(57)【要約】      （修正有）【課題】素子搭載用配線基板と外部回路基板との間のハンダによる端子間接続に高い信頼性を有すると共に前記両基板端子群が高い端子平行度を有することにより全体としての信頼度を顕著に向上させた複合配線基板、及び、該基板に素子を実装した複合配線基板装置を提供する。【解決手段】  上表面と底表面を有し、少なくとも一表面に導体パターン層が形成された絶縁基板２と該基板周縁部に装着され、外部回路と電気的に接続するための端子３ｂとを備えた電気素子搭載用の配線基板と該配線基板の底面側に配設された外部回路基板７と前記端子を介して該外部回路基板と前記配線基板を電気的接続する接続部材６とから成る複合配線基板に於いて、前記電気素子搭載用の配線基板は、その底表面が、平坦水平な中央部が周縁部に対し段差を有して凸状下方に突き出した形状に形成されていることを特徴とする複合配線基板。 【選択図】図１
2005217134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上表面と底表面を有し、少なくとも一表面に導体パターン層が形成された絶縁基板と該基板周縁部に装着され、外部回路と電気的に接続するための端子とを備えた電気素子搭載用配線基板と該配線基板の底面側に配設された外部回路基板と前記端子を介して該外部回路基板と前記配線基板を電気的接続する接続部材とから成る複合配線基板に於いて、
前記電気素子搭載用の配線基板は、その底表面が、平坦水平な中央部が周縁部に対し段差を有して凸状下方に突き出した形状に形成されていることを特徴とする複合配線基板。
【請求項２】
前記電気素子搭載用配線基板の中央部底表面と周縁部底表面との段差が０．３〜２ｍｍである請求項１記載の複合配線基板。
【請求項３】
前記電気素子搭載用配線基板の周縁部の厚みが他部分の厚みに対し薄く形成されている請求項１又は２に記載の複合配線基板。
【請求項４】
前記電気素子搭載用配線基板周縁部の端子が底表面側に下方に向けて配置されている請求項１乃至３の何れかに記載の複合配線基板。
【請求項５】
前記接続部材がハンダであり、該ハンダで前記端子と外部回路基板を接合して電気的に接続させている請求項１乃至４の何れかに記載の複合配線基板。
【請求項６】
前記電気素子搭載用配線基板の底表面中央部が前記外部回路基板に接して搭載されている請求項１乃至５の何れかに記載の複合配線基板。
【請求項７】
前記半導体素子搭載用の配線基板の上面側中央部が、平坦な底平面を有する凹形状を有し、該凹形状中央部の底平面が実装すべき電気素子の載置面である請求項１乃至６の何れかに記載の複合配線基板。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の複合配線基板の電気素子搭載用配線基板表面に電気素子を実装したことを特徴とする複合配線基板装置。
【請求項９】
前記電気素子を前記電気素子搭載用配線基板の上表面、底表面の何れか、若しくは両表面に実装した請求項８記載の複合配線基板装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合配線基板及び複合配線基板装置に関し、より詳細には、半導体素子等の電気素子を搭載するための特定形状の配線基板と外部回路基板及びそれらを電気的に接続する特定接続構造からなる複合配線基板及び該複合基板に電気素子を実装した複合配線基板装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発展し、それに伴い、半導体素子等の各種電気素子の高速化、高度集積化が図られている。
これに対応して、電気素子を搭載する配線基板に外部回路を接続した複合配線基板も高性能化及び高実装密度化の傾向が顕著となっている。
又、電気素子の作動周波数の向上に伴い素子実装用配線基板、外部回路基板等を薄型化して基板内の配線長さをより一層短くすることも強く求められるようになってきている。
【０００３】
このように高実装密度化、高性能化のため導体パターンの配線間隔やランド間隔がより狭く密に、基板厚さがより薄くなると、僅かの外力や温度差で撓みや熱歪みが生じ、然も、僅かの撓みや熱歪みで基板の接続不良等の不都合を招来し勝ちとなり、このため、特に、配線基板への素子実装工程や該配線基板と外部回路基板との接続工程時に於ける対応端子間接合の信頼性維持向上は、近時、極めて重要な技術課題となっている。
【０００４】
複合配線基板に素子を実装した装置の一例として、配線基板に実装部品としてＬＣＣ（リードレス  チップ  キャリア）が実装された従来のリードレス部品表面実装基板構造を図３に示す。
図３に於いて、上述のＬＣＣ（以下、単に配線基板という）２２は外観が偏平矩形に形成されており、側面から底面に連続して延びた複数の外部接続端子２３’を有している。
一方、外部回路基板２６は配線基板２２の取り付け位置に、配線基板２２の外部接続端子２３’に対応して複数のランド（図示せず）を配設している。
その外部回路基板２６に配線基板２２を実装するには、外部回路基板２６のランド上にペースト状のハンダ２５を塗布した後、外部接続端子２３’を夫々ランドに対応させながら外部回路基板２６上に配線基板を載置する。
その後、これを例えばエアーリフロー装置内で加熱し、ハンダ２５をリフロー処理してランドに外部接続端子２３’をハンダ付けする。
【０００５】
このように配線基板２２を外部回路基板２６にハンダ付けした際には、配線基板２２と外部回路基板２６の隙間が狭く、その間のハンダ接合部の高さｂが低いため、配線基板２２と外部回路基板２６との熱膨張係数差等により生じる局所的熱応力歪みを該ハンダ接合部で吸収し切れず、これが原因で接続部の破壊を生じやすい欠点がある。
又、前記熱応力歪みがそれ程大きく無く、それによる損傷が殆どみられないような場合でも、これが多数回繰返し加えられると、該ハンダ接合部に疲労破壊を生じ、接続不良等の不都合が発生することもある。
特に、配線基板２２の主構成材である絶縁基板が、セラミックスからなる場合には、該絶縁基板に用いられる通常のセラミックス材の熱膨張係数は、４〜７×１０−６／℃程度であるのに対し、外部回路基板は一般にガラス繊維入りエポキシ樹脂等の樹脂系基板からなり、これら樹脂系材の熱膨張係数は１５〜２０−６／℃程度のものが多いため、両者の間の熱膨張係数差は大きく、このため絶縁基板がガラスセラミックス材等の場合、特に上記接続部の破壊、損傷を招来しやすい。
【０００６】
上記の不都合を回避するための対策として、例えば特許文献１には、実装部品（図３で配線基板２２）の底面、或いは、底面に重なる配線基板（図３で外部回路基板２６）の取付面（基板２６上面の配線基板取付部）の内どちらか一方の面に、上記実装部品（基板２２）の底面又は配線基板（基板２６）の取付面に当接し、上記実装部品と配線基板との間に隙間を形成する突出部を複数設けたリードレス表面実装部品の配線基板への実装構造の発明が開示されている。
【０００７】
上記発明に対する説明の便宜のため模式図を図４に示す。
即ち、素子搭載用の配線基板３２の底面或いは該底面に重なる外部回路基板３６の上面（配線基板３２取付面）の内何れか一方の面に、基板３２底面と基板３６上面（取付面）との間に隙間を形成する突出部３７を複数設けることでハンダ接合部の高さｂ（図３参照）よりも高いハンダ接合部の高さｃを得、これによりハンダ接合部にかかる熱応力歪みの集中を緩和しようとするものである。
【特許文献１】特開平１０−１４５０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した構造の複合配線基板によると、配線基板３２の底面に外部接続端子３３ｂがあることからこの端子厚みのため、ハンダ高さに限界があり、前記した信頼性向上の大きな改善には至っていない。
【０００９】
特に、配線基板３２と外部回路基板３６との熱膨張係数差が大きい場合や熱応力が頻繁に繰返されて加えられる場合等に於いては、ハンダ接合部の熱応力破壊や疲労破壊の懸念は必ずしも完全には払拭されない。
又、上記発明ではファインピッチ化に特に重要な出入力端子間の高度な平行度達成も充分でないため、全出入力端子が配線基板に均等に良好な状態で接し難いと云う欠点がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、前記素子搭載用配線基板と前記外部回路基板との熱膨張係数差に起因する応力歪みの発生にもかかわらず、高いハンダ接続信頼性と高い端子平坦度を具備し、且つ、繰り返し熱応力による疲労耐性にも優れているため、半導体装置全体としての信頼性に優れた複合配線基板及び該基板に素子を実装した複合配線基板装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、上表面と底表面を有し、少なくとも一表面に導体パターン層が形成された絶縁基板と該基板周縁部に装着され、外部回路と電気的に接続するための端子とを備えた電気素子搭載用配線基板と該配線基板の底面側に配設された外部回路基板と前記端子を介して該外部回路基板と前記配線基板を電気的接続する接続部材とから成る複合配線基板に於いて、
前記電気素子搭載用の配線基板は、その底表面が、平坦水平な中央部が周縁部に対し段差を有して凸状下方に突き出した形状に形成されていることを特徴とする複合配線基板が提供される。
【００１２】
本発明の複合配線基板は、素子を搭載する配線基板の底面側が、厚み方向断面形状として、平坦水平な底面中央部が底面周縁部に対し段差を有して下方に突出た凸形状に形成されていることが構成上の顕著な特徴である。
これにより、前記配線基板の周縁部に設けられた端子と凸状中央部底面の下側に位置する外部配線回路のランドとの間隙が従来品複合基板のそれに比較して著しく大きく取れ、ハンダ等の接続部材の高さ（長さ）を大きく取れるためここで熱応力歪みを充分に吸収することができる。
更に、本発明の上記構成によれば、配線基板の底面中央部と外部回路基板上面とを高度に水平且つ平行に維持できるため、全ての端子を平坦に揃えて対応ランドとの間の距離を均等にでき、端子間の接続状態等が全体に均質良好となるため、半導体装置全体の信頼性を顕著に向上させることができる。
【００１３】
前記電気素子搭載用配線基板の底表面中央部と周縁部との段差は０．３〜２ｍｍであることがハンダ等の接続部材の接合作業性と応力緩和性能との調和の観点から好ましい。
又、前記電気素子搭載用配線基板の周縁部の厚みが他部分の厚みに対し薄く形成されていることが熱放散を容易にし、熱膨張を低減緩和できる点からより好ましい。
又、前記配線基板周縁部の端子はその底表面側に下方に向けて配置されていることが好ましい。
接続部材がハンダで、該ハンダ接合で両基板の回路が電気的接続されていることが好ましい。
更に、前記配線基板の底表面中央部が前記外部回路基板に接して搭載されている態様が端子群平坦性とランド間距離の均等性担保の観点からより好ましい。
前記電気素子搭載用の配線基板の上面中央部が、平坦な底平面を有する凹形状を有し、該凹形状中央部の底平面が実装すべき電気素子の載置面である態様の複合基板は、電子素子を実装した際の装置全体の高さを低く抑えることが出来好ましい。
【００１４】
又、本発明によれば、上記本発明の複合配線基板の電気素子搭載用配線基板表面に電気素子を実装したことを特徴とする複合配線基板装置が提供される。
前記電気素子は前記電気素子搭載用配線基板の上表面、底表面の何れか、若しくは両表面に実装した態様とすることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の複合配線基板は、電気素子を搭載する配線基板の底面中央部が周縁部に対し下方に突出た凸形状に形成され、外部回路基板に接続するための端子が前記配線基板中央部より高い位置にある周縁部の底面側に下方に向けて配設されているため、該接続端子と外部回路基板上面の対応ランドとの間隙を充分大きく取ることができ、端子とランドの間の接続部材であるハンダ部材に、配線基板と外部回路基板との熱膨張係数差に起因して生ずる熱応力歪みを充分に吸収し、緩和する余裕を与えることが出来る。
【００１６】
又、配線基板中央部底面に外部回路基板上面を接して配設すること等により、配線基板の底面中央部と外部回路基板上面とを高度に水平且つ平行に維持でき、全ての端子を平坦に揃えて対応ランド間の距離を均等にできる。
このため端子・ランドの接続を全てについて良好な状態に保つことが出来、装置全体の信頼性を顕著に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して更に詳細且つ具体的に説明する。
図１は、本発明に於いて素子を実装した複合配線基板装置の実施の一好適形態を示す断面図である。
図１の装置は、電気素子１、該素子搭載用の配線基板２、接続端子３（内部接続端子３ａ、外部接続端子３ｂ）、配線４、充填樹脂５、接続部材６、外部回路基板７等より構成されている。
【００１８】
複合配線基板装置に装着されている上記配線基板２は、例えばセラミックからなり、表面には導体パターン８が形成され、該導体パターンは、内部接続端子３ａから、例えば、バイアホール導体、スルーホール導体等を介して基板内部を通過し、最終的に基板周縁部の底面側に配設された外部接続端子３ｂに通じている。
そして、この外部接続端子３ｂと外部回路基板７の上面側対応位置に配置されているランドとの間に接続部材６であるハンダが付けられている。
【００１９】
又、図示した装置では配線基板２の上表面中央部に電気素子１が接着剤を用いて接着搭載されており、導体パターン８に接続された内部接続端子３ａに配線４で接続された状態で実装されている。
接続部材６のハンダは比較的高融点の材質とすることで、実装基板へ搭載する際の加熱などで再溶融する不都合を回避出来る。
尚、電気素子１と配線４とは周囲を充填樹脂５によって封止され、電気素子１の接続部が保護されている。
【００２０】
電気素子１としては、例えば、シリコン単結晶薄片等よりなる集積回路チップ、ハイブリッドＩＣチップ、デスクリートチップ等或いはＳＡＷ（表面弾性波フィルター）素子等のデバイス素子が搭載される。
【００２１】
又、該電気素子１を搭載するための配線基板２を構成する絶縁基板としては、ホウケイ酸ガラスセラミックス等のガラスセラミックス、石英ガラス、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素等一般にセラミック配線基板用の絶縁基板材として用いられるセラミックスは特に限定されることなく用いることが出来るが、該基板上に搭載する電気素子がシリコン半導体チップ等である場合、熱膨張係数がシリコン（熱膨張係数４×１０−６／℃程度）のそれに近似し、高周波領域での誘電損失が小さく、更にパターン導体層の構成材である銅（Cu)、銀(Ag)、金(Au)等の高電気伝導率金属からなる導体層との同時焼成が可能な点からガラスセラミックスの使用が好ましく、その内でも特に、熱膨張係数が３〜６×１０−６／℃、比誘電率が７以下のものが好ましい。
【００２２】
前記配線基板２の導体層には銅（Cu)、銀(Ag)、金(Au)等の高電気伝導率金属が一般的に使用されるが、タングステン（W)、モリブデン(Mo)等の高融点金属やクロム(Cr)等を用いることも出来る。
【００２３】
本発明の配線基板２は、その底面側形状として、平坦水平な底面中央部がその周縁部に対し段差を有して凸状下方に突き出した形状に形成される点が特徴であるが、該段差は通常０．３〜２ｍｍ、特に０．５〜１．５ｍｍに形成されることが好ましい。
又、搭載された電気素子の発熱に起因して生じる熱膨張を表面放熱によりに低減し、且つ、熱応力歪みを分散させる変形柔軟性を持たせ、配線基板周縁底面の外部接続端子と外部回路基板上面のランドとの相対位置ができる限り一定で、且つ、局所歪みの集中を少なくするため配線基板の周縁部の厚みを基板中央部等の他部分の厚みに対し薄く形成することが好ましい。
本発明の配線基板２について、平坦水平とは配線基板２の底面と外部回路基板７の上面との間で接続部材６を均等に接合できる程度の平坦度を云う。
【００２４】
次に、外部回路基板７の構成材としては、一般に、ガラス繊維にエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等を含浸させたガラス繊維強化樹脂基板、アラミド繊維強化エポキシ樹脂基板、アラミド繊維強化ポリイミド樹脂基板、紙・フェノール樹脂基板、ポリエステル樹脂基板等が用いられる。  
これら樹脂基板は通常その熱膨張係数は８乃至１８×１０−６／℃の範囲である。
この外部回路基板の導体層構成材としては銅、銀、金等の他、アルミニウム(Al),チタニウム(Ti)の金属も用いることが出来る。
【００２５】
接続部材６としてはハンダ等が用いられ、比較的高融点の錫−鉛系合金ハンダ等が好適に使用される。
【００２６】
尚、前記外部接続端子３ｂと外部回路基板上面のランドとの間隙（図１に於けるａ）、即ち、接続部材６（ハンダ）の高さは、生じる熱応力歪みを充分に吸収でき、且つ、溶着によるハンダ接合作業が容易に行える点から、０．３〜２ｍｍ程度が好ましく、特に０．５〜１．５ｍｍが好ましい。
【００２７】
充填樹脂５としては、従来品に於いて通常用いられるエポキシ樹脂等の絶縁性熱硬化性樹脂を特に限定することなく用いて良い。
【００２８】
図１の装置では、配線基板２の凸状の中央部底面は外部回路基板上面と接して配置され、取り付けられている。
この場合、前記配線基板２の周縁部底面と外部回路基板上面との間隙は前記段差の高さと等しくなる。
この態様の装置では、配線基板２を外部回路基板７に実装する際、配線基板の凸状底面を外部回路基板上面に安定した状態で確実に水平平行に取り付けることが出来、外部接続端子３ｂと外部回路基板７上面のランドとを高精度で接続できる利点を有する。
しかしながら、配線基板２の表面増加による冷却効率向上や配線基板底面と外部回路基板上面との摩擦回避等の観点から両面間に間隙を設けることもできる。
【００２９】
図２は本発明の装置の第二の実施の形態を示す断面図である。
図２の装置は、配線基板１２の上面中央に電気素子１１を設置する底面平坦な凹部が形成されている点が図１の形態の装置と異なる。
電気素子１１は、接着剤を用いて基板凹部底面に接着固定され、導体パターン１８に接続された内部接続端子１３ａに配線１４で接続された状態で実装されている。
尚、図２において、符号１５は充填樹脂であり、１３ｂは外部端子であり、１６は接続部材であり、１７は外部回路基板であり、１８は導体パターンであり、夫々図１の装置に於ける充填樹脂５、外部端子３ｂ、接続部材６、外部回路基板７、導体パターン８に対応する。
このように、電気素子収納用の凹部を形成することで、複合配線基板全体の高さを低くすることが出来る。
【００３０】
尚、本発明の複合配線基板に於いて、図１及び図２に夫々示したものは何れも配線基板の上面側、即ち、外部回路基板面と接するか又は対向する側の面の反対側の面に電気素子が実装される構造となっているが、電気素子が配線基板底面側に実装される構造のもの、或いは、両面に実装される構造のものも本発明に於いて用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の複合配線基板装置の一例の構造を示す断面略図
【図２】本発明の複合配線基板装置の他の例の構造を示す断面略図
【図３】従来の複合配線基板装置の一例の構造を示す断面略図。
【図４】従来の複合配線基板装置の他の例の構造を示す断面略図。
【符号の説明】
【００３２】
１、１１、２１、３１    電気素子
２、１２、２２、３２    配線基板
３ａ，１３ａ，２３ａ、３３ａ    内部接続端子
３ｂ，１３ｂ，２３ｂ、３３ｂ    外部接続端子
４、１４、２４、３４    配線
５、１５    充填樹脂
６、１６、２５、３５    接続部材
７，１７、２７、３６    外部回路基板
８、１８    導体パターン
ａ，ｂ、ｃ    ハンダ高さ
３７    突出部
【図１】
2005217134.tif 000003
【図２】
2005217134.tif 000004
【図３】
2005217134.tif 000005
【図４】
2005217134.tif 000006