(57)【要約】【課題】配線基板の接続パッドと外部電気回路とを接続する低融点ロウ材に破断が発生し、半導体素子の外部電気回路への接続信頼性が低下する。【解決手段】電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子搭載部１ａを有する絶縁基体１と、該絶縁基体１の下面に形成された多数の接続パッド６と、前記絶縁基体１の前記搭載部１ａから前記接続パッド６にかけて導出される複数個の配線導体２とから成る配線基板であって、前記各接続パッド６の外周縁部分６ａがメッシュ状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁材料から成り、表面に電子部品が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の下面に形成されている多数の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から前記接続パッドにかけて導出されている複数個の配線導体とから成る配線基板であって、前記各接続パッドの外周縁部分がメッシュ状であることを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子やコンデンサ、抵抗器等の電子部品が搭載される配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品、例えば、半導体素子が搭載される配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等の電気絶縁材料から成り、その表面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の半導体素子搭載部またはその周辺から下面にかけて導出されている、例えば、タングステンやモリブデン等の高融点金属粉末から成る複数個の配線導体と、絶縁基体の下面に形成され、前記配線導体と電気的に接続されている複数個の接続パッドとから構成されており、絶縁基体の搭載部に半導体素子をガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着材を介して接着固定させるとともに半導体素子の各電極をボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して配線導体に電気的に接続し、しかる後、必要に応じて前記半導体素子を蓋体や封止樹脂で気密封止させることによって半導体装置となる。
【０００３】
かかる半導体装置は、外部電気回路基板上に、該外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとが、間に錫−鉛半田等の低融点ロウ材を挟んで対向するよう載置させ、しかる後、前記低融点ロウ材を約２００℃〜３００℃の温度で加熱溶融させ、外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとを接合させることによって外部電気回路基板上に実装され、同時に配線基板に搭載されている半導体素子の各電極も配線導体および低融点ロウ材を介して外部電気回路基板に電気的に接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体素子が搭載される配線基板は絶縁基体が酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料で形成されており、その熱膨張係数が約４×１０−６／℃〜１０×１０−６／℃であるのに対し、外部電気回路基板は一般にガラスエポキシ樹脂等の樹脂材で形成されており、その熱膨張係数が３０×１０−６／℃〜５０×１０−６／℃であり大きく相違すること、接続パッドは一般に円形状もしくは楕円形状をなしており、接続パッドと低融点ロウ材との接合面の外縁部も同様の円形状、楕円形状等の線状をなしていること等から外部電気回路基板上に半導体装置を実装した後、半導体素子の作動時に発する熱が配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板に繰り返し作用すると、両者間に両者の熱膨張係数の差に起因して水平方向に大きな熱応力が繰り返し生じるとともにこの熱応力が接続パッドの外周縁に沿って線状に集中し、その結果、接続パッドと外部電気回路基板とを接合する低融点ロウ材の前記接続パッドとの界面付近の外縁部に亀裂が生じるとともにこれが前記界面に沿って進行し、最終的には低融点ロウ材に破断が発生し、半導体素子と外部電気回路との電気的接続が短期間で破れてしまうという問題があった。
【０００５】
特に、低融点ロウ材として、従来の錫−鉛半田に代わり、錫−銀−ビスマス系等の鉛非含有半田が用いられるようになると、このような鉛非含有半田は、ビスマス等の成分の偏析により接続パッドに対する接合強度が低くなりやすいため、低融点ロウ材の破断の発生がより顕著なものとなってしまう。
【０００６】
本発明は、従来の配線基板における上記問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、絶縁基体の接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを接合する低融点ロウ材に破断が発生するのを有効に防止し、半導体素子等の電子部品の各電極を外部電気回路に長期間にわたり確実、強固に電気的接続することができる長期信頼性に優れた配線基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気絶縁材料から成り、表面に電子部品が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の下面に形成されている多数の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から前記接続パッドにかけて導出されている複数個の配線導体とから成る配線基板であって、前記各接続パッドの外周縁部分がメッシュ状であることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の配線基板によれば、接続パッドの外周縁部分をメッシュ状としたことから、接続パッドと低融点ロウ材との接合面の外縁部を入り組んだ形状とすることができ、外部電気回路基板上に実装した後、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板に熱が繰り返し作用し、両者間に両者の熱膨張係数の差に起因して水平方向に大きな熱応力が繰り返し生じたとしても、この熱応力はメッシュ状とされた接続パッド外周縁に沿って分散されるため集中することはなく、同時に、メッシュ部分の側面部分で、接続パッドと低融点ロウ材との接合面は、熱応力が作用する方向に対してほぼ直角方向となって熱応力に対する耐性が大きくなり、その結果、接続パッドと外部電気回路基板とを接合する低融点ロウ材の接続パッドとの界面付近の外縁部に亀裂が生じることはほとんどなく、低融点ロウ材として鉛フリー半田を使用したとしても、低融点ロウ材に短期間で破断が生じることはなく、これによって接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを確実、強固に電気的接続することができるとともに電子部品の各電極と外部電気回路との接続を長期信頼性に優れたものとなすことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付の図面を基にして詳細に説明する。
【００１０】
図１及び図２は、本発明の配線基板を半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一実施例を示す断面図及び底面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この絶縁基体１と配線導体２とで半導体素子３を搭載する配線基板４が構成される。
【００１１】
前記絶縁基体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、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミック焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子３が搭載収容される凹状の収納部１ａを有し、該収納部１ａ底面には半導体素子３がガラスや樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１２】
前記絶縁基体１は、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、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなすとともに該セラミックスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成型技術を採用してシート状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、前記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、最後に前記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１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１３】
また前記絶縁基体１は、その収納部１ａ周辺から下面にかけて多数の配線導体２が被着形成されており、該配線導体２の収納部１ａ周辺部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続され、また絶縁基体１下面に導出された部位には配線導体２と電気的に接続する複数の接続パッド６が形成されている。
【００１４】
前記配線導体２および接続パッド６は、半導体素子３の電極を外部電気回路に接続する作用をなし、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成り、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得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予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、絶縁基体１の収納部１ａ周辺から下面にかけて被着形成される。
【００１５】
また前記接続パッド６は、配線基板４を外部電気回路基板に実装する外部端子として作用し、低融点ロウ材を介して外部電気回路基板の回路配線に接合され、これにより半導体素子３の電極が外部電気回路基板の回路配線と電気的に接続される。
【００１６】
本発明においては、図３に示すように、前記接続６パッドの外周縁部分６ａをメッシュ状としておくことが重要である。
【００１７】
このように接続６パッドの外周縁部分６ａをメッシュ状としておくと、接続パッド６と低融点ロウ材との接合面の外縁部を入り組んだ形状とすることができ、外部電気回路基板上に半導体装置を実装した後、半導体素子３の作動時に発する熱が配線基板４の絶縁基体１と外部電気回路基板に繰り返し作用し、両者間に両者の熱膨張係数の差に起因して水平方向に大きな熱応力が繰り返し生じたとしても、この熱応力はメッシュ状とされた接続パッド６の外周縁に沿って分散されるため集中することはなく、低融点ロウ材として鉛フリー半田を使用したとしても、低融点ロウ材の接続パッド６との界面付近の外縁部から亀裂が生じることを効果的に防止することができる。
【００１８】
また同時に、接続パッド６の外周縁部分６ａをメッシュ状としておくと、このメッシュ状の部分、例えば網目状のパターンの側面で、接続パッド６と低融点ロウ材との接合面を、熱応力が作用する方向に対してほぼ直角方向とすることができ、熱応力によって低融点ロウ材の接合面に亀裂が発生することを効果的に防止することができる。
【００１９】
その結果、低融点ロウ材に短期間で破断が生じることはなく、これによって接続パッド６と外部電気回路基板の回路配線とを確実、強固に電気的接続することができるとともに半導体素子３の外部電気回路への接続を長期信頼性に優れたものとなすことが可能となる。
【００２０】
前記接続６パッドの外周縁部分６ａをメッシュ状に形成する方法としては、タングステンやモリブデン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷して接続６パッドを形成する際、スクリーンマスクの接続６パッド外周縁部に対応する領域をメッシュ状としておくことによって、或いは、絶縁基体１の下面で接続６パッドの外周縁部分６ａが形成される領域に予め多数の窪み部を配列形成しておくことによって形成される。
【００２１】
なお、図４に示すように、前記接続パッド６の外周縁部分の各メッシュ６ｂの幅Ａは、２０μｍ未満では、接続パッド６の外縁に沿って集中しようとする熱応力を分散させる効果が不十分となるおそれがあり、特に半導体素子３の発熱量が増大したようなときや、ビスマス含有量の多い鉛フリー半田を低融点ロウ材として用いたようなときに、接続パッド６と低融点ロウ材との接合の信頼性が劣化する傾向がある。また、接続パッド６の外周縁部分の各メッシュ６ｂの幅Ａが１００μｍを超えると、かえって、各メッシュ６ｂの先端（外縁）部分に大きな熱応力が集中し、この個々のメッシュ６ｂの先端（外縁）部分から低融点ロウ材に亀裂が生じ、低融点ロウ材が短期間で破断するおそれがある。したがって、前記接続パッド外周縁部分６ａの各メッシュ６ｂの幅Ａは２０〜１００μｍとしておくことが好ましい。
【００２２】
また、前記接続パッド６のメッシュ状とされた外周縁部分６ａの幅は、接続パッド６の半径に対して４０％を超えると、接続パッド６の絶縁基体１に対する被着強度が低下し、配線基板としての長期信頼性が低下するおそれがある。したがって、接続パッド６のメッシュ状とされた外周縁部分６ａの幅は、接続パッド６の半径に対して４０％以下としておくことが好ましい。
【００２３】
更に前記各メッシュ６ｂは、その上下端の角部分を円弧状に面取りしておくことが好ましく、メッシュ６ｂの間隙部内にエアーを巻き込むことなく低融点ロウ材を充填させることがより一層容易・確実となるとともに、角部と接する部分で低融点ロウ材に熱応力が集中して短期間で亀裂が発生することを効果的に防止することができる。したがって、前記各メッシュ６ｂは、その上下端の角部分を円弧状に面取りしておくことが好ましい。
【００２４】
また更に前記配線導体２および接続パッド６は、またその露出する領域に、ニッケル、銅、金等の低融点ロウ材に対する濡れ性およびボンディング性に優れた金属からなるめっき層を、例えばニッケルまたは銅を約１μｍ〜１０μｍ、金を０．０５μｍ〜５μｍの厚さで順次、被着させておくと、配線導体２および接続パッド６の酸化腐食を効果的に防ぐことができるとともに、接続パッド６に対し低融点ロウ材やボンディングワイヤ５を強固に接合、接続させることができる。従って、前記配線導体２および接続パッド６はその表面にニッケル、銅、金等のめっき層を約１μｍ〜１５μｍの厚さで被着させておくことが好ましい。
【００２５】
かくして本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の凹状の収納部１ａ底面に半導体素子３をガラスや樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともにこの半導体素子３の各電極を配線導体２にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋体７をガラスや樹脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体７とから成る容器内部に半導体素子３を気密に収容することによって製品としての半導体装置が完成する。
【００２６】
なお、本発明の配線基板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り、例えば、上記の実施例では本発明の配線基板を半導体素子収納用パッケージに用いた例について説明したが、これを混成集積回路基板等に用いてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、接続パッドの外周縁部分をメッシュ状としたことから、接続パッドと低融点ロウ材との接合面の外縁部を入り組んだ形状とすることができ、外部電気回路基板上に実装した後、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板に熱が繰り返し作用し、両者間に両者の熱膨張係数の差に起因して水平方向に大きな熱応力が繰り返し生じたとしても、この熱応力はメッシュ状とされた接続パッド外周縁に沿って分散されるため集中することはなく、同時に、メッシュ部分の側面部分で、接続パッドと低融点ロウ材との接合面は、熱応力が作用する方向に対してほぼ直角方向となって熱応力に対する耐性が大きくなり、その結果、接続パッドと外部電気回路基板とを接合する低融点ロウ材の接続パッドとの界面付近の外縁部に亀裂が生じることはほとんどなく、低融点ロウ材として鉛フリー半田を使用したとしても、低融点ロウ材に短期間で破断が生じることはなく、これによって接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを確実、強固に電気的接続することができるとともに電子部品の各電極と外部電気回路との接続を長期信頼性に優れたものとなすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の底面図である。
【図３】図１に示す配線基板の要部拡大下面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
１ａ・・・収納部
２・・・・配線導体
３・・・・半導体素子
４・・・・配線基板
５・・・・ボンディングワイヤ
６・・・・接続パッド
６ａ・・・接続パッドの外周縁部分
６ｂ・・・各メッシュ
７・・・・蓋体
Ａ・・・・各メッシュの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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