JPH0283963A

JPH0283963A - 有機無機複合多層基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0283963A
Application number: JP63235006A
Authority: JP
Inventors: Tasao Soga; 太佐男曽我; Tadao Kushima; 九嶋　忠雄; Mamoru Sawahata; 沢畠　守; Kazuji Yamada; 一二山田; Satoru Ogiwara; 荻原　覚; Tadahiko Mitsuyoshi; 忠彦三吉; Shigeo Amagi; 滋夫天城; Toru Koyama; 徹小山; Fumiyuki Kobayashi; 小林　二三幸; Minoru Yamada; 稔山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-26
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JP2858760B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超大型、超高速コンピュータのＣＰＬＩ（中
央演算機構）の最も重要な役割を果たすＬＳＩ搭載用モ
ジュール基板に好適な、高速性に優れ、チップ、もしく
は、チップキャリアを搭載するためのりペア可能な使い
勝手性に優れた低誘電率の有機無機複合多層基板に関す
る。

〔従来の技術〕

コンピュータの大容量化５高速化のためには。

多端子高密度化に有利なフリップチップ実装方式で、有
機多層基板に搭載することが、理想的とされている。従
来、有機基板にフリップチップを搭載した例として、文
献（ＩＥＥＥ　Ｔｒ、Ｃｏｍｐ、ａｎｄ　Ｖｏ　Ｑ　。

ＣＨＭＴ−２，Ｎ（１１，１９７９−３）に示されるよ
うに、アラミド繊維入りポリイミド基板（エポキシ基板
）がある。アラミド繊維入りポリイミド基板（エポキシ
基板）の熱膨張係数は６〜８Ｘ１０−”７℃、誘電率（
ε）は３．５であり、テフロン系有機基板（ε＝２〜２
．５）に比べ、高速性（遅延時間はＧに比例）で劣るこ
とと、熱膨張係数がｋＱｘｏｓ基板並みであるので、１
ｏＩｌｌ１口の大型チップの場合、熱サイクル疲労の信
頼性の面で搭載不可能である（４〜５ｍ口が搭載限界）
、また、熱膨張係数が３〜４　ｘ　１０−”７℃の低熱
膨張セラミックス基板を用いてチップキャリア化しても
（特公昭５７−１９５７８号公報）有機基板とチップキ
ャリア間の熱膨張差のため、１０ｉｎ口の大型チップの
場合、搭載不可能であるにのため、有機多層基板の代わりに、信頼性、使い勝手性
に優れたセラミックス多層基板が使用されている（例え
ば特開昭５７−１８３５０号公報）。

しかし、セラミックス多層基板は低熱膨張化は可能だが
、誘電率が有機多層基板に比べて劣る（低誘電率材でＥ
は５）ため、高速性で劣っている。

そこで大型チップの低誘電率基板上の高信頼塔載を考慮
し、樹脂構造を検討した。これまで米国特許４１９０８
５５　（１９７６−８）　　示されるように（第２図（
、））、ガラス基板等１・１にＳ１チツプ１０を搭載し
、チップと基板間に樹脂をいれる構造は提案されている
。この種の一体化構造は、いずれも、基板上に直接素子
を搭載するものであり、チップの補修を考慮していない
、また、チップの補修を考慮した場合にはチップキャリ
アをはんだ付けする構造が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は低誘電率の有機多層基板に大型チップ（
１０ｍ口）をフリップチップ方式で高信頼で搭載するこ
とにある。大容量、高速計算用のＬＳＩ搭載モジュール
基板として要求される機能は以下の通りであり、有機多
層基板では要求仕様を満たせない。

■）熱膨張係数が３〜４　Ｘ　ｌ　Ｏ−６／’Ｃ以下２
）耐リペア性（メタライズに対する耐熱性）３）高密度
多端子ピッチ化（２５０μＩｎピツチ）４）インピーダ
ンスマツチング用の薄膜抵抗層の形成１課題を解決するための手段〕上記目的を達成するため有機多層基板上のチップ、もし
くは、チップキャリア搭載域に低誘電率。

低膨張のセラミックス基板をはんだ付けし、特定の樹脂
で充填接着し、有機多層基板と一体化することにより、
１）〜４）の要求仕様を満たすことができる。これによ
り、有機無機複合多層基板−ヒのチップ、もしくは、チ
ップキャリア塔載域における熱膨張係数は３〜４　Ｘ　
１０−６／”Ｃ以下で、耐リペア性に優れ、２５０μｍ
ピッチの高密度化と表面に薄膜抵抗層の形成を可能にし
た。有機多層基板（８Ｘ　１０−８／’Ｃ）上に低膨張
のセラミックス基板（３，５Ｘ　ｌ　Ｏ−Ｂ／’Ｃ）を
複合した基板は充填樹脂の熱膨張係数を１５　ｘ　１０
−’／℃とすることにより耐温度サイクル性を大幅に向
上させた。

〔作用〕

耐温度サイクル性を大幅に向丘させた理由は。

以ドである。

１）塔載するセラミックス基板を分離独立させた海鳥構
造にして樹脂とセラミックス基板間に発生する応力、及
び、有機多層基板の反りをおさえたこと。

２）充填樹脂の熱膨張係数をはんだと有機多層基板との
中間の約１５　ｘ　１．０−’／’Ｃとすることにより
、特に、セラミックス基板側のはんだにかかる応力集中
を緩和し、歪の最小化を可能にしたこと。

３）耐熱樹脂（Ｔｇ：１８０℃）の開発により高温時の
接着強度の低下を極力おさえたこと。

４）高温経時劣化が少ない樹脂を開発したこと、５）流
動性に優れた無溶剤型樹脂による完全に近い充填構造の
実現、６）応力のかかる側が強固なメタライズである二と高速計算を可能にした理由は、以ドである。

１）低誘電率の有機系多層基板へのチップ直接搭載を可
能にした２）チップから多ＷＪ基板間までの配線長を短くした構
造であること３）セラミックス基板を一体化させることにより抵抗、
コンデンサ等を内蔵させることが可能な構造としたこと使い勝手性にした理由は、以下である。

１）耐リペア構造（接合部にセラミックス基板を使用）２）セラミックス基板上のフリップチップ実装方式の実
績がある。

３）温度階層を設けたはんだ材の選定により、樹脂との
共存が可能。

〔実施例〕

大型コンピュータは大容量化、高速化を指向している。

このため、ＣＰＵを搭載する実装系として、１）多層基
板材料の低誘電率化、２）配線長を短くする高密度実装
が特に要求されている。そこで、本発明は理想に近い材
料で、高信頼化構造とした実装法を提案した。

第１図は本発明の断面図を示す、低誘電率材として最適
な多層基板は誘電率が１の空気で構成するのが理想的で
あるが、信頼性（機械的、電気的）で問題があるので、
誘電率２〜２，５のテフロン系（弗素系）有機多層基板
２が理想とされている。

テフロン材料自体は熱膨張係数も高く、材料との密着性
等に課題がある。チップを搭載するには多層基板は低膨
張化と強度向上のため、横方向（ｘ。

ｙ）の熱膨張係数をできる限り下げる必要がある。

通常プロセスで作ると、低誘電率、低膨張率のクォーツ
繊維（もしくは有機系のアラミド繊維）を入れて、銅入
りの多層板としても８〜１０　Ｘ　ＩＦ’／℃の熱膨張
係数となり、１０ｎｎＯチツプを高信頼で搭載できるレ
ベルから程遠い。有機多層基板２では絶縁層を薄くした
い要求と、多層化により銅配線層が増えることから、低
膨張繊維を増やしても低熱膨張化に限界があり、セラミ
ックス基板のように低熱膨張化にはならない。

密着力が重要視される表面層は傾斜的に密着性のある材
料系に置換することで解決される。この他、誘電率でテ
フロン系に劣るが、イソメラミン系（誘電率３〜３．５
）多層基板は密着性、耐熱性。

使い勝手性の点ではテフロンよりは優れている。

多層になるほど一括積層方式で作る有機多層基板方式２
が適してくる。

この有機多層基板２のスルーホールは、一般に、ドリル
で形成される。大容量化と高速化の要求から、多層基板
は益々多層化し、厚くなり、かつスルーホール穴径、及
び、ピッチは限界を求めている。多層基板が７しではピ
ッチ間に配線層を二層設ける場合、技術的に０．４５ｍ
ｍピッチ、０．３ｍ穴が限界とされている。

他方、ＣＰＵ用の素子はＳｉチップのフリップチップの
面実装で、０．２５〜０．３０ｍｍのピッチは十分可能
である。しかし、有機多層基板上に０．２５〜０．３０
ｍのピッチの微細パターンの端子を作るには、表面にポ
リイミド系のホトレジストを使って整合層を設けるのが
一般的であるが、ポリイミドのエツチング等による基板
の耐熱性に課題がある。そこで、本発明は、図に示すよ
うに、有機多層基板上のチップ、もしくは、チップキャ
リア塔載域の端子上に、チップ、もしくは、チップキャ
リアより大きめの低誘電率のセラミックス基板を搭載し
、両基板の端子同士をはんだ付け。

もしくは、熱圧着で接合した構造を考案した６セラミツ
クス基板の有機多層基板側は０．４Ｓｎ＋ｍピッチで、
セラミックス基板のチップ、もしくは。

チップキャリア搭載側は０．２５鴫のピッチとなるよう
な整合層をセラミックス基板内に設けた。

これらは量産技術として可能なレベルである。有機多層
基板２上にチップもしくはチップキャリアを接合する方
法は、セラミックス基板にチップをフリップチップ接合
するのと同じである。セラミックス基板の材料はセラミ
ックス系としては、最も低誘電率のガラスセラミックス
１系で、熱膨張係数は３．５ＸＩＯ−８／℃ｔ’１ＯＲ
ＩＯ（７ＪＳ　ｉチップを裸で搭載しても信頼性試験目
標をクリヤできるものとした。

セラミックス基板の寸法は、基板周辺に補修布線、隣接
セラミックス基板への布線等が可能な１５ｍ口とした。

セラミックス基板の厚みは１）有機多層基板の熱膨張係
数８〜１０ｘ１０−ａ／℃の影響がでない程度に曲げ剛
性、伸び剛性をもつこと。

２）配線長を短くすこと等を考慮し、０．６〜ｏ０ｇｍ
とした。有機多層基板２上にセラミックス基板を単に島
状にはんだで接合しても、信頼性が低いことはこれまで
のデータから容易に予測できる。

例えば、１５＋ｎ＋＋口のガラスセラミックス（熱膨張
係数は３，５　Ｘ　１０−６７℃）を有機多層基板２（
熱膨張係数８〜１０　Ｘ　Ｉ　Ｏ−８／’Ｃ）にフリッ
プチップ接合した寿命は、−５５〜１５０”Ｃ，１すイ
クル／ｈで約二百サイクルレベルであり、目標とする一
千サイクルには程遠い。

そこで、寿命向上のため、はんだより低い熱膨張係数を
もち、かつ、ヤング率が１７００ｋｇｆ／ｍｍ２の樹脂
を両法板間に充填することにより、はんだにかかる応力
集中を緩和し、かつ、はんだにかかる歪を小さくするこ
とにより、千五百サイクル以上の低誘電率の有機無機複
合多層基板を可能にした。

アルミナ基板、ガラス基板上にＳｉチップを搭載し、樹
脂を充填して補強する効果は特開昭６０−６３９５１号
公報に開示しである。この公報では構造に適した樹脂は
石英フィラを入れ熱膨張係数をはんだに合わせ、かつ、
ゴム粒子を入れることがポイントであるとされている。

本発明はＳｉチップでは無く、裏面に端子を設けたガラ
スセラミックス基板で、アルミナ基板、ガラス基板の代
わりに低ヤング率の有機多層基板である。有限要素法に
よる解析によると、有機多層基板のヤング率が低いため
、Ｓｉチップ搭載基板例と異なり、ヤング率が高く、低
熱膨張係数のガラスセラミックス基板側で、特に、応力
集中が起こっていることが分かった。そこで樹脂の熱膨
張係数をはんだより小さく、有機多層基板より大きくす
ることが寿命向上に重要であることを見出した。はんだ
にかかる歪を小さくするメカニズムは複雑で、ガラスセ
ラミックス基板１、はんだ、樹脂、有機多層基板２の四
種類の材料物性値（熱膨張係数、ヤング率）の組合せで
決まることが分かった。この系でガラスセラミックス基
板とはんだとの界面近傍のはんだの応力集中を緩和する
ことが高信頼性を確保するポイントである。

この解決策として、１）、樹脂の熱膨張係数を１５Ｘ１
０″″”／”Ｃ（はんだと有機多層基板との中間）とす
る、２）低熱膨張係数のはんだの使用等が効果があるこ
とが分かった。ガラスセラミックス基板のメタライズは
高温で焼く厚膜プロセスのため、Ｓｉチップの薄膜メタ
ライズと異なり強固であることから、メタライズに対す
る応力の影響を考慮する必要は無い。従って、ガラスセ
ラミックス基板とはんだとの界面近傍のはんだの熱疲労
を考慮することがポイントになる。

次に、有効要素法解析及び実験から得られた各種構成材
料物性の必要条件を求めた。

低誘電率有機多層基板の熱膨張係数をαｐ、有機多層基
板上のセラミックス基板の熱膨張係数をαｃ１．樹脂・
の熱膨張係数をαｒ、樹脂のヤング率をＥｒ、チップ、
もしくは、チップキャリアの熱膨張係数をαｃ２．とじ
たとき、 αｃｌ＝αｃｚ・・・・・・■（はぼ同等の熱膨張係数
をもつ材料）ａ　ｐ　−ａ　ｃｚ＜　７　Ｘ　１０−’／’Ｃ−■Ｃ
＠脂の作用でクリヤできる範囲、解析と実験で確認済）５　Ｘ　１０−’／　℃＜ａ　ｒ＜３０　Ｘ　１０−’
／”Ｃ・・・■（樹脂の熱膨張係数はヤング率でカバー
できる範囲。エポキシ系樹脂で低膨張化は困難であるが
、ポリイミド系樹脂で低膨張化は可能である。但し。

はんだと樹脂との熱膨張差をつけることは、その界面で
大きな歪が発生するので問題となる。）樹脂の熱膨張係
数とヤング率との積の適正領域を調べた６樹脂のヤング
率は２００〜２０００ｋｇ　ｆ　／　ｎｎ”の範囲であ
る。

（ヤング率・熱膨張係数］１）　　２００（小）・３０Ｘ１０−６吠）＝０．００
６・・・・・・樹脂の影響カニ小　判定：　Ｘ２）　　
２００（小）・５ＸＩＯ−６（小）＝Ｏ，ＯＯ１・・・
・・・樹脂の影響カニ小　判定：　Ｘ３）　　８００（
中）・２５Ｘ１０−６（中）＝０．０２　　　　　　　
　　　　　判定二　０４）　　２０００（大）・５Ｘ１
．０−Ｂ（ｚｈ）＝０．０１　　　　　　　　　　　　
判定：　０５）　　１７００（、＊）・１５Ｘ１０−６
（中）＝０．０２５　　　　　　　　　　　判定二　〇
上記結果により、（動式を得た。

０．００７＜　αｒ−Ｅ　ｒ　＜０．０３　　　　　　
　−・・■第３図は本発明の有機無機複合低誘電率多層
基板を示す。（ａ）ははんだ材料として、Ｓｎ−５％Ｓ
ｂ５のソフトソルダを用いたバンプ高さの大きな構造で
ある。（ｂ）はＡｕ−２０％Ｓｎ３２のハードルソルダ
を用いた熱圧着方式で接合するバンプ高さの低い構造で
ある。（ｃ）は有機多層基板２にくぼみを設け、セラミ
ックス基板１を埋め込んで平坦化した構造である。

（ａ）の低誘電率テフロン系多Ｍ基板２（以下、プリン
ト基板とよぶ）上には、スルーホールと接続された箔の
端子３が格子状に配置されている。

スルーホールピッチは０．４５ｍｎ、穴径は０．３鵬で
ある。

セラミックス基板は低誘電率（約Ｅ＝５）のガラスセラ
ミックスで、多層で内部でピッチ調整を行なっている。

セラミックス基板のチップ、もしくは、チップキャリア
を搭載する側の端子ピッチは０．２５１ｍで、プリント
基板側の端子ピンチは０．４５ｍである。ガラスセラミ
ックス基板寸法は１５ｍｍ口Ｘ０，８ｔで全面格子状端
子である。

チップ搭載域は中央部に設けである。ガラスセラミック
スの導体は厚膜銅ペースト４ではんだ接続部ははんだ食
われ防止のためＮｉ−Ａｕめっきを施す場合がある。

セラミックス基板として、この他に低膨張、低誘電率の
ムライト基板（Ａ（ｌｚｏ３・５ｉＯｚ）も可能である
。ムライトの配線層はＷ導体ではんだ接続端子はＷ上に
Ｎｉ−Ａｕめつきを施す、はんだ材はチップ、もしくは
、チップキャリアとの温度階層性を考慮し、Ｓｎ系のＳ
ｎ−５％Ｓ　ｂ　（２３２℃）５を用いた。

Ｓｎ系として他にＳｎ−３，５％Ａｇ（２２１℃）。

低膨張の純Ｓｎ　（２３２℃）も可能である。はんだの
供給は約０．３　　φのボールを用いて、まず。

セラミックス基板側に接合させることにした。セラミッ
クス基板とプリント基板間の接続部の間隙は約１５０μ
ｍである。はんだ付けはロジン系のフラツクスを用い炉
中で行なった。洗浄、十分に乾燥後、樹脂７をセラミッ
クス基板側面にデイスペンサで供給し、（Ｄ表面張力と
重力の作用で流動させる方法■真空中で吸引−加圧の組
み合わせ方法の二通りが可能であり、ともに、ボイドレ
ス化を可能とした。念のため、加圧することにより微小
なボイドは拡散し、消失することを確認した。

なお、樹脂構造として、（ａ）の左側の構造は樹脂がセ
ラミックス基板の側面にぬれていない場合で、（ａ）の
右側の構造は樹脂がセラミックス基板の側面にぬれてい
る場合である。応力解析の結果、はんだにかかる応力が
小さい高信頼構造としてセラミックス基板側面の中央部
近くまでぬれているのが望ましいが、（ａ）の構造でも
十分に信頼性のある構造であることがわかった。

なお、（ｂ）構造の場合、プリント基板の端子にＳｎ（
１部Ａｕ）を供給し、セラミックス側の端子にＡｕ、ま
たは、Ａｕ−Ｓｎをあらかじめ供給しておき、加熱圧着
する接合も可能である。

セラミックスとプリント板との間隙が小さいので、流動
性の良い樹脂でフィラー粒径を小さくする必要がある。

樹脂が接合に悪影響しない場合。

あらかじめ端子部に均一に塗布して、その上から熱圧着
接合（フラックスレス）することも可能である。

（ｃ）構造はフラックスによる洗浄に問題があるため、
水素雰囲気中で接合することが望ましい。

本来、裸チップでは、温度サイクル試験で早いサイクル
で断線してしまうが、セラミックスと樹脂とはんだとプ
リント板との応力バランスで高信頼かどうかが決まって
くる。

これまでに、すでにＡＱｚＯａ基板、ガラス基板等にＳ
ｉチップを搭載した構造は樹脂物性としての適正値は、
はんだにほぼ等しい２５Ｘ１０−６７℃とされてきたが
（特開昭６０−６３９５１号公報）。

ここでの組み合わせは有機多層基板とへのガラスセラミ
ックス基板である。

このため、従来と異なった考え方が必要であった。

まず、樹脂の耐熱性を向上する必要があるためエポキシ
系の樹脂を高Ｔｇ　　（ガラス転移温度）化のため■酸
無水物の脂環式エポキシとしたこと、■シリコーンゴム
としたこと。この結果、高温での樹脂の老化が少なくな
った。

第４図は樹脂のヤング率を高めの１７００ｋｇｆ／ｍ２
とし、樹脂の熱膨張係数に変えたときに最外周のはんだ
バンプにかかる最大せん断歪を示す。

有限要素法解析によると、はんだに作用する最大のせん
断歪をとる位置はガラスセラミックス基板側のＡ点であ
る。そこで、Ａ点における樹脂物性値を変えた場合の解
析を行なった。この結果、樹脂のヤング率を低くする（
８００　ｋｇ　ｆ　／　ａｍ２）とせん新組を最小にす
る最適樹脂の熱膨張係数は増える傾向を示し、かつ、せ
ん新組の最小値も増える傾向にあることがわかった。

従って、適正値としてヤング率の高い域ではんだにがか
るせん新組が最小になる１５Ｘ１０−６／℃前後となる
。この適正値ははんだ（２５ＸＩＦ６／°Ｃ）とプリン
ト板（８Ｘ　１０−８／’Ｃ）との中間に相当する。

そこで、熱膨張係数１５　Ｘ　１０−８／℃、ヤング率
１７０．ｏｋｇｆ／膿２のＴ、＝２３０℃のガラス転移
温度をもつ流動性の良い樹脂を用いて十個のサンプルを
試験した結果、−５５〜１５０’Ｃ。

ｌｈ／ω試験しても導通不良は起こらなかったことから
、高信頼性が確認された。

なお同一条件で熱膨張係数２５　ｘ　１０−”／”Ｃ。

ヤング率８００ｋｇｆ／ｉｎ”、Ｔｇ　　：１８０℃の
樹脂を試験したが、同様に導通不良は起こらなかった。

両者の最大ぜん新組の値を比較しても（第４図よりも０
．８％、１．２％）はとんど変わらないことからも理解
できる。なお、樹脂なしく裸）構造のせん新組の値は７
．８（第４図）であることから、樹脂構造と比べると相
当な差があり、樹脂の効果がわかる。

この樹脂系でフィラ量、ゴム量の検討結果について述べ
る。

樹脂の耐熱劣化特性、Ｔｇ（ガラス転移温度）向上のた
め、エポキシ樹脂として酸無水物硬化の脂環式エポキシ
、もしくは、ビスフェノールＡ型エポキシの少なくとも
一つで構成されていものを使用した。フイラ体積含有率
とヤング率、熱膨張係数の関係はフイラを入れない初期
特性でヤング率が低いエポキシを用いた場合のフイラ体
積含有率に対するヤング率、及び、熱膨張係数の関係を
第４図（ａ）に示す。両者は逆相関の関係にある。

これより、石英フイラとして、熱膨張係数が３０ｘｌＯ
−Ｂ／’Ｃ以下とするには、少なくとも４５Ｖｏｌ％以
上で、５５　Ｖ　ｏ　ｆｌ以下（流動性の低下）とした
。また、低ヤング率化のためのゴム含有率に対するヤン
グ率及び熱膨張係数の関係を第４図（ｂ）に示す、ゴム
材としてポリブタジェン系、シリコーン系が可能である
が、耐熱劣化特性に優れたシリコーン系について示した
。シリコーン含有率を増していくと熱膨張係数は少し上
昇するが。

ヤング率は５ｗｔ％過ぎるとその効果がでてくる４１５
ｗｔ％以上になると、分散性が悪くなること。

熱膨張係数の上昇等の問題がでてくるのでシリコーン含
有率として５〜１５νｔ％とした。

樹脂組成の一例として、次の組成を選んだ。

なお、エポキシ樹脂は無溶剤系であるが、樹脂物性に関
する考え方は溶剤系のポリイミド樹脂に対しても同じで
ある。

第５図は有機無機複合多層基板にＳｉチップを塔載した
もの（左側）とチップキャリアを搭載したもの（右側）
の断面図を示す、ガラスセラミックス基板は低膨張（３
，５ｘ　１０−６／’Ｃ）で剛性が高いため熱膨張係数
の高いプリント板の影響を受けにくく、１０１ｗ口のＳ
ｉチップが搭載されても高信頼性が確保される。右側の
チップキャリアはチップキャリヤの基板も同一の熱膨張
係数をもつ低誘電率がガラスセラミックス基板であるた
め接合部は高信頼性である。プリント抜上のガラスセラ
ミックス基板はチップキャリアよりも広くすることより
、補修布線用の端子１９を形成し、隣接セラミックス基
板への配線を可能にした。なお、チップキャリアの取外
しにはＰｂ−６０％Ｓｎはんだ１６（融点１８３℃）を
用いており、有機無機複合多層基板を作っているＳｎ−
５％ｓｂはんだ（融点２３２℃）を溶かさないで、接合
できる仕組にした。また、チップキャリア内のＳｉチッ
プはＰｂ−５％Ｓｎはんだ（融点３００℃）、封止部、
ヒートシンク部はＰｂ−１５％Ｓｎはんだ（融点２６０
℃）を用いており、リペア、はんだ何時に問題はないシ
ステムにした。

第６図は有機無機複合多層基板上にチップキャリアを搭
載後、チップキャリア裏面を熱拡散のためのベローズ２
１型水冷ユニツト２３を低温はんだ２４で取付けた構造
の断面図である。高速計算のため、数十Ｗ級の高出力チ
ップを効率よく冷却する必要から、キャリア２０封止枠
はガラスセラミックスとほぼ同等の熱膨張係数を示し、
かつ、高熱伝導のＡＩＮを用いた。また、水冷ユニット
のキャリアと接する材料は同じく、低熱膨張、高熱伝導
のＳｉＣを用いた。

第７図はチップキャリアのセラミックス基板内部にコン
デンサを内蔵させた構造である（ａ）。

シート状の高誘電材料の内面に設けた電極はアース、及
び、電源に接続された構造になっている。

コンデンサ内蔵により大幅なスピードアップが可能であ
る。

プリント板上に設けたガラスセラミックス基板の表面に
はインピーダンスマツチング用の簿膜抵抗層２６が形成
されている。

薄膜抵抗層を拡大したのが（ｂ）である。隣接バンプ間
に抵抗Ｍ２６が設けられている。絶縁層はポリイミドで
薄膜はＡｌもしくはＣｕである。

抵抗層はガラスセラミックス基板の裏側（プリント板側
）に設けても良く、保護する意味ではプリント板側が望
ましい。本発明の構造はこのセラミック基板に抵抗層、
コンデンサを内蔵させたり、補修布線を設けたりするこ
とが可能となり、従来のプリン１−板では不可能であっ
た機能を付加することができるようになった。

第８図は本発明による簡易型パッケージ構造例である。

（ａ）はチップ１０裏面を熱伝導グリース３１で接着し
、銅系材料で封止が可能である。

はんだ封止２４の場合は、熱膨張が多層板に近い８　Ｘ
　１０−’／’ＣのＣｕ−Ｃ，Ｃｕ　−ｗ＠合材料が熱
応力的には望ましい。

（ｂ）はチップキャリアをマルチ化したものである。こ
の場合、チップはチップキャリアで保護されているので
全体封止は樹脂でよい。

第９図は有機無機複合多層基板のセラミックス基板内で
は整合層を設けないので、チップキャリアのセラミック
ス基板側で整合層を設けた一例である。この場合、プリ
ント板上のセラミックス基板には補修布線を設けるだけ
のスペースはない。

〔発明の効果〕

本発明によれば計算のスピードアップ化を可能にし１歩
留まりの大幅向上が期待でき、高密度小型化実装が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来技術
の断面図、第３図は本発明の実施例の断面図、第４図は
本発明の高信頼性メカニズムの説明図、第５図は本発明
を用いたチップ及びチップキャリアを搭載した断面図、
第６図は本発明に水冷構造を取付けた場合の断面図、第
７図は本発明機能性を付加した構造の断面図（ａ）と拡
大図（ｂ）、第８図は本発明を用いた簡易型モジュール
断面図、第９図は本発明にチップキャリアを搭載した変
形例の断面図である。１・・・ガラスセラミックス、２・・・有機多層基板、
３・・銅箔端子。＼治１　囚

Claims

【特許請求の範囲】

１．低誘電率有機多層基板上のチップ、もしくは、チッ
プキャリア搭載域に形成された多端子と、表裏面を導通
させた低膨張低誘電率の複数個に分離された各々のセラ
ミックス基板の多端子とをはんだ付けし、前記低誘電率
有機多層基板および前記セラミックス基板の間隙を樹脂
で充填接着して、一体化し、前記セラミックス基板上に
前記チップもしくは前記チップキャリアを搭載すること
を特徴とする有機無機複合多層基板。
２．低誘電率有機多層基板上にセラミックス基板を島状
に分割して、前記低誘電率有機多層回路基板および前記
セラミックス基板面に設けられた端子同士をはんだ接合
、もしく、は熱圧着接合して導通させ、樹脂で接着して
一体化したことを特徴とする有機無機複合多層基板。
３．特許請求の範囲第１項または第２項において、樹脂
の熱膨張係数が５〜３０×１０＾−＾６／℃、ヤング率
として２００〜２０００ｋｇｆ／ｍｍ＾２を用いたこと
を特徴とする有機無機複合多層基板。
４．特許請求の範囲第１項，第２項または第３項におい
て、前記低誘電率有機多層基板の熱膨張係数を αｐ、前記セラミックス基板の熱膨張係数をαｃ１，樹
脂の熱膨張係数をαｒ、ヤング率をＥｒ、前記チップも
しくは前記チップキャリアの熱膨張係数をαｃ２とした
とき、αｃ１＝αｃ２，αｐ−αｃ２＜７×１０＾−＾
６，５×１０＾−＾６＜αｒ＜３０×１０＾−＾６，０
．００７＜αｒ・Ｅｒ＜０．０３の条件を満たした組合
せを特徴とする有機無機複合多層基板。
５．特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
セラミックス基板上の表面端子ピッチを有機多層基板と
接合される裏面端子ピッチより小さくした拡大層を設け
たことを特徴とする有機無機複合多層基板。
６．特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
セラミックス基板上の前記各チップもしくは前記チップ
キャリアの接合領域外に補修布線用の端子もしくは隣接
した前記セラミックス基板間との接続端子を設けたこと
を特徴とする有機無機複合多層基板。
７．特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
セラミックス基板上にインピーダンスマッチング用の抵
抗層を上面もしくは下面に設けたことを特徴とする有機
無機複合多層基板。
８．特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
セラミックス基板の内部に高速化のため、コンデンサを
内蔵したことを特徴とする有機無機複合多層基板。
９．特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
有機多層基板の端子と前記セラミックス基板の端子との
接続に用いるはんだとしてＳｎ系、もしくは、Ｐｂ−Ｓ
ｎ系のα−Ｐｂ固溶体系であり、チップもしくはチップ
キャリア接続に用いるはんだとして、前者の場合はＰｂ
−Ｓｎ共晶系を、後者の場合には前記Ｓｎ系を用いるこ
とを特徴とする有機無機複合多層基板の製造方法。
１０．特許請求の範囲第１項または第２項において、前
記有機多層基板の端子と前記セラミックス基板の端子と
の接続に用いるはんだバンプの高さは３０μｍ以上であ
ることを特徴とする有機無機複合多層基板の製造方法。
１１．特許請求の範囲第１項または第２項において、前
記有機多層基板の端子と前記セラミックス基板の端子と
の接続接着に際し、Ａｕ−Ｓｎ系のはんだを用いて予め
樹脂を接合面に塗布後に熱圧着接合したことを特徴とす
る有機無機複合多層基板の製造方法。
１２．特許請求の範囲第１項または第２項において、前
記有機多層基板の端子と前記セラミックス基板の端子と
の接続接着に際し、予め分散したはんだ粒子混入樹脂を
用いて加圧し、接続と接着を同時に行うことを特徴とす
る有機無機複合多層基板の製造方法。
１３．特許請求の範囲第１項または第２項において、前
記有機無機複合多層基板に前記チップもしくは前記チッ
プキャリアを搭載し、前記チップもしくは前記チップキ
ャリアの裏面を、はんだもしくは熱伝導グリース等で冷
却体に接合もしくは接着したことを特徴とする高出力素
子冷却実装構造体。
１４．特許請求の範囲第１項または第２項において、前
記有機無機複合多層基板の接着に用いた樹脂組成として
、酸無水物硬化の脂環式エポキシとビスフェノールＡ型
エポキシの少なくとも一つで構成されて、石英フイラを
４５〜５５Ｖｏｌ％含み、ゴム剤としてポリブタジエン
ゴム、もしくは、シリコーン系可という化剤５〜１５Ｖ
ｏｌ％含む樹脂を用いたことを特徴とする有機無機複合
多層基板の製造方法。