JP2000223619A - 高熱膨張ガラスセラミック焼結体およびその製造方法、配線基板ならびにその実装構造 - Google Patents
高熱膨張ガラスセラミック焼結体およびその製造方法、配線基板ならびにその実装構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【構成】ＢａＯを含有するガラスを用いた低温焼成基板
の耐薬品性およびメタライズ配線層の密着強度を改善
し、且つ高熱膨張を有し、有機樹脂を含有する外部回路
基板に対して強固に且つ長期にわたり安定した接続状態
を維持できる、高信頼性の配線基板および半導体素子収
納用パッケージを提供する。 【解決手段】絶縁基板１の表面あるいは内部にメタライ
ズ配線層３が配設されたパッケージなどの配線基板にお
いて、絶縁基板１をＢａＯを５〜６０重量％含有するガ
ラスと、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐ
ｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーからなり、全量
中にＺｒＯ2 などのＺｒ化合物をＺｒＯ2換算で０．１
〜３０重量％の割合で含む４０℃〜４００℃における熱
膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体によって構
成する。
の耐薬品性およびメタライズ配線層の密着強度を改善
し、且つ高熱膨張を有し、有機樹脂を含有する外部回路
基板に対して強固に且つ長期にわたり安定した接続状態
を維持できる、高信頼性の配線基板および半導体素子収
納用パッケージを提供する。 【解決手段】絶縁基板１の表面あるいは内部にメタライ
ズ配線層３が配設されたパッケージなどの配線基板にお
いて、絶縁基板１をＢａＯを５〜６０重量％含有するガ
ラスと、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐ
ｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーからなり、全量
中にＺｒＯ2 などのＺｒ化合物をＺｒＯ2換算で０．１
〜３０重量％の割合で含む４０℃〜４００℃における熱
膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体によって構
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高熱膨張性を有す
るガラスセラミック焼結体およびその製造方法と、それ
を絶縁基板とする半導体素子収納用パッケージなどに使
用される配線基板と、その実装構造に関するものであ
る。
るガラスセラミック焼結体およびその製造方法と、それ
を絶縁基板とする半導体素子収納用パッケージなどに使
用される配線基板と、その実装構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】従来、配線基板は、絶縁基板の表面あるい
は内部にメタライズ配線層が配設された構造からなる。
また、この配線基板を用いた代表的な例として、半導体
素子、特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体素
子を収容する半導体素子収納用パッケージがある。
は内部にメタライズ配線層が配設された構造からなる。
また、この配線基板を用いた代表的な例として、半導体
素子、特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体素
子を収容する半導体素子収納用パッケージがある。
【０００３】この半導体素子収納用パッケージは、一般
にアルミナセラミックス等のセラミック絶縁基板の表面
に半導体素子を搭載し、また絶縁基板の表面、内部には
ＷやＭｏなどの金属から成るメタライズ配線層が形成さ
れ、絶縁基板の裏面にはこれらのメタライズ配線層と接
続された複数の接続パッドが形成されており、その接続
パッドには、外部回路基板と接続するための接続端子が
取り付けられている。そして、絶縁基板の表面に搭載さ
れた半導体素子は、メタライズ配線層とワイヤなどによ
って接続された後、蓋体によって気密に封止される。
にアルミナセラミックス等のセラミック絶縁基板の表面
に半導体素子を搭載し、また絶縁基板の表面、内部には
ＷやＭｏなどの金属から成るメタライズ配線層が形成さ
れ、絶縁基板の裏面にはこれらのメタライズ配線層と接
続された複数の接続パッドが形成されており、その接続
パッドには、外部回路基板と接続するための接続端子が
取り付けられている。そして、絶縁基板の表面に搭載さ
れた半導体素子は、メタライズ配線層とワイヤなどによ
って接続された後、蓋体によって気密に封止される。
【０００４】また、半導体素子収納用パッケージは、絶
縁基板下面の接続パッドに接続された接続端子と外部回
路基板の配線導体とを半田等により電気的に接続するこ
とによって外部回路基板に実装される。
縁基板下面の接続パッドに接続された接続端子と外部回
路基板の配線導体とを半田等により電気的に接続するこ
とによって外部回路基板に実装される。
【０００５】一般に、半導体素子の集積度が高まるほ
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴いこれを収納する半導体収納用パッケージにおける
端子数も増大することになる。ところが、電極数が増大
するに伴いパッケージ自体の寸法を大きくするにも限界
があり、より小型化を要求される以上、パッケージにお
ける端子の密度を高くすることが必要となる。
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴いこれを収納する半導体収納用パッケージにおける
端子数も増大することになる。ところが、電極数が増大
するに伴いパッケージ自体の寸法を大きくするにも限界
があり、より小型化を要求される以上、パッケージにお
ける端子の密度を高くすることが必要となる。
【０００６】これまでのパッケージにおける端子の密度
を高めるための構造としては、パッケージの下面にコバ
ールなどの金属ピンを接続したピングリッドアレイ（Ｐ
ＧＡ）、パッケージの４つの側面のすべてからガルウイ
ング状（Ｌ字状）の金属ピンが導出された構造のクワッ
ドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、さらに接続端子を半
田からなる球状端子により構成したボールグリッドアレ
イ（ＢＧＡ）等があり、これらの中でもＢＧＡが最も高
密度化が可能であると言われている。
を高めるための構造としては、パッケージの下面にコバ
ールなどの金属ピンを接続したピングリッドアレイ（Ｐ
ＧＡ）、パッケージの４つの側面のすべてからガルウイ
ング状（Ｌ字状）の金属ピンが導出された構造のクワッ
ドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、さらに接続端子を半
田からなる球状端子により構成したボールグリッドアレ
イ（ＢＧＡ）等があり、これらの中でもＢＧＡが最も高
密度化が可能であると言われている。
【０００７】このボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）は接
続端子を接続パッドに半田などのロウ材からなる球状端
子をロウ付けした端子により構成し、この球状端子を外
部電気回路基板の配線導体上に載置当接させ、しかる
後、前記端子を約２５０〜４００℃の温度で加熱溶融
し、球状端子を配線導体に接合させることによって外部
電気回路基板上に実装することが行われている。このよ
うな実装構造により、半導体素子収納用パッケージの内
部に収容されている半導体素子はその各電極がメタライ
ズ配線層及び接続端子を介して外部電気回路に電気的に
接続される。
続端子を接続パッドに半田などのロウ材からなる球状端
子をロウ付けした端子により構成し、この球状端子を外
部電気回路基板の配線導体上に載置当接させ、しかる
後、前記端子を約２５０〜４００℃の温度で加熱溶融
し、球状端子を配線導体に接合させることによって外部
電気回路基板上に実装することが行われている。このよ
うな実装構造により、半導体素子収納用パッケージの内
部に収容されている半導体素子はその各電極がメタライ
ズ配線層及び接続端子を介して外部電気回路に電気的に
接続される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のセラミック絶縁
基板として使用されているアルミナ、ムライトなどのセ
ラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強度を有し、しか
もメタライズ配線層などとの多層化技術として信頼性の
高いことで有用ではあるが、その熱膨張係数は約４〜７
ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、パッケージが実装さ
れる外部電気回路基板として最も多用されているガラス
−エポキシ絶縁層にＣｕ配線層が形成されたプリント基
板の熱膨張係数は１１〜１８ｐｐｍ／℃と非常に大き
い。
基板として使用されているアルミナ、ムライトなどのセ
ラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強度を有し、しか
もメタライズ配線層などとの多層化技術として信頼性の
高いことで有用ではあるが、その熱膨張係数は約４〜７
ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、パッケージが実装さ
れる外部電気回路基板として最も多用されているガラス
−エポキシ絶縁層にＣｕ配線層が形成されたプリント基
板の熱膨張係数は１１〜１８ｐｐｍ／℃と非常に大き
い。
【０００９】そのため、半導体素子収納用パッケージの
内部に半導体素子を収容し、しかる後、プリント基板な
どの外部回路基板に実装した場合、半導体素子の作動時
に発する熱が絶縁基板と外部回路基板の両方に繰り返し
印加されると絶縁基板と外部回路基板との間の熱膨張差
に起因する熱応力が発生し、この熱応力が外部回路基板
との接続部に影響し、クラックや端子の剥離などが生
じ、パッケージを外部回路基板に長期にわたり安定に電
気的接続させることができないものであった。
内部に半導体素子を収容し、しかる後、プリント基板な
どの外部回路基板に実装した場合、半導体素子の作動時
に発する熱が絶縁基板と外部回路基板の両方に繰り返し
印加されると絶縁基板と外部回路基板との間の熱膨張差
に起因する熱応力が発生し、この熱応力が外部回路基板
との接続部に影響し、クラックや端子の剥離などが生
じ、パッケージを外部回路基板に長期にわたり安定に電
気的接続させることができないものであった。
【００１０】そこで、本発明者らは、先にＢａＯを１５
〜６０重量％の割合で含有する低軟化点、高熱膨張のガ
ラスを用いて、所定のフィラーとを混合し焼成した高熱
膨張のガラスセラミック焼結体を絶縁基板とすることを
提案した。
〜６０重量％の割合で含有する低軟化点、高熱膨張のガ
ラスを用いて、所定のフィラーとを混合し焼成した高熱
膨張のガラスセラミック焼結体を絶縁基板とすることを
提案した。
【００１１】しかしながら、ＢａＯを含有する上記ガラ
スを用いた場合、焼結体の耐薬品性が悪く、メッキ工程
等で用いられる酸性溶液やアルカリ性溶液での処理を行
った際に焼結体が変色する、あるいはその表面に銅など
の低抵抗金属からなるメタライズ配線層を同時焼成して
形成した場合に、メタライズ配線層の密着強度が低いと
いう問題があった。
スを用いた場合、焼結体の耐薬品性が悪く、メッキ工程
等で用いられる酸性溶液やアルカリ性溶液での処理を行
った際に焼結体が変色する、あるいはその表面に銅など
の低抵抗金属からなるメタライズ配線層を同時焼成して
形成した場合に、メタライズ配線層の密着強度が低いと
いう問題があった。
【００１２】従って本発明は、ＢａＯを含有するガラス
を用いた低温焼成基板の耐薬品性およびメタライズ配線
層の密着強度を改善し、且つ高熱膨張を有し、有機樹脂
を含有する外部回路基板に対して強固に且つ長期にわた
り安定した接続状態を維持できる、高信頼性の配線基板
および半導体素子収納用パッケージを提供することを目
的とするものである。
を用いた低温焼成基板の耐薬品性およびメタライズ配線
層の密着強度を改善し、且つ高熱膨張を有し、有機樹脂
を含有する外部回路基板に対して強固に且つ長期にわた
り安定した接続状態を維持できる、高信頼性の配線基板
および半導体素子収納用パッケージを提供することを目
的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点に対して検討を重ねた結果、絶縁基板として、ＢａＯ
を５〜６０重量％含有するガラスと、４０℃〜４００℃
における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を
含有するフィラーとからなる組成物に、Ｚｒ化合物をＺ
ｒＯ2 換算で０．１〜３０重量％の割合で含有させるこ
とで，焼結体の耐薬品性を著しく改善しうるとともに、
Ｚｒ化合物量およびＣｒ化合物を変化させることで焼結
体の熱膨張係数を適宜調整することができることを見い
だし、本発明に至った。
点に対して検討を重ねた結果、絶縁基板として、ＢａＯ
を５〜６０重量％含有するガラスと、４０℃〜４００℃
における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を
含有するフィラーとからなる組成物に、Ｚｒ化合物をＺ
ｒＯ2 換算で０．１〜３０重量％の割合で含有させるこ
とで，焼結体の耐薬品性を著しく改善しうるとともに、
Ｚｒ化合物量およびＣｒ化合物を変化させることで焼結
体の熱膨張係数を適宜調整することができることを見い
だし、本発明に至った。
【００１４】即ち、本発明の配線基板は、ＢａＯを５〜
６０重量％含有するガラスと、４０℃〜４００℃におけ
る線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物粒子を
含むフィラーとからなり、前記ガラスおよび／またはフ
ィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ2 換算で０．１〜３０重
量％の割合で含有するとともに、４０℃〜４００℃にお
ける線熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃であること
を特徴とするものである。
６０重量％含有するガラスと、４０℃〜４００℃におけ
る線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物粒子を
含むフィラーとからなり、前記ガラスおよび／またはフ
ィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ2 換算で０．１〜３０重
量％の割合で含有するとともに、４０℃〜４００℃にお
ける線熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃であること
を特徴とするものである。
【００１５】そして、本発明の高熱膨張ガラスセラミッ
ク焼結体の製造方法は、ＢａＯを５〜６０重量％含有す
るガラス成分と、４０℃〜４００℃における線熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物粉末を含有するフィ
ラー成分とからなり、前記ガラス成分および／またはフ
ィラー成分中にＺｒ化合物をＺｒＯ2 換算で０．１〜３
０重量％の割合で含有する混合物を成形後、８００〜１
１００℃の温度で焼成することを特徴とするものであ
る。
ク焼結体の製造方法は、ＢａＯを５〜６０重量％含有す
るガラス成分と、４０℃〜４００℃における線熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物粉末を含有するフィ
ラー成分とからなり、前記ガラス成分および／またはフ
ィラー成分中にＺｒ化合物をＺｒＯ2 換算で０．１〜３
０重量％の割合で含有する混合物を成形後、８００〜１
１００℃の温度で焼成することを特徴とするものであ
る。
【００１６】また、本発明の配線基板によれば、絶縁基
板の表面あるいは内部に、メタライズ配線層が配設され
た配線基板において、前記絶縁基板が、前記高熱膨張ガ
ラスセラミック焼結体からなることを特徴とするもので
あり、かかる配線基板の絶縁基板の表面において、半導
体素子が気密に封止され、且つ該絶縁基板の裏面に、前
記半導体素子と電気的接続されたボール状端子などの接
続端子を具備することが望ましい。
板の表面あるいは内部に、メタライズ配線層が配設され
た配線基板において、前記絶縁基板が、前記高熱膨張ガ
ラスセラミック焼結体からなることを特徴とするもので
あり、かかる配線基板の絶縁基板の表面において、半導
体素子が気密に封止され、且つ該絶縁基板の裏面に、前
記半導体素子と電気的接続されたボール状端子などの接
続端子を具備することが望ましい。
【００１７】また、本発明の配線基板の実装構造によれ
ば、前記半導体素子を搭載した配線基板を少なくとも有
機樹脂を含む絶縁体の表面に配線導体が被着形成された
外部回路基板上に載置し、該配線基板の接続端子を前記
配線導体にロウ付け接合し実装してなることを特徴とす
るものである。
ば、前記半導体素子を搭載した配線基板を少なくとも有
機樹脂を含む絶縁体の表面に配線導体が被着形成された
外部回路基板上に載置し、該配線基板の接続端子を前記
配線導体にロウ付け接合し実装してなることを特徴とす
るものである。
【００１８】
【作用】本発明によれば、配線基板や、半導体素子収納
用パッケージの絶縁基板としてＢａＯを５〜６０重量％
含有するガラスと、４０℃〜４００℃における熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーとか
らなる焼結体を用いるものであるが、その焼結体中にＺ
ｒ化合物をＺｒＯ2 換算で０．１〜３０重量％の割合で
含有させることにより、焼結体の耐薬品性を改善するこ
とができるとともに、前記Ｚｒ化合物量を変化させるこ
とにより、熱膨張係数を８．５〜１８ｐｐｍ／℃の範囲
で容易に制御することができる。
用パッケージの絶縁基板としてＢａＯを５〜６０重量％
含有するガラスと、４０℃〜４００℃における熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーとか
らなる焼結体を用いるものであるが、その焼結体中にＺ
ｒ化合物をＺｒＯ2 換算で０．１〜３０重量％の割合で
含有させることにより、焼結体の耐薬品性を改善するこ
とができるとともに、前記Ｚｒ化合物量を変化させるこ
とにより、熱膨張係数を８．５〜１８ｐｐｍ／℃の範囲
で容易に制御することができる。
【００１９】また、ＢａＯ含有ガラスの熱膨張係数は６
〜９ｐｐｍ／℃程度であるが、かかるガラスにフィラー
としてさらに、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が
６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーを添加す
ることにより、焼結体全体の熱膨張係数を８．５〜１８
ｐｐｍ／℃の範囲で容易に制御することができる。
〜９ｐｐｍ／℃程度であるが、かかるガラスにフィラー
としてさらに、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が
６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーを添加す
ることにより、焼結体全体の熱膨張係数を８．５〜１８
ｐｐｍ／℃の範囲で容易に制御することができる。
【００２０】さらに、ＢａＯ含有ガラスの屈伏点を４０
０℃〜８００℃とすることにより、ガラス含有量を低減
し、フィラー量を増量することができるもので、焼成収
縮開始温度を上昇することが可能である。それにより、
成形時に添加された有機樹脂等の成形用バインダーを効
率的に除去するとともに、絶縁基体と同時に焼成される
メタライズとの焼成条件のマッチングを図ることでき
る。
０℃〜８００℃とすることにより、ガラス含有量を低減
し、フィラー量を増量することができるもので、焼成収
縮開始温度を上昇することが可能である。それにより、
成形時に添加された有機樹脂等の成形用バインダーを効
率的に除去するとともに、絶縁基体と同時に焼成される
メタライズとの焼成条件のマッチングを図ることでき
る。
【００２１】このように、ガラス−エポキシ基板などの
プリント基板からなる外部回路基板に対して実装される
半導体素子収納用パッケージにおける絶縁基板として４
０〜４００℃の温度範囲における熱膨張係数が８．５〜
１８ｐｐｍ／℃のセラミック焼結体を用いることによ
り、絶縁基板と外部回路基板との間に両者の熱膨張係数
の差が小さくなり、その結果、絶縁基板と外部回路基板
の熱膨張係数の相違に起因する熱応力によって端子が外
部電気回路の配線導体とが接続不良を起こすことがな
く、これによっても容器内部に収容する半導体素子と外
部電気回路とを長期間にわたり正確に、且つ強固に電気
的接続させることが可能となる。
プリント基板からなる外部回路基板に対して実装される
半導体素子収納用パッケージにおける絶縁基板として４
０〜４００℃の温度範囲における熱膨張係数が８．５〜
１８ｐｐｍ／℃のセラミック焼結体を用いることによ
り、絶縁基板と外部回路基板との間に両者の熱膨張係数
の差が小さくなり、その結果、絶縁基板と外部回路基板
の熱膨張係数の相違に起因する熱応力によって端子が外
部電気回路の配線導体とが接続不良を起こすことがな
く、これによっても容器内部に収容する半導体素子と外
部電気回路とを長期間にわたり正確に、且つ強固に電気
的接続させることが可能となる。
【００２２】また、パッケージの内部配線として使用さ
れるＣｕの熱膨張係数１８ｐｐｍ／℃に対しても近似の
熱膨張係数を有するため、メタライズ配線の基板への密
着性等の信頼性を高めることができる。
れるＣｕの熱膨張係数１８ｐｐｍ／℃に対しても近似の
熱膨張係数を有するため、メタライズ配線の基板への密
着性等の信頼性を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のガラスセラミッ
ク焼結体の応用例として、配線基板、とりわけ、ＢＧＡ
型の半導体素子収納用パッケージとその実装構造の一実
施例を示す概略断面図である。このパッケージは、絶縁
基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設され
た、いわゆる配線基板を基礎的構造とするものであり、
Ａは半導体素子収納用パッケージ、Ｂは外部回路基板を
それぞれ示す。
ク焼結体の応用例として、配線基板、とりわけ、ＢＧＡ
型の半導体素子収納用パッケージとその実装構造の一実
施例を示す概略断面図である。このパッケージは、絶縁
基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設され
た、いわゆる配線基板を基礎的構造とするものであり、
Ａは半導体素子収納用パッケージ、Ｂは外部回路基板を
それぞれ示す。
【００２４】半導体素子収納用パッケージＡは、絶縁基
板１と蓋体２とメタライズ配線層３と接続端子４により
構成され、絶縁基板１及び蓋体２は半導体素子５を内部
に気密に収容するためのキャビティ６を形成する。そし
て、キャビティ６内にて半導体素子５は、ガラス、樹脂
等の接着材を介して絶縁基板１に接着固定される。
板１と蓋体２とメタライズ配線層３と接続端子４により
構成され、絶縁基板１及び蓋体２は半導体素子５を内部
に気密に収容するためのキャビティ６を形成する。そし
て、キャビティ６内にて半導体素子５は、ガラス、樹脂
等の接着材を介して絶縁基板１に接着固定される。
【００２５】また、絶縁基板１の表面および内部には、
メタライズ配線層３が配設されており、半導体素子５と
絶縁基板１の下面に形成された接続端子４と電気的に接
続するように配設されている。図１のパッケージによれ
ば、接続端子４は、接続パッド４ａを介して高融点の半
田（錫−鉛合金）から成る球状端子４ｂがロウ材により
取着されている。
メタライズ配線層３が配設されており、半導体素子５と
絶縁基板１の下面に形成された接続端子４と電気的に接
続するように配設されている。図１のパッケージによれ
ば、接続端子４は、接続パッド４ａを介して高融点の半
田（錫−鉛合金）から成る球状端子４ｂがロウ材により
取着されている。
【００２６】一方、外部回路基板Ｂは、絶縁体７と配線
導体８により構成されており、絶縁体７は、少なくとも
有機樹脂を含む絶縁材料からなり、具体的には、ガラス
−エポキシ系複合材料などのように４０〜４００℃の線
熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃の特性を有し、一般
にはプリント基板等が用いられる。また、この基板Ｂの
表面に形成される配線導体８は、絶縁体７との熱膨張係
数の整合性と、良電気伝導性の点で、通常、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体から
なる。
導体８により構成されており、絶縁体７は、少なくとも
有機樹脂を含む絶縁材料からなり、具体的には、ガラス
−エポキシ系複合材料などのように４０〜４００℃の線
熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃の特性を有し、一般
にはプリント基板等が用いられる。また、この基板Ｂの
表面に形成される配線導体８は、絶縁体７との熱膨張係
数の整合性と、良電気伝導性の点で、通常、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体から
なる。
【００２７】半導体素子収納用パッケージＡを外部回路
基板Ｂに実装するには、パッケージＡの絶縁基板１下面
の球状端子４ｂを外部回路基板Ｂの配線導体８上に載置
当接させ、しかる後、低融点の半田等のロウ材により約
２５０〜４００℃の温度で半田を溶融させて配線導体と
球状端子４ｂとの接合することにより、実装される。こ
の時、配線導体８の表面には球状端子４ｂとのロウ材に
よる接続を容易に行うために予めロウ材が被着形成され
ていることが望ましい。
基板Ｂに実装するには、パッケージＡの絶縁基板１下面
の球状端子４ｂを外部回路基板Ｂの配線導体８上に載置
当接させ、しかる後、低融点の半田等のロウ材により約
２５０〜４００℃の温度で半田を溶融させて配線導体と
球状端子４ｂとの接合することにより、実装される。こ
の時、配線導体８の表面には球状端子４ｂとのロウ材に
よる接続を容易に行うために予めロウ材が被着形成され
ていることが望ましい。
【００２８】（絶縁基板）本発明によれば、このような
外部回路基板Ｂの表面に実装される半導体素子収納用パ
ッケージなどの配線基板における絶縁基板１として、４
０〜４００℃の温度範囲における線熱膨張係数が８．５
〜１８ｐｐｍ／℃、特に８．５〜１４ｐｐｍ／℃の焼結
体を用いることが重要である。これは、前述した外部回
路基板Ｂとの熱膨張差により熱応力の発生を緩和し、外
部回路基板ＢとパッケージＡとの電気的接続状態を長期
にわたり良好な状態に維持するために重要であり、この
線熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃より小さいか、あるい
は１８ｐｐｍ／℃より大きいと、いずれも熱膨張差に起
因する熱応力が大きくなり、外部回路基板Ｂとパッケー
ジＡとの電気的接続状態が悪化することを防止すること
ができない。
外部回路基板Ｂの表面に実装される半導体素子収納用パ
ッケージなどの配線基板における絶縁基板１として、４
０〜４００℃の温度範囲における線熱膨張係数が８．５
〜１８ｐｐｍ／℃、特に８．５〜１４ｐｐｍ／℃の焼結
体を用いることが重要である。これは、前述した外部回
路基板Ｂとの熱膨張差により熱応力の発生を緩和し、外
部回路基板ＢとパッケージＡとの電気的接続状態を長期
にわたり良好な状態に維持するために重要であり、この
線熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃より小さいか、あるい
は１８ｐｐｍ／℃より大きいと、いずれも熱膨張差に起
因する熱応力が大きくなり、外部回路基板Ｂとパッケー
ジＡとの電気的接続状態が悪化することを防止すること
ができない。
【００２９】（ガラスセラミック焼結体）本発明の絶縁
基板を形成するガラスセラミック焼結体は、ガラス成分
とフィラー成分との混合物を成形、焼成して作製された
ものである。そこで以下に本発明のガラスセラミック焼
結体の製造方法について説明する。
基板を形成するガラスセラミック焼結体は、ガラス成分
とフィラー成分との混合物を成形、焼成して作製された
ものである。そこで以下に本発明のガラスセラミック焼
結体の製造方法について説明する。
【００３０】まず、本発明によれば、ガラス成分とし
て、ＢａＯを５〜６０重量％含有するガラスを用いるこ
とが重要である。このＢａＯ含有ガラスは低軟化点であ
り、比較的高い熱膨張係数を有しているために、ガラス
量を少なく、且つ高熱膨張のフィラーを多く添加するこ
とが可能であり、高い熱膨張係数を有する焼結体が容易
に得られる。ＢａＯ量を上記の範囲に限定したのは、５
重量％よりも少ないと、ガラスの低軟化点化が困難とな
るとともに、熱膨張係数が低くなり、高熱膨張のガラス
セラミック焼結体を作製することが難しく、６０重量％
よりも多いとガラス化が困難であり、特性が不安定とな
りやすく、また、耐薬品性が著しく低下するためであ
る。特に、ＢａＯ量は２０〜４０重量％が望ましい。
て、ＢａＯを５〜６０重量％含有するガラスを用いるこ
とが重要である。このＢａＯ含有ガラスは低軟化点であ
り、比較的高い熱膨張係数を有しているために、ガラス
量を少なく、且つ高熱膨張のフィラーを多く添加するこ
とが可能であり、高い熱膨張係数を有する焼結体が容易
に得られる。ＢａＯ量を上記の範囲に限定したのは、５
重量％よりも少ないと、ガラスの低軟化点化が困難とな
るとともに、熱膨張係数が低くなり、高熱膨張のガラス
セラミック焼結体を作製することが難しく、６０重量％
よりも多いとガラス化が困難であり、特性が不安定とな
りやすく、また、耐薬品性が著しく低下するためであ
る。特に、ＢａＯ量は２０〜４０重量％が望ましい。
【００３１】また、このガラス中にはＰｂを実質的に含
まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するた
め、製造工程中での被毒を防止するための格別な装置お
よび管理を必要とするために焼結体を安価に製造するこ
とができないためである。Ｐｂが不純物として不可避的
に混入する場合を考慮すると、Ｐｂ量は０．０５重量％
以下であることが望ましい。
まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するた
め、製造工程中での被毒を防止するための格別な装置お
よび管理を必要とするために焼結体を安価に製造するこ
とができないためである。Ｐｂが不純物として不可避的
に混入する場合を考慮すると、Ｐｂ量は０．０５重量％
以下であることが望ましい。
【００３２】また、ガラスの４０℃〜４００℃における
熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃、特に７〜１３ｐｐｍ
／℃であることが望ましい。これは、熱膨張係数が上記
範囲を逸脱するとフィラーとの熱膨張差が生じ、焼結体
の強度の低下の原因になるためである。
熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃、特に７〜１３ｐｐｍ
／℃であることが望ましい。これは、熱膨張係数が上記
範囲を逸脱するとフィラーとの熱膨張差が生じ、焼結体
の強度の低下の原因になるためである。
【００３３】さらに、上記ＢａＯ含有ガラスの屈伏点は
４００℃〜８００℃、特に４００〜７００℃であること
が望ましい。これは、ガラスおよびフィラーからなる混
合物を成形する場合、有機樹脂等の成形用バインダーを
添加するが、このバインダーを効率的に除去するととも
に、絶縁基体と同時に焼成されるメタライズとの焼成条
件のマッチングを図るために必要であり、屈伏点が４０
０℃より低いとガラスが低い温度で焼結が開始されるた
めに、例えばＡｇ、Ｃｕ等の焼結開始温度が６００〜８
００℃のメタライズとの同時焼成ができず、また成形体
の緻密化が低温で開始するためにバインダーは分解揮散
できなくなりバインダー成分が残留し特性に影響を及ぼ
す結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃より
高いとガラス量を多くしないと焼結しにくくなるため、
高価なガラスを大量に必要とするために焼結体のコスト
を高めることになる。
４００℃〜８００℃、特に４００〜７００℃であること
が望ましい。これは、ガラスおよびフィラーからなる混
合物を成形する場合、有機樹脂等の成形用バインダーを
添加するが、このバインダーを効率的に除去するととも
に、絶縁基体と同時に焼成されるメタライズとの焼成条
件のマッチングを図るために必要であり、屈伏点が４０
０℃より低いとガラスが低い温度で焼結が開始されるた
めに、例えばＡｇ、Ｃｕ等の焼結開始温度が６００〜８
００℃のメタライズとの同時焼成ができず、また成形体
の緻密化が低温で開始するためにバインダーは分解揮散
できなくなりバインダー成分が残留し特性に影響を及ぼ
す結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃より
高いとガラス量を多くしないと焼結しにくくなるため、
高価なガラスを大量に必要とするために焼結体のコスト
を高めることになる。
【００３４】上記の特性を満足するガラスとしては、上
記ＢａＯ以外に、少なくともＳｉＯ2 を２５〜６０重量
％の割合で含み、残部がＢ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｃａ
Ｏ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2 、ＺｎＯの群から選ばれ
る少なくとも１種によって構成される。
記ＢａＯ以外に、少なくともＳｉＯ2 を２５〜６０重量
％の割合で含み、残部がＢ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｃａ
Ｏ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2 、ＺｎＯの群から選ばれ
る少なくとも１種によって構成される。
【００３５】一方、上記ガラスと組み合わせるフィラー
成分としては、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が
６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を少なくとも含有するこ
とが焼結体の高熱膨張化を図る上で重要である。熱膨張
係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含有しないと、
焼結体の熱膨張係数を８．５ｐｐｍ／℃以上に高めるこ
とができないためである。
成分としては、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が
６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を少なくとも含有するこ
とが焼結体の高熱膨張化を図る上で重要である。熱膨張
係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含有しないと、
焼結体の熱膨張係数を８．５ｐｐｍ／℃以上に高めるこ
とができないためである。
【００３６】このような熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上
の金属酸化物としては、クリストバライト（Ｓｉ
Ｏ2 ）、クォーツ（ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（ＳｉＯ
2 ）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、スピ
ネル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ウォラストナイト（Ｃａ
Ｏ・ＳｉＯ2 ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ
・ＳｉＯ2 ）、ネフェリン（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｓ
ｉＯ2 ）、ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ2 ）、メルビナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ2 ）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ2 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、カーネギアイト（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２
ＳｉＯ2 ）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、ホ
ウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ2Ｏ3 ）、セルシアン
（ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２Ｍ
ｇＯ・２ＳｉＯ2 、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）
の群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。こ
れらの中でも、クリストバライト、クオーツ、トリジマ
イトなどのＳｉＯ2 系材料や、フォルステライト、エン
スタタイトの群から選ばれる少なくとも１種が高熱膨張
化を図る上で望ましい。
の金属酸化物としては、クリストバライト（Ｓｉ
Ｏ2 ）、クォーツ（ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（ＳｉＯ
2 ）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、スピ
ネル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ウォラストナイト（Ｃａ
Ｏ・ＳｉＯ2 ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ
・ＳｉＯ2 ）、ネフェリン（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｓ
ｉＯ2 ）、ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ2 ）、メルビナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ2 ）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ2 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）、カーネギアイト（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２
ＳｉＯ2 ）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、ホ
ウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ2Ｏ3 ）、セルシアン
（ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２Ｍ
ｇＯ・２ＳｉＯ2 、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）
の群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。こ
れらの中でも、クリストバライト、クオーツ、トリジマ
イトなどのＳｉＯ2 系材料や、フォルステライト、エン
スタタイトの群から選ばれる少なくとも１種が高熱膨張
化を図る上で望ましい。
【００３７】本発明によれば、上記のガラス粉末とフィ
ラー粉末とを、焼成温度や最終的に得られる焼結体の熱
膨張特性などの目的に応じて適当な比率で混合する。本
発明において用いられる上記ＢａＯ含有ガラスは、フィ
ラー無添加では収縮開始温度は７００℃以下で、８５０
℃以上では溶融してしまい、メタライズ配線層等を配設
することができない。しかし、フィラーを混合すること
により焼成過程において結晶の析出が起こり、フィラー
成分を液相焼結させるための液相を適切な温度で形成さ
せることができる。また、成形体全体の収縮開始温度を
上昇させることができるため、このフィラーの含有量の
調整により用いるメタライズの種類によりメタライズ配
線層との同時焼成条件のマッチングを図ることができ
る。
ラー粉末とを、焼成温度や最終的に得られる焼結体の熱
膨張特性などの目的に応じて適当な比率で混合する。本
発明において用いられる上記ＢａＯ含有ガラスは、フィ
ラー無添加では収縮開始温度は７００℃以下で、８５０
℃以上では溶融してしまい、メタライズ配線層等を配設
することができない。しかし、フィラーを混合すること
により焼成過程において結晶の析出が起こり、フィラー
成分を液相焼結させるための液相を適切な温度で形成さ
せることができる。また、成形体全体の収縮開始温度を
上昇させることができるため、このフィラーの含有量の
調整により用いるメタライズの種類によりメタライズ配
線層との同時焼成条件のマッチングを図ることができ
る。
【００３８】好適には、上記ガラス粉末を２０〜８０体
積％と、フィラー粉末を８０〜２０体積％の割合で混合
した混合物を成形した成形体を焼成してなる焼結体によ
り構成する。このガラスとフィラー成分の量を上記の範
囲に限定したのは、ガラス成分量が２０体積％より少な
い、言い換えればフィラー成分が８０体積％より多いと
液相焼結することが難しく、焼成温度が高くなり、メタ
ライズ配線層との同時焼成時にメタライズ配線層が溶融
してしまう恐れがある。また、ガラスが８０体積％より
多い、言い換えるとフィラー成分が２０体積％より少な
いと焼結体の特性がガラスの特性に大きく依存してしま
い、材料特性の制御が困難となるとともに、焼結開始温
度が低くなるためにメタライズ配線層との同時焼成が難
しくなるという問題が生じる。また、ガラス量が多いた
めに原料のコストも高くなる傾向にある。
積％と、フィラー粉末を８０〜２０体積％の割合で混合
した混合物を成形した成形体を焼成してなる焼結体によ
り構成する。このガラスとフィラー成分の量を上記の範
囲に限定したのは、ガラス成分量が２０体積％より少な
い、言い換えればフィラー成分が８０体積％より多いと
液相焼結することが難しく、焼成温度が高くなり、メタ
ライズ配線層との同時焼成時にメタライズ配線層が溶融
してしまう恐れがある。また、ガラスが８０体積％より
多い、言い換えるとフィラー成分が２０体積％より少な
いと焼結体の特性がガラスの特性に大きく依存してしま
い、材料特性の制御が困難となるとともに、焼結開始温
度が低くなるためにメタライズ配線層との同時焼成が難
しくなるという問題が生じる。また、ガラス量が多いた
めに原料のコストも高くなる傾向にある。
【００３９】また、フィラー成分量は、ＢａＯガラスの
屈伏点に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。
即ち、ガラスの屈伏点が４００℃〜７００℃と低い場
合、低温での焼結性が高まるためフィラーの含有量は４
０〜８０体積％と比較的多く配合できる。これに対し
て、ガラスの屈伏点が７００℃〜８００℃と高い場合、
焼結性が低下するためフィラーの含有量は２０〜５０体
積％と比較的少なく配合することが望ましい。
屈伏点に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。
即ち、ガラスの屈伏点が４００℃〜７００℃と低い場
合、低温での焼結性が高まるためフィラーの含有量は４
０〜８０体積％と比較的多く配合できる。これに対し
て、ガラスの屈伏点が７００℃〜８００℃と高い場合、
焼結性が低下するためフィラーの含有量は２０〜５０体
積％と比較的少なく配合することが望ましい。
【００４０】本発明によれば、上記のフィラー成分中お
よび／またはガラス成分中にＺｒ化合物をＺｒＯ2 換算
で０．１〜３０重量％の割合で含有させることが大きな
特徴であって、このＺｒ化合物がＢａＯ含有ガラス中に
溶融し、ガラスの耐酸化性を高めることができる結果、
焼結体の耐薬品性を向上させることができる。その結
果、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液での処理後の焼結
体の外観の変化やメタライズ強度の劣化が抑制される。
よび／またはガラス成分中にＺｒ化合物をＺｒＯ2 換算
で０．１〜３０重量％の割合で含有させることが大きな
特徴であって、このＺｒ化合物がＢａＯ含有ガラス中に
溶融し、ガラスの耐酸化性を高めることができる結果、
焼結体の耐薬品性を向上させることができる。その結
果、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液での処理後の焼結
体の外観の変化やメタライズ強度の劣化が抑制される。
【００４１】Ｚｒ化合物としては、例えば、ＺｒＯ2 、
ＺｒＳｉＯ4 、ＣａＯ・ＺｒＯ2 、ＺｒＢ2 、ＺｒＰ2
Ｏ7 、ＺｒＢの群から選ばれる少なくとも１種が挙げら
れる。このＺｒ化合物は、化合物粉末としてフィラー成
分中の一成分として混合する。この場合、添加時のＺｒ
化合物、特にＺｒＯ2 のＢＥＴ比表面積によって、焼結
体の耐薬品性が変化する傾向にあり、ＢＥＴ比表面積が
２５ｍ2 ／ｇ以上であることが望ましく、ＢＥＴ比表面
積が２５ｍ2 ／ｇよりも小さいと、耐薬品性の改善効果
が小さくなる傾向にある。また、他の配合形態として
は、ガラス粉末として、ＢａＯ、ＳｉＯ2 以外の成分と
してＺｒＯ2 を含有するガラスを用いてもよい。
ＺｒＳｉＯ4 、ＣａＯ・ＺｒＯ2 、ＺｒＢ2 、ＺｒＰ2
Ｏ7 、ＺｒＢの群から選ばれる少なくとも１種が挙げら
れる。このＺｒ化合物は、化合物粉末としてフィラー成
分中の一成分として混合する。この場合、添加時のＺｒ
化合物、特にＺｒＯ2 のＢＥＴ比表面積によって、焼結
体の耐薬品性が変化する傾向にあり、ＢＥＴ比表面積が
２５ｍ2 ／ｇ以上であることが望ましく、ＢＥＴ比表面
積が２５ｍ2 ／ｇよりも小さいと、耐薬品性の改善効果
が小さくなる傾向にある。また、他の配合形態として
は、ガラス粉末として、ＢａＯ、ＳｉＯ2 以外の成分と
してＺｒＯ2 を含有するガラスを用いてもよい。
【００４２】なお、Ｚｒ化合物およびＣｒ化合物量を上
記の範囲に限定したのは、０．１重量％よりも少ない
と、耐薬品性の改善効果が低く、３０重量％よりも多い
と、熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃よりも低くなるため
である。特に、Ｚｒ化合物はＺｒＯ2 換算で０．２〜１
０重量％が望ましい。
記の範囲に限定したのは、０．１重量％よりも少ない
と、耐薬品性の改善効果が低く、３０重量％よりも多い
と、熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃よりも低くなるため
である。特に、Ｚｒ化合物はＺｒＯ2 換算で０．２〜１
０重量％が望ましい。
【００４３】その他に、着色成分として、酸化クロム、
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケルの群から選
ばれる少なくとも１種を配合してもよい。
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケルの群から選
ばれる少なくとも１種を配合してもよい。
【００４４】上記のように調合されたガラス粉末とフィ
ラー粉末との混合物に、適当な成形の有機樹脂バインダ
ーを添加した後、所望の成形手段、例えば、ドクターブ
レード、圧延法、金型プレス等によりシート状に任意の
形状に成形後、焼成する。
ラー粉末との混合物に、適当な成形の有機樹脂バインダ
ーを添加した後、所望の成形手段、例えば、ドクターブ
レード、圧延法、金型プレス等によりシート状に任意の
形状に成形後、焼成する。
【００４５】なお、配線基板を作製する場合には、シー
ト状成形体に対して、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕの
うちの１種以上からなる金属粉末に有機バインダー、可
塑剤、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを前記グリ
ーンシートに周知のスクリーン印刷法により所定パター
ンに印刷塗布する。また、場合によっては、前記グリー
ンシートに適当な打ち抜き加工してスルーホールを形成
し、このホール内にもメタライズペーストを充填する。
そしてこれらのグリーンシートを複数枚積層圧着した
後、以下の方法で焼成する。
ト状成形体に対して、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕの
うちの１種以上からなる金属粉末に有機バインダー、可
塑剤、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを前記グリ
ーンシートに周知のスクリーン印刷法により所定パター
ンに印刷塗布する。また、場合によっては、前記グリー
ンシートに適当な打ち抜き加工してスルーホールを形成
し、このホール内にもメタライズペーストを充填する。
そしてこれらのグリーンシートを複数枚積層圧着した
後、以下の方法で焼成する。
【００４６】焼成にあたっては、まず、成形のために配
合したバインダー成分を除去する。バインダーの除去
は、７００℃前後の大気雰囲気中で行われるが、配線導
体としてＣｕを用いる場合には、１００〜７００℃の水
蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。この時、成形
体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であることが
望ましく、かかる収縮開始温度がこれより低いとバイン
ダーの除去が困難となるため、成形体中のガラスの特
性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要と
なる。
合したバインダー成分を除去する。バインダーの除去
は、７００℃前後の大気雰囲気中で行われるが、配線導
体としてＣｕを用いる場合には、１００〜７００℃の水
蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。この時、成形
体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であることが
望ましく、かかる収縮開始温度がこれより低いとバイン
ダーの除去が困難となるため、成形体中のガラスの特
性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要と
なる。
【００４７】焼成は、８５０℃〜１１００℃の酸化性雰
囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで緻
密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻
密化することができず、１１００℃を越えるとメタライ
ズ配線層との同時焼成が難しくなる。但し、配線導体と
してＣｕを用いる場合には、８５０〜１０５０℃の非酸
化性雰囲気中で行われる。
囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで緻
密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻
密化することができず、１１００℃を越えるとメタライ
ズ配線層との同時焼成が難しくなる。但し、配線導体と
してＣｕを用いる場合には、８５０〜１０５０℃の非酸
化性雰囲気中で行われる。
【００４８】このようにして作製されたガラスセラミッ
ク焼結体中には、ＢａＯ含有ガラス相と、フィラー相、
あるいは、ガラスとフィラーとの反応により生成した結
晶相やフィラー成分が分解して生成した結晶相等が存在
する場合もある。析出する結晶相としては、焼結体全体
の熱膨張係数を高める上で、少なくとも４０〜４００℃
における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物の結晶
相が析出することが望ましい。４０〜４００℃における
熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物の結晶相として
は、前述したような４０〜４００℃における熱膨張係数
が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物の結晶相が挙げられる。
ク焼結体中には、ＢａＯ含有ガラス相と、フィラー相、
あるいは、ガラスとフィラーとの反応により生成した結
晶相やフィラー成分が分解して生成した結晶相等が存在
する場合もある。析出する結晶相としては、焼結体全体
の熱膨張係数を高める上で、少なくとも４０〜４００℃
における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物の結晶
相が析出することが望ましい。４０〜４００℃における
熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物の結晶相として
は、前述したような４０〜４００℃における熱膨張係数
が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物の結晶相が挙げられる。
【００４９】なお、Ｚｒ化合物は、ガラス相中、および
／またはＺｒ化合物相として焼結体中に存在するが、少
なくともＢａＯ含有ガラス相中に一部あるいは全部が溶
融していることが望ましい。
／またはＺｒ化合物相として焼結体中に存在するが、少
なくともＢａＯ含有ガラス相中に一部あるいは全部が溶
融していることが望ましい。
【００５０】また、本発明のガラスセラミック焼結体
は、上記のように、ＢａＯ含有ガラスと、高熱膨張を有
する金属酸化物からなるフィラーによって、４０℃〜４
００℃における線熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃
の高熱膨張特性を有することから、かかる焼結体をパッ
ケージなどの配線基板の絶縁基板として用いた場合、有
機樹脂を含有する絶縁材料を有するプリント基板などの
外部回路基板に対して、配線基板を接続端子を介して実
装した場合においても、熱膨張特性を近似させることが
できることから長期信頼性にわたり安定した実装状態を
維持することができる。
は、上記のように、ＢａＯ含有ガラスと、高熱膨張を有
する金属酸化物からなるフィラーによって、４０℃〜４
００℃における線熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃
の高熱膨張特性を有することから、かかる焼結体をパッ
ケージなどの配線基板の絶縁基板として用いた場合、有
機樹脂を含有する絶縁材料を有するプリント基板などの
外部回路基板に対して、配線基板を接続端子を介して実
装した場合においても、熱膨張特性を近似させることが
できることから長期信頼性にわたり安定した実装状態を
維持することができる。
【００５１】
【実施例】実施例１ ＢａＯ含有ガラスとして表１に示すガラス粉末を準備し
た。なお、表中の熱膨張係数は、４０〜４００℃におけ
る熱膨張係数を示す。
た。なお、表中の熱膨張係数は、４０〜４００℃におけ
る熱膨張係数を示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】このガラスに対して表２〜４に示すように
フィラー成分として、平均粒径が５μｍのクオーツ粉末
と、平均粒径が１μｍのクオーツ粉末とを重量比で８：
２の比率で混合したもの（ＳｉＯ2 、熱膨張係数１５ｐ
ｐｍ／℃）、耐薬品性改善剤としてＢＥＴ比表面積が１
８０ｃｍ2 ／ｇのＺｒＯ2 粉末と、着色剤としてＣｒ2
Ｏ3 を用いて表２〜４に示す調合組成になるように秤量
混合した。この混合物を粉砕後、有機バインダー、有機
溶剤を添加して十分に混合した後、ドクターブレード法
によりテープ化し、積層した後、所望の形状の成形体を
作製し、この成形体を７００℃のＮ2 ＋Ｈ2 Ｏ中で脱バ
インダ処理した後、窒素雰囲気中で表２〜４の温度で焼
成してガラスセラミック焼結体を作製した。
フィラー成分として、平均粒径が５μｍのクオーツ粉末
と、平均粒径が１μｍのクオーツ粉末とを重量比で８：
２の比率で混合したもの（ＳｉＯ2 、熱膨張係数１５ｐ
ｐｍ／℃）、耐薬品性改善剤としてＢＥＴ比表面積が１
８０ｃｍ2 ／ｇのＺｒＯ2 粉末と、着色剤としてＣｒ2
Ｏ3 を用いて表２〜４に示す調合組成になるように秤量
混合した。この混合物を粉砕後、有機バインダー、有機
溶剤を添加して十分に混合した後、ドクターブレード法
によりテープ化し、積層した後、所望の形状の成形体を
作製し、この成形体を７００℃のＮ2 ＋Ｈ2 Ｏ中で脱バ
インダ処理した後、窒素雰囲気中で表２〜４の温度で焼
成してガラスセラミック焼結体を作製した。
【００５４】また、テープ表面に焼成後に２ｍｍ角にな
るようにタングステンによるメタライズパターンを形成
したサンプルを作製し上記と同様の条件で焼成した後、
Ｎｉ−Ａｕのメッキを施した。
るようにタングステンによるメタライズパターンを形成
したサンプルを作製し上記と同様の条件で焼成した後、
Ｎｉ−Ａｕのメッキを施した。
【００５５】次に、上記のようにして得られた焼結体に
対して４０〜４００℃の熱膨張係数を測定し表２〜４に
示した。また、表面積が５ｃｍ2 の焼結体を切り出し、
それを１０ｇのＮＨ4 Ｆ・ＨＦを１リットルの水に溶解
させた常温のフッ酸溶液に９０秒浸漬した後の重量減少
量（ｍｇ）を測定した。また同時に、ＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）による表面状態の観察、目視による色調、お
よびフッ酸処理後の色調の変化を評価した。なお、ＳＥ
Ｍ観察においては、ガラス成分が著しく欠除しているも
のをＮＧ、処理前後での表面状態がほとんど変わらない
ものをＯＫとした。
対して４０〜４００℃の熱膨張係数を測定し表２〜４に
示した。また、表面積が５ｃｍ2 の焼結体を切り出し、
それを１０ｇのＮＨ4 Ｆ・ＨＦを１リットルの水に溶解
させた常温のフッ酸溶液に９０秒浸漬した後の重量減少
量（ｍｇ）を測定した。また同時に、ＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）による表面状態の観察、目視による色調、お
よびフッ酸処理後の色調の変化を評価した。なお、ＳＥ
Ｍ観察においては、ガラス成分が著しく欠除しているも
のをＮＧ、処理前後での表面状態がほとんど変わらない
ものをＯＫとした。
【００５６】また、焼結体の表面に形成したメタライズ
パターンの密着強度を測定した。測定は、焼成後の形状
が２ｍｍ角、厚さ１５ｍｍとなるメタライズパターン
に、厚さ１ｍｍのＮｉメッキを行い、その上に厚さ１ｍ
ｍのＡｕメッキを施した後、直径０．８ｍｍの錫メッキ
銅線を該メッキ被覆層上に基板と平行に半田付けし、該
錫メッキ銅線を基板に対して垂直方向に曲げ、該錫メッ
キ銅線を１０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で垂直方向に引張
り、錫メッキ銅線がはずれた時の荷重をメタライズの接
着強度として評価した。
パターンの密着強度を測定した。測定は、焼成後の形状
が２ｍｍ角、厚さ１５ｍｍとなるメタライズパターン
に、厚さ１ｍｍのＮｉメッキを行い、その上に厚さ１ｍ
ｍのＡｕメッキを施した後、直径０．８ｍｍの錫メッキ
銅線を該メッキ被覆層上に基板と平行に半田付けし、該
錫メッキ銅線を基板に対して垂直方向に曲げ、該錫メッ
キ銅線を１０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で垂直方向に引張
り、錫メッキ銅線がはずれた時の荷重をメタライズの接
着強度として評価した。
【００５７】さらに、上記ガラスセラミック焼結体を絶
縁基板とし、メタライズ配線層を銅メタライズ層によっ
て同時焼成して形成して、図１に示すようなＢＧＡ型半
導体素子収納用パッケージを作製した。そして、ガラス
エポキシ系複合材料を絶縁基板とする外部回路基板の表
面に形成された銅からなる配線導体に、半田を用いて実
装した。その後、この実装したものを−４０〜１２５℃
の熱サイクル試験を行い、１００サイクル毎のパッケー
ジのメタライズ配線層と外部回路基板の配線導体間の抵
抗を測定し、抵抗に変化が生じた時の熱サイクル数を表
２〜４に示した。
縁基板とし、メタライズ配線層を銅メタライズ層によっ
て同時焼成して形成して、図１に示すようなＢＧＡ型半
導体素子収納用パッケージを作製した。そして、ガラス
エポキシ系複合材料を絶縁基板とする外部回路基板の表
面に形成された銅からなる配線導体に、半田を用いて実
装した。その後、この実装したものを−４０〜１２５℃
の熱サイクル試験を行い、１００サイクル毎のパッケー
ジのメタライズ配線層と外部回路基板の配線導体間の抵
抗を測定し、抵抗に変化が生じた時の熱サイクル数を表
２〜４に示した。
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
【表４】
【００６１】表２乃至表４より明らかなように、Ｚｒ化
合物含有量が０．１重量％より少ない試料Ｎo.１〜６、
２９〜３４ではいずれもフッ酸処理後に大きな重量減少
が認められ、ＳＥＭ観察でも表面状態が大きく変化して
いる。また、目視による観察でも緑色を呈する焼結体に
おいては明らかな色調の変化が認められた。メタライズ
強度についてもメタライズ層と磁器を機械的に結合させ
ていたガラス成分が失われたことで２ｋｇ／２ｍｍ2 よ
り低いものであった。
合物含有量が０．１重量％より少ない試料Ｎo.１〜６、
２９〜３４ではいずれもフッ酸処理後に大きな重量減少
が認められ、ＳＥＭ観察でも表面状態が大きく変化して
いる。また、目視による観察でも緑色を呈する焼結体に
おいては明らかな色調の変化が認められた。メタライズ
強度についてもメタライズ層と磁器を機械的に結合させ
ていたガラス成分が失われたことで２ｋｇ／２ｍｍ2 よ
り低いものであった。
【００６２】これに対してＺｒ化合物が０．１〜３０重
量％の本発明試料は、Ｚｒ化合物無添加の試料Ｎo.１〜
６、２９〜３４に比較してフッ酸処理後の重量変化がほ
とんど認められず、ＳＥＭ観察および目視による観察で
も処理前後での変化が認められなかった。また、メタラ
イズ強度も１．８ｋｇｆ／２ｍｍ2 以上を示し、十分実
用に耐えうることがわかる。
量％の本発明試料は、Ｚｒ化合物無添加の試料Ｎo.１〜
６、２９〜３４に比較してフッ酸処理後の重量変化がほ
とんど認められず、ＳＥＭ観察および目視による観察で
も処理前後での変化が認められなかった。また、メタラ
イズ強度も１．８ｋｇｆ／２ｍｍ2 以上を示し、十分実
用に耐えうることがわかる。
【００６３】また、ＺｒＯ2 の添加量を０．１〜３０重
量％の範囲内で変更することにより、焼結体の熱膨張係
数を調整することが可能であった。但し、Ｚｒ化合物が
３０重量％よりも多い試料Ｎo.１７、２８、４５、５６
では、いずれも焼結体の熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃
よりも低く熱サイクル試験において、本発明品よりも劣
るものであった。
量％の範囲内で変更することにより、焼結体の熱膨張係
数を調整することが可能であった。但し、Ｚｒ化合物が
３０重量％よりも多い試料Ｎo.１７、２８、４５、５６
では、いずれも焼結体の熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃
よりも低く熱サイクル試験において、本発明品よりも劣
るものであった。
【００６４】また、フィラーとしてのＺｒＯ2 に代え
て、ガラス中にＺｒＯ2 を含有するガラスを用いた試
料Ｎo.５７〜６２においても、耐薬品性の効果が認めら
れた。この結果から、ＺｒＯ2 は、フイラーまたはガラ
スにあらかじめ含有させても耐薬品性の向上に効果があ
ることがわかる。
て、ガラス中にＺｒＯ2 を含有するガラスを用いた試
料Ｎo.５７〜６２においても、耐薬品性の効果が認めら
れた。この結果から、ＺｒＯ2 は、フイラーまたはガラ
スにあらかじめ含有させても耐薬品性の向上に効果があ
ることがわかる。
【００６５】さらに、ガラスとしてＢａＯ量が５重量％
よりも少ないガラスを用いた試料Ｎo.６３〜６５で
は、得られた焼結体の熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃よ
りも低く、熱サイクル試験において、十分な特性が得ら
れなかった。
よりも少ないガラスを用いた試料Ｎo.６３〜６５で
は、得られた焼結体の熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃よ
りも低く、熱サイクル試験において、十分な特性が得ら
れなかった。
【００６６】実施例２ 実施例１で用いたＺｒＯ2 粉末について、ＢＥＴ比表面
積が異なる複数種を用いて、それを表５に示す比率で実
施例１と同様にして混合、成形、焼成してガラスセラミ
ック焼結体を得た。そして、実施例１と同様の方法で評
価を行った。結果は、表５に示した。
積が異なる複数種を用いて、それを表５に示す比率で実
施例１と同様にして混合、成形、焼成してガラスセラミ
ック焼結体を得た。そして、実施例１と同様の方法で評
価を行った。結果は、表５に示した。
【００６７】
【表５】
【００６８】表５の結果から、ＺｒＯ2 およびＣｒ2 Ｏ
3 粉末のＢＥＴ比表面積が２５ｍ2／ｇ以上では、フッ
酸処理後の重量変化がほとんどなく、ＳＥＭおよび目視
による観察でもフッ酸処理前後で変化は認められない
が、ＢＥＴ比表面積が小さくなるに従って、フッ酸処理
による重量減少や色調の変化、メタライズ強度の劣化が
認められ、これらの粉末は、ＢＥＴ比表面積が２５ｍ2
／ｇ以上であることが望ましいことがわかった。
3 粉末のＢＥＴ比表面積が２５ｍ2／ｇ以上では、フッ
酸処理後の重量変化がほとんどなく、ＳＥＭおよび目視
による観察でもフッ酸処理前後で変化は認められない
が、ＢＥＴ比表面積が小さくなるに従って、フッ酸処理
による重量減少や色調の変化、メタライズ強度の劣化が
認められ、これらの粉末は、ＢＥＴ比表面積が２５ｍ2
／ｇ以上であることが望ましいことがわかった。
【００６９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の配線基板
によれば、ＢａＯを５〜６０重量％含有するガラスとフ
ィラーとからなるガラスセラミック焼結体中に、Ｚｒ化
合物を所定の割合で含有させることにより、焼結体の耐
薬品性を改善することができるとともに、Ｚｒ化合物量
を変化させることにより、熱膨張係数を８．５〜１８ｐ
ｐｍ／℃の範囲で容易に制御することができるととも
に、かかる焼結体を絶縁基板とする半導体素子収納用パ
ッケージなどの配線基板をガラス−エポキシ基板などの
プリント基板からなる外部回路基板に対して実装した場
合、配線基板と外部回路基板との接続信頼性を高め、長
期間にわたり正確に、且つ強固に電気的接続させること
が可能となる。
によれば、ＢａＯを５〜６０重量％含有するガラスとフ
ィラーとからなるガラスセラミック焼結体中に、Ｚｒ化
合物を所定の割合で含有させることにより、焼結体の耐
薬品性を改善することができるとともに、Ｚｒ化合物量
を変化させることにより、熱膨張係数を８．５〜１８ｐ
ｐｍ／℃の範囲で容易に制御することができるととも
に、かかる焼結体を絶縁基板とする半導体素子収納用パ
ッケージなどの配線基板をガラス−エポキシ基板などの
プリント基板からなる外部回路基板に対して実装した場
合、配線基板と外部回路基板との接続信頼性を高め、長
期間にわたり正確に、且つ強固に電気的接続させること
が可能となる。
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの実装構
造を説明するための概略断面図である。
造を説明するための概略断面図である。
Ａ 半導体素子収納用パッケージ Ｂ 外部回路基板 １ 絶縁基板 ２ 蓋体 ３ メタライズ配線層 ４ 接続端子 ５ 半導体素子 ６ キャビティ ７ 絶縁体 ８ 配線導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古久保 洋二 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 中尾 吉宏 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4G062 AA09 AA11 AA15 BB01 CC01 DA05 DA06 DB03 DB04 DC03 DD01 DE01 DF01 EA01 EB01 EC01 ED01 ED02 ED03 EE03 EE04 EF01 EF02 EF03 EF04 EG03 EG04 EG05 EG06 FA01 FA10 FB01 FB02 FB03 FC01 FC02 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM28 NN30 NN34 PP01 PP02 PP05 PP06 PP09
Claims (6)
- 【請求項１】ＢａＯを５〜６０重量％含有するガラス
と、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６ｐｐｍ
／℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとからなり、
前記ガラスおよび／またはフィラー中にＺｒ化合物をＺ
ｒＯ2 換算で０．１〜３０重量％の割合で含有するとと
もに、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が８．５
〜１８ｐｐｍ／℃であることを特徴とする高熱膨張ガラ
スセラミック焼結体。 - 【請求項２】ＢａＯを５〜６０重量％含有するガラス成
分と、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６ｐｐ
ｍ／℃以上の金属酸化物粉末を含有するフィラー成分と
からなり、前記ガラス成分および／またはフィラー成分
中にＺｒ化合物をＺｒＯ2 換算で０．１〜３０重量％の
割合で含有する混合物を成形後、８００〜１１００℃の
温度で焼成することを特徴とする高熱膨張ガラスセラミ
ック焼結体の製造方法。 - 【請求項３】絶縁基板の表面あるいは内部に、メタライ
ズ配線層が配設された配線基板において、前記絶縁基板
が、請求項１記載の高熱膨張ガラスセラミック焼結体か
らなることを特徴とする配線基板。 - 【請求項４】前記絶縁基板の表面において、半導体素子
が気密に封止され、且つ該絶縁基板の裏面に、前記半導
体素子と電気的接続された接続端子を具備することを特
徴とする請求項３記載の配線基板。 - 【請求項５】請求項１記載の高熱膨張ガラスセラミック
焼結体からなる絶縁基板の表面あるいは内部にメタライ
ズ配線層が配設され、前記絶縁基板の表面において半導
体素子が気密に封止され、且つ前記絶縁基板の裏面に、
前記半導体素子と電気的接続された接続端子を具備する
配線基板を少なくとも有機樹脂を含む絶縁体の表面に配
線導体が被着形成された外部回路基板上に載置し、該配
線基板の接続端子を前記配線導体にロウ付け接合し実装
してなることを特徴とする配線基板の実装構造。 - 【請求項６】前記接続端子が、ボール状端子からなるこ
とを特徴とする請求項５記載の配線基板の実装構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02442499A JP3830296B2 (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 高熱膨張ガラスセラミック焼結体の製造方法 |
| US09/495,567 US6348427B1 (en) | 1999-02-01 | 2000-02-01 | High-thermal-expansion glass ceramic sintered product |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02442499A JP3830296B2 (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 高熱膨張ガラスセラミック焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000223619A true JP2000223619A (ja) | 2000-08-11 |
| JP3830296B2 JP3830296B2 (ja) | 2006-10-04 |
Family
ID=12137782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02442499A Expired - Fee Related JP3830296B2 (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 高熱膨張ガラスセラミック焼結体の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3830296B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004523128A (ja) * | 2001-06-11 | 2004-07-29 | ザイリンクス インコーポレイテッド | 最小限の熱の不整合で熱除去を実現する高性能フリップチップパッケージ |
-
1999
- 1999-02-01 JP JP02442499A patent/JP3830296B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004523128A (ja) * | 2001-06-11 | 2004-07-29 | ザイリンクス インコーポレイテッド | 最小限の熱の不整合で熱除去を実現する高性能フリップチップパッケージ |
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