JPH0653353A - Solder preform substrate - Google Patents
Solder preform substrateInfo
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- JPH0653353A JPH0653353A JP20102892A JP20102892A JPH0653353A JP H0653353 A JPH0653353 A JP H0653353A JP 20102892 A JP20102892 A JP 20102892A JP 20102892 A JP20102892 A JP 20102892A JP H0653353 A JPH0653353 A JP H0653353A
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- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の実装用
基板として好適な半田プリフォーム基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solder preform board suitable as a board for mounting semiconductor elements and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、パワ―ＩＣ、高周波トランジスタ
等の半導体素子の発展に伴って、半導体素子からの放熱
量は増大する傾向にある。これによって、使用する実装
用基板には、熱伝導率が高く、放熱性に優れるという特
性が要求されている。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of semiconductor elements such as power ICs and high frequency transistors, the amount of heat radiated from semiconductor elements tends to increase. Therefore, the mounting substrate to be used is required to have high thermal conductivity and excellent heat dissipation.
【０００３】このような実装用基板に対する要求特性に
対して、 AlN焼結体からなるセラミックス基板が注目さ
れている。 AlN焼結体は、熱伝導率がAl2 O 3 焼結体の
約 5倍以上と高く、放熱性に優れ、加えてSiチップに近
似した低熱膨張率を有する等の優れた特性を有している
ためである。With respect to the characteristics required for such a mounting substrate, a ceramic substrate made of an AlN sintered body is drawing attention. The AlN sintered body has high thermal conductivity, which is about 5 times higher than that of the Al 2 O 3 sintered body, is excellent in heat dissipation, and has excellent characteristics such as low thermal expansion coefficient similar to that of Si chip. This is because
【０００４】上記した AlN製基板等のセラミックス基板
を半導体素子等の実装用基板として使用する際、半導体
素子をマウント固定する一つの手法として半田付けが知
られている。この場合、セラミックス基板の表面は、半
田に対して濡れ性を有することが必要である。そこで、
通常はセラミックス基板の表面に、MoやW 等の高融点金
属を主成分とし、これに TiN等を添加したメタライズ組
成物を用いてメタライズ層を形成し、このメタライズ層
上に半田濡れ性を有するNiメッキ層等を形成することが
行われている。When using a ceramic substrate such as the AlN substrate as a mounting substrate for a semiconductor element or the like, soldering is known as one method for mounting and fixing the semiconductor element. In this case, the surface of the ceramic substrate needs to have wettability with respect to solder. Therefore,
Usually, a metallized layer is formed on the surface of a ceramic substrate by using a metallized composition in which a refractory metal such as Mo or W is the main component and TiN is added to this, and the metallized layer has solder wettability. Forming a Ni plating layer or the like is performed.
【０００５】また、最近では、半導体素子等の実装工程
のコストを低減させるために、予めNiメッキ層上に半田
プリフォーム層を形成しておくことが行われている。Further, recently, in order to reduce the cost of the mounting process of semiconductor elements and the like, a solder preform layer has been formed in advance on the Ni plating layer.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような半田プリフォーム層は、Niメッキ層等とは異な
って、半導体素子等の実装工程に至るまで品質を維持す
ることが困難であり、工程間の移送途中や保管中に剥離
が生じたり、また接合強度の低下や半田プリフォーム層
自体の品質低下に起因して、実装不良が発生する等とい
った問題が生じている。However, unlike the Ni plating layer and the like, it is difficult to maintain the quality of the solder preform layer as described above up to the mounting process of semiconductor elements and the like. There are problems such as peeling occurring during transportation or storage during the period, and deterioration of the bonding strength or deterioration of the quality of the solder preform layer itself, resulting in defective mounting.
【０００７】一方、従来の半田組成物では、半田プリフ
ォーム層の形成にあたって、Moや W等を主成分とするメ
タライズ層上にNi等のメッキ層を形成しなければなら
ず、メッキ工程やその後工程（焼成等）を必要としてい
ることから、製造工程が繁雑になると共に、製造コスト
が高いという難点を有していた。On the other hand, in the conventional solder composition, when forming the solder preform layer, a plating layer of Ni or the like must be formed on the metallized layer containing Mo, W or the like as a main component. Since the process (firing etc.) is required, the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high.
【０００８】このようなことから、セラミックス基板
（メタライズ基板）上に、Niメッキ層等を介することな
く、接合強度に優れかつ品質を安定して維持することが
できる半田のプリフォーム技術の確立が強く求められて
いた。From the above, it is possible to establish a solder preforming technique on a ceramic substrate (metallized substrate) which has excellent bonding strength and can maintain stable quality without interposing a Ni plating layer or the like. There was a strong demand.
【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、セラミックス基板を用いて電子部品
実装用基板等を作製する際に、メタライズ後のメッキ工
程を省略することができ、かつ高接合強度および高品質
の半田プリフォーム層が再現性よく得られる、安価で信
頼性の高い半田プリフォーム基板を提供することを目的
としている。The present invention has been made in order to solve such a problem, and the plating step after metallization can be omitted when manufacturing an electronic component mounting substrate or the like using a ceramic substrate. Moreover, it is an object of the present invention to provide an inexpensive and highly reliable solder preform substrate in which a solder preform layer having high bonding strength and high quality can be obtained with good reproducibility.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の半田プリフォー
ム基板は、セラミックス基板と、このセラミックス基板
の表面または内部に形成されたメタライズ層と、このメ
タライズ層上に設けられ、該メタライズ層中の結晶質相
および／または非晶質相と反応する成分を含む半田プリ
フォーム層とを有することを特徴としている。A solder preform substrate of the present invention is a ceramic substrate, a metallization layer formed on the surface or inside of the ceramic substrate, and provided on the metallization layer. And a solder preform layer containing a component that reacts with a crystalline phase and / or an amorphous phase.
【００１１】本発明に用いるセラミックス基板として
は、Al2 O 3 焼結体のような酸化物系セラミックス焼結
体から、 AlN焼結体、 SiC焼結体等の非酸化物系セラミ
ックス焼結体まで、各種のセラミックス基板の使用が可
能である。また、このセラミックス基板上に形成するメ
タライズ層としては、使用するセラミックス基板に応じ
て、MoやW 等の高融点金属に、例えばMnやTiN 等を添加
した、各種公知のメタライズ組成物を使用したものを用
いることができる。The ceramic substrate used in the present invention includes oxide-based ceramics sintered bodies such as Al 2 O 3 sintered bodies, non-oxide-based ceramics sintered bodies such as AlN sintered bodies and SiC sintered bodies. It is possible to use various ceramic substrates. As the metallized layer formed on this ceramic substrate, various known metallized compositions obtained by adding, for example, Mn or TiN to a refractory metal such as Mo or W were used depending on the ceramic substrate used. Any thing can be used.
【００１２】そして、本発明における半田プリフォーム
層は、Pb系半田、Sn系半田、 Pb-Sn系半田、In系半田、
Al系半田等の通常の半田成分に、上記したメタライズ層
中の結晶質相や非晶質相と反応する成分を添加した半田
組成物により形成されたものである。ここで、上記メタ
ライズ層との反応成分としては、ZnやTi、Zr、Hfのよう
な4A族活性金属が例示される。例えば、Znは酸素を介し
てメタライズ層中のガラス相と容易にかつ強固に接合す
るため、半田プリフォーム層のメタライズ層に対する接
合強度を大幅に向上させる。また、Ti等の活性金属は、
メタライズ層中の成分例えば窒素と反応し、半田プリフ
ォーム層とメタライズ層との間に反応層を形成すること
によって、半田プリフォーム層のメタライズ層に対する
接合強度を大幅に向上させる。The solder preform layer according to the present invention is composed of Pb-based solder, Sn-based solder, Pb-Sn-based solder, In-based solder,
It is formed of a solder composition in which a component that reacts with the above-described crystalline phase or amorphous phase in the metallized layer is added to a normal solder component such as Al-based solder. Here, examples of the reaction component with the metallized layer include Group 4A active metals such as Zn, Ti, Zr, and Hf. For example, since Zn easily and firmly bonds to the glass phase in the metallized layer via oxygen, the bonding strength of the solder preform layer to the metallized layer is significantly improved. Also, active metals such as Ti are
By reacting with a component such as nitrogen in the metallized layer to form a reaction layer between the solder preform layer and the metallized layer, the bonding strength of the solder preform layer to the metallized layer is significantly improved.
【００１３】本発明の半田プリフォーム基板は、例えば
以下のようにして製造される。まず、未焼成または焼成
後のセラミックス基板上に、メタライズペーストを塗布
し、単層またはそれらを積層して複数層としたものを、
使用したメタライズ組成物に応じた温度で熱処理し、メ
タライズ層を形成する。このメタライズ層の形成は、セ
ラミックス基板の焼成と同時に行うこともできる。The solder preform substrate of the present invention is manufactured, for example, as follows. First, a ceramic substrate that has not been fired or has not been fired is coated with a metallizing paste, and a single layer or a laminate of those layers is formed.
Heat treatment is performed at a temperature according to the metallization composition used to form a metallization layer. This metallized layer can be formed simultaneously with the firing of the ceramic substrate.
【００１４】次に、上記によって形成したメタライズ層
上に半田プリフォーム層を形成する。この際、メタライ
ズ層との反応成分は、半田組成物中に添加しておいても
よいし、またメタライズ層上に粉末や箔として配置した
り、蒸着法やスパッタ法等の薄膜形成法により膜形成し
ておく等の手法を用いることも可能である。そして、メ
タライズ層との反応成分を半田組成物中に含む場合に
は、通常の手法（加熱溶融→冷却）により半田プリフォ
ーム層を形成する。また、反応成分をメタライズ層上に
配置した場合には、半田プリフォーム層を形成するため
の加熱溶融時に、反応成分を半田プリフォーム層中に溶
け込ませると共に、メタライズ層と反応させる。以上の
半田プリフォーム工程によって、メタライズ層に対して
強固に接合した半田プリフォーム層が得られる。Next, a solder preform layer is formed on the metallized layer formed as described above. At this time, the reaction component with the metallization layer may be added to the solder composition, may be placed as a powder or foil on the metallization layer, or may be formed by a thin film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method. It is also possible to use a method such as forming. When the solder composition contains a reaction component with the metallized layer, the solder preform layer is formed by an ordinary method (heating and melting → cooling). Further, when the reaction component is arranged on the metallized layer, the reaction component is melted into the solder preform layer and reacted with the metallized layer at the time of heating and melting for forming the solder preform layer. Through the above solder preform process, a solder preform layer firmly bonded to the metallized layer can be obtained.
【００１５】[0015]
【作用】本発明の半田プリフォーム基板においては、メ
タライズ層との反応物質を含む半田組成物を用いて半田
プリフォーム層を形成している。このため、メタライズ
層上にNiメッキ層等を形成することなく、メタライズ層
上に直接、接合強度に優れた半田プリフォーム層を形成
することができる。よって、メッキに要する工程（熱処
理等のメッキ後工程を含む）を省いた上で、高接合強度
および高品質の半田プリフォーム層を有する半田プリフ
ォーム基板が得られる。In the solder preform substrate of the present invention, the solder preform layer is formed by using the solder composition containing the reaction material with the metallized layer. Therefore, the solder preform layer having excellent bonding strength can be directly formed on the metallized layer without forming the Ni plating layer or the like on the metallized layer. Therefore, it is possible to obtain a solder preform substrate having a solder preform layer with high bonding strength and high quality while omitting the steps required for plating (including post-plating steps such as heat treatment).
【００１６】[0016]
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described.
【００１７】実施例１ まず、 AlNを主成分（97重量％、他に焼結助剤として Y
2 O 3 を 3重量％含む）とするセラミックス基板の表面
に、 W粉末と TiN粉末との混合粉末に有機系バインダを
加えてペ―スト化したものを印刷技法を用いて塗布し、
窒素雰囲気中において1700℃で焼成してメタライズ層を
形成した。Example 1 First, AlN was used as a main component (97% by weight, and Y as a sintering aid).
2 O 3 (including 3% by weight) is applied to the surface of a ceramic substrate, which is a mixed powder of W powder and TiN powder with an organic binder added to form a paste, using a printing technique.
The metallized layer was formed by firing at 1700 ° C. in a nitrogen atmosphere.
【００１８】次に、上記メタライズ層上に半田プリフォ
ーム層を以下に示す手順にしたがって形成した。まず、
Pb-Sn半田にZnを添加して合金化したものを用意した。
次いで、このZnを含む半田合金箔を上記メタライズ層上
に配置した後、非酸化性雰囲気中で加熱して半田合金箔
を溶融させ、その後冷却して半田プリフォーム層を形成
した。Next, a solder preform layer was formed on the metallized layer according to the following procedure. First,
An alloy was prepared by adding Zn to Pb-Sn solder.
Next, this solder alloy foil containing Zn was placed on the metallized layer, heated in a non-oxidizing atmosphere to melt the solder alloy foil, and then cooled to form a solder preform layer.
【００１９】このようにして得た半田プリフォーム基板
における半田プリフォーム層の接合強度（ピール強度）
を測定したところ、5kg/mmと良好な値を示した。また、
同様な条件下で作製した半田プリフォーム基板に、パワ
ー半導体チップを実装したところ、良好な実装結果が得
られた。Bonding strength (peel strength) of the solder preform layer in the solder preform substrate thus obtained
Was measured, and a good value of 5 kg / mm was shown. Also,
When a power semiconductor chip was mounted on a solder preform substrate manufactured under similar conditions, good mounting results were obtained.
【００２０】なお、上記実施例１で用いた半田組成物に
よれば、メタライズ層を形成せずに、単に酸化処理を施
して酸化アルミニウム層を形成した窒化アルミニウム基
板に対しても、直接半田プリフォーム層を形成すること
が可能であった。ただし、ピール強度は2kg/mmであっ
た。In addition, according to the solder composition used in the above-mentioned Example 1, even without forming the metallized layer, the solder composition can be directly applied to the aluminum nitride substrate on which the aluminum oxide layer is formed by simply performing the oxidation treatment. It was possible to form a reform layer. However, the peel strength was 2 kg / mm.
【００２１】実施例２ 実施例１と同様にして、メタライズ層を形成したセラミ
ックス基板を用い、そのメタライズ層上に半田プリフォ
ーム層を以下に示す手順にしたがって形成した。まず、
半田組成物として Pb-Sn半田を用意した。次いで、上記
メタライズ層上にTi箔を介して Pb-Sn半田を配置した
後、非酸化性雰囲気中で加熱し、 Pb-Sn半田を溶融させ
る共にTiを半田中に溶け込ませ、その後冷却して半田プ
リフォーム層を形成した。半田プリフォーム層とメタラ
イズ層との間には、介在させたTiとメタライズ層中の窒
素との反応による TiNが形成されていた。Example 2 In the same manner as in Example 1, a ceramic substrate having a metallized layer was used, and a solder preform layer was formed on the metallized layer according to the following procedure. First,
Pb-Sn solder was prepared as a solder composition. Next, after placing Pb-Sn solder on the metallized layer via a Ti foil, heat in a non-oxidizing atmosphere to melt the Pb-Sn solder and melt Ti into the solder, and then cool. A solder preform layer was formed. Between the solder preform layer and the metallized layer, TiN was formed by the reaction between the intervening Ti and nitrogen in the metallized layer.
【００２２】このようにして得た半田プリフォーム基板
における半田プリフォーム層の接合強度（ピール強度）
を測定したところ、6kg/mmと良好な値を示した。また、
同様な条件下で作製した半田プリフォーム基板に、パワ
ー半導体チップを実装したところ、良好な実装結果が得
られた。Bonding strength (peel strength) of the solder preform layer in the solder preform substrate thus obtained
Was measured to find a good value of 6 kg / mm. Also,
When a power semiconductor chip was mounted on a solder preform substrate manufactured under similar conditions, good mounting results were obtained.
【００２３】なお、上記実施例２で用いた半田組成物
（Tiを含む）によれば、メタライズ層を形成せずに、直
接窒化アルミニウム基板上に半田プリフォーム層を形成
することが可能であった。ただし、長時間の反応を要し
た。According to the solder composition (containing Ti) used in Example 2, it is possible to form the solder preform layer directly on the aluminum nitride substrate without forming the metallized layer. It was However, a long reaction time was required.
【００２４】比較例１ 上記実施例１におけるZnを含む半田組成物を Pb-Sn半田
に変更し、実施例１と同様に半田プリフォーム層を形成
しようとしたところ、半田の濡れが悪く、半田プリフォ
ーム層を正規の形で形成することはできなかった。Comparative Example 1 When the solder composition containing Zn in Example 1 above was changed to Pb-Sn solder to form a solder preform layer in the same manner as in Example 1, the solder wettability was poor and the solder The preform layer could not be formed in a regular shape.
【００２５】比較例２ 上記実施例１におけるZnを含む半田組成物を Pb-Sn半田
に変更すると共に、メタライズ層上にNiメッキ層（含む
熱処理）を形成する以外は、実施例１と同様にして半田
プリフォーム基板を作製した。このようにして得た半田
プリフォーム基板における半田プリフォーム層の接合強
度を測定したところ、低い値しか示さなかった。Comparative Example 2 The same as Example 1 except that the Zn-containing solder composition in Example 1 was changed to Pb-Sn solder and a Ni plating layer (including heat treatment) was formed on the metallized layer. To produce a solder preform substrate. When the bonding strength of the solder preform layer in the solder preform substrate thus obtained was measured, it showed only a low value.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半田プリ
フォーム基板によれば、メタライズ層と半田プリフォー
ム層との実用上十分な接合強度を再現性よく得ることが
できる。また、メタライズ層上にNiメッキ等を施すこと
なく、接合強度に優れた半田プリフォーム層を形成する
ことができる。よって、各種部品の実装を安定して行う
ことが可能な、信頼性の高い半田プリフォーム基板を安
価に提供することが可能となる。As described above, according to the solder preform substrate of the present invention, practically sufficient bonding strength between the metallized layer and the solder preform layer can be obtained with good reproducibility. Further, it is possible to form a solder preform layer having excellent bonding strength without applying Ni plating or the like on the metallized layer. Therefore, it is possible to inexpensively provide a highly reliable solder preform substrate capable of stably mounting various components.
【００２７】[0027]
Claims (1)
基板の表面または内部に形成されたメタライズ層と、こ
のメタライズ層上に設けられ、該メタライズ層中の結晶
質相および／または非晶質相と反応する成分を含む半田
プリフォーム層とを有することを特徴とする半田プリフ
ォーム基板。1. A ceramic substrate, a metallized layer formed on or inside the ceramic substrate, and provided on the metallized layer and reacting with a crystalline phase and / or an amorphous phase in the metallized layer. A solder preform substrate comprising a solder preform layer containing a component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04201028A JP3103208B2 (en) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | Solder preform substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04201028A JP3103208B2 (en) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | Solder preform substrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653353A true JPH0653353A (en) | 1994-02-25 |
| JP3103208B2 JP3103208B2 (en) | 2000-10-30 |
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ID=16434254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04201028A Expired - Fee Related JP3103208B2 (en) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | Solder preform substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3103208B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6095400A (en) * | 1997-12-04 | 2000-08-01 | Ford Global Technologies, Inc. | Reinforced solder preform |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1818881A1 (en) | 2006-01-24 | 2007-08-15 | Rhea Vendors S.p.A. | Cup conveyor and holder device for beverage dispensing machines |
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1992
- 1992-07-28 JP JP04201028A patent/JP3103208B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6095400A (en) * | 1997-12-04 | 2000-08-01 | Ford Global Technologies, Inc. | Reinforced solder preform |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3103208B2 (en) | 2000-10-30 |
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