JP4511013B2

JP4511013B2 - 多数個取りセラミック配線基板

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Publication number: JP4511013B2
Application number: JP2000344480A
Authority: JP
Inventors: 浩司木野村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002151805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や水晶振動子等の電子部品を搭載するための小型の配線基板となる配線基板領域を厚みが薄く広面積のセラミック母基板に縦横の並びに多数個配列形成して成る多数個取りセラミック配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子や水晶振動子等の電子部品を載置し搭載するための小型のセラミック配線基板は、例えば、上面の中央部に電子部品が載置される載置部を有する略四角形状のセラミック基板と、このセラミック基板の載置部から内部または側面を介して下面に導出されるメタライズ配線層とから構成されている。そして、このセラミック配線基板は、セラミック基板の載置部に電子部品を載置固定するとともに、この電子部品の各電極をセラミック基板上面のメタライズ配線層に電気的に接続し、しかる後、セラミック基板上面および電子部品の上に例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る封止樹脂を電子部品を覆って封止するように塗布し硬化させることによって、製品としての電子部品装置となる。また、例えば、メタライズ配線層のうちセラミック基板の下面に導出された部位を、外部電気回路基板の配線導体に半田等の導電性接合材を介して接合することにより、電子部品が外部電気回路に電気的に接続される。
【０００３】
ところで、このようなセラミック配線基板は近時における電子部品装置の小型化の要求に伴い、その大きさは、平面視における外形寸法が０．５ｍｍ×０．５ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍ程度、厚みが０．１〜０．２５ｍｍ程度と極めて小さく薄いものとなってきている。そして、このような小型化および薄型化したセラミック配線基板は、その取り扱いを容易とするために、またセラミック配線基板および電子部品装置の製作を効率よくするために、多数個のセラミック配線基板を１枚の広面積のセラミック母基板から同時集約的に得るように成した、いわゆる多数個取りセラミック配線基板の形態で製作されている。
【０００４】
このような多数個取りセラミック配線基板は、略平板状で広面積のセラミック母基板の主面の中央部に、それぞれが上面に電子部品を載置するための載置部を有するセラミック配線基板となる分割線で区切られた多数の配線基板領域を、縦横の並びに一体的に配列形成して成る。また、このセラミック母基板の主面の外周部は、セラミックグリーンシートとメタライズ配線層を形成するための金属ペーストとの焼成収縮率の相違に起因して大きな反りが発生しやすいため、捨て代領域としている。
【０００５】
また、各配線基板領域内または各配線基板領域の境界には、メタライズ配線層を各配線基板領域の上面から下面に導出させるための貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して各配線基板領域の上面から下面にかけてメタライズ配線層が被着形成されることとなる。
【０００６】
そして、各配線基板領域の上面に電子部品を載置固定するとともにその電子部品の電極を各配線基板領域上面のメタライズ配線層に電気的に接続し、しかる後、セラミック母基板上に各電子部品を封止するように封止樹脂を塗布し硬化させ、最後に、このセラミック母基板を各配線基板領域毎に分割することによって多数の電子部品装置が同時集約的に製造される。
【０００７】
なお、このような多数個取りセラミック基板は、セラミック母基板用のセラミックグリーンシートを準備し、このセラミックグリーンシートの上面および下面にメタライズ配線層となる金属ペーストを印刷塗布し、しかる後、このセラミックグリーンシートおよび金属ペーストを高温で同時焼成することによって製作される。
【０００８】
この各配線基板領域の上面に電子部品を載置して、電子部品の電極を各配線基板領域上面のメタライズ配線層に良好に接続させるための各実装装置の搭載接続条件の初期設定が、予め実装試験をすることにより行なわれる。そして、この実装試験は、各配線基板領域上面に形成されたメタライズ配線層と同形状のものが形成され、セラミック母基板の外周部の全周に形成された捨て代領域の配線基板領域に対して行われる。
【０００９】
なお、実装試験は、メタライズ配線層のパターンの電極パッドに対するボンディングワイヤの接合位置、即ちボンディング装置のキャピラリの停止位置の調整、キャピラリの電極パッドに対する押圧力の調整等を行なうための試験である。
【００１０】
そこで、上記の捨て代領域は、セラミックグリーンシートと金属ペーストとの焼成収縮率の相違に起因して反りが発生しやすいため、セラミック母基板の中央部の配線基板領域の上下面に形成されたメタライズ配線層と同形状のものを、捨て代領域の配線基板領域の下面または上下面に形成することにより、その反りを小さくしている。
【００１１】
そして、セラミック母基板を各配線基板領域毎に分割するには、セラミック母基板の上下面に各セラミック母基板領域を区切るように形成された分割溝に沿って撓折する方法や、セラミック母基板をダイヤモンドカッターやレーザーカッターを使用して各配線基板領域毎に分割する方法が採用される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の多数個取りセラミック配線基板においては、セラミック母基板を各配線基板領域毎に分割することによって多数個の電子部品が同時集約的に製作されており、各電子部品の実装中に問題が出たり実装装置の故障が発生した時は、再度実装試験を行って搭載接続条件の初期設定をし直し、その後実装を再開させる必要がある。そして、この実装試験は、セラミック母基板の外周部の全周に形成された捨て代領域の配線基板領域のメタライズ配線層を使用して実施することとなるが、上記のような搭載接続条件の初期設定の修正が多いと捨て代領域のセラミック母基板に占める割合が大きくなり、さらに分割後に捨て代領域全体を捨てることとなるため、電子部品装置の生産数が少なくなり生産効率が低下するという問題点があった。
【００１３】
そこで、電子部品装置の生産数を低下させないために、捨て代領域の配線基板領域も含めて電子部品を搭載し、実装試験を行ったもののみを分割後に不良品として排除することも考えらえるが、この場合、各配線基板領域の上下面に形成されているメタライズ配線層は全て同一形状のため、分割後の外観検査では試験用の電子部品装置（不良品）と製品用の電子部品装置（良品）との区別ができないという問題点を有していた。
【００１４】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、生産性良く製造できるとともに、試験用の電子部品装置と製品用の電子部品装置を正確に区別できるものとすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の多数個取りセラミック配線基板は、セラミック母基板の主面に配線基板領域が縦横の並びに複数配列形成されて成るとともに、前記配線基板領域の上下面に配線導体層が形成され、かつ前記上下面の少なくとも一方に電子部品を載置する載置部が設けられた多数個取りセラミック配線基板であって、前記配線基板領域は、前記セラミック母基板の主面の外周部の分割線の外側である外周領域に形成されている、前記電子部品の前記載置部および前記配線導体層に対する搭載接続条件を予め設定するための試験用のものと、前記セラミック母基板の主面の中央領域に形成されている、前記上下面の前記配線導体層を接続する接続導体が前記外周部の前記分割線上および前記外周部の内側の前記分割線上に形成され、かつ前記搭載接続条件に基づいて電子部品が前記載置部に搭載および前記配線導体層に接続される実装用のものとから成ることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記構成により、電子部品の搭載接続条件を初期設定するための試験用の配線基板領域と、搭載接続条件に基づいて電子部品が搭載および接続されるとともに上下面の配線導体層を接続する接続導体が形成された実装用の配線基板領域とが設けられていることから、この多数個取りセラミック配線基板に電子部品を実装する場合、実装中に問題が出たり実装装置の故障が発生した時は、試験用の配線基板領域に対して実装試験を行ない、分割後には試験用のもののみを不良品として排除すればよいことになる。即ち、試験用の配線基板領域は数個あれば十分であり、セラミック母基板の外周部の全周に設けるようなことは不要であることから、従来のようにセラミック母基板の外周部の全周に設けられた捨て代領域全体を排除することがなくなり、電子部品装置の生産効率が向上する。
【００１７】
また、セラミック母基板を各配線基板毎に分割した際に、接続導体の有無による導通チェックから試験用の電子部品装置と製品用の電子部品装置とを容易かつ正確に区別できる。
【００１９】
本発明の多数個取りセラミック配線基板によれば、上記構成により、セラミック母基板の主面の中央領域に実装用の配線基板領域が形成され、セラミック母基板の主面の外周部の分割線の外側である外周領域に試験用の配線基板領域が形成されていることから、実装中に問題が出たり実装装置の故障が発生した場合に、最も近くの試験用の配線基板領域を使用して実装試験が行えるため、電子部品の実装時間を短縮して生産効率を高めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の多数個取りセラミック配線基板について以下に詳細に説明する。図１は、本発明の多数個取りセラミック配線基板について実施の形態の一例を示す断面図であり、１はセラミック母基板、２は配線基板領域である。
【００２１】
セラミック母基板１は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス材料から成り、一辺の長さが２０〜２００ｍｍで厚みが０．１〜０．２５ｍｍの略四角形で単板の平板であり、小型のセラミック配線基板を多数個同時集約的に製作するための母材である。
【００２２】
そして、このセラミック母基板１の中央部には、各々が小型のセラミック配線基板となる一辺の長さが０．５〜１０ｍｍ程度の略四角形状の多数の配線基板領域２が縦横の並びに一体的に配列形成されている。なお、このセラミック母基板１は、その１辺の長さが２０ｍｍ未満では多数個の配線基板を効率的に製作することが困難となり、他方、２００ｍｍを越えるとセラミック母基板１の反りを２００μｍ以下とすることが困難となる。したがって、セラミック母基板１の各辺の長さは２０〜２００ｍｍの範囲が好ましい。
【００２３】
また、セラミック母基板１は、その厚みが０．１ｍｍ未満であると、外力等によりセラミック母基板１に割れやクラックが発生しやすくなり、他方、０．２５ｍｍを超えると、得られる電子部品装置の薄型化が困難となる。したがって、セラミック母基板１の厚みは０．１〜０．２５ｍｍの範囲が好ましい。
【００２４】
このようなセラミック母基板１は、一辺の長さが２０〜２５０ｍｍ程度で厚みが０．１５〜０．３５ｍｍ程度の一枚のセラミックグリーンシートを準備し、これにメタライズ配線層用の金属ペーストを印刷塗布し、その後高温で焼成することによって製作される。そして、セラミック母基板１用のセラミックグリーンシートは、セラミック母基板１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等のセラミック原料粉末に、適当な有機バインダおよび溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して得たセラミックスラリーを、従来周知のドクターブレード法を採用してシート状に成形することにより製作される。
【００２５】
また、このセラミックグリーンシートに印刷塗布される、配線導体層としてのメタライズ配線層４形成用の金属ペーストは、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー，溶剤，可塑剤等を添加混合して適当な粘度に調整することによって得られ、公知のスクリーン印刷法によりセラミック母基板１用のセラミックグリーンシートに印刷塗布される。
【００２６】
また、セラミック母基板１に配列形成された各配線基板領域２は、各配線基板領域２毎に分割されて各々が小型のセラミック配線基板となる領域であり、その上面および下面には厚みが１０〜２０μｍ程度のメタライズ配線層４が被着される。このメタライズ配線層４の表面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等を、例えば無電解めっき法により０．１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、メタライズ配線層４が酸化腐食するのを有効に防止することができる。
【００２７】
また、メタライズ配線層４は、各配線基板領域２に載置された電子部品５の電極を外部電気回路に接続するための導電路として機能し、各配線基板領域２の上面のメタライズ配線層４の電極パッド部に電子部品５の電極がボンディングワイヤ６等の電気的接続手段を介して電気的に接続される。また、接続導体３により上面のメタライズ配線層４と導通され、かつ各配線基板領域２の下面に形成されたメタライズ配線層４の電極パッド部は、外部電気回路基板の配線導体に半田等の導電性接合材を介して電気的に接続される。
【００２８】
なお、接続導体３は、セラミック母基板１において配線基板領域２内に接続導体３形成用の貫通孔が形成される場合、ビアホール，スルーホール等の貫通導体となる。また、セラミック母基板１において配線基板領域２の外周部の分割線上に接続導体３形成用の貫通孔が形成される場合、分割後の配線基板ではその側面に形成されたキャスタレーション導体等となる。
【００２９】
本発明のメタライズ配線層４は、例えばＷメタライズ層から成る場合、Ｗ粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して得た金属ペーストを、セラミック母基板１用のセラミックグリーンシートに、従来周知のスクリーン印刷法により厚みが１２〜２５μｍ程度の所定のパターンに印刷塗布する。金属ペーストをセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、セラミック母基板１の各配線基板領域２の上面から接続導体３を介して下面にかけて導出するように、メタライズ配線層４が被着される。
【００３０】
なお、メタライズ配線層４は、例えば各配線基板領域２の上面側では、図２に上面図で示すように、中央部から接続導体３にかけて延びる略帯状であり、他方、各配線基板領域２の下面側では図３に下面図で示すように、接続導体３の周囲に配置された島状である。また、配線導体層として、メタライズ配線層４の代わりに、スパッタリング法，蒸着法，ＣＶＤ法等の薄膜形成法によって形成された薄膜配線層等を用いてもよい。
【００３１】
そして、配線基板領域２は、ボンディングワイヤ６の接合位置や電子部品５の載置位置等を調整する実装試験を行なうための試験領域９（図１）と、接続導体３を介してメタライズ配線層４が上下面で導通し電子部品５が実装される実装領域８（図１）とに、それぞれ設けられる。試験領域９をセラミック母基板１の一部に形成することで、従来、外周部の全周に形成されていた捨て代領域をなくすことができ、その結果実装領域８が大きくなり電子部品装置の生産効率が向上する。
【００３２】
なお、電子部品の実装試験は、上記のような電子部品がボンディングワイヤで接続されるものではなく例えばフリップチップ接続されるものの場合、電子部品の下面の載置部に対する接続位置の調整等を行なうものであってもよい。
【００３３】
本発明において、試験領域９に設けられる配線基板領域２は２個または３個でよい。それは、１個の配線基板領域２で実装試験を行なった後、ボンディング装置等の実装装置が故障して再度実装試験を行なうことは実際には稀であるからである。このように、試験領域９に設けられる配線基板領域２の数がきわめて少なくなり、セラミック母基板１の大部分を実装領域８として使用することができる。
【００３４】
また、実装領域８の配線基板領域２の接続導体３が、配線基板領域２の分割線に触れないように中心部に形成される場合、試験領域９の接続導体３のない配線基板領域２に形成されるメタライズ配線層４は上下面の導通がとれないこととなる。従って、分割後の導通チェックにより、導通可のものは製品用の電子部品装置であり、導通不可のものは試験用の電子部品装置であるとして、容易かつ正確に区別することができる。
【００３５】
一方、実装領域８の配線基板領域２の接続導体３がその配線基板領域２の外周部の分割線上に形成され、かつ試験領域９の配線基板領域２がセラミック母基板１の外周領域に設けられているので（図１〜図３）、実装領域８および試験領域９の配線基板領域２ともに上下面の導通がとれることとなる。従って、分割後の外観検査により試験用のものと実装用のものとを区別できる。即ち、実装領域８の配線基板領域２の接続導体３がその配線基板領域２の外周部の分割線上に形成され、試験領域９の配線基板領域２がセラミック母基板１の外周領域に設けられていればよく、分割後の試験領域９の配線基板には接続導体３が形成されない端面が少なくとも１面形成されることとなることから、外観検査により容易に区別できる。
【００３６】
本発明において、セラミック母基板１の主面の中央領域に実装用の配線基板領域２が形成され、セラミック母基板の主面の外周部の分割線の外側である外周領域に試験用の配線基板領域２が形成されていることから、反りや変形の比較的大きい外周領域を試験用とすることで、製品用の配線基板の形状精度を高くすることができる。
【００３７】
また、セラミック母基板１が大きいものの場合、実装試験および実装の効率を上げるために、セラミック母基板１の外周領域に実装領域８を取り囲むように試験領域９を形成することができる。例えば、試験領域９をセラミック母基板１の四隅に形成した構成、試験領域９をセラミック母基板１の四辺の中央部に形成した構成等とすることにより、実装中に問題が出たり実装装置の故障が発生した場合に、故障が発生した実装領域８内の配線基板領域２からセラミック母基板１の外周領域の最も近くの試験領域９で実装試験が行えるため、電子部品５の実装時間を短縮することができる。また、試験領域９の配線基板領域２に形成された試験用のメタライズ配線層１０（図１）は、それがない場合と比較すると、セラミックグリーンシート及びメタライズ配線層４を形成する金属ペーストとの焼成収縮率の相違に起因するセラミック母基板１の反りを有効に抑制するように機能する。
【００３９】
なお、図４の（ａ）〜（ｃ）は、本発明のセラミック母基板１の主面に形成される試験領域９の配置の各種実施の形態を示す概略的な平面図であり、図４の（ｄ）〜（ｈ）は、本発明のセラミック母基板１の主面に形成される試験領域９の配置の参考例を示す概略的な平面図である。
【００４０】
図４の（ａ）は、セラミック母基板１の主面の一隅に試験領域９を設けた構成であり、実装領域８の面積を大きくとることができる。
【００４１】
（ｂ）は、セラミック母基板１の主面の四隅に試験領域９を設けた構成であり、試験領域９と実装領域８内の配線基板領域２との距離が、実装領域８内のいずれの箇所でも満遍なく短くなり、実装時間を短縮化できる。この場合、試験領域９をセラミック母基板１の主面の対角位置の二隅に設けてもよい。
【００４２】
（ｃ）は、セラミック母基板１の主面の四辺の中央部に試験領域９を設けた構成であり、（ｂ）と同様の効果を有する。この場合、対向する二辺に試験領域９を設けてもよい。
【００４３】
（ｄ）は、セラミック母基板１の主面の中央付近に試験領域９を設けた構成であり、この場合に試験領域９と実装領域８内の配線基板領域２との距離が、最大でも対角線の略１／２以下となり実装時間を短縮化できる。
【００４４】
（ｅ）は、セラミック母基板１の主面の中央付近および四辺の中央部に試験領域９を設けた構成であり、この場合さらに実装時間を短縮化できる。
【００４５】
（ｆ）は、セラミック母基板１が長方形であってその主面の中央付近および短辺の中央部にそれぞれ試験領域９を設けた構成であり、長方形の場合はこのような構成において試験領域９と実装領域８内の配線基板領域２との距離が満遍なく短くなる。
【００４６】
（ｇ）は、セラミック母基板１が正方形であってその主面の中央付近および対向する二隅に試験領域９を設けた構成であり、正方形の場合はこのような構成において試験領域９と実装領域８内の配線基板領域２との距離が満遍なく短くなる。
【００４７】
（ｈ）は、セラミック母基板１が正方形であってその主面の中央付近および対向する二辺の中央部に試験領域９を設けた構成であり、正方形の場合はこのような構成においても試験領域９と実装領域８内の配線基板領域２との距離が満遍なく短くなる。
【００４８】
また、セラミック母基板１の外周領域に試験領域９を形成した場合、試験領域９に、ボンディング装置等の実装装置の位置決め手段やセラミック母基板１を搬送移動させるステージ等の搬送装置の搬送手段を当接させて取り扱うことが好ましく、この場合実装領域８に位置決め手段や搬送手段が当接して損傷させたり汚染するといったことがなくなり、取り扱いが容易になり作業性が向上する。
【００４９】
かくして、本発明は、電子部品を実装する際に実装に問題が出たり実装装置の故障が発生したとき、試験用の配線基板領域に対して再度実装試験を行ない、分割後には試験用のもののみを不良品として排除でき、生産効率が向上する。
【００５０】
なお、本発明は上述の実施の形態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あれば種々の変更を行っても差し支えない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の多数個取り配線基板によれば、配線基板領域は、電子部品の載置部および配線導体層に対する搭載接続条件を予め設定するための試験用のものと、上下面の配線導体層を接続する接続導体が外周部の分割線上および外周部の内側の分割線上に形成され、かつ搭載接続条件に基づいて電子部品が載置部に搭載および配線導体層に接続される実装用のものとから成ることにより、多数個取りセラミック配線基板に電子部品を実装する場合、実装中に問題が出たり実装装置の故障が発生したとき、試験用の配線基板領域に対して再度実装試験を行ない、分割後には試験用のもののみを不良品として排除すればよいことになる。即ち、試験用の配線基板領域は数個あれば十分であり、セラミック母基板の外周部の全周に設けるようなことは不要であることから、従来のようにセラミック母基板の外周部の全周に設けられた捨て代領域全体を排除することがなくなり、電子部品装置の生産効率が向上する。
【００５２】
また、セラミック母基板を各配線基板毎に分割した際に、接続導体の有無による導通チェックから試験用の電子部品装置と製品用の電子部品装置とを容易かつ正確に区別できる。
【００５３】
さらに、セラミック母基板の主面の全面に各配線基板領域に同じ配線導体層が形成されていることから、セラミック母基板の反りを有効に抑制することができる。
【００５４】
本発明の多数個取り配線基板によれば、セラミック母基板の主面の中央領域に実装用の配線基板領域が形成され、セラミック母基板の主面の外周部の分割線の外側である外周領域に試験用の配線基板領域が形成されていることにより、実装中に問題が出たり実装装置の故障が発生した場合に、最も近くの試験用の配線基板領域を使用して実装試験が行えるため、電子部品の実装時間を短縮して生産効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多数個取りセラミック配線基板について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の多数個取りセラミック配線基板の配線基板領域の上面図である。
【図３】図１の多数個取りセラミック配線基板の配線基板領域の下面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の各種実施の形態であり、セラミック母基板の主面に形成される試験領域の配置の各種形態を示す概略的な平面図であり、図４の（ｄ）〜（ｈ）は、本発明のセラミック母基板の主面に形成される試験領域の配置の参考例を示す概略的な平面図である。
【符号の説明】
１：セラミック母基板
２：配線基板領域
３：貫通孔
４：メタライズ配線層

Claims

セラミック母基板の主面に配線基板領域が縦横の並びに複数配列形成されて成るとともに、前記配線基板領域の上下面に配線導体層が形成され、かつ前記上下面の少なくとも一方に電子部品を載置する載置部が設けられた多数個取りセラミック配線基板であって、前記配線基板領域は、前記セラミック母基板の主面の外周部の分割線の外側である外周領域に形成されている、前記電子部品の前記載置部および前記配線導体層に対する搭載接続条件を予め設定するための試験用のものと、前記セラミック母基板の主面の中央領域に形成されている、前記上下面の前記配線導体層を接続する接続導体が前記外周部の前記分割線上および前記外周部の内側の前記分割線上に形成され、かつ前記搭載接続条件に基づいて電子部品が前記載置部に搭載および前記配線導体層に接続される実装用のものとから成ることを特徴とする多数個取りセラミック配線基板。