JP3512617B2 - 電子部品 - 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、半導体素子収納用
パッケージや多層配線基板等に用いられる電子部品に関
し、詳細には良好な接続信頼性を有する被覆構造のメタ
ライズ金属層を備えた電子部品に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、半導体素子収納用パッケージや多
層配線基板等の電子部品においては、酸化アルミニウム
質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体の表面に半
導体素子やチップコンデンサ等の電子素子の電極を半田
付けするためのタングステン・モリブデン・マンガン等
の高融点金属から成るメタライズ金属層が被着されてお
り、このメタライズ金属層の表面にはメタライズ金属層
が酸化腐食するのを防止するとともにメタライズ金属層
と半田との濡れ性を向上させるためにニッケルや金を主
成分とするめっき金属層が被着されている。 【０００３】このようなメタライズ金属層の表面に被着
されるめっき金属層としては、例えば特開昭61−104085
号公報に記載されているように、メタライズ金属層の表
面に、ニッケル−ホウ素合金を主成分とする第一金属層
と、ニッケル−リン合金を主成分とする第二金属層と、
金を主成分とする表面金属層とを順次被着させたものが
知られている。 【０００４】なお、このようにメタライズ金属層に金を
主成分とする表面金属層が被着された電子部品において
は、金を主成分とする表面金属層の厚みが0.5 μｍを超
える厚いものとなると、半導体素子やチップコンデンサ
等の電子素子の電極を金を主成分とする表面金属層が被
着されたメタライズ金属層に半田付けする際に、表面金
属層に含まれる金が溶融した半田中に多量に拡散すると
ともにこの拡散した金と半田に含まれる錫との間で脆弱
な金属間化合物が多量に形成され、このため半田付け部
の強度が小さいものとなってしまい、この半田付け部に
熱応力や外力が印加されるとその熱応力や外力により半
田付け部に剥がれや破断が発生し易いものとなることか
ら、一般に金を主成分とする表面金属層の厚みを0.1 〜
0.5 μｍ程度の薄いものとすることが好ましい。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金を主
成分とする表面金属層の厚みを0.1 〜0.5 μｍ程度の薄
いものとすると、金を主成分とする表面金属層にピンホ
ール等の欠陥が発生し易くなり、表面金属層にピンホー
ル等の欠陥が発生すると、空気中の水分が表面金属層の
欠陥を通して下地のニッケル−リンを主成分とする第二
金属層に達し、水分の存在によって酸化し易いニッケル
−リン合金から成る第二金属層を酸化腐食させてしま
い、これによりメタライズ金属層と半田との濡れ性が大
きく低下してしまうという問題点があった。 【０００６】また、特開昭59−92598 号公報に記載され
ているように、メタライズ部の表面にニッケル基合金ま
たはニッケルの熱処理されためっき層から成る第１被膜
層とニッケル−ホウ素合金めっき層からなる第２被膜層
とを順次被着させたものも提案されている。 【０００７】この場合、金めっき層を必要としないとし
ているが、第２被膜層に含有されるホウ素が半田との濡
れ性を阻害するので、表面金属層としての金めっき層が
ある場合と比較すると、やはり半田濡れ性が劣る。 【０００８】そこで、前記ニッケル−ホウ素合金めっき
層からなる第２被膜層の表面に金を主成分とする表面金
属層を被着させることも考えられるが、この場合には、
ニッケル−ホウ素合金はホウ素と金との密着性が劣るた
め第２被膜層上に金を主成分とする表面金属層が強固に
被着されず、金を主成分とする表面金属層に膨れや剥が
れが発生してしまうという問題点があった。 【０００９】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、半田濡れ性に優れるとともに欠陥
の発生やそれに伴う腐食の発生がない、良好な接続信頼
性を有する被覆構造のメタライズ金属層を備えた電子部
品を提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明の電子部品は、絶
縁基体上に、表面にニッケル−ホウ素合金を主成分とす
る熱処理された第一金属層と、ニッケル−ホウ素合金を
主成分とし、熱処理されることによって表面から300オ
ングストロームまでの深さにおけるホウ素の含有量が少
なくなっている第二金属層と、金を主成分とする表面金
属層とを順次被着させたメタライズ金属層を具備するこ
とを特徴とするものである。 【００１１】本発明の電子部品によれば、第二金属層は
熱処理されていることから、この熱処理により金との密
着性に劣るホウ素が第二金属層の表面から揮散除去さ
れ、第二金属層と金を主成分とする表面導体層とが強固
に密着するとともに第二金属層と半田との濡れ性も良好
なものとなる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は本発明の電子部品の実施の形態
の一例としてのメタライズ金属層の被覆構造を示す断面
図であり、１は酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミ
ニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体、２
はタングステン・モリブデン・モリブデン−マンガン等
の高融点金属から成るメタライズ金属層である。 【００１３】絶縁基体１は、従来周知のセラミックグリ
ーンシート積層法やプレス成形法により生セラミック成
形体を形成するとともにこの生セラミック成形体を約16
00℃の高温で焼成することによって製作される。 【００１４】メタライズ金属層２は、例えばタングステ
ンやモリブデンから成る場合であれば、タングステンや
モリブデンの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となる生セラミッ
ク体に従来周知のスクリーン印刷法により所定パターン
に印刷しておき、これを絶縁基体１となる生セラミック
体とともに焼成することによって、またモリブデン−マ
ンガンから成る場合であれば、モリブデンおよびマンガ
ンの粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得
た金属ペーストを焼成された絶縁基体１の表面に従来周
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、これを約1500℃の高温で焼成することによって絶縁
基体１の表面に形成される。 【００１５】メタライズ金属層２は、その表面が、ニッ
ケル−ホウ素合金を主成分とする熱処理された第一金属
層３と、ニッケル−ホウ素合金を主成分とする熱処理さ
れた第二金属層４とから成る中間金属層で被覆されてお
り、この中間金属層の表面は金を主成分とする表面金属
層５で順次被覆されている。 【００１６】第一金属層３は、ホウ素を0.04〜1.0 重量
％程度含有するニッケル−ホウ素合金からなり、第二金
属層４をメタライズ金属層２に強固に被着させるための
下地金属層として作用する。 【００１７】第一金属層３は、ニッケルイオンの供給源
として硫酸ニッケルを、還元剤としてジメチルアミンボ
ランを用い、これに錯化剤として酢酸・プロピオン酸・
マロン酸・コハク酸等の有機酸のうちいずれか２〜３種
類のナトリウム塩を、安定剤としてチオ二酢酸・酢酸鉛
を添加してなる無電解めっき液を用い、このめっき液を
建浴後、アンモニア水によりｐＨを約6.5 に調整し、60
〜65℃に加温してめっきを行なうことによってメタライ
ズ金属層２の表面に被着され、その後、これを乾燥した
アンモニア分解ガス雰囲気中約850 〜870 ℃の温度で約
10〜30分程度加熱されることによって熱処理されてい
る。 【００１８】ニッケル−ホウ素合金を主成分とする第一
金属層３は、メタライズ金属層２上にピンホールやボイ
ドを形成することなく均一厚みに形成され、また前記熱
処理によってニッケルがメタライズ金属層２に拡散する
とともに第一金属層３に内在する応力が緩和され、これ
らにより第一金属層３はメタライズ金属層２に強固に密
着する。 【００１９】なお、第一金属層３は、これに含有される
ホウ素の含有量が0.04重量％未満であると第一金属層３
にクラックが発生し易いものとなる傾向にあり、１重量
％を超えると熱処理した際に窒化ホウ素が形成され、第
二金属層４との密着性が悪いものとなる傾向にある。従
って、第一金属層３は、これに含有されるホウ素の含有
量が0.04〜１重量％の範囲であることが好ましい。 【００２０】また、第一金属層３は、その厚みが0.5 μ
ｍ未満であると第一金属層３にピンホール等の欠陥が発
生し易くなり、熱処理した際にメタライズ金属層２に含
有されるガラス成分が第一金属層３の表面に侵出して第
二金属層４との密着が悪いものとなる傾向にあり、厚み
が３μｍを超えると第一金属層３に大きなめっき応力が
発生し、第一金属層３に剥がれや膨れが発生し易いもの
となる傾向にある。従って、第一金属層３ａは、その厚
みを0.5 〜３μｍの範囲としておくことが好ましい。 【００２１】さらに第一金属層３を熱処理する際の加熱
温度は、850 ℃未満であると第一金属層３とメタライズ
金属層２との密着が弱いものとなる傾向にあり、また87
0 ℃を超えると第一金属層３と第二金属層４との密着が
弱いものとなる傾向にある。 【００２２】従って、第一金属層３を熱処理する際の加
熱温度は、850 〜870 ℃の範囲が好ましい。 【００２３】さらにまた、第一金属層３を熱処理する際
の加熱時間は、10分未満であると第一金属層３とメタラ
イズ金属層２との密着が弱いものとなる傾向にあり、ま
た30分を超えると、第一金属層３と第二金属層４との密
着が弱いものとなる傾向にある。従って、第一金属層３
を熱処理する際の加熱時間は、10〜30分間であることが
好ましい。 【００２４】第二金属層４は、全体としてホウ素を0.04
〜0.2重量％程度含有するニッケル−ホウ素合金からな
り、表面金属層５を中間金属層に強固に被着させるとと
もにメタライズ金属層２に電子素子の電極を半田付けの
際、半田と良好に濡れるための下地金属層として機能す
る。 【００２５】第二金属層４は、ニッケルイオンの供給源
として硫酸ニッケルを、還元剤としてジメチルアミンボ
ランを用い、これに錯化剤として酢酸・プロピオン酸・
マロン酸・コハク酸等の有機酸のうちいずれか２〜３種
類のナトリウム塩を、安定剤としてチオ二酢酸・酢酸鉛
を添加してなる無電解めっき液を用い、このめっき液を
建浴後、アンモニア水によりｐＨを約6.5 に調整し、60
〜65℃に加温してめっきを行なうことによってメタライ
ズ金属層２の表面に被着され、その後、これを乾燥した
アンモニア分解ガス雰囲気中約760 〜770 ℃の温度で約
60〜180 分間程度加熱されることによって熱処理されて
いる。 【００２６】第二金属層４は、熱処理されることにより
内在する応力が緩和されるとともに結晶粒径が約0.2 〜
４μｍ程度に粒成長して緻密化し、さらに第二金属層４
の表面近傍に含有されるホウ素が揮散し、表面から300
オングストロームまでの深さにおけるホウ素の含有量が
0.01重量％以下と少ないものとなっている。 【００２７】従ってこの第二金属層４上に金を主成分と
する表面金属層５を被着させても第二金属層４の表面か
ら300 オングストロームまでの深さにおいては金との密
着性に劣るホウ素が0.01重量％以下と少ないことから、
第二金属層４と表面金属層５とが強固に密着し、表面金
属層５に膨れや剥がれが発生することはなく、しかも第
二金属層４と半田との濡れ性が良好なものとなってい
る。 【００２８】なお、第二金属層４は、この第二金属層４
全体に含有されるホウ素の含有量が0.04重量％未満では
第二金属層４にクラックが発生し易いものとなる傾向に
あり、0.2重量％を超えると金を主成分とする表面金属
層５との密着が弱いものとなる傾向にある。従って、第
二金属層４は、第二金属層４全体に含有されるホウ素の
含有量が0.04〜0.2重量％の範囲であることが好まし
い。 【００２９】また第二金属層４は、その表面から300 オ
ングストロームまでの深さにおけるホウ素の含有量が0.
01重量％を超えると第二金属層４と金を主成分とする表
面金属層５との密着が弱いものとなるとともに第二金属
層４と半田との濡れ性が悪くなる傾向にある。従って、
第二金属層４は、その表面から300 オングストロームま
での深さにおけるホウ素の含有量が0.01重量％以下であ
ることが好ましい。 【００３０】さらに第二金属層４は、その結晶粒径が0.
2 μｍ未満であると第二金属層４と第一金属層３との密
着が弱いものとなる傾向にあり、４μｍを超えると第二
金属層４と金を主成分とする表面金属層５との密着が弱
いものとなる傾向にある。従って、第二金属層４は、そ
の結晶粒径を0.2 〜４μｍの範囲としておくことが好ま
しい。 【００３１】さらにまた第二金属層４は、その厚みが２
μｍ未満であるとメタライズ金属層２に含有されるガラ
スやタングステンが第二金属層４中に拡散して第二金属
層４と金を主成分とする表面金属層５との密着が弱いも
のとなる傾向にあり、６μｍを超えると第二金属層４に
大きなめっき応力が発生し、第二金属層４に剥がれや膨
れが発生し易いものとなる傾向にある。従って、第二金
属層４は、その厚みを２〜６μｍの範囲としておくこと
が好ましい。 【００３２】さらにまた第二金属層４を熱処理する際の
加熱温度は、760 ℃未満であると第二金属層４と第一金
属層３との密着が弱いものとなる傾向にあり、また770
℃を超えると第二金属層４と金を主成分とする表面に金
属層５との密着が弱いものとなる傾向にある。従って、
第二金属層４を熱処理する際の加熱温度は760 〜770℃
の範囲が好ましい。 【００３３】さらにまた、第二金属層４を熱処理する際
の加熱時間は、60分未満であると第二金属層４と第一金
属層３との密着が弱いものとなる傾向にあり、180 分を
超えると第二金属層４と金を主成分とする表面金属層５
との密着が弱いものとなる傾向にある。従って、第二金
属層４を加熱する際の加熱時間は60〜180 分間であるこ
とが好ましい。 【００３４】第二金属層４の上に被着される金を主成分
とする表面金属層５は、第二金属層４と半田との濡れ性
を向上させるとともに第二金属層４が酸化腐食するのを
防止する作用をなし、金の供給源としてシアン化金カリ
ウムを用い、これに錯化剤としてエチレンジアミン４酢
酸２水素を添加してなる無電解めっき液を用い、このめ
っき浴を建浴後（ｐＨ12〜13）、これを60〜65℃の温度
に加温してめっきを行なうことによって第二金属層４の
表面に形成される。 【００３５】 【実施例】酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体
上に直径120 μｍのメタライズ金属層を約250 μｍピッ
チで683 個形成した試験基板を各々用意し、この試験基
板のメタライズ金属層に硫酸ニッケルとジメチルアミン
ボラン還元剤を含む無電解めっき液ＢＥＬ−801 （上村
工業製）を用い、ホウ素含有量が約0.1 重量％のニッケ
ル−ホウ素合金を主成分とする第一金属層を表１に示す
厚みに被着し、その後、この試験基板を乾燥したアンモ
ニア分解ガス雰囲気中、850 〜870 ℃の温度で30分間加
熱して熱処理をした。 【００３６】次に、第一金属層の表面に硫酸ニッケルと
ジメチルアミンボラン還元剤を含む無電解めっき液ＢＥ
Ｌ−960 （上村工業製）を用い、ホウ素の含有量が0.1
重量％のニッケルーホウ素合金を主成分とする第二金属
層を被着し、その後、この試験基板を乾燥したアンモニ
ア分解ガス雰囲気中765 〜770 ℃の温度で120 分間加熱
して熱処理をした。このとき、第二金属層の表面から30
0 オングストロームまでの深さにおけるホウ素の含有量
は0.005 重量％程度となり、第二金属層の結晶粒径は２
μｍ程度であった。 【００３７】次に、この第二金属層の表面に無電解金め
っき液ゴールドエイト（上村工業社製）を用いて0.3 μ
ｍの厚みに被着させた後、この試験基板を乾燥したアン
モニア分解ガス雰囲気中300 〜335 ℃の温度で７分間加
熱して熱処理した。 【００３８】次に、シリコン製基板の下面に直径が120
μｍの電極が、前記試験基板に形成されたメタライズ金
属層と対応する配置に形成されているとともにこれらの
電極に高さ100 μｍの略球状の錫−鉛半田から成る半田
バンプが形成されたテストチップを準備した。 【００３９】そして試験基板上にＲタイプのフラックス
を10μｍの厚みに塗布するとともにテストチップを半田
バンプとメタライズ金属層とが重なるようにして載置
し、これを窒素雰囲気中350 ℃の温度で３分間リフロー
し、テストチップの電極と試験基板のメタライズ金属層
とを半田バンプを介して半田付けした。 【００４０】その後、テストチップを試験基板から垂直
に引き剥がし、基板に残った半田の状態から半田濡れの
良否を判定した。判定の方法は、半田が試験基板のメタ
ライズ金属層上に残っており、かつ半田が伸びた状態で
破断しているものを半田の濡れ性良とし、半田が試験基
板のメタライズ金属層上に残っていないもの、あるいは
残ってはいるがメタライズ金属層との界面近傍で剥がれ
るようにして破断しているものは半田濡れ性不良とし
て、各試験基板における半田濡れ性が不良のメタライズ
金属層数を数えた。その結果を表１に示す。 【００４１】 【表１】【００４２】なお、表１において、＊を付した試料番号
10および11は本発明と比較するための比較例である。試
料番号10は、メタライズ金属層の表面にＢＥＬ−801 を
用いてニッケル−ホウ素合金を主成分とする第一金属層
を被着させた後、これを還元雰囲気中850 〜870 ℃の温
度で30分間加熱して熱処理をし、次にこの第一金属層の
表面にニッケル化合物と次亜燐酸ナトリウムを含む無電
解めっき液Ｓ−780 （上村工業社製）を用いてリンを６
〜８重量％含有するニッケル−リン合金を主成分とする
第二金属層を被着させた後、これを乾燥したアンモニア
分解ガス雰囲気中765 〜770 ℃の温度で約120 分間熱処
理し、次にゴールドエイトを用いて金を主成分とする表
面金属層を0.3 μｍの厚みに被着させ、これを乾燥した
アンモニア分解ガス雰囲気中300 〜335 ℃の温度で７分
間加熱して熱処理したものである。また試料番号11は、
メタライズ金属層の表面にＢＥＬ−801 を用いてホウ素
を0.1 重量％含有するニッケル−ホウ素合金を主成分と
する第一金属層を被着させた後、これを還元雰囲気中85
0 〜870 ℃の温度で30分間加熱して熱処理をし、さらに
その上にＢＥＬ−960 を用いてニッケル−ホウ素を主成
分とする第二金属層を被着させ、これに熱処理を加えず
にゴールドエイトを用いて金を主成分とする表面金属層
を0.3 μｍの厚みに被着させ、これを乾燥したアンモニ
ア分解ガス雰囲気中300 〜335 ℃の温度で７分間加熱し
て熱処理したものである。 【００４３】表１から明らかなように、第二金属層がニ
ッケル−リン合金からなる試料番号10の試験基板の場合
は半田濡れ性不良のメタライズパッドが218 個も発生
し、また、第二金属層に熱処理を加えない試料番号11の
試験基板の場合は半田濡れ性不良のメタライズパッドが
170 個も発生した。 【００４４】これに対し、本発明の試験基板の場合は、
半田濡れ性不良のメタライズパッドの発生数はいずれも
５個以下と極めて少なく、半導体素子の電極とメタライ
ズパッドとが極めて良好に半田付けされていることが分
かる。 【００４５】 【発明の効果】本発明の電子部品によれば、絶縁基体上
に、表面にニッケル−ホウ素合金を主成分とする熱処理
された第一金属層と、ニッケル−ホウ素合金を主成分と
し、熱処理されることによって表面から３００オングス
トロームまでの深さにおけるホウ素の含有量が少なくな
っている第二金属層と、金を主成分とする表面金属層と
を順次被着させたメタライズ金属層を具備し、第一金属
層は熱処理されていることからニッケルがメタライズ金
属層に拡散するとともに第一金属層に内在する応力が緩
和され、メタライズ金属層に強固に密着するとともに、
第二金属層は熱処理されていることから金との密着性に
劣るホウ素が第二金属層の表面から揮散除去され、第二
金属層と金を主成分とする表面導体層とが強固に密着す
るとともに第二金属層と半田との濡れ性も良好なものと
なる。 【００４６】以上により本発明によれば、半田濡れ性に
優れるとともに欠陥の発生やそれに伴う腐食の発生がな
い、良好な接続信頼性を有する被覆構造のメタライズ金
属層を備えた電子部品を提供することができた。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の電子部品の実施の形態の一例としての
メタライズ金属層の被覆構造を示す断面図である。 【符号の説明】 １・・・・・絶縁基体 ２・・・・・メタライズ金属層 ３・・・・・第一金属層 ４・・・・・第二金属層 ５・・・・・表面金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−121592（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−306816（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−325744（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−223716（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−260532（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−275166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−92598（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−197894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−104085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/12 H05K 3/34 C23C 18/00 - 20/08

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 絶縁基体上に、表面にニッケル−ホウ素
   合金を主成分とする熱処理された第一金属層と、ニッケ
   ル−ホウ素合金を主成分とし、熱処理されることによっ
   て表面から３００オングストロームまでの深さにおける
   ホウ素の含有量が少なくなっている第二金属層と、金を
   主成分とする表面金属層とを順次被着させたメタライズ
   金属層を具備することを特徴とする電子部品。