JPH1174627A

JPH1174627A - 配線基板およびその実装構造

Info

Publication number: JPH1174627A
Application number: JP9234633A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamaguchi; 浩一山口; Noriaki Hamada; 紀彰浜田; Hideto Yonekura; 秀人米倉; Yoji Furukubo; 洋二古久保; Katsumasa Yasukawa; 勝正安川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JP3699571B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プリント基板等の外部電気回路基板に対して、
強固に且つ高湿度雰囲気中でも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とその実装構造
を提供する。【解決手段】絶縁基板１と、メタライズ配線層３とを具
備する配線基板Ａであって、絶縁基板１を、リチウムシ
リケート結晶相を５〜２０重量％、スポジュメンなどの
Ａｌ、ＳｉおよびＬｉを含有する複合酸化物結晶相を５
〜１５重量％、少なくともクオーツ結晶を含む４０〜４
００℃の線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物結晶
相（但し、リチウムシリケートを除く）を合計で６０〜
８０重量％含有し、４０℃〜４００℃の線熱膨張係数が
８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体により構成する。また、こ
の配線基板を少なくとも有機樹脂を含む絶縁体７の表面
に配線導体８が被着形成された外部電気回路基板Ｂ上
に、ロウ付けにより実装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】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（大規模集積回路素子）等の半導体素
子を収容するためのパッケージは、一般にアルミナセラ
ミックス等からなり、半導体素子を収容する凹所を有す
る絶縁基板の内部にＷやＭｏなどのメタライズ配線層が
施され、絶縁基板の下面に形成された接続端子を具備
し、凹所内に半導体素子を実装して蓋体をもって気密に
封止した構造からなる。また、このようなパッケージは
絶縁基板下面の接続端子と外部電気回路基板の配線導体
とを半田等のロウ材により接合して電気的に接続して実
装される。

【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
ける端子の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）、パッケージの４つの側面のすべてからガルウイ
ング状（Ｌ字状）の金属ピンが導出された構造のクワッ
ドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、さらに接続端子を半
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。

【０００５】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。

【０００６】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、上記アルミナ質セラミックスの場
合には、Ｗ、Ｍｏなどの高抵抗の金属を使用する必要が
あることから、最近では、銅、金、銀などの低抵抗金属
を配線導体として用いることのできるガラスセラミック
スなどの焼結体が開発されている。

【０００７】従来より提案されているガラスセラミック
スとしては、ホウ珪酸ガラスに対して、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓ
ｉＯ₂、ＭｇＯ、コージェライトなどのセラミックフィ
ラーを配合して成形後、８５０〜１０００℃の温度で焼
成することにより作製され、配線基板を作製する場合に
は、銅、銀を含むペーストを印刷塗布して同時焼成する
ことが行われている。また、ホウ珪酸ガラスとしては、
非晶質ガラスや、焼結体の強度を高めるために、焼結過
程に結晶化する、いわゆる結晶化ガラスなどが用いられ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来からパッケージに
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との多層化による高信頼
性の点で優れるものの、その線熱膨張係数は約４〜７ｐ
ｐｍ／℃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
の線熱膨張係数は１１〜１８ｐｐｍ／℃と非常に大き
い。

【０００９】そのため、半導体集積回路素子を収容した
パッケージをプリント基板などの外部電気回路基板に実
装した場合、半導体素子の作動時に発する熱が絶縁基板
と外部電気回路基板の両方に繰り返し印加されると前記
絶縁基板と外部電気回路基板との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以下の比較的少
ない場合には、大きな影響はないが、端子数が３００を
超え、パッケージそのものが大型化するに従い、その影
響が増大する傾向にある。

【００１０】また、ＣＳＰ（チップスケールパッケー
ジ）では、ＢＧＡ構造であるが、プリント基板との半田
接合高さが小さくなるため、１０〜２０ｍｍの小さなサ
イズでも熱膨張差の影響を強く受ける。

【００１１】即ち、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繰り返し印加されると、この熱応力
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
離して、半導体素子収納用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さ
せることができないという欠点を有していた。

【００１２】そこで、絶縁基板の熱膨張係数を大きくし
てプリント基板の熱膨張係数と近似させることが考えら
れる。このような熱膨張係数の大きなガラスセラミック
スとしては、例えば、特開平６−１９１８８７号公報に
は、水晶片との熱膨張特性が近似する１００〜１５０×
１０^-7／℃の線熱膨張係数を有する、ガラス中にフォル
ステライトを３０〜７０重量％分散させたガラスセラミ
ック焼結体が提案されている。また、特開昭６３−１１
７９２９号公報においては、ＺｎＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｓｉ
Ｏ₂系ガラスを用いたガラスセラミック体が提案されて
おり、かかる公報によれば、化学組成と熱処理条件の制
御によって珪酸亜鉛の他にコーディライトまたは亜鉛尖
小石の結晶を生成させることで、熱膨張係数を制御でき
ることが記載されている。

【００１３】しかしながら、特開平６−１９１８８７号
におけるガラスセラミック体を利用した集積回路パッケ
ージ基板では高い熱膨張係数の基板が得られると報告さ
れているものの、ガラスとフォルステライトとの組み合
わせだけでは焼結体を得るための焼結性の制御が困難
で、焼結体が得られても機械的強度が低く実用的でな
い。

【００１４】また、特開昭６３−１１７９２９号公報に
おけるガラスセラミック体を利用した集積回路パッケー
ジ基板では高い熱膨張係数の基板が得られると報告され
ているものの、公報に記載されているように同一の組成
でもわずかな熱処理条件の相違により析出結晶相が変化
し熱膨張係数を安定して制御することが難しく、しかも
高価な結晶性ガラスを使用するため、パッケージを安価
に製造することができないものである。

【００１５】また、一般にガラス−セラミック焼結体を
作製する場合に用いられるガラスとしては、ホウ珪酸ガ
ラスが最も用いられるが、このホウ珪酸ガラスは、その
屈伏点が比較的高いために焼結させるためにはガラスを
主成分とする必要がある。そのために、低温で焼成する
場合には、高価なガラスを多量に必要とするために製造
コストが高くなるという問題があった。また、脱バイン
ダーおよび焼結が十分に行われない場合があり、そのた
めにガラスの組成やフィラーを細かく制御する必要があ
った。

【００１６】また、上記のような従来の配線基板や半導
体素子収納用パッケージによれば、絶縁基板とその内部
および表面に配設されるメタライズ配線層とを同時焼成
することが行われるが、高熱膨張を有するようなガラス
セラミック絶縁基板と銅メタライズ配線層との同時焼結
性などについて具体的に検討されていないのが現状であ
る。

【００１７】これらの問題に対して、本発明者らは、Ｌ
ｉ₂Ｏを５〜３０重量％含有する低軟化点のリチウム珪
酸系ガラスに対して、高熱膨張のセラミックフィラーを
配合したガラスセラミックスを提案したが、かかるセラ
ミックスを配線基板の絶縁基板に適用した場合、高湿度
雰囲気中で配線層に電圧を印加した場合、配線層におけ
る負電極側にて化学的な反応が生じ、配線周辺にＬｉ化
合物が析出し、これによりメタライズ配線層を腐食する
という問題が発生することが判明した。

【００１８】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、その配線基板をガラス−エポキシ樹脂
等を絶縁体とする外部電気回路に対して、強固に且つ高
湿度雰囲気中でも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とその実装構造を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に対して検討を重ねた結果、従来提案した組成によるリ
チウム珪酸系やクオーツ結晶相を含む系において、スポ
ジュメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）などの
Ａｌ、ＳｉおよびＬｉを含有する複合酸化物を析出させ
ることにより、Ｌｉを安定化することにより、Ｌｉによ
る吸湿性や経時変化、化学的な不安定性を解消すること
ができることを見いだし、本発明に至った。

【００２０】即ち、本発明の配線基板は、絶縁基板と、
メタライズ配線層とを具備するものであり、前記絶縁基
板を、リチウムシリケート結晶相を５〜２０重量％、Ａ
ｌ、ＳｉおよびＬｉを含有する複合酸化物結晶相を５〜
１５重量％、少なくともクオーツ結晶を含む４０〜４０
０℃における線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物
結晶相（但し、リチウムシリケートを除く）を合計で６
０〜８０重量％の割合で含有し、４０℃〜４００℃にお
ける線熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体により
構成したことを特徴とする。

【００２１】また、本発明によれば、上記の配線基板を
もって、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表面の配線導体にロウ付け
により実装してなることを特徴とする。

【００２２】本発明によれば、ガラス−エポキシ基板な
どのプリント基板からなる外部電気回路に対して実装さ
れる半導体素子収納用パッケージにおける絶縁基板とし
て４０〜４００℃の温度範囲における線熱膨張係数が９
〜１８ｐｐｍ／℃のセラミックスを用いることにより、
絶縁基板と外部電気回路基板との間に両者の線熱膨張係
数の差が小さくなり、その結果、絶縁基板と外部電気回
路基板の熱膨張係数の相違に起因する熱応力によって端
子が外部電気回路の配線導体とが接続不良を起こすこと
がなく、これによっても内部に収容する半導体素子と外
部電気回路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。

【００２３】また、パッケージの内部配線として使用さ
れるＣｕの線熱膨張係数１８ｐｐｍ／℃に対しても近似
の熱膨張係数を有するため、メタライズ配線の基板への
密着性等の信頼性を高めることができる。

【００２４】さらに、本発明において、配線基板の絶縁
基板を構成する結晶相として、１３ｐｐｍ／℃のリチウ
ムシリケート（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）や、１５ｐｐｍ
／℃のクオーツを含む高熱膨張の酸化物結晶相を析出さ
せると同時に、スポジュメンなどのＡｌ、ＳｉおよびＬ
ｉを含有する複合酸化物結晶相を特定範囲で析出させる
ことにより、高熱膨張特性を維持しつつ、Ｌｉを前記複
合酸化物により固定化することができる結果、Ｌｉの存
在による耐湿性の低下を防止することができる。

【００２５】

【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は、本発明におけ
るＢＧＡ型の半導体素子収納用％とその実装構造の一実
施例を示す概略断面図である。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
路基板をそれそれ示す。

【００２６】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
等の接着材を介して絶縁基板１に接着固定される。

【００２７】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、接続端子４は、接続パッド４ａを介して高融点の半
田（錫−鉛合金）から成る球状端子４ｂがロウ材により
取着されている。

【００２８】一方、外部電気回路基板Ｂは、絶縁体７と
配線導体８により構成されており、絶縁体７は、少なく
とも有機樹脂を含む絶縁材料からなり、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℃
の線熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃の特性を有し、
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８は、絶縁体７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、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体か
らなる。

【００２９】半導体素子収納用パッケージＡを外部電気
回路基板Ｂに実装するには、パッケージＡの絶縁基板１
下面の球状端子４ｂを外部電気回路基板Ｂの配線導体８
上に載置当接させ、しかる後、低融点の半田等のロウ材
により約２５０〜４００℃の温度で半田を溶融させて配
線導体と球状端子４ｂとの接合することにより、実装さ
れる。この時、配線導体８の表面には球状端子４とのロ
ウ材による接続を容易に行うために予めロウ材が被着形
成されていることが望ましい。

【００３０】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
などの配線基板における絶縁基板１として、４０〜４０
０℃の温度範囲における線熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ
／℃、特に９〜１４ｐｐｍ／℃の焼結体を用いることが
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、この線熱膨張
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。

【００３１】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、リチウムシ
リケート系結晶相を５〜２０重量％、Ａｌ、Ｓｉおよび
Ｌｉを含有する複合酸化物結晶相を５〜１５重量％、少
なくともクオーツ結晶を含む４０〜４００℃における線
熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物結晶相（ただ
し、リチウムシリケート系結晶を除く）を６０〜８０重
量％の割合で含有する焼結体により形成する。Ａｌ、Ｓ
ｉおよびＬｉを含有する複合酸化物結晶としては、スポ
ジュメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）やユー
クリプトカイト（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂）、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ₄Ｏ₁₀）などが挙げ
られる。

【００３２】ここで、各結晶相の存在割合を上記の範囲
に限定したのは、リチウムシリケート量が５重量％より
少ないと、低軟化材料が少なくなるため低温での焼結が
不可能となり、焼結性を考慮すればクオーツの含有量を
低減する必要があり、その結果、９ｐｐｍ／℃以上の線
熱膨張係数を有する焼結体を得るのが困難となり、２０
重量％を越えると焼結体の耐湿性が低下する。また、Ａ
ｌ、ＳｉおよびＬｉを含有する複合酸化物結晶相が５重
量％よりも少ないと、Ｌｉを安定化する作用が十分でな
く、焼結体の耐湿性が劣り、１５重量％よりも多いとこ
の結晶が低熱膨張であるため、９ｐｐｍ／℃以上の線熱
膨張係数を有する焼結体が得られない。

【００３３】また、クオーツ等の高熱膨張の酸化物結晶
相が６０重量％より少ないと、９ｐｐｍ／℃以上の線熱
膨張係数を持つ焼結体が得られず、８０重量％を越える
場合、焼結に関与するガラス量が少なくなるため低温で
焼結することが難しくなり、銅との同時焼成ができなく
なる。

【００３４】また、かかる焼結体中には、クオーツ以外
の４０〜４００℃における線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃
以上の酸化物結晶相としては、エンスタタイト（ＭｇＯ
・ＳｉＯ₂）、フォルステライト（２ＭｇＯ・Ｓｉ
Ｏ₂）、クリストバライト（ＳｉＯ₂）、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（Ｎａ₂
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）、リチウムシリケート（Ｌ
ｉ₂Ｏ・ＳｉＯ₂）、ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・
２ＳｉＯ₂）、メルビナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓ
ｉＯ₂）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ
₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、カーネギアイト（Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２
ＳｉＯ₂）、ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ
₂Ｏ₃）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂）、Ｂ₂Ｏ₃・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂、ガーナイト
（ＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、の群から選ばれる少なくとも
１種以上が挙げられる。これらの中でも特に７ｐｐｍ／
℃以上の結晶相が良く、特に、フォルステライト、エン
スタタイト、クリストバライトから選ばれる少なくとも
１種が、高熱膨張性の焼結体の安定に製造できる点で望
ましい。

【００３５】このような絶縁基板を作製するには、ま
ず、リチウムシリケートおよびスポジュメンなどのＬ
ｉ、Ｓｉ、Ａｌを含む複合酸化物結晶が析出可能なリチ
ウム珪酸系結晶性ガラスと、少なくともクオーツを含む
４０〜４００℃における線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以
上の酸化物化合物からなるセラミックフィラーとの混合
物を作製する。具体的には、ＳｉＯ₂６０〜８０重量
％、Ｌｉ₂Ｏを１〜１５重量％、ＣａＯを２〜３０重量
％、Ａｌ₂Ｏ₃を０．５〜１０重量％の割合で含有する
結晶性ガラスを２０〜５０重量％と、少なくともクオー
ツを含む４０〜４００℃における線熱膨張係数が６ｐｐ
ｍ／℃以上の金属酸化物からなるセラミックフィラーを
５０〜８０重量％の割合で混合する。

【００３６】また、上記結晶性ガラスの４０℃〜４００
℃における線熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃、特に、
７〜１３ｐｐｍ／℃であることが望ましい。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。なお、上記
結晶性ガラス中には、これらの成分以外に、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｚｎ
Ｏ、Ｐ₂Ｏ₅、Ｓｂ₂Ｏ₃などの酸化物が含まれていて
もよい。

【００３７】一方、セラミックフィラーとしては、クオ
ーツ単独でも、前記線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の
高熱膨張酸化物と併用してもよく、用いるフィラーの線
熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃未満では、焼結体の線熱膨張
係数を９〜１８ｐｐｍ／℃にすることが難しくなる。

【００３８】特に、スポジュメンなどのＬｉ、Ｓｉ、Ａ
ｌを含む複合酸化物結晶を析出させるためには、全量中
におけるＬｉ₂Ｏ：Ａｌ₂Ｏ₃重量比が１：１〜３：１
の割合からなることが望ましい。なお、ＳｉＯ₂分は、
ガラス中またはクオーツより供給される。前記Ａｌ₂Ｏ
₃成分は、前記結晶化ガラス中に配合してもよく、さら
には、セラミックフィラーとして前記結晶化ガラスと混
合してもよい。

【００３９】また、セラミックフィラーは、成形体全体
の収縮開始温度を上昇させることができるため、フィラ
ー含有量の調整により用いるメタライズの種類によりメ
タライズ配線層との同時焼成条件のマッチングを図るこ
ともできる。原料コストを下げるためには高価な結晶性
ガラスの含有量を減少させることが好ましい。

【００４０】例えば、焼成温度が６００〜１０００℃の
Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕのうちの１種以上からな
るメタライズ配線層と同時焼成する場合、結晶性ガラス
の屈伏点が４００℃〜６５０℃であり、フィラーの含有
量は５０〜８０体積％であるのが好ましい。屈伏点が４
００℃より低いと結晶性ガラスが低い温度で焼結が開始
されるために、例えばＡｇ、Ｃｕ等の焼結開始温度が６
００〜８００℃の金属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バインダーは分解揮
散できなくなりバインダー成分が残留し特性に影響を及
ぼす結果になるためである。一方、屈伏点が６５０℃よ
り高いと結晶性ガラス量を多くしないと焼結しにくくな
るため、高価な結晶性ガラスを大量に必要とするために
焼結体がコスト高となる。

【００４１】上記の結晶性ガラスとフィラーとの混合物
は、適当な成形の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。

【００４２】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。

【００４３】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、１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲
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。

【００４４】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℃の非酸化性雰囲気中で行われる。

【００４５】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。

【００４６】（配線基板の製造法）また、上記焼結体を
絶縁基板として、Ｃｕ、Ａｇ、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化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。

【００４７】

【実施例】結晶性ガラスとして、重量比率で（Ａ）７８．５％ＳｉＯ₂−１４．５重量％Ｌｉ₂Ｏ−２．０％Ａｌ₂Ｏ₃ ２．５％Ｋ₂Ｏ−２．５％Ｐ₂Ｏ₅（屈伏点４８０℃）（Ｂ）７６．７％ＳｉＯ₂−１４．６重量％Ｌｉ₂Ｏ−３．８％Ａｌ₂Ｏ₃ ２．３％Ｋ₂Ｏ−２．６％Ｐ₂Ｏ₅−０．６％Ｓｂ₂Ｏ₅ （屈伏点４９７℃）（Ｃ）７３．５％ＳｉＯ₂−７．７重量％Ｌｉ₂Ｏ−３．６％Ａｌ₂Ｏ₃ ２．２％Ｋ₂Ｏ−１３．０％ＣａＯ（屈伏点５４２℃）（Ｄ）６５．７％ＳｉＯ₂−７．６重量％Ｌｉ₂Ｏ−１０．８％Ａｌ₂Ｏ₃ ２．４％Ｋ₂Ｏ−１３．５％ＣａＯ（屈伏点６００℃）の４種のガラスを準備し、このガラスに対して表１に示
すようにフィラー成分として、フォルステライト（２Ｍ
ｇＯ・ＳｉＯ₂、線熱膨張係数１０ｐｐｍ／℃）、クォ
ーツ（ＳｉＯ₂、線熱膨張係数１５ｐｐｍ／℃）、アル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃、線熱膨張係数７ｐｐｍ／℃）を用い
て表１に示す調合組成になるように秤量混合した。

【００４８】

【表１】

【００４９】この混合組成物を用いて、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。

【００５０】このグリーンシートの表面にＣｕ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
ーホールを形成しそのスルーホール内にもＣｕ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。この積層体を２００
〜８５０℃でＮ₂＋Ｈ₂Ｏ中で脱バインダー後、表１，
２の焼成温度で１時間窒素雰囲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。

【００５１】得られた配線基板に対して、同時焼成によ
るＣｕメタライズ層の密着性について評価し、接着強度
が２ｋｇ／２ｍｍ角以上を○、２ｋｇ／２ｍｍ角未満を
△として表記した。

【００５２】得られた５×４×４０ｍｍの基板をＸ線回
折測定して生成した結晶相の比率をリートベルト法によ
って定量分析した。また、３×３×１５ｍｍの角棒を用
いて４０〜４００℃の線熱膨張係数を求めた。

【００５３】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Ｃｕ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。一方、ガラス−エポキシ基板からなる４０〜２００
℃における線熱膨張係数が１５ｐｐｍ／℃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２
６０℃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。

【００５４】（高温高湿バイアス試験）焼結体の表面に
０．１ｍｍピッチの櫛型電極を具備した試料を作製し、
この試料を８５℃、湿度８５％の雰囲気中で、櫛型電極
間に５．５ボルトの電圧を印加した状態で負電極側を４
０倍の顕微鏡で観察しながら、負電極側にＬｉ析出物が
観察されるまでの所要時間を測定した。

【００５５】（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。

【００５６】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２に示し
た。

【００５７】

【表２】

【００５８】表２より明らかなように、スポジュメンの
析出量が１５重量％を越える試料Ｎo.８、９では、線熱
膨張係数が８ｐｐｍ／℃より低く本発明の目的に合わな
いものであった。また、リチウムジシリケート２０重量
％を越える試料Ｎo.１、２では、スポジュメンの析出量
も５重量％より少なく、その結果、Ｌｉの析出物の発生
が顕著であり、耐湿性に劣ることがわかった。また、ク
オーツを含む線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物
結晶の合計析出量が６０重量％よりも少ない試料Ｎo.１
０では、耐湿性が劣化し、８０重量％を越える試料Ｎo.
１３では低温での焼結ができず、銅との同時焼成ができ
なかった。

【００５９】なお、線熱膨張係数が９〜１８ｐｐｍ／℃
のガラスセラミックを絶縁基板とし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。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の配線基板
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、絶縁基板としてリチウム
珪酸系ガラスを用いた系において、Ａｌ、ＳｉおよびＬ
ｉを含有する複合酸化物結晶相を析出させることによ
り、Ｌｉを安定化することができる結果、耐湿性を高め
ることができ、長期安定性が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の一例である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。

【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１絶縁基板２蓋体３メタライズ配線層４接続端子４ａ接続パッド４ｂ球状端子５半導体素子６キャビティ７絶縁体８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)発明者安川勝正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】絶縁基板と、メタライズ配線層とを具備す
る配線基板であって、前記絶縁基板を、リチウムシリケ
ート結晶相を５〜２０重量％、Ａｌ、ＳｉおよびＬｉを
含有する複合酸化物結晶相を５〜１５重量％、少なくと
もクオーツ結晶を含む４０〜４００℃における線熱膨張
係数が６ｐｐｍ／℃以上の酸化物結晶相（但し、リチウ
ムシリケートを除く）を合計で６０〜８０重量％の割合
で含有し、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が８
〜１８ｐｐｍ／℃の焼結体からなることを特徴とする配
線基板。
【請求項２】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、請求
項１記載の配線基板を前記配線導体にロウ付けにより実
装してなることを特徴とする配線基板の実装構造。