JPH11335156A - Low-temperature fired porcelain composition and production of porcelain - Google Patents
Low-temperature fired porcelain composition and production of porcelainInfo
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- JPH11335156A JPH11335156A JP14569498A JP14569498A JPH11335156A JP H11335156 A JPH11335156 A JP H11335156A JP 14569498 A JP14569498 A JP 14569498A JP 14569498 A JP14569498 A JP 14569498A JP H11335156 A JPH11335156 A JP H11335156A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｃｕ等の低抵抗金
属からなるメタライズ配線層を具備する配線基板におけ
る絶縁基板に適し、特にメタライズ配線層と同時焼成可
能な低温焼成磁器組成物およびその磁器の製造方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low-temperature fired porcelain composition which is suitable for an insulating substrate in a wiring board having a metallized wiring layer made of a low-resistance metal such as Cu, and which can be fired simultaneously with the metallized wiring layer, and a porcelain thereof And a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来技術】従来、配線基板における絶縁基板用の磁器
としては、ガラスおよびセラミックスなどの焼結体から
なる電気絶縁材料が主として用いられ、これらの磁器は
半導体素子収納用パッケージ等の絶縁基板として多用さ
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a porcelain for an insulating substrate in a wiring board, an electrically insulating material made of a sintered body such as glass and ceramics is mainly used, and these porcelains are often used as an insulating substrate for a package for housing a semiconductor element. Have been.
【０００３】配線基板の典型的な利用形態である半導体
素子収納用パッケージは、例えば絶縁基板の上面中央部
に半導体素子が実装され、半導体素子から下面にかけて
導出されるメタライズ配線層を有し、さらに前記絶縁基
板の下面にはメタライズ配線層と電気的に接続される接
続パッドが形成され、その前記接続パッドには接続端子
がロウ付け取着された構造からなる。A semiconductor element storage package, which is a typical use of a wiring board, has a metallized wiring layer in which, for example, a semiconductor element is mounted on a central portion of an upper surface of an insulating substrate and extends from the semiconductor element to a lower surface. A connection pad electrically connected to the metallized wiring layer is formed on a lower surface of the insulating substrate, and the connection pad has a structure in which connection terminals are brazed and attached.
【０００４】さらに、場合によっては半導体素子を気密
に封止するための蓋体が上記絶縁基板上面にガラス、樹
脂等の封止材を介して接合されている。Further, in some cases, a lid for hermetically sealing the semiconductor element is bonded to the upper surface of the insulating substrate via a sealing material such as glass or resin.
【０００５】かかる半導体素子収納用パッケージを、外
部回路基板の配線導体と接続するには、パッケージの前
記絶縁基板下面の接続パッドに接続された接続端子と外
部回路基板の配線導体とを半田等により電気的に接続さ
れる。In order to connect such a package for housing semiconductor elements to a wiring conductor of an external circuit board, a connection terminal connected to a connection pad on the lower surface of the insulating substrate of the package and a wiring conductor of the external circuit board are soldered or the like. Electrically connected.
【０００６】一般に、半導体素子の集積度が高まるほ
ど、半導体素子に形成される電極数も増大するが、これ
に伴い素子および電極を収納するパッケージにおける端
子数も増大することになる。ところが、電極数が増大す
るに伴うパッケージ自体の大型化にも限界があり、より
小型化するためには、パッケージにおける端子の密度を
高くすることが必要となる。In general, as the degree of integration of a semiconductor device increases, the number of electrodes formed on the semiconductor device also increases. As a result, the number of terminals in a package containing the device and the electrodes also increases. However, there is a limit to the size of the package itself as the number of electrodes increases, and it is necessary to increase the density of terminals in the package in order to further reduce the size.
【０００７】これまでのパッケージにおいて端子の密度
を高めるための構造としては、例えばボールグリッドア
レイ（ＢＧＡ）のように、接続端子を接続パッドに半田
などのロウ材からなる球状端子をロウ付けした端子によ
り構成し、この球状端子を外部回路基板の配線導体上に
載置当接させ、しかる後、前記端子を約２５０〜４００
℃の温度で加熱溶融し、球状端子を配線導体に接合させ
ることによって外部回路基板上に実装することが行われ
ている。このような実装構造により、半導体素子収納用
パッケージの内部に収容されている半導体素子はその各
電極がメタライズ配線層及び接続端子を介して外部回路
基板に電気的に接続される。In a conventional package, as a structure for increasing the terminal density, a terminal in which a spherical terminal made of a brazing material such as solder is soldered to a connection pad, such as a ball grid array (BGA), is used. The spherical terminal is placed and abutted on the wiring conductor of the external circuit board.
2. Description of the Related Art A method of mounting on an external circuit board by heating and melting at a temperature of ° C. and joining a spherical terminal to a wiring conductor has been performed. With such a mounting structure, each electrode of the semiconductor element housed in the semiconductor element housing package is electrically connected to the external circuit board via the metallized wiring layer and the connection terminal.
【０００８】上記のようなパッケージ用絶縁基板材料と
しては、アルミナセラミックスなどに代わり、最近では
低抵抗のＣｕなどの低抵抗金属と同時焼成可能な、具体
的には９００〜１０００℃の低温で焼成できる低温焼成
磁器が開発されている。As an insulating substrate material for a package as described above, instead of alumina ceramics or the like, recently, a low-resistance metal such as low-resistance Cu can be co-fired, and more specifically, fired at a low temperature of 900 to 1000 ° C. Low temperature firing porcelain has been developed.
【０００９】これらのパッケージにおいて従来から絶縁
基板として使用されているアルミナ、ムライトなどのセ
ラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強度を有し、しか
もメタライズ配線層などとの多層化技術として信頼性の
高いことで有用ではあるが、その線熱膨張係数は約４〜
７ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、パッケージが実装
される外部電気回路基板として最も多用されているガラ
ス−エポキシ絶縁層にＣｕ配線層が形成されたプリント
基板の線熱膨張係数は１１〜１８ｐｐｍ／℃と非常に大
きい。Ceramics such as alumina and mullite which have been conventionally used as insulating substrates in these packages have high strength of 200 MPa or more and are highly reliable as a multi-layered technology with metallized wiring layers. Although useful, its coefficient of linear thermal expansion is about 4 to
The linear thermal expansion coefficient of a printed circuit board having a Cu wiring layer formed on a glass-epoxy insulating layer, which is most frequently used as an external electric circuit board on which a package is mounted, is about 11 ppm / ° C. / ° C is very large.
【００１０】そのため、半導体素子収納用パッケージを
プリント基板などの外部回路基板に実装した場合、作動
時に前記絶縁基板と外部回路基板との線熱膨張係数の相
違に起因して大きな熱応力が発生する。その結果、接続
パッドが絶縁基板より剥離したり、端子が配線導体より
剥離したりし、半導体素子収納用パッケージの接続端子
を外部回路基板の配線導体に長期にわたり安定に電気的
接続させることができないという欠点を有していた。特
に、ＢＧＡ構造を持っているがパッケージサイズが半導
体のチップサイズに近似したチップスケールパッケージ
（ＣＳＰ）ではパッケージとプリント基板との接続距離
が小さいため、１０〜１５ｍｍ角の小さなサイズでも両
者間の熱膨張差が問題になる。Therefore, when the package for housing the semiconductor element is mounted on an external circuit board such as a printed board, a large thermal stress is generated during operation due to a difference in linear thermal expansion coefficient between the insulating board and the external circuit board. . As a result, the connection pads are separated from the insulating substrate, the terminals are separated from the wiring conductor, and the connection terminals of the semiconductor element storage package cannot be stably and electrically connected to the wiring conductor of the external circuit board for a long time. Had the disadvantage that In particular, in a chip-scale package (CSP) having a BGA structure but having a package size similar to a semiconductor chip size, the connection distance between the package and the printed circuit board is small, so even if the size is as small as 10 to 15 mm square, the heat between them is small. The difference in expansion becomes a problem.
【００１１】そこで、絶縁基板用の磁器には高熱膨張係
数を有するものが望まれている。例えば、特願平６−１
９１８８７号公報においては、熱膨張係数が１００〜１
５０×１０-7のガラス中にフォルステライト（２ＭｇＯ
・Ｓｉ０2 ）を３０〜７０重量％分散させことを特徴と
するガラスセラミック複合体が提案されている。Therefore, a ceramic having a high thermal expansion coefficient is desired for a porcelain for an insulating substrate. For example, Japanese Patent Application No. 6-1
In JP-A-91887, the coefficient of thermal expansion is 100 to 1
Forsterite (2MgO) in 50 × 10 -7 glass
· Si0 2) glass ceramic composite, characterized in that is 30 to 70 wt% dispersion has been proposed.
【００１２】さらに、特開昭６３−１１７９２９号公報
においては、ＺｎＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスを
用いたガラスセラミック体が提案されており、かかる公
報によれば、化学組成と熱処理条件の制御によって珪酸
亜鉛の他にコージェライトまたは亜鉛尖小石の結晶を生
成させることで、線熱膨張係数を制御できると報告して
いる。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-117929 proposes a glass ceramic body using ZnO-Al 2 O 3 -SiO 2 glass. It is reported that the linear thermal expansion coefficient can be controlled by generating crystals of cordierite or zinc spar in addition to zinc silicate by the control of.
【００１３】さらに、本出願人によって、特願平０７−
２５３４３９号公報において、ガラスを２０〜８０体積
％、少なくともフォルステライトとクォーツを含むフィ
ラー成分を総量で２０〜８０体積％含有するガラスセラ
ミック焼結体及びそれを用いた配線基板を提案してい
る。これにより、成形体を焼成して得られる焼結体の４
０℃〜４００℃における熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／
℃となり、外部回路基板への長期安定な実装が可能とな
った。[0013] Further, the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Application No.
JP-A-253439 proposes a glass-ceramic sintered body containing 20 to 80% by volume of glass and a total of 20 to 80% by volume of a filler component containing at least forsterite and quartz, and a wiring board using the same. Thereby, 4 of the sintered body obtained by firing the molded body
The thermal expansion coefficient at 0 ° C to 400 ° C is 8 to 18 ppm /
° C, and long-term stable mounting on an external circuit board became possible.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−１１７９２９号公報におけるガラスセラミック体
を利用した集積回路パッケージ基板では、高い線熱膨張
係数の基板が得られると報告されているものの、公報に
記載されているように同一の組成でもわずかな熱処理条
件の相違により析出結晶相が変化し線熱膨張係数を安定
して制御することが難しく、しかも高価な結晶性ガラス
を使用するため、パッケージを安価に製造することがで
きないものである。However, although it is reported that an integrated circuit package substrate using a glass ceramic body disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-117929 can provide a substrate having a high linear thermal expansion coefficient, As described in, even with the same composition, the precipitation crystal phase changes due to slight differences in heat treatment conditions, it is difficult to stably control the linear thermal expansion coefficient, and moreover, since expensive crystalline glass is used, the package Cannot be manufactured at low cost.
【００１５】また、特開平６−１９１８８７号公報にお
けるガラスセラミック体では、ガラスとフォルステライ
トとの組み合わせだけでは焼結体を得るための焼結性の
制御が困難で、焼結体が得られても機械的強度が低く実
用的でない。また、８ｐｐｍ／℃以上の熱膨張係数が得
られない。In the glass ceramic body disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-191887, it is difficult to control the sinterability to obtain a sintered body only by a combination of glass and forsterite. However, the mechanical strength is too low to be practical. Further, a thermal expansion coefficient of 8 ppm / ° C. or more cannot be obtained.
【００１６】さらに、特開平７−２５３４３９号公報に
おいては、上記の問題は解消されるものの、前記配線基
板の原料であるフォルステライトはＳｉＯ2 とＭｇＯか
ら人工的に合成する必要があり、その工程も複雑である
ため原料コストが高くなるという問題があった。Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-253439, although the above problem is solved, forsterite, which is a raw material of the wiring board, needs to be artificially synthesized from SiO 2 and MgO. However, there is a problem that the raw material cost is increased due to the complexity of the method.
【００１７】また、絶縁基板の製法において、絶縁基板
はＣｕ等のメタライズ配線層との同時焼成を行うために
非酸化性雰囲気にて焼成する必要があり、また、磁器自
体が比較的低温で焼結が始まるために、成形用に添加し
た有機樹脂バインダ成分を脱バインダ工程で酸化させガ
スとして完全に分解揮散させることが難しく、磁器中に
カーボンとして残存し、その後の焼成工程でこの残留カ
ーボンがガス化して磁器外へ放出される際に基板とメタ
ライズ配線層との界面にふくれ等の変形および変色が生
じるという問題があった。従って、本発明は、絶縁基板
の表面あるいは内部にメタライズ配線層を具備する配線
基板をガラス−エポキシ樹脂等を絶縁体とする外部回路
基板に対して、強固に且つ長期にわたり安定した接続状
態を維持できる高信頼性の配線基板の絶縁基板として好
適な線熱膨張係数が９〜１６ｐｐｍ／℃の磁器をできる
だけ簡便で低コストに作製することのできる低温焼成磁
器組成物を提供することを目的とする。In the method of manufacturing an insulating substrate, it is necessary to fire the insulating substrate in a non-oxidizing atmosphere in order to perform simultaneous firing with a metallized wiring layer of Cu or the like. Since the sintering starts, it is difficult to oxidize the organic resin binder component added for molding in the binder removal step and completely decompose and volatilize it as a gas, and it remains as carbon in the porcelain. There has been a problem that when gasified and released outside the porcelain, deformation and discoloration such as blistering occur at the interface between the substrate and the metallized wiring layer. Therefore, the present invention maintains a stable and stable connection state for a long period of time with an external circuit board having a metallized wiring layer on the surface or inside of the insulating board as an insulator made of glass-epoxy resin or the like. It is an object of the present invention to provide a low-temperature fired porcelain composition capable of producing a ceramic having a linear thermal expansion coefficient of 9 to 16 ppm / ° C., which is suitable as an insulating substrate for a wiring board with high reliability and as simple as possible and at low cost. .
【００１８】また、Ｃｕメタライズ配線層との同時焼成
を可能とし、バインダ成分の効率的な除去および比較的
少ないガラス量でも低温での焼結を行うことのできる高
品質でかつ安価な磁器を提供することを目的とするもの
である。Further, the present invention provides a high-quality and inexpensive porcelain which can be simultaneously fired with a Cu metallized wiring layer, can efficiently remove a binder component, and can be sintered at a low temperature even with a relatively small amount of glass. It is intended to do so.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点に対して検討を重ねた結果、フォルステライトに代え
て天然鉱石として存在し、ＭｇＯ・ＳｉＯ2 系の化合物
であるタルクを用いることにより、フォルステライトと
同等の作用を有し、しかもバインダ成分の除去が容易で
あり、熱膨張係数と電気特性を劣化させずに生産できる
結果、大幅にコストを低減させられることを見出し、本
発明に至った。Means for Solving the Problems As a result of repeated studies on the above problems, the present inventors use talc, which is a natural ore and is a MgO.SiO 2 -based compound, instead of forsterite. As a result, it has the same effect as forsterite, and it is easy to remove the binder component, and it can be produced without deteriorating the thermal expansion coefficient and the electrical characteristics. Invented the invention.
【００２０】即ち、本発明は、ガラス１０〜８０重量％
と、タルク１０〜７０重量％と、クォーツ５〜６０重量
％とからなり、焼成後の磁器において４０〜４００℃に
おける線熱膨張係数が９〜１６ｐｐｍ／℃を有し、結晶
相として少なくともクォーツおよびエンスタタイトを含
有する低温焼成磁器組成物であることを特徴とするもの
である。That is, the present invention relates to a glass of 10 to 80% by weight.
And 10 to 70% by weight of talc and 5 to 60% by weight of quartz. The sintered ceramic has a linear thermal expansion coefficient of 9 to 16 ppm / ° C. at 40 to 400 ° C., and at least quartz and It is a low-temperature fired porcelain composition containing enstatite.
【００２１】また、かかる低温焼成磁器組成物を用いた
磁器の製造方法としては、上記比率からなる組成物に対
して成形用有機バインダを添加混合してなる混合物を所
定形状に成形した後、該成形体を加熱処理して前記有機
バインダを分解除去し、８００〜１０００℃の温度で焼
成することを特徴とするものである。Further, as a method for producing porcelain using such a low-temperature fired porcelain composition, a mixture obtained by adding and mixing a molding organic binder to a composition having the above ratio is formed into a predetermined shape, and then the mixture is formed. The organic binder is decomposed and removed by heat treatment of the molded body, and the molded body is fired at a temperature of 800 to 1000 ° C.
【００２２】本発明によれば、半導体素子収納用パッケ
ージなどの絶縁基板用の磁器組成物として前記磁器組成
物を用いることにより、クォーツやエンスタタイトの高
熱膨張の結晶の析出によって、磁器の高熱膨張化が達成
できる。その結果、絶縁基板と外部回路基板との熱膨張
係数の差が小さくなるため、熱膨張係数の相違に起因す
る熱応力による配線基板における接続端子と外部回路基
板の配線導体との接続不良を起こすことがなく、内部に
収納する半導体素子と外部の電気回路とを長期間にわた
り正確に、かつ強固に電気的、機械的に接続させること
が可能となる。また、本発明によれば、鉱石であるタル
クを用いることによって、焼成過程で高熱膨張係数を有
するエンスタタイトを生成することができるため、熱膨
張係数と電気特性を劣化させずに、かつ大幅にコストを
低減させられる。According to the present invention, by using the above-mentioned porcelain composition as a porcelain composition for an insulating substrate such as a package for housing a semiconductor element, the high thermal expansion of the porcelain due to the precipitation of crystals having a high thermal expansion of quartz or enstatite. Can be achieved. As a result, the difference in the coefficient of thermal expansion between the insulating substrate and the external circuit board is reduced, so that a connection failure between the connection terminal on the wiring board and the wiring conductor of the external circuit board due to thermal stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion occurs. Therefore, it is possible to accurately and firmly electrically and mechanically connect the semiconductor element housed therein and the external electric circuit for a long period of time. Further, according to the present invention, enstatite having a high coefficient of thermal expansion can be generated in the firing process by using talc, which is an ore. Cost can be reduced.
【００２３】さらに、本発明によれば、タルク原料に不
可避的に含まれる水分が、（１）の反応により７５０℃
付近で生成し、この水分中の酸素が成形体のバインダ成
分の残渣（カーボン）と反応することにより酸化され、
カーボンがガス化されて磁器外へ揮散するため、バイン
ダ成分の除去が短時間で効率よく行われ、残留カーボン
量の低減が図れる。その結果、磁器の表層付近のふく
れ、磁器とメタライズとの界面のふくれ等の変形および
変色を抑制することができる。Further, according to the present invention, the water inevitably contained in the talc raw material is heated to 750 ° C. by the reaction of (1).
Produced in the vicinity, the oxygen in the moisture is oxidized by reacting with the residue (carbon) of the binder component of the molded body,
Since carbon is gasified and volatilized out of the porcelain, the binder component is efficiently removed in a short time, and the amount of residual carbon can be reduced. As a result, deformation and discoloration such as swelling near the surface layer of the porcelain and swelling at the interface between the porcelain and the metallization can be suppressed.
【００２４】 Ｍｇ3 Ｓｉ4 Ｏ10（ＯＨ）2 →Ｍｇ3 Ｓｉ4 Ｏ11＋Ｈ2 Ｏ↑・・・（１）Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 → Mg 3 Si 4 O 11 + H 2 O (1)
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】本発明の磁器組成物は、ガラスを
１０〜８０重量％と、タルクを１０〜７０重量％と、ク
ォーツを５〜６０重量％とから構成され、焼成後の磁器
における４０〜４００℃における線熱膨張係数が９〜１
６ｐｐｍ／℃、特に９．５〜１４ｐｐｍ／℃を有するも
のである。なお、各成分を上記の比率に限定する理由は
以下の通りである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The porcelain composition of the present invention comprises 10 to 80% by weight of glass, 10 to 70% by weight of talc, and 5 to 60% by weight of quartz. The coefficient of linear thermal expansion at 40 to 400 ° C is 9 to 1
It has 6 ppm / ° C, especially 9.5 to 14 ppm / ° C. The reasons for limiting each component to the above ratio are as follows.
【００２６】まず、タルクが１０重量％より少ないと、
原料であるクォーツの一部がクリストバライトに変態し
て２００〜２５０℃に急激な熱膨張変化が発生し、焼成
後、冷却の際に磁器中に割れが発生したり、磁器を配線
基板の絶縁層として使用する場合には、はんだ付けを行
うに際して、接合部に熱膨張変化による急激な応力発生
に伴う割れが発生するという問題が生じる。７０重量％
を越える場合、９ｐｐｍ／℃以上の熱膨張係数を持つ焼
結体が得られない。特に、望ましい範囲は２０〜７０重
量％である。First, when talc is less than 10% by weight,
A part of quartz, which is a raw material, is transformed into cristobalite, causing a rapid thermal expansion change at 200 to 250 ° C. After firing, cracks are generated in the porcelain upon cooling, or the porcelain is replaced with an insulating layer of a wiring board. When the soldering is used, there is a problem that a crack is generated in the joint part due to a sudden stress generation due to a change in thermal expansion. 70% by weight
If it exceeds, a sintered body having a thermal expansion coefficient of 9 ppm / ° C or more cannot be obtained. Particularly, a desirable range is 20 to 70% by weight.
【００２７】また、クォーツが５重量％より少ないと、
９ｐｐｍ／℃以上の熱膨張係数を持つ焼結体が得られ
ず、６０重量％を越える場合、焼結に関与するガラス量
またはタルク量が少なくなるため焼結が不十分になる。
特に、望ましい範囲は６〜５０重量％である。When the quartz content is less than 5% by weight,
If a sintered body having a thermal expansion coefficient of 9 ppm / ° C. or more cannot be obtained, and if it exceeds 60% by weight, the amount of glass or talc involved in sintering will be small, resulting in insufficient sintering.
In particular, a desirable range is 6 to 50% by weight.
【００２８】本発明において用いられるガラスは、タル
クおよびクォーツのセラミックフィラー無添加または１
０重量％より少ない添加量では、低温で焼結が開始し成
形体の収縮が始まるためバインダ成分を完全に除去する
ことができず、またメタライズ配線層等の焼成温度では
溶融してしまい、メタライズ配線層等を同時焼成により
配設することができない。The glass used in the present invention contains no talc and quartz ceramic fillers or one glass.
If the amount is less than 0% by weight, sintering starts at a low temperature and shrinkage of the molded body starts, so that the binder component cannot be completely removed. Wiring layers and the like cannot be provided by simultaneous firing.
【００２９】これに対し、フィラーを２０〜９０重量％
の割合で混合することにより焼成過程において、結晶の
析出が起こり、フィラー成分を液相焼結させるための液
相量を適切な温度で形成させることができる。On the other hand, 20 to 90% by weight of the filler
In the baking process, crystals are precipitated by mixing at a ratio of, and a liquid phase amount for liquid phase sintering of the filler component can be formed at an appropriate temperature.
【００３０】すなわち、ガラスとタルクおよびクォーツ
のセラミックフィラーからなる上記組成の混合物を成形
し、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕによりメタ
ライズ配線層を構成し絶縁基板と同時に焼成される場
合、これらのメタライズの焼成は６００〜１０００℃で
あるため、焼成条件のマッチングを図ることが必要であ
る。That is, when a mixture of the above composition consisting of glass and ceramic filler of talc and quartz is formed, for example, a metallized wiring layer is formed of Cu, Ag, Ni, Pd, and Au and fired simultaneously with the insulating substrate. Since firing of these metallizations is performed at 600 to 1000 ° C., it is necessary to match firing conditions.
【００３１】かかる点から、用いるガラスの屈伏点は４
００〜８００℃、特に４００〜６５０℃であるのが好ま
しい。すなわち、屈伏点が４００℃より低いとガラスが
低い温度で焼結が開始されるために、例えばＡｇ、Ｃｕ
等の焼結開始温度が６００〜８００℃のメタライズとの
同時焼成が難しく、また成形体の緻密化が低温で開始す
るためにバインダは分解揮散できなくなるためバインダ
成分がカーボンとして残留し、特性および磁器の外観に
影響を及ぼすためである。一方、屈伏点が８００℃より
高いとガラス量を多くしないと焼結しにくくなるため、
高価なガラスが大量に必要となるために焼結体のコスト
を高めることになる。From this point, the yield point of the glass used is 4
The temperature is preferably from 00 to 800 ° C, particularly preferably from 400 to 650 ° C. That is, if the yield point is lower than 400 ° C., the glass starts sintering at a low temperature.
Simultaneous firing with metallization at a sintering start temperature of 600 to 800 ° C. is difficult, and the densification of the molded body starts at a low temperature, so that the binder cannot be decomposed and volatilized, so that the binder component remains as carbon, and properties and This is because it affects the appearance of the porcelain. On the other hand, if the yield point is higher than 800 ° C., it becomes difficult to sinter unless the amount of glass is increased.
Since a large amount of expensive glass is required, the cost of the sintered body is increased.
【００３２】また、用いるガラスの４０〜４００℃にお
ける線熱膨張係数は６〜１８ｐｐｍ／℃、特に、７〜１
３ｐｐｍ／℃であることが望ましい。これは、線熱膨張
係数が上記範囲を逸脱するとフィラーとの熱膨張差が生
じ、焼結体の強度の低下の原因になるためである。ま
た、フィラーの線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃未満では、
焼結体の線熱膨張係数を９〜１６ｐｐｍ／℃にすること
も困難となる。The glass used has a coefficient of linear thermal expansion at 40 to 400 ° C. of 6 to 18 ppm / ° C., particularly preferably 7 to 1 ppm.
Desirably, it is 3 ppm / ° C. This is because if the coefficient of linear thermal expansion deviates from the above range, a difference in thermal expansion between the filler and the filler occurs, which causes a reduction in the strength of the sintered body. When the linear thermal expansion coefficient of the filler is less than 6 ppm / ° C.,
It is also difficult to make the linear thermal expansion coefficient of the sintered body 9 to 16 ppm / ° C.
【００３３】上記の特性を満足するガラスとしては、特
にアルカリ金属を含有し、高熱膨張係数を有するアルカ
リ珪酸結晶相を析出可能な結晶化ガラスが望ましい。例
えばＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ
2 −Ｌｉ2 Ｏ−Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−Ｍｇ
Ｏ、ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ
−ＴｉＯ2 、ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3
−ＭｇＯ−Ｎａ2 Ｏ−Ｆ、ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＣａＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −Ｋ2 Ｏ−Ｎａ2 Ｏ−ＺｎＯ、ＳｉＯ2 −
Ｌｉ2 Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −Ｋ2 Ｏ−Ｐ2 Ｏ5 、Ｓ
ｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−Ａｌ2 Ｏ3 −Ｋ2 Ｏ−Ｐ2 Ｏ5 −Ｓ
ｂ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −
Ｋ2 Ｏ−Ｐ2 Ｏ5 −ＺｎＯ−Ｎａ2 Ｏ ＳｉＯ2 −Ｌｉ
2 Ｏ−ＣａＯ−ＭｇＯ、ＳｉＯ2 −Ｌｉ2 Ｏ−ＣａＯ−
ＺｎＯ、等が挙げられる。As a glass satisfying the above-mentioned properties, a crystallized glass containing an alkali metal and capable of precipitating an alkali silicate crystal phase having a high thermal expansion coefficient is particularly desirable. For example, SiO 2 —Li 2 O—CaO—Al 2 O 3 , SiO
2 -Li 2 O-Al 2 O 3, SiO 2 -Li 2 O-Mg
O, SiO 2 —Li 2 O—CaO—Al 2 O 3 —MgO
—TiO 2 , SiO 2 —Li 2 O—CaO—Al 2 O 3
—MgO—Na 2 OF, SiO 2 —Li 2 O—CaO
-Al 2 O 3 -K 2 O- Na 2 O-ZnO, SiO 2 -
Li 2 O-CaO-Al 2 O 3 -K 2 O-P 2 O5, S
iO 2 -Li 2 O-Al 2 O 3 -K 2 O-P 2 O 5 -S
b 2 O 3, SiO 2 -Li 2 O-CaO-Al 2 O 3 -
K 2 O-P 2 O 5 -ZnO-Na 2 O SiO 2 -Li
2 O-CaO-MgO, SiO 2 -Li 2 O-CaO-
ZnO, and the like.
【００３４】また、本発明において用いられるタルク
は、天然鉱石からなり、純度９３％以上、平均粒径１〜
１０μｍのものが望ましい。これにより、熱膨張係数と
電気特性を劣化させずに大幅にコストを低減できる。The talc used in the present invention is made of natural ore and has a purity of 93% or more and an average particle size of 1 to 1.
10 μm is desirable. Thereby, the cost can be significantly reduced without deteriorating the thermal expansion coefficient and the electrical characteristics.
【００３５】なお、このタルクを原料として用いる際に
は、天然鉱石であるタルクに対し水分含有量のばらつき
をなくし原料調合時に組成比率の精度を上げるため、加
熱脱水処理を行い、所定の水分量に制御することが望ま
しい。When this talc is used as a raw material, it is subjected to a heat dehydration treatment in order to eliminate variations in the water content of talc, a natural ore, and to increase the accuracy of the composition ratio during the preparation of the raw material. It is desirable to control it.
【００３６】なお、磁器組成物中のタルクに起因するこ
の水分量は、組成物に添加するバインダ量、脱バインダ
条件および組成物に起因する焼結開始温度の違いにより
０．０５〜５重量％に適宜調整することが望ましい。The amount of water due to talc in the porcelain composition is 0.05 to 5% by weight depending on the amount of binder added to the composition, binder removal conditions, and the sintering start temperature due to the composition. It is desirable to adjust appropriately.
【００３７】この結晶性ガラスとフィラーとの上記組成
物に対し、成形の有機樹脂バインダを添加した後、所望
の成形手段、例えば、ドクターブレード、圧延法、金型
プレス等によりシート状に任意の形状に成形後、焼成す
る。After the organic resin binder for molding is added to the above-mentioned composition of the crystalline glass and the filler, an arbitrary sheet is formed by a desired molding means, for example, a doctor blade, a rolling method, a mold press or the like. After forming into a shape, it is fired.
【００３８】上記有機バインダとしては、アクリル樹
脂、アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステ
ル共重合体等が好適であり、その添加量はガラスおよび
フィラーの無機質固形成分１００重量部に対して樹脂分
６〜１５重量部が適当である。焼成にあたっては、ま
ず、成形のために配合した有機バインダを分解除去す
る。バインダの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中で
行われるが、配線導体としてＣｕを用いる場合には、１
００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行わ
れる。この時、特に成形体の収縮開始温度は７００〜８
５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温度
がこれより低いとバインダの除去が困難となるため、成
形体中の結晶化ガラスの特性、特に屈伏点を前述したよ
うに制御することが必要となる。このとき、タルクに含
まれる水分が酸化剤として働き、バインダが分解された
カーボンのガス化を促進するため、残留カーボン量を低
減する。As the organic binder, an acrylic resin, an acrylate copolymer, a methacrylate ester copolymer, or the like is suitable, and the amount of the resin is based on 100 parts by weight of the inorganic solid component of glass and filler. 6-15 parts by weight are suitable. In firing, first, the organic binder compounded for molding is decomposed and removed. The removal of the binder is performed in an air atmosphere at about 700 ° C.
This is performed in a nitrogen atmosphere containing steam at 00 to 700 ° C. At this time, the shrinkage starting temperature of the molded product is particularly 700 to 8
It is desirable to be about 50 ° C., and if the shrinkage onset temperature is lower than this, it is difficult to remove the binder. Therefore, it is necessary to control the properties of the crystallized glass in the molded body, particularly the yield point as described above. Becomes At this time, the moisture contained in the talc acts as an oxidizing agent, and the binder promotes gasification of the decomposed carbon, so that the amount of residual carbon is reduced.
【００３９】また、焼成は、８５０℃〜１３００℃の酸
化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上
まで緻密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低
いと緻密化することができず、１３００℃を越えるとメ
タライズ配線層との同時焼成ではメタライズ層が溶融し
てしまう。但し、配線導体としてＣｕを用いる場合に
は、８５０〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で行われ
る。The sintering is performed in an oxidizing atmosphere at 850 ° C. to 1300 ° C., whereby the relative density is increased to 90% or more. If the firing temperature at this time is lower than 850 ° C., densification cannot be achieved, and if it exceeds 1300 ° C., the metallized layer is melted by simultaneous firing with the metallized wiring layer. However, when Cu is used as the wiring conductor, it is performed in a non-oxidizing atmosphere at 850 to 1050 ° C.
【００４０】焼成により、タルクから（２）の反応によ
りエンスタタイトが生成する。By firing, enstatite is produced from talc by the reaction of (2).
【００４１】 ３ＭｇＯ・４ＳｉＯ2 →３（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）＋ＳｉＯ2 ・・・（２） このようにして作製されたガラスセラミック焼結体中に
は、結晶性ガラスから生成した結晶相、フィラーによる
結晶相、ガラスとフィラーとの反応により生成した結晶
相、あるいはフィラー成分が分解して生成した結晶相等
が存在し、これらの結晶相の粒界にはガラス相が存在す
る場合もある。本発明によって得られる磁器中にはクォ
ーツとエンスタタイトを結晶相として必須成分として含
有することによって磁器の熱膨張係数を容易に９〜１６
ｐｐｍ／℃、特に９．５〜１４ｐｐｍ／℃内に制御する
ことができる。また、磁器中には、これらの結晶相以外
に他の結晶相、特に、４０〜４００℃における線熱膨張
係数が６ｐｐｍ／℃以上の結晶相が析出することが望ま
しい。3MgO · 4SiO 2 → 3 (MgO · SiO 2 ) + SiO 2 (2) In the glass ceramic sintered body thus manufactured, the crystal phase generated from the crystalline glass and the filler There is a crystal phase, a crystal phase generated by a reaction between glass and filler, a crystal phase generated by decomposition of a filler component, and the like, and a glass phase may be present at a grain boundary of these crystal phases. The porcelain obtained by the present invention contains quartz and enstatite as an essential component as a crystal phase, so that the coefficient of thermal expansion of the porcelain can be easily increased to 9 to 16%.
ppm / ° C, in particular within the range of 9.5 to 14 ppm / ° C. Further, in the porcelain, it is desirable that other crystal phases besides these crystal phases, in particular, a crystal phase having a linear thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C. of 6 ppm / ° C. or more are precipitated.
【００４２】このような線熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以
上の結晶相としては、トリジマイト（ＳｉＯ2 ）、フォ
ルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、スピネル（Ｍｇ
Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ
2 ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・Ｓｉ
Ｏ2 ）、ネフェリン（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｓｉ
Ｏ2 ）、リチウムシリケート（Ｌｉ2 Ｏ・ＳｉＯ2 ）、
ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、メルビ
ナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、アケルマイ
ト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、マグネシア（Ｍ
ｇＯ）、アルミナ（Ａｌ 2 Ｏ3 ）、カーネギアイト（Ｎ
ａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、ホウ酸マグネシウ
ム（２ＭｇＯ・Ｂ2 Ｏ3 ）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ
2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ
2 、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ペタライト
（ＬｉＡｌＳｉ4 Ｏ10）の群から選ばれる少なくとも１
種以上が挙げられる。これらの中でも特に８ｐｐｍ／℃
以上の結晶相が良い。Such a coefficient of linear thermal expansion is 6 ppm / ° C. or less.
As the upper crystalline phase, tridymite (SiOTwo), Pho
Lusterite (2MgO ・ SiOTwo), Spinel (Mg
O ・ AlTwoOThree), Wollastonite (CaO.SiO)
Two), Monticellanite (CaO.MgO.Si)
OTwo), Nepheline (NaTwoO ・ AlTwoOThree・ Si
OTwo), Lithium silicate (LiTwoO ・ SiOTwo),
Diopside (CaO ・ MgO ・ 2SiOTwo), Melby
Knight (3CaO.MgO.2SiO)Two), Akermai
(2CaO.MgO.2SiO)Two), Magnesia (M
gO), alumina (Al TwoOThree), Carnegieite (N
a2 O.AlTwoOThree・ 2SiOTwo), Magnesium borate
(2MgOBTwoOThree), Celsian (BaO.Al)
TwoOThree・ 2SiOTwo), BTwoOThree・ 2MgO ・ 2SiO
Two, Garnite (ZnO · AlTwoOThree), Petalite
(LiAlSiFourOTenAt least one selected from the group of
Species or more. Among them, especially 8 ppm / ° C.
The above crystal phase is good.
【００４３】また、上記フィラー中には、その添加によ
り最終焼結体の線熱膨張係数が１８ｐｐｍ／℃を越える
場合がある。その場合には、線熱膨張係数が小さいフィ
ラーと混合して線熱膨張係数を適宜制御することが必要
である。The filler may have a coefficient of linear thermal expansion of more than 18 ppm / ° C. due to its addition. In that case, it is necessary to appropriately control the linear thermal expansion coefficient by mixing with a filler having a small linear thermal expansion coefficient.
【００４４】また、上記焼結体を絶縁基板として、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕのうちの１種以上からなる
メタライズ配線層を同時焼成により配設した配線基板や
パッケージを製造するには、絶縁基板を構成するための
前述したような結晶化ガラスとフィラーからなる原料粉
末に適当な有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加混合して
泥漿物を作るとともに該泥漿物をドクターブレード法や
カレンダーロール法によってグリーンシート（生シー
ト）と作製する。そして、メタライズ配線層および接続
パッドとして、適当な金属粉末に有機バインダ、可塑
剤、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを前記グリー
ンシートに周知のスクリーン印刷法により所定パターン
に印刷塗布する。The above sintered body is used as an insulating substrate,
In order to manufacture a wiring board or a package in which a metallized wiring layer made of at least one of u, Ag, Ni, Pd, and Au is provided by simultaneous firing, crystallization as described above for forming an insulating substrate is required. An appropriate organic binder, a plasticizer, and a solvent are added to and mixed with a raw material powder composed of glass and a filler to form a slurry, and the slurry is formed into a green sheet (raw sheet) by a doctor blade method or a calendar roll method. Then, as a metallized wiring layer and connection pads, a metal paste obtained by adding and mixing an appropriate metal powder with an organic binder, a plasticizer, and a solvent is printed on the green sheet in a predetermined pattern by a known screen printing method.
【００４５】また、場合によっては、前記グリーンシー
トに適当な打ち抜き加工してスルーホールを形成し、こ
のホール内にもメタライズペーストを充填する。そして
これらのグリーンシートを複数枚積層し、前記磁器の脱
バインダ工程と同様に脱バインダを行い、その後グリー
ンシートとメタライズとを同時焼成することにより多層
構造のパッケージを得ることができる。In some cases, the green sheet is punched appropriately to form a through hole, and the hole is filled with a metallizing paste. Then, a plurality of these green sheets are laminated, binder removal is performed in the same manner as in the above-described porcelain binder removal process, and then the green sheet and metallization are simultaneously fired to obtain a package having a multilayer structure.
【００４６】図１は、本発明を半導体素子収納用パッケ
ージの絶縁基板として用いる場合の一例を示す図であ
る。絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が
配設された、いわゆる配線基板を基礎的構造とするもの
であるが、図１は、その代表的な例として半導体素子収
納用パッケージとその実装構造の一実施例を示すもので
あり、Ａは半導体素子収納用パッケージ、Ｂは外部回路
基板である。FIG. 1 is a diagram showing an example in which the present invention is used as an insulating substrate of a package for housing a semiconductor element. A so-called wiring board having a metallized wiring layer disposed on the surface or inside of an insulating substrate has a basic structure. FIG. 1 shows a typical example of a package for housing a semiconductor element and a mounting structure thereof. In this embodiment, A is a package for housing a semiconductor element, and B is an external circuit board.
【００４７】半導体素子収納用パッケージＡは、絶縁基
板１と蓋体２とメタライズ配線層３と接続端子４および
パッケージの内部に収納される半導体素子５により構成
され、絶縁基板１及び蓋体２は半導体素子５を内部に気
密に収容するための容器６を構成する。つまり、絶縁基
板１には上面中央部に半導体素子５が載置収容される凹
部７が設けてあり、凹部７底面には半導体素子５がガラ
ス、樹脂等の接着剤を介して接着固定される。The semiconductor device housing package A is composed of an insulating substrate 1, a cover 2, a metallized wiring layer 3, a connection terminal 4, and a semiconductor device 5 housed inside the package. A container 6 for hermetically containing the semiconductor element 5 therein is formed. That is, the insulating substrate 1 is provided with the concave portion 7 in which the semiconductor element 5 is placed and accommodated in the center of the upper surface, and the semiconductor element 5 is adhered and fixed to the bottom surface of the concave portion 7 with an adhesive such as glass or resin. .
【００４８】接続端子４は絶縁基板１の底面に被着形成
された接続パッド４ａと接続パッド４ａに取着されてい
る球状端子４ｂを有しており、半導体素子５の電極が接
続されているメタライズ配線層３を外部回路基板Ｂの配
線導体８に接続させるとともに半導体素子収納用パッケ
ージＡを外部回路基板Ｂ上に実装させる作用を為す。The connection terminal 4 has a connection pad 4a attached to the bottom surface of the insulating substrate 1 and a spherical terminal 4b attached to the connection pad 4a, and the electrode of the semiconductor element 5 is connected. It functions to connect the metallized wiring layer 3 to the wiring conductor 8 of the external circuit board B and to mount the semiconductor element housing package A on the external circuit board B.
【００４９】なお、接続パッド４ａと電気的に接続され
たメタライズ配線層３は、半導体素子５の各電極とボン
ディングワイヤ９を介して電気的に接続されることによ
り、半導体素子の電極は、接続パッド４ａと電気的に接
続されることになる。なお、外部回路基板Ｂは、絶縁体
１０の表面に配線導体８が形成された構造からなる。半
導体素子収納用パッケージＡを外部回路基板Ｂに実装す
るには、パッケージＡの絶縁基板１下面の接続パッド４
ａに取着されている半田から成る球状端子４ｂを外部回
路基板Ｂの配線導体８上に載置当接させ、しかる後、約
２５０〜４００℃の温度で加熱することにより、半田な
どのロウ材からなる球状端子４ｂ自体が溶融し、接続端
子４を配線導体８に接合させることによって外部回路基
板Ｂ上に実装される。この時、配線導体８の表面には接
続端子４とのロウ材による接続を容易に行うためにロウ
材が被着形成されていることが望ましい。The metallized wiring layer 3 electrically connected to the connection pad 4a is electrically connected to each electrode of the semiconductor element 5 via a bonding wire 9, so that the electrodes of the semiconductor element are connected. It is electrically connected to the pad 4a. The external circuit board B has a structure in which the wiring conductor 8 is formed on the surface of the insulator 10. In order to mount the semiconductor element storage package A on the external circuit board B, the connection pads 4 on the lower surface of the insulating substrate 1 of the package A
a. The spherical terminal 4b made of solder attached to the a is placed and abutted on the wiring conductor 8 of the external circuit board B, and then heated at a temperature of about 250-400 ° C. The spherical terminal 4b made of a material itself is melted, and is mounted on the external circuit board B by joining the connection terminal 4 to the wiring conductor 8. At this time, it is desirable that a brazing material is formed on the surface of the wiring conductor 8 so as to easily connect to the connection terminal 4 with the brazing material.
【００５０】本発明における実装構造によれば、外部回
路基板Ｂにおける絶縁体は有機樹脂を含む材料、具体的
には、ガラス−エポキシ系複合材料などのような４０〜
４００℃における線熱膨張係数が１２〜１６ｐｐｍ／℃
の絶縁材料からなる。また、この回路基板Ｂの表面に形
成される配線導体８は、絶縁基板との線熱膨張係数の整
合性と、高い電気伝導性の点で通常Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、
Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体からなる。According to the mounting structure of the present invention, the insulator in the external circuit board B is made of a material containing an organic resin, specifically, a material such as a glass-epoxy composite material.
The linear thermal expansion coefficient at 400 ° C. is 12 to 16 ppm / ° C.
Made of insulating material. The wiring conductor 8 formed on the surface of the circuit board B is usually made of Cu, Au, Ag,
It is made of a metal conductor such as Al, Ni, and Pb-Sn.
【００５１】本発明によれば、本発明の低温焼成磁器組
成物を、ガラス−エポキシ基板などのプリント基板から
なる外部回路基板に対して実装される半導体素子収納用
パッケージの絶縁基板として用いた場合、４０〜４００
℃の温度範囲における線熱膨張係数が９〜１６ｐｐｍ／
℃のセラミックスとなるために、絶縁基板と外部回路基
板との線熱膨張係数の差が小さくなり、その結果、絶縁
基板と外部回路基板の線熱膨張係数の相違に起因する熱
応力によって端子が外部回路基板の配線導体とが接続不
良を起こすことがなく、これによっても容器内部に収容
する半導体素子と外部回路基板とを長期間にわたり正確
に、且つ強固に電気的、機械的に接続させることが可能
となる。また、パッケージの内部配線として使用される
Ｃｕ等の線熱膨張係数１８ｐｐｍ／℃に対しても近似の
線熱膨張係数を有するため、メタライズ配線の基板への
密着性等の信頼性も高めることができる。According to the present invention, when the low-temperature fired porcelain composition of the present invention is used as an insulating substrate of a package for housing a semiconductor element mounted on an external circuit board such as a glass-epoxy board or the like. , 40-400
Has a linear thermal expansion coefficient of 9 to 16 ppm /
℃ ceramics, the difference between the coefficient of linear thermal expansion between the insulating substrate and the external circuit board is reduced, and as a result, the terminal is exposed to the thermal stress caused by the difference between the coefficient of linear thermal expansion between the insulating substrate and the external circuit board. The connection between the semiconductor element housed in the container and the external circuit board can be accurately, firmly, and electrically and mechanically connected for a long period of time without causing a connection failure between the wiring conductors of the external circuit board and the external conductor. Becomes possible. Also, since the linear thermal expansion coefficient of 18 ppm / ° C. of Cu or the like used as the internal wiring of the package has an approximate linear thermal expansion coefficient, reliability such as adhesion of the metallized wiring to the substrate can be improved. it can.
【００５２】[0052]
【実施例】結晶性ガラスとして、重量比率で （Ａ）７４％ＳｉＯ2 −１４％Ｌｉ2 Ｏ−４％Ａｌ2 Ｏ
3 −２％Ｐ2 Ｏ5 −２％Ｋ2 Ｏ−２％ＺｎＯ−２％Ｎａ
2 Ｏ（屈伏点４８０℃） （Ｂ）７３％ＳｉＯ2 −８％Ｌｉ2 Ｏ−１３％ＣａＯ−
４％Ａｌ2 Ｏ3 −２％Ｋ2 Ｏ（屈伏点５４０℃） （Ｃ）７５％ＳｉＯ2 −１０％Ｌｉ2 Ｏ−１０％ＣａＯ
−５％ＭｇＯ（屈伏点７００℃） の３種のガラスを準備し、このガラスに対して表１に示
すようにフィラー成分として、タルク（純度９５％、平
均粒径７．５μｍ）、クォーツ（ＳｉＯ2 、純度９９％
以上、平均粒径４．５μｍ、線熱膨張係数１５ｐｐｍ／
℃）、を用いて表１に示す調合組成になるように秤量混
合した。なお、各原料について１５０℃と８００℃での
質量を測定し、その質量差を各原料の水分量とみなして
各試料中に含まれる総水分量を算出した。EXAMPLES As crystalline glass, (A) 74% SiO 2 -14% Li 2 O-4% Al 2 O by weight ratio
3 -2% P 2 O 5 -2 % K 2 O-2% ZnO-2% Na
2 O (yield point 480 ℃) (B) 73% SiO 2 -8% Li 2 O-13% CaO-
4% Al 2 O 3 -2% K 2 O (Yield point 540 ° C.) (C) 75% SiO 2 -10% Li 2 O-10% CaO
As shown in Table 1, three kinds of glass having a -5% MgO (yield point of 700 ° C.) were prepared, and as a filler component, talc (purity: 95%, average particle size: 7.5 μm), quartz ( SiO 2 , purity 99%
As described above, the average particle size is 4.5 μm, and the linear thermal expansion coefficient is 15 ppm /
℃), and weighed and mixed so as to have the composition shown in Table 1. The mass of each raw material at 150 ° C. and 800 ° C. was measured, and the difference in mass was regarded as the water content of each raw material, and the total water content contained in each sample was calculated.
【００５３】また、前記混合粉末について、示差熱分析
を行い反応開始温度を測定し、焼結開始温度とした。The mixed powder was subjected to differential thermal analysis to measure the reaction start temperature, which was taken as the sintering start temperature.
【００５４】この混合物を粉砕後、アクリル系有機バイ
ンダを無機質固形成分１００重量部に対して樹脂１２重
量％、溶媒３０重量％を添加し、十分に混合した後、１
軸プレス法により３．５×３．５×１５ｍｍの形状の成
形体を作製し、この成形体を７００℃のＮ2 ＋Ｈ2 Ｏ中
で脱バインダ処理した後、窒素雰囲気中で表１に示す温
度で焼成して焼結体を作製した。After pulverizing this mixture, 12% by weight of a resin and 30% by weight of a solvent were added to 100 parts by weight of an inorganic solid component, and an acrylic organic binder was added.
A molded article having a shape of 3.5 × 3.5 × 15 mm was produced by an axial pressing method, and after removing the molded article in N 2 + H 2 O at 700 ° C., the properties are shown in Table 1 in a nitrogen atmosphere. It was fired at a temperature to produce a sintered body.
【００５５】得られた焼結体に対し、まずアルキメデス
法により焼結体の密度を測定し、理論密度に対する比率
である相対密度（％）を算出した。次に、上記のように
して得られた焼結体に対して４０〜４００℃の線熱膨張
係数を測定し表１に示した。また、焼結体を直径６０ｍ
ｍ、厚さ２ｍｍに加工し、ＪＩＳＣ２１４１の手法で比
誘電率と誘電損失を求めた。測定はＬＣＲメータ（Ｙ．
Ｈ．Ｐ４２８４Ａ）を用いて行い、１ＭＨｚ、１．０Ｖ
ｒｓｍ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℃における比誘電率を測定した。With respect to the obtained sintered body, first, the density of the sintered body was measured by the Archimedes method, and the relative density (%), which was a ratio to the theoretical density, was calculated. Next, the linear thermal expansion coefficient of the sintered body obtained as described above at 40 to 400 ° C. was measured and is shown in Table 1. Also, the sintered body is 60m in diameter.
m and a thickness of 2 mm, and the relative dielectric constant and the dielectric loss were determined by the method of JISC2141. The measurement was performed using an LCR meter (Y.
H. P4284A), 1 MHz, 1.0 V
The capacitance at 25 ° C. was measured under the condition of rsm, and the relative dielectric constant at 25 ° C. was measured from the capacitance.
【００５６】また、上記の組成物を用い、ドクターブレ
ード法にてグリーンシートを作製した後、このグリーン
シートの表面にＣｕメタライズペーストをスクリーン印
刷法により塗布しメタライズ配線層のパターンを形成し
た。また、グリーンシートの所定箇所にスルーホールを
形成しスルーホール内が最終的に基板の下面に露出する
ように形成し、そのスルーホール内にもＣｕメタライズ
ペーストを充填した。そして、メタライズペーストが塗
布されたグリーンシートをスルーホールの位置合わせを
行いながら６枚積層し圧着した。A green sheet was prepared by the doctor blade method using the above composition, and a Cu metallized paste was applied on the surface of the green sheet by a screen printing method to form a metallized wiring layer pattern. In addition, a through hole was formed at a predetermined portion of the green sheet so that the inside of the through hole was finally exposed on the lower surface of the substrate, and the inside of the through hole was filled with a Cu metallizing paste. Then, six green sheets to which the metallizing paste was applied were laminated and pressure-bonded while positioning the through holes.
【００５７】この積層体をＮ2 ＋Ｈ2 Ｏ雰囲気中７００
℃で脱バインダ処理を行った後、窒素雰囲気中表１に示
した焼成温度でメタライズ配線層と絶縁基板とを同時に
焼成しパッケージ用の配線基板とした。This laminate was placed in an N 2 + H 2 O atmosphere at 700
After the binder removal treatment was performed at ℃, the metallized wiring layer and the insulating substrate were simultaneously fired in a nitrogen atmosphere at the firing temperatures shown in Table 1 to obtain a wiring substrate for a package.
【００５８】得られた配線基板に対して、実体顕微鏡を
用い外観検査を行い、その結果を表１に示した。The appearance of the obtained wiring board was examined using a stereoscopic microscope, and the results are shown in Table 1.
【００５９】次に、配線基板の下面にスルーホールに接
続する箇所に凹部を形成しＣｕメタライズからなる接続
パッドを作製した。そして、その接続パッドに図１に示
すように半田（錫６０％−鉛４０％）からなる接続端子
を取着した。なお、接続端子は、１ｃｍ2 当たり３０端
子の密度で配線基板の下面全体に形成した。Next, a concave portion was formed on the lower surface of the wiring substrate at a position connected to the through hole, and a connection pad made of Cu metallized was manufactured. Then, connection terminals made of solder (60% tin-40% lead) were attached to the connection pads as shown in FIG. The connection terminals were formed on the entire lower surface of the wiring substrate at a density of 30 terminals per 1 cm 2 .
【００６０】一方、ガラス−エポキシ基板からなる４０
〜８００℃における線熱膨張係数が１３ｐｐｍ／℃の絶
縁体の表面に銅箔からなる配線導体が形成されたプリン
ト基板を準備し、上記のパッケージ用配線基板をプリン
ト基板の上の配線導体とパッケージ用絶縁基板の接続端
子が接続されるように位置合わせして、これをＮ2 の雰
囲気中で２６０℃で３分間熱処理しパッケージ用配線基
板をプリント基板表面に実装した。この熱処理によりパ
ッケージ用配線基板の半田からなる接続端子が溶けてプ
リント基板の配線導体と電気的に接続されたことを確認
した。On the other hand, a glass-epoxy substrate 40
A printed circuit board having a wiring conductor made of copper foil formed on the surface of an insulator having a linear thermal expansion coefficient of 13 ppm / ° C. at a temperature of up to 800 ° C. is prepared. The wiring board for packaging was mounted on the surface of a printed circuit board by heat-treating the circuit board at 260 ° C. for 3 minutes in an atmosphere of N 2 to position the connection terminals of the insulating board for connection. By this heat treatment, it was confirmed that the solder connection terminals of the package wiring board were melted and electrically connected to the wiring conductors of the printed circuit board.
【００６１】次に、上記のようにプリント基板表面に実
装したパッケージ用配線基板について大気中−４０℃と
１２５℃の各温度に制御した恒温槽に試験サンプルを保
持し、１５分／１５分の保持を１サイクルとして最高１
０００サイクル繰り返した。そして、各サイクル毎にプ
リント基板の配線導体とパッケージ用配線基板との電気
抵抗を測定し電気抵抗に劣化が現れるまでのサイクル数
を表１に示した。Next, with respect to the package wiring board mounted on the surface of the printed board as described above, the test sample is held in a thermostat controlled at -40 ° C. and 125 ° C. in the atmosphere, and the test sample is kept for 15 minutes / 15 minutes. Up to 1 with 1 cycle of holding
000 cycles were repeated. Then, the electric resistance between the wiring conductor of the printed circuit board and the wiring substrate for the package was measured for each cycle, and the number of cycles until the electric resistance deteriorated is shown in Table 1.
【００６２】比較例として、タルクの代わりにフォルス
テライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 、線熱膨張係数１０ｐｐ
ｍ／℃、粒径２μｍ）を表１の組成に調合し、同様に焼
結体およびパッケージ用配線基板を作製し、同様の評価
を行った。As a comparative example, forsterite (2MgO.SiO 2 , coefficient of linear thermal expansion 10 pp) was used instead of talc.
m / ° C., particle size 2 μm) were prepared according to the composition shown in Table 1, and a sintered body and a wiring substrate for a package were prepared in the same manner and evaluated in the same manner.
【００６３】[0063]
【表１】 [Table 1]
【００６４】表１より明らかなように、クォーツが６０
重量％を越える試料Ｎo.１では熱膨張係数が１６ｐｐｍ
／℃を越えた。クォーツの含有量が５重量％より少ない
試料Ｎo.９では、熱膨張係数が９ｐｐｍ／℃より小さく
なった。タルクの含有量が７０重量％を越える試料Ｎ
ｏ．１０では、磁器の緻密化ができなかった。ガラスの
含有量が８０重量％より多い試料Ｎo.１３では、焼結開
始温度が低くなり脱バインダが不完全で、また、フォル
ステライトを用いた試料Ｎｏ．１６でも、脱バインダが
不完全で磁器中にカーボンが残留したため、基板の表層
近傍および基板と金属配線層との界面にふくれ等の変形
が生じた。As is clear from Table 1, the quartz was 60
The thermal expansion coefficient of the sample No. 1 exceeding 1% by weight is 16 ppm.
/ ° C. Sample No. 9 having a quartz content of less than 5% by weight had a coefficient of thermal expansion of less than 9 ppm / ° C. Sample N with talc content exceeding 70% by weight
o. In No. 10, the porcelain could not be densified. In Sample No. 13 having a glass content of more than 80% by weight, the sintering start temperature was low, the binder removal was incomplete, and Sample No. 13 using forsterite was used. Even in No. 16, deformation such as blistering occurred in the vicinity of the surface layer of the substrate and at the interface between the substrate and the metal wiring layer due to incomplete removal of the binder and carbon remaining in the porcelain.
【００６５】これに対し、本発明の試料ではいずれも線
熱膨張係数９〜１６ｐｐｍ／℃を有し、パッケージ用配
線基板の絶縁基板として用いた場合でも昇降温１０００
サイクル後もプリント基板の配線導体とパッケージ用配
線基板との間に電気抵抗劣化は全く見られず、極めて安
定で良好な電気的接続状態を維持した。On the other hand, all of the samples of the present invention have a coefficient of linear thermal expansion of 9 to 16 ppm / ° C.
Even after the cycle, no deterioration of electric resistance was observed between the wiring conductor of the printed circuit board and the wiring board for package, and an extremely stable and favorable electric connection state was maintained.
【００６６】[0066]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の低温焼成
磁器組成物は、これを半導体素子収納用パッケージ等の
配線基板の絶縁基板として用い、線熱膨張係数が大きい
プリント基板などの外部回路基板へ実装した場合、両者
の線熱膨張係数の差に起因する応力発生を抑制し、パッ
ケージと外部回路基板とを長期間にわたり正確、かつ強
固に電気的接続させることが可能となる。しかも、半導
体回路素子の大型化による多ピン化に十分対応できる信
頼性の高いパッケージの実装構造を実現できる。しかも
メタライズとの同時焼成を可能とし、バインダ成分の効
率的な除去を行うことができ、ふくれなどの変形や変色
のない高品質で且つ安価な配線基板を提供できる。As described in detail above, the low-temperature fired porcelain composition of the present invention is used as an insulating substrate of a wiring board such as a package for accommodating a semiconductor element, and is used as an insulating substrate of a printed board having a large linear thermal expansion coefficient. When mounted on a circuit board, it is possible to suppress the occurrence of stress due to the difference between the two coefficients of linear thermal expansion, and to accurately and firmly electrically connect the package and the external circuit board for a long period of time. In addition, a highly reliable package mounting structure that can sufficiently cope with the increase in the number of pins due to the enlargement of the semiconductor circuit element can be realized. In addition, simultaneous baking with metallization is possible, the binder component can be removed efficiently, and a high-quality and inexpensive wiring board free from deformation or discoloration such as blistering can be provided.
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの実装構
造を説明するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a mounting structure of a package for housing a semiconductor element of the present invention.
１・・・絶縁基板 ２・・・蓋体 ３・・・メタライズ配線層 ４・・・接続端子 ４ａ・・接続パッド ４ｂ・・球状端子 ５・・・半導体素子 ６・・・容器 ７・・・凹部 ８・・・配線導体 ９・・・ボンディングワイヤ １０・・絶縁体 Ａ・・・半導体素子収納用パッケージ Ｂ・・・外部回路基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating substrate 2 ... Lid 3 ... Metallized wiring layer 4 ... Connection terminal 4a ... Connection pad 4b ... Spherical terminal 5 ... Semiconductor element 6 ... Container 7 ... Concave part 8 ... Wiring conductor 9 ... Bonding wire 10 ... Insulator A ... Semiconductor element storage package B ... External circuit board
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 民 保秀 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 永江 謙一 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasuhide Minami 1-4 Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima Prefecture Kyocera Research Institute (72) Inventor Ken-ichi Nagae 1-4-4 Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima Kyocera Inside Research Institute, Inc.
Claims (4)
７０重量％と、クォーツ５〜６０重量％とからなること
を特徴とする低温焼成磁器組成物。1. 10 to 80% by weight of glass, 10 to talc
A low-temperature fired porcelain composition comprising 70% by weight and 5 to 60% by weight of quartz.
熱膨張係数が９〜１６ｐｐｍ／℃であることを特徴とす
る請求項１記載の低温焼成磁器組成物。2. The low-temperature fired porcelain composition according to claim 1, wherein the sintered ceramic has a coefficient of linear thermal expansion at 40 to 400 ° C. of 9 to 16 ppm / ° C.
エンスタタイトを含有する請求項２記載の低温焼成磁器
組成物。3. The low-temperature fired porcelain composition according to claim 2, which contains at least quartz and enstatite as a crystal phase.
７０重量％と、クォーツ５〜６０重量％とからなる組成
物に対して、成形用有機バインダを添加混合してなる混
合物を所定形状に成形した後、該成形体を加熱処理して
前記有機バインダを分解除去し、８００〜１０００℃の
温度で焼成することを特徴とする磁器の製造方法。4. 10 to 80% by weight of glass, 10 to 80% by weight of talc
A mixture of 70% by weight and 5 to 60% by weight of quartz and an organic binder for molding is mixed and molded into a predetermined shape, and the molded body is heat-treated to form the organic binder. A method for producing porcelain, comprising decomposing and removing sintering and firing at a temperature of 800 to 1000C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14569498A JPH11335156A (en) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | Low-temperature fired porcelain composition and production of porcelain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14569498A JPH11335156A (en) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | Low-temperature fired porcelain composition and production of porcelain |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11335156A true JPH11335156A (en) | 1999-12-07 |
Family
ID=15390951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14569498A Pending JPH11335156A (en) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | Low-temperature fired porcelain composition and production of porcelain |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11335156A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009215115A (en) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Mie Prefecture | Composition for low-temperature firing porcelain, and manufacturing method thereof |
| CN114634353A (en) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 山东国瓷功能材料股份有限公司 | Low-dielectric low-loss near-zero temperature drift low-temperature co-fired ceramic material and preparation method thereof |
-
1998
- 1998-05-27 JP JP14569498A patent/JPH11335156A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009215115A (en) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Mie Prefecture | Composition for low-temperature firing porcelain, and manufacturing method thereof |
| CN114634353A (en) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 山东国瓷功能材料股份有限公司 | Low-dielectric low-loss near-zero temperature drift low-temperature co-fired ceramic material and preparation method thereof |
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