JPH05139857A - セラミツクス基板と金属の接合体 - Google Patents
セラミツクス基板と金属の接合体Info
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- JPH05139857A JPH05139857A JP32712691A JP32712691A JPH05139857A JP H05139857 A JPH05139857 A JP H05139857A JP 32712691 A JP32712691 A JP 32712691A JP 32712691 A JP32712691 A JP 32712691A JP H05139857 A JPH05139857 A JP H05139857A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】低熱膨張セラミック基板と金属との気密性良好
な接合体 【構成】30〜400 ℃における熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×
10-6/℃であるセラミック基板の所定部分に金属膜を形
成し、この金属膜に同じく熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10
-6/℃である金属を固相線650℃以下の銀系ロー材に
より接合したことを特徴とするセラミック基板と金属の
接合体。
な接合体 【構成】30〜400 ℃における熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×
10-6/℃であるセラミック基板の所定部分に金属膜を形
成し、この金属膜に同じく熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10
-6/℃である金属を固相線650℃以下の銀系ロー材に
より接合したことを特徴とするセラミック基板と金属の
接合体。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基板と金属
との接合体に関し、たとえばパッケージ・多層基板にお
ける金具(入出力ピン、シールリング、リード等)の接
合に好適に利用される。
との接合体に関し、たとえばパッケージ・多層基板にお
ける金具(入出力ピン、シールリング、リード等)の接
合に好適に利用される。
【0002】
【従来の技術】従来、ICパッケージには主としてアル
ミナ基板(α=6.8×10-6/℃)が用いられており、メタ
ライズ・薄膜等を介して銀ロー(共晶Agロー等)によ
りコバール(Fe−Ni−Co)、42アロイ(Fe-Ni) の金具
の接合がなされている。
ミナ基板(α=6.8×10-6/℃)が用いられており、メタ
ライズ・薄膜等を介して銀ロー(共晶Agロー等)によ
りコバール(Fe−Ni−Co)、42アロイ(Fe-Ni) の金具
の接合がなされている。
【0003】しかしアルミナには誘電率が比較的大きく
信号伝播遅延を引き起こす、熱膨張係数が大きくシリコ
ン半導体チップと大きな差がある、焼成温度が高く金・
銀・銅等の良好な導電体と同時焼成できない、等の欠点
がある。そこで高密度、高速化に対応するため、アルミ
ナに替わる材料として誘電率が低く、熱膨張係数がシリ
コン半導体チップに近く、焼成温度が低いなどの特性を
持つ低熱膨張材料、低誘電率材料の開発が求められてい
る。これらの要求を満たす材料としてガラスセラミック
ス(α=1.5〜5.0 ×10-6/℃)、窒化アルミニウム(α
=4.4×10-6/℃)、ムライト(α=3.8×10-6/℃)等の
基板の使用が検討されている(特公平3−37308、
特開平3−21046)。
信号伝播遅延を引き起こす、熱膨張係数が大きくシリコ
ン半導体チップと大きな差がある、焼成温度が高く金・
銀・銅等の良好な導電体と同時焼成できない、等の欠点
がある。そこで高密度、高速化に対応するため、アルミ
ナに替わる材料として誘電率が低く、熱膨張係数がシリ
コン半導体チップに近く、焼成温度が低いなどの特性を
持つ低熱膨張材料、低誘電率材料の開発が求められてい
る。これらの要求を満たす材料としてガラスセラミック
ス(α=1.5〜5.0 ×10-6/℃)、窒化アルミニウム(α
=4.4×10-6/℃)、ムライト(α=3.8×10-6/℃)等の
基板の使用が検討されている(特公平3−37308、
特開平3−21046)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の低熱膨
張材料は、熱膨張係数がシリコンチップ(α=3.0〜3.5
×10-6/℃)に近いという特性ゆえに、金具の接合に際
しては、先に述べたようにアルミナ基板(α=6.8×10-6
/℃)の金具接合において用いられるロー材(共晶銀ロ
ー)、金属(コバール、42アロイ)を用いた場合、基
板と金属の熱膨張係数差が大きくなってしまい、熱応力
によりクラックなどの不具合が生じてしまい良好な接合
状態が得られないといった問題があった。
張材料は、熱膨張係数がシリコンチップ(α=3.0〜3.5
×10-6/℃)に近いという特性ゆえに、金具の接合に際
しては、先に述べたようにアルミナ基板(α=6.8×10-6
/℃)の金具接合において用いられるロー材(共晶銀ロ
ー)、金属(コバール、42アロイ)を用いた場合、基
板と金属の熱膨張係数差が大きくなってしまい、熱応力
によりクラックなどの不具合が生じてしまい良好な接合
状態が得られないといった問題があった。
【0005】本発明は、低熱膨張セラミック基板と金属
との気密性良好な接合体および接合方法を提供すること
を目的とする。
との気密性良好な接合体および接合方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】その手段は、30〜400 ℃
における熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10-6/℃であるセラ
ミック基板の所定部分に金属膜を形成し、この金属膜に
同じく熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10-6/℃である金属を
固相線650℃以下の銀系ロー材により接合したことを
特徴とするセラミック基板と金属の接合体、にある。
における熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10-6/℃であるセラ
ミック基板の所定部分に金属膜を形成し、この金属膜に
同じく熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10-6/℃である金属を
固相線650℃以下の銀系ロー材により接合したことを
特徴とするセラミック基板と金属の接合体、にある。
【0007】また、望ましい手段は、セラミック基板
が、AlN、SiC、ムライト、Si3 N4 、コージェ
ライトを主成分とするセラミックス、ガラス・セラミッ
クスまたは結晶化ガラスである上記の接合体にある。同
じく望ましい手段は、金属が、低熱膨張コバールである
上記の接合体にある。同じく望ましい手段は、銀系ロー
材が、Ag−Cu−In合金である上記の接合体にあ
る。同じく望ましい手段は、金属膜が、セラミック基板
側より順にTiスパッタ膜、Moスパッタ膜、Cuスパ
ッタ膜、CuメッキおよびNiメッキが積層された多層
構造をなしている上記の接合体にある。
が、AlN、SiC、ムライト、Si3 N4 、コージェ
ライトを主成分とするセラミックス、ガラス・セラミッ
クスまたは結晶化ガラスである上記の接合体にある。同
じく望ましい手段は、金属が、低熱膨張コバールである
上記の接合体にある。同じく望ましい手段は、銀系ロー
材が、Ag−Cu−In合金である上記の接合体にあ
る。同じく望ましい手段は、金属膜が、セラミック基板
側より順にTiスパッタ膜、Moスパッタ膜、Cuスパ
ッタ膜、CuメッキおよびNiメッキが積層された多層
構造をなしている上記の接合体にある。
【0008】ここで、低熱膨張コバールとは、表1に示
すように、特に500℃未満で従来のコバール(29N
i−16Co−Fe)よりも熱膨張係数の低いNi−C
o−Fe系合金をいい、例えば31Ni−14Co−F
e合金がある。
すように、特に500℃未満で従来のコバール(29N
i−16Co−Fe)よりも熱膨張係数の低いNi−C
o−Fe系合金をいい、例えば31Ni−14Co−F
e合金がある。
【0009】
【表1】
【作用】固相線650℃以下の銀系ロー材(例えばAg−
Cu−In共晶ロー:固相線 600〜650 ℃)を用いることに
より、従来から用いていた共晶Agロー(Ag72−Cu28:固
相線 780℃、液相線 780℃)よりもロー材が耐力を持ち
始める温度が約100℃ぐらい低くなる。そして、30〜
400 ℃における熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10-6/℃であ
る金属を低熱膨張セラミック基板の相手材として用いる
ことにより、ロー材が耐力を持っている温度範囲でセラ
ミック基板と金属との熱膨張差がすくなくなり、その結
果、熱応力の緩和ができる。
Cu−In共晶ロー:固相線 600〜650 ℃)を用いることに
より、従来から用いていた共晶Agロー(Ag72−Cu28:固
相線 780℃、液相線 780℃)よりもロー材が耐力を持ち
始める温度が約100℃ぐらい低くなる。そして、30〜
400 ℃における熱膨張係数が1.5 〜5.0 ×10-6/℃であ
る金属を低熱膨張セラミック基板の相手材として用いる
ことにより、ロー材が耐力を持っている温度範囲でセラ
ミック基板と金属との熱膨張差がすくなくなり、その結
果、熱応力の緩和ができる。
【0010】更に、金属膜を介して基板と金具のロー付
けを行うので、ロー材の濡れ性の向上、密着強度の
向上、金属膜が熱応力緩和層として作用する、などの
効果が得られる。なお、銀系ロー材を用いているから、
接合後の工程、例えばシリコンチップ搭載、リッドシー
ルなどにおいて支障をきたすことがない。また、金属膜
のうち、Tiスパッタ膜は、セラミック基板との密着強
度を確保し、Moスパッタ膜はロウ材が拡散してロー材
とチタン膜とが反応するのを防止し、Cuスパッタ膜は
スパッタ膜と銅メッキとの密着性を向上させるし、Cu
メッキは緩衝材として作用し、Niメッキはロー材との
濡れ性を向上させるほか、ロー材による銅のくわれを防
止する。
けを行うので、ロー材の濡れ性の向上、密着強度の
向上、金属膜が熱応力緩和層として作用する、などの
効果が得られる。なお、銀系ロー材を用いているから、
接合後の工程、例えばシリコンチップ搭載、リッドシー
ルなどにおいて支障をきたすことがない。また、金属膜
のうち、Tiスパッタ膜は、セラミック基板との密着強
度を確保し、Moスパッタ膜はロウ材が拡散してロー材
とチタン膜とが反応するのを防止し、Cuスパッタ膜は
スパッタ膜と銅メッキとの密着性を向上させるし、Cu
メッキは緩衝材として作用し、Niメッキはロー材との
濡れ性を向上させるほか、ロー材による銅のくわれを防
止する。
【0011】
〔実施例1〕熱膨張係数が3.0×10-6/℃(室温〜
400℃)、誘電率が5.1(1MHZ ,室温)、組成
がZnO:4wt%,MgO:13wt%,Al
2 O3 :23wt%,SiO2 :58wt%,B
2 O3 :1wt%,P2 O5 :1wt%の結晶化ガラス
からなり、20×20×1.0 mmの方形セラミック基板、外
径□20×内径□18.5×0.03mmの金属製シールリングお
よびシールリングとほぼ同形のロー材プリフォームを用
いて以下のような手順でテストを行った。
400℃)、誘電率が5.1(1MHZ ,室温)、組成
がZnO:4wt%,MgO:13wt%,Al
2 O3 :23wt%,SiO2 :58wt%,B
2 O3 :1wt%,P2 O5 :1wt%の結晶化ガラス
からなり、20×20×1.0 mmの方形セラミック基板、外
径□20×内径□18.5×0.03mmの金属製シールリングお
よびシールリングとほぼ同形のロー材プリフォームを用
いて以下のような手順でテストを行った。
【0012】セラミック基板のロー付けする部分にスパ
ッタリングによってTi膜2000Å、Mo膜300
0、Cu膜5000を順次形成しその上にCuめっき1
0μm、Niめっき0.5μmを行った後、ベルト炉
(約500℃、N2 中)にてめっきのシンターをおこな
って接合テスト用基板とした。ロー材には低融点ロー材
(Ag63-Cu22-In15:固相線 630 ℃、液相線 685 ℃)
を用い、比較例のために共晶銀ロー(Ag72-Cu28 :固相
線 780 ℃、液相線780 ℃)でもテストを行った。金属
は、低熱膨張コバールの他にコバール、42アロイでも
比較例としてテストした。
ッタリングによってTi膜2000Å、Mo膜300
0、Cu膜5000を順次形成しその上にCuめっき1
0μm、Niめっき0.5μmを行った後、ベルト炉
(約500℃、N2 中)にてめっきのシンターをおこな
って接合テスト用基板とした。ロー材には低融点ロー材
(Ag63-Cu22-In15:固相線 630 ℃、液相線 685 ℃)
を用い、比較例のために共晶銀ロー(Ag72-Cu28 :固相
線 780 ℃、液相線780 ℃)でもテストを行った。金属
は、低熱膨張コバールの他にコバール、42アロイでも
比較例としてテストした。
【0013】接合の良否は、外観の検査(クラックの
有無)、気密性テスト(Heリークテスト3×10-8
STD・CC/SEC以下を合格)、環境試験(温度サイクル
テスト 150℃30分→−65℃30分を 100サイクル、熱
衝撃テスト 150 ℃30分→−65℃30分を 100サイク
ル、プレッシャー・クッカー・テスト 125℃ 1.7atm100
h)後の気密性テスト、3つのテストを行い判定し
た。その結果を表2に示す。
有無)、気密性テスト(Heリークテスト3×10-8
STD・CC/SEC以下を合格)、環境試験(温度サイクル
テスト 150℃30分→−65℃30分を 100サイクル、熱
衝撃テスト 150 ℃30分→−65℃30分を 100サイク
ル、プレッシャー・クッカー・テスト 125℃ 1.7atm100
h)後の気密性テスト、3つのテストを行い判定し
た。その結果を表2に示す。
【0014】
【表2】 テストの結果、低融点ロー材と低熱膨張コバールの組み
合わせではクラックは発生せず、気密性及び環境試験後
の気密性もともに良好であった。その他の組み合わせで
は基板のクラックや気密性不良などの不具合が発生して
しまい良好な接合を得ることができなかった。
合わせではクラックは発生せず、気密性及び環境試験後
の気密性もともに良好であった。その他の組み合わせで
は基板のクラックや気密性不良などの不具合が発生して
しまい良好な接合を得ることができなかった。
【0015】〔実施例2〕実施例1のセラミック基板と
同一組成の結晶化ガラスからなるセラミック基板(5層
ラミネート)、低熱膨張コバール製シールリング、及び
セラミック製もしくは金属製キャップシールを用いて、
□30×2.0 mmのICパッケージを作製した。実施例1
と同様の環境試験を行った後、気密性テストを行った結
果、合格であった。
同一組成の結晶化ガラスからなるセラミック基板(5層
ラミネート)、低熱膨張コバール製シールリング、及び
セラミック製もしくは金属製キャップシールを用いて、
□30×2.0 mmのICパッケージを作製した。実施例1
と同様の環境試験を行った後、気密性テストを行った結
果、合格であった。
【0016】「実施例3」実施例1のセラミック基板と
同一組成の結晶化ガラスからなるセラミック基板(8層
ラミネート)、低熱膨張コバール製ピンを用いて、□36
×3.0 tの132ピンのピングリッドアレイ・パッケー
ジを作製した。実施例1と同様の環境試験を行った後、
気密性テストを行った結果、合格であった。
同一組成の結晶化ガラスからなるセラミック基板(8層
ラミネート)、低熱膨張コバール製ピンを用いて、□36
×3.0 tの132ピンのピングリッドアレイ・パッケー
ジを作製した。実施例1と同様の環境試験を行った後、
気密性テストを行った結果、合格であった。
【0017】〔実施例4〕実施例1の結晶化ガラスに代
えて表3に示す性質の窒化アルミニウム焼結体、炭化ケ
イ素焼結体、ムライト焼結体、窒化ケイ素焼結体または
アルミナ焼結体を方形セラミック基板の材質とした以外
は、実施例1の表2No.1と同一条件で接合テスト用
基板を製造し、前記3つのテストを行った。
えて表3に示す性質の窒化アルミニウム焼結体、炭化ケ
イ素焼結体、ムライト焼結体、窒化ケイ素焼結体または
アルミナ焼結体を方形セラミック基板の材質とした以外
は、実施例1の表2No.1と同一条件で接合テスト用
基板を製造し、前記3つのテストを行った。
【表2】その結果、アルミナ焼結体からなる方形セラミ
ック基板を用いた場合のみ、クラックが発生し、他は良
好な接合状態であった。
ック基板を用いた場合のみ、クラックが発生し、他は良
好な接合状態であった。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の接合体を
採用することにより、ガラス・セラミック等の低熱膨張
基板に金具(入出力ピン、シールリング、リード等)を
接合することが可能となりICパッケージ、多層基板等
に利用することができる。
採用することにより、ガラス・セラミック等の低熱膨張
基板に金具(入出力ピン、シールリング、リード等)を
接合することが可能となりICパッケージ、多層基板等
に利用することができる。
【表3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 1/03 B 7011−4E
Claims (5)
- 【請求項1】30〜400 ℃における熱膨張係数が1.5 〜5.
0 ×10-6/℃であるセラミック基板の所定部分に金属膜
を形成し、この金属膜に同じく熱膨張係数が1.5 〜5.0
×10-6/℃である金属を固相線650℃以下の銀系ロー
材により接合したことを特徴とするセラミック基板と金
属の接合体。 - 【請求項2】セラミック基板はAlN、SiC、ムライ
ト、Si3 N4 、コージェライトを主成分とするセラミ
ックス、ガラス・セラミックスまたは結晶化ガラスであ
る請求項1記載の接合体。 - 【請求項3】金属は、低熱膨張コバールである請求項1
記載の接合体。 - 【請求項4】銀系ロー材は、Ag−Cu−In合金であ
る請求項1記載の接合体。 - 【請求項5】金属膜は、セラミック基板側より順にTi
スパッタ膜、Moスパッタ膜、Cuスパッタ膜、Cuメ
ッキおよびNiメッキが積層された多層構造をなしてい
る請求項1記載の接合体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3327126A JP2909856B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | セラミックス基板と金属の接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3327126A JP2909856B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | セラミックス基板と金属の接合体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05139857A true JPH05139857A (ja) | 1993-06-08 |
JP2909856B2 JP2909856B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=18195603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3327126A Expired - Fee Related JP2909856B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | セラミックス基板と金属の接合体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2909856B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020084321A (ja) * | 2018-11-14 | 2020-06-04 | 國家中山科學研究院 | 両側銅めっき層と窒化アルミニウム基板の界面応力蓄積を低減する方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51109479A (en) * | 1975-03-22 | 1976-09-28 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | Shinkukaiheikino seizohoho |
JPS59175521A (ja) * | 1983-03-25 | 1984-10-04 | 株式会社東芝 | 真空バルブの製造方法 |
JPS59198741A (ja) * | 1983-04-25 | 1984-11-10 | Nippon Gakki Seizo Kk | 半導体集積回路用リ−ドフレ−ム材 |
JPS6227518A (ja) * | 1985-07-26 | 1987-02-05 | Nippon Gakki Seizo Kk | 低膨張合金材の製法 |
JPS62167833A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-24 | Nippon Haiburitsudo Technol Kk | セラミツクスろう付用熱膨張調整合金 |
JPS6318648A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-26 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム回路基板 |
-
1991
- 1991-11-14 JP JP3327126A patent/JP2909856B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020084321A (ja) * | 2018-11-14 | 2020-06-04 | 國家中山科學研究院 | 両側銅めっき層と窒化アルミニウム基板の界面応力蓄積を低減する方法 |
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---|---|
JP2909856B2 (ja) | 1999-06-23 |
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Legal Events
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |