JP4377729B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品を搭載する配線基板に関する。

ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品が搭載される配線基板は、一般に、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等の絶縁材料から成る絶縁層を、複数積層して成る絶縁基体と、絶縁基体の内部に形成された配線導体と、絶縁基体の下面の外周部に配列形成された複数の接続パッドとを有する構造である。

絶縁基体の側面には、通常、接続パッドが形成されている部位に対応して複数の切欠き部が配列形成されているとともに、この切欠き部に配線導体の一部が導出されている。また、切欠き部の内側面に接続パッドが延出され、この延出部分で接続パッドと配線導体とが電気的に接続されている。

そして、絶縁基体の上面に電子部品を搭載するとともに、電子部品の信号用や接地用，電源用等の電極を対応する配線導体に、半田やボンディングワイヤを介して接続し、必要に応じて電子部品を樹脂やキャップで封止することにより電子装置として完成する。

その後、絶縁基体の下面の外周部に配列形成した複数の接続パッドを、それぞれ対応する外部電気回路基板の回路配線に半田等から成る導体バンプを介して接続することにより、電子装置が外部電気回路基板に実装される。

ここで、上記従来の配線基板においては、絶縁基体と外部電気回路の基板との熱膨張係数の差に起因して熱応力が生じ、この熱応力により、導体バンプと接続パッドとの接合面や導体バンプ自体にクラック等の機械的な破壊を生じ易く、配線基板の外部接続の信頼性が低くなり易いという問題を有している。

このような問題に対し、絶縁基体の下面のうち接続パッドが形成されていない部位に導電パッドを形成し、この導電パッドを外部電気回路基板に、接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを接続する導体バンプを形成する半田と同様の半田等を介して接合することにより電子部品収納用パッケージと外部電気回路基板との接合を補強し、上記のような熱応力による導体バンプ等の機械的な破壊を防止するという手法が知られている。

絶縁基体の下面の接続パッドが形成されていない部位としては、その中央部が最も大きく、ここに大きな導電パッドを形成すると、電子部品収納用パッケージの外部電気回路基板に対する接合を効果的に補強し、導体バンプと接続パッドとの接合面や導体バンプ自体にクラック等の機械的な破壊が生じることを防止することができると考えられる。
特開２００４−３１９３４号公報 特開２００１−３３２６６３号公報

しかしながら、絶縁基体の下面の中央部に導電パッドを形成し、これを外部電気回路基板に接合した場合、電子部品収納用パッケージと外部電気回路基板との間の全体的な接合は効果的に補強されるので、接続パッドと導体バンプとの接合面や導体バンプ自体に機械的な破壊が生じることは、従来の配線基板の用途、用法等においては効果的に防止することができるものの、導電パッドの周縁部に沿って大きな熱応力が集中することから、導電パッドの周縁部分を起点として、導電パッドと絶縁基体との接合面や、導電パッドと半田等との接合面等に亀裂が生じ、長期間使用している間に導電パッドによる補強の効果が不十分になって、接続パッドと導体バンプとの接合面や、導体バンプ自体に機械的な破壊が生じやすくなるおそれがあり、外部電気回路基板に対する電気的、機械的な接続の長期信頼性が不十分なものとなる傾向があった。

特に、近時の配線基板の小型化（１辺の長さが２ｍｍ程度以下）にともない、接続パッドの面積がさらに小さくなってきていること、導体バンプの材料として、従来の錫−鉛共晶半田に代わり、錫−銀系、錫−銀−銅系等のいわゆる鉛フリー半田が多用されるようになり、鉛フリー半田の半田付け温度が高く、また変形しにくいため熱応力等の応力を吸収する作用が低いので、導電パッドの接合部分に作用する熱応力がより大きくなってきていること、等から、導電パッドと半田等との接合面等に亀裂がより生じ易くなり、上記のような外部電気回路基板に対する電気的、機械的な接続の長期信頼性の低下が顕著なものとなってきている。

また、導体バンプとして鉛フリー半田等を用いた場合、上述のように半田付け温度が高く熱応力もより大きくなることから、接続パッドと導体バンプとの接合面や、導体バンプ自体に機械的な破壊が生じることも確実に防止することは難しくなる。

本発明は、上記従来の問題に鑑み案出されたものであり、その目的は、接続パッドが小さくなったり、導体バンプが鉛フリー半田で形成されるようになったりしたとしても、接続パッドと導体バンプとの間の接合面や、導体バンプ自体等に機械的な破壊が生じることを長期にわたって有効に防止することが可能な、外部電気回路基板に対する機械的、電気的な接続の信頼性に優れる配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の下面の外周部に、前記絶縁基体の側面に形成された複数の切欠き部にそれぞれ延出するように配列形成されるとともに前記切欠き部で前記配線導体に電気的に接続されている複数の接続パッドと、前記絶縁基体の下面の中央部に形成された導電パッドと、前記絶縁基体の下面の前記導電パッドの周縁上に形成された非貫通の穴と、該非貫通の穴の内側面に形成された導体層とを具備していることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は好ましくは、前記穴は、横断面形状が円形状または楕円形状であり、同じ間隔で複数形成されていることを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、絶縁基体の下面の中央部に導電パッドを形成するとともに、絶縁基体の下面の導電パッドの周縁上に非貫通の穴を形成し、非貫通の穴の内側面に導体層を形成したことから、導電パッドの周縁部において、非貫通の穴の内側面の導体層表面に付着した半田によって穴内に半田溜りが形成されるため、導電パッドと外部電気回路基板の配線導体等との間の半田による接合を、穴内の半田溜りによって効果的に補強することができる。その結果、導電パッドと外部電気回路基板の配線導体等との間の接合、導電パッドと半田との間の接合を長期にわたって維持するとともに、配線基板と外部電気回路基板との接続を補強することができる。従って、接続パッドと導体バンプとの間の接合面や、導体バンプ自体等に機械的な破壊が生じることを長期にわたって確実に防止することが可能であり、外部電気回路基板に対する機械的、電気的な接続の信頼性に優れる配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板は好ましくは、穴は、横断面形状が円形状または楕円形状であり、同じ間隔で複数形成されていることから、穴の一部に熱応力が集中することはなく、また導電パッドの全周にわたってより均一な強度で補強することができる。

次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。図１（ａ），（ｂ）において、１は複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基体、２は配線導体、３は接続パッド、４は導電パッド、５は非貫通の穴、６は非貫通の穴５の内側面に形成された導体層である。

これら絶縁基体１、配線導体２、接続パッド３、導電パッド４、穴５および導体層６により、主に本発明の配線基板９が構成される。

絶縁基体１は、ガラスセラミック焼結体，酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成る。

絶縁基体１は、例えばガラスセラミック焼結体から成る場合であれば、酸化珪素，酸化アルミニウム等のガラスセラミック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となすとともに、これをドクターブレード法を採用してシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、しかる後、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、最後にこの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１０００℃の温度で焼成することによって製作される。

絶縁基体１は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＤ（半導体レーザ），ＬＥＤ（発光ダイオード），ＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ，ラインセンサ，イメージセンサ等の光半導体素子、圧電振動子，水晶振動子等の振動子、その他の種々の電子部品（図示せず）を搭載し支持するための基体として機能し、その主面（後述する接続パッド３が形成されている主面と対向する主面等）に電子部品（図示せず）が搭載される。

なお、図１の例では、絶縁基体１は電子部品を収納し搭載するための凹部を上面に形成した形状であるが、平板状のものでもよい。

絶縁基体１の内部には、配線導体２が形成されており、この配線導体２は、その一部が絶縁基体１のうち電子部品が搭載される部位（以下、搭載部ともいう）に露出し、他の一部が絶縁基体１の側面に導出されている。

また、絶縁基体１の下面の外周部には、絶縁基体１の側面に形成された複数の切欠き部にそれぞれ延出するように配列形成されるとともに切欠き部で配線導体２に電気的に接続されている複数の接続パッド３が形成されている。

配線導体２および接続パッド３は、搭載部に搭載される電子部品を外部電気回路に接続するための導電路として機能する。配線導体２のうち、搭載部に露出した部位に電子部品の電極をボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続し、接続パッド３を外部電気回路（図示せず）に半田等から成る導体バンプ（図示せず）を介して接続することにより、電子部品の電極が外部電気回路と電気的に接続される。

なお、絶縁基体１の側面の切欠き部１ａは、接続パッド３を絶縁基体１の側面に延出させて面積を大きくするとともに導体バンプのメニスカスを大きく形成し、接続パッド３と導体バンプとの接合をより強くする機能をなす。

配線導体２および接続パッド３は、銅や銀，パラジウム，金，タングステン，モリブデン，マンガン等の金属材料からなり、例えば銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに印刷しておくこと等により形成される。

また、絶縁基体１の側面の切欠き部１ａは、絶縁基体１と成るセラミックグリーンシートの側面に溝状の切欠きを、金型を用いた打抜き加工等の加工を施すことにより形成される。この場合、このような配線基板９となる領域が広面積の母基板の主面に縦横に配列された多数個取りの形態（図示せず）で作製し、各配線基板９となる領域の境界にまたがるようにして貫通孔（図示せず）を形成しておき、その後、配線基板９となる領域の境界に沿って母基板を分割することによっても、側面に切欠き部１ａを有する配線基板９を形成することができる。貫通孔が分割溝に沿って縦に２分割され、それぞれの配線基板９の側面の切欠き部１ａとなる。この方法によれば、切欠き部１ａを有する配線基板９を、多数個一括して形成できるので、配線基板９の生産性を良好に確保することができる。

そして、絶縁基体１の上面に電子部品を搭載するとともに、電子部品の電極を配線導体２の露出部分に半田やボンディングワイヤ等の導電性接続材を介して電気的に接続し、必要に応じて電子部品を蓋体や封止用樹脂で封止することにより電子装置として完成する。

この電子装置について、接続パッド３を外部の電気回路基板の回路配線に半田等から成る導体バンプを介して電気的，機械的に接続することにより、電子部品の電極が配線導体２，接続パッド３および導体バンプを介して外部の電気回路と電気的に接続される。

本発明の配線基板９においては、絶縁基体１の下面の中央部に導電パッド４が形成されている。

この導電パッドは４、配線基板９（電子装置）の接続パッド３を外部電気回路基板の回路配線に電気的、機械的に接続するときに、その接続を補強する機能をなす。つまり、導電パッド４を、外部電気回路基板に予め設けておいたダミーの接続用導体等に半田等を介して接合することにより、配線基板９と外部電気回路基板との接合が補強される。接続パッド３と導体バンプとの接合面や導体バンプ自体にクラック等の機械的な破壊が生じることは効果的に防止され、接続パッド３と回路配線との電気的、機械的な接続を長期にわたって維持することができる。

また、導電パッド４は、その周縁上に非貫通の穴５が形成され、非貫通の穴５の内側面に導体層６が形成されている。

本発明の配線基板９によれば、上記の構成により、導電パッド４の周縁部において、非貫通の穴５の内側面の導体層６表面に付着した半田によって穴５内に半田溜りが形成されるため、導電パッド４と外部電気回路基板の配線導体等との間の半田による接合を、穴５内の半田溜りによって効果的に補強することができる。その結果、導電パッド４と外部電気回路基板の配線導体等との間の接合、導電パッド４と半田との間の接合を、長期にわたって維持するとともに、配線基板９と外部電気回路基板との接続を補強することができる。従って、接続パッド４と導体バンプとの間の接合面や、導体バンプ自体等に機械的な破壊が生じることを長期にわたって確実に防止することが可能であり、外部電気回路基板に対する機械的、電気的な接続の信頼性に優れる配線基板９を提供することができる。

このような穴５は、例えば、絶縁層のうち最下層のもの、または最下層から上方向に複数の層にわたって、導電パッド４の周縁上に貫通孔を打ち抜き形成しておき、貫通孔を形成した絶縁層と貫通孔を形成していない絶縁層とを積層すること等により形成される。

また、導電パッド４および導体層６は、配線導体２や接続パッド３と同様の金属材料を用いて形成することができ、例えば、銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートうち最下面となる部位の中央部や、上述の非貫通の穴５の内側面に印刷しておくこと等により形成される。

また、本発明の配線基板９は、穴５は、横断面形状が円形状または楕円形状であり、同じ間隔で複数形成されていることが好ましい。これにより、穴５の一部に熱応力が集中することはなく、同時に、導電パッド４の全周にわたってより均一な強度で補強することができる。また、長期にわたって、導電パッド４と絶縁基体１との間や、導電パッド４と半田との間等の接合をより確実に維持し、配線基板１と外部電気回路基板との接続をより効果的に補強することができる。また、導電パッド４と外部電気回路基板の配線導体等との間の接合、導電パッド４と半田との間の接合を長期にわたって維持するとともに、配線基板９と外部電気回路基板との接続を補強することができる。従って、接続パッド３と導体バンプとの間の接合面や、導体バンプ自体等に機械的な破壊が生じることを長期にわたってより確実に防止することが可能な、外部電気回路基板に対する機械的、電気的な接続の信頼性に極めて優れる配線基板を提供することができる。

例えば、導電パッド４が四角形状の場合、図１（ｂ）に一例を示したように、その各辺に、複数個ずつ、同じ隣接間隔で形成しても良いし、四角形状の角部に形成しても良い。

また、非貫通の穴５は、その深さを０．２ｍｍ以上としておくことが好ましい。０．２ｍｍ未満では、導電パッド４に対する半田等の接合を補強する効果が不十分になるおそれがあり、接続パッド３と回路配線との間の電気的、機械的な接続を長期にわたって効果的に補強することが難しくなる傾向がある。

また、穴５の内側面の導体層６は、その下端部が導電パッド４の周縁部と接するようにしておくことが好ましい。両者の間が離れていると、導電パッド４に接合される半田等が導体層６の表面にまで接合させることが難しくなり、配線基板９の接続を効果的に補強することが難しくなる傾向がある。

なお、導体層６は、穴５のうち、導電パッド４に接した部位だけでなく、内側面の全面に形成してもよい。また、穴５の底面にも形成してもよい。

また、導電パッド４および導体層６は、厚みが１０μｍ未満では半田等の接合の強度が不十分となる傾向があり、３５μｍを超えると、内部応力により絶縁層に対する接合の強度が劣化する傾向がある。したがって、導電パッド４および導体層６は、厚みを１０〜３５μｍとすることが好ましい。

なお、本発明は上述の実施の形態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種々の変更は可能である。

（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
１ａ・・・切欠き部
２・・・配線導体
３・・・接続パッド
４・・・導電パッド
５・・・非貫通の穴
６・・・導体層
９・・・配線基板

Claims (2)

1. 複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の下面の外周部に、前記絶縁基体の側面に形成された複数の切欠き部にそれぞれ延出するように配列形成されるとともに前記切欠き部で前記配線導体に電気的に接続されている複数の接続パッドと、前記絶縁基体の下面の中央部に形成された導電パッドと、前記絶縁基体の下面の前記導電パッドの周縁上に形成された非貫通の穴と、該非貫通の穴の内側面に形成された導体層とを具備していることを特徴とする配線基板。
2. 前記穴は、横断面形状が円形状または楕円形状であり、同じ間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。

Images