JP3305579B2 - 配線基板、半導体素子収納用パッケージおよび実装構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタライズ配線層
を具備する配線基板、その配線基板を具備する半導体素
子収納用パッケージおよびその実装構造に関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術】従来、配線基板は、絶縁基板の表面あるい
は内部にメタライズ配線層が配設された構造からなる。
また、この配線基板を用いた代表的な例として、半導体
素子、特にＬＳＩ等の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は、その表面および内部にＷや
Ｍｏ等のメタライズ配線層が、またその底面に接続端子
が配設された、アルミナセラミックス等からなる絶縁基
板と、絶縁基板の上面中央部に半導体素子を収容するた
めのキャビティが形成され、キャビティは蓋体によって
気密に封止される。

【０００３】一般に、半導体素子の集積度が高まるほ
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴いこれを収納する半導体収納用パッケージにおける
端子数も増大することになる。ところが、電極数が増大
するに伴いパッケージ自体の寸法を大きくするにも限界
があり、より小型化を要求される以上、パッケージにお
ける接続端子の形成密度を高くすることが必要となる。

【０００４】これまでのパッケージにおける端子の密度
を高めるための構造としては、パッケージの下面にコバ
ールなどの金属ピンを接続したピングリッドアレイ（Ｐ
ＧＡ）が最も一般的であるが、最近では、パッケージの
４つの側面に導出されたメタライズ配線層にガルウイン
グ状（Ｌ字状）の金属ピンが接続されたタイプのクワッ
ドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、パッケージの４つの
側面に電極パッドを備え、リードピンがないリードレス
チップキャリア（ＬＣＣ）、Ｓｉチップをフリップチッ
プ実装したチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）、さらに
絶縁基板の下面に半田からなる球状端子を多数配置した
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）等があり、これらの中
でもＢＧＡが最も高密度化が可能であると言われてい
る。

【０００５】このボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）で
は、接続パッドに半田などのロウ材からなる球状端子を
ロウ付けした端子により構成し、この球状端子を外部電
気回路基板の配線導体上に載置当接させ、しかる後、前
記端子を約２５０〜４００℃の温度で加熱溶融し、球状
端子を配線導体に接合させることによって外部電気回路
基板上に実装することが行われている。このような実装
構造により、半導体素子収納用パッケージの内部に収容
されている半導体素子はその各電極がメタライズ配線層
及び接続端子を介して外部電気回路に電気的に接続され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらのパッケージに
おける絶縁基板として使用されているアルミナ、ムライ
トなどのセラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強度を
有し、しかもメタライズ配線層などとの多層化技術とし
て信頼性の高いことで有用ではあるが、その熱膨張係数
は約４〜７ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、パッケー
ジが実装される外部電気回路基板として最も多用されて
いるガラス−エポキシ絶縁層にＣｕ配線層が形成された
プリント基板の熱膨張係数は１１〜１８ｐｐｍ／℃と非
常に大きい。

【０００７】そのため、配線基板や半導体素子収納用パ
ッケージに半導体素子を収容し、しかる後、プリント基
板などに実装した場合、半導体素子の作動時に発する熱
が絶縁基板とプリント基板の両方に繰り返し印加される
と前記絶縁基板とプリント基板との熱膨張差に起因する
大きな熱応力が発生する。この熱応力は、パッケージに
おける端子数が３００以下の場合には影響はないが、端
子数が３００を超えたり、パッケージのサイズが大型化
するに従い、その熱応力が大きくなる。

【０００８】そのために、半導体素子の作動および停止
の繰り返しにより熱応力が絶縁基板下面の接続パッドの
外周部、及び外部電気回路基板の配線導体と端子との接
合界面に作用し、接続パッドが絶縁基板より剥離した
り、端子が配線導体より剥離したりし、配線基板やパッ
ケージをプリント基板に長期にわたり安定に電気的接続
させることができないという欠点を有していた。

【０００９】そこで、絶縁基板の熱膨張係数をプリント
基板の熱膨張係数に整合させることが考えられるが、従
来のアルミナやムライトでは、そもそも熱膨張係数が大
きく異なるために、組成等を変えてもプリント基板の熱
膨張係数に整合させるのは非常に難しい。

【００１０】これに対して、ガラスセラミックスからな
る絶縁基板は、誘電率が低く、ＣｕやＡｇ等の低抵抗体
からなるメタライズ配線層が形成できることからアルミ
ナ等に代わる優れた基板材料として注目されている。こ
のガラスセラミックスについて、特開昭６３−１１７９
２９号公報にはＺｎＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系ガラス
を用いて、熱処理条件の制御によって、珪酸亜鉛とコー
ジェライトまたは亜鉛尖小石の結晶を生成させて熱膨張
係数を制御することが提案されている。しかし、かかる
ガラスセラミックスでは、同一の組成でもわずかな熱処
理条件の相違により析出結晶相が変化しやすく熱膨張係
数を安定して制御することが難しく、量産性に欠けるも
のであった。

【００１１】従って、本発明は、高熱膨張特性を有する
絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層を具備
する配線基板や、高熱膨張特性を有し且つ半導体素子が
収納された半導体素子収納用パッケージをガラス−エポ
キシ樹脂等を絶縁体とする外部電気回路に対して、強固
に且つ長期にわたり安定した接続状態を維持できる高信
頼性の半導体素子収納用パッケージ、ならびにその実装
構造を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点に対して検討を重ねた結果、絶縁基板として、ＰｂＯ
を５０重量％以上、Ｂ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ のうちの少なく
とも１種を含有するガラスが焼結過程において結晶化す
ると、約１１ｐｐｍ／℃の高熱膨張係数を有することか
ら、かかるガラスに対して、さらにフィラー成分として
高熱膨張係数の金属酸化物を添加して焼成温度を銅メタ
ライズ配線層との焼成温度に整合させることにより、銅
メタライズ配線層を具備する高熱膨張の絶縁基板からな
る配線基板を製造できることを見出し本発明に至った。

【００１３】即ち、本発明は、絶縁基板とメタライズ配
線層と、外部電気回路基板にロウ材によって接続するた
めの接続パッドを具備する配線基板や半導体素子収納用
パッケージにおける絶縁基板を、ＰｂＯを５０重量％以
上と、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂のうちの少なくとも１種を含有
するガラス粉末を２０〜８０体積％と、４０℃〜４００
℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物
を含むフィラーを８０〜２０体積％の割合で含む成形体
を焼成して得られた４０℃〜４００℃における熱膨張係
数が８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体により構成したもので
ある。

【００１４】また、本発明の実装構造は、少なくとも有
機樹脂を含む絶縁体の表面に配線導体が被着形成された
外部電気回路基板上に、上記のガラスセラミック焼結体
からなる絶縁基板を有する配線基板や半導体素子収納用
パッケージの接続パッドを前記配線導体にロウ材を介し
て実装することを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施例を示す添
付図面に基づき詳細に説明する。図１及び図２は、本発
明におけるＢＧＡ型の半導体素子収納用パッケージとそ
の実装構造の一実施例を示す図であり、このパッケージ
は、絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が
配設された、いわゆる配線基板を基礎的構造とするもの
であり、Ａは半導体素子収納用パッケージ、Ｂは外部電
気回路基板をそれぞれ示す。

【００１６】半導体素子収納用パッケージＡは、絶縁基
板１と蓋体２とメタライズ配線層３と接続端子４により
構成され、絶縁基板１及び蓋体２は半導体素子５を内部
に気密に収容するためのキャビティ６を形成する。そし
て、キャビティ６内にて半導体素子５はガラス、樹脂等
の接着剤を介して絶縁基板１に接着固定される。

【００１７】また、絶縁基板１の表面および内部にはメ
タライズ配線層３が配設されており、半導体素子５と絶
縁基板１の下面に形成された接続端子４と電気的に接続
するように配設されている。図１のパッケージによれ
ば、接続端子４は、接続パッド４ａを介して半田（錫−
鉛合金）などのロウ材から成る突起状端子４ｂが取着さ
れている。この突起状端子４ｂは、球状もしくは柱状の
ロウ材を接続パッド４ａに並べるか、またはスクリーン
印刷法によりロウ材を接続パッド４ａ上に印刷すること
により形成される。

【００１８】一方、外部電気回路基板Ｂは、絶縁体７と
配線導体８により構成されており、絶縁体７は、少なく
とも有機樹脂を含む材料からなり、具体的には、ガラス
−エポキシ系複合材料などのように４０〜４００℃にお
ける熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃の絶縁材料から
なり、一般にはプリント基板等が用いられる。また、こ
の基板Ｂの表面に形成される配線導体８は、絶縁体７と
の熱膨張係数の整合性と、良電気伝導性の点で、通常、
Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体か
らなる。

【００１９】半導体素子収納用パッケージＡを外部電気
回路基板Ｂに実装するには、パッケージＡの絶縁基板１
下面の突起状端子４ｂを外部電気回路基板Ｂの配線導体
８上に載置当接させ、しかる後、約２５０〜４００℃の
温度で加熱することにより、半田などのロウ材からなる
突起状端子４ｂ自体が溶融して配線導体８と接合するこ
とにより外部電気回路基板Ｂ上に実装される。この時、
配線導体８の表面には突起状端子４ｂとのロウ材による
接続を容易に行うためにロウ材が被着形成されているこ
とが望ましい。

【００２０】また、他の例として、図３に示すように前
記接続端子として、接続パッド４ａに対して高融点材料
からなる球状端子９を低融点ロウ材１０によりロウ付け
したものが適用できる。この高融点材料は、ロウ付けに
使用される低融点ロウ材よりも高融点であることが必要
で、ロウ付け用ロウ材が例えばＰｂ４０重量％−Ｓｎ６
０重量％の低融点の半田からなる場合、球状端子は例え
ばＰｂ９０重量％−Ｓｎ１０重量％の高融点半田や、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅなどの金属に
より構成される。

【００２１】かかる構成においてはパッケージＡの絶縁
基板１下面の球状端子９を外部電気回路基板Ｂの配線導
体８上に載置当接させ、しかる後、球状端子９を半田な
どのロウ材１１により配線導体８に接着させて外部電気
回路基板Ｂ上に実装することができる。また、低融点の
ロウ材としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いて接続端子を外部電
気回路基板に接続してもよく、さらに上記球状端子に代
わりに柱状の端子を用いてもよい。

【００２２】次に、図４にリードレスチップキャリア
（ＬＣＣ）型パッケージＣの外部電気回路基板Ｂへの実
装構造について説明する。なお、図４において、図１と
同一部材については同一の符号を付与した。図４におけ
るパッケージＣでは、半導体素子の電極と個々に接続さ
れたメタライズ配線層３が絶縁基板１の４つの側面に導
出され、側面に導出されたメタライズ配線層が接続端子
４を構成している。また、このパッケージＣによれば、
電磁波障害を防止するために、半導体素子５を収納する
キャビティ６内にエポキシ樹脂等が充填され、またキャ
ビティは導電性樹脂からなる蓋体１２により密閉されて
いる。また、パッケージＣの底面にはアースのための導
電層１３が形成されている。

【００２３】このパッケージＣをプリント基板などの外
部電気回路基板Ｂに実装するには、パッケージＣの絶縁
基板１側面の接続端子４を外部電気回路基板Ｂの配線導
体８上に載置当接させてロウ材等により電気的に接続す
る。この時、接続端子４は配線導体８の表面にはロウ材
による接続を容易に行うためでそれぞれロウ材が被着さ
れていることが望ましい。

【００２４】（絶縁基板の材質）本発明によれば、この
ような外部電気回路基板Ｂの表面に実装される半導体素
子収納用パッケージとして、その絶縁基板１が４０〜４
００℃の温度範囲における熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ
／℃、特に９〜１４ｐｐｍ／℃の焼結体からなることが
重要である。これは、前述した外部電気回路基板Ｂとの
熱膨張差により熱応力の発生を緩和し、外部電気回路基
板ＢとパッケージＡとの電気的接続状態を長期にわたり
良好な状態に維持するために重要であり、この熱膨張係
数が８ｐｐｍ／℃より小さいか、あるいは１８ｐｐｍ／
℃より大きいと、いずれも熱膨張差に起因する熱応力が
大きくなり、外部電気回路基板ＢとパッケージＡとの電
気的接続状態が悪化することを防止することができな
い。

【００２５】なお、絶縁基板の熱膨張係数が８〜１８ｐ
ｐｍ／℃と大きくなるに伴い、Ｓｉを基板とする半導体
素子との熱膨張差が逆に大きくなってしまう。そのた
め、接着材としては、半導体素子が熱膨張差により剥離
しないように半導体素子の絶縁基板への接着材を適宜選
択することが必要である。望ましくは、その熱膨張差を
緩衝可能な可撓性の材料により接着することが望まし
く、例えば、エポキシ系、ポリイミド系などの有機系接
着材や、場合によってはこれにＡｇなどの金属を配合し
たものが好適に使用される。

【００２６】本発明によれば、このような高熱膨張係数
を有する絶縁基板を構成する焼結体として、ＰｂＯを主
成分とし、Ｂ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ のうちの少なくとも１種
を含有するガラス（以下、ＰｂＯ系ガラスという場合も
ある。）を２０〜８０体積％と、フィラー成分を８０〜
２０体積％含む成形体を焼成してなる焼結体により構成
するものである。なお、ＰｂＯ系ガラスとしては、結晶
性ガラスであることが好ましい。結晶性ガラスとは、焼
結過程において、ガラス単独でも結晶相を析出する性
質、あるいはガラスとフィラーと反応して結晶相を生成
することのできる性質を具備するものである。

【００２７】このＰｂＯ系ガラスとフィラー成分の量を
上記の範囲に限定したのは、上記ガラス成分量が２０体
積％より少ない、言い換えればフィラー成分が８０体積
％より多いと液相焼結することができずに高温で焼成す
る必要があり、その場合、メタライズ同時焼成において
メタライズが溶融してしまう。また、結晶性ガラスが８
０体積％より多い、言い換えるとフィラー成分が２０体
積％より少ないと焼結体の特性が結晶性ガラスの特性に
大きく依存してしまい、材料特性の制御が困難となると
ともに、焼結開始温度が低くなるために配線導体と同時
焼成できないといった問題が生じる。また、原料のコス
トも高くなる。

【００２８】また、絶縁基板のＰｂＯ系ガラスにおい
て、ＰｂＯ量を主成分とするとは、ガラス中に５０重量
％以上含有されることを意味するもので、このＰｂＯ量
が上記の範囲より少ないと、熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃
より低くなり、ＳｉＯ₂ が置換して焼成温度も高くなる
ためである。特にＰｂＯ量は６０〜９９重量％以上が望
ましい。また、ＰｂＯ系ガラス中には、上記ＰｂＯとと
もにＢ₂ Ｏ₃ およびＳｉＯ₂ のうちの少なくとも１種を
含む。これらはガラスとしての低温焼結性を促進し、Ｐ
ｂＯと反応して結晶化を促進させる成分であり、ＳｉＯ
₂ およびＢ₂ Ｏ₃のうちの少なくとも１種を１〜５０重
量％の割合で含む。その他ガラスの構成成分としては、
ＺｎＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等が１０重量％以下の割合で含有さ
れる。また、このＰｂＯ系ガラスは焼結過程で、結晶化
してＰｂＳｉＯ₃ あるいはＰｂＺｎＳｉＯ₄ 等の結晶相
が析出するものであることが望ましい。

【００２９】さらに、上記ＰｂＯ系ガラスの屈伏点は４
００℃〜８００℃、特に４００〜６５０℃であることが
望ましい。これは、ガラスおよびフィラーからなる混合
物を成形する場合、有機樹脂等の成形用バインダーを添
加するが、このバインダーを効率的に除去するととも
に、絶縁基体と同時に焼成されるメタライズとの焼成条
件のマッチングを図るために必要であり、屈伏点が４０
０℃より低いと結晶性ガラスが低い温度で焼結が開始さ
れるために、例えばＡｇ、Ｃｕ等の焼結開始温度が６０
０〜８００℃のメタライズとの同時焼成ができず、また
成形体の緻密化が低温で開始するためにバインダーは分
解揮散できなくなりバインダー成分が残留し特性に影響
を及ぼす結果になるためである。一方、屈伏点が８００
℃より高いと結晶性ガラス量を多くしないと焼結しにく
くなるため、高価な結晶性ガラスを大量に必要とするた
めに焼結体のコストを高めることになる。

【００３０】このフィラー成分は、結晶性ガラスの屈伏
点に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。即
ち、結晶性ガラスの屈伏点が４００℃〜６５０℃と低い
場合、低温での焼結性が高まるためフィラーの含有量は
５０〜８０体積％の比較的多く配合できる。これに対し
て、結晶性ガラスの屈伏点が６５０℃〜８００℃と高い
場合、焼結性が低下するためフィラーの含有量は２０〜
５０体積％の比較的少なく配合することが望ましい。

【００３１】本発明において用いられる上記ＰｂＯ系ガ
ラスは、フィラー無添加では収縮開始温度は７００℃以
下で、８５０℃以上では溶融してしまい、銅等のメタラ
イズ配線層等とともに同時焼成することができない。し
かし、フィラーを２０〜８０体積％の割合で混合するこ
とにより焼成温度において、結晶の析出とフィラー成分
を液相焼結させるための液相を形成させることができ
る。また、成形体全体の収縮開始温度を上昇させること
ができるため、このフィラーの含有量の調整により用い
る銅等のメタライズ配線層との同時焼成条件のマッチン
グを図ることができる。また、原料コストを下げるため
には高価な結晶性ガラスの含有量を減少させることが好
ましい。

【００３２】例えば、メタライズ配線層をＡｇ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕのうちの１種を主として構成する場
合、これらのメタライズの焼成は６００〜１０００℃で
生じるため、同時焼成を行うには、結晶性ガラスの屈伏
点は４００℃〜６５０℃であり、フィラーの含有量は５
０〜８０体積％であるのが好ましい。また、このように
高価な結晶性ガラスの配合量を低減することにより焼結
体のコストも低減できる。

【００３３】また、ＰｂＯ系ガラスの焼成後の４０℃〜
４００℃における熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃、特
に、７〜１３ｐｐｍ／℃であることも必要である。これ
は、熱膨張係数が上記範囲を逸脱するとフィラーとの熱
膨張差が生じ、焼結体の強度の低下の原因になる。ま
た、フィラーの熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃未満では、焼
結体の熱膨張係数を８〜１８ｐｐｍ／℃にすることも困
難となる。

【００３４】上記の特性を満足するＰｂＯ系ガラスとし
ては、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラス、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −
ＺｎＯ系ガラス、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系ガラ
ス、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂ 系、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ
₃ 系ガラス等が挙げられ、特に、ＰｂＯ（６５〜８５重
量％）−Ｂ₂ Ｏ₃ （５〜１５重量％）−ＺｎＯ（６〜２
０重量％）−ＳｉＯ₂ （０．５〜５重量％）−ＢａＯ
（０〜５重量％）からなる結晶性ガラスや、ＰｂＯ（５
０〜６０重量％）−ＳｉＯ₂ （３５〜５０重量％）−Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ （１〜９重量％）からなる結晶性ガラスが望ま
しい。

【００３５】この結晶性ガラスとフィラーとの混合物
は、適当な有機樹脂バインダーを添加した後、所望の成
形手段、例えば、ドクターブレード、圧延法、金型プレ
ス等によりシート状に任意の形状に成形後、焼成する。

【００３６】焼成にあたっては、まず、成形のために配
合したバインダー成分を除去する。バインダーの除去
は、７００℃前後の大気雰囲気中で行われるが、配線導
体としてＡｇを用いる場合には、水蒸気を含有する１０
０〜７００℃の窒素雰囲気中で行われる。この時、成形
体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であることが
望ましく、かかる収縮開始温度がこれより低いとバイン
ダーの除去が困難となるため、成形体中の結晶性ガラス
の特性、特に屈伏点を前述したように制御することが必
要となる。

【００３７】焼成は、８５０℃〜１３００℃の酸化性雰
囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで緻
密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻
密化することができず、１３００℃を越えるとメタライ
ズ配線層との同時焼成でメタライズ層が溶融してしま
う。但し、配線導体としてＡｇを用いる場合には、８５
０〜１０５０℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で行われ
る。

【００３８】このようにして作製されたガラスセラミッ
ク焼結体中には、結晶性ガラスから生成した結晶相、結
晶性ガラスとフィラーとの反応により生成した結晶相、
あるいはフィラー成分が分解して生成した結晶相等が存
在し、これらの結晶相の粒界にはガラス相が存在する。
析出する結晶相としては、焼結体全体の熱膨張係数を高
める上で、少なくとも４０〜４００℃における熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上の結晶相が析出することが望まし
い。

【００３９】このような熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上
の結晶相としては、クリストバライト（ＳｉＯ₂ ）、ク
ォーツ（ＳｉＯ₂ ）、トリジマイト（ＳｉＯ₂ ）、フォ
ルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ）、スピネル（Ｍｇ
Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ
₂ ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・Ｓｉ
Ｏ₂ ）、ネフェリン（Ｎａ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・Ｓｉ
Ｏ₂ ）、リチウムシリケート（Ｌｉ₂ Ｏ・ＳｉＯ₂ ）、
ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂ ）、メルビ
ナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂ ）、アケルマイ
ト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂ ）、マグネシア（Ｍ
ｇＯ）、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、ネフェリン（Ｎａ₂
Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ）、ひすい（Ｎａ₂ Ｏ・Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ・４ＳｉＯ₂ ）、カーネギアイト（Ｎａ₂ Ｏ・
Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ）、エンスタタイト（ＭｇＯ・
ＳｉＯ₂ ）、ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ
₂ Ｏ₃ ）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ
₂ ）、Ｂ₂ Ｏ₃ ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂ 、ガーナイト
（ＺｎＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ₄
Ｏ₁₀）の群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられ
る。これらの中でも特に８ｐｐｍ／℃以上の結晶相が良
い。また、上記フィラー中には、その添加により最終焼
結体の熱膨張係数が１８ｐｐｍ／℃を越える場合があ
る。その場合には、熱膨張係数が小さいフィラーと混合
して熱膨張係数を適宜制御することが必要である。

【００４０】また、上記焼結体を絶縁基板として、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕのうちの１種以上からなる
メタライズ配線層を配設した配線基板やパッケージを製
造するには、絶縁基板を構成するための前述したような
結晶性ガラスとフィラーからなる原料粉末に適当な有機
バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿物を作る
とともに該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロ
ール法を採用することによってグリーンシート（生シー
ト）と作製する。そして、メタライズ配線層３及び接続
パッドとして、適当な金属粉末に有機バインダー、可塑
剤、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを前記グリー
ンシートに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。また、場合によっては、前記グリーン
シートに適当な打ち抜き加工してスルーホールを形成
し、このホール内にもメタライズペーストを充填する。
そしてこれらのグリーンシートを複数枚積層し、グリー
ンシートとメタライズとを同時焼成することにより多層
構造のパッケージを得ることができる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明をさらに具体的な例で説明す
る。 実施例１ 結晶性ガラスとして、 重量比率で７５％ＰｂＯ−９％Ｂ₂ Ｏ₃ −１２％Ｚｎ
Ｏ−２％ＳｉＯ₂ −２％ＢａＯ（熱膨張係数１１ｐｐｍ
／℃、屈伏点４６５℃）、 重量比率で５５％ＰｂＯ−１０％Ｂ₂ Ｏ₃ −３０％Ｓ
ｉＯ₂−５％Ａｌ₂ Ｏ₃（熱膨張係数７ｐｐｍ／℃、屈伏
点６００℃）、 重量比率で５２％ＰｂＯ−４５％ＳｉＯ₂ −３％Ａｌ
₂ Ｏ₃（熱膨張係数６ｐｐｍ／℃、屈伏点８１０℃）、
の３種のガラスを準備し、このガラスに対して表１に示
すようにフィラー成分として、 フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数10
ｐｐｍ／℃） クォーツ（ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数15ｐｐｍ／℃） クリストバライト（ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数20ｐｐｍ／
℃） ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数９ｐ
ｐｍ／℃） ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ₄ Ｏ₁₀、熱膨張係数８ｐｐｍ
／℃） ＭｇＯ（熱膨張係数９ｐｐｍ／℃） ネフェリン（Ｎａ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ 、熱膨
張係数10ｐｐｍ／℃） ひすい（Ｎａ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・４ＳｉＯ₂ 熱膨張係
数９ｐｐｍ／℃） ムライト（３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数４ｐ
ｐｍ／℃） アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ 、熱膨張係数７ｐｐｍ／℃） を用いて表１に示す調合組成になるように秤量混合し
た。この混合物を粉砕後、有機バインダーを添加して十
分に混合した後、１軸プレス法により３．５×３．５×
１５ｍｍの形状の成形体を作製し、この成形体を７００
℃の大気中で脱バインダ処理した後、窒素雰囲気中で６
５０〜１３００℃で焼成して焼結体を作製した。

【００４２】次に、上記のようにして得られた焼結体に
対して４０〜４００℃の熱膨張係数を測定し表１に示し
た。また、焼結体を直径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍに加工
し、ＪＩＳＣ２１４１の手法で比誘電率と誘電損失を求
めた。測定はＬＣＲメータ（Ｙ．Ｈ．Ｐ４２８４Ａ）を
用いて行い、１ＭＨｚ、１．０Ｖｒｓｍの条件で２５℃
における静電容量を測定し、この静電容量から２５℃に
おける比誘電率を測定した。

【００４３】次に、表１における各原料組成物を用い
て、溶媒としてトルエンとイソプロピルアルコール、バ
インダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてＤＢＰ（ジ
ブチルフタレート）を用いてドクターブレード法により
厚み５００μｍのグリーンシートを作製した。

【００４４】このグリーンシートの表面にＡｇ−Ｐｔメ
タライズペーストをスクリーン印刷法に基づきメタライ
ズ配線層を塗布した。また、グリーンシートの所定箇所
にスルーホールを形成しスルーホール内が最終的に基板
の下面に露出するように形成し、そのスルーホール内に
もＡｇ−Ｐｔメタライズペーストを充填した。そして、
メタライズペーストが塗布されたグリーンシートをスル
ーホールの位置合わせを行いながら６枚積層し圧着し
た。

【００４５】この積層体を７００℃で大気中で脱バイン
ダ後、各焼成温度で大気中でメタライズ配線層と絶縁基
板とを同時に焼成しパッケージ用の配線基板を作製し
た。この時、同時焼成によるＡｇメタライズ層に対し
て、メタライズ層の溶融、焼結不良についての評価を行
った。

【００４６】次に、配線基板の下面にスルーホールに接
続する箇所に凹部を形成しＡｇ−Ｐｔメタライズからな
る接続パッドを作製した。そして、その接続パッドに図
１に示すように半田（錫３０〜１０％−鉛７０〜９０
％）からなる接続端子を取着した。なお、接続端子は、
１ｃｍ² 当たり３０端子の密度で配線基板の下面全体に
形成した。

【００４７】一方、ガラス−エポキシ基板からなる４０
〜８００℃における熱膨張係数が１３ｐｐｍ／℃の絶縁
体の表面に銅箔からなる配線導体が形成されたプリント
基板を準備し、上記のパッケージ用配線基板をプリント
基板の上の配線導体とパッケージ用絶縁基板の接続端子
が接続されるように位置合わせし、これをＮ₂ の雰囲気
中で２６０℃で３分間熱処理しパッケージ用配線基板を
プリント基板表面に実装した。この熱処理によりパッケ
ージ用配線基板の半田からなる接続端子が溶けてプリン
ト基板の配線導体と電気的に接続されたことを確認し
た。

【００４８】（実装時の熱サイクル試験）上記のように
してパッケージ用配線基板をプリント基板表面に実装し
たものを大気の雰囲気にて−４０℃と１２５℃の各温度
に制御した恒温槽に試験サンプルを１５分／１５分の保
持を１サイクルとして最高１０００サイクル繰り返し
た。そして、各サイクル毎にプリント基板の配線導体と
パッケージ用配線基板との電気抵抗を測定し電気抵抗に
変化が現れるまでのサイクル数を表１に示した。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１より明らかなように、ガラスの含有量
が２０体積％より少ない試料Ｎo.９では、緻密な焼結体
を得ることができず、８０体積％を越える試料Ｎo.２，
７，１５，１８、２６では低温で磁器が緻密化してしま
いメタライズが焼結されず同時焼成できなかった。ま
た、ガラス量が適当であっても、フィラーとの組み合わ
せによって焼結体の熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃を
逸脱する試料Ｎo.６、１６および１９では、熱サイクル
試験において２００〜３００サイクルで抵抗変化が生じ
た。

【００５１】これに対してガラス量が適量でその焼結体
の熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の本発明品はＡｇ−
Ｐｔメタライズの同時焼成も良好であり、これを用いて
作製したパッケージ用配線基板では昇降温１０００サイ
クル後もプリント基板の配線導体とパッケージ用配線基
板との間に電気抵抗変化は全く見られず、極めて安定で
良好な電気的接続状態を維持できた。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の配線基板
および半導体素子収納用パッケージによれば、熱膨張係
数が大きいプリント基板などの外部電気回路基板に実装
した場合に、両者の熱膨張係数の差に起因する応力発生
を抑制し、パッケージと外部電気回路とを長期間にわた
り正確、かつ強固に電気的接続させることが可能とな
る。しかも、半導体回路素子の大型化による多ピン化に
十分対応できる信頼性の高いパッケージの実装構造を実
現できる。

【００５３】さらに、銅などのメタライズとの同時焼成
が可能であるために、高品質で且つ安価な配線基板およ
び半導体素子収納用パッケージを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＢＧＡ型の半導体素子収納用パッケー
ジの実装構造を説明するための断面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】接続端子の他の実施例における要部拡大断面図
である。

【図４】本発明のリードレスチップキャリア型のパッケ
ージの実装構造を説明するための断面図である。

【符号の説明】

Ａ 半導体素子収納用パッケージ Ｂ 外部電気回路基板 Ｃ ＬＣＣ型パッケージ １ 絶縁基板 ２，１２ 蓋体 ３ メタライズ配線層 ４ 接続端子 ４ａ接続パッド ４ｂ突起状端子 ５ 半導体素子 ６ キャビティ ７ 絶縁体 ８ 配線導体 ９ 球状端子 １０，１１ 低融点ロウ材 １３ 導電層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 昌彦 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ 株式会社総合研究所内 審査官 坂本 薫昭 (56)参考文献 特開 平７−106465（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/15

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板と、メタライズ配線層と、外部電
   気回路基板にロウ材によって接続するための接続パッド
   を具備した配線基板において、前記絶縁基板が、ＰｂＯ
   を５０重量％以上と、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂のうちの少なく
   とも１種を含有するガラス粉末を２０〜８０体積％と、
   ４０℃〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以
   上の金属酸化物を含むフィラーを８０〜２０体積％の割
   合で含む成形体を焼成して得られた４０℃〜４００℃に
   おける熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体からな
   ることを特徴とする配線基板。
2. 【請求項２】メタライズ配線層と、外部電気回路基板に
   ロウ材によって接続するための接続パッドが配設された
   絶縁基板と、蓋体と、半導体素子を収納するためのキャ
   ビティを具備する半導体素子収納用パッケージにおい
   て、前記絶縁基板が、ＰｂＯを５０重量％以上と、Ｂ₂
   Ｏ₃、ＳｉＯ₂のうちの少なくとも１種を含有するガラス
   粉末を２０〜８０体積％と、４０℃〜４００℃における
   熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィ
   ラーを８０〜２０体積％の割合で含む成形体を焼成して
   得られた４０℃〜４００℃における熱膨張係数が８〜１
   ８ｐｐｍ／℃の焼結体からなることを特徴とする半導体
   素子収納用パッケージ。
3. 【請求項３】少なくとも有機樹脂を含む絶縁体の表面に
   配線導体が被着形成された外部電気回路基板上に、請求
   項１記載の配線基板の前記接続パッドを前記配線導体に
   ロウ材を介して実装してなることを特徴とする実装構
   造。
4. 【請求項４】少なくとも有機樹脂を含む絶縁体の表面に
   配線導体が被着形成された外部電気回路基板上に、請求
   項２記載の半導体素子収納用パッケージの前記接続パッ
   ドを前記配線導体にロウ材を介して実装してなることを
   特徴とする実装構造。