JP2004031835A - 多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスセラミックなどの強度の低い多層基板を、途中工程の取り扱いで発生しやすい割れ欠けを防止して、信頼性が高くかつ量産性の高い多層基板を提供する。
【解決手段】グリーンシートを積層する際に、多層基板の分割線に沿って、段階的にスリットや丸穴の直径や幅を広げたグリーンシートを積層し、分割後の多層基板の端面を階段状の構造とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振回路などのモジュール部品を形成するための多層基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話用などの高密度多層基板では、絶縁層として低温焼成ガラスセラミック原料をシート成形し、その上に所定導体パターンなどを形成したものを積層圧着し、焼成している。実際には大判のグリーンシートを用いて積層し、焼成後や、基板表面への電子部品搭載後に分割している。この多層基板は、内部に所定内部導体パターンが形成され、表面に所定導体パターン及び裏面に外部接続端子などが形成されていた。多層基板の表面には抵抗やコンデンサ、半導体チップなどの電子部品素子の搭載等が行われ、シールドケースが取り付けられていた。
【０００３】
特に、高密度実装を達成するために基板内部に内部導体パターンや受動素子を多数取り込んだものが使用される。このため基板の厚みが大きく、それにともなって分割がしにくくなっている。この基板を分割するには、従来グリーンシート積層段階でカッター刃で厚みの半分程度に切り込みを入れるなどで分割しやすくしておき、焼成後にブレークしていた。
【０００４】
ただし厚みが大きくなるため、ブレーク端面から積層部が剥離して隙間ができて、信頼性の乏しい多層基板を発生させる場合があった。
【０００５】
また、基板を分割する際やその後の取り扱い段階で基板のエッジ部分が欠けてしまい、そこに設けられる端子電極が欠損し接続上の問題が発生する。またこのセラミック欠け屑が基板表面に付着して、導体パターンの印刷不良を生じさせたり、搭載チップの接続不良を生じさせたりするなどにより、セラミック多層基板の信頼性や歩留りを著しく低下させる原因となっている。
【０００６】
ブレーク端面から積層部が剥離するという問題を回避するためには、ダイシングソーを用いて回路基板を切断する方法も多用されている。しかしダイシングソーは処理速度が遅く、高価な設備も必要で、安価な製品を大量生産するには適さない。またその後の取り扱いの際に基板のエッジ部やコーナー部分が欠けるという問題は解決できない。
【０００７】
エッジ部分の欠け防止に効果のある方法としては、切断後の基板端面形状が厚み方向に円弧状に仕上げることである。例えば、特開平５−１３１４３１号ではグリーンシートをダイシングソーで上下より切断する方法において、ダイシングブレードの刃先形状を先細り構造にするなど工夫して、セラミック多層基板の切断面を角のない円弧状にする方法が提案されている。
【０００８】
また、特開２００１−８０９６６号ではグリーンシートを積層し、熱圧着して一体化する際に、この積層体を平行金型で挟み高圧力を印加し、基板端面の中央部が凸面状に膨れるようにしたものを焼成するといった方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、絶縁層の端面で切断面を円弧状にダイシングカットする方法は、ダイシングブレードの磨耗管理が難しく、また処理速度が遅いことなどから量産性に乏しいものである。
【００１０】
また、グリーンシートを高圧力で変形させて端面を円弧状に形成するという方法は、基板分割後に個別に成形する必要があり量産性が無く、また多数の内部導体パターンなどを積層した高密度実装基板に適用するときは内部導体パターンの変形や断線が発生して十分な電気特性を発揮できない。
【００１１】
これらガラスセラミック絶縁層を用いた基板では、上述の方法により欠けや屑の発生を止めることはできるが、量産性や信頼性が乏しく実用化することができなかった。
【００１２】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ガラスセラミックなどの強度の低い多層基板を、途中工程の取り扱いで発生しやすい割れ欠けを防止して、信頼性が高くかつ量産性の高い多層基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明では、複数の絶縁層が積層して成り、且つその内部導体パターンが形成された多層基板であって、該多層基板の周縁部には、前記複数の絶縁層の端部による階段状段差部が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、前記多層基板の底面側周縁部の前記階段状段差部には前記内部導体パターンに接続する露出導体膜が形成されるとともに、該露出導体膜は、外部接続端子であることを特徴としている。
【００１５】
また、前記多層基板の上面側周縁部の階段状段差部には前記内部導体パターンに接続する露出導体膜が形成されるとともに、前記露出導体膜に、前記多層基板の表面に搭載される各種電子部品を覆うシールドケースが接合されている。
【作用】
本発明の多層基板によると、多層基板の周縁部には積層された絶縁層の端部による階段状段差部が形成されている。従って、グリーンシート積層後や基板焼成後に周縁部を円弧状端面に形成する加工が不要になり、多層基板の形成工程を簡素化することができる。そして、大型多層基板の状態にあっては、隣接しあう段差部で構成されるＶ状の段差が分割、切断の線となり、従来分割や取り扱い時点で発生していた剥離や欠けの発生しない。これは、多層基板の端面形状が円弧状断面に近い段差構造により達成されるものである。
【００１６】
すなわち、基板ブレーク時の破断面付近の折り曲げ応力を考えると、段差部の境界線を挟んで厚み中央付近でつながっている積層部を折り曲げようとする力と、段差部の積層を剥離させる力が働く。ところが段差部は複数の階段状積層構造になっているため、段差部に発生する剥離させる力は複数の階段状段差部に分散されることになり、厚み中央の段差部境界線付近に発生する積層を剥離させようとする応力は小さなものにし、折り曲げブレークすることができる。
【００１７】
従来グリーンシートを積層した状態でスナップラインを入れたものを焼成後ブレークする際に、スナップライン最下部に近い部分の積層部に応力が集中し、ブレークだけでなく基板積層部に剥離欠陥の入った製品が発生していたが、これを効果的に防止できることになる。
【００１８】
また基板分割後の取り扱い段階における欠けの発生も、同様にして基板エッジ部に加わる応力が分散されて問題になることはない。すなわち表層部に近い段差エッジ部に応力が加わり、たとえマイクロクラックが発生してもその内層の端面が外側に広がっているためクラックの進行が抑止されて欠けに至ることがない。
【００１９】
また、本発明の多層基板の底面から端面にかけて階段状に外部接続端子を形成してＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）電極を形成するとき、底面の階段状段差部に端子電極が形成されるため半田付け強度を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の多層基板の上面に、高周波部品で必要となるシールドケースを取り付けることが可能になり、階段状段差部端面で簡単に位置決めされ、露出導体で確実に固定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の多層基板を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本発明の多層基板を用いた電子部品装置１の外観図であり、図１（ｂ）は電子部品装置のシールドケースを外した状態の外観図であり、図１（ｃ）は電子部品装置のシールドケースを外した状態の底面側の外観図である。
【００２３】
電子部品装置１は、本発明の多層基板２を用られており、多層基板２の表面に導体パターンが形成され、さらに、電子部品素子４が実装されている。また、その多層基板２の上部には、シールドケース３が取着されている。
【００２４】
多層基板２は、複数の絶縁層が積層されて構成され、その周囲の階段状段差部５（上面側の階段状段差部５ｂ、底面側の階段状段差部５ａと記す）が形成されている。この階段状段差部５は、複数の絶縁層の端部が階段状に露出して構成されている。そして、上面側の階段状段差部５ｂには、シールドケース取り付け用の露出導体膜６ｂが形成されている。そして、この領域にシールドケース３を半田付けして、シールドケース３を固定する。なお、このシールドケース取り付け用の露出導体膜６ｂは多層基板２の内部のグランド電位パターンに接続されている。
【００２５】
また、多層基板２の底面側の階段状段差部５ａには、外部接続端子６ａが形成されている。この外部接続端子６ａは、階段状段差部５から端面にまで形成している。また、図では示していないが特性を良好なものとするため、電極以外の底面全体をシールドのパターンで覆っても良い。
【００２６】
本発明は種々の電子部品装置に適用することができるのであるが、ここでは高周波スイッチモジュールを例にして説明する。多層基板の積層枚数は９枚であり、焼成後の多層基板の厚みは０．９ｍｍである。
【００２７】
このような多層基板２は、図２において、内層の絶縁層となる第１のグリーンシート７を必要枚数積層する。また、その上面に個片分割線１３に沿ってスリット１０の打抜き加工を施した第２のグリーンシート８をカッティングヘッドに吸着させてグリーンシート７の所定位置に積層する。さらに段階的にスリット１０の幅を広げた第３のグリーンシート９を同様にして積層していく。このとき、第２のグリーンシート８、第３のグリーンシート９は基板の個片がシート内でスリット１０により周囲から分離された構造となっているが、グリーンシート７により繋がったものになっている。片側の積層が終わったあとグリーンシートは金型で圧着される。同様にして反対面の積層を終えた積層体と密着液を塗布するなどで一体化した後、焼成する。
【００２８】
図３は焼成完了時の多層基板の部分断面図である。階段状段差部５の中央部分に形成される絶縁層の円層薄肉部Ｚが分割ラインになり、折り曲げ圧力によって分割される。このとき段差の包絡線１１が点線で示されるように円弧状を形成している。ガラスセラミックからなる多層基板は脆く、欠け易いためきれいに分割できずバリが発生しやすいが、本発明を用いて作成した多層基板は階段状段差部５の各段に応力が分散されるため、図３の薄肉部Ｚに沿ってきれいに分割することができ、バリや斜めに折れたりする不良は発生しない。
【００２９】
なお、樹脂材料からなるプリント基板の場合も同様にして適用することができる。また、ここでは曲げ加工による分割を考えているが、分割線に沿ってダイシングソーで基板を個片に分割してもよい。このとき、同一厚みの基板に較べて切断する部分の肉厚が薄いのでダイシングブレードの負担を軽くし、ブレードの寿命を長持ちさせることができる。
【００３０】
なお、図２に示した実施の形態では、第２のグリーンシート８、第３のグリーンシート９は多層基板２を構成する個片８ａ，９ａがシート内で分離した構造となっており、吸着機能を持ったカッティングヘッド装置が必要であるが、個片の外周部に断続的なスリットや丸穴を開けて部分的に連結されたシートを積層することもできる。このときは通常の金型で打抜いたシートを通常の積層装置で積層すればよい。
【００３１】
多層基板１の底面の外部接続端子６ａを、図４に基づいて説明する。図４（ａ）は本実施の形態で用いた電極構造である。グリーンシートを焼成して得られる絶縁体層の底面段差部５ａには、導体膜１２が露出するように形成されている。そして、この導体膜１２が外部接続端子６ａとなる。それぞれのグリーンシートに形成された導体パターンに接続されるとともに表層の電子部品素子４や内部導体パターン１７に接続されている。
図４（ｂ）はこの多層基板２をマザー基板１６に半田付け実装した状態の図である。マザー基板１６上のパッド１５と導体膜１２との間には半田１４が回りこんで、電子部品装置１を実装したときに多層基板２の底面側の階段状段差部５ａの間に半田のフィレットが形成されている。外部接続端子６ａをＬＧＡ構成とした場合、半田付け面は階段状の導体膜１２で覆われており、マザー基板１６に対して垂直な階段面の存在により半田付けの密着強度を著しく高めることができる。これにより、多層基板２とマザー基板１６との密着強度は、通常、端面に垂直方向に半田が付着する場合に比べて、１０倍以上大きな値を示す。また半田付けされる面積が増大したこともあいまって、本発明の方法を利用することで充分な半田付け強度を得ることが出来る。
【００３２】
また、多層基板２の上面側の階段状段差部５ｂは、高周波を扱う電子部品装置１において、シールドケース３の取り付けに利用される。図５（ａ）は、本発明の基板を用いた電子部品装置１の外観斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）をＡ−Ａ‘の断面を示す部分断面図である。
【００３３】
シールドケース３は多層基板２の階段状段差部５ｂに嵌めあう一面が開口した筐体状となっている。また、階段状段差部５ｂの平面部分や端面部分には、多層基板２の内部から露出した露出導体膜６ｂが形成され、この露出導体膜６ｂに半田１４を介してシールドケース３の下端部が接合される。この露出導体膜６ｂは多層基板２内部でアース電位に接続されている。
【００３４】
上述の構造では、多層基板２とシールドケース３の間に隙間を作らずにシールドケース３を取り付けることができる。尚、従来の多層基板では、端面にスルーホールなどを利用した外部電極があったため、その部分を逃がすようにシールドケースを切り欠いたり、浮かせたりしていた。そのため、シールドケースの取り付けが部分的なものになり、取り付け強度の不足、電磁放射などの問題を起こしていた。しかし、本発明の電子部品装置１の多層基板２では外部接続端子６ａは下面にしかなくシールドケースを切り欠く必要はない、またシールドケース３で多層基板２に全周半田付けするため、多層基板２の上面、即ち、電子部品素子４を完全に密閉でき、しかも半田付け強度を工場させることができる。
【００３５】
尚、上述の実施例では、多層基板２の上面及び底面の両面に夫々階段状段差部５ａ、５ｂを形成しているが、一方側のみに階段状段差部を形成しただけでもよく、この場合においても分割が確実且つ安定化し、また、接合強度の高い外部接続端子またはシールドケースの取着が容易な構造のいずれかとすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように多層基板では、絶縁層の外形寸法を漸次小さくして積層することによって多層基板の周囲に階段状段差部を形成している。その包絡線が円弧状になるように形成することができ、ガラスセラミック基板などの強度の低い絶縁材料を用いても、多層基板においての分割において割れ欠けのない信頼性の高い多層基板となる。
【００３７】
また、この多層基板の階段状段差部は、ＬＧＡタイプの外部接続端子を形成でき、半田付け強度を強固なものとすることができる。
【００３８】
また、この多層基板にシールドケースを取り付けるときには基板とシールドケースの間に隙間ができないので、多層基板とシールドケースを密閉でき、しかも、電磁放射、外来ノイズの遮断が確実となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の多層基板を用いた電子部品装置の外観図であり、（ｂ）は、上面のシールドケースを取り外した状態の外観図であり、（ｃ）は、多層基板の底面側の外観図である。
【図２】本発明の多層基板の製造で用いるグリーンシートの外観図である。
【図３】本発明で積層したグリーンシートの断面図である。
【図４】本発明の多層基板における外部接続端子の構造を示し、（ａ）は、多層基板の断面図、（ｂ）は多層基板の実装状態を示す断面図である。
【図５】本発明の多層基板にシールドケースの取り付けたと時の構造を示し、（ａ）はそのときの外観斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【符号の説明】
１…電子部品装置
２…多層基板
３…シールドケース
４…電子部品素子
５、５ａ、５ｂ…階段状段差部
６ｂ…シールドケース取り付けの露出導体膜
６ａ…外部接続端子
７，８，９…グリーンシート
１０…スリット
１１…基板断面の包絡線
１２…導体膜

Claims (3)

1. 複数の絶縁層が積層して成り、且つその内部に内部導体パターンが形成された多層基板であって、
   前記多層基板の周縁部には、前記複数の絶縁層の端部による階段状段差部が形成されていることを特徴とする多層基板。
2. 前記多層基板の底面側周縁部の階段状段差部には前記内部導体パターンに接続する外部接続端子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層基板。
3. 前記多層基板の上面側周縁部の階段状段差部には前記内部導体パターンに接続する露出導体膜が形成されるとともに、前記露出導体膜に、前記多層基板の表面に搭載される各種電子部品を覆うシールドケースが接合されていることを特徴とする請求項１、２のいずれか記載の多層基板。

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