JPS60198892A - ピン付き多層セラミツク基板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、パッケージ基板における入出力電気接続ピン
を取シ付ける多層セラミック基板の製造方法に関する。

（従来技術とその問題点） 最近のコンビーータシステム等の高密度小型化、高速化
および高パフォーマンス化に対して実装レベルにおける
パッケージ基板の要求は壕す１すきびしいものになって
きている。具体的にはパッケージ基板において配線密度
を高め信号線幅を微細化すること、信号線導体の抵抗値
を下げること、絶縁材料の誘電率を下げること等が要求
されており、これに応えるようなパッケージ基板技術が
開発されてきた。

例えばアルミナグリーンシートを用いた多層セラミ、り
基板や、ガラスセラミックグリーンシートを用い９００
１度で焼結出来、金および銀−パラジウム系導体等が使
える低温焼結多層セラミッり基板、さらには、セラミッ
ク基板上ヘスバッタ、蒸着等の薄膜技術を用いたパッケ
ージ基板や、有機絶縁材料（ポリイミド等）を用い薄膜
導体と組み合せたパッケージ基板等々がある。このよう
な高密度化、微細化された実装基板上へは、超ＬＳＩチ
ップが多数実装されることになシ、シたがって基板外部
と電気的に接続するためめ入力出端子数は極めて多くな
ってくる。そのため入力出端子を多層基板裏面にピンで
形成する技術が開発されている。

電気接続ピンを基板上に取り付ける従来技術としては、
例えばアルミナ多層基板においては鎖ろうを用いてコバ
ール又は４．２合金等の材質の電気接続ピンを取り付け
ていた。

第１図は、アルミナ多層基板に取り付ける従来方法を説
明するための図であシ、アルミナグリーンシートに形成
したモリブデン又はタングステン等の導体パッドおよび
スルーホール中の導体を１５００℃以上の温度で水素還
元雰囲気中で焼結したのちのセラミック基板１およびモ
リブデン又はタングステン等の導体２が示されている。

この導体パッド部品にメッキによシニッケル層３を形成
し、次にコバール又は４２合金の電気接続ピン５を銀ろ
う４によシ取り付けている。銀ろうの組成は一般には、
銀６０ｍｏ／％−銅４Ｑｍｏ７チの共晶合金が使われて
おＱ融点は７７９℃である。このためろう付は処理温度
は８１０℃程度が適当でありモリブデン等の導体の酸化
を防ぐために水素還元雰囲気中で行なわれる。次に基板
に取り付けられた電気接続ピンおよび導体が劣化しない
ように金メッキ処理される。

第２図には金メッキ層６が形成された電気接続ピン付き
基板の断面図を示す。本方法はろう付は処理温度が高く
、基板上に形成した微細薄膜パターン等は、この温度に
加熱することは難かしい。一方あらかじめピンを基板に
取υ付けたのち信号線等の微細薄膜パターンを形成する
場合においてもピン付き基板上へ各種パターンを形成す
る際の精度が悪くなシ、作業性も低下する。また有機絶
縁フィルム（ポリイミド等）を用いて多層セラミック基
板上へパターンを形成するパッケージ技術の場合でも同
様である。更にろう付は後接続ビンおよび導体パッド部
を金メッキする工程が含まれることになｐ作業性が悪い
。

次に処理温度を低げるためにろう材としてＡｕ−８ｎ又
はＡｕ　−８ｉ、Ａｕ−８ｎ−Ｐｄ、　Ａｕ−８ｏ　−
Ａｇ等が検討された具体的な一例を第３図および第４図
に示す。

第３図においては、セラミック基板１１の表面にモリブ
デン層１２を付着させ、該モリブデン層上にメッキ法等
の手段によりニッケルの被膜１３を形成する。次に該ニ
ッケル被膜上に金ペーストにより金の被膜１４を形成し
熱処理により金・ニッケル固溶体を形成している。続い
て金メッキ１７を施した接続ビン１６をＡｕ−８ｎろう
材１５により結合している。

この方法において金・ニッケル固溶体を形成する際には
、約７００℃の温度で水素還元中で行なっている。また
第４図においては、セラミック基板２１の表面にモリブ
デン層２２を付着させ、該モリブデン層上にニッケル被
膜２３を形成し、該ニッケル被膜上へ障壁用の金被膜２
４を形成している。該金被膜上には、Ｓｎゲッタリング
金属のソースとして働く第■族の金属層２５で被覆され
たのち金メッキ２８を施した接続ビン２７をＡｕ−８ｎ
ろう材２６により結合されている。これらの方法は、い
ずれも高温で焼結するアルミナ多層セラミック基板であ
り接続ビンを取り付けるパッド部分には高温に耐えうる
モリブデン等の金属パッドを形成しておかなければなら
ず工程的にもコスト的にも不利である。

また導体の酸化という問題に対しては、細心の注意を払
わねばならず熱処理に際して水素還元雰囲気中で行なわ
なければならなかった。さらにモリブデン等のパッドと
セラミック基板との密着性をもたせるためにガラス７リ
ツト等の添加物をペースト中に含めなければならず導体
抵抗も高くなる欠点があった。

一方ガラスセラミック系の多層セラミック基板の場合、
１０００℃以下の温度で焼結可能なため、導電率の高い
金、銀、銀−パラジウム等の導体が利用出来、酸化性雰
囲気で焼成できる利点があり、各方面において開発がさ
かんに行なわれているがガラスセラミックと金属との密
着性がピンを取り付けるに十分な状態では々く高密度化
に対して大きな問題点であった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の欠点、問題点を除去せしめ
、さらに低温焼結のガラスセラミック系多層基板に対し
ても十分な電気接続ピンの接着強度を有するピン付き多
層セラミック基板の製造方法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によればセラミック生シートの電気接続ピン取り
付は側に、周期律表の第■ａ族の金属膜を形成し、該第
■ａ族の金属膜上に周期律表の第１族の金属膜を形成し
、該第１族の金属膜上に周期律表の第１ｂ族の金属の単
体もしくけ一部を含んだ混合物の層を形成する工程と、
前記セラミック生シートを含む複数枚のセラミック生シ
ートを積層プレスしたのち焼成する工程と、焼成基板上
の第１ｂ族の金属もしくは含んだ金属層上にろう材によ
り電気接続ピンを取り付ける工程を有することを特徴と
するピン付き多層セラミック基板の製造方法が得られる
。

（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の製造方法をとることにより従来方法の
問題点を解決した。まず生セラミツクシートに第■ａ族
の金属膜を形成することにより焼結後、ガラスセラミッ
クスと第■ａ族の金属との密着性が良好となり、また第
■族金属との間に金属結合を形成する結果、アルミナ多
層基板におけるモリブデン等の厚膜導体パッド又はガラ
スセラミック多層基板における金、銀、銀−パラジウム
等の厚膜導体パッドを形成する必要がなくなり、十分な
接着強度を持つ電気接続ピンを取り付けることが可能と
なった。また周期律表の第■族金属を形成することによ
って、第１ｂ族の金属と焼成時に合金化、し一体化する
とともに、金−錫ろう材の錫ゲックリングのソースとし
て働き、ろう付は後の金−錫ろう材の融点を上げる仁と
が出来、ピン付けされた部分の熱サイクルに対して良好
な結果となる。更に第１ｂ族の金属層の場合も金−錫ろ
う材の融点を上げる効果があり、同様の効果が期待でき
る。第１ｂ族の金属層の形成の他の効果として、多層基
板の焼成時における第Ｖｌａ族の金属膜および第■族金
属膜の酸化を防止する効果もある。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第５図〜第１２図は本発明のピン付き多層セラミ
ック基板の製造方法を示す断面図であり、第１３図は実
施例において作製したピン付き多層セラミック基板の模
式図である。また第１４図〜第１８図は他の実施例を説
明するための断面図である。

第５図には、アルミナ粉末とホウケイ酸鉛系結晶化ガラ
ス粉末との混合物よシ作製した生セラミツクシート３１
を示す。このシートには層間の導通をもたせるためのス
ルーホール３２が形成されている。

このスルーホール中に第６図に示す導体３３をスクリー
ン印刷等により埋め込む。導体は金、銀、釧−パラジウ
ム等が使用できるがここでは銀パラジウムを使用した。

次に第７図のようにスルーホール中に導体が埋め込まれ
ているセラミック生シート上に金属の薄板をエツチング
等の手段により形成したピン取り付は部分の空いている
マスク３４′を重ね合せる。続いて；第８１図′に、示
すようにマスク板の上からスパッタリングによ５３００
Ａ〜１０００Ａの厚さのクロム薄膜３５を形成する。

該クロム膜上に第９図に示すように周期律表の第１族の
金属であるパラジウム層３６を形成する。パラジウム層
は、クロム薄膜形成と同様のスパッタリングにより１０
０ＯＡ〜３０００Ａの厚さになるように形成した。

またここで用いたパラジウム以外にニッケル、鉄等の金
属を形成することもできる。スパッタは真空度を約１０
−’　ｔｏｒｒ以下にしだ後Ａｒガスを１０−”ｔｏｒ
ｒ程度まで導入して行なった。続いて、薄膜形成された
パラジウム上に第１０図に示すように第１ｂ族に属する
金属の単体もしくは一部を含んだ導体として銀−パラジ
ウム３７を形成する。形成方法は導体ペーストを用いた
スクリーン印刷法で行なったが、スパッタリング法蒸着
法等でもよい。

第１１図にはクロム薄膜、パラジウム膜、銀−パラジウ
ム層を形成したのちマスクを除去したときの断面図を示
す。第８図かられかるように本方法ではセラミック生シ
ート表面に直接クロム膜が形成されておりこの点が他の
方法と大きく異なっている特徴の一つである。第１２図
には他の方法によ′シ導体層を形成した実施例を示す。

つまり第９図に示すようにクロム薄膜、パラジウム膜を
形成したのちマスクを除去して形成されている薄膜上に
銀−パラジウム層をスクリーン印刷法等によ勺形成する
方法である。このようにして得られたピンパッド部を有
するセラミック生シートと各種電気配線パターンを形成
したセラミック生シートを適切な枚数積層し２５ｏＩｃ
ｇＩ／ｃｒｌ、　ｔ１ｏ℃程度の条件で熱プレスを行な
い積層体を作製する。得られた積層体を４５０℃程度の
温度で有機残留物を十分に除去したのち８５０℃〜９５
０℃の温度で焼結する。

もし導体として第１ｂ族の金属の中の銅を利用する場合
には、脱バインダにおいて中性雰囲気中で分解除去出来
る有機化合物を選ぶ必要があることはもちろんのこと焼
成時にも銅が酸化されない雰囲気で行なうことが必要で
ある。

以上のようにして得られた金属パッド部を有する多層セ
ラミック基板を金８０４−錫２０％の重量比の合金ろう
材３８がそれぞれ１〜３ｍｇ程度取付けられた複数のコ
バール又は４．２合金等の材質の入出力電気接続用ピン
３９上に置き、銀−パラジウムの表面上に結合させる。

金属製ピン３９０表面にはメッキ等によシ形成した金の
被膜層４０が予めコートしである。ろう付けを行なう処
理温度としては、金８０％−錫２０チの重量化の合金ろ
う材の融点が２８０℃であることから３００°ト５００
℃の温度範囲で１０〜３０分間行なった。第１族の金属
は、Ｉｂ族金属と化合物を形成し、更に金−錫ろう材の
錫のゲッタリングとして働き、ろう材中の金の錨に対す
る見かけの割合を多くする結果となり、したがって冷却
後又はろう栃の凝縮後にろう付けした結合部分の融点を
上昇する効果がある。

このことはピン取り付は後の熱サイクルを加える工程を
有する場合に対して有効である。また第１ｂ族の金属お
よびピンに施した金被膜においても、ろう付は処理の際
、金−錫ろう材と共に一部融けることになり、その結果
結合部分の融点を上昇させ同様の効果が得られる。

次に他の実施例を示す。第１４図に示すよう圧スルーホ
ール中に導体が埋まったセラミック生シート上に全面に
クロム膜４１をスパッタリングによシ形成する。クロム
膜の厚さは３００Ａ〜１００ＯＡの範囲であり、シート
に直接形成されている。続いて第１５図に示すようにク
ロム薄膜上に周期律表の第１族の金属であるパラジウム
膜４２をクロム薄膜と同様のスパッタリングにより形成
する。

次に電気接続ピンを取り付けるパッド形状にエツチング
処理により第１６図に示すように余分の部分を取り除く
。その後前記第１２図の説明で述べたような導体層を形
成する。

更に他の実施例を示すと、第１５図に示したパラジウム
層上に電気接続ピンを取り付けるためのパッド形状に第
１７図のように第１ｂ族の金属を含んだ導体層４３とし
て銀−パラジウムを形成する。このようにして形成した
セラミック生シートおよび他の配線等のパターンを形成
したセラミック生シートを積層し前述の２５０ｋＣ１／
Ｃｄ、１１０℃程度の条件で熱プレスを行ない積層体を
得る。この生積層体を脱バインダを経て酸化性雰囲気中
８５０℃〜９５０℃で焼結した場合、導体層４３を形成
していないパラジウム膜および下地のクロム膜が酸化さ
れることになシ第１８図に示すように電気的に絶縁体４
４゜４５となる。続いて前述の方法により金−錫ろう材
を用いて電気接続ピンを取り付ける。

なおこの実施例では第■ａ族の金属としてクロムを用い
、第１族の金属としてパラジウムを用い、第１ｂ族を含
む金属として銀−パラジウムを用いたが、本発明はこの
例に限定されることはない。

また金属層の形成方法としてはスパッタリングの他に適
時、スクリーン印刷、蒸着、メッキなどの方法が利用で
きる。

（発明の効果） 本方法により取り付けた入出力電気接続ピンと多層セラ
ミック基板との接着強度は４．０に１１１以上を示し実
装基板の入出力ピンとして十分な強度を示した。

以上の如く、本発明のピン付き多層セラミック基板の製
造方法を採用することによシ、ろう付は処理を５００°
Ｃ以下という極めて低温で、行なうことが出来、セラミ
ック基板表面にピンパッド用の厚膜金属（モリブデン、
タングステン、金、銀、銀−パラジウム等）層をあらか
じめ形成する必要がなく十分な接着強度を有するピン付
き基板を得ることが出来るようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は従来のビン伺はセラミック基板を示す
概略図であり、第５図〜第１２図および第１４図〜第１
８図は本発明の方法を示す図であり、第１３図は本発明
の方法により作成したピン付き基板の模式図である。 図において、１・・・・・・セラミック基板、２・・・
・・・導体パッド層、３・・・・・・ニッケル層、４・
・・・・・銀ろう、５・・・・・・ピン、６・・・・・
全被服層、　１１・・・・・・セラミック基板、　１２
・・・・・・導体パッド層、１３・・・・・・ニッケル
層、　１４・・・・・・金被膜、　１５・・・・・・金
−錫ろう、　１６・・・・・・ピン、　１７・・・・・
・全被服層、２１・・・・・・セラミック基板、２２・
・・・・・導体ノくラド層、ｎ・・・・・・ニッケル層
、　２４・・・・・・金被膜、　２５・・・・・・第■
族金属層、　２６・・・・・・金−錫ろう、　２７・・
・・・・ピン、２８・・・・・・全被服層、３１・・・
・・・セラミック生シート、３２・・・・・・スルーホ
ール、３３・・・・・・４体、３４・・・・・・マスク
、３５・・・・・・りｐム層、３６・・・・・・パラジ
ウム層、３７・・・・・・銀−パラジウム層、　３８・
・・・・・ろう材、３９・・・・・・ピン、　４０・・
・・・・全被服層、　４１・・・・・・クロム層、４２
・・・・・・パラジウ・ム層、４３・・・・・銀−ノく
ラジウム層、　■・・・・・クロム酸化層、４５・・・
・・・ノ（ラジウム酸化層・ 第１図　第２図 ？ｒ３図　第４図 名　５　図 ９ 第　６　図 ｑ 第７図 ７り 第８図 嵩９図 ’ｉｆ、　ｔｏ図 ’ｌ、ｔｔ図 案！２図 案７３図 第７’７図 ｌｆ、７５図 窩　ｌろ図 案！７図 第１８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属製電気接続ピンが取り付けられた多層セラミック基
   板の製造方法において、セラミック生シートの接続ビン
   増り付は側に周期律表の第■ａ族の金属膜を形成し、該
   第■ａ族の金属膜上に周期律表の第１族の金属膜を形成
   し、該第１族の金属膜上に周期律表の第１ｂ族の金属が
   全部又は−都合１れた金属層を形成する工程と、前記セ
   ラミック生シートを含む複数枚のセラミック生シートを
   積層プレスしたのち焼成する工程と、焼成基板の第１ｂ
   族の金属層上にろう材により接続ピンをろう付けする工
   程を有することを特徴とするピン付き多層セラミック基
   板の製造方法。