JP3582975B2 - 配線基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体素子が搭載接続される配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子が搭載接続される外部電気回路基板は酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体と、該絶縁基体の表面及び内部に形成され、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料から成る複数個の配線導体とで構成されている。
【０００３】
かかる外部電気回路基板は一般にＭｏーＭｎ法等の厚膜形成技術を採用することによって形成され、具体的にはタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属から成る金属粉末に有機バインダー、溶剤等を添加し、ペースト状となした金属ペーストを生もしくは焼結セラミック体の外表面にスクリーン印刷法により配線導体となる所定パターンに印刷塗布し、次にこれを還元雰囲気中で焼成し、高融点金属とセラミック体とを焼結一体化させることによって形成されている。
【０００４】
また近時、電子機器の小型化に対応して外部電気回路基板も小型にして、かつ配線導体を高密度に形成することが要求されるようになってきており、これに対応するために配線導体を厚膜形成技術に変えて微細配線が可能な薄膜形成技術で形成した外部電気回路基板も使用されるようになってきた。
【０００５】
この配線導体を薄膜形成技術で形成した外部電気回路基板は、絶縁基体上に、例えば、窒化タンタルやニッケル・クロム合金等から成る接着層と、ニッケル・クロム合金やチタン・タングステン合金、ニッケル、パラジウム等から成る中間層と、金や銅等から成る主導体層をイオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法、メッキ法等の薄膜形成技術を採用することによって順次被着させ、次に、これらの各層をフォトリソグラフィー技術で所定パターンに加工し、配線導体とすることによって形成されている。
【０００６】
かかる外部電気回路基板は、絶縁基体の上面に、下面に電極を有する半導体素子が載置され、絶縁基体上面の配線導体と半導体素子の下面の電極とを半田等を介し接合させることによって半導体素子が搭載接続されることとなり、配線導体を介して半導体素子に所定の電気信号を出し入れすることによって半導体素子が駆動する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、情報処理装置は高性能化が急激に進展し、これに伴って、半導体素子も高速駆動が行われ、ノイズの影響を極めて受け易いものになってきたこと、従来の外部電気回路基板はタングステン、モリブデン等から成る配線層が高調波のノイズを伝搬させ易いこと等から外部電気回路基板の配線導体に高調波のノイズが入り込んだ場合、このノイズがそのまま配線導体を介して半導体素子に入り込み、半導体素子を誤動作させるという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、半導体素子と従来の外部電気回路基板との間に配され、外部電気回路基板の配線導体に入り込んだノイズがそのまま半導体素子に入り込むのを有効に防止し、半導体素子を長期間にわたり正常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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、厚み方向に複数個の貫通孔を有する絶縁基体と、前記貫通孔内に充填され、一端が絶縁基体の上面に導出されて半導体素子の電極が接続される上部接続パッドを形成し、他端が絶縁基体の下面に導出されて外部電気回路基板の配線導体が接続される下部接続パッドを形成する、前記絶縁基体と同時焼成された複数個の配線層とから成る配線基板であって、前記絶縁基体は、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する、焼成温度が８００〜１０５０℃の焼結体から成り、かつ貫通孔の内壁に予め磁性材料が塗布されており、前記フィラー成分におけるクオーツ／フォルステライト比が０．４２７以上であることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記磁性材料の含有量が５０〜９０重量％であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体設けた配線層が形成される貫通孔の周辺に磁性材料を含有させたことから配線層にノイズが伝搬した場合、そのノイズは配線層の周囲に配されている磁性材料で熱エネルギーに変換されて吸収され、その結果、ノイズが半導体素子に入り込むことはなく、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【００１２】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体を、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成しており、該焼結体はその焼成温度が８５０〜１０５０℃と低いことから銅、銀、金等の融点が低く、導通抵抗の低い材料から成る配線層を同時焼成によって形成することが可能となり、配線層を電気信号が伝搬した際、電気信号に減衰等が生じるのを有効に防止して半導体素子を正確に作動させることもできる。
【００１３】
同時に絶縁基体の焼成温度が低いことから絶縁基体の貫通孔周辺に磁性材料を含有させても該磁性材料は磁性を失うことはなく、これによって磁性材料はノイズを良好に吸収することができ、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【００１４】
【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の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は配線層である。
【００１５】
前記絶縁基体１はＬｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む成形体を焼成することによって得られる焼結体から成り、その厚み方向に貫通する複数個の貫通孔３が形成されており、該貫通孔３内には銅、銀、金等から成る導通抵抗の小さい金属材料から成る配線層２が形成されている。
【００１６】
前記絶縁基体１に形成されている貫通孔３は、絶縁基体１となる成形体に、例えば、金型によるパンチング孔開け加工法を採用することによって直径８０μｍ〜２５０μｍに形成される。
【００１７】
前記絶縁基体１に形成した貫通孔３内には配線層２が形成されており、該配線層２は外部電気回路基板５の配線導体５ａと半導体素子４の電極４ａとを電気的に接続させる作用をなし、配線層２の一端を絶縁基体１の上面に導出させて上部電極パッド２ａを形成するとともに、他端を絶縁基体１の下面に導出させて下部接続パッド２ｂを形成し、上部接続パッド２ａに半導体素子４の電極４ａを半田等から成る導電性接合材６を介して接合させ、下部接続パッド２ｂに外部電気回路基板５の配線導体５ａを半田等から成る導電性接合材７を介して接合させれば半導体素子４の電極４ａは配線層２を介して外部電気回路基板５の配線導体５ａに接続されることとなり、これによって外部電気回路より半導体素子４に電気信号が出し入れされ、半導体素子４を作動させることができる。
【００１８】
前記配線層２は、例えば、銅、銀、金等の電気抵抗率が３μΩ・ｃｍ以下の金属材料から成り、該銅や銀、金等から成る配線層５はその電気抵抗値が低いことから電気信号が伝搬しても電気信号に減衰や遅延を生じることはない。
【００１９】
また前記配線層２は例えば、銅や銀、金等の金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤、可塑剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となる成形体に形成した貫通孔内に充填しておき、成形体の焼成と同時焼成によって絶縁基体１の貫通孔３内に形成される。
【００２０】
更に前記絶縁基体１は導電層２が形成されている貫通孔３の周辺に磁性材料が含有されており、該磁性材料によって配線層２に外部電気回路からノイズが入り込んで伝搬したとしても、その伝搬するノイズは熱エネルギーに変換されて吸収され、ノイズが半導体素子４に入り込むことはない。
【００２１】
かくして、上述の配線基板によれば、絶縁基体１の上面に半導体素子４を搭載させ、上部接続パッド２ａに半導体素子４の電極４ａを半田等から成る導電性接合材６を介して接続させるとともに、下部接続パッド２ｂを外部電気回路基板５の配線導体５ａに半田等から成る導電性接合材７を介し接続させれば半導体素子４の電極４ａは配線層２を介して外部電気回路基板５の配線導体５ａに接続されることとなり、配線導体５ａより配線層２を介して半導体素子４に電気信号を出し入れすれば半導体素子４は所定の駆動を行うこととなる。
【００２２】
本発明の配線基板においては絶縁基体１を、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成し、フィラー成分であるクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの結晶相をそのまま生成させる、或いはリチウム珪酸ガラスのシリカとフォルステライトとを反応させてエンスタタイトの結晶相を生成させた焼結体により形成することが重要である。
【００２３】
前記リチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％、フィラー成分を２０〜８０体積％の割合とするのは、リチウム珪酸ガラスの量が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、配線層２を銅や銀、金等の融点が低い金属材料で形成しようとしてもかかる金属材料は融点が低いことから焼成時に溶融してしまって配線層２を絶縁基体１と同時焼成により形成することができなくなり、またリチウム珪酸ガラスの量が８０体積％を超える、言い換えればフィラー成分が２０体積％より少ないと焼結体の特性がリチウム珪酸ガラスの特性に大きく依存し、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層２との同時焼成が困難となってしまうためである。
【００２４】
また前記絶縁基体１に使用する焼結体は、Ｌｉ２ Ｏを５〜３０重量％、好適には５〜２０重量％の割合で含有するリチウム珪酸ガラスを用いることが重要であり、このようなリチウム珪酸ガラスを用いることによりリチウム珪酸を析出させることができる。なお、Ｌｉ２ Ｏの含有量が５重量％より少ないと、焼結時にリチウム珪酸の結晶の生成量が少なくなって高強度化が達成できず、３０重量％より多いと誘電正接が１００×１０−４を超えるため配線基板用の絶縁基体としての特性が劣化する。
【００２５】
また、この焼結体中にはＰｂを実質的に含まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するため、Ｐｂを含有すると製造工程中での被毒を防止するための格別な装置及び管理を必要とするために焼結体を安価に製造することができないためである。なお、Ｐｂが不純物として不可避的に混入する場合を考慮すると、Ｐｂの量は０．０５重量％以下であることが望ましい。
【００２６】
更に前記焼結体の屈伏点が４００〜８００℃、特に４００〜６５０℃であることも、リチウム珪酸ガラス及びフィラー成分から成る混合物を成形する場合に添加する有機バインダー、溶剤の焼成時における効率的な除去及び絶縁基体１と同時に焼成される配線層２との焼成条件のマッチングを図るために重要である。屈伏点が４００℃より低いとリチウム珪酸ガラスが低い温度で焼結を開始するために、例えば、銀や銅等の焼結開始温度が６００〜８００℃の金属材料を用いた配線層２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有機バインダー、溶媒が分解揮散できなくなって、焼結体中に残留し、焼結体の特性に悪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、リチウム珪酸ガラスを多くしないと焼結しにくくなるためであり、高価なリチウム珪酸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もなるためである。
【００２７】
上記特性を満足するリチウム珪酸ガラスとしては、例えば、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ 、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＭｇＯーＴｉＯ２ 、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＭｇＯーＮａ２ ＯーＦ、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＫ２ ＯーＮａ２ ＯーＺｎＯ、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＫ２ ＯーＰ２ Ｏ５ 、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＫ２ ＯーＰ２ Ｏ５ −ＺｎＯ−Ｎａ２ Ｏ、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＭｇＯ
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＺｎＯ
等の組成物が挙げられ、このうち、ＳｉＯ２ は、リチウム珪酸を形成するために必須の成分であり、ガラス全量中６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ２ とＬｉ２ Ｏとの合量がガラス全量中６５〜９５重量％であることがリチウム珪酸結晶を析出させる上で望ましい。
【００２８】
一方、フィラー成分としては、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトを２０〜８０体積％、特に３０〜７０体積％の割合で配合することが望ましい。このようなフィラー成分の組合せにより焼結体の焼結を促進することができ、クォーツ／フォルステライト比が０．４２７以上であるので、比誘電率が高いフォルステライトを焼結中に比誘電率の低いエンスタタイトに変えることができる。
【００２９】
上記のリチウム珪酸ガラスおよびフィラー成分は、リチウム珪酸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。すなわち、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が４００℃〜６００℃と低い場合、低温での焼結性が高まるためフィラー成分の含有量は５０〜８０体積％と比較的多く配合できる。これに対して、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が６５０℃〜８００℃と高い場合、焼結性が低下するためフィラー成分の含有量は２０〜５０体積％と比較的少なく配合することが望ましい。このリチウム珪酸ガラスの屈伏点は配線層２の焼成条件に合わせて制御することが望ましい。
【００３０】
さらにリチウム珪酸ガラスは、フィラー成分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、配線層２を絶縁基体１に同時焼成により被着形成することができない。しかし、フィラー成分を２０〜８０体積％の割合で混合しておくと、焼成温度を上昇させ、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。このフィラー成分の含有量の調整により絶縁基体１と配線層２との同時焼成条件をマッチングさせることができる。さらに、原料コストを下げるために高価なリチウム珪酸ガラスの含有量を減少させることができる。
【００３１】
例えば、配線層２として銅を主成分とする金属材料により構成する場合、配線層２の焼成は６００〜１１００℃で行なわれるため、同時焼成を行なうには、リチウム珪酸ガラスの屈伏点は４００℃〜６５０℃で、フィラー成分の含有量は５０〜８０体積％であるのが好ましい。また、このように高価なリチウム珪酸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。
【００３２】
このリチウム珪酸ガラスとフィラー成分との混合物は、適当な成形用の有機バインダー、溶剤等を添加した後、所望の成形手段、例えばドクターブレード法・圧延法・金型プレス法等によりシー卜状等の任意の形状に成形後、焼成する。
【００３３】
焼成に当たっては、まず、成形のために添加した有機溶剤、溶媒成分を除去する。有機バインダー、溶剤成分の除去は通常７００℃前後の大気雰囲気中で行なわれるが、配線層２として銅を用いる場合には、水蒸気を含有する１００〜７００℃の窒素雰囲気中で行なわれる。このとき、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有機バインダー、溶剤成分の除去が困難となるため、成形体中のリチウム珪酸ガラスの特性、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。
【００３４】
焼成は、配線層２と同時焼成するために非酸化性雰囲気中で行なわれ、これにより相対密度９０％以上まで緻密化される。なお、配線層２として銅を用いる場合には、８５０〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で行なわれる。
【００３５】
また本発明の配線基板においては、絶縁基体１の貫通孔３周辺に磁性材料を含有させておくことが重要である。
【００３６】
前記磁性材料は配線層２に入り込んだノイズを熱エネルギーに変換して吸収し、ノイズが半導体素子４に入り込むのを防止する作用をなす。
【００３７】
前記磁性材料としてはＺｎＦｅ２ Ｏ４ 、ＭｎＦｅ２ Ｏ４ 、ＦｅＦｅ２ Ｏ４ 、ＣｏＦｅ２ Ｏ４ 、ＮｉＦｅ２ Ｏ４ 、ＣｕＦｅ２ Ｏ４ の少なくとも１種が好適に使用され、その量が含有される領域の絶縁基体１の量に対して９０重量％を超えると磁性材料が含有される領域のリチウム珪酸ガラスの量が少なくなって絶縁基体１及び配線層２と同時焼成することが困難となり、また５０重量％未満となると半導体素子４にノイズが入り込むのを良好に防止するのが困難となる。従って、前記磁性材料は該磁性材料が含有させる領域の絶縁基体１の量に対して５０乃至９０重量％の範囲としておくことが好ましい。
【００３８】
なお、前記磁性材料は絶縁基体１となる成形体に設けた貫通孔の内壁に予め磁性材料を塗布しておくことによって絶縁基体１の貫通孔３周辺に含有される。
【００３９】
また前記磁性材料は、絶縁基体１がＬｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体から成り、焼成温度が８００〜１０５０℃と低いことから焼成時に磁性を失なうことはなく、これによって磁性材料は配線層２を伝搬するノイズを確実に熱エネルギーに変換させて吸収することができ、半導体素子４にノイズが入り込むのを有効に防止することができる。
【００４０】
更に前記磁性材料はその粒径が０．５μｍ未満となるとリチウム珪酸ガラスとの反応性が高くなって分解し、磁性材料としての機能を失ってしまう危険性があり、また１０μｍを超えると磁性材料が含有される領域の焼結性が低下するため絶縁基体１及び配線層２と同時焼成することが困難となる。従って、前記磁性材料はその粒径を０．５〜１０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００４１】
なお、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る。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体に設けた配線層が形成される貫通孔の内壁に予め磁性材料を塗布させたことから配線層にノイズが伝搬した場合、そのノイズは配線層の周囲に配されている磁性材料で熱エネルギーに変換されて吸収され、その結果、ノイズが半導体素子に入り込むことはなく、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【００４３】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体を、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成しており、該焼結体はその焼成温度が８５０〜１０５０℃と低いことから銅、銀、金等の融点が低く、導通抵抗の低い材料から成る配線層を同時焼成によって形成することが可能となり、配線層を電気信号が伝搬した際、電気信号に減衰等が生じるのを有効に防止して半導体素子を正確に作動させることもできる。
【００４４】
同時に絶縁基体の焼成温度が低いことから絶縁基体の貫通孔周辺に磁性材料を含有させても該磁性材料は磁性を失うことはなく、これによって磁性材料はノイズを良好に吸収することができ、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
２・・・・配線層
２ａ・・・上部接続パッド
２ｂ・・・下部接続パッド
３・・・・貫通孔
４・・・・半導体素子
５・・・・外部電気回路基板
５ａ・・・外部電気回路基板の配線導体
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体素子が搭載接続される配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子が搭載接続される外部電気回路基板は酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体と、該絶縁基体の表面及び内部に形成され、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料から成る複数個の配線導体とで構成されている。
【０００３】
かかる外部電気回路基板は一般にＭｏーＭｎ法等の厚膜形成技術を採用することによって形成され、具体的にはタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属から成る金属粉末に有機バインダー、溶剤等を添加し、ペースト状となした金属ペーストを生もしくは焼結セラミック体の外表面にスクリーン印刷法により配線導体となる所定パターンに印刷塗布し、次にこれを還元雰囲気中で焼成し、高融点金属とセラミック体とを焼結一体化させることによって形成されている。
【０００４】
また近時、電子機器の小型化に対応して外部電気回路基板も小型にして、かつ配線導体を高密度に形成することが要求されるようになってきており、これに対応するために配線導体を厚膜形成技術に変えて微細配線が可能な薄膜形成技術で形成した外部電気回路基板も使用されるようになってきた。
【０００５】
この配線導体を薄膜形成技術で形成した外部電気回路基板は、絶縁基体上に、例えば、窒化タンタルやニッケル・クロム合金等から成る接着層と、ニッケル・クロム合金やチタン・タングステン合金、ニッケル、パラジウム等から成る中間層と、金や銅等から成る主導体層をイオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法、メッキ法等の薄膜形成技術を採用することによって順次被着させ、次に、これらの各層をフォトリソグラフィー技術で所定パターンに加工し、配線導体とすることによって形成されている。
【０００６】
かかる外部電気回路基板は、絶縁基体の上面に、下面に電極を有する半導体素子が載置され、絶縁基体上面の配線導体と半導体素子の下面の電極とを半田等を介し接合させることによって半導体素子が搭載接続されることとなり、配線導体を介して半導体素子に所定の電気信号を出し入れすることによって半導体素子が駆動する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、情報処理装置は高性能化が急激に進展し、これに伴って、半導体素子も高速駆動が行われ、ノイズの影響を極めて受け易いものになってきたこと、従来の外部電気回路基板はタングステン、モリブデン等から成る配線層が高調波のノイズを伝搬させ易いこと等から外部電気回路基板の配線導体に高調波のノイズが入り込んだ場合、このノイズがそのまま配線導体を介して半導体素子に入り込み、半導体素子を誤動作させるという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、半導体素子と従来の外部電気回路基板との間に配され、外部電気回路基板の配線導体に入り込んだノイズがそのまま半導体素子に入り込むのを有効に防止し、半導体素子を長期間にわたり正常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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、厚み方向に複数個の貫通孔を有する絶縁基体と、前記貫通孔内に充填され、一端が絶縁基体の上面に導出されて半導体素子の電極が接続される上部接続パッドを形成し、他端が絶縁基体の下面に導出されて外部電気回路基板の配線導体が接続される下部接続パッドを形成する、前記絶縁基体と同時焼成された複数個の配線層とから成る配線基板であって、前記絶縁基体は、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する、焼成温度が８００〜１０５０℃の焼結体から成り、かつ貫通孔の内壁に予め磁性材料が塗布されており、前記フィラー成分におけるクオーツ／フォルステライト比が０．４２７以上であることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記磁性材料の含有量が５０〜９０重量％であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体設けた配線層が形成される貫通孔の周辺に磁性材料を含有させたことから配線層にノイズが伝搬した場合、そのノイズは配線層の周囲に配されている磁性材料で熱エネルギーに変換されて吸収され、その結果、ノイズが半導体素子に入り込むことはなく、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【００１２】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体を、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成しており、該焼結体はその焼成温度が８５０〜１０５０℃と低いことから銅、銀、金等の融点が低く、導通抵抗の低い材料から成る配線層を同時焼成によって形成することが可能となり、配線層を電気信号が伝搬した際、電気信号に減衰等が生じるのを有効に防止して半導体素子を正確に作動させることもできる。
【００１３】
同時に絶縁基体の焼成温度が低いことから絶縁基体の貫通孔周辺に磁性材料を含有させても該磁性材料は磁性を失うことはなく、これによって磁性材料はノイズを良好に吸収することができ、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【００１４】
【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の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は配線層である。
【００１５】
前記絶縁基体１はＬｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む成形体を焼成することによって得られる焼結体から成り、その厚み方向に貫通する複数個の貫通孔３が形成されており、該貫通孔３内には銅、銀、金等から成る導通抵抗の小さい金属材料から成る配線層２が形成されている。
【００１６】
前記絶縁基体１に形成されている貫通孔３は、絶縁基体１となる成形体に、例えば、金型によるパンチング孔開け加工法を採用することによって直径８０μｍ〜２５０μｍに形成される。
【００１７】
前記絶縁基体１に形成した貫通孔３内には配線層２が形成されており、該配線層２は外部電気回路基板５の配線導体５ａと半導体素子４の電極４ａとを電気的に接続させる作用をなし、配線層２の一端を絶縁基体１の上面に導出させて上部電極パッド２ａを形成するとともに、他端を絶縁基体１の下面に導出させて下部接続パッド２ｂを形成し、上部接続パッド２ａに半導体素子４の電極４ａを半田等から成る導電性接合材６を介して接合させ、下部接続パッド２ｂに外部電気回路基板５の配線導体５ａを半田等から成る導電性接合材７を介して接合させれば半導体素子４の電極４ａは配線層２を介して外部電気回路基板５の配線導体５ａに接続されることとなり、これによって外部電気回路より半導体素子４に電気信号が出し入れされ、半導体素子４を作動させることができる。
【００１８】
前記配線層２は、例えば、銅、銀、金等の電気抵抗率が３μΩ・ｃｍ以下の金属材料から成り、該銅や銀、金等から成る配線層５はその電気抵抗値が低いことから電気信号が伝搬しても電気信号に減衰や遅延を生じることはない。
【００１９】
また前記配線層２は例えば、銅や銀、金等の金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤、可塑剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となる成形体に形成した貫通孔内に充填しておき、成形体の焼成と同時焼成によって絶縁基体１の貫通孔３内に形成される。
【００２０】
更に前記絶縁基体１は導電層２が形成されている貫通孔３の周辺に磁性材料が含有されており、該磁性材料によって配線層２に外部電気回路からノイズが入り込んで伝搬したとしても、その伝搬するノイズは熱エネルギーに変換されて吸収され、ノイズが半導体素子４に入り込むことはない。
【００２１】
かくして、上述の配線基板によれば、絶縁基体１の上面に半導体素子４を搭載させ、上部接続パッド２ａに半導体素子４の電極４ａを半田等から成る導電性接合材６を介して接続させるとともに、下部接続パッド２ｂを外部電気回路基板５の配線導体５ａに半田等から成る導電性接合材７を介し接続させれば半導体素子４の電極４ａは配線層２を介して外部電気回路基板５の配線導体５ａに接続されることとなり、配線導体５ａより配線層２を介して半導体素子４に電気信号を出し入れすれば半導体素子４は所定の駆動を行うこととなる。
【００２２】
本発明の配線基板においては絶縁基体１を、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成し、フィラー成分であるクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの結晶相をそのまま生成させる、或いはリチウム珪酸ガラスのシリカとフォルステライトとを反応させてエンスタタイトの結晶相を生成させた焼結体により形成することが重要である。
【００２３】
前記リチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％、フィラー成分を２０〜８０体積％の割合とするのは、リチウム珪酸ガラスの量が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、配線層２を銅や銀、金等の融点が低い金属材料で形成しようとしてもかかる金属材料は融点が低いことから焼成時に溶融してしまって配線層２を絶縁基体１と同時焼成により形成することができなくなり、またリチウム珪酸ガラスの量が８０体積％を超える、言い換えればフィラー成分が２０体積％より少ないと焼結体の特性がリチウム珪酸ガラスの特性に大きく依存し、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層２との同時焼成が困難となってしまうためである。
【００２４】
また前記絶縁基体１に使用する焼結体は、Ｌｉ２ Ｏを５〜３０重量％、好適には５〜２０重量％の割合で含有するリチウム珪酸ガラスを用いることが重要であり、このようなリチウム珪酸ガラスを用いることによりリチウム珪酸を析出させることができる。なお、Ｌｉ２ Ｏの含有量が５重量％より少ないと、焼結時にリチウム珪酸の結晶の生成量が少なくなって高強度化が達成できず、３０重量％より多いと誘電正接が１００×１０−４を超えるため配線基板用の絶縁基体としての特性が劣化する。
【００２５】
また、この焼結体中にはＰｂを実質的に含まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するため、Ｐｂを含有すると製造工程中での被毒を防止するための格別な装置及び管理を必要とするために焼結体を安価に製造することができないためである。なお、Ｐｂが不純物として不可避的に混入する場合を考慮すると、Ｐｂの量は０．０５重量％以下であることが望ましい。
【００２６】
更に前記焼結体の屈伏点が４００〜８００℃、特に４００〜６５０℃であることも、リチウム珪酸ガラス及びフィラー成分から成る混合物を成形する場合に添加する有機バインダー、溶剤の焼成時における効率的な除去及び絶縁基体１と同時に焼成される配線層２との焼成条件のマッチングを図るために重要である。屈伏点が４００℃より低いとリチウム珪酸ガラスが低い温度で焼結を開始するために、例えば、銀や銅等の焼結開始温度が６００〜８００℃の金属材料を用いた配線層２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有機バインダー、溶媒が分解揮散できなくなって、焼結体中に残留し、焼結体の特性に悪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、リチウム珪酸ガラスを多くしないと焼結しにくくなるためであり、高価なリチウム珪酸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もなるためである。
【００２７】
上記特性を満足するリチウム珪酸ガラスとしては、例えば、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ 、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＭｇＯーＴｉＯ２ 、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＭｇＯーＮａ２ ＯーＦ、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＫ２ ＯーＮａ２ ＯーＺｎＯ、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＫ２ ＯーＰ２ Ｏ５ 、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＡ１２ Ｏ３ ーＫ２ ＯーＰ２ Ｏ５ −ＺｎＯ−Ｎａ２ Ｏ、
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＭｇＯ
ＳｉＯ２ ーＬｉ２ ＯーＺｎＯ
等の組成物が挙げられ、このうち、ＳｉＯ２ は、リチウム珪酸を形成するために必須の成分であり、ガラス全量中６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ２ とＬｉ２ Ｏとの合量がガラス全量中６５〜９５重量％であることがリチウム珪酸結晶を析出させる上で望ましい。
【００２８】
一方、フィラー成分としては、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトを２０〜８０体積％、特に３０〜７０体積％の割合で配合することが望ましい。このようなフィラー成分の組合せにより焼結体の焼結を促進することができ、クォーツ／フォルステライト比が０．４２７以上であるので、比誘電率が高いフォルステライトを焼結中に比誘電率の低いエンスタタイトに変えることができる。
【００２９】
上記のリチウム珪酸ガラスおよびフィラー成分は、リチウム珪酸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。すなわち、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が４００℃〜６００℃と低い場合、低温での焼結性が高まるためフィラー成分の含有量は５０〜８０体積％と比較的多く配合できる。これに対して、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が６５０℃〜８００℃と高い場合、焼結性が低下するためフィラー成分の含有量は２０〜５０体積％と比較的少なく配合することが望ましい。このリチウム珪酸ガラスの屈伏点は配線層２の焼成条件に合わせて制御することが望ましい。
【００３０】
さらにリチウム珪酸ガラスは、フィラー成分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、配線層２を絶縁基体１に同時焼成により被着形成することができない。しかし、フィラー成分を２０〜８０体積％の割合で混合しておくと、焼成温度を上昇させ、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。このフィラー成分の含有量の調整により絶縁基体１と配線層２との同時焼成条件をマッチングさせることができる。さらに、原料コストを下げるために高価なリチウム珪酸ガラスの含有量を減少させることができる。
【００３１】
例えば、配線層２として銅を主成分とする金属材料により構成する場合、配線層２の焼成は６００〜１１００℃で行なわれるため、同時焼成を行なうには、リチウム珪酸ガラスの屈伏点は４００℃〜６５０℃で、フィラー成分の含有量は５０〜８０体積％であるのが好ましい。また、このように高価なリチウム珪酸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。
【００３２】
このリチウム珪酸ガラスとフィラー成分との混合物は、適当な成形用の有機バインダー、溶剤等を添加した後、所望の成形手段、例えばドクターブレード法・圧延法・金型プレス法等によりシー卜状等の任意の形状に成形後、焼成する。
【００３３】
焼成に当たっては、まず、成形のために添加した有機溶剤、溶媒成分を除去する。有機バインダー、溶剤成分の除去は通常７００℃前後の大気雰囲気中で行なわれるが、配線層２として銅を用いる場合には、水蒸気を含有する１００〜７００℃の窒素雰囲気中で行なわれる。このとき、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有機バインダー、溶剤成分の除去が困難となるため、成形体中のリチウム珪酸ガラスの特性、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。
【００３４】
焼成は、配線層２と同時焼成するために非酸化性雰囲気中で行なわれ、これにより相対密度９０％以上まで緻密化される。なお、配線層２として銅を用いる場合には、８５０〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で行なわれる。
【００３５】
また本発明の配線基板においては、絶縁基体１の貫通孔３周辺に磁性材料を含有させておくことが重要である。
【００３６】
前記磁性材料は配線層２に入り込んだノイズを熱エネルギーに変換して吸収し、ノイズが半導体素子４に入り込むのを防止する作用をなす。
【００３７】
前記磁性材料としてはＺｎＦｅ２ Ｏ４ 、ＭｎＦｅ２ Ｏ４ 、ＦｅＦｅ２ Ｏ４ 、ＣｏＦｅ２ Ｏ４ 、ＮｉＦｅ２ Ｏ４ 、ＣｕＦｅ２ Ｏ４ の少なくとも１種が好適に使用され、その量が含有される領域の絶縁基体１の量に対して９０重量％を超えると磁性材料が含有される領域のリチウム珪酸ガラスの量が少なくなって絶縁基体１及び配線層２と同時焼成することが困難となり、また５０重量％未満となると半導体素子４にノイズが入り込むのを良好に防止するのが困難となる。従って、前記磁性材料は該磁性材料が含有させる領域の絶縁基体１の量に対して５０乃至９０重量％の範囲としておくことが好ましい。
【００３８】
なお、前記磁性材料は絶縁基体１となる成形体に設けた貫通孔の内壁に予め磁性材料を塗布しておくことによって絶縁基体１の貫通孔３周辺に含有される。
【００３９】
また前記磁性材料は、絶縁基体１がＬｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体から成り、焼成温度が８００〜１０５０℃と低いことから焼成時に磁性を失なうことはなく、これによって磁性材料は配線層２を伝搬するノイズを確実に熱エネルギーに変換させて吸収することができ、半導体素子４にノイズが入り込むのを有効に防止することができる。
【００４０】
更に前記磁性材料はその粒径が０．５μｍ未満となるとリチウム珪酸ガラスとの反応性が高くなって分解し、磁性材料としての機能を失ってしまう危険性があり、また１０μｍを超えると磁性材料が含有される領域の焼結性が低下するため絶縁基体１及び配線層２と同時焼成することが困難となる。従って、前記磁性材料はその粒径を０．５〜１０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００４１】
なお、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る。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体に設けた配線層が形成される貫通孔の内壁に予め磁性材料を塗布させたことから配線層にノイズが伝搬した場合、そのノイズは配線層の周囲に配されている磁性材料で熱エネルギーに変換されて吸収され、その結果、ノイズが半導体素子に入り込むことはなく、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【００４３】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体を、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成しており、該焼結体はその焼成温度が８５０〜１０５０℃と低いことから銅、銀、金等の融点が低く、導通抵抗の低い材料から成る配線層を同時焼成によって形成することが可能となり、配線層を電気信号が伝搬した際、電気信号に減衰等が生じるのを有効に防止して半導体素子を正確に作動させることもできる。
【００４４】
同時に絶縁基体の焼成温度が低いことから絶縁基体の貫通孔周辺に磁性材料を含有させても該磁性材料は磁性を失うことはなく、これによって磁性材料はノイズを良好に吸収することができ、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
２・・・・配線層
２ａ・・・上部接続パッド
２ｂ・・・下部接続パッド
３・・・・貫通孔
４・・・・半導体素子
５・・・・外部電気回路基板
５ａ・・・外部電気回路基板の配線導体
Claims (2)
- 厚み方向に複数個の貫通孔を有する絶縁基体と、前記貫通孔内に充填され、一端が絶縁基体の上面に導出されて半導体素子の電極が接続される上部接続パッドを形成し、他端が絶縁基体の下面に導出されて外部電気回路基板の配線導体が接続される下部接続パッドを形成する、前記絶縁基体と同時焼成された複数個の配線層とから成る配線基板であって、前記絶縁基体は、Ｌｉ2Ｏを５〜３０重量％含有する屈伏点が４００〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種、クオーツおよびフォルステライトから成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトの少なくとも１種の結晶相を含有する、焼成温度が８００〜１０５０℃の焼結体から成り、かつ貫通孔の内壁に予め磁性材料が塗布されており、前記フィラー成分におけるクオーツ／フォルステライト比が０．４２７以上であることを特徴とする配線基板。
- 前記磁性材料の含有量が５０〜９０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
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