JPH08255852A

JPH08255852A - 電子部品

Info

Publication number: JPH08255852A
Application number: JP7307702A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Iyogi; 靖五代儀; Yasuaki Yasumoto; 恭章安本; Toshiro Yanagisawa; 俊郎柳沢; Nobuo Iwase; 暢男岩瀬; Hiromitsu Takeda; 博光竹田; Masako Nakabashi; 昌子中橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-02-10
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1996-10-01
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JP2894979B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁体層を
有する高熱伝導性セラミックス回路基板に対して入出力
用端子ピンが正確、高密度かつ高強度に接合され、しか
も放熱性の優れたセラミックスパッケージのような電子
部品を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁体
層を有する高熱伝導性セラミックス回路基板１に入出力
用端子ピン４を少なくとも１種のIVＡ族元素を含有する
水素フリーの金属ろう材３を介して接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックパッケ
ージ、特に多数の入出力用端子ピンを有するピングリッ
ドアレイ等の電子部品に関し、詳しくは入出力用端子ピ
ンの接続構造を改良した電子部品に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置が実装される回路基板には、
樹脂基板、金属基板及びセラミックス基板などがあり、
各種の用途に用いられている。中でもセラミックス基板
は、他の基板に比べて放熱性、電気特性、信頼性の点で
総合的に優れていることから、広く使用されている。特
に、近年、熱伝導性が高く、放熱性の優れたセラミック
スが開発されてきたことから、ますますセラミックス基
板の需要が増加している。

【０００３】ところで、セラミックスパッケージ等の電
子部品への適用を考えると、回路基板に外部との接続を
になう入出力用端子ピンを取付けることが必要である。
近年、半導体装置の高集積化、大サイズ化が顕著で、そ
れに伴って収納される回路規模が大きくなり、その結果
パッケージの端子ピンの数が著しく増大してきている。
例えば、論理回路を含むＶＬＳＩ（ゲート数：Ｇ＞１０
⁵ ）を用いるパッケージでは回路規模は大きいため、該
パッケージに接続される入出力用端子ピンの数Ｐが増大
する。両者の関係は、Ｒent の式としてＧ＜１０⁵ の範
囲で経験的におおむね、Ｐ＝５×Ｇ^1/2 として知られて
いる。しかしながら、ＶＬＳＩでは上式が成立しなく、
Ｇ＝１０⁵ ではＰ＝２００〜３００である。このような
多端子ピンのパッケージとしてはピングリッドアレイパ
ッケージと呼ばれる半導体パッケージが最もよく使用さ
れている。しかしながら、ＶＬＳＩのように端子ピン数
が２００を越える場合には、端子ピン配列が必然的に多
くなり、これに伴って端子ピン配置のためにパッケージ
を大型にしなければならない問題があった。

【０００４】このような問題を解決するためには、端子
ピンの径を可能な限り小さくし、かつ高密度に配列する
ことが必要である。かかる要件を満足させるには、端子
ピンがなるべく小さな面積で回路基板に接合され、かつ
外部の差込み口との着脱に耐えるように強固に接合され
なくてはならない。また、端子ピンはセラミックス基板
の導体層とも電気的に良好に接合されていることが要求
される。

【０００５】一方、論理ＶＬＳＩでは動作時の発熱が１
〜１０Ｗと大きいため、放熱性の優れたパッケージが必
要である。このため、２００端子ピン以上の超多端子ピ
ンで５℃／Ｗ以下の低熱抵抗（Ｒth（ｊ−ａ））を同時
に満足するパッケージが望まれていた。

【０００６】このようなパッケージとしては、近年、高
熱伝導性セラミックスであるＡｌＮやＳｉＣを利用した
セラミック基板を備えたセラミックスパッケージが注目
されている。これらのセラミックスは、熱伝導率が従来
のＡｌ₂ Ｏ₃ の約２０Ｗ／Ｋ・ｍと比較して５〜１０倍
も大きく、かつＢｅＯのように毒性もないため、有用で
ある。

【０００７】しかしながら、ＡｌＮ、ＳｉＣなどの高熱
伝導性セラミックスは溶融金属との濡れ性が従来のＡｌ
₂ Ｏ₃ などの酸化物セラミックスに比較して劣り、金属
製の端子ピンと強固に接合することが困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、窒化アルミ
ニウム焼結体からなる絶縁体層を有する高熱伝導性セラ
ミックス回路基板に対して入出力用端子ピンが正確、高
密度かつ高強度に接合され、しかも放熱性の優れたセラ
ミックスパッケージのような電子部品を提供しようとす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる電子部品
は、窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁体層を有する
高熱伝導性セラミックス回路基板に入出力用端子ピンを
少なくとも１種のIVＡ族元素を含有する水素フリーの金
属ろう材を介して接合したことを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係わる電子部品に
ついて詳細に説明する。例えばピングリッド・アレイの
ような電子部品は、窒化アルミニウム焼結体（ＡｌＮ焼
結体）からなる絶縁体層を有する高熱伝導性セラミック
ス回路基板に入出力用端子ピンを金属ろう材を介して接
合した構造を有する。前記金属ろう材は、少なくとも１
種のIVＡ族元素を含有し、かつ水素フリー、つまり水素
を含まない組成を持つ。

【００１１】前記高熱伝導性セラミックス回路基板とし
ては、(1) ＡｌＮ粉末を含むセラミックスグリーンシー
トの表面にメタライズペーストによる表面印刷、還元性
雰囲気中にて焼結することにより得られた単層セラミッ
クス回路基板又は絶縁体ペーストを用いて印刷多層配線
を施した印刷多層基板、(2) ＡｌＮ粉末を含むセラミッ
クスグリーンシートにスルホールを形成し、メタライズ
ペーストによる表面印刷及びスルホールへのメタライズ
充填を行なった後、積層、圧着及び還元雰囲気中での焼
結により得られた多層セラミックス回路基板を挙げるこ
とができる。このグリーンシートとしてはＡｌＮ粉末、
バインダおよび溶剤からなるもの、ＡｌＮ粉末、Ｙなど
の希土類元素やＣａなどのアルカリ土類元素等を焼結助
剤、バインダおよび溶剤からなるものを用いることがで
きる。なお、前記セラミックス回路基板は上述した回路
基板を作製するためのセラミックスグリーンシートの段
階で接合部分に凹部を形成してもよい。

【００１２】前記金属ろう材中に含まれるIVＡ族元素と
しては、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等を挙げることができ
るが、特に活性作用の高いＴｉ、Ｚｒもしくはこれらの
混合物を用いることが望ましい。前記金属ろう材として
は、例えばＣｕろう、Ｎｉろう、Ａｇろうなどを挙げる
ことができる。ただし、低温での接合プロセスを実現で
きること、金属からなる入出力用端子ピンとの濡れ性が
良好なことを考慮すると、ＡｇまたはＣｕ或いはＡｇと
Ｃｕを主成分とするろう材が望ましい。

【００１３】前記金属ろう材中に含まれる前記IVＡ族元
素の量は、２〜１５重量％に範囲することが望ましい。
この理由は、IVＡ族元素の量を２重量％未満にすると回
路基板の基材であるＡｌＮ焼結体からなる絶縁体層とろ
う材との濡れ性が悪化し、凝集して前記回路基板に対し
て端子ピンを良好に接合ができなくなる恐れがある。一
方、IVＡ族元素の量が１５重量％を越えると接合部の抵
抗増加を生じると共にIVＡ族元素の量が多くなることに
より金属との密着性が低下する恐れがある。より好まし
いIVＡ族元素の含有量は、２〜１０重量％である。

【００１４】前記少なくとも１種のIVＡ族元素を含有す
る金属ろう材を高熱伝導性セラミックス回路基板と入出
力用端子ピンの間に介在させるには、例えば蒸着、スパ
ッタリング、粉末塗布または後述するペースト塗布によ
り前記金属ろう材層を形成すればよい。粉末塗布法の場
合には、IVＡ族元素の融点が高いために塗布量が余り多
いと、金属ろう材との合金化に必要な温度が高くなる問
題があることから、その塗布量は０．１〜１０ｍｇ／ｃ
ｍ² 程度にすることが望ましい。こうした金属ろう材層
は、高熱伝導性セラミックス回路基板の接合位置に形成
してもよいし、入出力用端子ピンの接合位置に形成して
もよいし、又はそれらの両者に形成してもよい。

【００１５】次に、本発明に係わる電子部品の製造方法
の一例を説明する。まず、ＡｌＮ焼結体からなる絶縁体
層を有する高熱伝導性セラミックス回路基板と入出力用
端子ピンとを、少なくとも１種のIVＡ族元素を含有する
金属ろう材粉末、カルボキシル基を置換基として含有す
るアクリル系バインダおよび有機溶剤からなる塗布手段
により形成されたろう材ペースト層を介して当接、保持
する。

【００１６】前記高熱伝導性セラミックス回路基板とし
ては、前述したのと同様なものが用いられる。上記ろう
材ペーストを構成する金属ろう材およびIVＡ族元素は、
前述したのと同様なものが用いられる。

【００１７】前記金属ろう材中に含まれる前記IVＡ族元
素の量は、前述したのと同様な理由により２〜１５重量
％、より好ましくは２〜１０重量％の範囲することが望
ましい。

【００１８】前記アクリル系バインダとしては、例えば
カルボキシル基を置換基として含有するポリアクリル酸
エステル、ポリメタクリル酸エステル、又は一部をスチ
レン等で重合したポリアクリル酸エステル、ポリメタク
リル酸エステル等を挙げることができる。かかるアクリ
ル系バインダに置換基として導入されるカルボキシル基
の含有量は、１〜５重量％の範囲することが望ましい。
この理由は、該カルボキシル基の含有量を１重量％未満
にするとアクリル系バインダ中の前記金属ろう材粉末が
凝縮してセラミックスとの密着性が悪化し、セラミック
スに対して金属を良好に接合できなくなる恐れがある。
一方、カルボキシル基の含有量が５重量％を越えると、
バインダが不安定となりゲル化し易くなってペースト化
が困難となる。また、アクリル系バインダの分子量は５
０００〜１５０００の範囲することが望ましい。この理
由は、アクリル系バインダの分子量を５０００未満にす
るとペーストの接着性が低下する恐れがある。一方、そ
の分子量が１５０００を越えると、加熱後の接合部に炭
素が多く残留して金属とセラミックスとの接合性が低下
する恐れがある。

【００１９】前記ろう材ペーストを構成する金属ろう材
粉末とアクリル系バインダの配合量は、前記ろう材粉末
１００重量部に前記バインダを３〜１５重量部配合する
ことを望ましい。この理由は、前記バインダの配合量を
３重量部未満にすると粘性が低くなり過ぎてペースト化
が困難になる恐れがある。一方、その配合量が１５重量
部を越えると、接合工程で加熱した後において炭素が残
留し易くなって接合強度の低下を招く恐れがある。より
好ましいアクリル系バインダの配合量は、金属ろう材粉
末１００重量部に対して５〜１０重量部である。

【００２０】前記ろう材ペーストに用いる溶剤として
は、例えばテレピネオール、ジエチレングリコール、モ
ノｎブチルエーテル等を挙げることができる。前記ろう
材ペースト層は、高熱伝導性セラミックス回路基板の接
合位置に形成してもよいし、入出力用端子ピンの接合位
置に形成してもよいし、又はそれらの両者に形成しても
よい。特に、作業性の向上等の観点から前記回路基板に
ろう材ペースト層を形成することが望ましい。かかるろ
う材ペースト層の形成手段としては、例えばスクリーン
印刷法等を採用し得る。

【００２１】次いで、前記回路基板および前記ペースト
層を介して前記回路基板に当接されたピンを、窒素ガス
単独の雰囲気中または酸素濃度が２０ｐｐｍ以下の窒素
雰囲気中で加熱して前記ピンを前記回路基板に接合せし
めることにより電子部品を製造する。

【００２２】前記加熱工程での雰囲気は、例えばトンネ
ル炉により実現できる。また、かかる雰囲気での高熱伝
導性セラミックス回路基板と端子ピンとをろう材層によ
り接合する際の加熱は、ろう材ペーストを構成する金属
ろう材の融点より高い温度で行なえばよい。例えばＡｇ
ろうを用いた場合には、８００〜８５０℃で加熱すれば
よい。

【００２３】本発明によれば、窒化アルミニウム焼結体
からなる絶縁体層を有する高熱伝導性セラミックス回路
基板と入出力用端子ピンとをIVＡ族元素を含有し、かつ
水素フリーの金属ろう材を介して接合することにより、
回路基板の基材であるＡｌＮ焼結体に対して前記端子ピ
ンを強固に接合することができる。即ち、回路基板に端
子ピンをIVＡ族元素を含有する金属ろう材を介して当接
させ、窒素ガス単独の雰囲気中または酸素濃度が２０ｐ
ｐｍ以下の窒素雰囲気中加熱することによって、金属ろ
う材が融液となり、その融液中の活性化されたIVＡ族元
素が脆弱な水素化物が精製されることなく、前記IVＡ族
元素の作用により金属ろう材が前記回路基板のＡｌＮ焼
結体からなる絶縁体層を濡らすことができる。しかも、
前記回路基板にスルホールが形成されている場合には、
前記融液中の活性化されたIVＡ族元素の作用により金属
ろう材が該スルホール内に浸透する。その結果、回路基
板のＡｌＮ焼結体からなる絶縁体層及びスルホール内の
導体層は前記金属ろう材により端子ピンと正確、高密度
かつ高強度で接合でき、かつ導体層とピンとは低抵抗接
続できるため、放熱性が優れ、信頼性の高いセラミック
スパッケージ（特にピングリットアレイパッケージ）等
の電子部品を得ることができる。

【００２４】また、高熱伝導性セラミックス回路基板の
接合位置に凹部を形成し、該凹部に入出力用端子ピンを
IVＡ族元素を含む金属ろう材を介して当接させ、加熱処
理すれば、ピン接合部の面積を大きくすることなく前記
回路基板への金属ろう材融液の接触面積を増大できるた
め、活性化されたIVＡ族元素により回路基板を効果的に
濡らすことができ、それらの接合強度を一層向上でき
る。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。（実施例１）まず、ＡｌＮ多層回路基板１を用意し、こ
の回路基板１のスルホール２が形成されたピン取付け位
置に、５％Ｔｉ、６８％Ａｇ、２７％Ｃｕよりなる直径
１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのIVＡ族元素を含有する金属ろ
う材層３を形成した。つづいて、金属ろう材層３に４２
％Ｎｉ−Ｆｅ製の入出力用端子ピン４を当接させ、位置
ずれのないように炭素治具を用いて保持した（図１の
（Ａ）図示）。次いで、端子ピン４を金属ろう材層３に
当接、保持した状態で真空炉内に設置し、５×１０^-5to
rrの真空中にて８５０℃で３分間加熱して図１の（Ｂ）
に示すように回路基板１に対して端子ピン４が活性金属
ろう材層５を介して接合されたセラミックスパッケージ
を製造した。

【００２６】得られた本実施例１のセラミックスパッケ
ージは、端子ピンがＡｌＮ多層回路基板に対して水素フ
リーの活性金属ろう材層により強固に接合されていた。
また、ピン取付け位置の中心部であるスルホール内の導
体層とピンとの導通をテスタにより測定したところ、良
好な接続状態が保持されていることが確認された。更
に、本実施例１のセラミックスパッケージは従来のＡｌ
₂ Ｏ₃ を用いたパッケージに比べて温度上昇が５〜６℃
と低く、優れた放熱性を有することが確認された。

【００２７】（実施例２）まず、ＡｌＮ多層回路基板１
を用意し、この回路基板１のスルホール２が形成された
ピン取付け位置に、粒径１０μｍ以下のＴｉ粉末と有機
バインダ（エチルセルロース・エタノール混合材）との
ペースト層６（直径１ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍ）を形成
した。一方、４２％Ｎｉ−Ｆｅ製の入出力用端子ピン４
の下端面に７２％Ａｇ−２８％Ｃｕの金属ろう材層３を
形成した（図２の（Ａ）図示）。

【００２８】次いで、前記回路基板１のＴｉを含むペー
スト層６に端子ピン４の金属ろう材層３を当接させ、位
置ずれのないように炭素治具を用いて保持した。つづい
て、端子ピン４が当接、保持した状態で回路基板１を真
空炉内に設置し、５×１０^-5torrの真空中にて８５０℃
で３分間加熱して図２の（Ｂ）に示すように回路基板１
に対して端子ピン４が活性金属ろう材層５を介して接合
されたセラミックスパッケージを製造した。

【００２９】得られた本実施例２のセラミックスパッケ
ージは、端子ピンがＡｌＮ多層回路基板に対して水素フ
リーの活性金属ろう材層により強固に接合されていた。
また、ピン取付け位置の中心部であるスルホール内の導
体層とピンとの導通をテスタにより測定したところ、良
好な接続状態が保持されていることが確認された。更
に、本実施例２のセラミックスパッケージは従来のＡｌ
₂ Ｏ₃ を用いたパッケージに比べて温度上昇が５〜６℃
と低く、優れた放熱性を有することが確認された。

【００３０】（実施例３）まず、直径０．５ｍｍ、長さ
３ｍｍの４２アロイ（４２％Ｎｉ−Ｆｅ）製の入出力用
端子ピンの下端面に５％Ｔｉ、６８％Ａｇ、２７％Ｃｕ
からなる合金粉末を有機バインダ（アクリル系）で混練
したろう材ペーストを１ｍｇ／ｃｍ² の割合で塗布し
た。

【００３１】次いで、ＡｌＮ多層回路基板のスルホール
が形成されたピン取付け位置に、前記ピンをその下端面
のろう材ペースト層を介して当接させ、位置ずれのない
ように炭素治具を用いて保持した。つづいて、端子ピン
が当接、保持した回路基板を真空炉内に設置し、５×１
０^-5torrの真空中にて８５０℃で３分間加熱して回路基
板1 に対して端子ピンが活性金属ろう材層を介して接合
されたセラミックスパッケージを製造した。

【００３２】得られた本実施例３のセラミックスパッケ
ージは、端子ピンがＡｌＮ多層回路基板に対して水素フ
リーの活性金属ろう材層により強固に接合されていた。
また、ピンの引張り試験を行なったところ、３ｋｇの荷
重でも剥離せず、接合強度が高いことが確認された。更
に、本実施例３のセラミックスパッケージは実施例１、
２と同様な優れた放熱性を有することが確認された。

【００３３】（実施例４）まず、直径０．５ｍｍ、長さ
３ｍｍの４３アロイ（４２％Ｎｉ−Ｆｅ）製の入出力用
端子ピンの下端面に５％Ｚｒ、６８％Ａｇ、２７％Ｃｕ
からなる合金粉末を有機バインダ（アクリル系）で混練
したろう材ペーストを１．５ｍｇ／ｃｍ²の割合で塗布
した。

【００３４】次いで、ＡｌＮ多層回路基板のスルホール
が形成されたピン取付け位置に、前記ピンをその下端面
のろう材ペースト層を介して当接させ、位置ずれのない
ように炭素治具を用いて保持した。つづいて、端子ピン
が当接、保持した回路基板を真空炉内に設置し、５×１
０^-5torrの真空中にて８５０℃で３分間加熱して回路基
板1 に対して端子ピンが活性金属ろう材層を介して接合
されたセラミックスパッケージを製造した。

【００３５】得られた本実施例４のセラミックスパッケ
ージは、端子ピンがＡｌＮ多層回路基板に対して強固に
接合されていた。また、ピンの引張り試験を行なったと
ころ、３ｋｇの荷重でも剥離せず、接合強度が高いこと
が確認された。更に、本実施例３のセラミックスパッケ
ージは実施例１、２と同様な優れた放熱性を有すること
が確認された。

【００３６】（実施例５）まず、７％Ｔｉ、６７％Ａ
ｇ、２６％ＣｕからなるIVＡ族元素を含む金属ろう材粉
末１００重量部に下記表１に示す置換基として−ＮＨ
₃ 、−ＯＨ、−ＣＯＯＨを含有したアクリル系樹脂を７
重量部それぞれ配合し、これらをテレピネオールで溶解
した後、乳鉢により１時間混練して６種のろう材ペース
トを調製した。

【００３７】次いで、ＡｌＮ多層回路基板１を用意し、
この回路基板１のスルホール２が形成されたピン取付け
位置に直径１ｍｍの印刷部が打ち抜かれた厚さ２００μ
ｍのステンレススクリーンを位置合せした後、前記各ろ
う材ペーストを該スクリーンに流延して印刷、乾燥して
ろう材ペースト層７を形成した。つづいて、ろう材ペー
スト層７に炭素治具を用いて４２％Ｎｉ−Ｆｅ製の入出
力用端子ピン４を当接させ、位置ずれのないように保持
した（図３の（Ａ）図示）。ひきつづき、端子ピン４を
ろう材ペースト層７に当接、保持した状態でベルト式ト
ンネル炉に設置し、このトンネル炉で酸素濃度１６ｐｐ
ｍの窒素ガス雰囲気中にて８５０℃、５分間加熱して図
３の（Ｂ）に示すように回路基板１に端子ピン４が活性
金属ろう材層８を介して接合された６種のセラミックス
パッケージを製造した。

【００３８】各アクリル系樹脂を含むろう材ペーストを
用いて接合した後の各セラミックスパッケージにおける
ピンと回路基板との濡れ性を調べた。その結果を同表１
に併記した。

【００３９】

【表１】

【００４０】前記表１から明らかなように置換基として
−ＮＨ₃ 、−ＯＨを含有するアクリル系樹脂を一成分と
したペーストを用いて接合したセラミックスパッケージ
では、回路基板とピンとの間の濡れ性が悪化しているこ
とがわかる。事実、かかるセラミックスパッケージの活
性金属ろう材層の状態を調べたところ、金属ろう材が凝
集したり、微粒子となって回路基板に単に載っているだ
けで充分な接合強度が得られず、しかも接合面に炭素の
析出が認められた。これに対し、置換基として−ＣＯＯ
Ｈを含有するアクリル系樹脂を一成分としたペーストを
用いて接合したセラミックスパッケージでは、回路基板
とピンとの間の濡れ性が良好であった。また、ピンの回
路基板に対する密着強度をイーストロン引張り試験機に
より測定したところ、最低で６ｋｇｆ／ピン、平均で９
ｋｇｆ／ピンと極めて強固であり、かつばらつきの少な
い接合がなされていることが確認された。しかも、活性
金属ろう材層表面の炭素析出量も前記−ＮＨ₃ 、−ＯＨ
を含有するアクリル系樹脂を一成分としたペーストを用
いた場合の半分以下と良好であった。ピンとピン取付け
位置の中心部のスルホール２内のタングステン導体層と
の抵抗値を導通テスタにより測定したところ、従来のタ
ングステン導体部を有するスルホール上にＮi メッキを
施した後、端子ピンをＡｇろうで接合した場合と同等で
あり、抵抗値の増加は２０ｍΩ以下と少なく、アクリル
系樹脂によるろう材内部への悪影響は認めらけず、しか
も全てのピンがスルホールの導通部に良好に導通されて
いることが確認された。

【００４１】更に、置換基として−ＣＯＯＨを含有する
アクリル系樹脂を一成分としたペーストを用いて接合し
たセラミックスパッケージは、従来のＡｌ₂ Ｏ₃ を用い
たパッケージに比べて温度上昇が５〜６℃と低く、優れ
た放熱性を有することが確認された。

【００４２】（実施例６）７％Ｔｉ、６７％Ａｇ、２６
％ＣｕからなるIVＡ族元素を含む金属ろう材粉末１００
重量部にアクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの
重合体の一部をスチレンで重合し、かつ置換基として−
ＮＨ₃ 、−ＯＨ、−ＣＯＯＨを含有したアクリル系樹脂
を７重量部それぞれ配合し、これらをテレピネオールで
溶解した後、乳鉢により１時間混練して調製した３種の
ろう材ペーストを用いた以外、実施例５と同様な方法に
よりＡｌＮ多層回路基板に４２％Ｎｉ−Ｆｅ製の入出力
用端子ピンが接合された３種のセラミックスパッケージ
を製造した。

【００４３】各アクリル系樹脂を含むろう材ペーストを
用いて接合した後の各セラミックスパッケージにおける
ピンと回路基板との濡れ性を調べた。その結果、置換基
として−ＮＨ₃ 、−ＯＨを含有するアクリル系樹脂を一
成分としたペーストを用いて接合したセラミックスパッ
ケージでは、濡れ性が悪化し、金属ろう材が凝集した
り、微粒子となって回路基板に単に載っているだけで充
分な接合強度が得られず、しかも接合面に炭素の析出が
認められた。これに対し、置換基として−ＣＯＯＨを含
有するアクリル系樹脂を一成分としたペーストを用いて
接合したセラミックスパッケージでは、回路基板とピン
との間の濡れ性が良好であった。また、ピンの回路基板
に対する密着強度をイーストロン引張り試験機により測
定したところ、最低で６ｋｇｆ／ピン、平均でｏｋｇｆ
／ピンと極めて強固であり、かつばらつきの少ない接合
がなされていることが確認された。しかも、活性金属ろ
う材層表面の炭素析出量も前記−ＮＨ₃ 、−ＯＨを含有
するアクリル系樹脂を一成分としたペーストを用いた場
合の半分以下と良好であった。ピンとピン取付け位置の
中心部のスルホール２内のタングステン導体層との抵抗
値を導通テスタにより測定したところ、従来のタングス
テン導体部を有するスルホール上にＮｉメッキを施した
後、端子ピンをＡｇろうで接合した場合と同等であり、
抵抗値の増加は２０ｍΩ以下と少なく、アクリル系樹脂
によるろう材内部への悪影響は認めらけず、しかも全て
のピンがスルホールの導通部に良好に導通されているこ
とが確認された。

【００４４】更に、置換基として−ＣＯＯＨを含有する
アクリル系樹脂を一成分としたペーストを用いて接合し
たセラミックスパッケージは、従来のＡｌ₂ Ｏ₃ を用い
たパッケージに比べて温度上昇が５〜６℃と低く、優れ
た放熱性を有することが確認された。実施例７まず、Ｔｉの含有量が１重量％、２重量％、３重量％、
５重量％、１０％、１７％で残部がＡｇ及びＣｕからな
るIVＡ族元素を含む金属ろう材粉末１００重量部に置換
基として−ＣＯＯＨを含有したアクリル系樹脂を７重量
部それぞれ配合し、これらをテレピネオールで溶解した
後、乳鉢により１時間混練して６種のろう材ペーストを
調製した。

【００４５】次いで、ＡｌＮ多層回路基板１を用意し、
この回路基板１のスルホール２が形成されたピン取付け
位置に直径１ｍｍの印刷部が打ち抜かれた厚さ２００μ
ｍのステンレススクリーンを位置合せした後、前記各ろ
う材ペーストを該スクリーンに流延して印刷し、１２０
℃で１０分間乾燥してろう材ペースト層７を形成した。
つづいて、ろう材ペースト層７に炭素治具を用いて４２
％Ｎｉ−Ｆｅ製の入出力用端子ピン４を当接させ、位置
ずれのないように保持した（図３の（Ａ）図示）。ひき
つづき、端子ピン４をろう材ペースト層７に当接、保持
した状態でベルト式トンネル炉に設置し、該トンネル炉
で酸素濃度１６０ｐｐｍの窒素ガス雰囲気中にて８５０
℃、５分間加熱して図３の（Ｂ）に示すように回路基板
１に端子ピン４が活性金属ろう材層８を介して接合され
た６種のセラミックスパッケージを製造した。

【００４６】得られた各セラミックスパッケージのうち
Ｔｉ含有量が０．５重量％、１重量％の金属ろう材粉末
を含むろう材ペーストを用いて接合したセラミックスパ
ッケージでは、ピンと回路基板との濡れ性が悪化し、金
属ろう材が凝集し、密着強度も０〜１ｋｇｆ／ピンと弱
く、充分な接合強度が得られなかった。また、Ｔｉ含有
量が１７重量％の金属ろう材粉末を含むろう材ペースト
を用いて接合したセラミックスパッケージでは、回路基
板に対する活性金属ろう材層の密着強度が強いものの、
ピンと該活性金属ろう材層との密着が劣るものが生じる
と同時に、ピンとスルホールのタングステン導体層との
間の抵抗値が５０〜２００ｍΩ増加してばらつきが大き
く、かつ抵抗値も高くなった。これに対し、Ｔｉ含有量
が２〜１０重量％の金属ろう材粉末を含むろう材ペース
トを用いて接合したセラミックスパッケージでは、回路
基板とピンとの間の濡れ性が良好で、ピンの回路基板に
対する密着強度も最低で６ｋｇｆ／ピン、平均で９ｋｇ
ｆ／ピンと極めて強固であり、かつばらつきの少ない接
合がなされていることが確認された。また、ピンとピン
取付け位置の中心部のスルホール内のタングステン導体
層との抵抗値を導通テスタにより測定したところ、従来
のタングステン導体部を有するスルホール上にＮｉメッ
キを施した後、端子ピンをＡｇろうで接合した場合と同
等であり、抵抗値の増加は２０ｍΩ以下と少なく、しか
も全てのピンがスルホールの導通部に良好に導通されて
いることが確認された。

【００４７】（実施例８）まず、ＡｌＮ粉末に焼結助剤
としてのＣａＯ１重量％、Ｙ₂ Ｏ₃ ３重量％を添加し、
更にこれらＡｌＮ粉末と焼結助剤にポリメチルメタクリ
レートを添加して出発原料を調製した後、ドクターブレ
ード法により該原料から厚さ０．７５ｍｍのグリーンシ
ートを作製した。つづいて、このグリーンシートを外周
縁に５Ｒの半円状凸部を左右に有する外径打抜き用ブラ
ンク金型を用いて打抜き、外径加工を施すと共に該グリ
ーンシートの左右２ケ所に位置決め用凹部を形成した。
ひきつづき、ガイドピン付治具に前記グリーンシートを
その位置決め用凹部を基準して位置決めした後、グリー
ンシートにＮＣボール盤を用いて直径０．３ｍｍのスル
ホールを開孔した。更に、このグリーンシートのスルホ
ールにタングステンペーストを充填した後、前記位置決
め用凹部を基準にして同ペーストを用いてグリーンシー
ト表面に導電ペーストパターンをスクリーン印刷した。

【００４８】次いで、上記工程と同様にグリーンシート
の作製、スルホールの開孔、タングステンペースト充
填、導電ペーストパターンの印刷を行なった後、これら
グリーンシートの位置決め用凹部を基準にして合せを行
ない、更に積層、圧着によりグリーンシート積層板を作
製した。つづいて、このグリーンシート積層板のピン接
合位置にＮＣボール盤に設けられた直径１ｍｍのドリル
を用いて逆円錐台形状をなす複数の凹部を形成した。

【００４９】次いで、前記方法により得られたグリーン
シート積層板を脱脂した後、還元性雰囲気中で焼成して
ＡｌＮ多層回路基板１１を製造した（図４の（Ａ）図
示）。なお、この回路基板１１は積層ＡｌＮ基材１２
と、この基材１２の表面及び内部に形成された第１、第
２の導体層１３ａ、１３ｂと、これら導体層１３ａ、１
３ｂを接続するためのタングステン導体部が充填された
第１スルホール１４ａと、前記第２導体層１３ｂを前記
ＡｌＮ積層板１２の裏面側に導くためのタングステン導
体部が充填された第２スルホール１４ｂと、このスルホ
ール１４ｂが露出する前記積層ＡｌＮ基材１２部分に設
けられた凹部１５とから構成されている。

【００５０】次いで、７％Ｔｉ、６７％Ａｇ、２６％Ｃ
ｕからなるIVＡ族元素を含む金属ろう材粉末１００重量
部に、置換基として−ＣＯＯＨを含有するアクリル酸エ
ステルを７重量部配合し、これをテレピネオールで溶解
した後、乳鉢で１時間混練してろう材ペーストを調製し
た。つづいて、このろう材ペーストを２００μｍ厚さの
ステンレススクリーンを用いて前記回路基板１１の凹部
１５に印刷し、乾燥して該凹部15にろう材ペースト層を
形成し、更に炭素治具を用いて該ペースト層に４２％Ｎ
ｉ−Ｆｅ製の入出力用端子ピン１６の下端が埋没するよ
うに保持し、ひきつづきベルト式トンネル炉に設置し、
酸素濃度１６ｐｐｍの窒素ガス雰囲気中にて８５０℃、
５分間加熱して図４の（Ｂ）に示すように回路基板１１
に端子ピン１６が活性金属ろう材層１７を介して接合さ
れたセラミックスパッケージを製造した。

【００５１】得られた本実施例８のセラミックスパッケ
ージでは、ペースト中のバインダに起因する炭素析出量
が少なく、回路基板とピンとの間の濡れ性が良好であっ
た。また、ピンの回路基板に対する密着強度をイースト
ロン引張り試験機により測定したところ、最低で６ｋｇ
ｆ／ピン、平均で９ｋｇｆ／ピンと極めて強固であり、
かつばらつきの少ない接合がなされていることが確認さ
れた。凹部内において活性金属ろうにより接合されたピ
ンとスルホールのタングステン導体部の間の抵抗値を測
定したところ、従来のタングステン導体部を有するスル
ホール上にＮｉメッキを施した後に端子ピンをＡｇろう
で接合した場合と同様となり、抵抗値の増加は２０ｍΩ
以下と少なく、アクリル系樹脂によるろう材内部への悪
影響は認められず、しかも全てのピンが良好にスルホー
ルの導体部と導通されていることが確認された。

【００５２】更に、セラミックスパッケージは、従来の
Ａｌ₂ Ｏ₃ を用いたパッケージに比べて温度上昇が５〜
６℃と低く、優れた放熱性を有することが確認された。（実施例９）実施例８と同様な方法によりグリーンシー
トの作製、スルホールの開孔、タングステンペースト充
填、導電ペーストパターンの印刷を行なった後、これら
グリーンシート上に該グリンシートの位置決め用凹部を
基準にしてピン接合用パッド部が打抜かれたグリーンシ
ートを重ね、更に積層、圧着によりグリーンシート積層
板を作製した。つづいて、このグリーンシート積層板を
脱脂した後、還元性雰囲気中で焼成して多層ＡｌＮ回路
基板２１を製造した（図５の（Ａ）図示）。なお、この
回路基板２１は積層ＡｌＮ基材２２と、この基材２２の
表面及び内部に形成された第１、第２の導体層２３ａ、
２３ｂと、これら導体層２３ａ、２３ｂを接続するため
のタングステン導体部が充填された第１スルホール２４
ａと、前記第２導体層２３ｂを前記ＡｌＮ積層板２２の
裏面側に導くためのタングステン導体部が充填された第
２スルホール２４ｂと、このスルホール２４ｂが露出す
る前記積層ＡｌＮ基材２２の箇所に設けられた面積の大
きい凹部２５とから構成されている。

【００５３】次いで、７％Ｔｉ、６７％Ａｇ、２６％Ｃ
ｕからなるIVＡ族元素を含む金属ろう材粉末１００重量
部に、置換基として−ＣＯＯＨを含有するアクリル酸エ
ステルを７重量部配合し、これをテレピネオールで溶解
した後、乳鉢で１時間混練してろう材ペーストを調製し
た。つづいて、このろう材ペーストを２００μｍ厚さの
ステンレススクリーンを用いて前記回路基板２１の凹部
２５に印刷し、乾燥して該凹部２５にろう材ペースト層
を形成した後、炭素治具を用いて該ペースト層に４３％
Ｎｉ−Ｆｅ製の入出力用端子ピン２６の先端部側面が当
接するように保持し、ひきつづきベルト式トンネル炉に
設置し、酸素濃度１６ｐｐｍの窒素ガス雰囲気中にて８
５０℃、５分間加熱して図５の（Ｂ）に示すように回路
基板２１に端子ピン２６が活性金属ろう材層２７を介し
て接合されたセラミックスパッケージを製造した。

【００５４】得られた本実施例９のセラミックスパッケ
ージでは、ペースト中のバインダに起因する炭素析出量
が少なく、回路基板とピンとの間の濡れ性が良好であっ
た。また、ピンの回路基板に対する密着強度をイースト
ロン引張り試験機により測定したところ、１０ｋｇｆ／
ピンと極めて強固な接合がなされていることが確認され
た。凹部内において活性金属ろうにより接合されたピン
とスルホールのタングステン導体部の間の抵抗値を測定
したところ、従来のタングステン導体部を有するスルホ
ール上にＮｉメッキを施した後に端子ピンをＡｇろうで
接合した場合と同様となり、抵抗値の増加は２０ｍΩ以
下と少なく、アクリル系樹脂によるろう材内部への悪影
響は認められず、しかも全てのピンが良好にスルホール
の導体部と導通されていることが確認された。更に、セ
ラミックスパッケージは、従来のＡｌ₂ Ｏ₃ を用いたパ
ッケージに比べて温度上昇が５〜６℃と低く、優れた放
熱性を有することが確認された。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればＡ
ｌＮ焼結体からなる絶縁体層を有する高熱伝導性セラミ
ックス回路基板に入出力用端子ピンが正確、高密度かつ
高強度に接合され、優れた放熱性及び高い信頼性を有す
るセラミックスパッケージ（特にピングリッドアレイパ
ッケージ）等の電子部品を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるセラミックスパッケ
ージを製造する工程を示す断面図。

【図２】本発明の実施例２におけるセラミックスパッケ
ージを製造する工程を示す断面図。

【図３】本発明の実施例５、７におけるセラミックスパ
ッケージを製造する工程を示す断面図。

【図４】本発明の実施例８におけるセラミックスパッケ
ージを製造する工程を示す断面図。

【図５】本発明の実施例９におけるセラミックスパッケ
ージを製造する工程を示す断面図。

【符号の説明】

１、１１、２１…ＡｌＮ多層回路基板、２、１４ａ、１
４ｂ、２４ａ、２４ｂ…スルホール、３…金属ろう材
層、４、１６、２６…入出力用端子ピン、５、８、１
７、２７…活性金属ろう材層、７…ろう材ペースト層、
１２、２２…積層ＡｌＮ基材、１５、２５…凹部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩瀬暢男神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者竹田博光神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者中橋昌子神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁体
層を有する高熱伝導性セラミックス回路基板に入出力用
端子ピンを少なくとも１種のIVＡ族元素を含有する水素
フリーの金属ろう材を介して接合したことを特徴とする
電子部品。
【請求項２】少なくとも１種のIVＡ族元素を含有する
金属ろう材は、Ｔｉ、Ｚｒもしくはそれらの混合物を２
〜１５重量％含有するＡｇおよび／またはＣｕを主成分
とする合金よりなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電子部品。