JP3784345B2 - 配線基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子収納用パッケージ等に用いられる配線基板に関し、詳しくは実装した半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に長期間にわたり安定して電気的に接続させることができる配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子が搭載される配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その表面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の半導体素子搭載部またはその周辺から下面にかけて導出される、例えばタングステンやモリブデン等の金属粉末から成る複数個の配線導体と、絶縁基体の下面に形成され、前記配線導体と電気的に接続された複数個の平面四角形状をなす接続パッドとから構成されており、絶縁基体の搭載部に半導体素子をガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着剤を介して接着固定させるとともに半導体素子の各電極と配線導体とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、必要に応じて前記半導体素子を蓋体や封止樹脂で気密封止させることによって半導体装置となる。
【０００３】
かかる半導体装置は、外部電気回路基板上に、該外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとが、間に錫−鉛半田等の低融点ロウ材を挟んで対向するよう載置させ、しかる後、前記低融点ロウ材を約２００℃〜３００℃の温度で加熱溶融させ、外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとを接合させることにより外部電気回路基板に実装され、同時に配線基板に搭載されている半導体素子の各電極が配線導体および低融点ロウ材を介して外部電気回路基板に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
なお、前記配線基板の絶縁基体は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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ー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなし、次に前記セラミックスラリーを従来周知の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型技術によりシート状となして所定形状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、最後に前記セラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【０００５】
また前記配線導体や接続パッドはタングステン、モリブデン、マンガン等の金属粉末から成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって形成される。この場合、タングステンやモリブデン等の金属粉末は金属ペースト中の金属粉末の充填率を高くして配線導体や接続パッド等の電気伝導性を確保するために通常、平均粒径が約１μｍ以下の小さいものが使用されており、平均粒径が約１μｍ以下の小さいタングステンやモリブデン等の金属粉末を使用して形成される配線導体や接続パッド等はその表面粗さが、算術平均粗さ（Ｒａ）で約１μｍ以下と、比較的滑らかなものになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体素子が搭載される配線基板は絶縁基体が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材料で形成されており、その熱膨張係数が約３×１０-6／℃〜１０×１０-6／℃であるのに対し、外部電気回路基板は一般にガラスエポキシ樹脂等の樹脂材で形成されており、その熱膨張係数が３０×１０-6／℃〜５０×１０-6／℃であり、両者、大きく相違すること、接続パッドの表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で約１μｍ以下と比較的滑らかであり、接続パッドに対する低融点ロウ材の接合強度が若干弱いこと等から配線基板の接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを低融点ロウ材を介し接合させて外部電気回路基板上に半導体装置を実装した後、半導体素子の作動時に発する熱が配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板に繰り返し作用した場合、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に大きな熱応力が繰り返し発生し、これが配線基板の接続パッドと低融点ロウ材との接合界面に作用して低融点ロウ材が接続パッドより剥離してしまい、その結果、半導体素子と外部電気回路との電気的接続が短期間で破れてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、上記欠点を解消するために絶縁基体のコーナー部に前記接続パッドと同じ材料、同じ方法によって補助パッドを設けておき、この補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させるという手段が考えられる。
【０００８】
しかしながら、配線基板の絶縁基体のコーナー部に補助パッドを設けた場合、外部電気回路基板上に配線基板を実装した直後は、補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等との接合が接続パッドと低融点ロウ材との間に作用する熱応力を除去し、接続パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が生じるのを有効に防止することができるものの続けて使用し、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用した場合、補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生して接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止することができなくなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力によって接続パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生し、半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができないという欠点を有する。
【０００９】
特に、近時、配線基板の小型化が著しく、また、半導体素子等の電極数の増加に対応して接続パッドの数も多くなり、絶縁基体の下面に高密度で形成されるようになりつつあるため、補助パッドの面積をあまり大きくすることができず、配線基板と外部電気回路基板との接続信頼性の向上は、さらに難しくなってきている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子搭載部を有する四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の下面に形成された多数の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から前記接続パッドにかけて導出される複数個の配線導体とから成る配線基板であって、前記絶縁基体下面のコーナー部に補助パッドを形成するとともに、該補助パッドの外縁部の高さを中央部の高さよりも低くし、かつ前記補助パッド外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上としたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体下面のコーナー部に補助パッドを形成したことから補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また補助パッドの外縁部の高さを中央部の高さよりも低くしたことから補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部に低融点ロウ材の適度な溜りができて補助パッドに対する低融点ロウ材の接合強度が強いものとなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が容易に発生することはなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができる。
【００１３】
同時に補助パッドの外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上に粗くしたことから、補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部と低融点ロウ材との間の接合面積が増大するとともに補助パッドと低融点ロウ材との間に効果的なアンカー効果が発揮されて接合強度が強くなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生することはほとんどなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付の図面を基にして詳細に説明する。
図１は、本発明の配線基板を使用した半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す断面図、図２はその底面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この絶縁基体１と配線導体２とで半導体素子３を搭載する配線基板４が構成される。
【００１５】
前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、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、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子３が搭載収容される凹部１ａを有し、該凹部１ａ底面には半導体素子３がガラスや樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１６】
前記絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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ー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなすとともに該セラミックスラリーを従来周知の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型技術を採用してシート状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、前記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、最後に前記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１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１７】
また前記絶縁基体１は、その凹部１ａ周辺から側面を介し下面にかけて多数の配線導体２が被着形成されており、該配線導体２の凹部１ａ周辺部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続され、また絶縁基体１下面に導出された部位には配線導体２と電気的に接続する複数の平面四角形状をなす接続パッド６が形成されている。
【００１８】
前記配線導体２および接続パッド６は、半導体素子３の電極を外部電気回路に接続する作用をなし、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなり、平均粒径が約１μｍ以下の小さいタングステン等の高融点金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得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予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体１の凹部１ａ周辺から下面にかけて被着形成される。
【００１９】
また前記接続パッド６は、配線基板４を外部電気回路基板に実装する外部端子として作用し、低融点ロウ材７を介して外部電気回路基板８の回路配線８ａに接合され、これにより半導体素子３の電極が外部電気回路基板８の回路配線８ａと電気的に接続される。
【００２０】
更に前記絶縁基体１は、図２及び図３に示すように、下面の各コーナー部に平面四角形状をなす補助パッド９が形成されており、該補助パッド９は、外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材７を介して接合され、絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に生じる熱応力が接続パッド６と低融点ロウ材７との界面に作用するのを有効に防止する。
【００２１】
本発明においては、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、補助パッド９の外縁部の高さを中央部の高さよりも低くしておくことが重要である。
【００２２】
前記補助パッド９の外縁部の高さを中央部の高さよりも例えば、１０μｍ以上低くしておくと補助パッド９と外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材７を介して接合した場合、補助パッド９の外縁部に低融点ロウ材７の適度な溜りができて補助パッド９に対する低融点ロウ材７の接合強度が強いものとなり、その結果、配線基板４の絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に発生する熱応力が補助パッド９と低融点ロウ材７に繰り返し作用したとしても補助パッド９と低融点ロウ材７との接合界面に剥離が容易に発生することはなく、これによって接続パッド６と低融点ロウ材７との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子３と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができる。
【００２３】
なお、前記補助パッド９の外縁部は、中央部分に対して１０μｍ以上低くなるようにしておくと、この外縁部で十分な量の低融点ロウ材７の溜りが形成されて補助パッド９を外部電気回路基板８のダミーパッド等に対してより一層確実に強固に接合させることができ、これによって接続パッド６と外部電気回路基板８の回路配線８ａとの電気的接続の信頼性をより一層優れたものとなすことができる。従って、前記補助パッド９の外縁部は、補助パッド９の中央部分に対して１０μｍ以上低くなるようにしておくことが好ましい。
【００２４】
また、前記補助パッド９は、外周の各縁辺から１００μｍ以上の幅で、その高さが中央部の高さよりも低くなるようにしておくと、補助パッド９の全周にわたって十分な低融点ロウ材７の溜まりをより確実に形成させることができ、接続パッド６と外部電気回路基板８の回路配線８ａとの電気的接続の信頼性をより一層確実に極めて優れたものとなすことができる。従って、前記補助パッド９は、外周の各縁辺から１００μｍ以上の幅で、その高さが中央部の高さよりも低くなるようにしておくことが好ましい。
【００２５】
更に、前記補助パッド９の中央部の高さは、接続パッド６の高さ（通常、約１５μｍ〜３０μｍ）と同程度の高さとしておくと配線基板４を外部電気回路基板に対して水平に安定して搭載させることが容易にできる。従って、前記補助パッド９はその中央部の高さを接続パッド６の高さ（通常、約１５μｍ〜３０μｍ）と同程度にしておくことが好ましい。
【００２６】
また更に、本発明においては、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、補助パッド９の外縁部の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上と粗くしておくことが重要である。
【００２７】
前記補助パッド９の外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上に粗くすると、補助パッド９と外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材７を介して接合した場合、補助パッド９の外縁部と低融点ロウ材７との間の接合面積が増大するとともに補助パッド９と低融点ロウ材７との間に効果的なアンカー効果が発揮されて接合強度が強くなり、その結果、配線基板４の絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に発生する熱応力が補助パッド９と低融点ロウ材７に繰り返し作用したとしても補助パッド９と低融点ロウ材７との接合界面に剥離が発生することはほとんどなく、これによって接続パッド６と低融点ロウ材７との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子３と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【００２８】
なお、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ未満となると補助パッド９の外縁部と低融点ロウ材７との間でアンカー効果が十分に発揮されなくなり、補助パッド９と低融点ロウ材７と接合強度を強くすることができず、接続パッド６と外部電気回路基板８の回路配線８ａとの電気的接続の信頼性を大きく向上させることが困難となってしまう。従って、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上のものに特定される。
【００２９】
更に、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で３μｍを超えると、表面の凹凸が大きくなりすぎて低融点ロウ材７の濡れ性が低下し、逆に補助パッド９と低融点ロウ材７の接合強度が低下してしまう危険性がある。従って、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ〜３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３０】
前記外縁部の高さが低く、外縁部における表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上の補助パッド９は、例えば、まず平均粒径が約１．５μｍ以上と粗い高融点金属粉末を用いて作製した金属ペーストを補助パッド９のパターン形状に印刷した後、この印刷した補助パッド９のパターンの中央部分に、平均粒径が約１μｍ以下の高融点金属粉末を用いて作製した金属ペーストを印刷すること等により形成される。
【００３１】
かくして本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をガラスや樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定するとともにこの半導体素子３の各電極を配線導体２にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋体１０をガラスや樹脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体１０とから成る容器内部に半導体素子３を気密に封止することによって製品としての半導体装置が完成する。
【００３２】
なお、本発明の配線基板は上述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あれば種々の変更は可能であり、例えば、前記配線導体２、接続パッド６および補助パッド９の露出する領域にニッケルまたは銅を１μｍ〜１０μｍ、金を０．０５μｍ〜５μｍの厚さで順次、被着させておくと、配線導体２、接続パッド６および補助パッド９の酸化腐食を効果的に防ぐことができるとともに、接続パッド６および補助パッド９に対し低融点ロウ材７を、配線導体２に対しボンディングワイヤ５を強固に接合、接続させることができる。
【００３３】
また上述の実施例において、前記補助パッド９を、図４に示すように、各角部、特に、熱応力が大きくなる絶縁基体１の対角線方向に沿った角部を円弧状等に面取りしておくと、角部に熱応力が集中して角部から低融点ロウ材に破断が生じることを防止することができ、接続パッド６と外部電気回路基板の回路配線８ａとの電気的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。従って、前記補助パッド９は、図４に示すように、各角部、特に、熱応力が大きくなる絶縁基体１の対角線方向に沿った角部を円弧状等に面取りしておくことが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体下面のコーナー部に補助パッドを形成したことから補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
また補助パッドの外縁部の高さを中央部の高さよりも低くしたことから補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部に低融点ロウ材の適度な溜りができて補助パッドに対する低融点ロウ材の接合強度が強いものとなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が容易に発生することはなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができる。
【００３６】
同時に補助パッドの外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上に粗くしたことから、補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部と低融点ロウ材との間の接合面積が増大するとともに補助パッドと低融点ロウ材との間に効果的なアンカー効果が発揮されて接合強度が強くなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生することはほとんどなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の下面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は図１に示す配線基板の要部拡大下面図および要部拡大断面図である。
【図４】本発明の配線基板の他の実施例を示す要部拡大底面面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
２・・・・配線導体
３・・・・半導体素子
４・・・・配線基板
５・・・・ボンディングワイヤ
６・・・・接続パッド
７・・・・低融点ロウ材
８・・・・外部電気回路基板
８ａ・・・回路配線
９・・・・補助パッド
１０・・・蓋体
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子収納用パッケージ等に用いられる配線基板に関し、詳しくは実装した半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に長期間にわたり安定して電気的に接続させることができる配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子が搭載される配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その表面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の半導体素子搭載部またはその周辺から下面にかけて導出される、例えばタングステンやモリブデン等の金属粉末から成る複数個の配線導体と、絶縁基体の下面に形成され、前記配線導体と電気的に接続された複数個の平面四角形状をなす接続パッドとから構成されており、絶縁基体の搭載部に半導体素子をガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着剤を介して接着固定させるとともに半導体素子の各電極と配線導体とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、必要に応じて前記半導体素子を蓋体や封止樹脂で気密封止させることによって半導体装置となる。
【０００３】
かかる半導体装置は、外部電気回路基板上に、該外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとが、間に錫−鉛半田等の低融点ロウ材を挟んで対向するよう載置させ、しかる後、前記低融点ロウ材を約２００℃〜３００℃の温度で加熱溶融させ、外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとを接合させることにより外部電気回路基板に実装され、同時に配線基板に搭載されている半導体素子の各電極が配線導体および低融点ロウ材を介して外部電気回路基板に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
なお、前記配線基板の絶縁基体は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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ー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなし、次に前記セラミックスラリーを従来周知の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型技術によりシート状となして所定形状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、最後に前記セラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【０００５】
また前記配線導体や接続パッドはタングステン、モリブデン、マンガン等の金属粉末から成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって形成される。この場合、タングステンやモリブデン等の金属粉末は金属ペースト中の金属粉末の充填率を高くして配線導体や接続パッド等の電気伝導性を確保するために通常、平均粒径が約１μｍ以下の小さいものが使用されており、平均粒径が約１μｍ以下の小さいタングステンやモリブデン等の金属粉末を使用して形成される配線導体や接続パッド等はその表面粗さが、算術平均粗さ（Ｒａ）で約１μｍ以下と、比較的滑らかなものになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体素子が搭載される配線基板は絶縁基体が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材料で形成されており、その熱膨張係数が約３×１０-6／℃〜１０×１０-6／℃であるのに対し、外部電気回路基板は一般にガラスエポキシ樹脂等の樹脂材で形成されており、その熱膨張係数が３０×１０-6／℃〜５０×１０-6／℃であり、両者、大きく相違すること、接続パッドの表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で約１μｍ以下と比較的滑らかであり、接続パッドに対する低融点ロウ材の接合強度が若干弱いこと等から配線基板の接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを低融点ロウ材を介し接合させて外部電気回路基板上に半導体装置を実装した後、半導体素子の作動時に発する熱が配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板に繰り返し作用した場合、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に大きな熱応力が繰り返し発生し、これが配線基板の接続パッドと低融点ロウ材との接合界面に作用して低融点ロウ材が接続パッドより剥離してしまい、その結果、半導体素子と外部電気回路との電気的接続が短期間で破れてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、上記欠点を解消するために絶縁基体のコーナー部に前記接続パッドと同じ材料、同じ方法によって補助パッドを設けておき、この補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させるという手段が考えられる。
【０００８】
しかしながら、配線基板の絶縁基体のコーナー部に補助パッドを設けた場合、外部電気回路基板上に配線基板を実装した直後は、補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等との接合が接続パッドと低融点ロウ材との間に作用する熱応力を除去し、接続パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が生じるのを有効に防止することができるものの続けて使用し、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用した場合、補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生して接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止することができなくなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力によって接続パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生し、半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができないという欠点を有する。
【０００９】
特に、近時、配線基板の小型化が著しく、また、半導体素子等の電極数の増加に対応して接続パッドの数も多くなり、絶縁基体の下面に高密度で形成されるようになりつつあるため、補助パッドの面積をあまり大きくすることができず、配線基板と外部電気回路基板との接続信頼性の向上は、さらに難しくなってきている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子搭載部を有する四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の下面に形成された多数の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から前記接続パッドにかけて導出される複数個の配線導体とから成る配線基板であって、前記絶縁基体下面のコーナー部に補助パッドを形成するとともに、該補助パッドの外縁部の高さを中央部の高さよりも低くし、かつ前記補助パッド外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上としたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体下面のコーナー部に補助パッドを形成したことから補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また補助パッドの外縁部の高さを中央部の高さよりも低くしたことから補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部に低融点ロウ材の適度な溜りができて補助パッドに対する低融点ロウ材の接合強度が強いものとなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が容易に発生することはなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができる。
【００１３】
同時に補助パッドの外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上に粗くしたことから、補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部と低融点ロウ材との間の接合面積が増大するとともに補助パッドと低融点ロウ材との間に効果的なアンカー効果が発揮されて接合強度が強くなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生することはほとんどなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付の図面を基にして詳細に説明する。
図１は、本発明の配線基板を使用した半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す断面図、図２はその底面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この絶縁基体１と配線導体２とで半導体素子３を搭載する配線基板４が構成される。
【００１５】
前記絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体、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、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子３が搭載収容される凹部１ａを有し、該凹部１ａ底面には半導体素子３がガラスや樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１６】
前記絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、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ー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなすとともに該セラミックスラリーを従来周知の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型技術を採用してシート状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、前記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、最後に前記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１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１７】
また前記絶縁基体１は、その凹部１ａ周辺から側面を介し下面にかけて多数の配線導体２が被着形成されており、該配線導体２の凹部１ａ周辺部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続され、また絶縁基体１下面に導出された部位には配線導体２と電気的に接続する複数の平面四角形状をなす接続パッド６が形成されている。
【００１８】
前記配線導体２および接続パッド６は、半導体素子３の電極を外部電気回路に接続する作用をなし、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなり、平均粒径が約１μｍ以下の小さいタングステン等の高融点金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得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予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体１の凹部１ａ周辺から下面にかけて被着形成される。
【００１９】
また前記接続パッド６は、配線基板４を外部電気回路基板に実装する外部端子として作用し、低融点ロウ材７を介して外部電気回路基板８の回路配線８ａに接合され、これにより半導体素子３の電極が外部電気回路基板８の回路配線８ａと電気的に接続される。
【００２０】
更に前記絶縁基体１は、図２及び図３に示すように、下面の各コーナー部に平面四角形状をなす補助パッド９が形成されており、該補助パッド９は、外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材７を介して接合され、絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に生じる熱応力が接続パッド６と低融点ロウ材７との界面に作用するのを有効に防止する。
【００２１】
本発明においては、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、補助パッド９の外縁部の高さを中央部の高さよりも低くしておくことが重要である。
【００２２】
前記補助パッド９の外縁部の高さを中央部の高さよりも例えば、１０μｍ以上低くしておくと補助パッド９と外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材７を介して接合した場合、補助パッド９の外縁部に低融点ロウ材７の適度な溜りができて補助パッド９に対する低融点ロウ材７の接合強度が強いものとなり、その結果、配線基板４の絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に発生する熱応力が補助パッド９と低融点ロウ材７に繰り返し作用したとしても補助パッド９と低融点ロウ材７との接合界面に剥離が容易に発生することはなく、これによって接続パッド６と低融点ロウ材７との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子３と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができる。
【００２３】
なお、前記補助パッド９の外縁部は、中央部分に対して１０μｍ以上低くなるようにしておくと、この外縁部で十分な量の低融点ロウ材７の溜りが形成されて補助パッド９を外部電気回路基板８のダミーパッド等に対してより一層確実に強固に接合させることができ、これによって接続パッド６と外部電気回路基板８の回路配線８ａとの電気的接続の信頼性をより一層優れたものとなすことができる。従って、前記補助パッド９の外縁部は、補助パッド９の中央部分に対して１０μｍ以上低くなるようにしておくことが好ましい。
【００２４】
また、前記補助パッド９は、外周の各縁辺から１００μｍ以上の幅で、その高さが中央部の高さよりも低くなるようにしておくと、補助パッド９の全周にわたって十分な低融点ロウ材７の溜まりをより確実に形成させることができ、接続パッド６と外部電気回路基板８の回路配線８ａとの電気的接続の信頼性をより一層確実に極めて優れたものとなすことができる。従って、前記補助パッド９は、外周の各縁辺から１００μｍ以上の幅で、その高さが中央部の高さよりも低くなるようにしておくことが好ましい。
【００２５】
更に、前記補助パッド９の中央部の高さは、接続パッド６の高さ（通常、約１５μｍ〜３０μｍ）と同程度の高さとしておくと配線基板４を外部電気回路基板に対して水平に安定して搭載させることが容易にできる。従って、前記補助パッド９はその中央部の高さを接続パッド６の高さ（通常、約１５μｍ〜３０μｍ）と同程度にしておくことが好ましい。
【００２６】
また更に、本発明においては、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、補助パッド９の外縁部の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上と粗くしておくことが重要である。
【００２７】
前記補助パッド９の外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上に粗くすると、補助パッド９と外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材７を介して接合した場合、補助パッド９の外縁部と低融点ロウ材７との間の接合面積が増大するとともに補助パッド９と低融点ロウ材７との間に効果的なアンカー効果が発揮されて接合強度が強くなり、その結果、配線基板４の絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に発生する熱応力が補助パッド９と低融点ロウ材７に繰り返し作用したとしても補助パッド９と低融点ロウ材７との接合界面に剥離が発生することはほとんどなく、これによって接続パッド６と低融点ロウ材７との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子３と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【００２８】
なお、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ未満となると補助パッド９の外縁部と低融点ロウ材７との間でアンカー効果が十分に発揮されなくなり、補助パッド９と低融点ロウ材７と接合強度を強くすることができず、接続パッド６と外部電気回路基板８の回路配線８ａとの電気的接続の信頼性を大きく向上させることが困難となってしまう。従って、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上のものに特定される。
【００２９】
更に、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で３μｍを超えると、表面の凹凸が大きくなりすぎて低融点ロウ材７の濡れ性が低下し、逆に補助パッド９と低融点ロウ材７の接合強度が低下してしまう危険性がある。従って、前記補助パッド９の外縁部の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ〜３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３０】
前記外縁部の高さが低く、外縁部における表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上の補助パッド９は、例えば、まず平均粒径が約１．５μｍ以上と粗い高融点金属粉末を用いて作製した金属ペーストを補助パッド９のパターン形状に印刷した後、この印刷した補助パッド９のパターンの中央部分に、平均粒径が約１μｍ以下の高融点金属粉末を用いて作製した金属ペーストを印刷すること等により形成される。
【００３１】
かくして本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をガラスや樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定するとともにこの半導体素子３の各電極を配線導体２にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋体１０をガラスや樹脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体１０とから成る容器内部に半導体素子３を気密に封止することによって製品としての半導体装置が完成する。
【００３２】
なお、本発明の配線基板は上述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あれば種々の変更は可能であり、例えば、前記配線導体２、接続パッド６および補助パッド９の露出する領域にニッケルまたは銅を１μｍ〜１０μｍ、金を０．０５μｍ〜５μｍの厚さで順次、被着させておくと、配線導体２、接続パッド６および補助パッド９の酸化腐食を効果的に防ぐことができるとともに、接続パッド６および補助パッド９に対し低融点ロウ材７を、配線導体２に対しボンディングワイヤ５を強固に接合、接続させることができる。
【００３３】
また上述の実施例において、前記補助パッド９を、図４に示すように、各角部、特に、熱応力が大きくなる絶縁基体１の対角線方向に沿った角部を円弧状等に面取りしておくと、角部に熱応力が集中して角部から低融点ロウ材に破断が生じることを防止することができ、接続パッド６と外部電気回路基板の回路配線８ａとの電気的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。従って、前記補助パッド９は、図４に示すように、各角部、特に、熱応力が大きくなる絶縁基体１の対角線方向に沿った角部を円弧状等に面取りしておくことが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体下面のコーナー部に補助パッドを形成したことから補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
また補助パッドの外縁部の高さを中央部の高さよりも低くしたことから補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部に低融点ロウ材の適度な溜りができて補助パッドに対する低融点ロウ材の接合強度が強いものとなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が容易に発生することはなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができる。
【００３６】
同時に補助パッドの外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上に粗くしたことから、補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等とを低融点ロウ材を介して接合した場合、補助パッドの外縁部と低融点ロウ材との間の接合面積が増大するとともに補助パッドと低融点ロウ材との間に効果的なアンカー効果が発揮されて接合強度が強くなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用したとしても補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に剥離が発生することはほとんどなく、これによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の下面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は図１に示す配線基板の要部拡大下面図および要部拡大断面図である。
【図４】本発明の配線基板の他の実施例を示す要部拡大底面面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
２・・・・配線導体
３・・・・半導体素子
４・・・・配線基板
５・・・・ボンディングワイヤ
６・・・・接続パッド
７・・・・低融点ロウ材
８・・・・外部電気回路基板
８ａ・・・回路配線
９・・・・補助パッド
１０・・・蓋体
Claims (1)
- 電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子搭載部を有する四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の下面に形成された多数の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から前記接続パッドにかけて導出される複数個の配線導体とから成る配線基板であって、
前記絶縁基体下面のコーナー部に補助パッドを形成するとともに該補助パッドの外縁部の高さを中央部の高さよりも低くし、かつ前記補助パッドの外縁部の表面粗さを、算術平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以上としたことを特徴とする配線基板。
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