JPH01149378A - セラミック基体のリード取り付け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミックパッケージ、セラミック基板等の
セラミック基体表面の回路パターンのターミナルにリー
ド端部を銀ろう等のろう材を用いてろう付け接続する際
のリード取り付け構造に関する。

［従来の技術］ 第２図に示したように、半導体素子等の電子部品を収容
、搭載するセラミックパッケージ、セラミック基板等の
セラミック基体１表面のメタライズ層等からなる回路パ
ターンのターミナル２には、該回路パターンのターミナ
ル２と外部装置の電気回路とを電気的に接続する４２７
０イ（鉄−ニッケル合金）、コバール（鉄−ニッケルー
コバルト合金）等の金属製のり−ド３を銀ろう等のろう
材４を用いて接続する。

ところで、近時、上記セラミック基体！に収容、搭載す
るシリコンチップからなる半導体素子の高集積化が一段
と進んで、該素子が大きくなるにつれて、セラミック基
体ｌと該基体に収容、搭載する半導体素子との熱膨張率
の差により半導体素子が破壊する等、セラミック基体ｌ
と半導体素子との熱膨張率の差に基七く半導体素子への
悪影響が問題となってきた。

そこで、上記セラミック基体Ｉと半導体素子との熱膨張
率の差に基づく半導体素子への悪影響を除去するために
、近時は、通常の高温焼成により形成される熱膨張率の
大きいアルミナセラミック基体に代わって、熱膨張率が
３ｘｌ（Ｉ’／℃のシリコンチップからなる半導体素子
の熱膨張率に近い、熱膨張率の小さい低温焼成により形
成されるセラミック基体、ムライトセラミック基体等の
セラミック基体（以下、単に熱膨張率の小さいセラミッ
ク基体という。）が開発され、該基体を用いた半導体装
置が実用化されつつある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記低温焼成により形成されるセラミッ
ク基体、ムライトセラミック基体等の熱膨張率の小さい
セラミック基体は、通常の高温焼成により形成されるア
ルミナセラミック基体に比べて、脆弱である。

即ち、通常の高温焼成により形成されるアルミナセラミ
ック基体は、その抗折力が３０〜４０ｋｇ　／　ｃ　ｍ
″あるのに対して、上記熱膨張率の小さいセラミック基
体は、その抗折力が２０　ｋ　ｇ　／　ｃｍ’Ｌかない
。

また、上記熱膨張率の小さいセラミック基体の熱膨張率
が４〜７Ｘ１（Ｉ”／’Ｃであるのに対して、銀ろう材
の熱膨張率は１８〜２０ＸＩＯ−”７℃とその熱膨張率
が上記熱膨張率の小さいセラミック基体の熱膨張率の４
〜５倍程度大きい。

そのため、上記熱膨張率の小さいセラミック基体１表面
のメタライズ層等からなる回路パターンのターミナル２
に、第２図に示したように、り一ド３端部を銀ろう等の
ろう材４を用いてろう付け接続した際には、熱膨張率の
小さいセラミック基体ｌに対して、熱膨張率の大きい銀
ろう等のろう材４が上記脆弱な熱膨張率の小さいセラミ
ック基体１表面で大きく収縮しながら冷却固化すること
となって、該熱膨張率の小さいセラミック基体ｌに上記
冷却固化しつつある銀ろう等のろう材４の大きい収縮応
力が掛かり、該応力で上記熱膨張率の小さいセラミック
基体ｌにクラックが生じて、該基体ｌの気密性が損なわ
れるとともに、該基体１表面のメタライズ層等からなる
回路パターンのターミナル２にろう付け接続したリード
３端部の接続強度が不安定となる等した。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は、上記熱膨張率の小さいセラミック基体
１表面の回路パターンのターミナル２に、銀ろう等のろ
う材４を用いてリード３端部を、上記セラミック基体ｌ
にクラックを生゛じさせずにろう付け接続できる、セラ
ミック基体のリード取り付け構造を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のセラミック基体の
リード取り付け構造は、第１図にその構成例を示したよ
うに、セラミックパッケージ、セラミック基板等のセラ
ミック基体１表面の回路パターンのターミナル２に、リ
ード３端部をろう材４を用いてろう付け接続したセラミ
ック基体において、」二足ろう材４に、該ろう材４より
熱膨張率の小さい粉末５を混入させたことを特徴とする
。

［作用］ 本発明のセラミック基体のリード取り付け構造において
は、リード３端部をセラミック基体１表面の回路パター
ンのターミナル２にろう付け接続したろう材４の一部が
、該ろう材４に混入させた該ろう材４の熱膨張率より小
さい熱膨張率を持った粉末５に置き換えられて、セラミ
ック基体１表面の回路パターンのターミナル２にリード
３端部が接続されることとなる。

そのため、リード３端部をセラミック基体１表面の回路
パターンのターミナル２にろう付け接続した際には、セ
ラミック基体１表面で冷却固化するろう材４の収縮応力
が、該ろう材４に混入した上記ろう材４の熱膨張率より
小さい熱膨張率を持った粉末５により弱められることと
なって、その分、セラミック基体ｌに対しての上記セラ
ミック基体１表面で冷却固化するろう材４の収縮応力を
弱めることができる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図は本発明のセラミック基体のリード取り付け構造
の好適な実施例を示し、詳しくは該リード取り付け構造
を用いたムライトセラミック基板の一部破断正面図を示
す。以下、上記図中の実施例を説明する。

図において、ｌは、熱膨張率の小さいセラミック基体で
ある、熱膨張率が約４．５ｘｌ（Ｉ”７℃のムライトセ
ラミック基板である。

このムライトセラミック基板１表面に、該基板ｌ内部や
その表面に備えたタングステンメタライズ層からなる回
路パターン（図示せず。）に一連に連続する、リード３
端部をろう付け接続するタングステンメタライズ層から
なる円形状をした回路パターンのターミナル２を一体に
備えた。

そして、上記タングステンメタライズ層からなるターミ
ナル２表面に、無電解めっき法によりニッケルめっき６
を施した。

そして、このニッケルめっき６を施した上記タングステ
ンメタライズ層からなるターミナル２上面に、第１図に
示したように、４２７０イからなる細い円柱状をしたリ
ード３下端を当接させて、該リード３を上記ターミナル
２上方に起立させた。

そして、上記リード３をターミナル２上方に起立させた
状態で、リード３下部、リード３下端を当接させたター
ミナル２、該ターミナル周辺のムライトセラミック基板
１を８００℃前後に予備加熱するとともに、銀７２％、
銅２８％の共晶ろうの８０体積部中に該共晶ろうの熱膨
張率より小さいムライトセラミック基板！に近い熱膨張
率を持った粒径１μｍ以下のタングステン粉末５ａを２
０体積部分散させて混入したろう材４を設けて、該ろう
材４を加熱して溶融させた状態にして上記リード３下部
周囲とムライトセラミック基板１表面のターミナル２ａ
に亙って付着させた後、該ろう材４を上記リード３下部
、ムライトセラミック基板１表面のターミナル２、該タ
ーミナル周辺のムライトセラミック基板ｌとともに冷却
し、上記ろう材４をリード３下部周囲とムライトセラミ
ック基板１表面のターミナル２に亙って隙間なく付着さ
せた状態で固化させた。

第１図に示したムライトセラミック基板のリード取り付
け構造は、以上のように構成した。

すると、上記ムライトセラミック基板１表面のターミナ
ル２に、ムライトセラミック基板ｌにクラックを生じさ
せずに、リード３をろう付け接続できた。

また、上記ムライトセラミック基板１表面のターミナル
２にろう付け接続したり一ド３の引張り強度を測定した
ところ、該リード３が６ｋｇ以上の引張り強度を持つこ
とが確認され、上述実施例の本発明のリード取り付け構
造を用いたムライトセラミック基板が実用上その使用に
十分耐え得る基板であることが判明した。

また、上述実施例に類似する実施例として、第１図と同
様なその表面にタングステンメタライズ層からなる回路
パターンのターミナル２を一体に備え、該ターミナル２
表面にニッケルめっき６を施したムライトセラミック基
板Ｉを設けて、該ムライトセラミック基板１表面のター
ミナル２上面に、４２７０イからなるリード３端部を、
銀７２％、銅２８％の共晶ろうの８０体積部中に該共晶
ろうより熱膨張率の小さいムライトセラミック基板ｌに
近い熱膨張率を持った粒径１μｍ以下のモリブデン粉末
を２０体積部分散させて混入したろう材４を用いて、第
１図に示したようにろう付け接続したところ、上記ムラ
イトセラミック基板１にクラックが生じないことが確認
された。また、上記ムライトセラミック基板１表面のタ
ーミナル２にろう付け接続したリード３の引張り強度を
測定したところ、６ｋｇ以上あり、上記本発明のリード
取り付け構造を用いたムライトセラミック基板が実用上
その使用に十分耐え得る基板であることが判明した。

さらに、上述各実施例に類似する実施例として、第１図
と同様なその表面にタングステンメタライズ層からなる
回路パターンのターミナル２を一体に備え、該ターミナ
ル２表面にニッケルめっき６を施したムライトセラミッ
ク基板ｌを設けて、該ムライトセラミック基板１表面の
ターミナル２上面に、４２７０イからなるリード３端部
を、銀７２％、銅２８％の共晶ろうの８０体積部中に該
共晶ろうより熱膨張率の小さいムライトセラミック基板
１に近い熱膨張率を持った粒径１μｍ以下の酸化チタン
粉末を２０体積部分散させて混入したろう材４を用いて
、第１図に示したようにろう付け接続したところ、上記
ムライトセラミック基板ｌにクラックが生じないことが
確認された。また、上記ムライトセラミック基板１表面
のターミナル２にろう付け接続したリード３の引張り強
度を測定したところ、６ｋｇ以上あり、上記本発明のリ
ード取り付け構造を用いたムライトセラミック基板が実
用上その使用に十分耐え得る基板であることが確認され
た。

また、上述各実施例に類似する実施例として、アルミナ
セラミックにホウケイ酸ガラスを混入させたセラミック
組成物を焼成して形成した、熱膨張率が約５ｘｌＯ−＠
／”Ｃの低温焼成セラミック基板１表面に銀メタライズ
層からなる回路パターンのターミナル２を一体に備えた
、第１図と同様な低温焼成セラミック基板ｌを設けて、
該セラミック基板１表面のターミナル２上面に、４２７
０イからなるリード３端部を、金とゲルマニウムからな
る共晶ろうの８０体積部中に該共晶ろうより熱膨張率の
小さい低温焼成セラミック基板ｌに近い熱膨張率を持っ
た粒径１μｍ以下のタングステン粉末を２０体積部分散
させて混入したろう材４を用いて、第１図に示したよう
にろう付け接続したところ、上記低温焼成セラミック基
板ｌにクラックが生じないことが確認された。また、上
記低温焼成セラミック基板１表面のターミナル２にろう
付け接続したリード３の引張り強度を測定したところ、
６ｋｇ以上あり、上記本発明のリード取り付け構造を用
いた低温焼成セラミック基板が実用上その使用に十分耐
え得る基板であることが確認された。

なお、上述各実施例において、ろう材４に混入させるタ
ングステン粉末、モリブデン粉末等の粉末５表面にニッ
ケルめっき、金めつき等の金属めっきを施せば、該金属
めっきを施した粉末５表面にろう材４が的確に密着して
粉末５とろう材４が一体化することとなって、該粉末５
を混入させたろう材４を用いてリード３端部をセラミッ
ク基板１表面の回路パターンのターミナル２に強固にろ
う付け接続できて都合が良い。

また、ろう材４に混入させる粉末５は、タングステン粉
末、モリブデン粉末等の金属粉末の外に、その表面が金
属化された、ろう材４が的確に密着する無機粉末でも良
い。

さらに、ろう材４に混入させる粉末５は、該ろう材４を
用いてリード３端部をろう付け接続するムライトセラミ
ック基板！や低温焼成セラミック基板ｌの熱膨張率に近
い熱膨張率を持った粉末が最適であるが、場合によって
は、上記セラミック基板１の熱膨張率より小さい零に近
い熱膨張率を持った粉末でも良く、該粉末５をろう材４
に混入すれば、ろう材４が冷却固化する際の収縮応力の
一部を上記粉末５で減殺して、リード３端部をセラミッ
ク基板１表面の回路パターンのターミナル２にろう付け
接続する際のセラミック基板ｌに掛かるろう材４の収縮
応力を弱めることができる。

また、セラミック基板１に、アルミナセラミック基板よ
りも強靭なものの、ろう材４との熱膨張率の差がアルミ
ナセラミック基板より大きな、窒化アルミニウム基板を
用いたセラミック基板１表面の回路パターンのターミナ
ル２にリード３をろう付け接続した際にも、該窒化アル
ミニウム基板にろう材４との熱膨張率の差によるクラッ
クが発生する場合があり、このような窒化アルミニウム
基板表面の回路パターンのターミナル２にも本発明のリ
ード取り付け構造を用いてリード３をろう付け接続すれ
ば、該窒化アルミニウム基板のクラック発生防止の有効
な解決手段となって都合が良い。

さらに、上述各実施例においては、いずれもセラミック
基体ｌであるセラミック基板ｌのリード取り付け構造に
ついて述べたが、脆弱なセラミック基体ｌであるセラミ
ックパッケージ表面の入出力用の回路パターンのターミ
ナル２にリード３端部をろう材４を用いてろう付け接続
する際のリード取り付け構造に上述各実施例と同様なリ
ード取り付け構造を用いても良く、そうすれば上述各実
施例と同様な作用、効果が得られることは言うまでもな
い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のセラミック基体のリード
取り付け構造においては、セラミック基体表面の回鯖パ
ターンのターミナルにリード端部をろう付け接続するろ
う材に、該ろう材の熱膨張率より小さい熱膨張率を持っ
た粉末を混入させた。

従って、リード端部をセラミック基体表面の回路パター
ンのターミナルにろう付け接続した際に、セラミック基
体表面で冷却固化するろう材の収縮応力が、該ろう材に
混入した上記ろう材の熱膨張率より小さい熱膨張率を持
った粉末により弱められることとなる。

そのため、リード端部をセラミック基体表面の回路パタ
ーンのターミナルにろう付け接続した際に、セラミック
基体にクラックが生じて、セラミック基体の気密性が損
なわれたり、セラミック基体表面の回路パターンのター
ミナルとリード端部との接続強度が不安定となることが
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のり−ド゛取り付け構造を用いたムライ
トセラミック基板の一部破断正面図、第２図は従来のリ
ード取り付け構造を用いたムライトセラミック基板の一
部破断正面図である。 １・・セラミック基体、　２・・ターミナル、３・・リ
ード、　４・・ろう材、　　５・・粉末、５ａ・・タン
グステン粉末。 特許出願人　新光電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、セラミックパッケージ、セラミック基板等のセラミ
   ック基体表面の回路パターンのターミナルに、リード端
   部をろう材を用いてろう付け接続したセラミック基体に
   おいて、上記ろう材に、該ろう材より熱膨張率の小さい
   粉末を混入させたことを特徴とするセラミック基体のリ
   ード取り付け構造。