JPH01149379A - セラミック基体のリード取り付け構造 - 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、セラミックパッケージ、セラミック基板等の
セラミック基体表面の回路パターンのターミナルにリー
ド端部を銀ろう等のろう材を用いてろう付け接続する際
のリード取り付け構造に関する。

［従来の技術］ 第３図に示したように、半導体素子等の電子部品を収容
、搭載するセラミックパッケージ、セラミック基板等の
セラミック基体１表面のメタライズ層等からなる回路パ
ターンのターミナル２には、該回路パターンのターミナ
ル２と外部装置の電気回路とを電気的に接続する４２ア
ロイ（鉄−ニッケル合金）、コバール（鉄−ニッケルー
コバルト合金）等の金属製のリード３端部を銀ろう等の
ろう材４を用いて接続する。

ところで、近時、上記セラミック基体ｉに収容、搭載す
るシリコンチップからなる半導体素子の高集積化が一段
と進んで、該素子が大きくなるにつれて、セラミック基
体ｌと該基体に収容、搭載する半導体素子との熱膨張率
の差により半導体素子が破壊する等、セラミック基体ｌ
と半導体素子との熱膨張率の差に基づく半導体素子への
悪影響が問題となってきた。

そこで、上記セラミック基体Ｉと半導体素子との熱膨張
率の差に基づく半導体素子への悪影響を除去するために
、近時は、通常の高温焼成により形成される熱膨張率の
大きいアルミナセラミック基体に代わって、熱膨張率が
３ｘｔｏ−＠／℃のシリコンチップからなる半導体素子
の熱膨張率に近い、熱膨張率の小さい低温焼成により形
成されるセラミック基体、ムライトセラミック基体等の
セラミック基体（以下、単に熱膨張率の小さいセラミッ
ク基体という。）が開発され、該基体を用いた半導体装
置が実用化されつつある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記低温焼成により形成されるセラミッ
ク基体、ムライトセラミック基体等の熱膨張率の小さい
セラミック基体は、通常の高温焼成により形成されるア
ルミナセラミック基体に比べて、脆弱である。

即ち、通常の高温焼成により形成されるアルミナセラミ
ック基体は、その抗折力が３０〜４０ｋｇ／ｃｍ’ある
のに対して、上記熱膨張率の小さいセラミック基体は、
その抗折力が２０ｋｇ／ｃｍ鵞しかない。

また、上記熱膨張率の小さいセラミック基体の熱膨張率
が４〜７Ｘ１０−＠／℃であるのに対して、銀ろう材の
熱膨張率は１８〜２０Ｘｌ（Ｉ＠／℃とその熱膨張率が
上記熱膨張率の小さいセラミック基体の熱膨張率の４〜
５倍程度大きい。

そのため、上記熱膨張率の小さいセラミック基体表面の
メタライズ層等からなる回路パターンのターミナル２に
、第３図に示したように、リード３端部を銀ろう等のろ
う材４を用いてろう付け接続した際には、熱膨張率の小
さいセラミック基体ｌに対して、熱膨張率の大きい銀ろ
う等のろう材４が上記脆弱な熱膨張率の小さいセラミッ
ク基体１表面で大きく収縮しながら冷却固化することと
なって、該熱膨張率の小さいセラミック基体１に上記冷
却固化しつつある銀ろう等のろう材４の大きい収縮応力
が掛かり、該応力で上記熱膨張率の小さいセラミック基
体ｌにクラックが生じて、該基体Ｉの気密性が損なわれ
るとともに、セラミック基体１表面のメタライズ層等か
らなる回路パターンのターミナル２にろう付け接続した
リード３端部の接続強度が不安定となる等した。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は、上記熱膨張率の小さいセラミック基体
１表面の回路パターンのターミナル２に、銀ろう等のろ
う材４を用いてリード３端部を、上記セラミック基体ｌ
にクラックを生じさせずにろう付け接続できる、セラミ
ック基体のリード取り付け構造を提供することにある。

ｒ問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のセラミック基体の
リード取り付け構造は、第１図や第２図にその構成例を
示したように、セラミックパッケージ、セラミック基板
等のセラミック基体１表面の回路パターンのターミナル
２に、リード３端部をろう材４を用いてろう付け接続し
たセラミック基体において、上記リード３下端とターミ
ナル２との間のろう材４内部に、上記ろう材４より熱膨
張率の小さい、上記ターミナル２の外径と同一かまたは
該外径より若干小さい外径を持った部材５を介在させた
ことを特徴とする。

本発明の電子部品用基体においては、部材５が、リード
３と別体構造のものと、リード３と一体構造のものとが
考えられる。

［作用］ 本発明のセラミック基体のリード取り付け構造において
は、リード３端部をセラミック基体１表面の回路パター
ンのターミナル２に直接にろう付け接続するろう材４の
多くの部分が、該ろう材４内部の上記リード３下端とタ
ーミナル２との間に介在させた、該ろう材４より熱膨張
率の小さい、」二足ターミナル２の外径と同一かまたは
該外径より若干小さい外径を持った部材５に置き換えら
れて、セラミック基体１表面の回路パターンのターミナ
ル２にリード３端部がろう付け接続されることとなる。

また、上記ろう材４内部に介在させた部材５の外径を上
記ターミナル２の外径と同一かまたは該外径より若干小
さい大きさとしたため、上記円盤状の部材５周囲とセラ
ミック基体１表面のターミナル２との間に亙ってメニス
カス形状を描いて付着するろう材４の量を極めて少なく
できる。

そのため、リード３端部をセラミック基体１表面の回路
パターンのターミナル２にろう付け接続した際に、セラ
ミック基体１表面で冷却固化するろう材４のセラミック
基体ｌに直接に掛かる収縮応力を大幅に弱めることがで
きる。

さらに、ろう材４内部に介在させた部材５をリード３と
別体構造としたものにあっては、部材５がリード３形成
用の金属素材と同一素材に限定されずに、部材５に、各
種状況に応じた最適な熱膨張率を持った部材を選択でき
る。

また、ろう材４内部に介在させた部材５をり−ド３と一
体構造としたものにあっては、リード３と部材５を一体
化して、リード３端部をセラミック基体１表面の回路パ
ターンのターミナル２にろう付け接続する際の部品点数
を減らしたため、手数をかけずにリード３端部を上記タ
ーミナル２にろう材４を用いてろう付け接続できる。

し実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図は本発明のセラミック基体のリード取り付け構造
の好適な実施例を示し、詳しくは該リード取り付け構造
を用いたムライトセラミック基板の一部破新正面図を示
す。以下、上記図中の実施例を説明する。

図において、ｌは、熱膨張率の小さいセラミック基体で
ある、熱膨張率が約４．５ｘｌＯ−’／℃のムライトセ
ラミック基板である。

このムライトセラミック基板１表面に、該基板ｌ内部や
その表面に備えたタングステンメタライズ層からなる回
路パターン（図示せず。）に一連に連続する、リード３
端部をろう付け接続するタングステンメタライズ層から
なる円形状をした回路パターンのターミナル２を一体に
備えた。

そして、上記タングステンメタライズ層からなるターミ
ナル２表面に、無電解めっき法によりニッケルめっき６
を施した。

そして、このニッケルめっき６を施した上記タングステ
ンメタライズ層からなるターミナル２上面に、第１図に
示したように、後述の銀ろうの熱膨張率より小さいムラ
イトセラミック基板ｌの熱膨張率に近い熱膨張率を持っ
た、上記銀ろうが的確に密着する、その表面にニッケル
めっき、金めつき等の金属めっきを施したモリブデンか
らなる円盤状の部材５を搭載した。

ここで、上記モリブデンからなる円盤状の部材５は、上
記ムライトセラミック基板１表面の円形状をしたターミ
ナル２の外径と同一かまたは該外径より若干小さな外径
を持った大きさのものとした。

そして、上記ターミナル２上面に搭載したモリブデンか
らなる部材５上面に、既述のコバールからなる細い円柱
状をしたリード３下端を当接させて、該リード３を上記
部材５上方に起立させた。

そして、上記リード３をモリブデンからなる部材５上方
に起立させた状態で、リード３下部、リード３下端を当
接させたモリブデンからなる部材５、該部材５を搭載し
たタングステンメタライズ層からなるターミナル２、該
ターミナル周辺のムライトセラミック基板ｌを８００℃
前後に予備加熱するとともに、銀ろう４ａを加熱して溶
融させた状態にして上記リード３下部周囲、モリブデン
からなる部材５周囲、ムライトセラミック基板１表面の
ターミナル２に亙って付着させた後、該銀ろう４ａを上
記リード３下部、モリブデンからなる部材５、ムライト
セラミック基板１表面のターミナル２、該ターミナル周
辺のムライトセラミック基板１とともに冷却して固化さ
せた。

第１図に示したムライトセラミック基板のリード取り付
け構造は、以上のように構成した。

第２図は本発明のもう一つのセラミック基体のリード取
り付け構造を示し、詳しくは該リード取り付け構造を用
いたムライトセラミック基板の一部破断正面図を示す。

以下、上記図中の実施例を説明する。第２図において、
既述の第１図に示したムライトセラミック基板と同一部
材には同一符号を付してその説明を省略する。

第２図には、第１図と同様なその表面に円形状をしたタ
ングステンメタライズ層からなる回路パターンのターミ
ナル２を一体に備え、該ターミナル２表面にニッケルめ
っき６を施したムライトセラミック基板ｌが示されてい
る。

このムライトセラミック基板１表面のターミナル２にろ
う付け接続するリード３下端に、該リードと同一素材の
熱膨張率が４〜７Ｘ１０−＠／”Ｃのムライトセラミッ
ク基板ｌに近い熱膨張率を持った後述の銀ろうが的確に
密着する既述のコバールまたは４２アロイからなる薄い
円盤状をした部材５を一体に突設し、該リード３下端に
突設した部材５を上記ムライトセラミック基板１表面の
ターミナル２上面に当接させて、リード３を上記ターミ
ナル２上方に起立させた。

ここで、上記リード３下端に一体に突設した薄い円盤状
をした部材５は、その外径を上記ムライトセラミック基
板１表面の円形状をしたターミナル２の外径と同一かま
たは該外径より若干率さな大きさのものとした。

そして、上記リード３をターミナル２上方に起立させた
状態で、リード３下端の円盤状の部材５、該部材５を当
接させたターミナル２、該ターミナル周辺のムライトセ
ラミック基板ｌを８００℃前後に予備加熱するとともに
、銀ろう４ａを加熱して溶融させた状態にして上記リー
ド３下部、り一ド３下端の部材５、ムライトセラミック
基板１表面のターミナル２に亙って付着させた後、該銀
ろう４ａを上記リード３下部、リード３下端の部材５、
ムライトセラミック基板１表面のターミナル２、該ター
ミナル周辺のムライトセラミック基板１とともに冷却し
て固化させた。

第２図に示したムライトセラミック基板のリード取り付
け構造は、以上のように構成した。

次に、上述各実施例の作用を説明する。

上述各実施例のリード取り付け構造においては、リード
３端部をムライトセラミック基板１表面のターミナル２
に直接にろう付け接続する銀ろう４ａの多くの部分が、
該銀ろう４ａ内部の上記り−ド３下端とターミナル２と
の間に介在させた、該銀ろう４ａの熱膨張率より小さい
、ムライトセラミック基板ｌに近い熱膨張率を持った、
その外径が上記円形状をしたターミナル２の外径と同一
かまたは該外径より若干率さい、リード３と別体構造を
したその表面に金属めっきを施したモリブデンからなる
円盤状の部材５、またはリード３と一体構造をしたリー
ド３と同一素材の４２７０イからなるリード３下端の円
盤状の部材５に置き換えられて、ムライトセラミック基
板１表面のターミナル２にリード３端部がろう付け接続
されることとなる。

また、上記銀ろう４ａ内部に介在させたモリブデンから
なる円盤状の部材５またはり−ド３と同一素材の４２ア
ロイからなる円盤状の部材５の外径を、ムライトセラミ
ック基板１表面の円形状をしたターミナル２の外径と同
一かまたは該外径より若干率さな大きさとしたため、第
１図や第２図に示したように、リード３端部を上記円盤
状の部材５を介してムライトセラミック基板１表面のタ
ーミナル２にろう付け接続する銀ろう４ａのうちの、上
記円盤状の部材５周囲とムライトセラミック基板１表面
のターミナル２との間に亙ってメニスカス形状を描いて
付着する銀ろう４ａの量を極めて少なくできる。

そのため、ムライトセラミック基板１表面のターミナル
２上面に直接に付着する銀ろう４ａの大部分が上記円盤
状の部材５で置き換えられることとなって、銀ろう４ａ
を用いてリード３端部をムライトセラミック基板１表面
のターミナル２（ころう付け接続した際に、ムライトセ
ラミック基板１表面で冷却固化する上記銀ろう４ａのム
ライトセラミック基板ｌに掛かる収縮応力を大幅に弱め
ることができる。

また、ろう材４内部に該ろう材が的確に密着する部材５
を介在させたため、リード３端部をムライトセラミック
基板１表面のターミナル２にろう付け接続したろう材４
の接続強度が、ろう材４内部に介在させた上記部材５に
より大幅に弱められることがない。

さらに、第１図に示したような、銀ろう４ａ内部に介在
させた部材５をリード３と別体構造としたものにあって
は、部材５に、各種状況に応じた最適な熱膨張率を持っ
た部材５を選択できる。

また、第２図に示したような、銀ろう４ａ内部に介在さ
せた部材５をリード３と一体構造をしたものにあっては
、手数をかけずにリード３端部をムライトセラミック基
板１表面のターミナル２に銀ろう４ａを用いてろう付け
接続できる。

実験結果によれば、上述各実施例のリード取り付け構造
によりリード３端部をムライトセラミック基板１表面の
タングステンメタライズ層からなる回路パターンのター
ミナル２に銀ろう４ａを用いてろう付け接続したところ
、ムライトセラミック基板ｌに、該基板ｌの気密性を損
ねたり、該基板１表面の上記ターミナル２にろう付け接
続したリード３端部の接続強度を不安定とする、クラッ
クが生じないことが確認された。

また、上述各実施例のリード取り付け構造によりリード
３端部をムライトセラミック基板１表面のターミナル２
に銀ろう４ａを用いてろう付け接続したリード３の引張
り強度を測定したところ、６ｋｇ以上あり、該リード３
の上記ターミナル２に対する接続強度が実用上十分ある
ことが確認された。

なお、上述各実施例において、ろう材４に銀と銅の共晶
ろう、金ゲルマニウムろう等を用いたり、セラミック基
板ｌに低温焼成アルミナセラミック基板を用いたり、リ
ード３をろう付け接続する回路パターンのターミナル２
に表面にめっきを施さない銀メタライズ層等からなるタ
ーミナル２を用いたりしても良く、上述各実施例とほぼ
同様な作用、効果のあるリード取り付け構造が得られる
。

また、銀ろう等のろう材４内部に介在させる部材５は、
ろう材４より熱膨張率の小さい上述金属部材のタングス
テン、酸化チタン等の外に、ろう材４より熱膨張率の小
さいその表面を金属化したろう材４が的確に密着する無
機部材を用いて（良く、上述各実施例と同様な作用、効
果のあるリード取り付け構造が得られる。

さらに、ろう材４内部に介在させる該ろう材より熱膨張
率の小さい部材５は、セラミック基板ｌに近い熱膨張率
を持った部材５が最適であるが、場合によっては、セラ
ミック基体ｌより小さい零に近い熱膨張率を持った部材
５でも良く、該部材５を上記ろう材４内部に介在させる
ことにより、ろう材４が冷却固化する際の収縮応力を上
記部材５で減殺して、ろう材４の冷却固化する際のセラ
ミック基体ｌに掛かる収縮応力を大幅に弱めることがで
きる。

また、セラミック基板ｌに、アルミナセラミック基板よ
りも強靭なものの、ろう材４との熱膨張率の差がアルミ
ナセラミック基板よりも大きな、窒化アルミニウム基板
を用いたセラミック基板１表面の回路パターンのターミ
ナル２にリード３をろう付け接続した際にも、該窒化ア
ルミニウム基板にろう材４との熱膨張率の差によるクラ
ックが発生する場合があり、このような窒化アルミニウ
ム基板表面の回路パターンのターミナル２にも本発明の
リード取り付け構造を用いてリード３をろう付け接続す
れば、該窒化アルミニウム基板のクラックの発生防止の
有効な解決手段となる。

さらに、上述各実施例においては、いずれもセラミック
基体１であるセラミック基板ｌのリード取り付け構造に
ついて述べたが、脆弱なセラミック基体ｌであるセラミ
ックパッケージ表面の入出力用の回路パターンのターミ
ナルにリード端部をろう材を用いてろう付け接続する際
のリード取り付け構造に上述各実施例と同様なリード取
り付け構造を用いても良く、そうすれば上述各実施例と
同様な作用、効果が得られることは言うまでもない。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のセラミック基体のリード
取り付け構造においては、セラミック基体表面の回路パ
ターンのターミナルにリード端部を直接にろう付け接続
する銀ろう等のろう材の多くの部分が、上記リード下端
とターミナルとの間のろう柱内部に介在させた、該ろう
材より熱膨張率の小さい、上記ターミナルの外径と同一
かまたは該外径より若干小さい外径を持った部材に置き
換えられることとなる。

また、上記ろう柱内部に介在させた部材の外径を上記タ
ーミナルの外径と同一かまたは該外径より若干小さい大
きさとしたため、上記部材周囲とセラミック基体表面の
ターミナルとの間に亙って付着するろう材の量を極めて
少なくできる。

従って、リード端部をセラミック基体表面の回路パター
ンのターミナルにろう付け接続した際に、セラミック基
体表面で冷却固化する銀ろう等のろう材のセラミック基
体に直接に掛かる収縮応力を大幅に弱めることができる
。

そのため、リード端部をセラミック基体表面の回路パタ
ーンのターミナルにろう付け接続した際に、セラミック
基体にゲラツクが生じて、セラミック基体の気密性が損
なわれたり、セラミック基体表面の回路パターンのター
ミナルとリード端部との接続強度が不安定となることが
ない。

また、ろう柱内部に介在させた部材をリードと別体構造
としたものにあっては、部材に、各種状況に応じた最適
な熱膨張率を持った部材を選択できる。

さらに、ろう柱内部に介在させた部材をリードと一体構
造としたものにあっては、手数をかけずにリード端部を
セラミック基体表面のターミナルにろう材を用いてろう
付け接続できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリード取り付け構造を用いたムライト
セラミック基板の一部破断正面図、第２図は本発明のリ
ード取り付け構造を用いたもう一つのムライトセラミッ
ク基板の一部破断正面図、第３図は従来のリード取り付
け構造を用いたセラミック基体の一部破断正面図である
。 ｌ・・セラミック基体、　　２・・ターミナル、３・・
リード、　　４・・ろう材、 ４ａ・・銀ろう、　　５・・部材。 特許出願人　新光電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックパッケージ、セラミック基板等のセラミ
   ック基体表面の回路パターンのターミナルに、リード端
   部をろう材を用いてろう付け接続したセラミック基体に
   おいて、上記リード下端とターミナルとの間のろう材内
   部に、上記ろう材より熱膨張率の小さい、上記ターミナ
   ルの外径と同一かまたは該外径より若干小さい外径を持
   った部材を介在させたことを特徴とするセラミック基体
   のリード取り付け構造。 ２、部材が、リードと別体構造のものである特許請求の
   範囲第１項記載のセラミック基体のリード取り付け構造
   。 ３、部材が、リードと一体構造のものである特許請求の
   範囲第１項記載のセラミック基体のリード取り付け構造
   。