JP2781017B2 - セラミックパッケージ - Google Patents

セラミックパッケージ

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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パッケージに関し、より詳細には
セラミック基体上に設ける金属層の下地めっきの改良に
関する。
（従来の技術） 半導体装置に用いられるセラミックパッケージは、セ
ラミック基体のダイボンディング部あるいはワイヤボン
ディング部等に金属層が被着されて提供される。前記金
属層はセラミック基板にタングステンメタライズ等によ
ってメタライズ層を形成した後、通常はニッケルめっき
を施し、リードをろう付けした後、表面処理として下層
にニッケルめっき、さらにその上層に金めっきを施して
形成される。前記メタライズ層上のニッケルめっきは好
適なろう付け性を得るためであり、ろう付け後のニッケ
ルめっき及び金めっきはめっき部分の好適なボンディン
グ性や耐環境性等を得るためである。
セラミックパッケージは一般に、高信頼性を有するパ
ッケージとして用いられているが、上記のニッケルめっ
きを下地めっきとしたセラミックパッケージは、ダイボ
ンディングした後のエイジング処理の際に半導体チップ
が剥離したり、加熱によってニッケルが金めっき表面ま
で拡散し金めっき表面が変色したりするという問題点が
あり、また近時においては、厳しい条件下で使用される
場合等があることから上記特性およびはんだ付け性等に
ついても一層高度の規格条件が要求されるようになって
きた。
中でも、金属層部分の耐湿性の問題が重要視されてお
り、高度の耐湿性を有するセラミックパッケージが要求
されている。加湿下において金属層に錆等が発生すると
導体パターン間で短絡不良等が発生し、機能が発揮でき
なくなるからである。
（発明が解決しようとする課題） 上記のようなニッケルめっきを下地めっきとした場合
の問題点を解決するものとして、下地めっきとしてコバ
ルトめっきを施すもの（特開昭59−155950号公報）、コ
バルトとニッケルとの合金めっきを施すもの（特開昭63
−3036号公報）、コバルト、硫黄、ニッケル合金を施す
もの（特開昭63−83291号公報）等が提案されている。
しかしながら、コバルトめっきを下地として用いた場
合はコバルトが酸化しやすく耐蝕性に劣り、また耐熱変
色性が劣るという問題点がある。
ニッケル−コバルト合金を下地めっきとしたもので
は、コバルトの共析比率が小さい場合にはダイボンディ
ング性や金めっき皮膜の耐熱変色性に劣り、コバルトの
共析比率が大きい場合には、耐熱変色性及び耐蝕性が劣
るという問題点があきらかになった。
また、ニッケル−コバルト合金めっきでは、めっき浴
の均一電着性やつきまわり性がニッケルやコバルトを単
独でめっきするめっき浴とくらべて劣ること、一定の組
成および特性を有するめっき皮膜を安定して得るための
めっき浴の管理が非常に困難であることという製造上の
問題点がある。
そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、加熱処理や半導体
チップ付け後のエイジング処理等によって変色したりダ
イボンディング性等が低下することがなく、また加湿条
件下等においても錆不良が発生しない信頼性のたかいセ
ラミックパッケージを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえ
る。
すなわち、セラミック基体上に形成されたメタライズ
層にめっきを施して金属層を形成したセラミックパッケ
ージにおいて、前記金属層が、前記メタライズ層に施さ
れたコバルトめっき層と該コバルトめっき層の上層に施
されたニッケルめっき層とからなる２層めっきがアニー
ル処理され、前記コバルトめっき層から前記ニッケルめ
っき層中に拡散したコバルトが前記ニッケルめっき層の
表面部分に局在して形成された金属層であることを特徴
とする。
また、セラミック基体上に形成されたメタライズ層に
めっきを施して金属層を形成したセラミックパッケージ
において、前記金属層のうち少なくともダイボンディン
グ部またはワイヤボンディング部の金属層が、前記メタ
ライズ層に施されたコバルトめっき層と該コバルトめっ
き層の上層に施されたニッケルめっき層とからなる２層
めっきがアニール処理され、前記コバルトめっき層から
前記ニッケルめっき層中に拡散したコバルトが前記ニッ
ケルめっき層の表面部分に局在して形成された金属層を
下地金属層として該金属層の上層に金めっき層が形成さ
れた金属層であることを特徴とする。
（発明の概要） 本発明に係るセラミックパッケージは、ダイボンディ
ング部あるいはワイヤボンディング部、導体パターン部
等の金属層が、コバルトめっき層の上層にニッケルめっ
き層を施した２層めっきをアニール処理することによっ
て形成した金属層を有することを特徴とする。
上記の２層めっきを施す場合は、まず、セラミック基
体に形成したメタライズ層上にコバルトめっきを施し、
次にニッケルめっきを施す。その後、真空、中性または
還元性雰囲気中で400℃〜780℃、好ましくは700℃〜750
℃でアニール処理を行い、さらに金めっきを施す。
なお、リードを接続する場合は、ニッケルめっきを施
したメタライズ層に銀ろう等のろう材を用いてリードを
ろう付けした後、コバルトめっき上にニッケルめっきを
施してアニール処理を行い、さらに金めっきを施す。
上記のように下地めっきとしてコバルトとニッケルを
２層に設けた後アニール処理を施した場合は、後述する
ように従来のニッケルめっきを下地としたもの、及びニ
ッケル−コバルト合金めっきを下地としたものと比べて
きわめて良好な特性を得ることができた。
このようにめっき層を２層とし、非酸化性雰囲気中で
アニール処理を行うことによって良好な特性を得ること
ができる理由としては、メタライズ金属とめっき金属と
の溶出電位差によってメタライズ金属のタングステンが
溶出しないことと、２層の下地めっきをアニール処理し
た際にコバルトがニッケルめっき層中に拡散することに
よるものと考えられる。
すなわち、メタライズ層で用いるタングステン、ろう
材で用いる銀、銅とめっき金属のコバルト、ニッケル、
金の仕事関数を比較すると、以下のようになる。
Co:4.25eV W :4.35eV Cu:4.48eV Ag:4.70eV Au:4.71eV Ni:4.91eV これらの仕事関数をみると、コバルトの値が最も小さ
く、次いでタングステンであることがわかる。
従来のニッケルめっきを下地めっきとしたものの耐湿
性試験においては、前述したように金属層の界面に錆が
発生するが、錆の元素としてはタングステン、銀、銅が
含まれていた。これらはいずれもニッケルにくらべて仕
事関数が小さく、界面から溶出しやすい。従来例では、
タングステン等が溶出することによって錆が発生したと
考えられる。
これに対し、本発明においては下地めっきとしてコバ
ルトめっきを施すから、コバルトの仕事関数がタングス
テンよりも小さいことにより、界面においてタングステ
ン等の溶出を抑え錆発生を防止しているものと考えられ
る。コバルトとニッケルのめっき層を上下逆に施した場
合は、タングステンメタライズ層の界面にニッケルが存
在することによってコバルトが界面に存在する場合より
は溶出の抑制効果が減少する。
第１図は前記２層めっきを施した後、アニール処理を
施し下地金属層断面のコバルトとニッケルの濃度プロフ
ィールを測定した結果である。コバルトめっき厚は１μ
ｍ、ニッケルめっき厚は２μｍである。測定結果は、下
層のコバルトの一部が上層のニッケル層中に拡散し、ニ
ッケル層中に拡散したコバルトはとくにニッケル層の表
面部分に局在していることを示す。第２図は比較例とし
てニッケル−コバルト合金めっきを下地めっきとしたも
のについて、めっき層断面のコバルトとニッケルの濃度
プロフィールを測定したものである。この場合は、第１
図に示すようなコバルトの局在はみられず、ニッケルお
よびコバルトはめっき層中で一様に分布しているだけで
ある。
上記のように、２層めっきを施してアニール処理を施
した場合は、ニッケル層の表面に局在したコバルトが、
金めっき層中へニッケルが拡散することを抑制し、半導
体チップが剥離したり金めっき皮膜が変色することを防
止する作用をなす。
また、ニッケル層内部はニッケルの濃度が高いから、
下地自体の耐熱変色性等はニッケルによる寄与が大き
く、したがって下地めっきの耐熱性、耐蝕性等に優れる
こととなる。
（実施例） I. 以下のａ〜ｅの５種類の下地めっきを施したサンプル
について耐湿性等の評価試験を行った。
a:Ni−Co合金めっき（Co含有率11％） b:Ni/Coめっき（Coの厚さ0.15〜0.25μｍ） c:Ni/Coめっき（Coの厚さ0.9 〜1.0 μｍ） d:Ni/Ni−Co合金めっき（Ni−Co合金のCo含有量は82％
で、全体でCo含有量が20％） e:Ni ａ、ｅはNi−Co合金あるいはニッケルの１層めっき、
ｂおよびｃはニッケルとコバルトの２層めっきでめっき
厚比を変えたもの、ｄはコバルトめっきのかわりにニッ
ケル−コバルト合金めっきを施した２層めっきである。
サンプルはセラミック基体に設けたタングステンメタ
ライズ層にコバルトめっきを施しさらにニッケルめっき
を施し、還元性雰囲気中でアニール処理した後金めっき
を施したものである。以下の試験ではそれぞれ５個のサ
ンプルに対して評価試験を行った。
ワイヤボンディング性試験 各サンプルの金属層にワイヤボンディングを施し、20
0℃でエージング処理し、ワイヤを引っ張って剥離が生
じるかどうかを試験した。
表中の時間はエージング時間を示す。単位は時であ
る。
測定した結果は、どのサンプルについてもワイヤボン
ディング性には問題がなかった。
ダイボンディング性試験 各サンプルに金−シリコン共晶合金によって半導体チ
ップを接合し、300℃でエージング処理した後、半導体
チップに荷重をかけて剥離するかどうかを試験した。
サンプルｅ（ニッケル下地めっき）は100時間以上の
エージング処理で半導体チップの剥離が見られた。表中
の※記号は不良発生を示す。以下、同様である。
耐熱性試験 大気中で450℃に加熱して５分経過後、10分経過後で
変色するかどうかを調べた。
各サンプルとも不適格のものはなかったが、サンプル
ａ（ニッケル−コバルト合金めっき）は他のサンプルと
比較してめっきの色調が全体的に赤褐色になった。
はんだ付け性試験 各サンプルを表中の時間スチームで加湿した後、はん
だディップによってはんだ付けを行い、はんだがきれい
にのるかどうか調べた。
とくに大きな差はみられなかったが、サンプルｅの１
個のみはんだ付け性が不適格であった。
耐湿性試験 85℃、湿度85％の環境下にサンプルを保持して、各金
属層に腐食、錆等が生じるかどうかを調べた。
表で時間の単位は時である。サンプルｂおよびｃを除
いて、サンプルａ、ｄ、ｅに錆が生じた。錆の発生率で
は、サンプルｅ（ニッケル下地）がもっとも高く、サン
プルａ（ニッケル−コバルト合金下地）、サンプルｄ
（ニッケル／ニッケル−コバルト合金下地）の順に低く
なる。
上記実験結果は、すべての条件を完全にみたすものと
してサンプルｂおよびｃがとくに優れていることを示し
ている。
なお、サンプルｂおよびｃのめっき層を上下逆に施し
た場合、すなわち、メタライズ層の上にニッケルめっき
を施し、さらにコバルトめっきを施した場合は、上記サ
ンプルｂおよびｃと同様な特性は得られなかった。
II. 下地めっきのニッケルとコバルトのめっき厚比を変え
て上記と同様な評価試験を行った。
実験では、ニッケルとコバルトの総めっき厚を３μｍ
としてめっき厚比を変えたサンプルを作製し、これを非
酸化性雰囲気中750℃でアニール処理した後、1.5μｍ厚
の金めっきを施した。
試験内容はダイボンディング性試験（）、金めっき
皮膜の耐熱性試験（）、下地めっき金属層の耐熱性試
験（）である。ダイボンディング性試験は、サンプ
ルニ半導体チップを接合した後、300℃で60時間エージ
ング処理し、半導体チップが剥離するかどうかを試験し
たものである。
金めっき皮膜の耐熱性試験はサンプルを大気中で45
0℃に加熱して５分経過後の変色を調べたもの、下地め
っき金属層の耐熱性試験は金めっきを施さないサンプ
ルを大気中で400℃に加熱して１分経過後の変色を調べ
たものである。評価数は各サンプルとも20個である。
表６でサンプル１は下地めっきがコバルト100％、サ
ンプル13は下地めっきがニッケル100％である。上記試
験結果は、コバルトめっきがダイボンディング性（）
および金めっきの耐熱変色性（）に優れ、ニッケルめ
っきが耐熱変色性（）に優れるという前述した傾向が
あることを示す。
なお、比較例として、ニッケル−コバルト合金めっき
を下地めっきとして同様の試験評価を行った結果を表７
に示す。各サンプルは合金めっきの共析比率が異なるも
のである。
上記表６および表７の結果から、コバルトめっきとニ
ッケルめっきの２層めっきをアニール処理した金属層が
金めっきの下地としてきわめて有効であり、サンプル４
〜11（コバルトめっき厚４〜94％）については十分に良
好な特性が得られること、またコバルトとニッケルの２
層めっきをアニール処理した下地金属層自体も好適な耐
熱変色性（）を有することを示す。
したがって、金めっきはたとえばダイボンディング
部、ワイヤボンディング部、シールフレーム部等の必要
個所にのみ設ければよく、アウターリード等ではアニー
ル処理したコバルトとニッケルの金属層のままでもよ
い。
以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明
したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
く、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し
得るのはもちろんのことである。
（発明の効果） 本発明に係るセラミックパッケージは、金めっきの下
地金属層としてコバルトとニッケルの２層めっきを順に
施した後アニール処理を行った金属層を設けることによ
って、ダイボンディング性、ワイヤボンディング性、金
めっき皮膜の耐熱変色性、下地金属層の耐熱性、はんだ
付け性、耐湿性等について高度の条件をみたすことがで
き、きわめて信頼性の高いセラミックパッケージとする
ことができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図はコバルトとニッケルの２層めっきを施して、非
酸化性雰囲気中にてアニール処理を行った後の下地めっ
き層のコバルトとニッケルの濃度分布を示すグラフ、第
２図はコバルトとニッケルの合金めっきによって形成し
た下地めっき層の濃度分布を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 邦彦 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 (72)発明者 平林 良和 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミック基体上に形成されたメタライズ
    層にめっきを施して金属層を形成したセラミックパッケ
    ージにおいて、 前記金属層が、前記メタライズ層に施されたコバルトめ
    っき層と該コバルトめっき層の上層に施されたニッケル
    めっき層とからなる２層めっきがアニール処理され、前
    記コバルトめっき層から前記ニッケルめっき層中に拡散
    したコバルトが前記ニッケルめっき層の表面部分に局在
    して形成された金属層であることを特徴とするセラミッ
    クパッケージ。
  2. 【請求項２】セラミック基体上に形成されたメタライズ
    層にめっきを施して金属層を形成したセラミックパッケ
    ージにおいて、 前記金属層のうち少なくともダイボンディング部または
    ワイヤボンディング部の金属層が、 前記メタライズ層に施されたコバルトめっき層と該コバ
    ルトめっき層の上層に施されたニッケルめっき層とから
    なる２層めっきがアニール処理され、前記コバルトめっ
    き層から前記ニッケルめっき層中に拡散したコバルトが
    前記ニッケルめっき層の表面部分に局在して形成された
    金属層を下地金属層として該金属層の上層に金めっき層
    が形成された金属層であることを特徴とするセラミック
    パッケージ。
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