JP4214035B2 - 配線基板および電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載用配線基板およびそれを用いた電子装置に関するものである。
従来、電子部品を収納し搭載するための凹部（キャビティ）を有する配線基板は、上面の中央部に電子部品の搭載部を有する四角平板状の絶縁基板と、四角枠状の絶縁層が複数積層されて成り、絶縁基板の上面の外周部に搭載部を取り囲むようにして取着された枠体と、搭載部周辺から絶縁基板の側面および下面の少なくとも一方に導出された配線導体とを具備している。
絶縁基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス質焼結体等の焼結体（セラミックス）や、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂等の電気絶縁材料から成る。
絶縁基板の搭載部に電子部品をガラス、樹脂、ろう材等の接着剤を介して接着固定するとともに、この電子部品の各電極を例えばボンディングワイヤを介して配線導体に電気的に接続し、しかる後、枠体の上面に搭載部を覆うようにして蓋体をガラス、樹脂、ろう材等から成る封止材を介して接合し、絶縁基板と枠体と蓋体とから成る容器内部に電子部品を気密に収納することによって電子装置となる。
なお、電子部品を搭載部に搭載する際の位置決めは、絶縁基板や枠体のうち配線導体が形成されていたり、蓋体が接合されたりするような部位を除いた露出面で、配線基板を上から見たときに容易に見えるような部位に、予め位置決め用のマークを形成しておき、このマークを画像認識装置等で認識して基準とすること等により行われる。
このような絶縁基板および枠体は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、平板状のセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）と枠状のグリーンシートとを順次積層し焼成することで作製される。
また、配線導体は、タングステン、モリブデン、銅、銀、パラジウム等の金属材料から成り、例えば絶縁基板および枠体が酸化アルミニウミ質焼結体から成る場合、グリーンシートにタングステン等の金属のペーストを印刷しておくことにより形成される。
特開２００１−１８９４０３号公報 特開２０００−１８８３５６号公報
しかしながら、上記従来の配線基板および電子装置においては、絶縁基板の搭載部に電子部品をガラス、樹脂、ろう材等の接着剤を介して接着固定する際に、接着による固定を確かなものにするために、接着剤が電子部品の側面に這い上がるように接着しており、そのため、接着剤が這い上がるスペースを確保するために、電子部品と、搭載部を取り囲むようにして取着された枠体の内側面との間には、ある程度の隙間を設けなければならなかった。
また、電子部品の側面を枠体の内側面に密着させようとしても、角部において上記の接着剤が妨げになるので、電子部品の角部が枠体の内側の角部に密着するようにして入り込ませることが難しいため、どうしても電子部品の側面と枠体の内側面との間には一定の隙間があいてしまう。このため、配線基板の縮小化（小型化）が困難であるという問題や、電子部品の電極と配線基板の配線導体とを結ぶボンディングワイヤが長くなり、電子装置としての電気的特性が劣化するという問題があった。
本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電子部品の配線基板への接着強度を低下させることなく、配線基板の小型化が可能であるとともに、ワイヤボンディングの長さを短くして、電気的特性に優れた配線基板および電子装置を提供することにある。
本発明の配線基板は、上面に電子部品の搭載部を有する四角平板状の絶縁基板と、四角枠状の絶縁層が複数積層されて成り、前記絶縁基板の上面の外周部に前記搭載部を取り囲むようにして取着された枠体と、前記枠体の内面の角部に厚み方向に貫通して形成された切り欠き部とを具備しており、前記枠体は、下側の前記絶縁層の内寸法が上側の前記絶縁層の内寸法よりも大きく、上側の前記絶縁層の露出した上面に前記電子部品の電極に電気的に接続される配線導体が形成されていることを特徴とする配線基板である。
本発明の配線基板は、好ましくは、前記切り欠き部は、前記枠体の内面の一つの角部に形成されていることを特徴とするものである。
本発明の電子装置は、上記本発明の構成の配線基板と、前記搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された四角形状の電子部品とを具備しており、該電子部品は、前記切り欠き部に位置する角が前記切り欠き部の内側に入り込んでいることを特徴とするものである。
本発明の配線基板によれば、上面に電子部品の搭載部を有する四角平板状の絶縁基板と、四角枠状の絶縁層が複数積層されて成り、絶縁基板の上面の外周部に搭載部を取り囲むようにして取着された枠体と、枠体の内面の角部に厚み方向に貫通して形成された切り欠き部とを具備していることから、電子部品を搭載部に搭載する際、電子部品の角部が枠体の切り欠き部の内側に入り込むことができ、この角部に隣接する電子部品の二つの側面を枠体の内面に良好に密着させながら搭載することができる。
また、枠体は、下側の絶縁層の内寸法が上側の絶縁層の内寸法よりも大きいことから、電子部品の側面が枠体のうち上側の絶縁層の内側面と密着していたとしても、上側の絶縁層の内側面よりも下側に、電子部品の側面と下側の絶縁層の内側面との間に一定のスペースを全周にわたって確保することができる。そのため、接着剤が電子部品の側面の下側に這い上がるように接着固着することができる。その結果、配線基板の小型化ができる。
また、枠体のうち上側の絶縁層の露出した上面には配線導体が露出しており、この配線導体に電子部品の電極が電気的に接続されることから、配線導体と電極とが近く配置されるので、例えば電気的接続をボンディングワイヤを介して行う場合にボンディングワイヤの長さを短くすることができる。これにより、電気的特性に優れた電子装置とすることができる。
また本発明の配線基板によれば、好ましくは、切り欠き部は、枠体の内面の一つの角部に形成されていることから、この切り欠き部を、電子部品を搭載部に搭載するときの位置決め用のマークとして利用することができる。その結果、近時の配線基板の小型化等に応じて位置決め用のマークを形成するスペースの確保が難しくなってきたとしても、電子部品を配線基板に搭載するときの位置決めを容易かつ確実なものとすることができる。
本発明の電子装置によれば、上記本発明の構成の配線基板と、搭載部に搭載されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された四角形状の電子部品とを具備しており、電子部品は、切り欠き部に位置する角が切り欠き部の内側に入り込んでいることから、小型化が容易であるとともに電気的特性に優れた電子装置となる。
本発明の配線基板について添付図面に基づき以下に説明する。図１は本発明の配線基板および電子装置の実施の形態の一例を示す平面図であり、図２は図１の配線基板および電子装置の要部拡大断面図である。これらの図において、１は絶縁基板、１aは枠体、２は配線導体である。これらの絶縁基板１、枠体１ａ、配線導体２によって、抵抗素子，コンデンサ，コイル等の受動素子、ＩＣ，ＬＳＩ，ＦＥＴ等の半導体素子、半導体レーザ（ＬＤ），発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光半導体素子などの電子部品３を収納する配線基板９が基本的に構成される。
本発明における絶縁基板１は、上面（図１の例では上面の中央部）に電子部品３が収容され搭載される搭載部１ｂを有する四角平板状のものであり、酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等の焼結体（セラミックス）や、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂、酸化アルミニウムや酸化ケイ素等の無機物粉末をエポキシ樹脂等の樹脂で結合してなる複合材料等の絶縁材料から成る。
また、枠体１ａは、四角枠状の絶縁層が複数積層されて成り、絶縁基板１の上面の外周部に搭載部１ｂを取り囲むようにして取着された四角形の枠状のものである。絶縁層は、上記絶縁基板１と同様に、セラミックスや樹脂、複合材料等の電気絶縁材料からなり、通常は各層が同じ絶縁材料により形成される。
これらの絶縁基板１および枠体１ａは、例えば、セラミックスから成る場合、ガラスセラミック焼結体，酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，窒化珪素質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等から成り、熱膨張係数差による変形等を防ぐうえで双方とも同種の材料により形成されるのがよい。
絶縁基板１および枠体１ａは、例えば、ともにガラスセラミック焼結体から成る場合、ホウ珪酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とから成る原料粉末に、適当な有機バインダ、溶剤等の添加物を加えて泥漿物を作製し、この泥漿物をシート状に成形して作製した長尺帯状のグリーンシートを所定の板状および枠状に切断加工し、得られた板状のグリーンシート上に枠状のグリーンシートを積層し、約１０００℃で焼成することにより製作される。
なお、図１および図２に示した例では、枠体１ａを構成する絶縁層の最上層のものを、開口寸法の大きな蓋体封止用として積層しており、枠体１ａの上下方向の途中に、搭載部１ｂを取り囲むようにして段状部が形成された構造としている。この最上層の絶縁層の上面に蓋体が接合されて電子部品の気密封止が行なわれる。
絶縁基板１の搭載部１ｂの上面に、電子部品３が樹脂，ガラス，ろう材等の接着材４を介して接着固定される。
また、枠体１ａの絶縁層のうち、上側の絶縁層で搭載部１ｂの周辺に露出した段状部の上面には、配線導体２が形成されている。配線導体２は、搭載部１ｂの周辺から、絶縁層の層間や枠体１ａと絶縁基板１との間等を通って絶縁基板１の側面および下面の少なくとも一方（図２の例では下面のみ）に導出されている。
配線導体２のうち上側の絶縁層の上面で露出する部分には、搭載部１ｂに搭載される電子部品３の電極３ａ（通常は電子部品３の上面の外周部に形成されている）が、ボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
配線導体２のうち絶縁基板１の側面および下面の少なくとも一方に導出された部分は、外部電気回路基板（図示せず）の配線導体に半田等のろう材を介して電気的に接続される。これにより、電子部品の電極３ａが配線導体２を介して外部電気回路に電気的に接続される。この配線導体２は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム等の金属材料から成り、例えば、絶縁基板１および枠体１ａが酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスからなる場合、タングステンの粉末を用いたメタライズ層により形成される。
なお、配線導体２は、その露出する表面にニッケルや金等の耐蝕性に優れ、ワイヤボンディング性やろう材の濡れ性に優れる金属を、１乃至２０μｍの厚みにメッキ法により被着させておくのがよく、配線導体２の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線導体２へのボンディングワイヤや半田の接合を強固となすことができる。その結果、配線導体２に対する電子部品３の電極３ａのボンディングワイヤや低融点ロウ材を介しての接合、および配線導体２の外部電気回路基板の配線導体に対する半田等のろう材を介しての接合等を、より一層確実なものとすることができる。
そして、搭載部１ｂに電子部品３を収納し搭載するとともに電子部品３の電極３ａをボンディングワイヤ等を介して配線導体２の露出部分に電気的に接続し、その後、封止用の最上層の絶縁層の上面に、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスや鉄−ニッケル−コバルト等の金属材料、ガラス等の透光性材料等から成る蓋体（図示せず）を接合することにより、絶縁基板１と枠体１ａと蓋体とからなる容器の内部に電子部品３が気密封止され、本発明の電子装置が作製される。
この場合、絶縁層のうち蓋体が取着される領域は、蓋体の取着方法に応じて表面状態を変更することが好ましい。例えば、蓋体がろう材を介してロウ付け接合される場合、ろう材との濡れ性を高めるためにこの領域の表面にニッケル、金等の金属層をメッキ法等により形成しておくことが好ましい。
本発明の配線基板９および電子装置において、枠体１ａの内面の角部に厚み方向に貫通した切り欠き部１ｃが形成されている。これにより、電子部品３を搭載部１ｂに搭載する際、電子部品３の角部が枠体１ａの切り欠き部１ｃの内側に入り込むことができ、この角部に隣接する電子部品３の二つの側面を枠体１ａの内側面に良好に密着させながら搭載することができる。
また、枠体１ａは、下側の絶縁層の内寸法が上側の絶縁層の内寸法よりも大きいことから、電子部品３の側面が枠体１ａのうち上側の絶縁層の内側面と密着していたとしても、上側の絶縁層の内側面よりも下側に、電子部品３の側面と下側の絶縁層の内側面との間に一定のスペース（隙間）を確保することができる。そのため、接着剤が電子部品３の側面に這い上がるようにして電子部品３を接着することができる。その結果、配線基板９および電子装置の小型化ができる。
この場合、下側の絶縁層の内寸法と上側の絶縁層の内寸法との差は、電子部品３を搭載部１ｂに接着する接着剤が電子部品３の側面に這い上がることができるようなスペースが確保できるものであれば、小さいほどよい。下側の絶縁層の内寸法と上側の絶縁層の内寸法との差が、１ｍｍを超えるような大きなものになると、上側の絶縁層のうち下側の絶縁層よりも内側に出ている部分の機械的な強度が弱くなる傾向がある。
また、内寸法を大きくする下側の絶縁層の厚みは、搭載部１ｂの表面から０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。０．２ｍｍ未満では、電子部品３を接着する接着剤が電子部品３の側面に這い上がる高さが不十分になる傾向があり、電子部品３の接着を補強する効果が不十分になる傾向がある。またこの場合、上側の絶縁層の厚さが０．２ｍｍ以上確保されるようにしておくことが好ましい。上側の絶縁層の厚さが０．２ｍｍ未満では、上側の絶縁層の内周部の機械的な強度が不十分なものとなる傾向があり、配線基板９および電子装置としての信頼性が低くなる傾向がある。
また、枠体１ａのうち上側の絶縁層の露出した上面には配線導体２が露出しており、この配線導体２の露出部に電子部品３の電極３ａが電気的に接続されることから、配線導体２と電極３ａとが近く配置されるので、例えば電気的接続をボンディングワイヤを介して行う場合にボンディングワイヤの長さを短くすることができる。これにより、電気的特性に優れた電子装置を作製することが可能な配線基板９、および電気的特性に優れた電子装置を提供することができる。
また本発明の配線基板９および電子装置において、切り欠き部１ｃは、枠体１ａの内面の一つの角部に形成されていることが好ましい。この場合、切り欠き部１ｃを、電子部品３を搭載部１ｂに搭載するときの位置決め用のマークとして利用することができる。そのため、例えば、近時の配線基板９の小型化等に応じて位置決め用のマークを形成するスペースの確保が難しくなってきたとしても、電子部品３を配線基板９に搭載するときの位置決めを容易かつ確実なものとすることができる。これにより、小型化が可能であるとともに電気的特性に優れた電子装置を、生産性を良好として作製することができる。
なお、枠体１ａの切り欠き部１ｃは、例えば、枠体１ａを構成する各絶縁層となる枠状のグリーンシートの内側面の角部に、厚み方向に貫通するような打ち抜き加工を施して、円弧状等の切り欠きを形成しておくこと等により形成される。グリーンシートに対する打ち抜き加工は、１層づつ行なってから積層してもよく、複数積層してから一括して行なってもよい。
切り欠き部１ｃの寸法は、内側に電子部品３の角部が入り込めるような大きさであればよく、配線導体２の配置形態や枠体１ａの幅等に応じて適宜調節すればよい。例えば、一般的な四角形状の電子部品３の寸法は、１辺の長さが３〜１０ｍｍ程度の四角板状であり、配線導体２が枠体１ａの角部から１〜３ｍｍ程度離れているような場合、切り欠き部１は、半径が０．３ｍｍ程度の円弧状のものが好ましい。
また、切り欠き部１ｃは、平面視で円弧状、楕円弧状等の角部分のない形状であることが好ましい。切り欠き部１ｃに角部分があると、この角部分から亀裂等が生じやすいため、電子部品３を気密に収納する容器の気密封止の信頼性が低下するおそれがある。
なお、枠体１ａのうち、下側の絶縁層の内寸法を上側の絶縁層の内寸法よりも大きいものとするには、長尺のグリーンシートを枠状に切断して枠状のグリーンシートを形成する際に、下側の絶縁層となる枠状のグリーンシートの内寸法を、上側の絶縁層となる枠状のグリーンシートの内寸法よりも大きくすること等の方法を用いることができる。
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図である。 図１に示す配線基板の実施の要部拡大断面図である。
符号の説明
１・・・絶縁基板
１ａ・・・枠体
１ｂ・・・搭載部
１ｃ・・・切欠き部
３・・・電子部品
３ａ・・・電極
４・・・樹脂
９・・・配線基板

Claims (3)

  1. 上面に電子部品の搭載部を有する四角平板状の絶縁基板と、四角枠状の絶縁層が複数積層されて成り、前記絶縁基板の上面の外周部に前記搭載部を取り囲むようにして取着された枠体と、前記枠体の内面の角部に厚み方向に貫通して形成された切り欠き部とを具備しており、前記枠体は、下側の前記絶縁層の内寸法が上側の前記絶縁層の内寸法よりも大きく、上側の前記絶縁層の露出した上面に前記電子部品の電極に電気的に接続される配線導体が形成されていることを特徴とする配線基板。
  2. 前記切り欠き部は、前記枠体の内面の一つの角部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
  3. 請求項１または請求項２記載の配線基板と、前記搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された四角形状の電子部品とを具備しており、該電子部品は、前記切り欠き部に位置する角が前記切り欠き部の内側に入り込んでいることを特徴とする電子装置。
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