JP2008159731A - 電子部品実装用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビア導体が接続されたボンディングパッドが絶縁基体に複数配列形成された構造を有する電子部品実装用基板において、特にボンディングパッドの間で絶縁基体にクラックが発生することが抑制された、信頼性の高い電子部品実装用基板を提供する。
【解決手段】 電子部品の搭載部１ａを有する絶縁基体１の搭載部１ａの周辺に、一方の端部が電子部品の電極とボンディングワイヤで接続される、他方の端部がビア導体３に接続されたボンディングパッド２が複数隣り合うように配列形成された電子部品実装用基板９であって、ボンディングパッド２は、隣り合うもの同士の間で、他方の端部が配列方向Ｌに対してずれている。隣り合うビア導体３の間隔を広くするとともに、複数のビア導体３が直線状に並ぶことが回避されるため、ボンディングパッド２の間でのクラックの発生および進行を抑制することができ、信頼性を高くすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶縁基体に設けられた電子部品の搭載部の周辺に、一方の端部に電子部品の電極がボンディングワイヤを介して接続されるボンディングパッドが複数配列形成され、ボンディングパッドの他方の端部にはビア導体が接続されている電子部品実装用基板に関するものである。

従来から、例えば半導体素子や圧電素子，センサ素子等の電子部品を実装して電子装置を形成するための電子部品実装用基板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスからなり、上面や下面等に電子部品が搭載される搭載部を有する四角板状等の絶縁基体と、タングステン，モリブデン等の高融点金属粉末からなり、絶縁基体の搭載部の周辺に配列形成された複数のボンディングパッドとを備えている。

ボンディングパッドは、電子部品の電極と電気的に接続されて、この電極を外部の電気回路と接続するためのものであり、通常、複数のボンディングパッドが例えば長方形状の同様のパターンで、一方の端部が搭載部側に並ぶように配列形成される。このボンディングパッドの一方の端部に電子部品の電極がボンディングワイヤを介して接続される。

また、ボンディングパッドの他方の端部には絶縁基体の内部に向けて形成されたビア導体が接続されている。ビア導体は、絶縁基体を厚み方向に貫通して、ボンディングパッドと接続されているのと反対側の端面が絶縁基体の表面に露出したり、絶縁基体の内部から下面や側面等の表面にかけてあらかじめ形成されている内部配線と電気的に接続したりするための貫通導体である。そして、ビア導体の露出する端面や内部配線の露出面を外部の電気回路に接続することにより、電子部品の電極が外部の電気回路と電気的に接続される。
特開2000−138251号公報 特表2005−515612号公報

しかしながら、近年、電子部品実装用基板は、電子部品の小型化や高機能化に対応して、小型化やボンディングパッドの個数の増加が進んでいる。そのため、ボンディングパッド同士の隣接間隔（外縁間の距離）が、例えば約0.1ｍｍ程度と非常に狭くなり、多数のボンディングパッドが狭い間隔で配列形成されるようになってきている。

このように多数のボンディングパッドが狭い間隔で配列形成されると、ボンディングパッドのビア導体が接続された他方の端部側において、隣り合うビア導体の間で絶縁基体の機械的な強度が低くなり、絶縁基体にクラックが発生しやすくなる。また、発生したクラックが、直線状に並んだ複数のビア導体の間を進行しやすくなる。クラックが発生した場合は、ビア導体とボンディングパッドとの間の接続が破壊されることとなり、例えば電子部品と外部の電気回路との接続不良等の不具合を生じてしまい、電子部品実装用基板としての信頼性が低くなってしまう。

本発明は、上記のような従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、ビア導体が接続されたボンディングパッドが絶縁基体に複数配列形成された構造を有する電子部品実装用基板において、特にボンディングパッドのビア導体が接続された側の間で絶縁基体にクラックが発生することが抑制された、信頼性の高い電子部品実装用基板を提供することにある。

本発明の電子部品実装用基板は、電子部品の搭載部を有する絶縁基体の前記搭載部の周辺に、一方の端部が前記電子部品の電極とボンディングワイヤで接続される、他方の端部がビア導体に接続されたボンディングパッドが複数隣り合うように配列形成された電子部品実装用基板であって、前記ボンディングパッドは、隣り合うもの同士の間で、前記他方の端部が配列方向に対してずれていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品実装用基板は、上記構成において、前記ビア導体は、断面が楕円形状であり、前記断面の短軸が前記ボンディングパッドの配列方向に向いていることを特徴とするものである。

本発明の電子部品実装用基板によれば、配列形成されたボンディングパッドは、隣り合うもの同士の間で、ビア導体が接続された他方の端部が配列方向に対してずれていることから、そのずれている分に応じて、隣り合うビア導体間の間隔を広くすることができる。また、複数のビア導体が狭い間隔で直線状に並ぶことが回避される。

そのため、隣り合うビア導体の間で絶縁基体にクラックが発生することや、発生したクラックが複数のビア導体の間を進行することを抑制することができる。その結果、隣り合うボンディングパッドの間で絶縁基体にクラックが発生することが抑制された、信頼性の高い電子部品実装用基板を提供することができる。

また、本発明の電子部品実装用基板によれば、ビア導体は、断面が楕円形状であり、断面の短軸がボンディングパッドの配列方向に向くように形成されている場合には、それぞれのビア導体間で長軸側に比べて応力の集中しにくい短軸側の端同士が隣り合うことになるため、隣り合うビア導体の間で絶縁基体にクラックが発生することや、クラックが複数のビア導体にわたって進行することがより効果的に抑制される。

本発明の電子部品実装用基板について添付図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）は、本発明の電子部品実装用基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線における断面図である。図１（ａ）および（ｂ）において、１は絶縁基体、２はボンディングパッド、３はビア導体である。これらの絶縁基体１、ボンディングパッド２、ビア導体３により、本発明の電子部品実装用基板が基本的に構成されている。なお、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ線において図１（ａ）を切断した一断面に厳密に対応するものではなく、模式的に示したものである。

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，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の電気絶縁材料により形成されている。

絶縁基体１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、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、セラミックグリーンシート（セラミック生シートであり、以下、グリーンシートともいう。）を得る。しかる後、グリーンシートを所定の順に上下に積層して生セラミック成形体となす。この生セラミック成形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、絶縁基体１が製作される。

絶縁基体１は、半導体集積回路素子やフォトダイオード（ＰＤ），発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む半導体素子、弾性表面波素子や水晶振動子等の圧電素子、加速度センサ素子や圧力センサ素子等のセンサ素子等の電子部品（図示せず）を搭載するための搭載部１ａを有している。

この実施の形態の例において、搭載部１ａは絶縁基体１の上面に設けられており、この搭載部１ａに電子部品（図示せず）が、例えばろう材やガラス，接着剤等の接合材（図示せず）を介して接合され、搭載される。

この絶縁基体１の搭載部１ａの周辺には、電子部品の電極と電気的に接続される複数のボンディングパッド２が配列形成されている。

ボンディングパッド２は、電子部品の電極と電気的に接続されて、この電極を外部の電気回路（図示せず）と接続するためのものである。電子部品の電極は、例えばアルミニウムや金等の金属材料からなり、電子部品の上面の外周部に四角形状や円形状等のパターンで配列形成されている。

ボンディングパッド２は、電子部品の複数の電極のそれぞれに対応して接続されるために、複数が搭載部１ａの周辺に、一方の端部が搭載部１ａ側に並ぶように配列形成されている。このボンディングパッド２の一方の端部に電子部品の電極がボンディングワイヤ（図示せず）を介して接続される。

ボンディングワイヤは、周知のように、例えば金やアルミニウム等の金属材料からなる直径が15〜80μｍ程度の線材である。ボンディングパッド２の一方の端部に対するボンディングワイヤの接続は、例えば、画像認識装置に電子部品の電極およびボンディングパッド２の一方の端部を認識させて、電極および一方の端部に順次、超音波ボンディング法等のワイヤ接合方法でボンディングワイヤを接合させることにより行なう。

また、ボンディングパッド２の他方の端部（一方の端部の反対側であり、この実施の形態の例では絶縁基体１の外辺側の端部である。）には、ビア導体３が接続されている。ビア導体３は、絶縁基体１を厚み方向に貫通して、ボンディングパッド２と接続されている側と反対側の端面が絶縁基体１の下面に露出している。このビア導体３の下面に露出する端面を外部の電気回路に接続することにより、電子部品の電極が外部の電気回路と電気的に接続される。

この実施の形態の例では、絶縁基体１の下面においてビア導体３の露出する端面に接続するように、絶縁基体１の下面に外部接続パッド６が形成されている。外部接続パッド６は、例えば平面視で円形状や楕円形状，四角形状等のパターンで形成され、外部の電気回路に対する接続の信頼性および作業性を向上させる機能を有している。

なお、絶縁基体１の内部から絶縁基体１の下面や側面等の外面にかけて内部配線（図示せず）を形成しておいて、この内部配線にボンディングパッド２を、ビア導体３を介して電気的に接続させるようにしてもよい。この場合には、内部配線の露出する部分を外部電気回路に接続して、ボンディングパッド２に接続された電子部品の電極を、ボンディングパッド２，ビア導体３および内部配線を介して外部の電気回路と接続することもできる。

また、ビア導体３の断面形状（横断面形状）は、図示したような楕円形状のものに限らず、円形状や四角形状等でもよい。

これらのボンディングパッド２やビア導体３，内部配線および外部接続パッド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に形成することができる。

ボンディングパッド２，ビア導体３，内部配線５および外部接続パッド６は、例えば、タングステンのメタライズ導体からなる場合であれば、タングステン粉末に有機溶剤、樹脂バインダ等を添加して作製した金属ペーストを、絶縁基体１となるグリーンシートの表面や、予めグリーンシートに打ち抜き加工で形成しておいた貫通孔の内部に、スクリーン印刷法等の印刷法により印刷塗布したり充填したりすることによって形成することができる。

この形成方法の場合に、ビア導体３を形成するための貫通孔は、金属製の打ち抜きピンを用いた機械的な打ち抜き加工や、レーザ光による穴あけ加工により形成することができる。また、この貫通孔を、ボンディングパッド２となる金属ペーストが印刷される位置に形成しておくことにより、ビア導体３をボンディングパッド２に接続させることができる。

そして、電子部品を絶縁基体１の搭載部１ａに搭載するとともに、その電極をボンディングワイヤを介してボンディングパッド２に接続することにより、電子部品が電子部品実装用基板９に実装され、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂等の封止材（図示せず）で封止することにより、パワーアンプモジュールや半導体装置，発振器，センサ装置等の電子装置が作製される。

なお、本例では、絶縁基体１は、搭載部１ａを取り囲む枠状の部分（符号なし）を有しており、この枠状の部分の上面に蓋体を接合して搭載部１ａを覆うことにより、電子部品を気密封止することができる。

この電子部品実装用基板９において、ボンディングパッド２は、隣り合うもの同士の間で、他方の端部がボンディングパッド２の配列方向Ｌに対してずれている。このように、ボンディングパッド２の他方の端部が配列方向Ｌに対してずれていることから、他方の端部においてボンディングパッド２に接続しているビア導体３を隣り合うもの同士の間で配列方向Ｌに対してずれさせて、ビア導体３同士の隣接間隔を直線状に配列した場合に比べて広くすることができる。また、複数のビア導体３が直線状に並ぶことを回避することができる。

そのため、隣り合うボンディングパッド２の間で、絶縁基体１の機械的な強度が低くなることを抑制し、絶縁基体１にクラックが発生することを効果的に防止することができる。また、ビア導体３からクラックが発生したとしても、発生したクラックが複数のビア導体３の間を進行することを抑制することができる。その結果、ボンディングパッド２の間で絶縁基体１にクラックが発生することが抑制された、信頼性の高い電子部品実装用基板９を提供することができる。

なお、隣り合うボンディングパッド２同士の間で絶縁基体１にクラックが発生することを有効に防止する上で、ボンディングパッド２の他方の端部は隣り合うもの同士の間で配列方向Ｌに対してずれているほど効果的である。ただし、ずれる長さが大きくなりすぎるとボンディングパッド２を形成するのに必要なスペースが大きくなるため、電子部品実装用基板９の小型化の妨げになったり、電子部品の電極と外部の電気回路との間の電気抵抗の増加を招いたりする可能性がある。また、内部配線が形成されている場合には、内部配線とボンディングパッド２との間で不要な浮遊容量を生じる可能性もある。

そのため、例えば、近年多用されるようになっているボンディングパッド２同士の隣接間隔が0.1〜0.15ｍｍ程度の電子部品実装用基板９の場合であれば、図２に示すように、配列方向Ｌに対するずれの長さＷが0.075〜0.3ｍｍ程度であることが好ましい。配列方向Ｌに対するずれの長さは、隣り合うボンディングパッド２の同様の部位同士（例えば端縁）の配列方向Ｌに直交する方向の距離で測定するとよい。

なお、図２は、図１に示す電子部品実装用基板９の要部拡大平面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。この場合には、ビア導体３の断面形状（深さ方向に直交する横断面形状）が円形状や楕円形状のように中心が明確な形状であれば、隣り合うビア導体３の中心間を結ぶ線分Ｓは配列方向Ｌに対して約17〜45度の角度θで傾くことになる。

また、電子部品実装用基板９において、ビア導体３の断面が楕円形状であり、断面の短軸がボンディングパッド２の配列方向Ｌに向いている場合には、それぞれのビア導体３間で長軸側に比べて応力の集中しにくい短軸側の端同士が隣り合うことになるため、隣り合うビア導体３の間で絶縁基体１にクラックが発生することや、ビア導体３から発生したクラックが複数のビア導体３にわたって進行することがより効果的に抑制される。

このような、断面形状が楕円形状のビア導体３は、例えば、ボンディングパッド２の幅が0.1〜0.15ｍｍ程度の場合であれば、短軸および長軸の長さを0.05ｍｍ〜0.3ｍｍ程度に設定するとよい。ビア導体３の断面形状を楕円形状にする場合は、短軸と長軸との長さの比（長軸の長さ／短軸の長さ）が大きくなり過ぎると、長軸側の端の部分の曲がり方が大きく（曲率半径が小さく）なり、応力が集中しやすい傾向があるため、この長軸側の端を起点として絶縁基体１に部分的なクラックが生じやすくなる可能性がある。そのため、ビア導体３の断面形状を楕円形状にする場合は、短軸と長軸との長さの比は３程度以下であることが好ましい。

なお、ボンディングパッド２の他方の端部の配列方向Ｌに対するずれ方は、図１に示したような、配列方向Ｌに見て左右に（一方の端部側と他方の端部側とに）交互に配置されたジグザグ状のものには限られない。隣接するボンディングパッド２の他方の端部同士が配列方向に対して前述したような範囲でずれるものであれば、例えば図３（ａ）〜（ｃ）に示すような、他のずれ方でもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の電子部品実装用基板の実施の形態の他の例を示す要部拡大平面図である。図３において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

図３（ａ）は、３個のボンディングパッド２が一方向に漸次ずれて折り返している例を示し、図３（ｂ）は、複数のボンディングパッド２が不規則にずれている例を示している。図３（ａ）や（ｂ）のようなずれ方は、例えば、絶縁基体１の内部に内部配線が形成され、その内部配線との接続位置を調整するためにビア導体３の位置、つまりボンディングパッド２の他方の端部の位置を調整する必要があるときに用いるとよい。

また、図３（ｃ）は、一部のビア導体３ａの形状が他のビア導体３と異なる例を示している。このような例は、例えば、ビア導体３，３ａを絶縁基体１の下面側に貫通させて、それぞれの露出面に外部の電気回路を接続させるときの識別（形状の違いによる識別）に利用するような場合に用いることができる。また、ビア導体３，３ａを内部配線に接続する場合であれば、接続する内部配線の形状や面積に応じてビア導体３，３ａの断面形状を調整するために用いてもよい。

また、ボンディングパッド２の形状は、図１に示すような長方形状に限らず、一方の端部にボンディングワイヤを接続することができるとともに、他方の端部にビア導体３が接続されたものであり、複数のものを例えば隣接間隔を約0.1ｍｍ程度と狭くして配列形成することができるものであれば、他の形状でもよい。この場合にも、それぞれのボンディングパッド２の他方の端部をボンディングパッド２の配列方向Ｌに対してずらすようにする。

次に、図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の電子部品実装用基板の実施の形態の他の例を示す要部拡大平面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

図４（ａ）は、ボンディングパッド２が、細長い長方形状の一方および他方の端部に円形状または楕円形状の部分を設けた形状であり、このボンディングパッド２の円形状や楕円形状の部分にビア導体（図４では図示せず）が接続されている。また、ビア導体が接続されている側と反対側の端部にボンディングワイヤが接続される。この場合には、例えば、ボンディングパッド２とビア導体３やボンディングワイヤとの接続面積を広く確保して接続の信頼性や作業性を向上させることができる。また、中央部分で隣り合うボンディングパッド２の間隔を広くして、ボンディングパッド２間の電磁的な干渉を抑制することができる。

また、図４（ｂ）は、ボンディングパッド２を、角を丸めた長方形状に形成した例を示す。ボンディングパッド２をこのような形状にした場合には、角部分がないので、ボンディングパッド２が絶縁基体１から剥がれるようなことをより効果的に防止することができ、信頼性を向上させることができる。

なお、ボンディングパッド２やビア導体３，外部接続パッド６は、その露出表面にニッケル，銅，金等のめっき層（図示せず）を被着させておくことが好ましい。このようなめっき層を被着させておくことにより、酸化腐蝕を効果的に防止することができるとともに、ボンディングワイヤのボンディング性や、後述するように外部接続パッド６をはんだ等を介して外部の電気回路に接続するときのはんだの接続性を、より優れたものとすることができる。

なお、本発明は上記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内であれば種々の変更、改良等が可能である。

例えば、絶縁基体１は、搭載部１ａを取り囲む枠状の部分が、ビア導体３とボンディングパッド２との接続部分を覆うように搭載部１ａ側に広げられたような形状としておき、枠状の部分の上面に封止用の蓋体を接合するときの接合面積をより広くして、封止の信頼性を向上させるようにしてもよい。

（ａ）は本発明の複数個取り電子部品実装用基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図である。 図１に示す電子部品実装用基板の要部拡大平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の電子部品実装用基板の実施の形態の他の例を示す要部拡大平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の電子部品実装用基板の実施の形態の他の例を示す要部拡大平面図である。

符号の説明

１・・・・・絶縁基体
２・・・・・ボンディングパッド
３，３ａ・・ビア導体
６・・・・・外部接続パッド
９・・・・・電子部品実装用基板
Ｌ・・・・・ボンディングパッドの配列方向

Claims (2)

1. 電子部品の搭載部を有する絶縁基体の前記搭載部の周辺に、一方の端部が前記電子部品の電極とボンディングワイヤで接続される、他方の端部がビア導体に接続されたボンディングパッドが複数隣り合うように配列形成された電子部品実装用基板であって、前記ボンディングパッドは、隣り合うもの同士の間で、前記他方の端部が配列方向に対してずれていることを特徴とする電子部品実装用基板。
2. 前記ビア導体は、断面が楕円形状であり、前記断面の短軸が前記ボンディングパッドの配列方向に向いていることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装用基板。

Images