JPH0288471A - セラミック接合体 - Google Patents
セラミック接合体Info
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- JPH0288471A JPH0288471A JP63236593A JP23659388A JPH0288471A JP H0288471 A JPH0288471 A JP H0288471A JP 63236593 A JP63236593 A JP 63236593A JP 23659388 A JP23659388 A JP 23659388A JP H0288471 A JPH0288471 A JP H0288471A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用骨W)
本発明は、窒化アルミニウム部材表面に形成されるメタ
ライズ層と、1050°C以下で焼結された低温焼成絶
縁基体表面に形成されるメタライズ層とを、高温ろう材
を介して接合するセラミック接合体に関し、特に集積回
路用パッケージに用いて有用なものである。
ライズ層と、1050°C以下で焼結された低温焼成絶
縁基体表面に形成されるメタライズ層とを、高温ろう材
を介して接合するセラミック接合体に関し、特に集積回
路用パッケージに用いて有用なものである。
(従来の技術)
従来、例えば高発熱性の半導体素子を搭載するICパッ
ケージに用いられるパッケージ基板には、高熱伝導性の
窒化アルミニウム (^ff1N)を使用しているが、
^fNは誘電率が大きくて(ε58.8)、信号伝播性
に問題点があった。また焼成温度が高いため、配線導体
として例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)
などの高融点金属を使用する必要があり、これら高融点
金属により形成された導体は比抵抗が高いことから、配
線基板の信号伝播遅延および高密度化等に問題点があっ
た。
ケージに用いられるパッケージ基板には、高熱伝導性の
窒化アルミニウム (^ff1N)を使用しているが、
^fNは誘電率が大きくて(ε58.8)、信号伝播性
に問題点があった。また焼成温度が高いため、配線導体
として例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)
などの高融点金属を使用する必要があり、これら高融点
金属により形成された導体は比抵抗が高いことから、配
線基板の信号伝播遅延および高密度化等に問題点があっ
た。
このような問題を解消すべく、高熱伝導性の窒化アルミ
ニウム部材と、低抵抗率の配線導体(Cu。
ニウム部材と、低抵抗率の配線導体(Cu。
Ag、 Au、 Ag−Pd等)を用いることが可能な
、低温焼成絶縁基体(例えば結晶化ガラスまたはガラス
−セラミック複合体等)とを複合化することが提案され
ている。
、低温焼成絶縁基体(例えば結晶化ガラスまたはガラス
−セラミック複合体等)とを複合化することが提案され
ている。
この複合化にあたり、このAfN基板と低温焼成絶縁基
体とを接合する必要があるが、従来ではAffiN基板
にWおよびMOまたは何れか一方のメタライズ層を形成
し、低温焼成材料にも例えば銅ニッケル等のメタライズ
層を形成し、これらへ1N基板と低温焼成絶縁基体とを
メタライズ層を介して銀ろう(例えば、72−t%Ag
−Cu共晶合金、溶融温度780’C)等の高温ろう
材により接合することで行っていた。
体とを接合する必要があるが、従来ではAffiN基板
にWおよびMOまたは何れか一方のメタライズ層を形成
し、低温焼成材料にも例えば銅ニッケル等のメタライズ
層を形成し、これらへ1N基板と低温焼成絶縁基体とを
メタライズ層を介して銀ろう(例えば、72−t%Ag
−Cu共晶合金、溶融温度780’C)等の高温ろう
材により接合することで行っていた。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、従来のように、AffiN基板と低温焼
成絶縁基体とをメタライズ層を介して高温ろう材でろう
付けすると、ろう付けによる残留熱応力により、主に抗
折強度の弱い低温焼成絶縁基体側のメタライズ層より剥
離又はそのメタライズ層部分より容易に磁器破壊し、十
分な接合強度が得られないという問題点があった。
成絶縁基体とをメタライズ層を介して高温ろう材でろう
付けすると、ろう付けによる残留熱応力により、主に抗
折強度の弱い低温焼成絶縁基体側のメタライズ層より剥
離又はそのメタライズ層部分より容易に磁器破壊し、十
分な接合強度が得られないという問題点があった。
この発明の目的は、上記問題点を解消し、接合強度が十
分得られるセラミック接合体を提供することにある。
分得られるセラミック接合体を提供することにある。
(課題を解決するための手段)
本発明は、窒化アルミニウム部材表面に形成されるメタ
ライズ層と、低温焼成絶縁基体表面に形成されるメタラ
イズ層とを、高温ろう材を介して接合するセラミック接
合体において、 前記低温焼成絶縁基体とその低温焼成絶縁基体の表面に
形成される前記メタライズ層との間に、Cu、 Ag、
Au、 Ag−Pd+ Niから選ばれた1種または2
種以上より成る金属と、前記低温焼成絶縁基体に含まれ
るガラスとを所定量含む中間層を設け、前記低温焼成絶
縁基体の表面に形成されるメタライズ層を前記金属を主
成分として形成することを特徴とするものである。
ライズ層と、低温焼成絶縁基体表面に形成されるメタラ
イズ層とを、高温ろう材を介して接合するセラミック接
合体において、 前記低温焼成絶縁基体とその低温焼成絶縁基体の表面に
形成される前記メタライズ層との間に、Cu、 Ag、
Au、 Ag−Pd+ Niから選ばれた1種または2
種以上より成る金属と、前記低温焼成絶縁基体に含まれ
るガラスとを所定量含む中間層を設け、前記低温焼成絶
縁基体の表面に形成されるメタライズ層を前記金属を主
成分として形成することを特徴とするものである。
(作 用)
本発明では、低温焼成絶縁基体とその低温焼成絶縁基体
の表面に形成されるメタライズ層との間に設けられる中
間層中のガラス成分が、焼成時に低温焼成絶縁基体と溶
は込み合う。この結果、下地の低温焼成絶縁基体との接
合が強固になると共に、中間層中の金属成分がその上に
形成されるメタライズ層とのぬれ性を良好なものとする
。したがって、ろう付は後の低温焼成絶縁基体とAfN
部材との接合強度をも確固たるものにする。さらに中間
層は金属と所定量のガラスが含まれる組成であるため、
熱膨張係数が、低温焼成絶縁基体とその表面に形成され
るメタライズ層との中間の値となり、ろう付は時の熱応
力を緩和する役目を果す。
の表面に形成されるメタライズ層との間に設けられる中
間層中のガラス成分が、焼成時に低温焼成絶縁基体と溶
は込み合う。この結果、下地の低温焼成絶縁基体との接
合が強固になると共に、中間層中の金属成分がその上に
形成されるメタライズ層とのぬれ性を良好なものとする
。したがって、ろう付は後の低温焼成絶縁基体とAfN
部材との接合強度をも確固たるものにする。さらに中間
層は金属と所定量のガラスが含まれる組成であるため、
熱膨張係数が、低温焼成絶縁基体とその表面に形成され
るメタライズ層との中間の値となり、ろう付は時の熱応
力を緩和する役目を果す。
ここで中間層中の金属以外の組成は上記低温焼成絶縁基
体中に含まれるガラス(結晶化ガラスを含む)以外に、
AfzOi 、Zr0z、ムライト、コージェライト、
石英などが添加されても何らその効果を妨げるものでは
ない。つまり、金属が添加されることにより、低温焼成
絶縁基体に対してアンカー効果を発揮するものであれば
、上記組成に限定されるものではない。この場合、この
中間層中に含まれる金属が、20〜80容積%である場
合に、上記のアンカー効果が最大に発揮され、ろう付は
後の接合強度が十分となる。
体中に含まれるガラス(結晶化ガラスを含む)以外に、
AfzOi 、Zr0z、ムライト、コージェライト、
石英などが添加されても何らその効果を妨げるものでは
ない。つまり、金属が添加されることにより、低温焼成
絶縁基体に対してアンカー効果を発揮するものであれば
、上記組成に限定されるものではない。この場合、この
中間層中に含まれる金属が、20〜80容積%である場
合に、上記のアンカー効果が最大に発揮され、ろう付は
後の接合強度が十分となる。
AIN部材の熱膨張係数が4〜4.5 ×10−6/’
Cであるので、これに接合される低温焼成絶縁基体の熱
膨張係数をAIN部材の熱膨張係数に整合させて、ろう
付は時の熱応力低減を図るため、2〜6.5XIO−”
/”Cとするのがよい。
Cであるので、これに接合される低温焼成絶縁基体の熱
膨張係数をAIN部材の熱膨張係数に整合させて、ろう
付は時の熱応力低減を図るため、2〜6.5XIO−”
/”Cとするのがよい。
また、A!N部材へのメタライズ層の形成方法は、後焼
付け、または同時焼成のいずれでもよい。
付け、または同時焼成のいずれでもよい。
(実施例)
以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
まず、本発明で接合される部材としての低温焼成絶縁基
体について説明する。
体について説明する。
低温焼成絶縁基体のガラス組成としては、表1に示すよ
うなNo、1.2の種類の低融点ガラスを用続いて、上
記2種類の低融点ガラスにアルミナ粉体、さらには石英
ガラスを以下の表2に示す混合割合で混合し、No、3
.4にて示す低温焼成絶縁基体を得る。
うなNo、1.2の種類の低融点ガラスを用続いて、上
記2種類の低融点ガラスにアルミナ粉体、さらには石英
ガラスを以下の表2に示す混合割合で混合し、No、3
.4にて示す低温焼成絶縁基体を得る。
表 2 低温焼成基体組成
次に、ANN基板と低温焼成絶縁基体との接合する適用
例として、第1図(a)に示すようなICパッケージを
形成する例について説明する。このICパッケージは、
半導体素子11が搭載されるAfN基板13と、半導体
素子11とポンディング導体15を介して接続される配
線導体が、その内部に電気的接続が保たれながら形成さ
れる低温焼成絶縁基体17と、低温焼成絶縁基体17に
気密封着されるキャップ19と、AlN基板I3に取り
付けられるリードピン21とから構成される。
例として、第1図(a)に示すようなICパッケージを
形成する例について説明する。このICパッケージは、
半導体素子11が搭載されるAfN基板13と、半導体
素子11とポンディング導体15を介して接続される配
線導体が、その内部に電気的接続が保たれながら形成さ
れる低温焼成絶縁基体17と、低温焼成絶縁基体17に
気密封着されるキャップ19と、AlN基板I3に取り
付けられるリードピン21とから構成される。
このようなICパッケージにおいて、第1図(b)に拡
大詳細図にて示す^ff1N基板と低温焼成絶縁基体と
の接合の具体例についてさらに説明する。
大詳細図にて示す^ff1N基板と低温焼成絶縁基体と
の接合の具体例についてさらに説明する。
(1) 接合される一方のAffiN基板に接合バン
ドを形成する。
ドを形成する。
(a) まず、酸化処理により約IOμm厚のA f
203層が形成された、熱伝導率100W/mにの/
IlN基板13に、固形分としてMo 100重量部、
Mn 5重量部、へl1tOs2重量部、5in25重
量部にエチルセルロース系のバインダーでペースト状に
したMo −Mnペーストを塗布し、最高温度1300
°C1露点40°Cの還元性ガス中で焼成して、メタラ
イズIW23を形成した。
203層が形成された、熱伝導率100W/mにの/
IlN基板13に、固形分としてMo 100重量部、
Mn 5重量部、へl1tOs2重量部、5in25重
量部にエチルセルロース系のバインダーでペースト状に
したMo −Mnペーストを塗布し、最高温度1300
°C1露点40°Cの還元性ガス中で焼成して、メタラ
イズIW23を形成した。
(b) 焼成されたへlN基板(13)のメタライズ
層23にニッケルを0.5〜10μm厚にて電解めっき
を施し′ζNiめっき[25を形成する。
層23にニッケルを0.5〜10μm厚にて電解めっき
を施し′ζNiめっき[25を形成する。
(2)接合される他方側の低温焼成絶縁基体17に接合
パッドを形成する。
パッドを形成する。
(a) まず、表2に示すセラミック組成物をドクタ
ーブレード法によりグリーンシートとして作製する。
ーブレード法によりグリーンシートとして作製する。
(b) このグリーンシート上に中間層27およびメ
タライズ層29を順次積層する。この場合に、中間層2
7として、平均粒径1〜3μmの表2に示すセラミック
組成物に、平均粒径0.5〜2μmのCuまたはAg
−Pdを、以下の表3に示す混合割合でアクリルバイン
ダおよび溶剤テルピネオールとともにトリロールミルに
より夫々混合しペースト化する。
タライズ層29を順次積層する。この場合に、中間層2
7として、平均粒径1〜3μmの表2に示すセラミック
組成物に、平均粒径0.5〜2μmのCuまたはAg
−Pdを、以下の表3に示す混合割合でアクリルバイン
ダおよび溶剤テルピネオールとともにトリロールミルに
より夫々混合しペースト化する。
さらにメタライズ層29としてCuまたはAg −Pd
等の金属をアクリルバインダおよび溶剤テルピネオール
とともにトリロールミル混合によりペースト化する。次
いで、これら中間層27およびメタライズN29のペー
ストを各試料のグリーンシートに順次スクリーン印刷す
る。これら層の厚さは、約10μmであった。
等の金属をアクリルバインダおよび溶剤テルピネオール
とともにトリロールミル混合によりペースト化する。次
いで、これら中間層27およびメタライズN29のペー
ストを各試料のグリーンシートに順次スクリーン印刷す
る。これら層の厚さは、約10μmであった。
(C) 中間M27およびメタライズ層29が形成さ
れたグリーンシートを約900〜1000°Cで同時焼
成する。ただし、Cuを使用した場合には1000°C
の窒素雰囲気にて焼成し、Ag −Pdを使用した場合
には920 ’Cの大気雰囲気にて焼成を行った。
れたグリーンシートを約900〜1000°Cで同時焼
成する。ただし、Cuを使用した場合には1000°C
の窒素雰囲気にて焼成し、Ag −Pdを使用した場合
には920 ’Cの大気雰囲気にて焼成を行った。
(d) 焼成された低温焼成絶縁基体17のメタライ
ズ層29にニッケルを0.5〜IOμm厚にて電解めっ
きを施してNiめっき層31を形成する。
ズ層29にニッケルを0.5〜IOμm厚にて電解めっ
きを施してNiめっき層31を形成する。
(3) このように作製されたへIN基板13と低温
焼成絶縁基体17との夫々の接合パッドを銀28−1%
−銅の共晶銀ろう35を用いて、窒素雰囲気中800°
Cでろう付けを施す。
焼成絶縁基体17との夫々の接合パッドを銀28−1%
−銅の共晶銀ろう35を用いて、窒素雰囲気中800°
Cでろう付けを施す。
以上のようにして得られたAffiN−低温焼成セラミ
ンク接合体の接合強度を調べるために、同様の接合方法
にて試験体を作製し、得られた試験体を相互に水平方向
へ0.5mm/分の速度で引っ張り、剥離したときの強
度を測定する引張試験を実施した。この結果を表3に記
す。表3から分かるように、中間層27における金属組
成の合計量が20〜80容積%であると、約3kg/M
2以上の十分な接合強度が得られる。また低温焼成絶縁
基体17と中間層27およびメタライズ層29とを同時
焼成しても、低温焼成絶縁基体17に中間層27および
メタライズ層29を後焼き付けしてもどちらでも十分な
接合強度が得られる。
ンク接合体の接合強度を調べるために、同様の接合方法
にて試験体を作製し、得られた試験体を相互に水平方向
へ0.5mm/分の速度で引っ張り、剥離したときの強
度を測定する引張試験を実施した。この結果を表3に記
す。表3から分かるように、中間層27における金属組
成の合計量が20〜80容積%であると、約3kg/M
2以上の十分な接合強度が得られる。また低温焼成絶縁
基体17と中間層27およびメタライズ層29とを同時
焼成しても、低温焼成絶縁基体17に中間層27および
メタライズ層29を後焼き付けしてもどちらでも十分な
接合強度が得られる。
なお、比較のために中間層の形成がなくメタライズ層の
みのものは、ろう付による接合時にメタライズ層より剥
離又はメタライズ層部分近傍の低温焼成絶縁基体より磁
器破壊を生じ、接合強度を測定できなかった。
みのものは、ろう付による接合時にメタライズ層より剥
離又はメタライズ層部分近傍の低温焼成絶縁基体より磁
器破壊を生じ、接合強度を測定できなかった。
以上、本発明の実施例について説明したが本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、種々に変形、変更が
可能である。
実施例に限定されるものではなく、種々に変形、変更が
可能である。
(発明の効果)
以上の詳細な説明から明らかなように、本発明によれば
、接合されるべき低温焼成絶縁基体と、この低温焼成絶
縁基体に形成されるメタライズ層との間に金属およびセ
ラミックスを所定量含む中間層を形成したため、へlN
部材とのろう付けの際の加熱による低温焼成絶縁基体の
残留熱応力の低温焼成絶縁基体への影響を緩和し、さら
に低温焼成絶縁基体への中間層のセラミックスの溶は込
みにより接合強度を十分なものにする。
、接合されるべき低温焼成絶縁基体と、この低温焼成絶
縁基体に形成されるメタライズ層との間に金属およびセ
ラミックスを所定量含む中間層を形成したため、へlN
部材とのろう付けの際の加熱による低温焼成絶縁基体の
残留熱応力の低温焼成絶縁基体への影響を緩和し、さら
に低温焼成絶縁基体への中間層のセラミックスの溶は込
みにより接合強度を十分なものにする。
第1図(a)、 (b)は本発明のセラミック接合体の
実施例を示す断面図および一部詳細拡大図である。 11・・・半導体素子 13・・・AIN基板1
5・・・ボンディング導体 17・・・低温焼成絶縁基
体19・・・キャップ 21・・・リードピン
23、29・・・メタライズ層 25.31・・・Ni
めっき層27・・・中間層 35・・・Ag
ろう第1図 (a) (b) 手 続
実施例を示す断面図および一部詳細拡大図である。 11・・・半導体素子 13・・・AIN基板1
5・・・ボンディング導体 17・・・低温焼成絶縁基
体19・・・キャップ 21・・・リードピン
23、29・・・メタライズ層 25.31・・・Ni
めっき層27・・・中間層 35・・・Ag
ろう第1図 (a) (b) 手 続
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、窒化アルミニウム部材表面に形成されるメタライズ
層と、低温焼成絶縁基体表面に形成されるメタライズ層
とを、高温ろう材を介して接合するセラミック接合体に
おいて、 前記低温焼成絶縁基体とその低温焼成絶縁 基体の表面に形成される前記メタライズ層との間に、C
u、Ag、Au、Ag−Pd、Niから選ばれた1種ま
たは2種以上より成る金属と、前記低温焼成絶縁基体に
含まれるガラスとを所定量含む中間層を設け、前記低温
焼成絶縁基体の表面に形成されるメタライズ層を前記金
属を主成分として形成することを特徴とするセラミック
接合体。 2、前記中間層中に金属が20〜80容積%含有するこ
とを特徴とする請求項1記載のセラミック接合体。 3、前記低温焼成絶縁基体がガラス−セラミック複合体
または結晶化ガラス体より成ることを特徴とする請求項
1記載のセラミック接合体。 4、前記低温焼成絶縁基体の熱膨張係数が2〜6.5×
10^−^6/℃であることを特徴とする請求項3記載
のセラミック接合体。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63236593A JP2572823B2 (ja) | 1988-09-22 | 1988-09-22 | セラミック接合体 |
US07/410,128 US5138426A (en) | 1988-09-22 | 1989-09-20 | Ceramic joined body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63236593A JP2572823B2 (ja) | 1988-09-22 | 1988-09-22 | セラミック接合体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0288471A true JPH0288471A (ja) | 1990-03-28 |
JP2572823B2 JP2572823B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=17002943
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63236593A Expired - Lifetime JP2572823B2 (ja) | 1988-09-22 | 1988-09-22 | セラミック接合体 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5138426A (ja) |
JP (1) | JP2572823B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5485352A (en) * | 1993-12-27 | 1996-01-16 | Nec Corporation | Element joining pad for semiconductor device mounting board |
JP2013105967A (ja) * | 2011-11-16 | 2013-05-30 | Nikkiso Co Ltd | 半導体パッケージ用基板及びその製造方法 |
JP2013105968A (ja) * | 2011-11-16 | 2013-05-30 | Nikkiso Co Ltd | 半導体パッケージ用基板及びその製造方法 |
Families Citing this family (7)
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JP2745438B2 (ja) * | 1990-07-13 | 1998-04-28 | 株式会社荏原製作所 | 加熱用伝熱材料及び発熱体とそれを用いた加熱装置 |
DE19514018C1 (de) * | 1995-04-13 | 1996-11-28 | Hoechst Ceram Tec Ag | Verfahren zur Herstellung eines metallbeschichteten, metallisierten Substrats aus Aluminiumnitridkeramik und damit erhaltenes metallbeschichtetes Substrat |
US6037193A (en) * | 1997-01-31 | 2000-03-14 | International Business Machines Corporation | Hermetic sealing of a substrate of high thermal conductivity using an interposer of low thermal conductivity |
US5945735A (en) * | 1997-01-31 | 1999-08-31 | International Business Machines Corporation | Hermetic sealing of a substrate of high thermal conductivity using an interposer of low thermal conductivity |
DE19727913A1 (de) * | 1997-07-01 | 1999-01-07 | Daimler Benz Ag | Keramikgehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung |
US6699571B1 (en) | 2002-03-27 | 2004-03-02 | Morgan Advanced Ceramics, Inc. | Devices and methods for mounting components of electronic circuitry |
US7821129B2 (en) * | 2004-12-08 | 2010-10-26 | Agilent Technologies, Inc. | Low cost hermetic ceramic microcircuit package |
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JPS5591145A (en) * | 1978-12-28 | 1980-07-10 | Narumi China Corp | Production of ceramic package |
JPS58101442A (ja) * | 1981-12-11 | 1983-06-16 | Hitachi Ltd | 電気的装置用基板 |
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JPS62290158A (ja) * | 1986-06-09 | 1987-12-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 半導体素子塔載部のセラミツクの接合構造 |
US4882212A (en) * | 1986-10-30 | 1989-11-21 | Olin Corporation | Electronic packaging of components incorporating a ceramic-glass-metal composite |
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-
1988
- 1988-09-22 JP JP63236593A patent/JP2572823B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-09-20 US US07/410,128 patent/US5138426A/en not_active Expired - Fee Related
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JP2013105967A (ja) * | 2011-11-16 | 2013-05-30 | Nikkiso Co Ltd | 半導体パッケージ用基板及びその製造方法 |
JP2013105968A (ja) * | 2011-11-16 | 2013-05-30 | Nikkiso Co Ltd | 半導体パッケージ用基板及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2572823B2 (ja) | 1997-01-16 |
US5138426A (en) | 1992-08-11 |
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