JP3103208B2 - 半田プリフォーム基板 - Google Patents
半田プリフォーム基板Info
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- JP3103208B2 JP3103208B2 JP04201028A JP20102892A JP3103208B2 JP 3103208 B2 JP3103208 B2 JP 3103208B2 JP 04201028 A JP04201028 A JP 04201028A JP 20102892 A JP20102892 A JP 20102892A JP 3103208 B2 JP3103208 B2 JP 3103208B2
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- solder preform
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の実装用
基板として好適な半田プリフォーム基板に関する。
基板として好適な半田プリフォーム基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パワ―ＩＣ、高周波トランジスタ
等の半導体素子の発展に伴って、半導体素子からの放熱
量は増大する傾向にある。これによって、使用する実装
用基板には、熱伝導率が高く、放熱性に優れるという特
性が要求されている。
等の半導体素子の発展に伴って、半導体素子からの放熱
量は増大する傾向にある。これによって、使用する実装
用基板には、熱伝導率が高く、放熱性に優れるという特
性が要求されている。
【０００３】このような実装用基板に対する要求特性に
対して、 AlN焼結体からなるセラミックス基板が注目さ
れている。 AlN焼結体は、熱伝導率がAl2 O 3 焼結体の
約 5倍以上と高く、放熱性に優れ、加えてSiチップに近
似した低熱膨張率を有する等の優れた特性を有している
ためである。
対して、 AlN焼結体からなるセラミックス基板が注目さ
れている。 AlN焼結体は、熱伝導率がAl2 O 3 焼結体の
約 5倍以上と高く、放熱性に優れ、加えてSiチップに近
似した低熱膨張率を有する等の優れた特性を有している
ためである。
【０００４】上記した AlN製基板等のセラミックス基板
を半導体素子等の実装用基板として使用する際、半導体
素子をマウント固定する一つの手法として半田付けが知
られている。この場合、セラミックス基板の表面は、半
田に対して濡れ性を有することが必要である。そこで、
通常はセラミックス基板の表面に、MoやW 等の高融点金
属を主成分とし、これに TiN等を添加したメタライズ組
成物を用いてメタライズ層を形成し、このメタライズ層
上に半田濡れ性を有するNiメッキ層等を形成することが
行われている。
を半導体素子等の実装用基板として使用する際、半導体
素子をマウント固定する一つの手法として半田付けが知
られている。この場合、セラミックス基板の表面は、半
田に対して濡れ性を有することが必要である。そこで、
通常はセラミックス基板の表面に、MoやW 等の高融点金
属を主成分とし、これに TiN等を添加したメタライズ組
成物を用いてメタライズ層を形成し、このメタライズ層
上に半田濡れ性を有するNiメッキ層等を形成することが
行われている。
【０００５】また、最近では、半導体素子等の実装工程
のコストを低減させるために、予めNiメッキ層上に半田
プリフォーム層を形成しておくことが行われている。
のコストを低減させるために、予めNiメッキ層上に半田
プリフォーム層を形成しておくことが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような半田プリフォーム層は、Niメッキ層等とは異な
って、半導体素子等の実装工程に至るまで品質を維持す
ることが困難であり、工程間の移送途中や保管中に剥離
が生じたり、また接合強度の低下や半田プリフォーム層
自体の品質低下に起因して、実装不良が発生する等とい
った問題が生じている。
たような半田プリフォーム層は、Niメッキ層等とは異な
って、半導体素子等の実装工程に至るまで品質を維持す
ることが困難であり、工程間の移送途中や保管中に剥離
が生じたり、また接合強度の低下や半田プリフォーム層
自体の品質低下に起因して、実装不良が発生する等とい
った問題が生じている。
【０００７】一方、従来の半田組成物では、半田プリフ
ォーム層の形成にあたって、Moや W等を主成分とするメ
タライズ層上にNi等のメッキ層を形成しなければなら
ず、メッキ工程やその後工程（焼成等）を必要としてい
ることから、製造工程が繁雑になると共に、製造コスト
が高いという難点を有していた。
ォーム層の形成にあたって、Moや W等を主成分とするメ
タライズ層上にNi等のメッキ層を形成しなければなら
ず、メッキ工程やその後工程（焼成等）を必要としてい
ることから、製造工程が繁雑になると共に、製造コスト
が高いという難点を有していた。
【０００８】このようなことから、セラミックス基板
（メタライズ基板）上に、Niメッキ層等を介することな
く、接合強度に優れかつ品質を安定して維持することが
できる半田のプリフォーム技術の確立が強く求められて
いた。
（メタライズ基板）上に、Niメッキ層等を介することな
く、接合強度に優れかつ品質を安定して維持することが
できる半田のプリフォーム技術の確立が強く求められて
いた。
【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、セラミックス基板を用いて電子部品
実装用基板等を作製する際に、メタライズ後のメッキ工
程を省略することができ、かつ高接合強度および高品質
の半田プリフォーム層が再現性よく得られる、安価で信
頼性の高い半田プリフォーム基板を提供することを目的
としている。
になされたもので、セラミックス基板を用いて電子部品
実装用基板等を作製する際に、メタライズ後のメッキ工
程を省略することができ、かつ高接合強度および高品質
の半田プリフォーム層が再現性よく得られる、安価で信
頼性の高い半田プリフォーム基板を提供することを目的
としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の半田プリフォー
ム基板は、セラミックス基板と、このセラミックス基板
の表面または内部に形成され、ＷおよびＭｏから選ばれ
る少なくとも１種から主としてなるメタライズ層と、こ
のメタライズ層上に設けられる半田プリフォーム層とを
有し、前記メタライズ層および半田プリフォーム層がＺ
ｎ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆから選ばれる少なくとも１種
を含有することを特徴としている。
ム基板は、セラミックス基板と、このセラミックス基板
の表面または内部に形成され、ＷおよびＭｏから選ばれ
る少なくとも１種から主としてなるメタライズ層と、こ
のメタライズ層上に設けられる半田プリフォーム層とを
有し、前記メタライズ層および半田プリフォーム層がＺ
ｎ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆから選ばれる少なくとも１種
を含有することを特徴としている。
【００１１】本発明に用いるセラミックス基板として
は、Al2 O 3 焼結体のような酸化物系セラミックス焼結
体から、 AlN焼結体、 SiC焼結体等の非酸化物系セラミ
ックス焼結体まで、各種のセラミックス基板の使用が可
能である。また、このセラミックス基板上に形成するメ
タライズ層としては、使用するセラミックス基板に応じ
て、MoやW 等の高融点金属に、例えばMnやTiN 等を添加
した、各種公知のメタライズ組成物を使用したものを用
いることができる。
は、Al2 O 3 焼結体のような酸化物系セラミックス焼結
体から、 AlN焼結体、 SiC焼結体等の非酸化物系セラミ
ックス焼結体まで、各種のセラミックス基板の使用が可
能である。また、このセラミックス基板上に形成するメ
タライズ層としては、使用するセラミックス基板に応じ
て、MoやW 等の高融点金属に、例えばMnやTiN 等を添加
した、各種公知のメタライズ組成物を使用したものを用
いることができる。
【００１２】そして、本発明における半田プリフォーム
層は、Pb系半田、Sn系半田、 Pb-Sn系半田、In系半田、
Al系半田等の通常の半田成分に、上記したメタライズ層
中の結晶質相や非晶質相と反応する成分を添加した半田
組成物により形成されたものである。ここで、上記メタ
ライズ層との反応成分としては、ZnやTi、Zr、Hfのよう
な4A族活性金属が例示される。例えば、Znは酸素を介し
てメタライズ層中のガラス相と容易にかつ強固に接合す
るため、半田プリフォーム層のメタライズ層に対する接
合強度を大幅に向上させる。また、Ti等の活性金属は、
メタライズ層中の成分例えば窒素と反応し、半田プリフ
ォーム層とメタライズ層との間に反応層を形成すること
によって、半田プリフォーム層のメタライズ層に対する
接合強度を大幅に向上させる。
層は、Pb系半田、Sn系半田、 Pb-Sn系半田、In系半田、
Al系半田等の通常の半田成分に、上記したメタライズ層
中の結晶質相や非晶質相と反応する成分を添加した半田
組成物により形成されたものである。ここで、上記メタ
ライズ層との反応成分としては、ZnやTi、Zr、Hfのよう
な4A族活性金属が例示される。例えば、Znは酸素を介し
てメタライズ層中のガラス相と容易にかつ強固に接合す
るため、半田プリフォーム層のメタライズ層に対する接
合強度を大幅に向上させる。また、Ti等の活性金属は、
メタライズ層中の成分例えば窒素と反応し、半田プリフ
ォーム層とメタライズ層との間に反応層を形成すること
によって、半田プリフォーム層のメタライズ層に対する
接合強度を大幅に向上させる。
【００１３】本発明の半田プリフォーム基板は、例えば
以下のようにして製造される。まず、未焼成または焼成
後のセラミックス基板上に、メタライズペーストを塗布
し、単層またはそれらを積層して複数層としたものを、
使用したメタライズ組成物に応じた温度で熱処理し、メ
タライズ層を形成する。このメタライズ層の形成は、セ
ラミックス基板の焼成と同時に行うこともできる。
以下のようにして製造される。まず、未焼成または焼成
後のセラミックス基板上に、メタライズペーストを塗布
し、単層またはそれらを積層して複数層としたものを、
使用したメタライズ組成物に応じた温度で熱処理し、メ
タライズ層を形成する。このメタライズ層の形成は、セ
ラミックス基板の焼成と同時に行うこともできる。
【００１４】次に、上記によって形成したメタライズ層
上に半田プリフォーム層を形成する。この際、メタライ
ズ層との反応成分は、半田組成物中に添加しておいても
よいし、またメタライズ層上に粉末や箔として配置した
り、蒸着法やスパッタ法等の薄膜形成法により膜形成し
ておく等の手法を用いることも可能である。そして、メ
タライズ層との反応成分を半田組成物中に含む場合に
は、通常の手法（加熱溶融→冷却）により半田プリフォ
ーム層を形成する。また、反応成分をメタライズ層上に
配置した場合には、半田プリフォーム層を形成するため
の加熱溶融時に、反応成分を半田プリフォーム層中に溶
け込ませると共に、メタライズ層と反応させる。以上の
半田プリフォーム工程によって、メタライズ層に対して
強固に接合した半田プリフォーム層が得られる。
上に半田プリフォーム層を形成する。この際、メタライ
ズ層との反応成分は、半田組成物中に添加しておいても
よいし、またメタライズ層上に粉末や箔として配置した
り、蒸着法やスパッタ法等の薄膜形成法により膜形成し
ておく等の手法を用いることも可能である。そして、メ
タライズ層との反応成分を半田組成物中に含む場合に
は、通常の手法（加熱溶融→冷却）により半田プリフォ
ーム層を形成する。また、反応成分をメタライズ層上に
配置した場合には、半田プリフォーム層を形成するため
の加熱溶融時に、反応成分を半田プリフォーム層中に溶
け込ませると共に、メタライズ層と反応させる。以上の
半田プリフォーム工程によって、メタライズ層に対して
強固に接合した半田プリフォーム層が得られる。
【００１５】
【作用】本発明の半田プリフォーム基板においては、メ
タライズ層との反応物質を含む半田組成物を用いて半田
プリフォーム層を形成している。このため、メタライズ
層上にNiメッキ層等を形成することなく、メタライズ層
上に直接、接合強度に優れた半田プリフォーム層を形成
することができる。よって、メッキに要する工程（熱処
理等のメッキ後工程を含む）を省いた上で、高接合強度
および高品質の半田プリフォーム層を有する半田プリフ
ォーム基板が得られる。
タライズ層との反応物質を含む半田組成物を用いて半田
プリフォーム層を形成している。このため、メタライズ
層上にNiメッキ層等を形成することなく、メタライズ層
上に直接、接合強度に優れた半田プリフォーム層を形成
することができる。よって、メッキに要する工程（熱処
理等のメッキ後工程を含む）を省いた上で、高接合強度
および高品質の半田プリフォーム層を有する半田プリフ
ォーム基板が得られる。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【００１７】実施例１ まず、 AlNを主成分（97重量％、他に焼結助剤として Y
2 O 3 を 3重量％含む）とするセラミックス基板の表面
に、 W粉末と TiN粉末との混合粉末に有機系バインダを
加えてペ―スト化したものを印刷技法を用いて塗布し、
窒素雰囲気中において1700℃で焼成してメタライズ層を
形成した。
2 O 3 を 3重量％含む）とするセラミックス基板の表面
に、 W粉末と TiN粉末との混合粉末に有機系バインダを
加えてペ―スト化したものを印刷技法を用いて塗布し、
窒素雰囲気中において1700℃で焼成してメタライズ層を
形成した。
【００１８】次に、上記メタライズ層上に半田プリフォ
ーム層を以下に示す手順にしたがって形成した。まず、
Pb-Sn半田にZnを添加して合金化したものを用意した。
次いで、このZnを含む半田合金箔を上記メタライズ層上
に配置した後、非酸化性雰囲気中で加熱して半田合金箔
を溶融させ、その後冷却して半田プリフォーム層を形成
した。
ーム層を以下に示す手順にしたがって形成した。まず、
Pb-Sn半田にZnを添加して合金化したものを用意した。
次いで、このZnを含む半田合金箔を上記メタライズ層上
に配置した後、非酸化性雰囲気中で加熱して半田合金箔
を溶融させ、その後冷却して半田プリフォーム層を形成
した。
【００１９】このようにして得た半田プリフォーム基板
における半田プリフォーム層の接合強度（ピール強度）
を測定したところ、5kg/mmと良好な値を示した。また、
同様な条件下で作製した半田プリフォーム基板に、パワ
ー半導体チップを実装したところ、良好な実装結果が得
られた。
における半田プリフォーム層の接合強度（ピール強度）
を測定したところ、5kg/mmと良好な値を示した。また、
同様な条件下で作製した半田プリフォーム基板に、パワ
ー半導体チップを実装したところ、良好な実装結果が得
られた。
【００２０】なお、上記実施例１で用いた半田組成物に
よれば、メタライズ層を形成せずに、単に酸化処理を施
して酸化アルミニウム層を形成した窒化アルミニウム基
板に対しても、直接半田プリフォーム層を形成すること
が可能であった。ただし、ピール強度は2kg/mmであっ
た。
よれば、メタライズ層を形成せずに、単に酸化処理を施
して酸化アルミニウム層を形成した窒化アルミニウム基
板に対しても、直接半田プリフォーム層を形成すること
が可能であった。ただし、ピール強度は2kg/mmであっ
た。
【００２１】実施例２ 実施例１と同様にして、メタライズ層を形成したセラミ
ックス基板を用い、そのメタライズ層上に半田プリフォ
ーム層を以下に示す手順にしたがって形成した。まず、
半田組成物として Pb-Sn半田を用意した。次いで、上記
メタライズ層上にTi箔を介して Pb-Sn半田を配置した
後、非酸化性雰囲気中で加熱し、 Pb-Sn半田を溶融させ
る共にTiを半田中に溶け込ませ、その後冷却して半田プ
リフォーム層を形成した。半田プリフォーム層とメタラ
イズ層との間には、介在させたTiとメタライズ層中の窒
素との反応による TiNが形成されていた。
ックス基板を用い、そのメタライズ層上に半田プリフォ
ーム層を以下に示す手順にしたがって形成した。まず、
半田組成物として Pb-Sn半田を用意した。次いで、上記
メタライズ層上にTi箔を介して Pb-Sn半田を配置した
後、非酸化性雰囲気中で加熱し、 Pb-Sn半田を溶融させ
る共にTiを半田中に溶け込ませ、その後冷却して半田プ
リフォーム層を形成した。半田プリフォーム層とメタラ
イズ層との間には、介在させたTiとメタライズ層中の窒
素との反応による TiNが形成されていた。
【００２２】このようにして得た半田プリフォーム基板
における半田プリフォーム層の接合強度（ピール強度）
を測定したところ、6kg/mmと良好な値を示した。また、
同様な条件下で作製した半田プリフォーム基板に、パワ
ー半導体チップを実装したところ、良好な実装結果が得
られた。
における半田プリフォーム層の接合強度（ピール強度）
を測定したところ、6kg/mmと良好な値を示した。また、
同様な条件下で作製した半田プリフォーム基板に、パワ
ー半導体チップを実装したところ、良好な実装結果が得
られた。
【００２３】なお、上記実施例２で用いた半田組成物
（Tiを含む）によれば、メタライズ層を形成せずに、直
接窒化アルミニウム基板上に半田プリフォーム層を形成
することが可能であった。ただし、長時間の反応を要し
た。
（Tiを含む）によれば、メタライズ層を形成せずに、直
接窒化アルミニウム基板上に半田プリフォーム層を形成
することが可能であった。ただし、長時間の反応を要し
た。
【００２４】比較例１ 上記実施例１におけるZnを含む半田組成物を Pb-Sn半田
に変更し、実施例１と同様に半田プリフォーム層を形成
しようとしたところ、半田の濡れが悪く、半田プリフォ
ーム層を正規の形で形成することはできなかった。
に変更し、実施例１と同様に半田プリフォーム層を形成
しようとしたところ、半田の濡れが悪く、半田プリフォ
ーム層を正規の形で形成することはできなかった。
【００２５】比較例２ 上記実施例１におけるZnを含む半田組成物を Pb-Sn半田
に変更すると共に、メタライズ層上にNiメッキ層（含む
熱処理）を形成する以外は、実施例１と同様にして半田
プリフォーム基板を作製した。このようにして得た半田
プリフォーム基板における半田プリフォーム層の接合強
度を測定したところ、低い値しか示さなかった。
に変更すると共に、メタライズ層上にNiメッキ層（含む
熱処理）を形成する以外は、実施例１と同様にして半田
プリフォーム基板を作製した。このようにして得た半田
プリフォーム基板における半田プリフォーム層の接合強
度を測定したところ、低い値しか示さなかった。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半田プリ
フォーム基板によれば、メタライズ層と半田プリフォー
ム層との実用上十分な接合強度を再現性よく得ることが
できる。また、メタライズ層上にNiメッキ等を施すこと
なく、接合強度に優れた半田プリフォーム層を形成する
ことができる。よって、各種部品の実装を安定して行う
ことが可能な、信頼性の高い半田プリフォーム基板を安
価に提供することが可能となる。
フォーム基板によれば、メタライズ層と半田プリフォー
ム層との実用上十分な接合強度を再現性よく得ることが
できる。また、メタライズ層上にNiメッキ等を施すこと
なく、接合強度に優れた半田プリフォーム層を形成する
ことができる。よって、各種部品の実装を安定して行う
ことが可能な、信頼性の高い半田プリフォーム基板を安
価に提供することが可能となる。
【００２７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−255230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−123594（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/14 H01L 21/52 H01L 23/12
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミックス基板と、このセラミックス
基板の表面または内部に形成され、ＷおよびＭｏから選
ばれる少なくとも１種から主としてなるメタライズ層
と、このメタライズ層上に設けられる半田プリフォーム
層とを有し、前記メタライズ層および半田プリフォーム
層がＺｎ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆから選ばれる少なくと
も１種を含有することを特徴とする半田プリフォーム基
板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04201028A JP3103208B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 半田プリフォーム基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04201028A JP3103208B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 半田プリフォーム基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653353A JPH0653353A (ja) | 1994-02-25 |
| JP3103208B2 true JP3103208B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=16434254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04201028A Expired - Fee Related JP3103208B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 半田プリフォーム基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3103208B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1818881A1 (en) | 2006-01-24 | 2007-08-15 | Rhea Vendors S.p.A. | Cup conveyor and holder device for beverage dispensing machines |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6095400A (en) * | 1997-12-04 | 2000-08-01 | Ford Global Technologies, Inc. | Reinforced solder preform |
-
1992
- 1992-07-28 JP JP04201028A patent/JP3103208B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1818881A1 (en) | 2006-01-24 | 2007-08-15 | Rhea Vendors S.p.A. | Cup conveyor and holder device for beverage dispensing machines |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0653353A (ja) | 1994-02-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000808 |
|
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