JP2006196673A - Split laminated wiring board - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a split laminated wiring board which is stabilized in electric characteristics, with little generation of curvature and without mounting expensive parts, such as a chip capacitor. <P>SOLUTION: In the split laminated wiring board wherein a first wiring board 1 is mounted in a second wiring board 31, the second wiring board 31 is mounted to a printed circuit board 51. A capacitor 7 is formed in the first wiring board 1, and furthermore, the dielectric constant of the first wiring board 1 is larger than the dielectric constant of the second wiring board 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、分割積層型配線基板に関し、例えば、半導体素子を保護する多層セラミック配線基板で、特に半導体素子をフリップチップ実装するための高信頼性で高速伝送に適した分割積層型配線基板に関する。   The present invention relates to a divided multilayer wiring board, for example, a multilayer ceramic wiring board for protecting a semiconductor element, and more particularly, to a divided multilayer wiring board suitable for high-speed transmission with high reliability for flip-chip mounting of a semiconductor element.

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、半導体素子に代表される各種電気素子の高速化、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し、より高速の信号を伝送する上で、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。   In recent years, with the advent of advanced information technology, information and communication technology has been rapidly developed, and as a result, various electrical devices represented by semiconductor devices have been increased in speed and size, and even in the wiring layer, signal transmission loss has been reduced. In order to reduce and transmit higher-speed signals, it is required to reduce the resistance of the wiring layer and the dielectric constant of the insulating substrate.

特に、半導体素子の高速化に伴い、電源電圧の安定的な供給が必要となり、かかる電気装置では、パッケージの表面にチップコンデンサを搭載することが開示されている(例えば特許文献1参照)。   In particular, with the increase in the speed of semiconductor elements, it is necessary to stably supply a power supply voltage. In such an electric device, it is disclosed that a chip capacitor is mounted on the surface of a package (see, for example, Patent Document 1).

しかるに、このようなチップコンデンサを搭載する方法では部品のコストが高いばかりでなく、これを実装するためのコストや手間がかかるため、障壁があった。さらにはチップコンデンサ部分から、パッケージを通って半導体素子に至るまでの距離が長くなるため、この部分がインダクタンス成分として働くため、高速化自体の動きに対しても逆行するものであった。   However, the method of mounting such a chip capacitor has not only high cost of components, but also has a barrier because it requires cost and labor to mount it. In addition, since the distance from the chip capacitor portion to the semiconductor element through the package becomes long, this portion works as an inductance component, and therefore, it goes against the movement of speeding up itself.

そこで誘電率の異なる2種類の材料を積層し、同時焼成することにより、パッケージ内部にコンデンサを形成し、チップコンデンサを実装する手間を省き、コンデンサ部分から半導体素子部分への距離を短くする配線基板が開示されている(例えば特許文献2参照)。
特開2003−17650号公報 特開2000−31328号公報
Therefore, by stacking two types of materials with different dielectric constants and firing them simultaneously, a capacitor is formed inside the package, eliminating the trouble of mounting the chip capacitor and reducing the distance from the capacitor portion to the semiconductor element portion. Is disclosed (for example, see Patent Document 2).
JP 2003-17650 A JP 2000-31328 A

しかしながら、特許文献2に記載の配線基板は、コンデンサを内蔵するため、チップコンデンサを実装する必要がないという利点があるものの、2種類の材料を同時に焼成するため、材料の焼成収縮挙動の差による反りが発生するという問題があった。   However, although the wiring board described in Patent Document 2 has an advantage that it does not need to mount a chip capacitor because it has a built-in capacitor, since two types of materials are fired at the same time, it depends on the difference in firing shrinkage behavior of the materials. There was a problem of warping.

従って、本発明の目的は、チップコンデンサなどの高価な部品を搭載することなく、反りの発生が少ない分割積層型配線基板を提供するものである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a divided multilayer wiring board with less warpage without mounting expensive components such as chip capacitors.

本発明の分割積層型配線基板は、第1の配線基板を第2の配線基板に実装し、さらに該第2の配線基板をプリント配線基板に実装してなる分割積層型配線基板において、前記第1の配線基板にコンデンサが形成され、かつ前記第1の配線基板の誘電率が前記第2の配線基板の誘電率より大きいことを特徴とする。   The divided laminated wiring board of the present invention is the divided laminated wiring board in which the first wiring board is mounted on the second wiring board, and the second wiring board is further mounted on the printed wiring board. A capacitor is formed on one wiring board, and a dielectric constant of the first wiring board is larger than a dielectric constant of the second wiring board.

特に、0〜150℃における前記第1の配線基板の熱膨張係数をα、前記第2の配線基板の熱膨張係数をα、プリント配線基板の熱膨張係数をαとしたとき、2.0×10−6/℃<α<5.0×10−6/℃<α<αであることが好ましい。 In particular, when the thermal expansion coefficient of the first wiring board at 0 to 150 ° C. is α 1 , the thermal expansion coefficient of the second wiring board is α 2 , and the thermal expansion coefficient of the printed wiring board is α 3 , 2 It is preferable that 0.0 × 10 −6 / ° C. <α 1 <5.0 × 10 −6 / ° C. <α 23 .

また、前記第1と第2の配線基板の少なくとも一方の配線層が、銅、銀、金のいずれかを主成分として含有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that at least one wiring layer of the first and second wiring boards contains copper, silver, or gold as a main component.

本発明は、配線基板を2つに分割し、誘電率の高い配線基板の内部にコンデンサを形成することによって、チップコンデンサなどの高価な部品を搭載することなく、しかも反り発生の少ない配線基板を実現できるとの知見に基づくものである。   The present invention divides the wiring board into two parts, and forms a capacitor inside the wiring board having a high dielectric constant, so that a wiring board with less warpage can be obtained without mounting expensive parts such as a chip capacitor. It is based on the knowledge that it can be realized.

即ち、プリント配線基板に実装される第2の配線基板よりも誘電率の大きな第1の配線基板を、第2の配線基板に実装し、第1の配線基板の上に電気素子を実装するとともに、第1の配線基板の内部にコンデンサを形成することによって、チップコンデンサなどの高価な部品を搭載することなく、反りの発生が少ない分割積層型配線基板を提供することができる。   That is, the first wiring board having a dielectric constant larger than that of the second wiring board mounted on the printed wiring board is mounted on the second wiring board, and the electric element is mounted on the first wiring board. By forming a capacitor inside the first wiring board, it is possible to provide a split multilayer wiring board with less warping without mounting expensive components such as chip capacitors.

しかも、プリント配線基板と電気素子の熱膨張率係数の差が大きくても、2種類の配線基板を重ねて実装することによって、配線基板材料の選択が広がるとともに、プリント配線基板と電気素子間に発生する熱応力を小さくして実装信頼性をより高めることが容易になる。   In addition, even if the difference in coefficient of thermal expansion between the printed wiring board and the electrical element is large, mounting the two kinds of wiring boards in a stacked manner increases the choice of wiring board material, and between the printed wiring board and the electrical element. It is easy to reduce the generated thermal stress and further improve the mounting reliability.

以下、本発明について実施例を示す添付図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明の分割積層型配線基板の望ましい応用例のひとつである、2つの多層配線基板が上下にロウ材を介して接続された分割積層型配線基板からなる半導体素子収納用パッケージとその実装構造を説明するための一部拡大断面図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments. FIG. 1 shows a preferred application example of a divided multilayer wiring board according to the present invention, a package for housing a semiconductor element comprising a divided multilayer wiring board in which two multilayer wiring boards are connected to each other via a brazing material. It is a partially expanded sectional view for demonstrating the mounting structure.

図1によれば、本発明の分割積層型配線基板は、第1の配線基板1と第2の配線基板31との2種の配線基板を積層してなることが重要であり、第2の配線基板31よりも大きな誘電率を具備する第1の配線基板1の内部にコンデンサを形成してなることが重要である。   According to FIG. 1, it is important that the divided laminated wiring board of the present invention is formed by laminating two types of wiring boards, ie, the first wiring board 1 and the second wiring board 31. It is important that a capacitor is formed inside the first wiring board 1 having a larger dielectric constant than that of the wiring board 31.

第1の配線基板1は、絶縁基板2a〜2cを積層してなる積層基板2の表面に第1の配線基板1の上に半導体素子や電機部品等の電気素子(不図示)を実装するための半導体素子搭載用接続パッド3が形成されている。   The first wiring board 1 is for mounting an electric element (not shown) such as a semiconductor element or an electric component on the first wiring board 1 on the surface of the laminated board 2 formed by laminating the insulating boards 2a to 2c. The semiconductor element mounting connection pads 3 are formed.

第1の配線基板1の裏面(電気素子搭載面と反対側の面)には、第2配線基板搭載用接続パッド4が形成され、第2の配線基板21と電気的に接続される。また、第1の配線基板1の内部には、半導体素子搭載用接続パッド3と第2配線基板搭載用接続パッド4を電気的に連結するためにビアホール導体5が設けられている。   A second wiring board mounting connection pad 4 is formed on the back surface (the surface opposite to the electric element mounting surface) of the first wiring board 1 and is electrically connected to the second wiring board 21. Further, a via-hole conductor 5 is provided inside the first wiring board 1 to electrically connect the semiconductor element mounting connection pads 3 and the second wiring board mounting connection pads 4.

さらに、第1の配線基板1の内部には、一対のコンデンサ電極7a、7bが設けられており、これら一対のコンデンサ電極7a、7bと、その間に挟まれた絶縁基板2bによってコンデンサ7が形成されている。   Further, a pair of capacitor electrodes 7a and 7b is provided inside the first wiring board 1, and the capacitor 7 is formed by the pair of capacitor electrodes 7a and 7b and the insulating substrate 2b sandwiched therebetween. ing.

また、第2の配線基板31は、絶縁基板32a〜32cを積層してなる積層基板32の一方の表面に第1配線基板搭載用接続パッド33を、他方の表面にプリント配線基板搭載用接続パッド34を形成してなり、第1配線基板搭載用接続パッド33は第1の配線基板1の第2配線基板搭載用接続パッド4と、プリント配線基板搭載用接続パッド34はプリント配線基板に設けられた接続パッドと電気的に接続される。さらに、第2の配線基板31の内部には、第1配線基板搭載用接続パッド33とプリント配線基板搭載用接続パッド34とを電気的に連結するためにビアホール導体35が設けられている。また、第2の配線基板31の内部には、内部配線層36も形成されている。   The second wiring board 31 has a first wiring board mounting connection pad 33 on one surface of a laminated board 32 formed by laminating insulating substrates 32a to 32c, and a printed wiring board mounting connection pad on the other surface. 34, the first wiring board mounting connection pad 33 is provided on the second wiring board mounting connection pad 4 of the first wiring board 1, and the printed wiring board mounting connection pad 34 is provided on the printed wiring board. It is electrically connected to the connected pad. Furthermore, a via-hole conductor 35 is provided inside the second wiring board 31 to electrically connect the first wiring board mounting connection pad 33 and the printed wiring board mounting connection pad 34. An internal wiring layer 36 is also formed inside the second wiring substrate 31.

第1の配線基板1及び第2の配線基板31は、互いに対向して配設される接続用電極である第2配線基板搭載用接続パッド4及び第1配線基板搭載用接続パッド33の間をロウ材である半田101を介して、電気的に接続される。また、第2の配線基板31及びプリント配線基板51は、互いに対向して配設される接続用電極であるプリント配線基板搭載用接続パッド34とプリント配線基板の接続パッド53との間をロウ材である半田102を介して、電気的に接続される。   The first wiring board 1 and the second wiring board 31 are connected between the second wiring board mounting connection pads 4 and the first wiring board mounting connection pads 33 which are connection electrodes arranged to face each other. It is electrically connected through solder 101 which is a brazing material. In addition, the second wiring board 31 and the printed wiring board 51 are brazed between the printed wiring board mounting connection pads 34 and the connecting pads 53 of the printed wiring board, which are connecting electrodes arranged opposite to each other. Are electrically connected through the solder 102.

そして、図示していないが半導体素子裏面に形成された接続用電極と、第1の配線基板表面1の半導体素子搭載用接続パッド3とに半田を介してフリップチップ実装(1次実装)され、電気的に接続されている。   Then, although not shown, flip chip mounting (primary mounting) is performed via solder on the connection electrodes formed on the back surface of the semiconductor element and the semiconductor element mounting connection pads 3 on the first wiring board surface 1. Electrically connected.

なお、上記の半導体素子と第1の配線基板、第1の配線基板と第2の配線基板、第2の配線基板とプリント配線基板の接続は、図1のBGA型パッケージにおいては半田ボールによって形成されるが、これ以外に、ロウ剤によって形成することも可能である。   The connection between the semiconductor element and the first wiring board, the first wiring board and the second wiring board, and the second wiring board and the printed wiring board is formed by solder balls in the BGA type package of FIG. However, other than this, it is also possible to form with a brazing agent.

さらには、これら接続部の一部あるいは全部に少なくとも有機樹脂を含有するアンダーフィル剤やポッティング剤が注入、硬化することも可能である。これにより、有機樹脂による応力緩和効果が発生するため、より高い接続信頼性を得ることが容易になる。その際に、応力緩和効果が大きくし、より高い接続信頼性を得るために、樹脂のヤング率を低くすることが好ましい。   Further, an underfill agent or a potting agent containing at least an organic resin can be injected and cured in a part or all of these connecting portions. Thereby, since the stress relaxation effect by an organic resin generate | occur | produces, it becomes easy to obtain higher connection reliability. At that time, it is preferable to lower the Young's modulus of the resin in order to increase the stress relaxation effect and obtain higher connection reliability.

プリント配線基板51、例えば、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料からなり、具体的には、ガラス−エポキシ系複合材料からなり、一般には0〜150℃における線熱膨張係数が14〜20×10−6/℃のプリント配線基板等が用いられ、この絶縁基板の表面にCu、Au、Al、Ni、Pb−Snなどの金属導体からなる接続パッド53が形成されている。 The printed wiring board 51 is made of, for example, an insulating material containing at least an organic resin, specifically, a glass-epoxy composite material, and generally has a linear thermal expansion coefficient of 14 to 20 × 10 −6 at 0 to 150 ° C. A printed wiring board at / ° C. is used, and connection pads 53 made of a metal conductor such as Cu, Au, Al, Ni, Pb—Sn are formed on the surface of the insulating substrate.

本発明の分割積層型配線基板においては、第1の配線基板1にコンデンサ電極7a、7bとそれに挟まれた絶縁基板2bとによりコンデンサ7を形成し、かつ第1の配線基板1の誘電率が、第2の配線基板31の誘電率よりも大きいことを特徴とするものである。かかる構成とすることにより、コンデンサ部から半導体素子への距離を顕著に短縮化することができるため、インダクタンス成分が減少し電源供給が安定化される。   In the divided laminated wiring board of the present invention, the capacitor 7 is formed on the first wiring board 1 by the capacitor electrodes 7a and 7b and the insulating board 2b sandwiched between them, and the dielectric constant of the first wiring board 1 is The dielectric constant of the second wiring board 31 is larger. With this configuration, the distance from the capacitor portion to the semiconductor element can be significantly shortened, so that the inductance component is reduced and power supply is stabilized.

第1の配線基板1に形成されるコンデンサ電極7a、7bは単数でも良いが、基板厚みの制限に余裕がある等の場合には、所望により複数のコンデンサを形成し、コンデンサの容量を大きくすることができる。   The capacitor electrodes 7a and 7b formed on the first wiring board 1 may be single, but if there is a margin in the limitation of the substrate thickness, a plurality of capacitors are formed as desired to increase the capacitance of the capacitors. be able to.

図2〜4は、図1に示した第1の配線基板1の外観を示す平面図である。なお、共通する部位には同じ番号を付与してある。   2 to 4 are plan views showing the appearance of the first wiring board 1 shown in FIG. In addition, the same number is provided to the common site | part.

図2によれば、第1の配線基板1の表面の中央部Cには、半導体素子搭載用接続パッドがまとまって、言わば半導体素子搭載用接続パッド群として形成されており、その周囲部Sには、内部にコンデンサ7が形成されている。   According to FIG. 2, semiconductor element mounting connection pads are collectively formed as a semiconductor element mounting connection pad group in the central portion C of the surface of the first wiring board 1, Has a capacitor 7 formed therein.

また、図3は、第1の配線基板1の表面のコーナー部Eに半導体素子搭載用接続パッド群を形成し、残部Aの内部にコンデンサ7を形成している。さらに、図4のように、中央部Cにコンデンサ7を形成し、その周囲に半導体素子搭載用接続パッド群を形成することもできる。   In FIG. 3, a semiconductor element mounting connection pad group is formed at the corner E of the surface of the first wiring board 1, and the capacitor 7 is formed inside the remaining portion A. Furthermore, as shown in FIG. 4, the capacitor 7 can be formed in the central portion C, and the semiconductor element mounting connection pad group can be formed around the capacitor 7.

図2〜4に示したように、配線に関与する半導体素子搭載用接続パッドを一箇所に集中し、残りの面においてコンデンサ7を形成することにより、より広い面積を確保でき、より大きな容量を得ることができる。   As shown in FIGS. 2 to 4, the semiconductor element mounting connection pads involved in the wiring are concentrated in one place, and the capacitor 7 is formed on the remaining surface, so that a wider area can be secured and a larger capacity can be secured. Obtainable.

なお、このように半導体素子搭載用接続パッド3を1箇所にまとめても良いが、複数の場所に島状に分けて形成しても良い。   Although the semiconductor element mounting connection pads 3 may be integrated in one place as described above, they may be formed in a plurality of places in island shapes.

0〜150℃の温度範囲において、第1の配線基板1の熱膨張係数をα、第2の配線基板31の熱膨張係数をα、プリント配線基板51の熱膨張係数をαとしたとき、2.0×10−6/℃<α<5.0×10−6/℃<α<αとなるように設定することが好ましい。これにより、半導体素子とプリント配線基板との間の熱膨脹係数差により生じる熱応力を、第1の配線基板,第2の配線基板の双方に分散させることができる。よって、半導体素子や分割積層型配線基板およびその接続部への応力集中を緩和することが容易となり、1次実装及び2次実装の接続信頼性をより高めることが可能となる。 In the temperature range of 0 to 150 ° C., the thermal expansion coefficient of the first wiring board 1 is α 1 , the thermal expansion coefficient of the second wiring board 31 is α 2 , and the thermal expansion coefficient of the printed wiring board 51 is α 3 . It is preferable to set so that 2.0 × 10 −6 / ° C. <α 1 <5.0 × 10 −6 / ° C. <α 23 . Thereby, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element and the printed wiring board can be distributed to both the first wiring board and the second wiring board. Therefore, it is easy to alleviate the stress concentration on the semiconductor element, the divided laminated wiring board, and the connection portion thereof, and the connection reliability of the primary mounting and the secondary mounting can be further increased.

また、1の配線基板1の半導体素子搭載用接続パッド3、第2配線基板搭載用接続パッド4、第2の配線基板31の内部配線層53、第1配線基板搭載用接続パッド33、及びプリント配線基板搭載用接続パッド34の少なくともいずれかに、銅、銀、金のいずれかを主成分として含有せしめることが好ましい。これにより、高速信号をより低損失で伝送することが容易となる。   In addition, the semiconductor element mounting connection pad 3, the second wiring board mounting connection pad 4, the internal wiring layer 53 of the second wiring board 31, the first wiring board mounting connection pad 33, and the print It is preferable that at least one of the wiring board mounting connection pads 34 contains copper, silver, or gold as a main component. This facilitates transmission of a high-speed signal with lower loss.

なお、これらの低抵抗金属に加えて焼結調整剤としてガラスフリットや結晶性フィラー、その他金属を含有させ、絶縁基板との収縮挙動をあわせ基板反りを抑制したり、接着強度を増大したりすることが可能である。   In addition to these low-resistance metals, glass frit, crystalline fillers, and other metals are included as sintering regulators to suppress the warpage of the substrate and increase the adhesive strength in accordance with the shrinkage behavior with the insulating substrate. It is possible.

第2の配線基板31は、内部配線層53や接続パッド33、34に銅、銀、金などの低抵抗金属を用いる場合、絶縁基板32a〜32dと同時焼成できる低温焼結性の観点と、誘電率や熱膨張係数を比較的自在に調整できる観点からガラスセラミックが好適である。このガラスセラミックを構成する成分としては、軟化点が600℃〜800℃であるガラスと、絶縁基板として所望する特性に近いフィラーとから構成されるのが好ましい。   When the second wiring board 31 uses a low-resistance metal such as copper, silver, or gold for the internal wiring layer 53 or the connection pads 33, 34, the low-temperature sinterability viewpoint that can be fired simultaneously with the insulating boards 32a-32d, Glass ceramic is preferable from the viewpoint of permitting adjustment of the dielectric constant and thermal expansion coefficient relatively freely. The component constituting the glass ceramic is preferably composed of glass having a softening point of 600 ° C. to 800 ° C. and a filler close to the desired characteristics as an insulating substrate.

ガラス成分としては、高強度化の観点からは結晶性のガラスが望ましく、焼結性を向上しフィラー量を多くできる観点からは非晶質のガラスが望ましい。一般的にはホウケイ酸ガラスにアルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物、酸化亜鉛などを含有せしめたものが用いられる。またフィラー成分としては、アルミナ、シリカ、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化チタンなどの群から選ばれる単純酸化物と複合酸化物が上げられ、それぞれの誘電率や熱膨張率により種類を選定することが出来る。   As the glass component, crystalline glass is desirable from the viewpoint of increasing strength, and amorphous glass is desirable from the viewpoint of improving sinterability and increasing the amount of filler. Generally, borosilicate glass containing an alkali metal oxide, an alkaline earth metal oxide, zinc oxide or the like is used. Examples of filler components include simple oxides and composite oxides selected from the group of alumina, silica, alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, titanium oxide, and the like. The type can be selected.

例えば、低誘電率を望む場合には、シリカ、コージェライトなどが好適であり、高誘電率を望むのであれば酸化チタンやこれを含む複合酸化物が好適である。また、低熱膨張を望む場合には、コージェライト、ムライト、ゲーレナイト、ディオプサイト、スポジュメン、ステアタイトが好適である。さらに、高熱膨張を望む場合には、クオーツ、フォルステライト、エンスタタイト、ガーナイト、リチウムシリケートなどが好適である。また、これらの成分を複数選択し、配合することも可能である。   For example, when a low dielectric constant is desired, silica, cordierite, and the like are suitable. When a high dielectric constant is desired, titanium oxide and a composite oxide containing the same are suitable. When low thermal expansion is desired, cordierite, mullite, gehlenite, diopsite, spodumene and steatite are suitable. Furthermore, when high thermal expansion is desired, quartz, forsterite, enstatite, garnite, lithium silicate and the like are suitable. It is also possible to select and blend a plurality of these components.

このようにして選定されたガラスとフィラーの混合物に、アクリル樹脂などの有機バインダーと可塑剤、溶剤を加えスラリーを作製し、ドクターブレードによりシート状に成形し、グリーンシートを得る。このグリーンシートにNCパンチや金型、レーザー加工機などにより貫通孔を形成し、銅、銀、金などの低抵抗金属からなるペーストを充填せしめ、ビアホール導体を形成する。   An organic binder such as an acrylic resin, a plasticizer and a solvent are added to the glass / filler mixture thus selected to produce a slurry, which is then formed into a sheet by a doctor blade to obtain a green sheet. A through hole is formed in this green sheet by an NC punch, a mold, a laser processing machine, or the like, and a paste made of a low resistance metal such as copper, silver, or gold is filled to form a via hole conductor.

また、同様に低抵抗金属からなるペーストにより配線パターンを形成する。   Similarly, a wiring pattern is formed with a paste made of a low resistance metal.

このようにして得られたビア導体とパターンが形成されたグリーンシートを複数枚重ね、加圧することにより、積層体を得る。かかる積層体を有機バインダーが飛散し、かつ絶縁基板が焼結しない温度にて保持し、脱バインダー処理を行い、その後、絶縁基板と導体を同時焼成し、配線基板を得ることができる。   A plurality of green sheets on which the via conductors and patterns thus formed are stacked and pressed to obtain a laminate. The laminated body is held at a temperature at which the organic binder is scattered and the insulating substrate is not sintered, and the binder is removed. Thereafter, the insulating substrate and the conductor are simultaneously fired to obtain a wiring substrate.

特に導体材料として銅を選択した場合には、加湿された窒素雰囲気中で600〜800の温度域で1〜5時間保持した後、同様の雰囲気中で850〜1000℃の温度域で1〜3時間保持することにより絶縁基板と導体を同時焼成できる。また導体材料として銀、金を選択した場合には空気中で400〜600℃の温度域で1〜3時間保持した後、同様の雰囲気中で850〜1000℃の温度域で1〜3時間保持することにより絶縁基板と導体を同時焼成できる。   In particular, when copper is selected as the conductor material, after holding in a humidified nitrogen atmosphere at a temperature range of 600 to 800 for 1 to 5 hours, in a similar atmosphere at a temperature range of 850 to 1000 ° C. By maintaining the time, the insulating substrate and the conductor can be fired simultaneously. In addition, when silver or gold is selected as the conductor material, it is kept in the temperature range of 400 to 600 ° C. for 1 to 3 hours in the air, and then held in the same atmosphere at the temperature range of 850 to 1000 ° C. for 1 to 3 hours. By doing so, the insulating substrate and the conductor can be fired simultaneously.

ここで、第1の配線基板については概ね第2の配線基板と同じ製造方法が適用できる。   Here, the same manufacturing method as that of the second wiring board can be applied to the first wiring board.

以上、図1を基に詳述してきたが、本発明では上記の例以外であっても、本発明を逸脱しない範囲であれば効果を発揮できるものであり、上記例に限定されるものではない。例えば、上記例では電気素子としてシリコンを主体とする半導体素子、1次実装としてフリップチップ実装を採用しているが、電気素子としては、シリコン以外の材質の半導体素子や、また半導体素子に限らず上述のMEMS等の電気素子材質を用いてもよく、1次実装形態もワイヤボンディング実装や各種バンプ等を用いた公知の実装方法を用途に応じて選択できる。   As described above in detail based on FIG. 1, in the present invention, even if other than the above example, the effect can be exhibited as long as it does not depart from the present invention, and the present invention is not limited to the above example. Absent. For example, in the above example, a semiconductor element mainly composed of silicon is used as the electric element, and flip chip mounting is adopted as the primary mounting. However, the electric element is not limited to a semiconductor element other than silicon or a semiconductor element. The above-described electric element material such as MEMS may be used, and a known mounting method using wire bonding mounting, various bumps, or the like can be selected according to the application.

図1に示す分割積層型配線基板を評価用基板として作製した。   The divided laminated wiring board shown in FIG. 1 was produced as an evaluation board.

まず、第1の配線基板を作製した。SiO:Al:MgO:ZnO:Bが44:29:11:7:9の割合の組成からなる結晶化ガラスに対して、第一のフィラー(フィラー1)としてアルミナを、第二のフィラー(フィラー2)としてコージェライト、チタン酸ストロンチウム、チタニアを表1の割合で添加した。 First, a first wiring board was produced. With respect to crystallized glass having a composition of SiO 2 : Al 2 O 3 : MgO: ZnO: B 2 O 3 in a ratio of 44: 29: 11: 7: 9, alumina is used as the first filler (filler 1). As a second filler (filler 2), cordierite, strontium titanate, and titania were added at a ratio shown in Table 1.

次に、第2の配線基板を作製した。SiO:Al:CaO:BaO:Bが45:10:5:35:5の割合の組成からなる非晶質ガラスに対して、第一のフィラー(フィラー1)としてシリカ(SiO)を表1の割合で添加した。 Next, a second wiring board was produced. SiO 2 : Al 2 O 3 : CaO: BaO: B 2 O 3 is a silica as a first filler (filler 1) with respect to amorphous glass having a composition of 45: 10: 5: 35: 5. (SiO 2 ) was added in the ratio shown in Table 1.

これらの原料粉末を混合し、成形した後に焼成して、厚さ0.4mmの第1の配線基板、および厚さ1mmの第2の配線基板を作製した。次いで、Pb36質量%−Sn64質量%の共晶半田ペーストを印刷法にて印刷し、半導体素子搭載用接続パッド、第2配線基板搭載用接続パッド、第1配線基板搭載用接続パッド、プリント配線基板搭載用接続パッドを作製した。なお、これらの接続パッドの大きさは直径が0.13mm、電極の中心間距離を0.23mmとし、マトリックス状に配設した。   These raw material powders were mixed, molded, and fired to produce a first wiring board having a thickness of 0.4 mm and a second wiring board having a thickness of 1 mm. Next, a Pb 36 mass% -Sn 64 mass% eutectic solder paste is printed by a printing method, a semiconductor element mounting connection pad, a second wiring board mounting connection pad, a first wiring board mounting connection pad, and a printed wiring board. A mounting connection pad was prepared. These connection pads were arranged in a matrix with a diameter of 0.13 mm and an electrode center distance of 0.23 mm.

各配線基板は、3次元測定機にて反りを測定した。   Each wiring board measured warpage with a three-dimensional measuring machine.

さらに、第一の基板の内部に形成したコンデンサの容量測定を、LCRメータを用いてブリッヂ回路法によって、行った。結果を表1に示した。

Figure 2006196673
Further, the capacitance of the capacitor formed inside the first substrate was measured by a bridge circuit method using an LCR meter. The results are shown in Table 1.
Figure 2006196673

本発明の試料No.1〜4は、第1の配線基板の反りが60μm以下、第2の配線基板の反りが40μmであった。また、コンデンサの容量は、いずれも1nF以上と後述する比較例とほぼ同じであった。   Sample No. of the present invention. In Nos. 1 to 4, the warp of the first wiring board was 60 μm or less, and the warp of the second wiring board was 40 μm. Further, the capacitance of each capacitor was 1 nF or more, which was almost the same as the comparative example described later.

(比較例1)
SiO:Al:MgO:ZnO:Bが44:29:11:7:9の割合の組成からなる結晶化ガラスを75重量部、第一のフィラー(フィラー1)としてアルミナを15重量部、第二のフィラー(フィラー2)としてチタン酸ストロンチウムを10重量部の割合で調合し、原料混合、成形し高誘電率用グリーンシートGを得た。
(Comparative Example 1)
75 parts by weight of crystallized glass having a composition of SiO 2 : Al 2 O 3 : MgO: ZnO: B 2 O 3 in a ratio of 44: 29: 11: 7: 9, and alumina as a first filler (filler 1) 15 parts by weight, strontium titanate prepared in the proportion of 10 parts by weight as the second filler (filler 2), the raw material mixture to obtain a shaped green sheet G a high-dielectric constant.

また、SiO:Al:MgO:ZnO:Bが44:29:11:7:9の割合の組成からなる結晶化ガラスを75重量部、第一のフィラー(フィラー1)としてアルミナを20重量部、第二のフィラー(フィラー2)としてコージェライトを5重量部の割合で調合し、原料混合、成形した後、低誘電率用グリーンシートGを得た。 Further, 75 parts by weight of crystallized glass having a composition of SiO 2 : Al 2 O 3 : MgO: ZnO: B 2 O 3 in a ratio of 44: 29: 11: 7: 9, the first filler (filler 1) 20 parts by weight of alumina as, as the second filler (filler 2) to prepare a cordierite in an amount of 5 parts by weight, the raw material mixture, after molding, to obtain a green sheet G B for a low dielectric constant.

その後、グリーンシートGとGを複数枚貼りあわせ焼成し、厚さ1.4mm(その内0.4mmがグリーンシートG、残り1mmがグリーンシートGで構成される)の複合配線基板を作製した。 Thereafter, the green sheet G A and G B and plural bonding calcination, the composite wiring board with a thickness of 1.4 mm (the inner 0.4mm is green sheet G A, constituted the remainder 1mm is in the green sheet G B) Was made.

コンデンサの容量は3nF、反りは400μmであった。   The capacitance of the capacitor was 3 nF, and the warp was 400 μm.

実施例1で使用した第1の配線基板及び第2の配線基板をそれぞれ組み合わせて実装した。半田を印刷した第2の配線基板の第1配線基板搭載用接続パッドに、φ0.1mmの共晶半田ボールを載置し、その上に第1の配線基板を位置合わせして載置し、リフロー処理を行い分割積層型配線基板を得た。   The first wiring board and the second wiring board used in Example 1 were mounted in combination. A φ0.1 mm eutectic solder ball is placed on the first wiring board mounting connection pad of the second wiring board on which the solder is printed, and the first wiring board is positioned and placed thereon. A reflow treatment was performed to obtain a divided laminated wiring board.

続いて、シリコンを主体とし低誘電率の多孔質の絶縁膜を有する、0〜150℃における熱膨脹係数が2.5×10−6/℃、表面積が100mmの評価用の半導体素子を準備し、厚さ0.1mmの半田を介して第1の配線基板上に位置合わせして載置し、半導体素子をフリップチップ実装した。 Subsequently, a semiconductor device for evaluation having a thermal expansion coefficient of 2.5 × 10 −6 / ° C. and a surface area of 100 mm 2 at 0 to 150 ° C. having a porous insulating film mainly composed of silicon and having a low dielectric constant is prepared. Then, the semiconductor element was placed on the first wiring board through solder having a thickness of 0.1 mm, and the semiconductor element was flip-chip mounted.

さらに、0〜150℃における熱膨脹係数が16×10−6/℃であるプリント配線基板5を用意し、その表面に共晶半田ペーストを印刷法にて印刷し、リフロー処理を行って接続パッドを形成した。その際、接続パッドは、第2の配線基板のプリント配線基板搭載用接続用パッドと同じ配列で、各接続パッドが各プリント配線基板搭載用接続用パッドと対向するように配置させた。また、接続パッドの大きさはφ0.8mm、電極の中心間距離1.3mmとした。 Furthermore, a printed wiring board 5 having a thermal expansion coefficient of 16 × 10 −6 / ° C. at 0 to 150 ° C. is prepared, a eutectic solder paste is printed on the surface by a printing method, and reflow treatment is performed to connect the connection pads. Formed. At that time, the connection pads were arranged in the same arrangement as the printed wiring board mounting connection pads of the second wiring board so that each connection pad was opposed to each printed wiring board mounting connection pad. The size of the connection pad was φ0.8 mm and the distance between the centers of the electrodes was 1.3 mm.

次いで、プリント配線基板の接続パッド上に、φ0.8mmのPb90質量%−Sn10質量%の高温半田ボールを位置合わせして載置し、さらにその上に半導体素子を実装した分割積層型配線基板を、半田ボールの上に、各プリント配線基板搭載用接続用パッドに各接続パッドが対向するように位置合わせをして載置し、再度リフロー処理を行うことにより、半導体素子をフリップチップ実装した分割積層型配線基板を、プリント基板上に実装した評価用サンプルを20個作製した。   Next, a divided multilayer wiring board in which a high-temperature solder ball of φ0.8 mm Pb 90 mass% -Sn 10 mass% is aligned and placed on the connection pad of the printed wiring board, and a semiconductor element is further mounted thereon. A semiconductor chip is divided by flip-chip mounting by placing it on the solder ball so that each connection pad faces the connection pad for mounting on each printed wiring board, and performing reflow processing again. Twenty evaluation samples in which a multilayer wiring board was mounted on a printed board were produced.

評価用サンプルを、0〜100℃の温度範囲で温度サイクル試験を、6000サイクルまで行い、500サイクル終了毎に接合の断線を調べた。なお、1次実装評価としてシリコンチップと第1の配線基板を接続する半田接合部の断線有無を、分割積層配線基板部の実装評価として第1の配線基板と第2の配線基板を接続する半田接合部の断線有無を、更に2次実装評価として第2の配線基板とプリント基板を接続する半田接合部の断線有無を、抵抗値を測定し、初期の抵抗値よりも20%以上大きくなった場合、断線と判断した。以上の結果を表2に示した。

Figure 2006196673
The sample for evaluation was subjected to a temperature cycle test in the temperature range of 0 to 100 ° C. up to 6000 cycles, and the disconnection of the junction was examined after every 500 cycles. It should be noted that, as the primary mounting evaluation, the presence / absence of disconnection of the solder joint connecting the silicon chip and the first wiring board is determined. The resistance value was measured for the presence / absence of disconnection of the joint, and the presence / absence of disconnection of the solder joint connecting the second wiring board and the printed circuit board as a secondary mounting evaluation. The resistance value was more than 20% larger than the initial resistance value. In case, it was judged as a disconnection. The above results are shown in Table 2.
Figure 2006196673

本発明の分割積層型配線基板は、1次実装部は2000サイクル以上、積層配線基板部は2500サイクル以上、2次実装部は3500サイクル以上の耐久性があった。   The divided multilayer wiring board of the present invention had durability of 2000 cycles or more for the primary mounting part, 2500 cycles or more for the multilayer wiring board part, and 3500 cycles or more for the secondary mounting part.

(比較例2)
比較例1で作製した複合配線基板に、実施例2と同様にして半導体素子を実装し、しかる後に、これを、実施例2と同様にして、プリント基板上に実装し、評価用サンプルとした。次いで、実施例2と同様にして温度サイクル試験を行った。その結果、1次実装部は反りが大きく、1500サイクルで破壊し、2次実装部も熱応力によって1000サイクルで断線した。
(Comparative Example 2)
A semiconductor element was mounted on the composite wiring board produced in Comparative Example 1 in the same manner as in Example 2. Then, this was mounted on a printed circuit board in the same manner as in Example 2 to obtain an evaluation sample. . Next, a temperature cycle test was conducted in the same manner as in Example 2. As a result, the primary mounting part was greatly warped, and the secondary mounting part was broken in 1500 cycles due to thermal stress.

本発明の分割積層型配線基板の構造を示す概略部分断面図である。It is a general | schematic fragmentary sectional view which shows the structure of the division | segmentation laminated wiring board of this invention. 本発明の分割積層型配線基板の平面図である。It is a top view of the division | segmentation laminated wiring board of this invention. 本発明の他の分割積層型配線基板の平面図である。It is a top view of the other division | segmentation laminated wiring board of this invention. 本発明のさらに他の分割積層型配線基板の平面図である。It is a top view of the other division | segmentation laminated wiring board of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・第1の配線基板
2、32・・・積層基板
2a、2b、2c、32a、32b、32c・・・絶縁基板
3・・・半導体素子搭載用接続パッド
4・・・第2配線基板搭載用接続パッド
5・・・ビアホール導体
7・・・コンデンサ
7a、7b・・・コンデンサ電極
31・・・第2の配線基板
33・・・第1配線基板搭載用接続パッド
34・・・プリント配線基板搭載用接続パッド
36・・・内部配線層
51・・・プリント配線基板
53・・・接続パッド
101、102・・・半田
A・・・残部
C・・・中央部
E・・・コーナー部
S・・・周囲部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st wiring board 2, 32 ... Laminated substrate 2a, 2b, 2c, 32a, 32b, 32c ... Insulating substrate 3 ... Connection pad 4 for semiconductor element mounting ... 2nd wiring Substrate mounting connection pad 5 ... via hole conductor 7 ... capacitor 7a, 7b ... capacitor electrode 31 ... second wiring substrate 33 ... first wiring substrate mounting connection pad 34 ... print Wiring board mounting connection pads 36 ... internal wiring layer 51 ... printed wiring board 53 ... connection pads 101, 102 ... solder A ... remaining part C ... central part E ... corner part S ... Peripheral part

Claims (3)

第1の配線基板を第2の配線基板に実装し、さらに該第2の配線基板をプリント配線基板に実装してなる分割積層型配線基板において、前記第1の配線基板にコンデンサが形成され、かつ前記第1の配線基板の誘電率が前記第2の配線基板の誘電率より大きいことを特徴とする分割積層型配線基板。 In a divided laminated wiring board formed by mounting the first wiring board on the second wiring board and further mounting the second wiring board on the printed wiring board, a capacitor is formed on the first wiring board, In addition, the divided wiring board is characterized in that the dielectric constant of the first wiring board is larger than the dielectric constant of the second wiring board. 0〜150℃における前記第1の配線基板の熱膨張係数をα、前記第2の配線基板の熱膨張係数をα、プリント配線基板の熱膨張係数をαとしたとき、2.0×10−6/℃<α<5.0×10−6/℃<α<αであることを特徴とする請求項1記載の分割積層型配線基板。 When the thermal expansion coefficient of the first wiring board at 0 to 150 ° C. is α 1 , the thermal expansion coefficient of the second wiring board is α 2 , and the thermal expansion coefficient of the printed wiring board is α 3 , 2.0 2. The divided multilayer wiring board according to claim 1, wherein x 10 −6 / ° C. <α 1 <5.0 × 10 −6 / ° C. <α 23 . 前記第1と第2の配線基板の少なくとも一方の配線層が、銅、銀、金のいずれかを主成分として含有することを特徴とする請求項1又は2記載の分割積層型配線基板。

3. The divided laminated wiring board according to claim 1, wherein at least one wiring layer of the first and second wiring boards contains copper, silver, or gold as a main component.

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