JP2013089679A - 配線基板および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属接合部材が配線導体に濡れ広がって電子素子に金属接合部材が付着する可能性を低減できる配線基板を提供する。
【解決手段】絶縁基体１と第１金属層２ａと第２金属層２ｂと配線導体３ａとを含んでいる配線基板10である。絶縁基体１は側壁部１ｂと側壁部１ｂで囲まれた凹部１ａとを有する。第１金属層２ａは、平面視において凹部１ａを囲むように側壁部１ｂの上面に設けられている。第２金属層２ｂは、第１金属層２ａに接するように側壁部１ｂの側面に設けられている。配線導体３ａは、第１金属層２ａに接するように側壁部１ｂの側面から凹部１ａの底面にかけて設けられている。金属接合部材30が第２金属層２ｂの表面に濡れ広がるので、配線導体３ａに濡れ広がる金属接合部材30の量を少なくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子素子を収納する凹部を有する配線導体および電子装置に関する。

近年、携帯電話およびコンピュータ等の電子機器において、電子装置が広く使用されている。電子装置は、電子素子がセラミック等の絶縁材料で作製された配線基板に収容されて作製されている。このような電子装置には、例えば電子素子として水晶振動子等の圧電素子を用いた圧電装置等がある（例えば特許文献１を参照）。

電子装置に用いられる配線基板は、側壁部と凹部とを有する絶縁基体を含んでいる。配線基板は、例えば蓋体が接合される金属層をさらに含んでおり、金属層は凹部を囲むように側壁部の上面に設けられている。配線基板は、配線導体をさらに含んでいる。配線導体は、側壁部の上面に設けられた金属層に接するように側壁部の側面に設けられており、例えば凹部の底面にまで延在しており電子素子に電気的に接続されている。

特開2010−177984号公報

しかしながら、例えば蓋体がろう材等の金属接合部材によって配線基板の金属層に接合される場合、蓋体と第１金属層とを接合するときに溶融して流れでた金属接合部材が金属層に接している配線導体の表面に濡れ広がって電子素子に金属接合部材が付着する可能性があった。

例えば、電子素子が圧電振動素子である場合、圧電振動素子に金属接合部材が付着すると、出力信号の周波数に変化が生じる可能性があった。

本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基体と第１金属層と第２金属層と配線導体とを含んでいる。絶縁基体は、側壁部と側壁部で囲まれた凹部とを有する。第１金属層は、平面視において凹部を囲むように、側壁部の上面に設けられている。第２金属層は、第１金属層に接するように、側壁部の側面に設けられている。配線導体は、第１金属層に接するように、側壁部の側面から凹部の底面にかけて設けられている。

本発明の一つの態様による配線基板は、第１金属層に接するように側壁部の側面に第２金属層が設けられていることから、例えば蓋体がろう材等の金属接合部材によって第１金属層に接合される場合、蓋体と第１金属層とを接合するときに溶融して流れでた金属接合部材が第２金属層の表面に濡れ広がるので、金属接合部材が配線導体の表面に濡れ広がる量が低減されて電子素子に金属接合部材が付着する可能性を低減できる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態における電子装置の蓋体を除いた状態を示す上面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線における断面図であり、（ｃ）はＢ−Ｂ線における断面図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態における電子装置の分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の下面斜視図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態における電子装置の蓋体を除いた状態を示す上面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線における断面図であり、（ｃ）はＢ−Ｂ線における断面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態における電子装置の分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の下面斜視図である。

本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電子装置は、配線基板10と、配線基板10に搭載された電子素子20と配線基板10に金属接合部材30によって接合された蓋体40とを含んでいる。

第１の実施形態における配線基板10は、絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に設けられた第１金属層２ａと、第１金属層２ａに接するように絶縁基体１の側面に設けられた第２金属層２ｂと、第１金属層２ａに接するように絶縁基体１の側面に設けられた配線導体３と、絶縁基体１の表面に設けられた接続電極４ａと、絶縁基体１の下面に設けられた端子電極４ｂとを含んでいる。

なお、図１〜図４において、第１金属層２ａ、第２金属層２ｂ、配線導体３、接続電極４ａおよび端子電極４ｂには識別しやすいように点状のハッチングを設けている。また、図１（ａ）および図４（ａ）において電子素子20は破線によって示している。

絶縁基体１は側壁部１ｂと側壁部１ｂで囲まれた凹部１ａとを有する。このような絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体もしくはガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスからなるものである。

絶縁基体１が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），シリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒等を添加混合して泥漿状とする。このような泥漿状の原料をドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用してシート状に成形してセラミックグリーンシートを得る。その後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工またはプレス加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層して積層体とし、積層体を高温（約1500〜1800℃）で焼成することによって製作される。

絶縁基体１の中央部には、図１および図２に示す例のように電子素子を収容するための凹部１ａが設けられている。凹部１ａの底面には、電子素子を接合するとともに、電子素子と配線導体とを電気的に接続するための接続電極４ａが設けられている。

絶縁基体１が複数のセラミックグリーンシートを積層して作製されている場合には、凹部１ａは、例えば凹部１ａの開口部となる貫通孔を設けたセラミックグリーンシートと凹部１ａの底部となるセラミックグリーンシートとを積層し、焼成することによって形成する。また、凹部１ａが単層または多層のセラミックグリーンシートにプレス加工によって形成されていてもよい。

第１金属層２ａは、図１および図２に示す例のように、平面視において凹部１ａを囲むように配線基板10の側壁部１ｂの上面に設けられている。

第１金属層２ａは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。このような第１金属層２ａは、上記の金属粉末メタライズを含んだ導体ペーストを、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等によって所定形状に印刷して、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基体１に形成される。

このような導体ペーストは、上記金属粉末に適当な有機溶剤および有機バインダーを加え、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル，三本ロールミル，プラネタリーミキサー等の混練手段によって混合および混練することで適度な粘度に調整して作製する。また、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼成後の絶縁基体１との接合強度を高めたりするためにガラスまたはセラミックスの粉末を添加してもよい。

第１金属層２ａは、配線基板10に電子素子を搭載した後、例えば金属製の蓋体40と配線基板10とを接合するためのものである。第１金属層２ａにろう材等の金属接合部材30を配置した後、蓋体40を配置して所定の温度に加熱することによって、配線基板10と蓋体40とを接合できる。

金属接合部材30は、例えば金（Ａｕ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），銅（Ｃｕ）およびこれらの合金を主成分とする金属から成り、第１金属層２ａと蓋体40とを接合するためのものである。このような金属接合部材30は、シート状またはペースト状の状態で、第１金属層２ａ上に配置され、金属接合部材30の上に蓋体40が配置される。その後、金属接合部材30が加熱されることによって、蓋体40と第１金属層２ａ上とが接合される。

第２金属層２ｂは、図１および図２に示す例のように、第１金属層２ａに接するように側壁部１ｂの側面に、凹部１ａの深さ方向の途中まで設けられている。

第２金属層２ｂは、第１金属層２ａと同様の材料を用いて作製される。第２金属層２ｂは、例えばセラミックグリーンシートにおいて、第２金属層２ｂ用の貫通導体パターンを設けた後、このセラミックグリーンシートに凹部１ａ用の貫通孔を設けることによって、貫通導体パターンを半分に分割して設けることができる。貫通導体パターンは、セラミックグリーンシートを厚み方向に貫通しており、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、導体ペーストを印刷して充填することによって設ければよい。なお、貫通導体用の導体ペーストは、有機バインダーまたは有機溶剤の種類または添加量によって、配線導体層用の導体ペーストよりも充填に適した高い粘度に調整される。

また、第２金属層２ｂは、セラミックグリーンシートに第２金属層２ｂとなる導体パターンを印刷した後、セラミックグリーンシートをプレス加工することによって、側壁部１ｂおよび凹部１ａを形成すると同時に設けられても良い。

第２金属層２ｂは、第１金属層２ａ上に配置される金属接合部材30が第１配線導体３ａの表面に濡れ広がることを抑制するためのものである。すなわち、第２金属層２ｂが第１金属層２ａに接するように側壁部１ｂの側面に設けられていることから、例えば蓋体40と第１金属層２ａとを接合するときに流れだした金属接合部材30が、第１金属層２ａから第２金属層２ｂの表面に濡れ広がるので、第１金属層２ａから第１配線導体３ａに濡れ広がる金属接合部材30の量を少なくできる。

第２金属層２ｂは第１配線導体３ａと近接して設けられていることが好ましい。例えば、図１および図２に示す例のように凹部１ａが四角形状に設けられている場合であれば、
第２金属層２ｂは、側壁部１ｂの内側面のうち第１配線導体３ａ設けられた側面に設けられていることが好ましい。第２金属層２ｂが第１配線導体３ａと近接して設けられているので、第１配線導体３ａに濡れ広がる金属接合部材30の量をより有効に低減できる。

また、第２金属層２ｂが第１配線導体３ａと離れて設けられている場合には、第２金属層２ｂの大きさを大きくすることによって、第１配線導体３ａに濡れ広がる金属接合部材30の量を調整すればよい。

なお、第２金属層２ｂが実装される電子素子20から離れて設けられている場合には、第２金属層２ｂを凹部１ａの深さ方向に長くすることによって大きくしてもよい。電子素子20と十分に離して設けられる場合であれば、第２金属層２ｂは凹部１ａの底面に到達する長さであってもよい。

配線導体３は、第１金属層２ａに接するように側壁部１ｂの側面から凹部１ａの底面にかけて設けられている。配線導体３は、第１金属層２ａまたは第２金属層２ｂと同様の材料を用いて、同様の方法で形成される。

配線導体３には、第１金属層２ａと接続電極４ａとを電気的に接続するための第１配線導体３ａと、接続電極４ａと端子電極４ｂとを電気的に接続するための第２配線導体３ｂとがある。第１配線導体３ａは、第１金属層２ａと接続電極４ａとに接して設けられている。第２配線導体３ｂは、接続電極４ａと端子電極４ｂとに接して設けられている。第２配線導体３ｂは例えば絶縁基体１を貫通する貫通導体として設けられている。

第１配線導体３ａは、例えば図１および図２に示す例のように側壁部１ｂの凹部１ａ側の側面（内側面）から凹部１ａの底面にかけて設けられている。側壁部１ｂの内側面に設けられた第１配線導体３ａは、第２金属層２ｂと同様の方法で形成される。

接続電極４ａは、図１に示す例においては凹部１ａの隣り合う２つの隅部にそれぞれ設けられている。この接続電極４ａは、電子素子20として例えば圧電振動素子の電極を接続するための接続導体として機能する。圧電振動素子は、例えば外形が四角形状で、主面の隅部に接続用の一対の電極が形成されている。なお、接続電極４ａは、搭載される電子素子20の数または電子素子20の電極の配置に応じて位置または形状を変えて設ければよい。

端子電極４ｂは外部の電気回路基板に接続するためのものであり、絶縁基体１の凹部１ａが設けられた第１主面と対向する第２主面に、接続電極と電気的に接続されて設けられている。

なお、第１金属層２ａ、第２金属層２ｂ、配線導体３、接続電極４ａおよび端子電極４ｂの露出する表面には、電解めっき法または無電解めっき法等のめっき法によって、めっき層が被着されている。めっき層は、ニッケルおよび金等の耐蝕性または接続部材等との接続性に優れる金属からなるものであり、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着される。これによって、第１金属層
２ａ、第２金属層２ｂ、配線導体３、接続電極４ａおよび端子電極４ｂが腐食することを効果的に抑制できる。また、接続電極４ａと接続部材との接合および端子電極４ｂと外部電気回路基板の配線との接続を強固にできる。

電子素子20としては、例えば、セラミック圧電素子または弾性表面波素子等の圧電素子，半導体素子，容量素子，抵抗器等を用いることができる。

電子素子20の各電極と接続電極４ａとは、導電性接着剤等の接合材によって接合されて
電気的に接続される。すなわち、電子素子20の主面の隅部に形成された電極が接続電極４ａに対向するように電子素子20を配置して、あらかじめ接続電極４ａに被着させておいた接合材を加熱して硬化させれば、電子素子20の電極と接続電極４ａとが接合される。

電子素子20は、凹部１ａ内に収納された後、配線基板10と蓋体40とを接合することによって、凹部１ａと蓋体40とに囲まれた空間内に封止される。

以上のように電子素子20が凹部１ａに収容され、配線基板10の凹部１ａと蓋体40によって封止されることによって、電子装置を作製できる。

本実施形態における配線基板10は、第１金属層２ａに接するように側壁部１ｂの側面に第２金属層２ｂが設けられていることによって、蓋体40と第１金属層２ａとを接合するときに溶融して流れでた金属接合部材30が第２金属層２ｂの表面に濡れ広がるので、金属接合部材30が配線導体３（第１配線導体３ａ）に濡れ広がる量を低減できる。

また、図１および図２に示す例のように、第２金属層２ｂは第１配線導体３ａと離間して設けられていると、金属接合部材30が第２金属層２ｂから第１配線導体３ａに濡れ広がることを抑制できる。

絶縁基体１の上面は縦断面視において、図１および図２に示す例のように第１配線導体３ａと第１金属層２ａとが接する部分に上方へ突出した凸部１ｃを有している。このような凸部１ｃを有していることから、蓋体40と第１金属層２ａとを接合するときに、凸部１ｃと蓋体40との間隔が、凸部１ｃ以外の側壁部１ｂと蓋体40との間隔よりも狭い。したがって、第１配線導体３ａと第１金属層２ａとが接する部分の金属接合部材30の量を周囲よりも少なくして、金属接合部材30が第１配線導体３ａの表面に濡れ広がる量を低減できる。

凸部１ｃは、例えば図１（ａ）および図２（ａ）に示す例のように、平面視で第１配線導体３ａと接した側壁部１ｂの上面の一部が上方へ突出して設けられている。凸部１ｃを除く側壁部１ｃの上面が凹部１ａを囲んでおり、凸部１ｃ以外の側壁部１ｂと蓋体40との間に十分な量の金属接合部材30を配置できるので、第１金属層２ａと蓋体40との接合強度が低下することを抑制できる。

本実施形態における電子装置は、配線基板10と、凹部１ａに収容されており配線導体３に電気的に接続された電子素子20と、金属接合部材30によって第１金属層２ａに接合された蓋体40とを備えていることから、金属接合部材30の電子素子20への付着を低減できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による電子装置について、図３および図４を参照しつつ説明する。

本発明の第２の実施形態における配線基板10において、上記した第１の実施形態の配線基板10と異なる点は、図３および図４に示す例のように、第１配線導体３ａと第２金属層２ｂとが接して設けられている点および凸部１ｃを有していない点である。

このように、第２金属層２ｂと第１配線導体３ａとが接して設けられていると、金属接合部材30が第１配線導体３ａの表面に濡れ広がっても、金属接合部材30が第１配線導体３ａから第２金属層２ｂの表面にも濡れ広がる。よって、金属接合部材30が第１配線導体３ａの表面から凹部１ｂの底面に濡れ広がる量が低減される。

また、図４に示す例のように、第２金属層２ｂと第１配線導体３ａとが接する部分において第２金属層２ｂの幅が小さいことから、第２金属層２ｂに濡れ広がった金属接合部材30が第１配線導体３ａに濡れ広がることを抑制する。ここで第２金属層２ｂの幅とは、凹部１ａの深さ方向に伸びる第２金属層２ｂの長さのことである。

なお、本発明は上述の実施の形態の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、絶縁基体１は、平面視で絶縁基体１の凹部１ａの側壁と電子素子20の実装領域との間に、凹部１ａの開口に沿って全周に、凹部１ａの底面よりも高い面を有するように、段部が設けられていてもよい。

また、段部は絶縁基体１の凹部１ａの側壁部１ｂと電子素子20の実装領域との間に、電子素子20の実装領域を挟む位置に対向するように設けられていてもよい。

１・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
１ｂ・・・側壁部
１ｃ・・・凸部
２ａ・・・第１金属層
２ｂ・・・第２金属層
３・・・配線導体
３ａ・・・第１配線導体
３ｂ・・・第２配線導体
４ａ・・・接続電極
４ｂ・・・端子電極
10・・・配線基板
20・・・電子素子
30・・・金属接合部材
40・・・蓋体

Claims (3)

1. 側壁部と該側壁部で囲まれた凹部とを有する絶縁基体と、
   平面視において前記凹部を囲むように前記側壁部の上面に設けられた第１金属層と、
   該第１金属層に接するように前記側壁部の側面に設けられた第２金属層と、
   前記第１金属層に接するように前記側壁部の側面から前記凹部の底面にかけて設けられた配線導体とを備えていることを特徴とする配線基板。
2. 前記絶縁基体の前記上面が、縦断面視において、前記配線導体と前記第１金属層とが接する部分に上方へ突出した凸部を有していることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 請求項１または請求項２に記載された配線基板と、前記凹部に収容されており前記配線導体に電気的に接続された電子素子と、金属接合部材によって前記第１金属層に接合された蓋体とを備えていることを特徴とする電子装置。

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