JPS62287658A - セラミックス多層回路板 - Google Patents
セラミックス多層回路板Info
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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-
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
3、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、新規なセラミックス多層回路基板に係り、特
にキャリア基板上に搭載した半導体素子を更にセラミッ
クス多層回路板に搭載した半導体モジュールに関する。
にキャリア基板上に搭載した半導体素子を更にセラミッ
クス多層回路板に搭載した半導体モジュールに関する。
特に、多層回路板に導電性の良い銅または銀導体が使用
でき、しかも半導体素子のはんだ接続部の信頼性が良い
半導体モジュール構造に関する。
でき、しかも半導体素子のはんだ接続部の信頼性が良い
半導体モジュール構造に関する。
大型電子計算機の演算速度の高速化には、半導体素子と
それを実装する系での信号伝播速度の高速化が必要であ
る。近年、半導体素子は、高集精技術の発達により大幅
な高速高集積化が実現し。
それを実装する系での信号伝播速度の高速化が必要であ
る。近年、半導体素子は、高集精技術の発達により大幅
な高速高集積化が実現し。
実装技術が演算速度の高速化に大きな影響を与えるよう
になってきている。実装技術としては、半導体素子を高
密度に実装し、電気信号の遅延を小さくするために、セ
ラミックス多層回路基板が用いられるようになった。従
来よりセラミックス多層回路基板の絶縁材料としては、
一般にアルミナが使用されている。しかし、さらに高性
能化するために、近年、特公昭59−22399 r
多層セラミックス基板」に記載されているような低温焼
結基板材料や、特開昭5!lt−1170Orセラミッ
クス多層配線回路板」に記載されているようなSiO2
をガラスで結合した低誘電率・低温焼結材料が研究開発
されている。これらの回路板材料は、内部にできるだけ
気孔を含まないように緻密に焼結させたものであるが、
演算速度の高速化に大きな影響を及ぼす比誘電率は、4
〜5程度が限界であった。
になってきている。実装技術としては、半導体素子を高
密度に実装し、電気信号の遅延を小さくするために、セ
ラミックス多層回路基板が用いられるようになった。従
来よりセラミックス多層回路基板の絶縁材料としては、
一般にアルミナが使用されている。しかし、さらに高性
能化するために、近年、特公昭59−22399 r
多層セラミックス基板」に記載されているような低温焼
結基板材料や、特開昭5!lt−1170Orセラミッ
クス多層配線回路板」に記載されているようなSiO2
をガラスで結合した低誘電率・低温焼結材料が研究開発
されている。これらの回路板材料は、内部にできるだけ
気孔を含まないように緻密に焼結させたものであるが、
演算速度の高速化に大きな影響を及ぼす比誘電率は、4
〜5程度が限界であった。
また、従来より断熱・保温性、軽量化、防音などの目的
で1例えば、特開昭57−89212 r複合セラミ
ックス電子材料」や特開昭59−83985 r発泡
セラミックス板の製造方法」に記載されているようにセ
ラミックス内部に気孔を含んだ基板が得られている。し
かし、信号伝播速度の高速化が要求される大型電子計算
機の基板材料としては、配慮がなされていなかった。
で1例えば、特開昭57−89212 r複合セラミ
ックス電子材料」や特開昭59−83985 r発泡
セラミックス板の製造方法」に記載されているようにセ
ラミックス内部に気孔を含んだ基板が得られている。し
かし、信号伝播速度の高速化が要求される大型電子計算
機の基板材料としては、配慮がなされていなかった。
一方、半導体素子は、高速化、高密度化に伴って、放熱
や素子の高速化を計るためにセラミックス多層回路基板
上に直接半導体素子を実装する方式が用いられるように
なってきている。しがしながら、この実装方式において
は、半導体素子のサイズが大きくなるにつれて、半導体
素子材料とセラミックス多層配線回路基板材料との間で
実装時の温度変化によって生ずる応力が大きくなるとい
う問題があった。そのため、セラミックス多層配線回路
基板材料の熱膨張係数を半導体素子のそれに近づけよう
としていた。しかし、配線導体材料として抵抗の小さい
金、銅又は銀などを高密度配線するためには、セラミッ
クス絶縁材料の熱膨張係数をこれらの導体材料に近づけ
なければならない。このように、セラミックス絶縁材料
としては。
や素子の高速化を計るためにセラミックス多層回路基板
上に直接半導体素子を実装する方式が用いられるように
なってきている。しがしながら、この実装方式において
は、半導体素子のサイズが大きくなるにつれて、半導体
素子材料とセラミックス多層配線回路基板材料との間で
実装時の温度変化によって生ずる応力が大きくなるとい
う問題があった。そのため、セラミックス多層配線回路
基板材料の熱膨張係数を半導体素子のそれに近づけよう
としていた。しかし、配線導体材料として抵抗の小さい
金、銅又は銀などを高密度配線するためには、セラミッ
クス絶縁材料の熱膨張係数をこれらの導体材料に近づけ
なければならない。このように、セラミックス絶縁材料
としては。
半導体素子材料及び導体材料の熱膨張係数に近くするこ
とが要求されている。しかし、これらの相反する状態で
の実装技術については配慮されていなかった。
とが要求されている。しかし、これらの相反する状態で
の実装技術については配慮されていなかった。
セラミックス多層回路基板において、絶縁材料の誘電率
は、信号伝播速度の高速化に対してできるだけ小さいも
のが要求されている。また、導体材料には、電気抵抗の
小さい材料を用いる必要がある。例えば、特開昭59−
1170Orセラミックス多層配線回路板」に記載され
ているように、低誘電率であるシリカをガラスで結合し
た基板材料で、比誘電率が4〜5のものが得られている
。さらにこの材料は1000℃以下の温度で焼成可能な
ため、導体材料として電気抵抗の小さい金、銅又は銀な
どが適用可能である。また、セラミックス多層回路基板
材料の熱膨張係数は、半導体素子のそれにできるだけ近
づれており、導体材料のそれとの差が大きくなっている
。そのため、内部回路を高密度に配線し、しかも半導体
素子を高密度に信頼性良く搭載することに対し、あまり
配慮がなされていない。
は、信号伝播速度の高速化に対してできるだけ小さいも
のが要求されている。また、導体材料には、電気抵抗の
小さい材料を用いる必要がある。例えば、特開昭59−
1170Orセラミックス多層配線回路板」に記載され
ているように、低誘電率であるシリカをガラスで結合し
た基板材料で、比誘電率が4〜5のものが得られている
。さらにこの材料は1000℃以下の温度で焼成可能な
ため、導体材料として電気抵抗の小さい金、銅又は銀な
どが適用可能である。また、セラミックス多層回路基板
材料の熱膨張係数は、半導体素子のそれにできるだけ近
づれており、導体材料のそれとの差が大きくなっている
。そのため、内部回路を高密度に配線し、しかも半導体
素子を高密度に信頼性良く搭載することに対し、あまり
配慮がなされていない。
本発明の目的は、より低誘電率のセラミックス 。
絶縁材料に導体材料として金、鋼又は銀のような抵抗の
低い材料を高密度に配線したセラミックス多層回路基板
とし、しかも、半導体素子を高密度に信頼性良く搭載す
ることができる実装技術を提供することにある。
低い材料を高密度に配線したセラミックス多層回路基板
とし、しかも、半導体素子を高密度に信頼性良く搭載す
ることができる実装技術を提供することにある。
本発明は、セラミックス層と配線導体層とを交互に積層
したセラミックス多層回路板において。
したセラミックス多層回路板において。
前記セラミックス層はその熱膨張係数が前記配線導体の
熱膨張係数より小さく且つ前記配線導体層の熱膨張係数
の2分の1以上であり、前記配線導体層の融点以下で軟
化するガラスよりなることを特徴とするセラミックス多
層回路板にある。
熱膨張係数より小さく且つ前記配線導体層の熱膨張係数
の2分の1以上であり、前記配線導体層の融点以下で軟
化するガラスよりなることを特徴とするセラミックス多
層回路板にある。
セラミックス層の熱膨張係数は7.2 X 10”−8
/℃以上及び1MHzにおける比誘電率が4.5以下で
あり、前記配線導体層は金、銀又は銅のいずれかである
。
/℃以上及び1MHzにおける比誘電率が4.5以下で
あり、前記配線導体層は金、銀又は銅のいずれかである
。
更に1本発明のセラミックス多層回路板はセラミックス
層中に粒径100μm以下の゛中空シリカが分散させた
もので、より低誘電率とすることができる。中空シリカ
の含有量はセラミックス層の35〜60体積%が好まし
い。
層中に粒径100μm以下の゛中空シリカが分散させた
もので、より低誘電率とすることができる。中空シリカ
の含有量はセラミックス層の35〜60体積%が好まし
い。
上記目的の1つであるセラミックス絶縁材料の比誘電率
を下げるためには、低誘電率のフィシをガラスで結合し
たものが考えられるが、低誘電率のフィシとしては、無
機材料中最も誘電率が小さいのがシリカであり、シリカ
の比誘電率は約4であるので比誘電率が4以下のセラミ
ックス絶縁材料を作ることは従来のセラミックスを緻密
に焼結する方法では困難である。そこで、比誘電率を4
よりさらに下げるためには、空気の比誘電率が約1であ
るため、セラミックス絶縁材料中に気孔を含ませればよ
いと考えた。従来から、断熱、防音などの目的で構造材
料に気孔をたくさん含ませたものは知られているが、一
般にこのような材料に含まれている気孔は、数I■程度
と大きく、多層回路板には適用し難い。そこで、多層回
路板に使用するためには、内部配線が非常に高集積化さ
れ、短絡や断線の危険があるために少なくとも気孔の径
は100μm以下に微細化する必要がある。
を下げるためには、低誘電率のフィシをガラスで結合し
たものが考えられるが、低誘電率のフィシとしては、無
機材料中最も誘電率が小さいのがシリカであり、シリカ
の比誘電率は約4であるので比誘電率が4以下のセラミ
ックス絶縁材料を作ることは従来のセラミックスを緻密
に焼結する方法では困難である。そこで、比誘電率を4
よりさらに下げるためには、空気の比誘電率が約1であ
るため、セラミックス絶縁材料中に気孔を含ませればよ
いと考えた。従来から、断熱、防音などの目的で構造材
料に気孔をたくさん含ませたものは知られているが、一
般にこのような材料に含まれている気孔は、数I■程度
と大きく、多層回路板には適用し難い。そこで、多層回
路板に使用するためには、内部配線が非常に高集積化さ
れ、短絡や断線の危険があるために少なくとも気孔の径
は100μm以下に微細化する必要がある。
セラミックス内部に気孔を含んだ絶縁材料を作製するに
は、例えばセラミックス粉末と発泡剤をいっしょに混合
し、焼成中に発泡させて気孔を含むセラミックスを作る
方法や、内部が中空になっている中空機/IX球をセラ
ミックス粉末に混合して焼結する方法等が考えられるが
、発泡剤を利用する方法は、均一で微細な気孔をセラミ
ックス中に多数分散させるのは困難であるため、中空微
小球とセラミックスを複合する方法を採用した。この中
空微小球は、比誘電率をできるだけ小さくするために、
無機材料中最も誘電率の小さいシリカを主成分とした中
空のシリカ微小球を採用し、粒径は100μm以下のも
のを選んだ。また、中空のシリカ微小球を結合するセラ
ミックスとしては、金、銅又は銀などの配線導体材料の
融点以下で焼結させる必要があるので、これらの融点以
下の温度で軟化するガラス又は結晶化ガラスで結合した
。
は、例えばセラミックス粉末と発泡剤をいっしょに混合
し、焼成中に発泡させて気孔を含むセラミックスを作る
方法や、内部が中空になっている中空機/IX球をセラ
ミックス粉末に混合して焼結する方法等が考えられるが
、発泡剤を利用する方法は、均一で微細な気孔をセラミ
ックス中に多数分散させるのは困難であるため、中空微
小球とセラミックスを複合する方法を採用した。この中
空微小球は、比誘電率をできるだけ小さくするために、
無機材料中最も誘電率の小さいシリカを主成分とした中
空のシリカ微小球を採用し、粒径は100μm以下のも
のを選んだ。また、中空のシリカ微小球を結合するセラ
ミックスとしては、金、銅又は銀などの配線導体材料の
融点以下で焼結させる必要があるので、これらの融点以
下の温度で軟化するガラス又は結晶化ガラスで結合した
。
結晶化ガラスとは、加熱すると非晶質の状態から結晶相
が析出するものであり、低温焼結性と強度を有している
。
が析出するものであり、低温焼結性と強度を有している
。
本発明で使用する中空のシリカ微小球は、100μm以
下程度の微細なものが必要であるため、以下のようにし
て作製したものを使用した。っまりNaを含有したシリ
カをスプレードライ法で中空の造粒粉とし、これを急速
加熱して中空とし、冷却後酸処理、水洗等を行ってNa
含有量を2wt%以下としたものを使用した。Na含有
量が2vt%以下であれば、1000℃以下の温度では
軟化現象がなく、十分な耐熱温度を有している。
下程度の微細なものが必要であるため、以下のようにし
て作製したものを使用した。っまりNaを含有したシリ
カをスプレードライ法で中空の造粒粉とし、これを急速
加熱して中空とし、冷却後酸処理、水洗等を行ってNa
含有量を2wt%以下としたものを使用した。Na含有
量が2vt%以下であれば、1000℃以下の温度では
軟化現象がなく、十分な耐熱温度を有している。
他の目的である低抵抗の導体材料を高密度に配線するた
めには、セラミックス絶縁材料を導体材の熱膨張係数差
を小さくする必要がある。また、導体材料としても、電
気抵抗をできるだけ小さくするために、純金属に近い程
望ましい、すなわち、金、銅又は銀の熱膨張係数が、各
々1.44 X10″″’/’C,1,68X 10
−11/’C又は1.92 X10−”/℃と大きいた
め、応力解析の結果よりセラミックス絶縁材料としても
これらの熱膨張係数の2分の1以上でなければならない
、このことより、金を導体材料に使用する場合には、セ
ラミックス絶縁材料の熱膨張係数は、7.2 x 10
−8/℃以上でなければならない。また、銅を導体材料
に使用する場合には、セラミックス絶縁材料の熱膨張係
数は、8.4x10−87”C以上でなければならない
、このことから、従来からセラミックス絶縁材料の熱膨
張係数を半導体素子であるシリコンに近づけようとして
いたが、高密度配線とするためには、逆に導体材料の熱
膨張係数は近いように大きくする必要がある。そのため
、セラミックス多層回路板としては、熱膨張係数が比較
的大きくなるため、半導体素子であるシリコンを直接搭
載することは困難である。半導体素子であるシリコンを
高密度に実装するためには、新しい実装方法を考えなけ
ればならない、そこで、セラミックス多層回路基板と半
導体素子の間にキャリア基板を設け、セラミックス多層
回路板と半導体素子との熱膨張係数差を緩和することを
考えた。まず、半導体素子をキャリア基板にはんだバン
プで直接搭載した0次に、半導体素子とキャリア基板の
間に、はんだと同等の熱膨張係数をもつ有機材料を主成
分とする材料を挿入した。その後、セラミックス多層回
路基板上にはんだバンプで接続し、モジュールとした。
めには、セラミックス絶縁材料を導体材の熱膨張係数差
を小さくする必要がある。また、導体材料としても、電
気抵抗をできるだけ小さくするために、純金属に近い程
望ましい、すなわち、金、銅又は銀の熱膨張係数が、各
々1.44 X10″″’/’C,1,68X 10
−11/’C又は1.92 X10−”/℃と大きいた
め、応力解析の結果よりセラミックス絶縁材料としても
これらの熱膨張係数の2分の1以上でなければならない
、このことより、金を導体材料に使用する場合には、セ
ラミックス絶縁材料の熱膨張係数は、7.2 x 10
−8/℃以上でなければならない。また、銅を導体材料
に使用する場合には、セラミックス絶縁材料の熱膨張係
数は、8.4x10−87”C以上でなければならない
、このことから、従来からセラミックス絶縁材料の熱膨
張係数を半導体素子であるシリコンに近づけようとして
いたが、高密度配線とするためには、逆に導体材料の熱
膨張係数は近いように大きくする必要がある。そのため
、セラミックス多層回路板としては、熱膨張係数が比較
的大きくなるため、半導体素子であるシリコンを直接搭
載することは困難である。半導体素子であるシリコンを
高密度に実装するためには、新しい実装方法を考えなけ
ればならない、そこで、セラミックス多層回路基板と半
導体素子の間にキャリア基板を設け、セラミックス多層
回路板と半導体素子との熱膨張係数差を緩和することを
考えた。まず、半導体素子をキャリア基板にはんだバン
プで直接搭載した0次に、半導体素子とキャリア基板の
間に、はんだと同等の熱膨張係数をもつ有機材料を主成
分とする材料を挿入した。その後、セラミックス多層回
路基板上にはんだバンプで接続し、モジュールとした。
この場合、キャリア基板とセラミックス多層回路基板は
、はんだのみで接続されているため、その接続部の信頼
性の面から、キャリア基板とセラミックス多層回路基板
の熱膨張係数は、はぼ同じでなければならない、応力解
析及び熱サイクル試験の結果から、キャリア基板とセラ
ミックス多層回路基板の熱膨張係数の差は、lXl0−
6/℃以下でなければいけない、一方、半導体素子とキ
ャリア基板の熱膨張係数の差による熱応力は、その間に
挿入する有機材料を主成分とする材料により緩和され、
その熱膨張係数差がI X 10”−6/℃まで、接続
部の信頼性が保持できることを、熱サイクル試験及び応
力解析により確認した。このことにより、半導体素子よ
り熱膨張係数が大きいセラミックス多層回路基板が使用
できる実装方式とすることができた。また、これらの接
続に使用するはんだ材料は、プ凸セス上、異なる融点で
なければならない。すなわち、半導体素子とキャリア基
板の接続に用いるはんだ材料は、キャリア基板とセラミ
ックス多層回路板の接続に用いるはんだ材料より高融点
でなければならない。
、はんだのみで接続されているため、その接続部の信頼
性の面から、キャリア基板とセラミックス多層回路基板
の熱膨張係数は、はぼ同じでなければならない、応力解
析及び熱サイクル試験の結果から、キャリア基板とセラ
ミックス多層回路基板の熱膨張係数の差は、lXl0−
6/℃以下でなければいけない、一方、半導体素子とキ
ャリア基板の熱膨張係数の差による熱応力は、その間に
挿入する有機材料を主成分とする材料により緩和され、
その熱膨張係数差がI X 10”−6/℃まで、接続
部の信頼性が保持できることを、熱サイクル試験及び応
力解析により確認した。このことにより、半導体素子よ
り熱膨張係数が大きいセラミックス多層回路基板が使用
できる実装方式とすることができた。また、これらの接
続に使用するはんだ材料は、プ凸セス上、異なる融点で
なければならない。すなわち、半導体素子とキャリア基
板の接続に用いるはんだ材料は、キャリア基板とセラミ
ックス多層回路板の接続に用いるはんだ材料より高融点
でなければならない。
有機樹脂中には、ゴム粒子及びセラミックス粉を混入す
ることが好ましく、前者は樹脂100重量部に対し、5
〜10重量部が混入され、後者は全体として35〜60
体積%混入するのが好ましい。
ることが好ましく、前者は樹脂100重量部に対し、5
〜10重量部が混入され、後者は全体として35〜60
体積%混入するのが好ましい。
前記ゴム粒子はポリブタジェン及びシリコンゴムの1種
以上、及び前記セラミックス粉は石英。
以上、及び前記セラミックス粉は石英。
炭化シリコン、窒化シリコン、炭酸カルシウム。
ベリリウムを含有する炭化シリコンの1種以上からなる
のが好ましい。
のが好ましい。
キャリア基板及び多層回路板としてセラミックス層は次
の組成(重量%)のガラスからなるものが好ましい。
の組成(重量%)のガラスからなるものが好ましい。
重量でSiO220〜95%にAAzOa25%以下、
Mg015〜25%、BzOa50%以下。
Mg015〜25%、BzOa50%以下。
Zn015〜25%、CaO10〜25%及びLi2O
4〜20%の少なくとも1種を含むものが好ましい、よ
り具体的には次の通りである。
4〜20%の少なくとも1種を含むものが好ましい、よ
り具体的には次の通りである。
(1)SiOz 50〜70%、Al220a 15〜
25%及びMg015〜25%。
25%及びMg015〜25%。
更に、これにB2031 KzO* P’zOIS+Z
r0z、Ca Fx 、AQN、C5zO,V2O5の
1種以上を5%以下含むことができる。
r0z、Ca Fx 、AQN、C5zO,V2O5の
1種以上を5%以下含むことができる。
(2) S i Ox 70〜95%、LixO4
〜15゜AQzOal〜lO%、KzO,MgO及びB
2O5の1種以上を5%以下。
〜15゜AQzOal〜lO%、KzO,MgO及びB
2O5の1種以上を5%以下。
更に、これにPzOst Z r Oz、 Ca Fz
+A Q N 、 C!! 20 、 VzOll(7
)少なくとも1種を5%以下含むことができる。
+A Q N 、 C!! 20 、 VzOll(7
)少なくとも1種を5%以下含むことができる。
(3) S i Ox 30〜50%、BzOa30〜
50%。
50%。
Ca O10〜25%及びLazo 10〜20%。
更に、これにに20 、 M g O,Ca Fz。
P2O1S、 Z r Oz+ A Q N、 Csz
o及びV2O5の1種以上を5%以下含むことができる
。
o及びV2O5の1種以上を5%以下含むことができる
。
(4)S ioz 55〜82%tBzos15〜25
%。
%。
LixO2〜15%及びAQzOsl 〜10%。
更に、 Ca F2.、 PxO+s、 Z r 02
. A Q N。
. A Q N。
Cs 2o 、 VzOat M g O# KzOの
1種以上を5%以下含むことができる。
1種以上を5%以下含むことができる。
(5) S i C)z 55〜65%、Zn015〜
25%。
25%。
A Q 20δ、LixO及びK x Oの少なくとも
2種を10%以下。
2種を10%以下。
更に、820g、Ca F2.MgO,KxO*PzO
3,Z rOx、AnN、Cszo、VzOllの少な
くとも1種を5%以下含むことができる。
3,Z rOx、AnN、Cszo、VzOllの少な
くとも1種を5%以下含むことができる。
(6)SiOz 20〜30%、Lizo 10〜1
5%、BzOa40〜50%及びCaO15〜25%。
5%、BzOa40〜50%及びCaO15〜25%。
更に、Ca Fx、 A Q zos、 KzO+ P
zOa+Zr0z、AQN、C820,V2O5の少な
くとも1種を5%以下含むことができる。
zOa+Zr0z、AQN、C820,V2O5の少な
くとも1種を5%以下含むことができる。
比誘電率が3.0〜4.5のセラミックス絶縁材料と、
抵抗の小さい金、銅又は銀を主成分とする配線導体材料
を高密度配線したセラミックス多層回路基板は熱膨張係
数が、半導体素子の熱膨張係数より、かつ大きいために
、半導体素子とセラミックス多層回路基板の間にセラミ
ックス多層回路基板と同等の熱膨張係数をもつキャリア
基板を設けはんだにより接続し、かつ、半導体素子とキ
ャリア基板の間に、はんだと同等の熱膨張係数をもつ有
機材料を主成分とする材料を挿入することにより、はん
だ接続部の信頼性が向上した。このように、熱膨張係数
が比較的大きいセラミックス多層回路基板においても、
半導体素子を高密度でしかも接続部の信頼性が高い実装
方式が得られた。
抵抗の小さい金、銅又は銀を主成分とする配線導体材料
を高密度配線したセラミックス多層回路基板は熱膨張係
数が、半導体素子の熱膨張係数より、かつ大きいために
、半導体素子とセラミックス多層回路基板の間にセラミ
ックス多層回路基板と同等の熱膨張係数をもつキャリア
基板を設けはんだにより接続し、かつ、半導体素子とキ
ャリア基板の間に、はんだと同等の熱膨張係数をもつ有
機材料を主成分とする材料を挿入することにより、はん
だ接続部の信頼性が向上した。このように、熱膨張係数
が比較的大きいセラミックス多層回路基板においても、
半導体素子を高密度でしかも接続部の信頼性が高い実装
方式が得られた。
また、半導体素子を搭載したキャリア基板とセラミック
ス多層回路基板を接続しているはんだ部で、離着が可能
であり、半導体素子表面を保護することができた。
ス多層回路基板を接続しているはんだ部で、離着が可能
であり、半導体素子表面を保護することができた。
以下、本発明の一実施例を説明する。なお、以下の記載
中、特に断らない限り1部とあるのは重量部を1%とあ
るのは重量%を意味する。
中、特に断らない限り1部とあるのは重量部を1%とあ
るのは重量%を意味する。
実施例1
平均粒径28μmの中空シリカ微小球40部に第1表に
示すガラス組成粉末(平均粒径1μm)60部を配合し
、平均重合度1000のポリビニルブチラール樹脂12
.5部、ブチルフタリルグリコール酸ブチル4.0 部
、トリクロロエチレン62.0部、テトラクロロエチレ
ン16.0部、n−ブチルアルコール22.0部を加え
、湿式ボールミルで8時間混合し、スラリを炸裂した1
次に、攪拌真空脱気装置により、ボールミル時に混入し
た気泡を除去するとともに、適当な粘度に調節した。次
に、スラリをドクターブレード法を用いて、シリコーン
処理したポリエステルフィルム支持体上に0.2+wm
の厚さに塗布し、乾燥炉内で溶媒を除去し、グリーンシ
ートを作製した。
示すガラス組成粉末(平均粒径1μm)60部を配合し
、平均重合度1000のポリビニルブチラール樹脂12
.5部、ブチルフタリルグリコール酸ブチル4.0 部
、トリクロロエチレン62.0部、テトラクロロエチレ
ン16.0部、n−ブチルアルコール22.0部を加え
、湿式ボールミルで8時間混合し、スラリを炸裂した1
次に、攪拌真空脱気装置により、ボールミル時に混入し
た気泡を除去するとともに、適当な粘度に調節した。次
に、スラリをドクターブレード法を用いて、シリコーン
処理したポリエステルフィルム支持体上に0.2+wm
の厚さに塗布し、乾燥炉内で溶媒を除去し、グリーンシ
ートを作製した。
グリーンシートを210+am角に切断し、100℃で
5 kgf/c+*”の圧力でプレス処理を行い、グリ
ーンシート上の凹凸を除去した。次に、パンチ器を用い
て、2001角に切断し、ガイド用の穴を施こした。そ
の後、このガイド用の穴を利用してグリーンシートを固
定し、電子ビーム法により所定位置に径Q、1n+++
+のスルーホールをあけた。さらに、金粉末−ニトロセ
ルロース:エチルセルロース:ポリビニルブチラール:
トリクロロエチレン=100:3:1:2:23 (重
量比)ノ導体ペーストをグリーンシートにあけたスルー
ホールを充填し、次に、スクリーン印刷法により所定回
路パターンにしたかつそ上記導体ペーストを印刷する。
5 kgf/c+*”の圧力でプレス処理を行い、グリ
ーンシート上の凹凸を除去した。次に、パンチ器を用い
て、2001角に切断し、ガイド用の穴を施こした。そ
の後、このガイド用の穴を利用してグリーンシートを固
定し、電子ビーム法により所定位置に径Q、1n+++
+のスルーホールをあけた。さらに、金粉末−ニトロセ
ルロース:エチルセルロース:ポリビニルブチラール:
トリクロロエチレン=100:3:1:2:23 (重
量比)ノ導体ペーストをグリーンシートにあけたスルー
ホールを充填し、次に、スクリーン印刷法により所定回
路パターンにしたかつそ上記導体ペーストを印刷する。
これらのグリーンシートをガイド用の穴の位置を合わせ
て50枚積層し、120℃で25kgf/cm”の圧力
で積層した。次に、外形切断し、150mm角のグリー
ンシート積層板とし、大気雰囲気焼成炉内にセットした
。最高温度850〜960℃で、1時間保持し焼成した
。このようにして、120mm角、厚さ7ma+のセラ
ミックス多層回路基板を作製した。
て50枚積層し、120℃で25kgf/cm”の圧力
で積層した。次に、外形切断し、150mm角のグリー
ンシート積層板とし、大気雰囲気焼成炉内にセットした
。最高温度850〜960℃で、1時間保持し焼成した
。このようにして、120mm角、厚さ7ma+のセラ
ミックス多層回路基板を作製した。
キャリア基板は、セラミックス多層回路基板と同様の方
法で作製した。異なる点は、スルーホール位置、配線パ
ターン、積層枚数7枚で、焼成後のキャリア基板の寸法
が11mm角、厚さlll1fflであることである。
法で作製した。異なる点は、スルーホール位置、配線パ
ターン、積層枚数7枚で、焼成後のキャリア基板の寸法
が11mm角、厚さlll1fflであることである。
キャリア基板に10mm+角の半導体素子(シリコン)
を95%鉛−5%スズはんだで接続した。次に、キャリ
ア基板と半導体素子の間に、エポキシ樹脂(EP−82
8)100部とポリブタジェン(CTBN1300X
9 ) 5〜10部の混合有機物に、平均粒径1μmの
石英粉末を35〜60体積%混合したはんだ材料と同等
の熱膨張係数である材料を挿入した。次に、コバールピ
ンを金−ゲルマニウムろうで接続したセラミックス多層
回路基板上に、9X9=81個のキャリア基板(半導体
素子を接続し、有機材料を主成分とした材料を挿入した
もの)を60%鉛−40%スズはんだで接続し、半導体
モジュールを作製した。
を95%鉛−5%スズはんだで接続した。次に、キャリ
ア基板と半導体素子の間に、エポキシ樹脂(EP−82
8)100部とポリブタジェン(CTBN1300X
9 ) 5〜10部の混合有機物に、平均粒径1μmの
石英粉末を35〜60体積%混合したはんだ材料と同等
の熱膨張係数である材料を挿入した。次に、コバールピ
ンを金−ゲルマニウムろうで接続したセラミックス多層
回路基板上に、9X9=81個のキャリア基板(半導体
素子を接続し、有機材料を主成分とした材料を挿入した
もの)を60%鉛−40%スズはんだで接続し、半導体
モジュールを作製した。
作製したセラミックス多層回路基板の特性とモジュール
基板におけるはんだ接続部の信頼性について第2表に示
す、セラミックス多層回路基板に使用したセラミックス
絶縁材料は、比誘電率3.0〜4.5 (IMHz)
であり、電気信号の遅延時間は5.7〜7.Onsであ
った。これは、アルミナを主成分としたセラミックス多
層回路基板においては、比誘電率が9.5 と大きく、
電気信号の遅延時間が10.2nsであったため、これ
に比べて、31〜44%高速化ができた。また、Na2
Oのセラミックス多層回路基板は、熱膨張係数が7.0
〜9.0X10−8/℃であったため、一部の材料系で
、内部配線導体材料の金とセラミックス絶縁材料との熱
膨張係数差により、内部にクラックが発生したものがあ
った。しかし、N(L21〜38のセラミックス多層回
路基板は、熱膨張係数が8.0〜13.Ox 10−8
/℃であるため、内部配線導体材料である金とのマツチ
ングが良く基板内部にクラックの発生は無かった。一方
、半導体モジュールにおいては、−55℃〜150℃の
熱サイクルを3000@繰り返しても全くはんだ接続部
に断線を生じなかった。これは、大形電子計算機に要求
されている寿命を十分に満足するものであった。
基板におけるはんだ接続部の信頼性について第2表に示
す、セラミックス多層回路基板に使用したセラミックス
絶縁材料は、比誘電率3.0〜4.5 (IMHz)
であり、電気信号の遅延時間は5.7〜7.Onsであ
った。これは、アルミナを主成分としたセラミックス多
層回路基板においては、比誘電率が9.5 と大きく、
電気信号の遅延時間が10.2nsであったため、これ
に比べて、31〜44%高速化ができた。また、Na2
Oのセラミックス多層回路基板は、熱膨張係数が7.0
〜9.0X10−8/℃であったため、一部の材料系で
、内部配線導体材料の金とセラミックス絶縁材料との熱
膨張係数差により、内部にクラックが発生したものがあ
った。しかし、N(L21〜38のセラミックス多層回
路基板は、熱膨張係数が8.0〜13.Ox 10−8
/℃であるため、内部配線導体材料である金とのマツチ
ングが良く基板内部にクラックの発生は無かった。一方
、半導体モジュールにおいては、−55℃〜150℃の
熱サイクルを3000@繰り返しても全くはんだ接続部
に断線を生じなかった。これは、大形電子計算機に要求
されている寿命を十分に満足するものであった。
実施例2
下記の点を変更した以外は上記実施例1と同様にして半
導体モジュールを作製した6 ・平均重合度1000のポリビニルブチラール樹脂の代
りにポリメタクリレート樹脂を使用。
導体モジュールを作製した6 ・平均重合度1000のポリビニルブチラール樹脂の代
りにポリメタクリレート樹脂を使用。
・ブチルフタリルグリコール酸ブチルの代りにフタル酸
ジエチルを使用。
ジエチルを使用。
・金粉末の代りに銅粉末を使用。
・ポリビニルブチラールの代りにポリメタクリレートを
使用。
使用。
・大気雰囲気焼成炉の代りに窒素雰囲気焼成炉を使用。
作製したセラミックス多層回路基板の特性とモジュール
基板におけるはんだ接続部の信頼性について第3表に示
す、セラミックス多層回路基板に使用したセラミックス
絶縁材料は、比誘電率3.0〜4.5 (IMH2)
であり、電気信号の遅延時間は5.7〜7.0nsであ
った。これは、アルミナ系セラミック多層回路基板に比
べて、31〜44%高速化ができた。また、&39,4
8.54及び55のセラミックス多層回路基板は、熱膨
張係数が内部配線導体材料である銅の熱膨張係数の0.
5 倍以下のものが一部の材料系で存在し、銅とセラミ
ックス絶縁材料とのマツチングがとれず、クラックの発
生したものがあった。しかし、これら以外のセラミック
ス多層回路基板においては、クラックの発生がなく銅と
セラミックス絶縁材料のマツチングが良かった。一方、
モジュールにおいては、−55〜150℃の熱サイクル
を3000回繰り返した結果、Nn44,49及び52
ではんだ接続部にクラックが発生したものがあり、熱サ
イクルを繰り返すと、断線を生じる可能性がでた。これ
ら以外は、はんだ接続部に変化がなく、十分実使用に耐
えうるちのであることが確認できた。
基板におけるはんだ接続部の信頼性について第3表に示
す、セラミックス多層回路基板に使用したセラミックス
絶縁材料は、比誘電率3.0〜4.5 (IMH2)
であり、電気信号の遅延時間は5.7〜7.0nsであ
った。これは、アルミナ系セラミック多層回路基板に比
べて、31〜44%高速化ができた。また、&39,4
8.54及び55のセラミックス多層回路基板は、熱膨
張係数が内部配線導体材料である銅の熱膨張係数の0.
5 倍以下のものが一部の材料系で存在し、銅とセラミ
ックス絶縁材料とのマツチングがとれず、クラックの発
生したものがあった。しかし、これら以外のセラミック
ス多層回路基板においては、クラックの発生がなく銅と
セラミックス絶縁材料のマツチングが良かった。一方、
モジュールにおいては、−55〜150℃の熱サイクル
を3000回繰り返した結果、Nn44,49及び52
ではんだ接続部にクラックが発生したものがあり、熱サ
イクルを繰り返すと、断線を生じる可能性がでた。これ
ら以外は、はんだ接続部に変化がなく、十分実使用に耐
えうるちのであることが確認できた。
実施例3
下記の点を変更した以外は上記実施例1及び2と同様に
してモジュールを作製した。
してモジュールを作製した。
・キャリア基板は、クリーンシートを7枚積層し焼成し
た白基板(スルーホール、配線パターン等がない)を1
1mm角に切断した。その後、レーザによりφ0 、1
mmの穴を形成し、めっきにより銅を穴に充填してキ
ャリア基板を作製した。
た白基板(スルーホール、配線パターン等がない)を1
1mm角に切断した。その後、レーザによりφ0 、1
mmの穴を形成し、めっきにより銅を穴に充填してキ
ャリア基板を作製した。
作製したモジュールは、実施例1及び2と同様の結果が
得られた。
得られた。
実施例4
実施例1及び2で作製したセラミックス多層回路基板上
に、銅とポリイミドによる多層配線回路を形成した。尚
、セラミックス多層回路基板は26層とした。
に、銅とポリイミドによる多層配線回路を形成した。尚
、セラミックス多層回路基板は26層とした。
セラミックス多層回路基板上に、真空蒸着法により、厚
さ0.03μmのクロム膜及び厚さ0.1μmの銅膜を
形成した。次に、ポジタイプフォトレジストを厚さ22
μmまで塗布し、配線パターンを形成した後、電解めっ
きによって厚さ20μmの銅配線層を形成した。引き続
いて、ポジタイプフォトレジストを厚さ22μm塗布し
2層間接続パターンを形成した後、電解めっきによって
厚さ20μmの銅による層間接続用突起を形成した。ポ
ジタイプフォトレジストを除去した後、アルゴンを用い
たイオンミリンダにより、不要部分の銅膜及びクロム膜
をエツチング除去した。引き続いて、低熱膨張ポリイミ
ド系樹脂を厚さ50μmまで塗布して硬化させ、絶縁層
とした後、平面研磨によって低熱膨張ポリイミド系樹脂
層を平坦化し、さらに泡水ヒドラジン−エチレンジアミ
ン混合液を用いたウェットエツチングにより、層間接続
用突起を露出させた。続いて、第一層配線と同様の方法
により、厚さ20μmの銅配線層を形成した。このよう
にして、セラミックス多層回路基板上に銅配線層を3層
形成した。
さ0.03μmのクロム膜及び厚さ0.1μmの銅膜を
形成した。次に、ポジタイプフォトレジストを厚さ22
μmまで塗布し、配線パターンを形成した後、電解めっ
きによって厚さ20μmの銅配線層を形成した。引き続
いて、ポジタイプフォトレジストを厚さ22μm塗布し
2層間接続パターンを形成した後、電解めっきによって
厚さ20μmの銅による層間接続用突起を形成した。ポ
ジタイプフォトレジストを除去した後、アルゴンを用い
たイオンミリンダにより、不要部分の銅膜及びクロム膜
をエツチング除去した。引き続いて、低熱膨張ポリイミ
ド系樹脂を厚さ50μmまで塗布して硬化させ、絶縁層
とした後、平面研磨によって低熱膨張ポリイミド系樹脂
層を平坦化し、さらに泡水ヒドラジン−エチレンジアミ
ン混合液を用いたウェットエツチングにより、層間接続
用突起を露出させた。続いて、第一層配線と同様の方法
により、厚さ20μmの銅配線層を形成した。このよう
にして、セラミックス多層回路基板上に銅配線層を3層
形成した。
半導体素子及びキャリア基板は、実施例1〜3と同様の
方法により搭載し、モジュール基板を作製した。
方法により搭載し、モジュール基板を作製した。
本実施例により作製したモジュール基板は、実施例1〜
3により作製したモジュール基板より、信号の伝播遅延
時間が約5%低減することができた。これは、低熱膨張
ポリイミド絶縁材料の比誘電率が3.5 であることに
よるものである、また。
3により作製したモジュール基板より、信号の伝播遅延
時間が約5%低減することができた。これは、低熱膨張
ポリイミド絶縁材料の比誘電率が3.5 であることに
よるものである、また。
はんだ接続部の信頼性は、実施例1〜3と同等であった
。これは、セラミックス多層回路基板上に形成した銅と
ポリイミドの多層配線回路の厚さが薄いために、熱膨張
係数の変化が少なかったためである。
。これは、セラミックス多層回路基板上に形成した銅と
ポリイミドの多層配線回路の厚さが薄いために、熱膨張
係数の変化が少なかったためである。
本発明によれば、セラミックス絶縁材料の熱膨張係数が
比較的大きいために、抵抗の小さい金。
比較的大きいために、抵抗の小さい金。
銅又は銀を主成分とする配管導体材料が高密度に配線す
ることができる。また、半導体素子とセラミックス多層
回路基板の間にキャリア基板を設け、はんだで接続し、
かつ、半導体素子とキャリア基板の間にはんだと同等の
熱膨張係数をもつ有機材料を主成分とする材料を挿入す
ることにより、熱膨張係数が比較的大きいセラミックス
多層回路基板においても、半導体素子を高密度でしかも
接続部の信頼性がよい実装方式とすることができた。
ることができる。また、半導体素子とセラミックス多層
回路基板の間にキャリア基板を設け、はんだで接続し、
かつ、半導体素子とキャリア基板の間にはんだと同等の
熱膨張係数をもつ有機材料を主成分とする材料を挿入す
ることにより、熱膨張係数が比較的大きいセラミックス
多層回路基板においても、半導体素子を高密度でしかも
接続部の信頼性がよい実装方式とすることができた。
第1図及び第2図は本発明の一実施例を示す半導体モジ
ュールの縦断面図である。 1.10・・・半導体素子、2.11・・・有機材料を
主成分とした材料、3,12・・・キャリア基板、4゜
13・・・はんだ、5.16・・・スルーホール導体材
料。 6.17・・・配線導体材料、7,18・・・セラミッ
クス絶縁材料、8.19・・・金−ゲルマニウムろう。 9.20・・・コバールピン、14・・・ポリイミド樹
脂、15・・・銅導体配線材料。
ュールの縦断面図である。 1.10・・・半導体素子、2.11・・・有機材料を
主成分とした材料、3,12・・・キャリア基板、4゜
13・・・はんだ、5.16・・・スルーホール導体材
料。 6.17・・・配線導体材料、7,18・・・セラミッ
クス絶縁材料、8.19・・・金−ゲルマニウムろう。 9.20・・・コバールピン、14・・・ポリイミド樹
脂、15・・・銅導体配線材料。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、セラミックス層と配線導体層とを交互に積層したセ
ラミックス多層回路板において、前記セラミックス層は
その熱膨張係数が前記配線導体の熱膨張係数より小さく
且つ前記配線導体層の熱膨張係数の2分の1以上であり
、前記配線導体層の融点以下で軟化するガラスよりなる
ことを特徴とするセラミックス多層回路板。 2、前記セラミックス層の熱膨張係数は7.2×10^
−^8/℃以上及び1MHzにおける比誘電率が4.5
以下であり、前記配線導体層は金、銀又は銅のいずれか
よりなる特許請求の範囲第1項に記載のセラミックス多
層回路板。 3、前記セラミックス層は重量でSiO_220〜95
%にAl_2O_325%以下、MgO15〜25%、
B_2O_350%以下、ZnO15〜25%、CaO
10〜25%及びLi_2O4〜20%の少なくとも1
種を含む特許請求の範囲第1項又は第2項に記載のセラ
ミックス多層回路板。 4、セラミックス層と配線導体層とを交互に積層したセ
ラミックス多層回路板において、前記セラミックス層は
その熱膨張係数が前記配線導体層の熱膨張係数より小さ
く且つ前記配線導体層の熱膨張係数の2分の1以上であ
り、更に前記配線導体層の融点以下で軟化するガラス中
に粒径100μm以下の中空シリカが分散してなること
を特徴とするセラミックス多層回路板。 5、前記中空シリカの含有量は前記セラミックス層の3
5〜60体積%である特許請求の範囲第4項に記載のセ
ラミックス多層回路板。 6、セラミックスキャリア基板に半導体素子と搭載し、
該基板をセラミックス多層回路板に搭載してなる半導体
モジュールにおいて、前記キャリア基板及び多層回路板
はセラミックス層と配線導体層とを交互に積層させてお
り、前記セラミックス層はその熱膨張係数が前記配線導
体層の熱膨張係数より小さく且つ前記配線導体層の熱膨
張係数の2分の1以上であり、更に前記セラミックス層
は前記配線導体層の融点以下で軟化するガラスよりなる
ことを特徴とする半導体モジュール。 7、前記セラミックスキャリア基板と半導体素子とはは
んだバンプによつて接合され、該はんだバンプは有機樹
脂によつて被われている特許請求の範囲第6項に記載の
半導体モジュール。 8、前記有機樹脂は該樹脂100重量部とゴム粒子5〜
10重量部にセラミックス粉35〜60体積%を含む特
許請求の範囲第7項に記載の半導体モジュール。 9、前記ゴム粒子はポリブタジエン及びシリコンゴムの
1種以上、及び前記セラミックス粉は石英、炭化シリコ
ン、窒化シリコン、炭酸カルシウム、ベリリウムを含有
する炭化シリコンの1種以上からなる特許請求の範囲第
8項に記載の半導体モジュール。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61130136A JPS62287658A (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | セラミックス多層回路板 |
KR1019870005624A KR930000881B1 (ko) | 1986-06-06 | 1987-06-03 | 세라믹 다층 회로판 및 반도체 모듈 |
US07/058,255 US4821142A (en) | 1986-06-06 | 1987-06-04 | Ceramic multilayer circuit board and semiconductor module |
CN87104031.XA CN1005241B (zh) | 1986-06-06 | 1987-06-05 | 多层陶瓷线路板和半导体组件 |
US07/683,199 USRE34887E (en) | 1986-06-06 | 1991-04-10 | Ceramic multilayer circuit board and semiconductor module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61130136A JPS62287658A (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | セラミックス多層回路板 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1242082A Division JPH02119164A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 半導体モジユール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62287658A true JPS62287658A (ja) | 1987-12-14 |
JPH0543316B2 JPH0543316B2 (ja) | 1993-07-01 |
Family
ID=15026818
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61130136A Granted JPS62287658A (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | セラミックス多層回路板 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US4821142A (ja) |
JP (1) | JPS62287658A (ja) |
KR (1) | KR930000881B1 (ja) |
CN (1) | CN1005241B (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5324370A (en) * | 1992-02-27 | 1994-06-28 | Fujitsu Limited | Method of manufacturing a multi-layered ceramic circuit board containing layers of reduced dielectric constant |
Families Citing this family (58)
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---|---|---|---|---|
JPH01248593A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-04 | Ngk Insulators Ltd | セラミック多層配線基板 |
DE3823469A1 (de) * | 1988-07-11 | 1990-01-18 | Bodenseewerk Geraetetech | Filteranordnung |
US4943845A (en) * | 1988-08-02 | 1990-07-24 | Northern Telecom Limited | Thick film packages with common wafer aperture placement |
JPH0268992A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Nec Corp | 多層配線基板 |
US5136271A (en) * | 1989-01-09 | 1992-08-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Microwave integrated circuit mountings |
DE69008551T2 (de) * | 1989-01-09 | 1994-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | Antennensystem. |
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