JP2015211072A - 配線基板および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの視認が容易で、絶縁基板の小型化に適した識別マークを有する配線基板を提供すること。
【解決手段】 凹部２および凹部２を囲む枠状部１ａを含む上面を有しており、枠状部１ａに透光性の封止材５が接合される絶縁基板１と、絶縁基板１の凹部２内に設けられた配線導体３と、絶縁基板１の枠状部１ａに設けられた識別マーク８とを備える配線基板である。絶縁基板１のうち透光性の封止材５が接合される部分に識別マークが設けられているため、識別マーク８を設けるスペースを外表面に確保する必要がなく、小型化および識別マーク８の外部からの確認が容易な電子装置20の製作が可能な配線基板10を提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透光性の封止材で封止される電子部品の搭載部を有する配線基板、および配線基板に搭載された電子部品が透光性の封止材で封止されてなる電子装置に関するものである。

半導体素子、センサ素子または容量素子等の電子部品が搭載される配線基板として次のような構造のものが知られている。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収容される凹部が設けられ、この凹部内に、電子部品が電気的に接続される複数の配線導体が設けられた構造の配線基板である。凹部内の配線導体は、絶縁基板の内部等に設けられた接続用の導体を介して、絶縁基板の下面等の外表面に電気的に導出されている。例えば絶縁基板の下面には、外部接続用の接続パッドが配置され、接続用の導体によって配線導体と電気的に接続されている。

絶縁基板の上面のうち凹部を囲む枠状の部分に、凹部を塞ぐように蓋体等の封止材が接合される。蓋体と凹部とにより形成される容器内に、光半導体素子を含む半導体素子、センサ素子または各種の受動部品等の電子部品が気密に封止される。配線基板と、凹部内に収容されて封止された電子部品とによって電子装置が形成される。電子装置は、デジタルカメラ、コンピュータ、携帯通信機器、ガス濃度等の化学量または加速度等の物理量等を検知する各種のセンサおよびその他の各種の電子機器に実装されて使用される。

電子機器に対する電子装置の実装等の際には、その電子装置の種別、製造ロット、製造時期（日または週等）の情報が参照される。そのため、電子装置（配線基板）の外表面には、これらの情報を示す識別用のマーク（文字や数字、図形等）がレーザ加工を含む刻字または印刷等の手段で描かれて表示される。

特開2002−118188号公報 特開2004−66299号公報

しかしながら、近年、電子部品の小型化、高密度化に伴い、配線基板および電子装置についても小型化、高密度化が著しい。そのため、絶縁基板の外表面に識別マークを設けるスペースの確保が難しくなってきている。

これに対して、例えば凹部を塞ぐ蓋体等の封止材の上面（電子装置における露出表面）に上記の情報を描くという手段が考えられる。しかしながら、封止材が透光性であり、ガラス等からなるため、その蓋体の表面に、刻字または印刷等の手段で識別しやすい表示を行なうことが難しい。

本発明の一つの態様の配線基板は、凹部および該凹部を囲む枠状部を含む上面を有しており、前記枠状部に透光性の封止材が接合される絶縁基板と、該絶縁基板の前記凹部内に設けられた配線導体と、前記絶縁基板の前記枠状部に設けられた識別マークとを備える。

本発明の一つの態様の電子装置は、上記構成の配線基板と、前記凹部内に収容された電子部品と、前記絶縁基板の前記枠状部に接合された蓋体とを備える。

本発明の一つの態様の配線基板によれば、絶縁基体の外表面のうち蓋体が接合される枠状部に識別マークが設けられている。この識別マークは、透光性の封止材を通して外部から確認することができる。そのため、絶縁基板の外表面に別途識別マークを設けるスペースを確保する必要がない。したがって、絶縁基体に識別マークを設けることが容易である。

本発明の一つの態様の電子装置によれば、上記構成の配線基板に電子部品が収容され、枠状部分に蓋体が接合されてなることから、識別マークを設けることが容易な電子装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の配線基板および電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｃ）は下面図である。 図１に示す配線基板および電子装置の第１の変形例における要部を示す上面図である。 （ａ）は図１に示す配線基板および電子装置の第２の変形例における要部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図３に示す配線基板および電子装置の変形例における要部を示す断面図である。

本発明の実施形態の配線基板および電子装置を、添付の図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の配線基板および電子装置を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に配線基板および電子装置が使用される際の上下を特定するものではない。また、以下の説明で用いる各図について、断面図である場合でも、透明な部分にはハッチングを施さない場合がある。

凹部２を有する絶縁基板１と、凹部２内に設けられた配線導体３とによって配線基板10が基本的に形成されている。また、配線基板10に電子部品４が実装されて電子装置20が基本的に形成されている。

絶縁基板１は、例えば四角板状であり、凹部２を含む上面と、上面と反対側の下面とを有している。絶縁基板１の上面のうち凹部２を囲む部分は枠状の面（枠状部１ａ）になっている。

絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、窒化アルミニウム質焼結体またはムライト質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された複数のセラミックグリーンシートが積層されて積層体となり、この積層体が焼成されることによって製作されている。複数のセラミックグリーンシートが焼結して、それぞれ絶縁基板１を形成している複数の絶縁層（符号なし）になっている。

また、絶縁基板１となる複数のセラミックグリーンシートのうち一部のセラミックグリーンシートに打ち抜き加工が施されて枠状のセラミックグリーンシートとされる。この枠
状のセラミックグリーンシートが積層体において上側に積層されることによって、上面に凹部２を有する絶縁基板１が製作されている。

この実施形態において、凹部２は絶縁基板１の上面の中央部に位置している。凹部２が上面の中央部に位置している場合には、絶縁基板１のうち凹部２を囲む部分における機械的な強度のばらつきが抑制され、配線基板としての信頼性が向上する。

電子部品４としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）および固体撮像素子等の受光素子ならびに発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を含む半導体素子、センサ素子、容量素子等の受動部品、および微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）素子等が挙げられる。電子部品４は、例えば、ガラス、有機樹脂またはろう材等の接合材（図示せず）によって凹部２の底面に固定される。

電子部品４が、上記のような受光素子または発光素子である半導体素子（以下、受発光素子ともいう）の場合には、外部から凹部内に入射した光が電子部品４で電気信号に変換され、また外部の電気信号が電子部品４で光に変換されて凹部２外（上方向等）に放射される。

凹部２内に収容される電子部品４は、例えば凹部２の底面に接合され、固定される。また、電子部品４が収容された凹部２は、枠状部１ａに透光性の封止材５が接合されるによって塞がれる。凹部２と封止材５とにより形成される容器（符号なし）内に電子部品４が気密封止される。

封止材５としては、例えば図１に示されているように、透光性の蓋体５ａと、蓋体５ａを枠状部１ａに接合する透光性の接合材５ｂとを含むものが挙げられる。封止材５は、この例に限られるものではなく、例えば透光性の蓋体のみからなるもの（図示せず）等でもよい。

透光性の蓋体５ａとしては、例えばホウケイ酸ガラス等のガラス材料、またはアクリル樹脂またはメタクリル樹脂等の有機樹脂材料からなる透明（無色透明）で平板状のものが挙げられる。これらのガラス材料および有機樹脂材料は、後述する識別マーク８の外部からの確認が可能な範囲であれば、無機物フィラー粒子または着色材等が添加されていてもよい。

透光性の接合材５ｂについても、例えば、ホウケイ酸ガラス等のガラス材料、またはアクリル樹脂またはメタクリル樹脂等の有機樹脂材料からなる透光性のものが挙げられる。これらの接合材５ｂとなるガラス材料および有機樹脂材料についても、後述する識別マーク８の外部からの確認が可能な範囲であれば、無機物フィラー粒子または着色材等が添加されていてもよい。

凹部２内に設けられた配線導体３は、凹部２内に収容される電子部品４を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続する導電路の一部として機能する。すなわち、凹部２内に収容された電子部品４が、ボンディングワイヤ６等の導電性接続材によって配線導体３と電気的に接続される。

絶縁基板１の下面には、配線導体３と電気的に接続された接続パッド７が配置されている。配線導体３と接続パッド７との電気的な接続は、例えば絶縁基板１の内部または側面等に設けられた接続用の導体（図示せず）を介して行なわれている。接続用の導体は、絶縁基板１の少なくとも一部を厚み方向に貫通する貫通導体（いわゆるビア導体）を含んでいてもよい。これらの配線導体３、接続用の導体および接続パッド等によって、凹部２内
に収容される電子部品４と外部電気回路とを電気的に接続する導電路が形成されている。

電子部品４が、凹部２内に収容されるとともに配線導体３と電気的に接続された後、枠状部１ａに封止材５が接合されることによって、配線基板10に電子部品４が実装されてなる電子装置20が製作される。電子装置20の電子部品４は上記配線導体４等を含む導電路を介して外部電気回路と電気的に接続される。導電路の接続パッド７と外部電気回路との電気的な接続は、例えばはんだ等の金属材料、または導電性接着剤等の複合材料等によって行なわれる。

配線導体３、接続用の導体および接続パッド７は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属材料によって形成されている。このような金属材料は、例えば、メタライズ層またはめっき層等の金属層として絶縁基板の表面に設けられている。配線導体３等は、タングステンまたはモリブデン等からなるメタライズ層と、そのメタライズ層の露出表面を被覆するニッケルまたは金等のめっき層とを含むものであってもよい。

配線導体３等は、例えばタングステンのメタライズ層である場合には、タングステンの粉末を有機溶剤および有機バインダと混合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所定部位にスクリーン印刷法等の方法で印刷して、上記積層体とともに同時焼成する方法で形成することができる。また、このタングステン等のメタライズ層の露出表面に、ニッケルまたは金等のめっき層が、電解めっき法等の方法で被着されてもよい。

なお、接続用の導体がビア導体を含む場合に、ビア導体は例えば次のような方法で形成することができる。すなわち、あらかじめ絶縁基板１となるセラミックグリーンシートを厚み方向に貫通する貫通孔（ビアホール）を設けておき、この貫通孔内に金属ペーストを充填して焼成する。これによりビア導体を形成することができる。また、セラミックグリーンシートの貫通孔は、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によって設けることができる。

絶縁基板１の上面のうち凹部２を囲む枠状部１ａに設けられた識別マーク８は、作製された電子装置20の製品名、製作された週または日等の製作時期、製造ロットの番号およびその他の注意事項等に関する情報を表示するためにものである。また、この識別マーク８は、電子装置20の製作に用いられた配線基板10の製作時期、製造ロットの番号等を表示するために設けられる場合もある。このような情報を知ることによって、例えば仮に電子装置20において不具合が発生したときに、その不具合が発生した電子装置20または配線基板10の製造時期または製造ロットの番号等の情報を知ることができる。これにより、例えば電子装置20または配線基板の品質管理、不具合の原因解析等に上記の情報を利用することができる。

実施形態の配線基板10において、識別マーク８は、封止材５で凹部が封止された後でも、透光性の封止材５を通して外部から確認することができる。すなわち、絶縁基板の外表面に別途識別マーク８を設けるスペースを確保する必要がない。そのため、絶縁基体に識別マーク８を設けることが容易である。

言い換えれば、封止材５が透光性であるときに、絶縁基板１の外表面のうちその封止材５が接合される枠状部１ａを識別マーク８のためのスペースとして利用することによって、識別マークの形成スペースの確保が容易で、小型化が容易な配線基板を提供することができる。

識別マーク８は、上記のような情報を示すものであれば、文字、数字、記号および図形等の表示形態から適宜選択されて用いられてよい。また、複数の表示形態が併用されていても構わない。図１の例では文字（ローマ字）と数字（アラビア数字）とが組み合わされてなる識別マーク８が設けられている。

識別マーク８は、例えば金属材料、セラミック材料または樹脂材料等が所定の文字等のパターンで枠状部１ａに被着されて形成されている。また、識別マークは、枠状部１ａの一部が所定の文字等のパターンで凹状に加工されて形成されたものでもよい。この場合の凹状への加工は、例えば枠状部１ａ（絶縁基板１の上面）がレーザ加工または機械的な加工で削られて（除去されて）行なわれる。

識別マーク８は、透光性の封止材５を通して外部から確認されるものであるため、このような確認が容易なものであることが望ましい。例えば確認の手段が目視等の可視光を介した手段である場合には、枠状部１ａと識別マーク８との色調が互いに異なるものとされる。

具体的には、絶縁基板１がセラミック材料である場合には、識別マーク８は、セラミック材料と色調が異なる金属材料からなる。また、この場合、識別マーク８は、枠状部１ａの一部であってレーザ加工で凹状とされて、外から見たときに枠状部１ａと異なる色調を呈するように加工された部位からなるものであってもよい。

封止材５（実施形態の例では蓋体５ａおよび接合材５ｂ）は、前述したように識別マーク８の外部からの確認ができるように透光性とされている。この場合、封止材５は外部からの識別マーク８の確認が可能な程度の光の透過性を有するものであればよく、多少着色されていたり、表面が比較的粗いであったりして（いわゆる無色透明である場合に比べて低くなっていて）もよい。

封止材５が、蓋体５ａと接合材５ｂとからなる場合には、枠状部１ａに対する接合の作業性および気密封止の信頼性を高めることが容易である。また、これらの蓋体５ａおよび接合材５ｂは、それぞれ透明（無色透明）な材料からなる場合には、蓋体５ａおよび接合材５ｂで覆われる識別マーク８の外部からの視認等の手段による確認が容易である。そのため、識別マーク８の確認に時間がかかったり、誤認したりする可能性がより低減され得る。したがって、この場合には、信頼性および実用性の点でより有利な配線基板10および電子装置20とすることができる。

（第１の変形例）
図２は、図１に示す配線基板10および電子装置20の第１の変形例における要部を示す上面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。この第１の変形例では、四角枠状の枠状部１ａの角部分（コーナー部分）の内側（凹部２側）に識別が設けられている。

枠状部１ａのうち角部分は、辺部分に比べて幅が比較的大きいため、識別マーク８を設けることがより容易になる。また、より大きい識別マーク８を設けることができるため、外部からの識別マーク８の確認がより容易になる。

また、例えば接合材５ｂが有機樹脂材料からなり、識別マーク８が金属材料からなるような場合には、接合材５ｂと識別マーク８との接合の強度が、例えば識別マーク８がレーザ加工で形成されたものであるような場合に比べて低くなる可能性がある。蓋体５ａと絶縁基板１との熱膨張差に起因した熱応力等は、蓋体５ａの外側程大きくなる傾向がある。このようなときに、識別マーク８が枠状部１ａの内側に位置していれば、その接合の強度
が比較的小さい部分が、熱応力が比較的小さい部分に位置する。そのため、凹部２の気密封止の信頼性も高い。

（第２の変形例）
図３（ａ）は図１に示す配線基板および電子装置の第２の変形例における要部を示す上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

第２の変形例では、四角形状の図形が識別マーク８として用いられている。この四角形状の識別マーク８は、例えば絶縁基板１の上面の枠状部１ａにレーザ加工によって設けられている。この場合の識別マーク８は、例えばレーザ加工に伴う凹部分８ａを含んでいる。凹部分８ａ内には、蓋体５を枠状部１ａに接合している接合材５ｂの一部が入り込んでいる。

レーザ加工による識別マーク８の形成は、固体レーザ光（例えばＹＡＧレーザ光）を、画像認識等の手段で枠状部１ａの所定位置に位置合わせしながら照射することによって行なうことができる。レーザ光の照射に伴い、絶縁基板１の枠状部１ａの一部が溶融または気化して除去され、凹部分８ａが生じて識別マーク８が形成される。

この場合には、凹部分５ｂに接合材５ｂが入り込んでいることによるアンカー効果が得られ、接合材５ｂの枠状部１ａの対する接合の強度が向上し得る。そのため、接合材５ｂを介した蓋体５ａと枠状部１ａとの接合の強度、つまりは封止材５と絶縁基板１との接合強度が向上し得る。そのため、電子装置20における気密封止の信頼性の向上の点でより有利である。

また、凹部分８ａがレーザ加工で形成された部分であり、レーザ加工時に絶縁基板１のガラス成分の溶融、および粗面化等が生じている。そのため、凹部分８ａ内の表面はガラス成分が比較的多く、また比較的粗い面になっている。したがって、凹部分８ａ内に入り込んだ有機樹脂材料からなる接合材５ｂと凹部分８ａの内面との接合の強度がより効果的に向上され得る。

（他の変形例）
図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図３に示す配線基板および電子装置の他の変形例における要部を示す断面図である。図４において図１および図３と同様の部位には同様の符号を付している。図４（ａ）および（ｂ）の各例においても、平面視における識別マーク８の形状は図３の例と同様に四角形状である。

図４（ａ）および（ｂ）の例では、識別マーク８が凸部分８ｂを含んでいる。識別マーク８に凸部８ｂが含まれている場合には、凸部分８ｂの露出表面の分、識別マーク８および枠状部１ａと接合材５ｂとの接合面積が大きくなる。また、凸部分８ｂが接合材５ｂ内に入り込むことによるアンカー効果も得ることができる。そのため、接合材５ｂを介した蓋体５ａと枠状部１ａおよび識別マーク８との接合の強度の向上の点では有利である。この場合、蓋体５ａと絶縁基板１との接合強度の向上による気密封止の信頼性向上については、より有利である。

さらに図４（ａ）の例では、凸部分８ｂによって識別マーク８が形成されている。これは、例えば前述したように凸部分８が、金属材料、セラミック材料または樹脂材料等が枠状部１ａに被着されて形成されている場合である。凸部分８ｂによって識別マーク８が形成されている場合には、識別マーク８の形成が容易であり、配線基板10および電子装置20の生産性等の点では有利である。また、被着させる材料に適宜着色材を添加すること、ま
たは金めっき層等のめっき層を被着させること等による着色によって、枠状部１ａとの色調差を高めることによる外部からの識別性の向上もより容易である。

また、図４（ｂ）の例では、識別マーク８が凹部分８ａおよび凸部分８ｂの両方を含み、凸部分８ｂが凹部分８ａの近くに位置している。この場合には、外部から見たときに、凸部分８ｂが比較的明るく、凹部分８ａが比較的暗い場合が多い。そのため、この明暗差によって識別マーク８の確認がより容易になるというような効果も得ることができる。

このような例の凸部分８ｂは、例えば前述したように識別マーク８をレーザ加工で形成することによって設けることができる。レーザ加工によって除去された絶縁基板１の一部の溶融物等は、その除去跡としての凹部分８ａに接した部分で固化する。この固化物によって凸部分８ｂが形成される。

接合材５ｂが有機樹脂材料である場合に、その有機樹脂材料として紫外線硬化型の有機樹脂材料が用いられてもよい。この場合には、透光性の蓋体５ａを通して未硬化の接合材５ｂに紫外線を照射して硬化させることによって、容易に蓋体５ａを枠状部１ａに接合し、凹部２内に電子部品４を気密封止することができる。この硬化時には、例えば熱硬化型の有機樹脂材料に比べて封止時に電子部品４等に加わる熱が低減されるため、電子装置20としての信頼性の点で有利である。また、例えば絶縁基板１の枠状部１ａ上に未硬化の紫外線硬化型の有機樹脂材料からなる接合材５ｂと蓋体５とを順次位置合わせした状態で、蓋体５ａを通して未硬化の接合材に紫外線を照射して硬化させることができる。そのため、封止材５による凹部２の封止がより容易である。

また、凹部分８ａおよび凸部分８ｂの両方を含み、凸部分８ｂが凹部分８ａの近くに位置している識別マーク８は、枠状部１ａに直接レーザ加工が施されて形成されたものに限らず、枠状部１ａ上に被着された上記金属材料、セラミック材料または樹脂材料等（被着物）にレーザ加工が施されてなるものでもよい。また、これらの被着物を厚み方向に貫通し、さらにその下側の枠状部１ａの一部まで除去されて凹部８ａが形成されていても構わない。

上記のように被着物（さらにその下側の枠状部１ａ）内に凹部分８ａが配置されていれば、例えば凸部分８ｂの着色等による識別性の向上の効果も得ることが容易である。そのため、例えば凹部分８ａとの明暗差および色調差との相乗効果による識別性のより一層の向上も可能になる。

前述したように、各種の実施形態の配線基板10と、配線基板10の凹部２内に収容された電子部品４と、絶縁基板１の枠状部１ａに接合された透光性の封止材５とによって実施形態の電子装置20が形成されている。この電子装置20によれば、上記構成の配線基板10が含まれていることから、識別マーク８を設けることが容易な電子装置20を提供することができる。

１・・・絶縁基板
１ａ・・・枠状部
２・・・凹部
３・・・配線導体
４・・・電子部品
５・・・封止材
５ａ・・・蓋体
５ｂ・・・接合材
６・・・ボンディングワイヤ
７・・・接続パッド
８・・・識別マーク
８ａ・・・凹部分
８ｂ・・・凸部分
10・・・配線基板
20・・・電子装置

Claims (6)

1. 凹部および該凹部を囲む枠状部を含む上面を有しており、前記枠状部に透光性の封止材が接合される絶縁基板と、
   該絶縁基板の前記凹部内に設けられた配線導体と、
   前記絶縁基板の前記枠状部に設けられた識別マークとを備えること特徴とする配線基板。
2. 前記封止材が、透明な材料からなる蓋体と、該蓋体と前記絶縁基板の前記枠状部とを接合する透明な接合材とを含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記接合材がガラス材料または有機樹脂材料であり、
   前記識別マークが、前記絶縁基板の前記上面にレーザ加工によって設けられており、凹部分を含んでいることを特徴とする請求項２記載の配線基板。
4. 前記識別マークが、凸部分をさらに含んでいることを特徴とする請求項３記載の配線基板。
5. 前記接合材が紫外線硬化型の有機樹脂材料であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の配線基板。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の配線基板と、
   前記凹部内に収容された電子部品と、
   前記絶縁基板の前記枠状部に接合された透光性の封止材とを備えることを特徴とする電子装置。

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