JP4383253B2 - Wiring board - Google Patents
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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、その他種々の電子部品を搭載する配線基板に関する。 The present invention relates to semiconductor integrated circuit elements such as IC and LSI, LD (semiconductor laser), LED (light emitting diode), PD (photodiode), CCD, line sensor, image semiconductor and other optical semiconductor elements, piezoelectric vibrator, crystal The present invention relates to a wiring board on which a vibrator such as a vibrator and other various electronic components are mounted.
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、その他種々の電子部品が搭載される配線基板として、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体に、銅,銀,パラジウム,金等の金属材料から成る配線導体が形成されたものが多用されるようになってきた。この配線基板は、例えば、ホウ珪酸ガラス−酸化アルミニウム系等のガラスセラミック焼結体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備えている。 Semiconductor integrated circuit elements such as IC and LSI, LD (semiconductor laser), LED (light emitting diode), PD (photodiode), CCD, line sensor, optical semiconductor element such as image sensor, piezoelectric vibrator, crystal vibrator, etc. As a wiring board on which vibrators and other various electronic components are mounted, a substrate in which a wiring conductor made of a metal material such as copper, silver, palladium, or gold is formed on an insulating base made of a glass ceramic sintered body is often used. It has come to be. This wiring board includes, for example, an insulating base formed by laminating a plurality of insulating layers made of a glass ceramic sintered body such as a borosilicate glass-aluminum oxide system, a wiring conductor formed inside the insulating base, and an insulating base And a plurality of connection pads arranged on the outer periphery of the lower surface.
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,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が完成する。そして、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。 In addition to mounting electronic components on the upper surface of the insulating substrate, the electrodes for signal, grounding, power supply, etc. of the electronic components are connected to the corresponding wiring conductors via solder or bonding wires, and the electronic components are resinized as necessary The electronic device is completed by sealing with a cap. Then, the plurality of connection pads arranged on the outer peripheral portion of the lower surface of the insulating base are connected to the circuit wiring of the corresponding external electric circuit board via conductor bumps made of solder or the like, so that the electronic device can Mounted on a circuit board.
さらに、従来の技術として、絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力により導体バンプ等にクラックが発生することを抑制するために、絶縁基体の下面のうち接続パッドが形成されていない領域にダミーの導電パッドを形成し、このダミーの導電パッドと外部電気回路基板とを半田等を介して接合するというものが知られている。このような従来の技術を開示するものとして、例えば、下記特許文献1,2がある。
しかしながら、従来の配線基板では、導電パッドと外部電気回路基板の回路配線との間に半田溜りが発生し、電子部品収納用パッケージと外部回路基板の間に隙間ができてしまい、接続パッドと導体バンプとの接合が不十分なものとなるおそれがあった。その結果、接続パッドと導体バンプ等との接合面や、導体バンプと外部電気回路基板の回路配線との接合面等に亀裂が生じ、長期間使用している間に導体バンプ自体に機械的な破壊が生じる可能性があった。特に、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、このような問題は顕著なものとなってきた。すなわち、鉛フリー半田の場合、半田付け温度が高く変形しにくいため、接続パッドと導体バンプとの接合部分等に作用する熱応力がさらに大きくなってきていることから、接続パッドと導体バンプとの接合面や、導体バンプと外部電気回路基板の回路配線との接合面等に亀裂が生じやすくなってきた。 However, in the conventional wiring board, a solder pool is generated between the conductive pad and the circuit wiring of the external electric circuit board, and a gap is formed between the electronic component storage package and the external circuit board. There was a possibility that the bonding with the bumps would be insufficient. As a result, cracks occur in the joint surface between the connection pad and the conductor bump, the joint surface between the conductor bump and the circuit wiring of the external electric circuit board, etc. There was a possibility of destruction. In particular, instead of the conventional tin-lead eutectic solder, so-called lead-free solder such as tin-silver, tin-silver-copper, etc. has come to be frequently used as a material for the conductor bump, and such a problem is remarkable. It has become something. That is, in the case of lead-free solder, since the soldering temperature is high and it is difficult to deform, the thermal stress acting on the joint portion between the connection pad and the conductor bump is further increased. Cracks are likely to occur on the joint surface, the joint surface between the conductor bump and the circuit wiring of the external electric circuit board, and the like.
本発明は、上記従来の技術における問題に鑑み完成されたものであり、その目的は、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おける機械的な破壊の発生を抑制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接続および電気的接続の信頼性に優れた配線基板を提供することにある。 The present invention has been completed in view of the above-described problems in the prior art, and an object thereof is to suppress the occurrence of mechanical breakage on the joint surface between the connection pad and the conductor bump, the conductor bump itself, or the like. It is possible to provide a wiring board excellent in mechanical connection and electrical connection reliability to an external electric circuit board.
本発明の配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成り下面の中央部に凹部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、前記絶縁基体の前記下面の周辺部に配列形成され、前記配線導体と電気的に接続された複数の接続パッドと、前記凹部の底面に形成された導電パッドとを有し、前記凹部の底面の周辺部に、前記導電パッドの非形成領域を設けたことを特徴とするものである。 A wiring board according to the present invention comprises an insulating substrate formed by laminating a plurality of insulating layers and having a recess formed in the center of the lower surface, a wiring conductor formed inside the insulating substrate, and the lower surface of the insulating substrate. formed and arranged in the peripheral portion, the plurality of connection pads which are wire conductors electrically connected, have a conductive pad formed on the bottom surface of the recess, the peripheral portion of the bottom surface of the recess, the conductive pad The non-formation region is provided .
また、本発明の配線基板は、好ましくは、前記絶縁基体は、内部に、接地導体層もしくは電源導体層の少なくとも一方が形成されており、前記導電パッドは、前記接地導体層または前記電源導体層に電気的に接続されていることを特徴とするものである。 In the wiring board of the present invention, it is preferable that at least one of a ground conductor layer and a power supply conductor layer is formed inside the insulating base, and the conductive pad is formed of the ground conductor layer or the power supply conductor layer. It is electrically connected to this.
また、本発明の配線基板は、好ましくは、前記導電パッドは、前記凹部の前記底面に複数形成されていることを特徴とするものである。 The wiring board of the present invention is preferably characterized in that a plurality of the conductive pads are formed on the bottom surface of the recess.
本発明の配線基板は、導電パッドが絶縁基体の下面の中央部に形成された凹部の底面に形成されていることにより、導電パッドと外部電気回路基板の配線導体等とを接合するための半田がこの凹部に収容され、その結果、電子部品収納用パッケージと外部回路基板との間に隙間が生じることを防止でき、接続パッドと外部電気回路基板の配線導体との接合強度を向上させることが可能となる。そして、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抑制することが可能となり、外部電気回路基板に対する機械的な接続および電気的な接続の信頼性に優れた配線基板を提供することができる。また、凹部の底面の周辺部に、導電パッドの非形成領域を設けたことにより、導電パッドに生じる応力により、絶縁層に欠けが起こることを防止することができる。 In the wiring board of the present invention, the conductive pad is formed on the bottom surface of the concave portion formed in the central portion of the lower surface of the insulating base, so that the solder for joining the conductive pad and the wiring conductor of the external electric circuit board is provided. Is accommodated in the recess, and as a result, it is possible to prevent a gap from being generated between the electronic component storage package and the external circuit board, and to improve the bonding strength between the connection pad and the wiring conductor of the external electric circuit board. It becomes possible. In addition, it is possible to suppress mechanical damage on the joint surface between the connection pad and the conductor bump, the conductor bump itself, and the like, and the mechanical connection to the external electric circuit board and the reliability of the electric connection are possible. A wiring board excellent in performance can be provided. In addition, since the conductive pad non-formation region is provided in the periphery of the bottom surface of the recess, it is possible to prevent the insulating layer from being chipped due to the stress generated in the conductive pad.
また、本発明の配線基板は、好ましくは、絶縁基体は、内部に接地導体層もしくは電源導体層の少なくとも一方が形成され、導電パッドが、接地導体層または電源導体層に電気的に接続されていることにより、導電パッドにおける浮遊静電容量の発生を抑制でき、配線導体により伝送される電気信号の遅延等を抑制し、電気的特性に優れた配線基板を提供することができる。そして、接地用や電源用の導体の面積を増大させることができ、接地電圧や電源電圧の供給機能を向上させることが可能となり、より電気的特性に優れた配線基板を提供することができる。 In the wiring board of the present invention, preferably, the insulating base has at least one of a ground conductor layer or a power conductor layer formed therein, and the conductive pad is electrically connected to the ground conductor layer or the power conductor layer. by there, it is possible to suppress the generation of stray capacitance in the conductive pads, to suppress a delay or the like of the electrical signal sent isopropylidene by the wiring conductor, it is possible to provide a wiring board having excellent electrical characteristics. And the area of the conductor for grounding or a power supply can be increased, the supply function of a grounding voltage or a power supply voltage can be improved, and a wiring board with more excellent electrical characteristics can be provided.
また、本発明の配線基板は、好ましくは、導電パッドが、凹部の底面に複数形成されていることにより、導電パッドの外周縁部分に沿って大きく作用する傾向のある熱応力を、複数の導電パッドで効果的に分散させることができ、導電パッドと導体バンプとの間の接合面や、導電パッドと絶縁基体との間の接合面等に亀裂等の機械的な破壊が生じることをより効果的に抑制することができ、外部電気回路基板に対する電気的接続および機械的接続の信頼性に優れた配線基板を提供することができる。 In the wiring board of the present invention, it is preferable that a plurality of conductive pads are formed on the bottom surface of the concave portion, so that thermal stress that tends to act greatly along the outer peripheral edge portion of the conductive pads is applied to the plurality of conductive pads. It can be effectively dispersed by the pad, and it is more effective that mechanical damage such as cracks occurs on the joint surface between the conductive pad and the conductive bump, the joint surface between the conductive pad and the insulating base, etc. Therefore, it is possible to provide a wiring board excellent in reliability of electrical connection and mechanical connection to an external electric circuit board.
次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1を参照して本発明の配線基板の第1の例について説明する。図1(a)は、本発明の配線基板の第1の例の構成を示す下面図であり、図1(b)は、図1(a)の配線基板におけるX−X’線における断面図である。本発明の第1の例の配線基板111は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基体101と、絶縁基体101の内部に形成された配線導体102と、絶縁基体101に形成された接続パッド103および導電パッド104とを有する。
A first example of the wiring board of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a bottom view showing the configuration of the first example of the wiring board of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in the wiring board of FIG. It is. The
絶縁基体101は、電子部品が搭載される上面と、上面に対向する下面とを有する。絶縁基体101の下面は、外部電気回路基板に対する実装面である。絶縁基体101の上面の中央部には、電子部品が搭載される凹部(搭載部105)が形成されている。また、絶縁基体101の下面の中央部にも、凹部106が形成されている。凹部106は、絶縁基体101を構成する絶縁層のうち最外層(最下層)にある絶縁層101aの一部(中央部)を取り除くことにより形成されている。
The
この絶縁基体101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。ここで、絶縁基体101がガラスセラミック焼結体から成る場合における絶縁基体101の製造方法について説明する。まず、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し、これをドクターブレード法を採用してシート状とすることにより複数のセラミックグリーンシートを製造する。その後、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する。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にて約1000℃の温度で焼成することにより絶縁基体101が製造される。
The
絶縁基体101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、その他種々の電子部品(図示せず)を支持するための基体として機能する。なお、図1に示した例では、絶縁基体101は、電子部品を収納するための部位(搭載部105)が上面に形成された形状であるが、平板状のものでもよい。
The
配線導体102は、絶縁基体101の内部に形成され、その一部が絶縁基体101における搭載部105に露出され、他の一部が絶縁基体101の側面に導出されている。
The
接続パッド103は、絶縁基体101の下面の周辺部に配列形成されている。この接続パッド103は、絶縁基体101の側面に形成された複数の切欠き部107にそれぞれ延出するように形成されている。また、接続パッド103は、切欠き部107に形成された導体層108を介して配線導体102と電気的に接続されている。
The
ここで、配線導体102および接続パッド103は、搭載部105に搭載される電子部品を外部電気回路に電気的に接続するための導電経路として機能する。配線導体102のうち搭載部105に露出された部位に、電子部品の電極がボンディングワイヤや半田等を介して電気的に接続される。そして、接続パッド103が、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)を介して接続されることにより、電子部品の電極が外部電気回路と電気的に接続される。また、配線導体102および接続パッド103は、銅,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る。例えば、配線導体102および接続パッド103が銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤,樹脂バインダとともに混練して製造した金属ペーストを、絶縁基体101となるセラミックグリーンシートに印刷することにより、図1に示した配線導体102および接続パッド103が形成される。
Here, the
なお、絶縁基体101の側面の切欠き部107は、接続パッド103を絶縁基体101の側面に延出させてその面積を拡張させるとともに、接続パッド103に接合される導体バンプのメニスカスを大きく形成し、接続パッド103と導体バンプとの接合をより強固なものとする機能を有する。また、切欠き部107は、絶縁基体101と成るセラミックグリーンシートの側面に、金型を用いた打抜き加工等により溝状の切欠きを設けることにより形成される。そして、配線基板111となる領域を母基板の主面に縦横に配列した多数個取りの形態で配線基板111を製造する場合であれば、各配線基板111となる領域の境界線に貫通孔を形成しておき、その後、配線基板111となる領域の境界線に沿って母基板を分割することによって、側面に切欠き部107を有する配線基板111を形成することができる。貫通孔が分割溝(境界線)に沿って分割され、それぞれの配線基板111の側面の切欠き部107となる。この方法によれば、切欠き部107を有する多数個の配線基板111を一括して製造することができるので、配線基板111の生産性を向上させることができる。
The
また、導体層108は、配線導体102や接続パッド103と同様の金属材料を用いて形成することができ、銅から成る場合であれば、銅の粉末を有機溶剤,樹脂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101となるセラミックグリーンシートの切欠き部107の内側面に印刷しておくこと等により形成される。
The
導電パッド104は、絶縁基体101の下面に設けられた凹部106の底面に形成されている。ここで、凹部106の底面とは、接続パッド103が形成されている絶縁層より内側の絶縁層の表面のことをいう。図1に示した例では、接続パッド103が形成されている絶縁層101aの中央部分が取り除かれており、そこに凹部106が形成されている。そして、その凹部106の底面は、絶縁層101aより内側の絶縁層101bの表面となっている。
The
図1に示した例では、この絶縁層101bの表面に、導電パッド104が形成されている。導電パッド104は、配線導体102や接続パッド103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、樹脂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凹部106の底面となる部位の中央部に印刷しておくこと等により形成される。この導電パッド104は、配線基板111(若しくは、配線基板111に電子部品が搭載された電子装置)の接続パッド103と外部電気回路基板の回路配線との電気的な接続および機械的な接続の強度を向上させるという機能を有する。すなわち、導電パッド104が、外部電気回路基板に形成されたダミーの接続用導体等に半田等を介して接合されることにより、配線基板111と外部電気回路基板との接合強度を向上させることが可能となる。そして、接続パッド103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を抑制し、接続パッド103と外部電気回路基板の回路配線との電気的な接続および機械的な接続の信頼性を向上させることができる。
In the example shown in FIG. 1, a
ここで、導電パッド104は、厚みが10μm未満では半田等の接合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強度が低下する傾向がある。従って、導電パッド104は、厚みを10〜35μmとすることが好ましい。
Here, when the thickness of the
また、図1(a)には、接続パッド103が、絶縁基体101の下面の各辺に複数個ずつ、同じ配列間隔で形成されている構成を示したが、接続パッド103が絶縁基体101の下面の各角部に形成されている構成でも良い。
FIG. 1A shows a configuration in which a plurality of
また、凹部106は、その深さを0.05mm以上としておくことが好ましい。0.05mm未満では、凹部106に導電パッド104と外部電気回路基板の配線導体等との間に形成される半田が十分に収納されず、配線基板111と外部配線基板との間に隙間が生じ、接続パッド103と導体バンプとのフィレットの形成が不可能となり、接続パッド103と回路配線との間の電気的な接続および機械的な接続の信頼性を十分に向上させることができない場合がある。
Moreover, it is preferable that the recessed
また、本発明の配線基板111は、絶縁基体101の内部に、接地導体層109若しくは電源導体層110の少なくとも一方が形成されおり、導電パッド103が、接地導体層109または電源導体層110と電気的に接続されているのがよい。このような構成により、導電パッド104に浮遊静電容量が発生することを抑制し、配線導体102により伝送される電気信号の遅延等の発生を抑制することができ、電気特性に優れた配線基板111を提供することが可能となる。
In the
また、接地用や電源用の接続パッド103が、導電パッド104と電気的に接続されることにより、接地用や電源用の導体の面積を増大させることができ、配線基板111に搭載される電子部品への接地電圧や電源電圧の供給をより確実に安定して行わせることが可能となる。
Further, the
また、凹部106の底面の周辺部に、導電パッド104の非形成領域を設ける。すわなち、導電パッド104を、絶縁層101aから離間して形成する。この構成により、導電パッド104に生じる応力により、絶縁層101aに欠けが起こることを防止することができる。また、導電パッド104に生じる応力は、導電パッド104の角部に集中しがちであるため、凹部106の底面の角部において、導電パッド104を絶縁層101aから離間して形成してもよい。
Further, the periphery of the bottom surface of the
以上説明したように、本発明の配線基板111は、絶縁基体101の下面の中央部に形成された凹部106の底面に導電パッド104が形成されていることにより、この凹部106に導電パッド104と外部電気回路基板の配線導体等とを接合する半田が収容され、接続パッド103と導体バンプとの接合強度を向上させることができる。そして、接続パッド103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抑制することができ、外部電気回路基板に対する機械的な接続および電気的な接続の信頼性に優れた配線基板111を提供することができる。
As described above, the
次に、図2を参照して本発明の配線基板の第2の例について説明する。図2(a)は、本発明の配線基板の第2の例の構成を示す下面図であり、図2(b)は、図2(a)の配線基板におけるX−X’線における断面図である。本発明の第2の例の配線基板211は、絶縁基体101の下面の中央部に設けられた凹部106の底面に、複数の導電パッド204a,204b形成されている。その他の構成については、図1に示した本発明の第1の例の配線基板111の構成と同様である。本発明の第2の例の配線基板211において、図1に示した本発明の第1の例の配線基板111の構成と同一の構成については同一の符号を付す。
Next, a second example of the wiring board of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a bottom view showing the configuration of the second example of the wiring board of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in the wiring board of FIG. It is. In the
導電パッド204aおよび導電パッド204bは、絶縁基体101の内部に形成された貫通導体を介して、絶縁基体101の内部に形成された接地導体層または電源導体層と接続されている。図2には、導電パッド204aおよび導電パッド204bが接地導体層109に接続された例を示している。
The
また、凹部106の底面の周辺部に、導電パッド204a,204bの非形成領域を設ける。すわなち、導電パッド204a,204bを、絶縁層101aから離間して形成する。この構成により、導電パッド204a,204bに生じる応力により、絶縁層101aに欠けが発生することを防止することができる。また、導電パッド204a,204bに生じる応力は、導電パッド204a,204bの角部に集中しがちであるため、凹部106の底面の角部において、導電パッド204a,204bを絶縁層101aから離間して形成してもよい。
Further, the periphery of the bottom surface of the
本発明の第2の例の配線基板211によれば、絶縁基体101の下面の中央部に設けられた凹部106の底面に、複数の導電パッド204a,204bが形成されていることにより、配線基板211における熱応力を効果的に分散させることが可能となる。すなわち、配線基板211の下面に生じる熱応力を、複数の導電パッド204a,204bの各々に分散させることが可能となる。そして、熱応力を分散させることにより、導電パッドと半田等の導体バンプとの間の接合面や、導電パッドと絶縁基体101との間の接合面に発生する亀裂等の機械的な破壊を抑制することができ、外部電気回路基板に対する電気的接続および機械的な接続の信頼性をより一層向上させることができる。
According to the
101・・・絶縁基体
102・・・配線導体
103・・・接続パッド
104・・・導電パッド
105・・・搭載部
106・・・凹部
107・・・切欠き部
108・・・導体層
109・・・接地導体層
110・・・電源導体層
111・・・配線基板
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