JP3145619B2 - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

配線基板及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は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や混成集積回路基
板等に用いられる配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、配線基板、例えば半導体素子収納
用パッケージを収容する半導体素子収納用パッケージに
使用される配線基板として比較的高密度の配線が可能な
積層セラミック配線基板が多用されている。この配線基
板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスより
成り、その上面中央部に半導体素子を収容する凹部を有
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
属粉末から成る配線導体とから構成されており、前記絶
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該半導体素子
の各電極を例えばボンディングワイヤ等の電気的接続手
段を介して配線導体に電気的に接続し、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してガラス、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】またこの従来の配線基板は、一般にセラミ
ックグリーンシート積層法によって製作され、具体的に
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セラミック原料粉末に適当な有機バ
インダー、溶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を採用しシート状
となすことによって複数の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配線導体となる金属ペース
トを所定パターンに印刷塗布し、最後に前記セラミック
グリーンシートを所定の順に上下に積層してセラミック
生成形体となすとともに該セラミック生成形体を還元雰
囲気中、約１６００℃の高温で焼成することによって製
作される。
【０００４】
【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
質焼結体等のセラミックスが硬くて脆い性質を有するた
め、搬送工程や半導体装置製作の自動ライン等において
配線基板同士が、あるいは配線基板と半導体装置製作自
動ラインの一部とが激しく衝突すると絶縁基体に欠けや
割れ、クラック等が発生し、その結果、半導体素子を気
密に収容することができず、半導体素子を長期間わたり
正常、且つ安定に作動させることができなくなるという
欠点を有していた。
【０００５】また前記配線基板の製造方法によれば、セ
ラミック生成形体を焼成する際、各セラミックグリーン
シートにおけるセラミック原料粉末の密度のバラツキに
起因してセラミック生成形体に不均一な焼成収縮が発生
して得られる配線基板に反り等の変形や寸法のバラツキ
が生じ、変形や寸法のバラツキが大きいと配線導体に断
線を招来するという欠点も有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は６０
重量％乃至９５重量％の無機絶縁物粉末と５重量％乃至
４０重量％の熱硬化性樹脂とから成り、前記無機絶縁物
粉末を前記熱硬化性樹脂により結合した少なくとも１枚
の絶縁基板から成る絶縁基体に、金属粉末を融点が３０
０℃以下の低融点金属で接合させて、あるいは融点が３
００℃以下の低融点金属粉末を相互に溶融接合させて形
成される金属部材と、熱硬化性樹脂に導電性を有する樹
脂を配合した導電性熱硬化性樹脂とから成る配線導体を
被着させたことを特徴とするである。
【０００７】また本発明の配線基板の製造方法は、熱硬
化性樹脂前駆体と無機絶縁物粉末とを混合して成る前駆
体シートを準備する工程と、前記前駆体シートに導電性
熱硬化性樹脂前駆体と、融点が３００℃以下の低融点金
属粉末と金属粉末または融点が３００℃以下の低融点金
属粉末とを混合して成る金属ペーストを所定パターンに
印刷する工程と、前記前駆体シート及び金属ペーストの
熱硬化性樹脂前駆体を加熱し、金属ペースト中の金属粉
末を融点が３００℃以下の低融点金属粉末で接合させつ
つ、或いは融点が３００℃以下の低融点金属粉末を相互
に接合させつつ前記前駆体シートの熱硬化性樹脂前駆体
及び金属ペーストの導電性熱硬化性樹脂前駆体を熱硬化
させる工程と、から成ることを特徴とするものである。
【０００８】本発明の配線基板によれば、絶縁基体が無
機絶縁物粉末を靱性に優れる熱硬化性樹脂で結合するこ
とによって形成されていることから配線基板同士あるい
は配線基板と半導体装置製作自動ラインの一部とが激し
く衝突しても絶縁基体に欠けや割れ、クラック等が発生
することはない。
【０００９】また本発明の配線基板によれば配線導体
を、金属粉末を融点が３００℃以下の低融点金属で接合
させて、あるいは融点が３００℃以下の低融点金属粉末
を相互に溶融接合させて形成される金属部材と導電性
で、且つ熱硬化性である樹脂とで形成したことから金属
粉末間あるいは融点が３００℃以下の低融点金属粉末間
の電気的接続が確実となり、その結果、配線導体の電気
抵抗を低抵抗となすことができ、同時に配線導体の露出
する表面にメッキ金属層を良好に被着させ、配線導体の
表面をメッキ金属層で完全に被覆することができる。
【００１０】更に本発明の配線基板は熱硬化性樹脂前駆
体と無機絶縁物粉末とを混合して成る前駆体シートを準
備する工程と、前記前駆体シートに導電性熱硬化性樹脂
前駆体と、融点が３００℃以下の低融点金属粉末と金属
粉末または融点が３００℃以下の低融点金属粉末とを混
合して成る金属ペーストを所定パターンに印刷する工程
と、前記前駆体シート及び金属ペーストの熱硬化性樹脂
前駆体を加熱し、金属ペースト中の金属粉末を融点が３
００℃以下の低融点金属粉末で接合させつつ、或いは融
点が３００℃以下の低融点金属粉末を相互に接合させつ
つ前記前駆体シートの熱硬化性樹脂前駆体及び金属ペー
ストの導電性熱硬化性樹脂前駆体を熱硬化させる工程と
により配線基板を製作することから焼成に伴う不均一な
収縮による変形や寸法のばらつきが発生することはな
い。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
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に被着させたものが配線基
板となる。
【００１２】前記絶縁基体１は３枚の絶縁基板１ａ、１
ｂ、１ｃを積層することによって形成されており、その
上面の中央部に半導体素子を収容するための凹部１ｄを
有し、該凹部１ｄ底面には半導体素子３が樹脂等の接着
剤を介して接着固定される。
【００１３】前記絶縁基体１を構成する３枚の絶縁基板
１ａ、１ｂ、１ｃは例えば、酸化珪素、酸化アルミニウ
ム、窒化アルミニウム、炭化珪素、チタン酸バリウム、
チタン酸ストロンチウム、酸化チタン等の無機絶縁物粉
末をエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエ
ーテル樹脂等の熱硬化性樹脂で結合することによって形
成されており、絶縁基体１を構成する３枚の絶縁基板１
ａ、１ｂ、１ｃはその各々が無機絶縁物粉末を靱性に優
れる熱硬化性樹脂で結合することによって形成されてい
ることから絶縁基体１に外力が印加されても該外力によ
って絶縁基体１に欠けや割れ、クラック等が発生するこ
とはない。
【００１４】尚、前記無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で
結合して成る絶縁基体１を構成する３枚の絶縁基板１
ａ、１ｂ、１ｃは無機絶縁物粉末の含有量が６０重量％
未満であると絶縁基体１の熱膨張係数が半導体素子３の
熱膨張係数に対して大きく相違し、半導体素子３が作動
時に熱を発し、該熱が半導体素子３と絶縁基体１の両者
に印加されると両者間に両者の熱膨張係数の相違に起因
する大きな熱応力が発生し、この大きな熱応力によって
半導体素子３が絶縁基体１より剥離したり、半導体素子
３に割れや欠け等が発生してしまう。また９５重量％を
越えると無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で完全に結合さ
せることができず、所定の絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃを
得ることができなくなる。従って、前記絶縁基体１を構
成する絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃはその各々の内部に含
有される無機絶縁物粉末の量が６０乃至９５重量％の範
囲に特定される。
【００１５】また前記絶縁基体１はその凹部１ｄ周辺か
ら下面にかけて配線導体２が被着形成されており、該配
線導体２は銅から成る金属粉末を融点が３００℃以下の
錫から成る低融点金属で接合させて、或いは鉛ー錫の共
晶半田から成る融点が３００℃以下の低融点金属粉末を
相互に溶融接合させて形成される金属部材と導電性で、
且つ熱硬化性である樹脂とで構成されている。
【００１６】前記配線導体２は半導体素子３の電極を外
部電気回路に接続する作用を為し、絶縁基体１の凹部１
ｄ周辺部位に位置する配線導体２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の下面に導出される部位は外部電気
回路に電気的に接続される。
【００１７】前記配線導体２はまた金属粉末を融点が３
００℃以下の低融点金属で接合させて、或いは融点が３
００℃以下の低融点金属粉末を相互に溶融接合させて形
成される金属部材と導電性で、且つ熱硬化性である樹脂
とで構成されているため各金属粉末間あるいは融点が３
００℃以下の低融点金属粉末間の電気的接続が確実とな
り、その結果、配線導体２の電気抵抗を低抵抗となすこ
とができる。
【００１８】更に前記配線導体２は金属粉末を融点が３
００℃以下の低融点金属で接合させて、或いは融点が３
００℃以下の低融点金属粉末を相互に溶融接合させて形
成される金属部材と導電性で、且つ熱硬化性である樹脂
とで構成されているため露出する表面に良導電性で、且
つロウ材と濡れ性が良いニッケル、金等の金属を電解メ
ッキ法により所定厚みに層着させることができ、これに
よって配線導体２とボンディングワイヤ４との接合を強
固とし、半導体素子３の各電極を配線導体２にボンディ
ングワイヤ４を介して確実、強固に電気的接続すること
ができる。
【００１９】尚、前記配線基板２の内部に含有される金
属粉末や融点が３００℃以下の低融点金属粉末はその総
量が配線導体２の全重量に対し、７０重量％未満となる
と低融点金属による金属粉末間の接合、或いは低融点金
属粉末同士の良好な接合が困難となって配線導体２の電
気抵抗が高くなってしまい、また９５重量％を越えると
配線導体２を絶縁基体１に強固に被着させることが困難
となる傾向にある。従って、前記配線導体２に含有され
る金属粉末や融点が３００℃以下の低融点金属粉末はそ
の総量が配線導体２の全重量に対し７０重量％乃至９５
重量％の範囲としておくことが好ましい。
【００２０】また前記配線導体２に含有される金属粉末
や融点が３００℃以下の低融点金属粉末はその平均粒径
が０．１μｍ未満となると金属粉末や低融点金属粉末が
凝集して均一な分散が得られなくなり、また５０μｍを
越えると配線導体２の幅を一般的に要求される５０μｍ
乃至２００μｍの範囲とするのが困難となる傾向にあ
る。従って、前記配線導体２に含有される金属粉末や融
点が３００℃以下の低融点金属粉末はその平均粒径を
０．１μｍ乃至５０μｍの範囲としておくことが好まし
い。
【００２１】更に前記配線導体２を構成する導電性で、
且つ熱硬化性である樹脂としてはエポキシ樹脂やフェノ
ール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂にポリアセ
チレン系樹脂やポリフェニレン樹脂等の導電性を有する
樹脂を配合することによって得られる。
【００２２】かくして上述の配線基板によれば、絶縁基
体１の凹部１ｄ底面に半導体素子３を樹脂等の接着剤を
介して接着固定するとともに半導体素子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５を樹脂等から
成る封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体５とか
ら成る容器内部に半導体素子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が完成する。
【００２３】次に前記半導体素子収納用パッケージに使
用される配線基板の製造方法について図２に基づき説明
する。
【００２４】まず図２（ａ）に示すように３枚の前駆体
シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃを準備する。
【００２５】前記３枚の前駆体シート１１ａ、１１ｂ、
１１ｃは無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂前駆体で結合す
ることによって形成されており、例えば粒径が０．１〜
１００μｍの酸化珪素粉末に、ビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエス
テル型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂及びアミン系硬化
剤、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化剤等の硬化
剤を添加混合してペースト状となし、しかる後、このペ
ーストをシート状になすとともに約２５〜１００℃の温
度で１〜６０分間加熱し、半硬化させることによって製
作される。
【００２６】次に図２（ｂ）に示すように前記３枚の前
駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうち２枚の前駆体
シート１１ａ、１１ｂに半導体素子３を収容する凹部１
ｄとなる開口Ａ、Ａ’を、２枚の前駆体シート１１ｂ、
１１ｃに配線導体２を引き回すための貫通孔Ｂ、Ｂ’を
各々形成する。
【００２７】前記開口Ａ、Ａ’及び貫通孔Ｂ、Ｂ’は前
駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃに従来周知のパンチ
ング加工法を施し、前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１
ｃの各々に所定形状の孔を穿孔することによって形成さ
れる。
【００２８】次に図２（ｃ）に示すように、前記前駆体
シート１１ｂ、１１ｃの上下面及び貫通孔Ｂ、Ｂ’内に
配線導体２となる金属ペースト１２を従来周知のスクリ
ーン印刷法により所定パターンに印刷塗布するとともに
これを約２５〜１００℃の温度で１〜６０分間加熱し半
硬化させることによって製作される。
【００２９】前記金属ペースト１２としては例えば、金
属粉末として粒径が０．１μｍ〜２０μｍ程度の銅粉末
に、粒径が０．１μｍ〜２０μｍ程度の錫から成る低融
点金属粉末を、前記銅粉末と低融点金属粉末とが重量比
で９５：５〜５：９５の割合に混合されたもの、或いは
粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の鉛ー錫の共晶半田から成
る低融点金属粉末に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型
エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂に導電性を有するポリア
セチレン系樹脂やポリフェニレン樹脂等を配合させると
ともにアミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、酸無水
物系硬化剤等の硬化剤を添加した導電性熱硬化性樹脂前
駆体を混合させてペースト状となしたものが使用され
る。
【００３０】そして最後に前記３枚の前駆体シート１１
ａ、１１ｂ、１１ｃを上下に積層するとともにこれを約
３００℃の温度で約１０秒〜２４時間加熱し、前記金属
ペースト中の銅粉末を低融点金属粉末で接合させつつ、
或いは錫から成る低融点金属粉末を相互に接合させつつ
前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃの熱硬化性樹脂前
駆体と、前駆体シート１１ｂ、１１ｃに所定パターンに
印刷塗布された金属ペースト１２の導電性熱硬化性樹脂
前駆体とを完全に熱硬化させることによって図１に示す
ような絶縁基体１に配線導体２を被着させた半導体素子
収納用パッケージに使用される配線基板が完成する。こ
の場合、前記前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び
金属ペースト１２は熱硬化時に収縮することは殆どな
く、従って、得られる配線基板に変形や寸法にバラツキ
が発生せず、配線導体２に断線が招来することはなく、
配線導体２を介して半導体素子３等の電極を外部電気回
路に確実に電気的接続することが可能となる。
【００３１】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収容する半導体素子収納用パ
ッケージに適用した場合を例に採って説明したが、これ
を混成集積回路基板に適用してもよい。
【００３２】また上述の実施例では３枚の前駆体シート
を積層することによって配線基板を製作したが、１枚や
２枚、あるいは４枚以上の前駆体シートを使用して配線
基板を製作してもよい。
【００３３】
【発明の効果】本発明の配線基板によれば、絶縁基体が
無機絶縁物粉末を靱性に優れる熱硬化性樹脂で結合する
ことによって形成されていることから、配線基板同士あ
るいは配線基板と半導体装置製作自動ラインの一部とが
激しく衝突しても絶縁基体に欠けや割れ、クラック等が
発生することはない。
【００３４】また本発明の配線基板によれば、配線導体
を、金属粉末を融点が３００℃以下の低融点金属で接合
させて、あるいは融点が３００℃以下の低融点金属粉末
を相互に溶融接合させて形成される金属部材と、熱硬化
性樹脂に導電性を有する樹脂を配合した導電性熱硬化性
樹脂とで形成したことから、金属粉末間あるいは融点が
３００℃以下の低融点金属粉末間の電気的接続が確実と
なり、その結果、配線導体の電気抵抗を低抵抗となすこ
とができ、同時に配線導体の露出する表面にメッキ金属
層を良好に被着させ、配線導体の表面をメッキ金属層で
完全に被覆することができる。
【００３５】更に本発明の配線基板は熱硬化性樹脂前駆
体と無機絶縁物粉末とを混合して成る前駆体シートを準
備する工程と、前記前駆体シートに導電性熱硬化性樹脂
前駆体と、融点が３００℃以下の低融点金属粉末と金属
粉末または融点が３００℃以下の低融点金属粉末とを混
合して成る金属ペーストを所定パターンに印刷する工程
と、前記前駆体シート及び金属ペーストの熱硬化性樹脂
前駆体を加熱し、金属ペースト中の金属粉末を融点が３
００℃以下の低融点金属粉末で接合させつつ、或いは融
点が３００℃以下の低融点金属粉末を相互に接合させつ
つ前記前駆体シートの熱硬化性樹脂前駆体及び金属ペー
ストの導電性熱硬化性樹脂前駆体を熱硬化させる工程と
により配線基板を製作することから焼成に伴う不均一な
収縮による変形や寸法のばらつきが発生することはな
い。
【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。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の配線基板の製造方
法を説明するための各工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・絶縁基体 １ａ、１ｂ、１ｃ・・・・・・絶縁基板 ２・・・・・・・・・・・・・配線導体 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・前駆体シート １２・・・・・・・・・・・・金属ペースト

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】６０重量％乃至９５重量％の無機絶縁物粉
    末と５重量％乃至４０重量％の熱硬化性樹脂とから成
    り、前記無機絶縁物粉末を前記熱硬化性樹脂により結合
    した少なくとも１枚の絶縁基板から成る絶縁基体に、金
    属粉末を融点が３００℃以下の低融点金属で接合させ
    て、あるいは融点が３００℃以下の低融点金属粉末を相
    互に溶融接合させて形成される金属部材と、熱硬化性樹
    脂に導電性を有する樹脂を配合した導電性熱硬化性樹脂
    とから成る配線導体を被着させた配線基板。
  2. 【請求項２】熱硬化性樹脂前駆体と無機絶縁物粉末とを
    混合して成る前駆体シートを準備する工程と、前記前駆
    体シートに導電性熱硬化性樹脂前駆体と、融点が３００
    ℃以下の低融点金属粉末と金属粉末または融点が３００
    ℃以下の低融点金属粉末とを混合して成る金属ペースト
    を所定パターンに印刷する工程と、電気前駆体シート及
    び金属ペーストの熱硬化性樹脂前駆体を加熱し、金属ペ
    ースト中の金属粉末を融点が３００℃以下の低融点金属
    粉末で接合させつつ、或いは融点が３００℃以下の低融
    点金属粉末を相互に接合させつつ前記前駆体シートの熱
    硬化性樹脂前駆体及び金属ペーストの導電性熱硬化性樹
    脂前駆体を熱硬化させる工程と、から成ることを特徴と
    する配線基板の製造方法。
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