JPH10209324A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】外力印加によって絶縁基体に割れや欠けが発生
し、また配線導体の一部が絶縁基体から離脱してしま
う。 【解決手段】６０乃至９５重量％の無機絶縁物粉末と５
乃至４０重量％の熱硬化性樹脂とから成り、前記無機絶
縁物粉末を前記熱硬化性樹脂により結合して成る絶縁基
体１の表面に金属箔から成る配線導体２が被着されてい
るとともに該絶縁基体１の内部に金属粉末を熱硬化樹脂
により結合した配線導体３が埋設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を収容
するための半導体素子収納用パッケージや混成集積回路
基板等に用いられる配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、配線基板、例えば半導体素子を収
容する半導体素子収納用パッケージに使用される配線基
板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスより
成り、その上面に半導体素子を搭載する搭載部を有する
絶縁基体と、前記絶縁基体の上面で搭載部又は搭載部近
傍から絶縁基体下面にかけて導出されたタングステン、
モリブデン等の高融点金属材料から成る配線導体とから
構成されており、前記絶縁基体の搭載部に半導体素子を
搭載するとともに該半導体素子の各電極を絶縁基体の上
面に導出した配線導体に半田バンプやボンディングワイ
ヤー等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しか
る後、前記絶縁基体の上面に、金属やセラミックス等か
ら成る蓋体を半導体素子を覆うようにしてガラス、樹
脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、半導体素子を
気密に収容することによって製品としての半導体装置と
なり、配線導体の絶縁基体下面に導出した部位を外部電
気回路基板の電気配線に接続させることによって半導体
素子の各電極が外部電気回路基板に電気的に接続される
こととなる。

【０００３】この従来の配線基板は、一般にセラミック
グリーンシート積層法によって製作されており、具体的
には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有
機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となすとと
もにこれを従来周知のドクターブレード法を採用しシー
ト状に成形することによって複数のセラミックグリーン
シートを得、次に前記セラミックグリーンシートに適当
な打ち抜き加工を施すとともに配線導体となる金属ペー
ストを所定パターンに印刷塗布し、最後に前記セラミッ
クグリーンシートを所定の順に上下に積層して生セラミ
ック成形体となすとともに該生セラミック成形体を還元
雰囲気中約１６００℃の高温で焼成することによって製
作される。

【０００４】しかしながら、この従来の配線基板は、絶
縁基体を構成する酸化アルミニウム質焼結体等のセラミ
ックスが硬くて脆い性質を有するため、搬送工程や半導
体装置製作の自動ライン等において配線基板同士が、あ
るいは配線基板と半導体装置製作自動ラインの一部とが
激しく衝突すると絶縁基体に欠けや割れ、クラック等が
発生し、その結果、半導体素子を気密に収容することが
できず、半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に
作動させることができなくなるという欠点を有してい
た。

【０００５】また、前記配線基板の製造方法によれば、
生セラミック成形体を焼成する際、生セラミック成形体
に不均一な焼成収縮が発生し、得られる配線基板に反り
等の変形や寸法のばらつきが発生し、その結果、半導体
素子の各電極と配線導体とを、あるいは配線導体と外部
電気回路基板の配線導体とを正確、且つ確実に電気的に
接続することが困難であるという欠点も有していた。

【０００６】そこで、配線基板の絶縁基体を従来のセラ
ミックスに代えて無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で結合
した材料で形成するとともに配線導体を従来の高融点金
属材料に代えて銅等の金属粉末を熱硬化性樹脂で結合し
た材料で形成した配線基板が提案されている。

【０００７】この無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で結合
して成る絶縁基体と金属粉末を熱硬化性樹脂で結合して
成る配線導体とから成る配線基板は、熱硬化性樹脂前駆
体と無機絶縁物粉末とを混合して成る半硬化状態の前駆
体シートを準備するとともに該前駆体シートに適当な打
ち抜き加工を施し、次にこれに熱硬化性樹脂前駆体と金
属粉末とを混合して成る金属ペーストを所定パターンに
印刷塗布し、最後に前記金属ペーストが印刷塗布された
前駆体シートを必要に応じて積層するとともにこれを約
１００〜３００℃の温度で熱硬化させることによって製
作される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この無
機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で結合して成る絶縁基体と
銅等の金属粉末を熱硬化性樹脂で結合して成る配線導体
とから成る配線基板は、配線導体を構成する金属粉末と
熱硬化性樹脂との接合強度が若干弱く、配線基板に半導
体素子の電極を接続する際等において配線導体に大きな
外力が印加されると該外力によって熱硬化性樹脂による
金属粉末同士の結合が外れて配線導体の一部が離脱し、
絶縁基体より剥離して、半導体素子等の電極と配線導体
との電気的接続の信頼性が若干劣るという解決すべき課
題を有していた。

【０００９】そこで、前記配線基板の配線導体を、金属
粉末を熱硬化性樹脂で結合して成る材料に代えて銅箔等
の金属箔により形成することが考えられる。

【００１０】この場合、配線基板は、熱硬化性樹脂前駆
体と無機絶縁物粉末とを混合して成る半硬化状態の前駆
体シートを準備するとともにこれに銅箔を接着し、次に
前記銅箔をエッチングして所定パターンの配線導体とな
し、しかる後、この前駆体シートを複数枚積層圧着する
とともに１００〜３００℃の温度で熱硬化させることに
よって製作される。

【００１１】しかしながら、配線基板の配線導体を銅箔
等の金属箔で形成した場合、該銅箔等の金属箔から成る
配線導体は、その断面形状が変形し難いこと、またエッ
チングによりパターン形成されるためその側面が切り立
った形状となっていること等から、絶縁基体となる前駆
体シートを積層圧着する際に上下に積層された前駆体シ
ート間で配線導体の側面近傍が十分に密着せず、その結
果、絶縁基体の内部に埋設された配線導体の側面近傍に
空隙が形成され易い。このように配線導体の側面近傍に
空隙が形成されると、該空隙の中に大気中の水分等が浸
入して配線導体間の電気的絶縁性が劣化して配線に漏電
や短絡が発生したり、配線導体が腐食して断線してしま
ったりするという欠点が誘発される。

【００１２】本発明は上記諸欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は外力印加によっても欠けや割れ等が発生
し難い配線基板を提供することにある。

【００１３】また本発明の他の目的は反りや寸法のばら
つきが少なく、半導体素子等を配線導体に容易に正確、
かつ確実に電気的に接続させることが可能な配線基板を
提供することにある。

【００１４】更に本発明の他の目的は絶縁基体の内部に
埋設された配線導体の側面近傍に空隙が形成されるのを
有効に防止するとともに表面に配線導体を強固に接合さ
せ、これによって半導体素子等を配線導体に確実に電気
的に接続させることができる配線基板を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、６
０乃至９５重量％の無機絶縁物粉末と５乃至４０重量％
の熱硬化性樹脂とから成り、前記無機絶縁物粉末を前記
熱硬化性樹脂により結合して成る絶縁基体の表面に金属
箔から成る配線導体が被着されているとともに該絶縁基
体の内部に金属粉末を熱硬化樹脂により結合した配線導
体が埋設されていることを特徴とするものである。

【００１６】本発明の配線基板によれば、絶縁基体が無
機絶縁物粉末を靭性に優れる熱硬化性樹脂で結合するこ
とによって形成されていることから配線基板同士あるい
は配線基板と半導体装置製作ラインの一部とが激しく衝
突したとしても絶縁基体に欠けや割れ、クラック等を発
生することはない。

【００１７】また本発明の配線基板によれば、絶縁基体
表面に被着された配線導体は、金属箔から成ることか
ら、配線導体に半導体素子の電極を接続する際等におい
て配線導体に大きな外力が印加されても配線導体の一部
が離脱し、絶縁基体より剥離することはなく、半導体素
子等の電極を配線導体に確実、強固に電気的接続するこ
とが可能となる。

【００１８】更に本発明の配線基板によれば、絶縁基体
の内部に埋設された配線導体は金属粉末を熱硬化性樹脂
により結合して成り、熱硬化性樹脂前駆体と金属粉末と
を混合して成る金属ペーストを印刷塗布することにより
形成されることから、金属ペーストの流動性に起因して
その側面がなだらかに傾斜していること及び金属ペース
トの有する可塑性のために絶縁基体となる前駆体シート
を積層圧着する際にその断面形状が潰れて偏平となり、
その結果、上下に積層された前駆体シート間で配線導体
の側面近傍が十分に密着し、絶縁基体内部に埋設された
配線導体の側面近傍に空隙が形成されることはない。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付の図面に基づ
き、詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板を半導
体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用し
た場合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２及び３は配
線導体である。

【００２０】前記絶縁基体１は、三枚の絶縁基板１ａ、
１ｂ、１ｃを積層することによって形成されており、そ
の上面に半導体素子４が搭載される。

【００２１】前記絶縁基体１を構成する絶縁基板１ａ、
１ｂ、１ｃは、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、窒
化アルミニウム、炭化珪素、チタン酸バリウム、チタン
酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、酸化チタン、
ゼオライト等の無機絶縁物粉末をエポキシ樹脂、ポリイ
ミド樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリフニレンエー
テル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ビスマレイミドトリ
アジン樹脂等の熱硬化性樹脂により結合することによっ
て形成されており、絶縁基体１を構成する三枚の絶縁基
板１ａ、１ｂ、１ｃはその各々が無機絶縁物粉末を靭性
に優れるエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で結合すること
によって形成されていることから絶縁基体１に外力が印
加されても該外力によって絶縁基体１に欠けや割れ、ク
ラック等が発生することはない。

【００２２】前記無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で結合
して成る三枚の絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃは、無機絶縁
物粉末の量が６０重量％未満、熱硬化性樹脂の量が４０
重量％を越えると各絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃの熱膨張
係数が半導体素子４の熱膨張係数に対して大きく相違
し、半導体素子４が作動時に熱を発し、該熱が半導体素
子４と絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃからなる絶縁基体１に
印加されると、両者間に両者の熱膨張係数の相違に起因
する大きな熱応力が発生し、この大きな熱応力によって
半導体素子４が絶縁基体１から剥離したり、半導体素子
４に割れや欠けが発生してしまう。また無機絶縁物粉末
の量が９５重量％を越え、熱硬化性樹脂の量が５重量％
未満の場合、無機絶縁物粉末を熱硬化性樹脂で強固に結
合することができなくなる。従って、前記絶縁基体１を
構成する絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃの各々は無機絶縁物
粉末の量が６０乃至９５重量％、熱硬化性樹脂の量が５
乃至４０重量％の範囲に特定される。

【００２３】前記絶縁基体１は、例えば粒径が０．１〜
１００μｍ程度の酸化珪素粉末にビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラ
ック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹
脂等の熱硬化性樹脂、及びアミン系硬化剤、イミダゾー
ル系硬化剤、酸無水物系硬化剤等の硬化剤を添加混合し
て得た絶縁ペーストをドクターブレード法等のシート成
形法を採用してシート状となすとともにこれを約２５〜
１００℃の温度で半硬化させることによって絶縁基板１
a 、１b 、１c と成る前駆体シートを得、しかる後、前
記前駆体シートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこ
れらを所定の順に積層圧着し、最後に前記積層圧着され
た前駆体シートを約８０〜１５０℃の温度で熱硬化させ
ることによって製作される。

【００２４】更に前記絶縁基体１は、その上面及び下面
に例えば銅箔等の金属箔から成る配線導体２が被着され
ているとともにその内部に銅等の金属粉末を熱硬化性樹
脂で結合して成る配線導体３が埋設されている。

【００２５】前記絶縁基体１の上面に被着された金属箔
から成る配線導体２は、半導体素子４の各電極を絶縁基
体１の内部に設けた配線導体３に電気的に接続するため
の接続パッドとして作用し、該絶縁基体１の上面に被着
された配線導体２には半導体素子４の各電極が半田バン
プ５を介して接続される。

【００２６】また前記絶縁基体１の下面に被着された金
属箔から成る配線導体２は、絶縁基体１の内部に設けた
配線導体３を外部電気回路基板に電気的に接続するため
の接続パッドとして作用し、該絶縁基体１の下面に被着
された配線導体２は外部電気回路基板の電気配線に半田
を介して接続される。

【００２７】前記絶縁基体１の上面及び下面に被着され
た配線導体２は、銅箔等の金属箔から成り、該配線導体
２を形成する金属箔はこれを構成する金属原子同士が金
属結合により互いに極めて強固に結合していることか
ら、配線導体２に半導体素子４の電極を接続する際や配
線導体２を外部電気回路基板の電気配線に接続する際等
において配線導体２に大きな外力が印加されても配線導
体２の一部が離脱し、絶縁基体１から剥離することはな
く、これによって半導体素子４の電極や外部電気回路基
板の電気配線を配線導体２に確実、且つ強固に接続する
ことができる。

【００２８】前記絶縁基体１の上面及び下面に被着させ
た銅箔等の金属箔から成る配線導体２は、例えばポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成る転写シート上
に銅箔等の金属箔を貼着させるとともに該金属箔を従来
周知のフォトリソグラフィー技術を採用して所定のパタ
ーンにエッチングし、しかる後、前記転写シート上の金
属箔を絶縁基板１a となる前駆体シートの上面及び絶縁
基板１c となる前駆体シートの下面に押圧密着させると
ともにこれらから転写シートを除去し、前記金属箔を絶
縁基板１a となる前駆体シートの上面及び絶縁基板１c
となる前駆体シートの下面に転写しておくことによって
絶縁基体１の上面及び下面に被着される。

【００２９】また、前記絶縁基体１の内部に埋設された
配線導体３は、絶縁基体１の上下面に被着された配線導
体２を互いに電気的に接続する作用を為し、銅、銀、表
面が銀で被覆された銅、銀−銅合金、金等の金属粉末を
エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂により結合して成り、例え
ば粒径が０．１〜２０μm 程度の銅粉末にビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型
エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂及びアミン系硬化剤、イ
ミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化剤等の硬化剤を添
加混合して得た金属ペーストを絶縁基板１a 、１b 、１
c となる前駆体シートに予め従来周知のスクリーン印刷
法を採用し所定パターンに印刷塗布しておくことによっ
て絶縁基体１の内部に埋設される。この場合、絶縁基体
１の内部に埋設された配線導体３は熱硬化性樹脂前駆体
と金属粉末とから成る金属ペーストを絶縁基板１a 、１
b 、１c となる前駆体シートに所定パターンに印刷塗布
することによって形成されており、印刷塗布された金属
ペーストはその流動性に起因して側面がなだらかに傾斜
したものとなっているとともにその可塑性によって絶縁
基板１a 、１b 、１cとなる前駆体シートを積層圧着し
た際、積層圧着の圧力によって断面形状が偏平となり、
その結果、上下に積層された前駆体シートは配線導体３
の側面近傍を含む全ての面が完全に密着し、配線導体３
の側面近傍に空隙が形成されることはない。

【００３０】なお前記配線導体３に含有される金属粉末
は、配線導体３に導電性を付与する作用を為し、その含
有量が７０重量％未満では配線導体３の電気抵抗が高い
ものとなり、また９５重量％を越えると金属粉末を熱硬
化性樹脂で強固に結合して所定の配線導体３を形成する
ことが困難となる傾向にある。従って、前記配線導体３
は、その内部に含有される金属粉末の量を７０乃至９５
重量％の範囲としておくことが好ましい。

【００３１】かくして本発明の配線基板によれば、絶縁
基体１の上面に半導体素子４を搭載するとともに半導体
素子４の各電極を半田バンプ５を介して配線導体２に電
気的に接続し、最後に前記絶縁基体１の上面に図示しな
い椀状の蓋体を樹脂等から成る封止材を介して接合さ
せ、絶縁基体１と蓋体とから成る容器内部に半導体素子
４を気密に収容することによって半導体装置となる。

【００３２】なお本発明は、上述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であ
れば、種々の変更は可能であり、例えば上述の実施例で
は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素
子収納用パッケージに適用した場合を例に採って説明し
たが、例えば混成集積回路基板等他の用途に使用される
配線基板に適用してもよい。

【００３３】また上述の実施例では、三枚の前駆体シー
トを積層することによって絶縁基体１を製作したが、一
枚や二枚、あるいは四枚以上の前駆体シートを使用して
絶縁基体１を製作してもよい。

【００３４】更に上述の実施例では、絶縁基体１を無機
絶縁物粉末と熱硬化性樹脂とで形成したが、更に内部に
ガラス繊維やカーボン繊維、アラミド繊維、アルミナ繊
維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウム
ウィスカー等の短繊維を混入させてもよい。

【００３５】また更に上述の実施例では、配線導体３は
金属粉末を熱硬化性樹脂により結合させることによって
形成していたが、配線導体３に更に低融点金属を配合さ
せ、該低融点金属に金属粉末同士の結合を助長させても
よい。この場合、配線導体３となる金属ペースト中に低
融点金属として例えば錫−鉛半田等から成る低融点金属
粉末を配合させておけばよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、絶縁基体が
無機絶縁物粉末を靱性に優れる熱硬化性樹脂で結合する
ことにより形成されていることから、配線基板同士ある
いは配線基板と半導体装置の一部とが激しく衝突しても
絶縁基体に欠けや割れ、クラック等が発生することはな
い。

【００３７】また本発明の配線基板によれば、前記絶縁
基体の表面に被着された配線導体は、銅箔等の金属箔か
ら成り、該絶縁基体表面に被着された配線導体を形成す
る金属箔はこれを構成する金属原子同士が金属結合によ
り互いに極めて強固に結合していることから、絶縁基体
表面に被着された配線導体を半導体素子の電極や外部電
気回路基板の電気配線に接続する際等において絶縁基体
表面に被着された配線導体に大きな外力が印加されても
絶縁基体表面に被着された配線導体の一部が離脱し、絶
縁基体から剥離することはなく、これによって半導体素
子等の電極や外部電気回路基板の配線導体を絶縁基体表
面に被着された配線導体に確実、且つ強固に接続するこ
とができる。

【００３８】更に本発明の配線基板によれば、絶縁基体
の内部に埋設された配線導体は金属粉末を熱硬化性樹脂
により結合して成り、熱硬化性樹脂前駆体と金属粉末と
を混合して成る金属ペーストを印刷塗布することにより
形成されることから、金属ペーストの流動性に起因して
その側面がなだらかに傾斜していること及び金属ペース
トの有する可塑性のために絶縁基体となる前駆体シート
を積層圧着する際にその断面形状が潰れて偏平となり、
その結果、上下に積層された前駆体シート間で配線導体
の側面近傍も十分に密着し、絶縁基体内部に埋設された
配線導体の側面近傍に空隙が形成されることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板を半導体素子収納用パッケー
ジに適用した場合の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・絶縁基体 １ａ、１ｂ、１ｃ・・・絶縁基板 ２・・・・・・・・・・絶縁基体１の表面に被着された
配線導体 ３・・・・・・・・・・絶縁基体１の内部に埋設された
配線導体 ４・・・・・・・・・・半導体素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】６０乃至９５重量％の無機絶縁物粉末と５
   乃至４０重量％の熱硬化性樹脂とから成り、前記無機絶
   縁物粉末を前記熱硬化性樹脂により結合して成る絶縁基
   体の表面に金属箔から成る配線導体が被着されていると
   ともに該絶縁基体の内部に金属粉末を熱硬化樹脂により
   結合した配線導体が埋設されていることを特徴とする配
   線基板。