(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の電極がボンディングワイヤを介して接続される配線層を有する配線基板であって、前記配線層のうち少なくとも半導体素子の電極がボンディングワイヤを介して接続される領域の表面に、厚さが３．０μｍ以上のニッケル層、厚さが１μｍ乃至３μｍの銅層、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍの金層を順次被着させたことを特徴とする配線基板。
【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半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板、例えば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に使用される配線基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体から成り、上面に半導体素子を収容するための凹部が形成された絶縁基体と、凹部周辺から絶縁基体の下面に導出するタングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る配線層とから構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導体素子を熱硬化性樹脂やガラス、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに半導体素子の各電極を配線層にボンディングワイヤを介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体上面に金属から成る蓋体を接合し、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に半導体素子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となる。
【０００３】
かかる半導体装置は、絶縁基体の下面に導出している配線層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、同時に容器内部に収容される半導体素子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、上述の半導体素子収納用パッケージ等に用いられる配線基板は、タングステン等の高融点金属粉末から成る配線層の酸化腐蝕を有効に防止するために、また配線層とボンディングワイヤとの接続及び配線層と外部電気回路基板の配線基板の配線導体との接続を良好とするために、配線層の露出表面には一般に耐蝕性に優れ、かつボンディングワイヤや半田等との接合性に優れる金層がめっき法等により被着されている。
【０００５】
しかしながら、タングステン等の高融点金属粉末から成る配線層は金層に対する被着強度が低く、配線層に金層を直接被着させた後、金層にわずかな外力が印加されても金層が配線層から容易に剥離してしまい、その結果、配線層の長期間にわたる酸化腐蝕の防止が不可となるとともに配線層とボンディングワイヤとの接続並びに配線層と外部電気回路基板の配線導体との接続が破れ、半導体素子の外部電気回路への電気的接続の信頼性が低くなるという欠点を有していた。
【０００６】
そこで上記欠点を解消するために従来はタングステン等の高融点金属粉末からなる配線層と金層との間に、両層に対して強固に被着接合するニッケルからなる金属層を介在させることが行われている。
【０００７】
かかるニッケルからなる金属層をタングステン等の高融点金属粉末からなる配線層と金層との間に介在させた配線基板は、ニッケルからなる金属層によって金層が配線層上に強固に被着し、その結果、金層に外力が印加されても金層が配線層より剥がれることはなく、これによって配線層の酸化腐蝕を長期間にわたって防止することができるとともに配線層と外部電気回路基板の配線導体との接続を高信頼性のものとすることができる。
【０００８】
なお、この場合、金層はその厚みが薄いと絶縁基体の凹部底面に半導体素子を樹脂やガラス、ロウ材等の接着材を介して接着固定する際、接着材を溶融や熱硬化させるための熱によってニッケルからなる金属層の一部が金層の表面に移動拡散し、これが酸化されて金層表面に金属に対し接合性の悪い酸化ニッケルが多量に形成されて配線層にボンディングワイヤ等を強固に接続させることが不可となることから通常、金層はその厚さが１μｍ以上の厚いものに形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金層の厚みを厚くした配線基板は金が柔らかい金属であることから配線層に超音波ボンディング法等の方法を採用することによってボンディングワイヤを接合させる際、超音波エネルギーが、柔らかく、厚い金層で吸収され、その結果、配線層にボンディングワイヤを介して半導体素子の各電極を確実、強固に電気的接続することができないという欠点が誘発してしまう。
【００１０】
またボンディングワイヤがアルミニウムでできている場合、金とアルミニウムの拡散速度の差に起因する周知のカーケンドール効果によって、金層とアルミニウムからなるボンディングワイヤとの界面に空洞が生じ、ボンディングワイヤの接合強度が大きく低下したり、外れてしまったりするという欠点も誘発される。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は半導体素子の各電極をボンディングワイヤを介して所定の配線層に強固に接続させ、且つ配線層を介して半導体素子に電気信号を確実、且つ正確に出し入れすることができる配線基板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、半導体素子の電極がボンディングワイヤを介して接続される配線層を有する配線基板であって、前記配線層のうち少なくとも半導体素子の電極がボンディングワイヤを介して接続される領域の表面に、厚さが３．０μｍ以上のニッケル層、厚さが１μｍ乃至３μｍの銅層、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍの金層を順次被着させたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の配線基板によれば、配線層のうち少なくとも半導体素子の電極がボンディングワイヤを介して接続される領域の表面に、厚さが３．０μｍ以上のニッケル層、厚さが１μｍ乃至３μｍの銅層、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍの金層を順次被着させ、最表面の金層を薄くしたことから、配線層に超音波ボンディング法等の方法を採用することによってボンディングワイヤを接合させる際、超音波エネルギーが金層に吸収されることはなく、ボンディングワイヤを配線層に確実、強固に接続させることができる。
【００１４】
また同時にボンディングワイヤがアルミニウムでできているとしても金層が薄いことから金層とアルミニウムからなるボンディングワイヤとの界面に空洞が生じることはなく、ボンディングワイヤを配線層に確実、強固に電気的接続することができる。
【００１５】
更に本発明の配線基板によれば、ニッケル層と金層との間に銅層を介在させたことから、ニッケル層に金層を強固に接着することができるとともにニッケル層の一部が金層の表面に移動拡散するのが有効に防止され、その結果、配線層にボンディングワイヤを極めて強固に電気的接続することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１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場合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は配線層である。この絶縁基体１と配線層２とで半導体素子３を搭載収容するための配線基板４が構成される。
【００１７】
前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミック焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子３を搭載収容するための凹部１ａを有し、該凹部１ａ底面には半導体素子３がガラスや樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定される。
【００１８】
前記絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなすとともに該セラミックスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術を採用してシート状となすことによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、前記セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともにこれを複数枚積層し、最後に前記積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
また前記絶縁基体１は、その凹部１ａ周辺から下面にかけて多数の配線層２が被着形成されており、これら配線層２の凹部１ａ周辺部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続され、また絶縁基体１下面に導出された部位は外部電気回路基板の配線導体に半田等を介して電気的に接続される。
【００１９】
前記配線層２は収容される半導体素子３の各電極を外部電気回路に接続する作用をなし、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成り、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー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の凹部１ａ周辺から下面にかけて被着される。
【００２０】
また前記配線層２は図２に示すように、少なくとも半導体素子の電極がボンディングワイヤ５を介して接続される領域の表面に、厚さが３．０μｍ以上のニッケル層６、厚さが１μｍ乃至３μｍの銅層７、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍの金層８が順次被着されている。
【００２１】
前記ニッケル層６は、配線層２及び銅層７のいずれとも密着性に優れることから、配線層２の表面に銅層７を強固に接合させるための下地層として作用する。
【００２２】
前記ニッケル層６は、無電解めっき法または電解めっき法によって形成され、例えば、無電解めっき法により形成される場合であれば、硫酸ニッケル２０〜４０グラム／リットル、コハク酸ナトリウム４０〜６０グラム／リットル、ホウ酸２５〜３５グラム／リットル、塩化アンモニウム２５〜３５グラム／リットル、ジメチルアミンボラン２．５〜４．５グラム／リットル等から成る無電解ニッケルめっき液を準備するとともに、配線層２の露出面を脱脂、酸処理した後、触媒剤を含有する溶液に浸漬して活性処理をし、しかる後、配線層２の露出面を６０〜６５℃に設定された前記無電解ニッケルめっき液中に約３０分間以上浸漬させることによって配線層２の露出表面に所定厚みに被着される。
【００２３】
なお、前記ニッケル層６は、その厚みが３μｍ未満となると、配線層２を完全に被覆することができず、銅層７を配線層２の表面に強固に被着させることができなくなってしまう。従って、前記ニッケル層６はその厚さを３μｍ以上とすることに特定される。
【００２４】
また前記ニッケル層６はその表面に銅層７が１μｍ乃至３μｍの厚みに被着されており、該銅層７はニッケル層６に金層8 を強固に被着させるとともにニッケル層６の一部が金層８の表面に移動拡散するのを有効に防止する作用をなし、これによって金層８の表面に金属に対し接合性の悪い酸化ニッケルが形成されることはなく、配線層２にボンディングワイヤ５を確実に電気的接続することが可能となる。
【００２５】
前記銅層７は、電解めっき法や無電解めっき法により形成され、例えば、硫酸銅１０ｇ／リットル、ＥＤＴＡ−２Ｎａ３０ｇ／リットル、ホルムアルデヒド（３７％液）３ｃｃ／リットル、および若干のビピリジルおよびポリエチレングリコール等から成る無電解銅めっき液を準備するとともに、前記ニッケル層６の露出面を脱脂、酸処理した後、ニッケル層６の露出面を前記無電解銅めっき液中に約１０〜３０分間浸漬させることによってニッケル層６の露出面に１〜３μｍの所定厚みに被着される。
【００２６】
前記銅層７は、その厚みが１μｍ未満と薄い場合、ニッケル層６の一部が金層８に移動拡散するのを有効に防止することができず、また３μｍを超える厚いものとなるとボンディングワイヤ５を配線層２に超音波ボンディング法等の方法を採用することによって接合させる際、銅層７が超音波エネルギーの一部を吸収してボンディングワイヤ５を配線層２に強固に接合することができなくなり、同時にめっき法によって形成する際に銅層７の内部に大きな応力が内在し、この応力によって配線層２の絶縁基体１に対する被着の信頼性が低下してしまう。従って、前記銅層７はその厚さが１μｍ乃至３μｍの範囲に特定される。
【００２７】
更に前記銅層７はその表面に金層８が０．０５μｍ乃至０．３μｍの厚みに被着されている。
【００２８】
前記金層８は配線層２（実際には配線層２と該配線層２の表面に被着されているニッケル層６及び銅層７）の酸化腐蝕を有効に防止するとともに配線層２に対するボンディングワイヤ５の接合性を向上させる作用をなし、電解めっき法や無電解めっき法により形成され、例えば、水酸化カリウム２０〜４０グラム／リットル、エチレンジアミン四酢酸３０〜５０グラム／リットル、リン酸二水素カリウム１５〜４５グラム／リットル、シアン化カリウム０．０１〜０．１グラム／リットル、シアン化金カリウム１〜４グラム／リットル等から成る金めっき液（液温：８５〜９５℃）を準備し、前記銅層７の露出面を脱脂、酸処理した後、銅層７の露出面を前記無電解金めっき液中に約５．５〜１５分間浸漬させることによって銅層７の露出面に０．０５μｍ〜０．３μｍの厚みに被着される。
【００２９】
前記金層８はその厚みが０．０５μｍ〜０．３μｍと薄いことから配線層２に超音波ボンディング法等の方法を採用することによってボンディングワイヤ５を接合させる際、超音波エネルギーが金層８に吸収されることはなく、ボンディングワイヤ５を配線層２に確実、強固に接続させることができる。
【００３０】
また同時に金層８が薄いことからボンディングワイヤ５がアルミニウムでできているとしても金層８が薄いことから金層８とアルミニウムからなるボンディングワイヤ５との界面にカーケンドール効果による空洞が形成されることはほとんどなく、これによってボンディングワイヤ５を配線層２に確実、強固に電気的接続することができる。
【００３１】
なお、前記金層８はその厚さが０．０５μｍ未満となると、配線層２（実際には配線層２と該配線層２の表面に被着されているニッケル層６及び銅層７）の酸化腐蝕を有効に防止することができず、また０．３μｍを超えて厚くすると配線層２に超音波ボンディング法等の方法を採用することによってボンディングワイヤ５を接合させる際、超音波エネルギーが金層８に吸収されて配線層２にボンディングワイヤ５を強固に電気的接続することができず、同時にボンディングワイヤ５がアルミニウムでできている場合、金層８とアルミニウムからなるボンディングワイヤ５との界面にカーケンドール効果による空洞が形成されてボンディングワイヤ５の配線層２への電気的接続の信頼性が大きく低下してしまう。従って、前記金層８はその厚さが０．０５乃至０．３μｍの範囲に特定される。
【００３２】
かくして本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をガラスや樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともにこの半導体素子３の各電極を配線層２にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、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させ、絶縁基体１と蓋体９とから成る容器内部に半導体素子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。
【００３３】
なお、本発明の配線基板は上述の実施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り、例えば、上述の実施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。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、配線層のうち少なくとも半導体素子の電極がボンディングワイヤを介して接続される領域の表面に、厚さが３．０μｍ以上のニッケル層、厚さが１μｍ乃至３μｍの銅層、厚さが０．０５μｍ乃至０．３μｍの金層を順次被着させ、最表面の金層を薄くしたことから、配線層に超音波ボンディング法等の方法を採用することによってボンディングワイヤを接合させる際、超音波エネルギーが金層に吸収されることはなく、ボンディングワイヤを配線層に確実、強固に接続させることができる。
【００３５】
また同時にボンディングワイヤがアルミニウムでできているとしても金層が薄いことから金層とアルミニウムからなるボンディングワイヤとの界面に空洞が生じることはなく、ボンディングワイヤを配線層に確実、強固に電気的接続することができる。
【００３６】
更に本発明の配線基板によれば、ニッケル層と金層との間に銅層を介在させたことから、ニッケル層に金層を強固に接着することができるとともにニッケル層の一部が金層の表面に移動拡散するのが有効に防止され、その結果、配線層にボンディングワイヤを極めて強固に電気的接続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の要部拡大図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
２・・・・配線層
３・・・・半導体素子
４・・・・配線基板
５・・・・ボンディングワイヤ
６・・・・ニッケル層
７・・・・銅層
８・・・・金層
９・・・・蓋体
【図１】
0004109391.tif 000002
【図２】
0004109391.tif 000003