JP2007063042A - セラミクス基板およびセラミクス基板を用いた電子部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 セラミクス基体に複数の外部電極を有する基板であって、外部電極はセラミクス基体に形成したAgもしくはCuを主体とする下地層と、下地層の表面にNiを主体とする皮膜を形成し、その表面にPdを主体とする皮膜を形成し、その表面にAuを主体とする皮膜を形成した。
【選択図】 図5
Description
近年、配線の高密度化に伴い、セラミクス基板と半導体素子との電気的接合に、ワイヤボンディングが用いられるようになってきた。多数の配線が要求される高密度なワイヤボンディングでは、100μm以下の金線を、加熱した基板上のワイヤボンディング用端子に、超音波振動を与えながら摺動させることにより接合が取られる。
このような問題にたいして、金めっき厚を0.1μm以下の置換金のみとし、ワイヤーボンディング前に、プラズマ処理により金皮膜表面の水酸化ニッケルのクリーニングを行う方法が提案されている。しかしながら、置換金めっきのみの皮膜は多くのピンホールを有し、熱処理時に金表面に多く拡散したニッケルはプラズマ処理によっても除去することは難しく、ボンディングの信頼性が乏しく、信頼性を求められる電子部品では用いられていないのが現状であった。
Niを主体とする膜とAu膜の間にPd層を設けることにより、置換金のNiへの腐食、ピンホールを抑えることができる。パラジュームめっきは還元法によってNiを主体とする膜に析出されるため、ニッケルを主体とする層を腐食しない。腐食によるピンホールが少ないため、金層を薄くしても、最表面が水酸化ニッケルで汚染されることが無くなる。
前記セラミクス基体は、予め加熱されており、前記外部電極の最表層金属膜をAu−Pd合金とするのが望ましい。パラジュウム膜は、はんだへの拡散速度が遅く半田濡れが悪いため、電子部品をプリント基板等に実装する際にはんだ接合不良の不具合を起こすリスクが大きくなる。そこで最表層金属膜を均一なAu−Pd合金膜とすることにより、速やかに半田中に拡散し、強固な接着強度が得られる。ボンディングの際にも、薄いAu膜は金線とのなじみが悪く、十分な接着強度が得られない場合もあるが、均一なAu−Pd合金では、金線と強い接着強度をもたらす。
膜厚が1μm以下であると、半田接合の際に下地層が半田中に拡散することが防げず、15μm
以上であると、めっき膜の応力により、割れが入ったり、密着力が低下したりする。
セラミクス基板の所定の端子に、Snを主体とする半田ペーストを塗布し、ついで、半導体素子、容量素子、抵抗素子等を実装する。実装した後、基板を所定の温度に加熱し、半田ペーストを溶解、凝固させ実装部品を固定する。この時の加熱温度は、半田の融点によるが、250〜400℃が望ましい。250℃以下では半田の溶融が十分では無く接触不良を起こし、400℃以上に加熱すると半田食われなどの不具合を起こす可能性が高くなる。加熱にはリフロー炉などを用いて基板を均一に加熱することが望ましい。
また、この加熱によりワイヤボンディング端子および外部接続端子においては、バラジュウーム層及び金層が相互に拡散し、均一なAu−Pd合金層が形成される。
本発明について一実施例を示して説明する。
まず、アルミナを主成分とするセラミクスグリーンシートを作成した。そして、このセラミクスグリーンシートの表面に、主に銀を主成分とする電極用ペーストをスクリーン印刷法により印刷して内部電極を形成した。印刷パターンの異なる内部電極を形成したセラミクスグリーンシートを複数枚数積層して、圧着し、積層ブロック体を得た。さらに、積層ブロック体表面に銀を主体とするペーストを印刷し、端子電極を形成した。この積層ブロックを900℃にて1時間焼成して、セラミクス基板とした。
次に、この基板を硫酸にて表面を洗浄した後、塩化パラジュームを主成分とする水溶液に浸漬し触媒を電極表面に付与した。イオン交換水で余分なパラジューム溶液を洗浄した後、過熱したジアリン酸ナトリームを還元剤とした無電界Ni−Pめっき液に所定時間浸漬し、Ni−P皮膜を形成した。ついで、これをイオン交換水で洗浄した後、加熱したギ酸を還元剤とした無電界パラジュームめっき液に所定時間、浸漬しPd皮膜を形成した。さらに、これをイオン交換水で洗浄した後、加熱したノーシアン置換型めっき液に所定時間、浸漬したのちイオン交換水で洗浄し、乾燥し、セラミクス基板試料とした。
次に、接続したボンディングワイヤに対して引っ張り試験を行い、ボンディングワイヤの接続強度、および破壊モードを測定した。また、235℃に加熱した、Sn−Pb半田に2秒浸漬した後、外部接続用の端子電極が半田で覆われている面積を計測し半田濡れ性評価とした。さらに、AES分析により端子の最外層膜の組成について調べた。また、表層のAu、Pd膜を薬剤で剥離しNi−P膜の状態を観察した。
実施例1と同様の方法でセラミクス基板試料を作成した。
次に、この基板を硫酸にて表面を洗浄した後、塩化パラジュームを主成分とする水溶液に浸漬し触媒を電極表面に付与した。イオン交換水で余分なパラジューム溶液を洗浄した後、過熱したジアリン酸ナトリームを還元剤とした無電界Ni−Pめっき液に所定時間浸漬し、Ni−P皮膜を形成した。さらに、これをイオン交換水で洗浄した後、加熱したノーシアン置換型めっき液に所定時間、浸漬したのちイオン交換水で洗浄し、乾燥し、セラミクス基板試料とした。
このようにして得られた、基板試料の端子電極の一つにSn−Ag−Cuを主成分とする半田ペーストを塗布し、半導体素子を搭載し、ピーク温度340℃に設定されたリフロー炉を通路し、固定した。次に、半導体素子上のパッドと基板上の端子電極を25μmの金線で超音波ボンダーを用いて結線した。
実施例1と同様の方法でセラミクス基板試料を作成し、めっき膜を形成した。
基板試料の端子電極の一つに、半導体素子を導電性接着剤で固着した。次に、半導体素子上のパッドと基板上の端子電極を25μmの金線で超音波ボンダーを用いて結線した。
次に、接続したボンディングワイヤに対して引っ張り試験を行い、ボンディングワイヤの接続強度、および破壊モードを測定した。また、235℃に加熱した、Sn−Pb半田に2秒浸漬した後、外部接続用の端子電極が半田で覆われている面積を計測し半田濡れ性評価とした。さらに、AES分析により端子の最外層膜の組成について調べた。
図3および図4はオージェ分析器機により、めっきの深さ方向の元素を調べたものである。実施例のように熱履歴を受けると最表層膜は均一なAu-Pd合金を形成することが分かり、表1よりその均一な合金が形成されることにより、ボンディング性および半田濡れ性が向上することが確認された。
図5および図6は実施例1および比較例1で作成された試料のAuおよびPdのみを薬剤により除去した後に、Ni-Pめっき膜表面を電子顕微鏡にて観察した写真である。Au層とNi-P層との間にPd層を付与することによって、AuがNi-P層を腐食するのを防ぐことができることが分かる。これにより、最表層のAu膜が薄くても、水酸化ニッケルがピンホールからめっき表面まで上がってくることが無く、ボンディング性および半田濡れ性に優れたセラミクス基板とすることができる。
本実施例のごとく、Au層とNi層の間にPd層をはさみ、AuとPdを合金化することにより十分なボンディング性と半田濡れ性を得るることができる。
Claims (5)
- セラミクス基体に複数の外部電極を有する基板であって、前記外部電極はセラミクス基体に形成されるAgもしくはCuを主体とする下地層と、当該下地層の表面にNiを主体とする皮膜を形成し、その表面にPdを主体とする皮膜を形成し、その表面にAuを主体とする皮膜を形成したことを特徴とするセラミクス基板。
- 前記Auを主体とする皮膜の膜厚が0.02〜0.1μm未満であることを特徴とする請求項1に記載のセラミクス基板。
- 請求項1又は2に記載のセラミクス基体に、半導体やリアクタンス素子を実装した電子部品であって、前記セラミクス基体の外部電極のうちの少なくとも一部がワイヤボンディング用端子であり、前記ワイヤボンディング用端子と前記半導体とがAuワイヤーで結線されていることを特徴とする電子部品。
- 前記セラミクス基体は、予め加熱されており、前記外部電極の最表層金属膜がAu−Pd合金となっていることを特徴とする電子部品。
- 最表層金属膜がAuとPdの元素濃度比で1:15〜10:1の均一な皮膜であることを特徴とする、請求項3に記載の電子部品。
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