JP2015088551A

JP2015088551A - 配線基板および電子装置

Info

Publication number: JP2015088551A
Application number: JP2013224390A
Authority: JP
Inventors: 重俊犬山; Shigetoshi Inuyama
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】電子部品の接合信頼性に優れる配線基板等を提供すること。【解決手段】配線基板は、絶縁基体２と、絶縁基体２の上面に形成された、電子部品を接合するための電極３とを有している。電極３は、上面を絶縁基体２の上面から露出させて絶縁基体２の上面に埋設されており、電極３の上面の平均表面粗さに対し、絶縁基体２の上面の電極３周辺の平均表面粗さが大きくなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、セラミック焼結体からなる絶縁基体の表面に、接続パッドが設けられてなる配線基板および電子装置に関するものである。

センサ素子、半導体素子、容量素子および圧電振動子等の電子部品の搭載用等に用いられる配線基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる絶縁基体と、絶縁基体の上面等の表面に設けられた電子部品用の電極とを含む配線基板が用いられている。電極は、例えばタングステン、モリブデン、銅または銀等の金属材料からなり、メタライズ層として絶縁基体との同時焼成によって設けられている。

特開2002−111435号公報

しかしながら、電極の厚み（高さ）にばらつきが生じやすく、電子部品を接合する場合に、電極の厚み（高さ）のばらつきにより電子部品を接合する導電性接合材を含めた高さがばらつきを有するものとなってしまい、電子部品が傾いて接合される場合があり、電子部品が正常に接合されないものとなってしまう可能性があった。また、電極周辺への導電性接合材の濡れ広がりによって導電性接合材の高さがばらついてしまい、電子部品が傾いて接合される場合があり、電子部品が正常に接合されないものとなってしまう可能性があった。

本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基体と、該絶縁基体の上面に形成された、電子部品を接合するための電極とを有する配線基板を含み、前記電極は、上面を前記絶縁基体の上面から露出させて前記絶縁基体の上面に埋設され、前記電極の上面の平均表面粗さに対し、前記絶縁基体の上面の前記電極周辺の平均表面粗さが大きい。

本発明の他の態様による発光装置は、上記構成の配線基板と、前記電極に接合された前記電子部品とを有する。

本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基体と、絶縁基体の上面に形成された、電子部品を接合するための電極とを有する配線基板を含み、電極は、上面を絶縁基体の上面から露出させて絶縁基体の上面に埋設され、電極の上面の平均表面粗さに対し、絶縁基体の上面の電極周辺の平均表面粗さが大きいことから、電子部品を搭載部に搭載する場合に電子部品が傾いて接合されにくいものとなり、電子部品が正常に接合されるものとなる。

本発明の他の態様による電子装置は、上記構成の配線基板を有していることから、電子部品の接合信頼性が向上された電子装置を提供することができる。

本発明の実施形態の配線基板における要部を示す平面図である。図２に示す配線基板のＡ−Ａ線における断面図である。

本発明の実施形態の配線基板を添付の図面を参照して説明する。以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に配線基板等が使用される際の上下を限定するものではない。

電子装置は配線基板１と電子部品とを有している。

配線基板１は、絶縁基体２と、絶縁基体２の上面に形成された、電子部品を接合するための電極３とを有している。なお、電子部品は電極３に接合される。

上記の電子部品としては、例えばガスセンサ素子や加速度センサ素子等のセンサ素子、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子）等の光半導体素子、弾性表面波素子や水晶振動子等の圧電素子、容量素子、抵抗器等の種々の電子部品が挙げられる。

絶縁基体２は、例えば四角板状等の平板状であり、複数の電極３を互いに電気的に絶縁して設けるための基体部分である。絶縁基体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。絶縁基体２は、このようなセラミック焼結体からなる複数の絶縁層（図示せず）が積層されて形成されていてもよい。また、絶縁基体２が凹部を有する場合には、凹部の底面に電極３を設ければよい。この場合、電子部品が凹部に収容されるようにして電極３に接合される。

絶縁基体２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる複数の絶縁層が積層されて形成されている場合であれば、以下の方法で製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿状とし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを得て、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。

電極３は、上面を絶縁基体２の上面から露出させて絶縁基体２の上面に埋設されており、電極３の上面の平均表面粗さＲa1に対し、絶縁基体２の上面の電極３周辺の平均表面粗さＲa2が大きくなっている。なお、ここでいう平均表面粗さとは算術平均粗さＲａのことであり、絶縁基体２の上面および電極３の上面における平均表面粗さは触針式表面粗さ計により測定することができる。また、ここでいう絶縁基体２の上面の電極３周辺とは、電極３の外縁から100〜200μｍ外側までの距離を帯状に電極３を囲む領域である。

この構成では、電極３が絶縁基体２の上面に埋設されているので、電極３の上面の高さはばらつきが抑えられたものとなる。また、電極３が絶縁基体２の上面に埋まっているため、絶縁基体２と電極３との接合面積の増加、および外部からの応力、絶縁基体２と電極３との熱膨張差による応力等が水平方向に発生した場合、電極３の側面と絶縁基体２との接合面により上記応力が分散して接合強度が向上していること等により、電極３と絶縁基体２との接合の信頼性を向上させることができる。

また、電極３の上面の平均表面粗さＲa1に対し、絶縁基体２の上面の電極３周辺の平均表面粗さＲa2が大きくなっていることから、電子部品を上記の導電性接合材を介して搭載部に搭載する場合に、絶縁基体２の上面の平均表面粗さＲa2が大きくなっている領域により電極３が囲まれているため、電極３上に形成された導電性接合材が絶縁基体２の上面の
電極３周辺に濡れ広がりにくいものとなり、導電性接合材の高さばらつきが抑えられる。具体的には、電極３の上面の平均表面粗さＲa1は0.5〜２μｍに対して絶縁基体２の上面
の電極３周辺の平均表面粗さＲa2は３〜10μｍとなっている。

このように、電極３の上面高さおよび導電性接合材の高さのばらつきが抑えられるため、電子部品が傾いて電極３に接合されにくいものとなり、電子部品が正常に接合されるものとなる。

電極３は、例えば白金等からなり、次のようにして絶縁基体２の表面（上面）部分に形成することができる。まず、白金の金属粉末に適当な有機バインダーおよび溶媒等を添加混合して得た電極３用の導体ペーストを、絶縁基体２となるセラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法によって所定のパターンに印刷塗布して、絶縁基体２となる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２の上面に被着形成される。

なお、上記電極３の形成方法においては、印刷した導体ペーストを加圧している。印刷した導体ペーストを加圧することにより、導体ペーストをセラミックグリーンシートの表面から内部に押し込むように埋設して、それらの表面（上面）の平坦化を行なうことができる。例えば最初に印刷した導体ペーストをセラミックグリーンシートの表面から内部に押し込めば、絶縁基体２の上面部分に埋設された電極３を形成することができる。なお、導体ペーストを加圧する場合に、導体ペーストに対応する箇所に、均等に形成された微細な凹凸を有する金型等を用いて加圧すれば、電極３の上面が均等に形成された微細な凹凸を有するものとなり、電子部品を銀エポキシ樹脂等の導電性接合材を介して搭載部に搭載する場合に、電極３の周辺へ導電性接合材の濡れ広がりが抑制され、導電性接合材の高さがばらつきを抑えられたものとなって、電子部品が電極３に効果的に傾きを抑えて接合されるものとなり、電子部品が正常に接合されるものとなる。また、電極３周辺に対応する領域が、平均表面粗さが３〜10μｍとなっている金型を用いてセラミックグリーンシートを加圧することにより、電極３周辺の平均表面粗さＲa2を電極３の上面の平均表面粗さＲa1より大きいものとすることができる。

なお、電極３となる導体ペーストについて、一回の印刷で所定の厚みにまで印刷せずに、複数回に分けて印刷するようにしてもよい。また、各回の印刷後に、その印刷した導体ペーストを加圧するようにしてもよい。

なお、電極３の上面の平均表面粗さＲa1に対し、電極３を除く絶縁基体２の上面全体の表面粗さＲa3を大きくする場合には、電極３を除く全体に対応する領域が、平均表面粗さが３〜10μｍとなっている金型を用いてセラミックグリーンシートを加圧すればよく、金型の加工が容易であるため、好ましい。

絶縁基体２には、電極３から内部に向かって延びる貫通導体４４が設けられている。貫通導体４４は、電極３を外部電気回路に電気的に接続するための導電路を形成する部分である。例えば、貫通導体４４が電極３から、絶縁基体２のうち電極３が設けられている表面部分と反対側の表面（下面等）にかけて設けられている。これにより、電極３が絶縁基体２の下面等の外表面に電気的に導出されている。なお、このような導電路を形成するものは、貫通導体４４に限らず、絶縁基体２の内部または下面（電極３と反対側の表面）等に設けられた回路パターン状等の配線導体（図示せず）が含まれていても構わない。

貫通導体４４等の配線導体は、例えば電極３と同様に白金等からなるものでもよく、他の金属材料からなるものでもよい。この金属材料は、例えば白金イリジウム合金やタングステン、モリブデン、ニオビウム、銀、パラジウム等であり、絶縁基体２となるセラミッ
クグリーンシートとの同時焼成が可能な材料であることが望ましい。

貫通導体４４は、例えば絶縁基体２となるセラミックグリーンシートに機械的な打ち抜き加工またはレーザ加工等の孔あけ加工を施して貫通孔を設け、この貫通孔内に上記のような金属材料の導体ペーストを充填し、その後同時焼成することによって形成することができる。

絶縁基体２の下面または側面等の外表面には配線基板１を外部電気回路に電気的に接続するための外部電極が設けられており、貫通導体４４等の導電路が接続されている。外部電極は、電極３と同様の材料および形成方法により作製される。

電極３、外部電極および導電路の露出する表面には、さらに電解めっき法または無電解めっき法によって金属めっき層が被着されていてもよい。金属めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性や接続部材との接続性に優れる金属から成るものであり、例えば、厚さ0.5〜５μｍ程度のニッケルめっき層と0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが、あるいは厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と0.1〜１μｍ程度の銀めっき層とが、順次被
着される。これによって、電極３、外部電極および導電路が腐食することを効果的に抑制できるとともに、電極３と電子部品との接合材による接合、外部電極と外部電気回路との接合を強固にできる。なお、電極３、外部電極および導電路の露出する表面に金属めっき層を被着させる場合には、電極３の上面の平均表面粗さは、金属めっき層を含む電極３の表面の平均表面粗さである。この場合、金属めっき層の上面で平均表面粗さの測定を行う。

また、上記以外の金属からなる金属めっき層、例えば、パラジウムめっき層等を介在させていても構わない。

上記の配線基板１の電極３に、例えば圧力センサ素子等の各種のセンサ素子、半導体素子、抵抗器または容量素子等の電子部品が接合されるように搭載されることによって電子装置となる。

なお、電子部品は、必要に応じて、蓋体や樹脂によって封止される。蓋体は、金属やセラミックス，ガラスおよび樹脂等からなる板状またはキャップ状のものである。蓋体は、配線基板１を構成する絶縁基体２の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するものが好ましく、例えば絶縁基体２が酸化アルミニウム質焼結体から成り、金属から成る蓋体を用いる場合であれば、Ｆｅ−Ｎｉ（鉄−ニッケル）合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ（鉄−ニッケル−コバルト）合金等から成るものを用いればよい。電子部品が固体撮像素子や発光素子である場合には、蓋体として、ガラスや樹脂等からなる透光性の板材から成るものだけでなく、ガラスや樹脂等からなる透光性のレンズ、あるいはレンズが取り付けられた蓋体を用いてもよい。また、樹脂によって封止する場合には、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂によって電子部品を被覆しても構わない。また、電子部品が発光素子である場合には、蛍光体を含有した樹脂を用いて被覆して、発光素子から発光される光を被覆した樹脂中の蛍光体によって波長変換させるようにしてもよい。

電子装置は、圧力センサ等の各種のセンサ、コンピュータ、通信機等の各種の電子機器に部品として実装されて使用される。この実装は、絶縁基体の上面に電子部品が搭載され、外部電極とろう材等の導電性接続材を介して電気的に接続されることによって行なわれる。

本実施形態の配線基板１によれば、絶縁基体２と、絶縁基体２の上面に形成された、電子部品を接合するための電極３とを有しており、電極３は、上面を絶縁基体２の上面から
露出させて絶縁基体２の上面に埋設されており、電極３の上面の平均表面粗さＲa1に対し、絶縁基体２の上面の電極３周辺の平均表面粗さＲa2が大きいことから、電極３の上面の凹凸が抑えられており、電子部品を銀エポキシ樹脂等の導電性接合材を介して搭載部に搭載する場合に、電子部品が傾いて電極３に接合されにくいものとなり、電子部品が正常に接合されるものとなる。

本実施形態の電子装置によれば、上記構成の配線基板１を有していることによって、電子部品の接合信頼性に優れた発光装置とすることができる。

１・・・配線基板
２・・・絶縁基体
３・・・電極
４・・・貫通導体４

Claims

絶縁基体と、
該絶縁基体の上面に形成された、電子部品を接合するための電極とを有する配線基板を含み、
前記電極は、上面を前記絶縁基体の上面から露出させて前記絶縁基体の上面に埋設され、前記電極の上面の平均表面粗さに対し、前記絶縁基体の上面の前記電極周辺の平均表面粗さが大きいことを特徴とする配線基板。
前記電極の上面の平均表面粗さに対し、前記電極を除く前記絶縁基体の上面全体の表面粗さが大きいことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
請求項１に記載の配線基板と、
前記電極に導電性接合材により接合された前記電子部品とを有することを特徴とする電子装置。