JP4423053B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基体の一方主面に接続パッドが配置され、この接続パッドが外部電気回路基板に導体バンプを介して接続される配線基板に関するものであり、詳細には、接続パッドの外部電気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。

半導体素子や容量素子，圧電振動子等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等から成り、内部に配線導体が形成された四角形状の絶縁基体と、絶縁基体の主面の四角形状の領域に縦横に配列形成され配線層と電気的に接続された外部接続用の多数の接続パッドとを有する構造である。なお、配線導体は、一部が絶縁基体の主面に露出している。

そして、絶縁基体の、接続パッドが形成された主面と反対側の主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のうち絶縁基体１の主面に露出している部分と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、絶縁基体の主面に配列形成した多数の接続パッドを、それぞれ対応する外部電気回路基板の端子パッドに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。

なお、この配線基板の接続パッドと外部電気回路基板の端子パッドとの接合時には、通常、導体バンプの接続パッドに対する濡れ性を良好とするために、フラックス等の接着助剤が用いられる。

また、配線導体と接続パッドとの電気的接続は、例えば、絶縁基体の主面の接続パッドから内部の配線導体にかけて、貫通導体を形成することにより行われる。
特開２０００−２９９３３８号公報

しかしながら、このような配線基板は、絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の違いにより発生する熱応力や、電子部品を樹脂で封止した場合の封止樹脂の収縮に伴う、主として接続パッド部分を絶縁基体の中央部側に引っ張るように作用する応力等によって、導体バンプが接続パッドから剥がれやすく、配線基板の接続パッドを外部電気回路基板の端子パッド等に導体バンプを介して接続する際に、接続パッドと外部電気回路基板との接続信頼性が低下するおそれがあるという問題点があった。

特に、近年、配線基板の小型化と接続パッドの個数の増加とに応じて接続パッドを小さくする必要があり、導体バンプの接続面積が小さくなっているため、このような接続信頼性の確保は重要な課題になってきている。

また、接続パッドを外部電気回路基板の端子パッドに接続する導体バンプの材料として、従来一般的に使用されていた錫−鉛半田に替わり、錫−銀系等のいわゆる鉛フリー半田が用いられるようになり、これに応じて導体バンプの接続温度の上昇等により熱応力が大きくなってきているため、接続信頼性の確保が難しくなってきている。

本発明は上記従来の技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、接続パッドを外部電気回路基板の端子パッドに導体バンプを介して長期にわたって確実に電気的接続させておくことが可能で、特に絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差による応力が大きくなっても、その接続を確保することが可能な、外部電気回路基板に対して高い電気的な接続信頼性を有する配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、長方形状の絶縁基体の内部に配線導体が形成され、前記絶縁基体の主面に前記配線導体と電気的に接続された複数の接続パッドが長方形状の領域に縦横に配列形成された配線基板において、前記各接続パッドは、上面の中央部に前記絶縁基体の短辺側の外周部側よりも中央部側が高くなるように段差が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の配線基板は、好ましくは、前記接続パッドは、前記配線導体に前記絶縁基体の前記主面から内部にかけて形成された貫通導体を介して電気的に接続されており、該貫通導体は、前記接続パッドの前記絶縁基体の長辺方向の中央部側に接していることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、接続パッドは、上面の中央部に長方形状の絶縁基体の短辺側の外周部側よりも中央部側が高くなるように段差を形成したことから、段差の側面の分、接続パッドと導体バンプとの接合面積を大きくすることができるとともに、熱応力や封止樹脂の収縮に伴い接続パッドに大きく作用する熱応力等の応力の作用方向に対してほぼ直交する段差により応力を効果的に緩和することができる。その結果、絶縁基体の一方主面に形成された接続パッドを外部電気回路基板の端子パッドに対して長期にわたって確実に電気的接続させておくことができ、高い電気的な接続信頼性を有する配線基板とすることができる。

従って、本発明によれば、絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差による応力が大きくなっても、その接続を確保することが可能な、外部電気回路基板に対して高い電気的な接続信頼性を有す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、段差は、接続パッドの上面の中央部に形成されていることから、接続パッドのうち高さが高い部分と低い部分との両面において導体バンプの接合面積を十分に、ほぼ同じ面積で確保することができ、接続パッドの全面にわたって導体バンプとの接続の強度をより確実に確保し、配線基板の外部電気回路基板に対する接続信頼性をより一層優れたものとすることができる。

また、本発明の配線基板は、好ましくは、接続パッドは、配線導体に前記絶縁基体の主面から内部にかけて形成された貫通導体を介して電気的に接続されており、貫通導体は、接続パッドの絶縁基体の長辺方向の中央部側に接していることから、この貫通導体により、接続パッドについて、応力がより強く作用する傾向がある高さの高い部分で、絶縁基体１に対する接合の強度をより一層強固なものとすることができ、配線基板の外部電気回路基板に対する接続信頼性をより一層優れたものとすることができる。

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は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。

これらの図において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は接続パッドである。これら絶縁基体１，配線導体２および接続パッド３により主に配線基板４が構成される。

絶縁基体１は、ガラスセラミックス焼結体，酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等のセラミック材料や、セラミックフィラーを有機樹脂中に分散させたセラミック複合材料等により形成される。

絶縁基体１は、例えばガラスセラミックス焼結体から成る場合であれば、ホウ珪酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とを有機溶剤，バインダとともにシート状に成形し複数枚のグリーンシートを得て、これに適当な孔あけ加工を施すとともに上下に積層し、約１０００℃で焼成することにより製作される。

この絶縁基体１は、半導体素子や容量素子，圧電振動子，弾性表面波素子，容量素子等の電子部品を搭載・支持するための基体として機能し、接続パッド３が形成される主面（この例では下面）と対向する主面（この例では上面）に電子部品（図示せず）が搭載される。

また、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、絶縁基体１の主面、例えば下面に形成された接続パッド３と電気的に接続されている。

そして、この配線導体２を、絶縁基体１の接続パッド３が形成された主面に対向する主面、例えば上面に導出し、この導出した露出部分に電子部品の電極を接続することにより、絶縁基体１に搭載された電子部品の電極が配線導体２を介して接続パッド３と電気的に接続される。

このような配線導体２は、銅，銀，タングステン等の金属粉末メタライズや、銅箔・銅めっき層等の金属材料により形成される。

配線導体２は、例えば、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め所定のスルーホールを形成しておくとともに、銅，銀，タングステン等の金属ペーストをセラミックグリーンシートのスルーホール内および表面に印刷塗布し、また充填しておくことにより形成される。

この配線導体２には、電子部品の電極が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される。また、配線導体２と電気的に接続された電子部品は、例えば封止樹脂等により封止される。

絶縁基体１の主面、通常は、外部電気回路基板（図示せず）に対向する側の主面、つまり下面には、多数の接続パッド３が配線導体２と電気的に接続されて縦横に配列形成されている。

接続パッド３は、配線基板４の外部接続用のパッドとして機能し、この接続パッド３を導体バンプ（図示せず）を介して外部電気回路基板の例えば端子パッド（図示せず）に接合することにより、配線基板４が外部電気回路基板に対して電気的，機械的に接続され、電子部品が外部電気回路と電気的に接続される。

配線導体２と接続パッド３との電気的接続は、例えば、上述のセラミックグリーンシートに形成したスルーホール内に導体を充填して成る貫通導体を介して行われる。

この接続パッド３は、通常、配線導体２と同種・同系のメタライズ金属から成り、例えば配線導体２と同様の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のパターンに印刷塗布しておくことにより形成される。

また本発明の配線基板４においては、配線導体２と電気的に接続され、長方形状の絶縁基体１の主面に長方形状の領域に縦横の配列で形成された多数の接続パッド３の形状を、絶縁基体１の短辺側の外周部側よりも中央部側が高くなるように接続パッド３の中心に段差を形成し、さらに配線導体２に接続された貫通導体を接続パッド３の絶縁基体１の長辺方向の中央部側に接するようにすることが重要である。

本発明の配線基板４によれば、接続パッド３について、上面に絶縁基体１の短辺側の外周部側よりも中央部側が高くなるように段差を形成したことから、段差の側面の分、接続パッド３と導体バンプとの接合面積を大きくすることができるとともに、熱応力や封止樹脂の収縮に伴い接続パッド３に大きく作用する熱応力等の応力の作用方向に対してほぼ直交する段差により応力を効果的に緩和することができる。その結果、絶縁基体１の一方主面に形成された接続パッド３を外部電気回路基板の端子パッドに対して長期にわたって確実に電気的接続させておくことができ、高い電気的な接続信頼性を有する配線基板とすることができる。

従って、本発明によれば、絶縁基体１と外部電気回路基板との熱膨張係数の差による応力が大きくなっても、その接続を確保することが可能な、外部電気回路基板に対して高い電気的な接続信頼性を有する配線基板を提供することができる。

なお、接続パッド３の段差は、０．０５ｍｍ以上としておくことが好ましい。０．０５ｍｍ未満となると段差としての効果が不十分になる傾向があり、熱応力や封止樹脂の収縮に伴う応力等を効果的に緩和することが難しくなる傾向がある。

接続パッド３および配線導体２は、その露出表面にニッケル，金等のめっき層を被着させておくことが好ましい。例えば、厚さが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と、厚さが０．０５〜２μｍ程度の金めっき層とを順次被着させておくと、接続パッド３および配線導体２の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、接続パッド３に対する導体バンプの濡れ性を良好とすることができる。なお、めっき層は、配線導体２と接続パッド３とで同じ層構成や厚みとする必要はなく、接続される導体バンプの種類等に応じて、異なる層構成や厚みとしてもよい。

また、本発明の配線基板４は、段差は、接続パッド３の上面の中央部に形成されている。段差を接続パッド３の上面の中央部に形成しておくと、接続パッド３のうち高さが高い部分と低い部分との両面において導体バンプの接合面積を十分に、ほぼ同じ面積で確保することができ、接続パッド３の全面にわたって導体バンプとの接続の強度をより確実に確保し、配線基板４の外部電気回路基板に対する接続信頼性をより一層優れたものとすることができる。

この場合、接続パッド３の段差を形成する中央部は、例えば、接続パッド３が円形状であればその中心線、四角形状であれば対角線等の中心を通る直線である。

この段差は、接続パッド３の高さが絶縁基体１の短辺側の外周部側よりも中央部側で高くなるようなものであれば、図１に示したような、絶縁基体１の長辺と直交する方向に限らず、一定の角度で傾いた方向でもよい。

また、本発明の配線基板４は、接続パッド３は、配線導体２に絶縁基体１の主面から内部にかけて形成された貫通導体を介して電気的に接続されており、貫通導体は、接続パッド３の絶縁基体１の長辺方向の中央部側に接していることが好ましい。

接続パッド３について、配線導体２に絶縁基体１の主面から内部にかけて形成された貫通導体を介して電気的に接続させるとともに、貫通導体を、接続パッド３の絶縁基体１の長辺方向の中央部側に接したものとしておくと、この貫通導体により、接続パッド３のうち応力がより強く作用する傾向がある高さの高い部分で、絶縁基体１に対する接合の強度をより一層強固なものとすることができ、配線基板４の外部電気回路基板に対する接続信頼性をより一層優れたものとすることができる。

なお、貫通導体は、例えば、横断面が円形状や楕円形状等の形状であり、円形状としておくと形成が容易で、内部への金属ペーストの充填も容易かつ空隙等を生じ難く確実に行えるため、配線基板４の生産性をより確実に、良好に確保することができる。

また、貫通導体は、その外周が接続パッド３の外周から１０μｍ以上離れていることが好ましい。１０μｍ未満になると、接続パッド３の形成位置等がずれたときに、接続パッド３と貫通導体との間の電気的接続の信頼性が劣化したり、断線等の不具合を生じたりするおそれがある。

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。例えば、上述の実施の形態の例では、接続パッド３の形状は、円形であったが、広面積の四角形状としてもよい。

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。

符号の説明

１・・・絶縁基体
２・・・配線導体
３・・・接続パッド
４・・・配線基板

Claims (2)

1. 長方形状の絶縁基体の内部に配線導体が形成され、前記絶縁基体の主面に前記配線導体と電気的に接続された複数の接続パッドが長方形状の領域に縦横に配列形成された配線基板において、前記各接続パッドは、上面の中央部に前記絶縁基体の短辺側の外周部側よりも中央部側が高くなるように段差が形成されていることを特徴とする配線基板。
2. 前記接続パッドは、前記配線導体に前記絶縁基体の前記主面から内部にかけて形成された貫通導体を介して電気的に接続されており、該貫通導体は、前記接続パッドの前記絶縁基体の長辺方向の中央部側に接していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。

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