JP2002164476A

JP2002164476A - 配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002164476A
Application number: JP2000360129A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakahara; 光一中原; Noriyuki Shimizu; 範征清水
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-07

Abstract

(57)【要約】【課題】配線層の電気抵抗が高く、演算速度の高速化等
に対応できない。【解決手段】絶縁基体１の表面に、タングステンおよび
／またはモリブデンと銅とから成る第１配線層２と、タ
ングステンおよび／またはモリブデンと鉄族金属とから
成り、金属部材６がろう付けされる第２配線層３とを同
時焼成にて形成した配線基板５であって、前記第１配線
層２及び第２配線層３の表面には銅めっき層８が被着さ
れており、かつ第２配線層３表面の銅めっき層８表面が
ニッケルめっき層９で被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁基体の表面
に、低抵抗の第１配線層と、高接着強度を有し金属部材
がろう付けされる第２配線層とを具備した配線基板及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、半導体素子等が搭載される配線基板
は、一般にアルミナセラミックスを絶縁基体とし、その
少なくとも表面にタングステンやモリブデンなどの高融
点金属からなる配線層を被着形成したセラミック配線基
板が多用されている。ところが、従来から多用されてい
る高融点金属からなる配線層では、電気抵抗の高い高融
点金属（電気抵抗率（２０℃）で、タングステン：５．
５×１０^-6Ω・ｃｍ、モリブデン：５．７×１０^-6Ω・
ｃｍ）からなることから、配線層を半導体素子等の演算
速度の高速化等に対応して十分に低抵抗とすることがで
きないという欠点があった。

【０００３】これに対して、近年に至り、低抵抗導体で
ある銅や銀（電気抵抗率（２０℃）で、銅：１．７×１
０^-6Ω・ｃｍ、銀：１．６×１０^-6Ω・ｃｍ）と同時焼
成可能な、いわゆるガラスセラミックスを用いた配線基
板が提案されている。ところが、ガラスセラミックスに
施される銅、銀等から成るメタライズ層の接着強度が高
々２ｋｇｆ（１９．６Ｎ）以下と低いため、この配線層
に外部接続用のリード端子等の金属部材を取着した場
合、配線層と絶縁基体との接着強度が不十分となり、配
線層の剥がれ等を生じやすくなってしまうという問題が
ある。

【０００４】そこで、この電気的問題点と、配線層の接
着強度の不足とを同時に解決する方法として、本出願人
は先に酸化アルミニウムを主成分とする相対密度が９５
％以上のセラミックスから成る絶縁基体と、該絶縁基体
の表面および／または内部に銅を１０〜７０体積％、タ
ングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積
％の割合で含有する第１のメタライズ層（第１配線層）
と、前記絶縁基体の表面にタングステンおよび／または
モリブデンを５０体積％の割合で含有し、鉄族元素を酸
化物換算で０．１〜５体積％、酸化アルミニウムを０〜
４５体積％の割合で含有してなる第２のメタライズ層
（第２配線層）とを具備する配線基板およびその製造方
法を提案した（特開２０００−１８８４５３号参照）。

【０００５】この配線基板によれば、絶縁基体が酸化ア
ルミニウム質焼結体等から成り、かつ相対密度が高く緻
密であるため熱伝導性が高く、また、第１のメタライズ
層（第１配線層）が低抵抗の銅を含有するため配線層を
形成する導体の電気抵抗を低く（電気抵抗率（２０℃）
で約３〜５×１０^-6Ω・ｃｍ）とすることができる。ま
た同時に、第２のメタライズ層（第２配線層）がモリブ
デンおよび／またはタングステンと鉄族元素とから成る
ことから低温での焼結性が良好で、配線層の絶縁基体に
対する接着強度に優れるとともに、第１のメタライズ層
（第１配線層）との同時焼成が可能である。

【０００６】なお、この配線基板は以下の工程により製
作される。即ち、（１）酸化アルミニウム等のセラミッ
ク粉末に助剤、着色剤等を添加してなる原料粉末に、有
機バインダー、溶剤等を添加して得た泥漿状物をシート
状に成形してセラミックグリーンシートを形成する工程
と、（２）このセラミックグリーンシートの表面に、タ
ングステンおよび／またはモリブデンを３０乃至９０体
積％、銅を１０乃至７０体積％の割合で含有して成る第
１の導体ペーストを塗布するとともに、鉄族金属を酸化
物換算で０．１乃至５体積％、タングステンおよび／ま
たはモリブデンを９５乃至９９．９体積％の割合で含有
して成る第２の導体ペーストを塗布する工程と、（３）
前記第１、第２の導体ペーストを塗布したセラミックグ
リーンシートを焼成し、タングステンおよび／またはモ
リブデンと銅とから成る第１配線層及びタングステンお
よび／またはモリブデンと鉄族金属とから成る第２配線
層を有する絶縁基体を得る工程。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記配
線基板は、配線層が、電気抵抗率で約３〜５×１０^-6Ω
・ｃｍと従来品に比し低抵抗の導体で形成されているも
のの、近年の半導体素子の低消費電力化に伴い、配線層
中を伝播される信号のより一層の低損失化が必要とな
り、さらなる低抵抗化が求められるようになってきてい
る。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑み案出されたもの
で、その目的は、半導体素子の低消費電力化に対応して
信号のより一層の低損失化が可能な低抵抗の配線層を絶
縁基体の表面に形成して成る配線基板、およびその製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、絶
縁基体の表面に、タングステンおよび／またはモリブデ
ンと銅とから成る第１配線層と、タングステンおよび／
またはモリブデンと鉄族金属とから成り、金属部材がろ
う付けされる第２配線層とを同時焼成にて形成した配線
基板であって、前記第１配線層及び第２配線層の表面に
は銅めっき層が被着されており、かつ第２配線層表面の
銅めっき層表面がニッケルめっき層で被覆されているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】また本発明の配線基板は、前記第１配線層
はタングステンおよび／またはモリブデンが３０乃至９
０体積％、銅が１０乃至７０体積％から成り、第２配線
層は鉄族金属が酸化物換算で０．１乃至５体積％、残部
がタングステンおよび／またはモリブデンから成ること
を特徴とするものである。

【００１１】また本発明の配線基板は、前記銅めっき層
の厚みが２μｍ乃至１５μｍであることを特徴とするも
のである。

【００１２】また本発明の配線基板の製造方法は、
（１）セラミックグリーンシートの表面に、タングステ
ンおよび／またはモリブデンを３０乃至９０体積％、銅
を１０乃至７０体積％の割合で含有して成る第１の導体
ペーストを塗布するとともに、鉄族金属を酸化物換算で
０．１乃至５体積％、タングステンおよび／またはモリ
ブデンを９５乃至９９．９体積％の割合で含有して成る
第２の導体ペーストを塗布する工程と、（２）前記第
１、第２の導体ペーストを塗布したセラミックグリーン
シートを焼成し、タングステンおよび／またはモリブデ
ンと銅とから成る第１配線層及びタングステンおよび／
またはモリブデンと鉄族金属とから成る第２配線層を有
する絶縁基体を得る工程と、（３）前記第１配線層及び
第２配線層表面に銅めっき層を被着させる工程と（４）
前記第１配線層をレジスト膜で被覆するとともに第２配
線層に被着させた銅めっき層表面にニッケルめっき層を
被着させる工程と、（５）前記第１配線層表面の銅めっ
き層を被覆しているレジスト膜を除去する工程とから成
ることを特徴とするものである。

【００１３】本発明の配線基板によれば、第１配線層を
タングステンおよび／またはモリブデンと銅とで形成す
るとともに、その表面に、電気抵抗率が１．７×１０^-6
Ω／ｃｍと、配線層を形成する導体の約１／２程度の低
抵抗の銅からなるめっき層を被着し、この非常に低抵抗
の銅めっき層の作用により配線層の電気抵抗が非常に小
さくなることから第１配線層をより一層低抵抗とし、第
１配線層を伝播する信号の損失を極めて効果的に低減す
ることができ、半導体素子を正常に作動させることがで
きる。

【００１４】また同時に本発明の配線基板によれば、銅
を主成分とする第１配線層表面に銅めっき層を被着さ
せ、配線層とめっき層との結合が主として同種金属であ
る銅同士の結合となることから、銅めっき層を第１配線
層に強固に被着させることができる。

【００１５】さらに本発明の配線基板によれば、第２配
線層の銅めっき層表面をニッケルめっき層で被覆するよ
うにしたことから、銅めっき層から多量の銅がろう材中
に移動し、ろう材の濡れ性劣化等を誘発することを効果
的に防止し、リード端子等の金属部材を第２配線層に強
固に被着させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の配線基板の一実施
例について、添付の図面を基に説明する。図１は、本発
明の配線基板を半導体素子搭載用の配線基板に用いた場
合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は第１配線層、
３は第２配線層であり、これらの絶縁基体１、第１配線
層２、第２配線層３により半導体素子４を搭載する配線
基板５が形成され、第２配線層３には外部接続用の金属
材料からなるリード端子６がろう材７を介してろう付け
取着されている。なお、絶縁基体１に形成した貫通孔１
ａ内にも第１配線層２と同様の導体が充填され、第１配
線層２と第２配線層３とを電気的に接続するようにして
いる。

【００１７】本発明によれば、図２に拡大図で示す如
く、前記第１配線層２をタングステンおよび／またはモ
リブデンと銅とにより形成するとともに、第２配線層３
をタングステンおよび／またはモリブデンと鉄族元素と
により形成したものであり、この第１配線層２および第
２配線層３は、絶縁基体１と同時焼成によって形成され
たものである。

【００１８】また第１配線層２および第２配線層３の表
面には銅めっき層８が被着されており、かつ第２配線層
３の銅めっき層８がニッケルめっき層９で被覆されてい
る。

【００１９】（絶縁基体）本発明において、絶縁基体１
は半導体素子４を搭載、支持する基体として作用し、酸
化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、
炭化珪素質焼結体等のセラミック焼結体により形成され
上面に半導体素子４をが搭載される。

【００２０】また前記絶縁基体１は、その熱伝導性およ
び機械的強度を良好とする上では、相対密度９５％以上
の高緻密体から構成されるものであることが望ましい。

【００２１】更に本発明では、前記絶縁基体１は、第１
配線層２との同時焼成による保形性を達成する上では、
１２００℃乃至１５００℃の低温で焼成することが必要
となるが、本発明によれば、このような低温での焼成に
おいても相対密度９５％以上に緻密化することが望まし
い。

【００２２】かかる観点から、本発明における絶縁基体
１は、例えば、酸化アルミニウムを主成分とするもの、
具体的には酸化アルミニウムを９０重量％以上の割合で
含有するものが好適に使用され、第２の成分として、Ｍ
ｎ化合物をＭｎＯ₂換算で２．０乃至６．０重量％の割
合で含有するものが望ましい。即ち、マンガン化合物が
２．０重量％よりも少ないと、１２００℃乃至１５００
℃での緻密化が達成されにくく、また６．０重量％より
も多いと絶縁基体１の絶縁性が低下する。マンガン化合
物の最適な範囲はＭｎＯ₂換算で３〜７重量％である。

【００２３】また、この絶縁基体１中には、第３の成分
として、ＳｉＯ₂およびＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のア
ルカリ土類元素酸化物を低温焼結性を高めるために合計
で０．４乃至８重量％の割合で含有せしめることが望ま
しい。

【００２４】さらに、この絶縁基体１中には、着色成分
や誘電率などの誘電特性の向上のためにＷ、Ｍｏ、Ｃｒ
などの金属を着色成分とし２重量％以下の割合で含んで
もよい。

【００２５】上記酸化アルミニウム以外の成分は、酸化
アルミニウム主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相
として存在するが、熱伝導性を高める上で粒界中に助剤
成分を含有する結晶相が形成されていることが望まし
い。

【００２６】また前記絶縁基体１を酸化アルミニウムを
主成分として形成した場合、酸化アルミニウム主結晶相
は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これら主
結晶相の平均結晶粒径は、１．５乃至５．０μｍである
ことが望ましい。なお、主結晶相が柱状結晶からなる場
合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくものである。
この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍよりも小さい
と、高熱伝導化が難しく、平均粒径が５．０μｍよりも
大きいと基板材料として用いる場合に要求される十分な
強度が得られにくくなるためである。

【００２７】（配線層）前記第１配線層２は、配線基板
５に搭載された半導体素子４の電極を接続させる電極パ
ッドとして作用するとともに、この半導体素子４の電極
を外部に導出する導電路として作用し、第２配線層３は
外部接続用のリード端子６等の金属部材をろう材７を介
してろう付けするための接続パッドとして作用する。

【００２８】前記第１配線層２は、銅を１０乃至７０体
積％、タングステン及び／またはモリブデンを３０乃至
９０体積％の割合で含有することが好ましい。これは、
第１配線層２の低抵抗化と、上記絶縁基体１との同時焼
結性を達成するとともに、第１配線層２の同時焼成時の
保形成を維持するためであり、上記銅量が１０体積％よ
りも少なく、タングステンやモリブデン量が９０体積％
よりも多いと、第１配線層２を形成する導体の電気抵抗
が約５×１０^-6Ω・ｃｍ以上と高くなる。また銅量が７
０体積％よりも多く、タングステンやモリブデン量が３
０体積％よりも少ないと、第１配線層２の同時焼成時の
保形成が低下し、第１配線層２においてにじみが発生し
たり、溶融した銅によって第１配線層２が凝集して断線
が生じるとともに、絶縁基体１と第１配線層２の熱膨張
系数差により第１配線層２の剥離が発生するためであ
る。最適な組成範囲は、銅を４０乃至６０体積％、タン
グステンおよび／またはモリブデンを６０乃至４０体積
％である。

【００２９】また、本発明においては、第１配線層２中
におけるタングステンおよび／またはモリブデンは、平
均粒径１乃至１０μｍの球状あるいは数個の粒子による
焼結粒子として銅からなるマトリックス中に分散含有し
ていることが望ましい。これは、上記平均粒径が、１μ
ｍよりも小さい場合、第１配線層２の保形性が悪くなる
とともに組織が多孔質化し第１配線層２の抵抗も高くな
り、１０μｍを越えると銅のマトリックスがタングステ
ンやモリブデンの粒子によって分断されてしまい第１配
線層２の抵抗が高くなったり、銅成分が分離してにじみ
などが発生するためである。タングステンおよび／また
はモリブデンは平均粒径１．３乃至５μｍ、特に１．３
乃至３μｍの大きさで分散されていることが最も望まし
い。

【００３０】また、上記第１配線層２中には、絶縁基体
１との密着性を改善するために、アルミナ、または絶縁
基体１と同じ成分のセラミックスを０．０５乃至２体積
％の割合で含有させることも可能である。

【００３１】さらに、本発明の配線基板５においては、
銅を含有する第１配線層２を銅の融点を越える温度で絶
縁基体１と同時焼成することにより、第１配線層２中の
銅成分が絶縁基体１中に拡散する場合があるが、本発明
によれば、上記少なくとも銅を含む第１配線層２の周囲
のセラミックスへの銅の拡散距離が２０μｍ以下、特に
１０μｍ以下であることが望ましい。これは、銅のセラ
ミックス中への拡散距離が２０μｍを越えると、電気回
路形成時に第１配線層２間の絶縁性が低下し電気回路の
信頼性が低下するためである。

【００３２】この銅の拡散距離を２０μｍ以下とするこ
とにより、第１配線層２のうち、同一平面内に形成され
た第１配線層２間の最小線間距離を１００μｍ以下、特
に９０μｍ以下の高密度化を図ることができる。

【００３３】また本発明の配線基板５においては、前記
第１配線層２の表面に銅めっき層８が被着されている。

【００３４】前記銅めっき層８は、電気抵抗率が１．７
×１０^-6Ω・ｃｍと非常に低抵抗の銅からなることか
ら、第１配線層２をより一層低抵抗とし、配線基板５に
搭載される半導体素子４の低消費電力化に対応して、第
１配線層２中を伝播される信号の損失を極めて小さなも
のに低減する作用をなす。

【００３５】この銅めっき層８は、被着する第１配線層
２が同種金属である銅を主成分とすることから、第１配
線層２に対して強固に被着することができる。

【００３６】前記銅めっき層８は、その厚みが２μｍ未
満では第１配線層２を十分に低抵抗とすることが困難と
なり、１５μｍを越えると内部応力により第１配線層２
に対する密着性が低下し、フクレ、ハガレ等の不具合を
生じるおそれがある。従って、前記銅めっき層８は、そ
の厚みを２μｍ乃至１５μｍの範囲としておくことが好
ましく、３乃至６μｍとしておくことがより一層好まし
い。

【００３７】更に、本発明の配線基板５においては、絶
縁基体１表面に、タングステンおよび／またはモリブデ
ンと鉄族元素とから成り、リード端子６等の金属部材が
ろう付けされる第２配線層３が形成されている。

【００３８】絶縁基体１表面に形成され金属部材が取着
される第２配線層３に対しては、金属部材との高い接合
強度とともに、絶縁基体１との高い接着強度が要求され
る。しかしながら、前記第１配線層２の組成では十分な
接着強度を得ることが難しい。

【００３９】そこで、本発明によれば、この第２配線層
３を上記組成とすることにより絶縁基体１との高い接着
強度を付与し得る。

【００４０】この第２配線層３を、導体成分として低融
点の銅を多量に含有する第１配線層２と同時焼成によっ
て形成する場合、その焼成温度が１２００乃至１５００
℃の低温で焼成する必要があることから、タングステン
やモリブデンのみからなる導体では、その低温焼成時に
十分に焼結することができない。

【００４１】そこで、本発明によれば、タングステンや
モリブデン以外に、鉄族金属を酸化物換算で０．１乃至
５体積％の割合で含有せしめることにより、低温での焼
結性を高めることができる。従って、この前記鉄族金属
量が０．１体積％未満の場合には第２配線層３の緻密化
が進行せず焼結不良になるため、絶縁基体１との接着強
度が低下する。逆に、鉄族金属量が５体積％を越える場
合には、タングステン、モリブデンの粒子が異常粒成長
し接着強度が低下する。この上記鉄族金属量は、特には
酸化物換算で０．５乃至２体積％が望ましい。

【００４２】また、この第２配線層３中には、酸化アル
ミニウム等を主成分とする絶縁基体１との接着強度を高
めるために、酸化アルミニウム等の絶縁基体１と同種の
セラミック粉末を添加することも有効である。しかし、
その含有量が４５体積％よりも多いと焼結不良を招くと
ともに後述するめっき工程においてめっき欠け（めっき
が付着しない）が発生する。このめっき欠けは、リード
端子６等の金属部材の接合信頼性の低下を招く。例え
ば、酸化アルミニウムの場合、その含有量は特に２乃至
３５体積％が望ましい。

【００４３】この第２配線層３中の鉄族金属としては、
鉄、ニッケル、コバルトが挙げられるがこれらの中でも
ニッケルが最も望ましい。また酸化物換算量は、鉄（F
ｅ）はＦｅ₂Ｏ₃、ニッケル（Ｎｉ）はＮｉＯ、コバルト
（Ｃｏ）はＣｏ₃Ｏ₄の形態で換算した量である。

【００４４】なお、前記リード端子６は、配線基板の外
部接続用の端子として作用し、銅や銅を主成分とする合
金、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金等
の金属材料から成り、金属材料に圧延加工、打抜き加工
等の周知の金属加工を施すことにより形成される。この
リード端子６は、第２配線層３上に、銀ろう等のろう材
を間に挟んで載せるとともに、約８００℃で熱処理する
ことにより第２配線層３上にろう付けされる。

【００４５】また、本発明の配線基板５においては、前
記第２配線層３の表面に銅めっき層８が被着されている
とともに、この第２配線層表面の銅めっき層８表面がさ
らにニッケルめっき層９で被覆されている。

【００４６】前記第２配線層３に被着される銅めっき層
８は、上記第１配線層２に銅めっき層を被着させる際に
同時に第２配線層３表面に被着形成されるものであり、
その厚みは第１配線層２に被着される銅めっき層８と同
じ厚み（２乃至１５μｍ）となっている。またこの銅め
っき層８は、モリブデンおよび／またはタングステンと
鉄族金属とから成る第２配線層３に対する密着性が良好
で、第２配線層３表面に強固に被着することができる。

【００４７】前記ニッケルめっき層９は、銅めっき層８
に対する密着性が良好であるとともに、ろう材７の濡れ
性、接合性が良好であることから、第２配線層３にろう
材７を介してリード端子６を強固にロウ付けすることが
できる。

【００４８】また同時に、前記ニッケルめっき層９は、
第２配線層３にリード端子６等の金属部材をろう材７を
ろう付けする際、第２配線層３表面に２μｍ乃至１５μ
ｍと厚く被着された銅めっき層８から多量の銅がろう材
７中に移動拡散することを防止する被覆層として作用す
る。なお、ろう材７中に銅が多量に移動拡散した場合、
ろう材の組成が所定範囲から外れ、ろう材７に銅成分の
偏析や、濡れ性、接合性の劣化等の不具合を生じ、金属
部材を第２配線層３に強固にろう付けすることができな
くなってしまう。

【００４９】前記ニッケルめっき層９は、その厚みが
０．５μｍ未満では銅めっき層９からろう材７中への銅
の移動拡散を防止することが困難で、ろう材７中に銅が
移動拡散して金属部材のろう付け強度が低下する傾向が
あり、５μｍを越えるとその内部応力により、ニッケル
めっき層９の銅めっき層８に対する被着強度や、第２配
線層３の絶縁基体１に対する接着強度が低下するおそれ
がある。従って、前記ニッケルめっき層９は、その厚み
を０．５乃至５μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００５０】また前記ニッケルめっき層９は、その内部
にホウ素を含有させるようにしておくと、銅めっき層８
を被覆するニッケルめっき層９を緻密でピンホール等の
少ないめっき層とすることができ、第２配線層３に対す
るろう材７の濡れ性をより一層良好とすることができ
る。従って、前記ニッケルめっき層９は、その内部にホ
ウ素を含有させるようにしておくことが好ましい。

【００５１】この場合、ホウ素含有量が０．０５重量％
未満となるとニッケルめっき層９の耐食性が劣化する傾
向にあり、３重量％を越えるとニッケルめっき層９の電
気抵抗が増大して伝播される信号の損失が増大する傾向
にある。従って、前記ニッケルめっき層９にホウ素を含
有させる場合、その含有量は０．０５乃至３重量％の範
囲としておくことが好ましい。

【００５２】また前記ニッケルめっき層９は、ホウ素を
含有する場合、微量成分である硫黄の含有量が０．００
５重量％未満となるとニッケルめっき層９中に微細なク
ラックが生じやすくなり、０．０８重量％を越えるとニ
ッケルめっき層９の耐食性が劣化する傾向がある。従っ
て、前記ニッケルめっき層９は、ホウ素を含有する場
合、その微量成分である硫黄の含有量を０．００５乃至
０．０８重量％としておくことが好ましい。

【００５３】また、上記第１配線層２に被着させた銅め
っき層８および第２配線層３の銅めっき層８表面に被着
させたニッケルめっき層９は、さらにその露出表面を
０．０３乃至３μｍの厚さの金めっき層（非図示）で被
覆するようにしておくと、その酸化腐食を効果的に防止
することができるとともに、後述するボンディングワイ
ヤのボンディング性等をより一層良好とすることができ
る。従って、第１配線層２の銅めっき層８および第２配
線層３の銅めっき層８表面に被着させたニッケルめっき
層９は、その露出表面を０．０３乃至３μｍの厚さの金
めっき層で被覆するようにしておくことが好ましい。

【００５４】かくして本発明の配線基板によれば、絶縁
基体１の上面に半導体素子４を搭載するとともに半導体
素子４の各電極を第１配線層２にボンディングワイヤ１
０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４を金属やセラミックスから成る椀状の蓋
体や封止樹脂（非図示）等を用いて気密封止することに
よって製品としての半導体装置が完成する。

【００５５】（配線基板の形成方法）次に、上記配線基
板の製造方法を、絶縁基体が酸化アルミニウム質焼結体
からなる場合について、添付の図３（ａ）乃至（ｅ）を
基に説明する。なお、図中、図１乃至図２と同じ部位に
は同じ番号を付している。

【００５６】（１）まず図３（ａ）に示す如く、セラミ
ックグリーンシート２１の表面に、タングステンおよび
／またはモリブデンを３０乃至９０体積％、銅を１０乃
至７０体積％の割合で含有して成る第１の導体ペースト
２２をスクリーン印刷法等で塗布するとともに、鉄族金
属を酸化物換算で０．１乃至５体積％、タングステンお
よび／またはモリブデンを９５乃至９９．９体積％の割
合で含有して成る第２の導体ペースト２３を塗布する。

【００５７】なお、前記セラミックグリーンシートに
は、貫通導体となる貫通孔２１ａが、予めレーザー加工
法や機械的打抜き加工法等により形成されており、貫通
孔２１ａ内にも前記第１の導体ペースト２２が印刷充填
されている。

【００５８】前記セラミックグリーンシート２１は、酸
化アルミニウムを主成分とする原料粉末に有機バインダ
ーや溶媒を添加してスラリー（泥漿状物）となすととも
に、これをドクターブレード法等でシート状に成形する
ことにより形成できる。

【００５９】なお、前記酸化アルミニウム原料粉末とし
て、平均粒径が０．５μｍ乃至２．５μｍ、特に０．５
μｍ乃至２．０μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径
は０．５μｍよりも小さいと、粉末の取扱いが難しく、
また粉末のコストが高くなり、２．５μｍよりも大きい
と、１５００℃以下の温度で焼成することが難しくなる
ためである。

【００６０】そして、上記酸化アルミニウム粉末に対し
て、第２の成分として、ＭｎＯ₂を２．０〜８．０重量
％、特に３．０乃至７．０重量％の割合で添加する。ま
た適宜、第３の成分として、ＳｉＯ₂．ＭｇＯ、Ｃａ
Ｏ、ＳｒＯ₂粉末等を０．４乃至８重量％、第４の成分
として、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒなどの遷移金属の金属粉末や酸
化物粉末を着色成分として金属換算で２重量％以下の割
合で添加する。

【００６１】なお、上記酸化物の添加にあたっては、酸
化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸
塩、硝酸塩、酢酸塩などとして添加してもよい。

【００６２】また前記第１の導体ペースト２２は、例え
ば、平均粒径が１乃至１０μｍの銅粉末を１０乃至７０
体積％、特に４０乃至６０体積％、平均粒径が１乃至１
０μｍのタングステンおよび／またはモリブデン粉末を
３０乃至９０体積％、特に４０乃至６０体積％の割合で
添加してなる固形成分に対して、有機樹脂や溶剤を添加
混合することにより作製される。なお、前記第１の導体
ペースト２２中には、絶縁基体１との密着性を高めるた
めに、酸化アルミニウム粉末や、絶縁基体１を形成する
セラミックス成分と同一の組成物粉末を０．０５乃至２
体積％の割合で添加することも可能である。

【００６３】また前記第２の導体ペースト２３は、例え
ば、平均粒径が０．５乃至５μｍのタングステンおよび
／またはモリブデンに、鉄族金属（鉄、ニッケル、コバ
ルト）の酸化物粉末のうち少なくとも１種を０．１乃至
５体積％、酸化アルミニウム粉末を０乃至４５体積％の
割合で添加してなる固形成分に対して、有機樹脂や溶剤
を添加混合することにより作製される。

【００６４】（２）次に、前記第１、第２の導体ペース
ト２２、２３を塗布したセラミックグリーンシート２１
を焼成し、図３（ｂ）に示す如く、タングステンおよび
／またはモリブデンと銅とから成る第１配線層２及びタ
ングステンおよび／またはモリブデンと鉄族金属とから
成る第２配線層３とを有する絶縁基体１を得る。

【００６５】このときの焼成温度が１２００℃より低い
と、通常の原料を用いた場合において、酸化アルミニウ
ム質焼結体から成る絶縁基体が相対密度９５％以上まで
緻密化できず、熱伝導性や強度が低下し、１５００℃よ
りも高いと、タングステンあるいはモリブデン自体の焼
結が進み、銅との均一組織を維持できなく、ひいては低
抵抗を維持することが困難となりシート抵抗が高くなっ
てしまう。また、酸化物セラミックスの主結晶相の粒径
が大きくなり異常粒成長が発生したり、銅がセラミック
ス中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなる
とともに拡散速度も速くなる結果、拡散距離を３０μｍ
以下に制御することが困難となるためである。好適には
１３５０乃至１４５０℃の範囲がよい。

【００６６】また、この焼成時の非酸化性雰囲気として
は、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰囲気であるこ
とが望ましいが、特に、配線層中の銅の拡散を抑制する
上では、水素および窒素を含み露点＋１０℃以下、特に
−１０℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。
なお、この雰囲気には所望により、アルゴンガス等の不
活性ガスを混入してもよい。焼成時の露点が＋１０℃よ
り高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水
分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と銅含有導体
の銅が反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるの
みでなく、銅の拡散を助長してしまうためである。

【００６７】さらにまた、上記のように焼成温度および
雰囲気を制御して焼成することによって、絶縁基体１の
表面の算術平均粗さＲａを１μｍ以下、特に０．７μｍ
以下の平滑性に優れた表面を形成できる。

【００６８】（３）次に、図３（ｃ）に示す如く、第１
配線層２および第２配線層３表面に銅めっき層８を２乃
至１５μｍの厚みで被着させる。

【００６９】前記銅めっき層８は、例えば、硫酸銅等の
銅供給源となる銅化合物と、ホルマリン、次亜リン酸ナ
トリウム等の還元剤とを主成分とする無電解銅めっき液
中に第１配線層２および第２配線層３を所定時間浸漬す
ることにより、第１配線層２および第２配線層３上に所
定厚みに被着形成される。

【００７０】なお、この場合、被着形成される銅メッキ
層８は、上記使用する還元剤の種類に応じてめっき層中
に含有する共析成分が変化し、例えばホルマリンであれ
ば銅含有量が９９．９重量％以上の高純度の銅層が形成
され、次亜リン酸ナトリウムであればリンを数重量％含
有する銅層が形成される。銅めっき層８は低抵抗化を図
る上では高純度であることが好ましいことから、ホルマ
リン等のめっき層中への共析成分を含有しない還元剤を
用いることが好ましい。

【００７１】また、前記第１配線層２および第２配線層
３の表面に銅めっき層８を被着させる際、めっき前処理
として、第１配線層２および第２配線層３の表面に露出
しているタングステンおよび／またはモリブデンの高融
点金属をエッチング処理により極力除去し、第１配線層
２および第２配線層３表面のうち銅成分の露出する割合
を、例えば８０％以上と大きくするようにしておくこと
が好ましく、第１配線層２および第２配線層３に対する
銅めっき層８の被着強度をより一層良好とすることがで
きる。

【００７２】（４）次に、図３（ｄ）に示す如く、前記
銅めっき層８を被着させた第１配線層２表面をレジスト
膜２４で被覆するとともに、第２配線層３の銅めっき層
８上にニッケルめっき層９を被着形成する。

【００７３】前記レジスト膜２４は、第２配線層３にニ
ッケルめっき層９を被着させる際、第１配線層２表面に
不要なニッケルめっき層が被着することを防止する作用
をなし、例えば、ネガ型の感光性合成ゴム系樹脂や、ア
クリル酸エステル系の感光性樹脂等を用いることがで
き、回転式塗布法、ディップコーティング法、フローコ
ーティング法、ローラーコーティング法等でレジスト膜
２４を配線基板５表面のほぼ全面を覆うようにして塗布
した後、露光、現像により第１配線層２のみを被覆する
ようにパターン加工することにより形成される。

【００７４】なお、前記レジスト膜２４は、後述するニ
ッケルめっきの際、酸性、アルカリ性等の腐食性のめっ
き液、各種処理液中に浸漬されることから、このような
酸性、アルカリ性等の液に対する耐薬品性に優れたもの
としておく必要がある。

【００７５】前記ニッケルめっき層９は、例えば、次亜
リン酸ナトリウム、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン
等の還元剤を用いた無電解めっき法により形成されてお
り、還元剤の種類に応じて、リンを含有するニッケルめ
っき層、ホウ素を含有するニッケルめっき層、ニッケル
の純度が９９．９重量％以上の高純度ニッケルめっき層
等として形成される。

【００７６】前記ニッケルめっき層９の被着は、例え
ば、ホウ素を含有する場合であれば、硫酸ニッケル等の
ニッケル供給源となるニッケル化合物と、ジメチルアミ
ンボラン等の還元剤とを主成分とし、酢酸、マロン酸、
コハク酸、プロピオン酸等の有機酸またはそのナトリウ
ム塩等の錯化剤、チオ二酢酸等の安定剤、塩化アンモニ
ウム等のｐＨ調整剤とを添加混合して調整した無電解ニ
ッケルめっき液中に第２配線層３を所定時間浸漬するこ
とにより行うことができる。

【００７７】またニッケルめっき層９中のホウ素含有量
や硫黄等の微量成分の含有量は、上記ニッケルめっき液
において、錯化剤や安定剤の種類の組合やその濃度の増
減、あるいはｐＨ、液温、攪拌速度等のめっき条件を調
整することにより所定範囲に制御することができる。

【００７８】（５）そして最後に、前記第１配線層２を
被覆しているレジスト膜２４を除去することにより、図
３（ｅ）に示す如く、絶縁基体１表面に、タングステン
および／またはモリブデンと銅とから成る第１配線層２
と、タングステンおよび／またはモリブデンと鉄族金属
とから成りリード端子等の金属部材が取着される第２配
線層３とを同時焼成により形成し、第１配線層２及び第
２配線層３の表面に銅めっき層８が被着され、かつ第２
配線層３の銅めっき層８表面がニッケルめっき層９で被
覆されている配線基板５が完成する。

【００７９】前記レジスト膜２４の除去は、例えば、レ
ジスト膜２４が感光性合成ゴム系樹脂から成る場合であ
れば、レジスト膜２４をキシレン等の有機溶剤を主成分
とする剥離液中に浸漬することにより行うことができ
る。なお、浸漬時間はレジスト膜の厚み、剥離液の濃
度、温度等の作業条件に応じて適宜決めるようにすれば
よい。

【００８０】なお、本発明は上記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、上記実施例では、本発
明の配線基板を半導体素子搭載用の配線基板に適用した
場合について説明したが、これを混成集積回路基板等に
適用してもよい。

【００８１】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、第１配線層
をタングステンおよび／またはモリブデンと銅とで形成
するとともに、その表面に、電気抵抗率が１．７×１０
^-6Ω／ｃｍと、配線層を形成する導体の約１／２程度の
低抵抗の銅からなるめっき層を被着し、この非常に低抵
抗の銅めっき層の作用により配線層の電気抵抗が非常に
小さくなることから、第１配線層をより一層低抵抗と
し、第１配線層を伝播する信号の損失を極めて効果的に
低減することができ、半導体素子を正常に作動させるこ
とができる。

【００８２】また同時に本発明の配線基板によれば、銅
を主成分とする第１配線層表面に銅めっき層を被着さ
せ、配線層とめっき層との結合が主として同種金属であ
る銅同士の結合となることから、銅めっき層を第１配線
層に強固に被着させることができる。

【００８３】またさらに本発明の配線基板によれば、第
２配線層の銅めっき層表面をニッケルめっき層で被覆す
るようにしたことから、銅めっき層から多量の銅がろう
材中に移動しろう材の濡れ性劣化等を誘発することを効
果的に防止し、金属部材を第２配線層に強固に被着させ
ることもできる。

【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に示す配線基板の要部拡大図である。

【図３】（ａ）乃至（ｅ）は本発明の配線基板の製造方
法を説明するための工程毎の断面図である。

【符号の説明】

１・・・・絶縁基体２・・・・第１配線層３・・・・第２配線層４・・・・半導体素子５・・・・配線基板６・・・・リード端子７・・・・ろう材８・・・・銅めっき層９・・・・ニッケルめっき層２１・・・セラミックグリーンシート２２・・・第１導体ペースト２３・・・第２導体ペースト２４・・・レジスト膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 3/24 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｍ 3/34 ５０１ 23/12 ＤＦターム(参考） 4E351 AA07 BB31 BB33 BB35 BB36 CC07 CC12 CC22 DD04 DD17 DD19 EE02 GG06 GG07 GG15 5E319 AA03 AB01 AC01 AC04 AC16 AC17 AC18 BB01 BB05 CC22 CD04 CD26 CD29 GG03 5E343 AA02 AA23 BB08 BB14 BB16 BB17 BB24 BB39 BB40 BB43 BB44 BB52 BB71 BB72 DD03 DD32 DD33 GG13 GG18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基体の表面に、タングステンおよび／
またはモリブデンと銅とから成る第１配線層と、タング
ステンおよび／またはモリブデンと鉄族金属とから成
り、金属部材がろう付けされる第２配線層とを同時焼成
にて形成した配線基板であって、前記第１配線層及び第２配線層の表面には銅めっき層が
被着されており、かつ第２配線層表面の銅めっき層表面
がニッケルめっき層で被覆されていることを特徴とする
配線基板。
【請求項２】前記第１配線層はタングステンおよび／ま
たはモリブデンが３０乃至９０体積％、銅が１０乃至７
０体積％から成り、第２配線層は鉄族金属が酸化物換算
で０．１乃至５体積％、残部がタングステンおよび／ま
たはモリブデンから成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】前記銅めっき層の厚みが２μｍ乃至１５μ
ｍ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４】（１）セラミックグリーンシートの表面
に、タングステンおよび／またはモリブデンを３０乃至
９０体積％、銅を１０乃至７０体積％の割合で含有して
成る第１の導体ペーストを塗布するとともに、鉄族金属
を酸化物換算で０．１乃至５体積％、タングステンおよ
び／またはモリブデンを９５乃至９９．９体積％の割合
で含有して成る第２の導体ペーストを塗布する工程と、
（２）前記第１、第２の導体ペーストを塗布したセラミ
ックグリーンシートを焼成し、タングステンおよび／ま
たはモリブデンと銅とから成る第１配線層及びタングス
テンおよび／またはモリブデンと鉄族金属とから成る第
２配線層を有する絶縁基体を得る工程と、（３）前記第
１配線層及び第２配線層表面に銅めっき層を被着させる
工程と（４）前記第１配線層をレジスト膜で被覆すると
ともに第２配線層に被着させた銅めっき層表面にニッケ
ルめっき層を被着させる工程と、（５）前記第１配線層
表面の銅めっき層を被覆しているレジスト膜を除去する
工程とから成る配線基板の製造方法。