(57)【要約】【課題】絶縁基体の外寸ならびに外部電極の寸法が非常に小さなものとなってきており、外部電極は凹部の内側壁面にのみメタライズ導体層が形成されていることから、外部電極の面積を、大きな熱応力に対応するように効果的に大きくすることが困難である。【解決手段】複数の略四角形の絶縁層が積層された、内部に複数の配線導体３を有する絶縁基体１の下面に、絶縁層の対向する２辺の間隔を直上の絶縁層よりも小さくすることによって凸部を設け、この凸部の対向する２辺の部位の凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体１の下面にかけて、複数の配線導体３とそれぞれ電気的に接続された複数の外部電極２を形成した配線基板４である。外部回路基板との半田接続を実施する場合に半田から成る接続端子が大きなメニスカスを形成することができる、外部電極２について十分な大きさの面積を確保できるものとなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の略四角形の絶縁層が積層された、内部に複数の配線導体を有する絶縁基体の下面に、前記絶縁層の対向する２辺の間隔を直上の前記絶縁層よりも小さくすることによって凸部を設け、該凸部の前記対向する２辺の部位の前記凸部の下面から側面を介してその外側の前記絶縁基体の下面にかけて、前記複数の配線導体とそれぞれ電気的に接続された複数の外部電極を形成した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、絶縁基体の下面から側面にかけて外部電極が配置され、この外部電極が外部回路基板に接続される配線基板に関するものであり、詳細には、外部電極の外部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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子、特にＬＳＩ等の半導体素子や圧電振動子・容量素子等の電子部品を収容するための配線基板は、一般にアルミナセラミックス等のセラミックスから成る絶縁基体の上面に半導体素子搭載部を有し、半導体素子搭載部の周辺から側面にかけて、タングステン・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が設けられた構造である。その配線導体は、絶縁基体の下面から側面にかけて形成された複数個の外部電極と電気的に接続されている。そして、外部電極は錫−鉛半田等の接続端子を介してマザーボード等の外部回路基板と接続され、これにより配線基板は外部回路基板と機械的・電気的に接続される。
【０００３】
最近では、半導体素子等の電子部品は高集積化・小型化に伴い電極数が増大しており、これに伴い、配線基板における配線導体や外部電極の高密度配線化が求められている。
【０００４】
そのような要求に対して、最近では、配線基板の外部電極として、絶縁基体の下面から側面の厚み方向の途中まで凹部を形成するとともに、絶縁基体の下面から凹部の内側壁面にかけてメタライズ導体層を形成した構造の外部電極を有する配線基板が多用されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３７２５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように絶縁基体の下面から側面の厚み方向の途中まで凹部を形成するとともに、その内側壁面にメタライズ導体層を形成した外部電極を有するものとしても、特に、絶縁基体の材料としてホウ珪酸系ガラスセラミックスやムライトセラミックスのように熱膨張係数が約５×１０−６／℃以下と非常に小さく、外部回路基板との間で非常に大きな熱応力が生じるものを用いた場合や、絶縁基体の外寸が例えば約５ｍｍ×５ｍｍ以下と非常に小さいものとなり、外部電極の寸法も小さなものとなってきた場合には、凹部の内側壁面にのみメタライズ導体層が形成されていることから、外部電極の面積を、このような大きな熱応力に対応するように、また小さな外部電極の面積に対応させつつ効果的に大きくすることが困難であるという問題点があった。
【０００７】
また、このような凹部の内側壁面のメタライズ導体層と接続端子との接合面が、接続端子に生じるせん断歪みの方向に対して主として平行な方向であることから、配線基板の外部回路基板に対する接続信頼性を効果的に向上させることができないという問題点があった。
【０００８】
このため、外部電極と外部回路基板との接続強度を十分に確保することができず、配線基板の外部回路基板に対する接続の信頼性が不十分なものとなってしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は以上のような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する、外部電極に接続された接続端子に対するせん断歪みを緩和することができ、外部回路基板との接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる配線基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、複数の略四角形の絶縁層が積層された、内部に複数の配線導体を有する絶縁基体の下面に、前記絶縁層の対向する２辺の間隔を直上の前記絶縁層よりも小さくすることによって凸部を設け、この凸部の前記対向する２辺の部位の前記凸部の下面から側面を介してその外側の前記絶縁基体の下面にかけて、前記複数の配線導体とそれぞれ電気的に接続された複数の外部電極を形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板によれば、絶縁層の対向する２辺の間隔を直上の絶縁層よりも小さくすることによって凸部を設け、この凸部の対向する２辺の部位の凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体の下面にかけて、複数の配線導体とそれぞれ電気的に接続された複数の外部電極を形成したことから、この外部電極について外部回路基板との半田接続を実施する場合に、半田が凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体の下面にかけて大きなメニスカスを形成するため、外部電極について十分な大きさの面積を確保できるものとなり、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する接続端子に対するせん断歪みを緩和することができる、熱疲労破壊の発生がない実装の長期信頼性に優れた配線基板となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す下面図である。また、図２は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。これらの図において、１は複数の略四角形の絶縁層を積層して成る絶縁基体、２は外部電極、３は配線導体である。これら絶縁基体１・外部電極２および配線導体３により配線基板４が形成される。
【００１４】
絶縁基体１は、上面に半導体素子（図示せず）の搭載部を有し、例えば、酸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・窒化アルミニウム質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁性セラミックスから成る略四角形の絶縁層を複数上下に積層して形成されている。
【００１５】
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であれば、酸化アルミニウムの粉末に酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の焼結助剤を添加し、さらに適当な有機バインダ・溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート（生シート）とし、しかる後、このグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して略四角形状に加工するとともにこれを複数枚積層し、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の下面から側面にかけて複数の外部電極２が被着形成されており、また半導体素子が搭載される上面から側面の外部電極２にかけてビアホール導体やスルーホール導体等の貫通導体を含む配線導体３が被着形成されている。
【００１７】
本発明の配線基板４においては、この複数の略四角形の絶縁層が積層された、内部に複数の配線導体３を有する絶縁基体１の下面に、絶縁層の対向する２辺の間隔を直上の絶縁層よりも小さくすることによって凸部を設け、この凸部の対向する２辺の部位の、凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体１の下面にかけて、複数の配線導体３とそれぞれ電気的に接続された複数の外部電極２を形成することが重要である。
【００１８】
このように、絶縁層の対向する２辺の間隔を直上の絶縁層よりも小さくすることによって凸部を設け、この凸部の対向する２辺の部位の凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体１の下面にかけて、複数の配線導体３とそれぞれ電気的に接続された複数の外部電極２を形成することにより、この外部電極２について外部回路基板との半田接続を実施する場合に、接続端子（図示せず）としての半田が、凸部の対向する２辺の部位の凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体１の下面にかけて形成された外部電極２に対して大きなメニスカスを形成することができるように、外部電極２について十分な大きさの面積を確保できるものとなるので、配線基板４と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する接続端子に対するせん断歪みを十分に緩和することができる、熱疲労破壊の発生がない実装の長期信頼性に優れた配線基板４となる。
【００１９】
これらの外部電極２および配線導体３は、半導体素子の電極を外部の電気回路と導通する導電路として機能する。
【００２０】
絶縁基体１の搭載部に搭載された半導体素子は、その電極が半田やボンディングワイヤ等を介して配線導体３のうち搭載部に露出している部位に接続され、外部電極２を後述する接続端子を介して外部回路基板に接続することにより、半導体素子と外部の電気回路とが配線導体３・外部電極２および接続端子を介して電気的に接続される。
【００２１】
外部電極２および配線導体３は、タングステン・モリブデン・マンガン等の高融点金属や、銅・銀・アルミニウム等の低抵抗金属等のメタライズ導体層によって形成される。これら外部電極２および配線導体３と絶縁基体１との同時焼成を図る場合であれば、用いるセラミックス材料に応じて焼成温度がマッチングする金属材料が適宜選択され、選択された金属材料の粉末に適当な有機バインダ・可塑剤・溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基体１となるグリーンシートの焼成前にグリーンシートに貫通孔を形成してこの貫通孔内に金属ペーストを充填したり、グリーンシートにスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布したりして、絶縁基体１と同時焼成することにより、絶縁基体１の所定位置に被着形成される。
【００２２】
なお、このような外部電極２のうち、凸部の側面に被着されるものは、あらかじめ凸部の側面に上下方向に横断面が略半円状の溝状部を形成しておくとともに、この溝状部の側壁面に形成することが好ましい。このように凸部の側面に溝状部を形成し、その側壁面に外部電極２を形成すると、この溝状部内に半田が入り込んで大きな接合面で接合されるようになるため、半田による接合をより一層強固なものとすることができる。
【００２３】
また、このような外部電極２としては、例えば、絶縁基体１の下面の凸部の側面に断面形状の直径が０．３ｍｍ乃至０．７ｍｍの半円状の溝状部を設け、この溝状部の内壁面の全面に外部電極２を被着させるとともに、凸部の下面および凸部側面を介しその外側の絶縁基体の下面に、四角形状、例えば、辺の長さが０．３ｍｍ乃至１ｍｍ程度の長方形や正方形状に外部電極２を被着させることにより形成されたものが、配線基板４の小型化および外部回路基板に対する十分な接続強度を確保する上で、好適に用いることができる。
【００２４】
また、外部電極２は、通常、凸部の下面から側面およびその外側の絶縁基体１の下面にかけて、一定の幅および隣接間隔で形成される。例えば、凸部の１辺の長さを１０等分し、この各等分の中に、凸部の１辺の長さの２０分の１程度の幅の外部電極２が、隣接間隔がほぼ同じになるように形成される。
【００２５】
さらに、上記のような大きさで外部電極２を形成する場合は、例えば、隣接する外部電極２同士の間隔が０．５ｍｍ以上となるようにしておくと、絶縁基体１の下面の凸部の外縁部で機械的強度の低下を生じることがなく、同時に、絶縁基体１の外形寸法を大きくすることなく外部電極２を多数個、高密度で形成することが可能となるとともに、配線基板４の外部回路基板に対する良好な接続信頼性を確保することができる。
【００２６】
この場合、絶縁基体１を形成する各絶縁層となるグリーンシートのうち、絶縁基体１の下面を形成するものは、その直上の絶縁層よりも対向する２辺の間隔を小さくしておく必要がある。これにより、下面を形成するグリーンシートとその直上のグリーンシートとの間で対向する２辺の部分が段状となり、下面を形成するグリーンシートが絶縁基体１の下面の凸部となる。なお、この場合の凸部は１層のグリーンシートで形成するものに限らず、複数の、ほぼ同じ寸法のグリーンシートを積層することにより形成してもよい。
【００２７】
また、絶縁基体１の下面の凸部は、その直上に位置する絶縁層に対して、対向する２辺に直交する側の１辺の長さが約８０〜９５％の範囲となって小さくなるように（０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの長さ分短くなるように）しておくことが好ましい。
【００２８】
この対向する２辺に直交する側の１辺の長さ（対向する２辺間の距離）がその直上に位置する絶縁層の同じ側の１辺の長さ（同じ側で対向する２辺間の距離）の９５％未満では、凸部の側面を介してその外側の絶縁基体１の下面に設ける外部電極２の面積を広く設けることが困難なため、外部電極２の接続信頼性を効果的に向上させることが難しい傾向がある。
【００２９】
また、この絶縁基体１の下面の凸部の高さは、絶縁基体１の厚みに対して３分の１乃至３分の２の長さとなるようにしておくことが好ましい。
【００３０】
この凸部の高さが絶縁基体１の厚みに対して３分の１未満では、接続端子と凸部の側壁面に形成される外部電極２との接合面を効果的に大きくして接合強度を大きくすることが困難となる傾向があり、他方、３分の２を超えると、凸部の側壁面に形成される外部電極２の容積が大きくなりすぎて、接続端子を形成する半田の量が不足することとなって良好なメニスカスを形成することが困難となり、十分な接続強度が得られなくなる傾向がある。
【００３１】
また、外部電極２と外部回路基板との接続には、Ｓｎ−ＰｂやＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉ等の半田が使用され、この半田を接続端子とすることにより配線基板４の外部電極２が外部回路基板の配線層と接続される。
【００３２】
この場合、外部電極２および配線導体３は、その露出表面にニッケル・金等の耐食性が良好で、半田ボール等から成る接続端子の接続性やボンディングワイヤのボンディング性に優れた金属から成るめっき層を被着させておくと、外部電極２や配線導体３の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、外部電極２に対する接続端子の接続の信頼性や、配線導体３に対する半田やボンディングワイヤの接続強度をより一層良好とすることができ、配線基板４の信頼性をより一層優れたものとすることができる。
【００３３】
したがって、外部電極２および配線導体３は、その露出表面にニッケル・金等のめっき層を、例えば、厚さ２μｍ〜１０μｍのニッケル層／厚さ０．０５〜２μｍの金層の順に被着させておくことが好ましい。
【００３４】
なお、この外部回路基板は、通常、配線基板４の絶縁基体１よりも熱膨張係数が大きいものであって、例えば、エポキシ樹脂等の有機樹脂や、有機樹脂とガラス繊維等の無機質フィラーとの複合材料から成り、配線層は、銅・銀・アルミニウム等の金属材料の箔やめっき層等によって形成される。
【００３５】
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。
【００３６】
例えば、上述の実施の形態の例では、絶縁基体１の下面の凸部の側面を１つの垂直な面としたが、これを絶縁基体１の下面に向かって階段状とし、半田と外部電極との接続の面積を外部電極２の形状が絶縁基体１の下面の凸部の形状に沿って階段状になることで、より増加させるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁層の対向する２辺の間隔を直上の絶縁層よりも小さくすることによって凸部を設け、この凸部の対向する２辺の部位の凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体の下面にかけて、複数の配線導体とそれぞれ電気的に接続された複数の外部電極を形成したことから、この外部電極について外部回路基板との半田接続を実施する場合に、半田から成る接続端子が凸部の対向する２辺の部位の凸部の下面から側面を介してその外側の絶縁基体の下面にかけてメニスカスを形成するため、外部電極について十分な大きさの面積を確保できるものとなり、配線基板と外部回路基板との熱膨張差に起因する応力によって発生する接続端子に対するせん断歪みを緩和することができる、熱疲労破壊の発生がない実装の長期信頼性に優れた配線基板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す下面図である。
【図２】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
２・・・・・外部電極
３・・・・・配線導体
４・・・・・配線基板
【図１】
2004179547.tif 000003
【図２】
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