JP2007158228A - 温度補償回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に対する熱応答性に優れた温度補償機能を有するようにしつつ小型化及び軽量化を図る。
【解決手段】厚膜セラミック回路基板Ｃにおいて、セラミック基板１の上面に配線パターン１５、１６が形成されている。また、正特性サーミスタＰが配線パターン１６と電気的に接続されるように配置されている。フレキシブル回路基板Ｆにおいて、可撓性を有するポリイミド基板８の上面に配線パターン１７が形成されている。厚膜セラミック回路基板Ｃにおける配線パターン１６が形成された面と、フレキシブル回路基板Ｆにおける配線パターン１７が形成された面の反対側の面との間で正特性サーミスタＰを挟持するように、厚膜セラミック回路基板Ｃとフレキシブル回路基板Ｆとが貼り合わされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーミスタが実装されている温度補償回路基板に関する。

セラミック回路基板にサーミスタ素子が実装された温度補償回路基板が知られている。チタン酸バリウムを主成分とするサーミスタ素子（例えば、正特性サーミスタ）は、周囲の温度により抵抗値が変化する特性を有するものである。セラミック回路基板は、アルミナ基板上に配線パターン、絶縁ガラス膜及び抵抗素子パターンを交互に印刷すると共に１２０〜１８０℃で乾燥した後、５００〜９００℃で焼成することによって形成される。一方、サーミスタ素子は、１２００〜１４００℃で焼成される。
このように、両者を形成するときの温度差が大きいため、セラミック回路基板内にサーミスタ素子を形成することが難しい。
そこで、完成したセラミック回路基板上にサーミスタ素子を内蔵するチップ形サーミスタを後付けで取り付けることが考えられるが、この場合、セラミック回路基板上にチップ形サーミスタを実装するための領域と電気部品を実装するための領域とを確保しなければならなくなり、温度補償回路基板が大型化することがある。

さらに、セラミック回路基板表面上にはんだでチップ形サーミスタを実装した場合、当該基板の熱は、はんだ及びチップ形サーミスタの端子のみを介して伝わるため、温度補償回路基板の温度変化に対する応答性が悪くなる。

これらの問題を回避するため、セラミック回路基板同士の間にサーミスタ素子を実装する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。これによると、サーミスタ素子がセラミック回路基板同士の間に配置されるため、セラミック回路基板上に、電気部品が実装される領域のみを確保すればよく、温度補償回路基板の小型化を図ることができる。また、サーミスタ素子とセラミック回路基板との接触面積が大きくなるため、温度補償回路基板の温度変化に対するサーミスタの応答性が向上する。

特開２００４−１７２３５７号公報（図１）

しかしながら、上述した技術においては、セラミック回路基板の可撓性が低いため、サーミスタ素子の周辺に空隙が形成されやすい。このため、結果として温度補償回路基板が必要以上に厚くなる。さらに、セラミック回路基板を２枚貼り合わせると温度補償回路基板の重量が重くなってしまう。
また、セラミック回路基板を２枚貼り合わせる場合には、両基板面には金属の配線パターンを形成していることから、バイメタル効果による撓みが生じる可能性があり、両基板が同じように撓むのであれば問題がないものの、配線パターンが同一でない等の要因によって、異なる量の撓みが生じるとセラミック自体が脆性を有することから、クラックが発生する可能性がある。

そこで、本発明の主たる目的は、温度変化に対する熱応答性に優れた温度補償機能を有するものであって、小型化及び軽量化を図ることができる温度補償回路基板を提供することである。

本発明の温度補償回路基板は、セラミック基板、及び該セラミック基板の一方の面に形成された導電性を有する第１の配線パターンを有するセラミック回路基板と、可撓性を有する絶縁基板、及び該絶縁基板の一方の面に形成された導電性を有する第２の配線パターンを有するフレキシブル回路基板と、前記第１の配線パターンの少なくとも一部と電気的に接続された電極を有するサーミスタ素子とを備えている。前記セラミック回路基板における前記第１の配線パターンが形成された面と、前記フレキシブル回路基板における前記第２の配線パターンが形成された面の反対側の面との間で前記サーミスタ素子を挟持するように、前記セラミック回路基板と前記フレキシブル回路基板とが貼り合わされている。

本発明においては、前記絶縁基板に形成された貫通孔に導電性部材が充填されており、前記第１の配線パターンの少なくとも一部及び前記サーミスタ素子の電極と前記第２の配線パターンの少なくとも一部とが前記導電性部材を介して電気的に接続されていることが好ましい。

本発明によると、サーミスタ素子を挟持するようにフレキシブル回路基板とセラミック回路基板とが貼り合わされているため、フレキシブル回路基板の表面にサーミスタ素子を配置する領域を確保する必要がなくなる。また、フレキシブル回路基板が可撓性を有しているためフレキシブル回路基板とサーミスタ素子とが密着しやすくなり、温度補償回路基板の厚みが小さくなる。これらにより温度補償回路基板の小型化を図ることができる。
また、サーミスタ素子が第１の配線パターンと密着することによってサーミスタ素子の温度変化に対する熱応答性が向上するため、優れた温度補償機能をもつ温度補償回路基板を形成することができる。
さらに、フレキシブル回路基板はセラミック回路基板と比較して軽量であるため、温度補償回路基板の軽量化を図ることができる。
また、セラミック回路基板の撓みへのフレキシブル回路基板の追随性により、両回路基板の密着性の保持安定性が、前述したような追随性のないセラミック回路基板と積層する場合に比べて良好となる。

本発明において、前記絶縁基板に形成された貫通孔に導電性部材が充填され、前記第１の配線パターンの少なくとも一部及び前記サーミスタ素子の電極と前記第２の配線パターンの少なくとも一部とが前記導電性部材を介して電気的に接続されることによって、第１の配線パターン及びサーミスタ素子の電極と第２の配線パターンとを容易に電気的に接続することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の好適な実施形態である温度補償回路基板の断面図である。図１に示すように、温度補償回路基板１００は、混成集積回路基板であって、厚膜セラミック回路基板（厚膜集積回路基板）Ｃとフレキシブル回路基板（薄膜集積回路基板）Ｆと正特性サーミスタ（サーミスタ素子）Ｐとを有している。厚膜セラミック回路基板Ｃは、セラミック基板１と、導電性を有する配線パターン２と、絶縁ガラス膜３と、抵抗素子パターン４と、導電性を有する配線パターン（第１の配線パターン）１６、配線パターン１５とを有している。

配線パターン２は、セラミック基板１の下面（図１中下方の面）に形成されている。配線パターン１５は、セラミック基板１の上面（一方の面）に直接形成されている。絶縁ガラス膜３は、セラミック基板１の上面において、配線パターン１５を覆うように形成されている。配線パターン１６は、絶縁ガラス膜３の上面に形成されている。つまり、配線パターン１５、１６は、絶縁ガラス膜３と共にセラミック基板１の上面に形成されている。抵抗素子パターン４は、配線パターン１６と電気的に接続されるように、絶縁ガラス膜３の上面に形成されている。

セラミック基板１には、孔（スルーホール）が設けられており、この孔内に内層導体１８が形成されている。絶縁ガラス膜３には、孔（ビアホール）が設けられており、この孔内に内層導体１９が形成されている。配線パターン１５、１６と配線パターン２とが内層導体１８、１９を介して電気的に接続されている。正特性サーミスタＰは、ペレット状のセラミック素子６と、セラミック素子６の両平面に形成された一対の平板状の電極７とを有している。そして、正特性サーミスタＰの下面の電極７が導電ペースト５を介して配線パターン１６に電気的に接続されている。また、セラミック基板１の下面においては、複数のＢＧＡボール１４が配線パターン２に電気的に接続されている。

ここで、セラミック基板１は、正特性サーミスタＰとの線膨張係数差が小さくなるものが選択されている。本実施形態においては、セラミック基板１の線膨張係数が、８．０×１０^―６（ＲＴ〜８００℃）となっており、正特性サーミスタＰの線膨張係数が、６．４×１０^−６（ＲＴ〜１５０℃）、１２．７×１０^−６（１５０〜９００℃）となっている。
このように、セラミック基板１と正特性サーミスタＰとの線膨張係数差を小さくすることによって、温度変化により正特性サーミスタＰがセラミック基板１から剥離するのを防止することができる。

フレキシブル回路基板Ｆは、ポリイミド基板（絶縁基板）８と、カバーフィルム９と、導電性を有する配線パターン（第２の配線パターン）１７とを有している。ポリイミド基板８は可撓性を有するものである。配線パターン１７は、ポリイミド基板８の上面（一方の面）に形成されている。カバーフィルム９は、配線パターン１７の一部を覆うようにポリイミド基板８の上面に形成されている。ポリイミド基板８には、貫通孔１０が設けられており、この孔内に導体層（導電性部材）１０ａが形成されている。配線パターン１７と厚膜セラミック回路基板Ｃの配線パターン１６とが導体層１０ａを介して電気的に接続されている。また、配線パターン１７と正特性サーミスタＰの上面の電極７とが導体層１０ａを介して電気的に接続されている。また、フレキシブル回路基板Ｆの上面においては、はんだ１３を介して配線パターン１７と電気的に接続されるように、ＩＣ等の能動部品１１およびコンデンサ等の受動部品１２が実装されている。

そして、厚膜セラミック回路基板Ｃにおける配線パターン１６が形成された面と、フレキシブル回路基板Ｆにおける下面（配線パターン１７が形成された面の反対側の面）との間で正特性サーミスタＰを挟持するように、厚膜セラミック回路基板Ｃとフレキシブル回路基板Ｆとが貼り合わされている。

この温度補償回路基板１００は、温度補償を必要とするあらゆる基板に組み込み可能である。例えば、オーディオ機器に使用される電源基板に好適である。この場合、温度補償回路基板１００に正特性サーミスタＰの抵抗値に基づいて冷却装置を制御するＩＣが実装されることによって、電源基板の温度が所定の範囲内に収まるように冷却装置を制御することができる。これにより、電源基板が熱により破損するのを防止することができる。

次に、温度補償回路基板１００の組立手順について図２及び図３を参照しつつ説明する。図２及び図３は、温度補償回路基板１００の組立手順を示す断面図である。まず、図２（ａ）に示すように９０〜９７％純度を有するアルミナ製のセラミック基板１の下面に銅からなる導体ペーストをスクリーン印刷することによって配線パターン２を形成した後、１２０〜１８０℃で乾燥し、さらに、５００〜９００℃で焼成する。ここで、配線パターン１５も、セラミック基板１の上面に上記と同様に乾燥・焼成して形成する。

また、内層導体１８はセラミック基板１に形成された孔に導体ペーストを充填印刷し、上記と同様に乾燥・焼成して形成する。さらに、セラミック基板１の上面にガラスからなる絶縁ペーストをスクリーン印刷することによって絶縁ガラス膜３を形成し、上記と同様に乾燥・焼成する。そして、絶縁ガラス膜３に設けられた孔にも導体ペーストを充填印刷し、上記と同様に乾燥・焼成して、内層導体１８につながる内層導体１９を形成する。

絶縁ガラス膜３の上面に配線パターン１６を上記と同様に導体ペーストをスクリーン印刷することによって形成した後に、乾燥・焼成を行う。なお、本実施形態では導体ペーストに銅を含有したものを用いて配線パターンを形成したが、金、銀、パラジウム、白金からなる導体ペーストを用いることもできる。

その後、絶縁ガラス膜３の上面にルテニウム系酸化物とガラスからなる抵抗ペーストをさらにスクリーン印刷することによって抵抗素子パターン４を形成し、上記と同様に乾燥・焼成して厚膜セラミック回路基板Ｃを完成させる。このとき、必要があれば、レーザートリミングにより、抵抗素子パターンの抵抗値調整を行うこともできる。

次に、図２（ｂ）に示すように、厚膜セラミック回路基板Ｃに、銀を主体とする導電ペースト５を印刷する。
そして、チタン酸バリウムを主原料とするペレット状のセラミック素子６の上下に、銀、ニッケル、錫、またはそれらを組み合わせたものからなる電極７をもつ正特性サーミスタＰを導電ペースト５の上に接着する。
その後、１５０℃〜３００℃で、導電ペーストを硬化させ、正特性サーミスタＰを実装した厚膜セラミック回路基板Ｃが完成する。

次に、図３（ａ）に示すように、ポリイミド基板８に、銅からなる配線パターン１７、およびカバーフィルム９にて回路形成されたフレキシブル回路基板Ｆを形成する。

フレキシブル回路基板Ｆの基材面（下面）に接着シート１３を貼り付けた後、厚膜セラミック回路基板Ｃにおける配線パターン１６が形成された面と、フレキシブル回路基板Ｆにおける下面との間で正特性サーミスタＰを挟持するように、厚膜セラミック回路基板Ｃとフレキシブル回路基板Ｆとを重ね合わせる。これを簡易プレス機にて１５０〜２００℃で１〜３分間、熱圧着し、さらに真空熱プレスにて１５０〜２００℃で５０〜１００分間熱処理することにより、厚膜セラミック回路基板Ｃとフレキシブル回路基板Ｆとが貼り合わされる。

その後、図３（ｂ）に示すように、厚膜セラミック回路基板Ｃとフレキシブル回路基板Ｆとの電気的導通、およびフレキシブル回路基板Ｆと正特性サーミスタＰとの電気的導通を得るため、スクリーン印刷法またはインクジェット法にて、銀を主体とする導体ペーストを貫通孔１０に充填印刷して導体層１０ａとして、回路形成し、１５０〜３００℃で熱処理を行う。

その後、図１に示すように、ＩＣ等の能動部品１１およびコンデンサ等の受動部品１２を、はんだ１３により、はんだ付け実装するとともに、ＢＧＡボール１４を配線パターン２の下部にはんだボール実装法により形成して、温度補償回路基板１００を完成させる。

以上説明した本実施形態によると、正特性サーミスタＰを挟持するようにフレキシブル回路基板Ｆと厚膜セラミック回路基板Ｃとが貼り合わされているため、フレキシブル回路基板Ｆの上面に正特性サーミスタＰを配置するための領域を確保する必要がなくなる。
また、フレキシブル回路基板Ｆが可撓性を有しているためフレキシブル回路基板Ｆと正特性サーミスタＰとが密着し、温度補償回路基板１００の厚みが小さくなる。これらにより、温度補償回路基板１００の小型化を図ることができる。
また、正特性サーミスタＰが導電ペースト５を介して配線パターン１６と密着することによって正特性サーミスタＰの温度変化に対する熱応答性が向上するため、優れた温度補償機能をもつ温度補償回路基板１００を形成することができる。
さらに、フレキシブル回路基板Ｆはセラミック回路基板と比較して軽量であるため、温度補償回路基板１００の軽量化を図ることができる。

また、本実施形態によると、ポリイミド基板の貫通孔１０内に導体層１０ａが形成されており、配線パターン１６及び正特性サーミスタＰの電極７と配線パターン１７とが導体層１０ａを介して電気的に接続されているため、配線パターン１６及び正特性サーミスタＰと配線パターン１７とを容易に電気的に接続することができる。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。例えば、上述の実施形態においては、セラミック素子として正特性サーミスタＰを用いる構成であるが、負特性サーミスタを用いる構成であってもよい。

また、上述した実施形態においては、厚膜セラミック回路基板Ｃにおいて、配線パターン１５、１６が、絶縁ガラス膜３と共にセラミック基板１の上面に形成される構成であるが、絶縁ガラス膜３を有せず、セラミック基板１の上面に全ての配線パターンが形成される構成であってもよいし、複数の絶縁ガラス膜と共に配線パターンが形成される構成であってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、ポリイミド基板の貫通孔１０内に導体層１０ａが形成されており、配線パターン１６と配線パターン１７とが導体層１０ａを介して電気的に接続される構成であるが、配線パターン１６と配線パターン１７とが別途備えられた接続配線等を介して電気的に接続される構成であってもよい。

加えて、上述した実施形態では、配線パターン１６が形成されている面において、配線パターン１６と電気的に接続された抵抗素子パターン４が形成される構成であるが、配線パターン１６が形成されている面に抵抗素子パターン４が形成されない構成であってもよい。

本発明に係る実施形態である温度補償回路基板の断面図である。 図１に示す温度補償回路基板の組立手順を示す断面図である。 図１に示す温度補償回路基板の組立手順を示す断面図である。

符号の説明

１ セラミック基板
２ 配線パターン
３ 絶縁ガラス膜
４ 抵抗素子パターン
５ 導電ペースト
６ セラミック素子
７ 電極
８ ポリイミド基板（絶縁基板）
９ カバーフィルム
１０ 貫通孔
１０ａ導体層
１１ 能動部品（ＩＣ）
１２ 受動部品（コンデンサ）
１３ はんだ
１４ ＢＧＡボール
１５ 配線パターン
１６ 配線パターン（第１の配線パターン）
１７ 配線パターン（第２の配線パターン）
１８、１９ 内層導体
１００ 温度補償回路基板
Ｃ 厚膜セラミック回路基板
Ｆ フレキシブル回路基板
Ｐ 正特性サーミスタ

Claims (2)

1. セラミック基板、及び該セラミック基板の一方の面に形成された導電性を有する第１の配線パターンを有するセラミック回路基板と、
   可撓性を有する絶縁基板、及び該絶縁基板の一方の面に形成された導電性を有する第２の配線パターンを有するフレキシブル回路基板と、
   前記第１の配線パターンの少なくとも一部と電気的に接続された電極を有するサーミスタ素子とを備えており、
   前記セラミック回路基板における前記第１の配線パターンが形成された面と、前記フレキシブル回路基板における前記第２の配線パターンが形成された面の反対側の面との間で前記サーミスタ素子を挟持するように、前記セラミック回路基板と前記フレキシブル回路基板とが貼り合わされていることを特徴とする温度補償回路基板。
2. 前記絶縁基板に形成された貫通孔に導電性部材が充填されており、
   前記第１の配線パターンの少なくとも一部及び前記サーミスタ素子の電極と、前記第２の配線パターンの少なくとも一部とが前記導電性部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の温度補償回路基板。

Images