JP4627891B2

JP4627891B2 - セラミック回路基板

Info

Publication number: JP4627891B2
Application number: JP2001023169A
Authority: JP
Inventors: 忠村上; 浩幸有川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002232099A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装可能なセラミック回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器は小型軽量化、多機能化の要求に応えるため、各種電子回路をセラミック回路基板に実装し、このセラミック回路基板を１つの複合型の電子部品として取り扱うようになっている。そして、このセラミック回路基板の端面には、マザー基板上に表面実装されるように端子電極が形成されていた。
【０００３】
このようなセラミック回路基板の表面には、所定回路網を形成し、所定動作を行なうための電子部品素子等が配置されている。特に、高周波動作を行なう回路や外来の電磁ノイズを低減するために、セラミック基板の表面には、シールドケースが取着されていた。尚、このようなセラミック回路基板は、各種電子回路が複合化され、特定の機能を導出するようにしているため、表面実装用のモジュールとしても使用される。
【０００４】
また、セラミック回路基板は、回路網を高密度に形成するため、また、インダクタ成分や容量成分を有する機能素子を内層化するために、積層基板を用いていた。
【０００５】
このようなセラミック回路基板の製造方法は、実質的に従来の多層回路基板と同様の製造方法で形成されている。
【０００６】
即ち、複数のセラミック回路基板が抽出できるセラミックグリーンシートを形成する。そして、このグリーンシートに所定回路網を形成するビアホール導体または端面の端子電極となる貫通孔を形成し、このビアホール導体となる貫通孔内に導体ペーストを充填するに、端子電極となる貫通孔の内壁面に導体膜を導体ペーストの印刷により被着する。その後、各グリーンシート上に内部配線導体となる導体膜、必要に応じて表面配線導体となる導体膜を導体ペーストの印刷により被着形成する。
【０００７】
その後、各グリーンシートを積層基板の積層順序に応じて積層し、大型積層基板を形成する。その後、焼成処理を行なう。この焼成処理により、グリーンシートや各種導体（膜）に含有する有機成分を除去し、また、各セラミック成分やガラス成分が焼結し、さらに、導体中の金属成分を焼結する。即ち、基板に所定強度が得られ、導体と一体化し、導体の低抵抗化が達成されることになる。
【０００８】
その後、焼成された大型セラミック基板の各基板領域の表面には、各種膜（抵抗体膜、コンデンサ誘電体膜、絶縁保護膜など）を形成し、チップ部品や能動素子などの電子部品素子を搭載する。
【０００９】
その後、大型積層基板を回路基板領域毎に分割または切断して、大型積層基板から抽出する。具体的には、各回路基板領域の境界部分をあらかじめ分割溝を形成しておき、スナップ機により分割したり、またダイシングなどにより切断する。
【００１０】
これにより、大型基板の端子電極となる貫通孔は、実質的と半割された凹部となり、その内壁面には、導体膜が形成されていることになる。
【００１１】
その後、各回路基板後に、シールドケースを取着する。具体的には、図７に示すように、シールドケース５の一部（延出部５ａ）を上述の端子電極（グランド電位の端子電極）３０となる凹部１２に挿入するとともに、シールドケース５の一部５ａと凹部１２の内壁の導体膜１３を半田などで接合することにより行なわれる。
【００１２】
ここで、半田接合されるグランド電位の端子電極が形成される凹部１２の形状は、シールドケース５の一部５ａが挿入され易いことと、回路基板１の表面部分の面積を最大限広くすることから、基板の境界線方向が長径となる概略長円形状であり、実際の切断、または分割された回路基板の表面側の形状は、概略長円形状を長径で半割した概略横長の半長円状開口を有する凹部１２が現れることになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このシールドケース５と回路基板１との接合は、凹部１２内の導体膜１３に接合しており、実際に、シールドケース５の一部５ａの内面側で接合されることになる。しかし、この、凹部１２内の導体膜１３が凹部１２の中央部分のみ形成されているため、シールドケース５の固定状態が非常に不安定となる。このシールドケース５と回路基板１との接合箇所が少ないと不安定が顕著となり、セラミック回路基板の外観不良が発生してしまう。
【００１４】
また、上述の端子電極３０となる導体膜１３を導電性ペーストの印刷により形成には、その凹部１２の中央領域のみに塗布されるように細心の注意を払う必要がある。例えば、導体膜１３が基板１の切断または分割される領域にまで形成されていると、切断・分割時に、導体膜の一部がはがれてしてしまう。また、仮に、はがれが発生しなくとも、ダイシングカットのホイールとの摩擦や分割時の機械的応力が導体膜に付与され、接合強度が極端に低下してしまう。尚、スクリーン製版の制御により、基板が切断、分割される領域に導体膜が付着しないように制御しても、印刷塗布のバラツキ、ペースト量の偏り、吸引に偏りなどにより、貫通孔の内面でペーストが広がり、結果として、導体膜が切断、分割される直下の領域にまで広がる場合がある。
【００１５】
これを防止するために、端子電極３０の導体膜１３の形成領域（導体幅）を、凹部１２の開口幅に比較して狭くすることが考えられる。しかし、シールドケース５の一部５ａとの接合面積が低下してしまい、その結果、シールドケース５との接合強度が低下してしまう。これは、シールドケース５を取着する構造に限らず、例えば、マザーホードなどにこのセラミック回路基板を接合する場合に場合においても同様である。
【００１６】
尚、上述のシールドケース５が不安定に取着される原因の１つとして、凹部１２となる長円形状の貫通孔に導体ペーストを塗布した場合、曲率の大きい角部（長径から短径に変化する部位）付近に導体ペーストが集中してしまう。その結果、端子電極となる凹部１２両端部付近の導体膜１３の厚みが特に厚くなり、一方部側のみの角部に偏って厚くなってしまうなどの原因がある。本発明は上述の課題に鑑みて案出したものであり、その目的は、導体膜のはがれがなく、また、回路基板とマザーボードやシールドケースとの接合強度が低下することがなく、また、所定形状の端子電極が容易に形成できるセラミック回路基板を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上面および下面に開口する凹部が端面に設けられたセラミック基板と、該セラミック基板の上面および下面の前記凹部の周囲に形成された表面導体膜、ならびに前記凹部の内壁に形成された、前記セラミック基板の厚み方向に延びる端面導体膜を有する端子電極とを備えたセラミック回路基板であって、前記凹部は、前記セラミック基板の厚み方向に延びる底面と、該底面の両側方に位置する両側面と、前記底面および前記両側面の間に位置して前記セラミック基板の厚み方向に延びる溝部とを有し、前記端面導体膜は、前記底面および前記溝部の内面に形成されており、前記凹部の前記両側面には形成されていないことを特徴とするセラミック回路基板である。
【００１８】
また、前記セラミック基板の上面または下面に、前記端子電極の端子導体膜及び表面導体膜に接合されるシールドケースが取着されていることが好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック回路基板を図面に基づいて詳説する。
【００３２】
図１は参考例のセラミック回路基板の分解斜視図であり、図２は参考例のセラミック回路基板の端子電極部分の外観斜視図である。
【００３３】
図において、１０はセラミック回路基板であり、１はセラミック基板であり、３は端子電極であり、５はシールドケースであり、７は各種電子部品である。
尚、端子電極３は、凹部２、凹部２の内壁に形成された導体膜３ａ、３ｃとから構成されている。また、各端子電極3のうち、シールドケースと接合する端子電極３は、凹部２、凹部２の内壁に形成された導体膜３ｂ、３ｄ及び凹部２の開口周囲に形成された表面導体膜３Ｚとから構成されている。
【００３４】
セラミック基板１は、セラミック、ガラスセラミック、ガラスエポキシ基板などからなり、基板1の表面には、各種電子回路網を構成する表面配線導体膜が形成され、さらに、各種電子部品７が搭載されている。尚、セラミック基板１が積層構造である場合、この基板内１内には、所定内部配線及びビアホール導体などが形成されている。
【００３５】
また、セラミック基板１の端面には、外部配線基板（マザーボード）と接続する端子電極３が形成されている。端子電極３のうち、例えばグランド電位となる端子電極や電気的な動作に作用してない端子電極３には、セラミック基板１の表面の各種電子部品７や表面配線導体などの回路網を外部からの電磁ノイズから保護し、またこの回路網から外部に電磁ノイズを放射することを防止するシールドケース５が被覆・接合されている。
【００３６】
このシールドケース５は、一面が開口した金属材料からなり、シールドケース５の側面から下方に延びた延出部５ａが形成されている。
【００３７】
この延出部５ａは、上述のグランド電位などの端子電極（例えば導体膜３ｂ、３ｄを有する端子電極）に半田などの導電性接着材Ｓ、Ｓ’を介して接合される。これにより、シールドケース５はセラミック回路基板１０に強固に固定される。ここで、端子電極３は、特にグランド電位またはシールドケース５が接合される端子電極３は、凹部２の内壁の中央部領域に形成された端面導体膜３ｄと、凹部２の表面開口周囲に形成された表面導体膜３ｚとから構成されている。即ち、図２に示すように、凹部２は長円形状の貫通孔を長径方向に２分してなっている。そして、基板側の内壁の中央部領域に、基板の厚み方向に全体にわたり端面導体膜３ｄが形成されている。また、凹部２の表面開口周囲には、この端面導体膜３ｄの稜線で接続する表面導体３ｚが形成されている。そして、表面導体膜３ｚは、端面導体膜３ｄと接続する稜線部分から、さらに、凹部２の開口の両端側に広がるように形成されている。即ち、表面導体膜３ｚの導体距離（開口周囲の距離）が、端面導体膜３ｄと接続する稜線長さよりも長くなっている。尚、図２は、基板の上面側の表面のみ示しているが、下面側にも同様の表面導体膜を形成することが望ましい。
【００３８】
次に、基板１に搭載した電子部品７などを被覆するシールドケース５と、基板１との接合状態を図３で説明する。まず、端子電極３の凹部２にあらかじめ半田クリームなどの導電性接着材を塗布または供給する。具体的には、凹部２の中央部領域に形成された端面導体膜３ｄ上、及び凹部２の開口周囲に表面配線導体３ｚ上に夫々塗布する。次に、この凹部２にシールドケース５の延出部５ａを挿入し、この導電性接着材で接合する。例えば、導電性接着材が半田である場合、半田の溶融硬化により、また、導電性樹脂接着材であれば、熱硬化により行う。
【００３９】
これにより、シールドケース５の延出部５ａの内面側は、実質的に端子電極３うち、凹部２の内壁に形成された端面導体膜３ｄに導電性接着材Ｓを介して接続する。同時に、延出部５ａの基板表面付近の内面側及び厚み部分は、基板１の表面の導体膜３ｚとの間で導電性接着材Ｓ‘によって接合される。
【００４０】
即ち、シールドケース５の延出部５ａは、内面側及び厚み部分（延出部５ａの側面側）の３方向から強固に接合されることになる。これにより、従来に比較して、非常に強固な接合が達成される上、特に、表面導体膜３zと延出部５ａとの接合（例えばメニスカスの形成）により、仮にシールドケース５が凹部２内に歪んで挿入されたとしても、自己補正が働き、セラミック回路基板の外観のばらつきも防止できる。
【００４１】
このようなセラミック回路基板１０の製造方法を説明する。
【００４２】
複数のセラミック基板１が抽出できる大型セラミック回路基板を形成する。この大型セラミック基板１の各層となるセラミックグリーンシートを公知形成方法にて製造する。即ち、グリーンシート上に、基板のビアホール導体となる貫通孔を形成する。その後、この貫通孔の内部に導体を充填するとともに、各シートの表面に所定形状の表面配線導体や内部配線導体となる導体パターンを形成する。同時に、大型セラミック回路基板の上下面の表面側となるシート表面に、端子電極３の凹部２の周囲となる領域に表面導体膜３ｚとなる導体膜を形成する。
【００４３】
この表面配線導体や内部配線導体、表面導体膜３ｚとなる導体パターン、ビアホール導体となる導体は、導電性ペーストの印刷または印刷充填及び乾燥により形成する。尚、端子電極３の表面導体膜となるパターンは、隣接しあう回路基板に跨がって、表面導体膜の外形形状を考慮した長円形状に、さらに表面導体膜を考慮してドーナッツ状に形成する。
【００４４】
その後、上述のグリーンシートを各積層順に積層圧着処理を行う。
【００４５】
次に、未焼成状態の大型積層基板において、各回路基板の端子電極３が形成される凹部２として、貫通孔２０をプレスなどにより形成する。この貫通孔２０の形成により、貫通孔の周囲には、隣接しあう基板の端子電極３の表面導体膜３ｚとなる導体パターンが形成されることになる。実際には、外形形状は上述の導体パターンの形成により決定され、この工程では、内径形状が規定されることになる。
【００４６】
次に、図４に示すように、この貫通孔２０の一方の開口（基板下面側の開口）から吸引処理して、貫通孔２０の他方の開口（基板上面側の開口）から、この貫通孔２０の一方及び他方の基板側の内壁面の中央領域４部分のみに、導電性ペーストが塗布できる製版を利用して、端子電極３の端面導体膜３ｄとなる導体膜を形成する。この工程により、端面導体膜３ｄとなる導体膜の上下側に稜線部分で、先に形成した表面導体膜３zとなる導体パターンと導通を図ることができる。
【００４７】
尚、上述までの工程で、例えば、大型セラミック回路基板をスナップ装置などで分割する場合、各回路領域の形状に応じて、未焼成状態の積層基板にプレス処理により分割溝を
形成する。この分割溝の形成は、端子電極３の表面導体膜３ｚとなる導体パターンを形成した後であれば、どの工程で行っても構わない。
【００４８】
次に、このように形成された未焼成状態の積層基板を焼成処理する。これにより、大型セラミック回路基板が形成される。
【００４９】
次に、必要に応じて、大型セラミック回路基板の各回路基板領域の表面に各種膜（絶縁膜、導体膜、抵抗体膜、誘電体膜）などを形成し、さらに、各種電子部品７を搭載し接合する。
【００５０】
次に、この大型セラミック回路基板の各回路基板領域を、分割溝にそって分割したり、または、境界部分をダイシングソーなどによって切断処理を行う。これにより、セラミック回路基板１０を抽出する。
【００５１】
上述のように、このようなセラミック回路基板１０においては、端子電極３の構造が重要になる。まず、端子電極３の内壁に形成される導体膜３ａ〜３ｄは、所定位置、例えば中央領域４に安定して形成しないと、従来のように切断や分割の際、分離される一方のセラミック回路基板１側に取られてしまう。
【００５２】
さらに、シールドケース５を接合する端子電極３においては、凹部２に安定して配置することが困難となる。
【００５３】
端子電極３、特に、シールドケース５が接合する端子電極３の構造は、図４のように、大型セラミック基板で各セラミック基板の境界部分（図では点線）に該略長円形状の貫通孔２０が形成される。即ち、この貫通孔２０は、点線部分で２分した凹部２となる。
【００５４】
ここで、表面導体膜３ｚとなる導体パターンは、貫通孔２０の略全周にわたり形成されている。しかし、製造工程上、この導体パターンは、分割処理する大型セラミック回路基板であっても、分割溝などを形成する前に形成されるため、導電性ペーストが分割溝などに沿って流れるなどの問題は一切発生しない。
【００５５】
このように、結果として、凹部２の周囲に形成された表面導体膜３ｚによって、上述のようにシールドケース５を接合する場合でも、また、実装用基板のパッド電極に接合する場合でも、強固に機械的な接合ができ、しかも、安定して電気的な接続が達成されることになる。
【００５６】
また、端子電極３の凹部２の内壁面の中央領域４に形成された導体膜３dは、てこの内壁面の中央領域４の両端側の部位には、端面導体膜が形成されていないこのため、大型積層基板を点線に沿って切断、または分割したところで、従来の他の基板側への引きとられや破損などを防止している。図４の中央領域４に端面導体膜３ｄを塗布する手段としては、例えば一方側の貫通孔２０の開口側からの空気の流れをこの中央領域４となる部位に集中させ、且つ、他方の開口側からの導電性ペーストの印刷領域を中央領域４のみになるように設定することにより達成している。
【００５７】
この他の構造として、図５に示すように、凹部２を構成する貫通孔２０の内面に、さらに、一段と窪んだ第２の凹部（窪み部）２１を形成し、この窪み部２１の内壁面を端面導体膜３ｄが形成される中央領域とする。尚、実際のセラミック回路基板では、図中の点線で分割または切断され、この貫通孔２０が２分されて凹部２となる。
【００５８】
このような構造では、凹部２内に、窪み部２１を形成するため、これらの交差部分に内径を部分的に広げる形の段差が存在することになる。この段差部４a、４ｂの内側は曲率Ｒ（凹部２の曲率に比較して当然大きくなる）となっている。
【００５９】
従って、窪み部２１の内面に塗布付着された導体ペーストは、曲率Ｒ２の段差部４a、4ｂに引かれるように、窪み部２１の内面に広がることになる。その結果、窪み部２１の奥行き面に塗布された導体ペーストからなる導体膜３ｄは、その内面に均一の厚みで塗布されるのではなく、両側の段差部４ａに引かれる形で、２つの段差部４ａ、４ｂに囲まれた第２の凹部４の奥行き面のみに形成され、これ以上、即ち、凹部２の両端側の領域に導体膜３ｄが広がることがない。これは、段差部４ａ、4ｂの中央領域４側の曲率Ｒが全体の凹部２の曲率に比較して大きいため、表面張力が大きくなり、その結果、窪み部２１に塗布した導電性ペーストが段差部４ａ、４ｂに引かれることになる。
【００６０】
本発明のセラミック回路基板の一態様によれば、図６に示すように、凹部２を構成する貫通孔２０の内面に、端面導体膜３ｄが形成される中央領域４を規定する基板の厚み方向に延びる溝部８ａ、８ｂを形成する。尚、実際のセラミック回路基板では、図中の点線で分割または切断され、この貫通孔２０が２分されて凹部２となる。
【００６１】
上述の溝部８ａ、８ｂとして、例えば、凹部２の開口幅が２ｍｍ、基板の端面から奥行き面までの深さ０．３ｍｍである場合、この溝部８ａ、８ｂとしては、その開口幅、深さ方向ともに、０．１５〜０.２ｍｍ程度となっている。
【００６２】
従って、この溝部８ａ、８ｂに挟まれた中央領域に導電性ペーストを塗布しても、この中央領域４のみに、端子面電極３ｄとなる導体膜を維持形成できる。仮に、溝部８ａ、８ｂを越えて、凹部２の両端側に導電性ペーストが広がろうとしても、この溝部８ａ、８ｂ内にペーストが滞留し、表面張力により、この溝部８ａ、８ｂの表面に盛り上がるだけで、凹部２の両端側に導電性ペーストが広がらない。
【００６３】
そして、従って、凹部２の内壁の中央領域４に端面導体膜３ｄとなる導体膜を安定して形成できることになる。仮に、この内壁に溝部８ａ、８ｂ部分に導電性ペーストの盛り上がりによる導体膜の突条部が形成してしまう。しかし、この突条部は、例えば端子電極３とシールドケース５との接合において、延出部５ａの内面側と接触して、端面導体膜３ｄ部分とシールドケース５の延出部５ａの間隙を形成し、この間隙内に半田などの導電性接着材Ｓが充填され得るため、この部分における接合が強固になり、好適であるといえる。尚、図６では、溝部は中央領域４の両端部を規定するために、基板１の厚み方向に、且つ互いに平行に形成されているが、例えば、中央領域４内に基板１の厚み方向に形成された第３の溝部を形成しても構わない。
【００６４】
尚、この溝部８ａ、８ｂは、図６に示したように平断面形状が円形以外に、三角形状であっても構わない。
【００６５】
図６の形状では、溝部８ａ、８ｂの形成により、端面導体膜３ｄと実質的に表面導体膜３Ｚとが接続する稜線を長くできるため、両者の接続がより確実となる。
【００６６】
また、上述の実施例では、シールドケース５の一部が接合するグランド電位の端子電極を用いて説明したが、通常の電源供給端子電極、信号電位の端子電極にもこの構造を用いても構わない。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、端子電極の凹部の上面、下面である表面開口周囲の表面導体膜の導体の周回距離が、凹部の内壁面における中央部領域の端面導体膜の幅よりも長くなって形成されている。また、端面導体膜が凹部の両端部まで到達されないため、端面導体膜がはがれたり、破損したりすることが一切ない。
【００６８】
このため、この端子電極に接合するシールドケースやマザーボードとの接合信頼性が向上する。
【００６９】
また、安定して端面導体膜を容易、且つ確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のセラミック回路基板の分解斜視図である。
【図２】参考例の回路基板の端子電極の部分斜視図である
【図３】参考例の端子電極部分にシールドケースを被着した状態の部分斜視図である。
【図４】参考例のセラミック回路基板の端子電極部分の製造工程における部分平面図である。
【図５】参考例の他のセラミック回路基板の端子電極部分の製造工程における部分平面図である。
【図６】本発明のセラミック回路基板の端子電極部分の製造工程における部分平面図である。
【図７】従来のセラミック回路基板の分解斜視図である。
【符号の説明】
１・・・セラミック基板
２・・・凹部
３・・・端子電極
３ｂ、３ｄ・・・端面導体膜
３ｚ・・・表面導体膜
４・・・中央領域
２１・・・窪み部
８ａ、８ｂ・・・溝部

Claims

上面および下面に開口する凹部が端面に設けられたセラミック基板と、該セラミック基板の上面および下面の前記凹部の周囲に形成された表面導体膜、ならびに前記凹部の内壁に形成された、前記セラミック基板の厚み方向に延びる端面導体膜を有する端子電極とを備えたセラミック回路基板であって、
前記凹部は、前記セラミック基板の厚み方向に延びる底面と、該底面の両側方に位置する両側面と、前記底面および前記両側面の間に位置して前記セラミック基板の厚み方向に延びる溝部とを有し、
前記端面導体膜は、前記底面および前記溝部の内面に形成されており、前記凹部の前記両側面には形成されていないことを特徴とするセラミック回路基板。
前記セラミック基板の上面または下面に、前記端子電極の前記端面導体膜及び前記表面導体膜に接合されるシールドケースが取着されていることを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基板。
前記溝部の内面に形成された前記端面導体膜が、突条部を形成していることを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基板。
前記底面に、前記セラミック基板の厚み方向に形成された第３の溝部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基板。