JP2823720B2 - セラミック配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子を搭載する
ためのセラミック配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子を搭載するためのセラ
ミック回路基板は、アルミナセラミック等の電気絶縁材
料より成り、上面に半導体素子を搭載するための搭載部
及び該搭載部周辺より上下面又は側面にかけて導出する
タングステン、モリブデン等の高融点金属粉末から成る
メタライズ配線層を有する絶縁基体と、蓋体とから構成
され、前記絶縁基体の搭載部に半導体素子を接着剤を介
し搭載するとともに半導体素子の各電極をボンディング
ワイヤー等の電気的接続手段を介してメタライズ配線層
に接続し、しかる後、絶縁基体の上面に蓋体をガラス、
樹脂等の封止剤を介して接合し、絶縁基体と蓋体とから
成る容器の内部に半導体素子を気密に封止して最終製品
としての半導体装置となる。

【０００３】尚、前記セラミック回路基板はそのメタラ
イズ配線層として半導体素子の入出力信号を伝えるため
の信号用メタライズ配線層、半導体素子にグランド位を
与えるグランド用メタライズ配線層及び半導体素子に電
源電位を与える電源用メタライズ配線層とが形成されて
おり、メタライズ配線層の上下面又は側面に導出する部
位を外部電気回路の配線に半田等を介して電気的に接続
することにより、パッケージ内部に収容された半導体素
子がボンディングワイヤー等の電気的接続手段及びメタ
ライズ配線層から成る伝送線路を介して外部電気回路に
接続される。

【０００４】尚、近時コンピュータ等の情報処理装置の
高速化に伴い、半導体素子も高速作動のものとなってき
ており、前記セラミック配線基板は内部に収容される半
導体素子がこのような高速作動のものである場合、半導
体素子の入出力信号を伝える伝送線路中に特性インピー
ダンスの不整合があると、該不整合のある箇所で半導体
素子の入出力信号の一部が反射を起こして半導体素子の
入出力信号の波形を乱してしまい、その結果半導体素子
に誤動作を引き起こしてしまうことがある。

【０００５】そのため、このような高速作動の半導体素
子を搭載するためのセラミック回路基板は半導体素子の
入出力信号を伝えるための信号用メタライズ配線層の全
域にわたり特性インピーダンスが完全に整合しているこ
とが望ましい。

【０００６】しかしながら、セラミック回路基板の信号
用メタライズ配線層の特性インピーダンスを全域にわた
り整合させるためには信号用メタライズ配線層の線幅や
厚み、及び信号用メタライズ配線層を取り囲む物質の誘
電率をメタライズ配線層の全域にわたり一定にする等の
必要があり、このことは一般的に極めて困難である。

【０００７】そこで、従来このような高速作動の半導体
素子を搭載するためのセラミック回路基板として、信号
用メタライズ配線層とグランド用メタライズ配線層との
間、及び／又は信号用メタライズ配線層と電源用メタラ
イズ配線層との間に所定抵抗値を有する終端抵抗を設置
して信号用メタライズ配線層を電気的に終端させること
により半導体素子の入出力信号の反射を防止するように
なしたセラミック回路基板が好適に使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック配線基板においては、終端抵抗を構成す
るタングステン−モリブデン合金はその抵抗温度係数
（ＴＣＲ）が３０００ｐｐｍ／℃と高いために終端抵抗
の抵抗値が温度の違いにより大きく変化する。このため
従来のセラミック配線基板は絶縁基体に半導体素子の発
生する熱や外部からの熱が加わると、終端抵抗の抵抗値
が大きく変化し、そのため半導体素子の入出力信号の反
射を有効に防止することができなくなるという欠点を有
していた。

【０００９】また、この従来のセラミック配線基板にお
いては終端抵抗を構成するタングステン−モリブデン合
金はその抵抗率が０．４ｍΩ・μｍと低く、そのため高
い抵抗値の終端抵抗を形成することが極めて困難である
という欠点を有していた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基体にメ
タライズ配線層と抵抗体とが被着形成されてなるセラミ
ック配線基板において、前記抵抗体は１０乃至６０重量
％のタングステン粉末と４０乃至９０重量％のレニウム
粉末とから成る金属粉末に、外添加で１０乃至１００重
量％の絶縁物粉末を含有させて成ることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】次に本発明を添付の図面を基に詳細に説明す
る。図１は本発明のセラミック配線基板の一実施例を示
す断面図であり、図中、１は絶縁基体、２は蓋体であ
る。この絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子４を収容す
る容器３を構成する。

【００１２】前記絶縁基体１はアルミナセラミックス等
の電気絶縁材料より成り、上面に半導体素子４を搭載す
るための搭載部１Ａを有しており、該搭載部１Ａには半
導体素子４が接着剤を介して取着固定される。

【００１３】前記絶縁基体１は例えばアルミナセラミッ
クスから成る場合は、アルミナ、シリカ、カルシア、マ
グネシア等の原料粉末に適当なバインダー、有機溶媒を
添加混合して泥漿を従来周知のドクターブレード法を採
用することによってシート状となしセラミックグリーン
シートを得るとともに該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複数枚積層しセラミッ
クグリーンシート積層体となし、しかる後、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。

【００１４】また、前記絶縁基体１は半導体素子４の入
出力信号の伝送線路となる信号用メタライズ配線層５
ａ、半導体素子４へのグランド電位の供給線路となるグ
ランド用メタライズ配線層５ｂ、が搭載部１Ａの周辺部
より底面にかけて複数導出されており、各信号用メタラ
イズ配線層５ａ、グランド用メタライズ配線層５ｂの搭
載部１Ａの周辺部位にはそれぞれ半導体素子４の対応す
る電極がボンディングワイヤー６ａ、６ｂを介して接続
され、底面に導出された部位には外部リード端子７ａ、
７ｂが銀ろう等のろう材を介して取着されている。

【００１５】前記信号用メタライズ配線層５ａ、グラン
ド用メタライズ配線層５ｂはタングステン、モリブデン
等の高融点金属から成り、該タングステン等の高融点金
属に適当なバインダー、有機溶媒を添加混合して得た金
属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜印刷
法を採用して絶縁基体１となるセラミックグリーンシー
トに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に形成される。

【００１６】尚、前記信号用メタライズ配線層５ａ、グ
ランド用メタライズ配線層５ｂの露出する外表面にはニ
ッケル、金等の耐食性に優れ、且つ良導電性の金属をメ
ッキにより１乃至２０μｍの厚みに層着させておくと、
信号用メタライズ配線層５ａ、グランド用メタライズ配
線層５ｂが腐食するのを有効に防止することができると
ともに信号用メタライズ配線層５ａ、グランド用メタラ
イズ配線層５ｂとボンディングワイヤー６ａ、６ｂ、外
部リード端子７ａ、７ｂとの接続が容易なものとなる。
従って、前記信号用メタライズ配線層５ａ、グランド用
メタライズ配線層５ｂが腐食するのを有効に防止すると
ともに信号用メタライズ配線層５ａ、グランド用メタラ
イズ配線５ｂとボンディングワイヤー６ａ、６ｂ、外部
リード端子７ａ、７ｂとの接続を容易なものとなすため
に信号用メタライズ配線層５ａ、グランド用メタライズ
配線層５ｂの露出する外表面にはニッケル、金等の耐食
性に優れ、且つ良導電性の金属をメッキにより１乃至２
０μｍの厚みに層着させておくことが好ましい。

【００１７】また、前記絶縁基体１には信号用メタライ
ズ配線層５ａとグランド用メタライズ配線層５ｂとの間
に半導体素子４の入出力信号に発生するノイズを低減さ
せるための終端抵抗８が形成されている。

【００１８】前記終端抵抗８はタングステン、レニウム
及び絶縁物粉末から成る焼結体であり、タングステン及
びレニウムから成る金属粉末に絶縁基体２と実質的に同
じ材料から成る絶縁物粉末及び適当なバインダー、有機
溶媒を添加混合して得た抵抗体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スクリーン印刷等の厚
膜手法を採用して印刷塗布しておくことによって絶縁基
体１に形成される。

【００１９】また前記終端抵抗８を構成するタングステ
ン、レニウム及び絶縁物粉末から成る焼結体は、その抵
抗温度係数（ＴＣＲ）が約２００ｐｐｍ／℃と低いため
に半導体素子４の発生する熱や外部の熱が絶縁基板１に
印加されたとしても終端抵抗８の抵抗値の変化は極めて
小さい。

【００２０】更に、前記終端抵抗８を構成するタングス
テン、レニウム及び絶縁物粉末から成る焼結体は、その
体積固有抵抗が１５ｍΩ・μｍ以上と高いことから抵抗
値の高い終端抵抗を容易に形成することが可能である。

【００２１】尚、前記終端抵抗８はタングステンとレニ
ウムとの合計を１００重量％としてタングステンが１０
重量％未満の場合、又は６０重量％を越える場合は抵抗
温度係数（ＴＣＲ）が５００ｐｐｍ／℃以上と高くな
り、絶縁基板１の温度によって終端抵抗８の抵抗値が大
きく変わり、半導体素子４の入出力信号の反射を防止で
きなくなる恐れがある。従って、前記抵抗８はタングス
テンとレニウムとの合計を１００重量％としてタングス
テンが１０乃至６０重量％の範囲に限定される。

【００２２】また、前記終端抵抗８は絶縁物粉末がタン
グステンとレニウムとの合計を１００重量％として外添
加で１０重量％未満であると終端抵抗８の体積固有抵抗
が低くなる傾向にある。また、前記終端抵抗８は絶縁物
粉末がタングステンとレニウムとの合計を１００重量％
として外添加で１００重量％を越えると終端抵抗が断線
しやすくなる。従って、前記終端抵抗８は絶縁無機物粉
末がタングステンとレニウムとの合計を１００重量％と
して外添加で１０乃至１００重量％の範囲に限定され
る。

【００２３】更に、前記終端抵抗８はタングステン粉末
の平均粒径が０．３μｍ未満、またはレニウム粉末の平
均粒径が０．５μｍ未満では体積固有抵抗が小さくなる
傾向にあり、タングステン粉末またはレニウム粉末の平
均粒径が３．０μｍを越えると断線し易くなる傾向にあ
る。従って、前記終端抵抗８はタングステン粉末の平均
粒径が０．３乃至３．０μｍから成り、且つレニウムの
平均粒径が０．５乃至３．０μｍの範囲であることが好
ましい。

【００２４】また更に前記終端抵抗８は絶縁物粉末の平
均粒径が３．０μｍを越えると断線し易くなる傾向にあ
る。従って、前記終端抵抗８は絶縁物粉末の平均粒径が
３．０μｍ以下であることが好ましい。

【００２５】前記信号用メタライズ配線層５ａ、グラン
ド用メタライズ配線層５ｂを有する絶縁基体１はまたそ
の信号用メタライズ配線層５ａ、グランド用メタライズ
配線層５ｂに外部リード端子７ａ、７ｂが取着されてお
り、該外部リード端子７ａ、７ｂは鉄−ニッケル合金や
鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属で形成され、半導
体素子を外部電気回路に接続する作用を為す。

【００２６】尚、前記外部リード端子７ａ、７ｂの露出
する外表面にはニッケル、金等の耐食性に優れ、且つ良
導電性の金属をメッキにより１乃至２０μｍの厚みに層
着させておくと、外部リード端子７ａ、７ｂが腐食する
のを有効に防止することができるとともに外部リード端
子７ａ、７ｂと外部電気回路との接続が容易なものとな
る。従って、前記リード端子７ａ、７ｂが腐食するのを
有効に防止するとともに外部リード端子７ａ、７ｂと外
部電気回路との接続を容易なものとなすために、外部リ
ード端子７ａ、７ｂの露出する外表面にはニッケル、金
等の耐食性に優れ、且つ良導電性の金属をメッキにより
１乃至２０μｍの厚みに層着させておくことが好まし
い。

【００２７】かくして、本発明のセラミック回路基板に
よれば前記絶縁基体１の搭載部１Ａに半導体素子４を取
着搭載し、半導体素子４の各電極と絶縁基体１の信号用
メタライズ配線層５ａ、グランド用メタライズ配線層５
ｂ、電源用メタライズ配線層５ｃとをボンディングワイ
ヤー６ａ、６ｂを介して接続した後、絶縁基体１の上面
にセラミックスや金属からなる蓋体２をガラス、半田等
の接着剤を介して接合することによって、絶縁基体１と
蓋体２とからなる容器３の内部に半導体素子４が気密に
封止されることとなる。

【００２８】尚、本発明のセラミック回路基板は上記の
実施例に限らず本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば上記実施例ではセラミ
ック配線基板に形成された抵抗体は終端抵抗であった
が、セラミック基板に形成される抵抗体は終端抵抗以外
の抵抗であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明のセラミック回路基板によれば、
終端抵抗を構成するタングステン、レニウム及び絶縁物
粉末から成る焼結体は抵抗温度係数が低いことから絶縁
基板に半導体素子の発生する熱や外部の熱が印加された
としても終端抵抗の抵抗値は殆ど変化することはなく、
従って絶縁基板の温度に拘らず半導体素子の入出力信号
の反射を有効に防止することができる。

【００３０】また、本発明のセラミック回路基板によれ
ば、終端抵抗を構成するタングステン、レニウム及び絶
縁物粉末から成る焼結体は体積固有抵抗が高いことか
ら、抵抗値の高い終端抵抗を容易に形成することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック回路基板の一実施例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１・・・絶縁基体 ２・・・蓋体 ４・・・半導体素子 ５ａ・・信号用メタライズ配線層 ５ｂ・・グランド用メタライズ配線層 ８・・・終端抵抗

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基体にメタライズ配線層と抵抗体とが
   被着形成されてなるセラミック配線基板において、前記
   抵抗体は１０乃至６０重量％のタングステン粉末と４０
   乃至９０重量％のレニウム粉末とから成る金属粉末に、
   外添加で１０乃至１００重量％の絶縁物粉末を含有させ
   て成ることを特徴とするセラミック配線基板。