JP2003142804A

JP2003142804A - 回路基板

Info

Publication number: JP2003142804A
Application number: JP2001333585A
Authority: JP
Inventors: Norio Nakano; 紀男中野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】回路基板の周囲におけるカケやクラックの発
生を抑えるとともに、大きな曲げ荷重が作用した場合に
おいても割れや破壊を招くことなく、大きくたわむこと
が可能な回路基板を提供する。【解決手段】ガラスセラミック材料からなる基板１の
表面上及び／または裏面上の少なくとも一部に、オーバ
ーコートガラス層７を被覆形成してなる回路基板１０で
あって、オーバーコートガラス層７は、ホウ珪酸系ガラ
スに対して、Ａｌ ₂Ｏ₃フィラーまたはＭｇＯフィラーを
添加して構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、低温焼成可能なガ
ラス−セラミック材料を用いた回路基板に関するもので
あり、特に、基板表面にオーバーコートガラス層を被覆
形成して成る回路基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、回路基板は複数の絶縁層からなる
積層基板の各層間に内部配線層を、各絶縁層の厚み方向
にビアホール導体を夫々形成し、表面（一方の主面）
に、ＩＣチップや各種チップ状電子部品を搭載するため
の表面配線層やキャビティが形成されており、裏面（他
方の主面にグランド電極や外部出力電極などが形成され
ていた。

【０００３】また、積層基板の各絶縁層には、内部配線
層間を接続したり、内部配線層と表面配線層とを接続し
たりするためのビアホール導体が形成されていた。尚、
ビアホール導体については、上述の所定回路網を形成す
る以外に、例えば、積層基板にＩＣチップが収容しえる
キャビティを設け、このキャビティ内のＩＣチップで発
生する熱を外部に放出するビアホール導体として形成し
ても構わない。

【０００４】また、積層基板の表面には、上述の表面配
線層やこの表面配線層の一部を露出させて、オーバーコ
ートガラス層が形成されている。そして、このオーバー
コートガラス層から露出した部位に各種電子部品などを
搭載していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな回路基板は携帯電話等に使用されるものであり、落
下衝撃に耐えることが望まれている。しかし、このよう
な回路基板に落下試験を施すと、回路基板の主面稜線部
分でクラックが発生しやすい。このクラックが表面配線
層にまで到達すると、回路動作で致命的な問題となる。

【０００６】また、回路基板をマザーボードに実装した
状態で、マザーボードから回路基板に大きな曲げ荷重が
作用した場合、割れや破壊が発生するという問題点があ
った。特に、近年、回路基板の低背化要求に伴い、回路
基板の厚みが薄くなっており、これらの問題点は顕著に
なっていた。

【０００７】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、回路基板の周囲におけるカ
ケやクラックの発生を抑えるとともに、大きな曲げ荷重
が作用した場合においても割れや破壊を招くことなく、
大きくたわむことが可能な回路基板を提供するものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の回路基板は、ガ
ラスセラミック材料からなる基板の表面に、電子部品素
子または外部回路と接続する接続部を有する表面配線層
を形成するととも、前記接続部を露出するようにオーバ
ーコートガラス層を被覆形成してなる回路基板であっ
て、前記オーバーコートガラス層は、ホウ珪酸系ガラス
にＡｌ₂Ｏ₃フィラーまたはＭｇＯフィラーの少なくとも
１種類が添加されて構成されていることを特徴とする回
路基板である。また、前記オーバーコートガラス層は、
ＳｉＯ₂成分を１０〜５０ｗｔ%、Ａｌ₂Ｏ₃成分及び／ま
たはＭｇＯ成分を５０ｗｔ％以下（０を含まず）を含ん
でいる。

【０００９】前記オーバーコートガラス層のＳｉＯ₂成
分と、Ａｌ₂Ｏ₃成分及び又はＭｇＯ成分との合計が３５
〜８０ｗｔ%であることを特徴とする請求項２記載の回
路基板である。

【００１０】前記オーバーコートガラス層は、その厚み
が５．０〜３０．０μｍの範囲にある。

【作用】本発明によれば、オーバーコートガラス層は、
ホウ珪酸系ガラスにＡｌ₂Ｏ₃フィラー及び又はＭｇＯフ
ィラーが添加されて構成されている。これは、ホウ珪酸
系ガラスを構成するＳｉＯ₂成分だけでは、外部からの
衝撃に耐え得るオーバーガラス層が構成できず、Ａｌ₂
Ｏ₃フィラー及び又はＭｇＯフィラーを添加して、強度
を向上させている。即ち、本発明でいう固形成分とは、
ホウ珪酸系ガラスとして含有された成分及びフィラーと
して添加した成分の合計を言う。

【００１１】このオーバーコートガラス層の固形成分１
００ｗｔ％に対して、ＳｉＯ₂成分が１０〜５０ｗｔ％
を含有し、且つ残部に５０ｗｔ％以下（０を含む）のＡ
ｌ₂Ｏ₃成分及び／またはＭｇＯ成分を含んでいる。この
ため、ガラスセラミックからなる基板より強度のつよい
オーバーコートガラス層が達成でき、回路基板がマザー
ボードに実装された状態で、マザーボードがたわんだ
り、マザーボードに落下などによる衝撃が加わったりし
た場合も、このときの応力が直接回路基板に伝わること
を緩和し、クラックが発生したり、電気的特性が低下す
るという問題点を解決できる。そして、耐落下衝撃特性
やたわみ強度などの機械的特性を著しく向上させること
ができる。

【００１２】また、オーバーコートガラス層は、フィラ
ーとして添加したＡｌ₂Ｏ₃粉末及びまたはＭｇＯ粉末の
周囲にガラス成分が存在することになるため、ガラスセ
ラミック材料からなる基板と同時焼成が可能である。

【００１３】ここで、ＳｉＯ₂成分が１０ｗｔ％未満で
ある場合、ガラス成分が安定して構成できず、オーバー
コートガラス層として焼結が困難となる。また、回路基
板のたわみ強度や落下試験強度が低下する。一方、５０
ｗｔ％を越えると、ＳｉＯ₂成分はガラス成分であるた
め、フィラー成分が相対的に減少して、回路基板のたわ
み強度や落下試験強度が低下する。Ａｌ₂Ｏ₃成分または
ＭｇＯ成分が５０ｗｔ％を越えると、オーバーコートガ
ラス層の低温での焼結が困難となり、緻密化が困難なた
め、この場合も回路基板のたわみ強度や落下試験強度が
低下する。

【００１４】そして、これらのＡｌ₂Ｏ₃成分、ＭｇＯ成
分、ＳｉＯ₂成分の合計は、３５〜８０ｗｔ％の範囲と
なるように調整されている。３５ｗｔ%未満、または８
０ｗｔ％を越えると、たわみ強度が低下する傾向を示
し、耐落下衝撃性特性が劣化してしまう。

【００１５】また、オーバーコートガラス層の厚みが
５．０〜３０．０μｍの範囲としている。その厚みが
５．０μｍ未満の場合、回路基板のたわみ強度や落下試
験強度を向上させる効果が不十分である。一方、３０．
０μｍより大きい場合、回路基板を一体焼成する際に、
デラミネーションが発生することがある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回路基板を図面に
基づいて説明する。

【００１７】図１は、本発明に係る回路基板の断面図で
ある。図において、１０は回路基板であり、回路基板１
は、積層基板１、積層基板１内に形成された内部配線層
２、積層基板１内に形成されたビアホール導体３、積層
基板１の表面に形成した表面配線層４、電子部品素子
５、及びオーバーコートガラス層７から構成されてい
る。

【００１８】積層基板１を構成する絶縁層１ａ〜１ｄ
は、１層あたり例えば５０〜３００μｍ程度の厚みを有
し、その材質としては、セラミック材料、低温焼成化が
可能な酸化物、低融点ガラス材料などが用いられる。具
体的には、セラミック材料としては、例えばＡ１₂Ｏ₃、
ＢａＯ−ＴｉＯ₂系、ＣａＯ−ＴｉＯ₂系、ＭｇＯ−Ｔｉ
Ｏ₂系などが、また低温焼成化が可能な酸化物として
は、例えばＢｉＶＯ₄、ＣｕＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃などが
選ばれる。

【００１９】絶縁層１ａ〜１ｄの各層の厚み方向に貫く
ビアホール導体３が形成されている。また、絶縁層１ａ
〜１ｄの層間には、容量を形成する容量電極、インダク
タンス成分を形成する導体、ストリップ線路を形成する
導体など所定回路網を形成する内部配線層２が形成され
ている。

【００２０】また、絶縁層１ａの表面には、電子部品素
子５を搭載するための電極パッドや外部回路と接続する
接続端子を含む表面配線層４が形成されている。尚、表
面配線層４は積層基板１の裏面側主面における外部のマ
ザーボードと接続するための外部端子電極を含む者であ
る。

【００２１】そして、表面配線層４、ビアホール導体
３、内部配線層２は、所定回路網を構成すべく、互いに
接続されている。また、これらの導体は、Ａｇ系（Ａｇ
単体又はＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金）や、
Ｃｕ系（Ｃｕ単体又はＣｕ合金）を主成分とする導体膜
（導体）が用いられる。

【００２２】電子部品素子５は、積層セラミックコンデ
ンサ、チップ抵抗器、ＳＡＷ素子、インダクタンス素
子、半導体素子など各種電子部品が例示される。

【００２３】また、表面配線層４の一部、即ち、電子部
品素子５と接続する部位、外回路と接続する部位（接続
部）４ａを露出するように、積層基板１の略全面に機械
的な保護、耐湿性保護をかねたオーバーコートのガラス
層７が被着形成されている。

【００２４】本発明の特徴的なことは、オーバーコート
ガラス層７は、積層基板１の表面の略全面に形成され
る。例えば、この表面に表面配線層４が形成されている
場合、表面配線層４に電子部品素子５が実装される接続
部４ａ、外部回路との接続などの必要な接続部を除いて
略全面に被着形成される。そしてこのオーバーコートガ
ラス層は、ホウ珪酸系の結晶化ガラス成分、例えば、Ｂ
₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂に必要応じてＡｌ₂Ｏ₃、アルカリ土類酸
化物などを含有するガラス成分に、Ａｌ₂Ｏ₃フィラー及
びまたはＭｇＯフィラーが添加されて構成される。

【００２５】ここで固形成分１００ｗｔ％に対して、Ｓ
ｉＯ₂成分が１０〜５０ｗｔ%の範囲で含有している。こ
の、ＳｉＯ₂成分は主にガラス成分である。そして、そ
の残部には、５０ｗｔ％以下のＡｌ₂Ｏ₃成分及び／また
はＭｇＯ成分を含んでいる。このＡｌ₂Ｏ₃成分、ＭｇＯ
成分は、ガラス成分として、またフィラー成分として添
加された合計である。また、オーバーコートガラス層７
の固定成分のＳｉＯ₂成分と、Ａｌ₂Ｏ₃成分及び又はＭ
ｇＯ成分との合計が３５〜８０ｗｔ%である。

【００２６】尚、ＳｉＯ₂成分の財部としては、フィラ
ーとして添加したＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯや、結晶化ガラスを
構成するＢ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｚｎ０、ＢａＯ、
その他の酸化物などで構成される。また、オーバーコー
トガラス層７は、厚み（焼成後の厚み）が５．０〜３
０．０μｍの範囲にある。

【００２７】このような回路基板１０は、詳細には以下
のような製造方法により形成される。

【００２８】積層基板１となる誘電体材料、例えば、ガ
ラス−誘電体セラミック材料から成るグリーンシートを
形成する。なお、このグリーンシートは、積層基板１と
なる複数の基板領域からなる大型グリーンシートであ
る。

【００２９】次に、グリーンシート上の各基板領域毎
に、ビアホール導体３となる所定径の貫通孔をパンチン
グによって形成する。

【００３０】次に、グリーンシート上の各基板領域毎
に、スクリーン印刷により、上述の貫通穴にＡｇ系導電
性ペーストを充填するとともに、内部配線層２となる導
体膜などを形成する。また、さらに、最外層に位置する
グリーンシート上に、表面配線層４となる導体膜、各種
電極パッド（接続部４a）となる導体膜を形成する。

【００３１】このとき、最外層に位置するグリーンシー
ト上に、上述のオーバーコートのガラス層７となる塗膜
を、フィラーを添加した結晶化ガラスペーストを用い
て、スクリーン印刷、乾燥処理して形成する。この時、
表面配線層４となる導体膜中の外部回路と接続する部
位、または電子部品素子が搭載される部位、即ち、接続
部４ａを除いてオーバーコートのガラス層７となる塗膜
が形成される。

【００３２】次に、各種導体膜を形成した上述のグリー
ンシートを、大型回路基板の積層順に応じて載置する。
そして、プレスを行う。

【００３３】次に、大型回路基板の分離を分割処理によ
り行う場合には、各回路基板領域を仕切るように分割溝
を形成する。

【００３４】次に、未焼成の大型回路基板を、酸化性雰
囲気または大気雰囲気で焼成処理する。焼成処理は脱バ
インダー過程と焼結過程からなる。この焼成温度は、ピ
ーク温度８５０〜１０５０℃に達するまでに行われる。
これにより、内部に内部配線層２、ビアホール導体３が
形成され、且つ表面に表面配線層４、オーバーコートガ
ラス層７が形成された大型回路基板が達成されることに
なる。

【００３５】その後、必要に応じて、表面配線層４に接
続する電子部品素子５を接合・実装する。

【００３６】尚、オーバーコートガラス層７は上記大型
回路基板を形成した後、印刷・乾燥によって形成するこ
ともある。

【００３７】これにより、各回路基板領域の内部に内部
配線層２、ビアホール導体３が形成され、且つ表面に表
面配線層４が形成された大型回路基板が達成されること
になる。尚、分割溝及び分割処理をせずに、大型回路基
板をダイシングソー等を用いて切断しても構わない。

【００３８】次に、表面配線層４に接続する厚膜抵抗素
子、各種電子部品などの電子部品素子５を半田などで接
合・実装を行う。

【００３９】最後に、各回路基板を区画する分割溝に沿
って分割処理を行う。これにより、大型回路基板から
は、図１に示す複数の回路基板１０が抽出されることに
なる。

【００４０】なお、本発明は上記の実施の形態例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
での種々の変更や改良等は何ら差し支えない。

【００４１】例えば、オーバーコートガラス層７は、積
層基板１の表面・裏面の両方に形成しても良く、いずれ
か一方に形成しても良い。

【００４２】

【実施例】本発明の実施例を以下に示す。

【００４３】本発明者は、上記方法により、平面形状が
１５．０×８．０ｍｍ、絶縁層１が１５０μｍ×５層、
内部配線層２及び表面配線層４の厚みが２０μｍ、ビア
ホール導体の直径が１５０μｍである回路基板１０を作
製した。

【００４４】表１に示すように、オーバーコートガラス
層７の固形成分１００ｗｔ％に対するＡｌ₂Ｏ₃成分、Ｍ
ｇＯ成分、ＳｉＯ₂成分の含有量、厚みｔを変化させ
て、回路基板１０の耐落下強度、たわみ強度、デラミネ
ーションの発生を比較した。

【００４５】なお、オーバーコートガラス層について
は、固形成分に対してＳｉＯ₂が１０〜５０ｗｔ％含有
したホウ珪酸系ガラスに、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｍｇ０などのフィ
ラーを添加し、さらに全ペースト中、固形分比が６０〜
９５ｗｔ％になるようエチルセルロース及びテルピネオ
ール等を加え、ペースト化し、印刷・乾燥によって形成
する。

【００４６】なお、オーバーコートガラス層７の厚みｔ
は、表面粗さ計を当てることによって測定した。

【００４７】また、回路基板１０の耐落下衝撃特性は、
回路基板１０をマザーボードに実装した状態で、コンク
リート上１．８ｍの高さから、垂直及び水平落下試験を
１００回行った後のクラック、剥離の有無を確認した。
１．８ｍの高さからの落下試験でクラック、剥離が発生
しなかった場合を丸印、クラック、剥離が発生した場合
をバツ印とした。

【００４８】

【表１】

【００４９】回路基板１０のたわみ強度の測定方法は、
１００ｍｍ×４０ｍｍ×１．６ｍｍのマザーボードの中
央部に、１５．０ｍｍ×８．０ｍｍ×０．７５ｍｍの回
路基板１０を半田付けして、マザーボードを撓ませ、ク
ラックが発生した時点でのマザーボードのたわみ量を測
定した。判断基準は、たわみ量が２．５ｍｍ以上を良
品、２．５ｍｍ未満を不良品とした。

【００５０】また、回路基板１０のデラミネーション
は、試料５０個を金属顕微鏡で観察し、デラミネーショ
ンが発生しなかったものを良品、発生したものを不良品
とした。

【００５１】表１に示すように、オーバーコートガラス
層７が、無機固形成分１００ｗｔ％に対して、Ａｌ₂Ｏ₃
またはＭｇＯを５〜５０ｗｔ％、ＳｉＯ₂を１０〜５０
ｗｔ％を含有し、オーバーコートガラス層の厚みｔが
５．０〜３０．０μｍの範囲にある本実施例（試料番号
２〜５、７〜９、１２〜１４、１７〜１９）では、耐落
下衝撃特性におけるクラック、剥離が発生せず、たわみ
量が２．５ｍｍ以上になり、デラミネーションが発生し
なかった。

【００５２】また、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯを含有しなかった
場合（試料番号１）、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯの含有量が５０
ｗｔ％より大きい場合（試料番号６、１０）、ＳｉＯ₂
を含有しなかった場合（試料番号１１）、ＳｉＯ₂の含
有量が５０ｗｔ％を越える場合（試料番号１５）、オー
バーコートガラス層の厚みｔが３．０μｍである場合
（試料番号１６）、耐落下衝撃特性におけるクラック、
剥離が発生せず、たわみ量が２．５ｍｍ未満になった。

【００５３】一方、オーバーコートガラス層の厚みｔが
３５．０μｍである場合（試料番号２０）、デラミネー
ションが発生した。

【００５４】尚、資料では省略しているが、Ａｌ₂Ｏ₃成
分の一部をＭｇＯに置換しても良好な結果が得られるこ
とを確認した。

【００５５】これらの実施例より、ＳｉＯ₂成分の含有
量１０〜５０ｗｔ％が必要であり、しかも、フィラーで
またはガラス成分としてのＡｌ₂Ｏ₃成分または／及びＭ
ｇＯ成分が必須成分となる。また、このＡｌ₂Ｏ₃成分ま
たは／及びＭｇＯ成分が５０ｗｔｗｔ％を越えると、耐
衝撃特性が劣化し、たわみ強度が２．４Ｎ以下に低下し
てしまう。また、ＳｉＯ₂成分及びＡｌ₂Ｏ₃成分または
／及びＭｇＯ成分の合計が３５ｗｔ％未満や８０ｗｔを
越えても耐衝撃特性が劣化し、たわみ強度が２．４Ｎ以
下に低下してしまう。

【００５６】

【発明の効果】本発明では、オーバーコートガラス層
は、ホウ珪酸系結晶化ガラス成分にＡｌ ₂Ｏ₃フィラーま
たはＭｇＯフィラーを添加して構成されている。これよ
り、ガラスセラミック材料の積層基板の強度を向上させ
ることができる。特に、ＳｉＯ₂成分が１０〜５０ｗｔ
％を含有しているため、安定したオーバーガラス層とな
る。しかしも、ガラス成分及びフィラー成分を含むＡｌ
₂Ｏ₃成分、ＭｇＯ成分が５０ｗｔ％を上限に含有してい
るため、耐衝撃特性が向上、たわみ強度が向上する回路
基板となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回路基板の断面図である。

【符号の説明】

１０回路基板１積層基板１ａ〜１ｄ絶縁層２内部配線層３ビアホール導体４表面配線層５電子部品素子７オーバーコートガラス層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスセラミック材料からなる基板の表
面に、電子部品素子または外部回路と接続する接続部を
有する表面配線層を形成するととも、前記接続部を露出
するようにオーバーコートガラス層を被覆形成してなる
回路基板であって、前記オーバーコートガラス層は、ホウ珪酸系ガラスにＡ
ｌ₂Ｏ₃フィラーまたはＭｇＯフィラーの少なくとも１種
類が添加されて構成されていることを特徴とする回路基
板。
【請求項２】前記オーバーコートガラス層は、ＳｉＯ₂
成分を１０〜５０ｗｔ%、Ａｌ₂Ｏ₃成分及び／またはＭ
ｇＯ成分を５０ｗｔ％以下（０を含まず）を含んでいる
ことを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】前記オーバーコートガラス層のＳｉＯ₂成
分と、Ａｌ₂Ｏ₃成分及び又はＭｇＯ成分との合計が３５
〜８０ｗｔ%であることを特徴とする請求項２記載の回
路基板。
【請求項４】前記オーバーコートガラス層は、その厚
みが５．０〜３０．０μｍの範囲にあることを特徴とす
る請求項１記載の回路基板。