JPH06125026A - 端子構造とこれを用いた入出力端子部材及び配線基板 - Google Patents
端子構造とこれを用いた入出力端子部材及び配線基板Info
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- JPH06125026A JPH06125026A JP4298165A JP29816592A JPH06125026A JP H06125026 A JPH06125026 A JP H06125026A JP 4298165 A JP4298165 A JP 4298165A JP 29816592 A JP29816592 A JP 29816592A JP H06125026 A JPH06125026 A JP H06125026A
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- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
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- H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】第1に相手側端子との接合強度に優れた端子構
造を提供する。第2に本体金属の素材にかかわらず、高
温使用しても変色しない端子構造を提供する。第3に低
抵抗の端子構造を提供する。 【構成】本体51が金属よりなるか又は金属化面を有し
ており、その本体金属の表面又は金属化面の上に金Au
層53が設けられているものにおいて、Au層の下地と
して厚さが1.5μm以下のNi層52が設けられてい
ることを特徴とする端子構造。
造を提供する。第2に本体金属の素材にかかわらず、高
温使用しても変色しない端子構造を提供する。第3に低
抵抗の端子構造を提供する。 【構成】本体51が金属よりなるか又は金属化面を有し
ており、その本体金属の表面又は金属化面の上に金Au
層53が設けられているものにおいて、Au層の下地と
して厚さが1.5μm以下のNi層52が設けられてい
ることを特徴とする端子構造。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、端子構造に関するもの
で、特に薄膜配線を備えた基板にAu系ろう材にて接合
されるリード、ピン等の入出力端子部材、並びにろう付
けパッドが薄膜にて形成された配線基板に好適に利用さ
れ得る。
で、特に薄膜配線を備えた基板にAu系ろう材にて接合
されるリード、ピン等の入出力端子部材、並びにろう付
けパッドが薄膜にて形成された配線基板に好適に利用さ
れ得る。
【0002】
【従来の技術】高密度ICパッケージは、支持体を兼ね
る多層配線基板と、この多層配線基板の主表面に形成さ
れた薄膜配線部とで構成されており、場合により更にそ
の上面の周縁部にコバール等からなる封止用枠体が接合
されたり、多層配線基板の表面もしくは裏面のパッド部
に多数のコバール等からなるI/O(入出力)ピン等の
外部端子部材が接合されている。
る多層配線基板と、この多層配線基板の主表面に形成さ
れた薄膜配線部とで構成されており、場合により更にそ
の上面の周縁部にコバール等からなる封止用枠体が接合
されたり、多層配線基板の表面もしくは裏面のパッド部
に多数のコバール等からなるI/O(入出力)ピン等の
外部端子部材が接合されている。
【0003】多層配線基板は、アルミナ等を主成分とす
るセラミックスからなり、板形状の複数枚の絶縁層と、
各絶縁層の主表面に高融点金属にて形成された各種配線
パターンとを備えている。従って、多層配線基板を構成
する材質は、いずれも耐熱性に優れている。
るセラミックスからなり、板形状の複数枚の絶縁層と、
各絶縁層の主表面に高融点金属にて形成された各種配線
パターンとを備えている。従って、多層配線基板を構成
する材質は、いずれも耐熱性に優れている。
【0004】一方、薄膜配線部は、ポリイミド等の有機
質絶縁材料、またはガラス、結晶化ガラスもしくはガラ
スセラミックス等の無機質絶縁材料からなり、膜状の複
数枚の絶縁層と、各絶縁層の主表面にチタンもしくはク
ロム等の活性金属、及び金、銀、銅等の高導電率金属に
て形成された各種配線パターンとを備えている。
質絶縁材料、またはガラス、結晶化ガラスもしくはガラ
スセラミックス等の無機質絶縁材料からなり、膜状の複
数枚の絶縁層と、各絶縁層の主表面にチタンもしくはク
ロム等の活性金属、及び金、銀、銅等の高導電率金属に
て形成された各種配線パターンとを備えている。
【0005】そして、パッド部や外部端子部材の端部の
ように他部材と接合される部分は、接合材料(例えばA
u系ろう材)の濡れ性をよくするため、表面にAu鍍金
等のAu層が設けられている。更にこのAuが接合時に
接合材料に喰われてしまったり、Auが本体金属と拡散
しあって変色したりするのを防止するため、外部端子部
材にあってはAu層の下地としてNi層が設けられてい
る。また、パッド部が、タングステンW、モリブデンM
o等の高融点金属からなる金属化面上にAu層を形成す
るものの場合、パッド部においても、同様の理由でAu
層の下地としてNi層が設けられている。
ように他部材と接合される部分は、接合材料(例えばA
u系ろう材)の濡れ性をよくするため、表面にAu鍍金
等のAu層が設けられている。更にこのAuが接合時に
接合材料に喰われてしまったり、Auが本体金属と拡散
しあって変色したりするのを防止するため、外部端子部
材にあってはAu層の下地としてNi層が設けられてい
る。また、パッド部が、タングステンW、モリブデンM
o等の高融点金属からなる金属化面上にAu層を形成す
るものの場合、パッド部においても、同様の理由でAu
層の下地としてNi層が設けられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な高密度ICパッケージは、そのパッド部も通常、薄膜
にて形成されている。また、仮にパッド部が高融点金属
からなる厚膜にて形成されている場合でも、その近くに
は薄膜配線が存在する。これら薄膜は、多層配線基板を
構成する前記材質と異なり、耐熱性に劣る。従って、パ
ッド部にI/O(入出力)ピン、リード等の外部端子部
材を接合する場合、Au−Sn共晶合金、Au−Ge共
晶合金、Au−Si共晶合金等の融点の低いAu系ろう
材が接合材料として用いられる。
な高密度ICパッケージは、そのパッド部も通常、薄膜
にて形成されている。また、仮にパッド部が高融点金属
からなる厚膜にて形成されている場合でも、その近くに
は薄膜配線が存在する。これら薄膜は、多層配線基板を
構成する前記材質と異なり、耐熱性に劣る。従って、パ
ッド部にI/O(入出力)ピン、リード等の外部端子部
材を接合する場合、Au−Sn共晶合金、Au−Ge共
晶合金、Au−Si共晶合金等の融点の低いAu系ろう
材が接合材料として用いられる。
【0007】しかし、本発明者らが研究した結果、これ
らAu系ろう材に含まれているSn,Ge,Si等の非
Au成分は、接合時に又は接合後の使用時にいずれもN
i層中のNiと反応して接合部に脆い金属間化合物を形
成し、その金属間化合物が接合強度の劣化を招くことが
判明した。
らAu系ろう材に含まれているSn,Ge,Si等の非
Au成分は、接合時に又は接合後の使用時にいずれもN
i層中のNiと反応して接合部に脆い金属間化合物を形
成し、その金属間化合物が接合強度の劣化を招くことが
判明した。
【0008】本発明の第1の目的は、上記従来の課題を
解決し、相手側端子との接合強度に優れた端子構造を提
供することにある。第2の目的は、本体金属の素材にか
かわらず、高温使用しても変色しない端子構造を提供す
ることにある。第3の目的は、低抵抗の端子構造を提供
することにある。
解決し、相手側端子との接合強度に優れた端子構造を提
供することにある。第2の目的は、本体金属の素材にか
かわらず、高温使用しても変色しない端子構造を提供す
ることにある。第3の目的は、低抵抗の端子構造を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】その手段は、本体が金属
よりなるか又は金属化面を有しており、その本体金属の
表面又は金属化面の上に金Au層が設けられているもの
において、Au層の下地として厚さが1.5μm以下の
Ni層が設けられていることを特徴とする端子構造にあ
る。
よりなるか又は金属化面を有しており、その本体金属の
表面又は金属化面の上に金Au層が設けられているもの
において、Au層の下地として厚さが1.5μm以下の
Ni層が設けられていることを特徴とする端子構造にあ
る。
【0010】この手段において、望ましいのは、本体が
銅Cuからなるものである。同じく望ましいのは、本体
がニッケルNi含有合金からなり、金属化面として銅C
u層を有するものである。
銅Cuからなるものである。同じく望ましいのは、本体
がニッケルNi含有合金からなり、金属化面として銅C
u層を有するものである。
【0011】同じく望ましいのは、Ni層を、鍍金膜と
するものである。同じく望ましいのは、上記の端子構造
を備えた入出力端子部材である。同じく望ましいのは、
上記の端子構造をパッド部に備えた配線基板である。
するものである。同じく望ましいのは、上記の端子構造
を備えた入出力端子部材である。同じく望ましいのは、
上記の端子構造をパッド部に備えた配線基板である。
【0012】
【作用】Ni層の厚さを1.5μm以下とすることによ
り、接合部に脆い金属間化合物が生じにくくなる。すな
わち、Ni層の厚さが1.5μm以下と薄いことから、
Au系ろう材に含まれているSn,Ge,Si等の非A
u成分が、接合時に又は接合後の使用時にNi層中のN
iと反応するときは、Niのみならず、その上層のAu
層、本体金属、ろう材中のAu等とも反応する。従っ
て、接合部にSn,Ge,Si等の非Au成分とNiと
からなる脆い金属間化合物を形成することがない。
り、接合部に脆い金属間化合物が生じにくくなる。すな
わち、Ni層の厚さが1.5μm以下と薄いことから、
Au系ろう材に含まれているSn,Ge,Si等の非A
u成分が、接合時に又は接合後の使用時にNi層中のN
iと反応するときは、Niのみならず、その上層のAu
層、本体金属、ろう材中のAu等とも反応する。従っ
て、接合部にSn,Ge,Si等の非Au成分とNiと
からなる脆い金属間化合物を形成することがない。
【0013】また、Ni層は、1.5μm以下と薄くて
も、遮蔽層として機能し、Au層のAuが本体金属と過
剰に拡散し合うのを防止する。特に本体金属がAuと拡
散し易いCuであるとき、Ni層は、遮蔽層として顕著
に機能し、端子構造の変色を防止しつつ、低抵抗を維持
する。逆に、本体金属がコバール、42Ni−Fe合金
のようなNi含有合金のときは、機械的強度が高いうえ
に、Cuからなる金属化面が遮蔽層として機能し、本体
金属中のNiとろう材中のSn,Ge,Si等の非Au
成分とが過剰に拡散し合うのを防止する。
も、遮蔽層として機能し、Au層のAuが本体金属と過
剰に拡散し合うのを防止する。特に本体金属がAuと拡
散し易いCuであるとき、Ni層は、遮蔽層として顕著
に機能し、端子構造の変色を防止しつつ、低抵抗を維持
する。逆に、本体金属がコバール、42Ni−Fe合金
のようなNi含有合金のときは、機械的強度が高いうえ
に、Cuからなる金属化面が遮蔽層として機能し、本体
金属中のNiとろう材中のSn,Ge,Si等の非Au
成分とが過剰に拡散し合うのを防止する。
【0014】
−実施例1− [端子構造を備えたICパッケージ]本発明端子構造の
一実施例を図面とともに説明する。図1は、本発明端子
構造を備えたフラットタイプのICパッケージを示す平
面図である。図2は、図1のX−Y線に沿う断面図であ
る。図3は、図2のA部拡大図である。図4は、入出力
端子部材の端部を示す断面図である。
一実施例を図面とともに説明する。図1は、本発明端子
構造を備えたフラットタイプのICパッケージを示す平
面図である。図2は、図1のX−Y線に沿う断面図であ
る。図3は、図2のA部拡大図である。図4は、入出力
端子部材の端部を示す断面図である。
【0015】ICパッケージ1は、窒化アルミニウム、
アルミナ、ムライト等のセラミックスからなる絶縁基板
2と、この絶縁基板2の表面及び内部に形成された金属
厚膜もしくは金属薄膜からなる電気配線3と、電気配線
3の所定部分に接合されたコバールよりなるリング4
と、同じく電気配線3の所定部分に接合されたリード5
とで構成されている。
アルミナ、ムライト等のセラミックスからなる絶縁基板
2と、この絶縁基板2の表面及び内部に形成された金属
厚膜もしくは金属薄膜からなる電気配線3と、電気配線
3の所定部分に接合されたコバールよりなるリング4
と、同じく電気配線3の所定部分に接合されたリード5
とで構成されている。
【0016】リード5が、本発明端子構造に相当する入
出力端子部材であり、銅Cuよりなる厚さ0.2mm程
度の金属板51(本体金属)を櫛刃状に加工し、表面に
Ni層52及びAu層53が設けられている。そして、
リード5は、その遊端部が電気配線3の外部パッド31
に接合されている。
出力端子部材であり、銅Cuよりなる厚さ0.2mm程
度の金属板51(本体金属)を櫛刃状に加工し、表面に
Ni層52及びAu層53が設けられている。そして、
リード5は、その遊端部が電気配線3の外部パッド31
に接合されている。
【0017】[端子構造を備えたICパッケージの製造
方法]このようなICパッケージの製造方法を説明す
る。
方法]このようなICパッケージの製造方法を説明す
る。
【0018】まず、アルミナ等のセラミックスを主成分
とする2枚のグリーンシートの表面に、タングステンW
もしくはモリブデンMo等の金属ペーストを所定パター
ンにスクリーン印刷して、各種配線パターンを形成す
る。印刷されたグリーンシートの各配線等を層間接続す
る導電ビアを打ち抜き加工し、このビアにも金属ペース
トを充填する。そして、これらグリーンシートが積層さ
れ、熱圧着された後、1500度前後の高温で焼成され
て絶縁基板2となる。また、各種配線パターンは、電気
配線3の内部配線となる。
とする2枚のグリーンシートの表面に、タングステンW
もしくはモリブデンMo等の金属ペーストを所定パター
ンにスクリーン印刷して、各種配線パターンを形成す
る。印刷されたグリーンシートの各配線等を層間接続す
る導電ビアを打ち抜き加工し、このビアにも金属ペース
トを充填する。そして、これらグリーンシートが積層さ
れ、熱圧着された後、1500度前後の高温で焼成され
て絶縁基板2となる。また、各種配線パターンは、電気
配線3の内部配線となる。
【0019】次に、絶縁基板2の表面を研磨し、その研
磨面に、Ti及びPdをそれぞれ2000オングストロ
ーム及び5000オングストロームの厚さにスパッタリ
ングした後、表面全体にフォトレジストを塗布する。そ
して、電気配線パターンが形成されたフォトマスクをそ
のフォトレジストの上方に設置し、露光する。フォトレ
ジストの電気配線パターンとなる部分を現像液にて除去
し、その部分にAu鍍金を施す。その後、残るフォトレ
ジストを除去し、スパッタリングされたTi及びPdの
不要部分をエッチング液にて除去して、電気配線3の表
面配線を作製する。
磨面に、Ti及びPdをそれぞれ2000オングストロ
ーム及び5000オングストロームの厚さにスパッタリ
ングした後、表面全体にフォトレジストを塗布する。そ
して、電気配線パターンが形成されたフォトマスクをそ
のフォトレジストの上方に設置し、露光する。フォトレ
ジストの電気配線パターンとなる部分を現像液にて除去
し、その部分にAu鍍金を施す。その後、残るフォトレ
ジストを除去し、スパッタリングされたTi及びPdの
不要部分をエッチング液にて除去して、電気配線3の表
面配線を作製する。
【0020】別途、銅Cuよりなる厚さ0.2mm程度
の金属板51(本体金属)を櫛刃状に加工し、これにN
i鍍金及びAu鍍金を順に施してリード5を作製する。
また、コバールよりなる枠状の金属板を準備し、これに
も同様にNi鍍金及びAu鍍金を順に施してリング4を
作製する。
の金属板51(本体金属)を櫛刃状に加工し、これにN
i鍍金及びAu鍍金を順に施してリード5を作製する。
また、コバールよりなる枠状の金属板を準備し、これに
も同様にNi鍍金及びAu鍍金を順に施してリング4を
作製する。
【0021】前記絶縁基板2の表面配線のうち、周縁部
32にリング4を、外部パッド31にリード5をそれぞ
れAu−Sn共晶ろうにて接合する。これにてICパッ
ケージ1が完成する。
32にリング4を、外部パッド31にリード5をそれぞ
れAu−Sn共晶ろうにて接合する。これにてICパッ
ケージ1が完成する。
【0022】[実験及び評価]上記ICパッケージにお
いて、外部パッド31の大きさを幅0.6mm,長さ
2.5mm、リード5の遊端部の大きさを幅0.2m
m,厚さ0.2mm、接合長さLを1mm、Ni層52
の厚さを表1に示すとおり(表の数値は、5本のリード
の平均値である。)、Au層53の厚さを2±0.5μ
mとし、接合後に、リード5を接合面に対して垂直方向
に引っ張り、接合部が破断したときの荷重を測定するこ
とによって、接合強度を評価した。
いて、外部パッド31の大きさを幅0.6mm,長さ
2.5mm、リード5の遊端部の大きさを幅0.2m
m,厚さ0.2mm、接合長さLを1mm、Ni層52
の厚さを表1に示すとおり(表の数値は、5本のリード
の平均値である。)、Au層53の厚さを2±0.5μ
mとし、接合後に、リード5を接合面に対して垂直方向
に引っ張り、接合部が破断したときの荷重を測定するこ
とによって、接合強度を評価した。
【0023】また、同じく接合後に、ICパッケージを
温度150℃で2000時間保持し、リード5の変色の
有無を観察した。これらの結果を表1に併記する。表中
の強度値は、パッケージ1個当たり10本のリードを選
択し、5個のパッケージについて測定した場合の最小値
から最大値の範囲である。
温度150℃で2000時間保持し、リード5の変色の
有無を観察した。これらの結果を表1に併記する。表中
の強度値は、パッケージ1個当たり10本のリードを選
択し、5個のパッケージについて測定した場合の最小値
から最大値の範囲である。
【0024】
【表1】 表1から判るように、Ni層52の厚さが1.5μm以
下の場合に、高い接合強度を示した。但し、Ni層52
を設けていないものは、リード5のAu層53の表面が
赤銅色に変色していた。
下の場合に、高い接合強度を示した。但し、Ni層52
を設けていないものは、リード5のAu層53の表面が
赤銅色に変色していた。
【0025】−実施例2− 金属板51の素材をCuに代えてコバールとするか又は
Cu鍍金されたコバールとする以外は、実施例1と同一
条件でICパッケージを製造し、接合強度を評価した。
また、実施例1と同様にリード5の変色の有無を観察し
た。その結果を表2に示す。
Cu鍍金されたコバールとする以外は、実施例1と同一
条件でICパッケージを製造し、接合強度を評価した。
また、実施例1と同様にリード5の変色の有無を観察し
た。その結果を表2に示す。
【0026】
【表2】 表2から判るように、Cu層と1.5μm以下のNi層
の双方を備えているものは、高い接合強度を示し、且つ
変色もしなかった。これに対して、いずれの層をも設け
ていないNo.6や、Ni層の厚さが1.5μmを越え
ているNo.7及びNo.12は、接合強度が低かっ
た。また、Ni層を設けずにCu層を設けたNo.8
は、Au層の表面が赤銅色に変色していた。
の双方を備えているものは、高い接合強度を示し、且つ
変色もしなかった。これに対して、いずれの層をも設け
ていないNo.6や、Ni層の厚さが1.5μmを越え
ているNo.7及びNo.12は、接合強度が低かっ
た。また、Ni層を設けずにCu層を設けたNo.8
は、Au層の表面が赤銅色に変色していた。
【0027】
【発明の効果】以上の通り、本発明端子構造は、接合部
にSn,Ge,Si等の非Au成分とNiとからなる脆
い金属間化合物を形成することがないから、相手側端子
との接合強度に優れている。
にSn,Ge,Si等の非Au成分とNiとからなる脆
い金属間化合物を形成することがないから、相手側端子
との接合強度に優れている。
【0028】また、Ni層は、遮蔽層として機能し、A
u層のAuが本体金属もしくは本体金属化面と過剰に拡
散し合うのを防止することから、端子構造の変色を防止
する。従って、変色不良率が少なくなり、製品歩留まり
が向上する。更に、本体金属がCuからなるときは、低
抵抗なので、信号伝搬速度が速くなる。本体金属がNi
含有合金のときは、機械的強度が高いので、変形しにく
い。
u層のAuが本体金属もしくは本体金属化面と過剰に拡
散し合うのを防止することから、端子構造の変色を防止
する。従って、変色不良率が少なくなり、製品歩留まり
が向上する。更に、本体金属がCuからなるときは、低
抵抗なので、信号伝搬速度が速くなる。本体金属がNi
含有合金のときは、機械的強度が高いので、変形しにく
い。
【0029】尚、実施例では、本発明端子構造をリード
型入出力端子部材に適用した例を示したが、これに限ら
ず、ピン型端子部材や配線基板のパッド部に適用しても
同様の効果を生じる。すなわち、本発明は、端子構造全
般に適用可能である。
型入出力端子部材に適用した例を示したが、これに限ら
ず、ピン型端子部材や配線基板のパッド部に適用しても
同様の効果を生じる。すなわち、本発明は、端子構造全
般に適用可能である。
【図1】端子構造を備えたフラットタイプのICパッケ
ージを示す平面図である。
ージを示す平面図である。
【図2】図1のX−Y線に沿う断面図である。
【図3】図2のA部拡大図である。
【図4】入出力端子部材の端部を示す断面図である。
1 ICパッケージ 2 絶縁基板 3 電気配線 5 リード(入出力端子部材) 51 金属板(本体金属) 52 Ni層 53 Au層
Claims (6)
- 【請求項1】 本体が金属よりなるか又は金属化面を有
しており、その本体金属の表面又は金属化面の上に金A
u層が設けられているものにおいて、Au層の下地とし
て厚さが1.5μm以下のNi層が設けられていること
を特徴とする端子構造。 - 【請求項2】 本体金属が銅Cuである請求項1の端子
構造。 - 【請求項3】 本体金属がニッケルNi含有合金であっ
て、金属化面として銅Cu層を有する請求項1の端子構
造。 - 【請求項4】 Ni層が、鍍金膜である請求項1の端子
構造。 - 【請求項5】 請求項1ないし4の端子構造を備えた入
出力端子部材。 - 【請求項6】 請求項1ないし4の端子構造をパッド部
に備えた配線基板。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4298165A JPH06125026A (ja) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | 端子構造とこれを用いた入出力端子部材及び配線基板 |
US08/134,606 US5442145A (en) | 1992-10-12 | 1993-10-12 | Input/output terminal for electronic circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4298165A JPH06125026A (ja) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | 端子構造とこれを用いた入出力端子部材及び配線基板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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