JP2013171922A - 電子部品搭載用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁基板および電子部品と接合材との間に空隙が生じることが抑制された電子部品搭載用基板を提供すること。
【解決手段】 電子部品11の搭載部１ａを含む上面を有する絶縁基板１と、搭載部１ａに配置された接合材２とを備えており、接合材２は、上面および下面を有するフィルム状であり、接合材２の上面および下面がそれぞれ凸状に湾曲している電子部品搭載用基板９である。接合材２は、凸状の上面および下面の中央部分から漸次外周に向かって絶縁基板１および電子部品11にそれぞれ接合され、これに伴い介在していた空気が漸次外側に押し出されるため、空隙の発生が抑制される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子やセンサ素子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載用基板に関するものである。

従来、半導体素子やセンサ素子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載用基板として、絶縁基板の上面に電子部品の搭載部が設けられたものが用いられている。絶縁基板には、通常、搭載部またはその周辺から下面等にかけて配線導体が設けられている。搭載部に搭載された電子部品は、配線導体と電気的に接続され、配線導体を介して外部の電気回路と電気的に接続される。

搭載部における電子部品と絶縁基板との接合は、熱硬化性等の有機樹脂を主成分とする接着剤やろう材等の接合材を介して行なわれる。例えば、あらかじめ絶縁基板の搭載部に未硬化の接着剤を層状に塗布しておき、次に、この未硬化の接着剤上に電子部品を位置決めして載せ、その後、接着剤を硬化させる。この手順によって、電子部品が絶縁基板の搭載部に接合される。

特開2003−188298号公報

しかしながら、上記従来の電子部品搭載用基板においては、搭載部に塗布された接着剤等の接合材と絶縁基板との間、および接合材と電子部品との間に隙間が生じやすい傾向があるという問題点があった。これは、塗布された接着剤等の接合材の下面と絶縁基板の上面（搭載部）との間、および接合時の電子部品の下面と接合材の上面との間から外部に空気が抜けにくいことによる。

特に、近年、イメージセンサ等のセンサ素子においては大型化が進んでいるため、上記隙間がより発生しやすくなってきている。このような隙間が生じると、例えばセンサ素子で発生する熱の絶縁基板への伝導が妨げられ、センサ素子から外部への放熱が不十分になる可能性がある。

本発明はかかる問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、絶縁基板と接合材との間、および接合材と電子部品との間において空隙が発生する可能性が低減された電子部品搭載用基板を提供することにある。

本発明の一つの態様による電子部品搭載用基板は、電子部品の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、前記搭載部に配置された接合材とを備えており、前記接合材は、上面および下面を有するフィルム状であり、前記接合材の前記上面および前記下面がそれぞれ凸状に湾曲していることを特徴とする。

本発明の一つの態様による電子部品搭載用基板によれば、絶縁基板の搭載部にフィルム状の接合材が配置されており、その接合材の上面および下面が凸状に湾曲していることか
ら、絶縁基板と接合材との間、および接合材と電子部品との間において空隙が発生する可能性が低減された電子部品搭載用基板を提供することができる。

すなわち、接合材を介して電子部品が絶縁基板の上面の搭載部に接合されるときに、絶縁基板および電子部品と接合材との接合は、いずれも、接合材の中央部分から外周部分に向かって漸次進行する。この接合の進行に伴い、絶縁基板および電子部品と接合材との間に介在していた空気が次第に外部に向かって送り出される。したがって、絶縁基板および電子部品と接合材との間において空隙が発生する可能性が低減され得る。

（ａ）は本発明の実施の形態の電子部品搭載用基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 図１に示す電子部品搭載用基板に電子部品が搭載されるときの一例における要部を示す断面図である。 図１に示す電子部品搭載用基板の変形例を示す断面図である。

本発明の電子部品搭載用基板について、添付の図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の電子部品搭載用基板を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線におけるは断面図である。搭載部１ａを含む上面を有する絶縁基板１と、搭載部１ａに配置された接合材２とにより、電子部品11を搭載するための電子部品搭載用基板９が基本的に構成されている。なお、図１（ａ）においては、見やすくするために電子部品11を省略している。

絶縁基板１は、例えば平面視で一辺の長さが５〜40ｍｍ程度の四角板状等の板状であり、上面の中央部に電子部品11を搭載するための搭載部１ａを有している。図１に示す例においては、絶縁基板１の上面に凹部１ｂが設けられ、この凹部１ｂの底面が搭載部１ａとなっている。なお、絶縁基板１は、凹部１ｂが設けられていない平板状のものであっても構わない。

絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム焼結体，ムライト質焼結体，ガラス−セラミック焼結体等のセラミック材料、またはエポキシ樹脂等の有機樹脂材料等の絶縁材料によって形成されている。

絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。すなわち、まず、主成分である酸化アルミニウムに酸化ケイ素，酸化カルシウム，酸化マグネシウム等を添加した原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともに混練してスラリーを作製し、次に、このスラリーをドクターブレード法やリップコータ法等によってシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシートを作製し、その後、セラミックグリーンシートを必要に応じて複数枚積層して積層体とし、この積層体を還元雰囲気中において約1300〜1600℃の温度で焼成することによって製作することができる。

絶縁基板１は、電子部品11を搭載し支持するための基体として機能し、搭載部１ａに電子部品11が搭載される。電子部品11としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子、およびＬＥＤ（発光ダイオード）やＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子），ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）等の光半導体素子を含む半導体素子、弾性表面波素子や水晶振動子等の圧電素子，容量素子，抵抗器，半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ素子）等が挙げられる。また、ＣＣＤ等を有する光半導体素子の一例として、イメージセンサ素子や撮像素子等が挙げられ
る。

電子部品11の大きさは、例えばイメージセンサ素子である場合には、平面視において１辺の長さが４〜30ｍｍ程度の四角板状である。絶縁基板１の上面において、搭載部１ａは、このような電子部品11の平面視における形状および寸法と同じ程度の範囲に設定されている。

絶縁基板１の搭載部１ａまたはその周辺には、電子部品11の電極（図示せず）が電気的に接続される接続パッド３が設けられている。電極と接続パッド３との電気的な接続は、例えば金またはアルミニウム等からなるボンディングワイヤ（図示せず）等を介して行なわれる。接続パッド３は、例えば四角形状や円形状，楕円形状等のパターンである。電子部品11の電極に対応して複数の接続パッド３が設けられている。

接続パッド３は、例えばタングステンやモリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金，白金等の金属材料により形成されている。これらの金属材料は、メタライズ層やめっき層の形態で絶縁基板１の上面に被着されている。接続パッド３は、例えば、タングステンのメタライズ層からなる場合であれば、次のようにして絶縁基板１の搭載部１ａに設けることができる。すなわち、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの所定部位にスクリーン印刷等の方法で印刷し、焼成する。

接続パッド３は、例えば絶縁基板１の表面および内部に形成された配線導体（図示せず）を介して絶縁基板１の下面および側面等の外表面に電気的に導出されている。これらの配線導体も、接続パッド３と同様の金属材料を用い、同様の方法で絶縁基板１に形成することができる。

搭載部１ａに設けられた接合材２は、上面および下面を有するフィルム状（薄い平板状）である。接合材２は、搭載部１ａに搭載される電子部品11と、絶縁基板１の搭載部１ａ（凹部１ｂの底面）とを接合させるための部材である。

接合材２は、例えば上記のような形状および寸法（１辺の長さが４〜30ｍｍ程度の四角形状等）で設定される搭載部１ａのほぼ全面にわたって設けられていてもよく、搭載部１ａよりも少し狭い範囲で設けられていてもよい。

接合材２は、絶縁基板１と電子部品11とを互いに接合させることが可能な材料によって形成されている。このような材料としては、有機樹脂材料、はんだ等のいわゆる低融点ろう材、ガラス等が挙げられる。

接合材２上に電子部品11を位置決めして載せた後、ヒーターまたは電気炉等で加熱する。加熱によって接合材２がいったん溶融する。その後、溶融した接合材２の冷却に伴い、接合材２が固化する。この固化した接合材２を介して、電子部品11が絶縁基板１の搭載部１ａに接合される。

また、接合材２は、その上面および下面がそれぞれ凸状に湾曲している。すなわち、接合材２の上面は、上面の中央部分を頂点部分として上方向に凸になるように湾曲している。また、接合材２の下面は、下面の中央部分を頂点部分として下方向に凸になるように湾曲している。さらに言い換えれば、接合材２は、側面視において、いわゆる凸レンズ状になっている。

接合材２の上面および下面が凸状に湾曲していることから、絶縁基板１（搭載部１ａ）
と接合材２との間、および接合材２と電子部品11（下面）との間において空隙が発生する可能性が低減される。

すなわち、例えば図２に示すように、接合材２を介して電子部品11が絶縁基板１の上面の搭載部１ａに接合されるときに、絶縁基板１および電子部品11と接合材２との接合は、いずれも、接合材２の中央部分から外周部分に向かって漸次進行する。この接合の進行に伴い、絶縁基板１および電子部品11と接合材２との間に介在していた空気が次第に外部に向かって送り出される。したがって、接合材２と電子部品11との間において空隙が発生する可能性が低減され得る。

なお、接合材２は、電子部品11に加わる熱を抑えるためには、約200℃程度の比較的低
い温度で溶融する、有機樹脂材料が適している。一方、電子部品11から外部への放熱を考慮すれば、接合材２の熱伝導率が高いことが望ましい。そのため、有機樹脂材料で接合材２が形成されているときには、有機樹脂材料中に熱伝導率の高い材料からなる粒子（いわゆる伝熱性粒子）が添加される。

接合材２を形成する樹脂材料としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。樹脂材料には、可塑剤や着色剤等が添加されていてもよい。また、複数の樹脂材料が混合されていてもよい。

伝熱性粒子を形成する材料としては、例えば銀、銅およびアルミニウム等の金属材料や、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料が挙げられる。

接合材２における伝熱性粒子の添加量は、例えば伝熱性粒子が銀からなり、電子部品11がＣＭＯＳ等のイメージセンサ素子である場合であれば、約30〜70質量％程度とすればよい。

なお、伝熱性材料自体は、比較的融点が高いものが多く、電子部品11と絶縁基板１との接合に対しては有効に機能しない場合が多い。言い換えれば、接合材２を形成する材料として有機樹脂中に伝熱性粒子が添加されているものを用いた場合には、絶縁基板１と電子部品11との間の接合性が低くなって空隙が発生しやすくなる可能性がある。このような場合であっても、接合材２の上面および下面が上記形状であれば、空隙の発生を効果的に抑制することができる。

接合材２の下面の湾曲の程度は、側面視において、この下面と絶縁基板１の上面（搭載部１ａ）とが接している部分で、接合材２の下面に対する接線と絶縁基板１の上面とのなす角度が５〜15度程度になるように設定すればよい。接合材２の上面の湾曲の程度は、例えば下面と同じ程度に設定すればよい。

上面および下面が凸状に湾曲している接合材２は、例えば以下のようにして作製することができる。すなわち、まず、上記樹脂材料の未硬化物（流動性を有するもの）を、フィルム状に成形した後、これを加熱して硬化させる。次に、フィルム状に成形した樹脂材料に切断加工を施して、所定の接合材と同じ程度の形状および寸法の成形片に加工する。その後、この成形片を外方向に引き延ばして、外周部分の厚みが漸次薄くなるように加工する。その後、成形片を、所定の接合材２の形状および寸法に切断することによって、接合材２を作製することができる。

また、上記樹脂材料の未硬化物を、射出成形や圧縮成形、トランスファ成形等の成形方法で所定の接合材２の形状に成形することによって、接合材２を作製することもできる。

樹脂材料を例えば上記のような方法で接合材２の形状および寸法に加工する前に、樹脂材料の未硬化物に伝熱性粒子を添加しておけば、伝熱性粒子を含む接合材２を作製することができる。

作製された接合材２は、例えば、有機樹脂接着剤やガラス等（図示せず）を介して絶縁基板１の搭載部１ａに接着されて、仮固定されてもよい。つまり、接合材２を介して電子部品11が絶縁基板１の搭載部１ａに接合される前に、接合材２の位置がずれないように、接合材２が搭載部１ａに仮固定されていてもよい。

接合材２は、その全体が同じ材料からなるため、平面視において中央部が重心位置になる。このような接合材２の上面および下面は、それぞれの中央部を頂点とするように湾曲していることが好ましい。すなわち、接合材２の重心位置において接合材２の下面が絶縁基板１の搭載部１ａに接していることが好ましい。また、接合材２の重心位置において接合材２の上面が電子部品11の下面に接するようになっていることが好ましい。この場合には、例えば接合材２上に電子部品11を載せたときに、接合材２が外周の一方向に傾くようなことの抑制がより容易である。したがって、絶縁基板１および電子部品11と接合材2と
の間に空隙が発生することがより効果的に抑制される。

図１および図２に示す例の断面において、接合材２の上面および下面は、同じ程度の曲率半径で湾曲している。接合材２の上面および下面は、それぞれの曲率半径が互いに異なっていても構わない。

図３に示す例は、接合材２の下面の曲率半径が、上面の曲率半径よりも大きい場合の例である。この場合、接合材２の下面と絶縁基板１の搭載部１ａとが有機樹脂接着剤を介して接合される範囲を広くすることがより容易である。そのため、接合材２と絶縁基板１との間の接合の強度がより高い。接合材２の下面の中央部が搭載部１ａに有機樹脂接着剤等を介して接合されるときに、接合材２の傾きがより確実に抑制される。

１・・・絶縁基板
１ａ・・搭載部
１ｂ・・凹部
２・・・接合材
３・・・接続パッド
９・・・電子部品搭載用基板
11・・・電子部品

Claims (1)

1. 電子部品の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、
   前記搭載部に配置された接合材とを備えており、
   前記接合材は、上面および下面を有するフィルム状であり、
   前記接合材の前記上面および前記下面がそれぞれ凸状に湾曲していることを特徴とする電子部品搭載用基板。

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