JP4016806B2

JP4016806B2 - 電子装置

Info

Publication number: JP4016806B2
Application number: JP2002315675A
Authority: JP
Inventors: 浅井　　康富; 祐司大谷; 崇長坂
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004152944A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナ積層基板の一面に設けられたランド上に導電性接合材を介して電子部品を接続してなる電子装置に関し、特に、電子部品と基板との間に補強樹脂を充填するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電子装置は、コンデンサやダイオードなどの電子部品をアルミナ積層基板上に搭載し、該基板の一面上に設けられたランドに対して、はんだや導電性接着剤などの導電性接合材を介して電子部品を電気的に接続する構造が採用される。
【０００３】
このような電子装置の従来の一般的な概略断面構成を図９に示す。アルミナ積層基板１０は複数のアルミナからなるアルミナ層１０ａ〜１０ｄが積層されてなるものであり、各アルミナ層１０ａ〜１０ｄに形成されたビアホール１１および層間に形成された内部導体層１２により、内層配線部１１、１２が構成されている。
【０００４】
また、アルミナ積層基板１０の一面には、内層配線部１１、１２と導通したランド１３が複数個形成されている。このランド１３は電子部品２０を接続するためのもので、複数個の電子部品２０が複数個のランド１３のうち一対のランド１３を跨ぐように搭載されている。
【０００５】
そして、各電子部品２０は、その下に位置する一対のランド１３に対して、はんだや導電性接着剤などの導電性接合材３０を介して接合されて電気的に接続されている。
【０００６】
ところで、このような電子装置としては例えば自動車用のエンジン制御用回路などがある。この自動車用のエンジン制御用回路は、近年エンジンルームやエンジンに直接搭載する形態が採用されてきており、このため、当該回路がさらされる温度の上昇や保証すべき温度サイクル数の増加を来している。
【０００７】
このようなことから、コンデンサやダイオードなどの電子部品のうち、その熱膨張係数が基板の熱膨張係数（例えば基材がアルミナの場合約７ｐｐｍ／℃）と異なり且つサイズの大きいものは、導電性接合材による基板との接続寿命が所望の温度サイクル数に満たないケースが生じ、当該接続寿命を従来よりも延ばす必要が出てきた。
【０００８】
そのような接続寿命の延命化手法の一つとして、従来より、電子部品と基板との間に、エポキシ樹脂などの補強樹脂を注入しこれを硬化させた構造とすることで、導電性接合材に加わる応力を低減するようにしたものがある。
【０００９】
上記図９においては、補強樹脂を注入すべき電子部品（図中、左側）２０に対して、当該電子部品２０とアルミナ積層基板１０との隙間Ｋ１に、毛細管現象を利用して補強樹脂４０を注入する構造としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子部品の中には、基板との隙間がきわめて小さく、補強樹脂が注入できないものがある。例えば、樹脂でモールドされたコンデンサやダイオードあるいはセラミックコンデンサなどの電子部品がそれである。そのような電子部品の場合は、上記図９に示すように、電子部品２０直下の隙間Ｋ１に、補強樹脂４０が存在せず未充填の状態となってしまう。
【００１１】
これは、次のような理由による。補強樹脂中には、熱膨張係数を低減したり硬化による収縮を低減したりするために、例えばφ２０μｍ程度のシリカなどからなるフィラーが混入されている。そのため、電子部品と基板との間隔が狭い場合、このフィラーが引っかかって補強樹脂の注入ができなくなる。
【００１２】
また、電子部品と基板との間隔が狭い場合、当該間隔に注入される樹脂にボイドが発生しやすく、十分に充填することは困難である。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、アルミナ積層基板に実装された電子部品と該基板との間に補強樹脂を注入するにあたって、その補強樹脂の注入性を向上させることを目的とする。
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数のアルミナからなるアルミナ層（１０ａ〜１０ｄ）が積層されてなり、一面側には複数個のランド（１３）が形成されているアルミナ積層基板（１０）と、前記アルミナ積層基板の一面上にて前記複数個のランドのうち一対のランドを跨ぐように搭載され、これら一対のランドに対して導電性接合材（３０）を介して電気的に接続された電子部品（２０）とを備える電子装置において、前記アルミナ積層基板のうち前記一対のランドの間の部位が、前記電子部品から離れる方向に凹となるように湾曲した湾曲部（１５）となっており、前記アルミナ積層基板（１０）の前記湾曲部（１５）において前記一面と反対側の他面寄りの基板内部には、前記アルミナ層（１０ａ〜１０ｄ）よりも熱収縮率の小さい小熱収縮層（１６）が配置されており、前記小熱収縮層の配置密度は、前記電子部品（２０）の直下よりも前記電子部品の周辺部の方が高くなっていることを特徴とする。
【００１５】
それによれば、アルミナ積層基板のうち一対のランドの間の部位が、電子部品から離れる方向に凹となるように湾曲しているため、一対のランド間においては電子部品と基板の一面との間隔を、補強樹脂を充填するのに十分な大きさに確保できる。また、アルミナ積層基板は、アルミナからなる複数のグリーンシートを積層し、この積層体を焼成することで作られる。この焼成の際に積層体は収縮する。このとき、本発明のような配置形態で小熱収縮層を設ければ、焼成時における小熱収縮層の収縮が小さくアルミナ層の収縮が大きいことから、両者の収縮度合の差によって上記した湾曲部を適切に形成することができる。
【００１６】
よって、本発明によれば、アルミナ積層基板に実装された電子部品と該基板との間に補強樹脂を注入するにあたって、その補強樹脂の注入性を向上させることができる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る電子装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。アルミナ積層基板１０は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる複数のアルミナ層１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを積層して焼成してなるものである。
【００２１】
このアルミナ積層基板１０には各種の配線部１１〜１３が形成されており、この配線部１１〜１３は、基板１０の内部に形成された内層配線部１１、１２と、基板１０の一面（図中の上面）に位置する表層配線部としての複数個のランド１３とから構成されている。
【００２２】
内層配線部１１、１２は、各アルミナ層１０ａ〜１０ｄに形成されたビアホール１１や各アルミナ層１０ａ〜１０ｄの間に形成された内部導体層１２により構成されている。そして、内層配線部１１、１２およびランド１３は互いに電気的に接続されている。本例では、ビアホール１１内の導体はモリブデンからなり、内部導体層１２およびランド１３はタングステンからなる。
【００２３】
そして、各ランド１３の表面には、導電性接合材３０との密着性を向上させるためのめっき１４が形成されている。本例ではめっき１４は銅めっき１４を採用している。
【００２４】
このようにアルミナ積層基板１０の一面には複数個のランド１３が形成されており、このアルミナ積層基板１０の一面には、複数個（図１では２個）の電子部品２０が搭載されている。
【００２５】
各電子部品２０は、アルミナ積層基板１０の一面上にて複数個のランド１３のうち一対のランド１３を跨ぐように搭載され、これら一対のランド１３に対して導電性接合材３０を介して電気的に接続されている。
【００２６】
電子部品２０としては特に限定するものではないが、モールドされたコンデンサやダイオード、セラミックコンデンサなどを採用することができる。本例では、モールドされたコンデンサを示している。また、導電性接合材３０としては、はんだや導電性接着剤あるいは圧接により接合されるバンプ（金バンプなど）などを採用することができる。
【００２７】
本例では導電性接合材３０ははんだを採用しており、電子部品２０とランド１３とはめっき（銅めっき）１４およびはんだを介して電気的・機械的に接続されている。
【００２８】
また、図１に示すように、左側の電子部品２０とアルミナ積層基板１０の一面との間には、補強樹脂４０が充填されており、それによって電子部品２０とランド１３との接続を補強している。なお、右側の電子部品２０は補強樹脂による接続補強が不要なものであるため、補強樹脂は設けられていない。
【００２９】
この補強樹脂４０は、エポキシ樹脂などの樹脂に対して、熱膨張係数を低減したり硬化による収縮を低減したりするために例えばφ２０μｍ程度のシリカなどからなるフィラーが混入されたものである。
【００３０】
この補強樹脂４０は次のようにして充填される。電子部品２０を導電性接合材３０を介して基板１０に接続した後、電子部品２０の周囲にペースト状の樹脂を配し、毛細管現象を利用して電子部品２０と基板１０との隙間に注入する。その後、当該樹脂を硬化させることで充填がなされる。
【００３１】
ここにおいて、本実施形態では、左側の電子部品２０すなわち補強樹脂４０を充填する必要のある電子部品２０においては、アルミナ積層基板１０のうち一対のランド１３の間の部位が、当該電子部品２０から離れる方向に凹となるように湾曲した湾曲部１５となっている。
【００３２】
そのため、左側の電子部品２０における一対のランド１３間においては電子部品２０とアルミナ積層基板１０の一面との間隔を、補強樹脂４０を充填するのに十分な大きさに確保できる。
【００３３】
よって、本実施形態によれば、アルミナ積層基板１０に実装された電子部品２０と該基板１０との間に補強樹脂４０を注入するにあたって、その補強樹脂４０の注入性を向上させることができる。
【００３４】
ここで、補強樹脂４０中のフィラーの平均径は数μｍであるが最大径は２０〜２５μｍ程度が通常である。そのため、電子部品２０と基板１０との間隔において補強樹脂４０の注入を十分確保する大きさは、本発明者らの検討では最大フィラー径の１．５倍以上であれば良いことを確認した。そのことから、上記間隔の大きさが３０μｍ以上、望ましくは４０μｍ以上となるように湾曲部１５が形成されることが好ましい。
【００３５】
また、電子部品２０を導電性接合材３０としてはんだを用いて接続した場合、補強樹脂４０を注入する前に、はんだフラックスの洗浄を行うが、このとき電子部品２０とアルミナ積層基板１０との間に洗浄液を十分に行き渡らせることができ、洗浄性も向上する。
【００３６】
本実施形態の湾曲部１５について図２も参照してさらに述べる。図２は、アルミナ積層基板１０の他面（図１中の下面）から湾曲部１５を見たときの各部の平面形状を示す図である。
【００３７】
アルミナ積層基板１０の湾曲部１５において一面と反対側の他面寄りの基板内部（つまり、基板１０の厚み方向において基板１０の中心よりも他面側の基板内部）には、アルミナ層１０ａ〜１０ｄよりも熱収縮率の小さい小熱収縮層１６が配置されている。
【００３８】
この小熱収縮層１６はタングステンやモリブデンなどのペーストを用いて、基板１０における各種配線部１１〜１３と同様に形成することができる。なお、この小熱収縮層１６は、各種配線部１１〜１３と電気的に接続して配線として用いることもできる。
【００３９】
ここで、図２では便宜上、小熱収縮層１６に斜線ハッチングを施してある。図２に示す例では、小熱収縮層１６は、電子部品２０の直下すなわち湾曲部１５の中央部にて中空であり、電子部品２０の周辺部すなわち湾曲部１５の周辺部に環状に配置されたものである。
【００４０】
本実施形態の小熱収縮層１６は、その配置密度が、電子部品２０の直下よりも電子部品２０の周辺部の方が高くなっているものであれば良い。図２の例は、そのような小熱収縮層１６を実現する一例である。
【００４１】
小熱収縮層１６の他の例としては、例えば多数の短冊状の層が集合したものであってもよく、この場合、集合要素としての層の配置密度が電子部品２０の直下では比較的疎もしくは０であり、電子部品２０の周辺部では比較的密であるようにすれば良い。
【００４２】
次に、上記電子装置Ｓ１の製造方法について述べる。図３〜図５は本製造方法を示す工程図である。まず、複数のアルミナ層としてのアルミナグリーンシート１０ａ〜１０ｄの各々に穴１００をあけ、その穴１００にモリブデンペーストを充填してビアホール１１を形成する（図３（ａ）〜（ｃ））。
【００４３】
次に、各グリーンシート１０ａ〜１０ｄの表面にタングステンペーストを所望のパターンに印刷する。こうして、内層配線部１１、１２およびランド１３からなる配線部１１〜１３、さらに小熱収縮層１６を形成する（図３（ｄ））。このとき、小熱収縮層１６が配線部１１〜１３と異なる材料の場合は、小熱収縮層１６については別途ペースト印刷を行う。
【００４４】
このようにして作られたグリーンシート群を積層して加圧することで一体化させ、積層体１１０を形成する（図４（ａ））。次に、積層体１１０を焼成することにより（図４（ｂ））、アルミナ積層基板１０の基板本体部が出来上がり、各配線部１１〜１３および小熱収縮層１６が焼成される。また、基板１０には湾曲部１５が形成される。
【００４５】
具体的には、還元雰囲気で６００℃ぐらいまでの脱バインダ工程を経て、１５００℃〜１６００℃程度で積層体１１０を焼成する。焼成された積層体１１０は約２０％程度収縮し、アルミナ積層基板１０の基板本体ができあがる。
【００４６】
ここで、図６は焼成時に小熱収縮層１６の作用によって湾曲部１５が形成される様子を模式的に示した図である。アルミナ積層基板１０は、複数のアルミナグリーンシート１０ａ〜１０ｄを積層し、この積層体１１０を焼成することで作られる。
【００４７】
この焼成の際に積層体１１０は収縮する（図６（ａ））。このとき、焼成時における小熱収縮層１６の収縮が比較的小さくアルミナグリーンシート１０ａ〜１０ｄの収縮が比較的大きいことから、両者の収縮度合の差によって図６（ｂ）に示すように、基板１０が変形し湾曲部１５を適切に形成することができる。
【００４８】
具体的に言うと、タングステンからなる小熱収縮層１６の場合、先に小熱収縮層１６が焼き固まり、その後で小熱収縮層１６以上の収縮率でアルミナグリーンシート１０ａ〜１０ｄが縮む。そのとき、小熱収縮層１６が基板内部にて基板他面寄りに位置するため、小熱収縮層１６の中空部（配置密度が小な部分）に向かって基板１０は一面から凹むように変形する。こうして湾曲部１５が形成される。
【００４９】
なお、小熱収縮層１６が基板１０の内部にて基板の一面（電子部品搭載面）寄りに位置すると、焼成時に基板１０は一面から凸となるように変形してしまう。つまり、湾曲方向が逆となり本実施形態の湾曲部１５は形成できない。これらの湾曲部１５の形成に関することは本発明者らの実験等により確認済みである。
【００５０】
こうして焼成を行い湾曲部１５を形成した後、図４（ｃ）に示すように、タングステンの部分すなわちランド１３にのみ析出する無電解銅めっきを施し、銅めっき１４を形成する。この後、８００℃程度の中性雰囲気でのシンターを行い、銅めっき１４の密着性を向上させると共に、銅めっき１４の膜強度を向上させる。
【００５１】
次に、アルミナ積層基板１０の一面上へ電子部品３０を実装する。具体的には、ランド１３における銅めっき１４の上に導電性接合材３０としてのはんだ３０をクリームはんだとして印刷して配設する（図４（ｄ））。
【００５２】
そして、この配設されたはんだ３０の上に電子部品２０を搭載する（図５（ａ））。次に、はんだ３０を例えば２３０℃程度に加熱してリフローさせることで電子部品２０とランド１３とを電気的に接続する（図５（ｂ））。その後、図示しないが、はんだ３０中に含まれるフラックス成分を溶剤により除去する。
【００５３】
次に、電子部品２０の周囲に樹脂ペーストを配し、１００℃程度の高温にすることで樹脂ペーストの粘度を低下させ毛細管現象を利用して電子部品２０と基板１０との隙間に注入する。その後、１５０℃程度の熱を加えることで当該樹脂を硬化させる。このようにして補強樹脂４０の充填がなされる（図５（ｃ））。こうして上記図１に示す電子装置Ｓ１が完成する。
【００５４】
以上のように本実施形態では、小熱収縮層１６を設けることによってアルミナ積層基板１０に湾曲部１５を形成し、この湾曲部１５によって電子部品３０と基板１０との間隔を十分に確保して補強樹脂４０の注入性を向上させている。
【００５５】
なお、小熱収縮層１６はアルミナ層間に配置されているが、小熱収縮層１６を配置すべき領域に内層配線部１１、１２が存在する場合には、この内層配線部のうち内部導体層１２の配線幅を太くして、この内部導体層１２を小熱収縮層として機能させても良い。また、内層配線部１１、１２の間に、これら内層配線部１１、１２とは電気的に絶縁した状態で小熱収縮層を配置し、内部導体層１２とともに、小熱収縮層の機能を発揮させても良い。
【００５６】
（他の実施形態）
なお、アルミナ積層基板１０に湾曲部１５を形成する手法としては、上記小熱収縮層１６を用いた方法に限定されるものではない。例えば、図７に示すようにグリーンシートを積層してなる上記積層体１１０を加圧するときに、加圧用の上型Ｇ１と下型Ｇ２とに湾曲部１５に対応した形状を形成して加圧を行えば、小熱収縮層１６を設けなくても積層体１１０の段階にて湾曲部１５を形成できる。
【００５７】
また、図８に示すように、積層体１１０を焼成する際に用いるセッターＧ３に湾曲部１５に対応した形状の凹部を形成すれば、小熱収縮層１６を設けなくても積層体１１０が、焼成時にやわらかくなり、セッターＧ３の凹部に沿って湾曲し、湾曲部１５が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電子装置の概略断面図である。
【図２】湾曲部近傍の各部の平面形状を示す図である。
【図３】図１に示す電子装置の製造方法を示す工程図である。
【図４】図３に続く製造方法を示す工程図である。
【図５】図４に続く製造方法を示す工程図である。
【図６】小熱収縮層の作用によって湾曲部が形成される様子を示す図である。
【図７】湾曲部を形成する他の方法を示す図である。
【図８】湾曲部を形成するもうひとつの他の方法を示す図である。
【図９】従来の一般的な電子装置の概略断面構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…アルミナ積層基板、
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…アルミナ層（アルミナグリーンシート）、
１３…ランド、１５…湾曲部、１６…小熱収縮層、２０…電子部品、
３０…導電性接合材。

Claims

複数のアルミナからなるアルミナ層（１０ａ〜１０ｄ）が積層されてなり、一面側には複数個のランド（１３）が形成されているアルミナ積層基板（１０）と、
前記アルミナ積層基板の一面上にて前記複数個のランドのうち一対のランドを跨ぐように搭載され、これら一対のランドに対して導電性接合材（３０）を介して電気的に接続された電子部品（２０）とを備える電子装置において、
前記アルミナ積層基板のうち前記一対のランドの間の部位が、前記電子部品から離れる方向に凹となるように湾曲した湾曲部（１５）となっており、
前記アルミナ積層基板（１０）の前記湾曲部（１５）において前記一面と反対側の他面寄りの基板内部には、前記アルミナ層（１０ａ〜１０ｄ）よりも熱収縮率の小さい小熱収縮層（１６）が配置されており、
前記小熱収縮層の配置密度は、前記電子部品（２０）の直下よりも前記電子部品の周辺部の方が高くなっていることを特徴とする電子装置。