JPS5850421B2 - 薄膜回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、配線導体としてＡｕ薄膜を用い、かつ外部
回路または能動、受動素子との接続を半田付けにより行
なう薄膜回路に関し、特に接続端子の構成に関する。

薄膜回路、特に薄膜混成集積回路においては、配線導体
として耐蝕性が非常に良く、信頼性が高いという点から
Ａｕ薄膜が多く用いられている。

一方、この薄膜回路上のＡｕ薄膜と、外部回路または能
動素子（半導体素子）や受動素子との接続には、半田付
けを用いることが多い。

しかし、Ａｕ薄膜上の半田付けは、ＡｕとＳｎが金属間
化合物や合金を作る、いわゆるＡｕの半田によろくわれ
のため、信頼性が悪く、場合によってはＡｕ薄膜の抵抗
値が増大したり、断線が生じたりして不良品が多発し易
い問題があった。

この発明の目的は、Ａｕ薄膜に外部回路または能動、受
動素子を半田付けにより接続するに際し、信頼性の高い
半田付けを行なうことができる接続端子を備えた薄膜回
路を提供するにある。

ところで、前述したＡｕと半田との反応を防ぐためには
、Ａｕ薄膜と半田層とが直接接触しないように、両者に
適当な中間層を介在させればよい。

この際、Ａｕ薄膜と半田層との間に介在させる中間層と
して要求される条件は、（１）半田層を拡散によりＡｕ
薄膜まで到達させないこと、は勿論、（２）Ａｕ薄膜と
の接着力が良いこと、（３）製造工程中あるいは製品化
された後の使用中に、Ａｕ薄膜との間で信頼性に悪影響
を及ぼすような不安定な化合物や拡散層を形成しないこ
と。

さらに（４）半田のぬれ性が良く、（５）半田層との間
にも不安定な化合物を形成しないこと、等である。

しかし、以上のような条件を一種類の金属層で満足する
ことは困難である。

これは（１）のいわゆる半田の拡散の障壁となる性質と
、（２）の半田のぬれ性の良い性質とが相反するためで
ある。

そこで、この発明ではＡｕ薄膜の上にまず半田の拡散の
障壁となる金属層を積層し、さらにその上に半田のぬれ
性の良い金属層を積層し、かつ半田拡散の障壁となる金
属層がＡｕ薄膜上に突出するように、半田ぬれ性の良い
金属層を半田拡散の障壁となる金属層より短く形成する
。

このようにすることで、Ａｕ薄膜の半田層にまるくわれ
がなくなると共に、半田層が確実に付着するようになり
、もって接続端子への外部回路や能動、受動素子の半田
付は接続の信頼性を増すことができる。

なお、上記の半田の拡散の障壁となる金属としては、Ｎ
ｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａが有効であり、また半
田のぬれ性の良い金属としてはＣｕ ｙ Ｓ ｎ ｙＰ
ｂ、Ｚｎ、Ａｇが有効であることが確認された。

以下、この発明を図示の実施例により説明する３図はＡ
ｕ薄膜の配線導体上にフリップチップ素子を半田付は接
続する場合の例を示したもので、第１図は半田層溶融前
の状態、第２図は溶融後の状態、第３図はフリップチッ
プ素子の接続後の状態をそれぞれ示す。

すなわち、第１図において１は耐熱性絶縁基板、例えば
アルミナ基板であり、その上にＣｒ膜２が５００Ａ、Ａ
ｕ膜３が２μの厚さに順次全面に蒸着等により被着され
る。

これらの金属膜は例えば写真蝕刻法によりＡｕ膜３、Ｃ
ｒ膜２の順で所望のパターンにエツチング除去されて、
薄膜配線導体を形成する。

ここで、Ｃｒ膜２はＡｕ薄膜３と基板１との接着層とし
ての役目を果している。

次いで、フォトレジストを用いてＡｕ薄膜３上のフリッ
プチップ素子との接続端子部よりやや広めにＡｕ薄膜３
を露出させるようにマスクをし、この露出したＡｕ薄膜
３上に、例えばメッキ法により半田の拡散の障壁となる
金属層として、Ｎｉ層４を２μ析出させ、その後一旦フ
オドレジストを剥離する。

しかる後、再度フォトレジストを用いてフリップチップ
素子との接続端子部のＮｉ層４が一部露出するようにマ
スクをし、この露出したＮｉ層４の上に半田のぬれ性の
良い金属層として、Ｃｕ層５を５μの厚さに、次いで半
田層６を１５μの厚さに順次メッキ法で析出させ、フォ
トレジストを剥離する。

このようにして、Ｎｉ層４、Ｃｕ層５および半田層を接
続端子とする第１図の薄膜回路が得られる。

このようにして得られた薄膜回路を２００℃に加熱し、
半田層６を再溶融させると第２図のようになる。

この際、半田の拡散の障壁となるＮｉ層４は、半田のぬ
れ性が悪いが、図の如＜Ｃｕ層５より長く形成されてＡ
ｕ薄膜３上に突出した形となっているため、再溶融され
た半田層６に対する流れ防止膜としての役割を果たす。

すなわち、再溶融された半田層６は接続端子部の位置に
とどまり、Ａｕ薄膜３上に流れ出ることはない。

次いで、第３図に示すようにフリップチップ素子７のバ
ンプ（電極端子）を薄膜回路上の接続端子と相対向する
ように位置合せしてボンディングした後、半田層６を２
００℃に再溶融させることにより、半田付けによるフリ
ップチップ素子１の接続が完了する。

この半田付は接続は、半田層６とＡｕ薄膜３とが直接接
触しないことから、高い信頼性を保証することができる
。

以上述べたように、この発明によれば薄膜配線導体とな
るＡｕ薄膜の上に半田の拡散の障壁となる金属層および
半田のぬれ性の良い金属層を順次弁して半田層を被着し
、接続端子を形成したことにより、Ａｕ薄膜と外部回路
または能動、受動素子との半田付は接続の信頼性を高め
ることができる。

また、本発明によれば半田の拡散の障壁となる金属層が
一般的に半田のぬれ性が悪い性質を有することを利用し
て、この金属層を半田のぬれ性の良い金属層より長く形
成しＡｕ薄膜上に突出させたことにより、半田層が再溶
融時にＡｕ薄膜上に流れ出るのを防止でき、従って信頼
性を一層増すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄膜回路の半田層溶
融前の状態を示す断面図、第２図は同じく半田層溶融後
の状態を示す断面図、第３図は同薄膜回路にフリップチ
ップ素子を半田付は接続した状態を示す断面図である。 １・・・・・・アルミナ基板、２・・・・・・Ｃｒ層、
３・・・・・・Ａｕ薄膜、４・・・・・・Ｎｉ層（半田
の拡散の障壁となる金属層）、５・・・・・・Ｃｕ層（
半田のぬれ性の良い金属層）、６・・・・・・半田層、
１・・・・・・フリップチップ素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 配線導体としてＡｕ薄膜を用い、かつこのＡｕ薄膜
   と外部回路または能動、受動素子との接続に半田付けを
   用いる薄膜回路において、前期Ａｕ薄膜上に半田の拡散
   の障壁となる性質を有する金属層、半田のぬれ性の良い
   金属層および半田層を順次積層してなる接続端子を形成
   し、かつ上記半田拡散の障壁となる金属層を前記Ａｕ薄
   膜上に突出するよう上記半田ぬれ性の良い金属層より長
   く形成したことを特徴とする薄膜回路。 ２ 半田の拡散の障壁となる金属層をＮｉ、Ｔｉ。 Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのいずれか１つで形成した特許請
   求の範囲第１項記載の薄膜回路。 ３ 半田のぬれ性の良い金属層をＣｕ、５ｎｔＰｂ。 Ｚｎ、Ａｇのいずれか１つで形成した特許請求の範囲第
   １項記載の薄膜回路。