JP2001237523A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配線導体を形成する金属のマイグレーションを
有効に防止することができる高信頼性の配線基板を提供
する。 【解決手段】基板１の上面に、銀、アルミニウム或いは
これらの金属の合金を含む複数個の配線導体２を間に１
０μｍ〜１００μｍの間隔を空けて並設するとともに、
これら配線導体２をエポキシ樹脂を主成分とする保護層
３で共通に被覆してなる配線基板において、前記保護層
３中に、粒径０．５μｍ〜５．０μｍのポリイミド樹脂
フィラー４を、隣接する配線導体間２−２の領域で２０
ｗｔ％〜５０ｗｔ％、配線導体２上の領域で３ｗｔ％〜
３０ｗｔ％含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤアレイヘッ
ド等のヘッド基板を構成するのに使用される配線基板に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＬＥＤアレイヘッド等のヘッ
ド基板を構成するのに配線基板が用いられている。

【０００３】かかる従来の配線基板は、例えば図２に示
す如く、ガラスやセラミック等から成る基板１１の上面
に、複数個の配線導体１２を所定パターンに被着させる
とともに、これら配線導体１２を単一の保護層１３で被
覆した構造を有している。

【０００４】前記配線導体１２の材質としては銀（Ａ
ｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属を含む導電材料が
使用され、かかる配線導体１２は例えば銀粉末に適当な
有機溶剤、溶媒を添加・混合して得た所定の導電ペース
トを従来周知のスクリーン印刷等によって基板１１の上
面に所定パターンに印刷・塗布し、これを３５０℃〜８
００℃の温度で焼き付けることにより形成される。

【０００５】またこれら配線導体１２を被覆する保護層
１３は、大気中に含まれている水分等の接触によって配
線導体１２が酸化腐食されるのを防止するためのもので
あり、その材質としては、取り扱い易さや耐湿性等の点
からエポキシ樹脂が好適に使用されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の配線基板においては、保護層１３を形成するエポキ
シ樹脂の比誘電率が４〜７と比較的高いことから、複数
個の配線導体１２を間に１０μｍ〜１００μｍ程度の間
隔を空けて高密度に並設した場合、配線基板の使用に際
して複数個の配線導体１２に電力を個々に選択的に印加
すると、隣接する配線導体１２，１２間に大きな電位差
を生じることがあり、その場合、配線導体１２を形成す
る銀やアルミニウム等がマイグレーションを起こして、
隣り合う配線導体同士を電気的に短絡させる欠点を有し
ていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明の配線基板は、基板の上面
に、銀、アルミニウム或いはこれらの金属の合金を含む
複数個の配線導体を間に１０μｍ〜１００μｍの間隔を
空けて並設するとともに、これら配線導体をエポキシ樹
脂を主成分とする保護層で共通に被覆してなる配線基板
において、前記保護層中に、粒径０．５μｍ〜５．０μ
ｍのポリイミド樹脂フィラーを、隣接する配線導体間の
領域で２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、配線導体上の領域で３
ｗｔ％〜３０ｗｔ％含有させたことを特徴とするもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の一形態に係る配線基
板を模式的に示す断面図であり、１は基板、２は配線導
体、３は保護層、４はポリイミド樹脂フィラーである。

【０００９】前記基板１は、アルミナセラミックス、ム
ライト、窒化アルミニウム、ガラスセラミックス、石
英、アルカリガラス、無アルカリガラス等の電気絶縁性
材料から成り、その上面で複数個の配線導体２や保護層
３等を支持するための支持母材として機能するものであ
る。

【００１０】尚、前記基板１は、例えばアルミナセラミ
ックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等
のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加
・混合して泥漿状になすとともに、これを従来周知のド
クターブレード法やカレンダーロール法等を採用するこ
とによってセラミックグリーンシート（セラミック生シ
ート）を得、しかる後、該グリーンシートを所定形状に
打ち抜いた上、高温（約１６００℃）で焼成することに
より製作される。

【００１１】また前記基板１の上面には複数個の配線導
体２が被着・形成される。前記配線導体２は、銀（Ａ
ｇ）、アルミニウム（Ａｌ）或いはこれらの金属の合金
を例えば８５ｗｔ％以上含んだ導電材料から成り、隣接
する配線導体間に１０μｍ〜１００μｍの間隔を空ける
ようにして基板１の上面に高密度に並設される。

【００１２】これらの配線導体２には、配線基板の使用
時、図示しないスイッチングトランジスタ等によって５
ｍＷ〜１５ｍＷの電力が個々に選択的に印加されるよう
になっている。

【００１３】尚、前記配線導体２は、従来周知の厚膜手
法を採用することによって基板１の上面に所定パターン
に被着・形成される。即ち、前記配線導体２は、例えば
銀粉末に適当な有機溶媒・溶剤を添加・混合して得た所
定の導電ペーストを基板１の上面に従来周知のスクリー
ン印刷等によって所定パターンに印刷・塗布し、これを
高温（３５０℃〜８００℃）で焼き付けることによって
例えば２μｍ〜３０μｍの厚みに形成される。

【００１４】更に前記複数個の配線導体２は単一の保護
層３によって共通に被覆される。前記保護層３は、吸湿
率０．０１％未満のエポキシ樹脂から成り、その厚み
は、例えば配線導体２の厚みが２μｍ〜３０μｍの場
合、１０μｍ〜５０μｍに設定される。

【００１５】そして前記保護層３中には、粒径０．５μ
ｍ〜５．０μｍのポリイミド樹脂フィラー４が、隣接す
る配線導体間２−２の領域で２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、
配線導体２上の領域で３ｗｔ％〜３０ｗｔ％含有されて
いる。

【００１６】前記ポリイミド樹脂フィラー４は保護層３
の誘電率を有効に低下させるためのものであり、該フィ
ラー４の含有率を隣接する配線導体間２−２の領域で２
０ｗｔ％〜５０ｗｔ％に設定することにより、該領域に
おける保護層３の比誘電率を２．５〜３．８と低くなす
ことができる。これにより、１０μｍ〜１００μｍの間
隔を空けて並設されている配線導体２，２の各々に電力
を選択的に印加しても、隣接する配線導体２，２間に大
きな電位差が生じることはなく、配線導体２中に含まれ
る銀やアルミニウム等のマイグレーションを有効に防止
することができる。

【００１７】尚、隣接する配線導体間２−２の領域にお
けるポリイミド樹脂フィラー４の含有率が２０ｗｔ％未
満になると、保護層３の誘電率が比較的高くなって隣接
する配線導体間２−２の電位差を十分に小さく抑えるこ
とができなくなり、また含有率が５０ｗｔ％を超える
と、配線導体間２−２に位置する保護層３の表面にフィ
ラー４の外形に応じた大きな凹凸が形成されるため、こ
の部分の保護層３の表面粗度が大となって大気と接する
面積が広がることにより大気中の水分が保護層３中に多
量に浸入してマイグレーションを起こし易い環境をつく
る恐れがある。

【００１８】従って、隣接する配線導体間２−２の領域
におけるポリイミド樹脂フィラー４の含有率は２０ｗｔ
％〜５０ｗｔ％に設定することが重要である。

【００１９】一方、配線導体２上の領域におけるポリイ
ミド樹脂フィラー４の含有率が３ｗｔ％未満になると、
配線導体間２−２の領域と配線導体２上の領域とで保護
層３の熱膨張係数が大きく相違することとなるため、配
線基板の使用等に伴って保護層３に熱が印加されると前
述した２つの領域の境界付近で熱応力に起因したクラッ
クを生じる恐れがあり、また含有率が３０ｗｔ％を超え
ると、配線導体２上に位置する保護層３の表面にフィラ
ー４の外形に応じた大きな凹凸が形成されるため、この
部分の保護層３の表面粗度が大となって大気と接する面
積が広がることにより大気中の水分が保護層３中に多量
に浸入し、該浸入した水分との接触によって配線導体２
が比較的短時間で酸化腐食されてしまう恐れがある。

【００２０】従って、配線導体２上の領域におけるポリ
イミド樹脂フィラー４の含有率は３ｗｔ％〜３０ｗｔ％
に設定することが重要である。

【００２１】尚、前記保護層３は、例えば、液状になし
たエポキシ樹脂の前駆体中に粒径０．５μｍ〜１．５μ
ｍのポリイミド樹脂フィラー４を２０ｗｔ％〜５０ｗｔ
％添加した第１のワニスと、前記前駆体中に粒径０．５
μｍ〜１．５μｍのポリイミド樹脂フィラー４を３ｗｔ
％〜３０ｗｔ％添加した第２のワニスとを準備し、前記
第１のワニスを隣接する配線導体間２−２の領域に、ま
た前記第２のワニスを配線導体２上の領域に従来周知の
スクリーン印刷等によってそれぞれ印刷・塗布し、これ
を６０℃〜２００℃の温度で加熱して前駆体を熱硬化さ
せることにより形成される。

【００２２】尚、本発明は上述の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能である。

【００２３】例えば上述の形態において保護層３上に更
に配線導体や保護層を積層して多層配線基板を構成する
場合にも本発明は適用可能である。

【００２４】

【実験例】次に本発明の作用効果を実験例に基づいて説
明する。まず、アルミナセラミックス製の基板上に、銀
を８５ｗｔ％含有する複数個の配線導体を間に５０μｍ
の間隔を空けて並設させるとともに、これら配線導体２
を、隣接する配線導体間の領域におけるポリイミド樹脂
フィラーの含有率を異ならせた８種類のエポキシ樹脂製
保護層で被覆した８種類の配線基板サンプル（サンプル
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８）を準備した。尚、各配線基板サン
プルの保護層中に存在するポリイミド樹脂フィラーの直
径は全て０．５μｍ〜５．０μｍの範囲内にあることを
測長器付金属顕微鏡により確認した。

【００２５】そして、これらの各サンプルを８５℃、８
５％Ｒｈの恒温恒湿槽の中に入れ、隣接する配線導体の
うち一方を５Ｖの電位に、他方を接地（ＧＮＤ）電位に
それぞれ接続したまま５００時間保持し、マイグレーシ
ョンの発生の有無を確認した。また各サンプルについ
て、隣接する配線導体間のインピーダンスをオシロスコ
ープを用いて測定した。これらの結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】この表１によれば、保護層中のポリイミド
樹脂フィラーの含有率が２０ｗｔ％未満であるサンプル
Ｎｏ．１，Ｎｏ．２では隣接する配線導体間でのマイグ
レーションの発生が確認され、いずれの配線基板サンプ
ルにおいても配線導体間のインピーダンスが４．２×１
０²Ω以下と小さく、電気的に短絡してしまっている。

【００２８】また一方、保護層中のポリイミド樹脂フィ
ラーの含有率が５０ｗｔ％よりも大きな値に設定されて
いるサンプルＮｏ．７，Ｎｏ．８でも隣接する配線導体
間でのマイグレーションの発生が確認され、これらの配
線基板サンプルにおいても配線導体間のインピーダンス
が５．７×１０⁵Ω以下と小さく、電気的に短絡してし
まっている。

【００２９】これに対し、保護層中のポリイミド樹脂フ
ィラー含有率が２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％に設定されてい
るサンプルＮｏ．３〜Ｎｏ．６では、隣接する配線導体
間でマイグレーションを発生したものは一切なく、また
これらの配線基板サンプルのインピーダンスはいずれも
１．９×１０⁶Ω〜９．１×１０⁹Ωの範囲内の比較的大
きな値であり、隣接する配線導体間の電気的短絡は起こ
っていない。

【００３０】従って、これらの実験結果によれば、５０
μｍの間隔を空けて並設される配線導体間にマイグレー
ションを発生させることなく、そのインピーダンスを高
く保つためには、保護層中に存在するポリイミド樹脂フ
ィラーの含有率を２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％に設定しなけ
ればならないことが判る。

【００３１】尚、以上の実験においては、隣接する配線
導体間の間隔を５０μｍに設定したサンプルを用いて作
用効果を確認したが、隣接する配線導体間の間隔を１０
μｍに設定したサンプルを用いる場合と、１００μｍに
設定したサンプルを用いる場合においても、上述の実験
と略同様の結果が得られることを他の実験により確認し
た。

【００３２】次に、アルミナセラミックス製の基板上
に、銀を８５ｗｔ％含有する複数個の配線導体２を間に
５０μｍの間隔を空けて並設させるとともに、各配線導
体２上の領域におけるポリイミド樹脂フィラーの含有率
を異ならせた８種類のエポキシ樹脂製保護層で被覆した
８種類の配線基板サンプル（サンプルＮｏ．９〜Ｎｏ．
１６）を準備した。尚、各配線基板サンプルの保護層中
に存在するポリイミド樹脂フィラーの直径は全て０．５
μｍ〜５．０μｍの範囲内にあることを測長器付金属顕
微鏡により確認した。

【００３３】そして、これらのサンプルを熱衝撃試験器
に投入して、（２５℃）−（８５℃）−（２５℃）−
（−２５℃）の温度サイクルを１００サイクル経た後、
保護層中のクラックの発生状況を金属顕微鏡により確認
した。

【００３４】更にその後、上記サンプルを８５℃、８５
％Ｒｈの恒温恒湿槽の中に入れたまま５００時間保持
し、しかる後、各サンプルの配線導体の抵抗率をデジタ
ルマルチメーターにて測定した。これらの結果を表２に
示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】この表２によれば、保護層中のポリイミド
樹脂フィラーの含有率が３ｗｔ％未満であるサンプルＮ
ｏ．９，Ｎｏ．１０では、クラックの発生が確認され、
いずれの抵抗率も４．２×１０^-3Ω・ｃｍ以上の大きな
値であった。このように抵抗率が大きくなったのは、恒
温恒湿槽内の水分がクラックを介して配線導体に接触
し、配線導体を短時間で著しく酸化腐食させたことが主
な原因と考えられる。

【００３７】また一方、保護層中のポリイミド樹脂フィ
ラーの含有率が３０ｗｔ％よりも大きな値に設定されて
いるサンプルＮｏ．１５，Ｎｏ．１６では、クラックの
発生は確認されなかったものの、いずれの抵抗率も５．
７×１０^-3Ω・ｃｍ以上の大きな値であった。このよう
に抵抗率が大きくなったのは、多量のポリイミド樹脂フ
ィラーが含有されて大きな凹凸が多数形成されている保
護層の表面から恒温恒湿槽内の水分が多量に浸入し、こ
れが配線導体と接触して配線導体を短時間で酸化腐食さ
せたことが主な原因と考えられる。

【００３８】これに対し、保護層中のポリイミド樹脂フ
ィラー含有率が３ｗｔ％〜３０ｗｔ％に設定されている
サンプルＮｏ．１１〜Ｎｏ．１４では、保護層中にクラ
ックが確認されたものは一切なく、またこれらの配線基
板サンプルの抵抗率はいずれも２．３×１０^-6Ω・ｃｍ
〜３．９×１０^-6Ω・ｃｍの比較的小さな値であった。

【００３９】従って、これらの実験結果によれば、配線
導体の酸化腐食、並びに保護層のクラック発生を有効に
防止するには、保護層中に存在するポリイミド樹脂フィ
ラーの含有率を３ｗｔ％〜３０ｗｔ％に設定しなければ
ならないことが判る。

【００４０】尚、以上の実験においては、隣接する配線
導体間の間隔を５０μｍに設定したサンプルを用いて作
用効果を確認したが、隣接する配線導体間の間隔を１０
μｍに設定したサンプルを用いる場合と、１００μｍに
設定したサンプルを用いる場合においても、上述の実験
と略同様の結果が得られることを他の実験により確認し
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、基板の上面に、銀、ア
ルミニウム或いはこれらの金属の合金を含む複数個の配
線導体を間に１０μｍ〜１００μｍの間隔を空けて並設
し、これら配線導体を樹脂製の保護層で共通に被覆した
配線基板において、前記保護層中に、粒径０．５μｍ〜
５．０μｍのポリイミド樹脂フィラーを、隣接する配線
導体間の領域で２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％含有させておく
ことにより、この領域における保護層の誘電率を有効に
低下させるとともに、配線導体間に位置する保護層への
水分の浸入を少なくして、配線導体を形成する銀やアル
ミニウム等のマイグレーションを有効に防止することが
できる。

【００４２】また本発明によれば、前記保護層中に、粒
径０．５μｍ〜５．０μｍのポリイミド樹脂フィラー
を、配線導体上の領域で３ｗｔ％〜３０ｗｔ％含有させ
ておくことにより、配線導体上に位置する保護層への水
分の浸入を少なくして配線導体を腐食の少ない良好な状
態に維持するとともに保護層内部の熱応力を良好に緩和
して保護層中にクラックが形成されるのを有効に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態に係る配線基板を模式的に示す
断面図である。

【図２】従来の配線基板の断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板、２・・・配線導体、３・・・保護層、４
・・・ポリイミド樹脂フィラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の上面に、銀、アルミニウム或いはこ
   れらの金属の合金を含む複数個の配線導体を間に１０μ
   ｍ〜１００μｍの間隔を空けて並設するとともに、これ
   ら配線導体をエポキシ樹脂を主成分とする保護層で共通
   に被覆してなる配線基板において、 前記保護層中に、粒径０．５μｍ〜５．０μｍのポリイ
   ミド樹脂フィラーを、隣接する配線導体間の領域で２０
   ｗｔ％〜５０ｗｔ％、配線導体上の領域で３ｗｔ％〜３
   ０ｗｔ％含有させたことを特徴とする配線基板。