JP3152852B2 - 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】
【産業上の利用分野】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ス
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てシート
状とする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にわた
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、セラミック生成形体
に不均一な焼成収縮が発生し、得られる配線基板に反り
等の変形や寸法のばらつきが発生し、その結果、半導体
素子と配線導体とを電気的に正確、且つ確実に接続する
ことが困難であるという欠点も有していた。
【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、その目的は欠けや割れ等が発生することなく、内
部に収容する半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安
定に作動させることができる配線基板を提供することに
ある。
【0007】また本発明の別の目的は、反り等の変形や
寸法のばらつきがなく、半導体素子を配線導体に容易に
正確、且つ確実に電気的に接続させることが可能な配線
基板の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、6
0乃至95重量%の無機絶縁物粉末と5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
熱硬化性樹脂の前駆体で結合して成る前駆体シートを半
硬化させてその複数枚を積層して熱硬化させた、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複数枚
の絶縁基板を積層して成る絶縁基体の前記絶縁基板に、
70乃至95重量%の金属粉末を5乃至30重量%の熱
硬化性樹脂により結合した配線導体を被着させ、かつ該
配線導体の露出する表面に1乃至20μmの厚みの耐食
性メッキ膜を層着させて成ることを特徴とするものであ
る。
【0009】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熱硬化
性樹脂前駆体と金属粉末とを混合してなる金属ペースト
を所定パターンに印刷する工程と、前記前駆体シートを
加熱して半硬化させる工程と、前記金属ペーストが印刷
された半硬化の前駆体シートを複数枚上下に積層すると
ともにこれを加熱して前記前駆体シート及び金属ペース
トを熱硬化させる工程と、金属ペーストを熱硬化させて
成る配線導体の露出する表面に耐食性メッキ膜を層着さ
せる工程と、から成ることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明によれば、絶縁基体となる無機絶縁物粉
末及び配線導体となる金属粉末を靭性に優れる熱硬化性
樹脂により結合して成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
ることは一切ない。
【0011】また本発明によれば、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熱硬化性樹脂前駆体と
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
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
きが発生することもない。
【0012】
【実施例】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。
【0013】前記絶縁基体1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
バリウム等の無機絶縁物粉末をエポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂等の熱硬化性樹脂により結合した材料から成る3
枚の絶縁基板1a〜1cを積層して成り、その上面中央
部に半導体素子を収容するための凹部1aが形成されて
おり、該凹部1a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。
【0014】前記絶縁基板1a〜1cは、無機絶縁物粉
末を靭性に優れる熱硬化性樹脂により結合して成ること
から、配線基板同士が衝突した際等に絶縁基体1に欠け
や割れ、クラック等が発生することは一切ない。
【0015】また、前記絶縁基板1a〜1c中に含有さ
れる無機絶縁物粉末は、その含有量が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
係数と比較して極めて大きなものとなり半導体素子3が
作動時に発生する熱が印加されると両者の熱膨張係数の
相違に起因して大きな熱応力が発生し、半導体素子3が
絶縁基体1から剥離したり、半導体素子3に割れを発生
させ易い傾向にあり、また95重量%を越えると無機絶
縁物粉末を熱硬化樹脂で強固に結合することが困難とな
る傾向にある。従って、前記絶縁基板1a〜1cに含有
される無機絶縁物粉末はその含有量が60乃至95重量
%の範囲に特定される。
【0016】前記絶縁基体1は、またその凹部1a周辺
から下面にかけて例えば銅、銀、金等の金属粉末をエポ
キシ樹脂等の熱硬化性樹脂により結合した配線導体2が
被着形成されている。
【0017】前記配線導体2は、内部に収容する半導体
素子3を外部電気回路に電気的に接続する作用を為し、
その凹部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る。
【0018】尚、前記配線導体2に含有される金属粉末
はその含有量が70重量%未満では配線導体の導電性が
悪くなる傾向にあり、また95重量%を超えると金属粉
末を樹脂で強固に結合す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はそ
の含有量が70乃至95重量%の範囲が好ましく、これ
を結合する熱硬化性樹脂の含有量は5乃至30重量%の
範囲が好ましい。
【0019】また前記配線導体2は、その露出する表面
にニッケル、金等の耐食性に優れ、且つ良導電性の金属
をメッキ法により1.0乃至20.0μmの厚みに層着
させておくと配線導体2の酸化腐食を有効に防止するこ
とができるとともに配線導体2とボンディングワイヤ4
とを強固に電気的に接続させることができる。従って、
通常、前記配線導体2の露出する表面には、必要に応じ
てニッケルや金等の耐食性に優れ、且つ良導電性の金属
がメッキ法により1.0乃至20.0μmの厚みに層着
される。
【0020】前記配線導体2はまた絶縁基体1の下面に
導出する部位に、外部電気回路と電気的に接続されるバ
ンプ電極2aが形成されており、該バンプ電極2aを外
部電気回路基板の配線導体に半田等の導電性接合材を介
して接合することにより内部に収容する半導体素子3が
外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【0021】かくして本発明の配線基板によれば、絶縁
基体1の凹部1a底面に半導体素子3を接着固定すると
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、最後に前記絶縁基
体1の上面に蓋体5を封止材を介して接合させることに
より製品としての半導体装置となる。
【0022】次に前記半導体素子収納用パッケージに適
用された配線基板の製造方法について詳細に説明する。
先ず、図2(a)に示すように無機絶縁物粉末を熱硬化
性樹脂前駆体で結合して成る前駆体シート11a〜11
cを準備する。
【0023】前記前駆体シート11a〜11cは、例え
ば絶縁基板1a〜1cに含有される無機絶縁物粉末が酸
化珪素から成り、これを結合する熱硬化性樹脂がエポキ
シ樹脂から成る場合、粒径が0.1〜100μm程度の
酸化珪素粉末に例えばビスフェノール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等を
添加混合して得たペーストをシート状となすとともにこ
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。
【0024】次に図2(b)に示すように前記前駆体シ
ート11a〜11cに凹部1aとなる開口A、A’及び
配線導体を絶縁基体1の凹部1a周辺から下面に導出さ
せる際の導出路となる貫通孔B、B’を従来周知のパン
チング法を採用して穿孔する。
【0025】次に図2(c)に示すように、前記前駆体
シート11a〜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
ーン印刷法及び充填法を採用して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1〜6
0分間加熱し半硬化させる。
【0026】尚、前記配線導体2となる金属ペースト1
2は、例えば配線導体2に含有される金属粉末が銅から
成り、これを結合する熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂から
成る場合、粒径が0.1〜20μm程度の銅等粉末にビ
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等を添加混合することによって
製作される。
【0027】最後に前記金属ペースト12が所定パター
ンに印刷塗布された前駆体シート11a〜11cを上下
に積層するとともにこれを約80〜300℃の温度で約
10秒〜24時間加熱し前記前駆体シート11a〜11
c及び金属ペースト12を完全に熱硬化させることによ
って図1に示す配線基板が製作される。この前駆体シー
ト11a〜11c及び金属ペースト12を熱硬化させて
絶縁基体1を製作する際、前記絶縁基体1となる前駆体
シート11a〜11c及び配線導体2となる金属ペース
ト12は、熱硬化時に収縮することは殆どなく、従っ
て、絶縁基体1に変形や寸法のばらつきを発生させるこ
とも殆どない。
【0028】さらに、金属ペースト12を熱硬化させて
成る配線導体2の露出する表面に、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法により1.
0乃至20.0μmの厚みに層着させる。これにより、
配線導体2の酸化腐食を有効に防止することができると
ともに配線導体2とボンディングワイヤ4とを強固に電
気的に接続させることができるものとなる。かくして、
本発明の製造方法によれば絶縁基体1に変形や寸法のば
らつきのない、しかも耐食性に優れ、且つボンディング
ワイヤ4との接続性に優れた配線導体2を有する配線基
板を提供することができる。
【0029】尚、本発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、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
ジに適用した場合について説明したが、本発明の配線基
板は、例えば混成集積回路等に用いられる配線基板とし
ても適用できることはいうまでもない。
【0030】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、配
線基板は1枚や2枚あるいは4枚以上の前駆体シートを
積層することによって製作されても良い。
【0031】更に上述の実施例では、配線基板は各絶縁
基板が同じ無機絶縁物粉末を含む絶縁基板で形成されて
いたが、配線基板を構成する各絶縁基板はそれぞれ異な
る無機物粉末を含むものであっても良い。
【0032】
【発明の効果】本発明の配線基板によれば、絶縁基体を
構成する複数枚の絶縁基板となる無機絶縁物粉末及び配
線導体となる金属粉末を靱性に優れる熱硬化性樹脂によ
り結合して成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、クラックが発生することはいっさ
いなく、従って半導体素子を長時間にわたり正常、且つ
安定に作動させることができる。
【0033】また本発明によれば、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熱硬化性樹脂前駆体と
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、前記前駆体シートを加熱して半硬化
させる工程と、前記金属ペーストが印刷された半硬化の
前駆体シートを複数枚上下に積層するとともにこれを加
熱して前記前駆体シート及び金属ペーストを熱硬化させ
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
ことはなく、さらに金属ペーストを熱硬化させて成る配
線導体の露出する表面に耐食性メッキ膜を層着させる工
程によりこの配線導体の酸化腐食を有効に防止すること
ができるとともにボンディングワイヤと強固に電気的に
接続させることができ、従って、半導体素子を配線導体
に正確、且つ確実に電気的接続させることが可能とな
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。
【図2】(a)〜(c)は本発明の配線基板の製造方法
を説明するための工程毎の断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・・・絶縁基体 1a〜1c・・・絶縁基板 2・・・・・・・配線導体 11・・・・・・・前駆体シート 12・・・・・・・金属ペースト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/03 610 H05K 3/46

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】60乃至95重量%の無機絶縁物粉末と5
    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の前駆体で結合して成る前
    駆体シートを半硬化させてその複数枚を積層して熱硬化
    させた、前記無機絶縁物粉末を前記熱硬化性樹脂により
    結合した複数枚の絶縁基板を積層して成る絶縁基体の前
    絶縁基板に、70乃至95重量%の金属粉末を5乃至
    30重量%の熱硬化性樹脂により結合した配線導体を被
    着させ、かつ該配線導体の露出する表面に1乃至20μ
    mの厚みの耐食性メッキ膜を層着させて成ることを特徴
    とする配線基板。
  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
    体シートに熱硬化性樹脂前駆体と金属粉末とを混合して
    なる金属ペーストを所定パターンに印刷する工程と、
    記前駆体シートを加熱して半硬化させる工程と、前記金
    属ペーストが印刷された半硬化の前駆体シートを複数枚
    上下に積層するとともにこれを加熱して前記前駆体シー
    ト及び金属ペーストを熱硬化させる工程と、金属ペース
    トを熱硬化させて成る配線導体の露出する表面に耐食性
    メッキ膜を層着させる工程と、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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