JPH10242327A - セラミックパッケージの電極構造及びその製造方法 - Google Patents

セラミックパッケージの電極構造及びその製造方法

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JPH10242327A
JPH10242327A JP9044209A JP4420997A JPH10242327A JP H10242327 A JPH10242327 A JP H10242327A JP 9044209 A JP9044209 A JP 9044209A JP 4420997 A JP4420997 A JP 4420997A JP H10242327 A JPH10242327 A JP H10242327A
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JP
Japan
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electrode base
base conductor
plating
electrode
conductor
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Application number
JP9044209A
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English (en)
Inventor
Akiyoshi Kosakata
明義 小阪田
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Original Assignee
Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24Reinforcing the conductive pattern
    • H05K3/245Reinforcing conductive patterns made by printing techniques or by other techniques for applying conductive pastes, inks or powders; Reinforcing other conductive patterns by such techniques

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半田接合部のボイド切れの発生率を低減す
る。 【解決手段】 アルミナパッケージ10とその表面に印
刷されたW,Mo等の電極下地導体11とを同時焼成し
た後、電極下地導体11の表面を例えば研磨紙やバフ等
により研磨して、該表面の金属粒子の凹凸を少なくす
る。この後、電極下地導体11の表面に無電解Niめっ
きでNiめっき被膜12を形成する。この際、電極下地
導体11の表面は研磨により凹凸が少なくなっているた
め、電極下地導体11の表面にめっき液がトラップされ
難くなり、Niめっき被膜12と電極下地導体11の表
面との間にめっき液が残留することが防がれる。そし
て、Niめっき被膜12を熱処理(シンター処理)した
後、このNiめっき被膜12の表面に無電解Auめっき
でAuめっき被膜13を形成し、シンター処理する。こ
のようにして作製した電極14にICチップ15をリフ
ロー半田付けする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックパッケ
ージにICチップ、プリントボード等を半田で接続する
ためのセラミックパッケージの電極構造及びその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、アルミナパッケージの電極は、
アルミナグリーンシートに電極パターンをタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属のペーストにより印刷
し、この電極パターンをアルミナグリーンシートの積層
体と1500〜1600℃で同時焼成して形成される。
この場合、電極の表面が高融点金属のままでは半田付け
が困難であるため、電極下地導体となる高融点金属の表
面に、半田付け性を確保するためのNiめっき被膜を無
電解めっき法で形成し、更にその上にAuめっき被膜を
無電解めっき法で形成している。
【0003】このアルミナパッケージの電極部にICチ
ップを半田付けする場合には、ICチップの電極部に半
球突起状の半田バンプを形成し、この半田バンプをアル
ミナパッケージの電極部に位置合わせした状態でリフロ
ー炉で加熱してリフロー半田付けするようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電極下地導
体は、金属粒子を含むペーストを印刷・焼成して形成さ
れるため、焼成後の電極下地導体の表面には、金属粒子
によって微小な凹凸が無数に形成される。このため、電
極下地導体の表面に無電解めっき法でめっき被膜を形成
する過程で、電極下地導体の表面の金属粒子の凹凸に微
量のめっき液がトラップされた状態で、該電極下地導体
の表面にめっき被膜が形成され、これによってめっき被
膜と電極下地導体の表面との間にめっき液が残留した状
態となる。
【0005】このようなアルミナパッケージの電極部に
ICチップ等をリフロー半田付けする際に、リフロー炉
内でアルミナパッケージの電極部も加熱されるため、め
っき被膜の内側にトラップされているめっき液が気化し
て、ICチップの電極部の溶融した半田接合部内に多数
のボイドが形成される。このため、ICチップの半田接
合部の引張り強度がボイドの存在によって低下し、半田
接合部が引張り荷重によりボイド部分で破断するボイド
切れの発生率が高くなり、これが接合信頼性を低下させ
る原因となっている。
【0006】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、半田接合部のボイド
切れの発生率を低減できて、接合信頼性を向上できるセ
ラミックパッケージの電極構造及びその製造方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、半田リフロー
時に半田接合部内にボイドが発生する原因が電極下地導
体の表面の凹凸にトラップされためっき液であることに
着目し、めっき処理前に電極下地導体の表面を研磨し
て、表面の金属粒子の凹凸を少なくすることで、電極下
地導体の表面にめっき液がトラップされないようにす
る。研磨後の電極下地導体の表面にめっき被膜を形成す
れば、めっき被膜と電極下地導体の表面との間にめっき
液が残留せず、半田リフロー時に半田接合部に発生する
ボイドが従来よりも著しく少なくなる(請求項1,
2)。
【0008】この場合、めっき処理後にめっき被膜をシ
ンター処理(熱処理)すれば、Niめっき被膜と電極下
地導体との接着強度が高められると共に、めっき被膜内
に含まれる水分が更に少なくなり、半田リフロー時に半
田接合部に発生するボイドが更に少なくなる(請求項
3)。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明をアルミナパッケー
ジに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。図
1において、セラミックパッケージであるアルミナパッ
ケージ10は複数枚のアルミナグリーンシートを積層し
て1500〜1600℃で焼成して一体化したものであ
り、具体的には次の手順で製造される。
【0010】各層のアルミナグリーンシートに形成され
た層間接続用のビアホールにモリブデン、タングステン
等の高融点金属のペーストをスクリーン印刷により充填
すると共に、最上層に積層するアルミナグリーンシート
に、多数の微小な電極下地導体11(パッド)を高融点
金属のペーストでスクリーン印刷し、これ以外の層のア
ルミナグリーンシートには、内層配線パターンを高融点
金属のペーストでスクリーン印刷する。尚、最上層のア
ルミナグリーンシートのビアホールに充填したビア導体
の上端部をそのまま電極下地導体として用いるようにし
ても良い。
【0011】スクリーン印刷工程終了後、各層のアルミ
ナグリーンシートを積層し、熱圧着して生基板を作る。
そして、この生基板を還元性雰囲気中にて1500〜1
600℃で焼成し、アルミナパッケージ10と電極下地
導体11と内層配線パターン等とを同時焼成する。
【0012】この後、電極下地導体11の表面仕上げ処
理を次のようにして行う。まず、電極下地導体11の表
面を研磨して、該表面の金属粒子の凹凸を少なくして平
坦化する。この研磨は、例えば研磨紙やバフ等を用いて
行う。
【0013】研磨後、電極下地導体11の表面に無電解
NiめっきでNiめっき被膜12を形成する。この際、
電極下地導体11の表面は予め研磨されて凹凸が少なく
なっているため、電極下地導体11の表面にめっき液が
トラップされ難くなり、Niめっき被膜12と電極下地
導体11の表面との間にめっき液が残留することが防が
れる。
【0014】このNiめっき後、還元雰囲気中で600
〜1000℃でシンター処理(熱処理)して、電極下地
導体11とNiめっき被膜12との接着強度を高める。
次に、このNiめっき被膜12の表面に無電解Auめっ
きでAuめっき被膜13を形成する。この後、還元雰囲
気中で200〜800℃でシンター処理(熱処理)し
て、Auめっき被膜13内にトラップされている水分を
気化させて取り除く。これにて、電極14の表面仕上げ
処理が完了する。
【0015】このようにして製造された例えばC4のア
ルミナパッケージ10の電極14(パッド)にICチッ
プ15を半田付けする場合には、図1(b)に示すよう
に、ICチップ15(フリップチップ)の電極部に半球
突起状の半田バンプ16を形成し、この半田バンプ16
をアルミナパッケージ10の電極14に位置合わせした
状態でリフロー炉で加熱してリフロー半田付けする。
【0016】
【実施例】本発明者は、電極下地導体の表面を研磨する
効果を評価するため、次のような評価試験を行った。
【0017】電極下地導体及び内層導体としてモリブデ
ン(Mo)を用い、このモリブデンのペーストを複数枚
のアルミナグリーンシートにスクリーン印刷して積層
し、これを焼成して、C4アルミナパッケージを作製し
た。
【0018】この後、C4アルミナパッケージ表面の電
極下地導体(パッド)の表面を研磨紙(#7000)で
研磨した。研磨前の電極下地導体の表面を表面粗さ計で
測定したところ、図2(a)に示すように金属粒子によ
って無数の凹凸が出来ており、その凹凸の最大高低差
(Rmax値)は2.7μmであった。これに対し、電
極下地導体の表面を研磨紙で研磨した後は、図2(b)
に示すように、金属粒子の凸部が削り取られて、表面の
凹凸が著しく少なくなり、表面が平坦化される。研磨後
の電極下地導体の表面を表面粗さ計で測定したところ、
凹凸の最大高低差(Rmax値)は1.9μmであっ
た。
【0019】研磨後、電極下地導体の表面に無電解Ni
めっきでNiめっき被膜を形成し、これを還元雰囲気中
で600〜1000℃でシンター処理した。その後、こ
のNiめっき被膜の表面に無電解AuめっきでAuめっ
き被膜を形成し、これを還元雰囲気中で200〜800
℃でシンター処理した。
【0020】このようにして製造されたC4アルミナパ
ッケージの電極(パッド)にフリップチップをリフロー
半田付けした。以上のようにして作製した実施例のC4
アルミナパッケージと、電極下地導体の表面を研磨せず
にめっき処理して作製した比較例のC4アルミナパッケ
ージについて、それぞれICチップをリフロー半田付け
した後、該ICチップをプルテストして半田接合部を引
き剥がし、その半田接合部の破断面のボイドの個数をカ
ウントしたところ、次の表1のような結果が得られた。
【0021】
【表1】
【0022】比較例は、電極下地導体の表面を研磨しな
い点を除いて、実施例と同じ手順で作製したものであ
り、上記表1に記載されている実施例と比較例のボイド
無し率は、共に10個のC4アルミナパッケージのサン
プルを作製してプルテストしたものである。
【0023】この試験結果から明らかなように、実施例
では、電極下地導体の表面を研磨することで、ボイド無
し率を比較例よりも平均値で7.8%改善でき、最小値
では10.3%も改善できた。このことから、電極下地
導体の表面を研磨して、表面の凹凸を少なくすると、電
極下地導体の表面にめっき液がトラップされ難くなるこ
とが分かる。これにより、Niめっき被膜と電極下地導
体の表面との間にめっき液が残留することが防がれ、チ
ップ実装時に発生する半田接合部のボイド数が少なくな
って、半田接合部のボイド切れの発生率が少なくなり、
接合信頼性が向上する。
【0024】しかも、実施例では、Ni/Auめっき被
膜をシンター処理することで、電極下地導体とNiめっ
き被膜との接着強度を高めることができると共に、Au
めっき被膜内にトラップされている水分を気化させて取
り除くことができる。従って、シンター処理によって
も、チップ実装時に発生する半田接合部のボイド数を少
なくなくする効果があり、上述した電極下地導体の表面
の研磨とNi/Auめっき被膜のシンター処理とを組み
合わせることで、半田接合部のボイド切れの発生率を効
果的に少なくすることができて、接合信頼性向上の効果
を大きくすることができる。
【0025】尚、本発明は、Niめっき被膜とAuめっ
き被膜の双方又はいずれか一方のシンター処理を省略し
ても良く、この場合でも、電極下地導体の表面を研磨す
ることで、半田接合部のボイド数を少なくする効果を得
ることができる。
【0026】また、図1の例では、電極14にICチッ
プ15をリフロー半田付けしたが、プリントボード等の
他の部品をリフロー半田付けするようにしても良い。
【0027】また、図1の例では、Niめっき被膜12
の上にAuめっき被膜13を形成したが、Auめっきを
行わずにNiめっきのみで電極表面を仕上げるようにし
ても良い。
【0028】また、上記実施例では、電極下地導体の表
面の研磨により表面の凹凸の最大高低差(Rmax値)
を1.9μmとしたが、これが1.9μm以上であって
も、2.5μm以下となるように研磨すれば、半田接合
部のボイド数を少なくする効果を得ることができる。
【0029】その他、本発明は、アルミナパッケージに
限定されず、窒化アルミニウム等の他のセラミックパッ
ケージにも適用可能である。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、めっき処理前に電極下地導体の表面を研磨し
て、表面の凹凸を少なくするようにしたので、電極下地
導体の表面にめっき液がトラップされ難くなり、半田リ
フロー時に半田接合部に発生するボイドを少なくするこ
とができ、半田接合部のボイド切れの発生率を低減でき
て、接合信頼性を向上できる(請求項1,2)。
【0031】更に、めっき処理後にめっき被膜をシンタ
ー処理(熱処理)するので、めっき被膜と電極下地導体
との接着強度を高めることができると共に、めっき被膜
内に含まれる水分を更に少なくでき、上述した電極下地
導体の表面の研磨と相俟って、半田接合部のボイド数を
効果的に低減でき、接合信頼性向上の効果を大きくする
ことができる(請求項3)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すもので、(a)はめ
っき処理前のアルミナパッケージの電極下地導体部分を
示す縦断面図、(b)はめっき処理後のアルミナパッケ
ージの電極構造を示す縦断面図、(c)はICチップの
リフロー半田付け状態を示す縦断面図
【図2】(a)は研磨前の電極下地導体の表面粗さの測
定結果を示す図、(b)は研磨後の電極下地導体の表面
粗さの測定結果を示す図
【符号の説明】
10…アルミナパッケージ(セラミックパッケージ)、
11…電極下地導体、12…Niめっき被膜、13…A
uめっき被膜、14…電極、15…ICチップ、16…
半田バンプ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックパッケージにICチップ、プ
    リントボード等を半田で接続するためのセラミックパッ
    ケージの電極構造において、 前記セラミックパッケージの表面に形成された電極下地
    導体と、この電極下地導体の表面に形成されためっき被
    膜とから成り、 前記電極下地導体は、めっき処理前に表面が研磨されて
    いることを特徴とするセラミックパッケージの電極構
    造。
  2. 【請求項2】 セラミックパッケージの表面に形成され
    た電極下地導体の表面を研磨し、この後、該電極下地導
    体の表面にめっき被膜を形成することを特徴とするセラ
    ミックパッケージの電極構造の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記めっき被膜を形成した後、該めっき
    被膜をシンター処理することを特徴とする請求項2に記
    載のセラミックパッケージの電極構造の製造方法。
JP9044209A 1997-02-27 1997-02-27 セラミックパッケージの電極構造及びその製造方法 Pending JPH10242327A (ja)

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