JP3450998B2 - 配線基板およびその実装構造 - Google Patents
配線基板およびその実装構造Info
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- 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
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する利用分野】本発明は、メタライズ配線層
を具備する配線基板と、マザーボードなどの外部電気回
路基板に対してその配線基板を実装する構造に関するも
のである。
を具備する配線基板と、マザーボードなどの外部電気回
路基板に対してその配線基板を実装する構造に関するも
のである。
【０００２】
【従来技術】従来、配線基板を用いた代表的な例とし
て、半導体素子、特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等
の半導体素子を収容するためのパッケージは、一般に半
導体素子を収容するキャビティを有するアルミナセラミ
ックス等の絶縁基板の内部にＷやＭｏなどのメタライズ
配線層が施され、絶縁基板の下面に形成された接続端子
を具備し、キャビティ内に半導体素子を実装して蓋体を
もって気密に封止した構造からなる。また、このような
パッケージは絶縁基板下面の接続端子と外部電気回路基
板の配線導体とを半田等のロウ材により接合して電気的
に接続して実装される。
て、半導体素子、特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等
の半導体素子を収容するためのパッケージは、一般に半
導体素子を収容するキャビティを有するアルミナセラミ
ックス等の絶縁基板の内部にＷやＭｏなどのメタライズ
配線層が施され、絶縁基板の下面に形成された接続端子
を具備し、キャビティ内に半導体素子を実装して蓋体を
もって気密に封止した構造からなる。また、このような
パッケージは絶縁基板下面の接続端子と外部電気回路基
板の配線導体とを半田等のロウ材により接合して電気的
に接続して実装される。
【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は増大し、またこれを収
納するパッケージの端子数も増大することになるが、パ
ッケージの小型化を追求する上では、パッケージにおけ
る端子の密度を高く必要がある。そこで、従来より、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（ＰＧＡ）、パッケージの４つの側面のすべてから
ガルウイング状（Ｌ字状）の金属ピンが導出された構造
のクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、さらに接続
端子を半田からなる球状端子により構成したボールグリ
ッドアレイ（ＢＧＡ）等が提案され、これらの中でもＢ
ＧＡが最も多用されている。
半導体素子に形成される電極数は増大し、またこれを収
納するパッケージの端子数も増大することになるが、パ
ッケージの小型化を追求する上では、パッケージにおけ
る端子の密度を高く必要がある。そこで、従来より、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（ＰＧＡ）、パッケージの４つの側面のすべてから
ガルウイング状（Ｌ字状）の金属ピンが導出された構造
のクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、さらに接続
端子を半田からなる球状端子により構成したボールグリ
ッドアレイ（ＢＧＡ）等が提案され、これらの中でもＢ
ＧＡが最も多用されている。
【０００４】このボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）は接
続端子を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。
続端子を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。
【０００５】また、最近では、配線基板における絶縁基
板としては、上記アルミナセラミックスに代えて８００
〜１０００℃で焼成可能なガラスセラミックスが用いら
れつつある。このガラスセラミックスは、Ｗ、Ｍｏより
も低抵抗の銅、金、銀などのを配線導体として用いるこ
とができる点で有利である。
板としては、上記アルミナセラミックスに代えて８００
〜１０００℃で焼成可能なガラスセラミックスが用いら
れつつある。このガラスセラミックスは、Ｗ、Ｍｏより
も低抵抗の銅、金、銀などのを配線導体として用いるこ
とができる点で有利である。
【０００６】従来のガラスセラミックスとしては、ホウ
珪酸ガラスに対して、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、
コージェライトなどのセラミックフィラーを配合して成
形後、銅、銀を含むペーストを印刷塗布して８５０〜１
０００℃の温度で同時焼成して配線基板が作製されてい
る。また、ガラスとしては、非晶質ガラスや、焼結体の
強度を高めるために、焼結過程に結晶化する、いわゆる
結晶化ガラスなどが用いられている。
珪酸ガラスに対して、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、
コージェライトなどのセラミックフィラーを配合して成
形後、銅、銀を含むペーストを印刷塗布して８５０〜１
０００℃の温度で同時焼成して配線基板が作製されてい
る。また、ガラスとしては、非晶質ガラスや、焼結体の
強度を高めるために、焼結過程に結晶化する、いわゆる
結晶化ガラスなどが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来から用いられてい
る上記のアルミナセラミックスやガラスセラミックス
は、セラミックスからなる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、線熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下と小さい。
そのため、この配線基板をガラス−エポキシ複合材料等
の絶縁体にＣｕ配線層が形成された線熱膨張係数が１１
〜１８ｐｐｍ／℃の外部電気回路基板に実装した場合、
半導体素子の作動時に発する熱が絶縁基板と外部電気回
路基板の両方に繰り返し印加され、配線基板と外部電気
回路基板との熱膨張差に起因する大きな熱応力によっ
て、半田実装部にクラックなどが発生する問題があっ
た。この熱応力は、配線基板の端子数が３００を超え、
パッケージそのものが大型化するに従い、その影響が増
大する傾向にある。また、ＣＳＰ（チップスケールパッ
ケージ）はＢＧＡ構造であるが、プリント基板との半田
接合高さが小さくなるため、１０〜２０ｍｍの小さなサ
イズでも熱膨張差の影響を強く受ける。
る上記のアルミナセラミックスやガラスセラミックス
は、セラミックスからなる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、線熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下と小さい。
そのため、この配線基板をガラス−エポキシ複合材料等
の絶縁体にＣｕ配線層が形成された線熱膨張係数が１１
〜１８ｐｐｍ／℃の外部電気回路基板に実装した場合、
半導体素子の作動時に発する熱が絶縁基板と外部電気回
路基板の両方に繰り返し印加され、配線基板と外部電気
回路基板との熱膨張差に起因する大きな熱応力によっ
て、半田実装部にクラックなどが発生する問題があっ
た。この熱応力は、配線基板の端子数が３００を超え、
パッケージそのものが大型化するに従い、その影響が増
大する傾向にある。また、ＣＳＰ（チップスケールパッ
ケージ）はＢＧＡ構造であるが、プリント基板との半田
接合高さが小さくなるため、１０〜２０ｍｍの小さなサ
イズでも熱膨張差の影響を強く受ける。
【０００８】そこで、配線基板における絶縁基板の熱膨
張係数を大きくしてプリント基板の熱膨張係数と近似さ
せることが考えられる。このような熱膨張係数の大きな
ガラスセラミックスとしては、例えば、特開平６−１９
１８８７号公報には、水晶片との熱膨張特性が近似する
１００〜１５０×１０-7／℃の線熱膨張係数を有する、
ガラス中にフォルステライトを３０〜７０重量％分散さ
せたガラスセラミック焼結体が、また、特開昭６３−１
１７９２９号公報においては、ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3 −Ｓ
ｉＯ2 系ガラスを用いたガラスセラミック体が提案され
ており、かかる公報によれば、化学組成と熱処理条件の
制御によって珪酸亜鉛の他にコーディライトまたは亜鉛
尖小石の結晶を生成させることで、熱膨張係数を制御で
きることが記載されている。
張係数を大きくしてプリント基板の熱膨張係数と近似さ
せることが考えられる。このような熱膨張係数の大きな
ガラスセラミックスとしては、例えば、特開平６−１９
１８８７号公報には、水晶片との熱膨張特性が近似する
１００〜１５０×１０-7／℃の線熱膨張係数を有する、
ガラス中にフォルステライトを３０〜７０重量％分散さ
せたガラスセラミック焼結体が、また、特開昭６３−１
１７９２９号公報においては、ＺｎＯ−Ａｌ2Ｏ3 −Ｓ
ｉＯ2 系ガラスを用いたガラスセラミック体が提案され
ており、かかる公報によれば、化学組成と熱処理条件の
制御によって珪酸亜鉛の他にコーディライトまたは亜鉛
尖小石の結晶を生成させることで、熱膨張係数を制御で
きることが記載されている。
【０００９】しかしながら、上記の高熱膨張のセラミッ
クスにおいては、高熱膨張性について言及され銅などの
メタライズとの同時焼結性、脱バインダー性、さらには
高熱膨張特性の制御の容易性の点に充分ではなく、メタ
ライズ配線層を具備する配線基板に対して適用するには
種々の課題を有していた。
クスにおいては、高熱膨張性について言及され銅などの
メタライズとの同時焼結性、脱バインダー性、さらには
高熱膨張特性の制御の容易性の点に充分ではなく、メタ
ライズ配線層を具備する配線基板に対して適用するには
種々の課題を有していた。
【００１０】これらの問題に対して、本発明者らは、Ｌ
ｉ2 Ｏを５〜３０重量％含有する低軟化点のリチウム珪
酸系ガラスに対して、フォルステライトやエンスタタイ
ト、クオーツなどのセラミックフィラーを用いてこれら
の配合量等を制御して安定した高熱膨張特性を有する配
線基板が作製できることを提案した。
ｉ2 Ｏを５〜３０重量％含有する低軟化点のリチウム珪
酸系ガラスに対して、フォルステライトやエンスタタイ
ト、クオーツなどのセラミックフィラーを用いてこれら
の配合量等を制御して安定した高熱膨張特性を有する配
線基板が作製できることを提案した。
【００１１】このような配線基板の実用化にあたって
は、原料コスト、製造コストの低減が必要であり、かか
る観点からは、銅などとの同時焼結性に影響をおよぼさ
ない範囲で、高価なリチウム珪酸系ガラスや、フォルス
テライトやエンスタタイトの配合量をできる限り低減す
ることが必要であり、ガラス量を５０重量％以下とする
ことが望まれるが、このようにガラス量が少なくなるに
従い、焼結性が低下し、その結果、焼結体中にボイドが
発生しやすくなるという問題があった。このボイドは、
その表面に形成される微細なメタライズ配線層の断線や
接続不良を引き起こす要因である。
は、原料コスト、製造コストの低減が必要であり、かか
る観点からは、銅などとの同時焼結性に影響をおよぼさ
ない範囲で、高価なリチウム珪酸系ガラスや、フォルス
テライトやエンスタタイトの配合量をできる限り低減す
ることが必要であり、ガラス量を５０重量％以下とする
ことが望まれるが、このようにガラス量が少なくなるに
従い、焼結性が低下し、その結果、焼結体中にボイドが
発生しやすくなるという問題があった。このボイドは、
その表面に形成される微細なメタライズ配線層の断線や
接続不良を引き起こす要因である。
【００１２】従って、本発明は、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長期に安定した
実装が可能であり、且つガラス量を低減してボイドの発
生を抑制した低コストの配線基板とその実装構造を提供
することを目的とするものである。
等を絶縁体とする外部電気回路に対して長期に安定した
実装が可能であり、且つガラス量を低減してボイドの発
生を抑制した低コストの配線基板とその実装構造を提供
することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に対して検討を重ねた結果、配線基板における絶縁基板
を、屈伏点が４００〜８００℃のガラス量に対して、セ
ラミックフィラーとして、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、
１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）と、クオーツ（ＳｉＯ2 ）を
用いることにより、先に提案したフォルステライトやエ
ンスタタイトを用いた場合に比較して、焼結性を高める
ことができる結果、ボイドの発生を抑制できることを見
いだし、本発明に至った。
に対して検討を重ねた結果、配線基板における絶縁基板
を、屈伏点が４００〜８００℃のガラス量に対して、セ
ラミックフィラーとして、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、
１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）と、クオーツ（ＳｉＯ2 ）を
用いることにより、先に提案したフォルステライトやエ
ンスタタイトを用いた場合に比較して、焼結性を高める
ことができる結果、ボイドの発生を抑制できることを見
いだし、本発明に至った。
【００１４】即ち、本発明の配線基板は、屈伏点が４０
０〜８００℃のガラスと、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ 2 （但し、
１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）と、クオーツを含む成形体を
８００〜１０００℃の温度で焼成して作製されたもので
あり、少なくともＭｇＯおよびＳｉＯ2 を構成成分とし
て含有する結晶相を１０〜６０重量％と、クオーツ結晶
相を５〜６０重量％と、ガラス相を２５〜７０重量％の
割合で含むとともに、ボイド面積占有率が１０％以下、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ
／℃のガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板と、該
絶縁基板の表面に形成されたメタライズ配線層とを具備
することを特徴とするものであり、また、具体的には、
屈伏点が４００〜８００℃のガラスを２５〜７０重量％
と、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦
５）を１０〜５０重量％と、クオーツを５〜６０重量％
の割合で含む成形体を８００〜１０００℃の温度で焼成
して作製されたものであることを特徴とする。
０〜８００℃のガラスと、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ 2 （但し、
１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）と、クオーツを含む成形体を
８００〜１０００℃の温度で焼成して作製されたもので
あり、少なくともＭｇＯおよびＳｉＯ2 を構成成分とし
て含有する結晶相を１０〜６０重量％と、クオーツ結晶
相を５〜６０重量％と、ガラス相を２５〜７０重量％の
割合で含むとともに、ボイド面積占有率が１０％以下、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ
／℃のガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板と、該
絶縁基板の表面に形成されたメタライズ配線層とを具備
することを特徴とするものであり、また、具体的には、
屈伏点が４００〜８００℃のガラスを２５〜７０重量％
と、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦
５）を１０〜５０重量％と、クオーツを５〜６０重量％
の割合で含む成形体を８００〜１０００℃の温度で焼成
して作製されたものであることを特徴とする。
【００１５】また、本発明の配線基板の実装構造は、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、上記の配線基板を前記配線導体
にロウ付けにより実装してなることを特徴とするもので
ある。
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、上記の配線基板を前記配線導体
にロウ付けにより実装してなることを特徴とするもので
ある。
【００１６】
【作用】本発明によれば、ガラス−エポキシ基板などの
プリント基板からなる外部電気回路に対して実装される
半導体素子収納用パッケージなどの配線基板として、４
０〜４００℃における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ／
℃のガラスセラミックスを用いることにより、絶縁基板
と外部電気回路基板との熱膨張係数の差が小さくなり、
その結果、熱膨張係数の相違に起因する熱応力によって
配線基板における接続端子と外部電気回路基板の配線導
体とが接続不良を起こすことがなく、これによっても内
部に収容する半導体素子と外部電気回路とを長期間にわ
たり正確に、且つ強固に電気的接続させることが可能と
なる。
プリント基板からなる外部電気回路に対して実装される
半導体素子収納用パッケージなどの配線基板として、４
０〜４００℃における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ／
℃のガラスセラミックスを用いることにより、絶縁基板
と外部電気回路基板との熱膨張係数の差が小さくなり、
その結果、熱膨張係数の相違に起因する熱応力によって
配線基板における接続端子と外部電気回路基板の配線導
体とが接続不良を起こすことがなく、これによっても内
部に収容する半導体素子と外部電気回路とを長期間にわ
たり正確に、且つ強固に電気的接続させることが可能と
なる。
【００１７】また、本発明によれば、ガラスセラミック
スからなる絶縁基板の製造において、屈伏点が４００〜
８００℃のガラス２５〜７０重量％に対して、フィラー
成分として、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、１＜ｎ＜２，
２＜ｎ≦５）を１０〜５０重量％と、クオーツを５〜６
０重量％を配合することにより、ガラス量を低減した場
合においても焼結性の低下を補い、ボイドの発生を抑制
した焼結体を作製することができる。
スからなる絶縁基板の製造において、屈伏点が４００〜
８００℃のガラス２５〜７０重量％に対して、フィラー
成分として、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、１＜ｎ＜２，
２＜ｎ≦５）を１０〜５０重量％と、クオーツを５〜６
０重量％を配合することにより、ガラス量を低減した場
合においても焼結性の低下を補い、ボイドの発生を抑制
した焼結体を作製することができる。
【００１８】つまり、最終的な焼結体中には、フォルス
テライトやエンスタタイトなどの結晶相が高熱膨張化を
図る上では不可欠の相であるが、フォルステライトやエ
ンスタタイトを出発原料として用いると少ないガラス量
では、焼結性が低下してしまう。そこで、本発明によれ
ば、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）やエンス
タタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）などの結晶相と、原料と
して、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ
≦５）と、クオーツ（ＳｉＯ2 ）とを用いて以下の反応 ２＜ｎ≦５の場合 nMgO ・SiO2＋SiO2 → (MgO・SiO2) ＋ (2MgO・SiO2) １＜ｎ＜２の場合 nMgO ・SiO2＋SiO2 → (MgO・SiO2) によって生成せしめる。
テライトやエンスタタイトなどの結晶相が高熱膨張化を
図る上では不可欠の相であるが、フォルステライトやエ
ンスタタイトを出発原料として用いると少ないガラス量
では、焼結性が低下してしまう。そこで、本発明によれ
ば、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）やエンス
タタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）などの結晶相と、原料と
して、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ
≦５）と、クオーツ（ＳｉＯ2 ）とを用いて以下の反応 ２＜ｎ≦５の場合 nMgO ・SiO2＋SiO2 → (MgO・SiO2) ＋ (2MgO・SiO2) １＜ｎ＜２の場合 nMgO ・SiO2＋SiO2 → (MgO・SiO2) によって生成せしめる。
【００１９】上記の反応は、いずれも９００℃前後で起
こるので、これらの原料の反応と同時に焼結が進行して
緻密化することができ、焼結体中のボイドを低減するこ
とができる。
こるので、これらの原料の反応と同時に焼結が進行して
緻密化することができ、焼結体中のボイドを低減するこ
とができる。
【００２０】このように、本発明によれば、フォルステ
ライトやエンスタタイトなどの高価な原料を用いること
なく、焼結性を改善しながら緻密化してボイドの少ない
焼結体を安価に製造することができる。
ライトやエンスタタイトなどの高価な原料を用いること
なく、焼結性を改善しながら緻密化してボイドの少ない
焼結体を安価に製造することができる。
【００２１】
【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概略断面図である。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それ示す。
付図面に基づき詳細に説明する。図１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概略断面図である。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それ示す。
【００２２】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
等の接着材を介して絶縁基板１に接着固定される。
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
等の接着材を介して絶縁基板１に接着固定される。
【００２３】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を介して高融点の半
田（錫−鉛合金）から成る球状端子４ｂがロウ材により
取着されている。
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を介して高融点の半
田（錫−鉛合金）から成る球状端子４ｂがロウ材により
取着されている。
【００２４】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絶縁材料からなり、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℃
の線熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃の特性を有し、
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、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体か
らなる。
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絶縁材料からなり、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℃
の線熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃の特性を有し、
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、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体か
らなる。
【００２５】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
下面の球状端子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、低融点の半田等のロウ材
により約２５０〜４００℃の温度で半田を溶融させて配
線導体と球状端子４ｂとの接合することにより、実装さ
れる。この時、配線導体８の表面には球状端子４とのロ
ウ材による接続を容易に行うために予めロウ材が被着形
成されていることが望ましい。
回路基板Ｂに実装するには、パッケージＡの絶縁基板１
下面の球状端子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、低融点の半田等のロウ材
により約２５０〜４００℃の温度で半田を溶融させて配
線導体と球状端子４ｂとの接合することにより、実装さ
れる。この時、配線導体８の表面には球状端子４とのロ
ウ材による接続を容易に行うために予めロウ材が被着形
成されていることが望ましい。
【００２６】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
などの配線基板における絶縁基板１として、４０〜４０
０℃の温度範囲における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ
／℃、特に９〜１４ｐｐｍ／℃の焼結体を用いることが
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、この線熱膨張
係数が９ｐｐｍ／℃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。
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
などの配線基板における絶縁基板１として、４０〜４０
０℃の温度範囲における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ
／℃、特に９〜１４ｐｐｍ／℃の焼結体を用いることが
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、この線熱膨張
係数が９ｐｐｍ／℃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。
【００２７】次に、本発明の配線基板の製造方法につい
て説明する。まず、原料粉末として、ガラスを２５〜７
０重量％、特に３０〜６０重量％と、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ
2 （但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）を１０〜５０重量
％、特に２０〜４０重量％と、クオーツを５〜６０重量
％、特に２０〜５０重量％の割合で配合する。なお、ガ
ラスの屈伏点は４００〜８００℃が望ましい。
て説明する。まず、原料粉末として、ガラスを２５〜７
０重量％、特に３０〜６０重量％と、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ
2 （但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）を１０〜５０重量
％、特に２０〜４０重量％と、クオーツを５〜６０重量
％、特に２０〜５０重量％の割合で配合する。なお、ガ
ラスの屈伏点は４００〜８００℃が望ましい。
【００２８】屈伏点が４００〜８００℃のガラスとして
は、Ｌｉ2 Ｏを４重量％以上含有するリチウム珪酸系ガ
ラスが最も望ましい。より具体的には、ＳｉＯ2 ６０〜
８０重量％、Ｌｉ2 Ｏを４〜１５重量％、ＣａＯを２〜
３０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を０．５〜１０重量％の割合で
含有するリチウム珪酸系結晶性ガラスが最も望ましい。
なお、ガラス中には、上記の成分以外に、ＭｇＯ、Ｔｉ
Ｏ2 、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＺｎＯ、Ｐ2 Ｏ5 、Ｓｂ2 Ｏ
3 などの酸化物が含まれていてもよい。
は、Ｌｉ2 Ｏを４重量％以上含有するリチウム珪酸系ガ
ラスが最も望ましい。より具体的には、ＳｉＯ2 ６０〜
８０重量％、Ｌｉ2 Ｏを４〜１５重量％、ＣａＯを２〜
３０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を０．５〜１０重量％の割合で
含有するリチウム珪酸系結晶性ガラスが最も望ましい。
なお、ガラス中には、上記の成分以外に、ＭｇＯ、Ｔｉ
Ｏ2 、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＺｎＯ、Ｐ2 Ｏ5 、Ｓｂ2 Ｏ
3 などの酸化物が含まれていてもよい。
【００２９】また、上記ガラスの４０℃〜４００℃にお
ける線熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃、特に、７〜１
３ｐｐｍ／℃であることが望ましい。これは、熱膨張係
数が上記範囲を逸脱すると添加する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。
ける線熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃、特に、７〜１
３ｐｐｍ／℃であることが望ましい。これは、熱膨張係
数が上記範囲を逸脱すると添加する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。
【００３０】一方、セラミックフィラーとして上記のガ
ラスとともに配合するｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 は、１＜ｎ＜
２の場合、エンスタタイトとＳｉＯ2 との均一混合体
か、ＳｉＯ2 からなるコアの表面にエンスタタイトから
なるシェルを具備する複合体からなるものであり、２＜
ｎ≦５の場合には、フォルステライトとＳｉＯ2 が固溶
したＭｇＯとの混合体か、あるいはフォルステライトか
らなるコアの表面にＭｇＯに富むＳｉＯ2 からなるシェ
ルを具備する複合体からなるものである。
ラスとともに配合するｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 は、１＜ｎ＜
２の場合、エンスタタイトとＳｉＯ2 との均一混合体
か、ＳｉＯ2 からなるコアの表面にエンスタタイトから
なるシェルを具備する複合体からなるものであり、２＜
ｎ≦５の場合には、フォルステライトとＳｉＯ2 が固溶
したＭｇＯとの混合体か、あるいはフォルステライトか
らなるコアの表面にＭｇＯに富むＳｉＯ2 からなるシェ
ルを具備する複合体からなるものである。
【００３１】なお、本発明において、ガラスおよびｎＭ
ｇＯ・ＳｉＯ2 やクオーツ量を前記範囲に限定したの
は、ガラス量が２５重量％よりも少ないと、１０００℃
以下の温度で緻密化できず、７０重量％を越えると、焼
結体が高コスト化となる。また、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 量
が１０重量％よりも少ないと原料のクオーツとの反応が
少なく焼結性の向上効果がなく、５０重量％を越える
と、９ｐｐｍ／℃以上の高熱膨張化が達成できない。ま
た、クオーツが５重量％よりも少ないと、９ｐｐｍ／℃
以上の高熱膨張化が達成できず、６０重量％を越える場
合、焼結に関与するガラス量およびｎＭｇＯ・ＳｉＯ2
量が少なくなるため焼結が不十分となる。
ｇＯ・ＳｉＯ2 やクオーツ量を前記範囲に限定したの
は、ガラス量が２５重量％よりも少ないと、１０００℃
以下の温度で緻密化できず、７０重量％を越えると、焼
結体が高コスト化となる。また、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 量
が１０重量％よりも少ないと原料のクオーツとの反応が
少なく焼結性の向上効果がなく、５０重量％を越える
と、９ｐｐｍ／℃以上の高熱膨張化が達成できない。ま
た、クオーツが５重量％よりも少ないと、９ｐｐｍ／℃
以上の高熱膨張化が達成できず、６０重量％を越える場
合、焼結に関与するガラス量およびｎＭｇＯ・ＳｉＯ2
量が少なくなるため焼結が不十分となる。
【００３２】ガラスの屈伏点を４００〜８００℃に限定
したのは、４００℃よりも低いとバインダーが熱分解す
る温度より低い温度で溶融するために脱バインダー性が
悪くなり、８００℃よりも高いとコストアップとなるた
めである。焼結性を考慮すれば、この屈伏点は４００〜
６５０℃であることが望ましい。
したのは、４００℃よりも低いとバインダーが熱分解す
る温度より低い温度で溶融するために脱バインダー性が
悪くなり、８００℃よりも高いとコストアップとなるた
めである。焼結性を考慮すれば、この屈伏点は４００〜
６５０℃であることが望ましい。
【００３３】また、フィラーとしては、上記のｎＭｇＯ
・ＳｉＯ2 、クオーツ以外に他のフィラーを添加するこ
とも可能である。他のフィラーとしては、焼結体の高熱
膨張化を図る上で、４０〜４００℃における線熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上、特に８ｐｐｍ／℃以上の酸化物
が望ましい。このような酸化物としては、クリストバラ
イト（ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（ＳｉＯ2 ）、スピネ
ル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ウォラストナイト（ＣａＯ
・ＳｉＯ2 ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・
ＳｉＯ2 ）、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 ）、カーネギアイト（Ｎ
ａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、ホウ酸マグネシウ
ム（２ＭｇＯ・Ｂ2 Ｏ3 ）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ
2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ
2 、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）などが挙げられ
る。
・ＳｉＯ2 、クオーツ以外に他のフィラーを添加するこ
とも可能である。他のフィラーとしては、焼結体の高熱
膨張化を図る上で、４０〜４００℃における線熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上、特に８ｐｐｍ／℃以上の酸化物
が望ましい。このような酸化物としては、クリストバラ
イト（ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（ＳｉＯ2 ）、スピネ
ル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ウォラストナイト（ＣａＯ
・ＳｉＯ2 ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・
ＳｉＯ2 ）、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 ）、カーネギアイト（Ｎ
ａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、ホウ酸マグネシウ
ム（２ＭｇＯ・Ｂ2 Ｏ3 ）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ
2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ
2 、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）などが挙げられ
る。
【００３４】さらに、セラミックフィラーは、焼成時の
収縮開始温度を上昇させることができるため、フィラー
含有量の調整により用いるメタライズの種類によりメタ
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
もできる。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。
収縮開始温度を上昇させることができるため、フィラー
含有量の調整により用いるメタライズの種類によりメタ
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
もできる。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。
【００３５】例えば、焼成温度が６００〜１０００℃の
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの１種以上からなるメタライズ
配線層と同時焼成する場合、結晶性ガラスの屈伏点が４
００℃〜６５０℃であり、フィラーの含有量は５０〜８
０体積％であるのが好ましい。屈伏点が４００℃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６００〜８０
０℃の金属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。
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの１種以上からなるメタライズ
配線層と同時焼成する場合、結晶性ガラスの屈伏点が４
００℃〜６５０℃であり、フィラーの含有量は５０〜８
０体積％であるのが好ましい。屈伏点が４００℃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６００〜８０
０℃の金属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。
【００３６】一方、屈伏点が６５０℃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がコスト
高となる。
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がコスト
高となる。
【００３７】上記のガラスとフィラーとの混合物は、適
当な成形の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。
当な成形の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。
【００３８】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。
合したバインダー成分を除去する。
【００３９】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Ｃｕを用いる場
合には、１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲
気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７０
０〜８５０℃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。
雰囲気中で行われるが、配線導体としてＣｕを用いる場
合には、１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲
気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７０
０〜８５０℃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。
【００４０】焼成は、８００℃〜１０００℃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８００℃より低いと緻
密化することができず、１０００℃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Ｃｕを用いる場合には、８５
０〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で行われる。
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８００℃より低いと緻
密化することができず、１０００℃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Ｃｕを用いる場合には、８５
０〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で行われる。
【００４１】このようにして作製されたガラスセラミッ
ク焼結体は、少なくともＭｇＯおよびＳｉＯ2 を構成成
分として含有する結晶相を１０〜６０重量％と、クオー
ツ結晶相を５〜６０重量％と、主として配合したガラス
に基づくガラス相を２５〜７０重量％の割合で含む。こ
のガラス相は、非晶質相であってもあるいは結晶化した
ガラスからなるものであってもよい。例えば、Ｌｉを４
重量％以上含有するリチウム珪酸系ガラスを用いた場合
には、非晶質または結晶化したもののいずれでもよく、
特にガラスからリチウム珪酸結晶が析出していること
が、高熱膨張化を達成する上で望ましい。
ク焼結体は、少なくともＭｇＯおよびＳｉＯ2 を構成成
分として含有する結晶相を１０〜６０重量％と、クオー
ツ結晶相を５〜６０重量％と、主として配合したガラス
に基づくガラス相を２５〜７０重量％の割合で含む。こ
のガラス相は、非晶質相であってもあるいは結晶化した
ガラスからなるものであってもよい。例えば、Ｌｉを４
重量％以上含有するリチウム珪酸系ガラスを用いた場合
には、非晶質または結晶化したもののいずれでもよく、
特にガラスからリチウム珪酸結晶が析出していること
が、高熱膨張化を達成する上で望ましい。
【００４２】また、少なくともＭｇＯおよびＳｉＯ2 を
構成成分として含有する結晶相としては、エンスタタイ
ト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、フォルステライト（２ＭｇＯ
・ＳｉＯ2 ）等の定比結晶相の他、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2
（１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）の不定比系のＭｇＯとＳｉ
Ｏ2 との固溶体であってもよい。特にエンスタタイトが
主として存在することが焼結体の低誘電率化を図る上で
望ましい。その他、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 やクオーツ以外
に他のフィラーを添加した場合には、それらのフィラー
による結晶相が含まれる。
構成成分として含有する結晶相としては、エンスタタイ
ト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、フォルステライト（２ＭｇＯ
・ＳｉＯ2 ）等の定比結晶相の他、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2
（１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）の不定比系のＭｇＯとＳｉ
Ｏ2 との固溶体であってもよい。特にエンスタタイトが
主として存在することが焼結体の低誘電率化を図る上で
望ましい。その他、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 やクオーツ以外
に他のフィラーを添加した場合には、それらのフィラー
による結晶相が含まれる。
【００４３】また、かかる焼結体によれば、焼結性が向
上することにより、ガラス量を２５〜５０重量％に少な
くした場合においても、ボイド面積占有率を１０％以
下、特に８％以下まで低減することができる。しかも、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ
／℃の高熱膨張特性を有するものである。
上することにより、ガラス量を２５〜５０重量％に少な
くした場合においても、ボイド面積占有率を１０％以
下、特に８％以下まで低減することができる。しかも、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ
／℃の高熱膨張特性を有するものである。
【００４４】また、上記焼結体を絶縁基板として、Ｃ
ｕ、Ａｇ、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、前述したような脱バインダー処理後、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
構造の配線基板を得ることができる。
ｕ、Ａｇ、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、前述したような脱バインダー処理後、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
構造の配線基板を得ることができる。
【００４５】
【実施例】結晶性ガラスとして、重量比率で
（Ａ）７４％ＳｉＯ2 −１４重量％Ｌｉ2 Ｏ−４％Ａｌ2 Ｏ3 −２％Ｐ2 Ｏ5
−２％Ｋ2 Ｏ−２％ＺｎＯ−２％Ｎａ2 Ｏ （屈伏点４８０℃）
（Ｂ）７３％ＳｉＯ2 −８重量％Ｌｉ2 Ｏ−１３％ＣａＯ−４％Ａｌ2 Ｏ3
−２％Ｋ2 Ｏ （屈伏点５４０℃）
（Ｃ）７５％ＳｉＯ2 −１０重量％Ｌｉ2 Ｏ−１０％ＣａＯ−５％ＭｇＯ
（屈伏点７００℃）
（Ｄ）６６％ＳｉＯ2 −１０重量％Ｌｉ2 Ｏ−１５％ＺｎＯ−４％Ａｌ2 Ｏ3
−２％Ｐ2 Ｏ5 −２％Ｎａ2 Ｏ−１％Ｋ2 Ｏ （屈伏点９００℃）
の４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、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 と、
クォーツ（ＳｉＯ2 、線熱膨張係数１５ｐｐｍ／℃）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。
すようにフィラー成分として、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 と、
クォーツ（ＳｉＯ2 、線熱膨張係数１５ｐｐｍ／℃）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。
【００４６】この混合組成物を粉砕後、パラフィンワッ
クスからなる有機バンダーを添加して充分に混合した
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Ｎ2 ＋Ｈ
2 Ｏ中で脱バインダー処理した後、窒素中で９００〜１
０００℃で焼成した。
クスからなる有機バンダーを添加して充分に混合した
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Ｎ2 ＋Ｈ
2 Ｏ中で脱バインダー処理した後、窒素中で９００〜１
０００℃で焼成した。
【００４７】得られた焼結体に対して、４０〜４００℃
の線熱膨張係数を測定し表１に示した。また、焼結体を
鏡面研摩した後、２００倍で撮影した断面写真を画像解
析処理してボイド面積占有率を求めた。さらに、Ｘ線回
折測定して生成した結晶相の比率をリートベルト法によ
って定量分析した。
の線熱膨張係数を測定し表１に示した。また、焼結体を
鏡面研摩した後、２００倍で撮影した断面写真を画像解
析処理してボイド面積占有率を求めた。さらに、Ｘ線回
折測定して生成した結晶相の比率をリートベルト法によ
って定量分析した。
【００４８】表１の組成からなる混合物に、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）を添加した作製したスラリーを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。
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）を添加した作製したスラリーを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。
【００４９】このグリーンシートの表面にＣｕ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
ーホールを形成しそのスルーホール内にもＣｕ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。この積層体を２００
〜８５０℃でＮ2 ＋Ｈ2 Ｏ中で脱バインダー後、表１の
焼成温度で１時間窒素雰囲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。
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
ーホールを形成しそのスルーホール内にもＣｕ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。この積層体を２００
〜８５０℃でＮ2 ＋Ｈ2 Ｏ中で脱バインダー後、表１の
焼成温度で１時間窒素雰囲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。
【００５０】得られた配線基板に対して、同時焼成によ
るＣｕメタライズ性について評価し、接着強度が２ｋｇ
／２ｍｍ角以上を○、２ｋｇ／２ｍｍ角未満、１．５ｋ
ｇ／２ｍｍ角以上を△、１．５ｋｇ／２ｍｍ角未満を×
として表記した。
るＣｕメタライズ性について評価し、接着強度が２ｋｇ
／２ｍｍ角以上を○、２ｋｇ／２ｍｍ角未満、１．５ｋ
ｇ／２ｍｍ角以上を△、１．５ｋｇ／２ｍｍ角未満を×
として表記した。
【００５１】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Ｃｕ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６０％−鉛４０％）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。一方、ガラ
ス−エポキシ基板からなる４０〜２００℃における線熱
膨張係数が１５ｐｐｍ／℃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。
続する箇所に凹部を形成しＣｕ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６０％−鉛４０％）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。一方、ガラ
ス−エポキシ基板からなる４０〜２００℃における線熱
膨張係数が１５ｐｐｍ／℃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。
【００５２】熱サイクル試験（ＴＣＴ）として、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。
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。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】表１、２の結果から明らかなように、フィ
ラーとしてフォルステライトとクオーツ、あるいはエン
スタタイトとクオーツとを組み合わせて配合した試料Ｎ
o.２、６、１２、１４では、高熱膨張特性を有するもの
の、いずれもガラス量３５重量％以下では、９００〜９
５０℃の焼成温度でボイドが１０％を越えるものであっ
た。
ラーとしてフォルステライトとクオーツ、あるいはエン
スタタイトとクオーツとを組み合わせて配合した試料Ｎ
o.２、６、１２、１４では、高熱膨張特性を有するもの
の、いずれもガラス量３５重量％以下では、９００〜９
５０℃の焼成温度でボイドが１０％を越えるものであっ
た。
【００５６】これに対して、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 （但
し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）とクオーツとを組み合わ
せることにより、焼結性が改善され、ボイド量を１０％
以下にまで低減することができた。
し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）とクオーツとを組み合わ
せることにより、焼結性が改善され、ボイド量を１０％
以下にまで低減することができた。
【００５７】但し、ガラス量が２５重量％よりも少ない
試料Ｎo.２０では、９５０℃で焼結不良が生じてボイド
が多く、また、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 が１０重量％よりも
少ない試料Ｎo.２６、２７ではボイド量が増大し、ｎＭ
ｇＯ・ＳｉＯ2 が５０重量％より多く、クオーツ量が５
重量％より少ない試料Ｎo.２５では熱膨張係数が低く、
クオーツ量が６０重量％より多い試料Ｎo.２６ではボイ
ド量が多いものであった。
試料Ｎo.２０では、９５０℃で焼結不良が生じてボイド
が多く、また、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2 が１０重量％よりも
少ない試料Ｎo.２６、２７ではボイド量が増大し、ｎＭ
ｇＯ・ＳｉＯ2 が５０重量％より多く、クオーツ量が５
重量％より少ない試料Ｎo.２５では熱膨張係数が低く、
クオーツ量が６０重量％より多い試料Ｎo.２６ではボイ
ド量が多いものであった。
【００５８】なお、線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ／℃
のガラスセラミックを絶縁基板とし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。
のガラスセラミックを絶縁基板とし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。
【００５９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の配線基板
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。また、本発明においては、ガラス
量の少ない系においても焼結性が改善され、ボイドの発
生を抑制することができ、その結果、表面平滑性等に優
れることから、メタライズ配線層の断線などの発生のな
い高信頼性、且つ低コストの配線基板を提供できる。
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。また、本発明においては、ガラス
量の少ない系においても焼結性が改善され、ボイドの発
生を抑制することができ、その結果、表面平滑性等に優
れることから、メタライズ配線層の断線などの発生のな
い高信頼性、且つ低コストの配線基板を提供できる。
【図１】本発明の配線基板の一例である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。
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。
【符号の説明】
Ａ 配線基板（ＢＧＡ型パッケージ）
Ｂ 外部電気回路基板
１ 絶縁基板
２ 蓋体
３ メタライズ配線層
４ 接続端子
４ａ接続パッド
４ｂ球状端子
５ 半導体素子
６ キャビティ
７ 絶縁体
８ 配線導体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 永江 謙一
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
(56)参考文献 特開 平９−74153（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−118035（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/12 - 23/15
Claims (3)
- 【請求項１】屈伏点が４００〜８００℃のガラスと、ｎ
ＭｇＯ・ＳｉＯ 2 （但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）
と、クオーツを含む成形体を８００〜１０００℃の温度
で焼成して作製されたものであり、少なくともＭｇＯお
よびＳｉＯ2 を構成成分として含有する結晶相を１０〜
６０重量％と、クオーツ結晶相を５〜６０重量％と、ガ
ラス相を２５〜７０重量％の割合で含むとともに、ボイ
ド面積占有率が１０％以下、４０〜４００℃における線
熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ／℃のガラスセラミック焼
結体からなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面に形成され
たメタライズ配線層とを具備することを特徴とする配線
基板。 - 【請求項２】前記絶縁基板が、屈伏点が４００〜８００
℃のガラスを２５〜７０重量％と、ｎＭｇＯ・ＳｉＯ2
（但し、１＜ｎ＜２，２＜ｎ≦５）を１０〜５０重量％
と、クオーツを５〜６０重量％の割合で含む成形体を８
００〜１０００℃の温度で焼成して作製されたものであ
る請求項１記載の配線基板。 - 【請求項３】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
配線基板を前記配線導体にロウ付けにより実装してなる
ことを特徴とする配線基板の実装構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26455797A JP3450998B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 配線基板およびその実装構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26455797A JP3450998B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 配線基板およびその実装構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11102996A JPH11102996A (ja) | 1999-04-13 |
| JP3450998B2 true JP3450998B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=17404942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26455797A Expired - Fee Related JP3450998B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 配線基板およびその実装構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3450998B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10120641B4 (de) * | 2000-04-27 | 2009-04-09 | Kyocera Corp. | Keramik mit sehr guten Hochfrequenzeigenschaften und Verfahren zu ihrer Herstellung |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP26455797A patent/JP3450998B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11102996A (ja) | 1999-04-13 |
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