JP2746841B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子が収容搭載
される半導体素子収納用パッケージや混成集積回路装置
等に用いられる配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、配線基板、例えば、半導体素子を収
容するための半導体素子収納用パッケージに使用される
配線基板は一般に、酸化アルミニウム質焼結体等の電気
絶縁材料から成り、その上面略中央部に半導体素子を収
容するための凹部を有する絶縁基体と、前記絶縁基体の
凹部周辺から下面にかけて導出されたタングステン、モ
リブデン等の高融点金属焼結体から成る配線導体とから
構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導体素子をガ
ラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定すると
ともに半導体素子の各電極を凹部周辺に位置する配線導
体にボンディングワイヤを介して電気的に接続し、しか
る後、前記絶縁基体の上面に、金属やセラミックス等か
ら成る蓋体を絶縁基体の凹部を塞ぐようにガラス、樹
脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、絶縁基
体の凹部内に半導体素子を気密に収容することによって
製品としての半導体装置となる。

【０００３】尚、前記半導体素子収納用パッケージに使
用される配線基板は、絶縁基体に設けた配線導体の一部
に鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の
金属から成る外部リード端子が銀ロウ等のロウ材を介し
て取着されており、外部リード端子を外部電気回路に接
続させることによって半導体素子の各電極が配線導体、
ボンディングワイヤ及び外部リード端子を介して外部電
気回路に電気的に接続される。

【０００４】また前記配線基板は、酸化アルミニウム、
酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料
粉末に適当な有機バインダー、有機溶剤、可塑剤、分散
剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周
知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用
して複数のセラミックグリーンシートを得、次に前記各
セラミックグリーンシートにタングステン、モリブデン
等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、
有機溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを所定パタ
ーンに印刷塗布し、最後に前記セラミックグリーンシー
トを上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００
℃の温度で焼成することによって製作される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の配線基板は、絶縁基体を構成する酸化アルミニウム
質焼結体及び配線導体を構成するタングステン、モリブ
デン等の高融点金属の熱膨張係数がそれぞれ６．０×１
０^-6／℃乃至７．５×１０^-6／℃、４．５×１０^-6／℃
乃至５．５×１０^-6／℃であり、両者相違すること、配
線導体を構成するタングステン、モリブデン等の高融点
金属のヤング率が３２０００乃至３５０００ｋｇｆ／ｍ
ｍ² と大きく極めて変形しにくいこと等から、タングス
テン、モリブデン等の高融点金属ペーストを所定パター
ンに印刷塗布したセラミックグリーンシートを焼成し、
配線基板となす際、絶縁基体と配線導体との間に両者の
熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生するとともにこ
れが配線基板内に残留し、その結果、配線基板に外力や
熱衝撃力が印加されると、該外力や熱衝撃力が前記残留
応力と相俟って際めて大きなものとなり、絶縁基体にク
ラックを発生させて配線導体に断線を招来させたり、配
線導体を絶縁基体から剥離させたりするという欠点を有
していた。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたも
のであり、その目的は配線導体の剥離や配線導体に断線
等を招来する絶縁基体のクラック発生を皆無とした配線
基板を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、酸化アルミニ
ウム質焼結体から成る絶縁基体に、タングステン、モリ
ブデンの少なくとも一種を含む導電材で配線導体を形成
した配線基板であって、前記配線導体はＪＩＳ−Ｃ２１
４１に規定の気孔率で１５乃至４５％の気孔を有するこ
とを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明は前記気孔の直径が３０μｍ
以下であることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明の配線基板によれば、タングステン、モ
リブデンの少なくとも一種を含む導電材で形成された配
線導体をＪＩＳ−Ｃ２１４１に規定の気孔率で１５乃至
４５％の気孔を有するものとしたことから、該気孔の存
在により配線導体はそのヤング率が４０００乃至１７０
００ｋｇｆ／ｍｍ² と小さく変形しやすいものとなり、
その結果、タングステン、モリブデン等を含む導電材ペ
ーストを所定パターンに印刷塗布したセラミックグリー
ンシートを焼成し、配線基板となす際、絶縁基体と配線
導体との間に両者の熱膨張係数の差に起因して熱応力が
発生したとしてもその熱応力は配線導体が変形すること
によって有効に吸収され、配線基板内部に残留すること
は殆どない。そのため、配線基板に外力や熱衝撃力が印
加されても絶縁基体にクラックが発生することは皆無
で、配線導体に断線等が招来することはいっさいなく、
同時に配線導体を絶縁基体に強固に被着させておくこと
ができる。

【００１０】

【実施例】次に本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。図１は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する
半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一実施例
を示し、１は絶縁基体、２は配線導体である。この配線
導体２を絶縁基体１に取着させたものが配線基板Ａとな
る。

【００１１】前記絶縁基体１は、その上面中央部に半導
体素子３を収容するための空所を形成する凹部１ａが設
けてあり、該凹部１ａ底面には半導体素子３がガラス、
樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定される。

【００１２】前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼
結体から成り、例えば酸化アルミニウム、酸化珪素、酸
化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な
有機バインダー、有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添加混
合して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドク
ターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形法
を採用してシート状となすことによりセラミックグリー
ンシートを得、しかる後、前記セラミックグリーンシー
トに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積
層し、約１６００℃の温度で焼成することによって製作
される。

【００１３】また前記絶縁基体１は、その凹部１ａ周辺
から下面にかけて複数個の配線導体２が形成されてお
り、該配線導体２の凹部１ａ周辺部位には半導体素子３
の各電極がボンディングワイヤ４を介して電気的に接続
され、また絶縁基体１の下面に導出された部位には外部
電気回路と接続される外部リード端子５が電気的に接続
されている。

【００１４】前記絶縁基体１に取着させた配線導体２
は、タングステン、モリブデンの少なくとも一種を含む
導電材から成り、外部電気回路に接続される外部リード
端子５に半導体素子３の各電極を電気的に導通させる作
用を為す。

【００１５】前記配線導体２は、タングステン、モリブ
デン等の高融点金属を主成分とする導電材粉末に有機バ
インダー、有機溶剤、可塑剤等を添加混合して得た導電
材ペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシー
トに予め所定パターンに印刷塗布しておくことによって
絶縁基体１の凹部１ａ周辺から下面に導出するように取
着される。

【００１６】また前記配線導体２は、その内部に気孔が
形成されており、配線導体２のヤング率が４０００乃至
１７０００ｋｇｆ／ｍｍ² 程度の小さいものとなってい
る。

【００１７】従って、タングステンやモリブデン等を含
む導電材ペーストを所定パターンに印刷塗布したセラミ
ックグリーンシートを焼成し、配線基板Ａとなす際、絶
縁基体１と配線導体２との間に両者の熱膨張係数の差に
起因して熱応力が発生したとしてもその熱応力は配線導
体２が変形することによって有効に吸収され、配線基板
Ａ内部に残留することは殆どなく、これによって配線基
板Ａに外力や熱衝撃力が印加されても絶縁基体１にクラ
ックが発生することは皆無で、配線導体２に断線等が招
来することはいっさいなく、同時に配線導体２を絶縁基
体１に強固に取着させておくことができる。

【００１８】尚、前記配線導体２はこれに形成される気
孔が、ＪＩＳ−Ｃ２１４１に規定の気孔率で１５％未満
であると配線導体２のヤング率を絶縁基体１と配線導体
２との間に発生する熱応力を吸収するに十分に小さいも
のとなすことができず、また４５％を越えると配線導体
２の電気抵抗が大きなものとなり、半導体素子３と外部
電気回路との電気的接続を良好に行うことができなくな
る。従って、前記配線導体２に形成される気孔はＪＩＳ
−Ｃ２１４１に規定の気孔率で１５％乃至４５％の範囲
に限定される。

【００１９】また前記配線導体２は、これに形成される
気孔の直径が３０μｍを越えると配線導体２の単位体積
当たりの密度のばらつきが大きなものとなり、配線導体
２の電気抵抗に部分的に大きな部分が発生して半導体素
子３と外部電気回路との電気的接続を良好に行うことが
できなくなる。従って、前記配線導体２は、これに形成
される気孔の直径を３０μｍ以下とすることが好まし
い。

【００２０】尚、前記配線導体２に形成される気孔は、
配線導体２となる導電材ペースト中に直径が２〜２０μ
ｍ程度のアクリル樹脂粉末や炭素粉末等を予め適量添加
混合しておき、該導電材ペーストをセラミックグリーン
シートに印刷塗布し、これを焼成して配線基板Ａとなす
際に前記アクリル樹脂粉末や炭素粉末等を導電材ペース
ト中より外部大気中に分解飛散させることによって配線
導体２に形成される。

【００２１】更に前記配線導体２は、その絶縁基体１の
下面に導出された部位に外部リード端子５が銀ロウ等の
ロウ材を介してロウ付けされている。

【００２２】前記外部リード端子５は、絶縁基体１の凹
部１ａ内に収容される半導体素子３を外部電気回路に電
気的に接続する作用を為し、外部リード端子５を外部電
気回路に接続することによって凹部１ａ内部に収容され
る半導体素子３を配線導体２、ボンディングワイヤ４及
び外部リード端子５を介して外部電気回路に電気的に接
続することとなる。

【００２３】前記外部リード端子５は、鉄−ニッケル−
コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属から成り、鉄
−ニッケル−コバルト合金等の金属から成るインゴット
を圧延加工法や打ち抜き加工法等の金属加工法を採用し
て所定の棒状となすことによって製作される。

【００２４】かくして上述の半導体素子収納用パッケー
ジによれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３
をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定す
るとともに該半導体素子３の各電極をボンディングワイ
ヤ４を介して配線導体２に電気的に接続し、しかる後、
絶縁基体１の上面に蓋体６を絶縁基体１の凹部１ａを塞
ぐようにガラス、樹脂、ロウ材等の封止材を介して接合
させ、絶縁基体１の凹部１ａ内に半導体素子３を気密に
収容することによって製品としての半導体装置となる。

【００２５】尚、本発明は上述の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であれば種
々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では本発
明の配線基板を半導体素子を搭載収容する半導体素子収
納用パッケージに適用した場合の例で説明したが、これ
を混成集積回路装置等に使用される配線基板にも適用し
得る。

【００２６】また、絶縁基体に取着された配線導体の全
てをＪＩＳ−Ｃ２１４１に規定の気孔率で１５乃至４５
％の気孔を有するものとするのではなく、絶縁基体に取
着される配線導体の一部のみにＪＩＳ−Ｃ２１４１に規
定の気孔率で１５乃至４５％の気孔を形成しても良い。

【００２７】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、タングステ
ン、モリブデンの少なくとも一種を含む導電材で形成さ
れた配線導体をＪＩＳ−Ｃ２１４１に規定の気孔率で１
５乃至４５％の気孔を有するものとしたことから、該気
孔の存在により配線導体はそのヤング率が４０００乃至
１７０００ｋｇｆ／ｍｍ² と小さく、変形しやすいもの
となり、その結果、タングステン、モリブデン等を含む
導電材ペーストを所定パターンに印刷塗布したセラミッ
クグリーンシートを焼成し、配線基板となす際、絶縁基
体と配線導体との間に両者の熱膨張係数の差に起因して
熱応力が発生したとしてもその熱応力は配線導体が変形
することによって有効に吸収され、配線基板内部に残留
することは殆どない。そのため配線基板に外力や熱衝撃
力が印加されても絶縁基体にクラックが発生することは
皆無で、配線導体に断線等が招来することはいっさいな
く、同時に配線導体を絶縁基体に強固に被着させておく
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板を半導体素子収納用パッケー
ジに適用した場合の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・絶縁基体 ２・・・配線導体 ３・・・半導体素子 Ａ・・・配線基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 辰己 鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ 株式会社鹿児島国分工場内 審査官 川端 修

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基
   体に、タングステン、モリブデンの少なくとも一種を含
   む導電材で配線導体を形成した配線基板であって、前記
   配線導体はＪＩＳ−Ｃ２１４１に規定の気孔率で１５乃
   至４５％の気孔を有することを特徴とする配線基板。
2. 【請求項２】前記気孔の直径が３０μｍ以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の配線基板。