JP2005277077A

JP2005277077A - 配線基板

Info

Publication number: JP2005277077A
Application number: JP2004087700A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yoshimoto; 武士吉元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】表面実装により電子部品の電極を電極パッドに各に正確かつ容易に接続することが可能な、表面実装の信頼性に優れた配線基板を提供すること。
【解決手段】配線基板９は、上面に表面実装される電子部品の搭載部１ａが形成された第１の絶縁層１と、搭載部１ａに形成された複数の電極パッド２と、第１の絶縁層１直下に積層された第２の絶縁層５と、第２の絶縁層５の上面に形成された内層配線導体層６と、第２の絶縁層５の上面のうち少なくとも平面視で電極パッド２に重なる部位に形成された内層絶縁層７とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子や容量素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。

従来、例えば半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するための配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板と、最上層の絶縁層（第１の絶縁層）の上面に形成された電子部品の搭載部と、搭載部に形成された複数の電極パッドと、第１の絶縁層よりも下側の絶縁層の上面に形成された内層配線導体層と、内層配線導体と電極パッドとの間や、上下の内層配線導体層の間を接続するようにして絶縁層の上面から下面にかけて形成された貫通導体とを備えた構造である。

絶縁層は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の絶縁材料により形成される。

配線基板の搭載部に電子部品を搭載し、電子部品の電極を電極パッドに半田を介して電気的、機械的に接続することにより電子部品が実装され電子装置が形成される。

このような配線基板は、例えば、絶縁層が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、まず、酸化アルミニウムや酸化ケイ素等の原料粉末を有機溶剤，バインダーとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を形成し、次に、これらのグリーンシートのうち貫通導体を形成する部位に機械的な打抜き加工やレーザ加工等により貫通孔を形成し、次に、タングステン等の金属の粉末に有機溶剤，バインダーを添加混練して成る金属ペーストを、スクリーン印刷法等により、グリーンシートの表面に所定の電極パッドや内層配線導体層のパターンに印刷塗布するとともに貫通孔内に充填し、次に、これらのグリーンシートを積層して積層体とし、これを高温で焼成することにより形成される。
特開２００４−４７６１７号公報特開２００３−３０９３６９号公報

近時、搭載部に搭載される電子部品において、電極を配線基板の電極に接続する手段として、従来の半田に代わり、銀−パラジウムあるいは銀をフィラーとする導電性樹脂で、電子部品の下面に形成されている電極に設けられた金属バンプを配線基板の電極パッドに接続する表面実装、いわゆるＳＢＢ（Stud Bump Bonding）実装が多用されるようになってきている。

ＳＢＢ実装の場合、金属バンプが硬く変形しにくいことから金属バンプの下面を、電極パッドの上面に確実に接続するためには、形成された複数の電極パッド上面の平坦度を良好に確保する必要がある。

しかしながら、上記従来の配線基板においては、電極パッドの直下の第１の絶縁層に貫通導体が形成されており、貫通導体となる金属ペーストの焼成時の収縮のばらつき等により貫通導体の上端面の位置にばらつきが生じ、これに応じて、その貫通導体の上に形成されている電極パッドにも歪が生じてしまうため、電極パッドの平坦度を確保することが難しいという問題があった。

また、上記従来の配線基板は、第２の絶縁層の上面に内層配線導体層が形成されていることから、複数の電極パッドが形成されている領域の直下において、内層導体層の部分とそれに隣り合う部分とでは、内層配線導体層の厚みの分だけ高さに差が生じ、この高さの差に追随して直上の第１の絶縁層が曲がるように変形してしまい、複数の電極パッドの間の平坦度を良好に確保することができない。

特に、近年、配線基板の薄型化の傾向が強くなり、絶縁層も薄くなってきており、上記電極パッド間の平坦度の低下が著しくなってきている。

そのため、従来の配線基板においては、複数の電極パッドの平坦度を確保することが難しく、ＳＢＢ実装等の表面実装により、電子部品の電極を電極パッドに正確にかつ確実に接続することが難しいという問題があった。

本発明は、上記従来の技術における問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ＳＢＢ実装等の表面実装により電子部品の電極を電極パッドに正確かつ容易に接続することが可能な、表面実装の信頼性に優れた配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、上面に表面実装される電子部品の搭載部が形成された第１の絶縁層と、前記搭載部に形成された複数の電極パッドと、該電極パッドと端部同士が接続することによって前記電極パッドに横方向に連続するように形成された配線導体と、該配線導体の前記電極パッドとの接続部と反対側の端部から前記第１の絶縁層の下面にかけて形成された第１の貫通導体と、前記第１の絶縁層直下に積層された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層の上面に形成されて前記第１の貫通導体に電気的に接続された内層配線導体層と、前記第２の絶縁層の上面のうち少なくとも平面視で前記電極パッドに重なる部位に形成された内層絶縁層とを具備していることを特徴とするものである。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記内層絶縁層は、前記第２の絶縁層の上面に前記内層配線導体層よりも厚く形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記内層絶縁層は、前記第２の絶縁層の上面に前記内層配線導体層を介して前記内層配線導体層の厚みの１．０１〜３倍の厚みで形成されているものである。

本発明の配線基板によれば、電極パッドは、電極パッドと端部同士が接続することによって電極パッドに横方向に連続するように形成された配線導体を介して、配線導体の電極パッドとの接続部と反対側の端部から第１の絶縁層の下面にかけて形成された第１の貫通導体に接続されていることから、電極パッドの直下に第１の貫通導体が形成されることはなく、第１の貫通導体の上端面の位置がばらついたとしても、電極パッドに歪みが生じることは効果的に防止される。

また、第２の絶縁層の上面のうち少なくとも平面視で電極パッドに重なる部位に内層絶縁層が形成されていることから、例えば内層絶縁層が内層配線導体層の間を埋めることにより、内層絶縁層の厚みにより、内層配線導体層が形成されている部分と、それに隣接する部分との間の高さの差を小さくすることができ、電極パッドが形成されている部位において、直上の第１の絶縁層に曲がり等の変形が生じることは有効に防止され、複数の電極パッドの間の平坦度を良好に確保することができる。

その結果、本発明の配線基板によれば、電極パッドの平坦度を確保することができ、ＳＢＢ実装等の表面実装により電子部品の電極を電極パッドに正確かつ容易に接続することができる。

また、内層絶縁層は、好ましくは、第２の絶縁層の上面に内層配線導体層よりも厚く形成されていることから、内層配線導体層の全部を内層絶縁層の中に埋め込んだような構造とすることができること、内層絶縁層は、上面に他の導体層等が形成されないので上面の平坦度を容易に確保することができること等から、より一層確実に、電極パッドの平坦度を確保することができ、ＳＢＢ実装等の表面実装により電子部品の電極を電極パッドにより正確かつ容易に接続することができる。

また、内層絶縁層は、好ましくは、第２の絶縁層の上面に内層配線導体層を介して内層配線導体層の厚みの１．０１〜３倍の厚みで形成されていることから、より確実に、内層配線導体層の全部を内層絶縁層の中に埋め込んだような構造とすることができるとともに、内層絶縁層の厚みに妨げられることなく第１の絶縁層となるグリーンシートと第２の絶縁層となるグリーンシートとの間に十分な圧力を加えて両者間を確実に強固に密着させることができ、表面実装が正確かつ容易であるとともに、絶縁基体の機械的強度の特性に優れた配線基板を提供することができる。

本発明の配線基板について添付図面に基づき以下に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は第１の絶縁層、２は電極パッド、３は配線導体、４は第１の貫通導体、５は第２の絶縁層、６は内層配線導体層、７は内層絶縁層である。これら第１の絶縁層１，電極パッド２，配線導体３，第１の貫通導体４，第２の絶縁層５、内層配線導体層６および内層絶縁層７により本発明の配線基板９が基本的に構成される。

第１の絶縁層１および第２の絶縁層５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，窒化珪素質焼結体，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により形成される。

第１の絶縁層１の上面には、ＳＢＢ実装等により表面実装される、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子、ＬＤ，ＬＥＤ，フォトダイオード，ＣＣＤ等の光半導体素子、容量素子，圧電素子，水晶振動子，ＳＡＷデバイス等の電子部品（図示せず）を搭載し実装するための搭載部１ａが形成されている。

第１の絶縁層１および第２の絶縁層５は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には以下のようにして作製される。まず、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を作製し、このセラミックスラリーを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、四角板状等の複数のグリーンシート（セラミック生シート）を得る。しかる後、グリーンシートを第２の絶縁層５となるものの上に第１の絶縁層１となるものを位置決め積層してグリーンシートの積層体と成す。この積層体を還元雰囲気中で約１６００℃の高温で焼成することによって第１の絶縁層１および第２の絶縁層５が製作される。

搭載部１ａには、複数の電極パッド２が、例えば縦横に配列形成された形態等で形成されている。

電極パッド２は、例えば円形状や楕円形状、四角形状等の、電子部品のＳＢＢ実装等の形態で接続するのに適したパターンであり、タングステンやモリブデン，銅，銀，パラジウム等の金属材料により形成され、ＳＢＢ実装やワイヤボンディング実装に適するようニッケルめっきや金めっきが施される。電極パッド２は、タングステンから成る場合、第１の絶縁層１となるグリーンシートのうち搭載部１ａの領域に、タングステンの粉末に有機溶剤，バインダー等を添加混練して作製した金属ペーストを印刷塗布しておくことにより形成することができる。

また、電極パッド２と端部同士が接続することによって電極パッド２に横方向に連続するようにして配線導体３が形成されており、配線導体３は、電極パッド２との接続部と反対側の端部から第１の絶縁層１の下面にかけて形成された第１の貫通導体４を介して、第１の絶縁層１の下面側に導出されている。

この場合、配線導体３は、例えば、円形状等の電極パッド２の外周の一部から線状に伸び出たような形態で、電極パッド２と接続されている。

配線導体３および第１の貫通導体４は、タングステンやモリブデン，銅，銀，パラジウム等の金属材料により形成される。配線導体３および第１の貫通導体４は、例えば、タングステンから成る場合、第１の絶縁層１となるグリーンシートに予め貫通孔を機械的な打ち抜き加工等により形成しておき、タングステンの粉末に有機溶剤，バインダー等を添加混練して作製した金属ペーストをグリーンシートの表面および貫通孔内に印刷塗布，充填しておくことにより形成することができる。

なお、配線導体３および貫通導体４は、生産性等を考慮すると、電極パッド２と同種の金属材料により形成することが好ましい。

本発明の配線基板９によれば、電極パッド２を、いったん配線導体３を介して横方向に導いて、その配線導体３のうち電極パッド２との接続部と反対側の端部から形成した第１の貫通導体４を介して第１の絶縁層１の下面側に導出するようにしたことから、電極パッド２の直下に第１の貫通導体４が形成されることはなく、第１の貫通導体４の上端面の位置がばらついたとしても、電極パッド２に歪みが生じることは効果的に防止される。

配線導体３および第１の貫通導体４は、配線導体３の長さを０．２ｍｍ以上とし、第１の貫通導体４と電極パッド２との間の距離が０．３ｍｍ以上となるようにしておくことが好ましい。第１の貫通導体４と電極パッド２との間の距離が０．３ｍｍ未満では、電極パッド２に歪が生じやすくなる傾向がある。

また、第１の絶縁層１の直下に第２の絶縁層５が積層され、第２の絶縁層５の上面には第１の貫通導体４に電気的に接続された内層配線導体層６が形成されている。

内層配線導体層６は、第１の貫通導体４と電気的に接続され、第１の貫通導体４を第２の絶縁層５の下面や側面等の外表面に電気的に導出するための導電路として機能する。図１に示した例では、第２の絶縁層５の下側に他の絶縁層を積層し、内層配線導体層６について、第２の絶縁層５に形成された貫通導体（第２の貫通導体）を介して、最下層の絶縁層の下面に導出した例を示しているが、内層配線導体層６は、その一部を第１の絶縁層１と第２の絶縁層５との間の外側面に導出してもよく、また、その導出端部に接するようにして側面導体（図示せず）を形成し、側面導体を介して、最下層の絶縁層の下面の外周部に導出するようにしてもよい。

内層配線導体層６は、タングステンやモリブデン，銅，銀，パラジウム等の金属材料により形成され、配線基板９の生産性等を考慮すると、上述した配線導体３および第１の貫通導体４と同様の材料により形成されることが好ましい。内層配線導体層６は、例えばタングステンから成る場合、第２の絶縁層５となるグリーンシートに予め貫通孔を機械的な打ち抜き加工等により形成しておき、タングステンの粉末に有機溶剤，バインダー等を添加混練して作製した金属ペーストをグリーンシートの表面および貫通孔内に印刷塗布し充填しておくことにより形成することができる。

また、第２の絶縁層５の上面のうち、少なくとも平面視で電極パッド２に重なる部位には、内層絶縁層７が形成されている。

内層絶縁層７は、配線基板９を形成する第１の絶縁層１や第２の絶縁層５と同様の組成の絶縁材料により形成されるのが好ましい。例えば、第１および第２の各絶縁層１，５が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合、絶縁層となるグリーンシートと同様の組成のアルミナやガラス等の原料粉末に有機溶剤，樹脂バインダ等を添加し混練してペースト状とすることにより作製されたセラミックペーストを、第２の絶縁層５となるグリーンシートの上面のうち、少なくとも平面視で電極パッド２と重なる部位に、内層配線導体層６となる導体ペーストの全部あるいは一部を覆うように印刷することにより形成される。

そして、搭載部１ａに電子部品を搭載するとともに、銀−パラジウムあるいは銀をフィラーとする導電性樹脂で、電子部品の下面に形成されている電極に設けられた金属バンプを配線基板９の電極パッド２に電気的、機械的に接続することにより電子部品が実装されて電子装置が構成される。

本発明の配線基板９の場合、第２の絶縁層５の上面のうち、少なくとも平面視で電極パッド２と重なる部位に内層絶縁層７が形成されていることから、例えば内層絶縁層７が内層配線導体層６の間を埋めることにより、内層絶縁層７の厚みにより、内層配線導体層６が形成されている部分と、それに隣接する部分との間の高さの差を小さくすることができ、電極パッド２が形成されている部位において、直上の第１の絶縁層１に曲がり等の変形が生じることは有効に防止され、複数の電極パッド２の平坦度を良好に確保することができる。

その結果、本発明の配線基板９によれば、電極パッド２の平坦度を確保することができ、ＳＢＢ実装等の表面実装により電子部品の電極を電極パッド２に正確かつ容易に接続することができる。

なお、内層絶縁層７は、内層配線導体層６よりも厚く形成されていることが望ましい。

この場合、内層配線導体層６の全部を内層絶縁層７の中に埋め込んだような構造とすることができること、内層絶縁層７は、上面に他の導体層等が形成されないので上面の平坦度を容易に確保することができること等から、より一層確実に、電極パッド２の平坦度を確保することができ、ＳＢＢ実装等の表面実装により電子部品の電極を電極パッド２により正確かつ容易に接続することができる。

また、このように内層絶縁層７を厚く形成する場合、内層絶縁層７は、第１の絶縁層１と第２の絶縁層５との間の層間の全面を覆うようにして形成してもよい。全面に形成するようにしておくと、細かい印刷パターン等の製版を使用する必要が無いので、印刷形成時の作業性が向上し、配線基板９の生産性をより良好に確保することができる。

また、内層絶縁層７は、内層配線導体層６を介して内層配線導体層６の厚みの１．０１〜３倍の厚みで形成されていることが望ましい。

この場合、より確実に、内層配線導体層６の全部を内層絶縁層７の中に埋め込んだような構造とすることができるとともに、内層絶縁層７の厚みに妨げられることなく第１の絶縁層１となるグリーンシートと第２の絶縁層５となるグリーンシート５との間に十分な圧力を加えて両者間を確実に強固に密着させることができ、表面実装が正確かつ容易であるとともに、絶縁基体１の機械的強度の特性に優れた配線基板９を提供することができる。

内層絶縁層７の厚みが、内層配線導体層６の厚みの１．０１未満である場合、印刷等のばらつきにより、部分的に内層配線導体層６の厚みが、内層絶縁層７の厚みよりも厚くなる部分が形成される可能性があり、その結果、電極パッド２の平坦度に影響を与える場合がある。

また、内層絶縁層７の厚みが、内層配線導体層６の厚みの３倍より厚いと、内層絶縁層７を上面に形成された第２の絶縁層５に、第１の絶縁層１を積層する際に、内層絶縁層７の厚みにより、第１の絶縁層１と第２の絶縁層５間に十分な圧力が加えることが難しく、積層不良が発生する可能性がある。

第１の絶縁層１および第２の絶縁層５を、それぞれ厚さ０．５ｍｍの酸化アルミニウム質焼結体で形成し、内層配線導体層６に対する内層絶縁層７の厚さの比率を表１に示すように変えて試験用の配線基板９を作製し、電極パッド２の歪みを測定した。

第１および第２の絶縁層１，５は、ともに１０ｍｍ×１０ｍｍの板状であり、第１の絶縁層１の上面の中央部に、直径０．２ｍｍの円形状の電極パッド２を、隣接間隔０．２ｍｍで、１２個×１２個の並びで縦横に形成した。

内層配線導体層６は、厚さ０．０３ｍｍ、幅０．２ｍｍの折れ線状パターンで、平面視で電極パッド２が形成されている部位に重なるようにして形成した。

内層配線導体層６と電極パッド２との接続は、電極パッド２から横方向に連続させて形成した配線導体３と、配線導体３から第１の絶縁層１を貫通させて形成した第１の貫通導体４とを介して行なっている。

なお、配線導体３、第１の貫通導体１、内層配線導体層６は、いずれもタングステン粉末のペーストを、第１の絶縁層１および第２の絶縁層５とともに同時焼成することにより形成した。

各試料について、電極パッド２の歪みを光干渉式平坦度測定器により測定した。また、積層不良が生じていないかを、検査用顕微鏡（倍率１０倍）を用いた目視により確認した。その結果を表１に示す。

表１より、内層絶縁層７の厚みが内層配線導体層６の厚みの１．０１倍未満では、電極パッド２の一部に平坦度が低下する傾向が見られた。

また、内層絶縁層７の厚みが、内層配線導体層６の厚みの３倍を超えると、いわゆるデラミネーション等の積層不良は生じていなかったものの、一部で第１の絶縁層１と第２の絶縁層５との間の密着性が低下する傾向が見られた。

これに対し、内層絶縁層７の厚みが内層配線導体層６の厚みに対して１．０１〜３倍の範囲の場合には、平坦度および層間の密着性とも極めて良好であった。

なお、本発明は上記の実施の形態および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内であれば種々の変更は可能である。

本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・第１の絶縁層
２・・・電極パッド
３・・・配線導体
４・・・第１の貫通導体
５・・・第２の絶縁層
６・・・内層配線導体層
７・・・内層絶縁層
９・・・配線基板

Claims

上面に表面実装される電子部品の搭載部が形成された第１の絶縁層と、前記搭載部に形成された複数の電極パッドと、該電極パッドと端部同士が接続することによって前記電極パッドに横方向に連続するように形成された配線導体と、該配線導体の前記電極パッドとの接続部と反対側の端部から前記第１の絶縁層の下面にかけて形成された第１の貫通導体と、前記第１の絶縁層直下に積層された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層の上面に形成されて前記第１の貫通導体に電気的に接続された内層配線導体層と、前記第２の絶縁層の上面のうち少なくとも平面視で前記電極パッドに重なる部位に形成された内層絶縁層とを具備していることを特徴とする配線基板。
前記内層絶縁層は、前記第２の絶縁層の上面に前記内層配線導体層よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
前記内層絶縁層は、前記第２の絶縁層の上面に前記内層配線導体層を介して前記内層配線導体層の厚みの１．０１〜３倍の厚みで形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。