JP2010010394A - Ceramic wiring board - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic wiring board which has a superior mounting strength and has a low electric resistance for a conductor portion and which can be manufactured without suffering warping, peeling, or the like caused by simultaneous firing. <P>SOLUTION: The ceramic wiring board 10 includes a ceramic substrate 11, chief of which is ceramic that sinters at a temperature higher than the melting point of copper, and conductors 18, 19, 23, 27, and 28 which are formed in the ceramic substrate 11. The conductors 18, 19, 23, 27, and 28 each consist of a mixed phase of a filler and copper. The filler is formed mainly of chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than that of copper. The content of the inorganic metal oxide in the filler is not less than 10 vol.% nor more than 60 vol.%. A preferred inorganic metal oxide in the filler is, for example, a chromium oxide or a copper-chromium composite oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、セラミック配線基板に係り、特には導体の組成に特徴を有するセラミック配線基板に関するものである。   The present invention relates to a ceramic wiring board, and more particularly to a ceramic wiring board characterized by a conductor composition.

コンピュータのマイクロ・プロセッサ・ユニット(MPU)等として使用される半導体集積回路素子(ICチップ)は、近年ますます高速化、高機能化しており、これに付随して端子数が増え、端子間ピッチも狭くなる傾向にある。一般的にICチップの底面には多数の端子が密集してアレイ状に配置されており、このような端子群はマザーボード側の端子群に対してフリップチップの形態で接続される。ただし、ICチップ側の端子群とマザーボード側の端子群とでは端子間ピッチに大きな差があることから、ICチップをマザーボード上に直接的に接続することは困難である。そのため、通常はICチップをICチップ搭載用配線基板上に搭載してなるパッケージを作製し、そのパッケージをマザーボード上に搭載するという手法が採用される。   In recent years, semiconductor integrated circuit elements (IC chips) used as computer microprocessor units (MPUs) have become increasingly faster and more functional, with an accompanying increase in the number of terminals and the pitch between terminals. Tend to be narrower. In general, a large number of terminals are densely arranged on the bottom surface of an IC chip, and such a terminal group is connected to a terminal group on the motherboard side in the form of a flip chip. However, it is difficult to connect the IC chip directly on the mother board because there is a large difference in the pitch between the terminals on the IC chip side terminal group and the mother board side terminal group. For this reason, a method is generally employed in which a package is prepared by mounting an IC chip on an IC chip mounting wiring board, and the package is mounted on a motherboard.

この種のパッケージを構成するICチップ搭載用配線基板には各種の絶縁体材料が使用可能であり、その例としてセラミックを使用したものが従来よく知られている。セラミックパッケージと呼ばれるこの種のパッケージでは、絶縁体部分にアルミナを主成分としたセラミック材料を使用し、導体部分にアルミナと同時焼成可能な高融点金属であるタングステンを使用したものが主流となっている。そして、上記材料からなるセラミックパッケージは、高強度なため十分な実装強度が得られる、封止性が高い等といった利点を有する反面、銅配線等と比べて導体部分の配線抵抗が高いといった欠点を有している。   Various insulating materials can be used for the IC chip mounting wiring board constituting this type of package, and examples of which use ceramics are well known. This type of package, called a ceramic package, is mainly made of a ceramic material mainly composed of alumina for the insulator part and tungsten, which is a refractory metal that can be fired simultaneously with alumina, for the conductor part. Yes. The ceramic package made of the above material has advantages such as high strength and sufficient mounting strength, and high sealing performance, but has a drawback that the wiring resistance of the conductor portion is higher than copper wiring and the like. Have.

これに対して、近年ではガラスセラミックなどの低温焼成材料が開発され、その結果、導電性の高い銅や銀を導体部分の材料として使用することで、導体部分の低抵抗化が可能になってきた。その一方で、ガラスセラミックはガラス質を多く含む組成であるため、強度的に弱くしかもめっき液に侵されやすいことから、十分な実装強度が得られないという問題があった。   On the other hand, low-temperature fired materials such as glass ceramics have been developed in recent years, and as a result, it has become possible to reduce the resistance of the conductor part by using copper or silver having high conductivity as the material of the conductor part. It was. On the other hand, since glass ceramic has a composition containing a large amount of glass, it is weak in strength and is liable to be attacked by the plating solution, so that there is a problem that sufficient mounting strength cannot be obtained.

さらにこれらの問題に鑑みて、絶縁体部分にアルミナを主成分としたセラミック材料を使用し、導体部分にタングステンと銅との混合物を使用したものが従来提案されるに至っている(例えば、特許文献1,2,3参照)。そして、このような材料の組み合わせによれば、実装強度の向上と低抵抗化の両方が達成されうるものと期待されている。
特開平07−015101号公報 特開平05−144316号公報 特許3493310号公報
Furthermore, in view of these problems, a ceramic material mainly composed of alumina for the insulator portion and a mixture of tungsten and copper for the conductor portion has been proposed in the past (for example, Patent Documents). 1, 2, 3). And, according to such a combination of materials, it is expected that both improvement in mounting strength and reduction in resistance can be achieved.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-015101 JP 05-144316 A Japanese Patent No. 3493310

ところで、上記従来技術のような銅−タングステンからなる導体を有するセラミックパッケージを製造する場合、仮に低融点な銅(1083℃)に合わせて焼成温度を低めに設定して同時焼成を行ったとすると、アルミナの焼結が不十分になり、所望とする強度を達成できなくなる。また、焼成温度を絶縁体の焼結温度に合わせて同時焼成した場合、低融点な銅が熔融し、その熔融に伴って銅の流動や揮発が起こる結果、導体(特に配線パターンの部分)が滲んだり引き下がったりして、好適なパターン形状を保持できなくなるという問題があった。またその一方で、導体の電気抵抗も高くなってしまい、導体中に低抵抗な銅を含有させた優位性が損なわれてしまう。   By the way, when manufacturing a ceramic package having a conductor made of copper-tungsten as in the above-described prior art, assuming that the firing temperature is set to a low temperature according to low melting point copper (1083 ° C.), simultaneous firing is performed. The sintering of alumina becomes insufficient and the desired strength cannot be achieved. Also, if the firing temperature is simultaneously fired according to the sintering temperature of the insulator, the low melting point copper melts and the flow and volatilization of the copper occurs as a result of the melting, so that the conductor (particularly the wiring pattern part) There is a problem that a suitable pattern shape cannot be maintained due to bleeding or pulling down. On the other hand, the electrical resistance of the conductor also increases, and the superiority of containing low resistance copper in the conductor is impaired.

また、タングステンは窒素雰囲気中800℃以上で不純物である酸素との反応によって、酸化し昇華するため、焼成炉内やセラミック配線基板が汚染されやすい。ゆえに、このような汚染を避けるためには、焼成時に大量の水素を混在させておくことで酸素分圧を低く(例えば800℃で1×10−21atm以下に)保つ必要があり、それゆえ製造コストが高くなる。 Tungsten is oxidized and sublimated by reaction with oxygen as an impurity at 800 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere, so that the inside of the firing furnace and the ceramic wiring substrate are easily contaminated. Therefore, in order to avoid such contamination, low (below 1 × 10 -21 atm, for example 800 ° C.) the oxygen partial pressure by allowed to mix a large amount of hydrogen during sintering must be kept, thus Manufacturing cost increases.

さらに、上記従来技術のような銅−タングステンからなる導体を有するセラミックパッケージを製造する場合、同時焼成を行った際にセラミックと金属との焼成収縮率がマッチングしていないと、反りや剥がれが起こって歩留まりが低下するという問題もあった。   Furthermore, when manufacturing a ceramic package having a conductor made of copper-tungsten as in the prior art, warping and peeling occur if the firing shrinkage ratios of the ceramic and metal do not match when fired simultaneously. There was also a problem that the yield decreased.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、実装強度に優れるとともに導体部分の電気抵抗が低く、しかも同時焼成により反りや剥がれ等を起こすことなく製造可能なセラミック配線基板を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a ceramic wiring board that has excellent mounting strength and low electrical resistance of a conductor portion, and can be manufactured without causing warpage or peeling by simultaneous firing. Is to provide.

上記課題を解決するために本願発明者らが鋭意研究を行い、同時焼成によって熔融した銅の流動及び揮発を阻止するための手段を模索したところ、熔融した銅の流動等を阻止して所定位置に保持するための具体的手段として、特定の無機金属酸化物を主体とするフィラーを用いればよいという新規な知見を得た。また、かかる特定の無機金属酸化物を主体とするフィラーを所定量用いることで、同時焼成性を向上できることも新規に知見した。そして、本願発明者らはこれらの新規な知見をさらに発展させて下記の解決手段を想到したのである。   In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have conducted intensive research and sought a means for preventing the flow and volatilization of the molten copper by simultaneous firing. As a specific means for maintaining the temperature, a new finding that a filler mainly composed of a specific inorganic metal oxide may be used. It has also been newly found out that the co-firing property can be improved by using a predetermined amount of a filler mainly composed of the specific inorganic metal oxide. The inventors of the present application have further developed these new findings and have come up with the following solution.

即ち、上記課題を解決するための手段(手段1)としては、銅の融点よりも高い温度で焼結するセラミックを主体とするセラミック基体に導体が形成されたセラミック配線基板において、前記導体は、銅の融点よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなり、前記無機金属酸化物の含有量が10体積%以上60体積%以下であることを特徴とするセラミック配線基板がある。   That is, as means (means 1) for solving the above-mentioned problems, in the ceramic wiring board in which the conductor is formed on the ceramic base mainly composed of ceramic sintered at a temperature higher than the melting point of copper, the conductor is It consists of a mixed phase of copper and a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than the melting point of copper, and the content of the inorganic metal oxide is not less than 10% by volume and not more than 60% by volume. There is a ceramic wiring board characterized by the following.

従って、上記手段1によると、銅を含んで形成された導体としているため、従来のタングステンを主成分として形成された導体に比べて低抵抗となる。また、銅よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなる導体としているため、同時焼成時に銅が熔融したとしても、前記フィラー自体は高融点であることから熔融せずに固体状態を維持してそこに留まり、熔融した銅の流動及び揮発を阻止する。その結果、導体における銅がその位置に保持され、導体中におけるボイドの発生や、セラミック部分からの導体の突出が防止され、比較的形状のよい導体を得ることができる。   Therefore, according to the means 1, since the conductor is formed including copper, the resistance is lower than that of a conductor formed using tungsten as a main component. In addition, since it is a conductor composed of a mixed phase of copper and a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a higher melting point than copper, the filler itself has a high melting point even if copper is melted during simultaneous firing. Therefore, it maintains a solid state without melting and stays there, preventing the flow and volatilization of the molten copper. As a result, copper in the conductor is held in that position, and generation of voids in the conductor and protrusion of the conductor from the ceramic portion are prevented, so that a conductor having a relatively good shape can be obtained.

しかも、また、クロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーを適量用いているため同時焼成性が向上し、セラミックと金属との焼成収縮率もマッチングすることから、反りや剥がれを起こすことなく同時焼成を行うことが可能となる。   Moreover, since an appropriate amount of filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide is used, the co-firing property is improved, and the firing shrinkage rate of the ceramic and the metal is matched, so there is no warping or peeling. Simultaneous firing can be performed.

以上のことから、上記手段1によれば、実装強度に優れるとともに導体部分の電気抵抗が低く、しかも同時焼成により反りや剥がれ等を起こすことなく製造可能なセラミック配線基板を提供することができる。   From the above, according to the above means 1, it is possible to provide a ceramic wiring board that has excellent mounting strength and low electrical resistance of the conductor portion, and can be manufactured without causing warpage or peeling due to simultaneous firing.

上記セラミック配線基板を構成するセラミック基体は、銅の融点(1083℃)よりも高い温度で焼結するセラミックを主体とするものである   The ceramic substrate constituting the ceramic wiring board is mainly composed of a ceramic sintered at a temperature higher than the melting point of copper (1083 ° C.).

絶縁体材料としてのセラミックは特に限定されず、その具体例としてはアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックの焼結体が挙げられる。なお、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックの焼結体は、強度的に弱いためここでは使用されない。通常、セラミック基体は板状であり、平面視で例えば矩形状を呈している。   The ceramic as the insulator material is not particularly limited, and specific examples thereof include sintered bodies of high-temperature fired ceramics such as alumina, aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, and silicon nitride. A sintered body of low-temperature fired ceramic such as glass ceramic obtained by adding an inorganic ceramic filler such as alumina to borosilicate glass or lead borosilicate glass is not used here because it is weak in strength. Usually, the ceramic substrate is plate-shaped and has, for example, a rectangular shape in plan view.

セラミック基体には導体が形成されている。そのような導体の具体例としては、セラミック基体の内部に形成された内層導体パターン及びビア導体や、セラミック基体の表面上に形成された外層導体パターンや実装パッドなどがある。これらの導体は、銅よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなる。   A conductor is formed on the ceramic substrate. Specific examples of such conductors include inner layer conductor patterns and via conductors formed inside the ceramic substrate, outer layer conductor patterns formed on the surface of the ceramic substrate, and mounting pads. These conductors are composed of a mixed phase of a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a higher melting point than copper and copper.

導体の形成材料の1つとして銅を選択した理由は、銅は低い電気抵抗率(1.69×10−8Ω・m)を持つ金属であるにもかかわらず、銀や金などに比べて安価だからである。ただし、銅は融点が低い(1083℃)ため、高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーを銅に混合させている。 The reason for choosing copper as one of the conductor forming materials is that copper is a metal with a low electrical resistivity (1.69 × 10 −8 Ω · m) compared to silver or gold. Because it is cheap. However, since copper has a low melting point (1083 ° C.), a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a high melting point is mixed with copper.

ここで、導体は銅と上記無機金属酸化物との合金相ではなく、混合相である必要がある。その理由は、合金相であると銅と無機金属酸化物とが渾然一体となっているため、熔融した金属の流動、揮発を有効に阻止できないからである。   Here, the conductor needs to be a mixed phase, not an alloy phase of copper and the inorganic metal oxide. The reason is that, in the alloy phase, copper and the inorganic metal oxide are naturally integrated, so that the flow and volatilization of the molten metal cannot be effectively prevented.

上記フィラーは、銅の融点よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とすることがよく、具体的には融点が1400℃以上であることが望ましい。その理由は、このような高融点のクロム系無機金属酸化物であれば同時焼成時の温度を経ても確実に固体状態を維持して、熔融した液状の銅に対する増粘効果が奏され、熔融した銅の流動及び揮発を確実に阻止することができるからである。なお、導体は上記クロム系の無機金属酸化物を主体とするものであればよいため、少量であればそれ以外の金属あるいは無機化合物を含んでいてもよい。   The filler is preferably mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than that of copper. Specifically, the melting point is preferably 1400 ° C. or higher. The reason for this is that such a high melting point chromium-based inorganic metal oxide reliably maintains a solid state even after the temperature during co-firing and has a thickening effect on molten liquid copper. This is because the flow and volatilization of the copper can be reliably prevented. In addition, since the conductor should just have the said chromium-type inorganic metal oxide as a main body, if it is a small quantity, it may contain the other metal or inorganic compound.

前記フィラー中の無機金属酸化物としては、クロムと酸素とからなる無機化合物(酸化クロム:Cr)があるほか、クロムとクロム以外の金属と酸素とからなる無機化合物などを挙げることができる。後者の化合物としては、例えば、クロムと銅と酸素とからなる無機化合物、即ちCuCrO,CuCr,CuCr,CuCr等といった銅クロム複合酸化物がとりわけ好適である。 Examples of the inorganic metal oxide in the filler include an inorganic compound composed of chromium and oxygen (chromium oxide: Cr 2 O 3 ) and an inorganic compound composed of a metal other than chromium and chromium and oxygen. it can. As the latter compound, for example, an inorganic compound composed of chromium, copper and oxygen, that is, a copper chromium composite oxide such as CuCrO 2 , CuCr 2 O 4 , Cu 2 Cr 2 O 4 , Cu 2 Cr 2 O 5, etc. Is preferred.

酸化クロムや銅クロム複合酸化物は元来酸化物であるため、同時焼成時の酸素分圧の多少に影響を受けにくい。それゆえ、同時焼成時に酸素分圧を低く保つべく水素を多量に混在させておく、といったことが要求されなくなり、雰囲気制御の負担が小さくなる点で有利である。また、この種の化合物のうち特に酸化クロムは一般的な導電性材料であるタングステンよりも安いことから、フィラーとして使用した場合であってもコスト増を招かない点で有利である。また、酸化クロム及び銅クロム複合酸化物は、いずれも銅と馴染みやすく濡れやすい性質を有するため、銅と混在していても銅をはじかず、均一に分散した状態で存在しうる。特にその組成中に銅を含む銅クロム複合酸化物は、酸化クロムよりもさらにこの性質が強く現れる。そして、これらのことが導体の低抵抗化に寄与していると推測される。   Since chromium oxide and copper-chromium composite oxide are inherently oxides, they are hardly affected by the oxygen partial pressure during simultaneous firing. Therefore, it is not necessary to mix a large amount of hydrogen in order to keep the oxygen partial pressure low at the time of simultaneous firing, which is advantageous in that the burden of atmosphere control is reduced. Of these types of compounds, chromium oxide is particularly cheaper than tungsten, which is a general conductive material, and is advantageous in that it does not increase costs even when used as a filler. In addition, since both chromium oxide and copper-chromium composite oxide have the property of being familiar with and easy to get wet with copper, even if they are mixed with copper, they do not repel copper and can exist in a uniformly dispersed state. In particular, a copper-chromium composite oxide containing copper in its composition exhibits this property more strongly than chromium oxide. These are presumed to contribute to the reduction in resistance of the conductor.

前記フィラーの平均粒径は特に限定されないが、強いて言えば10μm以下であることが好ましい。その理由は、フィラーが細かくて揃っていたほうが、溶融銅中に均一に分散しやすく、熔融した銅の流動、揮発を有効に阻止できるようになるからである。これと同様の理由で、銅についても平均粒径が10μm以下であることが好ましい。平均粒径が10μm超であると、特に実装パッドなどの大面積パターンについては銅が玉状になって浮き出してくるのを抑制する効果が薄れてしまい、また、配線の滲みや細りを抑制する効果も薄れてしまう。なお、フィラー及び銅の平均粒径は2μm以下であることがより望ましく、1μm以下がさらに望ましく、0.5μm以下が特に望ましい。   The average particle size of the filler is not particularly limited, but is preferably 10 μm or less. The reason is that if the filler is fine and uniform, it can be easily dispersed uniformly in the molten copper, and the flow and volatilization of the molten copper can be effectively prevented. For the same reason, it is preferable that the average particle diameter of copper is 10 μm or less. When the average particle size is more than 10 μm, the effect of suppressing copper from being raised in a ball shape especially for a large area pattern such as a mounting pad is diminished, and bleeding and thinning of the wiring are suppressed. The effect will also fade. The average particle size of the filler and copper is more preferably 2 μm or less, further preferably 1 μm or less, and particularly preferably 0.5 μm or less.

前記導体における無機金属酸化物の含有量は、10体積%以上60体積%以下とされている。この含有量が10体積%未満であると、フィラーの分量が少なくなる結果、熔融した銅の流動、揮発を有効に阻止できなくなるおそれがある。従って、特に実装パッドなどの大面積パターンについては銅が玉状になって浮き出してくるのを抑制する効果が薄れ、また、配線の滲みや細りを抑制する効果も薄れてしまう。さらに、セラミック基体との焼成収縮率がマッチングせず、反りや剥がれが発生しやすくなってしまう。   The content of the inorganic metal oxide in the conductor is 10 volume% or more and 60 volume% or less. If this content is less than 10% by volume, the amount of filler may be reduced, so that the flow and volatilization of the molten copper may not be effectively prevented. Therefore, especially for a large area pattern such as a mounting pad, the effect of suppressing the copper from protruding into a ball shape is reduced, and the effect of suppressing the bleeding and thinning of the wiring is also reduced. Furthermore, the firing shrinkage rate with the ceramic substrate does not match, and warping and peeling are likely to occur.

逆に、この含有量が60体積%超であると、銅の含有量が低くなりすぎてしまい、導体内にて銅粒子同士が連結した状態で存在できず、配線の比抵抗が高くなってしまう。以上のことを考慮すると、前記導体における無機金属酸化物の含有量は、20体積%以上40体積%以下であることが特に好ましい。   Conversely, if this content is more than 60% by volume, the copper content will be too low, and copper particles cannot be connected in the conductor, resulting in an increase in the specific resistance of the wiring. End up. Considering the above, the content of the inorganic metal oxide in the conductor is particularly preferably 20% by volume or more and 40% by volume or less.

以下、本発明を具体化した実施形態のセラミックパッケージ10及びその製造方法を図1〜図8に基づき説明する。   Hereinafter, a ceramic package 10 according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

図1に示されるように、本実施形態のセラミックパッケージ10(セラミック配線基板)は、例えばICチップ21のような半導体集積回路素子あるいはVICSEL等の光素子を実装するための装置である。このセラミックパッケージ10を構成するセラミック基体11は、上面12(基体表面)及び下面13を有する矩形平板状をなす部材である。このセラミック基体11は、3つのセラミック焼結層14,15,16を積層してなる3層構造を有している。本実施形態において、上側セラミック焼結層14、中間セラミック焼結層15及び下側セラミック焼結層16は、いずれもアルミナ焼結体からなる。なお、本実施形態では3層構造としたが、2層構造を採用しても構わないし、4層以上の多層構造を採用しても構わない。   As shown in FIG. 1, the ceramic package 10 (ceramic wiring substrate) of the present embodiment is a device for mounting a semiconductor integrated circuit element such as an IC chip 21 or an optical element such as a VICSEL. The ceramic substrate 11 constituting the ceramic package 10 is a member having a rectangular flat plate shape having an upper surface 12 (substrate surface) and a lower surface 13. The ceramic substrate 11 has a three-layer structure in which three ceramic sintered layers 14, 15 and 16 are laminated. In the present embodiment, the upper ceramic sintered layer 14, the intermediate ceramic sintered layer 15, and the lower ceramic sintered layer 16 are all made of an alumina sintered body. In the present embodiment, a three-layer structure is used, but a two-layer structure may be adopted, or a multilayer structure having four or more layers may be adopted.

このセラミック基体11は、上面12において開口するキャビティ22を備えている。本実施形態のキャビティ22は平面視で略矩形状を呈しているが、略矩形状以外の形状を採用することも可能である。キャビティ22の外形寸法は、セラミック基体11の外形寸法の50%〜90%程度に設定されており、本実施形態ではセラミック基体11の外形寸法の65%程度に設定されている。キャビティ22の深さは上側セラミック焼結層14の厚さ分に相当している。キャビティ22の底面における離間した2箇所には、セラミックとの同時焼成により得られたメタライズ層からなる上面側実装パッド23が形成されている。ICチップ21は、これらの上面側実装パッド23上にAgエポキシ樹脂やAg−Si樹脂を用いて接着される。なお、ICチップ21は、上面側実装パッド23上にAu−Au接合によって接合されていてもよい。前記上面側実装パッド23上には、必要に応じてニッケル層や金層(いずれも図示略)が形成されていてもよい。   The ceramic substrate 11 includes a cavity 22 that opens on the upper surface 12. The cavity 22 of the present embodiment has a substantially rectangular shape in plan view, but a shape other than the substantially rectangular shape may be employed. The outer dimension of the cavity 22 is set to about 50% to 90% of the outer dimension of the ceramic base 11, and is set to about 65% of the outer dimension of the ceramic base 11 in this embodiment. The depth of the cavity 22 corresponds to the thickness of the upper ceramic sintered layer 14. At two spaced locations on the bottom surface of the cavity 22, an upper surface side mounting pad 23 made of a metallized layer obtained by simultaneous firing with ceramic is formed. The IC chip 21 is bonded onto these upper surface side mounting pads 23 using Ag epoxy resin or Ag-Si resin. The IC chip 21 may be bonded to the upper surface side mounting pad 23 by Au-Au bonding. A nickel layer or a gold layer (both not shown) may be formed on the upper surface side mounting pad 23 as necessary.

また、中間セラミック焼結層15において上面側実装パッド23に対応した箇所には、ビア導体18が形成されている。中間セラミック焼結層15と下側セラミック焼結層16との界面には、セラミックとの同時焼成により得られたメタライズ層からなる内層導体パターン28が形成されていて、それら内層導体パターン28はビア導体18の下端に対してそれぞれ電気的に接続されている。   A via conductor 18 is formed at a location corresponding to the upper surface side mounting pad 23 in the intermediate ceramic sintered layer 15. An inner layer conductor pattern 28 made of a metallized layer obtained by co-firing with ceramic is formed at the interface between the intermediate ceramic sintered layer 15 and the lower ceramic sintered layer 16. Each of the conductors 18 is electrically connected to the lower end.

図1に示されるように、下側セラミック焼結層16において内層導体パターン28に対応した箇所にも、セラミックとの同時焼成により得られたビア導体19が形成されている。セラミック基体11における下面13の外周部には、同じくセラミックとの同時焼成により得られたメタライズ層からなる下面側実装パッド27が複数個設けられている。それら下面側実装パッド27は、下側セラミック焼結層16のビア導体19の下端に対して、それぞれ電気的に接続されている。これらの下面側実装パッド27は、セラミックパッケージ10を図示しない他の基板上(マザーボード上)に実装する際に、複数の基板側端子に対して接合される。なお、パッケージ形態は特に限定されず任意であり、例えば、BGA(ボールグリッドアレイ)、PGA(ピングリッドアレイ)、LGA(ランドグリッドアレイ)のいずれでもよい。   As shown in FIG. 1, via conductors 19 obtained by co-firing with ceramic are also formed at locations corresponding to the inner conductor pattern 28 in the lower ceramic sintered layer 16. A plurality of lower surface side mounting pads 27 made of a metallized layer obtained by simultaneous firing with ceramic are provided on the outer peripheral portion of the lower surface 13 of the ceramic substrate 11. The lower surface side mounting pads 27 are electrically connected to the lower ends of the via conductors 19 of the lower ceramic sintered layer 16, respectively. These lower surface side mounting pads 27 are bonded to a plurality of substrate side terminals when the ceramic package 10 is mounted on another substrate (on the motherboard) (not shown). The package form is not particularly limited and may be arbitrary. For example, any of BGA (ball grid array), PGA (pin grid array), and LGA (land grid array) may be used.

そして、本実施形態のセラミックパッケージ10では、各部分の導体(即ちビア導体18,19、上面側実装パッド23、下面側実装パッド27、内層導体パターン28)が、アルミナの融点よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなるものとされている。   In the ceramic package 10 of the present embodiment, each portion of the conductor (that is, the via conductors 18 and 19, the upper surface side mounting pad 23, the lower surface side mounting pad 27, and the inner layer conductor pattern 28) has a melting point higher than that of alumina. It is made of a mixed phase of a filler mainly composed of a certain chromium-based inorganic metal oxide and copper.

次に、上記構造のセラミックパッケージ10を製造する方法について図2〜図6に基づいて説明する。   Next, a method for manufacturing the ceramic package 10 having the above structure will be described with reference to FIGS.

まず、セラミック基体11となるべきセラミック未焼結体を準備する準備工程を実施する。具体的には、アルミナ粉末等のセラミック粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合してスラリーを作製する。そしてこのスラリーを従来周知の手法(例えばドクターブレード法やカレンダーロール法)により厚さ100μm〜300μmのシート状に成形して、図2に示すようなセラミックグリーンシート64,65,66を3枚作製する。なお、上側セラミックグリーンシート64の略中央部には、平面視略矩形状のキャビティ22を貫通形成しておく。このキャビティ22は、従来周知のパンチング(打ち抜き)加工によって形成されてもよく、あるいはレーザ加工やドリル加工などの手法によって形成されてもよい。   First, the preparatory process which prepares the ceramic unsintered body which should become the ceramic base | substrate 11 is implemented. Specifically, a ceramic powder such as alumina powder, an organic binder, a solvent, a plasticizer, and the like are mixed to prepare a slurry. Then, this slurry is formed into a sheet having a thickness of 100 μm to 300 μm by a conventionally known method (for example, a doctor blade method or a calender roll method), and three ceramic green sheets 64, 65, 66 as shown in FIG. 2 are produced. To do. A cavity 22 having a substantially rectangular shape in plan view is formed through substantially the center of the upper ceramic green sheet 64. The cavity 22 may be formed by a conventionally known punching (punching) process, or may be formed by a technique such as laser processing or drilling.

本実施形態においてより具体的には、平均粒径0.8μmのアルミナ粉末を用いるとともにこれを90重量%とし、その残部としてSiO,MgO,BaO,MnO,Nbなどの粉末を混合した。このような混合粉末に対し、ブチラール系バインダ、可塑剤、溶剤等を混合してスラリーとした。 More specifically, in the present embodiment, an alumina powder having an average particle diameter of 0.8 μm is used, and this is 90% by weight, and the balance thereof is SiO 2 , MgO, BaO, MnO 2 , Nb 2 O 5 or the like. Mixed. Such a mixed powder was mixed with a butyral binder, a plasticizer, a solvent and the like to form a slurry.

続く穴あけ工程では、セラミック未焼結体であるセラミックグリーンシート64,65,66の複数箇所に、後にビア導体18となるべき穴部76をそれぞれ貫通形成する(図3参照)。穴部76は、従来周知のパンチング(打ち抜き)加工によって形成されてもよく、あるいはレーザ加工やドリル加工などの手法によって形成されてもよい。   In the subsequent drilling step, holes 76 that will later become via conductors 18 are formed through the ceramic green sheets 64, 65, 66, which are ceramic unsintered bodies, respectively (see FIG. 3). The hole 76 may be formed by a conventionally known punching (punching) process, or may be formed by a technique such as laser processing or drilling.

続く導体部形成工程では、穴部76内にそれぞれ導体部を形成する。より具体的にいうと、まず従来周知のペースト印刷装置によるビアメタライズ充填を行って、穴部76内に導体ペースト77を充填する(図4参照)。次に、セラミックグリーンシート65,66の上に所定の導体ペースト77を所定パターン状にスクリーン印刷する。これらの印刷層は、後に上面側実装パッド23、下面側実装パッド27、内層導体パターン28となるべき部分である。   In the subsequent conductor portion forming step, the conductor portions are respectively formed in the holes 76. More specifically, first, via metallization filling is performed by a conventionally known paste printing apparatus to fill the hole 76 with the conductor paste 77 (see FIG. 4). Next, a predetermined conductor paste 77 is screen-printed in a predetermined pattern on the ceramic green sheets 65 and 66. These printed layers are portions to be the upper surface side mounting pad 23, the lower surface side mounting pad 27, and the inner layer conductor pattern 28 later.

続く積層工程では、下側セラミックグリーンシート66の上に中間セラミックグリーンシート65及び上側セラミックグリーンシート64を順次積層し、従来周知のラミネート装置を用いて厚さ方向に所定の荷重を加えることにより、これらを圧着、一体化して積層体を形成する(図5参照)。   In the subsequent lamination process, the intermediate ceramic green sheet 65 and the upper ceramic green sheet 64 are sequentially laminated on the lower ceramic green sheet 66, and a predetermined load is applied in the thickness direction using a conventionally known laminating apparatus, These are crimped and integrated to form a laminate (see FIG. 5).

そして、この積層体を窒素中で脱脂した後、加湿した窒素水素混合ガス中、所望の酸素分圧下においてアルミナが焼結しうる所定の温度(1200℃〜1400℃)で焼成する。この焼成工程を経ると、上側セラミックグリーンシート64、中間セラミックグリーンシート65及び下側セラミックグリーンシート66が焼結して、キャビティ22を有するセラミック基体11が得られる。また、導体ペースト77の焼結によって、上面側実装パッド23、下面側実装パッド27、内層導体パターン28、ビア導体18が形成される。なお、この状態のものは、セラミックパッケージ10となるべき製品領域を平面方向に沿って縦横に複数配列した構造の多数個取り用セラミックパッケージであると把握することができる。   And after degreasing | defatting this laminated body in nitrogen, it baked by the predetermined | prescribed temperature (1200 to 1400 degreeC) which an alumina can sinter in the humidified nitrogen hydrogen mixed gas under the desired oxygen partial pressure. After this firing step, the upper ceramic green sheet 64, the intermediate ceramic green sheet 65, and the lower ceramic green sheet 66 are sintered, and the ceramic substrate 11 having the cavity 22 is obtained. Also, the upper surface side mounting pad 23, the lower surface side mounting pad 27, the inner layer conductor pattern 28, and the via conductor 18 are formed by sintering the conductor paste 77. It can be understood that the product in this state is a multi-cavity ceramic package having a structure in which a plurality of product regions to be the ceramic package 10 are arranged vertically and horizontally along the plane direction.

さらに、多数個取り用セラミックパッケージを図示しないブレーク溝に沿って分割し、個片化する(図6参照)。その後、キャビティ22内にICチップ21を収容し、はんだ付けを行う。その結果、図1に示す素子付きセラミックパッケージ10が完成する。   Furthermore, the multi-cavity ceramic package is divided along break grooves (not shown) and separated into individual pieces (see FIG. 6). Thereafter, the IC chip 21 is accommodated in the cavity 22 and soldering is performed. As a result, the element-equipped ceramic package 10 shown in FIG. 1 is completed.

次に、本実施形態において行った評価試験について説明する。   Next, the evaluation test performed in this embodiment will be described.

この評価試験では、導体を構成する金属材料を変更して複数種類の試料を作製し(表1のNo.1〜17参照)、それぞれについて比抵抗(μΩ・cm)と導体層形状(滲み、銅玉状浮出し、反り)とを調査した。その結果を表1に示す。ここでは、上述した手順により、幅200μm、長さ30mmのライン状導体層と、12.5mm×12.5mmの正方形状導体層とを有する試験用サンプルを作製した。   In this evaluation test, a metal material constituting the conductor was changed to prepare a plurality of types of samples (see Nos. 1 to 17 in Table 1), and specific resistance (μΩ · cm) and conductor layer shape (bleeding, Copper ball-like protrusions and warping) were investigated. The results are shown in Table 1. Here, a test sample having a line-shaped conductor layer having a width of 200 μm and a length of 30 mm and a square conductor layer having a size of 12.5 mm × 12.5 mm was prepared by the above-described procedure.

比抵抗については、四端子抵抗計にて上記ライン状導体層の抵抗値を測定した後、当該ライン状導体層の断面積及び配線長に基づいてその値を算出した。そして、比抵抗の値が10μΩ・cm以下であれば「良好」と判定した。導体層形状については、導体層を拡大鏡で目視観察し、銅が導体層表面やパッド部に押し出されていなければ「○(良好)」とした。また、セラミックと正方形状導体層との焼成収縮率がマッチングせず、正方形状導体層が200μm以上反った場合には「×(不良)」と判定した。   About specific resistance, after measuring the resistance value of the said line-shaped conductor layer with a 4-terminal ohmmeter, the value was computed based on the cross-sectional area and wiring length of the said line-shaped conductor layer. And if the value of specific resistance was 10 microhm * cm or less, it judged with "good". As for the shape of the conductor layer, the conductor layer was visually observed with a magnifying glass, and “◯ (good)” was given if copper was not extruded onto the surface of the conductor layer or the pad portion. In addition, when the firing shrinkage rates of the ceramic and the square conductor layer did not match and the square conductor layer warped by 200 μm or more, it was determined as “x (defect)”.

ここで、試料No.1では、銅(Cu)100体積部を含む導体ペーストを使用し、銅のみからなる導体層を得た。試料No.2では、タングステン(W)のフィラー65体積部と、銅35体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.3では、酸化クロム(Cr)のフィラー40体積部と、粒径0.5μmの銅60体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.4では、酸化クロム(Cr)のフィラー10体積部と、粒径0.5μmの銅90体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.5では、酸化クロム(Cr)のフィラー70体積部と、粒径0.5μmの銅30体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.6では、酸化クロム(Cr)のフィラー80体積部と、粒径0.5μmの銅20体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.7では、酸化クロム(Cr)のフィラー70体積部と、粒径0.5μmの銅30体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.8では、酸化クロム(Cr)のフィラー60体積部と、粒径0.5μmの銅40体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.9では、酸化クロム(Cr)のフィラー50体積部と、粒径0.5μmの銅50体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.10では、酸化クロム(Cr)のフィラー40体積部と、粒径0.5μmの銅60体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.11では、酸化クロム(Cr)のフィラー70体積部と、粒径5μmの銅30体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.12では、銅クロム複合酸化物(CuCr)のフィラー70体積部と、粒径1.2μmの銅30体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.13では、銅クロム複合酸化物(CuCr)のフィラー60体積部と、粒径1.2μmの銅40体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.14では、銅クロム複合酸化物(CuCr)のフィラー50体積部と、粒径1.2μmの銅50体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.15では、銅クロム複合酸化物(CuCr)のフィラー40体積部と、粒径1.5μmの銅60体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.16では、銅クロム複合酸化物(CuCr)のフィラー70体積部と、粒径1.5μmの銅30体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。試料No.17では、銅クロム複合酸化物(CuCrO)のフィラー70体積部と、粒径1.5μmの銅30体積部とを含む導体ペーストを使用し、当該フィラーと銅との混合相からなる導体層を得た。
Here, Sample No. 1, a conductor paste containing 100 parts by volume of copper (Cu) was used to obtain a conductor layer made of only copper. Sample No. In No. 2, a conductor paste containing 65 parts by volume of tungsten (W) filler and 35 parts by volume of copper was used to obtain a conductor layer composed of a mixed phase of the filler and copper. Sample No. 3, a conductive paste containing 40 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 60 parts by volume of copper having a particle diameter of 0.5 μm is used, and a conductor layer made of a mixed phase of the filler and copper is used. Obtained. Sample No. In 4, the filler 10 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3), by using a conductive paste containing copper 90 parts by volume of particle size 0.5 [mu] m, a conductive layer comprising a mixed phase of the filler and copper Obtained. Sample No. 5, a conductor paste containing 70 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 30 parts by volume of copper having a particle size of 0.5 μm is used, and a conductor layer made of a mixed phase of the filler and copper is used. Obtained. Sample No. 6, a conductor paste containing 80 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 20 parts by volume of copper having a particle size of 0.5 μm is used, and a conductor layer made of a mixed phase of the filler and copper is used. Obtained. Sample No. 7, a conductor paste including 70 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 30 parts by volume of copper having a particle diameter of 0.5 μm is used, and a conductor layer made of a mixed phase of the filler and copper is used. Obtained. Sample No. 8, a conductive paste containing 60 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 40 parts by volume of copper having a particle size of 0.5 μm is used, and a conductor layer made of a mixed phase of the filler and copper is used. Obtained. Sample No. 9, a conductor paste containing 50 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 50 parts by volume of copper having a particle size of 0.5 μm is used, and a conductor layer made of a mixed phase of the filler and copper is used. Obtained. Sample No. 10, a conductive paste containing 40 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 60 parts by volume of copper having a particle size of 0.5 μm is used, and a conductive layer made of a mixed phase of the filler and copper is used. Obtained. Sample No. 11, a conductor paste containing 70 parts by volume of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) filler and 30 parts by volume of copper having a particle size of 5 μm was used to obtain a conductor layer composed of a mixed phase of the filler and copper. . Sample No. 12, a conductive paste containing 70 parts by volume of a copper chromium composite oxide (CuCr 2 O 4 ) filler and 30 parts by volume of copper having a particle size of 1.2 μm is used, and is composed of a mixed phase of the filler and copper. A conductor layer was obtained. Sample No. No. 13, a conductive paste containing 60 parts by volume of a copper-chromium composite oxide (CuCr 2 O 4 ) filler and 40 parts by volume of copper having a particle size of 1.2 μm is used, and consists of a mixed phase of the filler and copper. A conductor layer was obtained. Sample No. In 14, by using a conductive paste containing a filler 50 parts by volume of the copper chromium complex oxide (CuCr 2 O 4), and copper 50 parts by volume of particle size 1.2 [mu] m, consists of mixed phases of the filler and copper A conductor layer was obtained. Sample No. 15, a conductive paste containing 40 parts by volume of a copper-chromium composite oxide (Cu 2 Cr 2 O 4 ) filler and 60 parts by volume of copper having a particle size of 1.5 μm is used, and the mixed phase of the filler and copper is used. A conductor layer was obtained. Sample No. 16, a conductive paste containing 70 parts by volume of a copper-chromium composite oxide (Cu 2 Cr 2 O 4 ) filler and 30 parts by volume of copper having a particle size of 1.5 μm is used, and the mixed phase of the filler and copper is used. A conductor layer was obtained. Sample No. In No. 17, a conductor layer comprising 70 parts by volume of a copper chromium composite oxide (CuCrO 2 ) filler and 30 parts by volume of copper having a particle size of 1.5 μm is used, and a conductor layer comprising a mixed phase of the filler and copper. Got.

表1に示すように、各試料の作製を行ったところ、試料No.1(Cu100)及び試料No.2(Cu35:W65)については、滲み、銅玉状浮出し、反りが著しく、比抵抗の測定が可能な好適な試料を得ることができなかった。   As shown in Table 1, when each sample was prepared, Sample No. 1 (Cu100) and sample no. With respect to 2 (Cu35: W65), bleeding, copper ball-like embossing, and warping were remarkable, and a suitable sample capable of measuring specific resistance could not be obtained.

比抵抗については、試料No.5〜17においてその値が10×10−8Ω・mよりも低くなり、現行品の値よりも十分低くなることがわかった。なかでも特に、試料No.6が2×10−8Ω・mと最も低く、次いで試料No.5、No.7が3×10−8Ω・mと低かった。一方、試料No.3、No.4に関しては10×10−8Ω・mを超えてしまい、低抵抗化を十分に図ることができなかった。 Regarding the specific resistance, the sample No. In 5-17, the value became lower than 10x10 < -8 > ohm * m, and it turned out that it is sufficiently lower than the value of a present article. In particular, sample no. 6 is the lowest, 2 × 10 −8 Ω · m, then sample No. 5, no. 7 was as low as 3 × 10 −8 Ω · m. On the other hand, sample No. 3, no. 4 exceeded 10 × 10 −8 Ω · m, and the resistance could not be sufficiently reduced.

また、No.3〜No.17に関しては、いずれも導体層形状が良好であり、滲み、銅玉状浮出し、反りが殆ど認められなかった。   No. 3-No. Regarding No. 17, the conductor layer shape was good, and bleeding, copper ball-like protrusion and warping were hardly observed.

図7は先の評価試験で好結果を示した試料(例えばNo.6)の導体層の顕微鏡写真(SEM写真)であり、図8は同じく導体層の顕微鏡写真(TEM写真)である。いずれも濃色粒子はCrであり、淡色部はCuである。図7のSEM写真によると、Cu中にCrが均一に分散しているのがわかる。また、Cr粒子同士が凝集部(直径10μm以上の塊)を形成しておらず、空隙も存在していないことがわかる。図8のTEM写真によると、CuとCrとが密着しており、両者間に中間層が存在しないことがわかる。つまり、酸化クロム及び銅クロム複合酸化物は、いずれも銅と馴染みやすく濡れやすい性質を有するため、銅と混在していても銅をはじかず、均一に分散した状態で存在することが実証された。そして、このことが導体の低抵抗化に寄与していると推測された。 FIG. 7 is a micrograph (SEM photograph) of the conductor layer of the sample (for example, No. 6) that showed a good result in the previous evaluation test, and FIG. 8 is also a micrograph (TEM photograph) of the conductor layer. In both cases, the dark color particles are Cr 2 O 3 and the light color portion is Cu. According to the SEM photograph of FIG. 7, it can be seen that Cr 2 O 3 is uniformly dispersed in Cu. Further, Cr 2 O 3 grains do not form cohesive unit (more mass diameter 10 [mu] m), the air gap it can be seen that does not exist. According to the TEM photograph of FIG. 8, it can be seen that Cu and Cr 2 O 3 are in close contact with each other, and no intermediate layer exists between them. In other words, both chromium oxide and copper-chromium composite oxides are easy to wet with copper and easily wet, so it has been demonstrated that even when mixed with copper, it does not repel copper and exists in a uniformly dispersed state. . It was speculated that this contributed to the reduction in resistance of the conductor.

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本実施形態のセラミック配線基板10における各導体は、銅の融点よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなる。また、その無機金属酸化物の含有量は10体積%以上60体積%以下に設定されている。この場合、銅を含んで形成された導体となるため、従来のタングステンを主成分として形成された導体に比べて低抵抗となる。また、アルミナの融点よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなる導体としているため、同時焼成時に銅が熔融したとしても、前記フィラー自体は高融点であるため熔融せずに固体状態を維持してそこに留まり、熔融した銅の流動及び揮発を阻止する。その結果、導体における銅がその位置に保持され、導体中におけるボイドの発生や、アルミナ部分からの導体の突出が防止され、比較的形状のよい導体を得ることができる。   (1) Each conductor in the ceramic wiring board 10 of the present embodiment is composed of a mixed phase of copper and a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than that of copper. Further, the content of the inorganic metal oxide is set to 10% by volume or more and 60% by volume or less. In this case, since the conductor is formed including copper, the resistance is lower than that of a conventional conductor formed mainly of tungsten. In addition, since it is a conductor composed of a mixed phase of copper and a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than that of alumina, even if copper is melted during simultaneous firing, the filler itself is Since it has a high melting point, it remains in a solid state without melting and prevents the molten copper from flowing and volatilizing. As a result, the copper in the conductor is held in that position, and the generation of voids in the conductor and the protrusion of the conductor from the alumina portion are prevented, so that a conductor having a relatively good shape can be obtained.

しかも、また、クロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーを適量用いているため同時焼成性が向上し、アルミナと金属との焼成収縮率もマッチングすることから、反りや剥がれを起こすことなく同時焼成を行うことが可能となる。   Moreover, since an appropriate amount of filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide is used, the co-firing property is improved, and the firing shrinkage rate of alumina and metal is also matched, so there is no warping or peeling. Simultaneous firing can be performed.

以上のことから、本実施形態によれば、実装強度に優れるとともに導体部分の電気抵抗が低く、しかも同時焼成により反りや剥がれ等を起こすことなく製造可能なセラミック配線基板10を得ることができる。   From the above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the ceramic wiring substrate 10 that has excellent mounting strength and low electrical resistance of the conductor portion, and can be manufactured without causing warpage or peeling due to simultaneous firing.

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。   In addition, you may change embodiment of this invention as follows.

例えば、上記実施形態では、酸化クロムを使用して導体を形成した例、銅クロム複合酸化物であるCuCrO,CuCr,CuCrを使用して導体を形成した例を示した。しかし、別の銅クロム複合酸化物、例えばCuCrを使用して導体を形成することもできる。あるいは、酸化クロムや上記の各種銅クロム複合酸化物を2種類以上使用して同様に導体を形成することもできる。 For example, in the above embodiment, an example of forming a conductor using a chromium oxide, an example of forming a conductor using CuCrO 2, CuCr 2 O 4, Cu 2 Cr 2 O 4 is a copper chromium complex oxide Indicated. However, conductors can also be formed using other copper-chromium complex oxides such as Cu 2 Cr 2 O 5 . Alternatively, the conductor can be similarly formed by using two or more kinds of chromium oxide and the above-mentioned various copper-chromium composite oxides.

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。   Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiments described above are listed below.

(1)銅の融点よりも高い温度で焼結するセラミックを主体とするセラミック基体に導体が形成された構造を備え、前記導体が銅よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなり、前記無機金属酸化物の含有量が10体積%以上60体積%以下であるセラミック配線基板の製造方法であって、銅の融点よりも高い温度で焼結するセラミックを主体とする未焼結セラミック基体に、銅よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅とを含む導体形成用材料を用いて、後に導体となる未焼結導体部を形成する未焼結導体部形成工程と、前記セラミックが焼結する温度に前記未焼結セラミック基体を加熱して前記未焼結セラミック基体及び前記未焼結導体部を焼成することで、前記フィラーと銅との混合相からなり前記無機金属酸化物の含有量が10体積%以上60体積%以下である導体を有するセラミック基体を形成する同時焼成工程とを含むセラミック配線基板の製造方法。   (1) It has a structure in which a conductor is formed on a ceramic substrate mainly composed of a ceramic sintered at a temperature higher than the melting point of copper, and the conductor is mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than that of copper. A ceramic wiring substrate manufacturing method comprising a mixed phase of filler and copper, wherein the content of the inorganic metal oxide is 10% by volume or more and 60% by volume or less, and is fired at a temperature higher than the melting point of copper. Using a non-sintered ceramic substrate mainly composed of ceramic to be bonded, a conductor forming material containing a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than copper and copper, and later becomes a conductor. A step of forming an unsintered conductor part to form an unsintered conductor part, and heating the unsintered ceramic base to a temperature at which the ceramic is sintered to fire the unsintered ceramic base and the unsintered conductor part. by doing, Method for producing a ceramic wiring substrate comprising a co-fired to form a ceramic substrate having a conductor content is 60 vol% or less than 10% by volume consists of a mixed phase wherein the inorganic metal oxide of serial filler and copper.

本発明を具体化した実施形態のセラミックパッケージを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the ceramic package of embodiment which actualized this invention. 実施形態のセラミックパッケージの製造手順を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the ceramic package of embodiment. 同じく製造手順を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating a manufacture procedure similarly. 同じく製造手順を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating a manufacture procedure similarly. 同じく製造手順を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating a manufacture procedure similarly. 同じく製造手順を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating a manufacture procedure similarly. 導体部分のSEM写真。The SEM photograph of a conductor part. 導体部分のTEM写真。TEM photograph of conductor part.

符号の説明Explanation of symbols

10…セラミック配線基板
11…セラミック基体
18,19…導体としてのビア導体
23…導体としての実装パッド
27…導体としての実装パッド
28…導体としての内層導体パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ceramic wiring board 11 ... Ceramic base | substrate 18, 19 ... Via conductor as a conductor 23 ... Mounting pad as a conductor 27 ... Mounting pad as a conductor 28 ... Inner layer conductor pattern as a conductor

Claims (7)

銅の融点よりも高い温度で焼結するセラミックを主体とするセラミック基体に導体が形成されたセラミック配線基板において、
前記導体は、前記銅よりも高融点であるクロム系の無機金属酸化物を主体とするフィラーと銅との混合相からなり、前記無機金属酸化物の含有量が10体積%以上60体積%以下であることを特徴とするセラミック配線基板。
In a ceramic wiring board in which a conductor is formed on a ceramic base mainly composed of a ceramic sintered at a temperature higher than the melting point of copper,
The conductor is composed of a mixed phase of a filler mainly composed of a chromium-based inorganic metal oxide having a melting point higher than that of the copper, and the content of the inorganic metal oxide is 10% by volume to 60% by volume. A ceramic wiring board characterized by the above.
前記フィラー中の前記無機金属酸化物は、酸化クロムであることを特徴とする請求項1に記載のセラミック配線基板。   The ceramic wiring board according to claim 1, wherein the inorganic metal oxide in the filler is chromium oxide. 前記フィラー中の前記無機金属酸化物は、銅クロム複合酸化物であることを特徴とする請求項1に記載のセラミック配線基板。   The ceramic wiring board according to claim 1, wherein the inorganic metal oxide in the filler is a copper-chromium composite oxide. 前記フィラーは、平均粒径が10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセラミック配線基板。   The ceramic wiring board according to claim 1, wherein the filler has an average particle size of 10 μm or less. 前記導体は、前記セラミック基体の内部に形成された内層導体パターン及びビア導体であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のセラミック配線基板。   5. The ceramic wiring board according to claim 1, wherein the conductor is an inner layer conductor pattern and a via conductor formed inside the ceramic base. 6. 前記導体は、前記セラミック基体の表面上に形成された実装パッドであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のセラミック配線基板。   5. The ceramic wiring board according to claim 1, wherein the conductor is a mounting pad formed on a surface of the ceramic base. 6. 前記導体は、電気抵抗率が10×10−8Ω・m以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のセラミック配線基板。 The ceramic wiring board according to claim 1, wherein the conductor has an electric resistivity of 10 × 10 −8 Ω · m or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140022699A1 (en) * 2011-03-28 2014-01-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Glass ceramic substrate and method for producing the same
CN111279470A (en) * 2017-10-30 2020-06-12 阿莫善斯有限公司 Method for preparing double-sided ceramic substrate, double-sided ceramic substrate prepared by using same, and semiconductor package comprising double-sided ceramic substrate

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62186407A (en) * 1986-02-10 1987-08-14 昭栄化学工業株式会社 Conductive compound
JPS63168904A (en) * 1986-12-29 1988-07-12 富士通株式会社 Copper paste composition for inner layer
JPH0218991A (en) * 1988-07-07 1990-01-23 Fujitsu Ltd Forming method for via of circuit substrate
JPH0644670B2 (en) * 1984-10-05 1994-06-08 株式会社住友金属セラミックス Ceramic circuit board manufacturing method
JPH0946013A (en) * 1995-05-19 1997-02-14 Nikko Co Through-hole filling conductive paste and ceramic circuit board
JP2002134885A (en) * 2001-07-09 2002-05-10 Hitachi Ltd Circuit board, manufacturing method thereof, electronic device mounting body, and green sheet
JP2003101238A (en) * 2001-09-26 2003-04-04 Kyocera Corp Multilayer wiring board and method of manufacturing the same
JP2003104772A (en) * 2001-09-27 2003-04-09 Kyocera Corp Alumina sintered compact, its production method, and wiring board
JP2004006624A (en) * 2002-03-27 2004-01-08 Kyocera Corp Wiring board and its manufacturing method
JP3493310B2 (en) * 1998-09-29 2004-02-03 京セラ株式会社 Multilayer wiring board

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0644670B2 (en) * 1984-10-05 1994-06-08 株式会社住友金属セラミックス Ceramic circuit board manufacturing method
JPS62186407A (en) * 1986-02-10 1987-08-14 昭栄化学工業株式会社 Conductive compound
JPS63168904A (en) * 1986-12-29 1988-07-12 富士通株式会社 Copper paste composition for inner layer
JPH0218991A (en) * 1988-07-07 1990-01-23 Fujitsu Ltd Forming method for via of circuit substrate
JPH0946013A (en) * 1995-05-19 1997-02-14 Nikko Co Through-hole filling conductive paste and ceramic circuit board
JP3493310B2 (en) * 1998-09-29 2004-02-03 京セラ株式会社 Multilayer wiring board
JP2002134885A (en) * 2001-07-09 2002-05-10 Hitachi Ltd Circuit board, manufacturing method thereof, electronic device mounting body, and green sheet
JP2003101238A (en) * 2001-09-26 2003-04-04 Kyocera Corp Multilayer wiring board and method of manufacturing the same
JP2003104772A (en) * 2001-09-27 2003-04-09 Kyocera Corp Alumina sintered compact, its production method, and wiring board
JP2004006624A (en) * 2002-03-27 2004-01-08 Kyocera Corp Wiring board and its manufacturing method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140022699A1 (en) * 2011-03-28 2014-01-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Glass ceramic substrate and method for producing the same
US9466425B2 (en) * 2011-03-28 2016-10-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Glass ceramic substrate and method for producing the same
CN111279470A (en) * 2017-10-30 2020-06-12 阿莫善斯有限公司 Method for preparing double-sided ceramic substrate, double-sided ceramic substrate prepared by using same, and semiconductor package comprising double-sided ceramic substrate

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