JP2001210928A - 配線基板 - Google Patents
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Abstract
する低融点ロウ材に破断が発生し、半導体素子等の外部
電気回路への接続信頼性が低下する。 【解決手段】電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子
搭載部1aを有する絶縁基体1と、該絶縁基体1下面の
パッド形成領域に形成され外部電気回路基板8の回路配
線8aに鉛を含有しない低融点ロウ材7を介して接続さ
れる多数の円形状の接続パッド6と、前記絶縁基体1の
前記搭載部1aから前記接続パッド6にかけて導出され
る複数個の配線導体2とから成る配線基板であって、前
記接続パッド6は、その外周縁近傍に間隙部6bが形成
され、かつ、その露出表面に、ニッケルめっき層9と、
パラジウム−リンめっき層10と、厚みが0.03μm
〜0.5μmの金めっき層11とが順次被着されてい
る。
Description
ッケージ等に用いられる配線基板に関し、詳しくは実装
した半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に長期間
にわたり安定して電気的に接続させることができる配線
基板に関するものである。
は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材
料から成り、その表面に半導体素子が搭載される搭載部
を有する絶縁基体と、絶縁基体の半導体素子搭載部また
はその周辺から下面にかけて導出される、例えば、タン
グステンやモリブデン等の高融点金属粉末から成る複数
個の配線導体と、絶縁基体の下面に形成され、前記配線
導体と電気的に接続された複数個の接続パッドとから構
成されており、絶縁基体の搭載部に半導体素子をガラ
ス、樹脂、ロウ材等から成る接着剤を介して接着固定さ
せるとともに半導体素子の各電極と配線導体とをボンデ
ィングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続
し、しかる後、必要に応じて前記半導体素子を蓋体や封
止樹脂で気密封止させることによって半導体装置とな
る。
に、該外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接
続パッドとが、間に低融点ロウ材を挟んで対向するよう
載置させ、しかる後、前記低融点ロウ材を所定の温度で
加熱溶融し、外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下
面の接続パッドとを接合させることによって外部電気回
路基板上に実装され、同時に配線基板に搭載されている
半導体素子の各電極が配線導体および低融点ロウ材を介
して外部電気回路基板に電気的に接続されることとな
る。
通常、その露出表面にニッケルから成る下地めっき層と
金めっき層とが順次被着されており、下地めっき層によ
り金めっき層が接続パッド表面に強固に被着され、金め
っき層により低融点ロウ材の濡れ性やボンディングワイ
ヤのボンディング性が良好なものとされている。
に実装し、半導体素子の各電極を外部電気回路基板の回
路配線に電気的に接続する低融点ロウ材は、鉛が人体に
対し悪影響を与えるために鉛を含有しない錫―銀系の鉛
フリー半田(ロウ付け温度:約260℃〜300℃)が
使用されている。
来の半導体素子が搭載される配線基板は絶縁基体が酸化
アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料で形成され
ており、その熱膨張係数が約4×10−6/℃〜10×
10−6/℃であるのに対し、外部電気回路基板は一般
にガラスエポキシ樹脂等の樹脂材で形成されており、そ
の熱膨張係数が30×10−6/℃〜50×10−6/
℃であり、大きく相違することから、外部電気回路基板
上に半導体装置を実装した後、半導体素子の作動時に発
する熱が配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板に繰り
返し作用すると、両者間に両者の熱膨張係数の差に起因
して大きな熱応力が繰り返し生じ、この熱応力の繰り返
しによって接続パッドと外部電気回路基板とを接合する
低融点ロウ材の接続パッドとの界面付近の端部から亀裂
が生じるとともにこれが前記界面に沿って進行し、最終
的には低融点ロウ材に破断が発生し、半導体素子と外部
電気回路との電気的接続が短期間で破れてしまうという
問題があった。
ウ付け温度が約260℃〜300℃と高いことから、ロ
ウ付け時、下地めっき層のニッケルが金めっき層の表面
に拡散しやすく、ニッケルが金めっき層の表面に拡散析
出しこれが酸化されると低融点ロウ材の濡れ性や、ボン
ディングワイヤのボンディング性が劣化して半導体装置
の外部電気回路基板上への実装及び半導体素子の各電極
と外部電気回路基板の回路配線との電気的接続の信頼性
が大きく低下するという欠点も有していた。
層の厚みを約1μm以上と厚くしニッケル等の金めっき
層表面への拡散を防ぐことが考えられる。
ると低融点ロウ材中に拡散する金の量が増大し、これに
よって低融点ロウ材の組成が変わり固液共存領域の増大
等に起因して銀、錫等のロウ材成分に偏析が生じてしま
い、その結果、ロウ材が脆くなり、前述のような熱応力
に起因する低融点ロウ材の破断の危険性がより一層顕著
になるという問題を誘発してしまう。
題点に鑑み案出されたもので、その目的は、絶縁基体の
接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを接合する
低融点ロウ材に破断が発生するのを有効に防止し、半導
体素子の各電極を外部電気回路に長期間にわたり確実、
強固に電気的接続することができる長期信頼性に優れた
配線基板を提供することにある。
気絶縁材料から成り、表面に半導体素子搭載部を有する
絶縁基体と、該絶縁基体下面のパッド形成領域に形成さ
れ外部電気回路基板の回路配線に鉛を含有しない低融点
ロウ材を介して接続される多数の円形状の接続パッド
と、前記絶縁基体の前記搭載部から前記接続パッドにか
けて導出される複数個の配線導体とから成る配線基板で
あって、前記接続パッドは、その外周縁近傍に間隙部が
形成され、かつ、その露出表面に、ニッケルめっき層
と、パラジウム−リンめっき層と、厚みが0.03μμ
m〜0.5μmの金めっき層とが順次被着されているこ
とを特徴とするものである。
周の半径が接続パッドの半径の60%〜82%であるこ
とを特徴とするものである。
が、前記接続パッドの半径の5%〜35%であることを
特徴とするものである。
は、その外周縁近傍に、例えば、幅が接続パッドの半径
の5%〜35%、内周の半径が接続パッドの半径の60
%〜82%である円環状の間隙部が形成されていること
から接続パッドを外部電気回路基板の回路配線に低融点
ロウ材を介して接合した後、低融点ロウ材に配線基板の
絶縁基体と外部電気回路基板の熱膨張係数の差に起因す
る熱応力が繰り返し作用した場合、低融点ロウ材の外周
端、即ち接続パッドの外周縁との接合界面付近に前記熱
応力によって亀裂が生じるが該亀裂はその進行方向が前
記間隙部で変更されて阻止され、その結果、低融点ロウ
材が破断することはほとんどなく、これによって接続パ
ッドと外部電気回路基板の回路配線とを確実、強固に電
気的接続することができるとともに半導体素子の外部電
気回路への接続を長期信頼性に優れたものとなすことが
可能となる。
層とニッケルめっき層との間にパラジウム−リンめっき
層を介在させたことからニッケルめっき層のニッケルが
金めっき層表面に拡散するを効果的に抑制することがで
き、これによって接続パッドの表面に被着される金めっ
き層の厚みを0.03μm〜0.5μmと薄くすること
が可能となるとともにロウ付け時に低融点ロウ材中に拡
散する金の量を少なくし、低融点ロウ材の組成変動に伴
なうロウ材成分の偏析を有効に防止して、低融点ロウ材
の機械的強度を強いものとなすことができる。
て詳細に説明する。図1は、本発明の配線基板を使用し
た半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す断面図
であり、1は絶縁基体、2は配線導体である。この絶縁
基体1と配線導体2とで半導体素子3を搭載する配線基
板4が構成される。
ウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質
焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミック焼結体等
の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子3が搭
載収容される凹部1a有し、該凹部1a底面には半導体
素子3がガラスや樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着
固定される。
ウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪
素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の原料粉末に
適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状のセ
ラミックスラリーとなすとともに該セラミックスラリー
を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法
等のシート成形技術を採用してシート状のセラミックグ
リーンシート(セラミック生シート)を得、しかる後、
前記セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加
工等により適当な形状とするとともにこれを複数枚積層
し、最後に前記積層されたセラミックグリーンシートを
還元雰囲気中、約1600℃の温度で焼成することによ
って製作される。
から下面にかけて多数の配線導体2が被着形成されてお
り、該配線導体2の凹部1a周辺部位には半導体素子3
の各電極がボンディングワイヤ5を介して電気的に接続
され、また絶縁基体1の下面に導出された部位には配線
導体2と電気的に接続する複数の円形状の接続パッド6
が形成されている。
導体素子3の電極を外部電気回路に接続する作用をな
し、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の
高融点金属粉末から成り、タングステン等の高融点金属
粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た
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
ートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パタ
ーンに印刷塗布しておくことによって絶縁基体1の凹部
1a周辺から下面にかけて被着形成される。
部電気回路基板に実装する外部端子として作用し、錫−
銀系半田等の鉛を含有しない低融点ロウ材7を介して外
部電気回路基板8の回路配線8aに、例えば約260℃
〜300℃と比較的高温のリフロー炉で加熱することに
より接合され、これにより半導体素子3の電極が外部電
気回路基板8の回路配線8aと電気的に接続される。
すように、その外周縁近傍に円環状の間隙部6bが形成
されており、該接続パッド6の間隙部6bよりも内側の
領域6aは配線導体2を外部電気回路基板8の回路配線
8aに確実に電気的接続させるための主接続部として作
用し、間隙部6bよりも外側の領域6cがその接合強度
を更に向上させる作用をなす。
環状の間隙部6bが形成されていることから、接続パッ
ド6を外部電気回路基板8の回路配線8aに低融点ロウ
材7を介して接合した後、低融点ロウ材7に配線基板4
の絶縁基体1と外部電気回路基板8の熱膨張係数の差に
起因する熱応力が繰り返し作用した場合、低融点ロウ材
7の外周端、即ち、接続パッド6の外周縁との接合界面
付近に前記熱応力によって亀裂が生じるが該亀裂はその
進行が前記間隙部6bにより変更されて阻止され、その
結果、低融点ロウ材7が破断することはほとんどなく、
これによって接続パッド6と外部電気回路基板8の回路
配線8aとを確実、強固に電気的接続することができる
とともに半導体素子3の外部電気回路への接続を長期信
頼性に優れたものとなすことが可能となる。
ッド6の半径に対して5%未満の狭いものになると亀裂
の進行方向を変更させるのが困難となって低融点ロウ材
7に破断を発生させてしまう危険性があり、また35%
を超える広いものになると、低融点ロウ材7と接続パッ
ド6の接合面積が小さくなり、低融点ロウ材7の接続パ
ッド6に対する接合強度が低いものとなる危険性があ
る。従って、前記間隙部6bは、その幅を接続パッド6
の半径に対して5%〜35%の範囲としておくことが好
ましい。
内周半径、即ち、接続パッド6の間隙部6bよりも内側
の領域6aの半径が接続パッド6全体の半径の60%未
満となると、間隙部6b及び間隙部6bよりも外側の領
域6cの幅が広くなって亀裂が大きく進行したり、低融
点ロウ材7との接合面積が狭いものとなったりして接続
パッド6に対する低融点ロウ材7の長期にわたる接合信
頼性が低くなる傾向にあり、また82%を超えると接続
パッド6の間隙部6bよりも外側の領域6c及び間隙部
6bの幅がそれぞれ極めて狭いものとなって、亀裂の進
行を有効に阻止することができなくなる危険性がある。
従って、前記接続パッド6は、間隙部6bの内周半径、
即ち、接続パッド6の間隙部よりも内側の領域6aの半
径が接続パッド6全体の半径に対し60%〜82%の範
囲としておくことが好ましい。
りも内側の領域6aを円形、間隙部6bよりも外側の領
域6cおよび間隙部6bを円環状とし、それぞれ同心円
状としておくと、熱応力が特定の部位に集中することな
く全体に分散し、その結果、熱応力の集中による亀裂の
発生が有効に阻止され、接合の信頼性をより一層優れた
ものとすることができる。従って、前記接続パッド6
は、間隙部6bよりも内側の領域6aを円形、外側の領
域6cを円環状とし、それぞれ同心円状として形成して
おくことが好ましい。
間隙部6bよりも内側の領域6aおよび外側の領域6c
の側壁6dは、少なくともその表面側の角部に図2に示
すような絶縁基体1下面に対して角度θ、60°≦θ≦
85°の傾斜もたせておくと、低融点ロウ材7中を進行
する亀裂の進行方向を絶縁基体1の方向に容易に変えさ
せて亀裂の進行を有効に阻止することができる。従っ
て、前記間隙部6bを挟んで対向する間隙部6bよりも
内側の領域6aおよび外側の領域6cの側壁6dは、少
なくともその表面側の角部に、絶縁基体1下面に対して
60°〜85°の範囲で傾斜させておくことが好まし
い。
示す如く、接続パッド6の表面に、ニッケルめっき層9
と、パラジウム−リンめっき層10と、厚さが0.03
μm〜0.5μmの金めっき層11とが順次被着されて
いる。
およびパラジウムめっき層10のいずれに対しても密着
性が良好であることから、接続パッド6の表面にパラジ
ウムめっき層10および金めっき層11を強固に被着さ
せるための下地めっき層として作用する。
ニッケル等のニッケル化合物と水素化ホウ素ナトリウム
やジメチルアミンボラン等のホウ素系の還元剤とを主成
分とし、錯化剤、安定剤、pH調整剤等を添加して成る
無電解ニッケルめっき浴中に配線基板4を所定時間浸漬
させる無電解めっき法により接続パッド6の表面に所定
厚みに被着される。
の厚さが1μm未満と薄いものになると接続パッド6の
表面を完全に被覆することが難しく、パラジウム−リン
めっき層10を接続パッド6の表面に強固に被着させる
ことが困難となり、また10μmを超えると内部応力が
大きくなって接続パッド6にニッケルめっき層9を強固
に被着させることが困難となってしまう。従って、前記
ニッケルめっき層9は、その厚さを1μm〜10μmの
範囲としておくことが好ましい。
はニッケルめっき層9に金めっき層11を強固に被着接
合させるとともに、接続パッド6を外部電気回路基板8
の回路配線8aに錫−銀系鉛フリー半田等の低融点ロウ
材を介して接続するとき等の熱によりニッケルめっき層
9のニッケルが金めっき層11の表面に移動拡散するこ
とを防ぐ作用をなす。
化パラジウム等のパラジウム化合物とリン系還元剤、例
えば次亜リン酸ナトリウム等を含む無電解パラジウムめ
っき浴を用いた無電解めっき法によりニッケルめっき層
9の表面に被着される。この場合、下地のニッケルめっ
き層9をホウ素系還元剤を用いて形成し、ホウ素を含有
するニッケル−ホウ素めっき層としておくと該ニッケル
−ホウ素めっき層は表面が極めて平滑であること、パラ
ジウム−リンめっき層10はニッケル−ホウ素めっき層
9に対し密着性が良いことからパラジウム−リンめっき
層10をニッケルめっき層9の表面にピンホールやボイ
ド等を形成することなく均一厚みに、かつ強固に被着さ
せることができる。
は、リンの含有率が0.2重量%未満となると、その内
部をニッケルが移動拡散し易くなり、接続パッド6を外
部電気回路基板8の回路配線8aに錫−銀系半田等の低
融点ロウ材7を介して配線層2に接続する際等において
約250℃以上と比較的高温に加熱されると、ニッケル
めっき層9のニッケルが金めっき層11表面にまで移動
拡散して酸化ニッケル層が形成され易くなり、配線導体
2および接続パッド6に対する低融点ロウ材の濡れ性や
ボンディング性が劣化しやすくなり、また2重量%を超
えると、触媒不活性なリン成分が増大してめっき速度が
遅くなり、量産性が低いものとなって実用性が損なわれ
てしまう傾向にある。従って、前記パラジウム−リンめ
っき層10は、リンの含有率を0.2重量%〜2重量%
の範囲としておくことが好ましい。
は、その厚みが0.05μm未満と薄いものとなった場
合、ニッケルめっき層9を完全に被覆することができ
ず、金めっき層11の表面にニッケルが移動拡散して酸
化物層を形成し易くなる危険性があり、また3μmを超
えると内部応力が大きくなってニッケルめっき層9への
被着強度が低いものとなってしまう傾向がある。従っ
て、前記パラジウム−リンめっき層10は、その厚さを
0.05μm〜3μmの範囲としておくことが好まし
い。
表面には金めっき層11が所定厚みに被着されており、
該金めっき層11はニッケルめっき層9及びパラジウム
−リンめっき層10が酸化腐蝕するのを有効に防止する
とともに、接続パッド6に対する低融点ロウ材の濡れ性
や、配線導体2に対するボンディングワイヤ5のボンデ
ィング性を良好なものとする作用を有している。
のシアン化金カリウム等の金化合物とエチレンジアミン
四酢酸(ナトリウム塩)等の錯化剤とを含有する置換型
の無電解金めっき浴中に配線基板4を所定時間浸漬させ
る無電解めっき法によりパラジウム−リンめっき層10
表面に所定厚みに被着形成される。
3μm未満の薄いものとなると、接続パッド6に対する
低融点ロウ材7の濡れ性が劣化して接合強度がばらつ
き、接続パッド6と外部電気回路基板8の回路配線8a
との接続信頼性が低いものとなってしまい、また、0.
5μmを超えると低融点ロウ材7中に拡散する金の量が
多くなり、低融点ロウ材は、その組成が大きく変動し、
半田成分の偏析等に起因して脆くなり、熱応力により極
めて短期間で破断してしまう。従って、前記金めっき層
11は、その厚さを0.03μm乃至0.5μmの範囲
としておく必要があり、好適には0.05μm乃至0.
5μmの範囲としておくのがよい。
基体1の凹部1a底面に半導体素子3をガラスや樹脂、
ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともにこの半
導体素子3の各電極を配線導体2にボンディングワイヤ
5を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体1の上
面に金属やセラミックスから成る蓋体12をガラスや樹
脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体1と
蓋体12から成る容器内部に半導体素子3を気密に収容
することによって製品としての半導体装置が完成する。
態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る。
ドは、その外周縁近傍に、例えば、幅が接続パッドの半
径の5%〜35%、内周の半径が接続パッドの半径の6
0%〜82%である円環状の間隙部が形成されているこ
とから接続パッドを外部電気回路基板の回路配線に低融
点ロウ材を介して接合した後、低融点ロウ材に配線基板
の絶縁基体と外部電気回路基板の熱膨張係数の差に起因
する熱応力が繰り返し作用した場合、低融点ロウ材の外
周端、即ち接続パッドの外周縁との接合界面付近に前記
熱応力によって亀裂が生じるが該亀裂はその進行方向が
前記間隙部で変更されて阻止され、その結果、低融点ロ
ウ材が破断することはほとんどなく、これによって接続
パッドと外部電気回路基板の回路配線とを確実、強固に
電気的接続することができるとともに半導体素子の外部
電気回路への接続を長期信頼性に優れたものとなすこと
が可能となる。
層とニッケルめっき層との間にパラジウム−リンめっき
層を介在させたことからニッケルめっき層のニッケルが
金めっき層表面に拡散するを効果的に抑制することがで
き、これによって接続パッドの表面に被着される金めっ
き層の厚みを0.03μm〜0.5μmと薄くすること
が可能となるとともにロウ付け時に低融点ロウ材中に拡
散する金の量を少なくし、低融点ロウ材の組成変動に伴
なうロウ材成分の偏析を有効に防止して、低融点ロウ材
の機械的強度を強いものとなすことができる。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子
搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体下面のパッド形
成領域に形成され外部電気回路基板の回路配線に鉛を含
有しない低融点ロウ材を介して接続される多数の円形状
の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から前記接
続パッドにかけて導出される複数個の配線導体とから成
る配線基板であって、前記接続パッドは、その外周縁近
傍に間隙部が形成され、かつ、その露出表面に、ニッケ
ルめっき層と、パラジウム−リンめっき層と、厚みが
0.03μm〜0.5μmの金めっき層とが順次被着さ
れていることを特徴とする配線基板。 - 【請求項2】前記間隙部は、その内周の半径が接続パッ
ドの半径の60%〜82%であることを特徴とする請求
項1に記載の配線基板。 - 【請求項3】前記間隙部の幅が、前記接続パッドの半径
の5%〜35%であることを特徴とする請求項1に記載
の配線基板。
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---|---|---|---|---|
JP2006114706A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Ibiden Co Ltd | 多層プリント配線板及び多層プリント配線板の製造方法 |
US8156646B2 (en) | 2004-10-14 | 2012-04-17 | Ibiden Co., Ltd. | Method for manufacturing printed wiring board |
-
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- 2000-01-27 JP JP2000023346A patent/JP3692272B2/ja not_active Expired - Fee Related
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