特許 6215574 電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子部品実装パッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6215574

(24)【登録日】2017年9月29日

(45)【発行日】2017年10月18日

(54)【発明の名称】電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子部品実装パッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/00 20060101AFI20171005BHJP

   H01L 23/08 20060101ALI20171005BHJP

   H05K 9/00 20060101ALI20171005BHJP

   H03H 9/02 20060101ALI20171005BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/00 C

   H01L23/08 C

   H05K9/00

   H03H9/02 A

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-110994(P2013-110994)

(22)【出願日】2013年5月27日

(65)【公開番号】特開2014-229866(P2014-229866A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2015年12月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山元 泉太郎

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０４５７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６７７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０３８８９７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 登録実用新案第３０５７５１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６４−０８９５４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／００

Ｈ０１Ｌ ２３／０８

Ｈ０３Ｈ ９／０２

Ｈ０５Ｋ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック焼結体により構成されており、電子部品が搭載されるための搭載領域を有した基体部と、
セラミック焼結体により構成されており、前記基体部上で前記搭載領域を囲むように配置された枠体部と、
該枠体部に設けられた網目状の導体層と、を備えており、
前記導体層は、断面視したときに、前記枠体部から前記基体部に及んでおり、かつ前記枠体部および前記基体部と面一なるように埋設された構造を成しており、さらに前記枠体部の内周面および前記枠体部の内側における前記基体部に周状に設けられていることを特徴とする電子部品搭載用基板。

【請求項2】

前記導体層はセラミック膜で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載用基板。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電子部品搭載用基板の前記搭載領域に電子部品が配置されていることを特徴とする電子部品実装パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子部品実装パッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話などに代表される各種の移動端末装置には、ＲＦ回路、ベースバンド回路、液晶駆動回路、電源回路など、各種の機能回路が混載された回路モジュールが内蔵されている。これらの各種回路には、要求される機能に応じて半導体素子や水晶発振素子などの能動素子が電子部品搭載用基板に実装され組み込まれている。

【0003】

近年、移動端末装置の小型化、高機能化に伴い、回路モジュールの小型化、高機能化が要求されているが、このような場合、回路モジュールのベース基板である配線基板が小さくなり、配線基板上に各種の電子部品がより近接した状態で実装されることになる。

【0004】

この場合、電子部品が搭載される電子部品搭載用基板についても、配線基板上における占有面積を小さくするために小型化が図られる。

【0005】

ところで、電子部品搭載用基板は、例えば、図８に示すように、水晶発振素子や半導体素子などの電子部品１００を搭載するための搭載領域１０１を有する平板状の形状をした基体部１０３と、その基体部１０３上で搭載領域１０１を囲むように配置された枠形状の部材（以下、枠体部１０５という）とで構成されるものである。このような電子部品搭載用基板のサイズを小さくする場合、基体部１０３の平面の面積を小さくすることもさることながら、これに加えて枠体部１０５の厚みも薄くする必要がある（例えば、特許文献１を参照）。

【0006】

しかしながら、電子部品搭載用基板の枠体部１０５の厚みを薄くすると、配線基板上において、隣設する電子部品１００間で電気信号の干渉や結合が起こりやすくなるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−１３５７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従って、本発明は、上記課題に鑑み案出されたものであり、その目的は、電子部品搭載用基板が小型化されても、搭載された電子部品からの電気信号が外界に広がりにくく、隣設した電子部品間での電気信号の干渉や結合の発生を抑えることのできる電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子部品実装パッケージを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の電子部品搭載用基板は、セラミック焼結体により構成されており、電子部品が搭載されるための搭載領域を有した基体部と、セラミック焼結体により構成されており、前記基体部上で前記搭載領域を囲むように配置された枠体部と、該枠体部に設けられた網目状の導体層と、を備えており、前記導体層は、断面視したときに、前記枠体部から前記基体部に及んでおり、かつ前記枠体部および前記基体部と面一なるように埋設された構造を成しており、さらに前記枠体部の内周面および前記枠体部の内側における前記基体部に周状に設けられていることを特徴とする。

【0010】

本発明の電子部品搭載パッケージは、上記の電子部品搭載用基板の前記搭載領域に電子部品を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、電子部品搭載用基板が小型化されても、搭載された電子部品からの電気信号や機械的振動が外界に広がりにくく、隣設した電子部品間での電気信号の干渉や結合の発生を抑えることのできる電子部品搭載用基板およびそれを用いた電子部品搭載パッケージを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の電子部品実装パッケージの一実施形態を示す分解斜視図である。

【図2】図１に示した電子部品実装パッケージを構成する電子部品搭載用基板のＸ−Ｘ線断面模式図であり、導体層が枠体部の内周面側に設けられていることを示すものである。

【図3】本実施形態の他の電子部品搭載用基板を示すものであり、導体層が枠体部に埋設されていることを示す断面模式図である。

【図4】本実施形態の他の電子部品搭載用基板を示すものであり、導体層が枠体部から基体部側にも及ぶ構造であることを示す断面模式図である。

【図5】本実施形態の他の電子部品搭載用基板を示すものであり、導体層がセラミック膜で覆われている状態を示す断面模式図である。

【図6】本実施形態の電子部品搭載用基板の製造工程を示す模式図であり、導体層が枠体部の内周面側に設けられる電子部品搭載用基板の製造工程を示す模式図である。

【図7】本実施形態の他の電子部品搭載用基板の製造工程を示すものであり、導体層が枠体部の外周面側に設けられる電子部品搭載用基板の製造工程を示す模式図である。

【図8】従来の電子部品実装パッケージの一例を示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、本発明の電子部品実装パッケージの一実施形態を示す分解斜視図である。図２は、図１に示した電子部品実装パッケージを構成する電子部品搭載用基板のＸ−Ｘ線断面模式図であり、導体層が枠体部の内周面側に設けられていることを示すものである。

【0014】

本実施形態の電子部品搭載用基板は、上面に電子部品１０を搭載するための搭載領域１を有する基体部３と、基体部３上で搭載領域１を囲むように配置された枠体部５とを備えている。この場合、基体部３および枠体部５はいずれもセラミック焼結体により構成されており、枠体部５は基体部３の周縁に一体的に形成された構造となっている。また、この電子部品搭載用基板を構成する枠体部５には網目状の導体層１１が設けられている。

【0015】

本実施形態の電子部品搭載用基板によれば、図１および図２に示すように、電子部品１０の搭載領域１を囲む枠体部５に導体層１１が設けられているために、電子部品１０が駆動したときに発生する電気信号に起因した電磁界を遮蔽することができる。また、これにより、複数の電子部品１０が近接して配置された状態であっても電子部品１０間で電気信号の干渉や結合を抑えることができる。この場合、導体層１１は枠体部５を取り巻くように全周にわたって形成されていることが望ましい。

【0016】

また、この電子部品搭載用基板では、導体層１１が網目状となっている。導体層１１が網目状であると、導体層１１を平面視したときに、金属の網目の間に枠体部５を構成するセラミック焼結体が存在する状態となることから、導体層１１が枠体部５の全面を覆うような構造の場合に比べて、枠体部５と導体層１１との間の熱膨張差に起因する変形やこれに基づくクラックの発生を抑制することが可能となる。

【0017】

この場合、本実施形態の電子部品搭載用基板においては、導体層１１が枠体部５の内周面５ａ側に設けられていることが望ましい。上記のような構造を有する導体層１１が枠体
部５の内周面５ａ側、つまり、内壁側に形成されている場合には、電子部品搭載用基板の搭載領域１に配置された電子部品１０から発生する電気信号を発生源に近い領域で遮蔽することができることから、隣設する電子部品１０間における電気信号等に起因した電磁界の広がりをより小さくすることができる。こうして隣設する電子部品１０の間隔をさらに狭くできることから、電子部品１０の実装密度をさらに向上させることが可能となる。

【0018】

図３は、本実施形態の他の電子部品搭載用基板を示すものであり、導体層が枠体部に埋設されていることを示す断面模式図である。

【0019】

本実施形態の電子部品搭載用基板においては、導体層１１が枠体部５に埋設されていることが望ましい。

【0020】

導体層１１が枠体部５に埋設された状態であると、導体層１１が枠体部５において芯材として機能し、電磁界等の遮蔽効果に加えて、枠体部５の機械的強度を高めることができる。

【0021】

図４は、本実施形態の他の電子部品搭載用基板を示すものであり、導体層が枠体部から基体部側にも及ぶ構造であることを示す断面模式図である。

【0022】

また、本実施形態の電子部品搭載用基板においては、導体層１１が枠体部５から基体部３側にも及ぶ構造であることが望ましい。導体層１１が枠体部５から基体部３側にも及ぶ構造であると、基体部３と枠体部５との間の機械的強度を向上させることができ、より強固な電子部品搭載用基板を得ることができる。この場合、導体層１１が基体部３の周縁を取り巻くように形成されていると、基体部３の周縁においても電磁界に対する遮蔽効果を高めることができる。

【0023】

図５は、本実施形態の他の電子部品搭載用基板を示すものであり、導体層１１がセラミック膜で覆われている状態を示す断面模式図である。

【0024】

本実施形態の電子部品搭載用基板では、導体層５がセラミック膜１３で覆われていることが望ましい。この場合、枠体部５に形成された導体層１１に、これを覆うように絶縁性のセラミック膜１３が形成されていると、導体層１１が枠体部５においてセラミックスに挟まれた状態となることから、枠体部５と導体層１１との間で熱膨張係数に大きな違いがあっても熱膨張差に起因する変形を小さくすることができる。

【0025】

また、導体層１１が枠体部５の内周面５ａ側に形成された構成の場合には、導体層１１と搭載領域１の電子部品１０との間の絶縁性を高めることができることから、電子部品１０から出力される電気信号が枠体部５の導体層１１に伝わって起こる出力の減衰を小さくできる。

【0026】

また、本実施形態の電子部品搭載用基板では、図１に示すように、枠体部５の表面に、蓋体１５を接合するためのメタライズ層１７が形成されていてもよく、さらには、基体部３の裏面側（枠体部５の形成された面とは反対側）に、電子部品１０や外部電源と接続するための端子用導体１９を設けてもよい。この場合、メタライズ層１７、導体層１１および端子用導体１９とが電気的に接続されていると、電子部品搭載用基板内にアースとしての機能を持たせることができる。また、これらメタライズ層１７、導体層１１および端子用導体１９が電気的に接続されていると電気メッキ用の配線としても機能させることができる。

【0027】

本実施形態の電子部品搭載用基板は、基体部３の面積が０．５〜５ｍｍ^２、基体部３の
平均厚みが０．０５〜１ｍｍであり、枠体部５の高さが０.２５〜１.０ｍｍ、枠体部５の平均厚みが０．０５〜０．１５ｍｍと、基体部３および枠体部５の厚みが薄く、その上面に形成されるメタライズ層７の幅が狭いような小型の電子部品搭載用基板に適している。この場合、電子部品搭載用基板の外形状の体積としては１０ｍｍ^３以下となる。

【0028】

ここで、枠体部５が基体部３に一体的に形成されるというのは、枠体部５と基体部３とが同時焼成されて焼結されたものという意味である。

【0029】

また、この電子部品搭載用基板は、基体部３と枠体部５とが同じ材質であるのがよい。基体部３と枠体部５とが同じ材質であると、同時焼成される際に、基体部３と枠体部５との焼結速度が近いことから電子部品搭載用基板の反りや変形を低減することができるからである。この場合、同じ材質というのは、基体部３および枠体部５に含まれる主成分のセラミック成分が同じであるという意味である。この場合、主成分とは、基体部３および枠体部５に含まれるセラミック成分の含有量が８０質量％以上である場合をいう。

【0030】

なお、基体部３および枠体部５は、高い熱伝導性を有し、かつ高強度であるという点でアルミナを主成分とし、これにＳｉおよびＭｇなどの添加剤を含有するものが望ましい。

【0031】

本実施形態の電子部品実装パッケージは、上述した電子部品搭載用基板の搭載面１に水晶振動子等の電子部品１０が実装され、枠体部５の上部に蓋体１５が設けられていることを特徴とするものである。この電子部品実装パッケージは、電子部品搭載用基板を構成する枠体部５に網目状の導体層１１が形成されていることから、電子部品１０が駆動したときに発生する電気信号に起因した電磁界を遮蔽することができる。また、この電子部品実装パッケージでは、枠体部５に形成された導体層１１が網目状であることから、導体層１１が枠体部５の全面を覆うような構造の場合に比較して、枠体部５と導体層１１との間の熱膨張差に起因する変形やこれに基づくクラックの発生を抑制することが可能となり、より小型の電子部品実装パッケージを実現することが可能となる。

【0032】

次に、本実施形態の電子部品搭載用基板および電子部品実装パッケージの製造方法について説明する。図６は、本実施形態の電子部品搭載用セラミック基板の製造工程を示すものであり、網目状の導体層を枠体部の内周面側に形成するときの工程を示す模式図である。図７は、本実施形態の他の電子部品搭載用セラミック基板の製造工程を示すものであり、網目状の導体層を枠体部の外周面側に形成するときの工程を示す模式図である。

【0033】

まず、図６（ａ）に示すように、基体部３および枠体部５を形成するためのシート状成形体２１を作製する。その組成は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を主成分とし、これにＳｉＯ_２粉末およびＭｇＯ粉末を所定量添加した混合粉末を用いる。

【0034】

次に、この混合粉末に対して、有機バインダーを溶媒とともに添加してスラリーや混練物を調製した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法などの成形方法を用いてシート状成形体２１を形成する。

【0035】

次に、シート状成形体２１の表面に、導体層１１となる導体パターン２３を形成する。この場合、導体パターン２３としては専用のスクリーンを適用して網目状のものを形成する。

【0036】

次に、図６（ｂ）に示すように、一方の面に凸部２５を有する金型を用意し、この金型を用いて、作製したシート状成形体をプレス成形し、成形体２９を形成する。

【0037】

このプレス成形の工程において、シート状成形体２１は、金型の凸部２５によって加圧
された部分が成形体２９の枠体部５に相当する部分の内周面となり、網目状の導体パターン２３が成形体２９の内周面に形成される。

【0038】

なお、網目状の導体層１１を枠体部５の外周面側に形成する場合には、図７に示すような工程を採用するとよい。

【0039】

この場合、まず、図７（ａ）に示すような配置になるように導体パターン２３を形成する。

【0040】

次に、図７（ｂ）に示すように、一方の面に凸部２５ａ、２５ｂを有する金型を用意し、この金型を用いて、作製したシート状成形体をプレス成形し、成形体２９を形成する。

【0041】

このプレス成形の工程において、シート状成形体２１は、金型の凸部２５ａ、２５ｂによって加圧された部分が成形体２９の枠体部５に相当する部分となり、網目状の導体パターン２３が成形体２９の外周面に形成される。

【0042】

なお、網目状の導体層１１が枠体部５に埋設した構造にする場合には、金型の凸部２５、２５ａ、２５ｂの表面でシート状成形体２１と導体パターン２３とが面一になる程度に成形時の加圧圧力を高めてやればよい。

【0043】

また、導体層１１の表面にセラミック膜１３が形成された構造にする場合には、シート状成形体２１の表面に形成した導体パターン２３のさらにその表面にセラミック成分を含む膜を形成する。このときセラミック成分を含む膜としては、グリーンシートを重ねる方法かまたはセラミックスラリを印刷する方法などを適用すればよい。

【0044】

次に、この成形体２９を所定の温度条件で焼成することにより電子部品搭載用基板を得ることができる。

【0045】

次に、得られた電子部品搭載用基板の搭載領域１に電子部品１０を実装し、枠体部５の表面に形成したメタライズ層１７にロウ材を介して蓋体１５を接合することにより、本実施形態の電子部品搭載パッケージを得ることができる。

【実施例】

【0046】

Ａｌ_２Ｏ_３粉末９３質量％に対して、ＳｉＯ_２粉末を５質量％、ＭｇＯ粉末を２質量％の割合で混合した後、さらに、有機バインダーとしてアクリル系バインダーを１９質量％、ワックスとしてパラフィンワックスを３質量％、有機溶媒としてトルエンを混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて平均厚みが４００μｍのシート状成形体を作製した。

【0047】

次に、得られたシート状成形体に網目状の導体パターンを形成し、場合によっては、導体パターンの表面にさらにセラミック膜（薄いグリーンシートを重ねる）を形成し、図６および図７に示した構造の金型を用いて、８０℃の温度で加熱プレスを行い、切断して、図２、図３、図４および図５にそれぞれ示すような構造の成形体を形成した。

【0048】

次に、この成形体の枠体部となる部分の上面および基体部の下面にタングステンと銅との混合粉末を主成分とする導体ペーストを用いて所定の形状のメタライズ層を形成し、次いで、還元雰囲気中、最高温度が１３５０〜１４００℃となる条件にて１時間の焼成を行った。焼成された基板のメタライズ層にはニッケル、金めっきを順に施した。

【0049】

得られた電子部品搭載用基板は、平面の面積が２ｍｍ×２ｍｍ、基体部の厚みが０．１
ｍｍ、枠体部の平均厚みが０．１５ｍｍ、枠体部の搭載面からの高さが０．５ｍｍであった。

【0050】

次に、得られた電子部品搭載用基板の搭載領域に電子部品としてインダクタ素子を実装し、ロウ材（銀ロウ）を介して蓋体を接合して電子部品搭載パッケージを作製した。

【0051】

次に、この電子部品実装パッケージに設けた外部端子から内部のインダクタ素子に入力電力を与えて電気信号を発信するようにし、電子部品実装パッケージの外側に設置した磁気センサーを用いて漏れてくる電磁界を検出するようにした。

【0052】

また、作製した電子部品搭載用基板を３００℃に加熱した半田槽に約１秒間浸漬する方法で耐熱衝撃試験を行った。

【0053】

比較例として、導体パターンを形成しなかったもの（試料Ｎｏ．１）およびシート状成形体の表面に形成する導体パターンを膜状としたもの（試料Ｎｏ．２）を、上記と同様の焼成条件にて作製し、同様の評価を行った。

【0054】

【表1】

【0055】

表１から明らかなように、枠体部に網目状の導体層を設けた試料（試料Ｎｏ．３〜７）は、導体層が膜状である試料（試料Ｎｏ．２）に比較すると、磁界強度が高い値となったが、導体層を形成していない試料（試料Ｎｏ．１）に比較すると、磁界強度が低く、電子部品搭載用基板の外側への磁界の広がりが抑えられていることを確認した。また、３００℃の温度で耐熱衝撃試験を行ったときにもクラックの発生した試料は認められなかった。

【0056】

また、作製した電子部品搭載用基板をオートグラフを用いて枠体部側から加圧する方法で３００ＭＰａまでの圧力の範囲で加圧による変形を評価したところ、網目状の導体層を
枠体部に埋設させた試料（試料Ｎｏ，４〜６）は、網目状の導体層を有しない試料（試料Ｎｏ．１）、網目状の導体層を枠体部の内周面上に形成した試料（試料Ｎｏ．３）および外周面上に形成した試料（試料Ｎｏ．７）に比べて、枠体部の変形量が小さく、この中で、網目状の導体層を枠体部から基体部にまで及ぶ構造にした試料（試料Ｎｏ．５）の変形量が最も小さかった。

【符号の説明】

【0057】

１、１０１・・・・・・・搭載領域
３、１０３・・・・・・・基体部
５、１０５・・・・・・・枠体部
５ａ・・・・・・・・・・枠体部の内周面
５ｂ・・・・・・・・・・枠体部の外周面
１１・・・・・・・・・・導体層
１３・・・・・・・・・・セラミック膜
１５・・・・・・・・・・蓋体
１７・・・・・・・・・・メタライズ層
１９・・・・・・・・・・端子用導体
２１・・・・・・・・・・シート状成形体
２３・・・・・・・・・・導体パターン
２５ａ、２５ｂ・・・・・凸部
２９・・・・・・・・・・成形体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】