JP2014143360A - 電子部品搭載用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 搭載部に搭載される電子部品に対する加熱の効率が高い、発熱部内蔵の電子部品搭載用基板を提供すること。
【解決手段】 電子部品４の搭載部１ａを含む上面を有する絶縁基板１と、平面透視において搭載部１ａと重なるように絶縁基板１の内部に設けられた発熱部７とを備えており、発熱部７よりも下側における絶縁基板１の熱伝導率が、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１の熱伝導率よりも小さい。絶縁基板１の下面等に熱が逃げることが抑制され、発熱部７から搭載部１ａ（電子部品４）への熱の伝導がより効果的に行なわれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品が搭載される搭載部を有する絶縁基板を含む電子部品搭載用基板に関するものである。

赤外線センサ素子を含む各種のセンサ素子および半導体素子等の電子部品が搭載される電子部品搭載用基板として多用されているものは次のような構造である。

すなわち、セラミック焼結体等からなる絶縁基板の上面に、電子部品が搭載される搭載部が設けられ、この搭載部に、電子部品が電気的に接続される導電性の接続パッドが設けられている。搭載部に電子部品が搭載され、その電子部品と接続パッドとが電気的に接続されて電子装置となる。

電子部品のうち赤外線センサ素子等については、作動するためには所定の温度に加熱される必要がある。そのため、電子部品として赤外線センサ素子等が搭載部に搭載されるときには、あらかじめ搭載部にヒーター板等の加熱用の部材が搭載される。つまり、まず搭載部上に加熱用の部材が搭載され、この加熱用の部材上に電子部品が搭載される。

特開2011−220938号公報 特開2004−271386号公報

上記従来の技術においては、まず搭載部に加熱用の部材を搭載する必要があるため、電子装置の生産性の向上および低背化等が難しい。これに対しては、絶縁基板の内部に加熱用の部分をあらかじめ設けておくという手段が考えられる。しかしながら、絶縁基板の内部に発熱用の部分が設けられた場合、発熱部で発生する熱の一部が絶縁基板の下面部分等の、搭載部以外の部分にも伝導される。そのため、電子部品に対する加熱の効率が従来技術よりも低くなる可能性があるという問題点があった。

本発明の一つの態様の電子部品搭載用基板は、電子部品の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、平面透視において前記搭載部と重なるように前記絶縁基板の内部に設けられた発熱部とを備えており、前記発熱部よりも下側における前記絶縁基板の熱伝導率が、前記発熱部と前記搭載部との間における前記絶縁基板の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする。

本発明の一つの態様の電子部品搭載用基板によれば、発熱部よりも下側における絶縁基板の熱伝導率が、発熱部と搭載部との間における絶縁基板の熱伝導率よりも小さいことから、発熱部で発生する熱のうち絶縁基板の下面側に伝導される熱量を低減することができる。したがって、搭載部に搭載される電子部品に対する加熱の効率を高める上で有利な電子部品搭載用基板を提供することができる。

本発明の実施形態の電子部品搭載用基板を示す断面図である。 本発明の実施形態の電子部品搭載用基板を示す平面図である。 図１に示す電子部品搭載用基板の変形例を示す断面図である。

本発明の実施形態の電子部品搭載用基板を、添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の電子部品搭載用基板を示す断面図である。また、図２は本発明の実施形態の電子部品搭載用基板を示す平面図である。また、図３は、図１に示す電子部品搭載用基板の変形例を示す断面図である。

実施形態の電子部品搭載用基板においては、電子部品の搭載部１ａを含む上面を有する絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に積層されて搭載部１ａを取り囲む絶縁枠体２とにより、電子部品４を気密に収納するための容器３が形成されている。搭載部１ａに電子部品４が搭載され、蓋体５等で電子部品４が気密封止されて電子装置が形成される。なお、図２においては蓋体５を省略している。

電子部品４としては、例えば、ボロメータ等の赤外線センサ素子、ガスセンサ素子、光半導体素子等の半導体素子および半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ素子）等の種々の電子部品が挙げられる。

電子部品４は、例えばボロメータの場合であれば、石英基板等の基板上に、金属材料または半導体材料等の温度に応じて電気抵抗が変化する材料からなる赤外線検知部が設けられて形成されている。

絶縁基板１および絶縁枠体２は、電子部品４を気密に収容するための容器３を形成している。絶縁基板１および絶縁枠体２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体によって形成されている。

絶縁基板１および絶縁枠体２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形した複数のセラミックグリーンシートを積層した後に焼成することによって製作されている。この場合、複数のセラミックグリーンシートの一部を、打ち抜き加工等の方法で枠状に成形して、絶縁枠体２となる枠状のセラミックグリーンシートを作製する。枠状のセラミックグリーンシートを平板状のセラミックグリーンシートの上面に積層すれば、上面に凹状の収納部を有する絶縁基板を製作することができる。セラミックグリーンシートおよび枠状のセラミックグリーンシートは、それぞれ、絶縁基板１または絶縁枠体２を形成する絶縁層６になる。

なお、酸化アルミニウム等の原料粉末を有機バインダおよび有機溶剤とともに混練して作製したセラミックペーストを、金型等を用いて所定の形状に成型し、これを焼成することによって絶縁基板１および絶縁枠体２の少なくとも一方を製作することもできる。

絶縁基板１の内部には、発熱部７が設けられている。発熱部７は、例えばタングステン等の比較的抵抗が高い金属材料からなる。この場合の発熱部７は、抵抗発熱によって発熱するヒーターである。

発熱部７は、熱を発生し、その熱によって搭載部１ａに搭載される電子部品４を加熱するためのものである。発熱部７が絶縁基板１の内部に設けられているため、作動時に加熱が必要な電子部品４が搭載部１ａに搭載されるときにも、電子部品４を正常に作動させる
ことが容易である。言い換えれば、実施形態の電子部品搭載用基板においては、搭載部１ａに搭載される電子部品４を加熱するためのヒーター等の加熱部７が、絶縁基板１に内蔵されている。

作動時に加熱（所定の温度またはそれ以上の温度とすること）が必要な電子部品４としては、ボロメータ等の赤外線センサ素子、ガスセンサ素子および光学的または化学的なセンサ機能を有するＭＥＭＳ素子等が挙げられる。例えば、電子部品４が赤外線センサ素子の場合であれば、加熱された赤外線検知部が活性化し、赤外線の検知が可能になる。

この実施形態の電子部品搭載用基板においては、上記従来技術の場合のように搭載部１ａに加熱用の部材（図示せず）を搭載する必要がない。そのため、搭載部１ａに電子部品４を搭載するだけで、その電子部品４に対する加熱が可能な電子装置を作製することができる。

また、実施形態の電子部品搭載用基板は、搭載部１ａに加熱用の部材を搭載する必要がないため、その電子部品搭載用基板に電子部品４が搭載されて作製される電子装置の薄型化の点でも有利である。

発熱部７は、例えば上記のように、抵抗発熱する金属材料によって形成されている。このような金属材料としては、例えば上記タングステンに加えて、モリブデンおよびマンガン等の金属材料が挙げられる。このような金属材料が線状に、渦巻状パターンまたは複数階の折返しパターン等のパターンで設けられて発熱部７を形成している。

発熱部７は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷法等の方法で印刷し、この金属ペーストを印刷したセラミックグリーンシートの上に他のセラミックグリーンシートを積層して同時焼成することによって形成することができる。

発熱部７は、搭載部１ａに搭載される電子部品４に対する効果的な加熱のために、平面透視において搭載部１ａと重なるような部位に設けられている。この場合、発熱部７は、その全域にわたってちょうど搭載部１ａと重なっていてもよく、一部が搭載部１ａから外側にはみ出ていてもよい。また、搭載部１ａの一部に、平面透視において発熱部７が存在していない部分があってもよい。つまり、平面透視において搭載部１ａの大部分（例えば面積比率において約80％）の範囲で発熱部７が存在していればよい。図２に示す例においては、平面透視において発熱部７が搭載部１ａよりも若干大きな範囲で設けられている。なお、この発熱部７は、例えば上記のようにタングステンからなる抵抗発熱用の導体が設けられた範囲を破線で示すものであり、抵抗発熱用の導体の詳細なパターンは省略している。

絶縁基板１の内部における発熱部７の深さ方向（絶縁基板１の厚み方向）の位置は、絶縁基板１の厚み、発熱部７として機能する導体の厚み、発熱部７の平面視における大きさ、電子部品４に対する加熱の温度および後述する配線導体８の配置の都合等の各種の条件に応じて、適宜設定すればよい。

なお、実施形態の電子部品搭載用基板において、絶縁基板１には配線導体８が設けられている。配線導体８は、例えば発熱部７に対する抵抗発熱用の電流の供給路として機能する。言い換えれば、発熱部７は、例えば上記ヒーターの場合であれば、絶縁基体１に設けられた配線導体８等の導体を介して電流が供給される。この電流によって、ヒーターが抵抗発熱する。

また、配線導体８は、搭載部１ａに搭載される電子部品４の外部電気回路に対する電気的な接続のための導電路として機能する。この場合、例えば搭載部１ａから絶縁基板１の下面または側面等にかけて配線導体８が設けられる。配線導体８は、絶縁基板１の外表面に露出している表面導体（符号なし）、絶縁層６の表面（複数の絶縁層６の層間）に設けられた内部導体（符号なし）等を含んでいる。また、配線導体８は、絶縁層６を厚み方向に貫通する貫通導体（符号なし）を含んでいてもよい。

配線導体８のうち搭載部１ａに形成された部分に電子部品４が電気的に接続される。電子部品４と配線導体８との電気的な接続は、例えばボンディングワイヤ、はんだまたは導電性接着剤等の導電性の接続材を介して行なわれる。

また、配線導体８のうち絶縁基板１の下面または側面等に形成された部分が外部の電気回路（図示せず）と電気的に接続される。これにより、電子部品４と外部の電気回路とが電気的に接続される。配線導体８と外部の電気回路との電気的な接続は、例えばはんだ等のろう材または導電性接着剤等の導電性接続材を介して行なわれる。

配線導体８は、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルおよびコバルト等の金属材料またはこれらの合金から適宜選択された金属材料によって形成されている。配線導体８は、例えばタングステンからなる場合であれば、上記発熱部７としてのヒーターと同様の方法で形成することができる。配線導体８は、例えばタングステン等の金属ペーストを絶縁層６となるセラミックグリーンシートに所定パターンに塗布し、焼成することによって形成することができる。

また、実施形態の電子部品搭載用基板においては、発熱部７よりも下側における絶縁基板１の熱伝導率が、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１の熱伝導率よりも小さい。これにより、発熱部７で発生する熱のうち絶縁基板１の下面側に伝導される熱量を低減することができる。したがって、搭載部１ａに搭載される電子部品４に対する加熱の効率が高い電子装置を作製することが可能な電子部品搭載用基板を提供することができる。

発熱部７よりも下側における絶縁基板１の熱伝導率を、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１の熱伝導率よりも小さいものとするには、例えば、発熱部７と搭載部１ａとの間において絶縁基板１の内部に空隙部分等の熱抵抗が大きい部分が含まれるようにすればよい。または、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１の内部の空隙部分の割合が、発熱部７よりも下側における絶縁基板１の内部の空隙部分の割合よりも大きくなるようにすればよい。

また、絶縁基板１がガラス成分を含有しており、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１のガラス成分の含有率が、発熱部よりも下側における絶縁基板のガラス成分の含有率よりも小さくなるようにしてもよい。ガラス成分としては、例えば酸化ケイ素を含むケイ酸ガラスおよびホウケイ酸ガラス等が挙げられる。ガラス成分は、酸化アルミニウム等のセラミック成分に比べて熱伝導率が小さい。そのため、ガラス成分がより多く含まれている部分において、絶縁基板１における熱伝導率がより小さくなる。

絶縁基板１について、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１のガラス成分の含有率が、発熱部よりも下側における絶縁基板のガラス成分の含有率よりも小さくなるようにするには、例えば、次のようにすればよい。すなわち、複数の絶縁層６となる複数のセラミックグリーンシートを積層する際に、発熱部７が設けられる部分よりも下のセラミックグリーンシートの表面の一部にガラスペーストを塗布しておき、このガラスペースト
が発熱部７よりも下側で複数のセラミックグリーンシートの層間に位置するようにして、焼成すればよい。セラミックグリーンシートの層間に塗布したガラスペーストの分、発熱部７よりも上側において絶縁基板１に含まれるガラス含有量が大きくなる。そのため、発熱部７よりも下側における絶縁基板１のガラス成分の含有率が、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１のガラス成分の含有率よりも大きくなる。

また、絶縁基板１を形成している複数の絶縁層６のうち発熱部７が設けられた層間と搭載部１ａとの間に位置する上部絶縁層６ａのガラス含有率が、複数の絶縁層６のうち発熱部７が設けられた層間よりも下側に位置する下部絶縁層６ｂのガラス含有率よりも小さいものとなるようにしてもよい。このように、絶縁層６（セラミックグリーンシート）毎にガラス含有率を調整するようにすれば、例えば上記のようにガラスペーストの塗布といった工程を追加することなく、発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１のガラス成分の含有率が、発熱部よりも下側における絶縁基板のガラス成分の含有率よりも小さい絶縁基板１を製作することができる。

図１に示した例では下部絶縁層６ｂが１層のみであるが、下部絶縁層６ｂが複数層である場合でも、これらの複数の下部絶縁層６ｂのすべてにおいて、上部絶縁層６ａよりもガラス含有率を大きくして構わない。また、複数の下部絶縁層６ｂ（図示せず）が積層されている場合、特に発熱部７に近い、より上側に位置する下部絶縁層６ｂのガラス含有率を他の下部絶縁層６ｂのガラス含有率よりも大きくしてもよい。

下部絶縁層６ｂにおけるガラス含有率は、搭載部１ａに搭載される電子部品４に対する加熱の効率を高める上では大きいほど好ましいが、ガラス含有率が大きくなり過ぎると下部絶縁層６ｂの機械的な強度が低下する可能性がある。そのため、下部絶縁層６ｂにおけるガラス含有率は、例えば各絶縁層６が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、約７〜10質量％程度とすることが望ましい。この場合、上部絶縁層６ａにおけるガラス含有率は約１〜５質量％程度に設定すればよい。

なお、絶縁層におけるガラス成分の調整に限らず、他の手段で発熱部７と搭載部１ａとの間における絶縁基板１のガラス成分の含有率が、発熱部よりも下側における絶縁基板のガラス成分の含有率よりも小さくされていてもよい。例えば、下部絶縁層６ｂとなるセラミックグリーンシートの内部にガラス成分をペースト等として添加しておき、これをセラミックグリーンシートと同時焼成するようにしてもよい。

また、絶縁基板１が上記のように型成形により形成されている場合には、例えば、まず型の一部に下部絶縁層６ｂとなるセラミックペーストを入れて成型し、次に、その成形したセラミックペースト上にガラスペーストを塗布し、次に、そのガラスペーストの上にさらにセラミックペーストを充填して成型すればよい。

なお、ガラス成分の含有率の制御の容易さ、電子部品搭載用基板としての生産性および経済性等を考慮すれば、上記のようにセラミック絶縁層６となるセラミックグリーンシートに添加されるガラス成分の添加量を調整する手段が最も適している。つまり、発熱部７が複数の絶縁層６同士の層間に設けられており、複数の絶縁層６のうち上部絶縁層６ａのガラス含有率が、下部絶縁層６ｂのガラス含有率よりも小さいことが好ましい。

また、実施形態の電子部品搭載用基板のように、絶縁基板１の上面に搭載部１ａを囲む絶縁枠体２が積層されているときには、この絶縁枠体２のガラス含有率が、上部絶縁層のガラス含有率よりも大きいことが好ましい。この場合には、発熱部７から絶縁基板１の上面に伝導された熱の一部が絶縁枠体２に逃げてしまうことがより効果的に抑制される。そのため、搭載部１ａに搭載される電子部品４に対する加熱の効率がより一層向上する。

絶縁枠体２におけるガラス含有率を上部絶縁層６ａよりも大きくするには、例えば絶縁枠体２となる枠状のセラミックグリーンシートを、上記ガラス含有率が比較的大きい下部絶縁層６ｂとなるセラミックグリーンシートと同様の組成として作製するようにすればよい。

なお、絶縁枠体２におけるガラス含有率は、下部絶縁層６ｂのガラス含有率よりも大きくてもよく、下部絶縁層６ｂのガラス含有率と上部絶縁層６ａのガラス含有率との間の大きさであってもよい。また、絶縁枠体２の内部でガラス含有率が部分的に異なっていても構わない。例えば、絶縁枠体２のうち絶縁基板１に近い部分におけるガラス含有率が、他の部分におけるガラス含有率よりも大きくても構わない。

なお、絶縁枠体２は、搭載部１ａに搭載される電子部品４に対する気密封止の信頼性を高めるための部分である。例えば、絶縁枠体２の上面に蓋体５が接合されれば、絶縁基板１と絶縁枠体２（容器３）と蓋体５とによって電子部品４が気密封止される。

蓋体５は、例えばガラス材料またはセラミック材料等によって形成されている。電子部品４が赤外線センサ素子の場合であれば、赤外線を透過可能なガラス材料によって蓋体５が形成されている。また、電子部品５がガスセンサ素子の場合であれば、ガス成分が通過可能な形態で蓋体５が形成される。絶縁枠体２の上面と蓋体５との接合は、例えばガラスを介して行なわれる。

また、実施形態の電子部品搭載用基板において、絶縁基板が、発熱部７から搭載部１ａにかけて貫通する貫通孔９を有しており、その貫通孔９内に金属部材９ａが設けられていてもよい。この場合には、貫通孔９内に設けられた金属部材９ａによって、発熱部７から搭載部１ａに伝導される熱量をより大きくすることができる。

貫通孔９は、例えば絶縁層６となるセラミックグリーンシートに金型を用いた機械的な孔あけ加工、またはレーザ加工を施すことによって設けることができる。また、貫通孔９は、焼成された絶縁基板１（酸化アルミニウム質焼結体等）に対してレーザ加工を施すことによって設けるようにしてもよい。

貫通孔９内の金属部材９ａは、例えば配線導体８を形成しているのと同様の金属材料（タングステン、モリブデン等）である。この金属部材９ａは、例えば絶縁層６となるセラミックグリーンシートに設けた貫通孔９内に、配線導体８を形成するのと同様の金属ペーストを充填して焼成することによって設けることができる。

貫通孔９は、平面透視において、例えば円形状、四角形状、楕円形状またはこれらの形状を組み合わせた形状等であり、搭載部１ａのうち実際に電子部品４が搭載される部分に設けられている。この電子部品搭載用基板に電子部品４が搭載されて電子装置が作製されたときには、平面透視において貫通孔９（金属部材９ａ）が電子部品４と重なり、発熱部７から電子部品４への熱の伝導が効果的に促進される。

１・・・絶縁基板
１ａ・・搭載部
２・・・絶縁枠体
３・・・容器
４・・・電子部品
５・・・蓋体
６・・・絶縁層
６ａ・・・上部絶縁層
６ｂ・・・下部絶縁層
７・・・発熱部
８・・・配線導体
９・・・貫通孔
９ａ・・金属部材

Claims (5)

1. 電子部品の搭載部を含む上面を有する絶縁基板と、
   平面透視において前記搭載部と重なるように前記絶縁基板の内部に設けられた発熱部とを備えており、
   前記発熱部よりも下側における前記絶縁基板の熱伝導率が、前記発熱部と前記搭載部との間における前記絶縁基板の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする電子部品搭載用基板。
2. 前記絶縁基板がガラス成分を含有しており、前記発熱部よりも下側における前記絶縁基板の前記ガラス成分の含有率が、前記発熱部と前記搭載部との間における前記絶縁基板の前記ガラス成分の含有率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載用基板。
3. 前記ガラス成分を含有する複数の絶縁層が積層されて前記絶縁基板が形成されており、
   前記発熱部が前記複数の絶縁層同士の層間に設けられており、
   前記複数の絶縁層のうち前記発熱部が設けられた前記層間よりも下側に位置する下部絶縁層のガラス含有率が、前記発熱部が設けられた前記層間と前記搭載部との間に位置する上部絶縁層のガラス含有率よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の電子部品搭載用基板。
4. ガラス成分を含有しており、前記搭載部を囲むように前記絶縁基板の前記上面に積層された絶縁枠体をさらに備えており、
   該絶縁枠体のガラス含有率が、前記上部絶縁層の前記ガラス含有率よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の電子部品搭載用基板。
5. 前記絶縁基板が、前記発熱部から前記搭載部にかけて貫通する貫通孔を有しており、該貫通孔内に金属部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載用基板。

Images