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    公开号:WO1992015117A1
    申请号:PCT/JP1992/000198
    申请日:1992-02-24
    公开日:1992-09-03
    发明作者:Keizo Harada；Takatoshi Takikawa；Takao Maeda；Shunsuke Ban；Shosaku Yamanaka
    申请人:Sumitomo Electric Industries, Ltd.；
    IPC主号:H05K1-00
    专利说明:
    [0001] 明 柳
    [0002] 配 線 基 板
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本 願発 明 は 、 半 導 体 素 子 等 の 電 気 素 子 を 搭載 す る 配線 基板 に 関 す る も の で あ る 背 景 技 術
    [0005] 半 導 体 素 子 等 の 機 能 素 子 を 舍 む 信 号 用 も し く は 電源系 配 線 を 具 備 し た 製 品 と し て は 、 ノヽ ィ ブ 'ン ド I c や 各種 I C ノ、' ッ ケ ー ジ な ど 数 多 く の も の が あ る 。 最近 で は 、 リ ー ド フ レ ー ム お よ び 樹 脂 封 止 を 用 い た 自 動 化 が容 易 で 低 コ ス ト な い わ ゆ る ブ ラ ス チ ッ ク パ ッ ケ ー ジ の 内 部 に 、 ス ク リ ー ン 印尿 IJ法 で A g — P d 系 配 線 を 形成 し て あ る ア ル ミ ナ 配 線 基板 も し く は プ リ ン ト 配線 基板 を 搭 載 し て 複数素 子 の 搭 載 を 可 能 な ら し め た 製 品 も 開 発 さ れ て い る 半 導 体 装 置 は よ り 一層 の 高 集 積 化 、 軽 薄 短 小 化 低 コ ス ト 化 の 方 向 に 進 ん で い る こ と か ら 、 こ れ ら の 要 求 に 対 応 し う る ブ ラ ス チ ッ ク ノ、' ッ ケ ー ジ 内 蔵 用 配 線 基 板 が 求 め ら れ て い る 。 と こ ろ が 、 先 に 挙 げた ア ル ミ ナ 配線基板 は、 配線 の 微細化 に よ る 高 密度化や薄型化が困難で あ る 。 プ リ ン ト 配線基板 も 同様 に 配線 の 微細化 に よ る 高密度化が難 し い 。 ま た 、 こ の プ リ ン ト 配線基板 は、 素子搭載時、 特 に 、 ワ イ ヤ ボ ン デ ィ ン グ時に 接着剤 が軟化 す る と 云 う 問題があ る 。 そ こ で 、 本発明 は こ れ等 の 問題 点を 解決 し て上記 の 要求 に 応え る こ と を 可能 な ら め た 配線基板を 提供 し よ う と す る も の で あ る 発明 の 開示
    [0006] 本発明 の 配線基板 は、 上記 の 課題を解決す る た め 、 リ ー ド フ レ ー ム 材料等 か ら 成 る 金属板 の 表面 に 薄膜 の 誘電体層 を 設 け、 こ の 誘電体層 の 表面 ま た は金属板 の 露出 面を 電気素子搭載面 と し 、 かつ そ の 誘導体層上 に 信号用 及 び Z も し く は電源系 の 配線層 を 設 け る 。 そ し て 更 に 誘電体上 の配線層 に つ い て は、 （ 1 ) ア ル ミ の 導電層 、 ク ロ ム 又 は チ タ ン も し く は こ れ等 の 積層 物 か ら 成 る 接着層 、 二 ' ケ ル又 は銅 も し く こ れ等 の 積層 物 力、 ら 成 る 拡 散 バ リ ア 層 、 金 か ら 成 る 腐食防止兼 ワ イ ヤ 接合層 を 気相 蒸着法 も し く は メ ツ キ 法 で 順 に 積層 し た 構 造。 （ 2 ) ク ロ ム 、 ア ル ミ 又 は チ タ ン の 単体 も し く は そ れ等 の 中 の 少 な く と も 2 種 の 積層 物 か ら 成 る 接着層 、 銅か ら 成 る 導電層 、 金か ら 成 る 腐 食防 止兼 ワ イ ヤ 接合層 を 気相 蒸着法 も し く は メ ツ キ 法 で 順 に 積層 し た 構造。 （ 3 ) ア ル ミ の 導電層 、 二 ツ ゲ ルか ら 成 る 拡散 バ リ ア 層 、 金 か ら 成 る 腐食防 止兼 ワ イ ヤ 接合層 を 気相 蒸着法 も し く は メ ツ キ 法 で 順 に 積層 し た 構造 の い ずれか を 採用 す る 。
    [0007] 配線層 に 用 い た ア ル ミ 又 は 銅 は安価 な 金属 で あ る 。 一般的 に 薄膜配線 に 用 い ら れ る 材料 と し て は 金 が あ る が、 そ の 原料 コ ス ト は貴金属 で あ る た め か な り 高 く つ く 。 ま た 、 こ の よ う に 、 ア ル ミ や銅 を 導電層 と し て 用 い る こ と で 、 基板 の 原料 コ ス ト は 大幅 に 滅 じ ら れ る が、 樹脂封止形態 で は 樹脂 の 吸湿性か ら ア ル ミ 、 銅 の 場合配線腐 食 を 起 こ し 易 い
    [0008] ま た 、 一般 に 良 く 用 い ら れ る 金 ワ イ ヤ ボ ン デ ィ ン グ結線 で は 、 金 一 ア ル ミ 間 で 熱 に よ る 拡散 に よ り 金属間化合物 が生成 し 電気抵抗増 、 結線部 の 強 度劣化 を 招 き や す い 。 ま た 、 金一銅 の 場合 に は、 ボ ン デ ィ ン グ性が良 く な い 。 そ の 上、 銅配線層 は 誘導体層 に対す る 密着性 に 劣 る こ と か ら 配線部 の 剝難等 も 生 じ 易 い 。
    [0009] そ こ で本発明 で は、 配線腐食防止及び金 ワ イ ヤ ボ ン デ ィ ン グ時の 接着性改善 （ 化合物形成防止 ） の た め 、 導電層 で あ る ア ル ミ 上 に 、 接着層 と し て ク ロ ム 、 チ タ ン の い ず れか又 は そ れ等 を 積層 し た も の を 設 け、 こ の 上 に 拡散ノ リ ア 層 と し て の ニ ッ ケ ル、 銅の 単体や積層 物、 更 に こ の 上 に 金層 を 設 け る 配線構造や、 導電層 で あ る ア ル ミ 上 に 、 拡散 バ リ ア 層 と し て の ニ ッ ケ ル 、 更 に こ の 上 に 金層 を 設 け る 配線構造を と る こ と に よ り 問題解決 を 図 つ た 。 ま た 、 導電層 を 銅で 形成す る も の に つ い て は 誘電体層上 に ク ロ ム 、 ア ル ミ 、 又 は チ タ ン の 単体 も し く は そ れ等 の 積層 物か ら 成 る 接着層 ノ銅 の 導 電層 Z腐 食防止兼 ワ イ ヤ ボ ン デ ィ ン グ用 の 金層 を 順 に 積層 し て 設 け る こ と て 上記 の 問題解決 を 図 つ た 。 配線形成 の 手法 と し て 、 気相 蒸着法 も し く は メ ツ キ 法を 用 い た の は、 こ れ等 の 方法 に よ る 薄膜 は微細 化 に 適 し て お り 、 ス ク リ ー ン 印刷法 で は困 難 な 配線幅 1 0 0 m 以下 を 比較的容易 に 実現 で き る か ら で あ る
    [0010] ア ル ミ 又 は 銅 の 膜厚 は 、 導電性 を 考盧 す る と 概 ね 1 0 Ο πι Ω ノ m m 以下 の 配線 が必要 で あ る の で 比較的厚 い 5 // m 以上 を 要 す る が、 そ の 量産性 は 非常 に 高 く 実績が あ る 。
    [0011] 接着層 は 、 ア ル ミ の 導電層 と 拡散 バ リ ア 層 又 は 銅 の 導電層 と 誘導体層 の 密着性 を 高 め る た め の も の で あ る 。 こ の 接着層 の 膜厚 は 、 指定 さ れ た 金属 を 単体で 用 い る 場合、 積層 し て 用 い る 場合 と も 0 . O l i/ m 以上、 0 . 5 / m 以下で あ る こ と が望 ま し い 。 0 . 0 1 // m 以下で は十分 な 接着効果 を 得 に く く 、 0 . 5 // m 以上 で は薄膜形成 に 要 す る コ ス ト が上昇 す る 。
    [0012] 拡散 バ リ ア 層 と な る ニ ッ ケ ル 、 銅 又 は そ れ等 の 積層 物 の 膜厚 は 0 . 0 5 111 以上、 5 m 以下 で 十 分 で あ る の 層 の 膜厚 力く 0 . 0 5 / m 以下 で は 拡散 バ リ ア の 効果 が さ ほ ど 認 め ら れ ず、 ま た -. 5 m 以上 で は 薄膜形成 に 要 す る コ ス ト が上昇 す る の で あ ま り 好 ま し く な い 。
    [0013] 金層 の 膜厚 は、 0 . 0 5 111 以上 0 . 5 m 以 下で あ る こ と が好 ま し い 。 こ の 金 の 膜厚力く 0 . 0 5 ^ m 以下で は 、 腐食防止 お よ び ワ イ ヤ ボ ン デ ィ ン グ性 の 向上 に つ い て 充分 な 効果が認 め ら れず、 ま た 0 . 5 Hi 以上 で は 金 の 原料 コ ス ト が高 く つ き 、 製品 と し て の コ ス ト 上昇 を 招 く た め 好 ま し く な い 。
    [0014] 以上述べ た 内容 に よ り 微細配線 を 有 し 、 かつ樹 ί o 脂封止形態 に 於 い て も 十分 な 信頼性 を 有す る 配線 基板 を 提供で き る が、 金属基板上 の 誘電体層 と し て ア ル ミ ナ 等 の 無機誘電体薄膜 を 直接形成 す る こ と に よ り 、 非常 に 薄 い 表面実装型 の フ ラ ッ ト バ ッ ケ ー ジ を 実現で き る 。 ま た 、 プ リ ン ト 配線基板 の よ う に 接着剤軟化 に よ る 実装信頼性 の 低下を 招 恐 れ も な し 図面 の 簡単 な 説 明 - 第 1 図 は 、 本発 明 の 配線基板 C 一例 を 示 す斜視 図で あ り 、 第 2 図 は 本発 明 Ο 配線基板 を 用 い た 半 導体装置 の 一例 を 示 す 図 で あ る 発 明 を 実施 す る た め の 最良 の 形態
    [0015] 図 に 本発 明 の 配線基板 の 1 実施例 を 示 す 。
    [0016] 図 の 1 は 、 ベ ー ス に な る 金属板 、 2 は 1 の 表 面 上 に 直接形成 し た 薄 い 誘電体 、 3 は 2 上 に 形成 し た V c c 配線、 4 は 同 じ く 2 上 に 形成 し た G N D 配線、 5 は 2 上 に 形成 し た 信号 （ I ノ 0 ) 用 配 線 で あ り 、 G N D 配線 4 は 誘電体 を 一部切 り 欠 い て こ の 部分 で 一端 を 金属板 1 に 接続 し て い る 。 6 は
    [0017] V c c 外部 リ ー ド 、 7 は G N D 外部 リ ー ド で あ る 3 、 4 、 5 の 各配線 は 、 （ l ) A Z C r 、 T i 又 は そ れ等 の 積層 物 Z N i 、 C u 又 は そ れ等 の 積 層 物 Z A u を 順 に 積層 し た も の 、 （ 2 ) C r 、 A £ 又 は T i の 単体 も し く は そ れ等 の 中 の 少 な く と も 2 種 の 金属 の 積層 物 Z C u / A £ を 順 に 積層 し た も の 、 （ 3 ) A £ ノ N A u を 順 に 積層 し た も の の ど れ か で あ る が 、 い ず れ に し て も れ : 膜 配 線 で あ る
    [0018] 誘 電体 2 上 に 搭載 し た 半導 体素子 8 の 電 源用 電 極 は ボ ン デ ィ ン グ ワ イ ヤ 9 を 介 し て V c c 配線 3 に 接続 さ れ、 接地用 電極 は 同 じ く ボ ン デ ィ ン グ ヮ ィ ャ 9 で G N D 配線 4 に 接続 さ れ る 。 ま た 、 V c c 配線 3 は V c c 外部 リ ー ド 6 に 、 G N D 配線 4 は G N D 外部 リ ー ド 7 に 各 々 ボ ン デ ィ ン グ ワ イ ヤ 9 を 用 い て接続 さ れ る 。 一方、 素子 8 の 信号用 電 極 は、 最終的 に は 6 、 7 の リ ー ド と 同様 の 形態を 有す る 信号用 外部 リ ー ド （ 図示せ ず ） に 接続す る が、 図 の よ う に 信号用 配線 5 を 設 け る 場合 に は少 な く と も 一部 の 信号用 電極 は配線 5 経由 で 外部 リ 一 ド に 接続す る 。
    [0019] こ の よ う に し て お く と 、 1 と 3 及び 5 と 3 の 間 は 直流電源 に 対 し て 誘電体 2 が絶緣層 と な っ て 絶 緣 さ れ る の で 、 1 と 3 が電極 と な っ て V c c 配線 3 の 形成域 の 全域 に バ イ パ ス コ ン デ ン ザ が作 り 出 さ れ、 素子 8 に 対す る 素子 ス ィ ツ チ ン グ時 の ノ ィ ズ の 侵入が防止 さ れ る 。
    [0020] 以下 に よ り 詳細 な 実施例 に つ い て 述べ る 。
    [0021] ( 実験例 1 )
    [0022] 図 1 で 說明 し た ご と き 本発 明 の 配線基板 に 半導 体 素 子 と し て C M 0 S デ ィ ジ タ ル ロ ジ ッ ク I C を 搭 載 し 、 図 2 に 示 す 表 面 実 装 型 で あ る 樹 脂 封 止 の 1 3 2 ビ ン プ ラ ス チ ッ ク フ ラ ッ ト ノ、 ' ッ ケ ー ジ （ P
    [0023] Q F P ) 1 0 を 作 製 し た の ハ' 'ン ケ ー ジ の プ フ ス チ ッ ク ボ デ ィ 1 1 の 大 き さ は 2 4 X 2 4 X 4 mm で あ り 、 外 部 リ ー ド ビ ン の 一 辺 の 数 は 3 3 本 、 ビ ン ビ ツ チ は 0 . 6 4 m mで あ っ た 。 ま た 、 図 1 及 び 図 2 の 3 に 相 当 す る V c c 配 線 の 面 積 は 、 ボ ン デ ィ ン グ ワ イ ヤ 9 に よ る 結線 を 無 理 な く 行 う た め 4
    [0024] 0 mm2 を 確 保 し た の 配 線 面 積 が誘電 体 に よ る バ イ パ ス コ ン デ ン サ の 実質 的 な 電 極 面 積 と な る 。
    [0025] こ こ で 用 い た I C は 、 ノ ' イ ノ、' ス コ ン デ ン サ と し て 5 0 0 P F 程 度 以 上 の 容 量 を 必 要 と す る 。 そ こ で 、 配 線層 を 、 A 導 電層 / 接 着 層 バ リ ア 層 / A u 層 で 構 成 す る も の に つ い て 表 1 に 示 す 構 成 の 7 種 類 の 配 線 基 板 を 、 ま た 、 配 線 層 を 、 接 着 層 ノ C u 導 電 層 Z A u 層 で 構 成 す る も の に つ い て 表 2 に 示 す 9 種 類 の 配 線 基 板 を 、 さ ら に 、 配 線 層 を 、
    [0026] A £ 導 電 層 、 リ ア 層 ，/ A u 層 で 構 成 す る も の に つ い て 表 3 に 示 す 7 種 類 の 配 線 基 板 を 各 々 作 0 成 し 、 組立て 前 に そ の 性能 を 評価 し た
    [0027] 【表 1】
    [0028]
    [0029] 【表 2】
    [0030]
    [0031]
    [0032] ； Ti0.2 /m/Cr 0.1 μτ ： 5fi |0.1 μπι ', Μζ 035 ' m； 42^0.25nm 【表 3】
    [0033] そ の 結 果 、 こ れ 等 の 試 作 基 板 の う ち 誘 導 体 層 に
    [0034] A I z 0 3 を 用 い た ① 〜 ⑩ の 基板 は い ず れ も 電 気 容量 が約 4 9 0 P F で あ り 、 S i 0 2 を 用 い た ㉑ 〜 ® の 基 板 の 電 気 容 量 は 4 8 0 p F で あ っ た 。
    [0035] ま た 、 こ れ 等 の 基 板 を 使 っ て 作 ら れ た P Q F P は 、 全 試 作 品 と も 、 C M 0 S デ ィ ジ タ ノレ ロ ジ ッ ク I C の 同 時 ス ィ ツ チ ン グ 数 を 増 加 さ せ て も 特 に 問 題 と な る よ う な 信 号 （ I 0 ) ノ イ ズ 波 形 は 現 れ ず 、 配 線 基 板 が 正 常 に 機 能 す る こ と を 確 認 で き た 次 に 、 信 頼 性 評 価 の た め 、 1 5 0 て 、 1 0 0 0 時 間 の 高 温 放 置 試 験 を 実 施 し た あ と 、 上 記 試 作 品 の特性評価を 再度行 っ た と こ ろ 、 ②〜④、 ⑦、 ② 、 ⑩〜⑫、 ©、 ⑱、 ⑲ 〜 @ の サ ン プ ル に つ い て は、 好 な 結果が得 ら れ た も の の 、 ①、 ⑤、 ⑥、 ⑨、 ®、 ⑰、 <g) の サ ン プ ル に つ い て は一部誤動作 す る も の が発生 し た 。 そ こ で こ れ等 の サ ン プルを 解体調査 し た 結果、 ①、 ⑨、 ® 、 ⑱ に つ い て は金 の 膜厚不 足 に よ り 金 ボ ン デ ィ ン グ ワ イ ヤ と 配線部 の 接着面 の 強度劣化が起 こ り 、 こ れが誤作動 の 原因 と な つ て い る こ と が判 明 し た 。 ま た 、 ⑤、 ⑥、 ⑰ の サ ン プル に つ い て は ノ リ ァ 層 の 厚み が薄 い た め A f の A u 層 へ の 拡散が生 じ て お り 、 十分 な 拡散バ リ ア 効果が得 ら れて い な い こ と が判明 し た 。 産業上 の 利 用 可能性
    [0036] 以上述べ た よ う に 、 本発明 の 配線基板 は、 そ の 構造か ら 、 省 ス ペ ー ス 、 配線信頼性 の 維持が可能 と な り 、 かつ配線層 と し て A 又 は C u を ベ ー ス と す る 薄膜 の 複合構造 を 用 い て い る こ と か ら 、 安 価 な も の と な っ て い る 。 従 っ て 、 本発 明 の 配線基 板 を 使用 す る こ と に よ り 、 各種半導体装置 の 高集 0
    [0037] m O Hi
    [0038] Π
    [0039] 、，
    [0040] >
    [0041] ¾!
    [0042] 1
    [0043] »i
    [0044] Θ
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 金属板 の 表面 に 薄膜の 誘電体層 を 設 け 、 こ の 誘電体層 の 表面 ま た は金属板 の 露 出面 を 電気素子 搭載面 と し 、 かつ そ の 誘導体層 上 に 信号用 及び Z も し く は電源系 の 配線層 を 設 け る 配線基板 で あ つ て 、 前記配線層 が、 ア ル ミ の 導電層 、 ク ロ ム 又 は チ タ ン も し く は こ れ等 の積層 物 か ら 成 る 接着層 、 ニ ッ ケ ル又 は銅 も し く は こ れ等 の 積層 物か ら 成 る 拡散バ リ ア 層 、 金か ら 成 る 腐食防止兼 ワ イ ヤ 接合 , 層 を 気相蒸着法 も し く は メ ツ キ 法で 順 に 積層 し て 構成 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 配線基板。
    2 . 請求項 1 記載の 配線基板 の 配線層 に 代 え て 、 ク ロ ム 、 ア ル ミ 又 は チ タ ン の 単体 も し く は そ れ等 の 中 の 少 な く と も 2 種 の 積層 物 か ら 成 る 接着層 、 銅か ら 成 る 導電層 、 金か ら 成 る 腐食防止兼 ワ イ ヤ 接合層 を 気相蒸着法 も し く は メ ツ キ 法 で 順 に 積層 し た 構造 の 配線層 を 設 け て あ る 配線基板。
    3 . 請求項 1 記載 の 配線基板 の 配線層 に 代え て 、 ア ル ミ の 導電層 、 ニ ッ ケ ル か ら 成 る 拡散 パ リ ァ 層 、 金 か ら 成 る 腐食防止兼 ヮ ィ ャ 接合層 を 気相 蒸着法 も し く は メ ツ キ 法 で 順 に 積 層 し た 構 造 の 配 線 層 を 設 け て あ る 配 線 基 板 。
    4 . 前 記 配 線 層 に 接 続 し て 配 線 層 の 外 部 引 き 出 し 用 リ ー ド と な す リ 一 ド フ レ ー ム を 舎 ん で い る 請 求 項 1 、 2 又 は 3 に 記 載 の 配 線 基 板 。
    5 . 前 記 誘電 体 が無機 誘 電 体 薄膜 で あ り 、 金 属 板 上 に 直 接 形成 さ れ て い る 請 求 項 1 乃 至 4 の い ず れ か に 記 載 の 配 線 基 板 。
    类似技术:
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    同族专利:
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    法律状态:
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    1992-10-16| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 2080814 Country of ref document: CA |
    1992-10-19| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1992905294 Country of ref document: EP |
    1993-02-10| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1992905294 Country of ref document: EP |
    1996-01-10| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1992905294 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP3030185A|JPH04268752A|1991-02-25|1991-02-25|Wiring board|
    JP3/30185||1991-02-25||
    JP5655691A|JPH04291747A|1991-03-20|1991-03-20|Wiring board|
    JP5652291A|JPH04291748A|1991-03-20|1991-03-20|Wiring board|
    JP3/56556||1991-03-20||
    JP3/56522||1991-03-20||US07/949,474| US5369220A|1991-02-25|1992-02-24|Wiring board having laminated wiring patterns|
    DE1992607507| DE69207507T2|1991-02-25|1992-02-24|Leiterplatte|
    EP19920905294| EP0526656B1|1991-02-25|1992-02-24|Wiring board|
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