JPH0136998B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パツケージ基板における入出力電気
接続ピンを取り付ける多層セラミツク基板の製造
方法に関する。

（従来技術とその問題点） 最近のコンピユータシステム等の高密度小型
化、高速化および高パフオーマンス化に対して実
装レベルにおけるパツケージ基板の要求はますま
すきびしいものになつてきている。具体的にはパ
ツ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ツケージ基板技術
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
ラミツク基板や、ガラスセラミツクグリーンシー
トを用い900℃程度で焼結出来、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ツ
ク基板、さらには、セラミツク基板上へスパツ
タ、蒸着等の薄膜技術を用いたパツケージ基板
や、有機絶縁材料（ポリイミド等）を用い薄膜導
体と組み合せたパツ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チツプが多数実装されることになり、した
がつて基板外部と電気的に接続するための入力出
端子数は極めて多くなつてくる。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銀ろ
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り、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
等の導体パツ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
のちのセラミツク基板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
パツド部品にメツキによりニツケル層３を形成
し、次にコバール又は4.2合金の電気接続ピン５
を銀ろう４により取り付けている。銀ろうの組成
は一般には、銀60mol％―銅40mol％の共晶合金
が使われており融点は779℃である。このためろ
う付け処理温度は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ツキ
処理される。

第２図には金メツキ層６が形成された電気接続
ピン付き基板の断面図を示す。本方法はろう付け
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り付けたのち信号
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
精度が悪くなり、作業性も低下する。また有機絶
縁フイルム（ポリイミド等）を用いて多層セラミ
ツク基板上へパターンを形成するパツケージ技術
の場合でも同様である。更にろう付け後接続ピン
および導体パツド部を金メツキする工程が含まれ
ることになり作業性が悪い。

次に処理温度を低げるためにろう材としてAu
―Sn又はAu―Si、Au―Sn―Pd、Au―Sn―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、セラミツク基板１１の表面
にモリブデン層１２を付着させ、該モリブデン層
上にメツキ法等の手段によりニツケルの被膜１３
を形成する。次に該ニツ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
ツケル固溶体を形成している。続いて金メツキ１
７を施した接続ピン１６をAu―Snろう材１５に
より結合している。この方法において金・ニツケ
ル固溶体を形成する際には、約700℃の温度で水
素還元中で行なつている。また第４図において
は、セラミツク基板２１の表面にモリブデン層２
２を付着させ、該モリブデン層上にニツケル被膜
２３を形成し、該ニツケル被膜上へ障壁用の金被
膜２４を形成している。該金被膜上には、Snゲ
ツ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ツキ２８を施した接
続ピン２７をAu―Sn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ツク基板であり接続ピンを
取り付けるパツド部分には高温に耐えうるモリブ
デン等の金属パツ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つた。さらにモリブデン等
のパツドとセラミツク基板との密着性をもたせる
ためにガラスフ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
つた。

一方ガラスセラミツク系の多層セラミツク基板
の場合、1000℃以下の温度で焼成可能なため、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
ガラスセラミツ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なく高密度化に対して大
きな問題点であつた。

（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ツク系
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ツク基板の製造方
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ツク生シートの電気接続
ピン取り付け側に、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
族の金属膜を形成し、該第族の金属膜上に周
期律表の第ｂ族の金属の単体もしくは一部を含
んだ混合物の層を形成する工程と、前記セラミツ
ク生シートを含む複数枚のセラミツク生シートを
積層プレスしたのち焼成する工程と、焼成基板上
の第ｂ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ツク基板の
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、ガラスセラミツクスと第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ツド又はガラスセラ
ミツク多層基板における金、銀、銀―パラジウム
等の厚膜導体パツ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
ことが可能となつた。また周期律表の第族金属
を形成することによつて、第ｂ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
の錫ゲツクリングのソースとして働き、ろう付け
後の金―錫ろう材の融点を上げることが出来、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ｂ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ｂ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ａ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
付き多層セラミツ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
付き多層セラミツ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り作製した生セラミ
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、銀―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ツク
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け部分の空いているマス
ク３４を重ね合せる。続いて第８図に示すように
マスク板の上からスパツタリングにより300Å〜
1000Å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
パツタリングにより1000Å〜3000Å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ツケル、
鉄等の金属を形成することもできる。スパツタは
真空度を約10^-5torr以下にした後Arガスを
10^-2torr程度まで導入して行なつた。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ｂ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
法で行なつたが、スパツ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図からわかるように
本方法ではセラミツ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
なつている特徴の一つである。第１２図には他の
方法により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
により形成する方法である。このようにして得ら
れたピンパツド部を有するセラミツク生シートと
各種電気配線パターンを形成したセラミツク生シ
ートを適切な枚数積層し250Kg／cm²、110℃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℃〜950℃の温度で焼結す
る。もし導体として第ｂ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ツド部を有す
る多層セラミツク基板を金80％―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３９の表面
にはメツキ等により形成した金の被膜層４０が予
めコートしてある。ろう付けを行なう処理温度と
しては、金80％―錫20％の重量化の合金ろう材の
融点が280℃であることから300℃〜500℃の温度
範囲で10〜30分間行なつた。第族の金属は、
ｂ族金属と化合物を形成し、更に金―錫ろう材の
錫のゲツタリングとして働き、ろう材中の金の錫
に対する見かけの割合を多くする結果となり、し
たがつて冷却後又はろう材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
とはピン取り付け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ｂ族の
金属およびピンに施した金被膜においても、ろう
付け処理の際、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図に示すように
スルーホール中に導体が埋まつたセラミツク生シ
ート上に全面にクロム膜４１をスパツタリングに
より形成する。クロム膜の厚さは300Å〜1000Å
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ツ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ツド形状にエ
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
パツド形状に第１７図のように第ｂ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ツク生シート
および他の配線等のパターンを形成したセラミツ
ク生シートを積層し前述の250Kg／cm²、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
されることになり第１８図に示すように電気的に
絶縁体４４，４５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、第族の金属としてパラジウムを用
い、第ｂ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ツタリン
グの他に適時、スクリーン印刷、蒸着、メツキな
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
多層セラミツク基板との接着強度は4.0Kg／mm²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ツク
基板の製造方法を採用することにより、ろう付け
処理を500℃以下という極めて低温で、行なうこ
とが出来、セラミツク基板表面にピンパツド用の
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つた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は従来のピン付けセラミツク基
板を示す概略図であり、第５図〜第１２図および
第１４図〜第１８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……セラミツク基板、２……導
体パツド層、３……ニツケル層、４……銀ろう、
５……ピン、６……金被服層、１１……セラミツ
ク基板、１２……導体パツド層、１３……ニツケ
ル層、１４……金被膜、１５……金―錫ろう、１
６……ピン、１７……金被服層、２１……セラミ
ツク基板、２２……導体パツド層、２３……ニツ
ケル層、２４……金被膜、２５……第族金属
層、２６……金―錫ろう、２７……ピン、２８…
…金被服層、３１……セラミツク生シート、３２
……スルーホール、３３……導体、３４……マス
ク、３５……クロム層、３６……パラジウム層、
３７……銀―パラジウム層、３８……ろう材、３
９……ピン、４０……金被服層、４１……クロム
層、４２……パラジウム層、４３……銀―パラジ
ウム層、４４……クロム酸化層、４５……パラジ
ウム酸化層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属製電気接続ピンが取り付けられた多層セ
   ラミツク基板の製造方法において、セラミツク生
   シートの接続ピン取り付け側に周期律表の第ａ
   族の金属膜を形成し、該第ａ族の金属膜上に周
   期律表の第族の金属膜を形成し、該第族の金
   属膜上に周期律表の第ｂ族の金属が全部又は一
   部含まれた金属層を形成する工程と、前記セラミ
   ツク生シートを含む複数枚のセラミツク生シート
   を積層プレスしたのち焼成する工程と、焼成基板
   の第ｂ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
   付き多層セラミツク基板の製造方法。