JPH09321414A - セラミック配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁基体表面にメッキ金属層が被着されて絶縁
基体表面に形成されているメタライズ配線層間が電気的
に短絡する。 【解決手段】着色剤としてのモリブデンまたはモリブデ
ンの化合物、或いはタングステンまたはタングステンの
化合物を含有する酸化物系セラミックから成る生セラミ
ック体を加湿還元雰囲気中で焼成することによって得ら
れる絶縁基体１表面に、前記絶縁基体１と同時焼成によ
って形成され、表面に無電解メッキ金属層５が被着され
ている絶縁基体１の着色剤と同一成分から成る複数個の
メタライズ配線層２を有するセラミック配線基板Ａ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子が収容さ
れる半導体素子収納用パッケージや混成集積回路基板等
に用いられるセラミック配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子収納用パッケージや混
成集積回路基板等に採用されているセラミック配線基板
は、一般に酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料
から成る絶縁基体の表面にタングステン等の高融点金属
粉末から成る複数個のメタライズ配線層を被着形成して
構成されており、その表面に半導体素子を搭載するとと
もに該半導体素子の各電極と前記メタライズ配線層の各
々とをオートボンダーを使用してワイヤー接続し、しか
る後、前記半導体素子を蓋体やモールド樹脂により気密
に封止することによって半導体装置や混成集積回路装置
となる。

【０００３】尚、前記セラミック配線基板は、従来周知
のセラミックグリーンシート積層法を採用することによ
って製作されており、具体的には酸化アルミニウムや酸
化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等のセラミ
ック原料粉末に有機バインダー、溶剤、可塑剤等を添加
混合し泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法
やカレンダーロール法等によってシート状に成形し、セ
ラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る
とともに該セラミックグリーンシート表面に、タングス
テン等の金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤、可塑
剤等を添加混合して得られる金属ペーストをスクリーン
印刷法により所定パターンに印刷塗布し、しかる後、前
記セラミックグリーンシートを複数枚積層し、生セラミ
ック体となすとともに該生セラミック体を約１６００℃
の温度で焼成することによって製作されている。

【０００４】また前記生セラミック体を約１６００℃の
温度で焼成してセラミック配線基板を得る際、その焼成
雰囲気はセラミックグリーンシートの有機バインダー、
溶剤、可塑剤等の酸化分解を良好とするとともに原料粉
末として添加される酸化珪素の還元、蒸発を抑制するた
めに加湿した還元雰囲気が使用される。

【０００５】更に前記セラミック配線基板においては絶
縁基体上面に搭載された半導体素子の各電極とメタライ
ズ配線層をオートボンダーを使用してワイヤー接続する
際、オートボンダーにメタライズ配線層の位置を正確に
認識させるために絶縁基体中にモリブデン等の金属粉
末、或いはこれらの酸化物等から成る着色剤を含有さ
せ、絶縁基体を黒色系に着色している。

【０００６】また更に前記セラミック配線基板はメタラ
イズ配線層の表面に該メタライズ配線層の酸化腐食を有
効に防止しつつメタライズ配線層とワイヤーとの接合を
容易、且つ強固とするためにニッケルや金等の金属が無
電解メッキ法により被着されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック配線基板においては、絶縁基体表面に形
成されているメタライズ配線層に無電解メッキ法により
メッキ金属層を被着させる際、絶縁基体表面にもメッキ
金属層が被着されて外観不良を発生するとともに隣接す
るメタライズ配線層が前記絶縁基体表面に被着するメッ
キ金属層によって電気的に短絡するという欠点を有して
いた。特に近時、半導体素子は高密度化、高集積化が急
激に進んで電極数が急増しており、これに伴って半導体
素子の各電極がワイヤー接続されるセラミック配線基板
のメタライズ配線層もその数が急増するとともに隣接す
るメタライズ配線層間の距離が極めて短いものとなり、
上記欠点がより顕著なものとなってきた。

【０００８】前記セラミック配線基板の絶縁基体表面に
メッキ金属層が被着される原因としては、タングステン
等の金属粉末から成る金属ペーストを所定パターンに印
刷塗布させたセラミックグリーンシートを積層焼成し、
絶縁基体に複数個のメタライズ配線層を形成してセラミ
ック配線基板を得る際、メタライズ配線層を構成するタ
ングステンの一部が焼成雰囲気中に含まれる水分により
酸化し、蒸発もしくは液相成分への溶解等の反応が生じ
て絶縁基体中を拡散するとともに絶縁基体に含有されて
いる着色剤としてのモリブデンを核として析出し、固溶
体を形成してこれが大きく成長するとともに絶縁基体表
面に露出してしまうためと考えられる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は着色剤としての
モリブデンまたはモリブデンの化合物を含有する酸化物
系セラミックから成る生セラミック体を加湿還元雰囲気
中で焼成することによって得られる絶縁基体表面に、前
記絶縁基体と同時焼成によって形成され、表面に無電解
メッキ金属層が被着されている複数個のメタライズ配線
層を有するセラミック配線基板であって、前記メタライ
ズ配線層がモリブデンで形成されていることを特徴とす
るものである。

【００１０】また本発明は着色剤としてのタングステン
またはタングステンの化合物を含有する酸化物系セラミ
ックから成る生セラミック体を加湿還元雰囲気中で焼成
することによって得られる絶縁基体表面に、前記絶縁基
体と同時焼成によって形成され、表面に無電解メッキ金
属層が被着されている複数個のメタライズ配線層を有す
るセラミック配線基板であって、前記メタライズ配線層
がタングステンで形成されていることを特徴とするもの
である。

【００１１】更に本発明は前記複数個のメタライズ配線
層が隣接間隔を５０μｍ以下として形成されていること
を特徴とするものである。

【００１２】本発明のセラミック配線基板によれば絶縁
基体を着色する着色剤としてモリブデン、もしくはその
化合物を使用した場合はメタライズ配線層をモリブデン
で形成し、着色剤にタングステン、もしくはその化合物
を使用した場合はメタライズ配線層をタングステンで形
成することからセラミック配線基板を得る際、メタライ
ズ配線層を構成する金属の一部が絶縁基体中を拡散して
も、着色剤と固溶体を形成するとともに大きく成長して
絶縁基体表面に露出することはなく、その結果、絶縁基
体表面に形成されているメタライズ配線層に無電解メッ
キ法によりメッキ金属層を被着させても絶縁基体表面に
メッキ金属層が被着されることはなく、隣接するメタラ
イズ配線層間の電気的絶縁を常に維持することが可能と
なる。

【００１３】特に本発明のセラミック配線基板によれ
ば、絶縁基体表面にメッキ金属層の被着がないことから
複数個のメタライズ配線層を隣接間隔が５０μｍ以下の
高密度に形成することができ、これによってセラミック
配線基板を小型化することも可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は本発明にかかるセラミック配線
基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケー
ジに適用した場合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２
はメタライズ配線層である。この絶縁基体１にメタライ
ズ配線層２を被着形成したものがセラミック配線基板Ａ
となる。

【００１５】前記絶縁基体１は黒色系に着色されてお
り、その上面中央部に半導体素子３を収容するための凹
部１ａを有し、且つ該凹部１ａ内には半導体素子３がガ
ラス、樹脂等の接着剤を介して収容固定される。

【００１６】前記絶縁基体１は酸化アルミニウム質焼結
体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の
電気絶縁材料から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結
体から成る場合は酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に、モリブデ
ンもしくはその化合物、或いはタングステンもしくはそ
の化合物から成る着色剤と適当な有機バインダー、溶剤
等を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥漿物をドク
ターブレード法やカレンダーロール法を採用することに
よってグリーンシート（生シート）と成し、しかる後、
前記グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すととも
にこれを複数枚積層し、加湿還元雰囲気中、約１６００
℃の温度で焼成することによって製作される。

【００１７】また前記絶縁基体１は半導体素子３が収容
固定される凹部１ａの周辺から下面にかけて複数個のメ
タライズ配線層２が被着形成されており、該メタライズ
配線層２の凹部１ａ周辺部には半導体素子３の各電極が
オートボンダーを使用してワイヤー接続され、また下面
に導出した部位には外部電気回路と接続される外部リー
ド端子４が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。

【００１８】前記メタライズ配線層２は絶縁基体１の着
色剤がモリブデンもしくはその化合物から成る場合はモ
リブデンで形成され、また着色剤がタングステンもしく
はその化合物から成る場合はタングステンで形成されて
おり、モリブデン、タングステン等の金属粉末に適当な
有機バインダー、溶剤を添加混合して得た金属ペースト
を絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め従
来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗
布しておくことによって絶縁基体１の凹部１ａ周辺から
下面にかけて被着形成される。この場合、絶縁基体１の
着色剤がモリブデンもしくはその化合物から成る場合は
メタライズ配線層２をモリブデンで形成し、また着色剤
がタングステンもしくはその化合物から成る場合はメタ
ライズ配線層２をタングステンで形成したことから、金
属ペーストが印刷塗布されたセラミックグリーンシート
を加湿還元雰囲気中で焼成してメタライズ配線層２を有
する絶縁基体１を得る際、メタライズ配線層２を構成す
るモリブデンやタングステンの一部が焼成雰囲気中に含
まれる水分により酸化し、蒸発もしくは液相成分への溶
解等の反応が生じて絶縁基体１中を拡散しても、着色剤
と固溶体を形成するとともにこれが大きく成長して絶縁
基体１表面に露出することはない。

【００１９】更に前記絶縁基体１はその内部にモリブデ
ンやタングステン等から成る着色剤が含有され、黒色系
に着色されているためオートボンダーを使用して半導体
素子３の各電極とメタライズ配線層２とをワイヤー接続
する際、オートボンダーによるメタライズ配線層２の位
置認識が絶縁基体１とメタライズ配線層２における光の
反射率が異なるために正確、且つ確実となり、これによ
って半導体素子３の各電極とメタライズ配線層２とのワ
イヤー接続が確実となる。

【００２０】また更に前記メタライズ配線層２はその露
出表面に該メタライズ配線層２の酸化腐食を有効に防止
しつつメタライズ配線層２とワイヤーとの接合を容易、
且つ強固とするためにニッケルや金等の耐食性に優れる
金属から成るメッキ金属層５が無電解メッキ法により被
着されている。

【００２１】前記メタライズ配線層２への無電解メッキ
法によるニッケルや金等から成るメッキ金属層５の被着
は例えば、メタライズ配線層２を有する絶縁基体１をＢ
ＥＬ８０１（上村工業（株）の商品名）と称するニッケ
ル化合物とジメチルアミンボラン還元剤を含む無電解メ
ッキ液中に浸漬してメタライズ配線層２表面にニッケル
ーボロン合金から成る第一メッキ金属層を約１．５μｍ
の厚みに被着させ、次にこれをＳ−７８０（日本カニゼ
ン（株）の商品名）と称するニッケル化合物と次亜リン
酸ナトリウムを含む無電解メッキ液中に浸漬して前記第
一メッキ金属層表面にニッケルーリン合金から成る第二
メッキ金属層を約２μｍの厚みに被着させ、最後にこれ
をゴールドエイト（（株）ワールドメタルの商品名）と
称する無電解金メッキ液を用いて前記第二メッキ金属層
表面に金から成る第三メッキ金属層を約１．５μｍの厚
みに被着させることによって行われる。この場合、絶縁
基体１の表面にはメタライズ金属層２を構成するモリブ
デンやタングステンの一部が絶縁基体１中を拡散し、絶
縁基体１に含有されている着色剤を核として析出したも
のが露出していないため、絶縁基体１表面にメッキ金属
層５が被着されることはなく、その結果、絶縁基体１表
面に形成されているメタライズ配線層２間が絶縁基体１
表面に被着するメッキ金属層５により電気的に短絡する
ことはない。

【００２２】従って、絶縁基体１表面には複数個のメタ
ライズ配線層２を隣接間隔を５０μｍ以下として高密度
に形成することが可能となり、これによって近時の高密
度化、高集積化に伴って電極数が急増している半導体素
子３も収容が可能となる。

【００２３】また前記メタライズ配線層２には絶縁基体
１の下面に導出する部位に外部リード端子４が銀ロウ等
のロウ材を介して取着されており、該外部リード端子５
は内部に収容する半導体素子３を外部電気回路に接続す
る作用をなし、外部リード端子４を外部電気回路に接続
することによって内部に収容される半導体素子３はメタ
ライズ配線層２及び外部リード端子４を介し外部電気回
路に電気的に接続されることとなる。

【００２４】前記外部リード端子４は鉄ーニッケルーコ
バルト合金や鉄ーニッケル合金等から成り、例えば鉄ー
ニッケルーコバルト合金のインゴット（塊）に圧延加工
法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すこ
とによって所定の形状に形成される。

【００２５】かくしてこの半導体素子収納用パッケージ
によれば絶縁基体１の凹部１ａ内に半導体素子３を接着
剤を介して接着固定するとともに半導体素子３の各電極
をメタライズ配線層２にオートボンダーによりワイヤー
接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に蓋体６をガラ
ス、樹脂等から成る封止材より接合させ、絶縁基体１と
蓋体６とから成る容器内部に半導体素子３を気密に収容
することによって製品としての半導体装置となる。

【００２６】尚、本発明のセラミック配線基板は上述の
半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージにの
み適用されるものではなく、その他の混成集積回路基板
等にも適用可能である。

【００２７】次に本発明の効果を実験例に基づき説明す
る。まず着色剤としてモリブデン（Ｍｏ）もしくはタン
グステン（Ｗ）を表１及び表２に示す値に含有させた酸
化アルミニウムを主成分とする酸化物系生セラミック体
の表面にモリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）
から成る金属ペーストを使用して幅１４０μｍ、長さ５
ｍｍ、厚み１５μｍ、隣接間隔が表１に示す値の一対の
パターンを各々、２００対、形成する。

【００２８】次にこれを還元雰囲気中、１６００℃の温
度で焼成し、表面に２００対のメタライズ配線層が形成
された絶縁基体を得るとともに該メタライズ配線層の表
面に無電解メッキ法によりニッケルを３．５μｍ、金を
１．５μｍの厚みに順次被着させて試料を得る。

【００２９】そして最後に前記各試料の各々一対のメタ
ライズ配線層間を電気テスターで測定し、一対のメタラ
イズ配線層間が電気的に短絡しているものの数を数え短
絡発生率（不良発生率）を算出した。

【００３０】上記の結果を表１及び表２に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】上記の結果から判るように、絶縁基体の着
色剤としてモリブデン（Ｍｏ）を使用し、メタライズ配
線層をタングステン（Ｗ）で形成した場合、或いは絶縁
基体の着色剤としてタングステン（Ｗ）を使用し、メタ
ライズ配線層をモリブデン（Ｍｏ）で形成した場合、着
色剤とメタライズ配線層との間に固溶体を形成し、該固
溶体に起因して絶縁基体表面にメッキ金属層が被着され
るとともに隣接するメタライズ配線層間に電気的短絡が
発生してしまうのに対し、本発明の着色剤としてモリブ
デン（Ｍｏ）を使用し、メタライズ配線層をモリブデン
（Ｍｏ）で形成した場合、或いは着色剤としてタングス
テン（Ｗ）を使用し、メタライズ配線層をタングステン
（Ｗ）で形成した場合には着色剤とメタライズ配線層と
の間に固溶体を形成することがなく、これによって絶縁
基体表面にメッキ金属層が被着されるのが有効に防止さ
れるとともにメタライズ配線層の隣接間隔を５０μｍ以
下の狭いものにしてもメタライズ配線層間に電気的短絡
が発生することは殆どない。

【００３４】

【発明の効果】本発明のセラミック配線基板によれば絶
縁基体を着色する着色剤としてモリブデン、もしくはそ
の化合物を使用した場合はメタライズ配線層をモリブデ
ンで形成し、着色剤にタングステン、もしくはその化合
物を使用した場合はメタライズ配線層をタングステンで
形成することからセラミック配線基板を得る際、メタラ
イズ配線層を構成する金属の一部が絶縁基体中を拡散し
ても、着色剤と固溶体を形成するとともにこれが大きく
成長して絶縁基体表面に露出することはなく、その結
果、絶縁基体表面に形成されているメタライズ配線層に
無電解メッキ法によりメッキ金属層を被着させても絶縁
基体表面にメッキ金属層が被着されることはなく、隣接
するメタライズ配線層間の電気的絶縁を常に維持するこ
とが可能となる。

【００３５】特に本発明のセラミック配線基板によれ
ば、絶縁基体表面にメッキ金属層の被着がないことから
複数個のメタライズ配線層を隣接間隔が５０μｍ以下の
高密度に形成することができ、これによってボールグリ
ッドアレイやチップサイズパッケージ等、メタライズ配
線層を極めて高密度に形成することが要求される半導体
素子収納用パッケージに好適に使用することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック配線基板を半導体素子を収
容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一
実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・絶縁基体 １ａ・・・・・凹部 ２・・・・・・メタライズ配線層 ３・・・・・・半導体素子 ４・・・・・・外部リード端子 ５・・・・・・メッキ金属層

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/12 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】着色剤としてのモリブデンまたはモリブデ
   ンの化合物を含有する酸化物系セラミックから成る生セ
   ラミック体を加湿還元雰囲気中で焼成することによって
   得られる絶縁基体表面に、前記絶縁基体と同時焼成によ
   って形成され、表面に無電解メッキ金属層が被着されて
   いる複数個のメタライズ配線層を有するセラミック配線
   基板であって、前記メタライズ配線層がモリブデンで形
   成されていることを特徴とするセラミック配線基板。
2. 【請求項２】着色剤としてのタングステンまたはタング
   ステンの化合物を含有する酸化物系セラミックから成る
   生セラミック体を加湿還元雰囲気中で焼成することによ
   って得られる絶縁基体表面に、前記絶縁基体と同時焼成
   によって形成され、表面に無電解メッキ金属層が被着さ
   れている複数個のメタライズ配線層を有するセラミック
   配線基板であって、前記メタライズ配線層がタングステ
   ンで形成されていることを特徴とするセラミック配線基
   板。
3. 【請求項３】前記複数個のメタライズ配線層が隣接間隔
   を５０μｍ以下として形成されていることを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載のセラミック配線基板。