JP2006093394A

JP2006093394A - 配線基板

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Publication number: JP2006093394A
Application number: JP2004276874A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Chisaka; 俊介千阪
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】多機能化、多層化、薄型化されていたとしても、絶縁基体の反り等の変形が効果的に防止された配線基板を提供すること。
【解決手段】配線基板９は、上面に電子部品が搭載されるセラミックスから成る絶縁基体１と、絶縁基体１の内部および表面の少なくとも一方に形成された配線導体２と、絶縁基体１の上面に形成され、電子部品の電極に電気的に接続される電極パッド３と、絶縁基体１の下面に形成された、電極パッド３よりも大きな接続パッド４と、絶縁基体１の上面に形成された、絶縁基体１を構成するセラミックスと同じセラミックスに金属酸化物から成る顔料を添加して成る絶縁層５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。

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、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等のセラミックスから成る絶縁基体と、絶縁基体に形成された信号用や接地用等の配線導体とを具備した構造である。絶縁基体の上面には電子部品が搭載される搭載部が形成されており、搭載部またはその周辺には電子部品の電極と電気的に接続される電極パッドが形成されている。また、絶縁基体の下面には、配線基板の配線導体を外部電気回路に電気的に接続するための接続パッドが形成されている。なお、電極パッドと接続パッドとは、例えば配線導体を介して電気的に接続される。

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ボンディングワイヤやはんだ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、パワーアンプモジュール等の電子装置が形成される。この電子装置について、接続パッド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、電子部品の電極が電極パッド、配線導体および接続パッドを介して外部電気回路と電気的に接続される。このような配線基板は、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，有機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を作製し、セラミックグリーンシートに配線導体や電極パッド，接続パッドとなる金属ペーストを印刷し、切断、打抜き加工等の加工を施した後、積層し焼成することにより製造される。
特開２００３−２７３５２１号公報特開２００３−２２４３６２号公報

しかしながら、配線基板においては、電子部品の小型化、高機能化にともなう電極の小型化、高密度化に対応するため、電極パッドは、面積が非常に小さくなってきている。また、全体が極力狭い範囲に収まるように高密度化されてきている。これに対し、接続パッドは、配線基板と外部電気回路との間の接合強度を確保する必要があること、配線基板を外部電気回路の基板に接続するときの位置合わせ等の作業の作業性を良好に確保すること、また電子部品で発生する熱を配線基板から外部回路基板へより効率よく放熱するため、あるいは信号の低抵抗化等のために、絶縁基体の下面のほぼ全面に個々の面積が極力広くなるようにして形成される。そのため、電極パッドと接続パッドとの間で、個々の面積が大きく異なるようになるとともに、それぞれの形成される範囲も大きく異なるようになってきている。

このように、電極パッドと接続パッドとの間で、個々の面積が大きく異なるようになるとともに、それぞれの形成される範囲も大きく異なるようになると、絶縁基体の上下面の間で金属ペーストの量や印刷される範囲が大きく異なるようになる。すると、焼成時のセラミックグリーンシートと金属ペーストとの収縮の開始時期の差や収縮挙動の差に伴う応力が上下面の間で大きくなるようになり、その応力の差により絶縁基体に反り等の変形が生じやすいという問題があった。つまり、面積の大きな接続パッドの側で接続パッド（金属ペースト）と絶縁基体（セラミックグリーンシート）との間に生じる応力が相対的に大きくなるので、絶縁基体は接続パッドが形成されている下面側に凸となるように反り易い。

具体的には、金属ペーストの収縮の開始時期がセラミックグリーンシートに比べて早いので、接続パッドは先に低い温度で収縮しようとするが、セラミックグリーンシートの収縮はその時点でまだ始まらないため、セラミックグリーンシートに拘束され、接続パッドは十分に収縮できずに焼結してしまう。その後、温度が上がるにつれ、セラミックグリーンシートの収縮が始まるため、今度は接続パッドがセラミックグリーンシートに引っ張られ、接続パッドが形成されている下面側に凸となるように反る。絶縁基体に反りが生じると、電極パッドと電子部品の電極との接続や、接続パッドと外部電気回路との接続を正常に行なうことが難しくなる。

特に、近時、配線基板の高機能化、薄型化等の要求に対応するため、積層するセラミックグリーンシートの数が多くなるとともに、各層の厚さが薄くなってきていることにより、配線導体のセラミックグリーンシートの単位体積当たりの形成量（体積）が多くなることから、配線導体とセラミックグリーンシートとの収縮挙動の差に起因する応力の影響を受けやすいため、上記のような絶縁基体の反り等の変形がさらに顕著になっている。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、絶縁基体の反り等の変形が効果的に防止された、小型化、高密度化が容易な配線基板を提供することである。

本発明の配線基板は、上面に電子部品が搭載されるセラミックスから成る絶縁基体と、該絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に形成された配線導体と、前記絶縁基体の上面に形成され、前記電子部品の電極に電気的に接続される電極パッドと、前記絶縁基体の下面に形成された、前記電極パッドよりも大きな接続パッドと、前記絶縁基体の上面に形成された、前記絶縁基体を構成するセラミックスと同じセラミックスに金属酸化物から成る顔料を添加して成る絶縁層とを具備していることを特徴とする。

本発明の配線基板は好ましくは、前記金属酸化物は、Ｆｅの酸化物，Ｍｎの酸化物，Ｍｏの酸化物，Ｃｏの酸化物およびＣｒの酸化物のうちの少なくとも１種から成ることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記金属酸化物は、平均粒径が０．１乃至５μｍであることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記絶縁層は、前記金属酸化物の含有量が０．１乃至１０質量％であることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記絶縁基体は、下面に前記絶縁基体を構成するセラミックスと同じセラミックスから成る下面側の絶縁層が形成されていることを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、上面に電子部品が搭載されるセラミックスから成る絶縁基体と、絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に形成された配線導体と、絶縁基体の上面に形成され、電子部品の電極に電気的に接続される電極パッドと、絶縁基体の下面に形成された、電極パッドよりも大きな接続パッドと、絶縁基体の上面に形成された、絶縁基体を構成するセラミックスと同じセラミックスに金属酸化物から成る顔料を添加して成る絶縁層とを具備していることから、金属酸化物が、絶縁層を形成するセラミックスの焼結を遅くする作用を有するため、例えば上面側において、下面側に比較して金属酸化物からなる顔料の添加量を多く含ませた場合、絶縁基体の上面側と下面側で発生する絶縁基体と絶縁層との間に生じる応力を、有効に打ち消すことができる。その結果、絶縁基体に反り等の変形が生じることを効果的に防止することができる。

本発明の配線基板は好ましくは、金属酸化物は、Ｆｅの酸化物，Ｍｎの酸化物，Ｍｏの酸化物，Ｃｏの酸化物およびＣｒの酸化物のうちの少なくとも１種から成ることから、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を主成分とするセラミックスに対して、より確実かつ効果的にその焼成時の収縮挙動を調節することにより、確実に応力を打ち消すことができ、より一層確実に反り等の変形の発生を防止することができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、金属酸化物は、平均粒径が０．１乃至５μｍであることから、絶縁層の電気特性を劣化させることなく、また適切な拘束性が得られ、より一層確実に反り等の変形の発生を防止することができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、絶縁層は、金属酸化物の含有量が０．１乃至１０質量％であることから、絶縁層の電気特性を劣化することなく、また適切な拘束性が得られ、より一層確実に反り等の変形の発生を防止することができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、絶縁基体は、下面に絶縁基体を構成するセラミックスと同じセラミックスから成る下面側の絶縁層が形成されていることから、絶縁基体の機械的な強度を下面側で補強することができ、絶縁基体の上下面において、より一層確実に反り等の変形の発生を防止することができる。

本発明の配線基板を添付の図面を基に説明する。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は絶縁基体、２は配線導体、３は電極パッド、４は接続パッド、５は絶縁層である。これらの絶縁基体１、配線導体２、電極パッド３、接続パッド４および絶縁層５によって、本発明の配線基板９が主に構成されている。

絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体や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ス等のセラミック材料から成る。この絶縁基体１は、例えばガラスセラミック焼結体から成る場合、酸化珪素，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有機バインダ，溶剤を添加混合して泥漿状となし、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、最後にこの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の上面には電子部品が搭載される。搭載される電子部品（図示せず）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である。

絶縁基体１の内部および表面の少なくとも一方には配線導体２が形成されている。また、絶縁基体１の上面には、電子部品の電極がボンディングワイヤや半田等の導電性接続材を介して電気的に接続される電極パッド３が形成されている。また、絶縁基体１の下面には、電極パッド３よりも大きな接続パッド４が形成されている。

配線導体２、電極パッド３および接続パッド４は、電子部品の電極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。即ち、電極パッド３と接続パッド４とを配線導体２を介して電気的に接続しておき、電極を電極パッド３に半田等の導電性接続材（図示せず）を介して電気的に接続するとともに、接続パッド４を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続することにより、電子部品の電極が外部電気回路と電気的に接続される。

配線導体２、電極パッド３および接続パッド４は、露出表面にニッケル，金等のめっき層が被着されていることが好ましい。これにより、配線導体２や電極パッド３、接続パッド４の露出部分の酸化腐食を有効に防止することができるとともに、導電性接続材の接続をより容易かつ強固なものとすることができる。

また、絶縁基体１の上面には絶縁層５が形成されている。この絶縁層５は、絶縁基体１を構成するセラミックスと同じセラミックスに金属酸化物から成る顔料が添加されたものである。絶縁層５は、絶縁基体１を構成するセラミックスと同じセラミックス、例えば絶縁基体１を構成するセラミックスがガラスセラミック焼結体から成る場合であれば絶縁層５を構成するセラミックスもガラスセラミック焼結体、を含む。これは、絶縁層５と絶縁基体１との間の接合を強固なものとするためである。

絶縁層５は、絶縁基体１を構成するセラミックスと同じセラミックスの粉末に有機溶剤、有機バインダーを添加混練して作製したセラミックペーストを、絶縁基体１の下面となるセラミックグリーンシートの表面に塗布しておくことにより形成される。

なお、絶縁層５と絶縁基体１は、完全に同じ組成にする必要はない。即ち、セラミックグリーンシートへの成形性や、セラミックペーストとしての印刷性等を考慮して、適宜有機溶剤、有機バインダーの制御、可塑剤等の添加物やガラスの添加量等の点で多少異なっていてもよい。

この構成により、従来通常は、絶縁基体１の上面の電極パッド３に比べて下面に面積の大きな接続パッド４があることから、焼成時に上面の焼結、収縮が下面に比べて早くなり、上面が凹形となる絶縁基体１の反りの問題が起きるが、本発明においては金属酸化物が絶縁層５を成すセラミックスの焼結を遅くする作用を有することから、焼成時に絶縁層５によって絶縁基体１上面の焼結、収縮が遅くなり、上面だけが焼結、収縮することはなく上下面同時に焼結、収縮し、絶縁基体１に反り等の変形が生じるのを効果的に防止することができる。この場合、絶縁層５は、絶縁基体１の上面の全周にわたって同じように収縮を抑制する効果を得るために、電極パッド３を除く全面を覆うことが好ましい。

また、本発明の配線基板９は、金属酸化物は、Ｆｅの酸化物，Ｍｎの酸化物，Ｍｏの酸化物，Ｃｏの酸化物およびＣｒの酸化物のうちの少なくとも１種から成ることが好ましい。具体的には、Ｆｅの酸化物は酸化鉄（III：３価）としてのＦｅ_２Ｏ_３、Ｍｎの酸化物は酸化マンガン（IV）としてのＭｎＯ_２、Ｍｏの酸化物は酸化モリブデン（IV）としてのＭｏＯ_２、Ｃｏの酸化物は酸化コバルト（II）としてのＣｏＯ、Ｃｒの酸化物は酸化クロム（III）としてのＣｒ_２Ｏ_３、およびこれらの複合酸化物である。

これらの金属酸化物は、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を主成分とするセラミックスに対して焼結を遅らせる作用が特に大きなものであることから、より確実かつ効果的にその焼成時の絶縁層５の収縮を遅延させることができ、絶縁基体１に対する拘束の作用をより大きくしてより一層確実に反り等の変形の発生を防止することができる。

なお、上述の金属酸化物は、添加量を多くするほど絶縁層５のセラミックスの焼結を遅延させる作用が大きくなり、絶縁基体１の反りを抑える効果が大きくなる。経済性や配線基板９の収縮を考慮すれば、絶縁層５における金属酸化物の含有量は０．１〜１０質量％であることが好ましい。

また、金属酸化物の添加量は、絶縁基体１の厚さや積層するセラミックグリーンシートの層数、配線導体２の厚さ、面積、接続パッド４の面積等に応じて適宜調節してもよい。例えば、絶縁基体１が、電子部品収納用パッケージを形成するのに適した構成、つまり酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素を主成分とする酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体スから成り、セラミックグリーンシートの層数が３〜２０層程度である場合、金属酸化物の添加量は１〜７質量％であることが好ましい。

また、本発明の配線基板９は好ましくは、絶縁基体１は、下面に絶縁基体１を構成するセラミックスと同じセラミックスから成る下面側の絶縁層５が形成されている。これにより、絶縁基体１の上下面において、より一層確実に反り等の変形の発生を防止することができる。またこの場合、上面に形成された絶縁層５（絶縁層５ａとする）と、絶縁基体１の下面に形成された絶縁層５（絶縁層５ｂとする）とについて、絶縁基体１の上面の電極パッド３に比べて、下面には面積の大きな接続パッド４があることから、上面が凹形となるように反ることが多いため、この反りをより効果的に解消するためには、絶縁層５ａの厚みを絶縁層５ｂの厚みよりも厚くしたり、絶縁層５ａの幅を絶縁層５ｂの幅よりも大きくすることが好ましい。または、上記反りをより効果的に解消するためには、絶縁層５ｂよりも絶縁層５ａの方が、絶縁基体１の焼成時に焼結が遅くなるようにすることが好ましい。

なお、本発明は以上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で種々の変更を加えても何ら差し支えない。

本発明の多数個取り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・・・絶縁基体
２・・・配線導体
３・・・電極パッド
４・・・接続パッド
５・・・絶縁層
９・・・配線基板

Claims

上面に電子部品が搭載されるセラミックスから成る絶縁基体と、該絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に形成された配線導体と、前記絶縁基体の上面に形成され、前記電子部品の電極に電気的に接続される電極パッドと、前記絶縁基体の下面に形成された、前記電極パッドよりも大きな接続パッドと、前記絶縁基体の上面に形成された、前記絶縁基体を構成するセラミックスと同じセラミックスに金属酸化物から成る顔料を添加して成る絶縁層とを具備していることを特徴とする配線基板。
前記金属酸化物は、Ｆｅの酸化物，Ｍｎの酸化物，Ｍｏの酸化物，Ｃｏの酸化物およびＣｒの酸化物のうちの少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
前記金属酸化物は、平均粒径が０．１乃至５μｍであ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。
前記絶縁層は、前記金属酸化物の含有量が０．１乃至１０質量％であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板。
前記絶縁基体は、下面に前記絶縁基体を構成するセラミックスと同じセラミックスから成る下面側の絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の配線基板。