(57)【要約】【課題】絶縁基体の配線導体と外部電気回路基板の回路配線との半田ボールを介しての電気的接続の信頼性に優れた半導体素子搭載用基板を提供すること。【解決手段】半導体素子搭載用基板４は、絶縁基体１の他方主面に縦横に四角形状に配列形成された複数の半田ボール３，３ａは、四角形状の配列の各隅に形成された半田ボール３ａがその他の半田ボール３よりも融点が高くかつ直径が小さい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する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が形成され、前記絶縁基体の他方主面に前記配線導体と電気的に接続された複数の半田ボールが縦横に四角形状に配列形成された半導体素子搭載用基板において、前記半田ボールは、四角形状の配列の各隅に形成されたものがその他のものよりも融点が高くかつ直径が小さいことを特徴とする半導体素子搭載用基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁基体の一方主面に半導体素子の搭載部を有し、他方主面に多数の半田ボールが縦横に配置され、この半田ボールが外部回路基板に接続される半導体素子搭載用基板に関し、半田ボールの外部回路基板に対する接続信頼性が良好な半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載するための半導体素子搭載用基板は、一般に、酸化アルミニウム質焼結体等から成り、表面および内部に配線導体が形成された四角形状の絶縁基体と、絶縁基体の一方主面に設けられた半導体素子の搭載部と、絶縁基体の他方主面の四角形状の領域に配列形成された外部接続用の多数の半田ボールとを有する構成であり、各接続パッドは配線導体と電気的に接続されている。
【０００３】
そして、絶縁基体の、一方主面の搭載部に半導体素子を搭載するとともに、電子部品の電極を配線導体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半導体装置として完成する。
【０００４】
その後、絶縁基体の他方主面に配列形成した多数の半田ボールを、それぞれ対応する外部電気回路基板の回路配線に接続することにより、半導体装置が外部電気回路基板に実装される。
【０００５】
なお、この半導体素子搭載用基板の半田ボールと外部電気回路基板の回路配線との接合は、半田ボールを外部電気回路基板の回路配線上に位置決めして載せるとともに、リフロー炉等により加熱することにより行われ、通常、半田ボールの回路配線や配線導体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。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−４６０８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体素子搭載用基板では、外部電気回路基板に実装するためのリフロー時に、半田ボールの潰れすぎやフラックスの洗浄不足が発生し、その状態で熱ストレスが実装後の絶縁基体にかかると半田ボールと絶縁基体との界面にクラックが入り、半田ボールや配線導体等の間の断線が発生して電気的接続が劣化する場合があった。
【０００８】
また、半田ボールが潰れすぎて絶縁基体と外部電気回路基板との間隔が非常に狭くなるとともにフラックスが十分に洗浄されずに残留し、この残留したフラックスが気化し半田ボール内に気泡ができ、これによりクラックが発生し同様な断線が発生する場合があった。
【０００９】
このような問題を解決するため、特許文献１に記載されているように、絶縁基体の裏面に突起を設け、この突起により半田ボールの潰れすぎを防止したものが提案されている。しかし、特許文献１に記載のものは、絶縁基体に一体的に突起を形成する構成であるため、このような突起を有する絶縁基体を成形するための金型が必要になり、製造コストが高くなるという問題点があった。また、このような突起を形成するために半田ボールを設けるスペースが制約を受けるので、半導体素子搭載用基板の小型化等が難しいという問題点もあった。
【００１０】
したがって、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、絶縁基体の配線導体と外部電気回路基板の回路配線との半田ボールを介しての電気的接続の信頼性に優れた半導体素子搭載用基板を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子搭載用基板は、一方主面に半導体素子が搭載される搭載部を有する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が形成され、前記絶縁基体の他方主面に前記配線導体と電気的に接続された複数の半田ボールが縦横に四角形状に配列形成された半導体素子搭載用基板において、前記半田ボールは、四角形状の配列の各隅に形成されたものがその他のものよりも融点が高くかつ直径が小さいことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の半導体素子搭載用基板は、絶縁基体の他方主面に縦横に四角形状に配列形成された複数の半田ボールは、四角形状の配列の各隅に形成されたものがその他のものよりも融点が高くかつ直径が小さいことにより、半導体素子搭載用基板を外部電気回路基板に実装するためのリフロー時に、各隅部の半田ボールが溶けずに残って絶縁基体を支持し、その他の半田ボールの潰れすぎを効果的に抑えることができる。このため、実装後の絶縁基体にかかる半田ボールと絶縁基体との間の熱ストレスによる、半田ボールと絶縁基体との界面におけるクラックの発生を抑えることができる。また、半田ボールの潰れ過ぎを効果的に防止することができるので、フラックス等を残留させることなく洗浄することができる。その結果、絶縁基体と外部回路基板との電気的接続の信頼性に優れたものとなる。
【００１３】
また、本発明の半導体素子搭載用基板は、絶縁基体に突起を設ける必要がないため、外部電気回路基板に接続するための半田ボールを効率よくかつ低コストに絶縁基体の他方主面に配列形成することができ、半導体素子搭載用基板を小型化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子搭載用基板を以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体素子搭載用基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、図２は図１の半導体素子搭載用基板の断面図である。これらの図において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は半田ボールである。これら絶縁基体１，配線導体２，半田ボール３により半導体素子搭載用基板４が主に構成される。
【００１５】
本発明における絶縁基体１は、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，ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス、ガラスセラミックス、樹脂など電気絶縁材料から成る。絶縁基体１が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の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し、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（以下、グリーンシートともいう）を得て、しかる後、グリーンシートに切断加工や打ち抜き加工を施して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グリーンシートを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１６】
この絶縁基体１は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子や容量素子，圧電振動子等の電子部品を搭載し支持するための基体として機能し、その一方主面（図２では上面）に半導体素子が搭載される搭載部を有している。また、絶縁基体１の内部には、貫通導体やメタライズ配線層等から成る配線導体２が形成されており、この配線導体２は絶縁基体１の他方主面（図２では下面）に形成された半田ボール３と接続されている。
【００１７】
そして、配線導体２を絶縁基体１の一方主面に導出し、一方主面での露出部分（電極パッド等）に電子部品の電極を電気的に接続することにより、絶縁基体１に搭載した電子部品の電極が配線導体２を介して半田ボール３に電気的に接続される。この配線導体２は、タングステン，モリブデン，銅，銀等のメタライズ導体により形成されている。例えば配線導体２は、絶縁基体１となるグリーンシートに予め所定のスルーホールを形成し、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属ペーストをスルーホールの内面に印刷塗布するか、また充填しておくことにより形成される。そして、配線導体２には電子部品（図示せず）の電極が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って覆われることにより封止される。
【００１８】
絶縁基体１の他方主面、すなわち外部電気回路基板（図示せず）に対向する側の主面には、複数の半田ボール３が配線導体２と接続されるようにして、全体として縦横に四角形状の領域に格子状に配列形成されている。この半田ボール３は、絶縁基体１の外部接続用の端子として機能し、半田ボール３が外部電気回路基板の電極パッド等に接合されることにより、半導体素子搭載用基板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に電気的に接続される。
【００１９】
この半田ボール３は、錫−鉛共晶半田（融点１８３℃）、錫−鉛半田（融点２００〜２２０℃）等の半田等から成り、半田ボール３は、例えば、対応する配線導体２に位置合わせするとともに、リフロー炉等を用いて加熱溶融させることにより、配線導体２と電気的に接続される。
【００２０】
また本発明の半導体素子搭載用基板４は、絶縁基体１の他方主面に配線導体２と電気的に接続され、縦横に四角形状に配列形成された複数の半田ボール３のうち、四角形状の配列の各隅部に形成されたものが、その他のものよりも融点が高くかつ直径が小さいものである。これにより、半導体素子搭載用基板４を外部電気回路基板に実装するためのリフロー時に、各隅部の半田ボール３が溶けずに残って絶縁基体１を支持し、その他の半田ボール３の潰れすぎを効果的に抑えることができる。このため、実装後の絶縁基体１にかかる半田ボール３と絶縁基体１との間の熱ストレスによる、半田ボール３と絶縁基体１との間の界面におけるクラックの発生を抑えることができる。また、半田ボール３の潰れ過ぎを効果的に防止できるので、フラックス等を残留させることなく洗浄することができる。その結果、絶縁基体１と外部回路基板との電気的接続の信頼性に優れた半導体素子搭載用基板４を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の半導体素子搭載用基板４は、絶縁基体１に突起を設けたりする必要がないため、外部電気回路に接続するための半田ボール３，３ａを効率よくかつ低コストに絶縁基体１の他方主面に配列形成することができ、半導体素子搭載用基板４の小型化を容易なものとすることができる。
【００２２】
この場合、各隅部の半田ボール３ａの直径をその他の半田ボール３の直径よりも小さくすることにより、その他の半田ボール３を潰さないようにして加熱溶融し、配線導体２や外部電気回路基板の回路配線の表面に濡れ広がらせて接合させることができ、その結果、半田ボール３を回路配線等に強固に接合させることができる。
【００２３】
なお、各隅部の半田ボール３ａは、その他の半田ボール３よりも融点が少なくとも３０℃以上高いことが好ましい。この融点の差が３０℃未満では、半導体素子搭載用基板４を外部電気回路基板に実装するためのリフロー炉中での加熱等において、各隅部の半田ボール３ａが軟化したり部分的に溶融したりして、絶縁基体１を支持する機能が低下し、その他の半田ボール３の潰れ過ぎを効果的に防止することが難しくなる傾向がある。
【００２４】
また、各隅部の半田ボール３ａは、その直径が他の半田ボール３の直径の７０〜９０％程度であることが好ましい。７０％未満では、他の半田ボール３の潰れる割合が大きくなりすぎる傾向があり、９０％を超えると、他の半田ボール３があまり潰れなくなるので、外部電気回路基板の回路配線等の表面に半田ボール３が溶融して濡れ広がることが妨げられ、半田ボール３の外部電気回路基板の回路配線に対する接合強度が低下する傾向がある。
【００２５】
このような融点の高い各隅部の半田ボール３ａとしては、錫−銀半田（融点２９５〜３０５℃），錫−亜鉛半田（融点３１０〜３２０℃），鉛−錫半田（融点３００〜３１０℃）等から成るものがある。
【００２６】
なお、各隅部の半田ボール３ａは、その他の半田ボール３の潰れすぎを防止するうえでは、その融点が高ければ高いほど好ましいが、融点の高い半田ボール３ａを絶縁基体１に配列形成する際の作業性や、その際に絶縁基体１に加わる熱応力を小さく抑えることを考慮すれば、融点が３３０℃以下のものが好ましい。例えば、他の半田ボール３が錫−鉛共晶半田（融点１８３℃）から成る場合、融点が２４０℃〜３３０℃程度の錫−銀半田等を用いることが好ましい。
【００２７】
なお、本発明は上述の実施の形態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。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の半導体素子搭載用基板は、絶縁基体の他方主面に縦横に四角形状に配列形成された複数の半田ボールは、四角形状の配列の各隅に形成されたものがその他のものよりも融点が高くかつ直径が小さいことにより、半導体素子搭載用基板を外部電気回路基板に実装するためのリフロー時に、各隅部の半田ボールが溶けずに残って絶縁基体を支持し、その他の半田ボールの潰れすぎを効果的に抑えることができる。このため、実装後の絶縁基体にかかる半田ボールと絶縁基体との間の熱ストレスによる、半田ボールと絶縁基体との界面におけるクラックの発生を抑えることができる。また、半田ボールの潰れ過ぎを効果的に防止することができるので、フラックス等を残留させることなく洗浄することができる。その結果、絶縁基体と外部回路基板との電気的接続の信頼性に優れたものとなる。
【００２９】
また、本発明の半導体素子搭載用基板は、絶縁基体に突起を設ける必要がないため、外部電気回路基板に接続するための半田ボールを効率よくかつ低コストに絶縁基体の他方主面に配列形成することができ、半導体素子搭載用基板を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子搭載用基板の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の半導体素子搭載用基板の断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：配線導体
３：半田ボール
３ａ：各隅部の半田ボール
４：半導体素子搭載用基板
【図１】
2004327736.tif 000003
【図２】
2004327736.tif 000004