JP5734434B2 - 配線基板、電子装置および電子モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、例えば電子部品が搭載される配線基板、それを用いた電子装置および電子モジュールに関するものである。
従来、例えば半導体素子，センサ素子，容量素子または圧電振動子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板として一般的なものは、直方体状等の絶縁基体の主面（通常は上面）に電子部品の搭載部が設けられており、絶縁基体の側面から下面にかけて配線導体が設けられている。配線基板を含む電子装置をろう材によって実装基板に接合する場合、この配線導体が外部電極部分となる。
近年、電子装置の小型化に伴って配線基板における外部端子部分の寸法が小さくなってきており、ろう材による実装基板に対する配線基板の接合強度が低下し、配線基板を含む電子装置の実装信頼性が低下している。
本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基板と、絶縁基板に設けられた外部電極とを備えている。絶縁基板は、切り欠き部を含む側面を有している。切り欠き部は、絶縁基板の下端まで達している。外部電極は、切り欠き部の内面から絶縁基板の下面にかけて設けられている。切り欠き部は、内面が縦断面において直線状である凹部と、凹部に接続されており、内面の下端部が切り欠き部の内側方向へ突出している突出部とを有している。
本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の配線基板と、配線基板に搭載された電子部品とを備えている。
本発明の他の態様によれば、電子モジュールは、上記構成の電子装置と、電子装置がろう材により接合された実装基板とを備えている。ろう材は切り欠き部の内面の突出している部分の上面に設けられている。
本発明の一つの態様による配線基板において、切り欠き部を含む側面を有する絶縁基板と、切り欠き部の内面から絶縁基板の下面にかけて設けられた外部電極とを有し、切り欠き部が絶縁基板の下端まで達しており、切り欠き部は、内面が縦断面において直線状である凹部と、凹部に接続されており、内面の下端部が切り欠き部の内側方向へ突出している突出部とを有していることによって、配線基板を含む電子装置をろう材によって実装基板に接合する場合にろう材が切り欠き部内に溜まりやすくなるため、本発明の一つの態様による配線基板は、実装信頼性に関して向上された電子装置を実現することが可能となる。
本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の配線基板を備えていることによって、実装信頼性に関して向上されている。
本発明の他の態様によれば、電子モジュールは、上記構成の電子装置を備えており、ろう材が切り欠き部の内面の突出している部分の上面に設けられていることによって、配線基板の実装信頼性に関して向上されている。
以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１〜３を参照して本発明の第１の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態における電子装置は、配線基板１と、配線基板１に搭載された電子部品Ｅとを含んでいる。
図１〜３を参照して本発明の第１の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態における電子装置は、配線基板１と、配線基板１に搭載された電子部品Ｅとを含んでいる。
配線基板１は、絶縁基板２と、絶縁基板２に設けられた外部電極４とを含んでいる。
絶縁基板２は、切り欠き部３を含む側面を有している。
絶縁基板２は、上面に半導体素子等の電子部品Ｅを搭載するための搭載部１ａを有し、例えば、酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁性セラミックス、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，アクリル樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂、および四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の樹脂（プラスティックス）から成る略四角形の絶縁層を複数上下に積層して形成されている。
絶縁基板２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウムの粉末に酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の焼結助剤を添加し、さらに適当な有機バインダ・溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物をドクターブレード法またはカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート（生シート）とし、しかる後、このグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して略四角形状に加工するとともにこれを複数枚積層し、焼成することによって製作される。
また、絶縁基板２が、例えば樹脂から成る場合は、所定の形状に成形できるような金型を用いて、トランスファーモールド法またはインジェクションモールド法等によって成形することによって形成することができる。また、例えばガラスエポキシ樹脂のように、ガラス繊維から成る基材に樹脂を含浸させたものであってもよい。この場合は、ガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって形成することができる。
この絶縁基板２において、切り欠き部３の内面から絶縁基板２の下面にかけて外部電極４が被着形成されており、また電子部品Ｅが搭載される上面から側面の外部電極４にかけてビアホール導体、スルーホール導体等の貫通導体を含む配線導体が被着形成されている。外部電極４および配線導体は、絶縁基板２がセラミックスから成る場合は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）等の金属粉末メタライズから成り、絶縁基板２用のセラミックグリーンシートに外部電極４および配線導体用の導体ペーストをスクリーン印刷法等によって所定形状で印刷して、セラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基板２の所定位置に形成される。内部導体のうち、セラミックグリーンシートを厚み方向に貫通する貫通導体は、導体ペーストを印刷することによってセラミックグリーンシートに形成した貫通孔を充填しておけばよい。このような導体ペーストは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）等の金属粉末に適当な溶剤およびバインダーを加えて混練することによって、適度な粘度に調整して作製される。なお、絶縁基板２との接合強度を高めるために、ガラス、セラミックスを含んでいても構わない。
また、外部電極４および配線導体は、絶縁基板２が樹脂から成る場合には、銅，金，アルミニウム，ニッケル，クロム，モリブデン，チタンおよびそれらの合金等の金属材料から成る。例えば、ガラスエポキシ樹脂から成る樹脂シート上に配線導体の形状に加工した銅箔を転写し、銅箔が転写された樹脂シートを積層して接着剤で接着することによって形成する。内部導体のうち、樹脂シートを厚み方向に貫通する貫通導体は、導体ペーストの印刷、めっき法によって樹脂シートに形成した貫通孔の内面に被着形成するか、貫通孔を充填して形成すればよい。また、金属箔、金属柱を樹脂から成る絶縁基板に一体化させたり、絶縁基板２にスパッタリング法，蒸着法等，めっき法等を用いて被着させたりして形成される。
切り欠き部３は絶縁基板２の下端まで達しており、切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内側方向へ突出するように形成されている。なお、切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内側方向へ突出しているとは、図１（ａ）に示された電子装置のＤ部の破線矢印によって示されているように、平面視で切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内面から切り欠き部３の中心方向へ突出していることを指すものである。
外部電極４は、図１〜３さらに後述する図４、図６の各図（ａ）、（ｂ）にドット模様で示されており、切り欠き部３の内面から絶縁基板２の下面にかけて設けられている。外部電極４は、半田等のろう材11を介して実装基板12に形成されている電極パッドに電気的に接続されている。
電子部品Ｅは、配線基板１の上面に搭載されている。電子部品Ｅの搭載方法は、ワイヤボンディングまたはフリップチップ接続であり、図１〜３さらに後述する図４、図６においてはワイヤボンディングによる接続構造が示されている。
本実施形態の配線基板１においては、切り欠き部３を含む側面を有する絶縁基板２と、切り欠き部３の内面から絶縁基板２の下面にかけて設けられた外部電極４とを備え、切り欠き部３が絶縁基板２の下端まで達しており、切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内側方向へ突出している。
このように、切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内側方向へ突出していることによって、配線基板１を含む電子装置をろう材11によって実装基板12に接合する場合にろう材11が切り欠き部３内に溜まりやすくなるため、ろう材11による大きなメニスカスを形成することができ、また、ろう材11が切り欠き部３の内面の突出している部分の上面に設けられて、配線基板１を構成する外部電極４と実装基板12に形成されている電極パッドとの接合強度が大きいものとなって、本実施形態の一つの態様による配線基板１は、実装信頼性に関して向上された電子装置を実現することが可能となる。
また、図１、２さらに後述する図４、図６に示されているように、切り欠き部３の内面の突出している部分の下面と絶縁基板２の下面とが同一平面上にある場合には、配線基板１を含む電子装置をろう材11によって実装基板12に接合する場合に、切り欠き部３の内面の突出している部分と実装基板12との間に形成されるろう材11が十分な量となり、その結果、切り欠き部３の内面の突出している部分の上面にろう材11が多く溜まるものとなって、大きなメニスカスを形成することができ、好ましい。
なお、この切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内側方向へ突出している構造については、図１に示されているように、切り欠き部３の内面が突出している部分と絶縁基板２の側面に位置する部分との間に空間を有するものとしてもよいし、図２に示されているように、切り欠き部３の内面の下端部が絶縁基板２の側面の切り欠き部３が形成されていない箇所まで到達しているとともに、切り欠き部３と略同心円となる貫通孔が形成されているものとしてもよい。なお、切り欠き部３の内面の下端が絶縁基板２の側面の切り欠き部３が形成されていない箇所まで到達しているとともに、切り欠き部３と略同心円となる貫通孔が形成されている場合は、切り欠き部３の内面の下端が絶縁基板２の側面の切り欠き部３が形成されていない箇所まで到達しているため、突出している部分が大きく、ろう材11が切り欠き部３内により溜まりやすいものとなり、ろう材11によるメニスカスがより大きく形成することができるため、配線基板１を構成する外部電極４と実装基板12に形成されている電極パッドとの接合強度がより大きいものとなり、好ましい。
さらに、図３に示されているように、切り欠き部３の内面が突出している部分と切り欠き部３の内面の下端との間に空間を有するものとしてもよい。なお、切り欠き部３の内面が突出している部分と切り欠き部３の内面の下端との間に空間を有する場合は、突出している部分の下側にろう材11が溜まりやすいものとなるため、配線基板１を構成する外部電極４と実装基板12に形成されている電極パッドとの接合強度がより大きいものとなり、好ましい。
次に、本実施形態の配線基板１の製造方法について説明する。
絶縁基板２は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体からなり、その上面に電子部品Ｅが搭載される搭載部１ａを有している。この絶縁基板２は、主成分が酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、Ａｌ２Ｏ３の粉末に焼結助材としてシリカ（ＳｉＯ２），マグネシア（ＭｇＯ），カルシア（ＣａＯ）等の粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、次にこれらの混合物を混錬してスラリー状となす。その後、従来周知のドクターブレード法等の成形方法によって多数個取り用のセラミックグリーンシートを得る。
このセラミックグリーンシートを用いて、以下の（１）〜（５）の工程により配線基板１が作製される。
（１）切り欠き部３となる部位および突出部５となる部位の打ち抜き金型を用いた打ち抜き工程。
（２）絶縁基板２の側面に形成された切り欠き部３の内面から絶縁基板２の下面にかけて形成された外部電極４、電子部品Ｅが搭載される上面から側面の外部電極４にかけてビアホール導体、スルーホール導体等の貫通導体を含む配線導体をそれぞれ形成するための導体ペーストの印刷塗布工程。
（３）各絶縁層となるセラミックグリーンシートを積層してセラミックグリーンシート積層体を作製する工程。
（４）このセラミックグリーンシート積層体を個々の絶縁基板２となる積層体に切断分離し、これらを焼成して各外部電極４を有する焼結体を得る工程。
（５）外部電極４を保護して酸化防止するとともにろう付けを容易にするための金属メッキ層を外部電極４の表面に被着する工程。
この配線基板１は、これを多数個取りで一括して作製できることから、セラミックスからなる基板上に金属製の枠体を設けたタイプの半導体パッケージに比べて低コストで製造でき高い汎用性を有する。
ここで、セラミックグリーンシートの突出部５となる貫通孔の形成方法は、打ち抜き後に突出部５が形成されるように、一部を切り欠いた打ち抜き金型を用いてセラミックグリーンシートを打ち抜けばよい。
次に、セラミックグリーンシートの切り欠き部３となる貫通孔の内面への導体ペーストの塗布は、スクリーン印刷法等の印刷法に限らず、セラミックグリーンシート積層体の切断後に現われる切り欠き部３の内面に筆塗り法等で塗布することもできるが、筆塗り法は実用性に乏しいため、スクリーン印刷法により導体ペーストを充填した後、適当な圧力で導体ペーストを吸引することで形成する方法が良い。
また、セラミックグリーンシート積層体から切り出した個々の積層体を焼成することにより、各外部電極４が焼成されて被着形成される。すなわち、切り欠き部３の内面の外部電極４は５〜25μｍの厚さで形成され、また、電子部品Ｅが電気的に接続される入出力端子の配線導体が、５〜25μｍの厚さで形成される。
さらに、各外部電極４を保護するとともに酸化防止をし、またその上へのろう付けを容易かつ強固に行なうために、外部電極４の表面に、厚さ0.5〜10μｍのＮｉメッキ層を被着させるか、またはこのＮｉメッキ層および厚さ0.5〜２μｍの金（Ａｕ）メッキ層を順次被着させるのがよい。
本実施形態の配線基板１において、切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内側方向へ突出していることによって、配線基板１を含む電子装置をろう材11によって実装基板12に接合する場合にろう材11が切り欠き部３内に溜まりやすくなるとともに、ろう材11が切り欠き部３の内面の突出している部分の上面に設けられるため、配線基板１は、実装信頼性に関して向上された電子装置を実現することが可能となる。
本実施形態の電子装置において、上記構成の配線基板１を備えていることによって、実装信頼性に関して向上されている。
本実施形態の電子モジュールにおいて、上記構成の電子装置を備えており、ろう材11が切り欠き部３の内面の突出している部分の上面に設けられていることによって、配線基板１の実装信頼性に関して向上されている。
（第２の実施形態）
図４、５を参照して本発明の第２の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態の電子装置において、第１の実施形態と異なる点は、切り欠き部３の内面の下端部の構造である。第１の実施形態において、例えば図１（ｃ）に示すように、縦断面視で切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内面から垂直に突出している構造であったが、本実施形態においては切り欠き部の内径が切り欠き部の下端に向かうに伴って漸次小さくなるように切り欠き部の内面が突出している構造である。
図４、５を参照して本発明の第２の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態の電子装置において、第１の実施形態と異なる点は、切り欠き部３の内面の下端部の構造である。第１の実施形態において、例えば図１（ｃ）に示すように、縦断面視で切り欠き部３の内面の下端部が切り欠き部３の内面から垂直に突出している構造であったが、本実施形態においては切り欠き部の内径が切り欠き部の下端に向かうに伴って漸次小さくなるように切り欠き部の内面が突出している構造である。
本実施形態の電子装置において、切り欠き部３の内面が突出して形成された突出部５における切り欠き部３の内面と絶縁基板２の下面とが成す角度をθとしたとき、45度≦θ≦70度であるのがよい。θが45度以上であると、突出部５の厚みが薄いものとはならず、配線基板１を取り扱うときの外力によって、突出部５に割れ、欠け等が発生しにくいものとなる。θが70度以下であると、配線基板１を含む電子装置をろう材11によって実装基板12に接合する場合にろう材11が切り欠き部３内に溜まるものとすることが可能となって、配線基板１と実装基板12との接合強度が十分なものとすることができる。また、θを上記範囲とすることで、配線基板１を含む電子装置をろう材11によって実装基板12に接合する場合にろう材11が切り欠き部３内に溜まりやすいものとなるとともに、ろう材11の十分なメニスカスを形成することが可能となって、大きな接合強度が得られるものとなる。
また、切り欠き部３の内径が切り欠き部３の下端に向かうに伴って漸次小さくなるように切り欠き部３の内面が突出している突出部５となる貫通孔は、セラミックグリーンシート２ａに形成される貫通孔の内壁がセラミックグリーンシート２ａの一方の主面から他方の主面に向けて45〜70度の角度θで広がるように形成する。このように貫通孔の内壁がセラミックグリーンシート２ａの一方の主面から他方の主面に向けて45〜70度の角度θで広がるように形成することにより、貫通孔の内壁が絶縁基板２の下面に対して45〜70度の角度θで外側に広がるように形成することができる。
このように貫通孔の内壁がセラミックグリーンシート２ａの一方の主面から他方の主面に向けて45〜70度の角度θで広がるように形成するには、図５に貫通孔の打ち抜き方法を説明するための断面図で示すように、打ち抜き金型のパンチ６とダイス７との間のクリアランスＣを大きく設定すればよい。例えばセラミックグリーンシート２ａの厚みが0.5ｍｍ程度の場合であれば、金型のクリアランスＣを0.2〜0.5ｍｍ程度とすればよい。そうすることにより角度θを45〜70度とすることができる。なお、角度θが45度未満であると、貫通孔の内壁をそのような角度θで安定かつ効率良く形成することが困難となる傾向にある。
本実施形態の配線基板１において、切り欠き部３の内径が切り欠き部３の下端に向かうに伴って漸次小さくなるように切り欠き部３の内面が突出していることによって、配線基板１を含む電子装置をろう材11によって実装基板12に接合する場合にろう材11が切り欠き部３内に溜まりやすいものとなるとともに、ろう材11の十分なメニスカスを形成しやすくなり、傾斜面にろう材が付着しているものとなって、またろう材11が切り欠き部３の内面の突出している部分の上面に設けられて、大きな接合強度が得られるものとなる。
本実施形態の電子装置において、上記構成の配線基板１を備えていることによって、実装信頼性に関して向上されている。
本実施形態の電子モジュールにおいて、上記構成の電子装置を備えており、ろう材11が切り欠き部３の内面の突出している部分の上面に設けられていることによって、配線基板１の実装信頼性に関して向上されている。
（第３の実施形態）
図６を参照して本発明の第３の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態の電子装置において、第１、第２の実施形態と異なる点は、切り欠き部３の内面の下端部の構造である。本実施形態においては切り欠き部の内径が切り欠き部の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるように切り欠き部の内面が突出している構造である。
図６を参照して本発明の第３の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態の電子装置において、第１、第２の実施形態と異なる点は、切り欠き部３の内面の下端部の構造である。本実施形態においては切り欠き部の内径が切り欠き部の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるように切り欠き部の内面が突出している構造である。
切り欠き部３の内径が切り欠き部３の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるように切り欠き部３の内面が突出している突出部５となる貫通孔は、図５に示されているように、切り欠き部３の内径が切り欠き部３の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるよう階段状に形成される。
また、切り欠き部３の内径が切り欠き部３の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるように切り欠き部３の内面が突出している突出部５となる貫通孔は、各セラミックグリーンシートに貫通孔の内径が異なるように形成したものを用意し、切り欠き部３となる箇所の内径が切り欠き部３となる箇所の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるよう階段状に積層する。このように貫通孔の内径が異なるように形成したものを用意し、切り欠き部３となる箇所の内径が切り欠き部３となる箇所の下端に向かうに伴って階段状に小さくなるように積層することにより、切り欠き部３の内径が切り欠き部３の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるように形成することができる。
本実施形態の配線基板１において、切り欠き部３の内径が切り欠き部３の下端に向かうに伴って段階的に小さくなるように切り欠き部３の内面が突出していることによって、配線基板１を含む電子装置をろう材11によって実装基板12に接合する場合に切り欠き部３の内面の階段状の凹凸によって強く接合できるものとなり、またろう材11が切り欠き部３内に溜まりやすいものとなるとともに、ろう材11の十分なメニスカスを形成することが可能となり、またろう材11が切り欠き部３の内面の突出している部分の上面に設けられて、大きな接合強度が得られるものとなる。
本実施形態の電子装置において、上記構成の配線基板１を備えていることによって、実装信頼性に関して向上されている。
本実施形態の電子モジュールにおいて、上記構成の電子装置を備えており、ろう材11が切り欠き部３の内面の突出している部分の上面に設けられていることによって、配線基板１の実装信頼性に関して向上されている。
１・・・・・配線基板
１ａ・・・・搭載部
２・・・・・絶縁基板
３・・・・・切り欠き部
４・・・・・外部電極
５・・・・・突出部
11・・・・・ろう材
12・・・・・実装基板
１ａ・・・・搭載部
２・・・・・絶縁基板
３・・・・・切り欠き部
４・・・・・外部電極
５・・・・・突出部
11・・・・・ろう材
12・・・・・実装基板
Claims (7)
- 切り欠き部を含む側面を有する絶縁基板と、
前記切り欠き部の内面から前記絶縁基板の下面にかけて設けられた外部電極とを備え、
前記切り欠き部が前記絶縁基板の下端まで達しており、
前記切り欠き部は、前記内面が縦断面において直線状である凹部と、該凹部に接続されており、前記内面の下端部が前記切り欠き部の内側方向へ突出している突出部とを有していることを特徴とする配線基板。 - 前記切り欠き部の前記内面の前記突出部の下面と前記絶縁基板の前記下面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
- 前記切り欠き部の前記内面の前記突出部と前記切り欠き部の前記内面の下端との間に空間を有していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
- 前記切り欠き部の前記内面の前記突出部の内径が前記切り欠き部の下端に向かうに伴って漸次小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
- 前記切り欠き部の前記内面の前記突出部の内径が前記切り欠き部の下端に向かうに伴って段階的に小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
- 請求項１に記載された配線基板と、
該配線基板に搭載された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。 - 請求項６に記載された電子装置と、
該電子装置がろう材により接合された実装基板とを備えており、
前記切り欠き部の前記内面の突出している部分の上面に前記ろう材が設けられていることを特徴とする電子モジュール。
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