JPS58119663A - 接続ピンの結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の分野 本発明は、電子的パッケージ部材のろう付は方法に係り
、更に具体的に云えば、多層セラミック基板に接続ピン
を結合させるための接合手段に係る。

従来技術 接続ピンを取付けられた多層セラミック基板の組立体に
より半導体チップ・モジュールを形成するための従来技
術は、通常大きな問題を有している。その１つの問題は
、もろい材料である、Ｎ　ｉｓ　Ｓ　ｎ　２及びＮｉ３
Ｓｎ４の如き、ＮｉＳｎ金属間化合物の形成である。そ
の問題は、ろう化合物からの錫と人出力パッドからのめ
っきされたニッケルとの間の反応の結果生じる。モジュ
ールの取扱又は脱着中に接続ピンが応力を受けたとき、
上記金属間化合物は弱い平面となり、その弱い領域に於
て破損が生じることになる。この様な型の破損に於ては
、ピンを再び取付けるために再加工することが難しい。

更に、チップの再加工回数が増せば、金属間化合物の層
が成長して連続的な層が形成され、ピンの引張り強さが
低下する。

接続ピンを有する半導体モジュールの製造に於けるもう
１つの問題は、不適当なピンの移動であり、斗の結果生
じるピンと保合ソケットとの間の誤った整合である。半
導体チップの再加工中に用いられる６５０℃の如き温度
は、固相及び液相の領域である。例えば、３５０°Ｃで
行われるチップ結合工程中に、Ｎｉ−８ｎ金属間化合物
が形成される。Ａｕ−８ｎは２８５°Ｃに於て共融であ
ることが知られている。従って、そのろう化合物は部分
的に融解し、ピンの結合部が軟化する。結合部の流動は
ピンを傾斜させ、その結合部が固化すると凱そのピンは
誤った整合を生じる。その結果、そのモジュールは接続
ソケット中に適切に挿入され得す、又ピンはチップの再
加工中に基板を保持するために用いられる標準的治具中
に嵌合しない。

本出願人による特願昭５６−１８５６２７号の明細書は
、チップ支持基板に電気的接続ピン及び他の構成素子を
接合する方法について開示している。この方法は、ろう
化合物と金属間化合物との間に金の障壁を設ける。その
ろう化合物の融点は、再融解温度に於ける液体含有量が
減少してピンの移動が防がれる様な温度である。

本発明の要旨 本発明の目的は、多層セラミック基板に電気的接続素子
をろう付けするだめの劣化しない丈夫な手段を提供する
ことである。

第１図及び第２図において、電子回路を支持するための
組立体は、−表面上にモリブデン・パッド１２を付着さ
れた多層セラミック基板１０を含む。モリブデン・パッ
ド１２は、未焼結シートにスクリーン印刷され、約１５
５０°Ｃで焼成さ；ｈる。モリブデン・パッド１２上に
ニッケルの被膜１４が拡散される。

本発明の方法に従って、例えばＥｎｇｅｌｈａｒｄＥ６
９６Ａ又はＥ６８４Ａ（商品名）の如き有機−結合剤中
の純粋な金の金属より成る金ペーストがニッケル被膜１
４上にスクリーン印刷される。その金ペーストは、上記
結合剤及びビヒクルを除去するとともに、金の金属を濃
密化して金−ニッケルの固溶体全形成するために、６８
０乃至８５００Ｃの範囲の温度で焼成される。金とニッ
ケルとは、完全に混和し得る。上記金ペーストは、ガラ
ス相及び添−加物としての酸化物を何ら有していない。

この金の金属は、水素雰囲気の如き還元性の及び／若し
くは湿った周囲雰囲気中で略７０１１ｆＣの温度に於て
焼結される。その焼結中に、上記有機結合剤は、周囲雰
囲気中に何ら残渣を残さずに燃焼する。液相のＡｕ−８
ｎはＮｉと相互に作用して、Ｎｉ−８ｎ及び金属間化合
物を生じる。

ニッケルを拡散されたモリブデン・ノくラド上に金の金
属がスクリーン印刷される本発明の方法によつ−Ｃ１金
はＡｕ−８ｎろう化合物１６中に溶解してその融点を上
昇せしめ、その結果より多量の固相を維持することによ
り結合部１８とピン２０との間の劣化を防ぐ。そのＡｕ
−８ｎろう化合物は、ニッケルめっきされたユバール（
商品名）のピン２０ケ、セラミック基板上のニッケルめ
っき表面１４に結合させる。代替的に、ピン２０はＡｕ
−Ｎｉ又はＡｕ−Ｐｄの合金で被覆され得る。

金は、被膜１４中のニッケルと固浴体を形成しそしてＮ
ｉ−８ｎ金属間化合物２２の不連続的分散？生ぜしめ、
その結果分散による強化現象によって結合部を強化する
。この方法ケ用いることにより、結合部は、多数回のチ
ップの再融解の関数として生じる劣化を生じない。第２
図は１０［ＣＩの再融解処理後の金属間化合物２２の分
散を示している。

本発明の方法は、例えば、６５００にり／Ｃｒｎ２の軟
性の頭部を有するピンの使用ケ可能にし、従って故障が
ピンの軸及びピンの軸とピン頭部との結合部に於て生じ
る。これは、金属間化合物の層の破損により故障が生じ
る揚台と異なって、１更利汀つ安価な修理を施され得る
。

本発明の方４宍によれば、従来技術に於て生じた如き不
完全な焼結及び金属間化合物の多孔性を生ぜしめｆ１↓
る、不完全な燃焼から生じ得る炭素の残渣が何ら生じな
い。過度の多孔性はＡｕ−８ｎろう化合物を浸透させ、
ニッケルと反応させて、極めて望ましくないもろい金属
間化合物の連続的な層全形成させる。

本発明の方法によれば、回路チップを支持するために有
用なセラミック基板と接続ピンとの間の結合部のために
、連続的なＮｉ−８ｎ金属間化合物の層を何ら有してい
ないＡｕ−Ｎｉ固溶体が得られる。その金属間化合物は
効果的に分散され、従って結合部が破損される可能性が
最小限に烙れる。金属間化合物が減少されるので、より
多量の金が結合部全強化するために用いられ得る。

代替的に、金はニッケルの被膜上にめっき又はスクリー
ン印刷きれ、６８０乃至８５０°Ｃの如き高温にされて
、金−ニッケル固溶体を形成してもよい。又は、金−ニ
ッケルの陰極を用いて、金−ニッケル固溶体がモリブデ
ン上にスパッタされてもよい。

本発明の方法は、次の特徴を有している。

１、　劣化しないろう結合部が形成される。

２、再融解の関数として生じるピンの傾斜かへ−じない
。

３、Ａｕ−Ｎｉ固溶体の形成により分散によって結合部
が強化される。

４．６８０乃至８５０°Ｃの還元性雰囲気中で金が９５
乃至１００％の密度に焼結される。

５、金の焼結及びニッケルの拡散が同時に行われ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々、本発明の方法に従って１回及
び１０回再融解された後の接続ピンを有する多層セラミ
ック基板を、示す断面図である。 １０・・・・多層セラミック基板、１２・・°°モリブ
デン・パッド、１４・・・・ニッケルの被膜、１６・・
・・Ａｕ−８ｎろう化合物、１８・・・・結合部、２０
・・・・ピン、２２・・・・Ｎｉ−８ｎ金属間化合物。 第１頁の続き ［相］発明者　　ノーマン・ジョージ・エインスリー アメリカ合衆国ニューヨーク州 クロトン・オン・ハドソン・テ イータワン・ロード・バーズウ ラド（番地なし） ０発　明　者　ポール・バリー・パーマティアアメリカ
合衆国ニューヨーク州 ワツピンジャーズ・ホールズ・ モントフオード・ロード（番地 なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下記工程を含む、セラミック基板に金属被覆接続ビンを
   結合する方法。 （イ）−Ｆ記基板表面にモリブデンの層を付着する工程
   。 （ロ）上記モリブデン層上にニッケルの被膜を付着する
   工程。 （ハ）上記ニッケル被膜上に金の被膜を付着する工程。 に）上記ニッケル被膜の一部を上記モリブデンの層内へ
   拡散させる工程及び上記ニッケルの被膜及び上記金の被
   膜を連続的な金−ニッケル固溶体に変換する工程を、夫
   々上記（ロ）及び０→の工程後別個にもしくは上記（−
   今の工程後回時に行なう加熱工程。 （ホ）上記セラミック基板に設けられ、た金属層を介し
   て上記ピンをろう付けする工程。