特許 6231414 実装用基板およびそれを用いたパッケージ

(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】6231414

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】実装用基板およびそれを用いたパッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/08 20060101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/08 C

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-45151(P2014-45151)

(22)【出願日】2014年3月7日

(65)【公開番号】特開2015-170756(P2015-170756A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2016年7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２０１３−１９７１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０１０４４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−０８９６７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子部品の搭載面を有する板状の基板底部と、該基板底部上で前記搭載面を囲むように配置された枠状の基板堤部と、を備え、前記搭載面と前記基板堤部の内壁面との連続箇所が該基板堤部の上部側から前記搭載面側に向けて厚みを厚くする曲面を成しており、かつ前記搭載面が椀状に凹んでいることを特徴とする実装用基板。

【請求項2】

前記基板堤部は、前記内壁面に導体部が形成されているとともに、該導体部は前記内壁面に面一であることを特徴とする請求項１に記載の実装用基板。

【請求項3】

請求項１または２に記載の実装用基板の前記搭載面に電子部品が実装され、前記基板堤部の上部に蓋体が設けられていることを特徴とするパッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、実装用基板およびそれを用いたパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

図８は、従来の電子部品実装用のパッケージの一例を示す分解斜視図である。図９は、図８のＸ−Ｘ線断面模式図である。この図９は、図８に示したパッケージの構成部材のうち実装用基板だけを抽出して示している。電子部品１００を搭載するためのパッケージは、実装用基板１０１の上面に蓋体１０３が接合された構成となっている。実装用基板１０１は、セラミック製の基板底部１０５とその上面に一体的に形成されたセラミック製の基板堤部１０６とを備え、その基板堤部１０６の上面には金属層１０７が形成されており、この金属層１０７の上面にさらに蓋体１０３が接合される構成となる。この場合、蓋体１０３と金属層１０７とは、ロウ材を介して、例えば、シーム溶接等の接合方法を用いて接合される（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

近年、携帯電話やＩＣカード等の電子装置が普及しているが、これらの電子装置は高性能化に加えて、ますます小型化や薄型化が要求されてきており、そのため、これらの電子装置に組み込まれる電子部品１００やこれを搭載した電子部品実装用のパッケージについても一層の小型化や薄型化が求められている。

【0004】

ところが、パッケージの小型化や薄型化を図るためには、これを構成している基板底部１０５や基板堤部１０６の面積を小さくするとともに、これらの厚みを薄くする必要があるが、これら基板底部１０５および基板堤部１０６の厚みｔが薄くなってくると、これら基板底部１０５および基板堤部１０６自体の機械的強度の低下とともに、これらが一体化されても撓み易くたわみやすいことから、基板底部１０５と基板堤部１０６との境界辺りにクラックや欠けが生じやすいという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【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】

【0006】

従って、本発明は、クラックや欠けが発生するのを低減できる実装用基板とそれを用いた電子部品実装パッケージを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実装用基板は、電子部品の搭載面を有する板状の基板底部と、該基板底部上で前記搭載面を囲むように配置された枠状の基板堤部と、を備え、前記搭載面と前記基板堤部の内壁面との連続箇所が該基板堤部の上部側から前記搭載面側に向けて厚みを厚くする曲面を成しており、かつ前記搭載面が椀状に凹んでいることを特徴とする。

【0008】

本発明のパッケージは、上記の実装用基板の前記搭載面に電子部品が実装され、前記基板堤部の上部に蓋体が設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、クラックや欠けが発生するのを低減できる実装用基板とそれを用いたパッケージを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の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に示したパッケージを構成する実装用基板のＸ−Ｘ線断面模式図である。

【図3】（ａ）は、本実施形態の他の実装用基板を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、搭載面が椀状に凹んでいる構造を示す断面模式図である。

【図4】（ａ）は、本実施形態の他の実装用基板を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【図5】本実施形態の実装用基板の製造工程を示す模式図である。

【図6】本実施形態の他の実装用基板の製造工程を示すものであり、図３に示した構造の実装用基板の製造工程を示す模式図である。

【図7】本実施形態の他の実装用基板の製造工程を示すものであり、図４に示した構造の実装用基板の製造工程を示す模式図である。

【図8】従来のパッケージの一例を示す分解斜視図である。

【図9】図８に示した実装用基板のＸ−Ｘ線断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、本発明の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に示した実装用基板のＡ−Ａ線断面模式図である。

【0012】

本実施形態の実装用基板は、電子部品１０を搭載するための搭載面１を有する板状の基板底部３と、基板底部３上で搭載面１を囲むように配置されている枠状の基板堤部５とを備えている。また、搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとの連続箇所Ｓが、この基板堤部５の上部５ｕ側から搭載面１側に向けて厚みｔを厚くする曲面を成している。ここで、基板底部３と基板堤部５とは、搭載面１を基板堤部５側に延長した境界によって分かれる。なお、この基板堤部５の上面５ｕｓには、図１に示したように、蓋体７などの金属部材を接合するための金属層８が設けられる場合がある。

【0013】

本実施形態の実装用基板では、基板底部３の搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとの連続箇所Ｓの厚みｔが、図２に符号ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３と示すように、基板堤部５の上部５ｕ側から搭載面１側に向けて厚くなっている。また、この連続箇所Ｓが、基板堤部５の上部５ｕ側から搭載面１側に向けて厚みｔを厚くする曲面を成している。基板底部３の搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとの連続箇所Ｓがこのような形状であると、基板底部３の搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとが所定の角度で接し、折れ曲がった形状になっていないことから、基板堤部５の基板底部３との境界辺りにクラックや欠けの起点となる箇所がほとんど無くなっており、これにより基板底部３と基板堤部５との境界辺りの機械的強度が高くなり、クラックや欠けの発生を低減することができる。

【0014】

また、基板底部３と基板堤部５とは一体的に形成されていることが望ましい。基板底部３と基板堤部５とが一体的に形成されていると、これらの接合界面におけるシール性を高めることができる。この場合、搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとの連続箇所Ｓが曲面を成している部分は、基板底部３の搭載面１を囲む全周囲に形成されていることが望ましい。これにより基板底部３の搭載面１を囲む全周囲にわたって、機械的強度が高まり、クラックや欠けの発生を低減することができる。

【0015】

また、基板底部３と基板堤部５とは同じ材質であるのがよい。基板底部３と基板堤部５とが同じ材質であると、同時焼成される際に、基板底部３と基板堤部５との焼結速度が近いことから実装用基板の反りや変形を低減することができる。例えば、蓋体７を接合した際の変形を小さくすることが可能となり、変形により発生する残留応力が小さくなり、急
激な温度変化に晒されるような環境においてもクラック等の欠陥の発生を防止することが可能となる。

【0016】

ここで、同じ材質というのは、基板底部３および基板堤部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、基板底部３および基板堤部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。

【0017】

なお、基板底部３および基板堤部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。

【0018】

図３（ａ）は、本実施形態の他の実装用基板を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、搭載面が椀状に凹んでいる構造を示す断面模式図である。本実施形態の実装用基板を局部的にさらに変化させた構造について説明すると、搭載面１が椀状に凹んでいることが望ましい。上述した実装用基板は、搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとの連続箇所Ｓが基板堤部５の上部５ｕ側から搭載面１側に向けて厚みｔが厚くなる曲面を成しているものであったが、これに加えて、搭載面１が椀状に凹んでおり、基板堤部５の内壁面５ａから搭載面１の中央領域に至る面が曲面を有し凹んだ形状であると、基板堤部５の変形に応じて基板底部３が撓みやすくなり、さらにクラックや欠けの発生率を低減することができる。

【0019】

また、搭載面１が椀状に凹んだ構造の場合には、搭載面１が平面であるときよりも、基板堤部５の上部５ｕから搭載面１までの高さｈが大きくなり、内容積を大きくすることができる。例えば、搭載される電子部品１０が水晶振動子のような縦に振れる能動素子であった場合には、実装用基板の外形サイズを大きくしなくても振幅のより大きい水晶振動子を搭載することができる。

【0020】

なお、この場合でも、基板底部３における搭載面１の反対側の面は平面状になっていることが望ましい。基板底部３における搭載面１の反対側の面が平面状になっていると、実装用基板をマザーボードや金属基体などに均等な高さで実装接続することができ、高い実装信頼性を得ることができる。

【0021】

図４（ａ）は、本実施形態の他の実装用基板を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【0022】

また、本実施形態の実装用基板では、基板堤部５は、内壁面５ａに導体部９が形成されているとともに、該導体部９は内壁面５ａに面一であることが望ましい。例えば、図４に示すように、実装用基板を構成する基板堤部５の上面５ｕｓに形成された金属層８に電気めっきを行うための配線として、基板堤部５の内部に導体部９が形成される場合があるが、実装用基板が小型化され、基板堤部５の厚みｔが薄くなってくると、導体部９を基板堤部５の内部に形成することが出来なくなってくることから、導体部９を基板堤部５の内壁面５ａに形成する必要がでてくる。このようなときに、導体部９を基板堤部５の内壁面５ａに埋設し面一となるようにすると、搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとの連続箇所Ｓを補強することができる。

【0023】

また、導体部９が基板堤部５の内壁面５ａに面一となるように埋設されていると、導体部９の埋設された分だけ基板堤部５内の容積を大きくすることが可能となり、これによりさらに大きい電子部品を搭載することが可能となり、高出力のパッケージを得ることができる。

【0024】

本実施形態のパッケージは、上述した実装用基板の搭載面１に水晶振動子等の電子部品
１０が実装され、基板堤部５の上部５ｕに蓋体７が設けられていることを特徴とするものである。このパッケージは、電子部品１０用の搭載面１を有する板状の基板底部３と、基板底部３上で搭載面１を囲むように配置された枠状の基板堤部５と、基板堤部５の上面５ｕｓに周状に配置された金属層８と、を備えており、搭載面１と基板堤部５の内壁面５ａとの連続箇所Ｓが、この基板堤部５の上部５ｕ側から搭載面１側に向けて厚みｔを厚くする曲面を成す構成である。これにより基板堤部５の厚みｔが薄くなってもクラックや欠けの発生が少なく機械的強度に優れた電子部品実装用のパッケージを得ることができる。なお、本実施形態の実装用基板には、必要に応じて、その表面や内部に、電子部品１０や外部電源と接続するための導体層を設けてもよい。

【0025】

次に、本実施形態の実装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５は、本実施形態の実装用基板の製造工程を示す模式図である。まず、図５（ａ）に示すように、基板底部３および基板堤部５を形成するためのグリーンシート２１を準備する。このグリーンシート２１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により得られたものである。

【0026】

次に、図５（ｂ）に示すように、グリーンシート２１の一方の面側から凸部２３を有する金型によりグリーンシート２１をプレス成形する。このとき凸部２３に対応する部分が凹部２５ａとなる凹状成形体２５を形成することができる。この場合、本実施形態の実装用基板を作製する方法によれば、グリーンシート２１が金型の凸部２３によって加圧されて形成された凹部２５ａの壁部２５ａａ（焼成後に基板堤部５となる部分）と床部２５ａｂ（焼成後に基板底部３となる部分）とは一体物として形成される。また、このとき使用する金型が凸部２３の角部２３ａに丸みを有するものであることから、凹状成形体２５の凹部２５ａの隅部２５ｃを曲面にすることができる。

【0027】

次に、この凹状成形体２５を所定の温度条件で焼成することにより、本実施形態の実装用基板を得ることができる。

【0028】

図６は、本実施形態の他の実装用基板の製造工程を示すものであり、図３に示した構造の実装用基板の製造工程を示す模式図である。金型として、凸部２３の中央の面が丸く膨らんだ形状を有するものを用いると、焼成後には、図３（ａ）（ｂ）に示すような搭載面１が椀状に凹んでいる構造の実装用基板を得ることができる。なお、図５に示した凹状成形体２５が焼成前後で１０％以上の焼成収縮（線収縮率）するようなセラミック材料により構成される場合にも、凹部２５ａの底の面が椀状に凹んだ形状を有する実装用基板にすることができる。

【0029】

図７は、本実施形態の他の実装用基板の製造工程を示すものであり、図４に示した構造の導体部９を有する実装用基板の製造工程を示す模式図である。基板堤部５の内壁面５ａに導体部９が設けられる実装用基板を形成する場合には、図７に示すように、グリーンシート２１の表面に予め導体パターン２７を形成し、この導体パターン２７の上側から凸部２３を有する金型により加圧する。こうして基板堤部５の内壁面５ａに導体部９が埋設され、しかもその導体部９が内壁面５ａと面一となる構造の実装用基板を得ることができる。

【実施例】

【0030】

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％、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のグリーンシートを作製した。

【0031】

次に、作製したグリーンシートに対し、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および図４にそれぞれ示すような構造の凹状成形体を形成した。図４の凹状成形体に形成した導体パターンはＭｏを主成分とする導体ペーストを適用した。また、図９に示す構造の試料は２枚のグリーンシートを用意し、このうちの１枚に金型の打ち抜き加工によって凹部となる穴を形成し、これをもう１枚のグリーンシートに重ねることによって凹状成形体を作製した。

【0032】

次に、還元雰囲気中、１４００℃、１時間の条件にて焼成を行った。焼成後の実装用基板の金属層（メタライズ層）にはニッケル、金めっきを順に施した。

【0033】

得られた実装用基板は、平面の面積が３ｍｍ×３ｍｍ、基板底部の厚みが０．１ｍｍ、基板堤部の平均厚みが０．１５ｍｍ、基板堤部の搭載面からの高さが０．２ｍｍであった。

【0034】

次に、得られた実装用基板について落下試験を行い、実装用基板の損傷の状態を観察した。落下試験後に損傷した状態というのは、倍率が２０〜５０倍の観察において、例えば、実装用基板の基板底部と基板堤部との接合部分にクラックや欠けが見られたものとした。また、基板底部と基板堤部との界面に発生したクラックについても確認を行った。落下試験はＪＩＳ Ｃ００４４−１９９５の自然落下試験方法を用いて行った。この場合、落下の高さは１ｍおよび２ｍとし、落下の回数は２回とした。このとき試料は基板底部が床面に対して垂直な方向に向き、かつ基板底部の１辺が床面にほぼ平行になるように落下させた。試料数は２０個とした。

【0035】

【表1】

【0036】

表１から明らかなように、作製した試料のうち搭載面と基板堤部の内壁面との連続箇所が基板堤部の上部側から搭載面側に向けて厚みを厚くする曲面を成している形状とした試料Ｎｏ．１〜４では、高さ１ｍの落下試験での不良個数が２０個中４個以下、高さ２ｍの落下試験での不良個数が２０個中１１個以下であった。この中で、実装用基板の基板底部の搭載面を椀状に凹んだ形状にした試料Ｎｏ．２〜４では、高さ２ｍの落下試験での不良個数が２０個中８個以下であった。さらに、基板堤部のコーナー部に導体部を面一になるように埋設させた試料Ｎｏ．３、４では、高さ１ｍの落下試験での不良個数が２０個中２個以下、高さ２ｍの落下試験での不良個数が２０個中７個以下であった。

【0037】

これに対し、搭載面と基板堤部の内壁面との連続箇所が直角な形状の試料Ｎｏ．５では、高さ１ｍの落下試験での不良個数が２０個中８個、高さ２ｍの落下試験での不良個数が２０個中１８個であった。

【符号の説明】

【0038】

１０１・・・・・実装用基板
１・・・・・・・搭載面
３、１０５・・・基板底部
５、１０６・・・基板堤部
５ａ・・・・・・基板堤部の内壁面
５ｕ・・・・・・基板堤部の上部
５ｕｓ・・・・・基板堤部の上面
７、１０３・・・蓋体
８・・・・・・・金属層
９・・・・・・・導体部
１０・・・・・・電子部品
Ｓ・・・・・・・搭載面と基板堤部の内壁面との連続箇所
ｔ・・・・・・・基板底部、基板堤部の厚み
２１・・・・・・グリーンシート
２３・・・・・・凸部
２３ａ・・・・・凸部の角部
２５・・・・・・凹状成形体
２５ａ・・・・・凹部
２５ａａ・・・・凹部の壁部
２５ａｂ・・・・凹部の床部
２５ｃ・・・・・凹部の隅部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】