(57)【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、前記絶縁基板が、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。
【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（ＰＧＡ）、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、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、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４〜７ｐｐｍ／℃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６３−１１７９２９号公報においては、ＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 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、Ｌｉ2 Ｏ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（Ｌｉ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・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％、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（Ｌｉ2 Ｏ・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Ｌｉ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、４０〜４００℃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、Ｓｉ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（Ｌｉ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・４ＳｉＯ2 ）やユークリプトカイト（Ｌｉ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ4 Ｏ10）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、Ａｌ、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・ＳｉＯ2 ）、クリストバライト（ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（ＳｉＯ2 ）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、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・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、カーネギアイト（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ2 Ｏ3 ）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、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Ｌｉ、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、ＳｉＯ2 ６０〜８０重量％、Ｌｉ2 Ｏを１〜１５重量％、ＣａＯを２〜３０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 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６ｐｐｍ／℃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、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、ＺｎＯ、Ｐ2 Ｏ5 、Ｓｂ2 Ｏ3 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、Ａｌ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Ｌｉ2 Ｏ：Ａｌ2 Ｏ3 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Ａｌ2 Ｏ3 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４００℃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６００〜８００℃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、８５０〜１０５０℃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％Ｌｉ2 Ｏ−２．０％Ａｌ2 Ｏ3 
２．５％Ｋ2 Ｏ−２．５％Ｐ2 Ｏ5 （屈伏点４８０℃）
（Ｂ）７６．７％ＳｉＯ2 −１４．６重量％Ｌｉ2 Ｏ−３．８％Ａｌ2 Ｏ3 
２．３％Ｋ2 Ｏ−２．６％Ｐ2 Ｏ5 −０．６％Ｓｂ2 Ｏ5 
（屈伏点４９７℃）
（Ｃ）７３．５％ＳｉＯ2 −７．７重量％Ｌｉ2 Ｏ−３．６％Ａｌ2 Ｏ3 
２．２％Ｋ2 Ｏ−１３．０％ＣａＯ（屈伏点５４２℃）
（Ｄ）６５．７％ＳｉＯ2 −７．６重量％Ｌｉ2 Ｏ−１０．８％Ａｌ2 Ｏ3 
２．４％Ｋ2 Ｏ−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（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 、線熱膨張係数１０ｐｐｍ／℃）、クォーツ（ＳｉＯ2 、線熱膨張係数１５ｐｐｍ／℃）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 、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】
0003699571.tif 000002
【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 ＋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。
【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。
【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４０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】
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【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.１０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Ｌｉ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
【図１】
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