JPWO2005071744A1 - 積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造 - Google Patents

積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造 Download PDF

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Abstract

積層型電子部品は、一方の主表面および他方の主表面を有する積層基板(1)と、接触面および実装面を有し、一方の主表面に接触面が接合された樹脂層(3)と、樹脂層(3)の内部に形成されたビア導体(4)と、ビア導体(4)に接触するように、実装面に配置された外部端子電極(5)とを備える。外部端子電極(5)は、実装面の側の主表面において、ビア導体(4)と接続している第1の領域と、実装面と反対側の主表面において、接合材(6)が配置されるべき第2の領域とを有し、第2の領域は、第1の領域を実装面と反対側の主表面に投影したときに、影になる領域を避けて配置されている。

Description

本発明は、積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造に関する。
近年、セラミックの多層基板は、LTCC(Low Temperature Co−Fired Ceramic)から形成されたものが主流となっている。これは、LTCCが、1000℃以下の低温で焼成することが可能であり、銀や銅などの低抵抗金属を配線導体として用いることができるためである。
しかし、LTCCは、焼成温度を下げて形成され、ガラス成分が相当量含まれていることが多いため、純粋なセラミックに比べて脆弱になる。たとえば、純粋なアルミナの抗折強度が300MPa程度であるのに対して、体積比率が50:50のアルミナとガラスとを混合してなるLTCCの抗折強度は200MPa程度になってしまう。
このため、セラミック多層基板をプリント配線板に実装した状態で、落下試験を行なうと、セラミック多層基板とプリント配線板との接合部分に引張応力が生じて、セラミック多層基板のうちプリント配線板と接合されている部分にクラックが生じやすくなる。
このような機械的な脆弱さを補うため、衝撃吸収の機能を有する樹脂層が形成されたセラミック多層基板が提案されている。図20に、特開2003−124435号公報に開示されている高周波半導体装置の概略断面図を示す。セラミック多層基板102の内部には、抵抗108やチップコンデンサなどの部品が形成されている。セラミック多層基板102の上面には、チップ抵抗やチップコンデンサなどのチップ部品103が配置されている。
セラミック多層基板102の下面には、トランジスタなどの半導体素子101が形成されている。セラミック多層基板102の下面には、半導体素子101を埋没するように、複合樹脂材料層110が形成されている。複合樹脂材料層110の下面には、外部のプリント基板120の電気回路と接続を行なうための外部接続用電極104が形成されている。半導体素子101などの部品と、外部接続用電極104との接続は、複合樹脂材料層110を貫通するように配置されたビア導体としての導電性樹脂112によって行われる。外部接続用電極104は、接合材122を介して、プリント基板120の主表面に形成されたパッド電極121と電気的に接続している。
特開2003−124435号公報
図21に背景技術における課題の説明図を示す。図21は、外部接続用電極104の部分の拡大断面図である。複合樹脂材料層110のような樹脂層は、熱硬化性樹脂である樹脂シートを加熱圧着する方法によってセラミック多層基板102に接合される。この樹脂シートが、半硬化状態(プリプレグ状態)のときに、セラミック多層基板102に接合することによって、半導体素子101などを埋込む。
ところが、このように樹脂シートをセラミック多層基板102に圧着した場合、セラミック多層基板102に比べて樹脂シートが軟らかいため、複合樹脂材料層110の内部に予め形成された導電性樹脂112が隆起しやすくなる。このため、外部接続用電極104と複合樹脂材料層110とが離れることが生じてしまう。
また、ビア導体の熱膨張係数は、16〜20ppm/℃であるのに対して、ビア導体の周囲にある樹脂層の熱膨張係数は、11〜16ppm/℃と小さい。リフローなどによって温度が上昇するとビア導体と樹脂層との膨張量に差が生じる。樹脂層よりビア導体の方が大きく膨張するため、ビア導体は樹脂層の裏面より隆起する。ビア導体の隆起によって、外部接続用電極の一部または全部が樹脂層から引き剥がされてしまう。すなわち、外部接続用電極と樹脂層とが完全に非接触になったり、外部接続用電極と樹脂層との接合強度が弱くなったりする。
このように、外部接続用電極と樹脂層との接合強度が低下した状態で、わずかな外力が加わると、外部接続用電極はビア導体と離れてしまい、導通不良を引起こすという問題があった。
たとえば、電子機器が落下するなどの原因により、プリント基板とセラミック多層基板とが互いに離れる向きの力が加わった場合には、半田を介して、外部接続用電極と樹脂層との接合部分にも互いに引っ張られる力が働く。このような場合にも、樹脂層と外部接続用電極との接合強度が弱い場合には、外部接続用電極が引き剥がされてしまって、ビア導体と外部接続用電極との導通不良を引き起こしてしまうという問題があった。
外部接続用電極を引き剥がそうとする力には、上記の他、セラミック多層基板をマザー基板に接合する際の半田固化による半田の凝縮によるものがある。また、外部接続用電極にNi−Auメッキを施す場合には、Niメッキ時にメッキ浴内の還元剤から発生する水素イオンがNi内で固溶して結晶格子を膨張させた状態で硬化する。しかし、後に、この固溶した水素イオンは拡散放出されて、メッキ層は収縮して体積が小さくなろうとする。この収縮の際に、メッキ層が下地に拘束されてしまい、めっき層に引張りの応力が残留する。この残留応力によっても、外部接続用電極が引き剥がされ、導通不良が生じるという問題があった。
本発明は、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止した積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造を提供することを目的とする。
本発明に基づく積層型電子部品は、一方の主表面および他方の主表面を有する部品本体と、接触面および実装面を有し、一方の主表面に接触面が接合された樹脂層と、樹脂層の内部に形成されたビア導体と、ビア導体に接触するように、実装面に配置された外部端子電極とを備える。外部端子電極は、実装面の側の主表面において、ビア導体と接続している第1の領域と、実装面と反対側の主表面において、マザー基板上のパッド電極と外部端子電極とを接続するための接合材が配置されるべき第2の領域とを有し、第2の領域は、第1の領域を実装面と反対側の主表面に投影したときに、第2の領域の中心が第1の領域の影となる領域と重ならないように配置されている。この構成を採用することにより、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止した積層型電子部品を提供することができる。
好ましくは、第2の領域は、第1の領域を実装面と反対側の主表面に投影したときに、影になる領域を避けて配置されている。この構成を採用することにより、外部端子電極とビア導体との導通不良をさらに効果的に防止することができる。
好ましくは、外部端子電極が複数形成され、第1の領域は、実装面の一点を取り囲むように並んで配置されている。この構成を採用することにより、外部端子電極の第1の領域にかかる力がほぼ均等に分散され、外部端子電極とビア導体との導通不良をより確実に防止することができる。
好ましくは、外部端子電極が複数形成され、第2の領域は、実装面の一点を取り囲むように並んで配置されている。この構成を採用することにより、外部端子電極の第2の領域にかかる力がほぼ均等に分散され、外部端子電極とビア導体との導通不良をより確実に防止することができる。
好ましくは、外部端子電極は、ランド部と、ランド部より幅の細い引出し部とを含み、第1の領域は、引出し部に配置され、第2の領域は、ランド部に配置されている。この構成を採用することにより、接合材が、ランド部から引出し部に向かって移動することを防止でき、外部端子電極とビア導体との導通不良をより確実に防止することができる。
好ましくは、部品本体は、複数に積層されたセラミック層からなるセラミック多層基板を含む。部品本体は、たとえば樹脂基板などでも構わないが、セラミック多層基板を含むことによって本発明の効果が顕著になる。
好ましくは、部品本体の内部に配置された第1の回路要素と、樹脂層の内部に配置された第2の回路要素と、一方の主表面に配置され、第1の回路要素および第2の回路要素を電気的に接続するための中間導体とを備える。この構成を採用することにより、部品本体に形成できる回路要素を多くすることができる。
好ましくは、部品本体の内部に配置された第1の回路要素と、他方の主表面に配置され、第1の回路要素と電気的に接続された第1の回路部品とを備える。この構成を採用することにより、第1の回路部品を備える積層型電子部品に本発明を適用することができる。
好ましくは、他方の主表面に配置されたモールド樹脂層を備え、モールド樹脂層は、第1の回路部品を覆い隠すように形成さている。この構成を採用することにより、積層型電子部品をマザー基板などに実装しやすくなり、また、第1の回路部品を衝撃などから保護することができる。
好ましくは、部品本体に接続された金属ケースを備え、金属ケースは、第1の回路部品を覆うように形成されている。この構成を採用することにより、積層型電子部品をマザー基板などに実装しやすくなり、また、第1の回路部品を衝撃などから保護することができる。
好ましくは、部品本体の内部に配置された第1の回路要素と、一方の主表面に配置され、第1の回路要素と電気的に接続された第2の回路部品とを備える。この構成を採用することにより、第2の回路部品を備える積層型電子部品に、本発明を適用することができる。
好ましくは、一方の主表面にグランド電極およびダミー電極のうち少なくとも一方の電極が形成されている。この構成を採用することにより、ダミー電極を備える積層型電子部品や高周波半導体装置などのグランド電極を備える積層型電子部品に、本発明を適用することができる。
本発明に基づく積層型電子部品の実装構造は、上述の積層型電子部品と、積層型電子部品を搭載するためのマザー基板とが、第2の領域に配置された接合材を介して接続されている。この構成を採用することにより、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止した積層型電子部品の実装構造を提供することができる。
本発明によれば、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止した積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造を提供することができる。
[図1]実施の形態1における第1の積層型電子部品の概略断面図である。
[図2A]実施の形態1における第1の積層型電子部品の外部端子電極の平面図である。
[図2B]実施の形態1における外部端子電極の配置を説明する図である。
[図3]実施の形態1における第2の積層型電子部品の外部端子電極の説明図である。
[図4]実施の形態1における第3の積層型電子部品の概略断面図である。
[図5]実施の形態1における第4の積層型電子部品の概略断面図である。
[図6]実施の形態1における第5の積層型電子部品の概略断面図である。
[図7]実施の形態1における積層型電子部品の製造方法の第1工程図である。
[図8]実施の形態1における積層型電子部品の製造方法の第2工程図である。
[図9]実施の形態1における積層型電子部品の製造方法の第3工程図である。
[図10]実施の形態1における積層型電子部品の製造方法の第4工程図である。
[図11]実施の形態1における積層型電子部品の製造方法の第5工程図である。
[図12]実施の形態1における積層型電子部品の製造方法の第6工程図である。
[図13]実施の形態1におけるグランド電極を含む積層型電子部品の製造方法の説明図である。
[図14]実施の形態2における第1の積層型電子部品の説明図である。
[図15]実施の形態2における第2の積層型電子部品の説明図である。
[図16]実施の形態2における第3の積層型電子部品の説明図である。
[図17A]実施の形態2における積層型電子部品の作用および効果の説明図である。
[図17B]実施の形態2における積層型電子部品の作用および効果の説明図である。
[図18]実施の形態3における積層型電子部品の概略断面図である。
[図19A]実施の形態3における積層型電子部品の外部端子電極の部分の平面図である。
[図19B]実施の形態3における外部端子電極の配置を説明する図である。
[図20]従来の技術に基づく高周波半導体装置の概略断面図である。
[図21]従来の技術に基づく高周波半導体装置の不具合を説明する概略断面図である。
符号の説明
1 積層基板、2 セラミック層、3,16 樹脂層、4,17 ビア導体、5,18,21,22,23,58,59 外部端子電極、6,27,28 接合材、7 表面パッド電極、8 マザー基板、9,10,20 ランド電極、11 第1の回路要素、13 第1の回路部品、14 第2の回路部品、15 グランド電極、25 モールド樹脂層、26 金属ケース、30,32,34,36,38 ランド部、31,33,35,37,39 引出し部、40,42,48,50 第1の領域、41,43,49,51 第2の領域、52 レジスト材、55,57 ビア導体接続部、60,61矢印、101 半導体素子、102 セラミック多層基板、103 チップ部品、104 外部接続用電極、108 抵抗、110 複合樹脂材料層、112 導電性樹脂、120 プリント基板、121 パッド電極、122 接合材。
(実施の形態1)
図1から図13を参照して、本発明に基づく実施の形態1における積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造について説明する。なお、本発明における「上側」や「上方」などの向きを表わす用語については、絶対的な方向(たとえば鉛直方向)を示すものではなく、各部品同士の相対的な位置関係を示すものである。
図1に、本実施の形態における第1の積層型電子部品の概略断面図を示す。積層型電子部品は、部品本体としての積層基板1を備える。積層基板1は、たとえばセラミックグリーンシートから形成されたセラミック層2が複数積層されて、さらに、焼結されたセラミック多層基板からなる。セラミック層2の境界面には、コンデンサや抵抗などの第1の回路要素11が形成されている。第1の回路要素11は、セラミック層2の主表面に沿って形成されている。第1の回路要素11は、必要に応じてそれぞれが電気的に接続されている。
積層基板1の上側の主表面には、第1の回路要素11と電気的に接続されたランド電極10が形成されている。また、積層基板1の上側の主表面には、ランド電極10を介して、コンデンサや抵抗などの第1の回路部品13が配置されている。第1の回路部品13は、はんだ等の接合材を介してランド電極10に電気的に接続されている。ランド電極10には、第1の回路部品13と第1の回路要素11とを電気的に接続するためのものの他に、第1の回路部品13同士を接続するためのものがある。
積層基板1の下側の主表面には、ランド電極9が形成されている。ランド電極9には、抵抗やコンデンサなどの第2の回路部品14が電気的に接続されている。ランド電極9には、第1の回路要素11と第2の回路部品14とを電気的に接続するもののほか、第2の回路部品14同士を電気的に接続するものがある。第2の回路部品14は、積層基板1の下側の主表面において、はんだ等の接合材を介してランド電極9に固定されている。
積層基板1の下側の主表面には、樹脂層3が形成されている。樹脂層3は、積層基板1と接合されている接触面と外部端子電極5が接合されている実装面とを有する。樹脂層3の内部において樹脂層3の周縁部には、樹脂層3を貫通するようにビア導体4が形成されている。ビア導体4は、ランド電極9と電気的に接続している。樹脂層3の実装面には、外部との電気的な接続を形成するために、外部端子電極5が形成されている。外部端子電極5は、膜状に形成されている。外部端子電極5は、ビア導体4と接触して電気的に接続されている。外部端子電極5の下側には、接合材6が接合される。接合材6は、積層基板1と樹脂層からなる積層型電子部品をマザー基板8に形成された表面パッド電極7に接続するためのものである。マザー基板8は、たとえばプリント配線板である。マザー基板8に形成された電気回路は表面パッド電極7に接続している。
積層基板1の下側の主表面には、図示しない第2の回路要素が形成されている。第2の回路要素は、樹脂層3と積層基板1との界面に配置されている。第2の回路要素は、積層基板1の下側の主表面に形成された中間導体によって、第1の回路要素11と電気的に接続されている。
樹脂層3としては、たとえば、無機フィラーが添加されている熱硬化性樹脂が用いられる。無機フィラーは、樹脂層の熱膨張係数の調整や、半硬化状態における樹脂シートの流動性の調節などを目的として適量が添加される。樹脂層の厚さは、内部に第2の回路部品が形成されていない場合には、たとえば10〜300μm(積層基板の厚さに対して、0.01〜0.5倍程度が好ましい)、内部に第2の回路部品が形成されている場合には、たとえば200〜1000μm(積層基板の厚さに対して、0.1〜2倍程度が好ましい)である。また、本実施の形態における積層基板の厚さは約1mmである。それぞれの図においては、適宜その厚さを変更して記載している。本実施の形態における樹脂層は、1層から形成されているが、複数の樹脂層が積層されていても構わない。
接合材としては、熱硬化型の導電性接着剤や熱溶融型のロウ材などを使用することができる。導電性接着剤としては、たとえば、銀などの金属粉末とエポキシ樹脂などの熱硬化性接着剤とを含有するものを用いることができる。また、ロウ材としては、加熱手段などで溶融できる可溶性と、導体同士を電気的および機械的に接合できる接合性とを有する材料であれば用いることができ、たとえば、半田を用いることができる。
回路部品には、トランジスタ、IC、LSIなどの能動素子や、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップサーミスタおよびチップインダクタなどの受動素子が含まれる。回路要素としては、コンデンサ、インダクタまたは抵抗などが含まれる。
図2Aに外部端子電極の説明図を示す。図2Aは、外部端子電極5の平面図である。外部端子電極5は、平面形状が長方形になるように形成されている。また、外部端子電極5は、樹脂層3の実装面の側の主表面(実装面に接合している主表面)と反対側の主表面とを有する。外部端子電極5は、実装面と接合している面に、ビア導体と接続している第1の領域40を含む。外部端子電極5は、実装面と接合している面と反対側の主表面に、接合材と接続している第2の領域41を含む。
図2Aに示すように、第2の領域41は、第1の領域40を反対側の主表面に投影したときに、第2の領域41の中心が第1の領域40の影となる領域と重ならないように配置されている。さらに、本実施の形態においては、第2の領域41は、第1の領域40を反対側の主表面に投影したときに、影になる領域を避けて配置されている。すなわち、外部端子電極5を主表面に垂直な方向(セラミック層の積層方向)から透視して見たときに、第1の領域40と第2の領域41とが重ならないように配置されている。本実施の形態においては、ビア導体の断面形状である円の径が外部端子電極5の幅より小さく、第1の領域40が完全な円形をしているが、特にこの形態に限られず、ビア導体の径の方が外部端子電極5の幅よりも大きくてもよい。また、接合材の断面の径が外部端子電極5の幅より小さく、第2の領域41が円形になるように形成されていてもよい。
図2Bに、樹脂層における外部端子電極の位置の説明図を示す。図2Bは、マザー基板の側から積層型電子部品を見たときの透視図である。本実施の形態における樹脂層3は、平面形状がほぼ四角形になるように形成されている。外部端子電極5は、平面形状における長手方向が、樹脂層3の四角形の重心位置に向かうように配置されている。すなわち、外部端子電極5は、樹脂層3の平面形状の重心位置を中心として、放射状に形成されている。それぞれの外部端子電極5における第1の領域40は樹脂層3の外側に配置され、第2の領域41は樹脂層3の内側に配置されている。
第1の領域40は、樹脂層3の実装面の重心位置を取り囲むように並んで配置されている。第1の領域40は、樹脂層3の実装面において、外縁にほぼ平行になるような外周部に形成されている。第2の領域41についても同様に、樹脂層3の実装面の重心位置を取り囲むように並んで配置されている。本実施の形態においては、第1の領域40および第2の領域41が、実装面の重心位置を取り囲むように配置されているが、特にこの形態に限られず、実装面の任意の一点を取り囲むように配置されていてもよい。
図3に、本実施の形態における第2の積層型電子部品の説明図を示す。図3は、第2の積層型電子部品の樹脂層における外部端子電極の位置の説明図であり、マザー基板の側から積層型電子部品を見たときの透視図である。第2の積層型電子部品において、外部端子電極5が、樹脂層3の平面形状の重心位置を中心として放射状に形成されていることは、第1の積層型電子部品と同様である。第2の積層型電子部品においては、第1の領域40が第2の領域41よりも内側に配置されている。第1の領域および第2の領域は、それぞれ樹脂層3の実装面の重心位置を取り囲むように配置されている。ビア導体および接合材などは、第1の領域および第2の領域に対応するように配置されている。その他の構成については、第1の積層型電子部品と同様である。
また、上述した実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第2の領域41は、第1の領域40よりも大きい。このため、本実施の形態のように第2の積層型電子部品を実装面からみたときに、第1の領域40を内側に配置して、第2の領域41を外側に配置することにより、第2の領域41をより高密度に配置することができ、ひいては、外部端子電極の多ピン化を達成できる。
図4に、本実施の形態における第3の積層型電子部品の概略断面図を示す。第3の積層型電子部品においては、第1の積層型電子部品の構成に加えて、積層基板1の上側の主表面に配置されたモールド樹脂層25を備える。モールド樹脂層25は、積層基板1の主表面に配置された第1の回路部品13を覆い隠すように形成されている。第1の回路部品13は、モールド樹脂層25の内部に完全に埋込まれている。
図5に、本実施の形態における第4の積層型電子部品の概略断面図を示す。第4の積層型電子部品は、第1の積層型電子部品の構成に加えて、部品本体としての積層基板1に固定された金属ケース26を備える。金属ケース26は、第1の回路部品13を覆うように形成されている。第1の回路部品13は、金属ケース26と積層基板1とで囲まれる密閉された空間に配置されている。金属ケース26は、上面が平面になるように形成されている。
図6に、本実施の形態における第5の積層型電子部品の概略断面図を示す。第5の積層型電子部品は、積層基板1の下側の主表面に、グランド電極15が形成されている。グランド電極15は、第1の回路要素11と電気的に接続されている。また、グランド電極15は、ランド電極20と一定の間隔をあけて配置されている。積層基板1の下側の主表面には、樹脂層16が形成されている。第5の積層型電子部品においては、樹脂層16の内部に、第2の回路部品が形成されていないが、第2の回路部品が形成されていてもよい。
樹脂層16の下側の主表面である実装面には、外部端子電極18が形成されている。外部端子電極18は、ビア導体17によってランド電極20と電気的に接続している。
外部端子電極18において、ビア導体17が接触している第1の領域よりも、接合材6が接触している第2の領域が内側に配置され、外部端子電極18を透視して見たときに、第1の領域と第2の領域とが重ならないように形成されていることは、第1の積層型電子部品と同様である。この他の第5の積層型電子部品の構成については、第1の積層型電子部品と同様であるので説明は繰り返さない。
本実施の積層型電子部品の実装構造は、上述の積層型電子部品と、積層型電子部品を搭載するためのマザー基板とが、第2の領域に配置された接合材を介して固定されている。
本実施の形態における積層型電子部品は、積層基板の内部に配置された第1の回路要素、積層基板の主表面に形成された第2の回路要素、第1の回路部品および第2の回路部品によって電気的な処理が行われる。積層型電子部品の電気回路は、マザー基板に形成された電気回路と接合材を介して電気的に接続されている。
図1に示す第1の積層型電子部品において、ビア導体4の膨張係数と樹脂層3の膨張係数との差に起因して、温度が上昇した際にはビア導体4が樹脂層3の搭載面から隆起することがある。しかしながら、本発明において、ビア導体4が隆起する部分は、ビア導体4と接続している部分の周りの一部分である。上記の一部分と異なる部分は、樹脂層3と接合している。このため、外部端子電極5が、樹脂層3から引き剥がされることはなく、ビア導体4と外部端子電極5とが接触している状態を維持することができる。すなわち、樹脂層3と外部端子電極5との接触面積が大きく、接合強度が大きいため、外部端子電極5が樹脂層3から引き剥がされることを防止できる。
このように、外部端子電極が、樹脂層の実装面の側の主表面において、ビア導体と接続された第1の領域と、実装面と反対側の主表面において、マザー基板上のパッド電極と外部端子電極を接続するための接合材が配置されるべき第2の領域とを有し、第2の領域は、第1の領域を実装面と反対側の主表面に投影したときに、第2の領域の中心が第1の領域の影となる領域と重ならないように配置されていることによって、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止することができる。さらに、第2の領域が第1の領域の影になる領域を避けて配置されていることによって、外部端子電極とビア導体との導通不良をより効果的に防止することができる。すなわち、外部端子電極5が樹脂層3から離れる領域を第1の領域の近傍のみとすることができ、第2の領域の近傍においては、外部端子電極と樹脂層とが接合した状態を維持することができる。この結果、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止できる。
ビア導体を形成している導電性ペーストの導電性を高めるために、ビア導体に金属フィラーを多く含ませることがある。この場合、接着成分としての樹脂成分が少なくなるのでビア導体と外部端子電極との接着力は弱くなり、さらに外部端子電極がビア導体から引き剥がされやすくなる。しかし、このような場合においても、本発明に基づく積層型電子部品は、外部端子電極全体が樹脂層から引き剥がされることを防止でき、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止することができる。
特に、落下した際の衝撃などによって、マザー基板と積層基板とを引き剥がすように力が加わった場合、接合材を介して外部端子電極を樹脂層から引き剥がそうとする力が加わるが、本発明に基づく積層型電子部品においては、接着力の小さい外部端子電極とビア導体との接合部分が、この引き剥がす力が加わる位置から離れているため、外部端子電極が樹脂層から引き剥がされることを防止できる。
図2Bに示すように、本実施の形態における積層型電子部品は、第1の領域が樹脂層の実装面の中心(重心)を取り囲むように配置されている。この構成を採用することにより、外部端子電極とビア導体とが接触している部分にかかる力を、複数の外部端子電極とビア導体との接合部分にほぼ均等に分散することができ、ビア導体と外部端子電極とが引き離されることをより確実に防止できる。取り囲む中心となるべき点については、特に、重心位置に限られず、任意の点を定めることができる。
また、第2の領域においても、樹脂層の実装面の中心(重心)を取り囲むように形成されている。この構成を採用することにより、外部端子電極と接合材との間にかかる力をほぼ均等に分配することができる。このため、接合材を介して、外部端子電極とビア導体または樹脂層との間に加わる力が特定の箇所に集中することを防止でき、より確実にビア導体と外部端子電極との導通不良を防止することができる。取り囲む中心となるべき点については、特に、重心位置に限られず、任意の点を定めることができる。
本実施の形態における部品本体としての積層基板には、複数に積層されたセラミック層からなるセラミック多層基板を含む。部品本体としては、たとえば樹脂基板でもかまわないが、部品本体がセラミック多層基板のような硬いものの方が、ビア導体の隆起が大きくなるため、本発明の効果が顕著になる。
本実施の形態における第1の積層型電子部品は、部品本体の内部に配置された第1の回路要素の他に、樹脂層の内部に配置された第2の回路要素と第1の回路要素および第2の回路要素を電気的に接続するための中間導体を備える。この構成を採用することにより、回路要素の数を多くすることができる。中間導体としては、たとえば、銅で形成された配線パターンが挙げられる。
同様に、積層基板の主表面には、第1の回路要素と電気的に接続された第1の回路部品および第2の回路部品を備える。この構成を採用することにより、電子部品を数多く備えることができる。
図3に示す第2の積層型電子部品の作用および効果については、第1の積層型電子部品の作用および効果と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
図4に示す第3の積層型電子部品においては、第1の回路部品を覆い隠すようにモールド樹脂層が形成されている。この構成を採用することにより、積層型電子部品をマザー基板などに搭載する際に第1の回路部品が破損することを防止できる。また、製品が完成後も、第1の回路部品をモールド樹脂層で保護することができる。
図5に示す第4の積層型電子部品においては、第1の回路部品を覆うように金属ケースが形成されていることによって、第3の積層型電子部品と同様に、第1の回路部品を保護することができる。また、金属ケースが形成されていることによって、マウンターなどのマザー基板への実装を行なう装置を用いやすくすることができる。金属ケースとしては、加工のしやすさやその価格から洋白やリン青銅が用いられることが好ましい。
図6に示す第5の積層型電子部品においては、積層基板の下側の主表面にグランド電極が形成されている。この構成を採用することにより、グランド電極が必要な積層型電子部品に本発明を適用することができる。たとえば、積層型電子部品が高周波用の部品である場合においても、本願発明を適用することができる。また、ランド電極とグランド電極とを非常に近づけることができ、高周波用電子部品の特性を向上させることができる。
グランド電極としては、銅箔でなく焼結によって形成される電極が好ましい。すなわち、後に説明するLTCC基板が形成される工程で、直接的に積層基板に形成されることが好ましい。銅箔の表面粗さRmaxと焼結金属の表面粗さRmaxとを比較した場合に、銅箔が数μmなのに対し、焼結金属は数十μmと1桁大きい。このため、樹脂層と接合される際に、アンカー効果が働いて、樹脂層と積層基板との接合強度が大きくなる。これらの表面粗さの差は、銅箔がメッキまたは銅板の圧延であることに対して、焼結金属がワニスと呼ばれる樹脂を含有し、焼付け時にその樹脂が飛翔して内部や表面にポアと呼ばれる空洞が残存することに起因している。
上記の表面粗さの差を利用して、グランド電極が電子部品の機能上不要であるときにおいても、ダミー電極(第1の回路要素と電気的に接続されていない電極)を積層基板の裏面に配置する場合がある。この構成を採用することにより、積層基板と樹脂層との接合強度を非常に大きくすることができる。
グランド電極は、樹脂層と積層基板との間に形成されることが好ましい。しかし、高密度実装を達成するために他の配線が配置されていたり、測定用の孔(たとえば、プローブ挿入用の孔)が形成されていたりする場合には、積層基板の裏面に配置することが困難である。このような場合などには、グランド電極がその他の位置に配置されていてもよい。
本実施の形態における積層型電気部品の実装構造は、上述の積層型電子部品をマザー基板などに配置することができ、外部端子電極とビア導体との導通不良を防止した実装構造を提供することができる。その他の作用および効果については、上述の積層型電子部品の効果と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
図7から図13を参照して、本実施の形態における積層型電子部品の製造方法について説明する。
はじめに、PETなどの樹脂フィルムの主表面上に、セラミックスラリをコーティングして乾燥させ、厚さが10〜200μm程度のセラミックグリーンシートを形成する。
次に、このグリーンシートを金型を使ったり、レーザを用いたりして、直径が0.1mm程度のビアホールとしての貫通孔を形成する。
次に、銀や銅を主成分とする金属紛、樹脂および有機溶剤を混練した電極ペーストをビアホール内に充填して乾燥する。次に、グリーンシートの主表面にスクリーン印刷などの方法によって電極ペーストなどを所定のパターンに印刷した後に乾燥させる。積層基板の主表面となるべき面には、電極ペースト用いて回路部品などを接続するためのランド電極も形成しておく。
次に、図7に示すように、それぞれの印刷パターンで形成された複数のグリーンシートを積層して、圧力100〜1500kg/cm、温度40〜100℃程度の条件で圧着することによって、セラミック層2を複数含む積層基板1を形成する。次に、電極ペーストがAg系ならば空気雰囲気中において850℃程度の温度で焼成する。電極ペーストがCu系ならばN雰囲気中において950℃程度の温度で焼成する。
この後に、必要に応じて積層基板1の主表面に形成されたランド電極9,10にNi/SnまたはNi/Auなどのメッキを湿式メッキ法などによって成膜する。このように、図7に示す積層基板1(LTCC基板:セラミック多層基板)を形成する。次に、積層基板1の裏側には、第2の回路部品を搭載する。
一方で、積層基板に圧着するための樹脂層の部分を製造する。はじめに、支持体の主表面に、厚さ10〜40μm程度の銅箔を貼り付ける。次に、フォトレジストの塗布、露光、現像、エッチングおよびレジスト剥離を行なって銅箔のパターニングを行なう。この銅箔が、後に外部端子電極となる。外部端子電極は、ビア導体が形成されている位置に対応するように形成する。
次に、図8に示すように、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂など)と無機フィラー(Al、SiOまたはTiOなど)を混合した樹脂シートに対して、レーザなどでビア導体を充填するためのビアホールを形成する。このビアホールの内部に、半田または導電性樹脂(Au、Ag、CuまたはNiなどの金属粒子とエポキシ樹脂、フェノール樹脂、またはシアネート樹脂などの熱硬化性樹脂とを混合したもの)を充填する。
次に、図9に示すように、上記の銅箔、樹脂シートおよび積層基板について位置決めを行なった後に、積層している状態でラミネート(加熱と加圧)を行なう。
次に、図10に示すように、積層基板1において、樹脂層3が配置された側と反対側に、第1の回路部品13を取り付ける。第1の回路部品13の取り付けにおいては、SMD(Surface Mount Device)を半田や導電性樹脂で取り付けたり、半田バンプが形成されたIC(Integrated Circuit)、半導体デバイスまたはSAWフィルタ(弾性表面波フィルタ)などを取り付けたりする。または、これらの部品を積層基板1に固定した後に、Au線、Al線またはCu線などを用いてワイヤボンドを行なうことにより電気的に接続する。
次に、図11に示すように、積層基板1に、金属ケース26を固定する。最後に、図12に示すように、形成された積層型電子部品を、マザー基板8に接合材6を介して取り付ける。
ここで、積層型電子部品は、図12に示すように、外部端子電極を形成するための銅箔が片面のみに形成され、さらに、マザー基板などに実装される際に半田フィレットのないものが好ましい。たとえば、LGA(Land Grid Array)のタイプが構造上簡単で製造し易く、また、安価であるため好ましい。
貫通孔に半田が充填された樹脂層を用いる場合、この樹脂層とLTCC基板の裏面の電極や銅箔との接合には周知のリフロー工程が行われる。すなわち、樹脂層とLTCC基板をラミネート後に、リフロ−工程でマザー基板に実装したり、樹脂層、LTCC基板およびマザー基板との結合をリフロー工程で一度に行なったりすることができる。
また、第1の回路部品または第2の回路部品を埋込むように、積層基板の全面に熱硬化性樹脂を配置して硬化させる製造方法も適用できる。この場合においては、積層基板の一方の主表面に配置する樹脂と他方の主表面に配置する樹脂の熱膨張係数がほぼ同じものを用いることが好ましい。この方法を採用することにより、後のラミネートを行なう工程で積層基板が曲がったり割れたりすることを防止できる。
グランド電極を備える積層型電子部品については、前述のように、グランド電極が焼結によって得られることが好ましい。製造工程においては、図13に示すように、予めグランド電極15となるべき焼結金属を積層基板1に接合しておいて、焼成を行なうことが好ましい。
(実施の形態2)
図14から図17Bを参照して、本発明に基づく実施の形態2における積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造について説明する。
本実施の形態における積層型電子部品において、部品本体、樹脂層、ビア導体、外部端子電極および接合材を備えることは、実施の形態1における積層型電子部品と同様である。本実施の形態における積層型電子部品は、外部端子電極の形状に特徴を有する。
図14に、本実施の形態における第1の積層型電子部品に含まれる外部端子電極の平面図を示す。外部端子電極21は、板状に形成されている。外部端子電極21は、ランド部30と、ランド部30より幅の細い引出し部31とを含む。ランド部30および引出し部31は、それぞれの平面形状が長方形になるように形成されている。ビア導体が接続される第1の領域42は、引出し部31に配置され、接合材が接続される第2の領域43は、ランド部30に配置されている。第1の領域42は、引出し部31のうちほぼ端部に配置されている。第2の領域43は、ランド部30のうちほぼ端部に配置されている。
第1の領域42は、外部端子電極21の主表面のうち樹脂層の実装面の側の主表面(樹脂層と接合している主表面)に配置され、第2の領域43は、上記の実装面と反対側の主表面に配置されている。第2の領域43は、第1の領域42を反対側の主表面に投影したときに影になる領域を避けて配置されている。特に、本実施の形態においては、第1の領域42および第2の領域43は、それぞれ外部端子電極21のほぼ端部に配置され、互いの距離が遠くなるように配置されている。
図15に、本実施の形態における第2の積層型電子部品の説明図を示す。図15は、樹脂層に対する外部端子電極の位置および外部端子電極の平面形状の説明図である。第2の積層型電子部品は、外部端子電極22および外部端子電極23を含む。樹脂層3は、断面がほぼ長方形になるように形成されている。樹脂層3の該長方形の1辺のほぼ中央部には外部端子電極22が配置され、該長方形の角となる部分に外部端子電極23が配置されている。
外部端子電極22は、平面形状が長方形のランド部32を含む。また、外部端子電極22は、平面形状がほぼ長方形に形成され、ランド部32の長方形の一辺から長手方向が垂直に突出するように形成された引出し部33を含む。外部端子電極23は、平面形状がほぼ長方形のランド部34を含む。また、外部端子電極23は、平面形状がほぼ長方形に形成され、ランド部34の長方形の角から突出するように形成された引出し部35を含む。外部端子電極22,23は、ランド部32,34が樹脂層3の外側に向かうように形成され、引出し部33,35が樹脂層3の内側に向かうように形成されている。
引出し部33,35は、ランド部32,34よりも幅が小さくなるように形成されている。引出し部33,35の幅は、ビア導体の断面の径と略同じになるように形成されている。ランド部32,34には、第2の領域49,51が配置され、引出し部33,35には、第1の領域48,50が配置されている。第1の領域48,50と第2の領域49,51とは、それぞれの領域を外部端子電極の主表面に垂直な方向から透視して見たときに、互いに重ならないように配置されていることは、実施の形態1における積層型電子部品と同様である。
第2の積層型電子部品においては、外部端子電極22,23の引出し部33,35が樹脂層3の断面形状である長方形の重心位置を中心にして、放射状になるように形成されている。また、ランド部32,34は、樹脂層3の平面形状である長方形の重心位置を取り囲むように形成され、さらに、該長方形の外縁に沿うように形成されている。
図16に、本実施の形態における第3の積層型電子部品の説明図を示す。図16は、樹脂層に対する外部端子電極の位置および外部端子電極の形状を説明する平面図である。第3の積層型電子部品における外部端子電極58は、ランド部36と、ランド部36より幅の細い引出し部37を含む。引出し部37の先端には、ビア導体を接続するためのビア導体接続部55が形成されている。ビア導体接続部55は、平面形状がほぼ円形になるように形成され、ランド部36は、平面形状がほぼ長方形になるように形成されている。
外部端子電極59は、外部端子電極58と同様に、ランド部38、引出し部39およびビア導体接続部57を含む。引出し部39は、複数点において曲がるように形成されている。一方で、引出し部37は、直線状に形成されている。ランド部36,38とビア導体接続部55,57とは離れて配置されているが、それぞれが、引出し部37,39で電気的に接続されている。ビア導体と接続される第1の領域は、ビア導体接続部55,57に配置され、接合材と接続される第2の領域は、ランド部36,38に配置されている。
第3の外部端子電極においては、ランド部36,38が樹脂層3の外側になるように配置され、ビア導体接続部55,57が樹脂層3の内側になるように配置されている。複数のビア導体接続部55,57は、樹脂層3の平面形状における中央部に集まるように配置され、複数のランド部36,38は、樹脂層3の平面形状における外周部に配置されている。
その他の構成については実施の形態1における積層型電子部品と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
図17Aおよび図17Bに、本実施の形態における積層型電子部品の作用および効果の説明図を示す。図17Aおよび図17Bは、本実施の形態における3つの外部端子電極のうち、外部端子電極21の作用および効果について説明する平面図である。その他の外部端子電極についても、作用および効果は同様である。
図17Bは、実施の形態1における外部端子電極に接合材が配置されたときの説明図である。外部端子電極5の主表面に接合材28が配置されると、その力の加わり方によっては、接合材28が矢印61に示す向きに動く場合がある。たとえば、接合材28が半田などのロウ材で形成されている場合には、溶融時に広がったり移動したりする。このとき、第1の領域と第2の領域とが非常に接近してしまったり、主表面の表裏において重なってしまったりする場合がある。
図17Aは、本実施の形態における外部端子電極に接合材が配置されたときの説明図である。接合材27が矢印60に示す向きに移動しようとした場合、幅の広いランド部30においては接合材27の移動が可能である。しかし、幅の細い引出し部31に向かっては、接合材27の曲率半径が部分的に小さくなるため、表面張力によって接合材27の進行が妨げられる。この結果、接合材27は、引出し部31にほとんど侵入しない。すなわち、接合材27が接合されている領域である第2の領域が、引出し部31に形成されている第1の領域に向かって、進行することを妨げることができる。このように、ランド部とランド部より幅の細い引出し部を形成することによって、第1の領域と第2の領域とが近づくことを防止できる。
図16に示す外部端子電極においては、ランド部を樹脂層の周縁部に配置できるため、たとえば半田付けなどの接合状態の外観検査を容易に行なえる。また、ランド部が樹脂層表面インおける内側に配置されていると、外部から衝撃が加わった場合に、衝撃のモーメントが大きくなる。しかし、ランド部が樹脂層の表面の周縁部に配置されていることによって、そのモーメントを小さくできて、破壊されることを防止できる。さらに、ビア導体接続部を内側に配置できるため、樹脂層の割れやマザー基板へ実装する際に生じるチッピングの発生を防止でき、信頼性が向上する。
また、図16に示す外部端子電極においては、ランド部36,38を樹脂層3の外周に配置して、ビア導体接続部55,57を樹脂層3の内部に配置することができる。外部端子電極は、上記のとおり樹脂層の周縁部に配置されることが好ましいため、外部端子電極に接続されるビア導体の位置も必然的に周囲になるが、本実施の形態における外部端子電極においては、ランド部とビア導体接続部とを任意の位置に配置することができる。したがって、設計の自由度が大きくなる。また、外部端子電極を数多く形成することができる。
外部端子電極には、マザー基板との接合時における接合材としての半田の収縮や、電極にNi−Auめっきを施す場合の引張の残留応力などによって、引き剥がされる力が働いている。これらの力によって、外部端子電極とビア導体とが離れてしまうと導通不良が発生する。これらの力は、外部端子電極の面積に比例して大きくなる。本発明においては、ビア導体の接合位置と接合材の接合位置とが離れているため、本実施の形態のように、ビア導体に接合する部分の幅は、ビア導体の断面における径と同程度まで小さくすることができる。したがって、上記の外部端子電極を引き剥がそうとする力を非常に小さくすることができ、ビア導体と外部端子電極とが非接触になることを防止できる。
(実施の形態3)
図18から図19Bを参照して、本発明に基づく実施の形態3における積層型電子部品および積層型電子部品の実装構造について説明する。
本実施の形態における積層型電子部品において、部品本体、樹脂層、ビア導体、外部端子電極および接合材を備えることは、実施の形態1における積層型電子部品と同様である。本実施の形態における積層型電子部品は、外部端子電極の表面にレジスト材が配置されている。
図18に、本実施の形態における積層型電子部品の概略断面図を示す。本実施の形態においては、外部端子電極5の主表面のうち接合材6が配置されている側の主表面に、レジスト材52が配置されている。
図19Aおよび図19Bに外部端子電極の説明図を示す。図19Aは、外部端子電極の部分の平面図である。図19Bに、樹脂層における外部端子電極の位置の説明図を示す。図19Bは、マザー基板の側から積層型電子部品を見たときの透視図である。
外部端子電極5は、平面形状が長方形になるように形成され、第2の領域41を避けた領域を覆うように、レジスト材52が配置されている。レジスト材52は、平面形状が長方形になるように形成されている。本実施の形態においては、レジスト材52として半田レジストが配置されている。
図18を参照して、外部端子電極の表面にレジスト材を配置することにより、接合材6がビア導体4に向かって濡れ広がることをレジスト材にて阻止することができ、すなわち、第2の領域41がレジスト材により規定されるため、より効果的に外部端子電極とビア導体との導通不良を防止することができる。
本実施の形態においては、レジスト材の平面形状が長方形になるように形成されているが、特にこの形態に限られず、任意の形状を採用することができる。たとえば、第2の領域を避けた全体の領域にレジスト材を配置してもよい。また、本実施の形態においては、全ての外部端子電極に対して、レジスト材が配置されているが特にこの形態に限られず、一部の外部端子電極にレジスト材が配置されていても構わない。
その他の構成、作用および効果については実施の形態1または実施の形態2における積層型電子部品と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
本発明は、積層型電子部品に適用される。とくに、積層型電子部品の実装構造に有利に適用される。

Claims (13)

  1. 一方の主表面および他方の主表面を有する部品本体(1)と、
    接触面および実装面を有し、前記一方の主表面に前記接触面が接合された樹脂層(3,16)と、
    前記樹脂層(3,16)の内部に形成されたビア導体(4,17)と、
    前記ビア導体(4,17)に接触するように、前記実装面に配置された外部端子電極(5,18,21,22,23,58,59)と
    を備え、前記外部端子電極(5,18,21,22,23,58,59)は、
    前記実装面の側の主表面において、前記ビア導体(4,17)と接続している第1の領域(40,42,48,50)と、
    前記実装面と反対側の主表面において、マザー基板上のパッド電極と前記外部端子電極(5,18,21,22,23,58,59)とを接続するための接合材(6,27,28)が配置されるべき第2の領域(41,43,49,51)と
    を有し、
    前記第2の領域(41,43,49,51)は、前記第1の領域(40,42,48,50)を前記実装面と反対側の主表面に投影したときに、前記第2の領域(41,43,49,51)の中心が前記第1の領域(40,42,48,50)の影となる領域と重ならないように配置されている、積層型電子部品。
  2. 前記第2の領域(41,43,49,51)は、前記第1の領域(40,42,48,50)を前記実装面と反対側の主表面に投影したときに、影になる領域を避けて配置されている、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  3. 前記外部端子電極(5,18,21,22,23,58,59)が複数形成され、前記第1の領域(40,42,48,50)は、前記実装面の一点を取り囲むように並んで配置されている、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  4. 前記外部端子電極(5,18,21,22,23,58,59)が複数形成され、前記第2の領域(41,43,49,51)は、前記実装面の一点を取り囲むように並んで配置されている、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  5. 前記外部端子電極(21,22,23,58,59)は、ランド部(30,32,34,36,38)と、
    前記ランド部(30,32,34,36,38)より幅の細い引出し部(31,33,35,37,39)と
    を含み、
    前記第1の領域(42,48,50)は、前記引出し部(31,33,35,37,39)に配置され、
    前記第2の領域(43,49,51)は、前記ランド部(30,32,34,36,38)に配置された、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  6. 前記部品本体は、複数に積層されたセラミック層(2)からなるセラミック多層基板(1)を含む、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  7. 前記部品本体(1)の内部に配置された第1の回路要素(11)と、
    前記樹脂層(3,16)の内部に配置された第2の回路要素と、
    前記一方の主表面に配置され、前記第1の回路要素(11)および前記第2の回路要素を電気的に接続するための中間導体と
    を備える、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  8. 前記部品本体(1)の内部に配置された第1の回路要素(11)と、
    前記他方の主表面に配置され、前記第1の回路要素(11)と電気的に接続された第1の回路部品(13)と
    を備える、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  9. 前記他方の主表面に配置されたモールド樹脂層(25)を備え、
    前記モールド樹脂層(25)は、前記第1の回路部品(13)を覆い隠すように形成された、請求の範囲第8項に記載の積層型電子部品。
  10. 前記部品本体(1)に接続された金属ケース(26)を備え、
    前記金属ケース(26)は、前記第1の回路部品(13)を覆うように形成された、請求の範囲第8項に記載の積層型電子部品。
  11. 前記部品本体(1)の内部に配置された第1の回路要素(11)と、
    前記一方の主表面に配置され、前記第1の回路要素(11)と電気的に接続された第2の回路部品(14)と
    を備える、請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品。
  12. 前記一方の主表面に、グランド電極(15)およびダミー電極のうち少なくとも一方の電極が形成された、請求の範囲第11項に記載の積層型電子部品。
  13. 請求の範囲第1項に記載の積層型電子部品と、前記積層型電子部品を搭載するためのマザー基板(8)とが、前記第2の領域(41,43,49,51)に配置された前記接合材(6,27,28)を介して接続されている、積層型電子部品の実装構造。
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