電子部品内蔵基板および電子モジュール。
【課題】電子モジュールの基板上にESD保護部品を実装することにより、電子モジュールの当初の特性がずれ、ESD保護効果が薄れてしまうという問題を解消する。
【解決手段】電子部品内蔵基板1は内部に少なくとも1つの電子部品素子を内蔵した電子部品内蔵基板1の内部に、更にESD保護素子を設け、そのESD保護素子2を、少なくとも、その電子部品内蔵基板の内部に形成された空洞部と、空洞部内において対向して形成された一対の放電電極とで構成し、かつ、ESD保護素子2を、電子部品素子と一体的に形成するようにした。
【解決手段】電子部品内蔵基板1は内部に少なくとも1つの電子部品素子を内蔵した電子部品内蔵基板1の内部に、更にESD保護素子を設け、そのESD保護素子2を、少なくとも、その電子部品内蔵基板の内部に形成された空洞部と、空洞部内において対向して形成された一対の放電電極とで構成し、かつ、ESD保護素子2を、電子部品素子と一体的に形成するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
IC素子やSAW素子などの精密な構造からなる電子部品素子が実装され、高精度に機能動作する電子モジュールにおいては、ESD(Electro−Static Discharge;静電気放電)対策を施し、帯電した物体が接触や近接しても、実装された電子部品素子や電子モジュール自体が、損傷したり誤作動したりすることを防止することが重要な課題になっている。
【0002】
従来、電子モジュールにおいては、このESD対策として、例えば、特許文献1(特開2001−43954号公報)に開示されるようなESD保護部品を、基板上に搭載することがおこなわれている。
【0003】
このESD保護部品は、例えば、図11に示すように、絶縁性の素子本体101に形成された空洞102の内部に、一対の放電電極103a、103bを対向して配置し、素子本体101の両端に外部電極104a、104bを形成した構造からなる。そして、このESD保護部品を、電子モジュールの基板上に実装し、信号ライン等とグランド電極との間に挿入しておくことにより、信号ライン等に静電気による過大な電圧が加わっても、その静電気をESD保護部品において放電させてグランド側に導くことにより、IC素子やSAW素子などの電子部品素子が損傷したり誤作動したりするのを防止するようにしている。
【背景技術】
【0004】
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−43954号公報
【発明の概要】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述した、電子モジュールの基板上にESD保護部品を実装する方法では、ESD保護素子を実装することにより、そのESD保護部品とこれに接続される電子部品素子との間に浮遊インダクタンスが発生するため、その浮遊インダクタンスの影響で、電子モジュールの当初の特性がずれてしまうという問題があった。また、ESD保護部品の実装状態にばらつきが生じると、個々の電子モジュール間でも特性がばらついてしまうという問題があった。
【0008】
また、ESD保護部品と、基板に形成したグランド電極との間にも浮遊インダクタンスが発生するため、ESD保護部品において静電気がグランド電極側に放電しにくくなり、ESD保護効果が薄れてしまうという問題があった。
【0009】
また、基板の表面にIC素子などの電子部品素子の他に、ESD保護部品を実装しなければならず、表面積の大きな基板を用いなければならないため、電子モジュールそのものが大型化してしまうという問題があった。
【0010】
更に、別部品のESD保護部品を用いているため、コストが高くなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その手段として本発明の電子部品内蔵基板は、内部に少なくとも1つの電子部品素子を内蔵した電子部品内蔵基板の内部に、更にESD保護素子を設け、そのESD保護素子を、少なくとも、その電子部品内蔵基板の内部に形成された空洞部と、空洞部内において対向して形成された一対の放電電極とで構成し、かつ、ESD保護素子を、電子部品素子と一体的に形成するようにした。
【0012】
また、本発明の電子モジュールは、上述した本発明の電子部品内蔵基板の表面に、更に電子部品素子を実装して構成するようにした。
【発明の効果】
【0013】
本発明の部品内蔵基板ないし電子モジュールにおいては、内部に内蔵された電子部品素子と、更に内部に内蔵されたESD保護素子とが一体的に形成されているため、ESD保護素子を後から実装する従来方法のように、ESD保護素子を実装することによって、電子モジュールの特性がずれてしまうことがない。また、ESD保護素子の実装状態により、個々の電子モジュール間で特性がばらついてしまうという問題もない。
【0014】
また、従来のように、基板の表面に電子部品素子の他にESD保護部品を実装する必要がないため、部品内蔵基板ないし電子モジュールの小型化をはかることができる。
【0015】
更に、別途、ESD保護部品を使用するものではないため、コストを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板を用いた電子モジュールを示す部分断面図である。
【図2】図1に示す本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板に内蔵された、ESD保護素子およびコンデンサ素子を示す、図2(A)は等価回路図、図2(B)および(C)は部分断面図である。なお、図2(C)は、図2(B)のX−X部分の断面を示す。
【図3】本発明の実施形態の変形例にかかり、電子部品内蔵基板に内蔵された、ESD保護素子およびインダクター素子を示す、図3(A)は等価回路図、図3(B)および(C)は部分断面図である。なお、図3(C)は図3(B)のY−Y部分の断面を示す。
【図4】本発明の実施形態の変形例にかかり、電子部品内蔵基板に内蔵された、ESD保護素子、コンデンサ素子およびインダクター素子を示す、図4(A)は等価回路図、図4(B)および(C)は部分断面図である。なお、図4(C)は図4(B)のZ−Z部分の断面を示す。
【図5】本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)を示す等価回路図である。
【図6】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。なお、図6〜図10の図6(A)〜図10(L)で、1つの電子部品内蔵基板が構成される。
【図7】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図8】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図9】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図10】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図11】従来のESD保護素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。
【0018】
図1は、本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板を用いた電子モジュールを示す部分断面図である。図2は、電子部品内蔵基板に内蔵されたESD保護素子とコンデンサ素子とを示し、図2(A)は等価回路図、図2(B)および(C)は部分断面図である。なお、図2(C)は図2(B)のX−X部分を示している。
【0019】
図1において、1は電子部品内蔵基板を示す。電子部品内蔵基板1には、セラミック、樹脂などの絶縁材料を用いることができる。なお、本実施形態においては、セラミックを用いた。
【0020】
電子部品内蔵基板1の内部には、ESD保護素子2とコンデンサ素子3とが一体的に形成されている。更に、電子部品内蔵基板1の内部には、内部配線4、ビア5、内部グランド電極6、他の電子部品素子であるコンデンサ素子7、インダクター素子8が形成されている。
【0021】
また、電子部品内蔵基板1の下側表面には、外部グランド電極9、端子電極10が形成され、上側表面には、電子部品素子としてIC素子11、SAW素子(SAWデュプレクサ素子)12が実装されている。
【0022】
このような構成からなる電子モジュールは、電子部品内蔵基板1の内部に内蔵された電子部品素子、電子部品内蔵基板1の表面に実装された電子部品素子により、必要な電子回路が構成されている。そして、このような構成からなる電子モジュールは、帯電した物体が接触や近接して、静電気による過大な電圧が加わっても、その静電気をESD保護素子2において放電させて、グランド電極に導くため、IC素子11やSAW素子12、その他の電子部品素子が、損傷したり誤作動したりすることがない。
【0023】
なお、図1においては図示していないが、SAW素子12も、ESD保護素子2を介してグランド電極に接続されている。本発明によれば、必要なESD保護素子2を必要な数だけ電子部品内蔵基板1の内部に形成することができ、従来のように基板上に実装されるESD保護部品の数を増やしていく必要がないため、コストダウンに大きく貢献する。特に、複数のESD保護素子2を、電子部品内蔵基板1の同じ層に形成するようにすれば、ほとんどコストを上げることなくESD保護素子2の数を増やしていくことができる。
【0024】
次に、電子部品内蔵基板1の内部に形成されたESD保護素子2とコンデンサ素子3とについて、更に詳しく説明する。
【0025】
ESD保護素子2とコンデンサ素子3は、図2(A)に示すように、並列に接続され、それぞれ一端がグランド電極に接続されている。
【0026】
ESD保護素子2は、図2(B)および(C)に示すように、電子部品内蔵基板1に空洞部13を形成し、空洞部13の底面に、電子部品内蔵基板1を構成する絶縁材料14a(本実施形態においてはセラミック)と、金属材料14bとを含む混合材料からなる混合部14を形成し、混合部14の上に、対向して一対の放電電極15a、15bを形成した構造からなる。
【0027】
なお、混合部14はESD保護素子2の基本機能にとって必ずしも必須ではないが、設けることにより下記の利点があるため、設けることが好ましい。
【0028】
混合部14の金属材料14bの種類は限定されないが、本実施形態においてはCuを用いた。放電電極15a、15bの材質も限定されないが、本実施形態においては金属材料14bと同様にCuを用いた。
【0029】
混合部14は、絶縁材料14aと金属材料14bとを含む材料からなるため、熱膨張率が、放電電極15a、15bの熱膨張率と電子部品内蔵基板1の熱膨張率の中間となっており、放電電極15a、15bと電子部品内蔵基板1との熱膨張率の差を緩和する機能をはたす。この結果、電子部品内蔵基板1を焼成して形成する際や、完成した本発明の電子モジュールをリフローはんだにより電子機器のプリント回路基板に実装する際や、電子機器を使用する際などに熱が加わっても、混合部14により、電子部品内蔵基板1から放電電極15a、15bが剥離することが抑制されている。したがって、経時的に、放電開始電圧などの特性が変化することも抑制されている。
【0030】
また、混合部14に含まれる金属材料14bの種類と量を調整すれば、放電開始電圧を調整することができる。具体的には、導電性が高い材料にするほど、また量を多くするほど、放電開始電圧は低くなる。
【0031】
なお、図示しないが、混合部14の下、および空洞部13の天井部分にシール層を形成し、電子部品内蔵基板1からESD保護素子2にガラス成分が浸透してくるのを防止するようにしても良い。すなわち、電子部品内蔵基板1をガラス成分を含むセラミックで形成した場合、電子部品内蔵基板1からガラス成分がESD保護素子2の混合部14や空洞部13に浸透し、絶縁材料14aや金属材料14bを覆ってしまい、放電特性が低下してしまうおそれがあるが、混合部14の下、および空洞部13の天井部分にシール層を形成しておけば、そのような問題を防止することができる。なお、シール層の材質としては、アルミナなどを用いることができる。
【0032】
一方、コンデンサ素子3は、電子部品内蔵基板1の内部に、一対のコンデンサ電極16a、16bが所定の間隔を開けて対向して配置されて形成されている。そして、コンデンサ素子3の一方のコンデンサ電極16aは、ESD保護素子2の一方の放電電極15aと一体的に形成されている。このため、コンデンサ素子3とESD保護素子2は、常に一定の位置関係にあり、両者間のインダクタンスなどの電気的特性は安定しており変動することがない。
【0033】
なお、上記は、電子部品内蔵基板1の内部にESD保護素子2とコンデンサ素子3とを一体的に形成した場合を示したが、コンデンサ素子2に代えて、図3に示すように、ESD保護素子2とインダクター素子17とを一体的に形成するようにしても良い。なお、図3(A)は等価回路図、図3(B)および(C)は部分断面図である。そして、図3(C)は図3(B)のY−Y部分を示している。
【0034】
インダクター素子17は、インダクター電極18a、18b、18cを、ビア19で接続して形成されている。そして、インダクター電極18aが、ESD保護素子2の一方の放電電極15aと一体的に形成されている。
【0035】
また、図4に示すように、電子部品内蔵基板1の内部に、ESD保護素子2と、コンデンサ素子3と、インダクター素子17とを一体的に形成するようにしても良い。なお、図4(A)は等価回路図、図4(B)および(C)は部分断面図である。そして、図4(C)は図4(B)のZ−Z部分を示している。
【0036】
この変形例では、ESD保護素子2の一方の放電電極15aと、コンデンサ素子3の一方のコンデンサ電極16aと、インダクター素子17のインダクター電極18aとが一体的に形成されている。
【0037】
以上、本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板、それを用いた電子モジュール、更には変形例について説明したが、本発明がこれらの内容に限定されることはない。例えば、ESD保護素子2と一体的に形成される電子部品素子の種類、ESD保護素子2との接続構造、等価回路等は任意であり、更に種々の変形をなすことができる。また、電子モジュールにより構成される電子回路も任意であり、種々の電子回路を構成することができる。
【0038】
次に、本実施形態にかかる電子部品内蔵基板、それを用いた電子モジュールの製造方法の一例について説明する。なお、ここでは、ESD保護素子2とコンデンサ素子3とを一体的に形成した場合(図2の構成の場合)を示す。
【0039】
電子部品内蔵基板1は、複数のセラミックグリーンシートを積層し、焼成して製造される。
【0040】
まず、所定の組成からなる絶縁性のセラミック粉末を、溶剤、バインダー等と混合してスラリーを形成し、そのスラリーをドクターブレート法で薄板状に成形してセラミックグリーンシートを形成した。
【0041】
また、所定の粒径のCu粉を、溶剤、バインダー等と混合して電極ペーストを形成した。
【0042】
また、セラミックグリーンシートに用いたセラミック粉末と、電極ペーストに用いたCu粉とを所定の割合で混合し、更に溶剤、バインダー等と混合して、絶縁材料と金属材料とが混合された混合ペーストを形成した。
【0043】
次に、セラミックグリーンシートに、ビア5を形成するための孔を設けた。孔の位置や個数は、セラミックグリーンシートによって異なる。そして、セラミックグリーンシートの孔に、電極ペーストを充填した。
【0044】
次に、ESD保護素子2およびコンデンサ素子3の一部を形成するセラミックグリーンシート上に、混合部14を形成するための混合ペーストを所定の形状に塗布し、更にそれらの上に、放電電極15a、15bを形成するための電極ペーストを所定の形状に塗布し、更にそれらの上に、空洞部13を形成するための、焼成すれば消失する樹脂ペーストを塗布した。なお、放電電極15aは、コンデンサ素子3のコンデンサ電極16aと一体的に形成されるため、電極ペーストはそのような形状に塗布した。なお、混合部14の下、および空洞部13の天井部分にシール層を形成する場合は、混合部14を形成するための混合ペーストを塗布する前、および空洞部13を形成するための樹脂ペーストを塗布した後に、追加で、シール層を形成するための、例えばアルミナペーストを塗布する。
【0045】
また、所定のセラミックグリーンシートに、内部配線4、内部グランド電極6、コンデンサ素子3、7、インダクター素子8を形成するための電極ペーストを所定の形状に塗布した。
【0046】
次に、ESD保護素子2を形成するセラミックグリーンシートと、その他のセラミックグリーンシートとを、所定の枚数、所定の順番に積層し、圧着して、未焼成のセラミック積層体を形成した。
【0047】
次に、セラミック積層体の下側表面に外部グランド電極9、端子電極10を形成するための、また上側表面に電子部品素子(IC素子11、SAW素子12等)の実装に用いるランド電極を形成するための導電ペーストを所定の形状に塗布した。なお、これらの導電ペーストは、この段階で塗布するのではなく、最上層または最下層に積層されるセラミックグリーンシートに、予め塗布しておいてもよい。
【0048】
次に、セラミック積層体を、所定のプロファイルで焼成し、電子部品内蔵基板1を製造した。電子部品内蔵基板1の内部には、ESD保護素子2がコンデンサ素子3と一体的に形成されている。なお、上記においては、1個の電子部品内蔵基板を製造する場合について説明したが、大きなセラミック積層体から複数の電子部品内蔵基板を一度に製造するようにしても良く、この場合には、焼成前または焼成後に、大きなセラミック積層体を個々の電子部品内蔵基板の大きさにカットすることになる。
【0049】
最後に、常套されている方法を用いて、電子部品内蔵基板1にIC素子11やSAW素子12等を実装し、本実施形態にかかる電子モジュールを完成させた。
【0050】
(応用例)
応用例として、図5に示す高周波スイッチングモジュール(電子モジュール)を製造した。
【0051】
この高周波スイッチングモジュールにおいては、ESD保護素子2、コンデンサ素子3、インダクター素子17、更にその他のコンデンサ素子Cやインダクター素子Lを電子部品内蔵基板の内部に作り込み、IC素子11とSAW素子(SAWデュプレクサ素子)12を電子部品内蔵基板の表面に実装して、高周波スイッチングモジュールの回路を構成している。
【0052】
図6(A)〜図10(L)に、電子部品内蔵基板の積み図を示す。すなわち、電子部品内蔵基板は多層構造に形成されており、図6(A)〜図10(L)は、順に最上層から最下層を示し、各層の上側表面に表れた電極パターン、ビア等を示している。ただし、図10(L)のみは、図10(N)に示した層の下側表面、すなわち電子部品内蔵基板の下側表面の電極パターンを示している。
【0053】
図8(G)、(H)、(I)、図9(J)に、インダクター素子17を構成するインダクター電極18a、18b、18c、18dが形成されている。
【0054】
また、図10(M)に、ESD保護素子2を構成する混合部14、放電電極15a、15bが形成されている。なお、13は、この層の上に形成される空洞部である。
【0055】
また、図10(M)、(N)に、コンデンサ3を構成するコンデンサ電極16a、16bが形成されている。なお、図10(N)においては、大きな内部グランド電極6の一部分が、コンデンサ電極16bを構成している。
【符号の説明】
【0056】
1:電子部品内蔵基板
2: ESD保護素子
3:コンデンサ素子
4:内部配線
5:ビア
6: 内部グランド電極
9:外部グランド電極
10: 端子電極
11:IC素子
12:SAW素子(SAWデュプレクサ素子)
13:空洞部
14:混合部
14a:絶縁材料
14b:金属材料
15a、15b:放電電極
16a、16b:コンデンサ電極
17:インダクター素子
18a、18b、18c:インダクター電極
19:ビア(インダクター素子用)
【技術分野】
【0001】
IC素子やSAW素子などの精密な構造からなる電子部品素子が実装され、高精度に機能動作する電子モジュールにおいては、ESD(Electro−Static Discharge;静電気放電)対策を施し、帯電した物体が接触や近接しても、実装された電子部品素子や電子モジュール自体が、損傷したり誤作動したりすることを防止することが重要な課題になっている。
【0002】
従来、電子モジュールにおいては、このESD対策として、例えば、特許文献1(特開2001−43954号公報)に開示されるようなESD保護部品を、基板上に搭載することがおこなわれている。
【0003】
このESD保護部品は、例えば、図11に示すように、絶縁性の素子本体101に形成された空洞102の内部に、一対の放電電極103a、103bを対向して配置し、素子本体101の両端に外部電極104a、104bを形成した構造からなる。そして、このESD保護部品を、電子モジュールの基板上に実装し、信号ライン等とグランド電極との間に挿入しておくことにより、信号ライン等に静電気による過大な電圧が加わっても、その静電気をESD保護部品において放電させてグランド側に導くことにより、IC素子やSAW素子などの電子部品素子が損傷したり誤作動したりするのを防止するようにしている。
【背景技術】
【0004】
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−43954号公報
【発明の概要】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述した、電子モジュールの基板上にESD保護部品を実装する方法では、ESD保護素子を実装することにより、そのESD保護部品とこれに接続される電子部品素子との間に浮遊インダクタンスが発生するため、その浮遊インダクタンスの影響で、電子モジュールの当初の特性がずれてしまうという問題があった。また、ESD保護部品の実装状態にばらつきが生じると、個々の電子モジュール間でも特性がばらついてしまうという問題があった。
【0008】
また、ESD保護部品と、基板に形成したグランド電極との間にも浮遊インダクタンスが発生するため、ESD保護部品において静電気がグランド電極側に放電しにくくなり、ESD保護効果が薄れてしまうという問題があった。
【0009】
また、基板の表面にIC素子などの電子部品素子の他に、ESD保護部品を実装しなければならず、表面積の大きな基板を用いなければならないため、電子モジュールそのものが大型化してしまうという問題があった。
【0010】
更に、別部品のESD保護部品を用いているため、コストが高くなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その手段として本発明の電子部品内蔵基板は、内部に少なくとも1つの電子部品素子を内蔵した電子部品内蔵基板の内部に、更にESD保護素子を設け、そのESD保護素子を、少なくとも、その電子部品内蔵基板の内部に形成された空洞部と、空洞部内において対向して形成された一対の放電電極とで構成し、かつ、ESD保護素子を、電子部品素子と一体的に形成するようにした。
【0012】
また、本発明の電子モジュールは、上述した本発明の電子部品内蔵基板の表面に、更に電子部品素子を実装して構成するようにした。
【発明の効果】
【0013】
本発明の部品内蔵基板ないし電子モジュールにおいては、内部に内蔵された電子部品素子と、更に内部に内蔵されたESD保護素子とが一体的に形成されているため、ESD保護素子を後から実装する従来方法のように、ESD保護素子を実装することによって、電子モジュールの特性がずれてしまうことがない。また、ESD保護素子の実装状態により、個々の電子モジュール間で特性がばらついてしまうという問題もない。
【0014】
また、従来のように、基板の表面に電子部品素子の他にESD保護部品を実装する必要がないため、部品内蔵基板ないし電子モジュールの小型化をはかることができる。
【0015】
更に、別途、ESD保護部品を使用するものではないため、コストを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板を用いた電子モジュールを示す部分断面図である。
【図2】図1に示す本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板に内蔵された、ESD保護素子およびコンデンサ素子を示す、図2(A)は等価回路図、図2(B)および(C)は部分断面図である。なお、図2(C)は、図2(B)のX−X部分の断面を示す。
【図3】本発明の実施形態の変形例にかかり、電子部品内蔵基板に内蔵された、ESD保護素子およびインダクター素子を示す、図3(A)は等価回路図、図3(B)および(C)は部分断面図である。なお、図3(C)は図3(B)のY−Y部分の断面を示す。
【図4】本発明の実施形態の変形例にかかり、電子部品内蔵基板に内蔵された、ESD保護素子、コンデンサ素子およびインダクター素子を示す、図4(A)は等価回路図、図4(B)および(C)は部分断面図である。なお、図4(C)は図4(B)のZ−Z部分の断面を示す。
【図5】本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)を示す等価回路図である。
【図6】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。なお、図6〜図10の図6(A)〜図10(L)で、1つの電子部品内蔵基板が構成される。
【図7】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図8】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図9】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図10】図5に示す本発明の応用例にかかる高周波スイッチモジュール(電子モジュール)に用いた電子部品内蔵基板の積み図を示す。
【図11】従来のESD保護素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。
【0018】
図1は、本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板を用いた電子モジュールを示す部分断面図である。図2は、電子部品内蔵基板に内蔵されたESD保護素子とコンデンサ素子とを示し、図2(A)は等価回路図、図2(B)および(C)は部分断面図である。なお、図2(C)は図2(B)のX−X部分を示している。
【0019】
図1において、1は電子部品内蔵基板を示す。電子部品内蔵基板1には、セラミック、樹脂などの絶縁材料を用いることができる。なお、本実施形態においては、セラミックを用いた。
【0020】
電子部品内蔵基板1の内部には、ESD保護素子2とコンデンサ素子3とが一体的に形成されている。更に、電子部品内蔵基板1の内部には、内部配線4、ビア5、内部グランド電極6、他の電子部品素子であるコンデンサ素子7、インダクター素子8が形成されている。
【0021】
また、電子部品内蔵基板1の下側表面には、外部グランド電極9、端子電極10が形成され、上側表面には、電子部品素子としてIC素子11、SAW素子(SAWデュプレクサ素子)12が実装されている。
【0022】
このような構成からなる電子モジュールは、電子部品内蔵基板1の内部に内蔵された電子部品素子、電子部品内蔵基板1の表面に実装された電子部品素子により、必要な電子回路が構成されている。そして、このような構成からなる電子モジュールは、帯電した物体が接触や近接して、静電気による過大な電圧が加わっても、その静電気をESD保護素子2において放電させて、グランド電極に導くため、IC素子11やSAW素子12、その他の電子部品素子が、損傷したり誤作動したりすることがない。
【0023】
なお、図1においては図示していないが、SAW素子12も、ESD保護素子2を介してグランド電極に接続されている。本発明によれば、必要なESD保護素子2を必要な数だけ電子部品内蔵基板1の内部に形成することができ、従来のように基板上に実装されるESD保護部品の数を増やしていく必要がないため、コストダウンに大きく貢献する。特に、複数のESD保護素子2を、電子部品内蔵基板1の同じ層に形成するようにすれば、ほとんどコストを上げることなくESD保護素子2の数を増やしていくことができる。
【0024】
次に、電子部品内蔵基板1の内部に形成されたESD保護素子2とコンデンサ素子3とについて、更に詳しく説明する。
【0025】
ESD保護素子2とコンデンサ素子3は、図2(A)に示すように、並列に接続され、それぞれ一端がグランド電極に接続されている。
【0026】
ESD保護素子2は、図2(B)および(C)に示すように、電子部品内蔵基板1に空洞部13を形成し、空洞部13の底面に、電子部品内蔵基板1を構成する絶縁材料14a(本実施形態においてはセラミック)と、金属材料14bとを含む混合材料からなる混合部14を形成し、混合部14の上に、対向して一対の放電電極15a、15bを形成した構造からなる。
【0027】
なお、混合部14はESD保護素子2の基本機能にとって必ずしも必須ではないが、設けることにより下記の利点があるため、設けることが好ましい。
【0028】
混合部14の金属材料14bの種類は限定されないが、本実施形態においてはCuを用いた。放電電極15a、15bの材質も限定されないが、本実施形態においては金属材料14bと同様にCuを用いた。
【0029】
混合部14は、絶縁材料14aと金属材料14bとを含む材料からなるため、熱膨張率が、放電電極15a、15bの熱膨張率と電子部品内蔵基板1の熱膨張率の中間となっており、放電電極15a、15bと電子部品内蔵基板1との熱膨張率の差を緩和する機能をはたす。この結果、電子部品内蔵基板1を焼成して形成する際や、完成した本発明の電子モジュールをリフローはんだにより電子機器のプリント回路基板に実装する際や、電子機器を使用する際などに熱が加わっても、混合部14により、電子部品内蔵基板1から放電電極15a、15bが剥離することが抑制されている。したがって、経時的に、放電開始電圧などの特性が変化することも抑制されている。
【0030】
また、混合部14に含まれる金属材料14bの種類と量を調整すれば、放電開始電圧を調整することができる。具体的には、導電性が高い材料にするほど、また量を多くするほど、放電開始電圧は低くなる。
【0031】
なお、図示しないが、混合部14の下、および空洞部13の天井部分にシール層を形成し、電子部品内蔵基板1からESD保護素子2にガラス成分が浸透してくるのを防止するようにしても良い。すなわち、電子部品内蔵基板1をガラス成分を含むセラミックで形成した場合、電子部品内蔵基板1からガラス成分がESD保護素子2の混合部14や空洞部13に浸透し、絶縁材料14aや金属材料14bを覆ってしまい、放電特性が低下してしまうおそれがあるが、混合部14の下、および空洞部13の天井部分にシール層を形成しておけば、そのような問題を防止することができる。なお、シール層の材質としては、アルミナなどを用いることができる。
【0032】
一方、コンデンサ素子3は、電子部品内蔵基板1の内部に、一対のコンデンサ電極16a、16bが所定の間隔を開けて対向して配置されて形成されている。そして、コンデンサ素子3の一方のコンデンサ電極16aは、ESD保護素子2の一方の放電電極15aと一体的に形成されている。このため、コンデンサ素子3とESD保護素子2は、常に一定の位置関係にあり、両者間のインダクタンスなどの電気的特性は安定しており変動することがない。
【0033】
なお、上記は、電子部品内蔵基板1の内部にESD保護素子2とコンデンサ素子3とを一体的に形成した場合を示したが、コンデンサ素子2に代えて、図3に示すように、ESD保護素子2とインダクター素子17とを一体的に形成するようにしても良い。なお、図3(A)は等価回路図、図3(B)および(C)は部分断面図である。そして、図3(C)は図3(B)のY−Y部分を示している。
【0034】
インダクター素子17は、インダクター電極18a、18b、18cを、ビア19で接続して形成されている。そして、インダクター電極18aが、ESD保護素子2の一方の放電電極15aと一体的に形成されている。
【0035】
また、図4に示すように、電子部品内蔵基板1の内部に、ESD保護素子2と、コンデンサ素子3と、インダクター素子17とを一体的に形成するようにしても良い。なお、図4(A)は等価回路図、図4(B)および(C)は部分断面図である。そして、図4(C)は図4(B)のZ−Z部分を示している。
【0036】
この変形例では、ESD保護素子2の一方の放電電極15aと、コンデンサ素子3の一方のコンデンサ電極16aと、インダクター素子17のインダクター電極18aとが一体的に形成されている。
【0037】
以上、本発明の実施形態にかかる電子部品内蔵基板、それを用いた電子モジュール、更には変形例について説明したが、本発明がこれらの内容に限定されることはない。例えば、ESD保護素子2と一体的に形成される電子部品素子の種類、ESD保護素子2との接続構造、等価回路等は任意であり、更に種々の変形をなすことができる。また、電子モジュールにより構成される電子回路も任意であり、種々の電子回路を構成することができる。
【0038】
次に、本実施形態にかかる電子部品内蔵基板、それを用いた電子モジュールの製造方法の一例について説明する。なお、ここでは、ESD保護素子2とコンデンサ素子3とを一体的に形成した場合(図2の構成の場合)を示す。
【0039】
電子部品内蔵基板1は、複数のセラミックグリーンシートを積層し、焼成して製造される。
【0040】
まず、所定の組成からなる絶縁性のセラミック粉末を、溶剤、バインダー等と混合してスラリーを形成し、そのスラリーをドクターブレート法で薄板状に成形してセラミックグリーンシートを形成した。
【0041】
また、所定の粒径のCu粉を、溶剤、バインダー等と混合して電極ペーストを形成した。
【0042】
また、セラミックグリーンシートに用いたセラミック粉末と、電極ペーストに用いたCu粉とを所定の割合で混合し、更に溶剤、バインダー等と混合して、絶縁材料と金属材料とが混合された混合ペーストを形成した。
【0043】
次に、セラミックグリーンシートに、ビア5を形成するための孔を設けた。孔の位置や個数は、セラミックグリーンシートによって異なる。そして、セラミックグリーンシートの孔に、電極ペーストを充填した。
【0044】
次に、ESD保護素子2およびコンデンサ素子3の一部を形成するセラミックグリーンシート上に、混合部14を形成するための混合ペーストを所定の形状に塗布し、更にそれらの上に、放電電極15a、15bを形成するための電極ペーストを所定の形状に塗布し、更にそれらの上に、空洞部13を形成するための、焼成すれば消失する樹脂ペーストを塗布した。なお、放電電極15aは、コンデンサ素子3のコンデンサ電極16aと一体的に形成されるため、電極ペーストはそのような形状に塗布した。なお、混合部14の下、および空洞部13の天井部分にシール層を形成する場合は、混合部14を形成するための混合ペーストを塗布する前、および空洞部13を形成するための樹脂ペーストを塗布した後に、追加で、シール層を形成するための、例えばアルミナペーストを塗布する。
【0045】
また、所定のセラミックグリーンシートに、内部配線4、内部グランド電極6、コンデンサ素子3、7、インダクター素子8を形成するための電極ペーストを所定の形状に塗布した。
【0046】
次に、ESD保護素子2を形成するセラミックグリーンシートと、その他のセラミックグリーンシートとを、所定の枚数、所定の順番に積層し、圧着して、未焼成のセラミック積層体を形成した。
【0047】
次に、セラミック積層体の下側表面に外部グランド電極9、端子電極10を形成するための、また上側表面に電子部品素子(IC素子11、SAW素子12等)の実装に用いるランド電極を形成するための導電ペーストを所定の形状に塗布した。なお、これらの導電ペーストは、この段階で塗布するのではなく、最上層または最下層に積層されるセラミックグリーンシートに、予め塗布しておいてもよい。
【0048】
次に、セラミック積層体を、所定のプロファイルで焼成し、電子部品内蔵基板1を製造した。電子部品内蔵基板1の内部には、ESD保護素子2がコンデンサ素子3と一体的に形成されている。なお、上記においては、1個の電子部品内蔵基板を製造する場合について説明したが、大きなセラミック積層体から複数の電子部品内蔵基板を一度に製造するようにしても良く、この場合には、焼成前または焼成後に、大きなセラミック積層体を個々の電子部品内蔵基板の大きさにカットすることになる。
【0049】
最後に、常套されている方法を用いて、電子部品内蔵基板1にIC素子11やSAW素子12等を実装し、本実施形態にかかる電子モジュールを完成させた。
【0050】
(応用例)
応用例として、図5に示す高周波スイッチングモジュール(電子モジュール)を製造した。
【0051】
この高周波スイッチングモジュールにおいては、ESD保護素子2、コンデンサ素子3、インダクター素子17、更にその他のコンデンサ素子Cやインダクター素子Lを電子部品内蔵基板の内部に作り込み、IC素子11とSAW素子(SAWデュプレクサ素子)12を電子部品内蔵基板の表面に実装して、高周波スイッチングモジュールの回路を構成している。
【0052】
図6(A)〜図10(L)に、電子部品内蔵基板の積み図を示す。すなわち、電子部品内蔵基板は多層構造に形成されており、図6(A)〜図10(L)は、順に最上層から最下層を示し、各層の上側表面に表れた電極パターン、ビア等を示している。ただし、図10(L)のみは、図10(N)に示した層の下側表面、すなわち電子部品内蔵基板の下側表面の電極パターンを示している。
【0053】
図8(G)、(H)、(I)、図9(J)に、インダクター素子17を構成するインダクター電極18a、18b、18c、18dが形成されている。
【0054】
また、図10(M)に、ESD保護素子2を構成する混合部14、放電電極15a、15bが形成されている。なお、13は、この層の上に形成される空洞部である。
【0055】
また、図10(M)、(N)に、コンデンサ3を構成するコンデンサ電極16a、16bが形成されている。なお、図10(N)においては、大きな内部グランド電極6の一部分が、コンデンサ電極16bを構成している。
【符号の説明】
【0056】
1:電子部品内蔵基板
2: ESD保護素子
3:コンデンサ素子
4:内部配線
5:ビア
6: 内部グランド電極
9:外部グランド電極
10: 端子電極
11:IC素子
12:SAW素子(SAWデュプレクサ素子)
13:空洞部
14:混合部
14a:絶縁材料
14b:金属材料
15a、15b:放電電極
16a、16b:コンデンサ電極
17:インダクター素子
18a、18b、18c:インダクター電極
19:ビア(インダクター素子用)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に少なくとも1つの電子部品素子を内蔵した電子部品内蔵基板において、
前記電子部品内蔵基板が、内部に更にESD保護素子を備え、
前記ESD保護素子が、少なくとも、前記電子部品内蔵基板の内部に形成された空洞部と、前記空洞部内において対向して形成された一対の放電電極とからなり、
前記ESD保護素子が、前記電子部品素子と一体的に形成されていることを特徴とする電子部品内蔵基板。
【請求項2】
前記ESD保護素子の前記一対の放電電極の少なくとも一方と、前記電子部品素子の構成要素の一部とが、一体的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項3】
前記ESD保護素子が、さらに、前記空洞部の底部に、金属材料と、前記電子部品内蔵基板を構成する絶縁材料とを含む混合材料からなる混合部を備え、前記一対の放電電極が、前記混合部の上に形成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項4】
前記電子部品内蔵基板の内部に、前記ESD保護素子が2つ以上形成されていることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項5】
前記電子部品素子が、コンデンサ素子、インダクター素子、またはコンデンサ素子とインダクター素子の複合電子部品素子であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1項に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれか1項に記載された電子部品内蔵基板の表面に、更に電子部品素子を実装してなることを特徴とする電子モジュール。
【請求項7】
前記電子部品内蔵基板の表面に実装された電子部品素子が、IC素子またはSAW素子であることを特徴とする、請求項6に記載された電子モジュール。
【請求項1】
内部に少なくとも1つの電子部品素子を内蔵した電子部品内蔵基板において、
前記電子部品内蔵基板が、内部に更にESD保護素子を備え、
前記ESD保護素子が、少なくとも、前記電子部品内蔵基板の内部に形成された空洞部と、前記空洞部内において対向して形成された一対の放電電極とからなり、
前記ESD保護素子が、前記電子部品素子と一体的に形成されていることを特徴とする電子部品内蔵基板。
【請求項2】
前記ESD保護素子の前記一対の放電電極の少なくとも一方と、前記電子部品素子の構成要素の一部とが、一体的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項3】
前記ESD保護素子が、さらに、前記空洞部の底部に、金属材料と、前記電子部品内蔵基板を構成する絶縁材料とを含む混合材料からなる混合部を備え、前記一対の放電電極が、前記混合部の上に形成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項4】
前記電子部品内蔵基板の内部に、前記ESD保護素子が2つ以上形成されていることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項5】
前記電子部品素子が、コンデンサ素子、インダクター素子、またはコンデンサ素子とインダクター素子の複合電子部品素子であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1項に記載された電子部品内蔵基板。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれか1項に記載された電子部品内蔵基板の表面に、更に電子部品素子を実装してなることを特徴とする電子モジュール。
【請求項7】
前記電子部品内蔵基板の表面に実装された電子部品素子が、IC素子またはSAW素子であることを特徴とする、請求項6に記載された電子モジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−100649(P2011−100649A)
【公開日】平成23年5月19日(2011.5.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−255029(P2009−255029)
【出願日】平成21年11月6日(2009.11.6)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年5月19日(2011.5.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年11月6日(2009.11.6)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】
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