(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子搭載部を有する四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の下面に外周から中央に向けて形成された多数の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から側面を介し前記接続パッドにかけて導出される複数個の配線導体とから成る配線基板であって、
前記絶縁基体下面のコーナーに外周から中央に向けて、中央側の外辺が円弧状の波形をなす四角形状の補助パッドを形成した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収納用パッケージ等に用いられる配線基板に関し、詳しくは実装した半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に長期間にわたり安定して電気的に接続させることができる配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子が搭載される配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その表面に半導体素子が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、絶縁基体の半導体素子搭載部またはその周辺から下面にかけて導出される、例えばタングステンやモリブデン等の金属粉末から成る複数個の配線導体と、絶縁基体の下面に形成され、前記配線導体と電気的に接続された複数個の平面四角形状をなす接続パッドとから構成されており、絶縁基体の搭載部に半導体素子をガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着剤を介して接着固定させるとともに半導体素子の各電極と配線導体とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、必要に応じて前記半導体素子を蓋体や封止樹脂で気密封止させることによって半導体装置となる。
【０００３】
かかる半導体装置は、外部電気回路基板上に、該外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとが、間に錫−鉛半田等の低融点ロウ材を挟んで対向するよう載置させ、しかる後、前記低融点ロウ材を約２００℃〜３００℃の温度で加熱溶融させ、外部電気回路基板の回路配線と絶縁基体下面の接続パッドとを接合させることにより外部電気回路基板に実装され、同時に配線基板に搭載されている半導体素子の各電極が配線導体および低融点ロウ材を介して外部電気回路基板に電気的に接続されることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体素子が搭載される配線基板は絶縁基体が酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等のセラミックス材料で形成されており、その熱膨張係数が約３×１０-6／℃〜７．５×１０-6／℃であるのに対し、外部電気回路基板は一般にガラスエポキシ樹脂等の樹脂材で形成されており、その熱膨張係数が３０×１０-6／℃〜５０×１０-6／℃であり、両者、大きく相異することから配線基板の接続パッドと外部電気回路基板の回路配線とを低融点ロウ材を介して接合させて外部電気回路基板上に半導体装置を実装した後、半導体素子の作動時に発する熱が配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板に繰り返し作用した場合、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に大きな熱応力が繰り返し発生し、これが配線基板の接続パッドと低融点ロウ材との接合界面に作用して低融点ロウ材に破断が発生してしまい、その結果、半導体素子と外部電気回路との電気的接続が短期間で破れてしまうという欠点があった。
【０００５】
そこで、上記欠点を解消するために絶縁基体のコーナー部に前記接続パッドと同じ材料、同じ方法によって四角形状の補助パッドを設けておき、この補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接続することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させるという手段が考えられる。
【０００６】
しかしながら、配線基板の絶縁基体のコーナー部に四角形状の補助パッドを設けた場合、外部電気回路基板上に配線基板を実装した直後は、補助パッドと外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等との接合が接続パッドと低融点ロウ材との間に作用する熱応力を除去し、接続パッドと低融点ロウ材との接合界面付近に破断が生じるのを有効に防止することができるものの続けて使用し、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が補助パッドと低融点ロウ材に繰り返し作用した場合、補助パッドと低融点ロウ材との接合界面（特に外縁部）に破断が発生して接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が発生するのを有効に防止することができなくなり、その結果、配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力によって接続パッドと低融点ロウ材との接合界面付近の低融点ロウ材に破断が発生し、半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を長期間にわたり維持することができないという欠点を有する。
【０００７】
特に、近時、配線基板の小型化が著しく、また、半導体素子等の電極数の増加に対応して接続パッドの数も多くなり、絶縁基体の下面に高密度で形成されるようになりつつあるため、補助パッドの面積をあまり大きくすることできず、配線基板と外部電気回路基板との接続信頼性の向上は、さらに難しくなってきている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、電気絶縁材料から成り、表面に半導体素子搭載部を有する四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の下面に外周から中央に向けて形成された多数の接続パッドと、前記絶縁基体の前記搭載部から側面を介し前記接続パッドにかけて導出される複数個の配線導体とから成る配線基板であって、前記絶縁基体下面のコーナーに外周から中央に向けて、中央側の外辺が円弧状の波形をなす四角形状の補助パッドを形成した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、絶縁基体下面のコーナーに外周から中央に向けて、中央側の外辺が円弧状の波形をなす四角形状の補助パッドを形成したことから、補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
また、補助パッドはその外縁部が円弧状の波形となっていることから、四角形状の補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合した後、補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が繰り返し、特に接合界面の外縁部に集中して作用したとしても、その熱応力は円弧状の波形の接合界面外縁部に沿って分散されて小さなものとなり、その結果、補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に破断を生じることは有効に防止され、補助パッドと低融点ロウ材との接合を強固として同時に接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって、半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付の図面を基にして詳細に説明する。
図１は、本発明の配線基板を使用した半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す断面図、図２はその底面図、図３は要部拡大底面図であり、１は絶縁基体、２は配線導体である。この絶縁基体１と配線導体２とで半導体素子３を搭載する配線基板４が構成される。
【００１２】
前記絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質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３が搭載収容される凹部１ａを有し、該凹部１ａ底面には半導体素子３がガラスや樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１３】
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、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すとともに該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型技術を採用してシート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、しかる後、前記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、最後に前記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。
【００１４】
また前記絶縁基体１は、その凹部１ａ周辺から側面を介し下面にかけて多数の配線導体２が被着形成されており、該配線導体２の凹部１ａ周辺部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続され、また絶縁基体１下面に導出された部位には配線導体２と電気的に接続する複数の平面四角形状をなす接続パッド６が形成されている。
【００１５】
前記配線導体２および接続パッド６は、半導体素子３の電極を外部電気回路に接続する作用をなし、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなり、タングステン等の高融点金属粉末に有機溶剤、溶媒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周辺から下面にかけて被着形成される。
【００１６】
また前記接続パッド６は、配線基板４を外部電気回路基板に実装する外部端子として作用し、低融点ロウ材７を介して外部電気回路基板８の回路配線８ａに接合され、これにより半導体素子３の電極が外部電気回路基板８の回路配線８ａと電気的に接続される。
【００１７】
更に前記絶縁基体１は、図２及び図３に示すように、下面の各コーナーに外周から中央に向けて、中央側の外辺が円弧状の波形をなす四角形状の補助パッド９が形成されており、該補助パッド９は外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材７を介して接合され、絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に生じる熱応力が接続パッド６と低融点ロウ材７との接合界面に作用するのを有効に防止する。
【００１８】
本発明においては、図３に示すように、絶縁基体１の中央側における補助パッド９の外辺を円弧状の波形としておくことが重要である。
【００１９】
前記補助パッド９の外辺を円弧状の波形としておくと、補助パッド９を外部電気回路基板８に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材７を介し接合した後、補助パッド９と低融点ロウ材７との接合界面に配線基板４の絶縁基体１と外部電気回路基板８との間に発生する熱応力が繰り返し、特に接合界面の外縁部に集中して作用したとしても、その熱応力は円弧状の波形の接合界面外縁部に沿って分散されて小さなものとなり、その結果、補助パッド９と低融点ロウ材７との接合界面に破断を生じることは有効に防止され、補助パッド９と低融点ロウ材７との接合を強固として同時に接続パッド６と低融点ロウ材７との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって、半導体素子３と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【００２０】
なお、前記外辺が円弧状の波形をなす補助パッド９は、隣接する接続パッド６との電気絶縁性を確保するために、波高部の位置は波形の中心線Ａ−Ａと隣接する接続パッド６との間隔の１／２以下の位置となるようにしておくことが好ましく、また補助パッド９と低融点ロウ材７との接合強度を確保するため、波底部の位置は補助パッドの幅の１／３以下の位置としておくことが好ましい。
【００２１】
また、前記補助パッド９はその外辺の波形の部分が図３に示すような円弧状である。
【００２２】
更に前記補助パッド９は、前述の配線導体２や接続パッド６と同一材料、同一方法によって絶縁基体１の下面コーナーに形成され、具体的には例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなり、タングステン等の高融点金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを複数回に分けて絶縁基体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の各コーナーに被着形成される。
【００２３】
かくして本発明の配線基板によれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をガラスや樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定するとともにこの半導体素子３の各電極を配線導体２にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に金属やセラミックスから成る蓋体１０をガラスや樹脂、ロウ材等の封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体１０とから成る容器内部に半導体素子３を気密に封止することによって製品としての半導体装置が完成する。
【００２４】
なお、本発明の配線基板は上述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であれば種々の変更は可能であり、例えば、前記配線導体２、接続パッド６および補助パッド９の露出する領域にニッケルまたは銅を１μｍ〜１０μｍ、金を０．０５μｍ〜５μｍの厚さで順次、被着させておくと、配線導体２、接続パッド６および補助パッド９の酸化腐食を効果的に防ぐことができるとともに、接続パッド６および補助パッド９に対し低融点ロウ材７を、配線導体２に対しボンディングワイヤ５を強固に接合、接続させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体下面のコーナーに外周から中央に向けて、中央側の外辺が円弧状の波形をなす四角形状の補助パッドを形成したことから、補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合することによって接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを有効に防止し、接続パッドと低融点ロウ材との接合を強固として半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
また、補助パッドはその外縁部が円弧状の波形となっていることから、四角形状の補助パッドを外部電気回路基板に設けたダミーのパッド等に低融点ロウ材を介し接合した後、補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に配線基板の絶縁基体と外部電気回路基板との間に発生する熱応力が繰り返し、特に接合界面の外縁部に集中して作用したとしても、その熱応力は円弧状の波形の接合界面外縁部に沿って分散されて小さなものとなり、その結果、補助パッドと低融点ロウ材との接合界面に破断を生じることは有効に防止され、補助パッドと低融点ロウ材との接合を強固として同時に接続パッドと低融点ロウ材との間に熱応力が作用するのを長期間にわたり有効に防止することが可能となって、半導体素子と外部電気回路との電気的接続の信頼性をより一層、長期間にわたり維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線基板の底面図である。
【図３】図１に示す配線基板の要部拡大底面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
２・・・・配線導体
３・・・・半導体素子
４・・・・配線基板
５・・・・ボンディングワイヤ
６・・・・接続パッド
７・・・・低融点ロウ材
８・・・・外部電気回路基板
８ａ・・・回路配線
９・・・・補助パッド
１０・・・蓋体
【図１】
0003838940.tif 000002
【図２】
0003838940.tif 000003
【図３】
0003838940.tif 000004