(57)【要約】【課題】  半導体素子による発熱，冷却の繰り返しによる熱応力で隙間ができ、その隙間を通して水分が流入しても、気密性の劣化無しに正常な半導体素子の作動を維持しつつ電子部品で発生する熱を効率良く外部に放出することが可能な配線基板を提供すること。【解決手段】  配線基板９は、複数のセラミック層が積層され、上面に電子部品の搭載部１ａが形成された直方体状の絶縁基板１と、絶縁基板１の上面の外周部に搭載部を取り囲むようにして取着された四角枠状の絶縁枠体６と、搭載部１ａから絶縁基板１の側面および下面の少なくとも一方に導出された配線導体２とを具備し、絶縁基板１は、搭載部１ａから中間のセラミック層にかけて複数の第１の貫通導体３が形成されているとともに、中間のセラミック層の直下のセラミック層から下面にかけて複数の第２の貫通導体４が形成されており、第１および第２の貫通導体３，４は平面視で重なっていない。【選択図】  図１
2005159087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミック層が積層されて成るとともに上面に電子部品の搭載部が形成された直方体状の絶縁基板と、該絶縁基板の上面の外周部に前記搭載部を取り囲むようにして取着された四角枠状の絶縁枠体と、前記搭載部から前記絶縁基板の側面および下面の少なくとも一方に導出された配線導体とを具備している配線基板において、前記絶縁基板は、前記搭載部から中間の前記セラミック層にかけて複数の第１の貫通導体が形成されているとともに、中間の前記セラミック層の直下の前記セラミック層から下面にかけて複数の第２の貫通導体が形成されており、前記第１および第２の貫通導体は、平面視で重なっていないことを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するための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セラミック層が複数積層されて成るとともに上面に電子部品の搭載部が形成された絶縁基板と、絶縁基板の上面の外周部に搭載部を取り囲むようにして取着された絶縁枠体と、搭載部から絶縁基板の側面および下面の少なくとも一方に導出された配線導体とを具備した構成である。
【０００３】
絶縁基板の上面の搭載部に半導体素子や容量素子等の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の露出部分にボンディングワイヤを介して接続し、絶縁枠体の上面に蓋体を取着して搭載部を塞いだり、封止樹脂で電子部品を覆ったりして電子部品を封止することにより電子装置が構成される。
【０００４】
そして、配線導体のうち絶縁基体の側面や下面に導出した部位に接続するようにして接続パッド等の接続部を形成しておくとともに、この接続パッドを半田等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、電子装置が外部回路基板に実装され、電子部品が外部電気回路と電気的に接続される。
【０００５】
このような従来の配線基板を用いて成る電子装置において、電子部品で発生した熱は、絶縁基板を介して絶縁基板の下面側に伝達されるとともに半田等の接続部材等を介して外部回路基板等へ放出される。
【０００６】
なお、半導体素子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、絶縁基板および接続部材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。
【０００７】
このような従来の配線基板においては、電子部品から発生した熱が、熱抵抗の大きいセラミックスから成る絶縁基板を伝わり、接続部材等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。
【０００８】
このような問題に対し、搭載部に、絶縁基板の上下面間を貫通する熱伝導部材としての複数の貫通導体を形成するとともに、この貫通導体の下側を塞ぐようにして絶縁基板の下面に接続パッドを具備した構造の配線基板が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
このような構造のセラミック配線基板においては、搭載部に、絶縁基板の上下面間を貫通する複数の貫通導体を形成するとともに、これらの貫通導体の下側を塞ぐようにして絶縁基板の下面に接続パッドを具備した構造となっていることから、電子部品で発生した熱は貫通導体に伝わって効果的に吸収されるとともに絶縁基板の下面側から接続パッドを介して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。
【００１０】
このような配線基板は、例えば、絶縁基板を形成する各セラミック層が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、まず酸化アルミニウムや酸化ケイ素等の原料粉末を有機溶剤，樹脂バインダーとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを形成し、次にこれらのセラミックグリーンシートのうち貫通導体を形成する部位に機械的な打抜き加工やレーザ加工等により貫通孔を形成し、次にタングステン等の金属の粉末に有機溶剤，樹脂バインダーを添加混練して成る金属ペーストをスクリーン印刷法等により、セラミックグリーンシートの表面に所定の配線導体のパターンに印刷塗布するとともに貫通孔内に充填し、次にこれらのセラミックグリーンシートを積層して積層体とし、これを高温で焼成することにより形成される。なお、熱伝導用の貫通導体も信号用貫通導体を形成する際に同時に形成できる。
【特許文献１】特開平９−３０７２３８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０７１８８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、上記従来の配線基板においては、絶縁基板について、搭載部から下面まで貫く複数の貫通導体を形成すると、貫通導体と絶縁基板の間に半導体素子の発熱，冷却の繰り返しにより熱応力が繰り返し作用して隙間ができ、その隙間を通して外気中の水分の流入、あるいは気密性の劣化が起き、正常な電子部品の作動ができなくなるという問題があった。
【００１２】
特に、近時の電子部品の高機能化，高集積化に起因する発熱量の増大等に対応させて、配線基板の放熱性を高めるために貫通導体の数を増やすと、上記のような隙間の生じやすい部位が増えるため、気密性の劣化がより顕著なものとなる。
【００１３】
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、半導体素子による発熱，冷却の繰り返しにより熱応力が繰り返し作用したとしても、電子部品の搭載部の気密性を良好に維持しつつ、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、気密封止の信頼性に優れるとともに放熱性に優れた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】
【００１４】
本発明の配線基板は、複数のセラミック層が積層されて成るとともに上面に電子部品の搭載部が形成された直方体状の絶縁基板と、該絶縁基板の上面の外周部に前記搭載部を取り囲むようにして取着された四角枠状の絶縁枠体と、前記搭載部から前記絶縁基板の側面および下面の少なくとも一方に導出された配線導体とを具備している配線基板において、前記絶縁基板は、前記搭載部から中間の前記セラミック層にかけて複数の第１の貫通導体が形成されているとともに、中間の前記セラミック層の直下の前記セラミック層から下面にかけて複数の第２の貫通導体が形成されており、前記第１および第２の貫通導体は、平面視で重なっていな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、絶縁基板は、搭載部から中間のセラミック層にかけて複数の第１の貫通導体が形成されているとともに、中間のセラミック層の直下のセラミック層から下面にかけて複数の第２の貫通導体が形成されていることから、電子部品で発生した熱は、第１の貫通導体および第２の貫通導体を介して絶縁基板の下面側に伝達され外部に放熱することができるため、放熱性に優れた配線基板を提供することができる。
【００１６】
また、第１および第２の貫通導体は、平面視で重なっていないことから、各貫通導体と絶縁基板の間に、電子部品による発熱，冷却の繰り返しによる熱膨張の応力で、隙間ができたとしても、その隙間が、絶縁基板の搭載部から下面まで連なって貫通することはなく、その隙間を通した外気中の水分等の流入、あるいは気密性の劣化が生じることを効果的に防止することができる。これにより、電子部品が搭載される搭載部の気密性を長期にわたって確保することが可能な、気密封止の信頼性に優れた配線基板を提供することができる。
【００１７】
第１の貫通導体と第２の貫通導体とは平面視で重なっていないが、第１の貫通導体で中間のセラミック層まで伝熱された熱は、熱伝導の抵抗の小さい第２の貫通導体に向かって伝わるため、第１の貫通導体と第２の貫通導体との間で良好に熱の伝達を行うことができる。すなわち、第１の貫通導体と第２の貫通導体とが平面視で重なっていないことにより、両者の間で熱は伝わるが、外気中の水分等の伝達は遮断されるような伝熱経路を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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は本発明の配線基板の断面図であり、図１において、１は絶縁基板、２は配線導体、３は第１の貫通導体、４は第２の貫通導体、５は接続パッドである。主としてこれらの絶縁基板１、配線導体２、第１の貫通導体３、第２の貫通導体４、接続パッド５により電子部品（図示せず）を搭載する配線基板９が構成される。
【００１９】
本発明における絶縁基板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樹脂バインダ、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、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。
【００２０】
絶縁基板１の上面には、半導体素子や容量素子等の電子部品を搭載するための搭載部１ａが形成されている。搭載部１ａに搭載される電子部品は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子や、容量素子等の電子部品であり、通常は四角板状であるため、そのような形状の電子部品の搭載に適するように搭載部１ａは四角形状に形成される。また、これに応じて絶縁基板１は直方体状に形成されている。
【００２１】
また、絶縁基板１の上面の外周部には、搭載部１ａを取り囲むようにして四角枠状の絶縁枠体６が取着されている。絶縁枠体６は、上面に蓋体を取着したり、その内側に封止用樹脂を充填させたりすることにより、搭載部１ａを気密封止する封止材として機能する。この絶縁枠体６は、四角形状の搭載部１ａを取り囲むのに適した形状とするため、四角枠状に形成されている。
【００２２】
絶縁枠体６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り、たとえば絶縁基板１と同種の材料により形成される。例えば、絶縁枠体６はが酸化アルミニウミ質焼結体から成る場合、絶縁基板１のセラミック層を形成するのと同様のグリーンシートを枠状に打ち抜き、これを絶縁基板１となるグリーンシート成形体の上面に圧着し、一体焼成することにより形成される。なお、絶縁枠体６は、１層のセラミック層で形成するものに限らず、枠状のセラミック層を複数積層することにより形成してもよい。
【００２３】
この絶縁基板１の搭載部１ａから、側面および下面の少なくとも一方に配線導体２が導出されている。また、配線導体２のうち絶縁基板１の下面や側面等に導出された部位には接続パッド５が形成されている。この配線導体２および接続パッド５は、配線基板９に搭載される電子部品の電極を外部に導出し接続するための導電路および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。
【００２４】
配線導体２および接続パッド５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樹脂バインダ、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、絶縁基板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。
【００２５】
そして、搭載部１ａ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２のうち搭載部に露出した部位にボンディングワイヤ等の接続部材（図示せず）を介して接続し、その後、絶縁枠体６の上面に搭載部１ａを塞ぐようにして蓋体（図示せず）を取着したり、電子部品を封止用樹脂で覆ったりすることにより電子部品が気密封止され電子装置として完成する。
【００２６】
また、本発明の配線基板９は、絶縁基板１の搭載部１ａから中間のセラミック層にかけて複数の第１の貫通導体３が形成されているとともに、中間のセラミック層の直下のセラミック層から下面にかけて複数の第２の貫通導体４が形成されており、第１および第２の貫通導体は、平面視で重なっていない。このように、絶縁基板１について、搭載部１ａから中間のセラミック層にかけて複数の第１の貫通導体３を形成するとともに、中間のセラミック層の直下のセラミック層から下面にかけて複数の第２の貫通導体４を形成すると、電子部品で発生した熱を、第１および第２の貫通導体３，４を介して絶縁基板１の下面側に伝達され外部に放熱することができるため、放熱性に優れた配線基板９を作成することができる。
【００２７】
また、第１および第２の貫通導体３，４は平面視で重なっていないことから、各貫通導体３，４と絶縁基板１との間に、電子部品による発熱，冷却の繰り返しによる熱膨張の応力で隙間ができたとしても、その隙間が、絶縁基板１の搭載部１ａから下面まで連なって貫通することはなく、その隙間を通して外気中の水分等の流入、あるいは気密性の劣化が生じることを効果的に防止することができる。これにより、電子部品が搭載される搭載部１ａの気密性を長期にわたって確保することが可能な、気密封止の信頼性に優れた配線基板９を提供することができる。
【００２８】
第１の貫通導体３と第２の貫通導体４とは平面視で重なっていないが、第１の貫通導体３で中間のセラミック層まで伝熱された熱は、熱伝導の抵抗の小さい第２の貫通導体４に向かって伝わるため、第１の貫通導体３と第２の貫通導体４との間で良好に熱の伝達を行うことができる。すなわち、第１の貫通導体３と第２の貫通導体４とが平面視で重なっていないことにより、両者の間で熱は伝わるが、外気中の水分等の伝達は遮断されるような伝熱経路を形成することができる。
【００２９】
第１の貫通導体３と第２の貫通導体４とは、後述するような隣接間隔で近くに位置させておくと、電子部品で発生する熱を第１の貫通導体３で効率良く吸収するとともに第２の貫通導体４で絶縁基板１の下面側に放熱することができ、配線基板９の放熱性を優れたものとすることができる。
【００３０】
本発明の第１および第２の貫通導体３，４は、平面視で円形状、楕円形状である。この場合、配線基板９の生産性がよくなり、また角部が無いので応力集中に起因して周囲にクラック等の破壊を生じることがない。
【００３１】
また、第２の貫通導体４は直径１００〜４００μｍ程度が好ましい。１００μｍ未満では、放熱性の点で不利であり、４００μｍを超えると、気密性の確保や絶縁基板１の機械的強度の維持の点で不利である。
【００３２】
また、第１の貫通導体３と第２の貫通導体４との隣接間隔は、１００〜１０００μｍが好ましい。隣接間隔が１００μｍ未満では、中間のセラミック層とその直下のセラミック層において積層時ずれが生じると、気密性が劣化するおそれあり、電子部品の気密封止の信頼性が低下するおそれがある。また、１０００μｍを超えると、放熱効果が不十分になるおそれがある。
【００３３】
また、第１の貫通導体３と第２の貫通導体４との境になる中間のセラミック層は、絶縁基板１の厚みの中心よりも若干下側に位置することが好ましい。これは、第２の貫通導体４と絶縁基板１との間に生じた隙間には、外気から水分等が侵入することが避けられない場合が多く、この場合、水分等の侵入する長さをできるだけ短くして、配線基板９の気密封止の信頼性をより確実に確保するためである。この理由から、中間のセラミック層は、絶縁基板１の厚みに対して下面側から厚みの１／５〜１／２の位置とすることが好ましい。
【００３４】
また、上述した接続パッド５は、配線導体２と接続するものに限らず、第２の貫通導体４と接続するようにして形成してもよい。接続パッド５について、第２の貫通導体４と接続するようにして、絶縁基板１の下面中央等に形成しておくとともに、接続パッド５を外部の放熱部材（いわゆるヒートシンク等）に接続することにより、配線基板９の放熱性をより一層優れたものとすることができるとともに、配線基板９（電子装置）の外部接続の機械的な強度をより一層強固なものとすることができる。
【００３５】
また、第１の貫通導体３と第２の貫通導体４とは、図１の例では１対１に対応させて形成しているが、例えば、１個の第１の貫通導体３に対して第２の貫通導体４を複数個形成するようにしてもよい。
【００３６】
さらに、絶縁基板１の下面に形成される接続パッド５は、全ての第２の貫通導体４の下端面に接続された広面積の面状の導体層であってもよい。この場合、第２の貫通導体４を伝熱した熱は面状の接続パッド５によって外部に効果的に放熱されることとなる。なお、この場合、第２の貫通導体４は、信号伝送用のものではなく、伝熱用のものまたは接地用のものである。
【００３７】
なお、本発明は上記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内であれば種々の変更は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・絶縁基板
２・・・配線導体
３・・・第１の貫通導体
４・・・第２の貫通導体
５・・・接続パッド
６・・・絶縁枠体
９・・・配線基板
【図１】
2005159087.tif 000003