[发明专利]多层陶瓷线路板和半导体组件

说明书

本发明涉及一种新颖的多层陶瓷线路基片，特别涉及一种包括装有载体基片的多层陶瓷线路板的半导体组件，该基片上安装有半导体器件。具体地说，它涉及一种半导体组件结构，在这种结构中，可将有良好导电率的银或铜导体用于多层线路板，而且，这种半导体器件的焊接部分有很好的可靠性。

为了在大型电子计算机中央获得较高的运算速度，必须要在半导体器件本身以及封装器体的系统中达到较高的信号传播速度。在最近几年里，对于半导体器件，高集成技术的发展在高速和高集成度方面取得了显著的结果，而封装技术开始极大地影响运算速度的增加至于封装技术，多层陶瓷线路基片已逐渐被应用，以取得半导体器件的高密度封装和降低电信号的延迟。以前，氧化铝通常被用作多层陶瓷线路基片的绝缘材料，然而在最近几年，为了进一步提高基片特性，已经研究和发展了多种低温烧结基片材料，例如在“多层陶瓷基片”（日本专利申请kokokuNo.22，399/84）中所描述的材料，以及用二氧化硅与玻璃粘结形成的低介电常数的低温烧结材料，如在“多层陶瓷布线线路板”（日本专利申请kokaiNo.11，700/84）中描述的材料。在这些通过烧结原始材料得到的线路板材料中，达到了几乎没有微孔的紧密度，这种材料中，对获得较高运算速度有极大影响的相对介电常数的最低值约在4至5之间。

而且，还得到了用于隔热、减轻重量或隔音目的的多孔陶瓷材料。例如在“合成陶瓷电子材料”（日本专利申请kokaiNo.89，212/82）和“泡沫陶瓷板的制造方法”（日本专利申请kokaiNo.83，985/84）中所描述的。然而均没有考虑过把这些基片用作需要较高信号传播速度的大型电子计算机所用的基片材料。

另一方面，随着高速、高密度半导体的出现，为了促进器件的热辐射和增加器件的速度而将半导体器件直接封装在多层陶瓷线路基片上的方法已经被使用。然而，这种方法存在一个问题，即因为半导体器件尺寸的增加，在封装时由于温度的变化而产生的半导体器件材料与多层陶瓷布线线路基片材料之间的应力将增加。因此，必须努力使多层陶瓷布线线路基片的热膨胀系数接近半导体器件的热膨胀系数。然而，为使用具有低电阻的金、铜、银等作为布线导体材料以得到高密度布线，必须找到接近于这些导体材料的热膨胀系数的陶瓷绝缘材料。这样，就要求陶瓷绝缘材料的热膨胀系数既接近于半导体器件材料的热膨胀系数，又接近于导体材料的热膨胀系数。然而，还没有就能适应于这些相互矛盾条件的封装技术作出应有的考虑。

在多层陶瓷线路基片中，绝缘材料需要有尽可能低的介电常数，以达到较高的信号传播速度。而且，所用的导体材料需要有低的电阻。如在“多层陶瓷布线线路板”（日本专利申请kokaiNo.11，700/84）中所描述的，已经得到了由具有低介电常数的二氧化硅与玻璃结合组成的相对介电常数在4至5之间的基片材料。而且，因为这种材料能在不高于1000℃的温度下烧结。因此，具有低电阻的导体材料，即金、铜、银等都能够与此组合。此外，这种多层陶瓷线路板材料的热膨胀系数已尽可能地接近于半导体器件的热膨胀系数，而和导体材料的热膨胀系数很不相同。然而，还没有适当地注意去达到内部线路的高密度布线，也没有注意到高密度、高可靠性地安装半导体器件。

本发明的目的在于提供一种多层陶瓷线路基片，这种基片包括具有较低的相对介电常数的陶瓷绝缘材料以及在其上高密度布线的、低电阻率的导体材料（例如金、铜或银等），这使得有可能高密度、高可靠性地安装半导体器件。

根据本发明，可提供一种由陶瓷层和布线导体层交替层迭组成的多层陶瓷线路板。在此多层陶瓷线路板中，陶瓷层的热膨胀系数比布线导体层的热膨胀系数低，但不低于它的一半，此陶瓷层由软化温度不高于布线导体层熔点的玻璃形成。

图1和图2分别为说明本发明的具体装置的半导体组件的纵向剖视图。

在图1和图2中，参考数字1和10表示半导体器件，参考数字2和11表示以有机材料为主要成分的一种材料，数字3和12表示载体基片，数字4和13表示焊料，数字5和16表示通孔导体材料，数字6和17表示布线导体材料，数字7和18表示陶瓷绝缘材料，数字8和19表示金-锗焊料，数字9和20表示可伐引线，数字14表示聚酰亚胺树脂（Polyimideresin），数字15表示铜导体布线材料。

该陶瓷层具有不低于7.2×10^-6/℃的热膨胀系数和在1MHz时不高于4.5的相对介电常数。布线导体层由金或银或铜中的一种构成。