(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に電子部品を収容するための凹部を有する絶縁基体と、前記絶縁基体の上面に形成され、前記凹部を取り囲む枠状の金属層と、前記絶縁基体の凹部内に一端が、側面に他端が導出されている複数個の配線導体と、前記絶縁基体の下面外周部に形成されている複数個の接続パッドと、前記絶縁基体の側面に形成され、前記配線導体および枠状の金属層と接続パッドとを接続する複数個のキャスタレーション導体とから成る配線基板であって、前記枠状の金属層と接続パッドとを接続するキャスタレーション導体は接続パッドから導出する第１領域と、枠状の金属層から導出する第２領域とから成り、前記第１領域と第２領域は絶縁基体側面の幅方向に位置がずれているとともに前記絶縁基体内部に形成された内部配線層を介して接続されており、かつ前記絶縁基体は凹部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を有しており、該膨出部の上面に枠状の金属層が延出している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、半導体素子や圧電振動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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するための配線基板は、一般に、略四角板状のセラミックス材料から成り、上面に電子部品を搭載収容する凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の凹部内に一端が、側面に他端が導出されている複数個の配線導体と、前記絶縁基体の上面で、前記凹部を取り囲むように形成されている枠状の金属層と、前記絶縁基体の下面外周部に形成されている複数個の接続パッドと、前記絶縁基体の側面に形成され、前記配線導体と各接続パッドとを電気的に接続する複数個のキャスタレーション導体とにより構成されており、絶縁基体の凹部底面に電子部品を搭載するとともに、電子部品の信号用、接地用等の各電極を各配線導体のうち絶縁基体の凹部内に導出されている一端上にボンディングワイヤ等の導電性接続部材を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体上面の枠状の金属層に電子部品を覆うようにして鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等から成る金属製の蓋体をロウ材等を介して接合し電子部品を封止することによって電子装置となる。
【０００３】
かかる電子装置は、絶縁基体下面の外周部に形成した接続パッドを外部電気回路基板の回路配線に錫−鉛半田等の半田を介して接続することによって外部電気回路基板に実装され、同時に電子部品の各電極は配線導体の一端側から他端を経てキャスタレーション導体と接続されるとともに、キャスタレーション導体と接続パッドとを介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
なお、前記キャスタレーション導体のうち、少なくとも電子部品の接地用の電極が接続されるもの（通常、全接続パッド中約２０〜５０％）は、一部が絶縁基体上面に形成されている枠状の金属層まで導出されており、枠状の金属層を接地できるようになっている。
【０００５】
また前記各キャスタレーション導体は絶縁基体の側面に垂直方向に形成されており、枠状の金属層と接続されるキャスタレーション導体は絶縁基体の側面で下面部から上面部にかけて形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時、各種電子装置は環境、人体に対する悪影響を防止するため従来使用されている錫−鉛半田に代わり、錫−銀−ビスマス系、錫−銀−銅−ビスマス系等の鉛を含有しない、いわゆる鉛フリー半田を用いて外部電気回路基板に接続されるようになってきており、かかる鉛フリー半田は、従来の錫−鉛半田に比べて溶融時に流れやすいため電子装置を外部電気回路基板に実装するとき、半田がキャスタレーション導体を伝って絶縁基体上面の枠状の金属層や枠状の金属層に取着されている金属製蓋体にまで這い上がり、その結果、絶縁基体の接続パッドと、外部電気回路の回路配線との間に介在する半田の量が極めて少量となり、電子装置を外部回路基板に強固に実装することができないという欠点を有していた。また、配線基板の著しい小型化に伴い、枠状の金属層も、幅が狭く、かつ絶縁基体の外縁近くにまで形成されるようになっているため、枠状の金属層とキャスタレーション導体の第２領域との接続する部分で、第２領域が枠状の金属層を内側に抉るようになると、この接続部位で枠状の金属層の幅が狭くなり、枠状の金属層に金属製の蓋体をロウ材等を介して接合させた場合、枠状の金属層と金属製の蓋体との間に介在するロウ材の量が不足し、電子部品の気密封止の信頼性が低下するという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、接続パッドを外部電気回路基板の回路配線に鉛フリー半田を介して強固に接合し、それにより外部電気回路基板に強固にかつ高信頼性で実装することが可能で、かつ電子部品の気密封止の信頼性に優れた配線基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上面に電子部品を収容するための凹部を有する絶縁基体と、前記絶縁基体の上面に形成され、前記凹部を取り囲む枠状の金属層と、前記絶縁基体の凹部内に一端が、側面に他端が導出されている複数個の配線導体と、前記絶縁基体の下面外周部に形成されている複数個の接続パッドと、前記絶縁基体の側面に形成され、前記配線導体および枠状の金属層と接続パッドとを接続する複数個のキャスタレーション導体とから成る配線基板であって、前記枠状の金属層と接続パッドとを接続するキャスタレーション導体は接続パッドから導出する第１領域と、枠状の金属層から導出する第２領域とから成り、前記第１領域と第２領域は絶縁基体側面の幅方向に位置がずれているとともに前記絶縁基体内部に形成された内部配線層を介して接続されており、かつ前記絶縁基体は凹部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を有しており、該膨出部の上面に枠状の金属層が延出していることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体上面に形成されている枠状の金属層と絶縁基体下面に形成されている接続パッドとを電気的に接続するキャスタレーション導体を、接続パッドから導出する第１領域と、金属層から導出する第２領域とにより構成するとともに、前記第１領域と第２領域を絶縁基体側面の幅方向に位置をずらせたことから接続パッドと外部電気回路の回路配線とを鉛フリー半田を用いて接合したとしても、鉛フリー半田がキャスタレーション導体を伝って枠状の金属層や金属製蓋体にまで這い上がることはなく、その結果、接続パッドと外部電気回路基板の回路配線との間に十分な量の半田を介在させることができ、配線基板（電子装置）を外部電気回路基板に極めて強固に接合することができる。
【００１０】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体は凹部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を有しており、該膨出部の上面に枠状の金属層が延出していることから、配線基板の小型化にともない、枠状の金属層の幅が狭くなるとともに絶縁基体の外縁付近にまで形成されるようになるとともに、キャスタレーション導体の第２領域と接続する部分で、第２領域が枠状の金属層を内側に抉るようになったとしても、枠状の金属層の幅を確保することができ、枠状の金属層に金属製の蓋体をロウ材等を介して接合させた場合、枠状の金属層と金属製の蓋体との間に十分な量のロウ材を介在させることができ電子部品の気密封止の信頼性を確保することができる。
【００１１】
また本発明の配線基板によれば、前記絶縁基体の膨出部は隣接する配線導体の一端間の領域に形成されていることから、膨出部を設けるために余分なスペースを凹部内に確保する必要はなく、配線基板の小型化を容易なものとすることができる。
【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。図１（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一実施例を示し、１は絶縁基体、２は配線導体、３は枠状の金属層（以下、「枠状金属層」という。）、４は接続パッド、５はキャスタレーション導体である。この絶縁基体１、配線導体２、枠状金属層３、接続パッド４及びキャスタレーション導体５により半導体素子６を搭載するための配線基板７が形成される。
【００１３】
前記絶縁基体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、ガラスセラミック焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子６を搭載収容する凹部１ａを有し、該凹部１ａ底面に半導体素子６がガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１４】
前記絶縁基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、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ー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなし、次に前記セラミックスラリーを従来周知の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しシート状となして所定形状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る、最後に前記セラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１５】
また前記絶縁基体１は、その上面の半導体素子６が搭載される凹部１ａ内に一端が、側面に他端が導出されるようにして複数個の配線導体２が形成されており、該配線導体２は半導体素子６の信号用、接地用の各電極を接続パッド４に接続するための導電路として作用し、凹部１ａ内に露出する一端上には半導体素子６の信号用、接地用等の電極がボンディングワイヤ８を介して電気的に接続される。
【００１６】
前記配線導体２はタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末から成り、タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダーや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パターンに印刷塗布しておくことによって絶縁基体１の凹部１ａ内に一端が、側面に他端が導出されるようにして被着形成される。
【００１７】
前記絶縁基体１はまたその上面で、半導体素子６が搭載される凹部１ａを取り囲むようにして枠状金属層３が被着されており、該枠状金属層３は後述する金属製蓋体９を絶縁基体１に取着させる際の下地金属層として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末により形成されている。
【００１８】
前記枠状金属層３には金属製蓋体９がロウ材を介してロウ付け取着され、これによって絶縁基体１の凹部内に搭載収容されている半導体素子６は大気から気密に封止されることとなる。
【００１９】
なお、前記枠状金属層３は前述の配線導体２と同様の方法によって絶縁基体１の上面で、凹部１ａを取り囲むように形成される。
【００２０】
更に前記絶縁基体１の下面外周部には複数個の接続パッド４が形成されており、該接続パッド４は外部電気回路基板の回路配線に鉛フリー半田を介して接続され、半導体素子６の信号用、接地用の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をなす。
【００２１】
前記接続パッド４は、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末より成り、前述の配線導体２と同様の方法によって絶縁基体１の下面外周部に所定形状に形成される。
【００２２】
また更に前記絶縁基体１はその側面に複数個のキャスタレーション導体５（絶縁基体１の側面に断面半円状の溝部を設け、該溝部内に形成されている導体）が被着されており、該キャスタレーション導体５は配線導体２と接続パッド４とを電気的に接続する作用をなす。
【００２３】
前記キャスタレーション導体５はタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム等の金属粉末より成り、絶縁基体１となるセラミックグリーンシートの側面に打ち抜き加工法により半円形の凹部を形成するとともに該凹部内にタングステン等の金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって絶縁基体１の側面に所定形状に形成される。
【００２４】
前記キャスタレーション導体５はまた半導体素子６の接地用の電極と導通する配線導体２に接続されるものについては一部が絶縁基体１上面の枠状金属層３にまで導出されており、枠状金属層３を接地するようになっている。
【００２５】
なお、前記配線導体２、枠状金属層３、接続パッド４及びキャスタレーション導体５は、その露出する表面に、ニッケル、金等の耐蝕性やボンディングワイヤ８のボンディング性、半田の濡れ性等が良好な金属から成るめっき層を被着させておくと配線導体２や枠状金属層３等の酸化腐食を有効に防止することができるとともに枠状金属層３への金属製蓋体９の取着、接続パッド４の外部電気回路基板への接続が確実、強固となる。従って、前記配線導体２、枠状金属層３、接続パッド４及びキャスタレーション導体５は、その露出する表面に、ニッケル、金等の耐蝕性やボンディング性、半田の濡れ性等が良好な金属をめっき法により被着させておくことが好ましく、特に、例えば、厚さ１〜１０μｍのニッケルめっき層、０．０５〜３μｍの厚さの金めっき層を順次被着させておくことが好ましい。
【００２６】
この場合、金めっき層の厚みは、被着する部位や金めっき層の結晶配向等に応じて異なる厚みとしてもよく、例えば、金めっき層のＸ線回折における結晶配向を極力（１１１）面に揃えるようにするとともに、ボンディングワイヤ８が接続される領域も含め、全域で約０．３〜１μｍとするようにしてもよく、半田付け用の領域のみ約０．３μｍ以下の薄いものとし、錫−金の脆い金属間化合物の生成を抑えて半田付けの信頼性を高めるようにしてもよい。
【００２７】
かくして本発明の配線基板７によれば、絶縁基体１上面の凹部１ａに半導体素子６を搭載収容するとともに半導体素子６の信号用、接地用の各電極を配線導体２の凹部１ａ内に導出する一端上にボンディングワイヤ８を介して接続し、しかる後、絶縁基体１上面の枠状金属層３に鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等からなる金属製蓋体９をロウ材等を介して接合させ、金属製蓋体９で半導体素子６を気密に封止することによって製品としての電子装置（半導体装置）が完成する。
【００２８】
なお、この半導体装置は絶縁基体１下面外周部の接続パッド４を外部電気回路基板の回路配線に鉛フリー半田を介して接合することによって外部電気回路基板上に実装され、同時に半導体素子６の信号用、接地用の各電極が外部電気回路基板の回路配線に電気的に接続される。
【００２９】
本発明の配線基板７においてはキャスタレーション導体５のうち枠状金属層３と接続パッド４とを接続しているキャスタレーション導体５ａを図２に示すように接続パッド４から導出する第１領域５ｂと、枠状金属層３から導出する第２領域５ｃとに分け、第１領域５ｂと第２領域５ｃとを絶縁基体１側面の幅方向に位置をずらせておくとともに絶縁基体１内部で内部配線層１０を介して電気的に接続しておくことが重要である。
【００３０】
前記枠状金属層３と接続パッド４とを接続しているキャスタレーション導体５ａを接続パッド４から導出する第１領域５ｂと、枠状金属層３から導出する第２領域５ｃとに分け、各々を絶縁基体１側面の幅方向に位置をずらせておくと接続パッド４と外部電気回路の回路配線とを鉛フリー半田を用いて接合したとしても、鉛フリー半田がキャスタレーション導体を伝って枠状金属層３や金属製蓋体９にまで這い上がることはなく、その結果、接続パッド４と外部電気回路基板の回路配線との間に十分な量の半田を介在させることができ、配線基板（電子装置）を外部電気回路基板に極めて強固に接合することができる。
【００３１】
前記枠状金属層３と接続パッド４とを接続しているキャスタレーション導体５ａの第１領域５ｂと第２領域５ｃとの分割位置は、使用する半田の種類や、絶縁基体１の厚さ、配線導体２の設計上の都合等に応じて適宜決めるようにすればよく、例えば、キャスタレーション導体５ａが直径０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの半円状で、半田として錫−銀系半田を用いる場合であれば、第１領域５ｂの長さを０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲とすればよい。
【００３２】
また本発明の配線基板７においては、図２および図３に示すように、絶縁基体１の凹部１ａ内壁面で隣接する配線導体２の一端間の領域に膨出部１１を設けるとともに、該膨出部１１の上面に枠状金属層３を延出させておくことが重要である。
【００３３】
このように膨出部１１を設けるとともにその上面に枠状金属層３を延出させておくと、配線基板７の小型化にともない、枠状金属層３の幅が狭くなるとともに絶縁基体１の外縁付近にまで形成されるようになるとともに、キャスタレーション導体５ａの第２領域５ｃと接続する部分で、第２領域５ｃが枠状金属層３を内側に抉るようになったとしても、枠状金属層３の幅を確保することができ、枠状金属層３に金属製の蓋体９をロウ材等を介して接合させた場合、枠状金属層３と金属製の蓋体９との間に十分な量のロウ材を介在させることができ半導体素子６の気密封止の信頼性を確保することができる。
【００３４】
前記膨出部１１は、絶縁基体１の凹部１ａ内壁面で配線導体２の一端が導出されている部位と重なるようにして形成すると、配線導体２の一端にボンディングワイヤ８を接続させるため、この膨出部１１の分だけ配線導体２を凹部１ａ内に延ばして形成する必要が生じ、配線基板７の小型化が妨げられてしまう。したがって、前記膨出部１１は、その設ける位置を、絶縁基体１の凹部１ａ内壁面で隣接する配線導体２の一端間の領域とする必要がある。
【００３５】
また、膨出部１１は、キャスタレーション導体５ａの第２領域５ｃが枠状金属層３と接続する部位（枠状金属層３の幅が狭くなる部位）に形成する必要があり、このためには、隣接する配線導体２の一端間の領域に対向する絶縁基体１の側面部位にキャスタレーション導体５ａの第２領域５ｃを位置させる必要がある。
【００３６】
このような膨出部１１は、枠状金属層３が上面に被着形成されるセラミックグリーンシートを、一部に膨出部１１となるような部分が形成されるようにして打ち抜き加工することにより形成することができる。
【００３７】
なお、前記膨出部１１は、キャスタレーション導体５ａの第２領域５ｃにより抉られた枠状金属層３の形状とほぼ同一形状となるようにして形成しておくと、枠状金属層３の幅を全周でほぼ均一とすることができ、気密封止の信頼性をより一層確実に確保することができる。したがって、前記突出部３ａは、キャスタレーション導体５ａの第２領域５ｃにより削り取られた枠状金属層３の形状とほぼ同一形状となるようにして形成しておくことが好ましい。
【００３８】
この場合、膨出部１１の膨出する最大寸法が０．５ｍｍを超えるようになると、凹部１ａ内に対する膨出距離が大きくなり、配線基板７の小型化が難しくなるおそれがある。従って、前記膨出部１１は、膨出する最大寸法を０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
また、前記キャスタレーション導体５ａの接続パッド４から導出する第１領域５ｂは、図４に示すように、その内側に突出する突起部１２を形成しておけば接続パッド４を外部電気回路基板の回路配線に半田を介して接合するとき、前記突出部１２が半田の中に食い込むようにして接合されて接合強度がより一層強固となる。従って、前記キャスタレーション導体５ａの接続パッド４から導出する第１領域５ｂは、図４に示すように、その内側に突出する突起部１２を形成しておくことが好ましい。
【００４０】
なお、本発明は上述の実施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り、例えば、上述の実施例では本発明の配線基板を半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに適用したが、混成集積回路基板等の他の用途に適用してもよい。
【００４１】
また、上述の実施例の添付図面では、膨出部を配線導体の近くに設けた例を示したが、配線導体やキャスタレーション導体の配置に応じて、膨出部を隣接する配線導体の中央部に設けてもよく、またひとつの隣接間内に２個以上の膨出部を設けてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体上面に形成されている枠状金属層と絶縁基体下面に形成されている接続パッドとを電気的に接続するキャスタレーション導体を、接続パッドから導出する第１領域と、金属層から導出する第２領域とにより構成するとともに、前記第１領域と第２領域を絶縁基体側面の幅方向に位置をずらせたことから接続パッドと外部電気回路の回路配線とを鉛フリー半田を用いて接合したとしても、鉛フリー半田がキャスタレーション導体を伝って枠状金属層や金属製蓋体にまで這い上がることはなく、その結果、接続パッドと外部電気回路基板の回路配線との間に十分な量の半田を介在させることができ、配線基板（電子装置）を外部電気回路基板に極めて強固に接合することができる。
【００４３】
また本発明の配線基板によれば、絶縁基体は凹部内壁面で隣接する配線導体の一端間の領域に膨出部を有しており、該膨出部の上面に枠状金属層が延出していることから、配線基板の小型化にともない、枠状金属層の幅が狭くなるとともに絶縁基体の外縁付近にまで形成されるようになるとともに、キャスタレーション導体の第２領域と接続する部分で、第２領域が枠状金属層を内側に抉るようになったとしても、枠状金属層の幅を確保することができ、枠状金属層に金属製の蓋体をロウ材等を介して接合させた場合、枠状金属層と金属製の蓋体との間に十分な量のロウ材を介在させることができ電子部品の気密封止の信頼性を確保することができる。
【００４４】
また本発明の配線基板によれば、前記絶縁基体の膨出部は隣接する配線導体の一端間の領域に形成されていることから、膨出部を設けるために余分なスペースを凹部内に確保する必要はなく、配線基板の小型化を容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の配線基板の一実施例を示す側面図、平面図、底面図である。
【図２】本発明の配線基板の要部拡大斜視図である。
【図３】本発明の配線基板の要部拡大平面図である。
【図４】本発明の配線基板の他の実施例の要部拡大図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・凹部
２・・・・・配線導体
３・・・・・枠状の金属層
４・・・・・接続パッド
５・・・・・キャスタレーション導体
５ａ・・・・接続パッドと枠状金属層とを接続しているキャスタレーション導体５ｂ・・・・第１領域
５ｃ・・・・第２領域
６・・・・・半導体素子
７・・・・・配線基板
８・・・・・ボンディングワイヤ
９・・・・・蓋体
１０・・・・内部配線層
１１・・・・膨出部
１２・・・・突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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