(57)【要約】【課題】ガラスセラミック配線基板の配線層の表面に形成されたニッケルめっき層上の金めっき層の表面に、電子部品を低融点ロウ材を介して接続する際の熱等によって、斑点状のしみが発生し外観不良を生じる。【解決手段】ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体１の表面にメタライズ導体２を形成するとともにメタライズ導体２の表面にめっき層を被着して成るガラスセラミック配線基板４において、メタライズ導体２は、表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分６が露出しているものである。ニッケルめっき層７におけるめっき皮膜欠陥の発生を抑制でき、または、めっき皮膜欠陥内の洗浄を容易とすることによってめっき液の残留をなくすことができ、残留しためっき液が金めっき層８の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることを防止することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の表面にメタライズ導体を形成するとともに該メタライズ導体の表面にめっき層を被着して成るガラスセラミック配線基板において、前記メタライズ導体は、前記表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分が露出していることを特徴とするガラスセラミック配線基板。
【請求項２】
前記メタライズ導体は、無機成分中の前記ガラス成分の添加量が１質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミック配線基板。
【請求項３】
前記メタライズ導体は、無機成分中の前記ガラス成分の添加量が６質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミック配線基板。
【請求項４】
１０μｍ以上の島状に露出している前記ガラス成分は、１個当たりの最大長さが３０μｍ以下であり、かつ露出している面積の合計が前記メタライズ導体の前記表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミック配線基板。
【請求項５】
前記めっき層は、リン含有量が７質量％以上のニッケルめっき層であることを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミック配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や容量素子，抵抗器等の電子部品が半田を介して搭載されるガラスセラミック配線基板であって、その表面のメタライズ導体に無電解法によってめっき層が被着されているガラスセラミック配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や容量素子，抵抗器等の電子部品が搭載される配線基板は、一般に、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体と、この絶縁基体の上面から下面にかけて形成されたタングステン，モリブデン等の高融点金属材料から成る複数個のメタライズ導体とから構成されており、絶縁基体の上面に半導体素子や容量素子，抵抗器等の電子部品を搭載するとともにこのような電子部品の各電極をメタライズ導体に半田等を介して電気的に接続するようになっている。
【０００３】
このような配線基板は、メタライズ導体の絶縁基体下面に導出されている部位を外部電気回路基板の配線導体に半田等を介し接続することによって外部電気回路基板上に実装され、同時に配線基板に搭載されている電子部品の各電極が所定の外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
また、上述の配線基板はメタライズ導体のうち少なくとも電子部品が半田等を介して接続される領域に、ニッケル−リン合金またはニッケル−ホウ素合金から成るニッケルめっき層と金めっき層とが順次被着されており、このニッケルめっき層によってタングステン等の高融点金属材料から成るメタライズ導体に対する半田の接合を良好とし、金めっき層によってニッケルめっき層の表面にニッケルの酸化物が形成されて半田接合性等が劣化するのを防止している。
【０００５】
また、これらニッケルめっき層および金めっき層を被着させる方法としては、配線基板の小型化に伴なうメタライズ導体の高密度化によってメタライズ導体に対するめっき電力供給用の引き出し線の形成が困難なことから、無電解法が多用されつつある。
【０００６】
一方、金めっき層の下地めっき層となるニッケルめっき層には、タングステン，モリブデン等の高融点金属材料から成るメタライズ導体に強固に被着させるとともに、ニッケルめっき層のクラックやピンホール等のめっき皮膜欠陥をニッケルの結晶成長により抑制する目的のために、例えば８００℃〜１０００℃の熱処理が加えられる。その結果、めっき液が残留しやすいクラックやピンホール等のめっき皮膜欠陥がニッケルめっき層において極めて少なくなるため、電子部品をメタライズ導体に半田等を介して接続させる際の熱によって残留していためっき液が金めっき層上にしみ出し、それが斑点状のしみを形成して外観不良を生じるという問題が発生しにくかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１２８９０９号公報
【特許文献２】
特開平５−１５９６２０号公報
【特許文献３】
特開平１０−１９０１７８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年の高度情報化時代を迎え、信号に使用される周波数帯域はますます高周波帯に移行しつつある。このような高周波の信号の伝送を行なう高周波用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、メタライズ導体を形成する導体の抵抗が小さいことが要求され、絶縁基板にもより低い誘電率が要求される。
【０００９】
しかし、従来のメタライズ導体に用いられているタングステン，モリブデン等の高融点金属は導体抵抗が大きいため、信号の伝播速度が遅く、また３０ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難であることから、このようなタングステン，モリブデン等の金属に代えて銅，銀，金等の低抵抗金属を使用することが必要である。
【００１０】
このため、最近では、ガラスとセラミックス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガラスセラミックス焼結体を絶縁基板として用いることが注目されている。ガラスセラミックスは、誘電率が低いため高周波用絶縁基板として好適であり、また８００〜１０００℃の低温で焼成することができることから、銅，銀，金等の低抵抗金属を配線層として使用できるという利点がある。
【００１１】
なお、メタライズ導体として使用される低抵抗金属としては、高周波特性に優れた銅を主成分とした導体を用いることが主流となっている。
【００１２】
しかしながら、これらガラスセラミックスに使用される銅を主成分とする導体は、めっき層が被着形成されにくいガラス成分を多量に含有し、表面に最大長さが２〜９μｍのガラス成分が島状に露出しているため、メタライズ導体の表面全体にニッケルめっき層を均一に被着させることができないという問題点があった。
【００１３】
そこで、メタライズ導体の表面のガラス成分を、フッ化物を主成分としたガラスエッチング液に浸漬して化学的に除去したり、ブラスト装置等で物理的に除去したりすることが行なわれ、外観的にはメタライズ導体の表面の全面にニッケルめっき層を均一に被着させることが行なわれている。
【００１４】
ところが、これらの化学的あるいは物理的なガラス成分の除去においても、その処理条件には絶縁基板やメタライズ導体の強度低下を避ける必要性があるため制限があることから、ガラス成分を完全に除去することができなかった。そのため、メタライズ導体の表面には微量のガラス成分が残留することになり、この微量の残留したガラス成分は、特に初期のめっき析出を阻害することから、ニッケルめっき層にクラックやピンホール等のめっき皮膜欠陥を形成してしまい、このめっき皮膜欠陥にはめっき液が残留し易く、ここに残留しためっき液が電子部品をメタライズ導体に半田等を介して接続させる際の熱によってニッケルめっき層上の金めっき層の表面にしみ出し、斑点状のしみを形成して外観不良を生じるという問題点があった。
【００１５】
このめっき皮膜欠陥を抑制するためには、例えば熱処理を加えることが考えられるが、ニッケルめっき層の結晶成長に必要な８００℃〜１０００℃の熱処理を加えると、銅から成るメタライズ導体にフクレ等の問題が誘発されるという問題点があった。
【００１６】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、メタライズ導体の表面のニッケルめっき層に熱処理を加えることなく、電子部品をメタライズ導体に半田等の低融点ロウ材を介して接続させる際の熱によってニッケルめっき層上の金めっき層の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることを防止できる配線基板を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラスセラミック配線基板は、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の表面にメタライズ導体を形成するとともにこのメタライズ導体の表面にめっき層を被着して成るガラスセラミック配線基板において、前記メタライズ導体は、前記表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分が露出していることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明のガラスセラミック配線基板は、上記構成において、前記メタライズ導体は、無機成分中の前記ガラス成分の添加量が１質量％以下であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明のガラスセラミック配線基板は、上記構成において、前記メタライズ導体は、無機成分中の前記ガラス成分の添加量が６質量％以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明のガラスセラミック配線基板は、上記構成において、１０μｍ以上の島状に露出している前記ガラス成分は、１個当たりの最大長さが３０μｍ以下であり、かつ露出している面積の合計が前記メタライズ導体の前記表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明のガラスセラミック配線基板は、上記構成において、前記めっき層は、リン含有量が７質量％以上のニッケルめっき層であることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明のガラスセラミック配線基板によれば、メタライズ導体の表面に露出するガラス成分を、最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の適度な大きさの島状としたことから、島状に露出したガラス成分の最大長さが１μｍ以下の場合には、ニッケルめっき層によってガラス成分の表面を完全に被覆することができるため、めっき皮膜欠陥が形成されないものとすることができる。また、島状に露出したガラス成分の最大長さが１０μｍ以上の場合には、ニッケルめっき層によってガラス成分の表面を完全に被覆することができず、ニッケルめっき層にめっき皮膜欠陥が生じるが、このめっき皮膜欠陥は洗浄水が内部まで容易に出入りできる大きさを有することから、めっき後の洗浄によりめっき液成分を十分に除去することができる。
【００２３】
その結果、ニッケルめっき層にめっき液が残留し難くなることから、ニッケルめっき層に熱処理を加えることなく、電子部品をメタライズ導体に半田等の低融点ロウ材を介して接続させる際の熱によってニッケルめっき層に残留しためっき液が金めっき層の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることを防止することができる。
【００２４】
また、本発明のガラスセラミック配線基板において、メタライズ導体の無機成分中のガラス添加量を１質量％以下とした場合には、メタライズ導体の表面のガラス成分の露出部の最大長さを調整するための特別な工程を必要とすることなく、メタライズ導体の表面に露出する島状のガラス成分の最大長さを１μｍ以下とすることができる。また、メタライズ導体の無機成分中のガラス添加量を６質量％以上とした場合には、メタライズ導体の表面のガラス成分の露出部の最大長さを調整するための特別な工程を必要とすることなく、メタライズ導体の表面に露出する島状のガラス成分の最大長さを１０μｍ以上とすることができる。従っていずれの場合も、より一層容易に、表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分が露出していることを特徴とする本発明のガラスセラミック配線基板を得ることができる。
【００２５】
また、本発明のガラスセラミック配線基板によれば、１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分の１個当たりの最大長さを３０μｍ以下とし、かつ露出している面積の合計がメタライズ導体の前記表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下であるものとして適度な大きさと分布にした場合には、ニッケルめっき層にめっき皮膜欠陥が生じるが、このめっき皮膜欠陥は、洗浄水が内部まで容易に出入りできる大きさを有するとともに、このニッケルめっき層に対する半田等の低融点ロウ材の濡れ性を高く維持することができ、接合信頼性等を低下させることがないものとすることができる。
【００２６】
また、本発明のガラスセラミック配線基板によれば、めっき層をリン含有量が７質量％以上のニッケルめっき層とした場合には、ニッケルめっき層は非晶質となり、結晶粒界の少ない緻密なめっき皮膜を得ることができ、さらに析出形態が層状析出となることからメタライズ面に対して水平方向へのめっき皮膜が成長しやすくなり、メタライズ導体の表面に島状に露出したガラス成分の最大長さが１μｍ以下の場合に、ニッケルめっき層によってガラス成分の表面をより一層完全に被覆することができるため、メタライズ導体の表面に島状に露出したガラス成分に起因するピンホール等のめっき皮膜欠陥が形成されないものとすることができるとともに、このニッケルめっき層に対する半田等の低融点ロウ材の濡れ性を高く維持することができ、接合信頼性等を低下させることがないものとすることができる。
【００２７】
また、メタライズ導体の表面に島状に露出したガラス成分の最大長さが１０μｍ以上の場合においては、その上部に位置するニッケルめっき層に形成されためっき皮膜欠陥が洗浄水が内部まで容易に出入りできる適度な大きさを有すると同時に、島状に露出したガラス成分が突起状となっている等の特異な場合であっても、洗浄水が内部まで容易に出入りできる適度な大きさのめっき皮膜欠陥となすことができるものとなることから、めっき後の洗浄によりめっき液成分をさらに十分に除去することができるものとなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のガラスセラミック配線基板を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明のガラスセラミック配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図であり、１はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体、２はメタライズ導体である。この絶縁基体１とメタライズ導体２とで半導体素子等の電子部品３を塔載するためのガラスセラミック配線基板４が形成される。
【００２９】
絶縁基体１は、ガラス粉末，フィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合したガラスセラミックグリーンシートを焼結することで形成される。
【００３０】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００３１】
また、フィラーとしては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００３２】
これらガラスとフィラーとの混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。
【００３３】
ガラスセラミックグリーンシートに配合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００３４】
ガラスセラミックグリーンシートは、上記ガラス粉末，フィラー粉末，有機バインダに必要に応じて所定量の可塑剤，溶剤（有機溶剤，水等）を加えてスラリーを得て、これをドクターブレード，圧延，カレンダーロール，金型プレス等により厚さ約５０〜５００μｍに成形することによって得られる。
【００３５】
このようにして得られたガラスセラミックグリーンシートに切断加工や打ち抜き加工等を施して適当な形状にするとともにこれを複数枚積層した後、有機成分の除去および焼成を行なう。有機成分の除去は、１００〜８００℃の温度範囲でこの積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解，揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約８００〜１１００℃の範囲内である。焼成は通常、大気中で行なうが、導体材料に銅を使用する場合には１００〜７００℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次いで窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００３６】
また、絶縁基体１は、上面の搭載部から下面にかけて多数のメタライズ導体２が被着形成され、メタライズ導体２の搭載部に露出した部位には電子部品３の電極が半田等の低融点ロウ材５を介して電気的に接続され、下面に導出された部位は外部電気回路と半田等の低融点ロウ材５を介して電気的に接続される。
【００３７】
メタライズ導体２は、例えば銅粉末とガラス成分から成り、これに適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体１の上面から下面にかけて被着される。
【００３８】
このメタライズ導体２の表面には、ニッケルめっき層７および金めっき層８が被着される。
【００３９】
メタライズ導体２は図２に要部拡大断面図でその表面近傍の様子を示すように、その表面にガラス成分６が島状に露出している。
【００４０】
本発明のガラスセラミック配線基板４においては、メタライズ導体２は、その表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分６が露出していることが重要である。
【００４１】
メタライズ導体２の表面に島状に露出したガラス成分６の最大長さが１μｍ以下の場合には、ニッケルめっき層７のメタライズ導体２の水平方向へのめっき皮膜成長によってガラス成分６の表面を完全に被覆することができるため、めっき皮膜欠陥が形成されないものとすることができる。また、メタライズ導体２の表面に島状に露出したガラス成分６の最大長さが１０μｍ以上の場合には、ニッケルめっき層７のメタライズ導体２の水平方向へのめっき皮膜成長ではガラス成分６の表面を完全に被覆できず、ニッケルめっき層７にピンホール状のめっき皮膜欠陥が生じるが、このピンホール状のめっき皮膜欠陥はその開口部が比較的大きいため、めっき液成分はピンホール状のめっき皮膜欠陥の内部に留まりにくく、さらに、洗浄水が容易にめっき皮膜欠陥の内部に出入りすることができるため、めっき後の洗浄によりめっき液成分を十分に除去することができる。従って、いずれの場合もニッケルめっき層７に残留しためっき液が金めっき層８の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることを防止することができる。
【００４２】
なお、メタライズ導体２の表面に最大長さが１μｍを超え、かつ１０μｍ未満の島状にガラス成分６が露出すると、ニッケルめっき層７のメタライズ導体２の水平方向へのめっき皮膜成長によるガラス成分６の表面の被覆が不完全なものとなるために、開口部が比較的小さなピンホール状のめっき皮膜欠陥が多数生じやすく、かつ洗浄水がピンホール状のめっき皮膜欠陥の内部へ出入りしにくくなることから、めっき皮膜欠陥からめっき液成分を除去することが困難となり、ニッケルめっき層７にめっき液成分が残留しやすくなってしまう。従って、メタライズ導体２は、その表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分６を露出させる必要がある。
【００４３】
また、１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分６は、１個当たりの最大長さが３０μｍ以下であり、かつ露出している面積の合計がメタライズ導体２の表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下であることが好ましい。
【００４４】
メタライズ導体２の表面に１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分６の１個当たりの最大長さを３０μｍ以下とし、かつこの露出しているガラス成分６の面積の合計をメタライズ導体２の表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下とした場合には、ピンホール状のめっき皮膜欠陥は、低融点ロウ材５の溶融時における濡れ広がりを阻害しない程度の適度な大きさと分布となることから、低融点ロウ材５の濡れ性が低下し、接合信頼性が低下するというような問題が発生するおそれがないニッケルめっき層７を被着することができる。
【００４５】
このようにメタライズ導体２の表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分６を露出させる方法としては、メタライズ導体２を形成する導体ペーストの無機成分中のガラス成分６の添加量を１質量％以下にすると、添加されたガラス紛体の添加量が適度に少ないため、微小なガラス紛体が焼成時に部分的に溶融し凝集した後に形成される島状のガラス成分６の大きさと数量が抑制されることから、ガラス成分６がメタライズ導体２の表面に露出する量が少なくなり、メタライズ導体２の表面に最大長さが１μｍ以下の島状としてガラス成分６を露出させることができる。また、メタライズ導体２を形成する導体ペースト中の無機成分中のガラス成分６の添加量を６質量％以上にすると、添加されたガラス紛体の添加量が適度に多いため、焼成時のガラス紛体の凝集が促進され島状のガラス成分６が大きく形成されることから、ガラス成分６がメタライズ導体２の表面に露出する量が多くなり、メタライズ導体２の表面に最大長さが１０μｍ以上の島状にガラス成分６を露出させることができる。
【００４６】
したがって、メタライズ導体２は、無機成分中のガラス成分の添加量が１質量％以下であることが好ましい。また、メタライズ導体２は、無機成分中のガラス成分の添加量が６質量％以上であることが好ましい。
【００４７】
さらに、メタライズ導体２の表面のガラス成分６を安定して最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状に露出させるためには、焼成時間，温度，温度プロファイル等の条件を絶縁基体１の組成やメタライズ導体２の組成等に応じて調整したりすることによって、制御するようにしてもよい。
【００４８】
なお、メタライズ導体２のガラス成分量は、メタライズ導体２の表面に最大長さが１μｍ以下の島状にガラス成分を露出させてニッケルめっき層７に残留しためっき液が金めっき層８の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることを防止するという観点からは、無機成分中のガラス成分６の添加量を１質量％以下とすることが必要であるが、メタライズ導体２と絶縁基体１との接合強度を実用上問題のないものとするには、添加量の最小値は０．６質量％程度が望ましい。また、同様に、メタライズ導体２の表面に最大長さが１０μｍ以上の島状にガラス成分を露出させる場合には、無機成分中のガラス成分６の添加量を６質量％以上とすることが必要である。
【００４９】
また、メタライズ導体２の表面に最大長さが１０μｍ以上の島状にガラス成分６を露出させる場合には、ピンホール状のめっき皮膜欠陥によって低融点ロウ材５の濡れ性が低下し、接合信頼性等の問題が発生することを抑制する必要があり、メタライズ導体２の表面に１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分６において、１個当たりの最大長さが３０μｍ以下であり、かつ露出している面積の合計がメタライズ導体２の表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下にするためには、ガラス成分６の添加量の最大値は１０質量％以下とする必要がある。
【００５０】
メタライズ導体２の表面のうち少なくとも電子部品３の電極が低融点ロウ材５を介して接続される領域の表面には、ニッケルめっき層７および金めっき層８が順次被着されている。
【００５１】
なお、ここで低融点ロウ材５とは、メタライズ導体２と、電子部品３および外部電気回路とを電気的，機械的に接続する役割を有する２００℃〜３００℃程度の温度で溶融する共晶合金をいう。一般に半田と呼ばれる錫−鉛系合金の他、鉛−インジウム系，金−錫系，金−ゲルマニウム系，金−インジウム系等の共晶合金が主なものであり、また、一般に鉛フリー半田と称される錫−銀系等の合金も使用することができ、目的や用途に応じてその組成を選択すればよい。
【００５２】
ニッケルめっき層７は、低融点ロウ材５をメタライズ導体２に強固に接続するための金属層として機能するとともに、配線層２に金めっき層８を密着性良く被着させるための下地金属層として機能する。
【００５３】
また、ニッケルめっき層７は、その厚みが０．５μｍ未満と薄いものとなった場合は、メタライズ導体２を完全に被覆することができず、この上に被着される金めっき層８の被着強度が弱くなってしまう傾向にある。また、１０μｍを超えると、ニッケルめっき層７の内部応力が大きくなってメタライズ導体２への被着強度が低いものとなってしまう傾向がある。従って、ニッケルめっき層７は、その厚みを０．５μｍ〜１０μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００５４】
また、ニッケルめっき層７は、リン含有量が７質量％以上であることが好ましい。
【００５５】
ニッケルめっき層７のリン含有量が７質量％以上の場合には、ニッケルめっき層は非晶質となり、結晶粒界の少ない緻密なめっき皮膜を得ることができ、さらに、析出形態が層状析出となることからメタライズ面に対して水平方向へのめっき皮膜が成長しやすくなり、メタライズ導体２の表面に島状に露出したガラス成分６の最大長さが１μｍ以下の場合に、ニッケルめっき層７によってガラス成分６の表面をより一層完全に被覆することができるため、メタライズ導体２の表面に島状に露出したガラス成分６に起因するピンホール等のめっき皮膜欠陥が形成されないものとすることができる。その結果、ニッケルめっき層７に残留しためっき液が金めっき層８の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることをより防止することができる。
【００５６】
また、メタライズ導体２の表面に島状に露出したガラス成分６の最大長さが１０μｍ以上の場合には、島状に露出したガラス成分６が突起状となっている等の特異な場合であっても、その上部に位置するニッケルめっき層７に形成されためっき皮膜欠陥を洗浄水が内部まで容易に出入りできる適度な大きさのめっき皮膜欠陥となすことができるものとなることから、めっき後の洗浄によりめっき液成分をさらに十分に除去することができるものとなる。
【００５７】
なお、ニッケルめっき層７のリン含有量が７質量％未満の場合には、ニッケルめっき層７は柱状析出となり、ピンホール等のめっき皮膜欠陥が形成されやすく、腐食されやすくなる傾向がある。また、リン含有量が１２質量％を超えるようになると、耐食性が良くなるため、この上に被着される金めっき層８の被着強度が弱くなる傾向がある。従って、いずれの場合もメタライズ導体２を電子部品３の電極に半田等の低融点ロウ材５を介して接続する際に低融点ロウ材５のメタライズ導体２に対する接合強度がやや弱いものとなってしまう傾向にあり、接合信頼性が低下するというような問題が発生する場合があることから、ニッケルめっき層７のリン含有量は、７質量％以上１２質量％以下の範囲としておくことが好ましい。
【００５８】
本発明のガラスセラミック配線基板４においては、ニッケルめっき層７は例えば無電解法によってメタライズ導体２の表面に被着される。無電解法によりニッケルめっき層７を被着させる無電解ニッケルめっき液としては、硫酸ニッケル等のニッケル化合物と、ジメチルアミンボラン等のホウ素系還元剤または次亜リン酸ナトリウム等のリン系還元剤とを主成分とする水溶液に錯化剤，ｐＨ緩衝剤，安定剤等を添加して成る無電解ニッケルめっき液が用いられる。
【００５９】
例えば、次亜リン酸ナトリウム等のリン系還元剤を主成分とし、一般に無電解ニッケル−リンめっき液と呼ばれるニッケルめっき液を用いてニッケルめっき層７を形成する場合には、還元剤としての次亜リン酸ナトリウムと、錯化剤およびｐＨ緩衝剤としてのクエン酸，コハク酸，リンゴ酸のナトリウム塩やカリウム塩等のオキシカルボン酸と、安定剤として鉛の塩化物等を添加した無電解ニッケル−リンめっき液を用い、ｐＨが５〜７，液温が８０〜９５℃の条件でメタライズ導体２を所定時間浸漬すればよい。
【００６０】
また、ニッケルめっき層７はその表面に金めっき層８が例えば無電解法によって形成されている。
【００６１】
この金めっき層８は、ニッケルめっき層７の耐食性を向上させるとともに低融点ロウ材５の濡れ性，接合特性を向上させるためのものである。
【００６２】
金めっき層８を無電解法により形成する場合は、通常は図２の要部拡大断面図に示すように、置換型の無電解金めっき層８ａ上に自己触媒型の無電解金めっき層８ｂを析出させた２層構造の金めっき層８が用いられる。
【００６３】
置換型の無電解金めっき層８ａは、ニッケルめっき層７の表面に金めっき層８を被着させるために必要なものであり、ニッケルめっき層７の表面のニッケルと置換型無電解金めっき層８ａを形成するためのめっき液中に含有される金とを化学的に置換させることによってニッケルめっき層７の表面に無電解金めっき層８ａを被着させるものである。
【００６４】
この置換型の無電解金めっき層８ａの形成には、例えば、金の供給源であるシアン化金カリウムと、錯化剤としてのエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ），クエン酸等と、ｐＨ調整剤等とから成る無電解めっき液を用いる。このめっき液中にメタライズ導体２の表面にニッケルめっき層７が被着形成された配線基板４をｐＨが４〜７程度，液温が８５〜９５℃程度の条件で約３０秒〜３０分程度浸漬することにより、メタライズ導体２の表面に被着されたニッケルめっき層７上に置換型の無電解金めっき層８ａを被着させることができる。
【００６５】
置換型の無電解金めっき層８ａは、その厚みが０．０１μｍ未満では、ニッケルめっき層７の表面を均質に覆うことが困難となる傾向にあり、また０．０７μｍを超えると、ニッケルめっき層７が金との置換反応により腐食されて、その結果、ニッケルめっき層７と低融点ロウ材５との濡れ性が低下してしまう傾向にある。従って、置換型の無電解金めっき層８ａの厚みは０．０１〜０．０７μｍの範囲が好ましい。
【００６６】
また、自己触媒型の無電解金めっき層８ｂは、ニッケルめっき層７の表面に被着される金めっき層８を緻密かつ所定の厚みとするためのものであり、ニッケルめっき層７の表面に被着された置換型の金めっき層８ａの表面の金を触媒として、この金めっき層８ａ上に自己触媒型の無電解金めっき層８ｂが緻密にかつ所定の厚みに被着される。
【００６７】
この自己触媒型の無電解金めっき層８ｂの形成には、例えば、金の供給源であるシアン化金カリウムと、還元剤としての水酸化ナトリウム，ジメチルアミンボランと、錯化剤としてのシアン化カリウム等とから成る無電解めっき液を用いる。このめっき液中にメタライズ導体２の表面のニッケルめっき層７に置換型の無電解金めっき層８ａが被着形成された配線基板４をｐＨが１２〜１４程度，液温が５０〜６０℃程度の条件で約６０秒〜３０分程度浸漬することにより、置換型の無電解金めっき層８ａ上に自己触媒型の無電解金めっき層８ｂを被着させることができる。
【００６８】
これら置換型の無電解金めっき層８ａおよび自己触媒型の無電解金めっき８ｂの合計厚みすなわち金めっき層８の厚みは、０．０３μｍ未満であると、ニッケルめっき層７の表面に形成された置換型の無電解めっき層８ａは緻密性が低く、多量のピンホールを有しているのに対し、この無電解めっき層８ａのピンホールを自己触媒型の無電解金めっき層８ｂで十分にカバーリングすることができず、金めっき層８に多量のピンホールが形成され、金めっき層８によりニッケルめっき層７の耐食性を向上させることが困難となる傾向にある。他方、１μｍを超えると、メタライズ導体２を電子部品３の電極に半田等の低融点ロウ材５を介して接続する際に脆弱な金−錫合金が多量に形成されてしまい、その結果、低融点ロウ材５のメタライズ導体２に対する接合強度が極めて弱いものとなってしまう傾向にある。従って、ニッケルめっき層７上に被着される金めっき層８の厚みは０．０３〜１μｍの範囲が好ましい。
【００６９】
かくして本発明のガラスセラミック配線基板４によれば、絶縁基体１の上面に形成したメタライズ導体２に電子部品３の電極を低融点ロウ材５を介して電気的，機械的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋体９をガラスや樹脂，ロウ材等の封止材を介して接合し、絶縁基体１と蓋体９とから成る容器内部に電子部品３を気密に収容することによって製品としての半導体装置が完成する。
【００７０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明のガラスセラミック配線基板を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００７１】
本実施例で用いたガラスセラミック配線基板の評価用サンプルは、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体にガラス成分を０．４〜１４質量％添加した銅導体ペーストから成るメタライズ導体を形成したガラスセラミック配線基板を用い、このガラスセラミック配線基板の表面には、銅から成るメタライズ導体により、直径が０．７ｍｍでピッチ（繰り返し配置間隔）が１．４ｍｍの多数の円形状の接続パッド（いわゆるＢＧＡパッド）を形成した。
【００７２】
ここで、各評価用サンプルの接続パッドの表面に島状に露出したガラス成分の最大長さと１ｍｍ２当たりの面積を、走査型電子顕微鏡を用いて３０００倍で観察することによって直接測定した。その結果を表１，表２および表３に示す。
【００７３】
次に、このガラスセラミック配線基板のメタライズ導体に対し、還元剤としての次亜リン酸ナトリウムと、錯化剤およびｐＨ緩衝剤としてのクエン酸，コハク酸，リンゴ酸のナトリウム塩やカリウム塩等のオキシカルボン酸と、安定剤として鉛の塩化物等を添加した無電解ニッケル−リンめっき液を用い、ｐＨが５〜７，液温が８０〜９５℃の条件で所定時間浸漬して、３〜６μｍの厚みを有するニッケル−リンめっき層を被着した。
【００７４】
また、ｐＨ，錯化剤およびｐＨ緩衝剤の濃度を変更することにより、ニッケルめっき皮膜のリン含有率を変更した。
【００７５】
次に、金の供給源であるシアン化金カリウムと、錯化剤としてのエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ），クエン酸等の有機酸と、ｐＨ調整剤等とから成る置換型の無電解金めっき液に、ニッケル−リンめっき層が被着形成されたメタライズ導体を有するガラスセラミック配線基板をｐＨが７．０〜７．５で液温が８２〜８８℃の条件で１０分間浸漬し、０．０８〜０．１２μｍの厚みの金めっき層をニッケル−リンめっき層の表面に形成した。
【００７６】
以上のようにして作製した表１に示す各評価用サンプルについて、温度２５０℃，１０分の条件で熱処理を行ない、１０〜１００倍の実体顕微鏡を用いてしみの検査を行なった。その結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
2004281426.tif 000003
【００７８】
表１において、「しみの発生」の欄の「○」は、金めっき層の表面にしみが発生していないことを表す。また、「×」は、金めっき層の表面にしみが発生していることを表す。
【００７９】
なお、表１のガラスセラミック配線基板の評価用サンプルのメタライズ導体に対して被着したニッケルめっき層のリン含有率は８質量％とした。
【００８０】
表１に示す通り、本発明の実施例であるガラス成分の最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の評価用サンプルについては、金めっき層の表面にしみは発生しなかった。このことから、本発明のガラスセラミック配線基板によれば、電子部品をメタライズ導体に半田等の低融点ロウ材を介して接続させる際の熱によってニッケルめっき層に残留しためっき液が金めっき層の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることを防止することができることが確認できた。
【００８１】
また、以上のようにして作製した表２，表３，表４に示す各評価用サンプルについて、共晶半田を用いて、２６０℃ピークの条件にて半導体素子を実装し、この基板を−５５℃×３０分と１２５℃×３０分との温度サイクルを１０００回繰り返した後の接続状態を評価した。それらの評価結果を表２，表３，表４に示す。
【００８２】
【表２】
2004281426.tif 000004
【００８３】
表２において、「温度サイクル後の接続状態」の欄の「○」は、接続状態に不良が発生していないことを表す。また、「△」は、断線が発生している場合があったことを表す。
【００８４】
なお、表２に示すガラス成分の最大長さにおいて、各測定値の周囲のガラス成分の露出している面積の合計はメタライズ導体の表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下とした。
【００８５】
また、表２のガラスセラミック配線基板の評価用サンプルのメタライズ導体に対して被着したニッケルめっき層のリン含有率は８質量％とした。
【００８６】
表２に示す通り、本発明の実施例である１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分において、１個当たりの最大長さが３０μｍ以下であり、かつ露出している面積の合計がメタライズ導体の表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下の評価用サンプルについては、温度サイクル後の接続状態に不良は発生しなかった。
【００８７】
【表３】
2004281426.tif 000005
【００８８】
表３において、「温度サイクル後の接続状態」の欄の「○」は、接続状態に不良が発生していないことを表す。また、「△」は、断線が発生している場合があったことを表す。
【００８９】
なお、表３に示すガラス成分の面積はメタライズ導体の表面１ｍｍ２当たりの測定値であり、各測定値に含まれるガラス成分の露出している１個当たりの最大長さは３０μｍ以下とした。
【００９０】
また、表３のガラスセラミック配線基板の評価用サンプルのメタライズ導体に対して被着したニッケルめっき層のリン含有率は８質量％とした。
【００９１】
表３に示す通り、本発明の実施例である１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分において、１個当たりの最大長さが３０μｍ以下であり、かつ露出している面積の合計がメタライズ導体の表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下の評価用サンプルについては、温度サイクル後の接続状態に不良は発生しなかった。
【００９２】
これらの表２，表３の結果から、１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分において、１個当たりの最大長さが３０μｍ以下であり、かつ露出している面積の合計がメタライズ導体の表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下であるものとすることにより、電子部品をメタライズ導体に半田等の低融点ロウ材を介して接続させる際にピンホール状のめっき皮膜欠陥が低融点ロウ材の濡れ性を低下させ、接合信頼性が低下することを、特に効果的に、かつ確実に防止することができることが確認できた。
【００９３】
【表４】
2004281426.tif 000006
【００９４】
表４において、「温度サイクル後の接続状態」の欄の「○」は、接続状態に不良が発生していないことを表す。また、「△」は、断線が発生している場合があったことを表す。
【００９５】
なお、表４のガラスセラミック配線基板の評価用サンプルのメタライズ導体は、表面に島状に露出しているガラス成分の最大長さを１μｍ以下とした。
【００９６】
表４に示す通り、本発明の実施例である１μｍ以下の島状に露出しているガラス成分において、ニッケルめっき層のリン含有量が７質量％以上１２質量％以下の範囲の評価用サンプルについては、温度サイクル後の接続状態に不良は発生しなかった。
【００９７】
表４の結果から、１μｍ以下の島状に露出しているガラス成分において、ニッケルめっき層のリン含有量を７質量％以上１２質量％以下の範囲とすることにより、電子部品をメタライズ導体に半田等の低融点ロウ材を介して接続させる際に低融点ロウ材のメタライズ導体に対する接合強度が極めて弱いものとなってしまい、接合信頼性が低下することを、特に効果的に、かつ確実に防止することができることが確認できた。
【００９８】
また、メタライズ導体の表面に島状に露出しているガラス成分の最大長さが１０μｍ以上の場合においても、同様に良好な結果が得られるものであった。
【００９９】
なお、本発明は上述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あれば種々の変更は可能である。例えば、上述の例では本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用したが、混成集積回路基板等の他の用途に適用してもよい。
【０１００】
【発明の効果】
本発明のガラスセラミック配線基板によれば、メタライズ導体の表面に露出するガラス成分を、最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の適度な大きさの島状としたことから、島状に露出したガラス成分の最大長さが１μｍ以下の場合には、ニッケルめっき層によってガラス成分の表面を完全に被覆することができるため、めっき皮膜欠陥が形成されないものとすることができる。また、島状に露出したガラス成分の最大長さが１０μｍ以上の場合には、ニッケルめっき層によってガラス成分の表面を完全に被覆することができずニッケルめっき層にめっき皮膜欠陥が生じるが、このめっき皮膜欠陥は洗浄水が内部まで容易に出入りできる大きさを有することから、めっき後の洗浄によりめっき液成分を十分に除去することができる。
【０１０１】
その結果、ニッケルめっき層にめっき液が残留し難くなることから、ニッケルめっき層に熱処理を加えることなく、電子部品をメタライズ導体に半田等の低融点ロウ材を介して接続させる際の熱によってニッケルめっき層に残留しためっき液が金めっき層の表面に斑点状のしみを形成して外観不良を生じることを防止することができる。
【０１０２】
また、本発明のガラスセラミック配線基板において、メタライズ導体の無機成分中のガラス添加量を１質量％以下とした場合には、メタライズ導体の表面のガラス成分の露出部の最大長さを調整するための特別な工程を必要とすることなく、メタライズ導体の表面に露出する島状のガラス成分の最大長さを１μｍ以下とすることができる。また、メタライズ導体の無機成分中のガラス添加量を６質量％以上とした場合には、メタライズ導体の表面のガラス成分の露出部の最大長さを調整するための特別な工程を必要とすることなく、メタライズ導体の表面に露出する島状のガラス成分の最大長さを１０μｍ以上とすることができる。従っていずれの場合も、より一層容易に、表面に最大長さが１μｍ以下または１０μｍ以上の島状にガラス成分が露出していることを特徴とする本発明のガラスセラミック配線基板を得ることができる。
【０１０３】
また、本発明のガラスセラミック配線基板によれば、１０μｍ以上の島状に露出しているガラス成分の１個当たりの最大長さを３０μｍ以下とし、かつ露出している面積の合計がメタライズ導体の前記表面１ｍｍ２当たり１０００μｍ２以下であるものとして適度な大きさと分布にした場合には、ニッケルめっき層にめっき皮膜欠陥が生じるが、このめっき皮膜欠陥は、洗浄水が内部まで容易に出入りできる大きさを有するとともに、このニッケルめっき層に対する半田等の低融点ロウ材の濡れ性を高く維持することができ、接合信頼性等を低下させることがないものとすることができる。
【０１０４】
また、本発明のガラスセラミック配線基板によれば、めっき層をリン含有量が７質量％以上のニッケルめっき層とした場合には、ニッケルめっき層は非晶質となり、結晶粒界の少ない緻密なめっき皮膜を得ることができ、さらに析出形態が層状析出となることからメタライズ面に対して水平方向へのめっき皮膜が成長しやすくなり、メタライズ導体の表面に島状に露出したガラス成分の最大長さが１μｍ以下の場合に、ニッケルめっき層によってガラス成分の表面をより一層完全に被覆することができるため、メタライズ導体の表面に島状に露出したガラス成分に起因するピンホール等のめっき皮膜欠陥が形成されないものとすることができるとともに、このニッケルめっき層に対する半田等の低融点ロウ材の濡れ性を高く維持することができ、接合信頼性等を低下させることがないものとすることができる。
【０１０５】
また、メタライズ導体の表面に島状に露出したガラス成分の最大長さが１０μｍ以上の場合においては、その上部に位置するニッケルめっき層に形成されためっき皮膜欠陥が洗浄水が内部まで容易に出入りできる適度な大きさを有すると同時に、島状に露出したガラス成分が突起状となっている等の特異な場合であっても、洗浄水が内部まで容易に出入りできる適度な大きさのめっき皮膜欠陥となすことができるものとなることから、めっき後の洗浄によりめっき液成分をさらに十分に除去することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスセラミック配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示すガラスセラミック配線基板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
２・・・・メタライズ導体
３・・・・電子部品
４・・・・配線基板
５・・・・低融点ロウ材
６・・・・ガラス成分
７・・・・ニッケルめっき層
８・・・・金めっき層
８ａ・・・・置換型の金めっき層
８ｂ・・・・自己触媒型の金めっき層
９・・・・蓋体
【図１】
2004281426.tif 000007
【図２】
2004281426.tif 000008