(57)【要約】【課題】  磁器強度の弱いガラスセラミックス等から成る絶縁基体を用いた配線基板にリードピンを接合した場合に、リードピンの接合信頼性を向上させること。【解決手段】  リードピン付き配線基板４は、絶縁基体６の表面および内部の少なくとも一方に配線導体７が形成されるとともに、絶縁基体６の表面に形成されたメタライズ層から成る電極パッド２ａに、一端に円板状のヘッド部１ａを有するリードピン１のヘッド部１ａがろう材を介し取着されて成るリードピン付き配線基板４であって、電極パッド２ａの外周部およびその周囲の絶縁基体６の表面がＴｉ，ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金から成るろう材２ｂによって全周にわたって被覆されている。【選択図】  図１
2005285876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に形成されたメタライズ層から成る電極パッドに、一端に円板状のヘッド部を有するリードピンの前記ヘッド部がろう材を介し取着されて成るリードピン付き配線基板であって、前記電極パッドの外周部およびその周囲の前記絶縁基体の表面がＴｉ，ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金から成るろう材によって全周にわたって被覆されていることを特徴とする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）型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、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、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、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部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から成る配線基板と、半導体素子を外部電気回路基板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メタライズ配線導体の電極パッドと、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（所謂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。
【０００４】
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。
【０００５】
このような半導体装置の端子部材としてのリードピンは、一般に、ろう材との接合面積を大きくして電極パッドとの接合強度を上げるために、リードピンの一方の端部を塑性加工することにより、外部電気回路基板のソケットに挿入されるピン部と、配線基板の電極パッドと接合される円板状等の形状のヘッド部を有する、所謂ネイルヘッド型となっている。
【０００６】
一方、近年の高度情報化時代を迎え、通信機器の高周波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る。
【０００７】
そこで、誘電率が低い高周波用の絶縁基体として、例えばガラスセラミックスから成る絶縁基体を用い、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の低抵抗金属から成るメタライズ配線導体を形成した配線基板が多用されている。
【０００８】
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。
【０００９】
特に、メタライズ配線導体の中でも配線基板の表面のメタライズ層から成る電極パッドは、その一方の主面のみがガラスセラミックスと接合している構造であり、配線基板の内部のメタライズ配線導体がガラスセラミックスに取り囲まれるように埋設されている強固な構造になっているのに比べて、このメタライズ層から成る電極パッドのガラスセラミックスへの接合強度は低いものとなる。
【００１０】
さらに、メタライズ層から成る電極パッドは、ろう材を介してリードピンが接続されており、リードピンに垂直方向や斜め方向からの外力が加わると、その外力はリードピンを通して、ろう材、そしてメタライズ層から成る電極パッドへと作用し、特にリードピンに斜め方向から外力が加わった場合、リードピンのヘッド部の回転運動にともなって力のモーメントが働くため、メタライズ層から成る電極パッドとガラスセラミックスの接合界面の外周部に大きな応力が生じ、メタライズ層から成る電極パッドとガラスセラミックスの接合界面の外周部を起点とする界面破壊が生じるといった問題がある。
【００１１】
そこで、配線基板の表面に、メタライズ層から成る電極パッドのリードピンを接合するためのろう材を形成する領域が開口するように、メタライズ層から成る電極パッドの外周部とガラスセラミックの上に同じ組成のガラスセラミックスのペーストを印刷した後に、焼成し、メタライズ層から成る電極パッドの外周部上部にガラスセラミックスのコート層を形成することでメタライズ層から成る電極パッドを押さえ込み、メタライズ層から成る電極パッドとガラスセラミックスの界面の外周部を補強し、界面破壊を防ぐといった方法が用いられてきた。
【００１２】
一方、ガラスセラミックスから成る絶縁基体とメタライズ層から成る電極パッドとの界面における破壊を回避する手段として、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合金から成るろう材（以下、活性金属ろう材ともいう）を用いて、リードピン接合用の電極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という手法も考えられる。この手法では、メタライズ層から成る電極パッドを介さずに、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活性金属ろう材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い、また、貫通導体の露出部は通常は直径約１００μｍ以下と小さいことから、リードピンはガラスセラミックスから成る絶縁基体に活性金属ろう材を介して接合されることになるため、メタライズ層から成る電極パッドとガラス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、電極パッドとガラスセラミックスとの界面における破壊を回避することができる。
【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】
【００１３】
しかしながら、上記従来の技術のように、メタライズ層から成る電極パッドの外周部上にガラスセラミック層を形成してメタライズ層から成る電極パッドを押さえ込むことで、メタライズ層から成る電極パッドの外周部を補強するといった方法においては、小型化、高密度化が進む昨今においてメタライズ層から成る電極パッドの径は小さくなり、ガラスセラミックスとの接合面積が小さくなることから、リードピンに斜め方向から加わった外力がメタライズ層から成る電極パッドとガラスセラミックスとの界面の外周部に集中して伝わるため、その外周部を起点とした界面破壊が発生するという問題があった。
【００１４】
一方、活性金属ろう材を用いてガラスセラミックスにリードピンを直接接合する手法においては、ろう付け温度が８００℃程度と高いため、活性金属ろう材とガラスセラミックスとの熱膨張係数の差が大きくなるため、活性金属ろう材の溶融固化の際の冷却過程において過大な熱応力が発生し、その熱応力がガラスセラミックスの強度を超えると、リードピンに外力を加えることなく、活性金属ろう材とガラスセラミックスとの接合面の端部を起点として絶縁基体内部にクラックが発生し、リードピンの接合信頼性を低下させるという問題点もあった。
【００１５】
本発明は、以上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、例えば絶縁基体として、ガラスセラミックス等の強度が低く、リードピンに斜め方向の外力が加わったときにメタライズ層から成る電極パッドと絶縁基体との界面破壊が発生しやすい材料を用いた場合や、活性金属ろう材と絶縁基体との熱膨張係数に差によって、活性金属ろう材と絶縁基体との接合面の端部を起点として絶縁基体内部にクラックが発生するといった問題を解消し、実用上耐え得るレベルのリードピンと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、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に形成されたメタライズ層から成る電極パッドに、一端に円板状のヘッド部を有するリードピンの前記ヘッド部がろう材を介し取着されて成るリードピン付き配線基板であって、前記電極パッドの外周部およびその周囲の前記絶縁基体の表面がＴｉ、ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金から成るろう材によって全周にわたって被覆されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のリードピン付き配線基板によれば、メタライズ層から成る電極パッドの外周部およびその周囲の絶縁基体の表面がＴｉ、ＺｒまたはＨｆの少なくとも１種を含有するＡｇ−Ｃｕ合金から成るろう材によって全周にわたって被覆されていることから、リードピンに斜め方向に外力が加わった場合に電極パッドと絶縁基体との接合面の外周部に応力が集中しても、活性金属ろう材が絶縁基体と反応層を形成することで、脆いガラス成分を介しない強固な接合構造であるため、電極パッドと絶縁基体との接合部の外周部を起点とする界面破壊等の発生を防止することができる。
【００１８】
また、活性金属ろう材をメタライズ層から成る電極パッドの外周部に限定して使用するため、電極パッドを活性金属ろう材のみで形成する手法に比べて活性金属ろう材の量を少なくすることができ、活性金属ろう材と絶縁基体の熱膨張係数の差によって、活性金属ろう材の溶融固化の際の冷却過程で発生する熱応力を低減できる。さらに、電極パッドとリードピンを接合する接合材として、メタライズ層から成る電極パッドの外周部に形成された活性金属ろう材よりも融点が低いはんだ等の低融点ろう材を使用することから、リードピンを電極パッドにろう付けする際のろう付け温度を低くすることが可能となり、低融点ろう材の溶融固化の際の冷却過程で発生する熱応力は絶縁基体の磁器強度で十分耐えうる程度に小さくなるため、絶縁基体内部にクラックが発生することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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は本発明の電極パッドの断面図であり、図２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電極パッド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。これらの図において、１はリードピン、２は外周部にろう材が付着しているろう材付き電極パッド、２ａはメタライズ層から成る電極パッド、２ｂ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合金から成るろう材、３は活性金属ろう材２ｂよりも低融点のろう材（以下、低融点ろう材ともいう）、４はリードピン付き配線基板（以下、配線基板ともいう）、５は半導体素子である。配線基板４を成すガラスセラミックスから成る絶縁基体６は、上面の中央部に半導体素子５を搭載するための半導体素子搭載部８を有している。
【００２０】
絶縁基体６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７を有している。このような配線基板４は、例えば以下のようにして製作される。
【００２１】
ガラスセラミックスから成る絶縁基体６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は同じまたは異なっていて、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである）、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は上記と同じである）、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し、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。
【００２２】
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、メタライズ層から成る電極パッド２ａや配線導体７を形成する。
【００２３】
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等が用いられる。
【００２４】
なお、配線導体７には、絶縁基体６の上下面にそれぞれ配置された導体パターン同士を絶縁基体６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の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。また、図２において、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。
【００２５】
次に、配線導体７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、例えば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４が製作される。
【００２６】
そして、配線基板４の下面の、配線導体７としての貫通導体が絶縁基体６の表面に露出したメタライズ層から成る電極パッド２ａの外周部およびその周囲の絶縁基体６の表面に、活性金属ろう材２ｂ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する。
【００２７】
この活性金属ろう材２ｂ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、これらのろう材金属の粉末に有機溶剤、樹脂バインダおよび溶媒を合わせて５〜１５質量％を外添加で混合したものをペーストとして用いる。
【００２８】
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活性金属ろう材２ｂ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、活性金属ろう材２ｂを溶融させて、メタライズ層から成る電極パッド２ａの外周部に形成する。
【００２９】
次に、このろう材付き電極パッド２の上にはんだ等の低融点ろう材３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、これにリードピン１のヘッド部１ａを当接させて、これを大気雰囲気中もしくは窒素雰囲気中で低融点ろう材３の溶融温度に合わせた所定温度（例えば約２００℃）で加熱処理し、低融点ろう材３を溶融させて、配線導体７および絶縁基体６とリードピン１を接合する。
【００３０】
具体的には、例えば、直径０．６ｍｍのメタライズ層から成る電極パッド２ａの外周部およびその周囲の絶縁基体６の表面に、７２質量％Ａｇ−２８質量％Ｃｕから成るろう材（ＢＡｇ−８）に活性金属としてＴｉＨ２を３質量％添加した活性金属ろう材２ｂを用いて、内径０．５ｍｍで外径０．８ｍｍのリング状のパターンをメタライズ層から成る電極パッド２ａの外周部に同心円状に形成し、真空炉中で最高温度７９５乃至８５０℃で５分乃至１時間保持し、メタライズ層から成る電極パッド２ａの外周部およびその周囲の絶縁基体６の表面に活性金属ろう材２ｂを形成する。
【００３１】
次に、ろう材付き電極パッド２上に、例えば６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂ（所謂共晶はんだ）から成る低融点ろう材３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、これにピン径が０．２ｍｍ、ヘッド部１ａの直径が０．５ｍｍ、ヘッド部１ａの厚みが０．１５ｍｍのリードピン１のヘッド部１ａを当接させる。そして、これを大気雰囲気中もしくは窒素雰囲気中で、低融点ろう材３の溶融温度に合わせた所定温度（例えば約２００℃）で加熱溶融させて、ろう材付き電極パッド２上にリードピン１をはんだ付けすれば、高強度で、高い信頼性を有する接合状態が得られる。
【００３２】
すなわち、リードピン１への斜め方向の外力が最も集中するメタライズ層から成る電極パッド２ａの外周部およびその周囲の絶縁基体６の表面を、活性金属ろう材２ｂで被膜したことから、活性金属ろう材２ｂと絶縁基体６との界面にそれらの反応層が形成されて強固に接合されるため、脆いガラス成分を介したメタライズ層から成る電極パッド２ａと絶縁基体６との界面強度を補強して、より優れた接合状態をつくることができる。そのため、メタライズ層から成る電極パッド２ａと絶縁基体６との接合部の外周部を起点とする界面破壊等が発生することを防止することができる。
【００３３】
また、メタライズ層から成る電極パッド２ａの外周部に活性金属ろう材２ｂを形成するため、活性金属ろう材２ｂのみでろう材付き電極パッド２を形成する場合よりも活性金属ろう材２ｂの量を少なくすることができるため、活性金属ろう材２ｂと絶縁基体６との熱膨張係数の差による活性金属ろう材２ｂの溶融固化の際の冷却過程で発生する熱応力が低減でき、その熱応力が絶縁基体６の強度を超えた場合に、絶縁基体６と活性金属ろう材２ｂとの接合部の外周部にクラックが発生するといった現象を防ぐことができる。
【００３４】
また、リードピン１をろう材付き電極パッド２上に接合するための接合材として、低融点ろう材３を使用したことから、リードピン１をろう材付き電極パッド２にろう付けする際のろう付け温度を低く設定することが可能となり、低融点ろう材３の溶融固化の際の冷却過程で発生する熱応力は絶縁基体６の磁器強度で十分耐えうる程度に小さくなるため、絶縁基体６内部にクラックが発生することを防止することができる。
【００３５】
以上のように、これらの作用によって、リードピン１に斜め方向に外力が加わったり、メタライズ層から成る電極パッド２ａへリードピン１を接合する際に活性金属ろう材２ｂまたは低融点ろう材３と絶縁基体６との熱膨張係数の差によって熱応力が発生した場合においても、リードピン１と絶縁基体６とを強固に接合することができ、機械的な信頼性が高いリードピン付き配線基板４を得ることができる。
【００３６】
一方、直径０．８ｍｍのメタライズパターンの外周部およびその周囲の絶縁基体６を同じ絶縁基体６の成分で被覆した開口径０．６ｍｍのメタライズ層から成る電極パッド２ａの上に、Ｎｉめっき、Ａｕメッキを施した後に、リードピン１をはんだ付けしたものは、リードピン１への斜め方向の外力が加わったとき、メタライズ層から成る電極パッド２ａと絶縁基体６の界面で破壊が発生しやすい状態となる。その原因は、リードピン１に斜め方向から外力（図１に矢印で示す）が加わった場合に、リードピン１のヘッド部１ａが回転運動（図１に曲線の矢印で示す）し、メタライズ層から成る電極パッド２ａと絶縁基体６との接合部の外周部に力のモーメントが働くが、このとき、メタライズ層から成る電極パッド２ａと絶縁基体６との界面強度を超える応力が生じたため、メタライズ層から成る電極パッド２ａと絶縁基体６との接合界面の外周部を起点とする界面破壊が生じることにある。
【００３７】
他方、活性金属ろう材２ｂで直径０．８ｍｍのろう材パッドを形成し、リードピン１をろう材パッドおよび絶縁基体６に接合した場合、活性金属ろう材２ｂと絶縁基体６の熱膨張係数の差によって、活性金属ろう材２ｂの溶融固化の際の冷却過程で発生する熱応力が、絶縁基体６の強度を超えるため、絶縁基体６と活性金属ろう材２ｂとの接合面の外周部に外力を加えることなく絶縁基体６にクラックが発生し、リードピン１の接合信頼性において致命的な問題となる。
【００３８】
なお、本発明のリードピン付き配線基板４に用いられるリードピン１の材質、各部の寸法は、外部電気回路基板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。
【００３９】
また、本発明の配線基板４においては、絶縁基体６の表面に形成される配線導体７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６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合金等から成る活性金属ろう材２ｂ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。
【００４０】
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７が形成された絶縁基体６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７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７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７の露出した表面に被着される。
【００４１】
なお、Ｎｉめっき層は、その厚みが１μｍ未満では、絶縁基体６の表面に形成された配線導体７の表面、図２に示す例では半導体素子５の電極が接続されるボンディングパッド９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７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。
【００４２】
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７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。
【００４３】
特に、絶縁基体６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、活性金属ろう材２ｂの周りの絶縁基体６上にＮｉめっきが析出し、隣接する配線導体７同士が短絡する場合がある。これを防止するには、活性金属ろう材ペースト中の樹脂バインダ量を少なくして、絶縁基体６の表面における炭素の残留を減らして絶縁基体６の表面にＮｉめっきが被着する要因を減らすか、またはめっきの前処理の段階で絶縁基体６の表面をエッチングすることにより、ろう付け時に溶融、気化して活性金属ろう材２ｂの周りの絶縁基体６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といった対策を施せばよい。
【００４４】
ここで、活性金属ろう材２ｂのペースト中の樹脂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。
【００４５】
そして、本発明のリードピン付き配線基板４は、搭載部８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５を搭載し、半導体素子５上の電極と、絶縁基体６の搭載部８の近傍に配線導体７の一部として形成されたボンディングパッド９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１０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】
【００４６】
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。
【００４７】
まず、ガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面に形成した直径の０．６ｍｍメタライズ層から成る電極パッドの外周部およびその周囲の絶縁基体の表面に、Ａｇ７２質量％とＣｕ２８質量％とから成るＡｕ−Ｃｕ合金（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用いて、内径０．５ｍｍで外径０．８ｍｍのリング状のパターンを、電極パッドに同心円状にスクリーン印刷した。そして、この絶縁基板を真空炉中で最高温度８００℃を１５分保持することにより、焼成された活性金属ろう材のパターンを有するろう材付き電極パッドを形成した。
【００４８】
次に、このろう材付き電極パッド上に、６３質量％Ｓｎ−３７質量％Ｐｂをペースト化した半田ペーストをスクリーン印刷し、この半田ペースト層にピン径が０．２ｍｍ、ヘッド部の直径が０．５ｍｍ、ヘッド部の厚みが０．１５ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のリードピンのヘッド部を当接させ、窒素雰囲気中で最高温度約２００℃を１分保持することにより、リードピンをはんだ付けした。
【００４９】
その後、このリードピンの接合強度（４５°引っ張り強度）を、ピン部の軸方向に対して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。
【００５０】
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、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】
2005285876.tif 000003
【００５１】
表１より、本発明によるろう材付き電極パッド上にリードピンをはんだ付けした実施例１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活性金属ろう材と絶縁基体との接合面の外周部ではなく、ピン部で破断されたものであった。
【００５２】
一方、直径０．８ｍｍの円形パターンのメタライズ層から成る電極パッドの外周部およびその周囲の絶縁基体を、絶縁基体と同じ成分のガラスセラミック層で被覆して成り、開口径０．６ｍｍの電極パッドの露出した上面にＮｉめっき層、Ａｕめっき層を被着した後リードピンを半田付けした比較例１のものは、リードピンの４５°引っ張り強度の最大値が１５Ｎ未満であり、電極パッドと絶縁基体との接合面の外周部を起点とした界面破壊が生じた。
【００５３】
また、活性金属ろう材のみで直径０．８ｍｍの電極パッドを形成し、リードピンをこの電極パッドを介して絶縁基体に接合した比較例２のものは、リードピンの４５°引っ張り強度の平均値が１５Ｎ未満であり、一部のサンプルにおいて接合後に外力を加えることなく絶縁基体と電極パッドとの接合面の外周部にクラックが発生し、そのクラックは絶縁基体内部に進行していた。
【００５４】
以上のことから、リードピンへの斜め方向の外力が最も集中する、電極パッドの外周部およびその周囲の絶縁基体の表面が、活性金属ろう材によって全周にわたって被覆されていることから、脆いガラスが存在するメタライズ層から成る電極パッドと絶縁基体との界面強度にくらべて、活性金属ろう材と絶縁基体とが直接接合しているため、リードピンへの斜め方向の外力に対して高く安定した接合強度をもつ接合構造とすることができることが判った。
【００５５】
また、メタライズ層から成る電極パッドの外周部に限定して活性金属ろう材を使用するため、電極パッドを活性金属ろう材のみで形成するよりも、活性金属ろう材の量を少なくすることができる。さらに、リードピンをメタライズ層から成る電極パッドに接合するための接合材として、活性金属ろう材よりも低融点の半田等のろう材を選択可能となることから、ろう材の溶融固化の際の冷却過程で発生する熱応力を低減でき、その熱応力が絶縁基体の強度を超えた場合に、絶縁基体と活性金属ろう材との接合部の外周部にクラックが発生するといった現象の発生を防ぐことができ、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。
【００５６】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内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、本発明のリードピン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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のリードピン付き配線基板におけるリードピン接合部を示す要部拡大断面図である。
【図２】本発明のリードピン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す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・リードピン
１ａ・・・ヘッド部
２・・・ろう材付き電極パッド
２ａ・・・電極パッド
２ｂ・・・活性金属ろう材
３・・・低融点ろう材
４・・・リードピン付き配線基板
５・・・半導体素子
６・・・絶縁基体
７・・・配線導体
８・・・搭載部
９・・・ボンディングパッド
１０・・・蓋体
【図１】
2005285876.tif 000004
【図２】
2005285876.tif 000005