JP2690643B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路素子が搭
載される回路配線基板や半導体集積回路素子を収容する
半導体素子収納用パッケージに好適に使用される配線基
板の改良に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその課題】従来、半導体集積回路素子等
を搭載する配線基板はアルミナセラミックス等の電気絶
縁材料から成る基体と該基体の表面及び内部に埋設、焼
き付けられているタングステン、モリブデン、マンガン
等の高融点金属粉末より成る配線導体とにより構成され
ている。

【０００３】かかる従来の配線基板は通常、電気絶縁性
に優れたアルミナ等のセラミックスから成るグリーンシ
ートを使用し、その表面にタングステン、モリブデン、
マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を
添加混合して得た導体ペーストをスクリーン印刷法によ
り所定パターンに厚膜印刷するとともにこれを複数枚積
層し、しかる後、前記積層したものを約1500℃の温度で
焼成することによって形成されている。

【０００４】しかしながら、近年に至り、ハイブリッド
IC及びLSI 等の半導体集積回路素子の高密度化、高集積
化の急激な進歩に伴い、該LSI 等を実装する配線基板も
その配線密度を高めることが要求され、従来の配線基板
では配線導体が厚膜技術により形成されていることから
配線導体の微細化が難しく、且つ全体の厚みが厚くなっ
て多層化が困難となり、十分な高密度化が達成できない
という問題があった。

【０００５】そこで上記欠点を解消するために回路配線
としての配線導体を従来の厚膜技術により形成するのに
変えて微細化が可能な薄膜技術を用いて形成し、且つ各
配線導体の絶縁を高分子材料から成る絶縁膜で行った配
線基板が提案されている。

【０００６】かかる配線基板は通常、まず上面から下面
にかけてメタライズ配線層を導出させた絶縁基体を準備
し、次に前記絶縁基体の下面に導出させたメタライズ配
線層表面にニッケル（Ni)から成る金属層及び金(Au)か
ら成る被覆層を順次、メッキ方法により被着させ、そし
て次に前記絶縁基体上に、蒸着、スパッタリング等の薄
膜形成技術により形成される配線導体とポリイミド樹脂
等の高分子材料より形成される絶縁膜とで構成される多
層配線膜を配線導体の一部が前記メタライズ配線層と接
続するようにして被着させることによって製作される。

【０００７】尚、前記金から成る被覆層はメタライズ配
線層を外部電気回路に半田等のロウ材を介して接続する
際、或いはメタライズ配線層に外部電気回路と接続され
る外部リード端子を接合させる際、ロウ材との濡れ性(
反応性) を改善し、メタライズ配線層を外部電気回路
に、またメタライズ配線層に外部リード端子を確実に接
合、接続させるためのものであり、ニッケル(Ni)から成
る金属層はメタライズ配線層と金の被覆層とを強固に接
合させるためのものである。

【０００８】しかしながら、この配線基板は絶縁基体に
設けたメタライズ配線層の一部にニッケルから成る金属
層と金から成る被覆層を被着させた後に配線導体と絶縁
膜から成る多層配線膜が被着されていること、及びポリ
イミド樹脂等の高分子材料により絶縁膜を形成する場
合、約300 〜400 ℃の熱処理が必要であることから以下
に述べる欠点を有する。

【０００９】即ち、絶縁基体上にポリイミド樹脂等の高
分子材料から成る絶縁膜を形成する際、約300 〜400 ℃
の熱を加えて熱処理すると該熱によってメタライズ配線
層に被着されているニッケルから成る金属層と金から成
る被覆層との間に相互拡散が起こり、金の被覆層表面に
ニッケルが析出するとともにこれが酸化されて半田等の
ロウ材と濡れ性( 反応性) の悪いニッケルの酸化物、水
酸化物が生成し、その結果、メタライズ配線層を外部電
気回路にロウ材を介して強固に接続することができず、
またメタライズ配線層に外部リード端子を強固に接合さ
せることができないという欠点を有していた。

【００１０】尚、上記欠点を改良するために絶縁基体に
多層配線膜を形成した後、メタライズ配線層表面にニッ
ケルから成る金属層と金から成る被覆層を被着するこ
と、或いはメタライズ配線層にまずニッケルから成る金
属層を被着し、その後に多層配線膜を被着させ、最後に
前記ニッケルから成る金属層表面に金から成る被覆層を
被着させる2 つの方法が考えられるが、前者の場合は絶
縁基体上にポリイミド樹脂等の高分子材料から成る絶縁
膜を形成する際の熱によってメタライズ配線層の露出す
る表面に酸化物が形成され、該酸化物によってメタライ
ズ配線層にニッケルから成る金属層と金から成る被覆層
を強固に被着させることができなくなり、また後者の場
合はニッケルから成る金属層の表面に酸化物が形成さ
れ、該酸化物によってニッケルから成る金属層の表面に
金から成る被覆層を強固に被着させることができなくな
る。

【００１１】そこで上記諸欠点を解消するために本出願
人は先に絶縁基体に設けたメタライズ配線層表面にニッ
ケル−ホウ素から成る金属層を被着しておき、その後、
絶縁基板上面に多層配線膜を、金属層表面に金の被覆層
を被着して成る配線基板を提案した（特願平1 61330
号) 。かかる配線基板はニッケル−ホウ素から成る金属
層が酸化し難いことから絶縁基体に多層配線膜の絶縁膜
を被着させる際に表面に酸化物が形成されることはな
く、初期においてニッケル−ホウ素から成る金属層に金
から成る被覆層を強固に被着させことができる。しかし
ながらこの配線基板はニッケル−ホウ素の熱膨張係数が
金の熱膨張係数と大きく相違することからメタライズ配
線層を半田等のロウ材を介して外部電気回路に取着する
際、或いはメタライズ配線層に取着された外部リード端
子を外部電気回路に半田等のロウ材を介して取着する際
等において、メタライズ配線層に被着されたニッケル−
ホウ素から成る金属層と金から成る被覆層に熱が繰り返
し印加されると該熱によって金属層と被覆層との間に両
者の熱膨張係数の相違に起因する大きな応力が発生し、
これによって金から成る被覆層がニッケル−ホウ素から
成る金属層より剥がれ、その結果、メタライズ配線層と
外部電気回路との電気的接続が不良となる欠点を誘発す
る。

【００１２】

【発明の目的】本発明者は上記諸欠点に鑑み種々検討し
た結果、メタライズ配線層に被着されたニッケル−ホウ
素の層と金の層との間に、ニッケル−リンの層を介在さ
せておくと該ニッケル−リンの層がニッケル−ホウ素の
層と金の層の熱膨張係数の相違に起因する応力を吸収
し、これによってメタライズ配線層に被着されたニッケ
ル−ホウ素の層と金の層とを長期間にわたり強固に被着
させ得ることを知見した。

【００１３】本発明は上記知見に基づき、絶縁基体に設
けたメタライズ配線層を長期間にわたり外部電気回路に
確実に電気的接続することができる配線基板を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するため手段】本発明は上面から下面にか
けて導出させたメタライズ配線層を有する絶縁基体の上
面に、薄膜形成技術により形成される配線導体と高分子
材料から成る絶縁膜とを多層に、且つ配線導体の一部が
前記メタライズ配線層と電気的に接続するようにして被
着させて成る配線基板であって、前記絶縁基体の下面に
導出されたメタライズ配線層の外表面にニッケル−ホウ
素から成る第１金属層と、ニッケル−リンから成る第２
金属層と、金から成る第３金属層の３層構造を有する金
属層を被着させたことを特徴とするものである。

【００１５】

【実施例】次に本発明を添付図面に基づき説明する。

【００１６】図１は本発明にかかる配線基板の一実施例
を示す断面図であり、1 は絶縁基体、2 は多層配線膜で
ある。

【００１７】前記絶縁基体1 は例えば、アルミナセラミ
ックスから成り、アルミナ(Al ₂ O₃ ) 、シリカ(SiO₂ )
、マグネシア(MgO) 、カルシア(CaO) 等の原料粉末に
適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとと
もにこれをドクターブレード法等を採用することによっ
てセラミックグリーンシート( セラミック生シート)を
形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適
当な打ち抜き加工、穴あけ加工を施すとともに高温( 約
1600℃) で焼成することによって製作される。

【００１８】また前記絶縁基体1 にはその上面から下面
にかけてメタライズ配線層3 が導出されており、該メタ
ライズ配線層3 の絶縁基体1 上面部には多層配線膜2 の
配線導体が電気的に接続され、また絶縁基体1 下面部に
は外部電気回路と接続する外部リード端子がロウ材を介
して接合、或いは直接外部電気回路に接続される。

【００１９】前記メタライズ配線層3 はタングステン
(W) 、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)等の高融点金属粉
末から成り、該高融点金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加
混合して得た導体ペーストを前記絶縁基体1 となるセラ
ミックグリーンシートの表面及び穴内にスクリーン印刷
法により印刷塗布し、しかる後、セラミックグリーンシ
ートを焼成する際に同時に焼成されて絶縁基体1 に一体
的に被着される。

【００２０】また前記メタライズ配線層3 は絶縁基体1
の下面部で露出する表面に第1 金属層4 と第2 金属5 と
第3 金属層6 の3 層構造を有する金属層が被着されてお
り、該第 1金属層4 はニッケル−ホウ素で、第2 金属層
5 はニッケル−リンで、第3金属層6 は金で形成されて
いる。

【００２１】前記第1 金属層4 は第2 金属層5 及び第3
金属層6 をメタライズ配線層3 に強固に被着させる作用
を為し、電解、或いは無電解メッキ方法によりメタライ
ズ配線層3 表面に被着される。

【００２２】前記第1 金属層4 は例えば、無電解メッキ
方法により被着させる場合、まずメタライズ配線層3 を
有する絶縁基体1 を塩化アンミンパラジウム2.0 グラム
/ リットル、水酸化カリウム50.0グラム/ リットル、エ
チレンジアミンテトラアセティクアシッド5.0 グラム/
リットルから成る70℃の活性液中に5 分間浸漬してメタ
ライズ配線層3 の露出する表面を活性化させ、次にこれ
を硫酸ニッケル30.0グラム/ リットル、クエン酸ナトリ
ウム50.0グラム/ リットル、酢酸アンモニウム10.0グラ
ム/ リットル、ジメチルアミンボラン3.0 グラム/ リッ
トルから成るPH6.0 、液温60℃のニッケルメッキ液中に
20分間程浸漬し、メタライズ配線層3 の露出する表面に
ニッケル−ホウ素を析出させることによって行われる。

【００２３】尚、前記第1 金属層4 はその厚みを1.0 乃
至5.0 μm としておくとメタライズ配線層3 に強固に被
着し、且つ表面に第2 金属層5 及び第3 金属層6 を強固
に被着させることができる。

【００２４】また前記第1 金属層4 の表面に被着される
第2金属層5 はニッケル−リンから成り、該ニッケル−
リンから成る第2 金属層5 は第1 金属層4 と第3 金属層
6 の間の熱膨張係数を有し、メタライズ配線層3 を外部
電気回路に半田等のロウ材を介して取着する際、或いは
メタライズ配線層3 に取着された外部リード端子を外部
電気回路に半田等のロウ材を介して取着接続する際等に
おいて、第1 金属層４、第２ 金属層5 及び第3 金属層
6 の各々に熱が印加されても第1 金属層4 と第3金属層6
の間に発生する熱応力は第2 金属層5 によって極小と
なり、その結果、第1 金属層4 に第3 金属層6 を長期間
にわたり強固に被着させることができる。

【００２５】前記第2 金属層5 は電解、或いは無電解メ
ッキ方法により第1 金属層4 表面に被着され、例えば、
無電解メッキ方法により被着させる場合、まずメタライ
ズ配線層3 の表面に第1 金属層4 を被着させた絶縁基体
1 を塩化アンミンパラジウム2.0 グラム/ リットル、水
酸化カリウム50.0グラム/ リットル、エチレンジアミン
テトラアセティクアシッド5.0 グラム/ リットルから成
る70℃の活性液中に5分間浸漬して第1 金属層4 の表面
を活性化させ、次にこれを塩化ニッケル16.0グラム/ リ
ットル、次亜燐酸ナトリウム24.0グラム/ リットル、コ
ハク酸ナトリラウム16.0グラム/ リットル、リンゴ酸1
8.0グラム/ リットルから成るPH 5.0〜6.0 、液温90℃
のニッケルメッキ浴中に10分間程度、浸漬し第1 金属層
4 の表面にニッケル リンを析出させることによって行
われる。

【００２６】尚、前記ニッケル−リンから成る第2 金属
層5 はその厚みを0.5 乃至4.0 μmに被着させておくと
第1 金属層4 と第3 金属層6 との間に発生する熱応力を
極小として第1 金属層4 に第3 金属層6 を強固に被着さ
せることができる。

【００２７】また前記ニッケル−リンから成る第2 金属
層5 はニッケルとリンの結合が強固であることから後述
する絶縁基体1 上に高分子材料より成る絶縁膜を被着さ
せる際の熱(300〜400 ℃) が印加されたとしても該第2
金属層5 は金から成る第3 金属層6 中を拡散し、第3 金
属層6 表面にニッケルの酸化物や水酸化物を生成するこ
とはない。

【００２８】尚、前記第2 金属層5 は含有するリンの量
が5.0 重量％未満となると第2 金属層5 を構成するニッ
ケルが金から成る第3 金属層6 に拡散していき、第3 金
属層表面にニッケルの酸化物や水酸化物が生成されてし
まい、また13.0重量％を越えると第2 金属層5 の膜硬度
が硬く、被着時に多量のクラックが発生するとともに第
1 金属層4 と第3 金属層6 の間に発生する熱応力を良好
に吸収することができなくなる危険性がある。従って、
第2金属層5 は含有するリンの量を5.0 乃至13.0重量％
の範囲としておくことが好ましい。

【００２９】また前記第2 金属層5 の表面に被着される
第3金属層6 は金から成り、該金から成る第3 金属層6
は絶縁基体1 に設けたメタライズ配線層3 の一部を外部
電気回路に半田等のロウ材を介して接続する際、或いは
外部電気回路に接続される外部リード端子をロウ材を介
して接合する際、ロウ材との濡れ性( 反応性) を改善
し、メタライズ配線層3 と外部電気回路との電気的接
続、及びメタライズ配線層3 と外部電気回路に接続され
る外部リード端子との接合を確実なものにする作用を為
す。

【００３０】前記金から成る第3 金属層6 は電解、或い
は無電解メッキ方法により第2 金属層5 の表面に被着さ
れる。

【００３１】前記第3 金属層6 は例えば、無電解メッキ
方法により被着させる場合、まずメタライズ配線層3 の
表面に第1 金属層4 及び第2 金属層5 を被着させた絶縁
基体1 をシアン化金カリウム5.0 グラム/ リットル、ク
エン酸カリウム50.0グラム/リットル、エチレンジアミ
ンテトラアセティクアシッド5.0 グラム/ リットルから
成るPH6.0 、液温90℃の一次金メッキ浴中に5 分間浸漬
し、しかる後、シアン化金カリウム5.0 グラム/ リット
ル、シアン化カリウム10.0グラム/ リットル、クエン酸
カリウム50.0グラム/ リットル、水酸化カリウム15.0グ
ラム/ リットル、ジメチルアミンボラン20.0グラム/ リ
ットルから成る液温70℃の二次金メッキ浴中に30分間浸
漬することによって第2 金属層5 の 表面に被着され
る。

【００３２】また前記メタライズ配線層3 を有する絶縁
基体1 はその上面に高分子材料から成る絶縁膜7 と薄膜
形成技術により形成される配線導体8 とにより構成され
る多層配線膜2 が配線導体8 を前記メタライズ配線層3
と接続するようにして被着されている。

【００３３】前記絶縁膜7 はポリイミド樹脂等の高分子
材料から成り、例えば4,4'- ジアミノジフェニルエーテ
ル50モル% 、ジアミノジフェニルスルホン50モル% 、3,
3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物から成る
ポリマ溶液を絶縁基体1 上面にスピンコーティング法に
より塗布し、しかる後、400 ℃の熱を加えてポリマ溶液
を熱架橋させることによって形成される。

【００３４】また前記配線導体8 は例えばモリブデン、
銅等の金属から成り、蒸着やスパッタリング等の薄膜形
成技術を採用することにより被着される。

【００３５】尚、前記絶縁膜7 と配線導体8 とにより構
成される多層配線膜2 は上述の絶縁膜7 の形成方法と配
線導体8 の形成方法を順次、繰り返すことによって形成
される。

【００３６】また前記絶縁膜7 を形成する際、400 ℃の
熱処理が行われ、メタライズ配線層3 に被着させた第2
金属層5 と第3 金属層6 にこの熱が印加されるが第2 金
属層5 はニッケルとリンが強固に結合しているため第2
金属層5 のニッケルが第3 金属層6 中に拡散することは
なく、第3 金属層6表面にニッケルの酸化物や水酸化物
が生成されることはない。

【００３７】かくして本発明の配線基板によれば絶縁基
体1 の上面に被着させた配線導体8に半導体素子等が取
着接続され、絶縁基体1 の下面に導出させたメタライズ
配線層3 を外部電気回路に電気的に接続させることによ
って配線基板として機能する。

【００３８】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、絶縁基体に
設けたメタライズ配線層にニッケル−ホウ素から成る第
1 金属層と、ニッケル−リンから成る第2 金属層と、金
から成る第3 金属層を順次、被着させたことからメタラ
イズ配線層を外部電気回路に半田等のロウ材を介して電
気的に接続する際、或いはメタライズ配線層に取着した
外部リード端子を外部電気回路に半田等のロウ材を介し
て取着する際等においてメタライズ配線層に被着させた
各金属層に熱が印加されたとしても第1 金属層と第3 金
属層の間に発生する熱応力は第2 金属層によって極小と
なり、その結果、メタライズ配線層を外部電気回路に長
期間にわたり確実、且つ強固に電気的接続することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・・絶縁基体 ２・・・・・多層配線膜 ３・・・・・メタライズ配線層 ４・・・・・第１金属層 ５・・・・・第２金属層 ６・・・・・第３金属層 ７・・・・・絶縁膜 ８・・・・・配線導体

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面から下面にかけて導出させたメタライ
   ズ配線層を有する絶縁基体の上面に、薄膜形成技術によ
   り形成される配線導体と高分子材料から成る絶縁膜とを
   多層に、且つ配線導体の一部が前記メタライズ配線層と
   電気的に接続するようにして被着させて成る配線基板で
   あって、前記絶縁基体の下面に導出されたメタライズ配
   線層の外表面にニッケル−ホウ素から成る第１金属層
   と、ニッケル−リンから成る第２金属層と、金から成る
   第３金属層の３層構造を有する金属層を被着させたこと
   を特徴とする配線基板。