(57)【要約】【課題】  搭載する電子部品等から発生する熱を効率よく外部に放出することが可能な、放熱性に優れたセラミック配線基板を提供すること。【解決手段】  セラミック配線基板は、セラミックスから成る複数の絶縁層が積層され、内部に複数の配線導体２が形成されており、下側主面に配線導体２と電気的に接続された複数の接続パッド３が形成されているとともに、中央部に上下主面間を貫通した、内側面と下側主面との間に全周にわたって段差部Ａを有する貫通孔１ａが形成されている絶縁基体１と、接続パッド３に取着されたボール状端子５と、板状部の上面の中央に凸部を有し、凸部の周囲の板状部の上面が段差部Ａの下面に接合されている金属板６とを具備し、金属板６の凸部の上面と絶縁基体１の上側主面とが同じ平面上にあり、かつ金属板６の下面とボール状端子５の下端とが同じ高さである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスから成る複数の絶縁層が積層されて成り、内部に複数の配線導体が形成されており、下側主面に複数の前記配線導体とそれぞれ電気的に接続された複数の接続パッドが形成されているとともに、中央部に上下主面間を貫通した、内側面と前記下側主面との間に全周にわたって段差部を有する貫通孔が形成されている絶縁基体と、前記接続パッドにそれぞれ取着されたボール状端子と、板状部の上面の中央に凸部を有し、該凸部の周囲の前記板状部の前記上面が前記段差部の下面に接合されている金属板とを具備しており、該金属板の前記凸部の上面と前記絶縁基体の上側主面とが同じ平面上にあり、かつ前記金属板の下面と前記ボール状端子の下端とが同じ高さであることを特徴とするセラミック配線基板。
【請求項２】
前記金属板の側面と前記貫通孔の内側面とが樹脂接着剤を介して接着されていることを特徴とする請求項１記載のセラミック配線基板。
【請求項３】
前記樹脂接着剤は、熱伝導率が前記絶縁基体よりも高いことを特徴とする請求項２記載のセラミック配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱用の金属板を有するセラミック配線基板に関するものであり、特に放熱用の金属板によって熱放散特性に優れたセラミック配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するセラミック配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る絶縁基体の上面に電子部品が搭載される搭載部を有し、搭載部から絶縁基体の下面等にかけて配線導体を形成した構成である。
【０００３】
このような従来のセラミックス配線基板の一例を図３に示す。図３において、１１は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る複数の絶縁層が積層されて成り、上面に電子部品が搭載される絶縁基体、１２は絶縁基体１１の上面の電子部品が搭載される部位から絶縁基体１１の下面にかけて形成された配線導体である。この配線導体１２のうち絶縁基体１１の下面にある導出端部には、外部接続用の接続パッド１３が形成されている。
【０００４】
絶縁基体１１の上面にＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子１４を搭載するとともに、半導体素子１４の電極を配線導体１２の露出部分にボンディングワイヤ１５を介して接続し、半導体素子１４を封止樹脂１８等により覆って封止することにより半導体装置が構成される。半田ボール１６は、例えば半田ボール１６を形成する半田と同じ材料から成る半田１７で半田付けすることにより、接続パッド１３に接合されている。
【０００５】
そして、接続パッド１３を半田ボール１６を介して外部回路基板の回路導体に接続することにより半導体装置が外部回路基板に実装され、半導体素子１４が外部電気回路と電気的に接続される。
【０００６】
このような従来のセラミック配線基板を用いて成る半導体装置においては、半導体素子１４で発生した熱は、絶縁基体１１を介して絶縁基体１１の下面側に伝達されるとともに半田ボール１６を介して外部回路基板等へ放出される。
【０００７】
なお、半導体素子１４等の電子部品を覆う封止用の樹脂は一般に熱抵抗が大きいため、この樹脂を介して放出される熱量は、絶縁基体１１および半田ボール１６を介して放出される熱量よりも小さいため、通常、電子部品で発生する熱の放出にはあまり寄与しない。
【０００８】
しかしながら、このような従来のセラミック配線基板においては、半導体素子から発生した熱が、熱抵抗の大きいセラミックスから成る絶縁基体１１を伝わり、半田ボール１６を介して外部回路基板等に放出されるため、熱を効果的に放出させることができないという問題があった。
【０００９】
このような問題に対し、絶縁基体の中央部に、上下主面間を貫通する貫通孔を形成するとともに、この貫通孔の下側を塞ぐようにして絶縁基体の下側主面に金属板を取着した構造のセラミック配線基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
このような構造のセラミック配線基板においては、貫通孔（貫通スロット）の下端側に金属板（ヒートシンク）の上面が露出しており、この金属板の露出した上面に半導体素子等の電子部品（半導体チップ）が直接搭載されることから、電子部品で発生した熱は直接金属板に伝わって効果的に吸収されるとともに金属板の下面側から外部回路基板等に放出され、放熱性を向上させることができる。
【特許文献１】特開平９−１８６２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、絶縁基体の中央部に貫通孔を形成するとともに、この貫通孔の下側を塞ぐようにして、絶縁基体の下側主面に金属板を取着した構造のセラミック配線基板においても、従来の、セラミックスから成る絶縁基体を介して熱が伝わる構造のセラミック配線基板に比べて放熱性は向上するものの、金属板が平板状であり、絶縁基体の下面に接合される構造であるため、セラミック配線基板の薄型化を図る上で、金属板の高さをあまり高くすることができない。このため、金属板の体積をあまり大きくすることができず、金属板による熱の吸収、放出を、近時の高集積化、高機能化しつつある電子部品の大きな発熱量に対応させて、効率よく行うことが依然として難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点を解消するために完成されたものであり、その目的は、搭載される電子部品から発生する熱を効率良く外部に放出することが可能な、放熱性に優れたセラミック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】
【００１３】
本発明のセラミック配線基板は、セラミックスから成る複数の絶縁層が積層されて成り、内部に複数の配線導体が形成されており、下側主面に複数の前記配線導体とそれぞれ電気的に接続された複数の接続パッドが形成されているとともに、中央部に上下主面間を貫通した、内側面と前記下側主面との間に全周にわたって段差部を有する貫通孔が形成されている絶縁基体と、前記接続パッドにそれぞれ取着されたボール状端子と、板状部の上面の中央に凸部を有し、該凸部の周囲の前記板状部の前記上面が前記段差部の下面に接合されている金属板とを具備しており、該金属板の前記凸部の上面と前記絶縁基体の上側主面とが同じ平面上にあり、かつ前記金属板の下面と前記ボール状端子の下端とが同じ高さであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のセラミック配線基板は、上記構成において好ましくは、前記金属板の側面と前記貫通孔の内側面とが樹脂接着剤を介して接着されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のセラミック配線基板は、上記構成において好ましくは、前記樹脂接着剤は、熱伝導率が前記絶縁基体よりも高いことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のセラミック配線基板は、セラミックスから成る複数の絶縁層が積層されて成り、内部に複数の配線導体が形成されており、下側主面に複数の配線導体とそれぞれ電気的に接続された複数の接続パッドが形成されているとともに、中央部に上下主面間を貫通した、内側面と下側主面との間に全周にわたって段差部を有する貫通孔が形成されている絶縁基体と、接続パッドにそれぞれ取着されたボール状端子と、板状部の上面の中央に凸部を有し、凸部の周囲の板状部の上面が段差部の下面に接合されている金属板とを具備しており、金属板の凸部の上面と絶縁基体の上側主面とが同じ平面上にあることから、金属板の凸部の上面に電子部品を直接搭載することができるとともに、搭載した電子部品が発した熱は直接金属板に伝達され、熱伝導率の高い金属板を介して効果的に放出させることができる。
【００１７】
また、金属板は、上面の凸部が絶縁基体に形成された段差部を有する貫通孔内に入り込んで取着されていることから、この段差の分だけ高さを高くして体積を大きくすることができるため、電子部品で発生する熱を効率良く吸収するとともに下面側に放出することができ、その結果セラミック配線基板の放熱性を優れたものとすることができる。
【００１８】
また、本発明のセラミック配線基板は、金属板の下面とボール状端子の下端とが同じ高さであることから、ボール状端子を外部回路基板の回路導体に接続する際に、金属板の下面を外部回路基板に容易かつ確実に接合させることができ、金属板から外部回路基板への熱の伝達を確実なものとすることができる。これにより、搭載する電子部品の性能を低下させることがない、高機能かつ高信頼性の電子装置を構成することができる。
【００１９】
また、本発明のセラミック配線基板は、上記構成において好ましくは、金属板の側面と貫通孔の内側面とが樹脂接着剤を介して接着されていることから、金属板の側面からも樹脂接着剤を介して絶縁基体に熱を伝えることができるので、金属板から絶縁基体への熱の伝導はより確実なものとなる。
【００２０】
さらに、本発明のセラミック配線基板は、上記構成において好ましくは、樹脂接着剤は、熱伝導率が前記絶縁基体よりも高いものであることから、金属板の側面からも樹脂接着剤を介して絶縁基体により一層効率良く熱を伝えることができるので、金属板から絶縁基体への熱の伝導はさらに確実なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のセラミック配線基板について以下に詳細に説明する。図１は本発明のセラミック配線基板を用いた電子装置の断面図であり、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、５は接合材４を介して接続パッド3に取着されたボール状端子、６は金属板である。主としてこれらの絶縁基体１、配線導体２、接続パッド３、ボール状端子５により電子部品７を搭載するセラミック配線基板が構成される。
【００２２】
本発明における絶縁基体１は、酸化アルミニウ質焼結体、ガラスセラミック焼結体等のセラミックスから成る複数の絶縁層が積層されて成り、例えば、各絶縁層が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合以下のようにして作製される。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、溶剤を添加混合して泥漿状のスラリーを作製し、このスラリーを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形技術によりシート状となすことによって、複数のセラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）を得る。これらのグリーンシートを所定の順に上下に積層してグリーンシート成形体となし、このグリーンシート成形体を還元雰囲気中で約1600℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２３】
絶縁基体１の内部には、複数の配線導体２が、例えば、上側主面から下側主面等にかけて形成されている。また、絶縁基体１の下側主面には複数の配線導体２にそれぞれ電気的に接続された接続パッド３が形成されている。この配線導体２および接続パッド３は、セラミック配線基板に搭載される電子部品７の電極を外部に導出し接続するための接続用導体として機能し、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属により形成されている。すなわち、配線導体２および接続パッド３は、例えば同種の金属により形成されており、ともにタングステンから成る場合、タングステン粉末に適当な有機バインダ、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表面に予めスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布しておくことによって形成される。
【００２４】
また、接続パッド３には、それぞれボール状端子５が接合材４を介して接合する等の手段により取着されている。このボール状端子５は、セラミック配線基板を外部電気回路に電気的に接続するための外部接続用端子として機能し、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属により形成される。なお、接合材４は、金属板６を絶縁基体１に接合する銀ロウと同様の銀ロウ等とすることがよい。同じ銀ロウにしておくと、ボール状端子５と金属板６とを同じロウ付け作業で一度に接合できるため、セラミック配線基板の生産性を向上させることができる。
【００２５】
また本発明のセラミック配線基板は、絶縁基体１の中央部に、絶縁基体１の上下主面間を貫通した、内側面と下側主面との間に全周にわたって段差部Ａを有する貫通孔１ａが形成されている。この貫通孔１ａの内部には、金属板６が挿入されて接合されている。板状部である金属板６は、銅−タングステン合金やアルミニウム、銅、アルミニウム合金、銅合金等の熱伝導性の良好な金属から成り、板状部の上面の中央に凸部を有する形状である。
【００２６】
本発明において、金属板６の凸部の周囲の板状部の上面を絶縁基体１の貫通孔１ａ内の段差部Ａの下面に接合することにより、金属板６は絶縁基体１に取着されており、金属板６の凸部の上面と絶縁基体１の上側主面とは同じ平面上にあり、かつ金属板６の下面とボール状端子５の下端とは同じ高さである。
【００２７】
なお、金属板６の凸部の周囲の板状部の上面と、貫通孔１ａ内の段差部Ａの下面との接合は、例えば、段差部Ａの下面に予め接続パッド３と同様の金属から成るロウ付け用のメタライズ層を形成しておき、このメタライズ層と金属板６とを、銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けすること等により行うことができる。
【００２８】
絶縁基体１の中央部に貫通孔１ａを形成し、その貫通孔１ａ内に金属板６を、凸部の上面と絶縁基体１の上側主面とが同じ平面上にあるようにして接合したことにより、金属板６の凸部の上面を電子部品７の搭載部として機能させることができ、搭載した電子部品７が発生する熱は直接金属板６に伝達され、熱伝導率の高い金属板６を介して効果的に放出させることができる。
【００２９】
この場合、金属板６の凸部の上面と絶縁基体１の上側主面とが同じ平面上にあるため、金属板６の凸部の上面に電子部品７を搭載するときに、絶縁基体１が高すぎて搭載の妨げになることはない。また、電子部品７を封止用の樹脂等で覆って封止する際に、凸部が高すぎて電子部品７の封止が困難となるようなことはない。その結果、セラミック配線基板に電子部品７を搭載して成る電子装置の作製を容易かつ確実なものとすることができる。
【００３０】
また、貫通孔１ａが内側面の全周にわたって段差部Ａを有していることから、貫通孔１ａ内に入り込む金属板６の体積を、段差部Ａの分だけ大きくすることができるため、電子部品７で発生する熱を金属板６で効率良く吸収するとともに下面側に放出することができ、セラミック配線基板の放熱性を優れたものとすることができる。
【００３１】
そして、絶縁基体１に接合された金属板６の凸部の上面に電子部品７をエポキシ樹脂等の樹脂接着剤により接着し、電子部品７の電極と絶縁基体１の上側主面に露出している配線導体２とをアルミニウム線や金線等のボンディングワイヤ８を介して電気的に接続した後、電子部品７およびその周囲の金属板６、絶縁基体１の露出表面をエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂から成る封止樹脂９で被覆することにより、電子装置として完成する。なお、電子部品７を封止樹脂９で被覆すること以外に、金属やセラミックス等から成る蓋体を、電子部品７を覆うようにして絶縁基体１の上側主面に接合してもよい。
【００３２】
このようにセラミック配線基板に電子部品７を搭載して成る電子装置は、図２に示すように、絶縁基体１の下側主面の接続パッド３に取着されたボール状端子５の下端部を外部回路基板３０の回路導体（図示せず）に半田４０等を介して接続することにより、電子部品７が、ボンディングワイヤ８、配線導体２、接続パッド３およびボール状端子５を介して外部電気回路に電気的に接続され、外部回路基板に実装される。
【００３３】
セラミック配線基板を外部回路基板３０に実装する際、セラミック配線基板の貫通孔１ａ内に接合されている金属板６の下面と、ボール状端子５の下端とが同じ高さであることから、ボール状端子５を外部回路基板３０の回路導体に接続するとともに、金属板６の下面を外部回路基板３０に半田４０等を介して容易かつ確実に接合させることができ、金属板６から外部回路基板３０への熱の伝達を確実なものとすることができる。これにより、搭載する電子部品７の性能を低下させることがない、高機能かつ高信頼性の電子装置を作製でき、また外部回路基板３０への高信頼性の実装構造を得ることができる。
【００３４】
なお、本発明のセラミック配線基板による電子装置を外部回路基板３０に実装するための半田４０は、ボール状端子５を絶縁基体１の接続パッド３に接合するための接合材４よりも融点が低いものを使用する。接合材４の方が半田４０よりも融点が低いと、ボール状端子５や金属板６を外部回路基板３０に接続するときの加熱により、接合材４が溶けてボール状端子５が接続パッド３から離脱するおそれがある。
【００３５】
本発明において、金属板６の下面とボール状端子５の下端とは完全に同じ高さでなくてもよい。ある程度の高さの差は、ボール状端子５や金属板６を外部回路基板３０に接続するための半田４０等の厚みで吸収することができるので、２００μｍ程度の高さの差までは許容できる。
【００３６】
このように、金属板６の下面とボール状端子５の下端との間で高さの差が生じる場合、ボール状端子５の高さ（地面からの高さ）が金属板６の下面よりも低い方、すなわちボール状端子５の下端が金属板６の下面よりも下側に出るようにすることが好ましい。金属板６の下面がボール状端子５の下端よりも低くなると、金属板６に妨げられてボール状端子５を外部回路基板３０の回路導体に正常かつ確実に接続することが難しくなる。
【００３７】
また、本発明のセラミック配線基板は、金属板６の側面と貫通孔１ａの内側面とが樹脂接着剤を介して接着されていることが好ましい。
【００３８】
金属板６の側面と貫通孔１ａの内側面とを樹脂接着剤２０を介して接着しておくと、金属板６の側面からも樹脂接着剤２０を介して絶縁基体１に熱を伝えることができるので、金属板６から絶縁基体１への熱の伝導はより確実なものとなる。
【００３９】
樹脂接着剤２０は、エポキシ樹脂やガラスエポキシ，ポリイミド等の有機樹脂から成り、例えば、セラミック配線基板を外部回路基板３０に実装する前に、金属板６の側面と貫通孔１ａの内側面との間に樹脂接着剤２０を注入し充填することにより形成される。
【００４０】
また、本発明のセラミック配線基板は、樹脂接着剤２０は、熱伝導率が絶縁基体１よりも高いことが好ましい。
【００４１】
樹脂接着剤２０について、熱伝導率を絶縁基体１よりも高いものとしておくと、金属板６の側面からも樹脂接着剤２０を介して絶縁基体１により一層効率良く熱を伝えることができるので、金属板６から絶縁基体１への熱の伝導はさらに確実なものとなる。
【００４２】
絶縁基体１よりも熱伝導率の高い樹脂接着剤２０としては、熱伝導率が１２Ｗ／ｍ・℃以上の高熱伝導性の無機物または金属から成るフィラー粒子を充填したエポキシ等の有機樹脂等を用いることができる。
【００４３】
例えば、絶縁基体１が酸化アルミニウム質焼結体（熱伝導率約１４Ｗ／ｍ・℃）から成る場合であれば、樹脂接着剤２０の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・℃以上がよく、この場合高熱伝導性のフィラーを充填したものを用いることが好ましい。
【００４４】
このような、絶縁基体１よりも熱伝導率の高い樹脂接着剤２０は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂接着剤に、予め金属等のフィラー粒子を混合しておき、この混合物を貫通孔１ａと金属板６との間に充填することにより形成される。
【００４５】
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、金属板６の上面の凸部の側面を、絶縁基体１の貫通孔１ａの内側面に接合するようにして、金属板６を絶縁基体１により一層強固に接合させるようにしてもよい。また、金属板６の側面の下端部にボール状端子５の高さに相当する幅以下の幅で、鍔状部等の凸出部を全周にわたって形成すると、金属板６の熱放射による放熱性および外部回路基板３０への伝熱による放熱性を高めることができるとともに、金属板６の外部回路基板３０に対する接合強度を向上させることができる。また、この場合、金属板６の側面の下端部に形成された凸出部を鍔状部とし、その鍔状部の表面を下方に向かうに伴って外側に広がる傾斜面とすれば、凸出部の下面を広くして凸出部を大きくしても凸出部が絶縁基体１の下側主面に当接しにくくなるとともに、凸出部の熱放射による放熱性を高めることができ、さらに金属板６の外部回路基板３０に対する接合強度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のセラミック配線基板を用いた電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のセラミック配線基板を外部回路基板に実装した状態を示す断面図である。
【図３】従来のセラミック配線基板の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・絶縁基体
１ａ・・貫通孔
２・・・配線導体
３・・・接続パッド
４・・・接合材
５・・・ボール状端子
６・・・金属板
７・・・電子部品
Ａ・・・段差部
２０・・樹脂接着剤
【図１】
2005012166.tif 000003
【図２】
2005012166.tif 000004
【図３】
2005012166.tif 000005