JP7136926B2 - 配線基板、電子装置および電子モジュール - Google Patents

配線基板、電子装置および電子モジュール Download PDF

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Description

本発明は、配線基板、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、セラミックスからなる絶縁基板の主面に電子部品を搭載する配線基板が知られている。
上記の配線基板は、主面および側面に開口し、辺方向に長手である凹部を有する絶縁基板と、凹部の内面に位置する内面電極と、内面電極に接続された絶縁基板の表面および内部に位置した配線導体とを有している(例えば、特開2013-232610号公報参照。)。
本開示の配線基板は、平面視で方形状であり、主面側に電子部品の搭載部を含み、側面に凹部を有する絶縁基板と、前記凹部の内面に位置する内面電極と、平面透視で前記絶縁基板の角部側に位置し前記絶縁基板の厚み方向に両端部が位置するビア導体と、前記絶縁基板の主面側に前記搭載部と前記内面電極と前記ビア導体とを接続する配線導体とを有しており、平面透視において、該配線導体が前記搭載部と前記ビア導体との間に位置する領域を取り囲んだ、前記配線導体に非位置領域がある。
本開示の電子装置は、上記構成の配線基板と、該配線基板に搭載された電子部品とを有している。
本開示の電子モジュールは、接続パッドを有するモジュール用基板と、接続パッドにはんだを介して接続された上記構成の電子装置とを有する。
第1の実施形態におけるモジュール用基板を除いた電子装置を示す上面図である。 図1Aの下面図である。 図1Aに示した電子装置をモジュール用基板に実装した電子モジュールのA-A線における断面図である。 図1Aに示した電子装置をモジュール用基板に実装した電子モジュールのB-B線における断面図である。 図1Aに示した電子装置をモジュール用基板に実装した電子モジュールのC-C線における断面図である。 第2の実施形態における電子装置を示す上面図である。 図3Aの下面図である。 図3Aおよび図3Bに示した電子装置における配線基板を示す上面図である。 図3Aおよび図3Bに示した電子装置における配線基板の内部上面図である。 図3Aに示した電子装置のA-A線における断面図である。 図3Aに示した電子装置のB-B線における断面図である。 図3Aに示した電子装置のC-C線における断面図である。 第3の実施形態における電子装置を示す上面図である。 図6Aの下面図である。 図6Aおよび図6Bに示した電子装置における配線基板を示す上面図である。 図6Aおよび図6Bに示した電子装置における配線基板の内部上面図である。 図6Aに示した電子装置のA-A線における断面図である。 図6Aに示した電子装置のB-B線における断面図である。 図6Aに示した電子装置のC-C線における断面図である。
本開示のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態における配線基板1は、図1A~図2Cに示された例のように、絶縁基板11と、絶縁基板11に形成された凹部12と、凹部12の内面に位置する内面電極13と、絶縁基板11の厚み方向に位置するビア導体14と、絶縁基板11の表面および内部に位置する配線導体15とを含んでいる。配線基板1は、平面視にて中央部で主面に電子部品2を搭載するための搭載部11aを有している。電子装置は、配線基板1と、配線基板1の搭載部11aに搭載された電子部品2とを含んでいる。電子装置は、例えば電子モジュールを構成するモジュール用基板4上の接続パッド41に接合材を用いて接続される。
本実施形態における配線基板1は、平面視で方形状であり、主面側に電子部品2の搭載部11aを含み、側面に凹部12を有する絶縁基板11と、凹部12の内面に位置する内面電極13と、平面透視で絶縁基板11の角部側に位置し、絶縁基板11の厚み方向に両端部が位置するビア導体14と、絶縁基板11の主面側に搭載部11aと内面電極13とビア導体14とを接続する配線導体15とを有している。平面透視において、配線導体15が搭載部11aとビア導体14との間に位置する領域を取り囲んだ、配線導体15に非位置領域15aがある。図1A~図2Cにおいて、上方向とは、仮想のz軸の正方向のことをいう。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に配線基板1等が使用される際の上下を限定するものではない。
内面電極13は、図1Aおよび図1Bに示す例において、網掛けにて示している。ビア導体14は、図1Aおよび図1Bに示す例において、ビア導体14の側面と配線導体15とが重なる領域を点線にて示している。配線導体15は、図1Aおよび図1Bに示す例において、網掛けにて示している。
絶縁基板11は、一方主面(図1A~図2Cでは上面)および一方主面に相対する他方主面(図1A~図2Cでは下面)と、側面とを有している。絶縁基板11は、複数の絶縁層からなり、平面視にて、側面に位置し、辺方向に長手である凹部12を有している。絶縁基板11は、平面視すなわち主面に垂直な方向から見ると方形状を有している。絶縁基板11は、電子部品2を支持するための支持体として機能する。絶縁基板11の中央部には、平面視にて子部品2を搭載するための搭載部11aが位置している。
絶縁基板11は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス),窒化アルミニウム質焼結体,窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等のセラミックスを用いることができる。絶縁基板11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体である場合であれば、酸化アルミニウム(Al23),酸化珪素(SiO2),酸化マグネシウム(MgO),酸化カルシウム(CaO)等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿物を作製する。上記の泥漿物を、従来周知のドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用してシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製する。次に、上記のセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに、セラミックグリーンシートを複数枚積層して生成形体を形成し、前述の生成形体を高温(約1400℃)で焼成することによって絶縁基板11が製作される。
凹部12は、絶縁基板11の側面で、辺部に位置している。凹部12は、図1Aおよび図1Bに示す例のように、平面視にて角部が円弧状の矩形状である。なお、凹部12は、平面視において、半楕円形状または半長円形状であっても、あるいは複数の段差を有する矩形状であっても構わない。凹部12は、絶縁基板11の辺方向に沿って長く形成されており、幅が深さよりも大きくなっている。凹部12は、絶縁基板11の一方主面から他方主面にかけて位置してもよいし、絶縁基板11の側面の途中から他方主面にかけて位置しても構わない。上記の凹部12は、絶縁基板11用のセラミックグリーンシートのいくつかに、レーザー加工または金型による打ち抜き加工等によって、凹部12となる貫通孔を形成しておくことにより形成される。
内面電極13は、図1A~図2Cに示す例のように、凹部12の内面に位置しており、絶縁基板11の厚み方向に位置している。ビア導体14は、図1A~図2Cに示す例のように、絶縁基板11の角部側に位置しており、絶縁基板11の厚み方向に位置している。配線導体15は、絶縁基板11の主面および内部に位置している。配線導体15は、図1A~図2Cに示す例において、絶縁基板11の主面に位置している。内面電極13およびビア導体14は、図1A~図2Cに示す例のように、配線導体15に電気的に接続されている。内面電極13、ビア導体14および配線導体15は、配線基板1に搭載された電子部品2と外部のモジュール用基板4とを電気的に接続するためのものである。
内面電極13、ビア導体14、配線導体15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る。WまたはMo等の高融点金属材料を用いる場合には、例えばCuと混合または合金化して用いても構わない。
内面電極13または配線導体15は、例えば絶縁基板11用のセラミックグリーンシートに配線導体15用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等の印刷手段によって印刷塗布し、絶縁基板11用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成される。また、ビア導体14は、例えば絶縁基板11用のセラミックグリーンシートに金型またはパンチングによる打ち抜き加工またはレーザー加工等の加工方法によってビア導体14用の貫通孔を形成し、前述の貫通孔に貫通導体用のメタライズペーストを上記印刷手段によって充填しておき、絶縁基板11用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成される。メタライズペーストは、上述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11との接合強度を高めるために、ガラス粉末、セラミック粉末を含んでいても構わない。
平面透視において、図1A~図2Cに示す例のように、配線導体15は、搭載部11aとビア導体14との間に位置する領域を取り囲んだ、配線導体15に非位置領域15aがある。非位置領域15aは、平面透視において、搭載部11aとビア導体14とを結ぶ仮想線上に位置している。配線導体15の非位置領域15aは、絶縁基板11用のセラミックグリーンシートに配線導体15用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等の印刷手段によって印刷塗布する際に、非位置領域15aに配線導体15用のメタライズペーストが塗布されないようにしておくことにより形成することができる。
内面電極13および配線導体15の絶縁基板11から露出する表面には、電気めっき法または無電解めっき法によって金属めっき層が被着される。金属めっき層は、ニッケル,銅,金または銀等の耐食性および接続部材接続性に優れる金属から成るものであり、例えば厚さ0.5~5μm程度のニッケルめっき層と0.1~3μm程度の金めっき層とが順次被着される。上記によって、内面電極13および配線導体15が腐食することを効果的に抑制できるとともに、配線導体15とボンディングワイヤ等の接続部材3との接合、ならびに内面電極13および配線導体15とモジュール用基板4に形成された接続用の接続パッド41との接合を強固にできる。
また、金属めっき層は、ニッケルめっき層/金めっき層に限られるものではなく、ニッケルめっき層/パラジウムめっき層/金めっき層等を含むその他の金属めっき層であっても構わない。
配線基板1の中央部に位置する搭載部11aに電子部品2を搭載し、電子装置を作製できる。配線基板1に搭載される電子素子2は、ICチップまたはLSIチップ等の半導体素子,CCD(Charge Coupled Device)型、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型等の撮像素子、LD(Laser Diode)、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子、PD(Photo Diode)等の受光素子である。例えば、電子部品2がフリップチップ型の電子部品2である場合には、電子部品は、はんだバンプ、金バンプまたは導電性樹脂(異方性導電樹脂等)等の接続部材3を介して、電子部品2の電極と配線導体15とが電気的および機械的に接続されることによって配線基板1に搭載される。また、例えば、電子部品2がワイヤボンディング型の半導体素子である場合には、半導体素子は、低融点ろう材または導電性樹脂等の接合部材によって、配線基板1の搭載部11a上に固定された後、ボンディングワイヤ等の接続部材3を介して半導体素子の電極と導体層15とが電気的に接続されることによって配線基板1に搭載される。上記により、電子部品2は導体層15に電気的に接続される。また、配線基板1の搭載部11a上には、複数の電子部品2を搭載してもよいし、必要に応じて、抵抗素子または容量素子等の小型の電子部品を搭載してもよい。また、電子部品2は必要に応じて、樹脂またはガラス等からなる封止材を用いて、あるいは、樹脂、ガラス、セラミックスまたは金属等からなる蓋体等により封止される。
また、配線基板1の搭載部11aには、複数の電子部品2を搭載してもよいし、必要に応じて、電子部品2の周囲に抵抗素子または容量素子等の小型の電子部品、ミラー等の他の部品を搭載してもよい。配線基板1の搭載部11aに複数の電子部品2を搭載する場合、平面視で複数の電子部品2を囲む領域を搭載部11aとして考えればよい。また、電子部品2は必要に応じて、樹脂またはガラス等からなる封止材を用いて、あるいは、樹脂、ガラス、セラミックスまたは金属等からなる蓋体等により封止される。
本実施形態の電子装置の配線導体が、例えば、モジュール用基板4の接続パッド41にはんだ5を介して接続されて、電子モジュールとなる。電子装置は、凹部12の内面に位置する内面電極13と配線基板1の下面に位置する配線導体15とが、モジュール用基板4の接続パッド41に接続される。
本実施形態の配線基板によれば、平面視で方形状であり、主面側に電子部品2の搭載部11aを含み、側面に凹部12を有する絶縁基板11と、凹部12の内面に位置する内面電極13と、平面透視で絶縁基板11の角部側に位置し、絶縁基板11の厚み方向に両端部が位置するビア導体14と、絶縁基板11の主面側に搭載部11aと内面電極13とビア導体14とを接続する配線導体15とを有しており、平面透視において、配線導体15が搭載部11aとビア導体14との間に位置する領域を取り囲んだ、配線導体に非位置領域15aがある。上記構成により、配線導体15を介して伝熱される電子部品2の熱は、内面電極13とビア導体14との異なる方向に拡散して伝わりやすくなるとともに、ビア導体14側への伝熱を抑制しつつ、凹部12側により伝熱しやすくなり、配線導体15と内面電極13、ビア導体14とに伝熱と電流がかかり、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
また、平面透視において、配線導体15は、ビア導体14が位置した絶縁基板11の角部側の領域に位置していると、配線導体15を伝熱する熱が角部の両辺側に伝熱され、ビア導体14側への伝熱を抑制し、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
また、図1A~図2Cに示す例のように、平面透視において、内面電極13は絶縁基板11の1つの辺に沿う第1部分Iを有しており、第1部分Iと、非位置領域15aを1つの辺側に延長した仮想延長領域Nとが重なっていないと、長期間にわたって使用した際に、ビア導体14に伝熱する熱量が大きくなったとしても、ビア導体14と絶縁基板11の外縁との間に内面電極13が位置しないので、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。なお、第1部分Iと、非位置領域15aを1つの辺側に延長した仮想延長領域Nとが重なっていないとは、図1A~図2Cに示す例のように、非位置領域15aが、配線基板1を側面視した際に、配線基板1の角部と切り欠き部12との間の絶縁基板11の主面に位置し、内面電極13と重ならないことを示している。
また、凹部12および内面電極13およびビア導体14(第1ビア導体)および配線導体15(第1配線導体)および非位置領域15a(第1非位置領域15a)における、搭載部11aの反対側に、凹部12および内面電極13およびビア導体14(第2ビア導体)および配線導体15(第2配線導体)および非位置領域15a(第2非位置領域15a)が位置していると、配線導体15を介して伝熱される電子部品2の熱は、それぞれのビア導体14(第1ビア導体および第2ビア導体)は互いに遠い位置に位置しており、それぞれのビア導体14への伝熱を抑制し、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
また、内面電極13の熱伝導率が、ビア導体14の熱伝導率よりも大きくなるようにしても構わない。上記により、ビア導体14側への伝熱を抑制しつつ、凹部12側の内面電極13側により伝熱しやすくなり、配線導体15と内面電極13、ビア導体14とに伝熱と電流がかかり、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。上記の内面電極13およびビア導体14は、例えば、内面電極13を、銅からなる金属導体、もしくは銅とタングステンまたはモリブデンの混合金属導体とし、ビア導体14をタングステンまたはモリブデンからなる金属導体とすることで、内面電極13の熱伝導率が、ビア導体14の熱伝導率よりも大きくなるようにしても構わない。また、内面電極13に含まれるガラス粉末、セラミック粉末の含有率を、ビア導体14に含まれるガラス粉末、セラミック粉末の含有率よりも小さくし、内面電極13の熱伝導率が、ビア導体14の熱伝導率よりも大きくなるようにしても構わない。
電子装置は、上記構成の配線基板1と、配線基板1に搭載された電子部品2とを有していることによって、小型で高機能な長期信頼性に優れた電子装置とすることができる。
電子モジュールは、接続パッド41を有するモジュール用基板4と、接続パッド41にはんだ5を介して接続された上記構成の電子装置とを有する装置と、電子装置が接続されたモジュール用基板4とを有することによって、長期信頼性に優れたものとすることができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態による配線基板1について、図3A~図5Cを参照しつつ説明する。
第2の実施形態における配線基板1において、上記した実施形態の配線基板1と異なる点は、平面透視において、複数のビア導体14が非位置領域15aの外縁に沿って位置している点である。
内面電極13は、図3Bおよび図4Bに示す例において、網掛けにて示している。ビア導体14は、図3Bおよび図4Bに示す例において、ビア導体14の側面と配線導体15とが重なる領域を点線にて示している。配線導体15は、図3A~図4Bに示す例において、網掛けにて示している。
第2の実施形態における配線基板1によれば、上記した実施形態の配線基板1と同様に、配線導体15を介して伝熱される電子部品2の熱は、内面電極13とビア導体14との異なる方向に拡散して伝わりやすくなるとともに、ビア導体14側への伝熱を抑制しつつ、凹部12側により伝熱しやすくなり、配線導体15と内面電極13、ビア導体14とに伝熱と電流がかかり、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
また、平面透視において、ビア導体14が絶縁基板11の角部を成す各辺側にそれぞれ位置していると、配線導体15からビア導体14側への伝熱を分散し、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
また、複数のビア導体14が非位置領域15aの外縁に沿って位置していると、個々のビア導体14側への伝熱を分散するとともに、非位置領域15aの外縁に沿って配線導体15を介してビア導体14側への伝熱を分散しやすくし、凹部12側に近いビア導体14側への伝熱を抑制し、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
また、図3A~図5Cに示す例において、非位置領域15aの外縁に沿って2つのビア導体14が位置している。非位置領域15aの外縁に沿って3つ以上のビア導体14が位置していても構わない。
また、非位置領域15aの外縁に沿って複数のビア導体14が位置している場合、図3A~図5Cに示す例のように、凹部12および内面電極13およびビア導体14および配線導体15および非位置領域15aにおける、搭載部11aの反対側に、凹部12および内面電極13およびビア導体14および配線導体15および非位置領域15aが位置しているビア導体14の数は同等であってもよい。
また、配線基板1は、上面に電子部品2を収容するためのキャビティ16を有している。上記において、配線導体15の非位置領域15aは、図3A~図5Cに示す例のように、非位置領域15aの一部が、平面視にてキャビティ16の内面よりも内側に位置し、露出していてもよい。上記のように、配線導体15の非位置領域15の一部を露出し、キャビティ16の角部における絶縁基板11の上面側と下面側との積層を良好なものとし、非位置領域15の周囲においてキャビティ16の側壁側への伝熱を良好なものとし、ビア導体14側への伝熱を抑制することで、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
第2の実施形態の配線基板1は、その他は上述の実施形態の配線基板1と同様の製造方法を用いて製作することができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態による配線基板1について、図6A~図8Cを参照しつつ説明する。
第3の実施形態における配線基板1において、上記した実施形態の配線基板1と異なる点は、平面透視において、ビア導体14が絶縁基板11の4つの角部側にそれぞれ位置しており、配線導体15が搭載部11aとビア導体14との間に位置する領域を取り囲んだ、配線導体15の非位置領域15aを有している点である。
内面電極13は、図6Bおよび図7Bに示す例において、網掛けにて示している。ビア導体14は、図6Bおよび図7Bに示す例において、ビア導体14の側面と配線導体15とが重なる領域を点線にて示している。配線導体15は、図6A~図7Bに示す例において、網掛けにて示している。
第3の実施形態における配線基板1によれば、上記した実施形態の配線基板1と同様に、配線導体15を介して伝熱される電子部品2の熱は、内面電極13とビア導体14との異なる方向に拡散して伝わりやすくなるとともに、ビア導体14側への伝熱を抑制しつつ、凹部12側により伝熱しやすくなり、配線導体15と内面電極13、ビア導体14とに伝熱と電流がかかり、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
また、ビア導体14と配線導体15の非位置領域15aとが、配線基板1の4つの角部に位置していると、4つのビア導体14の異なる方向に拡散して伝わりやすくなるとともに、個々のビア導体14側への伝熱を抑制しつつ、配線導体15と内面電極13、ビア導体14とに伝熱と電流がかかり、長期間にわたって使用した際に、内面電極13とビア導体14との間にクラックが生じることを効果的に抑制することができる。
第3の実施形態の配線基板1は、その他は上述の実施形態の配線基板1と同様の製造方法を用いて製作することができる。
本開示は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。例えば、絶縁基板11は、平面視において側面または角部に、凹または面取りを有している矩形状であっても構わない。
第2の実施形態の配線基板1および第3の実施形態の配線基板1は、縦断面視において、キャビティ16の内面が絶縁基板11の上面に対して垂直に形成されているが、キャビティ16の開口側がキャビティ16の底面側よりも広くなるように、キャビティ16の内面が傾斜していても構わない。
また、第1の実施形態の配線基板1~第3の実施形態の配線基板1において、他の実施形態の構成を組み合わせてもよい。例えば、第1の実施形態の配線基板1において、第3の実施形態の配線基板1と同様に、配線基板1の4つの角部側にビア導体14と配線導体15の非位置領域15aとが位置していても構わない。
また、第1の実施形態の配線基板1において、第2の実施形態の配線基板1および第3の実施形態の配線基板1と同様に、キャビティ17を備えていても構わない。
また、配線基板1は、多数個取り基板の形態で製作されていてもよい。

Claims (6)

  1. 平面視で方形状であり、主面側に電子部品の搭載部を含み、側面に凹部を有する絶縁基板と、
    前記凹部の内面に位置する内面電極と、
    平面透視で前記絶縁基板の角部側に位置し、前記絶縁基板の厚み方向に両端部が位置するビア導体と、
    前記絶縁基板の主面側に前記搭載部と前記内面電極と前記ビア導体とを接続する配線導体とを有しており、
    平面透視において、該配線導体が前記搭載部と前記ビア導体との間に位置する領域を取り囲んだ、前記配線導体に非位置領域があり、
    平面透視において、前記内面電極は、前記絶縁基板の1つの辺に沿う第1部分を有しており、該第1部分と、前記非位置領域を前記1つの辺側に延長した仮想延長領域とが重なっていないことを特徴とする配線基板。
  2. 平面透視において、前記配線導体は、前記ビア導体が位置した前記絶縁基板の角部側の領域に位置していることを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
  3. 平面透視において、前記ビア導体が前記絶縁基板の角部を成す各辺側にそれぞれ位置していることを特徴とする請求項1または請求項に記載の配線基板。
  4. 平面透視において、前記凹部および前記内面電極および前記ビア導体および前記配線導体および前記非位置領域における、前記搭載部の反対側に、前記凹部および前記内面電極および前記ビア導体および前記配線導体および前記非位置領域が位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の配線基板。
  5. 請求項1乃至請求項のいずれかに記載の配線基板と、
    該配線基板に搭載された電子部品とを有することを特徴とする電子装置。
  6. 接続パッドを有するモジュール用基板と、
    前記接続パッドにはんだを介して接続された請求項に記載の電子装置とを有することを特徴とする電子モジュール。
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