JPH0391936A - セラミックパッケージ - 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】 （産業上の利川分野） 本発明はセラミックパッケージに関し，より詳細にはセ
ラミック基体」二に設ける金属層の下地めっきの改良に
関する。

（従来の技術） 半導体装置に用いられるセラミックパッケージは、セラ
ミック基体のダイボンディング部あるいはワイヤボンデ
ィング部等に金属層が被着されて提Ｄ（される。前記金
属層はセラミック基板にタングステンメタライズ等によ
ってメタライズ層を形成した後、通常はニッケルめっき
を施し、リードをろう付けした後，表面処理として下層
にニッケルめっき、さらにその上層に金めつきを施して
形成される。前記メタライズ層上のニッケルめっきは好
適なろう付け性を得るためであり、ろう付け後のニッケ
ルめっき及び金めつきはめっき部分の好適なボンディン
グ性や耐環境性等を得るためである。

セラミックパッケージは一般に，高信頼性を有するパッ
ケージとして用いられているが、上記のニッケルめっき
を下地めっきとしたセラミックパッケージは、ダイボン
ディングした後のエイジング処理の際に半導体チップが
剥離したり、加熱によってニッケルが金めつき表面まで
拡散し金めつき表面が変色したりするという問題点があ
り，また近時においては、厳しい条件下で使用される場
合等があることから上記特性およびはんだ付け性等につ
いても一層高度の規格条件が要求されるようになってき
た。

中でも、金属層部分の耐湿性の問題が重要視されており
、高度の耐湿性を有するセラミックパッケージが要求さ
れている。加湿下において金ｒｙＣＫｔｉに錆等が発生
すると導体パターン間で短絡不良等が発生し、機能が発
揮できなくなるからである。

（発明が解決しようとする課題） 上記のようなニッケルめっきを下地めっきとした場合の
問題点を解決するものとして、下地めっきとしてコバル
ｌ一めっきを施すもの（特開昭５９−１５５９５０号公
報）、コバル１〜とニッケルとの合金めっきを施すもの
（特公昭６：ｌ−３０３６号公報）、コバル１−、硫黄
，ニッケル合金を施すもの（特開昭６３−８３２９１号
公報）等が提案されている。

しかしながら、コバルトめっきを下地として用いた場合
はコバル１−が酸化しやすく耐蝕性に劣り，また酎熱変
色性が劣るという問題点がある。

ニッケルーコバルト合金を下地めっきとしたものでは、
コバルトの共析比率が小さい場合にはダイボンディング
性や金めつき皮膜の耐熱変色性に劣り，コバルトの共析
比串が大きい場合には、耐熱変色性及び耐蝕性が劣ると
いう問題点があきらかになった。

また、ニッケルーコバル１〜合企めつきでは，めっき浴
の均一電着性やつきまわり性がニッケルやコバルトをｊ
ｐ．独でめっきするめっき浴とくらべて劣ること、一定
の組戊および特性を有するめっき皮膜を安定して得るた
めのめっき浴の管理が非常に困難であることという製造
上の問題点がある。

そこで、本発明は−１二記問題点をＭ？１′１す人くな
されたものであり、そのＩｌ的とするところは、加熱処
理や半導体チップ付け後のエイジング処理等によって変
色したりダイボンディング性等が低下することがなく、
また加湿条件下等においても錆不良が発生しない信頼性
のだかいセラミックパッケージを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえる。

すなわち、セラミックｌ１（体に設けられる金属層が、
コバルトめっき層の上層にニッケルめっき層が形或され
た２屑めっきをアニール処理することによって形成され
た金属周を有することを特徴とする。また、セラミック
Ｊ１（体に設ける金属層のうち少なくともダイボンディ
ング部またはワイヤボンディング部の金属層が，コバル
トめっき層の」二層にニッケルめっき層が形成された２
層めっきをアニール処理することによって形或された金
属層を下地めっきとする金めつき屑を有することを特徴
とする。

（発明の概要） 本発明に係るセラミックパッケージは、ダイボンディン
グ部あるいはワイヤボンディング部、導体パターン部等
の企属層が、コバルトめっき層の上層にニッケルめっき
屑を施した２層めっきをア二−ル処理することによって
形成した金属層を有することを特徴とする。

上記の２欝めっきを施す場合は、まず、セラミックノ．
（体に形成したメタライズ層上にコバル１・めっきを施
し、次にニッケルめっきを施す。その後、真空、中性ま
たは還元性零四気中で４００’Ｃ〜７８０℃，奸ましく
は７００℃〜７５０℃でアニール処理を行い，さらに全
めっきを施す。

なお、リードを接続する場合は、ニッケルめっきを施し
たメタライズ屑に銀ろう等のろう材を用いてリードをろ
う付けした後、コバル］〜めっき」二にニッケルめっき
を施してアニール処理を行い、さらに金めつきを施す。

」二記のように下地めっきとしてコバル１−とニッケル
を２屑に設けた後アニール処理を施した場介は、後述す
るように従来のニッケルめっきを下地としたもの、及び
ニッケルーコバル１〜合金めっきを下地としたものと比
べてきわめて良好な特性を得ることができた。

このようにめっき屑を２屑とし、非酸化性雰１川気中で
アニール処理を行うことによって良好な特性を得ること
ができる理山としては、メタライズ金属とめっき金属と
の溶出電位差によってメタライズ金属のタングステンが
溶出しないことと、２層の下地めっきをアニール処理し
た際にコバルトがニッケルめっき層中に拡散することに
よるものと考えられる。

すなわち、メタライズ肩で用いるタングステン，ろう材
で用いる銀、銅とめっき金属のコバルト、ニッケル、金
の仕２ｉＬ関数を比鮫ずると、以下のようになる。

Ｃｏ：’１．２５ｅＶ　．　　Ｗ　：４．３５ｅＶ　　
　Ｃｕ：４．４８ｃＶ八ｇ：４．７０ｃＶ　　　　　Ａ
ｕ：４．７１ｃＶ　　　　　　Ｎｉ：４．９１ｅＶこれ
らの仕η（関数をみると、コバルトの債が最も小さく、
次いでタングステンであることがわかる。

従来のニッケルめっきを下地めっきとしたものの酎湿性
試験においては、前述したように金属層の界面に錆が発
生するが、錆の元素としてはタングステン、銀、銅が含
まれていた．これらはいずれもニッケルにくらべて仕事
関数が小さく、界面から溶出しやすい。従来例では，タ
ングステン等が溶出することによって錆が発生したと考
えられる。

これに対し、本発明においては下地めっきとしてコバル
トめっきを施すから．コバルトの仕事関数がタングステ
ンよりも小さいことにより、界面においてタングステン
等の溶ｌ１｝を抑え錆発生を防止しているものと考えら
れる。コバルトとニッケルのめっき層を」二千逆に施し
た場合は、タングステンメタライズ屑の界面にニッケル
が存在することによってコバル］一が界面に存７１ミす
る場合よりは溶出の抑制効果が減少する。

第１図は前記２屑めっきを施した後、アニール処理を施
し下地金属層断面のコバルトとニッケルの濃度プロフィ
ールを測定した結果である。コバル１〜めっき厚はＩμ
ｍ、ニッケルめっき厚は２μｍである。測定結果は，下
層のコバルトの一部が上層のニッケル層中に拡散し、ニ
ッケル層中に拡故したコバルトはとくにニッケル層の表
面部分に局在していることを示す。第２図は比較例とし
てニッケルーコバルト合金めっきを下地めっきとしたも
のについて、めっき層断面のコバルトとニッケルの濃度
プロフィールを８１リ定したものである。

この場合は、第１図に示すようなコバルトの局在はみら
れず、ニッケルおよびコバル１へはめっき府中で一様に
分布しているだけである。

上記のように，２屑めっきを施してアニール処理を施し
た場合は、ニッケル屑の表面に局在したコバルトが、金
めつき屑中ヘニッケルが拡散することを抑制し，半導体
チップが剥離したり金めつき皮膜が変色することを防止
する作用をなす。

また、ニッケル層内部はニッケルの濃度が高いから、下
地自体の耐熱変色性等はニッケルによる寄与が大きく、
したがって下地めっきの耐熱性、耐蝕性等に優れること
となる。

（実施例） Ｉ． 以下のａ−ｅの５′Ｋ１類の下地めっきを施したサンプ
ルについて耐湿性等の評価試験を行った。

ａ：Ｎｉ−Ｃｏ合金めっき（Ｃｏ含有率１１Ｘ）ｂ　：
　Ｎｉ／Ｃｏめっき（Ｃｏの厚さ０．　１５〜０．　２
５　ｐ　ｍ）ｃ：Ｎｉ／Ｃｏめっき（Ｃｏの厚さ０．９
　〜１．０　μｍ）ｄ　：　Ｎｉ／Ｎｉ−Ｃｏ合金めっ
き（Ｎ　ｉ　−　Ｃｏ合金のＣｏ含有量は８２％で、全
体でＣｏ含有量が２０ｙ．）ｅ．旧 ａ．ｏはＮｉ−Ｃｏ介金あるいはニッケルの１−Ｆｖｉ
めっき、ｂおよびＣはニッケルとコバルトの２ＫＦ７め
っきでめっき厚比を変えたもの、ｄはコバル１−めっき
のかわりにニツケルーコバル１・合金めっきを施した２
屑めっきである。

サンプルはセラミック栽体に設けたタングステンメタラ
イズ屑にコバルトめっきを施しさらにニッケルめっきを
施し、還元性零四気中でアニール処理した後金めっきを
施したものである。以下の試験ではそれぞれ５個のサン
プルに対して評価試験を行った。

■ワイヤボンディング性試験 各サンプルの金属層にワイヤボンディングを施し、２　
０．０℃でエージング処理し，ワイヤを引っ張って剥離
が生じるかどうかを試験した。

表中の時間はエージング時間を示す。

である。

単位は時 測定した結果は，どのサンプルについてもワイヤボンデ
ィング性には問題がなかった。

■ダイボンディング性試験 各サンプルに金一シリコン共品合金によって半導体チッ
プを接合し、３００℃でエージング処理した後、半導体
チップに荷重をかけて剥離するかどうかを試験した。

表２（ダイボンディング性） サンプルＣ（ニッケル下地めっき）はｌ００時間以上の
エージング処理で半導体チップの剥離が見られた。表中
の※記号は不良発生を示す。以下、同様である。

■耐熱性試験 大気中で４５０℃に加熱して５分経過後、１０分経過後
で変色するかどうかを調べた。

各サンプルとも不適格のものはなかったが，サンプルａ
（ニッケルーコバルト合金めっき）は他のサンプルと比
較してめっきの色調が全体的に赤褐色になった。

■はんだ付け性試験 各サンプルを表中の時間スチームで加湿した後、はんだ
ディップによってはんだ付けを行い、はんだがきれいに
のるかどうか調べた。

表４ （はんだ付け性） とくに大きな差はみられなかったが、サンプルｅの１個
のみはんだ付け性が不適格であった。

■耐湿性試験 ８５℃、湿度８５％の環境下にサンプルを保持して、各
金属層に腐食、錆等が生じるかどうかを調べた。

表５（耐湿性） 表で晴間の単位は時である。サンプルｂおよびＣを除い
て、サンプルａ．ｄ．ｅに錆が生じた。

錆の発生率では、サンプルｅ（ニッケル下地）がもっと
も高く、サンプルａ　（ニッケルーコバルト合金下地）
、サンプルｄ　（ニッケル／ニッケルーコバルト合金下
地）の順に低くなる。

上記実験結果は、すべての条件を完全にみたすものとし
てサンプルｂおよびＣがとくに優れていることを示して
いる。

なお、サンプルｂおよびＣのめっき層を上下逆に施した
場合、すなわち、メタライズ層の上にニッケルめっきを
施し、さらにコバルトめっきを施した場合は、上記サン
プルｂおよびＣと同様な特性は得られなかった。

■． 下地めっきのニッケルとコバルトのめっき厚比を変えて
上記と同様な評価試験を行った。

実験では、ニッケルとコバル１への総めっき厚を３μｍ
としてめっきＪ’Ｘ比を変えたサンプルを作製し，これ
を非酸化性雰囲気１１１７５０℃でアニール処理した後
、１．５μｍ厚の金めつきを施した。

試験内容はダイボンディング性試験（■）、金めつき皮
膜の耐熱性試験（■）、下地めっき企属周の耐熱性試験
（■）である。ダイボンディング性試験■は、サンプル
に半導体チップを接合した後、３００℃で６０時間エー
ジング処理し、半導体チップが剥離するかどうかを試験
したものである。

金めつき皮膜の耐熱性試験■はサンプルを大気中で４５
０℃に加熱して５分経過後の変色を調べたもの、下地め
っき金属層の酎熱性試験■は金めつきを施さないサンプ
ルを大気中で４００℃に加熱して１分間経過後の変色を
調べたものである。評価数は各サンプルとも２０個であ
る。

表６（めっき厚比変化） 表６でサンプル１は下地めっきがコバルト１００％、サ
ンプルｌ３は下地めっきがニッケルｌＯＯ″Ｘである。

上記試験結果は、コバルトめっきがダイボンディング性
（■）および金めつきの耐熱変色性（■）に優れ、ニッ
ケルめっきが耐熱変色性（■）に優れるという前述した
傾向があることを示す。

なお、比較例として，ニッケルーコバル１一合金めっき
を下地めっきとして同様の試験評価を行った結果を表７
に示す。各サンプルは合金めっきの共析比率が異なるも
のである。

表７　（Ｎｉ−Ｃｏ合企めつき） 上記表６および表７の結果から，コバルトめっきとニッ
ケルめっきの２層めっきをアニール処理した金Ｉｉｃ層
が金めつきの下地としてきわめて有効であり、サンプル
４〜１１　（コバルトめっき厚４〜９４％）については
十分に良好な特性が得られること、またコバルトとニッ
ケルの２層めっきをアニール処理した下地金属層自体も
好適な耐熱変色性（■）を有することを示す。

したがって，金めつきはたとえばダイボンディング部、
ワイヤボンディング部、シールフレーム部等の必要個所
にのみ設ければよく、アウターリード等ではアニール処
理したコバルトとニッケルの金属屑のままでもよい。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて稚々説明し
たが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく
、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得
るのはもちろんのことである。

（発明の効果） 本発明に係るセラミックパッケージは、金めつきの下地
金属層としてコバル１・とニッケルの２層めっきを順に
施した後アニール処理を行った金属層を設けることによ
って、ダイボンディング性、ワイヤボンディング性、金
めつき皮膜の耐熱変色性、下地金属層の耐熱性、はんだ
付け性、耐湿性等について高度の条件をみたすことがで
き、きわめて信頼性の高いセラミックパッケージとする
ことができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はコバルトとニッケルの２ｙ！ｉめっきを施して
、非酸化性雰囲気中にてアニール処理を行った後の下地
めっき層のコバル｛〜とニッケルの濃度分布を示すグラ
フ、第２図はコバルトとニッケルの合金めっきによって
形成した下地めっき層の濃度分布を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミック基体に設けられる金属層が、コバルトめ
   っき層の上層にニッケルめっき層が形成された２層めっ
   きをアニール処理することによって形成された金属層を
   有することを特徴とするセラミックパッケージ。 ２、セラミック基体に設ける金属層のうち少なくともダ
   イボンディング部またはワイヤボンディング部の金属層
   が、コバルトめっき層の上層にニッケルめっき層が形成
   された２層めっきをアニール処理することによって形成
   された金属層を下地めっきとする金めっき層を有するこ
   とを特徴とするセラミックパッケージ。