(57)【要約】【課題】第１絶縁層の樹脂が孔部の内壁から滲み出すのを抑制し、凹部の形状が変化するのを防止することができる素子実装基板の製造方法を提供する。【解決手段】  Ｂステージ状態の第１絶縁層１に少なくとも１つ以上の貫通した孔部２を設けると共に、金属シート３に孔４を設け、孔部２と孔４を一致させながら第１絶縁層１の片面に金属シート３を積層した後、加熱加圧成形することによって第１絶縁層１を硬化させ、この第１絶縁層１に前記金属シート３を接着させると共に、前記孔部２で熱絶縁用の凹部５を形成するようにした素子実装基板Ａの製造方法に関する。加熱加圧成形の前に第１絶縁層１の孔部２を塞ぐように熱可塑性フィルム６を金属シート３に積層する。加熱加圧によって軟化した熱可塑性フィルム６の樹脂を孔部２に充填させる。加熱加圧成形の後に熱可塑性フィルム６を剥離して孔部２から樹脂を除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂステージ状態の第１絶縁層に少なくとも１つ以上の貫通した孔部を設けると共に、金属シートに孔を設け、孔部と孔を一致させながら第１絶縁層の片面に金属シートを積層した後、加熱加圧成形することによって第１絶縁層を硬化させ、この第１絶縁層に前記金属シートを接着させると共に、前記孔部で熱絶縁用の凹部を形成するようにした素子実装基板の製造方法であって、加熱加圧成形の前に第１絶縁層の孔部を塞ぐように熱可塑性フィルムを金属シートに積層し、加熱加圧によって軟化した熱可塑性フィルムの樹脂を孔部に充填させ、加熱加圧成形の後に熱可塑性フィルムを剥離して孔部から樹脂を除去することを特徴とする素子実装基板の製造方法。
【請求項２】
加熱加圧成形の前に第１絶縁層の金属シートが積層された側と反対側に第１回路基板、Ｂステージ状態の第２絶縁層、素子が実装された第２回路基板をこの順に積層し、加熱加圧成形することによって第１絶縁層及び第２絶縁層を硬化させ、第１絶縁層に第１回路基板を接着させると共に、第２絶縁層に素子を埋め込みつつ第１回路基板及び第２回路基板を接着させることを特徴とする請求項１に記載の素子実装基板の製造方法。
【請求項３】
加熱加圧成形の際に熱可塑性フィルムの流動性が第１絶縁層の流動性よりも高くなる状態が少なくとも存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の素子実装基板の製造方法。
【請求項４】
熱可塑性フィルムとして、少なくとも孔部に対向する面に離型層が設けられたものを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の素子実装基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法を使用して製造されたことを特徴とする素子実装基板。
【請求項６】
請求項５に記載の素子実装基板の凹部を跨いで焦電素子を実装すると共に、この素子実装基板を用いて形成されたことを特徴とする赤外線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱絶縁用の凹部を表面に設けて形成される素子実装基板及びその製造方法並びに素子実装基板を用いて形成される赤外線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱絶縁用の凹部５を表面に設けて形成される素子実装基板Ａは、赤外線検出器Ｂの製造等に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。従来、このような素子実装基板Ａは、基本的には図７に示すような工程を経て製造されている。すなわち、まず図７（ａ）のように、金属シート３、Ｂステージ状態の第１絶縁層１、表面に回路１３が設けられた第１回路基板７、Ｂステージ状態の第２絶縁層８、表面に回路１３が設けられ、かつ素子９が実装された第２回路基板１０をこの順に積層し、金属シート３の側に凸部２６を設けた金型２７を配置する。そして図７（ｂ）のように、プレス装置（図示省略）を用いて金型２７を上記積層物に押し付けて加熱加圧成形を行った後脱型すると、図７（ｃ）のように凹部５が表面に設けられた素子実装基板Ａを得ることができる。
【０００３】
しかし、上記のような製造方法にあっては、金属シート３を介して金型２７を第１絶縁層１に押し付けるようにしているので、金型２７の凸部２６の形状に沿って第１絶縁層１を追従させて変形させるのが難しく、実際には図８（ａ）のように凹部５の開口縁がだれてしまうという問題がある。そして赤外線検出器Ｂを製造するにあたって焦電素子１２は凹部５を跨いで実装されるため、上記のように凹部５の開口縁がだれていると、図８（ｂ）のように実装不良が発生したり、焦電素子１２の感度が低下したりするものである。
【０００４】
このような問題は、例えば図９に示すような工程を経て一応解決することができる。すなわち、図９（ａ）（ｂ）のように金属シート３、第１絶縁層１、第１回路基板７、第２絶縁層８、第２回路基板１０をこの順に重ねて加熱加圧して積層成形した後、図９（ｃ）のように座ぐり加工を行って凹部５を設けるというものである。ところが、一般的に座ぐり加工は時間がかかる上に、凹部５の底面を平坦に露出させるためには高度の加工精度が要求されるので、実用的であるとはいえない。
【０００５】
そこで、現状は図１０に示すような方法で素子実装基板Ａの製造が行われている。すなわち、図１０（ａ）のように貫通した孔４があらかじめ設けられた金属シート３、貫通した孔部２があらかじめ設けられた第１絶縁層１、第１回路基板７、第２絶縁層８、第２回路基板１０をこの順に重ねて加熱加圧して積層成形するというものである。このような方法であれば、短時間で凹部５を設けることができ、しかも凹部５の開口縁がだれるのを防止することができるものである。
【特許文献１】特開平５−３３２８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１０に示すような方法にあっては、加熱加圧成形の際に図１１（ａ）のように凹部５の内壁から第１絶縁層１の樹脂が滲み出し、凹部５の形状が変化するという問題がある。そして赤外線検出器Ｂを製造するにあたって焦電素子１２は図１１（ｂ）のように凹部５を跨いで実装されるが、焦電素子１２と凹部５の底面との間隔が不均一になって、凹部５の形状、特に凹部５の断面積が変化してしまうと、焦電素子１２の感度に悪影響を及ぼしてしまうものである。この場合、焦電素子１２を実装する前にプラズマ法のようなデスミア処理を行って凹部５の形状を整えることも考えられるが、このような処理では不要な樹脂のみを除去するのが難しい。
【０００７】
また、第１絶縁層１にセラミックを使用することも考えられる。すなわち、あらかじめ貫通した孔部２が設けられたグリーンシートを複数枚重ね合わせて焼結するというものである。この場合、凹部５の内壁から樹脂が滲み出すことはないが、そもそもセラミック基板は寸法安定性が悪いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、第１絶縁層の樹脂が孔部の内壁から滲み出すのを抑制し、凹部の形状が変化するのを防止することができる素子実装基板及びその製造方法並びに赤外線検出器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る素子実装基板の製造方法は、Ｂステージ状態の第１絶縁層１に少なくとも１つ以上の貫通した孔部２を設けると共に、金属シート３に孔４を設け、孔部２と孔４を一致させながら第１絶縁層１の片面に金属シート３を積層した後、加熱加圧成形することによって第１絶縁層１を硬化させ、この第１絶縁層１に前記金属シート３を接着させると共に、前記孔部２で熱絶縁用の凹部５を形成するようにした素子実装基板Ａの製造方法であって、加熱加圧成形の前に第１絶縁層１の孔部２を塞ぐように熱可塑性フィルム６を金属シート３に積層し、加熱加圧によって軟化した熱可塑性フィルム６の樹脂を孔部２に充填させ、加熱加圧成形の後に熱可塑性フィルム６を剥離して孔部２から樹脂を除去することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１において、加熱加圧成形の前に第１絶縁層１の金属シート３が積層された側と反対側に第１回路基板７、Ｂステージ状態の第２絶縁層８、素子９が実装された第２回路基板１０をこの順に積層し、加熱加圧成形することによって第１絶縁層１及び第２絶縁層８を硬化させ、第１絶縁層１に第１回路基板７を接着させると共に、第２絶縁層８に素子９を埋め込みつつ第１回路基板７及び第２回路基板１０を接着させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、加熱加圧成形の際に熱可塑性フィルム６の流動性が第１絶縁層１の流動性よりも高くなる状態が少なくとも存在することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、熱可塑性フィルム６として、少なくとも孔部２に対向する面に離型層１１が設けられたものを用いることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項５に係る素子実装基板は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法を使用して製造されたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項６に係る赤外線検出器は、請求項５に記載の素子実装基板Ａの凹部５を跨いで焦電素子１２を実装すると共に、この素子実装基板Ａを用いて形成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る素子実装基板の製造方法によれば、加熱加圧成形の際に軟化した熱可塑性フィルムの樹脂が孔部に充填されることによって、第１絶縁層の樹脂が孔部の内壁から滲み出すのを抑制し、凹部の形状が変化するのを防止することができるものである。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、容易に多層化及び高密度実装化を図ることができるものである。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、第１絶縁層の樹脂が孔部の内壁から滲み出る前に熱可塑性フィルムの樹脂を孔部に充填させることができ、第１絶縁層の樹脂の滲み出しを一層確実に防止することができるものである。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、離型層によって熱可塑性フィルムの剥離を容易に行うことができるものである。
【００１９】
本発明の請求項５に係る素子実装基板によれば、第１絶縁層の樹脂が凹部の内面に滲み出していないものである。
【００２０】
本発明の請求項６に係る赤外線検出器によれば、検出感度を高めることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本例ではまずＢステージ状態の第１絶縁層１及び第２絶縁層８、金属シート３、第１回路基板７、第２回路基板１０、熱可塑性フィルム６を用意する。
【００２３】
Ｂステージ状態の第１絶縁層１及び第２絶縁層８としては、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂に無機充填材を５０〜９５質量％配合して調製した樹脂組成物や熱可塑性樹脂単体を厚み１０〜１０００μｍのシート状に成形したもの（有機グリーンシート）や、上記樹脂組成物をガラスクロス等の基材に含浸させて乾燥させたプリプレグを用いることができる。ここで、熱硬化性樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、アラルキルエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、トリグリシジルイソシアヌレート、脂環式エポキシ樹脂等を用いることができる。また熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂等を用いることができる。また無機充填材としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、シリカ、チタン酸バリウム、酸化チタン、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、グアニジン塩、ホウ酸亜鉛、モリブデン化合物、スズ酸亜鉛、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、雲母粉等を用いることができる。また樹脂組成物にはジシアンジアミド、フェノール、酸無水物等の硬化剤を配合することができる。そしてＢステージ状態の第１絶縁層１には少なくとも１つ以上の貫通した孔部２が設けられている。孔部２は例えば平面視長孔状に形成することができるが、これに限定されるものではない。一方、Ｂステージ状態の第２絶縁層８には孔部２が設けられていない。
【００２４】
また金属シート３としては、例えば、厚み１〜７０μｍの銅箔等の金属箔を用いることができる。そしてこの金属シート３には、第１絶縁層１に設けた孔部２と同形状・同数の孔４が設けられている。特に図３のように金属シート３の孔４の内縁と第１絶縁層１の孔部２の内縁との距離ｗが２０〜１５０μｍであることが好ましい。金属シート３の孔４の内径が第１絶縁層１の孔部２の内径以下であると、加熱加圧成形の際に金属シート３の孔４の内縁部が第１絶縁層１の孔部２内に引きずり込まれ、これによって凹部５の形状が変化するおそれがあるが、上記のように金属シート３の孔４の内径が第１絶縁層１の孔部２の内径より大きいと、加熱加圧成形の際に金属シート３の孔４の内縁部が第１絶縁層１の孔部２内に引きずり込まれるのを防止することができるものである。
【００２５】
また第１回路基板７及び第２回路基板１０としては、金属張積層板にサブトラクティブ法等を使用して作製された多層回路基板等を用いることができる。第１回路基板７の両面には回路１３が形成されていると共に、この両面の回路１３はスルーホールめっき等の層間接続部１４によって電気的に導通されている。第２回路基板１０の片面には回路１３が形成されてチップ抵抗やチップコンデンサ等の素子９が実装され、他の片面には全面にわたって金属シート３が設けられていると共に、回路１３及び金属シート３はスルーホールめっき等の層間接続部１４によって電気的に導通されている。
【００２６】
また熱可塑性フィルム６としては、例えば、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂を厚み１０〜１０００μｍのシート状に成形したものを用いることができるが、厚みはこの範囲に限定されるものではない。特に熱可塑性フィルム６としては、後述する加熱加圧成形の際にその流動性が第１絶縁層１の流動性よりも高くなる状態が少なくとも存在するようなものを用いるのが好ましい。具体的には、例えば、Ｂステージ状態の第１絶縁層１として上述した有機グリーンシートを用いる場合には、熱可塑性フィルム６としてポリオレフィン樹脂で成形されたものを用いるのが好ましい。さらに熱可塑性フィルム６の片面又は両面には、図４（ａ）（ｂ）のように厚み１〜２００μｍの離型層１１が設けられているのが好ましい。この離型層１１は、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリメチルペンテン等の離型性を有するポリオレフィン樹脂で形成することができる。
【００２７】
ここで、熱可塑性フィルム６とＢステージ状態の第１絶縁層１の流動性の大小関係は、次のようにして事前に確認することができる。例えば、図６（ａ）のように円形の熱可塑性フィルム６（１００ｍｍφ、厚み２００μｍ）を２枚の離型フィルム２９で挟み、さらにこれを２枚の成形プレート２８で挟んで、これをプレス装置（図示省略）によって加熱加圧成形する。このときの成形条件は、例えば、温度７０℃、圧力５ＭＰａ（５１．０ｋｇ／ｃｍ２）、時間１０分に設定する。そして流動性は、成形前後の熱可塑性フィルム６の面積を算出し、これらの面積を用いて、次式のように数値化することができる。
【００２８】
流動性（％）＝〔成形後の面積／成形前の面積〕×１００
このようにして熱可塑性フィルム６の流動性を数値として求めることができる。一方、Ｂステージ状態の第１絶縁層１の流動性についても同様にして数値として求めることができる。下記［表１］は、温度７０℃、９０℃、１１０℃、１３０℃において、熱可塑性フィルム６とＢステージ状態の第１絶縁層１の流動性の大小関係の一例を示すものである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記のように、温度のみならず、圧力、時間を適宜に変更することによって、熱可塑性フィルム６とＢステージ状態の第１絶縁層１の流動性の大小関係を事前に確認することができる。
【００３１】
そして素子実装基板Ａを製造するにあたっては、まず図１（ａ）のように孔部２と孔４を一致させながらＢステージ状態の第１絶縁層１の片面に金属シート３を積層すると共に、第１絶縁層１の金属シート３が積層された側と反対側に第１回路基板７、Ｂステージ状態の第２絶縁層８、素子９が実装された第２回路基板１０をこの順に積層する。このとき第２回路基板１０の素子９が実装された面は第２絶縁層８の側に向けている。さらに、孔４を設けた金属シート３の側において第１絶縁層１の孔部２を塞ぐように熱可塑性フィルム６を金属シート３に積層する。
【００３２】
その後、この積層物を２枚のプレート（図示省略）で挟み、必要に応じて積層物とプレートとの間に離型シートや金属箔を介在させ、プレス装置（図示省略）によって図１（ｂ）のように加熱加圧成形することによって、第１絶縁層１及び第２絶縁層８をＣステージ状態となるまで硬化させ、第１絶縁層１に金属シート３及び第１回路基板７を接着させる。また第２絶縁層８に第１回路基板７を接着させ、さらに第２絶縁層８に素子９を埋め込みつつ第２回路基板１０を接着させる。加熱加圧成形の工程は１次工程（主として熱可塑性フィルム６の樹脂を充填する工程）と２次工程（主として第１絶縁層１を硬化させる工程）とに分けることができる。１次工程における成形条件は、例えば、７０〜１５０℃、１〜１０ＭＰａ、５分〜１時間に設定することができる。なお、積層物のズレ防止のため、１次工程の温度に達するまでの間、０．１〜１ＭＰａ程度の圧力をかけてもよい。一方、２次工程における成形条件は、例えば、１５０〜２３０℃、１〜１０ＭＰａ、３０分〜５時間に設定することができる。そしてこのような加熱加圧によって熱可塑性フィルム６は軟化し、その樹脂が第１絶縁層１の孔部２に入り込んでこの孔部２を充填することになる。このように、加熱加圧成形の際に軟化した熱可塑性フィルム６の樹脂が孔部２に充填されることによって、第１絶縁層１の樹脂が孔部２の内壁から滲み出すのを抑制し、凹部５の形状が変化するのを防止することができるものである。しかも加熱加圧成形の際に熱可塑性フィルム６の流動性が第１絶縁層１の流動性よりも高くなる状態が少なくとも存在する場合には、第１絶縁層１の樹脂が孔部２の内壁から滲み出る前に熱可塑性フィルム６の樹脂を孔部２に充填させることができ、第１絶縁層１の樹脂の滲み出しを一層確実に防止することができるものである。なお、加熱加圧成形は、熱可塑性フィルム６の充填性や第１絶縁層１及び第２絶縁層８のボイド低減の点から、真空雰囲気下で行うのが好ましい。
【００３３】
そして加熱加圧成形の後に熱可塑性フィルム６が再び硬化したのを確認した上で、図１（ｃ）のように熱可塑性フィルム６を剥離して孔部２から樹脂を除去することによって、この孔部２で熱絶縁用の凹部５が形成された素子実装基板Ａを得ることができるものである。特に熱可塑性フィルム６として、上述した図４のように、少なくとも孔部２に対向する面に離型層１１が設けられたものを用いる場合には、この離型層１１によって熱可塑性フィルム６の剥離を容易に行うことができるものである。
【００３４】
このようにして製造された素子実装基板Ａにあっては、第１回路基板７及び第２回路基板１０が用いられていると共に、第２回路基板１０に実装された素子９が第２絶縁層８に埋め込まれているので、容易に多層化及び高密度実装化を図ることができるものである。
【００３５】
赤外線検出器Ｂを製造するにあたっては、まず図２（ａ）のように素子実装基板Ａの最外層に回路１３を形成する。このとき凹部５の開口縁上面の回路１３は、焦電素子１２を実装するためのランド１５として形成される。その後、図２（ｂ）のように銀ペースト等の導電性ペースト１６を用いて焦電素子１２の両側の電極とランド１５とを接合することによって、素子実装基板Ａの凹部５を跨いで焦電素子１２を実装する。このようにして焦電素子１２が実装された素子実装基板Ａを用いて図５に示すような赤外線検出器Ｂを形成することができる。
【００３６】
すなわち、この赤外線検出器Ｂは、上記素子実装基板Ａと、これを収納するキャンパッケージからなるパッケージ１７とを備えて形成されている。
【００３７】
パッケージ１７は、絶縁材料からなるスペーサ１８を介して素子実装基板Ａが実装される金属製のステム１９と、素子実装基板Ａを覆うようにステム１９に固着される金属製のキャップ２０とを備えて形成され、素子実装基板Ａの所定箇所と電気的に接続される複数本の端子ピン２１がステム１９を貫通する形で設けられている。ステム１９は円盤状に形成され、キャップ２０は後面が開放された有底円筒状に形成されており、後面がステム１９により閉塞されている。なお、スペーサ１８と素子実装基板Ａ及びステム１９とは接着剤により固着されている。
【００３８】
また、キャップ２０において焦電素子１２の前方に位置する前壁には、矩形状の窓部２２が形成されており、焦電素子１２の受光面へ赤外線を集光する光学部材として、赤外線レンズ２３が窓部２２を覆うようにキャップ２０の内側から配設されている。
【００３９】
また、キャップ２０及びステム１９は鋼板により形成されており、ステム１９の周部に形成されたフランジ部２４に対して、キャップ２０の後端縁から外方に延設された外鍔部２５を溶接により封着してある。
【００４０】
上記のようにして形成された赤外線検出器Ｂにあっては、内部に収納されている素子実装基板Ａにおいて熱絶縁用の凹部５の開口縁がだれていないので、焦電素子１２の実装性を高く得ることができるものである。また、素子実装基板Ａにおいて第１絶縁層１の樹脂が凹部５の内面に滲み出していないので、凹部５の形状、特に凹部５の断面積は成形前後において変化しておらず、これによって焦電素子１２の検出感度を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。
【図２】図１に示す工程に続く工程を示すものであり、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図４】熱可塑性フィルムの他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【図５】赤外線検出器の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はキャップをステムから外した状態を示す斜視図である。
【図６】流動性の評価方法を示すものであって、熱可塑性フィルム単体又はＢステージ状態の第１絶縁層単体を加圧する場合の断面図である。
【図７】従来の技術の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。
【図８】図７に示す工程に続く工程を示すものであり、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【図９】従来の技術の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。
【図１０】従来の技術のさらに他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【図１１】図１０に示す工程に続く工程を示すものであり、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ  素子実装基板
Ｂ  赤外線検出器
１  第１絶縁層
２  孔部
３  金属シート
４  孔
５  凹部
６  熱可塑性フィルム
７  第１回路基板
８  第２絶縁層
９  素子
１０  第２回路基板
１１  離型層
１２  焦電素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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