JP2942424B2 - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子収納用パッ
ケージ、特に、回路基板上にはんだを介して蓋体が接合
される半導体素子収納用パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子収納用パッケージは、一般
に、半導体素子が搭載される回路基板と、回路基板に接
合される蓋体とから主に構成されている。蓋体は、はん
だを介して回路基板上に設けられた封止用金属層に接合
され、それによって半導体素子を内部に気密封止する。

【０００３】図３に、従来の半導体素子収納用パッケー
ジの封止用金属層を示す。絶縁体からなる回路基板２９
上に形成された封止用金属層２７は、回路基板２９上に
チタン，タングステン等からなる密着層２５（厚み０．
６μｍ），銅からなる下地金属層２６（厚み３．０μ
ｍ），リンを含むニッケルからなるニッケルメッキ層２
８（厚み０．８μｍ）及び金メッキ層２９（厚み０．２
μｍ）がこの順番で積層されることで形成されている。
蓋体２３は、コバール合金からなり、下側面にニッケル
メッキ層３０が形成されている。蓋体２３と封止用金属
層２７との間には、はんだ層２６が設けられて両者を接
合している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の半導体素子
収納用パッケージでは、半導体素子で発生する熱がはん
だ層２６を長期間にわたって加熱すると、はんだ中の錫
が、金メッキ層２９及びニッケルメッキ層２８内に拡散
する。拡散が進むと錫がニッケルメッキ層２８と下地金
属層２６との界面に達して、薄くて脆弱な化合物層３１
を形成する。その結果、外力又は半導体素子の発生する
熱による熱応力が加えられると、銅からなる下地金属層
２６とニッケルメッキ層２８との界面部分に剥がれが生
じる。そのため、半導体素子収納用パッケージの気密状
態を維持できなくなり、また剥がれが進行すると蓋体が
回路基板から外れたりする。

【０００５】本発明の目的は、はんだの錫がニッケルメ
ッキ層と下地金属層との界面に到達するのを抑制し、回
路基板と蓋体との接合部の気密性及び接合強度を維持す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体素子
収納用パッケージは、半導体素子を搭載する回路基板
と、半導体素子を内部に気密封止するように回路基板に
はんだを介して接合される蓋体とを備えている。回路基
板は、銅からなる下地金属と、下地金属上に形成された
ニッケル−クロム合金からなるバリア層と、バリア層上
に形成されたニッケルメッキ層とを含む封止用金属層
を、蓋体との接合面に有している。

【０００７】

【０００８】

【作用】本発明に係る半導体素子収納用パッケージで
は、下地金属とニッケルメッキ層との間にニッケル−ク
ロム合金からなるバリア層が形成されている。このた
め、たとえ高温時にはんだ層から錫がニッケルメッキ層
内に拡散しても、バリア層で拡散が停止され、下地金属
層まで到達しにくい。したがって、回路基板と蓋体との
接合部の気密性及び接合強度は維持される。

【０００９】

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例が採用された半導
体素子収納用パッケージ１を示している。半導体素子収
納用パッケージ１は、主に、多層回路基板２と蓋体３と
から構成されている。半導体素子４は、はんだバンプ５
を介してパッケージ１内に装着されている。なお、半導
体素子４は、多層回路基板２の上面に配置されたバンプ
搭載部１２に接続されている。蓋体３は、ニッケルメッ
キ層が形成されたコバール合金から形成されている。蓋
体３は、一方が開口した箱型の部材であり、多層回路基
板２の上面外周に形成された封止用金属層７上にはんだ
層６を介して接合されている。このはんだ層６及び封止
用金属層７が、パッケージ１内部を気密に封止してい
る。

【００１１】多層回路基板２は、セラミック基板８と、
セラミック基板８上中央部に形成された薄膜配線部９
と、セラミック基板８上外周部に形成された封止用金属
層７とから主に構成されている。セラミック基板８内に
は、スルーホールにより上下に連通するモリブデン，タ
ングステン等からなる厚膜配線導体１３が形成されてい
る。厚膜配線導体１３の下部は、セラミック基板８の下
面に露出する入出力端子部１３ａとなっており、その上
にニッケルメッキ層等からなる入出力パッド１４が形成
されている。

【００１２】薄膜配線部９は、ポリイミドからなる三層
の樹脂絶縁層１０と、各樹脂絶縁層１０の両側に形成さ
れた銅からなる薄膜配線層１１とを備えている。薄膜配
線部９の上面に形成された薄膜配線層上には、ニッケル
／金メッキ等が施されたバンプ搭載部１２が設けられて
いる。セラミック基板８上面に形成された薄膜配線層１
１は、厚膜配線導体１３の上面と接続されている。ま
た、各薄膜配線層１１同士は、樹脂絶縁層１０に設けら
れたスルーホールを介して電気的に接続されている。

【００１３】図２に示す封止用金属層７は、セラミック
基板８上に順番に配置された、クロムからなる密着層１
５と、銅からなる下地金属層１６と、クロム−ニッケル
合金からなるバリア層１７と、リンを含むニッケルメッ
キ層１８と、金メッキ層１９とから構成されている。密
着層１５は、銅からなる下地金属層１６とセラミック基
板８との接合強度を高めるためのものである。ニッケル
メッキ層１８及び金メッキ層１９は、封止用金属層７と
はんだ層６（図１）との接続を強固にするために形成さ
れている。バリア層１７は、はんだ層６（図１）から錫
がニッケルメッキ層１８内に拡散してきた場合に下地金
属層１６に到達するのを防止するために形成されてい
る。

【００１４】次に、半導体素子収納用パッケージ１の製
造方法について説明する。セラミック基板８は、複数枚
のセラミックグリーンシートから形成される。セラミッ
クグリーンシートは、適当な打ち抜き加工が施された後
に、タングステン，モリブデン等の高融点金属粉末から
なる金属ペーストがスクリーン印刷法により塗布され
る。次に、複数枚のセラミックグリーンシートを積層し
てセラミックグリーンシート積層体を形成し、適当な温
度で焼成することにより、内部に厚膜配線導体１３を含
むセラミック基板８を形成する。

【００１５】次に、セラミック基板８の上面に蒸着，ス
パッタリング等により銅層を形成する。続いて、感光性
レジストの塗布，現像，エッチング処理等を施して、所
望のパターンの１層目薄膜配線導体１１を形成する。次
に、セラミック基板８上に感光性ポリイミドペーストを
スピンコート法で塗布し、ベーク，露光，現像及びベー
クからなる一連の処理を連続して施し、窒素雰囲気中で
約４００℃の炉内で焼成し、１層目の樹脂絶縁層１０を
形成する。次に、樹脂絶縁層１０に適当なスルーホール
を形成する。２層目及び３層目の樹脂絶縁層１０は、１
層目樹脂絶縁層と同様な方法で形成される。２〜４層目
の薄膜配線層１１も、１層目の薄膜配線層１１と同様な
方法で形成される。

【００１６】次に、封止用金属層７の形成について説明
する。はじめに、スパッタリングにより、クロムからな
る密着層と、銅からなる下地金属層と、クロム−ニッケ
ル合金からなるバリア層をセラミック基板８上に、順番
に成膜する。そして、感光性レジスト塗布，現像，エッ
チング処理を施して、所望のパターンを有する密着層１
５，下地金属層１６及びバリア層１７を形成する。

【００１７】続いて、電解メッキ法を用いて、レジスト
パターンが形成されていない部分に、リンを含むニッケ
ルメッキ層１８及び金メッキ層１９を形成する。このと
き同時に、ニッケルメッキ層及び金メッキ層がメタライ
ズ配線１３の入出力端子部１３ａに形成され、入出力パ
ッド１４が形成される。レジスト層が除去されると、図
２に示すような封止用金属層７が完成し、同時に多層回
路基板２が完成する。

【００１８】次に、はんだバンプ５が形成された半導体
素子４をバンプ搭載部上に搭載する。はんだバンプを溶
融させることにより、半導体素子４が多層回路基板２上
に固定される。続いて、ニッケルメッキ層を有する蓋体
３を封止用金属層７上にはんだを介して搭載する。この
状態で、リフロー炉を通過させてはんだを溶融させ、蓋
体３を多層回路基板２上に固定する。これにより、半導
体素子４は半導体素子収納用パッケージ１内に気密に封
止される。

【００１９】得られた製品を使用すると次のような作用
が生じる。半導体素子４が作動し続けると、そこで発生
する熱がはんだ層６を加熱する。すると、はんだ層６内
の錫が金メッキ層１９及びニッケルメッキ層１８内に拡
散しだす。しかし、拡散する錫は、バリア層１７に遮ら
れ、下地金属層１６には到達しにくい。これにより、ニ
ッケルメッキ層１８と下地金属層１６との間に化合物層
が形成されにくく、そのために封止用金属層７の気密性
及び接合強度は良好に維持される。

【００２０】なお、バリア層１７の厚みは、０．１〜
１．０μｍの範囲にあるのが、錫の拡散を防止する上で
好ましい。厚みが０．１μｍ未満になると、錫がニッケ
ルメッキ層１８と下地金属層１６との界面に錫が拡散す
る。厚みがさらに薄くなると、前記界面に化合物層が形
成されて界面に剥がれが生じてしまう。一方バリア層１
７の厚みが１．０μｍを越えると、内部応力が増大する
ことで密着強度が低下してしまう。

【００２１】なお、バリア層１７とニッケルメッキ層１
８との密着強度は、バリア層１７内のニッケルにより向
上している。次に、実験例を用いて説明する。前記実施
例で用いた多層回路基板において、バリア層の厚みを変
化させて、下地金属層とニッケルメッキ層との界面の剥
がれ、錫の界面への拡散及び密着強度の状態を調査し
た。ここでは、１７５℃，１０００時間で高温放置した
ものについて調べた。その結果を以下の表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】バリア層の厚みが０．１〜１．０μｍの範
囲では、界面の剥がれ、錫の界面への拡散は生じない
し、密着強度も十分であった。厚みが０．０５μｍにな
ると、錫の界面への拡散が見られた。厚み０．０３μｍ
では、界面では錫により化合物層が形成され、界面の剥
がれが見られた。一方、厚みが１．０μｍを越えると、
内部応力の増大により密着強度が著しく低下した。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【発明の効果】本発明に係る半導体素子収納用パッケー
ジでは、封止用金属層の下地金属とニッケルメッキ層と
の間に形成されたニッケル−クロム合金からなるバリア
層が錫の拡散をさえぎり、下地金属に到達するのを抑制
する。したがって、界面剥がれが生じにくく、封止用金
属層における気密性及び接合強度が維持される。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての半導体素子収納用パ
ッケージの部分縦断面図。

【図２】図１の拡大部分図。

【図３】従来例の図２に相当する図。

【符号の説明】

１ 半導体素子収納用パッケージ ２ 多層回路基板 ３ 蓋体 ４ 半導体素子 ６ はんだ層 ７ 封止用金属層 １６ 下地金属層 １７ バリア層 １８ ニッケルメッキ層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子を搭載する回路基板と、前記半
   導体素子を内部に気密封止するように前記回路基板には
   んだを介して接合される蓋体とを備えた半導体素子収納
   用パッケージにおいて、 前記回路基板は、銅からなる下地金属と、前記下地金属
   上に形成されたニッケル−クロム合金からなるバリア層
   と、前記バリア層上に形成されたニッケルメッキ層とを
   含む封止用金属層を、前記蓋体との接合面に有している
   ことを特徴とする、半導体素子収納用パッケージ。