JP2000114683A

JP2000114683A - 厚膜回路基板

Info

Publication number: JP2000114683A
Application number: JP10276887A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Murakami; 忠村上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、基板の裏面に金属板を貼着して
も、表面側の配線パターンが汚染されることがなく、安
定した電子部品等の接合が可能で、小型化が可能な厚膜
回路基板を提供する。【解決手段】本発明は、スルーホール導体４を介し
て、一方主面の配線パターン２と、他方主面との配線パ
ターン３とを接続したセラミック基板１の他方主面に、
接着層９を介して放熱金属板７を配置した厚膜回路基板
である。前記スルーホール４１の他方主面側開口を低融
点のガラス部材８により閉塞した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハイブリッドＩＣに
用いられる厚膜回路基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッドＩＣに用いられる厚膜回路
基板は、セラミック基板の一方主面に配線パターンを形
成し、該配線パターンに所定ＩＣチップなどを実装した
ものである。このようなハイブリッドＩＣでは、ＩＣチ
ップの誤動作を防止するために、セラミック基板の他方
主面に放熱作用を目的として金属板を半田や樹脂などの
接着材によって貼着されている。

【０００３】また、セラミック基板の厚み方向には、表
面側の配線パターンと裏面側の配線パターン、例えばグ
ランド電位となる配線パターンと接続する導通スルーホ
ールなどが形成されている。なお、導通スルーホールと
は、開口径が例えば０．５ｍｍ程度のスルーホールの内
壁面に導体膜が形成されている。

【０００４】上述の基板表面に形成した配線パターン
は、例えば、Ａｇ系材料（Ａｇ単体、Ａｇを主成分とす
る合金）などの焼き付けにより形成され、所定回路網や
電子部品を搭載する電極パッドなどになる表面配線パタ
ーンと、裏面にＡｇ系材料の焼き付けにより形成された
所定回路網や端子電極などになる裏面配線パターンと、
基板の厚み方向に両配線を接続するために貫通孔の内壁
に内壁導体膜を形成したスルーホール導体とから構成さ
れている。

【０００５】尚、基板表面の配線パターンは、ＩＣチッ
プを搭載し、ボンディングワイヤや半田などを介して電
気的に接続されたり、また、各種電子部品を半田などを
介して電気的に接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の厚膜回
路基板において、基板の裏面に金属板を取着するにあた
り、貫通孔の内壁面を伝って基板の表面側に、半田接合
時に使用するフラックスや樹脂接着材などの樹脂成分が
登ってくるという問題があった。

【０００７】特に、近年、回路基板の高密度実装によ
り、例えば、スルーホール導体の開口周囲に形成された
ランド電極を、電子部品のパッド電極に兼用したり、ス
ルーホール導体の開口周囲にＩＣボンディングパッド
（ＩＣパッド電極）を形成した場合、各パッド電極の表
面がフラックスや樹脂に汚染されてしまう。

【０００８】その結果、パッド電極を含む表面配線パタ
ーンとＩＣチップや電子部品との電気的な接続が安定し
て達成できないという問題点があった。

【０００９】また、スルーホール導体を表面側に形成し
たＩＣチップなどを熱伝導経路として利用した場合に
は、このような問題が顕著として現れる。

【００１０】即ち、金属板を取着した厚膜回路基板にお
いては、回路基板表面のＩＣチップ、電子部品を高密度
実装化するにあたり、非常に大きな障害となっていた。

【００１１】本発明は、上述の問題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、厚膜回路基板の他方主面に、
接着材を用いて放熱金属板を配置した厚膜回路基板であ
っても、部品の高密度実装化が可能な厚膜回路基板を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、表裏両面に形
成された配線パターンどうしをスルーホールの内壁に被
着させたスルーホール導体を介して接続したセラミック
基板の裏面に、接着材を用いて金属板を接着して成る厚
膜回路基板において、前記スルーホールの裏面開口を、
低融点ガラス部材により閉塞したことを特徴とする厚膜
回路基板である。

【００１３】

【作用】本発明によれば、スルーホールの他方主面（裏
面）側開口が、低融点ガラスペーストの塗布充填・焼き
付けによるガラス部材によって閉塞されている。

【００１４】即ち、厚膜回路基板の裏面に、金属板を半
田や樹脂接着材などを介して接合しても、半田のフラッ
クス成分や樹脂接着材の樹脂成分が、スルーホールの内
壁面導体膜を伝って表面にまで達することが一切ない。

【００１５】従って、表面側の配線パターンを高密度化
に形成することができ、また、スルーホールの一方主面
開口部分の上部またはその近傍に電子部品やＩＣチップ
を実装することができる。よって、電子部品やＩＣチッ
プの高密度実装化が可能な厚膜回路基板となる。

【００１６】尚、回路基板の高密度化に対して、厚膜回
路基板の裏面に形成される平面的に広がった配線パター
ンをグランド電位とする。このようにすれば、表面側の
配線パターンにおいて、グランド電位に接地したい位置
からスルーホール導体を介して直ぐにグランド電位に接
続することができる。これにより、表面側の配線パター
ンの配線の自由度が向上し、より一層、高密度実装化が
可能な厚膜回路基板となる。

【００１７】尚、厚膜回路基板と金属板とは、半田や樹
脂接着材を用いて貼着されている。

【００１８】この接着作用を行う接着層の厚みとしは、
５０μｍ以上が必要である。これは、厚膜回路基板の他
方主面に、スルーホール導体の開口を閉塞した時、その
閉塞部分及びその周囲に５０μｍ程度の盛り上がりが発
生する。この盛り上がりを回避して、金属板を基板の裏
面と平行に配置するために、その接着層によって調整す
るためである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の厚膜回路基板を図
面に基づいて説明する。

【００２０】図１は本発明の厚膜回路基板の概略平面図
であり、図２は図１中Ａ−Ａ線断面図であり、図３は要
部部分の断面構造を示す図である。

【００２１】図において、１０は厚膜回路基板であり、
１はセラミック基板であり、２は表面配線パターンであ
り、３は裏面配線パターンであり、４はスルーホール導
体であり、５はＩＣチップ、６はコンデンサ、抵抗など
のチップ状電子部品であり、７は放熱板となる金属板で
ある。

【００２２】セラミック基板１は、例えばアルミナ、窒
化珪素などのセラミックの単板状の基板である。その厚
みは、例えば０．８ｍｍ程度である。

【００２３】この基板１の一方主面である表面には表面
配線パターン２が形成されており、基板１の他方主面で
ある裏面には裏面配線パターン３が形成されている。そ
して、表面配線パターン２と裏面配線パターン３とは、
基板１の厚み方向を貫くスルーホール導体４によって接
続されている。

【００２４】表面配線パターン２は、ＩＣチップ５を搭
載し、且つ接続されるＩＣ電極パッド２１・・・や電子
部品６が接続される部品電極パッド２２・・・を含むも
のであり、所定回路の回路網を構成する。表面配線パタ
ーン２は、例えば、ＡｇやＣｕなどの導電性ペーストを
所定形状に印刷を行い、所定雰囲気で焼成処理して形成
する。

【００２５】また、裏面配線パターン３は、主に金属板
７を取着するための配線パターンや、グランド電位とな
る配線パターンなどからなる。裏面配線パターン３は、
例えば、ＡｇやＣｕなどの導電性ペーストを所定形状に
印刷を行い、所定雰囲気で焼成処理して形成する。

【００２６】さらに、スルーホール導体４は、基板１の
厚み方向を貫くように形成されたスルーホール４１の内
壁面に導体膜４２を形成して構成されている。スルーホ
ール導体４の開口径は、例えば、０．５ｍｍである。例
えば、ＡｇやＣｕなどの導電性ペーストをスルーホール
４１の内壁面に塗布し、所定雰囲気で焼成処理して形成
する。具体的には、表面配線パターン２を印刷する際
に、スルーホール４１の基板１表面側の開口を覆うよう
に導電性ペーストを塗布するとともに、例えば、スルー
ホール４１の基板１裏面側開口を減圧する。これより、
スルーホール４１の内壁面の表面側開口寄りに導体膜を
塗布する。その後、裏面配線パターン３を印刷する際
に、スルーホール４１の基板１裏面側の開口を覆うよう
に導電性ペーストを塗布するとともに、例えば、スルー
ホール４１の基板１表面側開口を減圧する。これより、
スルーホール４１の内壁面の裏面側開口寄りに導体膜を
塗布する。尚、表面配線パターン２となる導体膜及び導
体膜の表面側を焼き付け処理を行い、その後、裏面配線
パターン３となる導体膜及び導体膜の裏面側を焼き付け
処理を行ってもよいし、また、表面配線パターン２の導
体膜、裏面配線パターン３の導体膜及びスルーホール導
体４の内壁に塗布した導体膜を一括的に焼成処理しても
構わない。

【００２７】このような基板１の裏面側において、スル
ーホール導体４の裏面開口は、低融点ガラス成分を主成
分とするガラス部材８によって閉塞されている。具体的
には、スルーホール４１の裏面側開口を中心に、ホウ珪
酸系、ホウ珪酸鉛系なとの低融点ガラスペーストを印刷
充填し、その後、８００〜９５０℃で焼き付け処理を行
う。

【００２８】これより、ガラス部材８は、スルーホール
４１の裏面開口及び開口側から内部側に若干充填されて
形成されスルーホール導体４を閉塞する。

【００２９】放熱作用を有する金属板７は、例えば、銅
や銅合金、鉄合金などからなり、金属板７の外表面には
必要に応じて凹凸されている。

【００３０】そして、金属板７は、裏面配線パターン３
及びスルーホール４の裏面側開口を覆うようにして、半
田や樹脂接着材からなる接着層９を介して貼着されてい
る。

【００３１】ここで、接着層９として、半田や導電性を
有する樹脂接着材を用いる場合には、裏面配線パターン
３はグランド電位であることが重要である。これは、金
属板７を貼着した際に、接着層９が導電性を有してお
り、基板１の裏面配線パターン３全体がグランド電位で
あれば、回路的には何等影響がないためである。この場
合、金属板７は主にグランド電位であり、シールド作用
と放熱作用とを有することになる。

【００３２】また、接着層９として、絶縁性樹脂接着材
を用いる場合には、裏面配線パターン３はグランド電位
である必要はない。この場合、金属板７は主に放熱作用
を行う。また、裏面配線パターン３と金属板７との間の
絶縁性が重要になるため、絶縁性を考慮して接着層８の
厚みを充分に考慮することである。

【００３３】ここで、接着層９の厚みは、５０μｍ以上
とすることが重要である。この５０μｍとはガラス部材
８をスルーホール導体４の裏面開口に充填した時、開口
部分及び又とその周囲でガラス部材８が若干盛り上が
る。このガラス部材８の盛り上がりによって、金属板７
が基板１の裏面に平行に且つ安定的に貼着できないため
である。

【００３４】即ち、接着層９は、基板１と金属板７とを
貼着するとともに、基板１のスルーホール導体４の開口
及び又はその周囲で盛り上がるガラス部材８を吸収し、
安定して金属板７を基板１の裏面に貼着するためであ
る。尚、裏面配線パターン３にグランド電位以外の配線
とする場合には、金属板７と短絡しないように、この接
着層９が裏面配線パターン３の絶縁保護膜として作用す
る。

【００３５】上述の構造において、基板１のスルーホー
ル導体４が、ガラス部材８によって裏面側開口で閉塞さ
れている。従って、基板１の裏面に金属板７を接着部材
（半田や樹脂接着材）を用いて接着しても、接着部材に
含まれるフラックスや樹脂成分が、スルーホール導体４
の内壁面を伝って表面側に浮き上がることが一切ない。
従って、表面配線パターン２の表面を汚染することが
一切ないことから、表面配線パターン２を構成するＩＣ
電極パッド２１、部品電極パッド２２を、仮にスルーホ
ール導体４の近傍に存在していても、安定してＩＣチッ
プ５や電子部品６を接続することができる。

【００３６】極端には、例えば電子部品６が実装される
部品電極パッド２２を、スルーホール導体４の表面開口
の周囲のランド電極に兼用でき、基板１に実装するＩＣ
チップ５や電子部品６の実装密度が飛躍的に向上し、小
型な厚膜回路基板となる。

【００３７】まず、ここで、スルーホール導体４の開口
閉塞部材として、ガラス部材８を用いている。仮に、こ
の閉塞部材で、ＡｇやＣｕなどを含む導電性ペーストを
用いて、導電性ペーストの印刷、焼き付けを行うと、物
理的に変動のない貫通孔に対して、導電性ペーストの金
属収縮やガラス成分の流動によって、完全に貫通孔内に
導電性部材による緻密な充填が困難であった。その結
果、貫通孔４１と充填部材との境界部分に亀裂などは発
生してしまい、基板１の裏面側のフラックスや樹脂成分
が基板の表面側に浮いて出現してしまう。

【００３８】これに対して、低融点ガラス成分を用いた
ガラス部材８であれば、貫通孔内に印刷・充填されたガ
ラスペーストは焼成中、流動することになるため、スル
ーホールの緻密な閉塞が可能となる。

【００３９】尚、このような、ガラス材料として、例え
ば、ホウ珪酸亜鉛系（ＺｎＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃）、
ホウ珪酸鉛系（ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃）などが挙
げられ、ガラスペーストの粘度を１５００〜２０００ポ
イズに設定して、例えば、２００メッシュのステンレス
スクリーンに、乳剤の厚み３０μｍ程度で貫通孔の開口
径よりも０．２ｍｍ軽度大きな印刷が可能なパターンが
可能な製版を用いて印刷充填を行う。尚、印刷に際して
は、ペーストの自重により貫通孔内にペーストを充填し
てもよいし、また、表面側から減圧吸引しても構わな
い。

【００４０】このように貫通孔内に充填印刷されたペー
ストは、例えば１４０〜１７０℃程度で乾燥して、その
後、ピーク温度８４０〜８６０℃、時間９〜１２分で焼
成処理した。尚、乾燥後の貫通孔の周囲に印刷されたガ
ラス部材の乾燥後の膜厚は、５０〜５２μｍ程度であ
り、焼成後の膜厚は、３０〜３２μｍ程度あった。この
ように、焼成収縮されるものの、貫通孔内では、緻密な
充填が可能となり、その結果、貫通孔の裏面側開口を完
全に閉塞することができる。

【００４１】上述の構造の厚膜回路基板の製造方法を説
明する。尚、説明に、発振部品となどが例示でき、例え
ば、表面配線２の一部を電極パッド２１として、この電
極パッドに半田介して接合されている。

【００４２】尚、例えば、基板１の表面側の表面配線２
をマイクロストリップ線路として、裏面側の表面配線３
をグランド電位の導体膜としている。そして、マイクロ
ストリップ線路の一端部分に、スルーホール導体４を介
してグランド電位に接続するとともに、このマイクロス
トリップ線路の一端部（スルーホール導体４）上にチッ
プコンデンサ（電子部品）６が半田を介して実装しても
よい。

【００４３】上述のような構成により、厚膜回路基板の
小型化に伴って、電子部品６の電極パッド２２がスルー
ホール導体４の上部に位置したり、また、スルーホール
導体４の近傍に位置しても、スルーホール導体４の裏面
側開口はガラス部材８によって充填されている。従っ
て、基板１の裏面側に金属板７を接着するために用いた
半田や樹脂などの接着層９を構成する材料が、貫通孔４
１にそって基板表面側に浮き上がってこない。

【００４４】従って、スルーホール導体４の表面周囲の
ランド電極４３や電極パッド２１、２２などの表面配線
パターン２が、半田のフラックスや樹脂成分が付着する
ことが一切ないため、電子部品６の半田接合やＩＣチッ
プ５の接合（ボンディングワイヤやバンプを介して）を
行っても、非常に安定に接合を行うことができる。

【００４５】これに伴い、スルーホール４１の表面開口
の周囲に、電極パッド２１、２２を配置したり、また、
スルーホール導体４のランド電極４３を電極パッドに用
いることができ、非常に小型な厚膜回路基板が達成でき
る。

【００４６】次に、本発明の厚膜回路基板の製造方法を
簡単に説明する。

【００４７】まず、スルーホール４１が形成されたアル
ミナ基板などの基板１を用意する。

【００４８】具体的には基板１をアルミナセラミックグ
リーンシートの焼成により形成する場合に、アルミナセ
ラミックグリーンシートの状態でパンチ加工によりスル
ーホール４１を形成する。また、基板１をアルミナセラ
ミック粉末のプレス成型・焼成により形成する場合に、
プレス成型の時に同時にスルーホール４１を形成する。

【００４９】次に、基板１の表面側に、表面配線パター
ン２、スルーホール導体４となる内壁面の導体膜４２を
導電性ペーストの印刷焼き付けにより形成する。また、
基板１の裏面側に、裏面配線パターン３、スルーホール
導体４となる内壁面の内壁導体膜４２を導電性ペースト
の印刷焼き付けにより形成する。

【００５０】具体的には例えば、Ａｇ−Ｐｄ粉末、低融
点ガラスフリット、有機バインダー、有機溶剤を均質混
合した導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷手法で
形成し、例えば、大気雰囲気中で約８５０℃で焼き付け
処理を行う。このスクリーンは、表面配線２となるパタ
ーンに応じて、また、貫通孔４１の開口を含む周囲領域
に導電性ペーストが塗布されるような製版となってい
る。そして、スルーホール４１の内壁面の印刷にあたっ
ては印刷面と反対側から吸引しながら行ったり、導電性
ペーストの自重により付着させる。

【００５１】次に、基板１の裏面側に、スルーホール導
体４の裏面開口を閉塞するようにガラス部材８を充填す
る。

【００５２】具体的には、厚膜印刷手法で、低融点ガラ
スペーストを印刷・充填を行う。例えば、ホウ珪酸ガラ
ス、ホウ珪酸鉛ガラスなどを主成分とするガラス粉末、
有機バインダー、有機溶剤を均質混合した低融点ガラス
ペーストを用いて、スクリーン印刷手法で形成し、焼き
付け処理を行う。この時、低融点ガラスペーストの粘度
は１５００〜２００ポイズと上述の導電性ペーストの粘
度を高くなっている。

【００５３】そして、焼き付け条件は、例えば大気雰囲
気中で８４０〜８６０℃で行う。

【００５４】次に、基板１の裏面側に金属板７を接着す
る。

【００５５】例えば、接着層９に半田を用いる場合に
は、基板１の裏面配線パターン上に半田を付着し、その
後、金属板７を裏面に押し当て、熱処理を行い半田付着
を行う。

【００５６】また、接着層９に絶縁性樹脂材料、導電性
樹脂材料を用いる場合には、基板１の接合領域、また、
金属板７の接合面に接着材を塗布し、基板１の裏面に基
板７を貼着し、例えば、樹脂の硬化条件に応じて、例え
ば熱処理を行う。

【００５７】この時、重要なことは接着層９を、基板１
の裏面開口を閉塞したガラス部材８の突出量（基板裏面
から突出する高さ）以上の厚みに設定することである。
これにより、金属板７が基板１の裏面に平行に貼着する
ことができる。仮に、突出量未満であると、基板１の裏
面と金属板７との間で、広い領域にわたり空隙部が発生
してしまい、例えば、ヒートシンクとして作用する金属
板７に基板１側からの熱伝導効率が極端に低下してしま
う。また、基板１と金属板７との間の接着強度が極端に
低下してしまい、接合信頼性が低下してしまう。

【００５８】次に、基板１の表面配線パターン２を構成
する電極パッド２２に、電子部品６を半田接合を行い、
続いて、所定配線パターン２上にＩＣチップ５を接合
し、所定電極パッド２１とＩＣチップ５との間をボンデ
ィングワイヤなどを介して接続を行う。尚、ワイヤボン
ディングに代えて、ＩＣチップ５の底面にＩＣ電極を配
置し、所定電極パッドとの間を半田バンプやＡｕバンプ
を用いてフェースボンディングしても構わない。尚、フ
ェースボンディングにおける接着方法は、例えば、半田
バンプの半田接合、Ａｕバンプの超音波融着、導電性接
着材を介して接続などが例示できる。

【００５９】その後、必要に応じて、ＩＣチップ５上に
耐湿性、耐熱衝撃性を向上させるためにシリコーン樹脂
などの弾性樹脂を用いて被覆する。

【００６０】このような製造方法では、上述したよう
に、接着層９を構成する材料の一部（フラックスや樹脂
の有機成分）が基板１の表面配線パターン２にまでスル
ーホール４１の内壁面を伝って浮き上がることがなくな
る。このため、電子部品６及びＩＣチップ５の接合が非
常に安定して行える。そして、例えばＩＣチップ５など
比較的発熱が大きい部品の熱は、基板１、金属板７を介
して外部に放熱することができ、ＩＣ動作に優れた厚膜
回路基板となる。

【００６１】尚、上述の実施例では、絶縁基板１とし
て、単板状のアルミナ基板を例として説明したが、耐熱
性を有する基板であれば、如何なる材料の基板であって
も構わない。また、基板は、単板状である必要はなく、
例えば多層セラミック基板であっても構わない。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、スルーホールの裏面開
口を、ガラス部材によって閉塞している。従って、基板
の裏面に金属板を接着層を介して貼着しても、この接着
層の一部などが、スルーホールを介して基板の表面側に
浮き上がることがなくなる。

【００６３】従って、基板の表面で、スルーホール導体
上、または近傍に電極パッドを設けて、ＩＣチップや電
子部品を接合しても安定した接合が可能となる。これよ
り、厚膜回路基板の表面における表面配線密度が向上
し、厚膜回路基板の小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る厚膜回路基板の平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明に係るスルーホール導体部分の拡大断面
図である。

【符号の説明】

１０・・・・・厚膜回路基板１・・・・・基板２・・・・・表面配線パターン３・・・・・裏面配線パターン４・・・・・スルーホール導体４１・・・・スルーホール５・・・・・ＩＣチップ６・・・・・電子部品７・・・・・金属基板８・・・・ガラス部材９・・・・接着層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表裏両面に形成された配線パターンどう
しをスルーホールの内壁に被着させたスルーホール導体
を介して接続したセラミック基板の裏面に、接着材を用
いて金属板を接着して成る厚膜回路基板において、前記スルーホールの裏面開口を、低融点ガラス部材によ
り閉塞したことを特徴とする厚膜回路基板。