JP3896333B2 - 厚膜多層配線基板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚膜多層配線基板の製造方法に関する。特に、金系導体からなるボンディングパッド層とそのボンディングパッド層と重複させられることにより電気的に接続させられる銀系若しくは銀白金系の導体層との接続部の基板界面に発生した空洞をなくす厚膜多層配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−１２６８５３号公報では、金系導体のワイヤボンディングパッドの上に銀系導体若しくは銀白金系導体の導体配線を接続する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１２６８５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、銀系導体ペースト或いは銀白金系導体ペーストが塗布形成され、且つ焼成されることにより上記銀系導体或いは銀白金系導体からなる厚膜配線導体が基板上に形成され、その後に、金系導体ペーストが塗布形成され、且つ焼成されることにより、金系導体からなるボンディングパッドが厚膜導体配線上に重ねて形成される方法や銀系導体或いは銀白金系導体を形成する前に金系導体を先に形成し重ねる方法がある。しかしながら、このような従来の厚膜配線基板の製造方法を厚膜多層配線基板の製造方法に適用した場合、金系導体からなるボンディングパッド層と銀系導体或いは銀白金系導体からなる厚膜配線との接続部分は、繰返し焼成の熱履歴により、接続が異常に薄くなったり、空洞が発生したり、基板との界面に空洞が発生し接続信頼性を低下させる問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、接続信頼性をより向上した厚膜多層配線基板及びその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の厚膜多層配線基板は、セラミック基板と、前記セラミック基板の上に設けられた金系導体からなるボンディングパッド層と、前記ボンディングパット層の少なくとも一部の上に被せるように前記セラミック基板の上に設けられた銀系導体または銀白金系導体からなる導体配線と、前記導体配線の上に設けられ、少なくとも前記ボンディングパットと前記導体配線とが重複する部分を覆う絶縁ガラス層とを有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
今回発明者らは、厚膜多層配線基板の製造方法について、種々検討した。
【０００８】
ＩＣチップ，ダイオードチップ、或いはトランジスタチップなどの半導体チップを厚膜多層配線基板の上に搭載する方法として、半導体チップ上のボンディングパッドとの間を熱圧着或いは超音波を用いて金線で接続するワイヤボンディング法が知られている。このようなワイヤボンディング法では、厚膜側のボンディングパッドは接続信頼性を高めるために金系導体で構成することが望まれる。この場合、一般に厚膜多層配線基板が高価となることを避けるために、ワイヤボンディングされるボンディングパッドには金系導体が用いられ、他の導体配線部分は、比較的安価な銀系導体若しくは銀白金系導体が用いられる。金系導体と銀系導体若しくは銀白金系導体の接続部を、焼成した場合、異種金属間接続によるカーケンドール効果を起こし、該接続部の基板界面が異常に薄かったり、空洞が発生する。この現象は、金系導体と銀系導体若しくは銀白金系導体の接続部を繰り返し焼成すると進行する性質を持っており、熱履歴回数が増えると断線に至る場合もある。したがって、厚膜多層配線基板の製造方法では、繰返し焼成による接続信頼性が低下していた。
【０００９】
また、金系導体のワイヤボンディングパッドの上に銀系導体若しくは銀白金系導体の導体配線を接続する技術が開示されているが、厚膜多層配線基板の製造方法における繰返し焼成に対しては、接続部下部の基板界面の空洞を回避することができない問題がある。
【００１０】
以下、実施態様である、厚膜多層配線基板１０の構成および製造方法を詳細に説明する。
本開発は、金線をボンディングするために金系導体からなるボンディングパッド層と、該ボンディングパッド層と重複させられることにより電気的に接続される銀系導体若しくは銀白金系導体からなる導体配線とを基板に有する厚膜多層配線基板の製造方法であって、金系の導体ペーストを前記セラミック基板上に塗布形成し、且つ焼成することにより、前記ボンディングパッド層を形成するボンディングパッド層形成工程と、該ボンディングパッド層形成工程により形成されたボンディングパッド層の上に、銀系若しくは銀白金系導体の導体ペーストを塗布形成し、且つ焼成することにより、前記導体配線層を形成する導体層形成工程からなる接続部分の上にアノーサイト系若しくはセルジアン系絶縁ガラスのガラスペーストを塗布形成し、且つ焼成することにより前記絶縁ガラス層を形成する、前記絶縁ガラス層形成工程とを含むことにより、接続部の基板界面に発生した空洞をなくすことを特徴とする厚膜多層配線基板の製造方法を提供することにある。
【００１１】
図１の厚膜多層配線基板１０は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするアルミナ基板のようなセラミック基板１２と、そのセラミック基板１２上に形成されたワイヤボンディングパッド１４と、ワイヤボンディングパッド１４に一端部が重ねられることにより接続された導体配線１６およびチップボンディングパッド１８とワイヤボンディングパッド１４の一端部が重ねられた導体配線の上に絶縁体層である絶縁ガラス層２４を備えられている。上記ワイヤボンディングパッド１４は、金系導体を含む厚膜導体から十μｍ程度の厚みに形成されている。
【００１２】
上記チップボンディングパッド１８上には、ＩＣチップ，ダイオードチップ、或いはトランジスタチップなどの半導体チップ２０が、たとえばはんだ材を介して、或いは導電性接着剤を介してその裏面が接着される。また、上記半導体チップ２０の上面とワイヤボンディングパッド１４とには、数十μｍ程度の径を有する金ワイヤ２２の両端部が、たとえば熱圧着或いは熱超音波圧着によりそれぞれ接続される。
【００１３】
上記のように構成された厚膜多層配線基板１０は、たとえば図２に示す工程が実施されることにより製造される。図２において、金導体塗布形成工程３０では、たとえば金粒子（金粉），結合材としてガラスフリットおよび金属酸化物，ペースト化するための樹脂および溶剤が混錬された金系厚膜導体ペーストを用いて塗布形成されることにより、前記ワイヤボンディングパッド１４に対応する所定厚みの金パターンがセラミック基板１２上に塗布形成され、且つ乾燥される。続く金導体焼成工程３２では、たとえば厚膜焼成炉を用いて８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより、ワイヤボンディングパッド１４がセラミック基板１２上に固着される。上記金パッド塗布形成工程３０および金パッド焼成工程３２は、金系の導体ペーストを用いて塗布形成し、且つ焼成することによりボンディングパッド層をセラミック基板１２上に形成するボンディングパッド層形成工程に対応している。
【００１４】
導体塗布形成工程３４では、たとえば銀粒子（銀粉）、或いは銀粒子および白金粒子（銀白金粉），結合材としてガラスフリットおよび金属酸化物，ペースト化するための樹脂および溶剤が混錬された銀系或いは銀白金系厚膜導体ペーストを用いて塗布形成されることにより、前記導体配線１６およびチップボンディングパッド１８に対応する所定厚みの導体パターンがセラミック基板１２上であって前記ワイヤボンディングパッド１４の一部に重ねた状態で塗布形成され、且つ乾燥される。続く導体焼成工程では、たとえば厚膜焼成炉を用いて８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより、導体配線１６およびチップボンディングパッド１８がセラミック基板１２上に固着される。上記導体塗布形成工程３４および導体焼成工程３６は、銀系或いは銀白金系の導体ペーストを用いて塗布形成し、且つ焼成することにより導体配線層をセラミック基板１２上に形成する導体形成工程に対応している。
【００１５】
絶縁ガラス塗布形成工程３８では、たとえば絶縁体材料としてのバリウム(Ba)やカルシウム(Ｃａ)を主成分としたガラスフリット，ペースト化するための樹脂および溶剤が混錬された厚膜絶縁ガラスペーストを用いて塗布形成されることにより、前記絶縁ガラス層２４に対応する所定の厚みの絶縁ガラスパターンがセラミック基板上であって導体配線１６の一部に重ねた部分やワイヤボンディングパッド１４と導体配線１６が重複した部分に重ねた状態で塗布形成され、且つ乾燥される。続く絶縁ガラス焼成工程４０では、たとえば厚膜焼成炉を用いて８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより、絶縁ガラスがセラミック基板１２上に固着される。
【００１６】
絶縁ガラス塗布形成工程３８の積層数では、たとえば上下の導体配線層の絶縁性を確保するため、絶縁ガラス塗布形成工程３８から絶縁ガラス焼成工程４０を２回或いは３回繰返し積層されることにより絶縁ガラス層２４が形成される。
【００１７】
第２層導体塗布形成工程４２では、たとえば銀粒子（銀粉）、或いは銀粒子および白金粒子（銀白金粉），結合材としてガラスフリットおよび金属酸化物，ペースト化するための樹脂および溶剤が混錬された銀系或いは銀白金系厚膜導体ペーストを用いて塗布形成されることにより、第２層導体配線２６に対応する所定厚みの導体パターンが前記絶縁ガラス層２４に塗布形成され、且つ乾燥される。続く第２層導体焼成工程４４では、たとえば厚膜焼成炉を用いて８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより、第２層導体配線２６が絶縁ガラス層２４上に固着される。
【００１８】
オーバーコートガラス塗布形成工程４６では、たとえば抵抗体を形成しない場合や抵抗体を形成していても抵抗ドリフトを問題としない場合は、絶縁ガラスと同一のペーストを使用することができる。たとえば絶縁体材料としてのバリウム（Ｂａ）やカルシウム（Ｃａ）を主成分としたガラスフリット，ペースト化するための樹脂および溶剤が混錬された厚膜絶縁ガラスペーストを用いて塗布形成されることにより、オーバーコートガラス層２８に対応する所定厚みのオーバーコートガラスパターンが前記絶縁ガラス層２４上であって前記第２層導体配線２６に重ねた状態で塗布形成され、且つ乾燥される。続くオーバーコートガラス焼成工程４８では、たとえば厚膜焼成炉を用いて８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより、オーバーコートガラス層２８が前記絶縁ガラス層２４上に固着される。上記オーバーコートガラス塗布形成工程４６およびオーバーコートガラス焼成工程４８は、絶縁体材料としてのバリウム（Ｂａ）やカルシウム（Ｃａ）を主成分としたガラスフリットの絶縁ガラスペーストを用いて塗布形成し、且つ焼成することによりオーバーコートガラス層２８を絶縁ガラス層２４上に形成するオーバーコートガラス形成工程に対応している。
【００１９】
以上の工程を得て製造された厚膜多層配線基板１０では、ワイヤボンディングパッド１４の一端部の上に導体配線１６が形成される場合に比べて、ワイヤボンディングパッド１４と導体配線１６を接続した上に絶縁ガラス層を被せることで、該接続部の基板界面に空洞のない厚膜多層配線基板１０が得られる。したがって、電気的な信頼性が高められるとともに、接続信頼性の低下という問題を解消することができる。
【００２０】
図３は、上記図１および図２に示す厚膜多層配線基板１０と同様の条件で本発明者が実験した試料５０を示している。図４は、図３の金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６とその重なり部分の上に絶縁ガラスパターンである絶縁ガラス層５８が形成された部分の断面を１０００倍した電子顕微鏡写真を簡単に示す図である。上記試料５０の一面には、前記ワイヤボンディングパッド１４と同様の材質および工程によりセラミック基板５２の上に形成された金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と、前記導体配線１６と同様の材質および工程によりその金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４の一端部の上に重ねた状態で銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６が形成される。前記金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と前記銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６が重複された上に前記絶縁ガラス層２４と同様の材質および工程により形成された前記絶縁体パターンである絶縁ガラス層５８が設けられている。これら図３および図４に示すように、金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６との異種金属間接続部の重なり部分は、熱履歴を加えるとカーケンドール効果により、該重なり部分下部の基板との界面に空洞が発生する。この前記重なり部分の上部に非金属系の絶縁ガラス層を被せて繰返し熱履歴を加えると、カーケンドール効果による空洞を、ガラス収縮により上方向から抑制することができ、その結果該重なり部分の基板との界面に発生する空洞をなくすことができる。つまり、異種金属間接続部のカーケンドール効果による空洞は、重なり部分の上方向が拘束されない場合に発生するものであり、前記重なり部分に非金属系の絶縁ガラス層を被せる本実施態様は、重なり部分の上方から拘束することができ、繰返し熱履歴を加えても何ら接続部や基板との界面に空洞は発生しない。
【００２１】
これに対し、図５は、上記金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６との重なりだけとした従来の工程と同様の試料６０を示す図３に対応する図である。図６は、図５の金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６との重なり部分の断面を１０００倍した電子顕微鏡写真を簡単に示す図である。上記図５に示すように、金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６が重複した部分の基板との側面に隙間が形成され、また図６の断面に示すように銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６が重複した部分の基板との界面には、巨大な空洞７０が形成されている。金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４には、金ボンディング性を向上させるため、基板と接合するためのガラスフリットは少量のみとなっている。この結果、金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４に銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６を重ねて焼成した場合、該金系導体パターンであるワイヤボンディングパッド５４と該銀系或いは銀白金系導体パターンである導体配線５６との異種金属間接続部の重なり部分は、繰返し熱履歴を加えるとカーケンドール効果により、該重なり部分下部の基板との界面に空洞７０が発生する。
【００２２】
実施例２として図７は、上記図３の厚膜多層配線基板１０のセラミック基板に対し、たとえばセラミック基板に予めスルーホールを形成したスルーホールを有するセラミック基板７４に、たとえば銀粒子（銀粉）、或いは銀粒子および白金粒子（銀白金粉），結合材としてガラスフリットおよび金属酸化物，ペースト化するための樹脂および溶剤が混錬された銀系或いは銀白金系厚膜導体ペーストを用いて充填形成されることにより、導体充填層７２が形成され、且つ乾燥される。続く導体充填焼成工程では、たとえば厚膜焼成炉を用いて８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより、導体充填層７２がスルーホールを有するセラミック基板７４内に充填固着される。前記導体充填層７２を形成した後、前記金系厚膜導体ペーストを用いて塗布形成されることにより、前記ワイヤボンディングパッド１４に対応する所定厚みの金パターンがスルーホールを有するセラミック基板７４上であって前記導体充填層７２に重複されるかたちで塗布形成され、且つ乾燥される。続く金導体焼成工程では、たとえば厚膜焼成炉を用いて
８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより固着される。前記絶縁ガラス塗布形成工程では、前記厚膜絶縁ガラスペーストを用いて、前記スルーホールを有するセラミック基板７４上であって前記導体充填層７２に重複されるかたちで形成された前記ワイヤボンディングパッド１４上に塗布形成され、且つ乾燥される。続く絶縁ガラス焼成工程では、たとえば厚膜焼成炉を用いて８３０℃から８８０℃程度の温度で焼成されることにより、絶縁ガラスがスルーホールを有するセラミック基板７４上に固着される。これ以降の工程は、図１および図２の形成，条件を得て、厚膜多層配線基板が製造されるものである。
【００２３】
以上、実施態様の一実施例にて図面を用いて説明したが、本実施態様は、その他の態様においても適用される。
【００２４】
たとえば、前述の実施例の厚膜多層配線基板１０は、導体の２層配線としていたが、３層以上の多層配線であっても差し支えない。即ち、前述の厚膜多層配線基板１０は、６回ないし７回の焼成されるものであったが、８回以上の焼成を経て製造されるものであっても差し支えない。
【００２５】
本実施態様によれば、金導体と銀系導体若しくは銀白金導体の接続部の基板界面に発生した空洞をなくすことができ信頼性の高い厚膜多層配線基板を提供することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、接続信頼性をより向上した厚膜多層配線基板及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】厚膜多層配線基板の要部を説明する断面図。
【図２】厚膜多層配線基板の製造工程を説明する工程図。
【図３】絶縁ガラスパターンを形成した試料の要部を示す平面図。
【図４】要部断面を拡大した電子顕微鏡写真を簡単に説明した図。
【図５】絶縁ガラスパターンを形成していない試料の要部を示す平面図。
【図６】要部断面を拡大した電子顕微鏡写真を説明した図。
【図７】厚膜多層配線基板で、スルーホールを有するセラミック基板を使用した場合の要部の断面図。
【符号の説明】
１０…厚膜多層配線基板、１２，５２…セラミック基板、１４，５４…ワイヤボンディングパッド、１６，５６…導体配線、１８…チップボンディングパッド、２０…半導体チップ、２２…金ワイヤ、２４，５８…絶縁ガラス層、２６…第２層導体配線、２８…オーバーコートガラス層、３０…金導体（パッド）塗布形成工程、３２…金導体（パッド）焼成工程、３４…導体塗布形成工程、３６…導体焼成工程、３８…絶縁ガラス塗布形成工程、４０…絶縁ガラス焼成工程、４２…第２層導体塗布形成工程、４４…第２層導体焼成工程、４６…オーバーコートガラス塗布形成工程、４８…オーバーコートガラス焼成工程、５０…絶縁ガラスパターンを形成した試料、６０…絶縁ガラスパターンを形成していない試料、７０…空洞、７２…導体充填層、７４…スルーホールを有するセラミック基板。
Claims (3)
- セラミック基板と、
前記セラミック基板の上に設けられた金系導体からなるボンディングパッド層と、
前記ボンディングパット層の少なくとも一部の上に被せるように前記セラミック基板の上に設けられた銀系導体または銀白金系導体からなる導体配線と、
前記導体配線の上に設けられ、少なくとも前記ボンディングパットと前記導体配線とが重複する部分を覆い、かつ、該重複する部分の両側に広がり前記セラミック基板の上を覆った絶縁ガラス層とを有する厚膜多層配線基板。 - セラミック基板と、
前記セラミック基板の上に設けられた金系導体からなるボンディングパッド層と、
前記セラミック基板の上に設けられた半導体チップと、
前記ボンディングパッド層と前記半導体チップとを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記ボンディングパッド層の少なくとも一部の上に被せるように前記セラミック基板の上に設けられた銀系導体又は銀白金系導体からなる第１導体配線と、
前記第１導体配線の上に設けられ、前記ボンディングパッド層の少なくとも一部の上方に設けられた絶縁ガラス層と、
前記絶縁ガラスの上に設けられた第２導体配線と、
前記第２導体配線の上に設けられたオーバーコートガラスとを有することを特徴とする厚膜多層配線基板。 - 請求項１または２記載の厚膜多層配線基板において、
前記絶縁ガラス層は、アノーサイト系またはセルジアン系の絶縁ガラス層であることを特徴とする厚膜多層配線基板。
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