JP6114102B2

JP6114102B2 - 多数個取り配線基板

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Publication number: JP6114102B2
Application number: JP2013094037A
Authority: JP
Inventors: 周一山本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014216548A

Description

本発明は、個片の配線基板となる複数の配線基板領域が母基板に配列されてなる多数個取り配線基板に関するものである。

従来、電子部品搭載用等に用いられる配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体（セラミックス）からなる四角形板状の絶縁基板と、絶縁基板の上面の電子部品が搭載される部位から絶縁基板の下面等にかけて設けられた配線導体とを有している。

このような配線基板は、一般に、１枚の広面積の母基板から複数個の配線基板を同時集約的に得るようにした、いわゆる多数個取り配線基板の形態で製作されている。多数個取り配線基板は、例えば、平板状の母基板に配線基板となる複数の配線基板領域が縦横の並びに配列形成された構造を有している。このような多数個取り配線基板は、配線基板領域の境界に設けられた分割溝に沿って母基板が破断されることによって、個片の配線基板に分割される。

多数個取り配線基板は、一般に、配線導体となる金属ペーストが印刷された複数のセラミックグリーンシートが積層されてなる積層体が焼成されることによって製作されている。分割溝は、積層体または焼成後の母基板の主面に、配線基板領域の境界に沿った切り込み等の機械的な加工で形成される。

特開2003−273274号公報

しかしながら、上記従来の多数個取り配線基板においては、個片の配線基板に分割する（破断させる）際に、それぞれの配線基板領域のうち分割溝に隣接した縁領域において、表層部に欠け等の機械的な破壊が発生しやすいという問題点があった。これは、母基板の破断に伴う応力が配線基板領域の表層部の縁領域に集中しやすく、この応力で欠け等が発生しやすいためであると考えられる。

本発明の一つの態様の多数個取り配線基板は、セラミックスから成る表層部と、該表層部よりも内側の内層部と、前記表層部の、電子部品搭載用基板またはコイル部品として用いられる配線基板となる複数の配線基板領域のそれぞれの縁領域に前記複数の配線基板領域の境界から離間して設けられた金属ダミーパターンと、前記複数の配線基板領域の前記
金属ダミーパターンが設けられた主面である上面とは反対側の下面において前記複数の配線基板領域のそれぞれに設けられた外部端子と、前記複数の配線基板領域の境界に沿って前記下面の前記外部端子間に設けられたスクライブラインおよびこれと互いに重なり合うように前記上面に設けられたスクライブラインとを備えており、隣り合う前記配線基板領域に設けられた前記金属ダミーパターン同士の距離が、隣り合う前記配線基板領域に設けられた前記外部端子同士の距離よりも大きい。

本発明の一つの態様の多数個取り配線基板によれば、表層部の縁領域に金属ダミーパターンを有することから、縁領域における表層部の欠け等の機械的な破壊が効果的に抑制される。これは、縁領域に応力が生じたときに、その応力が、セラミックスから成る表層部よりも弾性率が小さい金属ダミーパターンの変形等によって緩和されることによると考えられる。また、隣り合う配線基板領域に設けられた金属ダミーパターン同士の距離が、隣り合う配線基板領域に設けられた外部端子同士の距離よりも大きいことから、スクライブラインの位置が多少、隣り合う金属ダミーパターン同士の中間の位置から一方の金属ダミーパターンの方にずれたとしても、スクライブラインが金属ダミーパターンと重なるような可能性が低くなる。したがって、金属ダミーパターンによる、母基板分割時の応力緩和の効果をより確実に得ることができる。

（ａ）は本発明の実施形態の多数個取り配線基板における要部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図１に要部を示す多数個取り配線基板の全体の一例を模式的に示す上面図である。図１に示す多数個取り配線基板の第１の変形例における要部を示す上面図である。（ａ）は図１に示す多数個取り配線基板の第２の変形例における要部を示す上面図であり、（ｂ）はその下面図である。図１に示す多数個取り配線基板の第３の変形例における要部を示す断面図である。

本発明の多数個取り配線基板について、添付の図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態の多数個取り配線基板における要部を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図２は、図１に要部を示す多数個取り配線基板の全体の一例を模式的に示す上面図である。なお、図２においては、見やすくするために、後述する配線導体等の細部を省略している。

実施形態の多数個取り配線基板は、母基板１に複数の配線基板領域２が配列されてなる。母基板１にはセラミックスから成る表層部１ａが含まれている。また、表層部１ａについて、複数の配線基板領域２のそれぞれの縁領域２ａに金属ダミーパターン３が設けられている。図１（ａ）において、配線基板領域２のうち２点鎖線よりも外側の領域が縁領域２ａである。母基板１に複数の配線基板領域２が縦横の並びに配列されて多数個取り配線基板が基本的に形成されている。多数個取り配線基板が配線基板領域２毎に分割されて個片の配線基板が製作される。金属ダミーパターン３の詳細については後述する。

配線基板領域２は、個片の配線基板（図示せず）となる領域である。配線基板領域２は、例えば平面視において四角形状である。個片の配線基板は、例えば電子部品搭載用基板またはコイル部品等として用いられる。例えば配線基板が電子部品搭載用基板として用いられる場合であれば、配線基板領域２の上面の中央部等が、電子部品が搭載される搭載部（符号なし）となっている。

配線基板（配線基板領域２）に搭載される電子部品（図示せず）としては、ＩＣおよびＬＳＩ等の半導体集積回路素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＰＤ（フォトダイオード）およびＣＣＤ（電荷結合素子）等の光半導体素子、弾性表面波素子および水晶振動子等の圧電素子、容量素子、抵抗器、半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ素子）等の種々の電子部品が挙げられる。

なお、個片の配線基板は、電子部品搭載用以外の用途に用いられるものであってもよい。このような用途としては、例えばコイル部品等の独立した電子部品としての用途が挙げられる。

配線基板領域２には、電子部品の搭載部から母基板１の下面にかけて配線導体４が設けられている。母基板１は、これを厚み方向に貫通する貫通孔７を有している。配線導体４の一部が、この貫通孔７の内側面に設けられ、この内側面を経て、搭載部から母基板の下面に至っている。

配線導体４は、例えば搭載部に搭載される電子部品（図示せず）と電気的に接続され、これを外部の電気回路（図示せず）に電気的に接続するための導電路として機能する。な
お、配線導体４のうち搭載部に位置する部分は電子部品の電極と接続される接続パッドとなっている。配線導体４は、表層部１ａの厚み方向の少なくとも一部を貫通する貫通導体（いわゆるビア導体）を含んでいてもよい。

それぞれの配線基板領域２の母基板１の下面には、外部の電気回路と電気的に接続される外部端子６が設けられていてもよい。外部端子６は、配線導体４のうち母基板１の下面に設けられた部分から成るものであってもよい。

電子部品と配線導体４との電気的な接続は、例えば、配線導体４のうち搭載部に設けられている部位に電子部品の電極（図示せず）を対向させて、はんだ等の導電性接続材（図示せず）を介して配線導体４と電極とを接合することにより行なうことができる。

配線導体４は、電子部品と外部の電気回路とを電気的に接続する導電路としての機能に限らず、コイル等の機能を有する部分を含むものであってもよい。

配線導体４および外部端子６は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、白金または金等の金属材料、またはこれらの金属材料を主成分とする合金材料により形成されている。

実施形態の多数個取り配線基板において、母基板１は、セラミックスからなる表層部１ａを有している。表層部１ａは、母基板１のうち母基板１の主面および主面に近い部分（浅い部分）である。表層部１ａは、例えば、多数個取り配線基板および個片の配線基板として必要な配線導体４を設けるための絶縁性のベース部として機能している。

表層部１ａは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体，ガラスセラミック焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体またはムライト質焼結体等のセラミックスによって形成されている。

また、母基板１のうち表層部１ａよりも内側の部分は内層部１ｂである。内層部１ｂは、表層部１ａと同様のセラミックスから成るものであってもよいし、表層部１ａとは異なる材料から成るものであってもよい。

例えば、セラミックスからなる表層部１ａとは異なる材料からなる内層部１ｂの例として、フェライト材料からなる内層部１ｂが挙げられる。内層部１ｂがフェライト材料から成る場合には、配線基板領域２における透磁率が高められる。そのため、例えば配線導体４がコイルとしての機能を含むときに、その機能を高めることができる。

このようなフェライト材料の例は、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４、ＭｎＦｅ_２Ｏ_４、ＦｅＦｅ_２Ｏ_４、ＣｏＦｅ_２Ｏ_４、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４、ＢａＦｅ_２Ｏ_４、ＳｒＦｅ_２Ｏ_４またはＣｕＦｅ_２Ｏ_４である。

多数個取り配線基板の個片の配線基板領域２への分割は、例えば配線基板領域２の境界に沿って母基板１の主面にスクライブライン５を設け、このスクライブライン５に沿って母基板１を破断させることによって行なわれる。スクライブライン５は、例えば母基板１の主面を、配線基板領域２の境界に沿ってスクライバーで切り欠くことによって形成することができる。スクライバーは、例えばガラスセラミックス等の硬度が高いセラミックスから成る表層部１ａを深さ方向に切り欠くことができる程度の硬度を有する刃を用いて作製されている。

母基板１は、例えば表層部１ａがガラスセラミックス焼結体からなり、内層部１ｂがフ
ェライト材料から成る場合であれば、次のようにして製作することができる。

まず、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化ケイ素や酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の粉末を添加した原料粉末を、有機溶剤、バインダと混練するとともに、ドクターブレード法やリップコータ法等の成形方法でシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。次に、フェライト材料を原料粉末とし、同様に有機溶剤およびバインダ等とともにシート状に成形してフェライトグリーンシートを作製する。その後、セラミックグリーンシート、フェライトグリーンシートおよびセラミックグリーンシートの順に上下に積層し、この積層体を約850〜1000℃程度の焼成温度で焼成することによって母基板１を
製作することができる。

配線導体４および外部端子６は、例えば、銀から成る場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、母基板１の表層部１ａとなるセラミックグリーンシートの印刷し、上記積層体と同時焼成することによって形成することができる。

金属ダミーパターン３は、スクライブライン５に沿って母基板１を分割するときに、配線基板領域２の縁領域において欠け等の機械的な破壊が生じることを抑制するためのものである。これは、このような金属ダミーパターン３が設けられていることによって、母基板１の分割（破断）時に縁領域２ａに生じる応力が緩和されることによると考えられる。

すなわち、金属ダミーパターン３の弾性率がセラミックスから成る表層部１ａの弾性率よりも小さいため、縁領域２ａに生じる応力が、金属ダミーパターンの変形等によって緩和されることにより、表層部１ａにおける欠け等が抑制されると考えられる。

金属ダミーパターン３は、上記配線導体４とは電気的に独立している。すなわち、金属ダミーパターン３は、配線基板領域２（個片の配線基板）に搭載される電子部品および外部の電気回路等の電気回路に対して電気的に独立したものとなっている。これにより、個片の配線基板としての電気特性等に金属ダミーパターン３が影響を及ぼす可能性が低減されている。

金属ダミーパターン３は、例えば、配線導体４および外部端子６等の他の導体部分（メタライズ層等）と同様の材料を用い、同様の方法で形成することができる。また、金属ダミーパターン３は、配線導体４および外部端子と異なる金属材料から成るものであっても構わない。例えば、配線導体４が銀からなるときに、金属ダミーパターン３が銀から成るものであってもよいし、銀にパラジウムなどの金属やガラスなどの無機粉末が分散して成る混合材からなるものであっても構わない。

金属ダミーパターン３は、応力緩和の上では、スクライブライン５に隣接している配線基板領域２の縁に近いほど好ましい。言い換えれば、金属ダミーパターン３は、縁領域２ａのうち外周部分に位置している方が好ましい。金属ダミーパターン３は、縁領域２ａに存在している部分を含んでいれば、例えば図１に示す例にように、その一部が縁領域２ａから内側に（搭載部の方向に）はみ出ていても構わない。

金属ダミーパターン３は、応力緩和の上では、母基板１のうち欠け等が発生しやすい表面に近いほど好ましい。言い換えれば、金属ダミーパターン３は、表層部１ａのうち上側に位置している方が好ましい。

金属ダミーパターン３の厚みは、応力緩和の上では厚いほど好ましい。ただし、金属ダミーパターン３が厚くなり過ぎると、金属ダミーパターン３と配線導体４との間で電気絶
縁性等の特性が低くなる可能性がある。金属ダミーパターン３の厚みは、例えば表層部１ａの厚みの１／３〜１／２程度に設定すればよい。

なお、母基板１が、上記のようにセラミックスから成る層とフェライト材料から成る層とが、フェライトからなる層が厚み方向の中央に位置して積層されたものであれば、セラミックスから成る層が表層部１ａに相当する。また、母基板１に含まれている全部の層が同様のセラミックスから成る層である場合には、母基板１の主面（上下面）から母基板１の厚みの約15％程度までの深さの部分が表層部に相当する。

また、金属ダミーパターン３は、複数の配線基板領域２のそれぞれの角領域に設けられている場合には、母基板１の分割時の欠けをより効果的に抑制することができる。これは、母基板１の分割時の応力が、四角形状の配線基板領域２の角領域に集中しやすいことによる。このような応力が集中しやすい部分に、応力緩和に適した金属ダミーパターン３が存在していることにより、応力がより効果的に緩和され、配線基板領域２の縁領域２ａにおける欠けがより効果的に抑制される。

また、この場合に、角領域のみに金属パターン３が設けられている（辺領域には金属パターン３が設けられていない）と、金属ダミーパターン３が設けられた範囲がより小さく抑えられる。そのため、配線導体４を設けるスペースの確保等がより容易であり、個片の配線基板の小型化等の点でも有利である。また、経済性の点でも有利である。

ただし、金属ダミーパターン３は、例えば応力の緩和を優先して、配線基板領域２の辺領域にも設けられていてもかまわず、縁領域２ａの全周にわたって設けられていても構わない。

図３は、図１に示す多数個取り配線基板の第１の変形例における要部を示す上面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

図３に示す例において、金属ダミーパターン３は、複数の配線基板領域２の境界（スクライブライン５の位置）から離間している。このような場合には、スクライブライン５を形成する際に、金属ダミーパターン３がスクライバーに付着する可能性が低減される。そのため、例えば金属ダミーパターン３の金属成分がスクライバーの刃に粘りついて、スクライバーによるスクライブライン５の形成が妨げられるというような不具合が生じる可能性が低減されている。

このような、配線基板領域２の境界から離間した金属ダミーパターン３は、金属ダミーパターン３となる金属ペーストの印刷用パターン（スクリーン印刷用の版面等）を、そのパターンに応じたパターンとすることによって形成することができる。

この場合、配線基板領域２の境界からの金属ダミーパターン３の離間距離は、スクライブラインの形成に用いるスクライバーの刃の幅等に応じて適宜設定すればよい。ただし、配線基板領域２の境界からの金属ダミーパターン３の離間距離が大きくなり過ぎると、金属ダミーパターン３による応力緩和の効果が低下する可能性がある。そのため、配線基板領域２の境界からの金属ダミーパターン３の離間距離は、例えば、スクライバーの刃の幅に対して約２〜３倍程度に設定する。

図４（ａ）は図１に示す多数個取り配線基板の第２の変形例における要部を示す上面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の下面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

図４に示す例において多数個取り配線基板は、前述したように、複数の配線基板領域２の金属ダミーパターン３が設けられた主面（例えば上面）とは反対側の主面（例えば下面）において複数の配線基板領域２のそれぞれに設けられた外部端子６をさらに有している。外部端子６は、前述したように、銀等から成り、個片の配線基板を外部の電気回路に電気的に接続する機能を有している。

このような外部端子６が設けられていれば、この外部端子６が金属ダミーパターン３と同様の作用効果を生じる。すなわち、配線基板領域２の境界（スクライブライン５）に沿って母基板１が分割されるときに、その分割に伴う応力が、母基板１の下面側の表層部１ａにおいて配線基板領域２の縁領域２ａに生じたとしても、その応力が外部端子６によって緩和される。この場合には、母基板１の下面側の表層部１ａにおいて配線基板領域２の縁領域２ａに金属ダミーパターン３を設ける必要はなく、多数個取り配線基板としての生産性および経済性等が向上し得る。

また、外部端子６が設けられているときに、隣り合う配線基板領域２に設けられた金属ダミーパターン３同士の距離ａと外部端子６同士の距離ｂとが異なっている。具体的には、隣り合う配線基板領域２の間において、金属ダミーパターン３同士の距離ａの方が、外部端子６同士の距離ｂよりも大きい。換言すれば、金属ダミーパターン３よりも外部端子６の方がスクライブラインに近い。

この場合、例えばセラミックグリーンシートの積層ずれ等に起因して、金属ダミーパターン３と外部端子６との間で互いに多少の位置ずれが生じたとしても、金属ダミーパターン３による、母基板１分割時の応力緩和の効果をより確実に得ることができる。

すなわち、母基板１の両主面にスクライブライン５が設けられるときには、その上下のスクライブライン５同士が平面透視において互いに重なり合うように位置していることが、まず前提条件として必要になる。これに対して、金属ダミーパターン３と外部端子６との間で平面透視における位置ずれが生じていると、スクライブライン５がいずれか一方の金属ダミーパターン３の方に偏って金属ダミーパターン３と重なってしまい、応力緩和の効果が得られなくなる可能性がある。このとき、金属ダミーパターン３同士の距離ａが外部端子６同士の距離ｂよりも大きければ、スクライブライン５の位置が多少、隣り合う金属ダミーパターン３同士の中間の位置から一方の金属ダミーパターン３の方にずれたとしても、スクライブライン５が金属ダミーパターン３と重なるような可能性が低くなる。したがって、この場合には、金属ダミーパターン３による、母基板１分割時の応力緩和の効果をより確実に得ることができる。

図５は、図１に示す多数個取り配線基板の第３の変形例における要部を示す断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。この例において、多数個取り配線基板は、前述したように、セラミックスとは異なる材料から成る内層部１ｂを有している。このような内層部１ｂは、例えば上記のようにフェライト材料から成る。なお、フェライト材料もセラミック焼結体の一種であるが、この実施形態では、表層部１ａを形成しているセラミックスとは異なる材料として扱い、表層部１ａと内層部１ｂとを区別している。

このような内層部１ｂが設けられている場合に、表層部１ａと内層部１ｂとの間における複数の配線基板領域２のそれぞれの縁領域２ａに、第２の金属ダミーパターン８がさらに設けられていてもよい。この場合には、母基板１の分割時の応力が、互いに異なる材料から成る表層部１ａと内層部１ｂとの間に集中したときに、その応力をより効果的に緩和することができる。したがって、この場合には、表層部１ａおよび内層部１ｂにおける欠け等の不具合がより効果的に抑制された多数個取り配線基板を提供することができる。

第２の金属ダミーパターン８は、例えば金属ダミーパターン３と同様の材料を用い、同様の方法で形成することができる。第２の金属ダミーパターン８についても、配線基板領域２の境界から離間していてもよい。この場合には、多数個取り配線基板を個片の配線基板に分割するとき、つまり母基板１を厚み方向に破断させるときに、表層部１ａおよび内層部１ｂに比べて破断しにくい金属材料からなる第２の金属ダミーパターン８が、その破断を妨げるというような可能性が、より低減される。

なお、本発明の多数個取り配線基板は、上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更は可能である。例えば、母基板１となるセラミックグリーンシートの段階で配線基板領域２の境界に分割溝（図示せず）が設けられて成る、分割溝を有する多数個取り配線基板であってもよい。この場合には、分割溝に沿って複数の配線基板領域２が個片の配線基板に分割される。この分割の際にも、金属ダミーパターン３で応力が緩和され、表層部１ａ等において欠けが発生することが抑制される。

また、金属ダミーパターン、配線導体４および外部端子６の露出表面に、酸化の抑制の向上等のためにニッケルおよび金等のめっき層が被着されていてもよい。また、母基板１の外周部に、例えば図２に示すように、複数の配線基板領域２を囲むダミー領域（符号なし）が設けられて、多数個取り配線基板としての取り扱いがより容易なものとされたり、上記めっき用の接続線（図示せず）の引き回しがより容易なものとされたりしていてもよい。

また、外部端子６が設けられていないときに、母基板１の両主面（上下両面）におけるそれぞれの表層部１ａについて、縁領域２ａに金属ダミーパターン３（下面側は図示せず）が設けられていてもよい。これにより母基板１の両主面において縁領域２ａにおける欠け等の発生が低減される。なお、この場合の外部端子６の位置は、例えば貫通孔７の内側面、または母基板１の下面における配線基板領域２のそれぞれの中央部等に設定される。

１・・・母基板
１ａ・・・表層部
２・・・配線基板領域
２ａ・・・縁領域
３・・・金属ダミーパターン
４・・・配線導体
５・・・スクライブライン
６・・・外部端子
７・・・貫通孔
８・・・第２の金属ダミーパターン

Claims

セラミックスから成る表層部と、
該表層部よりも内側の内層部と、
前記表層部の、電子部品搭載用基板またはコイル部品として用いられる配線基板となる複数の配線基板領域のそれぞれの縁領域に前記複数の配線基板領域の境界から離間して設けられた金属ダミーパターンと、
前記複数の配線基板領域の前記金属ダミーパターンが設けられた主面である上面とは反対側の主面である下面において前記複数の配線基板領域のそれぞれに設けられた外部端子と、
前記複数の配線基板領域の境界に沿って前記下面の前記外部端子間に設けられたスクライブラインおよびこれと平面透視において互いに重なり合うように前記上面に設けられたスクライブラインとを備えており、
隣り合う前記配線基板領域に設けられた前記金属ダミーパターン同士の距離が、隣り合う前記配線基板領域に設けられた前記外部端子同士の距離よりも大きいことを特徴とする多数個取り配線基板。
前記金属ダミーパターンは、前記複数の配線基板領域のそれぞれの角領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多数個取り配線基板。
セラミックスとは異なる材料から成る内層部と、
前記表層部と前記内層部との間における前記複数の配線基板領域のそれぞれの縁領域に設けられた第２の金属ダミーパターンとをさらに備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多数個取り配線基板。