JP2016139770A

JP2016139770A - 配線基板、電子装置および電子モジュール

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Publication number: JP2016139770A
Application number: JP2015015634A
Authority: JP
Inventors: 光幸小松; Mitsusachi Komatsu
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: JP6441696B2

Abstract

【課題】実装信頼性に優れた配線基板、電子装置および電子モジュールを提供する。
【解決手段】配線基板１は、絶縁基板11と、絶縁基板11の主面に平面視で隣り合うようにして複数設けられた端子電極12とを有しており、絶縁基板11の主面には、端子電極12の間に、平面視で細長い形状の凹部14が、長手方向が不規則な方向となるように設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子または発光素子等の電子部品を搭載するための配線基板、電子装置および電子モジュールに関するものである。

従来、電子部品が搭載されて電子装置に組み込まれる配線基板は、電子部品の搭載領域を含む主面を有する絶縁基板と、絶縁基板の主面に平面視で隣り合うようにして複数設けられた端子電極と、絶縁基板の主面および内部に端子電極と接続される配線導体とを有している。

特開2001−168511号公報

しかしながら、電子装置の高機能化に伴い、配線基板の大型化、高放熱化が進んできている。長期間繰り返し使用していると、配線基板と外部回路基板とが剥がれてしまいやすくなることが懸念される。

本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基板と、該絶縁基板の主面に平面視で隣り合うようにして複数設けられた端子電極とを有しており、前記絶縁基板の主面には、前記端子電極の間に、平面視で細長い形状の凹部が、長手方向が不規則な方向となるように設けられている。

本発明の他の態様による電子装置は、上記構成の配線基板と、配線基板に搭載された電子部品とを有している。

本発明の他の態様による電子モジュールは、上記の電子装置と、端子電極と接続される外部回路基板と、電子装置と外部回路基板との間に、繊維状の凹部に充填するように配置された接合補強材とを有する。

本発明の一つの態様による配線基板によれば、絶縁基板と、絶縁基板の主面に平面視で隣り合うようにして複数設けられた端子電極とを有しており、絶縁基板の主面には、端子電極の間に、平面視で細長い形状の凹部が、長手方向が不規則な方向となるように設けられていることから、配線基板と外部回路基板とを接合材により接合する際に、絶縁基板と外部回路基板との間に接合補強材を配置すると、凹部内に良好に充填させて係止するとともに、平面視で、細長い形状で長手方向が不規則な方向となった凹部内の接合補強材にかかる応力を分散することができるので、配線基板と外部回路基板との実装信頼性を高めることができる。

本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の配線基板と、電子部品とを含んでいることから、電子部品と外部回路基板との実装信頼性を高めて長期信頼性に優れたものとすることができる。

本発明の他の態様によれば、電子モジュールは、上記構成の電子装置と、端子電極と接続される外部回路基板と、電子装置と外部回路基板との間に、凹部に充填するように配置された接合補強材とを有することから、電子部品と外部回路基板との実装信頼性を高めて長期信頼性に優れたものとすることができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態における電子装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。図１（ａ）のＡ−Ａ線における縦断面図である。（ａ）は、図１（ｂ）のＡ部における要部拡大下面図であり、（ｂ）は図２の要部拡大縦断面図である。図１における電子装置を用いた外部回路基板に実装した電子モジュールを示す要部拡大縦断面図である。（ａ）は、本発明の第２の実施形態における電子装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。図５（ａ）のＡ−Ａ線における縦断面図である。（ａ）は、図５（ｂ）のＡ部における要部拡大下面図であり、（ｂ）は図６の要部拡大縦断面図である。（ａ）は、本発明の第３の実施形態における電子装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。図８（ａ）のＡ−Ａ線における縦断面図である。（ａ）は、図８（ｂ）のＡ部における要部拡大下面図であり、（ｂ）は図９の要部拡大縦断面図である。

本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電子装置は、図１〜図４に示された例のように、配線基板１と、配線基板１の上面に設けられた電子部品２とを含んでいる。電子装置は、例えば電子モジュールを構成する外部回路基板５上に実装される。

本実施形態における配線基板１は、図１〜図４に示された例のように、絶縁基板11と、絶縁基板11の主面に平面視で隣り合うようにして複数設けられた端子電極12とを有している。配線基板１は、絶縁基板11の主面および内部に設けられ、端子電極12に電気的に接続された配線導体13を有している。絶縁基板11の主面には、端子電極12の間に、平面視で細長い形状の凹部14が、長手方向が不規則な方向となるように設けられている。また、図１〜図４において、電子装置は、仮想のｘｙｚ空間内に設けられており、以下便宜的に「上方向」とは仮想のｚ軸の正方向のことをいう。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に配線基板１等が使用される際の上下を限定するものではない。

絶縁基板11は、複数の絶縁層11ａからなり、電子部品２の搭載部を含む上面を有しており、平面視において矩形の板状の形状を有している。絶縁基板11は、電子部品２を支持するための支持体として機能し、上面中央部の搭載部上に電子部品２が樹脂等の接合剤を介して接着され固定される。

絶縁基板11の材料は、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等のセラミックスである。

絶縁基板11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体である場合であれば、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ_２Ｏ_３），酸化珪素（ＳｉＯ_２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿物を作製する。この泥漿物を、従来周知のドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用してシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製する。次に、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに、セラミックグリーンシートを必要に応じて複数枚積層して生成形体を形成し、この生成形体を高温（約1600℃）で焼成することによって絶縁基板11が製作される。

端子電極12は、絶縁基板11の一方主面（図１〜図４では、絶縁基板11の下面）にグリッド状に設けられている。配線導体13は、絶縁基板11の他方主面（図１〜図４では絶縁基板11の上面）および内部に設けられている。配線導体13は、絶縁基板11の他方主面にて、電子部品２とワイヤボンディング等の接続部材３を介して電気的に接続される。配線導体13は、端子電極12に電気的に接続され、配線基板１に搭載された電子部品２と外部回路基板５とを電気的に接続するためのものである。端子電極12は、配線基板１に搭載された電子部品２と外部回路基板５とを電気的に接続するため、または配線基板１と外部回路基板５とを接合するためのものである。配線導体13は、絶縁基板11の表面または内部に設けられた配線層と、絶縁基板11を貫通して上下に位置する配線層同士を電気的に接続する貫通導体とを含んでいる。

端子電極12、配線導体13の材料は、例えばタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）等を主成分とする金属粉末メタライズである。端子電極12および配線導体13は、は、例えば絶縁基板11用のセラミックグリーンシートに端子電極12、配線導体13用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等の印刷手段によって印刷塗布し、絶縁基板11用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成される。また、貫通導体は、例えば絶縁基板11用のセラミックグリーンシートに金型またはパンチングによる打ち抜き加工またはレーザー加工等の加工方法によって貫通導体用の貫通孔を形成し、この貫通孔に貫通導体用のメタライズペーストを上記印刷手段によって充填しておき、絶縁基板11用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成される。メタライズペーストは、上述の金属粉末に適当な溶剤およびバインダーを加えて混練することによって、適度な粘度に調整して作製される。なお、絶縁基板11との接合強度を高めるために、ガラス粉末、セラミック粉末を含んでいても構わない。

端子電極12、配線導体13の絶縁基板11から露出した表面には、ニッケル，金等の耐蝕性に優れる金属めっき層が被着される。端子電極12および配線導体13が腐食することを低減できるとともに、配線導体13と電子部品２との接合、および配線導体13とボンディングワイヤまたは外部回路基板５と端子電極12とを強固に接合できる。例えば、端子電極12および配線導体13の絶縁基板11から露出した表面には、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着される。

また、めっき層は、ニッケルめっき層／金めっき層に限られるものではなく、ニッケルめっき層／パラジウムめっき層／金めっき層等を含むその他のめっき層であっても構わない。

凹部14は、絶縁基板11の一方主面（図１〜図４では、絶縁基板11の下面）に、端子電極12の間に設けられている。凹部14は、接合補強材７を内部に充填させて、電子装置と外部回路基板５との接合を補強するためのものである。ここで、凹部14は、図１〜図３に示された例のように、平面視において、細長い形状で、長手方向が不規則な方向となるように設けられており、非直線状、すなわち不連続な曲線の凹部であり、繊維形状となっている。なお、凹部14は、開口幅は、一定でなくてもよいし、複数の繊維形状が交差した形状の
凹部であっても構わない。凹部14は、電子装置と外部回路基板５との接合を補強するために、グリッド状に設けられた全ての端子電極12の隣接する端子電極12間に設けられていることが好ましく、最外周の端子電極12よりも外側領域の絶縁基板11の主面に設けられていてもよい。

このような繊維形状の凹部14は、例えば、表面に繊維形状の凸部を有するゴム板、金属板、樹脂板等の板材、あるいは大きな繊維質を含有した紙やゴム等の緩衝材の上に、端子電極12側を下側に向けて絶縁基板11の生成形体を配置し、絶縁基板11の生成形体の両主面方向に対して50〜100kg/cm²程度の圧力を印加し、絶縁基板11の生成形体の主面に繊維形
状の凹部14となるくぼみをつけておくことにより形成することができる。また、ゴム板、金属板、樹脂板等の板材上に、繊維形状の物質、電極12側を下側に向けた絶縁基板11の生成形体の順に配置し、絶縁基板11の生成形体両主面方向から圧力を印加し、絶縁基板11の生成形体の主面に繊維形状の凹部14となるくぼみをつけておくことにより形成することもできる。

また、絶縁基板11あるいは絶縁基板11の生成形体の主面に、レーザー加工等により、繊維形状の凹部14を形成しても良いが、上述の表面に繊維形状の凸部を有するゴム板、金属板、樹脂板等の板材、あるいは大きな繊維質を含有した紙やゴム等の緩衝材を用いて製作する方が、生産性において好ましい。

配線基板１の主面には、電子部品２が接合されて搭載される。電子部品２は、例えば、加速度センサ素子等のセンサ素子、半導体素子、撮像素子、発光素子等である。また、電子部品２とともにコンデンサまたは抵抗素子等の小型の部品が搭載されていてもよい。電子部品２は、エポキシ樹脂等の接合材によって配線基板１の主面に接合される。また、電子部品２の電極と配線導体13とが、例えばＡｕを主成分とするボンディングワイヤ等の接続部材３を介して電気的に接続される。電子部品２は、必要に応じて、樹脂材料等の封止材４によって封止されている。また、蓋体等によって封止されていてもよい。

本発明の電子装置が、図４に示される例のように、外部回路基板５の接続パッド51に半田ボール等の接合材６を介して接続され、電子装置と外部回路基板５との間にアンダーフィルとして、例えば、エポキシ樹脂等の接合補強材７を電子装置と外部回路基板５との間に配置するとともに、繊維形状の凹部14内に充填させることで、電子モジュールとなる。

本実施形態の配線基板１は、絶縁基板11と、絶縁基板11の主面に平面視で隣り合うようにして複数設けられた端子電極12とを有しており、絶縁基板11の主面には、端子電極12の間に、平面視で細長い形状の凹部14が、長手方向が不規則な方向となるように設けられている。上記構成により、配線基板１と外部回路基板５とを接合する際に、絶縁基板11と外部回路基板５との間に接合補強材７を配置すると、凹部14内に良好に充填させて係止するとともに、平面視で、細長い形状で長手方向が不規則な方向となった凹部14内の接合補強材７にかかる応力を分散することができるので、配線基板１と外部回路基板５との実装信頼性を高めることができる。

繊維形状の凹部14は、図３に示される例のように、細長い線状の凹部であることから、絶縁基板11の主面に複数の点状の凹部を点在して設けた場合と比較して、繊維形状の凹部14内に接合補強材７を流動させやすく、充填させやすい。

また、例えば、繊維形状の凹部14は、絶縁基板11の主面に一方方向に直線状の凹部を設けた場合と比較して、剥がれがたくなる。また、絶縁基板11の主面に一方方向、あるいは格子状に直線状の凹部を設けた場合と比較して、端子電極12間に設けられた繊維形状の凹部14により、力がかかる方向が分散されるので、端子電極12と繊維形状の凹部14との間、
あるいは繊維形状の凹部14と絶縁基板11の他方主面との間においてクラック等が発生したり、割れてしまうことを抑制することができるので、絶縁基板11の厚みが薄い配線基板１において好適に使用することができる。

繊維形状の凹部14の長さは、50〜1000μｍ程度の長さに形成される。繊維形状の凹部14の深さは、５〜50μｍ程度の深さに形成される。図３に示された例のように、縦断面視における繊維形状の凹部14の内面が曲面状であり、かつ繊維形状の凹部14の開口部の幅が繊維形状の凹部14の深さよりも大きいと、繊維形状の凹部14内に接合補強材７を充填させやすい。

なお、繊維形状の凹部14は、図３に示された例のように、それぞれの繊維形状の凹部14の形状、長さ、開口幅および深さが異なっていても構わない。

本実施形態の電子装置は、上記の配線基板１と、配線基板１に搭載された電子部品２とを有していることから、電子装置と外部回路基板５との実装信頼性を向上させて長期信頼性に優れたものとできる。

本実施形態の電子モジュールは、上記の電子装置と、端子電極12と接続される外部回路基板５と、電子装置と外部回路基板５との間に配置され、繊維形状の凹部14に充填された接合補強材７とを有していることから、電子装置と外部回路基板５との実装信頼性を向上させて長期信頼性に優れたものとできる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による電子装置について、図５〜図７を参照しつつ説明する。

本実施形態における電子装置において、上記した第１の実施形態の電子装置と異なる主な点は、絶縁基板11の主面（図５〜図７では下面）に穴15が形成されており、穴15の底面に端子電極12が設けられている点である。

なお、第２の実施形態において、電子部品２は、はんだバンプや金バンプまたは導電性樹脂（異方性導電樹脂等）等の接続部材３を介して、半導体素子の電極と配線導体13とが電気的および機械的に接続されることによって配線基板１に搭載されている。

穴15は、図５〜図７に示された例において、縦断面視において内側面が直線状の穴15と形成されているが、内側面が開口側に広がる穴15、もしくは開口側に階段状に広がる穴15であっても構わない。

第２実施形態の配線基板１によれば、第１実施形態の配線基板１と同様に、配線基板１と接合補強材７との接合強度を高めることができ、配線基板１と外部回路基板５との実装信頼性を向上させることができる。

また、絶縁基板11の生成形体の主面に繊維形状の凹部14となるくぼみを形成する際に、板材または紙が直接端子電極12と接触しづらく、端子電極12に繊維形状の凹部14が形成されることを抑制することができる。

このような穴15は、穴15を構成するセラミックグリーンシートまたはセラミックペーストを、絶縁基板11の生成形体の端子電極12側の主面に設けておくことにより形成することができる。セラミックペーストは、絶縁基板11と実質的に同質のセラミック粉末に適当な溶剤およびバインダーを加えて混練することによって、適度な粘度に調整して作製される
。

なお、セラミックペーストを用いた場合には、絶縁基板11の主面に繊維形状の凹部14を形成する場合に、上記圧力を印加して繊維形状の凹部14となるくぼみを良好に形成しやすいので好ましい。

また、この場合、図５〜図７に示された例のように、繊維形状の凹部14の深さが、穴15の底面に設けられた端子電極12の穴15の開口部からの深さよりも浅いと、穴15の底面に端子電極12を大きく形成しやすくなる。例えば、平面視において、端子電極12を穴15の径よりも大きくし、絶縁基板11と端子電極12との接合強度を高めることで、配線基板１と外部回路基板５との実装信頼性を向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態による電子装置について、図８〜図10を参照しつつ説明する。

本実施形態における電子装置において、上記した第１の実施形態の電子装置と異なる主な点は、絶縁基板11の主面（図８〜図10では絶縁基板11の下面）に穴15が形成されており、１つの穴15の底面に複数の端子電極12が設けられている点である。

第３の実施形態の配線基板１によれば、第１実施形態の配線基板１と同様に、配線基板１と接合補強材７との接合強度を高めることができ、配線基板１と外部回路基板５との実装信頼性を向上させることができる。

また、図８に示される例のように、穴15および端子電極12が、絶縁基板11の主面外周部に偏倚して配置されている場合、絶縁基板11の主面中央部に複数の繊維形状の凹部14を設けても良く、絶縁基板11の主面中央部に絶縁基板11の主面外周部よりも密集した状態で繊維形状の凹部14を設けても良い。

なお、本発明は上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。例えば、図１〜図10に示された例において、絶縁基板11は、平板形状であるが、上面に、電子部品２が搭載されるキャビティを有した形状であってもよい。

また、図１〜図10に示された例において、絶縁基板11の主面に、電子部品２が１つ搭載されているが、複数の電子部品２が搭載される配線基板１であってもよい。また、抵抗素子や容量素子等の小型の電子部品を搭載しても良い。

また、端子電極12は、グリッド状の位置からずれた位置、例えば千鳥格子状に設けても構わない。

１・・・配線基板
11・・・絶縁基板
11ａ・・絶縁層
12・・・端子電極
13・・・配線導体
14・・・凹部
15・・・穴
２・・・電子部品
３・・・接続部材
４・・・封止材
５・・・外部回路基板
７・・・接合補強材

Claims

絶縁基板と、
該絶縁基板の主面に平面視で隣り合うようにして複数設けられた端子電極とを有しており、
前記絶縁基板の主面には、前記端子電極の間に、平面視で細長い形状の凹部が、長手方向が不規則な方向となるように設けられていることを特徴とする配線基板。
前記端子電極は、
前記絶縁基板の主面に設けられた穴の底面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
請求項１記載の配線基板と、
前記配線基板に搭載された電子部品とを有していることを特徴とする電子装置。
請求項３記載の電子装置と、
前記端子電極と接続される外部回路基板と、
前記電子装置と外部回路基板との間に、前記凹部に充填するように配置された接合補強材とを有する
ことを特徴とする電子モジュール。