JPH0713231Y2 - 集積回路パッケージ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、集積回路を載置するためのセラミック基板に
形成された配線パターンに外部接続端子を金合金により
ろう付してなる集積回路パッケージに関する。

［従来の技術］ 従来より、集積回路パッケージにおいて、集積回路を載
置するためのセラミック基板に形成された配線パターン
への外部接続端子としてのピンの接合は、融点が780℃
以上の銀銅合金等の銀ろうが主に使用されている。

また、近年、集積回路パッケージにおいては、ポリイミ
ド樹脂（耐熱温度約500℃）を絶縁層に用いた薄膜多層
配線基板が一部で使用されている。この集積回路パッケ
ージは、セラミック基板の裏面に銀ろうによりピンをろ
う付した後に、セラミック基板の表面にポリイミド多層
配線部を形成する。

しかるに、ポリイミド多層配線部を有するセラミック基
板において、ポリイミド多層配線部と同一の面にピンを
ろう付する場合には、セラミック基板の一方の面に銀ろ
うによりピンをろう付した後に、その面にポリイミド多
層配線部を形成することは製造上非常に困難であった。

また、セラミック基板の一方の面にポリイミド多層配線
部を形成した後に、その面に銀ろうによりピンをろう付
する方法では、銀ろうの融点にポリイミド樹脂が耐えら
れないという課題があった。

このため、ポリイミド多層配線部とピンとを接合するろ
う材として金ゲルマニウム（Au−Ge）共晶合金を用いた
集積回路パッケージが存在する。

［考案が解決しようとする課題］ しかるに、コバール、42アロイまたは銅合金製等のピン
は、金ゲルマニウム共晶合金との濡れ性が悪く、十分な
接合強度が得られないという課題があった。そこで、例
えばピンに金ゲルマニウム共晶合金の成分である金鍍金
を施す方法が得えられるが、金とコバール、42アロイま
たは銅合金とは鍍金によっては密着しにくいという課題
があった。

本考案は、集積回路を外部に接続するための端子と金合
金との濡れ性を向上することができるとともに、セラミ
ック基板と端子との低温ろう付ができる集積回路パッケ
ージの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１にかかる本考案の集積回路パッケージは、集積
回路を載置するためのセラミック基板に形成された配線
パターンに、前記集積回路を外部に接続するための端子
を金合金によりろう付してなる集積回路パッケージにお
いて、前記端子には、５μｍ以上20μｍ以下の厚さのニ
ッケル鍍金が施された構成を採用した。

請求項２にかかる本考案の集積回路パッケージは、前記
金合金の使用量を、前記端子と前記セラミック基板との
ろう付を促進するメタライズパッドの端子側接合面1mm²
当り0.02mm³以上0.09mm³以下とする構成を採用した。

［作用および考案の効果］ 本考案の集積回路パッケージは上記構成によりつぎの作
用および効果を有する。

（請求項１） 集積回路を外部に接続するための端子にニッケル鍍金を
施すことによって、端子と金合金との濡れ性を確保し、
低強度で端子が破断することを防止することができると
ともに、セラミック基板と端子との低温ろう付を確実に
行うことができる。

ただし、金合金として金ゲルマニウム共晶合金を用いた
場合には、ニッケル鍍金の厚さが５μｍに満たないと、
接合強度がニッケルとゲルマニウムとの間で生じた金属
間化合物の強度に支配され、強度が劣化する恐れがあ
り、一方、ニッケル鍍金の厚さが20μｍを越えると、ニ
ッケル鍍金の膨れ、剥がれ等が生ずる恐れがあるので、
ニッケル鍍金の厚さは５μｍ以上20μｍ以下が最適な厚
さとなる。

（請求項２） 金合金の使用量を、端子とセラミック基板とのろう付を
促進するメタライズパッドの端子側接合面1mm²当り0.02
mm³以上0.09mm³以下とすることによって、端子とセラミ
ック基板との間に十分な強度を得ることができ、冷熱サ
イクルによる金合金とセラミック基板との間の熱応力の
発生を軽減させることができ、端子の破断を防止するこ
とができる。さらに、高価な金合金を必要以上に使用す
ることがなくなるので、非常に経済的である。

［実施例］ 本考案の集積回路パッケージの一実施例を図に基づき説
明する。

第１図および第２図は本考案の一実施例を採用した集積
回路パッケージを示す。

１は集積回路パッケージを示す。

この集積回路パッケージ１は、感光性ポリイミド樹脂を
絶縁層とした薄膜多層配線部（以下ポリイミド多層配線
部と呼ぶ）23を有するセラミック多層配線基板２、該セ
ラミック多層配線基板２に載置された集積回路を外部と
接続させる端子としてのネールヘッドピン（以下ピンと
略す）３、セラミック多層配線基板２とピン３とのろう
付を促進するメタライズパッド４、およびピン３をメタ
ライズパッド４にろう付する金合金としての金ろう５を
備える。

セラミック多層配線基板２は、多数のスルーホール21が
形成された複数のグリーンシート｛例えば92％アルミナ
基板｝にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Mo）等の導
体ペーストをスクリーン印刷するとともに、多数のスル
ーホール21内に導体ペーストを埋め込み、熱圧着により
各シートを積層した後に、加湿雰囲気の水素炉中におい
て高温焼成されてなる。

また、高温焼成によりセラミック多層配線基板２の内部
に集積回路を外部に接続するための多層配線パターン22
が形成されている。

このセラミック多層配線基板２の表面には、ロールコー
タまたはスピンコータによりポリイミド多層配線部23が
固着されている。

このポリイミド多層配線部23は、感光性ポリイミド樹脂
をロールコートまたはスピンコートし、フォトプロセス
によりスルーホール24、および不要部のポリイミド樹脂
を除去した後、熱硬化させて絶縁層を形成する。つぎ
に、スパッタリングにより銅を主とする金属薄膜をポリ
イミド樹脂の表面に形成し、電解鍍金法、フォトエッチ
ングを行って、多層配線パターン26を得る。上記工程を
複数回繰り返すことによりポリイミド多層配線部23が得
られる。

また、ポリイミド多層配線部23は、表面が集積回路を載
置するための載置部25とされ、内部に多層配線パターン
22と各ピン３とを電気的に接続する多層配線パターン26
が形成されている。

また、セラミック多層配線基板２の表面のポリイミド多
層配線部23の周囲には、集積回路を保護するための蓋部
材（図示せず）を融着する口の字型のシール用メタライ
ズ27が配設されている。

ピン３は、コバール、42アロイまたは銅合金製で、第３
図ないし第５図にも示すように、棒状部31および鍔状部
32の表面に５μｍ以上20μｍ以下の厚さのニッケル鍍金
33、および0.5μｍの厚さの金鍍金34が施され、さらに
熱処理が施されている。ピン３は、各メタライズパッド
４に鍔状部32がろう付されている。

ここで、ピン３にニッケル鍍金33を施す理由は、コバー
ル、42アロイまたは銅合金製のピン３および金鍍金34と
の濡れ性を向上させることができるからである。また、
ニッケル鍍金33としては、ニッケルのみだけでなく、ニ
ッケルを主成分として、他にコバルト（Co）、白金（P
t）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）の内の少なく
とも１種類を含むものを採用することができる。

メタライズパッド４は、略円盤状を呈し、セラミック多
層配線基板２の表面にピン３毎にスパッタリングおよび
電解鍍金法により配設されている。メタライズパッド４
は、セラミック多層配線基板２の内部の多層配線パター
ン22とピン３とを電気的に接続するものである。また、
メタライズパッド４は、セラミック多層配線基板２への
ピン３のろう付性を向上させるためのものである。

これらのメタライズパッド４は、第６図および第７図に
示すように、チタン（Ti）を主成分とする薄膜41、モリ
ブデンを主成分とする薄膜42、銅を主成分とする薄膜4
3、ニッケルを主成分とする薄膜44、および金を主成分
とする薄膜45を積層してなる。ここで、第６図および第
７図は、メタライズパッド４を99.5％アルミナからなる
ピン接合テスト基板６上に配設した状態を示す。

金ろう５は、セラミック多層配線基板２の表面にメタラ
イズパッド４を介してピン３をろう付するろう材であ
る。本考案において金ろう５には、銀ろうと同程度の強
度を有し、且つポリイミド樹脂の融点（500℃）以下の
融点を有する金ゲルマニウム共晶合金｛Au（88wt％）/G
c（12wt％）・（融点356℃）・（抗張力19kg/mm²）｝を
用いる。また、各ピン３における金ろう５の使用量は、
メタライズパッド４のピン側接合面46において1mm²当り
0.02mm³以上0.09mm³以下とされている。

（本実施例の各ピン３における金ろう５の使用量は、高
強度を得るために、１ピン３当り体積を0.028mm³〜0.11
3mm³の間に設定している。） ここで、金合金として、融点370℃の金珪素共晶合金
や、融点280℃の金錫共晶合金が考えられる。金珪素共
晶合金は、濡れ性、作業性の面で使用しづらいが、金錫
共晶合金は、金ゲルマニウム共晶合金と同様に濡れ性、
作業性が良く、本考案に使用しうる。さらに、ろう材と
して各種の半田材が考えられるが、銀ろうと同程度の強
度を持たないので、本考案の集積回路パッケージ１には
利用できない。

ピン接合テスト基板６へのピン３のろう付工程を第３図
ないし第９図に基づき説明する。

初めに、第３図に示すように、棒状部31がφ0.4mm×l
4.5mmで、鍔状部32が径φ0.7mmのコバール製のピン３を
形成する。つぎに、第４図に示すように、このピン３の
棒状部31および鍔状部32の表面に、金ろう５との濡れ性
を確保するため５μｍ以上20μｍ以下の厚さのニッケル
鍍金33を施し、さらに0.5μｍの厚さの金鍍金34を施し
た後に、ピン３に熱処理（700℃で加熱）を施す。

そして、第５図に示すように、ピン３の鍔状部32の端面
に銀ろうと同程度の強度を有し、且つポリイミド樹脂の
融点（500℃）以下の融点を有する金ゲルマニウム共晶
合金からなる金ろう５を融着する。

一方、第６図および第７図に示すように、99.5％アルミ
ナからなるピン接合テスト基板６に、多数のメタライズ
パッド４をスパッタリングおよび電解鍍金法により形成
する。そして、第８図および第９図に示すように、400
℃程度の接合作業温度で、金ろう５を溶融させて、各メ
タライズパッド４の上端面にピン３をろう付して、ピン
３をピン接合テスト基板６に接合する。

上述したろう付工程を第１図および第２図に示した集積
回路パッケージ１に採用することによって、金ゲルマニ
ウム共晶合金からなる金ろう５を用いることにより、接
合作業温度が400℃程度の低温ろう付が可能となるの
で、感光性ポリイミド樹脂を絶縁層としたポリイミド多
層配線部23をセラミック多層配線基板２に固着した後
に、ピン３をセラミック多層配線基板２にろう付するこ
とができる。

また、ピン３へのニッケル鍍金33の厚さを５μｍ以上20
μｍ以下とし、熱処理を施すことにより、ろう付時のニ
ッケルとゲルマニウムとの間の脆い金属間化合物の生成
を軽減でき、低強度におけるピン３の破断を防止でき
る。

さらに、金ろう５の使用量をメタライズパッド４のピン
側接合面46において1mm²当り0.02mm³以上0.09mm³以下と
することによって、セラミック多層配線基板２とピン３
との間に十分な強度を得ることができ、冷熱サイクルに
よる金ろう５とセラミック多層配線基板２との間の熱応
力の発生を軽減させることができ、ピン３の破断を防止
することができる。さらに、高価な金ろう５を必要以上
に使用することがなくなるので、非常に経済的な集積回
路パッケージ１となる。

つぎにピン３の各試供品における引張強度の測定結果を
示す。

ピン３の各試供品には、棒状部31がφ0.4mm×l 4.5mmで
鍔状部32がφ0.7mmのコバール製ネールヘッドピン３を
使用して、表１に示す鍍金処理、熱処理を実施し、金ゲ
ルマニウム共晶合金（Au−Ge）からなる金ろう５をピン
３の鍔状部32に融着したものを準備した。

また、ピン接合テスト基板６上にチタン（2000Å）−モ
リブデン（3000Å）−銅（10μｍ）−ニッケル（２μ
ｍ）−金（１μｍ）からなるφ1.3mmのメタライズパッ
ド４をスパッタリングおよび電解鍍金法により形成し
た。

No.1〜No.10のピンを窒素雰囲気ベルト炉において、ピ
ン接合テスト基板６上にメタライズパッド４にろう付し
た後に、第10図に示すように、ピン接合テスト基板６に
対し45°方向にピン３を引張った時の破断部位および強
度を測定した。ここで７はピン３の引張強度を計測する
測定器である。

イ）表１より、No.1のピン３とNo.2のピン３とを比較す
ると、ピン３の表面にニッケル鍍金を施した後に、熱処
理を実施したNo.2のピン３の方が高強度であることが確
認できる。

ロ）No.3、４、５、６のピン３より、ニッケル鍍金の厚
さが10μｍ以上でピン破断を生起する。また、20μｍ程
度までニッケル鍍金を厚くした場合には、熱処理時に、
ニッケル鍍金の膨れが生ずる。

ハ）No.7、８、９、10のピン３より、金ろう５の使用量
は、0.037mm³／mm²以上でピン破断となる高強度とな
る。

したがって、ピン３の表面に５μｍ以上20μｍ以下の厚
さのニッケル鍍金を施した後に、熱処置を実施し、そし
てメタライズパッド４のピン側接合面46において1mm²当
り0.02mm³以上0.09mm³以下の使用量の金ろう５をピン３
に融着したものが実用強度となることが確認できる。

すなわち、銀（Ag−Cu）ろうに代わるろう材として、金
（Au−Ge）ろう５を用いることにより、銀（Ag−Cu）ろ
うと同程度の強度を確保し、ろう付作業温度を400℃程
度に低下させることができる。したがって、ポリイミド
樹脂を絶縁層に用いたセラミック多層配線基板２におい
て、ポリイミド多層配線部23を設けた後に、ピン３をろ
う付することができる。とくに、セラミック多層配線基
板２において、ポリイミド多層配線部23を設けた面と同
一の面にピン３をろう付する構造では、本考案が必要不
可欠のものとなる。

また、セラミック多層配線基板２において、ポリイミド
多層配線部23を設けた面と反対の面にピン３をろう付す
る構造では、ポリイミド多層配線部23を設ける前にピン
３をセラミック多層配線基板２にろう付することができ
るが、ポリイミド多層配線部23を設ける工程中はピン３
の保護等が必要で製造工程が複雑となるので、本考案を
用いれば製造工程が非常に簡易となる。

［他の実施例］ 本実施例では、端子としてピンを用いたが、端子として
リードを用いても良い。

本実施例では、ピンにニッケル鍍金を施した後にさらに
金鍍金したが、金鍍金を施さなくても良い。

本実施例では、ピンにニッケル鍍金を施した後に熱処理
を実施したが、熱処理を実施しなくても良い。

本実施例では、セラミック基板として複数のグリーンシ
ートとポリイミド多層配線部とからなるセラミック多層
配線基板を用いたが、セラミック基板として１以上のグ
リーンシートのみでも良い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第10図は本考案の集積回路パッケージに採
用された一実施例を示す。 第１図は集積回路パッケージを示す断面図、第２図は集
積回路パッケージを示す斜視図、第３図はピンを示す正
面図、第４図はピンにニッケル鍍金および金鍍金を施し
た状態を示す断面図、第５図はピンに金ろうを融着した
状態を示す断面図、第６図はピン接合テスト基板にメタ
ライズパッドを配設した状態を示す斜視図、第７図はピ
ン接合テスト基板にメタライズパッドを配設した状態を
示す断面図、第８図はピン接合テスト基板にピンをろう
付した状態を示す斜視図、第９図はピン接合テスト基板
にピンをろう付した状態を示す断面図、第10図はピン接
合テスト基板にろう付したピンの引張強度の測定を示す
斜視図である。 図中 １…集積回路パッケージ、２…セラミック多層配線基板
（セラミック基板）、３…ネールヘッドピン（端子）、
４…メタライズパッド、５…金ろう（金ゲルマニウム共
晶合金）、22、26…多層配線パターン、33…ニッケル鍍
金、46…ピン側接合面（端子側接合面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 昆 太一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)考案者 佐々木 伸一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】集積回路を載置するためのセラミック基板
   に形成された配線パターンに、前記集積回路を外部に接
   続するための端子を金合金によりろう付してなる集積回
   路パッケージにおいて、 前記端子には、５μｍ以上20μｍ以下の厚さのニッケル
   鍍金が施されたことを特徴とする集積回路パッケージ。
2. 【請求項２】前記金合金は、前記端子と前記セラミック
   基板とのろう付を促進するメタライズパッドの端子側接
   合面1mm²当り0.02mm³以上0.09mm³以下の使用量とするこ
   とを特徴とする請求項１に記載の集積回路パッケージ。