており、この接続用電極5を多層配線基板1の主面2
に形成されたメタライズ配線層21に当接して加熱や場
合によっては加圧を行って接続される。
Multilayer wiring board 1 produced in this way
The semiconductor element 7 is mounted on the main surface 2 of the above to form a semiconductor device. In the semiconductor element 7, connection electrodes 5 for making electrical connection with the multilayer wiring board 1 are formed in a grid pattern on the main surface thereof, and the connection electrodes 5 are connected to the main surface 2 of the multilayer wiring board 1.
The metallized wiring layer 21 formed on the substrate is brought into contact with the metallized wiring layer 21 to be heated and, if necessary, pressurized to be connected.

【0051】次に、このようにして形成された半導体素
子7と多層配線基板1との隙間9に前記充填剤11が充
填される。このとき、充填剤11は多層配線基板1に主
面2に形成されたボイド23の内部にも浸入しアンカー
25が形成され多層配線基板1と半導体素子7とが強固
に接着される。
Next, the filler 11 is filled in the gap 9 between the semiconductor element 7 thus formed and the multilayer wiring board 1. At this time, the filler 11 also penetrates into the voids 23 formed on the main surface 2 of the multilayer wiring board 1 to form the anchors 25, so that the multilayer wiring board 1 and the semiconductor element 7 are firmly bonded.

【0052】[0052]

【実施例】本発明の半導体装置に用いられる多層配線基
板を以下のようにして作製した。
EXAMPLE A multilayer wiring board used in the semiconductor device of the present invention was manufactured as follows.

【0053】Al23 粉末にSiO2、MgO、CaO
を合計で3質量%添加混合した組成物(A)、SiO2
78質量%、Li2 O10質量%、Al23 4質量
%、K2O4質量%、P252質量%、Na2O2質量%
の組成からなるガラス粉末50質量%に対して、フォル
ステライトを50質量%添加混合した組成物(B)をそ
れぞれドクターブレード法によってシート状に成形した
後、組成物(A)のシートに対してはタングステンペー
ストを、組成物(B)のシートに対しては銅ペーストを
用いて、メタライズ配線層およびビアホール導体を印刷
あるいは充填して形成した後、組成物(A)に対しては
1600℃、組成物(B)に対しては900℃でそれぞ
れ焼成して多層配線基板素体を作製し、この基板の最表
面である主面にサンドブラスト処理を用いて粒度♯10
00(最大径50μm)のアルミナ砥粒を、表2に示す
条件により吹き付けて、種々のボイド面積占有率および
その直径を有するボイドを形成した。また、サンドブラ
スト処理後の表面粗さ(Ra)を測定した。砥粒の大き
さによっても調整は可能である。さらに、この多層配線
基板の表面のメタライズ配線層にNiメッキを施した。
Al 2 O 3 powder with SiO 2 , MgO, CaO
3% by mass in total of the composition (A), SiO 2
78 mass%, Li 2 O 10 mass%, Al 2 O 3 4 mass%, K 2 O 4 mass%, P 2 O 5 2 mass%, Na 2 O 2 mass%.
50% by mass of glass powder having the composition of 50% by mass and mixed with forsterite (50% by mass), the composition (B) is molded into a sheet by the doctor blade method, and then, with respect to the sheet of the composition (A). Is formed by printing or filling a metallized wiring layer and a via-hole conductor using a tungsten paste and a copper paste for the composition (B) sheet, and then 1600 ° C. for the composition (A). The composition (B) was fired at 900 ° C. to produce a multilayer wiring board body, and the main surface, which is the outermost surface of the board, was sandblasted to obtain a grain size of # 10.
Alumina abrasive grains of 00 (maximum diameter 50 μm) were sprayed under the conditions shown in Table 2 to form voids having various void area occupancy rates and their diameters. In addition, the surface roughness (Ra) after the sandblast treatment was measured. Adjustment is possible also by the size of the abrasive grains. Further, the metallized wiring layer on the surface of this multilayer wiring board was plated with Ni.

【0054】そして、この多層配線基板の下面の接続端
子に直径が0.5mmの高融点半田(Sn:Pb重量比
=10:90)のボールを低融点半田(Sn:Pb重量
比=63:37)により取り付けて多層配線基板を作製
した。作製した多層配線基板の寸法は、縦22mm×横
14mm×厚み0.9mmである。
Then, a ball of high melting point solder (Sn: Pb weight ratio = 10: 90) having a diameter of 0.5 mm is used as a low melting point solder (Sn: Pb weight ratio = 63 :) in the connection terminal on the lower surface of the multilayer wiring board. 37) and the multilayer wiring board was produced. The dimensions of the manufactured multilayer wiring board are 22 mm in length × 14 mm in width × 0.9 mm in thickness.

【0055】一方、Siからなり40〜400℃におけ
る熱膨張係数が3×10-6/℃であり、縦12mm×横
12mmのサイズからなり、下面に半田バンプからなる
接続用電極が形成されたフリップチップ型の半導体素子
を用意し、この半導体素子を多層配線基板のランド部で
あるメタライズ配線層上に搭載して150℃に加熱する
ことによりこの半田バンプを溶融させて半導体素子を多
層配線基板に実装した。
On the other hand, it is made of Si and has a thermal expansion coefficient of 3 × 10 −6 / ° C. at 40 to 400 ° C. and a size of 12 mm in length × 12 mm in width. A flip chip type semiconductor element is prepared, the semiconductor element is mounted on a metallized wiring layer which is a land portion of the multilayer wiring board, and the solder bump is melted by heating to 150 ° C. to melt the semiconductor element into the multilayer wiring board. Implemented in.

【0056】その後、この半導体素子と多層配線基板と
の間に、ビスフェノール系エポキシ樹脂50体積%、平
均粒径が5μmの球状アルミナ粉末50体積%からなる
充填剤をディスペンサーにより注入し、多層配線基板の
主面に形成されたボイド内部にも充填した後、150℃
の乾燥機に2時間保持して熱硬化性樹脂を硬化させ、半
導体装置を作製した。なお、前記(A)(B)のセラミ
ックスに対して50〜400℃の熱膨張係数を測定した
結果を表1に示した。
Thereafter, a filler consisting of 50% by volume of bisphenol epoxy resin and 50% by volume of spherical alumina powder having an average particle diameter of 5 μm is injected between the semiconductor element and the multilayer wiring substrate by a dispenser, and the multilayer wiring substrate is obtained. After filling inside the void formed on the main surface of
The thermosetting resin was cured by holding it in the dryer for 2 hours to manufacture a semiconductor device. Table 1 shows the results of measuring the coefficient of thermal expansion of the ceramics (A) and (B) at 50 to 400 ° C.

【0057】[0057]

【表1】 [Table 1]

【0058】上記の半導体装置に対して、以下の評価を
行った。
The following evaluation was performed on the above semiconductor device.

【0059】熱サイクル試験は大気雰囲気にて−65℃
と150℃の各温度に制御した高温槽に試験サンプルを
それぞれ30分づつの保持を1サイクルとして最高30
00サイクル繰り返した。そして、100サイクル毎に
超音波探傷装置及び顕微鏡による外観検査より界面の剥
離の確認を行い、剥離が発生するまでのサイクル回数を
表2に示した。
The heat cycle test was conducted at -65 ° C. in the atmosphere.
The test sample is held for 30 minutes in a high-temperature bath controlled at 150 ° C and 150 ° C, respectively.
Repeated for 00 cycles. Then, every 100 cycles, the peeling of the interface was confirmed by the appearance inspection by the ultrasonic flaw detector and the microscope, and the number of cycles until the peeling occurs is shown in Table 2.

【0060】プレッシャークッカー試験は、各試料毎に
20個のサンプルを作製し、これを121℃、2気圧、
100%湿度に管理されている高温高湿高圧装置に16
8時間入れた。その後、配線基板の外観検査と超音波探
傷機により、剥離の確認を行い剥離が観察されたサンプ
ル数を表2に示した。
In the pressure cooker test, 20 samples were prepared for each sample, and these were heated at 121 ° C. under 2 atmospheres.
16 for high temperature, high humidity and high pressure equipment controlled to 100% humidity
I put it in for 8 hours. After that, peeling was confirmed by an appearance inspection of the wiring board and an ultrasonic flaw detector, and the number of samples in which peeling was observed is shown in Table 2.

【0061】基板破壊荷重は、上記ボイドを形成したパ
ッケージ用配線基板の溝形成面を引張面とする3点曲げ
強度をオートグラフを用い、破壊に至った時の荷重を表
2に示した。
As for the substrate breaking load, the load at the time of breaking is shown in Table 2 by using an autograph of the three-point bending strength with the groove forming surface of the package wiring board having the void as a tensile surface.

【0062】[0062]

【表2】 [Table 2]

【0063】表2の結果から明らかなように、絶縁基板
として半導体素子との熱膨張係数差が4.4×10-6
℃のアルミナを用いて、ボイドの面積占有率を20%と
した試料No.2では、破壊荷重が大きく、熱サイクル
試験におけるサイクル数が3000回であった。
As is clear from the results of Table 2, the difference in thermal expansion coefficient between the insulating substrate and the semiconductor element is 4.4 × 10 −6 /
C. Alumina of 0.degree. C. was used to make the void area occupancy rate 20%. In No. 2, the breaking load was large and the number of cycles in the thermal cycle test was 3000.

【0064】一方、同じくアルミナを用いてもボイドの
面積占有率を5%とした試料No.1では、熱サイクル
試験でのサイクル数が1900回と低かった。
On the other hand, even if alumina was used, the sample area number of the voids was 5%. In No. 1, the number of cycles in the heat cycle test was as low as 1900.

【0065】また、絶縁基板として半導体素子との熱膨
張差が7.4×10-6/℃のガラスセラミックスを用い
た場合、ボイドの面積占有率が8%以上の試料No.4
〜16では、多層配線基板の表面にボイドが形成されて
も破壊荷重が7kgf以上であり、熱サイクル試験での
破壊に至るサイクル数が2000回以上であり、プレッ
シャークッカー試験においても破壊が少なかった。
When glass ceramics having a thermal expansion difference of 7.4.times.10.sup.- 6 / .degree. C. with the semiconductor element was used as the insulating substrate, the sample area number of voids was 8% or more. Four
In Nos. 16 to 16, even if a void was formed on the surface of the multilayer wiring board, the breaking load was 7 kgf or more, the number of cycles leading to the breaking in the thermal cycle test was 2000 or more, and the breaking was also small in the pressure cooker test. .

【0066】特に、ボイド占有面積を10〜20%、ボ
イドの最大径を10〜30μm、表面粗さ(Ra)を
0.8〜1.5μmとした試料No.5〜7、12〜1
4では、破壊荷重が11kgf以上、熱サイクル試験で
のサイクル数が2200回以上となり極めて優れた実装
信頼性が得られた。
In particular, Sample No. 10 having a void occupation area of 10 to 20%, a maximum void diameter of 10 to 30 μm, and a surface roughness (Ra) of 0.8 to 1.5 μm. 5-7, 12-1
In No. 4, the breaking load was 11 kgf or more, and the number of cycles in the heat cycle test was 2200 or more, and extremely excellent mounting reliability was obtained.

【0067】一方、ボイドの占有面積を5%とした試料
No.3では、熱サイクル試験におけるサイクル数が1
500回に留まった。またプレッシャークッカー試験に
おいて全てのサンプルに剥離が観察された。
On the other hand, in the sample No. in which the void occupying area was 5%. 3, the number of cycles in the heat cycle test is 1
It stayed at 500 times. Further, peeling was observed in all the samples in the pressure cooker test.

【0068】[0068]

【発明の効果】上述した通り、本発明の半導体装置によ
れば、フリップチップ接続法に用いられる多層配線基板
の表面に形成されたボイドの面積占有率を8%以上とす
ることにより、充填剤により形成されるアンカーが増し
半導体素子と多層配線基板との接着強度を高めることが
できる。これにより、半導体素子と多層配線基板との間
に介在する接続用電極および充填剤のクラックを抑制で
きる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, by making the area occupancy of the voids formed on the surface of the multilayer wiring substrate used in the flip chip bonding method 8% or more, the filler The number of anchors formed by the method is increased, and the adhesive strength between the semiconductor element and the multilayer wiring board can be increased. As a result, it is possible to suppress cracks in the connecting electrode and the filler that are interposed between the semiconductor element and the multilayer wiring board.

【0069】また、半導体素子と多層配線基板との界面
に熱応力等が発生しても充填率の剥離を防止でき、こう
して接続用電極の接続状態を安定に保つことができるこ
とから実装信頼性を向上できる。
Further, even if thermal stress or the like occurs at the interface between the semiconductor element and the multilayer wiring board, the filling rate can be prevented from peeling, and thus the connection state of the connection electrode can be kept stable, so that the mounting reliability is improved. Can be improved.

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

【図1】本発明のBGA型の半導体装置を示す概略断面
図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a BGA type semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の多層配線基板の製造方法を説明するた
めの工程図である。
FIG. 2 is a process drawing for explaining the method for manufacturing a multilayer wiring board according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多層配線基板 2 主面 5 接続用電極 7 半導体素子 9 隙間 11 充填剤 15 表面 19 絶縁基板 21、37 メタライズ配線層 22、35 ビアホール導体 23 ボイド 1 Multilayer wiring board 2 main surface 5 connection electrodes 7 Semiconductor element 9 gap 11 Filling agent 15 surface 19 Insulation board 21, 37 Metallized wiring layer 22,35 Via hole conductor 23 void

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 民 保秀 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 Fターム(参考) 5F061 AA01 BA03 CA05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yasuhide Minmin             Kyocera Co., Ltd. 1-4 Yamashita Town, Kokubun City, Kagoshima Prefecture             Shikisha Research Institute F-term (reference) 5F061 AA01 BA03 CA05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくともセラミック絶縁基板の表面およ
び/または内部に複数のメタライズ配線層およびビアホ
ール導体を有する多層配線基板と、該多層配線基板の主
面に、接続用電極を備えた半導体素子を載置し、前記多
層配線基板のメタライズ配線層と前記半導体素子の接続
用電極とを電気的に接続するとともに、前記多層配線基
板と前記半導体素子との隙間に充填剤を充填してなる半
導体装置において、少なくとも充填剤が塗布された前記
多層配線基板の主面におけるボイドの面積占有率が8%
以上であることを特徴とする半導体装置。
1. A multilayer wiring board having a plurality of metallized wiring layers and via-hole conductors on at least the surface and / or inside of a ceramic insulating substrate, and a semiconductor element having a connecting electrode on the main surface of the multilayer wiring board. A semiconductor device in which a metallized wiring layer of the multilayer wiring board and the connection electrodes of the semiconductor element are electrically connected, and a gap is filled between the multilayer wiring board and the semiconductor element with a filler. , The area occupancy of voids on the main surface of the multilayer wiring board coated with at least the filler is 8%
A semiconductor device having the above.
【請求項2】ボイドの最大径の平均が3μm以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the average of the maximum diameters of the voids is 3 μm or more.
【請求項3】多層配線基板の前記ボイドを除く部分の表
面粗さ(Ra)が0.3μm以上であることを特徴とす
る請求項1または2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface roughness (Ra) of a portion of the multilayer wiring board excluding the void is 0.3 μm or more.
【請求項4】多層配線基板の充填剤が塗布される領域の
みに、直径が3μm以上のボイドが形成されていること
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか記載の半導
体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein voids having a diameter of 3 μm or more are formed only in a region of the multilayer wiring board to which the filler is applied.
【請求項5】半導体素子と多層配線基板との熱膨張係数
差が5×10-6/℃以上であるとともに、半導体素子主
面の面積をA1、多層配線基板主面の面積をA3としたと
きに、A1/A3≧0.02であることを特徴とする請求
項1乃至4のうちいずれか記載の半導体装置。
5. The thermal expansion coefficient difference between the semiconductor element and the multilayer wiring board is 5 × 10 −6 / ° C. or more, the area of the main surface of the semiconductor element is A 1 , and the area of the main surface of the multilayer wiring board is A 3 and when the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the a 1 / a 3 ≧ 0.02.
【請求項6】絶縁基板がガラスセラミックスからなるこ
とを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか記載の半
導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating substrate is made of glass ceramics.
【請求項7】ビアホール導体が形成されたセラミックグ
リーンシートの表面にメタライズ配線層を形成する工程
と、該メタライズ配線層が形成されたグリーンシートを
複数積層して積層体を形成する工程と、該積層体を所定
の雰囲気下、温度条件にて焼成して、多層配線基板素体
を形成する工程と、該多層配線基板素体の表面に、最大
粒径が50μm以下のアルミナ砥粒を用いてサンドブラ
スト処理を行うことにより、前記多層配線基板の表面に
ボイドが形成された多層配線基板を形成する工程と、該
多層配線基板の主面に、接続用電極を備えた半導体素子
を載置する工程と、該半導体素子と前記多層配線基板と
の隙間に充填剤を充填する工程とを具備する半導体装置
の製造方法。
7. A step of forming a metallized wiring layer on the surface of a ceramic green sheet having a via-hole conductor formed thereon, a step of laminating a plurality of green sheets having the metallized wiring layer formed thereon to form a laminate, A step of forming a multilayer wiring board body by firing the laminated body under a temperature condition under a predetermined atmosphere, and using alumina abrasive grains having a maximum particle size of 50 μm or less on the surface of the multilayer wiring board body. A step of forming a multi-layered wiring board having voids formed on the surface of the multi-layered wiring board by performing a sandblasting process, and a step of mounting a semiconductor element having a connecting electrode on the main surface of the multi-layered wiring board. And a step of filling a gap between the semiconductor element and the multilayer wiring board with a filler.
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JP2008059823A (en) * 2006-08-30 2008-03-13 Kyocera Corp Airtight terminal

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