JP3232066B2 - セラミック多層基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のセラミック
層を積層するとともに、その外周縁に位置決め用の切り
欠き部を形成して成るセラミック多層基板に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】複数のセラミック層を積層して成るセラ
ミック多層基板は、例えば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配線基板として使用されてい
る。このような従来のセラミック多層基板の例を図７に
斜視図で示す。

【０００３】図７に示す例におけるセラミック多層基板
11は、電子部品が搭載される多数の配線基板領域12が縦
横に一体的に形成された多数個取りの配線基板である。

【０００４】このセラミック多層基板11は３層のセラミ
ック層11ａ・11ｂ・11ｃを積層して成る。そして、その
外周縁には位置決め用の切り欠き部13を有している。

【０００５】切り欠き部13は、セラミック多層基板11に
種々の加工を施す際や電子部品を搭載する際等にセラミ
ック多層基板11を所定の位置に位置決めするためのもの
であり、各辺に２箇所ずつ、セラミック層11ａ・11ｂ・
11ｃを略同じ幅・奥行きで上下に貫通するように設けら
れている。

【０００６】そして、セラミック多層基板11の位置決め
は、各切り欠き部13に対応する位置に位置決めピン22が
立設されて成る治具21を準備するとともに、この治具21
上にセラミック多層基板11を、各切り欠き部13内に対応
する位置決めピン22が挿入されるようにして載置するこ
とによって行なわれる。

【０００７】このとき、セラミック多層基板11は、位置
決めピン22により各切り欠き部13の幅方向に対する移動
が規制されることになる。そして、切り欠き部13の幅方
向は対向する各辺毎に互いに直交する方向となるように
形成されているので主面に平行な全方向への移動が規制
され、これにより治具21上の所定位置に位置決めされる
こととなる。

【０００８】なお、このようなセラミック多層基板11
は、各セラミック層11ａ・11ｂ・11ｃとなる３枚のセラ
ミックグリーンシートに打ち抜き加工を施すとともに上
下に積層し、これを高温で焼成することによって製作さ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このセ
ラミック多層基板11は、通常、セラミックグリーンシー
トを積層する際に上下のセラミックグリーンシート間に
最大で0.1 ｍｍ程度の積層ずれが生じる。

【００１０】このような積層ずれが生じると、図８に要
部拡大斜視図で示すように、切り欠き部13の側壁に不特
定な大きさの段差が形成されてしまい、このため切り欠
き部13の上下方向の投影幅が大きくばらついてしまうと
いう問題点があった。そして、このように切り欠き部13
の上下方向の投影幅が大きくばらつくと、切り欠き部13
および位置決めピン22による位置決めの精度が低いもの
となってしまい、近時の小型・高精度化した電子部品を
搭載するための配線基板としてこのセラミック多層基板
11を採用すると正確な位置決めが困難となってしまうと
いう問題点を有していた。

【００１１】そこで、図９に要部拡大斜視図で示すよう
に、特定のセラミック層、例えば最上層であるセラミッ
ク層11ｃに形成された切り欠き部13を他のセラミック層
11ａ・11ｂに形成された切り欠き部13より小さなものと
し、たとえ上下のセラミック層11ａ・11ｂ・11ｃに積層
ずれが生じた場合であっても、セラミック層11ｃに形成
された切り欠き部13の内壁が常に他のセラミック層11ａ
・11ｂに形成された切り欠き部13の内壁よりも突出する
ようにし、これにより切り欠き部13の上下方向の投影幅
を常に一定とし、正確な位置決めができるようになした
セラミック多層基板11が提案されている。

【００１２】しかしながら、この場合には、図10に要部
拡大斜視図で示すように、治具21上に位置決めされたセ
ラミック多層基板11が加熱工程を受ける際等に、治具21
とセラミック多層基板11との熱膨張係数の相違に起因し
て発生する応力や外力等による荷重Ａが位置決めピン22
を介して切り欠き部13の幅方向に印加されると、この荷
重Ａが他のセラミック層11ａ・11ｂから突出したセラミ
ック層11ｃの切り欠き部13の奥部近傍に局部的に集中し
て大きな引っ張り応力Ｂを発生させ、この引っ張り応力
Ｂによりセラミック層11ｃに切り欠き部13の奥部を起点
としたクラックＣが発生してしまうという問題点を有し
ていた。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑み案出されたも
のであり、その目的は、上下のセラミック層に積層ずれ
があってもセラミック多層基板を正確に位置決めするこ
とができるとともに、セラミック多層基板と治具との熱
膨張係数の相違に起因して発生する応力や外力等による
荷重が位置決めピンを介して印加されてもクラックが発
生することのない切り欠き部を有するセラミック多層基
板を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック多層
基板は、複数のセラミック層を積層するとともに、その
外周縁に前記複数のセラミック層を貫通する位置決め用
の切り欠き部を形成して成るセラミック多層基板であっ
て、前記切り欠き部は、前記複数のセラミック層のうち
のひとつにおいてその幅が狭く、かつその奥行きが深い
ことを特徴とするものである。

【００１５】本発明のセラミック多層基板によれば、位
置決め用の切り欠き部は、多層に積層されたセラミック
層のうちのひとつにおいてその幅が狭く、かつその奥行
きが深いことから、たとえ上下のセラミック層に積層ず
れが生じた場合であっても、このひとつのセラミック層
に形成された切り欠き部の内壁はその幅方向において常
に他のセラミック層に形成された切り欠き部の内壁から
突出し、その結果、切り欠き部の上下方向の投影幅が常
に一定となる。また同時に、このひとつのセラミック層
に形成された位置決め用の切り欠き部の内壁は、その奥
行き方向においては常に他のセラミック層に形成された
切り欠き部の内壁よりも突出することがない。したがっ
て、セラミック多層基板と治具との熱膨張係数の相違に
起因して発生する熱応力や外力等による荷重が位置決め
ピンを介して印加されても、このひとつのセラミック層
に形成された切り欠き部の奥部に荷重による引っ張り応
力が大きく集中することはない。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明のセラミック多層基
板を添付の図面を基に詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明のセラミック多層基板を半導
体素子や水晶振動子等の電子部品を搭載するための配線
基板に適用した場合の実施の形態の一例を示す斜視図で
ある。

【００１８】セラミック多層基板１は、電子部品が搭載
される多数の配線基板領域２が縦横に一体的に形成され
た多数個取りの配線基板であり、３層のセラミック層１
ａ・１ｂ・１ｃを積層一体化して成る。

【００１９】各配線基板領域２は、セラミック層１ａの
上面に電子部品を搭載する搭載部２ａを、セラミック層
１ｂの上面に電子部品の電極が接続されるメタライズ導
体層２ｂを、セラミック層１ｃの上面に封止用のメタラ
イズ金属層２ｃを有している。そして、搭載部２ａには
半導体素子等の電子部品が接着剤等を介して固着され、
メタライズ導体層２ｂにはその電子部品の電極がボンデ
ィングワイヤ等の電気的接続手段を介して接続され、メ
タライズ金属層２ｃには封止用の金属リングや金属蓋体
がろう材を介して接合される。

【００２０】また、セラミック多層基板１は、その外周
縁に位置決め用の切り欠き部３を有している。

【００２１】切り欠き部３は、セラミック多層基板１に
種々の加工を施す際や電子部品を搭載する際等に、セラ
ミック多層基板１を所定の位置に位置決めするためのも
のであり、この例では各辺に２箇所ずつ、それぞれセラ
ミック層１ａ・１ｂ・１ｃを上下に貫通して設けられて
いる。

【００２２】そして、セラミック多層基板１の位置決め
は、各切り欠き部３に対応する位置に位置決めピン22を
有する治具21上にセラミック多層基板１を、各切り欠き
部３内に各々対応する位置決めピン22が挿入されるよう
にして載置することによって行なわれる。

【００２３】なお、このようなセラミック多層基板１
は、セラミック層１ａ・１ｂ・１ｃが酸化アルミニウム
質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・炭化珪素質焼結
体・ムライト質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラ
ミックス等のセラミックスから形成されており、メタラ
イズ導体層２ｂ・メタライズ金属層２ｃがタングステン
やモリブデン・モリブデン−マンガン・銅・銀・銀−パ
ラジウム等の金属粉末メタライズから形成されている。

【００２４】例えばセラミック層１ａ・１ｂ・１ｃが酸
化アルミニウム質焼結体から成り、メタライズ導体層２
ｂ・メタライズ金属層２ｃがタングステンメタライズか
ら成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸
化マグネシウム・酸化カルシウム等のセラミック原料粉
末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して泥漿状と
なすとともに、これを従来周知のドクタブレード法を採
用してシート状となすことによりそれぞれがセラミック
層１ａ・１ｂ・１ｃとなるセラミックグリーンシートを
得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに打
ち抜き加工を施すとともにメタライズ導体層２ｂやメタ
ライズ金属層２ｃとなるタングステンペーストをスクリ
ーン印刷により所定のパターンに印刷し、最後にこれら
のセラミックグリーンシートを積層するとともに、約16
00℃の高温で焼成することによって製作される。

【００２５】そして、本発明のセラミック多層基板１に
おいて、切り欠き部３は、図２に要部拡大斜視図で示す
ように、最上層のセラミック層１ｃにおいて、その幅Ｗ
１が他のセラミック層１ａ・１ｂにおける幅Ｗ２よりも
0.2 〜８ｍｍ程度狭いものとなっているとともに、その
奥行きＤ１が他のセラミック層１ａ・１ｂにおける奥行
きＤ２よりも0.1 〜４ｍｍ程度深いものとなっている。
なお、セラミック層１ｃにおける切り欠き部３の幅Ｗ１
は１〜10ｍｍ程度であり、奥行きＤ１は２〜20ｍｍ程度
である。

【００２６】このように、位置決め用の切り欠き部３の
セラミック層１ｃにおける幅Ｗ１が他のセラミック層１
ａ・１ｂにおける幅Ｗ２よりも0.2 〜８ｍｍ程度狭くな
っていることにより、たとえセラミック層１ａ・１ｂ・
１ｃの間に0.1 ｍｍ程度の積層ずれが生じた場合であっ
ても、セラミック層１ｃに形成された切り欠き部３の内
壁は、その幅方向において常に他のセラミック層１ａ・
１ｂに形成された切り欠き部３の内壁よりも突出し、切
り欠き部３の上下方向の投影幅が常に一定となる。その
ため、セラミック多層基板１をその各切り欠き部３内に
対応する位置決めピン22が挿入されるようにして治具21
上に載置した際に、正確な位置決めが可能である。

【００２７】また同時に、切り欠き部３のセラミック層
１ｃにおける奥行きＤ１が他のセラミック層１ａ・１ｂ
における奥行きＤ２よりも0.1 〜４ｍｍ程度深いものと
なっていることから、セラミック層１ｃに形成された切
り欠き部３の内壁は、その奥行き方向において、常に他
のセラミック層１ａ・１ｂに形成された切り欠き部３の
内壁よりも突出することがない。したがって、図３に要
部拡大斜視図で示すように、セラミック多層基板１と治
具21との熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力や
外力による荷重Ａが位置決めピン22を介して印加されて
も、この荷重Ａによる引っ張り応力Ｂはセラミック層１
ａ・１ｂに形成された切り欠き部３の奥部近傍ならびに
セラミック層１ｃに形成された切り欠き部３の奥部近傍
に分散して印加され、これによりセラミック多層基板１
にクラックが発生することが有効に防止される。

【００２８】なお、位置決め用の切り欠き部３は、その
幅が狭くなっているセラミック層１ｃにおける幅Ｗ１と
他のセラミック層１ａ・１ｂにおける幅Ｗ２との差が0.
2 ｍｍ未満では、セラミック層１ａ・１ｂ・１ｃに積層
ずれがあった場合に、セラミック層１ｃに形成された切
り欠き部３の内壁をその幅方向において常に他のセラミ
ック層１ａ・１ｂに形成された切り欠き部３の内壁より
も突出させて切り欠き部３の上下方向の投影幅を常に一
定とすることが困難となる傾向にある。他方、８ｍｍを
超えると、セラミック層１ｃに形成された切り欠き部３
の内壁が他のセラミック層１ａ・１ｂに形成された切り
欠き部３の内壁から突出しすぎるために切り欠き部３に
おけるセラミック層１ｃの機械的強度が低いものとなっ
てしまいやすい傾向にある。したがって、位置決め用の
切り欠き部３は、その幅が狭くなっているセラミック層
１ｃにおける幅Ｗ１と他のセラミック層１ａ・１ｂにお
ける幅Ｗ２との差が0.2 〜８ｍｍの範囲であることが好
ましい。

【００２９】また、位置決め用切り欠き部３は、その奥
行きが深くなっているセラミック層１ｃにおける奥行き
Ｄ１と他のセラミック層１ａ・１ｂにおける奥行きＤ２
との差が0.1 ｍｍ未満では、セラミック層１ａ・１ｂ・
１ｃに積層ずれがあった場合に、セラミック層１ｃに形
成された切り欠き部３の内壁がその奥行き方向において
他のセラミック層１ａ・１ｂに形成された切り欠き部３
の内壁から突出して、この部分に応力が大きく集中して
クラックが発生しやすいものとなる危険性が大きくな
る。他方、４ｍｍを超えると、応力が他のセラミック層
１ａ・１ｂに形成された切り欠き部３の奥部に大きく集
中して、他のセラミック層１ａ・１ｂにクラックが発生
する危険性が大きなものとなる。したがって、位置決め
用の切り欠き部３は、その奥行きが深くなっているセラ
ミック層１ｃにおける奥行きＤ１と他のセラミック層１
ａ・１ｂにおける奥行きＤ２との差が0.1 〜４ｍｍの範
囲であることが好ましい。

【００３０】さらに、例えば図４に要部拡大斜視図で示
すように、各セラミック層１ａ・１ｂ・１ｃのうちの少
なくともひとつの主面、この例ではセラミック層１ｂの
上面であって、位置決め用切り欠き部３の奥部近傍にメ
タライズ障壁層４を設けておくと、このメタライズ障壁
層４が障壁となって、セラミック層１ａ・１ｂ・１ｃに
おけるクラックの発生および伝播を有効に阻止すること
ができる。したがって、各セラミック層１ａ・１ｂ・１
ｃのうちの少なくともひとつの主面であって、位置決め
用切り欠き部３の奥部近傍に、メタライズ障壁層４を設
けておくことが好ましい。このようなメタライズ障壁層
４としては、メタライズ導体層２ａやメタライズ金属層
２ｂと同様の材料を用いればよい。

【００３１】かくして、本発明のセラミック多層基板１
によれば、上下のセラミック層１ａ・１ｂ・１ｃに積層
ずれがあってもセラミック多層基板１を治具21上に正確
に位置決めすることができるとともに、セラミック多層
基板１と治具21との熱膨張係数の相違に起因して発生す
る熱応力や外力等による荷重が位置決めピン22を介して
印加されてもクラックが発生することのないセラミック
多層基板１を提供することがてきる。

【００３２】なお、本発明のセラミック多層基板１は上
述の実施の形態の一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であれば種々の変更が可能で
ある。例えば、上述の実施の形態の一例では、切り欠き
部３は、最上層のセラミック層１ｃにおいてその幅が狭
く、かつその奥行きが深いものとなっていたが、切り欠
き部３は、図５に要部拡大斜視図で示すように、最下層
のセラミック層１ａにおいてその幅が狭く、かつその奥
行きが深いものとなっていてもよく、また図６に要部拡
大斜視図で示すように、中間のセラミック層１ｂにおい
てその幅が狭く、かつその奥行きが深いものとなってい
てもよい。さらには、これらの図２・図５・図６に示す
ような切り欠き部３をひとつのセラミック多層基板１に
混在させて設けてもよい。

【００３３】位置決め用の切り欠き部３が、図２に示す
ように最上層のセラミック層１ｃにおいてその幅が狭
く、かつその奥行きが深いものとなっている場合には、
これを例えば各配線基板領域２のメタライズ金属層２ｃ
に封止用の金属リングや金属蓋体をろう付けする際の位
置決めに用いれば、メタライズ金属層２ｃと封止用の金
属リングや金属蓋体とを正確に位置合わせすることが可
能である。

【００３４】また、位置決め用の切り欠き部３が、図５
に示すように最下層のセラミック層１ａにおいてその幅
が狭く、かつその奥行きが深いものとなっている場合に
は、例えばこれを各配線基板領域２の搭載部２ａに電子
部品を搭載する際の位置決めに用いれば、搭載部２ａと
電子部品とを正確に位置合わせすることが可能である。

【００３５】さらに、位置決め用の切り欠き部３が、図
６に示すように中間のセラミック層１ｂにおいてその幅
が狭く、かつその奥行きが深いものとなっている場合に
は、例えば各配線基板領域２の搭載部２ａに電子部品を
搭載する際および電子部品とメタライズ導体層２ｂとを
電気的に接続する際の位置決めに用いれば、メタライズ
導体層２ｂと電子部品とを正確に電気的に接続すること
が可能である。

【００３６】また、上述の実施の形態の一例ではセラミ
ック多層基板１は３層のセラミック層１ａ・１ｂ・１ｃ
から構成されていたが、セラミック多層基板１が２層の
セラミック層や４層以上のセラミック層から成る場合で
あっても本発明が適用できることは言うまでもない。そ
の場合には、あるひとつの任意のセラミック層において
位置決め用切り欠き部３の幅を狭く、かつ奥行きを深い
ものとすればよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
ク多層基板によれば、位置決め用の切り欠き部は、セラ
ミック層のうちのひとつにおいてその幅が狭く、かつそ
の奥行きが深いことから、たとえ上下のセラミック層に
積層ずれが生じた場合であっても、そのひとつのセラミ
ック層に形成された切り欠き部の内壁がその幅方向にお
いて常に他のセラミック層に形成された切り欠き部の内
壁よりも突出して切り欠き部の上下方向の投影幅が常に
一定となるので、この切り欠き部に治具の位置決めピン
を挿入させることにより高精度な位置決めが可能とな
る。また同時に、ひとつのセラミック層に形成された位
置決め用の切り欠き部の内壁がその奥行き方向において
常に他のセラミック層に形成された切り欠き部の内壁よ
りも突出することがなく、したがって、セラミック多層
基板と治具との熱膨張係数の相違に起因して発生する熱
応力や外力等による荷重が位置決めピンを介して印加さ
れても、そのひとつのセラミック層に形成された切り欠
き部の奥部に荷重による応力が大きく集中することはな
く、他のセラミック層にも良好に分散され、その結果、
セラミック多層基板にクラックが発生することを有効に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック多層基板を電子部品を搭載
するための配線基板に適用した場合の実施の形態の一例
を示す斜視図である。

【図２】図１に示すセラミック多層基板の要部拡大斜視
図である。

【図３】図１に示すセラミック多層基板における応力の
かかり具合を説明するための図２に相当する要部拡大斜
視図である。

【図４】本発明のセラミック多層基板の実施の形態の他
の例を示す要部拡大斜視図である。

【図５】本発明のセラミック多層基板の実施の形態の他
の例を示す要部拡大斜視図である。

【図６】本発明のセラミック多層基板の実施の形態の他
の例を示す要部拡大斜視図である。

【図７】従来のセラミック多層基板の例を示す斜視図で
ある。

【図８】図７に示すセラミック多層基板の要部拡大斜視
図である。

【図９】従来のセラミック多層基板の例を示す要部拡大
斜視図である。

【図１０】図９に示すセラミック多層基板に発生するク
ラックを説明するための図９に相当する要部拡大斜視図
である。

【符号の説明】

１・・・・・・セラミック多層基板 １ａ〜１ｃ・・セラミック層 ３・・・・・・位置決め用の切り欠き部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のセラミック層を積層するととも
   に、その外周縁に前記複数のセラミック層を貫通する位
   置決め用の切り欠き部を形成して成るセラミック多層基
   板であって、前記切り欠き部は、前記複数のセラミック
   層のうちのひとつにおいてその幅が狭く、かつその奥行
   きが深いことを特徴とするセラミック多層基板。