JP2522739B2 - セラミックス配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス配線基板に
関するものであり、更に詳しくは、ＩＣ、半導体装置等
の電子素子が搭載されるセラミックス配線基板に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックス基板上に備えられた
搭載部に搭載されるＩＣ、半導体装置等の電子素子に接
続されるリードを該セラミックス基板の外周側から内周
側に延在させて設けたセラミックス配線基板が知られて
いる。

【０００３】前記セラミックス配線基板としては、例え
ば、セラミックス基板上の中央に半導体装置が搭載され
る搭載部を備え、前記セラミックス基板上に外周側から
内周側に向けて設けられ前記搭載部に搭載される半導体
装置に接続される複数の信号用リードと、該信号用リー
ド間に設けられた接地用リードとを備え、さらに、セラ
ミックス基板の裏面全体に接地層が設けられた、ＧａＡ
ｓ等の半導体装置の特性評価に使用されるマイクロスト
リップ伝送線路がある。

【０００４】前記マイクロストリップ伝送線路では、前
記搭載部に半導体装置を搭載してこの半導体装置のリー
ド端子と前記信号用リードとを直接接続し、前記信号用
リードの他端に接続されるコネクタを介して、インピー
ダンスアナライザ、ネットワークアナライザ等と同軸ケ
ーブルで接続することにより、前記半導体装置の特性評
価が行われる。尚、前記接地用リードは、前記信号用リ
ード間のクロストークを防止するために、前記セラミッ
クス配線基板の外方側で接地されている。

【０００５】前記マイクロストリップ伝送線路は、タン
グステンまたはモリブデンなどの高融点金属導体ペース
トが所定のパターンに印刷して設けられたセラミックス
基板を焼成することにより製造されており、前記信号用
リード、接地用リード及び接地層は前記高融点金属導体
ペーストが焼成して得られるメタライズ層により形成さ
れていた。

【０００６】また、前記セラミックス配線基板として、
メタライズ層から成るリードをセラミックス基板内部に
備えた一般の半導体装置用セラミックスパッケージも知
られており、このようなセラミックス配線基板では、外
層のセラミックス層に設けられたビアホールを介して前
記リードをセラミックス配線基板外部に取り出してい
た。

【０００７】前記一般の半導体装置用セラミックスパッ
ケージは、前記高融点金属導体ペーストが所定のパター
ンに印刷して設けられたセラミックス基板に、予め開口
部がパンチング形成され、前記開口部に前記高融点金属
導体ペーストを印刷して充填されたセラミックス基板を
積層し、これを焼成することにより製造されており、前
記リードは半導体装置特性評価用セラミックス配線基板
の信号用リード及び接地用リードと同様にメタライズ層
により形成されていた。

【０００８】しかしながら、前記高融点金属導体ペース
トは、金属粉末の他、バインダー等を含んでいるため、
焼成された後のメタライズ層においては、バインダーが
抜けた跡には金属粉末が存在しておらず、非常に疎な状
態で金属粉末が存在しているようになるのでメタライズ
層からなるリードの抵抗が高くなるという不都合があ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、リードの抵抗が低減されたセラミックス
配線基板を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明のセラミックス配線基板は、セラミックス
基板上に電子素子が搭載される搭載部を備え、該搭載部
に搭載される電子素子に接続される複数のリードを該セ
ラミックス基板の外周側から内周側に延在させて設けた
セラミックス配線基板において、該リードがＣｕ、Ｓｎ
及びＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金を金属材料として含有する活
性金属ろう材を介して該セラミックス基板に接合された
金属板からなることを特徴とする。

【００１１】この場合、前記活性金属ろう材は、前記Ｃ
ｕ及びＳｎをそれぞれ前記全金属材料に対して５〜１５
重量％含有すると共に、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中の
前記Ｔｉを該Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金に対して１〜１０重
量％含有することが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明のセラミックス配線基板によれば、リー
ドは、前記活性金属ろう材を介してセラミックス基板に
接合された金属板から形成されているからその抵抗が低
減される。

【００１３】この時、活性金属ろう材は、その溶融時に
前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉがセラミックス基板
に拡散することにより、セラミックス基板に接合され
る。従って、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ合金）の場合とは異な
り、セラミックス基板上に接合のためのメタライズ層や
ニッケルメッキを設けることなく、金属板とセラミック
ス基板とを直接接合することができる。前記接合のため
のメタライズ層やニッケルメッキを設ける必要がないか
ら、これらを設けるための工程を削減することができる
ばかりでなく、リード間の間隔を小さくできる。

【００１４】しかしながら、活性金属ろう材は金属板に
塗布されるから、活性金属ろう材とセラミックス基板間
には間隙が存在してしまうことになる。この間隙は荷重
を加えることである程度解消されるが十分でない。従っ
て、もし、活性金属ろう材の金属材料として、（Ａｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ）合金のみを用い、このような状態で昇温す
れば、（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ）合金がセラミックス基板と
十分にぬれていない状態で昇温されることになり、（Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ）合金中のＴｉが金属板側に一方的に拡
散してしまう。通常、金属中にＴｉは拡散し易く、拡散
が進むと金属の組成を脆化させてしまう。さらに、金属
板中へのＴｉの拡散が始まると、（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ）
合金中のＴｉ濃度が、セラミックス基板側より金属板の
方が比較的小さくなり、セラミックス基板側のＴｉが金
属板側に移動してしまう。この状態が進行すると、（Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ）合金がセラミックス基板とぬれ状態に
なっても、セラミックス基板側にＴｉが十分存在しない
ために接合強度が確保できなくなってしまう。また（Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ）合金の溶融には高温を要するために、
溶融に続く冷却時には、セラミックス基板と金属板との
熱膨張係数の差異により、セラミックス基板と金属板と
の接合界面には、残留応力が発生し、セラミックス基板
と金属板の厚さによっては残留応力の一部を取り除くた
めに反りが生じ、また、残留応力が大である場合には、
セラミックス基板にクラックを生じ、この結果、接合強
度が低下してしまう。

【００１５】このように、Ｔｉは、一般には、金属板に
拡散し易いものであるものの、本願発明に用いる前記活
性金属ろう材はＳｎを含有しているから、このＳｎによ
り金属板への一方的なＴｉ拡散が阻止される。その結
果、Ｔｉの拡散により、金属板が脆化するのを防止する
とともに、前記セラミックス基板へもＴｉが十分に拡散
することとなり、金属板は活性金属ろう材を介してセラ
ミックス基板に確実且つ強固に接合される。また、活性
金属ろう材が含有する前記Ｃｕは、該活性金属ろう材の
融点を調節するためのものである。

【００１６】本発明に用いられる活性金属ろう材におい
ては、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金にＳｎとＣｕとを加えてい
るから、活性金属ろう材の融点が下がっており、比較的
低温で活性金属ろう材が溶融する。従って、比較的低温
でセラミックス基板側にＴｉが拡散し始め、金属板側へ
の一方的な拡散がこの点からも防止できる。

【００１７】さらに、このように、本発明の活性金属ろ
う材の融点が下がっているから、セラミックス基板と金
属板との熱膨張係数の差に起因する残留応力も緩和され
る。

【００１８】この場合、かかる活性金属ろう材の作用を
効果的に奏さしめるためには、本発明者等の各種実験に
よれば、前記Ｃｕ及びＳｎをそれぞれ前記金属材料の全
体に対して５〜１５重量％含有せしめると共に、前記Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中の前記Ｔｉを該Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
合金の全体に対して１〜１０重量％含有せしめた活性金
属ろう材を用いることが好ましかった。Ｃｕ、Ｓｎの含
有量を５〜１５重量％とすることにより、ろう流れがよ
く、また、ぬれ性にも優れ、巣が生じることがなく、均
一なろう付けを行うことができた。Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合
金中のＴｉが１重量％より少ないとセラミックス基板と
の接合性が悪くなり、１０重量％を越えると、金属板中
にＴｉが拡散しすぎ、金属板が脆くなってしまった。な
お、ＴｉをＴｉ単体の粉末ではなく、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
合金の形で用いたのは次の理由による。すなわち、Ｔｉ
粉末は活性力が高く、また、ＴｉＨの形で用いても、６
００℃以上ではＨ₂ を放出し、活性Ｔｉとなり、周囲の
Ｃ、Ｈ、Ｎ等と反応して安定な化合物を形成してしま
い、もはやセラミックス基板と反応することができなく
なるからである。

【００１９】

【実施例】次に、添付の図面を参照しながら本発明のセ
ラミックス配線基板についてさらに詳しく説明する。図
１は本発明に係わるセラミックス配線基板の第１の実施
例の構成を示す平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面
図、図３は図１に示すセラミックス配線基板の使用形態
を示す説明的断面図、図４は第２の実施例の構成を一部
切り欠いて示す斜視図、図５は第３の実施例の構成を一
部切り欠いて示す斜視図である。

【００２０】本発明の第１の実施例のセラミックス配線
基板は半導体装置の特性評価に使用されるマイクロスト
リップ伝送線路であって、その表面には図１に示すよう
に、中央部１に搭載される半導体装置に接続される複数
の信号用リード２が外周側から内周側に延在して設けら
れており、信号用リード２の間には中央部１で互いに接
続される接地用リード３が設けられている。

【００２１】接地用リード３の外周側端部には半導体装
置の評価を行う際にマイクロストリップ伝送線路を治具
に固定するために使用されるねじ孔４が４か所に開口し
ており、接地用リード３の内周側端部には半導体装置の
評価を行う際に前記半導体装置を固定するために使用さ
れるねじ孔５が４か所に開口している。

【００２２】前記マイクロストリップ伝送線路は、図２
に示すように、セラミックス基板６の上面に前記信号用
リード３及び接地用リード２が活性金属ろう材７を介し
て接合されており、下面にはコバール板８が活性金属ろ
う材７を介して下面全面に接合されている。なお、図示
されていないが、コバール板８にもねじ孔４及びねじ孔
５がそれぞれ４か所に開口している。

【００２３】前記セラミックス配線基板の製造に際して
は、まず、コバール板を所定の形状に打ち抜いて、前記
信号用リード２及び接地用リード３を備えるリードフレ
ーム９を形成する。リードフレーム９において、信号用
リード２及び接地用リード３は、つりピン１０を介して
図１に仮想線示するタイバー１１にそれぞれ接続されて
いる。タイバー１１の四隅にはリードフレーム９をセラ
ミックス基板６に接合する際の位置合せに使用されるね
じ孔１２が設けられている。

【００２４】次に、コバール板にねじ孔４及びねじ孔５
を打ち抜いて、前記ねじ孔４及びねじ孔５がそれぞれ４
か所に開口しているコバール板８を形成する。

【００２５】次に、前記リードフレーム９の前記複数の
接地用リード２及び信号用リード３の先端部の下面部
と、コバール板８の接合面に図２に示すように活性金属
ろう材７のペースト状のものを印刷等により塗布してお
く。本実施例においては、活性金属ろう材の塗布厚は４
〜２０μｍであり、接合後の厚さは２〜１４μｍとなっ
た。

【００２６】ここで、活性金属ろう材７のペースト状の
ものは、Ｃｕ、Ｓｎ及びＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金を金属材
料として含有し、さらに、これに有機バインダ、可塑剤
及び揮発性溶剤を混成したものである。そして、より詳
細には、金属材料に占めるＣｕ及びＳｎの組成を、それ
ぞれ該金属材料の総重量に対して５〜１５重量％とし、
また、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金に占めるＴｉの組成を、該
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の総重量に対して１〜１０重量％
とし、Ａｇ／Ｃｕの割合を７２／２８又は８５／１５と
し、有機バインダとしてアクリル樹脂を使用し、可塑剤
としてＤＯＰ（ジ−２−エチルヘキシル・フタレート）
を使用し、揮発性溶剤としてテルピネオールを使用した
ものである。

【００２７】次いで、ペースト状の活性金属ろう材７中
の揮発性溶剤を揮発・除去した後に、リードフレーム９
の信号用リード２及び接地用リード３を活性金属ろう材
７を介してセラミックス基板６上の所定の位置に圧接し
つつ該リードフレーム９をセラミックス基板６上に搭載
する。また、セラミックス基板６も活性金属ろう材７を
介してコバール板８上に搭載する。この状態で、図示し
ない真空炉中（１０^-5ｍｍＨｇ）で所定の温度（ろう材
の融点より１０〜１００℃望ましくは２０〜４０℃高く
設定する）まで昇温・加熱し、次いで冷却する。

【００２８】この時、活性金属ろう材７においては、ま
ず、有機バインダであるアクリル樹脂が分解・除去され
る。加熱中、有機バインダが充分に分解・蒸発しないで
カーボンの形で残ると、活性状態にあるＴｉと反応して
化合物ＴｉＣを生成してしまう。このＴｉＣが安定な化
合物なので、Ｔｉの活性度が低くなり、もはやセラミッ
クス基板６と反応することができなくなる。従って、有
機バインダとしては、本実施例のような、蒸気圧の高い
モノマーの形に分解するアクリル樹脂を用いることが好
ましい。

【００２９】次いで、５００〜９００℃望ましくは７０
０〜８４０℃例えば７６０℃で該活性金属ろう材７が溶
融を開始する。そして、このように活性金属ろう材７が
溶融を開始すると、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉ
がセラミックス基板６に拡散しセラミックス基板６と結
合される。この時、前記Ｓｎにより、Ｔｉの信号用リー
ド２、接地用リード３、コバール板８への一方的な拡散
が阻止される。従って、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉ
はセラミックス基板６にも充分に拡散し、これにより、
この加熱・溶融後の冷却を経て、信号用リード２、接地
用リード３、コバール板８は活性金属ろう材７によりそ
れぞれセラミックス基板６に確実且つ強固に接合・固着
される。

【００３０】この後、タイバー１１及びつりピン１０は
信号用リード２及び接地用リード３と切り離されて、所
望のセラミックス配線基板が得られる。

【００３１】本実施例のマイクロストリップ伝送線路３
１は、その使用に際しては、図３に示すように、コネク
タ３２を備える治具３３にねじ孔４を介してねじ３４に
より螺着される。マイクロストリップ伝送線路３１の中
央部１上には評価対象の半導体装置３５が搭載され、ス
プリング３６を介して半導体装置３５を固定する固定治
具３７がマイクロストリップ伝送線路３１と共にねじ孔
５を介してねじ３８により治具３３に螺着される。この
時、信号用リード２は外周側でコネクタ３２に接続さ
れ、内周側では半導体装置３５のリード端子３９に接続
される。また、接地用リード３は、外周側で接地されて
いる（図示せず）。また、セラミックス基板６の代りに
高融点金属導体が充填されたビアホール付セラミックス
基板を用いて上下の接地面の導通をとることも可能であ
る。

【００３２】そして、コネクタ３２が図示しない同軸ケ
ーブルにより、インピーダンスアナライザ、ネットワー
クアナライザ等の外部機器に接続され、半導体装置３５
の特性評価が行われる。

【００３３】本発明の第２の実施例のセラミックス配線
基板は、一般の半導体装置用セラミックスパッケージで
あって、図４にその一部を切り欠いて１／４断面として
示すように、セラミックス基板４１の中央の凹部４２に
半導体装置４３が搭載され、半導体装置４３に接続され
る複数のリード４４がセラミックス基板４１の外周側か
ら内周側に延在して設けられている。中央の凹部４２の
上にはメタライズ層４５が設けられており、メタライズ
層４５上に半導体装置４３が搭載されている。半導体装
置４３はボンディングワイヤ４６により各リード４４に
接続されている。また、セラミックス基板４１上には、
平面視口字状の外層セラミックス基板４７が積層されて
いる。

【００３４】前記リード４４は活性金属ろう材４８を介
してセラミックス基板４１に接合されており、外層セラ
ミックス基板４７は低融点ガラス４９を介して、リード
４４の上からセラミックス基板４１に接合されている。

【００３５】前記半導体装置用セラミックスパッケージ
の製造に際しては、まず、コバール板を所定の形状に打
ち抜いて、前記リード４４を備えるリードフレーム５０
を形成する。リードフレーム５０において、リード４４
は図４に仮想線示するタイバー５１に接続されている。

【００３６】次に、前記第１の実施例と同様にして、リ
ードフレーム５０を活性金属ろう材４８を介してセラミ
ックス基板４１に接合する。なお、セラミックス基板４
１には、凹部４２上に予めメタライズ層４５が形成され
ている。

【００３７】加熱・溶融後の冷却を経て、リードフレー
ム５０が活性金属ろう材４８によりセラミックス基板４
１に確実且つ強固に接合・固着されたならば、次いで凹
部４２に形成されているメタライズ層４５上に半導体装
置４３を搭載し、ボンディングワイヤ４６によりリード
４４に接続する。

【００３８】次に、リード４４の上から、外層セラミッ
クス層４７を低融点ガラス４９によりセラミックス基板
４１に接合する。前記接合は、外層セラミックス基板４
７の周縁部に低融点ガラス４９を塗布したのちに、外層
セラミックス基板４７の周縁部をセラミックス基板４１
の周縁部に圧接させつつ、外層セラミックス基板４７を
低融点ガラス４９を介してセラミックス基板４１に搭載
する。この時、セラミックス基板４１に固着されている
各リード４４は内周側端部では凹部４２内に露出してボ
ンディングワイヤ４６と接続されるとともに、外周側端
部は外層セラミックス基板４７とセラミックス基板４１
との間を介して凹部４２から外方に延出される。

【００３９】そして、この状態で、これらが例えば３８
０〜４００℃の雰囲気中で加熱されて低融点ガラス４９
が溶融され、次いで冷却される。これにより、図４に示
すように外層セラミックス基板４７がセラミックス基板
４１上に固着される。前記低融点ガラス４９を溶融する
ための加熱温度はリード４４とセラミックス基板４１と
を接合している前記活性金属ろう材４８の融点よりも充
分低いものであるので、前記加熱により活性金属ろう材
４８が溶融するようなことはなく、従って、リード４４
とセラミックス基板４１との接合状態が確実に維持さ
れ、リード４４が位置ずれを生じるようなことはない。

【００４０】この後、最終的にタイバー５１はリード４
４と切り離される。

【００４１】本発明の第３の実施例のセラミックス配線
基板は一般の半導体装置用セラミックスパッケージであ
って、図５にその一部を切り欠いて１／４断面として示
すように、セラミックス基板４１の中央の凹部４２にダ
イアタッチ５２が設けられ、ダイアタッチ５２に接続さ
れる接地用リード５３がセラミックス基板４１の対角線
に沿って外周側から内周側に延在させて設けられてお
り、ダイアタッチ５２及び接地用リード５３が活性金属
ろう材４８を介してセラミックス基板４１に接合されて
いること以外は前記第２の実施例の半導体装置用セラミ
ックスパッケージと全く同様である。本実施例の半導体
装置用セラミックスパッケージではダイアタッチ５２上
に半導体装置４３が搭載され、前記第２の実施例と同様
にボンディングワイヤ４６により各リード４４に接続さ
れている。

【００４２】前記半導体装置用セラミックスパッケージ
は、コバール板を所定の形状に打ち抜いて、前記リード
４４、ダイアタッチ５２及び接地用リード５３を備える
リードフレーム５４を形成して使用し、リードフレーム
５４を活性金属ろう材４８を介してセラミックス基板４
１に接合する際に、リード４４及び接地用リード５３を
活性金属ろう材４８を介してセラミックス基板４１に圧
接して搭載したのち、ダイアタッチ５２を凹部４２に圧
入して活性金属ろう材４８を介して圧接すること以外
は、前記第２の実施例のセラミックス多層配線基板と同
様にして製造される。尚、リードフレーム５４におい
て、リード４４及び接地用リード５３は図５に仮想線示
するタイバー５５に接続されている。

【００４３】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
のセラミックス配線基板によれば、金属板を前記活性金
属ろう材を介してセラミックス基板に接合することによ
りリードを形成しているので、リードの抵抗を低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるセラミックス配線基板の第１の
実施例の構成を示す平面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。

【図３】図１に示すセラミックス配線基板の使用形態を
示す説明的断面図。

【図４】本発明に係わるセラミックス配線基板の第２の
実施例の構成を一部切り欠いて示す斜視図。

【図５】本発明に係わるセラミックス配線基板の第３の
実施例の構成を一部切り欠いて示す斜視図。

【符号の説明】

２…信号用リード、 ６…セラミックス基板、 ７…活
性金属ろう材。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス基板上に電子素子が搭載され
   る搭載部を備え、該搭載部に搭載される電子素子に電気
   的に接続される複数のリードを該セラミックス基板の外
   周側から内周側に延在させて設けたセラミックス配線基
   板において、該リードがＣｕ、Ｓｎ及びＡｇ−Ｃｕ−Ｔ
   ｉ合金を金属材料として含有する活性金属ろう材を介し
   て該セラミックス基板に接合された金属板からなること
   を特徴とするセラミックス配線基板。
2. 【請求項２】前記活性金属ろう材は、前記Ｃｕ及びＳｎ
   をそれぞれ前記全金属材料に対して５〜１５重量％含有
   すると共に、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中の前記Ｔｉを
   該Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金に対して１〜１０重量％含有す
   ることを特徴とする請求項１記載のセラミックス配線基
   板。
3. 【請求項３】前記セラミックス配線基板は半導体装置用
   セラミックスパッケージであることを特徴とする請求項
   １又は２記載のセラミックス配線基板。