特許 6231415 実装用基板および電子装置

(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】6231415

(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】実装用基板および電子装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20171106BHJP

   H05K 1/18 20060101ALI20171106BHJP

   H01L 23/04 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/12 F

   H05K1/18 R

   H01L23/04 D

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-48940(P2014-48940)

(22)【出願日】2014年3月12日

(65)【公開番号】特開2015-173208(P2015-173208A)

(43)【公開日】2015年10月1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２００６−２６９４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２６６０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１６１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７９１９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／０４

Ｈ０５Ｋ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の少なくとも一方の主面に電子部品を搭載するための搭載面を備えた実装用基板であって、前記搭載面が椀状に凹んでおり、前記搭載面は前記主面から少なくとも一段深くなった段差部を介して設けられており、前記段差部は、前記主面に垂直な縦内壁面と前記主面に平行な横内壁面との連続箇所が曲面となっていることを特徴とする実装用基板。

【請求項2】

前記基板は、前記搭載面に対して法線方向に伸びるビア導体を有してい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ていることを特徴とする電子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、実装用基板および電子装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図９（ａ）は、従来の電子装置の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。水晶応用製品等の電子部品１００が実装された電子装置１０１は、実装用基板１０２の上面に蓋体１０３が接合される構成となっている。実装用基板１０２は、セラミックスやＦＲ−４などの絶縁材料によって形成される基板の主面に電子部品１００を収容するためのキャビティ部１０７を有する構成となっている。（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１０１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、このような電子装置１０１に組み込まれる電子部品１００やこれを実装するための実装用基板１０２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、電子装置１０１の小型化や薄型化を図るためには、これの基材である実装用基板１０２の面積を小さくするとともに、厚みｔを薄くする必要があるが、実装用基板１０１の厚みｔが薄くなってくると、機械的強度が低下するという問題がある。

【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、機械的強度の高い実装用基板とそれを用いた電子装置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、基板の少なくとも一方の主面に電子部品を搭載するための搭載面を備えた実装用基板であって、前記搭載面が椀状に凹んでおり、前記搭載面は前記主面から少なくとも一段深くなった段差部を介して設けられており、前記段差部は、前記主面に垂直な縦内壁面と前記主面に平行な横内壁面との連続箇所が曲面となっていることを特徴とする。

【0008】

本発明の電子装置は、上記の実装用基板の前記搭載面に電子部品が実装されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、機械的強度の高い実装用基板とそれを用いた電子装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は、本発明の実装用基板の一実施形態を模式的に示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図2】（ａ）は、本実施形態の他の態様の実装用基板を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、搭載面が主面から一段深くなった段差部を介して設けられている構造を示すものである。

【図3】本実施形態の他の態様の実装用基板を示す断面模式図であり、基板の主面と搭載面との間に設けられた段差部の谷折れ部分が曲面となっている構造を示すものである。

【図4】（ａ）は、本実施形態の他の態様の実装用基板を示す外観斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、搭載面内に形成されたビア導体が基板を厚み方向に貫通している構造を示すものである。

【図5】（ａ）は、本発明の電子装置を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

【図6】本実施形態の電子部品収納用セラミック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収納用セラミック基板の製造工程を示すものであり、図２および図３に示した構造の電子部品収納用セラミック基板の製造工程を示す模式図である。

【図8】本実施形態の他の電子部品収納用セラミック基板の製造工程を示すものであり、図４に示した構造の電子部品収納用セラミック基板の製造工程を示す模式図である。

【図9】（ａ）は、従来のパッケージの一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１（ａ）は、本発明の実装用基板の一実施形態を模式的に示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ｂ）の実装用基板１の断面図において搭載面５の下側に記した破線Ｂは、図９に示した従来の実装用基板１０１のキャビティの断面形状の比較として示したものであり、本実施形態の実装用基板１のキャビティとの断面形状の違いを表すものである。

【0012】

本実施形態の実装用基板１は、基板３の少なくとも一方の主面３ａに電子部品を搭載するための搭載面５を備えたものであり、その搭載面５は椀状に凹んだ形状となっている。言い換えると、本実施形態の実装用基板１は、キャビティ構造をした搭載面５が周縁部５ａ側から中心部５ｃ側に向けて次第に深くなる、いわゆる曲面ＣＳの形状を有するものとなっている。

【0013】

搭載面５がこのような構造であると、図１（ｂ）に示しているように、搭載面５が厚み方向に深く掘られたいわゆる井戸型の形状（図１（ｂ）では破線Ｂで示している。）である従来の構成と比較して、搭載面５の周縁部５ａ付近の厚みが厚く、基板３に曲面ＣＳと破線Ｂとで囲まれた凹状メニスカス部Ｍが残っている分だけ基板３の撓み量を小さくすることができる。また、搭載面５が曲面ＣＳであるために、搭載面５を含む基板３に荷重がかかったときにも、応力が分散しやすくなる。これにより機械的強度の高い実装用基板を得ることができる。

【0014】

なお、図１（ａ）（ｂ）には、図示していないが、この実装用基板１の搭載面５上にも図９（ａ）（ｂ）に示したような蓋体が設けられる。この場合、搭載面５が上記のように椀状に凹んでいる形状（曲面ＣＳ）であることから、蓋体を曲面ＣＳの途中に置くこともでき、蓋体の設置が容易になるとともに、実装用基板１に蓋体を重ねてもトータルの厚みを薄くすることができる。

【0015】

そして、実装用基板１の搭載面５に蓋体を設置しやすい構造としては、図２（ａ）（ｂ）に示すようなものを挙げることができる。

【0016】

図２（ａ）は、本実施形態の他の態様の実装用基板を示す外観斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、搭載面５が主面３ａから一段深くなった段差部Ｓを介して設けられている構造を示すものである。ここで、図２（ａ）の搭載面５に記した実線
は山折れ部Ｙ、破線は谷折れ部Ｔを示す。図２では、段差部Ｓにおける基板３の主面３ａに垂直な縦内壁面をＳｖ、主面３ａに平行な横内壁面をＳｈという符号で表している。縦内壁面Ｓｖおよび横内壁面Ｓｈにより段差部Ｓが形成される。

【0017】

搭載面５が椀状に凹んでいることに加えて、搭載面５の周縁部に階段状の段差部Ｓを設けた場合には、後述する図５（ａ）（ｂ）に示す電子装置１１のように、椀状に凹んだ部分に蓋体１５がはめ込まれる構造となり、これにより基板３の変形が抑えられ、蓋体１５をはめ込んだときの実装用基板１の機械的強度をより高くすることができる。

【0018】

また、搭載面５に段差部Ｓを設けた場合には、主面３ａから椀状に凹んだ搭載面５の底までの深さを深くすることができるため、電子部品のサイズに制限はあるものの、電子部品が主面３ａから突出しない実装形態を実現するのに好適なものとなる。この場合、搭載面５の底の部分は依然として椀状に凹んだ形状であることから、基板３の強度も維持される。

【0019】

このとき、段差部Ｓの深さｄは、蓋体１５を一部でも基板３に埋設できるものであれば極力薄い方が良く、例えば、基板３の厚みｔの１／３以下であることが望ましい。なお、図２（ａ）（ｂ）では、段差部Ｓが１段の構造しか示していないが、本実施形態の実装用基板では、段差部Ｓは２段、３段と複数の段数で構成されていても同様の効果を得ることができる。

【0020】

図３は、本実施形態の他の態様の実装用基板を示す断面模式図であり、基板３の主面３ａと搭載面５との間に設けられた段差部Ｓの谷折れ部Ｔが曲面ＣＳとなっている構造を示すものである。図３では、上記した図２（ｂ）に示した段差部Ｓの形状を破線Ｂで示しており、基板３の主面３ａに垂直な縦内壁面をＳｖ、主面３ａに平行な横内壁面をＳｈという符号で表している。

【0021】

この実装用基板１では、段差部Ｓは、主面３ａに垂直な縦内壁面Ｓｖと主面３ａに平行な横内壁面Ｓｈとの連続箇所が曲面ＣＳとなっていることが望ましい。基板３の主面３ａに形成された搭載面５が図３に示すような形状であると、段差部Ｓに、図２（ａ）（ｂ）に示したような所定の角度で折れ曲がった部分（谷折れ部Ｔ）が無くなり、段差部Ｓにも凹状メニスカス部Ｍを残すことができることから、図２（ａ）（ｂ）に示した構造よりも機械的強度の高い実装用基板１を得ることができる。

【0022】

図４（ａ）は、本実施形態の他の態様の実装用基板を示す外観斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、搭載面５内に形成されたビア導体Ｖが基板３を厚み方向に貫通している構造を示すものである。

【0023】

本実施形態の実装用基板１は、基板３にビア導体Ｖを有するものにも好適なものとなる。例えば、ビア導体Ｖの一端が基板３の搭載面５に露出し、他端が基板３の搭載面５とは反対側の主面３ｂに貫通しているような構造である場合に、ビア導体Ｖが搭載面５に対し
て法線方向に伸びるように配置されていることが望ましい。ここで、ビア導体Ｖが搭載面５に対して法線方向に伸びている状態というのは、ビア導体Ｖの軸が搭載面５に対して垂直な方向だけではなく±１０°角度を変えた範囲にあるものまで含む意味である。

【0024】

ところで、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）等の電子部品が実装用基板１の搭載面に搭載され、また、この実装用基板がマザーボードである外部回路基板上に実装されている構成を想定した場合、実装用基板は、電子部品と外部回路基板との間で、電子部品の配線回路と外部回路基板の配線回路との間でインピーダンスなどの抵抗成分を整合させる役割を果たすものとなっている。通常、実装用基板の搭載面（一次実装側と
呼ばれることがある。）の接続用パッドのピッチは電子部品の接続用パッドのピッチに対応するものとなっているが、実装用基板の搭載面とは反対側の裏面（二次実装側と呼ばれることがある。）の接続パッドのピッチは外部回路基板の配線ピッチに対応するものとなるため、搭載面側よりも接続パッドのピッチが大きくなっている。このため、通常の実装用基板では、表面や内部に形成される配線回路を絶縁層を介して形成し、絶縁層を貫通させたビア導体を介して配線回路を展開し、搭載面５側の一次実装側から裏面の二次実装側に至る間に配線ピッチが広がるように設計されている。

【0025】

これに対し、図４（ａ）（ｂ）に示す本実施形態の実装用基板１では、ビア導体Ｖが搭載面５に対して法線方向に伸びるように配置されていることから、実装用基板１の搭載面５側における接続パッドのピッチが小さくても、配線回路の展開に因らず、裏面側に露出する接続パッドのピッチを広くすることが可能になる。そして、このような実装用基板１では、配線回路の層数を減らすことができる分だけビア導体の数を減らすことができることから、より小面積かつ薄型の実装用基板１を得ることができる。

【0026】

図５（ａ）は、本発明の電子装置を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。本実施形態の電子装置１１は、上述した実装用基板１の搭載面５に水晶振動子等の電子部品１３が実装されていることを特徴とするものである。この電子装置１１では、搭載面５が椀状に凹んでいる形状（曲面ＣＳ）であることから、上述した理由により、実装用基板１の撓み量を小さくすることができ、高い機械的強度を有する電子装置１１を得ることができる。なお、本実施形態の電子装置１１には、必要に応じて、電子部品１３を樹脂封止しても良いが、搭載面５を覆うように蓋体１５を設けると、実装用基板１をより変形し難くすることができる。また、実装用基板１の表面や内部に、電子部品１３や外部電源と接続するための導体層を設けてもよい。

【0027】

次に、本実施形態の実装用基板および電子装置の製造方法について説明する。図６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６（ａ）に示すように、基板３を形成するためのグリーンシート２１を準備する。そのグリーンシート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。

【0028】

次に、図６（ｂ）に示すように、グリーンシート２１の一方の面側から球面状をした凸部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に対応する部分が椀状の凹部２５ａとなる。

【0029】

なお、搭載面５を図２（ａ）（ｂ）および図３（ａ）（ｂ）に示すような形状にするときにも、それぞれ焼成後の搭載面５の形状に対応する凸部２３を備えた金型を用いれば良いが、搭載面５の深さが浅いものであれば、図７（ａ）および図７（ｂ）にそれぞれ示しているように、凸部２３の先端に段差部Ｓの部分だけ加工できるようにした金型（球面状をした凸部２３が形成されていない）を用いても同様の形状を有する実装用基板１を得ることができる。この場合には、凹状成形体２５として焼成前後で１５％以上焼成収縮（線収縮率）するセラミック材料を用いるのが良い。

【0030】

図８は、図４に示す実装用基板を作製する工程を示した模式図である。この場合には、グリーンシート２１の表面の金型の凸部２３が当たる部分にビア導体用の導体パターン２７を形成し、次いで、この上面側から金型によりプレスする。このとき導体パターン２７が凹状成形体２５中に埋め込まれると同時に下方側に向かって広がるように埋設される。次いで、この凹状成形体２５を焼成することにより、図４に示すような実装用基板１を得ることができる。

【実施例】

【0031】

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２００μｍのグリーンシートを作製した。

【0032】

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１、図２および図３にそれぞれ示すような構造の凹状成形体を形成した。また、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に示す構造の試料については凸部が断面視で矩形状の金型を用いて同様の加圧条件で作製した。

【0033】

次に、還元雰囲気中、１４００℃、１時間の条件にて焼成を行った。

【0034】

得られた実装用基板は、いずれも平面の面積が５ｍｍ×５ｍｍ、椀状に凹んだ部分の深さは基板厚みの約１／４〜１／３、基板の平均厚みが０．１５ｍｍ、椀状に凹んだ搭載面の直径が約３ｍｍであった。段差部は基板厚みの約１／５とした。

【0035】

次に、得られた実装用基板について強度試験を行い、実装用基板の強度を測定した。強度試験はオートグラフを用いて、作製した実装用基板を両端で支え、裏面側から直径２ｍｍの鉄製の棒によって加圧する方法により行った。

【0036】

【表1】

【0037】

表１から明らかなように、作製した試料のうち搭載面を椀状に凹んだ形状とした試料Ｎｏ．１〜４では、強度が０．８５ｋｇｆ以上であったが、搭載面の形状が断面視で矩形状であった試料Ｎｏ．５は強度が０．７７ｋｇｆであった。

【符号の説明】

【0038】

１・・・・・・・実装用基板
３・・・・・・・基板
３ａ・・・・・・主面
５・・・・・・・搭載面
５ａ・・・・・・周縁部
５ｃ・・・・・・中央部
１１・・・・・・電子装置
１３・・・・・・電子部品
１５・・・・・・蓋体
ＣＳ・・・・・・曲面
Ｍ・・・・・・・凹状メニスカス部
Ｓ・・・・・・・段差
Ｔ・・・・・・・谷折れ部
Ｙ・・・・・・・山折れ部
Ｓｖ・・・・・・縦内壁面
Ｓｈ・・・・・・横内壁面
Ｖ・・・・・・・ビア導体
２１・・・・・・グリーンシート
２３・・・・・・凸部
２５・・・・・・凹状成形体
２５ａ・・・・・凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】