JPH07212010A - 混成集積回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅めっき層の膜厚を規定することにより、銅
めっき層上の半田濡れ性を向上するとともに、導体材料
との接合強度を強くし、さらに、めっきの膨れを抑制す
る。 【構成】 基板上に多孔質な導体材料を形成し、その導
体材料の少なくとも一部を覆うように、その膜厚が２μ
ｍ乃至４μｍの範囲である銅によるめっき層を導体材料
上に直接形成し、めっき層上に半田を形成し、半田にフ
リップチップ等の素子を電気接続している。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は混成集積回路基板、例え
ばアルミナ・グリーンシート等を焼結した基板上に厚膜
抵抗体等を形成するのに好適な混成集積回路基板及びそ
の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、基板上にタングステン等の多孔質
な導体材料を形成し、導体材料とフリップチップ等との
電気的接続を行なう場合、特開昭５５−１２２６６６号
公報に記載されているように、導体材料上に金、銅、錫
等の鉛−錫を主成分とする半田合金によくぬれる材料を
形成し、この材料上に例えばフリップチップ等を半田
（Ｐｂ−Ｓｎ）により電気的に接続し、搭載している。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に導
体材料上に半田にぬれやすい材料を形成しただけでは、
めっきと導体材料との接合強度が弱くなってしまった
り、めっき膨れ量が大きくなってしまうという問題が発
生する。また、はんだのぬれ性についても問題がある。 【０００４】そこで本発明は上記問題に鑑みてなされた
ものであって、導体材料の上にめっきと半田を形成した
際に、めっきと導体材料との接合強度を強くするととも
に、めっき膨れ量を抑え、かつ半田のぬれ性を向上する
ことを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の混成集積回路基板は、焼結する事により形
成される基板と、前記基板に印刷され前記基板の焼結温
度より高温の融点を有し、多孔質な導体材料と、その膜
厚が２μｍ乃至４μｍの範囲であり、前記導体材料の少
なくとも一部を覆うように、前記導体材料上に直接形成
された銅によるめっき層と、前記めっき層において、前
記基板上に配置される素子との接続部上に形成される半
田と、を備えた事を特徴とする。 【０００６】また、本発明の混成集積回路基板の製造方
法は、基板の焼結温度よりも高温の融点を有する多孔質
の導体材料を前記基板に印刷する工程と、前記導体材料
が印刷された基板を焼成する工程と、その膜厚が２μｍ
乃至４μｍの範囲であり、前記導体材料の少なくとも一
部を覆うように、銅によるめっき層を前記導体材料上に
直接形成する工程と、前記めっき層において、前記基板
上に配置される素子との接続部上に半田を形成する工程
と、を備えた事を特徴とする。 【０００７】 【作用】銅めっき中の銅イオンは比較的還元力が強いた
め析出しやすく、又、めっき時にはその大きさが０．１
〜０．２μｍ程度といった比較的小さな銅粒子であるの
で、多孔質な導体材料中の奥深い所まで入り込み、導体
材料と銅めっき層がからみあって接合強度が強くなる。
本願発明者が実験を試みた結果、図７に示すように、銅
めっき層の膜厚が２μｍ以上であると接合強度が強くな
る事が判明した。ただし、図１２に示すように、銅めっ
き層が膜厚が厚くなりすぎると、めっき膨れ量が大きく
なってしまう。めっき膨れ量が５％以下であれば実用上
ほとんど問題はないので、銅めっき層の膜厚は４μｍ以
下が良好である事がわかる。さらに、図８に示すよう
に、銅めっき層の膜厚が２μｍ以上であるとはんだのぬ
れ性が著しく向上することが判明した。 【０００８】 【実施例】以下本発明を図に示す実施例を用いて説明す
る。図１(a) 、(b) は本発明の一実施例を示す断面図で
ある。図において、１はアルミナセラミックスを９０〜
９６％含有するセラミックスグリーンシート１であり、
そのセラミックスグリーンシート１上に高融点金属材料
であるＭｏ（融点は２６２２℃）、Ｗ（融点は３３８２
℃）等から成る導体材料２を印刷形成し、公知のレイヤ
ー積層法、印刷法等により積層して多層基板３を形成す
る。例えばレイヤー積層法を採用した場合には、あらか
じめ必要な層数のセラミックスグリーンシート１上に導
体材料２を印刷しておき、ビアフィル圧入等を施して、
それらをラミネートした後約１６００℃の還元雰囲気中
で焼成して１枚の多層基板３を形成する。なお、図１
(a) では多層基板３を模式的に示しているが、具体的に
は、図１(a) 中Ｃ部に対する断面図である図１(b) に示
すように、多層基板３の最上層３ｂのスルーホール部３
ａにも導体材料２が形成され、さらにその導体材料２は
最上層３ｂの表面にまで露出している。 【０００９】そして多層基板３の最上層に露出させた部
分の導体材料２の表面全面を覆うようにしてＣｕによる
めっき層（以下「Ｃｕめっき層」という）４を形成す
る。尚、このＣｕめっき層４を形成する方法としては、
例えば化学銅めっき等の無電解めっきが適用可能であ
る。さらに、このＣｕめっき層４の表面を覆い、且つ後
述する厚膜抵抗体６の形成位置まで延在させてターミナ
ル導体としてのＣｕによる厚膜導体層（以下「Ｃｕ厚膜
導体層」という）５を形成する。そうした上で所定の位
置に厚膜抵抗体６を形成し、この厚膜抵抗体６及びＣｕ
厚膜導体層５を窒素雰囲気中にて焼成する。ここで、Ｃ
ｕめっき層４と導体材料２との接触を確実なものとする
為にはシンタリングする必要があるが、本実施例におい
ては厚膜抵抗体６及びＣｕ厚膜導体層５の焼成時におい
て、Ｃｕめっき層４も同時に加熱されるので、シンタリ
ングしたのと同様の効果が得られる。 【００１０】そこで上記構成によると、Ｃｕ厚膜導体層
５及び厚膜抵抗体６の焼結を窒素雰囲気中で行なってい
るので、導体材料２の酸化を抑制でき、又、導体材料２
と厚膜抵抗体６との電気接続を行なうために用いた接合
中間層としてのＣｕめっき層４を形成した部分における
接触抵抗は、図３の熱サイクルと接触抵抗との関係図中
三角（△）プロットによる線に示すように、後述する理
由から比較的小さくなっている。又、その部分における
接合強度は、図４の接合強度の経時変化を表す特性図中
三角（△）プロットによる線に示すように、後述する理
由から接合強度は強くなっており、同時に経時安定性も
向上している。尚、図３における値は−４０℃で２０
分、１５０℃で２０分を１サイクルとして得られたもの
であり、図３、図４中丸（○）プロットによる線は、Ｃ
ｕメッキ層４を形成しない場合、すなわち導体材料２上
に直接Ｃｕ厚膜導体層５を形成した場合において得られ
た値である。 【００１１】次に、導体材料２とＣｕ厚膜導体層５との
間にＣｕめっき層４を介在させた事により、その部分
（接合部）における接触抵抗、接合強度が改善される理
由を図５及び図６の接合部の断面図をモデル化した図を
用いて説明する。Ｃｕめっき層４を形成しない場合を図
５に示す。導体材料２は通常多孔質であるが、Ｃｕ厚膜
導体層５のＣｕ粒子５ｂの大きさは０．１〜５μｍ程度
であり、導体材料２中へ入り込む事が出来ない。しか
も、Ｃｕ厚膜導体層５の成分中には多層基板３との接着
力を生むためにＢｉ、Ｂ、Ｓｉ等のガラス質５ａが入っ
ており、このガラス質５ａがＣｕ厚膜導体層５の焼成の
際に導体材料２とＣｕ厚膜導体層５との界面にまで到達
しており、導体材料２とＣｕ厚膜導体層５との接合の妨
げとなっている。 【００１２】図６に示すＣｕめっき層４を形成した場
合、すなわち本発明の構成においては、Ｃｕめっき中の
Ｃｕイオンは比較的還元力が強いために析出し易く、
又、めっき時にはその大きさが０．１〜０．２μｍ程度
といった比較的小さなＣｕ粒子４ａであるので多孔質な
導体材料２中の奥深い所まで入り込み、Ｃｕ厚膜導体層
５の焼成後には導体材料２とＣｕめっき層４が接合面に
てからみあって接合する事になり、したがって接合強度
が強くなり、又、Ｃｕめっき層４と導体材料２との間に
何らかガラス質による層が形成される事もないので接触
抵抗が低下するものと考えられる。尚、本発明者が破壊
試験を行なった結果によると、接合の剥がれは主にＣｕ
めっき層４と導体材料２との間で起こり、Ｃｕめっき層
４とＣｕ厚膜導体層５との間に形成されるガラス質５ａ
は接合強度を低下させる主な原因ではなく、その主な原
因は図５に示す空間２ａにあると考えられる。 【００１３】次に、本発明をフリップチップ等を形成す
る場合において採用した他の実施例として図２に示す断
面図を用いて説明する。図において、図１に示す実施例
と同一構成要素には同一符号を付してその説明は省略す
る。本実施例はおいては、Ｃｕめっき層４を覆うように
半田７を形成しており、その半田７とバンプ８ａ、電極
９ａとを接着する事により、それぞれフリップチップ
８、例えばコンデンサ９等のディスクリート素子を接続
している。そこで本実施例においても図１に示す実施例
と同様に導体材料２との接合部における接触抵抗、接合
強度の改善を行なうことができる他、以下に示す効果が
ある。 【００１４】半田を融解した際には約２５０℃にな
り、導体材料２が多少酸化する事が考えられるが、導体
材料２をＣｕめっき層４で覆っているのでそれを防止す
る事ができる。 Ｃｕめっき層４を形成する際に、Ｃｕはそのイオン化
傾向が比較的小さい為に析出し易く、従来Ｎｉめっき層
を形成するのに行なっていた触媒による導体材料２表面
の活性化を行なわなくて済み、製造工程をその分簡単に
する事ができる。又Ｎｉは一度酸化されるとその酸化物
の除去が困難（強酸が必要）であるがＣｕの酸化物は容
易に除去できるという効果もある。 【００１５】従来、多層基板の最上層直下における導
体材料がスルーホール部には形成されておらず、スルー
ホール部にはＮｉめっき、Ａｕめっき等の導体により埋
めて、最上層表面の厚膜導体との電気的接続を行なって
いたのに対し、本実施例は導体材料２が多層基板３の表
面にまで露出して形成されている事から、スルーホール
部の表面と多層基板の表面との間に段差が生じるといっ
た不具合を本質的に取り除く事ができ、又、多層基板３
の表面に露出した導体材料２の面積を大きくできるの
で、Ｃｕめっき層４との接合強度をより強くすることが
できる。又、従来構成であると、スルーホール部の厚み
に等しい厚さをもってＮｉ等のめっき層を形成する必要
があり、無電解めっきではその厚みを確保するのが困難
であり、電解めっきではその為に基板内に電気的配線を
行なう必要があるという不具合があるのに対し、本実施
例によると、Ｃｕめっき層４の厚みは比較的薄くてすむ
のでそのような問題が生じることはない。尚、従来構成
において、導体材料とスルーホール部に形成されるめっ
き層との接合強度を強くする為にスルーホール部の径を
大きくすると、めっき金属と基板との熱膨張係数の違い
が無視できなくなる。 【００１６】尚、上記、の効果は、言うまでもなく
図１における実施例においても同様である。次に、上記
図１、図２における実施例において、Ｃｕめっき層４の
膜厚を調整する事により、より良好な接合が得られる事
を図７、図８、及び図１１を用いて説明する。 【００１７】図７は、本発明の実験結果に基づく図であ
り、横軸にＣｕめっき層４の厚み、縦軸にＣｕめっき層
４と導体材料２としてのＷとの接合強度を表す。図７か
らＣｕめっき層４の膜厚が約２μｍ以上であると接合強
度が強くなる事がわかる。又、図中点線はＣｕめっき層
４をシンタリングした際に、Ｃｕめっき層４の表面の一
部に露出するＷによる黒色斑点の発生状況を表す特性で
あり、膜厚が約２μｍ以下になるとその発生が多くなる
ことがわかる。そして、この黒色斑点が多くなると、Ｗ
には半田が付着しないことがらＣｕめっき層４上の半田
濡れ性が悪化する。図８は、横軸にＣｕめっき層４の膜
厚、縦軸に半田濡れ性を表す図であり、上述したような
理由から膜厚が２μｍ以上であると半田濡れ性が良好で
ある事がわかる。 【００１８】図１１は実験結果に基づく、めっき層が膨
れ上がる程度を表す特性図であり、横軸にＣｕめっき層
４の厚み、縦軸にＣｕめっき層４が良好に形成された部
分と膨れが生じた部分との面積比（膨れ量（％））を表
す。尚、実験は導体材料２としてのＷの大きさを２．１
×０．６５ｍｍとし、その上にＣｕめっき層４を形成し
た。膨れ量が５％以下であれば実用上ほとんど問題はな
いので、図１２からＣｕめっき層４の膜厚は約４μｍ以
下が良好である事が分かる。 【００１９】従って、上述の図７、図８及びこの図１１
からＣｕめっき層４の膜厚は約２〜４μｍの範囲が良好
である。尚、以上の説明においてＣｕめっき層４の膜厚
とは図１中におけるｔに相当するものであり、又、図中
丸プロットは数回測定したものの平均値を表す。尚、本
発明は上記二つの実施例に限定される事なくその主旨を
逸脱しない限り、例えば以下の如く種々変形可能であ
る。 【００２０】(1) 導体材料２を印刷する基板としては多
層基板３でなくてもよく、１枚の基板でもよい。 (2) 多層基板３上の配線導体等と導体材料２の接合にも
採用できる。 (3) 図１０の断面図に示すように、多層基板３の表面上
においても、導体材料２を回路形成のための配線手段と
して用いてもよい。又、Ｃｕめっき層４はその導体材料
２の少なくとも一部を覆っておればよく、Ｃｕ厚膜導体
層５、半田７もそのＣｕめっき層４の少なくとも一部を
覆っておればよい。尚、そのように形成する場合、例え
ばエポキシ樹脂等によりそれらの層の表面をコーティン
グし、又、半田を融解する際にも窒素等の還元雰囲気中
で行なうといったようにすると、酸化防止においてより
効果がある。 【００２１】(4) 上記実施例において、Ｃｕめっき層４
を形成する部分、即ち導体材料２を露出させる部分の配
置、および半田７等の導体のパターンは、図９(a) の上
面図に示すように、Ｃｕめっき層４を等間隔に配置し、
導体パターンはそのＣｕめっき層４を形成した位置から
互いに平行に、短冊状に形成してもよく、又、同図(b)
の上面図に示すように、Ｃｕめっき層４を比較的長い間
隔にして形成し、導体パターンはＣｕめっき層４の形成
した部分においては比較的大きな面積にて形成し、その
部分から所定の位置まで引き延ばすように形成してもよ
い。尚、同図(a) のように形成した場合には、例えばフ
リップチップ８のバンプ８ａは図中Ａに示す領域の導体
パターン上に接続され、同図(b) のように形成した場合
には、図中Ｂに示す領域の導体パターン上に接続され
る。ここで、同図(a) に示す例においては、多層基板
３、導体材料２の焼結の程度のばらつきにより、半田７
あるいはバンプ８ａとのずれが生じる可能性があるが、
同図(b) に示す例においては、Ｃｕめっき層４の形成し
た部分では比較的大きな面積にて導体パターンを形成し
ているので、そのようなずれを吸収できる。又、パンプ
８ａ等と半田７との発着時に直接、熱的、機械的影響を
Ｃｕめっき層４が受ける事がなくなるので、その分信頼
性を高める事ができる。 【００２２】尚、本発明の言う、銅によるめっき層の代
用手段として、銀（Ａｇ）又は白金（Ｐｔ）によるめっ
き層を形成する事によっても、導体材料の酸化防止、接
触抵抗、接合強度の改善ができるが、両者共に高価な金
属であり実用的ではない。 【００２３】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
銅めっき層の膜厚を２μｍ乃至４μｍの範囲にしている
ので、銅めっき層上の半田濡れ性が良好となるととも
に、導体材料との接合強度が強くなり、さらに、めっき
が膨れてしまうこともないという優れた効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】(a) 、(b) は本発明の一実施例を示す断面図で
ある。 【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。 【図３】熱サイクルと接触抵抗との関係を表すグラフで
ある。 【図４】接合強度の経時変化を表すグラフである。 【図５】導体材料上に直接Ｃｕ厚膜導体層を形成した場
合のその断面をモデル化した図である。 【図６】導体材料上にＣｕめっき層を形成した場合のそ
の断面をモデル化した図である。 【図７】Ｃｕめっき層の膜厚と接合強度との関係を表す
グラフである。 【図８】Ｃｕめっき層の膜厚と半田濡れ性との関係を表
すグラフである。 【図９】(a) 、(b) はＣｕめっき層及び導体パターンの
配置列を示す上面図である。 【図１０】本発明のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。 【図１１】めっき層が膨れ上がる程度を表す特性図であ
る。 【符号の説明】 １ アルミナセラミックス ２ 導体材料 ３ 多層基板 ４ Ｃｕめっき層 ５ Ｃｕ厚膜導体層 ６ 厚膜抵抗体 ７ 半田

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ 6921−4Ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）焼結する事により形成される基板と、 前記基板に印刷され前記基板の焼結温度より高温の融点
   を有し、多孔質な導体材料と、 その膜厚が２μｍ乃至４μｍの範囲であり、前記導体材
   料の少なくとも一部を覆うように、前記導体材料上に直
   接形成された銅によるめっき層と、 前記めっき層において、前記基板上に配置される素子と
   の接続部上に形成される半田と、 を備えた事を特徴とする混成集積回路基板。 （２）前記基板が、多層基板である特許請求の範囲第１
   項記載の混成集積回路基板。 （３）前記多層基板にはスルーホールが形成されてお
   り、前記スルーホールには前記導体材料が充填されてお
   り、さらに前記導体材料が前記多層基板の最上層の表面
   にまで露出している特許請求の範囲第２項記載の混成集
   積回路基板。 （４）基板の焼結温度よりも高温の融点を有する多孔質
   の導体材料を前記基板に印刷する工程と、 前記導体材料が印刷された基板を焼成する工程と、 その膜厚が２μｍ乃至４μｍの範囲であり、前記導体材
   料の少なくとも一部を覆うように、銅によるめっき層を
   前記導体材料上に直接形成する工程と、 前記めっき層において、前記基板上に配置される素子と
   の接続部上に半田を形成する工程と、 を備えた事を特徴とする混成集積回路基板の製造方法。