JPS6383291A

JPS6383291A - 金の導電層を有する電子部品

Info

Publication number: JPS6383291A
Application number: JP22775386A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Hosoi; 義博細井; Minobu Kunitomo; 国友　美信
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1986-09-25
Filing date: 1986-09-25
Publication date: 1988-04-13

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）本発明は金属面上に金の導電層を有する電子部品に関し
、より詳細には半導体集積回路素子を収納する半導体素
子収納用パッケージや多層配線基板等の電子部品におけ
る金の導電層の下地金属層の改良に関するものである。

（従来の技術）従来、電子部品、例えば半導体集積回路素子を収納する
ための半導体素子収納用パッケージにおいては、半導体
集積回路素子を取着するダイアタッチ部、半導体集積回
路素子の電極と外部リード端子とを接続するためのワイ
ヤを取着するワイヤボン゛ディング部あるいは半導体集
積回路素子を外部電気回路に接続するための外部リード
端子等がある。これ等は絶縁基体にタングステン（Ｗ）
、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の高融点金
属をメタライズした金属面上に、あるいは該メタライズ
金属面上にロウ材を介し取着されたコバール（Ｆｅ−Ｎ
ｉ　−Ｃｏ）　、４２ＡＩＩｏｙ等の金属板から成る外
部リード端子の表面に、溶融状態の半田（Ｓｎ−Ｐｂ合
金）中にほとんど溶解せず、半田との反応性（濡れ性）
が良好なニッケル（Ｎｉ）の金属層が被着され、該ニッ
ケル金属層」二には（ｉ）高導電性、（ｉｉ）耐酸化性
が良いこと、（ｉｉｉ　）耐変色性（附属色性）が高い
こと、（ｉｖ）半導体集積回路素子のシリコン（Ｓｔ）
と容易に合金化し、Ａｕ−３ｉ共晶合金を作って堅固な
接合強度を発揮すること等の優れた物理的性質を有する
金（Ａｕ）の導電層がめつき、蒸着、スパフタリング等
により被着形成されている。

しかし乍ら、該金の導電層の下地として被覆されたニッ
ケルの金属層は半導体素子収納用パッケージに半導体集
積回路素子を取着する際、あるいはパッケージを気密封
止する際等の加熱により金の導電層に容易に拡散して該
金の導電層の表面に析出するとともに半導体集積回路素
子のシリコン（Ｓｉ）と析出したニッケルとの間でカー
ケンドール効果に基づく旧−３ｉ金金属化合物が形成さ
れ、この化合物中のニッケルとシリコンの拡散速度の違
いにより多数の欠陥（空洞）が形成されることとなる。

その結果、接合面積が減少し、該半導体集積回路素子が
パッケージより簡単に剥離するという問題を有していた
。

更に、上記金の導電層の表面に析出したニッケルが酸化
されて半田との反応性（濡れ性）が極めて悪いニッケル
の酸化物や水酸化物を生成し、その結果、半導体素子収
納用パッケージを外部電気回路へ取着するのが困難とな
る上、金の導電層表面を変色させると同時に導電性を劣
化させる等の問題を有していた。

そこで、かかる欠点を解消するために金の導電層の下地
としてニッケルに変えてコバルトを使用したり、コバル
トをニッケル基合金に添加することが提案されている。

しかし乍ら、金の導電層の下地としてコバルトまたはコ
バルトを添加したニッケル基合金から成る金属層を形成
した場合、金の導電層表面に半田と反応性（濡れ性）が
悪いニッケルの酸化物、水酸化物等の生成は少ないもの
の半導体集積回路素子の特性をチェックするバーンイン
テスト（半導体集積回路素子に高温の熱履歴を加えて特
性変化を調べるテスト）等を行った場合、半田に含有さ
れる錫（Ｓｎ）が金の導電層を通して下地金属層中のコ
バルトに一方的に拡散してしまい、その結果、半導体素
子収納用パッケージを外部電気回路等に取着する際等に
おいて外部リード端子に外部より機械的な応力が印加さ
れると該応力によって外部リード端子と半田とが容易に
剥離し、電気的接続の信頼性が低下するという半導体装
置として重大な欠点を誘発していた。

そこで、金の導電層の下地として半田に含有される錫が
コバルト中に拡散するのを防止するためにコバルトに硫
黄（Ｓ）を添加した金属層を設けることを本出願人は先
に提案した。

（発明が解決しようとする問題点）しかし乍ら、外部リード端子をパッケージにロウ付けす
る際等に使用される銀ロウもしくは外部リード端子はそ
の素材が銅（Ｃｕ）を含有していることから半導体素子
収納用パフケージに半導体集積回路素子を取着する際、
あるいはパッケージを気密封止する際等において高温が
印加されると銅がコバルト・硫黄の合金より成る金属層
から金の導電層の表面にまで拡散してしまい、これが酸
化されて銅の酸化物を生成し、該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等の問題を有してい
た。

（発明の目的）本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は
半導体素子収納用パッケージに半導体集積回路素子を取
着する際、あるいはパッケージを〜４− 気密封止する際等において、高温が印加されても銀ロウ
もしくは外部リード端子中の銅が金の導電層の表面にま
で拡散することがなく、かつ半導体集積回路素子をパッ
ケージに堅固に接合することができる金の導電層を有す
る電子部品を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明は金属面」二に金の導電層を有する電子部品にお
いて、該金の導電層の下地として、コハル）　（Ｃｏ）
４．０〜９４．９９９重量％、硫黄（Ｓ）０．００１〜
１゜０重量％、ニッケル（Ｎｉ）　５．０〜９５．０重
量％の合金から成る金属層を設けたことを特徴とするも
のである。

本発明において金の導電層の下地としてコバルト・硫黄
・ニッケルから成る金属層を設けた場合、ニッケルは銅
と固溶体を形成し易く、これによって銅の拡散をコバル
ト・硫黄・ニッケルから成る金属層中で阻止し得るため
と考えされる。その結果、金の導電性の表面に銅が析出
することはほとんどなく、該金の導電層表面を変色させ
たり、導電層を劣化させたりする酸化物等もほとんど生
成しない。

なお、ニッケルの含有量が５．０重量％未満であると銅
が金の導電層の表面にまで拡散するのを有効に阻止し得
す、該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。また、その含有量が９５．０重量％を越える
とカーケンドール効果による半導体集積回路素子のシリ
コンの拡散を有効に阻止し得す、該半導体集積回路素子
がパッケージより簡単に剥離する恐れが大となるため好
ましくない。

また、硫黄の含有量が０．００１重量％未満であると半
田に含有される錫が下地金属層中のコバルトに拡散する
のを有効に阻止し得す、半田剥がれが発生し、その含有
量が１．５重量％以上となると下地金属層の耐蝕性が劣
化するため望ましくない。

（実施例）以下に本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説
明する。

第１図は本発明の金の導電層を有する電子部品として半
導体素子収納用パッケージを例に採って示した一部破断
平面図であり、第２図は第１図の要部拡大断面図である
。

図において、１ばセラミック、ガラス等の電気絶縁性材
料から成る絶縁基体であり、２は半導体集積回路素子１
０の電極と外部リード端子１２との電気的導通をはかる
ためのワイヤ１１が取着されるワイヤボンディング用メ
タライズ金属層である。

前記メタライズ金属層２はその一部が絶縁基体１の側面
にまで延長されており、絶縁基体１の側面において共晶
銀ロウ（Ａｇ７２重量％、Ｃｕ２８重量％）等のロウ材
を介して外部リード端子１２が接合されている。３は半
導体集積回路素子１０をマウントするためのダイアタッ
チ部のメタライズ金属層である。これらのメタライズ金
属層２．３及び外部リード端子１２の直上にはコハル１
〜・硫黄・ニッケルの合金より成る金属層４．５．６が
、更にその上には金の導電層７．８．９が夫々層設され
ている。

金の導電層８にはＡｕ−５ｉ等のロウ材を介して半導体
集積回路素子１０が取着されており、該半導体　Ｉ− 集積回路素子１０の各電極はワイヤｌｌを介して金の導
電層７と電気的に接合され、外部リート端子１２に導出
される。

前記メタライズ金属層２．３は絶縁基体１にタントステ
ン、モリブデンもしくはマンガン等の粉末に適当な有機
溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを従来周知
の厚膜手法により印刷塗布し、しかる後、高温で焼成し
てメタライズすることにより形成される。

また外部リード端子１２はコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
）、４２Ａｌｌｏｙ等の金属から成り、コバルト・硫黄
・ニッケルの合金及び金の各導電層４．５．６．７．８
．９はめっき、真空蒸着、スパッタリング等の手法によ
り形成されている。

また、前記絶縁基体１の」二面にはセラミック、ガラス
等の電気絶縁材料から成る蓋体１３がガラス、樹脂等の
封止部材を介して取着されており、これにより半導体素
子収納用パッケージ内部の空所は外気から完全に気密に
封止され、最終製品である半導体装置となる。

かくして、本発明によれば、銀ロウもしくは外部リード
端子の表面に金の導電層の下地として銅と固溶体を形成
し易いニッケルをコバルト・硫黄の合金中に添加した金
属層を設けることにより、銅が金の導電層の表面にまで
拡散するのを防止できる。その結果、該金の導電層の表
面を変色させたり、導電性を劣化させたりする酸化物を
生成することもなく、しかも」二記半導体集積回路素子
がパッケージより剥離することを皆無となし、半導体素
子収納用パッケージを外部電気回路に堅固に取着するこ
とができる。

（実験例）（１）対象：（評価試料■）評価試料として幅２ｃｍ、長さ５ｃｍの４２八ｌ１ｏｙ
から成る金属板の外表面に共晶銀ロウ（銀７２重量％、
銅２８重量％）を加熱溶解して被覆した後、第１表に示
す如く金の導電層の下地としてニッケル・コハル１〜の
合金及びコハル！・・硫黄の合金から成る金属層を形成
したもの（仕較例としての従来品）−１Ｏ− とコバルト・硫黄・ニッケルの合金から成る金属層を形
成したもの（本発明品）を各１００枚べＬ偏した。

（評価試料■）アルミナ質セラミックスから成るセラミック基板にタン
グステンのメタライズ金属層を形成し、該メタライズ金
属層上に前記評価試料■と同様に金の導電層の下地とし
てニッケル・コハルｌ−及びコバルト・硫黄並ヒにコハ
ル１〜・硫黄・ニッケルの合金から成る金属層を形成し
たものを１００個準備した。

（評価試料■）幅２ｍｍ５長さ２Ｏｎ＋＋ｎ、厚さ０．２５ｍｍの４２
ＡＩｌｏｙから成る金属板の外表面に前記評価試料Ｉと
同様にそれぞれ金の導電層の下地金属層を介在させたも
のを１００本準備した。

（ＩＩ）実験方法：（ａ）耐熱変色テスト上記評価試料■を、表面温度が４５０　’Ｃに制御され
た熱板上に、夫々２分間、５分間、１０分間載置し、載
置後の変色しなかった評価試料の枚数を調べ良品率を求
めた。

（ｂ）ダイシェアーテスト約４３０°Ｃに加熱された上記評価試料■の金の導電層
１−に、５ｍｍ角のシリコンチップ１００個を、２ｍｍ
角で厚さ０．０５ｍｍの＾ｕ−３ｉ　ロウ材を介し３０
秒間圧接、振動させてボンディングし、その後３００℃
の温度で６０時間エージング処理を行い、夫々のＳｉチ
ップを横方向から押圧し、Ｓｉチップが破壊するまで絶
縁載板より該Ｓｉチップが剥がれなかった評価試料数を
調べ、グイシェアーテスト良品率を求めた。

（ｃ）半田剥がれ性テスト上記評価試料■を２４５℃±５℃に制御された溶融状態
の錫６０重量％、鉛４０重量％の共晶半田中に浸漬して
半田付けした後、半導体集積回路素子の特性をチェック
するためのバーンインテストと同じ条件、即ち１５０℃
に制御されたオープン中で２５０時間のエージング処理
を行い、その後、それぞれの試料を直角に折り曲げ、半
田が剥離しない本数を数え、半田剥がれ良品率を求めた
。

その結果を第１表に示す。

第１表からも判るように従来品の金の導電層の下地とし
てニッケルの含有が５重量％未満のコバルト基合金から
成る金属層を形成した試料番号１．２．３．４において
は耐熱変色テスト良品率が１０分後において６３％以下
になり、金の勇−重層を有する電子部品に適用した場合
、銅を含有する銀ロウや外部リード端子等を使用すると
問題となる。また同しく下地として硫黄を含有しないコ
バルト基合金から成る金属層を形成した試料番号５．１
５．１９．２３においては半田剥がれ良品率が６９％以
下と極めて悪い。更に下地金属層に硫黄を過多に含有さ
せた試料番号８．２６においては下地金属層の耐蝕性が
劣化し、大気中に含まれる水分等の作用により錆を発生
し、変色を生じる。また更にニッケルを過多に含有させ
た試料番号２７においてはグイシェアーテストの良品率
が６５％となり、半導体集積回路素子の接合強度が低下
し、小さな外力によっても剥がれを発生ずることとなる
。

これらに対し、本発明によれば０．００１重量％以上、
１．０重量％以下の硫黄と５．０重量％以」二、９５．
０重量％以下のニッケルを含有したコバルト基合金から
成る金属層を形成したものでは耐熱変色テスト良品率、
ダイシェアーテスト良品率及び半田剥がれ良品率がいず
れも１００％となることが判明した。

（発明の効果）以上の如く、本発明によれば、メタライズ金属層表面や
銅を含有したロウ材等の接合材料や外部リード端子材料
等の表面に形成される金の導電層の下地として、硫黄と
ニッケルを含有したコバルト基合金から成る金属層を設
けたことにより、半導体集積回路素子の取着時や気密封
止時等に熱が印加され、かつ高温多湿の酸化条件下に曝
されても金の導電層表面を変色させることもなく、その
上、半導体集積回路素子をパッケージに堅固に接合する
ことが可能となり、更に外部より応力が加えられても絶
縁基体に設けたメタライズ金属層や外部リード端子の表
面より半田が剥離したり、ロウ材との反応性（濡れ性）
が劣化することもない。

したがって、高い導電性を保持した高品質の金の導電層
を有する電子部品が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子部品をリード付半導体素子収納用
パッケージを例に採って示した一部破断平面図であり、
第２図は第１図の要部拡大断面図である。１・・・・・絶縁基体２．３・・・・メタライズ金属層４．５．６・・・コバルト・硫黄・ニッケル合金金属層７．８．９・・・金の導電層１０　　・・・・半導体集積回路素子１１　　・・・・ワイヤ１２　　・・・・外部リード端子１３　　・・・・蓋体

Claims

【特許請求の範囲】

　金属面上に金の導電層を有する電子部品において、該
金の導電層の下地として、コバルト（Ｃｏ）４．０〜９
４．９９９重量％、硫黄（Ｓ）０．００１〜１．０重量
％、ニッケル（Ｎｉ）５．０〜９５．０重量％の合金か
ら成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。