(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にタングステンもしくはモリブデンよりなる導体パターンを有するセラミックス基板であって、
アルミナを９６ｗｔ％以上含有するセラミックス基板本体と、
前記セラミックス基板本体と前記導体パターンとの間に設けられ、前記導体パターンと同一のパターンを有し、アルミナ７０〜９０ｗｔ％およびガラス１０〜３０ｗｔ％からなるガラス層と、
を備えることを特徴とするセラミックス基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス基板に関し、特に、表面に導体パターンを有するセラミックス基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器はますます高性能、小型および高密度になってきており、これらに実装される半導体装置は多ピンおよびマルチチップになりつつある。これに伴い、ＬＳＩのボンディング法として、ワイヤボンディング法、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式よりもフリップチップ方式が多く採用されるようになってきている。フリップチップ方式とはＬＳＩの一方の面に形成されたパッド上にさらに半田バンプを形成し、この半田バンプを基板側電極パッドと接続する方法である。フリップチップ方式は、▲１▼接続長さを短縮でき、電気特性が良好となる、▲２▼狭ピッチにしなくてもパッドを多く形成することができる、▲３▼ＬＳＩ面積とパッケージ面積との比を大きくすることができる、▲４▼搭載厚さを薄くすることができる等の長所を有している。
【０００３】
一般に、セラミックス基板にフリップチップ方式による半田バンプ接続用の電極パッドを形成するには、タングステンもしくはモリブデンを導体粒子とする導体ペーストをスクリーン印刷等によりセラミックスグリーンシートに塗布し焼成して導体パターンを形成し、この導体パターンにニッケル等のめっき膜を形成する方法が採用されている。ここで、タングステンもしくはモリブデンを導体粒子とするのは、タングステンおよびモリブデンは高融点金属であるので、高温焼成が可能であるためである。また、ニッケル等のめっき膜を形成するのは、タングステンおよびモリブデンが半田濡れ性に乏しいので、半田濡れ性の良いニッケル等をめっきすることにより電極パッドと半田バンプとを接続可能にするためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タングステンもしくはモリブテンを導体粉末とする導体ペーストをセラミックスグリーンシートに塗布し焼成する場合、セラミックスグリーンシートにはガラス成分が含まれているため、焼結過程においてこのガラス成分が導体金属層の中に侵入し、導体パターンとセラミックス基板本体とが密着する。このため、セラミックスグリーンシート中のガラス成分が多いほど導体パターンとセラミックス基板本体との接着強度は増大する。しかしながら、セラミックスグリーンシート中のガラス成分が多いほど基板強度は低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、導体パターンとセラミックス基板本体との接着強度および基板強度が向上可能なセラミックス基板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のセラミックス基板によると、セラミックス基板本体と導体パターンとの間にガラス層が設けられるので、焼結過程において、ガラス層中のガラス成分が導体金属層の隙間に侵入し、導体金属層とガラス成分とは強固に結合する。したがって、ガラス層はセラミックス基板本体から導体金属層に向かう多数のくさびを有するので、機械的な噛み合わせのアンカ効果により、導体パターンはセラミックス基板本体に強固に接合される。したがって、導体パターンとセラミックス基板本体との接着強度は増大される。さらに、セラミックス基板本体中のガラス成分を多くする必要がないので、基板強度を向上することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
本発明をアルミナ基板に適用した実施例１について、表１、および図１〜図３を用いて説明する。
【００１６】
【表１】
0003736961.tif 000002
【００１７】
▲１▼  表１に示すように、アルミナ粉末９６ｗｔ％にマグネシア、シリカ、焼成タルク、炭酸カルシウム等のガラス成分としての焼結助剤を４ｗｔ％と、酸化チタン、酸化クロム、酸化モリブデン等の着色剤を少量加えた粉体に、ＤＯＰ等の可塑剤、アクリル樹脂等のバインダおよびトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリを作製し、ドクターブレード法によって例えば０．３ｍｍ厚のアルミナのグリーンシートを形成する。
【００１８】
▲２▼  表１に示すように、固形分として、アルミナ粉末７０ｗｔ％にマグネシア、シリカ、焼成タルク、炭酸カルシウム等のガラス成分を３０ｗｔ％加えた粉体に、例えばエチルセルロース、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等のバインダ、および例えばトルエン、キシレン、テレビン油等の溶剤を加え、十分に混練してガラスペーストを作製する。
【００１９】
▲３▼  図２に示すように、▲１▼で作製したアルミナグリーンシート１の表面に▲２▼で作製したガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥してガラスペースト乾燥体２を形成する。
▲４▼  図３に示すように、ガラスペースト乾燥体２の上に粒径約２μｍのタングステン粉末を用いた導体ぺーストをスクリーン印刷し、乾燥して導体ぺースト乾燥体３を形成する。
【００２０】
▲５▼  上記の▲４▼で作製したガラスペースト乾燥体および導体ぺースト乾燥体を有するアルミナグリーンシートを窒素−水素混合ガス雰囲気中で１５００〜１６００℃で焼成する。これにより、ガラスペースト乾燥体および導体ぺースト乾燥体中の樹脂分を分解および消失させ、図１に示すように、アルミナ基板本体１０と導体パターン３０との間にガラス層２０を有するアルミナ基板１００が得られる。
【００２１】
▲６▼  最後に導体パターンにニッケルならびに金をめっきすることにより配線パターンの形成を完了する。
次に、配線パターンを形成したアルミナ基板の基板強度、および形成された導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度を測定した。結果を表１に示す。
ここで、基板強度の測定条件は、通常、セラミックス基板の基板強度の測定に用いられる測定方法であって、ＪＩＳＲ１６０１に準拠した３点曲げ方法によるものである。また、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度の測定条件は、配線パターンにリードフレームをろう付けし、このリードフレームを９０°折曲げて配線パターンに垂直に引張り上げる方法によるものである。
【００２２】
実施例１においては、基板強度は３３００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は２００ｇ／ｍｍであった。したがって、実施例１における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度は充分大きいといえる。
（実施例２）
実施例２においては、表１に示すように、固形分として、アルミナ粉末８０ｗｔ％にガラス成分を２０ｗｔ％加えた粉体を用いてガラスペーストを作製した。他の製造工程は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００２３】
実施例２における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度の測定結果を表１に示す。測定条件は実施例１と同様である。
実施例２においては、基板強度は３３００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は２６０ｇ／ｍｍであった。したがって、実施例２における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は実施例１よりも大きい。
【００２４】
（実施例３）
実施例３においては、表１に示すように、固形分として、アルミナ粉末９０ｗｔ％にガラス成分を１０ｗｔ％加えた粉体を用いてガラスペーストを作製した。他の製造工程は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
実施例３における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度の測定結果を表１に示す。測定条件は実施例１と同様である。
【００２５】
実施例３においては、基板強度は３３００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は１９０ｇ／ｍｍであった。したがって、実施例３における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は実施例１よりも小さい。しかしながら、実用には充分耐えうる接着強度であるといえる。
（比較例１）
次に、比較例１について説明する。
【００２６】
比較例１においては、表１に示すように、ガラスペーストを用いなかった。したがって比較例１では、アルミナグリーンシートの表面に粒径約２μｍのタングステン粉末を用いた導体ぺーストを印刷し、乾燥して導体ぺースト乾燥体を形成した。他の製造工程は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
比較例１における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度の測定結果を表１に示す。測定条件は実施例１と同様である。
【００２７】
比較例１においては、基板強度は３３００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は１５０ｇ／ｍｍであった。したがって、比較例１における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は実施例３よりもさらに小さく、実用に適さない接着強度であるといえる。
（比較例２）
比較例２においては、表１に示すように、アルミナ粉末９４ｗｔ％にガラス成分としての焼結助剤を６ｗｔ％と着色剤を少量加えた粉体をアルミナグリーンシートに用いた。他の製造工程は、比較例１と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
比較例２における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度の測定結果を表１に示す。測定条件は実施例１と同様である。
比較例２においては、基板強度は３２００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は１７０ｇ／ｍｍであった。したがって、比較例２における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度は実施例３よりも小さい。
【００２９】
（比較例３）
比較例３においては、表１に示すように、アルミナ粉末９０ｗｔ％にガラス成分としての焼結助剤を１０ｗｔ％と着色剤を少量加えた粉体をアルミナグリーンシートに用いた。他の製造工程は、比較例１と同様であるので説明を省略する。
比較例３における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度の測定結果を表１に示す。測定条件は実施例１と同様である。
【００３０】
比較例３においては、基板強度は３１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は１９０ｇ／ｍｍであった。したがって、比較例３における基板強度は実施例１〜実施例３よりも小さい。
（比較例４）
比較例４においては、表１に示すように、アルミナ粉末８０ｗｔ％にガラス成分としての焼結助剤を２０ｗｔ％と着色剤を少量加えた粉体をアルミナグリーンシートに用いた。他の製造工程は、比較例１と同様であるので説明を省略する。
【００３１】
比較例４における導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度および基板強度の測定結果を表１に示す。測定条件は実施例１と同様である。
比較例４においては、基板強度は２７００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度は２６０ｇ／ｍｍであった。したがって、比較例４における基板強度は比較例３よりもさらに小さく、実用に適さないものであるといえる。
【００３２】
以上のように、比較例１〜比較例４においては、ガラスペーストを用いず、アルミナグリーンシートの表面に直接導体ぺーストを印刷し、乾燥して導体ぺースト乾燥体を形成した。このため、比較例１および比較例２のように、アルミナグリーンシートのガラス成分量が比較的少ないものでは、導体パターンとアルミナ基板本体との接着強度の低下を招き、比較例３および比較例４のように、アルミナグリーンシートのガラス成分量が比較的多いものでは、基板強度の低下を招いている。
【００３３】
一方、本発明の複数の実施例では、アルミナグリーンシートの表面にガラスペーストを印刷し、乾燥してガラスペースト乾燥体を形成し、ガラスペースト乾燥体の上に導体ぺーストを印刷し、乾燥して導体ぺースト乾燥体を形成する。その後、焼成することにより、アルミナ基板本体と導体パターンとの間にガラス層を有するアルミナ基板が得られる。このため、焼結過程において、導体粉末は焼結して導体金属層を形成し、ガラスペースト乾燥体中のガラス成分は導体金属層の隙間に侵入し、導体金属層とガラス成分とは強固に結合する。したがって、アルミナ基板本体から導体金属層に向かって多数のくさびを有するガラス層が形成され、機械的な噛み合わせのアンカ効果により、導体パターンはアルミナ基板本体に強固に接合される。さらに、アルミナグリーンシート中のガラス成分を多くする必要がないので、基板強度を向上することができる。
【００３４】
さらに本発明の複数の実施例では、ガラスペースト中のガラス成分はアルミナグリーンシートに含まれているのと同様のガラス成分であり、また、ガラスペーストのガラス成分以外の固形分はアルミナグリーンシートに含まれているのと同材質のアルミナ粉末である。したがって、焼成後のセラミックス基板の熱膨張係数をほぼ均一なものとすることができるので、基板強度を低下させることなく、導体パターンとセラミックス基板本体との接着強度をさらに向上することができる。
【００３５】
本発明では、アルミナ基板に限らず、窒化アルミ基板、ムライト基板、低温焼成のガラス基板等どのようなセラミックス基板に適用してもよい。また、内部に配線等が形成された基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をアルミナ基板に適用した実施例１を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の実施例１のアルミナ基板の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図３】本発明の実施例１のアルミナ基板の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
１    アルミナグリーンシート
２    ガラスペースト乾燥体
３    導体ペースト乾燥体
１０    アルミナ基板本体
２０    ガラス層
３０    導体パターン
１００    アルミナ基板
【図１】
0003736961.tif 000003
【図２】
0003736961.tif 000004
【図３】
0003736961.tif 000005