JP4172789B2

JP4172789B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP4172789B2
Application number: JP2003396935A
Authority: JP
Inventors: 武士吉元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: JP2005159094A

Description

本発明は、半導体集積回路素子や光半導体素子等の半導体素子を搭載するための配線基板に関するものである。

従来、例えば半導体集積回路素子や光半導体素子等の半導体素子を搭載するための配線基板は、複数のセラミック層が積層されて成る四角形状の絶縁基体と、絶縁基体の一方主面に形成された半導体素子接続用の複数の接続パッドと、絶縁基体の他方主面に形成された複数の外部接続パッドと、絶縁基体の内部に形成されて接続パッドおよび外部接続パッドを電気的に接続する内部配線とを具備した構造である。

なお、一般に、セラミック層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等のセラミック焼結体により形成され、接続パッドや外部接続パッド，内部配線等はタングステンやモリブデン、銅等の金属材料により形成される。

このような配線基板は、例えば、酸化アルミニウム等の原料粉末を樹脂バインダーとともにシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、次に、タングステン等の金属粉末を有機溶剤，樹脂バインダーとともに混練して得た金属ペーストをセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に所定パターンに印刷し、次に、複数のグリーンシートを上下に積層して高温で焼成することにより製作される。

この配線基板の一方主面に半導体素子を搭載するとともに、半導体素子の電極をはんだ等の接続部材を介して接続パッドと電気的に接続することにより半導体素子の実装が行なわれ、必要に応じて半導体素子を蓋体等で封止することにより半導体装置として完成する。

この半導体装置について、他方主面に形成された外部接続パッドを外部の電気回路基板にはんだ等を介して電気的に接続することにより、半導体素子の電極が接続パッド，内部配線および外部接続パッドを介して外部の電気回路と電気的に接続される。

なお、半導体素子を配線基板に搭載するとともに、半導体素子の下面の電極を配線基板の接続パッドに接続するときの位置合わせは、電極が半導体素子本体の下側に隠れて位置がわかりにくいことから、通常、絶縁基体の外辺を基準として行われる。すなわち、画像認識装置等で配線基板を上から見て絶縁基体の外辺の位置を認識するとともに、この外辺の位置を基準として予め設定した所定位置に半導体素子を移動させることにより行われる。
特開２００２−３５３６２３号公報特開２０００−３１５８６４号公報

しかしながら、上記の従来の配線基板においては、絶縁基体を形成するセラミック層となるグリーンシートを積層するときに、上下のグリーンシートの積層位置が若干ずれる場合があり、このような積層位置ずれにより、グリーンシートの外辺部分が上下の層間でずれてしまい、絶縁基体の側面に凹凸を生じてしまうという問題があった。絶縁基体の側面に凹凸が生じると、絶縁基体を平面視したときの外辺の位置が一定しないため、この外辺を基準としての半導体素子の位置合わせが非常に難しくなるという問題が発生する。

例えば、絶縁基体を形成するセラミック層のうち接続パッドが形成された一方主面側のセラミック層の外辺よりも外側に他のセラミック層の外辺が出てしまうと、半導体素子を配線基板に実装するときに、この外側に出たセラミック層の外辺を基準として半導体素子が配線基板に対して位置決めされることになるので、基準位置から接続パッドまでの距離が、予め設定した一方主面側のセラミック層の外辺からの距離と異なってしまい、半導体素子の電極を配線基板の接続パッドに正確に接続することができなくなってしまう。

特に、近時、半導体素子の小型化，高集積化にともない、接続パッドはその直径が７５μｍ以下、隣接間隔が７５μｍ以下程度と非常に微細化，高密度化しているので、わずかな位置のずれでも、接続パッドに対する接触不良や電気的短絡等の接続不良を生じてしまう。

また、半導体素子の電極と配線基板の接続パッドとを接続するはんだ等の接続部材として、従来の錫−鉛系のはんだに代わり、錫−銀系はんだ等のいわゆる鉛フリーはんだが用いられるようになってきており、このような鉛フリーはんだは、従来の錫−鉛系のはんだに比べて接続しにくかったり、接続時に流れ出し易かったりする傾向があるため、上記のような接続不良等の問題の発生がより顕著なものとなってきている。

本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、半導体素子の電極を接続パッドに位置合わせを正確として確実に接続することが可能な配線基板を提供することにある。

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四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の一方主面に形成された半導体素子接続用の複数の接続パッドと、前記絶縁基体の他方主面に形成された複数の外部接続パッドと、前記絶縁基体の内部に形成されて前記接続パッドおよび前記外部接続パッドを電気的に接続する内部配線とを具備しており、前記接続パッドが形成された前記セラミック層の外形寸法がそれ以外の前記セラミック層の外形寸法よりも大きいことにより、上から見たときの外辺が前記接続パッドが形成された前記セラミック層の外辺であることを特徴とするものである。

本発明の配線基板によれば、接続パッドが形成されたセラミック層の外形寸法がそれ以外のセラミック層の外形寸法よりも大きいことから、配線基板を上から見たときの外辺は、常に接続パッドが形成されたセラミック層の外辺であり、一定であることから、また、このセラミック層の外辺に対して接続パッドは確実に所定の位置関係で形成することができることから、半導体素子を配線基板に搭載して電極を接続パッドに接続するときの位置合わせを確実に正確に行わせることができ、半導体素子の実装の信頼性を極めて優れたものとすることができる。

本発明の配線基板について図面に基づき以下に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は複数のセラミック層２が積層されて成る四角形状の絶縁基体、２はセラミック層、３は接続パッド、４は外部接続パッド、４は内部配線である。これら絶縁基体１，セラミック層２，接続パッド３，外部接続パッド４，内部配線５により、本発明の配線基板９が基本的に構成される。

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，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁材料から成るセラミック層２が複数積層されることにより形成されている。

この絶縁基体１は、例えば各セラミック層２が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には以下のようにして作製される。まず、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を作製し、このセラミック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を採用してシート状となすことによって、四角板状の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。しかる後、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の積層体と成す。この積層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絶縁基体１が製作される。

絶縁基体１の一方主面には、半導体素子の電極を接続するための接続パッド３が複数形成されている。接続パッド３は、円形状、楕円形状等であり、接続される半導体素子（図示せず）の電極の配列に合わせて、格子状等に配列形成されている。また、絶縁基体１の他方主面には、複数の外部接続パッド４が形成されている。これらの接続パッド３と外部接続パッド４とは、絶縁基体１の内部に形成された内部配線５を介して電気的に接続されている。外部接続パッド４は配線基板を外部接続するための外部接続用の端子として機能し、内部配線５は、接続パッド３と外部接続パッド４とを電気的に接続する導電路として機能する。

そして、配線基板９の一方主面に半導体素子（図示せず）を搭載するとともに、半導体素子の下面に形成されている電極（図示せず）を配線基板の接続パッド３にはんだ等の接続部材を介して電気的に接続するとともに、必要に応じて半導体素子を蓋体や封止用樹脂等の封止材（図示せず）で封止することにより、半導体素子が配線基板に実装されて半導体装置が形成される。

この半導体装置について、絶縁基体１下面の外部接続パッド４をはんだ等を介して電気的，機械的に接続することにより、半導体装置の外部電気回路に対する実装が行なわれ、半導体素子の電極が、接続パッド３，内部配線５および外部接続パッド４を介して外部電気回路と電気的に接続される。

なお、接続パッド３，内部配線５および外部接続パッド４は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金等の金属材料により形成されている。接続パッド３，内部配線５および外部接続パッド４は、例えば、それぞれがタングステンからなる場合、タングステンの粉末に有機溶剤，樹脂バインダ等を添加混練して金属ペーストを作製し、この金属ペーストをセラミック層２となるグリーンシートにスクリーン印刷法等で所定パターンに印刷しておくこと等により形成される。

本発明の配線基板９において、接続パッド３が形成されたセラミック層２の外形寸法がそれ以外のセラミック層２の外形寸法よりも大きい。これにより、配線基板９を上から見たときの外辺は、常に接続パッド３が形成されたセラミック層２の外辺であり、一定であることから、また、このセラミック層２の外辺に対して接続パッド３は確実に所定の位置関係で形成することができることから、半導体素子を配線基板９に搭載して電極を接続パッド３に接続するときの位置合わせを確実に正確に行わせることができ、半導体素子の実装の信頼性を極めて優れたものとすることができる。

接続パッド３をセラミック層２の外辺に対して常に一定の距離（位置）で形成するには、例えばセラミック層２となるグリーンシートに接続パッド３となる金属ペーストを印刷する際に、印刷用の製版をグリーンシートの外辺を基準として位置合わせしてセットし、印刷を行うようにすればよい。

接続パッド３が形成されたセラミック層２の外形寸法は、それ以外のセラミック層の外形寸法に対して、少なくとも１００μｍ大きくなるようにしておくことが好ましい。この外形寸法の差が１００μｍ未満では、セラミック層２となるグリーンシートの積層位置ずれの程度が大きくなったときに、接続パッド３が形成されたセラミック層２以外のセラミック層２の外辺が、接続パッド３が形成されたセラミック層２の外辺よりも外側に出てしまうおそれがあり、半導体素子の搭載時の位置合わせの精度が低下するおそれがある。

また、この外形寸法の差が１ｍｍを超えると、外形寸法の大きなセラミック層２の１層だけが絶縁基体１の外側に出た形状になるので、この外周部分の機械的強度が弱くなって欠け等の不具合が生じやすくなる。従って、接続パッド３が形成されたセラミック層２の外形寸法は、それ以外のセラミック層の外形寸法に対して、１００μｍ乃至１ｍｍの範囲で大きくなるようにしておくことが好ましい。

また、接続パッド３が形成されたセラミック層２の外形寸法をそれ以外のセラミック層２の外形寸法よりも大きくするに際して、平面視形状が四角形であるセラミック層２の角部についてはすべての外形寸法を同じにするのがよい。この場合、配線基板９を画像認識装置で平面視して半導体素子の搭載時の位置合わせを高い精度で行なうことができると同時に、セラミック層２の回転ずれによる積層ずれを角部において容易に検知することができる。またこの場合、外形寸法を同じにする角部は１箇所でもよく、２箇所以上でもよい。２箇所の場合、対角位置にある角部の外形寸法を同じにすると、セラミック層２の回転ずれによる積層ずれをより容易に検知することができる。

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。

本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
２・・・セラミック層
３・・・接続パッド
４・・・外部接続パッド
５・・・内層配線
９・・・配線基板

Claims

複数のセラミック層が積層されて成る四角形状の絶縁基体と、該絶縁基体の一方主面に形成された半導体素子接続用の複数の接続パッドと、前記絶縁基体の他方主面に形成された複数の外部接続パッドと、前記絶縁基体の内部に形成されて前記接続パッドおよび前記外部接続パッドを電気的に接続する内部配線とを具備しており、前記接続パッドが形成された前記セラミック層の外形寸法がそれ以外の前記セラミック層の外形寸法よりも大きいことにより、上から見たときの外辺が前記接続パッドが形成された前記セラミック層の外辺であることを特徴とする配線基板。