JP3872402B2 - 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、絶縁基体の一主面に外部電極が配置され、この外部電極が回路基板に接続される配線基板に関するものであり、詳細には、外部電極の回路基板に対する接続信頼性が良好な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、特にＬＳＩ等の半導体素子や圧電振動子・容量素子等の電子部品を収容するための配線基板は、一般にアルミナセラミックス等のセラミックスから成る絶縁基板の一方の主面に半導体素子搭載部を有し、半導体素子搭載部周辺から他方の主面にかけてタングステン・モリブデン等の高融点金属粉末から成る複数個の配線導体が設けられた構造である。その配線導体は絶縁基板の他方の主面に形成された複数個の外部電極と電気的に接続されている。そして、外部電極は外部接続用の接続端子を介してマザーボード等の外部回路基板と接続される。
【０００３】
最近では、半導体素子の高集積化・小型化に伴い、電極数が増大し、これに伴い、配線基板における配線導体や外部電極の高密度配線化が求められている。
【０００４】
そのような要求に対して、最近では、接続端子として半田ボールを用い、この半田ボールが外部電極にロウ付け取着された配線基板が用いられている。
【０００５】
このような従来の配線基板にＬＳＩ等の半導体素子を収容してなる半導体装置を外部回路基板に実装するには、絶縁基板表面の外部電極にロウ付けされた半田ボールから成る接続端子を、マザーボード等の外部回路基板の配線層上に載置当接させ、しかる後、例えば半田ボール等の接続端子を約150〜250℃の温度で加熱溶融させて、接続端子を配線層に接合させることによって実装され、同時に配線基板に収容された半導体素子は、配線導体およびメタライズ層から成る外部電極を介して外部回路基板の電気回路と電気的に接続されることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の配線基板においては、セラミックスから成る絶縁基体の０〜500℃における熱膨張係数が6.5×10-6／℃以上であるのに対して、半導体素子（シリコン）の熱膨張係数は３〜５×10-6／℃であり、両者は大きく異なる。
【０００７】
このため、この従来の配線基板をマザーボード等の外部回路基板に実装した場合は、半導体素子の作動時に発する熱が絶縁基体および外部回路基板の両方に印加されると、半導体素子と絶縁基体との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する応力が発生する。この応力によって、配線基板は、絶縁基体の外周端部が、搭載した半導体素子の側に引っ張り上げられるような応力を受けるため、半導体素子を搭載した側が凹となるように反るように変形する。
【０００８】
また、上述のように、配線基板の絶縁基体の０〜500℃における熱膨張係数が6.5×10-6／℃以上であるのに対して、ガラス−エポキシ樹脂等から成る外部回路基板の熱膨張係数が約15×10-6／℃以上と大きいことから、配線基板の変形に伴い、外部回路基板も通常、同様な方向、つまり配線基板を実装した側に凹となるように変形する。これに伴い、配線基板と外部回路基板とを接続している接続端子、例えば従来の配線基板における半田ボールには、配線基板と外部回路基板の熱膨張差によるせん断変形が生じている。
【０００９】
このようなせん断変形は、上述のように熱応力による配線基板の反りに起因することから、特に配線基板の外周部に配設された外部電極において、他の端子に比較して大きなものとなり、この外周部の外部電極にロウ付けされた半田ボールから熱疲労破壊が生じ、配線基板の外部回路基板への実装の信頼性が大きく損なわれてしまうという問題があった。
【００１０】
この対策として、例えば絶縁基体の外部電極として、絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで凹部を形成するとともに、その内側壁面にメタライズ層を形成した構造の外部電極を有する配線基板が提案されている（特開平８−37251号公報参照）。
【００１１】
しかしながら、このように絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで凹部を形成するとともに、その内側壁面にメタライズ層を形成した外部電極を有するものとしても、特に、絶縁基体の材料としてホウ珪酸系ガラスセラミックスやムライトセラミックスのように熱膨張係数が約５×10-6／℃以下と非常に小さく、外部回路基板との間で非常に大きな熱応力が生じるものを用いた場合や、絶縁基体の外寸が例えば約５ｍｍ×５ｍｍ以下と非常に小さいものとなり、外部電極の寸法も小さなものとなってきた場合には、凹部の内側壁面にのみメタライズ層が形成されていることから、外部電極の面積を、このような大きな熱応力に対応するように、また小さな外部電極の面積に対応させつつ効果的に大きくすることが困難であるという問題点があった。
【００１２】
また、このような凹部の内側壁面のメタライズ層と接続端子との接合面が、接続端子に生じるせん断歪みの方向に対して主として平行な方向であることから、配線基板の外部回路基板に対する接続信頼性を効果的に向上させることができないという問題点があった。
【００１３】
本発明は以上のような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する、外部電極に接続された接続端子に対するせん断歪みを緩和することができ、外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる配線基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、セラミックスから成る絶縁基体の内部に複数の配線導体を有するとともに、前記絶縁基体の主面に複数の前記配線導体と電気的に接続されたメタライズ層から成る複数の外部電極を備えた配線基板において、前記外部電極のうち前記絶縁基体の主面の角部に位置するものは、前記メタライズ層が、前記絶縁基体の主面から、前記絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけて形成されており、前記絶縁基体の主面の角部に位置する前記外部電極のうち、一つの角部に位置するものの前記切欠き部の形状が、他の角部に位置するものの形状と異なることを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の配線基板は、上記構成において、前記切欠き部は、その側面が、前記絶縁基体の主面から厚み方向の途中に向かって内側に傾いた形状であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の配線基板によれば、外部電極のうち絶縁基体の主面の角部に位置するものは、メタライズ層が、絶縁基体の主面から、絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけて形成されていることから、この外部電極について外部回路基板との半田接続を実施する場合に、半田から成る接続端子が絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部と絶縁基体の主面とにまたがる外部電極に沿ってメニスカスを形成するため、切欠き部が小さくなっても外部電極について十分な大きさの面積を確保できるものとなり、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する接続端子に対するせん断歪みを緩和することができる、熱疲労破壊の発生がない実装の長期信頼性に優れた配線基板となる。
【００１７】
また、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のメタライズ層が絶縁基体の主面から切欠き部の全面にかけて形成されていることから、切欠き部の上端突き当たり面に接続端子の半田を接合させることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して垂直な方向で切欠き部と接続端子の半田との接合面を十分な大きさで確保して接合を強固とすることができるため、切欠き部に対して接続端子を強固に、かつ高信頼性で接合させることができ、配線基板と外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる。
【００１８】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状を、他の角部に位置するものの形状と異ならせた場合には、この異なる形状の外部電極を、配線基板に半田を印刷する際の位置決めマークとして利用することができるようになり、半田印刷の位置決めを容易に行なうことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。図１において１は絶縁基体、２は外部電極、３は配線導体である。これら絶縁基体１・外部電極２および配線導体３により配線基板４が形成される。また、図２は、図１における絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２の例を示す要部拡大斜視図である。
【００２１】
絶縁基体１は、上面に半導体素子（図示せず）の搭載部を有し、例えば、酸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・窒化アルミニウム質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等の周知の電気絶縁性セラミックスから成る。
【００２２】
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であれば、酸化アルミニウムの粉末に酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の焼結助剤を添加し、さらに適当な有機バインダ・溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート（生シート）とし、しかる後、このグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２３】
この絶縁基体１の主面、この例では下面には複数の外部電極２が被着形成されており、また半導体素子が搭載される上面から下面の外部電極２にかけてビアホール導体やスルーホール導体等の貫通導体を含む配線導体３が被着形成されている。
【００２４】
外部電極２および配線導体３は半導体素子の電極を外部の電気回路と導通する導電路として機能する。
【００２５】
絶縁基体１の搭載部に搭載された半導体素子は、その電極が半田やボンディングワイヤ等を介して配線導体３のうち搭載部に露出している部位に接続され、外部電極２を後述する接続端子を介して外部回路基板に接続することにより、半導体素子と外部の電気回路とが配線導体３・外部電極２および接続端子を介して電気的に接続される。
【００２６】
外部電極２および配線導体３は、タングステン・モリブデン・マンガン等の高融点金属や、銅・銀・アルミニウム等の低抵抗金属等のメタライズ層によって形成され、絶縁基体１との同時焼成を図る場合であれば、用いるセラミックス材料に応じて焼成温度がマッチングする金属材料が適宜選択され、選択された金属材料の粉末に適当な有機バインダ・可塑剤・溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基体１となるグリーンシートの焼成前にグリーンシートに貫通孔を形成してこの貫通孔内に金属ペーストを充填したり、グリーンシートにスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布したりして、絶縁基体１と同時焼成することにより、絶縁基体１の所定位置に被着形成される。
【００２７】
また、外部電極２には、Ｓｎ−ＰｂやＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉ等の半田が接続端子として接合され、この接続端子により配線基板４の外部電極２が外部回路基板の配線層と接続される。
【００２８】
本発明の配線基板４においては、外部電極２のうち絶縁基体１の主面の角部に位置するものを、絶縁基体１の主面から、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけてメタライズ層を形成させて成るものとすることが重要である。
【００２９】
本発明の配線基板４によれば、外部電極２うち絶縁基体１の主面の角部に位置するものは、絶縁基体１の主面から、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけてメタライズ層が形成されて成ることから、この配線基板４とこれが実装される外部回路基板との半田接続を実施する場合に、接続端子の半田が絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部と絶縁基体１の主面とにまたがる外部電極２に沿ってメニスカスを形成するため、切欠き部が小さくなっても外部電極２について接続端子との十分な大きさの接合面積を確保できるものとなり、配線基板４と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する、接続端子に対するせん断歪みを緩和することができ、耐熱疲労性を改善することができる。
【００３０】
また、外部電極２となるメタライズ層は、絶縁基体１の主面から切欠き部の全面にかけて形成されていることから、切欠き部の上端突き当たり面に接続端子の半田を接合させることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して垂直な方向でも切欠き部（外部電極２）と接続端子との接合面を確保して接合を強固とすることができるため、切欠き部に対して接続端子を強固に、かつ高信頼性で接続させることができ、配線基板４と外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる。
【００３１】
この切欠き部は、絶縁基体１の厚みに対して１／３〜２／３の長さとなるようにしておくことが好ましい。
【００３２】
切欠き部の長さが絶縁基体１の厚みに対して１／３未満では、接続端子と切欠き部（外部電極２）との接合面を効果的に大きくして接合強度を大きくすることが困難となり、他方２／３を超えると、切欠き部の内側の容積が大きくなりすぎて、接続端子を形成する半田の量が不足することとなって良好なメニスカスを形成することが困難となり、十分な接続強度が得られなくなる傾向がある。
【００３３】
また、この切欠き部の形状は、絶縁基体１の主面側から平面視したとき、絶縁基体１の角を中心とした円弧状もしくは楕円円弧状であることが好ましい。
【００３４】
このように円弧状もしくは楕円円弧状としておくと、切欠き部の全面にメタライズ層を均一な厚さで容易・確実に形成することができ、メタライズ層の切欠き部に対する被着強度に偏りが生じることを効果的に防止して配線基板４の信頼性をより確実に優れたものとすることができる。
【００３５】
特に、切欠き部の形状を、絶縁基体１の主面の中心部に向かって楕円形とすることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に広面積のメタライズ層を設けることができ、接続端子の外部電極２に対する接合強度をより一層優れたものとすることができる。
【００３６】
また、この切欠き部は、その大きさ（絶縁基体１の主面を平面視したときの面積）を、絶縁基体１の主面の角部に設けた外部電極２の面積の１／５以上の開口部を有するものとなるようにして設けることが好ましい。その大きさが外部電極２の面積の１／５未満では、切欠き部の表面積が小さいために外部電極２について接続端子との十分な接合面積を確保することが困難となる傾向があり、特に、搭載される半導体素子の発熱量が大きくなったり、絶縁基体１の厚みが厚くなったりして、さらに大きな応力が発生するとともに接続端子に生じるせん断歪がより大きなものとなってきたような場合には、接続端子に対するせん断歪みを緩和して耐熱疲労性を改善する効果が低下する傾向がある。
【００３７】
なお、この切欠き部の大きさは、絶縁基体１の主面を平面視したとき、絶縁基体１の主面の角部に設けた外部電極２の面積の２／３以上となると、絶縁基体１の主面における外部電極２の面積が不十分となり、かえって接続端子の接続信頼性が劣化するおそれがある。したがって、切欠き部の大きさは、絶縁基体１の主面を平面視したとき、絶縁基体１の主面の角部に設けた外部電極２の面積の１／５〜２／３とすることがより一層好ましい。
【００３８】
また、この切欠き部は、その側面が絶縁基体１の主面から厚み方向の途中に向かって内側（絶縁基体１の中央側）に例えば10度〜30度程度傾いた形状としておくと、この側面に形成された導体（外部電極２）に接続端子を接合したとき、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して接続端子と切欠き部の側面におけるメタライズ層との接合面に一定の角度を持たせることができ、接続端子の外部電極２に対する接合強度をより一層優れたものとすることができる。したがって、切欠き部は、その側面が、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中に向かって内側（絶縁基体１の中央側）に傾いた形状としておくことが好ましい。
【００３９】
また、この切欠き部は、絶縁基体１の主面側の角部分を円弧状に面取りしておくと、この角部分に接する部位の接続端子内に熱応力等の応力が集中して角部分の付近からクラック等の機械的な破壊が生じることを効果的に防止することができ、接続端子を介しての接続信頼性をより一層優れたものとすることができる。
【００４０】
したがって、切欠き部は、絶縁基体１の主面側の角部分を円弧状に面取りしておくことが好ましい。
【００４１】
なお、この円弧状の面取りは、曲率半径が約50μｍ〜200μｍ程度となるようにしておくことが好ましい。50μｍ未満では応力の集中を防止する効果が不十分なものとなる恐れがあり、200μｍを超えると切欠き部と絶縁基体１の主面との角部分で空間が大きくなりすぎ、接続端子に良好なメニスカスを形成させることが困難となる傾向がある。
【００４２】
さらに、図３に本発明の配線基板の実施の形態の他の例を図１と同様の平面図で示すように、絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状が、他の角部に位置するものの形状と異なるものとすることが好ましい。なお、図３において図１および図２と同一の部位には同一の符号を付している。
【００４３】
このように絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状を、他の角部に位置するものの形状と異なるものとすることにより、この異なる形状の外部電極２を、配線基板４に半田を印刷する際の位置決めマークとして利用することができるようになり、半田印刷時に、例えば配線基板を半田印刷装置の所定位置に位置決めセットするとき等の位置合わせをより一層容易に行なうことができ、配線基板としての半田接続の容易性や実用性をより一層優れたものとすることができる。
【００４４】
このように、絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２のうち、一つの角部に位置するものの形状を他の角部に位置するものの形状と異なるものとした例としては、例えば、一つの角部に位置するものを、平面視で楕円円弧状または略三角形状とするとともに他の角部に位置するものを円弧状としたものや、各角部に位置するものを略円弧状とするとともに、一つの角部に位置するものについてその半径を異なるようにしたもの等が挙げられる。
【００４５】
なお、本発明の配線基板４を外部回路基板に実装するには、接続端子を外部回路基板の配線層と接触するように載置して、半田から成る接続端子を溶融させて接続端子と配線層を接続することにより、配線基板４を外部回路基板に実装することができる。
【００４６】
この場合、外部電極２および配線導体３は、その露出表面にニッケル・金等の耐食性が良好で、半田ボール等から成る接続端子の接続性やボンディングワイヤのボンディング性に優れた金属から成るめっき層を被着させておくと、外部電極２や配線導体３の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、外部電極２に対する接続端子の接続の信頼性や、配線導体３に対する半田やボンディングワイヤの接続強度をより一層良好とすることができ、配線基板４の信頼性をより一層優れたものとすることができる。
【００４７】
したがって、外部電極２および配線導体３は、その露出表面にニッケル・金等のめっき層を、例えば、厚さ２μｍ〜10μｍのニッケル層／厚さ0.05〜２μｍの金層の順に被着させておくことが好ましい。
【００４８】
なお、この外部回路基板は、通常、配線基板４の絶縁基体１よりも熱膨張係数が大きいものであって、例えば、エポキシ樹脂等の有機樹脂や、有機樹脂とガラス繊維等の無機質フィラーとの複合材料から成り、配線層は、銅・銀・アルミニウム等の金属材料の箔やめっき層等によって形成される。
【００４９】
なお、本発明は上述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であれば種々の変更は可能である。
【００５０】
例えば、上述の実施例では、絶縁基体１の主面のうち下面に外部電極２を配設した例を示したが、上面に外部電極２を配設したものであってもよい。
【００５１】
また、絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２とともに、同じ主面の周辺部に位置する外部電極２についても、同様に絶縁基体１の主面から、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけてメタライズ層が形成されたものとしてもよい。これによれば、絶縁基体１の周辺部の外部電極２についても接続端子を強固に接合させることができ、配線基板４と外部回路基板との接続の信頼性をより優れたものとすることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、外部電極のうち絶縁基体の主面の角部に位置するものは、メタライズ層が、絶縁基体の主面から、絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけて形成されていることから、この外部電極について外部回路基板との半田接続を実施する場合に、半田から成る接続端子が絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部と絶縁基体の主面とにまたがる外部電極に沿ってメニスカスを形成するため、切欠き部が小さくなっても外部電極について十分な大きさの面積を確保できるものとなり、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する接続端子に対するせん断歪みを緩和することができる、熱疲労破壊の発生がない実装の長期信頼性に優れた配線基板となる。
【００５３】
また、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のメタライズ層が絶縁基体の主面から切欠き部の全面にかけて形成されていることから、切欠き部の上端突き当たり面に接続端子の半田を接合させることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して垂直な方向で切欠き部と接続端子の半田との接合面を十分な大きさで確保して接合を強固とすることができるため、切欠き部に対して接続端子を強固に、かつ高信頼性で接合させることができ、配線基板と外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる。
【００５４】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状を、他の角部に位置するものの形状と異ならせた場合には、この異なる形状の外部電極を、配線基板に半田を印刷する際の位置決めマークとして利用することができるようになり、半田印刷の位置決めを容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。
【図２】図１における絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極の例を示す要部拡大斜視図である。
【図３】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
２・・・・・外部電極
３・・・・・配線導体
４・・・・・配線基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁基体の一主面に外部電極が配置され、この外部電極が回路基板に接続される配線基板に関するものであり、詳細には、外部電極の回路基板に対する接続信頼性が良好な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、特にＬＳＩ等の半導体素子や圧電振動子・容量素子等の電子部品を収容するための配線基板は、一般にアルミナセラミックス等のセラミックスから成る絶縁基板の一方の主面に半導体素子搭載部を有し、半導体素子搭載部周辺から他方の主面にかけてタングステン・モリブデン等の高融点金属粉末から成る複数個の配線導体が設けられた構造である。その配線導体は絶縁基板の他方の主面に形成された複数個の外部電極と電気的に接続されている。そして、外部電極は外部接続用の接続端子を介してマザーボード等の外部回路基板と接続される。
【０００３】
最近では、半導体素子の高集積化・小型化に伴い、電極数が増大し、これに伴い、配線基板における配線導体や外部電極の高密度配線化が求められている。
【０００４】
そのような要求に対して、最近では、接続端子として半田ボールを用い、この半田ボールが外部電極にロウ付け取着された配線基板が用いられている。
【０００５】
このような従来の配線基板にＬＳＩ等の半導体素子を収容してなる半導体装置を外部回路基板に実装するには、絶縁基板表面の外部電極にロウ付けされた半田ボールから成る接続端子を、マザーボード等の外部回路基板の配線層上に載置当接させ、しかる後、例えば半田ボール等の接続端子を約150〜250℃の温度で加熱溶融させて、接続端子を配線層に接合させることによって実装され、同時に配線基板に収容された半導体素子は、配線導体およびメタライズ層から成る外部電極を介して外部回路基板の電気回路と電気的に接続されることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の配線基板においては、セラミックスから成る絶縁基体の０〜500℃における熱膨張係数が6.5×10-6／℃以上であるのに対して、半導体素子（シリコン）の熱膨張係数は３〜５×10-6／℃であり、両者は大きく異なる。
【０００７】
このため、この従来の配線基板をマザーボード等の外部回路基板に実装した場合は、半導体素子の作動時に発する熱が絶縁基体および外部回路基板の両方に印加されると、半導体素子と絶縁基体との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する応力が発生する。この応力によって、配線基板は、絶縁基体の外周端部が、搭載した半導体素子の側に引っ張り上げられるような応力を受けるため、半導体素子を搭載した側が凹となるように反るように変形する。
【０００８】
また、上述のように、配線基板の絶縁基体の０〜500℃における熱膨張係数が6.5×10-6／℃以上であるのに対して、ガラス−エポキシ樹脂等から成る外部回路基板の熱膨張係数が約15×10-6／℃以上と大きいことから、配線基板の変形に伴い、外部回路基板も通常、同様な方向、つまり配線基板を実装した側に凹となるように変形する。これに伴い、配線基板と外部回路基板とを接続している接続端子、例えば従来の配線基板における半田ボールには、配線基板と外部回路基板の熱膨張差によるせん断変形が生じている。
【０００９】
このようなせん断変形は、上述のように熱応力による配線基板の反りに起因することから、特に配線基板の外周部に配設された外部電極において、他の端子に比較して大きなものとなり、この外周部の外部電極にロウ付けされた半田ボールから熱疲労破壊が生じ、配線基板の外部回路基板への実装の信頼性が大きく損なわれてしまうという問題があった。
【００１０】
この対策として、例えば絶縁基体の外部電極として、絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで凹部を形成するとともに、その内側壁面にメタライズ層を形成した構造の外部電極を有する配線基板が提案されている（特開平８−37251号公報参照）。
【００１１】
しかしながら、このように絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで凹部を形成するとともに、その内側壁面にメタライズ層を形成した外部電極を有するものとしても、特に、絶縁基体の材料としてホウ珪酸系ガラスセラミックスやムライトセラミックスのように熱膨張係数が約５×10-6／℃以下と非常に小さく、外部回路基板との間で非常に大きな熱応力が生じるものを用いた場合や、絶縁基体の外寸が例えば約５ｍｍ×５ｍｍ以下と非常に小さいものとなり、外部電極の寸法も小さなものとなってきた場合には、凹部の内側壁面にのみメタライズ層が形成されていることから、外部電極の面積を、このような大きな熱応力に対応するように、また小さな外部電極の面積に対応させつつ効果的に大きくすることが困難であるという問題点があった。
【００１２】
また、このような凹部の内側壁面のメタライズ層と接続端子との接合面が、接続端子に生じるせん断歪みの方向に対して主として平行な方向であることから、配線基板の外部回路基板に対する接続信頼性を効果的に向上させることができないという問題点があった。
【００１３】
本発明は以上のような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する、外部電極に接続された接続端子に対するせん断歪みを緩和することができ、外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる配線基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、セラミックスから成る絶縁基体の内部に複数の配線導体を有するとともに、前記絶縁基体の主面に複数の前記配線導体と電気的に接続されたメタライズ層から成る複数の外部電極を備えた配線基板において、前記外部電極のうち前記絶縁基体の主面の角部に位置するものは、前記メタライズ層が、前記絶縁基体の主面から、前記絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけて形成されており、前記絶縁基体の主面の角部に位置する前記外部電極のうち、一つの角部に位置するものの前記切欠き部の形状が、他の角部に位置するものの形状と異なることを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の配線基板は、上記構成において、前記切欠き部は、その側面が、前記絶縁基体の主面から厚み方向の途中に向かって内側に傾いた形状であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の配線基板によれば、外部電極のうち絶縁基体の主面の角部に位置するものは、メタライズ層が、絶縁基体の主面から、絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけて形成されていることから、この外部電極について外部回路基板との半田接続を実施する場合に、半田から成る接続端子が絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部と絶縁基体の主面とにまたがる外部電極に沿ってメニスカスを形成するため、切欠き部が小さくなっても外部電極について十分な大きさの面積を確保できるものとなり、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する接続端子に対するせん断歪みを緩和することができる、熱疲労破壊の発生がない実装の長期信頼性に優れた配線基板となる。
【００１７】
また、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のメタライズ層が絶縁基体の主面から切欠き部の全面にかけて形成されていることから、切欠き部の上端突き当たり面に接続端子の半田を接合させることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して垂直な方向で切欠き部と接続端子の半田との接合面を十分な大きさで確保して接合を強固とすることができるため、切欠き部に対して接続端子を強固に、かつ高信頼性で接合させることができ、配線基板と外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる。
【００１８】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状を、他の角部に位置するものの形状と異ならせた場合には、この異なる形状の外部電極を、配線基板に半田を印刷する際の位置決めマークとして利用することができるようになり、半田印刷の位置決めを容易に行なうことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。図１において１は絶縁基体、２は外部電極、３は配線導体である。これら絶縁基体１・外部電極２および配線導体３により配線基板４が形成される。また、図２は、図１における絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２の例を示す要部拡大斜視図である。
【００２１】
絶縁基体１は、上面に半導体素子（図示せず）の搭載部を有し、例えば、酸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・窒化アルミニウム質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等の周知の電気絶縁性セラミックスから成る。
【００２２】
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であれば、酸化アルミニウムの粉末に酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の焼結助剤を添加し、さらに適当な有機バインダ・溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート（生シート）とし、しかる後、このグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２３】
この絶縁基体１の主面、この例では下面には複数の外部電極２が被着形成されており、また半導体素子が搭載される上面から下面の外部電極２にかけてビアホール導体やスルーホール導体等の貫通導体を含む配線導体３が被着形成されている。
【００２４】
外部電極２および配線導体３は半導体素子の電極を外部の電気回路と導通する導電路として機能する。
【００２５】
絶縁基体１の搭載部に搭載された半導体素子は、その電極が半田やボンディングワイヤ等を介して配線導体３のうち搭載部に露出している部位に接続され、外部電極２を後述する接続端子を介して外部回路基板に接続することにより、半導体素子と外部の電気回路とが配線導体３・外部電極２および接続端子を介して電気的に接続される。
【００２６】
外部電極２および配線導体３は、タングステン・モリブデン・マンガン等の高融点金属や、銅・銀・アルミニウム等の低抵抗金属等のメタライズ層によって形成され、絶縁基体１との同時焼成を図る場合であれば、用いるセラミックス材料に応じて焼成温度がマッチングする金属材料が適宜選択され、選択された金属材料の粉末に適当な有機バインダ・可塑剤・溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基体１となるグリーンシートの焼成前にグリーンシートに貫通孔を形成してこの貫通孔内に金属ペーストを充填したり、グリーンシートにスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布したりして、絶縁基体１と同時焼成することにより、絶縁基体１の所定位置に被着形成される。
【００２７】
また、外部電極２には、Ｓｎ−ＰｂやＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉ等の半田が接続端子として接合され、この接続端子により配線基板４の外部電極２が外部回路基板の配線層と接続される。
【００２８】
本発明の配線基板４においては、外部電極２のうち絶縁基体１の主面の角部に位置するものを、絶縁基体１の主面から、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけてメタライズ層を形成させて成るものとすることが重要である。
【００２９】
本発明の配線基板４によれば、外部電極２うち絶縁基体１の主面の角部に位置するものは、絶縁基体１の主面から、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけてメタライズ層が形成されて成ることから、この配線基板４とこれが実装される外部回路基板との半田接続を実施する場合に、接続端子の半田が絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部と絶縁基体１の主面とにまたがる外部電極２に沿ってメニスカスを形成するため、切欠き部が小さくなっても外部電極２について接続端子との十分な大きさの接合面積を確保できるものとなり、配線基板４と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する、接続端子に対するせん断歪みを緩和することができ、耐熱疲労性を改善することができる。
【００３０】
また、外部電極２となるメタライズ層は、絶縁基体１の主面から切欠き部の全面にかけて形成されていることから、切欠き部の上端突き当たり面に接続端子の半田を接合させることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して垂直な方向でも切欠き部（外部電極２）と接続端子との接合面を確保して接合を強固とすることができるため、切欠き部に対して接続端子を強固に、かつ高信頼性で接続させることができ、配線基板４と外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる。
【００３１】
この切欠き部は、絶縁基体１の厚みに対して１／３〜２／３の長さとなるようにしておくことが好ましい。
【００３２】
切欠き部の長さが絶縁基体１の厚みに対して１／３未満では、接続端子と切欠き部（外部電極２）との接合面を効果的に大きくして接合強度を大きくすることが困難となり、他方２／３を超えると、切欠き部の内側の容積が大きくなりすぎて、接続端子を形成する半田の量が不足することとなって良好なメニスカスを形成することが困難となり、十分な接続強度が得られなくなる傾向がある。
【００３３】
また、この切欠き部の形状は、絶縁基体１の主面側から平面視したとき、絶縁基体１の角を中心とした円弧状もしくは楕円円弧状であることが好ましい。
【００３４】
このように円弧状もしくは楕円円弧状としておくと、切欠き部の全面にメタライズ層を均一な厚さで容易・確実に形成することができ、メタライズ層の切欠き部に対する被着強度に偏りが生じることを効果的に防止して配線基板４の信頼性をより確実に優れたものとすることができる。
【００３５】
特に、切欠き部の形状を、絶縁基体１の主面の中心部に向かって楕円形とすることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に広面積のメタライズ層を設けることができ、接続端子の外部電極２に対する接合強度をより一層優れたものとすることができる。
【００３６】
また、この切欠き部は、その大きさ（絶縁基体１の主面を平面視したときの面積）を、絶縁基体１の主面の角部に設けた外部電極２の面積の１／５以上の開口部を有するものとなるようにして設けることが好ましい。その大きさが外部電極２の面積の１／５未満では、切欠き部の表面積が小さいために外部電極２について接続端子との十分な接合面積を確保することが困難となる傾向があり、特に、搭載される半導体素子の発熱量が大きくなったり、絶縁基体１の厚みが厚くなったりして、さらに大きな応力が発生するとともに接続端子に生じるせん断歪がより大きなものとなってきたような場合には、接続端子に対するせん断歪みを緩和して耐熱疲労性を改善する効果が低下する傾向がある。
【００３７】
なお、この切欠き部の大きさは、絶縁基体１の主面を平面視したとき、絶縁基体１の主面の角部に設けた外部電極２の面積の２／３以上となると、絶縁基体１の主面における外部電極２の面積が不十分となり、かえって接続端子の接続信頼性が劣化するおそれがある。したがって、切欠き部の大きさは、絶縁基体１の主面を平面視したとき、絶縁基体１の主面の角部に設けた外部電極２の面積の１／５〜２／３とすることがより一層好ましい。
【００３８】
また、この切欠き部は、その側面が絶縁基体１の主面から厚み方向の途中に向かって内側（絶縁基体１の中央側）に例えば10度〜30度程度傾いた形状としておくと、この側面に形成された導体（外部電極２）に接続端子を接合したとき、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して接続端子と切欠き部の側面におけるメタライズ層との接合面に一定の角度を持たせることができ、接続端子の外部電極２に対する接合強度をより一層優れたものとすることができる。したがって、切欠き部は、その側面が、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中に向かって内側（絶縁基体１の中央側）に傾いた形状としておくことが好ましい。
【００３９】
また、この切欠き部は、絶縁基体１の主面側の角部分を円弧状に面取りしておくと、この角部分に接する部位の接続端子内に熱応力等の応力が集中して角部分の付近からクラック等の機械的な破壊が生じることを効果的に防止することができ、接続端子を介しての接続信頼性をより一層優れたものとすることができる。
【００４０】
したがって、切欠き部は、絶縁基体１の主面側の角部分を円弧状に面取りしておくことが好ましい。
【００４１】
なお、この円弧状の面取りは、曲率半径が約50μｍ〜200μｍ程度となるようにしておくことが好ましい。50μｍ未満では応力の集中を防止する効果が不十分なものとなる恐れがあり、200μｍを超えると切欠き部と絶縁基体１の主面との角部分で空間が大きくなりすぎ、接続端子に良好なメニスカスを形成させることが困難となる傾向がある。
【００４２】
さらに、図３に本発明の配線基板の実施の形態の他の例を図１と同様の平面図で示すように、絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状が、他の角部に位置するものの形状と異なるものとすることが好ましい。なお、図３において図１および図２と同一の部位には同一の符号を付している。
【００４３】
このように絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状を、他の角部に位置するものの形状と異なるものとすることにより、この異なる形状の外部電極２を、配線基板４に半田を印刷する際の位置決めマークとして利用することができるようになり、半田印刷時に、例えば配線基板を半田印刷装置の所定位置に位置決めセットするとき等の位置合わせをより一層容易に行なうことができ、配線基板としての半田接続の容易性や実用性をより一層優れたものとすることができる。
【００４４】
このように、絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２のうち、一つの角部に位置するものの形状を他の角部に位置するものの形状と異なるものとした例としては、例えば、一つの角部に位置するものを、平面視で楕円円弧状または略三角形状とするとともに他の角部に位置するものを円弧状としたものや、各角部に位置するものを略円弧状とするとともに、一つの角部に位置するものについてその半径を異なるようにしたもの等が挙げられる。
【００４５】
なお、本発明の配線基板４を外部回路基板に実装するには、接続端子を外部回路基板の配線層と接触するように載置して、半田から成る接続端子を溶融させて接続端子と配線層を接続することにより、配線基板４を外部回路基板に実装することができる。
【００４６】
この場合、外部電極２および配線導体３は、その露出表面にニッケル・金等の耐食性が良好で、半田ボール等から成る接続端子の接続性やボンディングワイヤのボンディング性に優れた金属から成るめっき層を被着させておくと、外部電極２や配線導体３の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、外部電極２に対する接続端子の接続の信頼性や、配線導体３に対する半田やボンディングワイヤの接続強度をより一層良好とすることができ、配線基板４の信頼性をより一層優れたものとすることができる。
【００４７】
したがって、外部電極２および配線導体３は、その露出表面にニッケル・金等のめっき層を、例えば、厚さ２μｍ〜10μｍのニッケル層／厚さ0.05〜２μｍの金層の順に被着させておくことが好ましい。
【００４８】
なお、この外部回路基板は、通常、配線基板４の絶縁基体１よりも熱膨張係数が大きいものであって、例えば、エポキシ樹脂等の有機樹脂や、有機樹脂とガラス繊維等の無機質フィラーとの複合材料から成り、配線層は、銅・銀・アルミニウム等の金属材料の箔やめっき層等によって形成される。
【００４９】
なお、本発明は上述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であれば種々の変更は可能である。
【００５０】
例えば、上述の実施例では、絶縁基体１の主面のうち下面に外部電極２を配設した例を示したが、上面に外部電極２を配設したものであってもよい。
【００５１】
また、絶縁基体１の主面の角部に位置する外部電極２とともに、同じ主面の周辺部に位置する外部電極２についても、同様に絶縁基体１の主面から、絶縁基体１の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけてメタライズ層が形成されたものとしてもよい。これによれば、絶縁基体１の周辺部の外部電極２についても接続端子を強固に接合させることができ、配線基板４と外部回路基板との接続の信頼性をより優れたものとすることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、外部電極のうち絶縁基体の主面の角部に位置するものは、メタライズ層が、絶縁基体の主面から、絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけて形成されていることから、この外部電極について外部回路基板との半田接続を実施する場合に、半田から成る接続端子が絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部と絶縁基体の主面とにまたがる外部電極に沿ってメニスカスを形成するため、切欠き部が小さくなっても外部電極について十分な大きさの面積を確保できるものとなり、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する接続端子に対するせん断歪みを緩和することができる、熱疲労破壊の発生がない実装の長期信頼性に優れた配線基板となる。
【００５３】
また、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のメタライズ層が絶縁基体の主面から切欠き部の全面にかけて形成されていることから、切欠き部の上端突き当たり面に接続端子の半田を接合させることにより、接続端子に生じるせん断歪の方向に対して垂直な方向で切欠き部と接続端子の半田との接合面を十分な大きさで確保して接合を強固とすることができるため、切欠き部に対して接続端子を強固に、かつ高信頼性で接合させることができ、配線基板と外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる。
【００５４】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極のうち、一つの角部に位置するものの切欠き部の形状を、他の角部に位置するものの形状と異ならせた場合には、この異なる形状の外部電極を、配線基板に半田を印刷する際の位置決めマークとして利用することができるようになり、半田印刷の位置決めを容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。
【図２】図１における絶縁基体の主面の角部に位置する外部電極の例を示す要部拡大斜視図である。
【図３】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
２・・・・・外部電極
３・・・・・配線導体
４・・・・・配線基板
Claims (2)
- セラミックスから成る絶縁基体の内部に複数の配線導体を有するとともに、前記絶縁基体の主面に複数の前記配線導体と電気的に接続されたメタライズ層から成る複数の外部電極を備えた配線基板において、前記外部電極のうち前記絶縁基体の主面の角部に位置するものは、前記メタライズ層が、前記絶縁基体の主面から、前記絶縁基体の主面から厚み方向の途中まで形成された切欠き部の全面にかけて形成されており、前記絶縁基体の主面の角部に位置する前記外部電極のうち、一つの角部に位置するものの前記切欠き部の形状が、他の角部に位置するものの形状と異なることを特徴とする配線基板。
- 前記切欠き部は、その側面が、前記絶縁基体の主面から厚み方向の途中に向かって内側に傾いた形状であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
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