JPH10135370A - 配線基板、半導体素子収納用パッケージおよびその実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の配線基板やパッケージでは、高熱膨張の
有機樹脂を含有する外部電気回路基板に対する実装が長
期安定性に欠けるものであった。 【解決手段】Ａｇなどのメタライズ配線層３を絶縁基板
１の表面あるいは内部に配設した配線基板あるいは半導
体素子収納用パッケージＡにおいて、絶縁基板１をＺｎ
Ｏを１０〜５０重量％含有し、且つ焼成後の４０〜４０
０℃の熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃の以上のガラス粉末を
２０〜８０体積％と、４０〜４００℃における熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーを８
０〜２０体積％の割合で含む成形体を焼成して得られた
４０〜４００℃における熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／
℃の焼結体によって構成し、これを少なくとも有機樹脂
を含む絶縁体１０の表面に配線導体１１が被着形成され
た外部電気回路基板Ｂ上に、接続端子４を介してロウ付
け接合し実装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタライズ配線層
を具備する配線基板、その配線基板を具備する半導体素
子収納用パッケージおよびその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、この配線基板を用いた代表的な例として、半導体
素子、特にＬＳＩ等の半導体素子を収容するための半導
体素子収納用パッケージは、その表面および内部にＷや
Ｍｏ等のメタライズ配線層が、またその底面に接続端子
が配設された、アルミナセラミックス等からなる絶縁基
板と、絶縁基板の上面中央部に半導体素子を収容するた
めのキャビティが形成され、キャビティは蓋体によって
気密に封止される。

【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にも限界
があり、より小型化を要求される以上、パッケージにお
ける接続端子の形成密度を高くすることが必要となる。

【０００４】これまでのパッケージにおける端子の密度
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（Ｐ
ＧＡ）が最も一般的であるが、最近では、パッケージの
４つの側面に導出されたメタライズ配線層にガルウイン
グ状（Ｌ字状）の金属ピンが接続されたタイプのクワッ
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、リードピンがないリードレス
チップキャリア（ＬＣＣ）、Ｓｉチップをフリップチッ
プ実装したチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）、さらに
絶縁基板の下面に半田からなる球状端子を多数配置した
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。

【０００５】このボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）で
は、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらのパッケージに
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、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
て信頼性の高いことで有用ではあるが、その熱膨張係数
は約４〜７ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、パッケー
ジが実装される外部電気回路基板として最も多用されて
いるガラス−エポキシ絶縁層にＣｕ配線層が形成された
プリント基板の熱膨張係数は１２〜１８ｐｐｍ／℃と非
常に大きい。

【０００７】そのため、配線基板や半導体素子収納用パ
ッケージに半導体素子を収容し、しかる後、プリント基
板などに実装した場合、半導体素子の作動時に発する熱
が絶縁基板とプリント基板の両方に繰り返し印加される
と前記絶縁基板とプリント基板との熱膨張差に起因する
大きな熱応力が発生する。この熱応力は、パッケージに
おける端子数が３００以下の場合には影響はないが、端
子数が３００を超えたり、パッケージのサイズが大型化
するに従い、その熱応力が大きくなる。

【０００８】そのために、半導体素子の作動および停止
の繰り返しにより熱応力が絶縁基板下面の接続パッドの
外周部、及び外部電気回路基板の配線導体と端子との接
合界面に作用し、接続パッドが絶縁基板より剥離した
り、端子が配線導体より剥離したりし、配線基板やパッ
ケージをプリント基板に長期にわたり安定に電気的接続
させることができないという欠点を有していた。

【０００９】そこで、絶縁基板の熱膨張係数をプリント
基板の熱膨張係数に整合させることが考えられるが、従
来のアルミナやムライトでは、そもそも熱膨張係数が大
きく異なるために、組成等を変えてもプリント基板の熱
膨張係数に整合させるのは非常に難しい。

【００１０】これに対して、ガラスセラミックスからな
る絶縁基板は、誘電率が低く、ＣｕやＡｇ等の低抵抗体
からなるメタライズ配線層が形成できることからアルミ
ナ等に代わる優れた基板材料として注目されている。こ
のガラスセラミックスについて、特開昭６３−１１７９
２９号公報にはＳｉＯ₂ −ＺｎＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ 系ガラス
を用いて、熱処理条件の制御によって、珪酸亜鉛とコー
ジェライトまたは亜鉛尖小石の結晶を生成させて熱膨張
係数を制御することが提案されている。

【００１１】しかし、かかるガラスセラミックスでは、
熱膨張係数の制御をガラスからの析出結晶相によって制
御しているために、同一のガラスを用いても熱処理条件
の相違により析出結晶相が変化しやすいために、同一の
熱膨張係数を有するセラミックスを安定に製造すること
が難しく、量産性に欠けるものであった。

【００１２】従って、本発明は、高熱膨張特性を有する
絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層を具備
する配線基板や、高熱膨張特性を有し且つ半導体素子が
収納された半導体素子収納用パッケージをガラス−エポ
キシ樹脂等を絶縁体とする外部電気回路に対して、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
頼性の半導体素子収納用パッケージ、ならびにその実装
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、上記問題
点に対して検討を重ねた結果、絶縁基板として、ＺｎＯ
を１０〜５０重量％含有するガラスが焼結過程において
結晶化すると、約１１ｐｐｍ／℃の高熱膨張係数を有す
ることから、かかるガラスに対して、さらにフィラー成
分として熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の高熱膨張係数
の金属酸化物を添加することによって、セラミックス自
体の熱膨張係数を８ｐｐｍ／℃以上に容易に制御できる
こと、また、フィラーを適量配合することで焼成温度を
銅メタライズ配線層との焼成温度に整合させることによ
り、銅メタライズ配線層を具備する高熱膨張の絶縁基板
からなる配線基板を製造できることを見出し本発明に至
った。

【００１４】即ち、本発明は、絶縁基板とメタライズ配
線層とを具備する配線基板や半導体素子収納用パッケー
ジにおける絶縁基板を、ＺｎＯを１０〜５０重量％含有
し、、且つ焼成後の４０〜４００℃の熱膨張係数が６ｐ
ｐｍ／℃の以上のガラス粉末を２０〜８０体積％と、４
０℃〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上
の金属酸化物を含むフィラーを８０〜２０体積％の割合
で含む成形体を焼成した４０℃〜４００℃における熱膨
張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体により構成したも
のである。

【００１５】また、本発明によれば、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、絶縁基板として上記のガラスセラミ
ック焼結体を有する半導体素子収納用パッケージや配線
基板を接続端子を介して回路基板の配線導体にロウ付け
接合し実装されるものである。

【００１６】

【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図であり、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
気回路基板をそれぞれ示す。

【００１７】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
の接着剤を介して絶縁基板１に接着固定される。

【００１８】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、図２に示すように接続端子として、接続端子７に対
して高融点材料からなる球状端子８を低融点ロウ材９に
よりロウ付けしたものが適用できる。この高融点材料
は、ロウ付けに使用される低融点ロウ材よりも高融点で
あることが必要で、ロウ付け用ロウ材が例えばＰｂ４０
重量％−Ｓｎ６０重量％の低融点の半田からなる場合、
球状端子は例えばＰｂ９０重量％−Ｓｎ１０重量％の高
融点半田や、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆ
ｅなどの金属により構成される。

【００１９】一方、外部電気回路基板Ｂは、絶縁体１０
と配線導体１１により構成されており、絶縁体１０は、
少なくとも有機樹脂を含む材料からなり、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
℃における熱膨張係数が１２〜１８ｐｐｍ／℃の絶縁材
料からなり、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１１は、絶
縁体１０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、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの
金属導体からなる。

【００２０】かかる構成においてはパッケージＡの絶縁
基板１下面の球状端子８を外部電気回路基板Ｂの配線導
体１１上に載置当接させ、しかる後、球状端子８を半田
などのロウ材１２により配線導体１１に接着させて外部
電気回路基板Ｂ上に実装することができる。また、低融
点のロウ材としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いて接続端子を外
部電気回路基板に接続してもよく、さらに上記球状端子
に代わりに柱状の端子を用いてもよい。

【００２１】次に、図３にリードレスチップキャリア
（ＬＣＣ）型パッケージＣの外部電気回路基板Ｂへの実
装構造について説明する。なお、図３において、図１と
同一部材については同一の符号を付与した。図３におけ
るパッケージＣでは、半導体素子の電極と個々に接続さ
れたメタライズ配線層３が絶縁基板１の４つの側面に導
出され、側面に導出されたメタライズ配線層が接続端子
４を構成している。また、このパッケージＣによれば、
電磁波障害を防止するために、半導体素子５を収納する
キャビティ６内にエポキシ樹脂等が充填され、またキャ
ビティは導電性樹脂からなる蓋体１３により密閉されて
いる。また、パッケージＣの底面にはアースのための導
電層１４が形成されている。

【００２２】このパッケージＣをプリント基板などの外
部電気回路基板Ｂに実装するには、パッケージＣの絶縁
基板１側面の接続端子４を外部電気回路基板Ｂの配線導
体１１上に載置当接させてロウ材等により電気的に接続
する。この時、接続端子４は配線導体１１の表面にはロ
ウ材による接続を容易に行うためでそれぞれロウ材が被
着されていることが望ましい。

【００２３】（絶縁基板の材質）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として、その絶縁基板１が４０〜４
００℃の温度範囲における熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ
／℃、特に９〜１４ｐｐｍ／℃の焼結体からなることが
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、この熱膨張係
数が８ｐｐｍ／℃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。

【００２４】なお、絶縁基板の熱膨張係数が８〜１８ｐ
ｐｍ／℃と大きくなるに伴い、Ｓｉを基板とする半導体
素子との熱膨張差が逆に大きくなってしまう。そのた
め、接着材としては、半導体素子が熱膨張差により剥離
しないように半導体素子の絶縁基板への接着材を適宜選
択することが必要である。望ましくは、その熱膨張差を
緩衝可能な可撓性の材料により接着することが望まし
く、例えば、エポキシ系、ポリイミド系などの有機系接
着材や、場合によってはこれにＡｇなどの金属を配合し
たものが好適に使用される。

【００２５】本発明によれば、このような高熱膨張係数
を有する絶縁基板を構成する焼結体として、ＺｎＯを１
０〜５０重量％含むガラス（以下、ＺｎＯ系ガラスとい
う場合もある。）を２０〜８０体積％と、フィラー成分
を８０〜２０体積％含む成形体を焼成してなる焼結体に
より構成するものである。なお、ＺｎＯ系ガラスとして
は、結晶性ガラスであることが好ましい。結晶性ガラス
とは、焼結過程において、ガラス単独でも結晶相を析出
する性質、あるいはガラスとフィラーと反応して結晶相
を生成することのできる性質を具備するものである。

【００２６】このＺｎＯ系ガラスとフィラー成分の量を
上記の範囲に限定したのは、上記ガラス成分量が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、メタライズ同時焼成において
メタライズが溶融してしまう。また、結晶性ガラスが８
０体積％より多い、言い換えるとフィラー成分が２０体
積％より少ないと焼結体の特性が結晶性ガラスの特性に
大きく依存してしまい、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導体と同時
焼成できないといった問題が生じる。また、原料のコス
トも高くなる。

【００２７】また、上記ＺｎＯ系ガラスにおいて、Ｚｎ
Ｏ量が１０重量％より少ないと、セラミックスの熱膨張
係数が８ｐｐｍ／℃よりも低くなり、他の成分量も多く
なることにより焼成温度も高くなり、銅との同時焼成が
不可能となるためであり、５０重量％よりも多いと、耐
薬品性が悪くなり、配線基板やパッケージ製造上、メッ
キ等を施す場合に、メッキ不良等が生じる。特にＺｎＯ
量は１５〜４０重量％が望ましい。

【００２８】また、このＺｎＯ系ガラスは、それ自体焼
結過程で、結晶化して４０〜４００℃における熱膨張係
数が６ｐｐｍ／℃以上、特に７〜１３ｐｐｍ／℃の結
晶、例えば、亜鉛尖晶石（ＺｎＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ）（α≒
１４ｐｐｍ／℃）、ほう酸亜鉛（ＺｎＯ・ｎＢ₂ Ｏ₃ 、
ｎ≧１）（α≒１２ｐｐｍ／℃）が析出することが必要
である。これは、熱膨張係数が上記範囲を逸脱するとフ
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。

【００２９】さらに、上記ＺｎＯ系ガラスの屈伏点は４
００℃〜８００℃、特に４００〜６５０℃であることが
望ましい。これは、成形する場合に添加する有機樹脂等
の成形用バインダーを効率的に除去するとともに、銅等
のメタライズとの焼成条件のマッチングを図るためであ
り、屈伏点が４００℃より低いと結晶性ガラスが低温で
焼結が開始するために、焼結開始温度が６００〜８００
℃の銅、銀などのメタライズと同時焼成ができず、しか
も成形体の緻密化が低温で開始するためにバインダーは
分解揮散できず焼結体中に残留し特性を劣化させる場合
がある。一方、屈伏点が８００℃より高いと結晶性ガラ
ス量を多くしないと焼結できず、高価な結晶性ガラスを
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
なる。

【００３０】フィラー成分は、結晶性ガラスの屈伏点に
応じ、その量を適宜調整することが望ましい。即ち、結
晶性ガラスの屈伏点が４００℃〜６５０℃と低い場合、
低温での焼結性が高まるためフィラーの含有量は５０〜
８０体積％の比較的多く配合できる。これに対して、結
晶性ガラスの屈伏点が６５０℃〜８００℃と高い場合、
焼結性が低下するためフィラーの含有量は２０〜５０体
積％の比較的少なく配合することが望ましい。原料コス
トを下げる上では高価な結晶性ガラスの含有量が少ない
ほど好ましい。

【００３１】ＺｎＯ系ガラスとしては、一般に、前記の
ＺｎＯ以外に、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｂ₂ Ｏ₃ の他、
Ｐ₂ Ｏ₅ 、アルカリ土類酸化物等を含み、Ａｌ₂ Ｏ₃ ０
〜６０重量％、ＳｉＯ₂ ０〜６０重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ ０〜
３０重量％、Ｐ₂ Ｏ₅ ０〜５０重量％、アルカリ土類酸
化物０〜２０重量％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ ０〜３０重量％で含ま
れる。この中でも、上記の特性を有するＺｎＯ系ガラス
としては、例えば、ＺｎＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ ガラ
ス、ＺｎＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ガラス、
ＺｎＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ ガラス、ＺｎＯ−ＢａＯ−
Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ ガラス、ＺｎＯ Ｂ₂ Ｏ₃ −Ｍｇ
Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ₂ ガラス、ＺｎＯ−Ｐ₂ Ｏ₅ −Ｂａ
Ｏ−ＳｉＯ₂ ガラス等が挙げられる。特に、ＺｎＯ１０
〜５０重量％−Ａｌ₂ Ｏ₃ １０〜３０重量％−ＳｉＯ₂
３０〜６０重量％からなる結晶化ガラスや、ＺｎＯ１０
〜５０重量％−ＳｉＯ₂ ５〜４０重量％ Ａｌ₂ Ｏ₃ ０
〜１５重量％−ＢａＯ０〜６０重量％−ＭｇＯ０〜３５
重量％からなる結晶化ガラスが望ましい。

【００３２】一方、フィラー成分としては、４０〜４０
０℃の熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上、特に８ｐｐｍ／
℃以上の金属酸化物からなるものが使用される。具体的
には、クリストバライト（ＳｉＯ₂ ）、クォーツ（Ｓｉ
Ｏ₂ ）、トリジマイト（ＳｉＯ₂ ）、フォルステライト
（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ
₃ ）、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 ・ＳｉＯ₂ ）、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・Ｍ
ｇＯ・２ＳｉＯ₂ ）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ
・２ＳｉＯ₂ ）、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃）、ネフェリン（Ｎａ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２Ｓ
ｉＯ₂ ）、ひすい（Ｎａ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・４Ｓｉ
Ｏ₂ ）、カーネギアイト（Ｎａ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２Ｓ
ｉＯ₂）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ）、ホウ
酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ₂ Ｏ₃ ）、セルシアン
（ＢａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ）、Ｂ₂ Ｏ₃ ・２Ｍ
ｇＯ・２ＳｉＯ₂ 、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ₄ Ｏ₁₀）の群から
選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。また、上記
フィラー中には、その添加により最終焼結体の熱膨張係
数が１８ｐｐｍ／℃を越える場合がある。その場合に
は、熱膨張係数が小さいフィラーと混合して熱膨張係数
を適宜制御することが必要である。

【００３３】この結晶性ガラスとフィラーとの混合物
は、適当な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。

【００３４】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。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１０
０〜７００℃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バイン
ダーの除去が困難となるため、成形体中の結晶性ガラス
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。

【００３５】焼成は、８５０℃〜１３００℃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、１３００℃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℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で行われ
る。

【００３６】このようにして作製されたガラスセラミッ
ク焼結体中には、結晶性ガラスから生成した結晶相、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、
あるいはフィラー成分が分解して生成した結晶相等が存
在し、これらの結晶相の粒界にはガラス相が存在する。
析出する結晶相としては、焼結体全体の熱膨張係数を高
める上で、少なくとも４０〜４００℃における熱膨張係
数が８ｐｐｍ／℃以上の結晶相を析出させることにより
セラミック全体としての熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上
に高めることができる。

【００３７】また、上記焼結体を絶縁基板として、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、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やパッケージを製
造するには、絶縁基板を構成するための前述したような
結晶性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３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、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
構造のパッケージを得ることができる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明をさらに具体的な例で説明す
る。 実施例１ 結晶性ガラスとして、成分組成（重量比）が ３８％ＺｎＯ−１５％Ａｌ₂ Ｏ₃ −４５％ＳｉＯ₂ −
２％Ｂ₂ Ｏ₃（熱膨張係数１１ｐｐｍ／℃、屈伏点４６
５℃） ３２％ＺｎＯ−２４％Ｂ₂ Ｏ₃ −９％ＳｉＯ₂ −４％
Ａｌ₂ Ｏ₃−９％ＭｇＯ−２２％Ｂｉ₂ Ｏ₃（熱膨張係数
９ｐｐｍ／℃、屈伏点５５５℃） １６％ＺｎＯ−６３％ＳｉＯ₂ −８％Ａｌ₂ Ｏ₃ −３
％Ｂ₂ Ｏ₃−５％Ｐ₂ Ｏ₅ −５％Ｋ₂ Ｏ（熱膨張係数８
ｐｐｍ／℃、屈伏点８００℃） ７％ＺｎＯ−４０％ＳｉＯ₂ −２４％Ａｌ₂ Ｏ₃ −２
％Ｂ₂ Ｏ₃-27%Na₂ Ｏ（熱膨張係数１５ｐｐｍ／℃、屈
伏点９００℃） ６５％ＺｎＯ−１０％ＳｉＯ₂ −３％Ａｌ₂ Ｏ₃ −２
２％Ｂ₂ Ｏ₃（熱膨張係数６ｐｐｍ／℃、屈伏点６５０
℃） の５種のガラス（熱膨張係数は焼成後のもの）を準備
し、このガラスに対して表１、２に示すようにフィラー
成分として、 フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数10
ｐｐｍ／℃） クォーツ（ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数15ｐｐｍ／℃） クリストバライト（ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数20ｐｐｍ／
℃） ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ₄ Ｏ₁₀、熱膨張係数８ｐｐｍ
／℃） マグネシア（ＭｇＯ、熱膨張係数９ｐｐｍ／℃） ネフェリン（Ｎａ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ 、熱膨
張係数10ｐｐｍ／℃） ムライト（３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ 、熱膨張係数４ｐ
ｐｍ／℃） アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ 、熱膨張係数７ｐｐｍ／℃） を用いて表１、２に示す調合組成になるように秤量混合
した。この混合物を粉砕後、有機バインダーを添加して
十分に混合した後、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７０
０℃の大気中で脱バインダ処理した後、大気中で７００
〜１２００℃で焼成して焼結体を作製した。

【００３９】次に、上記のようにして得られた焼結体に
対して４０〜４００℃の熱膨張係数を測定し表１、２に
示した。また、焼結体を直径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍに加
工し、ＪＩＳＣ２１４１の手法で比誘電率と誘電損失を
求めた。測定はＬＣＲメータ（Ｙ．Ｈ．Ｐ４２８４Ａ）
を用いて行い、１ＭＨｚ、１．０Ｖｒｓｍの条件で２５
℃における静電容量を測定し、この静電容量から２５℃
における比誘電率を測定した。

【００４０】次に、表１、２における各原料組成物を用
いて、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）を用いて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。

【００４１】このグリーンシートの表面にＡｇ−Ｐｔ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スルーホール内が最終的に基板
の下面に露出するように形成し、そのスルーホール内に
もＡｇ−Ｐｔ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。

【００４２】この積層体を７００℃で大気中で脱バイン
ダ後、各焼成温度で大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。この時、同時焼成によるＡｇメタライズ層に対し
て、メタライズ層の溶融、焼結不良についての評価を行
った。

【００４３】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Ａｇ−Ｐｔ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６０〜１０％−鉛４０〜９０
％）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。

【００４４】一方、ガラス−エポキシ基板からなる４０
〜８００℃における熱膨張係数が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、上記のパッケージ用配線基板をプリント
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、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。

【００４５】（実装時の熱サイクル試験）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、２に示した。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】表１、２より明らかなように、ガラスの含
有量が２０体積％より少ない試料Ｎo.９では、緻密な焼
結体を得ることができず、８０体積％を越える試料Ｎo.
２、７、１５、１８、２６では低温で磁器が緻密化して
しまいメタライズが焼結されず同時焼成できなかった。
また、ガラス量が適当であっても、フィラーとの組み合
わせによって焼結体の熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃
を逸脱する試料Ｎo.６、１６、１９では、熱サイクル試
験において２００〜３００サイクルで抵抗変化が生じ
た。

【００４９】これに対してガラス量が適量でその焼結体
の熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の本発明品はＡｇ−
Ｐｔメタライズの同時焼成も良好であり、これを用いて
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。

【００５０】なお、ＺｎＯの含有量が１０重量％よりも
少ないガラスを用いた試料Ｎo.２９、３０では、亜鉛
尖晶石の析出量が少なく、焼結不良となった。また、Ｚ
ｎＯ量が５０重量％を越えるガラスを用いた試料Ｎo.
３１、３２では、耐薬品性が悪くなり、メッキ不良が生
じ、配線基板の製造ができなかった。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の配線基板
および半導体素子収納用パッケージによれば、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。しかも、半導体回路素子の大型化による多ピン化に
十分対応できる信頼性の高いパッケージの実装構造を実
現できる。

【００５２】さらに、銅などのメタライズとの同時焼成
が可能であるために、高品質で且つ安価な配線基板およ
び半導体素子収納用パッケージを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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。

【図２】図１の接続部の拡大断面図である。

【図３】本発明のリードレスチップキャリア型のパッケ
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 半導体素子収納用パッケージ Ｂ 外部電気回路基板 Ｃ ＬＣＣ型パッケージ １ 絶縁基板 ２，１２ 蓋体 ３ メタライズ配線層 ４、７ 接続端子 ５ 半導体素子 ６ キャビティ ８ 球状端子 ９、１２ 低融点ロウ材 １０ 絶縁体 １１ 配線導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古久保 洋二 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 東 昌彦 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板と、メタライズ配線層とを具備し
   た配線基板において、前記絶縁基板が、ＺｎＯを１０〜
   ５０重量％含有し、且つ焼成後の４０〜４００℃の熱膨
   張係数が６ｐｐｍ／℃の以上のガラス粉末を２０〜８０
   体積％と、４０〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐ
   ｍ／℃以上の金属酸化物を含むフィラーを８０〜２０体
   積％の割合で含む成形体を焼成して得られた４０〜４０
   ０℃における熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体
   からなることを特徴とする配線基板。
2. 【請求項２】メタライズ配線層と接続端子が配設された
   絶縁基板と、蓋体と、半導体素子を収納するためのキャ
   ビティを具備する半導体素子収納用パッケージにおい
   て、前記絶縁基板が、少なくともＺｎＯを１０〜５０重
   量％含有し、且つ焼成後の４０〜４００℃の熱膨張係数
   が６ｐｐｍ／℃の以上のガラス粉末を２０〜８０体積％
   と、４０〜４００℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃
   以上の金属酸化物を含むフィラーを８０〜２０体積％の
   割合で含む成形体を焼成して得られた４０〜４００℃に
   おける熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体からな
   ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
3. 【請求項３】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、絶縁
   基板が、少なくともＺｎＯを１０〜５０重量％含有し、
   且つ焼成後の４０〜４００℃の熱膨張係数が６ｐｐｍ／
   ℃の以上のガラス粉末を２０〜８０体積％と、４０〜４
   ００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸
   化物を含むフィラーを８０〜２０体積％の割合で含む成
   形体を焼成して得られた４０〜４００℃における熱膨張
   係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体からなる配線基板、
   あるいは半導体素子収納用パッケージを前記配線導体に
   ロウ付け接合し実装してなることを特徴とする実装構
   造。