JPH0227817B2 - - Google Patents

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JPH0227817B2
JPH0227817B2 JP59054910A JP5491084A JPH0227817B2 JP H0227817 B2 JPH0227817 B2 JP H0227817B2 JP 59054910 A JP59054910 A JP 59054910A JP 5491084 A JP5491084 A JP 5491084A JP H0227817 B2 JPH0227817 B2 JP H0227817B2
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JP
Japan
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brazing
gold
ceramic substrate
layer
film
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JP59054910A
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JPS60198761A (ja
Inventor
Juzo Shimada
Kazuaki Uchiumi
Masanori Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP59054910A priority Critical patent/JPS60198761A/ja
Publication of JPS60198761A publication Critical patent/JPS60198761A/ja
Publication of JPH0227817B2 publication Critical patent/JPH0227817B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3465Application of solder

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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

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
続ピンを接着する方法に係り、更に具体的にいえ
ば多層セラミツク基板の接続ピンを基板に結合さ
せるための接合手段に係る。
(従来技術) 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−パラジウム系導体が使える低温焼結多
層セラミツク基板、また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、
更には有機絶縁材料(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
入出力端子数は極めて多くなつてくる。そのため
入出力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。
この多層セラミツク基板に接続ピンを取り付け
る従来技術としては、例えばアルミナ多層基板に
おいて銀ろうを用いてコバールは4・2アロイ等
の材質の接続ピンを取り付けていた。第1図は、
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
ツド部分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アロイの接続ピン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Ag60mol%−Cu40mol%の共晶合
金が使われており融点は779℃であり、ろう付け
処理温度は810℃程度であり、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、金層6が形成された接続ピン付き基板
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く、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1
1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17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22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。これらの方法においては、いずれも
中間層として金属を形成しなければならずコスト
的にも不利である。また接続ピンを取り付けるパ
ツド部分には、あらかじめモリブデンパツドを形
成しておかなければならず工程的にもコスト的に
も不利であり、さらにろう付け等の熱処理に際し
てもモリブデンの酸化を防ぐために水素還元雰囲
気で行なわなければならなかつた。さらに、モリ
ブデン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モリブデ
ンペースト中に含めねばならず、導体抵抗も高く
なる問題があつた。
(発明の目的) 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめ、従来の銀ろう材を用いる方法よりも低温
(400℃以下)で、しかも中性雰囲気で熱処理が出
来、また他の従来法で示したような障壁用の金被
膜を施さず、更にはピン取り付け部分のモリブデ
ンパツドを形成しない、非常に単純な構造をも
ち、作業性およびコスト的に有利でしかも十分な
ピン接着強度を有するろう付け方法を提供するこ
とにある。
(発明の構成) すなわち本発明セラミツク基板上のろう付けす
る部分にチタンの膜を形成する工程と該チタン膜
上にパラジウム金属層を形成する工程と、ろう材
により入出力電気接続ピンをパラジウム金属層上
にろう付けする工程とを有することを特徴とする
ろう付け方法である。
(実施例) 以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。
第5図〜第8図は本発明のろう付け方法を示す
図であり第9図は実施例において作製したピン付
きセラミツク基板の模式図である。第5図に示す
ように多層セラミツク基板31のセラミツク表面
上に金属の薄板をエツチング等の手段により形成
したろう付け部分の空いているマスク32を重ね
合わせる。多層セラミツク基板31はアルミナグ
リーンシートを用い導体としてモリブデン又はタ
ングステン等を印刷し積層プレス後1500℃以上の
水素還元雰囲気中で焼結したものでもよく、ある
いはホウケイ酸鉛系結晶化ガラスとアルミナから
出来ているガラスセラミツクグリーンシートを用
い導体として金、銀、銀−パラジウム系、金−白
金系、銀−白金系等を印刷し、積層プレス後1000
℃以下の酸化性雰囲気中で焼結したいわゆる低温
焼結多層セラミツク基板等でもよい。ここでは銀
−パラジウムを用いた後者の基板を用いた。次に
チタン被膜を形成した。第6図に示すように、セ
ラミツク基板に重ね合わされたマスクの上からス
パツタリングにより300Å〜1000Åの厚さのチタ
ン膜33を形成する。第6図で形成したチタン膜
の上から続けて周期律表の第族の金属の中から
パラジウム層34を第7図に示すように形成す
る。パラジウム層はチタン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。スパツタは10-5torr以下にした
後、Arガスを10-2torr程度まで導入して行つた。
第8図にはチタン薄膜、パラジウム金属の膜を形
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
ク基板表面に直接にチタン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。このようにして得られた金属パツド部を
有するセラミツク基板を金80%錫20%の重量比の
合金ろう材35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アロイ等の材質の
入出力電気接続用ピン36上に置き、第族金属
であるパラジウム層上に結合させる。第9図には
以上の方法により取り付けられた接続ピン付き多
層セラミツク基板の模式図を示してあるが、金属
製ピン36の表面にはメツキ等により形成した金
の被膜層37がコートしてある。ろう付けを行な
う処理温度としては、金80%錫20%の重量比の合
金ろう材の融点が280℃であることから、300℃〜
450℃の温度範囲で10〜30分間行なつた。パラジ
ウム層は金−錫ろう材の錫のゲツタリングを引き
起こし、金の錫に対する見かけの割合を多くする
ことになり、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。また接続ピンに施した金被膜層においても、
ろう付け処理の際、金被膜層が金−錫ろう材と共
に一部融けることになり金−錫ろう材中の割合が
増加し結合部分の融点を上昇させ同様の効果が得
られる。本方法によりろう付けした入出力電気接
続ピンと多層セラミツク基板との接着強度は4.0
Kg/mm2以上を示し、実装基板の入出力ピンとして
十分な強度を示す。
(発明の効果) 以上の如く、本発明のろう付け方法を採用する
ことにより、ろう付け処理を400℃以下という極
めて低温で、しかも中性雰囲気中で行なうことが
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、また障壁用の金被膜も施さない単純な構造を
もつた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。さらに本発明の方
法はピンパツドの金属層を形成する際にエツチン
グ等の湿式工程を経ないためにセラミツクに対す
る悪影響は全く与えず信頼性の高いピン付き基板
を提供することが出来、また作業性およびコスト
的にも有利となり、ピン付け後の熱サイクルに対
しても十分に強いピン付け基板を得ることが出来
るようになつた。
さらにスパツタリングでなく、適時蒸着、メツ
キ、スクリーン印刷などの膜形成手段を用いるこ
とができる。
【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
基板を示した図であり、第5図〜第8図は本発明
の方法を示す図であり、第9図は本発明の方法に
より作製したピン付き基板の模式図である。 図において、1,11,21,31……セラミ
ツク基板、2,12,22……厚膜導体パツド
層、3,13,23……ニツケル層、4……銀ろ
う、5,16,27,36……金属ピン、6,1
7,28,37……金被膜層、14……金被膜、
15,26,35……金−錫ろう、24……金被
膜、25……第族金属層、32……マスク、3
3……チタン膜、34……パラジウム金属膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 セラミツク基板に金属製接続ピンをろう材に
    よりろう付けする方法であつて、セラミツク基板
    上のろう付けする部分にチタン膜を形成する工程
    と、該チタン膜上にパラジウム金属膜を形成する
    工程と、ろう材により接続ピンを該パラジウム金
    属層上にろう付けする工程とを有することを特徴
    とするろう付け方法。 2 ろう材は金−錫ろう材である特許請求の範囲
    第1項記載のろう付け方法。
JP59054910A 1984-03-22 1984-03-22 ろう付け方法 Granted JPS60198761A (ja)

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