JP2006210576A - 電子部品搭載用基板および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子装置搭載用基板自体の熱衝撃信頼性を高め、電子部品や外部回路基板との接続部分の導通不良や接続不良を抑制することが可能な、実装信頼性や熱衝撃信頼性の高い電子部品搭載用基板およびそれを使用した電子装置を提供すること。
【解決手段】 電子部品７が搭載される絶縁基体２の厚み方向に貫通孔を形成するとともに、この貫通孔に、絶縁基体２の一主面側で電子部品７に接続されるリード端子１１を挿通し、このリード端子１１を貫通孔の内部で封着ガラス３にて固着してなる電子部品搭載用基板１において、リード端子１１は固着部にくびれ部６を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は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電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子装置に関する。

近年、表面実装型の電子部品収納用パッケージ、例えば水晶振動子収納用パッケージは、封止の信頼性が高く、小型，低コスト化の可能なセラミックパッケージが使用されている。

このような表面実装型の水晶振動子収納用パッケージは、配線パターンを形成した板状のセラミックスから成る電子部品搭載用基板上に、水晶振動子を搭載接続し、さらに、蓋体で封止することにより構成されている。また、電子部品搭載用基板の端面や裏面には、上記配線パターンと導通する実装用端子電極が形成されている。

図５は従来の電子部品搭載用基板を用いた電子装置の長手方向の中心線に沿った断面図であり、２１は電子部品搭載用基板、２２はセラミックスから成る絶縁基体、２４は絶縁基体２２の長手方向の両端部付近上面に形成された内部電極、２５は内部電極２４から絶縁基体２２の長手方向両側面部および外表面の長手方向両端部に延出するように形成された実装用電極、２７は電子部品、３０は内部電極２４と電子部品２７とを電気的に接続する導電性接着剤、２８は電子部品搭載用基板２１に固着封止される蓋体、２９は電子部品搭載用基板２１と蓋体２８とを接着する低融点ガラスである。

詳細な構成を下記に説明する。先ず電子部品搭載用基板２１の絶縁基体２２の長手方向両端部付近上面に、導電性ペーストを従来周知のスクリーン印刷で塗布し焼成して形成したメタライズ層で内部電極２４を形成する。次に内部電極２４から絶縁基体２２の長手方向両側面部および外表面の長手方向両端部に延出するように導電性ペーストを同様に塗布し焼成して形成したメタライズ層で実装用電極２５を形成する。そして、メタライズ表面にニッケルめっき、次いで金メッキを行なう。

次に、電子部品２７を内部電極２４に導電性接着剤３０で接着する。さらに、電子部品搭載用基板２１と蓋体２８とを低融点ガラス２９で固着封止し気密性を保持することにより、電子装置となる。

上記のような表面実装型の電子装置を外部回路基板であるプリント配線基板に実装するにあたり、まず、プリント配線基板上に形成した接続パッドに半田ペーストを塗布し、次に、上記電子装置を接続パッドに搭載し、続いて、リフロー炉に通して加熱することにより半田ペーストを溶融して、接続パッドと実装用電極端子とを電気的、機械的に接合する。

この時、実装用電極端子の最表面層である金メッキ層は、溶融した半田中のスズに固溶して金−スズ合金層を形成するため、良好な半田付け性が得られる。
特開平７−３２１５５５号公報

しかしながら、従来は民生用機器ほどの高信頼性が要求されていなかったり、産業用機器のように温度負荷の少ない環境で使用されることが多かったが、近年、表面実装製品の使用される範囲が広がるにつれ、自動車や航空機のように高信頼性が要求される分野でも表面実装製品が使用されるようになってきており、従来提案されている構造よりも、より信頼性を高めることを近年要求されている。

このような要求に対して、従来の電子部品搭載用基板を用いた電子装置は、プリント配線基板に接合した状態で所定の信頼性試験、特に−５０℃〜＋１２５℃の温度サイクル試験を行なった場合に、実装用電極２５とプリント配線基板の接続パッドとの接合部や内部電極２４と電子部品２７との接合部が破損し導通不良が発生しやすいという問題点を有していた。

本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は電子装置搭載用基板自体の熱衝撃信頼性を高め、電子部品や外部回路基板との接続部分の導通不良や接続不良を抑制することが可能な、実装信頼性や熱衝撃信頼性の高い電子部品搭載用基板およびそれを使用した電子装置を提供することである。

本発明の電子部品搭載用基板は、電子部品が搭載される絶縁基体の厚み方向に貫通孔を形成するとともに、該貫通孔に、前記絶縁基体の一主面側で前記電子部品に接続されるリード端子を挿通し、該リード端子を前記貫通孔の内部で封着ガラスにて固着してなる電子部品搭載用基板において、前記リード端子は前記固着部にくびれ部を有していることを特徴とする。

本発明の電子部品搭載用基板において、好ましくは、前記リード端子は板状で、且つ両端部が前記絶縁基体の主面に対し平行となるように前記くびれ部の両側においてクランク状に折り曲げられるとともに、その一主面側に電子部品が接続されるようになっており、前記貫通孔内に位置するリード端子の一主面を他主面に比し前記貫通孔の内面に近接して配置させたことを特徴とする。

本発明の電子部品搭載用基板において、好ましくは、前記リード端子は、少なくとも前記固着部において、一主面と両側面との間の角部に面取りが施されていることを特徴とする。

本発明の電子部品搭載用基板において、好ましくは、前記リード端子のくびれ部に貫通穴が形成されていることを特徴とする。

本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品搭載用基板と、前記リード端子の上端に電気的に接続される電子部品と、前記絶縁基板の上面に前記電子部品を覆うように取着される蓋体とを具備することを特徴とする。

本発明の電子装置において、好ましくは、前記電子部品が圧電振動子であることを特徴とする。

本発明の電子部品搭載用基板は、電子部品が搭載される絶縁基体の厚み方向に貫通孔を形成するとともに、貫通孔に、絶縁基体の一主面側で電子部品に接続されるリード端子を挿通し、リード端子を貫通孔の内部で封着ガラスにて固着してなる電子部品搭載用基板において、リード端子は固着部にくびれ部を有していることによって、封着ガラスを介して絶縁基体とリード端子とを加熱して接合させる際、リード端子によって封着ガラスの流れが阻害されるのをくびれ部を形成することにより良好に抑制でき、絶縁基体とリード端子を接合後の封着ガラスの残留応力をきわめて小さくすることができる。

よって、電子部品搭載用基板を外部回路基板に実装した場合に、温度サイクル試験などによる衝撃が加わっても、電子部品搭載用基板の残留応力が大きくなってこれらの実装部が破壊されるのを有効に防止できるとともに、電子部品と外部回路基板とを１つの部材から成るリード端子だけで接続しているので断線し難くすることができる。よって、これらの相乗効果によって、きわめて導通信頼性の高いものとなる。

本発明の電子部品搭載用基板は、好ましくはリード端子は板状で、且つ両端部が絶縁基体の主面に対し平行となるようにくびれ部の両側においてクランク状に折り曲げられるとともに、その一主面側に電子部品が接続されるようになっており、貫通孔内に位置するリード端子の一主面を他主面に比し貫通孔の内面に近接して配置させたことによって、近接したリード端子と貫通孔の内面との間に毛細管現象を利用して封着ガラスをより良好に流動させることができるようになるので、より封着ガラスの流れを阻害せずに絶縁基体とリード端子を接合でき、また板状体を折曲げたリード端子を使用することで板状体の弾性をより有効に利用できるので、より信頼性の高い電子部品搭載用基板となる。

本発明の電子部品搭載用基板は、好ましくはリード端子が、少なくとも固着部において、一主面と両側面との間の角部に面取りが施されていることによって、より封着ガラスの流れを阻害せずに絶縁基体とリード端子を接合できることで、封着ガラスの残留応力がより小さくなり信頼性の高い電子部品搭載用基板となる。

本発明の電子部品搭載用基板は、好ましくはリード端子のくびれ部に貫通穴が形成されていることによって、より封着ガラスの流れを阻害せずに絶縁基体とリード端子を接合できるとともに、封着ガラスでリード端子に楔が入ることで、封着ガラスとリード端子の接合の信頼性がより高い電子部品搭載用基板となる。

本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品搭載用基板と、リード端子の上端に電気的に接続される電子部品と、絶縁基板の上面に電子部品を覆うように取着される蓋体とを具備することによって、電子部品や外部回路基板との接続部分の導通不良や接続不良を抑制することが可能な、実装信頼性や熱衝撃信頼性の高い電子装置となる。

本発明の電子装置は、電子部品が圧電振動子であることによって、応力によって圧電特性が変化し易い圧電振動子をきわめて実装信頼性や熱衝撃信頼性の高く収納することができ、すぐれた圧電特性を得ることができる。

図１は本発明の電子部品搭載用基板を用いた電子装置の長手方向の中心線に沿った断面図であり、１は電子部品搭載用基板、２は絶縁基体、３は絶縁基体２の貫通孔にリード端子１１を固着するための封着ガラス、４は絶縁基体２の上面に形成されたリード端子１１の一端部から成る内部電極、５は絶縁基体２の下面両端部に延出するように形成されたリード端子１１の他端部から成る実装用電極、６はリード端子１１のくびれ部、７は電子部品、１０は内部電極４と電子部品７とを電気的に接続する導電性接着剤、８は電子部品搭載用基板１に固着封止される蓋体、９は電子部品搭載用基板１と蓋体８とを接着する接合材である。

絶縁基体２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）やムライト質焼結体，ステアタイト焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤および可塑剤，分散剤を添加混合して泥漿物を作り、この泥漿物を従来周知のスプレイドライ法を用いて顆粒化し、この顆粒を所定の形状にプレス金型によりプレス成形した後、約1500℃の高温で焼成することにより作製する。

封着ガラス３は、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｎａ_２Ｏ，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＢａＯ−Ｎａ_２Ｏ等のホウケイ酸ガラス等から成り、好ましくは熱膨張係数を絶縁基体２に近づけて応力が生じるのを有効に防止するという観点からはセラミックフィラーを含有しているのがよい。

リード端子１１は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や42アロイ，銅（Ｃｕ），銅合金等の金属からなる。リード端子１１は、例えばこれらの金属から成る板材を、従来周知のスタンピング金型を用いた打ち抜き加工により、リード端子１１が展開された形状のリードフレームを形成後、この展開されたリード端子１１を曲げ金型を用いた曲げ加工により、所望のＬ字状に曲げて形成する。しかる後、その表面にニッケルめっき層および金めっき層を電気めっきによって被着してもよく、リード端子１１を封着ガラス３で絶縁基体２に固着してからニッケルめっき層および金めっき層を被着しても良い。

リード端子１１は、絶縁基体２の厚み方向に形成した貫通孔に挿通され、封着材３によって固着される。この固着された部位にくびれ部６が形成されている。このようなくびれ部６はリード端子１１の長手方向に直交する断面の断面積が他の部位の断面積よりも小さくなっている。好ましくは、くびれ部６の断面積は他の部位の断面積の０．３〜０．８倍であるのがよい。０．８倍を超えると、リード端子１１を絶縁基体２に接合する際、封着ガラス３の流れがリード端子１１により阻害されるのを抑制して封着ガラスの残留応力を小さくするという効果が小さくなりやすい。また、０．３倍未満であると、リード端子１１の強度が弱くなり導通信頼性が低下するとともに電気抵抗も大きくなりやすい。

くびれ部６は、例えば図２に示すように、リード端子１１の一部を切り欠いたり、厚みを薄くしたりすることにより形成できる。また、くびれ部６の形状は、矩形状や曲面状など様々な形状にできる。

好ましくは図１，２に示すように、リード端子１１は板状で、且つ両端部が絶縁基体２の主面に対し平行となるようにくびれ部の両側においてクランク状に折り曲げられるとともに、その一主面側に電子部品７が接続されるようになっており、絶縁基体２の貫通孔内に位置するリード端子１１の一主面を他主面に比し貫通孔の内面に近接して配置させるのがよい。これにより、近接したリード端子１１と絶縁基体２の貫通孔の内面との間に毛細管現象を利用して封着ガラス３をより良好に流動させることができるようになるので、より封着ガラス３の流れを阻害せずに絶縁基体２とリード端子１１を接合でき、また板状体を折曲げたリード端子１１を使用することで板状体の弾性をより有効に利用できるので、より信頼性の高い電子部品搭載用基板１となる。

また、リード端子１１の折り曲げられた端部は、封着ガラス３の上面や絶縁基体２の上面から離間しているのがよい。これにより、リード端子１１の折り曲げられた端部が適度に動きやすくなってより有効な弾性が得られる。よって、リード端子１１と電子部品７との接合部やリード端子１１と外部回路基板との接合部に応力が生じたとしてもこの端部の弾性によって応力を有効に緩和することができる
また、好ましくはリード端子１１が、少なくとも固着部において、図４に示すように一主面と両側面との間の角部に面取りが施されているのがよい。これにより、より封着ガラスの流れを阻害せずに絶縁基体２とリード端子１１を接合できることで、封着ガラス３の残留応力がより小さくなり信頼性の高い電子部品搭載用基板１となる。

さらに好ましくは、図３に示すようにリード端子１１のくびれ部６に貫通穴が形成されているのがよい。これにより、より封着ガラス３の流れを阻害せずに絶縁基体２とリード端子１１を接合できるとともに、封着ガラス３でリード端子１１に楔が入ることで、封着ガラス３とリード端子１１の接合の信頼性がより高い電子部品搭載用基板１となる。

そして、絶縁基体２の貫通孔にリード端子１１を挿入し、封着ガラス３を絶縁基体２の貫通孔の開口部やリード端子１１に載置し、封着ガラス３の溶融温度以上に保持することで、リード端子１１を固着し、電子部品搭載用基板１となる。

本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品搭載用基板１と、リード端子１１の上端に電気的に接続される半導体素子や圧電振動子等の電子部品７と、絶縁基板２の上面に電子部品７を覆うように取着される蓋体８とを具備している。これにより、リード端子１１の接合の信頼性が高くなるので機械衝撃や熱衝撃に対して信頼性の高い電子装置となる。

特に、電子部品７が圧電振動子である場合、本発明の電子部品搭載用基板１によって、応力によって圧電特性が変化し易い圧電振動子をきわめて実装信頼性や熱衝撃信頼性の高く収納することができ、すぐれた圧電特性を得ることができる。

蓋体８は例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）やムライト質焼結体，ステアタイト焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスや、金属、樹脂等から成り、周知の加工技術により形成できる。

接合材９は、鉛ケイ酸塩ガラス（ＰｂＯ−ＳｉＯ_２系，ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系等）やホウ酸塩ガラス（Ｂ_２Ｏ_３系,Ｌｉ_２Ｏ−Ｂ_２Ｏ_３系,Ｎａ_２Ｏ−Ｂ_２Ｏ_３系等），リン酸塩ガラス（Ｎａ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５系,Ｂ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５系等），リン酸スズ亜鉛ガラス（Ｐ_２Ｏ_５−ＳｎＯ−ＺｎＯ系）等の低融点ガラスや、ろう材、樹脂接着剤等が用いられる。好ましくは、電子装置内部の気密性を良好にするため、低融点ガラスを用いるのがよい。

かくして電子部品搭載用基板１の内部電極４に電子部品７を導電性接着剤１０を介して接続固定し、しかる後、電子部品搭載用基板１の上面に蓋体８を低融点ガラス９を介して接合し気密に封止することによって最終製品としての電子装置が完成する。

なお、本発明は上述の最良の形態および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種々の変更を行うことは何等差し支えない。

本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の他の例におけるリード端子の斜視図である。 本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の他の例におけるリード端子の斜視図である。 本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の他の例におけるリード端子の斜視図である。 従来の電子部品搭載用基板の断面図である。

符号の説明

１・・・・・・電子部品搭載用基板
２・・・・・・絶縁基体
３・・・・・・封着ガラス
６・・・・・・くびれ部
７・・・・・・電子部品
８・・・・・・蓋体
１１・・・・・リード端子

Claims (6)

1. 電子部品が搭載される絶縁基体の厚み方向に貫通孔を形成するとともに、該貫通孔に、前記絶縁基体の一主面側で前記電子部品に接続されるリード端子を挿通し、該リード端子を前記貫通孔の内部で封着ガラスにて固着してなる電子部品搭載用基板において、前記リード端子は前記固着部にくびれ部を有していることを特徴とする電子部品搭載用基板。
2. 前記リード端子は板状で、且つ両端部が前記絶縁基体の主面に対し平行となるように前記くびれ部の両側においてクランク状に折り曲げられるとともに、その一主面側に電子部品が接続されるようになっており、前記貫通孔内に位置するリード端子の一主面を他主面に比し前記貫通孔の内面に近接して配置させたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載用基板。
3. 前記リード端子は、少なくとも前記固着部において、一主面と両側面との間の角部に面取りが施されていることを特徴とする請求項２に記載の電子部品搭載用基板。
4. 前記リード端子のくびれ部に貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品搭載用基板。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子部品搭載用基板と、前記リード端子の上端に電気的に接続される電子部品と、前記絶縁基板の上面に前記電子部品を覆うように取着される蓋体とを具備することを特徴とする電子装置。
6. 前記電子部品が圧電振動子であることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。

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