JP2004168557A

JP2004168557A - Glass ceramic composition, glass ceramic sintered compact, its manufacturing process, wiring board using the same and its mounted structure

Info

Publication number: JP2004168557A
Application number: JP2002332790A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kawai; 信也川井; Toshifumi Azuma; 登志文東
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring board showing a high reliability in mounting wherein a wiring layer containing a low-resistance metal which can be baked at ≤1,050°C is formed through simultaneous baking with the wiring board. <P>SOLUTION: The wiring board is equipped with an insulated substrate and the wiring layer. A glass ceramic sintered compact having a thermal expansion coefficient of ≤4.5×10<SP>-6</SP>/°C at 40-400°C, a dielectric constant of ≤7 and a Young's modulus of ≤150 GPa and containing at least 20 mass % cordierite as a crystal phase is used for the insulated substrate. The sintered compact is obtained by mixing and molding, by mass, 64.5-98.5% glass powder containing at least 30-55% SiO<SB>2</SB>, 15-40% Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 3-25% MgO, 2-15% ZnO and 2-15% B<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, with 0.5-20% cordierite powder and 1-35% at least one filler powder chosen from the group consisting of mullite, anorthite, slawsonite, celsian and quartz glass and baking this mixture in an atmospheric or nitrogen atmosphere at ≤1,050°C. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子収納用パッケージ、多層配線基板等に適用される配線基板等に最適なガラスセラミック組成物およびガラスセラミック焼結体とその製造方法に関するものであり、また、これを絶縁基板として用いた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】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発達し、それに伴い、半導体素子等の高速化、大型化が図られ、配線層においても、信号の伝送損失を低減する上で配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化が求められている。そこで、１０００℃以下での焼成によって緻密化でき、銅、銀または金等の低抵抗金属を主成分とする配線層との同時焼成が可能で、かつ誘電率の低いガラスセラミックスを絶縁層とする配線基板が提案されている。
【０００３】
特に、シリコンを主体とする半導体素子に関して、素子の高速化に伴い、近年機械的強度が低下する傾向が見られている。そこで、半導体素子を半導体素子収納用パッケージ上に実装（以下一次実装と称す）した場合、素子とパッケージ間の熱膨張係数のミスマッチにより発生する熱応力により、半導体素子が破壊してしまうといった問題が懸念されている。さらに、素子が大型化すると熱応力がそれに伴い大きくなるため、素子が破壊する危険性が増大する。
【０００４】
そのため、一次実装に関わる熱応力を低減するために、パッケージの熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数（２〜４ｐｐｍ／℃：４０−４００℃）に合わせることが求められている。
【０００５】
例えば、特公平４−５８１９８公報では、ムライト、石英ガラス、ほう珪酸ガラスからなるガラスセラミック焼結体を絶縁材料とすることで、低熱膨張係数の多層セラミック回路基板が得られることが記載されている。
【０００６】
例えば、特開平５−２５４９２３公報では、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３からなる硼珪酸ガラスとアルミナ、コージェライト、石英ガラスとを組み合わせることにより、低抵抗配線が可能な低熱膨張係数のセラミック基板が得られることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特公平４−５８１９８号公報
【特許文献２】
特開平５−２５４９２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のガラスセラミック焼結体は、低い熱膨張係数を実現していることによって一次実装の信頼性を向上できるが、逆に、熱膨張係数が１５〜２０×１０^−６／℃程度と非常に大きいプリント配線基板で構成されるマザーボード上に実装（以下、二次実装と称す。）する際には、熱膨張係数のミスマッチが非常に大きくなるため、二次実装信頼性を確保することが困難となる問題があった。
【０００９】
従って、本発明は、銀、銅、金等の低抵抗金属との同時焼成が可能であり、低い熱膨張係数、低い誘電率を有しつつ低ヤング率の焼結体を形成するガラスセラミック組成物、およびガラスセラミック焼結体とその製造方法、かかる焼結体を用い、一次実装信頼性とともに、高い二次実装信頼性を確保できる配線基板とその実装構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に対して検討した結果、少なくともＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３を所定の比率で含むガラス粉末に対して、フィラーとしてコーディエライトと、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種を所定の比率で添加し、混合し、成形後、１０５０℃以下で焼成し、所定の結晶相を析出または分散させることによって、低熱膨張率化、低誘電率化とともに、低ヤング率化を同時に達成できること、また低熱膨張係数、低誘電率とともに低ヤング率を有する焼結体を絶縁基板とする配線基板が、一次実装信頼性とともに、二次実装信頼性を高めることができることを見出し、本発明に至った。
【００１１】
すなわち、本発明のガラスセラミック組成物は、少なくとも、ＳｉＯ_２３０〜５５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜４０質量％、ＭｇＯ３〜２５質量％、ＺｎＯ２〜１５質量％、Ｂ_２Ｏ_３２〜１５質量％、を含有するガラス粉末６４．５〜９８．５質量％と、コーディエライト粉末０．５〜２０質量％、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種のフィラー粉末１〜３５質量％とを含有することを特徴とするものである。
【００１２】
なお、前記ガラス粉末は、１０５０℃以下の熱処理を行うことにより、少なくともコーディエライトを結晶相として析出することが望ましく、さらにコーディエライトとともに、ガーナイト、スピネル、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種を結晶相として析出することによって、低熱膨張化、低誘電率化、低ヤング率化を図ることができる。また、かかる組成物は、ＰｂＯおよびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）の含有量がそれぞれ０．１質量％以下に抑制されていることが耐環境付加、耐薬品性を向上させる上で望ましい。
【００１３】
また、本発明のガラスセラミック焼結体は、少なくともコーディエライトを結晶相として２０質量％以上含有し、４０〜４００℃における熱膨張係数が４．５×１０^−６／℃以下、誘電率が７以下、ヤング率が１５０ＧＰａ以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、かかる焼結体は、結晶相として、コーディエライト結晶相以外に、さらに、ガーナイト、スピネル、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアンの群から選ばれる少なくとも１種を含有することが望ましく、さらに、抗折強度が１５０ＭＰａ以上であることが望ましく、さらに、ＰｂＯおよびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）の含有量がそれぞれ０．１重量％以下であることが望ましいものである。
【００１５】
また、かかるガラスセラミック焼結体の製造方法は、少なくとも、ＳｉＯ_２３０〜５５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜４０質量％、ＭｇＯ３〜２５質量％、ＺｎＯ２〜１５質量％、Ｂ_２Ｏ_３２〜１５質量％を含有するガラス粉末６４．５〜９８．５質量％と、コーディエライト粉末０．５〜２０質量％と、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種のフィラー粉末１〜３５質量％とを混合、成形し、大気中あるいは窒素雰囲気中で１０５０℃以下の温度にて焼成することを特徴とするものである。
【００１６】
ここで、前記ガラス粉末から熱処理により析出するコーディエライトの量をＸ質量％、前記コーディエライト粉末の量をＹ質量％とし、さらに、焼結体中に含まれるコーディエライトの量をＺ質量％とした際に、Ｚ＞Ｘ＋Ｙの関係が成り立つことが望ましい。
【００１７】
また、本発明の配線基板は、絶縁基板の表面および／または内部に、低抵抗金属を含有する配線層を配設してなり、前記絶縁基板が、上記の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、かかる配線基板には、凹部を形成し、その凹部内にＳｉを主体とする半導体素子を載置してなることが望ましい。
【００１８】
また、上記の配線基板を、有機樹脂を含有する絶縁基板を具備するプリント配線基板の表面に実装することによって、一次実装信頼性および二次実装信頼性に優れた実装構造を提供できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のガラスセラミック組成物は、構成成分として、少なくとも、ＳｉＯ_２３０〜５５質量％、特に３５〜５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜４０質量％、特に２０〜３５質量％、ＭｇＯ３〜２５質量％、特に５〜２０質量％、ＺｎＯ２〜１５質量％、特に４〜１２質量％、Ｂ_２Ｏ_３２〜１５質量％、特に４〜１２質量％を含有するガラス粉末６４．５〜９８．５質量％、特に７０〜９６質量％、最適には７５〜９３質量％と、コーディエライト粉末０．５〜２０質量％、特に１〜１８質量％、最適には２〜１５質量％と、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種のフィラー粉末１〜３５質量％、特に３〜３０質量％、最適には５〜２５質量％とを含有することを特徴とするものである。
【００２０】
ここで、上記ガラス粉末は、該組成物を銅、あるいは銀、金といった低抵抗導体と同時焼成可能な温度である１０５０℃以下の低温で焼結させるために必要であり、ガラス粉末の軟化流動により該組成物を低温で焼結可能とせしめるものである。ガラス粉末の量が、前記範囲よりも少ない場合には、該組成物を１０５０℃以下で焼結させることが困難となり、逆に前記範囲よりも多い場合には、該組成物を焼成した場合に、その原型を保つことが困難となる。
【００２１】
さらに、ＳｉＯ_２はガラスのネットワークフォーマーであり、かつコーディエライト、ムライト等のＳｉＯ_２を構成成分として含有する結晶相、特にコーディエライトをガラスから析出せしめるための必須成分である。ＳｉＯ_２が前記範囲よりも少ない場合には、前記結晶相の析出量が不十分となり、前記ガラスセラミック焼結体の特性を望ましい範囲内とすることが困難となり、逆に前記範囲よりも多い場合には、ガラスの軟化温度が上昇し１０５０℃以下の低温焼成が困難となる。
【００２２】
また、Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスのヤング率や耐薬品性を向上させる成分であると同時に、コーディエライト、ガーナイト、スピネル、ムライト等のＡｌ_２Ｏ_３を構成成分として含有する結晶相、特にコーディエライトをガラスから析出せしめるための必須成分である。Ａｌ_２Ｏ_３が前記範囲よりも少ない場合には、前記結晶相の析出量が不十分となり、前記ガラスセラミック焼結体の特性を望ましい範囲内とすることが困難となり、逆に前記範囲よりも多い場合には、ガラスの軟化温度が上昇し１０５０℃以下の低温焼成が困難となると同時に、前記ガラスセラミック焼結体のヤング率が上昇し、高い二次実装信頼性を確保することが困難となる。
【００２３】
また、ＭｇＯは、コーディエライト、スピネル等のＭｇＯを構成成分として含有する結晶相、特にコーディエライトをガラスから析出せしめるための必須成分である。ＭｇＯが前記範囲よりも少ない場合には、前記結晶相の析出量が不十分となり、前記ガラスセラミック焼結体の特性を望ましい範囲内とすることが困難となり、逆に前記範囲よりも多い場合には、前記ガラスセラミック焼結体のヤング率が上昇し、高い二次実装信頼性を確保することが困難となる。
【００２４】
また、ＺｎＯは、ガラスの軟化温度を低下せしめると同時にガーナイト等のＺｎＯを構成成分として含有する結晶相をガラスから析出せしめるための必須成分である。ＺｎＯが前記範囲よりも少ない場合には、前記結晶相の析出量が不十分となり、前記ガラスセラミック焼結体の特性を望ましい範囲内とすることが困難となり、逆に前記範囲よりも多い場合には、ガラスの軟化温度が低下し前記ガラスセラミック焼結体の原型を保つことが困難となると同時に、前記ガラスセラミック焼結体の耐薬品性が著しく低下する。
【００２５】
さらに、Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスのネットワークフォーマーであると同時に、軟化温度、溶解温度を低下せしめる働きがあり、Ｂ_２Ｏ_３が前記範囲よりも少ないと、ガラスの溶解温度が上昇しすぎて、工業的に安価に製造することが困難となると同時にガラスの軟化温度が上昇し１０５０℃以下の低温焼成が困難となる。逆に前記範囲よりも多い場合には、ガラスの軟化温度が低下し前記ガラスセラミック焼結体の原型を保つことが困難となると同時に、前記ガラスセラミック焼結体の耐薬品性が著しく低下する。
【００２６】
なお、前記ガラス粉末中には、本発明を逸脱しない範囲で、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、希土類酸化物等の他の成分を１０質量％以下、特に７質量％以下、さらには５質量％以下の範囲で含有してもよく、これにより、前記ガラスセラミック焼結体の焼結性や特性を微調整することが可能となる。
【００２７】
但し、ＰｂＯおよびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）は、環境への負荷が大きく、また耐薬品性や絶縁性が低下することから、これらの成分量は、全量中、それぞれ０．１質量％以下に抑制されていることが望ましい。
【００２８】
さらに、本発明においては、前記ガラス粉末が、１０５０℃以下の熱処理を行うことにより少なくともコーディエライトを結晶相として析出することが、前記ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数、誘電率、ヤング率を低下せしめることが可能となるため望ましい。さらには、コーディエライト結晶相を粉末としてではなくガラス中から析出せしめることにより、焼結性を向上させる効果もあるため、前記ガラスセラミック焼結体のヤング率を低下させつつも、抗折強度を向上せしめることが可能となる。
【００２９】
また、本発明においては、ガラス粉末からガーナイト、スピネル、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種を結晶相として析出することが、特に前記ガラスセラミック焼結体の抗折強度を向上させるために望ましい。
【００３０】
一方、フィラーとしてコーディエライト粉末を必須成分とするものであるが、フィラーとしてのコーディエライト粉末は、該組成物を焼成してなるガラスセラミック焼結体の熱膨張係数と誘電率を同時に低下させる効果があり、さらには、前記組成を有するガラス粉末と混合、焼成することにより、該コーディエライト粉末を核として前記ガラス粉末からより多くのコーディエライト結晶相を析出させ、前記ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数、誘電率をさらに低下せしめることが可能となるため、微量の添加にて熱膨張係数、誘電率を低下させることができる。該コーディエライト粉末の量が前記範囲よりも少ない場合には、前記ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数、誘電率を望ましい値にまで低下させることが困難となり、逆に前記範囲よりも多い場合には、コーディエライト粉末は難焼結性であるため、該組成物を１０５０℃以下で焼結せしめることが困難となる。
【００３１】
さらに、他のフィラーとなる、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、石英ガラス粉末は、該組成物を焼成してなるガラスセラミック焼結体の熱膨張係数、誘電率を低くするために特に有効な成分であり、なかでもムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアンは、抗折強度の向上にも効果的であり、石英ガラスは熱膨張係数、誘電率、ヤング率を低下させる効果が特に著しいものである。
【００３２】
これらの粉末が前記範囲内よりも少ない場合には、前記ガラスセラミック焼結体の特性を望ましい範囲内とすることが困難となり、逆に前記範囲よりも多い場合には、該組成物を１０５０℃以下で焼結せしめることが困難となる。
【００３３】
なお、前記ガラスセラミック組成物中には、本発明を逸脱しない範囲で、ＳｉＯ_２、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｓｒ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、ＭｇＳｉＯ_３、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４、Ｚｎ_２ＺｒＯ_４、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６、Ｚｎ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８、ＣａＳｉＯ_３、ＳｒＳｉＯ_３、ＢａＳｉＯ_３の群から選ばれる少なくとも１種のフィラー粉末を、総量が１５重量％以下の範囲で含有してもよく、これにより、前記ガラスセラミック焼結体の焼結性や特性を制御することが可能となる。
【００３４】
本発明のガラスセラミック焼結体は、少なくともコーディエライトを結晶相として２０質量％以上含有し、４０〜４００℃における熱膨張係数が４．５×１０^−６／℃以下、特に４．２×１０^−６／℃以下、最適には４．０×１０^−６／℃以下、誘電率が７以下、特に６．５以下、最適には６以下、ヤング率が１５０ＭＰａ以下、特に１４０ＧＰａ以下、最適には１３０ＧＰａ以下であることを特徴とするものである。
【００３５】
以下、本文における熱膨張係数の値は、すべて４０〜４００℃における熱膨張係数を意味するものである。
【００３６】
ここで、上記コーディエライト結晶相は、前記ガラスセラミック焼結体の低熱膨張化、低誘電率化、低ヤング率を低下させるための必須成分であり、このコーディエライト結晶は、原料粉末として出発組成中に含有せしめることもできるが、最適には、熱処理によりコーディエライトを析出する前記ガラス粉末とコーディエライト粉末混合、焼成することにより、コーディエライト粉末を核として前記ガラス粉末中からより多くのコーディエライトを析出させることにより、さらに低い熱膨張係数と誘電率とを達成しつつ、低ヤング率と高い抗折強度とを同時に実現させることができるため望ましい。
【００３７】
また、このガラスセラミック焼結体の熱膨張係数は、Ｓｉ（シリコン）を主体とする半導体素子を、前記ガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いた配線基板上に一次実装する際に絶縁基板と半導体素子との熱膨張係数のミスマッチにより生じる熱応力を低減するために、シリコンの熱膨張係数の値に近いものでなくてはならず、前記範囲よりもその値が大きい場合には、一次実装の信頼性を確保することが困難となる。
【００３８】
さらに、誘電率は、信号遅延時間を短縮するために低いことが望ましく、前記範囲よりも大きいと、前記配線基板の遅延時間が長くなり性能が低下する。
【００３９】
また、ヤング率が低いということは、該ガラスセラミック焼結体が応力により変形しやすいことを意味する。従って、焼結体の熱膨張係数を半導体素子に整合させるために低熱膨張化することによって、プリント配線基板への二次実装における熱膨張差が大きくなっても、二次実装部において発生する熱応力を焼結体の変形により緩和することができ、二次実装信頼性を向上させることができる。従って、ヤング率が前記範囲よりも大きいと、二次実装信頼性が著しく低下する。
【００４０】
さらに、本発明おいては、結晶相として、前記コージェライト以外に、さらに、ガーナイト、スピネル、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアンの群から選ばれる少なくとも１種を含有せしめることによって、該ガラスセラミック焼結体の抗折強度を向上させることができる。特に、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアンの群から選ばれる少なくとも１種は、抗折強度向上のみならず、熱膨張係数、誘電率を低下させるためにも望ましい。
【００４１】
また、抗折強度が前記範囲よりも低い場合には、前記配線基板の機械的な信頼性が著しく低下し、実用に耐えなくなる。
【００４２】
さらに、本発明においては、ＰｂＯおよびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）の含有量がそれぞれ０．１重量％以下に抑制されていることが、対環境負荷、耐薬品性、絶縁性の観点から望ましい。
【００４３】
また、本発明においては、前記ガラス粉末から熱処理により析出するコーディエライトの量をＸ質量％、前記コーディエライト粉末の量をＹ質量％とし、さらに、前記ガラス粉末とコーディエライト粉末とを混合、成形し、大気中あるいはＮ_２雰囲気中で１０５０℃以下の温度にて焼成して得られる焼結体中に含まれるコーディエライトの量をＺ質量％とした際に、Ｚ＞Ｘ＋Ｙの関係が成り立つことも大きな特徴である。
【００４４】
即ち、前記コーディエライト粉末、前記フィラー粉末とが核剤として働くことにより、ガラス粉末単体から析出するコーディエライトよりもさらに多くのコーディエライトをガラスから析出せしめることが、コーディエライト粉末の量を抑制しつつ、かつ焼結性の低下を招くことなく、該ガラスセラミック焼結体中のコーディエライト結晶相の含有量を増加させることができるため望ましい。
【００４５】
このとき、前記焼結体中に含まれるコーディエライトの量（＝Ｚ質量％）が、２０質量％以上、特に２５質量％以上、最適には３０質量％以上であることが、低い熱膨張係数と低い誘電率とを両立させるために望ましい。前記Ｚの値が前記範囲よりも少ない場合には、熱膨張係数および／あるいは誘電率が望ましい範囲よりも大きくなる。
【００４６】
また、上記焼結体中には、本発明を逸脱しない範囲で、ＳｉＯ_２、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｓｒ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、ＭｇＳｉＯ_３、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４、Ｚｎ_２ＺｒＯ_４、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６、Ｚｎ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８、ＣａＳｉＯ_３、ＳｒＳｉＯ_３、ＢａＳｉＯ_３の群から選ばれる他の結晶相を、総量が１５質量％以下、特に１０質量％以下、さらには５質量％以下の範囲で含有してもよく、これにより、前記ガラスセラミック焼結体の焼結性や特性を制御することが可能となる。
【００４７】
上記のガラスセラミック焼結体を製造するには、まず、構成成分として、少なくとも、ＳｉＯ_２３０〜５５質量％、特に３５〜５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜４０質量％、特に２０〜３５質量％、ＭｇＯ３〜２５質量％、特に５〜２０質量％、ＺｎＯ２〜１５質量％、特に４〜１２質量％、Ｂ_２Ｏ_３２〜１５質量％、特に４〜１２質量％を含有するガラス粉末６４．５〜９８．５質量％、特に７０〜９６質量％、最適には７５〜９３質量％と、コーディエライト粉末０．５〜１２０質量％、特に１〜１８質量％、最適には２〜１５質量％と、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種のフィラー粉末１〜３５質量％、特に３〜３０質量％、最適には５〜２５質量％とを混合する。
【００４８】
そして、この混合物に、有機バインダ、溶媒、必要に応じて可塑剤を添加、混合し、プレス成形、押出形成、射出成形、鋳込み成形、テープ成形の群から選ばれる少なくとも１種の成形方法によって所定形状に成形する。
【００４９】
そして、該成形体を、４５０〜７５０℃で脱バインダ処理した後、酸化性雰囲気あるいは窒素雰囲気中、１０５０℃以下、特に７００〜１０００℃、さらに８００〜９５０℃の温度で焼成することにより、本発明のガラスセラミック焼結体を作製することができる。
【００５０】
ガラスセラミック焼結体を後述する配線基板の絶縁基板として用いる際に、導体材料として、銀、金を用いる場合は、導体は酸化しないため、大気雰囲気中で焼成することが望ましく、銅を用いる場合には、銅の酸化を抑制する為に窒素雰囲気中にて焼成することが望ましい。
【００５１】
なお、前記ガラスセラミック焼結体は、還元雰囲気下でも焼成することは可能であるが、コスト、安全性の面から、望ましくは酸化性雰囲気あるいは窒素雰囲気中での焼成が望ましい。
【００５２】
なお、焼結体中に上述した特定の結晶相の析出を促進するためには、脱バインダ処理後の昇温速度を５０℃／時間以上、特に１００℃／時間以上とすることが望ましく、また、焼成温度での保持時間を０．０２〜１０時間、特に０．２〜２時間とすることが望ましい。
【００５３】
また、本発明の配線基板は、絶縁基板の表面および／または内部に低抵抗金属を含有する配線層が配設されたものであり、前記絶縁基板が、上記のガラスセラミック焼結体からなるものである。
【００５４】
上記ガラスセラミック焼結体を絶縁基板とすることによって、銅、銀、金の群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属を含有する配線層との同時焼成が可能となる。
【００５５】
また、この配線基板の表面には、本発明においては、前記配線基板の表面および／または表面に設けた凹部に、Ｓｉを主体とする半導体素子を載置してなることが、一次実装信頼性を確保する上で望ましい。
【００５６】
上述したガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いた本発明の配線基板について、その好適例であるシリコンを主体とする半導体素子等の電気素子をフリップチップ実装によって搭載したＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）型の電気素子収納用パッケージと、該パッケージをプリント配線基板上に実装した場合の概略断面図である図１をもとに説明する。
【００５７】
図１によれば、電気素子収納用パッケージＡは、複数の絶縁層１ａ〜１ｄからなる絶縁基板１の表面および／あるいは内部に配線層２が形成されている。また、図１によれば、絶縁層１ａ〜１ｄ間に形成される銅、銀、金の群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属を含有する配線層２、および配線層２同士を電気的に接続する銅、銀、金の群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属を含有するビアホール導体３が形成されている。
【００５８】
さらに、パッケージＡの下面には複数の接続用電極４Ａが配列されており、絶縁基板１の上面中央部には、半導体素子等の電気素子５が半田ボール６や半田を介して絶縁基板１上にフリップチップ実装により接着固定されると同時に、パッケージＡと電気的に接続される。
【００５９】
また、電気素子５とパッケージＡとの間は、一次実装信頼性を高める為に熱硬化性樹脂を含有するアンダーフィル７が注入され、硬化されている。さらに、電気素子５と、絶縁基板１の下面に形成された複数の接続用電極４Ａとは、半田ボール６、配線層２およびビアホール導体３を介して電気的に接続されている。
【００６０】
一方、プリント配線基板Ｂは、熱膨張係数が１５〜２０×１０^−６／℃の絶縁基板の上面に、接続用電極４Ｂが接続用電極４Ａと対を成すように形成されている。そして、接続用電極４Ａ、４Ｂ間は、共晶半田９、高温半田ボール８を介して電気的に接続される。
【００６１】
本発明によれば、絶縁基板１を、前述したような、少なくともコーディエライトを結晶相として含有し、熱膨張係数が４．５×１０^−６／℃以下、誘電率が７以下、ヤング率が１５０ＧＰａ以下のガラスセラミック焼結体によって形成することが大きな特徴であり、これによって、絶縁基板１の熱膨張係数、およびヤング率を低下させることができ、パッケージＡの一次実装信頼性とともに、二次実装信頼性を高めることができる。
【００６２】
また、絶縁基板１の誘電率を低下させるとともに、配線層２やビアホール導体３として、銅、銀または金のうちの少なくとも一種の低抵抗金属を主成分として含有するために、配線層を低抵抗化でき、信号の遅延を小さくできる。
【００６３】
なお、上記図１の例では、電気素子としてシリコン系半導体素子を例示したが、本発明の配線基板によれば、熱膨張係数が４．５×１０^−６／℃以下のその他の電気素子であってもよい。また、図１のパッケージにおいては、電気素子５は半田ボール６などを介して配線層２と接続される場合に好適であるが、電気素子５と配線層２とはワイヤボンディング等によって接続されたものであってもよい。また、電気素子５は、その上にさらに封止樹脂にて覆う形態であってもよい。また、絶縁基板１にキャビティを形成して電気素子５を収納し、蓋体によってキャビティを気密封止するものであってもよい。
【００６４】
また、図１においては、パッケージＡとプリント配線基板Ｂとは、高温半田ボール８を介して相互に接続されるＢＧＡ型のパッケージ構造について説明したが、本発明は、リードピンなどを用いずに、パッケージＡとプリント配線基板Ｂとが、半田を介して接続される前記ＢＧＡ、ＬＧＡ、ＬＣＣ型などのタイプの場合において発生する応力が大きく二次実装信頼性が求められることから、この種のパッケージに特に好適に用いられる。その他、樹脂を含有するボール、柱状の半田カラム、樹脂を含有するカラム、さらにはピンにて接続される形態であってももちろん有用性を有する。
【００６５】
次に、本発明の配線基板を製造する方法について、上記パッケージＡを例にすると、前述したようなガラス粉末と、フィラー粉末との混合粉末に対して、適当な有機バインダ、溶媒、必要に応じて可塑剤を添加、混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形する。そして、このシート状成形体に所望によりスルーホールを形成した後、スルーホール内に、銅、銀、金の群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属を含有する導体ペーストを充填する。そして、シート状成形体表面には、前記導体ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などの公知の印刷手法を用いて配線層の厚みが５〜３０μｍとなるように配線パターンを印刷塗布する。
【００６６】
そして、複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、大気中、または窒素雰囲気中にて脱バインダ処理した後、１０５０℃以下の大気中または窒素雰囲気で焼成することにより、配線基板を作製することができる。
【００６７】
なお、焼成雰囲気については、導体材料として、銀、金を用いる場合は、導体は酸化しないため、大気雰囲気中で焼成することが望ましく、銅を用いる場合には、銅の酸化を抑制する為に窒素雰囲気中にて焼成することが望ましい。
【００６８】
そして、この配線基板の表面に、半導体素子等の電気素子５を搭載し、配線層２と信号の伝達が可能なように接続される。接続方法としては、前述したように、半田を用いたフリップチップ実装や、ワイヤボンディング、さらには配線層上に直接搭載させて接続させる形態が好適である。
【００６９】
さらに、電気素子５とパッケージＡとの間隙にアンダーフィル材７を充填、硬化したり、電気素子５上にポッティング樹脂を被覆し、硬化させるか、絶縁基板Ａと同種の絶縁材料や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等からなる蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することにより、電気素子収納用パッケージを作製することができる。
【００７０】
また、パッケージＡの下面に、低融点ハンダによって高融点半田からなるボール８を接続する。そして、このパッケージＡをプリント配線基板Ｂに実装する場合には、プリント配線基板Ｂの表面に、前記パッケージＡの半田ボール８を低融点半田を介してプリント配線基板Ｂの接続用電極４Ｂ上に載置し、半田リフロー処理することによって、パッケージＡをプリント配線基板Ｂ上に二次実装することができる。
【００７１】
【実施例】
（実施例１）
表１に示した組成からなる本発明の４種の平均粒径が２μｍのガラスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの粉末を準備し、これらのガラス粉末に対して、平均粒径が１〜２μｍの表２、３に示すフィラー粉末を用いて、表２、３の組成に従い混合した。
【００７２】
なお、各ガラスＡ〜Ｄについては、ガラス単体での焼成温度で焼成した時のコーディエライト結晶相の析出量をリートベルト法によって測定し、その結果を表１に示した。
【００７３】
そして、この混合物に有機バインダ、可塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのグリーンシートを作製した。さらに、このグリーンシートを所望の厚さになるように複数枚積層し、６０℃の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着した。
【００７４】
得られた積層体を窒素雰囲気中、７５０℃で脱バインダ処理した後、２００℃／時間で昇温して、大気中で表２、３の条件にて焼成してガラスセラミック焼結体を得た。
【００７５】
得られた焼結体について、焼結体を２ｍｍ□、長さ１８ｍｍに加工し、１０℃／分の速度で焼温しながらレーザー測距計にて寸法変化を測定することにより、４０〜４００℃における熱膨張係数を測定した。また、５０ｍｍ□、厚さ１．０ｍｍに加工し、空洞共振器法にて２ＧＨｚにおける誘電率を測定した。
【００７６】
さらに、焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍに加工し、超音波パルス法にてヤング率を測定した。また、同様のサンプルを用いて、オートグラフを用いＪＩＳＲ−１６０１に基づく３点曲げ強度を測定した。また、焼結体中における結晶相をＸ線回折測定から同定し、リードベルト法により焼結体中の各結晶相の析出量を算出し多い順に並べた。
【００７７】
コーディエライト結晶相については、ガラス添加量に応じたガラスからのコーディエライト結晶の析出量Ｘ、コーディエライト粉末の添加量Ｙ、さらには、作製された焼結体に対してリートベルト法により、焼結体中のコーディエライト結晶相の含有量Ｚを算出した。
以上の測定結果を表２、３に示す。
【００７８】
一方、上記４種類のガラスに代わり、表１に示す２種類のガラスＥ、Ｆを用いて同様に評価を行った。また、フィラー粉末として、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２を用いて同様の評価を行った。結果を表２、３に示す。
【００７９】
【表１】

【００８０】
【表２】

【００８１】
【表３】

【００８２】
表１〜３の結果から明らかなように、本発明に基づき、コーディエライト結晶相を含む特定の結晶相が析出した試料Ｎｏ．１〜３，５〜８、１０、１４〜２５、３２〜３７では、熱膨張係数が４．５×１０^−６／℃以下、誘電率が７以下、ヤング率が１５０ＧＰａ以下となり、さらに抗折強度も１５０ＭＰａ以上と良好な値を示した。
【００８３】
それに対して、ガラス粉末の量が９８．５重量％よりも多い試料Ｎｏ．４、１３では、ガラスの軟化流動が著しく焼結体の原型を保つことができず、評価可能な試料を得ることができなかった。また、ガラス粉末の量が６４．５重量％よりも少ない試料Ｎｏ．９、１１、コーディエライト粉末が２０質量％よりも多い試料Ｎｏ．１２では、１０５０℃以下の焼成にて緻密な焼結体を得ることができなかった。
【００８４】
また、フィラー粉末として、本発明の範囲外であるＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２を用いた試料Ｎｏ．２６〜３１では、いずれも熱膨張係数が４．５×１０^−６／℃よりも高く、かつ誘電率が７より高くなった。
【００８５】
さらに、本発明の範囲外のガラス粉末Ｅ、Ｆを用いた試料Ｎｏ．３８〜４１では、いずれの試料もコーディエライト結晶相はガラスから析出せず、熱膨張係数が４．５×１０^−６／℃よりも高くなった。
【００８６】
（実施例２）
実施例１の本発明の試料Ｎｏ．１〜３、５〜８、１０、１４〜２５、３２〜３７について、原料粉末に対して、アクリル系バインダと可塑剤とトルエンを添加、混合し、ドクターブレード法によって厚み２５０μｍのグリーンシートを作製した。次に、該グリーンシートの所定位置にビアホールを形成し、銅を主成分とする導体ペーストを充填した後、スクリーン印刷法により前記導体ペーストを用いてグリーンシート表面に配線層を形成した。
【００８７】
そして、前記配線層を形成したグリーンシートを位置合わせしながら４枚積層、熱圧着した。この積層体を水蒸気含有窒素中、７５０℃で脱バインダ処理し、さらに２００℃／時間で昇温した後、窒素中、表２、３に示す条件にて焼成した結果、銅を主成分とする配線層を具備する多層配線基板を作製した。
【００８８】
得られた配線基板について、配線層の導通を確認したところ、断線等がなく、低抵抗で良好な導通特性を示した。
【００８９】
（実施例３）
さらに、上記グリーンシートの表面に、銅を主体とした導体ペーストをスクリーン印刷法にて、パッケージＡの表面には、０．１２ｍｍφのパッドをマトリックス状に配設したフリップチップパッドを形成し、裏面には１ｍｍφのパッドをマトリックス状に配設したボールパッドを形成した。焼成後の形状が３０ｍｍ□、厚み１．５ｍｍとなるようにグリーンシートを積層、切断後、表２、３に示す条件にて焼成した。得られた配線基板にＮｉ−Ａｕめっきを施した後、上記ボールパッド上に共晶半田ペーストを印刷し、１．２ｍｍφの高温半田ボールを位置合わせして載置し、リフロー処理を行うことにより、高温半田ボールを搭載したパッケージＡを作製した。
【００９０】
次に、シリコンを主体とする熱膨張係数が３×１０^−６／℃の半導体素子をパッケージＡの表面に、０．１ｍｍ厚の半田を介して位置合わせして載置し、リフロー処理を行った後、アンダーフィルを半導体素子とパッケージＡとの間隙に注入し、硬化させることにより半導体素子をフリップチップ実装した。
【００９１】
さらに、パッケージＡの裏面と同様の配線パターンを形成した熱膨張係数が１５×１０^−６／℃のプリント基板Ｂを用意し、その上にパッケージＡを位置合わせして載置し、再度リフロー処理を行うことによりパッケージＡをプリント基板上に実装した二次実装サンプルをそれぞれ２０個作製した。
【００９２】
上記二次実装サンプルを、０〜１００℃の温度範囲で温度サイクル試験を行い、１００サイクル終了毎に一次実装側、二次実装側の双方に関して抵抗値を測定し、抵抗値の変化や断線の有無を確認し、抵抗が初期値に対して１０％以上変化した時のサイクル数を表２、３に示した。ここで、１０００サイクルまで断線のなきものを合格（ＯＫ）とした。
【００９３】
さらに、比較例として熱膨張係数が４．７×１０^−６／℃、ヤング率が３１０ＧＰａのＡｌＮセラミックスを絶縁基板とし、タングステンによって配線層、ビア導体を形成し、１６００℃で同時焼成してパッケージを作製し、同様の温度サイクル試験を行った。
【００９４】
表１〜３の結果から明らかなように、本発明に基づき、特定の結晶相が析出した熱膨張係数が５×１０^−６／℃以下、ヤング率が１５０ＧＰａ以下の試料では、一次実装、および二次実装の双方において１０００サイクルの温度サイクル試験において断線が見られず、高い実装信頼性を示すことが確認できる。
【００９５】
一方、本発明の範囲外であり、熱膨張係数が５×１０^−６／℃よりも大きい試料においては、温度サイクル試験において、半導体素子と絶縁基板間の熱膨張係数のミスマッチが大きく、いずれの試料も１０００サイクルよりも短いサイクル数にて断線が生じ、一次実装信頼性が確保できなかった。
【００９６】
また、熱膨張係数が４．７×１０^−６／℃と低いものの、ヤング率が３１０ＧＰａと高い値を示すＡｌＮを用いた試料Ｎｏ．４２においては、温度サイクル試験の結果、一次実装側は１０００サイクルにて断線が見られないものの、ヤング率が高く熱応力の緩和効果が不充分なため、二次実装側で１０００サイクルよりも短いサイクル数にて断線が生じ、実装信頼性が確保できなかった。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のガラスセラミック組成物および焼結体は、１０５０℃以下の焼成にて、銅、銀、金などの低抵抗金属を主成分とする導体材料を用いて配線層を形成することができ、低熱膨張係数と低誘電率、低ヤング率とを兼ね備えることにより、シリコンなどの半導体素子の一次実装、高熱膨張のプリント配線基板への二次実装の双方に対して高い実装信頼性を示す配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板を用いたＢＧＡ型の半導体素子収納用パッケージの一例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ素子収納用パッケージ
１絶縁基板
２配線層
３ビアホール導体
４接続用電極
５素子
６半田ボール
７アンダーフィル
８高温半田ボール
９共晶半田[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a glass-ceramic composition and a glass-ceramic sintered body most suitable for a wiring board and the like applied to a semiconductor element housing package, a multilayer wiring board, and the like, and a method for producing the same. The present invention relates to a used wiring board and its mounting structure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the advance of the information age, information and communication technology has been rapidly developed, and as a result, the speed and size of semiconductor elements and the like have been increased, and the wiring layer has also been required to reduce signal transmission loss. , There is a demand for lower resistance and lower dielectric constant of the insulating substrate. Therefore, it can be densified by firing at 1000 ° C. or less, can be simultaneously fired with a wiring layer mainly composed of a low-resistance metal such as copper, silver or gold, and has a glass dielectric material having a low dielectric constant as an insulating layer. Wiring boards have been proposed.
[0003]
In particular, with respect to semiconductor elements mainly composed of silicon, there has been a tendency in recent years to reduce mechanical strength as the speed of the elements increases. Therefore, when a semiconductor element is mounted on a package for housing a semiconductor element (hereinafter referred to as primary mounting), there is a problem that the semiconductor element is destroyed by thermal stress generated due to a mismatch in thermal expansion coefficient between the element and the package. There is concern. Furthermore, as the size of the device increases, the thermal stress increases with the increase in the size of the device.
[0004]
Therefore, in order to reduce the thermal stress related to the primary mounting, it is required to match the thermal expansion coefficient of the package with the thermal expansion coefficient of silicon (2 to 4 ppm / ° C: 40 to 400 ° C).
[0005]
For example, Japanese Patent Publication No. 4-58198 describes that a multilayer ceramic circuit board having a low coefficient of thermal expansion can be obtained by using a glass ceramic sintered body made of mullite, quartz glass, and borosilicate glass as an insulating material. .
[0006]
For example, in JP-A-5-254923, low-resistance wiring is possible by combining borosilicate glass composed of SiO ₂ , B ₂ O ₃ , K ₂ O, and Al ₂ O ₃ with alumina, cordierite, and quartz glass. It is described that a ceramic substrate having a low coefficient of thermal expansion can be obtained.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-58198 [Patent Document 2]
JP-A-5-254923
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional glass ceramic sintered body as described above can improve the reliability of the primary mounting by realizing a low coefficient of thermal expansion, but conversely, the coefficient of thermal expansion is 15 to 20 × 10 ^−6. When mounted on a motherboard composed of a very large printed wiring board of about / ° C (hereinafter referred to as “secondary mounting”), the mismatch in the coefficient of thermal expansion becomes very large, so that the secondary mounting reliability is high. There was a problem that it was difficult to secure the
[0009]
Accordingly, the present invention provides a glass-ceramic composition which can be simultaneously fired with a low-resistance metal such as silver, copper, or gold, and has a low coefficient of thermal expansion and a low dielectric constant while forming a sintered body having a low Young's modulus. It is an object of the present invention to provide a product, a glass-ceramic sintered body, a method of manufacturing the same, and a wiring board and a mounting structure using the sintered body, which can ensure high primary mounting reliability and high secondary mounting reliability.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have studied the above problem and found that glass powder containing at least SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , MgO, ZnO, and B ₂ O ₃ at a predetermined ratio is made of cordierite as a filler. , Mullite, anorthite, slausonite, serdian, quartz glass, at least one selected from the group is added at a predetermined ratio, mixed, molded, and fired at 1050 ° C. or lower to precipitate or disperse a predetermined crystal phase. As a result, the lowering of the thermal expansion coefficient and the lowering of the dielectric constant as well as the lowering of the Young's modulus can be achieved at the same time. The present inventors have found that the secondary mounting reliability can be improved together with the mounting reliability, and have reached the present invention.
[0011]
That is, the glass ceramic composition of the present invention contains at least 30 to 55% by mass of SiO ₂ , 15 to 40% by mass of Al ₂ O ₃ , 3 to 25% by mass of MgO, _{2 to} 15% by mass of ZnO, and B ₂ O ₃ 2 to 64.5-98.5% by mass of glass powder containing 15% by mass, and 0.5-20% by mass of cordierite powder, at least one selected from the group consisting of mullite, anorthite, slausonite, Serdian, and quartz glass. 1 to 35% by mass of a filler powder.
[0012]
It is desirable that the glass powder be subjected to a heat treatment at 1050 ° C. or less to precipitate at least cordierite as a crystal phase, and further, together with cordierite, at least one selected from the group consisting of garnet, spinel, and mullite. By precipitating as a crystalline phase, low thermal expansion, low dielectric constant, and low Young's modulus can be achieved. In addition, in such a composition, it is desirable that the contents of PbO and A ₂ O (A: alkali metal) are each suppressed to 0.1% by mass or less from the viewpoint of adding environmental resistance and improving chemical resistance.
[0013]
Further, the glass ceramic sintered body of the present invention contains at least 20% by mass of cordierite as a crystal phase, has a coefficient of thermal expansion of 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less at 40 to 400 ° C., and has a dielectric constant of not more than 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. 7, and the Young's modulus is 150 GPa or less.
[0014]
Here, such a sintered body desirably contains, in addition to the cordierite crystal phase, at least one selected from the group consisting of garnite, spinel, mullite, anorthite, slausonite, and Celsian, Further, it is desirable that the transverse rupture strength be 150 MPa or more, and that the contents of PbO and A ₂ O (A: alkali metal) be each 0.1 wt% or less.
[0015]
The manufacturing method of a glass-ceramic sintered body, at _least, SiO 2 30 to 55 _wt%, _Al 2 O 3 _15~40 wt%, MgO 3 to 25 wt%, ZnO 2 to 15 _{wt%, B} 2 O ₃ glass powder 64.5 to 98.5 wt% containing 2 to 15 wt%, and 0.5 to 20 wt% cordierite powder, selected mullite, anorthite, Surausonaito, celsian, from the group of quartz glass And at least one kind of filler powder of 1 to 35% by mass is mixed, molded, and fired at a temperature of 1050 ° C. or lower in the air or a nitrogen atmosphere.
[0016]
Here, the amount of cordierite precipitated from the glass powder by heat treatment is X mass%, the amount of cordierite powder is Y mass%, and the amount of cordierite contained in the sintered body is Z. It is desirable that the relationship of Z> X + Y is satisfied when the amount is expressed as mass%.
[0017]
Further, the wiring board of the present invention is provided with a wiring layer containing a low-resistance metal on the surface and / or inside of the insulating substrate, wherein the insulating substrate is made of the above glass ceramic sintered body. It is preferable that a recess is formed in such a wiring board, and a semiconductor element mainly composed of Si is mounted in the recess.
[0018]
Further, by mounting the above-mentioned wiring board on the surface of a printed wiring board provided with an insulating substrate containing an organic resin, a mounting structure having excellent primary mounting reliability and secondary mounting reliability can be provided.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The glass ceramic composition of the present invention contains at least 30 to 55% by mass of SiO ₂ , particularly 35 to 50% by mass, 15 to 40% by mass of Al ₂ O ₃ , particularly 20 to 35% by mass, and MgO 3 to 25 wt%, particularly 5 to 20 wt%, ZnO 2 to 15% by weight, in particular _4-12% by weight, _B 2 O 3 2 to 15 wt%, glass powder 64.5～ especially containing 4-12 wt% 98.5% by weight, especially 70-96% by weight, optimally 75-93% by weight, cordierite powder 0.5-20% by weight, especially 1-18% by weight, optimally 2-15% by weight And at least one filler powder selected from the group consisting of mullite, anorthite, slausonite, serdian, and quartz glass in an amount of 1 to 35% by mass, particularly 3 to 30% by mass, and optimally 5 to 25% by mass. Characterized by It is intended.
[0020]
Here, the glass powder is necessary for sintering the composition at a low temperature of 1050 ° C. or less, which is a temperature at which co-firing can be performed with a low-resistance conductor such as copper, silver, or gold. This allows the composition to be sintered at a low temperature. When the amount of the glass powder is smaller than the above range, it becomes difficult to sinter the composition at 1050 ° C. or lower, and conversely, when the amount is larger than the above range, the composition is fired. , It is difficult to keep its original form.
[0021]
Further, SiO ₂ is a network former of glass and is an essential component for precipitating a crystal phase containing SiO ₂ as a constituent such as cordierite and mullite, in particular, cordierite from glass. When the content of SiO ₂ is less than the above range, the precipitation amount of the crystal phase becomes insufficient, and it becomes difficult to set the characteristics of the glass ceramic sintered body within a desired range. In this case, the softening temperature of the glass increases, and low-temperature firing at 1050 ° C. or less becomes difficult.
[0022]
Al ₂ O ₃ is a component that improves the Young's modulus and chemical resistance of glass and, at the same time, a crystal phase containing Al ₂ O ₃ as a component such as cordierite, garnite, spinel, and mullite, particularly It is an essential component for precipitating cordierite from glass. When Al ₂ O ₃ is less than the above range, the amount of the crystal phase precipitated becomes insufficient, and it becomes difficult to set the properties of the glass ceramic sintered body within a desired range. If the amount is too high, the softening temperature of the glass increases, making it difficult to fire at a low temperature of 1050 ° C. or lower, and at the same time, the Young's modulus of the glass ceramic sintered body increases, making it difficult to secure high secondary mounting reliability. Become.
[0023]
MgO is an essential component for precipitating a crystal phase containing MgO as a constituent such as cordierite and spinel, in particular, cordierite from glass. If MgO is less than the above range, the precipitation amount of the crystal phase becomes insufficient, and it becomes difficult to set the properties of the glass ceramic sintered body within a desired range. However, the Young's modulus of the glass ceramic sintered body increases, and it is difficult to ensure high secondary mounting reliability.
[0024]
ZnO is an essential component for lowering the softening temperature of the glass and at the same time precipitating a crystal phase containing ZnO as a constituent from the glass, such as garnet. When ZnO is less than the above range, the precipitation amount of the crystal phase becomes insufficient, and it becomes difficult to set the characteristics of the glass ceramic sintered body within a desired range. In addition, the softening temperature of the glass decreases, making it difficult to maintain the original shape of the glass ceramic sintered body, and at the same time, the chemical resistance of the glass ceramic sintered body is significantly reduced.
[0025]
Further, B ₂ O ₃ is a glass network former and also has a function of lowering the softening temperature and the melting temperature. If B ₂ O ₃ is less than the above range, the melting temperature of the glass becomes too high. As a result, it becomes difficult to manufacture the glass at low cost industrially, and at the same time, the softening temperature of the glass rises, making it difficult to fire at a low temperature of 1050 ° C. or lower. On the other hand, when the amount is larger than the above range, the softening temperature of the glass decreases and it becomes difficult to maintain the original shape of the glass ceramic sintered body, and at the same time, the chemical resistance of the glass ceramic sintered body is significantly reduced.
[0026]
In the glass powder, other components such as CaO, SrO, BaO, ZrO ₂ , SnO ₂ , and rare earth oxides are included in an amount of 10% by mass or less, particularly 7% by mass or less, without departing from the scope of the present invention. May be contained in a range of 5% by mass or less, whereby the sinterability and characteristics of the glass ceramic sintered body can be finely adjusted.
[0027]
However, since PbO and A ₂ O (A: alkali metal) impose a heavy burden on the environment and decrease chemical resistance and insulation properties, the amounts of these components are each 0.1 mass% in the total amount. It is desirable to be suppressed below.
[0028]
Further, in the present invention, the glass powder may be subjected to a heat treatment at 1050 ° C. or less to precipitate at least cordierite as a crystal phase, which is because the thermal expansion coefficient, the dielectric constant, and the Young's modulus of the glass ceramic sintered body Is desirable because it is possible to reduce the temperature. Furthermore, since the cordierite crystal phase is precipitated not from the powder but from the glass, there is also an effect of improving the sinterability. Therefore, while reducing the Young's modulus of the glass ceramic sintered body, the transverse rupture strength is reduced. Can be improved.
[0029]
In the present invention, it is desirable to precipitate at least one selected from the group consisting of garnet, spinel, and mullite as a crystal phase from the glass powder, in particular, to improve the transverse rupture strength of the glass ceramic sintered body.
[0030]
On the other hand, cordierite powder is an essential component as a filler, but cordierite powder as a filler simultaneously lowers the coefficient of thermal expansion and dielectric constant of a glass ceramic sintered body obtained by firing the composition. Further, by mixing with the glass powder having the above composition and firing, more cordierite crystal phase is precipitated from the glass powder with the cordierite powder as a nucleus, and the glass ceramic is fired. Since the thermal expansion coefficient and the dielectric constant of the aggregate can be further reduced, the thermal expansion coefficient and the dielectric constant can be reduced by adding a small amount. When the amount of the cordierite powder is less than the above range, it is difficult to reduce the coefficient of thermal expansion of the glass ceramic sintered body to a desired value, and conversely, when the amount is larger than the above range. In particular, cordierite powder is difficult to sinter, so that it is difficult to sinter the composition at 1050 ° C. or lower.
[0031]
Further, the other filler, mullite, anorthite, slausonite, Celsian, quartz glass powder is particularly effective for lowering the coefficient of thermal expansion of the glass ceramic sintered body obtained by firing the composition, the dielectric constant. Among the components, mullite, anorthite, slausonite, and Celsian are also effective in improving the transverse rupture strength, and quartz glass has a particularly remarkable effect of lowering the coefficient of thermal expansion, dielectric constant, and Young's modulus. .
[0032]
When the amount of these powders is less than the above range, it is difficult to make the properties of the glass ceramic sintered body within a desired range, and when the amount is more than the above range, the composition is heated to 1050 ° C. The following makes it difficult to sinter.
[0033]
Incidentally, the the glass ceramic composition, without departing from the present _{_{_{invention, SiO 2, Ca 2 MgSi 2}}} O 7, Sr 2 MgSi 2 O 7, Ba 2 MgSi 2 O 7, ZrO 2, ZnO, MgSiO 3 , at least one filler powder selected from the group consisting of _{_{_{_{Mg 2 SiO 4, Zn 2 SiO}}}} 4, Zn 2 ZrO 4, CaMgSi 2 O 6, Zn 2 Al 4 Si 5 O 18, CaSiO 3, SrSiO 3, BaSiO 3 May be contained in a total amount of 15% by weight or less, whereby the sinterability and characteristics of the glass ceramic sintered body can be controlled.
[0034]
The glass-ceramic sintered body of the present invention contains at least 20% by mass or more of cordierite as a crystal phase and has a thermal expansion coefficient of 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less at 40 to 400 ° C., particularly 4.2 ×. 10 ⁻⁶ / ° C. or less, optimally 4.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, dielectric constant of 7 or less, particularly 6.5 or less, optimally 6 or less, Young's modulus of 150 MPa or less, especially 140 GPa or less, optimal Is 130 GPa or less.
[0035]
Hereinafter, all values of the coefficient of thermal expansion in the text mean the coefficient of thermal expansion at 40 to 400 ° C.
[0036]
Here, the cordierite crystal phase is an essential component for lowering the thermal expansion, lowering the dielectric constant, and lowering the Young's modulus of the glass ceramic sintered body, and the cordierite crystal is used as a raw material powder. Although it can be included in the starting composition, optimally, the cordierite powder is mixed with the glass powder that precipitates cordierite by heat treatment, and the mixture is calcined. By precipitating more cordierite, a low Young's modulus and a high transverse rupture strength can be simultaneously achieved while achieving a lower thermal expansion coefficient and a lower dielectric constant.
[0037]
The coefficient of thermal expansion of this glass ceramic sintered body is different from that of an insulating substrate when a semiconductor element mainly composed of Si (silicon) is primarily mounted on a wiring board using the glass ceramic sintered body as an insulating substrate. In order to reduce the thermal stress caused by the mismatch of the coefficient of thermal expansion with the semiconductor element, it must be close to the value of the coefficient of thermal expansion of silicon, and if the value is larger than the above range, the primary mounting It is difficult to ensure the reliability of the system.
[0038]
Further, it is desirable that the dielectric constant is low in order to reduce the signal delay time. If the dielectric constant is larger than the above range, the delay time of the wiring board becomes longer and the performance is reduced.
[0039]
Also, a low Young's modulus means that the glass ceramic sintered body is easily deformed by stress. Therefore, by lowering the thermal expansion coefficient to match the thermal expansion coefficient of the sintered body with the semiconductor element, even if the thermal expansion difference in the secondary mounting on the printed wiring board becomes large, the heat generated in the secondary mounting portion Stress can be reduced by deformation of the sintered body, and secondary mounting reliability can be improved. Therefore, when the Young's modulus is larger than the above range, the secondary mounting reliability is significantly reduced.
[0040]
Furthermore, in the present invention, in addition to the cordierite, at least one selected from the group consisting of garnet, spinel, mullite, anorthite, slausonite, and Serdian, is further included as a crystal phase, whereby the glass ceramic is sintered. The bending strength of the united body can be improved. In particular, at least one selected from the group consisting of mullite, anorthite, slausonite, and Celsian is desirable not only for improving the transverse rupture strength but also for decreasing the thermal expansion coefficient and the dielectric constant.
[0041]
If the transverse rupture strength is lower than the above range, the mechanical reliability of the wiring board is significantly reduced, and the wiring board is not practically usable.
[0042]
Furthermore, in the present invention, the fact that the contents of PbO and A ₂ O (A: alkali metal) are each suppressed to 0.1% by weight or less is from the viewpoint of environmental load, chemical resistance, and insulation. desirable.
[0043]
Further, in the present invention, the amount of cordierite precipitated by heat treatment from the glass powder is X mass%, the amount of the cordierite powder is Y mass%, and the glass powder and the cordierite powder are further combined. When the amount of cordierite contained in a sintered body obtained by mixing, molding and firing at a temperature of 1050 ° C. or lower in the air or N ₂ atmosphere is Z mass%, Z> X + Y Another major feature is that the relationship is established.
[0044]
That is, the cordierite powder and the filler powder act as a nucleating agent, so that more cordierite is precipitated from the glass than cordierite precipitated from the glass powder alone. This is desirable because the content of the cordierite crystal phase in the glass ceramic sintered body can be increased while suppressing the amount and without reducing the sinterability.
[0045]
At this time, the amount of cordierite (= Z% by mass) contained in the sintered body is preferably at least 20% by mass, particularly at least 25% by mass, and most preferably at least 30% by mass. It is desirable to achieve both a coefficient and a low dielectric constant. If the value of Z is smaller than the above range, the coefficient of thermal expansion and / or the dielectric constant will be larger than the desired range.
[0046]
In addition, in the above sintered body, SiO ₂ , Ca ₂ MgSi ₂ O ₇ , Sr ₂ MgSi ₂ O ₇ , Ba ₂ MgSi ₂ O ₇ , ZrO ₂ , ZnO, MgSiO ₃ , and the like do not depart from the scope of the present invention. Other crystal phases selected from the group consisting of Mg ₂ SiO ₄ , Zn ₂ SiO ₄ , Zn ₂ ZrO ₄ , CaMgSi ₂ O ₆ , Zn ₂ Al ₄ Si ₅ O ₁₈ , CaSiO ₃ , SrSiO ₃ , and BaSiO ₃ , with a total amount of It may be contained in a range of 15% by mass or less, particularly 10% by mass or less, and further 5% by mass or less, whereby the sinterability and characteristics of the glass ceramic sintered body can be controlled.
[0047]
In order to manufacture the above-mentioned glass ceramic sintered body, first, at least 30 to 55% by mass of SiO ₂ , particularly 35 to 50% by mass, and 15 to 40% by mass of Al ₂ O ₃ , particularly _{20 to} 35% as constituent components. wt%, MgO 3 to 25% by weight, particularly 5 to 20 wt%, ZnO 2 to 15% by weight, in particular _4-12% by weight, _B 2 O 3 2 to 15% by weight, containing in particular 4 to 12 wt% 64.5-98.5% by weight of glass powder, especially 70-96% by weight, optimally 75-93% by weight, cordierite powder 0.5-120% by weight, especially 1-18% by weight, optimally Is from 2 to 15% by mass, and from 1 to 35% by mass, particularly from 3 to 30% by mass, most preferably from 5 to 25% by mass of at least one filler powder selected from the group consisting of mullite, anorthite, slausonite, Celsian and quartz glass. Mix with% That.
[0048]
Then, an organic binder, a solvent, and a plasticizer, if necessary, are added to and mixed with the mixture, and the mixture is subjected to predetermined molding by at least one molding method selected from the group consisting of press molding, extrusion molding, injection molding, casting molding, and tape molding. Form into shape.
[0049]
After the binder is removed at 450 to 750 ° C. in a oxidizing atmosphere or a nitrogen atmosphere, the molded body is fired at a temperature of 1050 ° C. or less, particularly 700 to 1000 ° C., and further 800 to 950 ° C. The glass ceramic sintered body of the invention can be manufactured.
[0050]
When using a glass ceramic sintered body as an insulating substrate of a wiring board described later, when silver or gold is used as the conductor material, since the conductor is not oxidized, it is desirable to sinter in an air atmosphere, and when using copper. In order to suppress the oxidation of copper, it is desirable to perform firing in a nitrogen atmosphere.
[0051]
The glass ceramic sintered body can be fired even in a reducing atmosphere, but is preferably fired in an oxidizing atmosphere or a nitrogen atmosphere in terms of cost and safety.
[0052]
In order to promote the precipitation of the above-mentioned specific crystal phase in the sintered body, the rate of temperature rise after the binder removal treatment is preferably 50 ° C./hour or more, particularly 100 ° C./hour or more. The holding time at the firing temperature is preferably 0.02 to 10 hours, particularly preferably 0.2 to 2 hours.
[0053]
Further, the wiring board of the present invention has a wiring layer containing a low-resistance metal disposed on the surface and / or inside of the insulating substrate, and the insulating substrate is made of the above-mentioned glass ceramic sintered body. It is.
[0054]
By using the above-mentioned glass ceramic sintered body as an insulating substrate, simultaneous firing with a wiring layer containing at least one low-resistance metal selected from the group consisting of copper, silver and gold becomes possible.
[0055]
In the present invention, it is preferable that a semiconductor element mainly composed of Si is mounted on the surface of the wiring substrate and / or a concave portion provided on the surface of the wiring substrate. It is desirable in securing.
[0056]
With respect to the wiring substrate of the present invention using the above-described glass ceramic sintered body as an insulating substrate, a BGA (ball grid array) type in which an electric element such as a semiconductor element mainly composed of silicon, which is a preferred example, is mounted by flip-chip mounting. 1 and a schematic sectional view when the package is mounted on a printed wiring board.
[0057]
According to FIG. 1, the electric element housing package A has a wiring layer 2 formed on the surface and / or inside of an insulating substrate 1 composed of a plurality of insulating layers 1a to 1d. According to FIG. 1, the wiring layer 2 containing at least one low-resistance metal selected from the group consisting of copper, silver and gold formed between the insulating layers 1a to 1d, and the wiring layers 2 are electrically connected to each other. A via-hole conductor 3 containing at least one low-resistance metal selected from the group consisting of copper, silver and gold is formed.
[0058]
Further, a plurality of connection electrodes 4A are arranged on the lower surface of the package A, and an electric element 5 such as a semiconductor element is placed on the insulating substrate 1 via a solder ball 6 or solder at the center of the upper surface of the insulating substrate 1. And is electrically connected to the package A at the same time as being bonded and fixed by flip chip mounting.
[0059]
Further, between the electric element 5 and the package A, an underfill 7 containing a thermosetting resin is injected and hardened in order to enhance primary mounting reliability. Further, the electric element 5 and the plurality of connection electrodes 4A formed on the lower surface of the insulating substrate 1 are electrically connected via the solder ball 6, the wiring layer 2, and the via hole conductor 3.
[0060]
On the other hand, the printed wiring board B is formed on the upper surface of an insulating substrate having a thermal expansion coefficient of 15 to 20 × 10 ⁻⁶ / ° C. so that the connection electrode 4B forms a pair with the connection electrode 4A. The

connection electrodes

4A and 4B are electrically connected via a eutectic solder 9 and a high-temperature solder ball 8.
[0061]
According to the present invention, the insulating substrate 1 contains at least cordierite as a crystal phase as described above, has a thermal expansion coefficient of 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, a dielectric constant of 7 or less, and a Young's modulus. Is characterized by being formed by a glass ceramic sintered body of 150 GPa or less, whereby the coefficient of thermal expansion and Young's modulus of the insulating substrate 1 can be reduced, and the primary mounting reliability of the package A is improved. Next, the mounting reliability can be improved.
[0062]
In addition, since the dielectric constant of the insulating substrate 1 is reduced and the wiring layer 2 and the via-hole conductor 3 contain at least one low-resistance metal of copper, silver or gold as a main component, the wiring layer has a low resistance. Signal delay can be reduced.
[0063]
In the example of FIG. 1, a silicon-based semiconductor element is exemplified as an electric element. However, according to the wiring board of the present invention, other electric elements having a thermal expansion coefficient of 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less are used. There may be. In the package of FIG. 1, the electric element 5 is suitable for being connected to the wiring layer 2 via a solder ball 6 or the like, but the electric element 5 and the wiring layer 2 are connected by wire bonding or the like. It may be something. Further, the electric element 5 may have a form in which the electric element 5 is further covered with a sealing resin. Alternatively, a cavity may be formed in the insulating substrate 1 to house the electric element 5, and the cavity may be hermetically sealed with a lid.
[0064]
In FIG. 1, the BGA type package structure in which the package A and the printed wiring board B are connected to each other via the high-temperature solder balls 8 has been described, but the present invention does not use lead pins and the like. In the case where the package A and the printed wiring board B are connected via solder, such as the BGA, LGA, and LCC types, the stress generated is large, and secondary mounting reliability is required. It is particularly preferably used. In addition, of course, the present invention has utility even in the form of a ball containing a resin, a columnar solder column, a column containing a resin, or even a form connected by pins.
[0065]
Next, regarding the method for manufacturing the wiring board of the present invention, taking the above package A as an example, an appropriate organic binder, a solvent, A plasticizer is added and mixed to prepare a slurry, which is formed into a sheet by a conventionally known doctor blade method, calender roll method, rolling method, or press forming method. Then, after a through-hole is formed in the sheet-like molded body as required, a conductive paste containing at least one low-resistance metal selected from the group consisting of copper, silver, and gold is filled in the through-hole. Then, a wiring pattern is printed and applied on the surface of the sheet-shaped molded body by using a known printing method such as a screen printing method or a gravure printing method using the conductor paste so that the thickness of the wiring layer is 5 to 30 μm. .
[0066]
Then, after the plurality of sheet-shaped molded bodies are aligned and laminated and pressed, the binder is removed in the air or in a nitrogen atmosphere, and then fired in the air or a nitrogen atmosphere at 1050 ° C. or lower, thereby forming a wiring board. Can be produced.
[0067]
In addition, as for the firing atmosphere, when silver or gold is used as the conductor material, the conductor is not oxidized. Therefore, it is preferable that the firing be performed in an air atmosphere, and when copper is used, in order to suppress oxidation of copper, It is desirable to fire in a nitrogen atmosphere.
[0068]
An electric element 5 such as a semiconductor element is mounted on the surface of the wiring board, and is connected to the wiring layer 2 so that signals can be transmitted. As described above, the connection method is preferably a flip-chip mounting using solder, wire bonding, or a mode of directly mounting on a wiring layer for connection.
[0069]
Further, the gap between the electric element 5 and the package A is filled with the underfill material 7 and cured, or a potting resin is coated on the electric element 5 and cured, or an insulating material of the same type as the insulating substrate A or other insulating material is used. By joining a lid made of an insulating material or a metal having good heat dissipation with an adhesive such as glass, resin, brazing material, etc., an electric element housing package can be manufactured.
[0070]
A ball 8 made of high melting point solder is connected to the lower surface of the package A by low melting point solder. When the package A is mounted on the printed wiring board B, the solder balls 8 of the package A are placed on the connection electrodes 4B of the printed wiring board B via the low melting point solder on the surface of the printed wiring board B. The package A can be secondarily mounted on the printed wiring board B by mounting and performing a solder reflow process.
[0071]
【Example】
(Example 1)
Four kinds of powders of glasses A, B, C, and D having an average particle size of 2 μm of the present invention having the compositions shown in Table 1 were prepared, and the average particle size of these glass powders was 1 to 2 μm. Using the filler powders shown in Tables 2 and 3, mixing was performed according to the compositions shown in Tables 2 and 3.
[0072]
With respect to each of the glasses A to D, the amount of the cordierite crystal phase deposited when firing at the firing temperature of the glass alone was measured by the Rietveld method, and the results are shown in Table 1.
[0073]
Then, an organic binder, a plasticizer, and toluene were added to this mixture to prepare a slurry, and then a green sheet having a thickness of 300 μm was produced using the slurry by a doctor blade method. Further, a plurality of the green sheets were laminated so as to have a desired thickness, and thermocompression bonding was performed at a temperature of 60 ° C. by applying a pressure of 10 MPa.
[0074]
After the obtained laminate is subjected to a binder removal treatment at 750 ° C. in a nitrogen atmosphere, the temperature is increased at a rate of 200 ° C./hour and fired in the air under the conditions shown in Tables 2 and 3 to obtain a glass ceramic sintered body. Was.
[0075]
The obtained sintered body was processed into a 2 mm square and a length of 18 mm, and the dimensional change was measured by a laser range finder while heating at a rate of 10 ° C./min. The coefficient of thermal expansion at ℃ was measured. Moreover, it processed into 50 mm square and thickness 1.0 mm, and measured the dielectric constant at 2 GHz by the cavity resonator method.
[0076]
Further, the sintered body was processed into a size of 3 mm × 4 mm × 40 mm, and the Young's modulus was measured by an ultrasonic pulse method. Using the same sample, a three-point bending strength based on JISR-1601 was measured using an autograph. Further, the crystal phases in the sintered body were identified by X-ray diffraction measurement, and the amount of each crystal phase precipitated in the sintered body was calculated by the read belt method and arranged in descending order.
[0077]
Regarding the cordierite crystal phase, the amount X of cordierite crystals precipitated from the glass according to the amount of glass added, the amount Y of cordierite powder added, and the Rietveld method for the produced sintered body. As a result, the content Z of the cordierite crystal phase in the sintered body was calculated.
Tables 2 and 3 show the above measurement results.
[0078]
On the other hand, the same evaluation was performed using two types of glasses E and F shown in Table 1 instead of the above four types of glasses. The same evaluation was performed using ZrO ₂ and TiO ₂ as the filler powder. The results are shown in Tables 2 and 3.
[0079]
[Table 1]

[0080]
[Table 2]

[0081]
[Table 3]

[0082]
As is clear from the results of Tables 1 to 3, Sample No. 1 in which a specific crystal phase including a cordierite crystal phase was precipitated based on the present invention. In cases of 1-3, 5-8, 10, 14-25, and 32-37, the thermal expansion coefficient is 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, the dielectric constant is 7 or less, and the Young's modulus is 150 GPa or less. The strength also showed a good value of 150 MPa or more.
[0083]
On the other hand, the sample No. in which the amount of the glass powder was more than 98.5% by weight. In Nos. 4 and 13, the softening flow of the glass was remarkable, and the original form of the sintered body could not be maintained, and an evaluable sample could not be obtained. In addition, Sample No. in which the amount of glass powder was less than 64.5% by weight. Sample No. 9, 11, cordierite powder was more than 20% by mass. In No. 12, a dense sintered body could not be obtained by firing at 1050 ° C. or lower.
[0084]
Sample No. using ZrO ₂ or TiO ₂ outside the scope of the present invention as the filler powder. In any of 26 to 31, the thermal expansion coefficient was higher than 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C., and the dielectric constant was higher than 7.
[0085]
Further, Sample Nos. Using glass powders E and F outside the scope of the present invention. In Sample Nos. 38 to 41, the cordierite crystal phase did not precipitate from the glass in any of the samples, and the coefficient of thermal expansion was higher than 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C.
[0086]
(Example 2)
In the sample No. of the present invention of Example 1, For 1-3, 5-8, 10, 14-25, and 32-37, an acrylic binder, a plasticizer, and toluene were added to and mixed with the raw material powder, and a 250 μm-thick green sheet was prepared by a doctor blade method. did. Next, a via hole was formed at a predetermined position of the green sheet, and a conductive paste containing copper as a main component was filled, and a wiring layer was formed on the surface of the green sheet by using the conductive paste by a screen printing method.
[0087]
Then, while aligning the green sheets on which the wiring layers were formed, four sheets were laminated and thermocompression bonded. The laminate was subjected to a binder removal treatment in steam-containing nitrogen at 750 ° C., further heated at 200 ° C./hour, and then baked in nitrogen under the conditions shown in Tables 2 and 3, and as a result, copper was the main component. A multilayer wiring board having a wiring layer was manufactured.
[0088]
With respect to the obtained wiring board, the conduction of the wiring layer was confirmed. As a result, there was no disconnection or the like, and low resistance and good conduction characteristics were exhibited.
[0089]
(Example 3)
Furthermore, on the surface of the green sheet, a flip-chip pad in which 0.12 mmφ pads are arranged in a matrix is formed on the surface of the package A by a screen printing method using a conductive paste mainly composed of copper. Formed a ball pad having 1 mmφ pads arranged in a matrix. The green sheets were laminated and cut so that the shape after firing was 30 mm square and the thickness was 1.5 mm, and then fired under the conditions shown in Tables 2 and 3. After performing Ni-Au plating on the obtained wiring board, a eutectic solder paste is printed on the ball pad, a high-temperature solder ball of 1.2 mmφ is positioned and placed, and a reflow process is performed. A package A on which high-temperature solder balls were mounted was manufactured.
[0090]
Next, a semiconductor element mainly composed of silicon and having a thermal expansion coefficient of 3 × 10 ⁻⁶ / ° C. is placed on the surface of the package A with a 0.1 mm thick solder interposed therebetween, and reflow treatment is performed. After that, an underfill was injected into a gap between the semiconductor element and the package A, and the semiconductor element was flip-chip mounted by curing.
[0091]
Further, a printed circuit board B having a thermal expansion coefficient of 15 × 10 ⁻⁶ / ° C. on which a wiring pattern similar to that of the back surface of the package A is formed is prepared, and the package A is positioned and mounted thereon, and reflow processing is performed again. By performing the above, 20 secondary mounting samples each having the package A mounted on a printed circuit board were produced.
[0092]
The above secondary mounting sample is subjected to a temperature cycle test in a temperature range of 0 to 100 ° C., and after every 100 cycles, the resistance value is measured for both the primary mounting side and the secondary mounting side, and the change in the resistance value and the disconnection The presence or absence was confirmed, and the number of cycles when the resistance changed by 10% or more with respect to the initial value is shown in Tables 2 and 3. Here, those without disconnection up to 1000 cycles were regarded as acceptable (OK).
[0093]
Further, as a comparative example, an AlN ceramic having a coefficient of thermal expansion of 4.7 × 10 ⁻⁶ / ° C. and a Young's modulus of 310 GPa is used as an insulating substrate, a wiring layer and a via conductor are formed of tungsten, and the package is simultaneously fired at 1600 ° C. And a similar temperature cycle test was performed.
[0094]
As is evident from the results of Tables 1 to 3, based on the present invention, a sample having a specific crystal phase precipitated with a thermal expansion coefficient of 5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less and a Young's modulus of 150 GPa or less, In both of the secondary mountings, no disconnection was observed in the temperature cycle test of 1000 cycles, and it was confirmed that high mounting reliability was exhibited.
[0095]
On the other hand, in a sample which is out of the scope of the present invention and has a coefficient of thermal expansion larger than 5 × 10 ⁻⁶ / ° C., the mismatch of the coefficient of thermal expansion between the semiconductor element and the insulating substrate is large in the temperature cycle test. In the sample, disconnection occurred in a cycle number shorter than 1000 cycles, and primary mounting reliability could not be secured.
[0096]
Sample No. using AlN having a low coefficient of thermal expansion of 4.7 × 10 ⁻⁶ / ° C. but a high Young's modulus of 310 GPa. In No. 42, as a result of the temperature cycle test, no disconnection was observed on the primary mounting side at 1000 cycles, but the Young's modulus was high and the effect of relaxing thermal stress was insufficient, so that the secondary mounting side was shorter than 1000 cycles. Disconnection occurred at the number of cycles, and the mounting reliability could not be secured.
[0097]
【The invention's effect】
As described in detail above, the glass ceramic composition and the sintered body of the present invention are formed by firing at 1050 ° C. or lower using a conductive material mainly composed of a low-resistance metal such as copper, silver, and gold. High mounting for both primary mounting of semiconductor elements such as silicon and secondary mounting on printed wiring boards with high thermal expansion by combining low thermal expansion coefficient, low dielectric constant and low Young's modulus A wiring board exhibiting reliability can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a BGA type semiconductor element housing package using a wiring board of the present invention.
[Explanation of symbols]
A package for element storage 1 insulating substrate 2 wiring layer 3 via hole conductor 4 connection electrode 5 element 6 solder ball 7 underfill 8 high-temperature solder ball 9 eutectic solder

Claims

Glass powder 64 containing at least 30 to 55% by mass of SiO ₂ , 15 to 40% by mass of Al ₂ O ₃ , 3 to 25% by mass of MgO, 2 to 15% by mass of ZnO, and 2 to 15% by mass of B ₂ O ₃ 0.5 to 98.5% by mass, cordierite powder 0.5 to 20% by mass, and at least one filler powder 1 to 35% by mass selected from the group consisting of mullite, anorthite, slausonite, Celsian, and quartz glass. A glass-ceramic composition comprising:

The glass-ceramic composition according to claim 1, wherein the glass powder is subjected to a heat treatment at 1050 ° C or less to precipitate at least cordierite as a crystal phase.

3. The glass powder according to claim 1, wherein the glass powder is further subjected to a heat treatment at 1050 ° C. or lower to further precipitate at least one selected from the group consisting of garnet, spinel, and mullite as a crystal phase. 4. Glass ceramic composition.

PbO and A _{2 O:} glass ceramic composition according to claims 1 to 3 content is equal to or 0.1 wt% or less each of (A alkali metal).

It contains at least 20% by mass of cordierite as a crystalline phase in the total amount, has a thermal expansion coefficient of 4.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, a dielectric constant of 7 or less, and a Young's modulus of 150 GPa or less at 40 to 400 ° C. A glass-ceramic sintered body characterized in that:

The glass-ceramic sintered body according to claim 5, further comprising at least one selected from the group consisting of garnet, spinel, mullite, anorthite, slausonite, and Celsian as a crystal phase.

7. The glass ceramic sintered body according to claim 5, wherein the transverse rupture strength is 150 MPa or more.

8. The glass ceramic sintered body according to claim 5, wherein the contents of PbO and A ₂ O (A: alkali metal) are each 0.1% by weight or less.

Glass powder containing at least 30 to 55% by mass of SiO ₂ , 15 to 40% by mass of Al ₂ O ₃ , 3 to 25% by mass of MgO, 2 to 15% by mass of ZnO, and 2 to 15% by mass of B ₂ O ₃ 64. 5 to 98.5% by mass, cordierite powder 0.5 to 20% by mass, and at least one filler powder 1 to 35% by mass selected from the group consisting of mullite, anorthite, slausonite, Serdian and quartz glass. Characterized by mixing, shaping, and firing at a temperature of 1050 ° C. or lower in the air or nitrogen atmosphere.

When the amount of cordierite precipitated from the glass powder by heat treatment is X% by mass, the amount of the cordierite powder added is Y% by mass, and the amount of cordierite contained in the sintered body is Z% by mass. 10. The method for producing a glass ceramic sintered body according to claim 9, wherein a relationship of Z> X + Y is satisfied.

9. A wiring board comprising a wiring layer containing a low-resistance metal disposed on a surface and / or inside of an insulating substrate, wherein the insulating substrate is made of the glass ceramic sintered body according to any one of claims 5 to 8. A wiring board comprising a union.

The wiring board according to claim 11, wherein a semiconductor element mainly composed of Si is mounted on a surface of the wiring board and / or a concave portion provided on the surface.

13. A mounting structure for a wiring board, comprising: mounting the wiring board according to claim 11 on a surface of a printed wiring board having an insulating substrate containing an organic resin.