JP4530525B2 - Wiring board - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低抵抗導体から成る表面配線層および内部配線層を具備する配線基板に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来、半導体素子等が搭載される配線基板は、一般にアルミナセラミックスを絶縁基体とし、その少なくとも表面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を被着形成したセラミック配線基板が多用されている。ところが、従来から多用されているセラミック配線基板は配線層がタングステン等の高融点金属で形成されており、該高融点金属は電気抵抗率が高い(電気抵抗率(20℃)で、タングステン:5.5×10-6Ω・cm、モリブデン:5.7×10-6Ω・cm)ことから配線層を、半導体素子等の演算速度の高速化等に対応して十分に低抵抗とすることができないという欠点があった。
【0003】
そこで、この従来の欠点を解決する方法として、本出願人は先に酸化アルミニウムを主成分とする相対密度が95%以上のセラミックスから成る絶縁基体と、該絶縁基体の表面および/または内部に銅を10〜70体積%、タングステンおよび/またはモリブデンを30〜90体積%の割合で含有したメタライズ層(配線層)を具備する配線基板およびその製造方法を提案した(特開2000−188453号参照)。
【0004】
この配線基板によれば、メタライズ層(配線層)が低抵抗の銅を含有するため配線層を形成する導体の電気抵抗を低く(電気抵抗率(20℃)で約3〜5×10−6Ω・cm)することができ、また絶縁基体が酸化アルミニウム質焼結体等から成り、かつ相対密度が高く緻密であるため熱伝導性を高くすることもできる。
【0005】
このような配線基板は、例えば、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化マンガン(MnO2)を2.0〜6.0重量%の割合で含有するセラミック成分をシート状に成形して得た複数枚のセラミックグリーンシートの表面に、銅粉末を10〜70体積%、平均粒径が1〜10μmのタングステンおよび/またはモリブデンを30〜90体積%の割合で含有してなる導体ペーストを印刷塗布し、このセラミックグリーンシートを上下に積層するとともに、非酸化成雰囲気中で1200〜1500℃の温度で焼成することによって製作される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記配線基板は、配線層を低抵抗とすることができるものの配線層の主成分である銅の融点以上の温度で焼成されることから銅粉末同士が融着し、銅粉末の絶縁基体に対する焼結一体化が不十分なものとなり、配線層の絶縁基体に対する接着強度が低いものであった。そのためこの配線基板では配線層に外力等が印加されると該外力等によって絶縁基体表面の配線層と絶縁基体との間に隙間が生じ、この隙間に大気中に含まれる水分が入り込むとともに該入り込んだ水分等によって絶縁基体内部の配線層と表面の配線層との接続界面から配線層内部にかけて酸化、腐食が発生してしまい、表面配線層と内部配線層との接続が不良となったり、腐食溶出した金属成分により隣接する配線層間が電気的短絡したりするという欠点を有していた。
【0007】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は絶縁基体に形成した配線層を低抵抗とし、かつ内部配線層と表面配線層との電気的接続および各配線層間の電気的な絶縁を長期にわたって維持することが可能な長期信頼性に優れた配線基板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、絶縁基体の表面および内部に、タングステンおよび/またはモリブデンと銅とから成る表面配線層および内部配線層を形成するとともに前記表面配線層と前記内部配線層とを接続配線層を介して接続して成る配線基板であって、前記絶縁基体は複数の絶縁層を積層して形成されているとともに前記接続配線層は前記絶縁基体の各前記絶縁層に設けた貫通孔内に形成されており、かつ最外層の前記絶縁層の貫通孔内に位置する最外層の接続配線層はタングステンおよび/またはモリブデンと鉄族金属とで、他の前記絶縁層の前記貫通孔内に位置する他の接続配線層はタングステンおよび/またはモリブデンと銅とにより形成されており、前記最外層の接続配線層および前記他の接続配線層は、横断面形状が円形状であるとともに、互いに重なるかまたは前記最外層の接続配線層の方が大きい同心円状として形成されてい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は、前記絶縁基体を形成する最外層の絶縁層の厚みが、10μm乃至25μmである。
【0010】
本発明の配線基板によれば、表面配線層および内部配線層がタングステンおよび/またはモリブデンと銅とから成り、低抵抗の銅(電気抵抗率(20℃)で1.7×10-6Ω・c)を含有することから、半導体素子の演算速度の高速化に対応して各配線層を低抵抗とすることができ、配線層を伝播する信号の損失を低減し、半導体素子を正常に作動させることができる。
【0011】
また本発明の配線基板によれば、前記表面配線層と内部配線層とは絶縁基体の各絶縁層に設けた貫通孔内に形成した接続配線層を介して接続されているとともに、接続配線層のうち最外層に位置する絶縁層の貫通孔内に形成されている接続配線層を絶縁基体に対し強固に接着するタングステンおよび/またはモリブデンと鉄族金属とで形成したことから表面配線層と絶縁基体との間に隙間が生じ、この隙間から水分が入り込んだとしても該入り込んだ水分は内部配線層等に接触作用することはなく、その結果、内部配線層等の腐食を効果的に防止できて表面配線層と内部配線層との接続信頼性を良好とし、かつ隣接する配線層間の電気的絶縁を確実として長期信頼性に優れたものとなすことができる。
【0012】
また同時に、絶縁基体を形成する絶縁層のうち最外層以外の絶縁層に設けた貫通孔内に配されている接続配線層をタングステンおよび/またはモリブデンと銅とにより形成し低抵抗としたことから接続配線層全体が低抵抗となり、これによって表面配線層、内部配線層及び接続配線層のいずれもが半導体素子の演算速度の高速化に対応する低抵抗となり、各配線層に信号を伝播させた際、伝播する信号の損失が大きく低減されて半導体素子を正常に作動させることができる。また、最外層の接続配線層および他の接続配線層は、横断面形状が円形状であるとともに、互いに重なるかまたは最外層の接続配線層の方が大きい同心円状として形成されていることから、水分の絶縁基体内部への侵入をムラなく阻止することができ、配線基板の長期信頼性を優れたものとすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板の一実施例について、添付の図面を基に説明する。
図1は、本発明の配線基板を半導体素子搭載用の配線基板に用いた場合の一実施例を示し、1は複数の絶縁層1aを積層して形成されている絶縁基体、2は表面配線層、3は内部配線層、4は各絶縁層1aに設けた貫通孔5内に形成した接続配線層であり、これらの絶縁基体1、表面配線層2、内部配線層3、接続配線層4により半導体素子6を搭載する配線基板7が形成される。
【0014】
また本発明によれば、図2に拡大図で示す如く、表面配線層2と内部配線層3を、タングステンおよび/またはモリブデンと銅との複合材料を主成分とする導体によって形成するとともに、接続配線層4のうち、最外層の絶縁層1aの貫通孔5内に位置する接続配線層4aを、タングステンおよび/またはモリブデンと鉄族金属とで形成し、他の絶縁層の貫通孔5内に位置する接続配線層4bをタングステンおよび/またはモリブデンと銅とにより形成したものである。
この実施例において、これらの表面配線層2、内部配線層3および接続配線層4は絶縁基体1と同時焼成により形成されたものである。
(絶縁基体)本発明において、絶縁基体1は半導体素子6を搭載、支持する基体として作用し、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等のセラミック焼結体から成る絶縁層1aを複数枚積層して成り、上面に半導体素子6が搭載される。
【0015】
また前記絶縁基体1は、その熱伝導性および機械的強度を良好とする上では、相対密度95%以上の高緻密体から構成されるものであることが望ましい。
【0016】
更に本発明では、前記絶縁基体1は、表面配線層2、内部配線層3および接続配線層4との同時焼成による保形性を達成する上では、1200℃乃至1500℃の低温で焼成することが必要となるが、本発明によれば、このような低温での焼成においても相対密度95%以上に緻密化することが望ましい。
【0017】
かかる観点から、本発明における絶縁基体1は、例えば、酸化アルミニウムを主成分とするもの、具体的には酸化アルミニウムを90重量%以上の割合で含有するものが好適に使用され、第2の成分として、Mn化合物をMnO2換算で2.0乃至6.0重量%の割合で含有するものが望ましい。即ち、マンガン化合物が2.0重量%よりも少ないと、1200℃乃至1500℃での緻密化が達成されにくく、また6.0重量%よりも多いと絶縁基体1の絶縁性が低下する。マンガン化合物の最適な範囲はMnO2換算で3乃至5重量%である。
【0018】
また、この絶縁基体1中には、第3の成分として、SiO2およびMgO、CaO、SrO等のアルカリ土類元素酸化物を低温焼結性を高めるために合計で0.4乃至8重量%の割合で含有せしめることが望ましい。
【0019】
さらに、この絶縁基体1中には、着色成分や誘電率などの誘電特性の向上のためにW、Mo、Crなどの金属を着色成分とし2重量%以下の割合で含んでもよい。
【0020】
上記酸化アルミニウム以外の成分は、酸化アルミニウム主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相として存在するが、熱伝導性を高める上で粒界中に助剤成分を含有する結晶相が形成されていることが望ましい。
【0021】
また前記絶縁基体1を酸化アルミニウムを主成分として形成した場合、酸化アルミニウム主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は、1.5乃至5.0μmであることが望ましい。
【0022】
なお、主結晶相が柱状結晶からなる場合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくものである。この主結晶相の平均結晶粒径が1.5μmよりも小さいと、高熱伝導化が難しく、平均粒径が5.0μmよりも大きいと基板材料として用いる場合に要求される十分な強度が得られにくくなるためである。
【0023】
このような絶縁基体1は、例えば、酸化アルミニウムを主成分とする原料粉末に有機バインダーや溶媒を添加して得たスラリー(泥漿状物)をドクターブレード法等でシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシートとなすとともにこのセラミックグリーンシートを積層し、非酸化性雰囲気中、1200℃〜1500℃の温度で焼成することにより形成される。
(表面配線層および内部配線層)
表面配線層2は、絶縁基体1表面に所定のパターンに形成されており、配線基板7に搭載された半導体素子6の電極を接続させる電極パッドとして作用するとともに、この半導体素子6の電極を接続配線層4に接続する導電路として作用する。また内部配線層3は接続配線層4を介して表面配線層2と接続しており、半導体素子6の電極を外部に導出する導電路として作用する。
【0024】
前記表面配線層2および内部配線層3は、タングステンおよび/またはモリブデン粉末と、銅粉末とを所定の割合で有機溶剤、バインダーとともに混練してなる導電ペーストをセラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷法等により印刷塗布することにより形成することができる。
【0025】
前記表面配線層2および内部配線層3は、銅を10乃至70体積%、タングステン及び/またはモリブデンを30乃至90体積%の割合で含有することが望ましい。これは、表面配線層2および内部配線層3の低抵抗化と、上記絶縁基体1との同時焼結性を達成するとともに、特に表面配線層2の同時焼成時の保形成を維持するためであり、上記銅量が10体積%よりも少なく、タングステンやモリブデン量が90体積%よりも多いと、表面配線層2および内部配線層3を形成する導体の抵抗が高く(電気抵抗率で約5.5×10-6Ω・cm以上)なる。また銅量が70体積%よりも多く、タングステンやモリブデン量が30体積%よりも少ないと、特に表面配線層2の同時焼成時の保形成が低下し、表面配線層2においてにじみが発生したり、溶融した銅によって表面配線層2が凝集して断線が生じるとともに、絶縁基体1と表面配線層2および内部配線層3との熱膨張系数差により表面配線層2および内部配線層3の剥離が発生するためである。最適な組成範囲は、銅を40乃至60体積%、タングステンおよび/またはモリブデンを60乃至40体積%である。
【0026】
また、本発明においては、表面配線層2および内部配線層3中におけるタングステンおよび/またはモリブデンは、平均粒径1乃至10μmの球状あるいは数個の粒子による焼結粒子として銅からなるマトリックス中に分散含有していることが望ましい。これは、上記平均粒径が、1μmよりも小さい場合、表面配線層2の保形性が悪くなるとともに組織が多孔質化し、表面配線層2および内部配線層3の抵抗も高くなり、10μmを越えると銅のマトリックスがタングステンやモリブデンの粒子によって分断されてしまい表面配線層2および内部配線層3の抵抗が高くなったり、銅成分が分離してにじみなどが発生するためである。タングステンおよび/またはモリブデンは平均粒径1.3乃至5μm、特に1.3乃至3μmの大きさで分散されていることが最も望ましい。
【0027】
また、上記表面配線層2および内部配線層3中には、絶縁基体1との密着性を改善するために、アルミナ、または絶縁基体1と同じ成分のセラミックスを0.05乃至2体積%の割合で含有させることも可能である。
【0028】
さらに、本発明の配線基板7においては、銅を含有する表面配線層2および内部配線層3を銅の融点を越える温度で絶縁基体1と同時焼成することにより、表面配線層2および内部配線層3中の銅成分が絶縁基体1中に拡散する場合があるが、本発明によれば、上記少なくとも銅を含む表面配線層2および内部配線層3の周囲のセラミックスへの銅の拡散距離が20μm以下、特に10μm以下であることが望ましい。これは、銅のセラミックス中への拡散距離が20μmを越えると、電気回路形成時に表面配線層2間や内部配線層3間の絶縁性が低下し電気回路の信頼性が低下するためである。
【0029】
この銅の拡散距離を20μm以下とすることにより、表面配線層2および内部配線層3のうち、同一平面内に形成された各配線層間の最小線間距離を100μm以下、特に90μm以下の高密度化を図ることができる。
【0030】
なお、前記表面配線層2は、その露出表面をニッケル、銅、金等のめっき金属層で被覆するようにしておくと、表面配線層2の酸化腐食を防止することができるとともに、表面配線層2に対するボンディングワイヤのボンディング性やハンダ濡れ性等を良好とすることができ、また同時に表面配線層2のより一層の低抵抗化を図ることができる。従って、前記表面配線層2は、その露出表面をニッケル、銅、金等のめっき金属層(非図示)で被覆しておくことが好ましく、例えば、ニッケルまたは銅めっき層を1〜10μm、金めっき層を0.3〜3μmの厚みで、順次被着させるようにしておくことが好ましい。
(接続配線層)
また上記表面配線層2と内部配線層3とは、各絶縁層1aに設けた貫通孔5内に所定の導体材料を充填することにより形成された接続配線層4を介して接続されている。このような接続配線層4は、絶縁基体1の各絶縁層1aとなるセラミックグリーンシートに、レーザー加工法や機械的打抜き加工法等により貫通孔を形成しておくとともに、前記貫通孔内に所定の導体ペーストをスクリーン印刷法等により印刷充填しておくことにより形成される。
【0031】
本発明の配線基板によれば、接続配線層4のうち、最外層の絶縁層の貫通孔内に位置する接続配線層4aをタングステンおよび/またはモリブデンと鉄族金属とで形成することが重要である。
【0032】
前記最外層の絶縁層の貫通孔内に位置する接続配線層4aをタングステンおよび/またはモリブデンと鉄族金属とで形成しておくと接続配線層4aは絶縁基体1に対する接着強度に優れることからこの接続配線層4aと絶縁基体1との間に水分が侵入するような隙間を生じることはほとんどなく、表面配線層2と絶縁基体1との間に形成された隙間に水分が入り込み、該入り込んだ水分が内部配線層3に接触作用しようとしてもその接触作用は前記接続配線層4aによって効果的に阻止され、これによって表面配線層2と内部配線層3との接続信頼性が極めて良好となるとともに隣接する内部配線層3間の電気的絶縁が確実となり、配線基板7の長期信頼性を優れたものとなすことができる。
【0033】
なお、前記最外層の接続配線層4aは、その厚み方向の長さが25μm未満では水分の入り込みを効果的に阻止することが困難となる。従って、前記最外層の接続配線層4aは、その厚みを25μm以上としておくことが好ましい。
【0034】
また前記最外層の接続配線層4aは、配線基板7を上面視したときに、他の接続配線層4bを完全に覆うような横断面形状としておくことにより、水分の侵入を良好に阻止することができ、配線基板7の信頼性を優れたものとすることができる。従って、前記最外層の接続配線層4aは、配線基板7を上面視したときに、他の接続配線層4bを完全に覆うような横断面形状としてお、特に最外層の接続配線層4aおよび他の接続配線層4bをともに円の横断面形状とするとともに、互いに重なるかまたは最外層の接続配線層4aの方が大きい同心円状として形成しておくことにより、水分の絶縁基体1内部への侵入をムラなく阻止することができ、配線基板7の長期信頼性を優れたものとすることができる。
【0035】
なお、前記接続配線層4aを表面配線層2および内部配線層3と同時焼成によって形成する場合、その焼成温度を1200〜1500℃の低温とする必要がある。そのため本発明ではこれを達成するためタングステンおよび/またはモリブデンに鉄族金属を含有せしめている。
【0036】
前記接続配線層4aをタングステンおよび/またはモリブデンに鉄族金属を含有せしめて形成することにより、低温での焼結性を高めて絶縁基体1と同時焼成によって形成することができ、かつ絶縁基体1に対し密着強度を強固することができる。
【0037】
前記接続配線層4aは鉄族金属の量が酸化物換算で0.1体積%未満の場合には接続配線層4aの緻密化が進行せず焼結不良になって絶縁基体1との接着強度が低下する。逆に、5体積%を越える場合には、タングステン、モリブデンの粒子が異常粒成長し絶縁基体1との接着強度が低下する。従って、上記鉄族金属の量は酸化物換算で0.1乃至5体積%、好適には0.5乃至2体積%が望ましい。
【0038】
なお、上記接続配線層4a中の鉄族金属としては、鉄、ニッケル、コバルトが挙げられるがこれらの中でもニッケルが最も望ましい。
【0039】
また酸化物換算量は、鉄(Fe)はFe23、ニッケル(Ni)はNiO、コバルト(Co)はCo34の形態で換算した量である。
【0040】
更に、この接続配線層4a中には、酸化アルミニウム等を主成分とする絶縁基体1との接着強度を高めるために、酸化アルミニウム等の絶縁基体1と同種のセラミック粉末を添加することも有効である。しかし、その含有量が45体積%よりも多いと焼結不良を招くおそれがある。従って、接続配線層4aに酸化アルミニウムを添加する場合、その含有量は特に2乃至35体積%が望ましい。
【0041】
また、前記接続配線層4のうち、最外層の接続配線層4a以外の他の接続配線層4bは、タングステンおよび/またはモリブデンと銅とにより形成しておくことが重要である。
【0042】
前記接続配線層4bをタングステンおよび/またはモリブデンと銅とにより形成しておくと、接続配線層4bの電気抵抗が銅の含有により低い値となり、その結果、接続配線層4全体の電気抵抗が表面配線層2や内部配線層3と同じように低いものとなって半導体素子6の演算速度の高速化に十分対応し得るようになすことができ、各配線層に信号を伝播させた際、伝播する信号の損失が大きく低減されて半導体素子6を正常に作動させることができる。
【0043】
前記タングステンおよび/またはモリブデンと銅とから成る他の接続配線層4bは、上記表面配線層2および内部配線層3と同様のものを用いることができ、表面配線層2や内部配線層3と同様の、タングステンおよび/またはモリブデン粉末と銅粉末とを混合して得た導体ペーストを、絶縁基体1となるセラミックグリーンシートに形成した貫通孔5内に、スクリーン印刷法等により印刷充填しておくことにより形成される。
(製造方法)
次に上記配線基板7の製造方法の一例を、絶縁基体1が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合について具体的に説明する。
【0044】
まず、絶縁基体1を形成するために、セラミックス焼結体の主成分となる酸化アルミニウム原料粉末として、平均粒径が0.5μm乃至2.5μm、特に0.5μm乃至2.0μmの粉末を用いる。これは、平均粒径は0.5μmよりも小さいと、粉末の取扱いが難しく、また粉末のコストが高くなり、2.5μmよりも大きいと、1500℃以下の温度で焼成することが難しくなるためである。
【0045】
そして、上記酸化アルミニウム粉末に対して、第2の成分として、MnO2を2.0乃至8.0重量%、特に3.0乃至7.0重量%の割合で添加する。また適宜、第3の成分として、SiO2.MgO、CaO、SrO2粉末等を0.4乃至8重量%、第4の成分として、W、Mo、Crなどの遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で2重量%以下の割合で添加する。
【0046】
なお、上記酸化物の添加にあたっては、酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などとして添加してもよい。
【0047】
そして次に、この混合粉末を用いて絶縁基体1を形成するためのセラミックグリーンシートを複数枚作製する。セラミックグリーンシートは、周知の成形方法によって作製することができる。例えば、上記混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加してスラリーを調整した後、ドクターブレード法によって形成したり、混合粉末に有機バインダーを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのセラミックグリーンシートを作製できる。
【0048】
また、前記セラミックグリーンシートには、後の工程で接続配線層4となる導体ペーストを充填するための貫通孔5を、レーザー加工法や機械的打抜き加工法等により形成しておく。
【0049】
このようにして作製したセラミックグリーンシートに対して、まず、最外層の接続配線層4aとなる導体ペーストを、最外層の絶縁層となるセラミックグリーンシートの貫通孔内にスクリーン印刷法等により印刷充填する。なお、前記最外層の接続配線層4aとなる導体ペーストは、例えば、平均粒径が0.5〜5μmのタングステンおよび/またはモリブデンに、酸化ニッケル等の鉄族金属の酸化物粉末を0.1〜5体積%、アルミナ粉末を0〜45体積%の割合で含有する固形成分に対して、有機バインダーや溶剤を添加混合することにより作製される。
【0050】
また最外層以外の他の接続配線層4bとなる導体ペーストを、最外層以外の絶縁層となるセラミックグリーンシートの貫通孔内にスクリーン印刷法等により印刷充填する。なお他の接続配線層4bとなる導体ペーストは、例えば、平均粒径が1乃至10μmの銅粉末を10乃至70体積%、特に40乃至60体積%、平均粒径が1乃至10μmのタングステンおよび/またはモリブデン粉末を30乃至90体積%、特に40乃至60体積%の割合で添加してなる固形成分に対して有機バインダーや溶剤を添加混合することにより作製することができる。
【0051】
なお、前記他の接続配線層4bを形成するための導体ペースト中には、絶縁基体1との密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や、絶縁層を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を0.05〜2体積%の割合で添加することも可能である。
【0052】
次に、各セラミックグリーンシートの表面に、表面配線層2及び内部配線層3となる導体ペーストをスクリーン印刷法、グラビア印刷法等により印刷塗布する。この表面配線層2及び内部配線層3となる導体ペーストは、上記他の接続配線層4bとなる導体ペーストと同様の導体ペーストを用いることができる。
【0053】
そして最後に、表面配線層2、内部配線層3、接続配線層4となる各導体ペーストを印刷塗布、充填したセラミックグリーンシートを位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が1200〜1500℃の温度となる条件で焼成する。
【0054】
このときの上記焼成温度が1200℃より低いと、通常の原料を用いた場合において、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体が相対密度95%以上まで緻密化できず、熱伝導性や強度が低下し、1500℃よりも高いと、表面配線層2、内部配線層3、および他の接続配線層4bにおいて、タングステンあるいはモリブデン自体の焼結が進み、銅との均一組織を維持できなく、ひいては低抵抗を維持することが困難となりシート抵抗が高くなってしまう。また、酸化物セラミックスの主結晶相の粒径が大きくなり異常粒成長が発生したり、銅がセラミックス中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる結果、拡散距離を30μm以下に制御することが困難となるためである。好適には1350〜1450℃の範囲がよい。
【0055】
また、この焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰囲気であることが望ましいが、特に、配線層中の銅の拡散を抑制する上では、水素および窒素を含み露点+10℃以下、特に−10℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、この雰囲気には所望により、アルゴンガス等の不活性ガスを混入してもよい。焼成時の露点が+10℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と銅含有導体の銅が反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、銅の拡散を助長してしまうためである。
【0056】
さらにまた、上記のように焼成温度および雰囲気を制御して焼成することによって、絶縁基体1の表面の算術平均粗さRaを1μm以下、特に0.7μm以下の平滑性に優れた表面を形成できる。
【0057】
かくして本発明の配線基板7によれば、絶縁基体1の上面に半導体素子6を搭載するとともに半導体素子6の各電極を表面配線層2にボンディングワイヤ8を介して電気的に接続し、しかる後、必要に応じて前記半導体素子6を金属やセラミックスから成る椀状の蓋体や封止樹脂(不図示)等を用いて気密封止することによって製品としての半導体装置が完成する。
【0058】
なお、本発明は上記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り、例えば、上記実施例では、本発明の配線基板を半導体素子搭載用の配線基板に適用した場合について説明したが、これを混成集積回路基板等に適用してもよい。
【0059】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、表面配線層および内部配線層がタングステンおよび/またはモリブデンと銅とから成り、低抵抗の銅(電気抵抗率(20℃)で1.7×10-6Ω・c)を含有することから、半導体素子の演算速度の高速化に対応して各配線層を低抵抗とすることができ、配線層を伝播する信号の損失を低減し、半導体素子を正常に作動させることができる。
【0060】
また本発明の配線基板によれば、前記表面配線層と内部配線層とは絶縁基体の各絶縁層に設けた貫通孔内に形成した接続配線層を介して接続されているとともに、接続配線層のうち最外層に位置する絶縁層の貫通孔内に形成されている接続配線層を絶縁基体に対し強固に接着するタングステンおよび/またはモリブデンと鉄族金属とで形成したことから表面配線層と絶縁基体との間に隙間が生じ、この隙間から水分が入り込んだとしても該入り込んだ水分は内部配線層等に接触作用することはなく、その結果、内部配線層等の腐食を効果的に防止できて表面配線層と内部配線層との接続信頼性を良好とし、かつ隣接する配線層間の電気的絶縁を確実として長期信頼性に優れたものとなすことができる。

【0061】
また同時に、絶縁基体を形成する絶縁層のうち最外層以外の絶縁層に設けた貫通孔内に配されている接続配線層をタングステンおよび/またはモリブデンと銅とにより形成し低抵抗としたことから接続配線層全体が低抵抗となり、これによって表面配線層、内部配線層及び接続配線層のいずれもが半導体素子の演算速度の高速化に対応する低抵抗となり、各配線層に信号を伝播させた際、伝播する信号の損失が大きく低減されて半導体素子を正常に作動させることができる。また、最外層の接続配線層および他の接続配線層は、横断面形状が円形状であるとともに、互いに重なるかまたは最外層の接続配線層の方が大きい同心円状として形成されていることから、水分の絶縁基体内部への侵入をムラなく阻止することができ、配線基板の長期信頼性を優れたものとすることができる。
【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。
【図2】図1に示す配線基板の要部拡大図である。
【符号の説明】
1・・・・絶縁基体
2・・・・表面配線層
3・・・・内部配線層
4・・・・接続配線層
4a・・・最外層の接続配線層
4b・・・他の接続配線層
5・・・・貫通孔
6・・・・半導体素子
7・・・・配線基板
8・・・・ボンディングワイヤ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wiring board having a surface wiring layer and an internal wiring layer made of a low resistance conductor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a wiring substrate on which a semiconductor element or the like is mounted is generally a ceramic wiring substrate in which an alumina ceramic is used as an insulating base and a wiring layer made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum is deposited on at least the surface thereof. . However, a ceramic wiring board that has been widely used conventionally has a wiring layer formed of a refractory metal such as tungsten, and the refractory metal has a high electrical resistivity (electric resistivity (20 ° C.), tungsten: 5 .5 × 10 −6 Ω · cm, Molybdenum: 5.7 × 10 −6 Ω · cm) Therefore, the wiring layer should have a sufficiently low resistance in order to increase the calculation speed of semiconductor elements, etc. There was a drawback that could not.
[0003]
Therefore, as a method for solving this conventional defect, the present applicant has previously described an insulating base composed of ceramics mainly composed of aluminum oxide and having a relative density of 95% or more, and copper on the surface and / or inside of the insulating base. A wiring board having a metallized layer (wiring layer) containing 10 to 70% by volume of tungsten and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum and a method for manufacturing the same have been proposed (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-188453). .
[0004]
According to this wiring board, since the metallized layer (wiring layer) contains low-resistance copper, the electrical resistance of the conductor forming the wiring layer is low (electric resistivity (20 ° C.) is about 3 to 5 × 10 −6 Ω. Furthermore, since the insulating base is made of an aluminum oxide sintered body and the like, and the relative density is high and dense, the thermal conductivity can be increased.
[0005]
Such a wiring board is, for example, a plurality of sheets obtained by molding a ceramic component containing aluminum oxide as a main component and containing manganese oxide (MnO 2 ) in a proportion of 2.0 to 6.0% by weight into a sheet shape. On the surface of the ceramic green sheet, a conductive paste containing 10 to 70% by volume of copper powder and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum having an average particle diameter of 1 to 10 μm is printed and applied. The ceramic green sheets are laminated on top and bottom and are fired at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the wiring substrate can be made to have a low resistance, the copper powder is fused at a temperature equal to or higher than the melting point of copper, which is the main component of the wiring layer. Sintering integration with respect to the wiring layer was insufficient, and the adhesive strength of the wiring layer to the insulating substrate was low. Therefore, in this wiring board, when an external force or the like is applied to the wiring layer, a gap is formed between the wiring layer on the surface of the insulating base and the insulating base due to the external force or the like, and moisture contained in the air enters the gap and enters the gap. Moisture, etc. causes oxidation and corrosion from the connection interface between the wiring layer inside the insulating substrate and the surface wiring layer to the inside of the wiring layer, resulting in poor connection between the surface wiring layer and the internal wiring layer, or corrosion. interconnection between adjacent layers with the eluted metal component had the disadvantage or electrically shorted.
[0007]
The present invention has been devised in view of the above drawbacks, and its purpose is to reduce the resistance of the wiring layer formed on the insulating substrate and to electrically connect the internal wiring layer and the surface wiring layer and between the wiring layers. An object of the present invention is to provide a wiring board excellent in long-term reliability, which can maintain long-term insulation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Wiring board of the present invention, the surface and inside of the insulating substrate, tungsten and / or connecting wiring layer and said internal wiring layer and the surface wiring layer to form a surface wiring layer and the internal wiring layer made of molybdenum and copper a wiring board formed by connecting through, the insulating substrate through-hole is the connection wiring layer together is formed by laminating a plurality of insulating layers provided on each of said insulating layer of said insulating substrate is formed, and the outermost connection wiring layer located in the through hole of the outermost layer of the insulating layer between the tungsten and / or molybdenum and iron group metal, located in the through hole of the other of said insulating layer other connection wiring layer which is formed by a tungsten and / or molybdenum and copper, the outermost layer of the connection wiring layer and the other connection wiring layer, when the cross-sectional shape is a circular shape Moni, is characterized in that it is formed as overlapping or the larger concentric towards the outermost layer of the connection wiring layers to each other.
[0009]
The wiring board of the present invention, the thickness of the insulating layer of the outermost layer to form the insulating substrate, Ru 10μm to 25μm der.
[0010]
According to the wiring board of the present invention, the surface wiring layer and the internal wiring layer are made of tungsten and / or molybdenum and copper, and low resistance copper (electric resistivity (20 ° C.) is 1.7 × 10 −6 Ω · c), each wiring layer can be made to have a low resistance corresponding to the increase in the calculation speed of the semiconductor element, the loss of the signal propagating through the wiring layer is reduced, and the semiconductor element operates normally. Can be made.
[0011]
According to the wiring board of the present invention, the surface wiring layer and the internal wiring layer are connected via the connection wiring layer formed in the through hole provided in each insulating layer of the insulating base, and the connection wiring layer Since the connection wiring layer formed in the through hole of the insulating layer located in the outermost layer is formed of tungsten and / or molybdenum and an iron group metal that adheres firmly to the insulating base , the surface wiring layer and Even if moisture enters from the gap between the insulating substrate and the moisture, the moisture does not contact the internal wiring layer, and as a result, corrosion of the internal wiring layer is effectively prevented. As a result, the connection reliability between the surface wiring layer and the internal wiring layer can be improved, and electrical insulation between adjacent wiring layers can be ensured and the long-term reliability can be improved.
[0012]
At the same time, the connection wiring layer disposed in the through hole provided in the insulating layer other than the outermost layer among the insulating layers forming the insulating base is formed of tungsten and / or molybdenum and copper to have a low resistance. As a result, the entire connection wiring layer has low resistance, and all of the surface wiring layer, internal wiring layer, and connection wiring layer have low resistance corresponding to the increase in the operation speed of the semiconductor element, and signals are propagated to each wiring layer. In this case, the loss of the propagated signal is greatly reduced, and the semiconductor element can be operated normally. Further, the outermost connection wiring layer and the other connection wiring layers have a circular cross-sectional shape, and are formed as concentric circles that overlap with each other or have a larger outermost connection wiring layer. Intrusion of moisture into the insulating base can be prevented evenly, and the long-term reliability of the wiring board can be improved.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a wiring board according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment in which the wiring board of the present invention is used as a wiring board for mounting a semiconductor element. 1 is an insulating substrate formed by laminating a plurality of insulating layers 1a, and 2 is a surface wiring. Reference numerals 3 and 3 are internal wiring layers, and 4 is a connection wiring layer formed in a through-hole 5 provided in each insulating layer 1a. These insulating substrate 1, surface wiring layer 2, internal wiring layer 3, and connection wiring layer 4 Thus, the wiring substrate 7 on which the semiconductor element 6 is mounted is formed.
[0014]
According to the present invention, as shown in enlarged view in FIG. 2, the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3, thereby forming a conductor composed mainly of a composite material of tungsten and / or molybdenum and copper, Of the connection wiring layer 4, the connection wiring layer 4 a located in the through hole 5 of the outermost insulating layer 1 a is formed of tungsten and / or molybdenum and an iron group metal, and in the through hole 5 of another insulating layer. The connection wiring layer 4b located at is formed of tungsten and / or molybdenum and copper.
In this embodiment, the surface wiring layer 2, the internal wiring layer 3 and the connection wiring layer 4 are formed by simultaneous firing with the insulating substrate 1.
(Insulating Base) In the present invention, the insulating base 1 functions as a base on which the semiconductor element 6 is mounted and supported, and ceramic sintering such as an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, and a silicon carbide sintered body. A plurality of insulating layers 1a made of a body are stacked, and a semiconductor element 6 is mounted on the upper surface.
[0015]
In order to improve the thermal conductivity and mechanical strength of the insulating substrate 1, it is desirable that the insulating substrate 1 be composed of a highly dense body having a relative density of 95% or more.
[0016]
Furthermore, in the present invention, the insulating substrate 1 is fired at a low temperature of 1200 ° C. to 1500 ° C. in order to achieve shape retention by simultaneous firing of the surface wiring layer 2, the internal wiring layer 3 and the connection wiring layer 4. However, according to the present invention, it is desirable to densify to a relative density of 95% or higher even in such low-temperature firing.
[0017]
From this point of view, the insulating base 1 in the present invention is preferably, for example, one having aluminum oxide as a main component, specifically, one containing aluminum oxide in a proportion of 90% by weight or more. As for, it is desirable to contain a Mn compound at a ratio of 2.0 to 6.0% by weight in terms of MnO 2 . That is, if the manganese compound is less than 2.0% by weight, densification at 1200 ° C. to 1500 ° C. is difficult to achieve, and if it exceeds 6.0% by weight, the insulating property of the insulating substrate 1 is lowered. The optimum range of the manganese compound is 3 to 5% by weight in terms of MnO 2 .
[0018]
Further, in this insulating substrate 1, a total of 0.4 to 8% by weight of SiO 2 and alkaline earth element oxides such as MgO, CaO and SrO are added as a third component in order to improve the low temperature sinterability. It is desirable to make it contain in the ratio.
[0019]
Further, the insulating substrate 1 may contain a metal such as W, Mo and Cr as a coloring component in a proportion of 2% by weight or less in order to improve the dielectric properties such as the coloring component and the dielectric constant.
[0020]
Components other than the above-mentioned aluminum oxide exist as an amorphous phase or a crystalline phase at the grain boundary of the aluminum oxide main crystal phase, but a crystal phase containing an auxiliary component is formed in the grain boundary in order to improve thermal conductivity. It is desirable that
[0021]
When the insulating substrate 1 is formed mainly of aluminum oxide, the aluminum oxide main crystal phase exists as a granular or columnar crystal, and the average crystal grain size of these main crystal phases is 1.5 to 5. It is desirable to be 0 μm.
[0022]
In addition, when the main crystal phase is composed of columnar crystals, the average crystal grain size is based on the minor axis diameter. When the average crystal grain size of the main crystal phase is smaller than 1.5 μm, it is difficult to achieve high thermal conductivity, and when the average grain size is larger than 5.0 μm, sufficient strength required for use as a substrate material can be obtained. This is because it becomes difficult.
[0023]
Such an insulating substrate 1 is formed by, for example, forming a slurry (sludge material) obtained by adding an organic binder or a solvent to a raw material powder mainly composed of aluminum oxide into a sheet shape by a doctor blade method or the like. This ceramic green sheet is laminated and fired at a temperature of 1200 ° C. to 1500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
(Surface wiring layer and internal wiring layer)
The surface wiring layer 2 is formed in a predetermined pattern on the surface of the insulating substrate 1 and functions as an electrode pad for connecting the electrode of the semiconductor element 6 mounted on the wiring board 7 and connects the electrode of the semiconductor element 6. It acts as a conductive path connected to the wiring layer 4. Further, the internal wiring layer 3 is connected to the surface wiring layer 2 via the connection wiring layer 4 and functions as a conductive path for leading the electrode of the semiconductor element 6 to the outside.
[0024]
The surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 are made by screen printing or the like on the surface of a ceramic green sheet using a conductive paste obtained by kneading tungsten and / or molybdenum powder and copper powder together with an organic solvent and a binder at a predetermined ratio. Can be formed by printing.
[0025]
The surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 preferably contain 10 to 70% by volume of copper and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum. This is to reduce the resistance of the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 and to achieve simultaneous sintering with the insulating base 1, and to maintain the preserving during the simultaneous firing of the surface wiring layer 2 in particular. If the amount of copper is less than 10% by volume and the amount of tungsten or molybdenum is more than 90% by volume, the resistance of the conductor forming the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 is high (electric resistivity is about 5%). .5 × 10 −6 Ω · cm or more). Further, if the amount of copper is more than 70% by volume and the amount of tungsten or molybdenum is less than 30% by volume, the preserving at the time of co-firing of the surface wiring layer 2 is reduced, and the surface wiring layer 2 may be blurred. The surface wiring layer 2 is agglomerated due to the molten copper and disconnection occurs, and the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 are separated due to the difference in the number of thermal expansion systems between the insulating substrate 1, the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3. This is because it occurs. The optimum composition range is 40-60% by volume of copper and 60-40% by volume of tungsten and / or molybdenum.
[0026]
In the present invention, tungsten and / or molybdenum in the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 is dispersed in a matrix made of copper as sintered particles of spherical or several particles having an average particle diameter of 1 to 10 μm. It is desirable to contain. This is because when the average particle size is smaller than 1 μm, the shape retaining property of the surface wiring layer 2 is deteriorated and the structure becomes porous, and the resistance of the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 is increased. If it exceeds the upper limit, the copper matrix is divided by tungsten or molybdenum particles, and the resistance of the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 is increased, or the copper component is separated and bleeding occurs. Most preferably, tungsten and / or molybdenum is dispersed with an average particle size of 1.3 to 5 μm, particularly 1.3 to 3 μm.
[0027]
Further, in the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3, in order to improve the adhesion to the insulating substrate 1, a ratio of 0.05 to 2% by volume of alumina or ceramics having the same component as the insulating substrate 1 is used. It is also possible to contain.
[0028]
Furthermore, in the wiring board 7 of the present invention, the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 containing the copper are co-fired with the insulating substrate 1 at a temperature exceeding the melting point of copper. Although the copper component in 3 may diffuse into the insulating substrate 1, according to the present invention, the diffusion distance of copper to the ceramic around the surface wiring layer 2 containing at least copper and the internal wiring layer 3 is 20 μm. Hereinafter, it is particularly desirable that the thickness is 10 μm or less. This is because if the diffusion distance of copper into the ceramic exceeds 20 μm, the insulation between the surface wiring layers 2 and the internal wiring layers 3 is lowered during the formation of the electric circuit, and the reliability of the electric circuit is lowered.
[0029]
By setting the copper diffusion distance to 20 μm or less, the minimum distance between each wiring layer formed in the same plane of the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 is 100 μm or less, particularly a high density of 90 μm or less. Can be achieved.
[0030]
If the exposed surface of the surface wiring layer 2 is covered with a plated metal layer such as nickel, copper, or gold, the surface wiring layer 2 can be prevented from oxidative corrosion, and the surface wiring layer can be prevented. The bonding property of the bonding wire with respect to 2 and solder wettability can be improved, and at the same time, the resistance of the surface wiring layer 2 can be further reduced. Therefore, it is preferable that the exposed surface of the surface wiring layer 2 is covered with a plating metal layer (not shown) such as nickel, copper, or gold. For example, the nickel or copper plating layer has a thickness of 1 to 10 μm and gold plating. The layers are preferably deposited sequentially with a thickness of 0.3 to 3 μm.
(Connection wiring layer)
The surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 are connected to each other through a connection wiring layer 4 formed by filling a predetermined conductive material in a through hole 5 provided in each insulating layer 1a. In the connection wiring layer 4, through holes are formed in a ceramic green sheet serving as each insulating layer 1 a of the insulating base 1 by a laser processing method, a mechanical punching method, or the like, and a predetermined amount is formed in the through holes. The conductive paste is printed and filled by screen printing or the like.
[0031]
According to the wiring board of the present invention, it is important that the connection wiring layer 4a located in the through hole of the outermost insulating layer of the connection wiring layer 4 is formed of tungsten and / or molybdenum and an iron group metal. is there.
[0032]
If the connection wiring layer 4a located in the through hole of the outermost insulating layer is formed of tungsten and / or molybdenum and an iron group metal, the connection wiring layer 4a is excellent in adhesive strength to the insulating substrate 1. There is almost no gap in which moisture enters between the connection wiring layer 4a and the insulating substrate 1, and moisture enters the gap formed between the surface wiring layer 2 and the insulating substrate 1 and enters the gap. Even if moisture tries to contact the internal wiring layer 3, the contact operation is effectively blocked by the connection wiring layer 4 a, which makes the connection reliability between the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 extremely good. The electrical insulation between the adjacent internal wiring layers 3 is ensured, and the long-term reliability of the wiring board 7 can be improved.
[0033]
The outermost connection wiring layer 4a is difficult to effectively prevent moisture from entering when the length in the thickness direction is less than 25 μm . Therefore, it is preferable that the outermost connection wiring layer 4a has a thickness of 25 μm or more.
[0034]
The connection wiring layer 4a of the outermost layer, when the wiring board 7 viewed from the top, by previously completely cover such cross-sectional shape other connection wiring layer 4b, to prevent moisture from entering the good good it is possible, it can be made the reliability of the wiring board 7 superior. Therefore, the outermost layer of the connection wiring layer 4a, when the wiring board 7 viewed from the top, can you other connection wiring layer 4b as cross-sectional shape such as to completely cover, in particular the outermost layer of the connection wiring layer 4a and with the other connection wiring layer 4b and together in a circular shape in cross-sectional shape, by forming a overlapping or outermost layer having a larger concentric connection wiring layer 4a together, the moisture of the insulating base 1 can be uniformly prevented from entering the interior, it can be made long-term reliability of the wiring board 7 superior.
[0035]
In addition, when forming the said connection wiring layer 4a with the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3, it is necessary to make the baking temperature into the low temperature of 1200-1500 degreeC. Therefore, in the present invention, to achieve this, an iron group metal is contained in tungsten and / or molybdenum.
[0036]
By forming the connection wiring layer 4a by adding iron group metal to tungsten and / or molybdenum, the sinterability at a low temperature can be improved, and the connection wiring layer 4a can be formed by co-firing with the insulating substrate 1. it can be strengthened adhesion strength to.
[0037]
When the amount of the iron group metal is less than 0.1% by volume in terms of oxide, the connection wiring layer 4a does not progress in densification of the connection wiring layer 4a, resulting in poor sintering and adhesion strength to the insulating substrate 1. Decreases. On the other hand, if it exceeds 5% by volume, the tungsten and molybdenum particles grow abnormally and the adhesive strength with the insulating substrate 1 decreases. Therefore, the amount of the iron group metal is preferably 0.1 to 5% by volume, more preferably 0.5 to 2% by volume in terms of oxide.
[0038]
Examples of the iron group metal in the connection wiring layer 4a include iron, nickel, and cobalt. Among these, nickel is the most desirable.
[0039]
Further, the oxide equivalent amount is an amount converted in the form of Fe 2 O 3 for iron (Fe), NiO for nickel (Ni), and Co 3 O 4 for cobalt (Co).
[0040]
Furthermore, it is also effective to add the same kind of ceramic powder as the insulating substrate 1 such as aluminum oxide in the connection wiring layer 4a in order to increase the adhesive strength with the insulating substrate 1 mainly composed of aluminum oxide or the like. is there. However, if the content is more than 45% by volume, there is a risk of causing poor sintering. Accordingly, when aluminum oxide is added to the connection wiring layer 4a, the content is particularly preferably 2 to 35% by volume.
[0041]
Of the connection wiring layer 4, it is important that the connection wiring layer 4b other than the outermost connection wiring layer 4a is formed of tungsten and / or molybdenum and copper.
[0042]
If the connection wiring layer 4b is formed of tungsten and / or molybdenum and copper, the electrical resistance of the connection wiring layer 4b becomes lower due to the inclusion of copper, and as a result, the electrical resistance of the entire connection wiring layer 4 is reduced to the surface. It is as low as the wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 and can sufficiently cope with the increase in the calculation speed of the semiconductor element 6. Thus, the loss of the signal is greatly reduced, and the semiconductor element 6 can be operated normally.
[0043]
The other connection wiring layer 4b made of tungsten and / or molybdenum and copper can be the same as the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3, and is the same as the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3. The conductive paste obtained by mixing tungsten and / or molybdenum powder and copper powder is printed and filled into the through-hole 5 formed in the ceramic green sheet to be the insulating substrate 1 by screen printing or the like. It is formed by.
(Production method)
Next, an example of a method for manufacturing the wiring board 7 will be specifically described in the case where the insulating substrate 1 is made of an aluminum oxide sintered body.
[0044]
First, in order to form the insulating substrate 1, a powder having an average particle size of 0.5 μm to 2.5 μm, particularly 0.5 μm to 2.0 μm is used as the aluminum oxide raw material powder as the main component of the ceramic sintered body. . This is because if the average particle size is smaller than 0.5 μm, it is difficult to handle the powder, and the cost of the powder becomes high. If it is larger than 2.5 μm, it is difficult to fire at a temperature of 1500 ° C. or less. It is.
[0045]
Then, MnO 2 is added to the aluminum oxide powder at a ratio of 2.0 to 8.0% by weight, particularly 3.0 to 7.0% by weight as the second component. As appropriate, as the third component, SiO 2 . 0.4 to 8% by weight of MgO, CaO, SrO 2 powder, etc., and 4% by weight or less in terms of metal using a metal powder or oxide powder of a transition metal such as W, Mo, Cr or the like as a color component as a fourth component Add at a rate of
[0046]
In addition to the oxide powder, the oxide may be added as carbonate, nitrate, acetate, or the like that can form an oxide by firing.
[0047]
Next, a plurality of ceramic green sheets for forming the insulating substrate 1 are produced using this mixed powder. The ceramic green sheet can be produced by a known forming method. For example, after preparing a slurry by adding an organic binder or solvent to the above mixed powder, it is formed by a doctor blade method, or an organic binder is added to the mixed powder, and a ceramic green sheet having a predetermined thickness is formed by press molding, rolling molding, etc. Can be produced.
[0048]
Further, the ceramic green sheet is formed with a through hole 5 for filling a conductive paste that will be the connection wiring layer 4 in a later step by a laser processing method, a mechanical punching method, or the like.
[0049]
For the ceramic green sheet produced in this way, first, the conductive paste to be the outermost connection wiring layer 4a is printed and filled in the through holes of the ceramic green sheet to be the outermost insulating layer by screen printing or the like. To do. The conductor paste to be the outermost connection wiring layer 4a is, for example, 0.1% iron group metal oxide powder such as nickel oxide on tungsten and / or molybdenum having an average particle size of 0.5 to 5 μm. It is produced by adding and mixing an organic binder and a solvent with respect to a solid component containing ˜5 vol% and alumina powder in a proportion of 0 to 45 vol%.
[0050]
In addition, the conductive paste to be the connection wiring layer 4b other than the outermost layer is printed and filled into the through holes of the ceramic green sheet to be the insulating layer other than the outermost layer by a screen printing method or the like. The conductive paste used as the other connection wiring layer 4b is, for example, 10 to 70% by volume of copper powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm, particularly 40 to 60% by volume, tungsten having an average particle diameter of 1 to 10 μm, and / or Or it can produce by adding and mixing an organic binder and a solvent with respect to the solid component formed by adding molybdenum powder in the ratio of 30 to 90 volume%, especially 40 to 60 volume%.
[0051]
In the conductor paste for forming the other connection wiring layer 4b, the same composition as the aluminum oxide powder or the oxide ceramic component forming the insulating layer is used in order to improve the adhesion to the insulating substrate 1. It is also possible to add the product powder at a ratio of 0.05 to 2% by volume.
[0052]
Next, a conductive paste that becomes the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3 is printed on the surface of each ceramic green sheet by screen printing, gravure printing, or the like. As the conductive paste that becomes the surface wiring layer 2 and the internal wiring layer 3, the same conductive paste as the conductive paste that becomes the other connection wiring layer 4b can be used.
[0053]
Finally, after printing, applying, and laminating and bonding the ceramic green sheets filled with the respective conductive pastes to be the surface wiring layer 2, the internal wiring layer 3, and the connection wiring layer 4, the laminate is made non-oxidizing. Baking is performed in the atmosphere under conditions where the maximum baking temperature is 1200 to 1500 ° C.
[0054]
If the firing temperature at this time is lower than 1200 ° C., when an ordinary raw material is used, the insulating base made of the aluminum oxide sintered body cannot be densified to a relative density of 95% or more, and the thermal conductivity and strength are low. If the temperature is higher than 1500 ° C., the surface wiring layer 2, the internal wiring layer 3 and the other connection wiring layer 4b are sintered with tungsten or molybdenum itself, and the uniform structure with copper cannot be maintained. It becomes difficult to maintain low resistance, and sheet resistance becomes high. In addition, the grain size of the main crystal phase of the oxide ceramics increases and abnormal grain growth occurs, and the grain boundary length, which is the path when copper diffuses into the ceramics, becomes shorter and the diffusion speed increases. This is because it becomes difficult to control the diffusion distance to 30 μm or less. The range of 1350-1450 ° C is preferred.
[0055]
In addition, the non-oxidizing atmosphere at the time of firing is preferably nitrogen or a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen. In particular, in order to suppress diffusion of copper in the wiring layer, hydrogen and nitrogen are included. A non-oxidizing atmosphere with a dew point of + 10 ° C. or lower, particularly −10 ° C. or lower is desirable. In addition, you may mix inert gas, such as argon gas, in this atmosphere if desired. If the dew point during firing is higher than + 10 ° C., oxide ceramics react with moisture in the atmosphere during firing to form an oxide film, and this oxide film reacts with copper in the copper-containing conductor, resulting in a low conductor. This is because it not only prevents resistance, but also promotes copper diffusion.
[0056]
Furthermore, by controlling the baking temperature and atmosphere as described above, baking can be performed with an arithmetic average roughness Ra of the surface of the insulating substrate 1 of 1 μm or less, particularly 0.7 μm or less. .
[0057]
Thus, according to the wiring board 7 of the present invention, the semiconductor element 6 is mounted on the upper surface of the insulating base 1 and each electrode of the semiconductor element 6 is electrically connected to the surface wiring layer 2 via the bonding wires 8. Then, if necessary, the semiconductor element 6 is hermetically sealed using a bowl-shaped lid made of metal or ceramic, sealing resin (not shown), or the like, thereby completing a semiconductor device as a product.
[0058]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiments, the wiring board of the present invention is replaced with a semiconductor element. Although the case where it is applied to a wiring board for mounting has been described, this may be applied to a hybrid integrated circuit board or the like.
[0059]
【The invention's effect】
According to the wiring board of the present invention, the surface wiring layer and the internal wiring layer are made of tungsten and / or molybdenum and copper, and low resistance copper (electric resistivity (20 ° C.) is 1.7 × 10 −6 Ω · c), each wiring layer can be made to have a low resistance corresponding to the increase in the calculation speed of the semiconductor element, the loss of the signal propagating through the wiring layer is reduced, and the semiconductor element operates normally. Can be made.
[0060]
According to the wiring board of the present invention, the surface wiring layer and the internal wiring layer are connected via the connection wiring layer formed in the through hole provided in each insulating layer of the insulating base, and the connection wiring layer Of these, the connection wiring layer formed in the through hole of the insulating layer located at the outermost layer is formed of tungsten and / or molybdenum and an iron group metal that adheres firmly to the insulating base, so that it is insulated from the surface wiring layer A gap is formed between the substrate and even if moisture enters through the gap, the entered moisture does not contact the internal wiring layer and the like, and as a result, corrosion of the internal wiring layer and the like can be effectively prevented. As a result, the connection reliability between the surface wiring layer and the internal wiring layer can be improved, and the electrical insulation between adjacent wiring layers can be ensured and the long-term reliability can be improved.
.
[0061]
At the same time, the connection wiring layer disposed in the through hole provided in the insulating layer other than the outermost layer among the insulating layers forming the insulating base is formed of tungsten and / or molybdenum and copper to have a low resistance. As a result, the entire connection wiring layer has low resistance, and all of the surface wiring layer, internal wiring layer, and connection wiring layer have low resistance corresponding to the increase in the operation speed of the semiconductor element, and signals are propagated to each wiring layer. In this case, the loss of the propagated signal is greatly reduced, and the semiconductor element can be operated normally. Further, the outermost connection wiring layer and the other connection wiring layers have a circular cross-sectional shape, and are formed as concentric circles that overlap with each other or have a larger outermost connection wiring layer. Intrusion of moisture into the insulating base can be prevented evenly, and the long-term reliability of the wiring board can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a wiring board according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the wiring board shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating base | substrate 2 ... Surface wiring layer 3 ... Internal wiring layer 4 ... Connection wiring layer 4a ... Outermost connection wiring layer 4b ... Other connection wiring layers 5... Through hole 6... Semiconductor element 7... Wiring substrate 8.

Claims (1)

絶縁基体の表面および内部に、タングステンおよび/またはモリブデンと銅とから成る表面配線層および内部配線層を形成するとともに前記表面配線層と前記内部配線層とを接続配線層を介して接続して成る配線基板であって、
前記絶縁基体は複数の絶縁層を積層して形成されているとともに前記接続配線層は前記絶縁基体の各前記絶縁層に設けた貫通孔内に形成されており、かつ最外層の前記絶縁層の貫通孔内に位置する最外層の接続配線層はタングステンおよび/またはモリブデンと鉄族金属とで、他の前記絶縁層の前記貫通孔内に位置する他の接続配線層はタングステンおよび/またはモリブデンと銅とにより形成されており、前記最外層の接続配線層および前記他の接続配線層は、横断面形状が円形状であるとともに、互いに重なるかまたは前記最外層の接続配線層の方が大きい同心円状として形成されていることを特徴とする配線基板。
On the surface and inside of the insulating substrate, formed by connecting through a connecting wiring layer and said internal wiring layer and the surface wiring layer with surface wiring layer consisting of tungsten and / or molybdenum and copper and to form an internal wiring layer A wiring board,
The insulating substrate of the connection wiring layer is formed in the through hole provided in each of the insulating layers of the insulating substrate, and the outermost layer of the insulating layer with is formed by stacking a plurality of insulating layers in the outermost layer of the connection wiring layer located in the through hole with tungsten and / or molybdenum and iron group metals, other connection wiring layer located within the through hole of the other of said insulating layer and tungsten and / or molybdenum The outermost connection wiring layer and the other connection wiring layer are formed of copper and have a circular cross-sectional shape and overlap each other or the outermost connection wiring layer is larger in concentric circles. A wiring board characterized by being formed in a shape .
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03146488A (en) * 1989-10-30 1991-06-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Production of aluminum nitride sintered body with metallizing layer
JPH08274435A (en) * 1995-03-29 1996-10-18 Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk Ceramic circuit board
JPH09260544A (en) * 1996-03-25 1997-10-03 Toshiba Corp Ceramic circuit board and manufacture therefor
JP2000188453A (en) * 1998-12-21 2000-07-04 Kyocera Corp Wiring substrate and its manufacture

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3537648B2 (en) * 1997-10-28 2004-06-14 京セラ株式会社 Aluminum nitride wiring board and method of manufacturing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03146488A (en) * 1989-10-30 1991-06-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Production of aluminum nitride sintered body with metallizing layer
JPH08274435A (en) * 1995-03-29 1996-10-18 Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk Ceramic circuit board
JPH09260544A (en) * 1996-03-25 1997-10-03 Toshiba Corp Ceramic circuit board and manufacture therefor
JP2000188453A (en) * 1998-12-21 2000-07-04 Kyocera Corp Wiring substrate and its manufacture

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