JP3441924B2 - 配線基板およびその実装構造 - Google Patents
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- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子収納用
パッケージ、多層配線基板等に適用される配線基板に関
するものであり、特に、銅や、銀と同時焼成が可能であ
り、また、マイクロ波やミリ波等の高周波用途において
優れた特性を有するとともに、プリント基板などの有機
樹脂からなる外部電気回路基板に対する高い信頼性をも
って実装可能な配線基板とその実装構造に関するもので
ある。
パッケージ、多層配線基板等に適用される配線基板に関
するものであり、特に、銅や、銀と同時焼成が可能であ
り、また、マイクロ波やミリ波等の高周波用途において
優れた特性を有するとともに、プリント基板などの有機
樹脂からなる外部電気回路基板に対する高い信頼性をも
って実装可能な配線基板とその実装構造に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術】従来より、セラミック多層配線基板として
は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内
部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からな
る配線層が形成されたものが最も普及している。また、
最近に至り、高度情報化時代を迎え、使用される周波数
帯域はますます高周波化に移行しつつある。
は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内
部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からな
る配線層が形成されたものが最も普及している。また、
最近に至り、高度情報化時代を迎え、使用される周波数
帯域はますます高周波化に移行しつつある。
【０００３】このような、高周波の信号の伝送を必要を
行う高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく
伝送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこ
と、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいこ
とが要求される。
行う高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく
伝送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこ
と、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいこ
とが要求される。
【０００４】ところが、従来のタングステンや、モリブ
デンなどの高融点金属は導体抵抗が大きく、特に３０Ｇ
Ｈｚ以上のミリ波領域において高周波用配線基板には使
用できないことから、これらの金属に代えて銅、銀、金
などの低抵抗金属を使用することが必要である。
デンなどの高融点金属は導体抵抗が大きく、特に３０Ｇ
Ｈｚ以上のミリ波領域において高周波用配線基板には使
用できないことから、これらの金属に代えて銅、銀、金
などの低抵抗金属を使用することが必要である。
【０００５】このような低抵抗金属からなる配線層は、
アルミナと同時焼成することが不可能であるため、最近
では、ガラス、またはガラスとセラミックスとの複合材
料からなる、いわゆるガラスセラミックスを絶縁基板と
して用いた配線基板が開発されつつある。例えば、特公
平４−１２６３９号のように、ガラスにＳｉＯ2 系フィ
ラーを添加し、銅、銀、金などの低抵抗金属からなる配
線層と９００〜１０００℃の温度で同時焼成した多層配
線基板や、特開昭６０−２４０１３５号のように、ホウ
ケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ2 Ｏ3 、ジルコニア、ムラ
イトなどのフィラーとして添加したものを低抵抗金属と
同時焼成したものなどが提案されている。その他、特開
平５−２９８９１９号には、ムライトやコージェライト
を結晶相として析出させたガラスセラミックス材料が提
案されている。
アルミナと同時焼成することが不可能であるため、最近
では、ガラス、またはガラスとセラミックスとの複合材
料からなる、いわゆるガラスセラミックスを絶縁基板と
して用いた配線基板が開発されつつある。例えば、特公
平４−１２６３９号のように、ガラスにＳｉＯ2 系フィ
ラーを添加し、銅、銀、金などの低抵抗金属からなる配
線層と９００〜１０００℃の温度で同時焼成した多層配
線基板や、特開昭６０−２４０１３５号のように、ホウ
ケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ2 Ｏ3 、ジルコニア、ムラ
イトなどのフィラーとして添加したものを低抵抗金属と
同時焼成したものなどが提案されている。その他、特開
平５−２９８９１９号には、ムライトやコージェライト
を結晶相として析出させたガラスセラミックス材料が提
案されている。
【０００６】また、多層配線基板や半導体素子収納用パ
ッケージなどの配線基板をマサーボードなどの絶縁基板
が有機樹脂を含むプリント基板に実装する上で、プリン
ト基板との熱膨張差により発生する応力により実装部分
が剥離したり、クラックなどが発生するのを防止する
で、絶縁基板の熱膨張係数がプリント基板とそれを近似
していることが望まれる。
ッケージなどの配線基板をマサーボードなどの絶縁基板
が有機樹脂を含むプリント基板に実装する上で、プリン
ト基板との熱膨張差により発生する応力により実装部分
が剥離したり、クラックなどが発生するのを防止する
で、絶縁基板の熱膨張係数がプリント基板とそれを近似
していることが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来のガラスセラミックスでは、銅、銀、金などの低抵
抗金属との同時焼成が可能であっても、マイクロ波やミ
リ波などの高周波信号を用いる配線基板の絶縁基板とし
て具体的に検討されておらず、そのほとんどが誘電損失
が高く、十分満足できる高周波特性を有するものではな
かった。また、熱膨張特性においても、従来のガラスセ
ラミックス焼結体は、アルミナ質焼結体に比較して熱膨
張係数が低く、３〜６ｐｐｍ／℃程度であり、プリント
基板に実装する場合に、実装の信頼性が低く実用上満足
できるものではなかった。
従来のガラスセラミックスでは、銅、銀、金などの低抵
抗金属との同時焼成が可能であっても、マイクロ波やミ
リ波などの高周波信号を用いる配線基板の絶縁基板とし
て具体的に検討されておらず、そのほとんどが誘電損失
が高く、十分満足できる高周波特性を有するものではな
かった。また、熱膨張特性においても、従来のガラスセ
ラミックス焼結体は、アルミナ質焼結体に比較して熱膨
張係数が低く、３〜６ｐｐｍ／℃程度であり、プリント
基板に実装する場合に、実装の信頼性が低く実用上満足
できるものではなかった。
【０００８】従って、本発明は、金、銀、銅を配線導体
として多層化が可能となるように１０００℃以下で焼成
可能であるとともに、高周波領域において誘電率および
誘電正接が小さく、且つ高熱膨張係数を有する配線基板
を提供することを目的とする。また、本発明は、プリン
ト基板などの外部電気回路基板に対して、高信頼性をも
って実装可能な配線基板の実装構造を提供することを目
的とするものである。
として多層化が可能となるように１０００℃以下で焼成
可能であるとともに、高周波領域において誘電率および
誘電正接が小さく、且つ高熱膨張係数を有する配線基板
を提供することを目的とする。また、本発明は、プリン
ト基板などの外部電気回路基板に対して、高信頼性をも
って実装可能な配線基板の実装構造を提供することを目
的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
鋭意検討した結果、絶縁基板の表面あるいは内部に、配
線層が配設されてなる配線基板において、絶縁基板を、
Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＺｎを構成元素として含む複合
酸化物焼結体により構成し、且つ、その焼結体中におい
て、ＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶相と、少なくとも
ＺｎＯとＡｌ2Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相を主結
晶相として含有せしめることにより、高周波領域におい
て低誘電率と低誘電損失化を実現できると同時に、高熱
膨張化を達成できることを知見し、本発明に至った。
鋭意検討した結果、絶縁基板の表面あるいは内部に、配
線層が配設されてなる配線基板において、絶縁基板を、
Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＺｎを構成元素として含む複合
酸化物焼結体により構成し、且つ、その焼結体中におい
て、ＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶相と、少なくとも
ＺｎＯとＡｌ2Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相を主結
晶相として含有せしめることにより、高周波領域におい
て低誘電率と低誘電損失化を実現できると同時に、高熱
膨張化を達成できることを知見し、本発明に至った。
【００１０】即ち、本発明の配線基板は、絶縁基板の表
面あるいは内部に、配線層が配設されてなるものであ
り、前記絶縁基板を、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＺｎを構
成元素として含む複合酸化物焼結体により構成し、該焼
結体中にＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶相と、少なく
ともＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相と
を主たる結晶相として析出させたものであり、且つ室温
から４００℃における熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上で
あることを特徴とするものである。
面あるいは内部に、配線層が配設されてなるものであ
り、前記絶縁基板を、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＺｎを構
成元素として含む複合酸化物焼結体により構成し、該焼
結体中にＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶相と、少なく
ともＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相と
を主たる結晶相として析出させたものであり、且つ室温
から４００℃における熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上で
あることを特徴とするものである。
【００１１】なお、上記の第１の結晶相としては、クオ
ーツ型結晶相、前記第２の結晶相としては、スピネル型
結晶相であることが望ましい。
ーツ型結晶相、前記第２の結晶相としては、スピネル型
結晶相であることが望ましい。
【００１２】また、本発明の配線基板の実装構造は、絶
縁基板の表面あるいは内部に、配線層が配設され、且つ
外部電気回路への接続端子を具備する配線基板を、有機
樹脂を含有する絶縁基板表面に配線導体が形成された外
部電気回路基板に載置して、前記接続端子を前記配線導
体に対してロウ付けしてなる配線基板の実装構造におい
て、前記配線基板の絶縁基板が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇおよ
びＺｎを構成元素として含む複合酸化物焼結体からな
り、ＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶相と、少なくとも
ＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相を主結
晶相として含有し、且つ室温から４００℃における熱膨
張係数が７ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とするもの
である。
縁基板の表面あるいは内部に、配線層が配設され、且つ
外部電気回路への接続端子を具備する配線基板を、有機
樹脂を含有する絶縁基板表面に配線導体が形成された外
部電気回路基板に載置して、前記接続端子を前記配線導
体に対してロウ付けしてなる配線基板の実装構造におい
て、前記配線基板の絶縁基板が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇおよ
びＺｎを構成元素として含む複合酸化物焼結体からな
り、ＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶相と、少なくとも
ＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相を主結
晶相として含有し、且つ室温から４００℃における熱膨
張係数が７ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とするもの
である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の配線基板として、半導体
素子を収納搭載したパッケージを例として図１をもとに
説明する。図１は、半導体収納用パッケージ、特に、接
続端子がボール状端子からなるボールグリッドアレイ
（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図である。図１によ
れば、パッケージＡは、絶縁材料からなる絶縁基板１と
蓋体２によりキャビティ３が形成されており、そのキャ
ビティ３内には、半導体素子４が搭載されている。
素子を収納搭載したパッケージを例として図１をもとに
説明する。図１は、半導体収納用パッケージ、特に、接
続端子がボール状端子からなるボールグリッドアレイ
（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図である。図１によ
れば、パッケージＡは、絶縁材料からなる絶縁基板１と
蓋体２によりキャビティ３が形成されており、そのキャ
ビティ３内には、半導体素子４が搭載されている。
【００１４】また、絶縁基板１の表面および内部には、
半導体素子４と電気的に接続された配線層５が形成され
ている。この配線層５は、例えば、高周波信号として
は、１ＧＨｚ以上、特に２０ＧＨｚ以上、さらには、５
０ＧＨｚ以上、またさらには７０ＧＨｚ以上の高周波信
号が伝送される場合には、高周波信号が損失なく伝送さ
れることが必要となるため、周知のストリップ線路、マ
イクロストリップ線路、コプレーナ線路、誘電体導波管
線路のうちの少なくとも１種から構成される。また、配
線層５は、高周波信号の伝送時に導体損失を極力低減す
るために、銅、銀あるいは金などの低抵抗金属からなる
ことが望ましい。
半導体素子４と電気的に接続された配線層５が形成され
ている。この配線層５は、例えば、高周波信号として
は、１ＧＨｚ以上、特に２０ＧＨｚ以上、さらには、５
０ＧＨｚ以上、またさらには７０ＧＨｚ以上の高周波信
号が伝送される場合には、高周波信号が損失なく伝送さ
れることが必要となるため、周知のストリップ線路、マ
イクロストリップ線路、コプレーナ線路、誘電体導波管
線路のうちの少なくとも１種から構成される。また、配
線層５は、高周波信号の伝送時に導体損失を極力低減す
るために、銅、銀あるいは金などの低抵抗金属からなる
ことが望ましい。
【００１５】また、図１のパッケージにおいて、絶縁基
板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されてお
り、パッケージ内の配線層５と接続されている。そし
て、接続用電極層６には、半田などのロウ材７によりボ
ール状端子８が被着形成されている。
板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されてお
り、パッケージ内の配線層５と接続されている。そし
て、接続用電極層６には、半田などのロウ材７によりボ
ール状端子８が被着形成されている。
【００１６】本発明によれば、図１に示されるようなパ
ッケージにおける前記絶縁基板１を、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ
およびＺｎを構成元素として含む複合酸化物焼結体から
構成する。また、この焼結体は、図２の焼結体の組織を
説明するための概略図に示すように、ＳｉＯ2 を主体と
する第１の結晶相（Ｓｉ）と、少なくともＺｎＯとＡｌ
2 Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相（ＳＰ）とを主たる
結晶相として含有することが重要である。ＳｉＯ2 を主
体とする第１の結晶相とは、クオーツ型結晶相からな
り、少なくともＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3 とを主体とする第２
の結晶相（ＳＰ）とは、ＺｎＡｌ2 Ｏ4 で表されるガー
ナイトなどのスピネル型結晶相であることが望ましい。
なお、各結晶相中には、各成分以外に他の成分が含まれ
てもよい。
ッケージにおける前記絶縁基板１を、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ
およびＺｎを構成元素として含む複合酸化物焼結体から
構成する。また、この焼結体は、図２の焼結体の組織を
説明するための概略図に示すように、ＳｉＯ2 を主体と
する第１の結晶相（Ｓｉ）と、少なくともＺｎＯとＡｌ
2 Ｏ3 とを主体とする第２の結晶相（ＳＰ）とを主たる
結晶相として含有することが重要である。ＳｉＯ2 を主
体とする第１の結晶相とは、クオーツ型結晶相からな
り、少なくともＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3 とを主体とする第２
の結晶相（ＳＰ）とは、ＺｎＡｌ2 Ｏ4 で表されるガー
ナイトなどのスピネル型結晶相であることが望ましい。
なお、各結晶相中には、各成分以外に他の成分が含まれ
てもよい。
【００１７】例えば、ＺｎＡｌ2 Ｏ4 には、ＭｇＡｌ2
Ｏ4 が固溶して、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ａｌ2 Ｏ4 のスピネル
型結晶相からなる場合もある。また、クオーツ型結晶相
中には、ＳｉＯ2 以外にＺｎ、Ｂが固溶する場合もあ
る。
Ｏ4 が固溶して、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ａｌ2 Ｏ4 のスピネル
型結晶相からなる場合もある。また、クオーツ型結晶相
中には、ＳｉＯ2 以外にＺｎ、Ｂが固溶する場合もあ
る。
【００１８】また、本発明によれば、上記第１および第
２の結晶相以外に、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ
2 で表されるコージエライト型結晶相が微量存在する場
合もある。さらに、焼結体組織においては、上記の結晶
相の粒界に、ＳｉＯ2 、またはＳｉＯ2 とＢ2 Ｏ3 を含
む極微量の粒界相が存在する場合もある。
２の結晶相以外に、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ
2 で表されるコージエライト型結晶相が微量存在する場
合もある。さらに、焼結体組織においては、上記の結晶
相の粒界に、ＳｉＯ2 、またはＳｉＯ2 とＢ2 Ｏ3 を含
む極微量の粒界相が存在する場合もある。
【００１９】また、本発明における絶縁基板を構成する
複合酸化物焼結体の全体組成としては、ＳｉＯ2 を３０
〜６０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１８〜２５重量％、ＭｇＯ
を５〜１３重量％、ＺｎＯを５〜３５重量％、Ｂ2 Ｏ3
を５〜１２重量％の割合からなることが望ましい。
複合酸化物焼結体の全体組成としては、ＳｉＯ2 を３０
〜６０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１８〜２５重量％、ＭｇＯ
を５〜１３重量％、ＺｎＯを５〜３５重量％、Ｂ2 Ｏ3
を５〜１２重量％の割合からなることが望ましい。
【００２０】また、本発明によれば、結晶相として、前
記第１および第２の結晶相は、室温〜４００℃におい
て、それ自体が高い熱膨張特性を有し、例えば、クオー
ツ型結晶相は１３〜２０ｐｐｍ／℃、ガーナイト型結晶
相は７〜８ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有することから、
かかる第１の結晶相と第２の結晶相による主として構成
される絶縁基板の熱膨張係数も大きくなる傾向にある。
熱膨張係数を高める上では、望ましくは、第１の結晶相
が最も多いのがよい。
記第１および第２の結晶相は、室温〜４００℃におい
て、それ自体が高い熱膨張特性を有し、例えば、クオー
ツ型結晶相は１３〜２０ｐｐｍ／℃、ガーナイト型結晶
相は７〜８ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有することから、
かかる第１の結晶相と第２の結晶相による主として構成
される絶縁基板の熱膨張係数も大きくなる傾向にある。
熱膨張係数を高める上では、望ましくは、第１の結晶相
が最も多いのがよい。
【００２１】本発明によれば、特に、プリント基板との
実装の信頼性を向上させる上で、絶縁基板の室温から４
００℃における熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上、特に９
ｐｐｍ／℃以上、さらには１０ｐｐｍ／℃以上であるこ
とが重要である。これは、上記熱膨張係数が７ｐｐｍ／
℃よりも低いと、プリント基板との熱膨張差により、半
田実装時や半導体素子の作動停止による繰り返し温度サ
イクルによって、プリント基板とパッケージとの実装部
に熱膨張差に起因する応力が発生し、実装部にクラック
等が発生し、実装構造の信頼性を損ねてしまうためであ
る。
実装の信頼性を向上させる上で、絶縁基板の室温から４
００℃における熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上、特に９
ｐｐｍ／℃以上、さらには１０ｐｐｍ／℃以上であるこ
とが重要である。これは、上記熱膨張係数が７ｐｐｍ／
℃よりも低いと、プリント基板との熱膨張差により、半
田実装時や半導体素子の作動停止による繰り返し温度サ
イクルによって、プリント基板とパッケージとの実装部
に熱膨張差に起因する応力が発生し、実装部にクラック
等が発生し、実装構造の信頼性を損ねてしまうためであ
る。
【００２２】従って、本発明における実装構造は、図１
に示すように、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁材料からなる絶縁基
板９の表面に導体配線１０が形成された外部電気回路基
板Ｂに対して、ロウ材を介して実装されるものである。
具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底面に
取付けられているボール状端子８と、外部電気回路基板
Ｂの導体配線１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田
等のロウ材１１によりロウ付けして、実装される。
に示すように、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁材料からなる絶縁基
板９の表面に導体配線１０が形成された外部電気回路基
板Ｂに対して、ロウ材を介して実装されるものである。
具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底面に
取付けられているボール状端子８と、外部電気回路基板
Ｂの導体配線１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田
等のロウ材１１によりロウ付けして、実装される。
【００２３】本発明によれば、このようなボール状端子
８を介在してロウ付けにより実装されるような表面実装
型のパッケージにおいて、有機樹脂を含む絶縁基板から
なる外部電気回路基板にロウ付け実装した場合において
も、外部電気回路基板の絶縁基板との熱膨張差を従来の
セラミック材料よりも小さくできることから、かかる実
装構造に対して、熱サイクルが印加された場合において
も、応力の発生を抑制することができる結果、実装構造
の長期信頼性を高めることができる。
８を介在してロウ付けにより実装されるような表面実装
型のパッケージにおいて、有機樹脂を含む絶縁基板から
なる外部電気回路基板にロウ付け実装した場合において
も、外部電気回路基板の絶縁基板との熱膨張差を従来の
セラミック材料よりも小さくできることから、かかる実
装構造に対して、熱サイクルが印加された場合において
も、応力の発生を抑制することができる結果、実装構造
の長期信頼性を高めることができる。
【００２４】次に、本発明における配線基板の絶縁基板
を構成する複合酸化物焼結体を製造する方法について説
明する。まず、出発原料として、ＳｉＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 を含むガラスと、フ
ィラー成分として、ＺｎＯ粉末、ＳｉＯ2 粉末、あるい
はウイレマイト（Ｚｎ2 ＳｉＯ4 ）粉末、Ｂ2 Ｏ3 粉末
を組み合わせて用い、これらを所望の比率で混合する。
用いるガラスの望ましい組成としては、ＳｉＯ2 ４０〜
５２重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量％、ＭｇＯ４〜
２４重量％、ＺｎＯ１〜１６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ５〜１５
重量％であることが望ましく、上記組成からなるガラス
粉末３０〜９５重量％と、ＺｎＯ０〜３０重量％、Ｓｉ
Ｏ2 ５〜４０重量％、Ｂ2 Ｏ3 ０〜１０重量％となるよ
うに、フィラー成分を配合することが望ましい。
を構成する複合酸化物焼結体を製造する方法について説
明する。まず、出発原料として、ＳｉＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 を含むガラスと、フ
ィラー成分として、ＺｎＯ粉末、ＳｉＯ2 粉末、あるい
はウイレマイト（Ｚｎ2 ＳｉＯ4 ）粉末、Ｂ2 Ｏ3 粉末
を組み合わせて用い、これらを所望の比率で混合する。
用いるガラスの望ましい組成としては、ＳｉＯ2 ４０〜
５２重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量％、ＭｇＯ４〜
２４重量％、ＺｎＯ１〜１６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ５〜１５
重量％であることが望ましく、上記組成からなるガラス
粉末３０〜９５重量％と、ＺｎＯ０〜３０重量％、Ｓｉ
Ｏ2 ５〜４０重量％、Ｂ2 Ｏ3 ０〜１０重量％となるよ
うに、フィラー成分を配合することが望ましい。
【００２５】上記の組成で秤量混合された混合粉末を用
いて所定の成形体を作成し、その成形体を８３０〜１０
００℃の酸化性雰囲気または不活性雰囲気中で焼成する
ことにより作製することができる。
いて所定の成形体を作成し、その成形体を８３０〜１０
００℃の酸化性雰囲気または不活性雰囲気中で焼成する
ことにより作製することができる。
【００２６】また、上記の焼結体を用いて本発明の配線
基板を作製するには、前記混合粉末を用いて、適当な有
機溶剤、溶媒を用いて混合してスラリーを調製し、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、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に
成形する。そして、このシート状成形体に所望によりス
ルーホールを形成した後、スルーホール内に、銅、金、
銀のうちの少なくとも１種を含む金属ペーストを充填す
る。そして、シート状成形体表面には、高周波信号が伝
送可能な高周波線路パターンを金属ペーストを用いてス
クリーン印刷法、グラビア印刷法などの配線層の厚みが
５〜３０μｍとなるように、印刷塗布する。その後、複
数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、
８３０〜１０００℃の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲
気で焼成することにより、配線基板を作製することがで
きる。
基板を作製するには、前記混合粉末を用いて、適当な有
機溶剤、溶媒を用いて混合してスラリーを調製し、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、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に
成形する。そして、このシート状成形体に所望によりス
ルーホールを形成した後、スルーホール内に、銅、金、
銀のうちの少なくとも１種を含む金属ペーストを充填す
る。そして、シート状成形体表面には、高周波信号が伝
送可能な高周波線路パターンを金属ペーストを用いてス
クリーン印刷法、グラビア印刷法などの配線層の厚みが
５〜３０μｍとなるように、印刷塗布する。その後、複
数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、
８３０〜１０００℃の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲
気で焼成することにより、配線基板を作製することがで
きる。
【００２７】そして、この配線基板の表面には、半導体
素子が搭載され配線層と信号の伝達が可能なように接続
される。接続方法としては、配線層上に直接搭載させて
接続させたり、あるいはワイヤーボンディングや、ＴＡ
Ｂテープなどにより配線層と半導体素子とが接続され
る。
素子が搭載され配線層と信号の伝達が可能なように接続
される。接続方法としては、配線層上に直接搭載させて
接続させたり、あるいはワイヤーボンディングや、ＴＡ
Ｂテープなどにより配線層と半導体素子とが接続され
る。
【００２８】さらに、半導体素子が搭載された配線基板
表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材
料、あるいは放熱性が良好な金属等からなるキャップを
ガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することに
より、半導体素子を気密に封止することができ、これに
より半導体素子収納用パッケージを作製することができ
る。
表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材
料、あるいは放熱性が良好な金属等からなるキャップを
ガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することに
より、半導体素子を気密に封止することができ、これに
より半導体素子収納用パッケージを作製することができ
る。
【００２９】
【実施例】下記の組成からなる２種のガラスを準備し
た。
た。
【００３０】ガラスＡ：ＳｉＯ2 ４４重量％−Ａｌ2 Ｏ
3 ２９重量％−ＭｇＯ１１重量％−ＺｎＯ７重量％−Ｂ
2 Ｏ3 ９重量％ ガラスＢ：ＳｉＯ2 ４４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２６重量％
−ＭｇＯ１９重量％−ＺｎＯ１重量％−Ｂ2 Ｏ3 １０重
量％ そして、このガラス粉末に対して、平均粒径が１μｍ以
下のＺｎＯ粉末、シリカ粉末（クオーツ）を用いて、表
１、表２の組成に従い混合した。
3 ２９重量％−ＭｇＯ１１重量％−ＺｎＯ７重量％−Ｂ
2 Ｏ3 ９重量％ ガラスＢ：ＳｉＯ2 ４４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２６重量％
−ＭｇＯ１９重量％−ＺｎＯ１重量％−Ｂ2 Ｏ3 １０重
量％ そして、このガラス粉末に対して、平均粒径が１μｍ以
下のＺｎＯ粉末、シリカ粉末（クオーツ）を用いて、表
１、表２の組成に従い混合した。
【００３１】そして、この混合物に有機バインダー、可
塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、この
スラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００
μｍのグリーンシートを作製した。そして、このグリー
ンシートを５枚積層し、５０℃の温度で１００ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力を加えて熱圧着した。得られた積層体を水蒸
気含有／窒素雰囲気中で７００℃で脱バインダーした
後、乾燥窒素中で表１、表２の条件において焼成して絶
縁基板用焼結体を得た。
塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、この
スラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００
μｍのグリーンシートを作製した。そして、このグリー
ンシートを５枚積層し、５０℃の温度で１００ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力を加えて熱圧着した。得られた積層体を水蒸
気含有／窒素雰囲気中で７００℃で脱バインダーした
後、乾燥窒素中で表１、表２の条件において焼成して絶
縁基板用焼結体を得た。
【００３２】得られた焼結体について誘電率、誘電損失
を以下の方法で評価した。誘電率、誘電損失は、試料形
状 直径１０ｍｍ、厚み５ｍｍの試料を切り出し、１５
〜２０ＧＨｚにてネットワークアナライザー、シンセサ
イズドスイーパーを用いて誘電体円柱共振器法により測
定した。測定では、φ５０のＣｕ板治具の間に試料の誘
電体基板を挟んで測定した。共振器のＴＥ０１１モード
の共振特性より、誘電率、誘電損失を算出した。また、
室温〜４００℃における熱膨張曲線をとり、熱膨張係数
を算出した。測定の結果は表１、表２に示した。
を以下の方法で評価した。誘電率、誘電損失は、試料形
状 直径１０ｍｍ、厚み５ｍｍの試料を切り出し、１５
〜２０ＧＨｚにてネットワークアナライザー、シンセサ
イズドスイーパーを用いて誘電体円柱共振器法により測
定した。測定では、φ５０のＣｕ板治具の間に試料の誘
電体基板を挟んで測定した。共振器のＴＥ０１１モード
の共振特性より、誘電率、誘電損失を算出した。また、
室温〜４００℃における熱膨張曲線をとり、熱膨張係数
を算出した。測定の結果は表１、表２に示した。
【００３３】また、焼結体中における結晶相をＸ線回折
測定から同定し、さらに非晶質相中の構成元素をＥＤＸ
（ＴＥＭ）およびＥＰＭＡによって、その量が５０ｐｐ
ｍ以上の元素を表１、表２に示した。また、同様にリー
トベルト法により結晶化度を割り出し、非晶質相の重量
比率を算出した。
測定から同定し、さらに非晶質相中の構成元素をＥＤＸ
（ＴＥＭ）およびＥＰＭＡによって、その量が５０ｐｐ
ｍ以上の元素を表１、表２に示した。また、同様にリー
トベルト法により結晶化度を割り出し、非晶質相の重量
比率を算出した。
【００３４】さらに、上記のグリーンシートに対して、
バイアホールを形成して銅ペーストを充填し、シート表
面に銅ペーストを配線パターンに印刷塗布し、また、最
下層のグリーンシートの底面には、内部の配線層と導通
する電極層を形成した後、これを５層積層して、上記と
同様な条件で焼成して３５ｍｍ角、厚み１．２ｍｍの多
層配線基板を作製した。
バイアホールを形成して銅ペーストを充填し、シート表
面に銅ペーストを配線パターンに印刷塗布し、また、最
下層のグリーンシートの底面には、内部の配線層と導通
する電極層を形成した後、これを５層積層して、上記と
同様な条件で焼成して３５ｍｍ角、厚み１．２ｍｍの多
層配線基板を作製した。
【００３５】この多層配線基板の電極層に、Ｐｂ９０重
量％−Ｓｎ１０重量％の半田からなるボール状端子を低
融点半田（Ｐｂ３７重量％−Ｓｎ６３重量％）により取
着した。なお、ボール状端子は、１ｃｍ2 当たり３０個
の密度で配線基板の底面全体に形成した。
量％−Ｓｎ１０重量％の半田からなるボール状端子を低
融点半田（Ｐｂ３７重量％−Ｓｎ６３重量％）により取
着した。なお、ボール状端子は、１ｃｍ2 当たり３０個
の密度で配線基板の底面全体に形成した。
【００３６】そして、この配線基板をガラス−エポキシ
基板からなる４０〜８００℃における熱膨張係数が１３
ｐｐｍ／℃の絶縁基板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に実装した。実装は、プリント
基板表面の配線導体と配線基板のボール状端子とを位置
合わせして、前記低融点半田によって実装した。
基板からなる４０〜８００℃における熱膨張係数が１３
ｐｐｍ／℃の絶縁基板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に実装した。実装は、プリント
基板表面の配線導体と配線基板のボール状端子とを位置
合わせして、前記低融点半田によって実装した。
【００３７】上記のようにして多層配線基板をプリント
基板に実装したものを大気雰囲気にて−４０℃と１２５
℃の各温度に制御した恒温槽に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配線基
板間の電気抵抗を測定し電気抵抗の変化が現れるまでの
サイクル数を表１、表２に示した。
基板に実装したものを大気雰囲気にて−４０℃と１２５
℃の各温度に制御した恒温槽に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配線基
板間の電気抵抗を測定し電気抵抗の変化が現れるまでの
サイクル数を表１、表２に示した。
【００３８】また、一部の試料については、フィラー成
分として、ＺｎＯ、ＳｉＯ2 に代わり、Ａｌ2 Ｏ3 粉
末、ＣａＯ粉末を用いて同様に焼結体を作製し評価した
（試料Ｎo.８、９、２２、２３）。また、上記ガラス
Ａ、Ｂに代わり、以下の組成からなるガラスＣおよびガ
ラスＤを用いて同様に評価を行った（試料Ｎo.２４〜２
７）。
分として、ＺｎＯ、ＳｉＯ2 に代わり、Ａｌ2 Ｏ3 粉
末、ＣａＯ粉末を用いて同様に焼結体を作製し評価した
（試料Ｎo.８、９、２２、２３）。また、上記ガラス
Ａ、Ｂに代わり、以下の組成からなるガラスＣおよびガ
ラスＤを用いて同様に評価を行った（試料Ｎo.２４〜２
７）。
【００３９】ガラスＣ：ＳｉＯ2 １０．４重量％−Ａｌ
2 Ｏ3 ２．５重量％−Ｂ2 Ｏ3 ４５．３重量％−ＣａＯ
３５．２重量％−Ｎａ2 Ｏ６．６重量％ ガラスＤ：ＳｉＯ2 １４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２４．７重
量％−Ｂ2 Ｏ3 ２２．６重量％−ＢａＯ１４．２重量％
−Ｌｉ2 Ｏ１２．８重量％−Ｎａ2 Ｏ１１．７重量％
2 Ｏ3 ２．５重量％−Ｂ2 Ｏ3 ４５．３重量％−ＣａＯ
３５．２重量％−Ｎａ2 Ｏ６．６重量％ ガラスＤ：ＳｉＯ2 １４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２４．７重
量％−Ｂ2 Ｏ3 ２２．６重量％−ＢａＯ１４．２重量％
−Ｌｉ2 Ｏ１２．８重量％−Ｎａ2 Ｏ１１．７重量％
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】表１の結果から明らかなように、本発明に
基づき、クオーツ型結晶相およびガーナイト型結晶相を
主体とし、熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上の高熱膨張係
数を有する焼結体は、いずれも６０ＧＨｚの測定周波数
にて、誘電率６以下、誘電損失が２５×１０-4以下の優
れた誘電特性を有するとともに、熱サイクル試験におい
て、いずれも１０００サイクル試験後においてもプリン
ト基板との実装不良を生じることがなかった。
基づき、クオーツ型結晶相およびガーナイト型結晶相を
主体とし、熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上の高熱膨張係
数を有する焼結体は、いずれも６０ＧＨｚの測定周波数
にて、誘電率６以下、誘電損失が２５×１０-4以下の優
れた誘電特性を有するとともに、熱サイクル試験におい
て、いずれも１０００サイクル試験後においてもプリン
ト基板との実装不良を生じることがなかった。
【００４３】これに対して、組成において、ＳｉＯ2 −
Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3 を含むガラス量
が、９５重量％よりも多い試料Ｎo.１では、熱膨張係数
７ｐｐｍ／℃以上が達成されず、３０重量％よりも少な
い試料Ｎo.１５では、Ｂ2 Ｏ3 を多量に配合しないと低
温で焼結することが困難であり、その結果、誘電特性が
大きく劣化し高周波では測定できなかった。また、Ｚｎ
Ｏ量が３０重量％を越える試料Ｎo.１２では、１０００
℃以下での焼成が難しく、熱膨張係数も低いものであっ
た。
Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3 を含むガラス量
が、９５重量％よりも多い試料Ｎo.１では、熱膨張係数
７ｐｐｍ／℃以上が達成されず、３０重量％よりも少な
い試料Ｎo.１５では、Ｂ2 Ｏ3 を多量に配合しないと低
温で焼結することが困難であり、その結果、誘電特性が
大きく劣化し高周波では測定できなかった。また、Ｚｎ
Ｏ量が３０重量％を越える試料Ｎo.１２では、１０００
℃以下での焼成が難しく、熱膨張係数も低いものであっ
た。
【００４４】また、ＳｉＯ2 量が５重量％よりも少ない
試料Ｎo.１、７、１７、２２、２３では、いずれも熱膨
張係数が低いものであった。逆に４０重量％を越える試
料Ｎo.１３では、１０００℃以下で緻密化することがで
きなかった。誘電特性が劣化し、測定することができな
かった。Ｂ2 Ｏ3 量が１０重量％を越える試料Ｎo.１
４、１５では、液相が溶出し緻密化できなかった。試料
Ｎo.８、９、２２、２３は、ガラスへの添加成分として
Ａｌ2 Ｏ3 やＣａＯを配合したものであるが、焼結体に
おいて、アノーサイトやＡｌ2 Ｏ3 などの結晶が析出し
て熱膨張係数が低くなった。
試料Ｎo.１、７、１７、２２、２３では、いずれも熱膨
張係数が低いものであった。逆に４０重量％を越える試
料Ｎo.１３では、１０００℃以下で緻密化することがで
きなかった。誘電特性が劣化し、測定することができな
かった。Ｂ2 Ｏ3 量が１０重量％を越える試料Ｎo.１
４、１５では、液相が溶出し緻密化できなかった。試料
Ｎo.８、９、２２、２３は、ガラスへの添加成分として
Ａｌ2 Ｏ3 やＣａＯを配合したものであるが、焼結体に
おいて、アノーサイトやＡｌ2 Ｏ3 などの結晶が析出し
て熱膨張係数が低くなった。
【００４５】さらに、ガラスとして、ＭｇＯやＺｎＯを
含まないガラスＣ、Ｄを用いた試料Ｎo.２４〜２７で
は、誘電損失が大きくなる傾向にあった。
含まないガラスＣ、Ｄを用いた試料Ｎo.２４〜２７で
は、誘電損失が大きくなる傾向にあった。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板に
よれば、絶縁基板を特定の結晶相が析出した複合酸化物
焼結体により構成することにより、１０００℃以下の低
温で焼成できることから、銅などの低抵抗金属による配
線層を形成でき、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域にお
いて、低誘電率、低誘電損失を有することから、高周波
信号を極めて良好に損失なく伝送することができる。し
かも、この絶縁基板は、高熱膨張特性を有することか
ら、有機樹脂を含む絶縁基板を具備するプリント基板な
どのマザーボードに対してロウ材等により実装した場合
においても優れた耐熱サイクル性を有し、高信頼性の実
装構造を提供できる。
よれば、絶縁基板を特定の結晶相が析出した複合酸化物
焼結体により構成することにより、１０００℃以下の低
温で焼成できることから、銅などの低抵抗金属による配
線層を形成でき、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域にお
いて、低誘電率、低誘電損失を有することから、高周波
信号を極めて良好に損失なく伝送することができる。し
かも、この絶縁基板は、高熱膨張特性を有することか
ら、有機樹脂を含む絶縁基板を具備するプリント基板な
どのマザーボードに対してロウ材等により実装した場合
においても優れた耐熱サイクル性を有し、高信頼性の実
装構造を提供できる。
【図１】本発明の配線基板を用いたＢＧＡ型の半導体素
子収納用パッケージの一例を説明するための概略断面図
である。
子収納用パッケージの一例を説明するための概略断面図
である。
【図２】本発明の絶縁基板における焼結体の組織を説明
するための概略図である。
するための概略図である。
Ａ 半導体素子収納用パッケージ
１ 絶縁基板
２ 蓋体
３ キャビティ
４ 半導体素子
５ 配線層
６ 接続用電極
７ ロウ材
８ ボール状端子
Ｂ 外部電気回路基板
９ 絶縁基板
１０ 導体配線
１１ ロウ材
ＳＰ スピネル型結晶相
Ｓｉ ＳｉＯ2 系結晶相
Ｇ 非晶質相
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ
Claims (6)
- 【請求項１】絶縁基板の表面あるいは内部に、配線層が
配設されてなる配線基板において、前記絶縁基板が、Ｓ
ｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＺｎを構成元素として含む複合酸
化物焼結体からなり、ＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶
相と、少なくともＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3 とを主体とする第
２の結晶相と、を主結晶相として含有し、且つ室温から
４００℃における熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上である
ことを特徴とする配線基板。 - 【請求項２】前記第１の結晶相が、クオーツ型結晶相で
ある請求項１記載の配線基板。 - 【請求項３】前記第２の結晶相が、スピネル型結晶相で
ある請求項１記載の配線基板。 - 【請求項４】前記複合酸化物焼結体が、ＳｉＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 を含むガラス粉末３
０〜９５重量％と、ＺｎＯ０〜３０重量％、ＳｉＯ2 ５
〜４０重量％、Ｂ2 Ｏ3 ０〜１０重量％とからなる混合
物を成形後、１０００℃以下の温度で焼成してなる請求
項１記載の配線基板。 - 【請求項５】前記ガラス粉末が、ＳｉＯ2 ４０〜５２重
量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量％、ＭｇＯ４〜２４重
量％、ＺｎＯ１〜１６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ５〜１５重量％
の割合からなることを特徴とする請求項４記載の配線基
板。 - 【請求項６】絶縁基板の表面あるいは内部に、配線層が
配設され、且つ外部電気回路への接続端子を具備する配
線基板を、有機樹脂を含有する絶縁基板表面に配線導体
が形成された外部電気回路基板に載置して、前記接続端
子を前記配線導体に対してロウ付けしてなる配線基板の
実装構造において、前記配線基板の絶縁基板が、Ｓｉ、
Ａｌ、ＭｇおよびＺｎを構成元素として含む複合酸化物
焼結体からなり、ＳｉＯ2 を主体とする第１の結晶相
と、少なくともＺｎＯとＡｌ2 Ｏ3とを主体とする第２
の結晶相とを主結晶相として含有し、且つ室温から４０
０℃における熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以上であること
を特徴とする配線基板の実装構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16434697A JP3441924B2 (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | 配線基板およびその実装構造 |
| US09/049,312 US6120906A (en) | 1997-03-31 | 1998-03-27 | Insulated board for a wiring board |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16434697A JP3441924B2 (ja) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | 配線基板およびその実装構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1112029A JPH1112029A (ja) | 1999-01-19 |
| JP3441924B2 true JP3441924B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=15791429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16434697A Expired - Fee Related JP3441924B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-06-20 | 配線基板およびその実装構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3441924B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005281010A (ja) | 2004-03-26 | 2005-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 誘電体セラミック材料及び積層セラミック基板 |
| JP2006016215A (ja) | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 誘電体セラミック及び積層セラミック基板 |
| WO2023095605A1 (ja) * | 2021-11-25 | 2023-06-01 | 株式会社村田製作所 | ガラスセラミックス及び電子部品 |
-
1997
- 1997-06-20 JP JP16434697A patent/JP3441924B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1112029A (ja) | 1999-01-19 |
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