(57)【要約】【課題】  多層基板の表面に設けた電極において、絶縁コート用ペーストのダレにより、はんだの溶融，固化時において導体の露出、及びはんだボール飛びが起こり、信頼性が低下する。【解決手段】  上記課題は、多層セラミック基板の最上層の第１層グリーンシート４に穴を設け、第２層グリーンシート５と積層した際に段差となる窪み７を形成し、かつ窪み７の底面に電極となる内層導体６を全面に形成する構造とすることで、解決することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された導体あるいは抵抗体と、積層された各絶縁基板上に形成された前記導体の間を電気的に接続するスルーホール導体とを有する多層セラミック基板において、
最上層となる第１層絶縁基板に形成した穴と前記第１層絶縁基板の下層に配置した第２層絶縁基板とで段差となる窪みを設けると共に、前記窪みの底面の全体に導体を形成したことを特徴とする多層セラミック基板。
【請求項２】
請求項１に記載の多層セラミック基板において、前記絶縁基板はガラスセラミックのグリーンシートであり、前記グリーンシートを積層したＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板であることを特徴とする多層セラミック基板。
【請求項３】
請求項１に記載の多層セラミック基板において、前記導体及び前記スルーホール導体を形成する導電性部材は銀あるいは銀と他の金属の合金から成る厚膜導体であることを特徴とする多層セラミック基板。
【請求項４】
請求項１に記載の多層セラミック基板において、前記窪みにはんだを塗布し硬化させた構造を有することを特徴とする多層セラミック基板。
【請求項５】
請求項１に記載の多層セラミック基板において、前記窪みの深さは１mm以下としたことを特徴とする多層セラミック基板。
【請求項６】
請求項１に記載の多層セラミック基板において、前記第１層絶縁基板上にチップ部品を搭載し、前記チップ部品の電極を前記窪みに塗布したはんだを介して前記窪みの底面に形成した導体に導通させたことを特徴とする多層セラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最上層の第１層に穴を設け、第２層と積層した際に設けられる段差となる窪みを設けた多層セラミック基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの内燃機関の吸気通路に設置される空気流量計は、熱式が質量流量を直接検知できることから主流となってきている。
【０００３】
このような熱式空気流量計は、空気流量測定素子として、例えば、吸入空気と直接或いは間接的に熱伝達する発熱抵抗体及び空気流量測定時の空気温度の変化を補償する抵抗体（温度補償抵抗体或いは感温抵抗体或いは測温抵抗体と呼ばれることもある）等を用いて、発熱抵抗体と温度補償抵抗体との温度差が一定になるように発熱抵抗体に流れる電流を制御し、この電流値を電気信号に変換することで空気流量を測定している。
【０００４】
発熱抵抗体や温度補償抵抗体は、温度依存性を有する抵抗体であり、今日では、例えばシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板上に半導体微細加工技術を用いて、基板表面に薄膜状の空気流量用の抵抗領域を形成する技術が提案されている。この方式は、熱式空気流量計を比較的容易に、しかも大量生産方式で生産できることから、経済性があり、また、低電力で駆動できるものとして注目されてきている。
【０００５】
このような熱式空気流量計は、内燃機関の近傍に配置されるため、熱式空気流量計の回路基板の基材にはセラミックが多用され、基板の電極部ははんだ、あるいは銀ペーストで覆う構造となっている。
【０００６】
一般的に、基板表面に設けた電極をはんだで覆う構造の多層基板では、はんだ溶融時に、はんだの流出防止や、はんだが電極全面に溶融するよう、電極の外側をガラスや樹脂で絶縁コートする構造である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
熱式空気流量計に使用される基板の表面に設けた電極保護膜は、一般的に、ガラスや樹脂の絶縁材であり、基板の表面にスクリーン印刷によって形成され、電極の外側を絶縁する構造であるが、このようなガラスや樹脂は、印刷時はペースト状であるため、表面張力によってダレが発生し、またはんだが溶融して固化する時、はんだは表面張力あるいは導体材料表面の状態、または導体材料そのものとはんだの相性によってははんだが電極全体を覆うことができず、導体の一部が露出することになる。導体材料が銀もしくは銅、及びその化合物の場合、基板が腐食環境にさらされる場合には、電極が腐食し、断線してしまう危険が発生する。またペーストのダレによって、はんだが流出してしまうことによって、はんだボール飛びが生じ、飛んだはんだボールが絶縁すべき導体間を導通してしまう危険が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、基板表面に設けた電極の外側の絶縁コート材を多層基板と同材料とすることで、多層基板と絶縁コート材を一括して積層することができ、また吸気中に含まれる水分，ガソリン蒸気，エンジンオイル，ブローバイガスに含まれる亜硫酸ガス，窒素酸化物などの金属腐食を発生させる環境下においても、多層基板の耐腐食性を維持できる熱式空気流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本課題に対応するために、多層基板の表面の電極位置に、電極面に対して貫通状態とした、多層基板と同材料のコート用絶縁基板を積層することによって、コート用絶縁基板は電極面に対してダレを発生せず、直角な面を形成することができ、このためはんだ溶融，固化時において導体の露出を防ぎつつ、はんだ流出によるはんだボール飛びを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成により、多層基板の表面の電極において、はんだの溶融，固化時に、電極全面をはんだが覆うことにより、電極露出部のない構造となり、腐食環境において、腐食に強い構造となる。また、製造においては、コート用絶縁基板が多層基板と同材料であるため、多層基板の上部に積層する工程となり、従来の絶縁コート材の印刷工程を省くことができ、製造効率の向上となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、自動車用の内燃機関に吸入される空気流量を測定するために用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置の回路基板として考案したものである。
【００１３】
本発明に係る実施例では、以下の具体的構成を有する。
（１）積層された複数の絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された導体あるいは抵抗体と、積層された各絶縁基板上に形成された前記導体の間を電気的に接続するスルーホール導体とを有する多層セラミック基板において、
最上層となる第１層絶縁基板に形成した穴と前記第１層絶縁基板の下層に配置した第２層絶縁基板とで段差となる窪みを設けると共に、前記窪みの底面の全体に導体を形成する。
（２）（１）の多層セラミック基板において、前記絶縁基板はガラスセラミックのグリーンシートであり、前記グリーンシートを積層したＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板である。
（３）（１）に記載の多層セラミック基板において、前記導体及び前記スルーホール導体を形成する導電性部材は銀あるいは銀と他の金属の合金から成る厚膜導体である。
（４）（１）に記載の多層セラミック基板において、前記窪みにはんだを塗布し硬化させた構造を有する。
（５）（１）に記載の多層セラミック基板において、前記窪みの深さは有限の深さを有し且つ１mm以下とする。
（６）（１）に記載の多層セラミック基板において、前記第１層絶縁基板上にチップ部品を搭載し、前記チップ部品の電極を前記窪みに塗布したはんだを介して前記窪みの底面に形成した導体に導通させる。
【実施例１】
【００１４】
多層基板としては種類が様々であるが、ここでは図１に示すＬＴＣＣ焼結体１を例に製造方法を説明する。ＬＴＣＣとは、Low Temperature Co-fired Ceramics（低温同時焼成基板）の略である。
【００１５】
一般的にはガラスとセラミック粉末を分散させて混合粉末を作製し、次にこの混合粉末と有機バインダと溶剤を加え混錬してスラリーを作り、成膜装置でシート化する。このようにして作られたグリーンシートの各層を導通するビアをパンチャー装置により形成する。穴あけ後、図３に示すように、ビア導体２の印刷及び内層導体３の印刷を行い、各層を積層して積層体とする。その後、この積層体を圧着して焼成を行うことでＬＴＣＣ焼結体１が完成する。
【００１６】
本実施例では、絶縁コート用の第１層グリーンシート４にパンチャーで所望の大きさの穴あけし、次に第２層グリーンシート５に内層導体６を印刷し、第１層グリーンシート４と第２層グリーンシート５を積層した際に第１層と第２層に設けた段差となる窪み７が設けられ、各層を積層して積層体となる。窪み７の底面全面には第２層グリーンシート５の内層導体６が露出する。積層体を圧着，焼成を行うことで、積層体と第１層グリーンシート４である絶縁コート材が一体化されＬＴＣＣ焼結体１となる。第１層グリーンシート４である絶縁コート材は積層体と同一のグリーンシートであるため、ガラスや樹脂のペーストの様にダレを発生せず、第２層グリーンシート５に設けた内層導体６の電極面に対して直角な面９を形成することができる。このためはんだ８の溶融，固化時において第２層の内層導体６の露出を防ぐことができるため、腐食環境において、腐食に強い構造となる。また、第２層に設けた内層導体６の電極面に対して直角な面９によって、はんだ流出によるはんだボール飛びを防ぐことができる。
【００１７】
また同様に、図２に示すように、チップ部品１０をＬＴＣＣ焼結体１の第２層グリーンシート５の内層導体６とはんだ８により接続する場合も、はんだ８は絶縁コート材である第１層グリーンシート４と第２層グリーンシート５の間に設けられた窪み７が電極である第２層グリーンシート５の内層導体６の面に対して直角であるため、はんだ８の溶融，固化時において第２層グリーンシート５の内層導体６の露出を防ぐことができるため、腐食環境において、腐食に強い構造となる。また、電極面に対して直角な面９によって、はんだ流出によるはんだボール飛びを防ぐことができる。
【実施例２】
【００１８】
次に図４に示す、内燃機関に適用した実施例に係る熱式空気流量計１１を説明する。
【００１９】
本例における熱式空気流量計１１は、空気流量測定素子１２がＬＴＣＣ焼結体１の支持体に実装されて、吸気通路（吸気管）内の副通路１３に位置している。
【００２０】
副通路１３は、通路壁の一部（壁体）がホルダー１４ａと一体に形成され、残りの通路壁（壁体）がホルダー１４ｂと一体に形成され、ホルダー１４ａで構成された通路壁と合わさることで構成されている。
【００２１】
支持体であるＬＴＣＣ焼結体１は、吸気管壁１９に取り付けたホルダー１４ａにより片持ちされ、空気流量測定素子１２は片持ちされる側と反対側の一端に配置されている。
【００２２】
また、ＬＴＣＣ焼結体１には、チップ部品１０ａ，１０ｂ等が搭載され、これらのチップ部品１０ａ，１０ｂは樹脂１５によって覆われている。チップ部品１０ａ，１０ｂの電極は窪み７に塗布したはんだ８を介して窪み７の底面に形成した内層導体６に導通させる。
【００２３】
図５に示すように、空気流量測定素子１２はＬＴＣＣ焼結体１に配設した導体１６に電気的に接続され、これらの電気的接続部が絶縁性の樹脂１５により封止されている。樹脂１５は、エポキシ樹脂，フッ素含有樹脂，ガラス材のいずれかである。
【００２４】
導体１６の他端は、ビア導体（ビアホール）２を介して積層基板上の回路部におけるＬＴＣＣ側の端子１８と電気的に接続されている。ここでは内層導体６を表層導体，内層導体３を内層導体と称することもある。
【００２５】
発熱抵抗体及び感温抵抗体などの空気流量測定素子の端子２０（図６に示す）は、金線１７などのワイヤボンディングにより支持体の導体１６と電気的に接続されている。
【００２６】
副通路１３（吸気測定通路）は筒状をなしてホルダー１４ａの一端（先端）に設けられ、ホルダー１４ａの他端には、フランジ２１及びコネクタケース２２が設けられている。支持体１のうち空気流量測定素子１２を設けた領域Ｓは、副通路１３内に臨んでいる。コネクタケース２２のピン端子２３は、その一端がホルダー１４ａに導かれて、ＬＴＣＣ焼結体１に設けた端子１８とワイヤ２４を介して接続されている。
【００２７】
ホルダー１４ａ及び副通路１３は、吸気管壁１９に設けた取付け孔を通して吸気通路内にセットされており、熱式空気流量計１１はフランジを介して吸気管に取り付けられている。
【００２８】
ここで、図６を用いて、熱式の空気流量測定素子１２について説明する。
【００２９】
空気流量測定素子１２は、半導体微細加工技術により作製され、単結晶シリコン基板上に電気絶縁層を形成し、その上に電気絶縁層を形成し、その上に少なくとも１つの発熱抵抗体及び感温抵抗体がパターン形成されている。これらの抵抗体形成領域は、図６では符号のＳの領域に相当する。シリコン基板のうち発熱抵抗体を形成した領域の下部（裏面）には、単結晶シリコン基板を電気絶縁層まで異方性エッチングにより除去した空洞部が形成される。このような構造をなすことにより、発熱抵抗体を熱的に絶縁することによって、省電力により抵抗を発熱させることが可能となり、空気流速と熱伝達を利用した空気流量検出が可能となる。
【００３０】
空気流量測定素子１２の製造プロセスについて説明する。
【００３１】
単結晶シリコン基板上に電気絶縁層として二酸化シリコン層を熱酸化あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の方法で形成後、窒化シリコン層をＣＶＤ等の方法で形成する。次に多結晶シリコン層をＣＶＤ等の方法で形成し、不純物としてリン（Ｐ）を熱拡散またはイオン注入によりドーピングする。その後、多結晶シリコン層をパターニングすることにより発熱抵抗体，感温抵抗体を形成する。
【００３２】
次に保護層として窒化シリコン層をＣＶＤ等の方法で形成する。その後、前述した方法と同様に保護層をパターニングし、電極を形成する部分の保護層を取り除く。次に、アルミニウム層を形成し、エッチングによりパターニングを行う。最後に、空洞部を形成するために、単結晶シリコン基板の発熱抵抗体を形成していない面にＣＶＤ等の方法により窒化シリコン層を形成し、パターニングを行う。その後、異方性エッチングを行い、空洞部を形成し、ダイシングによりチップに分割する。分割された空気流量測定素子１２は、例えば長辺が６mm、短辺が２.５mm、厚さが０.３mm程度である。
【００３３】
次に支持体となる積層基板の製造工程について説明する。
【００３４】
ここでは支持体はＬＴＣＣ焼結体１である。まず、厚さ０.１〜０.３mm程度のグリーンシートを所望の枚数だけ密着して重ね加圧して積層させる。
【００３５】
図５に示すように、支持体１の表面には、空気流量測定素子１２を配置するための窪み２５を設けるが、この窪み２５は、グリーンシートの状態で積層基板の任意の枚数に対し打ち抜き型により所望の形状に打ち抜いておくことにより、形成される。また最上層の第１層グリーンシート４には表層導体を絶縁コートする段差となる窪み７を設けるが、この窪み７もグリーンシート状態において１枚だけ打ち抜き型により所望の形状に打ち抜いておくことにより、形成される。
【００３６】
次に第２層グリーンシート５の内層導体６を印刷し、第１層グリーンシート４と第２層グリーンシート５を積層した際に段差となる窪み７が設けられ、各層を積層して積層体となる。前記窪み７の底面全面には第２層の内層導体６が露出する。積層体を圧着，焼成を行うことで、積層体と第１層グリーンシート４の絶縁コート材が一体化されＬＴＣＣ焼結体１となる。
【００３７】
第１層グリーンシート４である絶縁コート材は積層体と同一のグリーンシートであるため、ガラスや樹脂のペーストの様にダレを発生せず、第２層に設けた内層導体６の電極面に対して直角な面９を形成することができる。このためはんだ８の溶融，固化時において導体の露出を防ぐことができるため、腐食環境において、腐食に強い構造となる。また、第２層に設けた内層導体６の電極面に対して直角な面９によって、はんだ流出によるはんだボール飛びを防ぐことができる。
【００３８】
空気流量測定素子１２は、空気流量測定素子１２を配置するための窪み２５内に接着剤を介して実装される。窪み２５の深さは、この接着剤の厚みも考慮して、空気流量測定素子１２の表面と支持体であるＬＴＣＣ焼結体１（積層基板）の表面が一致するように設定する。これは支持体であるＬＴＣＣ焼結体１と空気流量測定素子１２の表面が一致せずに段差がある場合には、この段差により空気流が乱れて出力特性が不安定になるためである。接着剤２６は、エポキシまたはシリコン系の接着剤を使用している。
【００３９】
その接着態様は、シリコン基板の裏面の一部を窪み２５内の底面に接着するものである。支持体であるＬＴＣＣ焼結体１の表面または裏面には、必要があれば空気流量の電子回路に必要な抵抗膜を形成する。
【００４０】
図４に示すように、支持体であるＬＴＣＣ焼結体１のうちホルダー１４ａに片持ちされる側の一面に、空気流量計測に関する電子回路が形成されている。この電子回路部はＩＣチップ，抵抗などの部品により構成され、この電子回路部がホルダー１４ａ内に封止されている。
【００４１】
支持体であるＬＴＣＣ焼結体１は、その裏面が接着剤２７を介してホルダー１４ａの内面に固定され、電子回路部側はシリコンゲルなどにより樹脂封止されている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
車輌でのエンジン制御が主な使用用途であるが、他の船舶や発電機等のディーゼルエンジンを使った制御に対しても同様に利用が可能である。また、民生機器に対しても利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例を示す、はんだをリフローした多層基板の断面図。
【図２】本発明の一実施例を示す、チップ部品のはんだをリフローした多層基板の断面図。
【図３】本発明のコート用絶縁基板の積層工程図。
【図４】本発明の熱式空気流量計を内燃機関の吸気通路に装着した状態を示す縦断面図。
【図５】本発明の熱式空気流量計に搭載する基板。
【図６】本発明の熱式空気流量計に搭載する基板。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＬＴＣＣ焼結体
２  ビア導体
３，６  内層導体
４  第１層グリーンシート
５  第２層グリーンシート
７，２５  窪み
８  はんだ
９  第１層と第２層に設けた段差となる窪みによって形成される直角な面
１０  チップ部品
１１  熱式空気流量計
１２  空気流量測定素子
１３  副通路
１４ａ，１４ｂ  ホルダー
１５  樹脂
１６  導体
１７  金線
１８，２０  端子
１９  吸気管壁
２１  フランジ
２２  コネクタケース
２３  コネクタケースのピン端子
２４  ワイヤ
２６，２７  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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