JP2762007B2 - Metal thin film laminated ceramic substrate - Google Patents
Metal thin film laminated ceramic substrateInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は金属薄膜積層セラミック
ス基板に関し、より詳細には強固で熱衝撃に対しても優
れた膜密着強度を有し、セラミックス基板上に薄膜で微
細回路配線が形成され、ICパッケージ等に利用される
金属薄膜積層セラミックス基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal thin-film laminated ceramic substrate, and more particularly, to a thin film having fine film wiring formed on a ceramic substrate, having a strong film adhesion strength which is strong and excellent against thermal shock. And a metal thin-film laminated ceramic substrate used for an IC package and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】セラミックスは優れた耐熱性、熱衝撃
性、高破壊強度を有する部材で、多種多様な面で使用さ
れている。半導体産業においてはICパッケージ等とし
ても利用されている。しかし、セラミックスが単独で半
導体産業等で利用されることは少なく、ある種の加工が
施されて使用される。例えばICパッケージとして利用
する場合であれば、セラミックス基板上に金属薄膜で微
細回路配線が形成され、リードフレームが接合される。
したがってセラミックスを化学的に加工して利用するこ
とが多い。またセラミックスと金属とが強固に接合され
ることによって、セラミックスの機能を十分に発揮させ
ることができるものである。2. Description of the Related Art Ceramics are members having excellent heat resistance, thermal shock resistance and high breaking strength, and are used in various fields. In the semiconductor industry, they are also used as IC packages and the like. However, ceramics are rarely used alone in the semiconductor industry or the like, and are used after being subjected to some kind of processing. For example, when used as an IC package, fine circuit wiring is formed of a metal thin film on a ceramic substrate, and a lead frame is joined.
Therefore, ceramics are often chemically processed and used. Further, the function of the ceramics can be sufficiently exhibited by firmly joining the ceramics and the metal.
【0003】セラミックスと金属とを接合する場合、両
者を直接接合することは困難で、一旦セラミックスの表
面をある種の方法で金属化し、その後目的とする金属薄
膜体を接合する方法が従来は一般に採用されてきた。こ
の方法には、メタライズペーストをセラミックスの表面
にスクリーン印刷した後、還元性雰囲気中で加熱する高
融点金属法、化学的活性の高い金属をセラミックスの表
面にスパッタリングで物理蒸着させて真空容器内または
不活性ガス雰囲気中で加熱する活性金属法、または真空
中で金属を加熱し、その時発生する蒸気を付着させる化
学蒸着法などがある。[0003] In the case of joining ceramics and metal, it is difficult to join them directly. Conventionally, a method of once metallizing the surface of ceramics by a certain method and then joining a target metal thin film body is generally used. Has been adopted. In this method, a metallizing paste is screen-printed on the ceramic surface, and then heated in a reducing atmosphere, using a refractory metal method, or a metal with high chemical activity is physically vapor-deposited on the ceramic surface by sputtering. There is an active metal method of heating in an inert gas atmosphere, or a chemical vapor deposition method of heating a metal in a vacuum and attaching vapor generated at that time.
【0004】従来よりICパッケージ等に利用されてい
る金属薄膜積層セラミックス基板の模式的断面図を図5
に示す。図中、12はセラミックス基板を示しており、
セラミックス基板12の表面に上記方法により形成され
たTi等からなる第1金属薄膜層23、この第1金属薄
膜層23の上にMo、Ni等からなる第2金属薄膜層2
4、この第2金属薄膜層24の上にAg、Cu等からな
る第3金属薄膜層25がそれぞれ化学蒸着法又は物理蒸
着法により形成され、さらに最表層としてCu等の電解
メッキによるメッキ膜層26が形成され、これら第1金
属薄膜層23、第2金属薄膜層24、第3金属薄膜層2
5及びメッキ膜層26により金属薄膜積層体27が形成
され、これら金属薄膜積層体27とセラミックス基板1
2とにより金属薄膜積層セラミックス基板21が構成さ
れている。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a metal thin film laminated ceramics substrate conventionally used for an IC package or the like.
Shown in In the figure, reference numeral 12 denotes a ceramic substrate,
A first metal thin film layer 23 made of Ti or the like formed on the surface of the ceramic substrate 12 by the above method, and a second metal thin film layer 2 made of Mo, Ni, etc. on the first metal thin film layer 23
4. A third metal thin film layer 25 made of Ag, Cu or the like is formed on the second metal thin film layer 24 by a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method, and a plating film layer formed by electrolytic plating of Cu or the like as the outermost layer. 26, the first metal thin film layer 23, the second metal thin film layer 24, and the third metal thin film layer 2
5 and the plating film layer 26, a metal thin film laminate 27 is formed.
2 constitute a metal thin film laminated ceramics substrate 21.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】LSI素子を35μm
の厚さのCu配線パターンが形成されたTAB( TapeA
utomated Bonding ) に実装した場合、LSIの引き剥
し試験においてTABにCu配線切れが生じないことが
必要である。そのためには膜の密着強度を測るピール試
験において、膜密着強度の値が2kg/mm2 以上であ
ることが必要であるといわれている。金属薄膜積層セラ
ミックス基板においても、同様の膜密着強度が必要であ
るといわれているが、薄膜形成時の条件の変化等による
再現性や信頼性を考慮に入れると実際にはさらに高い膜
密着強度が望まれている。また、熱衝撃によって薄膜の
密着強度が劣化しないことも要求されている。SUMMARY OF THE INVENTION LSI devices having a size of 35 μm
TAB on which a Cu wiring pattern with a thickness of
In the case of mounting on utomated bonding, it is necessary that TAB does not cause disconnection of Cu wiring in an LSI peeling test. To this end, it is said that in a peel test for measuring the adhesion strength of the film, it is necessary that the value of the adhesion strength of the film be 2 kg / mm 2 or more. It is said that the same film adhesion strength is required for metal thin film laminated ceramics substrates, but in consideration of reproducibility and reliability due to changes in conditions during thin film formation, actually higher film adhesion strength is required. Is desired. Further, it is required that the adhesive strength of the thin film does not deteriorate due to thermal shock.
【0006】しかしながら、上述のような構成の従来の
金属薄膜積層セラミックス基板21においては、膜密着
強度が充分でなくピール試験による膜密着強度の値が3
kg/mm2 を超えるようなものはほとんどなく、また
熱衝撃による劣化が大きいという課題があった。However, in the conventional metal thin film laminated ceramic substrate 21 having the above-described structure, the film adhesion strength is not sufficient, and the value of the film adhesion strength by the peel test is 3
There is a problem that there is hardly any exceeding kg / mm 2 and that deterioration due to thermal shock is large.
【0007】すなわち、従来の金属薄膜積層セラミック
ス基板21は、高温耐熱試験や高温保持試験において、
第1金属薄膜層23がバリヤー層としての役割を果たす
べき第2金属薄膜層24を通過して第3金属薄膜層25
の表面までに拡散し、第3金属薄膜層25の表面が黒色
に変色し、その結果電解メッキにより形成されたメッキ
膜層26の膜密着強度が低下するという課題もあった。That is, the conventional metal thin-film laminated ceramic substrate 21 can be used in a high-temperature heat test or a high-temperature holding test.
The first metal thin film layer 23 passes through the second metal thin film layer 24 which should serve as a barrier layer and the third metal thin film layer 25
, And the surface of the third metal thin film layer 25 turns black, and as a result, the film adhesion strength of the plating film layer 26 formed by electrolytic plating is reduced.
【0008】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、第1層の金属の上層への拡散が防止され、ピ
ール試験において3kg/mm2 以上と高い膜密着強度
を有し、耐熱衝撃性に優れた金属薄膜積層セラミックス
基板を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has the following advantages: a first metal layer is prevented from diffusing into an upper layer; a high peel strength of 3 kg / mm 2 or more; It is an object of the present invention to provide a metal thin film laminated ceramic substrate having excellent impact properties.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る金属薄膜積層セラミックス基板は、セラ
ミックス基板の上に金属薄膜が複数層積層された金属薄
膜積層セラミックス基板において、前記セラミックス基
板の上に周期表第IVA族あるいはMoを除く第VIA
族から選ばれた1種以上の元素からなる第1金属薄膜
層、該第1金属薄膜層の上にCr、Wを除く周期表第V
IA族あるいはNiから選ばれた1種以上の元素からな
る第2金属薄膜層、該第2金属薄膜層の上に周期表IB
族から選ばれた1種以上の元素からなる第3金属薄膜
層、該第3金属薄膜層の上に前記第2金属薄膜層と同じ
元素からなる第4金属薄膜層、該第4金属薄膜層の上に
前記第3金属薄膜層と同じ元素からなる第5金属薄膜層
が積層されていることを特徴としている。In order to achieve the above object, a metal thin film laminated ceramic substrate according to the present invention is a metal thin film laminated ceramic substrate comprising a ceramic substrate and a plurality of metal thin films laminated thereon. VIA excluding group IVA or Mo on the periodic table
Metal thin-film layer made of at least one element selected from the group consisting of at least one element selected from the group consisting of:
A second metal thin film layer made of at least one element selected from the group IA or Ni, and a periodic table IB on the second metal thin film layer
A third metal thin-film layer made of at least one element selected from the group consisting of: a fourth metal thin-film layer made of the same element as the second metal thin-film layer on the third metal thin-film layer; A fifth metal thin film layer made of the same element as that of the third metal thin film layer.
【0010】[0010]
【作用】本発明に係る金属薄膜積層セラミックス基板に
よれば、セラミックス基板の上に金属薄膜が複数層積層
された金属薄膜積層セラミックス基板において、前記セ
ラミックス基板の上に周期表第IVA族あるいはMoを
除くVIA族から選ばれた1種以上の元素からなる第1
金属薄膜層、該第1金属薄膜層の上にCr、Wを除く周
期表第VIA族あるいはNiから選ばれた1種以上の元
素からなる第2金属薄膜層、該第2金属薄膜層の上に周
期表IB族から選ばれた1種以上の元素からなる第3金
属薄膜層、該第3金属薄膜層の上に前記第2金属薄膜層
と同じ元素からなる第4金属薄膜層、該第4金属薄膜層
の上に前記第3金属薄膜層と同じ元素からなる第5金属
薄膜層が積層されているので、前記第1金属薄膜層の拡
散が防止され、前記セラミックス基板とその上に積層さ
れた金属薄膜積層体及び該金属薄膜積層体中の各金属薄
膜層が強固に結合され、ピール試験において3kg/m
m2 以上の膜密着強度を有し、熱衝撃性を受けてもその
結合は劣化しない。According to the metal thin film laminated ceramic substrate according to the present invention, in a metal thin film laminated ceramic substrate in which a plurality of metal thin films are laminated on a ceramic substrate, a group IVA or Mo of the periodic table is formed on the ceramic substrate. Excluding the first one or more elements selected from the VIA group
A metal thin film layer, a second metal thin film layer made of at least one element selected from Group VIA or Ni except for Cr and W on the first metal thin film layer, and a second metal thin film layer on the second metal thin film layer A third metal thin film layer made of at least one element selected from Group IB of the periodic table; a fourth metal thin film layer made of the same element as the second metal thin film layer on the third metal thin film layer; Since the fifth metal thin film layer made of the same element as the third metal thin film layer is stacked on the fourth metal thin film layer, the diffusion of the first metal thin film layer is prevented, and the fifth metal thin film layer is stacked on the ceramic substrate. Metal thin film laminated body and each metal thin film layer in the metal thin film laminated body are firmly bonded, and 3 kg / m
It has a film adhesion strength of at least m 2 and its bond does not deteriorate even when subjected to thermal shock.
【0011】上記構成において、前記セラミックス基板
の表面に、周期表第IVA族あるいはVIA族から選ば
れた1種以上の元素からなる前記第1金属薄膜層が形成
されているが、該第1金属薄膜層は前記セラミックス基
板に対して高い活性を有し、該セラミックス基板中に拡
散し易いので該セラミックス基板と強固に結合され、ま
た前記第1金属薄膜層の上に形成された周期表VIA族
あるいはNiから選ばれた1種以上の元素からなる前記
第2金属薄膜層にも拡散し易く、該第2金属薄膜層とも
強固に結合される。In the above structure, the first metal thin film layer made of at least one element selected from Group IVA or VIA of the periodic table is formed on the surface of the ceramic substrate. The thin film layer has high activity with respect to the ceramic substrate, and is easily diffused into the ceramic substrate, so that the thin film layer is firmly bonded to the ceramic substrate, and a group VIA of the periodic table formed on the first metal thin film layer. Alternatively, it is easily diffused into the second metal thin film layer made of at least one element selected from Ni, and is also strongly bonded to the second metal thin film layer.
【0012】前記セラミックス基板としては、例えばア
ルミナ等の酸化物系セラミックス基板、窒化アルミニウ
ム、炭化珪素等の非酸化物系セラミックス基板が挙げら
れるが、本発明では特に金属薄膜層との膜密着強度に問
題のあるアルミナ基板を用いた場合に有効である。前記
第1金属薄膜層に用いる金属としてはTi、Zr、Cr
等が挙げられ、前記第2金属薄膜層に用いる金属として
はMo、Ni等が挙げられるが、特に前記第1金属薄膜
層にTiを用いた場合、アルミナと金属間化合物を形成
し易いため強固に結合され、またMo等とも合金を形成
し易いため同様に強固に結合される。Examples of the ceramic substrate include an oxide-based ceramic substrate such as alumina, and a non-oxide-based ceramic substrate such as aluminum nitride and silicon carbide. This is effective when a problematic alumina substrate is used. The metal used for the first metal thin film layer may be Ti, Zr, Cr
And the like. Examples of the metal used for the second metal thin film layer include Mo, Ni, and the like. Particularly, when Ti is used for the first metal thin film layer, alumina and an intermetallic compound are easily formed, so that the metal is strong. In addition, Mo and the like are also strongly bonded because they easily form an alloy.
【0013】次に前記第2金属薄膜層の上に形成された
積層膜について説明すると、前記第2金属薄膜層と前記
第4金属薄膜層とは同じ金属から構成されており、前記
第2金属薄膜層と前記第4金属薄膜層との間に周期表I
B族から選ばれた1種以上の元素からなる第3金属薄膜
層を介在させた、いわゆるサンドイッチ構造を採ってい
る。該サンドイッチ構造を採ることにより、Ti等の前
記第1金属薄膜層は前記第3金属薄膜層を拡散していく
途中で主としてIB族元素中に固溶し、これらの層を通
過して前記第5金属薄膜層まで拡散することはなく、前
記第1金属薄膜層の拡散による最表層のメッキ膜層の膜
密着強度の劣化が防止される。Next, a laminated film formed on the second metal thin film layer will be described. The second metal thin film layer and the fourth metal thin film layer are made of the same metal, and Periodic Table I between the thin film layer and the fourth metal thin film layer
It employs a so-called sandwich structure in which a third metal thin film layer made of at least one element selected from Group B is interposed. By adopting the sandwich structure, the first metal thin film layer of Ti or the like mainly forms a solid solution in the IB element while diffusing the third metal thin film layer, and passes through these layers to form the first metal thin film layer. It does not diffuse to the five metal thin film layers, and prevents the deterioration of the film adhesion strength of the outermost plating film layer due to the diffusion of the first metal thin film layer.
【0014】前記第3金属薄膜層に用いる金属として
は、例えばCu、Au、Ag等が挙げられる。また前記
第5金属薄膜層も前記第3金属薄膜層と同じ金属から構
成されている。The metal used for the third metal thin film layer includes, for example, Cu, Au, Ag and the like. The fifth metal thin film layer is also made of the same metal as the third metal thin film layer.
【0015】このように異種の金属のサンドイッチ状構
造が重複して積層された金属薄膜積層体が形成されるこ
とにより、各金属薄膜層はお互いに拡散し合い、互いの
薄膜層が強固に結合され、かつ前記セラミックス基板と
も強固に結合され、膜密着強度の高い金属薄膜積層セラ
ミックス基板が構成される。By forming the metal thin film laminate in which the sandwich structures of different kinds of metals are stacked in this manner, the metal thin film layers are diffused with each other, and the thin film layers are firmly bonded to each other. In addition, the metal thin film laminated ceramic substrate having high film adhesion strength is firmly bonded to the ceramic substrate.
【0016】[0016]
【実施例及び比較例】以下、本発明に係る金属薄膜積層
セラミックス基板の実施例を図面に基づいて説明する。Examples and Comparative Examples Examples of a metal thin film laminated ceramic substrate according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0017】[実施例1]図1は実施例1における金属
薄膜積層セラミックス基板の構造を示す模式的断面図で
ある。図中、12はセラミックス基板を示しており、A
l2 O3 からなるセラミックス基板12の表面にTiか
らなる第1金属薄膜層13、この第1金属薄膜層13の
上にMoからなる第2金属薄膜層14、第2金属薄膜層
14の上にCuからなる第3金属薄膜層15、第3金属
薄膜層15の上にMoからなる第4金属薄膜層16、第
4金属薄膜層16の上にCuからなる第5金属薄膜層1
7、第5金属薄膜層17の上にさらに最表層としてCu
からなるメッキ膜層18が積層され、これら第1金属薄
膜層13、第2金属薄膜層14、第3金属薄膜層15、
第4金属薄膜層16、第5金属薄膜層17及びメッキ膜
層18により金属薄膜積層体19が形成され、これら金
属薄膜積層体19とセラミックス基板12とにより金属
薄膜積層セラミックス基板11は構成されている。Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a metal thin film laminated ceramic substrate according to Embodiment 1. In the figure, reference numeral 12 denotes a ceramic substrate,
a first metal thin film layer 13 made of Ti on the surface of a ceramic substrate 12 made of l 2 O 3; a second metal thin film layer 14 made of Mo on the first metal thin film layer 13; A third metal thin film layer 15 made of Cu, a fourth metal thin film layer 16 made of Mo on the third metal thin film layer 15, and a fifth metal thin film layer 1 made of Cu on the fourth metal thin film layer 16.
7. Cu on the fifth metal thin film layer 17 as an outermost layer
The first metal thin film layer 13, the second metal thin film layer 14, the third metal thin film layer 15,
The metal thin film laminate 19 is formed by the fourth metal thin film layer 16, the fifth metal thin film layer 17, and the plating film layer 18, and the metal thin film laminate 19 and the ceramic substrate 12 constitute the metal thin film laminated ceramic substrate 11. I have.
【0018】次に、金属薄膜積層セラミックス基板11
の製造方法を説明する。まず、Al2 O3 からなるセラ
ミックス基板12の表面に化学蒸着法または物理蒸着法
により、化学的活性度が高くAl2 O3 と反応しやすい
Tiを用いて第1金属薄膜層13を0.05〜0.20
μmの厚さに形成する。このときTiは下層のAl2O3
からなるセラミックス基板12と反応して金属間化合
物を作る。Next, the metal thin film laminated ceramic substrate 11
Will be described. First, the first metal thin-film layer 13 is formed on the surface of the ceramic substrate 12 made of Al 2 O 3 by chemical vapor deposition or physical vapor deposition using Ti having a high chemical activity and easily reacting with Al 2 O 3 . 05-0.20
It is formed to a thickness of μm. At this time, Ti is the lower Al 2 O 3
Reacts with the ceramic substrate 12 made of to form an intermetallic compound.
【0019】第1金属薄膜層13上に化学蒸着法または
物理蒸着法により、Moからなる第2金属薄膜層14、
Cuからなる第3金属薄膜層15、Moからなる第4金
属薄膜層16を形成する。第2金属薄膜層14の厚さは
0.10〜0.20μm、第3金属薄膜層15の厚さは
0.01〜0.02μm、第4金属薄膜層16の厚さは
0.10〜0.30μmにそれぞれ設定した。この第2
金属薄膜層14、第3金属薄膜層15、第4金属薄膜層
16は、第1金属薄膜層13が第5金属薄膜層17にに
じみでるのを防止するバリアーとなる。第3金属薄膜層
15は0.01〜0.02μmと薄い層であるのが好ま
しく、これより厚い層とした場合は膜密着強度が低下す
る傾向にある。A second metal thin film layer 14 made of Mo is formed on the first metal thin film layer 13 by chemical vapor deposition or physical vapor deposition.
A third metal thin film layer 15 made of Cu and a fourth metal thin film layer 16 made of Mo are formed. The thickness of the second metal thin film layer 14 is 0.10 to 0.20 μm, the thickness of the third metal thin film layer 15 is 0.01 to 0.02 μm, and the thickness of the fourth metal thin film layer 16 is 0.10 to 0.10 μm. Each was set to 0.30 μm. This second
The metal thin film layer 14, the third metal thin film layer 15, and the fourth metal thin film layer 16 serve as barriers for preventing the first metal thin film layer 13 from seeping into the fifth metal thin film layer 17. The third metal thin film layer 15 is preferably a thin layer having a thickness of 0.01 to 0.02 μm. If the third metal thin film layer 15 is thicker, the film adhesion strength tends to decrease.
【0020】この第4金属薄膜層16の上に化学蒸着法
または物理蒸着法により、導通抵抗の良いCuを用いて
第5金属薄膜層17を0.20〜0.50μmの厚さに
形成する。この後、導通効果を上げ、多目的に利用でき
るようにするためのメッキ膜層18を化学メッキ法によ
って3〜4μmの厚さに形成する。このメッキ膜層18
は第5金属薄膜層17と同族のIB族元素を用いるて形
成する。The fifth metal thin film layer 17 is formed on the fourth metal thin film layer 16 by chemical vapor deposition or physical vapor deposition using Cu having good conduction resistance to a thickness of 0.20 to 0.50 μm. . Thereafter, a plating film layer 18 having a thickness of 3 to 4 [mu] m is formed by a chemical plating method so as to enhance the conduction effect and make it versatile. This plating film layer 18
Is formed using an IB group element that is the same as the fifth metal thin film layer 17.
【0021】第1金属薄膜層13からメッキ膜層18ま
での膜厚については、微細回路配線を形成し、ICパッ
ケージに使用することを目的とした場合に望ましい値を
示したが、目的により任意の値に変化させて対応するこ
とができる。The film thickness from the first metal thin film layer 13 to the plating film layer 18 is a desirable value when it is intended to form a fine circuit wiring and to be used for an IC package. Can be changed.
【0022】物理蒸着法には一般的な公知の方法を用い
ることができ、たとえば真空蒸着法、イオンビーム蒸着
法あるいはスパッタリング法等が挙げられ、これらは材
質及び膜厚を自由に選定できるという特徴を有してい
る。また、最上層形成のための化学メッキ法にも一般的
な公知の方法を用いることができ、その方法としては例
えば電解メッキ法、無電解メッキ法等が挙げられる。As the physical vapor deposition method, a general known method can be used, for example, a vacuum vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, a sputtering method, or the like, which is characterized in that the material and the film thickness can be freely selected. have. In addition, a general known method can be used for the chemical plating method for forming the uppermost layer, and examples thereof include an electrolytic plating method and an electroless plating method.
【0023】下記の表1、2及び表3は上記実施例1及
び、上記実施例1における金属薄膜積層体18を構成す
る金属の種類を変えて作製した別の実施例に係る金属薄
膜積層セラミックス基板と、従来の金属薄膜層から構成
される比較例に係る金属薄膜積層セラミックス基板にお
ける膜密着強度の測定結果を示している。該膜密着強度
の測定結果はピール試験を行なう通常の場合と、+15
0℃/−60℃の熱サイクルを各30分、昇温降温速度
10℃/分で200サイクル行なった後Niリード線2
2を接合してピール試験を行なった(表では熱サイクル
後と示す)場合とを示している。The following Tables 1, 2 and 3 show the metal thin film laminated ceramics according to Example 1 and another example manufactured by changing the kind of metal constituting the metal thin film laminate 18 in Example 1 described above. 9 shows the results of measuring the film adhesion strength of a substrate and a metal thin-film laminated ceramic substrate according to a comparative example composed of a conventional metal thin film layer. The measurement result of the film adhesion strength is different from the normal case where the peel test is performed and +15
After performing a heat cycle of 0 ° C./−60° C. for 30 minutes each, 200 cycles at a temperature rise / fall rate of 10 ° C./min, the Ni lead wire 2
2 was subjected to a peel test (in the table, indicated as after thermal cycling).
【0024】[0024]
【表1】 [Table 1]
【0025】[0025]
【表2】 [Table 2]
【0026】[0026]
【表3】 [Table 3]
【0027】表1、2及び表3に示した実施例及び比較
例では、ピール試験による膜密着強度測定方法として図
2に示すようなハンダプルテストを実施した。まず、金
属薄膜積層セラミックス基板11上に直径約1mmのN
iリード線22をハンダ付けし、次にピン1本毎に毎分
10mmの速度で垂直方向に引っ張って破断させ、破断
したときの強度を膜密着強度とした。このとき、ハンダ
切れ、ハンダと金属薄膜との界面破断は正当な膜強度と
して評価できないためデータから削除した。In Examples and Comparative Examples shown in Tables 1, 2 and 3, a solder pull test as shown in FIG. 2 was carried out as a method for measuring the film adhesion strength by a peel test. First, N 1 having a diameter of about 1 mm is placed on a metal thin film laminated ceramics substrate 11.
The i-lead wire 22 was soldered, and then pulled vertically at a rate of 10 mm per minute for each pin to break it, and the strength at the time of breaking was defined as the film adhesion strength. At this time, the breakage of the solder and the breakage of the interface between the solder and the metal thin film were deleted from the data because they could not be evaluated as proper film strength.
【0028】表1、2及び表3から明らかなように、比
較例1〜18のものでは通常の膜密着強度が3kg/m
m2 以上の値を示したものも存在したが、熱衝撃信頼性
試験後に膜密着強度を測定すると強度が劣化しており、
その他のものは3kg/mm2 以上の値を示すものはな
く、また熱衝撃によってその膜密着強度の劣化が認めら
れた。As is clear from Tables 1, 2 and 3, the films of Comparative Examples 1 to 18 have a normal film adhesion strength of 3 kg / m.
m 2 or more shows the value also was present, the intensity measured to film adhesion strength after thermal shock reliability tests are degraded,
No other samples showed a value of 3 kg / mm 2 or more, and deterioration of the film adhesion strength due to thermal shock was observed.
【0029】他方、実施例1〜18のものでは熱衝撃信
頼性試験後も安定した強度を示し、膜密着強度は目的の
3kg/mm2 以上の値を得ることができた。On the other hand, those of Examples 1 to 18 exhibited stable strength even after the thermal shock reliability test, and a film adhesion strength of 3 kg / mm 2 or more was obtained.
【0030】次に、実施例1及び比較例1で得られた金
属薄膜積層セラミックス基板を用い、850℃で10分
間熱処理を行った後、EPMAを用いて表面分析を行っ
た。その結果を図3及び図4に示している。図3及び図
4において、縦軸は回折強度、横軸は回折角を示す。こ
の結果より明らかなように、実施例1で用いた金属薄膜
積層セラミックス基板では、表面にチタンが認められな
いのに対し、比較例1で得られた金属薄膜積層セラミッ
クス基板では表面にチタンが検出され、チタン原子が表
面まで熱拡散してきていることがわかる。Next, using the metal thin-film laminated ceramic substrates obtained in Example 1 and Comparative Example 1, a heat treatment was performed at 850 ° C. for 10 minutes, and a surface analysis was performed using EPMA. The results are shown in FIGS. 3 and 4, the vertical axis indicates the diffraction intensity, and the horizontal axis indicates the diffraction angle. As is clear from the results, titanium was not detected on the surface of the metal thin-film laminated ceramic substrate used in Example 1, whereas titanium was detected on the surface of the metal thin-film laminated ceramic substrate obtained in Comparative Example 1. It can be seen that the titanium atoms have been thermally diffused to the surface.
【0031】また、実施例1及び比較例14の金属薄膜
積層セラミックス基板につき、電解メッキ処理を行う前
のものを、600℃で2時間熱処理を行ったところ、実
施例1のものは全く変色がなかったのに対し、比較例1
4のものは褐色に変色した。この結果からも従来のもの
は熱処理によりTiが表面層に拡散し易いのに対し、実
施例のものはTiの熱拡散が防止されていることがわか
る。When the metal thin-film laminated ceramic substrates of Example 1 and Comparative Example 14 were subjected to a heat treatment at 600 ° C. for 2 hours before being subjected to electrolytic plating, the substrate of Example 1 showed no discoloration. Comparative Example 1
4 turned brown. From these results, it can be seen that in the conventional example, Ti is easily diffused into the surface layer by heat treatment, whereas in the example, thermal diffusion of Ti is prevented.
【0032】これは次のような理由によるものと推察さ
れる。第1層のTiは反応性が非常に高く活性なため、
まず熱処理により前記Tiが第2層のMo中に拡散され
る。Tiはさらに第3層のCu中に拡散されて、Cuに
固溶される。TiとCuは相互に固溶し易いので、Cu
の膜厚が0.01μm程度の薄い膜であっても容易に固
溶される。Cuに固溶しきれなかったTiはさらに第4
層のMo中に拡散されるが、その量は非常に少ないた
め、その第4層を通過することはない。従って、実施例
1の金属薄膜積層セラミックス基板は、熱処理を行って
もTiの表面への熱拡散が防止されることとなる。この
推察は、深さ方向に対するSIMS分析によっても確認
されている。This is presumed to be due to the following reasons. Since the Ti of the first layer is very reactive and active,
First, the Ti is diffused into Mo of the second layer by heat treatment. Ti is further diffused into Cu of the third layer and is dissolved in Cu. Since Ti and Cu are easily dissolved in each other, Cu
Is easily formed into a solid solution even if the film thickness is as thin as about 0.01 μm. Ti that could not be completely dissolved in Cu
Although it is diffused into the Mo of the layer, its amount is so small that it does not pass through its fourth layer. Therefore, the metal thin-film laminated ceramic substrate of Example 1 prevents heat diffusion to the surface of Ti even when heat treatment is performed. This inference has been confirmed by SIMS analysis in the depth direction.
【0033】このように、実施例に係る金属薄膜積層セ
ラミックス基板にあっては、高温状態においても、第1
金属薄膜層13が表面層まで拡散しないため、熱衝撃試
験後においても膜密着強度が劣化しないと考えられる。As described above, in the metal thin-film laminated ceramic substrate according to the embodiment, even in the high temperature state, the first
Since the metal thin film layer 13 does not diffuse to the surface layer, it is considered that the film adhesion strength does not deteriorate even after the thermal shock test.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る金属薄
膜積層セラミックス基板にあっては、セラミックス基板
の上に金属薄膜が複数層積層された金属薄膜積層セラミ
ックス基板において、前記セラミックス基板の上に周期
表第IVA族あるいはMoを除く第VIA族から選ばれ
た1種以上の元素からなる第1金属薄膜層、該第1金属
薄膜層の上にCr、Wを除く周期表第VIA族あるいは
Niから選ばれた1種以上の元素からなる第2金属薄膜
層、該第2金属薄膜層の上に周期表IB族から選ばれた
1種以上の元素からなる第3金属薄膜層、該第3金属薄
膜層の上に前記第2金属薄膜層と同じ元素からなる第4
金属薄膜層、該第4金属薄膜層の上に前記第3金属薄膜
層と同じ元素からなる第5金属薄膜層が積層されている
ので、前記第1金属薄膜層の拡散を防止することがで
き、前記セラミックス基板と金属薄膜積層体及び該金属
薄膜積層体中の各金属薄膜層を強固に結合させることが
でき、その結果ピール試験において3kg/mm2 以上
の膜密着強度を有し、熱衝撃を受けても膜密着強度の変
化しない金属薄膜積層セラミックス基板を提供すること
ができる。As described in detail above, in the metal thin film laminated ceramic substrate according to the present invention, a metal thin film laminated ceramic substrate in which a plurality of metal thin films are laminated on a ceramic substrate is provided. A first metal thin film layer made of at least one element selected from Group IVA or Group VIA other than Mo, and a group VIA of the Periodic Table other than Cr and W on the first metal thin film layer; A second metal thin film layer made of at least one element selected from Ni, a third metal thin film layer made of at least one element selected from Group IB of the periodic table on the second metal thin film layer, The fourth metal thin film layer having the same element as the second metal thin film layer
Since the fifth metal thin film layer made of the same element as the third metal thin film layer is laminated on the metal thin film layer and the fourth metal thin film layer, the diffusion of the first metal thin film layer can be prevented. The ceramic substrate and the metal thin film laminate and each metal thin film layer in the metal thin film laminate can be firmly bonded, and as a result, have a film adhesion strength of 3 kg / mm 2 or more in a peel test, It is possible to provide a metal thin film laminated ceramics substrate in which the film adhesion strength does not change even when subjected to this.
【図1】本発明の実施例に係る金属薄膜積層セラミック
ス基板を示した模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a metal thin-film laminated ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
【図2】ピール試験による膜密着強度測定方法を示した
斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a method of measuring film adhesion strength by a peel test.
【図3】実施例1で得られた金属薄膜積層セラミックス
基板を熱処理した後、表面をEPMAを用いて元素分析
した結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the result of elemental analysis of the surface of the metal thin-film laminated ceramic substrate obtained in Example 1 after the surface thereof was heat-treated using EPMA.
【図4】比較例1で得られた金属薄膜積層セラミックス
基板を熱処理した後、表面をEPMAを用いて元素分析
した結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the result of elemental analysis of the surface of the metal thin-film laminated ceramic substrate obtained in Comparative Example 1 using EPMA after heat treatment.
【図5】従来の金属薄膜積層セラミックス基板を示した
模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a conventional metal thin film laminated ceramics substrate.
11 金属薄膜積層セラミックス基板 12 セラミックス基板 13 第1金属薄膜層 14 第2金属薄膜層 15 第3金属薄膜層 16 第4金属薄膜層 17 第5金属薄膜層 REFERENCE SIGNS LIST 11 metal thin film laminated ceramic substrate 12 ceramic substrate 13 first metal thin film layer 14 second metal thin film layer 15 third metal thin film layer 16 fourth metal thin film layer 17 fifth metal thin film layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三城 明 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 宇野 孝一 山口県美祢市大嶺町東分字岩倉2701番1 株式会社住友金属セラミックス内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akira Miki 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. 2701 No. 1 Sumitomo Metal Ceramics Co., Ltd.
Claims (1)
層積層された金属薄膜積層セラミックス基板において、 前記セラミックス基板の上に周期表第IVA族あるいは
Moを除く第VIA族から選ばれた1種以上の元素から
なる第1金属薄膜層、 該第1金属薄膜層の上にCr、Wを除く周期表第VIA
族あるいはNiから選ばれた1種以上の元素からなる第
2金属薄膜層、 該第2金属薄膜層の上に周期表IB族から選ばれた1種
以上の元素からなる第3金属薄膜層、 該第3金属薄膜層の上に前記第2金属薄膜層と同じ元素
からなる第4金属薄膜層、 該第4金属薄膜層の上に前記第3金属薄膜層と同じ元素
からなる第5金属薄膜層が積層されていることを特徴と
する金属薄膜積層セラミックス基板。1. A metal thin film laminated ceramic substrate having a plurality of metal thin films laminated on a ceramic substrate, wherein at least one member selected from Group IVA of the periodic table or Group VIA excluding Mo on the ceramic substrate. A first metal thin-film layer made of the following elements: on the first metal thin-film layer, VIA of the periodic table excluding Cr and W
A second metal thin-film layer made of one or more elements selected from Group III or Ni; a third metal thin-film layer made of one or more elements selected from Group IB of the periodic table on the second metal thin film layer; A fourth metal thin film layer made of the same element as the second metal thin film layer on the third metal thin film layer; a fifth metal thin film made of the same element as the third metal thin film layer on the fourth metal thin film layer A metal thin-film laminated ceramic substrate, wherein the layers are laminated.
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WO2007119571A1 (en) | 2006-04-17 | 2007-10-25 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Solder layer, substrate for device junction utilizing the same, and process for manufacturing the substrate |
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