JP2005311253A

JP2005311253A - 配線基板

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Publication number: JP2005311253A
Application number: JP2004129884A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hirayama; 浩一平山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: JP4373841B2

Abstract

【課題】絶縁基体の上面に形成された複数の接続パッドと電子部品の電極が強固に接合されるとともに、実装信頼性に優れた配線基板を提供すること。
【解決手段】複数のセラミック層１ａが積層されて成る四角形状の絶縁基体１と、絶縁基体１の内部に形成された配線導体３と、絶縁基体１の一方主面の中央部に縦横に配列形成され、配線導体３と貫通導体４を介して電気的に接続された複数の接続パッド２と、複数の接続パッド２全体の周囲に隣接して形成された、配線導体３と電気的に接続されていない複数のダミー貫通導体６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ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品が搭載される配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体（ガラスセラミックス）等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料からなる絶縁層を複数積層して形成され、上面に電子部品の搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された配線導体と、絶縁基体の一方主面に配列形成され、配線導体と電気的に接続した複数の接続パッドとを具備した構造である。

配線導体と接続パッドとの電気的な接続は、通常、接続パッドから配線導体にかけて、絶縁層を厚み方向に貫通するようにして形成された貫通導体を介して行われる。

搭載部に電子部品を搭載し、電子部品の電極を接続パッドにはんだやボンディングワイヤ等の接続材を介して接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することにより電子装置が形成される。

この電子装置について、配線導体の一部を絶縁基体の側面や下面に露出させ、この露出した部位を外部電気回路にはんだ等を介して接続することにより、電子部品の電極が接続パッドと貫通導体と配線導体とを介して外部の電気回路と電気的に接続される。

近年、このような電子装置においては、例えば、携帯電話等の電子機器に実装する部品として小型化および高密度実装が要求されるようになってきている。そのため、例えば、電子部品の接続方法として小型化に適したフリップチップ実装が提案されている。フリップチップ実装は、電子部品の主面に縦横に配列形成された複数の電極に、それぞれはんだバンプを形成し、その電極を絶縁基体の上面に形成された複数の接続パッドに位置合わせした後、はんだバンプを溶かして、電極と接続パッドとを接続する構成である。そのため、配線基板の接続パッドは、電子部品の主面に縦横に配列形成されている電極と対向するようにして形成する必要があり、絶縁基板の一方主面の中央部に複数が縦横に配列形成される。
特開２００３−１１０２２０号公報特開２００３−０１７８５０号公報特開２００３−０１７８５７号公報

しかしながら、このような従来の配線基板においては、絶縁基体と、絶縁基体の上面に形成された複数の接続パッドおよび貫通導体との間で焼成時の収縮率に差があり、この収縮の差に起因して絶縁基体を変形させるような応力が生じること、接続パッドおよび接続パッドを配線導体に接続する貫通導体等が絶縁基体の中央部に集中して形成されていること等により、絶縁基体の一方主面の中央部に、絶縁基体をたわませるような応力が作用し、この応力により絶縁基体、特に接続パッドが形成されている領域に変形を生じてしまい、電子部品の電極との位置ずれが発生し、実装信頼性が低下するという問題があった。

この変形は、特に焼成時の収縮率の差による応力が大きく作用する、接続パッドの並びの外周部分で大きなものとなる。

本発明は、上記従来の技術の問題を解決するために完成されたものであり、その目的は、絶縁基体の上面に形成された複数の接続パッドと電子部品の電極が強固に接合されるとともに、実装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、複数のセラミック層が積層されて成る四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の一方主面の中央部に縦横に配列形成され、前記配線導体と貫通導体を介して電気的に接続された複数の接続パッドと、該複数の接続パッド全体の周囲に隣接して形成された、前記配線導体と電気的に接続されていない複数のダミー貫通導体とを具備していることを特徴とするものである。

本発明の配線基板は好ましくは、前記複数の接続パッドは、縦方向での隣接間隔および横方向での隣接間隔がそれぞれ同じであるとともに全体として四角形状の配列になるようにして形成されており、前記複数のダミー貫通導体は、前記複数の接続パッドの並びの延長線上に、前記ダミー貫通導体と隣接する前記接続パッドとの間の隣接間隔が前記接続パッド同士の隣接間隔と同じになるようにして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、前記ダミー貫通導体は、前記複数のセラミック層のうち前記一方主面を有する最外層の前記セラミック層に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、複数のセラミック層が積層されて成る四角形状の絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された配線導体と、絶縁基体の一方主面の中央部に縦横に配列形成され、配線導体と貫通導体を介して電気的に接続された複数の接続パッドと、複数の接続パッド全体の周囲に隣接して形成された、配線導体と電気的に接続されていない複数のダミー貫通導体とを具備していることから、絶縁基体と、絶縁基体の上面に形成された複数の接続パッドおよびダミー貫通導体との間の焼成時の収縮率の差に起因して生じる応力は、ダミー貫通導体の外側に収縮率の異なる絶縁基体のみが存在しているためダミー貫通導体において上記収縮率の差が最も大きくなり易く、また接続パッドや貫通導体、ダミー貫通導体等の導体の並びの最外周の部位に応力が集中し易いため、ダミー貫通導体が形成されている部位に集中することとなり、絶縁基体の一方主面の中央部で特に大きくなることはない。その結果、焼成時における絶縁基体と、絶縁基体の上面に形成された複数の接続パッドと、貫通導体との収縮差による変形を緩和させることができ、絶縁基体の上面に形成された複数の接続パッドと電子部品の電極の位置が揃うので、配線基板に電子部品を強固に接合することができ、電子部品の実装信頼性に優れた配線基板を提供することができる。

また、ダミー貫通導体および接続パッドが形成されている領域で絶縁基体に多少の変形が生じたとしても、その変形は、主にダミー貫通導体が形成されている外側の部分に限定されるので、電子部品を接続するための接続パッドが形成されている領域で絶縁基体に変形が生じることが効果的に防止され、電子部品の電極を接続パッドに対向させて、確実に接続させることができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、複数の接続パッドは、縦方向での隣接間隔および横方向での隣接間隔がそれぞれ同じであるとともに全体として四角形状の配列になるようにして形成されており、複数のダミー貫通導体は、複数の接続パッドの並びの延長線上に、ダミー貫通導体と隣接する接続パッドとの間の隣接間隔が接続パッド同士の隣接間隔と同じになるようにして形成されていることから、焼成時における収縮の影響を受け易い最外周の接続パッドは、配線導体と電気的に接続しない複数のダミー貫通導体により収縮差がより効果的に吸収され、配列の位置ずれがより確実に緩和される。

また、ダミー貫通導体と隣接する接続パッドとの間の隣接間隔が、接続パッド同士の隣接間隔と同じになるようにして形成されていることから、収縮の影響が、最外周の配線導体と電気的に接続された複数の接続パッドに均一に掛かることとなる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、ダミー貫通導体は、複数のセラミック層のうち一方主面を有する最外層のセラミック層に形成されていることから、絶縁基体の内部において、ダミー貫通導体に妨げられることなく配線導体を形成することが可能な領域を確保することができるので、従来の配線基板と同様の配線の高密度化が可能となる。

本発明の配線基板について図面に基づき以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図である。図１において、１は絶縁基体、２は接続パッド、３は配線導体、６はダミー貫通導体である。これらの絶縁基体１、接続パッド２、配線導体３およびダミー貫通導体６により、本発明の配線基板９が基本的に構成される。

絶縁基体１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（ガラスセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等のセラミック焼結体、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の有機樹脂、または、酸化アルミニウム等の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合してなる複合材料等の電気絶縁材料からなる絶縁層１ａを複数積層して形成されている。

絶縁基体１は、例えば各絶縁層１ａが酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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，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、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シート状となすことによって複数のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得て、しかる後、この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らのセラミックグリーンシートを積層して積層体とし、最後にこの積層体を還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することによって絶縁基体１が製作される。

この絶縁基体１は、例えば上面に、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品を搭載するための搭載部（図示せず）を有している。

また、絶縁基体１の一方主面（図１（ｂ）では上面）の中央部には、接続パッド２が形成され、絶縁基体１の内部（セラミック層１ａの層間）には配線導体３が形成されている。接続パッド２と配線導体３とは、図１の例では、セラミック層１ａを厚み方向に貫通するようにして形成された貫通導体４を介して電気的に接続されている。

絶縁基体１の一方主面の中央部に搭載される電子部品（図示せず）の主面に縦横に配列形成されている複数の電極を、接続パッド２に対向させて、はんだ等の導電性接続材（図示せず）を介して電気的に接続させ、配線導体３の一部を絶縁基体１の側面や下面等に露出させておくことにより、電子部品の電極が、接続パッド２および配線導体３を介して絶縁基体１の側面や下面に導出される。この配線導体３の導出部分を外部電気回路にはんだ等を介して電気的に接続することにより、電子部品の電極が、接続パッド２および配線導体３を介して外部電気回路と電気的に接続される。

また、絶縁基体１は、一方主面（上面）に、複数の接続パッド２の全体の周囲に隣接して、配線導体３と電気的に接続されていないダミー貫通導体６が形成されている。この構成により、絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に形成された複数の接続パッド２および貫通導体４との間の焼成時の収縮率の差に起因して生じる応力は、ダミー貫通導体６の外側に収縮率の異なる絶縁基体１のみが存在しているためダミー貫通導体６において上記収縮率の差が最も大きくなり易く、また接続パッド２や貫通導体４、ダミー貫通導体６等の導体の並びの最外周の部位に応力が集中し易いため、ダミー貫通導体６が形成されている部位に集中することとなり、絶縁基体１の一方主面の中央部で特に大きくなることはない。その結果、焼成時における絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に形成された複数の接続パッド２と、貫通導体４との収縮差による変形を緩和させることができ、絶縁基体１の上面に形成された複数の接続パッド２と電子部品の電極の位置が揃うので、配線基板９に電子部品を強固に接合することができ、電子部品の実装信頼性に優れた配線基板９を提供することができる。

また、ダミー貫通導体６および接続パッド２が形成されている領域で、絶縁基体１に多少の変形が生じたとしても、その変形は、主にダミー貫通導体６が形成されている外側の部分に限定されるので、電子部品を接続するための接続パッド２が形成されている領域で絶縁基体１に変形が生じることは効果的に防止され、電子部品の電極を接続パッド２に対向させて、確実に接続させることができる。

この場合、ダミー貫通導体６が、接続パッド２との間の距離が離れていたり、接続パッド２の配列と部分的にしか隣接していなかったりした場合、絶縁基体１の変形を緩和させる作用が不十分になったり、偏ったりするため、接続パッド２が形成されている領域で絶縁基体１に変形が生じる。

そのため、ダミーの貫通導体６と接続パッド２との間の距離は、接続パッド２同士の隣接間隔の２倍以下が好ましく、ダミー貫通導体６と接続パッド２との間の電気絶縁性の確保を考慮すると、２倍以下でかつ５０μｍ以上とすることがより一層好ましい。また、ダミー貫通導体６は、隣接する接続パッド２の最外周の並びに沿って、接続パッド２と同じ数で形成することが好ましい。

なお、ダミー貫通導体６は、絶縁基体１の一方主面側に露出する端面に、その端面を覆うようにして、接続パッド２とほぼ同じ形状、大きさのダミー接続パッド５を形成することが好ましい。この場合、ダミー貫通導体６の側面と絶縁基体１との間の微細な隙間から外気中の水分等が絶縁基体１の内部に浸入することを確実に防止することができ、絶縁基体１内部の配線導体３等の酸化腐食やマイグレーション等を効果的に防止できるので、電子部品を搭載する配線基板９としての長期信頼性をより一層優れたものとすることができる。

また、ダミー接続パッド５を形成しておくと、接続パッド２と貫通導体４とから成る構造と近似した構造を、ダミー貫通導体６とダミー接続パッド５とにより、少なくとも絶縁基体１の一方主面およびその直下のセラミック層１ａにおいて形成することができる。その結果、接続パッド２と絶縁基体１、および貫通導体４と絶縁基体１との焼成時の収縮率の差に起因する応力を、より確実に絶縁基体１の一方主面の全面に分散させることができ、接続パッド２が形成されている領域における絶縁基体１の変形をより効果的に防止することができる。

なお、配線導体３，接続パッド２，貫通導体４，ダミー接続パッド５およびダミー貫通導体６は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金等の金属材料からなり、メタライズ導体や蒸着層，金属箔，めっき層等の形態で絶縁基体１のセラミック層１ａに形成される。

配線導体３，接続パッド２，貫通導体４，ダミー接続パッド５およびダミー貫通導体６は、例えば、銅のメタライズ導体からなる場合、銅粉末に有機溶剤，樹脂バインダ等を添加して作製した金属ペーストを、セラミック層１ａとなるセラミックグリーンシートの表面や、予めセラミックスグリーンシートに打抜き形成しておいた貫通孔の内部に、印刷塗布、充填することにより形成される。

なお、ダミー貫通導体６は、その横断面における形状および大きさが貫通導体４の横断面における形状および大きさと同じかまたは大きい方が好ましい。例えば、ダミー貫通導体６および貫通導体４がともに横断面形状が円形状の場合、両者の直径が同じかまたはダミー貫通導体６の方が大きいのがよい。これにより、ダミー貫通導体６の方により大きく応力が作用し、貫通導体４および接続パッド２が形成されている絶縁基体１の中央部の変形をより確実に防止することができる。この場合、ダミー貫通導体６が形成されている部位における絶縁基体１の機械的強度を確保することも考慮すると、ダミー貫通導体６は、その直径が貫通導体４と同じ直径以上１５０μｍ以下であり、かつ隣接間隔を５０μｍ以上確保するのがより好ましい。

また、本発明の配線基板において複数の接続パッド２は、縦方向での隣接間隔および横方向での隣接間隔がそれぞれ同じであるとともに全体として四角形状の配列になるようにして形成されており、複数のダミー貫通導体６は、複数の接続パッド２の並びの延長線上に、ダミー貫通導体６と隣接する接続パッド２との間の隣接間隔が接続パッド２同士の隣接間隔と同じになるようにして形成されていることが好ましい。この構成により、焼成時における収縮の影響を生じ易い最外周の配線導体３と電気的に接続された複数の接続パッド２が、配線導体３と電気的に接続しない複数のダミー貫通導体６により収縮差が吸収され、配列の位置ずれが緩和され、より一層実装信頼性に優れた配線基板９を提供することができる。

また、本発明の配線基板において、ダミー貫通導体６は、複数のセラミック層１ａのうち一方主面を有する最外層のセラミック層１ａに形成されていることが好ましい。この構成により、絶縁基体１内部において、ダミー貫通導体６に妨げられることなく、配線導体３を形成することが可能な領域を確保することができるので、従来の配線基板９と同様に配線の高密度化が可能となる。

そして、本発明の配線基板９において、絶縁基体１の上面に電子部品を搭載するとともに、電子部品の電極を接続パッド２に電気的に接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂等で封止することにより電子装置が形成される。この電子装置は、小型で高精度の携帯電話等の電子機器の部品として使用される。

なお、本発明は上記の実施の形態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。

（ａ），（ｂ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
１ａ・・・セラミック層
２・・・接続パッド
３・・・配線導体
４・・・貫通導体
５・・・ダミー接続パッド
６・・・ダミー貫通導体
９・・・配線基板

Claims

複数のセラミック層が積層されて成る四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の一方主面の中央部に縦横に配列形成され、前記配線導体と貫通導体を介して電気的に接続された複数の接続パッドと、該複数の接続パッド全体の周囲に隣接して形成された、前記配線導体と電気的に接続されていない複数のダミー貫通導体とを具備していることを特徴とする配線基板。
前記複数の接続パッドは、縦方向での隣接間隔および横方向での隣接間隔がそれぞれ同じであるとともに全体として四角形状の配列になるようにして形成されており、前記複数のダミー貫通導体は、前記複数の接続パッドの並びの延長線上に、前記ダミー貫通導体と隣接する前記接続パッドとの間の隣接間隔が前記接続パッド同士の隣接間隔と同じになるようにして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。
前記ダミー貫通導体は、前記複数のセラミック層のうち前記一方主面を有する最外層の前記セラミック層に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の配線基板。