專利名稱：中間板、帶有中間板的基板和結(jié)構(gòu)部件以及制造中間板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中間板、帶有半導(dǎo)體器件的中間板、帶有中間板的基板、包括半導(dǎo)體器件、中間板和基板的結(jié)構(gòu)部件、以及制造中間板的一種方法。
背景技術(shù)：
近年來，已知在多種結(jié)構(gòu)部件中，IC芯片被安裝在之上的接線板(例如IC芯片安裝板或IC封裝)不被直接與例如主板之類的印刷電路板連接，而是在接線板和主板之間插入被稱作內(nèi)插板(interposer)的中間板的情況下接線板和主板被互相連接(例如，見JP-A-2000-208661(圖2(d)，等)。
通常，通過使用一種熱膨脹系數(shù)為大約2.0至5.0ppm/℃的半導(dǎo)體材料(例如，硅)形成在這種結(jié)構(gòu)部件中所用的IC芯片。相反，通常通過使用一種熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于上述值的樹脂之類的材料形成中間板和接線板。但是，目前，中間板被插入IC芯片和IC芯片安裝板之間的一種結(jié)構(gòu)部件不為人所知。

發(fā)明內(nèi)容
作為在集成電路技術(shù)中近來的進(jìn)展，IC芯片以更高速度運(yùn)行。根據(jù)此，有一種增加IC芯片的尺寸以形成更大數(shù)量的運(yùn)算電路的趨勢。但是，當(dāng)IC芯片的處理能力被增強(qiáng)時(shí)，所產(chǎn)生的熱量被增大，并因此熱應(yīng)力的影響被逐漸增加。為了將IC芯片安裝至IC芯片安裝板上，通常使用焊料。當(dāng)焊料被從熔化溫度冷卻至室溫時(shí)，由于IC芯片與IC芯片安裝板之間的熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生熱應(yīng)力。
具體說來，當(dāng)IC芯片的一邊大于10.0mm時(shí)，大的熱應(yīng)力作用在IC芯片與IC芯片安裝板之間的界面上，等等，從而導(dǎo)致在芯片結(jié)合部分產(chǎn)生裂紋之類的可能性。當(dāng)IC芯片的厚度小于1.0mm時(shí)，強(qiáng)度被降低，并因此使產(chǎn)生裂紋之類的可能性上升。因此，這種結(jié)構(gòu)部件的問題在于它不能以高可靠性被提供。此外，當(dāng)例如多孔氧化硅之類的低電介質(zhì)材料(所謂的低K材料)被用作中間層絕緣膜時(shí)，認(rèn)為IC芯片較脆并且更容易產(chǎn)生裂紋。
考慮到上述問題實(shí)施本發(fā)明。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種包括半導(dǎo)體器件、中間板和基板的結(jié)構(gòu)部件，基板中被與半導(dǎo)體器件結(jié)合的部分高度可靠。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種中間板、帶有半導(dǎo)體器件的中間板和帶有可以被適合用于實(shí)現(xiàn)極好的結(jié)構(gòu)部件的中間板的基板。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種可以低成本高效地制造中間板的制造方法。
作為解決上述問題的裝置，結(jié)構(gòu)部件為一種包括半導(dǎo)體器件、中間板和基板的結(jié)構(gòu)部件，它包括熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃、并具有表面安裝端子(mount terminal)的半導(dǎo)體器件；熱膨脹系數(shù)等于或大于5.0ppm/℃、并具有表面安裝焊盤(mountpad)的基板；和中間板，該中間板具有實(shí)質(zhì)上板狀形狀的中間板體，中間板體具有半導(dǎo)體器件被安裝之上的第一面，具有被安裝在基板表面上的第二面，并具有多個(gè)通孔，通過通孔第一和第二面互相聯(lián)系，中間板體由一種無機(jī)絕緣材料制成；和多個(gè)通過用一種導(dǎo)電金屬填充通孔被形成的導(dǎo)體柱(conductor column)，導(dǎo)體柱被與表面安裝端子和表面安裝焊盤電連接。
在結(jié)構(gòu)部件中，由于使用由無機(jī)絕緣材料制成并具有實(shí)質(zhì)上類板形狀的中間板體，相對于半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)差較小，并因此大的熱應(yīng)力不直接作用于半導(dǎo)體器件上。因此，即便當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸較大并產(chǎn)生大量熱時(shí)，也難以產(chǎn)生裂紋之類。結(jié)果，半導(dǎo)體器件被結(jié)合的結(jié)構(gòu)部件的部分可以高可靠性被提供?；搴桶雽?dǎo)體器件可以通過由被填充入通孔的導(dǎo)電金屬所形成的導(dǎo)體柱被安全地互相連接。
為了實(shí)現(xiàn)這種包括半導(dǎo)體器件、中間板和基板的結(jié)構(gòu)部件，適用的是一種中間板，它包括實(shí)質(zhì)上板狀形狀的中間板體，中間板體具有半導(dǎo)體器件被安裝之上的第一和第二面，半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃，并具有表面安裝端子，中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔第一和第二面互相聯(lián)系，中間板體由一種無機(jī)絕緣材料制成；和多個(gè)通過用一種導(dǎo)電金屬填充通孔被形成的導(dǎo)體柱，并且導(dǎo)體柱被與表面安裝端子電連接。同樣適用的是一種帶有半導(dǎo)體器件的中間板，它包括熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃、并具有表面安裝端子的半導(dǎo)體器件；和中間板，該中間板具有實(shí)質(zhì)上板狀形狀的中間板體，中間板體具有半導(dǎo)體器件被安裝之上的第一和第二面，中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔第一和第二面互相聯(lián)系，中間板體由一種無機(jī)絕緣材料制成；和多個(gè)通過用一種導(dǎo)電金屬填充通孔被形成的導(dǎo)體柱，并且導(dǎo)體柱被與表面安裝端子電連接。此外，也適用的是一種帶有中間板的基板，該基板包括熱膨脹系數(shù)等于或大于5.0ppm/℃、并具有表面安裝焊盤的基板；和中間板，該中間板具有實(shí)質(zhì)上板狀形狀的中間板體，中間板體具有在其上安裝半導(dǎo)體器件的第一面和第二面，中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔第一和第二面互相聯(lián)系，中間板體由一種無機(jī)絕緣材料制成；和多個(gè)通過用一種導(dǎo)電金屬填充通孔被形成的導(dǎo)體柱，并且導(dǎo)體柱被與表面安裝焊盤電連接。
作為半導(dǎo)體器件，有用的是熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃、并具有表面安裝端子的器件。這種半導(dǎo)體器件的一個(gè)例子是由熱膨脹系數(shù)約為2.6ppm/℃的硅制成半導(dǎo)體集成電路芯片(IC芯片)。表面安裝端子為被用于通過表面連接實(shí)施電連接的端子。表面連接是一種技術(shù)，其中焊盤或端子在待被連接的物品的平面上被以線性圖案或格形圖案(包括Z字形圖案)形成，并且該物品被互相連接。盡管半導(dǎo)體器件的尺寸和形狀不被具體限定，由于以下原因最好將至少一邊設(shè)定為等于或大于10.0mm。在這種大半導(dǎo)體器件的情況下，容易產(chǎn)生大量的熱，并且熱應(yīng)力的影響被相應(yīng)地增加。因此，本發(fā)明要解決的問題容易發(fā)生。優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件在表面部分具有多孔層，因?yàn)樵谶@種半導(dǎo)體器件中，脆性的多孔層容易斷裂，并且容易發(fā)生本發(fā)明要解決的問題。
對于基板，有用的是一種熱膨脹系數(shù)等于或大于5.0ppm/℃、并具有表面安裝焊盤的基板。這種基板的一個(gè)例子是半導(dǎo)體器件和其它電子元件被安裝之上的基板，或特別是半導(dǎo)體器件和其它電子元件被安裝之上并形成電連接各元件的導(dǎo)線電路的接線板。形成基板的材料不被具體限制，只要滿足熱膨脹系數(shù)等于或大于5.0ppm/℃的條件?？梢栽诳紤]成本、可加工性、絕緣性質(zhì)、機(jī)械強(qiáng)度等的基礎(chǔ)上適當(dāng)選擇該材料。基板的例子為樹脂基板、陶瓷基板和金屬基板。
樹脂基板的具體例子是EP樹脂(環(huán)氧樹脂)基板、PI樹脂(聚酰亞胺樹脂)基板、BT(雙馬來酰亞胺三嗪樹脂)基板和PPE樹脂(聚苯醚樹脂)?？蛇x地，可以使用由復(fù)合材料制成的基板，該復(fù)合材料由這種樹脂與玻璃纖維(玻璃纖維布或玻璃無紡纖維布)或例如聚酰胺纖維之類的有機(jī)纖維形成。可選地，可以使用由樹脂-樹脂復(fù)合材料制成的基板，該復(fù)合材料通過使例如連續(xù)多孔PTFE之類的三維網(wǎng)絡(luò)含氟樹脂基材料與例如環(huán)氧樹脂之類的熱固樹脂浸漬被形成。陶瓷基板的具體例子是氧化鋁基板、氧化鈹基板、玻璃陶瓷基板，并可以使用由例如結(jié)晶玻璃之類的低溫?zé)撇牧现瞥傻幕?。金屬基板的具體例子是銅基板、銅合金基板、由除銅之外的單金屬制成的基板和由除銅之外的金屬的合金制成的基板。
表面安裝焊盤為被用于通過表面連接實(shí)現(xiàn)電連接的端焊盤(terminal pad)。例如，表面安裝焊盤被以線性圖案或格形圖案(包括Z字形圖案)形成。
對于構(gòu)成中間板體的材料，由于以下原因使用以陶瓷為代表的無機(jī)材料。陶瓷熱膨脹系數(shù)通常小于樹脂材料，因而適合用作中間板體的材料。此外，陶瓷具有除如此低熱膨脹系數(shù)之外的優(yōu)選特性。這種陶瓷的適當(dāng)例子為氧化物(例如氧化鋁和氧化鈹)絕緣工程陶瓷，和非氧化物絕緣工程陶瓷(例如，以氮化鋁、氮化硅和氮化硼為代表的氮化物絕緣工程陶瓷)。對于中間板體，可用的是通過在1,000℃或更高的高溫下燒制所獲得的陶瓷?？蛇x地，可以使用通過在低于1,000℃的較低溫度下燒制所獲得的陶瓷(所謂的低溫?zé)铺沾?。這種低溫?zé)铺沾傻谋娝苤睦訛榘鸸杷猁}玻璃、氧化鋁、氧化硅等的陶瓷。
術(shù)語“熱膨脹系數(shù)”指在垂直于厚度方向(Z方向)的方向(XY方向)中的熱膨脹系數(shù)，并為通過TMA(熱機(jī)械分析儀)在0至200℃范圍內(nèi)所測量的數(shù)值。術(shù)語“TMA”指熱機(jī)械分析，具體說來。例如JPCA-BU01。例如，氧化鋁的熱膨脹系數(shù)約為5.8ppm/℃，氮化鋁的熱膨脹系數(shù)約為4.4ppm/℃，氮化硅的熱膨脹系數(shù)約為3.0ppm/℃，而低溫?zé)铺沾傻臒崤蛎浵禂?shù)約為5.5ppm/℃。
優(yōu)選地，如上所述，由于以下原因被選作構(gòu)成中間板體的材料的陶瓷具有絕緣性質(zhì)。在不具有絕緣性質(zhì)的中間板體中，在形成導(dǎo)體柱之前必須首先形成絕緣層。相反，在具有絕緣性質(zhì)的中間板體中，不需要該絕緣層。因此，可以防止中間板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，可以防止制造步驟被增加，并且因此可以降低整個(gè)裝置的制造成本。
中間板體可以具有單層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，中間板體可以具有單層結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵趩螌咏Y(jié)構(gòu)的情況下，結(jié)構(gòu)較簡單并可以被容易地制造，因此成本降低可以被容易地獲得。此外，在單層結(jié)構(gòu)的情況下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒有界面，因此即使當(dāng)大熱應(yīng)力作用在該結(jié)構(gòu)上時(shí)也難以產(chǎn)生裂紋。
中間板體的厚度不被具體限定。但是，在選擇氧化鋁或低溫?zé)铺沾傻那闆r下，優(yōu)選使用厚度等于或大于0.1mm并等于或小于0.8mm的中間板體。特別地，更優(yōu)選地使用厚度等于或大于0.3mm并等于或小于0.8mm的中間板體。當(dāng)結(jié)構(gòu)部件被以這種厚度范圍配置時(shí)，較小的熱應(yīng)力作用在半導(dǎo)體器件結(jié)合部分上。這有利于防止中間板體翹曲、以及防止半導(dǎo)體器件結(jié)合部分?jǐn)嗔?。?dāng)中間板體的厚度等于或大于1.0mm時(shí)，線阻(wiring resistance)被增加，或者不能滿足減小剖面的要求。因此，這不是優(yōu)選的。
同樣在選擇氮化硅之類的情況下，中間板體的厚度不被具體限定。但是，該厚度優(yōu)選等于或大于0.1mm并等于或小于0.7mm，并優(yōu)選等于或大于0.1mm并等于或小于0.3mm。
優(yōu)選地，除上述低熱膨脹性質(zhì)之外中間板體具有高硬度(例如，高楊氏模量)。中間板體的硬度、具體地說楊氏模量最好高于至少半導(dǎo)體器件的楊氏模量，或者100GPa或更高，或者200GPa或更高，或者特別是300GPa或更高。原因在于，在中間板體擁有高硬度的情況下，即使當(dāng)大熱應(yīng)力作用于中間板體上時(shí)，中間板體也可以承受該熱應(yīng)力。因此，有可能防止中間板體翹曲，并防止半導(dǎo)體器件結(jié)合部分?jǐn)嗔?。滿足條件的陶瓷材料的例子是低溫?zé)铺沾?楊氏模量＝125GPa)、氧化鋁(楊氏模量＝280GPa)、氮化鋁(楊氏模量＝350GPa)和氮化硅(楊氏模量＝300GPa)。術(shù)語“楊氏模量”指通過例如JIS R1602所指定的“精細(xì)陶瓷的彈性模量的測試方法”、更具體地說通過脈沖回波方法所測得的數(shù)值。在脈沖回波方法中，根據(jù)超聲脈沖沿試樣傳播的速度測量動(dòng)態(tài)彈性模量。
至于指示中間板體的硬度的另一指數(shù)抗撓度(flexuralresistance)，優(yōu)選地為200Mpa或更大，特別優(yōu)選地為300Mpa或更大。原因在于，在中間板體擁有高硬度的情況下，即使當(dāng)大熱應(yīng)力作用于中間板體上時(shí)，中間板體也可以承受該熱應(yīng)力。因此，有可能防止中間板體翹曲，并防止半導(dǎo)體器件結(jié)合部分?jǐn)嗔?。滿足條件的陶瓷材料的例子是氧化鋁(抗撓度＝350MPa)、氮化鋁(抗撓度＝350MPa)和氮化硅(抗撓度＝690MPa)和低溫?zé)铺沾?抗撓度＝240MPa)。術(shù)語“抗撓度”指通過例如JIS R1601所指定的“精細(xì)陶瓷的抗彎強(qiáng)度的測試方法”、更具體地說通過三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)所測得的數(shù)值。在三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)中，試樣被放置在被以給定距離互相分離的兩支點(diǎn)之間，載荷被應(yīng)用于此兩支點(diǎn)的中點(diǎn)，并測量試樣斷裂時(shí)的最大彎曲應(yīng)力值。
更優(yōu)選地，除上述低熱膨脹性質(zhì)和高硬度之外中間板體具有高散熱性質(zhì)。術(shù)語“高散熱性質(zhì)”指至少中間板體的散熱性質(zhì)(例如導(dǎo)熱系數(shù))高于基板的散熱性質(zhì)。原因在于，當(dāng)使用具有高散熱性質(zhì)的基板時(shí)，由半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的熱可以快速地被傳送以被耗散，并且因此熱應(yīng)力可以被減少。因此，大熱應(yīng)力不起作用，于是中間板體可以被防止翹曲并且半導(dǎo)體器件結(jié)合部分可以被防止斷裂。
中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔第一和第二面互相聯(lián)系。盡管通孔的直徑不被具體限定，舉例說來，該直徑優(yōu)選等于或小于125μm，并更優(yōu)選等于或小于100μm(不包括0μm)。盡管相鄰?fù)字g的中心距不被具體限定，舉例說來，最小中心距優(yōu)選等于或小于250μm，并更優(yōu)選等于或小于200μm(不包括0μm)。當(dāng)直徑或中心距過大時(shí)，就有可能中間板不能充分地應(yīng)付將來預(yù)期的半導(dǎo)體器件的更精細(xì)圖案。換句話說，當(dāng)直徑或中心距被設(shè)定為過大值時(shí)，不可能在限定區(qū)域內(nèi)形成許多導(dǎo)體柱。更優(yōu)選地，各通孔的直徑等于或小于85μm，并且相鄰?fù)字g的最小中心距等于或小于150μm(不包括0μm)。
中間板具有多個(gè)導(dǎo)體柱。每個(gè)導(dǎo)體柱被穿過第一和第二面之間以使一端被與相應(yīng)的一表面安裝端子連接，而另一端被與相應(yīng)的一表面安裝焊盤連接。通過用導(dǎo)電金屬填充在中間板體中被形成的通孔，形成導(dǎo)體柱。導(dǎo)電金屬不被具體限定，并且舉例說來可以是選自銅、金、銀、鉑、鈀、鎳、錫、鉛、鈦、鎢、鉬、鉭和鈮構(gòu)成的組中的一種、或兩種或更多金屬。由兩種或更多金屬所構(gòu)成的導(dǎo)電金屬的例子是焊料，焊料是錫與鉛的合金。當(dāng)然，作為由兩種或更多種金屬構(gòu)成的導(dǎo)電金屬，可以使用無鉛焊料(例如，Sn-Ag焊料、Sn-Ag-Cu焊料、Sn-Ag-Bi焊料、Sn-Ag-Bi-Cu焊料、Sn-Zn焊料、或Sn-Zn-Bi焊料)。利用導(dǎo)電金屬填充通孔的具體技術(shù)例為一種制備包含導(dǎo)電金屬的非固態(tài)材料(例如導(dǎo)電金屬膏)并通過印刷利用該材料填充通孔的技術(shù)，并且在該技術(shù)中應(yīng)用導(dǎo)電金屬鍍。
在通過使用導(dǎo)電金屬膏填充陶瓷制中間板體中的通孔形成導(dǎo)體柱的情況下，可以采用一種同時(shí)燒結(jié)陶瓷和膏中的金屬的方法(共燒制方法)，或者首先燒結(jié)陶瓷、然后加載導(dǎo)電金屬膏、并燒結(jié)膏中的金屬的方法(后(第二)燒制方法)。作為采用共燒制方法的制造中間板的方法，優(yōu)選使用的是一種中間板體制造方法，該方法包括制造具有通孔的陶瓷生坯的生坯制造步驟；使用導(dǎo)電金屬填充通孔的金屬填充步驟；和加熱并燒結(jié)陶瓷生坯和導(dǎo)電金屬的共燒制步驟。
相反，作為采用后燒制方法的制造中間板的方法，優(yōu)選使用的是一種中間板體制造方法，該方法包括燒制陶瓷生坯以制造中間板體的燒制步驟；在中間板體的各通孔內(nèi)壁上形成金屬化層的金屬化步驟；和使用導(dǎo)電金屬填充其中被形成金屬化層的通孔的金屬填充步驟。在本制造方法中，形成通孔的鉆孔步驟可以在燒制步驟之前、或在燒制步驟之后被執(zhí)行。
作為采用后燒制方法的制造中間板的另一方法，優(yōu)選使用的是一種中間板體制造方法，該方法包括燒制陶瓷生坯以制造中間板體的第一燒制步驟；使用導(dǎo)電金屬填充中間板體的通孔的金屬填充步驟；和燒制被填充的導(dǎo)電金屬以形成導(dǎo)體柱的第二燒制步驟。在本制造方法中，形成通孔的鉆孔步驟可以在第一燒制步驟之前、或在第一燒制步驟之后被執(zhí)行。
根據(jù)例如構(gòu)成中間板的陶瓷的種類采用共燒制方法和后燒制方法的其中之一。在可以采用任何一種方法并且優(yōu)先權(quán)被放在降低成本上的情況下，采用共燒制方法有優(yōu)勢。在共燒制方法中，相比后燒制方法通常需要較少的制造步驟數(shù)，并且中間板體可以相對更高效的方式被制造。在陶瓷為高溫?zé)铺沾刹⑶也捎霉矡品椒ǖ那闆r下，構(gòu)成導(dǎo)體柱的導(dǎo)電金屬最好是至少一種選自鎢、鉬、鉭和鈮的難熔金屬。即使當(dāng)這種金屬在燒制過程中遇到1,000℃或更高的高溫時(shí)，該金屬也不被氧化或蒸發(fā)，并可以保持通孔中的適當(dāng)燒結(jié)體。在陶瓷為低溫?zé)铺沾刹⑶也捎霉矡品椒ǖ那闆r下，構(gòu)成導(dǎo)體柱的導(dǎo)電金屬不必是難熔金屬。因此，在這種情況下，熔點(diǎn)低于鎢等但導(dǎo)電性極好的金屬(例如銅、銀、或金)可以被選作導(dǎo)電金屬。
當(dāng)構(gòu)成中間板的陶瓷為不能與金屬材料被同時(shí)燒制的陶瓷(例如，氮化硅)時(shí)，不可避免要采用后燒制方法。在這種情況下，優(yōu)選地，在各通孔的內(nèi)壁上形成某種金屬化層。當(dāng)通孔的內(nèi)壁與導(dǎo)電金屬之間不存在金屬化層并且它們直接互相接觸(即，面由陶瓷燒結(jié)體制成)時(shí)，有時(shí)難以使它們具有高粘結(jié)強(qiáng)度。相反，當(dāng)通孔的內(nèi)壁與導(dǎo)電金屬之間存在金屬化層時(shí)，容易使它們具有高粘結(jié)強(qiáng)度。因此，很難在通孔的內(nèi)壁與導(dǎo)電金屬之間的界面中產(chǎn)生裂紋，并且陶瓷-金屬界面的可靠性可以被提高。相反，在采用可以與金屬材料被同時(shí)燒制的陶瓷的情況下，不總是需要金屬化層。因此，可以不形成這種金屬化層。
對于在通孔的內(nèi)壁上形成金屬化層的技術(shù)，可以采用眾所周知的傳統(tǒng)技術(shù)。該技術(shù)的具體例子為薄膜成形方法，例如氣相沉積、CVD、PVD、濺射、或離子鍍法。在這些方法中，例如氣相沉積或CVD之類的各向同性薄膜成形方法特別適合。另一形成金屬化層的技術(shù)例為活化金屬方法等。金屬化層由選自銅、金、銀、鉑、鈀、鎳、錫、鉛、鈦、鎢、鉬、鉭和鈮的一種或兩種或更多金屬形成。金屬化層成形所用的金屬材料可以與構(gòu)成導(dǎo)體柱的導(dǎo)電金屬相同或不同。
在中間板體中，優(yōu)選地，在被從相應(yīng)通孔暴露的各導(dǎo)體柱的至少一端部的表面上形成突出部。在這種情況下，由于以下原因，優(yōu)選地在第一和第二面的兩側(cè)上形成突出部。在表面安裝端子或表面安裝焊盤為平面的情況下，當(dāng)在導(dǎo)體柱的端部上形成突出部時(shí)，導(dǎo)體柱可以容易地被與表面安裝端子或表面安裝焊盤連接。該突出部可以是通過將已知焊料印刷到導(dǎo)體柱的端面上并隨后執(zhí)行回流方法而形成的焊料突出。在導(dǎo)體柱和表面安裝端子之間的連接中，或者導(dǎo)體柱和表面安裝焊盤之間的連接中，舉例說來，可以采用一種技術(shù)，在這種技術(shù)中在它們的端面互相相對的情況下，它們通過使用一種例如焊料或?qū)щ姌渲惖囊阎獙?dǎo)電材料被互相連接。
除半導(dǎo)體器件之外的一種或更多電子元件或器件可以被安裝在中間板體的第一和第二面上。這種電子元件的具體例子為片狀晶體管、片狀二極管、片狀電阻、片狀電容和片狀線圈。這些電子元件可以為有源元件或無源元件。這種器件的具體例子為薄膜晶體管、薄膜二極管、薄膜電阻、薄膜電容和薄膜線圈。這些器件可以為有源器件或無源器件?？梢栽谥虚g板體的第一和第二面上形成連接電子元件、連接器件、或連接電子元件、器件和導(dǎo)體柱的接線層。這種接線層可以被在中間板體內(nèi)被形成。舉例說來，在中間板體包含片狀電容或薄膜電容的情況下，電阻和電感可以被降低，并且因此可以容易地實(shí)現(xiàn)高性能的結(jié)構(gòu)部件。


圖1的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝(結(jié)構(gòu)部件)，它包括IC芯片(半導(dǎo)體器件)、內(nèi)插板(中間板)和接線板(基板)。
圖2的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的內(nèi)插板的制造方法。
圖3的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的內(nèi)插板的制造方法。
圖4的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的內(nèi)插板的制造方法。
圖5的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的被完成后的內(nèi)插板。
圖6的示意剖面圖表示構(gòu)成第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝的帶有IC芯片的內(nèi)插板(帶有半導(dǎo)體器件的中間板)。
圖7的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的帶有IC芯片的內(nèi)插板被安裝在接線板上的狀態(tài)。
圖8的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝(結(jié)構(gòu)部件)的修改。
圖9的示意剖面圖表示修改的內(nèi)插板的制造方法。
圖10的示意剖面圖表示修改的內(nèi)插板的制造方法。
圖11的示意剖面圖表示修改的內(nèi)插板的制造方法。
圖12的示意剖面圖表示修改的完成后的內(nèi)插板。
圖13的示意剖面圖表示如第一實(shí)施方式的另一修改的IC芯片被安裝在帶有內(nèi)插板的接線板(帶有中間板的基板)上的狀態(tài)。
圖14的示意剖面圖表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝(結(jié)構(gòu)部件)，它包括IC芯片(半導(dǎo)體器件)、內(nèi)插板(中間板)和接線板(基板)。
圖15的示意剖面圖表示第二實(shí)施方式的內(nèi)插板。
參考數(shù)字和符號(hào)的說明11...用作結(jié)構(gòu)部件的半導(dǎo)體封裝，它包括半導(dǎo)體器件、中間板和基板21...作為半導(dǎo)體器件的IC芯片22...表面安裝端子31、91、101...用作中間板的內(nèi)插板32...(中間板的)第一面33...(中間板的)第二面34...作為通孔的通路35...導(dǎo)體柱38...用作中間板體的內(nèi)插板體41...用作基板的接線板46...表面安裝焊盤61...帶有用作半導(dǎo)體器件的IC芯片的含半導(dǎo)體器件的內(nèi)插板71...帶有用作基板的內(nèi)插板的含中間板的接線板具體實(shí)施方式
[第一實(shí)施方式]下面，將參照圖1至7詳細(xì)說明實(shí)施本發(fā)明的第一實(shí)施方式。
圖1的示意剖面圖表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝(結(jié)構(gòu)部件)11，它包括IC芯片(半導(dǎo)體器件)21、內(nèi)插板(中間板)31和接線板(基板)41。圖2、3和4的示意剖面圖表示內(nèi)插板31的制造方法。圖5的示意剖面圖表示被完成后的內(nèi)插板31。圖6的示意剖面圖表示構(gòu)成半導(dǎo)體封裝11的帶有IC芯片的內(nèi)插板61(帶有半導(dǎo)體器件的中間板)。圖7的示意剖面圖帶有IC芯片的內(nèi)插板61被安裝在接線板41上的狀態(tài)。
如圖1所示，半導(dǎo)體封裝11為LGA(基板柵格陣列)，它包括如上所述的IC芯片21、內(nèi)插板31和接線板41。半導(dǎo)體封裝11的形成并不限于LGA，并且半導(dǎo)體封裝可以為BGA(球柵陣列)、PGA(針型柵格陣列)等。作為MPU的IC芯片21具有10平方毫米的矩形平板狀，并且由熱膨脹系數(shù)約為2.6ppm/℃的硅制成。由低K材料多孔氧化硅制成的中間層絕緣膜(未顯示)，和電路器件(未顯示)被形成在IC芯片21的底表面層中。多個(gè)突出狀表面安裝端子22被以格形圖案安裝在IC芯片21的底面上。
接線板41為一種所謂的多層接線板，它通過具有頂面42和底面43的平板狀部件被形成，并且該接線板具有多個(gè)樹脂絕緣層44和多個(gè)導(dǎo)體電路層45。在該實(shí)施方式中，具體說來，樹脂絕緣層44由一種絕緣基材料形成，該絕緣基材料通過以環(huán)氧樹脂浸漬玻璃布形成，并且導(dǎo)體電路45由銅線圈或銅板層形成。如此構(gòu)造的接線板41的熱膨脹系數(shù)等于或大于13.0ppm/℃并且等于或小于16.0ppm/℃。多個(gè)執(zhí)行與內(nèi)插板31電連接的表面安裝焊盤46被以點(diǎn)陣形圖案形成在接線板41的頂面42上。多個(gè)執(zhí)行與未顯示的主板電連接的表面安裝焊盤47被以點(diǎn)陣形圖案形成在接線板41的底面43上。與主板連接的表面安裝焊盤47相比與內(nèi)插板連接的表面安裝焊盤46被在更大的區(qū)域和以更寬的間距形成。通路孔導(dǎo)體48被安裝在樹脂絕緣層44中以使不同層的導(dǎo)體電路45、表面安裝焊盤46和表面安裝焊盤47被通過通路孔導(dǎo)體48互相連接。除圖7所示的帶有IC芯片的內(nèi)插板61之外，片狀電容、半導(dǎo)體器件和其它電子元件(所有未被顯示的元件)被安裝在接線板41的頂面42上。
內(nèi)插板31包含具有矩形平板狀的內(nèi)插板體38(中間板體)，并且內(nèi)插板體具有頂面32(第一面)和底面33(第二面)。內(nèi)插板體38由具有單層結(jié)構(gòu)的氧化鋁基片被形成。氧化鋁基片的熱膨脹系數(shù)約為5.8ppm/℃，楊氏模量約為280GPa，而抗撓度約為350MPa。因此，內(nèi)插板體38的熱膨脹系數(shù)小于接線板41，并大于IC芯片21的熱膨脹系數(shù)。換句話說，可以說本實(shí)施方式的內(nèi)插板31的熱膨脹性質(zhì)低于接線板41。由于氧化鋁基片的楊氏模量高于本實(shí)施方式中所用的IC芯片21的楊氏模量(186GPa)，本實(shí)施方式的內(nèi)插板31具有高硬度。此外，內(nèi)插板體38由低溫?zé)铺沾苫恍纬伞?br> 在構(gòu)成內(nèi)插板31的內(nèi)插板體38中，穿過頂面32和底面33之間的多個(gè)通路34(通孔)被以點(diǎn)陣圖案形成。通路34位置上分別對應(yīng)于接線板41的表面安裝焊盤46。由鎢(W)制成的導(dǎo)體柱35被分別放置在通路34中。具有實(shí)質(zhì)上半球形的頂面突出部36被設(shè)置在各導(dǎo)體柱35的上端面上。頂面突出部36從頂面32突出，并被分別與IC芯片21的表面安裝端子22連接。具有實(shí)質(zhì)上半球形的底面突出部37被設(shè)置在各導(dǎo)體柱35的下端面上。底面突出部37從底面33突出，并被分別與接線板41的表面安裝焊盤46連接。頂面突出部36和/或底面突出部37可以是通過印刷已知焊料并隨后執(zhí)行回流方法而被形成的焊料突出。
因此，在這種結(jié)構(gòu)化半導(dǎo)體封裝11中，接線板41和IC芯片21被通過內(nèi)插板31的導(dǎo)體柱35互相電連接。因此，信號(hào)可以通過內(nèi)插板31在接線板41和IC芯片21之間被輸入和輸出，而運(yùn)行作為MPU的IC芯片21的電源可以通過內(nèi)插板31被施加。在內(nèi)插板體38被由低溫?zé)铺沾苫纬傻那闆r下，導(dǎo)體柱35最好通過使用高導(dǎo)電性的銀(Ag)或銅(Cu)被形成。帶有這種導(dǎo)體柱35的內(nèi)插板31適合用于提高速度。
下面，將說明制造具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝11的程序。
舉例說來，內(nèi)插板31被以如下程序制造。首先，通過眾所周知的形成陶瓷生片的技術(shù)制造圖2所示的氧化鋁生片81(生坯制造步驟)，例如壓模法。如圖3所示，通路34(通孔)被在氧化鋁生片81的預(yù)定位置以點(diǎn)陣圖案打開。舉例說來，通過鉆孔方法、沖孔方法、或激光方法形成通路34(通孔)。在模制氧化鋁生片81的過程中可以同時(shí)執(zhí)行通路34(通孔)的形成。無論如何，在本實(shí)施方式中，在生坯階段中執(zhí)行鉆孔方法，并因此可以相比在燒結(jié)體階段執(zhí)行鉆孔方法的方法較容易的方式和較低成本執(zhí)行鉆孔方法。如圖4所示，隨后通常眾所周知的鎢膏82(包含導(dǎo)電金屬的膏)被通過使用一種絲網(wǎng)印刷設(shè)備之類印刷，并且使用鎢膏82填充通路34(金屬填充步驟)。已經(jīng)經(jīng)過膏填充工藝的氧化鋁生片81被傳送入燒制爐中，并且氧化鋁生片81和鎢膏82被加熱至一千幾百℃，從而膏中的氧化鋁和鎢被同時(shí)燒結(jié)(共燒制步驟)。因此，獲得圖5所示的內(nèi)插板31。在由燒結(jié)鎢膏82所形成的各導(dǎo)體柱35中，通過表面張力作用上和下端面被膨脹為實(shí)質(zhì)上半球形，從而形成頂面突出部36和底面突出部37。在導(dǎo)體柱35被以較少或較小程度膨脹時(shí)，通過印刷已知焊料(例如無鉛Sn/Ag焊料)并執(zhí)行回流方法，在頂面32和底面33的至少之一上可以形成焊料突出。
接下來，IC芯片21被放置在被完成內(nèi)插板31的頂面32上。此時(shí)，使IC芯片21的表面安裝端子22位置上分別與內(nèi)插板31的頂面突出部36一致。然后，應(yīng)用加熱工藝以導(dǎo)致頂面突出部36回流，從而頂面突出部36和表面安裝端子22被互相結(jié)合。因此，完成圖6所示的帶有IC芯片的內(nèi)插板61。
接著，使內(nèi)插板31的底面突出部37位置上分別與電路板41的表面安裝焊盤46一致(見圖7)，并且?guī)в蠭C芯片的內(nèi)插板61被放置在電路板41上。已知的焊料突出(未顯示)可以預(yù)先分別被形成在表面安裝焊盤46的表面上。然后，底面突出部37和表面安裝焊盤46被分別互相結(jié)合。然后，按需要由一種底層填料(未顯示)密封界面，從而完成圖1所示的半導(dǎo)體封裝11。
為了評(píng)價(jià)如此構(gòu)造的半導(dǎo)體封裝11，以如下方式執(zhí)行模擬試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，執(zhí)行模擬，其中內(nèi)插板體38的厚度被設(shè)定為幾個(gè)值(0mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm和0.8mm)，試樣被經(jīng)受220至25℃的熱循環(huán)，并測量作用在芯片結(jié)合部分上的熱應(yīng)力的等級(jí)(MPa)。在本試驗(yàn)中，IC芯片21的尺寸被設(shè)定為長12.0mm×寬10.0mm×厚0.7mm，而電路板41的尺寸被設(shè)定為長45.0mm×寬45.0mm。在內(nèi)插板體38中，通過一種95Sn/5Ag復(fù)合材料的無鉛焊料在內(nèi)插板體38的頂面32和底面33上形成焊錫突出。試驗(yàn)結(jié)果列在下面。在以下列表中，“0mm(比較例)”指未使用內(nèi)插板。
內(nèi)插板體38的厚度熱應(yīng)力的等級(jí) 評(píng)價(jià)0mm(比較例)317MPa 差x0.1mm 228MPa 好○0.2mm 180MPa 好○0.4mm 123MPa 優(yōu)秀◎0.6mm 66MPa 優(yōu)秀◎0.8mm 100MPa 優(yōu)秀◎從以上模擬試驗(yàn)的結(jié)果也明顯可見，證明當(dāng)內(nèi)插板體38的厚度被設(shè)定為等于或大于0.1mm并且等于或小于0.8mm(特別地，等于或大于0.4mm并且等于或小于0.8mm)時(shí)，作用在芯片結(jié)合部分上的熱應(yīng)力確實(shí)被降低。此外，可以認(rèn)為當(dāng)厚度等于或大于1.0mm時(shí)，線阻被增加，或者不能滿足減小剖面的要求。
因此，本實(shí)施方式可以獲得以下效果(1)通過使用由氧化鋁制成并具有實(shí)質(zhì)上板狀形狀的內(nèi)插板體38構(gòu)造半導(dǎo)體封裝11(結(jié)構(gòu)部件)。因此，內(nèi)插板31和IC芯片21之間的熱膨脹系數(shù)差較小，并因此大的熱應(yīng)力不直接作用于IC芯片21上。因此，即便當(dāng)IC芯片21尺寸較大并產(chǎn)生大量熱時(shí)，也難以在IC芯片21和內(nèi)插板31之間的界面中產(chǎn)生裂紋之類。因此，芯片結(jié)合部分等可以高可靠性被提供，并且可能實(shí)現(xiàn)具有極好的可靠性和耐用性的半導(dǎo)體封裝11。此外，與氮化硅之類相比氧化鋁為一種經(jīng)濟(jì)的陶瓷材料，并且鎢是一種常用的導(dǎo)電金屬材料。因此，當(dāng)這些材料被結(jié)合使用時(shí)，可能實(shí)現(xiàn)相對經(jīng)濟(jì)的內(nèi)插板31和半導(dǎo)體封裝11。
(2)在本實(shí)施方式中，對于燒結(jié)包含在膏82中的金屬的方法，采用共燒制方法。因此，需要較少的制造步驟數(shù)，并且內(nèi)插板31相應(yīng)地可以更高效的方式以較低成本被制造。
(3)第一實(shí)施方式可以如下方式被修改。例如，如圖8所示的修改實(shí)施方式所示，通過使用在各通路34的內(nèi)壁上形成金屬化層83的內(nèi)插板91(中間板)構(gòu)造半導(dǎo)體封裝11。舉例說來，內(nèi)插板91被以如下程序制造。首先，制造氧化鋁生片81，并預(yù)先在預(yù)定位置執(zhí)行鉆孔方法。所產(chǎn)生的生片隨后被燒制以制造圖9所示的內(nèi)插板體38(燒制步驟)。接著，在安裝掩模(未顯示)的狀態(tài)下執(zhí)行鎢的真空沉積，以在圖10所示的各通路34的整個(gè)內(nèi)壁上形成1μm或更小厚度的金屬化層83(金屬化步驟)。然后，如圖11所示，使用一種導(dǎo)電金屬焊料84填充內(nèi)部形成金屬化層的通路34(金屬填充步驟)。舉例說來，本步驟可以通過如下具體技術(shù)執(zhí)行。90％Pb-10％Sn的高熔點(diǎn)焊料球被放置在各通路34的上端開口中，并且隨后被加熱熔化。因此，被熔化的高熔點(diǎn)焊錫通過重力向下移動(dòng)而注入通路34中，并被熔融結(jié)合至通路34的內(nèi)壁上的金屬化層83。此外，導(dǎo)體柱35的上端面和下端面通過表面張力被膨脹為實(shí)質(zhì)上半球形，以分別形成為頂面突出部36和底面突出部37。因此，完成圖12所示的內(nèi)插板91。
(4)舉例說來，可以如下方式制造本實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝11(結(jié)構(gòu)部件)。首先，通過焊接等內(nèi)插板31被結(jié)合至電路板41的頂面42，從而首先制造帶有內(nèi)插板31的接線板71(帶有中間板的基板)。然后，IC芯片21被結(jié)合至帶有內(nèi)插板的接線板71的頂面32，以形成所需的半導(dǎo)體封裝11(見圖13)。
(5)在相同的條件下執(zhí)行模擬試驗(yàn)，但內(nèi)插板體38的材料被從氧化鋁改變?yōu)榈蜏責(zé)铺沾?，而?dǎo)體柱35的材料被從鎢改變?yōu)殂~。獲得與氧化鋁情況下類似的結(jié)果。具體說來，獲得如下所列的結(jié)果。在以下列表中，“0mm(比較例)”指未使用內(nèi)插板。
內(nèi)插板體38的厚度熱應(yīng)力的等級(jí) 評(píng)價(jià)0mm(比較例) 317MPa 差x0.1mm 266MPa 好○0.2mm 219MPa 好○0.4mm 159MPa 優(yōu)秀◎0.6mm 119MPa 優(yōu)秀◎0.8mm 91MPa 優(yōu)秀◎ 下面，將參照圖14和15詳細(xì)說明實(shí)施本發(fā)明的第二實(shí)施方式。在下文中，將僅說明不同于第一實(shí)施方式的點(diǎn)。圖14的示意剖面圖表示該實(shí)施方式的半導(dǎo)體封裝(結(jié)構(gòu)部件)11’，它包括IC芯片(半導(dǎo)體器件)21、內(nèi)插板(中間板)101和接線板(基板)41。圖15的示意剖面圖表示本實(shí)施方式的內(nèi)插板101。
如圖14和15所示，內(nèi)插板101的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的內(nèi)插板稍有不同。組成內(nèi)插板101的內(nèi)插板體38由具有疊層結(jié)構(gòu)的氮化硅基片形成，該基片代替了第一實(shí)施方式中的單層結(jié)構(gòu)的氧化鋁基片。氮化硅的熱膨脹系數(shù)約為3.0ppm/℃，楊氏模量約為300GPa，而抗撓度約為690MPa。本實(shí)施方式的熱膨脹系數(shù)、楊氏模量和抗撓度高于第一實(shí)施方式。取代由鎢制成的導(dǎo)體柱35，由銀(Ag)制成的導(dǎo)體柱35被分別設(shè)置在內(nèi)插板體38的多個(gè)通路34中。因此，本實(shí)施方式中的導(dǎo)體柱35的電阻低于第一實(shí)施方式中的導(dǎo)體柱。各導(dǎo)體柱35的兩端面均為平面。在各導(dǎo)體柱35的上端面上形成鎳-金板層102，并且由實(shí)質(zhì)上半球形焊錫形成的頂端面突出部36被形成在鎳-金板層102的表面上。相反，在各導(dǎo)體柱35的下端面上未形成鎳-金板層102和突出部。因此，通過設(shè)置在表面安裝焊盤46上的板焊料突出103，導(dǎo)體柱35的下端面分別與接線板41的表面安裝焊盤46連接。
可以通過后燒制方法制造本實(shí)施方式的內(nèi)插板101。首先，制造多個(gè)由氮化硅制成的生片，并在各生片的預(yù)定位置執(zhí)行沖孔方法以形成通路34(鉆孔步驟)。此外，鉆孔步驟可以通過不同于沖孔方法的技術(shù)(例如，鉆孔方法和激光方法)被執(zhí)行。接著，該生片被層壓并隨后被壓接在一起以被形成生片層壓件(層壓步驟)。然后，在生片層壓件中，不需要的部分(例如外圍部分)被適當(dāng)切除以形成所需形狀與大小的層壓件(外形切割步驟)。所產(chǎn)生的生片層壓件在氮化硅可以被燒結(jié)的溫度條件(1650至1950℃)下被燒制預(yù)定的時(shí)間，以被形成帶有通路34的內(nèi)插板體38(第一燒制步驟)。然后通過使用一種通常眾所周知的膏印刷設(shè)備執(zhí)行利用銀膏填充通路34的金屬填充步驟。然后，內(nèi)插板體38在帶爐(belt oven)中在850℃和15分鐘的條件下被燒制(第二燒制步驟)。作為本步驟的結(jié)果，通路34中的銀膏被燒結(jié)以形成導(dǎo)體柱35。接著，按需要平面化導(dǎo)體柱35的端面，內(nèi)插板體38的頂面32和底面33被拋光。然后，順序執(zhí)行無電鎳鍍和無電金鍍以在各導(dǎo)體柱35的上端面上形成預(yù)定厚度的鎳-金板層102。形成鎳-金板層102的目的是改進(jìn)在隨后步驟中形成的頂端面突出部36與導(dǎo)體柱35之間的粘附性。類似地，也可以在導(dǎo)體柱35的下端面上形成鎳-金板層102。接著，內(nèi)插板體38被置于膏印刷設(shè)備，并在給定金屬掩模被放置在頂面32端上的狀態(tài)下印刷包含95Sn/5Ag復(fù)合材料無鉛焊料的焊料膏。在焊料印刷步驟之后，內(nèi)插板體38被加熱至預(yù)定溫度以導(dǎo)致焊料回流。作為回流步驟的結(jié)果，在鎳-金板層102上形成頂面突出部36，從而完成圖15的內(nèi)插板101。在各通路34的內(nèi)壁面上形成金屬化層的金屬化步驟可以在第一燒制步驟之后和金屬填充步驟之前的時(shí)間被執(zhí)行。
為了評(píng)價(jià)如此構(gòu)造的半導(dǎo)體封裝11’，以如下方式執(zhí)行模擬試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，執(zhí)行模擬，其中內(nèi)插板體38的厚度被設(shè)定為幾個(gè)值(0mm、0.1mm、0.2mm和0.4mm)，試樣被經(jīng)受220至25℃的熱循環(huán)，并測量作用在芯片結(jié)合部分上的熱應(yīng)力的等級(jí)(MPa)。在本試驗(yàn)中，IC芯片21的尺寸被設(shè)定為長12.0mm×寬10.0mm×厚0.7mm，而電路板41的尺寸被設(shè)定為長45.0mm×寬45.0mm。試驗(yàn)結(jié)果列在下面。在以下列表中，“0mm(比較例)”指未使用內(nèi)插板。
內(nèi)插板體38的厚度 熱應(yīng)力的等級(jí) 評(píng)價(jià)0mm(比較例) 317MPa 差x0.1mm 164MPa 優(yōu)秀◎0.2mm 99MPa 優(yōu)秀◎0.4mm 243MPa 好○從以上模擬試驗(yàn)的結(jié)果也明顯可見，證明當(dāng)內(nèi)插板體38的厚度被設(shè)定為等于或大于0.1mm并且等于或小于0.7mm(特別地，等于或大于0.1mm并且等于或小于0.3mm)時(shí)，作用在芯片結(jié)合部分上的熱應(yīng)力確實(shí)被降低。此外，可以認(rèn)為當(dāng)厚度等于或大于1.0mm時(shí)，線阻被增加，或者不能滿足減小剖面的要求。
因此，本實(shí)施方式可以獲得以下效果(1)通過使用由氮化硅制成并具有實(shí)質(zhì)上板狀形狀的內(nèi)插板體38構(gòu)造半導(dǎo)體封裝11’(結(jié)構(gòu)部件)。因此，內(nèi)插板101和IC芯片21之間的熱膨脹系數(shù)差較小，并因此大的熱應(yīng)力不直接作用于IC芯片21上。因此，即便當(dāng)IC芯片21尺寸較大并產(chǎn)生大量熱時(shí)，也難以在IC芯片21和內(nèi)插板101之間的界面中產(chǎn)生裂紋等。因此，芯片結(jié)合部分等可以高可靠性被提供，并且可能實(shí)現(xiàn)具有極好的可靠性和耐用性的半導(dǎo)體封裝11。此外，內(nèi)插板101通過使用絕緣體部分中的氮化硅和導(dǎo)體部分的銀被構(gòu)造。因此，本實(shí)施方式的可靠性和性能高于第一實(shí)施方式。
(2)在本實(shí)施方式中，對于燒結(jié)被包含在膏中的金屬以形成導(dǎo)體柱35的方法，采用后燒制方法。因此，組合陶瓷材料和金屬材料的自由度要大于第一實(shí)施方式。因而，有可能選擇不能與氮化硅同時(shí)被燒制的銀。因此，可以形成低電阻的導(dǎo)體柱35。即，按照本實(shí)施方式的制造方法，可以較容易的方式獲得高可靠性和高性能的內(nèi)插板101。
接下來，從上述具體實(shí)施方式
可以領(lǐng)會(huì)的技術(shù)概念列在下面作為
(2)如以上(1)的中間板，其中構(gòu)成中間板體的無機(jī)絕緣材料為低溫?zé)铺沾?，而?gòu)成導(dǎo)體柱的導(dǎo)電金屬為選自銅和銀中的至少一種。
(3)如以上(1)的中間板，其中在各通孔的內(nèi)壁上形成金屬化層。
(4)如以上(1)的中間板，其中構(gòu)成中間板體的無機(jī)絕緣材料為不能與金屬材料同時(shí)被燒制的陶瓷，而金屬化層形成在各通孔的內(nèi)壁上。
(5)如以上(1)的中間板，其中中間板體由氧化鋁或低溫?zé)铺沾芍瞥桑⑶抑虚g板體的厚度等于或大于0.1mm并等于或小于0.8mm。
(6)如以上(1)的中間板，其中中間板體被由氮化硅制成，并且中間板體的厚度等于或大于0.1mm并等于或小于0.7mm。
(7)如以上(1)的中間板，其中半導(dǎo)體器件的至少一邊等于或大于10.0mm。
(8)如以上(1)的中間板，其中中間板體由熱膨脹系數(shù)小于基板的材料制成。
(9)如以上(1)的中間板，其中中間板體由硬度至少高于硅的材料制成。
(10)如以上(1)的中間板，其中中間板體由楊氏模量為100GPa或更高的材料制成。
(11)如以上(1)的中間板，其中構(gòu)成中間板體的無機(jī)絕緣材料為陶瓷，而構(gòu)成導(dǎo)體柱的導(dǎo)電金屬為選自鎢、鉬、鉭和鈮的至少一種難熔金屬。
(12)一種制造中間板的方法，該中間板包括實(shí)質(zhì)上板狀形狀的中間板體，中間板體具有半導(dǎo)體器件被安裝之上的第一面和第二面，半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃，并具有表面安裝端子，中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔第一和第二面互相聯(lián)系，中間板體由無機(jī)絕緣材料制成；和多個(gè)通過用導(dǎo)電金屬填充通孔被形成的導(dǎo)體柱，并且導(dǎo)體柱與表面安裝端子電連接，其中該方法包括燒制陶瓷生坯以制造中間板體的燒制步驟；在中間板體的各通孔內(nèi)壁上形成金屬化層的金屬化步驟；和使用導(dǎo)電金屬填充在通孔中被形成金屬化層的通孔的金屬填充步驟。
本申請書基于2003年3月19日提交的日本專利申請JP2003-76535、2003年5月7日提交的日本專利申請JP2003-129127和2004年2月20日提交的日本專利申請JP2004-45495，這里結(jié)合這些專利申請書的全部內(nèi)容作為參考，與詳細(xì)說明相同。
權(quán)利要求
1.一種中間板，它包括具有第一面和第二面的中間板體，其中半導(dǎo)體器件被安裝在所述第一和第二面的至少之一上，所述半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃，并具有表面安裝端子，所述中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔所述第一和第二面互相聯(lián)系，所述中間板體包含無機(jī)絕緣材料；和多個(gè)填充所述通孔并包含導(dǎo)電金屬的導(dǎo)體柱，所述導(dǎo)體柱與所述表面安裝端子連接。
2.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述通孔的直徑等于或小于125μm，并且相鄰所述通孔之間的最小中心距等于或小于250μm。
3.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述無機(jī)絕緣材料為低溫?zé)铺沾?，而所述?dǎo)電金屬為銅和銀中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1的中間板，其中在各所述通孔的內(nèi)壁上形成金屬化層。
5.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述無機(jī)絕緣材料為不能與金屬材料同時(shí)被燒制的陶瓷，而金屬化層形成在各所述通孔的內(nèi)壁上。
6.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述中間板體由氧化鋁或低溫?zé)铺沾芍瞥桑⑶宜鲋虚g板體的厚度為0.1mm至0.8mm。
7.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述中間板體被由氮化硅制成，并且所述中間板體的厚度為0.1mm至0.7mm。
8.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述半導(dǎo)體器件的至少一邊等于或大于10.0mm。
9.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述中間板體由硬度至少高于硅的材料制成。
10.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述中間板體由楊氏模量為100GPa或更高的材料制成。
11.如權(quán)利要求1的中間板，其中所述無機(jī)絕緣材料為陶瓷，而所述導(dǎo)電金屬為選自鎢、鉬、鉭和鈮的至少一種難熔金屬。
12.一種帶有半導(dǎo)體器件的中間板，它包括熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃、并具有表面安裝端子的半導(dǎo)體器件；和中間板，該中間板具有具有第一和第二面的中間板體，其中所述半導(dǎo)體器件被安裝在所述第一或第二面上，所述中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔所述第一和第二面互相聯(lián)系，所述中間板體包含無機(jī)絕緣材料；和多個(gè)填充所述通孔并包含導(dǎo)電金屬的導(dǎo)體柱，所述導(dǎo)體柱與所述表面安裝端子連接。
13.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述通孔的直徑等于或小于125μm，并且相鄰所述通孔之間的最小中心距等于或小于250μm。
14.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述無機(jī)絕緣材料為低溫?zé)铺沾?，而所述?dǎo)電金屬為銅和銀中的至少一種。
15.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中在各所述通孔的內(nèi)壁上形成金屬化層。
16.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述無機(jī)絕緣材料為不能與金屬材料同時(shí)被燒制的陶瓷，而金屬化層形成在各所述通孔的內(nèi)壁上。
17.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述中間板體由氧化鋁或低溫?zé)铺沾芍瞥?，并且所述中間板體的厚度為0.1mm至0.8mm。
18.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述中間板體由氮化硅制成，并且所述中間板體的厚度為0.1mm至0.7mm。
19.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述半導(dǎo)體器件的至少一邊等于或大于10.0mm。
20.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述中間板體由硬度至少高于硅的材料制成。
21.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述中間板體由楊氏模量為100GPa或更高的材料制成。
22.如權(quán)利要求12的帶有半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述無機(jī)絕緣材料為陶瓷，而所述導(dǎo)電金屬為選自鎢、鉬、鉭和鈮的至少一種難熔金屬。
23.一種帶有中間板的基板，它包括熱膨脹系數(shù)等于或大于5.0ppm/℃、并具有表面安裝焊盤的基板；和中間板，該中間板具有具有第一面和安裝在所述基板表面上的第二面的中間板體，所述中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔所述第一和第二面互相聯(lián)系，所述中間板體包含無機(jī)絕緣材料；和多個(gè)填充所述通孔并包含導(dǎo)電金屬的導(dǎo)體柱，所述導(dǎo)體柱與所述表面安裝焊盤連接。
24.如權(quán)利要求23的帶半導(dǎo)體器件的中間板，其中所述中間板體由熱膨脹系數(shù)小于所述基板的材料制成。
25.一種結(jié)構(gòu)部件，它包括熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃、并具有表面安裝端子的半導(dǎo)體器件；熱膨脹系數(shù)等于或大于5.0ppm/℃、并具有表面安裝焊盤的基板；和中間板，該中間板具有中間板體，中間板體具有在其上安裝所述半導(dǎo)體器件的第一面，具有安裝在所述基板表面上的第二面，并具有多個(gè)通孔，通過通孔所述第一和第二面互相聯(lián)系，所述中間板體包含無機(jī)絕緣材料；和多個(gè)填充所述通孔并包含導(dǎo)電金屬的導(dǎo)體柱，所述導(dǎo)體柱與所述表面安裝端子和所述表面安裝焊盤連接。
26.一種制造中間板的方法，所述中間板包括具有第一面和第二面的中間板體，其中半導(dǎo)體器件被安裝在所述第一和第二面的至少之一上，所述半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃，并具有表面安裝端子，所述中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔所述第一和第二面互相聯(lián)系，所述中間板體包含無機(jī)絕緣材料；和多個(gè)填充所述通孔并包含導(dǎo)電金屬的導(dǎo)體柱，所述導(dǎo)體柱與所述表面安裝端子連接，其中所述方法包括制造具有所述通孔的陶瓷生坯的生坯制造步驟；使用所述導(dǎo)電金屬填充所述通孔的金屬填充步驟；和加熱并燒結(jié)所述陶瓷生坯和所述導(dǎo)電金屬的共燒制步驟。
27.一種制造中間板的方法，所述中間板包括具有第一面和第二面的中間板體，其中半導(dǎo)體器件被安裝在所述第一和第二面的至少之一上，所述半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃，并具有表面安裝端子，所述中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔所述第一和第二面互相聯(lián)系，所述中間板體包含無機(jī)絕緣材料；和多個(gè)填充所述通孔并包含導(dǎo)電金屬的導(dǎo)體柱，所述導(dǎo)體柱與所述表面安裝端子連接，其中所述方法包括燒制陶瓷生坯以制造所述中間板體的第一燒制步驟；使用所述導(dǎo)電金屬填充所述中間板體的所述通孔的金屬填充步驟；和燒制所述被填充的導(dǎo)電金屬以形成所述導(dǎo)體柱的第二燒制步驟。
全文摘要
一種中間板，它包括具有第一面和第二面的中間板體，其中半導(dǎo)體器件被安裝在所述第一和第二面的至少之一上，所述半導(dǎo)體器件的熱膨脹系數(shù)等于或大于2.0ppm/℃且小于5.0ppm/℃，并具有表面安裝端子，所述中間板體具有多個(gè)通孔，通過通孔所述第一和第二面互相聯(lián)系，所述中間板體包含一種無機(jī)絕緣材料；和多個(gè)填充所述通孔并包含導(dǎo)電金屬的導(dǎo)體柱，所述導(dǎo)體柱被與所述表面安裝端子連接。本發(fā)明也提供制造所述中間板的方法。
文檔編號(hào)H05K1/03GK1533227SQ20041003016
公開日2004年9月29日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者今井隆治, 雄, 黑田正雄, 宏, 杉本康宏 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社