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JP2006303335A - 電子部品搭載用基板及びそれを用いた電子装置 - Google Patents

電子部品搭載用基板及びそれを用いた電子装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 配線基板の接続パッドを外部電気回路基板の配線導体に硬く脆い鉛フリー半田を介して強固に接合する。
【解決手段】 周辺に溝状にキャスタレーション６を有する絶縁基体２のコーナーの下面側に位置する接続パッド５Ａに、コーナー方向の凹部５ａと辺方向にも凹部５ｂ、５ｂを形成し、接続パッド５Ａに対応する絶縁基体２のコーナー部２Ａに、コーナー方向と辺方向のキャスタレーション６ａと６ｂ、６ｂを形成した。この絶縁基体２に電子部品を搭載した電子装置の接続パッド５を外部電気回路基板に半田を介して実装する。この時絶縁基体２のコーナー部２Ａのコーナー方向と辺方向のキャスタレーション６ａと６ｂ、６ｂにも半田実装時に溶融した半田３１が吸い上げられ、キャスタレーション６ａと６ｂ、６ｂに半田フィレットが形成され、外力の掛かかり易いコーナーの半田接合強度が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板、およびそれを用いた電子装置に関するものである。
従来の電子部品搭載用基板、およびそれを用いた電子装置を図７〜９を用いて説明する。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１は、一般に、略四角板状のセラミックス材料などから成り、上面に電子部品搭載部４を有する絶縁基体２と、絶縁基体２の電子部品搭載部４より絶縁基体内部を介して側面に導出されている複数個の配線層３と、絶縁基体２の下面外周部に形成されている複数個の接続パッド５と、絶縁基体２の側面に形成されると共に、内壁面に導体７が被着され、導体７により各配線層３と各接続パッド５とを電気的に接続する複数個の溝状の凹部（キャスタレーション）６とにより構成されており、絶縁基体２の電子部品搭載部４に半導体素子１１などの電子部品を搭載すると共に、電子部品の信号用、接地用等の各電極を各配線層３にボンディングワイヤー１２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２上面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１３や、ガラスなどの透光性材料からなる蓋体１３にて、ロウ材や接着剤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１０を完成させている。
かかる電子装置１０は、絶縁基体２下面の外周部に形成した接続パッド５を外部電気回路基板２０の配線導体２１に錫−鉛半田等の半田３１を介して接続することによって外部電気回路基板２０に実装され、同時に電子部品の各電極は配線層３と溝状の凹部（キャスタレーション）６内壁面の導体７と接続パッド５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。その際、図５に示すように溝状の凹部（キャスタレーション）６内壁面の導体７に溶融した半田３１が吸い上げられて、半田フィレット３２が形成され、電子部品１０と外部電気回路基板２０とを電気的機械的に接続する役割を果たす。
また、導体７が被着される溝状の凹部６は、絶縁基体２の側面に、通常は半円形の横断面で、ほぼ同一の内径で垂直方向に形成されている。更に複数個の接続パッド５は一般に四角形状をなし、その一辺を絶縁基体の下面外周辺として絶縁基体の下面外周辺の略全体にわたって均一間隔に配列配置されている(例えば、特許文献１参照)。
特開２００３−６８９２１号公報
しかしながら、前述した従来の技術では、下記の様な問題点があった。
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−鉛半田に比べて硬く脆いという性質を有している。
更に、外部電気回路基板の配線導体に電子装置の接続パッドを上述した鉛フリー半田を介して接続し外部電気回路基板に電子装置を実装させた後、電子装置と外部電気回路基板に落下衝撃などの外部応力が作用し、電子装置の絶縁基体と外部電気回路基板との間に機械的な変形に起因する応力が発生した場合、接続パッドに接合する半田に亀裂等の機械的破壊が発生し、電子装置の外部電気回路基板に対する接続の信頼性が低下するという欠点を有していた。
特に、機械的応力による外部電気回路基板の変形が電子装置の辺の方向に発生すると、電子装置の各辺に設けた接続パッドのうちコーナーに位置するパッドは、キャスタレーションが接続パッドのコーナーに設けられているため、図１０（半導体装置を実装した後の図８のＡ−Ａ断面図）に示すように、基板の変形方向には十分な半田フィレット３２が形成されず、接合強度が劣るという問題点があった。
また、機械工学的に説明しても、コーナーに位置するパットは応力が集中してかかることになり、この部分の信頼性向上は電子装置、特に携帯電話等の落下させやすい機器においては、機器全体の信頼性向上にもつながる重要なものであった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接続パッドを外部電気回路基板の配線導体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な配線基板及びそれを用いた電子装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、上面に電子部品搭載部を有し、下面の少なくとも外周部に接続パッドを有する絶縁基体と、前記絶縁基体の側面に前記外周部の接続パッドから鉛直方向に形成され、内壁面に導体が被着された溝状の凹部とを具備する配線基板において、前記外周部の接続パッド１個に対し複数個の前記溝状の凹部が形成されるようにした。
このため、接続パッドと外部電気回路の配線導体とを鉛フリー半田等を用いて接合する際に、半田が複数の凹部それぞれの内壁面を伝って這い上がり、接続パッドと外部電気回路基板の配線導体との間にフィレットが形成されるので、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。
また、外部電気回路基板の配線導体に電子装置の接続パッドを鉛フリー半田等を介して接続し外部電気回路基板に電子装置を実装させた後、電子装置と外部電気回路基板に落下衝撃などの外部応力が作用し、電子装置の絶縁基体と外部電気回路基板との間に機械的な変形に起因する応力が発生したとしても、その応力の作用方向の接続パッドとキャスタレーションにフィレットが形成されるので、これによって接続パッドに接合する鉛フリー半田に機械的破壊を生じるのが有効に阻止され、電子装置の外部電気回路基板に対する接続の信頼性を極めて高いものとなすことができる。
本発明によれば、上面に電子部品搭載部を有し、下面の少なくとも外周部に接続パッドを有する絶縁基体と、前記絶縁基体の側面に前記外周部の接続パッドから鉛直方向に形成され、内壁面に導体が被着された溝状の凹部（キャスタレーション）とを具備する配線基板において、前記外周部の接続パッド１個に対し複数個の前記溝状の凹部が形成されるようにしたので、接続パッドと外部電気回路の配線導体とを鉛フリー半田等を用いて接合する際に、半田が複数の凹部それぞれの内壁面を伝って這い上がり、接続パッドと外部電気回路基板の配線導体との間に半田フィレットが形成されるので、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ようになった。
また、外部電気回路基板の配線導体に電子装置の接続パッドを鉛フリー半田等を介して接続し外部電気回路基板に電子装置を実装させた後、電子装置と外部電気回路基板に落下衝撃などの外部応力が作用し、電子装置の絶縁基体と外部電気回路基板との間に機械的な変形に起因する応力が発生したとしても、その応力の作用方向の接続パッドにキャスタレーションとフィレットを形成するので、これによって接続パッドに接合する鉛フリー半田に機械的破壊を生じるのが有効に阻止され、電子装置の外部電気回路基板に対する接続の信頼性を極めて高いものとなすことができるようになった。
次に、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づき詳細に説明する。
図１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例を示し、図２は、配線基板に半導体素子を搭載した半導体装置の例を示す。また、図３は、半導体装置の概略斜視図を、図４は、配線基板のコーナー部を裏面側から見た拡大斜視図を示す。
図１、図２について、２は絶縁基体、３は配線層、４は電子部品搭載部、５は接続パッド、６は絶縁基体２の側面に形成され、内壁面に導体７が形成された溝状の凹部（キャスタレーション）である。この絶縁基体２、配線層３、電子部品搭載部４、接続パッド５、導体が形成されている溝状の凹部６により半導体素子１１を搭載するための配線基板１が形成される。
絶縁基体２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１１を搭載する搭載部４を有し、該搭載部４に半導体素子１１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。
絶縁基体２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、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共に、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。
また絶縁基体２は、その上面の半導体素子１１が搭載される搭載部周囲から絶縁基体２の内部を介し側面にかけて複数個の配線層３が形成されており、この配線層３は、電子部品搭載部４に搭載される半導体素子１１の信号用、接地用の各電極を接続パッド５に接続するための導電路として作用し、電子部品搭載部４側の一端には半導体素子１１の信号用、接地用等の電極がボンディングワイヤー１２を介して電気的に接続される。
この配線層３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２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２の上面から絶縁基体２の内部を介し側面にかけて被着形成される。
更に前記絶縁基体２の下面外周部には複数個の接続パッド５が形成されており、該接続パッド５は外部電気回路基板の配線導体に鉛フリー半田を介して接続され、半導体素子１１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。
上記接続パッド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、上記配線層３と同様の方法によって絶縁基体２の下面外周部に所定形状に形成される。
また上記絶縁基体２は、その側面に複数個の溝状の凹部６（通常は、断面半円状）が形成されていると共に、その内壁面に導体７が被着されており、凹部６内壁面の導体は配線層３と接続パッド５とを電気的に接続する作用をする。
上記凹部６内壁面の導体は、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２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共に、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２の側面に所定形状に形成される。
そして、本発明では図１に示すように、絶縁基体２のコーナーの下面側に位置する接続パッド５Ａに、コーナー方向の凹部５ａのみならず辺方向にも凹部５ｂを形成し、接続パッド５Ａに対応する絶縁基体２のコーナー部２Ａに、コーナー方向の溝状の凹部（キャスタレーション）６ａのみならず辺方向にも溝状の凹部（キャスタレーション）６ｂを形成した。
図２について、上記絶縁基体２上面の電子部品搭載部４に半導体素子１１を搭載すると共に、半導体素子１１の信号用、接地用の各電極を配線層３にボンディングワイヤー１２を介して接続し、しかる後、絶縁基体２上面に蓋体１３で半導体素子１１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１０が完成する。
上記半導体装置１０は、絶縁基体２下面外周部の接続パッド５を外部電気回路基板２０の配線導体２１に半田３１を介して接合することによって外部電気回路基板２０上に実装され、同時に半導体素子１１の信号用、接地用の各電極が外部電気回路基板２０の配線導体２１に電気的に接続される。
本発明では、絶縁基体２のコーナーに位置する接続パッド５Ａにコーナー方向の凹部５ａのみならず辺方向にも凹部５ｂを形成すると共に、接続パッド５Ａに対応する絶縁基体２のコーナー部２Ａに、コーナー方向の凹部（キャスタレーション）６ａのみならず辺方向にも凹部（キャスタレーション）６ｂを形成したので、半田実装時に溶融した半田３１が辺方向のキャスタレーション６ｂにも吸い上げられ、凹部６ｂにも図５に示すような半田フィレット３２が形成される。
その結果、コーナーの接続パッド５Ａと外部電気回路基板２０の配線導体２１との間に十分な量の半田を介在させることができ、電子装置１０の配線基板１を外部電気回路基板２０に極めて強固に接合することができる。
そのため、図６に示すように落下衝撃など機械的応力が電子装置１０と外部電気回路基板２０に作用し、電子装置１０の絶縁基体２と外部電気回路基板２０との間に機械的な変形に起因する応力が発生した場合、その応力は主に応力の作用方向にあるコーナーの接続パッド５Ａと外部電気回路基板２０とを接合する半田に加わるが、その応力の作用方向の接続パッド５Ａに対しコーナー方向と辺方向のキャスタレーション６ａ、６ｂと半田フィレット３２が形成されているので、これによって接続パッド５に接合する鉛フリー半田に機械的な破壊を生じるのが有効に防止され、電子装置１０の外部電気回路基板２０に対する接続の信頼性を極めて高いものとなすことができる。
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。
また、絶縁基体材料についても、セラミックに限らずガラスエポキシやポリイミド等の有機材料であっても構わない。
本発明に係る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例を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図。 本発明に係る配線基板に半導体素子を搭載した半導体装置の一例を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図。 半導体装置を示す概略斜視図。 配線基板のコーナー部を裏面側から見た拡大斜視図。 外部電気回路基板に実装した半導体装置の配線基板凹部に形成される半田フィレットを示す斜視図。 半導体装置を外部電気回路基板に実装した後の図２のＡ部断面図を示す。 従来例に係る配線基板に半導体素子を搭載した半導体装置の一例を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図。 従来例に係る配線基板に半導体素子を搭載した半導体装置の一例を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図。 配線基板のコーナー部を裏面側から見た拡大斜視図。 半導体装置を外部電気回路基板に実装した後の図８のＡ部断面図を示す。
符号の説明
１…配線基板、半導体素子収納用パッケージ、 ２…絶縁基体、３…配線層、
４…電子部品搭載部、 ５、５Ａ…接続パッド、 ６、６ａ、６ｂ…溝状の凹部(キャスタレーション）、 ７、７ａ、７ｂ…凹部内周面の導体、
１０…半導体装置、電子装置、 １１…半導体素子、電子部品、 １２…ボンディングワイヤー、 １３…蓋体、 ２０…外部電気回路基板、 ２１…配線導体、 ３１…半田、 ３２…半田フィレット。

Claims (6)

  1. 上面に電子部品搭載部を有し、下面の少なくとも外周部に接続パッドを有する絶縁基体と、前記絶縁基体の側面に前記外周部の接続パッドから鉛直方向に形成され、内壁面に導体が被着された溝状の凹部とを具備する配線基板において、
    前記外周部の接続パッド１個に対し複数個の前記溝状の凹部が形成されていることを特徴とする配線基板。
  2. 上面に半導体素子が収容される凹部を有し、下面の少なくとも外周部に接続パッドを有する絶縁基体と、前記絶縁基体の側面に前記外周部の接続パッドから鉛直方向に形成され内壁面に導体が被着された溝状の凹部とを具備する半導体素子収納用パッケージにおいて、
    前記外周部の接続パッド１個に対し複数個の前記溝状の凹部が形成されていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
  3. 上面に電子部品が収容される凹部を有し、下面の少なくとも外周部に接続パッドを有する絶縁基体と、前記絶縁基体の側面に前記外周部の接続パッドから鉛直方向に形成され内壁面に導体が被着された溝状の凹部とを具備する電子部品収納用パッケージにおいて、
    前記外周部の接続パッド１個に対し複数個の前記溝状の凹部が形成されていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
  4. 請求項１に記載の配線基板に、電子部品を搭載した機能モジュール。
  5. 請求項２に記載の半導体素子収納用パッケージに、半導体素子を搭載した半導体装置。
  6. 請求項３に記載の電子部品収納用パッケージに、電子部品を搭載した電子装置。
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