JPH0279456A - セラミック本体と外部端子の接合構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミック本体と外部端子の接合構造体に関
し、更に詳しく言えば表面側導体のＣｕ等とロー材層の
Ａｇとの直接的接触による合金化現象を防ぎ、断線不良
が防止されるこの接合体に関する。

本発明の接合体は、セラミックパッケージ及びセラミッ
ク多層基板、特に高周波帯で使用されるセラミックパッ
ケージ等に利用される。

〔従来の技術〕

従来のセラミック本体と外部端子の接合体として、例え
ば第２図及び第３図に示すピングレッドアレー（ＰＧＡ
）パッケージの場合のように、ＣＵ系金金属ら成る表面
側導体１２を持つセラミックパッケージ本体１と、この
表面側導体１２の表面を被覆するように形成され、Ｐｔ
、ＰｄまたはＮｉ−Ｆｅ等の金属から成る電極層２と、
この電極層２上に形成され外部端子４をパッケージ本体
ｌに接合するＡｇから成るロー材層３と、から構成され
ているものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の接合構造体においては第３図に示すように、
Ｃｕが焼成中に電極層２に拡販して拡散部２ａを形成す
る。そして、４２アロイピンのような外部端子４をロー
付けしてロー材層３を介して外部端子４をパッケージ本
体１に接合する。この時に溶融したＡｇが同図矢印に示
すように、スルーホール内のＣｕから成る表面側導体１
２にまで拡散し、それらが反応して合金となって球を形
成して、断線不良を起こす場合もあった。

この現象は電極層がＰｔ、Ｐｄ若しくはＮ１−Ｆａメタ
ライズを問わず、又は表面側導体がＣｕ系のみならずＡ
ｕ系からなる場合にも同様に発生するときがある。

尚、表面側導体１２の構成材料として、Ａｇと合金化し
にくいＰｔ又はＰｄとすることもできるが、この金属は
高価であり、抵抗値もＣｕ又はＡＵに比べると１０倍程
高くなり、−船釣ではない。

本発明は、上記問題点を克服するものであり、電気特性
に優れ、合金化現象による断線不良を防止した信頼性の
高い、セラミック本体と外部端子の接合構造体を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のセラミック構造体において、セラミック本体の
表面側導体はＣｕ系又はＡ　ｕ系金属から成り、ロー材
層はＡｇ系金属から成る。更に電極層の内部に拡散防止
層を形成させたものである。

即ち電極層は、この表面側導体の表面上に形成される下
１層と、該下層のうちＣｕ又はＡＵが拡散した下層拡散
部の表面を少なくとも被覆しＣｕ等の拡散を防止する拡
散防止層と、この拡散防止層を被覆する上層と、からな
る。

本構造体としては、セラミックパッケージ又はセラミッ
ク多層基板等に用いることができる。上記セラミック本
体１は、例えば第２図に示すように、一般に、セラミッ
ク体１１と導体層１４と導体（表面側導体１２及び内部
導体１３）からなる。このセラミック体はアルミナ等の
通常用いられる材料により構成される。上記導体のうち
少なくとも表面側導体はＣｕ系又はＡｕ系の金属からな
る。他の導体はＣｕ系又はＡｕ系の金属であってもよい
し、Ｐｔ、Ｐｄ、又はＰｔ−Ｐｄ等であってもよい。通
常この表面側導体及び内部導体には同材料が用いられる
。上記電極層は、通常、Ｐｔ、Ｐｄ等の一般に用いられ
る所定の貴金属からなる。

この電極層の内部に構成される拡散防止層はＣｕ、Ａｕ
又はＡｇの拡散を防止するものであればよく、即ちＣｕ
若しくはＡｕと、Ａｇの反応を防止するようなものであ
ればよい。通常これは、結晶化ガラス、高温ガラス、よ
り好ましくは結晶化ガラス、高温オーバーコートガラス
である。そしてこの拡散防止層は、電極層の下層上に形
成され、Ｃｕ又はＡＵが拡散した下層拡散部の少なくと
も全表面を覆い、更には、この全表面を含むそれより大
きな表面積をもつ被覆層とすることもできる。前者はＣ
ｕ等又はＡｇの拡散ひいては両者の反応を確実に防止し
、後者はそれを更に一層確実にするためである。上層は
拡散防止層の少なくとも全表面を被覆する。これは、ロ
ー材層との接着面積を大きくして接着強度を確保するた
めである。

〔作用〕

本接合体の作用を、例えば第１図を用いて説明する。本
接合体においては、Ｃ１１系の表面側導体１２とロー材
層３の間に電極層２が形成され、この電極層２の内部に
Ｃｕ等の拡散を防止する拡散防止層２２が形成されてい
る。従って焼成工程中において、スルーホール内の表面
側導体１２を構成するＣｕ成分が電極層２の下層２１に
拡散して下層拡散部２１ａを形成するが、この拡散防止
層２２を通じて更に拡散することはない。また、外部端
子４をロー付けする場合、溶融したＡｇが上記拡散防止
層２２の存在により表面側導体１２の方に拡散すること
もない。従ってこの拡散防止層２２により表面側導体Ｉ
２の構成成分のＣｕ又はＡｕとロー材層３の構成成分で
あるＡｇとの反応が防止される。

〔発明の効果〕

上記作用で述べたように拡散防止層の存在によりＣｕ等
とＡｇの反応が防止されるので、その反応による合金化
現象を防止できる。従ってこの合金化現象による断線不
良を起こすこともなく、そのため信頼性の高い接合構造
体とすることができる。また表面側導体として用いられ
るＣｕ系又はＡｕ系金属は、Ｐｔ系等と比べて低抵抗の
ため電気特性にも優れる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

本実施例の接合構造体の一部説明図を第２図、その要部
説明図を第１図に示す。

この接合構造体は、セラミック本体（パッケージ本体）
１と電極層２とロー材層３とからなる。

このセラミック本体１は、セラミック体１１と導体層１
４と導体（表面側導体１２と内部側導体１３）とからな
る。セラミック体１１は表に示すように、所定量のＺｎ
Ｏ１Ｍｇ０１Ａｊ！２０３、Ｓｉ０□、Ｂ２０ｓ　、Ｐ
−０，及びＺ　ｒ　Ｏ２のうちの少なくとも前者５つか
ら構成され、焼結体である結晶化ガラスからなる。導体
層１４はセラミック体１１の内部にＣｕにより形成され
、膜厚は約１０μｍである。内部側導体１３は導体層１
４間を接続し、Ｃｕ単独又はＣｕ−Ｐｄ　（Ｃｕ８０重
量％、Ｐｄ２０重量％）からなる。表面側導体１２は導
体層１４と電極層２を接続する。これらの導体はセラミ
ック体１１のスルーホール内にほぼ密に充填されており
、はぼ気密構造となっている。

電極層２は、下層２１と拡散防止層２２と上層２３が一
体となったものである。この下層２１及び上層２３はＰ
ｄから、拡散防止層２２はＭｇ０２ＡＩ２０３．５ｌｏ
ｚ、ＺｎＯより構成される結晶化ガラスからなる。この
拡散防止層２２は、表面側導体１２の表面とほぼ同心状
であってこの直径のほぼ２倍の大きさであり下層拡散部
２１ａを十分に覆っている。ロー材層３は純Ａｇからな
り、電極層２の表面のほぼ全面を覆っている。

上記接合体（セラミックパッケージ）は、以下のように
して製作された。

（１）グリーンシートの製作 焼成後の酸化物組成成分が表に示す割合になるように、
配合原料であるＺｎＯ１ＭｇＣ０ａ　、Ａ１　（ＯＨ）
３．５ｉｎｓ、Ｈ３Ｂ○、　、Ｈ，ＰＯ２の所定種類の
所定量を秤量し、ライカイ機にて混合し、白金ルツボ又
はアルミナ質ルツボにて１４００〜１５００℃の適当な
温度で溶融し、この融液を水中へ投入し、急冷してガラ
ス化し、その後アルミナ製ボールミルで粉砕してフリッ
ト　（ガラス粉末）を得た。この粉末の粒径は約２〜３
μｍである。

この粉末とポリビニルブチラールと可塑剤（ジエチレン
グリコール等）とを用いて常法に従ってドクターブレー
ド法により厚さ約０．６ｍｍのグリーンシートを製作し
た。

なお、このグリーンシートを用いた結晶化ガラス製セラ
ミック体の物性を以下のようにして測定した。上記の各
グリーンシートを１００℃／時間の昇温速度で、表に示
す９５０℃の温度まで加熱し、次いで同温度で２時間焼
成し、その後２００℃／時間の冷却速度で冷却し、焼結
体を得、その熱膨張係数等の物性を測定してその結果を
表に示した。

（２）セラミックパッケージ本体の製作上記各試験側組
成のグリーンシートの３枚を用意し、各シートの所定の
位置にパンチングで孔をあけ、スルーホールを形成する
。その後、各層のスルーホール内へＣｕ又はＣｕ−Ｐｄ
メタライズを充填する。

最上層に配置されるグリーンシート表面にＰｔメタライ
ズを用いてＰｔメタライズ下層（焼結後、電極層下層に
なる）を、他のグリーンシート表面にＣｕメタライズを
用いてＣｕメタライズ層（焼結後、導体層となる）を印
刷して形成する。印刷は全てスクリーン印刷を行う。そ
の後、Ｐｔメタライズ下層の表面上であってスルーホー
ルとほぼ同心状であってこのスルーホールの径の約２倍
の大きさの絶縁ペースト層（焼結後、拡散防止層となる
）を、結晶化ガラス絶縁ペーストを用いて印刷して形成
した。この結晶化絶縁ペーストとしてグリーンシートと
同一組成の結晶化ガラスを用いた。次いで、その上から
Ｐｔメタライズを印刷して、絶縁ペースト層を完全に覆
いＰｔメタライズ下層と完全に導通するようにＰｔメタ
ライズ上層（焼結後、電極層上層となる）を形成させた
。

印刷の終わった各層のシートを所定の順序で重ねて加熱
し、加圧して一体化する。そして所定の形状に切断し、
外形寸法を揃えて製品形状とする。その後、大気巾約３
００℃、約５時間でセラミックシート及び各メタライズ
層等に含まれる樹脂等の有機質成分を飛散、除去させる
。仮焼後、大気中６００〜７５０℃、約１時間で残存カ
ーボンを消失させる。

次いで、アンモニア分解ガス雰囲気中、３５０〜７５０
℃でＣｕＯをＣｕに還元する。そしてアンモニア分解ガ
ス雰囲気中又は中性雰囲気中、９００〜１０００℃、約
１時間でメタライズ及びセラミックを一体的に焼結して
、所定の電極層２をもつセラミックパッケージ本体ｌを
製作する。

（３）接合構造体（パッケージ）の製作次いで純Ａｇか
らなるロー材によるロー付けを行って、ビンである外部
端子４をロー材層３を介して接合した。更にこのメタラ
イズ及び外部端子４にＮｉ及びＡｕメツキを行って、セ
ラミックパッケージを製作した。

（４）実施例の効果 本実施例のセラミックパッケージ、は、Ｃｕが拡散した
下層拡散部を覆うように結晶化ガラスからなる拡散防止
層が形成されているので、拡散したＣｕとピンのロー付
は時に溶融したＡｇが直接に接触せず、そのため、Ａｇ
とＣｕの合金化現象を防止できる。また、この拡散防止
層が結晶化ガラスからなるので、ピンホールなどが生ぜ
ず、緻密な被覆層を形成するという効果も併せもつ。本
パッケージでは、導体がＣｕ又はＣｕ／Ｐ　ｄからなる
ので、安価であるとともに、低抵抗のため電気特性に優
れたものとなる。更に本パッケージのセラミック本体は
、所定の結晶化ガラスからなるので、（１）焼成、冷却
するのみで容易に結晶化できること、（２）熱膨張係数
はアルミナより小さくシリコン半導体チップに近似して
いること、（３）アルミナの誘電率（ε＝９）よりも低
誘電率であること、（４）９５０℃の低温で焼結できる
こと、（５）緻密体が得られ破壊強度も高いこと、の特
徴をもつので、セラミックパッケージとして極めて優れ
たものである。

なお、本発明においては、上記具体的実施例に示すもの
に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々
変更した実施例とすることができる。

本発明は上記実施例のＰＧＡセラミックパッケージのみ
ならず他の形式のセラミックパッケージ（Ｄ　Ｉ　Ｐ型
、フラット型又はリードレス型等）のものとすることも
できる。本発明においては、電極層材料と導体材料の組
合せとしてＰｔとＡｕ、又はＰｄとＡｕの各組合せを用
いることができ、この場合には、樹脂を除去した後、直
接大気中で本焼成を行うことができる。これらのメタラ
イズが酸化されないためである。セラミック体としては
、８００〜１１００℃で焼成できる他の低温焼成セラミ
ック体全てにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係わるセラミックパッケージの要部拡
大断面図、第２図は第１図に示すセラミックパッケージ
の一部断面図、第３図は従来のセラミックパッケージの
要部及び作用を示す説明断面図である。 １；セラミック本体、１１；セラミック体、１２；表面
側導体、１３；内部導体、１４；導体層、２；電極層、
２１；下層、２１ａ：下層拡散部、２２；拡散防止層、
２３；上層、３；ロー材層、４；外部端子（ピン）。 特許出願人　　日本特殊陶業株式会社 代理人　　　　弁理士　小島清路 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕ系又はＡｕ系金属からなる表面側導体をもつ
   セラミック本体と、上記表面側導体の表面を被覆するよ
   うに形成される電極層と、該電極層上に形成されＡｇ系
   からなり外部端子を上記セラミック本体に接合するロー
   材層と、から構成されるセラミック本体と外部端子の接
   合構造体において、 上記電極層は、上記表面側導体の表面上に形成される下
   層と、該下層のうちＣｕ又はＡｕが拡散した下層拡散部
   の表面を少なくとも被覆しＣｕ、Ａｕ又はＡｇの拡散を
   防止する拡散防止層と、該拡散防止層を被覆する上層と
   、から構成されることを特徴とする、セラミック本体と
   外部端子の接合構造体。