(57)【要約】【課題】  低熱膨張係数のガラスセラミックスから成る配線基板にろう材を介してリードピン接続した場合、ガラスセラミックスとろう材の熱膨張係数差が大きく、リードピンに斜め方向に外力が加わった際にガラスセラミックスが破壊応力に屈してクラック等の破壊が発生し易くなる。【解決手段】  ４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体５に配線導体６が形成されるとともに、絶縁基体５表面の配線導体６に、リードピン１のヘッド部１ａが、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆの少なくとも一種を含むＡｇ−Ｃｕ合金ろう材から成る接続パッドを介して接続されたリードピン付き配線基板３において、接続パッドは、外形寸法がヘッド部１ａの外形寸法よりも大きく、接続パッドの外周端とヘッド部１ａの側面との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体の少なくとも表面に配線導体が形成されるとともに、前記絶縁基体表面の前記配線導体に、リードピンのヘッド部が、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも一種を含むＡｇ−Ｃｕ合金ろう材から成る接続パッドを介して接続されて成るリードピン付き配線基板において、前記接続パッドは、その外形寸法が前記ヘッド部の外形寸法よりも大きく、前記接続パッドの外周端と前記ヘッド部の側面との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上であることを特徴とするリードピン付き配線基板。
【請求項２】
前記絶縁基体と前記接続パッドとの間に形成される、前記ガラスセラミックスの成分とＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも一種とを含む反応層の厚みが０．２μｍ乃至１μｍであることを特徴とする請求項１記載のリードピン付き配線基板。
【請求項３】
前記リードピンのヘッド部は、直径が０．４ｍｍ以上で厚みが０．０５ｍｍ乃至０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のリードピン付き配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージや回路基板、電子回路モジュール等に使用される、入出力端子用のリードピンが立設された、所謂ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）用のリードピン付き配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージや、高周波回路や電力回路等を構成する回路基板あるいは電子回路モジュール等には、セラミックスから成る絶縁基体の表面および内部の少なくとも一方に配線導体を有する配線基板が使用されている。この配線基板には、一般的に、リードピン、ボール端子等の端子部材や放熱板、放熱フィン等の放熱部材、あるいは配線基板と蓋体とから成る容器の内部に半導体素子を気密に収容するために、金属製の蓋体を取着するためのシールリング等のシール部材といった金属部材が、配線基板の表面のメタライズ層から成る配線導体にろう材を介して接合されている。
【０００３】
上記の配線基板においては、高周波信号を高速で伝送する上で、配線導体を形成する導体の抵抗が低いことが要求され、絶縁基体にもより低い誘電率が要求されている。
【０００４】
例えば、誘電率が低く高周波用の絶縁基体として好適であるガラスセラミックスを絶縁基体に用い、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の低抵抗金属のメタライズ層を配線導体として形成した配線基板が多用されている。
【０００５】
しかしながら、このような高周波用の配線基板においては、低誘電率のガラスセラミックスはガラス成分を多量に含有することから、その磁器強度は従来のアルミナセラミックス等に比べて低く、また、低抵抗金属は融点が低いことから低温で焼成する必要があるため、メタライズ層から成る配線導体のガラスセラミックスへの接合強度も低いものとなっている。
【０００６】
このため、このような配線基板のメタライズパッドにろう材を介してリードピンを接合しピングリッドアレイ型のリードピン付き配線基板とした場合、外部電気回路に配線基板を装着するためにリードピンを外部電気回路のソケットに差し込んだり、外部電気回路に配線基板を装着後に故障や交換等のメンテナンス等が必要となりリードピンを引き抜いたりした際に、リードピンに垂直方向や斜め方向からの外力が働くと、絶縁基体であるガラスセラミックスとメタライズパッドとの界面に破壊応力が発生して、メタライズパッドに剥がれが生じたり、ガラスセラミックスそのものがその破壊応力に屈して破壊されたりして、接合信頼性が低下するという問題点があった。
【０００７】
そこで、磁器強度の弱いガラスセラミックス等の絶縁基体とメタライズパッドとの界面における破壊を回避する手法として、活性金属としてＴｉ，ＺｒおよびＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金ろう材を用いて、リードピン接合用のメタライズパッドを配線基板に形成せずに、配線基板の内部から下面に導出された配線導体としての貫通導体（ビア導体）が絶縁基体の表面に露出した部位を含む領域にリードピンを直接接合する手法が提案されている。
【０００８】
この手法では、メタライズパッドを介さずに、配線基板の配線導体の一部である貫通導体の絶縁基体の表面に露出した部位とリードピンとを、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金ろう材から成る接続パッド（以下、ろう材パッドという）を介して直接接続することによって電気的な接続を行なうことができる。また、貫通導体の露出部は通常は直径が約１００μｍ以下と小さいことから、リードピンは実質的には絶縁基体とろう材パッドを介して接合されるため、メタライズパッドと絶縁基体との接合強度に依存することなくリードピンを接合することができ、絶縁基体とメタライズパッドとの間の界面における破壊を回避することができる。
【０００９】
一方、上記の高周波用の配線基板に搭載される半導体素子においては、近年の更なる高集積化や高速化に伴い、半導体素子の配線容量を低減させ信号伝達速度を高くするために、半導体素子に使用する絶縁膜を低誘電率化することが検討されている。
【００１０】
例えば、１０ＧＨｚ程度の高周波信号を伝達し、かつ、半導体素子の設計基準（ＭＰＵゲート長）が１３０ｎｍ程度に微細配線化された半導体素子の絶縁膜として要求されている比誘電率は２．５以下であり、これを実現するために、スピンコート法によりシルセスキオキサン系の無機オリゴマー（低分子量のポリマー）やポリ芳香族エーテル系等の有機オリゴマーの熱重合による絶縁膜に、比誘電率１の空気を内包させた多孔質絶縁膜が開発された。
【特許文献１】特開平８−１６２５６３号公報
【特許文献２】特開平８−２９８３８１号公報
【特許文献３】特開平９−１８１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような半導体素子に形成された多孔質絶縁膜は、その空孔率の増加に伴い強度が低くなるため、上述の配線基板に実装する際や半導体素子動作時などの熱負荷が加わる際に、半導体素子と配線基板の熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力によって多孔質絶縁膜自身が破壊されるという不具合が、一般的な絶縁膜に比べて顕著に発生するという問題点があった。
【００１２】
そこで、発生する熱応力を低減するために、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃のガラスセラミックスを絶縁基体に用いて、配線基板の熱膨張係数をＳｉ（シリコン）などからなる半導体素子の４０乃至４００℃での熱膨張係数である２×１０−６／℃〜４×１０−６／℃に可能な限り近づけるという手法が考えられる。
【００１３】
しかしながら、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃と低熱膨張のガラスセラミックスを絶縁基体として用いた場合、配線基板の配線導体の一部である貫通導体の絶縁基体の表面に露出した部位とリードピンとを、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金ろう材パッドを介して直接接続する方法では、低熱膨張のガラスセラミックスとろう材パッドとの熱膨張係数の差が大きく、この熱膨張係数の差に起因する熱応力がろう付け後に大きな残留応力としてろう材パッドと絶縁基体の界面に内在される。
【００１４】
その結果、リードピンへの斜め方向の外力としてセラミックスの磁器強度以上の応力がセラミックスから成る絶縁基体とろう材との接合面の外周端に集中して作用した場合、この応力と残留応力とが相俟って大きな破壊応力が発生し、この部分を起点として絶縁基体の内部にクラック等が進行して接合信頼性の低下を引き起こしたり、配線基板からリードピンが脱離してしまうという問題点があった。
【００１５】
本発明は、上記の問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は、多孔質絶縁膜を形成した半導体素子を搭載し、低熱膨張のガラスセラミックスからなる配線基板に取着したリードピンに斜め方向の外力が生じても、実用上耐えうるレベルのリードピンとガラスセラミックスから成る絶縁基体との接合強度を確保できる高信頼性のリードピン付き配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のリードピン付き配線基板は、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体の少なくとも表面に配線導体が形成されるとともに、前記絶縁基体表面の前記配線導体に、リードピンのヘッド部が、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも一種を含むＡｇ−Ｃｕ合金ろう材から成る接続パッドを介して接続されて成るリードピン付き配線基板において、前記接続パッドは、その外形寸法が前記ヘッド部の外形寸法よりも大きく、前記接続パッドの外周端と前記ヘッド部の側面との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上であるあることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のリードピン付き配線基板は好ましくは、前記絶縁基体と前記接続パッドとの間に形成される、前記ガラスセラミックス成分とＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも一種とを含む反応層の厚みが０．２μｍ乃至１μｍであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のリードピン付き配線基板は好ましくは、前記リードピンのヘッド部の直径は、直径が０．４ｍｍ以上で厚みが０．０５ｍｍ乃至０．２ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のリードピン付き配線基板によれば、接続パッドは、その外形寸法がヘッド部の外形寸法よりも大きく、接続パッドの外周端とヘッド部の側面との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上であることから、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体に、リードピンをＴｉ、ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも一種を含むＡｇ−Ｃｕ合金ろう材から成る接続パッドを介して接続しても、リードピンのネイルヘッドに形成される接続パッドに十分なメニスカスを形成できる。その結果、リードピンが接合された際に絶縁基体とリードピンとの接合部に生じる初期的な残留応力を小さく抑えることが可能となり、リードピンに斜め方向の外力が加わって応力が絶縁基体とろう材との接合面の外周端に集中して作用した場合にも、応力全体（初期的な残留応力と外力による応力の和）は絶縁基体の磁器強度以上に成ることがない。従って、絶縁基体にクラック等の破壊が発生するのを大きく抑制することができ、配線基板からリードピンが脱離することがなく、より高い接合強度を有するものとすることが可能となる。
【００２０】
また本発明において好ましくは、絶縁基体と接続パッドとの間に形成される、ガラスセラミックスの成分とＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも一種とを含む反応層の厚みが０．２μｍ乃至１μｍであることから、ガラスセラミックスの成分と活性金属成分であるＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも一種を含む反応層をむらなく形成することができる。そのため、ガラスセラミックスと活性金属との反応層の形成が不十分なことによる接続不良の発生を防止することができる。また、ガラスセラミックスと活性金属との反応層は脆弱であるが、その厚みを１μｍ以下とすることにより、反応層がガラスセラミックスとろう材との熱膨張差による初期的な残留応力により破壊されることなく強固に接合できる。
【００２１】
また本発明において好ましくは、リードピンのヘッド部の直径が０．４ｍｍ以上であることから、リードピンと接続パッドとの接合面積が十分に確保され接合強度も高くなるため、リードピンに斜め方向の外力が加わっても、リードピンとろう材との界面で剥離が生じることを抑制できる。また好ましくは、リードピンのヘッド部の厚みが０．０５ｍｍ乃至０．２ｍｍであることから、リードピンに斜め方向の外力が加わっても、ガラスセラミックスと接続パッドとの破壊の起点となる、接続パッドと絶縁基体との接合面の外周端への応力の集中を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のリードピン付き配線基板について以下に詳細に説明する。図１は半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに本発明のリードピン付き配線基板を適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１はリードピン、２は活性金属としてＴｉ，ＺｒおよびＨｆの少なくとも１種を含有する、接続パッドとしてのＡｇ−Ｃｕ合金ろう材（以下、ろう材ともいう）、３はリードピン付き配線基板（以下、配線基板ともいう）、４は半導体素子である。配線基板３のガラスセラミックスから成る絶縁基体５は、上面の中央部に半導体素子４を搭載するための搭載部７を有している。
【００２３】
絶縁基体５は、ガラスセラミックス焼結体から成る、例えば四角形状の板状体であり、その表面および内部の少なくとも表面に配線導体６を有している。このような配線基板３は、例えば以下のようにして製作される。
【００２４】
まず、セラミック粉末，樹脂バインダ，溶融成分に溶剤（有機溶剤，水等）、必要に応じて硬度や強度を調整するための所定量の可塑剤，分散剤を加えてスラリーを得、これをＰＥＴフィルムや紙等の支持体上にドクターブレード法，リップコーター法，ダイコーター法等のシート成型方法によりガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を作製する。
【００２５】
４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体５を得るためのセラミック粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３,ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＮａＯ２,ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｋ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＮａＯ等の硼珪酸ガラスのような低熱膨張係数のガラス粉末とアルミナ,コーディエライト,石英ガラス,ムライトのようなフィラー粉末とを混合したものを用いればよく、要求される特性に合わせてその種類や組合せ、含有量は適宜選択される。
【００２６】
より具体的には、３０〜５５質量％のＳｉＯ２、１５〜４０質量％のＡｌ２Ｏ３、３〜２５質量％のＭｇＯ、２〜１５質量％のＺｎＯ、２〜１５質量％のＢ２Ｏ３を含有するガラス粉末６４．５〜９８．５質量％と、コーディエライト粉末０．５〜２０質量％と、ムライト，アノーサイト，スラウソナイト，セルジアン，石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種のフィラー粉末１〜３５質量％とを含有するものがある。このガラス粉末に１０５０℃以下の熱処理を施すことにより、少なくともコーディエライトを結晶相として析出させ、さらにコーディエライトとともに、ガーナイト，スピネル，ムライトの群から選ばれる少なくとも１種を結晶相として析出させることによって、絶縁基体５の低熱膨張化、低誘電率化、低ヤング率化を達成することができる。低熱膨張化と低ヤング率化により１次実装と２次実装の信頼性の向上が達成されるのでより好ましいものとなる。
【００２７】
次に、このセラミックグリーンシートに、導体材料の粉末をペースト化した導体ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、または所定パターン形状の金属箔を転写する等の方法を用いて、配線導体６を形成する。導体ペーストの導体材料としては、ガラスセラミックス焼結体に対しては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｕ等が好適に用いられる。
【００２８】
なお、この配線導体６には、絶縁基体５の上面と下面とにそれぞれ配置された導体パターン同士を絶縁基体５の内部で接続するためのビア導体やスルーホール導体等といった貫通導体の部分も含まれる。この貫通導体は、例えば、パンチング加工等によりセラミックグリーンシートに形成した貫通孔に導体ペーストを充填することによって形成される。
【００２９】
次に、配線導体６を形成したセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度（ガラスセラミックスの場合であれば約９００℃）で焼成することによって、配線基板３が製作される。
【００３０】
そして、配線基板３の下面の、配線導体６としての貫通導体が絶縁基体５の表面に露出した部位を含む領域に、活性金属としてＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金ろう材２をペースト化したものを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷し、ネイルヘッド型のリードピン１と配線基板３の配線導体６および絶縁基体５とを、Ａｇ−Ｃｕ合金ろう材２を介してろう付けする。
【００３１】
このＡｇ−Ｃｕ合金ろう材２は、ＢＡｇ−８（ＪＩＳ  Ｚ−３２６１：７２質量％Ａｇ−２８質量％Ｃｕ）ろう材を始めとして、Ａｇが６０〜８０質量％でＣｕが２０〜４０質量％の組成から成るＡｇ−Ｃｕ合金ろう材２に、活性金属であるＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも１種を、金属または水素化物の状態で外添加で２〜１０質量％添加したものが用いられる。
【００３２】
このろう材２を介してリードピン１を絶縁基体５に接合するには、例えば、ろう材２の粉末に有機溶剤、樹脂バインダおよび溶剤（有機溶剤，水等）を合わせて５〜１５質量％を外添加で混合して得たろう材ペーストを、配線導体６が露出した部位、例えば貫通導体の露出した端面を含む絶縁基体５の表面に、スクリーン印刷法等によりリードピン１を立設する部位に対応した所定パターンで印刷し、これにリードピン１のヘッド部１ａを載置して、これを真空中、中性雰囲気中または還元雰囲気中でろう材２の溶融温度に合わせた所定温度（例えば約８００℃）で加熱処理し、ろう材２を溶融させて、配線導体６および絶縁基体５とリードピン１をろう付け接合する。
【００３３】
このとき、ろう材２の融点およびろう付け後の接合部の外観や反応層および合金層の厚み等を考慮して、ろう材２における活性金属の含有量、ボリューム（体積）、ブレージング最高到達温度、ろう材２の融点以上の温度の保持時間等を決める必要がある。
【００３４】
その一例として、７２質量％Ａｇ−２８質量％Ｃｕの所謂ＢＡｇ−８と呼ばれるろう材に活性金属としてＴｉＨ２を３質量％添加したろう材２を用いて、絶縁基体５の表面にろう付け後に直径０．９０ｍｍの接続パッドを形成する場合、ピン径が０．２０ｍｍ、ヘッド部１ａの厚みが０．１５ｍｍ、ヘッド部１ａの直径が０．４５ｍｍのリードピン１を絶縁基体５の所定部位に当接した状態で、真空炉中で最高温度７９５℃乃至８５０℃で５分乃至１時間保持すれば、高い強度を有する良好な接合状態が得られる。
【００３５】
ここで、絶縁基体５が４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスである場合、ヘッド部１ａの側面と接続パッドの外周端との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上であることが必要である。
【００３６】
接続パッドの外周端とヘッド部１ａの側面との間の距離が０．１２５ｍｍ未満であると、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体５に、リードピン１をＴｉ、ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも一種を含むＡｇ−Ｃｕ合金ろう材の接続パッドを介して接続したとき、リードピン１のヘッド部１ａに形成される接続パッドに十分なメニスカスを形成できない。その結果、リードピン１が接合された際に絶縁基体５とリードピン１との接合部に生じる初期的な残留応力が大きくなり、リードピン１に斜め方向の外力が加わって応力が絶縁基体５と接続パッドとの接合面の外周端に集中して作用した場合、応力全体（初期的な残留応力と外力による応力の和）が絶縁基体５の磁器強度以上になり、絶縁基体５にクラック等の破壊が発生し、配線基板３からリードピン１が脱離を起こす場合がある。
【００３７】
また、絶縁基体５と接続パッドとの間に形成される、ガラスセラミックスの成分とＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも一種とを含む反応層の厚みが０．２μｍ乃至１μｍである。ガラスセラミックスと活性金属成分であるＴｉ，ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも一種とを含む反応層の厚みが０．２μｍ未満であると、反応層を絶縁基体５上に一様に形成することが困難である。その結果、まだら模様状に反応層が形成され、接合強度が弱くなる。また、反応層の厚みが１μｍを超えると、脆弱な反応層がガラスセラミックスと接続パッドとの熱膨張差による初期的な残留応力により破壊されやすくなる。
【００３８】
なお、反応層の厚みは、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆのうちの少なくとも一種を含むＡｇ−Ｃｕ合金ろう材中の活性金属成分である、Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆの含有量を調節することで変化させることできる。また、反応層の厚みは、その断面を波長分散型Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）や走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することで測定できる。
【００３９】
また、リードピン１は、ヘッド部１ａの直径が０．４ｍｍ以上で厚みが０．０５ｍｍ乃至０．２ｍｍである。ヘッド部１ａの直径が０．４ｍｍ未満であると、ろう材２とリードピン１との絶対的な接合面積が不足する。その結果、リードピン１に斜め方向の外力が加わった際に、リードピン１と接続パッドとの界面で剥離やクラックが生じやすくなる。なお、ヘッド部１ａの直径の上限は、絶縁基体５の外形寸法や、リードピン１の設置間隔、リードピン１の配列方法等に応じて設定できる。例えば、本発明の配線基板３を半導体素子４搭載用の半導体素子収納用パッケージに適用する場合、ヘッド部１ａの直径は０．４〜１ｍｍ程度のものがよく、ヘッド部１ａの側面とろう材２の外周端との間の距離を全周にわたって０．１２５ｍｍ以上確保しやすく好ましい。
【００４０】
また、ヘッド部１ａの厚みが０．０５ｍｍ未満であると、ろう材２がヘッド部１ａの上部、即ちリードピン１の付け根付近まで這い上がりやすくなる。その結果、接続パッドのメニスカスの形状が不安定になり、リードピン１に斜め方向の外力が加わって、接続パッドと絶縁基体５との接合面の外周端に応力の集中が起こった際に、絶縁基体５にクラック等の破壊が発生しやすくなる。また、ヘッド部１ａの厚みが０．２ｍｍを超えると、ろう材２がヘッド部１ａの厚さの分だけ這い上がった際に、メニスカスの角度が大きくなりやすい。その結果、リードピン１が接合された際に、絶縁基体５とリードピン１との接合部に生じる初期的な残留応力が大きくなり、リードピン１に斜め方向の外力が加わって応力が絶縁基体５とろう材２との接合面の外周端に集中して作用した場合、応力全体（初期的な残留応力と外力による応力の和）が絶縁基体５の磁器強度以上になり、絶縁基体５にクラック等の破壊が発生し、配線基板３からリードピン１が脱離を起こす場合がある。
【００４１】
なお、本発明の配線基板３に用いられるリードピン１の材質、ピン部の長さ、ヘッド部１ａの厚み等は、外部電気回路のソケットの形状や接続方法等に応じて選択が可能である。例えば、半導体素子収納用パッケージに適用するリードピン１であれば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ合金製のものが使用され、ピン部の長さとしては１〜６ｍｍ程度の範囲のものが使用される。
【００４２】
以上のようにして、リードピン１と絶縁基体５とを接合することにより、斜め方向からリードピン１に外力が加わっても、絶縁基体５とリードピン１とのろう材２を介した接合部において高い接合強度を確保することができ、良好なろう付け状態でリードピン１が接合された配線基板３を得ることが可能となる。
【００４３】
なお、本発明の配線基板３においては、絶縁基体５の表面に形成される配線導体６のリードピン１が接合されない部位の表面、および貫通導体の露出する表面のリードピン１が接合されない部位には、絶縁基体５とリードピン１との接合前あるいは接合後に、耐蝕性に優れ、かつＡｇ−Ｃｕ合金ろう材２との濡れ性が良好なＮｉやＡｕ等の金属層が１〜２０μｍの厚みでめっき法等により被着されていてもよい。
【００４４】
Ｎｉめっき層は、例えばＰを４〜１２質量％程度含有する無電解Ｎｉ−Ｐめっき層から成る。このようなＮｉめっき層は、まず、配線導体６が形成された絶縁基体５を界面活性剤と塩酸水溶液とから成る温度が２５〜５０℃の酸性の洗浄液に１〜５分間浸漬して、配線導体６の露出した表面を清浄とし、次にこれを純水で洗浄した後、塩化パラジウム，水酸化カリウム，エチレンジアミンテトラアセティクアシッドから成る温度が２５〜４０℃のパラジウム活性液中に１〜５分間程度浸漬して、配線導体６の表面にパラジウム触媒を付着させ、次にこれを純水で洗浄した後、硫酸ニッケル，クエン酸ナトリウム，酢酸ナトリウム，次亜リン酸ナトリウム，塩化アンモニウムから成る温度が５０〜９０℃の無電解Ｎｉめっき液中に、２〜６０分間浸漬することによって、配線導体６の露出した表面に被着される。
【００４５】
なお、Ｎｉめっき層は、その厚みが１μｍ未満では、絶縁基体５の表面に形成された配線導体６の表面、図２に示す例では半導体素子４の電極が接続される電極パッド８となる部位の表面を良好に被覆することができず、配線導体６の露出した表面に酸化や変色をきたす傾向にある。他方、２０μｍを超えると、Ｎｉめっき層の内部応力によりＮｉめっき層にクラックや剥がれが発生しやすい。従って、Ｎｉめっき層の厚みは１〜２０μｍの範囲が好ましい。
【００４６】
また、Ｎｉめっき層を上述のように無電解Ｎｉ−Ｐめっきにより形成する場合、Ｎｉめっき層中のＰの含有量が４質量％未満であると、配線導体６の露出した表面にＮｉめっき層を被着させる際にＮｉめっきの析出速度が遅くなり、所定の厚みのＮｉめっき層を得るために長時間を要することとなるので生産性が極めて悪くなる。他方、１２質量％を超えると、Ｎｉめっき層上に被着させるＡｕめっき層との反応性が悪くなり、Ｎｉめっき層をＡｕめっき層で良好に被覆することが困難となる傾向にある。従って、Ｎｉめっき層中のＰの含有量は４〜１２質量％の範囲が好ましい。
【００４７】
特に、絶縁基体５とリードピン１との接合後に無電解めっき法によりＮｉ−Ｐめっきを施すときには、ろう材２の周りの絶縁基体５上にＮｉめっきが析出し、隣接する配線導体６同士が短絡する場合がある。これを防止するには、ろう材２ペースト中の樹脂バインダ量を少なくして、絶縁基体５の表面における炭素の残留を減らして絶縁基体５の表面にＮｉめっき層が被着する要因を減らすか、めっきの前処理の段階で絶縁基体５の表面をエッチングすることにより、接続パッドの周りの絶縁基体５表面に付着したＡｇやＣｕといったろう材成分を、ろう付け時に溶融、気化させて除去するといった対策を施せばよい。
【００４８】
ここで、ろう材２のペースト中の樹脂バインダの量としては、以上のような理由および印刷性の観点から、８〜１２質量％の割合で外添加するのがよい。さらに、無電解めっきによるめっき層の耐熱性および変色性の低下を改善するためには、めっき後に４００℃以上で加熱処理することにより、めっき層を緻密化させることが効果的である。
【００４９】
そして、本発明の配線基板３は、搭載部７上にエポキシ樹脂やＡｇエポキシ樹脂等を用いて半導体素子４を搭載し、半導体素子４上の電極と、絶縁基体５の搭載部７の近傍に配線導体６の一部として形成された電極パッド８とを、Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ等の金属細線（ボンディングワイヤ）で電気的に接続した後、ＣｕやＡｌ等から成る金属製または酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック製の蓋体９を、エポキシ樹脂等の樹脂やＡｕ−Ｓｎ合金，Ａｕ−Ｇｅ合金といったろう材等による接着、または溶接によって取着し封止することによって、半導体装置となる。
【実施例１】
【００５０】
本発明のリードピン付き配線基板の実施例について以下に説明する。
【００５１】
まず、４４質量％のＳｉＯ２、２８質量％のＡｌ２Ｏ３、１１質量％のＭｇＯ、５質量％のＺｎＯ、５質量％のＢ２Ｏ３、６質量％のＣａＯ、１質量％のＢａＯを含有するガラス粉末を８５質量％、フィラー粉末としてコーディエライト粉末を５質量％、ムライト粉末を１０質量％として混合し、これに樹脂バインダ，有機溶剤，可塑剤および分散剤を加えてスラリーを得、これをＰＥＴフィルムの支持体上においてドクターブレード法によりセラミックグリーンシートを作製した。
【００５２】
次に、このセラミックグリーンシートにパンチング加工により貫通孔を形成し、導体ペーストを充填することによってビア導体を形成した。
【００５３】
次に、Ｃｕ粉末をペースト化した導体ペーストをスクリーン印刷法より印刷して配線導体（配線導体となる導体ペースト層）を形成した。
【００５４】
次に、これらのビア導体と配線導体を形成したセラミックグリーンシートを複数枚積層し、９５０℃の温度で焼成することによって４０乃至４００℃での熱膨張係数が３．２×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体を製作した。
【００５５】
また、フィラー粉末のムライト粉末に代えてアノーサイト粉末を用いて、４０乃至４００℃での熱膨張係数が４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体を作製した。
【００５６】
また同様に、４４質量％のＳｉＯ２、２９質量％のＡｌ２Ｏ３、１１質量％のＭｇＯ、７質量％のＺｎＯ、９質量％のＢ２Ｏ３を含有するガラス粉末を７２．５質量％、フィラー粉末としてコーディエライト粉末を２．５質量％、石英ガラス粉末を２５質量％として混合したものを用い、９５０℃の温度で焼成することによって、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体を作製した。
【００５７】
次に、これら絶縁基体の表面にＡｇ７２質量％とＣｕ２８質量％とから成るＡｇ−Ｃｕ合金ろう材（ＢＡｇ−８）に活性金属としてのＴｉＨ２を３質量％および樹脂バインダを１０質量％の割合で外添加した活性金属ろう材ペーストを、リードピンと絶縁基体との接合用の接続パッドとしてスクリーン印刷し、ろう付け後の直径が０．９０ｍｍとなる接続パッドを形成した。
【００５８】
次に、この接続パッドを介して、ピン部の直径が０．２０ｍｍ、ヘッド部の厚みが０．１５ｍｍ、ヘッド部の直径が０.４５ｍｍであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のリードピンを、真空炉中で最高温度８００℃を１５分保持することにより接合した。
【００５９】
その後、ヘッド部の側面と接続パッドの外周端との間の全周にわたる最小距離を三次元測定機を用いて測定した。
【００６０】
その後、このリードピンの接合強度（４５°引っ張り強度）を、４５°上方に１０ｍｍ／分の速度で引っ張る引っ張り試験により評価した。
【００６１】
なお、リードピンについて、４５°引っ張り強度（破壊強度）が１５Ｎ以上であればリードピンは折り曲げに耐えうるが、４５°引っ張り強度が１５Ｎ未満しかない場合、リードピンに外力が加わった際にリードピンが折れ曲がる前にガラスセラミックスから成る絶縁基体が破壊されてしまうため、ソケット挿入時にリードピンが取れてしまうといった不具合が発生することとなる。これより、接合強度の判断基準として、４５°引っ張り強度が１５Ｎ以上あれば実用上問題ないとした。その結果を表１に示す。
【表１】
2006093571.tif 000003
【００６２】
表１より、絶縁基体を成すガラスセラミックスの４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であり、ヘッド部の側面と接続パッドの外周端との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上である本発明のリードピン付き配線基板（試料Ｎｏ．４，５，９，１０，１４，１５）は、リードピンの４５°引っ張り強度が最小値でも１５Ｎ以上であり、十分な接合強度であった。また、破壊の状態は、ガラスセラミックスの破壊の起点となる接続パッドと絶縁基体との接合面の外周端ではなく、ピン部で切断されたものであった。
【００６３】
一方、ヘッド部の側面からろう材パッドの外周端までの距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３は、リードピンの４５°引っ張り強度の平均値が１５Ｎ未満であり、いずれも接続パッドとガラスセラミックスとの接合面の外周端を起点とした磁器破壊が生じた。
【実施例２】
【００６４】
実施例１と同様にして、組成の異なるセラミックグリーンシートを用い、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃、３．２×１０−６／℃、４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体を製作した。
【００６５】
次に、これら絶縁基体の表面にＡｇ７２質量％とＣｕ２８質量％とから成るＡｇ−Ｃｕ合金ろう材（ＢＡｇ−８）に、活性金属としてのＴｉＨ２を１質量％、１．５質量％、３質量％およびバインダを１０質量％の割合で外添加した活性金属ろう材ペーストを、リードピンと絶縁基体との接合用の接続パッドとしてスクリーン印刷し、ろう付け後の直径が０．９０ｍｍとなる接続パッドを形成した。
【００６６】
次に、このろう材を介して、ピン部の直径が０．２０ｍｍで、ヘッド部の厚みが０．２０ｍｍ、ヘッド部の直径が０.４５ｍｍであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のリードピンを、真空炉中で最高温度８００℃を１５分保持することにより接合した。
【００６７】
次に、ヘッド部の側面と接続パッドの外周端との間の全周にわたる最小距離を三次元測定機を用いて測定し、ヘッド部の側面と接続パッドの外周端との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上であることを確認した。
【００６８】
その後、作製したリードピン付配線基板のサンプルを２群に半分けし、一方の群は、反応層の厚みを観察するためのサンプルとし、ＥＰＭＡにてＴｉ元素を調べることで反応層の厚みを測定した。また、他方の群では、リードピンの接合強度（４５°引っ張り強度）を、４５°上方に１０ｍｍ／分の速度でリードピンを引っ張る引っ張り試験をリードピン５０ピンについて行なうことによって測定し、破壊強度と破壊モードを評価した。
【００６９】
なお、リードピンについて、４５°引っ張り強度（破壊強度）が１５Ｎ以上であればリードピンは折り曲げに耐え得るが、４５°引っ張り強度が１５Ｎ未満の場合、リードピンに外力が加わった際にリードピンが折れ曲がる前に絶縁基体が破壊される場合があるため、ソケット挿入時にリードピンが取れるといった不具合が発生し易い。また、１０Ｎ未満であると、完全に絶縁基体が破壊される。
【００７０】
これより、接合強度の判断基準として、４５°引っ張り強度が１５Ｎ以上であり、破壊モードは、絶縁基体の破壊の起点となる接続パッドと絶縁基体との接合面の外周端部ではなく、ピン部での破壊の割合（ピン切れ率）が１００％であれば問題ないとした（表２中に○印で示す）。
【００７１】
また、引っ張り強度が１０Ｎ乃至１５Ｎであり、破壊モードのピン切れ率が５０％以上であれば実用上問題ないとした（表１中に△印で示す）。
【００７２】
また、引っ張り強度が１５Ｎ未満で、破壊モードのピン切れ率が５０％未満であれば実使用に耐え得ないとした（表２中に×印で示す）。その結果を表２に示す。なお、表２中の引っ張り強度は最小強度を示す。
【表２】
2006093571.tif 000004
【００７３】
表２より、絶縁基体を成すガラスセラミックスの４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であり、絶縁基体と接続パッドとの間に形成される、ガラスセラミックスの成分とＴｉを含む反応層の厚みが０．２μｍ乃至１μｍである本発明のリードピン付き配線基板は、リードピンの４５°引っ張り強度が最小値でも１５Ｎ以上であり、破壊モードもピン切れ率が１００％であり、十分な接合状態であった（表２中に○印で示す）。
【００７４】
一方、絶縁基体と接続パッドとの間に形成される、ガラスセラミックスの成分とＴｉを含む反応層の厚みが０．１μｍ未満または１μｍを超えた試料は、リードピンの４５°引っ張り強度の平均値が１５Ｎ未満であり、破壊モードはピン切れ率が５０％以上であった（表中に△印で示す）。
【実施例３】
【００７５】
実施例１と同様にして、組成の異なるセラミックグリーンシートを用い、４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃、３．２×１０−６／℃、４．５×１０−６／℃であるガラスセラミックスから成る絶縁基体を製作した。
【００７６】
次に、これら絶縁基体の表面に、Ａｇ７２質量％とＣｕ２８質量％とから成るＡｇ−Ｃｕ合金ろう材（ＢＡｇ−８）に活性金属としてのＴｉＨ２を３質量％割合で外添加した活性金属ろう材ペーストを、リードピンと絶縁基体との接合用の接続パッドとしてスクリーン印刷し、ろう付け後の直径が０．９０ｍｍとなる接続パッドを形成した。
【００７７】
次に、このろう材を介して、ピン部の直径が０．２０ｍｍで、ヘッド部の直径が０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍで、ヘッド部の厚みが０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．２５ｍｍであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のリードピンを、真空炉中で最高温度８００℃を１５分保持することにより接合した。
【００７８】
次に、ヘッド部の側面と接続パッドの外周端との間の全周にわたる最小距離を三次元測定機を用いて測定し、ヘッド部の側面と接続パッドの外周端との間の距離が全周にわたって０．１２５ｍｍ以上であることを確認した。
【００７９】
その後、このリードピンの接合強度（４５°引っ張り強度）を、４５°上方に１０ｍｍ／分の速度で引っ張る引っ張り試験によりリードピン５０ピンを引張り、破壊強度と破壊モードを評価した。
【００８０】
なお、リードピンについて、４５°引っ張り強度（破壊強度）が１５Ｎ以上であればリードピンは折り曲げに耐え得るが、４５°引っ張り強度が１５Ｎ未満の場合、リードピンに外力が加わった際にリードピンが折れ曲がる前に絶縁基体が破壊される場合があるため、ソケット挿入時にリードピンが取れるといった不具合が発生し易い。また、１０Ｎ未満であると完全に絶縁基体が破壊される。
【００８１】
これより、接合強度の判断基準として、４５°引っ張り強度が１５Ｎ以上であり、破壊モードは、絶縁基体の破壊の起点となる接続パッドと絶縁基体との接合面の外周端部ではなく、ピン部での破壊の割合（ピン切れ率）が１００％であれば問題ないとした（表３中に○印で示す）。
【００８２】
また、引っ張り強度が１０Ｎ乃至１５Ｎであり、破壊モードのピン切れ率が５０％以上であれば実用上問題ないとした（表３中に△印で示す）。
【００８３】
また、引っ張り強度が１５Ｎ未満で、破壊モードのピン切れ率が５０％未満であれば実使用に耐え得ないとした（表３中に×印で示す）。その結果を表３に示す。なお、表３中の引っ張り強度は最小強度を示す。
【表３】
2006093571.tif 000005
【００８４】
表３より、絶縁基体を成すガラスセラミックスの４０乃至４００℃での熱膨張係数が２．３×１０−６／℃〜４．５×１０−６／℃であり、リードピンのヘッド部の直径が０．４ｍｍ以上で厚みが０．０５ｍｍ乃至０．２ｍｍである本発明のリードピン付き配線基板は、リードピンの４５°引っ張り強度が最小値でも１５Ｎ以上であり、破壊モードもピン切れ率が１００％であり、十分な接合状態であった（表３中に○印で示す）。
【００８５】
一方、リードピンのヘッド部の直径が０．４ｍｍ未満または厚みが０．２ｍｍを超えた試料は、リードピンの４５°引っ張り強度の平均値が１５Ｎ未満であり、破壊モードはピン切れ率が５０％以上であった（表３中に△印で示す）。
【００８６】
以上より、本発明の構成のリードピン付き配線基板を用いることで、実用上問題ない接合強度を得ることができ、リードピンに斜め方向に外力が加わった際にも高い接合信頼性を有する配線基板を得ることができた。
【００８７】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことは何ら差し支えない。例えば、上記の実施の形態の例では、本発明の配線基板を半導体素子収納用パッケージに適用した例を示したが、混成集積回路基板等の他の用途に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明のリードピン付き配線基板の実施の形態の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１・・・リードピン
１ａ・・・ヘッド部
２・・・ろう材
３・・・リードピン付き配線基板
４・・・半導体素子
５・・・絶縁基体
６・・・配線導体
７・・・搭載部
８・・・電極パッド
【図１】
2006093571.tif 000006