JP2631118C - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はセラミック配線基板の製造方法に関し、より詳細には高密度の配線パ
ターンを有する回路基板や半導体素子収納用パッケージ等に適用されるセラミッ
ク配線基板の製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、セラミック配線基板における配線パターンの形成にあっては、セラミッ
クのグリーンシート（未焼成セラミックシート）表面に高融点金属から成る導体
ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布し、しかる後、これを約1500℃の温
度で焼成する厚膜方法が採用されており、セラミック配線基板にリードピンやヒ
ートシンク等の金具を取り付ける場合には、前記配線基板に設けられた配線パタ
ーンを構成する配線層に銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けする方法が採用されて
いる。 一方、近年に至り、セラミック配線基板はLSI 等の集積回路と同様に配線パタ ーンの高密度化が要求されつつあり、従来の厚膜方法では配線層の微細化が困難
であることから、厚膜方法に代わりイオンプレーティング法、スパッタ法等を用
いた薄膜方法が提案され、例えばセラミック基板表面にTi,Cr 等から成る接着層
とAg,Cu,Ni,Pb 等から成るバリア層を順次スパッタリング等によって層着させ、
しかる後、これらの層をエッチング加工法により所定の配線パターンに形成する
とともに、前記バリア層上に主導体層としてのAuをめっきにより層着させること
によって高密度の配線パターンを有するセラミック配線基板が形成されている。 尚、前記薄膜方法により配線パターンが形成されたセラミック配線基板はその
表面に高密度の配線パターンが形成されているため、各配線パターンを外部の電
気回路に正確、かつ確実に接続するためにはセラミック基板の寸法精度を大幅に
向上させるとともに配線パターンの形成位置を正確とする必要があり、通常セラ
ミック基板はその外表面をラッピングや研磨等の機械加工を施し、所定の寸法精
度となしている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、この薄膜方法を用いて配線パターンを形成したセラミック配線
基板はセラミック基板の寸法精度を向上させるためにその表面にラッピングや研
磨等の機械加工が施こされており、該機械加工はセラミック基板表面の結晶を削
り取る加工方法であることからセラミック基板表面の結晶組織内には微小で、且
つ角部が角張ったクラックが多量に残留している。そのため前記セラミック基板
表面に層着された配線パターンを構成する配線層にリードピンやヒートシンク等
の金具を銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けした場合、ロウ付けの際に発生する応
力が配線層に印加され、同時にこれがセラミック基板表面の結晶組織内に存在す
るクラックの角張った角部に集中して微小なクラックを大きく成長させてしまい
、その結果、セラミック基板表面から配線層の層着されている結晶が脱落して配
線層のセラミック基板に対する密着強度が大幅に低下するという不都合を生じて
いた。 〔発明の目的〕 本発明は上記欠点に鑑み案出されもので、その目的とするところは、配線層の
セラミック基板に対する密着強度を大とし、配線層にリードピン、ヒートシンク 等の金具を取り付けることが可能な高密度の配線パターンを有するセラミック配
線基板の製造方法を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のセラミック配線基板の製造方法は、アルミナ質焼結体より成るセラミ
ック基板表面を研磨加工した後、1050乃至1560℃の温度で再焼成して基板表面の
結晶組織に存在するクラックの角部に丸味をもたせ、その後、上記再焼成したア
ルミナ質焼結体より成るセラミック基板上にチタン（Ti）から成る接着層と、タ
ングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）の少なくとも１種を主成分とするバリア層
と、銅（Cu）、ニッケル（Ni）の少なくとも１種を主成分とする主導体層とを順
次設けて成る配線層を具備せしめるとともに該配線層にリードピン等の金具をロ
ウ付けすることを特徴とするものである。 〔実施例〕 次に本発明のセラミック配線基板の製造方法について詳細に説明する。 まずアルミナ質焼結体より成るセラミック基板を準備する。このセラミック基
板は、例えばアルミナ、シリカ等のセラミック原料粉末に適当な溶剤、溶媒を添
加混合して泥漿物を作り、これを従来周知のドクターブレード法によりシート状
と成すとともに約1500℃の温度で焼成することによって製作される。 次に上記セラミック基板はその寸法精度を高いものとするためにダイシング等
の切断および平面研磨やラップ研磨等の表面研磨加工を施し、その後、1050乃至
1560℃の温度で再焼成する。この再焼成処理は、セラミック基板にダイシングや
研磨加工等を施した際に形成されるクラックの角張った角部を丸味を有するもの
にかえる作用を為し、これによって後述の配線パターンを構成する配線層にリー
ドピン等の金具をロウ付けし、ロウ付けの際の応力がクラックに印加されたとし
ても該応力はクラックの角部に集中することはなく、クラックの成長が抑制され
る。 そして次に前記セラミック基板表面にイオンプレーティング法、スパッタ法等
の気圧成長法によってTiから成る接着層とW,Moの少なくとも１種を主成分とする
バリア層、例えばTiとＷとの合金又はMoとCuとの合金から成るバリア層を順次層
着させ、更にその上にCu,Ni の少なくとも１種を主成分とする主導体層を前記気 相成長法もしくはめっき法により層着させ配線層を形成する。次に前記接着層、
バリア層及び主導体層から成る導電層をエッチング加工法によって所定の配線パ
ターンとし、しかる後、前記配線層上に銅（Cu）、コバール（Fe−Ni−Co合金）
から成るリードピン等の金具をロウ材を介してロウ付けし、最終製品としてのセ
ラミック配線基板が完成する。 尚、前記リードピン等の金具のロウ付けは、還元雰囲気、例えば湿式水素ある
いは加湿フォーミングガス（H2/N2）中、約700 乃至1050℃の温度で行われる。 また、前記配線層上にリードピン等の金具をロウ付けする場合、ロウ付けの際
に発生する応力がセラミック基板表面に存在するクラックに作用したとしても該
クラックはその角部が丸味を有していることから応力の集中がなく、クラックの
成長に起因して発生するセラミック基板表面結晶の脱落を皆無として配線層のセ
ラミック基板に対する密着強度を極めて高いものとすることができる。 本発明におけるアルミナ質焼結体より成るセラミック基板の再焼成温度は、10
50℃未満ではセラミック基板表面の結晶組織内に存在するクラックの角張った角
部を丸味を有するものにかえることが不十分となり、金具をロウ付けする際の応
力によってセラミック基板表面の結晶が脱落し、配線層のセラミック基板に対す
る密着強度が低下してしまい、また前記再焼成温度が1560℃を越えるとセラミッ
ク基板に歪みが生じ所定の寸法精度を維持することができなくなり、また基板自
体の強度が弱くなることからアルミナ質焼結体から成るセラミック基板の再焼成
温度は1050乃至1560℃の範囲に限定される。 尚、前記配線層を構成する主導体層はその上部に更にAu,Pt,pb等の耐蝕性、導
電性に優れた貴金属層を設け、これによって配線層の酸化防止、半田濡れ性、ワ
イヤボンディング性を向上させてもよい。 次に、本発明の作用効果を下記に示す実験例に基づいて説明する。実験例 １ アルミナ質焼結体から成るセラミック基板表面を250 番相当のダイヤモンド砥
石で平面研削加工または320 番相当の砥粒を用いてラッピング加工し、しかる後
、上記加工済セラミック基板を1050乃至1560℃の温度で再焼成し評価試料を得、
同時に再焼成しないものを比較試料として準備する。 次にこれら評価試料及び比較試料としてのセラミック基板を各々洗浄し、各基
板表面にスパッタリング法によりTiの接着層を0.1 μｍ、Ti10％残部Ｗよりなる
Ti−Ｗ合金のバリア層を１μｍおよびCuの主導体層を３μｍ順次層着し、エッチ
ング加工法により１×1mm のドットパターンの配線層に加工した。 そして次に上記ドット部にKovar 製金具を銀ロウ（Bag8またはAg）を用いて還
元性雰囲気中850 乃至1030℃の熱処理を10分間行ってロウ付けした。 かくして得られた評価試料及び比較試料の上記金具を垂直方向に引張り、金具
の配線層に対する引張り強度を測定し、ロウ付強度とした。 また、同様にして前記１×1mm のドットパターンの配線層を有する評価試料及
び比較試料を、金具のロウ付け条件と同様の還元性雰囲気中850 乃至1030℃の熱
処理を10分間行い、その後配線層表面にめっき法によりNiを１μｍ、更にAuを２
μｍ層着させるとともに測定用金具を半田付けした。そしてその後、前記金具を
垂直に引張り、その引張り強度を測定して、配線層のセラミック基板に対する密
着強度とした。 その結果、平面研削加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付強度は1.
24Kg/mm2以下、配線層の密着強度は1.44Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が5.23Kg/mm2、配線層の密着強度が5.56Kg/mm2で
あった。 また、ラッピング加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付け強度は1.
31Kg/mm2以下、配線層の密着強度は1.45Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が5.43Kg/mm2、配線層の密着強度が5.51Kg/mm2で
あった。実施例 ２ 実験例１と同様の方法により、洗浄済セラミック基板表面にイオンプレーティ
ング法によりTiの接着層を0.1 μｍ、Moのバリア層を１μｍおよびCuの主導体層
を0.5 μｍ層着するとともにエッチング加工法により１×1mm のドットパターン
の配線層に加工し、還元性雰囲気中で850 ℃の温度にて熱処理を行った後、配線
層の上部にNi層を無電解めっき法によって層着した。 次いで実験例１と同様の方法によりロウ付強度及び配線層の密着強度を測定し た。 その結果、平面研削加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付強度は1.
21Kg/mm2以下、配線層の密着強度は2.31Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が5.18Kg/mm2、配線層の密着強度が5.01Kg/mm2で
あった。 また、ラッピング加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付け強度は1.
25Kg/mm2以下、配線層の密着強度は2.42Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が4.95Kg/mm2、配線層の密着強度が4.91Kg/mm2で
あった。 〔発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明のセラミック配線基板の製造方法によれば、研磨加
工したアルミナ質焼結体より成るセラミック基板を1050乃至1560℃の温度で再焼
成することから、研磨加工の際にセラミック基板表面に形成されたクラックはそ
の角部がすべて丸味を有したものにかわり、配線層にリードピンやヒートシンク
等の金具をロウ付けする場合、ロウ付けの際の応力がクラックに応力が印加され
たとしても該クラックは大きく成長することが一切なく、その結果、配線層にリ
ードピンやヒートシンク等の金具を強固に取着することが可能となる。
ターンを有する回路基板や半導体素子収納用パッケージ等に適用されるセラミッ
ク配線基板の製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、セラミック配線基板における配線パターンの形成にあっては、セラミッ
クのグリーンシート（未焼成セラミックシート）表面に高融点金属から成る導体
ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布し、しかる後、これを約1500℃の温
度で焼成する厚膜方法が採用されており、セラミック配線基板にリードピンやヒ
ートシンク等の金具を取り付ける場合には、前記配線基板に設けられた配線パタ
ーンを構成する配線層に銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けする方法が採用されて
いる。 一方、近年に至り、セラミック配線基板はLSI 等の集積回路と同様に配線パタ ーンの高密度化が要求されつつあり、従来の厚膜方法では配線層の微細化が困難
であることから、厚膜方法に代わりイオンプレーティング法、スパッタ法等を用
いた薄膜方法が提案され、例えばセラミック基板表面にTi,Cr 等から成る接着層
とAg,Cu,Ni,Pb 等から成るバリア層を順次スパッタリング等によって層着させ、
しかる後、これらの層をエッチング加工法により所定の配線パターンに形成する
とともに、前記バリア層上に主導体層としてのAuをめっきにより層着させること
によって高密度の配線パターンを有するセラミック配線基板が形成されている。 尚、前記薄膜方法により配線パターンが形成されたセラミック配線基板はその
表面に高密度の配線パターンが形成されているため、各配線パターンを外部の電
気回路に正確、かつ確実に接続するためにはセラミック基板の寸法精度を大幅に
向上させるとともに配線パターンの形成位置を正確とする必要があり、通常セラ
ミック基板はその外表面をラッピングや研磨等の機械加工を施し、所定の寸法精
度となしている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、この薄膜方法を用いて配線パターンを形成したセラミック配線
基板はセラミック基板の寸法精度を向上させるためにその表面にラッピングや研
磨等の機械加工が施こされており、該機械加工はセラミック基板表面の結晶を削
り取る加工方法であることからセラミック基板表面の結晶組織内には微小で、且
つ角部が角張ったクラックが多量に残留している。そのため前記セラミック基板
表面に層着された配線パターンを構成する配線層にリードピンやヒートシンク等
の金具を銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けした場合、ロウ付けの際に発生する応
力が配線層に印加され、同時にこれがセラミック基板表面の結晶組織内に存在す
るクラックの角張った角部に集中して微小なクラックを大きく成長させてしまい
、その結果、セラミック基板表面から配線層の層着されている結晶が脱落して配
線層のセラミック基板に対する密着強度が大幅に低下するという不都合を生じて
いた。 〔発明の目的〕 本発明は上記欠点に鑑み案出されもので、その目的とするところは、配線層の
セラミック基板に対する密着強度を大とし、配線層にリードピン、ヒートシンク 等の金具を取り付けることが可能な高密度の配線パターンを有するセラミック配
線基板の製造方法を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のセラミック配線基板の製造方法は、アルミナ質焼結体より成るセラミ
ック基板表面を研磨加工した後、1050乃至1560℃の温度で再焼成して基板表面の
結晶組織に存在するクラックの角部に丸味をもたせ、その後、上記再焼成したア
ルミナ質焼結体より成るセラミック基板上にチタン（Ti）から成る接着層と、タ
ングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）の少なくとも１種を主成分とするバリア層
と、銅（Cu）、ニッケル（Ni）の少なくとも１種を主成分とする主導体層とを順
次設けて成る配線層を具備せしめるとともに該配線層にリードピン等の金具をロ
ウ付けすることを特徴とするものである。 〔実施例〕 次に本発明のセラミック配線基板の製造方法について詳細に説明する。 まずアルミナ質焼結体より成るセラミック基板を準備する。このセラミック基
板は、例えばアルミナ、シリカ等のセラミック原料粉末に適当な溶剤、溶媒を添
加混合して泥漿物を作り、これを従来周知のドクターブレード法によりシート状
と成すとともに約1500℃の温度で焼成することによって製作される。 次に上記セラミック基板はその寸法精度を高いものとするためにダイシング等
の切断および平面研磨やラップ研磨等の表面研磨加工を施し、その後、1050乃至
1560℃の温度で再焼成する。この再焼成処理は、セラミック基板にダイシングや
研磨加工等を施した際に形成されるクラックの角張った角部を丸味を有するもの
にかえる作用を為し、これによって後述の配線パターンを構成する配線層にリー
ドピン等の金具をロウ付けし、ロウ付けの際の応力がクラックに印加されたとし
ても該応力はクラックの角部に集中することはなく、クラックの成長が抑制され
る。 そして次に前記セラミック基板表面にイオンプレーティング法、スパッタ法等
の気圧成長法によってTiから成る接着層とW,Moの少なくとも１種を主成分とする
バリア層、例えばTiとＷとの合金又はMoとCuとの合金から成るバリア層を順次層
着させ、更にその上にCu,Ni の少なくとも１種を主成分とする主導体層を前記気 相成長法もしくはめっき法により層着させ配線層を形成する。次に前記接着層、
バリア層及び主導体層から成る導電層をエッチング加工法によって所定の配線パ
ターンとし、しかる後、前記配線層上に銅（Cu）、コバール（Fe−Ni−Co合金）
から成るリードピン等の金具をロウ材を介してロウ付けし、最終製品としてのセ
ラミック配線基板が完成する。 尚、前記リードピン等の金具のロウ付けは、還元雰囲気、例えば湿式水素ある
いは加湿フォーミングガス（H2/N2）中、約700 乃至1050℃の温度で行われる。 また、前記配線層上にリードピン等の金具をロウ付けする場合、ロウ付けの際
に発生する応力がセラミック基板表面に存在するクラックに作用したとしても該
クラックはその角部が丸味を有していることから応力の集中がなく、クラックの
成長に起因して発生するセラミック基板表面結晶の脱落を皆無として配線層のセ
ラミック基板に対する密着強度を極めて高いものとすることができる。 本発明におけるアルミナ質焼結体より成るセラミック基板の再焼成温度は、10
50℃未満ではセラミック基板表面の結晶組織内に存在するクラックの角張った角
部を丸味を有するものにかえることが不十分となり、金具をロウ付けする際の応
力によってセラミック基板表面の結晶が脱落し、配線層のセラミック基板に対す
る密着強度が低下してしまい、また前記再焼成温度が1560℃を越えるとセラミッ
ク基板に歪みが生じ所定の寸法精度を維持することができなくなり、また基板自
体の強度が弱くなることからアルミナ質焼結体から成るセラミック基板の再焼成
温度は1050乃至1560℃の範囲に限定される。 尚、前記配線層を構成する主導体層はその上部に更にAu,Pt,pb等の耐蝕性、導
電性に優れた貴金属層を設け、これによって配線層の酸化防止、半田濡れ性、ワ
イヤボンディング性を向上させてもよい。 次に、本発明の作用効果を下記に示す実験例に基づいて説明する。実験例 １ アルミナ質焼結体から成るセラミック基板表面を250 番相当のダイヤモンド砥
石で平面研削加工または320 番相当の砥粒を用いてラッピング加工し、しかる後
、上記加工済セラミック基板を1050乃至1560℃の温度で再焼成し評価試料を得、
同時に再焼成しないものを比較試料として準備する。 次にこれら評価試料及び比較試料としてのセラミック基板を各々洗浄し、各基
板表面にスパッタリング法によりTiの接着層を0.1 μｍ、Ti10％残部Ｗよりなる
Ti−Ｗ合金のバリア層を１μｍおよびCuの主導体層を３μｍ順次層着し、エッチ
ング加工法により１×1mm のドットパターンの配線層に加工した。 そして次に上記ドット部にKovar 製金具を銀ロウ（Bag8またはAg）を用いて還
元性雰囲気中850 乃至1030℃の熱処理を10分間行ってロウ付けした。 かくして得られた評価試料及び比較試料の上記金具を垂直方向に引張り、金具
の配線層に対する引張り強度を測定し、ロウ付強度とした。 また、同様にして前記１×1mm のドットパターンの配線層を有する評価試料及
び比較試料を、金具のロウ付け条件と同様の還元性雰囲気中850 乃至1030℃の熱
処理を10分間行い、その後配線層表面にめっき法によりNiを１μｍ、更にAuを２
μｍ層着させるとともに測定用金具を半田付けした。そしてその後、前記金具を
垂直に引張り、その引張り強度を測定して、配線層のセラミック基板に対する密
着強度とした。 その結果、平面研削加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付強度は1.
24Kg/mm2以下、配線層の密着強度は1.44Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が5.23Kg/mm2、配線層の密着強度が5.56Kg/mm2で
あった。 また、ラッピング加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付け強度は1.
31Kg/mm2以下、配線層の密着強度は1.45Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が5.43Kg/mm2、配線層の密着強度が5.51Kg/mm2で
あった。実施例 ２ 実験例１と同様の方法により、洗浄済セラミック基板表面にイオンプレーティ
ング法によりTiの接着層を0.1 μｍ、Moのバリア層を１μｍおよびCuの主導体層
を0.5 μｍ層着するとともにエッチング加工法により１×1mm のドットパターン
の配線層に加工し、還元性雰囲気中で850 ℃の温度にて熱処理を行った後、配線
層の上部にNi層を無電解めっき法によって層着した。 次いで実験例１と同様の方法によりロウ付強度及び配線層の密着強度を測定し た。 その結果、平面研削加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付強度は1.
21Kg/mm2以下、配線層の密着強度は2.31Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が5.18Kg/mm2、配線層の密着強度が5.01Kg/mm2で
あった。 また、ラッピング加工を施した後、再焼成しない比較試料のロウ付け強度は1.
25Kg/mm2以下、配線層の密着強度は2.42Kg/mm2以下であるのに対し、本発明の再
焼成した評価試料はロウ付強度が4.95Kg/mm2、配線層の密着強度が4.91Kg/mm2で
あった。 〔発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明のセラミック配線基板の製造方法によれば、研磨加
工したアルミナ質焼結体より成るセラミック基板を1050乃至1560℃の温度で再焼
成することから、研磨加工の際にセラミック基板表面に形成されたクラックはそ
の角部がすべて丸味を有したものにかわり、配線層にリードピンやヒートシンク
等の金具をロウ付けする場合、ロウ付けの際の応力がクラックに応力が印加され
たとしても該クラックは大きく成長することが一切なく、その結果、配線層にリ
ードピンやヒートシンク等の金具を強固に取着することが可能となる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）アルミナ質焼結体より成るセラミック基板表面を研磨加工した後、1050乃
至1560℃の温度で再焼成して基板表面の結晶組織に存在するクラックの角部に丸
味をもたせ、その後、上記再焼成したアルミナ質焼結体より成るセラミック基板
上にチタン（Ti）から成る接着層と、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）の
少なくとも１種を主成分とするバリア層と、銅（Cu）、ニッケル（Ni）の少なく
とも１種を主成分とする主導体層とを順次設けて成る配線層を具備せしめるとと
もに該配線層にリードピン等の金具をロウ付けすることを特徴とするセラミック
配線基板の製造方法。 （２）前記配線層のうち少なくとも接着層とバリア層が気相成長法により形成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミック配線基板の製
造方法。
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