(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層を積層してなる積層体の上面に半導体素子が載置される載置部を有し、且つ、前記積層体の下部に断面視して前記載置部よりも外方へ延出された延出部を有する絶縁基板と、前記延出部の上面に設けられた信号用電極および接地用電極と、前記延出部の下面に設けられ、前記信号用電極に貫通導体を介して電気的に接続された信号用ピンと、一端側で前記接地用電極と電気的に接続され、他端側が前記絶縁基板内部に導出された内層接地導体層と、前記載置部の直下に位置する前記絶縁基板の下面に設けられ、前記内層接地導体層と接地貫通導体を介して電気的に接続された接地用ピンとを具備する半導体素子搭載用基板。
【請求項２】
前記内層導体層は、前記載置部の直下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体素子搭載用基板と、前記載置部に載置固定された半導体素子と、該半導体素子と前記信号用電極および前記接地用電極とをそれぞれ電気的に接続するボンディングワイヤと、を具備する半導体装置。」
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＴスキャン装置などに用いられる固体撮像素子などの半導体素子を搭載する半導体素子搭載用基板および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子等の半導体素子を搭載する半導体素子搭載用基板（以下、半導体基板という）には、図３に示すように、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体などの電気絶縁材料からなる絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上面に接合される半導体素子１４の載置部１２と、信号用電極１３ａ，貫通導体１４ａおよび信号用ピン１５ａと、絶縁基板１１の中心に対して信号用電極１３ａ，貫通導体１４ａおよび信号用ピン１５ａとほぼ対称の位置に形成された接地用電極１３ｂ，貫通導体１４ｂおよび接地用ピン１５ｂとを具備した半導体基板Ａが知られている。
【０００３】
この半導体基板Ａのように、信号用ピン１５ａと接地用ピン１５ｂとを離して配置するのは、信号用ピン１５ａと接地用ピン１５ｂ間の距離が小さいと、半導体基板Ａを外部装置に実装または外部装置から抜去する際に信号用ピン１５ａおよび接地用ピン１５ｂが半導体基板Ａから剥れ落ちたり、あるいは曲がる場合があるためである。また、この半導体基板Ａは、搭載する固体撮像素子などの半導体素子１６が一般に細長い形状であるため、この形状に合わせて図５の上面図に示すような細長い長方形状を有している。
【０００４】
また、図４に示すように、上記半導体基板Ａの載置部１２に半導体素子１６を導電性接着剤１７を介して載置固定するとともに、半導体素子１６上の電極をボンディングワイヤ１９を介して信号用電極１３ａに接続することによって、半導体素子１６は信号用電極１３ａ、貫通導体１４ａおよび信号用ピン１５ａを介して外部装置に電気的に接続される。また、半導体素子１６は、その直下の接地用電極１３ｂ、貫通導体１４ｂおよび接地用ピン１５ｂを介して外部装置に接地されて、半導体装置Ｂとして機能する。
【０００５】
なお、半導体素子１６を接着するのに導電性接着剤１７を用いるのは、半導体基板Ａに存在する僅かな反りによって、半導体素子１６の裏面と、載置部１２から基板１１下面にかけて貫通して形成されている貫通導体１４ｂの上端部との電気的接続が妨げられないようにするためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体基板Ａにおいては、貫通導体１４ｂの上端部は、導体抵抗を減少させるのと、酸化を防止するために、ニッケル（Ｎｉ）メッキ、金（Ａｕ）メッキなどからなるメッキ層が施され、数μｍ〜十数μｍ盛り上がった構造となっている。この盛り上がりによって、半導体素子１６を導電性接着剤１７で載置部１２に接合する際に、半導体素子１６に傾きが生じ、この傾きによって導電性接着剤１７の厚さが部位によって異なることになり、その結果半導体素子１６に繰り返し熱応力が作用した場合に接合強度が次第に劣化するという問題点があった。
【０００７】
また、半導体装置Ｂが複数組み込まれるＣＴスキャン装置の性能を向上させるために、半導体装置Ｂの幅を小さくして半導体装置Ｂの実装面積を小さくし、その結果半導体装置Ｂおよび各種部品の実装密度を上げることが行われているが、その際、半導体素子１６の接合に用いている導電性接着剤１７が半導体装置Ｂからはみ出す場合があり、その場合隣り合う半導体装置Ｂ同士でショートするという問題点があった。この問題を解消するために、導電性接着剤１７の量を調整してショートを防ぐことが考えられるが、上述したように半導体素子１６が傾き易いため、半導体装置Ｂによってはみ出す導電性接着剤１７の量にバラツキがあり、ショートを確実に防止することはできなかった。
【０００８】
従って、本発明は上記の問題点を解決すべく完成されたものであり、その目的は、半導体素子を載置部に強固に接合するとともに、半導体装置が例えばＣＴスキャン装置等の内部に隙間なく実装されても隣合う半導体装置間でショートすることのない信頼性の高い半導体基板および半導体装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子搭載用基板は、複数の絶縁層を積層してなる積層体の上面に半導体素子が載置される載置部を有し、且つ、前記積層体の下部に断面視して前記載置部よりも外方へ延出された延出部を有する絶縁基板と、前記延出部の上面に設けられた信号用電極および接地用電極と、前記延出部の下面に設けられ、前記信号用電極に貫通導体を介して電気的に接続された信号用ピンと、一端側で前記接地用電極と電気的に接続され、他端側が前記絶縁基板内部に導出された内層接地導体層と、前記載置部の直下に位置する前記絶縁基板の下面に設けられ、前記内層接地導体層と接地貫通導体を介して電気的に接続された接地用ピンとを具備していることを特徴とするものである。本発明の半導体素子搭載用基板において好ましくは、前記内層接地導体層は、前記載置部の直下に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、信号用電極および接地用電極が段差部の底面に設けられているため、半導体素子の載置部がある上面が平坦面となり、半導体素子を接着剤で載置部に接合する際に半導体素子に傾きが生じることがなくなり、その結果、半導体素子の接合強度が経時的に劣化するのを防ぐことができる。また、半導体素子を接着剤で載置部に接合する際に半導体素子に傾きが生じることがなくなるため、半導体装置とした場合に、導電性接着剤の量を調整して載置部から外部にはみ出す導電性接着剤の量を制御し、隣接する半導体装置間でのショートを防ぐことが可能になる。
【００１１】
また本発明は、絶縁基板の上面の反りが３０μｍ／ｍｍ以下であることから、半導体素子を載置部に強固にかつ位置精度良く搭載することが可能となり、よって信号用電極および接地用電極が形成された段差部底面の電極形成部と半導体素子の載置位置との間の相対的な位置関係にずれが発生することのない半導体基板が得られる。
【００１２】
さらに本発明は、半導体素子を非導電性の接着剤を介して載置部に接合することができることから、ＣＴスキャン装置等の内部に複数の半導体装置を隙間なく配設してたとえ接着剤がはみ出したとしても、半導体装置同士がショートすることのない半導体基板が得られる。
【００１３】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子搭載用基板と、前記載置部に載置固定された半導体素子と、該半導体素子と前記信号用電極および前記半導体素子と前記接地用電極をそれぞれ電気的に接続したボンディングワイヤとを具備したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の半導体基板の作用効果を有する信頼性の高い半導体装置となる。従って、長期に亘って正常かつ安定的に半導体素子を作動させることができるものとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体基板および半導体装置を以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体基板について実施の形態の一例を示す断面図である。同図において、Ａは半導体基板、１は上面に半導体素子が載置される載置部２を有する略四角形状の絶縁基板、２は載置部、３ａは信号用電極、４ａは信号用電極３ａに電気的に接続される貫通導体、３ｂは接地用電極、４ｂは接地用電極３ｂに電気的に接続される接地貫通導体である。また、５ａは、絶縁基板１の段差部下方の下面に設けられ、信号用電極３ａに貫通導体４ａを介して電気的に接続された信号用ピン、５ｂは、絶縁基板１の段差部に対向する辺側の端部下方の下面に設けられ、内層接地導体層８と接地貫通導体４ｂを介して電気的に接続された接地用ピンである。５は、信号用ピン５ａおよび接地用ピン５ｂを総称する接続用ピンである。
【００１６】
また、図２は本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図であり、同図において、６は半導体素子、７は非導電性の接着剤、８は接地用電極３ｂから絶縁基板１内部の段差部に対向する辺側の端部にかけて形成された内層接地導体層であり、その段差部に対向する辺側の端部が接地貫通導体４ｂを介して接地用ピン５ｂに接続される。９は、半導体素子６と信号用電極３ａおよび半導体素子６と接地用電極３ｂをそれぞれ電気的に接続したボンディングワイヤである。
【００１７】
これら絶縁基板１、信号用電極３ａ、接地用電極３ｂ、貫通導体４ａ、接地貫通導体４ｂ、接続用ピン５、内層接地導体層８とで半導体素子６を載置し搭載するための半導体基板が基本的に構成される。
【００１８】
本発明の絶縁基板１は、複数の略四角形状の絶縁層が積層されて成り、上面に半導体素子６を載置する載置部２が設けられ、上面の一辺側に上面から端面にかけて切り欠いて成る段差部が形成されている。
【００１９】
この絶縁基板１はアルミナセラミックス等のセラミックスからなる。絶縁基板１がセラミックスから成る場合、絶縁基板１は金属材料に比べて非常に軽量となることから、絶縁基板１の載置部２に半導体素子６を載置して半導体装置Ｂとなした場合、半導体装置Ｂの重量を極めて軽量なものとできる。
【００２０】
絶縁基板１が例えばアルミナセラミックスからなる場合、以下のようにして作製される。まず、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），酸化珪素（ＳｉＯ2），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合してスラリーとなす。このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートと成し、適当な大きさに切断する。次いで、このセラミックグリーンシートに貫通導体用の貫通孔を形成するとともにＷ等の金属粉末を主成分とする導体ペーストを貫通孔に充填し、また信号用電極３ａおよび接地用電極３ｂとなる部位、および接地用電極３ｂから延設された内層接地導体層８となる部位とに導体ペーストを周知のスクリーン印刷法により印刷塗布する。これに載置部２となるセラミックグリーンシートを積層し、約１６００℃の温度で焼成して多数個取り用の焼結体を得る。この焼結体をスライシングにより個々の半導体基板に切断分割する。
【００２１】
次いで、焼結体の載置部２となる部位、即ち絶縁基板１の上面となる部位を研磨して平坦面とする。このとき、載置部２の表面の反りが３０μｍ／ｍｍ以下であることが必要である。反りが３０μｍ／ｍｍを超えると、半導体素子６と載置部２との隙間の大きさがばらつき、それに伴なって接着剤７を介しての接合強度が劣化し、繰り返し熱応力が作用した場合に半導体素子６が載置部２から剥れてしまう場合がある。
【００２２】
絶縁基板１の表面の反りの大きさは、絶縁基板１の上下主面を幾何学的平行二平面で挟んだとき、平行二平面の間隔が最小となる場合の二平面間の間隔で表わされる（ＪＩＳ  Ｂ  ０６２１）、と定義される。本実施の形態においては、載置部２において測定に際して障害となる大きな凹凸がなく、かつ最大長さが得られる部位（通常対角線が選定される）の表面における粗さ曲線の平均線が表面粗さ計を用いて求められ、このとき粗さ曲線の平均線の始点と終点を結ぶ直線を基準線とし、基準線に対して粗さ曲線の平均線上の任意の点において平行に引いた直線までの最大距離が反りの大きさとなる（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）。
【００２３】
この反りの大きさは、触針を被測定物の表面に沿ってなぞるように移動させる接触式の表面粗さ計や、レーザ光を被測定物の表面に沿って照射し、反射してくるレーザ光を感知して表面粗さを測定する非接触式の表面粗さ計によって測定できる。
【００２４】
また、信号用電極３ａおよび接地用電極３ｂが設けられた電極形成部（段差部の底面）３は、載置部２よりも低い位置に形成されているため研磨されることはない。従って、研磨された載置部２上に載置された半導体素子６の位置精度は良好となり、また電極形成部３は研磨によって高さ等の位置が変化しないことから、半導体素子６と信号用電極３ａおよび接地用電極３ｂとの相対的な位置関係がずれ難くなる。
【００２５】
載置部２の絶縁基板１の下面からの高さ（絶縁基板１の厚さ）は０．０５〜０．５ｍｍが好適である。０．０５ｍｍ未満の場合、絶縁基板１の反りの大きさよりも小さくなる場合があり、載置部２の表面を研磨する際に電極形成部３の表面を削ってしまう場合がある。０．５ｍｍを超える場合、ボンディングワイヤ９による接続が困難となるばかりでなく、ボンディングワイヤ９の長さが長くなり信号の伝送が遅延し易くなる。
【００２６】
最後に、このようにして作製された半導体基板Ａの表面に耐食性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層および厚さ０．５〜９μｍのＡｕ層をメッキ法により順次被着させておくのがよい。
【００２７】
そして、半導体素子６が接着剤７で載置部２にそのほぼ裏面全面で接合され半導体装置Ｂとなる。接着剤７は、紫外線硬化型樹脂であれば、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレートなどの光重合性オリゴマーを用いたものが好適に使用される。さらに、接着剤７が熱硬化型樹脂であれば、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、熱硬化性アクリル樹脂のうちの少なくとも１種から成る。
【００２８】
いずれの種類の樹脂においても、そのコーティング厚さは１０〜１００μｍ程度であれば良い。１０μｍ未満では、絶縁基板１の反りに起因して樹脂の厚さが数μｍ程度になる箇所が生じる場合があり、半導体素子６の接合強度が不足する場合がある。１００μｍを超えると、樹脂を硬化させる際に硬化状態にばらつきが生じ易くなり、接合強度にばらつきが生じ易くなる。好ましくは１０〜５０μｍである。
【００２９】
また、いずれの種類の樹脂においても、接合時の温度は１００℃程度が良く、この温度での１０〜２０秒程度の紫外線照射、またはこの温度に１０〜２０秒保持することによって接合が行われる。
【００３０】
このような非導電性の接着剤７を使用するのは、半導体装置ＢがＣＴスキャン装置等に内臓された場合、接着剤７が外部にはみ出して半導体装置Ｂ同士がショートするのを防止するためであり、また半導体素子４を載置部２に載置するに際して、例えば銀エポキシ樹脂などの導電性接着剤では通常得られない大きな接合強度が得られるからである。
【００３１】
かくして、接合された半導体素子６上の電極と信号用電極３ａおよび接地用電極３ｂとがボンディングワイヤによって電気的に接続され、半導体素子６が長期に亘って正常かつ安定して作動する半導体装置Ｂが得られることになる。また、接地用電極３ｂは、絶縁基板１の載置部２を有する上層部と下層部との間に延設され、その段差部に対向する辺側の端部が、絶縁基板１を厚さ方向に貫通する接地貫通導体４ｂを介して貫通導体４ｂ下端に接合される接地用ピン５ｂに電気的に接続されている。
【００３２】
この接地用ピン５ｂと信号用ピン５ａとからなる接合用ピン５は、それぞれ半導体基板Ａの中心に対して略対称の位置に設けられている。これは、半導体基板Ａが細い為に折れやすくなっているのと、接合用ピン５を用いて外部装置に実装または外部装置から抜去する際に、これらの接合用ピン５に略均等に力が加わるようにし、接合用ピン５が絶縁基板１から剥れたり、曲がったりしないようにするためである。
【００３３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の半導体基板は、複数の略四角形状の絶縁層が積層されて成り、上面に半導体素子を載置する載置部が設けられ、かつ上面の一辺側に上面から端面にかけて切り欠いて成る段差部が形成された絶縁基板と、段差部の底面に設けられた、信号用電極および接地用電極と、絶縁基板の段差部下方の下面に設けられ、信号用電極に貫通導体を介して電気的に接続された信号用ピンと、接地用電極から絶縁基板内部の段差部に対向する辺側の端部にかけて形成された内層接地導体層と、絶縁基板の端部下方の下面に設けられ、内層接地導体層と接地貫通導体を介して電気的に接続された接地用ピンとを具備しており、絶縁基板の上面の反りが３０μｍ／ｍｍ以下であることにより、信号用電極および接地用電極が段差部の底面に設けられているため、半導体素子の載置部がある上面が平坦面となり、半導体素子を接着剤で載置部に接合する際に半導体素子に傾きが生じることがなくなり、その結果、半導体素子の接合強度が経時的に劣化するのを防ぐことができる。また、半導体素子を接着剤で載置部に接合する際に半導体素子に傾きが生じることがなくなるため、半導体装置と成した場合に、導電性接着剤の量を調整して載置部から外部にはみ出す導電性接着剤の量を制御し、隣接する半導体装置間でのショートを防ぐことが可能になる。
【００３５】
また本発明は、絶縁基板の上面の反りが３０μｍ／ｍｍ以下であることから、半導体素子を載置部に強固にかつ位置精度良く搭載することが可能となり、よって信号用電極および接地用電極が形成された段差部底面の電極形成部と半導体素子の載置位置との間の相対的な位置関係にずれが発生することのない半導体基板が得られる。
【００３６】
さらに本発明は、半導体素子を非導電性の接着剤を介して載置部に接合することができることから、ＣＴスキャン装置等の内部に複数の半導体装置を隙間なく配設して、たとえ接着剤がはみ出したとしても半導体装置同士がショートすることのない半導体基板が得られる。
【００３７】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子搭載用基板と、載置部に載置固定された半導体素子と、半導体素子と信号用電極および半導体素子と接地用電極をそれぞれ電気的に接続したボンディングワイヤとを具備したことにより、上記本発明の半導体基板の作用効果を有する信頼性の高い半導体装置となる。従って、長期に亘り正常かつ安定的に半導体素子を作動させることができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体基板について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体装置について実施の形態の例を示す断面図である。
【図３】従来の半導体基板の断面図である。
【図４】従来の半導体装置の断面図である。
【図５】従来の半導体基板の平面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
２：載置部
３ａ：信号用電極
３ｂ：接地用電極
４ａ：貫通導体
４ｂ：接地貫通導体
５ａ：信号用ピン
５ｂ：接地用ピン
６：半導体素子
７：接着剤
９：ボンディングワイヤ
Ａ：半導体基板
Ｂ：半導体装置
【図１】
0003769481.tif 000002
【図２】
0003769481.tif 000003
【図３】
0003769481.tif 000004
【図４】
0003769481.tif 000005
【図５】
0003769481.tif 000006