JP4599240B2 - 混成集積回路用基板 - Google Patents

Description

本発明は、混成集積回路用基板に関するものであり、セラミック厚膜回路基板とフレキシブル回路基板を貼り合わせ、両基板間に抵抗素子を内蔵させた混成集積回路基板に関するものである。

従来のセラミック厚膜回路基板では、アルミナ基板上に配線パターン、抵抗素子パターン、および絶縁ガラスパターンを交互に印刷し、それぞれの印刷パターンごとに１２０〜１８０℃で乾燥した後、５００〜９００℃で焼成し回路を形成する。
しかしながら、上記焼成において抵抗素子は、５００℃以上の熱履歴により抵抗値が変化する。したがって、抵抗素子パターンの熱履歴を可能な限り少なくし、抵抗値の変化を少なくする必要があった。
そのため、抵抗素子パターン形成後に、配線パターンおよび絶縁ガラスパターンを形成することができず、図３に示すように、抵抗素子は配線パターンおよび絶縁ガラスパターンを形成した後に、回路最上層でしか形成することができなかった（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２８４１２７号公報

この制約により、抵抗素子は基板に内蔵させることができず、セラミック厚膜回路基板の小形化に限界があった。

また、エポキシ樹脂プリント配線板では、抵抗素子を内蔵する例が最近多く見られるが、基板内部に内蔵されるのは有機材料をベースとした抵抗素子であるため、高温焼成ができず、厚膜セラミック回路基板に使用される酸化ルテニウムまたはルテニウム酸鉛とガラスからなる抵抗素子と同等の安定した電気特性を得ることは難しい。

セラミック厚膜回路基板では、アルミナ基板に配線パターン、抵抗素子パターンおよび絶縁ガラスパターンを交互に印刷し、それぞれの印刷パターンごとに１２０〜１８０℃で乾燥した後、５００〜９００℃で焼成し回路を形成する。
焼成温度をこのように高温とすることで、各々のパターンとセラミック基板との密着力を強くすることができ、高温での信頼性の高い回路基板を形成することができる。
特に、抵抗素子に関して抵抗値の安定性に優れたものが得られるのが、セラミック厚膜基板の特徴である。

しかしながら、抵抗素子パターンを形成した後、５００〜９００℃の焼成を繰り返すと抵抗値が変化するため、抵抗素子パターンを形成した後に、その上から絶縁ガラスパターンや、導体パターンを形成できない。よって、抵抗素子はセラミック厚膜回路パターンの最上層にしか形成できない（図１のＣ部分）。
このため、実装設計をする際、実装部品配置が制約され、最終的に能動部品を実装する際に、部品配置の除外エリアとなってしまうため、高密度実装の障害になっていた。

上記のような問題があったため、抵抗値の安定性に優れた抵抗素子を、基板に内蔵させて高密度実装することができ、かつ、実装部品配置の制約がなく小形化が可能な混成集積回路用基板が求められていた。

本発明は上記課題を解決するもので、セラミック厚膜回路基板とフレキシブル回路基板とを貼り合わせてなる混成集積回路用基板において、セラミック厚膜回路基板は、セラミック基板と、セラミック基板の一方主面に形成された金、銀、パラジウム、白金、または銅からなる第１の配線パターンと、セラミック基板の他方主面に形成された金、銀、パラジウム、白金、または銅からなる第２の配線パターンと、ガラスからなり、セラミック基板の一方主面上に形成された配線パターン間を絶縁するとともにセラミック基板の一方主面を被覆する絶縁パターンと、絶縁パターン上に形成された金、銀、パラジウム、白金、または銅からなる第３の配線パターンと、ルテニウム系酸化物とガラスからなり、第３の配線パターン間に形成された抵抗素子パターンとを含み、第１の配線パターンと第２の配線パターンとは、セラミック基板を貫通する内層電極により接続されるとともに、第３の配線パターンと第２の配線パターンとは、セラミック基板および絶縁パターンを貫通する内層電極により接続され、フレキシブル回路基板は、ポリイミドを主体とする基材と、基材の一方主面上に形成された銅、金、銀、パラジウム、または白金からなる第４の配線パターンとを含み、セラミック厚膜回路基板とフレキシブル回路基板とは、抵抗素子パターンが形成された抵抗素子パターン面と基材の他方主面とを圧着することにより貼り合わされ、第４の配線パターンと第３の配線パターンとは、基材を貫通する貫通孔に充填された導電ペーストにより接続され、第２の配線パターン上にはんだボールを形成可能にしたことを特徴とする混成集積回路用基板である。

配線パターン、絶縁パターンを形成し、最上層に抵抗素子パターンを形成したセラミック厚膜回路基板に、配線パターンを形成したフレキシブル回路基板を貼り合わせ、セラミック厚膜回路基板とフレキシブル回路基板との間に抵抗素子を埋め込んだ構造とすることにより、抵抗値の安定性に優れた抵抗素子を、基板に内蔵させて高密度実装することができる。
また、フレキシブル回路基板に予め、回路設計しておくことで、実装部品配置上の制約がなくなり、高密度実装化、小形化を図ることができる。

剛性のセラミック厚膜基板の最上層に信頼性の高い、酸化ルテニウムまたはルテニウム酸鉛とガラスとからなる抵抗素子を形成する。
ポリイミドからなるフレキシブル回路基板は、その柔軟性と３００℃の耐熱性を有することが特徴であるが、変形しやすいため、その表層および内層に、抵抗素子等の受動素子を構成することができない。
この特性の異なる２種類の回路基板を貼り合わせることにより、基板中に抵抗素子を埋め込むことができ、該基板表層（フレキシブル回路基板側）に実装する部品は、ＩＣ等の能動部品が中心となるため、回路全体では、従来品と比較して小形化・高機能化を図ることができる。

以下、本発明による実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施例による、混成集積回路用基板の断面図であり、図２（ａ）〜（ｅ）は、その断面組立図である。
まず、図２（ｂ）に示すように９０〜９７％純度のアルミナ製セラミック基板１に銅からなる導体ペーストをスクリーン印刷し、配線パターン２を形成した後、１２０〜１８０℃で乾燥し、その後、５００〜９００℃で焼成した。
ここで、配線パターン１４も、上記と同様に乾燥・焼成して形成した。
また、内層電極６はセラミック基板の孔（スルーホール）に導体ペーストを充填印刷し、上記と同様に乾燥・焼成して形成した。
さらに、ガラスからなる絶縁ペーストをスクリーン印刷し、絶縁パターン３を形成し、上記と同様に乾燥・焼成した。
そして、絶縁ガラスパターン内に設けられた孔（ビアホール）にも導体ペーストを充填印刷し、上記と同様に乾燥・焼成して、上記スルーホールにつながる内層電極を形成した。
その上に配線パターン１５を上記と同様に、スクリーン印刷により形成し、乾燥・焼成を行った。
なお、上記実施例では導体ペーストに銅を含有したものを用いて配線パターンを形成したが、金、銀、パラジウム、白金からなる導体ペーストを用いることもできる。
その後、ルテニウム系酸化物とガラスからなる抵抗ペーストをスクリーン印刷し、抵抗素子パターン４を形成し、上記と同様に乾燥・焼成し、厚膜セラミック回路基板Ｃを完成させた。このとき、必要があれば、レーザートリミングにより、抵抗素子パターンの抵抗値調整を行うこともできる。

次に、図２（ａ）に示すように、ポリイミド基板５に、銅からなる配線パターン１６、およびカバーフィルム７にて回路形成し、フレキシブル回路基板Ｆを作製した。

上記フレキシブル回路基板Ｆの基材面に接着シート８を貼り付けた後、上記厚膜セラミック回路基板Ｃの配線パターンと位置合わせして重ね合わせた。
それを簡易プレス機にて１５０〜２００℃で１〜３分間、熱圧着し、さらに真空熱プレスにて１５０〜２００℃で５０〜１００分間熱処理することにより、厚膜セラミック回路基板Ｃの抵抗素子パターン面とフレキシブル回路基板Ｆの基材面とを接着し、図２（ｃ）に示す回路基板を組み立てた。

その後、図２（ｄ）に示すように、厚膜セラミック回路基板Ｃとフレキシブル回路基板Ｆとの電気的導通を得るため、スクリーン印刷法またはインクジェット法にて、銀を主体とする導体ペーストを貫通孔９に充填印刷して導体層９ａとして、回路形成し、１５０〜３００℃で熱処理を行った。

その後、図２（ｅ）に示すように、ＩＣ等の能動部品１０およびコンデンサ等の受動部品１１を、はんだ１２により、はんだ付け実装するとともに、ＢＧＡボール１３を配線パターン２の下部にはんだボール実装法により形成して、混成集積回路を完成させた。

上記のように、配線パターン、絶縁パターンを形成し、少なくとも最上層に抵抗素子パターンを形成したセラミック厚膜回路基板Ｃに、予め配線パターンを形成したフレキシブル回路基板Ｆを貼り合わせ、両基板間に酸化ルテニウムまたはルテニウム酸鉛とガラスからなる抵抗素子を埋め込んだ構造とすることにより、抵抗値の安定性に優れた抵抗素子を、基板に内蔵させて高密度実装することができ、また、実装部品配置上の制約がなくなるので、高密度実装化、小形化を図ることができる。

セラミック厚膜回路基板には抵抗素子だけでなく、公知の方法にて薄膜コンデンサを形成することもできる。

本発明の実施例による混成集積回路用基板の断面図である。 図１の混成集積回路用基板の断面組立図であり、（ａ）はフレキシブル回路基板Ｆの断面図、（ｂ）はセラミック厚膜基板Ｃの断面図、（ｃ）はフレキシブル回路基板Ｆに厚膜セラミック回路基板Ｃを貼り合わせた状態の断面図、（ｄ）は厚膜セラミック回路基板Ｃとフレキシブル回路基板Ｆとを導体層で接続した状態の断面図、（ｅ）は（ｄ）の回路基板に部品実装し、ＢＧＡボールを下部に形成した状態の断面図である。 従来例による、セラミック厚膜回路基板（ｃ）のみからなる混成集積回路用基板の断面図である。

符号の説明

１ セラミック基板
２ 配線パターン
３ 絶縁パターン
４ 抵抗素子パターン
５ ポリイミド基板
６ 内層電極
７ カバーフィルム
８ 接着シート
９ 貫通孔
９ａ 導体層
１０ 能動部品（ＩＣ）
１１ 受動部品（コンデンサ）
１２ はんだ
１３ ＢＧＡボール
１４〜１６ 配線パターン
Ｃ セラミック厚膜回路基板
Ｆ フレキシブル回路基板

Claims (1)

1. セラミック厚膜回路基板とフレキシブル回路基板とを貼り合わせてなる混成集積回路用基板において、
   前記セラミック厚膜回路基板は、
   セラミック基板と、
   前記セラミック基板の一方主面に形成された金、銀、パラジウム、白金、または銅からなる第１の配線パターンと、
   前記セラミック基板の他方主面に形成された金、銀、パラジウム、白金、または銅からなる第２の配線パターンと、
   ガラスからなり、前記セラミック基板の一方主面上に形成された配線パターン間を絶縁するとともに前記セラミック基板の一方主面を被覆する絶縁パターンと、
   前記絶縁パターン上に形成された金、銀、パラジウム、白金、または銅からなる第３の配線パターンと、
   ルテニウム系酸化物とガラスからなり、前記第３の配線パターン間に形成された抵抗素子パターンと
   を含み、
   前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとは、前記セラミック基板を貫通する内層電極により接続されるとともに、前記第３の配線パターンと前記第２の配線パターンとは、前記セラミック基板および前記絶縁パターンを貫通する内層電極により接続され、
   前記フレキシブル回路基板は、
   ポリイミドを主体とする基材と、
   前記基材の一方主面上に形成された銅、金、銀、パラジウム、または白金からなる第４の配線パターンと
   を含み、
   前記セラミック厚膜回路基板と前記フレキシブル回路基板とは、前記抵抗素子パターンが形成された抵抗素子パターン面と前記基材の他方主面とを圧着することにより貼り合わされ、
   前記第４の配線パターンと前記第３の配線パターンとは、前記基材を貫通する貫通孔に充填された導電ペーストにより接続され、
   前記第２の配線パターン上にはんだボールを形成可能にしたことを特徴とする混成集積回路用基板。
   

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