JPH0477467B2 - - Google Patents
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- JPH0477467B2 JPH0477467B2 JP22376386A JP22376386A JPH0477467B2 JP H0477467 B2 JPH0477467 B2 JP H0477467B2 JP 22376386 A JP22376386 A JP 22376386A JP 22376386 A JP22376386 A JP 22376386A JP H0477467 B2 JPH0477467 B2 JP H0477467B2
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- ceramic substrate
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Landscapes
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はGaAs，Ge，S1等の半導体素子を収納
し、数GHzオーダーの高周波帯域で使用する超
高速用ICパツケージ等セラミツク基板における
端子部と金属リードとの接続方法に関するもので
ある。
し、数GHzオーダーの高周波帯域で使用する超
高速用ICパツケージ等セラミツク基板における
端子部と金属リードとの接続方法に関するもので
ある。
（従来の技術）
GaAs，Ge等の半導体素子を収納する超高速用
ICパツケージの基板には機械的強度、電気絶縁
性、気密性等高信頼性が要求されることから、従
来その材質としてアルミナ、ベリリヤ等のセラミ
ツクスが用いられ、該基板の外表面に導出されて
設けられた端子部と金属リードとをAgろう又は
Ag−Cu共晶ろうを用いて800℃以上の高温でろ
う付け接合してなるものが知られている。
ICパツケージの基板には機械的強度、電気絶縁
性、気密性等高信頼性が要求されることから、従
来その材質としてアルミナ、ベリリヤ等のセラミ
ツクスが用いられ、該基板の外表面に導出されて
設けられた端子部と金属リードとをAgろう又は
Ag−Cu共晶ろうを用いて800℃以上の高温でろ
う付け接合してなるものが知られている。
しかし乍ら、この種誘電率の高いセラミツクス
を基板に用いたICパツケージは数GHzオーダー
の高周波領域で使用する場合、信号伝播速度に限
界があり近時の使用帯域の高周波傾向に適さない
難点をもつことから、本出願人は、特開昭59−
92943号として開示されている如く低い誘電率を
有し、しかも易焼結性のSiO2−Al2O3−MgO−
ZnO系結晶化ガラス体を基板に利用することを先
に提案し、さらに結晶化ガラスがアルミナ又はベ
リリヤのように機械的強度や耐熱性を有していな
いことから、その表面の端子部と金属リードとの
ろう接に際しろう付け温度の高い銀ろう等を用い
ると接合時に熱膨張差によりクラツクを生じ信頼
性に欠ける難点があるため、これを改善するもの
として本出願人は上記端子部と金属リードとの接
合に、ろう付け温度の低い（400℃以下）Au−
Sn共晶ろう又はAu−Si共晶ろうを用いろう接さ
れてなるICパツケージを実願昭60−30456号とし
て既に提案している。
を基板に用いたICパツケージは数GHzオーダー
の高周波領域で使用する場合、信号伝播速度に限
界があり近時の使用帯域の高周波傾向に適さない
難点をもつことから、本出願人は、特開昭59−
92943号として開示されている如く低い誘電率を
有し、しかも易焼結性のSiO2−Al2O3−MgO−
ZnO系結晶化ガラス体を基板に利用することを先
に提案し、さらに結晶化ガラスがアルミナ又はベ
リリヤのように機械的強度や耐熱性を有していな
いことから、その表面の端子部と金属リードとの
ろう接に際しろう付け温度の高い銀ろう等を用い
ると接合時に熱膨張差によりクラツクを生じ信頼
性に欠ける難点があるため、これを改善するもの
として本出願人は上記端子部と金属リードとの接
合に、ろう付け温度の低い（400℃以下）Au−
Sn共晶ろう又はAu−Si共晶ろうを用いろう接さ
れてなるICパツケージを実願昭60−30456号とし
て既に提案している。
（発明が解決しようとする問題点）
ところで上記せる如く、基板に誘電率の低い結
晶化ガラス等を用い、端子部と金属リードとをろ
う付け温度の低い（400℃以下）ろう材を用いろ
う接してなるICパツケージは、ろう接性がよく
又高周波帯域において優れた性能を有する特長の
ものであるが、半導体素子の搭載に際しての封止
温度が400℃〜500℃であるため、ろう接部の耐熱
性が劣るという問題点があつた。
晶化ガラス等を用い、端子部と金属リードとをろ
う付け温度の低い（400℃以下）ろう材を用いろ
う接してなるICパツケージは、ろう接性がよく
又高周波帯域において優れた性能を有する特長の
ものであるが、半導体素子の搭載に際しての封止
温度が400℃〜500℃であるため、ろう接部の耐熱
性が劣るという問題点があつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記せる如き問題点を解決するために
なされたもので、発明者等は、基板に結晶化ガラ
ス等の低誘電率で低熱膨張材料を用いたICパツ
ケージ等における端子部と金属リードとの接合部
の耐熱性を向上させるためには、ろう付け温度の
高いろう材を用いて接合することが不可欠であり
接合時に生ずる基板との熱膨張差にもとずく応力
歪をなんらかの手段で吸収させることに着目し鋭
意実験研究を重ねた結果、金属リードと接合する
基板の端子部表面にCu材を緩衝材として被着し、
これを介してろう接することにより安定した接合
が可能となり、耐熱性が向上した接続部が得られ
ることを見出した（第１の発明）。
なされたもので、発明者等は、基板に結晶化ガラ
ス等の低誘電率で低熱膨張材料を用いたICパツ
ケージ等における端子部と金属リードとの接合部
の耐熱性を向上させるためには、ろう付け温度の
高いろう材を用いて接合することが不可欠であり
接合時に生ずる基板との熱膨張差にもとずく応力
歪をなんらかの手段で吸収させることに着目し鋭
意実験研究を重ねた結果、金属リードと接合する
基板の端子部表面にCu材を緩衝材として被着し、
これを介してろう接することにより安定した接合
が可能となり、耐熱性が向上した接続部が得られ
ることを見出した（第１の発明）。
そしてNi，Pd，Ptのいずれか１種類以上をバ
リヤー層として、前記緩衝材と併用すればAgを
高温（970℃〜1050℃）でろう付けするに際し、
Agが基板端子部へ拡散することによる溶食をも
防止し得るものである（第２の発明）。
リヤー層として、前記緩衝材と併用すればAgを
高温（970℃〜1050℃）でろう付けするに際し、
Agが基板端子部へ拡散することによる溶食をも
防止し得るものである（第２の発明）。
（作用）
本発明によれば優れた延性を有するCuを緩衝
材に用いたことにより、ろう材自体がろう接時に
おいて、被接合部材間の熱膨張差に基づく応力歪
を吸収する緩衝作用を発揮させるとともに、Ag
をろう材として接続することにより、ろう接時の
被接合部材間の熱膨張差に基づく応力歪は、これ
によつても吸収し得るようにし（第１の発明）、
かつNi，Pd，Ptのいずれか１種類以上からなる
バリヤー層を被着形成したことにより、基板端子
部表面で高温（970℃〜1050℃）のろう付けに際
し、Agが基板端子部へ拡散するのを防止し、そ
れに基づく溶食を防止することができる。（第２
の発明）。
材に用いたことにより、ろう材自体がろう接時に
おいて、被接合部材間の熱膨張差に基づく応力歪
を吸収する緩衝作用を発揮させるとともに、Ag
をろう材として接続することにより、ろう接時の
被接合部材間の熱膨張差に基づく応力歪は、これ
によつても吸収し得るようにし（第１の発明）、
かつNi，Pd，Ptのいずれか１種類以上からなる
バリヤー層を被着形成したことにより、基板端子
部表面で高温（970℃〜1050℃）のろう付けに際
し、Agが基板端子部へ拡散するのを防止し、そ
れに基づく溶食を防止することができる。（第２
の発明）。
以下本発明の実施例を図面に基づいて具体的に
説明する。
説明する。
（実施例）
第１図は本発明により金属リードが接続された
結晶化ガラスICパツケージの一実施例の側面図
で、第２図は第１図の図中、円で囲んで示した接
続部分の拡大断面図、第３図は同部分の他の例を
示した拡大断面図である。なお各図とも同一部分
には同じ符号が付してある。
結晶化ガラスICパツケージの一実施例の側面図
で、第２図は第１図の図中、円で囲んで示した接
続部分の拡大断面図、第３図は同部分の他の例を
示した拡大断面図である。なお各図とも同一部分
には同じ符号が付してある。
第１図及び第２図において２はICパツケージ
１の基板で、結晶化ガラス成分を樹脂等と共に混
練成形してなるグリーンシートを温度900〜1000
℃で焼成して得られ、その誘電率は５。５で、熱
膨張係数は27×10-7（rt〜400℃）であり、その組
成は重量基準でSiO258％、Al2O323％、MgO13
％、ZnO4％よりなる主成分にB2O3１％及びP2O5
１％を添加してなるものである。３は基板２の表
面をメタライズした端子部で、基板２の表面に薄
膜法によりTi1000Å、Mo3000Å、Cu5000Åのメ
タライズ層を形成させるか、或いは基板２の表面
に薄膜法によりTa1000Å、W1000Å、Pt2000Å
のメタライズ層を形成させた。
１の基板で、結晶化ガラス成分を樹脂等と共に混
練成形してなるグリーンシートを温度900〜1000
℃で焼成して得られ、その誘電率は５。５で、熱
膨張係数は27×10-7（rt〜400℃）であり、その組
成は重量基準でSiO258％、Al2O323％、MgO13
％、ZnO4％よりなる主成分にB2O3１％及びP2O5
１％を添加してなるものである。３は基板２の表
面をメタライズした端子部で、基板２の表面に薄
膜法によりTi1000Å、Mo3000Å、Cu5000Åのメ
タライズ層を形成させるか、或いは基板２の表面
に薄膜法によりTa1000Å、W1000Å、Pt2000Å
のメタライズ層を形成させた。
４は基板２にメタライズしてなる端子部３の表
面に被着させたCu材（緩衝材）で、メタライズ
面上に厚さ約15μのCuメツキを施してなるもので
ある。
面に被着させたCu材（緩衝材）で、メタライズ
面上に厚さ約15μのCuメツキを施してなるもので
ある。
５はFe−Ni合金（42Alloy）よりなる金属リー
ドで、材料としてはこのほかKovar，Ｗ，Mo，
Cu−Ｗ合金等を用いることができる。
ドで、材料としてはこのほかKovar，Ｗ，Mo，
Cu−Ｗ合金等を用いることができる。
而して端子部３に金属リード５がCu材４を介
して通常のAgろう（72％Ag）を用いて850℃の
高温でろう付け６されてなるものである。
して通常のAgろう（72％Ag）を用いて850℃の
高温でろう付け６されてなるものである。
本実施例における接続部は試験の結果45°の角
度での引張強度は約1.5Kg／mm2であつた。
度での引張強度は約1.5Kg／mm2であつた。
因みに、接合部に介在させるCuメツキ厚を薄
く（10μ以下）したもの及びCu材を介在させない
ものについての比較実験結果では、いづれも引張
強度0.2Kg／mm2以下と低く、基板の端子部におけ
る引剥れ面にクラツクの発生が認められた。
く（10μ以下）したもの及びCu材を介在させない
ものについての比較実験結果では、いづれも引張
強度0.2Kg／mm2以下と低く、基板の端子部におけ
る引剥れ面にクラツクの発生が認められた。
従つて接合部に介在させるCu材の厚みが重要
因子でCuメツキ厚は少なくとも10μ以上が必要で
あることが判つた。
因子でCuメツキ厚は少なくとも10μ以上が必要で
あることが判つた。
これはCu層の厚みが薄いと、ろう接時にAgろ
うとCuが反応して基板端子部のメタライズ層に
Agろうが拡散しCu材が熱膨張係数の差による応
力歪の緩衝材としての役目を果さなくなるためで
ある。
うとCuが反応して基板端子部のメタライズ層に
Agろうが拡散しCu材が熱膨張係数の差による応
力歪の緩衝材としての役目を果さなくなるためで
ある。
なお、低誘電率、低熱膨張係数を有するセラミ
ツク基板としては、本実施例に用いた結晶化ガラ
スのほか、アルミナとホウケイ酸系ガラスの複合
材もしくはアルミナとホウケイ酸鉛系ガラスの複
合材を用いることができる。
ツク基板としては、本実施例に用いた結晶化ガラ
スのほか、アルミナとホウケイ酸系ガラスの複合
材もしくはアルミナとホウケイ酸鉛系ガラスの複
合材を用いることができる。
又基板の端子部としては、前記実施例（第２
図）によるもののほか、第３図に示すように例え
ば4A族（Ti，Zr，Hf）、5A族（Ｖ，Nb，Ta）、
6A族（Cr，Mo，Ｗ）、7A族（Mn）及び８族
（Ni，Pd，Pt）などの金属及びそれらの化合物例
えばTaN，CrNi，TaAl，TaAlN，TaSi，
CrSiO等を真空蒸着、スパツタリング等の薄膜か
らなるバリヤー層６を設けた後にCu材４を緩衝
材として被着せしめればバリヤー層によりろう材
たるAgの基板端子部におけるメタライズ層への
拡散を防止し、溶食発生を防止できる効果を併せ
て発揮することができる。
図）によるもののほか、第３図に示すように例え
ば4A族（Ti，Zr，Hf）、5A族（Ｖ，Nb，Ta）、
6A族（Cr，Mo，Ｗ）、7A族（Mn）及び８族
（Ni，Pd，Pt）などの金属及びそれらの化合物例
えばTaN，CrNi，TaAl，TaAlN，TaSi，
CrSiO等を真空蒸着、スパツタリング等の薄膜か
らなるバリヤー層６を設けた後にCu材４を緩衝
材として被着せしめればバリヤー層によりろう材
たるAgの基板端子部におけるメタライズ層への
拡散を防止し、溶食発生を防止できる効果を併せ
て発揮することができる。
又、更に基板表面にAu，Cu，Ag及びPd，Ni，
Ptより選ばれる一種以上の金属を含むペースト
を厚膜印刷して端子部とするものや、Au，Cu，
Ag等の低抵抗金属を同時焼成してなる低温焼成
基板の端子部であつてもよい。
Ptより選ばれる一種以上の金属を含むペースト
を厚膜印刷して端子部とするものや、Au，Cu，
Ag等の低抵抗金属を同時焼成してなる低温焼成
基板の端子部であつてもよい。
（発明の効果）
以上から理解されるように、本発明は、セラミ
ツク基板端子部と金属リードとの間に、Cuを介
在させてろう付けにより接合するものであるか
ら、低誘電率、低熱膨張係数を有するセラミツク
基板の端子部と金属リードとを高温のろう材であ
るAgろう、Ag−Cu共晶ろう等Ag系ろう材を用
いてろう接する際前記Cu材が熱膨張係数の差に
より生ずる応力歪の緩衝材として働き、かつNi，
Pd，Ptのいずれか１種をバリヤー層として被着
させることによつて、Ag系ろう材が基板端子部
のメタライズ層への拡散を防止し溶食の発生をも
防止できるという格別の効果と奏するものであ
る。
ツク基板端子部と金属リードとの間に、Cuを介
在させてろう付けにより接合するものであるか
ら、低誘電率、低熱膨張係数を有するセラミツク
基板の端子部と金属リードとを高温のろう材であ
るAgろう、Ag−Cu共晶ろう等Ag系ろう材を用
いてろう接する際前記Cu材が熱膨張係数の差に
より生ずる応力歪の緩衝材として働き、かつNi，
Pd，Ptのいずれか１種をバリヤー層として被着
させることによつて、Ag系ろう材が基板端子部
のメタライズ層への拡散を防止し溶食の発生をも
防止できるという格別の効果と奏するものであ
る。
よつて本発明によれば基板にクラツクを生ずる
ことなく、アルミナやベリリヤ等よりなるセラミ
ツク基板における場合と同様に強固な接続が可能
となるものであつて、従来の問題点を解決し、耐
熱性が向上し、信頼性の高い端子部とリードとの
接続部の緩衝材として働き、基板にクラツクを生
ずることなく、アルミナやベリリヤ等よりなるセ
ラミツク基板における場合と同様に強固な接続が
可能となるものであつて、従来の問題点を解決
し、耐熱性が向上し信頼性の高い接続部が得られ
る。
ことなく、アルミナやベリリヤ等よりなるセラミ
ツク基板における場合と同様に強固な接続が可能
となるものであつて、従来の問題点を解決し、耐
熱性が向上し、信頼性の高い端子部とリードとの
接続部の緩衝材として働き、基板にクラツクを生
ずることなく、アルミナやベリリヤ等よりなるセ
ラミツク基板における場合と同様に強固な接続が
可能となるものであつて、従来の問題点を解決
し、耐熱性が向上し信頼性の高い接続部が得られ
る。
なお本発明の接続方法は実施例におけるICパ
ツケージのほか、例えば本出願人による特願昭60
−37157号記載の結晶化ガラス多層回路基板等に
おける端子部と金属リードとの接続にも適用でき
る。
ツケージのほか、例えば本出願人による特願昭60
−37157号記載の結晶化ガラス多層回路基板等に
おける端子部と金属リードとの接続にも適用でき
る。
第１図は本発明における実施例のICパツケー
ジの側面図、第２図及び第３図は、本発明による
接続部の要部を示す拡大縦断面図である。 １……ICパツケージ、２……基板、３……端
子部、４……Cu材、５……金属リード、６……
ろう付け、７……バリヤー層。
ジの側面図、第２図及び第３図は、本発明による
接続部の要部を示す拡大縦断面図である。 １……ICパツケージ、２……基板、３……端
子部、４……Cu材、５……金属リード、６……
ろう付け、７……バリヤー層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 誘電率7.0以下、熱膨張係数５×10-6以下の
セラミツク基板の端子部の接合面に、Cu材を緩
衝材として被着させ、金属リードをAg系ろう材
により接続することを特徴とするセラミツク基板
へ金属リードを接続する方法。 ２ 誘電率7.0以下、熱膨張係数５×10-6以下の
セラミツク基板の端子部の接合面に、Ni，Pd，
Ptのいずれか１種類以上からなるバリヤー層を
被着形成し、Cu材を緩衝材として被着させ、金
属リードをAg系ろう材により接続することを特
徴とするセラミツク基板へ金属リードを接続する
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/089,762 US4801067A (en) | 1986-08-29 | 1987-08-27 | Method of connecting metal conductor to ceramic substrate |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8812686 | 1986-04-18 | ||
| JP61-88126 | 1986-04-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6344751A JPS6344751A (ja) | 1988-02-25 |
| JPH0477467B2 true JPH0477467B2 (ja) | 1992-12-08 |
Family
ID=13934218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22376386A Granted JPS6344751A (ja) | 1986-04-18 | 1986-09-24 | セラミック基板へ金属リードを接続する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6344751A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5041342A (en) * | 1988-07-08 | 1991-08-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Multilayered ceramic substrate fireable in low temperature |
-
1986
- 1986-09-24 JP JP22376386A patent/JPS6344751A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6344751A (ja) | 1988-02-25 |
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