JPH02187053A - Integrated circuit component - Google Patents

Integrated circuit component

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JPH02187053A
JPH02187053A JP1007178A JP717889A JPH02187053A JP H02187053 A JPH02187053 A JP H02187053A JP 1007178 A JP1007178 A JP 1007178A JP 717889 A JP717889 A JP 717889A JP H02187053 A JPH02187053 A JP H02187053A
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JP
Japan
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layer
metallized layer
metallized
aln
ceramic substrate
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Application number
JP1007178A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshinao Kato
加藤 由尚
Norio Sugiyama
杉山 範雄
Satoru Nishiyama
哲 西山
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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Abstract

PURPOSE:To improve tight-adhesiveness between a board and a device and realize high integrity by a method wherein a metallized layer composed of mixed layers is provided on the AlN ceramics board and the device is soldered to the metallized layer with metal having a specific melting point. CONSTITUTION:A metallized layer 21 composed of mixed layers of AlN ceramics and Ni and Cu is formed on an AlN ceramics board 1. Then a silicon IC chip 23 is soldered to the layer 21 with metal having a relatively low melting point not higher than 560 deg.C. Under the temperature not higher than 560 deg.C, the difference in thermal expansion between the ceramics and the metal in the layer 21 can be absorbed by the mixed layers, so that the peeling-off of the layer 21 can be avoided. Moreover, as the AlN ceramics has a high thermal conductivity, even if the layer 21 and the chip 23 generate heat during the operation, the heat is discharged satisfactorily. With this constitution, the peeling-off of the metallized layer can be avoided.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] この発明は、ハイブリッドIC回路部品などの集積回路
部品に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to integrated circuit components such as hybrid IC circuit components.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

シリコンICの小型化、高密度化に伴って、ハイブリッ
ドIC回路においても素子を高密度に実装する技術が進
展してきている。最近では、配線を立体的に行ったり、
また素子を三次元的に実装する技術なども提案されてい
る。このように素子が高密度に実装されるに伴って、I
Cチップ、抵抗素子、および配線導体からの発熱対策が
重要な問題となっている。特に、高速動作が要求される
CPU (数値演算プロセッサ)などにはシリコンバイ
ポーラ型トランジスタが用いられるが、この種のトラン
ジスタはC−MO3型トランジスタに比較して、1ビツ
ト当たりの消費電力が約200倍となり、したがって放
熱を充分に考慮して回路を作製しなければならない。
As silicon ICs become smaller and more dense, technology for mounting elements in hybrid IC circuits at a higher density is progressing. Recently, wiring has been done three-dimensionally,
Furthermore, techniques for three-dimensionally mounting elements have also been proposed. As devices are packed in high density, I
Countermeasures against heat generation from C chips, resistive elements, and wiring conductors have become an important issue. In particular, silicon bipolar transistors are used in CPUs (numeric processing processors) that require high-speed operation, but this type of transistor consumes about 200% less power per bit than C-MO3 transistors. Therefore, the circuit must be manufactured with sufficient consideration for heat dissipation.

ハイブリッドIC回路の基板材料には従来からAj!g
os(アルミナ)が用いられてきているが、このAff
i、O8は熱伝導性が低く(20W/mK)、このため
素子などからの熱を良好に放散させることができない。
Aj! has traditionally been used as a substrate material for hybrid IC circuits. g
os (alumina) has been used, but this Af
i, O8 has low thermal conductivity (20 W/mK), and therefore cannot dissipate heat from elements etc. well.

このA l t O3に代わる基板材料として、その良
好な熱伝導性のためにANNセラミックスが注目されて
いる。AlNセラミックスとA2□0.との主要な特性
を第1表に示す。
As a substrate material to replace Al t O3, ANN ceramics are attracting attention because of their good thermal conductivity. AlN ceramics and A2□0. Table 1 shows the main characteristics of

第1表 ところがこのAlNセラミックスは、その熱膨張率(4
,4X 10−’/”C)がシリコン(熱膨張率は3.
6X10”ソ°C)に近いためシリコンICチップのグ
イボンディングを良好に行うことができる反面、銅、1
!、金(熱膨張率:15〜20X10−”/”C)など
とは熱膨張率が大きく相違するので、これらの金属で表
面をメタライズしこのメタライズ層を配線導体などとす
る場合に、前記メタライズを高温で行うと、室温まで冷
却する際に熱膨張率の差に起因する歪みが生じるという
問題がある。さらにこのAI!、Nセラミックスは、大
多数の金属に対して濡れ性、が悪く、メタライズが困難
である。
Table 1 However, this AlN ceramic has a coefficient of thermal expansion (4
, 4X 10-'/''C) is silicon (its thermal expansion coefficient is 3.
6 x 10" (°C), which allows for good bonding of silicon IC chips; on the other hand, copper, 1
! , gold (thermal expansion coefficient: 15 to 20X10-"/"C), etc., so when the surface is metalized with these metals and this metalized layer is used as a wiring conductor, etc., the metalized If this is done at a high temperature, there is a problem that distortion occurs due to the difference in thermal expansion coefficients when cooling to room temperature. Furthermore, this AI! , N ceramics have poor wettability with most metals and are difficult to metallize.

/INセラミックス基板表面のメタライズは従来では、
次の■または■の方法で行われている。
/IN Conventionally, the metallization of the ceramic substrate surface is
This is done using the following methods.

■AlNAlNセラミックス面を1000°C以上で酸
化させてA l ! Osとし、この酸化層上にMo−
Mn法などでメタライズ層を形成する。
■AlNAlN ceramic surface is oxidized at 1000°C or higher to produce Al! Os, and on this oxide layer Mo-
A metallized layer is formed using the Mn method or the like.

■AlNAlNセラミックス面にTiを蒸着し、その上
にPtまたはAuを蒸着、熱処理してメタライズ層を形
成する。この方法によればメタライズ層の密着強度は2
〜5kg/mm”程度となると推定される。この密着強
度はもっばら、活性なTiがAlNセラミックス基板と
反応し、またこの基板内に拡散することによってもたら
されている。
(2) Ti is deposited on the AlN AlN ceramic surface, and Pt or Au is deposited thereon and heat treated to form a metallized layer. According to this method, the adhesion strength of the metallized layer is 2
It is estimated to be about 5 kg/mm''. This adhesion strength is mainly caused by active Ti reacting with the AlN ceramic substrate and diffusing into the substrate.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが上記■の方法では、1000 ℃以上の高温プ
ロセス処理を伴うためコスト高となる問題があるととも
に、Mo−Mn法ではMoとMnとの混合粉末をペース
ト化したものをAlNセラミックス基板表面に塗布した
後に過湿した水素雰囲気中で1500 ℃程度に加熱す
る必要があるので、上述の熱膨張率の差に起因する歪み
が生じて歩留りが悪くなり、結果としてコストの増大を
招く。
However, method (2) above has the problem of high cost because it involves high-temperature process treatment at 1000°C or higher, and the Mo-Mn method requires applying a paste of a mixed powder of Mo and Mn to the surface of an AlN ceramic substrate. After that, it is necessary to heat it to about 1500° C. in a superhumidified hydrogen atmosphere, which causes distortion due to the above-mentioned difference in thermal expansion coefficients, resulting in poor yield and, as a result, increased cost.

また上記■の方法では、TiをAlNセラミックスと厚
めさせ、またAlNセラミックス基板内に拡散させるた
めの熱処理(30o〜500℃)が必要であり、やはり
熱膨張率の差に起因する歪みが生じる。さらにT1に対
しては半田付けやろう付けができないため、上述のよう
に高価なPtやAuの蒸着を行うようにしており、この
ためコストの増大を招くこととなる。しかも、熱サイク
ル試験を行うと、この試験後では1〜2kg/am”の
密着強度が得られるにすぎず、充分な信顧性を得るごと
ができない。
Further, in the method (2) above, heat treatment (30° to 500° C.) is required to make Ti thicker than the AlN ceramic and to diffuse it into the AlN ceramic substrate, which also causes distortion due to the difference in coefficient of thermal expansion. Furthermore, since soldering or brazing cannot be performed on T1, expensive Pt or Au is vapor-deposited as described above, resulting in an increase in cost. Moreover, when a thermal cycle test is conducted, an adhesion strength of only 1 to 2 kg/am'' is obtained after this test, and sufficient reliability cannot be obtained.

室温付近でメタライズを行う代表的な技術として、無電
界めっき法があるが、この無電界めっき法ではAl1N
セラミックス基板に対するメタライズ層の密着強度が高
々2kg/m+*”程度と低く、信鯨性が悪くまた歩留
りも悪い。
Electroless plating is a typical technique for metallizing near room temperature.
The adhesion strength of the metallized layer to the ceramic substrate is as low as 2 kg/m+*'' at most, resulting in poor reliability and poor yield.

このように、ハイブリッドIC回路の基板材料にAj!
Nセラミックス基板を用いた場合には、従来では、コス
トの増大や信転性の低下を招くという問題があった。
In this way, Aj!
Conventionally, when an N ceramic substrate is used, there have been problems of increased cost and decreased reliability.

この発明の目的は、熱敢敗性が良好であるとともに、信
頼性が高く、また低コスト化に有利な集積回路部品を提
供することである。
An object of the present invention is to provide an integrated circuit component that has good thermal resistance, is highly reliable, and is advantageous for cost reduction.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明の集積回路部品は、AfiNセラミンクス基シ
ス、 このAI!、Nセラミックス基板表面に形成され、前記
、IINセラミックス基板との界面近傍にAlNセラミ
ックスと金属との混合層を有するメタライズ層と、 このメタライズ層上に560°C以下の融点を有する金
属でろう付けした素子とを備えたものである。
The integrated circuit component of this invention is based on AfiN ceramics, and this AI! , a metallized layer formed on the surface of the N ceramic substrate and having a mixed layer of AlN ceramics and metal near the interface with the IIN ceramic substrate, and a metal having a melting point of 560° C. or less brazed onto the metallized layer. The device is equipped with a

〔作用〕[Effect]

この発明の構成によれば、AlNセラミックス基板表面
に形成したメタライズ層は、AlNセラミックス基板と
の界面近傍に、AlNセラミックスと金属との混合層を
有しており、この混合層の働きにより全体としてANN
セラミックス基板に対して強固に密着している。
According to the structure of the present invention, the metallized layer formed on the surface of the AlN ceramic substrate has a mixed layer of AlN ceramics and metal near the interface with the AlN ceramic substrate, and the function of this mixed layer makes the metallized layer as a whole ANN
Strongly adheres to the ceramic substrate.

前記メタライズ層上には、560 ℃以下の比較的低い
融点を有する金属によって素子がろう付けされる。56
0°C以下の温度では、AβNセラミックスとメタライ
ズ層を構成する金属との熱膨張の差を、前述の混合層で
吸収させることができ、したがって前記メタライズ層が
剥離などすることはない。すなわち前記メタライズ層は
充分な耐熱性を有している。これによりメタライズ層の
剥離などを生じさせることなく素子の実装を良好に行う
ことができるようになる。
A device is brazed onto the metallized layer with a metal having a relatively low melting point of 560° C. or less. 56
At temperatures below 0°C, the difference in thermal expansion between the AβN ceramics and the metal constituting the metallized layer can be absorbed by the mixed layer, so that the metallized layer does not peel off. That is, the metallized layer has sufficient heat resistance. This makes it possible to successfully mount the element without causing peeling of the metallized layer.

また前記混合層は、金属蒸着と不活性ガスイオン照射と
を併用することによって、前記蒸着される金属を不活性
ガスイオンによってAlNセラミックス基板内に押し込
むようにして形成することができ、このようにして前述
のメタライズ層の形成は室温で行うことができる。した
がってAlNセラミックスと前記メタライズ層を構成す
る金属との熱膨張率の差に起因する歪みが生じることば
なく、またコストの低減にも有利である。
Further, the mixed layer can be formed by using metal vapor deposition and inert gas ion irradiation in such a way that the vapor-deposited metal is pushed into the AlN ceramic substrate by the inert gas ions. The above-mentioned metallized layer can be formed at room temperature. Therefore, distortion due to the difference in coefficient of thermal expansion between the AlN ceramic and the metal constituting the metallized layer does not occur, and it is also advantageous for cost reduction.

さらに、AfNセラミックスは高い熱伝導性を有してい
るので、素子や配線導体となる前記メタライズ層が発熱
しても、この熱の放散を良好に行うことができる。
Furthermore, since AfN ceramics have high thermal conductivity, even if the metallized layer that becomes the element or wiring conductor generates heat, the heat can be efficiently dissipated.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこめ発明の一実施例の集積回路部品であるハイ
ブリッドIC回路の基本的な構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the basic structure of a hybrid IC circuit, which is an integrated circuit component according to an embodiment of the present invention.

このハイブリッドIC回路は、A1、Nセラミックス基
板1と、このAlNセラミックス基板1表面にパターン
形成したメタライズ層21と、このメタライズ[21上
に半田F!22(融点は220〜230°C)によって
ろう付けしたシリコンICチップ23や受動素子(図示
せず。)などの素子とを備えている。ICチップ23の
前記半田層22に対向する表面にはメタライズN24が
形成されており、このメタライズ層24および前記半田
層22によりICチップ23をダイボンディングしてこ
のICチップ23と配線導体として機能する前記メタラ
イズ層21との電気的接続を達成している。
This hybrid IC circuit consists of an A1,N ceramic substrate 1, a metallized layer 21 patterned on the surface of the AlN ceramic substrate 1, and solder F! on the metallized layer 21. 22 (melting point is 220 to 230° C.) and other elements such as a silicon IC chip 23 and passive elements (not shown) soldered together. A metallized N24 is formed on the surface of the IC chip 23 facing the solder layer 22, and the IC chip 23 is die-bonded with this metallized layer 24 and the solder layer 22 to function as a wiring conductor with the IC chip 23. Electrical connection with the metallized layer 21 is achieved.

前記メタライズ層21において、ICチップ23がダイ
ボンディングされた部分とは、別の参照符号21aで示
す部分には外部接続ビン25がAu−3tやAu−Ge
などの低融点(560°C以下)のろう材27を用いて
固定されている。そして前記参照符号21aで示す部分
と前記ICチップ23との間はたとえば超音波ワイヤボ
ンディングによって接続したボンディングワイヤ26に
よって1妾続している。さらに前記ICチップ23など
は第1図(2)に示すように樹脂28で封止される。2
9は、エポキシ樹脂などの接着性封止樹脂である。
In the metallized layer 21, an external connection pin 25 is made of Au-3t or Au-Ge in a part indicated by reference numeral 21a, which is different from the part where the IC chip 23 is die-bonded.
It is fixed using a brazing filler metal 27 having a low melting point (560°C or less) such as . The portion indicated by the reference numeral 21a and the IC chip 23 are connected by a bonding wire 26 connected by, for example, ultrasonic wire bonding. Further, the IC chip 23 and the like are sealed with resin 28 as shown in FIG. 1(2). 2
9 is an adhesive sealing resin such as epoxy resin.

このような構成によれば、AI!、Nセラミックス基板
1の高い熱伝導性により、ICチップ23や配線導体と
して使用されるメタライズ121が発熱しても、この熱
を効率良く放散させて、各素子などの機能を良好に働か
せることができる。この結果、素子などの発熱の問題を
排除して、素子の高集積化を図ることができるようにな
る。
According to such a configuration, AI! Due to the high thermal conductivity of the N ceramic substrate 1, even if the IC chip 23 or the metallization 121 used as a wiring conductor generates heat, this heat can be efficiently dissipated and the functions of each element can work well. can. As a result, it becomes possible to eliminate the problem of heat generation in the elements and achieve higher integration of the elements.

第2図はAlNセラミックス基板1表面にメタライズN
21を強固に密着させて形成するための薄膜形成装置の
基本的な構成を示す概念図である。
Figure 2 shows metalized N on the surface of the AlN ceramic substrate 1.
21 is a conceptual diagram showing the basic configuration of a thin film forming apparatus for forming 21 in tight contact with each other. FIG.

メタライズすべきAlNセラミックス基板1は真空チャ
ンバ2内で軸線Elまわりに回転駆動される試料ホルダ
3の表面に固定される。この試料ホルダ3に対向してパ
ケット型イオン源4が設けられており、中間には供給源
である電子ビーム加熱式蒸発i!115が設けられてい
る。
An AlN ceramic substrate 1 to be metalized is fixed to the surface of a sample holder 3 which is rotated around an axis El within a vacuum chamber 2. A packet type ion source 4 is provided opposite the sample holder 3, and an electron beam heated evaporation i! source is provided in the middle. 115 are provided.

イオン源4は、Arガスがガス導入口6から導入される
アークチャンバ9を備え、このアークチャンバ9内でフ
ィラメント7とプラズマ電極8とでアーク放電を起こさ
せることによりArプラズマを生成させ、このプラズマ
からArイオンを抑制電極10および引出電極11によ
って前記試料ホルダ3に向けて加速して取り出すように
したものである。
The ion source 4 includes an arc chamber 9 into which Ar gas is introduced from a gas inlet 6, and generates Ar plasma by causing an arc discharge between a filament 7 and a plasma electrode 8 in the arc chamber 9. Ar ions are accelerated toward the sample holder 3 and extracted from the plasma by a suppression electrode 10 and an extraction electrode 11.

12は基板1表面に堆積したメタライズ層の膜厚を測定
するための膜厚モニタであり、13はイオン源4からの
イオンビームのビーム電流を検出するイオン電流モニタ
である。
12 is a film thickness monitor for measuring the thickness of the metallized layer deposited on the surface of the substrate 1, and 13 is an ion current monitor for detecting the beam current of the ion beam from the ion source 4.

このような薄膜形成装置によって、AlNセラミックス
シス、1表面をメタライズするに当たり、まず第1段階
としてNiを薫発源5から蒸発させてこのN1金属の蒸
着を行うとともに、イオン源4からはArイオンを照射
する。このとき真空チャンバ2内では真空度が10−h
Torrとされ、Arガスのガス圧力は5〜10 X 
10 ””Torr程度とされる。そしてArイオンの
加速エネルギーは5〜25keVとされる。このように
して基板1表面にはこの基板1の材料とNiとArとが
混合した混合層が形成される。
When metallizing the surface of the AlN ceramic SiS 1 using such a thin film forming apparatus, the first step is to evaporate Ni from the smoke source 5 to deposit the N1 metal, and at the same time, Ar ions are evaporated from the ion source 4. irradiate. At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber 2 is 10-h.
Torr, and the gas pressure of Ar gas is 5 to 10
It is assumed to be about 10" Torr. The acceleration energy of Ar ions is 5 to 25 keV. In this way, a mixed layer containing the material of the substrate 1, Ni, and Ar is formed on the surface of the substrate 1.

この混合層が形成される様子が第3図に簡略化して示さ
れており、図中aはAlNセラミックス基板1、bは前
述の混合層、CはAtイオンとNi金属とが混合した蒸
着層である。なおdはArイオン、eはNi蒸発物であ
る。以下においては、混合層すとNi蒸蒸着層色で構成
した層をrNiNi層」という。
The formation of this mixed layer is shown in a simplified manner in FIG. 3, where a shows the AlN ceramic substrate 1, b shows the above-mentioned mixed layer, and C shows a vapor deposited layer containing a mixture of At ions and Ni metal. It is. Note that d is Ar ion and e is Ni evaporated product. In the following, a layer composed of a mixed layer and a Ni evaporated layer will be referred to as "rNiNi layer".

任意の速度で蒸発したNj蒸発@eは、5〜25keV
で加速されたArイオンと基板1表面で混合される。こ
のときNi原子は前記加速されたArイオンによってス
パッタされ、もしくは基板1の内部に押し込まれる。こ
のようにして上述の混合層すが形成される。この混合層
すは基板1に対して強固に密着し、またNi蒸蒸着層色
混合層すに対して強固に密着する。
Nj evaporation@e evaporated at any rate from 5 to 25 keV
The Ar ions are mixed with the accelerated Ar ions on the surface of the substrate 1. At this time, Ni atoms are sputtered or pushed into the substrate 1 by the accelerated Ar ions. In this way, the above-mentioned mixed layer is formed. This mixed layer firmly adheres to the substrate 1, and also firmly adheres to the Ni vapor-deposited color mixed layer.

基板1表面に対するNiの蒸着とArイオンの照射とは
同時に行われてもよく、また交互に行われてもよい、す
なわちNiの蒸着とArイオンの照射とを併用すること
によって、基板1に強固に密着した混合層すの形成が可
能となる。
The Ni vapor deposition and the Ar ion irradiation on the surface of the substrate 1 may be performed simultaneously or alternately. It is possible to form a mixed layer in close contact with the

混合層すの層厚はArイオンが基板1に到達できる範囲
にとどめ、その後のNi蒸着Jwcの層厚は、外部条件
が混合層すに影響しないように500〜10000人と
する。
The thickness of the mixed layer is kept within a range that allows Ar ions to reach the substrate 1, and the thickness of the subsequent Ni evaporated layer is set to 500 to 10,000 so that external conditions do not affect the mixed layer.

単位時間、単位面積当たりのArイオン照射量と、蒸着
されるNi原子数とは、Niの蒸着速度がArイオンに
よるNiのスパック率Rよりも僅かに大きくなるように
設定するようにして決定される。これによってN1層3
1は前記AI!、Nセラミックス基板1表面で成長して
いくこととなる。
The Ar ion irradiation amount per unit time and unit area, and the number of Ni atoms to be deposited are determined so that the Ni deposition rate is slightly larger than the Ni spacking rate R by Ar ions. Ru. As a result, N1 layer 3
1 is the aforementioned AI! , N will grow on the surface of the ceramic substrate 1.

前記スパッタ率RはArイオンの加速エネルギーに依存
するが、このエネルギーが100keν程度となっても
さほど増大しない。
The sputtering rate R depends on the acceleration energy of Ar ions, but does not increase much even if this energy is about 100 keν.

AlNセラミックスシスlに押し込むべきNi原子数に
は最適値が存在する。この押し込まれるNi原子数はA
rイオンの加速エネルギーが高いほどカスケード衝突を
起こして増大することとなるが、Atイオンのエネルギ
ーが過度に高いときには、ArイオンはN1t131を
通過してしまい、Ni原子を基板1に押し込むことはで
きない。
There is an optimum value for the number of Ni atoms that should be injected into the AlN ceramic cis-I. The number of Ni atoms pushed in is A
The higher the acceleration energy of r ions, the more they cause cascade collisions, but when the energy of At ions is too high, Ar ions pass through N1t131 and Ni atoms cannot be pushed into substrate 1. .

次に、第2段階として前記Ni層31上にCuが蒸着さ
れる。このときCuf、着開始初期のNi蒸蒸着層色の
界面近傍の処理として、Arイオンの照射とCu蒸着と
を同時または交互に行い、その後はArイオンの照射を
停止してCuの蒸着のみを行う。その厚さは500〜2
0000人程度とする。
Next, as a second step, Cu is deposited on the Ni layer 31. At this time, Ar ion irradiation and Cu evaporation are performed simultaneously or alternately as a treatment near the interface of the Ni evaporated layer color at the initial stage of deposition, and then Ar ion irradiation is stopped and only Cu evaporation is performed. conduct. Its thickness is 500~2
Approximately 0,000 people.

このようにして形成したCu[32(第1図参照、)は
、前記Ni蒸着層Cに強固に密着させて形成することが
できる。
The Cu [32 (see FIG. 1) formed in this way can be formed in close contact with the Ni vapor deposited layer C.

さらに前記Cu層32を形成した後、このCuJW32
表面にフォトレジストマスクをパターン形成し、前記N
i層31およびC+JJ32のエツチングを行って、A
 I Nセラミックス基板1の・表面に配線パターンを
形成する。
Furthermore, after forming the Cu layer 32, this CuJW 32
A photoresist mask is patterned on the surface and the N
Etching the i layer 31 and C+JJ32,
A wiring pattern is formed on the surface of the IN ceramic substrate 1.

この配線パターン上には必要に応じて、ン!式めっきに
より層厚1〜lQ71mのCuめつき層(図示せず、)
が形成される。この実施例では、このCuめっきl、N
1層31.および前記Cu層32によってメタライズ層
21が構成されている。
On this wiring pattern, as necessary. A Cu plating layer (not shown) with a layer thickness of 1 to 1Q71m is formed by formula plating.
is formed. In this example, this Cu plating l, N
1 layer 31. The Cu layer 32 constitutes the metallized layer 21 .

このメタライズ層21は、基板1とNi131との間、
N1層31とCu層32との間、およびCu@32と前
記Cuめっき居との間でそれぞれ充分な密着強度を有し
ているので、全体として基板1に対して強固に密着する
。また、このメタライズ1m21の形成には高温プロセ
スが食まれでおらず、したがってAlNとNiなどとの
熱膨張率の差に起因する歪みや、メタライズ層21の剥
離などが生じることがない。さらにこのメタライズ層2
1において、Ni金属は、融点が高くしかも半田に対す
る濡れ性が良好である。したがって前記メタライズ12
1を形成した基板1に対するICチップ23などの素子
の半田付は作業時などに前記メタライズ121が溶融し
たりすることはないので、いわゆる半田食われを生じさ
せることなく素子の実装を確実に行うことができる。ま
たNiはその電気抵抗がCu程には小さくないが、この
実施例ではメタライズ層21はNiN31とCuN32
とを含むいわば2N構造となっているので、その電気抵
抗を充分に小さくすることができ、配線導体として良好
に機能することができる。
This metallized layer 21 is formed between the substrate 1 and the Ni 131,
Since there is sufficient adhesion strength between the N1 layer 31 and the Cu layer 32 and between the Cu@32 and the Cu plating layer, the entire structure is firmly adhered to the substrate 1. Furthermore, no high-temperature process is involved in the formation of this metallized layer 1m21, and therefore distortion caused by the difference in coefficient of thermal expansion between AlN and Ni, etc., and peeling of the metallized layer 21 do not occur. Furthermore, this metallized layer 2
In No. 1, Ni metal has a high melting point and good wettability to solder. Therefore, the metallization 12
When soldering an element such as the IC chip 23 to the substrate 1 on which the IC chip 23 is formed, the metallization 121 will not melt during soldering, so the element can be reliably mounted without causing so-called solder erosion. be able to. Further, although the electrical resistance of Ni is not as small as that of Cu, in this embodiment, the metallized layer 21 is composed of NiN31 and CuN32.
Since it has a so-called 2N structure including the above, its electrical resistance can be sufficiently reduced and it can function well as a wiring conductor.

本件発明者による試験例を以下に示す。Test examples by the inventor of the present invention are shown below.

真空チャンバ2内の真空度はI O−’Torrとし、
Arイオンの加速エネルギーは25keVとしてAlN
セラミックス基板1表面に前述のメタライズ層21を形
成した試料を作製し、この試料の前記メタライズJi1
21表面にエポキシ系接着剤を用いてアルミニウム類の
棒状体を接着して引張試験を行った。Arイオンの照射
は、このArイオンによるスパッタ率を考慮して、Ar
イオンの注入深さのピークが基板1の界面に達したとこ
ろで停止した。その他の条件は以下のとおりである。
The degree of vacuum in the vacuum chamber 2 is I O-'Torr,
The acceleration energy of Ar ions is 25 keV, and AlN
A sample was prepared in which the metallized layer 21 described above was formed on the surface of the ceramic substrate 1, and the metallized layer Ji1 of this sample was
A rod-shaped body of aluminum was adhered to the surface of No. 21 using an epoxy adhesive, and a tensile test was conducted. Ar ion irradiation is carried out in consideration of the sputtering rate of Ar ions.
The implantation stopped when the peak of the ion implantation depth reached the interface of the substrate 1. Other conditions are as follows.

Arイオン照射量 、     IQ+’1個/ CI
!輸送比(Ni/Ar):      4Ni層31の
層厚 :    3000人Cu層32の層厚 :  
     1pmまた前記メタライズ層に560°CX
3分の真空アニール処理(真空度10−’)を施した試
料を作製し、前述のアニール処理を施さない試料ととも
に、日本工業規格C−5030に従う熱サイクル試験を
行い、この試験前後の引張強度を測定した。
Ar ion irradiation dose, IQ+'1 piece/CI
! Transport ratio (Ni/Ar): 4 Layer thickness of Ni layer 31: 3000 Layer thickness of Cu layer 32:
1pm and 560°CX on the metallized layer.
A sample subjected to vacuum annealing treatment for 3 minutes (vacuum degree 10-') was prepared, and a thermal cycle test was conducted in accordance with Japanese Industrial Standard C-5030 along with a sample not subjected to the above-mentioned annealing treatment, and the tensile strength before and after this test was determined. was measured.

上述の試験結果は下記第2表に示されている。The above test results are shown in Table 2 below.

第2表 下記第3表には、比較例として、AlNセラミックス基
板1表面にスパッタリングによってTt層およびN1F
lを積層させて形成したメタライズ層の同様な試験結果
が示されている。
Table 2 and Table 3 below show, as a comparative example, a Tt layer and an N1F layer formed by sputtering on the surface of the AlN ceramic substrate 1.
Similar test results are shown for metallized layers formed by stacking 1.

第3表 なお上記第2表および第3表において、密着強度の単位
はkg / Ill!l ”であり、また不等号「〉」
は前記引張試験時において前記接着剤が破断したことを
示しており、したがってそのときの前記メタライズ層の
密着強度はそれに引き続く数値よりも大きいことを示し
ている。
Table 3 In Tables 2 and 3 above, the unit of adhesion strength is kg/Ill! l” and the inequality sign “〉”
indicates that the adhesive was broken during the tensile test, and therefore indicates that the adhesion strength of the metallized layer at that time was greater than the subsequent values.

まず、上記第2表および第3表の比較により、この実施
例においてAlNセラミックス基板1表面に形成される
メタライズN21は、メタライズ層をスパッタリングに
より形成した場合に比較して格段に高い密着強度を示す
ことが理解される。
First, by comparing Tables 2 and 3 above, the metallized N21 formed on the surface of the AlN ceramic substrate 1 in this example shows significantly higher adhesion strength than when the metallized layer is formed by sputtering. That is understood.

そして、上記第2表におけるアニール処理の有無による
密着強度の比較から、両者にはほとんど差が認められず
、したがって前記メタライズ層21は充分な耐熱性(5
60℃)を存していることが判る。さらに、上記第2表
における熱サイクル試験後の密着強度の値は充分に大き
く、したがってA72NセラミックスとNiやCuなど
との熱膨張率の差に起因する前記メタライズN21の剥
離は生じない。
From the comparison of the adhesion strength with and without annealing in Table 2 above, there is almost no difference between the two, and therefore the metallized layer 21 has sufficient heat resistance (5.
60°C). Further, the adhesion strength values after the thermal cycle test in Table 2 are sufficiently large, so that the metallized N21 does not peel off due to the difference in thermal expansion coefficient between A72N ceramics and Ni, Cu, etc.

以上のようにメタライズN21はAlNセラミックス基
板1表面に高い密着強度を有して形成される。そしてこ
のメタライズlI21は半田付けやろう付けの際の温度
に対して充分に耐え得る耐熱性を有している。さらに熱
サイクルによって、AfiNセラミックスとメタライズ
層を構成する金属などとの熱膨張の差に起因して、前記
メタライズ層21が剥離などすることはない。したがっ
てICチップ23などの素子の使用時の発熱および使用
後の冷却の熱サイクルによりメタライズF124が剥離
することはない。
As described above, the metallized N21 is formed on the surface of the AlN ceramic substrate 1 with high adhesion strength. This metallized lI21 has heat resistance sufficient to withstand temperatures during soldering and brazing. Furthermore, the metallized layer 21 does not peel off due to the difference in thermal expansion between the AfiN ceramic and the metal forming the metallized layer due to thermal cycles. Therefore, the metallization F124 does not peel off due to heat generation during use of elements such as the IC chip 23 and thermal cycles of cooling after use.

このようにして、メタライズ層24がAlNセラミック
ス基板1に強固に密着して形成されている結果として、
第1図に示されたハイブリッドIC回路は高い信鯨性を
有することができる。しかも前記メタライズ層21の形
成は、前述のように室温で行うことができるので、生産
コストの低減に有利である。また前述のようにAlNセ
ラミックスは高い熱伝導性を有しているので、前記ハイ
ブリッドIC回路では、ICチップ23などの素子やメ
タライズ層21で構成した配線導体からの熱の放散を良
好に行って、素子の機能を良好に働かせることができる
ようになる。そして、前記熱放散が良好に行われる結果
、発熱の問題を排除して、素子の高集積化を有利に進め
ることができるようになる。
As a result of the metallized layer 24 being formed in close contact with the AlN ceramic substrate 1 in this way,
The hybrid IC circuit shown in FIG. 1 can have high reliability. Furthermore, the metallized layer 21 can be formed at room temperature as described above, which is advantageous in reducing production costs. Furthermore, as mentioned above, AlN ceramics have high thermal conductivity, so in the hybrid IC circuit, heat can be effectively dissipated from elements such as the IC chip 23 and the wiring conductor made of the metallized layer 21. , the functions of the elements can be made to work well. As a result of the heat dissipation being performed well, the problem of heat generation can be eliminated, and higher integration of elements can be advantageously promoted.

前述の実施例では、メタライズ層の形成の際にArガス
を用いるようにしたが、他の不活性ガス(He、Ne、
Kr、Xe、Nz )が用いられてもよい。
In the above embodiment, Ar gas was used when forming the metallized layer, but other inert gases (He, Ne,
Kr, Xe, Nz) may also be used.

また上述の実施例では、AfNセラミックス基板1の表
面に先ずNi層31を形成し、このNi層31上にCu
層32を形成するようにしたが、基板1表面にCu層を
形成した後に、このCu層上にN1Fiを形成するよう
にしてもよい、この場合にはNi層は下地層となるCu
層の保護層としての働きをも有することができる。
Further, in the above embodiment, the Ni layer 31 is first formed on the surface of the AfN ceramic substrate 1, and then the Cu layer 31 is formed on the Ni layer 31.
Although the layer 32 is formed, after forming a Cu layer on the surface of the substrate 1, N1Fi may be formed on this Cu layer.
The layer can also act as a protective layer.

さらにまた、上述の実施例において、メタライズ層21
の形成時におけるArイオンの照射は混合層すの形成時
のみにとどめ、Ni蒸着Ncの形成時には行わないこと
としたが、Ni蒸着層Cの形成時にもArイオンを照射
するようにしてもよい。しかしながらこの場合には、A
rイオンによるスパッタ作用によりメタライズ層の成長
が抑えられるとともに、メタライズ層に格子欠陥を生じ
させたりして、このメタライズ層の強度の劣化を招くお
それがある。
Furthermore, in the embodiments described above, the metallized layer 21
The Ar ion irradiation during the formation of the mixed layer was limited to the formation of the mixed layer C and was not performed when the Ni vapor deposition layer C was formed, but Ar ion irradiation may also be performed during the formation of the Ni vapor deposition layer C. . However, in this case, A
The sputtering effect of the r ions suppresses the growth of the metallized layer, and also causes lattice defects in the metallized layer, which may lead to deterioration in the strength of the metallized layer.

また、上述の実施例では、メタライズ1121のパター
ン形成は、AlNセラミックス基板1表面の全域にわた
ってN1Fi31およびCuN32を形成した後に、こ
れをバターニングして行うようにしたが、Ni層31形
成前のAffNセラミックス基板1の表面にフォトレジ
ストのマスクを形成するようにして、Ni1i31およ
びCu層32をAlNセラミックス基板1の表面に選択
的に形成するようにして行ってもよい。
Further, in the above-described embodiment, patterning of the metallization 1121 was performed by patterning the N1Fi31 and CuN32 over the entire surface of the AlN ceramic substrate 1, but The Ni1i layer 31 and the Cu layer 32 may be selectively formed on the surface of the AlN ceramic substrate 1 by forming a photoresist mask on the surface of the ceramic substrate 1.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明の集積回路部品によれば、AfN
セラミックス基板とメタライズ層との界面近傍には、A
fNセラミックスとメタライズ層を構成する金属との混
合層が存在している。この混合層の働きにより、前記メ
タライズ層はAlNセラミックス基板に充分強固に密着
することとなる。
As described above, according to the integrated circuit component of the present invention, AfN
Near the interface between the ceramic substrate and the metallized layer, A
A mixed layer of fN ceramics and metal forming the metallized layer is present. Due to the function of this mixed layer, the metallized layer is sufficiently firmly adhered to the AlN ceramic substrate.

前記メタライズ層上には、560°C以下の比較的低い
融点を有する金属によって素子がろう付けされて実装さ
れる。560°C以下の温度では、AlNセラミックス
と前記メタライズ層を構成する金属との熱膨張の差を前
述の混合層で吸収させることができ、したがって前記メ
タライズ層が剥離などすることはない、また素子の使用
時の発熱および使用後の冷却の熱サイクルにより、前記
メタライズ層の剥離が生じることもない、このようにし
て、素子の実装が良好に行われるようになり、結果とし
て集積回路部品の信転性が格段に向上される。
The device is mounted on the metallized layer by being soldered with a metal having a relatively low melting point of 560° C. or less. At temperatures below 560°C, the difference in thermal expansion between the AlN ceramic and the metal constituting the metallized layer can be absorbed by the mixed layer, so the metallized layer will not peel off, and the element The metallized layer does not peel off due to the thermal cycle of heat generation during use and cooling after use.In this way, the device can be mounted well, and as a result, the reliability of the integrated circuit component is improved. Convertibility is greatly improved.

しかも前記メタライズ層の形成は室温で行うことができ
、したがってメタライズ層を構成する金属とANNセラ
ミックスとの熱膨張率の差に起因して、歪みなどが生じ
ることはなく、しかもコストの低減に有利である。
Moreover, the formation of the metallized layer can be performed at room temperature, so that distortion etc. do not occur due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal constituting the metallized layer and the ANN ceramic, and furthermore, it is advantageous for cost reduction. It is.

さらに、AlNセラミνクスシスい熱伝導性を有してい
るので、配線導体となる前記メタライズ層や素子が発熱
しても、この熱の放散を良好に行うことができる。これ
によって、発熱の問題を排除して集積回路部品の高集積
化を有利に行うことができる。
Furthermore, since the AlN ceramic has high thermal conductivity, even if the metallized layer or element that becomes the wiring conductor generates heat, the heat can be efficiently dissipated. As a result, the problem of heat generation can be eliminated and high integration of integrated circuit components can be advantageously achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例の集積回路部品であるハイ
ブリッドIC回路の基本的な構成を示す断面図、第2図
はAlNセラミックス基板1表面にメタライズ層を形成
するための薄膜形成装置の基本的な構成を示す概念図、
第3図はAlNセラミックスシスi1表面がメタライズ
される様子を筒略化して示す説明図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the basic configuration of a hybrid IC circuit, which is an integrated circuit component according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a thin film forming apparatus for forming a metallized layer on the surface of an AlN ceramic substrate 1. Conceptual diagram showing the basic configuration,
FIG. 3 is an explanatory diagram showing, in simplified form, how the surface of the AlN ceramic cis i1 is metalized.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  AlNセラミックス基板と、 このAlNセラミックス基板表面に形成され、前記Al
Nセラミックス基板との界面近傍にAlNセラミックス
と金属との混合層を有するメタライズ層と、 このメタライズ層上に560℃以下の融点を有する金属
でろう付けした素子とを備えた集積回路部品。
[Claims] An AlN ceramic substrate;
An integrated circuit component comprising: a metallized layer having a mixed layer of AlN ceramics and metal near an interface with an N ceramic substrate; and an element brazed with a metal having a melting point of 560° C. or less on the metallized layer.
JP1007178A 1989-01-13 1989-01-13 Integrated circuit component Pending JPH02187053A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5753971A (en) * 1995-06-19 1998-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Power semiconductor module with terminal pins

Cited By (1)

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