JP2005317597A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 接続パッドを介した配線基板と外部電気回路基板との接続を、導電パッドにより長期にわたって確実に補強することが可能であり、かつ配線導体が低抵抗で配線導体を伝送する電気信号の伝送特性等の電気的特性を良好に確保することが可能な、接続の長期信頼性および電気的特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、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体１と、絶縁基体１の内部に形成された配線導体２と、絶縁基体１の下面の外周部にその下面の外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成されるとともに配線導体２に電気的に接続されている複数の接続パッド５と、絶縁基体１の下面の中央部に形成された導電パッド６とを具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体に配線導体を形成した構造を有し、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配線基板に関する。

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として、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体に、銅や銀、パラジウム、金等の金属材料から成る配線導体を形成した構成のものが、多用されるようになってきている。

このような配線基板は、配線導体が銅や銀等の電気抵抗の低い金属材料で形成されるため、電気抵抗が低いという利点がある。また、絶縁基体を形成するガラスセラミック焼結体の比誘電率が、従来絶縁基体の材料として一般的であった酸化アルミニウム質焼結体に比べて一般に低いため、高周波信号の伝送損失等を低減できる等の利点がある。

絶縁基体をガラスセラミック焼結体で形成すると、焼成温度を約１０００℃程度と低くすることができるため、融点が比較的低い銅（融点約１０８３℃）や銀（融点約９６１℃）等との同時焼成ができる。

この配線基板は、例えば、ホウ珪酸ガラス−酸化アルミニウム系等のガラスセラミック焼結体から成る絶縁層を複数積層して成る絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された配線導体と、絶縁基体の下面の外周部に、外端部が絶縁基体の下面の外周縁に達するようにして配列形成された複数の接続パッドとを備えている。通常これらの接続パッドは、絶縁基体の内部で配線導体と電気的に接続されている。

そして、絶縁基体の上面に電子部品を搭載するとともに、電子部品の信号用や接地用，電源用等の電極を対応する配線導体に、半田やボンディングワイヤを介して接続し、必要に応じて電子部品を樹脂やキャップで封止することにより電子装置として完成する。

その後、絶縁基体の下面の外周に配列形成した複数の接続パッドを、それぞれ対応する外部電気回路基板の回路配線に半田等から成る導体バンプを介して接続することにより、電子装置が外部電気回路基板に実装される。

ここで、上記従来の配線基板においては、絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差に起因して熱応力が生じ、この熱応力により、導体バンプと接続パッドとの接合面や導体バンプ自体にクラック等の機械的な破壊を生じてしまい、配線基板の外部接続の信頼性が大きく低下するという問題を有している。

特に、絶縁基体がガラスセラミック焼結体から成る場合、その機械的な強度が酸化アルミニウム質焼結体に比べて一般に低いため、上記のような機械的な破壊が発生し易くなる。

このような問題に対し、絶縁基体の下面のうち接続パッドが形成されていない部位にダミー導電パッドをで形成し、このダミー導電パッドを外部電気回路基板に、接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを接続する導体バンプを形成する半田と同様の半田等を介して接合することにより、配線基板と外部電気回路基板との接合を補強し、上記のような熱応力による導体バンプ等の機械的な破壊を防止するという構成が知られている。

絶縁基体の下面の接続パッドが形成されていない部位としては、その中央部が最も大きく、その中央部に大きなダミー導電パッドを形成すると、配線基板の接合を効果的に行なうことができる。このように、絶縁基体の下面の中央部にダミー導電パッドを形成し、これを外部電気回路基板に接合した場合、配線基板と外部電気回路基板との間の全体的な接合は効果的に補強されるので、接続パッドと導体バンプとの接合面や導体バンプ自体に機械的な破壊が生じることを効果的に防止することができる。
特開２００３−０６０３３４号公報

しかしながら、接続パッドのうち熱応力等の応力が最も大きく作用する外周端部と、絶縁基体の下面のうち機械的な強度が弱く破壊が生じやすい角部付近の外周縁部とがほぼ一致すること、また近時の配線基板のより一層の小型化（１辺の長さが２ｍｍ程度以下）に伴って接続パッドの面積がさらに小さくなってきていることから、熱応力により、絶縁基体の下面の外周縁部、接続パッドの絶縁基体下面に対する接合面の外周端部等でクラックや剥がれ等の破壊が生じることを確実に防止することが難しいという問題が生じるようになってきている。

特に、接続パッドおよびダミー導電パッドを外部電気回路基板の回路配線等に接合する半田として、従来の錫−鉛共晶合金半田に代わり、錫−銀合金，錫−銀−銅合金等のいわゆる鉛フリー半田が多用されるようになり、鉛フリー半田の半田付け温度が高く、また変形しにくいため応力を吸収する作用が低いことから、上記のようなクラックや剥がれ等の破壊がより発生し易くなっている。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、接続パッドを介した配線基板と外部電気回路基板との間の電気的な接続を長期にわたって確保することが可能であり、かつ配線導体が低抵抗で配線導体を伝送する電気信号の伝送特性等の電気特性を良好に確保することが可能な、接続の長期信頼性および電気特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、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の下面の外周部にその下面の外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成されるとともに前記配線導体に電気的に接続されている複数の接続パッドと、前記絶縁基体の下面の中央部に形成された導電パッドとを具備していることを特徴とする。

また、前記絶縁基体は好ましくは、内部に接地導体層および電源導体層の少なくとも一方が形成されており、前記導電パッドは、前記接地導体層または電源導体層に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、前記導電パッドは好ましくは、前記絶縁基体の下面の中央部に複数形成されていることを特徴とする。

本発明の配線基板は、絶縁基体の下面の外周部にその下面の外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成されるとともに配線導体に電気的に接続されている複数の接続パッドと、絶縁基体の下面の中央部に形成された導電パッドとを具備していることから、導電パッドを外部電気回路基板に半田等を介して接合することにより、配線基板の外部電気回路基板に対する接合を補強することができる。

また、接続パッドは、絶縁基体の下面の外周部にその下面の外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成されているため、接続パッドのうち熱応力等の応力が最も大きく作用する外周端部と、絶縁基体の下面うち機械的な強度が弱く破壊が生じやすい角部付近の外周縁部との間をあけて、互いに位置をずらすことができる。その結果、絶縁基体の下面の外周縁部や、接続パッドの絶縁基体に対する接合面の外周端部等でクラックや剥がれ等の破壊が生じることを効果的に防止することができ、配線基板の外部電気回路基板に対する電気的，機械的な接続の信頼性を優れたものとすることができる。また、絶縁基体がガラスセラミック焼結体から成ることから、例えば銅や銀等の低融点で電気抵抗の低い金属材配線導体を形成することができ、電気的特性に優れた配線基板とすることができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、絶縁基体は、内部に接地導体層および電源導体層の少なくとも一方が形成されており、導電パッドは、接地導体層または電源導体層に電気的に接続されていることから、例えば接続パッドを接地導体層や電源導体層に電気的に接続することにより、導電パッドが搭載される電子部品の接地用電極または電源用電極に電気的に接続されるため、導電パッドに余分な浮遊静電容量が生じることはなく、配線導体を伝送する電気信号に遅延等を生じることが効果的に防止された、より一層電気的特性に優れた配線基板を提供することができる。

また、接地用や電源用の接続パッドが導電パッドに電気的に接続されるので、接地用や電源用の導体の合計面積をより大きくすることができ、搭載される電子部品の接地や電源の供給をより確実に安定して行わせることが可能な配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、導電パッドは、絶縁基体の下面の中央部に複数形成されていることから、大きな面積の導電パッドを一つ絶縁基体の下面の中央部に形成した場合に比べて、導電パッドの外周縁部に沿って大きく作用し易い熱応力を、複数の導電パッドで効果的に分散させることができ、導電パッドと半田等の導体バンプとの間の接合面や、導電パッドの絶縁基体に対する接合面等に亀裂等の機械的な破壊が生じることをより効果的に防止することができ、より一層外部電気回路基板に対する長期の電気的、機械的な接続信頼性に優れた配線基板を提供することができる。

次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す下面図および断面図である。図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、５は接続パッド、６は導電パッドである。これら絶縁基体１、配線導体２、接続パッド５および導電パッド６により、本発明の配線基板９が主に構成される。

本発明における絶縁基体１は、ホウ珪酸ガラス−酸化アルミニウム系、酸化リチウムガラス−酸化アルミニウム系等のガラスセラミック焼結体から成る。絶縁基体１が例えばホウ珪酸ガラス−酸化アルミニウム系のガラスセラミック焼結体から成る場合、ホウ珪酸ガラス，酸化アルミニウム等のガラス−セラミック原料粉末に適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合して泥漿状と成し、これをドクターブレード法を採用してシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、しかる後、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１０００℃の温度で焼成することによって製作される。

絶縁基体１は、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（図示せず）を搭載し支持するための基体として機能し、その上面や側面に電子部品が搭載される。

なお、図１（ｂ）では絶縁基体１の上面に電子部品を収容し搭載するための凹部を形成した例を示しているが、絶縁基体１は平板状のものでもよい。また、電子部品を気密封止し易いように、絶縁基体１の上面の電子部品が搭載される領域を取り囲むようにして鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属製の枠体を取着してもよい。

絶縁基体１の内部には、配線導体２や貫通導体３が形成されており、この配線導体２はその一端部が絶縁基体１の電子部品が搭載される部位に露出し、他端部が絶縁基体１の下面の接続パッド５に電気的に接続されて導出されている。また、絶縁基体１の下面の外周部には、その下面の外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成されるとともに配線導体に電気的に接続されている複数の接続パッド５が形成されている。

配線導体２、貫通導体３および接続パッド５は、搭載部に搭載される電子部品を外部電気回路に接続するための導電路として機能する。配線導体２のうち搭載部に露出した部位に電子部品の電極をボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続し、接続パッド５を外部電気回路（図示せず）に半田等から成る導体バンプ（図示せず）を介して接続することにより、電子部品の電極が外部電気回路に電気的に接続される。

本発明の配線基板９によれば、接続パッド５は外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成されていることから、接続パッド５を外部電気回路（図示せず）に半田等から成る導体バンプ（図示せず）を介して接続した後に起きる熱応力に対し、接続パッド５と絶縁基体１との接合強度の最も弱くなる絶縁基板１の側面に接するように接続パッド５が形成されている場合に比べて、強度が高まり接続パッド５が破損されにくくなる。その結果、接続パッド５の絶縁基体１下面に対する接合面に亀裂等の機械的な破壊が生じることをより効果的に防止することができ、外部電気回路基板に対する長期の電気的、機械的な接続信頼性に優れた配線基板９を提供することができる。

なお、上記の外部電気回路基板に対する長期の電気的、機械的な接続信頼性を優れたものとする効果は、後述するように、導電パッド６による配線基板９（電子装置）の外部電気回路基板に対する接続を補強する機能と合わさることにより十分なものとなる。

そして、接続パッド５は、絶縁基体１の下面の外周縁から０．０５ｍｍ以上の間隔をあけて内側に配列形成されることがよい。０．０５ｍｍ以上あけておくと、接続パッド５に印刷ずれ等により位置ずれが生じたとしても、接続パッド５の外周縁が絶縁基体１の側面に近づきすぎることをより確実に防止することができ、接続の信頼性をより一層確実に優れたものとすることができる。

この場合、接続パッド５は、絶縁基体１下面の外周縁からの距離が全部の接続パッド５において同じであることが好ましい。この場合、一部の接続パッド５に加わる応力が他よりも大きくなることを効果的に防止し、接続パッド５を介した外部電気回路との接続の信頼性をより一層優れたものとすることができる。

また、接続パッド５のうち絶縁基体１下面の角部に最も近接したものの絶縁基体１下面の外周縁からの距離を、他のものよりも大きくすることもできる。この場合、応力が集中し易い絶縁基体１下面の角部から接続パッド５を離すことにより、破損や剥がれが発生し易い、絶縁基体１下面の角部に最も近接した接続パッド５にクラック等の破損や剥がれが発生するのを抑制することができる。

配線導体２および接続パッド５は、銅や銀、パラジウム、金、白金等の金属からなり、例えば銅から成る場合、銅の粉末を有機溶剤、樹脂バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに印刷しておくこと等により形成される。この場合、絶縁基体１がホウ珪酸ガラス−酸化アルミニウム系等のガラスセラミック焼結体から成り、焼成温度を例えば１０００℃程度と低くすることができるので、銅や銀等の低抵抗で融点の比較的低い金属との同時焼成ができ、配線導体２や接続パッド５を低抵抗として配線基板９の電気特性を良好とすることができる。

なお、接続パッド５は、長方形状や正方形状等の四角形状、円形状、楕円形状であり、例えば、角部を円弧状に成形した四角形状としておくと、パターンが単純なので、金属ペーストの印刷等による配列形成が容易で、配線基板９の生産性を良好に確保することができるとともに、角部に応力が集中することに起因する接続パッド５の絶縁基体１からの剥がれ等の不具合も効果的に防止することができる。

そして、絶縁基体１の上面に電子部品を搭載するとともに、電子部品の信号用や接地用、電源用の電極を対応する配線導体２の露出部分に半田やボンディングワイヤ等の導電性接続材を介して電気的に接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂で封止することにより電子装置として完成する。

この電子装置について、接続パッド５を外部電気回路基板（図示せず）の信号用や接地用、電源用の回路配線に半田等から成る導体バンプを介して電気的，機械的に接続することにより、電子部品の電極が配線導体２，接続パッド５および導体バンプを介して、対応する外部電気回路に電気的に接続される。

本発明の配線基板９においては、絶縁基体１の下面の中央部に導電パッド６が形成されている。この導電パッド６は、配線基板９（電子装置）を外部電気回路基板に接続するときに、その接続を補強する機能をなす。この構成により、接続パッド５と外部電気回路基板の回路配線との導体バンプを介した電気的，機械的な接続を効果的に補強することができる。その結果、接続パッド５を絶縁基体１の下面の外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成させた構成と相俟って、接続パッド５と外部電気回路基板の回路配線との電気的，機械的な接続を長期にわたって確保することが可能な、接続の長期信頼性に優れた配線基板９を提供することができる。

導電パッド６の形状は、その面積を出来るだけ広く取り、導体バンプとの接合強度を上げるために矩形形状が好ましいが、円形あるいは長円形でも構わない。また、導電パッド６に加わる応力を良好に分散させるためには、導電パッド６の形状は絶縁基体１の下面に相似であることがよい。例えば、絶縁基体１の下面が正方形等の四角形であれば、導電パッド６の形状も正方形等の四角形であるのがよい。

また、電子部品の電極が信号用や接地用、電源用のものを含む場合、複数の接続パッド５は信号用のものと接地用または電源用のものとを含む。

本発明の配線基板９において、絶縁基体１は、内部に接地導体層７および電源導体層８の少なくとも一方が形成されており、導電パッド６は、接地導体層７または電源導体層８に電気的に接続されていることが好ましい。これにより、接地用や電源用の導体の合計面積がより大きくなり、電子部品の接地用や電源用の電極と電気的に接続される接続パッド５および導電パッド６の接地や電源供給の機能をより確実に確保することができ、より電気特性に優れた配線基板９を提供することができる。

また、接続パッド５を接地導体層７や電源導体層８に電気的に接続することにより、導電パッド６が、搭載される電子部品の接地用電極または電源用電極に電気的に接続されるため、導電パッド６に余分な浮遊静電容量が生じることはなく、配線導体２を伝送する高周波信号等の電気信号に遅延等を生じることが効果的に防止された、より一層電気的特性に優れた配線基板９を提供することができる。

また、接地用や電源用の接続パッド５が導電パッド６に電気的に接続されるので、接地用や電源用の導体の合計面積をより大きくすることができ、搭載される電子部品の接地や電源の供給をより確実に、安定して行わせることが可能な配線基板９を提供することができる。

接地導体層７および電源導体層８は、配線導体２や接続パッド５と同様の金属材料である銅や銀、パラジウム、金、白金等から成り、例えば銅から成る場合、銅の粉末を有機溶剤、樹脂バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに印刷しておくこと等により形成される。

接地導体層７や電源導体層８と導電パッド６との電気的な接続は、例えば、絶縁基体１の内部に貫通導体３を形成し、この貫通導体３を介して行なうことができる。貫通導体３は、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに打抜きピンを用いた打抜き加工等により貫通孔を形成しておき、この貫通孔の内部に上述の配線導体２などを形成するのと同様の金属ペーストを充填することにより形成される。

なお、接地用または電源用の接続パッド５は、絶縁基体１の下面に配線導体２と同様の金属材料により接続用の導体（図示せず）等を形成し、これを介して導電パッド６と直接電気的に接続しておいてもよい。この場合、導電パッド６と電子部品の接地用電極や電源用電極との間の電気的な接続をより確実とすることができる。

以上より、接続パッド５を介した、配線基板９と外部電気回路基板との接続の長期信頼性に優れ、かつ配線導体２が低抵抗で配線導体２を伝送する電気信号の伝送特性等の電気的特性を良好に確保することが可能な、接続の長期信頼性および電気的特性に極めて優れた配線基板９を提供することができる。

なお、導電パッド６は、配線導体２や接続パッド５と同様に、銅や銀、パラジウム、金、白金等の金属材料から成り、例えば銅から成る場合、銅の粉末を有機溶剤、樹脂バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに印刷しておくこと等により形成される。

また、本発明の配線基板９は、導電パッド６は、絶縁基体１の下面の中央部に複数形成されていることが好ましい。この場合、１つの大面積の導電パッド６を絶縁基体１の下面の中央部に形成した場合に比べて、導電パッド６の外周縁部に沿って大きく作用し易い熱応力を複数の導電パッド６で効果的に分散させることができ、導電パッド６と半田等の導体バンプとの間の接合面や、導電パッド６の絶縁基体１下面に対する接合面等に亀裂等の破壊が生じることをより効果的に防止することができ、外部電気回路基板に対する長期の電気的、機械的な接続信頼性により一層優れた配線基板を提供することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態の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下面図および断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
２・・・配線導体
３・・・貫通導体
５・・・接続パッド
６・・・導電パッド
７・・・接地用導体層
８・・・電源用導体層
９・・・配線基板

Claims (3)

1. ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の下面の外周部にその下面の外周縁から所定間隔をあけて内側に配列形成されるとともに前記配線導体に電気的に接続されている複数の接続パッドと、前記絶縁基体の下面の中央部に形成された導電パッドとを具備していることを特徴とする配線基板。
2. 前記絶縁基体は、内部に接地導体層および電源導体層の少なくとも一方が形成されており、前記導電パッドは、前記接地導体層または電源導体層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記導電パッドは、前記絶縁基体の下面の中央部に複数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。

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