JP2019029404A - 回路基板、電子部品および電子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 外部配線基板に対する接続信頼性の向上に有効な回路基板、電子部品等を提供すること。【解決手段】 平面視で長方形状の絶縁基板１と、該絶縁基板１の外部配線基板へ実装される実装面１１に、該実装面１１の外辺に沿って配列され、外辺と直交する方向に長い形状の複数の端子電極２１を含む回路導体２とを備えており、該複数の端子電極２１は、前記実装面１１の外辺と直交する方向の長さが、短辺に沿って配列された第１端子電極２１ａと長辺に沿って配列された第２端子電極２１ｂとで異なっている回路基板１００。【選択図】 図１

Description

本発明は、実装面に複数の端子電極が配列された絶縁基板を含む回路基板、電子部品および電子モジュール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素子が搭載される回路基板として、実装面に設けられた複数の端子電極とを含むものが用いられている。端子電極は、例えば、長方形状の基板の実装面において、４つの外辺に沿って配列されている（例えば、特許文献１を参照。）。このような回路基板に電子素子が搭載された電子部品は外部の配線基板に搭載され、回路基板の端子電極と外部の配線基板の配線とがはんだ等の導電性接続材で接続される。

電子部品の小型化にともない端子電極間の距離も小さくなり、端子電極の面積も小さくなっている。電子部品のはんだ実装の際の熱、および電子素子の作動時の熱による熱応力により、接続材のはんだ等で破壊しやすくなっている。これに対して、端子電極の形状を外辺に対して直交する方向に長い長方形状として、端子電極の面積を大きくして、接続強度等を確保しているものがある（例えば、特許文献２を参照。）。

特開２００５−２６３１２号公報 特開２０１２−１７４８４７号公報

しかしながら、このような回路基板においては、外部電気回路（配線基板）に対する電気的な接続等の接続信頼性のさらなる向上が求められている。特に、搭載される電子部品の作動時の発熱量の増加、また回路基板の小型化にともなう端子電極の小型化（つまり端子電極と外部電気回路との接合面積の減少）等が進んでいるため、上記接続信頼性の向上の要求が強くなっている。

本開示の１つの態様の回路基板は、平面視で長方形状の絶縁基板と、該絶縁基板の外部の配線基板へ実装される実装面に、該実装面の外辺に沿って配列され、外辺と直交する方向に長い形状の複数の端子電極を含む回路導体とを備えており、該複数の端子電極は、前記実装面の外辺と直交する方向の長さが、短辺に沿って配列された第１端子電極と長辺に沿って配列された第２端子電極とで異なっている。

本発明の１つの態様の電子部品は、上記構成の回路基板と、電子素子とを備えている。

本発明の１つの態様の電子モジュールは、上記構成の電子部品と、該電子部品が実装されたモジュール用の配線基板とを備えている。

本発明の１つの態様の回路基板によれば、実装面の外辺と直交する方向の長さが、短辺に沿って配列された第１端子電極と長辺に沿って配列された第２端子電極とで異なっていることから、実装面の角部において第１端子電極と第２端子電極とを短絡させることなく
、第１端子電極または第２端子電極の長さを長くすることができる。そのため、面積の大きい端子電極を設けることができ、回路基板と外部の配線基板とを接続するはんだ等の量（体積）を比較的大きくすることができるので、回路基板と配線基板との接続信頼性を向上させることができる。したがって、外部の配線基板との接続信頼性の向上に対して有効な回路基板を提供することができる。

本発明の１つの態様の電子部品によれば、上記構成の回路基板を含んでいることから、外部の配線基板の配線（端子）に対する接続信頼性の向上に有利な電子部品を提供することができる。

本発明の１つの態様の電子モジュールによれば、上記構成の回路基板を含む電子部品とモジュール用の配線基板とを備えていることから、電子部品と配線基板との接続信頼性が効果的に向上した電子モジュールを提供することができる。

（ａ）および（ｂ）は、いずれも回路基板の一例を示す下面図である。 （ａ）および（ｂ）は、いずれも回路基板の他の例を示す下面図である。 （ａ）および（ｂ）は、いずれも電子部品の一例を示す断面図である。 電子モジュールの一例を示す断面図である。

本開示の実施形態の回路基板、電子部品および電子モジュールを、添付の図面を参照して説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は回路基板の一例を示す下面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は回路基板の他の例を示す下面図である。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、実際に回路基板および電子部品等が使用されるときの上下を限定するものではない。

回路基板１００は、平面視で長方形状の絶縁基板１と、絶縁基板１の外部配線基板へ実装される実装面１１（以下、下面１１ともいう。）に、実装面１１の外辺に沿って配列された複数の端子電極２１を含む回路導体２と、を備えている。複数の端子電極２は、実装面１１の外辺と直交する方向に長い形状であり、実装面１１の外辺と直交する方向の長さが、短辺に沿って配列された第１端子電極２１ａと長辺に沿って配列された第２端子電極２１ｂとで異なっている。

絶縁基板１は、回路基板１００の基本的な部分であり、複数の端子電極２１等を互いに電気的に絶縁させて配置するための電気絶縁体として機能する。また、絶縁基板１は、例えば、電子部品３００を搭載して固定するための基体として機能する部分である。

絶縁基板１は、平面視（上面視）で長方形状の平板である。長方形状とは図２に示す例のような厳密な長方形だけでなく、図１（ａ）に示す例のような角部が丸められたもの、および図１（ｂ）に示す例のような角部を平面状に切欠いた（Ｃ面取りした）八角形のよものも含み、全体として長方形であればよい。

絶縁基板１の下面１１、すなわち回路基板１００としての実装面１１には、複数の端子電極２が設けられている。複数の端子電極２は、絶縁基板１の実装面１１の外辺、すなわち長方形の各辺に沿って配列されている。端子電極２の平面視の形状は、実装面１１の外辺と直交する方向に長い形状である。このような形状であるので、複数の端子電極２を小さい間隔で配置することができるとともに、面積も大きくすることができる。端子電極２の平面視の形状は、長方形状や楕円形状のようなものであればよいが、できるだけ面積を大きくするために、図１および図２に示す例のような長方形状とすることができる。長方
形状とは、絶縁基板１の形状と同様に、長方形だけでなく、図１（ａ）に示す例のような長方形の角部を丸めたような形状も含むものである。

そして、長方形状の実装面１１の短辺に沿って配列された第１端子電極２１ａと長辺に沿って配列された第２端子電極２１ｂとで異なっている。図１（ａ）および図２（ａ）に示す例では、長辺に沿って配列された第２端子電極２１ｂの方が、短辺に沿って配列された第１端子電極２１ａよりも長い。一方、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す例では、第１端子電極２１ａの方が第２端子電極２１ｂよりも長い。

小型の回路基板１００において、複数の端子電極２を配列するには、端子電極２の間隔を、短絡しない程度にできるだけ小さい間隔にしなければならない。一方で、回路基板１００の外部の配線基板への接続信頼性を向上させるためには、接合面積すなわち端子電極２の面積を大きくするとよい。そのため、端子電極２の間隔を小さくしすぎることなく面積を大きくするには、端子電極２の長さを長くするとよい。しかしながら、実装面１１の各辺に沿って配列された端子電極２の全て、すなわち第１端子電極２１ａと第２端子電極２１ｂの両方の長さを長くすると、長辺と短辺との間の角部においては、第１端子電極２１ａと第２端子電極２ｂとが短絡してしまう。長さを長くしても短絡しないように第１端子電極２１ａおよび第２端子電極２１ｂを絶縁基板１の実装面１１の角部から離すと、端子電極２間がさらに小さくなるので短絡しやすくなってしまう。あるいは、端子電極２間の間隔を変えなければ、回路基板１００が大型になってしまう。あるいは、端子電極２の数を減らさなければならなくなってしまう。これに対して、本開示の回路基板１００のように、第１端子電極２１ａまたは第２端子電極２１ｂのいずれか一方だけを長くすると、回路基板１００が小型のままで、端子電極２の数を減らすことなく、端子電極２の間隔も極端に小さくしなくても、第１端子電極２１ａと第２端子電極２１ｂとの間で短絡することがない。そして、端子電極２の全体の面積が増加することで応力が分散されて回路基板１００の外部の配線基板への接続信頼性が向上する。

このような効果をより顕著なものとするために、図１および図２に示すように、長さの長い端子電極２は、短辺方向において、長さの短い端子電極２が配列されている領域内まで伸びるような長さとすることができる。例えば、図１（ａ）に示す例においては、実装面１１の長辺に沿って配列された第２端子電極２１ｂの長さの方が、短辺に沿って配列された第１端子電極２１ａよりも長い。第２端子電極２１ｂの長さ方向は、短辺に沿った方向であり、この方向において、第１端子電極２１ａが配列された領域は、図１（ａ）において、２つの二点鎖線で挟まれた領域Ａである。第２端子電極２１ｂは外辺から内側に向かってこの領域Ａ内まで伸びている。言い換えれば、配列の最も外側に位置する第１端子電極２１ａの長さも長くすると第２端子電極２１ｂと短絡してしまうような位置まで伸びている。これは、第１端子電極２１ａの方が長い場合も同様であり、図１（ｂ）に示す例のように、第１端子電極２１ａは、長辺方向において第２端子電極２１ｂが配列されている領域Ｂである、２つの二点鎖線で挟まれた部分まで伸びている。また、図２（ａ）に示す例では第２端子電極２１ｂを、図２（ｂ）に示す例では第１端子電極２１ａをさらに長くしており、それぞれ、領域Ａ、領域Ｂ内に伸びている部分がより長くなっている。このように端子電極２の長さを伸ばして端子電極２の面積を増加させても、第１端子電極２１ａと第２端子電極２１ｂとが短絡することがない。

端子電極２１の長さが長いほど接合面積が増えるが、対向する辺のそれぞれに沿って配列された端子電極２１同士が短絡しない程度にしなければならない。図１に示す例のように、長さの長い端子電極２１は、長い端子電極２１の長さ方向に沿った外辺の長さの２０％以上とすることができる。具体的には、図１（ａ）に示す例のように、第２端子電極２１ｂの方が長い場合は、第２端子電極２１ｂの長さは実装面１１の短辺の長さの２０％以上とすることができる。すなわち端子電極２１は対向する辺のそれぞれに沿って配列され
ているので、対向する２つの端子電極２の長さの合計が、辺の長さ（対向する辺の間の長さ）の４０％程度以上であれば、より効果的なものとなる。なお、絶縁基板１の実装面１１の中央部まで端子電極２を伸ばしても、中央部においては応力緩和の効果が小さく、例えばはんだで接合する際のはんだペーストのフラックス等の有機成分の抜け易さ等も考慮すると、図２に示す例のように、長さの長い端子電極２１は、長い端子電極２１の長さ方向に沿った外辺の長さ（対向する辺の間の長さ）の３５％以下（対向する２つの端子電極２の長さの合計が、辺の長さの７０％以下）とすることができる。

さらに、接続信頼性の高いものとするために、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す例のように、実装面１１の長辺に沿って配列された第２端子電極２１ｂの長さより短辺に沿って配列された第１端子電極２１ａの長さの方を長くすることができる。熱応力で長方形の回路基板１００（絶縁基板１）は、長辺方向がより大きく変形、例えば長辺方向に曲がるように変形する。そのため、短辺側に配列された第１端子電極２１ａの長さが長いと、この長辺方向の変形を効率よく抑制することができる。つまり、熱応力を複数の端子電極２に分散しつつ、全体の変形も抑制することができるので、接続信頼性が向上する。

端子電極２１は実装面１１の外辺に沿って配列されているが、図１および図２に示す例においては、各辺の両端部の近傍、長方形状の実装面１１の４つの角部には設けていない。この角部に長さの短い方の端子電極２１を設けることもできる。しかしながら、角部は熱応力が最も大きくなる部分であるので、応力により端子電極２１を外部の配線基板に接合する導電性接合材に亀裂が生じて導通抵抗が大きくなったり、導電性接合材が破断して電気的接続ができなくなったりする可能性が高い。そのため、この角部には端子電極２１を設けないようにすることができる。図２に示す例においては、絶縁基板１の実装面１１の４つの角部には、端子電極２１ではなく補強パッド３が設けられている。補強パッド３は、回路基板１００の回路導体２とは電気的に接続されていない金属層である。補強パッドと外部の配線基板とをはんだ等の接合部材で接合することで、回路基板１００と外部の配線基板との接合強度を高めるとともに、補強パッド３にも熱応力を分散して端子電極２１に加わる応力を低減することができる。これにより、回路基板１００の外部の配線基板との接続信頼性がさらに向上する。

電子部品３００は、上記のような回路基板１００と、電子素子２００とを備えている。図３（ａ）および図３（ｂ）は、いずれも電子部品３００の一例を示す断面図である。上記のような回路基板１００を含んでいることから、外部の配線基板の配線（端子）に対する接続信頼性が向上したものとなる。

図３（ａ）は、回路基板１００に電子素子２００が搭載されて電子部品３００が構成されている例を示している。この例では、絶縁基板１の上面１２が回路基板１００における電子素子２００等の搭載面１２であり、搭載面１２に半導体素子等の電子素子２００が搭載されている。電子素子２００の電極（不図示）と回路基板１００の表面導体２２とがボンディングワイヤ等の導電性接続部材２０１で接続され、電子素子２００と回路基板１００の回路導体２とが電気的に接続されている。そして、端子電極２１を介して、電子素子２００と外部の配線基板等の電気回路とが電気的に接続される。また、図３（ｂ）は、回路基板１００に電子素子２００が形成されている例を示しており、電子素子２００を備える回路基板１００が電子部品３００といえる。図３（ｂ）に示す例の回路基板１００は、電子素子２００として、左から順に、インダクタ素子、容量素子、抵抗素子を備えている。これらの電子素子２００は、回路基板１００の絶縁基板１、内部導体２３、表面導体２２および絶縁基板１の上面１２に形成され、表面導体２２に接続された抵抗体２０２とで形成されている。このような電子素子２００を有する回路基板１００に、図３（ａ）に示す例のように、半導体素子等の電子素子２００がさらに搭載されていてもよい。

図４は電子モジュールの一例を示す断面図である。図４は、図３（ａ）に示す電子部品３００を用いた例を示している。電子モジュール５００は、上記のような電子部品３００と、電子部品３００が実装されたモジュール用の配線基板４００とを備えている。上記のような回路基板１００を含む電子部品３００と、電子部品３００が実装されたモジュール用の配線基板４００とを備えていることから、電子部品３００と配線基板４００との接続信頼性が効果的に向上した電子モジュール５００となる。

絶縁基板１は、上記したように、平面視（上面視）で長方形状の平板である。例えば、３ｍｍ〜１５ｍｍ×４ｍｍ〜２０ｍｍの長方形状で、厚みが例えば０．４ｍｍ〜２ｍｍの板状である。絶縁基板１は、例えば図３に示す例のように、複数の絶縁層１ａが積層されてなるものである。

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、次のようにして製作することができる。まず、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て四角シート状のセラミックグリーンシートを作製する。その後、このセラミックグリーンシートを適当な寸法に切断、成形したセラミックグリーンシートを複数枚積層し、この積層した積層体を1300〜1600℃の温度で焼成することによって絶縁基板１を製作することができる。焼成された複数のセラミックグリーンシートのそれぞれが、絶縁基板１を形成する絶縁層１ａになる。

絶縁基板１には回路導体２が設けられている。上述したように絶縁基板１の下面１１（実装面１１）に端子電極２１が設けられ、上面１２に表面導体２２が、内部に内部導体２３が設けられている。上面１２の表面導体２２と下面１１の端子電極２１とは内部導体２３で電気的に接続されている。内部導体２３は、絶縁層１ａ間に設けられた内部導体層と絶縁層１ａを貫通する貫通導体とを有している。

端子電極２１は、上記したように、平面視の形状が実装面１１の外辺と直交する方向に長い形状である。例えば、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ×０．５ｍｍ〜７ｍｍの長方形状である。このような端子電極２１が、３個〜１０個、０．２ｍｍ〜１ｍｍの間隔をあけて、長方形状の実装面１１の各辺に沿って配列されている。長辺に沿って配列されている第２端子電極２１ｂの方が第１端子電極２１ａより多く設けられる。

複数の端子電極２１は、電子部品３００を外部の配線基板４００に電気的に接続するための部分である。これらの端子電極２１が配線基板４００の配線４０１に導電性接合材３０１を介して電気的に接続されれば、電子部品３００と配線基板４００の配線４０１とが互いに電気的に接続される。これによって、電子部品３００と配線基板４００との間で電気信号または電位等の授受が可能になる。また、電子部品３００は回路基板１００の回路導体２に電子素子２００が電気的に接続されたものであるので、電子素子２００と配線基板４００の配線４０１とが互いに電気的に接続される。

これらの端子電極２１は、導電性接合材３０１を介した配線基板４００の配線４０１との接続を容易とすること等のために、多角形状の絶縁基板１の下面１１に、その下面１１の外辺に沿って配列されている。

複数の端子電極２１のそれぞれは、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、またはこれらの金属材料を含む合金材料等によって形成されている。このような金属材料等は、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１の下面１１に設けられている。

端子電極２１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となる上記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て、その後セラミックグリーンシートと同時焼成する方法で形成することができる。

また、表面導体２２、内部導体２３および補強パッド３についても、例えば端子電極２１と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。内部導体２３のうち内部導体層は、絶縁層１ａとなる複数のセラミックグリーンシートの主面に所定パターンで上記金属ペーストを印刷した後に、その積層体を焼成する方法で形成することができる。また、内部導体２３のうち貫通導体の部分は、絶縁層１ａとなるセラミックグリーンシートに貫通孔をあらかじめ形成しておき、このセラミックグリーンシートの貫通孔内に上記の金属ペーストをスクリーン印刷法等の方法で充填し、同時焼成することによって形成することができる。セラミックグリーンシートの貫通孔は、機械的な孔あけ加工またはレーザ加工等の方法で形成することができる。

回路導体２のうち絶縁基板１の外表面に露出する部分は、上記のメタライズ層に、電解めっき法または無電解めっき法等の方法でニッケルおよび金等のめっき層がさらに被着されたものであってもよい。

図３（ａ）および図４に示す例のように、回路基板１００に搭載される電子素子２００としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子、および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、電流センサ素子または磁気センサ素子等のセンサ素子、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）等の種々の電子素子が挙げられる。また、電子素子２００は、圧電素子、容量素子または抵抗器等の受動部品であってもよい。また、電子素子２００は、複数個が搭載されてもよく、複数種のものが含まれていてもよい。

電子素子２００の回路基板１００に対する機械的な接続は、例えば、はんだ等の低融点ろう材または接着剤、あるいは必要によって導電性接着剤等の電気伝導性を有する接合材（不図示）によって行なわれる。電子素子２００の電極（不図示）と回路基板１００の回路導体２との電気的な接続は、例えば、図３（ａ）および図４に示す例のように、ボンディングワイヤ等の導電性接続部材２０１によって行なわれる。はんだボールや金属バンプおよび導電性接着剤を導電性接続部材２０１として用いた、いわゆるフリップチップ接続で、電気的および機械的接続を行なうこともできる。フリップチップ接続の場合は、アンダーフィル材によって機械的接続を補強することができる。また、電子素子２００は、導電性接続部材２０１とともに封止樹脂等で覆って封止することもできる。

例えば、電子素子２００が半導体集積回路素子等の半導体素子であれば、電子素子２００と回路基板１００および外部の配線基板４００が有する電子回路（図示せず）との間で種々の電気信号が授受され、半導体素子（電子素子２００）で演算または記憶等の種々の処理が行なわれる。また、電子素子２００が加速度センサ素子等のセンサ素子であれば、センサ素子（電子素子２００）で検知された加速度等の物理量が回路基板１００および外部の配線基板４００に電気信号として伝送される。この電気信号は、回路基板１００および外部の配線基板４００の電子回路または回路基板１００に実装された他の電子素子等（図示せず）に伝送されて、回路基板１００が実装される電子機器の制御等の処理に利用される。

電子素子２００が回路基板１００に形成され、電子素子２００を備えた回路基板１００
が電子部品３００である場合は、例えば、上記の回路導体２と絶縁層１ａの組み合わせで電子素子２００を形成することができる。例えば、図３（ｂ）に示す例のようなインダクタ素子は、内部導体層と貫通導体とでコイル状の内部導体２３とすることで形成されている。また、容量素子は、例えば２つの内部導体層を容量電極として、絶縁層１ａのこれらに挟まれた部分を誘電体として形成されている。図３（ｂ）に示す例では、表面導体２２と２つの内部導体層と２つの絶縁層１ａとで容量素子を形成している。２つの内部導体層に挟まれた絶縁層１ａを比誘電率の高いものとすることで、より容量の大きい容量素子とすることもできる。また、図３（ｂ）に示す例においては、２つの表面導体２２の間に抵抗体２０２を配置することで抵抗素子を形成している。抵抗素子は、例えば抵抗体ペーストを回路基板の表面導体２２間に塗布して焼き付ける、あるいはセラミックグリーンシートと同時焼成することで形成することができる。抵抗体ペーストは、例えば酸化ルテニウムなどの抵抗体粉末、ガラス粉末に有機バインダおよび溶剤を加えて混錬することで作成することができる。

製作された電子部品３００は、導電性接合材３０１を介して配線基板４００に電気的および機械的に接続される。すなわち、上記構成の電子部品３００と、電子部品３００の複数の端子電極２１とそれぞれ導電性接合材３０１を介して接続された複数の配線４０１を有する配線基板４００とによって、例えば図４に示す例のような電子モジュール５００が製作される。配線基板４００は、回路基板１００と同様のセラミック配線基板であってもよいし、エポキシ等の樹脂を絶縁層とし、銅箔等の金属を配線４０１とするプリント配線基板であってもよい。導電性接合材３０１は、はんだやろう材等の金属からなるものであってもよいし、導電性接着剤であってもよい。

１・・・絶縁基板
１ａ・・・絶縁層
１１・・・実装面（下面）
１２・・・搭載面（上面）
２・・・回路導体
２１・・・端子電極
２１ａ・・・第１端子電極
２１ｂ・・・第２端子電極
２２・・・表面導体
２３・・・内部導体
３・・・補強パッド
１００・・・回路基板
２００・・・電子素子
２０１・・・導電性接続部材
２０２・・・抵抗体
３００・・・電子部品
３０１・・・導電性接合材
４００・・・配線基板
４０１・・・配線
５００・・・電子モジュール

Claims (4)

1. 平面視で長方形状の絶縁基板と、
   該絶縁基板の外部の配線基板へ実装される実装面に、該実装面の外辺に沿って配列され、外辺と直交する方向に長い形状の複数の端子電極を含む回路導体とを備えており、
   該複数の端子電極は、前記実装面の外辺と直交する方向の長さが、短辺に沿って配列された第１端子電極と長辺に沿って配列された第２端子電極とで異なっている回路基板。
2. 前記第２端子電極の長さより前記第１端子電極の長さの方が長い請求項１に記載の回路基板。
3. 請求項１または請求項２に記載の回路基板と、電子素子とを備えている電子部品。
4. 請求項３に記載の電子部品と、該電子部品が実装されたモジュール用の配線基板とを備えている電子モジュール。
   

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