JP3623686B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【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ための半導体素子収納用パッケージや混成集積回路基板等に用いられる配線基板の製造方法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等の電気絶縁材料から成り、上面の略中央部に半導体素子を収容するための凹部及び該凹部周辺から外周端にかけて導出されたタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る配線層を有する絶縁基体と、半導体素子を外部電気回路に電気的に接続するために前記配線層に銀ロウを介して取着された鉄−ニッケル−コバルト合金（５４重量％Ｆｅ−２９重量％Ｎｉ−１７重量％Ｃｏ）から成る外部リード端子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、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前記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、前記半導体素子を封止樹脂や蓋体等を用いて気密封止することによって半導体装置となる。
【０００３】
かかる半導体装置は外部リード端子が外部電気回路基板の配線導体に半田等の導電性接合材を介して接続され、これによって半導体素子の各電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
また、前記半導体素子収納用パッケージに使用される配線基板は外部リード端子と外部電気回路との電気的接続を良好とするために、また外部リード端子が酸化腐食するのを有効に防止するために、通常、外部リード端子の外表面にはニッケル及び必要に応じて金が電解めっき法等により被着されている。
【０００５】
このような配線基板は、一般に以下の方法によって製作される。
【０００６】
即ち、
（１）まず上面の略中央部に凹部及び該凹部周辺から外周端にかけて導出されたタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る配線層を有する絶縁基体を準備、
（２）次に、前記配線層の露出する所定の表面に銀−銅共晶ロウ材（融点が７７９℃）を介して外部リード端子を載置させるとともに約８００℃の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子をロウ付け、取着させ、
（３）そして最後に前記外部リード端子の露出表面にニッケルおよび必要に応じて金から成るめっき層を所定厚みに被着させることによって製作されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法で配線基板を製作した場合、外部リード端子が鉄−ニッケル−コバルト合金（５４重量％Ｆｅ−２９重量％Ｎｉ−１７重量％Ｃｏ）から成り、そのヤング率が１４０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 〜１５０００ｋｇｆ／ｍｍ２ と高く柔軟性に劣るものであること、外部リード端子の外表面に被着されているニッケルのめっき層は粒径が約０．３〜１μｍと小さく、結晶の粒界が極めて多いために転位（個々の結晶を構成するニッケル原子の外力によってすべりを生じた領域と生じていない領域との境界線）の移動が悪く、硬くて脆く、変形し難いこと等から配線基板に激しい振動が加わり、外部リード端子がロウ付け部を支点として激しく振動した場合、この振動にともなう応力によってまず硬くて脆いニッケルめっき層に亀裂が生じ、次いでこの亀裂部分に応力が集中してニッケルめっき層に破断が生じ、最終的に前記亀裂部の下地の外部リード端子に応力が集中して外部リード端子が破断してしまうという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、激しい振動が加わったとしても外部リード端子に破断が生じることがなく、搭載した電子部品を長期間にわたって所定の外部電気回路に確実強固に電気的接続することができる配線基板の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板の製造方法は、（１）外表面に配線層が被着された絶縁基体を準備する工程と、（２）前記配線層上にロウ材を介して外部リード端子を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子を取着するとともに外部リード端子のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ2乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ2 にする工程と、（３）前記外部リード端子の露出表面にニッケルから成るめっき層を被着させる工程と、（４）前記ニッケルから成るめっき層を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルから成るめっき層の粒径を２μｍ乃至５μｍとする工程、（５）前記ニッケルから成るめっき層の上面に、金めっき層をシアン化金カリウム系のめっき浴を用いた電解めっき法によって被着させる工程、とから成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の配線基板の製造方法は、前記ニッケルから成るめっき層の厚みが１μｍ乃至１０μｍであることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板の製造方法によれば、配線層上にロウ材を介して外部リード端子を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子を取着するとともに前記外部リード端子のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の低いものとして柔軟性に富むものとし、かつ外部リード端子の外表面にニッケルから成るめっき層を被着させるとともに該ニッケルから成るめっき層を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルの結晶を２μｍ乃至５μｍの大きなものに粒成長させて転位の移動が容易で変形しやすいものにしたことから、配線基板に激しい振動が加わり、外部リード端子がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力が外部リード端子に作用したとしてもその応力は前記外部リード端子及びニッケルめっき層が適度に変形することによって吸収され、その結果、外部リード端子に破断を発生するのが有効に防止されて外部リード端子を介して半導体素子等の電子部品の各電極を所定の外部電気回路に確実、強固に電気的接続させることが可能となる。
【００１２】
【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。
図１は本発明の製造方法によって製作された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使用した場合の一実施例を示し、かかる半導体素子収納用パッケージは配線基板Ａと蓋体Ｂとで形成されている。
【００１３】
前記配線基板Ａは、絶縁基体１と配線層２と外部リード端子３とから形成されており、絶縁基体１はその上面に半導体素子５を収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａ底面には半導体素子５がガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１４】
また前記絶縁基体１には凹部１ａの周辺から外周端部にかけて複数個の配線層２が被着形成されており、配線層２のうち凹部１ａの周辺領域には半導体素子５の各電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続され、また絶縁基体１の外周端部に導出する領域には外部電気回路と接続される外部リード端子３が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。
【００１５】
前記配線層３は半導体素子５の各電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、タングステンやモリブデン、マンガン等の金属材料によって形成されている。
【００１６】
なお、前記配線層２はその露出表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材等と濡れ性が良い金属をめっき法により１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線層２の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線層２へのボンディングワイヤ６の接続及び外部リード端子３のロウ付けを強固となすことができる。従って、前記配線層２はその露出表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材等と濡れ性が良い金属をめっき法により１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００１７】
また前記配線層２には外部リード端子３がロウ付けされており、該外部リード端子３は外部電気回路に半田等を介して接続され、これによって半導体素子５はその各電極がボンディングワイヤ６及び配線層２を介して外部電気回路に接続されることとなる。
【００１８】
前記外部リード端子３はヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の金属材料からなり、配線層２に銀ロウ等のロウ材を介して取着されている。
【００１９】
前記外部リード端子３はそのヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ で柔軟性に富むことから、半導体素子収納用パッケージに激しい振動が加わり、外部リード端子３がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力が外部リード端子３に作用したとしてもその応力は前記外部リード端３が適度に変形することによって吸収され、その結果、外部リード端子３に破断を発生するのが有効に防止されて外部リード端子３を介して内部に収容する半導体素子５を所定の外部電気回路に確実、強固に電気的接続させることが可能となる。
【００２０】
なお、前記外部リード端子３はそのヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 未満になると外部リード端子３の剛性が不足して小さな外力印加によっても容易に変形し、外部リード端子３の外部電気回路への電気的接続の作業性が悪いものになるとともに外部リード端子３を外部電気回路に半田等を介して接続した後、外部リード端子３に外力が印加されると外部リード端子３が揺動し、該揺動に伴って外部リード端子３を外部電気回路に接続している半田等に外れが発生して外部リード端子３の外部電気回路への電気的接続の信頼性が大きく低下してしまい、また１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ を超えると外部リード端子３の柔軟性が劣化し、外部振動の印加に伴う応力によって破断が発生してしまう。従って、前記外部リード端子３は、そのヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の範囲に特定される。
【００２１】
また前記外部リード端子３はその露出外表面に粒径が２μｍ乃至５μｍのニッケルから成るめっき層４が被着されており、該ニッケルから成るめっき層４によって外部リード端子３と外部電気回路との電気的接続が良好となるとともに外部リード端子３の酸化腐蝕が有効に防止されている。
【００２２】
前記ニッケルから成るめっき層４は、ニッケルの粒径が２μｍ乃至５μｍであり、粒径が大きいことから転位の移動が容易で変形し易いものとなっており、これによって半導体素子収納用パッケージに激しい振動が加わり、外部リード端子３がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力がニッケルから成るめっき層４に作用したとしてもその応力はニッケルから成るめっき層４を適度に変形させることによって吸収され、その結果、ニッケルから成るめっき層４に亀裂や破断を発生することはない。
【００２３】
なお、前記ニッケルから成るめっき層４はその粒径が２μｍ未満となると結晶の粒界が多く、転位（個々の結晶を構成するニッケル原子の外力によってすべりを生じた領域と生じていない領域との境界線）の移動が悪くなって、硬くて脆く、変形し難いものとなり、外部より激しい振動が加わった際に亀裂が生じるとともに破断が発生してしまい、また５μｍを超えるとニッケルから成るめっき層４に多量にピンホール（開口）が形成されて外部リード端子３の露出外表面を完全に被覆することができず、外部リード端子３に酸化腐蝕が発生したり、外部電気回路との電気的接続の信頼性が低下したりしてしまう。従って、前記ニッケルから成るめっき層４はその粒径が２μｍ乃至５μｍの範囲に特定される。
【００２４】
更に、前記ニッケルから成るめっき層４は、その厚みが１μｍ未満となると外部リード端子３に対する半田等の濡れ性が低下して外部リード端子３を外部電気回路に強固に電気的接続することが困難となる傾向にあり、また１０μｍを超えるとニッケルから成るめっき層４中にめっきの際に発生する応力が内在し、該内在応力によって外部リード端子３に対する密着強度が低いものとなってしまう傾向がある。従って、前記ニッケルから成るめっき層４はその厚みを１μｍ乃至１０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２５】
また一方、前記絶縁基体１に外部リード端子３を取着してなる配線基板Ａはその上面に蓋体Ｂが樹脂、ガラス、ロウ材等からなる封止材を介して接合され、蓋体Ｂによって絶縁基体１の凹部１ａを塞ぎ、凹部１ａ内に配されている半導体素子５を気密に封止するようになっている。
【００２６】
前記蓋体Ｂは酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料、あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末を従来周知のプレス成型法を採用することによって板状に成形するとともにこれを約１５００℃の温度で焼成することによって形成される。
【００２７】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、配線基板Ａの絶縁基体１に設けた凹部１ａ底面に半導体素子５をガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介し接着固定するとともに該半導体素子５の各電極をボンディングワイヤ６により外部リード端子３が取着されている配線層２に電気的に接続させ、しかる後、絶縁基体１の上面に蓋体Ｂを樹脂やガラス、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、配線基板Ａと蓋体Ｂとから成る容器内部に半導体素子５を気密に収容することによって最終製品としての半導体装置となる。
【００２８】
次に上述の半導体素子収納用パッケージに使用されている配線基板の製造方法について図２（ａ）乃至（ｃ）に基づき説明する。
【００２９】
まず、図２（ａ）に示す如く、上面に凹部１ａを有し、該凹部１ａの周辺から外周端部にかけて複数個の配線層２が被着形成されている絶縁基体１を準備する。
【００３０】
前記絶縁基体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、ムライト質焼結体等の電気絶縁材料から形成され、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工および穴あけ加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００３１】
また前記配線層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なり、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒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の表面に従来周知のスクリーン印刷法等により予め所定パターンに印刷塗布しておき、セラミックグリーンシートを焼成して絶縁基体１とする際に同時に絶縁基体１の凹部１ａ周辺から外周端部にかけて所定パターンに被着形成される。
【００３２】
次に、前記配線層２上にロウ材を介して外部リード端子３を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて図２（ｂ）に示す如く、外部リード端子３を配線層２上に取着させるとともに外部リード端子３のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ に調整する。この場合、外部リード端子３の配線層２上への取着と外部リード端子３のヤング率の調整が同時に行え、作業性が極めてよい。
【００３３】
また前記熱処理はその温度が８５０℃未満であると鉄−ニッケル−コバルト合金等から成る外部リード端子３のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の範囲の柔らかいものにすることができなくなる。従って、前記熱処理は８５０℃以上に特定される。
【００３４】
なお、前記熱処理としては、外部リード端子３の材料となる金属の軟化点よりも融点が高いロウ材を用い、前記軟化点よりも高い温度で熱処理することによって行われ、例えば、外部リード端子３が鉄−ニッケル−コバルト合金（軟化点が約８００℃）からなる場合であれば、ロウ材として融点が約８５０℃の銀−銅ロウ材（銀８５重量％、銅１５重量％）を用い、約９００℃の温度で熱処理することによって行われる。
【００３５】
そして次に、図２（ｃ）に示す如く、前記外部リード端子の露出表面にニッケルから成るめっき層４を被着させる。
【００３６】
前記ニッケルから成るめっき層４は、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって外部リード端子３の露出表面に形成され、例えば電解めっき法による場合であれば、従来周知のワット浴すなわち硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸から成るニッケルめっき浴中に外部リード端子３を浸漬し、次に外部リード端子３に２〜１０Ａ／ｄｍ２ 程度の電流密度のめっき用電力を印加することによって外部リード端子３の表面に形成される。
【００３７】
そして最後に、前記ニッケルから成るめっき層４を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルから成るめっき層４の粒径を２μｍ乃至５μｍとすることによって製品としての（図１に示す）配線基板Ａが完成する。
【００３８】
前記ニッケルから成るめっき層４の熱処理は、外部リード端子３の露出表面に被着させたニッケルから成るめっき層４のニッケルの結晶を粒成長させてその粒径を２μｍ乃至５μｍとする作用をなし、熱処理の温度が６００℃未満であるとニッケルから成るめっき層４のニッケルの結晶径を２μｍ乃至５μｍの大きなものとすることができず、また、外部リード端子３を配線層２に取着しているロウ材の融点よりも高い温度で行うとロウ材が溶融して外部リード端子３か配線層２より外れてしまう。従って、前記ニッケルから成るめっき層４の熱処理は、６００℃以上で、かつ外部リード端子３を配線層２に取着しているロウ材の融点よりも低い温度に特定される。
【００３９】
また前記ニッケルから成るめっき層４の粒径を２μｍ乃至５μｍとする熱処理は、例えば、ニッケルから成るめっき層４がワット浴を用いた電解めっき法で形成されている場合であれば、還元雰囲気中、約７５０℃で熱処理することによって行われる。
【００４０】
なお、本発明は上述の実施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。前記ニッケルめっき層４の上面に、金めっき層８を被着させておく。この場合、金めっき層８によって外部リード端子３の酸化腐食がより一層、有効に防止されるとともに半田等の濡れ性がより一層良好なものとなり、外部リード端子３を外部電気回路に半田等を介してより強固に電気的接続することが可能となる。
【００４１】
また前記金めっき層８は、電解めっき法により形成され、電解めっき法による場合であれば、従来周知のシアン化金カリウム系のめっき浴を用い、定法に従い液温５０〜８０℃、ｐＨ４〜７の作業条件で所定の時間行うことによりニッケルから成るめっき層４の表面に所定厚みに被着される。この場合、金は極めて延性に優れた柔軟なものであることから、この金めっき層８に振動に伴う破断等が生じることはない。
【００４２】
更に上述の実施例では、上面に半導体素子を収容するための凹部を有し、半導体素子収納用パッケージに用いられる配線基板の製造方法として説明したが、外部リード端子を取着した構造の配線基板の製造方法であれば適用可能であり、例えば、半導体素子、容量素子、抵抗器等の電子部品を搭載する混成集積回路用の配線基板の製造方法として適用しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の配線基板の製造方法によれば、配線層上にロウ材を介して外部リード端子を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子を取着するとともに前記外部リード端子のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の低いものとして柔軟性に富むものとし、かつ外部リード端子の外表面にニッケルから成るめっき層を被着させるとともに該ニッケルから成るめっき層を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルの結晶を２μｍ乃至５μｍの大きなものに粒成長させて転位の移動が容易で変形しやすいものにしたことから、配線基板に激しい振動が加わり、外部リード端子がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力が外部リード端子に作用したとしてもその応力は前記外部リード端子及びニッケルめっき層が適度に変形することによって吸収され、その結果、外部リード端子に破断を発生するのが有効に防止されて外部リード端子を介して半導体素子等の電子部品の各電極を所定の外部電気回路に確実、強固に電気的接続させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製作された配線基板を半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一実施例を示す断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の配線基板の製造方法を説明するための各工程毎の断面図である。
【符号の説明】
Ａ・・・・・配線基板
Ｂ・・・・・蓋体
１・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・凹部
２・・・・・配線層
３・・・・・外部リード端子
４・・・・・ニッケルからなるめっき層
５・・・・・半導体素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、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や混成集積回路基板等に用いられる配線基板の製造方法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等の電気絶縁材料から成り、上面の略中央部に半導体素子を収容するための凹部及び該凹部周辺から外周端にかけて導出されたタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る配線層を有する絶縁基体と、半導体素子を外部電気回路に電気的に接続するために前記配線層に銀ロウを介して取着された鉄−ニッケル−コバルト合金（５４重量％Ｆｅ−２９重量％Ｎｉ−１７重量％Ｃｏ）から成る外部リード端子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、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前記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、前記半導体素子を封止樹脂や蓋体等を用いて気密封止することによって半導体装置となる。
【０００３】
かかる半導体装置は外部リード端子が外部電気回路基板の配線導体に半田等の導電性接合材を介して接続され、これによって半導体素子の各電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
また、前記半導体素子収納用パッケージに使用される配線基板は外部リード端子と外部電気回路との電気的接続を良好とするために、また外部リード端子が酸化腐食するのを有効に防止するために、通常、外部リード端子の外表面にはニッケル及び必要に応じて金が電解めっき法等により被着されている。
【０００５】
このような配線基板は、一般に以下の方法によって製作される。
【０００６】
即ち、
（１）まず上面の略中央部に凹部及び該凹部周辺から外周端にかけて導出されたタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る配線層を有する絶縁基体を準備、
（２）次に、前記配線層の露出する所定の表面に銀−銅共晶ロウ材（融点が７７９℃）を介して外部リード端子を載置させるとともに約８００℃の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子をロウ付け、取着させ、
（３）そして最後に前記外部リード端子の露出表面にニッケルおよび必要に応じて金から成るめっき層を所定厚みに被着させることによって製作されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法で配線基板を製作した場合、外部リード端子が鉄−ニッケル−コバルト合金（５４重量％Ｆｅ−２９重量％Ｎｉ−１７重量％Ｃｏ）から成り、そのヤング率が１４０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 〜１５０００ｋｇｆ／ｍｍ２ と高く柔軟性に劣るものであること、外部リード端子の外表面に被着されているニッケルのめっき層は粒径が約０．３〜１μｍと小さく、結晶の粒界が極めて多いために転位（個々の結晶を構成するニッケル原子の外力によってすべりを生じた領域と生じていない領域との境界線）の移動が悪く、硬くて脆く、変形し難いこと等から配線基板に激しい振動が加わり、外部リード端子がロウ付け部を支点として激しく振動した場合、この振動にともなう応力によってまず硬くて脆いニッケルめっき層に亀裂が生じ、次いでこの亀裂部分に応力が集中してニッケルめっき層に破断が生じ、最終的に前記亀裂部の下地の外部リード端子に応力が集中して外部リード端子が破断してしまうという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、激しい振動が加わったとしても外部リード端子に破断が生じることがなく、搭載した電子部品を長期間にわたって所定の外部電気回路に確実強固に電気的接続することができる配線基板の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板の製造方法は、（１）外表面に配線層が被着された絶縁基体を準備する工程と、（２）前記配線層上にロウ材を介して外部リード端子を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子を取着するとともに外部リード端子のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ2乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ2 にする工程と、（３）前記外部リード端子の露出表面にニッケルから成るめっき層を被着させる工程と、（４）前記ニッケルから成るめっき層を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルから成るめっき層の粒径を２μｍ乃至５μｍとする工程、（５）前記ニッケルから成るめっき層の上面に、金めっき層をシアン化金カリウム系のめっき浴を用いた電解めっき法によって被着させる工程、とから成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の配線基板の製造方法は、前記ニッケルから成るめっき層の厚みが１μｍ乃至１０μｍであることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板の製造方法によれば、配線層上にロウ材を介して外部リード端子を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子を取着するとともに前記外部リード端子のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の低いものとして柔軟性に富むものとし、かつ外部リード端子の外表面にニッケルから成るめっき層を被着させるとともに該ニッケルから成るめっき層を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルの結晶を２μｍ乃至５μｍの大きなものに粒成長させて転位の移動が容易で変形しやすいものにしたことから、配線基板に激しい振動が加わり、外部リード端子がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力が外部リード端子に作用したとしてもその応力は前記外部リード端子及びニッケルめっき層が適度に変形することによって吸収され、その結果、外部リード端子に破断を発生するのが有効に防止されて外部リード端子を介して半導体素子等の電子部品の各電極を所定の外部電気回路に確実、強固に電気的接続させることが可能となる。
【００１２】
【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。
図１は本発明の製造方法によって製作された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使用した場合の一実施例を示し、かかる半導体素子収納用パッケージは配線基板Ａと蓋体Ｂとで形成されている。
【００１３】
前記配線基板Ａは、絶縁基体１と配線層２と外部リード端子３とから形成されており、絶縁基体１はその上面に半導体素子５を収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａ底面には半導体素子５がガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１４】
また前記絶縁基体１には凹部１ａの周辺から外周端部にかけて複数個の配線層２が被着形成されており、配線層２のうち凹部１ａの周辺領域には半導体素子５の各電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続され、また絶縁基体１の外周端部に導出する領域には外部電気回路と接続される外部リード端子３が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。
【００１５】
前記配線層３は半導体素子５の各電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、タングステンやモリブデン、マンガン等の金属材料によって形成されている。
【００１６】
なお、前記配線層２はその露出表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材等と濡れ性が良い金属をめっき法により１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線層２の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線層２へのボンディングワイヤ６の接続及び外部リード端子３のロウ付けを強固となすことができる。従って、前記配線層２はその露出表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材等と濡れ性が良い金属をめっき法により１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００１７】
また前記配線層２には外部リード端子３がロウ付けされており、該外部リード端子３は外部電気回路に半田等を介して接続され、これによって半導体素子５はその各電極がボンディングワイヤ６及び配線層２を介して外部電気回路に接続されることとなる。
【００１８】
前記外部リード端子３はヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の金属材料からなり、配線層２に銀ロウ等のロウ材を介して取着されている。
【００１９】
前記外部リード端子３はそのヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ で柔軟性に富むことから、半導体素子収納用パッケージに激しい振動が加わり、外部リード端子３がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力が外部リード端子３に作用したとしてもその応力は前記外部リード端３が適度に変形することによって吸収され、その結果、外部リード端子３に破断を発生するのが有効に防止されて外部リード端子３を介して内部に収容する半導体素子５を所定の外部電気回路に確実、強固に電気的接続させることが可能となる。
【００２０】
なお、前記外部リード端子３はそのヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 未満になると外部リード端子３の剛性が不足して小さな外力印加によっても容易に変形し、外部リード端子３の外部電気回路への電気的接続の作業性が悪いものになるとともに外部リード端子３を外部電気回路に半田等を介して接続した後、外部リード端子３に外力が印加されると外部リード端子３が揺動し、該揺動に伴って外部リード端子３を外部電気回路に接続している半田等に外れが発生して外部リード端子３の外部電気回路への電気的接続の信頼性が大きく低下してしまい、また１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ を超えると外部リード端子３の柔軟性が劣化し、外部振動の印加に伴う応力によって破断が発生してしまう。従って、前記外部リード端子３は、そのヤング率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の範囲に特定される。
【００２１】
また前記外部リード端子３はその露出外表面に粒径が２μｍ乃至５μｍのニッケルから成るめっき層４が被着されており、該ニッケルから成るめっき層４によって外部リード端子３と外部電気回路との電気的接続が良好となるとともに外部リード端子３の酸化腐蝕が有効に防止されている。
【００２２】
前記ニッケルから成るめっき層４は、ニッケルの粒径が２μｍ乃至５μｍであり、粒径が大きいことから転位の移動が容易で変形し易いものとなっており、これによって半導体素子収納用パッケージに激しい振動が加わり、外部リード端子３がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力がニッケルから成るめっき層４に作用したとしてもその応力はニッケルから成るめっき層４を適度に変形させることによって吸収され、その結果、ニッケルから成るめっき層４に亀裂や破断を発生することはない。
【００２３】
なお、前記ニッケルから成るめっき層４はその粒径が２μｍ未満となると結晶の粒界が多く、転位（個々の結晶を構成するニッケル原子の外力によってすべりを生じた領域と生じていない領域との境界線）の移動が悪くなって、硬くて脆く、変形し難いものとなり、外部より激しい振動が加わった際に亀裂が生じるとともに破断が発生してしまい、また５μｍを超えるとニッケルから成るめっき層４に多量にピンホール（開口）が形成されて外部リード端子３の露出外表面を完全に被覆することができず、外部リード端子３に酸化腐蝕が発生したり、外部電気回路との電気的接続の信頼性が低下したりしてしまう。従って、前記ニッケルから成るめっき層４はその粒径が２μｍ乃至５μｍの範囲に特定される。
【００２４】
更に、前記ニッケルから成るめっき層４は、その厚みが１μｍ未満となると外部リード端子３に対する半田等の濡れ性が低下して外部リード端子３を外部電気回路に強固に電気的接続することが困難となる傾向にあり、また１０μｍを超えるとニッケルから成るめっき層４中にめっきの際に発生する応力が内在し、該内在応力によって外部リード端子３に対する密着強度が低いものとなってしまう傾向がある。従って、前記ニッケルから成るめっき層４はその厚みを１μｍ乃至１０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２５】
また一方、前記絶縁基体１に外部リード端子３を取着してなる配線基板Ａはその上面に蓋体Ｂが樹脂、ガラス、ロウ材等からなる封止材を介して接合され、蓋体Ｂによって絶縁基体１の凹部１ａを塞ぎ、凹部１ａ内に配されている半導体素子５を気密に封止するようになっている。
【００２６】
前記蓋体Ｂは酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料、あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末を従来周知のプレス成型法を採用することによって板状に成形するとともにこれを約１５００℃の温度で焼成することによって形成される。
【００２７】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、配線基板Ａの絶縁基体１に設けた凹部１ａ底面に半導体素子５をガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介し接着固定するとともに該半導体素子５の各電極をボンディングワイヤ６により外部リード端子３が取着されている配線層２に電気的に接続させ、しかる後、絶縁基体１の上面に蓋体Ｂを樹脂やガラス、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、配線基板Ａと蓋体Ｂとから成る容器内部に半導体素子５を気密に収容することによって最終製品としての半導体装置となる。
【００２８】
次に上述の半導体素子収納用パッケージに使用されている配線基板の製造方法について図２（ａ）乃至（ｃ）に基づき説明する。
【００２９】
まず、図２（ａ）に示す如く、上面に凹部１ａを有し、該凹部１ａの周辺から外周端部にかけて複数個の配線層２が被着形成されている絶縁基体１を準備する。
【００３０】
前記絶縁基体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、ムライト質焼結体等の電気絶縁材料から形成され、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工および穴あけ加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００３１】
また前記配線層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なり、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒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の表面に従来周知のスクリーン印刷法等により予め所定パターンに印刷塗布しておき、セラミックグリーンシートを焼成して絶縁基体１とする際に同時に絶縁基体１の凹部１ａ周辺から外周端部にかけて所定パターンに被着形成される。
【００３２】
次に、前記配線層２上にロウ材を介して外部リード端子３を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて図２（ｂ）に示す如く、外部リード端子３を配線層２上に取着させるとともに外部リード端子３のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ に調整する。この場合、外部リード端子３の配線層２上への取着と外部リード端子３のヤング率の調整が同時に行え、作業性が極めてよい。
【００３３】
また前記熱処理はその温度が８５０℃未満であると鉄−ニッケル−コバルト合金等から成る外部リード端子３のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の範囲の柔らかいものにすることができなくなる。従って、前記熱処理は８５０℃以上に特定される。
【００３４】
なお、前記熱処理としては、外部リード端子３の材料となる金属の軟化点よりも融点が高いロウ材を用い、前記軟化点よりも高い温度で熱処理することによって行われ、例えば、外部リード端子３が鉄−ニッケル−コバルト合金（軟化点が約８００℃）からなる場合であれば、ロウ材として融点が約８５０℃の銀−銅ロウ材（銀８５重量％、銅１５重量％）を用い、約９００℃の温度で熱処理することによって行われる。
【００３５】
そして次に、図２（ｃ）に示す如く、前記外部リード端子の露出表面にニッケルから成るめっき層４を被着させる。
【００３６】
前記ニッケルから成るめっき層４は、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって外部リード端子３の露出表面に形成され、例えば電解めっき法による場合であれば、従来周知のワット浴すなわち硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸から成るニッケルめっき浴中に外部リード端子３を浸漬し、次に外部リード端子３に２〜１０Ａ／ｄｍ２ 程度の電流密度のめっき用電力を印加することによって外部リード端子３の表面に形成される。
【００３７】
そして最後に、前記ニッケルから成るめっき層４を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルから成るめっき層４の粒径を２μｍ乃至５μｍとすることによって製品としての（図１に示す）配線基板Ａが完成する。
【００３８】
前記ニッケルから成るめっき層４の熱処理は、外部リード端子３の露出表面に被着させたニッケルから成るめっき層４のニッケルの結晶を粒成長させてその粒径を２μｍ乃至５μｍとする作用をなし、熱処理の温度が６００℃未満であるとニッケルから成るめっき層４のニッケルの結晶径を２μｍ乃至５μｍの大きなものとすることができず、また、外部リード端子３を配線層２に取着しているロウ材の融点よりも高い温度で行うとロウ材が溶融して外部リード端子３か配線層２より外れてしまう。従って、前記ニッケルから成るめっき層４の熱処理は、６００℃以上で、かつ外部リード端子３を配線層２に取着しているロウ材の融点よりも低い温度に特定される。
【００３９】
また前記ニッケルから成るめっき層４の粒径を２μｍ乃至５μｍとする熱処理は、例えば、ニッケルから成るめっき層４がワット浴を用いた電解めっき法で形成されている場合であれば、還元雰囲気中、約７５０℃で熱処理することによって行われる。
【００４０】
なお、本発明は上述の実施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。前記ニッケルめっき層４の上面に、金めっき層８を被着させておく。この場合、金めっき層８によって外部リード端子３の酸化腐食がより一層、有効に防止されるとともに半田等の濡れ性がより一層良好なものとなり、外部リード端子３を外部電気回路に半田等を介してより強固に電気的接続することが可能となる。
【００４１】
また前記金めっき層８は、電解めっき法により形成され、電解めっき法による場合であれば、従来周知のシアン化金カリウム系のめっき浴を用い、定法に従い液温５０〜８０℃、ｐＨ４〜７の作業条件で所定の時間行うことによりニッケルから成るめっき層４の表面に所定厚みに被着される。この場合、金は極めて延性に優れた柔軟なものであることから、この金めっき層８に振動に伴う破断等が生じることはない。
【００４２】
更に上述の実施例では、上面に半導体素子を収容するための凹部を有し、半導体素子収納用パッケージに用いられる配線基板の製造方法として説明したが、外部リード端子を取着した構造の配線基板の製造方法であれば適用可能であり、例えば、半導体素子、容量素子、抵抗器等の電子部品を搭載する混成集積回路用の配線基板の製造方法として適用しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の配線基板の製造方法によれば、配線層上にロウ材を介して外部リード端子を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子を取着するとともに前記外部リード端子のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ２ 乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ の低いものとして柔軟性に富むものとし、かつ外部リード端子の外表面にニッケルから成るめっき層を被着させるとともに該ニッケルから成るめっき層を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルの結晶を２μｍ乃至５μｍの大きなものに粒成長させて転位の移動が容易で変形しやすいものにしたことから、配線基板に激しい振動が加わり、外部リード端子がロウ付け部を支点として激しく振動し、振動に伴う応力が外部リード端子に作用したとしてもその応力は前記外部リード端子及びニッケルめっき層が適度に変形することによって吸収され、その結果、外部リード端子に破断を発生するのが有効に防止されて外部リード端子を介して半導体素子等の電子部品の各電極を所定の外部電気回路に確実、強固に電気的接続させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製作された配線基板を半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一実施例を示す断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の配線基板の製造方法を説明するための各工程毎の断面図である。
【符号の説明】
Ａ・・・・・配線基板
Ｂ・・・・・蓋体
１・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・凹部
２・・・・・配線層
３・・・・・外部リード端子
４・・・・・ニッケルからなるめっき層
５・・・・・半導体素子
Claims (2)
- （１）外表面に配線層が被着された絶縁基体を準備する工程と、（２）前記配線層上にロウ材を介して外部リード端子を載置させるとともに８５０℃以上の温度で熱処理し、前記ロウ材を溶融させて配線層に外部リード端子を取着するとともに外部リード端子のヤング率を７０００ｋｇｆ／ｍｍ2乃至１３０００ｋｇｆ／ｍｍ2 にする工程と、（３）前記外部リード端子の露出表面にニッケルから成るめっき層を被着させる工程と、（４）前記ニッケルから成るめっき層を６００℃以上で、かつ前記ロウ材の融点未満の温度で熱処理し、ニッケルから成るめっき層の粒径を２μｍ乃至５μｍとする工程、（５）前記ニッケルから成るめっき層の上面に、金めっき層をシアン化金カリウム系のめっき浴を用いた電解めっき法によって被着させる工程、とから成ることを特徴とする配線基板の製造方法。
- 前記ニッケルから成るめっき層の厚みが１μｍ乃至１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
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