JPS6034257B2 - 金の導電層を有する電子部品 - Google Patents
金の導電層を有する電子部品Info
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- JPS6034257B2 JPS6034257B2 JP7046780A JP7046780A JPS6034257B2 JP S6034257 B2 JPS6034257 B2 JP S6034257B2 JP 7046780 A JP7046780 A JP 7046780A JP 7046780 A JP7046780 A JP 7046780A JP S6034257 B2 JPS6034257 B2 JP S6034257B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属面(メタラィズ面)上に下地層としてのニ
ッケル層及び金の導電層を有する半導体収納用セラミッ
クパッケージ等の電子部品の改良に関する。
ッケル層及び金の導電層を有する半導体収納用セラミッ
クパッケージ等の電子部品の改良に関する。
金はその優れた物理的性質により、各種の電子部品に広
く利用されている。
く利用されている。
例えが半導体収納用セラミックパッケージに於いては、
半導体チップを取着するダイアタッチ部あるいは半導体
チップの電極と外部リードとを接続するためのワイヤを
取着するワイヤボンディング部があり、これ等はセラミ
ックにMo,Mn,Mo−Mn,W等をメタラィズした
金属面上にメッキ、蒸着、スパッタリング等により金の
層が形成されている。この金の層を形成する理由として
は、‘i}高導電性、‘ii)耐酸化性が良いこと、‘
iii}耐変色性(耐腿色性)が高いこと、肋半導体チ
ップのシリコン(Sj)と容易に合金化しAu−Si共
晶合金を作って堅固な接合強度を発揮すること、等の金
の特性が評価されているからであるが、このような利点
が発揮されるためには用途によっても違うが、通常約2
.0r以上の厚みが必要となり、それ以下に薄層化して
高価な金の使用量を減らしてコストダウンを図ることは
至難であった。その理由は金の層を薄くすると、半導体
チップをダイアタッチ部にAu−Siの共晶により取着
したとき、Au−Siの共晶合金がMo,Mn等の金属
面に直接接触することとなり、両者の馴染みの悪さに起
因した、チップが剥離し易くなる。
半導体チップを取着するダイアタッチ部あるいは半導体
チップの電極と外部リードとを接続するためのワイヤを
取着するワイヤボンディング部があり、これ等はセラミ
ックにMo,Mn,Mo−Mn,W等をメタラィズした
金属面上にメッキ、蒸着、スパッタリング等により金の
層が形成されている。この金の層を形成する理由として
は、‘i}高導電性、‘ii)耐酸化性が良いこと、‘
iii}耐変色性(耐腿色性)が高いこと、肋半導体チ
ップのシリコン(Sj)と容易に合金化しAu−Si共
晶合金を作って堅固な接合強度を発揮すること、等の金
の特性が評価されているからであるが、このような利点
が発揮されるためには用途によっても違うが、通常約2
.0r以上の厚みが必要となり、それ以下に薄層化して
高価な金の使用量を減らしてコストダウンを図ることは
至難であった。その理由は金の層を薄くすると、半導体
チップをダイアタッチ部にAu−Siの共晶により取着
したとき、Au−Siの共晶合金がMo,Mn等の金属
面に直接接触することとなり、両者の馴染みの悪さに起
因した、チップが剥離し易くなる。
またワイヤをワイヤボンデング部に取着する場合も金合
絶対量の不足からワイヤの接合部が馴染みの悪い金属面
と接触することとなり、接着強度が不充分となる。更に
、金の層には多数のピンホールが存在し、このピンホー
ルを通して金属面が酸化され腿色したり導電性が悪くな
る。−などの欠陥が目立つからである。一方、金の導電
層の下地としてニッケル層を施し、金の導電層の接着強
度を改良したものもあるが、これも金層を薄層化すると
、金とニッケルが相互に拡散し合い、金層の表面にニッ
ケルが析出しこれが酸化されてニッケル酸化物を生成し
てしまい金の導電層表面を変色させると同時に導電性を
劣化させることになる。
絶対量の不足からワイヤの接合部が馴染みの悪い金属面
と接触することとなり、接着強度が不充分となる。更に
、金の層には多数のピンホールが存在し、このピンホー
ルを通して金属面が酸化され腿色したり導電性が悪くな
る。−などの欠陥が目立つからである。一方、金の導電
層の下地としてニッケル層を施し、金の導電層の接着強
度を改良したものもあるが、これも金層を薄層化すると
、金とニッケルが相互に拡散し合い、金層の表面にニッ
ケルが析出しこれが酸化されてニッケル酸化物を生成し
てしまい金の導電層表面を変色させると同時に導電性を
劣化させることになる。
更に、ニッケル酸化物もAu−Si共晶合金と馴染みが
極めて悪く半導体チップの取着が困難となる問題点が残
されている。このような点に鑑み、AuとNiとの間に
相互に拡散するのを防ぐための中間金属層として、Tj
めつき層を設けることが侍開昭52一1293476に
より、また、コバ−ル板やモリブデン板を中間金属層と
して適用することが、侍開昭49−4舷72により夫々
提案されたが、金層が薄化すると、半導体チップの接合
強度がなお低下するという問題点があった(後掲の表1
参照)。
極めて悪く半導体チップの取着が困難となる問題点が残
されている。このような点に鑑み、AuとNiとの間に
相互に拡散するのを防ぐための中間金属層として、Tj
めつき層を設けることが侍開昭52一1293476に
より、また、コバ−ル板やモリブデン板を中間金属層と
して適用することが、侍開昭49−4舷72により夫々
提案されたが、金層が薄化すると、半導体チップの接合
強度がなお低下するという問題点があった(後掲の表1
参照)。
上言己1こ鑑み、本発明者は種々実験研究の結果、金属
面(メタラィズ面)、下地層としてのニッケル層及び金
属を含む層構成に於て、ニッケル層と金届との間に銀・
パラジウム及びそれらの合金からなる金属層を介層する
と、こ金属層はAu−Si共晶合金と馴染み非常によく
て金層の薄層化に役立つと共に金属層とニッケル層の2
層によって金層中のピンホールの厚み方向に対する遮断
効果が更に改善され、しかもニッケル層から金層へニッ
ケルの拡散を上記金属層によって十分に阻止して金属の
導電性の劣化、腿色を防止し得ることを知見するに至っ
たのである。
面(メタラィズ面)、下地層としてのニッケル層及び金
属を含む層構成に於て、ニッケル層と金届との間に銀・
パラジウム及びそれらの合金からなる金属層を介層する
と、こ金属層はAu−Si共晶合金と馴染み非常によく
て金層の薄層化に役立つと共に金属層とニッケル層の2
層によって金層中のピンホールの厚み方向に対する遮断
効果が更に改善され、しかもニッケル層から金層へニッ
ケルの拡散を上記金属層によって十分に阻止して金属の
導電性の劣化、腿色を防止し得ることを知見するに至っ
たのである。
即ち、本発明は金属面上に下地層としてのニッケル層及
び金の導電層を有する電子部品に於て、上記ニッケル層
と金の導電層との間に銀、パラジウム及びこれらの合金
のいづれかよりなる金属層を設けたことを特徴とする金
の導電層を有する電子部品に係わる。本発明によれば金
層の下地層として、それより安価な銀、パラジウム及び
それらの合金を使用することにより、従来品の約1■ご
の1である0.2〃程度にまで金の薄層化が可能となり
、その結果、製品コストの低下が約束される。
び金の導電層を有する電子部品に於て、上記ニッケル層
と金の導電層との間に銀、パラジウム及びこれらの合金
のいづれかよりなる金属層を設けたことを特徴とする金
の導電層を有する電子部品に係わる。本発明によれば金
層の下地層として、それより安価な銀、パラジウム及び
それらの合金を使用することにより、従来品の約1■ご
の1である0.2〃程度にまで金の薄層化が可能となり
、その結果、製品コストの低下が約束される。
同時に、性能的には半導体チップに対してもワイヤに対
しても従来の接合強度に何等遜色がなく、また、耐酸化
性、耐腿色性も変わりがなく、良好な性能が得られる。
しても従来の接合強度に何等遜色がなく、また、耐酸化
性、耐腿色性も変わりがなく、良好な性能が得られる。
以下に本発明を望ましい実施例図を探って更に詳述する
。第1図は本発明電子部品を半導体収納用積層型セラミ
ックパッケージを例に探って示した平面図、第2図は第
1図のロー0線拡大断面図、第3図は第2図の×部の拡
大断面図である。
。第1図は本発明電子部品を半導体収納用積層型セラミ
ックパッケージを例に探って示した平面図、第2図は第
1図のロー0線拡大断面図、第3図は第2図の×部の拡
大断面図である。
図に於いて、1はセラミックハウジングであり、2は半
導体チップの電極と外部リード10との電気的導通をは
かるためにワイヤ9を取着するワイヤボンディング用金
属面であり、該金属面2はその一部をセラミックハウジ
ング1の端面にまで延長されており、セラミックハウジ
ング1の端面に於いてロウ材等を介して、該金属面2と
外部リード10とが接合されている。
導体チップの電極と外部リード10との電気的導通をは
かるためにワイヤ9を取着するワイヤボンディング用金
属面であり、該金属面2はその一部をセラミックハウジ
ング1の端面にまで延長されており、セラミックハウジ
ング1の端面に於いてロウ材等を介して、該金属面2と
外部リード10とが接合されている。
3は半導体チップ4をマウントするダイアタッチ部のメ
タラィズ金属面である。
タラィズ金属面である。
これら金属面2,3の直上には下地層としてのニッケル
層11が層設され、その上に銀もしくはパラジウムの金
属層5,6が夫々設けられ、更に金属層5,6上に金の
導電層7,8が夫々層設されている。9は半導体チップ
4の電極と金の導電層7との間にブリッヂされた金ある
いはアルミニウムからなるワイヤである。
層11が層設され、その上に銀もしくはパラジウムの金
属層5,6が夫々設けられ、更に金属層5,6上に金の
導電層7,8が夫々層設されている。9は半導体チップ
4の電極と金の導電層7との間にブリッヂされた金ある
いはアルミニウムからなるワイヤである。
メタラィズ金属面2,3は従釆と同機、モリブデン、マ
ンガン、タングステンもしくはモリブデンーマンガン等
をメタラィズしたもの或いは通常の電子部品を構成する
銅、鉄、アルミニウム等の金属を貼付したものでもよく
、金の導電層7,8及び銀、パラジウム及びそれらの合
金からなる金属層5,6は電気メッキ、無電解〆ッキ、
真空蒸着、スパッタリング等の通常の薄膜手法によって
形成される。前記ニッケル層11も層7,8,5及び6
と同様の手法にて形成される。このニッケル層11は銀
、パラジウム及びそれらの合金から成る金属層5,6が
Mo,Mu等の金属面2,3に強固に接合させる下地層
として働くと同時に金属層5,6と協働して金層7,8
内のピンホ−ルを遮断する機能を発揮するからである。
本発明は、ハイブリッドIC用プリント基板にパッケー
ジ、ネクタープラグ、マイクロスイッチ等のように金属
面上にニッケル層を介して金の導電層が設けられる電子
部品のすべてに適用される。
ンガン、タングステンもしくはモリブデンーマンガン等
をメタラィズしたもの或いは通常の電子部品を構成する
銅、鉄、アルミニウム等の金属を貼付したものでもよく
、金の導電層7,8及び銀、パラジウム及びそれらの合
金からなる金属層5,6は電気メッキ、無電解〆ッキ、
真空蒸着、スパッタリング等の通常の薄膜手法によって
形成される。前記ニッケル層11も層7,8,5及び6
と同様の手法にて形成される。このニッケル層11は銀
、パラジウム及びそれらの合金から成る金属層5,6が
Mo,Mu等の金属面2,3に強固に接合させる下地層
として働くと同時に金属層5,6と協働して金層7,8
内のピンホ−ルを遮断する機能を発揮するからである。
本発明は、ハイブリッドIC用プリント基板にパッケー
ジ、ネクタープラグ、マイクロスイッチ等のように金属
面上にニッケル層を介して金の導電層が設けられる電子
部品のすべてに適用される。
次に、従釆品と対照した実施例に基づき本発明の作用効
果を説明する。
果を説明する。
(実施例)
‘i’対象:
アルミナ費セラミックスから成るセラミック基板にモリ
ブデン(Mo)のメタラィズ層を形成し、該メタラィズ
層上に金(Au)の導電層を直接形成したもの(1)、
ニッケル(Ni)層を介在させて形成したもの(D)、
メタラィズ層上に銀(Ag)層を設けてその上に金(A
u)層を届積したもの(m)、この銀層に代ってパラジ
ウム(Pd)を置いたもの(W)、メタラィズ層上にニ
ッケル層を設けその上にチタン(Ti)層を介して金層
を層着したもの(V)、チタン層をコバルト(Co)層
に代替したもの(町)及びコバルト層を銅(Cu)層に
置換したものの(肌)(以上、比較例としての従来品)
及び(D),(W),(V),(の),(W)のニッケ
ル層と金の導電層との間に銀(Ag)あるいはパラジウ
ム(Pd)の金属層を介在させたもの(ロX),(K)
(本発明品)を準備し、前記各セラミック基板のAu導
電層と半導体素子を形成しているシリコン(Si)のチ
ップとの接合性(後述のダイアタッチテスストによる)
及び半導体チップの電極と半導体パッケージの電極とを
結線するためのワイヤとの接合性(後述のワイヤボンデ
ィングテストによる)を調べ、その良品率を求めた。
ブデン(Mo)のメタラィズ層を形成し、該メタラィズ
層上に金(Au)の導電層を直接形成したもの(1)、
ニッケル(Ni)層を介在させて形成したもの(D)、
メタラィズ層上に銀(Ag)層を設けてその上に金(A
u)層を届積したもの(m)、この銀層に代ってパラジ
ウム(Pd)を置いたもの(W)、メタラィズ層上にニ
ッケル層を設けその上にチタン(Ti)層を介して金層
を層着したもの(V)、チタン層をコバルト(Co)層
に代替したもの(町)及びコバルト層を銅(Cu)層に
置換したものの(肌)(以上、比較例としての従来品)
及び(D),(W),(V),(の),(W)のニッケ
ル層と金の導電層との間に銀(Ag)あるいはパラジウ
ム(Pd)の金属層を介在させたもの(ロX),(K)
(本発明品)を準備し、前記各セラミック基板のAu導
電層と半導体素子を形成しているシリコン(Si)のチ
ップとの接合性(後述のダイアタッチテスストによる)
及び半導体チップの電極と半導体パッケージの電極とを
結線するためのワイヤとの接合性(後述のワイヤボンデ
ィングテストによる)を調べ、その良品率を求めた。
結果を表1に示す。{ii} 実験方法
(a} ダイアタッチテスト
1肌角のSjチップ30個を約400ooに加熱された
セラミック基板のAu導電層上に3の砂間圧倭、振動さ
せAuとSiとの共晶合金を形成さすことによりSiチ
ップをセラミック基板上にボンデイングしボンディング
終了后、Siチップを30kg/地の外力で引張り、S
iチップがセラミック基板から剥がれなかった良品の数
をかぞえ良品率を求めた。
セラミック基板のAu導電層上に3の砂間圧倭、振動さ
せAuとSiとの共晶合金を形成さすことによりSiチ
ップをセラミック基板上にボンデイングしボンディング
終了后、Siチップを30kg/地の外力で引張り、S
iチップがセラミック基板から剥がれなかった良品の数
をかぞえ良品率を求めた。
{b} ワイヤボンディングテスト
25リマのAuのワイヤを約150ooに加熱されたセ
ラミック基板のAu層上に圧接してボンディングし、ボ
ンディング終了后、6夕の荷重を加えて引張りワイヤが
セラミック基板から剥がれなかった良品の数をかぞえ良
品率を求めた。
ラミック基板のAu層上に圧接してボンディングし、ボ
ンディング終了后、6夕の荷重を加えて引張りワイヤが
セラミック基板から剥がれなかった良品の数をかぞえ良
品率を求めた。
表 1
上記(表1)から判るように、従来品(1),(0)の
ものはAuの導電層を2ム以上にしなければダイアタッ
チ及びワイヤボンド‘こ於いて、そこそこの接合強度の
あるものが高い良品率が得られないのに対し、本発明の
ものはAuの層を0.2仏にまで薄層化しても高い良品
率が得られ、Auの導電層の厚みを従来品に比し1/I
0にまで薄層化してもなお、実用性のある接合強度を保
証し得るものである。
ものはAuの導電層を2ム以上にしなければダイアタッ
チ及びワイヤボンド‘こ於いて、そこそこの接合強度の
あるものが高い良品率が得られないのに対し、本発明の
ものはAuの層を0.2仏にまで薄層化しても高い良品
率が得られ、Auの導電層の厚みを従来品に比し1/I
0にまで薄層化してもなお、実用性のある接合強度を保
証し得るものである。
次に、従来品(m)〜(W)と本発明品とを比較するに
金属電層がlr迄はダイアタッチ及びワイヤボンドの接
合強度の良品率は殆んど変らないが、1一より薄化した
0.5仏になると良品率は下がり0.2叫こなると更に
低下し〔(m)・・・89%以下、(W)・・・86%
以下、(V)・・・6%以下(0もある)、(W)・・
・殆んど0に近い。(肌)・・・全部が0〕で、従来品
(V)、(W),(W)は金の導電層が薄化すると実用
性が全くないことが判明した。この理由として従来品(
V)では金の導電層には多量のピンホールがあり、この
ために金層と直姿々触しているチタン層(なお、Tiは
Niより更に酸化され易い金属)が容易に酸化され、チ
タン酸化物がAu−Si共晶合金との濡れが悪いためで
あろうと考えられ、従釆品(汎)ではコバルトがニッケ
ルとほゞ同程度の金層への拡散性を持っためであろうと
、従来品(肌)では銅が加熱により(ロウ付時の加熱)
によって金の導電層中に拡散してAu−Si共晶合金の
形成が困難になるためであろうと、夫々考えられる。一
方、従来品(m),(W)の0.2仏の接合強度を本発
明品と比較した時両者間には良品率に於いて、相応の差
(特にダイアタッチに於て12〜18%の差)がみられ
ることも明らかになり、本発明のものが進歩的であるこ
とが確認された。なお、(表1)に於てダイアタッチ部
、ワイヤボンディング部の耐酸化性、耐腿色性について
は、今回特にデータをもっては示していないが、本発明
の実施例で表1の内容に従って得たものは、導体接続部
の酸化、腿色に関してはその発生がみられていないこと
が事実として確認された。
金属電層がlr迄はダイアタッチ及びワイヤボンドの接
合強度の良品率は殆んど変らないが、1一より薄化した
0.5仏になると良品率は下がり0.2叫こなると更に
低下し〔(m)・・・89%以下、(W)・・・86%
以下、(V)・・・6%以下(0もある)、(W)・・
・殆んど0に近い。(肌)・・・全部が0〕で、従来品
(V)、(W),(W)は金の導電層が薄化すると実用
性が全くないことが判明した。この理由として従来品(
V)では金の導電層には多量のピンホールがあり、この
ために金層と直姿々触しているチタン層(なお、Tiは
Niより更に酸化され易い金属)が容易に酸化され、チ
タン酸化物がAu−Si共晶合金との濡れが悪いためで
あろうと考えられ、従釆品(汎)ではコバルトがニッケ
ルとほゞ同程度の金層への拡散性を持っためであろうと
、従来品(肌)では銅が加熱により(ロウ付時の加熱)
によって金の導電層中に拡散してAu−Si共晶合金の
形成が困難になるためであろうと、夫々考えられる。一
方、従来品(m),(W)の0.2仏の接合強度を本発
明品と比較した時両者間には良品率に於いて、相応の差
(特にダイアタッチに於て12〜18%の差)がみられ
ることも明らかになり、本発明のものが進歩的であるこ
とが確認された。なお、(表1)に於てダイアタッチ部
、ワイヤボンディング部の耐酸化性、耐腿色性について
は、今回特にデータをもっては示していないが、本発明
の実施例で表1の内容に従って得たものは、導体接続部
の酸化、腿色に関してはその発生がみられていないこと
が事実として確認された。
なお、上述した実施例においては、金層の下地層として
銀もしくはパラジウムの層を設けたものについて述べた
が、銀、パラジウム夫々の合金についても上記とほぼ同
様の結果が得られた。
銀もしくはパラジウムの層を設けたものについて述べた
が、銀、パラジウム夫々の合金についても上記とほぼ同
様の結果が得られた。
第1図は本発明電子部品を半導体収納用積層型セラミッ
クパッケージを例に探って示した平面図、第2図は第1
図ロー0線拡大断面図、第3図は第2図はのX部の拡大
断面図である。 符号の説明、1……セラミックハウジング、2,2′,
3・…・・(メタラィズ)金属面、4・・・・・・半導
体チップ、5,5′,6・・・・・・銀、パラジウム及
びそれらの合金からなる金属層、7,8・・・・・・金
の導電層、9・・・・・・ワイヤボンディング、10・
・・・.・外部リード、11・・・・・・ニッケル層。 第1図第2図 第3図
クパッケージを例に探って示した平面図、第2図は第1
図ロー0線拡大断面図、第3図は第2図はのX部の拡大
断面図である。 符号の説明、1……セラミックハウジング、2,2′,
3・…・・(メタラィズ)金属面、4・・・・・・半導
体チップ、5,5′,6・・・・・・銀、パラジウム及
びそれらの合金からなる金属層、7,8・・・・・・金
の導電層、9・・・・・・ワイヤボンディング、10・
・・・.・外部リード、11・・・・・・ニッケル層。 第1図第2図 第3図
Claims (1)
- 1 金属面上に下地層としてのニツケル層及び金の導電
層を有する電子部品に於て、上記ニツケル層と金の導電
層との間に銀、パラジウム及びこれらの合金のいづれか
よりなる金属層を設けたことを特徴とする金の導電層を
有する電子部品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7046780A JPS6034257B2 (ja) | 1980-05-26 | 1980-05-26 | 金の導電層を有する電子部品 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7046780A JPS6034257B2 (ja) | 1980-05-26 | 1980-05-26 | 金の導電層を有する電子部品 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS56167339A JPS56167339A (en) | 1981-12-23 |
JPS6034257B2 true JPS6034257B2 (ja) | 1985-08-07 |
Family
ID=13432347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7046780A Expired JPS6034257B2 (ja) | 1980-05-26 | 1980-05-26 | 金の導電層を有する電子部品 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6034257B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60107845A (ja) * | 1983-11-17 | 1985-06-13 | Toshiba Corp | 半導体用回路基板 |
JPS60110127A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Sony Corp | 積層金属電極を有する半導体装置 |
JPS62150606A (ja) * | 1985-12-23 | 1987-07-04 | 松下電工株式会社 | 電気接点 |
CA2080814C (en) * | 1991-02-25 | 1997-11-25 | Keizo Harada | Wiring board |
JPH06283623A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-07 | Ngk Insulators Ltd | 半導体パッケージ |
DE4431847C5 (de) * | 1994-09-07 | 2011-01-27 | Atotech Deutschland Gmbh | Substrat mit bondfähiger Beschichtung |
-
1980
- 1980-05-26 JP JP7046780A patent/JPS6034257B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS56167339A (en) | 1981-12-23 |
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