JPH11284301A - 配線基板の実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配線基板の接続用電極と外部電気回路基板の実
装用配線導体との接続端子による接続端子の応力の集中
を回避し、接続端子に疲労亀裂を生じることのない、高
い接続信頼性を有する配線基板の実装構造を提供する。 【解決手段】樹脂基板１０表面に配線基板実装用の配線
導体１１が被着形成された外部電気回路基板Ｂ上に、セ
ラミック絶縁基板１の底面に外部電気回路基板Ｂとの接
続用電極６を備えた配線基板Ａを載置し、配線基板Ａの
接続用電極６と、実装用配線導体１１とをロウ材によっ
て電気的に接続してなり、樹脂含有絶縁基板１０とセラ
ミック絶縁基板１の−５０〜４００℃における平均熱膨
張係数の差が８ｐｐｍ／℃以下であり、接続用電極６お
よび実装用配線導体１１の少なくとも一方を、ロウ材か
らなる接続端子１７内に突出させるとともに、接続端子
高さｈ₂ に対する突出部１８、１９の接続端子内への突
出高さｈ₁ の比率ｈ₁ ／ｈ₂を０．０５〜０．１５とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子が収容
搭載される半導体素子収納用パッケージや、半導体素子
の他にコンデンサや抵抗体等の各種電子部品が搭載され
る混成集積回路装置等に用いられるセラミック配線基板
を、プリント基板等の外部電気回路基板に表面実装した
配線基板の実装構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子収納用パッケージや混
成集積回路等に用いられるセラミック配線基板は、一般
にアルミナ等のセラミック焼結体から成る絶縁基板の内
部及び表面に、Ｗ、ＭｏおよびＭｎ等の高融点金属から
成る複数のメタライズ配線層やビアホール導体が配設さ
れた構造からなる。

【０００３】そして、上記のセラミック配線基板は、例
えば半導体素子収納用パッケージとして適用する場合に
は、その絶縁基板の表面側に半導体素子をガラス等の接
着剤を介して接着固定すると共に、半導体素子を周辺の
配線層にボンディングワイヤを介して電気的に接続さ
れ、その半導体素子は、金属やセラミックスから成る蓋
体や樹脂によって気密に封止される。

【０００４】また、このセラミック配線基板をプリント
基板等の外部電気回路基板に実装するには、配線基板の
裏面に複数の接続端子を形成し、外部電気回路基板表面
の実装用配線導体と接続することによって行われ、従来
より、接続端子としてコバール等の金属からなるピンを
用いた、いわゆるピングリッドアレイ（ＰＧＡ）が広く
用いられてきた。

【０００５】近年、高周波化及び高集積化が進むＩＣや
ＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッ
ケージや、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置
等に適用される配線基板は、高速信号に対応でき高密度
で小型軽量化が要求されている。

【０００６】従来から用いられてきたＰＧＡ型では、接
続端子を高密度に配設するにも限界があるため、最近で
は、図３に示すように、配線基板Ａ’の絶縁基板２１の
底面に形成された接続用電極２２に半田ボールなどのロ
ウ材からなる接続端子２３を設け、該接続端子２３を介
して外部電気回路基板Ｂ’の樹脂基板２４の表面に形成
された実装用配線導体２５に直接接続する、いわゆるボ
ールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の実装構造が提案され
ている。

【０００７】このＢＧＡによれば、接続端子２３は配線
基板Ａ’の下面に多数配置され、接続端子２３を、外部
電気回路基板Ｂ’における樹脂基板２４の表面に形成さ
れた実装用配線導体２５上に載置当接させた後、接続端
子２３を所定温度で加熱溶融して実装用配線導体２５に
接続させることにより配線基板Ａ’が外部電気回路基板
Ｂ’に表面実装される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、プリント基板のように樹脂基板２４が熱膨張率の高
い有機樹脂からなる外部電気回路基板Ｂ’上に接続端子
２３を介してセラミック配線基板Ａ’を表面実装した場
合、セラミック配線基板Ａ’の絶縁基板２１と樹脂製の
樹脂基板２４の熱膨張率が大きく異なることから、環境
温度の変化や稼働時の半導体素子等による自己発熱等に
より接続端子２３には繰り返しの剪断歪みが負荷され
る。また、一般に、接続端子２３は中央部が膨らんだ樽
形状を成しているために、配線基板の接続用電極２２及
び外部電気回路基板の実装用配線導体２５との接続端子
において接続端子２３と接続用電極２２や実装用配線導
体２５との接触角が鋭角となるため、この部分が高応力
集中源となって接続端子２３に疲労亀裂が発生し易く、
接続信頼性に欠けるという問題があった。

【０００９】更に、近年の半導体素子収納用パッケージ
や混成集積回路装置等に適用される配線基板は、各種電
子装置の用途の拡大により、その使用環境は従来よりも
多彩でかつより厳しいものとなっており、とりわけ自動
車の電子制御化の発展に伴って車載環境で用いられる場
合には使用環境が厳しい上に、より高い信頼性が要求さ
れている。

【００１０】かかる電子装置では高い信頼性を確保する
上で重要となるのが半田等による接続端子であり、例え
ば、前記半田等の接続端子による表面実装法では、例え
ば即時剪断強度や熱疲労寿命等が優れていることが接続
信頼性を確保する上で重要となっている。

【００１１】そこで、かかる問題を解消するために、接
続端子２３の形状を制御して、配線基板と外部電気回路
基板との接続端子高さを高くすることにより、接続端子
における接触角を鈍化させ、熱膨張差によって生じる応
力の集中を低減させることが提案されている（特許第２
５５９４０８号公報参照）。

【００１２】しかしながら、この提案では、基板及びパ
ッケージを格別な治具等を用いて位置決めし、位置決め
維持の為にパッケージにピンを取り付け、そのピンを外
部電気回路基板側と連結することにより、はんだ継手の
形状を制御しており、種々の新たな部品や位置決め工程
が複雑になる結果、製品コストを高めてしまうという問
題がある。

【００１３】従って、本発明は、配線基板を外部電気回
路基板に表面実装する際、複雑な位置決め工程を必要と
せず、しかも配線基板の接続用電極と外部電気回路基板
の実装用配線導体との接続端子への応力の集中を回避
し、接続端子に疲労亀裂を生じることのない、高い接続
信頼性を有する配線基板の実装構造を提供することを目
的とするものである。

【００１４】

【課題を解決する為の手段】本発明の配線基板の実装構
造は、表面に配線基板実装用の配線導体が被着形成され
た外部電気回路基板上に、外部電気回路基板との接続用
電極を備えた配線基板を載置し、前記配線基板の前記接
続用電極と、前記外部電気回路基板との前記実装用配線
導体とをロウ材によって電気的に接続してなるものであ
って、前記樹脂基板と前記セラミック絶縁基板の−５０
〜４００℃における平均熱膨張係数の差が８ｐｐｍ／℃
以下であり、前記接続用電極および前記実装用配線導体
の少なくとも一方を、前記ロウ材による接続端子内に突
出させるとともに、該突出部の前記接続端子高さｈ₂ に
対する前記接続端子内への突出高さｈ₁ の比率ｈ₁ ／ｈ
₂ が０．０５〜０．１５であることを特徴とする。

【００１５】また、前記接続用電極や前記実装用配線導
体は、前記セラミック絶縁基板内、あるいは前記樹脂基
板内に設けられたスルーホール導体の終端にそれぞれ形
成されていることを特徴とする。

【００１６】

【作用】配線基板と外部電気回路基板とのロウ材からな
る接続端子による実装構造において、配線基板の接続用
電極と外部電気回路基板表面の実装用配線導体とを接続
する接続端子の軸心が、配線基板の実装面に対して垂直
である場合、接続端子に生じる疲労亀裂は、配線基板と
外部電気回路基板の熱膨張差及び熱容量の差異による冷
却速度の差から発生する剪断応力を主たる原因とするも
のである。

【００１７】本発明によれば、配線基板の接続用電極あ
るいは外部電気回路基板の実装用配線導体の少なくとも
一方をロウ材からなる接続端子内に所定の突出量で突出
させることにより、この突出部によって接続用電極ある
いは実装用配線導体を接続端子に対して強固に係止する
ことができるとともに、前記剪断応力が、ロウ材による
接続端子内の突出部によって効果的に緩和されるととも
に、応力が接続端子の境界部に集中しないことから、前
記疲労亀裂の発生や、過酷な稼働条件における亀裂の成
長が抑制、防止されることにより配線基板の外部電気回
路基板への接続信頼性を向上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の配線基板の実装構
造について図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発
明の配線基板として、ＢＧＡ型半導体素子収納用パッケ
ージの実装構造の一実施例を示す概略断面図であり、図
２は、接続端子の拡大断面図である。なお、図１、２に
おいて、Ａは、配線基板（ＢＧＡ型パッケージ）、Ｂは
外部電気回路基板を示す。

【００１９】図１の配線基板Ａによれば、セラミックス
からなる絶縁基板１の表面あるいは内部に、メタライズ
配線層２やスルーホール導体３が形成されており、表面
に形成されたメタライズ配線層２は、絶縁基板１表面に
実装された半導体素子４と電気的に接続されている。な
お、半導体素子４は、蓋体５によって絶縁基板１表面に
おいて気密に封止されている。

【００２０】また、絶縁基板１の裏面には、外部電気回
路基板Ｂと接続するための、複数の接続用電極６が設け
られており、この接続用電極６は、絶縁基板１内部に形
成されたスルーホール導体３やメタライズ配線層２によ
って半導体素子４と電気的に接続されている。

【００２１】図２の接続用電極６によれば、スルーホー
ル導体３の終端部に形成された電極パッド７と、その表
面にロウ材との濡れ性を改善するために設けられた金属
層８の積層構造から形成されている。また、電極パッド
７の周囲は、オーバーコート層９によって封止され絶縁
基板１に強固に固定されている。

【００２２】一方、外部電気回路基板Ｂは、例えば有機
樹脂を含む絶縁材料からなる樹脂基板１０の表面に、銅
などの導電性材料からなる実装用配線導体１１が被着形
成されており、樹脂基板１０の内部あるいは裏面にも銅
等の導電性材料からなる配線導体１２やスルーホール導
体１３が設けられている。

【００２３】図２における実装用配線導体１１は、スル
ーホール導体１３の終端部に形成された導体パッド１４
と、ロウ材との濡れ性のよい金属層１５との積層構造か
らなり、導体パッド１４の周囲は有機樹脂等のオーバー
コート層１６によって封止され樹脂基板１０に強固に固
定されている。

【００２４】そして、配線基板Ａの接続用電極６と、外
部電気回路基板Ｂの実装用配線導体１１とは、半田等の
ロウ材からなる球状の接続端子１７によって電気的に強
固に接続されている。

【００２５】本発明によれば、図２に示すように、上記
半田ボール等のロウ材からなる接続端子１７に対して、
前記接続用電極６、実装用配線導体１１の少なくとも一
方が、接続端子１７内に突出しており、この突出部１
８，または１９の突出高さｈ_１のロウ材による接続端子
の高さｈ_２ に対する比率ｈ₁ ／ｈ₂ が０．０５〜０．
１５であることが重要である。図２の実施態様では、接
続用電極６、実装用配線導体１１の両方において、突出
部１８、１９が設けられている。

【００２６】この突出部１８、１９の突出高さｈ₁ と
は、接続端子１７と接続用電極６、あるいは実装用配線
導体１１との接続境界部２０、２１を底辺とする高さを
意味する。また、接続端子の高さｈ₂ は、接続端子１７
と接続用電極６或いは実装用配線導体１１との接続境界
部２０、２１間の距離を意味する。

【００２７】本発明によれば、このような突出部１８お
よび／または突出部１９を設けることにより、この突出
部がアンカー的に作用することにより、接続用電極ある
いは実装用配線導体を接続端子に対して強固に係止する
ことができる。そして、配線基板と外部電気回路基板の
熱膨張差及び熱容量の差異による冷却速度の差から発生
する剪断応力が、接続端子１７内の突出部１８、１９に
よって効果的に緩和され、また、この応力が突出部に作
用するために、応力の接続端子１７の境界部２０、２１
への集中を抑制し、接続端子１７の疲労亀裂の発生や、
過酷な稼働条件における亀裂の成長を抑制あるいは防止
することができる。

【００２８】なお、本発明によれば、上記比率ｈ₁ ／ｈ
₂ が０．０５よりも小さいと、接続端子１７の配線基板
及び外部電気回路基板との接続境界部２０、２１に生じ
る歪みは、突出部１８、１９によって十分に緩和されず
亀裂を発生し易くなり不適当である。また、上記比率が
０．１５よりも大きいと、金属層８，１５を被着した時
に、金属層８、１５と電極パッド７や導体パッド１４の
突出部１８、１９間に空隙が生じ易く、ふくれの原因と
なり歩留まりが低下すると共に、耐久性が劣化し易くな
る。上記比率ｈ₁ ／ｈ₂ は、０．０５〜０．１の範囲内
であれば、配線基板と外部電気回路基板の電気的な接続
性及び接続歩留まりの点でより望ましい。

【００２９】また、本発明によれば、上記配線基板Ａの
セラミック絶縁基板１は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、Ｓｉ₃
Ｎ₄ 、ガラスセラミックス等の衆知の絶縁性セラミック
材料からなり、外部電気回路基板Ｂの樹脂基板１０は、
ガラス−エポキシ樹脂複合材料などから構成されるが、
前記セラミック絶縁基板１と外部電気回路基板Ｂの樹脂
基板１０との−５０〜４００℃における平均熱膨張係数
の差が８ｐｐｍ／℃以下、特に５ｐｐｍ／℃以下である
ことが重要である。これは、上記熱膨張差が８ｐｐｍ／
℃よりも大きいと、接続端子１７の配線基板及び外部電
気回路基板との接続境界部２０、２１に生じる剪断応力
を、突出部１８、１９では緩和又は係止できなくなり、
その結果、接続端子１７に前記応力が集中して微小な亀
裂を生じ易くなり、環境温度の変化や稼働時の自己発熱
等により疲労亀裂が成長して電気的特性が劣化してしま
う。

【００３０】このように、熱膨張係数差を上記の範囲に
設定するには、プリント基板の熱膨張係数は有機樹脂を
含むために、およそ１３ｐｐｍ／℃以上、特に１５ｐｐ
ｍ／℃以上と大きいために、配線基板の絶縁基板の比較
的熱膨張係数が大きく、５ｐｐｍ／℃以上、さらには８
ｐｐｍ／℃以上であることが望ましい。このような高熱
膨張の絶縁基板は、特開平８−２７９５７４号や、特開
平８−３３０６９０号等に記載される公知の材料を使用
できる。

【００３１】また、本発明によれば、接続端子１７と接
続用電極６や実装用配線導体１１との接続面は、円形形
状からなるが、接続用電極６における接続面の直径をφ
₁ 、実装用配線導体１１における接続面の直径をφ₂ と
した時、φ₂ ／φ₁ で表される比率が０．５〜２．０で
あることが望ましい。これは、上記比率が０．５よりも
小さいと、接続端子１７の配線基板との接続境界部２０
に生じる歪みが大きくなり、亀裂を発生しやすくなり、
２．０よりも大きいと接続端子１７の外部電気回路基板
との接続境界部２１に生じる歪みが大きくなり、亀裂を
発生しやすくなるためである。

【００３２】さらに、本発明によれば、実装用配線導体
１１における接続面の直径をφ₂ と、接続端子高さｈ₂
との比率ｈ₂ ／φ₂ で表される比率が０．５〜１．２で
あることが望ましい。これは、上記比率が０．５よりも
小さいと、接続端子１７の配線基板及び外部電気回路基
板との接続境界部２０、２１に生じる歪みは、突出部１
８、１９によって十分に緩和されず亀裂を発生しやすく
なり、１．２よりも大きいと接合歩留りが悪く、亀裂を
発生しやすくなるためである。

【００３３】また、さらに、スルーホール導体の直径ｄ
と、そのスルーホール導体の終端部に形成される突出部
の高さｈ₁ との比率ｈ₁ ／ｄが０．２〜０．９であるこ
とが望ましい。これは、上記比率が０．２よりも小さい
と、接続端子１７の配線基板及び外部電気回路基板との
接続境界部２０、２１に生じる歪みは、突出部１８、１
９によって十分に緩和されず亀裂を発生しやすくなり、
０．９よりも大きいと金属層８，１５を被着する時に、
金属層８，１５と導体と突出部管に空隙が生じやすく、
ふくれの原因となる歩留りが低下するためである。

【００３４】本発明における前記接続端子１７を形成す
るロウ材の材質は、特に限定されるものではないが、錫
（Ｓｎ）６３重量％−鉛（Ｐｂ）３７重量％に代表され
る半田や、銀（Ａｇ）等から成る各種導電材料が適用で
き、とりわけ前記金属層８、１５との濡れ性や接続性等
からは上記半田が好適である。

【００３５】更に、本発明の配線基板の実装構造におい
ては、図２に示すように接続端子１７の外形形状は中央
部が膨らんだ樽形状の他、中央部がすぼまった鼓形状
等、いかなる形状でも適用可能である。

【００３６】一方、配線基板Ａのメタライズ配線層２、
スルーホール導体３、電極パッド７は、用いるセラミッ
ク絶縁基板の材質に応じて、タングステン（Ｗ）、モリ
ブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属やその
合金、あるいは銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の材料から選
択され、いずれも絶縁基板と同時焼成されて形成されて
いることが望ましい。また、外部電気回路基板Ｂのスル
ーホール導体や実装用導体パッド１４は、銅（Ｃｕ）か
らなることが最も望ましい。

【００３７】更に、前記金属層８、１５は、ロウ材から
なる接続端子１７と強固に接着させ得るものであればい
かなるものでも良く、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金
（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）を単層または複層
で、衆知のメッキ法等により形成される。これらの中で
も、強固な接着性の点から、ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａ
ｕ）２層構造、または銅（Ｃｕ）が特に望ましい。な
お、この金属層８、１５の厚みは１μｍ以上あれば良い
が、特に、接続端子との濡れ性及び熱疲労寿命等の耐久
性を考慮すると、３〜１０μｍの範囲内にあることがよ
り好適である。

【００３８】他方、オーバーコート層９、１６として
は、配線基板Ａの電極パッド７、及び外部電気回路基板
表面の導体パッド１４がその製造工程や稼働中の熱履歴
によりセラミック絶縁基板１や樹脂基板１０から剥離す
るのを防止できれば特に限定されるものではなく、例え
ば、配線基板Ａ側のオーバーコート層９は、セラミック
絶縁基板１と同一材質の絶縁層、外部電気回路基板Ｂ側
のオーバーコート層１６は、有機樹脂層からなることが
望ましい。なお、このオーバーコート層９、１６は、い
ずれも１０μｍ以上あれば良いが、特に、接続端子との
濡れ性及び熱疲労寿命等の耐久性を考慮すると２０〜５
０μｍの範囲内にあることがより好適である。

【００３９】本発明において、配線基板Ａは、セラミッ
ク絶縁基板１を形成する混合粉末を含有するスラリーを
用いてドクターブレード法等によりグリーンシートを作
製する。次に、グリーンシートに対して、メタライズ配
線層２や電極パッド３を形成するための導体ペーストを
印刷塗布したり、グリーンシートに対してスルーホール
導体３形成のために穴を明けた後に導体ペーストを充填
する。また、電極パッド７の周囲を封止するように上記
スラリーを所定箇所に塗布する。そしてそれらのグリー
ンシートを積層圧着した後、所定の温度で同時焼成す
る。その後、電極パッド３の表面にメッキ等によって金
属層１５を形成することができる。

【００４０】本発明によれば、電極パッド７および金属
層８からなる接続用電極６に対して突出部１８を設ける
には、上記の製造過程で、電極パッド７が直接接続され
るスルーホール導体３を形成する導体ペーストとしてセ
ラミック絶縁基板１の厚さ方向への焼成収縮率よりも収
縮率が小さい導体ペーストを用いると、同時焼成後に収
縮率の小さいスルーホール導体３が電極パッド７を押し
上げるようにして突出するようになる。従って、スルー
ホール導体３とセラミック絶縁基板１の焼成時の厚み方
向の焼成収縮率の差を制御することにより、突出部１８
の高さｈ₁ を調整することができる。なお、スルーホー
ル導体３の焼成収縮率は、導体ペースト中の金属粉末の
粒径を大きくするほど、あるいはペースト中の有機ビヒ
クル量を少なくすることによって小さくすることができ
る。

【００４１】また、本発明において、外部電気回路基板
Ｂは、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とガラス
等のフィラーとの混合粉末を含有するスラリーを用いて
ドクターブレード法等によりシート状に成形する。次
に、このシートに対して、穴を明け、銅等の金属粉末と
熱硬化性樹脂との混合物からなるペーストを充填した
後、シート表面に銅箔などの金属箔を接着し、エッチン
グ処理して導体パッド１４等のパターンを形成する。ま
た、導体パッド１４の周囲に上記スラリーを塗布しす
る。その後、適宜所定のシートを積層圧着した後、熱硬
化性樹脂が完全硬化するに十分な温度に加熱する。その
後、導体パッド１４の表面にメッキ等によって金属層１
５を形成することができる。

【００４２】本発明によれば、導体パッド１４および金
属層１５からなる実装用配線導体１１に対して突出部１
９を設けるには、上記の製造過程で、導体パッド１４が
直接接続されるスルーホール導体１３を形成する導体ペ
ーストとして樹脂基板１０の厚さ方向への硬化収縮率よ
りも収縮率が小さい導体ペーストを用いると、完全硬化
時に収縮率の小さいスルーホール導体１３が導体パッド
１４を押し上げるようにして突出するようになる。従っ
て、スルーホール導体１３と樹脂基板１０の硬化時の厚
み方向の硬化収縮率の差を制御することにより、突出部
１９の高さｈ₂を調整することができる。

【００４３】なお、スルーホール導体１３の硬化収縮率
は、スルーホール形成用の導体粉末の粒径が大きいほ
ど、小さく制御でき、さらには、導体ペースト中の熱硬
化性樹脂として樹脂基板１０を形成する熱硬化性樹脂よ
りも熱硬化時の収縮の小さい樹脂を配合することによっ
ても容易に制御できる。

【００４４】また、配線基板Ａを外部電気回路基板Ｂに
実装するには、配線基板Ａの接続用電極６の表面に半田
ボール等をリフロー炉等を用いて接続用電極に取り付け
るか、接続用電極６に半田を塗布する等として、接続端
子１７を形成する。また、外部電気回路基板Ｂにおける
実装用配線導１１の表面にも半田を塗布してもよい。

【００４５】そして、配線基板Ａを外部電気回路基板Ｂ
表面に位置合わせして載置して、それらをリフロー炉等
を用いて２００〜２７０℃の温度に保持して、接続端子
１７を加熱溶融することにより、配線基板Ａを外部電気
回路基板Ｂに実装することができる。

【００４６】

【実施例】本発明の配線基板の実装構造を評価するに際
し、先ず、Ａｌ₂ Ｏ₃ をを主成分とし、ＳｉＯ₂ 、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ等の焼結助剤を合量で５重量％混合して調製
したスラリーを、ドクターブレード法により厚さ３００
μｍのセラミックグリーンシートに成形し、さらにセラ
ミックグリーンシートの所定位置に打ち抜き加工を施し
て所定径のスルーホールを形成した。

【００４７】一方、タングステン（Ｗ）を主成分とする
粉末に、有機バインダー、可塑剤、溶剤等の有機ビヒク
ルを添加して混練機で混練して配線用の導電ペーストを
作成した。

【００４８】次に、得られたセラミックグリーンシート
上に前記配線用導体ペーストを用いてメタライズ配線層
２および電極パッド７をスクリーン印刷法で印刷塗布し
た。

【００４９】また、スルーホールにも、平均粒径が０．
５〜２０μｍの範囲の種々のタングステン粉末に、前記
有機ビヒクルを３０体積％添加し、スルーホール導体の
焼成収縮率を調整した導体ペーストをスクリーン印刷に
よって充填した。また、電極パッド７の周囲にオーバー
コート層として前記グリーンシート用スラリーを焼成上
がりで２５μｍとなる厚みで塗布した。

【００５０】そして、上記のようにして作製したグリー
ンシートを５層、積層圧着した後、それらを水素
（Ｈ₂ ）と窒素（Ｎ₂ ）の混合ガスから成る還元性雰囲
気中、約１６００℃の温度で焼成して、厚さが約１．２
５ｍｍの５層から成り、−５０〜４００℃の平均熱膨張
係数が７ｐｐｍ／℃の評価用の配線基板を作製した。

【００５１】また、その他、特開平８−２７９５７４号
に従い、Ａｌ₂ Ｏ₃ を主成分とする−５０〜４００℃の
平均熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃、９ｐｐｍ／℃、１０ｐ
ｐｍ／℃、１２ｐｐｍ／℃、１５ｐｐｍ／℃の絶縁基板
を用いて上記と同様にして配線基板を作製した。

【００５２】一方、外部電気回路基板は、−５０〜４０
０℃の平均熱膨張係数が１５ｐｐｍ／℃のガラス−エポ
キシ樹脂の複合材料からなるプリント基板の表面に銅箔
からなる接続用配線導体が設けられた基板を用いた。

【００５３】次いで、配線基板の接続用電極の表面に、
Ｓｎ６３％−Ｐｂ３７％の半田ボールを取付けて接続端
子を形成し、また、外部電気回路基板の実装用配線導体
上に、スクリーン印刷法によってＳｎ６３％−Ｐｂ３７
％の半田を塗布した。

【００５４】かくして得られた配線基板の接続用電極
と、外部電気回路基板の実装用配線導体とが接触するよ
うに載置した後、リフロー炉にて２３０℃の温度で加熱
して、前記接続端子を互いに溶融させて配線基板と外部
電気回路基板を接続し、接続端子を介して外部電気回路
基板上に配線基板を表面実装し、評価用の実装構造体を
得た。

【００５５】なお、熱膨張係数は、配線基板の絶縁基
板、外部電気回路基板の樹脂基板から試験片を切り出
し、熱膨張測定装置により計測した。

【００５６】更に、前記試料について接続端子を含む断
面を研磨加工して鏡面仕上げした後、走査型電子顕微鏡
を用いて写真撮影し、配線基板のスルーホール導体径
ｄ、配線基板における突出高さｈ₁ 、接続端子による接
続端子高さｈ₂ 、配線基板における接続用電極の径
φ₁ 、外部電気回路基板における実装用配線導体の径φ
₂ をそれぞれ１０点計測し、その平均値を求め、ｈ₁ ／
ｈ₂ 、φ₂ ／φ₁ 、ｈ₂ ／φ₂ 、及びｈ₁ ／ｄを算出し
た。

【００５７】かくして得られた評価用の配線基板の実装
構造体を用いて、配線基板及び外部電気回路基板の樹脂
基板の熱膨張率の差から発生する剪断応力の影響を調べ
るために、液槽中でのサイクル試験と、気槽中でのサイ
クル試験を行った。

【００５８】液槽中でのサイクル試験は、試料を−４０
℃と１２５℃のガルデン液中にそれぞれ５分間づつ交互
に浸漬する温度サイクル試験を行い、２５０サイクル毎
に接続端子に発生する亀裂の進展を接続用電極と実装用
配線導体間の抵抗変化によって検出し、抵抗が初期抵抗
から変化した時点でのサイクル数で熱疲労寿命を評価し
た。

【００５９】気槽中のサイクル試験は、試料を−４０℃
と１２５℃の大気中にそれぞれ３０分間づつ交互に浸漬
する温度サイクル試験を行い、２５０サイクル毎に接続
端子に発生する亀裂の進展を接続用電極と実装用配線導
体間の抵抗変化によって検出し抵抗が初期抵抗から変化
した時点でのサイクル数で熱疲労寿命を評価した。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１から明らかなように、接続端子におい
て突出部が形成されていない試料Ｎo.２２、２３は、液
槽中のサイクル試験では１７５０サイクル以下で、気槽
の熱衝撃試験では、２５００サイクル以下で発生した。

【００６２】また、突出部を設けた場合において、その
ｈ₁ ／ｈ₂ 比率が０．０５〜０．１５の範囲を逸脱する
試料Ｎo.７，１１，１２，１６，１７、２１、熱膨張差
が８ｐｐｍ／℃よりも大きい試料Ｎo.６は、液槽中のサ
イクル試験は２０００サイクル未満、また気槽中のサイ
クル試験も３０００未満で導通不良を生じていた。

【００６３】これに対して、本発明ではいずれも液槽中
のサイクル試験では、２０００サイクル以上、気槽中の
サイクル試験では、３０００サイクル以上の耐久性を示
した。これは、ビアホール導体の突出部によって、接続
端子の配線基板と外部電気回路基板の熱容量の差異によ
る冷却速度の差から発生する剪断応力と配線基板と外部
電気回路基板の樹脂基板の熱膨張率の差から発生する剪
断応力が緩和されたためと考えられる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板の
実装構造によれば、配線基板の樹脂基板と外部電気回路
基板の樹脂基板の熱膨張率の差を８×１０^-6／℃以下と
するとともに、ロウ材による接続端子内に所定の高さの
突出部を設けることにより、温度変化が繰り返し加わる
ような過酷な条件下でも、接続端子に短時間で疲労亀裂
が発生することがなく、電気接続性を長期間維持できる
高い接続信頼性を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＢＧＡ型半導体素子収納用パッケージの実装構
造の一実施例を示す概略断面図である。

【図２】図１の実装構造における接続端子の拡大断面図
である。

【図３】従来のＢＧＡ型半導体素子収納用パッケージの
実装構造の一実施例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１：セラミック絶縁基板、２：メタライズ配線層，３：
スルーホール導体，６：接続用電極、７：電極パッド、
８：金属層、１０：樹脂基板、１１：実装用配線導体、
１３：スルーホール導体、１４：導体パッド、１５：金
属層、１６：オーバーコート層、１７：接続端子、１
８、１９：突出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂基板表面に配線基板実装用の配線導体
   が被着形成された外部電気回路基板上に、セラミック絶
   縁基板の底面に前記外部電気回路基板との接続用電極を
   備えた配線基板を載置し、前記配線基板の前記接続用電
   極と、前記外部電気回路基板との前記実装用配線導体と
   をロウ材からなる接続端子によって電気的に接続してな
   る配線基板の実装構造において、 前記樹脂基板と前記セラミック絶縁基板の−５０〜４０
   ０℃における平均熱膨張係数の差が８ｐｐｍ／℃以下で
   あり、前記接続用電極および前記実装用配線導体の少な
   くとも一方を前記接続端子内に突出させるとともに、該
   突出部の前記接続端子高さｈ₂ に対する前記接続端子内
   への突出高さｈ₁ の比率ｈ₁ ／ｈ₂ を０．０５〜０．１
   ５としたことを特徴とする配線基板の実装構造。
2. 【請求項２】前記接続用電極が、前記セラミック絶縁基
   板内に設けられたスルーホール導体の終端に形成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の配線基板の実装構
   造。
3. 【請求項３】前記実装用配線導体が、前記樹脂基板内に
   設けられたスルーホール導体の終端に形成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の配線基板の実装構造。