(57)【要約】【課題】  接続パッドを外部電気回路基板の端子パッドに導体バンプを介して長期にわたって確実に電気的接続させておくことが可能で、特に絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差による応力が大きくなっても、その接続を確保することが可能な、外部電気回路基板に対して高い電気的な接続信頼性を有する配線基板を提供すること。【解決手段】  配線基板５は、四角形状の絶縁基体１の内部に配線導体２が形成され、絶縁基体１の主面に配線導体２と電気的に接続された外部接続用の複数の接続パッド３が四角形状の領域に縦横に配列形成されており、接続パッド３は、絶縁基体１側を底面とする円錐形状または角錐形状とされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形状の絶縁基体の内部に配線導体が形成され、前記絶縁基体の主面に前記配線導体と電気的に接続された外部接続用の複数の接続パッドが四角形状の領域に縦横に配列形成されており、前記接続パッドは、前記絶縁基体側を底面とする円錐形状または角錐形状とされていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記接続パッドは、側面の前記絶縁基体の主面に対する傾斜角度が１０乃至６０°である請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記接続パッドは、前記円錐形状または角錐形状の底面の外周が前記絶縁基体の主面上に延出していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の配線基板。
【請求項４】
前記接続パッドは、前記主面の各隅部に位置するものの高さが他のものの高さよりも高いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の配線基板。
【請求項５】
前記主面の各隅部に位置する前記接続パッドの外周側の側面の前記主面に対する傾斜角度が、他の前記接続パッドの側面の前記主面に対する傾斜角度よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基体の主面に接続パッドが配置され、この接続パッドが外部電気回路基板に導体バンプを介して接続される配線基板に関するものであり、特に接続パッドの外部電気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。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や容量素子，圧電振動子等の電子部品が搭載される配線基板は、一般に、酸化アルミニウム質焼結体等から成り、内部にタングステン等の金属材料から成る配線導体が形成された四角形状の絶縁基体と、絶縁基体の主面の四角形状の領域に配列形成され配線導体と電気的に接続された外部接続用の多数の接続パッドとを有する構造である。
【０００３】
そして、絶縁基体の接続パッドが形成された主面と反対側の主面に電子部品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電子装置として完成する。
【０００４】
その後、絶縁基体の主面に配列形成した多数の接続パッドを、それぞれ対応する外部電気回路基板の端子パッド等に半田等から成る導体バンプを介して接続することにより、電子装置が外部電気回路基板に実装される。
【０００５】
なお、この配線基板の接続パッドと外部電気回路基板の端子パッドとの接合時には、通常、導体バンプの接続パッド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】
このような配線基板は、例えば、絶縁基体が酸化アルミニウム質焼結体から成り、配線導体および接続パッドがタングステンから成る場合であれば、酸化アルミニウム等の原料粉末を、有機溶剤，樹脂のバインダとともにシート状に成形して形成した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）の表面等にタングステンのペーストを印刷し、高温で焼成することにより製作される。
【特許文献１】特開２００３−１８８５９８号公報
【特許文献２】特開平１０−９２９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような配線基板は、接続パッドが導体ペーストを印刷し焼成することにより形成されるため、数十μｍ程度の厚さの平坦なパターンであり、そのため接続パッドと導体バンプとの接合面が平坦な面になっていること、絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の違いや電子部品を樹脂で封止した場合の封止樹脂の収縮に伴う熱応力が接続パッドと導体バンプとの接合部分に横方向に大きく作用すること等から、熱応力によって導体バンプが接続パッドから剥がれやすく、配線基板の接続パッドを外部電気回路基板の端子パッド等に導体バンプを介して接続する際に、接続パッドと外部電気回路基板との接続信頼性が低下するおそれがあるという問題点があった。
【０００８】
特に、近年、配線基板の小型化と接続パッドの個数の増加とに応じて接続パッドを小さくする必要があり、導体バンプの接続パッドに対する接続面積が小さくなってきており、また、電子部品の高機能化，高集積化にともなう発熱量の増大により熱応力が大きくなる傾向があることから、このような接続信頼性の確保は重要な課題になってきている。
【０００９】
本発明は上記従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、接続パッドを外部電気回路基板の端子パッドに導体バンプを介して長期にわたって確実に電気的接続させておくことが可能で、特に絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差による応力が大きくなっても、その接続を確保することが可能な、外部電気回路基板に対して高い電気的な接続信頼性を有する配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の配線基板は、四角形状の絶縁基体の内部に配線導体が形成され、前記絶縁基体の主面に前記配線導体と電気的に接続された外部接続用の複数の接続パッドが四角形状の領域に縦横に配列形成されており、前記接続パッドは、前記絶縁基体側を底面とする円錐形状または角錐形状とされていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の配線基板は、好ましくは、前記接続パッドは、側面の前記絶縁基体の主面に対する傾斜角度が１０乃至６０°であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の配線基板は、好ましくは、前記接続パッドは、前記円錐形状または角錐形状の底面の外周が前記絶縁基体の主面上に延出していることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の配線基板は、好ましくは、前記接続パッドは、前記主面の各隅部に位置するものの高さが他のものの高さよりも高いことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の配線基板は、好ましくは、前記主面の各隅部に位置する前記接続パッドの外周側の側面の前記主面に対する傾斜角度が、他の前記接続パッドの側面の前記主面に対する傾斜角度よりも小さいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体の主面に配線導体と電気的に接続された外部接続用の複数の接続パッドが四角形状の領域に縦横に配列形成されており、接続パッドは、絶縁基体側を底面とする円錐形状または角錐形状とからなるものとしたことにより、接続パッドの周りにより多くの半田等から成る導体バンプを形成でき、配線基板の接続パッドとそれに導体バンプを介して接続される外部電気回路基板の端子パッドとの間の距離を大きくするとともに、これらを接続する導体バンプの体積を大きなものとすることができる。その結果、接続パッドに加わる、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差により発生する熱応力を、大きな導体バンプの相対的に小さな変形により、効果的に緩和することができる。
【００１６】
また、接続パッドが円錐形状または角錐形状であることから、導体バンプと接続パッドとの接合面が、熱応力の作用する方向に対してある程度の角度をもつようになることから、接続パッドと導体バンプとの接合部分に大きな熱応力が作用したとしても、その熱応力を接合面に沿って分散し緩和することができる。その結果、絶縁基体の一方の主面に形成した接続パッドを外部電気回路基板の端子パッドに対して長期にわたって確実に電気的接続させておくことができ、外部電気回路基板に対する高い電気的な接続信頼性を有する配線基板とすることができる。
【００１７】
従って、本発明によれば、絶縁基体と外部電気回路基板との熱膨張係数の差による応力が大きくなっても、その接続を確保することが可能な、外部電気回路基板に対して高い電気的な接続信頼性を有する配線基板を提供することができる。
【００１８】
また、本発明の配線基板において好ましくは、接続パッドは、円錐形状または角錐形状の底面の外周が絶縁基体の主面上に延出している場合、接続パッドと絶縁基体の主面との接合面積および接続パッドと導体バンプとの接合面積をより大きくすることができるため、接続パッドと絶縁基体との接合部分や接続パッドと導体バンプとの接合部分に大きな熱応力が作用したとしても、接続パッドと絶縁基体との間や、導体バンプと接続パッドとの間で剥がれが生じることをより有効に防止することができ、外部電気回路基板の回路配線に対する電気的な接続信頼性をより高くすることができる。
【００１９】
また、本発明の配線基板において好ましくは、接続パッドは、主面の各隅部に位置するものの高さが他のものの高さよりも高い場合、各隅部における導体バンプの周囲に形成されるフィレットは他のものより大きくなり、他の接続パッドよりも大きな熱応力が作用する各隅部の接続パッドにおいて、接続パッドと導体バンプとの接合部分にかかる熱応力をより確実に緩和することができる。
【００２０】
また、本発明の配線基板において好ましくは、絶縁基体の主面の各隅部に位置する接続パッドの外周側の側面の主面に対する傾斜角度が、他の接続パッドの側面の主面に対する傾斜角度よりも小さい場合、接続パッドと導体バンプとの接合部分に最も大きな熱応力が作用する各隅部の接続パッドの外周側で、側面にかかる熱応力をより広い面積で受けることになり、その熱応力をより効果的に分散し緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。図１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。図１において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は接続パッドである。これら絶縁基体１，配線導体２および接続パッド３により配線基板５が主に構成される。
【００２２】
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電気絶縁材料から成る。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，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すとともに、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を得て、しかる後、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、最後にこの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。
【００２３】
この絶縁基体１は、半導体集積回路素子や光半導体素子等の半導体素子，容量素子，圧電振動子，弾性表面波素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、接続パッド３が形成される主面（図１の例では下面）と対向する主面（図１の例では上面）等に電子部品（図示せず）が搭載される。なお、電子部品は、接続パッド３が形成されている側の主面に搭載してもよい。
【００２４】
また、絶縁基体１の内部には、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の主面、例えば下面に形成された接続パッド３と電気的に接続されている。
【００２５】
そして、この配線導体２を、絶縁基体１の主面、例えば上面に導出し、この導出した露出部分に電子部品の電極を接続することにより、絶縁基体１に搭載された電子部品の電極が配線導体２を介して接続パッド３と電気的に接続される。
【００２６】
このような配線導体２は、タングステン，モリブデン，銅，銀，パラジウム，金等のメタライズ導体により形成されている。
【００２７】
配線導体２は、例えば、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め所定のスルーホールを形成しておくとともに、タングステン，モリブデン，銅，銀等の金属ペーストをセラミックグリーンシート表面およびスルーホール内に印刷塗布し、また充填しておくことにより形成される。
【００２８】
この配線導体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り封止される。
【００２９】
絶縁基体１の主面、好ましくは外部電気回路基板（図示せず）に対向する側の主面（図１の下面）には、多数の接続パッド３が配線導体２と電気的に接続されて四角形状の領域に縦横に配列形成されている。
【００３０】
接続パッド３は、配線基板５の外部接続用のパッドとして機能し、この接続パッド３を半田等から成る導体バンプ（図示せず）を介して外部電気回路基板の例えば端子パッド（図示せず）に接合することにより、配線基板５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と電気的に接続される。
【００３１】
この接続パッド３は、配線導体２と同種，同系のメタライズ導体から成り、例えば配線導体２と同様の金属ペーストを絶縁基体１の下面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のパターンに印刷塗布しておくことにより形成される。
【００３２】
また、本発明の配線基板５において、接続パッド３は絶縁基体１側を底面とする円錐形状または角錐形状に形成されるものとしておくことが重要である。このように、接続パッド３を、絶縁基体１側を底面とする円錐形状または角錐形状に形成されるものとしておくことにより、接続パッド３の周りにより多くの導体バンプを形成でき、配線基板５の接続パッド３と外部電気回路基板の端子パッドとの間の距離を大きくするとともに、これらを接続する導体バンプの体積を大きなものとすることができるので、接続パッド３にかかる、配線基板５の絶縁基体１と外部電気回路基板との熱膨張係数の差により発生する熱応力を、大きな導体バンプの相対的に小さな変形により、効果的に緩和することができる。その結果、絶縁基体１の一方主面に形成した接続パッド３を外部電気回路基板の端子パッドに対して長期にわたって確実に電気的接続させておくことができ、外部電気回路基板に対する高い電気的な接続信頼性を有する配線基板とすることができる。
【００３３】
また、接続パッド３が円錐形状または角錐形状であることから、導体バンプと接続パッド３の接続面が、熱応力の作用する方向に対してある程度の角度をもつようになることから、接続パッド３と導体バンプとの接続部分に大きな熱応力が作用したとしても、その熱応力を接合面に沿って分散し緩和することができる。
【００３４】
従って、本発明によれば、絶縁基体１と外部電気回路基板との熱膨張係数の差による応力が大きくなっても、その接続を確保することが可能な、外部電気回路基板に対して高い電気的な接続信頼性を有する配線基板５を提供することができる。
【００３５】
接続パッド３を、絶縁基体１側を底面とする円錐形状または角錐形状に形成されるものとして形成するには、例えば、接続パッド３となる金属ペーストを印刷する際に、金属ペーストの粘度を５００ポイズ（５０Ｐａ・ｓ）以上等に高くしたり、金属酸化物フィラーを混ぜたりしたりして金属ペーストの保形性を高くしておいて、セラミックグリーンシートの表面に盛り上げるようにして印刷する等の方法を用いることができる。
【００３６】
この場合、エッチングされた金属板の製版を用いたスクリーンプリント法や金型成形により、金属ペーストを円錐状や角錐状に成形することができる。
【００３７】
なお、接続パッド３となる金属ペーストにフィラーを添加する場合、添加量は５質量％以下が好ましい。５質量％を超えると、例えば、接続パッド３に対する導体バンプの接続強度が劣化し易くなったり、めっき層を接続パッド３の表面に被着させる際にめっき層の被着強度が低くなり易くなる等の不具合を誘発するおそれがある。
【００３８】
このような接続パッド３および配線導体２は、その露出表面にニッケル，金等のめっき層を被着させておくことが好ましい。例えば、厚さが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と、厚さが０．０５〜２μｍ程度の金めっき層とを順次被着させておくと、接続パッド３および配線導体２の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、接続パッド３に対する導体バンプの濡れ性を良好とすることができる。
【００３９】
なお、円錐形状または角錐形状の接続パッド３の側面（斜面）の絶縁基体１の主面に対する傾きは１０°乃至６０°としておくことが好ましい。１０°未満だと、接続パッド３と導体バンプとの機械的引っかかり（アンカー効果）が弱く、接続パッド３と導体バンプとの接続強度を効果的に増加させることが難しくなる。６０°を超えると、接続パッド３のまわりに導体バンプのフィレットが形成されにくく、接続パッド３と導体バンプとの接続強度を効果的に増加させることが難しくなる。
【００４０】
本発明の配線基板５は、接続パッド３は、円錐形状または角錐形状の底面の外周が絶縁基体１の主面上に延出していることが好ましい。これにより、接続パッド３と絶縁基体１の主面との接合面積および接続パッド３と導体バンプとの接合面積をより大きくすることができる。そのため、接続パッド３と絶縁基体１との接合部分や接続パッド３と導体バンプとの接合部分に大きな熱応力が作用したとしても、接続パッド３と絶縁基体１との間や、導体バンプと接続パッド３との間で剥がれが生じることをより有効に防止することができ、外部電気回路基板の回路配線に対する電気的な接続信頼性をより高くすることができる。
【００４１】
また、接続パッド３の底面の外周が絶縁基体１の主面上に延出している延出の幅は、隣接する接続パッド３同士間の電気絶縁縁性を良好に確保する上で、延出部同士の間の距離が５０μｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
また、一つの接続パッド３において、上述した電気絶縁性の確保や、熱応力が作用する方向に延出幅を大きくして接合強度をより高くすること等のために、延出部の幅を部分的に変えてもよい。また、接続パッド３の延出部分（図示せず）は、必ずしも接続パッド３の全周にわたって形成する必要はなく、設計上の都合等に応じて不連続なものでもよい。
【００４３】
また、本発明の配線基板５は、図２に示すように、接続パッド３は、絶縁基体１の主面の各隅部に位置するものの高さが他のものの高さよりも高いことが好ましい。これにより、各隅部の接続パッド３における導体バンプの周囲に形成されるフィレットは他の接続パッド３より大きなものとなり、他の接続パッド３よりも大きな熱応力が作用する各隅部の接続パッド３において、接続パッド３と導体バンプとの接合部分にかかる熱応力をより確実に緩和することができる。
【００４４】
なお、接続パッド３は、各隅部に位置するものの高さが他のものの高さに対して１１０〜１５０％の比率で高いことが好ましい。この範囲であれば、各隅部において熱応力をより有効に緩和することができるとともに、接続パッド３に破損等の不具合が生じることをより確実に防止することができ、配線基板５としての信頼性をより高く確保することができる。
【００４５】
また、本発明の配線基板５は、主面の各隅部に位置する接続パッド３の外周側の側面の主面に対する傾斜角度が、他の接続パッド３の側面の主面に対する傾斜角度よりも小さいことが好ましい。これにより、接続パッド３と導体バンプとの接合部分に最も大きな熱応力が作用する各隅部で、接続パッド３の側面にかかる熱応力をより広い面積で受けることになり、その熱応力をより効果的に分散し緩和することができる。この場合、接続パッド３の外周側の側面は、接続パッド３が配列形成されている四角形状の領域の対角線に対して、外側に向かって対角線を中心に左右に２０〜４０度程度ずつの範囲の側面であり、各隅部の接続パッド３を外側から見たときに見える程度の範囲の側面に相当する。
【００４６】
また、絶縁基体１の主面の各隅部に位置する接続パッド３の外周側の側面の主面に対する傾斜角度は、５〜３０°が良く、５°未満では、接続パッド３と導体バンプとの機械的引っかかり（アンカー効果）が不十分となり、３０°を超えると、熱応力をより広い面積で受けることができない。一方、隅部以外に形成された他の接続パッド３の側面の絶縁基体１の主面に対する傾斜角度は１０〜４５°が良く、１０°未満では、接続パッド３と導体バンプとの機械的引っかかり（アンカー効果）が不十分となり、３０°を超えると、熱応力をより広い面積で受けることができない。
【００４７】
また、接続パッド３は、完全な円錐形、角錐形に限らず、頂点部分を丸く（球面状に）成形した形状としておいてもよい。頂点部分を丸く成形しておくと、接続パッド３の頂点部分に誤ってカケ等の破損が生じることをより効果的に防止することができ、配線基板５を導体バンプを介して外部電気回路基板の端子パッド等により確実、強固に接続することができる。また接続パッド３は、頂点部分を平坦面としてもよく、その場合、接続パッド３の頂点部分に導体バンプを成す半田やロウ材の層が形成されるため、配線基板５を導体バンプを介して外部電気回路基板の端子パッド等により確実、強固に接続することができる。
【００４８】
また、接続パッド３は、その側面に部分的に凹凸を設け、導体バンプとの接合面積をより大きくしてより一層強固に接合するようにしてもよい。この側面の凹凸は、接続パッド３となる印刷された金属ペーストの側面に機械的な加工を施すことにより形成することができる。
【００４９】
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。例えば、接続パッド３のうち１個の形状を他のものと異なる形状とすることができる。すなわち、各接続パッド３を円錐形状とするとともに、四角形状の配列のうち角部に位置する１個を平面視で一部分が外側に突出したような形状とし、この形状の異なる接続パッド３を、配線基板（電子装置）を外部電気回路基板に実装するときの位置決め用マーク等として利用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】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。
【図２】本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・絶縁基体
２・・・配線導体
３・・・接続パッド
５・・・配線基板
【図１】
2005244149.tif 000003
【図２】
2005244149.tif 000004