JP4172767B2

JP4172767B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP4172767B2
Application number: JP2003046804A
Authority: JP
Inventors: 卓也大内; 一仁藺牟田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004259800A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品を収容するキャビティを有する配線基板に関し、詳しくは絶縁基体に放熱板（ヒートシンク）が接合されてキャビティを形成している配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集積回路チップ等の電子部品が放熱部材に固着されるヒートスラグ型といわれる配線基板は、絶縁基体と放熱部材である放熱板とから構成されている。具体的には、絶縁基体のボンディングパッドの形成部位の内側に上面から下面に貫通している貫通孔が形成されているとともに、その貫通孔に、絶縁基体の下面側から段付き状（縦断面が凸型となっている）の放熱板がその上段部を隙間嵌め状態で挿入され、下段部の上面を配線基板の下面にロー材によりロー付けされた構成とされている。
【０００３】
このように構成された配線基板は、放熱板の上段部の上面が電子部品が固着される部位となり、この電子部品が固着される部位と絶縁基体の貫通孔の内側面の上寄り部位とでキャビティを構成している。なお、絶縁基体は、放熱板とのロー付け面とされる下面の貫通孔の周縁面にタングステンやモリブデン等のメタライズ導体が形成され、その上にニッケルめっきが施されている。また、放熱板は、ニッケルめっきが施されたＣｕ−Ｗ（銅タングステン）等から形成されている。
【０００４】
このような従来の配線基板は、放熱板がロー付けにより一体化された後、腐食防止等のため、放熱板の凸部および外側の放熱面ならびに絶縁基体のボンディングパッドやピン等の入出力端子（図示せず）等にニッケルめっきおよび金めっきが施される。一方、放熱板の上段部は絶縁基体の貫通孔に隙間嵌めされていることから、その貫通孔の内側面と放熱板の凸部の外側面との間には、凹所が閉塞された溝状の隙間（空隙）が平面視（上から見て）で枠状にできるが、この隙間には、めっき後のめっき液の洗浄工程において洗浄液が環流し難いという問題点があった。これは、隙間の幅が小さく、しかも洗浄液が隙間の開口側からしか出入りできないためであり、従って、上記の従来の配線基板においては、その隙間にめっき液が残留し易いといった問題点があった。
【０００５】
この隙間にめっき液が残留していると、そのめっき液が触れている表面のめっきに変質や変色を起こし、そのような変質が放熱版の凸部の上面等にも拡散し、配線基板の外観不良の原因となる。また、放熱板の凸部の上面に、電子部品がロー付けにより固着された後においては、電子部品の性能の低下や寿命の低下を招いてしまうといった問題点を生じる原因ともなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−219464号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を生じさせないため、すなわち、絶縁基体の貫通孔の内側面と放熱板の凸部の外側面との間に枠状にできる、凹所が閉塞された溝状の隙間にめっき液を残留させないようにするため、従来の配線基板では、放熱板の取り付け位置のずれを見越して、この隙間について洗浄液の環流に支障のない所定の幅を確保する目的で、放熱板と絶縁基体との間にできる隙間を広めに取るようにしていた。このため、小型化が困難であるという問題点があった。
【０００８】
また、この隙間が大きいほど、配線基板のボンディングパッドと電子部品（集積回路チップ）の入出力端子（電極）との間の距離が長くなり、ボンディングワイヤが長くなってしまう。そして、ボンディングワイヤが長くなるほど、そのたるみ等により隣接するワイヤ相互間で接触しやすくなり、また、ワイヤのもつインダクタンスが大きくなる等の問題点を生じることとなる。
【０００９】
しかも、絶縁基体の四角形状の貫通孔に放熱板を挿入して固着する際に、放熱板の位置に横ずれがあると、貫通孔の対向する辺における隙間の幅に大小を生じることとなるが、隙間が小さい側では洗浄液の環流の問題を生じるとともに、隙間が大きい側ではボンディングワイヤが長くなることによる問題点がより顕著なものとなってしまう。
【００１０】
本発明は以上のような従来の技術における問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、ヒートスラグ型の配線基板において、放熱板と絶縁基体との間に形成される隙間を小さくしつつ洗浄液が環流しやすいものとし、めっき液を残留させず、小型化を図ることができ、配線基板のボンディングパッドと搭載される電子部品の入出力端子とを電気的に接続するボンディングワイヤの短小化を図ることができる配線基板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、中央に貫通孔を有する絶縁基体と、板状部の上面の中央に凸部を設けて成り、この凸部が前記絶縁基体の貫通孔内に挿入されるとともに、上面の外周部が前記絶縁基体の下面と接合された金属製の放熱板とを具備し、前記絶縁基体の前記貫通孔の内側面の各辺に前記放熱板の前記凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の配線基板によれば、中央に貫通孔を有する絶縁基体と、板状部の上面の中央に凸部を設けて成り、この凸部が絶縁基体の貫通孔内に挿入されるとともに、上面の外周部が絶縁基体の下面と接合された金属製の放熱板とを具備し、絶縁基体の貫通孔の内側面の各辺に放熱板の凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部が設けられていることから、放熱板の位置ずれは、貫通孔の内側面の各辺に設けられた放熱板の凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部によって効果的に防止されるため、従来の配線基板におけるように放熱板の位置ずれを見越して放熱板と絶縁基体との隙間を広く取る必要はない。このため、絶縁基体の貫通孔の内寸を、放熱板の凸部を挿入することができるとともに、突起部によって放熱板の凸部の側面と貫通孔の内側面との間にめっき液の還流に必要なだけの隙間を確保することができる程度の最小限の寸法に抑えることができ、良好なめっきが行なえるとともに配線基板の小型化を図ることができる。また、突起部は、形状が平面視で半円状または半楕円状であることから、貫通孔の内側面に対する接合面積を十分に確保することにより、放熱板の凸部を位置合わせするときに加わる衝撃等により絶縁基体から突起部が剥がれる、というような不具合を効果的に防止することができ、また、放熱板の凸部に接する面積を極力小さくすることにより、放熱板の凸部との間に十分な長さの隙間を確保することが容易となり、めっき液の還流を確実なものとすることができる。
【００１３】
また、放熱板の凸部の側面を貫通孔の内側面に設けた突起部で支持するようにしたことから、この突起部の両側には十分な長さで大きく隙間を設けることができるので、洗浄液はこの十分な大きさの隙間にその開口から出入りできるだけでなく、放熱板の凸部の側面に沿って長さ方向についても隙間に出入りすることができ、隙間の内部で洗浄液が環流しやすい構造となっているので、隙間の内部にめっき液が残留するのを効率よく無くすことができる。
【００１４】
さらに、本発明の配線基板によれば、放熱板の凸部の側面と絶縁基体の貫通孔の内側面との間に突起部によってその両側に形成される十分な長さの隙間がある分、洗浄液が隙間を環流しやすいので、めっき液を残留させることなく、隙間の幅（放熱板の凸部の側面と絶縁基体の貫通孔の内側面との間隔）を小さくすることができる。従って、隙間の幅を小さくできる分、配線基板の小型化を図ることができるとともに、絶縁基体の貫通孔の周辺に形成された配線導体から成るボンディングパッドと放熱板の凸部の上面に搭載される集積回路チップ等の電子部品の入出力端子との間の距離を短くすることができ、その両者を電気的に接続するボンディングワイヤの短小化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１および図２は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す上面図および断面図である。
【００１７】
図１および図２において、１は絶縁基体、２は配線導体、３は放熱板である。この絶縁基体１と配線導体２と放熱板３とで電子部品（図示せず）を収納する配線基板４が構成される。
【００１８】
絶縁基体１は、ガラスセラミックス焼結体・酸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・窒化アルミニウム質焼結体等から成る。
【００１９】
例えば、絶縁基体１がガラスセラミックス焼結体から成る場合であれば、ホウ珪酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とから成る原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート（生シート）と成し、これらグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して中央部にキャビティ形成用および放熱板３取り付け用の貫通孔を設け、その後、これらのグリーンシートを貫通孔によりキャビティが形成されるようにして上下に積層するとともに加圧して各グリーンシート間を密着させ、最後に、この積層体を焼成することにより製作される。
【００２０】
また、所望の寸法の絶縁基体１を得るためには、スライサー等の切断装置で絶縁基体１を切断するという手法や、グリーンシートを積層した積層体に溝状の切り欠きを設けておき、焼成後、切り欠きに沿って焼成体を分割するという手法を用いることができる。
【００２１】
絶縁基体１には、電子部品が搭載される電子部品搭載部の領域の表面またはその周辺、この例では絶縁基体１のキャビティの内部に形成された段部の上面から絶縁基体１の下面等の外表面にかけて、配線導体２が形成され導出されている。
【００２２】
この配線導体２は、電子部品の電極が接続され、これを外部に導出する導電路として機能し、配線導体２のうち、キャビティの内部に位置する部位には電子部品の電極が半田等のろう材や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され、絶縁基体１の外表面に導出された部位は、半田等のろう材を介して外部電気回路基板の回路配線等に電気的・機械的に接続される。
【００２３】
配線導体２は、銅・銀・金・パラジウム・タングステン・モリブデン・マンガン等の金属材料から成り、例えば、絶縁基体１がガラスセラミックス焼結体から成る場合であれば、銅・銀・パラジウム等が好適に使用される。
【００２４】
さらに、配線導体２の露出表面には、ニッケルや金等の耐食性に優れワイヤボンディング性やろう材の濡れ性に優れる金属層を１μｍ〜20μｍの厚みにめっき法により被着させておくと、表面に露出した配線導体２の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに、配線導体２に半田等のろう材を強固に接合することができ、また同時に配線基板４の外部電気回路基板に対するろう材を介しての接合をより一層確実なものとすることができる。
【００２５】
絶縁基体１は中央に四角形状の貫通孔を有しており、この貫通孔内には、板状部の上面の中央に凸部を設けて成る放熱板３の凸部が挿入される。また、この放熱板３は、上面の外周部が絶縁基体１の下面とろう付け等の接合手段で接合されている。
【００２６】
放熱板３は、銅タングステン等の放熱部材用の金属から成り、絶縁基体１の貫通孔の内側面の平面形状より大きい四角形状の板状の下段部と、この上面中央に一体的に形成された貫通孔より小さい四角形の板状の上段部とから成る、縦断面形状が上面に凸型の板状部材である。また、この放熱板３の表面には、酸化腐食を防止するとともにろう材との濡れ性を高めるために、全面にニッケルめっきが施されている。
【００２７】
なお、放熱板３の凸部は、絶縁基体１の貫通孔の内側面の平面形状よりやや小さい四角形状の板状とされている。
【００２８】
そして、絶縁基体１の貫通孔にその下面側から、放熱板３がその上段部を隙間嵌め状態で挿入されてその中央に位置決めされ、放熱板３の下段部の上面を絶縁基体１の下面に形成したニッケルめっき付きＷメタライズ層等に、銀ろう等のろう材を介してろう付けすることにより接合されて固着されている。これにより、放熱板３の上段部の上面が電子部品が搭載される搭載部としてのダイアタッチ面となり、このダイアタッチ面と貫通孔の内側面の上寄りの部位とでダイアタッチキャビティが形成されている。
【００２９】
本発明の配線基板４はこのようにしていわゆるヒートスラグ型の配線基板となり、ダイアタッチ面に搭載された電子部品が作動時に発生する熱は、放熱板３に直接伝わるとともに、放熱板３を介して、その下面側等から外部に放熱される。これにより、配線基板４の放熱性が優れたものとなっている。
【００３０】
ここで、本発明の配線基板４においては、絶縁基体１の貫通孔の内側面の各辺に、放熱板３の凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部１ａが設けられていることが重要である。この突起部１ａは、その先端が放熱板３の凸部の側面に当接することにより、その放熱板３の凸部が絶縁基体１の貫通孔の内側面に近付かないように支持し、放熱板３の凸部の側面と絶縁基体１の貫通孔の内側面との間に所定の隙間を空けておくための支持体として機能する。そして、これにより、絶縁基体１の貫通孔内における放熱板３の凸部の位置ずれを低減するものである。
【００３１】
なお、このように突起部１ａが、放熱板３の凸部の全周にわたって同様の効果を発揮し、絶縁基体１の貫通孔の辺の全周にわたって、放熱板３の凸部の側面と絶縁基体１の貫通孔の内側面との間に所定の隙間が確保されるように、放熱板３の凸部の側面を支持できるようにして配設する必要がある。
【００３２】
例えば、凸部も貫通孔も四角形状（または角部を円弧状に成形した四角形状）である場合には、この突起部１ａは、絶縁基体１の貫通孔の内側面の各辺の中央部に設けるとよい。これは、絶縁基板１の貫通孔の内側面に設ける突起部１ａの数を最小とし、放熱板３の凸部の位置ずれを効果的に抑えることができるためである。なお、凸部および貫通孔の形状が長辺が短辺に対し２倍以上あるような長方形の場合には、長辺側をほぼ３等分するような２つの位置に突起部１ａを設けることが好ましい。
【００３３】
また、凸部も貫通孔も楕円形の場合には、その楕円形の長軸および短軸がそれぞれ周辺と交差する部分（４箇所）に突起部１ａを設けるとよい。
【００３４】
また、この突起部１ａの幅は、絶縁基体１の貫通孔の内側面の辺の長さに対して１／３以下であることが好ましい。絶縁基体１の貫通孔の内側面の辺の長さに対して１／３を超えると、突起部１ａの当接面積が大きくなり過ぎてしまい、放熱板３の凸部の側面へのめっき液の循環を阻害するおそれがある。また、貫通孔の内側面からの高さは、1.0ｍｍ以下であることが好ましい。突起部１ａの貫通孔の内側面からの高さが1.0ｍｍを超えると、放熱板３の凸部と絶縁基体１の貫通穴の内側面との距離が離れすぎてしまうこととなり、位置決め時に放熱板３ががたついて正確な位置決めが困難になるとともに、配線基板４の小型化が困難となる傾向がある。
【００３５】
なお、この突起部１ａは、図１に示したような、平面視で半円状等の、貫通孔の内側面に対する接合面積を十分に確保することができるとともに、放熱板３の凸部に接する面積を極力小さくすることができるような形状とし、平面視で、半円状の他に半楕円状であることが重要である。貫通孔の内側面に対する接合面積を十分に確保することにより、放熱板３の凸部を位置合わせするときに加わる衝撃等により絶縁基体１から突起部１ａが剥がれる、というような不具合を効果的に防止することができる。また、放熱板３の凸部に接する面積を極力小さくすることにより、放熱板３の凸部との間に十分な長さの隙間を確保することが容易となり、めっき液の還流を確実なものとすることができる。
【００３６】
このような突起部１ａは、絶縁基体１の貫通孔の内側面に、その一部を突出させて絶縁基体１と一体に形成してもよく、突起部１ａとなる部材を用意して、これを貫通孔の内側面に接合することによって形成してもよい。突起部１ａとなる部材を接合して形成する場合には、その材料を種々選択することができ、弾性率の低い材料を用いて放熱板３の凸部との間の衝撃や応力の吸収緩和をさせたり、熱膨張率の異なる材料を用いて放熱板３の凸部と絶縁基体１の貫通孔との間の熱応力を緩和させたりすることができる。
【００３７】
本発明の配線基板４によれば、中央に貫通孔を有する絶縁基体１と、板状部の上面の中央に凸部を設けて成り、この凸部が絶縁基体１の貫通孔内に挿入されるとともに、上面の外周部が絶縁基体１の下面と接合された金属製の放熱板３とを具備し、絶縁基体１の貫通孔の内側面の各辺に放熱板３の凸部の側面を支持する突起部１ａが設けられていることから、放熱板３の凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部１ａの両側に貫通孔の内側面に沿って十分な長さで大きく隙間を設けることができるので、洗浄液はこの貫通孔の内側面に沿った十分な長さの開口から隙間に出入りすることができ、隙間の内部で洗浄液が環流しやすい構造となっているので、隙間の内部にめっき液が残留するのを効率よく無くすことができる。
【００３８】
さらに、本発明の配線基板４によれば、放熱板３の凸部の側面と絶縁基体１の貫通孔の内側面との間に突起部１ａによってその両側に形成される十分な長さの隙間がある分、洗浄液が隙間を環流しやすいので、めっき液を残留させることなく、隙間の幅（放熱板３の凸部の側面と絶縁基体１の貫通孔の内側面との間隔）を小さくすることができる。従って、隙間の幅を小さくできる分、配線基板４の小型化を図ることができるとともに、絶縁基体１の貫通孔の周辺に形成された配線導体２から成るボンディングパッドと放熱板３の凸部の上面に搭載される集積回路チップ等の電子部品の入出力端子との間の距離を短くすることができ、その両者を電気的に接続するボンディングワイヤの短小化を図ることができる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態の一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る。例えば、放熱板の凸部も絶縁基体の貫通孔も円形状の場合には、その円周上を３等分するような各位置に突起部を設けると、最小の突起部で放熱板を効率よく位置決めすることができるとともに、放熱板の凸部の側面と絶縁基体の貫通孔の内側面との間の隙間を最大の長さで確保することができるので、好ましい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、中央に貫通孔を有する絶縁基体と、板状部の上面の中央に凸部を設けて成り、この凸部が絶縁基体の貫通孔内に挿入されるとともに、上面の外周部が絶縁基体の下面と接合された金属製の放熱板とを具備し、絶縁基体の貫通孔の内側面の各辺に放熱板の凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部が設けられていることから、放熱板の位置ずれは、貫通孔の内側面の各辺に設けられた放熱板の凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部によって効果的に防止されるため、従来の配線基板におけるように放熱板の位置ずれを見越して放熱板と絶縁基体との隙間を広く取る必要はない。このため、絶縁基体の貫通孔の内寸を、放熱板の凸部を挿入することができるとともに、突起部によって放熱板の凸部の側面と貫通孔の内側面との間にめっき液の還流に必要なだけの隙間を確保することができる程度の最小限の寸法に抑えることができ、良好なめっきが行なえるとともに配線基板の小型化を図ることができる。また、突起部は、形状が平面視で半円状または半楕円状であることから、貫通孔の内側面に対する接合面積を十分に確保することにより、放熱板の凸部を位置合わせするときに加わる衝撃等により絶縁基体から突起部が剥がれる、というような不具合を効果的に防止することができ、また、放熱板の凸部に接する面積を極力小さくすることにより、放熱板の凸部との間に十分な長さの隙間を確保することが容易となり、めっき液の還流を確実なものとすることができる。
【００４１】
また、放熱板の凸部の側面を貫通孔の内側面に設けた突起部で支持するようにしたことから、この突起部の両側には十分な長さで大きく隙間を設けることができるので、洗浄液はこの十分な大きさの隙間にその開口から出入りできるだけでなく、放熱板の凸部の側面に沿って長さ方向についても隙間に出入りすることができ、隙間の内部で洗浄液が環流しやすい構造となっているので、隙間の内部にめっき液が残留するのを効率よく無くすことができる。
【００４２】
さらに、本発明の配線基板によれば、放熱板の凸部の側面と絶縁基体の貫通孔の内側面との間に突起部によってその両側に形成される十分な長さの隙間がある分、洗浄液が隙間を環流しやすいので、めっき液を残留させることなく、隙間の幅（放熱板の凸部の側面と絶縁基体の貫通孔の内側面との間隔）を小さくすることができる。従って、隙間の幅を小さくできる分、配線基板の小型化を図ることができるとともに、絶縁基体の貫通孔の周辺に形成された配線導体から成るボンディングパッドと放熱板の凸部の上面に搭載される集積回路チップ等の電子部品の入出力端子との間の距離を短くすることができ、その両者を電気的に接続するボンディングワイヤの短小化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す上面図である。
【図２】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
１ａ・・突起部
２・・・配線導体
３・・・放熱板
４・・・配線基板

Claims

中央に貫通孔を有する絶縁基体と、板状部の上面の中央に凸部を設けて成り、該凸部が前記絶縁基体の貫通孔内に挿入されるとともに、上面の外周部が前記絶縁基体の下面と接合された金属製の放熱板とを具備し、前記絶縁基体の前記貫通孔の内側面の各辺に前記放熱板の前記凸部の側面を支持する、形状が平面視で半円状または半楕円状である突起部が設けられていることを特徴とする配線基板。