JP2968969B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、絶縁基板上の導体膜と、接合用部材とがろ
う付けによって接合される配線基板に関する。

［従来の技術］ 配線基板の導体膜には、一般に抵抗値、コスト等の面
から、主として銅を用いている。

一方、配線基板の導体膜には、搭載される電気部品と
の接続を行うピンやリード、あるいは封止用キャップを
装着するためのリング等の接合用部材が、ろう付けによ
って接合される。

そして、このろう付けのろう材には、一般に、銀と銅
との共晶合金である銀ろうが用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、銀ろうを用いて導体膜の表面に接合用部材
を接合する際、ろう付け温度が上昇すると、導体膜の銅
の拡散作用が高くなる。このため、導体膜の銅が銀ろう
中に拡散し、銀ろうの融点が高くなり、ろう材が固まっ
てしまう。つまり、ろう付け温度が上昇すると、銀ろう
が導体膜の表面で流れにくくなる。すると、導体膜と接
合用部材との接合面積が小さくなり、接合強度が低下す
る。

このため、従来では、ろう付け温度の範囲が非常に狭
く（最適温度から±10℃）、ろう付け温度の管理が、非
常に困難であった。

本発明の目的は、ろう付け温度の管理が容易な配線基
板の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の配線基板は、
次の技術的手段を採用する。

配線基板は、絶縁基板と、この絶縁基板の表面に形成
され、少なくとも表面が銅の導体膜と、この導体膜の表
面に、銅を含有するろう材によって接合されるピン、リ
ード、リング等の接合用部材とを備える。

そして、前記導体膜は、少なくとも前記接合用部材の
接合される表面に、ニッケルの含有率が50重量％以上の
ニッケル層を備え、かつニッケル層の厚みは0.2〜0.7μ
ｍの間に形成する。

［作用］ ニッケルは、銅の拡散を抑える働きがある。また、ニ
ッケルは、銅を含有するろう材に対して、濡れ性に優れ
る。

このため、上記のように構成された配線基板は、接合
用部材を導体膜に、銅を含有したろう材で接合する際、
従来、銅の拡散によりろうの流れが悪くなった温度に達
しても、溶けたろう材は、ニッケル層の表面を固まるこ
となく流れる。

つまり、従来であれば銅の拡散によってろう材が固ま
る温度であっても、ろう材はニッケル層の表面を流れ、
良好なろう付けが行われる。

また、ニッケル層の厚みを、0.2〜0.7μｍの間に形成
することにより、導体膜の銅の拡散がろう材に影響する
のを防ぎ、かつろう材表面の平滑性を保つ。

［発明の効果］ 本発明は、以上の作用で説明したように、従来であれ
ば銅の拡散によってろう材が固まる温度であっても、ろ
う材はニッケル層の表面を流れ、良好なろう付けが行わ
れるため、従来に比較して、ろう付け温度の範囲が広が
る。つまり、ろう付け温度の管理が容易となる。

また、ろう付け温度の範囲が広がったことにより、ろ
う付け不良の発生確率が抑えられる。この結果、ろう付
けによる接合面積が大きく、接合強度の高い配線基板
を、安定して提供することができる。

さらに、請求項２のTi層は、上記請求項１の効果の他
に、絶縁基板との密着性を向上させることができ、ま
た、ニッケル層はTiの拡散を防止する効果を有する。

［実施例］ 次に、本発明の配線基板を、図に示す一実施例に基づ
き説明する。

（第１実施例の構成） 第１図は配線基板の要部断面図を示す。

配線基板１は、絶縁基板２と、絶縁基板２の表面に形
成された導体膜３と、この導体膜３の表面に、銀ろう
（ろう材）４によって接合されたピン（接合用部材）５
とを備える。

○絶縁基板２は、ろう付け温度に耐えられる絶縁材料
で、例えばアルミナセラミックス、ガラスセラミック
ス、窒化アルミニウム等によりなる。

○導体膜３は、抵抗値の小さな導電層６と、この導電層
６を絶縁基板２の表面に密着するための下地膜７とから
なる。そして導電層６の表面のピン５が接合される表面
に、ニッケル層８を備える。

下地膜７は、ろう付け温度に耐えられる下地で、Ti、
Mo、Cuの順で絶縁基板２の表面に形成されてなる。この
Ti、Mo、Cuの３層よりなる下地膜７は、スパッタリング
や、蒸着など周知の薄膜形成技術により、絶縁基板２の
表面に形成されている。なお、Tiは約0.2〜0.3μｍ、Mo
は約0.3μｍ、Cuは約0.5μｍの厚さに形成されている。
また、Tiは絶縁基板２との接着性を向上させるもので、
MoはTiの拡散防止のバリヤで、Cuは導電層６との接着性
を向上させるものである。

なお、下地膜７を、薄膜形成技術によって形成した例
を示したが、Mo、Ｗなどを用いた厚膜形成技術によって
形成しても良い。

導電層６は、導電性に優れ、コスト的に安価な銅で、
下地膜７の表面に、電気メッキ法によって、約２〜20μ
ｍの厚さに形成されている。

ニッケル層８は、上述のように、接合用部材であるピ
ン５が接合される導電層６の表面に形成されている。こ
のニッケル層８の製造過程の一例を、簡単に説明する。

まず、導電層６の表面に、マスキングレジストを、ス
クリーン印刷技術を用いてろう付けがなされる部分を除
いて、選択的に塗布する。次に、マスキングレジストの
塗られていない部分に、ニッケル層８を電気メッキ法に
よって形成する。この時、ニッケル層８の厚さは、0.2
〜0.7μｍの範囲に管理する（好適には0.5μｍ）。最後
にマスキングレジストを除去する。この技術によって、
ピン５がろう付けられる部分に、ニッケル層８を選択的
に形成することができる。

なお、ニッケル層８の成分は、ニッケルが主体の合
金、または純ニッケルで、少なくともニッケルの含有率
が、50重量％以上のものをさす。

○ピン５は、他の電気部品等と接続される電気的な接続
手段で、銀ろう４を用いて、ニッケル層８にろう付け接
合される。なお、銀ろう４の成分は、銀が72重量％、銅
が28重量％の周知の共晶ろう付けである。

○次に、ろう付け時について説明する。

銀ろう４のろう付け温度は、約800℃以上である。そ
して、従来、導電層６の表面に直接ピン５を接合したも
のは、導電層６の銅の拡散、および下地膜７のTiの拡散
によって銀ろう４の流れが悪くなるため、温度スケジュ
ールにもよるが、上限が約820℃であった。つまり、従
来では、ろう付け温度を800〜820℃の狭い範囲に管理す
る必要があった。

しかるに、導電層６の表面にニッケル層８を形成する
ことにより、ろう付け温度を従来の温度より上げても、
導電層６の銅の拡散、および下地膜７のTiの拡散が、ニ
ッケル層８によって、銀ろう４に達するのが防がれる。
このため、銀ろう４の硬化は発生せず、溶けた銀ろう４
は、ニッケル層８の表面を固まることなく流れる。つま
り、従来であれば導電層６の銅や下地膜７のTiの拡散に
よって銀ろう４が固まる温度であっても、導電層６の銅
および下地膜７のTiの拡散はニッケル層８によって銀ろ
う４に触れるのが防がれるため、銀ろう４はニッケル層
８の表面を流れ、良好なろう付けが行われる。

そして、ニッケル層８上の流れ、導電層６の表面に至
った銀ろう４は、導電層６の銅の拡散によって硬化し、
流れが止まる。つまり、ろう流れを防止するダム（下述
する、高融点ガラスをパターン状に焼き付ける技術）を
形成することなく、銀ろう４が不要な箇所へ流れるのを
防ぐことができる。この結果、ろう流れ防止用ダムを形
成することが必要でなくなる。

なお、ろう付け温度を約900℃より上昇させると、導
電層６の銅の拡散、および下地膜７のTiの拡散が盛んに
なり、ニッケル層８によるバリヤ効果が薄れ、銀ろう４
の流れが悪くなる。

（実施例の効果） 本実施例では、ろう付けの温度の管理幅を、従来に比
較して、約倍に広げることができる。つまり、本実施例
により、ろう付けの温度管理が、従来に比較して容易と
なる。

また、ろう付け温度の範囲が広がったことにより、ろ
う付け不良の発生確率が抑えられる。この結果、外観が
良く、ろう付けによる接合面積が大きく、接合強度の高
い配線基板１を、安定して提供することができる。

さらに、従来では、ピン５が接合されるまでの間に、
表面の銅が酸化し、導電層６の表面に酸化膜が形成され
る問題点を備えていた。しかるに、本実施例では、ピン
５の接合される導電層６の表面に、ニッケル層８が形成
されるため、ピン５の接合される導電層６の表面に酸化
膜が形成されるを防ぐことができる。

なお、ニッケル層８の厚みは、次に述べる理由から、
0.2〜0.7μｍの範囲内とした。ニッケル層８の厚みが0.
2μｍより薄く設けると、銅の拡散を抑制する効果が十
分に得られず、銀ろう（ろう材）４の流れが悪くなる。
また、ニッケル層の厚みが0.7μｍより厚く設けると、
ニッケル層の金属の粒界の隙間などに局部的に銅の拡散
が集中し、その結果、銀ろう４の流れが不均一となり、
銀ろう４の表面の平滑性が悪くなる。

（第２実施例） 第２図に第２実施例を示す。

上記第１実施例では、ピン５の接合される導体膜３の
表面に、選択的にニッケル層８を形成した例を示した
が、本実施例では、導体膜３の全面にニッケル層８を形
成したものである。

本実施例では、導体膜３の全面に、ニッケル層８を電
解メッキ法によって厚さ0.2〜0.7μｍの範囲内に形成す
る。

その後、ピン５など接合用部材がろう付けされる部分
を除いて、高融点ガラスをスクリーン印刷し、焼き付け
る。これによって、銀ろう４の流れが、不要な箇所へ流
れるのを防ぐろう流れ防止用ダム９が、ピン５などの接
合用部材がろう付けされる部分の周囲に形成される。

本実施例によって、ニッケル層８を導体膜３の表面に
選択的に形成する技術が不要となる利点を備える。

（第３実施例） 第３図に第３実施例を示す。

本実施例は、封止キャップ10の周囲の台座となるリン
グ（接合用部材）11を、導体膜３の表面に、銀ろう４に
よって接合したものである。

リング11は、集積回路（図示しない）の周囲に接合さ
れる。そして、リング11の接合される部分の導体膜３に
は、上記第１実施例、または第２実施例に示す技術によ
って、ニッケル層８が形成されている。

このため、リング11のろう付け時も、上記第１実施例
および第２実施例と同様の効果を得ることができる、 （変形例） 本発明は、集積回路用パッケージへの適用はもちろ
ん、一般に用いられる電気基板へ適用しても良い。

また、ろう材に銀ろうを用いた例を示したが、銅を含
むろう材であれば、たどえば銅ろうなど、他のろう材を
用いても良い。

上記実施例では、接合用部材の一例として、ピン５と
リング１とを示したが、リードなど他の接合用部材と導
体膜との接合に、本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例を示す配線基板の要部断面図、第２
図は第２実施例を示す配線基板の要部断面図、第３図は
第３実施例を示す配線基板の要部断面図である。 図中 １……配線基板、２……絶縁基板、３……導体
膜、４……銀ろう（ろう材）、５……ピン（接合用部
材）、８……ニッケル層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/48 - 23/50 H01R 4/02 H01R 9/09 H01R 43/02 H05K 3/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板と、 この絶縁基板の表面に形成され、少なくとも表面が銅の
   導体膜と、 この導体膜に、銅を含有するろう材によって接合される
   ピン、リード、リング等の接合用部材とを備える配線基
   板において、 前記導体膜は、少なくとも前記接合用部材の接合される
   表面に、ニッケルの含有率が50重量％以上のニッケル層
   を備え、かつ前記ニッケル層の厚みは、0.2〜0.7μｍで
   あることを特徴とする配線基板。
2. 【請求項２】前記導体膜は、前記絶縁基板の表面に形成
   されたTi層を含むことを特徴とする請求項１に記載の配
   線基板。