JP2005064436A - Glass ceramics wiring board - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide glass ceramics composed of SiO<SB>2</SB>-Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>-MgO-CaO based glass and Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, and glass ceramics wiring board whose adhesion strength with a wiring conductor is high. <P>SOLUTION: The glass ceramics wiring board is constituted by laminating a plurality of insulating layers which contains SiO<SB>2</SB>-Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>-MgO-CaO based glass and Al<SB>2</SB>O<SB>3.</SB>In the glass ceramics wiring board wherein the wiring conductors whose principal component is silver are formed on surfaces of the insulating layers and between the layers, the wiring conductor contains glass containing SrO. As a result, wettability of interface between the wiring conductor and the glass ceramics composed of SiO<SB>2</SB>-Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>-MgO-CaO based glass and Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>is improved, and adhesion strength of the wiring conductor is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えばIC,LSI等の半導体集積回路素子やチップ部品等の電子部品を搭載するとともにそれらを相互配線するための配線導体が形成されたガラスセラミック配線基板に関するものである。   The present invention relates to a glass ceramic wiring board on which electronic components such as semiconductor integrated circuit elements such as IC and LSI and chip parts are mounted and wiring conductors for interconnecting them are formed.

近年、IC,LSI等の半導体集積回路素子やチップ部品等は小型化,軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板も小型化,軽量化が望まれている。このような要求に対して、絶縁基板内に内部電極等を形成した多層セラミック基板は、要求される高密度配線が可能であり、かつ薄型化が可能なことから、今日のエレクトロニクス業界において重要視されている。この多層セラミック基板としては、アルミナ質焼結体から成り、表面または内部にタングステン,モリブデン等の高融点金属から成る配線導体が形成されたものが従来から広く用いられている。   In recent years, semiconductor integrated circuit elements such as IC and LSI, chip parts, and the like have been reduced in size and weight, and a wiring board on which these are mounted is also desired to be reduced in size and weight. In response to these demands, multilayer ceramic substrates with internal electrodes formed in an insulating substrate can provide the required high-density wiring and can be thinned. Has been. As this multilayer ceramic substrate, a substrate made of an alumina sintered body and having a wiring conductor made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum formed on the surface or inside thereof has been widely used.

また、近年の高度情報化時代を迎え、半導体集積回路素子等で使用される周波数帯域はますます高周波帯域に移行しつつある。このような高周波信号の伝送を行なう高周波配線基板においては、高周波信号を高速で伝送するうえで、配線導体を形成する導体の電気抵抗が小さいことが要求され、絶縁基板にもより低い誘電率が要求される。   In addition, with the recent advanced information age, the frequency band used in semiconductor integrated circuit elements and the like is increasingly shifting to the high frequency band. In a high-frequency wiring board that transmits such a high-frequency signal, the electrical resistance of the conductor forming the wiring conductor is required to be small in order to transmit the high-frequency signal at high speed, and the insulating substrate also has a lower dielectric constant. Required.

しかし、従来のタングステン,モリブデン等の高融点金属は導体抵抗が大きく、配線導体中を流れる電気信号の損失(いわゆる導体損失)が大きいことから、信号の伝播速度が遅く、また30GHz以上の高周波領域での信号伝播も困難である。よって、タングステン,モリブデン等の金属に代えて銅,銀,金等の低抵抗の金属を使用することが必要である。ところが、これら低抵抗の金属は融点が低いため、絶縁基板と同時焼成をする場合800〜1000℃程度の低温で焼成することが必要であることから、この低抵抗の金属から成る配線層は高温焼成が必要なアルミナ質焼結体と同時焼成することができなかった。また、アルミナ質焼結体から成る多層セラミック基板は誘電率が高いため、高周波回路基板には不適切である。   However, conventional refractory metals such as tungsten and molybdenum have a large conductor resistance and a large loss of electrical signals flowing in the wiring conductor (so-called conductor loss). It is also difficult to propagate the signal. Therefore, it is necessary to use a low-resistance metal such as copper, silver, or gold instead of a metal such as tungsten or molybdenum. However, since these low-resistance metals have a low melting point, it is necessary to fire at a low temperature of about 800 to 1000 ° C. when co-firing with an insulating substrate. It was not possible to co-fire with the alumina sintered body that needed to be fired. In addition, a multilayer ceramic substrate made of an alumina sintered body has a high dielectric constant, and is not suitable for a high-frequency circuit substrate.

このため、最近では、ガラスとセラミックス(無機質フィラー)との混合物を焼成して得られるガラスセラミックスを絶縁基板として用いることが注目されている。すなわち、ガラスセラミックスは誘電率が低いため高周波用の絶縁基板として好適であり、またガラスセラミックスは800〜1000℃程度の低温で焼成することができることから、銅,銀,金等の低抵抗の金属を配線層として使用できるという利点がある。なお、これらの低抵抗の金属を配線導体として使用する際には、配線導体とガラスセラミックスとの密着強度を高めるために配線導体にガラスを添加するのが一般的である。   For this reason, recently, attention has been focused on using glass ceramics obtained by firing a mixture of glass and ceramics (inorganic filler) as an insulating substrate. In other words, glass ceramics are suitable as high-frequency insulating substrates because of their low dielectric constant, and glass ceramics can be fired at a low temperature of about 800 to 1000 ° C., so low resistance metals such as copper, silver, and gold Can be used as a wiring layer. When these low-resistance metals are used as wiring conductors, it is common to add glass to the wiring conductors in order to increase the adhesion strength between the wiring conductors and the glass ceramics.

銅,銀,金等の低抵抗の金属のなかでも銀は導体抵抗が低く、銅と異なり酸化雰囲気中でも焼成可能なことから、早くからガラスセラミックスとの同時焼成技術が検討、開発されており、その結果、多層セラミック基板の電気的特性は大きく向上した。   Among low-resistance metals such as copper, silver, and gold, silver has a low conductor resistance, and unlike copper, it can be fired in an oxidizing atmosphere, so the simultaneous firing technology with glass ceramics has already been studied and developed. As a result, the electrical characteristics of the multilayer ceramic substrate were greatly improved.

しかし、多層セラミック基板は、ECU(Electronic Control Unit)用の配線基板等、約5A以上という大電流の電気信号を流す必要のある用途での使用が増加しつつあり、この場合、配線基板上に搭載されている電子部品に大電流を流すために配線導体と電子部品とを接続するボンディングワイヤの直径を100μm以上と非常に大きくする必要がある。このような直径の大きなボンディングワイヤを超音波ボンダーにより配線導体に接続させようとすると、ボンディングワイヤと配線導体との間に大きな摩擦エネルギーを発生させることが必要である。   However, multilayer ceramic substrates are increasingly being used in applications that require an electric signal of a large current of about 5 A or more, such as wiring substrates for ECUs (Electronic Control Units). In order to flow a large current through the mounted electronic component, it is necessary to make the diameter of the bonding wire connecting the wiring conductor and the electronic component very large, such as 100 μm or more. When such a bonding wire having a large diameter is to be connected to the wiring conductor by an ultrasonic bonder, it is necessary to generate a large friction energy between the bonding wire and the wiring conductor.

このような場合に、配線導体として銀を用いると、銀は合金形成時に放出される熱エネルギーが低いためガラスセラミックス中のアルミナやガラス等を形成している元素との反応が生じにくく、そのため配線導体とアルミナやガラス等との充分な結合が得られない。その結果、配線導体とガラスセラミックスとの密着強度が低くなり、配線導体とガラスセラミックスから成る配線基板との界面で剥離(いわゆるリフトオフ)が発生するという問題点があった。   In such a case, if silver is used as the wiring conductor, the silver does not easily react with the elements forming alumina, glass, etc. in the glass ceramic because the thermal energy released at the time of alloy formation is low. A sufficient bond between the conductor and alumina or glass cannot be obtained. As a result, there is a problem in that the adhesion strength between the wiring conductor and the glass ceramic is lowered, and peeling (so-called lift-off) occurs at the interface between the wiring conductor and the wiring substrate made of the glass ceramic.

そこで、この配線導体とガラスセラミック基板との密着強度が低いという問題を解決する手段として、銀にパラジウムまたは白金を添加した銀/パラジウム導体,銀/白金導体を用いる方法が一般に用いられている。これは、パラジウムや白金は合金を形成する際に放出される熱エネルギーが高いため、ガラスセラミックス中のアルミナやガラス等を形成している元素との反応が生じやすいため効果的に密着強度を向上させることができることによる。   Therefore, as a means for solving the problem that the adhesion strength between the wiring conductor and the glass ceramic substrate is low, a silver / palladium conductor obtained by adding palladium or platinum to silver or a method using a silver / platinum conductor is generally used. This is because palladium and platinum have a high thermal energy released when forming an alloy, so that it is easy to react with the elements that form alumina, glass, etc. in glass ceramics, thus effectively improving adhesion strength. Depending on what can be done.

また、銀/パラジウムは、パラジウム濃度が5〜30重量%の組成において、銀/白金は、白金濃度が0.1〜5重量%の組成において、厚膜法によるポストファイヤメタライズとして多用されている。すなわち、厚膜法によるポストファイヤとは、焼成済みのガラスセラミック基板に導電ペーストを印刷して配線導体となるパターンを形成した後、ガラスセラミック基板の焼成温度以下の温度で導体ペーストを焼き付けることをいう。   Silver / palladium is frequently used as post-fire metallization by a thick film method in a composition having a palladium concentration of 5 to 30% by weight and silver / platinum in a composition having a platinum concentration of 0.1 to 5% by weight. In other words, post-fire by the thick film method means that after a conductive paste is printed on a fired glass ceramic substrate to form a pattern to be a wiring conductor, the conductor paste is baked at a temperature lower than the firing temperature of the glass ceramic substrate. Say.

このような、厚膜法によるポストファイヤにて表層配線を形成する技術としては以下のような例がある。特許文献1には、銀/パラジウムにマンガンの酸化物と酸化クロムとガラスフリットを添加した導電ペーストが開示されている。それによって、表層配線の高温エージング後の密着強度を向上する効果が得られている。特許文献2には、銀に二酸化ケイ素とガラスフリットを添加した導電ペーストが開示されている。それによって、表層配線の密着強度が向上する効果が得られている。
特開平4-88067号公報 特公平6-50705号公報
Examples of the technique for forming the surface layer wiring by the post-fire by the thick film method include the following examples. Patent Document 1 discloses a conductive paste in which manganese oxide, chromium oxide, and glass frit are added to silver / palladium. Thereby, the effect of improving the adhesion strength after high-temperature aging of the surface layer wiring is obtained. Patent Document 2 discloses a conductive paste in which silicon dioxide and glass frit are added to silver. Thereby, the effect of improving the adhesion strength of the surface layer wiring is obtained.
JP-A-4-88067 Japanese Patent Publication No. 6-50705

しかしながら、上記の特許文献1,2の表層配線はいずれも厚膜法によるポストファイヤによるものであるため、配線導体となる導電ペーストを印刷形成したセラミックシートを積層して同時に焼成する同時焼成と比べて、焼成済みのガラスセラミック基板に導電ペーストを印刷して配線導体となるパターンを形成した後、ガラスセラミック基板の焼成温度以下の温度で導体ペーストを焼き付けるという工程が増えることから、焼成炉内等での異物付着等の不具合が発生しやすく、さらに製造コストが高くなるという問題点があった。   However, since the surface layer wirings in Patent Documents 1 and 2 are both based on post-fire by the thick film method, compared with simultaneous firing in which a ceramic sheet printed with a conductive paste serving as a wiring conductor is laminated and fired simultaneously. After the conductive paste is printed on the fired glass-ceramic substrate to form a pattern to be a wiring conductor, the process of baking the conductor paste at a temperature lower than the firing temperature of the glass-ceramic substrate is increased. There is a problem that defects such as adhesion of foreign matter are likely to occur, and the manufacturing cost is further increased.

また、銀/パラジウムは導体抵抗が高いため、表層配線において電気信号の導体損失が導体金属として銀を用いた配線導体に比べ大きくなってしまうという問題点もあった。   Further, since silver / palladium has a high conductor resistance, there is a problem that the conductor loss of the electric signal in the surface layer wiring is larger than that of the wiring conductor using silver as a conductor metal.

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は、表層配線に導体金属として銀を用いた配線導体を用いてもガラスセラミックスとの密着強度が高く、高周波特性に優れ、さらに高いワイヤボンディング性を有する安価なガラスセラミック配線基板を提供することである。   The present invention has been completed in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to provide adhesion strength to glass ceramics even when a wiring conductor using silver as a conductive metal is used for the surface wiring. It is an object to provide an inexpensive glass-ceramic wiring board that is high, excellent in high-frequency characteristics, and has high wire bonding properties.

本発明のガラスセラミック配線基板は、SiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlを含む絶縁層が複数積層されて成るとともに、前記絶縁層の表面および層間に銀を主成分とする配線導体が形成されたガラスセラミック配線基板において、前記配線導体は、SrOを含むガラスを含有していることを特徴とする。 The glass-ceramic wiring board of the present invention is formed by laminating a plurality of insulating layers containing SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass and Al 2 O 3 , and mainly contains silver between the surface and the interlayer of the insulating layer. In the glass ceramic wiring board on which the wiring conductor as a component is formed, the wiring conductor contains glass containing SrO.

また、本発明のガラスセラミック配線基板は、好ましくは、前記配線導体は、銀を100重量部としたときに前記ガラスを0.5〜15重量部含有していることを特徴とする。   The glass-ceramic wiring board of the present invention is preferably characterized in that the wiring conductor contains 0.5 to 15 parts by weight of the glass when silver is 100 parts by weight.

また、本発明のガラスセラミック配線基板は、好ましくは、前記配線導体に含まれるガラス相の最大長さが1〜10μmであることを特徴とする。   The glass ceramic wiring board of the present invention is preferably characterized in that the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor is 1 to 10 μm.

本発明のガラスセラミック配線基板は、配線導体が含有するガラス中のSrOが、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの界面の接触角を小さくし濡れ性を向上させることから、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスの付着仕事量、すなわち結合力が大きくなり、その結果、密着強度を向上させることができる。 In the glass ceramic wiring board of the present invention, the SrO in the glass contained in the wiring conductor is an interface contact between the wiring conductor and a glass ceramic composed of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO glass and Al 2 O 3. Since the corners are reduced and the wettability is improved, the work of adhesion of the wiring conductor, the glass ceramic composed of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO glass and Al 2 O 3 , that is, the bonding force increases, As a result, the adhesion strength can be improved.

また、配線導体中のSrOが含まれるガラスの含有量を配線導体100重量部に対して0.5〜15重量部としたときには、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの密着強度をさらに良好なものとなすことができ、かつ、焼成時のガラスの配線導体表面への浮き出しによるメッキ形成の不良の発生を抑制することができる。 Further, when the content of the glass containing SrO in the wiring conductor is 0.5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the wiring conductor, the wiring conductor, the SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass, and Al The adhesion strength with the glass ceramic made of 2 O 3 can be further improved, and the occurrence of defective plating formation due to the glass being raised on the surface of the wiring conductor during firing can be suppressed.

また、配線導体に含まれるガラス相の最大長さを1〜10μmとしたときには、配線導体と、SiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの密着強度をより強固にすることができる。このため、配線導体の強度試験を行なった際に、直径の大きなワイヤを用いてワイヤボンド実装を行なう場合に実装信頼性の観点から問題とされる、配線導体−ガラスセラミックス界面での破壊や配線導体内での破壊の発生を防ぐことができる。 Further, when the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor is 1 to 10 μm, the wiring conductor and the glass ceramic made of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass and Al 2 O 3 are adhered to each other. Strength can be further strengthened. For this reason, when conducting a wire conductor strength test using a wire with a large diameter, when the strength test is performed on the wiring conductor, there is a problem from the viewpoint of mounting reliability. Occurrence of breakage in the conductor can be prevented.

その結果、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの密着強度を効果的に向上することができ、高周波特性に優れるとともに高いワイヤボンディング性を得ることができる。 As a result, it is possible to effectively improve the adhesion strength between the wiring conductor and the glass ceramic composed of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass and Al 2 O 3. Sex can be obtained.

本発明のガラスセラミック配線基板について以下に詳細に説明する。   The glass ceramic wiring board of the present invention will be described in detail below.

本発明のガラスセラミック配線基板の絶縁基板となるガラスセラミックスのグリーンシートには、ガラス成分としてのガラス粉末およびフィラー(セラミック粉末)に、さらに有機バインダ,可塑剤,有機溶剤等を混合したものが用いられる。ガラス成分はSiO−Al−MgO−CaO系ガラスであり、これは焼成時に結晶化する結晶化ガラスであることが好ましい。このようなガラス成分を用いることによって、焼成後にガラスが結晶化することでガラスセラミックスの機械的強度を向上させることができる。また、フィラーはAlである。 The glass ceramic green sheet used as the insulating substrate of the glass-ceramic wiring board of the present invention uses a glass powder and filler (ceramic powder) as a glass component and further mixed with an organic binder, plasticizer, organic solvent, etc. It is done. The glass component is SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass, which is preferably crystallized glass that crystallizes during firing. By using such a glass component, the mechanical strength of the glass ceramic can be improved by crystallizing the glass after firing. The filler is Al 2 O 3 .

これらガラス成分とフィラーとの混合割合は質量比で40:60〜99:1であるのが好ましい。ガラス成分が40質量%未満では、ガラスセラミックスの焼成温度が高くなり、銅,銀,金等の低抵抗の金属を配線導体として使用できなくなる。ガラス成分が99質量%を超えると、フィラーがガラスセラミックスの形状を保つ働きを果たすことができず、焼成後に所望の形状のガラスセラミックスを得ることができない。   The mixing ratio of these glass components and fillers is preferably 40:60 to 99: 1 by mass ratio. If the glass component is less than 40% by mass, the firing temperature of the glass ceramic becomes high, and low resistance metals such as copper, silver and gold cannot be used as the wiring conductor. When the glass component exceeds 99% by mass, the filler cannot fulfill the function of maintaining the shape of the glass ceramic, and a glass ceramic having a desired shape cannot be obtained after firing.

ガラスセラミックグリーンシートに配合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系のものであり、アクリル酸,メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等である。また、ポリビニルブチラ−ル系,ポリビニルアルコール系,アクリル−スチレン系,ポリプロピレンカーボネート系,セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。   As the organic binder blended in the glass ceramic green sheet, those conventionally used in ceramic green sheets can be used, for example, acrylic type, and single weight of acrylic acid, methacrylic acid or esters thereof. A polymer or a copolymer, specifically, an acrylic ester copolymer, a methacrylic ester copolymer, an acrylic ester-methacrylic ester copolymer, or the like. Moreover, homopolymers or copolymers such as polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acryl-styrene, polypropylene carbonate, and cellulose are listed.

ガラスセラミックグリーンシートは、上記ガラス粉末,フィラー粉末,有機バインダに必要に応じて所定量の可塑剤,溶剤(有機溶剤,水等)を加えてスラリーを得て、これをドクターブレード法,圧延法,カレンダーロール法,金型プレス法等により厚さ約50〜500μmに成形することによって得られる。   The glass ceramic green sheet is obtained by adding a predetermined amount of plasticizer and solvent (organic solvent, water, etc.) to the above glass powder, filler powder, and organic binder as necessary to obtain a slurry. It can be obtained by molding to a thickness of about 50 to 500 μm by a calender roll method, a die press method or the like.

ガラスセラミックグリーンシートの表面に配線導体のパターンを形成するには、例えば導体材料の粉末をペースト化した導体ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷する等の方法が挙げられる。導体材料としては、大気中で焼成ができ、導体抵抗が低いという特徴を有する点で、銀が好ましい。銀には微量の鉄,コバルト,銅,白金,パラジウム等の元素が含まれていてもよい。   In order to form the pattern of the wiring conductor on the surface of the glass ceramic green sheet, for example, a method of printing a conductor paste obtained by pasting a powder of a conductor material by a screen printing method, a gravure printing method or the like can be used. As the conductor material, silver is preferable because it can be fired in the air and has a low conductor resistance. Silver may contain trace amounts of elements such as iron, cobalt, copper, platinum, and palladium.

また、導体ペーストしたものは、少なくともSrOが含まれるガラスを含む。ガラスに含まれるSrOが配線導体とガラスセラミックスとの接触角に与える影響の詳細については明らかではないが、配線導体が含有するガラス中のSrOは、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの界面の接触角を小さくし、ぬれ性を向上させる働きをなす。このため、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの付着仕事量が大きくなり、その結果、密着強度を向上させることができると考えられる。 The conductor paste contains glass containing at least SrO. Although details of the influence of SrO contained in the glass on the contact angle between the wiring conductor and the glass ceramics are not clear, SrO in the glass contained in the wiring conductor is composed of the wiring conductor and SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO. -It works to reduce the contact angle at the interface with the glass ceramics made of CaO-based glass and Al 2 O 3 and improve the wettability. For this reason, the work of adhesion between the wiring conductor and the glass ceramic made of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass and Al 2 O 3 is increased, and as a result, the adhesion strength can be improved. It is done.

ここで、付着仕事量とは異種材料が付着した界面を引き剥がすのに必要な単位面積あたりのエネルギーであり、付着仕事量をW、銀の表面エネルギーをγ、銀とガラスセラミックスとの界面の接触角をθとするとW=γ(1+cosθ)の関係が成り立つ。   Here, the work of adhesion is the energy per unit area required to peel off the interface on which the dissimilar material is adhered, the work of adhesion is W, the surface energy of silver is γ, and the interface between the silver and glass ceramics. When the contact angle is θ, the relationship W = γ (1 + cos θ) is established.

本発明において、好ましくは、配線導体は、銀を100重量部としたときにガラスを0.5〜15重量部含有していることが好ましく、この場合、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの密着強度を補強し、かつ焼成時のガラスの配線導体表面への浮き出しによるメッキ膜形成の不良の発生を抑えることができる。 In the present invention, the wiring conductor preferably contains 0.5 to 15 parts by weight of glass when silver is 100 parts by weight. In this case, the wiring conductor and SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO reinforce the adhesion strength between the glass ceramic consisting -CaO based glass and Al 2 O 3, and it is possible to suppress the relief defective plating film formation by on the wiring conductor surface of the glass during firing.

SrOが含まれるガラスの含有量が銀100重量部に対して0.5重量部より少ないと、ガラス中のSrOが配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの界面の接触角を小さくする効果が発現されず、配線導体とSiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの密着強度を向上させることができない。また、SrOが含まれるガラスの含有量が銀の100重量部に対して15重量部を超える場合、焼成時のガラスの配線導体表面への浮き出しによるメッキ形成の不良が発生し、アルミワイヤーボンド不良を引き起こす。 When the content of the glass containing SrO is less than 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silver, SrO in the glass is composed of the wiring conductor, the SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass, and Al 2 O 3. The effect of reducing the contact angle at the interface with the resulting glass ceramic is not expressed, and the adhesion strength between the wiring conductor and the glass ceramic made of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO glass and Al 2 O 3 is improved. I can't. In addition, when the content of the glass containing SrO exceeds 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silver, defective plating formation occurs due to the glass being raised on the surface of the wiring conductor during firing, resulting in poor aluminum wire bonding. cause.

また、本発明において、配線導体に含まれるガラス相の最大長さを1〜10μmとするのがよく、この場合、配線導体と、SiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlからなるガラスセラミックスとの密着強度をより強固にすることができる。このため、配線導体の強度試験を行なった際に、直径の大きなワイヤを用いてワイヤボンド実装を行なう場合に実装信頼性の観点から問題とされる、配線導体−ガラスセラミックス界面での破壊や配線導体内での破壊の発生を防ぐことができる。 In the present invention, the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor is preferably 1 to 10 μm. In this case, the wiring conductor, the SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass, and Al 2 are used. The adhesion strength with the glass ceramic made of O 3 can be further strengthened. For this reason, when conducting a wire conductor strength test using a wire with a large diameter, when the strength test is performed on the wiring conductor, there is a problem from the viewpoint of mounting reliability. Occurrence of breakage in the conductor can be prevented.

配線導体に含まれるガラス相の最大長さが10μmより大きくなると、配線導体にガラス相を均一に分散させることが難しくなり、配線導体−ガラスセラミックス界面の強度を向上させるのに有効とされているガラスのアンカー効果が安定して発現しなくなり強度の更なる向上を図ることが難しい。   When the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor is larger than 10 μm, it is difficult to uniformly disperse the glass phase in the wiring conductor, which is effective in improving the strength of the wiring conductor-glass ceramics interface. The anchor effect of glass does not appear stably, and it is difficult to further improve the strength.

また、ガラス相の最大長さが1μmよりも小さくなると、配線導体−ガラスセラミックス界面に存在するガラス相の長さが小さくなるために、配線導体−ガラスセラミックス界面のガラスのアンカー効果が小さくなり、強度の更なる向上を図ることが難しい。   Further, when the maximum length of the glass phase is less than 1 μm, the glass phase length existing at the wiring conductor-glass ceramics interface is reduced, so that the anchor effect of the glass at the wiring conductor-glass ceramics interface is reduced, It is difficult to further improve the strength.

配線導体に含まれるガラス相の最大長さを1〜10μmとする方法としては、配線導体に含まれるガラスの含有量を銀の100重量部に対して0.5〜15重量部にするという方法がある。配線導体に含まれるガラスの含有量が銀100重量部に対して0.5〜15重量部の場合、ガラスセラミック基板の焼成時にガラス成分同士が適度に焼結するために配線導体に含まれるガラス相の最大長さが1〜10μmとなる。ガラスの含有量が銀100重量部に対して0.5重量部より少ない場合は、ガラス成分同士での焼結が生じにくくなるために配線導体に含まれるガラス相の最大長さは1μmよりも小さくなる。逆に、ガラスの含有量が銀100重量部に対して15重量部を超える場合、ガラス成分同士の焼結が過剰に進むために配線導体に含まれるガラス相の最大長さは10μmよりも大きくなる。   As a method of setting the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor to 1 to 10 μm, there is a method of setting the content of glass contained in the wiring conductor to 0.5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silver. . When the content of the glass contained in the wiring conductor is 0.5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silver, the glass component contained in the wiring conductor is appropriately sintered between the glass components when the glass ceramic substrate is fired. The maximum length is 1 to 10 μm. When the glass content is less than 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silver, since the glass components are less likely to be sintered, the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor is smaller than 1 μm. . Conversely, when the glass content exceeds 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silver, the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor is larger than 10 μm because the sintering of the glass components proceeds excessively. Become.

また、配線導体には、上下のガラスセラミック層間の配線導体同士を接続するためのビアホールやスルーホール等の貫通導体が表面に露出した部分も含まれる。これら貫通導体は、パンチング加工等によりガラスセラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、導体材料粉末をペースト化した導体ペーストを印刷により埋め込む等の手段によって形成される。   Further, the wiring conductor includes a portion where a through conductor such as a via hole or a through hole for connecting the wiring conductors between the upper and lower glass ceramic layers is exposed on the surface. These through conductors are formed by means such as embedding by printing a conductive paste obtained by pasting a conductive material powder into a through hole formed in a glass ceramic green sheet by punching or the like.

ガラスセラミックグリーンシートの積層には、積み重ねたガラスセラミックグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機バインダ,可塑剤,溶剤等から成る接着剤をガラスセラミックグリーンシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用できる。   For the lamination of glass ceramic green sheets, heat and pressure are applied to the stacked glass ceramic green sheets by thermocompression bonding, or an adhesive consisting of organic binder, plasticizer, solvent, etc. is applied between the glass ceramic green sheets. A method such as thermocompression bonding can be employed.

ガラスセラミックグリーンシートを積層後、有機成分の除去と焼成を行なう。有機成分の除去は100〜800℃の温度範囲で積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解,揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミックス組成により異なるが、約800〜900℃の範囲内である。一般のガラスセラミックス材料には900℃以上で焼成するものもあるが、本発明では配線導体を同時に焼成するため、配線導体の焼成温度に準じて800〜900℃の範囲がよい。900℃を超える温度で焼成した場合、配線導体の電気抵抗値の増加による電気的特性の劣化やガラスセラミックスの過焼結による機械的強度の劣化が生じる。また、焼成は大気中で行なう。   After laminating the glass ceramic green sheets, the organic components are removed and fired. The organic component is removed by heating the laminate in the temperature range of 100 to 800 ° C. to decompose and volatilize the organic component. Moreover, although a calcination temperature changes with glass ceramic compositions, it exists in the range of about 800-900 degreeC. Some general glass ceramic materials are fired at 900 ° C. or higher. However, in the present invention, the wiring conductor is fired at the same time. Therefore, the range of 800 to 900 ° C. is preferable according to the firing temperature of the wiring conductor. When fired at a temperature exceeding 900 ° C., the electrical characteristics deteriorate due to an increase in the electrical resistance value of the wiring conductor, and the mechanical strength deteriorates due to oversintering of the glass ceramic. The firing is performed in the air.

また、焼成時には、反りを防止するためにガラスセラミックグリーンシート積層体上面に重しを載せる等して荷重をかけてもよい。荷重は50〜1MPa程度がよい。荷重が50Pa未満である場合、ガラスセラミックグリーンシート積層体の反りを抑制する作用が充分でないおそれがある。また、荷重が1MPaを超える場合、使用する重しが大きくなるため焼成炉に入らなかったり、また焼成炉に入っても熱容量不足になり焼成できない等の問題をひき起こすおそれがある。重しとしては、分解した有機成分の挿散を妨げないように、例えば多孔質のセラミックスや金属等を使用するのが好ましい。また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。   Further, during firing, a load may be applied by placing a weight on the upper surface of the glass ceramic green sheet laminate in order to prevent warping. The load should be about 50-1 MPa. When the load is less than 50 Pa, the action of suppressing the warp of the glass ceramic green sheet laminate may not be sufficient. Further, when the load exceeds 1 MPa, the weight to be used increases, so that there is a risk that it will not enter the firing furnace, or even if it enters the firing furnace, the heat capacity will be insufficient and firing will not be possible. As the weight, for example, porous ceramics, metal, or the like is preferably used so as not to prevent the dissociation of the decomposed organic component. Further, a porous weight may be placed on the upper surface of the glass ceramic green sheet laminate, and a non-porous weight may be placed thereon.

焼成後、配線導体に0.1〜10μm程度の厚みのニッケル、金等のメッキ皮膜を形成することによりアルミワイヤーボンド実装が可能なガラスセラミック配線基板を得ることができる。   After firing, a glass ceramic wiring board capable of aluminum wire bond mounting can be obtained by forming a plating film of nickel, gold or the like having a thickness of about 0.1 to 10 μm on the wiring conductor.

本発明のガラスセラミック配線基板の実施例について以下に説明する。   Examples of the glass ceramic wiring board of the present invention will be described below.

(実施例1)
まず、ガラスセラミック基板として、SiO−Al−MgO−CaO系結晶化ガラス粉末70重量部、Al粉末30重量部からなるガラスセラミックスを使用した。
(Example 1)
First, glass ceramics composed of 70 parts by weight of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based crystallized glass powder and 30 parts by weight of Al 2 O 3 powder was used as the glass ceramic substrate.

次に、このガラスセラミック基板に形成する配線導体として、SiO−Al−B−MgO−CaO−BaO−SrO系ガラス(ガラスA)を銀100重量部に対して0.25〜20重量部含有しているものを用い、この配線基板が形成されたガラスセラミック配線基板を作製した。 Next, as a wiring conductor to be formed on this glass ceramic substrate, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —MgO—CaO—BaO—SrO-based glass (glass A) is added to 0.25 to 100 parts by weight of silver. A glass ceramic wiring board on which this wiring board was formed was prepared using 20 parts by weight.

また、比較例として、SrOを含まないSiO−Al−B−MgO−CaO−BaO系ガラス(ガラスB)を銀100重量部に対して0.25〜20重量部含有しているものを用い、この配線基板が形成されたガラスセラミック配線基板をガラスAの場合と同様の方法で作製した。 As a comparative example, SrO-free SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —MgO—CaO—BaO-based glass (glass B) is contained in an amount of 0.25 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silver. The glass ceramic wiring board on which this wiring board was formed was produced by the same method as in the case of glass A.

これらのガラスセラミック配線基板の表面の配線導体上に厚さ4μmのNiメッキ膜および厚さ1μmのAuメッキ膜を形成し、その後、配線導体上に直径300μmのアルミニウム製のワイヤをボンディングした場合のリフトオフ(ワイヤの外れ)の発生確率を調べた結果を表1に示す。

Figure 2005064436
When a 4 μm thick Ni plating film and a 1 μm thick Au plating film are formed on the wiring conductor on the surface of these glass ceramic wiring boards, and then a 300 μm diameter aluminum wire is bonded on the wiring conductor Table 1 shows the results of examining the probability of lift-off (wire disconnection).
Figure 2005064436

表1より、本発明の実施例であるSrOを含むガラスでは、リフトオフの発生率はSrOを含まないガラスよりもリフトオフの発生率が低く、さらにSrOを含むガラスの添加量を0.5〜15重量部としたときにはリフトオフがまったく発生しなかった。   From Table 1, in the glass containing SrO which is an example of the present invention, the lift-off rate is lower than the glass containing no SrO, and the addition amount of the glass containing SrO is 0.5 to 15 parts by weight. No lift-off occurred at all.

(実施例2)
ガラス相の最大長さと添加量を変化させ、実施例1の場合と同様の方法で作製したガラスセラミック基板の配線導体の単位面積あたりの強度を測定したときの、強度の値と破壊のモードを表2に示す。

Figure 2005064436
(Example 2)
By changing the maximum length and addition amount of the glass phase and measuring the strength per unit area of the wiring conductor of the glass ceramic substrate produced by the same method as in Example 1, the strength value and the mode of destruction It shows in Table 2.
Figure 2005064436

表2より、ガラス相の最大長さを1〜10μmとしたときには、直径の大きなワイヤを用いてワイヤボンド実装を行なう場合に実装信頼性に問題があるとされる配線導体−ガラスセラミックス界面での破壊や配線導体内での破壊は生じなかった。   From Table 2, when the maximum length of the glass phase is set to 1 to 10 μm, it is considered that there is a problem in mounting reliability when wire bond mounting is performed using a wire having a large diameter. There was no breakage or breakage in the wiring conductor.

なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

Claims (3)

SiO−Al−MgO−CaO系ガラスおよびAlを含む絶縁層が複数積層されて成るとともに、前記絶縁層の表面および層間に銀を主成分とする配線導体が形成されたガラスセラミック配線基板において、前記配線導体は、SrOを含むガラスを含有していることを特徴とするガラスセラミック配線基板。 A plurality of insulating layers including SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—CaO-based glass and Al 2 O 3 were laminated, and a wiring conductor mainly composed of silver was formed on the surface and between the insulating layers. In the glass ceramic wiring board, the wiring conductor contains glass containing SrO. 前記配線導体は、銀を100重量部としたときに前記ガラスを0.5〜15重量部含有していることを特徴とする請求項1記載のガラスセラミック配線基板。 2. The glass ceramic wiring board according to claim 1, wherein the wiring conductor contains 0.5 to 15 parts by weight of the glass when silver is 100 parts by weight. 前記配線導体に含まれるガラス相の最大長さが1〜10μmであることを特徴とする請求項1記載のガラスセラミック配線基板。 The glass ceramic wiring board according to claim 1, wherein the maximum length of the glass phase contained in the wiring conductor is 1 to 10 μm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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