(57)【要約】【課題】磁器強度の低いガラスセラミック配線基板にろう材を介してリードピンを接合した場合、リードピンに斜め方向に外力が生じたときに、ガラスセラミックスそのものがその破壊応力に屈してクラック等の破壊が発生しやすくなり、リードピンの接合信頼性の低下等の問題が発生する。【解決手段】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の表面の配線導体６の露出した部位を含む領域に、リードピン２のヘッド部２ａが、Ｔｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材１を介して接合されて成り、ヘッド部２ａの外周端に対してＡｇ−Ｃｕ系ろう材１の外周端を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとしたリードピン付き配線基板である。斜め方向の外力に対しても実用上問題ないレベルで耐え得るリードピン２と絶縁基体５との高い接合強度を得ることができる。【選択図】  図１
2004289092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス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が形成されるとともに、前記絶縁基体の表面の前記配線導体の露出した部位を含む領域に、リードピンのヘッド部が、Ｔｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を介して接合されて成るリードピン付き配線基板において、前記ヘッド部の外周端に対して前記Ａｇ−Ｃｕ系ろう材の外周端を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとしたことを特徴とするリードピン付き配線基板。
【請求項２】
前記ヘッド部の厚みが０．１０〜０．２４ｍｍ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。
【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いわゆるピングリッドアレイ（ＰＧＡ）型のリードピン付き配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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。また、この配線基板には、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配線導体やメタライズ層に、あるいは配線基板の絶縁基体に直接に、ろう材を介して接合される。
【０００３】
例えば、半導体素子収納用パッケージの場合であれば、一般にアルミナセラミックス等の電気絶縁材料から成り、その上面の略中央部に半導体素子を収容するための凹部およびこの凹部の周辺から外周端にかけて導出されたＷ・Ｍｏ等の高融点金属粉末から成る複数のメタライズ配線導体を有する絶縁基体としての配線基板と、半導体素子を外部電気回路に電気的に接続するために配線基板の下面に形成されたパッドと呼ばれるメタライズ配線導体に、Ａｇろう等のろう材を介して接合された外部端子としてのリードピンとを有する形態（いわゆるピングリッドアレイ型）で構成され、また必要に応じて金属製放熱部材等が取着されている。そして、配線基板の凹部の底面に半導体素子をガラスや樹脂等から成る接着剤を介して接着固定し、半導体素子の各電極とメタライズ配線導体とをボンディングワイヤ等を介して電気的に接続するとともに、配線基板の上面に蓋体をガラスや樹脂等の封止材を介して接合し、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封止することによって半導体装置が構成される。
【０００４】
なお、このような半導体装置の端子部材のリードピンは、一般に、ろう材との接合面積を大きくしてパッドとの接合強度を上げるために、リード線の一方の端部を塑性加工することにより、外部電気回路のソケットに挿入されるピン部と、配線基板のパッドと接合されるヘッド部とを有する、いわゆるネイルヘッド型となっている。
【０００５】
一方、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、配線層を形成する導体の抵抗が低いことが要求され、絶縁基板にもより低い誘電率が要求される。そこで、誘電率が低く高周波用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等の低抵抗金属をメタライズ配線導体とした配線基板が多用されている。
【０００６】
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。
【０００７】
このため、このような配線基板の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においては、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、あるいは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、絶縁基体であるセラミックスとメタライズ配線導体であるパッドとの界面に破壊応力が発生して、パッドの剥がれが生じたり、セラミックスそのものがその破壊応力に屈して破壊したりして、接合信頼性が低下するという問題点があった。
【０００８】
そこで、セラミックスと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またはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を用いて、リードピン接合用の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にリードピンを直接接合する手法が提案されている。
【０００９】
この手法では、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（ビア導体）の絶縁基体の表面に露出した部位とリードピンとをろう材を介して直接接続することによって電気的接続を行ない、また、貫通導体（ビア導体）の露出部は通常は直径が約１００μｍ以下と小さなことから、リードピンは実質的には絶縁基体であるセラミックスとろう材を介して接合されることになるため、パッドとセラミックス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、セラミックスとパッドと間の界面における破壊を回避することができる。
【００１０】
〔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
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような手法においても、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破壊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には、絶縁基体そのものがその破壊応力に屈して破壊しやすくなるため、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すという問題点は残されたままになっていた。
【００１２】
本発明は以上のような従来の技術における問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点について鋭意研究した結果、リード付き配線基板においてリードピンに斜め方向に外力が生じた場合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について、活性金属としてＴｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材とリードピンとの接合位置を適切な状態に設定することによって、リードピンと絶縁基体との接合強度が大きく改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明のリードピン付き配線基板は、ガラス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が形成されるとともに、前記絶縁基体の表面の前記配線導体の露出した部位を含む領域に、リードピンのヘッド部が、Ｔｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を介して接合されて成るリードピン付き配線基板において、前記ヘッド部の外周端に対して前記Ａｇ−Ｃｕ系ろう材の外周端を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとしたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のリードピン付き配線基板は、上記構成において、前記ヘッド部の厚みが０．１０〜０．２４ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明のリードピン付き配線基板によれば、配線導体の絶縁基体の表面に露出した部位を含む絶縁基体の表面に、リードピンのヘッド部が上記所定のろう材を介して接合されて成り、リードピンのヘッド部の外周端に対して、活性金属としてＴｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材の外周端を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとし、リードピンのＡｇ−Ｃｕろう材を介する絶縁基体への接合位置を適度な状態としたことから、ろう材と絶縁基体との接合部の外周端部における絶縁基体に対するろう材の接触角が過剰に大きくなることを抑制することができる。その結果、リードピンに斜め方向から外力が生じた際にガラスセラミックスの破壊の起点となるろう材と絶縁基体との接合面の外周端への応力の集中を低減することができるため、磁器強度が低いガラスセラミックスを絶縁基体として用いても、絶縁基体にクラック等の破壊が発生する確率を大きく下げることができ、より高い接合強度を有するリードピンの接合構造とすることができる。これにより、リードピンに対して斜め方向に応力が発生した場合においても高い接合信頼性を有するリードピン付き配線基板を提供することができる。
【００１７】
また、本発明のリードピン付き配線基板によれば、ヘッド部の厚みを０．１０〜０．２４ｍｍとしたときには、ろう材と絶縁基体との接合部の周端部における絶縁基体に対するろう材の接触角や、力の支点となるピン部のヘッド部への付け根の部分から作用点であるろう材と絶縁基体との接合部の周端部までの距離を適切なものとすることができ、ろう材の周端部に発生する残留応力や、リードピンに斜め方向から外力が生じた際にセラミックスの破壊の起点となるろう材と絶縁基体との接合面の周端部への応力の集中を低減することができるため、絶縁基体にクラック等の破壊が発生することをより一層防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリードピン付き配線基板について詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明のリードピン付き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は活性金属としてＴｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材、２はリードピン、３は配線基板、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、上面中央部に半導体素子４を搭載するための半導体素子搭載部７を有している。
【００２０】
配線基板３を構成する絶縁基体５は、ガラスセラミックスの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一方に配線導体６を有している。
【００２１】
なお、このようなセラミックスから成る絶縁基体５の磁器強度は、ＪＩＳ−Ｒ１６０１−１９９５「ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法」に規定された方法で求められる３点曲げ強度等で表わすことができる。
【００２２】
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。
【００２３】
ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体５は、例えば、ガラス成分としてＳｉＯ２−Ｂ２０３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系ガラス等から成るガラス粉末と、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）等のフィラー粉末とを、質量比で４０：６０〜９９：１の割合で混合し、さらに適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法やカレンダーロール法によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る。
【００２４】
次に、このセラミックグリーンシートに、導体材料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、あるい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等が一般に用いられる。
【００２５】
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。ここで、図１においてこの貫通導体は、説明のために実際のスケールよりも強調して図示している。これら貫通導体は、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。
【００２６】
次に、この配線導体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。
【００２７】
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系ろう材１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２のヘッド部２ａと配線基板３の配線導体６および絶縁基体５とを、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系ろう材１を介して接合（ろう付け）する。
【００２８】
このＴｉ・ＺｒおよびＨｆのうち少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材１には、ＢＡｇ−８（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系ろう材に、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％添加して含有させたものが用いられる。
【００２９】
このろう材１を介してリードピン２を絶縁基体５に接合するには、例えば、このろう材１の粉末に有機溶剤・バインダおよび溶媒を合わせて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んで絶縁基体５の表面にスクリーン印刷法等によりリードピン２を立設する部位に対応した所定パターンに印刷し、これにリードピン２のヘッド部２ａを載置して、これを真空中または中性雰囲気中もしくは還元雰囲気中でろう材１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１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２とをろう付け接合する。
【００３０】
このとき、ろう材１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１の活性金属の含有量・ボリューム（体積）・ブレージング最高到達温度や、ろう材１の融点以上の温度の保持時間等を決める必要があり、特に、リードピン２のヘッド部２ａの外周端とろう材１の外周端との距離を、全周に渡ってろう材１の外周端が少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとなるように上記の各条件を設定することが重要である。
【００３１】
その一例として、７２質量％Ａｇ−２８質量％Ｃｕのいわゆる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１を用いて、絶縁基体５にピン径が０．３ｍｍ、ヘッド部２ａの直径が０．６ｍｍ、ヘッド部２ａの厚みが０．１５ｍｍのリードピン２を接合する場合であれば、ろう付け後のろう材１の直径が少なくとも０．８４ｍｍより大きいもの、接合時の位置ずれを考慮すれば０．９ｍｍより大きいものとなるように絶縁基体５の表面に厚さ６０μｍで印刷し、これにリードピン２のヘッド部２ａを当接した状態で真空炉にて最高温度７９５℃から８５０℃で５分から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。
【００３２】
一方、ろう付け後のろう材１の直径が０．９ｍｍより小さく、ヘッド部２ａの外周端とろう材１の外周端との距離を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとすることができない場合は、接合強度が低くなり、かつ、ガラスセラミックス焼結体の内部で破壊が発生しやすい状態となる。
【００３３】
その原因としては、ろう材１と絶縁基体５との接合部の外周端部における、絶縁基体５に対するろう材１の接触角が過剰に大きくなることが挙げられる。
【００３４】
絶縁基体５に対するろう材１の接触角は、ろう材１が接合時の加熱によって液体になった際の、ろう材１の一部がリードピン２のヘッド部２ａの側面へ這い上がる高さとろう材１の濡れ拡がりの大きさとに依存する。また、ろう材１のヘッド部２ａの側面への這い上がり量は、ろう材１の濡れ拡がり量に関係なくほぼ一定であることから、絶縁基体５に対するろう材１の接触角は、ろう材１の外周端とリードピン２のヘッド部２ａの外周端との距離で決定されることとなる。そして、ろう材１の外周端とリードピン２のヘッド部２ａの外周端との距離が大きいと絶縁基体５に対するろう材１の接触角は小さくなり、逆にその距離が小さいとろう材１の接触角は大きくなる。
【００３５】
そして、絶縁基体５に対するろう材１の接触角が例えば４５°と過剰に大きくなった場合は、リードピン２と絶縁基体５とをろう材１を介して接合する際にろう材１の外周端部に発生する残留応力が高いものとなってしまう。その結果、リードピン２に斜め方向から外力が生じた際に、ろう材１と絶縁基体５との接合界面には、外力により発生した応力とろう材１の内部の残留応力とがあいまった大きな破壊応力が作用することとなり、絶縁基体５にクラック等の破壊が発生しやすくなってしまう。
【００３６】
このとき、詳細は明らかではないが、ヘッド部２ａの外周端に対してろう材１の外周端を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとすることによって、リードピン２を立設するに十分で、かつ、ろう材１の外周端部に発生する残留応力を低くすることができる力学的に最適な絶縁基体５に対するろう材１の接触角、例えば５〜３０°の接触角を得ることができ、外力により発生した大きな破壊応力に対して高い接合強度を得ることができると考えられる。
【００３７】
なお、ヘッド部２ａの外周端に対してろう材１の外周端が全周に渡って０．１２ｍｍを超えて大きくなり、絶縁基体５に対するろう材１の接触角が例えば１°以下と小さくなった場合には、ろう材１の外周端部に発生する残留応力がより小さくなるため、リードピン２と絶縁基体５との接合強度を高くするという観点からは好ましいが、リードピン２の多ピン化や配線導体６の高密度化等の配線基板３の高密度化や小型化の要求に対して不適当なものとなるため、ろう材１の大きさには設計的な制約がある。
【００３８】
従って、ヘッド部２ａの外周端とろう材１の外周端との距離を必要以上に大きくすることは無用であり、リードピン２の配列間隔等の設計的要素や配線基板３の用途に応じて適当な大きさを設定すれば良い。
【００３９】
さらに、リードピン２のヘッド部２ａの厚みは、０．１０〜０．２４ｍｍとすることが望ましい。ヘッド部２ａの厚みが０．１０ｍｍよりも薄いときは、ろう材１がヘッド部２ａの上部を越えて這い上がりやすくなるが、さらに這い上がろうとしたろう材１が、ヘッド部２ａの側面の領域に過剰に供給されたり、ヘッド部２ａの上部またはヘッド部２ａの上面の延長線上を超えた領域に供給されたりする場合がある。その結果、ろう材１と絶縁基体５との接合部の周端部における絶縁基体５に対するろう材１の接触角が大きくなる傾向にある。このように絶縁基体５に対するろう材１の接触角が大きくなった場合は、ろう材１と絶縁基体５との接合部の周端部におけるろう材１のボリューム（体積）が大きくなり、これに伴ってリードピン２と絶縁基体５とをろう材１を介して接合する際にろう材１の周端部に発生する残留応力が高いものとなってしまう。その結果、リードピン２に斜め方向から外力が生じた際に、ろう材１と絶縁基体５との接合界面には、外力により発生した応力とろう材１の内部の残留応力とがあいまった大きな破壊応力が作用することとなり、絶縁基体５にクラック等の破壊が発生しやすくなってしまう。また、リードピン２のヘッド部２ａの厚みが薄いと、ヘッド部２ａの側面の表面積が小さくなるため、ろう材１のボリューム（体積）のばらつきによる接触角のばらつきが起きやすく、ろう材１を介してのリードピン２と絶縁基体５の接合強度も不安定となる傾向にある。
【００４０】
他方、ヘッド部２ａの厚みが０．２４ｍｍよりも厚いときには、リードピン２に斜め方向に外力が加わったときに、力の支点となるピン部のヘッド部２ａへの付け根の部分から作用点であるろう材１と絶縁基体５との接合部の周端部までの距離が長くなることによって、加わった外力と同じ方向の周端部側ではヘッド部２ａが絶縁基体５に押し付けられる（圧縮）方向の応力が、また、加わった外力と反対方向の周端部側では引き剥がされる（引っ張り）方向の応力が発生し、それぞれが小さな応力であっても両者があいまって大きな応力となってしまい、特に、加わった外力と反対方向の周端部側では容易に絶縁基体５が破壊しやすくなってしまう傾向にある。
【００４１】
なお、本発明のリードピン付き配線基板に用いられるリードピン２のヘッド部２ａの厚み以外の各部の寸法や、リードピン２の材質等は、外部電気回路のソケットの形状や接続方法等に応じて任意に選択が可能であり、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２であれば、一般に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ合金製のものが使用され、ピン部の直径としては０．１〜１．０ｍｍ（ただし、リードピン２はネイルヘッド型であるため、ピン部の直径がヘッド部２ａの直径よりも大きくなることはない。）、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２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２に外力が生じても、絶縁基体５とリードピン２とのろう材１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２が接合されたリードピン付き配線基板を得ることが可能となる。
【００４３】
なお、このような配線基板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２が接合されない部位の表面、ならびに貫通導体の露出する表面のリードピン２が接合されない部位には、必要に応じて、絶縁基体５とリードピン２との接合前あるいは接合後に、耐蝕性に優れ、かつＡｇ−Ｃｕ系ろう材１との濡れ性が良好なＮｉやＡｕ等の金属皮膜が１〜２０μｍの厚みでめっき法等により被着される。
【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１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に、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てしまいやすい。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は、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２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１の周りの絶縁基体５上にＮｉめっきが析出してしまい、隣接する配線導体６同士が短絡してしまう場合がある。これを防止するには、ろう材１ペースト中の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、ろう付け時に溶融・気化してろう材１の周りの絶縁基体５の表面に付着したＡｇやＣｕといったろう材成分を除去するか、といった対策を採用すればよい。ここで、ろう材１ペースト中のバインダ量としては、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適当である。さらに、無電解めっきによるめっき層の耐熱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、めっき皮膜を緻密化させることが効果的である。
【００４８】
そして、本発明のリードピン付き配線基板は、半導体素子搭載部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、この半導体素子４上の電極と、絶縁基体５の半導体素子搭載部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から成るセラミック製の蓋体９をエポキシ等の樹脂やＡｕ−Ｓｎ・Ａｕ−Ｇｅといった金属ろう材等による封着または溶接によって封止することによって半導体装置となる。
【００４９】
【実施例】
次に、本発明のリード付き配線基板について、具体例を説明する。
【００５０】
まず、３点曲げ強度が３００ＭＰａのガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面に、Ａｇ：７２質量％とＣｕ：２８質量％とから成るＢＡｇ−８組成のＡｕ−Ｃｕ系ろう材に活性金属としてのＴｉＨ２を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パッドとして、１つのろう材パッド当たり０．２ｍｇのろう材量になるようにスクリーン印刷して、ろう付け後の直径が０．９ｍｍのろう材パッドを形成した。次に、このろう材パッドを介して、ピン部の直径が０．３ｍｍで、ヘッド部の直径が０．５ｍｍから１．１ｍｍまでの７種類（表１に示す実施例１〜２および比較例１〜５に対応する）であり、ヘッド部の厚みが０．１５ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンを、真空炉にて最高温度８００℃で１５分保持することにより接合した。
【００５１】
次に、接合後のリードピンのヘッド部の外周端とろう材の外周端とが最も接近した部分の距離（最短距離）を、工具顕微鏡を用いて測定した。
【００５２】
その後、このリードピンの接合強度（４５°引っ張り強度）を、４５°方向に１０ｍｍ／分の速度で引っ張る引っ張り試験により評価した。
【００５３】
なお、この形状のリードピンにおいては、４５°引っ張り強度（破壊強度）が１５Ｎ以上あればリードピンは折り曲げに耐えうるが、１５Ｎ未満しか４５°引っ張り強度がない場合には、リードピンに外部から力が加わったとき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してしまうため、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は、４５°引っ張り強度が１５Ｎ以上であれば実用上問題ないとした。
【００５４】
これらの結果を表１に示すとともに、図２に線図で示す。なお、表１の最短距離の項目における「−」は、リードピンのヘッド径が、ろう材パッド径よりも大きくなり、ヘッド部の外周にろう材のメニスカスが形成されずろう付けが不可であったことを示す。また、図２において、横軸はリードピンのヘッド径（単位：ｍｍ）を、縦軸は４５°引っ張り強度（単位：Ｎ）を表わし、黒丸はそれぞれのヘッド径における４５°引っ張り強度の平均値を、その上側の線は測定最大値を、下側の線は測定最小値を示し、測定値のばらつき範囲を平均値とともに示している。
【００５５】
【表１】
2004289092.tif 000003
【００５６】
表１および図２に示す結果から分かるように、本発明の実施例１〜２では、リードピンの４５°引っ張り強度（破壊強度）が最小値でも１５Ｎ以上であり、十分な接合強度であった。一方、比較例１〜５では、リードピンの４５°引っ張り強度の最小値が１５Ｎ未満であった。
【００５７】
つまり、直径０．９ｍｍのろう材パッドの場合は、リードピンのヘッド部の外周端とろう材の外周端との最短距離が０．１２ｍｍ以上のときに実用上問題のない接合強度が得られ、接合の位置ずれを考慮すると、このときのリードピンのヘッド径の使用適応範囲は０．６ｍｍ以下であった。
【００５８】
次に、ろう材パッド径を変えて、直径１．１ｍｍおよび１．３ｍｍとした場合においても、同様にヘッド径の異なる７種類のリードピンを接合し、同様の評価を行なった（表１に示す実施例３〜１２、比較例６〜９に対応する）。これらの結果を表１に示すとともに、図３および図４にそれぞれ図２と同様の線図で示す。なお、図３はろう材パッド径が１．１ｍｍの場合の結果であり、図４はろう材パッド径が１．３ｍｍの場合の結果である。
【００５９】
これらの結果から分かるように、直径１．１ｍｍのろう材パッドの場合においても、リードピンのヘッド部の外周端とろう材の外周端との最短距離が０．１２ｍｍ以上のときに実用上問題のない接合強度が得られ、接合の位置ずれを考慮すると、このときのリードピンのヘッド径の使用適応範囲は０．８ｍｍ以下であり、同様に、直径１．３ｍｍのろう材パッドの場合においても、リードピンのヘッド部の外周端とろう材の外周端との最短距離が０．１２ｍｍ以上のときに実用上問題のない接合強度が得られ、接合の位置ずれを考慮すると、このときのリードピンのヘッド径の使用適応範囲は１．０ｍｍ以下であった。
【００６０】
次に、直径０．９ｍｍのろう材パッドに対し、リードピンの材質をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からＣｕ合金に変え、前述の評価と同じ範囲のヘッド径の異なる７種類のリードピンを接合し、同様の評価を行なった（表１に示す実施例１３〜１４、比較例１０〜１４に対応する）。これらの結果を表１に示すとともに、図５に図２と同様の線図で示す。
【００６１】
表１および図５に示す結果から分かるように、リードピンの材質を変化させた場合には、４５°引っ張り強度はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンの場合と比べて変化が生じたが、直径０．９ｍｍのろう材パッドを使用すれば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンの場合と同様に、リードピンのヘッド部の外周端とろう材の外周端との最短距離が０．１２ｍｍ以上のときに実用上問題のない接合強度が得られ、リードピンの材質にかかわらず、接合の位置ずれを考慮すると、このときのリードピンのヘッド径の使用適応範囲は０．６ｍｍ以下であった。
【００６２】
次に、実施例２においてリードピンのヘッド部厚みを変えて、同様の評価を行なった。これらの結果を表２に示すに示すとともに図６に図２と同様の線図で示す
ここでは、４５°引っ張り強度の評価として、最小値が１５Ｎ以上２０Ｎ未満のものを実用上問題ないものとして「○」とし、また、最小値が２０Ｎを超える、極めて優れた接合強度を持つものを「◎」とした。
【００６３】
【表２】
2004289092.tif 000004
【００６４】
表２および図６に示す通り、ピン部の直径が０．３ｍｍ、ヘッド部の直径が０．６ｍｍで、ヘッド部の厚みが０．０８ｍｍおよび０．３０ｍｍ（表２に示す実施例１５および１８に対応する）のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンにおいて、４５°引っ張り強度を評価したところ、最小値は１５Ｎ以上ではあるものの、強度が２０Ｎ未満のものが存在したのに対して、ピン部の直径が０．３ｍｍ、ヘッド部の直径が０．６ｍｍで、ヘッド部の厚みが０．１０ｍｍおよび０．２４ｍｍ（表２に示す実施例１６および１７に対応する）のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンを評価したところ、最小値が２０Ｎ以上であり、リードピンのヘッド部厚みを０．１０〜０．２４ｍｍとした場合には、強度が非常に優れたものを得ることができた。
【００６５】
以上のように、セラミックスから成る絶縁基体の表面に、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系ろう材を介してリードピンを接合する場合には、リードピンのヘッド部の外周端に対してろう材の外周端を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとすることで、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応力が発生した場合においても高い接合信頼性を有するリードピン付き配線基板を提供することができた。
【００６６】
さらに、リードピンのヘッド部の厚みを０．１０〜０．２４ｍｍにすることによって、より一層高い接合信頼性を有するリードピン付き配線基板を提供することができた。
【００６７】
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加えることは何ら差し支えない。例えば、リードピンのヘッド部の絶縁基体と接合する側の端面について、その周囲を面取りしたり丸みを付けたりしたような形状として使用してもよい。また、以上の実施の形態の例では、本発明のリード付き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。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のリードピン付き配線基板によれば、配線導体の絶縁基体の表面に露出した部位を含む絶縁基体の表面に、リードピンのヘッド部が、Ｔｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を介して接合されて成り、リードピンのヘッド部の外周端に対して、活性金属としてＴｉ・ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材の外周端を全周に渡って少なくとも０．１２ｍｍ大きいものとし、リードピンのＡｇ−Ｃｕろう材を介する絶縁基体への接合位置を適度な状態としたことから、ろう材と絶縁基体との接合部の外周端部における絶縁基体に対するろう材の接触角が過剰に大きくなることを抑制することができる。その結果、リードピンに斜め方向から外力が生じた際にガラスセラミックスの破壊の起点となるろう材と絶縁基体との接合面の外周端への応力の集中を低減することができるため、磁器強度が低いガラスセラミックスを絶縁基体として用いても、絶縁基体にクラック等の破壊が発生する確率を大きく下げることができ、より高い接合強度を有するリードピンの接合構造とすることができる。これにより、リードピンに対して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ができる。
【００６９】
また、本発明のリードピン付き配線基板によれば、ヘッド部の厚みを０．１０〜０．２４ｍｍとしたときには、ろう材と絶縁基体との接合部の周端部における絶縁基体に対するろう材の接触角や、力の支点となるピン部のヘッド部への付け根の部分から作用点であるろう材と絶縁基体との接合部の周端部までの距離を適切なものとすることができ、ろう材の周端部に発生する残留応力や、リードピンに斜め方向から外力が生じた際にセラミックスの破壊の起点となるろう材と絶縁基体との接合面の周端部への応力の集中を低減することができるため、絶縁基体にクラック等の破壊が発生することをより一層防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリードピン付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】リードピン付き配線基板において、ガラスセラミックスから成る絶縁基体にろう材パッド径を０．９ｍｍとしてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンを接合したときの、リードピンのヘッド部の直径と４５°引っ張り強度との関係を示す線図である。
【図３】リードピン付き配線基板において、ガラスセラミックスから成る絶縁基体にろう材パッド径を１．１ｍｍとしてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンを接合したときの、リードピンのヘッド部の直径と４５°引っ張り強度との関係を示す線図である。
【図４】リードピン付き配線基板において、ガラスセラミックスから成る絶縁基体にろう材パッド径を１．３ｍｍとしてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンを接合したときの、リードピンのヘッド部の直径と４５°引っ張り強度との関係を示す線図である。
【図５】リードピン付き配線基板において、ガラスセラミックスから成る絶縁基体にろう材パッド径を０．９ｍｍとしてＣｕ合金製リードピンを接合したときの、リードピンのヘッド部の直径と４５°引っ張り強度との関係を示す線図である。
【図６】リードピン付き配線基板において、ガラスセラミックスから成る絶縁基体にろう材パッド径を０．９ｍｍ、リードピンのヘッド部の直径を０．６ｍｍとしてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製リードピンを接合したときの、リードピンのヘッド部の厚みと４５°引っ張り強度との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１・・・・ろう材
２・・・・リードピン
２ａ・・・・ヘッド部
３・・・・配線基板
４・・・・半導体素子
５・・・・絶縁基体
６・・・・配線導体
７・・・・半導体素子搭載部
８・・・・電極パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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