JP2007042848A - Wiring board, electric element device and compound board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配線基板、電気素子装置並びに複合基板に関し、より詳細には、半導体素子等の電気素子を搭載するための特定形状の配線基板と、それを用いて形成される電気素子装置並びに複合基板に関する。 The present invention relates to a wiring board, an electric element device, and a composite substrate, and more specifically, a wiring board having a specific shape for mounting an electric element such as a semiconductor element, and an electric element device and a composite formed using the wiring board. Regarding the substrate.
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発展し、それに伴い、半導体素子等の各種電気素子の高速化、高度集積化が図られている。 In recent years, with the advent of advanced information technology, information communication technology has rapidly developed, and accordingly, various electric elements such as semiconductor elements have been increased in speed and highly integrated.
これに対応して、電気素子を搭載する配線基板に外部回路を接続した複合配線基板も高性能化及び高実装密度化の傾向が顕著となっている。 Correspondingly, the trend of higher performance and higher mounting density is also noticeable in a composite wiring board in which an external circuit is connected to a wiring board on which an electric element is mounted.
また、電気素子の作動周波数の向上に伴い、素子実装配線基板、外部回路基板等を薄型化して基板内の配線をより短くすることも強く求められるようになってきている。 Further, as the operating frequency of electric elements is improved, it has been strongly demanded that the element mounting wiring board, the external circuit board, etc. be made thinner to shorten the wiring in the board.
このように高実装密度化、高性能化のため導体パターンの配線間隙やランド間隙がより狭く密になり、基板厚さがより薄くなると、僅かの外力や温度差で部材間に撓みや熱歪みが生じ、しかも、僅かの撓みや熱歪みで基板の接続不良等の不都合を招来しがちとなり、このため、特に、配線基板への素子実装工程や配線基板と外部回路基板との接続工程時に於ける対応端子間接合の信頼性維持向上は、近年、極めて重要な技術課題となっている。 In this way, when the wiring gap and land gap of the conductor pattern become narrower and denser for higher mounting density and higher performance, and the board thickness becomes thinner, bending and thermal distortion between members due to slight external force and temperature difference. In addition, a slight bending or thermal strain tends to cause inconveniences such as poor connection of the board.For this reason, particularly during the element mounting process on the wiring board and the connection process between the wiring board and the external circuit board. In recent years, maintaining and improving the reliability of joints between corresponding terminals has become an extremely important technical issue.
複合配線基板の一例として、外部回路基板に、LCC(リードレス チップ キャリア)が実装された従来のリードレス部品表面実装基板構造を図6(a)に示す。 As an example of the composite wiring board, FIG. 6A shows a conventional leadless component surface mounting board structure in which an LCC (leadless chip carrier) is mounted on an external circuit board.
図6(a)に於いて、半導体素子50を収納した上述のLCC(以下、単に配線基板という)51は外観が偏平矩形に形成されており、側面から底面に連続して延びた複数の外部接続端子53を有している。
In FIG. 6A, the above-described LCC (hereinafter simply referred to as a wiring board) 51 containing the
一方、外部回路基板55は配線基板51の取り付け位置に、配線基板51の外部接続端子53に対応して複数のランド(図示せず)を配設している。
On the other hand, the
その外部回路基板55に配線基板51を実装するには、外部回路基板55のランド上にペースト状のはんだ57を塗布した後、外部接続端子53を夫々ランドに対応させながら外部回路基板55上に配線基板を載置する。
In order to mount the
その後、これを例えばエアーリフロー装置内で加熱し、はんだ57をリフロー処理してランドに外部接続端子53をはんだ付けする。
Then, this is heated, for example in an air reflow apparatus, the
このように配線基板51を外部回路基板55にはんだ付けした際には、配線基板51と外部回路基板55の隙間が狭く、その間のはんだ接合部の高さbが低いため、配線基板51と外部回路基板55との熱膨張係数差等により生じる局所的熱応力歪みをはんだ接合部57で吸収しきれず、これが原因で接合部57の破壊を起こしやすいという欠点がある。
When the
また、前記熱応力歪みがそれ程大きく無く、それによる損傷が殆どみられないような場合でも、これが多数回繰返し加えられると、はんだ接合部57に疲労破壊を生じ、接続不良等の不都合が発生することもある。
Even when the thermal stress strain is not so great and damage is hardly observed, if it is repeatedly applied many times, fatigue failure occurs in the solder
特に、配線基板51の主構成材である絶縁基板59が、セラミックスからなる場合には、該絶縁基板59に用いられる通常のセラミックス材の熱膨張係数は、4〜7×10−6/℃程度であるのに対し、外部回路基板55は一般にガラス繊維入りエポキシ樹脂等の樹脂系基板からなり、これら樹脂系材の熱膨張係数は15〜20×10−6/℃程度のものが多いため、両者の間の熱膨張係数差は大きく、このため絶縁基板59がガラスセラミックス材等の比較的強度の低い材質からなる場合、特に上記接続部57の破壊、損傷を招きやすい。
In particular, when the
このような不都合を回避するための対策として、例えば図6(b)に示すように、実装部品51の底面51a、或いは、底面に重ねる外部回路基板55の取付面55aの内どちらか一方の面に、上記実装部品51と外部回路基板55との間に隙間を形成する突出部61を複数設けたリードレス表面実装部品の配線基板への実装構造の発明が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
As a measure for avoiding such inconvenience, for example, as shown in FIG. 6B, either one of the
即ち、図6(b)の実装構造は、突出部61を複数設けることで従来のLCCにおけるはんだ接合部の高さbよりも高いはんだ接合部の高さcを得、これによりはんだ接合部にかかる熱応力歪みの集中を緩和しようとするものである。
That is, in the mounting structure of FIG. 6B, by providing a plurality of
また、図7に示すように電気素子70搭載用の配線基板71において、その底表面を平坦水平な突起部72が周縁部73に対し段差を有して凸状下方に突き出した形状に形成することで、前記配線基板71の周縁部73に設けられた端子75と、凸状突起部底面の下側に位置する外部配線回路77のランド79との間隙が従来の配線基板のそれに比較して著しく大きく取れ、はんだ等の接続部材81の高さdを大きく取れるため、ここで熱応力歪みを充分に吸収することができ、高いはんだ接合信頼性を具備し、且つ、繰り返し熱応力による疲労耐性に優れた複合配線基板も報告されている(例えば、特許文献2参照)。
Further, as shown in FIG. 7, in the
また、図8に示すように、放熱板90に接合された半導体素子91を覆うように基板92が配設され、この基板92の半導体素子91に重なる部分が、基板92の半導体素子91に重ならない部分に対して突出するように形成された半導体装置93が報告されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、上述した図6(b)の構造の実装部品51や、図7の構造の配線基板71では、突出部61と配線基板51、配線基板71と外部回路基板77との間で摩擦が起こり、はんだなどで形成されたはんだ接合部57、接合部材81のセルフアライメント効果が十分に発現し得ず、位置精度が悪くなるという問題がある。
However, in the
また、両者ともに配線基板の放熱性が低くなることが懸念される。 Moreover, both are concerned that the heat dissipation of a wiring board will become low.
また、図8に示した実装構造では、周囲に形成された外部接続端子94aよりも高いセルフアライメント効果を有する突起部に形成された外部接続端子94bの断面積の総和が周囲に形成された外部接続端子94aの断面積の総和よりも小さいため、突起部に形成された外部接続端子94bによるセルフアライメント効果は十分に発現せず、位置精度の大幅な向上は望めない。
Further, in the mounting structure shown in FIG. 8, the sum of the cross-sectional areas of the
また、突出部の外部接続端子の面積が小さいことから放熱性の向上も見込めない。 Further, since the area of the external connection terminal of the protruding portion is small, improvement in heat dissipation cannot be expected.
従って、本発明の目的は、高放熱性と外部回路基板との接続信頼性に優れる配線基板、ならびにそれを用いた電気素子装置並びに複合基板を提供することである。また、本発明の目的は、高い位置精度を実現することができる配線基板、ならびにそれを用いた電気素子装置並びに複合基板を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wiring board excellent in high heat dissipation and connection reliability with an external circuit board, and an electric element device and a composite board using the wiring board. Moreover, the objective of this invention is providing the wiring board which can implement | achieve high positional accuracy, an electric element apparatus using the same, and a composite substrate.
本発明の配線基板は、絶縁基板と、該絶縁基板の表面または内部のうち少なくとも一方に形成された配線層と、前記絶縁基板の一方の主面に形成された電気素子搭載部と、前記絶縁基板の他方の主面の周縁部よりも内側に配置された頂部に平坦面を有する凸状の突起部と、前記周縁部に形成された外部端子と、前記突起部の平坦面に形成された導体パターンとを具備してなり、前記外部端子の総面積よりも前記導体パターンの総面積が大きいことを特徴とする。 The wiring board of the present invention includes an insulating substrate, a wiring layer formed on at least one of the surface and the inside of the insulating substrate, an electric element mounting portion formed on one main surface of the insulating substrate, and the insulation Protruding protrusions having a flat surface at the top disposed on the inner side of the peripheral edge of the other main surface of the substrate, external terminals formed on the peripheral edge, and formed on the flat surface of the protrusion And a conductor pattern, wherein the total area of the conductor pattern is larger than the total area of the external terminals.
また、本発明の配線基板は、前記導体パターンが、複数形成されていることが望ましい。 In the wiring board of the present invention, it is preferable that a plurality of the conductor patterns are formed.
また、本発明の配線基板は、一つの前記導体パターンの面積が、一つの前記外部端子の面積よりも大きいことが望ましい。 In the wiring board of the present invention, it is desirable that the area of one conductor pattern is larger than the area of one external terminal.
また、本発明の配線基板は、前記突起部の平坦面のうち前記導体パターンが形成された面積が、残りの面積よりも大きいことが望ましい。 In the wiring board of the present invention, it is desirable that the area where the conductor pattern is formed on the flat surface of the protrusion is larger than the remaining area.
本発明の電気素子装置は、以上説明した配線基板の前記電気素子搭載部に、電気素子を搭載したことを特徴とする。 The electric element device of the present invention is characterized in that an electric element is mounted on the electric element mounting portion of the wiring board described above.
本発明の複合基板は、以上説明した電気素子装置が、前記外部端子に対応する回路端子を有する外部回路基板に搭載されるとともに、前記外部端子と前記回路端子とが接続部材を介して接続されていることを特徴とする。 In the composite substrate of the present invention, the electric element device described above is mounted on an external circuit substrate having circuit terminals corresponding to the external terminals, and the external terminals and the circuit terminals are connected via a connecting member. It is characterized by.
また、本発明の複合基板は、前記外部回路基板が、前記導体パターンに対応する接続パターンを有するとともに、前記導体パターンと前記接続パターンとが接着部材を介して接着されていることが望ましい。 In the composite substrate of the present invention, it is desirable that the external circuit board has a connection pattern corresponding to the conductor pattern, and the conductor pattern and the connection pattern are bonded via an adhesive member.
また、本発明の複合基板は、前記導体パターンと前記接続パターンとの距離が0.1〜0.5mmであることが望ましい。 Moreover, as for the composite substrate of this invention, it is desirable for the distance of the said conductor pattern and the said connection pattern to be 0.1-0.5 mm.
本発明の配線基板によれば、絶縁基板の周縁部よりも段差をつけて形成された突起部の平坦面に周縁部に形成された外部端子の総面積よりも、総面積が大きい導体パターンを設けることで、外部端子と外部回路基板との距離を容易に大きくすることができるため、外部回路基板との接続信頼性に優れ、しかも導体パターンにより格段に放熱性の高い配線基板を提供することができる。また、この導体パターンをはんだなどを介して外部回路基板に接続した場合には、はんだの溶解時に生じるセルフアライメント効果によって配線基板を正しい位置に容易に実装することができる。この効果は導体パターンの総面積を絶縁基板の周縁部に形成された外部端子の総面積よりも大きくすることで特に顕著になるものである。 According to the wiring board of the present invention, the conductor pattern having a larger total area than the total area of the external terminals formed on the peripheral edge on the flat surface of the protrusion formed with a step from the peripheral edge of the insulating substrate. Providing a wiring board that is excellent in connection reliability with the external circuit board and that has an extremely high heat dissipation property due to the conductor pattern because the distance between the external terminal and the external circuit board can be easily increased by providing Can do. Further, when this conductor pattern is connected to an external circuit board via solder or the like, the wiring board can be easily mounted at the correct position by the self-alignment effect that occurs when the solder is melted. This effect becomes particularly remarkable by making the total area of the conductor pattern larger than the total area of the external terminals formed on the peripheral edge of the insulating substrate.
また、本発明の配線基板によれば、複数の導体パターンを形成し、各導体パターン間に間隙を形成することで、導体パターンが突起部の主面から突出している場合には、配線基板の表面積を増加させることができ、配線基板の放熱性をさらに向上させることができる。 Further, according to the wiring board of the present invention, by forming a plurality of conductor patterns and forming gaps between the conductor patterns, when the conductor pattern protrudes from the main surface of the protrusion, The surface area can be increased, and the heat dissipation of the wiring board can be further improved.
また、導体パターンが突起部の主面から突出していない場合でも、導体パターンの表面に金属からなる部材を形成した場合には同様の効果が得られる。 Even when the conductor pattern does not protrude from the main surface of the protrusion, the same effect can be obtained when a member made of metal is formed on the surface of the conductor pattern.
また、独立した導体パターンのうち少なくとも1つの面積を、一つの外部端子の面積よりも大きくすることで、導体パターンと外部回路基板とを接着部材を用いて接続した場合に接着部材によるセルフアライメント効果ならびに導体パターンと外部回路基板との間の距離を大きくする効果を向上させることができる。 Also, by making at least one area of the independent conductor patterns larger than the area of one external terminal, the self-alignment effect by the adhesive member when the conductor pattern and the external circuit board are connected using the adhesive member In addition, the effect of increasing the distance between the conductor pattern and the external circuit board can be improved.
また、突起部の平坦面のうち導体パターンの面積を、残りの面積よりも大きくすることが、放熱性の点からも、セルフアライメント効果ならびに導体パターンと外部回路基板との間の距離を大きくする点からも望ましい。 Also, making the conductor pattern area larger than the remaining area of the flat surface of the protrusion increases the self-alignment effect and the distance between the conductor pattern and the external circuit board from the viewpoint of heat dissipation. It is desirable also from a point.
本発明の電気素子装置は、以上説明した配線基板の電気素子搭載部に電気素子を搭載したことを特徴とするもので、これにより外部回路基板との接続信頼性、放熱性に優れた電気素子装置を提供できる。 The electric element device of the present invention is characterized in that an electric element is mounted on the electric element mounting portion of the wiring board described above, whereby an electric element excellent in connection reliability and heat dissipation with an external circuit board is provided. Equipment can be provided.
そして、この電気素子装置の外部端子と外部回路基板の回路端子とを接続部材を用いて接続することで放熱性に優れ、電気素子装置と外部回路基板との接続信頼性に優れた複合基板となる。 And, by connecting the external terminal of this electrical element device and the circuit terminal of the external circuit board using a connecting member, a composite substrate excellent in heat dissipation and excellent in connection reliability between the electrical element device and the external circuit board, Become.
特に、配線基板の導体パターンと外部回路基板の接続パターンとを接着部材を介して接続することで、電気素子装置の位置決めが容易となり、位置精度を向上させることができる。また、接着部材の表面張力により導体パターンと外部回路基板との距離を容易に大きくすることができる。 In particular, by connecting the conductor pattern of the wiring board and the connection pattern of the external circuit board via an adhesive member, the electric element device can be easily positioned and the position accuracy can be improved. Further, the distance between the conductor pattern and the external circuit board can be easily increased by the surface tension of the adhesive member.
また、前記導体パターンと接続パターンとの距離を0.1mm以上とすることで、セルフアライメント効果を高くすることができる。また、0.5mm以下とすることで、複合基板の低背化を図ることができる。 Moreover, the self-alignment effect can be enhanced by setting the distance between the conductor pattern and the connection pattern to be 0.1 mm or more. Moreover, the height reduction of the composite substrate can be achieved by setting the thickness to 0.5 mm or less.
本発明の配線基板は、例えば図1に示すように、絶縁基板1と、絶縁基板の表面に形成された配線層3とを備えており、絶縁基板1の一方の主面1a(絶縁基板1の表面)には電気素子を搭載する搭載部5が形成され、絶縁基板1の他方の主面1b(絶縁基板1の裏面)には、周縁部7と、この周縁部7に比べ凸状に突出し、平坦面9aを備えた突起部9が形成されている。
For example, as shown in FIG. 1, the wiring board of the present invention includes an insulating
また、周縁部7の絶縁基板1の裏面1b側には外部端子11が形成され、突起部9の平坦面9aには導体パターン15が形成されている。また、絶縁基板1の少なくとも一部を厚み方向に貫通して形成された貫通導体16によって、絶縁基板1の一方の主面1aに形成された配線層3と周縁部7に形成された外部端子11とは電気的に接続されており、電気回路を形成している。
An
また、突起部9の平坦面9aに形成されている導体パターン15は、図1(a)に示すように突起部9の平坦面9aの大部分を覆うように形成された形態や、図1(b)に示すように、突起部9の平坦面9aの一部を覆うように形成して、突起部9の平坦面9aの一部が露出するようにした形態が挙げられる。また、突起部9は複数設けられていてもよい。
Further, the
また、本発明の配線基板21の他の形態として、例えば、図2(a)、(b)に示すように絶縁基板1の表面1a側にキャビティ17が形成され、このキャビティ17の中に電気素子を搭載する搭載部5が形成されている形態が挙げられる。
As another form of the
このようなキャビティ17を備えた配線基板21は低背化することが容易であるという利点がある。
The
以上説明したように、本発明の配線基板21は種々の形態を有するのであるが、その特徴は周縁部7に外部端子11を設け、この周縁部7と段差ができるように形成された突起部9を具備し、その突起部9の平坦面9aに導体パターン15が形成されるとともに、この導体パターン15の総面積が外部端子11の総面積よりも大きいことである。
As described above, the
この突起部9により、配線基板21を搭載する外部回路基板と、外部端子11との距離を容易に大きくすることができる。また、外部端子11の総面積よりも導体パターン15の総面積を大きくすることによって配線基板21の放熱性を格段に向上させることができる。
By this
以上説明した本発明の配線基板21の搭載部5に、図3(a)、(b)に示すように電気素子23を搭載することで、本発明の電気素子装置25となる。
By mounting the
なお、電気素子23は、例えば、図3(a)に示すように、接着剤27を介して配線基板21に接続された形態や、図3(b)に示すように、バンプ29などによりフリップチップ接続された形態であってもよい。図3(a)のような形態では、ワイヤ31によって電気素子23と配線基板21とは電気的に接続されている。そして、封止樹脂33によって電気素子23は覆われ保護されている。
For example, the
そして、図4、5に示すように、このような本発明の電気素子装置25を外部回路基板35に実装することで、本発明の複合基板37となる。
4 and 5, by mounting the
本発明の複合基板37においては、電気素子装置25と外部回路基板35とは、配線基板1の周縁部7に設けられた外部端子11と、外部回路基板35の電気素子装置25と向かい合う側の主面35aに設けられ、外部端子11に対応するように配置された回路端子35bとの間に設けられた接続部材39によって電気的に接続されている。
In the
また、電気素子装置25と外部回路基板35とは、絶縁基板1の突起部9の平坦面9aに形成された導体パターン15と、外部回路基板35の電気素子装置25と向かい合う側の主面35aに導体パターン15と対応するように設けられた接続パターン35cとの間に設けられた接着部材41によって接着されていることが望ましい。
In addition, the
このように突起部9を備えた配線基板1を用いて形成された電気素子装置25を外部回路基板35に実装する場合には、突起部9によって外部端子11と外部回路基板35の回路端子35bとの距離を大きくすることができる。
When the
さらに、突起部9の平坦面9aに導体パターン15を設けることで配線基板1、電気素子装置25の放熱性を向上させることができる。なお、この効果は導体パターン15が接着部材41によって外部回路基板35と接続されていない場合でも発現することは言うまでもない。
Furthermore, by providing the
この導体パターン15の厚みは、接着部材41を用いない場合でも放熱性を向上させるために厚く形成することが望ましく、50μm以上、さらに100μm以上、特に200μm以上とすることが望ましい。
Even when the
また、図4、5に示すように、導体パターン15と接続パターン35cとを接着部材41によって接続することで、接着部材41によるセルフアライメント効果により、配線基板1、電気素子装置25を外部回路基板35に実装する際の位置精度が格段に向上する。
4 and 5, by connecting the
これは接続部材39よりも接着部材41の高さが小さいために、接着部材41によるセルフアライメント効果が接続部材39によるセルフアライメント効果よりも大きくなることに起因するものである。なお、セルフアライメント効果が顕著に発揮される導体パターン15と接続パターン35cのと間の距離は0.1〜0.5mmの範囲である。
This is because the self-alignment effect by the bonding
この接着部材41は、樹脂系の接着剤を用いてもよいが、例えば、樹脂よりも熱伝導率に優れたはんだなどを用いることで、位置精度の向上に加えて放熱性をも向上させることができる。特に、変形能の高いはんだペーストを用いた場合には優れたセルフアライメント効果が得られる。
The
導体パターン15は、図4(a)に示すように突起部9の平坦面9aのほとんどを覆うように形成されていてもよく、あるいは突起部9の平坦面9aの全面を覆っていてもよい。
The
また、図4(b)に示すように、導体パターン15を突起部9の平坦面9aに分割して形成した場合には、接着部材41の表面積が増加するため、複合基板37の表面積が増加し、複合基板37の放熱性が向上する。
As shown in FIG. 4B, when the
導体パターン15の総面積は、セルフアライメント効果を向上させるために外部端子11の総面積の1.2倍以上とすることが望ましく、さらに1.8倍以上、特に3倍以上とすることが望ましい。なお、この導体パターン15の総面積とは導体パターン15の主面の総面積を意味し、導体パターン15の側面を除いた面積を指すものである。
In order to improve the self-alignment effect, the total area of the
この導体パターン15の面積は、絶縁基板1の熱を放散するという観点から、絶縁基板突起部9の平坦面9aのうち、40%以上とすることが望ましく、特に50%を越えることが望ましい。さらに、60%以上とすることが望ましい。
The area of the
また、導体パターン15から接着部材41へ伝わった熱が大気中に放散しやすいように、接着部材41の表面積を大きくすることが望ましく、導体パターン同士の間には隙間があることが望ましい。導体パターン15主面の面積は、絶縁基板突起部9の平坦面9aのうち、90%以下とすることが望ましく、さらに、80%以下が望ましい。
Further, it is desirable to increase the surface area of the
また、一つの導体パターン15と一つの外部端子11の面積を個別に比較したとき、セルフアライメント効果を増大させる観点から導体パターン15の面積を外部端子11の面積よりも大きくすることが望ましく、1.2倍以上、さらに2倍以上、特に6倍以上とすることが望ましい。
Further, when the areas of one
また、周縁部7の厚みは、電気素子23から外部端子11までの距離を小さくして電気素子23が発生する熱の放散を容易にするために、絶縁基板1の突起部の厚みよりも0.2mm以上小さいことが望ましく、さらに0.4mm以上小さいことが望ましい。また、周縁部7の厚みを薄くして、熱を放散することで、絶縁基板1と絶縁基板1を実装する外部回路基板との熱膨張差を緩和でき、且つ周縁部7に形成した配線層3から外部端子11をつなぐ貫通導体16をより短くすることができる。
Further, the thickness of the
上述した特徴を備えた本発明の配線基板21を用いた複合基板37では、放熱性を向上させることができるとともに、導体パターン15と、絶縁基板1と接続する側の外部回路基板35の主面35aに形成した接続端子35cとをはんだなどの接着部材41により接続することで、接着部材41の溶融に伴うセルフアライメント効果により絶縁基板1の位置決めが容易になり、しかも位置精度が非常に高くなる。
In the
また、絶縁基板1と外部回路基板35とをはんだなどの金属で接続することができるので絶縁基板1の熱を効率よく伝達することも可能となる。
In addition, since the insulating
また、絶縁基板1と外部回路基板35との間にはんだなどの接着部材41を置くことで、周縁部7に形成された外部端子11と、外部回路基板35に形成した接続端子35cと、を接続する接着部材41の高さをより高くすることができ、絶縁基板1と外部回路基板35との熱膨張係数差により生じる局所的な熱応力歪みを接合部材39で吸収することができる。
Also, by placing an
この際、接着部材41を置くことによって、絶縁基板1の突起部9の平坦面9aに形成された導体パターン15と接続パターン35cとの距離は、セルフアライメント効果を高める点から、0.1mm以上であることが望ましく、さらに0.2mm以上が望ましい。また、複合基板全体の低背化と接合部材23の高さの限界の観点から、0.5mm以下であることが複合基板37の小型化の観点から好ましい。
At this time, by placing the
本発明においては、絶縁基板1として、例えば、ホウケイ酸ガラスセラミックス等のガラスセラミックス、石英ガラス、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素等一般にセラミック配線基板用の絶縁基板材として用いられるセラミックスが好適に用いられる。
In the present invention, as the insulating
この絶縁基板1上に搭載する電気素子が、シリコン半導体チップ等である場合、熱膨張係数がシリコン(熱膨張係数4×10−6/℃程度)のそれに近似し、高周波領域での誘電損失が小さく、更にパターン導体層の構成材である銅、銀、金等の高電気伝導率金属からなる導体層との同時焼成が可能な点からガラスセラミックスの使用が好ましく、その内でも特に、熱膨張係数が3〜6×10−6/℃、比誘電率が7以下のものが好ましい。
When the electrical element mounted on the insulating
接着部材41としては、熱伝導性が高いものを使うことが望ましく、はんだが好適に用いられる。また、接着部材41の形状は、柱状であればどのような形状でもよく、例えば半円状や円柱状のものが考えられる。
As the
外部回路基板35の構成材としては、一般にガラス繊維強化樹脂基板、アラミド繊維強化エポキシ樹脂基板、アラミド繊維強化ポリイミド樹脂基板、紙・フェノール樹脂基板、ポリエステル樹脂基板などが用いられる。
As a constituent material of the
これらの樹脂基板35の熱膨張係数は、通常8〜18×10−6/℃の範囲である。
The thermal expansion coefficients of these
この外部回路基板35の導体層構成材としては銅、銀、金などの他、アルミニウム、チタニウムの金属も用いることができる。
As the conductor layer constituting material of the
接続部材39としては、はんだなどが用いられ、比較的高融点のスズ−鉛系合金はんだが好適に使用される。
As the
また、電気素子23としては、例えば、シリコン単結晶薄片等よりなる集積回路チップ、ハイブリッドICチップ、デスクリートチップ等或いはSAW(表面弾性波フィルター)素子等のデバイス素子が搭載される。
Further, as the
アルミナ粉末を主成分とするグリーンシートとW粉末を主成分とする金属ペーストとを用いて作製した成形体を1600℃で焼成して、配線基板の外形寸法を13mm×13mm、突起部の外形寸法を9mm×9mm、周縁部の高さを0.6mmとし、周縁部の厚みを表1のように変化させて図1に示すような平板の一方の側の主面に突起部が形成された配線基板を作製した。従って、これらの配線基板の厚みは、周縁部の高さ0.6mmに表1に示す周縁部の厚みを加えた値となる。 A molded body produced using a green sheet mainly composed of alumina powder and a metal paste mainly composed of W powder is fired at 1600 ° C., so that the external dimensions of the wiring board are 13 mm × 13 mm, and the external dimensions of the protrusions. Is 9 mm × 9 mm, the height of the peripheral portion is 0.6 mm, and the thickness of the peripheral portion is changed as shown in Table 1 to form a protrusion on the main surface on one side of the flat plate as shown in FIG. A wiring board was produced. Therefore, the thickness of these wiring boards is a value obtained by adding the peripheral edge thickness shown in Table 1 to the peripheral edge height of 0.6 mm.
この配線基板の周縁部には0.8mm経の外部端子を等間隔に32個形成した。 Thirty-two external terminals with a length of 0.8 mm were formed at equal intervals on the periphery of the wiring board.
また、突起部の主面には表1に示す形状の厚みが50、100、200μmの導体パターンを形成した。 In addition, conductor patterns having thicknesses of 50, 100, and 200 μm shown in Table 1 were formed on the main surface of the protrusions.
これらの外部端子、導体パターンはそれぞれW粉末を主成分とする金属ペーストをグリーンシートに印刷塗布して形成した。 These external terminals and conductor patterns were formed by printing and applying a metal paste mainly composed of W powder on a green sheet.
なお、比較例として作製した表1の試料No.1には、導体パターンを設けなかった。 In addition, sample No. of Table 1 produced as a comparative example. 1 was not provided with a conductor pattern.
次に、これらの配線基板に試験用の半導体素子を実装し、配線基板の配線層と半導体素子の電極とを金ワイヤを用いて電気的に接続した。さらに、配線層、金ワイヤならびに半導体素子を覆うように、エポキシ樹脂を主成分とするポッティング樹脂で被覆し、150℃の温度でポッティング樹脂を硬化させた。 Next, test semiconductor elements were mounted on these wiring boards, and the wiring layers of the wiring boards and the electrodes of the semiconductor elements were electrically connected using gold wires. Furthermore, the wiring layer, the gold wire and the semiconductor element were covered with a potting resin mainly composed of an epoxy resin, and the potting resin was cured at a temperature of 150 ° C.
次に、外部端子の表面にはんだペーストをディスペンサーを用いて塗布し、さらに、このはんだペーストに直径が0.9mmのはんだボールを配置し、250℃でリフローして外部端子に接続端子を形成した。 Next, a solder paste was applied to the surface of the external terminal using a dispenser, and a solder ball having a diameter of 0.9 mm was placed on the solder paste and reflowed at 250 ° C. to form a connection terminal on the external terminal. .
このようにして作製した電気素子装置を外部回路基板に実装した。 The electrical element device thus fabricated was mounted on an external circuit board.
これらの電気素子装置のうち、試料No.1〜15には導体パターンと外部回路基板との間には接着部材を設けなかった。 Among these electric element devices, sample No. In Nos. 1 to 15, no adhesive member was provided between the conductor pattern and the external circuit board.
接着部材を用いていない試料No.1〜15の場合には、外部回路基板とはんだボールとの間にはんだペーストを配設した後、250℃でリフローして電気素子装置と外部回路基板とを接合して複合基板を作製した。 Sample No. using no adhesive member In the case of 1 to 15, a solder paste was disposed between the external circuit board and the solder balls, and then reflowed at 250 ° C. to join the electric element device and the external circuit board to produce a composite substrate.
一方、試料No.16〜13には導体パターンと外部回路基板との間に接着部材を配置した。 On the other hand, sample No. In 16 to 13, an adhesive member was disposed between the conductor pattern and the external circuit board.
接着部材を用いた試料No.16〜13の場合には、外部回路基板とはんだボールとの間にはんだペーストを配設するとともに、導体パターンと外部回路基板との間の距離が表1に示す値となるようにはんだペーストの塗布量を調節して配設した後、250℃でリフローして電気素子装置と外部回路基板とを接合して複合基板を作製した。 Sample No. using an adhesive member In the case of 16 to 13, the solder paste is disposed between the external circuit board and the solder ball, and the distance between the conductor pattern and the external circuit board is set to the value shown in Table 1 After the coating amount was adjusted and disposed, reflowing was performed at 250 ° C., and the electric element device and the external circuit substrate were joined to produce a composite substrate.
なお、セルフアライメント効果を確認するため、電気素子装置と外部回路基板とは、リフロー前の段階では予め電気素子装置の対角方向に400μmずれるように配設した後、リフローを行った。 In order to confirm the self-alignment effect, the electrical element device and the external circuit board were preliminarily disposed so as to be shifted by 400 μm in the diagonal direction of the electrical element device, and then reflowed.
以上の複合基板の作製過程において、放熱性を測定するための試料には試験用半導体素子の表面に0.2mm厚みのアルミナ基板を挟んで熱電対を配置しポッティング樹脂で固定した。 In the above-described composite substrate manufacturing process, a thermocouple was placed on the surface of the test semiconductor element with a 0.2 mm-thick alumina substrate sandwiched between the samples for measuring heat dissipation and fixed with a potting resin.
このようにして作製した複合基板を用いて、−40℃〜125℃の温度サイクル試験を行った。なお、この温度サイクル試験は昇温、降温がそれぞれ5分、保持時間がそれぞれ25分の条件で行った。 A temperature cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was performed using the composite substrate thus manufactured. This temperature cycle test was conducted under conditions where the temperature rise and fall were 5 minutes each and the holding time was 25 minutes each.
また、作製した複合基板は配線基板の対角線に沿って複合基板を切断し、その断面を研磨して、外部端子と、この外部端子に対向して設けられた外部回路基板の回路端子との位置ずれを測定して位置精度を確認した。 The prepared composite board is cut along the diagonal of the wiring board, the cross section is polished, and the positions of the external terminals and the circuit terminals of the external circuit board provided facing the external terminals are determined. The positional accuracy was confirmed by measuring the displacement.
また、放熱性については、25℃の大気中で試験用の半導体素子に10Wの電流を1時間通電した後の半導体素子表面の温度を熱電対を用いて測定して評価した。 The heat dissipation was evaluated by measuring the temperature of the surface of the semiconductor element after applying a current of 10 W to the test semiconductor element for 1 hour in the air at 25 ° C. using a thermocouple.
なお、いずれの試験もそれぞれ5個の試料を用いて測定し、その平均値を表1に記載したものである。 In addition, each test measured using 5 samples, respectively, and the average value is described in Table 1.
試験結果を表1に示す。 The test results are shown in Table 1.
なお、表1に記載した導体パターンの総面積とは絶縁基板の主面と略平行に形成された導体パターンの主面にあたる部分の総面積であって、導体パターンの側面にあたる部分の面積は考慮していない。また、外部端子の総面積についても同様の値を用いている。 The total area of the conductor pattern described in Table 1 is the total area of the portion corresponding to the main surface of the conductor pattern formed substantially parallel to the main surface of the insulating substrate, and the area corresponding to the side surface of the conductor pattern is considered. Not done. The same value is used for the total area of the external terminals.
また、導体パターン、外部端子の一つあたりの面積もそれぞれの主面のみについて求めた値である。 Further, the area per one of the conductor pattern and the external terminal is also a value obtained only for each main surface.
また、表1中の位置精度とは、外部端子と、この外部端子に対向して設けられた外部回路基板の回路端子との位置ずれに想到する値であり、10μm単位で測定値を丸めている。
表1に示すように突起部の表面に導体パターンのない試料No.1では、半導体素子の冷却能力が低く、信頼性試験結果は2600回に留まった。 As shown in Table 1, a sample No. with no conductor pattern on the surface of the protrusion was used. In 1, the cooling capacity of the semiconductor element was low, and the reliability test result was only 2600 times.
また、導体パターンを有するものの、導体パターンの総面積が外部端子の総面積よりも小さい試料No.2においても、半導体素子の冷却能力は若干向上するものの、信頼性試験結果は3000回に留まった。 In addition, although the conductor pattern is included, the total area of the conductor pattern is smaller than the total area of the external terminals. In 2 as well, although the cooling capacity of the semiconductor element was slightly improved, the reliability test result was only 3000 times.
一方、導体パターンの総面積が外部端子の総面積よりも大きい本願発明の試料No.3〜15では、半導体素子の温度が低くなり、冷却効率が優れていることがわかる。 On the other hand, Sample No. of the present invention in which the total area of the conductor pattern is larger than the total area of the external terminals. In 3-15, it turns out that the temperature of a semiconductor element becomes low and cooling efficiency is excellent.
また、その結果、絶縁基板と外部回路基板との間に発生する応力が小さくなり、信頼性試験結果は3600回以上となり、高い信頼性を有することが判る。 As a result, the stress generated between the insulating substrate and the external circuit substrate is reduced, and the reliability test result is 3600 times or more, indicating that the device has high reliability.
また、接着部材を設けた試料No.16〜33のうち、導体パターンの総面積が外部端子の総面積よりも小さい試料No.16と、導体パターンの総面積が外部端子の総面積よりも大きい本願発明の試料No.17〜33とを比較すると、本願発明の試料はいずれも試料No.16よりも、冷却能力が高く、また、信頼性も優れていることがわかる。 Sample No. provided with an adhesive member. 16 to 33, sample No. 16 in which the total area of the conductor pattern is smaller than the total area of the external terminals. 16, and the total area of the conductor pattern is larger than the total area of the external terminals. 17 to 33, all the samples of the present invention are sample Nos. It can be seen that the cooling capacity is higher than 16, and the reliability is excellent.
1・・・絶縁基板
1a・・・絶縁基板の一方の主面
1b・・・絶縁基板の他方の主面
3・・・配線層
5・・・搭載部
7・・・周縁部
9・・・突起部
9a・・・突起部の主面
11・・・外部端子
15・・・導体パターン
16・・・貫通導体
17・・・キャビティ
21・・・配線基板
23・・・電気素子
25・・・電気素子装置
35・・・外部回路基板
35b・・・回路端子
35c・・・接続パターン
37・・・複合基板
39・・・接続部材
41・・・接着部材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
The composite substrate according to claim 7, wherein a distance between the conductor pattern and the connection pattern is 0.1 to 0.5 mm.
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