JPH1050889A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

配線基板及びその製造方法

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JPH1050889A
JPH1050889A JP20048696A JP20048696A JPH1050889A JP H1050889 A JPH1050889 A JP H1050889A JP 20048696 A JP20048696 A JP 20048696A JP 20048696 A JP20048696 A JP 20048696A JP H1050889 A JPH1050889 A JP H1050889A
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thermosetting resin
wiring board
powder
insulating
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JP20048696A
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Fujito Nakakawaji
藤人 中川路
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高密度な配線基板を得ることが困難であった。 【解決手段】６０乃至９５重量％の無機絶縁物粉末と５
乃至４０重量％の熱硬化性樹脂及び可撓性樹脂とから成
り、前記無機絶縁物粉末を前記熱硬化性樹脂及び可撓性
樹脂により結合して成る絶縁基体１に、金属粉末を熱硬
化樹脂により結合した配線導体２を被着させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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や混成集積回路
基板等に用いられる配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、配線基板、例えば半導体素子を収
容する半導体素子収納用パッケージに使用される配線基
板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスより
成り、その上面中央部に半導体素子を収容する凹部を有
する絶縁基体と、前記絶縁基体の凹部周辺から下面にか
けて導出されたタングステン、モリブデン等の高融点金
属メタライズから成る配線導体とから構成されており、
前記絶縁基体の凹部底面に半導体素子をガラス、樹脂、
ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに該半導
体素子の各電極を例えばボンディングワイヤ等の電気的
接続手段を介して配線導体に電気的に接続し、しかる
後、前記絶縁基体の上面に、金属やセラミックス等から
成る蓋体を絶縁基体の凹部を塞ぐようにしてガラス、樹
脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体の凹
部内に半導体素子を気密に収容することによって製品と
しての半導体装置となり、配線導体の絶縁基体凹部底面
に導出した部位を外部電気回路基板の配線導体に接続す
ることによって半導体素子の各電極が外部電気回路基板
に電気的に接続されることとなる。
【０００３】この従来の配線基板は、セラミックグリー
ンシート積層法によって製作され、具体的には、酸化ア
ルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシ
ウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダー、
溶剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来
周知のドクターブレード法を採用してシート状とするこ
とによって複数のセラミックグリーンシートを得、しか
る後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き
加工を施すとともに配線導体となる金属ペーストを所定
パターンに印刷塗布し、最後に前記セラミックグリーン
シートを所定の順に上下に積層して生セラミック成形体
となすとともに該生セラミック成形体を還元雰囲気中約
１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【０００４】しかしながら、この従来の配線基板は、絶
縁基体を構成する酸化アルミニウム質焼結体等のセラミ
ックスが硬くて脆い性質を有するため、搬送工程や半導
体装置製作の自動ライン等において配線基板同士が、あ
るいは配線基板と半導体装置製作自動ラインの一部とが
激しく衝突すると絶縁基体に欠けや割れ、クラック等が
発生し、その結果、半導体素子を気密に収容することが
できず、半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に
作動させることができなくなるという欠点を有してい
た。
【０００５】また、前記配線基板の製造方法によれば、
生セラミック成形体を焼成する際、生セラミック成形体
に不均一な焼成収縮が発生し、得られる配線基板に反り
等の変形や寸法のばらつきが発生し、その結果、半導体
素子の各電極と配線導体とを、あるいは配線導体と外部
電気回路基板の配線導体とを正確、且つ確実に電気的に
接続することが困難であるという欠点を有していた。
【０００６】そこで、配線基板の絶縁基体を従来のセラ
ミックスに代えて無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で結合
した材料で形成するとともに配線導体を従来の高融点金
属メタライズに代えて金属粉末を熱硬化性樹脂で結合し
た材料で形成した配線基板が提案されている。
【０００７】この無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で結合
して成る絶縁基体と金属粉末を熱硬化性樹脂で結合して
成る配線導体とから成る配線基板は、熱硬化性樹脂と無
機絶縁物粉末とを混合して成る半硬化状態の前駆体シー
トを準備するとともに該前駆体シートに適当な打ち抜き
加工を施し、次にこれに熱硬化性樹脂と金属粉末とを混
合して成る金属ペーストを所定パターンに印刷塗布し、
最後に前記金属ペーストが印刷塗布された前駆体シート
を必要に応じて積層するとともにこれを約１００〜３０
０℃の温度で熱硬化させることによって製作される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この無
機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で結合して成る絶縁基体と
金属粉末を熱硬化性樹脂で結合して成る配線導体とから
成る配線基板は、該配線基板となる前駆体シートに含有
される熱硬化性樹脂が可撓性に乏しく、半硬化された前
駆体シートが脆い性質を有するために該前駆体シートに
打ち抜き加工を施した際に、前駆体シートにクラックや
欠けが発生し易く、そのため前駆体シートに微細な打ち
抜き加工を施すことによって高密度な配線基板を得るこ
とが困難であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、６
０乃至９５重量％の無機絶縁物粉末と５乃至４０重量％
の熱硬化性樹脂及び可撓性樹脂とから成り、前記無機絶
縁物粉末を前記熱硬化性樹脂及び可撓性樹脂により結合
して成る絶縁基体に、金属粉末を熱硬化樹脂により結合
した配線導体を被着させて成ることを特徴とするもので
あり、絶縁基体が無機絶縁物粉末を靭性に優れる熱硬化
樹脂及び可撓性樹脂で結合することによって形成されて
いることから配線基板同士あるいは配線基板と半導体装
置製作自動ラインの一部とが激しく衝突しても絶縁基体
に欠けや割れ、クラック等が発生することはない。
【００１０】また、本発明の配線基板の製造方法は、熱
硬化性樹脂と可撓性樹脂と無機絶縁物粉末とを混合して
成る前駆体シートを準備する工程と、前記前駆体シート
を半硬化させる工程と、前記半硬化した前駆体シートに
打ち抜き加工を施す工程と、前記前駆体シートに熱硬性
樹脂と金属粉末とを混合して成る金属ペーストを所定パ
ターンに印刷する工程と、前記前駆体シート及び金属ペ
ーストを完全に熱硬化させる工程と、から成ることを特
徴とするものであり、熱硬化性樹脂と可撓性樹脂と無機
絶縁物粉末とを混合して成る前駆体シート、及び熱硬化
性樹脂と金属粉末とを混合して成る金属ペーストを熱硬
化させることによって製作され、焼成工程がないことか
ら不均一な焼成収縮による変形や寸法のばらつきが発生
することはなく、また打ち抜き加工が施される半硬化し
た前駆体シートが可撓性樹脂を含有することから適度な
可撓性を有し、これに打ち抜き加工を施す際に前駆体シ
ートにクラックや欠けが発生することはない。
【００１１】
【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、本発明の配線基板を半導体素
子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場
合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は配線導体であ
る。
【００１２】前記絶縁基体１は、三枚の絶縁基板１ａ、
１ｂ、１ｃを積層することによって形成されており、そ
の上面中央部に半導体素子を収容するための凹部１ｄを
有し、該凹部１ｄ底面には半導体素子３が樹脂等の接着
剤を介して接着固定される。
【００１３】前記絶縁基体１を構成する絶縁基板１ａ、
１ｂ、１ｃは、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒
化アルミニウム、炭化珪素、チタン酸バリウム、チタン
酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、酸化チタン、
ゼオライト等の無機絶縁物粉末をエポキシ樹脂、ポリイ
ミド樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリフェニレンエ
ーテル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ビスマレイミドト
リアジン樹脂等の熱硬化性樹脂とダイマー酸グリシジル
エーテル基を有するエポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹
脂、エチレンプロピレンダイモノマー、１，２ブタジエ
ンゴム、エポキシ変性アクリル樹脂、ブチラール樹脂等
の、硬化時における曲げ弾性率が５００ｋｇ／ｃｍ2 以
下の可撓性樹脂とにより結合することによって形成され
ており、絶縁基体１を構成する三枚の絶縁基板１ａ、１
ｂ、１ｃはその各々が無機絶縁物粉末を靭性に優れるエ
ポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂及びゴム変性エポキシ樹脂
等の可撓性樹脂で結合することによって形成されている
ことから絶縁基体１に外力が印加されても該外力によっ
て絶縁基体１に欠けや割れ、クラック等が発生すること
はない。
【００１４】尚、前記無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂及
び可撓性樹脂で結合して成る絶縁基体１を構成する三枚
の絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃは、これに含有される無機
絶縁物粉末の含有量が６０重量％未満であると絶縁基体
１の熱膨張係数が半導体素子３の熱膨張係数に対して大
きく相違し、半導体素子３が作動時に熱を発し、該熱が
半導体素子３と絶縁基体１の両者に印可されると、両者
間に両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が
発生し、この大きな熱応力によって半導体素子３が絶縁
基体１から剥離したり、半導体素子３に割れや欠けが発
生してしまう。
【００１５】従って、前記絶縁基体１を構成する絶縁基
板１ａ、１ｂ、１ｃは、その各々の内部に含有される無
機絶縁物粉末の量が６０乃至９５重量％の範囲に特定さ
れる。
【００１６】また、前記無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂
及び可撓性樹脂で結合して成る絶縁基体１を構成する三
枚の絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃは、これに含有される熱
硬化性樹と可撓性樹脂との合計量に対する可撓性樹脂の
含有量が２０重量％未満であると、後述するように絶縁
基板１ａ、１ｂ、１ｃとなる前駆体シートが脆いものと
なり、これに打ち抜き加工を施す際にクラックや欠けが
発生しやすいものとなり、また前記含有量が５０重量％
を超えると、該前駆体シートが柔らかく変形しやすいも
のとなり、正確な形状の配線基板を得ることが困難とな
る傾向にある。
【００１７】従って前記無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂
及び可撓性樹脂で結合して成る絶縁基体１を構成する三
枚の絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃは、これに含有される熱
硬化性樹と可撓性樹脂との合計量に対する可撓性樹脂の
含有量が２０乃至５０重量％であることが好ましい。
【００１８】また前記絶縁基体１は、その凹部１ｄ周辺
から下面にかけて例えば銅、銀、金等の金属粉末をエポ
キシ樹脂等の熱硬化樹脂により結合した配線導体２が被
着形成されている。
【００１９】前記配線導体２は、半導体素子３の各電極
を外部電気回路に電気的に接続する作用を為し、絶縁基
体１の凹部１ｄ周辺に位置する部位には半導体素子３の
各電極がボンディングワイヤ４を介して電気的に接続さ
れ、また絶縁基体１の下面に導出された部位は外部電気
回路に電気的に接続される。
【００２０】尚、前記金属粉末を熱硬化性樹脂で結合し
て成る配線導体２は、これに含有される金属粉末の含有
量が７０重量％未満では配線導体２の電気抵抗が高いも
のとなり、また９５重量％を越えると金属粉末を熱硬化
性樹脂で強固に結合して所定の配線導体２を形成するこ
とが困難となる傾向にある。従って、前記配線導体２
は、その内部に含有される金属粉末の量を７０乃至９５
重量％の範囲としておくことが好ましい。
【００２１】また前記配線導体２は、その露出する表面
にニッケル、金等の耐食性に優れ、且つ良導電性の金属
をメッキ法により１．０乃至２０．０μｍの厚みに層着
させておくと配線導体２の酸化腐食を有効に防止するこ
とができるとともに配線導体２とボンディングワイヤ４
とを強固に電気的に接続させることができる。従って前
記配線導体２は、その露出する表面にニッケルや金等の
耐食性に優れ、且つ良導電性の金属をメッキ法により
１．０乃至２０．０μｍの厚みに層着させておくことが
好ましい。
【００２２】かくして本発明の配線基板によれば、絶縁
基体１の凹部１ｄ底面に半導体素子３を樹脂等の接着剤
を介して接着固定するとともに半導体素子３の各電極を
ボンディングワイヤ４を介して配線導体２に電気的に接
続し、最後に前記絶縁基体１の上面に蓋体５を樹脂等か
ら成る封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体５と
から成る容器内部に半導体素子３を気密に収容すること
により製品としての半導体装置が完成する。
【００２３】次に前記半導体素子収納用パッケージに使
用される配線基板の製造方法について説明する。
【００２４】先ず、図２（ａ）に示すように無機絶縁物
粉末を熱硬化樹脂及び可撓性樹脂で結合して成る三枚の
前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃを準備するととも
にこれらに熱を印加して半硬化させる。
【００２５】前記三枚の前駆体シート１１ａ、１１ｂ、
１１ｃは、無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂及び可撓性樹
脂で結合することによって形成されており、例えば粒径
が０．１〜１００μｍ程度の酸化珪素粉末にエポキシ樹
脂及びイミダゾール系硬化剤並びにゴム変性エポキシ樹
脂を添加混合して得たペーストをドクターブレード法等
のシート成形法を採用してシート状となすことによって
製作される。
【００２６】尚、前記半硬化された前駆体シート１１
ａ、１１ｂ、１１ｃは、その硬度がＪＩＳ７２１５，６
３０１のタイプＡ測定に規定の硬度で４０乃至９０とな
るように半硬化させておくと、後述するように三枚の前
駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃに、打ち抜き加工を
施したり配線導体２となる金属ペーストを印刷塗布する
際等に前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃに変形やク
ラックをさせることなく正確、且つ確実に打ち抜き加工
や金属ペーストの印刷を行うことができ、その結果、所
望の配線基板を正確、且つ確実に製作することができ
る。従って、前記半硬化された前駆体シート１１ａ、１
１ｂ、１１ｃはその硬度をＪＩＳ７２１５，６３０１の
タイプＡ測定に規定の硬度で４０乃至９０の範囲として
おくことが好ましい。
【００２７】次に図２（ｂ）に示すように前記半硬化さ
れた三枚の前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうち
二枚の前駆体シート１１ａ、１１ｂに凹部１ｄとなる開
口Ａ、Ａ’を、二枚の前駆体シート１１ｂ、１１ｃに配
線導体２を引き回すための貫通孔Ｂ、Ｂ’を各々形成す
る。
【００２８】前記開口Ａ、Ａ’及び貫通孔Ｂ、Ｂ’は、
前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃに従来周知のパン
チング加工法を施し、前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１
１ｃの各々に所定形状の孔を穿孔することによって形成
される。
【００２９】次に図２（ｃ）に示すように、前記半硬化
された前駆体シート１１ｂ、１１ｃの上下面及び貫通孔
Ｂ、Ｂ’内に配線導体２となる金属ペースト１２を従来
周知のスクリーン印刷法及び充填法を採用して所定パタ
ーンに印刷塗布するとともにこれを約２５〜１００℃の
温度で１〜６０分間加熱し半硬化させる。
【００３０】前記配線導体２となる金属ペースト１２と
しては、例えば粒径が０．１〜２０μｍ程度の銅等粉末
にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポ
キシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等のエポ
キシ樹脂及びアミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、
酸無水物系硬化剤等の硬化剤等を添加混合しペースト状
となしたものが使用される。
【００３１】そして最後に前記三枚の半硬化された前駆
体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃを上下に積層するとと
もにこれを約８０〜３００℃の温度で約１０秒〜２４時
間加熱し前記前駆体シート１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び
前駆体シート１１ｂ、１１ｃに所定パターンに印刷塗布
された金属ペースト１２を完全に熱硬化させることによ
って図１に示すような絶縁基体１に配線導体２を被着さ
せた配線基板が完成する。この場合、前記前駆体シート
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び金属ペースト１２は、熱硬
化時に収縮することは殆どなく、従って、得られる配線
基板に変形や寸法のばらつきが発生することは皆無であ
り、半導体素子と配線導体とを正確に接続することが可
能となる。
【００３２】尚、本発明は、上述の実施の形態に限定さ
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、例えば上述の実施例で
は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素
子収納用パッケージに適用した場合を例に採って説明し
たが、例えば混成集積回路等他の用途に使用される配線
基板に適用してもよい。
【００３３】また、上述の実施の形態では、三枚の前駆
体シートを積層することによって配線基板を製作した
が、一枚や二枚、あるいは四枚以上の前駆体シートを使
用して配線基板を製作してもよい。
【００３４】更に、上述の実施例では、絶縁基体は、無
機絶縁物粉末と熱硬化性樹脂と可撓性樹脂とから成って
いたが、これらに更にガラス繊維やカーボン繊維、アラ
ミド繊維、アルミナ繊維、チタン酸カリウムウィスカ
ー、ホウ酸アルミニウムウィスカー等の短繊維を配合さ
せてもよい。
【００３５】また更に上述の実施例では、配線導体は、
金属粉末を熱硬化性樹脂により結合することにより形成
されていたが、配線導体に更に低融点金属を配合させる
とともに該低融点金属により金属粉末同士を結合するこ
とにより形成されてもよく、この場合、配線導体となる
金属ペースト中に低融点金属として例えば錫−鉛半田等
から成る低融点金属粉末を配合させるとともにれを絶縁
基体となる前駆体シートに印刷塗布した後、これに熱を
印加し低融点金属粉末を溶融させ該溶融した低融点金属
により金属粉末を結合する方法が採用される。
【００３６】
【発明の効果】本発明の配線基板によれば、絶縁基体が
無機絶縁物粉末を靱性に優れる熱硬化性樹脂及び可撓性
樹脂で結合することにより形成されていることから、配
線基板同士あるいは配線基板と半導体装置の一部とが激
しく衝突しても絶縁基体に欠けや割れ、クラック等が発
生することはない。
【００３７】また本発明の配線基板の製造方法によれ
ば、熱硬化性樹脂と可撓性樹脂と無機金属粉末とを混合
して成る前駆体シート及び熱硬化性樹脂と金属粉末とを
混合して成る金属ペーストを熱硬化させることによって
製作され、前記前駆体シート及び金属ペーストは殆ど収
縮しないことから、収縮に起因する変形や寸法のばらつ
きは発生せず、半導体素子を配線導体に正確に電気的接
続することができる。
【００３８】更に本発明の配線基板の製造方法によれ
ば、打ち抜き加工が施される半硬化した前駆体シートが
可撓性樹脂を含有することから適度な可撓性を有し、こ
れに打ち抜き加工を施す際に前駆体シートにクラックや
欠けが発生することはなく、前駆体シートに微細な打ち
抜き加工を施すことによって高密度な配線基板を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板を半導体素子収納用パッケー
ジに適用した場合の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の製造方法を説明するための
工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基体 ２・・・配線導体 １１・・・前駆体シート １２・・・金属ペースト

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】６０乃至９５重量％の無機絶縁物粉末と５
    乃至４０重量％の熱硬化性樹脂及び可撓性樹脂とから成
    り、前記無機絶縁物粉末を前記熱硬化性樹脂及び可撓性
    樹脂により結合して成る絶縁基体に、金属粉末を熱硬化
    樹脂により結合した配線導体を被着させて成ることを特
    徴とする配線基板。
  2. 【請求項２】前記熱硬化性樹脂と可撓性樹脂との合計量
    に対する可撓性樹脂の配合量が２０乃至５０重量％の範
    囲であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
  3. 【請求項３】熱硬化性樹脂と可撓性樹脂と無機絶縁物粉
    末とを混合して成る前駆体シートを準備する工程と、前
    記前駆体シートを半硬化させる工程と、前記半硬化した
    前駆体シートに打ち抜き加工を施す工程と、前記前駆体
    シートに熱硬性樹脂と金属粉末とを混合して成る金属ペ
    ーストを所定パターンに印刷する工程と、前記前駆体シ
    ート及び金属ペーストを完全に熱硬化させる工程と、か
    ら成ることを特徴とする配線基板の製造方法。
  4. 【請求項４】前記前駆体シートを半硬化させる工程にお
    いて、該半硬化された前駆体シートの硬度がＪＩＳ７２
    １５，６３０１のタイプＡ測定に規定の硬度で４０乃至
    ９０であることを特徴とする請求項３に記載の製造方
    法。
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