JP2008053444A - セラミック基板の製造方法とそれを用いた電子回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】スルーホール導体を分割溝近傍に設けてもセラミック集合基板を所望形状に分割できて個片化した基板の小型化が促進しやすいセラミック基板の製造方法と、そのようなセラミック基板を用いた電子回路モジュールを提供すること。
【解決手段】セラミック基板の製造時に、スルーホール形成箇所の下穴８に導電ペースト９を充填させた複数枚のグリーンシート７と、該形成箇所に下穴８の存しない複数枚のグリーンシート７とを積層・圧着して多層グリーンシート１０を得た後、該形成箇所に貫通穴５を形成する。これを焼成後に分割して得られるセラミック基板には、所定の深さまで電極部４が存し、そこから先は貫通穴５のみという構造のスルーホールが設けられることになる。このスルーホールは電極材料が少な駈くセラミック集合基板の分割溝近傍に位置させても分割不良を起こしにくいため、セラミック基板の外周面近傍にスルーホールを位置させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層構造のセラミック集合基板から多数個取りされるセラミック基板の製造方法と、このようなセラミック基板を備えた電子回路モジュールとに関する。

多層構造のセラミック基板には、チップ部品等が搭載される主面だけでなく、内部の層間にも配線導体やグラウンド導体が形成されており、主面と層間や異なる層間どうしはビアホール導体によって電気的に接続されている。また、高周波回路に組み込まれる電子回路モジュールにこの種のセラミック基板が用いられる場合には、セラミック基板に板金製のシールドケースを取り付けて主面上のチップ部品等を電磁的にシールドすることが多い。その場合、シールドケースの隅部に形成された複数の脚片を、セラミック基板を貫通する各スルーホール内へ挿入して半田接合するという取付構造が一般的であり、主面上でシールドケースがチップ部品の実装領域を覆っていることから、該脚片が挿入されるスルーホールは通常セラミック基板の外周部に配設されている。

このような多層構造のセラミック基板を製造する際には、まず、複数枚のセラミックグリーンシートを積層・圧着して多層化した後、その主面に分割溝を格子状に刻設する。次に、この多層化したグリーンシートを焼成してセラミック集合基板（大判基板）となし、このセラミック集合基板を分割溝に沿って分割して多数のセラミック基板に個片化するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

そして、個片化されたセラミック基板がスルーホールを有する場合、従来、そのスルーホールは以下のような手順で形成されていた。すなわち、セラミック集合基板の各層となるセラミックグリーンシートに対して、スルーホール形成箇所に下穴を穿設して該下穴に導電ペースト（電極ペースト）を充填しておく。次に、複数数のグリーンシートを積層・圧着して多層化した後、この多層グリーンシートに対して前記下穴よりも小径な貫通穴を前記導電ペースト充填部に穿設する。この後、多層グリーンシートを焼成すると、前記貫通穴を包囲する円筒状のスルーホール導体（電極部）が得られる。
特開２００１−２５１０２４号公報（第２頁、図１０）

ところで、前述した多層構造のセラミック基板の小型化が促進されると、その主面上でシールドケースに覆われるチップ部品の実装領域が確保しにくくなるため、この種のセラミック基板にあっては、主面の最外周部まで実装領域が広げられるような配置でシールドケースを取り付けるという要望が高まっている。具体的には、シールドケースの各脚片をセラミック基板の外周面近傍のスルーホールに取り付けることによって、主面と略同等の大きさの実装領域を確保することが可能となる。しかしながら、スルーホール導体となる銀等の電極材料は周囲のグリーンシート中に拡散してセラミック集合基板の機械的強度を局部的に低下させるという性質を有するため、セラミック集合基板の分割溝に近接させてスルーホールが設けてあると、分割工程でセラミック集合基板がスルーホール近傍の分割溝に沿って正しく分割されないという分割不良が起こりやすくなる。すなわち、セラミック集合基板の分割端面に相当する個々のセラミック基板の外周面がスルーホール近傍で不規則な形状になりやすいため、製造歩留まりの悪化が避け難くなる。

なお、セラミック集合基板の分割溝に跨ってスルーホールを形成しておけば、個片化したセラミック基板の外周面にスルーホールを２等分あるいは４等分した非円筒形状のスルーホール導体（電極部）を露出させることはできるが、分割工程で円筒状電極を分割すると破断面に多くのバリが生じてしまうため、かかる手法を採用することは好ましくない。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、スルーホールを分割溝近傍に設けてもセラミック集合基板を所望形状に分割できて個片化した基板の小型化が促進しやすいセラミック基板の製造方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、シールドケースの隅部に形成した複数の脚片をセラミック基板の外周面近傍に取り付けても製造歩留まりが良好な電子回路モジュールを提供することにある。

上記の第１の目的を達成するために、本発明によるセラミック基板の製造方法では、セラミックグリーンシートに第１の穴を穿設して該第１の穴に導電ペーストを充填する電極材料充填工程と、前記電極材料充填工程を経た複数枚のセラミックグリーンシートと該充填工程を経ない複数枚のセラミックグリーンシートとを積層して圧着することにより多層グリーンシートを得る積層圧着工程と、前記第１の穴の中央部に前記多層グリーンシートを貫通する第２の穴を穿設して前記導電ペーストを円筒状の電極部となすスルーホール形成工程と、前記多層グリーンシートの主面に分割溝を形成する分割溝形成工程と、前記スルーホール形成工程および前記分割溝形成工程の後に前記多層グリーンシートを焼成してセラミック集合基板となす焼成工程と、前記焼成工程後に前記セラミック集合基板を分割して多数のセラミック基板に個片化する分割工程とを備えた構成にした。

このように一方の主面から所定の深さまでは電極部（スルーホール導体）が設けられているが、そこから他方の主面までは電極部が省略されているという構造のスルーホールは、製造過程で周囲へ拡散する電極材料の量が少ないため、分割溝とスルーホールとを近接させたセラミック集合基板を製造したときに、その機械的強度が分割溝近傍で不所望に低下する虞がほとんどなくなる。つまり、分割溝近傍にスルーホールを有するセラミック集合基板の分割工程で、スルーホール近傍においても分割不良が回避できるようになって、外周面近傍にスルーホールを有する小型化に好適なセラミック基板が良好な歩留まりで製造できるようになる。また、このスルーホールに取付部材の金属片（シールドケースの脚片等）を取り付ける際には、該金属片を前記一方の主面側から該スルーホール内へ挿入すれば、該スルーホールの電極部に該金属片を確実に半田接合させることができる。

上記の製造方法において、分割溝形成工程では少なくとも電極部が露出する側の主面に前記分割溝を形成し、かつ、焼成後の分割工程では、分割溝に第１の治具を挿入すると共に、反対側の主面で分割溝と対応する箇所を挟んで位置する２箇所に第２の治具を当接させ、これら第１および第２の治具によってセラミック集合基板を板厚方向に加圧するという手法でブレイク作業を行うことが好ましい。こうすると、分割工程のセラミック集合基板は第２の治具を当接させた主面側からクラックを生じることになるが、分割溝近傍に位置するスルーホールには該主面側に電極部が設けられていないため、クラック発生箇所の機械的強度がスルーホールの影響で低下する可能性は小さく、それゆえブレイク作業時にセラミック集合基板の所定箇所にクラックを生じさせることができ、分割不良が一層回避しやすくなる。

また、上記の第２の目的を達成するために、本発明による電子回路モジュールでは、複数の脚片を有する板金製のシールドケースと、前記脚片が挿入されるスルーホールを外周面近傍に配設した多層構造のセラミック基板とを備え、前記スルーホールは、前記セラミック基板の前記シールドケースが配置される側の主面から所定の深さまでは貫通穴が円筒状の電極部に包囲され、かつ、前記所定の深さから他側の主面までは貫通穴のみで電極部が存しない構造になっていて、前記脚片が前記スルーホール内の途中まで挿入された状態で前記電極部に半田接合されるように構成した。

このようにシールドケースの脚片がセラミック基板の外周面近傍に取り付けられていると、セラミック基板の主面上のほぼ全領域をシールドケースで覆うことができるため小型化に好適である。また、シールドケース取付用のスルーホールが、シールドケースが配置される側の主面から所定の深さまでは円筒状の電極部（スルーホール導体）が設けられ、そこから他側の主面までは貫通穴のみで電極部が存しないという構造にしてあると、セラミック基板の製造過程でスルーホールの周囲へ拡散する電極材料の量を減らすことができるため、セラミック集合基板の機械的強度がスルーホールの周囲でもさほど低下しなくなって、スルーホール近傍においても分割不良を招来する虞がなくなる。それゆえ、小型化に好適なセラミック基板が良好な歩留まりで製造できるようになる。また、シールドケースの脚片はスルーホール内の途中までしか挿入されないので、スルーホールに脚片が挿入される深さ付近まで電極部を設けておけば、脚片に対する半田接合強度は十分に確保できる。

本発明によるセラミック基板の製造方法は、一方の主面から所定の深さまでは電極部（スルーホール導体）が存し、そこから他方の主面までは電極部が存しないという構造のスルーホールを形成するものであり、該スルーホールは製造過程で周囲へ拡散する電極材料の量が少ないため、分割溝とスルーホールとを近接させたセラミック集合基板を製造したときに、その機械的強度が分割溝近傍で不所望に低下する虞がほとんどなくなる。つまり、分割溝近傍にスルーホールを有するセラミック集合基板の分割工程で、スルーホール近傍においても分割不良が回避できるようになって、外周面近傍にスルーホールを有する小型化に好適なセラミック基板が良好な歩留まりで製造できるようになる。また、このスルーホールに取付部材の金属片（シールドケースの脚片等）を取り付ける際には、該金属片を前記一方の主面側からスルーホール内へ挿入すれば、スルーホールの電極部に該金属片を確実に半田接合させることができる。

また、本発明の電子回路モジュールは、シールドケースの隅部に形成された複数の脚片がセラミック基板の外周面近傍に取り付けられているため、該セラミック基板の主面上のほぼ全領域をシールドケースで覆うことができて小型化に好適である。しかも、シールドケース取付用のスルーホールが、シールドケースが配置される側の主面から所定の深さまでは円筒状の電極部（スルーホール導体）が設けられ、そこから他側の主面までは貫通穴のみで電極部が存しないという構造にしてあるため、セラミック基板の製造過程で上記の如くスルーホール近傍においても分割不良を招来する虞がなくなって、小型化に好適なセラミック基板が良好な歩留まりで製造できるようになる。また、シールドケースの脚片はスルーホール内の途中までしか挿入されないので、スルーホールに脚片が挿入される深さ付近まで電極部を設けておけば、脚片に対する半田接合強度は十分に確保できる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る電子回路モジュールの平面図、図２は該電子回路モジュールのセラミック基板の製造工程を示す説明図、図３は該セラミック基板に個片化する前のセラミック集合基板を示す平面図、図４は該セラミック基板のスルーホールに対するシールドケースの脚片の取付構造を示す説明図、図５は該脚片の半田接合状態を示す要部断面図、図６は該セラミック集合基板を該セラミック基板に個片化するブレイク作業を示す説明図である。

図１に示す電子回路モジュールは、多層構造のセラミック基板１と、セラミック基板１の主面１ａに実装された図示せぬチップ部品と、主面１ａを覆うようにセラミック基板１に取り付けられた板金製のシールドケース２とによって主に構成されている。セラミック基板１には主面１ａや内部の層間に図示せぬ配線導体やグラウンド導体等が形成されており、主面１ａと層間や異なる層間どうしは図示せぬビアホール導体によって電気的に接続されている。このセラミック基板１は後述するセラミック集合基板（ＬＴＣＣ基板）１４を分割して個片化されたものであり、セラミック基板１の平面視形状は方形である。そして、セラミック基板１の四隅のうち対角位置にある２箇所の隅部にスルーホール３が配設されており、各スルーホール３には円筒状の電極部（スルーホール導体）４が板厚方向の途中まで形成されている。つまり、このスルーホール３は図５に示すように、主面１ａから所定の深さまでは貫通穴５を包囲する円筒状の電極部４が設けられているが、そこから他側の主面１ｂまでは貫通穴５のみで電極部が存しないという構造になっている。

シールドケース２には四隅のうち対角位置にある２箇所に脚片２１が設けられている。図４に示すように、この脚片２１は主面１ａ側からスルーホール３の貫通穴５に挿入された後、図５に示すように、半田６によって脚片２１と電極部４とが接合される。これにより、シールドケース２が主面１ａの大部分を覆った状態でセラミック基板１に取り付けられるため、主面１ａ上のチップ部品等を電磁的にシールドすることができる。なお、シールドケース２の四隅全てに脚片２１を設ける構成にしてもよく、その場合はセラミック基板１の四隅にスルーホール３を配設する必要がある。

セラミック基板１の製造方法を図２と図３を用いて説明すると、まず、図２（ａ）に示すように、低温焼結セラミック材料を含むセラミックグリーンシート７を用意する。そして、このグリーンシート７のスルーホール形成箇所やビアホール形成箇所にそれぞれ所定の大きさの穴を穿設する。その際、図２（ｂ）に示すように、特定のグリーンシート７のスルーホール形成箇所には前記貫通穴５よりも大径な下穴８を穿設しておくが、別のグリーンシート７のスルーホール形成箇所には下穴８を形成しない。次に、これらグリーンシート７に対して、図示せぬ配線導体やグラウンド導体およびビアホール導体となる導電ペーストを印刷する。また、スルーホール形成箇所に下穴８を有するグリーンシート７に対しては、図２（ｃ）に示すように、電極用の導電ペースト９を印刷して下穴８に充填させる。

次に、図２（ｄ）に示すように、スルーホール形成箇所の下穴８に導電ペースト９を充填させた複数枚（例えば３枚）のセラミックグリーンシート７と、スルーホール形成箇所に下穴８が形成されていない複数枚（例えば２枚）のセラミックグリーンシート７とを積層・圧着することにより、多層グリーンシート１０を形成する。その際、各グリーンシート７はスルーホール形成箇所やビアホール形成箇所が合致するように位置合わせされる。次に、図２（ｅ）に示すように、多層グリーンシート１０のスルーホール形成箇所に下穴８よりも小径な貫通穴５を穿設するが、このとき、図示上側のグリーンシート７は、下穴８に充填されている導電ペースト９の中央部に貫通穴５が形成されるため、該導電ペースト９が円筒状に残存して電極部４となる。つまり、多層グリーンシート１０の一方の主面１０ａ側では貫通穴５が電極部４に包囲され、他方の主面１０ｂ側では貫通穴５の周囲に電極部（導電ペースト）が存しないという構造のスルーホール３が得られる。

次に、図２（ｆ）に示すように、多層グリーンシート１０の主面１０ａにブレード１１によってＶ溝加工を施し、該主面１０ａにＶ溝形状の分割溝１２，１３（図３参照）を互いに直交する２方向に沿って格子状に形成する。これら分割溝１２，１３によって、多層グリーンシート１０の主面１０ａが各セラミック基板１に対応する多数の小区画に仕切られる。そして、図３に示すように、多層グリーンシート１０を低温焼成してセラミック集合基板（ＬＴＣＣ基板）１４となした後、このセラミック集合基板１４の主面１４ａの各小区画に図示せぬチップ部品を実装すると共に、貫通穴５に挿入した脚片２１を電極部４に半田接合させることによって各小区画にシールドケース２を取り付ける。

しかる後、セラミック集合基板１４を分割溝１２，１３に沿って分割するというブレイク作業を行って、多数のセラミック基板１に個片化する。図６に示すように、かかるブレイク作業は、主面１４ａ側において分割溝１２（または１３）に第１の分割用治具１５を挿入すると共に、反対側の面（主面１４ｂ）において該分割溝１２（または１３）と対応する箇所を挟んで位置する２箇所に第２の分割用治具１６を当接させ、これら第１および第２の分割用治具１５，１６によってセラミック集合基板１４を板厚方向に加圧することにより行われる。そのため、分割工程のセラミック集合基板１４は、スルーホール３の電極部４が存しない側である主面１４ｂ側からクラックを生じることになる。そして、かかるブレイク作業を行ってセラミック集合基板１４を格子状に分割することにより、図１に示すような電子回路モジュールが一括して多数個取りできる。

このように本実施形態例に係るセラミック基板の製造方法では、分割溝１２，１３の近傍にスルーホール３を配設したセラミック集合基板１４を分割してセラミック基板１に個片化しているが、このスルーホール３は、セラミック基板１の一方の主面１ａから所定の深さまでは電極部４が設けられ、そこから他方の主面１ｂまでは貫通穴５のみで電極部が存しないという構造になっているため、製造過程で周囲へ拡散する電極材料の量が少なくなっている。それゆえ、分割溝１２，１３とスルーホール３とを近接させているセラミック集合基板１４であっても、その機械的強度が分割溝１２，１３の近傍で不所望に低下する虞はほとんどない。つまり、セラミック集合基板１４の分割工程でスルーホール３の近傍においても分割不良が回避できるようになるため、外周面近傍にスルーホール３を有する小型化に好適なセラミック基板１を良好な歩留まりで製造することができる。

また、このセラミック基板の製造方法では、焼成後の分割工程において、第１および第２の分割用治具１５，１６でセラミック集合基板１４を板厚方向に加圧することによってブレイク作業を行うが、その際、セラミック集合基板１４はスルーホール３の電極部４が存しない側である主面１４ｂ側からクラックを生じることになるので、クラック発生箇所の機械的強度がスルーホール３の影響で低下する可能性は低い。それゆえ、ブレイク作業時にセラミック集合基板１４の所定箇所にクラックを生じさせることができ、この点からも分割不良が回避しやすくなっている。

また、本実施形態例に係る電子回路モジュールは、シールドケース２の隅部に設けられた複数の脚片２１がセラミック基板１の外周面近傍のスルーホール３に取り付けられているため、主面１ａ上のほぼ全領域をシールドケース２で覆うことができて小型化に好適である。しかも、このスルーホール３は電極部４が主面１ａから所定の深さまでしか存しないという構造にしてあるので、上記の如くセラミック基板１の製造過程で分割不良を招来する虞はなく、それゆえ良好な歩留まりで製造できる。なお、シールドケース２の脚片２１はスルーホール３内の途中までしか挿入されないので、スルーホール３に脚片２１が挿入される深さ付近まで電極部４を設けておけば、脚片２１に対する半田接合強度は十分に確保できる。

なお、上記実施形態例では、分割溝１２，１３をセラミック集合基板１４の主面１４ａのみに設けているが、他方の主面１４ｂにも同様の分割溝を設けておけば、セラミック集合基板１４が厚い場合などにも分割不良が回避しやすくなる。

本発明の実施形態例に係る電子回路モジュールの平面図である。 該電子回路モジュールのセラミック基板の製造工程を示す説明図である。 該セラミック基板に個片化する前のセラミック集合基板を示す平面図である。 該セラミック基板のスルーホールに対するシールドケースの脚片の取付構造を示す説明図である。 該脚片の半田接合状態を示す要部断面図である。 該セラミック集合基板を該セラミック基板に個片化するブレイク作業を示す説明図である。

符号の説明

１ セラミック基板
１ａ，１０ａ，１４ａ 主面
１ｂ，１０ｂ，１４ｂ 主面
２ シールドケース
３ スルーホール
４ 電極部（スルーホール導体）
５ 貫通穴（第２の穴）
７ セラミックグリーンシート
８ 下穴（第１の穴）
９ 導電ペースト
１０ 多層グリーンシート
１２，１３ 分割溝
１４ セラミック集合基板
１５ 第１の分割用治具
１６ 第２の分割用治具
２１ 脚片

Claims (3)

1. セラミックグリーンシートに第１の穴を穿設して該第１の穴に導電ペーストを充填する電極材料充填工程と、
   前記電極材料充填工程を経た複数枚のセラミックグリーンシートと該充填工程を経ない複数枚のセラミックグリーンシートとを積層して圧着することにより多層グリーンシートを得る積層圧着工程と、
   前記第１の穴の中央部に前記多層グリーンシートを貫通する第２の穴を穿設して前記導電ペーストを円筒状の電極部となすスルーホール形成工程と、
   前記多層グリーンシートの主面に分割溝を形成する分割溝形成工程と、
   前記スルーホール形成工程および前記分割溝形成工程の後に前記多層グリーンシートを焼成してセラミック集合基板となす焼成工程と、
   前記焼成工程後に前記セラミック集合基板を分割して多数のセラミック基板に個片化する分割工程と、
   を備えたことを特徴とするセラミック基板の製造方法。
2. 請求項１の記載において、前記分割溝形成工程では少なくとも前記電極部が露出する側の主面に前記分割溝を形成し、かつ、前記分割工程では、前記分割溝に第１の治具を挿入すると共に、反対側の主面で前記分割溝と対応する箇所を挟んで位置する２箇所に第２の治具を当接させ、これら第１および第２の治具によって前記セラミック集合基板を板厚方向に加圧することを特徴とするセラミック基板の製造方法。
3. 複数の脚片を有する板金製のシールドケースと、前記脚片が挿入されるスルーホールを外周面近傍に配設した多層構造のセラミック基板とを備え、
   前記スルーホールは、前記セラミック基板の前記シールドケースが配置される側の主面から所定の深さまでは貫通穴が円筒状の電極部に包囲され、かつ、前記所定の深さから他側の主面までは貫通穴のみで電極部が存しない構造になっていて、前記脚片が前記スルーホール内の途中まで挿入された状態で前記電極部に半田接合されていることを特徴とする電子回路モジュール。

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