JPH046907Y2 - - Google Patents
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Description
〔産業上の利用分野〕
本考案は、表面搭載タイプの半導体パツケージ
を直接実装するのに適したマザーボード基板に関
し、特に本考案は、リードレスチツプキヤリアを
直接実装するのに適した任意の熱膨張率を有する
マザーボード基板に関する。
〔従来の技術〕
近年、電子技術の進歩にともない、電子機器に
対する高密度化、あるいは演算機能の高速化が進
められている。その結果、マザーボード基板に搭
載される部品もリード付の挿入タイプのものから
比較的低コストで高い実装密度を実現することの
できる表面搭載タイプのものへと移行しつつあ
る。
ところで、従来マザーボード基板としては、主と
してガラス布エポキシ積層板が広く使用されてい
る。
〔考案が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前記ガラス布エポキシ積層板は
熱膨張率が通常チツプキヤリアとして広く使用さ
れているアルミナ焼結体の熱膨張率約７×10-6／
℃に比較して13〜20×10-6／℃と極めて大きいた
め、直接に実装することのできるリードレスチツ
プキヤリアは比較的小さなものに限られ、殆どの
場合はソケツトを介して実装されており、熱伝導
性に劣る欠点を有しているため、多量の発熱を伴
なう高い実装密度を実現することは極めて困難で
あつた。
本考案は、以上のような実状に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは任意の熱膨張率
と優れた熱伝導性を有し、しかも取扱い易くする
ための十分な靱性を有したマザーボード基板、す
なわち各種リードレスチツプキヤリアを直接搭載
することのできるマザーボード基板を提供するこ
とである。
〔問題点を解決するための手段〕
本考案者らは、前述の如き問題点を解決すべく
種々研究した結果、三次元網目状の結晶構造を有
する多孔質セラミツクス焼結体の気孔中に樹脂を
充填することによつて、比較的容易に任意の熱膨
張率を有するセラミツクス複合体となすことがで
き、マザーボード基板として極めて適しているこ
とに想到して本考案を完成した。
以下に、本考案に係るマザーボード基板を第１
図及び第２図を参照して詳細に説明する。
本考案のマザーボード基板１００は、三次元網
目状の結晶構造を有する多孔質セラミツクス焼結
体１０とその気孔中に充填された樹脂２０とから
なる薄板状のセラミツクス複合体３０の少なくと
もいずれかの面に長繊維と樹脂２０との複合体で
あるプリプレグ層５０を介して導体回路４０が形
成されてなるものである。
本考案のマザーボード基板１００を構成するセ
ラミツクス複合体３０は、三次元網目状の結晶構
造を有する多孔質セラミツクス焼結体１０の気孔
中に樹脂２０が充填されてなるものであることが
必要である。
その理由は、三次元網目状の結晶構造を有する
多孔質セラミツクス焼結体１０の気孔中に樹脂２
０を充填することによつて、極めて容易に任意の
熱膨張率を有するセラミツクス質複合体３０とな
すことができるからである。また、前記多孔質セ
ラミツクス焼結体１０は機械加工性が著しく良好
であり、しかも結晶構造が三次元網目状となつて
いることから、セラミツクス本来の特性である熱
伝導性および硬度をそれ程損うことがない。さら
に、上記多孔質セラミツクス焼結体１０の気孔中
に樹脂２０が充填されているため、第１図に示し
たマザーボード基板１００のように、スルーホー
ル６０等を有した場合の信頼性にも極めて優れる
ものである。
なお、前記セラミツクス複合体３０の熱膨張率
は、多孔質セラミツクス焼結体１０を構成するセ
ラミツクスの種類、多孔質セラミツクス焼結体１
０の密度、充填される樹脂２０の種類、樹脂の充
填比率などを適宜選択することによつて任意に調
整することができる。
本考案のマザーボード基板１００は、前記の如
きセラミツクス複合体３０の少なくともいずれか
の面に導体回路４０が形成されてなるものであ
る。
そして、本考案のマザーボード基板１００は、
前記の如きセラミツクス複合体３０と導体回路４
０との間に長繊維と樹脂との複合体であるプリプ
レグ層５０が積層されたものであることが必要な
のである。その理由は、前述の如くプリプレグ層
５０を積層することにより、マザーボード基板表
面の靱性をさらに向上させることができて割れ難
くなるため、自動実装機を極めて容易に適用する
ことができるからである。そして、前述の如くプ
リプレグ層５０を積層することにより、前記マザ
ーボード基板１００の熱膨張率を調整することも
できる。
本考案に係る多孔質セラミツクス焼結体１０を
構成するセラミツクスは、Al2O3、SiO2、ZnO、
ZrO2、MgO、PbO、B2O3、Si3N4、BN、AlN、
あるいはこれらの化合物から選択されるいずれか
１種または２種以上を主として含有することが好
ましい。
なお、前記セラミツクスはいずれも電気的に絶
縁性を有する物質であるが、スルーホール６０や
セラミツクス複合体３０の表面に直接導体回路４
０を形成することなく使用する場合には、SiC、
B4Ｃ等の導電性物質を使用することもできる。
また、前記多孔質セラミツクス焼結体１０は、
平均粒径が10μｍ以下の結晶粒が三次元網目状に
結合しているものであることが有利である。その
理由は、このような多孔質体は、機械加工性、そ
の中でも特にドリル削孔性が極めて良好で、しか
も精密な加工を施すことができるからである。す
なわち、このように形成した多孔質体の気孔中に
樹脂を充填したセラミツクス複合体３０は、任意
の熱膨張率となすことができるだけでなく、ドリ
ル削孔性に優れることにより、任意の個所にスル
ーホール６０を形成することができ、位置精度の
良好なスルーホール６０を形成することができ
る。
本考案に係るセラミツクス焼結体１０は、その
気孔率10〜70容積％の範囲内であることが好まし
い。その理由は、開放気孔率10容積％より少ない
と機械加工性が著しく劣るからであり、一方70容
積％より大きいと実質的な強度が殆どなく、取扱
い中にこわれ易いばかりでなくセラミツクス本来
の特性を十分発揮させることが困難になるからで
ある。
本考案に係るセラミツクス焼結体１０の気孔中
に充填される樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリ
イミド樹脂、トリマジン樹脂、ポリパラバン酸樹
脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコン樹脂、エポ
キシシリコン樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル
酸樹脂、アニリン酸樹脂、フエノール樹脂、ウレ
タン系樹脂、フラン系樹脂、フツ素樹脂から選択
される樹脂を単独あるいは混合して使用すること
ができる。
なお、前記樹脂中にAl2O3、SiO2、ZnO、
ZrO2、MgO、PbO、B2O3、Si3N4、BN、AlN
あるいはこれらの化合物から選択されるいずれか
１種あるいは２種以上の物質をフイラーとして混
合することもできる。
また、上記のセラミツクス焼結体１０の気孔中
に樹脂が充填された本考案に係るセラミツクス質
複合体は、その気孔率が10容積％以下であること
が好ましい。その理由は、この気孔率が10容積％
より大きいとマザーボード基板１００として不可
欠な気体不透過性が不充分であるからであり、な
かでも５容積％以下であることが有利である。
次に、本考案に係るマザーボード基板の製造方
法について説明する。
本考案に係るマザーボード基板を構成するセラ
ミツクス複合体は、まずセラミツクス粉末を主体
とする出発原料を、加圧成形法あるいはドクター
ブレード法等の成形方法によつて生成形体に形成
する。その後、この生成形体中に存在する気孔を
閉塞させることなく結合せしめることにより三次
元網目状の結晶構造を有する多孔質セラミツクス
焼結体となし、次いでこのセラミツクス焼結体の
気孔中へ樹脂を充填することにより製造すること
ができる。
この場合、前記セラミツクス粉末を例えば板状
の生成形体に形成し、この生成形体中に存在する
気孔を閉塞させることなく結合させる方法として
は種々の方法が適用できるが、例えば、セラミツ
クス粉末を常圧焼結あるいは加圧焼結して自己結
合させる方法、セラミツクス粉末によつてセラミ
ツクスを生成する物質を添加して反応焼結して結
合させる方法、あるいは、セラミツクス粉末にガ
ラスセメント等の結合材を配合して常圧焼結ある
いは加圧焼結して結合させる方法等の各種方法を
適用することができる。
なお、前記樹脂をセラミツクス焼結体の気孔中
へ充填する方法としては、樹脂を加熱して溶融さ
せて含浸する方法、樹脂を溶剤に溶融させて含浸
する方法、樹脂をモノマー状態で含浸した後ポリ
マーに転化する方法、あるいは微粒化した樹脂を
分散媒液に分散し、この分散液を含浸して乾燥し
た後、樹脂の溶融温度で樹脂を焼き付ける方法が
適用できる。
以上のように形成したセラミツクス複合体の少
なくとも一つの面に導体回路を形成するのである
が、この導体回路の形成方法は、プリント配線板
あるいはハイブリツトIC配線板で一般的に行わ
れている各種の方法が採用でき、例えばメツキ
法、金属箔接着法、レジン系導体ペースト法、蒸
着法、厚膜導体ペースト法、マルチワイヤー法お
よびそれらの複合された方法が利用できる。な
お、上記のメツキ法としてはテンテイング法、パ
ネルパターン混合法、フルアデイテイブ法、セミ
アデイテイブ法などが行われている。
なお、本考案のマザーボード基板は、前記セラ
ミツクス複合体と導体回路との間に長繊維と樹脂
との複合体であるプリプレグ層が積層されてなる
ものであることが好ましいが、このプリプレグ層
を積層する方法としては、樹脂が含浸された無機
繊維クロスを貼付する方法、あるいは樹脂が充填
された多孔質体と樹脂が含浸された無機繊維クロ
スを重ねて加熱プレスすることにより積層する等
の各種方法が適用される。
次に、本考案を実施例によつて説明する。
実施例 １
この実施例にあつては、第１表に示すように、
これをさらに１−１〜１−17の17種類に分けた
が、以下の説明にあつては主として実施例１−１
について具体的に説明し、１−２〜１−17の各実
施例については、第１表に各具体的数値を示して
その説明を省略する。
平均粒径3.7μｍのコージエライト粉末100重量
部に対し、ポリアクリル酸エステル12重量部、ポ
リエチレングリコール１重量部、解膠剤0.3重量
部および水70重量部を配合し、ボールミル中で３
時間混合した後、ドクターブレード法で厚さ0.9
mmのシート状に成形し、24時間自然乾燥して密度
が1.4ｇ／cm3のグリーンシートを得た。
このグリーンシートを大気圧下の空気中で1400
℃の温度で１時間焼結した。得られた焼結体の厚
さは0.8mm、密度は1.6ｇ／cm3、気孔率は38容積％
であり、また、この焼結体の平均曲げ強度は約６
Kgｆ／mm2であつた。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a motherboard substrate suitable for directly mounting a surface-mount type semiconductor package, and in particular, the present invention relates to a motherboard substrate suitable for directly mounting a leadless chip carrier. The present invention relates to a motherboard substrate having a high rate. [Background Art] In recent years, as electronic technology has progressed, electronic devices have become more densely packed and their arithmetic functions have become faster. As a result, the components mounted on motherboards are also shifting from leaded insertion types to surface mount types that can achieve high packaging density at relatively low cost. Incidentally, glass cloth epoxy laminates have been widely used as motherboard substrates in the past. [Problems to be Solved by the Invention] However, the thermal expansion coefficient of the glass cloth epoxy laminate is about 7×10 -6 / that of the alumina sintered body, which is commonly used as a chip carrier.
Since the temperature is extremely large at 13 to 20 × 10 -6 /°C compared to the average temperature of However, since it has the disadvantage of poor thermal conductivity, it has been extremely difficult to achieve high packaging density due to the generation of a large amount of heat. The present invention was developed in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a material with a desired coefficient of thermal expansion and excellent thermal conductivity, as well as sufficient toughness to make it easy to handle. To provide a motherboard substrate, that is, a motherboard substrate on which various leadless chip carriers can be directly mounted. [Means for Solving the Problems] As a result of various studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention found that resin was incorporated into the pores of a porous ceramic sintered body having a three-dimensional network crystal structure. The present invention was completed based on the idea that a ceramic composite having an arbitrary coefficient of thermal expansion can be formed relatively easily by filling the ceramic with a ceramic material, making it extremely suitable as a motherboard substrate. Below, the motherboard substrate according to the present invention will be described as follows.
This will be explained in detail with reference to the figures and FIG. The motherboard substrate 100 of the present invention includes at least one surface of a thin plate-like ceramic composite 30 consisting of a porous ceramic sintered body 10 having a three-dimensional mesh crystal structure and a resin 20 filled in its pores. A conductive circuit 40 is formed through a prepreg layer 50 which is a composite of long fibers and resin 20. The ceramic composite 30 constituting the motherboard substrate 100 of the present invention must be made by filling the pores of a porous ceramic sintered body 10 with a three-dimensional network crystal structure with a resin 20. . The reason for this is that resin 2 is present in the pores of the porous ceramic sintered body 10 having a three-dimensional network crystal structure.
This is because by filling the ceramic composite body 30 with zero, it is possible to form the ceramic composite 30 having an arbitrary coefficient of thermal expansion very easily. In addition, the porous ceramic sintered body 10 has extremely good machinability and has a three-dimensional network crystal structure, so it does not significantly impair the thermal conductivity and hardness, which are the inherent characteristics of ceramics. Never. Furthermore, since the pores of the porous ceramic sintered body 10 are filled with the resin 20, the reliability is extremely high even when the motherboard substrate 100 shown in FIG. 1 has through-holes 60, etc. It is excellent. The coefficient of thermal expansion of the ceramic composite 30 depends on the type of ceramics constituting the porous ceramic sintered body 10 and the porous ceramic sintered body 1.
It can be arbitrarily adjusted by appropriately selecting the density of zero, the type of resin 20 to be filled, the filling ratio of the resin, etc. The motherboard substrate 100 of the present invention includes a conductor circuit 40 formed on at least one surface of the ceramic composite 30 as described above. The motherboard substrate 100 of the present invention is
Ceramic composite 30 and conductor circuit 4 as described above
It is necessary that the prepreg layer 50, which is a composite of long fibers and resin, is laminated between the fiber and the resin. The reason for this is that by laminating the prepreg layer 50 as described above, the toughness of the surface of the motherboard substrate can be further improved and it becomes less likely to break, so that an automatic mounting machine can be applied very easily. The thermal expansion coefficient of the motherboard substrate 100 can also be adjusted by laminating the prepreg layers 50 as described above. The ceramics constituting the porous ceramic sintered body 10 according to the present invention include Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO,
ZrO2 , MgO, PbO , B2O3 , Si3N4 , BN, AlN,
Alternatively, it is preferable to mainly contain one or more selected from these compounds. The ceramics mentioned above are all electrically insulating substances, but the conductor circuit 4 is directly formed on the surface of the through hole 60 or the ceramic composite 30.
When used without forming 0, SiC,
Conductive materials such as B 4 C can also be used. Moreover, the porous ceramic sintered body 10 is
It is advantageous that crystal grains having an average grain size of 10 μm or less are connected in a three-dimensional network. The reason for this is that such a porous body has extremely good machinability, especially drillability, and can be precisely processed. In other words, the ceramic composite 30 in which the pores of the porous body thus formed are filled with resin can not only have an arbitrary coefficient of thermal expansion, but also has excellent drilling properties, so that it can be drilled into any location. The through hole 60 can be formed, and the through hole 60 can be formed with good positional accuracy. The ceramic sintered body 10 according to the present invention preferably has a porosity in the range of 10 to 70% by volume. The reason for this is that if the open porosity is less than 10% by volume, the machinability will be significantly inferior, while if it is more than 70% by volume, there will be almost no substantial strength and it will not only be easy to break during handling, but also due to the inherent characteristics of ceramics. This is because it becomes difficult to make full use of the The resins to be filled into the pores of the ceramic sintered body 10 according to the present invention include epoxy resin, polyimide resin, trimazine resin, polyparabanic acid resin, polyamideimide resin, silicone resin, epoxy silicone resin, acrylic acid resin, and methacrylic acid resin. Resins selected from resins, aniphosphoric acid resins, phenol resins, urethane resins, furan resins, and fluororesins can be used alone or in combination. In addition, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO,
ZrO2 , MgO, PbO , B2O3 , Si3N4 , BN, AlN
Alternatively, any one or two or more substances selected from these compounds may be mixed as a filler. Further, the ceramic composite according to the present invention in which the pores of the ceramic sintered body 10 are filled with resin preferably has a porosity of 10% by volume or less. The reason is that this porosity is 10% by volume.
This is because if it is larger, the gas impermeability, which is essential for the motherboard substrate 100, will be insufficient, so it is particularly advantageous if it is 5% by volume or less. Next, a method for manufacturing a motherboard substrate according to the present invention will be explained. The ceramic composite constituting the motherboard substrate according to the present invention is first formed into a green body by using a starting material mainly consisting of ceramic powder by a molding method such as a pressure molding method or a doctor blade method. Thereafter, a porous ceramic sintered body having a three-dimensional network crystal structure is created by bonding the pores existing in this formed body without blocking them, and then resin is filled into the pores of this ceramic sintered body. It can be manufactured by In this case, various methods can be applied to form the ceramic powder into, for example, a plate-shaped green body and to bond without clogging the pores present in the green body. A method of self-bonding by sintering or pressure sintering, a method of adding a substance that produces ceramics to ceramic powder and bonding by reaction sintering, or a method of combining a bonding material such as glass cement with ceramic powder. Various methods can be applied, such as a method of bonding by pressureless sintering or pressure sintering. The resin can be filled into the pores of the ceramic sintered body by heating the resin to melt it and impregnating it, by melting the resin in a solvent and impregnating it, or by impregnating the resin in a monomer state and then impregnating it. A method in which the resin is converted into a polymer, or a method in which the finely divided resin is dispersed in a dispersion medium, impregnated with this dispersion, dried, and then baked at the melting temperature of the resin can be applied. A conductor circuit is formed on at least one surface of the ceramic composite formed as described above, and this conductor circuit can be formed using various methods commonly used for printed wiring boards or hybrid IC wiring boards. For example, a plating method, a metal foil bonding method, a resin conductor paste method, a vapor deposition method, a thick film conductor paste method, a multi-wire method, and a combination thereof can be used. Note that the above-mentioned plating methods include a tenting method, a panel pattern mixing method, a full additive method, a semi-additive method, and the like. The motherboard substrate of the present invention is preferably formed by laminating a prepreg layer, which is a composite of long fibers and resin, between the ceramic composite and the conductor circuit. There are various methods to do this, such as attaching a resin-impregnated inorganic fiber cloth, or laminating a resin-filled porous body and a resin-impregnated inorganic fiber cloth by overlapping and hot pressing. applies. Next, the present invention will be explained with reference to examples. Example 1 In this example, as shown in Table 1,
This was further divided into 17 types, 1-1 to 1-17, but in the following explanation, we will mainly focus on Example 1-1.
For each of Examples 1-2 to 1-17, specific numerical values are shown in Table 1, and the explanation thereof will be omitted. 12 parts by weight of polyacrylic acid ester, 1 part by weight of polyethylene glycol, 0.3 parts by weight of peptizer and 70 parts by weight of water were mixed with 100 parts by weight of cordierite powder with an average particle size of 3.7 μm, and the mixture was mixed in a ball mill with 3 parts by weight.
After mixing for an hour, use the doctor blade method to obtain a thickness of 0.9
The green sheet was molded into a sheet with a thickness of 1.0 mm and air-dried for 24 hours to obtain a green sheet with a density of 1.4 g/cm 3 . This green sheet is heated in air under atmospheric pressure for 1400 min.
It was sintered for 1 hour at a temperature of °C. The thickness of the obtained sintered body was 0.8 mm, the density was 1.6 g/cm 3 , and the porosity was 38% by volume.
The average bending strength of this sintered body is approximately 6
It was Kgf/ mm2 .
以上説明した通り、本考案に係るマザーボード
基板にあつては、上記の各実施例によつても明ら
かなように、任意の熱膨張率と優れた熱伝導性、
さらには自動実装機を適用するのに十分な靱性を
有するものであつて、比較的低コストで高い実装
密度を実現することのできるリードレスチツプキ
ヤリア等を実装することができ産業上極めて有用
である。
As explained above, the motherboard substrate according to the present invention has an arbitrary coefficient of thermal expansion, excellent thermal conductivity, and
Furthermore, it has sufficient toughness to be applied to automatic mounting machines, and can be used to mount leadless chip carriers that can achieve high packaging density at a relatively low cost, making it extremely useful industrially. be.
第１図及び第２図は本考案に係るマザーボード
基板の縦断面図を示しており、第１図はスルーホ
ールを有している場合、第２図はスルーホールを
有していない場合をそれぞれ示している。
符号の説明、１００……マザーボード基板、１
０……多孔質セラミツクス焼結体、２０……樹
脂、３０……セラミツクス複合体、４０……導体
回路、５０……プリプレグ層、６０……スルーホ
ール。
Figures 1 and 2 show longitudinal cross-sectional views of the motherboard according to the present invention, with Figure 1 showing the case with through holes and Figure 2 showing the case without through holes, respectively. It shows. Explanation of symbols, 100...Motherboard board, 1
0...Porous ceramic sintered body, 20...Resin, 30...Ceramics composite, 40...Conductor circuit, 50...Prepreg layer, 60...Through hole.
Claims (1)
ミツクス焼結体とその気孔中に充填された樹脂
とからなる薄板状のセラミツクス質複合体の少
なくともいずれかの面に長繊維と樹脂との複合
体であるプリプレグ層を介して導体回路が形成
されてなるマザーボード基板。 ２ 前記セラミツクス質焼結体はAl2O3、SiO2、
ZnO、ZrO2、MgO、PbO、B2O3、Si3N4、
BN、AlNあるいはこれらの化合物から選ばれ
るいずれか１種または２種以上を主として含有
する実用新案登録請求の範囲第１項記載のマザ
ーボード基板。 ３ 前記セラミツクス質焼結体は、その気孔率が
10〜70容積％の範囲内である実用新案登録請求
の範囲第１〜２項のいずれかに記載のマザーボ
ード基板。 ４ 前記気孔中に充填される樹脂は、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、トリマジン樹脂、ポリパ
ラバン酸樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコ
ン樹脂、エポキシシリコン樹脂、アクリル酸樹
脂、メタクリル酸樹脂、アニリン酸樹脂、フエ
ノール樹脂、ウレタン系樹脂、フラン系樹脂、
フツ素樹脂から選ばれる樹脂を単独あるいは混
合したものである実用新案登録請求の範囲第１
〜３項のいずれかに記載のマザーボード基板。 ５ 前記セラミツクス複合体の気孔率は、10容積
％以下である実用新案登録請求の範囲第１〜４
項のいずれかに記載のマザーボード基板。[Claims for Utility Model Registration] 1. On at least one surface of a thin plate-shaped ceramic composite consisting of a porous ceramic sintered body having a three-dimensional network crystal structure and a resin filled in its pores. A motherboard substrate with conductor circuits formed through a prepreg layer, which is a composite of long fibers and resin. 2 The ceramic sintered body is made of Al 2 O 3 , SiO 2 ,
ZnO, ZrO2 , MgO, PbO, B2O3 , Si3N4 ,
The motherboard substrate according to claim 1, which is a registered utility model, and which mainly contains one or more selected from BN, AlN, or compounds thereof. 3 The ceramic sintered body has a porosity of
The motherboard substrate according to any one of claims 1 to 2, wherein the content is within the range of 10 to 70% by volume. 4 The resin filled in the pores includes epoxy resin, polyimide resin, trimazine resin, polyparabanic acid resin, polyamideimide resin, silicone resin, epoxy silicone resin, acrylic acid resin, methacrylic acid resin, aniphosphoric acid resin, phenolic resin, Urethane resin, furan resin,
Utility model registration claim 1 which is a resin selected from fluororesins alone or in combination
The motherboard substrate according to any one of items 1 to 3. 5. Utility model registration claims 1 to 4, wherein the ceramic composite has a porosity of 10% by volume or less.
The motherboard substrate described in any of the paragraphs.
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| JPS62123924U JPS62123924U (en) | 1987-08-06 |
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1986
- 1986-01-29 JP JP1986011143U patent/JPH046907Y2/ja not_active Expired
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| JPS62123924U (en) | 1987-08-06 |
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