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JP2005191075A - Relay board and manufacturing method thereof, board with relay board - Google Patents

Relay board and manufacturing method thereof, board with relay board Download PDF

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JP2005191075A
JP2005191075A JP2003427407A JP2003427407A JP2005191075A JP 2005191075 A JP2005191075 A JP 2005191075A JP 2003427407 A JP2003427407 A JP 2003427407A JP 2003427407 A JP2003427407 A JP 2003427407A JP 2005191075 A JP2005191075 A JP 2005191075A
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JP
Japan
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interposer
substrate
conductor
relay
metal
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Application number
JP2003427407A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Urashima
和浩 浦島
Tatsuharu Igawa
達晴 井川
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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    • H10W90/724

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Abstract

【課題】導体抵抗が低いため電気特性に優れ、かつ、半導体素子との接合部分に高い信頼性を付与できる中継基板を提供すること。
【解決手段】本発明の中継基板31は、略板形状の中継基板本体38と、複数の導体柱35とを備える。中継基板本体38は、面接続端子22を有する半導体素子21が実装されるべき第1面32、及び第2面33を有している。中継基板本体38は、第1面32及び第2面33を連通させる複数の貫通孔34を有している。中継基板本体38は、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなる。複数の導体柱35は、面接続端子22と電気的に接続されるべきものである。複数の導体柱35は、複数の貫通孔34内への金属ペースト52の充填、焼成により形成されるとともに、抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなる。
【選択図】 図1
The present invention provides a relay substrate that has excellent electrical characteristics because of low conductor resistance and that can impart high reliability to a joint portion with a semiconductor element.
A relay board 31 of the present invention includes a substantially board-shaped relay board main body 38 and a plurality of conductor pillars 35. The relay substrate body 38 has a first surface 32 and a second surface 33 on which the semiconductor element 21 having the surface connection terminals 22 is to be mounted. The relay substrate body 38 has a plurality of through holes 34 that allow the first surface 32 and the second surface 33 to communicate with each other. The relay substrate body 38 is made of a ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more. The plurality of conductor columns 35 are to be electrically connected to the surface connection terminals 22. The plurality of conductor columns 35 are formed by filling and firing the metal paste 52 into the plurality of through holes 34 and are made of a metal sintered body having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、中継基板及びその製造方法、中継基板付き基板に関するものである。   The present invention relates to a relay board, a manufacturing method thereof, and a board with a relay board.

近年、ICチップが搭載された配線基板(ICチップ搭載基板やICパッケージなど)とマザーボード等のプリント基板とをじかに接続するのではなく、配線基板とマザーボードとの間にインターポーザと呼ばれる中継基板を介在させてそれらを互いに接続した構造体が各種知られている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, a relay board called an interposer is interposed between the wiring board and the motherboard, instead of directly connecting the wiring board (IC chip mounting board or IC package) on which the IC chip is mounted and a printed board such as a motherboard. Various structures are known in which these are connected to each other (see, for example, Patent Document 1).

この種の構造体に用いられるICチップは、一般に熱膨張係数が2.0ppm/℃〜5.0ppm/℃程度の半導体材料(例えばシリコン等)を用いて形成される。また、配線基板はそれよりも熱膨張係数がかなり大きい樹脂材料を用いて形成され、インターポーザは両者の中間的な熱膨張係数値である無機材料(例えばセラミック材料など)を用いて形成される。   An IC chip used for this type of structure is generally formed using a semiconductor material (for example, silicon) having a thermal expansion coefficient of about 2.0 ppm / ° C. to 5.0 ppm / ° C. The wiring board is formed using a resin material having a considerably larger thermal expansion coefficient, and the interposer is formed using an inorganic material (for example, a ceramic material) having an intermediate thermal expansion coefficient value.

なお、インターポーザ製造用のセラミック材料の候補としては、アルミナ基板や低温焼成セラミック基板(LTCC基板)などがある。例えば、アルミナ基板を選択する場合には、未焼結のアルミナ基板に設けた貫通孔にタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点金属のペーストを充填し、同時焼成を行うことによりインターポーザが製造可能である。LTCC基板を選択する場合には、未焼結のLTCC基板に設けた貫通孔に銅(Cu)や銀(Ag)等の低抵抗金属のペーストを充填し、同時焼成することによりインターポーザが製造可能である。   In addition, as a candidate for the ceramic material for manufacturing the interposer, there are an alumina substrate, a low-temperature fired ceramic substrate (LTCC substrate), and the like. For example, when an alumina substrate is selected, an interposer is formed by filling a through hole provided in an unsintered alumina substrate with a paste of a refractory metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) and performing simultaneous firing. Can be manufactured. When an LTCC substrate is selected, an interposer can be manufactured by filling a through hole provided in an unsintered LTCC substrate with a paste of a low resistance metal such as copper (Cu) or silver (Ag) and simultaneously firing the paste. It is.

ただし、IC搭載基板とマザーボードとの間にセラミック製インターポーザを介在させた構造体については知られているが、ICチップとIC搭載基板との間にセラミック製インターポーザを介在させた構造体については、まだ知られていない。言い換えると、セカンドレベルでの接続を担うセラミック製インターポーザは従来提案されていたが、ファーストレベルでの接続を担うセラミック製インターポーザについては従来提案されていない。
特開2000−208661号公報(図2(d)等)
However, a structure in which a ceramic interposer is interposed between an IC mounting substrate and a motherboard is known, but a structure in which a ceramic interposer is interposed between an IC chip and an IC mounting substrate is Not yet known. In other words, a ceramic interposer responsible for connection at the second level has been conventionally proposed, but a ceramic interposer responsible for connection at the first level has not been proposed conventionally.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-208661 (FIG. 2 (d), etc.)

ところで、上記のインターポーザは熱膨張係数差のある2部材間に介在される。それゆえ、インターポーザは加熱または冷却時に熱応力の影響を受けやすく、他部材との接合部分にクラック等が生じやすいと考えられる。このようなクラックの発生は信頼性の低下につながる。よって、熱応力の影響を軽減するために、セラミック基板の剛性を高めておくことが要求される。また、最近では集積回路技術の進歩によりICチップの動作がますます高速化しており、インターポーザも高速化するICチップの性能を最大限引き出せる構造を備えていることが望まれる。具体的にいうと、インターポーザにおける導体は低抵抗であることが要求される。   By the way, the above interposer is interposed between two members having a difference in thermal expansion coefficient. Therefore, it is considered that the interposer is easily affected by thermal stress during heating or cooling, and cracks or the like are likely to occur at the joint portion with other members. The occurrence of such cracks leads to a decrease in reliability. Therefore, it is required to increase the rigidity of the ceramic substrate in order to reduce the influence of thermal stress. In recent years, IC chip operations have become increasingly faster due to advances in integrated circuit technology, and it is desirable that the interposer also has a structure that can maximize the performance of an IC chip that is faster. Specifically, the conductor in the interposer is required to have a low resistance.

しかしながら、アルミナ基板からなるインターポーザは、剛性や強度に優れる(例えば曲げ弾性率が300MPa以上)という利点を有する反面、導体として使用可能な金属がWやMo等に限られるという欠点を有する。これは、銅や銀等の低抵抗金属は融点が低いためアルミナと同時焼成できないからである。従って、この場合には導体の抵抗率が10×10-8Ωm程度と高くなってしまい、好適な電気特性をインターポーザに十分に付与できなくなる。また、LTCC基板からなるインターポーザは、導体抵抗が低いという利点を有する反面、アルミナ基板よりも剛性や強度が低く(例えば曲げ弾性率が200MPa程度)という欠点を有している。 However, an interposer made of an alumina substrate has an advantage of being excellent in rigidity and strength (for example, a flexural modulus of 300 MPa or more), but has a drawback that metals that can be used as a conductor are limited to W, Mo, and the like. This is because low resistance metals such as copper and silver have a low melting point and cannot be fired simultaneously with alumina. Therefore, in this case, the resistivity of the conductor becomes as high as about 10 × 10 −8 Ωm, and it becomes impossible to sufficiently impart suitable electrical characteristics to the interposer. In addition, an interposer made of an LTCC substrate has an advantage that the conductor resistance is low, but has a drawback that it has lower rigidity and strength (for example, a bending elastic modulus of about 200 MPa) than an alumina substrate.

以上のことから、信頼性及び電気特性の両方に優れたインターポーザが望まれている。また、このように優れたインターポーザをできるだけ低コストで製造する技術の開発も望まれている。   From the above, an interposer excellent in both reliability and electrical characteristics is desired. In addition, development of a technique for manufacturing such an excellent interposer at as low a cost as possible is also desired.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、導体抵抗が低いため電気特性に優れ、かつ、半導体素子との接合部分に高い信頼性を付与できる中継基板、半導体素子付き中継基板を提供することにある。さらに、本発明のさらに別の目的は、上記の優れた中継基板を比較的簡単にかつ低コストで製造することが可能な製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a relay substrate with a semiconductor element that has excellent electrical characteristics because of low conductor resistance and that can impart high reliability to a junction with a semiconductor element. It is to provide a relay board. Furthermore, still another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing the above excellent relay substrate relatively easily and at low cost.

そして上記課題を解決するための手段としては、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第1面、及び第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内への金属ペーストの充填、焼成により形成された抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなり、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数の導体柱とを備えることを特徴とする中継基板、がある。上記課題を解決するための別の手段としては、面接続パッドを有する基板を備え、かつ、第1面、及び前記基板の表面上に実装される第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内への金属ペーストの充填、焼成により形成された抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなり、前記面接続パッドと電気的に接続される複数の導体柱とを有する中継基板を備えたことを特徴とする中継基板付き基板、がある。 And as a means for solving the above-mentioned subject, it has the 1st surface where the semiconductor element which has a surface connection terminal should be mounted, and the 2nd surface, and a plurality of which makes the 1st surface and the 2nd surface communicate A relay board body having a substantially plate shape made of a ceramic sintered body having a through-hole and a flexural modulus of 250 MPa or more, and a resistivity formed by filling and firing the metal paste into the plurality of through-holes is 5 There is a relay substrate, which is made of a metal sintered body having a size of 0.0 × 10 −8 Ωm or less and includes a plurality of conductive columns to be electrically connected to the surface connection terminals. As another means for solving the above-described problem, the substrate includes a substrate having a surface connection pad, and has a first surface and a second surface mounted on the surface of the substrate, the first surface and A plurality of through-holes communicating with the second surface, a substantially plate-shaped relay substrate body made of a ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more, and filling of the plurality of through-holes with a metal paste, A relay substrate comprising a sintered metal body having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less formed by firing and having a plurality of conductive columns electrically connected to the surface connection pads. There is a board with a relay board.

従って、これらの発明によると、複数の導体柱に低い導電抵抗が付与されるとともに、中継基板本体に高い剛性及び強度が付与される。ゆえに、電気特性に優れ、かつ、半導体素子との接合部分に高い信頼性を付与できる中継基板、中継基板付き基板を提供することが可能となる。   Therefore, according to these inventions, low electrical resistance is imparted to the plurality of conductor pillars, and high rigidity and strength are imparted to the relay substrate body. Therefore, it is possible to provide a relay substrate and a substrate with a relay substrate that have excellent electrical characteristics and can impart high reliability to the joint portion with the semiconductor element.

中継基板や中継基板付き基板を構成する中継基板本体は、第1面及び第2面を有する略板形状の部材である。   The relay board main body constituting the relay board or the board with the relay board is a substantially plate-shaped member having a first surface and a second surface.

中継基板本体の第1面は、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき面、換言すると、面接続端子を有する半導体素子が実装される予定の面である。前記半導体素子としては、例えば、熱膨張係数が2.0ppm/℃以上5.0ppm/℃未満のものが使用される。このような半導体素子の例としては、熱膨張係数が2.6ppm/℃程度のシリコンからなる半導体集積回路チップ(ICチップ)などを挙げることができる。なお、中継基板本体の第1面上に実装されるべき半導体素子の数は、1つであってもよく2つ以上であってもよい。   The first surface of the relay board body is a surface on which a semiconductor element having surface connection terminals is to be mounted, in other words, a surface on which a semiconductor element having surface connection terminals is to be mounted. As the semiconductor element, for example, one having a thermal expansion coefficient of 2.0 ppm / ° C. or more and less than 5.0 ppm / ° C. is used. Examples of such a semiconductor element include a semiconductor integrated circuit chip (IC chip) made of silicon having a thermal expansion coefficient of about 2.6 ppm / ° C. Note that the number of semiconductor elements to be mounted on the first surface of the relay substrate body may be one or two or more.

ここで「熱膨張係数」とは、厚み方向(Z方向)に対して垂直な方向(XY方向)の熱膨張係数のことを意味し、0℃〜100℃の間のTMA(熱機械分析装置)にて測定した値のことをいう。「TMA」とは、熱機械的分析をいい、例えばJPCA−BU01に規定されるものをいう。   Here, “thermal expansion coefficient” means a thermal expansion coefficient in a direction (XY direction) perpendicular to the thickness direction (Z direction), and a TMA (thermomechanical analyzer between 0 ° C. and 100 ° C. ) Means the value measured. “TMA” refers to thermomechanical analysis, such as that defined in JPCA-BU01.

前記面接続端子とは、電気的接続のための端子であって、面接続によって接続を行うものを指す。なお、面接続とは、被接続物の平面上に線状や格子状(千鳥状も含む)にパッドあるいは端子を形成し、それら同士を接続する場合を指す。なお、前記半導体素子の大きさ及び形状は特に限定されないが、少なくとも一辺が10.0mm以上であることがよい。このような大型の半導体素子になると、発熱量も増大しやすく熱応力の影響も次第に大きくなるため、クラックの発生といった本願特有の課題が発生しやすくなるからである。   The surface connection terminal refers to a terminal for electrical connection, which is connected by surface connection. In addition, surface connection refers to the case where pads or terminals are formed in a line shape or a lattice shape (including a staggered shape) on the plane of an object to be connected, and these are connected to each other. The size and shape of the semiconductor element are not particularly limited, but at least one side is preferably 10.0 mm or more. This is because in such a large semiconductor element, the amount of heat generation is likely to increase, and the influence of thermal stress gradually increases, so that problems specific to the present application, such as the occurrence of cracks, are likely to occur.

一方、中継基板付き基板を構成する中継基板本体の第2面は、面接続パッドを有する基板の表面上に実装されている面である。中継基板を構成する中継基板本体の第2面は、面接続パッドを有する基板の表面上に実装されるべき面、換言すると、面接続パッドを有する基板の表面上に実装される予定の面である。また、前記面接続パッドとは、電気的接続のための端子用パッドであって、面接続によって接続を行うものを指す。このような面接続パッドは例えば線状や格子状(千鳥状も含む)に形成される。   On the other hand, the second surface of the relay substrate main body constituting the substrate with the relay substrate is a surface mounted on the surface of the substrate having the surface connection pads. The second surface of the relay substrate main body constituting the relay substrate is a surface to be mounted on the surface of the substrate having the surface connection pads, in other words, a surface to be mounted on the surface of the substrate having the surface connection pads. is there. The surface connection pad is a terminal pad for electrical connection, which is connected by surface connection. Such surface connection pads are formed in, for example, a linear shape or a lattice shape (including a staggered shape).

前記基板としては、例えば、熱膨張係数が5.0ppm/℃以上であって面接続パッドを有するものが使用される。前記基板としては、半導体素子やその他の電子部品などが実装される基板、特には半導体素子やその他の電子部品などが実装され、それらを電気的に接続する導体回路を備えた配線基板が挙げられる。前記基板の形成材料については特に限定されず、コスト性、加工性、絶縁性、機械的強度などを考慮して適宜選択することができる。前記基板としては、例えば、樹脂基板、セラミック基板、金属基板などが挙げられる。   As the substrate, for example, a substrate having a thermal expansion coefficient of 5.0 ppm / ° C. or more and having a surface connection pad is used. Examples of the substrate include a substrate on which a semiconductor element or other electronic component is mounted, and particularly a wiring substrate on which a semiconductor element or other electronic component is mounted and having a conductor circuit that electrically connects them. . The material for forming the substrate is not particularly limited, and can be appropriately selected in consideration of cost, workability, insulation, mechanical strength, and the like. Examples of the substrate include a resin substrate, a ceramic substrate, and a metal substrate.

中継基板本体は、第1面及び第2面を連通させる複数の貫通孔を有している。貫通孔の直径は特に限定されないが、例えば125μm以下であることがよく、100μm以下であることがよりよい(ただし、0μmは含まず。)。隣接する前記貫通孔間の中心間距離も特に限定されないが、例えば250μm以下であることがよく、200μm以下であることがよりよい(ただし、0μmは含まず。)。かかる直径や中心間距離があまりに大きすぎると、今後予想される半導体素子のファイン化に十分に対応できない可能性があるからである。換言すると、かかる直径や中心間距離をあまりに大きく設定すると、限られた面積内に多数の導体柱を形成できないからである。さらには、貫通孔の直径は85μm以下、隣接する前記貫通孔間の中心間距離は150μm以下であることがよい(ただし、0μmは含まず。)。   The relay substrate body has a plurality of through holes that allow the first surface and the second surface to communicate with each other. The diameter of the through hole is not particularly limited, but is preferably 125 μm or less, for example, and more preferably 100 μm or less (however, 0 μm is not included). The center-to-center distance between the adjacent through holes is not particularly limited, but is preferably, for example, 250 μm or less, and more preferably 200 μm or less (however, 0 μm is not included). This is because, if the diameter and the distance between the centers are too large, there is a possibility that the semiconductor elements that are expected in the future cannot be sufficiently refined. In other words, if the diameter and the distance between the centers are set too large, a large number of conductor columns cannot be formed within a limited area. Furthermore, the diameter of the through hole is preferably 85 μm or less, and the center-to-center distance between the adjacent through holes is preferably 150 μm or less (however, 0 μm is not included).

中継基板本体の厚さは、特に限定されないが、強いて言えば0.1mm以上0.7mm以下であることが好ましく、特には0.2mm以上0.5mm以下であることがより好ましい。このような厚さ範囲内であると、半導体素子を搭載したときに素子接合部分に加わる熱応力が比較的小さくなり、中継基板本体自身の反りや、半導体素子の接合部分におけるクラック防止に有利となる。   The thickness of the relay substrate main body is not particularly limited, but to be strong, it is preferably 0.1 mm or more and 0.7 mm or less, and more preferably 0.2 mm or more and 0.5 mm or less. Within such a thickness range, when a semiconductor element is mounted, the thermal stress applied to the element bonding portion becomes relatively small, which is advantageous for preventing warpage of the relay substrate body itself and cracks at the bonding portion of the semiconductor element. Become.

前記中継基板本体は、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなり、好ましくは300MPa以上のセラミック焼結体からなることがよい。その理由は以下のとおりである。即ち、曲げ弾性率が250MPa以上であれば、中継基板本体に高い剛性を付与でき、大きな熱応力に耐えることが可能となる。この結果、中継基板本体自身の反りや、半導体素子の接合部分におけるクラックなどを未然に防ぐことができるからである。また、曲げ弾性率が250MPaよりも低いと、低温焼成セラミックとあまり変わりのない程度の剛性となってしまい、好ましくないからである。   The relay substrate body is made of a ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more, and preferably made of a ceramic sintered body having a 300 MPa or more. The reason is as follows. That is, if the flexural modulus is 250 MPa or more, high rigidity can be imparted to the relay substrate body, and it is possible to withstand large thermal stress. As a result, it is possible to prevent warping of the relay substrate body itself and cracks at the joint portion of the semiconductor element. In addition, if the flexural modulus is lower than 250 MPa, the rigidity is not so different from that of the low-temperature fired ceramic, which is not preferable.

なお、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体としては、アルミナ焼結体(曲げ弾性率=350MPa)、窒化アルミニウム焼結体(曲げ弾性率=350MPa)、窒化珪素焼結体(曲げ弾性率=690MPa)などを挙げることができる。   The ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more includes an alumina sintered body (flexural modulus = 350 MPa), an aluminum nitride sintered body (flexural modulus = 350 MPa), and a silicon nitride sintered body (flexural modulus). = 690 MPa).

また、中継基板本体は、ヤング率が250GPa以上のセラミック焼結体からなることが好ましく、さらにはヤング率が300GPa以上のセラミック焼結体からなることがより好ましい。その理由は、ヤング率が250GPa以上であれば、中継基板本体に高い剛性を付与でき、大きな熱応力に耐えることが可能となる。この結果、中継基板本体自身の反りや、半導体素子の接合部分におけるクラックなどを未然に防ぐことができるからである。また、ヤング率が250GPaよりも低いと、半導体素子とあまり変わりのない程度の剛性となってしまい、半導体素子の保護が十分に図れないからである。なお、ヤング率が250GPa以上のセラミック焼結体としては、アルミナ(ヤング率=280GPa)、窒化アルミニウム(ヤング率=350GPa)、窒化珪素(ヤング率=300GPa)などがある。   The relay substrate body is preferably made of a ceramic sintered body having a Young's modulus of 250 GPa or more, and more preferably made of a ceramic sintered body having a Young's modulus of 300 GPa or more. The reason is that if the Young's modulus is 250 GPa or more, high rigidity can be imparted to the relay substrate body, and it is possible to withstand large thermal stress. As a result, it is possible to prevent warping of the relay substrate body itself and cracks at the joint portion of the semiconductor element. Further, if the Young's modulus is lower than 250 GPa, the rigidity is not much different from that of a semiconductor element, and the semiconductor element cannot be sufficiently protected. Examples of the ceramic sintered body having a Young's modulus of 250 GPa or more include alumina (Young's modulus = 280 GPa), aluminum nitride (Young's modulus = 350 GPa), and silicon nitride (Young's modulus = 300 GPa).

ところで、中継基板本体は、上記のように高剛性であることに加えて、低熱膨張性であることが好ましい。中継基板本体の熱膨張係数は、半導体素子及び基板の中間的な値であることが好ましく、例えば2.0ppm/℃以上8.0ppm/℃未満であることがよい。その理由は、仮に中継基板本体の熱膨張係数が8.0ppm/℃を超えると、半導体素子との熱膨張係数差が十分に小さくならず、半導体素子に対する熱応力の影響を十分に低減できないからである。従って、例えば熱膨張係数が2.6ppm/℃程度のシリコン製ICチップを選択した場合には、熱膨張係数が3.0ppm/℃以上8.0ppm/℃未満の中継基板本体を用いることが好適であると言える。ちなみに、アルミナの熱膨張係数は7.6ppm/℃、窒化アルミニウムの熱膨張係数は4.4ppm/℃、窒化珪素の熱膨張係数は3.0ppm/℃である。   By the way, in addition to being highly rigid as described above, the relay substrate main body preferably has low thermal expansion. The thermal expansion coefficient of the relay substrate body is preferably an intermediate value between the semiconductor element and the substrate, and is preferably 2.0 ppm / ° C. or more and less than 8.0 ppm / ° C., for example. The reason is that if the thermal expansion coefficient of the relay substrate body exceeds 8.0 ppm / ° C., the difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor element is not sufficiently reduced, and the influence of thermal stress on the semiconductor element cannot be sufficiently reduced. It is. Therefore, for example, when a silicon IC chip having a thermal expansion coefficient of about 2.6 ppm / ° C. is selected, it is preferable to use a relay substrate body having a thermal expansion coefficient of 3.0 ppm / ° C. or more and less than 8.0 ppm / ° C. It can be said that. Incidentally, the thermal expansion coefficient of alumina is 7.6 ppm / ° C., the thermal expansion coefficient of aluminum nitride is 4.4 ppm / ° C., and the thermal expansion coefficient of silicon nitride is 3.0 ppm / ° C.

そして以上のことを総合すると、中継基板本体はアルミナ系のセラミック焼結体からなることが好ましい。アルミナ系のセラミック焼結体は、中継基板本体として使用するうえで好適な物性(即ち高い剛性と低い熱膨張性)を備えることに加え、非酸化物セラミック焼結体に比べて低廉だからである。従って、このような中継基板本体を用いて中継基板や中継基板付き基板を構成すれば、好適な性能を維持しつつ低コスト化を達成することが可能となる。   In summary, the relay substrate body is preferably made of an alumina-based ceramic sintered body. This is because the alumina-based ceramic sintered body is suitable for use as a relay substrate body (ie, high rigidity and low thermal expansion), and is cheaper than a non-oxide ceramic sintered body. . Therefore, if a relay board or a board with a relay board is configured using such a relay board main body, it is possible to achieve cost reduction while maintaining suitable performance.

また、中継基板本体は、高剛性及び低熱膨張性を有するばかりでなく、絶縁性を有していることが好ましい。その理由は、絶縁性を有していない中継基板本体を用いた場合には、導体柱との絶縁を図るために絶縁層を形成する必要が生じ、構造の複雑化及びそれに伴う高コスト化といった問題が生じるからである。これに対して、それ自体が絶縁性を有する中継基板本体であれば、絶縁層が不要となるため簡略化及び低コスト化を達成することができる。この点に鑑みても、アルミナ系のセラミック焼結体の使用は好ましいといえる。   The relay substrate body preferably has not only high rigidity and low thermal expansion, but also insulation. The reason for this is that when a relay substrate body that does not have insulation is used, it is necessary to form an insulating layer in order to insulate it from the conductor pillars, resulting in a complicated structure and associated high cost. This is because problems arise. On the other hand, if the relay substrate body itself has an insulating property, an insulating layer is not necessary, so that simplification and cost reduction can be achieved. In view of this point, it can be said that the use of an alumina-based ceramic sintered body is preferable.

ここで「アルミナ系のセラミックス焼結体」とは、主結晶がα−アルミナ(コランダム)からなるセラミックの焼結体をいい、アルミナ(Al23)を80重量%以上含むものを指す。従って、少量であればアルミナ以外の成分、例えばシリカ、カルシア、マグネシア、チタニア、ジルコニアなどが焼結体中に1種または2種以上含まれていてもよい。 Here, the “alumina-based ceramic sintered body” refers to a ceramic sintered body having a main crystal made of α-alumina (corundum), and includes 80% by weight or more of alumina (Al 2 O 3 ). Therefore, if it is a small amount, components other than alumina, for example, silica, calcia, magnesia, titania, zirconia and the like may be contained in the sintered body in one or more kinds.

中継基板、中継基板付き基板は、複数の導体柱を有している。中継基板付き基板における複数の導体柱は、その一端が半導体素子の面接続端子と電気的に接続される予定であり、その他端が基板の面接続パッドと電気的に接続されている。中継基板における複数の導体柱は、その一端が半導体素子の面接続端子と電気的に接続される予定であり、その他端が基板の面接続パッドと電気的に接続される予定である。   The relay board and the board with the relay board have a plurality of conductor pillars. One end of each of the plurality of conductor pillars in the substrate with the relay substrate is to be electrically connected to the surface connection terminal of the semiconductor element, and the other end is electrically connected to the surface connection pad of the substrate. One end of the plurality of conductor pillars in the relay substrate is to be electrically connected to the surface connection terminal of the semiconductor element, and the other end is to be electrically connected to the surface connection pad of the substrate.

前記複数の導体柱は、金属ペーストの充填、焼成により形成された、抵抗率が5.0×10-8Ωm以下(ただし、0×10-8Ωmは除く。)の金属焼結体からなる。ここで「抵抗率」とは、20℃における抵抗率をいうものとする。金属焼結体の抵抗率が5.0×10-8Ωmを越えていると、導体柱の低抵抗化を十分に達成することができず、好適な電気特性を中継基板や中継基板付き基板に十分に付与できなくなるからである。なお、金属焼結体の抵抗率は、1.0×10-8Ωm以上4.0×10-8Ωm以下であることがよりよい。 The plurality of conductor pillars are made of a metal sintered body formed by filling and firing a metal paste and having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less (excluding 0 × 10 −8 Ωm). . Here, “resistivity” means resistivity at 20 ° C. If the resistivity of the sintered metal exceeds 5.0 × 10 −8 Ωm, it is not possible to sufficiently reduce the resistance of the conductor pillars, and suitable electrical characteristics are obtained by using a relay board or a board with a relay board. It is because it becomes impossible to give enough. The resistivity of the sintered metal body is more preferably 1.0 × 10 −8 Ωm or more and 4.0 × 10 −8 Ωm or less.

前記複数の導体柱は、抵抗率が5.0×10-8Ωm以下という条件を満たす金属焼結体、具体的には銅、銀または金の単体や、銅、銀または金の合金や、銅、銀または金の化合物(例えば酸化物など)の焼結体のうちから選択されることがよい。なお、これらの中でも、銅の単体または銀の単体の焼結体を選択することがより好ましい。その理由は、銅や銀は金ほど高価ではなく低コスト化に有利であるとともに、低抵抗化も達成しやすいからである。 The plurality of conductor pillars are sintered metal satisfying a condition that resistivity is 5.0 × 10 −8 Ωm or less, specifically copper, silver or gold alone, copper, silver or gold alloy, It may be selected from sintered bodies of copper, silver, or gold compounds (for example, oxides). Among these, it is more preferable to select a sintered body of a simple substance of copper or a simple substance of silver. The reason for this is that copper and silver are not as expensive as gold and are advantageous for cost reduction, and it is easy to achieve low resistance.

複数の導体柱における少なくとも一方の端面上、具体的には半導体素子が実装されるべき第1面側端面上には、はんだ層が形成されていてもよい。前記はんだ層としては第1面から突出するはんだバンプが好適である。このようなはんだバンプがあると、バンプレスの半導体素子の実装が可能となって好都合だからである。勿論、はんだ層は複数の導体柱における両方の端面上に形成されていても構わない。前記はんだ層の形成に使用されるはんだは特に限定されず、用途に応じて任意に選択することができる。   A solder layer may be formed on at least one end face of the plurality of conductor pillars, specifically, on the first face side end face on which the semiconductor element is to be mounted. A solder bump protruding from the first surface is suitable as the solder layer. This is because the presence of such solder bumps makes it possible to mount bumpless semiconductor elements. Of course, the solder layer may be formed on both end faces of the plurality of conductor pillars. The solder used for forming the solder layer is not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the application.

前記はんだ層は、導体柱の端面上に例えばバリア金属層をあらかじめ形成したうえで形成されてもよい。はんだ層と導体柱との間にバリア金属層を介在させた構造であると、導体柱のはんだ濡れ性が改善されるため、はんだ層と導体柱との密着性を向上させることができるからである。このようなバリア金属層の例としては、めっきにより形成されるニッケル層、クロム層、アルミニウム層、金層などを挙げることができる。   The solder layer may be formed, for example, after a barrier metal layer is formed in advance on the end face of the conductor pillar. The structure in which the barrier metal layer is interposed between the solder layer and the conductor column can improve the solder wettability of the conductor column, so that the adhesion between the solder layer and the conductor column can be improved. is there. Examples of such a barrier metal layer include a nickel layer, a chromium layer, an aluminum layer, a gold layer, and the like formed by plating.

また、導体柱が例えば高純度の銀からなるような場合には、バリア金属層を介在することなく導体柱の端面上に前記はんだ層を直接形成してもよい。高純度の銀は、はんだ濡れ性がよく、バリア金属層が介在していなくても両者間に高い密着性が得られるからである。また、バリア金属層を省略することで、導体柱の構造簡略化を図ることができ、中継基板や中継基板付き基板の低コスト化に有利となる。   Further, when the conductor column is made of, for example, high-purity silver, the solder layer may be directly formed on the end surface of the conductor column without interposing a barrier metal layer. This is because high-purity silver has good solder wettability, and high adhesion can be obtained between the two even without a barrier metal layer. Further, by omitting the barrier metal layer, the structure of the conductor pillar can be simplified, which is advantageous for cost reduction of the relay substrate and the substrate with the relay substrate.

また、中継基板本体の表面上、とりわけ第1面上や第2面上には、半導体素子以外の電子部品や素子が1つ以上設けられていてもよい。前記電子部品の具体例としては、チップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイルなどを挙げることができる。これらの電子部品は、能動部品であっても受動部品であってもよい。前記素子の具体例としては、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、薄膜抵抗、薄膜キャパシタ、薄膜コイルなどを挙げることができる。これらの素子は、能動素子であっても受動素子であってもよい。そして、前記中継基板本体の第1面上や第2面上には、前記電子部品同士、前記素子同士、あるいは前記電子部品や前記素子と導体柱とを接続する配線層が形成されていてもよい。なお、電子部品や素子を設けることにより、中継基板や中継基板付き基板の付加価値を高めることができる。   Further, one or more electronic components and elements other than semiconductor elements may be provided on the surface of the relay substrate body, particularly on the first surface and the second surface. Specific examples of the electronic component include a chip transistor, a chip diode, a chip resistor, a chip capacitor, and a chip coil. These electronic components may be active components or passive components. Specific examples of the element include a thin film transistor, a thin film diode, a thin film resistor, a thin film capacitor, and a thin film coil. These elements may be active elements or passive elements. And even if the wiring layer which connects the said electronic components, the said elements, or the said electronic components, the said element, and a conductor pillar is formed on the 1st surface or the 2nd surface of the said relay substrate main body. Good. Note that by providing electronic components and elements, the added value of the relay substrate or the substrate with the relay substrate can be increased.

例えば、薄膜キャパシタを備えた中継基板や中継基板付き基板の場合、電源ライン上(即ち、基板側の電源回路と半導体素子側の電源端子とを結ぶ配線上)に薄膜キャパシタを配置しておくことがよい。このように構成すれば、電源ライン上のノイズ(電圧変動)を吸収することができる。よって、GHz帯域の高周波ノイズを減らし、半導体素子を高速で動作させることが可能となる。ここで、薄膜キャパシタとは、導体間に強誘電体薄膜を挟み込んだ構造のキャパシタのことをいう。   For example, in the case of a relay substrate with a thin film capacitor or a substrate with a relay substrate, the thin film capacitor is arranged on the power line (that is, on the wiring connecting the power circuit on the substrate side and the power terminal on the semiconductor element side). Is good. With this configuration, noise (voltage fluctuation) on the power supply line can be absorbed. Therefore, high frequency noise in the GHz band can be reduced, and the semiconductor element can be operated at high speed. Here, the thin film capacitor means a capacitor having a structure in which a ferroelectric thin film is sandwiched between conductors.

前記薄膜キャパシタを形成する場合、中継基板本体を構成しているセラミック焼結体よりも緻密な層を、中継基板本体の表面にあらかじめ形成しておくことがよい。即ち、中継基板本体の表面が薄膜キャパシタの形成に適した状態になるからである。この場合、前記緻密層は低誘電率材料からなることが好ましい。前記緻密層は、例えば、セラミック未焼結体表面に低誘電率のガラスを塗布し、それらを同時焼成することにより作製すること等が可能である。なお、ガラスからなる緻密層は、比較的低コストで形成できるという利点がある。   When the thin film capacitor is formed, it is preferable that a layer denser than the ceramic sintered body constituting the relay substrate body is formed in advance on the surface of the relay substrate body. That is, the surface of the relay substrate body is in a state suitable for forming a thin film capacitor. In this case, the dense layer is preferably made of a low dielectric constant material. The dense layer can be produced, for example, by applying a low dielectric constant glass on the surface of the ceramic green body and firing them simultaneously. A dense layer made of glass has an advantage that it can be formed at a relatively low cost.

また、上記の別の課題を解決するための手段としては、面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第1面、及び第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有する略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内に配置された複数の導体柱とを備える中継基板の製造方法において、セラミック未焼結体に前記複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記セラミック未焼結体を焼成して、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体を作製する第一次焼成工程と、前記セラミック焼結体における前記複数の貫通孔内に、未焼結金属を含む金属ペーストを充填するペースト充填工程と、前記金属ペーストを焼成して抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体とすることにより、前記複数の導体柱を形成する第二次焼成工程とを含むことを特徴とする中継基板の製造方法、がある。 Further, as means for solving the above-described another problem, the semiconductor device having the surface connection terminal has a first surface and a second surface to be mounted, and the first surface and the second surface are arranged. In a method of manufacturing a relay board comprising a substantially plate-shaped relay board body having a plurality of through-holes to be communicated and a plurality of conductor pillars arranged in the plurality of through-holes, the ceramic unsintered body has the plurality of A through-hole forming step of forming a through-hole, a primary firing step of firing the ceramic unsintered body to produce a ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more, and the ceramic sintered body A paste filling step of filling a metal paste containing unsintered metal into a plurality of through holes, and firing the metal paste to form a sintered metal body having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less. The plurality of conductor pillars A method of manufacturing a relay board, which comprises a secondary firing step of forming, there is.

上記の製造方法では、セラミック未焼結体を焼成して中継基板本体を作製する第一次焼成工程をあらかじめ行った後に、金属ペーストを焼成して複数の導体柱を形成する第二次焼成工程を行っている。つまり、金属ペースト中の金属を焼結させるにあたり、同時焼成法ではなく後焼成法を採用している。それゆえ、同時焼成法を採用した場合とは異なり、高融点金属ペーストの使用が必須ではなくなる。よって、中継基板本体に使用するセラミックと、導体柱に使用する金属との組み合わせの自由度が大きくなり、中継基板本体の高剛性化及び複数の導体柱の低抵抗化を両立させることができる。   In the above manufacturing method, after performing a primary firing step of firing a ceramic unsintered body to produce a relay substrate body in advance, a secondary firing step of firing a metal paste to form a plurality of conductor columns It is carried out. That is, in sintering the metal in the metal paste, a post-firing method is adopted instead of the simultaneous firing method. Therefore, unlike the case of employing the co-firing method, the use of a refractory metal paste is not essential. Therefore, the degree of freedom of the combination of the ceramic used for the relay board body and the metal used for the conductor pillars is increased, and both high rigidity of the relay board body and low resistance of the plurality of conductor pillars can be achieved.

また、上記の製造方法では、硬化していない未焼結のセラミック材料に対して貫通孔の形成を行っているため、比較的簡単にかつ安価に貫通孔を形成することができる。   Further, in the above manufacturing method, since the through hole is formed in the unsintered unsintered ceramic material, the through hole can be formed relatively easily and inexpensively.

以下、この製造方法について説明する。   Hereinafter, this manufacturing method will be described.

貫通孔形成工程では、セラミック未焼結体の表裏を貫通する複数の貫通孔を形成する。貫通孔を形成するにあたり、ドリリング加工、パンチング加工、レーザー加工などの従来公知の手法を採用することが可能である。例えば、直径125μm以下の貫通孔を形成するような場合には、レーザー加工を採用することで高精度にかつ効率よく穴あけ加工を行うことができる。   In the through hole forming step, a plurality of through holes penetrating the front and back of the ceramic green body are formed. In forming the through hole, a conventionally known method such as drilling, punching, or laser processing can be employed. For example, when forming a through-hole having a diameter of 125 μm or less, it is possible to perform drilling with high accuracy and efficiency by adopting laser processing.

第一次焼成工程では、穴あけ加工が施されたセラミック未焼結体を焼成して、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体を作製する。このときの焼成条件(焼成時間、焼成温度、周囲の雰囲気など)は、使用したセラミック材料の種類に応じて適宜設定される。   In the primary firing step, the ceramic unsintered body that has been drilled is fired to produce a ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more. The firing conditions at this time (firing time, firing temperature, ambient atmosphere, etc.) are appropriately set according to the type of ceramic material used.

ペースト充填工程では、第一次焼成工程を経て得られたセラミック焼結体における複数の貫通孔内に、未焼結金属を含む金属ペーストを充填する。未焼結金属を含む金属ペーストとしては、例えば、銅、銀または金の粉末を主成分として含むペーストが用いられる。この種のペーストは、銅、銀または金の合金や、銅、銀または金の化合物(例えば酸化物など)の粉末を、主成分として含んでいてもよい。この場合、粒子径が100nm以下の微細な金属粒子を含む、いわゆる金属ナノペーストを使用してもよい。金属ナノペーストの使用は導体柱の低抵抗化にも確実に寄与する。また、貫通孔内に金属ペーストを充填する手法としては、例えば印刷法がある。   In the paste filling step, a metal paste containing unsintered metal is filled into the plurality of through holes in the ceramic sintered body obtained through the primary firing step. As the metal paste containing an unsintered metal, for example, a paste containing copper, silver or gold powder as a main component is used. This type of paste may contain, as a main component, a powder of an alloy of copper, silver or gold or a compound of copper, silver or gold (for example, an oxide). In this case, you may use what is called a metal nano paste containing the fine metal particle whose particle diameter is 100 nm or less. The use of metal nanopaste also contributes to reducing the resistance of the conductive pillar. Moreover, as a method of filling the metal paste into the through hole, for example, there is a printing method.

第二次焼成工程では、金属ペーストを焼成して抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体とする。即ち、この工程では、後焼成法により金属ペースト中の金属を焼結させて、複数の導体柱を形成する。この場合、焼成条件(焼成時間、焼成温度、周囲の雰囲気など)は、使用した金属ペーストの種類に応じて適宜設定される。なお、金属焼結体の低抵抗化を図るためには、窒素等の不活性雰囲気下で焼成を行うことにより金属焼結体の酸化を防止することがよい。 In the secondary firing step, the metal paste is fired to obtain a sintered metal body having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less. That is, in this step, the metal in the metal paste is sintered by a post-baking method to form a plurality of conductor columns. In this case, the firing conditions (firing time, firing temperature, ambient atmosphere, etc.) are appropriately set according to the type of metal paste used. In order to reduce the resistance of the metal sintered body, it is preferable to prevent oxidation of the metal sintered body by firing in an inert atmosphere such as nitrogen.

この後、必要に応じて導体柱の端面上にはんだ層を形成すれば、所望の中継基板が完成する。前記はんだ層は、例えば、はんだペーストを導体柱の端面上に印刷した後にリフローを行うこと等により形成可能である。   Thereafter, if a solder layer is formed on the end face of the conductor pillar as necessary, a desired relay substrate is completed. The solder layer can be formed by, for example, performing reflow after printing a solder paste on the end face of the conductor pillar.

[第1実施形態] [First Embodiment]

以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図8に基づき詳細に説明する。図1は、ICチップ(半導体素子)21と、インターポーザ(中継基板)31と、配線基板(基板)41とからなる本実施形態の半導体パッケージ11を示す概略断面図である。図2,図3,図4,図5,図6は、インターポーザ31の製造過程を説明するための概略断面図である。図7は、完成したインターポーザ31を示す概略断面図である。図8は、半導体パッケージ11を構成するICチップ付きインターポーザ(半導体素子付き中継基板)61を配線基板41上に実装するときの状態を示す概略断面図である。   Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor package 11 of this embodiment including an IC chip (semiconductor element) 21, an interposer (relay substrate) 31, and a wiring substrate (substrate) 41. 2, 3, 4, 5, and 6 are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the interposer 31. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the completed interposer 31. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state where an interposer with an IC chip (a relay board with a semiconductor element) 61 constituting the semiconductor package 11 is mounted on the wiring board 41.

図1に示されるように、本実施形態の半導体パッケージ11は、上記のように、ICチップ21と、インターポーザ31と、配線基板41とからなるLGA(ランドグリッドアレイ)である。なお、半導体パッケージ11の形態は、LGAのみに限定されず、例えばBGA(ボールグリッドアレイ)やPGA(ピングリッドアレイ)等であってもよい。MPUとしての機能を有するICチップ21は、縦12.0mm×横10.0mm×厚さ0.7mmの矩形平板状であって、熱膨張係数が2.6ppm/℃程度のシリコンからなる。かかるICチップ21の下面側表層には、図示しない回路素子が形成されている。また、ICチップ21の下面側には、複数の面接続端子22が格子状に設けられている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor package 11 of this embodiment is an LGA (land grid array) including the IC chip 21, the interposer 31, and the wiring substrate 41 as described above. Note that the form of the semiconductor package 11 is not limited to LGA alone, and may be, for example, BGA (ball grid array), PGA (pin grid array), or the like. The IC chip 21 having a function as an MPU is a rectangular flat plate having a length of 12.0 mm, a width of 10.0 mm, and a thickness of 0.7 mm, and is made of silicon having a thermal expansion coefficient of about 2.6 ppm / ° C. Circuit elements (not shown) are formed on the lower surface layer of the IC chip 21. A plurality of surface connection terminals 22 are provided in a lattice pattern on the lower surface side of the IC chip 21.

前記配線基板41は、上面42及び下面43を有する矩形平板状の部材(45mm角)からなり、複数層の樹脂絶縁層44と複数層の導体回路45とを有する、いわゆる多層配線基板である。本実施形態の場合、具体的にはエポキシ樹脂をガラスクロスに含浸させてなる絶縁基材により樹脂絶縁層44が形成され、銅箔または銅めっき層により導体回路45が形成されている。かかる配線基板41の熱膨張係数は、13.0ppm/℃以上16.0ppm/℃未満となっている。配線基板41の上面42には、インターポーザ31側との電気的な接続を図るための複数の面接続パッド46が格子状に形成されている。配線基板41の下面43には、図示しないマザーボード側との電気的な接続を図るための複数の面接続パッド47が格子状に形成されている。なお、マザーボード接続用の面接続パッド47は、インターポーザ接続用の面接続パッド46よりも広い面積で広いピッチとなっている。樹脂絶縁層44にはビアホール導体48が設けられていて、これらのビアホール導体48を介して、異なる層の導体回路45、面接続パッド46、面接続パッド47が相互に電気的に接続されている。また、配線基板41の上面42には、図8のICチップ付きインターポーザ61以外にも、チップキャパシタ、半導体素子、その他の電子部品(いずれも図示略)が実装されている。   The wiring board 41 is a so-called multilayer wiring board made of a rectangular flat plate member (45 mm square) having an upper surface 42 and a lower surface 43 and having a plurality of resin insulation layers 44 and a plurality of layers of conductor circuits 45. In the case of this embodiment, specifically, the resin insulating layer 44 is formed of an insulating base material obtained by impregnating a glass cloth with an epoxy resin, and the conductor circuit 45 is formed of a copper foil or a copper plating layer. The thermal expansion coefficient of the wiring board 41 is 13.0 ppm / ° C. or more and less than 16.0 ppm / ° C. On the upper surface 42 of the wiring substrate 41, a plurality of surface connection pads 46 for electrical connection with the interposer 31 side are formed in a lattice shape. On the lower surface 43 of the wiring substrate 41, a plurality of surface connection pads 47 for electrical connection with a mother board (not shown) are formed in a lattice shape. The surface connection pads 47 for connecting the motherboard have a wider area and a wider pitch than the surface connection pads 46 for interposer connection. Via hole conductors 48 are provided in the resin insulating layer 44, and the conductor circuits 45, the surface connection pads 46, and the surface connection pads 47 of different layers are electrically connected to each other via these via hole conductors 48. . In addition to the interposer 61 with an IC chip shown in FIG. 8, a chip capacitor, a semiconductor element, and other electronic components (all not shown) are mounted on the upper surface 42 of the wiring board 41.

本実施形態のインターポーザ31は、いわゆるファーストレベルインターポーザと呼ばれるべきものであって、上面32(第1面)及び下面33(第2面)を有する矩形平板形状のインターポーザ本体38(中継基板本体)を有している。そして、このインターポーザ本体38は、厚さ0.3mm程度のアルミナ焼結体基板からなる。かかるアルミナ焼結体基板の熱膨張係数は約7.6ppm/℃、ヤング率は約280GPa、曲げ弾性率は約350MPaである。従って、インターポーザ本体38の熱膨張係数は、配線基板41の熱膨張係数よりも小さく、かつ、ICチップ21の熱膨張係数よりも大きな値となっている。即ち、本実施形態のインターポーザ31は、配線基板41よりも低い熱膨張性を備えていると言える。また、アルミナ焼結体基板のヤング率は、ICチップ21よりも高い(即ち190GPa以上である)ことから、本実施形態のインターポーザ31は、少なくともシリコンより高い剛性を備えている。   The interposer 31 of this embodiment is to be called a so-called first level interposer, and includes a rectangular flat plate-shaped interposer body 38 (relay board body) having an upper surface 32 (first surface) and a lower surface 33 (second surface). Have. The interposer body 38 is made of an alumina sintered body substrate having a thickness of about 0.3 mm. Such an alumina sintered body substrate has a thermal expansion coefficient of about 7.6 ppm / ° C., a Young's modulus of about 280 GPa, and a flexural modulus of about 350 MPa. Therefore, the thermal expansion coefficient of the interposer body 38 is smaller than the thermal expansion coefficient of the wiring substrate 41 and larger than the thermal expansion coefficient of the IC chip 21. That is, it can be said that the interposer 31 of the present embodiment has lower thermal expansion than the wiring board 41. Moreover, since the Young's modulus of the alumina sintered body substrate is higher than that of the IC chip 21 (that is, 190 GPa or more), the interposer 31 of this embodiment has at least higher rigidity than silicon.

インターポーザ31を構成するインターポーザ本体38には、上面32及び下面33を貫通する複数のビア34(貫通孔)が格子状に形成されている。これらのビア34は、配線基板41が有する各面接続パッド46の位置に対応している。そして、かかるビア34内には、高純度の銀(Ag)の焼結体からなる導体柱35が設けられている。導体柱35を構成する金属焼結体の20℃における抵抗率は、1.6×10-8Ωm〜3.0×10-8Ωm程度となっている。各導体柱35の上端面には、略半球状をしたインターポーザ側はんだバンプ36(はんだ層)が設けられている。インターポーザ側はんだバンプ36は、特にバリア金属層などを介在させることなく、導体柱35に対して直かに接するようにして形成されている。これらのインターポーザ側はんだバンプ36は上面32から50μm〜300μm程度突出しており、ICチップ21側の各面接続端子22に電気的に接続されている。一方、配線基板41側の面接続パッド46上には、基板側はんだバンプ37が設けられている。各導体柱35の下端面は、それら基板側はんだバンプ37を介して、各面接続パッド46に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、各導体柱35の下端面に特にインターポーザ側はんだバンプ36を設けていないが、これを設けた構成としてもよい。 In the interposer main body 38 constituting the interposer 31, a plurality of vias 34 (through holes) penetrating the upper surface 32 and the lower surface 33 are formed in a lattice shape. These vias 34 correspond to the positions of the surface connection pads 46 of the wiring board 41. In the via 34, a conductor column 35 made of a sintered body of high-purity silver (Ag) is provided. Resistivity at 20 ° C. of the metal sintered body constituting the conductor columns 35 has a 1.6 × 10 -8 Ωm~3.0 × 10 -8 Ωm order. An interposer-side solder bump 36 (solder layer) having a substantially hemispherical shape is provided on the upper end surface of each conductor column 35. The interposer-side solder bump 36 is formed so as to be in direct contact with the conductor column 35 without interposing a barrier metal layer or the like. These interposer-side solder bumps 36 protrude from the upper surface 32 by about 50 μm to 300 μm and are electrically connected to each surface connection terminal 22 on the IC chip 21 side. On the other hand, board-side solder bumps 37 are provided on the surface connection pads 46 on the wiring board 41 side. The lower end surface of each conductor column 35 is electrically connected to each surface connection pad 46 via these board-side solder bumps 37. In the present embodiment, the interposer-side solder bumps 36 are not particularly provided on the lower end surface of each conductor pillar 35, but a configuration in which this is provided may be employed.

そして、このような構造の半導体パッケージ11では、インターポーザ31の導体柱35を介して、配線基板41側とICチップ21側とが導通されている。ゆえに、インターポーザ31を介して、配線基板41−ICチップ21間で信号の入出力が行われるとともに、ICチップ21をMPUとして動作させるための電源が供給されるようになっている。   In the semiconductor package 11 having such a structure, the wiring substrate 41 side and the IC chip 21 side are electrically connected via the conductor pillar 35 of the interposer 31. Therefore, signals are input / output between the wiring board 41 and the IC chip 21 via the interposer 31, and power for operating the IC chip 21 as an MPU is supplied.

ここで、上記構造の半導体パッケージ11を製造する手順について説明する。   Here, a procedure for manufacturing the semiconductor package 11 having the above structure will be described.

インターポーザ31は例えば下記の手順を経て作製される。まず、周知のセラミックグリーンシート形成技術によって、図2に示されるようなアルミナグリーンシート51(セラミック未焼結体)を作製する(未焼結体作製工程)。   The interposer 31 is produced through the following procedure, for example. First, an alumina green sheet 51 (ceramic unsintered body) as shown in FIG. 2 is manufactured by a known ceramic green sheet forming technique (unsintered body manufacturing step).

続く貫通孔形成工程では、炭酸ガスレーザーを用いたレーザー加工により、アルミナグリーンシート51における所定位置に、表裏を貫通するビア34(貫通孔)を透設する(図3参照)。本実施形態では、未焼結体の段階で穴あけ加工を行っているため、焼結体になった段階で穴あけ加工を行う方法に比べて、比較的容易にかつ低コストで穴明けを行うことができる。   In the subsequent through-hole forming step, vias 34 (through-holes) penetrating the front and back are provided at predetermined positions in the alumina green sheet 51 by laser processing using a carbon dioxide gas laser (see FIG. 3). In this embodiment, since drilling is performed at the stage of an unsintered body, drilling is performed relatively easily and at a lower cost than the method of drilling at the stage of becoming a sintered body. Can do.

続く第一次焼成工程では、穴あけ加工が施されたアルミナグリーンシート51を酸化雰囲気下で所定温度、所定時間焼成して、セラミック焼結体からなるインターポーザ本体38を作製する(図4参照)。   In the subsequent primary firing step, the alumina green sheet 51 that has been drilled is fired in an oxidizing atmosphere at a predetermined temperature for a predetermined time to produce an interposer body 38 made of a ceramic sintered body (see FIG. 4).

続くペースト充填工程では、スクリーン印刷装置などを使用して上記のインターポーザ本体38に銀ペースト52を印刷し、各ビア34内に銀ペースト52を充填する(図5参照)。本実施形態において具体的には、高純度の銀を主成分として含む銀ペースト52を用いている。   In the subsequent paste filling step, the silver paste 52 is printed on the interposer body 38 using a screen printing device or the like, and the silver paste 52 is filled in each via 34 (see FIG. 5). Specifically, in this embodiment, a silver paste 52 containing high-purity silver as a main component is used.

続く第二次焼成工程では、ペースト充填後のインターポーザ本体38を不活性雰囲気下で800℃〜900℃に加熱して銀ペースト52中の銀を焼結させ、複数の導体柱35とする(図6参照)。   In the subsequent secondary firing step, the interposer body 38 after filling the paste is heated to 800 ° C. to 900 ° C. in an inert atmosphere to sinter the silver in the silver paste 52 to form a plurality of conductor pillars 35 (FIG. 6).

続くバンプ形成工程では、導体柱35が形成されたインターポーザ本体38をスクリーン印刷装置にセットし、導体柱35のある位置に対応して開口部が設けられた所定のマスクをインターポーザ本体38の表面上に配置する。この状態で、インターポーザ本体38に対するはんだペーストの印刷を行い、前記マスクの開口部を介して導体柱35の上端面上にはんだペースト印刷層を形成する。なお、本実施形態では、90%Pb−10%Snという組成の高融点はんだペーストを使用している。次に、上記インターポーザ本体38をリフロー炉に移送し、そこで所定温度に加熱することにより、はんだペースト印刷層をリフローさせる。これにより、各導体柱35の上端面上に略半球状のはんだバンプ36が直接形成され、図7に示す所望のインターポーザ31が完成する。なお、導体柱35がはんだ濡れ性に優れた高純度銀焼結体からなるため、バリア金属層を介在させなくても、はんだバンプ36を導体柱35に確実に密着させることができる。   In the subsequent bump formation step, the interposer body 38 on which the conductor pillars 35 are formed is set in a screen printing apparatus, and a predetermined mask provided with an opening corresponding to a position where the conductor pillars 35 are located on the surface of the interposer body 38. To place. In this state, the solder paste is printed on the interposer body 38, and a solder paste print layer is formed on the upper end surface of the conductor column 35 through the opening of the mask. In the present embodiment, a high melting point solder paste having a composition of 90% Pb-10% Sn is used. Next, the interposer body 38 is transferred to a reflow furnace where it is heated to a predetermined temperature to reflow the solder paste printed layer. As a result, a substantially hemispherical solder bump 36 is directly formed on the upper end surface of each conductor column 35, and the desired interposer 31 shown in FIG. 7 is completed. Since the conductor column 35 is made of a high-purity silver sintered body excellent in solder wettability, the solder bump 36 can be reliably adhered to the conductor column 35 without interposing a barrier metal layer.

次に、完成した前記インターポーザ31の上面32にICチップ21を載置する。このとき、ICチップ21側の面接続端子22と、インターポーザ側はんだバンプ36とを位置合わせするようにする。そして、加熱してインターポーザ側はんだバンプ36をリフローすることにより、インターポーザ側はんだバンプ36と面接続端子22とを接合する。その結果、図8に示すICチップ付きインターポーザ61が完成する。   Next, the IC chip 21 is placed on the upper surface 32 of the completed interposer 31. At this time, the surface connection terminals 22 on the IC chip 21 side and the interposer side solder bumps 36 are aligned. The interposer-side solder bumps 36 and the surface connection terminals 22 are joined by heating and reflowing the interposer-side solder bumps 36. As a result, the interposer 61 with IC chip shown in FIG. 8 is completed.

次に、インターポーザ31側の各導体柱35の下端面と、配線基板41側の各基板側はんだバンプ37とを位置合わせして(図8参照)、配線基板41上に前記ICチップ付きインターポーザ61を載置する。そして、各導体柱35の下端面と各面接続パッド46とを、各基板側はんだバンプ37を介してそれぞれ接合する。この後、必要に応じてアンダーフィル(図示略)による界面の封止などを行えば、図1に示す半導体パッケージ11が完成する。   Next, the lower end surface of each conductor column 35 on the interposer 31 side and each board-side solder bump 37 on the wiring board 41 side are aligned (see FIG. 8), and the interposer 61 with IC chip is placed on the wiring board 41. Is placed. And the lower end surface of each conductor pillar 35 and each surface connection pad 46 are joined via each board side solder bump 37, respectively. Thereafter, if necessary, the interface is sealed with an underfill (not shown) to complete the semiconductor package 11 shown in FIG.

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本実施形態では、上記のように、銀ペースト52に由来する金属焼結体の抵抗率が、5.0×10-8Ωm以下という極めて低い値に設定されている。従って、複数の導体柱35には低い導電抵抗が付与されていると言うことができ、インターポーザ31に好適な電気特性が十分に付与されている。よって、今後高速化するであろうICチップ21の性能を最大限引き出せる構造を備えたインターポーザ31を実現することができる。 (1) In this embodiment, as described above, the resistivity of the metal sintered body derived from the silver paste 52 is set to an extremely low value of 5.0 × 10 −8 Ωm or less. Therefore, it can be said that a low conductive resistance is imparted to the plurality of conductor pillars 35, and electrical characteristics suitable for the interposer 31 are sufficiently imparted. Therefore, it is possible to realize the interposer 31 having a structure capable of maximizing the performance of the IC chip 21 that will be speeded up in the future.

(2)しかも本実施形態では、上記のように、インターポーザ本体38を構成するセラミック焼結体の曲げ弾性率が、250MPa以上という極めて高い値に設定されている。従って、インターポーザ本体38には高い剛性及び強度が付与される結果、大きな熱応力に耐えることが可能となる。ゆえに、インターポーザ本体38自身の反りや、ICチップ21とインターポーザ31との接合部分におけるクラックなどを未然に防ぐことができる。ゆえに、チップ接合部分に高い信頼性を付与できるインターポーザ31を実現することができる。このため、信頼性や耐久性に優れた半導体パッケージ11を得ることが可能となる。   (2) Moreover, in this embodiment, as described above, the bending elastic modulus of the ceramic sintered body constituting the interposer body 38 is set to an extremely high value of 250 MPa or more. Therefore, the interposer body 38 is provided with high rigidity and strength, so that it can withstand a large thermal stress. Therefore, it is possible to prevent warping of the interposer body 38 itself and cracks at the joint portion between the IC chip 21 and the interposer 31 in advance. Therefore, the interposer 31 that can impart high reliability to the chip bonding portion can be realized. For this reason, it becomes possible to obtain the semiconductor package 11 excellent in reliability and durability.

(3)本実施形態では、インターポーザ本体38が低廉なアルミナ系のセラミック焼結体からなるため、インターポーザ31の低コスト化を容易に達成することができる。また、アルミナ系のセラミック焼結体はそれ自体が絶縁性を有しているため、インターポーザ本体38には特に樹脂絶縁層などを形成する必要がない。このように絶縁層が不要となる結果、インターポーザ31の構造簡略化及び低コスト化を達成することができる。   (3) In this embodiment, since the interposer body 38 is made of an inexpensive alumina-based ceramic sintered body, the cost reduction of the interposer 31 can be easily achieved. Further, since the alumina-based ceramic sintered body itself has an insulating property, it is not necessary to form a resin insulating layer or the like on the interposer body 38 in particular. As a result of eliminating the need for the insulating layer, the structure of the interposer 31 can be simplified and the cost can be reduced.

(4)本実施形態では、上記のインターポーザ31を製造するにあたり後焼成法を採用しているので、タングステンやモリブデン等を含む高融点金属ペーストの使用が必須ではなくなる。よって、インターポーザ本体38に使用するセラミックと、導体柱35に使用する金属との組み合わせの自由度が大きくなり、インターポーザ本体38の高剛性化及び複数の導体柱35の低抵抗化を両立させることができる。また、本実施形態の製造方法では、硬化していない未焼結のセラミック材料に対してビア34の形成を行っているため、比較的簡単にかつ安価にビア34を形成することができる。ゆえに、インターポーザ31を比較的簡単にかつ低コストで製造することができる。
[第2実施形態]
(4) In this embodiment, since the post-firing method is adopted in manufacturing the interposer 31, the use of a refractory metal paste containing tungsten, molybdenum or the like is not essential. Therefore, the degree of freedom of the combination of the ceramic used for the interposer body 38 and the metal used for the conductor column 35 is increased, and both the high rigidity of the interposer body 38 and the low resistance of the plurality of conductor columns 35 can be achieved. it can. Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the via 34 is formed on the unsintered unsintered ceramic material. Therefore, the via 34 can be formed relatively easily and inexpensively. Therefore, the interposer 31 can be manufactured relatively easily and at low cost.
[Second Embodiment]

次に、図9に基づいて第2実施形態のインターポーザ71について説明する。ここでは第1実施形態と相違する部分を中心に述べる。   Next, the interposer 71 of the second embodiment will be described with reference to FIG. Here, the difference from the first embodiment will be mainly described.

本実施形態のインターポーザ71では、各ビア34内に高純度の銅(Cu)の焼結体からなる導体柱35が設けられている。導体柱35を構成する金属焼結体の20℃における抵抗率は、1.8×10-8Ωm〜3.2×10-8Ωm程度となっている。各導体柱35の上端面には、略半球状をしたインターポーザ側はんだバンプ36(はんだ層)が設けられている。ただし、第1実施形態とは異なり、インターポーザ側はんだバンプ36と、導体柱35の上端面との間には、バリア金属層72が介在されている。本実施形態におけるバリア金属層72とは、具体的には、厚さ0.1μm〜5μm程度のニッケルめっき層及び0.1μm〜5μm程度の金めっき層である。そして、この構造であると、導体柱35のはんだ濡れ性が改善されるため、インターポーザ側はんだバンプ36と導体柱35との密着性を向上させることができる。これはインターポーザ31の信頼性向上、ひいては半導体パッケージ11の信頼性向上にも寄与する。
[第3実施形態]
In the interposer 71 of the present embodiment, a conductor column 35 made of a sintered body of high purity copper (Cu) is provided in each via 34. Resistivity at 20 ° C. of the metal sintered body constituting the conductor columns 35 has a 1.8 × 10 -8 Ωm~3.2 × 10 -8 Ωm order. An interposer-side solder bump 36 (solder layer) having a substantially hemispherical shape is provided on the upper end surface of each conductor column 35. However, unlike the first embodiment, a barrier metal layer 72 is interposed between the interposer-side solder bump 36 and the upper end surface of the conductor column 35. The barrier metal layer 72 in the present embodiment is specifically a nickel plating layer having a thickness of about 0.1 μm to 5 μm and a gold plating layer having a thickness of about 0.1 μm to 5 μm. With this structure, the solder wettability of the conductor column 35 is improved, so that the adhesion between the interposer-side solder bump 36 and the conductor column 35 can be improved. This also contributes to improving the reliability of the interposer 31 and thus improving the reliability of the semiconductor package 11.
[Third Embodiment]

次に、図10に基づいて第3実施形態のインターポーザ81について説明する。ここでも第1実施形態と相違する部分を中心に述べる。   Next, the interposer 81 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. Here again, the description will focus on the differences from the first embodiment.

本実施形態のインターポーザ81の場合、インターポーザ本体38の上面32における外周部、つまり上面32において複数の導体柱35がない領域に、緻密層82が形成されている。この緻密層82は、インターポーザ本体38を構成しているアルミナ焼結体よりも緻密であって、具体的には低誘電率のガラス焼結体(ガラスセラミック)からなる。緻密層82の厚さは1μm〜30μm程度に設定されている。   In the case of the interposer 81 of the present embodiment, the dense layer 82 is formed in the outer peripheral portion of the upper surface 32 of the interposer body 38, that is, in the region where the plurality of conductor columns 35 are not present on the upper surface 32. The dense layer 82 is denser than the alumina sintered body constituting the interposer body 38, and is specifically made of a low dielectric constant glass sintered body (glass ceramic). The thickness of the dense layer 82 is set to about 1 μm to 30 μm.

このようなインターポーザ81を製造する方法について述べると、まず、第1実施形態と同様に未焼結体作製工程及び貫通孔形成工程を行った後、アルミナグリーンシート51の片側面中央部を覆うマスクを設ける。そして、このマスクは位置状態で、アルミナグリーンシート51の片側面外周部にガラスペーストを均一に塗布する。塗布の方法としては、例えば、スクリーン印刷法、カーテンコート法、スピンコート法などがある。この後、第一次焼成工程を行うことにより、アルミナグリーンシート51とガラスペースト層とを同時焼成し、緻密層82を有するインターポーザ本体38とする。この後、ペースト充填工程等を順次実施すれば所望のインターポーザ81を得ることができる。   A method of manufacturing such an interposer 81 will be described. First, a mask that covers the center of one side surface of the alumina green sheet 51 after performing the green body manufacturing step and the through hole forming step as in the first embodiment. Is provided. And this mask is a position state, and applies a glass paste uniformly to the outer peripheral part of one side of the alumina green sheet 51. Examples of the coating method include screen printing, curtain coating, and spin coating. Thereafter, by performing the primary firing step, the alumina green sheet 51 and the glass paste layer are simultaneously fired to obtain the interposer body 38 having the dense layer 82. Thereafter, a desired interposer 81 can be obtained by sequentially performing a paste filling step and the like.

そして、このような構造のインターポーザ81は、その上面32外周部が薄膜キャパシタの形成に適した状態になる。よって、かかる部分に薄膜キャパシタを設ければ、ICチップ21を高速動作させることが可能な構造となり、インターポーザ81の付加価値を高めることができる。   And the interposer 81 of such a structure will be in the state suitable for formation of a thin film capacitor in the upper surface 32 outer peripheral part. Therefore, if a thin film capacitor is provided in such a portion, the IC chip 21 can be operated at high speed, and the added value of the interposer 81 can be increased.

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。   In addition, you may change embodiment of this invention as follows.

例えば、第1実施形態の半導体パッケージ11を、次のような手順で製造してもよい。まず、配線基板41の上面42にインターポーザ31をはんだ付け等により接合することで、インターポーザ付き配線基板(中継基板付き基板)をあらかじめ作製する。その後、このインターポーザ付き配線基板の上面32にICチップ21を接合し、所望の半導体パッケージ11とする。   For example, the semiconductor package 11 of the first embodiment may be manufactured by the following procedure. First, the interposer 31 is joined to the upper surface 42 of the wiring substrate 41 by soldering or the like, so that a wiring substrate with an interposer (substrate with a relay substrate) is produced in advance. Thereafter, the IC chip 21 is bonded to the upper surface 32 of the wiring board with an interposer to obtain a desired semiconductor package 11.

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。   Next, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.

(1)面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第1面、及び第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、アルミナ系のセラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内への銀ペーストまたは銅ペーストの充填、焼成により形成された金属焼結体からなり、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数の導体柱とを備えることを特徴とする中継基板。   (1) A first surface on which a semiconductor element having a surface connection terminal is to be mounted and a second surface; a plurality of through holes that communicate the first surface and the second surface; A substantially plate-shaped relay substrate body made of a ceramic sintered body, and a metal sintered body formed by filling and firing silver paste or copper paste into the plurality of through holes, and electrically connecting the surface connection terminals And a plurality of conductor pillars to be connected to the relay board.

(2)面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第1面、及び第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、曲げ弾性率が250MPa以上の絶縁性セラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内への金属ペーストの充填、焼成により形成された抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなり、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数の導体柱とを備える一方、前記第1面上、前記第2面上及び前記複数の貫通孔の内周面上のいずれにも、絶縁層を備えないことを特徴とする中継基板。 (2) having a first surface and a second surface on which a semiconductor element having surface connection terminals is to be mounted, and having a plurality of through-holes communicating the first surface and the second surface, and a flexural modulus A substantially plate-shaped relay substrate body made of an insulating ceramic sintered body having a thickness of 250 MPa or more, and a resistivity formed by filling and firing the metal paste into the plurality of through holes is 5.0 × 10 −8 Ωm While comprising the following metal sintered body and comprising a plurality of conductor columns to be electrically connected to the surface connection terminals, on the first surface, on the second surface and the inner periphery of the plurality of through holes A relay substrate characterized in that no insulating layer is provided on any of the surfaces.

(3)前記中継基板本体は、ヤング率が250GPa以上のセラミック焼結体からなることを特徴とする技術的思想1または2に記載の中継基板。   (3) The relay substrate according to the technical idea 1 or 2, wherein the relay substrate body is made of a ceramic sintered body having a Young's modulus of 250 GPa or more.

(4)前記半導体素子は、熱膨張係数が2.0ppm/℃以上5.0ppm/℃未満であることを特徴とする技術的思想1または2に記載の中継基板。   (4) The relay substrate according to the technical idea 1 or 2, wherein the semiconductor element has a thermal expansion coefficient of 2.0 ppm / ° C. or more and less than 5.0 ppm / ° C.

(5)前記半導体素子における少なくとも一辺は10mm以上であることを特徴とする技術的思想1または2に記載の中継基板。   (5) The relay substrate according to the technical idea 1 or 2, wherein at least one side of the semiconductor element is 10 mm or more.

(6)前記中継基板本体の厚さは、0.1mm以上0.7mm以下であることを特徴とする技術的思想1または2に記載の中継基板。   (6) The relay board according to the technical idea 1 or 2, wherein the thickness of the relay board body is 0.1 mm or more and 0.7 mm or less.

(7)前記貫通孔の直径は100μm以下であり、隣接する前記貫通孔間の中心間距離は200μm以下であることを特徴とする技術的思想1または2に記載の中継基板。   (7) The relay substrate according to the technical idea 1 or 2, wherein a diameter of the through hole is 100 μm or less, and a center-to-center distance between the adjacent through holes is 200 μm or less.

(8)前記はんだ層は、前記導体柱における前記第1面側端面上に直接形成され、前記第1面から突出するはんだバンプであることを特徴とする技術的思想1または2に記載の中継基板。   (8) The relay according to the technical idea 1 or 2, wherein the solder layer is a solder bump that is directly formed on the first surface side end surface of the conductor column and protrudes from the first surface. substrate.

(9)前記中継基板本体の表面上には、薄膜キャパシタが形成されていることを特徴とする技術的思想1または2に記載の中継基板。   (9) The relay substrate according to the technical idea 1 or 2, wherein a thin film capacitor is formed on a surface of the relay substrate body.

(10)面接続端子を有する半導体素子を備え、かつ、前記半導体素子が実装される第1面、及び第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内への金属ペーストの充填、焼成により形成された抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなり、前記面接続端子と電気的に接続される複数の導体柱とを有する中継基板を備えたことを特徴とする半導体素子付き中継基板。 (10) A plurality of through-holes including a semiconductor element having a surface connection terminal, having a first surface and a second surface on which the semiconductor element is mounted, and communicating the first surface and the second surface. A relay substrate body having a substantially plate shape made of a ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more, and a resistivity formed by filling and firing the metal paste into the plurality of through holes. A relay substrate with a semiconductor element, comprising a relay substrate made of a metal sintered body of × 10 −8 Ωm or less and having a plurality of conductive columns electrically connected to the surface connection terminals.

(11)面接続端子を有する半導体素子を備え、面接続パッドを有する基板を備え、かつ、前記半導体素子が実装される第1面、及び前記基板の表面上に実装される第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内への金属ペーストの充填、焼成により形成された抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなり、前記面接続端子及び前記面接続パッドと電気的に接続される複数の導体柱とを有する中継基板を備えたことを特徴とする、半導体素子と中継基板と基板とからなる構造体。 (11) A semiconductor element having surface connection terminals, a substrate having surface connection pads, a first surface on which the semiconductor element is mounted, and a second surface mounted on the surface of the substrate. A substantially plate-shaped relay substrate body made of a ceramic sintered body having a plurality of through-holes communicating with the first surface and the second surface and having a flexural modulus of 250 MPa or more; and the inside of the plurality of through-holes A metal paste having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less formed by filling and baking a metal paste, and being electrically connected to the surface connection terminals and the surface connection pads A structure comprising a semiconductor element, a relay substrate, and a substrate, comprising a relay substrate having a conductor post.

ICチップ(半導体素子)と、インターポーザ(中継基板)と、配線基板(基板)とからなる第1実施形態の半導体パッケージを示す概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor package of a first embodiment including an IC chip (semiconductor element), an interposer (relay substrate), and a wiring substrate (substrate). 第1実施形態のインターポーザの製造過程を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the interposer of 1st Embodiment. 第1実施形態のインターポーザの製造過程を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the interposer of 1st Embodiment. 第1実施形態のインターポーザの製造過程を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the interposer of 1st Embodiment. 第1実施形態のインターポーザの製造過程を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the interposer of 1st Embodiment. 第1実施形態のインターポーザの製造過程を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the interposer of 1st Embodiment. 完成した第1実施形態のインターポーザを示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the completed interposer according to the first embodiment. 第1実施形態の半導体パッケージを構成するICチップ付きインターポーザ(半導体素子付き中継基板)を配線基板上に実装するときの状態を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the state when mounting the interposer with an IC chip (intermediate board with a semiconductor element) which comprises the semiconductor package of 1st Embodiment on a wiring board. 第2実施形態のインターポーザを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the interposer of 2nd Embodiment. 第3実施形態のインターポーザを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the interposer of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

21…半導体素子としてのICチップ
22…面接続端子
31,71,81…中継基板としてのインターポーザ
32…第1面としての上面
33…第2面としての下面
34…貫通孔としてのビア
35…導体柱
36…はんだ層としてのインターポーザ側はんだバンプ
38…中継基板本体としてのインターポーザ本体
41…基板としての配線基板
46…面接続パッド
51…セラミック未焼結体としてのアルミナグリーンシート
52…金属ペーストとしての銀ペースト
61…中継基板付き基板としてのインターポーザ付き配線基板
82…バリア金属層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... IC chip as a semiconductor element 22 ... Surface connection terminal 31, 71, 81 ... Interposer as a relay substrate 32 ... Upper surface as 1st surface 33 ... Lower surface as 2nd surface 34 ... Via as a through hole 35 ... Conductor Pillar 36 ... Interposer side solder bump 38 as a solder layer 38 ... Interposer body 41 as a relay board body 41 ... Wiring board 46 as a substrate 46 ... Surface connection pad 51 ... Alumina green sheet 52 as ceramic unsintered body 52 ... As metal paste Silver paste 61 ... Wiring board with interposer as a board with relay board 82 ... Barrier metal layer

Claims (3)

面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第1面、及び第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、
前記複数の貫通孔内への金属ペーストの充填、焼成により形成された抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなり、前記面接続端子と電気的に接続されるべき複数の導体柱と
を備えることを特徴とする中継基板。
A semiconductor element having a surface connection terminal has a first surface and a second surface to be mounted, and has a plurality of through-holes communicating the first surface and the second surface, and a flexural modulus of 250 MPa or more. A substantially plate-shaped relay substrate body made of a ceramic sintered body of
It is made of a metal sintered body having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less formed by filling and firing the metal paste into the plurality of through holes, and should be electrically connected to the surface connection terminal A relay board comprising a plurality of conductor pillars.
面接続パッドを有する基板を備え、かつ、
第1面、及び前記基板の表面上に実装される第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有し、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体からなる略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内への金属ペーストの充填、焼成により形成された抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体からなり、前記面接続パッドと電気的に接続される複数の導体柱とを有する中継基板を備えた
ことを特徴とする中継基板付き基板。
Comprising a substrate having surface connection pads, and
A ceramic surface having a first surface and a second surface mounted on the surface of the substrate, having a plurality of through-holes communicating the first surface and the second surface, and having a flexural modulus of 250 MPa or more. It consists of a substantially plate-shaped relay substrate body composed of a bonded body, and a metal sintered body having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less formed by filling and firing the metal paste into the plurality of through holes. And a relay board having a plurality of conductor pillars electrically connected to the surface connection pads.
面接続端子を有する半導体素子が実装されるべき第1面、及び第2面を有し、前記第1面及び前記第2面を連通させる複数の貫通孔を有する略板形状の中継基板本体と、前記複数の貫通孔内に配置された複数の導体柱とを備える中継基板の製造方法において、
セラミック未焼結体に前記複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記セラミック未焼結体を焼成して、曲げ弾性率が250MPa以上のセラミック焼結体を作製する第一次焼成工程と、
前記セラミック焼結体における前記複数の貫通孔内に、未焼結金属を含む金属ペーストを充填するペースト充填工程と、
前記金属ペーストを焼成して抵抗率が5.0×10-8Ωm以下の金属焼結体とすることにより、前記複数の導体柱を形成する第二次焼成工程と
を含むことを特徴とする中継基板の製造方法。
A substantially plate-shaped relay substrate body having a first surface and a second surface on which a semiconductor element having a surface connection terminal is to be mounted, and having a plurality of through-holes communicating the first surface and the second surface; In a method for manufacturing a relay board comprising a plurality of conductor pillars arranged in the plurality of through holes,
A through hole forming step of forming the plurality of through holes in the ceramic green body,
A primary firing step of firing the ceramic unsintered body to produce a ceramic sintered body having a flexural modulus of 250 MPa or more;
In the plurality of through holes in the ceramic sintered body, a paste filling step of filling a metal paste containing an unsintered metal,
A secondary firing step of forming the plurality of conductor columns by firing the metal paste to form a sintered metal having a resistivity of 5.0 × 10 −8 Ωm or less. A method for manufacturing a relay board.
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