JPH03141662A - セラミック配線回路板の製造方法 - 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〕 この発明は、半導体素子パンケージ等に用いられ、セラ
ミック基板の表面に銅等の導体層からなる配線回路が形
成されているとともに、この配線回路を外部回路に接続
するための接続ピン等の外部接続部材が配線回路の一部
に接合されるようになっているセラミック配線回路板の
製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

セラミック配線回路板は、例えば、半導体素子の搭載用
基板等として用いられ、半導体素子を搭載したセラミッ
ク配線回路板を合成樹脂で封止してなる半導体素子パン
ケージ等として利用されている。このような半導体パッ
ケージにおいて、外部回路への電気的および機械的な接
続を果たすために、セラミック配線回路板の配線回路の
一部に導電性の接続ピンをろう付は等で接合しておき、
この接続ピンを外部回路の接続ピン孔に突き刺して、電
気的な接続を果たすとともに機械的に固定することが行
われている。セラミック配線回路板は、上記のような半
導体素子の搭載基板以外にも、各種の電子素子の搭載基
板等として利用され、それぞれの目的に応して、接続ピ
ン等の各種外部接続部材が接合された状態で利用される
ことが多い。

近年、電子機器類の軽量化、小型化が強く望まれ、半導
体素子等の小型化、高密度化が進行するなかで、セラミ
ック配線回路基板についても、層の小型化と高密度化が
要求されている。

従来、セラミック基板に配線回路を形成する方法として
は、セラミック基板の表面にＡｇ／Ｐｄ等からなる導体
ペーストを配線回路パターンにしたがって印刷塗布し焼
付ける方法が採用されていた。また、Ｗ、Ｍｏ−Ｍｎ等
の高融点金属ペーストをセラミックグリーンシートに印
刷塗布しておき、セラミックグリーンシートの焼成と同
時に高融点金属ペーストを焼付けて配線回路を形成する
方法もあった。

しかし、上記のような従来方法では、導体ペースト等を
印刷塗布して配線回路パターンを形成しているため、微
細な配線回路が形成できず、配線回路の小型化、高密度
化に対応できないという欠点があった。また、前記した
高融点金属ペーストからなる導体層は、導体金属自体の
抵抗が高いため、回路性能に劣り、特に微細な配線回路
になるほど高抵抗による電力損失や発熱等の問題が重大
になるため、高密度配線回路には利用することができな
かった。

そこで、上記のような従来技術の問題点を解消するため
、配線回路となる導体層の形成方法として、従来のよう
にＡｇ／Ｐｄ等の導体ペーストを塗布し焼付ける方法に
かえて、メツキ法やスパッタリング法等を採用すること
が提案されており、具体的には、特開昭６０−１６８８
５号、特開昭６０−２００８８３号公報、特開昭６１−
１４０１９５号公報等に開示されている。

これらの方法は、セラミック基板の表面を化学的に粗化
した後、その上に化学メツキまたはスパッタリングで銅
からなる導体層を形成し、この銅導体層をエツチング加
工して、所定パターンの配線回路を形成するようになっ
ている。そして、エツチング加工工程では、フォトレジ
ストを用いてエツチングレジストパターンを形成する、
いわゆる写真製版技術を用いることによって、導体ペー
ストをマスクを用いて印刷塗布する従来法に比べて、は
るかに微細なパターンが形成でき、高密度な配線回路が
形成できることになる。また、メツキやスパッタリング
で形成される導体層は、はぼ純金属なみの低いシート抵
抗を示し、バインダー等の不純物を含む導体ペーストか
らなる導体層に比べて、格段に抵抗が小さく電気的性能
に優れた配線回路が得られるという利点も有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記した先行技術では、配線回路となる導体
層の上に、外部回路と接続するだめの接続ピンをろう付
けすると、導体層とセラミック基板との密着力が低下し
、接合された接続ピンが当該個所の導体層とともにセラ
ミック基板からとれてしまうという問題が発生していた
。これは、メツキ法やスパッタリング法では、セラミッ
ク基板表面の凹凸に導体層が機械的に接合しているだけ
なので、ろう付は工程で高熱に加熱されると、セラミッ
ク基板と導体層との熱膨張の違いに伴う応力で、導体層
とセラミック基板との接合強度が低下して剥がれ易くな
ってしまうのであると考えられる。

そこで、この発明の課題は、前記したように、接続ピン
等の外部接続部材を導体層の一部に接合するようになっ
ているセラミック配線回路板において、外部接続部材の
接合強度が高く、確実強固に接合しておけるものを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する、この発明にかかるセラミック配線
回路板の製造方法は、セラミック基板の表面に配線回路
を有するとともに、この配線回路の一部に外部接続部材
を接合するようになっているセラミック配線回路板の製
造方法であって、セラミック基板の表面のうち外部接続
部材の接合個所に高融点金属メタライズ法により高融点
全屈層を形成した後、セラミック基板の表面に導体層を
形成し、この導体層に写真製版技術を用いて配線回路を
形成する。

セラミック基板としては、アルミナ、ジルコニア等の酸
化物系セラミックスの他、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒
化アルミ等の非酸化物系セラミックスその他、通常の配
線回路板用のセラミック基板を任意に用いることができ
、特に限定されないが、高融点金属のメタライズ工程に
よって変形しないものが好ましい。

セラミック基板は、後工程で、メツキ法やスパッタリン
グ法によって形成する導体層との密着力を向上させるた
めに、表面に化学的または物理的な粗化処理を施してお
くのが好ましい。粗化処理の具体的手段は、通常のセラ
ミック基板に対する粗化処理法が適用できる。

上記のようなセラミック基板の表面に、高融点金属メタ
ライズ法で高融点金属層を形成する。高融点金属メタラ
イズ法は、従来のセラミック配線回路板の製造において
、通常の配線回路の形成に用いられていたのと同様の方
法が適用できる。メタライズする高融点金属としては、
Ｗ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎ、、Ｗ−Ｍｎ等が挙げられる。こ
れらの金属を含む高融点金属ペーストを、所定のパター
ンに形成された印刷スクリーンを用いてセラミック基板
上に印刷塗布した後、所定の加熱温度で処理し、高融点
金属ペーストをセラミック基板上に焼付けて所定パター
ンの高融点金属層を形成する。

高融点金属層は、セラミック配線回路板に外部接続部材
を接合する個所のみに形成しておけばよいので、外部接
続部材の配置に合わせて前記印刷スクリーンのパターン
を設定しておく。

さらに、高融点金属メタライズ法の好ましい具体例を説
明すると、公知のＭｏ−Ｍｎペーストを所定パターンの
印刷スクリーンを用いてセラミック基板上に塗布した後
、加湿フォーミングガス（Ｈ！／Ｎ、）中で、１２００
〜１７００°Ｃで焼成する。なお、仕ラミック基板表面
が粗化処理されている場合には、基板の粗面状態が維持
されるように、１２００〜１４００℃程度で焼成するの
が好ましい。その他、高融点金ＨＥの形成工程における
具体的な作業条件等は、通常の高融点金属メタライズ法
と同様に行われる。

セラミック基板に形成された高融点金属層の上に、Ｎｉ
メツキによるＮｉ層を形成しておくと、外部接続部材を
ろう付けする際に、ろう材との濡れ性が良好になる。Ｎ
ｉ層と高融点金属層の密着力を向上させるためには、Ｎ
２ガス雰囲気中で焼成することが好ましい。なお、Ｎｉ
層の形成方法としては、メツキ法以外にも、例えば、酸
化Ｎｉをペースト化したものを高融点金属層の上に塗布
し、水素中で焼成してＮｉ層を形成すること等も可能で
ある。

上記のように形成された高融点金属層またはＮｉ層を含
むセラミック基板の表面に、配線回路となる導体層を形
成する。導体層の形成方法は、メツキ法、スパッタリン
グ法等、写真製版技術を用いて微細な配線回路パターン
の形成が可能な方法であれば、通常の配線回路技術で採
用されている各種の導体層形成手段を用いることができ
る。導体層を構成する金属は、銅、Ｎｉその他の導体金
属である。導体層の具体的な形成工程としては、例えば
、無電解メツキまたはスパッタリングで約１μ厳程度の
薄い銅層を形成した後、電解メツキや厚付は無電解メツ
キで銅層の厚付けを行う方法が採用できる。

導体層を所定の配線回路パターンにしたがってエツチン
グすることによって、配線回路が形成される。この配線
回路パターンの形成に写真製版技術を利用する。具体的
には、例えば、導体層の上にエツチング用フォトレジス
トを塗布し、所定の配線回路パターンを有するフォトマ
スクを用いて感光現像して、配線回路部分以外のフォト
レジストを除去した後、所定のエツチング液で不要な導
体層をエツチング除去する方法が採用される。具体的な
フォトレジストの種類やエンチング処理条件等は、通常
の写真製版技術による配線回路の形成方法と同様である
。上記に説明した方法は、セラミック基板の表面全体に
導体層を形成した後、エツチングで配線回路パターンを
形成する方法であるが、予めセツミック基板の表面に配
線回路以外の部分を覆うようにレジスト層を形成し、レ
ジスト層の上から導体層を形成した後、レジスト層を剥
離すると同時に不要部分の導体層を除去して、導体層に
配線回路パターンを形成する方法等、従来の各種配線回
路板の製造に採用されている、写真製版技術を用いた通
常の配線回路の形成方法を任意に適用することができる
。

以上のようにして、この発明にかかるセラミック配線回
路板が製造される。製造されたセラミック配線回路基板
に、接続ピン等の外部接続部材を接合することによって
、各種の製品に利用することができる。外部接続部材の
接合は、セラミック基板の表面のうち、高融点金属層が
形成された個所に、ろう付けやハンダ付は等の通常の接
合手段を用いて、銅やアルミその他の導体全屈からなる
外部接続部材を接合する。外部接続部材の形状構造およ
び接合手段は、目的や用途に応じて、通常の配線回路板
と同様のものが使用できる。

〔作　　用〕

高融点金属メタライズ法では、セラミック基板の表面と
高融点金属層の境界部分に反応層が形成されて化学的に
結合されるので、セラミック基板と高融点金属層とが極
めて強固に接合されることになる。この高融点金属層の
上に導体層を形成すると、高融点金属層と導体層とは金
属同士であるから充分強固に接合される。したがって、
高融点金属層の形成個所では、セラミック基板と高融点
金属層および導体層は、単なる物理的な凹凸による接合
状態ではなく、化学的に強固な接合状態となっている。

このような高融点金属層形成個所に外部接続部材を接合
すれば、接合工程で高熱に加熱されても、セラミック基
板と高融点金属層および導体層との密着強度が低下する
ことはなく、外部接続部材を確実強固に接合することが
可能になる。

〔実　施　例〕

ついで、この発明の実施例について、図を参照しながら
以下に詳しく説明する。

一実施例１− 第１図に示す工程にしたがって、セラミック配線回路板
を製造した。

まず、市販の９６％ＡＩｔｏｓセラミック基板１０（大
きさ２ｉｎ角×厚み０．６４關）に、レーザー加工で０
．３鶴φのスルーホール用孔１１を百通形成した。この
セラミック基板１０を粗化処理した。すなわち、セラミ
ック基板１０を２７０〜３３０℃に加熱したリン酸中に
２〜１０分間ｉ３％　’ｔｆ４した後、セラミック基板
１０を充分に水洗して乾燥させた。

つぎに、Ｍｏ−Ｍｎ高融点メタライズペーストを、セラ
ミック基板１０の表面のうち、外部接続部材を接合する
個所のみに塗布されるように、所定のパターンでスクリ
ーン印刷した。このセラミック基板１０およびメタライ
ズペーストを、加湿フォーミングガス（Ｈ，／Ｎ、）中
で、１２００〜１４００℃で焼成して厚さ約１５μ謬の
高融点金属層２０を形成した〔工程（ａ）］。なお、図
ではセラミック基板１０の片面のみに高融点金属層２０
を形成しているが、勿論、必要であれば、セラミック基
板１０の両面あるいはスルーホール用孔１１の内壁部分
にも高融点金属層２０を形成することができる。

高融点金属層２０の上にＮ１層３０を形成した〔工程（
ｂｌ）。Ｎ１層３０の形成はメツキ法でも可能であるが
、この実施例では、酸化Ｎｉをペースト化したものを高
融点金属層２０の上にスクリーン印刷した後、脱バイン
ダー処理を行い、さらに、水素気流中で１ｏｏｏ℃で還
元して厚さ約５μｌのＮ１層３０を形成した。

つぎに、公知のセンシーアクチ法でセラミック基板１０
の表面に核付は処理を行った後、セラミツク基板１０全
体を厚付は無電解銅メツキ液に浸漬して、厚さ約Ｉｏｎ
の銅導体層４０を形成した〔工程（Ｃ）〕。

銅導体層４０を所定の回路パターンにしたがってエツチ
ングした〔工程（ｄ）〕。エエラチンの方法は、フォト
レジストを用いた通常の写真製版技術によるエツチング
処理方法であった。こうして形成された配線回路の最小
線幅／線間は５０μｍ１５０μｌであり、従来の導体ペ
ースト法では形成困難な微細な配線回路が得られた。こ
の銅導体層４０の上に、電気メツキにより厚さ５μｌの
Ｎｉ導体層４１を形成した〔工程（ｅ）〕。したがって
、洞導体層４０とＮｉ導体層４１とが一体となって導体
層すなわち配線回路を構成することになる。また、前記
した高融点金属層２０の上のＮ　ｉ層３０も、これらの
銅導体層４０およびＮｉ導体層４１に接続されて導体層
すなわち配線回路の一部を構成することになる。

このようにしてセラミック配線回路板が完成する。セラ
ミック配線回路板は、この状態で運搬保管あるいは販売
に供することができる。

つぎに、セラミック配線回路板に外部接続部材を接合す
る方法について説明する。

工程（ｆ）に示すように、高融点金属層２０の上のＮ１
層３０を介して、銀ろう５０、および、外部接続部材と
なる接続ピン６０を配置し、水素中において８５０℃で
ろう付は処理を行った。

接合された接続ピン６０のろう付は強度を測定したとこ
ろ、３〜５　ｋｇ　／　ｍｍ　”であった。しかも、測
定時の破断は、はとんどＡＩｔｏ□セラミック基板１０
内で発生していることから、この発明にかかるセラミッ
ク配線回路板は、極めて高いろう付は強度を有すること
が実証された。

実施例２ 実施例１と同様に、基板表面の粗化処理および高融点金
属ペーストの塗布焼付けを行った後、Ｎ１層３０として
、電気メツキで約２〜３　）ｔｍのＮｉ層を形成し、Ｎ
２中１０００℃で焼成した。なお、高融点金属ペースト
をスルーホール用孔１１の内壁面にも塗布して、スルー
ホール用孔１１の内部まで高融点金属層２０を形成した
。

つぎに、セラミック基板１０の表面全体に、スパッタリ
ング法で厚さ約１ｎの銅層を形成した後、電気銅メツキ
で銅の厚付けを行い、合計約１０μ凋の銅導体層４０を
形成した。

実施例１と同様の方法で、フォトレジストを用いて銅導
体層４０をエツチング加工して所定の配線回路を形成し
た。その後、銅導体層４ｏの上に、電気Ｎｉメツキで約
５μ謙のＮｉ導体層４１を形成した。なお、エツチング
工程後の銅導体層４゜の最小線幅／線間は５０μ■１５
０ハであった。

このようにして製造されたセラミック配線回路板に対し
、高融点金属層２０およびＮｉ層３ｏの上に、実施例１
と同様の工程で接続ピン６ｏをろう付けして、ろう付は
強度を測定したところ、実施例１と同様に優れた強度を
示した。

実施例３− 市販の窒化アルミセラミック基板１０（２ｉｎ角×０．
６３５　ｍｍ厚）を、３０〜６０℃のｌＮ−Ｎａ０　Ｈ
水溶液中に３０〜９０分浸漬して、基板表面を粗化処理
した。

つぎに、Ｗ−Ｍ　ｎ高融点金属メタライズペーストを所
定のパターンに塗布した後、１３００〜１５００℃の窒
素中で焼成して、高融点金属層２０を形成した。さらに
、高融点金属層２０の上に電気メツキで約３〜５μｍの
Ｎｉ層３ｏを形成した後、Ｎ２ガス中で１０００℃で焼
成した。

つぎに、実施例１と同様にＰｄの核付は処理を行い、無
電解銅メツキで約１μｌの銅層をセラミック基板１０の
表面全体に形成した後、さらに電気メツキを行い、合計
約１０μ園の銅導体層４ｏを形成した。

その後、実施例１と同様の工程を経て、セラミック配線
回路板を製造し、このセラミック配線回路板にも接続ピ
ンをろう付けしたところ、実施例１と同様に優れたろう
付は強度を有することが確かめられた。なお、ろう付は
強度測定試験では、窒化アルミ基板内で破断を起こした
。

比較例 基板表面の粗化処理までは実施例１と同様の工程で行っ
た。

つぎに、高融点金属層２０の形成を行わず、直ちに導体
層の形成工程を行った。すなわち、公知のセンシーアク
チ法でセラミック基板１０の表面全体に核付は処理を行
った後、厚付は無電解銅メツキ液にセラミック基板１０
を浸漬して厚さ約１０Ｉｌの銅導体層４０を形成した。

つぎに、フォトレジストを用いて銅導体層４０をエツチ
ング加工して、所定パターンの配線回路を形成した。得
られた配線回路の最小線幅／線間は５０ｎ１５０μ重で
あった。なお、外部接続部材の接合個所にも、通常の配
線回路部分と同様に銅導体層４０を形成した。さらに、
銅導体層４０の上に、電気メツキで約５μｍのＮｉ導体
層４１を形成して、セラミック配線回路板の製造を完了
した。

得られたセラミック配線回路板に、実施例１と同様にし
て接続ビン６０をろう付けし、ろう付は強度を測定した
ところ、１〜３ｋｇ／ｍｕ”と実施例１に比べてかなり
低い値であり、測定時の破断は、Ａ１！０□セラミック
基板ＩＯと銅導体層４０の接合部で発生していた。

〔発明の効果〕

以上に述べた、この発明にかかるセラミック配線回路板
の製造方法は、外部接続部材の接合個所となるセラミッ
ク基板の表面に、高融点金属メタライズ法によって高融
点金属層を形成しておき、その後に配線回路となる導体
層を形成するので、セラミック基板に対して化学的に強
固に接合された高融点金属層の上に外部接続部材を接合
することになり、従来のように、外部接続部材の接合工
程における加熱で導体層とセラミック基板の接合強度が
低下することは無く、セラミック基板に外部接続部材を
強固に接合することができる。

したがって、メツキ法やスパッタリング法による導体層
の形成、および、フォトレジストを用いたエツチング加
工等、いわゆる写真製版技術を用いることによって、微
細で高密度な配線回路を形成できると同時に、高融点金
属層の形成によって外部接続部材の接合強度にも優れた
セラミック配線回路板を製造することが可能になる。ま
た、配線回路を写真製版技術で形成するので、従来のよ
うな導体ペーストを用いる必要がなくなる結果、導体層
のシート抵抗が低くなり、配線回路の電気的性能にも優
れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を工程順に示す模式的断面図
である。 １０・・・セラミック基板　２０・・・高融点金属層３
０・・・Ｎｉ層　４０・・・銅導体層　４１・・・Ｎｉ
導体層　６０・・・外部接続部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　セラミック基板の表面に配線回路を有するとともに
   、この配線回路の一部に外部接続部材を接合するように
   なっているセラミック配線回路板の製造方法であって、
   セラミック基板の表面のうち外部接続部材の接合個所に
   高融点金属メタライズ法により高融点金属層を形成した
   後、セラミック基板の表面に導体層を形成し、この導体
   層に写真製版技術を用いて配線回路を形成することを特
   徴とするセラミック配線回路板の製造方法。