JP4072300B2

JP4072300B2 - セラミック積層構造の配線基板

Info

Publication number: JP4072300B2
Application number: JP36461799A
Authority: JP
Inventors: 武司三輪
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP2001185638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品パッケージ用のセラミック積層構造の配線基板に関し、詳しくは、ＳＡＷフィルタ、水晶振動子、トランジスタ、ＩＣ等の電子部品を封止するパッケージに用いられるセラミック積層構造の配線基板（以下、配線基板又は単に基板ともいう）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０〜図１２はこの種のセラミック積層構造の配線基板１００の一例を示したもので、セラミック三層構造で平面視、略矩形をなし、上面に矩形で開口する凹部１０５を備えた容器状をなしている。その凹部１０５は、電子部品（図示せず）が収容されるスペースであり、その左右両側は、縦断面視、凹部１０５の底面１０７をなす最下層（一層目）のセラミック層１０１から上の開口に向かって階段状に形成されている。そして、中間のセラミック層１０２の上面のうち、内側において露出している棚部（ボンディングシェルフ）１１０にはボンディングパッド（ワイヤボンディングのための電極）１１２が複数形成されている。
【０００３】
また、最上層の四角枠状のセラミック層１０３は、基板の内外方向に対し所定の幅をなし、その上面は封止面（封止エリア）１１５をなすところであり、その表面には図示しないメタライズ層（以下、封止用メタライズ層ともいう）が形成されている。そして、封止面１１５にはそこに形成されたメタライズ層とダイアタッチ面（凹部の底面１０７に形成されたメタライズ層）との層間の導通（電気的接続）をとるためのビア（柱状の導体）１２１が適数形成されている。この配線基板１００は、凹部１０５内に電子部品チップを搭載し、その電極とボンディングパッド１１２との間でワイヤボンディングをした後、凹部１０５を覆うようにリッド（図示せず）が被せられ、封止面１１５に例えばハンダ付けされて気密封止される。
【０００４】
この種のセラミック積層構造の配線基板１００は、その製造において、ボンディングパッド１１２、封止面１１５の封止用メタライズ層、ビア１２１などの金属層形成用に高融点金属粉末を主成分とするメタライズペーストが印刷されるとともに、各層の形状をなすように形成されたセラミックグリーンシートを積層、圧着し、その後、焼成することで製造される。ただし、各セラミックグリーンシートは、通常、多数の基板が一度にとれる大きさに形成されたものが使用され、その積層、圧着後に、各基板単位の境界に分割用の溝（ブレーク溝）をいれ、焼成後に必要なメッキ層を一括して形成した後、その溝に沿って各基板単位に分割する（折り取る）ことで多量生産される。
【０００５】
このような配線基板１００は、それが搭載される機器の小型化にともなう設置面積の縮小化の要請により、配線基板自体の外寸法（平面寸法）をできるだけ小さくすることが要求されている。こうした小型化の要請により、封止面１１５の幅Ｗ１及び棚部（ボンディングパッド形成面）１１０の幅Ｗ２も、それぞれに支障のない範囲で可能な限り狭くすることが要請されており、封止面１１５の幅Ｗ１については例えば０．３５ｍｍ程度、棚部１１０の幅Ｗ２については例えば０．２５ｍｍ程度の必要最小限の微小寸法に設定されるようになってきている。
【０００６】
ところで、前記配線基板１００のように層間の導通をとるビア１２１を設ける場合には、ビア１２１の外側のセラミックの肉幅ＷＶをその製造上、一定寸法以上確保することが必要とされる。というのは、ビア１２１の側のセラミックの肉幅ＷＶが狭すぎると、その部分において、グリーンシートの成形時つまりビアホールのためのパンチング（孔あけ）時や各基板形状に打ち抜く時に、ビアホールの外側にキレが発生しやすいし、焼成時やその後のブレーク時にも同部位に割れやカケが発生しやすく、製品歩留まりを悪くするためである。こうしたことから従来、上記のようなセラミック積層構造の配線基板１００においてはビア１２１の両側のセラミックの肉幅ＷＶとして少なくとも０．２ｍｍ程度確保すべきものとされていた。一方で、ビア１２１の径ＤＶはその加工精度上などから、０．１５ｍｍ以上は必要である。したがって、この例で最上層のセラミック層１０３にビア１２１を形成する場合には、そのセラミック層の内外方向の幅Ｗ１を、０．５５ｍｍ以上にする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、気密又は封止性確保の観点からは封止面１１５を成すセラミック層１０３の内外方向の幅Ｗ１は、本来０．３５ｍｍ程度あればよいのに対し、封止面１１５にビア１２１を設ける場合には、同幅Ｗ１を、その差分の０．２ｍｍ程度広くする必要があった。したがって、このようなセラミック積層構造の配線基板１００においては、その差分、幅方向に配線基板を大きくせざるを得ず、小型化の要請に反するものとなっていた。
【０００８】
本発明は、こうしたセラミック積層構造の配線基板のもつ問題点に鑑みて成されたもので、その目的は、封止面をなすセラミック層にビアを備えたセラミック積層構造の配線基板の製造において、前記不具合を発生させることなく、しかも小型化の要請に応えることのできる基板構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、電子部品搭載用の凹部の周囲であって上面に封止面を備え、かつ該封止面をなすセラミック層にビアが形成されていると共に該セラミック層より下層のセラミック層の上面であって該封止面に沿ってボンディングパッドが形成されてなるセラミック積層構造の配線基板において、
前記封止面をなすセラミック層の部分の幅を、前記ボンディングパッドの形成面側に広げて幅広部とし、該幅広部に前記ビアを設けたことを特徴とする。なお、本明細書において部分とは、一部分又は大部分をいう。
【００１０】
本発明では、前記封止面をなすセラミック層の部分を、平面視、前記ボンディングパッドの形成面側にその幅を広げて幅広部とし、該幅広部に前記ビアを設けたため、ビアの形成に起因する前記の製造上の不具合を発生させないし、ビアが形成されていない部分の封止面については封止を損なわない程度の必要最小限の幅とすることができる。すなわち、ビアが形成される封止面をなす最上層のセラミックの幅のうち、ビアが形成される部分に対応して封止面の幅を内側に広げたものであることから、基板の前記製造上の不具合を発生させることなく、しかもその小型化が図られる。なお、ボンディングパッドは、幅広部を避けて封止面に沿って形成すればよい。
【００１１】
そして請求項２に記載の本発明は、電子部品搭載用の凹部の周囲であって上面に封止面を備え、かつ該封止面をなすセラミック層にビアが形成されていると共に該セラミック層より下層のセラミック層の上面であって該封止面に沿ってボンディングパッドが形成され、このボンディングパッドが形成されたセラミック層より下層のセラミック層の上面が凹部の底面をなす、３層以上のセラミック積層構造の配線基板において、
前記封止面をなすセラミック層の部分の幅を、前記ボンディングパッドの形成面側であってボンディングパッドが形成されたセラミック層の上に広げて幅広部とし、該幅広部に前記ビアを設けたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のセラミック積層構造の配線基板は、複数層のセラミック層を有してなるものにおいて適用できるが、請求項２に記載の発明は、ボンディングパッドが形成されたセラミック層より下層のセラミック層の上面が凹部の底面をなす、３層以上のセラミック積層構造の配線基板である。
【００１３】
請求項２記載のセラミック積層構造の配線基板においては、前記幅広部のうちの前記凹部の中心寄り端縁が、前記ボンディングパッドが形成されたセラミック層のうちの該凹部の中心寄り端縁より、該凹部の中心側に突出していないのが好ましい。また、本発明における前記セラミック積層構造の配線基板は、平面視、略四角形に形成されるのが普通であるが、その場合、前記幅広部は、その一辺において一または複数のいずれであってもよい。さらに、ビアを良好に形成するためには、前記幅広部は０．５５ｍｍ以上の幅を有していることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るセラミック積層構造の配線基板の第１実施形態例について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図中１００は基板であって、３層のセラミック層（１０１〜１０３）構造で容器状をなしている。電子部品が収容される凹部１０５の左右の対向する２辺側は、底面（ダイアタッチ面）１０７をなす最下層のセラミック層１０１から上に向かって階段状に形成され、他の２辺の内側は底面１０７から略垂直な壁１０９をなしている。そして、最下層のセラミック層１０１の上に形成されたセラミック層１０２の上面のうち、凹部１０５側に露出している棚部（ボンディングパッド形成面ともいう）１１０に多数のボンディングパッド（メタライズ層）１１２が形成され、最上層の四角枠状のセラミック層１０３の上面が封止面１１５をなし、その表面には図示しないが封止用メタライズ層が形成されている。
【００１５】
一方本形態では、左右両側の封止面１１５の幅Ｗ１がその適所（図示２箇所）において、平面視封止面１１５の周方向に沿って所定の範囲Ｓにわたり広くなるようにボンディングパッド形成面１１０側に所定量Ｈ膨出するように広げられ、幅広部１１７をなしている。そしてこの各幅広部１１７の上面に上端部が存在するように、最下層のセラミック層１０１の上面から上にビア１２１が設けられ、封止用メタライズ層に接続されている。なお、本形態ではその幅広部１１７の内側端縁１１８はその下層の棚部１１０の内側端縁１１１より凹部１０５の中心側突出しないように、つまり棚部１１０の内側端縁１１１より僅かに外側に位置するように形成されている。因みに本形態では封止面１１５の幅Ｗ１が０．３５ｍｍ、幅広部１１７の膨出量Ｈが０．３ｍｍ、ビア１２１の径ＤＶが０．１５ｍｍとされ、ビア１２１の両側のセラミックの肉幅ＷＶ１、ＷＶ２は、それぞれ０．２５ｍｍとされている。なお幅広部１１７の封止面１１５の周方向に沿う範囲Ｓは、ビア１２１の外側に十分なセラミックの肉幅が確保される大きさとされている。
【００１６】
このような配線基板１００は、ビア１２１、図示しない封止用メタライズ層、その他の配線層など露出するメタライズ層部分には、ニッケルメッキがかけられ、最表面には金メッキがかけられている。そして、電子部品（図示せず）を搭載し、その電極とボンディングパッド１１２との間でワイヤボンディングした後、凹部１０５を覆うように図示しないリッドが被せられ、封止用メタライズ層に例えばハンダ付けされて封止される。なお、この配線基板１００は、従来のセラミック積層構造の配線基板と同様に、メタライズペーストが封止用メタライズ層や配線層用などのために表面に印刷され、ビアホールに充填された多数個取りのセラミックグリーンシートを積層、圧着し、その後、焼成し、メッキ処理した後、各基板単位に分割することで製造される。
【００１７】
しかして、本形態の配線基板１００は、周囲上面の封止面１１５のうちの適所（２箇所）が凹部１０５の中心寄り部位に膨出する形で幅広とされ、そこにビア１２１が設けられていることから、ビア１２１の両側に十分なセラミックの肉幅ＷＶ１、ＷＶ２が確保されている。一方、その他の封止面１１５部位はその幅Ｗ１がビア１２１のない基板と同様の封止面の幅に狭く形成されている。したがって、その製造におけるグリーンシートの成形時つまりビア１２１形成用のビアホールのためのパンチング時や各基板形状に打ち抜く時に肉幅ＷＶ１、ＷＶ２の部分にキレが発生することはない。また同部位で焼成時やその後のブレーク時に割れやカケが発生することもないので、製品歩留まりがよい。その上に、封止面１１５をなすセラミック層１０３にビア１２１が存在するにもかかわらず、ビア１２１のない配線基板１００と同様の小型化が図られる。なお、このような配線基板１００では、幅広部１１７を棚部のうちボンディングパッド１１２を設けない部分の上に設けるように設計すればよい。
【００１８】
次に、本発明のセラミック積層構造の配線基板の第２実施形態について図５及び図６を参照して詳細に説明する。ただし、この配線基板２００は、前記第１実施形態がセラミック３層構造の配線基板であったのに対し、セラミックが５層構造の配線基板において具体化した点のみが相違するだけである。すなわち、前記形態における中間のセラミック層１０２と、最上層のセラミック層１０３のそれぞれを２層（１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ）に分割した点のみが相違するだけであり、作用、効果においても異なる点のない、いわば前記形態の変形例とでもいうべきものであるから、同一の部位には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
さて次に本発明のセラミック積層構造の配線基板の第３実施形態について図７〜図９を参照して詳細に説明する。この配線基板３００は、前記形態の配線基板がセラミック３層又は５層構造のものであったのに対し、セラミック２層構造のものにおいて具体化した点のみが相違するものであるため、相違点を中心に説明し、同一の部位には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００２０】
すなわち、本形態の配線基板３００は、セラミック２層構造のもので、下層の矩形のセラミック層３０１と、上面周囲の矩形枠状をなすセラミック層３０２とからなっている。そして下層のセラミック層３０１の上面が、凹部１０５の底面（ダイアタッチ面）１０７をなし、その周囲のうち左右両側にボンティングパッド１１２が形成されている。一方、上層のセラミック層３０２の上面が封止面１１５をなし、封止用メタライズ層が形成され、そのセラミック層３０２の一部分の幅が内側のボンティングパッド１１２の形成領域に膨出するように広げられ、幅広部１１７をなし、そこにビア１２１が形成されている。
【００２１】
しかして、本形態では、前記形態のようにボンディングパッド１１２の形成面（ボンディングシェルフ）をなす独立のセラミック層はなく、搭載される電子部品の電極と、ワイヤボンディングされるボンディングパッド１１２は、凹部１０５の底面１０７の周囲に形成されている点のみが前記第１実施形態と相違する。すなわち、従来、このような配線基板では、封止面をなす上のセラミック層に上端部が存在するビア１２１を設ける場合には、ビア１２１が設けられる封止面をなすセラミック層の幅をその辺全体について一定の幅としていた。これに対し本形態では、封止面なすセラミック層３０２の一部を内側に広げて幅広部１１７とし、この幅広部１１７にビア１２１を設けたものであるため、前記形態と同様にその配線基板３００の製造における不具合の発生はなく、しかも基板の小型化を図ることができる。本形態からも理解されるが本発明の配線基板は、それをなすセラミック層の数が複数のものであればその数に関係なく具体化できる。
【００２２】
前記各形態では、基板を矩形のものとし平面視のその４辺のうちの２辺をなす封止面（セラミック層）について、それぞれの一部を幅広としたが、内側に沿ってボンディングパッドの形成面がある封止面であれば、１辺又はすべての辺について幅広部を設け、そこにビアを設けることができる。また、各辺に沿う封止面に設ける幅広部の数はいずれであってもよい。すなわち、幅広部の数や位置は形成するビアの数又は配置など基板に応じて適宜に設計すればよい。なお、幅広部の長さ（図３におけるＳ）は、ボンディングパッドの形成に支障のない限りにおいて、しかもビアの端縁（周縁）から亀裂を発生させない肉幅を確保して適宜に設定すればよい。また、各辺の一部に幅広部を設ける他、一辺を他の辺よりも幅広とした幅広部（幅広辺）を形成したものであってもよい。
【００２３】
前記においては封止面の封止用メタライズ層にリッドがハンダ付けされて封止される構造のセラミック積層構造の配線基板において具体化した場合を説明したが、本発明はこのような封止構造のものに限定されるものではない。例えば、ニッケルメッキ層付きの封止用メタライズ層に、鉄ニッケル合金などからなり、表面に、ニッケルメッキ層が形成されてなるなどの枠状のリング（シールリング）がロウ付けなどにより接着され、その上にリッドがハンダ付けなどによって封止される構造の配線基板においても同様に適用できる。本発明は、前記各形態の構造、形状のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限りにおいて適宜に設計変更して具体化できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係るセラミック積層構造の配線基板によれば、封止面をなすセラミック層の部分の幅を、ボンディングパッドの形成面側に広げて幅広部とし、そこにビアを設けたものであることから、ビアの周囲（外側）のセラミックの肉幅を十分に確保できる。したがって、その製造におけるグリーンシートの成形時、つまりビアホールのためのパンチング時や各基板形状に打ち抜く時にビアホールの外側にキレが発生するのが防止される。また焼成時やその後のブレーク時にも同部位に割れやカケが発生するのが防止されるので、製品歩留まりを向上させることができる。その上に、封止面にビアが存在するにもかかわらず、ビアがない配線基板と同様の小型化が図られる。すなわち、本発明によれば、封止面にビアがあるセラミック積層構造の配線基板でありながら、製造歩留まりの低下を招くことなく、小型化を図ることができるものであり、配線基板が搭載される機器における設置スペースの縮小化の要請に応えることができるといった顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミック積層構造の配線基板の第１実施形態例の平面図。
【図２】図１の要部拡大斜視図。
【図３】図１の要部拡大平面図。
【図４】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図５】本発明に係るセラミック積層構造の配線基板の第２実施形態例の断面図及び要部拡大図。
【図６】図５の要部拡大斜視図。
【図７】本発明に係るセラミック積層構造の配線基板の第３実施形態例の平面図。
【図８】図７の要部拡大斜視図。
【図９】図７のＢ−Ｂ線断面図。
【図１０】従来のセラミック積層構造の配線基板の断面図。
【図１１】図１０のセラミック積層構造の配線基板の平面図。
【図１２】図１０のセラミック積層構造の配線基板の部分拡大平面図。
【符号の説明】
１００、２００、３００セラミック積層構造の配線基板
１０３、１０３ｂ、３０２封止面をなすセラミック層
１０１、１０２、１０２ａ〜１０３ａ、３０１封止面をなすセラミック層より下層のセラミック層
１０５電子部品搭載用の凹部
１０７凹部の底面
１１２ボンディングパッド
１１５封止面
１１７幅広部
１２１ビア

Claims

電子部品搭載用の凹部の周囲であって上面に封止面を備え、かつ該封止面をなすセラミック層にビアが形成されていると共に該セラミック層より下層のセラミック層の上面であって該封止面に沿ってボンディングパッドが形成されてなるセラミック積層構造の配線基板において、
前記封止面をなすセラミック層の部分の幅を、前記ボンディングパッドの形成面側に広げて幅広部とし、該幅広部に前記ビアを設けたことを特徴とするセラミック積層構造の配線基板。
電子部品搭載用の凹部の周囲であって上面に封止面を備え、かつ該封止面をなすセラミック層にビアが形成されていると共に該セラミック層より下層のセラミック層の上面であって該封止面に沿ってボンディングパッドが形成され、このボンディングパッドが形成されたセラミック層より下層のセラミック層の上面が凹部の底面をなす、３層以上のセラミック積層構造の配線基板において、
前記封止面をなすセラミック層の部分の幅を、前記ボンディングパッドの形成面側であってボンディングパッドが形成されたセラミック層の上に広げて幅広部とし、該幅広部に前記ビアを設けたことを特徴とするセラミック積層構造の配線基板。
前記幅広部のうちの前記凹部の中心寄り端縁が、前記ボンディングパッドが形成されたセラミック層のうちの該凹部の中心寄り端縁より、該凹部の中心側に突出していないことを特徴とする請求項２記載のセラミック積層構造の配線基板。