JP2003347457A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半田の這い上がりにより、配線基板を外部電気
回路基板に強固に接合することができない。 【解決手段】上面に枠状の金属層３を有し、下面の外周
部に接続パッド４を有する絶縁基体１と、前記絶縁基体
１の側面に形成され、前記接続パッド４と枠状の金属層
３とを接続するキャスタレーション導体５とを具備する
配線基板７であって、前記キャスタレーション導体５は
接続パッド４から導出する第１領域５ｂと、枠状の金属
層３から導出する第２領域５ｃとから成り、前記第１領
域５ｂと第２領域５ｃは絶縁基体１側面の幅方向に位置
がずれているとともに前記絶縁基体１内部に形成された
内部配線層１０を介して接続されており、かつ前記絶縁
基体１下面の中心部からの距離が長い位置に形成されて
いる接続パッド４の面積が距離の短い位置に形成されて
いる接続パッド４の面積よりも大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や圧電
振動子等の電子部品を搭載するための配線基板に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子や圧電振動子等の電子
部品を搭載するための配線基板は、一般に、略四角板状
のセラミックス材料から成り、上面に電子部品搭載部を
有する絶縁基体と、該絶縁基体の電子部品搭載部より絶
縁基体内部を介して側面に導出されている複数個の配線
層と、前記絶縁基体の上面で、前記電子部品搭載部を取
り囲むように形成されている枠状の金属層と、前記絶縁
基体の下面外周部に形成されている複数個の接続パッド
と、前記絶縁基体の側面に形成され、各配線層と各接続
パッドとを電気的に接続する複数個のキャスタレーショ
ン導体とにより構成されており、絶縁基体の電子部品搭
載部に電子部品を搭載するとともに、電子部品の信号
用、接地用等の各電極を各配線層にボンディングワイヤ
等の導電性接続部材を介して電気的に接続し、しかる
後、絶縁基体上面の枠状金属層に電子部品を覆うように
して鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等
から成る金属製の蓋体をロウ材等を介して接合し電子部
品を封止することによって電子装置となる。

【０００３】かかる電子装置は、絶縁基体下面の外周部
に形成した接続パッドを外部電気回路基板の配線導体に
錫−鉛半田等の半田を介して接続することによって外部
電気回路基板に実装され、同時に電子部品の各電極は配
線層とキャスタレーション導体と接続パッドとを介して
外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

【０００４】なお、前記キャスタレーション導体のう
ち、少なくとも電子部品の接地用の電極が接続されるも
の（通常、全接続パッド中約２０〜５０％）は、一部が
絶縁基体上面に形成されている枠状の金属層まで導出さ
れており、枠状金属層を接地できるようになっている。

【０００５】また前記各キャスタレーション導体は絶縁
基体の側面に垂直方向に形成されており、枠状金属層と
接続されるキャスタレーション導体は絶縁基体の側面で
下面部から上面部にかけて形成されている。

【０００６】更に前記複数個の接続パッドは、一般に四
角形状をなし、絶縁基体の下面外周部の少なくとも２辺
の略全長にわたって略均一間隔に配列配置されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時、
各種電子装置は環境、人体に対する悪影響を防止するた
め従来使用されている錫−鉛半田に代わり、錫−銀−ビ
スマス系、錫−銀−銅−ビスマス系等の鉛を含有しな
い、いわゆる鉛フリー半田を用いて外部電気回路基板に
接続されるようになってきており、かかる鉛フリー半田
は、従来の錫−鉛半田に比べて溶融時に流れやすいため
電子装置を外部電気回路基板に実装するとき、半田がキ
ャスタレーション導体を伝って絶縁基体上面の枠状金属
層や枠状金属層に取着されている金属製蓋体にまで這い
上がり、その結果、絶縁基体の接続パッドと、外部電気
回路基板の配線導体との間に介在する半田の量が極めて
少量となり、電子装置を外部電気回路基板に強固に実装
することができないという欠点を有していた。

【０００８】また錫−銀−ビスマス系等の鉛フリー半田
は、従来の錫−鉛半田に比べてビスマス等の成分の偏析
により接続パッド等に対する接合強度が低くなりやすい
こと、配線基板の小型化により各接続パッドも小さくな
り、半田接合の面積が小さくなってきていること、絶縁
基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の相違に起因し
て発生する熱応力は絶縁基体の中心部から放射状に延び
る方向に作用し、その熱応力は絶縁基体の下面中心から
の距離が長いほど大きくなること等から外部電気回路基
板の配線導体に電子装置の各接続パッドを錫−銀−ビス
マス系等の鉛フリー半田を介して接続し外部電気回路基
板に電子装置を実装させた後、電子装置と外部電気回路
基板に熱が作用し、電子装置の絶縁基体と外部電気回路
基板との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力
が発生した場合、その熱応力は絶縁基体下面の中心部か
らの距離が長い位置、即ち、絶縁基体下面の各辺コーナ
ー部に近い位置に形成されている接続パッドと該接続パ
ッドに接続する鉛フリー半田に大きく作用して接続パッ
ドと鉛フリー半田との接合界面に亀裂等の機械的な破壊
を招来させてしまい、その結果、電子装置の外部電気回
路基板に対する接続信頼性が低いものになってしまうと
いう欠点も有していた。

【０００９】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもの
であり、その目的は、全ての接続パッドを外部電気回路
基板の配線導体に鉛フリー半田を介して強固に接合し、
電子装置を外部電気回路基板に強固にかつ高信頼性で実
装することが可能な配線基板を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、上
面に電子部品搭載部および該搭載部を取り囲む枠状の金
属層を有し、下面の外周部に接続パッドを有する絶縁基
体と、前記絶縁基体の側面に形成され、前記接続パッド
と枠状の金属層とを接続するキャスタレーション導体と
を具備する配線基板であって、前記キャスタレーション
導体は接続パッドから導出する第１領域と、枠状の金属
層から導出する第２領域とから成り、前記第１領域と第
２領域は絶縁基体側面の幅方向に位置がずれているとと
もに前記絶縁基体内部に形成された内部配線層を介して
接続されており、かつ前記絶縁基体下面の中心部からの
距離が長い位置に形成されている接続パッドの面積が距
離の短い位置に形成されている接続パッドの面積よりも
大きいことを特徴とするものである。

【００１１】本発明の配線基板によれば、絶縁基体上面
に形成されている枠状金属層と絶縁基体下面に形成され
ている接続パッドとを電気的に接続するキャスタレーシ
ョン導体を、接続パッドから導出する第１領域と、金属
層から導出する第２領域とにより構成するとともに、前
記第１領域と第２領域を絶縁基体側面の幅方向に位置を
ずらせたことから接続パッドと外部電気回路の配線導体
とを鉛フリー半田を用いて接合したとしても、鉛フリー
半田がキャスタレーション導体を伝って枠状金属層や金
属製蓋体にまで這い上がることはなく、その結果、接続
パッドと外部電気回路基板の配線導体との間に十分な量
の半田を介在させることができ、配線基板（電子装置）
を外部電気回路基板に極めて強固に接合することができ
る。

【００１２】また本発明の配線基板によれば、絶縁基体
下面の中心部からの距離が長い位置に形成されている接
続パッドの面積を距離の短い位置に形成されている接続
パッドの面積よりも大きくしたことから絶縁基体下面の
中心部からの距離が長い位置、即ち、絶縁基体下面の各
辺コーナー部に近い位置に形成されている接続パッドと
鉛フリー半田との接合強度が強いものとなり、外部電気
回路基板の配線導体に電子装置の各接続パッドを錫−銀
−ビスマス系等の鉛フリー半田を介して接続し外部電気
回路基板に電子装置を実装させた後、電子装置と外部電
気回路基板に熱が作用し、電子装置の絶縁基体と外部電
気回路基板との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する
熱応力が発生するとともにこれが絶縁基体下面の各辺コ
ーナー部に近い位置に形成されている接続パッドと該接
続パッドに接続する鉛フリー半田に大きく作用したとし
ても接続パッドと鉛フリー半田との接合界面に亀裂等の
機械的な破壊を招来することはなく、その結果、電子装
置の外部電気回路基板に対する接続信頼性を高いものと
なすことができる。

【００１３】

【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（ａ）乃至（ｃ）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、３は枠状金属層、４は接続パッド、５はキ
ャスタレーション導体である。この絶縁基体１、配線層
２、枠状金属層３、接続パッド４及びキャスタレーショ
ン導体５により半導体素子６を搭載するための配線基板
７が形成される。

【００１４】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、
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６を搭載する搭載部を有し、該搭載
部に半導体素子６がガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を
介して接着固定される。

【００１５】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し、次に前記セラミックスラ
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によりシート状となして所定形
状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）
を得る、最後に前記セラミックグリーンシートを複数枚
積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で
焼成することによって製作される。

【００１６】また前記絶縁基体１はその上面の半導体素
子６が搭載される搭載部周囲から絶縁基体１の内部を介
し側面にかけて複数個の配線層２が形成されており、該
配線層２は半導体素子６の信号用、接地用の各電極を接
続パッド４に接続するための導電路として作用し、搭載
部側の一端には半導体素子６の信号用、接地用等の電極
がボンディングワイヤ８を介して電気的に接続される。

【００１７】前記配線層２はタングステン、モリブデ
ン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末か
ら成り、タングステン等の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の上面から絶縁基体１の内部を
介し側面にかけて被着形成される。

【００１８】また前記絶縁基体１はその上面で、半導体
素子６が搭載される搭載部を取り囲むようにして枠状の
金属層３が被着されており、該枠状の金属層３は後述す
る金属製蓋体９を絶縁基体１に取着させる際の下地金属
層として作用し、タングステン、モリブデン、マンガ
ン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末により形成さ
れている。

【００１９】前記枠状金属層３には金属製蓋体９がロウ
材を介してロウ付け取着され、これによって絶縁基体１
の半導体素子搭載部に搭載されている半導体素子６は大
気から気密に封止されることとなる。

【００２０】なお、前記枠状金属層３は前述の配線層２
と同様の方法によって絶縁基体１の上面で、半導体素子
搭載部を取り囲むように形成される。

【００２１】更に前記絶縁基体１の下面外周部には複数
個の接続パッド４が形成されており、該接続パッド４は
外部電気回路基板の配線導体に鉛フリー半田を介して接
続され、半導体素子６の信号用、接地用の各電極を外部
電気回路に電気的に接続する作用をなす。

【００２２】前記接続パッド４は、タングステン、モリ
ブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉
末より成り、前述の配線層２と同様の方法によって絶縁
基体１の下面外周部に所定形状に形成される。

【００２３】また更に前記絶縁基体１はその側面に複数
個のキャスタレーション導体５（絶縁基体１の側面に断
面半円状の凹部を設け、該凹部内に形成されている導
体）が被着されており、該キャスタレーション導体５は
配線層２と接続パッド４とを電気的に接続する作用をな
す。

【００２４】前記キャスタレーション導体５はタングス
テン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム
等の金属粉末より成り、絶縁基体１となるセラミックグ
リーンシートの側面に打ち抜き加工法により半円形の凹
部を形成するとともに該凹部内にタングステン等の金属
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の側面に所定形状に形成される。

【００２５】前記キャスタレーション導体５はまた半導
体素子６の接地用の電極と導通する配線層２に接続され
るものについては一部が絶縁基体１上面の枠状金属層３
にまで導出されており、枠状金属層３を接地するように
なっている。

【００２６】なお、前記配線層２、枠状の金属層３、接
続パッド４及びキャスタレーション導体５は、その露出
する表面に、ニッケル、金等の耐蝕性やボンディングワ
イヤ８のボンディング性、半田の濡れ性等が良好な金属
から成るめっき層を被着させておくと配線層２や枠状の
金属層３等の酸化腐食を有効に防止することができると
ともに枠状金属層３への金属製蓋体９の取着、接続パッ
ド４の外部電気回路基板への接続が確実、強固となる。
従って、前記配線層２、枠状金属層３、接続パッド４及
びキャスタレーション導体５は、その露出する表面に、
ニッケル、金等の耐蝕性やボンディング性、半田の濡れ
性等が良好な金属をめっき法により被着させておくこと
が好ましく、特に、例えば、厚さ１〜１０μｍのニッケ
ルめっき層、０．０５〜３μｍの厚さの金めっき層を順
次被着させておくことが好ましい。

【００２７】この場合、金めっき層の厚みは、被着する
部位や金めっき層の結晶配向等に応じて異なる厚みとし
てもよく、例えば、金めっき層のＸ線回折における結晶
配向を極力（１１１）面に揃えるようにするとともに、
ボンディングワイヤ８が接続される領域も含め、全域で
約０．３〜１μｍとするようにしてもよく、半田付け用
の領域のみ約０．３μｍ以下の薄いものとし、錫−金の
脆い金属間化合物の生成を抑えて半田付けの信頼性をよ
り一層高めるようにしてもよい。

【００２８】かくして本発明の配線基板７によれば、絶
縁基体１上面の搭載部に半導体素子６を搭載するととも
に半導体素子６の信号用、接地用の各電極を配線層２に
ボンディングワイヤ８を介して接続し、しかる後、絶縁
基体１上面の枠状金属層３に鉄−ニッケル−コバルト合
金や鉄−ニッケル合金等からなる金属製蓋体９をロウ材
等を介して接合させ、金属製蓋体９で半導体素子６を気
密に封止することによって製品としての電子装置（半導
体装置）が完成する。

【００２９】なお、この電子装置は絶縁基体１下面外周
部の接続パッド４を外部電気回路基板の配線導体に鉛フ
リー半田を介して接合することによって外部電気回路基
板上に実装され、同時に半導体素子６の信号用、接地用
の各電極が外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続
される。

【００３０】本発明の配線基板７においてはキャスタレ
ーション導体５のうち枠状金属層３と接続パッド４とを
接続しているキャスタレーション導体５ａを図２に示す
ように接続パッド４から導出する第１領域５ｂと、枠状
の金属層３から導出する第２領域５ｃとに分け、第１領
域５ｂと第２領域５ｃとを絶縁基体１側面の幅方向に位
置をずらせておくとともに絶縁基体１内部で内部配線層
１０を介して電気的に接続しておくことが重要である。

【００３１】前記枠状金属層３と接続パッド４とを接続
しているキャスタレーション導体５ａを接続パッド４か
ら導出する第１領域５ｂと、枠状金属層３から導出する
第２領域５ｃとに分け、各々を絶縁基体１側面の幅方向
に位置をずらせておくと接続パッド４と外部電気回路の
配線導体とを鉛フリー半田を用いて接合したとしても、
鉛フリー半田がキャスタレーション導体５ａを伝って枠
状金属層３や金属製蓋体９にまで這い上がることはな
く、その結果、接続パッド４と外部電気回路基板の配線
導体との間に十分な量の半田を介在させることができ、
配線基板（電子装置）を外部電気回路基板に極めて強固
に接合することができる。

【００３２】なお、前記枠状金属層３と接続パッド４と
を接続しているキャスタレーション導体５ａの第１領域
５ｂと第２領域５ｃとの分割位置は、使用する半田の種
類や、絶縁基体１の厚さ、配線層２の設計上の都合等に
応じて適宜決めるようにすればよく、例えば、キャスタ
レーション導体５ａが直径０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの半
円状で、半田として錫−銀系半田を用いる場合であれ
ば、第１領域５ｂの長さを０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲と
すればよい。

【００３３】また、本発明の配線基板７においては、前
記絶縁基体１下面の中心部からの距離が長い位置に形成
されている接続パッド４の面積を距離の短い位置に形成
されている接続パッド４の面積よりも大きくしておくこ
とが重要である。

【００３４】前記配線基板７の絶縁基体１下面の中心部
からの距離が長い位置に形成されている接続パッド４の
面積を距離の短い位置に形成されている接続パッド４の
面積よりも大きくしておくと絶縁基体１下面の中心部か
らの距離が長い位置、即ち、絶縁基体１下面の各辺コー
ナー部に近い位置に形成されている接続パッド４と鉛フ
リー半田との接合強度が強いものとなり、外部電気回路
基板の配線導体に電子装置の各接続パッド４を錫−銀−
ビスマス系等の鉛フリー半田を介して接続し外部電気回
路基板に電子装置を実装させた後、電子装置と外部電気
回路基板に熱が作用し、電子装置の絶縁基体１と外部電
気回路基板との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する
熱応力が発生するとともにこれが絶縁基体１下面の各辺
コーナー部に近い位置に形成されている接続パッド４と
該接続パッド４に接続する鉛フリー半田に大きく作用し
たとしても接続パッド４と鉛フリー半田との接合界面に
亀裂等の機械的な破壊を招来することはなく、その結
果、電子装置の外部電気回路基板に対する接続信頼性を
高いものとなすことができる。

【００３５】前記面積の異なる各接続パッド４は金属ペ
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
スクリーン印刷法を採用することによって形成する際、
スクリーン印刷のマスク開口領域を調整しておくことに
よって各々所定の面積に形成することができる。

【００３６】更に前記キャスタレーション導体５ａの接
続パッド４から導出する第１領域５ｂは、図３に示すよ
うに、その内側に突出する突出部１１を形成しておけば
接続パッド４を外部電気回路基板の配線導体に半田を介
して接合するとき、前記突出部１１が半田の中に食い込
むようにして接合されて接合強度がより一層強固とな
る。従って、前記キャスタレーション導体５ａの接続パ
ッド４から導出する第１領域５ｂは、図３に示すよう
に、その内側に突出する突出部１１を形成しておくこと
が好ましい。

【００３７】なお、本発明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。

【００３８】また、図１では、絶縁基体１下面の２辺に
接続パッド４が形成されている例を示したが、絶縁基体
１下面の１辺のみや４辺全周等に接続パッド４が形成さ
れている配線基板であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明の配線基板によれば、絶縁基体上
面に形成されている枠状金属層と絶縁基体下面に形成さ
れている接続パッドとを電気的に接続するキャスタレー
ション導体を、接続パッドから導出する第１領域と、金
属層から導出する第２領域とにより構成するとともに、
前記第１領域と第２領域を絶縁基体側面の幅方向に位置
をずらせたことから接続パッドと外部電気回路の配線導
体とを鉛フリー半田を用いて接合したとしても、鉛フリ
ー半田がキャスタレーション導体を伝って枠状金属層や
金属製蓋体にまで這い上がることはなく、その結果、接
続パッドと外部電気回路基板の配線導体との間に十分な
量の半田を介在させることができ、配線基板（電子装
置）を外部電気回路基板に極めて強固に接合することが
できる。

【００４０】また本発明の配線基板によれば、絶縁基体
下面の中心部からの距離が長い位置に形成されている接
続パッドの面積を距離の短い位置に形成されている接続
パッドの面積よりも大きくしたことから絶縁基体下面の
中心部からの距離が長い位置、即ち、絶縁基体下面の各
辺コーナー部に近い位置に形成されている接続パッドと
鉛フリー半田との接合強度が強いものとなり、外部電気
回路基板の配線導体に電子装置の各接続パッドを錫−銀
−ビスマス系等の鉛フリー半田を介して接続し外部電気
回路基板に電子装置を実装させた後、電子装置と外部電
気回路基板に熱が作用し、電子装置の絶縁基体と外部電
気回路基板との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する
熱応力が発生するとともにこれが絶縁基体下面の各辺コ
ーナー部に近い位置に形成されている接続パッドと該接
続パッドに接続する鉛フリー半田に大きく作用したとし
ても接続パッドと鉛フリー半田との接合界面に亀裂等の
機械的な破壊を招来することはなく、その結果、電子装
置の外部電気回路基板に対する接続信頼性を高いものと
なすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の配線基板の一実
施例を示す側面図、平面図、底面図である。

【図２】本発明の配線基板の要部拡大斜視図である。

【図３】本発明の配線基板の他の実施例の要部拡大底面
図である。

【符号の説明】

１・・・・・絶縁基体 ２・・・・・配線層 ３・・・・・枠状の金属層 ４・・・・・接続パッド ５・・・・・キャスタレーション導体 ５ａ・・・・接続パッドと枠状金属層とを接続している
キャスタレーション導体 ５ｂ・・・・第１領域 ５ｃ・・・・第２領域 ６・・・・・半導体素子 ７・・・・・配線基板 ８・・・・・ボンディングワイヤ ９・・・・・蓋体 １０・・・・内部配線層 １１・・・・突出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に電子部品搭載部および該搭載部を取
   り囲む枠状の金属層を有し、下面の外周部に複数個の接
   続パッドを有する絶縁基体と、前記絶縁基体の側面に形
   成され、前記接続パッドと枠状の金属層とを接続するキ
   ャスタレーション導体とを具備する配線基板であって、
   前記キャスタレーション導体は接続パッドから導出する
   第１領域と、枠状の金属層から導出する第２領域とから
   成り、前記第１領域と第２領域は絶縁基体側面の幅方向
   に位置がずれているとともに前記絶縁基体内部に形成さ
   れた内部配線層を介して接続されており、かつ前記絶縁
   基体下面の中心部からの距離が長い位置に形成されてい
   る接続パッドの面積が距離の短い位置に形成されている
   接続パッドの面積よりも大きいことを特徴とする配線基
   板。