JP4199774B2 - Electronic component mounting structure - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載構造体に関し、特に電子部品を基体に接合するためのメタライズ層に関するものである。 The present invention relates to an electronic component mounting structure for mounting an electronic component such as a semiconductor element, and more particularly to a metallized layer for bonding the electronic component to a substrate.
従来、IC,LSI等の半導体素子や表面弾性波素子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載用基板として、セラミック材料から成る基体に電子部品を搭載するためのメタライズ層を被着させて成る電子部品搭載用基板が知られている。このような電子部品搭載用基板が用いられる例として、例えばリードレスの半導体素子収納用パッケージ(チップキャリア)の基本構成を図3に示す。 Conventionally, as an electronic component mounting substrate for mounting an electronic component such as a semiconductor element such as an IC or LSI or a surface acoustic wave element, a metallized layer for mounting the electronic component is attached to a base made of a ceramic material. An electronic component mounting board is known. As an example in which such an electronic component mounting substrate is used, for example, a basic configuration of a leadless semiconductor element storage package (chip carrier) is shown in FIG.
同図において、11はセラミックスから成る絶縁基体(以下、基体という)、12は基体11の上面略中央部の凹部の底面に半導体素子15をロウ材を介して載置固定するためのメタライズ層、13は電子部品15を外部電気回路(図示せず)に接続するためのメタライズ層、14は蓋体、15は半導体素子、16は半導体素子15の電極とメタライズ層13とを接続するためのボンディングワイヤを示す。
In the figure, 11 is an insulating base made of ceramics (hereinafter referred to as the base), 12 is a metallized layer for mounting and fixing the
これら基体11、メタライズ層12、メタライズ層13で電子部品搭載用基板が構成され、この電子部品搭載用基板と蓋体14とで半導体素子収納用パッケージ(以下、半導体パッケージという)を構成される。そして、パッケージの内部に半導体素子15を収容する。
The
基体11は、アルミナ(Al2O3)セラミックスや窒化アルミニウム(AlN)セラミックス等の各種セラミックスから成り、電気的に絶縁する機能を有し、また半導体素子15の特性に応じてその種類が適宜選定される。メタライズ層12は、基体11の上面略中央部の凹部の底面に被着形成され、半導体素子15の底面にクラッドしている金(Au)−シリコン(Si)や金−ゲルマニウム(Ge)等のロウ材を介して半導体素子15を強固に接合するための所謂下地金属層として機能し、タングステン(W)やモリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等から成る金属ペーストを焼結して成る。
The
メタライズ層13は、半導体素子15を外部電気回路(図示せず)に接続するための導電路として機能し、メタライズ層12と同様、タングステン(W)やモリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等から成る金属ペーストを焼結して成る。
The
なお、このような基体11,メタライズ層12,メタライズ層13から成る電子部品搭載用基板は、表面に金属ペーストをスクリーン印刷により印刷塗布した未焼成セラミックシート(グリーンシート)を複数枚積層するとともに高温で焼成することによって形成される。また、メタライズ層12,メタライズ層13の表面には酸化腐食を有効に防止するためのニッケル(Ni)メッキや金メッキ等のメッキが施されている。
The electronic component mounting substrate composed of the
これらメタライズ層12,メタライズ層13が被着形成された基体11の上面に、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等の金属材料またはアルミナセラミックス等のセラミックスから成る蓋体14を、金−錫(Sn)ロウ材等の低融点ロウ材で接合することによって、半導体パッケージ内部に半導体素子15を気密に収納しその作動性を良好なものとする。
A
このように、基体11、メタライズ層12、メタライズ層13から成る電子部品搭載用基板と蓋体14とで構成される半導体パッケージの内部に半導体素子15を収容するとともに、ボンディングワイヤ16で半導体素子15と半導体パッケージを電気的に接続し、蓋体14を接合することによって最終製品としての半導体装置が完成する。
As described above, the
しかしながら、この従来の電子部品搭載用基板によれば、半導体素子15をその底面にクラッドしてあるロウ材を介してメタライズ層12表面に接合した際、メタライズ層12表面の凹凸に起因して、半導体素子15の位置決めを正確に行うことが困難となったり、半導体素子15とメタライズ層12との間が接合されない部位、即ちボイド等が発生し、半導体素子15とメタライズ層12との接合強度が損なわれるという問題点を有していた。
However, according to this conventional electronic component mounting substrate, when the
このメタライズ層12表面の凹凸は、主としてスクリーン印刷における印刷版の網目の痕に起因している。
The unevenness on the surface of the
基体11表面の凹凸を小さくするためには、その表面を研磨等により平坦にする方法があるが、コストや作業性の観点から、実質上実施するのは困難である。一方、金属ペーストの粘度を小さなものとしておけば、メタライズ層12表面の凹凸を小さくできるが、この場合、メタライズ層12にピンホールやにじみが発生してしまう。
In order to reduce the unevenness of the surface of the
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、電子部品の位置決めを正確に行うことが容易であるとともに、電子部品とメタライズ層との接合を強固なものとすることによって、電子部品を長期間にわたり正常かつ安定に作動させ得る電子部品搭載構造体を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been completed in view of the above problems, and its purpose is to facilitate the accurate positioning of the electronic component and to strengthen the bonding between the electronic component and the metallized layer. Thus, an electronic component mounting structure capable of operating electronic components normally and stably over a long period of time is provided.
本発明の電子部品搭載構造体は、基体と、該基体上に形成され、周縁部が中央部よりも高く、且つ該中央部の表面が、断面視して下に凸の曲面状を成す下地金属層と、該下地金属層上に配置され、平坦な下面を有する電子部品と、前記下地金属層及び電子部品間に配置されるとともに、この両者を接合するロウ材と、を備えており、前記下地金属層の前記周縁部の頂部は、前記電子部品の下面周縁部を取り囲むように形成され、前記頂部と前記電子部品の下面の縁部との距離は0.01〜0.1mmであることを特徴とする。 Electronic component mounting structure of the present invention comprises a substrate, formed on said substrate, higher than the peripheral portion is a central portion, and the surface of the central portion, the base forming a convex curved below in cross section a metal layer disposed on the lower ground metal layer comprises an electronic component having a flat lower surface, while being disposed between the base metal layer and the electronic component, and the brazing material you joining the two, the The top of the peripheral portion of the base metal layer is formed so as to surround the peripheral portion of the lower surface of the electronic component, and the distance between the top portion and the edge of the lower surface of the electronic component is 0.01 to 0.1 mm. characterized in that there.
また本発明の電子部品搭載構造体は、前記下地金属層の前記周縁部と前記中央部との高低差が1〜3μmであることを特徴とする。 The electronic component mounting structure according to the present invention is characterized in that a height difference between the peripheral edge portion and the central portion of the base metal layer is 1 to 3 μm.
更に本発明の電子部品搭載構造体は、前記下地金属層は、その表面における算術平均粗さが0.2〜1μmであることを特徴とする。 Furthermore, the electronic component mounting structure according to the present invention is characterized in that the base metal layer has an arithmetic average roughness of 0.2 to 1 μm on the surface thereof.
本発明は、電子部品を下地電極層(メタライズ層)に接合する際の位置決めが非常に容易となるとともに電子部品の底面にクラッドしてあるロウ材を介して下地電極層(メタライズ層)に接合する際、それらの間にボイド等を発生させることなく、強固に接合できる。 In the present invention, positioning when joining an electronic component to a base electrode layer (metallized layer) is very easy, and the electronic component is joined to the base electrode layer (metallized layer) via a brazing material clad on the bottom surface of the electronic component. When doing so, it is possible to join firmly without generating voids or the like between them.
以下、本発明の電子部品搭載構造体について説明する。具体的には、半導体素子を搭載するためのリードレスの半導体パッケージ(チップキャリア)を例に説明する。図1は電子部品搭載用基板を用いたチップキャリアの実施の形態の一例を示す断面図、図2は本発明の要部であるメタライズ層の拡大断面図である。 Hereinafter, the electronic component mounting structure of the present invention will be described. Specifically, a leadless semiconductor package (chip carrier) for mounting a semiconductor element will be described as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a chip carrier using an electronic component mounting substrate, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a metallized layer which is a main part of the present invention.
同図において、1はアルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミックス等の電気絶縁材料から成る基体、2,3はメタライズ層、4は蓋体である。この基体1、メタライズ層2,3で電子部品搭載用基板が構成され、この電子部品搭載用基板と蓋体4とで電子部品としての半導体素子5を収容するための容器を構成する。
In the figure, 1 is a base made of an electrically insulating material such as alumina ceramics or aluminum nitride ceramics, 2 and 3 are metallized layers, and 4 is a lid. The substrate 1 and the
基体1はその上面略中央部に半導体素子5を収容するための空所を形成する段状の凹部を有しており、この凹部底面にはメタライズ層2が被着形成されている。また、メタライズ層2はタングステン(W)やモリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等から成る金属ペーストを焼結して成り、その上面に半導体素子5を金−シリコンや金−ゲルマニウム等のロウ材を介して接合するための下地金属層として機能する。
The base body 1 has a stepped recess for forming a space for accommodating the
また、このメタライズ層2が被着形成されている基体1は、その上面から側面を介し底面にかけて導出しているメタライズ層3が形成されており、基体1上面のメタライズ層3には半導体素子5の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、また基体1底面のメタライズ層3は外部電気回路の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ付けされる。
Further, the base 1 on which the
これら基体1,メタライズ層2,メタライズ層3は、表面に金属ペーストを印刷塗布した未焼成セラミックシート(グリーンシート)を複数枚積層するとともに還元性雰囲気(H2−N2ガス)中、約1400〜1600℃の高温で焼成することによって形成される。
The base 1,
なお、この未焼成セラミックシートは、その原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成すとともに、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってシート状と成すことによって形成される。 The unfired ceramic sheet is formed by adding and mixing an appropriate organic binder or solvent to the raw material powder to form a paste, and forming the paste into a sheet by a doctor blade method or a calender roll method. .
また、金属ペーストは、タングステン、モリブデン−マンガン等の高融点金属粉末に適当な溶剤、溶媒を添加混合することによって作製され、未焼成セラミックシートの表面にはスクリーン印刷等の膜厚法を採用することによって印刷塗布される。 The metal paste is prepared by adding and mixing an appropriate solvent and solvent to a refractory metal powder such as tungsten or molybdenum-manganese, and a film thickness method such as screen printing is adopted on the surface of the unfired ceramic sheet. Is applied by printing.
更に、メタライズ層2は、その上面に耐食性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜9μmのNi層や0.5〜5μmのAu層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良い。
Further, the
また、メタライズ層2の厚さは15μm以下がよく、この場合厚さが薄いことから、未焼成セラミックシートに金属ペーストを印刷塗布し、しかる後、同時焼成してメタライズ層2を有する基体1を得る場合、セラミックスから成る基体1とモリブデン−マンガン,タングステン等から成るメタライズ層2との熱膨張差による歪みは極めて小さくなる。その結果、メタライズ層2にクラックや割れが発生したり、基体1とメタライズ層2との間で剥がれが発生することはない。
Further, the thickness of the
なお、基体1の凹部底面に被着形成するメタライズ層2の厚さを15μm以下とするには、未焼成セラミックシートに金属ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布する際、印刷版のレジスト厚みを薄くすることによって、実行できる。
In order to reduce the thickness of the
一方、メタライズ層2の厚さは5μm以上がよく、5μm未満では金属ペーストの印刷時にかすれてメタライズ層2を所定のパターンに形成することが困難となる点で不適である。
On the other hand, the thickness of the
また、メタライズ層2は、その周縁部が中央部よりも高く形成された形状(凹形状)である。このように、メタライズ層2の周縁部が中央部よりも高く形成された凹形状であることから、この上に半導体素子5を搭載すると、半導体素子5がぐらつくことがないので極めて正確に位置決めされる。このようなメタライズ層2の形状は、金属ペーストの粘度およびチキソトロピー、印刷厚みを適度に調整することによって、印刷された金属ペーストの外周縁に表面張力の影響による盛り上りを形成することにより、周縁部が中央部よりも高く形成され凹形状とすることができる。
The
このメタライズ層2の周縁部の最高部(頂部)は、半導体素子5下面の周縁部にほぼ相当するように形成されるか、または、半導体素子5下面の周縁部を囲むように形成されることが好ましい。この場合、半導体素子5の下面がメタライズ層2に良好に接合されることとなる。
The highest part (top) of the peripheral part of the
より好ましくは、メタライズ層2の周縁部の最高部が半導体素子5下面の周縁部を囲むとともに、その最高部と半導体素子5下面の縁部(輪郭)との距離が、0.01〜0.1mmであることがよい。0.01mm未満では、半導体素子5をメタライズ層2上に接合させる前に半導体素子5下面をメタライズ層2に対しスクラブ(擦りつける)することにより、ロウ材を溶け易くしかつメタライズ層2の気泡を追い出すスクラブ工程を行う際に、そのスクラブが困難になり、ロウ材を溶け易くしかつメタライズ層2の気泡を追い出すという効果が得られなくなる。0.1mmを超えると、メタライズ層2の面積が大きくなり、半導体パッケージが大型化して実用性が低下する。
More preferably, the highest portion of the peripheral portion of the metallized
さらに、メタライズ層2は、その周縁部と中央部との高低差が3μm以下であるとともに表面の算術平均粗さが1μm以下とされている。このように、メタライズ層2の周縁部と中央部との高低差が3μm以下であるとともに表面の算術平均粗さが1μm以下の平滑な面であることから、メタライズ層2に半導体素子5を介して接合する際にメタライズ層2と半導体素子5との間にメタライズ層2の凹凸に起因するボイドの形成が抑止され、半導体素子5とメタライズ層2との接合を強固なものとできる。このメタライズ層2の外周縁と中央部との高低差が3μmを超える場合や表面の算術平均粗さが1μmを越える場合、半導体素子5とメタライズ層2との間で接合されない部位、即ちボイド等が発生し、半導体素子5とメタライズ層2との接合強度が損なわれる。
Further, the metallized
メタライズ層2の周縁部と中央部との高低差を3μm以下とするとともに表面の算術平均粗さを1μm以下の平滑なものとするには、金属ペーストを印刷塗布してこれを乾燥させた後、金属ペーストの平滑性を促進するために、金属ペースト上に樹脂製フィルムを載せ、これを油圧プレス装置等の加圧装置により上方よりプレスし、適度に圧力を加えることによって成される。
In order to make the height difference between the peripheral portion and the central portion of the metallized
なお、メタライズ層2の周縁部と中央部との高低差が1μm未満であると、半導体素子5とメタライズ層2との間に大きなロウ材の溜まりが形成されず、半導体素子5とメタライズ層2との接合強度が小さいものとなりやすいので、メタライズ層2の周縁部と中央部との高低差は1μm以上であることが好ましい。また、メタライズ層2表面の算術平均粗さが0.2μm未満であると、メタライズ層2の表面粗さに起因する係止力が弱くなりメタライズ層2と半導体素子5との接合強度が小さいものとなりやすいので、メタライズ層2の表面の算術平均粗さは0.2μm以上であることが好ましい。
If the difference in height between the peripheral edge portion and the central portion of the metallized
また、蓋体4は、Fe−Ni−Co合金等から成る金属板または基体1と同じ種類のセラミック板から成り、例えば金属板から成る場合、蓋体4は、これが接合される基体1の部位に被着形成されたメタル層にシーム溶接等によって接合され、半導体素子5を半導体パッケージ内部に気密に収容することとなり、最終製品としての半導体装置となる。
The lid 4 is made of a metal plate made of Fe-Ni-Co alloy or the like or a ceramic plate of the same type as the base 1. For example, when the lid 4 is made of a metal plate, the lid 4 is a part of the base 1 to which the lid 4 is joined. The
このように、上述の電子部品搭載用基板は、凹部を有する基体1の凹部底面にメタライズ層2が、また、基体1の上面から側面を介し底面にかけてメタライズ層3が被着形成されたものであり、凹部底面のメタライズ層2の上面に半導体素子5を接合するとともに、上面部と半導体素子5の電極とをボンディングワイヤ6で電気的に接合した後、蓋体4をシーム溶接等によって基体1上面に接合し半導体素子5を気密に収容することにより半導体装置となる。しかる後、基体1底面部のメタライズ層3は外部電気回路の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ付けされ、半導体素子5と外部電気回路との信号の入出力が可能となる。
As described above, the electronic component mounting substrate described above is formed by depositing the metallized
かくして、本発明は、基体1表面に、周縁部が中央部よりも高く形成されかつ周縁部と中央部との高低差が3μm以下であるとともに表面の算術平均粗さが1μm以下とされたメタライズ層2を被着形成したことにより、半導体素子5をメタライズ層2に接合する際の位置決めが非常に容易となるとともに半導体素子5の底面にクラッドしてあるロウ材を介してメタライズ層2に接合する際、それらの間にボイド等を発生させることなく、強固に接合できる。
Thus, the present invention is a metallization in which the peripheral portion is formed higher on the surface of the substrate 1 than the central portion, the height difference between the peripheral portion and the central portion is 3 μm or less, and the arithmetic average roughness of the surface is 1 μm or less. Since the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行うことは何等支障ない。例えば、メタライズ層2,メタライズ層3は、電気抵抗の非常に低い銅(Cu)から成っていても良く、この場合、外部電気回路と半導体素子5との高周波信号の入出力を非常に速くできる。また、基体1は、半導体素子5の特性に応じて、ムライト(3Al2O3・2SiO2)セラミックスやガラスセラミックス等の比較的、比誘電率の低いものを採用することにより、高周波信号の入出力を非常に速くできる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are not hindered without departing from the gist of the present invention. For example, the metallized
また、上述の実施形態例では、本発明に用いられる電子部品搭載用基板として半導体素子が搭載されるチップキャリアを用いる場合を例にとって説明したが、本発明は、表面弾性波素子等の他の種類の電子部品を搭載するための電子部品搭載構造体にも適用可能である。 Further, in the above-described embodiment, the case where a chip carrier on which a semiconductor element is mounted is used as an electronic component mounting substrate used in the present invention has been described as an example. The present invention can also be applied to an electronic component mounting structure for mounting various types of electronic components.
2・・・メタライズ層
5・・・半導体素子
2 ...
Claims (3)
該基体上に形成され、周縁部が中央部よりも高く、且つ該中央部の表面が、断面視して下に凸の曲面状を成す下地金属層と、
該下地金属層上に配置され、平坦な下面を有する電子部品と、前記下地金属層及び電子部品間に配置されるとともに、この両者を接合するロウ材と、
を備えており、前記下地金属層の前記周縁部の頂部は、前記電子部品の下面周縁部を取り囲むように形成され、前記頂部と前記電子部品の下面の縁部との距離は0.01〜0.1mmであることを特徴とする電子部品搭載構造体。 A substrate;
Is formed on the substrate, higher than the peripheral portion is a central portion, is and the surface of the central portion, and the underlying metal layer forming a curved convex downward in cross section,
An electronic component disposed on the base metal layer and having a flat lower surface; and a brazing material disposed between the base metal layer and the electronic component and joining the two;
A top portion of the peripheral portion of the base metal layer is formed so as to surround a peripheral portion of a lower surface of the electronic component, and a distance between the top portion and an edge portion of the lower surface of the electronic component is 0.01 to An electronic component mounting structure characterized by being 0.1 mm .
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