JPH08335602A - セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

セラミック基板及びその製造方法

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JPH08335602A
JPH08335602A JP7168008A JP16800895A JPH08335602A JP H08335602 A JPH08335602 A JP H08335602A JP 7168008 A JP7168008 A JP 7168008A JP 16800895 A JP16800895 A JP 16800895A JP H08335602 A JPH08335602 A JP H08335602A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ワイヤボンディングパッドの幅が狭くとも、ワ
イヤボンディングの接続ミスを無くし、接続強度を上
げ、もって信頼性の高いセラミック基板を提供する。ま
た、かかるセラミック基板を容易に製造できる方法を提
供する。 【構成】表面に、幅Ｗ（μｍ）が１５０μｍ未満で、厚
膜法または厚膜法及びメッキ法により形成したワイヤボ
ンディングパッドを備えるセラミック基板であって、該
ワイヤボンディングパッドの幅方向断面において、該セ
ラミック基板表面からの最大高さをｈ（μｍ）、パッド
両側縁近傍に位置しｈ−５（μｍ）の高さを有する２点
間の距離をＤ（μｍ）としたときに、Ｐ（％）＝Ｄ／Ｗ
×１００で表される平坦度Ｐが、９５％以上であるワイ
ヤボンディングパッドとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上に装着した集積
回路チップ等と基板に形成された回路配線との接続を、
ワイヤボンディングによって行うため、表面にワイヤボ
ンディングパッドを備えたセラミック基板及びその製造
方法に関し、特に、ボンディングワイヤの接合強度が高
く、接合容易なワイヤボンディングパッドを備えたセラ
ミック基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上に装着した集積回路チップとセラ
ミック基板表面あるいは内部に形成した回路配線とを電
気的に接続するために、集積回路チップ表面およびセラ
ミック基板表面にワイヤボンディングパッド（以下、単
にパッドとも言う）を設け、このパッド間を１０〜５０
μｍφの微細なＡｕワイヤ（金線）、Ａｌワイヤ（アル
ミニウム線）等で接続するワイヤボンディング法が広く
用いられている。このセラミック基板におけるワイヤボ
ンディングでは、キャピラリー内から引き出されたＡｕ
ワイヤ等を熱を掛けつつパッドに押しつけて接続する熱
圧着法もあるが、加熱しつつ、あるいは加熱せずに室温
下で、ウェッジと呼ばれるツールでワイヤをパッドに押
しつけながらウェッジを超音波振動させて、ワイヤとパ
ッドの間に摩擦を起こさせ、Ａｌワイヤ等の被膜を破壊
して両者の新生面を露出させて、原子的結合を起こさせ
る超音波法が広く用いられている。いずれにしても、こ
の接合が確実に行われなければ、集積回路等の正常な動
作は望めない。従って、ワイヤが確実にパッドに接合さ
れていること及びその接合強度が所定の強度以上である
ことが要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
基板表面に形成されるワイヤボンディングパッドは、多
くの場合は厚膜法で形成される。この厚膜法には、主に
以下の２種類がある。即ち、１つは、セラミックグリー
ンシート（未焼成セラミックシート）上にＷ、Ｍｏ、Ｍ
ｏ−Ｍｎ等からなる金属ペーストを印刷・塗布し、その
後、シートとともに焼成してセラミック基板表面にパッ
ドを形成する同時焼成法（コファイアー法）である。他
の１つは、予め焼成しておいたセラミック基板上に、
Ｗ、Ｍｏ−Ｍｎ等からなる金属ペーストを印刷・塗布
し、その後焼成してパッドを形成する後焼成法（ポスト
ファイヤー法、２次メタライズ法）である。
【０００４】このいずれの手法においても、セラミック
グリーンシートまたはセラミック基板の表面に金属ペー
ストを所望パターンに印刷するのには、通常はスクリー
ン印刷法により形成される。この場合、金属ペースト
は、印刷のし易さから適当な粘度を有するように、溶剤
等の液状物質が適当量添加されるため、ペーストには表
面張力が働き、その表面を丸くしようとする。また、微
細な配線パターンやボンディングパッドパターンを形成
するため、ペーストが塗布後に基板表面に流れ広がるの
を防止する必要がある。そのため、適当な樹脂等を添加
して、チキソトロピー（揺変性、チキソ性）の高いペー
ストとすることが行われる。すると、印刷時にスクリー
ンメッシュの有無によって生じた厚みの凹凸が、十分均
一にならずに残る。ペーストが流動して均一の高さにな
る前にペーストの流動性が無くなるためである。従っ
て、セラミック基板１１表面に印刷された後のパッド１
２の状態は、その断面を見ると、図１に示すように、ほ
ぼ中央部が高く、側縁部がだれて低くなる。
【０００５】ところで、集積回路チップの入出力端子が
増加するにつれて、ワイヤボンディングパッドの幅は細
くなり、ワイヤボンディングの接続ミス、接続強度の不
足が問題となってきた。かかる問題の生じやすいセラミ
ック基板は、入出力端子の多い、複雑で、高機能、高価
な集積回路チップを装着するのに用いられる。従って、
ワイヤボンディングの不具合による損失も大きく、更に
は高い信頼性が要求される。
【０００６】そこで発明者らは、かかる問題の原因につ
いて鋭意調査したところ、ボンディングパッドの幅方向
断面の平坦性の相違により、接続不良が発生することを
発見した。即ち、パッドの表面形状が丸いと、キャピラ
リーやウェッジによってワイヤをパッドに押しつけたと
きに、圧力を受ける面積が小さいことが判明した。ま
た、ワイヤをパッドに押しつけつつウェッジに超音波振
動させても、ワイヤとパッドの接触面積が小さいため、
十分な結合が得られないことが判明した。特にこの現象
が幅の狭いパッドに多いのは、ウェッジの超音波振動の
振幅が一定とすると、パッドの幅が狭いほど相対的にウ
ェッジの振動が大きく見えることとなる。従って、側面
付近のだれの大きい部分にワイヤが移動するので、結果
として摩擦や加圧力が小さく見えることになる、つまり
ワイヤがパッドの上で滑って、パッド側面のだれ部分
（高さの低い部分）に逃げやすいからである。
【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、ワイヤボンディングパッドの表面の平坦
性が所定値以上のものを用いることによって、パッドの
幅が狭くとも、ワイヤボンディングの接続ミスを無く
し、もって信頼性の高いセラミック基板を提供すること
にある。また、かかるセラミック基板を容易に製造でき
る方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】しかして、その解決手段
は、基板表面に、厚膜法または厚膜法及びメッキ法によ
り形成され幅Ｗ（μｍ）が１５０μｍ未満のワイヤボン
ディングパッドを備えるセラミック基板であって、該ワ
イヤボンディングパッドの幅方向断面において、該セラ
ミック基板表面からの最大高さをｈ（μｍ）、パッド両
側縁近傍に位置しｈ−５（μｍ）の高さを有する２点間
の距離をＤ（μｍ）としたときに、Ｐ（％）＝Ｄ／Ｗ×
１００で表される平坦度Ｐが、９５％以上であるワイヤ
ボンディングパッドを備えることを特徴とするセラミッ
ク基板である。
【０００９】また、かかるセラミック基板の製造方法と
しては、セラミック基板の表面に感光性金属ペーストを
平坦に塗布する工程と、所望パターンを露光する工程
と、該感光性金属ペーストの不要部分を除去する工程
と、残存した該感光性金属ペーストを該セラミック基板
に焼き付けてワイヤボンディングパッドとする工程とか
らなることを特徴とするセラミック基板の製造方法があ
る。
【００１０】
【作用】平坦度の高いワイヤボンディングパッドであれ
ば、キャピラリーやウェッジによりワイヤをパッドに押
しつけたときにも、十分広い面積で圧力を受けることが
でき、また、ワイヤが側縁部付近のだれが大きい部分に
滑って逃げることが無い。また、超音波振動により広い
面積にわたって新生面を露出させるので、十分にワイヤ
とパッドが接合する。また、金属ペーストに感光性金属
ペーストを用い、この感光性金属ペーストを塗布し、平
坦化してから所望パターンを露光し、不要部を除去する
ことで、従来のペーストのような側縁部のだれや、スク
リーンメッシュの跡による凹凸が無く、平坦なパッドを
形成し、良好なワイヤボンディングが可能なセラミック
基板とすることができる
【００１１】
【実施例】本発明にかかる実施例について、図面を参照
しつつ説明する。図２に示すように、寸法が５０×５０
×１．２ｍｍで、材質がアルミナ９２％の焼成済みのセ
ラミック基板１の一主表面１Ａ全面に、感光性を付与さ
れたネガ型感光性Ｍｏ−Ｍｎペースト２を、スクリーン
印刷法を用いて約３０μｍの厚さに塗布する。ここで使
用した感光性Ｍｏ−Ｍｎペーストは、アクリル系バイン
ダーによって感光性を付与したもので、Ｍｏ粉末８２ｗ
ｔ％、Ｍｎ粉末９ｗｔ％に、ガラス粉末を９ｗｔ％及び
バインダー樹脂、溶剤を適当量混合して、粘度を調整し
たものを用いている。
【００１２】次いで、図３に示すように、所望のワイヤ
ボンディングパッドのパターンを形成するために、所定
のパターンを設けた光学マスクを通じて露光し、露光部
分のみを感光させて硬化させる。更に、アルカリ性水溶
液で未露光部分（非感光部分）を溶解して除去する。こ
れにより、セラミック基板１の表面１Ａに、長さＬ＝３
ｍｍで、幅Ｗ＝２００、１５０、１００、７５、５０μ
ｍに変化した大きさのペーストパターンを５種類各２０
ケ形成する。次に、このセラミック基板１を、最高温度
で約１４００℃のベルト炉に２４時間のスケジュールで
投入してペーストパターンを焼成し、さらに、無電解Ｎ
ｉメッキを約２μｍおよびＡｕメッキを約１μｍの厚さ
で施して、高さ約２０μｍで、上記した長さＬと幅Ｗの
ワイヤボンディングパッド３を有するセラミック基板１
を形成し、実施例の試料とした。ここで、メッキは、Ｍ
ｏ−Ｍｎメタライズに直接ワイヤボンディングする事は
困難であるので、ワイヤボンディング性を向上するため
行うものである。
【００１３】一方、比較のため、上記と同じＭｏ粉末、
Ｍｎ粉末およびガラス粉末を同様な割合で用い、チキソ
性を得るためにエチルセルロースを５ｗｔ％添加したス
クリーン印刷用のＭｏ−Ｍｎペーストを調製し、スクリ
ーン印刷して、上記実施例と同様に、厚さ約３０μｍ、
Ｗ＝２００、１５０、１００、７５、５０μｍ、Ｌ＝３
ｍｍの大きさのパッドを各２０ヶ形成した。さらにこれ
を焼成し、実施例と同様に無電解Ｎｉメッキ及びＡｕメ
ッキを施して、比較例の試料とした。
【００１４】次いで、パッド部分の幅方向の高さの変化
を、表面粗さ形状測定器を用いて各種のパッドのついて
測定した。その結果の一例を図４（Ａ）及び（Ｂ）に示
す。（Ａ）は、実施例にかかる幅Ｗ＝１００μｍのパッ
ドについての幅方向の高さの変化、従って、幅方向断面
の形状を示す。また、（Ｂ）は、比較例のうち同じく幅
Ｗ＝１００μｍのパッドについての幅方向の高さの変化
を示す。両者を比較すれば明らかなように、本実施例に
おいて形成したパッドでは、高さが均一で、パッド側面
付近のだれが少ない。感光性金属ペーストを用いて一旦
平坦な面を形成し、必要部分を硬化してから不要部分の
み除去し、焼成したからである。一方、比較例では、ペ
ーストの表面張力により、側面付近（肩部）に大きなだ
れが生じ、ている。また、パターンの裾の部分の拡がり
も大きく、いわゆるにじみも生じている。
【００１５】そこで、パッドの平坦度Ｐを、図５を参照
して以下のように定義し、本実施例及び比較例の試料に
ついて算定した。平坦度Ｐは、パッドの幅方向の高さの
うち最大値（最高点）Ｍの高さをｈ（μｍ）とし、ｈ−
５（μｍ）の高さを有するパッド両側面近傍の点Ｎ1、
Ｎ2を求め、このＮ1とＮ2間の距離Ｄを得る。そして、
パッドの幅Ｗ（μｍ）とから、Ｐ（％）＝Ｄ／Ｗ×１０
０をパッドの平坦度とした。
【００１６】次に、これらの試料のパッド３に、φ２５
μｍのＡｕワイヤ４をワイヤボンディングをし、その可
否即ち接続成功率を調査した。ワイヤボンディングは、
φ３２μｍの貫通孔を有するウェッジにこのＡｕワイヤ
４を通し、パッド３上にワイヤ４を押しつけながら超音
波振動を加えて行った。なお、加温は行わず、室温でワ
イヤボンディングを行っている。次いで、ワイヤボンデ
ィングできた試料については、パッド３に接続されたワ
イヤ４の接続強度を以下のようにして測定した。即ち、
図６に示すように、ワイヤ４をパッド３に対して垂直に
５００μｍ／ｓｅｃで引き上げ、接続が破壊するモード
及び強度（接続強度）を求めた。表１に各試料について
測定した幅Ｗ、平坦度Ｐおよび接続成功率及び接続強度
を示す。なお、これらの結果は、各試料とも２０ヶの測
定結果の平均値である。
【００１７】
【表１】 ※印は、本発明範囲外
【００１８】表１から判るように、平坦度Ｐについて
は、実施例にかかるパッドは、いずれも９５％を越え、
９９％であるのに対して、比較例では、Ｗ＝１５０μｍ
以上の場合のみ９５％以上となり、Ｗ＝１００μｍ以下
では平坦度Ｐは９５％未満である。即ち、本発明によれ
ば、幅の小さいパッドにおいても十分高い平坦度が得ら
れる。また、接続成功率は実施例にかかるパッドではい
ずれも１００％ボンディングできたのに対して比較例で
は幅が１００μｍ以下の場合、ボンディングのできない
ものが発生した。これは比較例においては、Ｗ＝１００
μｍの場合には、平坦度Ｐが９３％であり、更に、Ｗ＝
７５μｍのときにはＰ＝８８％、Ｗ＝５０μｍのときに
はＰ＝８４％と平坦度が低いためである。即ち、ワイヤ
が逃げやすく、ワイヤとパッド間の接触が十分でなく、
接続面積が十分取れなかったこと、及びワイヤとパッド
の摩擦が十分できなかったためであると考えられる。
【００１９】一方、接続できたものについて引張試験を
したときの接続破壊モードについては、実施例、比較例
のいずれもワイヤから切れ、ワイヤとボンディングパッ
ドとの接続には問題のないことが判った。このため接続
強度もいずれも７．５ｇｆ程度であり、特に差を生じて
いない。これは、ワイヤが逃げずに接続がうまく行われ
た場合にはその接続強度はワイヤ自身の引張強度より高
くなることを示している。以上により、ワイヤボンディ
ングにおける接続成功率を１００％とするには、パッド
の平坦度Ｐを９５％以上とすることが必要となる。ま
た、従来技術である比較例でもＷ＝１５０および２００
μｍでは、１００％の接続成功率が得られることから見
ても、本実施例はＷ＝１５０未満、特にＷ＝１００μｍ
以下のパッドの幅を有する場合に効果を有することが判
る。パッドの幅が広い場合には、たとえ側縁部でだれが
生じていても、パッドの中央近くの比較的平坦な部分で
接続できるからであると考えられる。
【００２０】なお、本実施例では、基板の材質として、
アルミナを用いたが、これに限らず他のセラミック、例
えば、窒化アルミニウム、ムライト、ガラスセラミッ
ク、窒化珪素、炭化珪素その他の基板用セラミックであ
っても良いことは明らかである。また、パッドをポスト
ファイヤー法によって設けた例を示したが、コファイヤ
ー法によって形成しても良い。また、本実施例では、金
属ペーストとしてＭｏ−Ｍｎペーストを用い、さらにＮ
ｉメッキ及びＡｕメッキを施した例を示したが、他の金
属材料、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、
Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ等の配線材料であっても良い。また、
ワイヤボンディングを可能とし、あるいはワイヤボンデ
ィング性を向上するために、Ｎｉメッキ、Ａｕメッキ等
を行っても良いことは明らかである。
【００２１】更に、本実施例では、ネガ型感光性金属ペ
ーストを用いたが、ポジ型感光性金属ペーストを用いて
も良く、その他の手法によってパッドを形成しても良
い。例えば、一旦平面状に形成した金属層をエッチング
により不要部分を除去してパッドを形成しても良い。更
に、本実施例では、金属ペーストをスクリーン印刷法に
よりで塗布したが、この他の方法、例えばスピンナーに
よっても良く、また、ロールコーターによっても良い。
【００２２】なお、感光性ペーストは、感光性を有する
が故に、取り扱い、保存等が必ずしも容易ではなく、ま
た、粘度調製等の面倒であり、比較的高価でもある。従
って、セラミックグリーンシートやセラミック基板表面
のうち、パッドを形成する部分のみに感光性ペーストを
用い、他の部分には通常の（非感光性の）ペーストを用
いれば足りる。
【００２３】
【効果】以上より明らかなように、ワイヤボンディング
パッドの平坦度Ｐを９５％以上としたので、幅Ｗが１５
０μｍ未満の細いパッドにおいても、接合ミスが無くな
り、十分高い接合強度を得ることができる。また、これ
により集積回路との接合に高い信頼性を得ることができ
る。また、パッドの平坦度を知ればワイヤボンディング
の可否について予測が可能となる。これは、実際にボン
ディングを行って調査確認する煩雑さと、かかる調査が
セラミック基板にとって破壊検査となることに鑑みる
と、セラミック基板の検査工程の簡易化が可能となるこ
とを示す。また、本発明によれば、かかる高い平坦度を
有するパッドを有するセラミック基板を容易に形成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のワイヤボンディングパッドの幅方向断面
形状例を示す断面図である。
【図２】セラミック基板に感光性金属ペーストを塗布し
た状態を示す断面図である。
【図３】セラミック基板に種々の幅を有するワイヤボン
ディングパッドを製作した状態を示す斜視図である。
【図４】実施例及び比較例にかかるワイヤボンディング
パッドの幅方向の高さ変化を示すグラフである。
【図５】平坦度Ｐを定義するための説明図である。
【図６】ワイヤの接続強度を測定するときの様子を示す
概念図である。
【符号の説明】
１：セラミック基板 １Ａ：セラミック基板の一主表面 ２：感光性金属ペースト ３：ワイヤボンディングパッド ４：ワイヤ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板表面に、厚膜法または厚膜法およびメ
    ッキ法により形成され幅Ｗ（μｍ）が１５０μｍ未満の
    ワイヤボンディングパッドを備えるセラミック基板であ
    って、該ワイヤボンディングパッドの幅方向断面におい
    て、該セラミック基板表面からの最大高さをｈ（μ
    ｍ）、パッド両側縁近傍に位置しｈ−５（μｍ）の高さ
    を有する２点間の距離をＤ（μｍ）としたときに、Ｐ
    （％）＝Ｄ／Ｗ×１００で表される平坦度Ｐが、９５％
    以上であるワイヤボンディングパッドを備えることを特
    徴とするセラミック基板。
  2. 【請求項２】セラミック基板の表面に感光性金属ペース
    トを平坦に塗布する工程と、所望パターンを露光する工
    程と、該感光性金属ペーストの不要部分を除去する工程
    と、残存した該感光性金属ペーストを該セラミック基板
    に焼き付けてワイヤボンディングパッドとする工程とか
    らなることを特徴とするセラミック基板の製造方法。
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