JP2000244087A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁基体に形成した貫通導体層に電子部品を強
固に電気的接続することができない。 【解決手段】絶縁基体１と、該絶縁基体１内に形成され
一端が絶縁基体１の表面に露出し、露出面に電子部品３
の電極が電気的接続手段７を介して接続される貫通導体
層５とから成る配線基板であって、前記貫通導体層５は
金属粉末と無機物粉末から成り、かつ無機物粉末の量が
絶縁基体１表面から深さ２５０μｍの領域は５重量％以
下、２５０μｍを超える領域は１０乃至３０重量％であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子を収容す
るための半導体素子収納用パッケージや混成集積回路基
板等に用いられる配線基板に関し、より詳細には半導体
素子がフリップチップ方式により搭載接続される配線基
板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子収納用パッケージや混
成集積回路基板等に用いられる配線基板への半導体素子
等の電子部品の搭載方法としては、半導体素子等の電子
部品の高密度化、小型化に対応するため配線基板の表面
に露出する貫通導体層に半導体素子の電極を半田等の電
気的接続手段を介し直接接続する、所謂、フリップチッ
プ方式のボンディングが多用されつつある。

【０００３】このフリップチップ方式のボンディングが
採用される半導体素子収納用パッケージや混成集積回路
基板等に用いられる配線基板は、一般に酸化アルミニウ
ム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体と、該絶
縁基体内に形成され、一端が絶縁基体の表面に露出する
タングステン、モリブデン等の高融点金属から成る貫通
導体層とから構成されており、貫通導体層の絶縁基体表
面に露出する露出面に半導体素子等の電子部品の電極を
半田ボール等から成る電気的接続手段を介し取着接続さ
せることによって半導体素子等の電子部品は配線基板上
に搭載されるとともに電子部品の各電極が貫通導体層に
接続される。

【０００４】なお、前記タングステンやモリブデン等か
ら成る貫通導体層はその熱膨張係数が４．５〜５．５ｐ
ｐｍ／℃（タングステン：４．５ｐｐｍ／℃、モリブデ
ン：５．５ｐｐｍ／℃）であり、絶縁基体を構成する酸
化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数（７ｐｐｍ／℃）
と相違することから貫通導体層および絶縁基体に熱が作
用すると両者間に両者の熱膨張係数の相違に起因して熱
応力が発生し、該熱応力によって絶縁基体に割れやクラ
ックが生じてしまうため通常、無機物粉末を１０重量％
以上（好適には２０重量％程度）添加含有させ、貫通導
体層の熱膨張係数を絶縁基体の熱膨張係数に近似するよ
う調整されている。

【０００５】また前記貫通導体層を形成するタングステ
ンやモリブデン等は半田ボール等から成る電気的接続手
段に対し濡れ性が悪く、貫通導体層に電気的接続手段を
強固に接合させることができないことから貫通導体層の
絶縁基体表面に露出する露出面には電気的接続手段と濡
れ性が良いニッケルめっき層および金めっき層が順次、
所定厚みに被着されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この配
線基板においては、貫通導体層の熱膨張係数を調整する
ために無機物粉末が１０重量％以上（好適には２０重量
％程度）添加含有されており、無機物粉末の添加含有量
が多いため無機物粉末の一部は貫通導体層の表面に露出
した状態となっている。そのためこの絶縁基体表面に露
出する貫通導体層の露出面にニッケルめっき層および金
めっき層を順次、被着させた場合、各めっき層は前記露
出する無機物粉末によって貫通導体層の露出面を完全に
被覆することができず、各めっき層の被着面積は狭いも
のとなり、その結果、貫通導体層に対する半田ボール等
から成る電気的接続手段の接合強度が低下し、電子部品
の貫通導体層への接続の信頼性が低いものとなる欠点を
有していた。

【０００７】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は貫通導体層の露出面をめっき層で完全に
被覆し、貫通導体層に対する半田ボール等から成る電気
的接続手段の接合強固を強固として貫通導体層に電子部
品を確実、強固に電気的接続させることができる配線基
板を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基体と、
該絶縁基体内に形成され一端が絶縁基体の表面に露出
し、露出面に電子部品の電極が電気的接続手段を介して
接続される貫通導体層とから成る配線基板であって、前
記貫通導体層は金属粉末と無機物粉末から成り、かつ無
機物粉末の量が絶縁基体表面から深さ２５０μｍの領域
は５重量％以下、２５０μｍを超える領域は１０乃至３
０重量％であることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明は、前記無機物粉末が絶縁基
体と同一組成から成ることを特徴とするものである。

【００１０】本発明の配線基板によれば、貫通導体層に
添加含有されている無機物粉末の量を絶縁基体表面から
深さ２５０μｍの領域は５重量％以下とし、無機物粉末
の量を少なくしたことから、縁基体表面に露出する貫通
導体層の露出面に無機物粉末の一部が露出することはな
く、その結果、貫通導体層の露出表面にニッケルめっき
層および金めっき層を順次、被着させた場合、各めっき
層は貫通導体層の露出表面のほぼ全域の広い面積にわた
って被着し、これによって貫通導体層に電子部品の各電
極を半田ボール等の電気的接続手段を介し極めて強固、
かつ確実に電気的接続させることができる。

【００１１】また本発明の配線基板によれば、貫通導体
層に添加含有されている無機物粉末の量を絶縁基体表面
から深さ２５０μｍの領域は５重量％以下、２５０μｍ
を超える領域は１０乃至３０重量％の範囲としたことか
ら貫通導体層の露出する表面領域を除く殆どの領域の熱
膨張係数が絶縁基体の熱膨張係数に近似することとな
り、その結果、貫通導体層と絶縁基体の両者に熱が作用
しても両者間には大きな熱応力が発生することはなく、
絶縁基体に割れやクラック等を生じることもない。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基付き詳
細に説明する。図１及び図２は本発明の配線基板を半導
体素子収納用パッケージの絶縁基体に適用した場合の一
実施例を示し、図中、１は絶縁基体、２は蓋体である。
この絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子３を収容するた
めの容器４が構成される。

【００１３】前記絶縁基体１は半導体素子３を支持する
支持部材として作用し、上面の略中央部に半導体素子３
が搭載実装される。

【００１４】前記絶縁基体１は酸化アルミニウム質焼結
体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭
化珪素質焼結体、ガラスセラミック質焼結体等の電気絶
縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体か
ら成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機
バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るととも
に該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法
を採用することによってセラミックグリーンシート（セ
ラミック生シート）と成し、しかる後、前記セラミック
グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこ
れを複数枚積層し、約１６００℃の温度で焼成すること
によって製作される。

【００１５】また前記絶縁基体１はその上面で半導体素
子３が搭載実装される領域から内部を通り下面にかけて
複数の貫通導体層５が形成されており、絶縁基体１の上
面に露出する貫通導体層５の露出表面には半導体素子３
の各電極が半田ボール等の電気的接続手段７を介して接
続され、また絶縁基体１の下面に導出する部位には外部
リード端子６が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けされ
ている。

【００１６】前記貫通導体層５は半導体素子３の各電極
を外部電気回路に接続される外部リード端子６に接続す
るための導電路として作用し、半導体素子３の各電極を
貫通導体層５に半田ボール等の電気的接続手段を介して
接続するとともに外部リード端子６を外部電気回路に接
続することによって半導体素子３の各電極は貫通導体層
５及び外部リード端子６を介して外部電気回路に接続さ
れることとなる。

【００１７】前記貫通導体層５はタングステン、モリブ
デン等の高融点金属より成り、例えば、タングステン、
モリブデン等の金属粉末に適当な有機バインダー及び溶
剤を添加混合して金属ペーストを作成し、この金属ペー
ストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシートの上
下面及びセラミックグリーンシートに予め形成しておい
た貫通孔内にスクリーン印刷法により所定パターンに形
成される。

【００１８】また前記タングステン、モリブデン等の高
融点金属よりなる貫通導体層５はその内部に無機物粉末
が添加含有されており、その添加含有量は絶縁基体１の
表面から深さ２５０μｍの領域は５重量％以下、２５０
μｍを超える領域は１０乃至３０重量％となっている。

【００１９】前記貫通導体層５に添加含有されている無
機物粉末の量は絶縁基体１の表面から深さ２５０μｍの
領域は５重量％以下であり、無機物粉末の量が少ないこ
とから絶縁基体１の表面に露出する貫通導体層５の露出
面に無機物粉末の一部が露出することはなく、その結
果、貫通導体層５の露出表面に後述するニッケルめっき
層８や金めっき層９を被着させた際、各々のめっき層
８，９を貫通導体層５の露出表面のほぼ全域にわたって
広い面積に被着させることができる。

【００２０】更に前記貫通導体層５に添加含有されてい
る無機物粉末の量は絶縁基体１の表面から深さが２５０
μｍを超える領域では１０乃至３０重量％であり、無機
物粉末の量を適度に増やしたことから貫通導体層５の露
出する表面領域を除く殆どの領域の熱膨張係数が絶縁基
体１の熱膨張係数に近似することとなり、その結果、貫
通導体層５と絶縁基体１の両者に熱が作用しても両者間
には大きな熱応力が発生することはなく、絶縁基体１に
割れやクラック等を生じることもない。

【００２１】なお、前記絶縁基体１の表面から深さが２
５０μｍの範囲における無機物粉末の量は５重量％を超
えると無機物粉末の添加含有量が多くなって、無機物粉
末の一部が貫通導体層５の表面に露出した状態となり、
貫通導体層５の露出面にニッケルめっき層８および金め
っき層９を順次、被着させた場合、各めっき層８，９を
貫通導体層５の露出面全体に広い面積に被着させること
ができなくなる。従って、前記絶縁基体１の表面から深
さが２５０μｍの範囲における無機物粉末の量は５重量
％以下に特定される。

【００２２】また前記絶縁基体１の表面から深さが２５
０μｍを超える領域における無機物粉末の添加含有量は
１０重量％未満となると貫通導体層５の熱膨張係数が絶
縁基体１の熱膨張係数と相違し、両者の熱膨張係数の相
違に起因して発生する熱応力によって絶縁基体１に割れ
やクラックが発生してしまい、また３０重量％を超える
と貫通導体層５の電気抵抗が大きくなり、電気信号を高
速で伝搬させることができなくなる。従って、前記絶縁
基体１の表面から深さが２５０μｍを超える領域におけ
る無機物粉末の添加含有量は１０重量％乃至３０重量％
の範囲に特定される。

【００２３】更に前記貫通導体層５に添加含有されてい
る無機物粉末はそれを絶縁基体１と実質的に同一の材料
で形成しておくと、絶縁基体１と貫通導体層５の無機物
粉末とを焼成により一体的に強固に接合させ、絶縁基体
1 に対する貫通導体層５の被着強度を強いものとするこ
とができる。従って、前記貫通導体層５に添加含有され
ている無機物粉末はそれを絶縁基体１と実質的に同一の
材料で形成しておくことが好ましい。

【００２４】前記貫通導体層５はまた図２に示す如く、
絶縁基体１の表面に露出している露出面にニッケルめっ
き層８と金メッキ層９が順次被着されており、該ニッケ
ルめっき層８は金めっき層９をタングステンやモリブデ
ン等から成る貫通導体層５の露出面に強固に接合させる
作用を成し、また金めっき層９は半田ボール等から成る
電気的接続手段７の貫通導体層５への接合を強固とする
作用をなす。

【００２５】前記ニッケルめっき層８は、例えば、無電
解めっき法によって形成され、具体的には、硫酸ニッケ
ル２０〜４０グラム／リットル、コハク酸ナトリウム４
０〜６０グラム／リットル、ホウ酸２５〜３５グラム／
リットル、塩化アンモニウム２５〜３５グラム／リット
ル、ジメチルアミンボラン２．５〜４．５グラム／リッ
トル等から成る無電解ニッケルめっき液を準備するとと
もに、貫通導体層５の露出面を脱脂、酸処理した後、触
媒剤を含有する溶液に浸漬して活性処理をし、しかる
後、貫通導体層５の露出面を６０〜６５℃に設定された
前記無電解ニッケルめっき液中に３０〜６０分間浸漬さ
せることによって貫通導体層５の露出面に所定厚み（２
μｍ〜８μｍ）に被着される。

【００２６】また前記金めっき層９は、例えば、水酸化
カリウム２０〜４０グラム／リットル、エチレンジアミ
ン四酢酸３０〜５０グラム／リットル、リン酸二水素カ
リウム１５〜４５グラム／リットル、シアン化カリウム
０．０１〜０．１グラム／リットル、シアン化金カリウ
ム１〜４グラム／リットル等から成る金めっき液（液
温：８５〜９５℃）を準備し、これに前記表面にニッケ
ルめっき層８が被着されている貫通導体層５の露出面を
５〜１５分間浸漬させることによってニッケルめっき層
８上に所定厚み（０．０２μｍ〜０．３μｍ）に被着さ
れる。

【００２７】なお、前記ニッケルめっき層８はその厚み
が２μｍ未満となると貫通導体層５の露出面に金めっき
層９を強固に被着させるのが困難になり、また８μｍを
越えるとニッケルめっき層８を形成する際に大きな応力
が発生するとともにこれがニッケルめっき層８の内部に
内在し、該内在応力によって貫通導体層５の露出面とニ
ッケルめっき層８との密着の信頼性が大きく低下してし
まう傾向にある。従って、前記ニッケルめっき層８はそ
の厚みを２μｍ〜８μｍの範囲としておくことが好まし
い。

【００２８】また前記金めっき層９はその厚みが０．０
２μｍ未満となると下地のニッケルめっき層８を完全に
被覆することができず、半田ボール等から成る電気的接
続手段７の貫通導体層５に対する接合強度が大きく低下
してしまい、また０．３μｍを超えると金めっき層９の
一部が半田ボール等から成る電気的接続手段７の内部に
拡散して電気的接続手段７の機械的強度を低下させてし
まい、いずれの場合も電子部品の接続信頼性が大きく劣
化してしまう危険性がある。従って、前記金めっき層９
はその厚みを０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲としてお
くことが好ましい。

【００２９】更に前記ニッケルめっき層８はその表面の
粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ≦Ｒａ≦
１．５μｍの範囲とし、表面を適度に粗しておくとニッ
ケルめっき層８と金めっき層９との密着面積が広いもの
となって両者の密着強度が極めて強いものとなすことが
できる。従って、前記ニッケルめっき層８はその表面の
粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ≦Ｒａ≦
１．５μｍの範囲に粗しておくことが好ましい。

【００３０】前記ニッケルめっき層８の表面を中心線平
均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ≦Ｒａ≦１．５μｍの範囲
に粗す方法としては、ニッケルめっき層８の表面に＃１
５００程度のメディアを２．０〜４．０ｋｇ／ｃｍ² の
圧力で吹き付けする、所謂、ブラスト処理を施すことに
よって行われる。

【００３１】また一方、前記絶縁基体１の下面に導出し
ている貫通導体層５には外部リード端子６が銀ロウ等の
ロウ材を介して取着されており、該外部リード端子６は
半導体素子３の各電極を外部電気回路に電気的に接続さ
せる作用をなす。

【００３２】前記外部リード端子６は鉄−ニッケル−コ
バルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、
例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等から成るインゴ
ット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知
の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成され
る。

【００３３】前記外部リード端子６の絶縁基体１下面に
導出している貫通導体層５への取着は貫通導体層５に外
部リード端子６を間に銀ロウ等から成るロウ材の箔を挟
んで載置させ、しかる後、これらを約９００℃の温度に
加熱し、前記ロウ材の箔を溶融させることによって行わ
れる。この場合、貫通導体層５の表面に予めロウ材に対
し濡れ性が良いニッケルをめっき法により１〜２０μｍ
の厚みに被着させておくと貫通導体層５に対する外部リ
ード端子６のロウ付け取着を強固となすことができる。
従って、外部リード端子６がロウ付け取着される貫通導
体層５の表面には予めロウ材に対して濡れ性が良いニッ
ケルをめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させて
おくことが好ましい。

【００３４】また前記外部リード端子６はその表面に良
導電性で、かつ耐食性に優れるニッケル、金等の金属を
めっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておく
と、外部リード端子６の酸化腐食を有効に防止すること
ができるとともに外部電気回路との接続を良好となすこ
とができる。従って、前記外部リード端子６はその表面
にニッケル、金等をメッキ法により１〜２０μｍの厚み
に被着させておくことが好ましい。

【００３５】更に前記外部リード端子６が取着された絶
縁基体１はその上面外周部に椀状をなす蓋体２の下面が
ガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合さ
れ、これによって絶縁基体１と蓋体２とから成る容器４
内部に半導体素子が気密に封止される。

【００３６】前記蓋体２は容器４の内部に半導体素子３
を気密に収容する作用をなし、銅や鉄−ニッケル−コバ
ルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料、あるいは酸
化アルミニウム質焼結体等のセラミックス焼結体で形成
されている。

【００３７】かくして上述の半導体素子収納用パッケー
ジによれば、絶縁基体１上面に半導体素子３を、該半導
体素子３の各電極を貫通導体層５の露出面に半田ボール
等から成る電気的接続手段７を介して接続させることに
よって搭載実装し、しかる後、前記絶縁基体１の上面に
椀状の蓋体２をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材
を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体２とから成る容器
４内部に半導体素子３を気密に収容することによって最
終製品としての半導体装置となる。

【００３８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれ
ば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では
本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収
納用パッケージに適用した場合を例に挙げて説明した
が、これを半導体素子が搭載される混成集積回路基板に
適用した場合であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、貫通導体層
に添加含有されている無機物粉末の量を絶縁基体表面か
ら深さ２５０μｍの領域は５重量％以下とし、無機物粉
末の量を少なくしたことから、縁基体表面に露出する貫
通導体層の露出面に無機物粉末の一部が露出することは
なく、その結果、貫通導体層の露出表面にニッケルめっ
き層および金めっき層を順次、被着させた場合、各めっ
き層は貫通導体層の露出表面のほぼ全域の広い面積にわ
たって被着し、これによって貫通導体層に電子部品の各
電極を半田ボール等の電気的接続手段を介し極めて強
固、かつ確実に電気的接続させることができる。

【００４０】また本発明の配線基板によれば、貫通導体
層に添加含有されている無機物粉末の量を絶縁基体表面
から深さ２５０μｍの領域は５重量％以下、２５０μｍ
を超える領域は１０乃至３０重量％の範囲としたことか
ら貫通導体層の露出する表面領域を除く殆どの領域の熱
膨張係数が絶縁基体の熱膨張係数に近似することとな
り、その結果、貫通導体層と絶縁基体の両者に熱が作用
しても両者間には大きな熱応力が発生することはなく、
絶縁基体に割れやクラック等を生じることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１・・・絶縁基体 ２・・・蓋体 ３・・・半導体素子 ４・・・容器 ５・・・貫通導体層 ６・・・外部リード端子 ７・・・電気的接続手段 ８・・・ニッケルめっき層 ９・・・金めっき層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基体と、該絶縁基体内に形成され一端
   が絶縁基体の表面に露出し、露出面に電子部品の電極が
   電気的接続手段を介して接続される貫通導体層とから成
   る配線基板であって、前記貫通導体層は金属粉末と無機
   物粉末から成り、かつ無機物粉末の量が絶縁基体表面か
   ら深さ２５０μｍの領域は５重量％以下、２５０μｍを
   超える領域は１０乃至３０重量％であることを特徴とす
   る配線基板。
2. 【請求項２】前記無機物粉末が絶縁基体と同一組成から
   成ることを特徴とする請求項１記載の配線基板。