JP6154154B2 - 積層基板 - Google Patents

Description

本発明は、複数の絶縁層が積層されてなる絶縁基板を含み、電子部品搭載用等に用いられる積層基板に関するものである。

半導体素子や容量素子等の電子部品が収容される積層基板として多用されているものは次のような構造である。

すなわち、セラミック焼結体等からなる複数の絶縁層が積層されてなる絶縁基板の上面に、電子部品が収容される凹部が設けられ、この凹部内に、電子部品が電気的に接続される接続パッドが設けられている。絶縁基板は、電子部品の搭載部を有する平板状の部分と、平板状の部分の上面に搭載部を取り囲んで積層された枠状の部分とを含んでいる。凹部および接続パッドを含む部分が、電子部品が実装される実装部となっている。

凹部は、平板状の絶縁層の上面に枠状の絶縁層が積層されて形成されている。枠状の絶縁層の内側が凹部になっている。接続パッドは、例えば、絶縁基板に設けられた配線導体のうち凹部内において露出する部分である。

電子部品の実装部に対する実装は、例えば絶縁基板の側面を基準にして行なわれる。具体的には、電子部品を搭載する装置に設けられた位置決め用の凸部の先端が絶縁基板の側面に押し当てられ、この凸部の先端に対して所定の距離離れた位置に電子部品が移動され、その後、この電子部品が凹部内に収容される。上記所定距離が、絶縁基板の側面から搭載部までの距離に設定されていれば、搭載部の所定位置に電子部品が搭載されるという機構になっている。また、配線導体に対する電子部品の電気的な接続についても同様である。

特開2005−159094号公報

上記従来技術の積層基板においては、複数の絶縁層の間で位置ずれ（積層ずれ）が生じる可能性がある。この場合、積層ずれに起因して絶縁基板の側面から実装部の所定位置（電子部品が搭載される位置および配線導体の位置等）までの距離が異なってしまう。そのため、実装部に電子部品を実装することが難しくなってしまう。

このような問題点に対しては、例えば複数の絶縁層のうち一つの絶縁層のみについて、その外周を他の絶縁層の外周よりも外側に位置させることによって、積層ずれの影響を打ち消すという手段が考えられる（例えば特許文献１）。しかしながら、この場合、絶縁基板の側面に絶縁層の一部が突出するため、この突出した部分におけるクラック等の機械的な破壊が生じやすい可能性があった。また、突出した絶縁層の一部分が、積層基板の搬送および電子部品の実装等の取扱い時の妨げになる可能性があった。

本発明の一つの態様の積層基板は、互いに積層された複数の絶縁層を含んでおり、電子部品が実装される実装部を含む上面および複数の側面を有する四角板状の絶縁基板を備えており、前記複数の側面のうち平面視において前記絶縁基板を挟む二つの側面が、前記絶縁基板の厚み方向に延びる複数の溝部をそれぞれに有しているとともに該複数の溝部が平面視において前記絶縁基板の重心位置を挟んで対称に配置されており、該複数の溝部内に
おいて、前記複数の絶縁層のうち一つの絶縁層の側面が、他の絶縁層の側面よりも外側に位置している。また、前記一つの絶縁層は、前記電子部品が実装される実装部を有する絶縁層である。

本発明の一つの態様の積層基板によれば、平面視において絶縁基板を挟む二つの側面が有する複数の溝部内において一つの絶縁層の側面が他の絶縁層の側面よりも外側に位置し、これらの溝部が平面視において前記絶縁基板の重心位置を挟んで対称に配置されていることから、例えば複数の絶縁層間に積層ずれが生じたとしても、その積層ずれの影響を受けることなく、上記一つの絶縁層の側面を基準にして、実装される電子部品の位置決め等が行なわれる。また、その一つの絶縁層の側面が、溝部内において他の絶縁層の側面よりも外側に位置していることから、絶縁基板の側面に絶縁層の外周部分が突出しない。そのため、絶縁基板におけるクラック等の機械的な破壊が抑制され、取扱いが容易である。また、その一つの絶縁層が実装部を含む絶縁層であるため、実装部に対する電子部品の位置決めを正確に行なうことができる。したがって、実装部に対する電子部品の正確な実装が容易な積層基板を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の積層基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、実施形態の積層基板に電子部品３が実装される実装工程の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 図２に示す実装工程を上側から見た斜視図である。 図１に示す積層基板の変形例を示す斜視図である。 （ａ）は図１に示す積層基板の他の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

本発明の実施形態の積層基板を、添付の図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の積層基板を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

複数の絶縁層１が積層されて絶縁基板２が形成されている。絶縁基板２は、例えば四角板状（直方体状）であり、上面および上面の外周から下方に延びる側面を有している。実施形態の積層基板は、電子部品３を実装するための電子部品実装用の基板である。絶縁基板２の上面部分に、電子部品３が実装される実装部４が設けられている。

この積層基板に実装される電子部品３としては、半導体集積回路素子および光半導体素子等の半導体素子、センサ素子、容量素子、圧電素子および抵抗器等が挙げられる。半導体素子およびセンサ素子としては、半導体基板の主面に微細な電子機械機構が設けられてなる素子（いわゆるＭＥＭＳ素子）等も含まれる。

実装部４は、例えば、電子部品３が搭載される搭載部４ａ、電子部品３が電気的に接続される導電性の接続パッド４ｂ等を含む接続部、および電子部品３の搭載位置等を示すアライメントマーク４ｃ等である。搭載部４ａは、例えば絶縁層１の上面の一部である。接続パッド４ｂは、例えば搭載部４ａまたはその周辺において絶縁層１の上面に設けられた層状の金属層である。アライメントマーク４ｃは、例えば搭載部４ａまたはその周辺において絶縁層１の上面に設けられた、絶縁層１とは異なる色調を有するパターン（導電性または絶縁性）である。絶縁基板２を形成している複数の絶縁層１のうち、上部に位置する複数の絶縁層１に搭載部４ａ、接続パッド４ｂおよびアライメントマーク４ｃ等が設けられている。以下の説明において、これらの実装部４を有する絶縁層１を実装部絶縁層１Ａという場合がある。すなわち、実装部絶縁層１Ａは、複数の絶縁層１のうち、電子部品３
が直接に搭載される部位を含むもの、電子部品３が電気的に接続される部分が設けられたもの等である。

複数の絶縁層１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体またはチッ化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料、もしくはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂または液晶ポリマー等の有機樹脂材料等の絶縁材料によって形成されている。

積層された複数の絶縁層１を含む絶縁基板２は、例えば各絶縁層１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製される。すなわち、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等を含む原料の粉末を、有機溶剤およびバインダ等とともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製し、これらのセラミックグリーンシートを積層して焼成することによって、複数の絶縁層１が積層されてなる絶縁基板２を作製することができる。複数のセラミックグリーンシートが、焼成されて複数の絶縁層１になる。

なお、絶縁基板２は、複数の絶縁層１に加えて、誘電率が高い絶縁材料等からなる層、または透磁率が高いフェライト材料等からなる層等の補助層（図示せず）を１層または複数層含んでいてもよい。

この実施形態の積層基板における搭載部４ａは、絶縁層１の上面のうち電子部品３が直接に搭載される部位である。また、この搭載部４ａは、絶縁基板２の上面に設けられた凹部２ａの底面の中央部である。

凹部２ａは、複数の絶縁層１のうち上部に位置するものの中央部に貫通孔が設けられて形成されている。言い換えれば、複数の絶縁層１のうち上部に位置するもの（図１の例では最上層および上から２層目の絶縁層２）が枠状であることによって、絶縁基板２の上面に凹部２ａが設けられている。枠状の絶縁層１は、絶縁層１となるセラミックグリーンシートの中央部に機械的な打ち抜き加工等の加工を施して貫通孔を設けることによって形成することができる。

また、絶縁層１がエポキシ樹脂（熱硬化性）等の有機樹脂材料からなる場合であれば、未硬化のエポキシ樹脂を絶縁層１に応じた形状および寸法のシート状に成型し、これを加熱して半硬化状態としてから上下に複数積層して互いに密着させた後、この積層体をさらに加熱して本硬化させればよい。積層された複数のエポキシ樹脂が硬化して複数の絶縁層１になり、絶縁基板２が作製される。

搭載部４ａに搭載された電子部品３は、例えばボンディングワイヤ（符号なし）等の導電性の接続材を介して接続パッド４ｂに電気的に接続される。電子部品３に対する電気的な接続部である接続パッド４ｂは、例えばタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、またはこれらの金属材料の合金によって形成されている。これらの金属材料は、メタライズ層、めっき層、蒸着層等の薄膜層または金属箔等の形態で絶縁層２の表面に付着している。

接続パッド４ｂは、例えばタングステンのメタライズ層からなる場合であれば、次のようにして形成される。すなわち、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練してタングステンの金属ペーストを作製し、この金属ペーストを、絶縁層１となるセラミックグリーンシートの上面にスクリーン印刷法等の方法で印刷し、セラミックグリーンシートと同時焼成する。以上の工程により、絶縁層１の上面に接続パッド４ｂを形成することができる。

また、接続パッド４ｂは、メタライズ層およびめっき層等の複数の金属層が積層されてなるものであってもよい。例えば、上記のようにして形成したタングステンのメタライズ層の上面（露出表面）に、さらにニッケル、コバルトおよび金等のめっき層を、１層または複数層被着させてもよい。例えば、絶縁層１の上面に、タングステンのメタライズ層とニッケルめっき層と金めっき層とが順次被着されて接続パッド４ｂが形成されていてもよい。

なお、接続パッド４ｂは、搭載部４ａに搭載される電子部品３（より具体的には電子部品３の本体（符号なし）の上面に設けられた電極（図示せず）等）との電気的な接続の容易さ等を考慮して、搭載部４ａまたはその周辺に設けられる。本実施形態の積層基板においては、搭載部４ａが設けられた絶縁層１（１Ａ）の上面のうち搭載部４ａを挟む位置に接続パッド４ｂが設けられている。なお、接続パッド４ｂは、搭載部４ａを有する絶縁層１（１Ａ）よりも上側の絶縁層１（１Ａ）に設けられてもよい。この場合、例えば、その上側の絶縁層１（１Ａ）の内周の一部が凹部２ａ内に張り出すようにして、その張り出した部分の上面に接続パッド４ｂを設けるようにしてもよい。

また、電子部品３が電気的に接続される接続部は、実施形態における接続パッド３に限らず、円形状等の導体パターンの表面にはんだバンプ等の導電性接続材（図示せず）が設けられてなる端子（いわゆるフリップチップ接続用の端子）等であってもよい。

実装部４に対する電子部品３の実装は、例えば次のようにして行なわれる。以下、実装に関する説明については図２および図３を参照する。図２（ａ）は、実施形態の積層基板に電子部品３が実装される実装工程の一例を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図３は、図２に示す実装工程を上側から見た斜視図である。図２および図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図２（ａ）においては、見やすくするために電子部品３を省略している。

まず、位置決め用の部分（凸部等）と電子部品３を保持する保持部とを有する実装用装置の保持部に電子部品をセットする。この段階では、保持部は凸部等よりも上側に位置している。保持部は上下方向等に動くことができるようになっている。この装置について、例えば凸部の先端と保持部とが平面視において一定の位置関係に設定されている。次に、上記凸部の先端を絶縁基板２の側面に押し当てる。次に、凸部の先端を基準位置として保持部にセットした電子部品を下方に降ろして搭載部４ａ上に載置する。その後、例えばあらかじめ電子部品３の下面に設けておいたろう材または樹脂接着剤等の接合材（図示せず）を介して、電子部品３の下面を搭載部４ａに接合する。以上により、電子部品３が、実装部４の搭載部４ａに搭載される。

この実装において、凸部の先端と保持部分とが一定の位置関係に設定されているので、凸部、つまり絶縁層１（１Ａ）の側面に対して電子部品３が所定の位置関係にある部位に搭載される。絶縁層１（１Ａ）の側面に対して、これと同じ絶縁層１（１Ａ）の搭載部４ａの位置が所定の位置関係になっている。したがって、電子部品３が搭載部４ａの所定位置に搭載され得る。

この場合、絶縁基板２が凸部等で押されて位置ずれするのを抑制するために、凸部等は、例えば絶縁基板２を左右から挟むように配置される。また、凸部等は、平面視において絶縁基板２の重心位置を挟む４カ所に、左右対称に配置される。つまり、凸部等が絶縁基板２を押す力によって絶縁基板２に回転のモーメントが生じないような位置に凸部等が配置されている。

溝部５の幅は、その溝５内に実装用の装置の凸部等の位置合わせ用の部分が入り込めるような寸法とする必要がある。また、溝部５の平面視における形状は、例えば図１および２等に示すように、その開口部分から突出した絶縁層１（１Ａ）の側面の位置までの間で同じ程度の幅である形状、つまり角部が円弧状に成形された四角形状等とすればよい。また、この形状は、溝部５内への凸部の入り込みが容易であれば、楕円弧状でもよく、円弧状でもよい。

溝部５は、図１等に示す例においては絶縁基板２の側面において上端から下端まで設けられているが、上記凸部の入り込みが可能な範囲であれば、例えば図４に示すように、絶縁基板２の側面の上端と下端との間において部分的に延びているようなものでも構わない。この場合には、絶縁基板２の機械的な強度の点で有利である。なお、図４は、図１に示す積層基板の変形例を示す斜視図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。溝部５が設けられていない絶縁層１は、上記実装時の位置決めが容易なものであれば、１層に限らず複数層でも構わない。

なお、一部の絶縁層１において溝部５が設けられていないと、その溝部５が設けられていない絶縁層１の側面に誤って凸部の先端が押し当てられる可能性がある。したがって、電子部品３の実装時の位置合わせの精度を考慮すれば、絶縁基板２の側面において上端から下端まで溝部５が設けられていることが好ましい。

また、実装用装置の凸部の先端を絶縁基板２に押し当てながら、その凸部の位置を基準にしてワイヤボンド等の導電性接続材を実装部４の接続パッド４ｂに位置合わせして接続することもできる。

絶縁基板２の側面には、絶縁基板２の厚み方向に延びる溝部５が設けられている。この溝部５内において、複数の実装部絶縁層１Ａのうち一つの実装部絶縁層１Ａの外周が、他の絶縁層１（１Ａ）の外周よりも外側に位置している。これにより、例えば複数の絶縁層１間に積層ずれが生じたとしても、その積層ずれの影響を受けることなく、上記一つの実装部絶縁層１Ａの外周を基準にして、実装される電子部品３の位置決め等が行なわれる。また、上記一つの実装部絶縁層１Ａの外周は、絶縁基板２の側面の溝部５内において他の絶縁層１（１Ａ）の外周よりも外側に位置していることから、絶縁基板２の側面に突出した部分がない。そのため、絶縁基板２におけるクラック等の機械的な破壊が抑制され、取扱いが容易である。したがって、実装部４に対する電子部品３の実装が容易な積層基板を提供することができる。

このような溝部５は、例えば複数の絶縁層１となる複数のセラミックグリーンシートのそれぞれの外周部分に半円状等の打ち抜き加工を施しておいて、これらのセラミックグリーンシートを積層し、一体焼成することによって設けることができる。

また、絶縁層１となるセラミックグリーンシートを絶縁層１よりも大きな寸法として、そのセラミックグリーンシートの中央部を絶縁層１となる製品領域（図示せず）、外周部をダミー領域（図示せず）とし、製品領域とダミー領域との間に跨るように貫通孔を設けてもよい。このセラミックグリーンシートについて、製品領域とダミー領域との境界に沿って切断すれば、製品領域の側面に溝状の部分を設けることができる。これを焼成すればよい。溝状の部分が積層基板の溝部５になる。

また、これらのセラミックグリーンシートのうち一つの実装部絶縁層１Ａとなるものの外周における打ち抜き寸法を、他の絶縁層１（１Ａ）となるものの外周における打ち抜き寸法よりも小さくしておけば、溝部５内において一つの実装部絶縁層１Ａの外周を他の絶縁層１（１Ａ）の外周よりも外側に位置させることができる。

溝部５内においてその外周が他の絶縁層１（１Ａ）よりも外側に位置する一つの実装部絶縁層１Ａは、電子部品が位置決め固定される搭載部４ａおよび電子部品３が電気的に接続される配線導体の少なくとも一方を含むものであることが望ましい。言い換えれば、実装部４のうち特に搭載部４ａおよび接続パッド４ｂについては、絶縁層１の外周との距離が所定の距離であることが望ましい。これは、このような搭載部４ａおよび接続パッド４ｂが、電子部品３の実装部４への実装の際に電子部品３の正確な位置決めが特に重要な部分であることによる。

図５（ａ）は図１に示す積層基板の他の変形例を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図５に示す例において、絶縁基板２は、平面視において四角形状であるとともに、四つの側面にそれぞれ溝部５を有している。また、四つの側面のそれぞれの溝部５において、複数の絶縁層１（実装部絶縁層１Ａ）のうち一つの絶縁層１（１Ａ）の側面が、他の絶縁層１（１Ａ）の側面よりも外側に位置している。また、側面が外側に位置している絶縁層１（１Ａ）が、複数の側面のそれぞれの溝部５において互いに異なる絶縁層１（１Ａ）である。

この例の場合には、例えば互いに異なる二つの実装部絶縁層１Ａのそれぞれについて、その実装部絶縁層１Ａが有する搭載部４ａまたは接続パッド４ｂといった部位に対する電子部品３の位置合わせがより容易になる。互いに異なる実装部絶縁層１Ａは、それぞれ搭載部４ａを含む実装部絶縁層１Ａおよび接続パッド４ｂが設けられた実装部絶縁層１Ａである。

図５に示す例では、平面視において絶縁基板２が四角形状であり、互いに対向し合う一対の辺同士において、同じ実装部絶縁層１Ａの外周が他の実装部絶縁層１Ａの外周よりも外側に位置している。また、図５に示す例では、上から３層目の絶縁層１（実装部絶縁層１Ａ）の外周が左右の一対の辺において溝部５内で他の絶縁層１（１Ａ）の外周よりも外側に位置している。また、最上層の絶縁層１（実装部絶縁層１Ａのうち最上層）の外周が上下の一対の辺において溝部５内で他の絶縁層１（１Ａ）の外周よりも外側に位置している。

図５に示す例では、最上層の絶縁層１（１Ａ）の上面に他のパッド４ｄが設けられている。この他のパッド４ｄに、搭載部４ａに搭載される電子部品３以外の他の電子部品（図示せず）が接続される。例えば、電子部品３が半導体素子またはセンサ素子等の能動部品であり、他の電子部品が容量素子等の受動素子である。他のパッド４ｄは、搭載部４ａ、接続パッド４ｂ等とともに実装部４を構成している。

他のパッド４ｄは、例えば接続パッド４ｂと同様の材料を用い、同様の方法で設けることができる。他のパッド４ｄも、上記配線導体等を介して外部電気回路と電気的に接続される。また、他の電子部品と電子部品３とが、配線導体を介して互いに電気的に接続されていても構わない。

他の電子部品の実装部４に対する実装（他のパッド４ｄに対する電気的接続）も、電子部品３と同様の方法で行なうことができる。この電気的接続は、ボンディングワイヤまたははんだ等を介して行なわれる。

なお、絶縁基板２において、平面視において四角形状等の多角形状であるとともに、複数の外辺にそれぞれ溝部５を有し、互いに異なる実装部絶縁層１Ａの外周が他の絶縁層１の外周よりも外側に位置している構成は、他の電子部品の実装のためのものである必要は
なく、例えば電子部品３の実装をより容易としたり、搭載位置の精度をより高めたりするためのもの等であってもよい。

１・・・絶縁層
１Ａ・・・実装部絶縁層
２・・・絶縁基板
３・・・電子部品
４・・・実装部
４ａ・・・搭載部
４ｂ・・・接続パッド（接続部）
４ｃ・・・アライメントマーク
４ｄ・・・他のパッド
５・・・溝部

Claims (4)

1. 互いに積層された複数の絶縁層を含んでおり、電子部品が実装される実装部を含む上面および複数の側面を有する四角板状の絶縁基板を備えており、
   前記複数の側面のうち平面視において前記絶縁基板を挟む二つの側面が、前記絶縁基板の厚み方向に延びる複数の溝部をそれぞれに有しているとともに該複数の溝部が平面視において前記絶縁基板の重心位置を挟んで対称に配置されており、
   該複数の溝部内において、前記複数の絶縁層のうち一つの絶縁層の側面が、他の絶縁層の側面よりも外側に位置しており、該一つの絶縁層は、前記電子部品が実装される実装部を有する絶縁層であることを特徴とする積層基板。
2. 前記溝部が前記絶縁基板の側面の上端と下端との間に部分的に延びており、前記複数の絶縁層のうち一部の絶縁層において前記溝部が設けられていないことを特徴とする請求項１記載の積層基板。
3. 前記実装部は、前記電子部品が搭載される搭載部および前記電子部品が電気的に接続される接続部の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
4. 前記絶縁基板の四つの側面のそれぞれが前記溝部を有しており、
   それぞれの前記溝部において、前記複数の絶縁層のうち一つの絶縁層の側面が、他の絶縁層の側面よりも外側に位置しており、前記側面が外側に位置している前記絶縁層が、複数の前記溝部のうち互いに対向し合う一対の辺において同じ絶縁層であり、互いに異なる対の辺において互いに異なる絶縁層であることを特徴とする請求項１記載の積層基板。

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