JP4540223B2

JP4540223B2 - 電子部品搭載基板

Info

Publication number: JP4540223B2
Application number: JP2000396301A
Authority: JP
Inventors: 慎也寺尾; 辰郎西村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002198630A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子やコンデンサ等の複数個の電子部品および抵抗体が搭載される電子部品搭載基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体素子や複数の各種電子部品を絶縁基板の両面に搭載した電子部品搭載基板が知られており、その一般的な構造として、図３に示すように、半導体素子やコンデンサ等の各種電子部品から発生する熱を外部に効率良く放熱するために、絶縁基板の一方の表面に半導体素子やコンデンサ等の電子部品を複数個搭載し、これら表面に実装した電子部品に隣接して電気特性確認用のテストパッドを数個形成するとともに、前記絶縁基板の他方の表面（裏面）に前記表面実装部品に供給する電圧等を制御するための抵抗体を所定の個数形成し、該抵抗体をガラスおよび樹脂からなる保護層にて保護したものが知られている。
【０００３】
そして、該電子部品搭載基板の裏面（抵抗体形成面）にシリコン接着剤等を介してヒートシンクを取着し、各電子部品から発生した熱は、各部品からの自然放熱、部品に接合したヒートシンクからの放熱、および絶縁基板を通し基板端部の筐体取り付け部を介した筐体への熱放散によって外部へ放熱される。
【０００４】
かかる電子部品搭載基板においては、ますます表面に搭載される表面実装部品（電子部品）の点数が増加し、特に、車載用に用いられる電子部品搭載基板ではエンジンルーム内のスペースがほとんど無く、基板のさらなる小型化、低コスト化が望まれていることから、電子部品搭載基板のより一層の高密度化を図る必要がある。
【０００５】
そこで、小型高密度化を目的として、例えば、特開平１０−７０３５１号や特開平１１−２０４９１４号では、絶縁基板表面に各種電子部品を搭載するとともに、該絶縁基板表面にカバーを設け、該カバーの表面にも電子部品を搭載することによって基板を小型化できることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−７０３５１号や特開平１１−２０４９１４号に記載されたカバーを設ける構造の電子部品搭載基板では、カバー等を別途形成する必要があり、かつ該カバー表面にも電子部品を実装しなければならないために実装が難しく、コスト増となるとともに、電子部品の作動に伴って発生する発熱を効率よく放熱することができないという問題があった。
【０００７】
かかる理由から、電子部品は基板表面に実装することが望ましいが、従来の電子部品搭載基板の（ａ）電子部品実装面および（ｂ）抵抗体形成面を示す平面図に示すように電子部品の部品点数が多く電子部品実装面（ａ）のデッドスペースがほとんどないとともに、電子部品実装面（ａ）と抵抗体形成面（ｂ）とのデッドスペースの差が大きいものであった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、単純な構造で、かつ低コストで小型高密度化が可能な電子部品搭載基板を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に対して検討した結果、絶縁基板の表面に半導体素子やコンデンサ等の表面実装部品（電子部品）を複数個実装し、前記絶縁基板の裏面に前記電子部品に接続される抵抗体を形成するとともに、前記絶縁基板の前記抵抗体形成面（裏面）に半導体素子の約２倍の実装面積を必要とするテストパッドを形成することによって、絶縁基板の電子部品実装面に必要な実装面積を小さくでき、絶縁基板の面積を小さくすることができる結果、電子部品搭載基板全体を小型化ができることを知見した。
【００１０】
すなわち、本発明の電子部品搭載基板は、搭載される複数の電子部品の全てが絶縁基板の一方の主面に搭載されているとともに、所定のパターンに形成された抵抗体材料からなり、前記電子部品に電気的に接続されて該電子部品に供給される電圧を調整する抵抗体と、前記電子部品の電気特性確認用のテストパッドとが前記絶縁基板の他方の主面のみに配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、前記テストパッドが、前記絶縁基板の前記他方の主面に形成されたタングステンおよび／またはモリブデンを主成分とする第１の表面配線層と、該第１の表面配線層の表面に形成された第１のメッキ膜とを備えることが望ましく、さらに、前記第１のメッキ膜が、前記第１の表面配線層の表面に形成された厚み５〜１５μｍのＮｉまたはＣｕからなる第２のメッキ膜と、該第２のメッキ膜の表面に形成された厚み０．０３〜０．５μｍのＡｕメッキ膜とからなることが望ましい。
【００１２】
また、前記抵抗体が、前記絶縁基板の前記他方の主面に形成された第２の表面配線層と、該第２の表面配線層の表面に形成されたＮｉまたはＣｕからなる第３のメッキ膜および該第３のメッキ膜の表面に形成されたＣｕを主成分としたメタライズ層を介して接続されていることが望ましい。
【００１３】
さらに、前記絶縁基板の前記他方の主面の前記テストパッド以外の領域が保護層によって被覆されていることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品搭載基板の一例について、その概略断面図を示す図１およびその平面図（（ａ）電子部品搭載面、（ｂ）抵抗体形成面）である図２を基に説明する。
図１によれば、電子部品搭載基板１は、絶縁層２ａ〜２ｅの積層体からなる絶縁基板２の一方の表面に表面配線層３が形成されている。また、半導体素子、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ等の複数個の電子部品４ａ、４ｂ（４ａは半導体素子、４ｂはその他の電子部品）は、表面配線層３と半田等の接続端子５を介して電気的に接続され、絶縁基板２表面に実装されている。なお、電子部品４のサイズは様々であるが、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ以上の大きさの半導体素子４ａ等が搭載され、また、電子部品搭載面に搭載される電子部品４の数は、例えば５個以上、特に１０個以上、さらに３０個以上、さらには５０個以上となる。
【００１５】
また、表面配線層３の表面にはＮｉまたはＣｕメッキ膜６ａおよびＡｕメッキ膜６ｂが被着形成され、表面配線層３の酸化を防止する働きをなす。
【００１６】
また、表面配線層３は、絶縁基板２の内部に形成されるビアホール導体７や内部配線層８と電気的に接続されて配線回路を形成し、絶縁基板２の他方の表面（裏面）の抵抗体１０と接続される表面配線層１１や、電子部品４の電気特性を確認するためのテストパッド１３と接続されている。
【００１７】
なお、本発明によれば、テストパッド１３は必ずしも電子部品４の直下に形成される必要はなく、回路設計の都合に応じて回路を引き回し、絶縁基板２の裏面のデッドスペースに設ければよい。
【００１８】
また、抵抗体１０およびテストパッド１３はそれぞれの電子部品４に対してそれぞれ個別に形成する必要はなく、回路設計に合わせて各階路ブロックごとに形成すればよい。すなわち、抵抗体１０の数は電子部品４の数より少ないことが望ましい。
【００１９】
本発明によれば、図１および図２に示すように、絶縁基板２の両面に形成される電子部品４の実装に必要な面積と、抵抗体１０およびテストパッド１３の実装に必要な面積とのバランスを合わせることができ、絶縁基板２の一方の表面に必要な面積を小さくできることから絶縁基板２自体を小型化できる。
【００２０】
また、絶縁基板２の裏面には抵抗体１０と接続される表面配線層１１やテストパッド１３を形成する表面配線層１５が形成され、さらに表面配線層１５の酸化等を防止する上で、表面配線層１５の表面に少なくとも１層のメッキ膜１６を形成することが望ましい。なお、表面配線層１５はメッキ膜１６を形成する際のメッキ液に対する耐食性の観点で、磁器表面にメタライズペーストを焼き付ける厚膜法にて形成した配線層ではなく、タングステンおよび／またはモリブデンを主成分とする導体層からなることが望ましい。また、テストパッド１３のサイズは、例えば、一辺が０．５〜１．５ｍｍ×０．５〜１．５ｍｍの概略四角形状で、その厚みが５〜３０μｍからなる。
【００２１】
また、メッキ膜１６は、メッキ膜１６表面に接続されるワイヤとのボンディング性、およびメッキ膜１６の残留応力により半田実装時等に生じる剥がれ等の不具合を防止するために、特に、厚み５〜１５μｍ、さらに７〜１３μｍのＮｉまたはＣｕメッキ膜１６ａと、厚み０．０３〜０．５μｍ、さらに０．０５〜０．１５μｍのＡｕメッキ膜１６ｂとを形成した構成からなることが望ましい。なお、Ｃｕメッキ膜１６ａを形成する場合には必ずしもＡｕメッキ膜１６ｂを形成しない場合もある。
【００２２】
一方、絶縁基板１表面に形成された表面配線層１１の表面には抵抗体１０が形成されるが、抵抗体１０との反応性を抑制して所望の抵抗値を得るために、抵抗体１０と表面配線層１１との間にＣｕを主成分としたメタライズ層（以下、Ｃｕメタライズ層と略す。）１８が形成され、また、表面配線層１１とＣｕメタライズ層１８との接着性を高めるために、両者間にＮｉまたはＣｕメッキ膜１６ａが形成されている。
【００２３】
すなわち、抵抗体１０は、絶縁基板１表面に形成された表面配線層１１と、該表面配線層１１表面に形成されるＮｉまたはＣｕメッキ膜１６ａ、および該ＮｉまたはＣｕメッキ膜１６ａ表面に形成されるＣｕメタライズ層１８を介して接続されている。
【００２４】
ここで、抵抗体１０は、酸化錫系、ランタンボライド系、Ｃｕ−ニッケル（Ｎｉ）系の群から選ばれる少なくとも１種の抵抗体材料によって形成され、必要な抵抗値によってその形状が決定されるが、例えば、抵抗体１０のサイズは、例えば、幅０．５〜８ｍｍ×長さ１〜１５ｍｍで、厚みが１０〜３０μｍからなる。
【００２５】
また、Ｃｕメタライズ層１８は、Ｃｕペーストを印刷して焼き付けることによって形成される、いわゆる銅厚膜導体からなることが製造の容易性、良好なメタライズ層の形成性の点で望ましい。さらに、その厚みは１０〜２５μｍであることが望ましい。
【００２６】
また、図１によれば、メッキ膜１６形成時のメッキ液による浸食を防止し、かつ外部との電気絶縁性を確保するために、テストパッド１３形成部以外の抵抗体１０形成面、すなわち絶縁基板２の裏面を保護層２０によって被覆している。
【００２７】
なお、図１によれば、保護層２０は、抵抗体１０表面を被覆し、抵抗体１０の抵抗値の調整のために行うレーザートリミング処理時に抵抗体１０にかかる熱的なダメージや抵抗体１０の飛散を防止するために形成されるオーバーガラス層２０ａと、耐湿性、耐食性および絶縁性を高めるための樹脂層２０ｂにて形成されている。
【００２８】
ここで、オーバーガラス層２０ａを形成するガラスとしては、ＳｉＯ₂系ガラス、Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＰｂＯ−ＺｎＯ系ガラスおよびＢｉ₂Ｏ₃系ガラスの群から選ばれる少なくとも１種のガラスが採用でき、また、所望によってＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＺｒＯ₂およびＴｉＯ₂等のフィラー成分を含有するものであってもよい。
【００２９】
また、樹脂層２０ｂとしては、紫外線硬化型樹脂も適応可能であるが、メッキ液に対する耐薬品性が高い熱硬化型樹脂が望ましく、中でもエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、テフロン樹脂、ポリイミド樹脂等が、さらにはコストの点でエポキシ樹脂が望ましい。
【００３０】
一方、絶縁層２ａ〜２ｅは、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックスからなることが望ましく、特に、アルミナを主成分とし、焼結助剤として酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マンガン等を添加した組成物からなることが望ましい。また、セラミックス以外にプラスチックも適応可能である。
【００３１】
（モジュール）
また、上述した本発明の電子部品搭載基板は、絶縁基板２の抵抗体１０形成面（裏面）を金属ケース内に収納され、金属ケースのコネクタと電子部品搭載基板の接続端子とを電気的に接続した後、金属ケース内に樹脂を充填することにより電子制御ユニットを形成することができる。
【００３２】
（製造方法）
また、上記電子部品搭載基板を作製するには、例えば、まず、絶縁基板を形成するためのセラミック粉末に焼結助剤成分を添加し、さらに、適当な有機バインダー、有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添加混合してスラリーを調整する。そして、このスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形法を採用してシート状となし、カットしてセラミックグリーンシートを作製し、しかる後、前記グリーンシートの所定の位置にビアホールを形成する。
【００３３】
また、タングステン、モリブデンなどの高融点金属に、所望によりセラミック粉末やガラス粉末を添加し、かつ、これに、有機バインダー、有機溶剤、可塑剤等を添加混合して得た導体ペーストを用いて、スクリーン印刷法などによって導体ペーストをビアホール内に充填したり、表面配線層および内部配線層を形成するための回路パターンを形成する。
【００３４】
なお、導体ペースト中には、低抵抗化のためにタングステンおよびモリブデン１００重量部に対して、Ｃｕ、銀、白金、パラジウムの群から選ばれる金属を総量で６０重量部以下、特に５０重量部以下、さらに５〜５０重量部添加することもできる。
【００３５】
その後、ビアホール導体および配線層を形成した複数のグリーンシートを積層圧着した後、例えば１２００〜２０００℃、特に１５００〜１７００℃の還元雰囲気中で焼成することによって配線層およびビアホール導体を具備する絶縁基板を作製する。
【００３６】
次に、得られた絶縁基板の表面配線層に対して、メッキを施す。本発明によれば、電子部品搭載面側の表面配線層およびテストパッドをなす表面配線層にはＮｉまたはＣｕメッキ（一次メッキ）およびＡｕメッキ（二次メッキ）を施し、かつ抵抗体と接続される表面配線層にはＮｉまたはＣｕメッキ（一次メッキ）のみが施される。
【００３７】
そして、Ｃｕペーストを用いてスクリーン印刷法等の印刷法により、ＮｉまたはＣｕメッキ膜のみを形成した抵抗体と接続される表面配線層の表面をＣｕ導体にて被覆した後、例えば、非酸化性雰囲気中、６００〜９００℃で焼き付け処理することによりＣｕメタライズ層を形成する。
【００３８】
その後、Ｃｕメタライズ表面を含む絶縁基板裏面の所定位置に、抵抗体形成用のペーストを用いてスクリーン印刷法等の印刷法により抵抗体パターンを作製し、例えば、６００〜９００℃の非酸化性雰囲気中にて焼き付け処理を施すことにより抵抗体を形成する。
【００３９】
また、抵抗体表面に所定の組成からなるオーバーガラス形成用のガラスペーストを印刷した後、例えば、５００〜６５０℃の非酸化性雰囲気中にて焼き付けてオーバーガラス層を形成した後、抵抗体に対してオーバーガラス層ごとレーザー等の照射を行い、抵抗体に所定の切りこみ溝を形成することによって、抵抗体を最終的に必要な抵抗値にトリミングする。なお、オーバーガラス層は抵抗体形成部の表面のみに形成してもよく、または絶縁基板裏面のテストパッド部を除く全面に形成してもよい。
【００４０】
そして、抵抗体の吸湿、酸化を防止するために、抵抗体の表面または絶縁基板裏面のテストパッド部を除く全面に印刷法により樹脂層を形成する。また、樹脂層が紫外線硬化型樹脂の場合には紫外線照射によって、熱硬化型樹脂の場合には、例えば１００〜２００℃に加熱することによって樹脂を硬化させて樹脂層を形成する。
【００４１】
こうして作製された電子部品搭載基板の電子部品搭載面に半田等の接続端子を介して半導体素子やコンデンサ等の電子部品を実装する。そして、ボードテスター等を用いて電子部品を介して接続した２つのテストパッドにプローブピンを接触させることにより実装した電子部品の電気特性を確認する。本発明によれば、電子部品とテストパッドとは絶縁基板の別面に形成されるが、複数のプローブピンを備えた基板からなる冶具を裏面に接触させることで、検査は何ら支障なく行える。
【００４２】
電子部品の良好な電気特性が確認された電子部品搭載基板は、抵抗体形成面側を接着面として、シリコン等の接着剤を所定位置の塗布したアルミニウムケース内に収納、固定される。また、該アルミニウムケースにはコネクタが形成され、該コネクタと電子部品搭載基板の回路とをＡｌ線等のワイヤ等にて電気的に接続する。
【００４３】
その後、前記アルミニウムケース内に電気絶縁性、放熱性および衝撃吸収性に優れたシリコンゲル等の保護材を注入し、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂性の蓋体で覆うことにより電子制御ユニットを形成することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電子部品搭載基板によれば、該基板の一方の表面に複数個の電子部品を搭載し、他方の表面（裏面）に抵抗体および前記電子部品の電気特性確認用のテストパッドを形成することによって、単純な構造で電子部品の放熱性を低下させることなく、かつ低コストで小型高密度化が可能な電子部品搭載基板となる。
【００４５】
また、前記テストパッドを、前記絶縁基板表面に形成されたタングステンおよび／またはモリブデンを主成分とする表面配線層と、該表面配線層表面に少なくとも１層形成されたメッキ膜とを備えたものにて形成することによって、耐湿性や耐酸化性およびメッキ液に対する耐薬品性に優れたテストパッドとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品搭載基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１の電子部品搭載基板の（ａ）電子部品搭載面、（ｂ）抵抗体形成面を示す平面図である。
【図３】従来の電子部品搭載基板の一例について（ａ）電子部品搭載面、（ｂ）抵抗体形成面を示す平面図である。
【符号の説明】
１電子部品搭載基板
２絶縁基板
２ａ〜２ｅ絶縁層
３、１１、１５表面配線層
４電子部品
５接続端子
６、１６メッキ膜
６ａ、１６ａＮｉメッキ膜
６ｂ、１６ｂＡｕメッキ膜
７ビアホール導体
８内部配線層
１０抵抗体
１３テストパッド
２０保護層
２０ａオーバーガラス層
２０ｂ樹脂層
１８Ｃｕメタライズ層

Claims

搭載される複数の電子部品の全てが絶縁基板の一方の主面に搭載されているとともに、所定のパターンに形成された抵抗体材料からなり、前記電子部品に電気的に接続されて該電子部品に供給される電圧を調整する抵抗体と、前記電子部品の電気特性確認用のテストパッドとが前記絶縁基板の他方の主面のみに配置されていることを特徴とする電子部品搭載基板。
前記テストパッドが、前記絶縁基板の前記他方の主面に形成されたタングステンおよび／またはモリブデンを主成分とする第１の表面配線層と、該第１の表面配線層の表面に形成された第１のメッキ膜とを備えることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載基板。
前記第１のメッキ膜が、前記第１の表面配線層の表面に形成された厚み５〜１５μｍのＮｉまたはＣｕからなる第２のメッキ膜と、該第２のメッキ膜の表面に形成された厚み０．０３〜０．５μｍのＡｕメッキ膜とからなることを特徴とする請求項２記載の電子部品搭載基板。
前記抵抗体が、前記絶縁基板の前記他方の主面に形成された第２の表面配線層と、該第２の表面配線層の表面に形成されたＮｉまたはＣｕからなる第３のメッキ膜および該第３のメッキ膜の表面に形成されたＣｕを主成分としたメタライズ層を介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の電子部品搭載基板。
前記絶縁基板の前記他方の主面の前記テストパッド以外の領域が保護層によって被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の電子部品搭載基板。