(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ基板上にＣｕ厚膜の配線パターンが形成され、当該配線パターンはランド部と配線部とからなり、当該ランド部の上に電子部品の電極がハンダ接合材によりハンダ付けされた高温焼成アルミナ配線基板であって、
前記アルミナ基板上における前記ランド部の形成箇所にＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を含有した接合材が配置されるとともに、この接合材の上を含むアルミナ基板の上に前記配線パターンが形成されて前記接合材と前記配線パターンとが接合され、さらに、その配線パターンのランド部の上に電子部品の電極がハンダ接合材にてハンダ付けされ、
前記接合材は、ＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を主成分とし、かつ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つを含有し、前記接合材の主成分の混合比率は５０〜９０ｗｔ％であり、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つの混合比率は１０〜５０ｗｔ％である高温焼成アルミナ配線基板。
【請求項２】
前記接合材はアルミナを含有しているものである請求項１に記載の高温焼成アルミナ配線基板。
【請求項３】
前記接合材のアルミナの混合比率は、他の成分の合計重量に対し３０ｗｔ％以下である請求項２に記載の高温焼成アルミナ配線基板。
【請求項４】
前記配線パターンの配線部は、前記アルミナ基板上面に直接形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の高温焼成アルミナ配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、高温焼成アルミナ配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図８に示すように、高温焼成アルミナ配線基板においては、アルミナ基板３０上にＣｕ厚膜の配線パターン３１，３２が形成され、配線パターン３１，３２の一部をなすランド部（電極接続部）３１ａ，３２ａの上に電子部品３３の電極３４ａ，３４ｂがハンダ接合材３５，３６によりハンダ付けされている。又、配線パターン３１，３２におけるランド部３１ａ，３２ａ以外の配線部３１ｂ，３２ｂは保護ガラス３７にて覆われている。より詳細に説明すると、図９に示すように、アルミナ基板３０上にＣｕ厚膜の配線パターン３１，３２を形成し、図１０に示すように、配線パターン３１，３２におけるランド部３１ａ，３２ａを露出させ、かつ配線部３１ｂ，３２ｂを覆うようにパターニングした保護ガラス３７を配置し、保護ガラス３７にてマスクした状態で図１１に示すようにランド部３１ａ，３２ａにのみハンダ接合材３５，３６を配置し、このハンダ接合材３５，３６をリフローすることにより図８に示すようにランド部３１ａ，３２ａと電子部品３３の電極３４ａ，３４ｂとをハンダ付けするようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構造において保護ガラス３７のダレ又はニジミあるいは印刷ズレにより、図１２の平面図に示すように、保護ガラス３７を所望の形状にパターニングすることが困難であり、露出させるランド部３１ａ，３２ａの大きさが目標のものとは異なってしまっていた。その結果、安定したハンダ付けができなくなる場合があった。特に、フリップチップＩＣのようなランドサイズが小さい場合には、ランドサイズの大きさの差によりハンダ量がばらつき、フリップチップＩＣが傾いて組付けられ、一部のランドで導通不良や信頼性での不具合が発生する。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、配線パターンにおける所望のランド部にハンダ接合材を確実に配置して安定したハンダ付けを行うことができる高温焼成アルミナ配線基板を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アルミナ基板上にＣｕ厚膜の配線パターンが形成され、当該配線パターンはランド部と配線部とからなり、当該ランド部の上に電子部品の電極がハンダ接合材によりハンダ付けされた高温焼成アルミナ配線基板であって、前記アルミナ基板上における前記ランド部の形成箇所にＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を含有した接合材が配置されるとともに、この接合材の上を含むアルミナ基板の上に前記配線パターンが形成されて前記接合材と前記配線パターンとが接合され、さらに、その配線パターンのランド部の上に電子部品の電極がハンダ接合材にてハンダ付けされ、前記接合材は、ＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を主成分とし、かつ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つを含有し、前記接合材の主成分の混合比率は５０〜９０ｗｔ％であり、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つの混合比率は１０〜５０ｗｔ％である高温焼成アルミナ配線基板をその要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高温焼成アルミナ配線基板における前記接合材はアルミナを含有しているものである高温焼成アルミナ配線基板をその要旨とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の高温焼成アルミナ配線基板における前記接合材のアルミナの混合比率は、他の成分の合計重量に対し３０ｗｔ％以下である高温焼成アルミナ配線基板をその要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の高温焼成アルミナ配線基板における前記配線パターンの配線部は、前記アルミナ基板上面に直接形成されている高温焼成アルミナ配線基板をその要旨とする。
【００１０】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、アルミナ基板上におけるランド部の形成箇所にＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を含有した接合材が配置されるとともに、この接合材の上を含むアルミナ基板の上に配線パターンが形成されて前記接合材と前記配線パターンとが接合され、さらに、その配線パターンのランド部の上に電子部品の電極がハンダ接合材にてハンダ付けされている。
【００１１】
その結果、接合材の成分であるＷまたはＭｏはＣｕ厚膜の配線パターンに対し酸化物吸着作用があり、配線パターンにおけるランド部においては接合材との接合界面において配線パターン中の酸化物が吸着されるため、配線パターンにおけるランド部の表面はそれ以外の配線部よりも酸化物が少なくなる。このためランド部と配線部ではハンダ濡れ性に差が生じる。この濡れ性の差により、配線パターンの上にハンダ接合材を配置したときにおいて、ランド部にはハンダ接合材が付き、それ以外の配線部にはハンダ接合材が付きにくい。このように、従来用いていたマスク材（保護ガラス）を用いることなく安定したハンダ付けを行うことができる。
【００１２】
また、前記接合材は、ＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を主成分とし、かつ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つを含有している。よって、Ｃｕ厚膜配線パターン中の酸化物が吸着するとともにＣｕ厚膜配線パターンとの接合が強固なものになる。
【００１３】
さらに、接合材の主成分の混合比率を５０〜９０ｗｔ％とし、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つの混合比率を１０〜５０ｗｔ％とすることにより、最適化が図られる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、接合材はアルミナを含有しているので、アルミナ基板との間での焼成時の焼成収縮の差による応力が緩和される。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、接合材のアルミナの混合比率を他の成分の合計重量に対し３０ｗｔ％以下とすることにより、最適化が図られる。
【００１６】
【実施例】
以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説明する。
図１には高温焼成アルミナ配線基板の断面を示す。アルミナ基板１の上にはＣｕ厚膜の表層配線パターン２，３が形成され、その表層配線パターン２，３の一部をなすランド部（電極接続部）２ａ，３ａの上に電子部品４の電極５ａ，５ｂがハンダ接合材６，７によりハンダ付けされている。
【００１７】
以下、詳細に説明する。
アルミナ基板１は３層のアルミナ層１ａ，１ｂ，１ｃが順に積層された多層基板であって、同アルミナ基板１はアルミナ層１ａ，１ｂ，１ｃを積層した状態で高温で焼成することにより形成したものである。
【００１８】
アルミナ層１ａの上には内層配線パターン８が所定の領域に配置されている。又、アルミナ層１ｂの上には内層配線パターン９ａ，９ｂが所定の領域に配置されている。この内層配線パターン８，９ａ，９ｂはＷおよびＭｏの少なくともいずれか一方を主成分としている。
【００１９】
表層配線パターン２のランド部２ａの形成箇所の下方におけるアルミナ層１ｂにはスルーホール１０が形成されている。このスルーホール１０内には導体１１が充填され、この導体１１にて内層配線パターン８と内層配線パターン９ａとが電気的に接続されている。
【００２０】
又、アルミナ層１ｃにおける表層配線パターン２のランド部２ａの形成箇所にはスルーホール１２が形成されるとともに表層配線パターン３のランド部３ａの形成箇所にはスルーホール１３が形成されている。このスルーホール１２，１３内には導体１４，１５が充填されている。
【００２１】
アルミナ基板１の表面における配線パターン２のランド部２ａの形成箇所、つまり、スルーホール１２の上端開口部の周辺部には、接合材１６が配置されている。又、アルミナ基板１の表面における配線パターン３のランド部３ａの形成箇所、つまり、スルーホール１３の上端開口部の周辺部には接合材１７が配置されている。接合材１６，１７は、ＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を主成分とし、かつ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つを含有している。ここで、接合材１６，１７の成分中、ＷまたはＭｏはＣｕ厚膜配線パターンに対し酸化物吸着作用があり、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒは、Ｃｕ厚膜表層配線パターンに対し接合作用がある。さらに、本実施例においては、接合材１６，１７にはアルミナが含有されており、このアルミナが焼成時の収縮応力緩和作用をする。つまり、アルミナ基板１と接合材との間の焼成収縮率を接近させて焼成時に発生する応力を小さくしている。
【００２２】
接合材１６，１７の上を含むアルミナ基板１の上面には表層配線パターン２，３が形成されている。この表層配線パターン２，３はＣｕ厚膜よりなり、このＣｕ厚膜の配線パターン２，３は、Ｃｕを主成分とし、かつ酸化物を含有している。酸化物としては、酸化銅、ほう珪酸鉛等である。又、接合材１６と配線パターン２とが接合するとともに、接合材１７と配線パターン３とが接合している。このように、表層配線パターン２と内層配線パターン９ａと内層配線パターン８とは接合材１６および導体１４，１１を介して電気的に接続されている。又、表層配線パターン３と内層配線パターン９ｂとは接合材１７および導体１５を介して電気的に接続されている。
【００２３】
尚、表層配線パターン２，３のランド部２ａ，３ａの下の接合材１６，１７の大きさは電子部品４の電極５ａ，５ｂとほぼ同じ大きさであり、ランド部２ａ，３ａは、表層配線パターン２，３を形成するときの印刷精度、基板の寸法精度等を考慮し、接合材１６，１７より大きくなっている。
【００２４】
表層配線パターン２，３のランド部２ａ，３ａの上にはハンダ接合材６，７が配置され、このハンダ接合材６，７により電子部品４の電極５ａ，５ｂがハンダ付けされている。電子部品４はフリップチップＩＣ、コンデンサ、外部端子取り出し用チップ等である。
【００２５】
次に、高温焼成アルミナ配線基板の製造方法を説明する。
図２に示すように、内層配線パターン８を形成したアルミナ層（グリーンシート）１ａと、内層配線パターン９ａ，９ｂおよびスルーホール１０を形成するとともに導体１１を配置したアルミナ層（グリーンシート）１ｂと、スルーホール１２，１３を形成するとともに導体１４，１５および接合材１６，１７を配置したアルミナ層（グリーンシート）１ｃとを用意する。そして、アルミナ層１ａ，１ｂ，１ｃとを積層し、還元雰囲気下（例えば、Ｎ2 ＋Ｈ2 ＋Ｈ2 Ｏ）において１６００℃で焼成する。
【００２６】
そして、図３に示すように、接合材１６，１７の上を含むアルミナ基板１の上に、Ｃｕ厚膜の表層配線パターン２，３を印刷手法で配置し、窒素の非酸化性雰囲気中で焼成して接合材１６，１７と表層配線パターン２，３とを接合する。このとき、Ｃｕ厚膜の表層配線パターン２，３は、Ｃｕを主成分とし、かつ酸化物（酸化銅、ほう珪酸鉛等）を含有しており、表層配線パターン２，３のランド部２ａ，３ａでの接合材１６，１７との接合界面は接合材１６，１７の成分であるＷ，Ｍｏにより表層配線パターン２，３中の酸化物が吸着される。その結果、表層配線パターン２，３のランド部２ａ，３ａの表面は配線部２ｂ，３ｂの表面より酸化物は少なくなっている。
【００２７】
次に、図４に示すように、表層配線パターン２，３の上に印刷法によりハンダ接合材６，７を配置する。ここで、ハンダ接合材６，７としてハンダペースト（粒状のハンダとフラックスと溶剤とを混合したもの）が使用される。
【００２８】
引き続き、図１に示すように、ハンダ接合材６，７の上に電子部品４の電極５ａ，５ｂが接するように配置する。そして、ハンダリフローを行って、表層配線パターン２，３のランド部２ａ，３ａに電子部品４の電極５ａ，５ｂをハンダ接合材６，７によりハンダ付けする。このとき、前述したようにランド部２ａ，３ａの表面は配線部２ｂ，３ｂの表面より酸化物が少なくなっているため、濡れ性がよくなっている。そのため、ランド部２ａ，３ａの表面にのみハンダ接合材６，７が付き、配線部２ｂ，３ｂには広がらない。
【００２９】
表１にはハンダの濡れ性及び接合材とＣｕ厚膜導体の接合強度に関する測定結果を示す。この測定は以下のようして行った。
ハンダ濡れ性は、図５に示すように、Ｃｕ厚膜導体２０にデュポン社製＃９９２２を使用し、そのＣｕ厚膜導体２０上に直径１ｍｍ（＝φ）のハンダボール２１を置き、その上から弱活性フラックス２２を塗布し、図６に示すように、ハンダリフローを行ったときの、ハンダボール２１の径ｄを測定し、次式にてハンダの広がり率を求めた。
【００３０】
ここで、ハンダの広がり率が大きいほどハンダの濡れ性が良好である。
【００３１】
【数１】
0004005649.tif 000002
【００３２】
又、接合強度は、接合材上にデュポン社製＃９９２２により２ｍｍ×２ｍｍ角の大きさのランドを形成し、製品とし、この製品の２ｍｍ角のランドにリード線（線径０．６ｍｍφ）をはんだ付けし、ピール引張法にて測定した。
【００３３】
又、表１のサンプル番号１〜５ではＣｕ厚膜導体２０の下に配置する接合材の組成として、ＷとＩｒとの２成分とし、各混合比率を変えている。つまり、サンプル番号１では、Ｗ；８５ｗｔ％、Ｉｒ；１５ｗｔ％、サンプル番号２ではＷ；６５ｗｔ％、Ｉｒ；３５ｗｔ％、サンプル番号３，５ではＷ；６０ｗｔ％、Ｉｒ；４０ｗｔ％、サンプル番号４ではＷ；５０ｗｔ％、Ｉｒ；５０ｗｔ％としている。又、サンプル番号６，７では接合材の組成として、ＷとＭｏとＩｒとの３成分とし、各混合比率を変えている。つまり、サンプル番号６ではＷ；３５ｗｔ％、Ｍｏ；３０ｗｔ％、Ｉｒ；３５ｗｔ％、サンプル番号７ではＷ；２０ｗｔ％、Ｍｏ；４５ｗｔ％、Ｉｒ；３５ｗｔ％としている。さらに、サンプル番号８〜１１では接合材の組成として、Ｗと他の一種類の金属成分との２成分とし、各金属成分を変えている。つまり、サンプル番号８ではＰｔを３５ｗｔ％含有し、サンプル番号９ではＮｉを３０ｗｔ％含有し、サンプル番号１０ではＴｉを３５ｗｔ％含有し、サンプル番号１１ではＣｒを３５ｗｔ％含有している。一方、比較例としてのサンプル番号１２では接合材を用いない。
【００３４】
【表１】
0004005649.tif 000003
【００３５】
この表１から、サンプル番号１２のハンダ広がり率が６５％であるのに対し、サンプル番号１〜１１におけるハンダ広がり率が１２０〜１４０％であり、接合材がある方がＣｕ厚膜導体表面のハンダの濡れ性は、約２倍優れていることが分かる。このハンダの濡れ性の差を利用した、電子部品のハンダ付けリフローにおいて、ハンダの濡れのよいランド部にのみハンダが付き、配線部には、ハンダが付かなくなる。この作用により、ハンダ付け面積およびハンダ量を所望の値にすることが可能となり、安定した部品組付けができる。
【００３６】
尚、ハンダ付けリフローにおいて、リフロー温度プロファイル（加熱炉での基板の通過条件；例えば、温度や速度等）、または、リフロー雰囲気（ガスの種類や酸素濃度等）、ハンダ材料（Ｓｎ成分またはフラックス含有率、活性材等）を最適化し、配線部にハンダが濡れない条件で行うものとする。
【００３７】
これにより、従来、保護ガラスによりランド部と配線部とを分離していたが、ランド部の大きさのバラツキを生じさせる保護ガラスの廃止ができ、安定したハンダ付けができる。
【００３８】
又、表１において、接合材は、ＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を主成分としており、かつ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つを含有しているが、主成分の混合比率を４０〜９０ｗｔ％とし、かつ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つの混合比率を１０〜６０ｗｔ％とするのが望ましい。この範囲とすることにより、ＷまたはＭｏによるＣｕ厚膜配線パターン中の酸化物の吸着性を確保することができるとともにＩｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，ＣｒによるＣｕ厚膜配線パターンとの接合強度を確保することができる。
【００３９】
又、表１において、接合材にアルミナを含有した場合（サンプル番号１，３，５）も示している。アルミナの混合比率は、それ以外の成分の合計値を基準とし、それに対する重量％で示している。そして、接合材にアルミナを含有することにより、アルミナが焼成収縮応力緩和材として機能して、アルミナ基板１との間での収縮率の差による応力の悪影響を極力少なくすることができる。しかし、アルミナの混合比率を高くしすぎると電気的導通性を確保することが難しくなるので、３０ｗｔ％以下にするのが望ましい。
【００４０】
さらに、表１に示すように、Ｉｒを添加することにより接合強度性に優れていることが確認できた。
このように本実施例では、アルミナ基板１上におけるランド部２ａ，３ａの形成箇所に、ＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を含有した接合材１６，１７が配置されるとともに、この接合材１６，１７の上に配線パターン２，３が接合され、さらに、その上に電子部品４の電極５ａ，５ｂがハンダ接合材６，７にてハンダ付けされている。よって、接合材１６，１７の成分であるＷまたはＭｏはＣｕ厚膜の配線パターン２，３に対し酸化物吸着作用があり、配線パターン２，３におけるランド部２ａ，３ａにおいては接合材１６，１７との接合界面において配線パターン２，３中の酸化物が吸着されるため、配線パターン２，３におけるランド部２ａ，３ａの表面はそれ以外の配線部２ｂ，３ｂよりも酸化物が少なくなる。このためランド部２ａ，３ａと配線部２ｂ，３ｂではハンダ濡れ性に差が生じる。この濡れ性の差により、配線パターン２，３の上にハンダ接合材６，７を配置したときにおいて、ランド部２ａ，３ａにはハンダが付き、それ以外の配線部２ｂ，３ｂにはハンダが付きにくい。このように、従来用いていたマスク材としての保護ガラスを用いることなく安定したハンダ付けを行うことができる。
【００４１】
又、接合材１６，１７は、ＷまたはＭｏの少なくともいずれか一方を主成分とし、かつ、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つを含有しているので、Ｃｕ厚膜配線パターン中の酸化物を吸着させることができるとともにＣｕ厚膜配線パターンとの接合を強固にできる。
【００４２】
さらに、接合材１６，１７の主成分の混合比率を４０〜９０ｗｔ％とし、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒの少なくともいずれか一つの混合比率を１０〜６０ｗｔ％とすることにより、最適化を図ることができる。
【００４３】
さらには、接合材１６，１７にアルミナを含有することにより、アルミナ基板１との間での応力を緩和することができる。このとき、アルミナの混合比率を、他の成分の合計重量に対し３０ｗｔ％以下とすることにより、最適化することができる。
【００４４】
この発明の他の態様として、図７のように、内層配線用スルーホール径ｄ１が、電子部品４の電極５ａ，５ｂの径ｄ２より大きい場合（例えば、電流容量が必要なため、スルーホール径を大きくする必要がある場合）や電子部品４の電極５ａ，５ｂの径ｄ２がスルーホール径の最小値よりも小さい場合には、スルーホール内層導体１４，１５と配線パターン２，３とを接合材１６ｂ，１７ｂで接合するとともにランド部２ａ，３ａとアルミナ基板１との間に接合材１６ａ，１７ａを設けた構造としてもよい。この場合、接合材１６ａと１６ｂの間隔、および接合材１７ａと１７ｂの間隔を一定以上とする必要がある。
【００４５】
又、上記構成において、内層配線パターンがなく、アルミナ基板１上に電子部品４の所望のハンダ付け面積と同等の大きさの接合材を設け、その上にＣｕ厚膜配線パターン（ランド部）を配置してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように各請求項に記載の発明によれば、配線パターンにおける所望のランド部にハンダ接合材を確実に配置して安定したハンダ付けを行うことができる優れた効果を発揮する。
【００４７】
また、Ｃｕ厚膜配線パターン中の酸化物を吸着させることができるとともにＣｕ厚膜配線パターンとの接合強度を強固にできる。
【００４８】
さらに、最適化を図ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、アルミナ基板との間での応力を緩和することができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の高温焼成アルミナ配線基板の断面図。
【図２】高温焼成アルミナ配線基板の製造工程を説明するための断面図。
【図３】高温焼成アルミナ配線基板の製造工程を説明するための断面図。
【図４】高温焼成アルミナ配線基板の製造工程を説明するための断面図。
【図５】濡れ性の測定方法を説明するための断面図。
【図６】濡れ性の測定方法を説明するための断面図。
【図７】別例の高温焼成アルミナ配線基板の断面図。
【図８】従来の高温焼成アルミナ配線基板の断面図。
【図９】高温焼成アルミナ配線基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１０】高温焼成アルミナ配線基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１１】高温焼成アルミナ配線基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１２】高温焼成アルミナ配線基板の平面図。
【符号の説明】
１…アルミナ基板、２，３…表層配線パターン、２ａ，３ａ…ランド部、４…電子部品、５ａ，５ｂ…電極、６，７…ハンダ接合材、８，９…内層配線パターン、１６，１７…接合材。
【図１】
0004005649.tif 000004
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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