JP4477541B2 - 回路基板とその製造方法およびそれを用いた電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板とその製造方法およびそれを用いた電子部品に関する。特に気密性の向上した電子部品並びに当該電子部品の製造に有用な回路基板とその製造方法に関するものである。

従来の電子部品としては、底板部と枠体部とを備えたセラミックベースの底板部の外面に電極および外部端子を形成し、枠体部上面に低融点ガラスを介して蓋体を固着封止しているものが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

図４は、前記特許文献１に記載された従来の電子部品パッケージを示す断面図である。

図４において、１０１はセラミック製の底板部、１０２はセラミック製の枠体部であり、両者は一体に形成されてセラミック製のベースを構成している。これらの底板部１０１および枠体部１０２は、アルミナ系セラミックが用いられている。

底板部１０１の長手方向（この図４では左右方向が長手方向）の一方端近傍の第一主面には、セラミック製の枠体部１０２が形成される前にタングステン若しくはモリブデンペーストを塗布焼成して電極１０３、１０４が形成されている。電極１０３、１０４の上には、半導体素子などの電子素子１０８が導電性の支持部１０７を介して設けられている。一方の電極１０３は、底板部１０１と枠体部１０２との間を通って、底板部１０１の長手方向の一方端の外部に導出されており、他方の電極１０４も、底板部１０１と枠体部１０２との間を通って底板部１０１の他方端の外部に導出されており、それぞれ底板部１０１の端面を通って底板部１０１の長手方向の両端の第二主面にタングステン若しくはモリブデンペーストを塗布焼成して形成された端子１０５、１０６に接続している。そして、枠体部１０２の上面には、低融点ガラス１０９を介して、蓋体１１０を接着封止していた。
実開平０７−１６４２１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、粉末焼結体であるセラミック材を使用しており、気密性を維持する為には底板部の厚みが０．３ｍｍ以上必要となる。このため、パッケージ厚０．６ｍｍ以下の超薄型パッケージには対応できない。また、底板部素材に金属板を用いて金属板厚み方向にリード線を通す穴を開け、当該リード線を通した穴を気密に封止するため封止部分にガラスを用いた場合でもこのように封着方向をパッケージ上下方向に取った場合、気密信頼性を確保する為には、０．８ｍｍ程度の板厚が必要となり、超薄型パッケージには対応できない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、気密性に優れるパッケージに封着された超薄型の面実装タイプの電子部品、並びにこれに好適に用いられる回路基板並びにその製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の回路基板は、ガラス薄板にその面方向にほぼ沿って内設されたシート状の金属薄板からなる導電部と、前記導電部に形成した電極部と端子部からなり、前記電極部が前記ガラス薄板の第一主面から露出し、前記端子部が前記ガラス薄板の第二主面から露出していることを特徴とする。

前記本発明の回路基板においては、前記導電部が前記ガラス薄板の第一主面と第二主面との間の略中央に配置されていることが好ましい。

また、前記本発明の回路基板においては、前記導電部が複数の屈曲部を有していることが好ましい。

また、前記本発明の回路基板においては、前記屈曲部が、前記導電部と電極部との間及び前記導電部と端子部との間の連結部分に形成されていることが好ましい。

また、本発明の回路基板の製造方法は、シート状の金属薄板の表裏面をガラス薄板で挟持する挟持工程と、前記金属薄板と前記ガラス薄板とを接合する接合工程と、前記ガラス薄板の第一主面と第二主面を研磨し電極部と端子部とを露出する研磨工程とを備えたことを特徴とする。

また、前記本発明の回路基板の製造方法においては、前記接合工程が、前記金属薄板と前記ガラス薄板とを前記ガラス薄板のガラス転移点以上軟化点以下で加熱加圧し、前記金属薄板を前記ガラス薄板に内設した状態に接合成形する工程からなることが好ましい。

また、前記本発明の回路基板の製造方法においては、前記加熱加圧が、前記ガラス薄板の第一主面側に接する上金型と、前記ガラス薄板の第ニ主面側に接する下金型とを用いた加熱加圧工程であり、前記上金型が前記電極部形成用の凹部と前記端子部形成用の凸部を有し、前記下金型が前記上金型の前記凹部に対応する位置に当該凹部と嵌合し得る前記電極部形成用の凸部と前記上金型の前記凸部に対応する位置に当該凸部と嵌合し得る前記端子部形成用の凹部とを有する金型であることが好ましい。

また、本発明の電子部品は、ガラス薄板にその面方向にほぼ沿って内設されたシート状の金属薄板からなる導電部と、前記ガラス薄板の第一主面から露出した電極部と、前記ガラス薄板の第二主面から露出した端子部と、前記電極部に導電性接着剤を介して接続した電子素子と、前記電子素子を覆い前記ガラス薄板の第一主面に接合材を介して接合した蓋体とからなり、前記電極部と前記端子部とが前記導電部で連結していることを特徴とする。

本構成によって、ソリッド素材であるガラスで形成されたパッケージ本体部と、金属材で形成されたリード端子とからなり、リード端子をパッケージ底板部の厚み方向の間で封着することにより気密性を保つことができ、高い気密性を有する超薄型の面実装型気密端子などの回路基板並びにその製造方法及びかかる回路基板を用いた電子部品を提供することができる。

本発明の回路基板は、導電部となるシート状の金属薄板がガラス薄板にほぼその面方向に沿って内設され（埋め込まれ）ガラス薄板の厚み方向の間で封着さており、この回路基板をパッケージ底板部として用いる場合にも、端子部表面を気密性を保って外部に露出させることができ、高い気密性を有する超薄型のパッケージで封着された電子部品などの製造に好適な薄い回路基板を提供できる。

また、前記本発明の回路基板において、前記導電部が前記ガラス薄板の第一主面と第二主面との間の略中央に配置されている好ましい態様とすることにより、露出させる電極部と端子部などを除いて、短絡などが生じないよう外部に露出しない様にすべき部分の導電部が外部に露出する恐れを少なくでき、信頼性よく導電部が形成でき好ましい。

また、前記本発明の回路基板において、前記導電部が複数の屈曲部を有している好ましい態様とすることにより、ガラス基板と導体部との接合面積が増すとともに、各屈曲部がアンカー効果を奏し、接合強度に優れた回路基板が形成でき好ましい。

また、前記本発明の回路基板において、前記屈曲部が、前記導電部と電極部との間及び前記導電部と端子部との間の連結部分に形成されている好ましい態様とすることにより、ガラス基板と導体部との接合面積が増すとともに、各屈曲部がアンカー効果を奏し、接合強度に優れた回路基板が形成でき、しかも基板厚み方向の気密性を保持しながら、電極部や端子部表面を容易に露出させることができ好ましい。

また、本発明の回路基板の製造方法によれば、上述した高い気密性を有する超薄型のパッケージで封着された電子部品などの製造に好適な薄い回路基板を容易に製造することが可能となる。

また、前記本発明の回路基板の製造方法において、前記接合工程が、前記シート状の金属薄板と前記ガラス薄板とを前記ガラス薄板のガラス転移点以上軟化点以下で加熱加圧し、前記金属薄板を前記ガラス薄板に内設した状態に接合成形する工程からなる本発明の好ましい態様とすることにより、シート状の金属薄板とガラス薄板の接着性に優れ、従って、気密性に優れた薄い回路基板をより簡便に製造することが可能となる。

また、前記本発明の回路基板の製造方法において、前記加熱加圧が、前記ガラス薄板の第一主面側に接する上金型と、前記ガラス薄板の第ニ主面側に接する下金型とを用いた加熱加圧工程であり、前記上金型が前記電極部形成用の凹部と前記端子部形成用の凸部を有し、前記下金型が前記上金型の前記凹部に対応する位置に当該凹部と嵌合し得る前記電極部形成用の凸部と前記上金型の前記凸部に対応する位置に当該凸部と嵌合し得る前記端子部形成用の凹部とを有する金型である本発明の好ましい態様とすることにより、電極部と端子部の形成が容易で、導電部に複数の屈曲部を形成でき従って金属薄板とガラス薄板の接着性に優れ、従って、気密性に優れた薄い回路基板をより簡便に製造することが可能となる。

また、本発明の電子部品は、パッケージで封着された電子部品で気密性を保持しながらより薄いパッケージで封着された電子部品も提供可能となる。従って、各種電子機器の薄型化、小型化に好適な電子部品を提供することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における回路基板の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。この回路基板は、半導体装置用中空パッケージ用などの底部板などとして好適に用いられる回路基板である。

図１（ａ）、（ｂ）において、１は回路基板であり、２は回路基板１に内設された導電部であり、３は回路基板１の第一主面１ａからその表面が露出した電極部であり、４は回路基板１の第二主面１ｂからその表面が露出した端子部であり、５は電極部３と端子部４とを電気的に導通接続した導体部である。

以下に詳細な構成を説明する。

回路基板１は、硼珪酸ガラス、ソーダガラスなどの絶縁性を有したガラス板７からなり、その内部に鉄または鉄合金などの金属薄板からなる導体部５を有している。回路基板１に使用するガラス板７は、特に限定するものではないが、図１ｂの回路基板１の全体の厚さで、０．１ｍｍ以上〜０．３ｍｍ未満などの薄いものが、薄型化する上では好ましい。金属薄板としても、２０μｍ〜２００μｍなどの薄いものが同様に好ましい。尚、この実施形態例１では、図１ｂの回路基板１の全体の厚さで、ガラス板７は０．１５ｍｍ、導体部５の金属薄板としては厚さ５０μｍのものを用いた。

このとき、回路基板１に使用するガラス板と導体部５に使用する金属薄板とは熱膨張係数が近似していることが好ましく、４５〜５０×１０^-7／Ｋの硼珪酸ガラスからなるガラス板と、４５〜５０×１０^-7／Ｋの鉄−ニッケル−コバルト（組成は鉄４５〜６０重量％、ニッケル２５〜３５重量％、コバルト１５〜２０重量％）からなる鉄合金との組合せが好適である。

これによれば、ガラス板と導電部との密着性に優れ、また、ガラス部分の割れなどの生じにくい回路基板を得ることができ好ましい。

回路基板１に内設された導体部５は、一方の端部に回路基板１の第一主面１ａから露出した電極部３を有し、もう一方の端部に回路基板１の第二主面１ｂから露出した端子部４を有している。

導体部５は、断面視でガラス基板の厚み方向の略中央部（第一主面と第ニ主面の間のほぼ中央部）に位置しており、電極部３に向かう（電極部３とを連結する）屈曲部６ａと、端子部４に向かう（端子部４とを連結する）屈曲部６ｂとを有している。

屈曲部の存在は、ガラス基板と導体部５と接合面積が増すとともに、各屈曲部がアンカー効果を奏し、接合強度に優れた回路基板が形成でき好ましい。

かくして本発明の回路基板は、導電部となる金属薄板がガラス薄板にほぼその面方向に沿って内設され（埋め込まれ）ガラス薄板の厚み方向の間で封着さており、この回路基板をパッケージ底板部として用いる場合にも、端子部表面を気密性を保って外部に露出させることができ、高い気密性を有する超薄型のパッケージで封着された電子部品などの製造に好適な薄い回路基板を提供できる。

（実施の形態２）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態２における回路基板の製造工程フローを示す断面図である。

図２（ａ）〜（ｄ）において、図１（ａ）、（ｂ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図２（ａ）〜（ｄ）において、複数の硼珪酸ガラスからなるガラス板７（７ａ、７ｂ）で、鉄−ニッケル−コバルトからなる金属薄板８の表裏面を挟持する（図２（ａ））。各々のガラス板７ａ、７ｂの厚みは、特に限定するものではないが、
０．１ｍｍ〜０．５ｍｍなどの薄いものが、薄型化する上では好ましい。この実施の形態２では、各々のガラス板７ａ、７ｂの厚みは、０．１５ｍｍのものを用いた。金属薄板８の種類や厚みは実施の形態１と同様である。

次に、金型（上金型１０ａ、下金型１０ｂ）を用いて、前記金属薄板８と前記ガラス薄板７ａ、７ｂとを前記ガラス薄板のガラス転移点以上軟化点以下で加熱加圧するが、上金型とは、前記ガラス薄板の第一主面側（ガラス薄板７ａ）に接する金型１０ａであり、下金型とは、前記ガラス薄板の第ニ主面側（ガラス薄板７ｂ）に接する金型１０ｂを意味している。

前記上金型１０ａの前記ガラス薄板の第一主面側（ガラス薄板７ａ）に接する側の面には、電極部３形成用の凹部１１ａと前記端子部４形成用の凸部１１ｂが形成されており、下金型１０ｂの前記ガラス薄板の第ニ主面側（ガラス薄板７ｂ）に接する側の面には、前記上金型の前記凹部１１ａに対応する位置に当該凹部１１ａと嵌合し得る前記電極部３形成用の凸部１１ｃと、前記上金型の前記凸部１１ｂに対応する位置に当該凸部１１ｂと嵌合し得る前記端子部４形成用の凹部１１ｄとが形成されている。

かかる金型１０ａ、１０ｂを用い、ガラス板７のガラス転移点（この硼珪酸ガラスでは５５０℃）以上の温度から軟化点（この硼珪酸ガラスでは７７０℃）以下の温度の範囲（この実施の形態２では６２０℃）に加熱しながら、ガラス板７ａおよび７ｂに圧力を加え挟圧し金属薄板８を埋設し、ガラス板７ａ、７ｂと金属薄板８とを接合し回路基板１を形成すると共に、回路基板１の第一主面１ａおよび第二主面１ｂに突出部９ａ、９ｂを成形する。（図２（ｂ）、（ｃ））。

ガラス板７のガラス転移点以上の温度から軟化点以下の温度の範囲に加熱しながら、ガラス板７ａおよび７ｂに圧力を加え挟圧し金属薄板８を埋設するのは、ガラス転移点より低い温度では可塑化しないので成形が困難で、金属薄板との接合ができず、軟化点を超える温度では、ガラスの流動性が大きく、成形しづらくなるので、加熱温度は、ガラス転移点以上の温度から軟化点以下の温度の範囲が好ましい。

次に、上記で成形した成形物に、研磨装置の回転可能な平面状をした研磨部材（図示せず）を用いて、研磨剤として例えばアルミナや、酸化セリウム微粒子などを含有した液状研磨材などを供給しながら、研磨部材を回路基板１の第一主面１ａおよび第二主面１ｂ表面にそれぞれ押接させて、研磨部材間に回路基板１を挟持し、回転可能な研磨部材を第一主面１ａおよび第二主面１ｂで互いに逆回転に回転させるなどして、回路基板１の第一主面１ａおよび第二主面１ｂの表面を同時に研磨し（この実施の形態２の例では第一主面、第二主面とも厚みで０．１ｍｍづつ研磨した）、突出部９ａに電極部３と、突出部９ｂに端子部４とを露出させる（図２（ｄ））。

露出された電極部３および端子部４の表面に金属皮膜（図示せず）を形成する。金属皮膜（図示せず）は防錆、外部回路（図示せず）への接合性に優れた金属組成が好ましく、無電解ニッケルめっき皮膜を形成した上に金めっき皮膜を形成する構成が好適である。

複数の回路基板１を大きな一枚のシート状に形成することも可能であり、その場合、例えば回転切断刃（図示せず）を備えたダイシング切断機を用いて所定の寸法に切断する。

なお、ガラス板７と金属薄板８とを接合する前に、金属薄板８を大気中またはＨ₂ＯとＮ₂との混合ガス中の雰囲気で６００〜９００℃で１０分〜３０分間加熱処理を行い表面に酸化被膜を形成することで、この酸化被膜の形成はガラス面と拡散接合するので、より強固な接合を可能とし、好ましい。

かかる本発明の回路基板の製造方法によれば、上述した高い気密性を有する超薄型のパッケージで封着された電子部品などの製造に好適な薄い回路基板を容易に製造することが可能となる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における電子部品の断面図である。

図３において、図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）〜（ｄ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３において、電子部品１１は、本発明の実施の形態１で説明した回路基板１の第一主面１ａに露出した電極部３に、水晶片や半導体素子などの電子素子１２を導電性接着剤１３を介して接続し、回路基板１の第一主面１ａ側に電子素子１２を保護するガラス材や金属材からなる蓋体１４で覆い、低融点ガラスや金属ろう材などの接合材１５を介して接合している。

接合材１５は、溶融温度が２８０℃〜３８０℃で、アウトガスが発生し難い材料が好ましく、低融点ガラスではスズ-リン酸系ガラス、金属ろう材では金−錫合金が好適である。これらによれば、接合材の加熱溶融の際に、アウトガスの発生が少なく、アウトガスによる電子素子１２の性能が劣化することを防止するとともに、気密性も優れ、長期間に渡り電子部品１１の性能を保持することができる。

このように、本発明においては、高い気密性を有する超薄型のパッケージで封着された電子部品も提供可能であり、搭載する電子部品の大きさや種類にもよるが、パッケージの厚みとして、例えば最小０．３ｍｍの厚みの超薄型のパッケージ封着電子部品も提供可能となる。

以上、本発明による超薄型の回路基板、その製造方法及びかかる回路基板を用いた面実装型気密電子部品について説明したが、本発明の技術思想を逸脱しない限り適宜変更可能である。

本発明によれば、回路基板とその製造方法およびそれを用いた電子部品に関し、特に小型化した電子部品の気密性向上に有用であり、超薄型の回路基板、その製造方法及びかかる回路基板を用いた電子部品に適用できる。

本発明の実施の形態１における回路基板を示す図であり（ａ）が斜視図、（ｂ）が断面図 本発明の実施の形態２における回路基板の製造工程フロー断面図 本発明の実施の形態３における電子部品の断面図 従来の電子部品を内臓したパッケージの断面図

符号の説明

１ 回路基板
１ａ 第一主面
１ｂ 第二主面
２ 導電部
３ 電極部
４ 端子部
５ 導体部
６ａ 屈曲部
６ｂ 屈曲部
７ ガラス板
７ａ ガラス板
７ｂ ガラス板
８ 金属薄板
９ａ 突出部
９ｂ 突出部
１０ａ 上金型
１０ｂ 下金型
１１ａ、１１ｄ 凹部
１１ｂ、１１ｃ 凸部
１２ 電子素子
１３ 導電性接着剤
１４ 蓋体
１５ 接合材
１０１ 底板部
１０２ 枠体部
１０３ 電極
１０４ 電極
１０５ 端子
１０６ 端子
１０７ 支持部
１０８ 電子素子
１０９ 低融点ガラス
１１０ 蓋体

Claims (8)

1. ガラス薄板にその面方向にほぼ沿って内設されたシート状の金属薄板からなる導電部と、前記導電部に形成した電極部と端子部とからなり、前記電極部が前記ガラス薄板の第一主面から露出し、前記端子部が前記ガラス薄板の第二主面から露出していることを特徴とする回路基板。
2. 前記導電部が前記ガラス薄板の第一主面と第二主面との間の略中央に配置されている請求項１記載の回路基板。
3. 前記導電部が複数の屈曲部を有している請求項１または２記載の回路基板。
4. 前記屈曲部が、前記導電部と電極部との間及び前記導電部と端子部との間の連結部分に形成されている請求項３記載の回路基板。
5. シート状の金属薄板の表裏面をガラス薄板で挟持する挟持工程と、前記金属薄板と前記ガラス薄板とを接合する接合工程と、前記ガラス薄板の第一主面と第二主面を研磨し電極部と端子部とを露出する研磨工程とを備えたことを特徴とする回路基板の製造方法。
6. 前記接合工程が、前記金属薄板と前記ガラス薄板とを前記ガラス薄板のガラス転移点以上軟化点以下で加熱加圧し、前記金属薄板を前記ガラス薄板に内設した状態に接合成形する工程からなる請求項５記載の回路基板の製造方法。
7. 前記加熱加圧が、前記ガラス薄板の第一主面側に接する上金型と、前記ガラス薄板の第ニ主面側に接する下金型とを用いた加熱加圧工程であり、前記上金型が前記電極部形成用の凹部と前記端子部形成用の凸部を有し、前記下金型が前記上金型の前記凹部に対応する位置に当該凹部と嵌合し得る前記電極部形成用の凸部と前記上金型の前記凸部に対応する位置に当該凸部と嵌合し得る前記端子部形成用の凹部とを有する金型である請求項６記載の回路基板の製造方法。
8. ガラス薄板にその面方向にほぼ沿って内設されたシート状の金属薄板からなる導電部と、前記ガラス薄板の第一主面から露出した電極部と、前記ガラス薄板の第二主面から露出した端子部と、前記電極部に導電性接着剤を介して接続した電子素子と、前記電子素子を覆い前記ガラス薄板の第一主面に接合材を介して接合した蓋体とからなり、前記電極部と前記端子部とが前記導電部で連結していることを特徴とする電子部品。

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