JPH07147355A

JPH07147355A - 集積回路用セラミックパッケージ本体

Info

Publication number: JPH07147355A
Application number: JP31598493A
Authority: JP
Inventors: Toru Matsuura; 松浦　　徹; Tsuneyuki Sukegawa; 恒之助川; Atsushi Kanda; 篤神田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-06-06
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: JP3138377B2

Abstract

(57)【要約】【目的】集積回路用セラミックパッケージ本体におい
て、セラミック基板の集積回路を収容する凹部の階段状
内周壁の段部上面に設けた各メタライズ層のメッキを、
簡単な構成に付加により、短絡故障を未然に防止しつつ
的確に行う。【構成】絶縁層５０が、階段状内周壁１２の水平状壁
部１２ａ及び垂直状壁部１２ｂの境界部の近傍に位置す
る各メタライズ層及び垂直状壁部１２ｂの各部分に、所
定のコーティング幅にてコーティングされている。絶縁
層５０の露出部５０ａが、これに対する水平状壁部１２
ａ及び各メタライズ層の各対応部分を被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の集積回
路用パッケージ本体に係り、特に、窒化アルミニウム、
アルミナ、ムライト、ガラスセラミック等の各種セラミ
ックからなるセラミックパッケージ本体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の集積回路用セラミックパ
ッケージ本体においては、集積回路を収容するためにセ
ラミック基板に設けられた凹部の内周壁を、段部上面及
び段部側面を有するように階段状に形成し、また、複数
のメタライズ層を、集積回路との電気的接続を行うべ
く、前記内周壁の内部から前記段部上面と段部側面との
境界部を通り、前記段部上面上に延出するようにストラ
イプ状に形成してある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成において、上述した段部上面の各メタライズ層にメ
ッキ処理するにあたっては、電界メッキ及び無電界メッ
キによる各処理方法がある。このうち、無電界メッキ処
理方法を用いる場合には、各メタライズ層を形成したセ
ラミック基板を、まず、塩化パラジウム溶液内に浸し、
触媒としてのパラジウムを各メタライズ層上に還元析出
させて活性化させた後、同セラミック基板をメッキ液に
浸し、還元析出したパラジウム上に金属を析出させるよ
うにしてメッキ処理をする。しかしながら、上述のよう
にパラジウムを各メタライズ層上に還元析出させるに伴
い、本来はセラミック基板上には析出しないのである
が、各メタライズ層の近傍に位置する段部上面のセラミ
ック部分にもパラジウムが還元析出されてしまう場合が
ある。従って、セラミック基板をメッキ液に浸す前に、
各メタライズ層以外の部分の余分な析出パラジウムを洗
浄により除去しないと、セラミック基板をメッキ液に浸
したとき、各メタライズ層以外の部分、即ちこれらの近
傍に位置する段部上面のセラミック部分にも金属を析出
してメッキ処理をしてしまうこととなる。このようなこ
とは、段部上面と段部側面の境界部のように、洗浄しに
くい、メッキ液等の滞留し易い部分において特に著し
い。

【０００４】従って、余分な析出パラジウムは、メッキ
液にセラミック基板を浸す前に十分に洗浄して除去して
おかないと、ストライプ状になった各メタライズ層の間
の段部上面のセラミック部分まで余分にメッキされる
「メッキだれ」と呼ばれる不具合を生じ、各隣接メタラ
イズ層間の短絡故障を招くおそれがある。このようなこ
とは、メタライズ層のファインピッチ化やパターン数の
増加に伴い、より一層起こり易くなる。なお、電解メッ
キ処理方法により、ファインピッチ化や配線数の増大化
等を伴う各メタライズ層にメッキ処理を施すにあたって
も、洗浄の仕方が不十分であると、電界成分が残留して
絶縁抵抗の低下を招く場合がある。そこで、本発明は、
以上のようなことに対処すべく、集積回路用セラミック
パッケージ本体において、集積回路を収容する凹部の階
段状内周壁の段部上面に設けた各メタライズ層のメッキ
を、簡単な構成の付加により、短絡故障の発生を未然に
防止すべく的確に行うようにしようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、本発明の構成上の特徴は、集積回路を収容する凹部
の内周壁を、段部上面及び段部側面を有するように階段
状に形成し、また、複数のメタライズ層を、前記内周壁
の内部から前記段部上面と段部側面との境界部を通り、
前記段部上面上に延出するように形成してなる集積回路
用セラミックパッケージ本体において、前記段部上面及
び複数のメタライズ層のうち前記境界部の近傍に位置す
る各部分を、絶縁コーティング層で被覆してなるように
したことにある。また、本発明において、前記絶縁コー
ティング層が、前記境界部の近傍にて、前記内周壁の内
部から前記凹部内まで形成されていてもよい。また、本
発明において、前記絶縁コーティング層の前記凹部内に
形成されている部分の幅が、前記段部側面から０．０５
ｍｍ以上であることが望ましい。また、本発明におい
て、前記絶縁コーティング層が、前記セラミックパッケ
ージ本体を形成するセラミック材料と同一の材料により
形成されていてもよい。また、本発明において、前記絶
縁コーティング層が、ガラスから形成されていてもよ
い。

【０００６】

【作用】このように本発明を構成したことにより、前記
段部上面と段部側面の境界部の近傍に位置する前記段部
上面及び複数のメタライズ層の各部分が、共に、前記絶
縁コーティング層により被覆される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
ると、図１及び図２は、ピングリッドアレイ型集積回路
用セラミックパッケージに本発明が適用された例を示し
ている。この集積回路用セラミックパッケージは、セラ
ミック基板１０を備えており、このセラミック基板１０
の上面１０ａの中央部には、チップキャビティ１０ｂ
（凹部に対応する）が、集積回路を構成する半導体チッ
プ２０を収容すべく穿設されている。このチップキャビ
ティ１０ｂは、底壁１１と、この底壁１１の周囲に形成
した断面階段状内周壁１２とにより構成されており、底
壁１１の上面には、半導体チップ２０が固着されてい
る。

【０００８】断面階段状内周壁１２は、図２にて図示水
平状壁部１２ａ（段部上面に対応する）と、この水平状
壁部１２ａの上下に位置する図２にて図示垂直状壁部１
２ｂ、１２ｃ（それぞれ、段部側面に対応する）とによ
り段付き構成されており、水平状壁部１２ａは、内周壁
１２の周方向に沿い環状に形成されている。また、垂直
状壁部１２ｂは、水平状壁部１２ａの外周縁から上方へ
垂直に立ち上がるように形成されており、一方、垂直状
壁部１２ｃは、水平状壁部１２ａの内周縁から下方へ垂
直に立ち下がるように形成されている。

【０００９】内周壁１２の水平状壁部１２ａ上には、複
数のメタライズ層（図１では、各メタライズ層３０ａ乃
至３０ｎのみを示す）が、それぞれ、セラミック基板１
０の内部から水平状壁部１２ａと垂直状壁部１２ｂとの
境界部を通り水平状壁部１２ａ上に延出してストライプ
状に形成されている。かかる場合、図１にて示すごと
く、各メタライズ層３０ａ乃至３０ｄ、各メタライズ層
３０ｅ乃至３０ｊ、及び各メタライズ層３０ｋ乃至３０
ｎごとに、各メタライズ層が互いに所定間隔をおいて並
行に形成されている。また、各メタライズ層は、その各
外端にて、セラミック基板１０内に形成した各ビアホー
ル（図１では、メタライズ層３０ｇに接続したビアホー
ル１３のみを示す）に接続されている。なお、各メタラ
イズ層は、それぞれ、ボンディングワイヤ（図１では、
各ボンディングワイヤ４０ａ乃至４０ｎのみを示す）を
介して半導体チップ２０に接続されている。

【００１０】次に、本発明の要部の構成について説明す
ると、環状の絶縁層５０が、図１及び図２にて示すごと
く、水平状壁部１２ａと垂直状壁部１２ｂとの境界部近
傍に位置する水平状壁部１２ａ及び複数のメタライズ層
の各部分上に、所定のコーティング幅Ｗａ（図３参照）
にてコーティング形成されている。かかる場合、絶縁層
５０は、垂直状壁部１２ｂの下縁を境界としてチップキ
ャビティ１１内及びセラミック基板１０内の双方に亘り
コーティングされており、絶縁層５０のうちチップキャ
ビティ１１内への露出部（以下、露出部５０ａという）
がこれに対する水平状壁部１２ａの対応部分及び各メタ
ライズ層の対応部分を被覆する役割を果たす。但し、本
実施例においては、露出部５０ａにより被覆される各メ
タライズ層の隣接対応部分間の絶縁を確実に得られるよ
うに、露出部５０ａの幅（以下、被覆幅Ｗｂという）が
選定されている（図３及び図４参照）。また、絶縁層５
０のうちセラミック基板１０内への埋設部（以下、埋設
部５０ｂという）の幅は、セラミック基板１０内への埋
設を確保できるように適当に選定されている。なお、図
１及び図２において、各符号６０、７０及び８０は、そ
れぞれ、シールリング、キャップ及び信号入出力用ピン
を示す。

【００１１】ところで、このように構成したセラミック
パッケージの製作は次のようにして行う。まず、窒化ア
ルミニウム粉末に、焼結助剤としてイットリア、カルシ
ア等の粉末及び適当な有機溶剤や溶媒等を添加混合して
泥漿を作成し、この泥漿をドクターブレード法によりキ
ャスティングして、シート厚０．３乃至０．６ｍｍにて
グリーンシートを複数枚作成する。これら各グリーンシ
ートを、セラミック基板１０のチップキャビティ１１及
び各ビアホール（図２ではビアホール１３のみを示す）
を形成するようにそれぞれ打ち抜き加工する。然る後、
タングステンを主成分とするペースト状金属混合物を各
グリーンシートのビアホール内に均一にすきまなく充填
して乾燥する。

【００１２】このような乾燥後、各メタライズ層を形成
すべきグリーンシートの表面に、各メタライズ層を、図
１及び図２にて示すような配置でもって、タングステン
を主成分とするペースト状金属混合物により印刷する。
ついで、このように印刷したグリーンシートの表面に、
絶縁層５０を、図１及び図２にて示す配置でもって、上
述したグリーンシートの形成材料と同様のペースト状材
料（溶剤の種類及び量のみが異なる）をコーティングす
る。このコーティング後の絶縁層５０が乾燥した後、各
グリーンシートを、図１及び図２にて示すようなセラミ
ック基板１０の構成となるように順次積層し、さらに、
この積層体の外形を打ち抜き加工した後、脱脂及び焼成
の処理を行う。かかる場合、上述のように、絶縁層５０
がグリーンシートの形成材料と同様の材料により構成さ
れているので、焼成後には、絶縁層５０がセラミック基
板１０と容易に一体化する。従って、絶縁層５０とセラ
ミック基板１０を構成すべきセラミック材質の間の収縮
率の差がなく、両者の間に隙間やクラックが発生するこ
ともない。

【００１３】ついで、このような処理後の積層体に無電
界ニッケルメッキ処理を施す。即ち、焼成した積層体
を、まず、塩化パラジウム溶液内に浸し、触媒としての
パラジウムを各メタライズ層上に還元析出させて活性化
させた後、水洗いした上で、同積層体をメッキ液に浸
し、還元析出したパラジウム上に金属を析出させるよう
にしてメッキ処理をする。これにより、積層体の各メタ
ライズ層のうち絶縁層５０から露出している部分のみが
無電解ニッケルメッキ処理される。この無電解ニッケル
メッキによるメッキ厚さは、ほぼ１．０μｍとした。こ
のような無電界ニッケルメッキ処理後は、シールリング
６０、各ピン８０のロー付けや金メッキ等の処理を行
う。さらに、半導体チップ２０を固着してワイヤボンデ
ィングを行った後、キャップ７０をロー付けして、図１
に示した構成のパッケージが完成する。ちなみに、本実
施例にて述べたセラミックパッケージを、各メタライズ
層のパターン幅Ｔ及び絶縁間隔ｔ、並びに被覆幅Ｗｂを
変えて印刷した試料として多数準備し、これらのセラミ
ックパッケージにおける各メタライズ層の間の絶縁抵抗
を検査した。その結果、次の表１のような検査結果が得
られた。なお、コーティング幅Ｗａは１．５ｍｍと一定
にしてある。このコーティング幅Ｗａは、本実施例の場
合には効果に影響を与えず、セラミック基板やチップキ
ャビティの大きさ等により適当な値を選択すればよい。

【００１４】

【表１】但し、表１において、「被覆なし」とは、絶縁層５０を
設けない場合をいい、従来例に相当する。また、このよ
うな表１の結果に基づき、検査合格率と被覆幅との関係
を、絶縁間隔をパラメータとしてグラフにしたところ、
図５のような結果が得られた。図５において、各特性曲
線Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が、それぞれ、各絶縁間隔０．０
３、０．０５及び０．１０の場合に対応する。これによ
れば、「被覆幅０．００」の場合には、絶縁層５０を設
けた効果はなく、「被覆なし」の場合と同様であること
が分かる。また、被覆幅が増大する程、絶縁層５０の効
果も増大するが、同被覆幅が０．０５以上のときに各メ
タライズ層間の短絡故障の発生がないことが分かった。
ところで、上述のように、グリーンシートを積層してセ
ラミック基板を形成する場合、積層の条件やメタライズ
層のパターン幅、絶縁間隔等によっては、水平状壁部１
２ａと垂直状壁部１２ｂとの境界部が密着せず、図６乃
至図９にて示すように開口部１２ｄができる場合があ
る。かかる開口部には特に塩化パラジウム溶液やメッキ
液が滞留し易く洗浄しにくいため、メタライズ層間のメ
ッキだれ等による絶縁性の低下が起こり易い。従って、
従来は、かかる開口部１２ｄが発生しないように各条件
を調整して対応している。そこで、他の実施例として、
開口部１２ｄが生じた場合に、本発明を適用した場合の
効果を以下に調査した。即ち、前記実施例に比べ、メタ
ライズ層のパターン幅を広くして開口部１２ｄが発生す
る条件において、セラミック基板を製作し、被覆幅Ｗｂ
を変えてコーティングを施した場合におけるメタライズ
層間の絶縁抵抗を測定した。なお、コーティング幅Ｗａ
は前記実施例と同様に１．５ｍｍと一定にした。この他
の実施例の場合、Ｗａの値は開口部１２ｄの奥行きより
も大きくすればよい。この値は、上述のように、積層条
件に影響されるので、これらを勘案して適宜選択すれば
よい。その結果、次の表２のような測定結果が得られ
た。

【００１５】

【表２】

【００１６】但し、表２において、「被覆なし」とは、
上述と同様に絶縁層５０を設けない合をいう。また、こ
のような表２の結果に基づき、検査合格率と被覆幅との
関を、絶縁間隔をパラメータとしてグラフにしたとこ
ろ、図１０のような結果が得られた。図１０において、
各特性曲線Ｌ４、Ｌ５及びＬ６が、それぞれ、各絶縁間
隔０．０３、０．０５及び０．１０の場合に対応する。
これによれば、絶縁層５０が開口部１２ｄを埋める役割
を果たすため、上述とは異なり、「被覆幅０．００」の
場合（図８及び図９参照）でも、絶縁効果の向上が認め
られた。また、被覆幅が増大する程（図６及び図７参
照）、絶縁層５０の絶縁効果も増大するが、同被覆幅
が、開口部１２ｄがない場合と同様に０．０５以上のと
きに各メタライズ層間の短絡故障の発生がないことが分
かった。

【００１７】以上説明したように、前記各実施例では、
環状の絶縁層５０を、内周壁１２の水平状壁部１２ａと
垂直状壁部１２ｂとの境界部近傍に位置する水平状壁部
１２ａ及び複数のメタライズ層３０ａ乃至３０ｎの各部
分に、所定のコーティング幅Ｗａにてコーティング形成
したので、絶縁層５０の露出部５０ａがこれに対する水
平状壁部１２ａの対応部分及び各メタライズ層の対応部
分を被覆する役割を果たす。

【００１８】これにより、洗浄不十分によりメッキがさ
れても、絶縁コーティングによりメタライズ層同士が短
絡することはない。また、被覆幅Ｗｂ（奥行き幅に対応
する）を、例えば、０．０５ｍｍ以上に設定すれば、上
述の短絡故障の発生が確実に防止される。従って、どん
なに微細なメタライズ層でも、セラミックパッケージ本
体のサイズや材質を問わず、良好な無電解メッキを確保
しつつ、各メタライズ層間の短絡故障を有効に防止でき
る。また、無電解メッキ処理後の絶縁検査でも、検査結
果の合格率の向上が図れるため、検査工程の削除や工数
低減が可能である。なお、以上のような効果は、電解メ
ッキ処理の場合でも実質的に同様である。

【００１９】なお、本発明の実施にあたっては、セラミ
ック基板１０の焼成後に、水平状壁部１２ａと垂直状壁
部１２ｂとの境界部近傍にガラスペーストを塗布し加熱
溶融することにより水平状壁部１２ａのセラミック部分
及びメタライズ層３０ａ乃至３０ｎにガラス層をコーテ
ィングするようにしてもよい。また、絶縁コーティング
層はメタライズ層を覆うようにしていれば、短絡を防止
できるため、前記実施例のようにメタライズ層及びその
間の段部上面を一周に亘り覆ってもよいが、図１１にて
符号５０Ａにて示すように必要部分のみを絶縁コーティ
ングにより覆うようにしてもよい。但し、この場合は、
コーティングのパターンがずれることによりメタライズ
層を十分に覆えない場合がある。また、本発明の実施に
あたっては、セラミック基板１０の構成材料は、窒化ア
ルミニウムに限ることなく、各種のセラミック材料を採
用して実施してもよい。また、メタライズ層の材質はセ
ラミック材質に応じて適宜選択すればよく、例えば、タ
ングステン、モリブテン、銅、銀等が挙げられる。さら
に、被覆幅Ｗｂは０．０５以上であればよいが、その上
限は、各メタライズ層に集積回路との接続をするため、
各メタライズ層にワイヤボンディングやＴＡＢ接続でき
る程度の領域が残るような幅が必要であることは明らか
である。この領域は、セラミック基板や各メタライズ層
の大きさ、幅、ワイヤの材質や大きさ等により影響を受
けるので、これらを考慮して適宜選択すればよい。ま
た、本発明の実施にあたり、前記実施例にて示した各メ
タライズ層（図４参照）は、相互に全体的に平行である
必要はなく、例えば、各メタライズ層において絶縁層５
０の埋設部５０ｂにより被覆される部分及びセラミック
基板１０内に埋設される部分は、埋設部５０ｂからセラ
ミック基板１０の内部にかけて互いに放射状に配列され
ていてもよい。

【００２０】

【発明の効果】上述のような本発明の構成及びその作用
によれば、洗浄不十分によりメッキされても、絶縁コー
ティング層の存在によりメタライズ層同士が短絡するこ
とはない。その結果、当該各メタライズ層の対応部分間
に短絡故障を招くことはない。また、前記奥行き幅を、
前記所定値、例えば、０．０５ｍｍ以上に設定すれば、
上述の短絡故障の発生が確実に防止される。従って、ど
んなに微細なメタライズ層でも、セラミックパッケージ
本体のサイズや材質を問わず、良好な無電解メッキを確
保しつつ、各メタライズ層間の短絡故障を有効に防止で
きる。また、無電解メッキ処理後の絶縁検査でも、検査
結果の合格率の向上が図れるため、検査工程の削除や工
数低減が可能である。なお、以上のような効果は、電解
メッキ処理の場合でも実質的に同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部破断平面図であ
る。

【図２】同要部破断側面図である。

【図３】同要部拡大破断側面図である。

【図４】同要部拡大破断平面図である。

【図５】表１の検査結果に基づき絶縁合格率と被覆幅と
の関係を、絶縁間隔をパラメータとしてグラフにより示
す図である。

【図６】セラミック基板の階段状内周壁に開口部があり
被覆幅が零でない場合の要部拡大破断側面図である。

【図７】同要部拡大破断側面図である。

【図８】セラミック基板の階段状内周壁に開口部があり
被覆幅が零である場合の要部拡大破断側面図である。

【図９】同要部拡大破断側面図である。

【図１０】表２の検査結果に基づき絶縁合格率と被覆幅
との関係を、絶縁間隔をパラメータとしてグラフにより
示す図である。

【図１１】前記実施例の変形例を示す要部平面図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・セラミック基板、１２・・・階段状内周壁、
１２ａ・・・水平状壁部、２０・・・半導体チップ、３
０ａ乃至３０ｎ・・・メタライズ層、５０・・・絶縁
層、５０ａ・・・露出部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集積回路を収容する凹部の内周壁を、段
部上面及び段部側面を有するように階段状に形成し、ま
た、複数のメタライズ層を、前記内周壁の内部から前記
段部上面と段部側面との境界部を通り、前記段部上面上
に延出するように形成してなる集積回路用セラミックパ
ッケージ本体において、前記段部上面及び複数のメタライズ層のうち前記境界部
の近傍に位置する各部分を、絶縁コーティング層で被覆
してなることを特徴とする集積回路用セラミックパッケ
ージ本体。
【請求項２】前記絶縁コーティング層が、前記境界部
の近傍にて、前記内周壁の内部から前記凹部内まで形成
されていることを特徴とする請求項１に記載の集積回路
用セラミックパッケージ本体。
【請求項３】前記絶縁コーティング層の前記凹部内に
形成されている部分の幅が、前記段部側面から０．０５
ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の集積回路用セラミックパッケージ本体。
【請求項４】前記絶縁コーティング層が、前記セラミ
ックパッケージ本体を形成するセラミック材料と同一の
材料により形成されていることを特徴とする請求項１、
２又は３に記載の集積回路用セラミックパッケージ本
体。
【請求項５】前記絶縁コーティング層が、ガラスから
なることを特徴とする請求項１に記載の集積回路用セラ
ミックパッケージ本体。