JPH10135273A

JPH10135273A - 配線基板の実装構造

Info

Publication number: JPH10135273A
Application number: JP28874096A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Azuma; 昌彦東; Koichi Yamaguchi; 浩一山口; Masaya Kokubu; 正也國分; Noriaki Hamada; 紀彰浜田; Hitoshi Kumadahara; 均隈田原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-22
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JP3420447B2

Abstract

(57)【要約】【課題】配線基板を、プリント基板等の外部電気回路基
板にロウ付け実装する際に、強固に且つ長期にわたり安
定した接続状態を維持できる高信頼性の配線基板の実装
構造を提供する。【解決手段】複数の接続端子４を具備するセラミックス
配線基板Ａを、有機樹脂を含む絶縁体表面に配線導体が
形成された外部電気回路基板Ｂ上に載置し、基板Ａの接
続端子４と回路基板Ｂの配線導体１１とをロウ付け実装
する配線基板の実装構造において、Ｆ＝Ｌ・Δα・ｔ−
（0.025 ・Ｌ³・Δｔ／Ｅ・ｔ³）（式中、Ｌ：絶縁基
板の複数の接続端子のうち、２つの接続端子間の最大離
間距離（ｍｍ）、Δα：配線基板における絶縁基板と外
部電気回路基板との４０〜４００℃における熱膨張係数
差（ｐｐｍ／℃）、ｔ：配線基板の厚み（ｍｍ）、Ｅ：
配線基板のヤング率（ＧＰａ））で表されるＦ値を２０
０以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機樹脂を含む絶
縁体を備えた外部電気回路基板の表面に、配線基板、特
に大型の表面実装型の配線基板をロウ付けして実装する
のに適した実装構造に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、配線基板は、絶縁基板の表面あるい
は内部にメタライズ配線層が配設された構造からなる。
また、この配線基板の代表的な例として、半導体素子、
特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体集積回路
素子を収容するための半導体素子収納用パッケージは、
一般にアルミナセラミックスからなる絶縁基板の表面に
半導体素子を収容するための凹部が形成され、また絶縁
基板の表面および内部には、タングステン、モリブデン
等の高融点金属粉末から成る複数個のメタライズ配線層
が配設され、凹部内に収納される半導体素子と電気的に
接続される。また、絶縁基板の下面または側面には、外
部電気回路基板と電気的に接続するための接続端子が備
えられ、この接続端子は、メタライズ配線層と電気的に
接続されている。

【０００３】そして、かかる半導体素子収納用パッケー
ジは、絶縁基板下面または側面に設けられた接続端子と
外部電気回路基板表面に形成された配線導体とを半田等
によりロウ付けして電気的に接続することにより実装さ
れる。

【０００４】一般に、半導体素子の集積度が高まるほ
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴いこれを収納する半導体収納用パッケージにおける
端子数も増大することになる。ところが、電極数が増大
するに伴いパッケージ自体の寸法を大きくする必要があ
るが、それと同時に小型化も要求されるためパッケージ
における接続端子の密度を高くすることが必要となる。

【０００５】これまでのパッケージにおける接続端子の
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）が最も一
般的であるが、表面実装型のパッケージとして、パッケ
ージの側面に導出されたメタライズ配線層にＬ字状の金
属部材がロウ付けされたクワッドフラットパッケージ
（ＱＦＰ）、パッケージの４つの側面に電極パッドを備
えたリードピンのないリードレスチップキャリア（ＬＣ
Ｃ）、さらに絶縁基板の下面に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）等があ
り、これらの中でもＢＧＡが最も高密度化が可能である
と言われている。

【０００６】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。このよ
うな実装構造により、半導体素子収納用パッケージの内
部に収容されている半導体素子はその各電極がメタライ
ズ配線層及び接続端子を介して外部電気回路に電気的に
接続される。

【０００７】また、半導体素子収納用パッケージにおけ
る絶縁基板としては、最近では、低温焼成化、低誘電率
化および高電気伝導性の銅配線が可能なことから、絶縁
基板をガラスセラミック焼結体により構成することも提
案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のパッケージにお
ける絶縁基板として従来より使用されているアルミナ、
ムライトなどのセラミックスは、２００ＭＰａ以上の高
強度を有し、しかもメタライズ配線層などとの多層化技
術として信頼性の高い点で多用されているが、絶縁基板
がガラス−エポキシ樹脂複合材料、ガラス−ポリイミド
樹脂複合材料などの有機樹脂を含むプリント基板などの
外部電気回路基板に表面実装した場合、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
繰り返し印加されると、前記外部電気回路基板と絶縁基
板との熱膨張係数差が１０ｐｐｍ／℃以上と大きいため
に、熱応力が発生するという問題がある。

【０００９】この熱応力は、パッケージにおける端子数
が３００未満と比較的少なかったり、接続端子がピンか
らなる場合、あるいはパッケージ自体のサイズが小さい
場合には、発生する熱応力も小さい。しかしながら、接
続端子数が３００以上となったり、パッケージサイズが
大型化すると、発生する応力も増大する傾向にあり、半
導体素子の作動／停止によりこれがパッケージの外部電
気回路基板への半田実装部に繰り返し印加されると、パ
ッケージの接続端子の外周部、及び外部電気回路基板の
配線導体と接続端子との接合界面に応力が集中し、パッ
ケージにおいて接続端子が絶縁基板より剥離したり、接
続端子が外部電気回路基板の配線導体から剥離し、パッ
ケージの接続端子を外部電極回路の配線導体に長期にわ
たり安定に電気的接続できないという致命的な欠点を有
していた。特に、上記傾向は、前記ＱＦＰ、ＬＣＣおよ
びＢＧＡ型等の表面実装型のパッケージにおいて顕著で
ある。

【００１０】従って、本発明は、半導体素子収納用パッ
ケージ等の配線基板を、絶縁体が有機樹脂を主体として
なる外部電気回路基板にロウ付けによって表面実装する
際に、強固に且つ長期にわたり安定した接続状態を維持
できる高信頼性の配線基板の実装構造を提供することを
目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、パッケー
ジ等の配線基板の外部電気回路基板への実装時において
発生する熱応力を緩和させる方法について種々検討を重
ねた結果、配線基板における絶縁基板に取着された複数
の接続端子のうち、２つの接続端子間の最大離間距離、
配線基板における絶縁基板と配線基板を実装する外部電
気回路基板との熱膨張係数差、配線基板の厚み、配線基
板のヤング率を特定の関係になるように制御することに
より、半田に発生する応力を軽減し、長期にわたり安定
した実装が可能となることを見いだし、本発明に至っ
た。

【００１２】即ち、本発明の配線基板の実装構造は、セ
ラミック絶縁基板と、該絶縁基板に配設されたメタライ
ズ配線層と、前記絶縁基板に取着され前記メタライズ配
線層と電気的に接続された接続端子とを具備する配線基
板を、少なくとも有機樹脂を含む絶縁体の表面に配線導
体が被着形成された外部電気回路基板上に載置し、前記
配線基板の接続端子と前記外部電気回路基板の配線導体
とをロウ付けして実装してなる配線基板の実装構造であ
って、下記数１

【００１３】

【数１】

【００１４】で表されるＦ値が２００以下であることを
特徴とするものである。

【００１５】特に、前記配線基板における配線基板の厚
みｔが０．３ｍｍ以上、接続端子間の最大離間距離が２
０ｍｍ以上であること、前記絶縁基板の４０〜４００℃
における熱膨張係数が８〜２５ｐｐｍ／℃であること、
前記外部電気回路基板の４０〜４００℃における熱膨張
係数が８〜２８ｐｐｍ／℃であることが望ましい。

【００１６】また、前記絶縁基板としては、特に、配線
基板における絶縁基板が、ガラスセラミック焼結体から
なり、具体的には、Ｌｉ₂Ｏを５〜３０重量％含有する
リチウム珪酸ガラス２０〜８０体積％と、フォルステラ
イト、クリストバライトおよびクォーツの少なくとも１
種を含むフィラー８０〜２０体積％とからなる混合物を
成形し、焼成したものであることが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施例を示す添
付図面に基づき詳細に説明する。図１及び図２は、本発
明の一例を示す図であり、セラミック絶縁基板の表面あ
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、図１は、本発明に
おける配線基板の一例としてＢＧＡ型パッケージと、そ
の実装構造を示すものであり、ＡはＢＧＡ型パッケー
ジ、Ｂは外部電気回路基板である。

【００１８】図１において、パッケージＡは、セラミッ
ク絶縁基板１と蓋体２とメタライズ配線層３と接続端子
４およびパッケージの内部に収納される半導体素子５に
より構成され、絶縁基板１に形成されたキャビティ６内
に半導体素子５が収納され、キャビティ６は、蓋体２に
よって気密に封止されている。

【００１９】また、絶縁基板１の下面には接続端子４が
形成され、絶縁基板１の表面および内部に配設されたメ
タライズ配線層３と電気的に接続されている。この図１
のＢＧＡ型パッケージにおいては、接続端子４は、例え
ば、図２に示すように、絶縁基板１の下面に形成された
多数の電極パッド７と半田（錫−鉛合金）などの高融点
ロウ材からなるボール状の端子８が低融点半田９によっ
て取着された構造からなる。

【００２０】一方、外部電気回路基板Ｂは、いわゆるプ
リント基板からなり、ガラス−エポキシ樹脂、ガラス−
ポリイミド樹脂複合材料などの有機樹脂を含む材料から
なる絶縁体１０の表面に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐ
ｂ−Ｓｎなどの金属からなる配線導体１１が被着形成さ
れたものであり、以下、単にプリント基板と称する場合
もある。

【００２１】上記ＢＧＡ型パッケージＡを上記プリント
基板Ｂに実装するには、パッケージＡの絶縁基板１下面
のボール状接続端子８をプリント基板Ｂの配線導体１１
上に載置当接させ、しかる後、低融点半田などのロウ材
１２によってプリント基板Ｂ上に実装される。

【００２２】配線基板Ａの外部電気回路基板Ｂへの実装
時、または実装後の配線基板に搭載される半導体素子の
繰り返し作動時において、配線基板Ａには、外部電気回
路基板Ｂとの熱膨張差により配線基板の中心方向への圧
縮応力と、配線基板に垂直に下方への応力による曲げ応
力が発生する。言い換えれば、配線基板Ａの絶縁基板１
と外部電気回路基板Ｂとの間に発生する応力は、配線基
板における接続端子の最大離間距離Ｌ、両者の熱膨張係
数差Δαおよび配線基板の厚みｔが大きいほど大きくな
る。

【００２３】しかし、この圧縮応力は、配線基板が歪む
ことで緩和され、また曲げ応力は、配線基板が撓むこと
により緩和される。この配線基板の歪み量および撓み量
は、配線基板のサイズと配線基板のヤング率によって決
定され、ヤング率が小さいほど配線基板は歪み易く、ま
た撓み易くなり、圧縮応力および曲げ応力を緩和するこ
とができる。即ち、絶縁基板と外部電気回路基板との熱
膨張係数差Δαが小さい場合、または配線基板のヤング
率が小さい場合には、前記最大離間距離Ｌ、配線基板の
厚みｔが大きくても発生する応力が小さいために信頼性
の高い実装が可能となる。

【００２４】かかる観点から、信頼性の高い実装構造を
得るための条件について検討した結果、下記数１

【００２５】

【数１】

【００２６】で表されるＦ値を２００以下となるよう
に、各要素を制御する。この数１において、（Ｌ・Δα
・ｔ）は、配線基板の外部電気回路基板への実装時、ま
たは実装後の半導体素子の繰り返し作動時において、両
者の熱膨張差により発生する応力の大きさを示し、（0.
025 ・Ｌ³・Δα／Ｅ・ｔ³）とは、配線基板が撓むこ
とにより緩和される応力の大きさを示すものである。従
って、上記の差が小さいほど、応力の発生が小さいこと
を意味するもので、実用上、上記のＦ値が２００以下、
特に１５０以下であれば、信頼性の高い実装が可能とな
る。逆に、前記数１によって規定されるＦ値が、Ｆ＞２
００の場合、上記圧縮応力および曲げ応力がロウ付け部
に作用し、配線基板と外部電気回路基板との電気的接続
状態が経時的に悪化することとなる。

【００２７】なお、前記数１において、配線基板におけ
る２つの接続端子間の最大離間距離Ｌとは、配線基板の
絶縁基板に取着された複数の接続端子のうち、１つの接
続端子と他の接続端子との離間距離の最大値であり、例
えば、接続端子群のうちの最端部に取着された接続端子
と、他方の最端部に取着された接続端子間の離間距離で
あり、例えば、図３（ａ）に示すように、接続端子群
が、四角形状に配列された場合には、その四角形状の対
角線長さに相当する。また、図３（ｂ）に示すような、
複雑形状に配列される場合には、図３（ｂ）に示すよう
に、最も離れた端子間距離が相当する。

【００２８】また、配線基板のヤング率とは、ＪＩＳＲ
１６０２に基づき、図４（ａ）に示すように、絶縁基板
の表面および／または内部にメタライズ配線層が形成さ
れた配線基板を２点支持し、荷重を印加した時のたわみ
量から算出する方法、あるいは図４（ｂ）に示すよう
に、配線基板の端部を固定支持し、他端部に荷重を印加
した時のたわみ量からも算出することができる。さら
に、配線基板の厚みｔとは、実質的には、絶縁基板の厚
みに相当するものである。

【００２９】本発明の実装構造によれば、熱膨張差に起
因する応力の影響が大きくなる接続端子間の最大離間距
離が２０ｍｍ以上、特に３０ｍｍ以上、さらには４０ｍ
ｍ以上の配線基板を４０〜４００℃における熱膨張係数
が８〜２８ｐｐｍ／℃の外部電気回路基板へ実装するの
に好適である。

【００３０】さらに本発明の好適な態様によれば、配線
基板の厚みｔが０．３ｍｍ以上、前記配線基板における
接続端子の最大離間距離Ｌが２０ｍｍ以上の大型の配線
基板を実装させる上では、絶縁基板の４０〜４００℃に
おける熱膨張係数が８〜２５ｐｐｍ／℃、配線基板のヤ
ング率が２００ＧＰａ以下であることが望ましい。さら
には、絶縁基板の外部電気回路基板との熱膨張差Δαが
絶対値で０〜５ｐｐｍ／℃であることが望ましい。

【００３１】また、配線基板におけるセラミックス絶縁
基板を構成する好適な絶縁材料としては、前記Ｆ値が上
記の範囲を満足するものであれば、Ａｌ₂Ｏ₃、Ａｌ
Ｎ、ＺｒＯ₂、ムライト、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ等を主体
とするセラミックス、ガラス、ガラスセラミックス等の
公知の絶縁材料が用いることができる。

【００３２】これらの中でも、配線基板として、表面お
よび内部に配設されたメタライズ配線層を金、銅、銀の
うちの少なくとも１種により構成し、且つ絶縁基板と同
時焼成によって作製できるものであることが望ましい。
かかる点で、絶縁基板は１０００℃以下で焼成可能であ
ることが望まれ、例えば、１０００℃以下で焼成可能な
ガラス、またはガラスセラミックスが最も好適である。

【００３３】また、ガラスまたはガラスセラミックスと
しては、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスなどのガ
ラスや、これらのガラスに、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｓ
ｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＡｌＮなどのフィラー成分を
配合したガラスセラミックスが挙げられる。

【００３４】また、かかる絶縁基板として４０〜４００
℃における熱膨張係数が８〜２５ｐｐｍ／℃のガラスセ
ラミック材料としては、Ｌｉ₂Ｏを５〜３０重量％含有
する結晶性リチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、
フォルステライト、クリストバライトおよびクォーツの
うちの少なくとも１種を含むフィラー成分８０〜２０体
積％とからなる混合物を成形し、焼成したガラスセラミ
ック焼結体が好適に使用される。本発明によれば、結晶
性リチウム珪酸ガラスを上記の範囲で配合することによ
り、１０００℃以下の温度で焼成でき、焼結後の焼結体
のヤング率が２００ＧＰａ以下、熱膨張係数８〜２５ｐ
ｐｍ／℃のガラスセラミックスを得ることができる。

【００３５】用いる結晶性リチウム珪酸ガラスとして
は、Ｌｉ₂Ｏを５〜３０重量％の割合で含有するととも
に、ＳｉＯ₂を６０〜８５重量％含み、Ｌｉ₂ＯとＳｉ
Ｏ₂の合量が６５〜９５重量％であり、残部がＡｌ₂Ｏ
₃、アルカリ土類酸化物、アルカリ金属酸化物、Ｚｎ
Ｏ、Ｐ₂Ｏ₅等から構成されるものが好適である。

【００３６】この結晶性リチウム珪酸ガラスの軟化点は
４２０〜４６０℃であることが望ましい。また、屈伏点
は４００℃〜８００℃、特に４００〜６５０℃であるこ
とが成形用有機バインダーを効率的に除去できるととも
に、銅との同時焼結性を高める点で望ましい。

【００３７】一方、結晶性リチウム珪酸ガラスとともに
配合されるフィラー成分としては、少なくともフォルス
テライト、クリストバライトおよびクォーツのうちの少
なくとも１種を含むことが、熱膨張係数を前記範囲に制
御する上で好適である。また、フィラーを組み合わすこ
とによってヤング率や熱膨張係数を制御することも可能
であって、その他のフィラー成分としては、トリジマイ
ト（ＳｉＯ₂）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、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（Ｎａ
₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）、リチウムシリケート
（Ｌｉ₂Ｏ・ＳｉＯ₂）、ジオプサイド（ＣａＯ・Ｍｇ
Ｏ・２ＳｉＯ₂）、メルビナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・
２ＳｉＯ₂）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓ
ｉＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ
₃）、カーネギアイト（Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、ホウ酸
マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ₂Ｏ₃）、セルシアン（Ｂ
ａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、Ｂ₂Ｏ₃・２ＭｇＯ
・２ＳｉＯ₂、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、ペ
タライト（ＬｉＡｌＳｉ₄Ｏ₁₀）が挙げられる。

【００３８】この結晶性ガラスとフィラーとの混合物を
用いて、配線基板を作製するには、適当な成形用有機樹
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
状に成形する。

【００３９】そして、このシート状成形体の表面に銅や
金などのメタライズペーストをスクリーン印刷法等によ
って印刷し、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焼成する。

【００４０】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。

【００４１】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、水蒸気を含有する１００〜７００℃の窒素雰囲
気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は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、成形体中の結晶化ガラスの特性、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。

【００４２】焼成は、８５０℃〜１０５０℃の酸化性雰
囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで緻
密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻
密化することができず、１０５０℃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。

【００４３】このようにして作製された配線基板の絶縁
基板を構成するガラスセラミック焼結体中には、フィラ
ーとして添加したフォルステライト、クォーツ、クリス
トバライト等の結晶相や、これらフィラー成分に基づく
エンスタタイト等の結晶相、さらには結晶性ガラスから
析出したリチウムシリケート結晶相が存在する。その
他、結晶性ガラスとフィラーとの反応により生成した結
晶相も存在する場合がある。そして、これらの結晶相の
粒界には、微量のガラス相が存在する場合もある。これ
らの熱膨張係数の大きい結晶相を析出させることによ
り、高熱膨張係数を有するガラスセラミック焼結体を作
製することができる。

【００４４】本発明によれば、上記のように、ガラス−
エポキシ樹脂基板などのプリント基板からなる外部電気
回路に対する配線基板の実装構造において、配線基板と
外部電気回路基板間に発生する応力を低減し、その結
果、その応力による配線基板の接続端子と外部電気回路
の配線導体との接続不良が発生するのを防止することが
でき、これによって例えば、配線基板内に収納された半
導体素子と外部電気回路基板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。

【００４５】

【実施例】

実施例１表１に示す絶縁基板を形成する各種セラミック材料につ
いて、表１の焼成条件で焼成して５×４×４０ｍｍの形
状の焼結体を作製し、各焼結体についてヤング率、およ
び４０〜４００℃における熱膨張係数を測定し表１に示
した。

【００４６】また、表１に示す各種セラミック材料を用
いて、表１の材質からなるメタライズ金属を含むペース
トを塗布、およびスルーホールを形成し、また、基板の
下面にスルーホールに接続する箇所にＣｕもしくはＷの
メタライズからなる接続パッドを形成し、表１の条件で
メタライズ配線層、スルーホール、電極パッドとともに
同時焼成して配線基板を作製した。そして、接続パッド
にＮｉメッキを施した後に、この電極パッドに高融点半
田（Ｐｂ９０重量％−Ｓｎ１０重量％）からなるボール
状接続端子を低融点半田（Ｐｂ４０重量％−Ｓｎ６０重
量％）によって取り着けた。なお、接続端子は、１ｃｍ
²当たりおよそ３０端子の密度で図２（ａ）に示すよう
に下面全体に形成した。また、接続端子における最大離
間距離が３０ｍｍの３５６端子、および７１ｍｍの７３
２端子が取着された配線基板を作製した。なお、配線基
板の厚みは１．２ｍｍと１．８ｍｍの基板をそれぞれ作
製した。

【００４７】一方、外部電気回路基板として、ガラス−
エポキシ基板からなる４０〜４００℃における熱膨張係
数が１３ｐｐｍ／℃の絶縁体の表面に銅箔からなる配線
導体が形成されたプリント基板を準備した。

【００４８】そして、上記の配線基板を上記プリント基
板の上の配線導体とパッケージ用絶縁基板の接続端子が
接続されるように位置合わせし、前記低融点半田を用い
て配線基板をプリント基板表面に実装した。なお、この
時のロウ付け高さは、０．３ｍｍとした。

【００４９】（熱サイクル試験）次に、上記のようにし
てパッケージ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。

【００５０】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。

【００５１】

【表１】

【００５２】表１より明らかなように、絶縁基板におけ
る接続端子の最大離間距離Ｌ，厚みｔ、ヤング率Ｅ、外
部電気回路基板との熱膨張係数差Δαで関係づけられた
Ｆ値が２００以下の試料は、いずれも１０００サイクル
まで抵抗変化は全く認められず、極めて安定で良好な電
気的接続状態を維持できた。しかし、Ｆ値が２００より
も大きい試料では１０００サイクル未満で抵抗変化が検
出され、実装後の信頼性に欠けることがわかった。また
表１の結果から、絶縁基板の熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃
よりも低いものは、ほとんど満足すべき結果は得られな
かった。

【００５３】実施例２ガラスセラミック焼結体として、表２に示すように、リ
チウム珪酸ガラス（組成：７４重量％ＳｉＯ₂、１４重
量％Ｌｉ₂Ｏ、４重量％Ａｌ₂Ｏ₃、２重量％Ｋ₂Ｏ、
２重量％Ｐ₂Ｏ₅、２重量％Ｎａ₂Ｏ、２重量％Ｚｎ
Ｏ、屈伏点４８０℃、４０〜４００℃における熱膨張係
数１０．３ｐｐｍ／℃）とアルミナの体積比を変えて混
合し、実施例１と同様にして成形し、脱バインダー処理
し、焼成した。そして、上記のようにして得られた焼結
体に対して実施例１と同様にして、ヤング率、熱膨張係
数を測定した。

【００５４】また、実施例１と同様にしてメタライズ配
線層としてＣｕを用いて配線基板を作成し、これを実施
例１と同じガラス−エポキシ基板に実装し、実装時の熱
サイクル試験を行いプリント基板とパッケージ基板との
電気抵抗の変化を調べた。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２より明らかなように、Ｆ値が２００以
下の試料は、いずれも１０００サイクルまで抵抗変化は
全く認められず、極めて安定で良好な電気的接続状態を
維持できた。しかし、Ｆ値が２００を大きい試料では１
０００サイクル未満で接続部の破壊による電気抵抗の変
化が見られた。

【００５７】実施例３表３、４に示すようにリチウム珪酸ガラス（組成：７８
重量％ＳｉＯ₂、１０重量％Ｌｉ₂Ｏ、４重量％Ａｌ₂
Ｏ₃、４重量％Ｋ₂Ｏ、２重量％Ｐ₂Ｏ₅、２重量％Ｎ
ａ₂Ｏ、屈伏点４８０℃、４０〜４００℃における熱膨
張係数１０．３ｐｐｍ／℃）と、フィラーとしてフォル
ステライト、クォーツ、クリストバライト、ペタライ
ト、ネフェリン、リチウムシリケートを用いて、それら
のフィラーを表４、５の体積比率で混合し、実施例１と
同様にして成形し、脱バインダー処理し焼成した。そし
て得られた焼結体に対して実施例１と同様にして、ヤン
グ率、熱膨張係数を確認した。

【００５８】また、実施例１と同様にグリーンシートを
作成した後にＣｕメタライズペーストをスクリーン印刷
法により配線パターンに塗布し、シートの所定箇所に基
板の下面まで通過するスルーホールを形成しその中にも
Ｃｕメタライズペーストを充填した。そして、実施例１
と同様に、このグリーンシートを積層圧着、焼成し、パ
ッケージ用の配線基板を作成し、このパッケージ用配線
基板をプリント基板表面に実装し、実施例１と同様な方
法で熱サイクル試験を行い、最高１０００サイクルまで
行った。結果は、表３、４に示した。

【００５９】

【表３】

【００６０】

【表４】

【００６１】表３、４より明らかなように、Ｆ値が２０
０以下の試料は、いずれも１０００サイクルまで抵抗変
化は全く認められず、極めて安定で良好な電気的接続状
態を維持できた。しかし、Ｆ値が２００よりも大きい試
料では１０００サイクル未満で抵抗変化が検出され、実
装後の信頼性に欠けることがわかった。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の配線基板
の実装構造によれば、セラミック配線基板を熱膨張係数
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が
小さく、配線基板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り、配
線基板の半導体回路素子の大型化による多端子化に十分
対応できる信頼性の高い配線基板の実装構造を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるボールグリッドアレイ型の半導
体素子収納用パッケージの実装構造を説明するための断
面図である。

【図２】図１の半導体収納用パッケージにおける外部電
気回路基板の接続部の拡大図である。

【図３】本発明における接続端子間の最大離間距離Ｌを
説明するための図である。

【図４】本発明における配線基板のヤング率の測定方法
を説明するための図である。

【符号の説明】

１セラミック絶縁基板２蓋体３メタライズ配線層４接続端子５半導体素子６キャビティ７電極パッド８ボール状端子９低融点半田１０絶縁体１１配線導体１２ロウ材１３凹部Ａ配線基板Ｂ外部電気回路基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜田紀彰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 (72)発明者隈田原均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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス絶縁基板と、該絶縁基板に配
設されたメタライズ配線層と、前記絶縁基板に取着され
前記メタライズ配線層と電気的に接続された複数の接続
端子とを具備する配線基板を、少なくとも有機樹脂を含
む絶縁体の表面に配線導体が被着形成された外部電気回
路基板上に載置し、前記配線基板の接続端子と前記外部
電気回路基板の配線導体とをロウ付けして実装してなる
配線基板の実装構造において、下記数１【数１】で表されるＦ値が２００以下であることを特徴とする配
線基板の実装構造。
【請求項２】前記配線基板における配線基板の厚みｔが
０．３ｍｍ以上、前記接続端子の最大離間距離Ｌが２０
ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の配線基
板の実装構造。
【請求項３】前記絶縁基板の４０〜４００℃における熱
膨張係数が８〜２５ｐｐｍ／℃であることを特徴とする
請求項１記載の配線基板の実装構造。
【請求項４】前記絶縁基板が、ガラスセラミック焼結体
からなることを特徴とする請求項３記載の配線基板の実
装構造。
【請求項５】前記外部電気回路基板の４０〜４００℃に
おける熱膨張係数が８〜２８ｐｐｍ／℃であることを特
徴とする請求項１記載の配線基板の実装構造。
【請求項６】前記絶縁基板が、Ｌｉ₂Ｏを５〜３０重量
％含有するリチウム珪酸ガラス２０〜８０体積％と、フ
ォルステライト、クリストバライトおよびクォーツのう
ちの少なくとも１種を含むフィラー８０〜２０体積％と
からなる混合物を成形し、焼成したものであることを特
徴とする請求項４記載の配線基板の実装構造。