JP2541823B2 - セラミック配線基板 - Google Patents
セラミック配線基板Info
- Publication number
- JP2541823B2 JP2541823B2 JP62168123A JP16812387A JP2541823B2 JP 2541823 B2 JP2541823 B2 JP 2541823B2 JP 62168123 A JP62168123 A JP 62168123A JP 16812387 A JP16812387 A JP 16812387A JP 2541823 B2 JP2541823 B2 JP 2541823B2
- Authority
- JP
- Japan
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- layer
- wiring
- wiring board
- strength
- film
- Prior art date
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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。
高密度の回路基板、半導体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。
従来セラミック配線基板における配線パターンの形成
に当たっては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。
に当たっては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、前記配線層に
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、前記配線層に
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を形成したの
ち、主導体層としてAuメッキ層を施すことにより高密度
の配線層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を形成したの
ち、主導体層としてAuメッキ層を施すことにより高密度
の配線層を形成するものである。
〔本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、
上記の薄膜の導体では銀ロウ等のロウ条件例えば還元雰
囲気、500〜1000℃の条件において、配線層の各層間の
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層の変
色、ふくれ、はがれ等の欠陥が生じていた。また、配線
層の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、膜強度が低下する等の不都合が生じ
ていた。
る高密度の配線基板に対し、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、
上記の薄膜の導体では銀ロウ等のロウ条件例えば還元雰
囲気、500〜1000℃の条件において、配線層の各層間の
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層の変
色、ふくれ、はがれ等の欠陥が生じていた。また、配線
層の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、膜強度が低下する等の不都合が生じ
ていた。
さらに、リードピン等を銀ロウ付した後、さらにNiメ
ッキ等の金属膜を形成した場合、設けた金属膜の膜応力
によって強度が極端に低下するといった問題が生じてい
た。
ッキ等の金属膜を形成した場合、設けた金属膜の膜応力
によって強度が極端に低下するといった問題が生じてい
た。
よって、本発明の主たる目的は上記の問題点を解決す
ることにあり、具体的には、リードピン、ヒートシンク
等が取付け可能でしかも優れた膜強度を有する薄膜の配
線層を設けたセラミック配線基板を提供するにあり、そ
れにより高密度のセラミック配線基板を提供しようとす
るものである。
ることにあり、具体的には、リードピン、ヒートシンク
等が取付け可能でしかも優れた膜強度を有する薄膜の配
線層を設けたセラミック配線基板を提供するにあり、そ
れにより高密度のセラミック配線基板を提供しようとす
るものである。
本発明者等は上記の問題に対し研究を重ねた結果、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、配線層の構造を接着層、バリア層および主
導体層の３層構造とし、接着層をTi、バリア層をTiとＷ
との合金、主導体層をCuを主体として構成することによ
り、ロウ付熱処理条件に対して優れた耐熱性を示し、且
つ配線層自体にリードピン等の銀ロウ付が可能で銀ロウ
付後の金属膜形成に際しても膜強度低下の小さい優れた
膜強度を有する配線層が形成されることを見い出した。
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、配線層の構造を接着層、バリア層および主
導体層の３層構造とし、接着層をTi、バリア層をTiとＷ
との合金、主導体層をCuを主体として構成することによ
り、ロウ付熱処理条件に対して優れた耐熱性を示し、且
つ配線層自体にリードピン等の銀ロウ付が可能で銀ロウ
付後の金属膜形成に際しても膜強度低下の小さい優れた
膜強度を有する配線層が形成されることを見い出した。
第１図は本発明におけるセラミック配線基板の配線層
の断面図である。本発明における配線層は基本的に３層
構造から成るものである。即ち、セラミック基板１上に
は、イオンプレーティング法、スパッタ法等公知の気相
成長法によって接着層２およびバリア層３が設けられ、
さらに主導体層４が設けられる。接着層２はセラミック
基板１との接着性を向上させるためのものでありバリア
層３は接着層２と主導体層４間の相互拡散を防ぐために
設けられるものである。
の断面図である。本発明における配線層は基本的に３層
構造から成るものである。即ち、セラミック基板１上に
は、イオンプレーティング法、スパッタ法等公知の気相
成長法によって接着層２およびバリア層３が設けられ、
さらに主導体層４が設けられる。接着層２はセラミック
基板１との接着性を向上させるためのものでありバリア
層３は接着層２と主導体層４間の相互拡散を防ぐために
設けられるものである。
本発明によれば、接着層２としてTiを用い、バリア層
３としてTiとＷとの合金から構成し、且つ主導体層４と
してCuを用いることが重要である。
３としてTiとＷとの合金から構成し、且つ主導体層４と
してCuを用いることが重要である。
即ち、上記構成によれば、接着層２とバリア層３間の
熱膨張率が類似し、且つ熱拡散が生じ難い金属であるこ
とにより、金属取付時におけるロウ付等の過酷な熱処理
条件においても、各層間での歪発生、相互熱拡散が防止
され、変色、ふくれ、はがれ、密着不良のない耐熱性に
優れた配線層を得ることができる。
熱膨張率が類似し、且つ熱拡散が生じ難い金属であるこ
とにより、金属取付時におけるロウ付等の過酷な熱処理
条件においても、各層間での歪発生、相互熱拡散が防止
され、変色、ふくれ、はがれ、密着不良のない耐熱性に
優れた配線層を得ることができる。
しかもバリア層３としてTiとＷとから構成することに
よりバリア層自体の柔軟性が高められ、表面膜の内部応
力を吸収でき、それにより、銀ロウ付後の金属膜形成に
際しても優れた膜強度が得られるのである。
よりバリア層自体の柔軟性が高められ、表面膜の内部応
力を吸収でき、それにより、銀ロウ付後の金属膜形成に
際しても優れた膜強度が得られるのである。
なお、バリア層におけるTi−Ｗ合金の組成はTi含有量
が0.2乃至30重量％、特に３乃至18重量％であることが
望ましく、Ti含有量が0.2重量％を下回ると接着層であ
るTi層との密着強度が低下し、30重量％を越えると膜硬
度が増加し、その上に形成された膜の内部応力を緩和し
にくくなる傾向にある。
が0.2乃至30重量％、特に３乃至18重量％であることが
望ましく、Ti含有量が0.2重量％を下回ると接着層であ
るTi層との密着強度が低下し、30重量％を越えると膜硬
度が増加し、その上に形成された膜の内部応力を緩和し
にくくなる傾向にある。
さらに、主導体層は、Cuを主体とするものであるが、
Cuの層上にAu,Pt,Pd,Niを設け、これを主導体層とする
こともできる。
Cuの層上にAu,Pt,Pd,Niを設け、これを主導体層とする
こともできる。
本発明における配線層の各層の厚みは、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、詳細
には接着層が0.01〜1.0μｍ、特に0.03〜0.5μｍ、バリ
ア層が0.1〜５μｍ、特に0.5〜２μｍ、主導体層が0.1
〜10μｍ、特に0.5〜５μｍが望ましく、配線層全体の
厚みが0.2〜16μｍであることが好ましい。
十分に達成し得る程度に形成されるべきであって、詳細
には接着層が0.01〜1.0μｍ、特に0.03〜0.5μｍ、バリ
ア層が0.1〜５μｍ、特に0.5〜２μｍ、主導体層が0.1
〜10μｍ、特に0.5〜５μｍが望ましく、配線層全体の
厚みが0.2〜16μｍであることが好ましい。
本発明における配線基板の具体的な製造方法として
は、洗浄されたセラミック基板上に真空蒸着法あるいは
スパッタ法により所定の厚みのTiから成る接着層を設け
る。
は、洗浄されたセラミック基板上に真空蒸着法あるいは
スパッタ法により所定の厚みのTiから成る接着層を設け
る。
次に同様な手段により、バリア層としてTiとＷの合金
から成る層を設ける。この合金層の形成は例えばTiとＷ
が所定の割合に調製された合金ターゲットを用いたスパ
ッタリングにより容易に形成することができる。バリア
層の形成後、引き続き、スパッタリングによりCuの主導
体層を設ける。
から成る層を設ける。この合金層の形成は例えばTiとＷ
が所定の割合に調製された合金ターゲットを用いたスパ
ッタリングにより容易に形成することができる。バリア
層の形成後、引き続き、スパッタリングによりCuの主導
体層を設ける。
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、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℃で金具を銀
ロウ付する。
ンを形成し、還元雰囲気、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℃で金具を銀
ロウ付する。
その後、所望によりAu,Pt,Pd等の貴金属層を酸化防
止、半田濡れ性、ワイヤボンディング性を向上させるこ
とを目的として設けることにより完成する。
止、半田濡れ性、ワイヤボンディング性を向上させるこ
とを目的として設けることにより完成する。
本発明を次の例で説明する。
実施例 ・試料の作成 洗浄したAl2O3質焼結体から成る基板表面にスパッタ
リング法によって該基板上にTiの接着層およびTi−Ｗ合
金のバリア層およびCuの主導体層を第１表に従って設け
た。その後、フォトリソグラフィによって１×1mmのド
ットパターン加工を行った。
リング法によって該基板上にTiの接着層およびTi−Ｗ合
金のバリア層およびCuの主導体層を第１表に従って設け
た。その後、フォトリソグラフィによって１×1mmのド
ットパターン加工を行った。
得られたサンプルに対して下記の方法でろう付け強
度、膜強度を測定した。
度、膜強度を測定した。
（ろう付強度） 得られたサンプルのドット部にKovar製金具を銀ロウ
付（BAg−８またはAg）を用いて850〜1030℃の熱処理
（湿式アームガス雰囲気）を10分間行ってロウ付を行っ
た後、１μｍのNiおよび２μmAuをメッキによって設け
た。次に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。
付（BAg−８またはAg）を用いて850〜1030℃の熱処理
（湿式アームガス雰囲気）を10分間行ってロウ付を行っ
た後、１μｍのNiおよび２μmAuをメッキによって設け
た。次に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。
（膜強度） 得られた、各サンプルを還元雰囲気中で850〜1030℃
の熱処理を10分間行なった後、ドット部に１μｍのNi層
と２μｍのAu層を順次設けた。そしてドット部に測定用
金具を半田付し、該金具を垂直に引張り、その引張り強
度を測定した。
の熱処理を10分間行なった後、ドット部に１μｍのNi層
と２μｍのAu層を順次設けた。そしてドット部に測定用
金具を半田付し、該金具を垂直に引張り、その引張り強
度を測定した。
第１表によれば、従来における配線基板構成の一例と
してTi−Pd−Au系（No.31）およびTi−Ni−Au系（No.3
2）では膜強度が1Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の
試料は優れた強度を示した。本発明の試料によれば、バ
リア層中のTiの含有量によって強度が変わることが認め
られ、Tiの含有量が0.2乃至30重量％、特に３乃至18重
量％で優れた強度を示すことが判る。各層厚に関して
は、あまり大きな差はないが接着層が0.01〜1.0μｍ、
バリア層が0.1〜５μｍ、主導体層が0.1〜10μｍの範囲
を逸脱すると強度が低下する傾向にある。
してTi−Pd−Au系（No.31）およびTi−Ni−Au系（No.3
2）では膜強度が1Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の
試料は優れた強度を示した。本発明の試料によれば、バ
リア層中のTiの含有量によって強度が変わることが認め
られ、Tiの含有量が0.2乃至30重量％、特に３乃至18重
量％で優れた強度を示すことが判る。各層厚に関して
は、あまり大きな差はないが接着層が0.01〜1.0μｍ、
バリア層が0.1〜５μｍ、主導体層が0.1〜10μｍの範囲
を逸脱すると強度が低下する傾向にある。
因に、配線層がTi（0.05μｍ）−Mo（1.5μｍ）/Cu
（0.5μｍ）−Ni（0.5μｍ）においても優れた強度を示
し、この系においてろう付強度（金具取付後メッキな
し）で5.26Kg/mm2の強度を有するが、本実施例のように
Ni−Auメッキを行うと、3.49Kg/mm2とその強度低下が著
しいのに対し、本発明の試料はいずれも低下が小さいも
のであった。
（0.5μｍ）−Ni（0.5μｍ）においても優れた強度を示
し、この系においてろう付強度（金具取付後メッキな
し）で5.26Kg/mm2の強度を有するが、本実施例のように
Ni−Auメッキを行うと、3.49Kg/mm2とその強度低下が著
しいのに対し、本発明の試料はいずれも低下が小さいも
のであった。
以上詳述したように本発明のセラミック配線基板は配
線層を前述した特定の金属から成る複合層から構成する
ことによってセラミック製の半導体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配線層への取付
けを必要とするような配線基板への適用に際し、金具の
ろう付時の過酷な熱処理工程、例えば還元雰囲気での50
0〜1030℃の条件において配線層の各層間での歪発生、
相互熱拡散が抑制されることにより、配線層の変色、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。また、
リードピン等の表面にメッキ等による金属層を形成する
場合においても、配線層の強度の低化を防止し、優れた
強度を維持することができる。これにより、配線層への
直接リードピン等の金具のロウ付および金属層の形成が
可能となるため、高密度の半導体パッケージを効率良く
製造することができる。
線層を前述した特定の金属から成る複合層から構成する
ことによってセラミック製の半導体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配線層への取付
けを必要とするような配線基板への適用に際し、金具の
ろう付時の過酷な熱処理工程、例えば還元雰囲気での50
0〜1030℃の条件において配線層の各層間での歪発生、
相互熱拡散が抑制されることにより、配線層の変色、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。また、
リードピン等の表面にメッキ等による金属層を形成する
場合においても、配線層の強度の低化を防止し、優れた
強度を維持することができる。これにより、配線層への
直接リードピン等の金具のロウ付および金属層の形成が
可能となるため、高密度の半導体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における配線層の
断面図である。 １……セラミック基板 ２……接着層 ３……バリア層 ４……主導体層
断面図である。 １……セラミック基板 ２……接着層 ３……バリア層 ４……主導体層
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック基板上にTiから成る接着層と、
TiとＷとの合金から成るバリア層と、Cuを主体とする主
導電層とを順次設けて成る配線層を具備したセラミック
配線基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62168123A JP2541823B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | セラミック配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62168123A JP2541823B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | セラミック配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6411394A JPS6411394A (en) | 1989-01-13 |
| JP2541823B2 true JP2541823B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=15862275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62168123A Expired - Lifetime JP2541823B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | セラミック配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2541823B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6225453B2 (ja) | 2012-05-24 | 2017-11-08 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体装置 |
-
1987
- 1987-07-06 JP JP62168123A patent/JP2541823B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6411394A (en) | 1989-01-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |