JPH01117086A - 電子部品を実装した基板装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子部品を実装した基板装置に関し、特に電子
部品として基板に対して表面実装できかつセラミックを
材料として形成したものを採用した基板装置に関するも
のである。

（従来の技術） 従来、電子部品を実装するための基板は、主としてプラ
スチック製のプリント配線基板が使用されており、前記
プラスチック製のプリント配線基板に対する電子部品の
実装方法としては、プリント配線板に設けられたスルー
ホール等の導通穴内に、電子部品のリード線等を挿通し
１両者をフローソルダリング等によってはんだ付けする
のが主であった。一方、電子部品においても、集積回路
等の部品を樹脂等によって封止するのが主流であった。

ところで、近年に至って、電子部品及びこれを実装する
ためのプリント配線板のより一層の高密度化が要求され
ているが、プラスチック製のプリント配線板は放熱性に
劣り、また安定した印刷抵抗を施すことが困難である欠
点を有しており、更に、電子部品及びプリント配線板自
体の耐熱性、耐湿性、耐衝撃性、耐薬品性等の要求が更
に高まっている。これらの要求を満足させる手段として
は、電子部品およびプリント配線板の両者をセラミック
材料によって構成することが考えられるが、大型のセラ
ミック材料は極めて高価であり、しかも注文生産によら
なければならないという欠点を有していた。

したがって、従来は、抵抗、コイルあるいはコンデンサ
などの機能毎に分割されたブロック状の部品をセラミッ
ク材料によって製造し、このブロック状の部品をプラス
チック製基板に実装する方法が主として実施されている
。（以下、セラミック材料によって、製造されたブロッ
ク状の部品を略して個別部品という）しかしながら、こ
れらの個別部品をプラスチック製基板に実装した従来の
基板装置は、この個別部品とプラスチック製基板両者の
熱膨張率の大きな違いおよび、耐変形性の観点から、一
般には個別部品側にピンを立て、このピンを介して個別
部品をセラミック製基板に実装することにより形成され
ていたのである。ところが、個別部品にピンを形成して
実装することは前述した高密度実装には適さない場合が
多い。個別部品にピンを立てるためのスペースがどうし
ても必要たからである。

これに対して、Ｌ記のピンを必要としないでプリント配
線板側に実装てきるものとして、所謂セラミック製のリ
ードレスチップキャリア（以下略してＬＣＣという）と
呼ばれる表面実装部品が既に開発されている。このＬＣ
Ｃは、ピンを有していないことから、高密度実装には非
常に適したものであるが、これが実装されるためにはプ
リント配線板側にこのＬＣＣの外部接続端子に対応した
正確な導体回路が形成されていることが条件となる。と
ころが、プラスチック材料を元にしたプリント配線板は
、一般にその熱膨張率の大きな違いおよび変形し易いも
のであるため、ＬＣＣをプラスチック材料によって形成
された基板に適用することは非常に困難である。

そこで、本発明者等は、この種の基板装置における以上
の実状に鑑み、近年の要望に十分対処、できる基板装置
を開発すべく鋭意研究してきた結果、セラミック材料の
短所を基板装置に影響を与えない程度に許容しながら、
セラミック材料の長所を有効に引き出す構成とすること
ができることを新規に知見し、本発明を完成したのであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上のような経緯に基づいてなされたもので、
その解決しようとする問題点は、セラミック材料を使用
した電子部品を実装した大型の基板を製造する場合の困
難性である。

そして、本発明の目的とするところは、セラミック材料
によって形成した比較的大型な基板に、セラミック材料
を使用した電子部品の実装が確実となった基板装置を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、
実施例に対応する第１図及び第２図を参照して説明する
と、 「セラミックを基材とする基板（１０）の少なくとも表
面側に導体回路（１４）を形成し、この導体回路（１４
）に対して電子部品（２０）を実装した基板装置に８い
て、 基板（１０）として、セラミック多孔質体（１１）と、
その上に配置されるガラス繊維クロス（１２）と、これ
らガラス繊維クロス（１２）及びセラミック多孔質体（
１１）に含浸した樹脂（１３）とにより一体的に形成し
たものを採用するとともに、電子部品（２０）として、
基板（１０）に対して表面実装できかつセラミックを材
料として形成したものを採用して、 これら各電子部品（２０）を、基板（１０）上の導体回
路（１４）に対して表面実装することにより、基板（１
０）と一体化したことを特徴とする電子部品（２０）を
実装した基板装置（１００）　Ｊである。

すなわち、本発明に係る基板装置（１００）は、その特
に基板（１０）において、これをセラミック多孔質体（
１１）と、その、Ｌに配置されるガラス繊維クロス（１
２）と、これらガラス繊維クロス（１２）及びセラミッ
ク多孔質体（１１）に含浸した樹脂（１３）とにより一
体的に形成して、この基板（１０）上に基板（ｌＯ）に
対して表面実装できかつセラミックを材料として形成し
た電子部品（２０）を実装したものである。

なＳ、前記基板（１０）としてそれ程の強度−が要求さ
れない場合にはガラス繊維クロスを積層することなく製
造された基板を使用することもできる。

（発明の作用） 本発明が以上のような手段を採ることによって以下のよ
うな作用がある。

まず、基板（１０）にあっては、セラミック多孔質体（
１１）と、その上に配置されるガラス繊維クロス（１２
）と、これらガラス繊維クロス（１２）及びセラミック
多孔質体（１１）に含浸した樹脂（１３）とにより一体
的に形成したから、その熱膨張率は、２〜６ｘ　１０−
６７”Ｃの範囲内のものとなっている。これは、特に電
子部品（２０）がシリコン集積回路を使用したものであ
る場合に、この電子部品（２０）の熱膨脣率である３〜
５−５ＸｌＯ−’／’Ｃの範囲内にあって、シリコン集
積回路を使用した電子部品（２０）を実装する場合に十
分対処が可能なものである。

また、この基板（１０）は上記のような熱膨張率を有し
たものであるから、セラミック材料によって封止した電
子部品（２０）の熱膨張率と略一致したものとなってい
る。従って、この基板（１０）上に電子部品（２０）を
実装した当該基板装置（１０Ｇ）にあっては、基板（１
０）と電子部品（２０）との熱膨張差による不具合は全
くなくなっているのである。

また、この基板装置（１００）を構成している基板（１
０）は１例えばガラスエポキシ複合体に比較して熱伝導
率が大きくなっている。従って、この基板（１０）上に
実装した電子部品（２０）が発熱したとしても、その熱
は当該基板（１０）を通して十分放散されるのである。

このため、この基板装置（１００）は、半導体素子を実
装したものとして極めて優れたものとなっているのであ
る。

（実施例） 次に、本発明に係る基板装置（１００）を実施例に基づ
いて詳細に説明する。

第１図には、この基板装＠　（１００）の全体斜視図が
示してあり、この基板装置（１００）は主とじて基板（
１０）と、この基板（１０）上に実装された少なくとも
一個の電子部品（２０）とからなっている。基板（］０
）は、第２図に示すように、セラミック多孔質体（１１
）と、その上に配置されるガラス繊維クロス（１２）と
、これらガラス繊維クロス（１２）及びセラミック多孔
質体（１１）に含浸した樹脂（１３）とにより一体的に
形成したものであり、後述の製造方法によって形成され
たものである。勿論、この基板（１０）上には所定の導
体回路（１４）が形成してあり、これら各導体回路（１
４）に対して各電子部品（２０）か表面実装しである。

各電子部品（２０）は、半導体素子をセラミック材料に
よって封止したものであり、その表面の一部には印刷抵
抗体等が形成してあり、また基板（１０）側の導体回路
（１４）に表面実装できるような端子が形成しである。

次に、本発明において使用されている基板（１０）の製
造方法の一例を詳細に説明する。

まずこの製造方法によって形成される基板（１０）は、
第３図に示すように、Ａ見、０３．ＳｉＯ２あるいはＭ
ｇＯ等のセラミック材料を主成分とするセラミック多孔
質体（１１）と、このセラミック多孔質体（１１）の周
囲を取り囲むガラス繊維クロス（１２）と、このガラス
繊維クロス（１２）及びセラミック多孔質体（１１）の
開放気孔内に含浸されている樹脂（１３）とからなって
いるものである。

この製造方法によって形成される基板（１０）が、上記
のようなものとする理由は、従来電子回路用基板として
使用されている例えばムライト賀焼結体等は緻密質焼結
体であるため硬度が高く機械加工性に極めて劣るもので
あるが、セラミック多孔質体（１１）は焼結後の機械加
工性が著しく良好となるものであり、しかもその開放気
孔中に樹脂を充填することにより、基板（１０）として
不可欠な気体不透過性を兼ね備えたものとすることがで
きるからである。

以−ヒのような基板（ｌＯ）を製造する方法を、以下に
順次説明する。

（イ）当然のことながら、まず基板（ｌＯ）を製造する
出発点としては、電子回路基板に対応する形状のセラミ
ック多孔質体（１１）を焼成する必要がある。このセラ
ミック多孔質体（１１）を形成するセラミック材料とし
ては、種々なものを適用することができるが、中でもＡ
ｌｚ　Ｏｚ　、Ｓ　ｉ０２あるいはＭｇＯ等が適してい
る。なお、このような構造のセラミック多孔質体（１１
）を形成する方法としては、従来より行なわれている方
法を採用すればよい。このセラミック多孔質体（１１）
は、結晶構造が主としてコージェライトであるセラミッ
ク材料によって構成することが好ましい。

この製造方法において使用されるセラミック多孔質体（
１１）は、その開放気孔率がｌθ〜７０容積％の容積内
であることが好ましい。その理由は、開放気孔率がｌＯ
容容積上り少ないと機械加工性が著しく劣化するからで
あり、一方７０容積％より大きいと実質的な強度が殆ど
なくなり、取扱い中にこわれ易くなるからである。

この製造方法において使用されるセラミック多孔質体（
１１）の結晶組織は、主としてコージェライトであるこ
とが好ましい。その理由は、コージェライトの熱膨張率
はシリコン集積回路の熱膨張率に近く、本発明の目的と
するシリコン集積回路を直接に載置することのできる基
板（ｌＯ）を製造することができるからである。この場
合、コージェライト組織の含有率は、５０％以上である
ことがより有利である。

なお、以上のように構成したセラミック多孔質体（ＩＩ
）に対してその表面処理を行なうとよい。その理由は、
完成された基板（１０）の電子回路素子搭載部の平面性
を高めるためであり、かつ後述のガラス繊維クロス（１
２）の密着性を高めるためである。

（ロ）このセラミック多孔質体（１１）の少なくとも片
面をガラス繊維クロス（１２）によって被覆するするの
である。このガラス繊維クロス（１２）は、後述の樹脂
（１３）を吸収してこれが硬化されたとき樹脂含浸ガラ
ス繊維クロス層となるものであり、図面に示した具体例
の場合にはセラミック多孔質体（１１）の両面に被覆し
である。すなわち、このガラス繊維クロス（１２）は、
電子回路素子を実装するための導体パターンを形成する
側にのみを被覆するようにすればよいものであり、本例
にあっては両面に導体パターンを形成するものでるため
、ガラス繊維クロス（１２）はセラミック多孔質体（１
１）の両面を被覆するようにしている。また、このガラ
ス繊維クロス（１２）は、セラミック多孔質体（１１）
一個毎に被覆するようにして実施してもよいが、複数の
セラミック多孔質体（１１）を連続的に被覆するとその
製造工程を簡略化できて有利である。

また、このガラス繊維クロス（１２）は、複数のセラミ
ック多孔質体（１１）の両面を連続的に被覆する場合に
は、上下両面のガラス繊維クロス（１２）間に接着剤を
配置することによりこれらを接着して各セラミック多孔
質体（１１）を包み込むようにすると、その製造工程上
非常に有利となる。

（ハ）次に、以上のようにガラス繊維クロス（１２）に
よって被覆したセラミック多孔質体（１１）を樹脂（１
３）中に含浸して引き上げるのである。勿論、これらの
工程は、各セラミック多孔質体（１１）の−個一個に対
して行なってもよいが、上述したように、ガラス繊維ク
ロス（１２）を連続的なものとして構成することにより
、連続的に行なえるようにすると非常に有利である。

この工程は、具体的にはガラス繊維クロス（１２）によ
って被覆された複数のセラミック多孔質体（１１）を、
樹脂層内に連続的に供給することにより行なわれる。こ
の場合、樹脂層内の樹脂（１３）はガラス繊維クロス（
１２）に含浸されるとともに、ガラス繊維クロス（１２
）を通してセラミック基材（１１）にまで含浸してきた
樹脂（１３）がセラミック基材（１１）の開放機構内に
も含浸されるのである。なお。

この具体例における樹脂層内の樹脂（１３）はエポキシ
樹脂であり、その粘度は４５℃で１０００〜２０００ｃ
ｐｓであり、そのポットライフは４時間のものである。

このガラス繊維クロス（１２）、及びＡｎ、Ｏ，、Ｓｉ
ｎ、、あるいはＭｇＯを主成分とするセラミック多孔質
体（１１）の開放気孔内に充填する樹脂−とじては、エ
ポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリアジン樹脂、ポリパ
ラバン酸樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコン樹脂、
エポキシシリコン樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル酸
樹脂、アニリン酸樹脂、フェノール樹脂、ウレタン系樹
脂、フラン系樹脂、フッ素樹脂から選択される樹脂を単
独あるいは混合して使用することができる。

この工程により、各ガラス繊維クロス（Ｉ２）及びセラ
ミック多孔質体（１１）の開放気孔内に樹脂（１３）が
含浸されるのである。

そして、（ニ）ガラス繊維クロス（１２）及びセラミッ
ク多孔質体（１１）中に含浸された樹脂（１３）を熱硬
化させるのである。この場合、完成された基板（１０）
の平面性をより高めるために、一定の圧力（面圧０．１
〜０．５ｇ／　ｃ　ｍ”　）を付与して行なうことがよ
り好ましい。また、ガラス繊維クロス（１２）によって
被覆された各セラミック多孔質体（１１，）を順次積み
重ねて、これらに一定の圧力を付与するように行なうこ
とがより有利である。

なお、この製造方法において使用されるセラミック多孔
質体（１１）としては、上記のＡＭｔＯ，，５ｉｎ２．
あるいはＭｇＯ以外の成分としてＣａＯ等の不純物を含
有することができ、このような不純物の含有量は１０重
量％以下であることが有利である。

また、この製造方法において使用されるセラミック多孔
質体（１１）としては気孔率がＩＯ容積％以下であるこ
とが好ましい。その理由は、この気孔率が１０容積％よ
り大きいと基板（１０）として気体不透過性を付与する
ことが困難だからであり、なかでも５容積％以下である
ことが有利である。

さらに、この製造方法によって製造された基板（ｌＯ）
は、その熱膨張率がシリコン集積回路の熱膨張率に近い
ことが有利であり、２〜６ｘｌＯ−’１０Ｃの範囲内で
あることが好ましく、中でも３〜５．５Ｘ　１０−’／
”Ｃの範囲内であることが有利である。この方法によっ
て製造された基板（１０）は、ガラス・エポキシ複合体
に比較して熱伝導率が大きく、しかもその熱膨張率がシ
リコン集積回路の熱膨張率に近いため、特に優れた放熱
特性が要求されかつ熱膨張率の影響が顕著なチップオン
ボードタイプの基板として極めて好適である。

またこの方法によって製造された基板（ｌＯ）は、特に
高い強度が要求される場合には、この基板の少なくとも
いずれかの面に樹脂で含浸されたガラス繊維クロスを積
層するか、あるいはこの基板の少なくともい′ずれかの
面に樹脂とガラス繊維との混合物を積層することが好ま
しい。このような樹脂としては、先に記載した多孔質体
に充填する樹脂と同様の樹脂を使用することができる。

なお、セラミック多孔質体（１１）の開放気孔内に予じ
めシラン・カップリング処理を施した後、樹脂を含浸す
ることもできる。また、本発明によって製造した基板（
１０）にスルーホール等の孔明は加工を施したい場合に
は、通常市販されている超硬ドリルあるいはダイヤモン
ドドリル等を使用すれば十分である。

見東賀１ 平均粒径が２．ＯＩＬｍで許容範囲の不純物を含有した
コージェライト粉末１００重量部に対し、ポリビニルア
ルコール２重量部、ポリエチレングリコール１重量部、
ステアリン酸０．５重量部及び水１００重量部を配合し
、ボールミル中で３時間混合した後、噴霧乾燥した。

この乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて１．Ｏ
ｔ／ｃｒｎ’の圧力で成形し、大きさが２２０■■×２
５０曽曹Ｘ１．２ｍｍ、密度が１　、５ｇ／　ｃピ（６
０容積％）の生成形体を得た。

この生成形体を仮焼成した後、大気圧下の空気中で１４
００℃の温度で１時間焼成して多孔質セラミック基板（
１１）を形成した。なお、この焼成時には、複数の生成
形体を炭化珪素板上に載置し、さらにその上に他のセラ
ミック板を載せて、その上から加圧を行なった。

得られたセラミック多孔質体（１１）の結晶組織はコー
ジェライトであり、密度は１．８ｇ／ｃｒｒｉ″、開放
気孔率は３０容積％であった。また、このセラミック多
孔質体（１１）の平均曲げ強度は９．０ｋｇ／ｍｍ″で
あった。

ついで、このように形成した多数のセラミック基板（１
１）の両面を、連続的に織成したガラス繊維クロス（１
２）により被覆し、両ガラス繊維クロス（１２）をその
間に配置した接着剤によって接着した。このように両ガ
ラス繊維クロス（１２）により被覆した各セラミック多
孔質体（１１）を装置に懸けて、二液性タイプのエポキ
シ樹脂の入った樹脂槽中に真空下で浸漬して引き上げた
。また、この引き上げ時に、引き上げられてくるガラス
繊維クロス（１２）の両面に１８ｐｍの厚さの銅箔を貼
付した。なお、この銅箔の貼付は絞りロールにより行な
い、この絞りロールは余剰のエポキシ樹脂の絞り取りを
も行うように構成した。

以上の後、エポキシ樹脂が含浸されたガラス繊維クロス
（１２）を所定寸法に切断して、両面にエポキシ樹脂が
含浸されたガラス繊維クロス（１２）を有するセラミッ
ク多孔質体（１１）を個別に取り出した。このようにし
て取り出した各セラミック多孔質体（１１）をガラス繊
維クロス（１２）とともに積層し、これを約１５０°Ｃ
の温度で硬化させて、第３図に示すようなセラミック多
孔質体（１１）の両面にガラス繊維クロス（１２）から
なる樹脂含浸ガラス繊維クロス層（１２）を有し、さら
にその表面の両側に銅箔を有した基板（１０）が完成し
た。なお、この基板（ｌＯ）のセラミック多孔質体（１
１）の空隙に占めるエポキシ樹脂の割合はほぼ９８．５
容積％であった。

この基板（１０）は、その青銅箔の表面が極めて平滑か
つ平坦であった。また、この基板（ｌＯ）の０〜２００
℃における熱膨張率は４　Ｘ　１０−’／’Ｃ１体積抵
抗率（Ｊ　Ｉ　Ｓ−（６４８１）　）は１０１４ΩＣ■
以上、表面抵抗率（Ｊ　Ｉ　Ｓ−（６４８１）　）は１
０１２ΩＣ嘗以−Ｆ、比誘電率は５．０と電子部品を実
装するための基板として極めて好適な特性を有していた
。

このように形成した基板（１０）上の銅箔に対して所定
のエツチング処理を施すことにより、導体回路（１４）
を形成し、この導体回路（１４）に対応するように各電
子部品（２０）を実装して基板装置（１００）を得た。

実施例２ 実施例１と同様であるが成形圧を２００ｋｇ／　ｃ　ｒ
ｎ’に変えて得たセラミック多孔質体（１１）を使用し
て基板（１０）を製造した。

得られたセラミック多孔質体（１１）の結晶組織はコー
ジェライトであり、密度は１．８ｇ／ｃｒｎ”、開放気
孔率は３０容積％であった。また、このセラミック多孔
質体（１１）の平均曲げ強度は９．０ｋｇ／　ｍ　ｒｎ
’であった。

ついで、このように形成した多数のセラミック多孔質体
（１１）の両面を、連続的に織成したガラス繊維クロス
（１２）により被覆し、両ガラス繊維クロス（１２）を
その間に配置した接着剤によって接着した。なお、この
接着剤にはポリプロピレンなどが使用できる。このよう
に両ガラス繊維クロス（１２）により被覆した各セラミ
ック多孔質体（１１）を、第４図に示したような装置に
懸けて、二液性タイプのエポキシ樹脂の入った樹脂槽中
に真空下で浸漬して引き上げた。また、この引き上時に
、引き上げられてくるガラス繊維クロス（１２）の両面
に１８ｇ、ｍの厚さの銅箔を貼付した。

以上の工程を経た後、エポキシ樹脂が含浸されたガラス
繊維クロス（１２）部分を所定寸法に切断して、両面に
エポキシ樹脂が含浸されたガラス繊維クロス（１２）を
有するセラミック多孔質体（１１）を個別に取り出した
。このようにして取り出した各セラミック多孔質体（１
１）をポリプロピレンシートによって被覆した。このよ
うにポリプロピレンシートによって被覆した各セラミッ
ク多孔質体（１１）を互いに積層し、これを約１００℃
の温度で硬化させて、被覆しているポリプロピレンシー
トを取り除いた。

これにより、第３図に示すようなセラミック多孔質体（
１１）の両面にガラス繊維クロス（１２）からなる樹脂
含浸ガラス繊維クロス層（１２）を有し、さらにその表
面の両側に銅箔を有した基板（１０）が完成した。なお
、この基板（ｌＯ）のセラミック多孔質体（１１）の空
隙に占めるエポキシ樹脂の割合はほぼ９８．５容積％で
あった。

この基板（１０）は、その青銅箔表面が極めて平滑かつ
平坦であり、実施例１の基板（１０）と同様に、電子回
路を実装するための基板として極めて好適な特性を有し
ていた。

このように形成した基板（１０）上の銅箔に対して所定
のエツチング処理を施すことにより、導体回路（１４）
を形成し、この導体回路（１４）に対応するように各電
子部品（２０）を実装して基板装置（１００）を得た。

（発明の効果） 以上詳述した通り１本発明にあっては、上記実施例にて
例示した如く。

「基板（１０）として、セラミック多孔質体（１１）と
、その上に配置されるガラス繊維クロス（１２）と、こ
れらガラス繊維クロス（１２）及びセラミック多孔質体
（１１）に含浸した樹脂（１３）とにより一体的に形成
したものを採用するとともに、電子部品（２０）として
、基板（１０）に対して表面実装できかつセラミックを
材料として形成したものを採用して、 これら各電子部品（２０）を、基板（１０）上の導体回
路（１４）に対して表面実装することにより、基板（１
０）と一体化したこと」 にその構成上の特徴があり、これにより、セラミック材
料によって形成した比較的大型な基板に。

セラミック材料を使用した電子部品の実装が確実となっ
た基板装置を提供することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る基板装置の斜視図、第２図は第１
図の■−■線に沿って見た部分拡大断面図、第３図は基
板の部分拡大断面図である。 符　　　号　　　の　　　説　　　明 １００−・・基板装置、１０・・・基板、１１・・・セ
ラミック多孔質体、１２・・・ガラス繊維クロス、１３
−・・樹脂、１４−・・導体回路、　２０−・・電子部
品。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　セラミックを基材とする基板の少なくとも表面側に導
   体回路を形成し、この導体回路に対して電子部品を実装
   した基板装置において、 前記基板として、セラミック多孔質体と、その上に配置
   されるガラス繊維クロスと、これらガラス繊維クロス及
   びセラミック多孔質体に含浸した樹脂とにより一体的に
   形成したものを採用するとともに、 前記電子部品として、前記基板に対して表面実装できか
   つセラミックを材料として形成したものを採用して、 これら各電子部品を、前記基板上の導体回路に対して表
   面実装することにより、前記基板と一体化したことを特
   徴とする電子部品を実装した基板装置。