JPH0851283A

JPH0851283A - 多層配線基板及び半導体素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JPH0851283A
Application number: JP7102702A
Authority: JP
Inventors: Kunihide Yomo; 邦英四方
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 1996-02-20
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP3740184B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体素子と近似の熱膨張係数を有し、且つコ
ンデンサ部を具備し、大型の半導体素子を実装できる多
層配線基板及び半導体素子収納用パッケージを提供す
る。【構成】ムライトを主成分とするセラミックスからなる
絶縁層２の表面あるいは絶縁層２間にメタライズ配線層
７が配設されたセラミック絶縁基板の内部または表面
に、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂から選ば
れる少なくとも１種の高誘電率付与剤を含有する高誘電
体層３を一対の電極４、５により挟持してなるコンデン
サ部６を積層配設した多層配線基板および半導体素子収
納用パッケージを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高誘電体層と一対の電
極からなるコンデンサ部を具備する多層配線基板および
半導体素子収納用パッケージに関するもので、より詳細
には安定した電気的特性、優れた密封性能および機械的
強度を有する多層配線基板およびパッケージに関する。

【０００２】

【従来技術】半導体素子収納用パッケージでは、半導体
素子（集積回路）は外来ノイズや不要輻射により誤動作
を生じ易いために、従来より３０〜１００μＦ程度の容
量を持ったコンデンサ部を電源側と接地側との間に介在
することにより、ノイズを吸収し誤動作を防止してい
た。このコンデンサ部は一般にはセラミック誘電体を一
対の電極で挟持したものからなり、従来はこのコンデン
サの接続をパッケージとは別の外付けにより行なってい
たため、実装密度の向上を図ることができなかった。

【０００３】このような欠点を解決するための方法とし
て、アルミナを主成分とする絶縁層の間に、アルミナ等
の誘電体層をＷあるいはＭｏからなる一対の電極層によ
り挟持したコンデンサ部を介装した半導体素子収納用パ
ッケージが知られている（特開昭６２−１６９４６１号
公報参照）。

【０００４】また、多層アルミナ質配線基板としては、
例えば、特開平３−８７０９１号公報に開示されるよう
に、両側にＷまたはＭｏ等の高融点金属を主成分とする
ペーストを塗布または印刷してなる一対の電極層が形成
され、かつ、アルミナ中にＷまたはＭｏからなる高誘電
率付与剤を含有する高誘電体層を電極で挟持したコンデ
ンサ部をアルミナを主成分とする絶縁層間に介装した多
層アルミナ質配線基板が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の配線基板や半導体素子収納用パッケージ中に具備され
る高誘電体層は、電気特性が未だ不安定であり、高誘電
体層を挟持する電極間の絶縁抵抗が低下し、著しい場合
には電極間がショートする等のおそれがあった。また、
多層構造物の密封性（気密性）も不十分であり、湿気等
が浸透して電極層の表面抵抗を変化させたり、あるいは
電極層と高誘電体層や絶縁層との間に十分な接合強度が
得られない等の欠点があった。

【０００６】さらに、高誘電体層中の成分、特にＷやＭ
ｏなどの成分は隣接する電極層や絶縁層に拡散しやす
く、また、逆に電極層を構成するＷやＭｏなどの高融点
金属が高誘電体層中に拡散し、高誘電体層の組成に影響
を及ぼしその結果、誘電体層の電気特性が変化し、安定
した比誘電率等の電気特性が得られないという問題があ
った。

【０００７】また、上記のような公知の高誘電体層含有
配線基板や半導体素子収納用パッケージでは、２５〜４
００℃における絶縁層の熱膨張率が約７×１０^-6／℃程
度であり、シリコンからなる半導体素子の熱膨張率約
３．５×１０^-6／℃と比較して非常に大きいため、絶縁
層上に取り付けた半導体素子が脱落する虞があった。こ
の傾向は、大型の半導体素子を取り付けた場合には特に
顕著となるため、大型の半導体素子を実装できないとい
う問題があった。

【０００８】従って、本発明の目的は、半導体素子と近
似の熱膨張係数を有し、内部に高誘電体層を有しながら
安定した電気的特性と優れた気密性および機械的強度を
有するとともに、大型の半導体素子が実装可能な多層配
線基板および半導体素子収納用パッケージを提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の他の目的は、電極層と高誘電体層
や絶縁層との間に優れた密着性、気密性および層間接着
強度が得られるとともに、電極層構成材料の高誘電体層
への拡散移行が抑制され、さらにＷやＭｏなどの成分の
絶縁層への拡散を抑制できるコンデンサ部を具備した配
線基板および半導体素子収納用パッケージを提供するこ
とにある。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明の多層配線基板
は、高誘電体層を一対の電極層により挟持したコンデン
サー部を具備した多層配線基板であって、前記高誘電体
層を、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂から選
ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤とから構成し、
さらには、多層配線基板の絶縁層をムライトを主成分と
するセラミックスにより構成するものである。

【００１１】さらに、本発明の半導体素子収納用パッケ
ージは、高誘電体層を一対の電極層により挟持したコン
デンサー部を具備してなり、半導体素子の収容部を有す
る半導体素子収納用パッケージであって、前記高誘電体
層を、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂から選
ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤とから構成し、
さらには、多層配線基板の絶縁層をムライトを主成分と
するセラミックスにより構成するものである。

【００１２】また、上記多層配線基板および半導体素子
収納用パッケージのいずれにおいても、高誘電率付与剤
粒子がＷ，Ｍｏの少なくとも一種からなり、かつ、電極
層が前記高誘電率付与剤粒子と同一材料を主成分とする
ことが望ましい。さらに、高誘電率付与剤粒子がＷ、電
極層がＭｏを主成分とする、或いは、高誘電率付与剤粒
子がＭｏ、電極層がＷを主成分とするものであって、高
誘電体層の厚みが３０μｍ以上であることが望ましい。

【００１３】

【作用】本発明によれば、多層配線基板および半導体素
子収納用パッケージにおいて、絶縁層をムライトを主成
分とするセラミックスから構成し、絶縁層間あるいは表
面に積層配設されるコンデンサ部の高誘電体層をムライ
トと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂から選ばれる少なく
とも１種の高誘電率付与剤を含有する高誘電体層により
構成することにより、２５〜４００℃における絶縁層の
熱膨張率が４〜６．８×１０^-6／℃となり、アルミナ
（７×１０^-6／℃）よりシリコンからなる半導体素子の
熱膨張率（約３．５×１０^-6／℃）に近くなり、半導体
素子の絶縁層からの脱落を防止することができる。

【００１４】また、高誘電体層において、ムライトに
Ｗ、Ｍｏ、ＲｅおよびＺｒＯ₂を添加することにより、
誘電率を高めることができる結果、コンデンサとして高
い静電容量を得ることができる。例えば、ムライトに対
してＹ₂Ｏ₃を含むＺｒＯ₂（ＹＳＺ）を添加すると図
１０に示されるように、また、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅを添加す
ることにより図９、図１１に示されるように、誘電率を
向上させることができる。

【００１５】また、高誘電体層は、電極および絶縁層と
の積層状態において、次第に高誘電体層中の高誘電率付
与剤が拡散し、高誘電率付与剤量が減少し誘電特性が徐
々に変化する場合がある。また、ＺｒＯ₂の場合、Ｙ₂
Ｏ₃等の安定化剤が拡散しＺｒＯ₂が脱安定化して特性
が変化することもある。

【００１６】そこで、本発明によれば、高誘電率付与剤
をＷ、Ｍｏにより構成した場合、電極層を同一材料とす
ることにより誘電体層からＷやＭｏの拡散を防止するこ
とができる。また、高誘電率付与剤と電極層の材料が異
なる場合には、電極層の厚みを３０μｍ以上に厚くする
ことにより拡散による特性変化を防止することができ
る。

【００１７】また、高誘電率付与剤がＺｒＯ₂からなる
場合には、セラミック絶縁層中にＺｒＯ₂や安定化剤の
Ｙ₂Ｏ₃を添加することにより、ＺｒＯ₂の拡散やＹ₂
Ｏ₃の拡散によるＺｒＯ₂の脱安定化を防止することが
できる。

【００１８】また、本発明によれば、高誘電体層および
絶縁層の両方にガラス相を存在させると、高誘電体層、
絶縁層、電極層および配線層の各層間の密着強度を向上
させるとともに、パッケージにおいてはその気密性を高
めることができる。

【００１９】さらに、本発明の多層配線基板およびパッ
ケージは、焼成時においてコンデンサ部の誘電体層の厚
み変化を防止するとともに、それに伴う誘電特性の変化
や焼成後のそりを防止し、安定に製造することができ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面を参照しながら具体的に
説明する。（多層配線基板の構造）図１は、本発明における多層配
線基板の一例を示す図である。図１によれば、配線基板
１中の絶縁層２中には、高誘電体層３と一対の電極層
４、５とから構成されるコンデンサ部６が積層内在され
ている。また、絶縁層２の表面あるいは内部には配線層
７が配設されている。また、図１の構成では、電極層４
および５は、スルーホール８、９を通じて基板表面に導
出されている。

【００２１】さらに、本発明の多層配線基板は、図１の
態様のようにコンデンサ部６が絶縁層２間に挟持される
他に、例えば、図３に示すように、配線層７が内部に形
成された絶縁層２の最表面に電極層５、高誘電体層３お
よび電極層４を積層形成することもできる。この場合、
コンデンサ部６は、外気と触れないようにその表面に樹
脂などにより保護膜を形成してもよい。

【００２２】（半導体素子収納用パッケージの構造）ま
た、図２は、本発明における半導体素子収納用パッケー
ジの一例を示す図である。図２によれば、半導体素子収
納用パッケージ１０の基板は、複数の絶縁層１１が積層
され、絶縁層１１の内部あるいは表面には配線層１２が
配設されている。また、絶縁基体の内部には、高誘電体
層１３とこれを挟持する一対の電極層１４、１５とによ
りコンデンサ部１６が形成されている。また、絶縁基体
の上面には半導体素子１７を収納するための凹部（収納
部）１８が形成され、収納部１８は蓋体１９により密閉
されている。また、コンデンサ部１６の電極層１５は、
スルーホール２０を通じて、配線層に接続されている。
さらに、図２の構成では、コンデンサ部１６の電極層１
４は、収納部１８に露出して収納部を底面を形成し、そ
の底面に半導体素子１７が搭載されている。なお、配線
層１２は、スルーホール等を通じて外部端子２１に電気
的に接続されている。

【００２３】また、半導体素子収納用パッケージとして
は、図４乃至図８のように種々の態様が存在する。図４
のパッケージは、半導体素子１７の下方には、高誘電体
層１３と電極層１４、１５が交互に多層積層されてお
り、これらの電極層１４、１５はスルーホール２０によ
り半導体素子１７と接続されたものである。

【００２４】図５のパッケージは、高誘電体層１３の上
下に電極層１４、１５が形成されたコンデンサ部６が絶
縁層１１により挟まれた構造からなり、電極層１４、１
５はスルーホール２０により半導体素子１７と接続され
ている。

【００２５】図６のパッケージは、半導体素子１７の下
方には、高誘電体層１３の上下に電極層１４、１５が形
成されており、これらの電極層１４、１５はスルーホー
ル２０により半導体素子１７と接続され、さらに、ピン
２１が下面に固定され、これらのピン２１は、電極層１
４、１５および高誘電体層１３を通過し形成されたスル
ーホール２２を介して半導体素子１７と接続されてい
る。

【００２６】図７のパッケージは、高誘電体層１３と電
極層１４、１５が交互に積層されてコンデンサ部６が形
成され、電極層１４、１５はスルーホール２０により半
導体素子１７と接続され、さらに、半導体素子１７はヒ
ートシンク２３に固定されている。

【００２７】図８のパッケージは、フラットパッケージ
であり、高誘電体層１３と電極層１４、１５が交互に多
層積層されており、これらの電極層１３、１４はスルー
ホール２０により半導体素子１７と接続されている。

【００２８】（高誘電体層）本発明における上記配線基
板および半導体素子収納用パッケージにおいて、コンデ
ンサ部を形成する高誘電体層（図１の番号３、図２の番
号１３）は、ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂
から選ばれる少なくとも１種の高誘電率付与剤を含有す
る。このうちＷ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂は誘電率を高
める作用をなし、１０．８以上の比誘電率、特に１３〜
４０の比誘電率を付与する。

【００２９】この高誘電体層は、平均結晶粒径が３〜２
０μｍのムライト粒子を主として、他に高誘電率付与剤
粒子を含有するものであるが、これらの粒界には、さら
に微量のガラス相が存在することが望ましい。高誘電率
付与剤は、この誘電体に７．５以上の比誘電率、特に１
０〜２０の比誘電率を与える。

【００３０】高誘電体層の粒界に介在するガラス相は、
例えば、焼結助剤として配合されるＡｌ，Ｓｉ，アルカ
リ土類金属成分及び希土類元素成分から選ばれた少なく
とも１種の元素の酸化物と、ムライト粒子からのアルミ
ナ分やシリカ分との反応で形成されたものである。高誘
電率付与剤がＺｒＯ₂の場合は、ＺｒＯ₂が粒界のガラ
ス相に微量溶け込むことにより耐薬品性が向上する。誘
電体層の焼結助剤（ガラス化成分）の量は１重量％以上
の範囲にあるのがよい。上記範囲よりも少ないと高誘電
体層，絶縁層と電極層との密着性、気密性及び接合強度
が低下する傾向にあるからである。

【００３１】なお、高誘電率付与剤としてのＺｒＯ₂中
には安定化剤を含有することが高誘電率を付与する効果
を安定化させるために望ましく、安定化剤量によってＺ
ｒＯ₂は、正方晶および／または立方晶を主体とするも
のであり、場合によっては単斜晶がわずかに混在してい
ても良い。この安定化剤は、ＺｒＯ₂が上記の結晶形態
となるに必要な量が固溶され、安定化剤は５〜１５モル
％の割合で添加されることが望ましい。これは、安定化
剤が５モル％よりも少ないと正方晶から単斜晶への相変
態が生じ、クラックが生じる等の不具合が生じるからで
あり、１５モル％よりも多いとＺｒＯ₂そのものの誘電
率が低下し、誘電体層の高誘電率化の効果が低下するか
らである。安定化剤としては希土類酸化物とアルカリ土
類酸化物があり、希土類としてはＲＥ₂Ｏ₃（ＲＥは希
土類元素）で表されるものが好ましく、例えばＹ
₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂
Ｏ₃等がある。アルカリ土類酸化物としてはＭｇＯ，Ｃ
ａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ等が挙げられる。また、ＺｒＯ₂
の結晶粒径は１．５〜１０μｍであることが望ましい。

【００３２】さらに、高誘電率付与剤がＺｒＯ₂である
場合には、他の高誘電率付与剤でああるＷ、Ｍｏ、Ｒｅ
のうち一種と組み合わせて用いることもでき、その場
合、Ｍｏは全量に対して５〜３０重量％、Ｗは全量に対
して５〜５０重量％、Ｒｅは全量に対して１０〜６０重
量％の割合で含有させることが望ましい。

【００３３】また、高誘電体層中の高誘電率付与剤のう
ち、ＺｒＯ₂は安定化剤を固溶するＺｒＯ₂粉末、ある
いはＹ₂Ｏ₃とＺｒＯ₂の混合粉末として、また、Ｗ，
Ｍｏ，Ｒｅは金属粉末として添加しても、酸化物粉末と
して添加しても、またはその他の化合物として添加して
も、焼成後は金属として存在するので、いずれの形態で
添加してもよい。

【００３４】高誘電体層の具体的な組成は、用いる高誘
電率付与剤の種類によって適宜調製し、（ａ）６７〜８
７重量％のムライト粉末と、５〜３０重量％のＷまたは
Ｍｏと、１〜１０重量％のＡｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金
属及び希土類元素の内少なくとも１種の元素の酸化物，
水酸化物，炭酸塩，硝酸塩等の塩、窒化物，フッ化物，
臭化物等のハロゲン化物，ホウ化物等の化合物からなる
混合物を焼成したもの、（ｂ）４０〜９５重量％のムラ
イト粉末と、５〜６０重量％のＲｅ及び１〜１０重量％
のＡｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金属及び希土類元素の内少
なくとも１種の元素の酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸
塩等の塩、窒化物，フッカ物，臭化物等のハロゲン化
物，ホウ化物等の化合物からなる混合物を焼成するも
の、（ｃ）１０〜９０重量％のムライト粉末と、９０〜
１０重量％のＺｒＯ₂粉末と、１〜１０重量％のＡｌ，
Ｓｉ，アルカリ土類金属及び希土類元素の内少なくとも
１種の元素の酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩等の
塩、窒化物，フッカ物，臭化物等のハロゲン化物，ホウ
化物等の化合物からなる混合物を焼成したもののいずれ
かであることが望ましい。

【００３５】これは、Ａｌが３重量％よりも少ない場合
には、絶縁層にアルミナ質焼結体を用いた場合に絶縁層
と高誘電体層の熱膨張差が大きくなり、良好な積層体が
形成され難く、９０重量％よりも多い場合には、誘電率
向上効果が小さくなるからである。また、Ｚｒが８重量
％よりも少ない場合には、誘電率向上の効果が小さく、
Ｚｒを含まない通常のアルミナ磁器と明確な差がなくな
るからであり、９５重量％よりも多い場合には絶縁層
としてアルミナ質焼結体を用いた場合に絶縁層と高誘電
体層の熱膨張差が大きくなり、良好な積層体が形成され
難くなるためである。なお、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とする
アルミナ質焼結体を絶縁層として用いる場合には、高誘
電体層中のＺｒ量は酸化物換算で３０〜７０重量％であ
ることが望ましい。

【００３６】さらに、アルカリ土類金属，希土類元素お
よびＳｉのうち少なくとも１種の元素がその酸化物換算
で２重量％よりも少ない場合には、安定した粒界ガラス
相の生成が少なくなり、電極層と同時焼成した場合の電
極層と誘電体層との接合強度が低下する。

【００３７】また、本発明における高誘電体層のムライ
ト粒子の平均結晶粒径は３〜２０μｍであることが望ま
しい。また、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅは５μｍ以下、ＺｒＯ₂は
３〜２０μｍの平均結晶粒径で存在することが望まし
い。

【００３８】なお、高誘電体層の厚みは、必要な静電容
量と高誘電体層の誘電率により適宜決定されるが、通常
は一層あるいは多層構造で、１層の厚みが１０〜１００
μｍであり、例えば１〜２インチ角のパッケージや基板
において、数ｎＦ〜数百ｎＦ程度の静電容量が得られ
る。

【００３９】（電極層）一方、上記誘電体層を挟持しコ
ンデンサ部を形成するための一対の電極層は、公知のメ
タライズ層から構成でき、例えばＷ，ＭｏおよびＲｅの
うち少なくとも一種を主成分とするメタライズ層が好適
である。かかる電極層は、およそ３〜１５μｍの厚みで
形成される。この一対の電極層は、半導体収納用パッケ
ージにおいては、一方が電源層、他方が接地層として半
導体素子と電気的に接続し、このコンデンサ部をデカッ
プリングコンデンサとして使用される場合がある。

【００４０】なお、電極層中には、上記金属成分以外に
高誘電体層や絶縁層中に含まれる成分を１０重量％以下
の割合で添加することにより高誘電体層や絶縁層との密
着性を高めることができる。

【００４１】また、電極層として、高誘電体層よりも低
熱膨張の金属、例えばＷ、Ｍｏを用いると、電極層側に
表面圧縮応力が発生するために基板全体としての強度を
高めることができる。このような表面圧縮応力は、Ｗ、
Ｍｏに代わり、Ａｌ₂Ｏ₃を用い、これを高誘電体層の
最外層に配設することによっても同様な強度向上効果が
得られる。

【００４２】また、高誘電体層の高誘電率付与剤がＷ或
いはＭｏである場合に、これを挟持する電極層は高誘電
率付与剤と同一材料を主成分とすることが望ましい。ま
た、高誘電体層の高誘電率付与剤がＷで電極層がＭｏを
主成分とする場合、或いは高誘電率付与剤がＭｏで電極
層がＷを主成分とする場合には、誘電体層の厚みを３０
μｍ以上とすることが望ましい。即ち、高誘電率付与剤
と電極層を同一材料により構成すると、ＷまたはＭｏの
全率固溶がなく、電極層の高融点金属ＷまたはＭｏを高
誘電体中に拡散することを抑制し、電極間の高誘電体層
の絶縁抵抗の低下を阻止するとともに、電極間のリーク
電流を防止できる。高誘電率付与剤と電極層が異なる材
料の場合には、電極層形成材料のＷ、Ｍｏが高誘電体層
中に拡散するが、高誘電体層の厚みを３０μｍ以上にす
ることにより電極層のＷ、Ｍｏが高誘電体層全体に拡散
することがなく、電極間の絶縁抵抗の低下を阻止すると
ともに電極間のリーク電流を防止できる。

【００４３】（絶縁層）そのガラス相の組成及び形成過
程は上記と同様のものである。即ち、絶縁層の粒界に介
在する本発明では、電極層の両側にある高誘電体層及び
絶縁層の両方に上記ガラス相を形成させることにより、
電極層とこれら両層との密着性を向上させるとともに、
パッケージの気密性及び層間接着強度を高めることがで
きる。

【００４４】さらに、配線基板あるいは半導体素子収納
用パッケージの絶縁基板における絶縁層は、主にムライ
ト粒子と、その粒界に存在するガラス相とから成り、そ
のガラス相は、例えば、焼結助剤として配合されるＡ
ｌ，Ｓｉ，アルカリ土類金属成分及び希土類元素成分か
ら選ばれた少なくとも１種の元素の酸化物と、ムライト
粒子からのアルミナ分とシリカ分の反応で形成されたも
のである。

【００４５】この絶縁層の具体的な組成としては、ムラ
イトを９０〜９９重量％、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、アルカリ
土類金属成分及び希土類元素成分から選ばれた少なくと
も１種の元素の酸化物を１〜１０重量％の割合で含有す
るものである。また、焼結助剤としてＢ、Ｚｎなどの酸
化物等も合わせて添加することもできる。

【００４６】また、高誘電体層中の高誘電率付与剤がＺ
ｒＯ₂の場合、絶縁層中にはＺｒ成分を含有せしめるこ
とが望ましい。これは、絶縁層中にＺｒ成分が全く含ま
れないと、前述の高誘電体層中のＺｒＯ₂成分が絶縁層
に溶出して高誘電体層の組成が変化したり、高誘電体層
自体の厚みが薄くなるなど、安定した誘電特性が得られ
ず、また、Ｚｒが過度に多く含まれると、絶縁層の誘電
率が高くなるためである。

【００４７】従って、絶縁層として低誘電率であること
が必要とされる配線層が内設される箇所ではＺｒ量はＺ
ｒＯ₂換算で０．５〜１０重量％が望ましい。逆に配線
層が全く形成されず、誘電率が高くても問題とならない
箇所については、Ｚｒ量が１０重量％より多くても支障
はなく、誘電体層と同一組成物により構成してもよい。

【００４８】また、基板中で、熱膨張特性が異なる高誘
電体層と絶縁層が直接、あるいは電極層を介して接する
構造においては、熱膨張差から生じる熱応力による破壊
が生じやすくなる。従って、図１の多層配線基板におい
て高誘電体層３とや電極４、５と、絶縁層２との間、図
２の半導体素子収納用パッケージにおいて、高誘電体層
１３や電極１４、１５と、絶縁層１１との間に、高誘電
体層と絶縁層との組成物を混合したような中間的組成か
らなる中間層を介在させればよい。

【００４９】上述のように、本発明によれば、絶縁層中
にＺｒを含有せしめることにより高誘電体層中のＺｒＯ
₂の拡散を防止することもできるが、前述した通り、誘
電体層中のＺｒＯ₂中にはＺｒＯ₂を安定化させるため
の安定化剤が含まれている。従って、絶縁層中にＺｒＯ
₂を脱安定化させないために、高誘電体層のＺｒＯ₂中
に含まれる安定化剤と同様な安定化剤、をわずかながら
含有させることが望ましい。安定化剤となる化合物とし
ては、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ₂Ｏ₃などの希土類元素酸化
物が挙げられる。

【００５０】（配線層）また、絶縁層中に配設される配
線層は、通常のメタライズ法により形成されるもので、
Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等から選ばれる少な
くとも１種の金属により形成することができる。この配
線層は、一般にはおよそ３〜５０μｍの厚みで、絶縁層
の層間あるいは表面に形成されるが、高出力が要求され
る場合には、その厚みは数ｍｍに至る場合もある。

【００５１】（製造方法）本発明における多層配線基板
および半導体素子収納用パッケージは、例えば以下のよ
うにして製造される。まず、絶縁層として、ムライト粉
末を８８〜９６重量％と、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、
Ｙ₂Ｏ₃等の希土類元素やアルカリ土類金属の酸化物等
の焼結助剤を０．５〜１２重量％と、必要に応じてＦｅ
₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｍｏ或いは
Ｗ等の着色剤を５重量％以下添加混合し、これに例え
ば、ブチラール、アクリル等のバインダーを添加し、さ
らにトルエン等の溶剤を添加混合し、ドクターブレード
法、カレンダーロール法等の公知の成形方法により厚さ
０．１〜１ｍｍのシート状成形体を作製する。

【００５２】一方、高誘電体層として、ムライト粉末
と、高誘電率付与剤と、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｃａ
Ｏ、ＭｇＯ等のアルカリ土類金属成分及びＹ₂Ｏ₃等の
希土類酸化物から成る焼結助剤成分とを前述したような
比率で混合し、必要により、さらにＦｅ₂Ｏ₃，Ｃｒ₂
Ｏ₃，ＭｎＯ₂，ＴｉＯ₂，Ｍｏ或いはＷ等の５重量％
以下添加混合し、これに例えば、ブチラールやアクリル
等のバインダーを添加し、さらにトルエン等の溶剤を添
加混合した後、ドクターブレード法、カレンダーロール
法等の公知の成形方法により、厚さ２０〜６０μｍのシ
ート状成形体を作製する。

【００５３】高誘電体層中に高誘電率付与剤としてＺｒ
Ｏ₂粉末を用いる場合には、予め５〜１５モル％のＹ₂
Ｏ₃などの固溶により安定化された立方晶を含むＺｒＯ
₂粉末を含むを用いることが望ましい。安定化剤の含有
量を５〜１５モル％とするのは、５モル％よりも少ない
と正方晶から単斜晶への相変態が生じやすくクラックが
生じる等の不具合が生じるからであり、１５モル％より
も多いとＺｒＯ₂そのものの誘電率が低下し、誘電体層
の高誘電率化の効果が低下するからである。

【００５４】なお、安定化または部分安定化ＺｒＯ₂を
原料粉末として用いなくても、調合によりＺｒＯ₂を安
定化するに必要な安定化剤元素の酸化物およびその化合
物を添加し焼成段階で安定化させても良い。

【００５５】このシート状成形体の表面には、配線層を
形成するためのＷ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎなどの金属成分を
含むメタライズペーストをスクリーン印刷法等により配
線パターンに印刷され、場合によっては、スルーホール
が形成され、そのスルーホール内にもメタライズペース
トが充填される。

【００５６】そして、上記のようにして作製された高誘
電体層シート状成形体の上下面には、電極層としてＷ、
ＭｏまたはＲｅを７０〜１００重量％、必要に応じてＡ
ｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、アルカリ土類金属、希
土類金属およびその化合物等を０〜３０重量％添加含有
して成る電極層形成用ペーストを塗布する。

【００５７】そして、電極層形成用ペーストが塗布され
た高誘電体層シート状成形体を、絶縁層用シート状成形
体の間に介装するか、あるいは絶縁層用シート状成形体
の表面に高誘電体層シート状成形体を積層し、所定の圧
力で加圧圧着する。

【００５８】なお、薄い高誘電体層を形成する場合に
は、絶縁層用シート状成形体の表面に電極層形成用ペー
スト塗布、高誘電体層形成用のスラリー塗布、電極層形
成用ペースト塗布を順次行うことにより作製することも
できる。この場合も、高誘電体層中に、添加される焼結
助剤成分は２重量％以上であることが望ましい。

【００５９】上記のようにして作製された積層体を加湿
した窒素，水素混合ガスなどの還元性雰囲気中で、１７
００℃以下の温度において、１〜２時間焼成することに
より、高誘電体層が一対の電極層により挟持されたコン
デンサ部が積層形成された多層配線基板が形成される。
なお、焼成温度は絶縁層と配線層とコンデンサ部とを同
時焼成するための条件として設定され、１４００℃より
も低くなると高融点金属からなる配線層や電極層との同
時焼成が困難となる。１４００℃以下で焼成する場合に
は、配線層としてＮｉやＣｕ、もしくはそれらと高融点
金属粉末の混合物のメタライズを用いることが好まし
い。

【００６０】尚、コンデンサ部は、高誘電体層と電極層
とを交互に積層して構成してもよく、かかる積層構造に
よって高い静電容量を得ることができる。

【００６１】また、半導体収納用パッケージを製造する
場合には、上記多層配線基板の製造方法に加え、周知の
方法に基づき、図２における半導体素子を収納するため
の凹部１８を形成すべく絶縁層を積層圧着した後、同時
焼成して配線基板を作製し、その後、別途作製された蓋
体を配線基板の凹部を密閉するように、Ａｕ−Ｓｎろ
う、ハンダ、低融点ガラス、溶接（シームウエルド）な
どにより絶縁基板に密着することにより得ることができ
る。

【００６２】以下、本発明を具体的に次の例で説明す
る。実施例１（絶縁層ムライト−高誘電体層ムライト＋W,M
o）原料粉末として、ＳｉＯ₂７重量％，ＣａＯ０．５重量
％，ＭｇＯ０．５重量％の焼結助剤成分と、ＷまたはＭ
ｏからなる高誘電率付与剤を１０〜３０重量％、残部を
平均粒径３μｍのムライト粉末とした混合粉末を調製
し、これにアクリル樹脂からなるバインダーを添加し、
さらにトルエンとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、
可塑剤等からなるものを添加混合した後、ドクターブレ
ード法によりシート化し、高誘電体層成形体を得た。

【００６３】一方、絶縁層成形体を、平均粒径３μｍの
ムライト粉末を９２重量％と、焼結助剤としてＳｉＯ₂
７重量％，ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％
と、ブチラールからなるバインダーを添加し、さらにト
ルエンを添加混合した後、ドクターブレード法によりシ
ート化し、絶縁層成形体を作製した。そして、上記高誘
電体層成形体及び絶縁層成形体にスルーホールを形成
し、Ｗの高融点金属ペーストを充填した。

【００６４】この後、高誘電体層成形体の上下面に、Ｗ
を９８重量％と、ムライトを２重量％含有してなる電極
層ペーストをスクリーン印刷し、電極層を形成した。

【００６５】そして、電極層ペーストが塗布された高誘
電体層成形体を、絶縁層成形体の間に介装し、この後、
加湿した窒素−水素混合ガス（還元性雰囲気）中で、１
６００℃において２時間焼成し、高誘電体層成形体、絶
縁層成形体および電極層を同時に焼成した。

【００６６】高誘電体層成形体の高誘電率付与剤の種類
や量及び電極層の材料を変化させ、上記のようにして得
られた基板に対して、静電容量を測定しその結果を表１
に示した。また、高誘電体層の誘電率も合わせて測定し
た。

【００６７】尚、本実験では、電極形状を２５ｍｍ×２
５ｍｍ×６μｍとし、高誘電体層の厚みを２５〜５０μ
ｍとした。また、静電容量はＬＣＲメータ（Ｙ．Ｈ．Ｐ
４２８４Ａ）を用いて行い、１００ＫＨｚ，１．０Ｖｒ
ｍの条件で２５℃において測定した。

【００６８】

【表１】

【００６９】表１より、ムライトに対してＷやＭｏの添
加により誘電率が徐々に高くなることがわかる。また、
電極材料と高誘電率付与剤が同一の場合には、高誘電体
層の厚みが２５μｍであっても２．１ｎＦ以上と高い静
電容量を有することが判る。また、電極材料が高誘電率
付与剤と異なる場合でも、高誘電体層の厚みが３０μｍ
以上である場合には、高い静電容量が得られることが判
る。

【００７０】因みに、本実施例において絶縁層の熱膨張
係数は４．８×１０^-6／℃、高誘電体層が４．８〜５．
０×１０^-6／℃であり、シリコンと近似の熱膨張係数を
有するコンデンサ部を具備した配線基板を作製すること
ができた。

【００７１】実施例２（絶縁層ムライト−高誘電体層ム
ライト＋Re）高誘電体層成形体として、ＳｉＯ₂７重量％，ＣａＯ
０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％の焼結助剤と、Ｒｅ
金属粉末を０〜６０重量％、残部が粒径３μｍのムライ
ト粉末からなる混合粉末を調製し、これにブチラールか
らなるバインダーを添加し、さらにトルエンを添加混合
した後、ドクターブレード法によりシート化し、高誘電
体層成形体を得た。

【００７２】この高誘電体層成形体と実施例１の絶縁層
成形体にスルーホールを形成し、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金
属ペーストを充填した。

【００７３】この後、高誘電体層成形体の上下面に、金
属Ｒｅと、ムライトを１〜１０重量％含有してなる電極
層ペーストをスクリーン印刷し、厚さ８μｍ程度の電極
層を形成した。

【００７４】そして、電極層ペーストが塗布された高誘
電体層成形体を、絶縁層成形体の間に介装した後、加湿
した窒素，水素混合ガス（還元性雰囲気）中で、１６０
０℃において２時間普通焼成し、本発明の多層配線基板
を得た。

【００７５】得られた多層配線基板は、高誘電体層、絶
縁層および電極層とも十分に緻密化しており、層間のは
がれ等も全く観察されなかった。

【００７６】なお、高誘電体層中のＲｅ量の変化に伴う
誘電率の変化を測定した。この時、電極形状を２５ｍｍ
×２５ｍｍ×６μｍとし、高誘電体層の厚み２５μｍと
し、測定はＬＣＲメータ（Ｙ、Ｈ、Ｐ４２８４Ａ）を用
いて行い、１ＫＨｚ、１．０Ｖｒｍの条件で２５℃にお
ける静電容量を測定し、この静電容量から２５℃におけ
る誘電率を計算し図９に示した。

【００７７】この図９から、ムライト中のＲｅの添加量
を増加する程、誘電率が高くなることが判る。そしてＲ
ｅを６０重量％よりも多く添加した実験をおこなった
が、この場合には絶縁抵抗が低下し、誘電率を測定する
ことができなかった。

【００７８】実施例３（絶縁層ムライト−高誘電体層ム
ライト＋ＺｒＯ₂）高誘電体層成形体として、ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ
０．５重量％の焼結助剤と、８モル％のＹ₂Ｏ₃で安定
化された部分安定化ＺｒＯ₂（８Ｙ−ＺｒＯ₂）粉末を
１５〜９０重量％、残部が粒径３μｍのムライト粉末か
らなる混合粉末を調製し、これにブチラールからなるバ
インダーを添加し、さらにトルエンを添加混合した後、
ドクターブレード法によりシート化し、高誘電体層成形
体を得た。

【００７９】一方、絶縁層成形体を、平均粒径３μｍの
ムライト粉末を９２重量％と、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃
７重量％，ＣａＯ０．５重量％，ＭｇＯ０．５重量％を
計８重量％と、ブチラールからなるバインダーを添加
し、さらにトルエンを添加混合した後、ドクターブレー
ド法によりシート化し、絶縁層成形体を作製する。そし
て、高誘電体層成形体及び絶縁層成形体にスルーホール
を形成し、Ｗの高融点金属ペーストを充填した。

【００８０】この後、高誘電体層成形体の上下面に、金
属Ｗと、ムライトを１〜１０重量％含有してなる電極層
ペーストをスクリーン印刷し、厚さ８μｍ程度の電極層
を形成した。

【００８１】そして、電極層ペーストが塗布された高誘
電体層成形体を、絶縁層成形体の間に介装する。この
後、加湿した窒素，水素混合ガス（還元性雰囲気）中
で、１５００℃において２時間普通焼成し、本発明の多
層配線基板を得た。得られた多層配線基板は、高誘電体
層、絶縁層および電極層とも十分に緻密化しており、層
間のはがれ等も全く観察されなかった。

【００８２】なお、高誘電体層中の８Ｙ−ＺｒＯ₂量を
５〜１５モル％で変化させた時の誘電率の変化を測定し
た。この時、電極形状を２５ｍｍ×２５ｍｍ×６μｍと
し、高誘電体層の厚み２５μｍとし、測定はＬＣＲメー
タ（Ｙ、Ｈ、Ｐ４２８４Ａ）を用いて行い、１ＫＨｚ、
１．０Ｖｒｍの条件で２５℃における静電容量を測定
し、この静電容量から２５℃における誘電率を計算し図
１０に示した。

【００８３】この図１０から、ムライト中の８Ｙ−Ｚｒ
Ｏ₂の添加量を増加する程、誘電率が高くなることが判
る。また、ＺｒＯ₂全量に対するＹ₂Ｏ₃固溶量が少な
い方が比誘電率が高いことが判る。

【００８４】実施例４さらに上記実施例３において、高誘電体層としてＺｒＯ
₂全量に対して８モル％のＹ₂Ｏ₃で安定化された安定
化ＺｒＯ₂４９．５重量％、ムライト４９．５重量％、
助剤１重量％とからなる混合物に対して、さらにＷ、Ｍ
ｏ、Ｒｅを添加したものを用いて、焼結し、この材料の
比誘電率を測定し、これを図１１に示した。この図１１
のグラフから明らかなように、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅを添加し
た材料では、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅを添加しない場合よりもさ
らに比誘電率が向上しており、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅの添加量
を増加する程比誘電率が向上していることが判る。さら
に、本発明者等はＭｏの添加量を３０重量％よりも多く
添加する実験、Ｗの添加量を５０重量％よりも多く添加
する実験、Ｒｅの添加量を６０重量％よりも多く添加す
る実験を行ったが、上記添加量を越えると急激に絶縁抵
抗が低下し、比誘電率を測定することができなくなっ
た。

【００８５】また、本発明者は、上記実施例４におい
て、ＭｏとＷの２種類を１：１の割合で添加する実験を
行い、この結果を図１１に示した。この図１１よりＭｏ
とＷを添加した場合にも比誘電率が向上していることが
判る。Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅは酸化物の形で添加しても同様の
効果を得ることができる。

【００８６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の多層配線基
板及び半導体素子収納用パッケージでは、絶縁層をムラ
イトを主成分として形成するとともに、高誘電体層を主
成分のムライトにＷ，Ｍｏ，Ｒｅ，ＺｒＯ₂を添加して
構成したので、アルミナよりもシリコンからなる半導体
素子の熱膨張率に近くなり、半導体素子のパッケージか
らの脱落を防止することができる。また、ムライトに
Ｗ，Ｍｏ，Ｒｅ，ＺｒＯ₂を添加することにより、高い
静電容量を有する誘電体層を形成することができる。従
って、内部に高誘電体層を有しながら、大型の半導体素
子を実装することができる。

【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示す縦断面
図である。

【図２】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示す縦断面図である。

【図３】本発明の多層配線基板の他の実施例を示す縦断
面図である。

【図４】本発明の半導体素子収納用パッケージの他の例
を示す縦断面図である。

【図５】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに
他の実施例を示す縦断面図である。

【図６】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに
他の実施例を示す縦断面図である。

【図７】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに
他の実施例を示す縦断面図である。

【図８】本発明の半導体素子収納用パッケージのさらに
他の実施例を示す縦断面図である。

【図９】本発明における高誘電体層中のＲｅ量と誘電率
との関係を示す図である。

【図１０】本発明における高誘電体層中のＺｒＯ₂量や
Ｙ₂Ｏ₃安定化剤量と誘電率との関係を示した図であ
る。

【図１１】本発明における高誘電体層中のＭｏ量、Ｗ
量、Ｒｅ量、Ｍｏ−Ｗ量との関係を示した図である。

【符号の説明】

１多層配線基板２、１１絶縁層３、１３高誘電体層４、５、１４、１５電極層６、１６コンデンサ部７、１２配線層８、９、２０、２２スルーホール１０半導体素子収納用パッケージ１８凹部（収納部）１９蓋体２１外部端子２３ヒートシンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ムライトを主成分とするセラミックスから
なる絶縁層の表面あるいは絶縁層間にメタライズ配線層
が配設されたセラミック絶縁基板の内部または表面に、
ムライトと、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂から選ばれる
少なくとも１種の高誘電率付与剤を含有する高誘電体層
を一対の電極により挟持してなるコンデンサ部を積層配
設したことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】前記高誘電率付与剤粒子がＷ、Ｍｏの少な
くとも１種からなり、かつ前記電極層が前記高誘電率付
与剤粒子と同一材料を主成分とする請求項１記載の多層
配線基板。
【請求項３】前記高誘電率付与剤粒子がＷ、前記電極層
がＭｏを主成分とするか、或いは、前記高誘電率付与剤
粒子がＭｏ、電極層がＷを主成分とするものであり、且
つ前記高誘電体層の厚みが３０μｍ以上である請求項１
記載の多層配線基板。
【請求項４】ムライトを主成分とするセラミックスから
なる絶縁層の表面あるいは絶縁層間にメタライズ配線層
が配設され、且つ半導体素子を収納する収納部を有する
セラミック絶縁基板の内部または表面に、ムライトと、
Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ及びＺｒＯ₂から選ばれる少なくとも１
種を含有する高誘電体層を一対の電極により挟持してな
るコンデンサ部を積層配設したことを特徴とする半導体
素子収納用パッケージ。
【請求項５】前記高誘電率付与剤粒子がＷ、Ｍｏの少な
くとも１種からなり、かつ前記電極層が前記高誘電率付
与剤粒子と同一材料を主成分とする請求項４記載の半導
体素子収納用パッケージ。
【請求項６】前記高誘電率付与剤粒子がＷ、前記電極層
がＭｏを主成分とするか、或いは、前記高誘電率付与剤
粒子がＭｏ、電極層がＷを主成分とするものであり、且
つ前記高誘電体層の厚みが３０μｍ以上である請求項４
記載の半導体素子収納用パッケージ。