JP2524129B2 - セラミツク配線基板 - Google Patents
セラミツク配線基板Info
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- JP2524129B2 JP2524129B2 JP61224095A JP22409586A JP2524129B2 JP 2524129 B2 JP2524129 B2 JP 2524129B2 JP 61224095 A JP61224095 A JP 61224095A JP 22409586 A JP22409586 A JP 22409586A JP 2524129 B2 JP2524129 B2 JP 2524129B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミック配線基板に関し、より詳細には、
高密度の回路基板、半導体素子収納用パッケージ等に用
いられるセラミック配線基板の改良に関するものであ
る。
高密度の回路基板、半導体素子収納用パッケージ等に用
いられるセラミック配線基板の改良に関するものであ
る。
［従来技術］ 従来、セラミック配線基板における配線パターンの形
成にあたっては生セラミックシート（グリーンシート）
表面に高融点金属の導体ペーストをスクリーン印刷法に
より厚膜印刷した後に焼成する厚膜方法が採用されてい
る。
成にあたっては生セラミックシート（グリーンシート）
表面に高融点金属の導体ペーストをスクリーン印刷法に
より厚膜印刷した後に焼成する厚膜方法が採用されてい
る。
また、このような配線基板に対し、リードピンやヒー
トシンク等の金具を取り付ける場合には、前記配線パタ
ーンに銀ロウ等のロウ材でロウ付けする方法が採用され
ている。
トシンク等の金具を取り付ける場合には、前記配線パタ
ーンに銀ロウ等のロウ材でロウ付けする方法が採用され
ている。
近年に至り、セラミック配線基板はLSIなどの集積回
路素子等と同様に配線パターンの高密度化が要求されつ
つあることから、厚膜方法に代わりイオンプレーティン
グ法、スパッタ法等を用いた薄膜方法が提案されてい
る。
路素子等と同様に配線パターンの高密度化が要求されつ
つあることから、厚膜方法に代わりイオンプレーティン
グ法、スパッタ法等を用いた薄膜方法が提案されてい
る。
この薄膜方法は、具体的にはセラミック基板表面にT
i,Cr等の接着層、およびAg,Cu,Ni,Pd等のバリア層の薄
膜層をスパッタリング等によって設け、これらの層をフ
ォトリソグラフィによって配線パターンに形成したの
ち、主導体層としてAuメッキ層を施すことにより高密度
の配線パターンを形成するものである。
i,Cr等の接着層、およびAg,Cu,Ni,Pd等のバリア層の薄
膜層をスパッタリング等によって設け、これらの層をフ
ォトリソグラフィによって配線パターンに形成したの
ち、主導体層としてAuメッキ層を施すことにより高密度
の配線パターンを形成するものである。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の技術で、薄膜から成
る高密度の配線パターンを有する配線基板に対し、リー
ドピン、ヒートシンク等の取付けを行う場合、種々の不
都合が生じる。即ち、上記の薄膜の配線パターンでは銀
ロウ等のロウ付け条件、例えば還元雰囲気、500〜1000
℃の条件において配線パターンを構成する各層間に熱膨
張率の差により歪みが生じ、また各層間で金属原子の相
互熱拡散によって、各層の物性が変化し配線パターンの
変色、ふくれ、はがれ等の欠陥が生じていた。
る高密度の配線パターンを有する配線基板に対し、リー
ドピン、ヒートシンク等の取付けを行う場合、種々の不
都合が生じる。即ち、上記の薄膜の配線パターンでは銀
ロウ等のロウ付け条件、例えば還元雰囲気、500〜1000
℃の条件において配線パターンを構成する各層間に熱膨
張率の差により歪みが生じ、また各層間で金属原子の相
互熱拡散によって、各層の物性が変化し配線パターンの
変色、ふくれ、はがれ等の欠陥が生じていた。
また、配線パターンを構成する接着層とバリア層の組
合せによっては熱拡散方向が一方向的となりどちらかの
層に空洞（カーケンドールボイド）が生成され、層強度
が低下する等の不都合が生じていた。
合せによっては熱拡散方向が一方向的となりどちらかの
層に空洞（カーケンドールボイド）が生成され、層強度
が低下する等の不都合が生じていた。
［発明の目的］ 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験の結果、リー
ドピン、ヒートシンク等の金具取付を必要とする配線基
板に対し、配線パターンの構造を基本的に下地の金属層
と主導体層の二層構造とし、下地の金属層を特定の材質
で構成することによってロウ付け熱処理条件に対しても
優れた耐熱性を有し、かつリードピン等の銀ロウ付けが
可能な優れた層強度を有する配線パターンを形成し得る
ことを知見した。
ドピン、ヒートシンク等の金具取付を必要とする配線基
板に対し、配線パターンの構造を基本的に下地の金属層
と主導体層の二層構造とし、下地の金属層を特定の材質
で構成することによってロウ付け熱処理条件に対しても
優れた耐熱性を有し、かつリードピン等の銀ロウ付けが
可能な優れた層強度を有する配線パターンを形成し得る
ことを知見した。
本発明は上記知見に基づき耐熱性に優れ、かつリード
ピン等のロウ付けが可能な配線パターンを有するセラミ
ック配線基板を提供することをその目的とするものであ
る。
ピン等のロウ付けが可能な配線パターンを有するセラミ
ック配線基板を提供することをその目的とするものであ
る。
［問題を解決するための手段］ 本発明は、セラミック基板上に配線パターンを被着形
成して成るセラミック配線基板において、前記配線パタ
ーンを構成するニッケル、金、白金、パラジウムなどか
ら成る主導体層の下地にタングステン、モリブデンの少
なくとも１種から成る第１の金属と、銅、鉄、ジルコニ
ウムの少なくとも１種にタングステン及び／又はモリブ
デンを５乃至60重量％添加させたビッカース硬度が100
乃至200の金属材料から成る第２の金属とを合金化させ
て形成される金属層を配したことを特徴とするものであ
る。
成して成るセラミック配線基板において、前記配線パタ
ーンを構成するニッケル、金、白金、パラジウムなどか
ら成る主導体層の下地にタングステン、モリブデンの少
なくとも１種から成る第１の金属と、銅、鉄、ジルコニ
ウムの少なくとも１種にタングステン及び／又はモリブ
デンを５乃至60重量％添加させたビッカース硬度が100
乃至200の金属材料から成る第２の金属とを合金化させ
て形成される金属層を配したことを特徴とするものであ
る。
次に本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明のセラミック配線基板の一実施例を示
す断面図であり、１はアルミナセラミックス等から成る
セラミック基板である。
す断面図であり、１はアルミナセラミックス等から成る
セラミック基板である。
前記セラミック基板１は、例えばアルミナ（Al
2O3），シリカ（SiO2）等のセラミック原料粉末に適当
な溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、これを従来
周知のドクターブレード法によりシート状と成すととも
に高温で焼成すことによって製作される。
2O3），シリカ（SiO2）等のセラミック原料粉末に適当
な溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、これを従来
周知のドクターブレード法によりシート状と成すととも
に高温で焼成すことによって製作される。
前記セラミック基板１の上面には金属層２及び主導体
層３が順次、従来周知のイオンプレーティング法、スパ
ッタリング法等の気相成長法によって形成されており、
該金属層２と主導体層３とで形成される二層構造の金属
層４は配線パターンを構成する。
層３が順次、従来周知のイオンプレーティング法、スパ
ッタリング法等の気相成長法によって形成されており、
該金属層２と主導体層３とで形成される二層構造の金属
層４は配線パターンを構成する。
前記主導体層３はセラミック基板１上に所定の電気回
路を構成する電気配線を成形し、金属層２は主導体層３
をセラミック基板１に強固に接合するための下地層とし
て作用する。
路を構成する電気配線を成形し、金属層２は主導体層３
をセラミック基板１に強固に接合するための下地層とし
て作用する。
前記金属層２はタングステン（Ｗ）、モリブデン（M
o）の少なくとも一種から成る第１の金属と、ビッカー
ス硬度が100乃至200の金属材料、具体的には銅（Cu）や
ジルコニウム（Zr）、鉄（Fe）等にタングステン（Ｗ）
やモリブデン（Mo）を５乃至60重量％添加させた金属材
料から成る第２の金属とを合金化させて形成され、主導
体層３はニッケル（Ni）、金（Au）、白金（Pt）、パラ
ジウム（Pd）等から成る。
o）の少なくとも一種から成る第１の金属と、ビッカー
ス硬度が100乃至200の金属材料、具体的には銅（Cu）や
ジルコニウム（Zr）、鉄（Fe）等にタングステン（Ｗ）
やモリブデン（Mo）を５乃至60重量％添加させた金属材
料から成る第２の金属とを合金化させて形成され、主導
体層３はニッケル（Ni）、金（Au）、白金（Pt）、パラ
ジウム（Pd）等から成る。
前記金属層２を形成する合金はセラミック基板１及び
主導体層３と密着性が良く、主導体層３をセラミック基
板１に強固に接合することができ、また軟質であること
から配線パターンにリードピン等の金具をロウ付けする
際等において金属層２と主導体層３の両者に熱が印加さ
れ、両者間に熱膨張率の差に起因する歪みが発生したと
しても該歪みを金属層２に良好に吸収させることがで
き、金属層２と主導体層３との間にふくれやはがれを発
生することもない。更には金属層２の合金は熱拡散が生
じ難い金属であることから金属層２と主導体層３との間
に相互熱拡散を生じることもなく、そのため配線パター
ンに変色や特性の変化を生じることもない。
主導体層３と密着性が良く、主導体層３をセラミック基
板１に強固に接合することができ、また軟質であること
から配線パターンにリードピン等の金具をロウ付けする
際等において金属層２と主導体層３の両者に熱が印加さ
れ、両者間に熱膨張率の差に起因する歪みが発生したと
しても該歪みを金属層２に良好に吸収させることがで
き、金属層２と主導体層３との間にふくれやはがれを発
生することもない。更には金属層２の合金は熱拡散が生
じ難い金属であることから金属層２と主導体層３との間
に相互熱拡散を生じることもなく、そのため配線パター
ンに変色や特性の変化を生じることもない。
尚、本発明における金属層２と主導体層３の各層の厚
みは、各々の目的を十分に達成し得る程度に形成される
べきであって、例えば、金属層２は0.1〜5.0μｍ、好適
には0.5〜3.0μｍの厚みにするのが望ましい。
みは、各々の目的を十分に達成し得る程度に形成される
べきであって、例えば、金属層２は0.1〜5.0μｍ、好適
には0.5〜3.0μｍの厚みにするのが望ましい。
次に本発明におけるセラミック配線基板の具体的な製
造方法の一例を説明する。
造方法の一例を説明する。
まずアルミナセラミックスから成る生セラミックシー
ト（グリーンシート）を焼成してセラミック基板１を準
備し、表面をアセトン等で洗浄する。
ト（グリーンシート）を焼成してセラミック基板１を準
備し、表面をアセトン等で洗浄する。
次に、洗浄されたセラミック基板１の上面全面に、例
えば真空蒸着法、イオンプレーティングによりタングス
テン（Ｗ）、もしくはモリブデン（Mo）から成る第１の
金属の層と、銅（Cu）やジルコニウム（Zr）、鉄（Fe）
等にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Mo）を所定量添
加させたビッカース硬度が100乃至200の金属材料から成
る第２の金属の層を順次、所定厚みに被着させ、その
後、フォトリソグラフィー等によって配線パターンを形
成し、還元雰囲気中、例えば湿式水素あるいは加湿フォ
ーミングガス（H2/N2）中で700〜1050℃で熱処理を行
う。この時、第２の金属の層に含まれる銅（Cu）が第１
の金属及び第２の金属の層のタングステン（Ｗ）もしく
はモリブデン（Mo）中に拡散し合金化して金属層２を形
成する。
えば真空蒸着法、イオンプレーティングによりタングス
テン（Ｗ）、もしくはモリブデン（Mo）から成る第１の
金属の層と、銅（Cu）やジルコニウム（Zr）、鉄（Fe）
等にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Mo）を所定量添
加させたビッカース硬度が100乃至200の金属材料から成
る第２の金属の層を順次、所定厚みに被着させ、その
後、フォトリソグラフィー等によって配線パターンを形
成し、還元雰囲気中、例えば湿式水素あるいは加湿フォ
ーミングガス（H2/N2）中で700〜1050℃で熱処理を行
う。この時、第２の金属の層に含まれる銅（Cu）が第１
の金属及び第２の金属の層のタングステン（Ｗ）もしく
はモリブデン（Mo）中に拡散し合金化して金属層２を形
成する。
次に前記熱処理後の金属層２上にニッケル（Ni）、金
（Au）、白金（Pt）もしくはパラジウム（Pd）を従来周
知のメッキにより被着させ主導体層３を形成し、これに
よってセラミック配線基板が完成する。
（Au）、白金（Pt）もしくはパラジウム（Pd）を従来周
知のメッキにより被着させ主導体層３を形成し、これに
よってセラミック配線基板が完成する。
［実験例］ 次に本発明の作用効果を以下に示す実験例に基づき説
明する。
明する。
［試料の作成］ 洗浄したアルミナ（Al2O3）質焼結体から成る基板表
面にイオンプレーティング法によって、該基板上に第１
表に示すタングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）のいず
れか一種から成る第１の金属と、銅（Cu）やジルコニウ
ム（Zr）、鉄（Fe）等にタングステン（Ｗ）やモリブデ
ン（Mo）を所定量添加させたビッカース硬度が100乃至2
00の金属材料から成る第２の金属を順次、被着させ、そ
の後、フォトリソグラフィーによって１×1mmのドット
パターン加工を行うとともに湿式アームガス（H2/N2）
雰囲気で850℃の温度にて熱処理を行い、第２の金属の
層に含まれる銅（Cu）やジルコニウム（Zr）、鉄（Fe）
を第１の金属及び第２の金属の層のタングステン（Ｗ）
もしくはモリブデン（Mo）中に拡散させ合金化させて金
属層を形成した。
面にイオンプレーティング法によって、該基板上に第１
表に示すタングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）のいず
れか一種から成る第１の金属と、銅（Cu）やジルコニウ
ム（Zr）、鉄（Fe）等にタングステン（Ｗ）やモリブデ
ン（Mo）を所定量添加させたビッカース硬度が100乃至2
00の金属材料から成る第２の金属を順次、被着させ、そ
の後、フォトリソグラフィーによって１×1mmのドット
パターン加工を行うとともに湿式アームガス（H2/N2）
雰囲気で850℃の温度にて熱処理を行い、第２の金属の
層に含まれる銅（Cu）やジルコニウム（Zr）、鉄（Fe）
を第１の金属及び第２の金属の層のタングステン（Ｗ）
もしくはモリブデン（Mo）中に拡散させ合金化させて金
属層を形成した。
次に前記金属層表面に無電界メッキ法により第１表に
示す組成の金属から成る主導体層を設け、配線パターン
を形成した。
示す組成の金属から成る主導体層を設け、配線パターン
を形成した。
［強度測定法］ 配線パターンに対する金具の直接取付時の強度を測る
ため、得られた配線基板のドットパターンに対しKovor
製の金具を銀ロウ（BAg-8）によって熱処理（湿式アー
ムガス雰囲気、850℃）にてロウ付けを行い、該金具を
垂直方向に引張り、金具の配線層に対する引張強度を測
定した。
ため、得られた配線基板のドットパターンに対しKovor
製の金具を銀ロウ（BAg-8）によって熱処理（湿式アー
ムガス雰囲気、850℃）にてロウ付けを行い、該金具を
垂直方向に引張り、金具の配線層に対する引張強度を測
定した。
また、配線自体の密着強度を測定するために主導体層
上に密着強度測定用の銅製金具を半田付けし、該金具を
垂直方向に引張り、配線パターンのセラミック基板に対
する密着強度を測定した。
上に密着強度測定用の銅製金具を半田付けし、該金具を
垂直方向に引張り、配線パターンのセラミック基板に対
する密着強度を測定した。
更に配線パターン表面を顕微鏡により観察し、金属層
が主導体層に熱拡散して変色をしているものの数を調べ
た。
が主導体層に熱拡散して変色をしているものの数を調べ
た。
その結果を第１表に示す。
尚、強度測定における測定結果は各々、20個測定し、
その平均値を示した。
その平均値を示した。
また試料No.20乃至22は従来の配線パターンの組成を
示す。
示す。
第１表から明らかなように従来の組成から成る配線パ
ターンでは還元雰囲気下、850℃のロウ付条件における
耐熱性がなく、このロウ付条件での熱処理後では１Kg/m
m2以下の密着強度しか示さず実用に耐えないものであ
り、従来の配線パターンに対する金具の銀ロウ付けはで
きなかった。これらの従来品に対し、本発明品はいずれ
も優れた引張強度を示し、配線パターンに対し直接金具
を取付けた場合でも、2.0Kg/mm2以上の強度を示し、配
線層自体の密着強度も2.1Kg/mm2以上の強度を示した。
ターンでは還元雰囲気下、850℃のロウ付条件における
耐熱性がなく、このロウ付条件での熱処理後では１Kg/m
m2以下の密着強度しか示さず実用に耐えないものであ
り、従来の配線パターンに対する金具の銀ロウ付けはで
きなかった。これらの従来品に対し、本発明品はいずれ
も優れた引張強度を示し、配線パターンに対し直接金具
を取付けた場合でも、2.0Kg/mm2以上の強度を示し、配
線層自体の密着強度も2.1Kg/mm2以上の強度を示した。
また従来品は配線パターンに金属層の主導体層への熱
拡散に起因する変色が発生するのに対し、本発明品では
配線パターンの変色はほとんどみられなかった。
拡散に起因する変色が発生するのに対し、本発明品では
配線パターンの変色はほとんどみられなかった。
［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のセラミック配線基板は配
線パターンを構成する主導体層の下地に前述した特定の
合金から成る金属層を配したことからセラミック製半導
体素子収納用パッケージ等のリードピン、ヒートシンク
等の金具の取付けを必要とされるような配線基板への適
用に際し、金具のロウ付時の過酷な熱処理工程、例えば
還元雰囲気での500〜1000℃の条件において、配線パタ
ーンの各層間での歪み発生、相互熱拡散が抑制されるこ
とにより、配線パターンの変色、ふくれ、はがれ等を防
止することができるとともにセラミック基板との密着性
を向上させることができる。これにより配線パターンへ
の直接リードピン等のロウ付が可能となるため、高密度
の半導体素子収納用パッケージを効率良く製造すること
ができる。
線パターンを構成する主導体層の下地に前述した特定の
合金から成る金属層を配したことからセラミック製半導
体素子収納用パッケージ等のリードピン、ヒートシンク
等の金具の取付けを必要とされるような配線基板への適
用に際し、金具のロウ付時の過酷な熱処理工程、例えば
還元雰囲気での500〜1000℃の条件において、配線パタ
ーンの各層間での歪み発生、相互熱拡散が抑制されるこ
とにより、配線パターンの変色、ふくれ、はがれ等を防
止することができるとともにセラミック基板との密着性
を向上させることができる。これにより配線パターンへ
の直接リードピン等のロウ付が可能となるため、高密度
の半導体素子収納用パッケージを効率良く製造すること
ができる。
第１図は本発明のセラミック配線基板の一部拡大断面図
である。 １……セラミック基板 ２……金属層 ３……主導体層
である。 １……セラミック基板 ２……金属層 ３……主導体層
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック基板上に配線パターンを被着形
成して成るセラミック配線基板において、前記配線パタ
ーンを構成するニッケル、金、白金、パラジウムなどか
ら成る主導体層の下地にタングステン、モリブデンの少
なくとも１種から成る第１の金属と、銅、鉄、ジルコニ
ウムの少なくとも１種にタングステン及び／又はモリブ
デンを５乃至60重量％添加させたビッカース硬度が100
乃至200の金属材料から成る第２の金属とを合金化させ
て形成される金属層を配したことを特徴とするセラミッ
ク配線基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61224095A JP2524129B2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | セラミツク配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61224095A JP2524129B2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | セラミツク配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6378591A JPS6378591A (ja) | 1988-04-08 |
| JP2524129B2 true JP2524129B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=16808464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61224095A Expired - Fee Related JP2524129B2 (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | セラミツク配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2524129B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009056663B4 (de) | 2009-12-02 | 2022-08-11 | Tdk Electronics Ag | Metallisierung mit hoher Leistungsverträglichkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit und Verfahren zur Herstellung |
-
1986
- 1986-09-22 JP JP61224095A patent/JP2524129B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6378591A (ja) | 1988-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |