JPH04313259A - 半導体パッケージ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス製の部材
をろう付けによって接合するセラミックスの接合構造に
関し、詳しくは例えば半導体パッケージのヒートシンク
基板をろう付けによって接合するセラミックスの接合構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体チップ等に発生した熱
を効率よく逃がすために、半導体チップの収納容器とし
て使用されるセラミックス製のパッケージ（半導体パッ
ケージ）に、セラミックス製のヒートシンク基板を接合
していた。

【０００３】具体的には、例えばパッケージの側枠とな
るアルミナ製の基板に、底板として熱伝導率の大きい窒
化アルミニウム製のヒートシンク基板をろう付けしてお
り、このろう付けの際には、予め窒化アルミニウム製基
板の表面に、印刷焼付，蒸着等によって金属の層を形成
し、この金属層に銀ろうを用いて接合していた。そして
、アルミナ製基板の枠内面と窒化アルミニウム製基板の
主面とでキャティ部を形成していた。

【０００４】この様な従来の接合構造を、図３に示す（
尚、本図は要部を拡大して示している）。この接合構造
においては、まず、窒化アルミニウム製のヒートシンク
基板Ｐ１の表面に、例えばスパッタリングによってＴｉ
等のメタライズ層Ｐ２を形成し、このメタライズ層の表
面に蒸着，電解メッキ等によってＮｉやＣｕの金属層Ｐ
３を形成し、次に、金属層Ｐ３の表面に銀ろうＰ４を使
用して枠状のアルミナ製の基板Ｐ５を接合していた。 その後、金属層Ｐ３の表面の中央部分（即ち枠の中央の
空間）に、Ａｕ−Ｓｉ合金等のろう材Ｐ６を用いて半導
体チップＰ７を接合していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な接合構造では、良好に半導体チップＰ７を接合できな
いという問題があった。

【０００６】というのは、枠状の基板Ｐ５を金属層Ｐ３
にろう付けする際に、加熱によって銀ろうＰ４が溶融す
ると、銀ろうＰ４は金属層Ｐ３との濡れ性が良いために
、金属層Ｐ３の中央部分、即ち、半導体チップＰ７を接
合する部分に流れ込んでしまうので、金属層Ｐ３の表面
に凹凸ができてしまうという問題があった。

【０００７】つまり、上記基板Ｐ５のろう付けの後に半
導体チップＰ７をろう付けする場合に、ろう材Ｐ６が接
合部分にうまく広がらず、ボイド（空孔）等の接合不良
が生ずるという問題があり、その結果、半導体の信頼性
が低下することがあった。

【０００８】本願は、例えば半導体パッケージのろう付
けの際のろう材の流れ込みを防止して、半導体チップの
接合性を向上させるセラミックスの接合構造を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１の発明は、セラミックス基板の表面にメタラ
イズ層を含む金属層を設けてセラミックス複合体を形成
するとともに、上記金属層の表面にろう材によってセラ
ミックス製部材を接合したセラミックスの接合構造にお
いて、上記金属層の表面に、上記ろう材と反応してろう
材の凝固点を上昇させる反応成分を含む表面金属層を形
成したことを特徴とするセラミックスの接合構造を要旨
とする。

【００１０】また、請求項２の発明は、セラミックス基
板の表面にメタライズ層を含む金属層を設けてセラミッ
クス複合体を形成するとともに、上記金属層の表面に銀
ろうによってセラミックス製部材を接合したセラミック
スの接合構造において、上記金属層の表面に、リン成分
を０．５〜１５重量％の範囲で含む表面金属層を形成し
たことを特徴とするセラミックスの接合構造を要旨とす
る。

【００１１】ここで、上記セラミックス基板としては、
例えば放熱用の基板であるヒートシンク基板が挙げられ
、このセラミックス基板の材料として、窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ），炭化珪素（ＳｉＣ）等を使用することが
できる。

【００１２】また、上記メタライズ層は、一層ではなく
複数の層としてもよく、メタライズ層の成分としては、
例えばＴｉ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｎ等を使
用できる。そして、このメタライズ層を形成するには、
スパッタリングや蒸着、或はメタライズペーストを塗布
した後に焼成する方法を採用できる。

【００１３】更に、このメタライズ層の表面に、通常は
メッキ層が形成されるが、このメッキ層としては、Ｎｉ
メッキによって形成されたＮｉ層が好適である。尚、上
記メタライズ層を含む金属層としては、例えば上記メタ
ライズ層の表面にメッキ層が形成されたものが挙げられ
る。

【００１４】上記セラミックス製部材としては、例えば
半導体パッケージの側枠を構成するアルミナ製の基板が
挙げられ、このセラミックス製部材を接合するろう材と
して、銀ろうや金ろう等を使用することができる。

【００１５】上記表面金属層の材料としては、Ｎｉ／Ｐ
合金を使用でき、このうちＰの含有率が０．５〜１５重
量％が好適である。即ち、合金成分のうちＰ成分が上記
銀ろうと反応して銀ろうの凝固点を上昇させるが、この
Ｐの含有率が０．５重量％未満であると、銀ろうの凝固
点を上昇させる能力（流れを制御する能力）が低く、１
５重量％を超えると表面金属層のセラミックス複合体に
対する密着力が低下するからである。

【００１６】また、表面金属層の厚さは、０．１μｍ以
上が好適であるが、これは、厚さが０．１μｍ以上であ
ると、ろう材の拡散を防止するための絶対量が確保され
るからである。

【００１７】更に、表面金属層を形成する方法としては
、無電解メッキが好適であるが、それ以外にも、蒸着等
を採用することができる。

【００１８】

【作用】本発明のセラミックスの接合構造は、セラミッ
クス基板の表面にメタライズ層を含む金属層を設けてセ
ラミックス複合体を形成するとともに、金属層の表面に
表面金属層を形成し、この表面金属層にろう材を用いて
セラミックス製部材を接合するものである。

【００１９】そして、上記表面金属層の成分中には、上
記ろう材と反応してろう材の凝固点を上昇させる反応成
分が含まれているので、セラミックス製部材を接合する
際に、加熱によってろう材を溶融させると、ろう材の凝
固点は速やかに上昇して凝固し、ろう材自身が周囲に広
がることが防止される。それによって、セラミックス複
合体の表面、即ち表面金属層の上面にろう材が流れ込む
ことがないので、ろう材にによるセラミックス複合体表
面の凹凸の形成が防止される。

【００２０】特に、上記金属層の表面にリン成分を０．
５〜１５重量％の範囲で含む表面金属層を形成したもの
は、凝固点の上昇が速やかなので、ろう材の流れ込みを
防止する能力が向上する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明のセラミックスの接合構造の実
施例を、図に基づいて説明する。図１に示す様に、本実
施例の接続構造では、放熱用のヒートシンク基板として
用いられるセラミックス複合体基板１上に、アルミナ製
のセラミックス基板２が、銀ろう３によってろう付けさ
れている。そして、このセラミックス基板２で囲まれた
基板１の表面に、Ａｕ−Ｓｉ合金からなるろう材４によ
って、半導体チップ５がろう付けされている。

【００２２】上記セラミックス複合体基板１は、この基
板１を拡大した図２に示す様に、厚さ１．０ｍｍの窒化
アルミニウム製の板状の基板７の表面に、メタライズ層
９として、窒化アルミニウム基板７側から順番に、厚さ
０．２μｍのＴｉ層１０，厚さ０．３μｍのＭｏ層１１
，厚さ０．５μｍのＣｕ層１２が形成されており、更に
、このメタライズ層９の表面に、Ｎｉからなる厚さ１．
０μｍのメッキ層１３が形成されている。

【００２３】加えて上記メッキ層１３の表面には、厚さ
１．０〜１．５μｍのＮｉ／Ｐ合金からなる合金メッキ
層１４が形成されている。この合金メッキ層１４に含ま
れるＰの含有率は、０．５〜１５重量％の範囲の例えば
７．０重量％である。

【００２４】また、図１に示す様に、上記セラミックス
基板２は、側壁となる４角形の内側が開けられた枠状の
部材であり、内周側に合金メッキ層１４と接合される段
部１６が形成されている。

【００２５】上記銀ろう３は、Ａｇ／Ｃｕが７２／２８
の重量比で含まれたろう材であり、その凝固点は７８０
℃である。尚、この凝固点は、ろう付けの際に合金メッ
キ層１４中のＰと銀ろう３中のＡｇとの反応によって、
約２０℃程度上昇する。

【００２６】次に、本実施例の接合構造の形成方法につ
いて説明する。 ■まず、窒化アルミニウム基板７の表面に、スパッタリ
ングによって、順番にＴｉ層１０，Ｍｏ層１１，Ｃｕ層
１２を形成する。

【００２７】■次に、一番上のＣｕ層１２の表面に、通
常のメッキの前処理である酸・アルカリ工程による処理
を行った後に、通常の電解メッキによってＮｉのメッキ
層１３を形成する。

【００２８】■次に、Ｎｉのメッキ層１３の表面に、上
記■と同様な酸・アルカリの前処理を行った後に、無電
解メッキによってＮｉ／Ｐの合金メッキ層１４を形成す
る。この無電解メッキに使用されるメッキ液は、例えば
ブルーシューマ（商品名：日本カニゼン（株）製）やニ
ムデン７８Ｓ（商品名：上村工業（株）製）等を使用で
きる。

【００２９】そして、メッキ層１３の表面に上記無電解
メッキ用のメッキ液を付着させた状態で、温度９０℃に
て３分間無電解メッキの処理を行なう。それによって、
１．０〜１．５μｍの膜厚の合金メッキ層１４が形成さ
れる。

【００３０】■その後、上記合金メッキ層１４が形成さ
れたセラミックス複合体基板１の表面に、枠状のセラミ
ックス基板２を配置し、更にセラミックス基板２の段部
１６の近傍に銀ろう３を配置する。

【００３１】■そして、この様に各材料を配置した状態
で、そのまま炉内に入れ、８２０℃で３０分間加熱して
、銀ろう３の温度を７９０℃にして溶融させる。この加
熱によって、銀ろう３は凝固点が７８０℃であるので一
旦溶融するが、溶融すると合金メッキ層１４中のＰと反
応して凝固点が約２０℃上昇するので、銀ろう３は周囲
に広がることなく合金メッキ層１４との接触部分から速
やかに凝固する。また、銀ろう３の溶融後は加熱温度が
低減されるので、それにともなって銀ろう３全体の温度
が低下して全体が凝固する。

【００３２】■最後に、セラミックス基板２の中央空間
、即ち、合金メッキ層１４の表面に、Ａｕ−Ｓｉ合金の
ろう材４を使用して半導体チップ５をろう付けする。 この様に、本実施例では、セラミックス複合体基板１の
表面に、Ｎｉ／Ｐの合金メッキ層１４を形成してあるの
で、銀ろう３によるセラミックス基板２のろう付けの際
に、この合金メッキ層１４中のＰが銀ろう３と反応して
、銀ろう３の凝固点を上昇させる。それによって、ろう
付け時の銀ろう３の周囲への広がりが防止されるので、
合金メッキ層１４の中央部分に銀ろう３が流れ込むこと
なく、表面は滑らかなままである。その結果、半導体チ
ップ５は合金メッキ層１４の表面にしっかりとろう付け
され、ボイド等の接合不調が発生することがなく、信頼
性高い半導体を製造することができる。

【００３３】尚、本発明は、上記実施例に限定されるこ
となく、種々の態様で実施できることは勿論である。例
えば、上記メタライズ層９は、上述した金属以外の各種
のメタライズ金属（例えばＴｉ／Ｐｔ／Ｎｉの三層構造
）を使用できる。また、このメタライズ層９は、例えば
タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（
Ｍｎ）等の各種の高融点金属粉末を使用して、周知のス
クリーン印刷によって被着形成してもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、セ
ラミックス複合体の表面に、ろう材と反応してろう材の
凝固点を上昇させる反応成分を含む表面金属層を形成し
たので、セラミックス部材を接合する際に、ろう材がセ
ラミックス複合体の表面に広がることを防止することが
でき、それによって、その表面を滑らかな状態に保つこ
とができる。その結果、半導体チップ等の接合に際して
、ボイド等が発生することなく好適に接合を行なうこと
ができるので、半導体の信頼性が向上する。

【００３５】特に、上記金属層の表面にリン成分を０．
５〜１５重量％の範囲で含む表面金属層を形成したもの
は、ろう材の流れ込みを防止する能力が高く好適である
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のセラミックスの接合構造を示
す断面図である。

【図２】セラミックス複合体基板を拡大して示す断面図
である。

【図３】従来のセラミックスの接合構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…セラミックス複合体基板 ２…セラミックス基板 ３…銀ろう ７…窒化アルミニウム基板 ９…メタライズ層 １３…メッキ層 １４…合金メッキ層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミックス基板の表面にメタライズ
   層を含む金属層を設けてセラミックス複合体を形成する
   とともに、上記金属層の表面にろう材によってセラミッ
   クス製部材を接合したセラミックスの接合構造において
   、上記金属層の表面に、上記ろう材と反応してろう材の
   凝固点を上昇させる反応成分を含む表面金属層を形成し
   たことを特徴とするセラミックスの接合構造。
2. 【請求項２】　　セラミックス基板の表面にメタライズ
   層を含む金属層を設けてセラミックス複合体を形成する
   とともに、上記金属層の表面に銀ろうによってセラミッ
   クス製部材を接合したセラミックスの接合構造において
   、上記金属層の表面に、リン成分を０．５〜１５重量％
   の範囲で含む表面金属層を形成したことを特徴とするセ
   ラミックスの接合構造。