JP3876259B2 - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック基板の製造方法に関する。

従来から、ＳＡＷフィルタ、トランジスタ、ＬＳＩ、水晶振動子、発光ダイオード等の電子部品を搭載するためのキャビティを備え、これらの電子部品を他の基板等と電気的に接続するためのセラミック基板が知られている。このようなセラミック基板の一例を、図１１に示す。図１１のセラミック基板１００は、セラミックからなる基板本体が第一主表面ＣＰ１、第二主表面ＣＰ２、側面ＳＦを有する四辺形板状をなし、第一主表面ＣＰ１にキャビティ１０１が形成され、キャビティの底面１０２には電子部品（図示しない）が実装される。そして側面ＳＦには半円筒形の凹部１０４が設けられ、その内周面に形成されたメタライズ層１０３が、内部導体層（図示しない）を介してキャビティ底面ＣＰ２に実装された電子部品と電気的に接続している。

セラミック基板１００の製造には、例えばグリーンシート積層法が用いられる。これにはまず、基板本体をなす数枚のセラミックグリーンシートを用意して、所定の場所にキャビティ１０１や凹部１０４となる貫通孔を、打ち抜き金具などを使って形成する。その後、グリーンシート表面や凹部１０４にＭｏやＷなどの金属を含むメタライズペーストを印刷塗布して、グリーンシートを積層し、圧着する。そしてグリーンシートをメタライズペーストとともに高温焼成することで、積層されたグリーンシートが一体化した焼結体を得るとともに、メタライズ層１０３や内部導通層が形成される。

これらの工程は、セラミックグリーンシートに大判を用いて、一度に多数のセラミック基板１００が取得できるようにされる。その一例を図１２の（ａ）表面図及び（ｂ）断面図に示す。図１２においては、複数のセラミック基板１００が面内方向に一体化した集合基板１０６が形成されている。焼成前に分離予定線ｌに沿ってブレーク溝ｂ１，ｂ２を入れて、焼成後に個々の基板単位を分離する（いわゆるチョコレートブレーク）ことによって、一度に多数のセラミック基板１００が製造可能となる。図１２（ｂ）に示すようにブレーク溝を形成する工程では、第一主表面ＣＰ１側および第二主表面ＣＰ２側からブレーク刃１０５を入れることで、個々のセラミック基板１００を分離するのに十分な深さとすることができる。なお、下記特許文献１及び特許文献２には、このようなブレーク溝の形成と、その応用について開示がされている。
特開２０００−６３４１４号公報 特開２０００−２５２３７９号公報

一方、図１のような形態のセラミック基板が望まれる場合もある。図１（ａ）では、壁部が一辺部において非形成とされることにより側方が開放した開放キャビティ２がセラミック基板１に形成されている。そして開放キャビティの底面４に電子部品の実装部や配線、接続端子（図示しない）を形成するのである。図１（ｂ）のように側面に凹部２２を設け、その内周面にメタライズ層５を形成して他の基板との接続端子とするセラミック基板もある。

ところが上記形状のセラミック基板１を図１２のように大判を用いて製造しようとすると、開放キャビティ２の底部にブレーク刃が届きにくいため十分な深さのブレーク溝を形成することができず（図１３参照）、その結果、セラミック基板１を互いに分離したときにバリが生じる問題があった。

本発明は、上述のような事情を背景になされたものであって、特に、壁部が一辺部において非形成とされることにより側方が開放した開放キャビティを有するセラミック基板の製造方法で、一度に多数、製造でき、バリを生じにくいセラミック基板の製造方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明のセラミック基板の製造方法は、四辺形板状の基板本体と、該基板本体を底部とするキャビティを形成するために、基板本体の第一主表面においてキャビティ底面となる領域を取り囲むように該第一主表面から突設される壁部とを有する基板単位を、当該基板単位を分離するための分離予定線により仕切られる形にて面内方向に複数一体化した集合基板を製造し、該集合基板を分離予定線に沿って切断することにより、個々の基板単位に分離する工程を有し、基板単位は、基板本体の一辺部において壁部が非形成となることにより、キャビティが、当該辺部にて側方に開放した開放キャビティとされてなり、集合基板において、分離予定線を挟んで隣接する２個の基板単位の開放キャビティが、開放側を該分離予定線側に一致させることにより、壁部とともに一体化して連結キャビティを形成するとともに、その連結位置において連結キャビティを挟んで対向する一対の壁部の第一主表面に、分離予定線に沿って第一のブレーク溝を形成し、基板本体の第二主表面側においては第一のブレーク溝に対応する位置に第二のブレーク溝を形成し、基板本体の連結キャビティの形成領域には、一対の壁部にそれぞれ形成された第一のブレーク溝をつなぐ位置に、分離予定線に沿ったブレーク貫通孔を形成し、それら第一のブレーク溝、第二のブレーク溝及びブレーク貫通孔にて基板単位を互いに分離することを主要な特徴とする。

本発明は、開放キャビティを有するセラミック基板の集合基板を製造し、２つの基板単位が、開放した側を分離予定線に一致させるように上記集合基板を形成しておく。この集合基板においては、開放キャビティの壁部は一体化して連結キャビティをなす。そして連結位置において、連結キャビティを挟んで対向する２つの壁部に、両方の主表面からブレーク溝を形成する。連結キャビティの底面には分離予定線に沿ってブレーク貫通孔を形成して、ブレーク溝及びブレーク貫通孔にてセラミック基板を互いに分離する。このようにすると、開放キャビティの壁部においては第一主表面及び第二主表面からブレーク刃を所望の深さまで入れることができるとともに、ブレーク刃を入れにくいキャビティ底部においてはブレーク貫通孔が形成されているので、セラミック基板を分離するときにバリが生じない。

上述の開放キャビティを複数有する基板単位も製造可能である。例えば四辺形板状の基板本体の、対向する２つの辺に開放キャビティを別々に形成することができる。この場合、集合基板においては両隣のセラミック基板と開放キャビティを共有させるのである。

さらに本発明は、上記の開放キャビティとは別の電子部品実装用キャビティを、基板本体の第一主表面においてキャビティ底面をなすように形成し、その電子部品実装用キャビティのキャビティ底面に電子部品の実装部を形成することもできる。

さらに本発明は、前記四辺形板状の基板本体の対向する２つの辺に前記開放キャビティをそれぞれ形成し、これら２つの開放キャビティとは別の発光素子実装用キャビティをさらに形成するとともに、前記発光素子実装用キャビティの前記キャビティ底面に発光素子の実装部を形成し、該発光素子を取り囲む経路に沿ってフィレット部を形成して、該フィレット部の表面において前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射させるようにする。

また、本発明は、上記の発光素子実装用キャビティの内周面と、キャビティ底面の外周縁部に金属層を形成して、これら２つの金属層にまたがるようにフィレット部を形成する。このフィレット部は、例えばＡｇ系ロウ材を用いて形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図２に集合基板の（ａ）表面図、（ｂ）断面図、そして図３に斜視図を示す。これらの図に示すように、セラミック基板の基板単位を複数一体化した集合基板６を先ず形成し、分離予定線ｌ，ｌ’に沿って切断して、個々の基板単位を得る。基板単位は四辺形状で、キャビティ底面４を取り囲むように壁部Ｗが突設される。本発明の集合基板においては２個の基板単位を連結して、開放キャビティ２の開放側を分離予定線に一致させており、開放キャビティ２が壁部Ｗとともに一体化して連結キャビティ９を形成している。集合基板６にブレーク溝を形成するには、図２（ｂ）に示すように、分離予定線ｌ，ｌ’に沿って第一主表面ＣＰ１からブレーク刃８を入れて第一ブレーク溝ｂ１を形成するとともに、第二主表面ＣＰ２からもブレーク刃８を入れて第二ブレーク溝ｂ２を形成する。また、連結キャビティ９の形成領域には、分離予定線ｌ’に沿ってブレーク貫通孔７を形成しておく。このようにすると、ブレーク貫通孔７において２個の基板単位が容易に分離できるので、分割工程でバリが生じにくくなる。

壁部Ｗの高さをｈ１、キャビティ底部の厚さをｈ２とすると、第一ブレーク溝の深さｄ１はｈ１の５０〜６０％とし、第二ブレーク溝の深さｄ２はｈ２の５０〜６０％とすることが望ましい。５０％未満になるとブレークしにくくなり、６０％を超えるとブレーク刃が内部導通層（図示しない）を損傷する場合がある。

上述したように集合基板６を製造した後、セラミックグリーンシートを焼結し、分離予定線ｌ，ｌ’に沿って個々の基板単位を分離すると、図４に示すセラミック基板１が多数、製造できる。図４のセラミック基板１は開放キャビティ２を有する。開放キャビティ２は集合基板６における連結キャビティ９を分割して形成するものである。

以上説明したように本発明では集合基板６において、分離予定線ｌ’に沿ったブレーク貫通孔７を形成するので、個々の基板単位を分離する工程でバリが生じにくい。ここで仮に図１３に示すように、ブレーク貫通孔７を形成しておかなかったら、連結キャビティの底部４には第一主表面ＣＰ１からのブレーク刃８が届かないので、必ずしも十分な深さのブレーク溝ｂ２’を形成することができない。その結果、基板単位を分割する工程で、ブレーク溝ｂ２’においてバリが発生する場合がある。また、ブレーク溝ｂ２’の深さｄ３を十分に深くしようとすると、第二主表面ＣＰ２側から入れるブレーク刃８の圧力が高くなり、その結果、壁部Ｗにおけるブレーク溝ｂ２の深さが必要以上に深くなってしまう問題が生じる。

一方、図５（ａ）に示すように、開放キャビティ２以外に電子部品実装用キャビティ１０を形成することも可能である。この電子部品実装用キャビティ１０にはＳＡＷフィルタ、トランジスタ、ＬＳＩ、水晶振動子、発光ダイオード等の電子部品の実装部（図示しない）を形成するとともに、実装部と接続する導通層を開放キャビティ２へ引出して、他の基板との接続部分を形成するのである。また、図５（ｂ）に示すように、側面に凹部２２を形成し、その内周面に内部導通層と電気的に接続したメタライズ層５を形成して、このメタライズ層５を他の基板との接続部分としてもよい。

さらに、図６の（ａ）断面図（ｂ）斜視図に示すように、四辺形状のセラミック基板１の対向する２つの辺にそれぞれ開放キャビティ２を形成するとともに、これら開放キャビティ２とは別の電子部品実装用キャビティ１０を形成することも可能である。図６の実施形態では電子部品実装用キャビティ１０に、発光ダイオードなどの発光素子１３を実装している。具体的には、電子部品実装キャビティ１０の底面１９に実装部１４が形成され、ここに発光素子１３が実装される。図６では赤、青、緑の３種類の発光素子を搭載して、白色光を取り出す形態としている。一方、キャビティの内周面２０と底面１９にそれぞれ金属層１２ａ，１２ｂを形成し、これら２つの金属層１２ａ，１２ｂにまたがるようにＡｇ系ロウ材のフィレット部１５が形成されている。フィレット部１５の表面は、発光素子１３からの発光光束を外部へ反射するための光反射面１６とされている。このようなフィレット部１５は後述するように、Ａg系ロウ材の粒子を金属層１２ｂ上に載置して、高温処理を施してリフローさせることにより形成する。リフローによってフィレット部１５の表面は滑らかになるので、光反射面１６は光反射率が高いものとなる。また、金属層１２ａ，１２ｂはともにメタライズペーストを印刷塗布することにより形成でき、加工精度が高ので、この２つの金属層１２ａ，１２ｂにまたがって形成されるフィレット部１５の加工精度も高いものとなり、光の反射角度などのバラツキを低く抑えることが可能となる。

図６の基板本体は３枚のセラミック層１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層して形成される。セラミック層１１ａの表面には金属層１２ａが形成され、セラミック層１１ｂにはパッド１７および金属層１２ａが形成されている。そしてパッド１７と発光素子１３とはワイヤ１８によって電気的接続がなされている。さらにパッド１７はセラミック基板１１ｂを貫通する導通層２１を介して金属層１２ｂと電気的に接続されている。また、金属層１２ｂは一部が開放キャビティ２から露出しており、この露出した部分は他の基板との接続部ＣＮとして使用される。

次に、図６に示したセラミック基板１の製造方法を、図７〜図１０の工程図を用いて説明する。まず、セラミックグリーンシート１１ａ’〜１１ｃ’を用意する（工程１）。その後、工程２に示すように、所定の位置に連結キャビティ９、発光素子実装用キャビティ１０、ブレーク貫通孔７、導通層２１となるべき貫通穴を、打ち抜き形成する。次に、メタライズペースト１４’、１２ａ’、１２ｂ’、１７’、２１’を、所定の位置に印刷塗布する（工程３）。メタライズペーストの印刷には、例えばスクリーン印刷法が採用される。その後、セラミックグリーンシート１１ａ’〜１１ｃ’を積層、圧着し、メタライズペーストとともに高温で焼成することによって、セラミックグリーンシートが一体化した集合基板６を得る（工程４）。焼成した結果、メタライズペースト１４’、１２ａ’、１２ｂ’、１７’、２１’は実装部１４、金属層１２ａ，１２ｂ、導通層２１、パッド１７となる。このようにした後で、発光素子実装用キャビティ１０の内周面２０に形成された金属層１２ａと、底面１９の外周縁部に形成された金属層１２ｂとにまたがるようにフィレット部を形成する。そのためにまず工程５に示すように、Ａｇ系ロウ材の粒子１５’を金属層１２ｂ上に載置する。そしてこの粒子１５’を集合基板６ごと高温加熱して、Ａｇロウ材をリフローさせ、フィレット部１５を形成する。このように形成されたフィレット部１５の表面は滑らかで光反射率が高く、光反射面として好適に用いられる。

次に、以上のように製造した集合基板６を個々の基板単位に分離するために、図１０に示すブレーク溝ｂ１，ｂ２を形成する。まず、分離予定線ｌ’に沿って、連結キャビティ９を挟む一対の壁部Ｗに、第一主表面ＣＰ１から第一のブレーク溝ｂ１を形成する（図１０では縦方向のブレーク溝ｂ１）。また、横方向にも第一のブレーク溝ｂ１を形成する。さらに、第一のブレーク溝ｂ１に対応する位置に、第二主表面ＣＰ２から第二のブレーク溝ｂ２を入れる。一方、連結キャビティの形成領域には、壁部Ｗに形成された第一のブレーク溝ｂ１をつなぐ位置に、ブレーク貫通孔７が予め形成されている。これら第一のブレーク溝ｂ１、第二のブレーク溝ｂ２、ブレーク貫通孔７を使って各基板単位を分離することが可能となる。

以上説明したように本発明ではブレーク貫通孔７を打ち抜き形成しておくので、焼成後に各基板単位を分離する工程において、キャビティ底面にバリを生じることなく分離することができる。

セラミック基板の一例 セラミック基板の製造方法の一実施形態を示す（ａ）表面図および（ｂ）断面図。 同じく斜視図。 本発明に係るセラミック基板の基板単位を示す一実施形態。 図４とは別の実施形態。 発光素子を搭載したセラミック基板の一実施形態。 図６のセラミック基板を製造する方法の一例。 図７に続く図。 図８に続く図。 図９に続く図。 従来のセラミック基板。 従来の集合基板の（ａ）表面図および（ｂ）断面図。 仮にキャビティ底部にブレーク溝を形成しなかった場合の（ａ）表面図および（ｂ）断面図。

符号の説明

１ セラミック基板
２ 開放キャビティ
３ 開放辺部
４ キャビティ底面
６ 集合基板
７ ブレーク貫通孔
８ ブレーク刃
９ 連結キャビティ
１０ 電子部品実装用キャビティ
１３ 発光素子
１５ フィレット部
１６ 光反射面
２２ 凹部
ＣＰ１ 第一主表面
Ｗ 壁部
ｌ 分離予定線
ｌ’２個の基板単位の開放側が一致した分離予定線
ｂ１ 第一のブレーク溝

Claims (4)

1. 四辺形板状の基板本体と、該基板本体を底部とするキャビティを形成するために、前記基板本体の第一主表面においてキャビティ底面となる領域を取り囲むように該第一主表面から突設される壁部とを有する基板単位を、当該基板単位を分離するための分離予定線により仕切られる形にて面内方向に複数一体化した集合基板を製造し、該集合基板を前記分離予定線に沿って切断することにより、個々の基板単位に分離する工程を有し、
   前記基板単位は、前記基板本体の一辺部において前記壁部が非形成となることにより、前記キャビティが、当該辺部にて側方に開放した開放キャビティとされてなり、前記集合基板において、前記分離予定線を挟んで隣接する２個の基板単位の前記開放キャビティが、開放側を該分離予定線側に一致させることにより、前記壁部とともに一体化して連結キャビティを形成するとともに、その連結位置において前記連結キャビティを挟んで対向する一対の前記壁部の第一主表面に、前記分離予定線に沿って第一のブレーク溝を形成し、前記基板本体の第二主表面側においては前記第一のブレーク溝に対応する位置に第二のブレーク溝を形成し、前記基板本体の前記連結キャビティの形成領域には、前記一対の壁部にそれぞれ形成された前記第一のブレーク溝をつなぐ位置に、前記分離予定線に沿ったブレーク貫通孔を形成し、それら第一のブレーク溝、第二のブレーク溝及びブレーク貫通孔にて前記基板単位を互いに分離することを特徴とするセラミック基板の製造方法。
2. 前記開放キャビティの底面に、電子部品の実装部を形成する請求項１記載のセラミック基板の製造方法。
3. 前記開放キャビティとは別の電子部品実装用キャビティを、前記基板本体の前記第一主表面においてキャビティ底面をなすように形成し、前記電子部品実装用キャビティの前記キャビティ底面に電子部品の実装部を形成する請求項1または請求項２記載のセラミック基板の製造方法。
4. 前記四辺形板状の基板本体の対向する２つの辺に前記開放キャビティをそれぞれ形成し、これら２つの開放キャビティとは別の発光素子実装用キャビティをさらに形成するとともに、前記発光素子実装用キャビティの前記キャビティ底面に発光素子の実装部を形成し、該発光素子を取り囲む経路に沿ってフィレット部を形成して、該フィレット部の表面において前記発光素子からの発光光束を所定の方向に反射させるようにした請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のセラミック基板の製造方法。

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