(57)【要約】【課題】半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板の絶縁基体に用いるセラミック焼結体において、焼結性を損なうことなく分割性を向上させた積層パッケージ用着色セラミック焼結体を提供することを目的とする。【解決手段】半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板の絶縁基体に用いるセラミック焼結体において、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯを焼結助剤として３．５％乃至４重量％含有し、顔料成分としてＴｉ、Ｃｒ及びＭｏの酸化物を含有し、ＳｉＯ２及びＣａＯの合計重量に対するＳｉＯ２の重量割合を８２％乃至８９％とすることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板の絶縁基体に用いるセラミック焼結体であって、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、焼結助剤成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯが添加され、この焼結助剤成分の全体重量に対する重量割合は３．５％乃至４％であることを特徴とする積層パッケージ用着色セラミック焼結体。
【請求項２】
前記焼結助剤成分のうち、ＳｉＯ２及びＣａＯの合計重量に対するＳｉＯ２の重量割合は８２％乃至８９％であることを特徴とする請求項１記載の積層パッケージ用着色セラミック焼結体。
【請求項３】
顔料成分としてＴｉ、Ｃｒ及びＭｏの酸化物を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層パッケージ用着色セラミック焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板の絶縁基体に用いるセラミック焼結体に係り、特に分割性に優れた積層パッケージ用着色セラミック焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路素子を収納するパッケージの絶縁基体には、高周波領域での損失が少なく、耐熱性、耐食性、導電性及び機械的強度に優れた材料が求められる。従来より、これらの要求特性を満たす材料としてＡｌ２Ｏ３を主成分とし、焼結助剤成分としてＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＣａＯ等を適量添加したセラミック焼結体が多用されてきた。
通常、セラミック製の積層パッケージの製造は、ドクターブレード法等によりスラリーをシート状に成形した、いわゆるグリーンシートを多段に積層し、焼成することにより行われる。なお、ここでいうスラリーとは水を加えて粉砕混合したセラミック焼結体に合成樹脂のバインダ及びアルコール類等の溶剤を混入したもののことである。焼結した積層グリーンシートは、さらにパッケージ単位ごとに分割される。その際、分割性を良くするため、焼成前のグリーンシートには分割位置に予めブレーク溝が加工される。
近年、積層パッケージの小型化に伴い、パッケージのシールパス（土手部分）も小型化が進み、ブレーク溝の幅が狭くなる傾向にある。従来のセラミック焼結体においては、グリーンシートを焼成する際にセラミック焼結体に含まれるガラス質が溶出してブレーク溝の一部を融着してしまい、分割が正常に行われない場合があった。
【０００３】
このような課題に対処するため、いくつかの発明及び考案が開示されている。例えば特許文献１には、「セラミック製配線基板及びその製造方法」という名称で、ＳＡＷフィルタ、水晶振動子、トランジスタ、ＩＣ等の電子部品を封止するパッケージとして用いられるセラミック製配線基板（以下、配線基板又は単に基板ともいう。）及びその製造方法に関する発明が開示されている。
【０００４】
以下、図３を参照しながら、特許文献１に開示された発明について説明する。図３は従来技術に係るセラミック製配線基板の断面図である。図３に示すように、従来技術に係る発明は、未焼成セラミック大判５１の両面の基板部分の境界に、縦横に格子状をなすようにブレーク溝５２、５３をプレスによって所定深さ（例えば、上面が全厚の４０〜５０％、下面が全厚の１０〜２０％）入れるとともに、上面にメタライズペースト（層）５４を印刷するものである。
このような方法によれば、メタライズペースト５４の焼成収縮によりセラミック層の表面が引張られ、ブレーク層の溝が広がる結果、ブレーク溝５２の融着が起こりにくくなる。
【０００５】
また、特許文献２には「チップ型電子部品の製造方法」という名称で、外部電極の基板に対する固着力が強く、耐ヒートショック性が良好なチップ型電子部品の製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、所定の回路素子が形成されたセラミック製マザー基板を、レーザスクライビング法にて形成されたブレーク溝に沿ってスティック状に１次分割し、さらに、単一の部品に２次分割するようにしたチップ型電子部品の製造方法において、レーザスクライビング法によるブレーク溝の形成時に発生した溶融再凝固物を、噴射ノズルから噴射したブラスト粒子の衝突力で吹き飛ばして除去するサンドブラスト法又はバレル研磨あるいは不織布を用いた研磨により１次分割の後に除去し、その後、外部電極を形成して２次分割を行うものである。
このような方法によれば、レーザスクライビング法でブレーク溝を形成する際に発生する溶融再凝固物を、１次分割の後に即ち外部電極の形成前にマザー基板を傷付けることなく除去するため、その後形成される外部電極の特性（固着力、耐ヒートショック性）を向上させることができる。また、外部電極のエッジ切れや実装時のチップの立ち上がりといった不具合を生じることがない。
【０００６】
さらに、特許文献３には「着色アルミナ質焼結体」という名称で、絶縁性と強度に優れた、黒色系の識別容易な色を呈するアルミナ質焼結体に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、主成分をＡｌ２Ｏ３とし、焼結助剤成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯを含み、顔料成分として酸化物換算でＴｉを０．５〜５重量％、Ｃｒを５〜１５重量％の割合で含有し、あるいはこれらに加えてＭｏを０．１〜１．０重量％の割合で含有するとともに還元性雰囲気中で焼成された着色アルミナ質焼結体に関するものである。
このような着色アルミナ質焼結体においては、黒色系の識別容易な色を呈するため、製造時に付着した塵埃や磨耗部分あるいは破損部分の発見が容易となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１７９７３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４０４０９号公報
【特許文献３】特開２０００−３２７４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、セラミックとメタライズペーストの焼成収縮率の差により、ブレーク溝幅が拡張される結果、融着が防止されるという効果があるものの、融着を防止しようとする全てのブレーク溝にメタライズペーストを印刷する必要があり、製造コストが上がってしまうという課題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示された発明においては、小型のセラミック製マザー基板のようにブレーク溝の溝幅が狭い場合には、溶融再凝固物の除去が必ずしも容易ではないという課題があった。
【００１０】
特許文献３に開示された発明においては、着色性に優れるものの、分割性は改善されないという課題があった。
【００１１】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板の絶縁基体に用いるセラミック焼結体において、ガラス質の溶出によるブレーク溝の融着が発生し難く、分割性に優れる積層パッケージ用着色セラミック焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である積層パッケージ用着色セラミック焼結体は、半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板の絶縁基体に用いるセラミック焼結体であって、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、焼結助剤成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯが添加され、この焼結助剤成分の全体重量に対する重量割合を３．５％乃至４％とするものである。
上記構成の積層パッケージ用着色セラミック焼結体においては、グリーンシートの焼成時にガラス質の溶出が抑えられるという作用を有する。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の積層パッケージ用着色セラミック焼結体において、焼結助剤成分のうち、ＳｉＯ２及びＣａＯの合計重量に対するＳｉＯ２の重量割合を８２％乃至８９％とするものである。
上記構成の積層パッケージ用着色セラミック焼結体においては、請求項１記載の発明と同様の作用を有するとともに、溶融点が下がることにより焼成温度が低下するという作用を有する。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の積層パッケージ用着色セラミック焼結体において、顔料成分としてＴｉ、Ｃｒ及びＭｏの酸化物を含むものである。
上記構成の積層パッケージ用着色セラミック焼結体においては、請求項１又は請求項２に記載の発明と同様の作用を有するとともに、黒色系の識別容易な色を呈するという作用を有する。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の積層パッケージ用着色セラミック焼結体においては、ガラス質の溶出によるブレーク溝の融着を防ぐことができる。これにより、パッケージ単位ごとに分割する工程において分割が正常になされるため、製品歩留まりが向上し、製造コストが低減する。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の積層パッケージ用着色セラミック焼結体においては、請求項１記載の発明と同様の効果を奏するとともに、焼成時における投入エネルギーの省エネ化及び効率化を図ることができる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の積層パッケージ用着色セラミック焼結体においては、付着した塵埃及び部品の磨耗箇所や破損箇所を容易に発見することができるとともに、半導体集積回路素子収納用パッケージの製造時にワイヤーボンディング箇所の識別性が向上する。
【００１８】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係る積層パッケージ用着色セラミック焼結体の実施例について説明する（請求項１乃至請求項３に対応）。
【実施例】
【００１９】
まず、主原料のＡｌ２Ｏ３粉末に焼結助剤成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯを全体に対する重量割合が３．５％乃至４％となるように添加し、顔料成分としてＴｉ、Ｃｒ及びＭｏの酸化物を加えて混合し、スラリー状のセラミック焼結体を生成する。ただし、焼結助剤成分のうち、ＳｉＯ２及びＣａＯの合計重量に対するＳｉＯ２の重量割合は８２％乃至８９％とする。次に、このセラミック焼結体に合成樹脂のバインダやアルコール類等の溶剤を添加した後、プレス法や圧延法あるいは射出成形法又はドクターブレード法を用いてグリーンシートを成形する。さらに、このグリーンシートに導体ペーストを印刷塗布し、位置合わせをして積層圧着した後、カッター刃、金型、レーザ加工等の方法により分割用のブレーク溝を形成する。次いで、このグリーンシートの積層体を焼成する。
【００２０】
一般に、Ａｌ２Ｏ３粉末やスラリーは粒径が小さいほど焼結性に優れるが、粒径が小さすぎると材料コストが高くなるとともに、シート状に成形することが難しくなる。よって、Ａｌ２Ｏ３粉末は粒径が３μｍ以下の易焼成アルミナを使用し、スラリーは粒径を略１．５μｍとすることが望ましい。また、添加するＳｉ源としては、珪粉よりはカオリン質を用いることが望ましい。カオリン質は板状結晶型をしており、グリーンシートの成形工程でＡｌ２Ｏ３粉末の充填性を適度に阻害するため、積層時にラミネートする際に、グリーンシートの変形性能を向上させる効果があるからである。
【００２１】
実験により求めた焼結助剤成分の適正な組成を表１に示す。表１はＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯの全体に対する割合を重量％でそれぞれ示したものである。ＳｉＯ２の含有量は２．８％より少ないとグリーンシートの強度が低下し、３．０５％より多いとスラリー状のセラミック焼結体の粘度が高くなってグリーンシートの成形が困難となる。すなわち、ＳｉＯ２の適性な含有量は２．８％乃至３．０５％である。
一方、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯの組成をＳｉ−Ｃａ−Ｍｇ系の状態図における最低共融組成と一致させた場合には、セラミック焼結体のガラス化温度を低くすることができる。表１に示すＣａＯ及びＭｇＯの組成は、上記ＳｉＯ２の含有量に対して、この方法を適用して求めたものである。すなわち、ＣａＯ及びＭｇＯの適性な含有量は、それぞれ０．４％乃至０．５％及び０．３％乃至０．４５％であり、このときＳｉＯ２とＣａＯとＭｇＯの合計重量の全体に対する割合は３．５％乃至４％となる。なお、ＣａＯ又はＭｇＯの含有量が上記範囲を外れた場合には、セラミック焼結体のガラス化温度は高くなる。
【００２２】
【表１】
2006131437.tif 000002
【００２３】
焼結助剤分のうち、ＳｉＯ２及びＣａＯの平均的な組成を表１から求めると、ＳｉＯ２及びＣａＯの合計重量に対するＳｉＯ２の重量割合は最小値が８５．９％（３．５５に対する３．０５の割合）となり、最大値が８７．５％（３．２に対する２．８の割合）となる。なお、製造上の組成誤差を考慮すると、ＳｉＯ２及びＣａＯの合計重量に対するＳｉＯ２の適正な重量割合は８２％乃至８９％とすることが望ましい。
【００２４】
上記組成のセラミック焼結体においては、焼結助剤成分の含有量が３．５％乃至４％であるため、グリーンシート焼成時にセラミックの焼結性が損なわれることがなく、かつ、ガラス質の溶出が発生し難いという作用を有する。また、ＳｉＯ２とＣａＯの含有量の比率は、Ｓｉ−Ｃａ−Ｍｇ系の状態図における最低共融組成（共融点は１２２２℃）と略一致しているため、低い焼成温度でセラミックが焼結するという作用を有する。さらに、上記セラミック焼結体は顔料成分としてＴｉ、Ｃｒ及びＭｏの酸化物を含有しているため、黒色系の識別容易な色を呈するという作用を有する。
【００２５】
上記組成のセラミック焼結体を用いて作製した試料のブレーク強度（試料分割時に要する荷重）を測定した結果について図１を用いて説明する。図１はブレーク強度測定方法の説明図である。図１に示すように、試料１は上面中央部に幅方向に亘って連続したブレーク溝２を有する略平板状の焼成物であり、固定装置３によりブレーク溝２を避けるように片側半分を上下から挟まれて固定されている。この状態で、試料１の自由端に矢印で示すような鉛直方向下向きの荷重を与え、焼結助剤成分の含有量が異なる８種類の試料１についてブレーク強度を測定した。
図２は焼結助剤成分の含有量と試料のブレーク強度の関係を示す図である。図２に示すように、焼結助剤成分の含有量が４％を超えると、ブレーク強度が急激に上がることが分かる。これは、焼成時にガラス質が溶出してブレーク溝２の一部が融着したためと推察される。すなわち、焼結助剤成分であるＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯの全体に対する重量割合は４％以下であることが望ましい。
【００２６】
以上説明したように、本実施例の積層パッケージ用着色セラミック焼結体によれば、ガラス質の溶出を抑えてブレーク溝の融着を防ぐことにより、パッケージ単位ごとに分割する工程において正常な分割が可能となる。その結果、製品歩留まりが向上し、製造コストが低減する。また、焼成温度の低下により、焼成時における投入エネルギーの省エネ化及び効率化を図ることができるため、環境負荷低減という効果を奏する。さらに、付着した塵埃及び部品の磨耗箇所や破損箇所の発見が容易である。加えて、半導体集積回路素子収納用パッケージの製造時においては、ワイヤーとパッケージのコントラストが良好であるため、ワイヤーボンディング箇所を容易に識別することが可能である。
【００２７】
本発明の積層パッケージ用着色セラミック焼結体は上記実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、顔料成分として添加されるＴｉは還元条件での焼結時には黒色の着色剤として作用するとともに焼結助剤としても作用するが、その添加量は略０．１％乃至０．５％とすることが望ましい。添加量がこの範囲を外れた場合には、焼結体の誘電正接の値が上昇し、パッケージ用セラミックス基板としては適さなくなる。また、焼結が低温域から進行するために、焼成時の脱バインダ脱炭性が低下し、基板内部がポーラスになる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る積層パッケージ用着色セラミック焼結体は、半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板の絶縁基体に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ブレーク強度測定方法の説明図である。
【図２】焼結助剤成分の含有量と試料のブレーク強度の関係を示す図である。
【図３】従来技術に係るセラミック製配線基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…試料  ２…ブレーク溝  ３…固定装置  ５１…未焼成セラミック大判  ５２,５３…ブレーク溝  ５４…メタライズペースト
【図１】
2006131437.tif 000003
【図２】
2006131437.tif 000004
【図３】
2006131437.tif 000005