JP2009224651A - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラスセラミックスからなる絶縁基体を有する配線基板において、金属部材の接合強度が高く、信頼性の高い配線基板を提供する。
【解決手段】 ガラスセラミックスから成る絶縁基体１に配線導体２が形成された配線基板において、絶縁基体１の表面に形成された接合用導体３は、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含むＡｇおよびＣｕを主成分とする第１合金層３ａと、その表面のＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層３ｂとから成る。第２合金層３ｂの上にＮｉめっき層４およびＡｕめっき層５が順次形成され、その上にはんだ６により金属部材７が接合される。接合用導体３の接合強度およびＮｉめっき層の密着力が高く、その上にはんだで接合される金属部材７の接合強度およびその信頼性が高い配線基板を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

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回路基板，電子回路モジュール等に使用される、入出力用のリードピン等の金属端子が接合される配線基板に関するものである。

従来から、ＩＣ（Integrated Circuit），ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）等の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、高周波回路や電力回路等を構成する回路基板あるいは電子回路モジュール等には、アルミナ等のセラミックスから成る絶縁基体に配線導体を形成した配線基板が使用されている。そして、外部電気回路との電気的な接続を行なうためのリードピンやボール端子等の金属端子が、配線基板表面のメタライズ層から成る配線導体にろう材を介して接合されているものがある。

また、このような配線基板には、高周波信号を高速で伝送する上で、配線導体を形成する導体の電気抵抗が低いことが要求され、絶縁基体にもより低い誘電率が要求されている。このため、誘電率が低く高周波用の絶縁基体として好適であるガラスセラミックスを絶縁基体に用い、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の低抵抗金属のメタライズ層を配線導体として形成した高周波用の配線基板が多用されるようになっている。

しかしながら、このような高周波用の配線基板においては、低誘電率のガラスセラミックスはガラス成分を多量に含有することから、その磁器強度は従来のアルミナセラミックス等に比べて低く、また、低抵抗金属は融点が低いことから低温で焼成する必要があるため、メタライズ層から成る配線導体とガラスセラミックスから成る絶縁基体との接合強度が低いものとなっている。

このため、例えば、ガラスセラミックスからなる絶縁基体上のメタライズ層から成る外部接続用電極にろう材を介してリードピンを接合し、ピングリッドアレイ型のリードピン付き配線基板とした場合などでは、外部電気回路に配線基板を接続するためにリードピンを外部電気回路のソケットに差し込んだり、その後のメンテナンス等のためにリードピンを引き抜いたりした際に、リードピンに垂直方向や斜め方向からの外力が働くと、外部接続用電極に剥がれが生じて接合信頼性が低下することがあった。

そこで、リードピン接合用のメタライズ層から成る外部接続用電極を配線基板に形成せずに、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆ等の活性金属を含有するＡｇ−Ｃｕ合金ろう材（以下、活性ろう材ともいう。）を用いて、配線基板の内部から表面にかけて形成された配線導体の一部である貫通導体（ビア導体）が絶縁基体の表面に露出した部位を含む領域にリードピンを直接接合する構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

この構成では、配線導体の一部である貫通導体の絶縁基体の表面に露出した部位とリードピンとを、活性ろう材を介して直接、電気的に接続している。また、貫通導体の露出部は通常直径が約100μｍ以下と小さいことから、メタライズ層から成る外部接続用電極を介さずに、活性ろう材によりリードピンと絶縁基体とが実質的に接合されるため、メタライズ層から成る外部接続用電極と絶縁基体との接合強度に依存することなく強固にリードピンを接合することができるというものである。
特開2006−121034号公報

しかしながら、従来の活性ろう材を用いてリードピンをガラスセラミックスに接合する方法では、ガラスセラミックスから成る絶縁基体と活性ろう材との熱膨張係数の差に起因する熱応力が、ろう付け後に大きな残留応力として活性ろう材と絶縁基体との界面の外周部に集中して内在することを抑えるために、活性ろう材のメニスカスの角度や形状、および接合する金具の寸法や形状に多くの制約があった。また、ろう付けされる金属部材としてはリードピン以外にも蓋体や放熱部材等があるが、これらはリードピンに比較してその寸法が大きいので、接合するための活性ろう材の寸法も大きくなることで熱応力も大きくなり、ろう付け後の残留応力を抑えることが困難であった。

また、約800℃という高温で金属端子を接合するため、特に、半導体素子の熱膨張係数に合わせた低熱膨張係数のガラスセラミックスを絶縁基体として用いた場合は、金属端子と絶縁基体との熱膨張差に起因する熱応力も、ろう材と絶縁基体との界面に残留応力として内在することとなるので、金属端子の接続信頼性が低下しやすいという問題点があった。また、寸法の大きい蓋体や放熱部材等の金属部材では熱応力がより大きいので、この問題点はより顕著になる。さらに、金属部材が蓋体である場合には、配線基板上に半導体素子や水晶振動素子等の電子部品を搭載した後に蓋体を接合するために800℃という高温で加熱すると、この熱により電子部品が破壊してしまう場合があるので、活性ろう材による接合を適用することが困難であるという問題点があった。

そして、ピン数が多く、ピンの位置精度が求められるピングリッドアレイ型の配線基板等では、高温で接合するとリードピン等の金属端子を接合する際の位置合わせ治具と絶縁基板との熱膨張差も大きくなるので、位置ずれが発生しやすいという問題点があった。

そこで、例えば、金属端子を接合せずに、内部配線導体が絶縁基体の表面に露出した部位に活性ろう材ペーストを塗布し、これを加熱して溶融させ、冷却することにより絶縁基体に強固に接合された活性ろう材層を形成してこれを外部接続用電極とし、この外部接続用電極の上に金属端子をはんだ等の低融点のろう材で接合することで、金属端子とガラスセラミックスから成る絶縁基体との熱膨張差による残留応力を小さく抑えるとともに金属端子の位置ずれを抑える方法が考えられる。

この方法の場合は、はんだ等の低融点ろう材と外部接続用電極との濡れをよくして接合強度を高めるために、外部接続用電極の表面にＮｉめっきおよびＡｕめっきを施す。しかしながら、活性ろう材層を形成する際に、加熱炉内に残留した微量な酸素により、外部接続用電極の表面において、Ａｇ−Ｃｕ合金ろう材や活性金属のＴｉなどの表面に酸化膜が形成される。Ａｇ−Ｃｕ合金ろう材の表面の酸化膜はめっき前処理の酸処理やアルカリ処理で除去されるが、活性金属の酸化膜（活性金属の酸化物）は除去することができず、活性ろう材から成る外部接続用電極の表面に残存してしまう。この活性金属の酸化物上にはＮｉめっきが強固に密着しないため、この上に金属端子をはんだにより接合しても、Ｎｉめっきと外部接続用電極との界面で破壊しやすく、十分な接合強度が得られないという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は、ガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面に形成された接合用導体の接合強度を確保でき、かつ接合用導体上に接合される金属部材の接合強度を確保できる高信頼性の配線基板およびその製造方法を提供することにある。

本発明の配線基板は、ガラスセラミックスから成る絶縁基体に配線導体が形成された配線基板において、前記絶縁基体の表面に金属部材を接合するための接合用導体が形成されており、該接合用導体は、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含むＡｇおよびＣｕを主成分とする第１合金層と、その表面のＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層とから成ることを特徴とするものである。

本発明の配線基板は、上記構成において、前記第２合金層の上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層が順次形成されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板は、上記構成において、前記Ａｕめっき層の上にはんだにより金属部材が接合されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板は、上記構成において、前記接合用導体が外部接続用電極であり、前記金属部材が金属端子であることを特徴とするものである。

本発明の配線基板の製造方法は、ガラスセラミックスから成る絶縁基体に配線導体が形成された配線基板を準備する工程と、前記絶縁基体上にＡｇ−Ｃｕ合金にＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含む金属ペーストを接合用導体の形状に塗布する工程と、前記金属ペーストを加熱し溶融させて、前記絶縁基体の表面に第１合金層を形成する工程と、前記第１合金層の表面にＮｉ膜を形成する工程と、前記Ｎｉ膜および前記第１合金層を加熱して、前記第１合金層の表面にＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層を形成して接合用導体を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、ガラスセラミックスから成る絶縁基体に配線導体が形成された配線基板の絶縁基体の表面に形成された接合用導体は、活性金属のＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種を含むＡｇおよびＣｕを主成分とする第１合金層と、その表面のＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層とから成ることから、ガラスセラミックスから成る絶縁基体と接合用導体との接合強度が十分高く、またその表面には活性金属の酸化物が存在しないので、その上にはんだにより金属端子等の金属部材を接合するためのＮｉめっき層を強固に密着させることが可能な配線基板となる。

また、本発明の配線基板によれば、上記構成において、第２合金層の上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層が順次形成されているときには、その上にはんだにより金属端子等の金属部材をより強固に接合することが可能となる。

また、本発明の配線基板によれば、上記構成において、Ａｕめっき層の上にはんだにより金属部材が接合されているときには、活性ろう材により金属部材を接合する場合に比べて低温で接合するので、接合時の熱による金属部材と絶縁基体との熱膨張差が小さくなり、熱膨張差に起因する熱応力を小さいものとすることができ、金属部材の接合信頼性が高い配線基板となる。また、接合時の熱による金属端子等の金属部材の位置決め治具と絶縁基体との熱膨張差が小さくなるので、金属端子等の金属部材の位置精度に優れた配線基板となる。

また、本発明の配線基板によれば、上記構成において、接合用導体が外部接続用電極であり、前記金属部材が金属端子であるときには、金属端子の接合信頼性が高く金属端子の位置精度に優れたピングリッドアレイ基板等の配線基板となる。

また、本発明の配線基板の製造方法によれば、ガラスセラミックスから成る絶縁基体に配線導体が形成された配線基板を準備する工程と、絶縁基体上にＡｇ−Ｃｕ合金にＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含む金属ペーストを接合用導体の形状に塗布する工程と、金属ペーストを加熱し溶融させて、絶縁基体の表面に第１合金層を形成する工程と、第１合金層の表面にＮｉ膜を形成する工程と、Ｎｉ膜および第１合金層を加熱して、第１合金層の表面にＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層を形成して接合用導体を形成する工程とを含むことから、接合用導体は第１合金層とその表面の第２合金層とから成り、第１合金層は活性金属を含むのでガラスセラミックスから成る絶縁基体との接合強度が十分高く、第２合金層はＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とし、表面に活性金属の酸化物が存在しないので、その上にＮｉめっき層を強固に密着させることが可能となる。その結果として、ガラスセラミックスから成る絶縁基体との接合強度が高く、はんだにより金属端子等の金属部材を強固に接合することが可能な接合用導体を有する配線基板を製造することができる。

本発明の配線基板および配線基板の製造方法について以下に詳細に説明する。図１〜図４はそれぞれ本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図１〜図５において、１は絶縁基体、２は配線導体、２ａは内部配線導体、２ｂは外部配線導体、３は接合用導体、３ａは第１合金層、３ｂは第２合金層、４はＮｉめっき層、５はＡｕめっき層、６ははんだ、７は金属部材、８は半導体素子、９はボンディングワイヤである。図２は、図１に示す配線基板における一点鎖線で囲まれたＡ部を拡大した断面図である。図３は、図１に示す配線基板の接合用導体３の上にＮｉ（ニッケル）めっき層４およびＡｕ（金）めっき層５を順次形成し、その上にはんだ６により金属部材７としてのピン状の金属端子を接合した本発明の配線基板に、半導体素子８を搭載してボンディングワイヤ９により接続した例を示す断面図である。図４は、図３に示す例の配線基板における一点鎖線で囲まれたＢ部を拡大した断面図である。図５は、図３に示す配線基板の上面にも接合用導体３を設けて、その上には金属部材７としての蓋体をはんだ６により接合した例を示す断面図である。

本発明の配線基板は、図１および図２に示す例のように、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１に配線導体２が形成された配線基板において、絶縁基体１の表面に金属部材７を接合するための接合用導体３が形成されており、この接合用導体３は、Ｔｉ（チタン），Ｚｒ（ジルコニウム）およびＨｆ（ハフニウム）のうちの少なくとも１種からなる活性金属を含むＡｇ（銀）およびＣｕ（銅）を主成分とする第１合金層３ａと、その表面のＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層３ｂとから成ることを特徴とするものである。このような構成により、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１と接合用導体３との接合強度が十分高く、また接合用導体３の表面には活性金属の酸化物が存在しないので、その上にはんだ６により金属端子等の金属部材７を接合するためのＮｉめっき層４を強固に密着させることが可能な配線基板となる。

本発明の配線基板は、上記構成において、図４に示す例のように、第２合金層３ｂの上にＮｉめっき層４およびＡｕめっき層５が順次形成されていることが好ましい。このような構成にしたときは、その上にはんだに６より金属端子等の金属部材７を強固に接合することが可能となる。

本発明の配線基板は、上記構成において、図４に示す例のように、Ａｕめっき層５の上にはんだ６により金属部材７が接合されている構成にしたときは、活性ろう材により金属部材７を接合する場合に比べて低温で接合できるので、接合時の熱による金属部材７と絶縁基体１との熱膨張差が小さくなり、熱膨張差に起因する熱応力を小さいものとすることができ、金属部材７の接合信頼性が高い配線基板となる。また、接合時の熱による金属端子等の金属部材７の位置決め治具と絶縁基体１との熱膨張差が小さくなるので、金属端子等の金属部材７の位置精度に優れた配線基板となる。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、図３に示す例のように、接合用導体３が外部接続用電極であり、金属部材７が金属端子であるときには、金属端子の接合信頼性が高く、金属端子の位置精度に優れたピングリッドアレイ基板等の配線基板となる。

図６（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の配線基板の製造方法の一例を示す工程毎の断面図である。図６において、１は絶縁基体、２ａは内部配線導体、２ｂは外部配線導体、３は接合用導体、３ａは第１合金層、３ｂは第２合金層、３ｐは金属ペースト、４ａはＮｉ膜である。

本発明の配線基板の製造方法は、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１に配線導体２が形成された配線基板を準備する工程と、絶縁基体１上にＡｇ−Ｃｕ合金にＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含む金属ペースト３ｐを接合用導体３の形状に塗布する工程と、金属ペースト３ｐを加熱し溶融させて、絶縁基体１の表面に第１合金層３ａを形成する工程と、第１合金層３ａの表面にＮｉ膜４ａを形成する工程と、Ｎｉ膜４ａおよび第１合金層３ａを加熱して、第１合金層３ａの表面にＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層３ｂを形成して接合用導体３を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明の配線基板の製造方法によれば、接合用導体３は第１合金層３ａとその表面の第２合金層３ｂとから成り、第１合金層３ａは活性金属を含むのでガラスセラミックスから成る絶縁基体１との接合強度が十分高く、第２合金層３ｂはＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とし、表面に活性金属の酸化物が存在しないので、その上にＮｉめっき層４を強固に密着させることが可能となる。その結果として、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１との接合強度が高く、はんだ６により金属端子等の金属部材７を強固に接合することが可能な接合用導体３を有する配線基板を製造することができる。

本発明の配線基板および本発明の配線基板の製造方法について、以下に、より詳細に説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１に配線導体２が形成された配線基板を準備し、絶縁基体１上にＡｇ−Ｃｕ合金にＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含む金属ペースト３ｐを接合用導体３の形状に塗布する。

最初に準備する配線基板は、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１に、配線導体２が形成されたものである。図６（ａ）に示す例のように、配線導体２としては絶縁基体１の内部に形成された内部配線導体２ａや、絶縁基体１の表面に接合用導体３とは別に形成された外部配線導体２ｂがある。この外部配線導体２ｂは、絶縁基体１の外表面に引き回された配線や、図３に示す例のように、半導体素子８を接続するためのボンディングワイヤ９が接続される配線のように、はんだ６により金属端子等の金属部材７が接続され、大きな応力が加わることのないものである。内部配線導体２ａには、絶縁基体１を構成する絶縁層間に形成された内部配線導体層と、絶縁層を貫通してその上下面に配置された内部配線導体層同士または外部配線導体２ｂまたは外部接続用電極と内部配線導体層とを接続するためのビア導体やスルーホール導体等といった貫通導体とがある。このような内部配線導体２ａおよび外部配線導体２ｂからなる配線導体２は、通常、絶縁基体１とともに同時焼成により形成されるメタライズ金属層である。

絶縁基体１のガラスセラミックスは、ガラス粉末とセラミックス等のフィラー粉末とを混合したセラミック粉末を焼成して得られる焼結体である。ガラス粉末やフィラー粉末は従来のガラスセラミックスに用いられているものを用いればよく、例えばガラス粉末はＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なっていて、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである）、Ｐｂ系、Ｂｉ系等のガラスの粉末が挙げられる。またフィラー粉末は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（スピネル，ムライト，コージェライト等）等のセラミックスの粉末が挙げられる。ガラス粉末とフィラー粉末の割合は、質量比で10：90〜99：１であり、好ましくは40：60〜80：20である。ガラス粉末とセラミック粉末との配合比率や種類により、得られるガラスセラミックスの比誘電率，熱膨張係数，強度等の特性を調整することができる。

半導体素子８をより高速で作動させるために、回路形成面の絶縁膜を比誘電率の小さい多孔質絶縁膜とした半導体素子８が用いられるようになっている。この多孔質絶縁膜は強度が低いので、半導体素子８と配線基板の熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力によって多孔質絶縁膜自身が破壊されるのを防ぐために、半導体素子８の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するガラスセラミックス、具体的には、40℃〜400℃での熱膨張係数が2.3×10^−６／℃〜4.5×10^−６／℃程度であるガラスセラミックスを用いるのが好ましい。

このような熱膨張係数を有するガラスセラミックスから成る絶縁基体１を得るためのセラミック粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＮａＯ_２，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｋ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＮａＯ等の硼珪酸ガラスのような低熱膨張係数のガラス粉末と、アルミナ，コーディエライト，石英ガラス，ムライトのようなフィラー粉末とを混合したものを用いればよく、要求される特性に合わせてその種類や組合せ、含有量は適宜調整される。

より具体的には、例えば、30質量％〜55質量％のＳｉＯ_２、15質量％〜40質量％のＡｌ_２Ｏ_３、３質量％〜25質量％のＭｇＯ、２質量％〜15質量のＺｎＯ、２質量％〜15質量％のＢ_２Ｏ_３を含有するガラス粉末64.5質量％〜98.5質量％と、コーディエライト粉末0.5質量％〜20質量％と、ムライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種のフィラー粉末１質量％〜35質量％とを含有するものがある。このガラス粉末に1050℃以下の熱処理を施すことにより、少なくともコーディエライトを結晶相として析出させ、さらにコーディエライトとともに、ガーナイト，スピネル，ムライトの群から選ばれる少なくとも１種を結晶相として析出させることによって、絶縁基体１を低熱膨張化し、低誘電率化し、低ヤング率化することができる。低熱膨張化と低ヤング率化により１次実装と２次実装の信頼性が向上するので、より好ましいものとなる。

このようなガラスセラミックスを絶縁基体１とする配線基板は、例えば以下のようにして作製される。

まず、セラミック粉末，有機バインダ，溶融成分に溶剤（有機溶剤，水等）、必要に応じて硬度や強度を調整するための所定量の可塑剤，分散剤を加えてスラリーを得て、これをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムや紙等の支持体上にドクターブレード法，リップコーター法，ダイコーター法等のシート成型方法によりグリーンシートを作製する。

次に、このグリーンシートに、導体材料の粉末に、有機溶剤と樹脂バインダと溶剤とを合わせて５質量％〜15質量％を外添加で混合してペースト化した導体ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷することにより、配線導体２となる導体パターンを形成する。導体ペーストの導体材料としては、ガラスセラミックス焼結体に対しては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｇ−Ｐｔ（白金），Ａｇ−Ｐｄ（パラジウム），Ａｕ等が用いられる。さらに絶縁基体１との接続強度向上や焼成収縮挙動の調整のためにガラスやセラミック粉末を添加してもよい。あるいは、所定パターン形状の金属箔を転写する方法を用いてもよい。内部配線導体２ａの貫通導体は、上記した印刷によるパターン形成の前に、例えば、パンチング加工等によりグリーンシートに形成した貫通孔に導体ペーストを充填することによって形成される。

次に、配線導体２を形成したグリーンシートを複数枚積層して加圧することにより積層体を作製し、この積層体を100℃〜800℃の温度で加熱して脱バインダした後、所定の温度（約800℃〜約1000℃）で焼成することによって、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１に配線導体２が形成された配線基板が製作される。

金属ペースト３ｐは、ＢＡｇ−８（ＪＩＳ Ｚ−3261：72質量％Ａｇ−28質量％Ｃｕ）ろう材を始めとする、Ａｇが60質量％〜80質量％でＣｕが20質量％〜40質量％の組成から成るＡｇ−Ｃｕ合金の粉末に、活性金属としてＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種を、金属または水素化物の粉末を用いて外添加で２質量％〜10質量％添加した金属粉末を、導体ペーストと同様にしてペースト化したものが用いられる。

金属ペースト３ｐを接合用導体３の形状に塗布するには、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷すればよい。接合用導体３が外部接続用電極である場合や、金属部材７が金属製の蓋体であり、蓋体にシールド機能を持たせるために接合用導体３を内部配線導体２ａと接続する場合等がある。このように接合用導体３が内部配線導体２ａと接続されるものである場合は、絶縁基体１の表面に露出した内部配線導体２ａに重なるように金属ペースト３ｐを接合用導体３の形状に塗布すればよい。

次に、図６（ｂ）に示すように、金属ペースト３ｐを加熱し溶融させて、絶縁基体１の表面に第１合金層３ａを形成する。

金属ペースト３ｐを接合用導体３の形状に塗布した配線基板を、真空中または中性雰囲気中もしくは還元雰囲気中でＡｇ−Ｃｕ合金の溶融温度に合わせた所定温度で加熱処理し、金属ペースト３ｐの金属粉末を溶融させてから冷却することにより、内部配線導体２ａに接続されるとともに絶縁基体１に強固に接合されたＡｇ−Ｃｕ合金を主成分とし活性金属を含有する第１合金層３ａが得られる。例えば金属ペースト３ｐの金属粉末が、72質量％Ａｇ−28質量％Ｃｕ合金（いわゆるＢＡｇ−８）の粉末に活性金属としてＴｉＨ_２の粉末を３質量％添加したものである場合であれば、真空炉中にて最高温度795℃〜850℃で５分〜１時間保持すれば、ガラスセラミックスから成る絶縁基体１との高い接合強度を有する第１合金層３ａが得られる。絶縁基体１の表面に露出した内部配線導体２ａに重なるように金属ペースト３ｐを塗布した場合は、接合用導体３の第１合金層３ａと内部配線導体２ａとが接続される。

接合用導体３と接続される内部配線導体２ａがＣｕまたはＡｇを導体材料とする場合は、溶融したＡｇ−Ｃｕ合金に内部配線導体２ａのＣｕまたはＡｇが溶解されることにより内部配線導体２ａ内にボイドが発生する場合がある。このため内部配線導体２ａの絶縁基体１の表面に露出した部分（第１合金層３ａと接する部分）には、予めＮｉめっき等で形成したＮｉ皮膜を設けておくのが好ましい。また、Ｎｉめっき膜が欠陥なく内部配線導体２ａの絶縁基体１の表面に露出した部分を覆うことができるように、少なくともこの部分のガラス等の添加量は少なく（導体材料に対して５質量％未満）しておくのがよい。

次に、図６（ｃ）に示すように、第１合金層３ａの表面にＮｉ膜４ａを形成する。
Ｎｉ膜４ａの形成は、スパッタや蒸着による薄膜法や、電解めっきや無電解めっきといっためっき法等の成膜方法により行なうことができる。選択的に第１合金層３ａの表面に被覆することができ、量産性にも優れた無電解めっき法を用いるのが好ましい。

Ｎｉ膜４ａが、無電解めっき法による、例えばＰ（リン）を４質量％〜12質量％程度含有する無電解Ｎｉ−Ｐめっき層から成る場合は、以下のようにして形成される。まず、第１合金層３ａが形成された絶縁基体１を界面活性剤と塩酸水溶液とから成る温度が25℃〜50℃の酸性の洗浄液に１分〜５分間浸漬して、第１合金層３ａの表面を清浄にする。このとき、Ａｇ−Ｃｕ合金の表面に形成された酸化膜は除去され、活性金属の酸化膜は除去されずに残留してしまう。次に、これを純水で洗浄した後、塩化パラジウム，水酸化カリウム，エチレンジアミンテトラアセティクアシッドから成る温度が25℃〜40℃のパラジウム活性液中に１分〜５分間程度浸漬して、第１合金層３ａの表面にパラジウム触媒を付着させる。そして、これを純水で洗浄した後、硫酸ニッケル，クエン酸ナトリウム，酢酸ナトリウム，次亜リン酸ナトリウム，塩化アンモニウムから成る温度が50℃〜90℃の無電解Ｎｉめっき液中に２分〜60分間浸漬することによって、第１合金層３ａの表面にＮｉ−Ｐめっき層から成るＮｉ膜４ａが形成される。

このとき、第１合金層３ａの表面に残留した活性金属の酸化膜がＮｉ膜４ａに覆われるように、また、後の加熱により第２合金層３ｂを形成した際に、その表面に活性金属の酸化膜が現れないようにするためには、Ｎｉ膜４ａがＮｉめっき層の場合であれば、その厚みは１μｍ以上であるのが好ましい。また、Ｎｉ膜４ａの厚みが20μｍを超えると内部応力によりＮｉめっき層にクラックや剥がれが発生しやすいので、Ｎｉ膜４ａの厚みは20μｍ以下であるのが好ましい。Ｎｉ膜４ａを薄膜で形成する場合も、同様にＮｉ膜４ａの厚みが１μｍ〜20μｍであれば第２合金層３ｂの表面に活性金属の酸化膜が現れないようにすることができる。

そして、図６（ｄ）に示すように、Ｎｉ膜４ａおよび第１合金層３ａを加熱して、第１合金層３ａの表面にＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層３ｂを形成して接合用導体３を形成する。

このように、加熱により第１合金層３ａとＮｉ膜４ａとを相互拡散させることで、第１合金層３ａの表面に第２合金層３ｂが形成される。このとき、活性金属の酸化物は第２の合金層３ｂ中に取り込まれ、表面には現れない。このようにして第１合金層３ａの表面に第２合金層３ｂを形成するには、加熱条件としては、第１合金層３ａの融点未満であることが必要であり、第１合金層３ａにより、還元雰囲気中で最高温度400℃〜800℃を10分〜１時間程度保持すればよい。

第１合金層３ａや第２合金層３ｂを形成する工程における加熱条件は、絶縁基体１が変形しないような条件に設定する。

接合用導体３の上にはんだ６により金属端子等の金属部材７を接合する場合は、第２合金層３ｂの上にＮｉめっき層４およびＡｕめっき層６を順次形成する。これらめっき層の形成は、電解めっきでも無電解めっきでもよい。

そして、このＡｕめっき層６の上にはんだ６により金属部材７としてのピン形状の金属端子を接合することにより、ピングリッドアレイ型の配線基板のような金属端子を有する配線基板を作製することができる。

はんだ６は、いわゆるはんだ付けに用いられる低融点の接合材であり、第１の合金層３ａの融点より低い融点を有するものであれば金属部材７とガラスセラミックスから成る絶縁基体１との熱膨張差による残留応力を小さく抑えることができるので、特に融点が450℃以下のいわゆる軟ろうに含まれるものを用いる。はんだ６としては、Ｓｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）系の合金やこれにＳｂ（アンチモン），Ｂｉ（ビスマス），Ａｇ，Ｃｕ等を加えたＳｎ−Ｐｂ系はんだや、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ｚｎ（亜鉛）−Ｂｉ系，Ｓｎ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ（インジウム）−Ｂｉ系，Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ（アルミニウム）系等のような鉛フリーはんだ、Ａｕ−Ｓｎ合金はんだがある。図５に示す例のように、金属端子と蓋体等のように複数種類の金属部材７を接合する場合は、例えば、先に金属端子を接合してから蓋体を接合するときは、金属端子を接合するためのろう材６には、蓋体を接合するためのろう材６より融点の高いものを用いればよい。

金属部材７としては、図４に示す例のような金属端子、図５に示す例のような蓋体の他には、例えば、放熱用部材等がある。

金属端子としては、図４に示すようなピングリッドアレイ型の配線基板のネイルヘッドを有するピン状の端子の他にも、フラットパッケージ等の棒状のリード端子あるいはボールグリッドアレイ型の配線基板のボール状の端子等がある。その材質としては、ピン状の端子やリード端子としてはＦｅ（鉄）−Ｎｉ−Ｃｏ（コバルト）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｆｅ−Ｚｎ−Ｐ合金等がある。上記した低熱膨張係数のガラスセラミックスに対しては、熱膨張係数が５×10^−６／℃程度のものとしてＦｅ−29％Ｎｉ−17％Ｃｏ合金やＦｅ−42％Ｎｉ合金を用いると、接合後の残留応力をより小さくできるので好ましい。また、ボール状の端子としては、金属端子を接合するのに用いるはんだ６より融点の高いものが用いられ、例えば、Ｃｕや上記したようなＳｎ−Ｐｂ系はんだや、鉛フリーはんだ，Ａｕ−Ｓｎ合金はんだを用いてもよい。例えば、金属端子を接合するためのはんだ６としてＳｎ63％−Ｐｂ37％の共晶組成のはんだを用いた場合は、ボール状の端子としてＳｎ10％−Ｐｂ90％のようなより融点の高いはんだを用いる。また、エポキシ等の樹脂から成るボールの表面にＣｕ等の皮膜を形成したものを用いてもよい。接続した金属端子の表面には、電気抵抗を小さくするため、または金属端子の腐食を防止するために、必要に応じてＮｉめっきやＡｕめっきが施される。

蓋体は、図５に示す例では、平板状の配線基板の上に搭載された半導体素子８を覆うような箱状であるが、配線基板がいわゆるキャビティを有する形状で、キャビティ内に半導体素子８が搭載される場合は、キャビティの周囲の上面に接合用導体３が形成されるので、板状のものであってもよい。蓋体の材質は、上記した金属端子と同様のものを用いることができ、接合部の表面には、はんだ６との濡れ性が良好なＮｉめっき等を施してもよい。図５に示す例では、蓋体をはんだ６により接合用導体３に直接接合しているが、金属部材７としてシールリングをはんだ６により接合用導体３に接合し、その上にはんだ６等の接合材により蓋体を接合してもよい。

放熱用部材は、板状あるいはフィン形状のもの等があり、上記のような材質に加えて、ＣｕやＡｌ（アルミニウム）等の熱伝導の良好なもの、あるいは熱伝導性に加えて絶縁基体１との熱膨張係数のマッチングを考慮したＣｕ−Ｗ（タングステン）等が用いられる。

最表層にＡｕめっき層５が形成された接合用導体３に金属端子等の金属部材７をはんだ６により接合する方法としては、例えば、はんだ６のペーストをスクリーン印刷やディスペンスにより接合用導体３の上に塗布し、これに金属端子等の金属部材７を当接させながらリフロー炉等により加熱することにより行なわれる。

本発明の配線基板の接合用導体３には、リードピンのような金属端子等の金属部材７を接合するだけでなく、Ｎｉめっき層４およびＡｕめっき層５を形成して、チップコンデンサやチップ抵抗器などといった電子部品をはんだ６で接合してもよい。そのような場合には、接合強度が高く電子部品の実装信頼性の高い配線基板とすることができる。また、接合用導体３に金属端子等の金属部材７を接合せずに、はんだ６を用いて配線基板を外部回路基板に直接実装してもよい。また、金属部材７が蓋体や放熱用部材の場合は、接合用導体３はセラミックス製の基体に接合用の金属層が形成されたものであってもよい。即ち、電子部品や基板の電極やセラミックス製の蓋体等の接合用金属層のような、金属以外の基体に形成された接合用の金属層も金属部材７に含まれる。

本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の配線基板の製造方法の一例を示す工程毎の断面図である。

符号の説明

１・・・・絶縁基体
２・・・・配線導体
２ａ・・・内部配線導体
２ｂ・・・外部配線導体
３・・・・接合用導体
３ａ・・・第１合金層
３ｂ・・・第２合金層
３ｐ・・・金属ペースト
４・・・・Ｎｉめっき層
４ａ・・・Ｎｉ膜
５・・・・Ａｕめっき層
６・・・・はんだ
７・・・・金属部材
８・・・・半導体素子
９・・・・ボンディングワイヤ

Claims (5)

1. ガラスセラミックスから成る絶縁基体に配線導体が形成された配線基板において、前記絶縁基体の表面に金属部材を接合するための接合用導体が形成されており、該接合用導体は、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含むＡｇおよびＣｕを主成分とする第１合金層と、その表面のＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層とから成ることを特徴とする配線基板。
2. 前記第２合金層の上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層が順次形成されていることを特徴とする請求項1記載の配線基板。
3. 前記Ａｕめっき層の上にはんだにより金属部材が接合されていることを特徴とする請求項２記載の配線基板。
4. 前記接合用導体が外部接続用電極であり、前記金属部材が金属端子であることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
5. ガラスセラミックスから成る絶縁基体に配線導体が形成された配線基板を準備する工程と、
   前記絶縁基体上にＡｇ−Ｃｕ合金にＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも１種からなる活性金属を含む金属ペーストを接合用導体の形状に塗布する工程と、
   前記金属ペーストを加熱し溶融させて、前記絶縁基体の表面に第１合金層を形成する工程と、
   前記第１合金層の表面にＮｉ膜を形成する工程と、
   前記Ｎｉ膜および前記第１合金層を加熱して、前記第１合金層の表面にＡｇ、ＣｕおよびＮｉを主成分とする第２合金層を形成して接合用導体を形成する工程と
   を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。

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