JP3426926B2 - 配線基板およびその実装構造 - Google Patents
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Description
を具備する配線基板およびその実装構造に関するもので
ある。
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、この配線基板としての代表的な例として、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。
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。
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。
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。
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11〜18ppm/℃と非
常に大きい。
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。
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。
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。
晶化ガラスと、40〜400℃における熱膨張係数が6
ppm/℃以上の無機質フィラーとからなる成形体を焼
成して、リチウム珪酸結晶相と、前記熱膨張係数が6p
pm/℃の金属酸化物結晶相からなる前記熱膨張係数が
8〜18ppm/℃の焼結体を基板材料として用いるこ
とによりプリント基板などの外部電気回路基板との熱膨
張係数差が小さくなり、配線基板のプリント基板への実
装の信頼性を高めることができることを提案した。さら
にこの時、基板材料のヤング率を低くすることにより、
端子部に作用する応力が低減される。
ラスを用いることにより、熱膨張係数の高いリチウム珪
酸結晶相と、金属酸化物結晶相を析出させることによ
り、高熱膨張のガラスセラミック焼結体を得るものであ
る。従って、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数およ
びヤング率は、用いる結晶化ガラスやフィラーとしての
金属酸化物の種類やそれらの量によってほぼ一義的に決
定される。一方、高熱膨張係数を有するプリント基板な
どの外部電気回路基板においても、プリント基板におけ
る絶縁基板の材質によってその熱膨張係数も変化するた
めに、その配線基板を実装する外部電気回路基板の種類
によって逐次、配線基板の熱膨張係数を制御するため
に、ガラスセラミック焼結体を作製するためのガラス、
フィラーおよびそれらの量を変更する必要があった。
850℃でリチウム珪酸結晶相が生成し、さらに870
℃以上に昇温すると、この結晶相は溶解消失し、そし
て、焼成後の冷却過程で再度リチウム珪酸結晶相が生成
されるという結晶化メカニズムを有するが、このような
複雑な溶解、析出過程で、リチウム珪酸結晶相の析出量
が焼成条件によって変動しやすく、例えば、ガラス中に
Al2 O3 が含まれる場合には、ユークリプタイトなど
の低熱膨張結晶相等が析出する場合もあり、これらの低
熱膨張結晶相の析出が、高熱膨張化を阻害する場合もあ
った。
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
する配線基板を、プリント基板等の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
きる高信頼性を具備するとともに、同一組成物であって
も熱膨張係数およびヤング率の制御が可能な配線基板な
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。
点に対して検討を重ねた結果、リチウム珪酸系ガラスと
無機質フィラーとを用いて、これを成形、焼成する過程
において、リチウム珪酸系ガラスを焼成温度まで高めた
後、その冷却速度を制御し、特に冷却速度を早めること
により、リチウム珪酸系非晶質相が生成され、この非晶
質相は、結晶質に比較して原子と原子との間隔が拡大す
るために熱膨張係数が高まると同時に焼結体のヤング率
も低下すること、さらには、低熱膨張のリチウムアルミ
ニウムシリケート結晶相などの析出も抑制されることか
ら、同一組成物であっても、その非晶質相の生成量を制
御することにより、熱膨張係数をさらに高く任意の範囲
で調整できるとともに、ヤング率をさらに小さくできる
ことを見いだし、本発明に至った。
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、Liを酸化物換算で5重量%以上含有するリチウム
珪酸系の非晶質相を15〜60体積%と、40〜400
℃における熱膨張係数が6ppm/℃以上の金属酸化物
結晶相を合計で85〜40体積%の割合で含有し、ヤン
グ率が100GPa以下であり、且つ40〜400℃に
おける熱膨張係数が8〜18ppm/℃の焼結体により
構成したことを特徴とするものである。
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、Liを
酸化物換算で5重量%以上含有するリチウム珪酸系の非
晶質相を15〜60体積%と、40〜400℃における
熱膨張係数が6ppm/℃以上の金属酸化物結晶相を合
計で85〜40体積%の割合で含有し、ヤング率が10
0GPa以下であり、且つ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
を前記配線導体にロウ付けにより実装したことを特徴と
する。
おいて、絶縁基板中の金属酸化物結晶相が、フォルステ
ライト、クオーツ、クリストバライト、エンスタタイ
ト、アルミナおよびリチウム珪酸の群から選ばれた少な
くとも1種からなることが望ましい。
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。
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。
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。
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12〜16ppm/℃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。
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℃の温度で加熱することによ
り、配線導体8と接合することにより外部電気回路基板
B上に実装される。この時、配線導体8の表面には球状
端子4bとのロウ材による接続を容易に行うためにロウ
材が被着形成されていることが望ましい。
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等の配線基板における絶縁基板1と
して、40〜400℃の温度範囲における熱膨張係数が
8〜18ppm/℃、特に9〜16ppm/℃、さらに
は10〜15ppm/℃の焼結体により構成することが
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。また、18ppm/℃よりも大きいと、配線基板上
に半導体素子を搭載する場合、半導体素子との熱膨張差
が大きくなり、格別な実装方法が必要となる。
0GPa以下、特に90GPa以下であることも重要で
ある。外部電気回路基板Bに実装されたパッケージAに
は、その熱膨張差により配線基板の中心方向への圧縮応
力と、パッケージAに垂直下方に曲げ応力が発生する。
しかし、この圧縮応力は、パッケージAが歪むことで緩
和され、曲げ応力は、パッケージAが撓むことにより緩
和されるためであり、ヤング率が100GPaより大き
いと、パッケージAに作用する圧縮応力および曲げ応力
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。
を有する絶縁基板を、リチウム珪酸系の非晶質相を15
〜60体積%と、40〜400℃における熱膨張係数が
6ppm/℃以上の金属酸化物結晶相を合計で85〜4
0体積%の割合で含有する40〜400℃における熱膨
張係数が8〜18ppm/℃であり、ヤング率が100
GPa以下である焼結体により構成する。
結晶相との比率を上記の範囲に限定したのは、リチウム
珪酸系非晶質相の量を15〜60体積%の範囲で制御す
ることにより、焼結体の熱膨張係数を高い方にシフトさ
せ、任意の熱膨張係数に制御できるのである。従って、
リチウム珪酸系非晶質相の比率が15体積%よりも少な
い、言い換えると他の金属酸化物結晶相の比率が85体
積%よりも多いと、そのヤング率の低下が顕著でなく、
また、焼結過程でスポジュメン等の低熱膨張のLi−A
l−Si系結晶などが多量に析出して、リチウム珪酸ガ
ラスを用いた本来の高熱膨張化が阻害されるためであ
る。
0体積%よりも多い、言い換えると他の金属酸化物結晶
相の比率が40体積%よりも少ないと、焼結体の特性が
非晶質相の特性に大きく支配される結果、種々の金属酸
化物結晶相の存在による焼結体の熱膨張特性、強度、電
気特性などの特性の制御が難しくなるという問題があ
る。また、焼結開始温度が低くなるために銅などの配線
導体と同時焼成できなくなるといった問題も生じる。
質相とは、Liを酸化物換算で5重量%以上、特にLi
2 Oを5〜30重量%およびSiO2 を60〜85重量
%の割合で含み、特にSiO2 とLi2 Oとの合量が非
晶質相全量中、65〜95重量%であることが望まし
い。また、非晶質相中には、上記のLi2 OやSiO2
以外に、Al2 O3 、CaO、、MgO、TiO2 、P
2 O5 、ZnO、アルカリ金属酸化物、F等を含んでも
よい。また、このリチウム珪酸系非晶質相は、それ自体
の40〜400℃における熱膨張係数が10〜15pp
m/℃であることが望ましい。
全体の熱膨張係数を8〜18ppm/℃に制御する上
で、金属酸化物結晶相自体の熱膨張係数が6ppm/℃
以上、特に8ppm/℃以上であることが必要である。
の金属酸化物としては、クリストバライト(Si
O2 )、クォーツ(SiO2 )、トリジマイト(SiO
2 )、フォルステライト(2MgO・SiO2 )、スピ
ネル(MgO・Al2 O3 )、ウォラストナイト(Ca
O・SiO2 )、モンティセラナイト(CaO・MgO
・SiO2 )、ネフェリン(Na2 O・Al2 O3 ・S
iO2 )、リチウムシリケート(Li2 O・Si
O2 )、ジオプサイド(CaO・MgO・2Si
O2 )、メルビナイト(3CaO・MgO・2Si
O2 )、アケルマイト(2CaO・MgO・2Si
O2 )、マグネシア(MgO)、アルミナ(Al
2 O3 )、ネフェリン(Na2 O・Al2 O3 ・2Si
O2 )、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。
ーツ、クリストバライト、エンスタタイト、アルミナお
よびリチウムシリケートの群から選ばれた少なくとも1
種からなることが高熱膨張化の点で望ましい。
作製する方法について説明すると、まず、出発原料とし
て、リチウム珪酸系ガラス粉末と、40〜400℃にお
ける熱膨張係数が6ppm/℃以上の金属酸化物フィラ
ー粉末を準備する。リチウム珪酸系ガラスは、焼結体中
において、リチウム珪酸系非晶質相を形成する成分であ
って、Li2 Oを5〜30重量%、およびSiO2 を6
0〜85重量%の割合で含有するもので、特に、SiO
2 とLi2 Oとの合量がガラス中、65〜95重量%で
あることが望ましい。また、ガラス中には、上記のLi
2 OやSiO2以外に、Al2 O3 、MgO、CaO、
TiO2 、P2 O5 、ZnO、アルカリ金属酸化物、F
等を含んでもよい。
2 O量を5〜30重量%に限定したのは、Li2 O含有
量が5重量%よりも少ないと、高熱膨張を有するリチウ
ム珪酸系非晶質相が少なくなり、30重量%を越えると
誘電正接が大きくなり、絶縁基板として適さなくなる。
は400℃〜800℃、特に400〜650℃であるこ
とが望ましい。これは、ガラスおよび金属酸化物フィラ
ーからなる混合物を成形する場合、有機樹脂等の成形用
バインダーを添加するが、このバインダーを効率的に除
去するとともに、絶縁基板と同時に焼成されるメタライ
ズとの焼成条件のマッチングを図るためである。
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600〜800℃のメタ
ライズとの同時焼成が難しく、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800℃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のコスト
を高めることになる。
される前記熱膨張係数が6ppm/℃以上の金属酸化物
フィラーとしては、前述した通りであり、特に、フォル
ステライト、クオーツ、クリストバライト、エンスタタ
イト、アルミナおよびリチウム珪酸の群から選ばれた少
なくとも1種からなることが高熱膨張性の点で望まし
い。
物フィラーは、リチウム珪酸系ガラスが20〜80体積
%と、前記金属酸化物フィラーが80〜20体積%とな
る割合で配合されることが望ましい。これらの成分の配
合比率を上記の割合とするのは、ガラス量が20体積%
よりも少ないと低温での焼成が難しく、銅などのメタラ
イズとの同時焼成が難しく、80体積%を越えると、焼
成温度が低くなりすぎて銅などのメタライズとの同時焼
成が難しくなるためである。また、配合される前記金属
酸化物フィラーは、リチウム珪酸系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、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金属酸化物フィラーの含有量は50
〜60体積%の範囲までに多く配合できる。これに対し
て、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%と少なく配合することが望ましい。
酸系ガラスは、金属酸化物フィラー無添加では収縮開始
温度は700℃以下で、850℃以上では溶融してしま
い、銅等のメタライズ配線層等とともに同時焼成するこ
とができない。しかし、フィラーを20〜80体積%の
割合で混合することにより焼成温度において液相焼結さ
せるための液相を形成させることができる。また、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、
このフィラーの含有量の調整により用いる銅等のメタラ
イズ配線層との同時焼成条件のマッチングを図ることが
できる。また、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。
Auのうちの1種を主として構成する場合、これらのメ
タライズの焼成開始は600〜1000℃で生じるた
め、同時焼成を行うには、結晶性ガラスの屈伏点は40
0℃〜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。また、このように高価な結
晶性ガラスの配合量を低減することにより焼結体のコス
トも低減できる。
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。
合したバインダー成分を除去する。
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100〜850℃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。
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、1000℃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、87
0〜950℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で行われ
る。
400℃/hr〜1000℃/hrの範囲で制御するこ
とにより、配合されたリチウム珪酸系ガラスの一部ある
いは全部をリチウム珪酸系非晶質相として焼結体中に生
成させると同時に、その非晶質相の量に応じて焼結体の
熱膨張係数を完全結晶化の場合に比較して高い方にシフ
トさせることができるとともに、得られる焼結体のヤン
グ率を低くすることができる。これにより、同一組成物
でありながら、熱膨張係数を所定の幅をもって任意の熱
膨張係数に制御することができるとともに、ヤング率を
調整することができる。
中には、リチウム珪酸系ガラスが、リチウム珪酸系非晶
質相として残存し、また金属酸化物フィラーは金属酸化
物結晶相として焼結体中に生成されるが、場合によって
は、金属酸化物フィラーとリチウム珪酸系ガラスの一部
との反応によって、他の結晶相が生成される場合もあ
る。
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)を作製する。そして、メタライズ配線層及び接続パ
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。
pm/℃と大きくするに伴い、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。
る。リチウム珪酸系ガラスとして A.重量比率で75%SiO2 −14%Li2 O−4%
Al2 O3−3%P2 O5 −3%K2 O−1%Na2 O (屈伏点480℃,BET比表面積1.5m2 /g) B.重量比率で78%SiO2 −10%Li2 O−4%
Al2 O3−2%P2 O5 −4%K2 O−1%B2 O3
−1%Na2 O (屈伏点650℃,BET比表面積1.5m2 /g) C.重量比率で65%SiO2 −21%Al2 O3 −4
%Li2 O−4%Na2 O−6%ZnO (屈伏点600℃,BET比表面積1.5m2 /g) の3種のガラス粉末に対して、 フォルステライト(2MgO・SiO2 、熱膨張係数
(α=10ppm/℃) クォーツ(SiO2 、熱膨張係数15ppm/℃) の金属酸化物フィラーを表1,2の割合で添加混合し、
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。
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 +H2 O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。この時、同時焼成によるCu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。
よび3×3×15mmの素基板を窒素雰囲気のリフロー
炉に通し900℃で10分間熱処理後、800〜900
℃まで表1に示した冷却速度で冷却し、その後、炉冷
し、試料を得た。
折測定し、焼結体中の結晶相を同定しるとともに、ヤン
グ率を測定した。また、3×3×15mmの角棒を用い
て40〜400℃の熱膨張係数を求めた。それぞれの結
果を表1,2に示した。
砕し、生成した結晶相をリートベルト法により定量分析
し、結晶相の残部を非晶質相とした。
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26
0℃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。
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。
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に示し
た。
スセラミック組成物において、冷却速度を100〜10
00℃/hrの範囲で変化させた結果、冷却速度100
℃/hrの場合のリチウム珪酸系非結晶相を全く含まな
い場合に比較して、熱膨張係数を最高+3.7ppm/
℃高めることができると同時に、焼結体のヤング率を1
10GPaから100GPa以下まで低下させることが
できた。但し、非晶質相の量が15体積%よりも少ない
と、熱膨張の変化は、+1.0ppm/℃に満たないも
のであった。また、リチウム珪酸系非結晶相の比率が1
0体積%よりも少ないと、結晶相としてわずかながら低
熱膨張のスポジュメンが検出された。また、非晶質相の
リチウム量を全量から結晶相中に含まれるLi量を差し
引いて求めたところ、ガラス粉末組成と同様な組成であ
った。
却速度を100〜1000℃/hrで制御することによ
り、最高+3.6ppm/℃に高めることができた。
い試料No.8、9では、緻密な焼結体を得ることができ
ず、しかも冷却速度を1000℃/hrまで高めても非
晶質相を10体積%以上とすることが難しく、熱膨張係
数及びヤング率の向上効果は小さい。
熱膨張係数が8〜18ppm/℃の焼結体は、これを用
いて銅メタライズされた配線基板に対して、熱サイクル
試験を行った結果、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。
が5重量%未満のガラスCを用いた試料No.26〜29
では、非晶質相量を増加することにより、熱膨張が向上
するとともにヤング率も低下するが、焼結体の熱膨張係
数が8ppm/℃よりも低くその結果、熱サイクル試験
で安定した接続が得られなかった。
は、熱膨張係数が大きいプリント基板などの外部電気回
路基板への実装した場合に、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基
板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。また、絶縁基板として、リチウム
珪酸結晶相の生成を抑制することにより、高熱膨張であ
り、低ヤング率の特性の安定した絶縁基板を具備する配
線基板を作製することができる。
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。
Claims (4)
- 【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、Liを酸化物換
算で5重量%以上含有するリチウム珪酸系の非晶質相を
15〜60体積%と、40〜400℃における熱膨張係
数が6ppm/℃以上の金属酸化物結晶相を合計で85
〜40体積%の割合で含有し、ヤング率が100GPa
以下であり、且つ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
配線基板。 - 【請求項2】前記金属酸化物結晶相が、フォルステライ
ト、クオーツ、クリストバライト、エンスタタイト、ア
ルミナおよびリチウム珪酸の群から選ばれた少なくとも
1種からなることを特徴とする請求項1記載の配線基
板。 - 【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、Liを酸化物換算で5重量%以上含有するリチ
ウム珪酸系の非晶質相を15〜60体積%と、40〜4
00℃における熱膨張係数が6ppm/℃以上の金属酸
化物結晶相を合計で85〜40体積%の割合で含有し、
ヤング率が100GPa以下であり、且つ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。 - 【請求項4】前記金属酸化物結晶相が、フォルステライ
ト、クオーツ、クリストバライト、エンスタタイト、ア
ルミナおよびリチウム珪酸の群から選ばれた少なくとも
1種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。
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