(57)【要約】【課題】セラミック基板とマザーボードとの熱膨張係数差に起因する応力によるはんだ接続部へのダメージを低減するために、セラミック基板の一面とマザーボードとの距離を大きくしつつ、当該距離を確保するのに適した構成を実現する。【解決手段】一面１１側に電極１４を有するセラミック基板１０と、セラミック基板１０の一面１１より突出するように電極１４に直接接合された焼成金属よりなる金属部材２０と、セラミック基板１０の一面１１に対向して配置されたマザーボード３０と、金属部材２０とマザーボード３０との間に介在し、これらを接合するはんだ４０と、を備え、金属部材２０は、はんだ４０よりも融点の高い焼成金属よりなり、金属部材２０の厚さｔ１は、はんだ４０のうち金属部材２０の突出先端部とマザーボード４０との間に介在する部位の厚さｔ２よりも大きくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１１）側に電極（１４）を有するセラミックよりなるセラミック基板（１０）と、
前記セラミック基板の一面より突出するように前記電極に直接接合された焼成金属よりなる金属部材（２０）と、
前記セラミック基板の一面に対向して配置されたマザーボード（３０）と、
前記金属部材と前記マザーボードとの間に介在し、前記金属部材と前記マザーボードとを接合するはんだ（４０）と、を備え、
前記金属部材は、前記はんだよりも融点の高い焼成金属よりなり、
前記セラミック基板の一面から前記マザーボードに向かう方向において、前記金属部材の厚さ（ｔ１）は、前記はんだのうち前記金属部材の突出先端部と前記マザーボードとの間に介在する部位の厚さ（ｔ２）よりも大きくなっていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記金属部材は、前記セラミック基板側から前記マザーボード側に向かって先窄まりとなっている錐体形状をなすものであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記セラミック基板の一面には、前記金属部材の突出先端部側を露出させつつ前記金属部材の根元部側を封止する樹脂層（１１０）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板とこれに対向するマザーボードとの間を焼成金属よりなる金属部材を介して接合してなる電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の電子装置としては、一面側に電極を有するセラミックよりなるセラミック基板と、セラミック基板の一面より突出するように電極に直接接合された焼成金属よりなる金属部材と、セラミック基板の一面に対向して配置されたマザーボードとを備え、はんだを、金属部材とマザーボードとの間に介在させてこれら両者を接合したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来構造の場合、セラミック基板とマザーボードとの熱膨張係数差に起因する応力によって、はんだ接続部にダメージが発生しやすい。そのため、セラミック基板の一面とマザーボードとの距離を大きく確保することで、当該応力を低減することが望ましい。
【０００５】
この場合、はんだの厚さを大きくすることで当該距離を大きくすることが考えられるが、はんだの厚さを大きくしようしても、はんだ接合のためのリフロー等により、はんだ厚さのバラツキが生じ、当該距離の確保を実現することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、セラミック基板とマザーボードとの熱膨張係数差に起因する応力によるはんだ接続部へのダメージを低減するために、セラミック基板の一面とマザーボードとの距離を大きくしつつ、当該距離を確保するのに適した構成を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）側に電極（１４）を有するセラミックよりなるセラミック基板（１０）と、セラミック基板の一面より突出するように前記電極に直接接合された焼成金属よりなる金属部材（２０）と、セラミック基板の一面に対向して配置されたマザーボード（３０）と、金属部材とマザーボードとの間に介在し、金属部材とマザーボードとを接合するはんだ（４０）と、を備え、金属部材は、はんだよりも融点の高い焼成金属よりなり、セラミック基板の一面からマザーボードに向かう方向において、金属部材の厚さ（ｔ１）は、はんだのうち金属部材の突出先端部とマザーボードとの間に介在する部位の厚さ（ｔ２）よりも大きくなっていることを特徴とする。
【０００８】
それによれば、セラミック基板の一面とマザーボードとの距離は、はんだの厚さではなく、金属部材の厚さが支配的に規定するため、はんだのリフロー等によるはんだの厚さばらつきが生じても、当該距離を大きく確保することができる。このように、本発明によれば、セラミック基板とマザーボードとの熱膨張係数差に起因する応力によるはんだ接続部へのダメージを低減するために、セラミック基板の一面とマザーボードとの距離を大きくしつつ、当該距離を確保するのに適した構成を実現することができる。
【０００９】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１の電子装置においては、金属部材は、セラミック基板側からマザーボード側に向かって先窄まりとなっている錐体形状をなすものであることが好ましい。
【００１０】
金属部材は、典型的には金属ペーストをマスク印刷して焼成することで作製されるが、このような錐体形状の金属部材とすれば、印刷用のマスクから抜けやすいものとなり、好ましい。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の電子装置において、セラミック基板の一面には、金属部材の突出先端部側を露出させつつ金属部材の根元部側を封止する樹脂層（１１０）が設けられていることを特徴とする。それによれば、金属部材の根元部側が樹脂層で封止されるため、金属部材の機械的強度が向上する。
【００１２】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態にかかる電子装置の概略断面構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）中の金属部材の近傍部の拡大図である。
【図２】図１に示される電子装置の製造方法の第１の例を示す工程図である。
【図３】図２に続く製造方法の第１の例を示す工程図である。
【図４】図１に示される電子装置の製造方法の第２の例を示す工程図である。
【図５】図３に続く製造方法の第２の例を示す工程図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる電子装置の概略断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電子装置について、図１を参照して述べる。この電子装置は、たとえば自動車に搭載されるセンサ装置等に適用されるものである。
【００１６】
本実施形態の電子装置は、大きくは、セラミックよりなるセラミック基板１０と、セラミック基板１０の一面１１に設けられた焼成金属よりなる金属部材２０と、セラミック基板１０の一面１１に対向して配置されたマザーボード３０と、金属部材２０とマザーボード３０との間に介在し、金属部材２０とマザーボード３０とを接合するはんだ４０と、を備えて構成されている。
【００１７】
セラミック基板１０は、マザーボード３０と接合される一面１１が実質的に平坦な面であり、この一面とは反対側の他面１２側にセンサチップ５０等の実装部品が搭載されるものである。ここでは、セラミック基板１０の他面１２側には、凹部１３が設けられ、この凹部１３内に上記実装部品が搭載されている。
【００１８】
セラミック基板１０は、アルミナやシリカ等のセラミックよりなり、ここでは、図示しないが多層基板として構成されている。そして、このセラミック基板１０は、典型的な多層基板と同様の方法で製造されるものであり、層間等に形成された図示しない内層配線や、基板表面に露出する表層配線が設けられている。
【００１９】
ここで、セラミック基板１０の一面１１には、表層配線として、金属部材２０が接合される電極１４が設けられている。この電極１４は、銅、タングステン、モリブデン等の導体金属等よりなる。なお、セラミック基板１０の一面１１において、電極１４の配置パターンは、特に限定するものではないが、たとえばドットマトリクス状パターン、あるいは当該一面１１の周辺部のみに配置されるパターン等の配置形態を採用できる。
【００２０】
また、セラミック基板１０の他面１２側の凹部１３には、光センサ、加速度センサ等の用をなすセンサチップ５０が搭載されている。このセンサチップ５０は、ＭＥＭＳ等の技術を用いてシリコン半導体等よりなるものであり、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の接着剤６０を介して、凹部１３内にてセラミック基板１０に接着され固定されている。
【００２１】
そして、このセンサチップ５０とセラミック基板１０とは、凹部１３内にて、金やアルミ等のワイヤボンディングよりなるワイヤ７０によって電気的に接続されている。こうして、センサチップ５０は、上記したセラミック基板１０の表層配線および内層配線とともに電気回路を構成し、センサチップ５０は電極１４を介して外部と電気的に接続されている。
【００２２】
また、本実施形態では、セラミック基板１０の他面１２にて凹部１３を閉塞する蓋８０が設けられている。この蓋８０は、たとえば金属やガラス等よりなるもので、ここでは、セラミック基板１０の他面１２に設けられた接合材９０により、セラミック基板１０の他面１２に接合されている。ここで、接合材９０は、金属や樹脂等よりなる。
【００２３】
金属部材２０は、セラミック基板１０の一面１１よりマザーボード３０側に突出するように電極１４に直接接合されている。上述したように、金属部材２０は、焼成金属よりなるが、はんだ４０よりも融点の高い焼成金属よりなるものであり、具体的には、安価なＡｇ−Ｓｎ合金や、純Ａｇ等よりなる。
【００２４】
ここでは、金属部材２０は、セラミック基板１０側からマザーボード３０側に向かって先窄まりとなっている錐体形状をなすものとされている。具体的には、金属部材２０は、円錐もしくは角錐をなす。本実施形態の金属部材２０は、後述するように金属ペーストをマスク印刷して焼成することで作製されるものであり、電極１４と金属部材２０とは、金属接合等により接合されている。
【００２５】
セラミック基板１０の一面１１に対向して配置されたマザーボード３０は、セラミック基板１０を搭載し、支持するとともに、セラミック基板１０との間で金属部材２０を介して電気的なやり取りを行うものである。具体的には、マザーボード３０としては、プリント基板、セラミック基板等の回路基板や、リードフレーム等が挙げられる。
【００２６】
そして、金属部材２０とマザーボード３０との間に介在するはんだ４０によって、金属部材２０とマザーボード３０とは、電気的および機械的に接合されている。このはんだ４０は、Ｓｎなどを含む共晶はんだや、鉛フリーはんだ等よりなる。こうして、セラミック基板１０とマザーボード３０とは電気的に接続され、たとえばセンサチップ５０とマザーボード３０との間で信号のやり取りが可能とされている。
【００２７】
ここにおいて、本実施形態では、図１（ｂ）に示されるように、セラミック基板１０の一面１１からマザーボード３０に向かう方向（図１（ｂ）中の上下方向）において、金属部材２０の厚さｔ１は、はんだ４０のうち金属部材２０の突出先端部とマザーボード３０との間に介在する部位の厚さｔ２よりも大きくなっている。つまり、ｔ１＞ｔ２の関係とされている。
【００２８】
はんだ４０は、印刷、リフローにより接合を行うものであるため、図１（ｂ）に示されるように、金属部材２０の突出先端部よりも金属部材２０の側面に沿って多少盛り上がるように形成される。しかしながら、本実施形態におけるはんだ４０の厚さｔ２は、あくまでも、金属部材２０の突出先端部とマザーボード３０との間に介在するはんだ４０の部分の厚さｔ２である。
【００２９】
つまり、本実施形態によれば、ｔ１＞ｔ２の関係とされているため、セラミック基板１０の一面１１とマザーボード３０との距離（ｔ１＋ｔ２）は、はんだ４０の厚さｔ２ではなく、金属部材２０の厚さｔ１が支配的に規定するものとなっている。
【００３０】
次に、本実施形態の電子装置の製造方法について図２〜図５を参照して述べる。なお、これら図２〜図５では、セラミック基板１０の一面１１の電極１４については、図示を省略してある。
【００３１】
まず、図２、図３を参照して、本製造方法の第１の例について述べる。この第１の例では、セラミック基板１０は多連状態のものを用い、この多連状態のセラミック基板１０に対して製造を進めていき、最終的に、これを個々の製品単位にカットして、本電子装置を完成させていく方法を示す。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示されるように、多連状態のセラミック基板１０を用意する（多連基板用意工程）。ここでは、多連状態のセラミック基板１０の他面１２には、上記蓋８０を接合するための接合材９０が設けられている。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示されるように、多連状態のセラミック基板１０の一面１１に、金属部材２０の印刷用マスクとしての樹脂シート１００を貼り付ける（印刷用シート貼り付け工程）。この樹脂シート１００は、たとえば液晶ポリマーやポリイミドなどの樹脂をシート状に成形してなるものである。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示されるように、樹脂シート１００に対し、金属部材２０の形成位置にて、金属部材２０の外形に対応した空間形状を有する開口部１０１を形成する（シート開口部形成工程）。この開口部１０１は、たとえばレーザ加工やエッチングなどにより形成される。
【００３５】
次に、図３（ａ）に示されるように、セラミック基板１０の一面１１側にて、金属部材２０を形成する（金属部材形成工程）。具体的には、金属部材２０を構成する金属ペーストを、樹脂シート１００の開口部１０１に印刷により充填した後、このペーストを焼成することにより、金属部材２０を形成する。
【００３６】
その後、図３（ｂ）に示されるように、樹脂シート１００を除去する（印刷用シート除去工程）。この樹脂シート１００の除去は、剥離やエッチング等により行うことができる。それにより、セラミック基板１０の一面２１に金属部材２０を残しつつ、樹脂シート１００が除去される。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示されるように、多連状態のセラミック基板１０を、ダイシングカットなどによって、個々の製品単位に分割する。それにより、一面１１に金属部材２０が形成されたセラミック基板１０ができあがる。
【００３８】
その後は、図示しないが、このセラミック基板１０の他面１２側に、センサチップ５０の搭載、ワイヤボンディング、蓋８０の接合を行うとともに、このセラミック基板１０を、金属部材２０を介して、マザーボード３０にはんだ付けする（基板はんだ付け工程）。こうして、図１に示される本実施形態の電子装置ができあがる。
【００３９】
次に、図４、図５を参照して、本電子装置の製造方法の第２の例について述べる。この第２の例では、初めから１個の製品単位に形成されたセラミック基板１０を複数個用意し、これらセラミック基板１０に対して製造を進めていくものである。
【００４０】
まず、図４（ａ）に示されるように、個々の製品単位とされたセラミック基板１０を複数個用意する（基板用意工程）。ここでも、個々のセラミック基板１０の他面１２には、上記蓋８０を接合するための接合材９０が設けられている。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示されるように、個々のセラミック基板１０の他面１２に、複数個のセラミック基板１０を仮固定するためのキャリア板２００を貼り付ける（キャリア板貼り付け工程）。このキャリア板２００は、特に材質を限定するものではないが、たとえばエポキシ樹脂等の樹脂よりなる。これにより、複数個のセラミック基板１０がキャリア板２００に支持される。
【００４２】
そして、図４（ｃ）に示されるように、個々のセラミック基板１０の一面１１に、上記した印刷用の樹脂シート１００を貼り付け（印刷用シート貼り付け工程）、さらに、この樹脂シート１００に対し、上記第１の例と同様に開口部１０１を形成する（シート開口部形成工程）。
【００４３】
次に、図５（ａ）に示されるように、上記同様に、印刷、焼成によって、セラミック基板１０の一面１１側にて、金属部材２０を形成する（金属部材形成工程）。その後、図５（ｂ）に示されるように、上記同様の方法にて、樹脂シート１００を除去する（印刷用シート除去工程）。
【００４４】
その後は、図５（ｃ）に示されるように、個々のセラミック基板１０からキャリア板２００を剥離する。それにより、一面１１に金属部材２０が形成されたセラミック基板１０が複数個できあがる。
【００４５】
その後は、上記第１の例と同様、図示しないが、センサチップ５０の搭載、ワイヤボンディング、蓋８０の接合を行うとともに、マザーボード３０へのはんだ付けを行う。こうして、この第２の例の製造方法によっても、図１に示される本実施形態の電子装置ができあがる。
【００４６】
ところで、本実施形態によれば、セラミック基板１０の一面１１とマザーボード３０との距離（ｔ１＋ｔ２）は、はんだ４０の厚さｔ２ではなく、金属部材２０の厚さｔ１が支配的に規定するため、はんだ４０のリフロー等によるはんだ４０の厚さばらつきが生じても、当該距離を大きく確保することができる。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、セラミック基板１０とマザーボード３０との熱膨張係数差に起因する応力によるはんだ接続部へのダメージを低減するために、セラミック基板１０の一面１１とマザーボード３０との距離を大きくしつつ、当該距離を確保するのに適した構成を実現することができる。）
また、本実施形態では、金属部材２０は、セラミック基板１０側からマザーボード３０側に向かって先窄まりとなっている錐体形状をなすものである。本実施形態の金属部材２０は、上記したように金属ペーストをマスク印刷して焼成することで作製されるが、このような錐体形状の金属部材２０とすれば、印刷用マスクとしての樹脂シート１００から金属部材２０が抜けやすくなる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる電子装置について、図６を参照して述べる。本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、樹脂層１１０が付加された点が相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
【００４９】
図６に示されるように、本実施形態では、セラミック基板１０の一面１１に、樹脂層１１０が設けられている。この樹脂層１１０は、金属部材２０の突出先端部側を露出させつつ金属部材２０の根元部側を封止している層状のものである。
【００５０】
つまり、この樹脂層１１０は、セラミック基板１０の一面１１にて金属部材２０の厚さｔ１よりも薄いものではあるが、金属部材２０の根元部側を封止する程度の厚さを有する。それゆえ、金属部材２０の突出先端側は樹脂層１１０より突出して露出している。この樹脂層１１０は、たとえば液晶ポリマーやポリイミドなどの樹脂よりなる。
【００５１】
このような樹脂層１１０は、たとえば上記樹脂シート１００の一部を残すことにより形成される。具体的には、樹脂シート１００をセラミック基板１０の一面１１側から２層のものが積層された構成のものとし、金属部材２０を形成した後、印刷用シート除去工程において、セラミック基板１０の一面１１に近い層を残し、遠い層のみを剥離等で除去するようにすればよい。それにより、当該残された近い層が樹脂層１１０として構成される。
【００５２】
または、上記印刷用シート除去工程において、樹脂シート１００の除去をエッチングにより行う場合には、樹脂シート１００は単層のものであってもよく、この場合には、樹脂シート１００の厚さ方向の途中までエッチングで除去してやればよい。
【００５３】
このような樹脂層１１０を有する本実施形態の電子装置によれば、金属部材２０の根元部側が樹脂層１１０で封止されるため、金属部材２０の機械的強度が向上するという効果が期待できる。
【００５４】
（他の実施形態）
なお、セラミック基板１０としては、マザーボード３０と接合される一面１１とは反対側の他面１２側に実装部品が搭載されるものであればよく、当該他面１２側も平坦面な形状であってもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、金属部材２０は、セラミック基板１０側からマザーボード３０側に向かって先窄まりとなっている錐体形状をなすものであったが、これに限定されるものではなく、可能ならば、ストレートな柱状等の形状をなすものであってもよい。
【００５６】
また、上記図２〜図５に示した製造方法では、セラミック基板１０に金属部材２０を形成した後、センサチップ５０の搭載、ワイヤボンディング、蓋８０の接合を行ったが、これに限定するものではなく、たとえば、これらセンサチップ５０の搭載、ワイヤボンディング、蓋８０の接合を行った後、セラミック基板１０に金属部材２０を形成するようにしてもよい。
【００５７】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１０  セラミック基板
１１  セラミック基板の一面
１４  電極
２０  金属部材
３０  マザーボード
４０  はんだ
【図１】
2014060230.tif 000003
【図２】
2014060230.tif 000004
【図３】
2014060230.tif 000005
【図４】
2014060230.tif 000006
【図５】
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【図６】
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