JP2565143B2 - 半導体実装基板用素子接合構造およびその製造方法 - Google Patents

半導体実装基板用素子接合構造およびその製造方法

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JP2565143B2 JP6299999A JP29999994A JP2565143B2 JP 2565143 B2 JP2565143 B2 JP 2565143B2 JP 6299999 A JP6299999 A JP 6299999A JP 29999994 A JP29999994 A JP 29999994A JP 2565143 B2 JP2565143 B2 JP 2565143B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多層配線基板,厚膜多
層基板,半導体パッケージ,ガラスセラミックスを用い
た絶縁基板等のLSIを実装する半導体装置の接合構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に半導体実装用セラミック基板の素
子接合パッドは、厚膜メタライズにより形成されてい
る。しかし、ガラスセラミック基板等の低温焼結基板に
厚膜メタライズを形成し、金属あるいは合金からなる入
出力ピンやリードを半田あるいはろう材により接合した
場合、メタライズ剥がれを生じるという問題を有してい
た。そこで、従来の低温焼結基板上の素子接合パッド
は、薄膜で形成されている場合が多い。図5に従来の実
装基板上に薄膜メタライズを形成した場合の実装基板と
金属から成る入出力ピンとの接合体の構成例を示す。従
来、薄膜のメタライズパッドを形成する場合、基板研磨
後、基板にメタルマスクを介してスパッタリングあるい
は蒸着により薄膜を形成するか、基板研磨後、スパッタ
リングあるいは蒸着後、フォトリソグラフィー,エッチ
ング工程を経て薄膜メタライズパッドを形成していた。
メタルマスクを使用した場合は比較的工程時間は少なく
できるが、スパッタリング粒子の基板とマスク間への回
り込みのため、狭ピッチのパターンではショートを起こ
してしまうという問題を有していた。また、フォトリソ
グラフィーの工程を利用した場合は工程時間が厚膜メタ
ライズを形成する場合に比べて著しく長くなってしま
い、コスト増大を招いている問題を有していた。また、
薄膜メタライズを用いた場合においても半田あるいはろ
う材による接合時に生じる引っ張り応力がメタライズ端
部に集中してしまうため、メタライズ剥がれを生じてし
まうことがあった。
【0003】また、パッケージの小型化,高密度化,封
止性および信号の伝播特性の点から、LSIチップをキ
ャビティー内に実装する構造が、特開昭62−4859
号公報,特開昭58−74047号公報,特開昭58−
111350号公報,特開平4−24955号公報等に
数多く報告されているが、素子接合パッドを独立したキ
ャビティー内に設けたものは報告されておらず、素子そ
のものがキャビティー内にあっても接合強度の点からみ
れば、キャビティーの有無はなんら意味を持っていな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた様に、低温
焼結基板、特にガラスセラミック基板上のメタライズ構
造および接合構造では、低コスト,高強度な低温焼結基
板と金属から成る入出力ピンやリードとの接合体を得る
ことは不可能であった。
【0005】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去して、低コストで作製可能であり高強度な入出力ピ
ンやリードとの接合を有するガラスセラミックスを代表
とする半導体装置実装基板上に適用できる接合構造を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は半導体が実装さ
れる低温焼結基板上の素子接合パッドにおいて、パッド
を独立したキャビティー内の側面および底面の薄膜パッ
ドから成る素子接合パッドとすることを特徴とする。
【0007】図1に本発明の素子接合パッドの構成例を
示す。本発明で使用される実装基板としてはガラスセラ
ミック基板あるいはセラミック基板が好適に用いられる
が、その組成は限定されるものではなく、広範な材料に
ついて適用される。基板に使用される導体材料について
も限定されるものではない。薄膜メタライズについても
組成,膜厚,形成方法いずれも限定されず、スパッタリ
ング,蒸着,無電解メッキ,電解メッキ等が適宜選択さ
れる。また、キャビティーの形状やサイズも限定される
ものではない。
【0008】図2および図3には、それぞれ図1の素子
接合パッドにパッケージリード,入出力ピンが接合され
ている例を示した。接合されるものの材質,形状は、限
定されるものではない。また、ろう材,半田についても
Ag−Cu系共晶合金が好適であるが、Au−Si系合
金,Au−Ge系合金,Au−Cu系合金,Al−Si
系合金,Cu−Zn系合金,Ni−Cr系合金,Mg−
Al系合金,Sn−Pb系合金,Sn−Zn系合金,S
n−Ag系合金,Sn−Sb系合金,Cd−Zn系合
金,Pb−Ag系合金,Cd−Ag系合金,Zn−Al
系合金,Au−Sn系合金等でも良く、限定はされず、
ガラスセラミック基板が軟化あるいは基板の導体材料が
溶解しない温度(1000℃程度以下)であればよい。
また、接合後、素子パッドおよび接合された合金や金属
にNi/Au等のメッキを施すことは後工程での接合性
や防食性の点からさらに有効である。
【0009】本発明によれば、メタライズ端部はキャビ
ティー側面になり、接合時に生じる応力が最も多く残留
するろう材のフィレット端部がメタライズの端部と一致
していないため、従来の独立したキャビティーの無い接
合体で生じたメタライズ剥がれが起きることはなく、高
強度な接合体を得ることができる。
【0010】図4には、図1の素子接合パッド製造の例
を示した。製造時にあらかじめキャビティーを設けた基
板の表面全体に薄膜メタライズを形成した後、基板表面
を研磨することにより、キャビティー内の薄膜メタライ
ズから成る素子接合パッドを得ることができる。この方
法によれば、薄膜メタライズを形成する工程時間を大幅
に低減することが可能なため低コスト化を実現できる。
【0011】
【実施例】以下、使用する基板、薄膜層構成、ろう材、
接合素子を種々変化させた例を示す。
【0012】(実施例1)直径0.8mm,深さ0.5mm
のキャビティーを1.27mmピッチで有しAg−Pdを
内部導体としホウケイ酸ガラスとアルミナとから成り9
00℃で焼成した多層配線ガラスセラミック基板にCr
/Cu薄膜層をそれぞれ0.1μm ,0.5μm の厚み
でスパッタリングにより形成した後、基板表面を研磨す
ることにより、キャビティー内の素子接合パッドを形成
した。該パッド上にNi薄膜層を0.1μm の厚みで無
電解メッキにより形成し、Sn−Pb系半田により46
0ピン−アルミナ製パッケージのAuメッキされたコバ
ールから成るリード部を窒素中230℃で接合した。こ
のパッケージは垂直および45゜方向に10kgfの引
っ張りを行っても接合部の剥がれ等の破壊を起こさずに
強固な接合が得られていた。接合に要した工程時間は、
50分であった。
【0013】(実施例2)直径1.7mm,深さ0.5mm
のキャビティーを2.54mmピッチで有する実施例1と
同様のAg−Pd多層配線ガラスセラミック基板にTi
/Mo薄膜層をそれぞれ0.1μm ,1.5μm の厚み
でスパッタリングにより形成した後、基板表面を研磨す
ることにより、キャビティー内の素子接合パッドを形成
した。該パッド上にNi薄膜層を0.1μm の厚みで無
電解メッキにより形成し、Ag−Cu系共晶ろう材によ
りコバール製の入出力ピンを窒素中780℃で接合し
た。入出力ピンの接合強度は、垂直方向で10kgf以
上、45゜方向で6.6kgfと十分な値を示した。接
合に要した工程時間は1時間であった。
【0014】(実施例3)直径1.3mm,深さ0.5mm
のキャビティーを2.54mmピッチで有する実施例1と
同様のAg−Pd多層配線ガラスセラミック基板にCr
/Pd薄膜層をそれぞれ0.1μm ,0.6μm の厚み
でスパッタリングにより形成した。次に基板表面を研磨
することにより、キャビティー内の素子接合パッドを形
成した。さらに、Au−Sn系半田によりAuメッキを
施したコバール製の入出力ピンを窒素中320℃で接合
した。入出力ピンの接合強度は、垂直方向で5kgf,
45゜方向で2.3kgfと実用可能な値を示した。接
合に要した工程時間は、1時間であった。
【0015】(比較例1)キャビティーの無い実施例1
と同様の多層配線ガラスセラミック基板の表面を研磨
後、Cr/Cu薄膜層をそれぞれ0.1μm ,0.5μ
m の厚みでスパッタリングにより形成した後、フォトリ
ソグラフィーによるパターニングを行い、ウェットエッ
チングにより、基板表面の直径0.8mm,ピッチ1.2
7mmの素子接合パッドを形成した。該パッド上にNi薄
膜層を0.1μm の厚みで無電解メッキにより形成し、
Sn−Pb系半田により他の460ピン−アルミナ製パ
ッケージのリード部を窒素中230℃で接合した。この
パッケージは垂直および45゜方向に10kgfの引っ
張りを行ってもパッケージ全体が剥がれてしまうことは
無かった。しかし、45゜方向に10kgfの引っ張り
を行った際に23本のリードが基板側から剥がれてい
た。また、接合に要した工程時間は、1時間30分と長
くなってしまった。
【0016】(比較例2)キャビティーの無い実施例2
と同様の多層配線ガラスセラミック基板の表面を研磨
後、Ti/Moの薄膜層をそれぞれ0.1μm ,1.5
μm の厚みでスパッタリングにより形成した後、フォト
リソグラフィーによるパターニングを行い、ウェットエ
ッチングにより、基板表面の直径1.7mm、ピッチ2.
54mmの素子接合パッドを形成した。該パッド上にNi
薄膜層を0.1μm の厚みで無電解メッキにより形成
し、Ag−Cu系共晶ろう材によりコバール製の入出力
ピンを窒素中780℃で接合した。入出力ピンの接合強
度は、垂直方向で8.8kgf,45℃方向で4.2k
gfと実用可能な値を示したが、本発明と比較すると低
い強度であった。また、接合に要した工程時間は、1時
間40分と長くなってしまった。
【0017】(比較例3)キャビティーの無い実施例3
と同様の多層配線ガラスセラミック基板の表面を研磨
後、Cr/Pd薄膜層をそれぞれ0.1μm 、0.6μ
m の厚みでスパッタリングにより形成した後、フォトリ
ソグラフィーによるパターニングを行い、ウェットエッ
チングにより、基板表面の直径1.3mm,ピッチ2.5
4mmの素子接合パッドを形成した。さらにAu−Sn系
半田によりAuメッキを施したコバール製の入出力ピン
を窒素中320℃で接合した。入出力ピンの接合強度
は、垂直方向で4.3kgf,45゜方向で1.7kg
fと低い値を示した。また、接合に要した工程時間は、
1時間40分と長くなってしまった。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高強度なガラスセラミック基板をはじめとした低温焼結
基板と金属あるいは合金から成る入出力ピンやコバール
との接合体を得ることができる。また、素子接合パッド
を形成する工程時間を短縮できるため、コストを低減す
ることができる。
【0019】本発明による半導体実装基板用接合構造は
絶縁基板,多層配線基板および半導体パッケージ等のL
SIを実装する半導体装置の接合構造として有用であ
り、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の接合パッドの構造を示す図である。
【図2】本発明の基板とパッケージリードとの接合構造
を示す図である。
【図3】本発明の基板への入出力ピンの接合構造を示す
図である。
【図4】本発明の接合パッド製造方法を示す図である。
【図5】従来の接合パッドの構造を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体実装用基板 2 キャビティー 3 薄膜メタライズ 4 半田あるいはろう材 5 パッケージリード 6 コバールピン 7 ガラスセラミック基板

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低温焼結基板と入出力ピンもしくはリード
    との接合構造であって、前記入出力ピン及びリードは金
    属あるいは合金よりなり、前記低温焼結基板は側面及び
    底面に薄膜メタライズを有する独立したキャビティーを
    有し、前記薄膜メタライズと入出力ピンもしくはリード
    は半田あるいはろう材により接続されていることを特徴
    とする半導体実装基板用素子接合構造。
  2. 【請求項2】キャビティーを設けたセラミック基板のキ
    ャビティー内を含む表面全体に薄膜層を形成する工程
    と、基板の表面を研磨することによってキャビティー内
    以外の部分の薄膜層を除去する工程と、キャビティー内
    の薄膜層をメタライズとして入出力ピンもしくはリード
    を半田あるいはろう材により接合する工程とからなるこ
    とを特徴とする半導体実装基板用接合構造の製造方法。
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KR100416838B1 (ko) * 2001-06-29 2004-02-05 주식회사 하이닉스반도체 반도체의 패키지장치 및 그 방법

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