JP3311952B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子を収容す
る半導体素子収納用パッケージに使用される配線基板に
関し、より詳細には高周波用半導体素子を収容するのに
好適な半導体素子収納用パッケージに使用される配線基
板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、配線基板、例えば半導体素子を収
容するための半導体素子収納用パッケージに使用される
配線基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体から成
り、上面に半導体素子を収容するための凹部が形成され
た絶縁基体と、凹部周辺から絶縁基体の下面に導出する
タングステンやモリブデン・マンガン等の高融点金属粉
末から成るメタライズ配線層とから構成されており、絶
縁基体の凹部底面に半導体素子をガラスや樹脂・ロウ材
等の接着剤を介して接着固定するとともに半導体素子の
各電極をメタライズ配線層にボンディングワイヤを介し
て電気的に接続し、しかる後、絶縁基体上面に金属から
成る蓋体を接合し、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部
に半導体素子を気密に封止することによって製品として
の半導体装置となり、この半導体装置は前記メタライズ
配線層で絶縁基体下面に導出した部位を外部電気回路基
板の配線導体に半田等を介して接続することにより内部
に収容する半導体素子が外部電気回路に接続されること
となる。

【０００３】かかる従来の配線基板は、タングステン等
の高融点金属粉末から成るメタライズ配線層が酸化腐蝕
することを防止するとともにメタライズ配線層とボンデ
ィングワイヤとの接続及びメタライズ配線層と外部電気
回路基板の配線導体との接続を良好とするために、メタ
ライズ配線層の露出表面に耐食性に優れ且つボンディン
グワイヤや半田との接合性に優れる金めっき層が鍍着さ
れている。

【０００４】しかし、タングステン等の高融点金属粉末
から成るメタライズ配線層と金めっき層とは直接には強
固に密着しにくく、メタライズ配線層に金めっき層を直
接鍍着させると金めっき層にわずかな外力が印加された
だけで金めっき層がメタライズ配線層から容易に剥離し
てしまい、メタライズ配線層の酸化腐食を有効に防止で
きなくなってしまうとともにメタライズ配線層とボンデ
ィングワイヤ並びにメタライズ配線層と外部電気回路基
板の配線導体とを強固に接続することができなくなって
しまう。

【０００５】そこで、従来はメタライズ配線層を構成す
るタングステン等の高融点金属粉末と金めっき層の両方
に強固に密着するニッケルから成る下地めっき層をメタ
ライズ配線層表面に鍍着させ、このニッケルから成る下
地めっき層上に金めっき層を鍍着させていた。このよう
にタングステン等の高融点金属粉末から成るメタライズ
配線層の表面にニッケルから成る下地金属めっき層を鍍
着させるとともにこのニッケルから成る下地金属めっき
層の上に金めっき層を鍍着させると、ニッケルから成る
下地めっき層がメタライズ配線層と金めっき層の両方に
強固に密着することから金めっき層に外力が印加されて
も金めっき層がメタライズ配線層から剥がれることはな
く、メタライズ配線層の酸化腐食を極めて良好に防止す
ることができるとともにメタライズ配線層とボンディン
グワイヤ並びにメタライズ配線層と外部電気回路基板の
配線導体を強固に接続することが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の配線基板によれば、メタライズ配線層に鍍着された
ニッケルから成る下地めっき層が磁性を有していること
から、このニッケルから成る下地めっき層が鍍着された
メタライズ配線層のインダクタンスが大きなものとなる
ため、高周波半導体素子等の高速作動する半導体素子を
搭載してメタライズ配線層を介して高速の信号すなわち
高周波信号を出し入れすると、メタライズ配線層の大き
なインダクタンスに起因して信号の波形が乱れてしま
い、その結果、搭載する半導体素子を正常に作動させる
ことが不可能となってしまうという欠点を有していた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、半
導体素子を搭載する絶縁基体に半導体素子を外部電気回
路に接続するための高融点金属メタライズ配線層を被着
形成して成るとともに該高融点金属メタライズ配線層表
面に下地金属めっき層を介して金めっき層が鍍着されて
成る配線基板であって、前記下地金属めっき層が、それ
ぞれ加熱処理された二層の銅めっき層が積層されて成る
ことを特徴とするものである。

【０００８】本発明の配線基板によれば、高融点金属メ
タライズ配線層表面に鍍着された銅から成る下地金属め
っき層が高融点金属メタライズ配線層と金めっき層との
両方に強固に密着することから、金めっき層が銅から成
る下地金属めっき層を介してメタライズ配線層に強固に
密着し、そのため金めっき層がメタライズ配線層から剥
がれることはない。また、銅から成る下地金属めっき層
は銅が非磁性体であることからこれが鍍着されたメタラ
イズ配線層のインダクタンスが大きなものとなることは
なく、従ってメタライズ配線層によって高速の信号を正
確に伝搬させることができる。

【０００９】さらに、本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、銅から成る下地金属めっき層がそれぞれ
加熱処理された二層の銅めっき層が積層されて成ること
から、一層目の銅めっき層が加熱処理によって緻密化す
るとともに高融点金属メタライズ配線層表面にトラップ
されていた水分等がこの一層目の銅めっき層の結晶欠陥
を介して外部に除去されることにより銅から成る下地金
属めっき層と高融点金属メタライズ配線層との密着が極
めて強固なものとなる。また、二層目の銅めっき層が加
熱処理によって一層目の銅めっき層の結晶欠陥を埋める
とともにこの二層目の銅めっき層の結晶が緻密化するこ
とにより、銅から成る下地金属めっき層の表面に金めっ
き層を強固に密着させることができるとともに、銅から
成る下地金属めっき層に含有される銅が金めっき層に拡
散することを有効に防止することができるため金めっき
層が酸化腐食したりワイヤボンディング性が低下したり
することがない。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
細に説明する。

【００１１】図１は本発明の配線基板を半導体素子を収
容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の実
施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２
は高融点金属メタライズ配線層である。この絶縁基体１
と高融点金属メタライズ配線層２とで半導体素子３を搭
載する配線基板４が構成される。

【００１２】絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質
焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体
・炭化珪素質焼結体・ガラスセラミック焼結体等の電気
絶縁材料から成り、その上面に半導体素子３を搭載収容
するための凹部１ａを有し、凹部１ａ底面には半導体素
子３がガラスや樹脂・ロウ材等の接着剤を介して接着固
定される。

【００１３】絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質
焼結体から成る場合、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸
化カルシウム・酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な
有機バインダ・溶剤を添加混合して泥漿状となすととも
にこれを従来周知のドクターブレード法等を採用してシ
ート状となすことによって複数枚のセラミックグリーン
シートを得、しかる後、所定のセラミックグリーンシー
トの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともにこれらを
積層し、高温（約1600℃）で焼成することによって製作
される。

【００１４】また絶縁基体１は、凹部１ａ周辺から下面
にかけて複数個の高融点金属メタライズ配線層２が被着
形成されており、これらメタライズ配線層２の凹部１ａ
周辺部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイ
ヤ５を介して電気的に接続され、また絶縁基体１下面に
導出された部位は外部電気回路基板の配線導体に半田等
を介して電気的に接続される。

【００１５】高融点金属メタライズ配線層２は、タング
ステンやモリブデン・マンガン等の高融点金属粉末から
成り、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機バ
インダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基
体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知の
スクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布してお
くことによって、絶縁基体１の凹部１ａ周辺から下面に
かけて被着される。

【００１６】また高融点金属メタライズ配線層２の表面
には、配線基板４の要部拡大断面図である図２に示すよ
うに、それぞれ加熱処理された二層の銅めっき層が積層
されて成る下地金属めっき層６及び金めっき層７が順次
鍍着されている。

【００１７】この下地金属めっき層６は、この層６がタ
ングステン等の高融点金属から成るメタライズ配線層２
と金めっき層７との両方に極めて強固に密着することか
ら、金めっき層７をこの下地金属めっき層６を介して高
融点金属メタライズ配線層２に極めて強固に鍍着させる
ことができる。

【００１８】更に下地金属めっき層６は、銅が非磁性体
であることから磁性に起因してメタライズ配線層のイン
ダクタンスを大きなものとすることはなく、従ってこの
下地金属めっき層６が鍍着された高融点金属メタライズ
配線層２により高速の信号を伝搬させることができる。

【００１９】本発明の配線基板においてはこの下地金属
めっき層６がそれぞれ加熱処理された二層の銅めっき層
６ａ及び６ｂが積層されて成ることが特徴であり、これ
ら二層のうち高融点金属メタライズ配線層２の表面に被
着される一層目の銅めっき層６ａは、銅から成る下地金
属めっき層６と高融点金属メタライズ配線層２とを強固
に密着させるためのものであり、加熱処理により一層目
の銅めっき層６ａの結晶が高融点金属メタライズ配線層
２表面の微小な凹凸に沿って緻密化するとともに、高融
点金属メタライズ配線層２表面にトラップされている水
分等が一層目の銅めっき層６ａの結晶欠陥を介して外部
に除去されることにより一層目の銅めっき層６ａと高融
点金属メタライズ配線層２とが強固に密着することとな
る。

【００２０】この一層目の銅めっき層６ａの厚みが0.2
μｍ未満であると銅から成る下地金属めっき層６を高融
点金属メタライズ配線層２に強固に密着させることが困
難となる傾向にあり、他方、一層目の銅めっき層６ａの
厚みが３μｍを超えるとこの層６ａの結晶欠陥がこの層
６ａ中に埋まってしまい、高融点金属メタライズ配線層
２表面にトラップされている水分等を結晶欠陥を介して
外部に除去することが困難となり、水分等が高融点金属
メタライズ配線層２と一層目の銅めっき層６ａとの間で
気化膨張して一層目の銅めっき層６ａに膨れを発生させ
てしまい易い傾向にある。

【００２１】また、二層目の銅めっき層６ｂは、一層目
の銅めっき層６ａの結晶欠陥を埋めるとともに銅から成
る下地金属めっき層６と金めっき層７とを強固に密着さ
せる作用を為し、加熱処理によりその結晶が緻密化し、
これにより銅から成る下地金属めっき層６の表面に金め
っき層７を強固に密着させることができるとともに銅か
ら成る下地金属めっき層６中に含有されている銅が金め
っき層７に拡散することを有効に防止することができ
る。

【００２２】この二層目の銅めっき層６ｂは、その厚み
が0.3 μｍ未満では一層目の銅めっき層６ａの結晶欠陥
を埋めることが困難となるとともに銅から成る下地金属
めっき層６と金めっき層７とを強固に密着させることが
困難となる傾向にあり、他方、この層６ｂと一層目の銅
めっき層６ａとの合計の厚みが８μｍを超えると銅から
成る下地金属めっき層６の成膜に伴う内部応力が大きな
ものとなって銅から成る下地金属めっき層６が高融点金
属メタライズ配線層２から剥離し易いものとなる傾向に
ある。

【００２３】尚、下地金属めっき層６は、その厚みが0.
5 μｍ未満ではこの層６を介して金めっき層７を高融点
金属メタライズ配線層２に強固に密着させることが困難
となる傾向にあり、他方、その厚みが８μｍを超えると
下地金属めっき層６の成膜に伴う内部応力が大きなもの
となり、その応力により下地金属めっき層６が高融点金
属メタライズ配線層２から剥離し易いものとなる傾向に
ある。従って、下地金属めっき層６は、その厚みを0.5
〜８μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００２４】また、それぞれ加熱処理された二層の銅め
っき層が積層されて成る下地金属めっき層６の各層は従
来周知の電解めっき法や無電解めっき法により鍍着さ
れ、高融点金属メタライズ配線層２の表面に一旦0.2 〜
３μｍの厚みに第１層目の銅めっき層を鍍着させた後、
これを還元雰囲気中、約700 〜1000℃の温度で10〜60分
間加熱処理し、更にこの加熱処理した第１層目の銅めっ
き層の上に0.3 〜５μｍの厚みに第２層目の銅めっき層
を鍍着させ、これを再度還元雰囲気中、600 〜1000℃の
温度で10〜60分間加熱処理すると、この二層の銅めっき
層が積層されて成る下地金属めっき層６と高融点金属メ
タライズ配線層２との密着が極めて強固なものとなると
ともに、下地金属めっき層６に含有される銅が金めっき
層７に拡散することを有効に防止することができるた
め、金めっき層が酸化腐食したりワイヤボンディング性
が低下したりすることがないものとなる。

【００２５】従って、それぞれ加熱処理された二層の銅
めっき層が積層されて成る下地金属めっき層６は、高融
点金属メタライズ配線層２の表面に一旦0.2 〜３μｍの
厚みに第１層目の銅めっき層を鍍着させた後、これを還
元雰囲気中、約700 〜1000℃の温度で10〜60分間加熱処
理し、更にこの加熱処理された第１層目の銅めっき層上
に0.3 〜５μｍの厚みに第２層目の銅めっき層を鍍着さ
せ、これを再度還元雰囲気中、600 〜1000℃の温度で10
〜60分間加熱処理することが好ましい。

【００２６】高融点金属メタライズ配線層２表面に下地
金属めっき層６を介して鍍着された金めっき層７は、こ
の層７を構成する金が耐食性に極めて優れるとともにボ
ンディングワイヤ５や半田との接続性に優れることか
ら、メタライズ配線層２の配線導体が酸化腐食するのを
良好に防止するとともにメタライズ配線層２とボンディ
ングワイヤ５との接続及びメタライズ配線層２と外部電
気回路基板の配線導体との接続を強固なものとなすこと
ができる。

【００２７】また、金めっき層７は、下地金属めっき層
６とは強固に密着することから高融点金属メタライズ配
線層２に銅から成る下地金属めっき層６を介して強固に
鍍着され、その結果、金めっき層７に外力が印加されて
も金めっき層７がメタライズ配線層２から剥がれること
はなく、高融点金属メタライズ配線層２の酸化腐食を長
期間にわたり良好に防止することができるとともにメタ
ライズ配線層２とボンディングワイヤ５との接続及びメ
タライズ配線層２と外部電気回路基板の配線導体との接
続を常に強固なものとすることができる。

【００２８】尚、金めっき層７は、その厚みが0.3 μｍ
未満では高融点金属メタライズ配線層２とボンディング
ワイヤ５とを強固に接続することが困難となるとともに
メタライズ配線層２が酸化腐食することを有効に防止す
ることが困難となる傾向にあり、他方、その厚みが３μ
ｍを超えると配線基板４が高価なものとなってしまうと
ともに、高融点金属メタライズ配線層２と外部電気回路
基板の配線導体とを半田を介して接続する際に半田に含
有される錫と金めっき層の金との間で脆弱な金−錫化合
物が多量に形成されるため、メタライズ配線層２と外部
電気回路基板の配線導体とを強固に接続することが困難
となる傾向にある。従って、金めっき層７の厚みは0.3
〜３μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００２９】また金めっき層７は、従来周知の電解めっ
きや無電解めっき法により厚みが0.3 〜３μｍとなるよ
うに鍍着すればよい。

【００３０】かくして本発明の配線基板によれば、絶縁
基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をガラスや樹脂・
ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともにこの半
導体素子３の各電極を高融点金属メタライズ配線層２に
ボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる
後、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋
体８をガラスや樹脂・ロウ材等の封止材を介して接合さ
せ、絶縁基体１と蓋体８とから成る容器内部に半導体素
子３を気密に収容することによって製品としての半導体
装置が完成する。

【００３１】尚、本発明の配線基板は上述の実施の形態
の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。上述の実施
の形態の例では半導体素子を収容する半導体素子収納用
パッケージに適用したが、本発明の配線基板は、例えば
混成集積回路基板等の他の用途に使用される配線基板に
適用してもよいことはいうまでもない。

【００３２】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、タングステ
ン等の高融点金属粉末から成るメタライズ配線層の表面
に、高融点金属から成るメタライズ配線層と金めっき層
との両方に強固に密着する、それぞれ加熱処理された二
層の銅めっき層が積層されて成る下地金属めっき層を介
して金めっき層が鍍着されていることから、金めっき層
が高融点金属メタライズ配線層から剥がれることはな
く、高融点金属メタライズ配線層の酸化腐食を極めて良
好に防止することができるとともにメタライズ配線層と
ボンディングワイヤ並びにメタライズ配線層と外部電気
回路基板の配線導体とを強固に接続することができる。

【００３３】また本発明の配線基板によれば、下地金属
めっき層を構成する銅は非磁性体であることから、この
下地金属メッキ層が鍍着された高融点金属メタライズ配
線層のインダクタンスが磁性により大きなものとなるこ
とはなく、従って高速作動する半導体素子を搭載してこ
の半導体素子に高融点金属メタライズ配線層を介して高
速の信号を出し入れしても信号の波形が乱れることはな
く、半導体素子を正確に作動させることができる。

【００３４】さらに本発明の配線基板によれば、下地金
属めっき層がそれぞれ加熱処理された二層の銅めっき層
が積層されて成ることから、下地金属めっき層と高融点
金属メタライズ配線層との密着が極めて強固なものとな
るとともに、下地金属めっき層に含有される銅が金めっ
き層に拡散することを有効に防止することができるた
め、金めっき層が酸化腐食したりワイヤボンディング性
が低下したりすることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導
体素子収納用パッケージに適用した場合の実施の形態の
一例を示す断面図である。

【図２】図１に示す配線基板の要部拡大断面図である。

【符号の説明】 １・・・・・絶縁基体 ２・・・・・高融点金属メタライズ配線層 ３・・・・・半導体素子 ４・・・・・配線基板 ６・・・・・下地金属めっき層 ６ａ・・・・・一層目の銅めっき層 ６ｂ・・・・・二層目の銅めっき層 ７・・・・・金めっき層

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絶縁基体に半導体
   素子を外部電気回路に接続するための高融点金属メタラ
   イズ配線層を被着形成して成るとともに該高融点金属メ
   タライズ配線層表面に下地金属めっき層を介して金めっ
   き層が鍍着されて成る配線基板であって、前記下地金属
   めっき層が、それぞれ加熱処理された二層の銅めっき層
   が積層されて成ることを特徴とする配線基板。