(57)【要約】【課題】  作業工数を減らし、安価に製造できるとともにボイドを効果的に排出できる寸法精度の高い半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、第１のガラスセラミックグリーンシート１１〜１５と、この焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシート２１〜２４とを複数組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体５を作製する工程と、半導体実装用貫通孔７１の形成された多層基板５０よりも大きな質量の放熱板７を積層する工程と、放熱板７が積層されたガラスセラミックグリーンシート積層体５を、第２のガラスセラミックグリーンシート２１〜２４が焼成収縮する温度であって放熱板７が溶融しない温度で焼成して、放熱板７が接合された多層基板５０を作製する工程と、半導体実装用貫通孔７１を通して多層基板５０に半導体素子６を実装する工程とを有する。【選択図】  図１
2010056205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層基板の上面に半導体素子および放熱板が搭載されてなる半導体装置の製造方法において、
第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとを作製する工程と、
前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の内部に貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填する工程と、
前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の一方主面に配線層用導体ペーストを塗布する工程と、
前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを複数組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、
少なくとも一方の開口部が半導体素子とほぼ同じ大きさであって前記一方の開口部から他方の開口部まで前記一方の開口部と同じ大きさまたはより大きな横断面を有する半導体実装用貫通孔を備え、前記第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高く、かつ前記多層基板よりも大きな質量の放熱板を、前記一方の開口部を有する面が前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面と対向するようにして接合材を介して積層する工程と、
前記放熱板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記放熱板が溶融しない温度で焼成して、前記放熱板が接合された前記多層基板を作製する工程と、
前記半導体実装用貫通孔を通して前記多層基板に前記半導体素子を実装する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体実装用貫通孔が前記一方の開口部から他方の開口部まで徐々に大きくなる形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体素子の側面が前記放熱板に直に接しておらず、前記半導体素子を実装した後に、放熱蓋体を前記半導体素子の上面と前記放熱板とに密着させる工程とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層基板上に半導体素子および放熱板を搭載した寸法精度の高い半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として、複数の絶縁層を積層した絶縁基体の内部に配線層や貫通導体を設けてこれらを相互に接続してなる多層基板の上に、半導体素子および放熱板を搭載したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
ここで、半導体装置に用いられる多層基板として、焼成時の平面方向の収縮が抑制された寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）の高いものを用いることができる。
【０００４】
具体的な多層基板の製造方法としては、第１のガラスセラミックグリーンシートと、第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとを用意し、それぞれのガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填するとともにそれぞれのガラスセラミックグリーンシートの一方主面に配線層用導体ペーストを塗布し、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製し、ガラスセラミックグリーンシート積層体を第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度で焼成するという方法が挙げられる（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００５】
このような製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、焼成収縮を開始していない状態の第２のガラスセラミックグリーンシートによって平面方向の収縮が抑制される。一方、第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態の第１のガラスセラミックグリーンシートによって平面方向の収縮が抑制される。なお、平面方向の収縮が抑制される分、積層方向の収縮は大きくなる。以上のようなメカニズムにより、多層基板（ガラスセラミックグリーンシート積層体の焼成後の状態）の寸法精度（主面に形成された端子の間隔の精度）が高くなる。
【０００６】
しかしながら、この多層基板の製造方法によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を終了した後に第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮を開始するため、例えば第２のガラスセラミックグリーンシートにホウ素等の高温にてガス化する無機組成物が多く含まれ、ボイドが発生しやすい状態のときに、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生したボイドが第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれて外部に排出されず、第１の絶縁層との境界付近に溜まってしまい、絶縁信頼性が低下したり、層間剥離が生じたりするという問題があった。
【０００７】
一方、圧力印加機構を用いてガラスセラミックグリーンシート積層体を上下から加圧しながら焼成することで、ボイドを効果的に排出しつつ、寸法精度のよい多層基板を製造する方法が提案されている（特許文献３を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２４４３６２号公報
【特許文献２】特開２００１−１５８７５号公報
【特許文献３】特許第３３６３２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載された方法によれば、加圧焼成用の特別な設備を必要とし、設備コストの点で問題がある。
【０００９】
また、特許文献３に記載された方法により得られる多層基板を用いて半導体装置を製造する際には、半導体素子実装後に放熱部材を接合しなければならず、作業工数の低減が図れなかった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、作業工数を減らし、安価に製造できるとともにボイドを効果的に排出できる寸法精度の高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、多層基板の上面に半導体素子および放熱板が搭載されてなる半導体装置の製造方法において、第１のガラスセラミックグリーンシートと、該第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとを作製する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の内部に貫通孔を形成して貫通導体用ペーストを充填する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートおよび前記第２のガラスセラミックグリーンシートの少なくとも一方の一方主面に配線層用導体ペーストを塗布する工程と、前記第１のガラスセラミックグリーンシートと前記第２のガラスセラミックグリーンシートとを複数組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、少なくとも一方の開口部が半導体素子とほぼ同じ大きさであって前記一方の開口部から他方の開口部まで前記一方の開口部と同じ大きさまたはより大きな横断面を有する半導体実装用貫通孔を備え、前記第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高く、かつ前記多層基板よりも大きな質量の放熱板を、前記一方の開口部を有する面が前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面と対向するようにして接合材を介して積層する工程と、前記放熱板が積層された前記ガラスセラミックグリーンシート積層体を、前記第２のガラスセラミックグリーンシートが焼成収縮する温度であって前記放熱板が溶融しない温度で焼成して、前記放熱板が接合された前記多層基板を作製する工程と、前記半導体実装用貫通孔を通して前記多層基板に前記半導体素子を実装する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記半導体実装用貫通孔が前記一方の開口部から他方の開口部まで徐々に大きくなる形状であるのが好ましい。
【００１３】
また、上記半導体装置の製造方法において、前記半導体素子の側面が前記放熱板に直に接していない場合には、前記半導体素子を実装した後に、放熱蓋体を前記半導体素子の上面と前記放熱板とに密着させる工程を有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１のガラスセラミックグリーンシートとこの第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシートとを組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体を作製し、焼成するので、平面方向の収縮が抑制され、半導体装置を構成する多層基板の寸法精度を高くすることができる。
【００１５】
また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の平面方向の収縮が抑制されることから、第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高く、多層基板（ガラスセラミックグリーンシート積層体の焼成後の状態）よりも大きな質量の放熱板を、ガラスセラミックグリーンシート積層体に接合材を介して積層した状態で焼成しても、多層基板から放熱板がとれたり、接合材にクラックが生じたりするおそれは少ない。したがって、ガラスセラミックグリーンシート積層体に放熱板を積層して、放熱板による荷重をかけながら焼成することができ、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）との境界付近に溜まってしまったボイドを、中央から周縁に向かって押し出すようにして効果的に排出することができる。
【００１６】
さらに、放熱板は少なくとも一方の開口部が半導体素子とほぼ同じ大きさであって前記一方の開口部から他方の開口部まで前記一方の開口部と同じ大きさまたはより大きな横断面を有する半導体実装用貫通孔を備えており、一方の開口部を有する面がガラスセラミックグリーンシート積層体の上面と対向するようにして接合材を介して積層するので、ガラスセラミックグリーンシート積層体と放熱板との接合面積を大きくすることができ、半導体装置の放熱性を高めることができるとともにガラスセラミックグリーンシート積層体の上面の全ての領域にほぼ均一な荷重を与えることができる。
【００１７】
またさらに、半導体実装用貫通孔が一方の開口部から他方の開口部まで徐々に大きくなる形状であることで、半導体素子の下面と多層基板の上面との間の間隙にアンダーフィルを充填しやすくなる。
【００１８】
さらにまた、半導体素子の側面が放熱板に直に接していない場合には、半導体素子を実装した後に、放熱蓋体を半導体素子の上面と放熱板とに密着させて固着することで、半導体素子で発生する熱の放熱効果をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
本発明は、多層基板の上面に半導体素子および放熱板が搭載されてなる半導体装置の製造方法であって、図１は本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態の説明図であり、まだ半導体素子を実装していない状態を示している。また、図２は本発明の半導体装置の製造方法の他の実施形態の説明図、図３は本発明の半導体装置の製造方法のさらに他の実施形態の説明図、図４は本発明の半導体装置の製造方法のまたさらに他の実施形態の説明図である。
【００２１】
まず、図１に示す第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高い温度で焼成収縮を開始する第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを作製する。
【００２２】
ここで、それぞれのグリーンシートがガラスセラミックグリーンシートであるのは、焼成温度を低くすることができ、後述の貫通導体用ペースト３および配線層用導体ペースト４として銀、銅または金等の低融点で低抵抗の金属を主成分として用いることができ、信号の高速化、高周波化に十分に対応できるからである。
【００２３】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とは、焼成時の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が異なっていて、具体的には、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くなっている。例えば、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に含まれるガラスの軟化点が、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に含まれるガラスの結晶化点よりも高くなるように調整することで、このように第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度を第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮終了温度よりも高くすることができる。なお、ここでいう焼成収縮開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、０．５％体積収縮したときの温度をいう。また、焼成収縮終了温度とは、焼成前の状態から焼成終了後の状態までの収縮量に対し９０％以上体積収縮したときの温度をいう。体積収縮はＴＭＡ（熱機械分析）の線収縮から体積収縮に換算して決定される。
【００２４】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４を作製するための原料としては、１０００℃未満の低温で焼成収縮させることができるように、ガラス粉末３０〜１００質量％、セラミック粉末０〜７０質量％の割合で調合したものを用いるのが好ましい。
【００２５】
ガラス粉末としては、ＳｉＯ２を含み、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＭＯ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。これらのガラスとしては、例えば、焼成後にリチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、エンスタタイト、コ−ジェライト、ムライト、アノ−サイト、セルジアン、スピネル、ガ−ナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、ディオプサイドやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種類析出する結晶性ガラスが挙げられ、セラミック粉末の配合量との関係で、焼成後に結晶を析出しない非結晶性ガラスを用いてもよい。
【００２６】
具体的には、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５に用いられるガラス粉末としては、低温で焼成収縮を開始させるとともに結晶を多く析出させるために、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で１〜３０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２５〜６０質量％、ＣａをＣａＯ換算で０〜１０質量％、ＢａをＢａＯ換算で０〜２０質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２５質量％、ＰをＰ２Ｏ５換算で０〜１０質量％、ＳｎをＳｎＯ２換算で０〜１０質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０〜３質量％を含むものが挙げられる。
【００２７】
また、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に用いられるガラス粉末としては、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５の焼成収縮の終了後に第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を開始するように、例えばＳｉをＳｉＯ２換算で２５〜４５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１０〜２５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で１０〜２４質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で５〜２０質量％、およびＣａをＣａＯ換算で０．５〜４質量％を含むものが挙げられる。
【００２８】
また、セラミック粉末としては、クォーツ、クリストバライト等のＳｉＯ２や、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、コージェライト、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア等が用いられる。これらのうち、高強度化、低コスト化等の点でアルミナが、また高熱膨張化の点でクォーツを用いることが好ましい。
【００２９】
上述した原料粉末を所定量秤量し、有機バインダ、有機溶剤、および所望により可塑剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の周知の成形法によりシート状に成形して、厚さ１０〜５００μｍの第１ガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４をそれぞれ作製する。
【００３０】
次に、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方の内部に貫通孔を形成して貫通導体用ペースト３を充填する。
【００３１】
また、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方の一方主面に配線層用導体ペースト４を塗布する。
【００３２】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方への貫通孔の形成は、パンチング、レーザー、エッチング等の方法などによって行われる。貫通孔に充填する貫通導体用ペースト３は、主成分としての銀粉末、銅粉末、金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機分を含んでいてもよい。充填には、貫通孔に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。このとき、マスクを通して貫通導体用ペースト３を押し出す方法として、通常のポリウレタン製等の板状（あるいは剣状）のスキージを用いる方法でもよく、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて、貫通導体用ペースト３を加圧注入する方法でもよい。
【００３３】
また、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の少なくとも一方への配線層用導体ペースト４の塗布は、スクリーン印刷法などによって行われる。配線層用導体ペースト４として、貫通導体用ペースト３と同様に、主成分としての銀粉末、銅粉末、金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものであり、さらに必要に応じて、電気抵抗、熱伝導性を劣化させない範囲で、他の金属、ガラス、酸化物、炭化物および窒化物等の無機分を含んでいてもよい。なお、ここで用いられる配線層用導体ペースト４は、貫通孔内に充填した貫通導体用ペースト３とは、例えば有機溶剤の量を異ならせるなどの手段によって粘度を異ならせてもよい。貫通導体用ペースト３よりも粘度を低くすることで、厚みを薄くすることができ、精度のよいパターンを形成することができる。これに対し、貫通導体用ペースト３は、粘度を高くすることで、充填後に垂れないようにすることができる。さらに、配線層用導体ペースト４と貫通導体用ペースト３とは、主成分およびガラス、無機フィラー等の副成分が異なっていてもよい。
【００３４】
なお、貫通導体用ペースト３の充填および配線層用導体ペースト４の塗布がなされた後、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３は６０〜１００℃で０．５〜３時間程度かけて乾燥される。
【００３５】
次に、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを複数組み合わせてガラスセラミックグリーンシート積層体５を作製する。
【００３６】
積層には、積み重ねられた第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５および第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４に熱と圧力とを加えて熱圧着する方法、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等からなる接着剤をシート間に塗布する方法等が採用できる。なお、互いのガラスセラミックグリーンシートによる焼成収縮抑制効果の点では、図１に示すように、第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とが交互に積層された構成が望ましいが、この形態に限らず、例えば、第１のガラスセラミックグリーンシート１１〜１４が２層または３層連続して重なるように積層してもよい。また、図１に示す第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとの配置を入れ替えて、表層に第２のガラスセラミックグリーンシートを配置するようにしてもよく、この場合にも同様のボイド排出効果が得られる。
【００３７】
第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５と第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４とを複数組み合わせて積層することで、焼成収縮開始温度の低い第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５が焼成収縮する際は、未焼成収縮状態にある第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４によって平面方向の収縮が抑制され、焼成収縮開始温度の高い第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する際は、すでに焼成収縮を終了した状態にある第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５によって平面方向の収縮が抑制される。これにより、半導体装置を構成する多層基板５０（ガラスセラミックグリーンシート積層体５の焼成後の状態）の寸法精度が高くなる。ここで、寸法精度が高いとは主面に形成された端子の間隔が精度よく形成されていることをいう。なお、平面方向の収縮が抑制される分、積層方向の収縮は大きくなる。
【００３８】
次に、少なくとも一方の開口部７１１が半導体素子６とほぼ同じ大きさであって一方の開口部７１１から他方の開口部７１２まで一方の開口部７１１と同じ大きさまたはより大きな横断面を有する半導体実装用貫通孔７１を備え、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２、２３、２４の焼成収縮終了温度よりも溶融温度が高く、かつ多層基板５０よりも大きな質量の放熱板７を、一方の開口部７１１を有する面がガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面と対向するようにして接合材８を介して積層する。
【００３９】
ここで、放熱板７とは、熱伝導が良好で、かつ第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を終了する温度では溶融しないような材料で形成された板状体である。放熱板７の形成材料として、融点１０８３℃のＣｕと融点３４１０℃のＷとの合金であるＣｕ−Ｗ合金、融点１０８３℃のＣｕと融点２６２０℃のＭｏとの合金であるＣｕ−Ｍｏ合金などが挙げられる。例えば、この形成材料を溶融させて金型に注入し冷却することで、所望の形状の放熱板７を形成することができる。なお、ここで、Ｃｕの割合は１０〜６０質量％であるのが好ましく、Ｃｕの割合が多くても、高融点のＷやＭｏを骨材として用いることで、８００〜１０００℃の焼成温度によってもその形状を保持できるようになっている。
【００４０】
放熱板７は、多層基板５０（ガラスセラミックグリーンシート積層体５の焼成後の状態）よりも大きな質量のものである。放熱板７と多層基板５０とがこのような質量の関係にあることで、ガラスセラミックグリーンシート積層体５に放熱板７を積層して焼成する際に、ガラスセラミックグリーンシート積層体５に十分に荷重をかけることができる。このような質量とするためには、放熱板７の形成材料（合金の配合比）、主面の面積および厚みを調整すればよく、放熱板７の主面がガラスセラミックグリーンシート積層体５の主面よりも大きくなってもよい。
【００４１】
そして、放熱板７には少なくとも一方の開口部７１１が半導体素子６とほぼ同じ大きさであって一方の開口部７１１から他方の開口部７１２まで一方の開口部７１１と同じ大きさまたはより大きな横断面を有する半導体実装用貫通孔７１が形成されている。
【００４２】
この半導体実装用貫通孔７１は、半導体素子６の実装領域を確保するために形成されたものであり、放熱板７をガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面に接合した際に、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面の半導体実装用貫通孔７を通して上から見える領域内に半導体素子６が実装される。
【００４３】
ここで、半導体実装用貫通孔７１の形状として、一方の開口部７１１が半導体素子６とほぼ同じ大きさであって一方の開口部７１１から他方の開口部７１２まで一方の開口部７１１と同じ大きさの横断面を有する場合には、放熱板７の質量を増やすとともに荷重をなるべく均等にかけることができる点で有効であり、さらに半導体素子６の側面と放熱板７における半導体実装用貫通孔７１の側壁とを接触させることで高い放熱効果が得られる点で有効である。図１に示す構造において、半導体素子６と多層基板５０との間にアンダーフィルを注入する場合には、半導体実装用貫通孔７１の側壁に上面から下面にわたってアンダーフィル注入のための切り欠きを設けておけばよい。また、図示していないが、図１に示す放熱板７の厚みが半導体素子６の厚みよりも厚くなってもよく、放熱板７の厚みが厚くなることで体積が増加し、放熱効果が高まる。さらに、放熱板７の上面側に複数のフィンを設けてもよい。
【００４４】
なお、ほぼ同じ大きさとは、半導体素子６を実装した際に、半導体素子６の周囲に１ｍｍ以下の間隙があってもよいことを意味し、この間隙は放熱板７の材質や大きさにより決まる放熱効果に応じて適宜調整される。
【００４５】
そして、放熱板７を、一方の開口部７１１を有する面がガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面と対向するようにして接合材８を介して積層する。
【００４６】
接合材８としては、主成分としての銀粉末、銅粉末または金粉末などに有機バインダおよび有機溶剤を混練したものからなる導体ペーストや放熱板７よりも融点の低い銀ろう、ニッケルろう等のろう材が挙げられる。例えば、銀ろうの場合、銀と銅と亜鉛等の組成比を調整することで、６５０〜９００℃の範囲で耐え得るように調整でき、低い焼成温度の場合に適合させることができる。
【００４７】
次に、放熱板７が積層されたガラスセラミックグリーンシート積層体５を、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮する温度であって放熱板７が溶融しない温度で焼成して、放熱板７が接合された多層基板５０を作製する。
【００４８】
本実施形態の材料を用いる場合、具体的な焼成は、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を十分に焼結させるとともに過焼結を防止する点から、焼成最高温度を８００〜１０００℃、特に８５０〜９５０℃とする。また、焼成にあたっては、焼成最高温度に到達するまで徐々に昇温するか、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４の焼成収縮開始温度未満の温度で一旦炉内温度を保持するなどの温度管理がなされる。また、焼成雰囲気としては、放熱板７の酸化を防止するために非酸化性雰囲気とするのがよい。なお、焼成に先立って、ガラスセラミックグリーンシート積層体５を４００〜７５０℃で加熱処理して、ガラスセラミックグリーンシート積層体５中の有機成分を分解除去する。
【００４９】
ここで、ガラスセラミックグリーンシート積層体５の平面方向の収縮が抑制されることから、放熱板７をガラスセラミックグリーンシート積層体５に接合材を介して積層した状態で焼成しても、多層基板から放熱板がとれたり、接合材にクラックが生じたりするおそれは少ない。したがって、このようにして焼成することにより、第２のガラスセラミックグリーンシートで発生し、第１の絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成収縮終了後の状態）によってその行き場を塞がれてしまったボイドを効果的に排出することができる。ここで、ボイドが効果的に排出されるのは、放熱板７による荷重がガラスセラミックグリーンシート積層体５の中央から周縁に向かってボイドを押し出すように作用するからである。なお、第２のガラスセラミックグリーンシート２１、２２、２３、２４が焼成収縮を開始する際には、すでに第１のガラスセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４、１５が焼成収縮していて固まった状態となっているため、半導体素子実装用貫通孔７１の下側であってもほぼ均等に荷重がかかるものと考えられる。
【００５０】
次に、半導体実装用貫通孔７１を通して多層基板５０に半導体素子６を実装する。放熱板７は少なくとも一方の開口部７１１が半導体素子６とほぼ同じ大きさであって一方の開口部７１１から他方の開口部７１２まで一方の開口部７１１と同じ大きさまたはより大きな横断面を有する半導体実装用貫通孔７１を備えており、一方の開口部７１１を有する面がガラスセラミックグリーンシート積層体５の上面と対向するようにして接合材８を介して積層しているので、放熱板７の接合よりも後に半導体素子６を実装することができるのである。
【００５１】
具体的には、多層基板５０の上面に形成された接続端子（図示しない）と半導体素子６の下面に形成された接続端子（図示しない）とを半田（図示しない）で接合し、半導体素子６を実装する。
【００５２】
本発明における放熱板７としては図１に示す形態に限定されるものではなく、例えば図２に示すように、半導体実装用貫通孔７１が一方の開口部７１１から他方の開口部７１２まで徐々に大きくなる形状、換言すれば徐々に拡がる形状であってもよい。この形状の場合には、半導体素子６の下面と多層基板５０の上面との間の間隙にアンダーフィルを充填しやすくなる。この形態の場合、半導体素子６からの熱は、主に多層基板５０を経て放熱板７へと伝わる。
【００５３】
また、図３に示すように、放熱板７が半導体素子６の厚みよりも厚く、半導体実装用貫通孔７１の横断面が途中で変化する形状、具体的には、半導体素子６の厚みとほぼ同じ高さまでの領域の横断面よりも、それより高い位置にある領域の横断面が大きくなっていてもよい。さらに、図４に示すように、放熱板７が半導体素子６の厚みよりも厚く、半導体実装用貫通孔７１が一方の開口部７１１から他方の開口部７１２まで徐々に拡がる形状であってもよい。
【００５４】
なお、半導体素子６を実装した後に、図３および図４に示すように、放熱蓋体９を半導体素子６の上面と放熱板７とに密着させて固着することで、半導体素子６で発生する熱の放熱効果をさらに高めることができる。特に、図３および図４に示すような半導体素子６の側面が放熱板７に直に接していないような場合には、半導体素子６を実装した後に、放熱蓋体９を半導体素子６の上面と放熱板７とに密着させるのが、半導体素子６で発生する熱の放熱効果をさらに高めることができる点で好ましい。
【００５５】
放熱蓋体９は焼成後に取り付けるため、特に溶融温度に注意する必要はなく、熱伝導性の点からＣｕ、Ａｌ等を採用することができる。ただし、放熱板７との熱膨張差を考慮すると、放熱板７と同じ材質により形成したものを用いることがよい。
【００５６】
また、放熱蓋体９の放熱板７への固着は、例えば銅、銀または金を主成分とする導体ペーストや銀ろう、ニッケルろう等のろう材などで接合する方法が採用されるが、この場合にすべての面で接合しなくてもよい。例えば、図３に示す形態においては放熱蓋体９の側面のみまたは下面のみで放熱板７に接合してもよく、図４に示す形態においても全ての側面で接合していなくても構わない。
【実施例】
【００５７】
第１のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末１５質量％とガラス粉末８５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で１５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で２質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で４０質量％、ＣａをＣａＯ換算で１質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で２０質量％、ＺｎをＺｎＯ換算で１質量％、ＴｉをＴｉＯ２換算で０．５質量％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．５質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で５質量％としたものである。
【００５８】
一方、第２のガラスセラミックグリーンシートの原料粉末として、クォーツ粉末４５質量％とガラス粉末５５質量％とを用いた。ガラス粉末の組成は、ＳｉをＳｉＯ２換算で５０質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で５質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で２０質量％、ＣａをＣａＯ換算で２４質量％、ＢａをＢａＯ換算で０．５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で０．３質量％、ＬｉをＬｉ２Ｏ換算で０．２質量％としたものである。
【００５９】
そして、それぞれの原料粉末に、有機バインダとしてアクリルバインダ、有機溶剤としてトルエンを添加してなるスラリーを調製し、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さ１０μｍの第１のガラスセラミックグリーンシートを作製するとともに、ＰＥＴフィルム上に厚さ１００μｍの第２のガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００６０】
その後、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとを重ね合わせた後、ＰＥＴフィルムを剥いで、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとからなる複合ガラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００６１】
第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートにパンチングで貫通孔を形成し、その貫通孔内に貫通導体用ペーストを充填するとともに、主面に配線層用導体ペーストをスクリーン印刷で塗布した。ここで、貫通導体用ペーストおよ配線層用導体ペーストの形成材料として、Ｃｕ粉末に、有機バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤として２−２−４−トリメチル−３−３−ペンタジオールモノイソブチレートを添加してなるペーストを用いた。
【００６２】
そして、第１のガラスセラミックグリーンシートおよび複合ガラスセラミックグリーンシートを組み合わせて、第１のガラスセラミックグリーンシートと第２のガラスセラミックグリーンシートとが交互に積層され、第１のガラスセラミックグリーンシートが最外層に配置されるようにして、第１のガラスセラミックグリーンシートが３１層、第２のガラスセラミックグリーンシートが３０層積層され、平面形状が５ｃｍ角のガラスセラミックグリーンシート積層体を作製した。
【００６３】
次に、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に、図１に示すような半導体素子（１．５ｃｍ角）の大きさとほぼ同じ横断面の半導体実装用貫通孔を中央に有する放熱板（４．８ｃｍ角で厚み１ｍｍ）を、銅を主成分とする導体ペーストで接合して積層した。ここで、放熱板はＣｕが２０質量％でＷが８０質量％のＣｕ−Ｗ合金で形成したものを用いた。
【００６４】
上面に放熱板を積層したガラスセラミックグリーンシート積層体と上面に放熱板を積層していないガラスセラミックグリーンシート積層体とを、窒素雰囲気で、７００℃にて２時間保持して脱バインダ処理を行った後、焼成最高温度９００℃にて焼成を行った。
【００６５】
なお、焼成後の放熱板と多層基板（ガラスセラミックグリーンシート積層体の焼成後の状態）との質量比は、２：１であった。
【００６６】
得られたそれぞれのサンプルについて、断面を研磨し、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１０００倍のＳＥＭ写真を撮影し、画像解析装置を用いて、上から２番目の第２絶縁層（第２のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）の上から２番目の第１絶縁層（第１のガラスセラミックグリーンシートの焼成後の状態）との境界付近（第１絶縁層との界面から２０μｍの領域）におけるボイド率を測定した。
【００６７】
その結果、放熱板を積層していない多層基板のボイド率が２０％であったのに対し、放熱板を積層した多層基板のボイド率が８％であり、本発明によれば効果的にボイドを排出できることを確認した。
【００６８】
また、放熱板を積層した多層基板に半導体素子を実装して、サーモグラフィを用いて測定したところ、十分に放熱効果のあることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態の説明図であり、半導体素子を実装しようとしている状態を示している。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法の他の実施形態の説明図であり、半導体素子を実装した後の状態を示している。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法のさらに他の実施形態の説明図であり、半導体素子を実装した後の状態を示している。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法のまたさらに他の実施形態の説明図であり、半導体素子を実装した後の状態を示している。
【符号の説明】
【００７０】
１１、１２、１３、１４、１５・・・第１のガラスセラミックグリーンシート
２１、２２、２３、２４・・・第２のガラスセラミックグリーンシート
３・・・貫通導体用ペースト
４・・・配線層用導体ペースト
５・・・ガラスセラミックグリーンシート積層体
５０・・・多層基板
６・・・半導体素子
７・・・放熱板
７１・・・半導体実装用貫通孔
７１１・・・一方の開口部
７１２・・・他方の開口部
８・・・接合材
９・・・放熱蓋体
【図１】
2010056205.tif 000003
【図２】
2010056205.tif 000004
【図３】
2010056205.tif 000005
【図４】
2010056205.tif 000006