JPS60198761A - ろう付け方法 - 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、パッ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ル、更に具体的にいえば多層セラミ
ッ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Ｏ （従来技術） 最近の＝ンピュータシステム等の高密度小屋化、高速化
および高パフォーマンス化に対して実装レベルにおける
パッケージ基板の要求はますますきびしいものになって
きている。具体的にはパッ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
されておシ、これに応えるようなパッケージ基板技術が
開発されてきた。例えばアルミナグリーンシートを用い
た多層セラミック基板ガラスセラミックグリーンシート
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ック基板、またセ
ラミック基板上ヘスバッタ蒸着等の薄膜技術を用いたパ
ッケージ基板、更に拡有機絶縁材料（ポリイミド等）を
用い薄膜導体と組み合せたパッケージ基板等々がある０
このよｌ高密度化、微細化された実装基板上へは、超Ｌ
８Ｉチ、プが多数実装されることＫなシ、シたかって、
基板外部と電気的に接続するた恰の入出力端子数は極め
て多くなってくる０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〇 この多層セラ５ツク基板に接続ビンを取シ付ける従来技
術としては、例えばアルミナ多層基板において銀ろうを
用いてコバール又は４・２アｐイ等の材質の接続ビンを
取シ付けていた◎第１図は、従来方法を説明するための
図であ）、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ッド゛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ック基板ｌおよびモリブデン又はタ
ングステン等の導体２が示されている口この導体パッド
部分にメッキによルニッケル層３を形成し、次に、コパ
ール又は４会２ア四イの接続ビン５を銀ろう４により取
シ付けている。銀ろうの組成は、一般にはＡｇ　６０亀
！チーＣｕ　４０　ｍｏｌ−の共晶合金が使われておシ
融点状７７９℃であシ、ろう付は処理温度は８１０℃程
度であシ、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０次に基板に取シ付けられた
接続ビンおよび導体が劣化しないように金メッキ処理さ
れる０第２図には、金層６が形成された接続ビン付き基
板を示す０本方法はろう付は処理温度が高く、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シ付けた
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０また有機絶縁フィル
ム（ポリイミド等）を用いて多層セラミック基板上へパ
ターンを形成するパッケージ技術の場合でも同様である
。更にろう付は後接続ピンおよび導体パッド部を金メッ
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−８ｎ又
はＡｕ−８ｉ、　Ａｕ−８ｎ−Ｐｄ）　ＡＡｕ−８ｎ−
Ａ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ック基板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ッ
キ法等の手段により＝ツクルの被膜１３を形成する。′
次に該ニッケル被膜上に金ペーストによシ金の被膜１４
を形成し熱処理によシ金・ニッケル固溶体を形成してい
る０続いて金メッキ１７を施した接続ビン１６をＡｕ−
８ｎろう材１５によシ結合している。この方法において
金・ニッ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っている。また第４図においてはセ
ラミック基板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ッケル被膜２３を形成し、該ニ
ッケル被膜上へ障壁用の金被膜２４を形成している口該
金被膜上にはａｎゲッタリング金属のソースとして働く
第１族の金属層２５で被覆されたのち、金メッキ２８を
施した接続ビン２７をＡｕ−ａｎ’ろう材２６により結
合されている０これらの方法においては、いずれも中間
層として金層を形成しなければならずコスト的にも不利
である◎また接続ビンを取ル付けるパッド部分には、あ
らかじめモリブデンパッドを形成しておかなけれになら
ず工程的にもコスト的にも不利でｓｂ、さらにろう付は
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った。さらにモ
リブデンパッドとセラミック基板との密着性をもたせる
ためにガラスフリッ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った
。

（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シも低温（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、更にはビン
取シ付は部分のモリブデンパッドを形成しない、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は方法を提供する
ことにある。

（発明の構成） すなわち本発明はセラミッ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周期律表
の第１族の金属層を形成する工程と、ろう材によシ入出
力電気接続ビンを第■族金属層上にろう付けする工程と
を有することを特徴゛とするろう付は方法である。

（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は方法を示す図であシ
第９図は実施例において作製したピン付きセラミック基
板の模式図である。第５図に示すように多層セラミック
基板３１の上２ミツ２表面上に金属の薄板をエツチング
等の手段によシ形成したろう付は部分の空いているマス
ク３２を重ね合わせる。多層セラミック基板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
スセラミッ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ック基板等でもよいＯ
ことでは銀−パラジウムを用いた後者の基板′を用いた
０次にチタン被膜を形成した０第６図に示すように、セ
ラミック基板に重ね合わされたマスクの上からスパッタ
リングによル３００又〜１００ＯＸの厚さの≠タン膜３
３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１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ッタリングによｊ）１０００１〜３
０００Ｘの厚さになるように形成した◎スパッタはＩＱ
　ｔｏｒｒ以下にした後、Ａｒガスを１０　ｔｏｒｒ程
度まで導入して行なった０第８図にはチタン薄膜、第■
族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０第８図かられかるように本方法ではセラミッ
ク基板表面に直接にチタン膜が形成されておシこの点が
他の方法と大きく異なっている特徴の一つである０この
ようにして得られた金属パッド部を有するセラミック基
板を金５Ｏｑｂ錫２０ｑｂｆ）重量比の合金ろう材３５
がそれぞれに３ｍｇ程度取付けられた複数のコパール又
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■族金属であるバラジクム層上に結合させる
。第９図には以上の方法によシ取り付けられた接続ピン
付き多層セラミック基板の模式図を示しであるが、金属
製ピン３６０表面にはメッキ等によシ形成した金の被膜
層３７がコートしである口ろう付けを行なり処理温度と
しては、金８０１１ｂ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分間行なった０第■族の金属例え
ばパラジウム層は金−錫ろう材の錫のゲッタリングを引
き起こし、金の錫に対する見かけの割合を多くする゛こ
とになシ、したがっ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０このこ
と社、ピン取シ付は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口また接続ピンに施したー被
膜層においても、ろう付は処理の際、金被膜層が金−錫
ろり材と共に一部融けることにな〕金−錫ろう材中の金
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。本方法によシろう付けした入出力電気接続ピ
ンと多層セラミック基板との接着強度は４．　ＯＫｔ／
−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０ （発明の効果） 以上の如く、本発明のろう付は方法を採用することによ
シ、ろう付は処理を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、セラミック基
板表面にピンパッド用の厚膜金属（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ビン付き基板を
得ることが出来るようになりた。さらに本発明の方法は
ピンパッドの金属層を形成する際にエツチング等の湿式
１程を経ないためにセラミッ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シ、ビン付は後
の熱サイクルに対しても十分に強いピン付は基板を得る
ことが出来るようになった◎ また実施例で用いたパラジウムの他の第１族の金属も使
用できる。さらにスパッタリングでなく、適時蒸着、メ
ッキ、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、従来のピン付はセラミック基板を示
した図でう）、第５図〜第８図は本発明の方法を示す図
であル、第９図は本発明の方法によシ作製したピン付き
基板の模式囚である０図において、１．ＩＬ　２１，３
１・・・セラミック基板、　２．　１２．　２２・・・
厚膜導体パッド層、３゜１３．２３・・・ニッケル層、
４・・・銀ろう、Ｌ１６ｔ２７・　３６°°°金属１ｙ
・６・　１７・　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、３３・・・チタン膜、３４・・
・第■族金属膜０ 第１図　第２図 第３図　第４図 第５図 第６図 ３ 第７図 第δ図′ 兜９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック基板に金属製接続ピンをろう材によル
   ろう付けする方法であって、セラミック基板上のろう付
   けする部分にチタン膜を形成する工程と、該チタン膜上
   に周期律表の第１族の金属膜を形成する工程と、ろう材
   によシ接続ピンを該第■族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は方法。
2. （２）ろう材は金−錫ろう材である特許請求の範囲第１
   項記載のろう付は方法◎　゛