(57)【要約】  【課題】電子部品５とメタライズ層２との接合を強固なものとすることによって、電子部品５を長期間にわたり正常かつ安定に作動させ得る電子部品搭載構造体を提供することにある。  【解決手段】基体１と、該基体１上の電子部品５を搭載するための部位に被着形成され、周縁部が中央部よりも高く、且つ該中央部の断面形状が下に凸の曲面状を呈する下地金属層３と、該下地金属層３上に形成され、電子部品の下面に接合されるロウ材と、該ロウ材上に接合される面である下面が平坦である電子部品５と、を備えたことを特徴とする。  【選択図】図２
2006128734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
該基体上に形成され、周縁部が中央部よりも高く、且つ中央部の表面が、断面視して下に凸の曲面状を成す下地金属層と、
該下地金属層上に配置され、平坦な下面を有する電子部品と、前記下地金属層及び電子部品間に配置されるとともに、この両者を接合するロウ材と、
を備えたことを特徴とする電子部品搭載構造体。
【請求項２】
前記下地金属層の前記周縁部の頂部は、前記電子部品の下面周縁部を取り囲むように形成されている請求項１に記載の電子部品搭載構造体。
【請求項３】
前記頂部と前記電子部品の下面の縁部との距離は０．０１〜０．１ｍｍである請求項２に記載の電子部品搭載構造体。
【請求項４】
前記下地金属層の前記周縁部と前記中央部との高低差は１〜３μｍである請求項１から３のいずれかに記載の電子部品搭載構造体。
【請求項５】
前記下地金属層は、その表面における算術平均粗さが０．２〜１μｍである、請求項１から４のいずれかに記載の電子部品搭載構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載構造体に関し、特に電子部品を基体に接合するためのメタライズ層に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子や表面弾性波素子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載用基板として、セラミック材料から成る基体に電子部品を搭載するためのメタライズ層を被着させて成る電子部品搭載用基板が知られている。このような電子部品搭載用基板が用いられる例として、例えばリードレスの半導体素子収納用パッケージ（チップキャリア）の基本構成を図３に示す。
【０００３】
同図において、１１はセラミックスから成る絶縁基体（以下、基体という）、１２は基体１１の上面略中央部の凹部の底面に半導体素子１５をロウ材を介して載置固定するためのメタライズ層、１３は電子部品１５を外部電気回路（図示せず）に接続するためのメタライズ層、１４は蓋体、１５は半導体素子、１６は半導体素子１５の電極とメタライズ層１３とを接続するためのボンディングワイヤを示す。
【０００４】
これら基体１１、メタライズ層１２、メタライズ層１３で電子部品搭載用基板が構成され、この電子部品搭載用基板と蓋体１４とで半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）を構成される。そして、パッケージの内部に半導体素子１５を収容する。
【０００５】
基体１１は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等の各種セラミックスから成り、電気的に絶縁する機能を有し、また半導体素子１５の特性に応じてその種類が適宜選定される。メタライズ層１２は、基体１１の上面略中央部の凹部の底面に被着形成され、半導体素子１５の底面にクラッドしている金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）や金−ゲルマニウム（Ｇｅ）等のロウ材を介して半導体素子１５を強固に接合するための所謂下地金属層として機能し、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結して成る。
【０００６】
メタライズ層１３は、半導体素子１５を外部電気回路（図示せず）に接続するための導電路として機能し、メタライズ層１２と同様、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結して成る。
【０００７】
なお、このような基体１１，メタライズ層１２，メタライズ層１３から成る電子部品搭載用基板は、表面に金属ペーストをスクリーン印刷により印刷塗布した未焼成セラミックシート（グリーンシート）を複数枚積層するとともに高温で焼成することによって形成される。また、メタライズ層１２，メタライズ層１３の表面には酸化腐食を有効に防止するためのニッケル（Ｎｉ）メッキや金メッキ等のメッキが施されている。
【０００８】
これらメタライズ層１２，メタライズ層１３が被着形成された基体１１の上面に、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属材料またはアルミナセラミックス等のセラミックスから成る蓋体１４を、金−錫（Ｓｎ）ロウ材等の低融点ロウ材で接合することによって、半導体パッケージ内部に半導体素子１５を気密に収納しその作動性を良好なものとする。
【０００９】
このように、基体１１、メタライズ層１２、メタライズ層１３から成る電子部品搭載用基板と蓋体１４とで構成される半導体パッケージの内部に半導体素子１５を収容するとともに、ボンディングワイヤ１６で半導体素子１５と半導体パッケージを電気的に接続し、蓋体１４を接合することによって最終製品としての半導体装置が完成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この従来の電子部品搭載用基板によれば、半導体素子１５をその底面にクラッドしてあるロウ材を介してメタライズ層１２表面に接合した際、メタライズ層１２表面の凹凸に起因して、半導体素子１５の位置決めを正確に行うことが困難となったり、半導体素子１５とメタライズ層１２との間が接合されない部位、即ちボイド等が発生し、半導体素子１５とメタライズ層１２との接合強度が損なわれるという問題点を有していた。
【００１１】
このメタライズ層１２表面の凹凸は、主としてスクリーン印刷における印刷版の網目の痕に起因している。
【００１２】
基体１１表面の凹凸を小さくするためには、その表面を研磨等により平坦にする方法があるが、コストや作業性の観点から、実質上実施するのは困難である。一方、金属ペーストの粘度を小さなものとしておけば、メタライズ層１２表面の凹凸を小さくできるが、この場合、メタライズ層１２にピンホールやにじみが発生してしまう。
【００１３】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、電子部品の位置決めを正確に行うことが容易であるとともに、電子部品とメタライズ層との接合を強固なものとすることによって、電子部品を長期間にわたり正常かつ安定に作動させ得る電子部品搭載構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電子部品搭載構造体は、基体と、該基体上の電子部品を搭載するための部位に被着形成され、周縁部が中央部よりも高く、且つ該中央部の断面形状が下に凸の曲面状を呈する下地金属層と、該下地金属層上に形成され、電子部品の下面に接合されるロウ材と、該ロウ材上に接合される面である下面が平坦である電子部品とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また本発明の電子部品搭載構造体は、前記下地金属層の前記周縁部の頂部が、前記電子部品の下面周縁部を取り囲むように形成されている。
【００１６】
更に本発明の電子部品搭載構造体は、前記頂部と前記電子部品の下面の縁部との距離が０．０１〜０．１ｍｍであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明の電子部品搭載構造体は、前記下地金属層の前記周縁部と前記中央部との高低差が１〜３μｍであることを特徴とする。
【００１８】
更に本発明の電子部品搭載構造体は、前記下地金属層は、その表面における算術平均粗さが０．２〜１μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、電子部品を下地電極層（メタライズ層）に接合する際の位置決めが非常に容易となるとともに電子部品の底面にクラッドしてあるロウ材を介して下地電極層（メタライズ層）に接合する際、それらの間にボイド等を発生させることなく、強固に接合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の電子部品搭載構造体について説明する。具体的には、半導体素子を搭載するためのリードレスの半導体パッケージ（チップキャリア）を例に説明する。図１は電子部品搭載用基板を用いたチップキャリアの実施の形態の一例を示す断面図、図２は本発明の要部であるメタライズ層の拡大断面図である。
【００２１】
同図において、１はアルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミックス等の電気絶縁材料から成る基体、２，３はメタライズ層、４は蓋体である。この基体１、メタライズ層２，３で電子部品搭載用基板が構成され、この電子部品搭載用基板と蓋体４とで電子部品としての半導体素子５を収容するための容器を構成する。
【００２２】
基体１はその上面略中央部に半導体素子５を収容するための空所を形成する段状の凹部を有しており、この凹部底面にはメタライズ層２が被着形成されている。また、メタライズ層２はタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結して成り、その上面に半導体素子５を金−シリコンや金−ゲルマニウム等のロウ材を介して接合するための下地金属層として機能する。
【００２３】
また、このメタライズ層２が被着形成されている基体１は、その上面から側面を介し底面にかけて導出しているメタライズ層３が形成されており、基体１上面のメタライズ層３には半導体素子５の電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続され、また基体１底面のメタライズ層３は外部電気回路の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ付けされる。
【００２４】
これら基体１，メタライズ層２，メタライズ層３は、表面に金属ペーストを印刷塗布した未焼成セラミックシート（グリーンシート）を複数枚積層するとともに還元性雰囲気（Ｈ2−Ｎ2ガス）中、約１４００〜１６００℃の高温で焼成することによって形成される。
【００２５】
なお、この未焼成セラミックシートは、その原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成すとともに、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってシート状と成すことによって形成される。
【００２６】
また、金属ペーストは、タングステン、モリブデン−マンガン等の高融点金属粉末に適当な溶剤、溶媒を添加混合することによって作製され、未焼成セラミックシートの表面にはスクリーン印刷等の膜厚法を採用することによって印刷塗布される。
【００２７】
更に、メタライズ層２は、その上面に耐食性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良い。
【００２８】
また、メタライズ層２の厚さは１５μｍ以下がよく、この場合厚さが薄いことから、未焼成セラミックシートに金属ペーストを印刷塗布し、しかる後、同時焼成してメタライズ層２を有する基体１を得る場合、セラミックスから成る基体１とモリブデン−マンガン，タングステン等から成るメタライズ層２との熱膨張差による歪みは極めて小さくなる。その結果、メタライズ層２にクラックや割れが発生したり、基体１とメタライズ層２との間で剥がれが発生することはない。
【００２９】
なお、基体１の凹部底面に被着形成するメタライズ層２の厚さを１５μｍ以下とするには、未焼成セラミックシートに金属ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布する際、印刷版のレジスト厚みを薄くすることによって、実行できる。
【００３０】
一方、メタライズ層２の厚さは５μｍ以上がよく、５μｍ未満では金属ペーストの印刷時にかすれてメタライズ層２を所定のパターンに形成することが困難となる点で不適である。
【００３１】
また、メタライズ層２は、その周縁部が中央部よりも高く形成された形状（凹形状）である。このように、メタライズ層２の周縁部が中央部よりも高く形成された凹形状であることから、この上に半導体素子５を搭載すると、半導体素子５がぐらつくことがないので極めて正確に位置決めされる。このようなメタライズ層２の形状は、金属ペーストの粘度およびチキソトロピー、印刷厚みを適度に調整することによって、印刷された金属ペーストの外周縁に表面張力の影響による盛り上りを形成することにより、周縁部が中央部よりも高く形成され凹形状とすることができる。
【００３２】
このメタライズ層２の周縁部の最高部（頂部）は、半導体素子５下面の周縁部にほぼ相当するように形成されるか、または、半導体素子５下面の周縁部を囲むように形成されることが好ましい。この場合、半導体素子５の下面がメタライズ層２に良好に接合されることとなる。
【００３３】
より好ましくは、メタライズ層２の周縁部の最高部が半導体素子５下面の周縁部を囲むとともに、その最高部と半導体素子５下面の縁部（輪郭）との距離が、０．０１〜０．１ｍｍであることがよい。０．０１ｍｍ未満では、半導体素子５をメタライズ層２上に接合させる前に半導体素子５下面をメタライズ層２に対しスクラブ（擦りつける）することにより、ロウ材を溶け易くしかつメタライズ層２の気泡を追い出すスクラブ工程を行う際に、そのスクラブが困難になり、ロウ材を溶け易くしかつメタライズ層２の気泡を追い出すという効果が得られなくなる。０．１ｍｍを超えると、メタライズ層２の面積が大きくなり、半導体パッケージが大型化して実用性が低下する。
【００３４】
さらに、メタライズ層２は、その周縁部と中央部との高低差が３μｍ以下であるとともに表面の算術平均粗さが１μｍ以下とされている。このように、メタライズ層２の周縁部と中央部との高低差が３μｍ以下であるとともに表面の算術平均粗さが１μｍ以下の平滑な面であることから、メタライズ層２に半導体素子５を介して接合する際にメタライズ層２と半導体素子５との間にメタライズ層２の凹凸に起因するボイドの形成が抑止され、半導体素子５とメタライズ層２との接合を強固なものとできる。このメタライズ層２の外周縁と中央部との高低差が３μｍを超える場合や表面の算術平均粗さが１μｍを越える場合、半導体素子５とメタライズ層２との間で接合されない部位、即ちボイド等が発生し、半導体素子５とメタライズ層２との接合強度が損なわれる。
【００３５】
メタライズ層２の周縁部と中央部との高低差を３μｍ以下とするとともに表面の算術平均粗さを１μｍ以下の平滑なものとするには、金属ペーストを印刷塗布してこれを乾燥させた後、金属ペーストの平滑性を促進するために、金属ペースト上に樹脂製フィルムを載せ、これを油圧プレス装置等の加圧装置により上方よりプレスし、適度に圧力を加えることによって成される。
【００３６】
なお、メタライズ層２の周縁部と中央部との高低差が１μｍ未満であると、半導体素子５とメタライズ層２との間に大きなロウ材の溜まりが形成されず、半導体素子５とメタライズ層２との接合強度が小さいものとなりやすいので、メタライズ層２の周縁部と中央部との高低差は１μｍ以上であることが好ましい。また、メタライズ層２表面の算術平均粗さが０．２μｍ未満であると、メタライズ層２の表面粗さに起因する係止力が弱くなりメタライズ層２と半導体素子５との接合強度が小さいものとなりやすいので、メタライズ層２の表面の算術平均粗さは０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００３７】
また、蓋体４は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る金属板または基体１と同じ種類のセラミック板から成り、例えば金属板から成る場合、蓋体４は、これが接合される基体１の部位に被着形成されたメタル層にシーム溶接等によって接合され、半導体素子５を半導体パッケージ内部に気密に収容することとなり、最終製品としての半導体装置となる。
【００３８】
このように、上述の電子部品搭載用基板は、凹部を有する基体１の凹部底面にメタライズ層２が、また、基体１の上面から側面を介し底面にかけてメタライズ層３が被着形成されたものであり、凹部底面のメタライズ層２の上面に半導体素子５を接合するとともに、上面部と半導体素子５の電極とをボンディングワイヤ６で電気的に接合した後、蓋体４をシーム溶接等によって基体１上面に接合し半導体素子５を気密に収容することにより半導体装置となる。しかる後、基体１底面部のメタライズ層３は外部電気回路の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ付けされ、半導体素子５と外部電気回路との信号の入出力が可能となる。
【００３９】
かくして、本発明は、基体１表面に、周縁部が中央部よりも高く形成されかつ周縁部と中央部との高低差が３μｍ以下であるとともに表面の算術平均粗さが１μｍ以下とされたメタライズ層２を被着形成したことにより、半導体素子５をメタライズ層２に接合する際の位置決めが非常に容易となるとともに半導体素子５の底面にクラッドしてあるロウ材を介してメタライズ層２に接合する際、それらの間にボイド等を発生させることなく、強固に接合できる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行うことは何等支障ない。例えば、メタライズ層２，メタライズ層３は、電気抵抗の非常に低い銅（Ｃｕ）から成っていても良く、この場合、外部電気回路と半導体素子５との高周波信号の入出力を非常に速くできる。また、基体１は、半導体素子５の特性に応じて、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックスやガラスセラミックス等の比較的、比誘電率の低いものを採用することにより、高周波信号の入出力を非常に速くできる。
【００４１】
また、上述の実施形態例では、本発明に用いられる電子部品搭載用基板として半導体素子が搭載されるチップキャリアを用いる場合を例にとって説明したが、本発明は、表面弾性波素子等の他の種類の電子部品を搭載するための電子部品搭載構造体にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の電子部品搭載構造体をチップキャリアに適用した一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の電子部品搭載構造体のメタライズ層の拡大断面図である。
【図３】従来の電子部品搭載構造体の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
２・・・メタライズ層
５・・・半導体素子
【図１】
2006128734.tif 000003
【図２】
2006128734.tif 000004
【図３】
2006128734.tif 000005