JP3622160B2 - セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、表面に薄膜層と厚膜ろう付けパッドや厚膜バンプなどとを有し、これらにメッキ層を被着したセラミック基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
集積回路等を載置するためのセラミック基板は、微細な配線をその表面に形成することを要求され、更に、他の部品、例えばプリント基板と接続するためのピンやリードなどの外部接続端子や蓋体を接合するためのシールリング等の部材（以下、端子等の部材を接続部材という）をろう付け接合により形成したり、表面実装ためのバンプ等を形成することが要求されるものがある。
【０００３】
かかる基板においては、基板表面に蒸着・スパッタリング・イオンプレーティング等の薄膜技術およびフォトリソグラフィー技術を用いて微細なパターンを有する薄膜層を形成する。一方で、接続部材のろう付・半田付け用のパッドやバンプとしては、同様に薄膜技術およびフォトリソグラフィー技術等のパターン形成技術（以下、両者を併せて薄膜形成技術という）により形成しても良いが、厚膜技術により、セラミック基板と同時焼成あるいはセラミック基板焼成後の焼き付けにより形成することが多く行われる。特に、基板の一方の表面（表面）に微細なパターンを形成し、他方の表面（裏面）にパッドやバンプを形成する場合には、両面とも薄膜形成技術によると、コストが掛かるので、それほど微細加工の不要なパッドやバンプの形成は、厚膜技術によることが多い。これら厚膜技術により形成されたろう付パッドや半田付けバンプ等を、単に厚膜層とも呼ぶこととする。
【０００４】
ところで、一般に、セラミック基板の材質がアルミナ等の高温で燒結させる材質の場合には、厚膜層の材質は、高融点金属であるタングステン、モリブデンを主成分としたものが用いられる。しかし、かかる金属は、Ａｇ−Ｃｕ共晶銀ろう等のろう材や半田に濡れず、直接ろう付けや半田付けすることは困難であるため、前もって厚膜パッドやバンプにメッキによりニッケル層を被着してから、ろう付け・半田付けすることが行われる。ニッケル層は、ろう材に良く濡れる。また、ろう付け時の加熱、若しくはそれに先立つシンタリングにより、高融点金属を主成分とするパッド等と強固に結合し、ろう材が直接パッド等に触れることを防ぐ。それ故、パッドとピン等の接続部材とを強固にろう付けできるからである。同様なことは半田付けにおいても言える。
【０００５】
一方、薄膜層は、厚みが薄いため、そのまま配線として用いる場合には配線の抵抗値が高くなり好ましくない。そこで、薄膜層上に、低抵抗である銅メッキを設けて厚みを増し配線抵抗を低減し、更に、酸化しやすい銅の保護のためにニッケルメッキが施される。このニッケルメッキは、薄膜層上にシールリング等の接続部材をろう付けする場合に、ろう材が銅メッキを溶食するのを制限し、接続部材と銅メッキおよび薄膜層とを強固に結合させる役割をも果たす。
【０００６】
しかし、前述のように、セラミック基板の表面に厚膜パッドやバンプ等と薄膜層の両者が存在する場合には、問題が生ずる。これらの上に形成されるメッキ層の構成が、厚膜パッド等にはニッケルメッキ、薄膜層上には銅メッキとニッケルメッキというように異なるためである。
【０００７】
従って、後述するような工程を経て厚膜層と薄膜層とにメッキを施していた。というのも、例えば、厚膜ろう付けパッド上に銅メッキ層を直接形成した場合には、銅はタングステン等との密着性が低く、高いろう付け強度得られない。また、銅は容易にろう材によって溶食されるため、ろう材に濡れないタングステン等が露出して、ろう付けが困難となるからである。一方、薄膜層上に直接ニッケルメッキ層を形成した場合には、薄膜層の端部でセラミックが破壊して、薄膜層がめくれ上がる不具合が発生する。ニッケルメッキ層は、メッキ形成時に比較的大きな内部応力を発生するが、厚膜のろう付けパッド層と異なり、厚みが薄く応力緩和の困難な薄膜層では、かかる応力を緩和できないからである。また、ニッケルは銅に比べて硬く、シールリング等をろう付する場合でも、銅に比べニッケルは応力を緩和しがたいので、ろう付に伴う応力によっても薄膜層が破壊しやすい。更に、薄膜層上にメッキ層を介してＴＡＢ技術によりボンディングを行う場合、メッキ層が若干変形するのが良好な接続にとって好ましいのであるが、ニッケルメッキ層は変形しがたいため、ＴＡＢがニッケルメッキ層に接続困難となることもある。
【０００８】
以上の如き理由から、かかるセラミック基板は、以下に示すような工程で製造されていた。図１〜６は、従来技術によるセラミック基板の製造方法を示すための基板の部分拡大断面図である。下表面２１Ｂには厚膜ろう付けパッド２２が、また、パッド２２および上表面２１Ａを結ぶようにビアホール２３が、同時焼成により形成されたセラミック基板２１を用意する。この基板２１の上表面２１Ａ全面に、Ｔｉ（０．２μｍｔ）、Ｍｏ（０．３μｍｔ）、Ｃｕ（０．５μｍｔ）の順に形成した３層からなる薄膜層２４をスパッタリングにより形成する（図１参照）。この状態では、ろう付けパッド２２は、薄膜層２４とビアホール２３を介して互いに導通した状態になっている。
【０００９】
次いで、薄膜層２４上を覆うようにマスキングＭ１を塗布・乾燥して形成し、ろう付けパッド２２にニッケルメッキ層２５（２μｍｔ）を形成する（図２参照）。次いで、マスキングＭ１を除去し、メッキ層２５を覆うようにマスキングＭ２を下表面２１Ｂ上に形成する。その後、薄膜層２４上にフォトレジストＲを塗布し、乾燥し、次いで、所定のパターンを露光・現像し、レジストＲを開口させ所定パターンの薄膜層２４を露出させる（図３参照）。次に、薄膜層２４上に、銅メッキ層２６ａ、２６ｂ（１０μｍｔ）とニッケルメッキ層２７ａ、２７ｂ（１．５μｍｔ）を形成する（図４参照）。次いで、フォトレジストＲを除去し、薄膜層２４のうち上部にメッキ層２６、２７の形成されていない不要部分をエッチングにより溶解除去することにより、独立したパターンをもつ薄膜層２４ａ、２４ｂを形成する。次にマスキングＭ２を除去しセラミック基板３０を完成する（図５参照）。
【００１０】
この基板では、基板上面に形成される薄膜層２４ａ上には、銅メッキ層２６ａ、ニッケルメッキ層２７ｂからなるメッキ層２８ａを形成されている。同様に薄膜層２４ｂ上にメッキ層２８ｂが形成されている。一方、基板下層に形成されるパッド２２は、ニッケルメッキ２５のみが被覆された構成となっている。なおこの基板には、ろう付けパッド２２上にニッケルメッキ層２５を介してピン３１がろう材３３ｃによりろう付けされる。また、メッキ層２８ｂ上には、セラミック基板２１を封止するための蓋体（図示しない）を固着するためのシールリング３２がろう材３３ｂによりろう付けされる（図６参照）。
【００１１】
このように、薄膜層と厚膜層上に設けるメッキ層が異なることから、マスキングＭ１、Ｍ２の形成・除去が必要となっており工程が面倒で高価であった。本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、安価で信頼性の高いセラミック基板の製造にあたって、面倒なマスキングを不要としたセラミック基板の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決する手段】
しかして、その解決手段は、表面上に薄膜層と高融点金属を主成分とする厚膜層とを有するセラミック基板の製造方法は、表面上に高融点金属を主成分とする厚膜層を備えるセラミック基板の、該厚膜層を除く所定部分に、薄膜層を形成する工程と、該薄膜層上にレジストパターンを形成して所定パターンの該薄膜層を露出させる工程と、該厚膜層および該露出した薄膜層上に、厚さ０．１〜１．０μｍのニッケルメッキ層を最下層とする同一構成のメッキ層を直接被着する工程と、該薄膜層のうち該メッキ層の形成されていない部分を除去する工程とを含むセラミック基板の製造方法である。かかる方法によれば、ろう付パッド等の厚膜層に必要なニッケルメッキ層を確保しつつ、その厚みが薄膜層上に形成しても影響のない程の厚さであるので、ニッケルメッキ層を最下層とする同一構成のメッキ層が形成でき、従って、従来技術のようにマスキングを行う必要がない。
【００１７】
ここで、前記メッキ層を直接被着する工程が、前記最下層のニッケルメッキ層に続いて、銅メッキ層および第２のニッケルメッキ層を被着する工程とするのが好ましい。銅メッキ層は応力緩和作用や抵抗低減作用、第２のニッケルメッキ層は酸化保護作用や溶食制限作用などが得られる。さらに、これらのメッキ層を同時に厚膜層及び薄膜層上に同時に形成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面とともに説明する。図７〜１２は、本実施形態にかかる基板の製造順序を示す部分拡大断面図である。
３８．０×３８．０×２．５ｍｍのアルミナ製基板１には、その表面（図中下面）１Ｂに同時焼成によって形成され、モリブデンを主成分とし、φ０．８４×０．０２ｍｍｔの厚膜ろう付パッド２が、ピッチ１．２７ｍｍの格子状に８１２ヶ形成されている。このパッド２は、同様に同時焼成によって基板１を貫通するようにして形成されたビアホール３によって基板表面（図中上面）１Ａに電気的に導出されている。図７にはその１部を拡大して示す。
【００１９】
この基板１の表面１Ａ上全面に、前記した従来技術と同様に、Ｔｉ（０．２μｍｔ）、Ｍｏ（０．３μｍｔ）、Ｃｕ（０．５μｍｔ）の３層からなる薄膜層４をスパッタリングにより形成する。これにより各パッド２と薄膜層４とが導通する。
更に、図８に示すように、この薄膜層４上にフォトレジストＲを塗布・乾燥する。
次いで、レジストＲを所定パターンに露光・現像して開口させ、図９のように薄膜層４を露出させる。
【００２０】
ここで、図１０に示すように、各パッド２と露出した薄膜層４上に、電解メッキ法により、一挙に厚み０．３μｍのニッケルメッキ層５ａ、５ｂ、５ｃを被着する。続いて、ニッケルメッキ層５ａ〜５ｃ上に、それぞれ厚さ１０μｍの銅メッキ層６ａ、６ｂ、６ｃを形成し、更にそれぞれ厚さ０．３μｍのニッケルメッキ層（第２のニッケルメッキ層）７ａ、７ｂ、７ｃを形成する。
【００２１】
その後、図１１に示すように、レジストＲを溶解・除去し、露出した薄膜層４をエッチングにより除去することで、互いに独立したパターンを有する薄膜層４ａ、４ｂを形成し、セラミック基板１０を完成した。この基板の薄膜層４ａ上には、５ａ、６ａ、７ａの３層からなるメッキ層８ａが、同様に薄膜層４ｂ上には、５ｂ、６ｂ、７ｂの３層からなるメッキ層８ｂが形成されたことになる。また、各パッド２上にも、薄膜層４ａ、４ｂと同様に５ｃ、６ｃ、７ｃの３層からなるメッキ層８ｃが形成されている。薄膜層４ａ、４ｂは、メッキ層８ａ、８ｂによってめくれ上がることもなく、基板１への良好な密着を示していた。ニッケルメッキ層５ａ、５ｂが、０．３μｍと薄いため、メッキ時の内部応力がそれほど大きくならなかったからである。
【００２２】
次いで、この各パッド２には、メッキ層８ｃを介してコバール製でヘッド径φ０．２ｍｍ、長さ２．０ｍｍのネイルヘッド型ピン１１を、また薄膜層４ｂには、メッキ層８ｂを介して銅製で断面１．０×０．５ｍｍのシールリング１２を、共晶銀ろう１３ｃ、１３ｂでろう付した。
【００２３】
ピン１１のろう付についていえば、銀ろう１３ｃの濡れ不良等を発生することなくなだらかな銀ろう１３ｃのフィレットが形成され、ピン１１のろう付強度も従来技術のものと遜色なく、良好なろう付ができたことが確認できた。ニッケルメッキ層５ｃが薄いと言えども形成されているので、パッド２をニッケルメッキそう５ｃが被覆して、ろう付時にろう材とパッドとが直接接触するのを防止したためである。また、第２のニッケルメッキ層７ｃは、銅メッキ層６ｃが銀ろう１３ｃに過度に溶食されることを防止する。
【００２４】
更に、シールリング１２についても、銀ろう１３ｂにより良好なろう付がなされ、リング１２のろう付強度も従来と遜色なく良好であった。ろう付時の銀ろうの収縮による応力は、銅メッキ層６ｂによって緩和され、また、第２のニッケルメッキ層７ｂによって銅メッキ層６ｂが過度に銀ろう１３ｂに溶食されるのが防止されたためである。
【００２５】
ここで、薄膜層４ａの基板１への密着強度がニッケルメッキ層５ａの厚みによってどのように変化するかを確認するため、ニッケルメッキ層５ａの厚みを変化させた上、その他は上記実施例と同様にし、金メッキ（２μｍ厚）を施したものを用意した。これに幅１００μｍ×厚さ３０μｍの金リボンを熱圧着して垂直に引き上げて破壊モードを調査した。
結果を表１に示す。なお薄膜層４ａのパターン幅は６０μｍであり、試料５ケ各２０点計１００点について行っている。
【００２６】

【００２７】
メッキの厚みが０．１μｍ〜１．０μｍにおいては、すべて金リボンが切断するリボン切れモードとなり、リボン強度より高い密着強度を備えていることが判る。
一方、１．５μｍ以上の場合には薄膜層４ａの下部のセラミック面がえぐりとれるようにして破壊するセラミックえぐれモードとなるものが出てくる。これはメッキ層５ａの応力により基板１のセラミックが破壊されやすくなっていることを示し、好ましくない。このことからも、ニッケルメッキ層５ａの厚みは０．１〜１μｍ程度が好ましいことが判る。
【００２８】
更に、ピン１１と集積回路（図示しない）とを、パッド２、ビアホール３、薄膜層４ａ等を介して接続するために、メッキ層８ａ上にＴＡＢを圧着接続した。この場合にも、従来と同様に良好な接続ができることが確認できた。銅メッキ層６ａが圧着時に若干変形して、接続性を高めたからである。
【００２９】
なお、上記実施例においては、厚膜層の例としてピンをろう付するためのろう付パッドを同時焼成によって形成した場合を挙げたが、その他、リードをろう付するものでも良く、表面実装のための半田付けバンプなどを形成しても良い。また、同時焼成に限らず、基板焼成後に導体ペーストを塗布焼成して形成しても良い。
また、ニッケルメッキ層上に銅メッキを形成した例を示したが、その他、同様に抵抗が低く、かつ柔らかい金属であるＡｇ、Ａｕ等を用いても良い。しかしこれらは高価であるので、より銅が好ましい。
更に、実施例においては、電解メッキ法により各メッキ層を形成した例を示したが、これに限らず無電解メッキ法を用い、あるいは併用しても良い。
また、実施例では、レジストパターンの形成にフォトリソグラフィー技術によったが、電子ビーム等によってパターン形成しても良いことは明らかである。
【００３０】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、従来セラミック基板の製造工程においては、マスキングが必要であったのを、省略することができ、これによりマスキングを形成する工程および除去する工程を省略することができ、セラミック基板を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のセラミック基板の製造方法にかかり、基板に薄膜層を形成した状態を示す部分拡大断面図である。
【図２】図１の基板に、マスキングおよびニッケルメッキを施した状態を示す部分拡大断面図である。
【図３】図２に基板に、マスキングおよびフォトレジストを施し、レジストを開口させた状態を示す部分拡大断面図である。
【図４】図３の基板に、銅メッキおよびニッケルメッキを施した状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】図４に基板から、レジストを除去し、不要な薄膜層を除去した状態を示す部分拡大断面図である。
【図６】図５の基板にピンおよびシールリングをろう付した状態を示す部分拡大断面図である。
【図７】本発明に実施例にかかり、基板表面に薄膜層を形成した状態を示す部分拡大断面図である。
【図８】図７の基板に、フォトレジストを施した状態を示す部分拡大断面図である。
【図９】図８の基板のフォトレジストを開口させ、薄膜層を露出させた状態を示す部分拡大断面図である。
【図１０】図９の基板に、ニッケルメッキ、銅メッキおよびニッケルメッキを施した状態を示す部分拡大断面図である。
【図１１】図１０に基板のフォトレジストを除去し、不要な薄膜層を除去し、基板を完成した状態を示す部分拡大断面図である。
【図１２】図１０の基板にピンおよびシールリングをろう付した状態を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１、２１：基板
２、２２：ろう付パッド（厚膜層）
３、３３：ビアホール
４、２４：薄膜層
５、２５：ニッケルメッキ層
６、２６：銅メッキ層
７、２７：ニッケルメッキ層
８、２８：メッキ層
１０、３０：セラミック基板
１１、３１：ピン
１２、３２：シールリング
１３、３３：ろう

Claims (2)

1. 表面上に高融点金属を主成分とする厚膜層を備えるセラミック基板の、
   該厚膜層を除く所定部分に、薄膜層を形成する工程と、
   該薄膜層上にレジストパターンを形成して所定パターンの該薄膜層を露出させる工程と、
   該厚膜層および該露出した薄膜層上に、厚さ０．１〜１．０μｍのニッケルメッキ層を最下層とする同一構成のメッキ層を直接被着する工程と、
   該薄膜層のうち該メッキ層の形成されていない部分を除去する工程と
   を含むセラミック基板の製造方法。
2. 前記メッキ層を直接被着する工程が、前記最下層のニッケルメッキ層に続いて、銅メッキ層および第２のニッケルメッキ層を被着する工程である請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。

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