(57)【要約】【課題】４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点が存在せず、さらには耐薬品性を高くできる高熱膨張、低誘電率の低温焼成磁器を提供すること、および、上記の高熱膨張磁器を用いて形成される多層配線基板と、その長期安定性に優れた実装構造を提供する。【解決手段】ＳｒＯを含有するガラスと、フィラーとからなり、前記フィラーが、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物を２０〜９９質量％、コージェライトを１〜８０質量％の割合でそれぞれ含有する高熱膨張磁器組成物を焼成してなり、多層配線基板のセラミック絶縁層１ａ、１ｂのうち少なくとも１層が上記の高熱膨張磁器からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｒＯを含有するガラスと、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトとからなるフィラーと、を含有することを特徴とする高熱膨張磁器組成物。
【請求項２】
フィラーが、２０〜９９質量％の金属酸化物と、１〜８０質量％のコージェライトとから構成されることを特徴とする請求項１に記載の高熱膨張磁器組成物。
【請求項３】
前記ガラス中にＳｒＯを５〜６０質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の高熱膨張磁器組成物。
【請求項４】
前記ガラス中にＢａＯを実質的に含まないことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載の高熱膨張磁器組成物。
【請求項５】
ＳｒＯを含有するガラスを２０〜８０体積％、フィラーを２０〜８０体積％含有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載の高熱膨張磁器組成物。
【請求項６】
ＳｒＯを含有するガラスと、主たる結晶相として、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物相と、コージェライト相と、を含有することを特徴とする高熱膨張磁器。
【請求項７】
４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６〜１５×１０−６／℃で、かつ１ＭＨｚにおける比誘電率が７未満であることを特徴とする請求項６に記載の高熱膨張磁器。
【請求項８】
４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点が存在しないことを特徴とする請求項６または７に記載の高熱膨張磁器。
【請求項９】
ＳｒＯを含有するガラスを２０〜８０体積％と、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトからなるフィラーを２０〜８０体積％の割合でそれぞれ含有する組成物を成形後、８００℃〜１１００℃の温度で焼成することを特徴とする高熱膨張磁器の製造方法。
【請求項１０】
フィラーは、金属酸化物が２０〜９９質量％と、コージェライトが１〜８０質量％の割合でそれぞれ構成されることを特徴とする請求項９に記載の高熱膨張磁器の製造方法。
【請求項１１】
セラミック絶縁層が多層に積層された絶縁基板の表面及び／または内部にメタライズ配線層が配設されている多層配線基板において、前記セラミック絶縁層のうち少なくとも１層が請求項６乃至請求項８のうちいずれか記載の高熱膨張磁器からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項１２】
前記セラミック絶縁層のうち少なくとも１層が、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６〜１５×１０−６／℃、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率が１０以上の高誘電率層からなることを特徴とする請求項１１に記載の多層配線基板。
【請求項１３】
前記高誘電率層が、ＳｒＯを含有するガラスと、結晶相として４０〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６／℃以上、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率が４０以上の金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の多層配線基板。
【請求項１４】
前記高誘電率層が、一対の電極層間に配設されており、該一対の電極によって所定の静電容量が引き出されることを特徴とする請求項１１乃至１３のうちいずれか記載の多層配線基板。
【請求項１５】
前記セラミック絶縁層と前記高誘電率層との４０〜４００℃における線熱膨張係数差が０．５×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項１１乃至１４のうちいずれか記載の多層配線基板。
【請求項１６】
前記絶縁基板表面に半導体素子が搭載され、且つ該絶縁基板の裏面に、外部回路と接続するための接続端子を具備することを特徴とする請求項１１乃至１５のうちいずれか記載の多層配線基板。
【請求項１７】
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回路基板上に請求項１１乃至１６のうちいずれか記載の多層配線基板を載置し、該多層配線基板の接続端子を前記配線導体にロウ接することを特徴とする多層配線基板の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高熱膨張性を有する磁器組成物、磁器およびその製造方法と、それを絶縁基板とする半導体素子収納用パッケージ等に使用される多層配線基板と、その実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体素子収納用パッケージは、ＬＳＩの高速、高周波化に伴うゲート数の増加に対応するために、接続端子を増やす工夫がなされ、最も高密度化できる構造としてボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）が実用化されている。
【０００３】
また、近年では、携帯電話などモバイルコンピューティングの発達に伴い、電子機器は小型化、高密度実装化の要求が高まっており、従来、半導体素子収納用パッケージの近傍に配置させていたコンデンサ等の電子部品をパッケージ内に内蔵し、パッケージ自体に機能性を付与することが行われている。
【０００４】
このような小型、高密度、高機能化に対処でき、かつ実装信頼性を高めることのできる高熱膨張係数を有する絶縁基板用の材料として、銅メタライズと同時焼成を可能とした低温焼成磁器が多用されている。
【０００５】
このような低温焼成磁器としては、多くの場合、低軟化点、高熱膨張のＢａＯを含有するガラスが用いられているが、例えば、高誘電率層を形成する場合には、このＢａＯを含有するガラスに対して、ＢａＴｉＯ３やＣａＴｉＯ３などの高誘電率のフィラーを添加して高熱膨張でかつ高誘電率の磁器が形成されている。
【０００６】
一方、多層配線基板を形成するに際し、前記した高熱膨張でかつ高誘電率の磁器とともに積層され、多層配線基板の大部分の体積を占める低誘電率層は、同時焼成される際の収縮率、異種材料相互間の拡散等を制御する上で、高熱膨張でかつ高誘電率の磁器と同一のガラスからなることが望まれる。このため、低誘電率層にも、前記した高熱膨張でかつ高誘電率の磁器に用いられるＢａＯを含有するガラスが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多層配線基板の大部分の体積を占める低誘電率層となる低温焼成磁器を形成するためのガラス成分として、ＢａＯを含有するガラスを用いた場合には、ガラス成分中に存在するＢａＯとＳｉＯ２、および、時にガラス中に含まれるか、若しくはフィラー中に含まれるＡｌ２Ｏ３によりＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（六方晶セルジアン結晶）が形成されることから、かかる低温焼成磁器は、４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点が存在し、このため、特に高温側での熱膨張係数が大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、このように、熱膨張係数曲線に変曲点が存在し、特に高温側での熱膨張係数が大きくなるような低温焼成磁器を半導体素子収納用パッケージとしてプリント基板などの外部回路基板に実装した場合、その接続部では、半導体素子の作動時に発する熱により半導体素子収納用パッケージと外部回路基板との熱膨張係数差に起因する応力が発生し、接続信頼性が低下するという問題があった。
【０００９】
さらに、前記した低軟化点、高熱膨張のＢａＯを含有するガラスを用いた磁器を低誘電率層として用いる場合、磁器の比誘電率の低減が困難であること、あるいは耐薬品性に難があるという問題を有していた。
【００１０】
従って、本発明は、高熱膨張、高誘電率の磁器と同時焼成が可能であり、且つ４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点が存在せず、さらには耐薬品性を向上できる高熱膨張、低誘電率の低温焼成磁器を提供することを目的とするものである。また、本発明は、上記の高熱膨張磁器を用いて形成される多層配線基板と、その長期安定性に優れた実装構造を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して検討を重ねた結果、ＳｒＯを含有するガラスと、高熱膨張のフィラーとコージェライトとを所定比率で組み合わせることによって、磁器の高熱膨張化とともに、低誘電率化、耐薬品性および強度を改善することができることを見出し、本発明に至った。
【００１２】
即ち、本発明の高熱膨張磁器組成物は、ＳｒＯを含有するガラスと、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトとからなるフィラーと、を含有することを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、磁器中にＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（六方晶セルジアン結晶）が形成されにくいことから、かかる低温焼成磁器は、４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点がなく、特に高温側での熱膨張係数の増大を抑制できるとともに、耐熱衝撃性を向上できる。
【００１４】
また、用いるガラス中にＢａＯの代わりにＳｒＯを主として含有することから低誘電率層として用いる場合に比誘電率をより低くできるとともに、磁器の耐薬品性を向上でき、このため磁器の変色を抑制しかつ磁器強度を高くできる。
【００１５】
上記高熱膨張磁器組成物では、フィラーが、２０〜９９質量％の金属酸化物と、１〜８０質量％のコージェライトとから構成されることが望ましい。フィラー成分量をこのような組成範囲とすることにより、焼成後に形成される磁器の熱膨張係数を高めることができるとともに、低誘電率化を図ることができる。
【００１６】
さらに、上記高熱膨張磁器組成物では、ＳｒＯを５〜６０質量％含有することがより望ましく、特には、前記ガラス中にＢａＯを実質的に含まないことがさらに望ましい。このようにガラス中にＢａＯを含まず、上記範囲のＳｒＯを含有させることで、熱膨張係数曲線において変曲点の原因となる組成物である、例えば、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（六方晶セルジアン結晶）等を抑制することができ、しかも熱膨張係数を高めることができる。
【００１７】
また、上記高熱膨張磁器組成物では、磁器の焼結性を高めるという点で、ＳｒＯを含有するガラスを２０〜８０体積％、フィラーを２０〜８０体積％含有することが望ましい。
【００１８】
本発明の高熱膨張磁器は、ＳｒＯガラスと、主たる結晶相として、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物相と、コージェライト相と、を含有することを特徴とするものであり、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６〜１５×１０−６／℃で、かつ１ＭＨｚにおける比誘電率が７未満であることが望ましく、特に、４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点が存在しないことがより望ましい。
【００１９】
本発明の高熱膨張磁器の製造方法は、ＳｒＯを含有するガラスを２０〜８０体積％と、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトからなるフィラーを２０〜８０体積％の割合でそれぞれ含有する組成物を成形後、８００℃〜１１００℃の温度で焼成することを特徴とするものであり、特に、フィラーは、金属酸化物が２０〜９９質量％と、コージェライトが１〜８０質量％の割合でそれぞれ構成されることが望ましい。
【００２０】
さらに、本発明の多層配線基板は、セラミック絶縁層が多層に積層された絶縁基板の表面及び／または内部にメタライズ配線層が配設されている多層配線基板において、前記セラミック絶縁層のうち少なくとも１層が上記の高熱膨張磁器からなることを特徴とするものであるが、前記セラミック絶縁層のうち少なくとも１層が、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６〜１５×１０−６／℃、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率が１０以上の高誘電率層からなることが望ましく、特に、前記高誘電率層が、ＳｒＯを含有するガラスと、結晶相として４０〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６／℃以上、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率が４０以上の金属酸化物を含むことが望ましく、この高誘電率層を一対の電極層間に配設することによって、一対の電極間に所定の静電容量を引き出すことができる。
【００２１】
そして、上記多層配線基板では、前記セラミック絶縁層と前記高誘電率層との４０〜４００℃における線熱膨張係数差が０．５×１０−６／℃以下であることが両絶縁層の剥離などを防止する上で望ましい。
【００２２】
また、上記多層配線基板では、前記絶縁基板表面に半導体素子が搭載され、且つ該絶縁基板の裏面に、外部回路と接続するための接続端子を具備するものであり、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回路基板上にこの多層配線基板を載置し、該多層配線基板の接続端子を前記配線導体とをロウ接することによって、多層配線基板を外部回路基板に実装することができるが、本発明によれば、多層配線基板の熱膨張係数が外部回路基板と近似しているために、特に接続端子がボール状端子からなる場合においても高い実装信頼性を有するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の低温焼成磁器組成物は、ＳｒＯを含有するガラスと、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトとからなるフィラーと、を含有することが重要である。
【００２４】
ＳｒＯを含有するガラスは、従来用いられていたＢａＯを含有するガラスと比較しても、軟化点や熱膨張係数などの点で同等の特性を有するため、高熱膨張化が容易である。
【００２５】
つまり、本発明によれば、ガラスの低軟化を図るとともに、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数を８×１０−６／℃以上に高めるという点で、上記ガラス中のＳｒＯ含有量は５〜６０質量％であることが望ましく、特に、１０〜４０質量％であることが望ましい。そして、本発明の高熱膨張磁器組成物では、熱膨張曲線中に変曲点が現れないという理由から、用いるガラス中にはＢａＯを含有しないことが望ましい。
【００２６】
つまり、本発明の高熱膨張磁器組成物を構成するガラスとしては、主として、ＳｉＯ２：２０〜６０質量％、Ａｌ２Ｏ３：５〜２０質量％、Ｂ２Ｏ３：５〜５０質量％、ＳｒＯ：５〜６０質量％と、その他にＣａＯ、ＺｒＯ２等の助剤が０〜３０質量％の割合で配合されていることが望ましい。
【００２７】
また、フィラーとして、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトを含有させることで、さらに、軟化点や熱膨張係数の制御が容易となる。そして、フィラー比率としては、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物が２０〜９９質量％とコージェライトが１〜８０質量％の割合で混合することが望ましく、焼成して得られる高熱膨張磁器の４０℃〜４００℃における線熱膨張係数を９×１０−６／℃〜１５×１０−６／℃の範囲内に容易に制御できるという点で、特に、金属酸化物の量は３５質量％〜９５質量％で、一方、コージェライトの量は５質量％〜６５質量％が望ましい。
【００２８】
また、本発明の高熱膨張磁器組成物では、未焼結や溶融の無い適性な液相焼結を容易に図ることができ、かつ所望の熱膨張係数などの特性を得ることができるという理由から、前記ＳｒＯを含有するガラスが２０〜８０体積％、フィラーが２０〜８０体積％の範囲とすることが望ましく、特に、本発明の高熱膨張磁器組成物を用いて多層配線基板を形成する場合、メタライズ配線層との同時焼成をも可能にし、磁器の高熱膨張化を図るという理由から、特に、前記ガラスは４５〜６０体積％、また、フィラーは４０〜５５体積％とすることが望ましい。
【００２９】
また、フィラーは、上記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℃〜７００℃と低い場合、低温での焼結性が高まるため、フィラー量は４０〜８０体積％と比較的多く配合できる。これに対して、ガラスの屈伏点が７００℃〜８００℃と高い場合、焼結性が低下するためフィラー量は２０〜５０体積％と比較的少なく配合することが望ましい。
【００３０】
つまり、上記の高熱膨張磁器組成物を焼成して得られる磁器は、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６〜１５×１０−６／℃、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率が７以下の高熱膨張、低誘電率の磁器からなるものであり、特に、上記温度範囲の熱膨張係数曲線に変曲点が存在しないことが望ましい。
【００３１】
そして、上記高熱膨張磁器組成物および高熱膨張磁器において、線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物としては、クォーツ（ＳｉＯ２）、クリストバライト（ＳｉＯ２）、トリジマイト（ＳｉＯ２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・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（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・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（Ａｌ２Ｏ３）、カーネギアイト（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ２Ｏ３）、セルジアン（ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ２、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ２Ｏ３）の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。これらの中でも、クオーツ、フォルステライト、エンスタタイトの群から選ばれる少なくとも１種が高熱膨張化と変曲点の抑制を図る上で望ましい。
【００３２】
また、コージエライトは、一般に耐熱衝撃性が高く、ガラスなどとも高い焼結性を示す材料として知られている。このような材料をフィラーとして含有させることにより、磁器の緻密化とともに磁器強度を向上できかつ温度サイクル試験などの耐熱衝撃試験での特性を高めることができる。
【００３３】
その他に、着色成分として、酸化クロム、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化銅、クロム酸バリウム、シリコンの群から選ばれる少なくとも１種を１０質量％以下の割合で配合してもよい。
【００３４】
そして、上記のガラスとフィラーとを混合して焼成すると、ＳｒＯを含有するガラスと、主たる結晶相として、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物相とコージエライト相とを生成することが望ましい。
【００３５】
本発明によれば、上記のガラスとフィラーとを、焼成温度や最終的に得られる磁器の熱膨張特性等の目的に応じて適当な比率で混合される。本発明において用いられる上記ガラスは、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、メタライズ配線層等を配設することができない。しかし、フィラーを混合することにより焼成過程において結晶の析出が起こり、フィラーを液相焼結させるための液相を適切な温度で形成させることができる。
【００３６】
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、かかるフィラーの含有量の調整や、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ができる。特に、４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点が存在しないこと
本発明において、上記の高熱膨張磁器を得るための具体的な製造方法は、上記のようなガラスとフィラーとの混合物に対して、適当な成形のための有機樹脂バインダーを添加した後、所望の成形手段、例えば金型プレス、冷間静水圧プレス、射出成形、押出し成形、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等により任意の形状に成形し、得られた成形体を焼成する。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。バインダーの除去は、７００℃前後の大気または窒素雰囲気中で行われるが、配線導体として、例えば銅を用いる場合には、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。
【００３７】
なお、多層配線基板を作製する場合には、上記のようなガラスとフィラーとの混合物に、適当な有機バインダー、溶剤、可塑剤を添加混合することによりスラリーを作製し、かかるスラリーを周知のドクターブレードなどの塗工方式によるグリーンシート成形法により、グリーンシートを作製する。さらに、銅、銀、ニッケル、パラジウム、金のうちの１種以上からなる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上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、上記グリーンシートに適当な打ち抜き加工してビアホールを形成し、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圧着した後、焼成する。焼成は、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中で行われるが、８００℃〜１１００℃の最適焼成温度で行うことが望ましい。かかる最適焼成温度が８００℃より低いと緻密化することができず、１１００℃より高いとメタライズ配線層との同時焼成が難しくなる。但し、メタライズ配線層の成分として銅を用いる場合には、８００〜１１００℃の非酸化性雰囲気中で焼成される。
【００３８】
つまり、本発明の高熱膨張磁器の製造方法は、ＳｒＯを含有するガラスを２０〜８０体積％と、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトからなるフィラーを２０〜８０体積％の割合でそれぞれ含有する組成物を成形後、８００℃〜１１００℃の温度で焼成することを特徴とするものであり、特に、フィラーは、金属酸化物が２０〜９９質量％と、コージェライトが１〜８０質量％の割合でそれぞれ構成されることが望ましい。
【００３９】
図１は本発明の高熱膨張磁器の応用例として、多層配線基板、とりわけ、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概略断面図である。
【００４０】
このＢＧＡ型の半導体素子収納用パッケージは、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は外部回路基板をそれぞれ示す。
【００４１】
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。
【００４２】
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に示す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）から成るボール状端子４ｂがロウ材により取着されている。
【００４３】
一方、外部回路基板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１２〜１６×１０−６／℃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、銅、金、銀、アルミニウム、ニッケル、鉛−錫等の金属導体からなる。
【００４４】
半導体素子収納用パッケージＡを外部回路基板Ｂに実装するには、パッケージＡの絶縁基板１下面のボール状端子４ｂを外部回路基板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ボール状端子４ｂとを接合することにより、実装される。この時、配線導体８の表面にはボール状端子４ｂ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。
【００４５】
また、図１に示すように、絶縁基板１は、本発明の高熱膨張、低誘電率の磁器からなる絶縁層１ａと、高誘電率層１ｂとにより構成される。そのため、かかる高誘電率層１ｂの上下に銅等の金属導体から成る電極層９を形成し、ビアホール導体１０等を経由して基板表面のメタライズ配線層３と接続することにより、配線層間で所定の静電容量を取り出すことができる。
【００４６】
このような高誘電率層１ｂとしては、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６〜１５×１０−６／℃、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率が１０以上の高熱膨張、高誘電率の高熱膨張磁器からなることが望ましい。そして、かかる高熱膨張、高誘電率の磁器は、本発明の高熱膨張、低誘電率の磁器の作製に用いるフィラーを除く以外はまったく同様にして形成できる。そのため、上記と全く同様の方法により成形、打ち抜き、電極層９の印刷等を行った高熱膨張、高誘電率のガラスセラミックグリーンシートを作製し、本発明の上記ガラスセラミックグリーンシートと積層した後、グリーンシート積層体とメタライズを同時焼成することによって、コンデンサを内蔵する多層配線基板を得ることができる。
【００４７】
また、上記高熱膨張、高誘電率のガラスセラミック焼結体の作製に用いるフィラーとしては、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０−６／℃以上、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率が４０以上の金属酸化物を含有することが望ましい。これは、かかる金属酸化物が焼成後の上記高熱膨張、高誘電率のガラスセラミック焼結体の結晶相として含まれるようになり、上記高熱膨張、高誘電率のガラスセラミック焼結体の４０〜４００℃における線熱膨張係数を８〜１５×１０−６／℃、且つ１ＭＨｚにおける比誘電率を１０以上にすることが容易となるためである。このような金属酸化物としては、下記に限定されるものではないが、例えば、チタニア（線熱膨張係数：９×１０−６／℃、比誘電率：８０）、チタン酸カルシウム（線熱膨張係数：１３×１０−６／℃、比誘電率：１８０）、チタン酸ストロンチウム（線熱膨張係数：９×１０−６／℃、比誘電率：３００）、チタン酸バリウム（線熱膨張係数：１４×１０−６／℃、比誘電率：１３０００）、チタン酸ランタン（線熱膨張係数：１５×１０−６／℃、比誘電率：４５）等のチタニア化合物の群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。
【００４８】
さらに、上記絶縁層１ａと上記高誘電率層１ｂとの４０〜４００℃における線熱膨張係数差は０．５×１０−６／℃以下であることが望ましい。この線熱膨張係数差が０．５×１０−６／℃より大きい場合、焼成段階において、上記絶縁層１ａと上記高誘電率層１ｂとの層内乃至層間において破壊が発生し、上記線熱膨張係数差が０．５〜１×１０−６／℃の場合でも、同時焼成は可能であるものの、層内乃至層間において多層配線基板内にクラックが発生する。従って、絶縁層と高誘電率層とを同時焼成し、且つ多層基板内にクラック等の発生を防止するためには、これらの線熱膨張係数差を０．５×１０−６／℃以下にする必要がある。
【００４９】
そのため、このような構造を有する多層配線基板においては、絶縁層１ａを形成する上記高熱膨張ガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数を、高誘電率層１ｂを形成する高熱膨張、高誘電率のガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数に合わせることが重要であるが、本発明では、フィラー成分である４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージェライトの含有量を適宜調整することによって、上記ガラスセラミック焼結体の４０℃〜４００℃における線熱膨張係数を８〜１５×１０−６／℃の範囲内において容易に制御できる。
【００５０】
本発明によって、高熱膨張、高誘電率のガラスセラミック層により構成されるコンデンサを内蔵した高熱膨張の多層配線基板は、有機樹脂を含有するプリント基板等にボール状半田端子や半田を介して実装した場合においても温度サイクルに対する長期信頼性の実装が可能である。しかも、コンデンサを内蔵することにより、該基板を実装するプリント基板等の外部回路基板の小型化を図ることができる。
【００５１】
【実施例】
実施例１
ＳｒＯ含有ガラスとして、ＳｉＯ２：４４質量％−Ａｌ２Ｏ３：７質量％−Ｂ２Ｏ３：１４質量％−ＣａＯ：１２質量％−ＳｒＯ：２３質量％からなるガラスＡ（屈伏点：７３０℃）、ＳｉＯ２：３７質量％−Ａｌ２Ｏ３：５質量％−Ｂ２Ｏ３：１３質量％−ＣａＯ：１７質量％−ＳｒＯ：２５質量％−ＺｒＯ２：３質量％からなるガラスＢ（屈伏点：７５０℃）、ＢａＯ含有ガラスとして、ＳｉＯ２：３７質量％−Ａｌ２Ｏ３：５質量％−Ｂ２Ｏ３：１３質量％−ＣａＯ：１７質量％−ＢａＯ：２５質量％−ＺｒＯ２：３質量％からなるガラスＣ（屈伏点：７１０℃）、フィラーとしてクオーツ、フォルステライト、コージェライトをそれぞれ用意し、表１に示す比率にて秤量混合した。この混合物を粉砕後、有機バインダー、有機溶剤を添加して十分混合してスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み３００μｍのグリーンシートを作製した。得られたグリーンシートを８枚積層圧着した後、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを作製し、７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダー処理後、９１０℃×１時間の窒素雰囲気中にて焼成を行った。
【００５２】
次に、上記のようにして得られたガラスセラミック焼結体に対して、先ず、ふっ酸溶液（１０ｇのＮＨ４Ｆ・ＨＦを１Ｌの水に溶解させたもの）中に浸漬させて耐薬品性の評価を行った。次に、４０〜４００℃における線熱膨張係数と１ＭＨｚにおける比誘電率を測定した。また、六方晶セルジアン結晶の析出に起因して発生する前記領域の線熱膨張係数曲線における変曲点の有無は２５０〜３５０℃の熱膨張係数が４０〜４００℃の熱膨張係数×１．２以上であるものを有、それ未満であるものを無と判定した。その結果を表１に示す。
【００５３】
実施例２．
また、実施例１おける組成物を用いて、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、このシート表面に銅メタライズペーストをスクリーン印刷法に基づき塗布した。また、グリーンシートの所定箇所にビアホールを形成しその中にも銅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間で位置合わせしながら６枚積層し圧着した。この積層体を７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダー処理後、８６０℃×１時間＋９１０℃×１時間の窒素雰囲気中にて、メタライズ配線層と絶縁基板とを同時焼成し多層配線基板を作製した。
【００５４】
次に、この多層配線基板の下面に設けられた電極パッドに図１に示すように鉛９０質量％−錫１０質量％からなるボール状半田を低融点半田（鉛３７質量％−錫６３質量％）により取着した。なお、接続端子は、１ｃｍ２当たり３０端子の密度で多層配線基板の下面全体に形成した。
【００５５】
そして、この多層配線基板を、ガラス−エポキシ基板から成る４０〜８００℃における線熱膨張係数が１３×１０−６／℃の絶縁体の表面に銅箔から成る配線導体が形成されたプリント基板表面に実装した。実装は、プリント基板の上の配線導体と多層配線基板のボール状端子とを位置合わせし、低融点半田によって接続実装した。
【００５６】
次に、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。そして、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測定し、１０００サイクル後も電気抵抗の変化のないものをＯＫ、変化のあったものをＮＧとした。尚、電気抵抗の変化は初期値に対して＋１０％以下をＯＫの基準とした。また、温度サイクル試験後の試料について、その内部の組織観察を行い微小クラックの有り無しにより耐熱衝撃性、即ち多層配線基板の機械的強度を評価した。その結果を表１に示す。
【００５７】
実施例３
また、実施例１に記載のガラスＡ５０体積％に対して、フィラーとしてチタン酸カルシウムを１５質量％、チタン酸ランタンを８５質量％添加してなる組成物Ｄ（４０〜４００℃における線熱膨張係数：９．５×１０−６／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率：１７、前記領域の線熱膨張係数曲線における変曲点：無）と、実施例１に記載のガラスＢ５０体積％に対して、フィラーとしてチタン酸カルシウムを１５質量％、チタン酸ランタンを８５質量％添加してなる組成物Ｄ（４０〜４００℃における線熱膨張係数：１０．０×１０−６／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率：１９、前記領域の線熱膨張係数曲線における変曲点：無）とを用意し、実施例１と全く同様な方法でグリーンシートを作製した。
【００５８】
次に、上記グリーンシートの上下に、実施例１における表１の各組成物からなるグリーンシートを１枚ずつ、計３枚を積層圧着した後、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを作製し、７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダー処理後、８６０℃×１時間＋９１０℃×１時間の窒素雰囲気中にて焼成を行った。
【００５９】
次に、上記のようにして得られた配線基板について高誘電率層と絶縁層の界面を双眼顕微鏡にて観察し、緻密体が得られているサンプルを○、層内に局所的にクラックが存在しているサンプルを△、焼成段階で剥離が生じているサンプルを×とした。その結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2004083373.tif 000003
【００６１】
表１の結果より明らかなように、ＳｒＯを含有するガラスと、４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物とコージエライトとからなるフィラーと、を含有する本発明の試料Ｎｏ．７〜１９、２１〜２７、２９、３０では、コージエライト量の少ない試料によって僅かに耐薬品性試験において材料成分の軽微な溶出が見られたものの、六方晶セルジアン結晶相が無く、何れも４０℃〜４００℃における線熱膨張係数が７〜１２．７×１０−６／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率が７未満であった。また、前記領域の線熱膨張係数曲線における変曲点がなく、温度サイクル試験後に微小クラックが見られなかった。
【００６２】
また、熱サイクル試験の結果によれば、４０〜４００℃の熱膨張係数が８〜１５×１０−６／℃の本発明の試料Ｎｏ．７〜１９、２１〜２６、２９、３０を用いた多層配線基板は、１０００サイクルまでの試験に十分に耐えるものであった。
【００６３】
特に、金属酸化物を３５〜９５質量％、コージエライトを５〜６５質量％の割合で含むフィラーを用いた試料Ｎｏ．９、１２〜１７、２３〜２５、２９、３０では、熱膨張係数が９×１０−６〜１２．７×１０−６／℃と熱膨張係数をさらに高くできた。そして、これらの磁器を低誘電率層として用い、高誘電率層との線熱膨張係数差が１×１０−６／℃以下とした場合には、焼成段階での剥離がなく、特に、上記差が０．５×１０−６／℃以下である試料Ｎｏ．１２、１６、１７、２４についてはクラックの発生も認められなかった。
【００６４】
一方、フィラーとしてコージエライトを含まない試料Ｎｏ．１〜４、２０では、耐薬品性が乏しく脱粒が見られ、また、フィラーとしてコージエライトのみを用いた試料Ｎｏ．５、６、２８では、熱膨張係数が６．７×１０−６／℃以下と低かった。また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．３、４では、高誘電率層との同時焼成が可能であったが、かかるサンプルでは、１ＭＨｚにおける比誘電率が７以上と高かった。
【００６５】
さらに、ＢａＯを含有するガラスを用いた試料Ｎｏ．３１では、熱膨張曲線に変曲点が見られ、温度サイクル試験後の耐熱衝撃性評価において微小クラックが見られた。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の高熱膨張磁器組成物および高熱膨張磁器は、ＳｒＯを含有するガラスと、高熱膨張のフィラーとコージェライトとを所定比率で組み合わせることによって、４０℃〜４００℃における熱膨張係数曲線に変曲点が存在しない磁器を得ることができ、これにより磁器の高熱膨張化とともに、低誘電率化、耐薬品性および強度を改善することができる。
【００６７】
また、この磁器は、高熱膨張、高誘電率のガラスセラミック焼結体と同時焼成可能であることから、これを用いて形成されるコンデンサを内蔵した高熱膨張の多層配線基板は、有機樹脂を含有するプリント基板等にボール状半田端子や半田を介して実装した場合においても温度サイクルに対する長期信頼性の実装が可能である。しかも、このコンデンサ内蔵多層配線基板は、従来、外部回路基板に実装されていたコンデンサが不要となるため、外部回路基板の小型化、および実装コストの削減に有効であり、急速に普及しつつある携帯用電子機器の小型化に大いに貢献できるものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板の一実施例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１　絶縁基板
１ａ　絶縁層
１ｂ　高誘電率層
３　メタライズ配線層
４　接続端子
５　半導体素子
７　絶縁体
８　配線導体
Ｂ　外部回路基板
【図１】
2004083373.tif 000004