JP2006041454A - 配線基板および電気装置並びに発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱放散性及び実装信頼性に優れ、且つ高反射率である配線基板とそれを用いた電気装置並びに発光装置を提供する。
【解決手段】少なくとも、平板状の絶縁基体１と、該絶縁基体１の表面又は内部のうち少なくとも一方に形成された配線層とを具備してなる配線基板１１であって、前記絶縁基体１の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ熱膨張係数が８．５×１０−６／℃以上であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、半導体素子などの電気素子、発光ダイオード等の発光素子を搭載するための配線基板およびそれらの素子を搭載した電気装置、発光装置に関する。
近年、携帯電話等の電子機器の小型化に伴い、それらに用いられる各種半導体素子の高集積化、電気装置、発光装置の小型化が図られている。しかしながら、半導体素子が高集積化し、発光素子が高輝度化するにつれて、電気装置及び発光装置から発生する熱も増加している。熱による電気装置の誤動作や、発光素子の輝度の低下を防止する為には、このような熱を装置外に速やかに放出する基板が必要である。また、発光素子から放射された光を均一且つ効率よく外部に放出させるために反射率の高い基板が必要となっている（特許文献１、２参照）。
特開平１０−２１５００１号公報 特開２００３−３４７６００号公報
しかしながら、従来から配線基板の絶縁基体に用いられてきたアルミナ材料では、熱伝導率が約１５Ｗ／ｍ・Ｋと低いことからそれに代わるものとして高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムが注目され始めた。しかし、窒化アルミニウムは原料コストが高い上に、難焼結性のため高温での焼成が必要であり、プロセスコストが高い。また、熱膨張係数が４〜５×１０−６／℃と小さいため、汎用品である１０×１０−６／℃以上の熱膨張係数を持つプリント基板へ実装した際に、熱膨張差により接続信頼性が損なわれるという問題があった。
また、窒化アルミニウムは、透光性があり、且つ呈色しているため、発光素子から放射された光が透過したり、吸収されたりするため、効率よく発光素子から放射された光を所定の方向に放出できないという問題があった。
一方、樹脂系の配線基板を用いた場合には、熱膨張係数はプリント基板に近づくため、樹脂系の配線基板とプリント基板の実装信頼性の問題は発生しないが、樹脂系の配線基板は、熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋと非常に低く、熱に対する問題に全く対処することができない。
すなわち、安価で、熱伝導に優れ、実装信頼性に優れた配線基板は未だ提供されていないのである。
従って本発明は、安価で、熱放散性及び実装信頼性に優れ、且つ高反射率である配線基板とそれを用いた電気装置並びに発光装置を提供することを目的とする。
本発明の配線基板は、少なくとも、平板状の絶縁基体と、該絶縁基体の表面又は内部のうち少なくとも一方に形成された配線層とを具備してなる配線基板であって、前記絶縁基体の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ熱膨張係数が８．５×１０−６／℃以上であることを特徴とする。
また、本発明の配線基板は、前記絶縁基体が、ＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体からなることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記ＭｇＯ質焼結体がＢをＢ２Ｏ３換算で０．０１〜１０質量％の割合で含むことが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記ＭｇＯ質焼結体がＺｒをＺｒＯ２換算で０．５〜２０質量％の割合で含むことが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記導体層が、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記配線基板の少なくとも一方の主面に発光素子を搭載するための搭載部を具備してなることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記配線基板の搭載部側の絶縁基体の全反射率が８０％以上であることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記配線基板の搭載部が形成された側の主面に、発光素子を収容するための枠体が形成されてなることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記枠体の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ熱膨張係数が８．５×１０−６／℃以上であることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記枠体の内壁面の全反射率が、８０％以上であることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記枠体が、セラミックスからなることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記枠体が、ＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体からなることが望ましい。
また、本発明の配線基板は、前記枠体が、金属からなることが望ましい。
また、本発明の電気装置は、以上説明した配線基板に電気素子を搭載してなることを特徴とする。
また、本発明の電気装置は、以上説明した配線基板に発光素子を搭載してなることを特徴とする。
本発明の配線基板は、絶縁基体の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで、電気素子または発光素子から発生する熱を速やかに放出することができるため、電気素子の誤作動や発光素子の輝度低下を防ぐことが可能となるとともに、熱膨張係数を８．５×１０−６／℃以上とすることで、熱膨張係数が１０×１０−６／℃以上と大きな有機基板や保護材との熱膨張ミスマッチを抑制することができるため、接合信頼性に優れた配線基板を実現することができる。
また、絶縁基体を、ＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体により形成することで、安価な原料を使用でき、アルミナと同程度の比較的低温での焼成が可能なため、高伝導率かつ安価な配線基板を得ることができる。
また、ＭｇＯ質焼結体が、ＢをＢ２Ｏ３換算で０．０１〜１０質量％の割合で含むことで、低温での緻密化が可能となり、製造コストを低減することができる。また、白色の焼結体が得られるため、高い反射率を有する配線基板を実現することができ、発光素子からの放射光が絶縁基体に吸収されることを防ぎ、発光効率の高い配線基板を得ることができる。
また、ＭｇＯ質焼結体が、ＺｒをＺｒＯ２換算で０．５〜２０質量％の割合で含むことで配線基板の緻密化を促進し、かつ耐薬品性を向上させることができる。
また、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分として導体層を形成することで、絶縁基体との同時焼成による表面および内部配線形成が可能となり、安価な配線基板を得ることができる。
また、絶縁基体の少なくとも一方の主面に発光素子を搭載するための搭載部を具備することで、発光素子を正確に実装でき、放射光を所定の方向に誘導することが可能となるため、実装歩留りの高い、発光効率の良い配線基板を得ることができる。
また、絶縁基体の搭載部側の全反射率を８０％以上とすることで、発光素子からの放射光が絶縁基体を透過する、または、絶縁基体に吸収されることを防ぐことができ、発光効率の良い配線基板を得ることができる。
また、配線基板の搭載部の主面に、発光素子を収納するための枠体を設けることで、発光素子を保護できるとともに、発光素子の周辺に蛍光体などを容易に配置することができる。また、枠体により発光素子の発する光を反射させて所定の方向に誘導することもできる。
また、枠体の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、熱膨張係数を８．５×１０−６／℃とすることで、枠体を介した放熱性が向上するとともに、枠体と絶縁基体との間に熱膨張係数に起因する応力が発生することがなく、信頼性の高い配線基板となる。
また、枠体の全反射率を８０％以上とすることで、発光素子の放射光が枠体に吸収されたり、枠体を透過することを防ぐことができ、放射光を所定の方向へ誘導でき、発光効率の良い配線基板を得ることができる。
また、枠体をセラミックスにより形成することで、絶縁基体や配線層との同時焼成が可能となり、安価に配線基板を作製することができる。また、セラミックスは、耐湿性、耐熱性に優れるため、配線基板の信頼性を向上させることができる。
特に、枠体をＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体により形成することで、安価で、熱伝導に優れ、信頼性に優れた配線基板となる。
また、枠体を安価で、加工性に優れた金属により形成することで、安価な配線基板を容易に作製することができる。
また、以上説明した本発明の配線基板に電気素子を搭載した本発明の電気素子によれば、電気素子からの発熱を速やかに放出することができるため、ヒートシンク等の放熱部材が不要となり、実装される電気機器の小型化に寄与できるとともに、熱膨張係数を有機材に近いものとすることにより、有機基板やモールド材との熱膨張ミスマッチを抑制できるため、電気装置の接合信頼性向上に寄与できる。
また、以上説明した本発明の配線基板に発光素子を搭載した本発明の発光装置によれば、発光素子からの発熱を速やかに装置外に放出することができるため、発熱による輝度低下を抑制できるとともに、熱膨張係数を有機材に近いものとすることにより、有機基板等との熱膨張ミスマッチを抑制できるため、発光装置の接合信頼性向上に寄与できる。
本発明の配線基板は、例えば、図１（ａ）に示すように、絶縁基体１と、絶縁基体１の主面１ａに形成された電気素子、あるいは発光素子との接続端子３、絶縁基体１の他方の主面１ｂに形成された外部電極端子５、接続端子３と外部電極端子５とを電気的に接続するように、絶縁基体１を貫通して設けられた貫通導体７とから構成されている。
そして、一方の接続端子３ａと他方の接続端子３ｂとの間には、電気素子、あるいは発光素子を搭載するための搭載部９が形成されている。
また、例えば、本発明の配線基板１１は、図１（ｂ）に示すように、搭載部９側に、搭載される電気素子、あるいは発光素子を収納するための枠体１３が形成されて構成されている。
本発明によれば、このような配線基板１１において、絶縁基体１の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、熱膨張係数を８．５×１０−６／℃以上とすることが重要である。
即ち、絶縁基体１の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで、電気素子または発光素子から発生する熱を速やかに放出することができるため、電気素子の誤作動や発光素子の輝度低下を防ぐことが可能となるとともに、熱膨張係数を８．５×１０−６／℃以上とすることで、熱膨張係数が１０×１０−６／℃以上と大きな外部のプリント基板やモールド材との熱膨張ミスマッチを抑制することができるため、信頼性に優れた配線基板１１を実現することができる。絶縁基体１の熱伝導率は、特に、３５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましく、さらに、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。また、熱膨張係数は、特に、９．０×１０−６／℃以上が好ましく、１０．０×１０−６／℃以上がより好ましい。
そして、例えば、この絶縁基体１として、ＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体を用いることで、安価な原料を使用でき、アルミナと同程度の比較的低温での焼成が可能となるため、高熱伝導かつ安価な配線基板１１を得ることができる。
なお、ＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体とは、例えば、Ｘ線回折によって、ＭｇＯのピークが主ピークとして検出されるようなもので、ＭｇＯの結晶を体積比率として、５０体積％以上含有していることが望ましい。
また、このような焼結体は、例えば、平均粒径０．１〜８μｍの純度９９％以上のＭｇＯ粉末に、平均粒径０．１〜８μｍのＹ２Ｏ３やＹｂ２Ｏ３などの希土類元素酸化物、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＺｎＯの群から選ばれる少なくとも１種の焼結助剤を添加した成形体を１３００〜１７００℃の温度範囲で焼成することによって得られるものである。また、あるいは、ＭｇＯを含有するＭｇＡｌ２Ｏ４やＭｇＯ・ＳｉＯ２系の複合酸化物を添加してもよい。そして、焼結助剤などのＭｇＯ以外の組成物の添加量については、ＭｇＯを主結晶とする緻密体を得るために、望ましくは３０質量％以下、更に望ましくは、２０質量％以下とすることが望ましい。特に、焼結助剤などのＭｇＯ以外の組成物の添加量が１０質量％以下とした場合には、得られる絶縁基体１の大部分をＭｇＯ結晶により形成することができる。
また、これらの焼結助剤は、焼成温度を低くするために３質量％以上、さらには５質量％以上添加することが望ましい。
ここで、上記ＭｇＯ質焼結体がＢを酸化物（Ｂ２Ｏ３）換算で０．０１〜１０質量％の割合で含むことが望ましい。これにより、低温での緻密化が可能となり、製造コストを低減することができる。また、白色の焼結体が得られるため、搭載部に発光素子を搭載した場合、発光素子からの放射光が絶縁基体に吸収されることを防ぎ、発光効率の高い配線基板を得ることができる。Ｂ２Ｏ３は特に、０．０３〜７質量％、さらには、０．０５〜５質量％含むことが望ましい。
また、上記ＭｇＯ質焼結体がＺｒを酸化物（ＺｒＯ２）換算で０．５〜２０質量％の割合で含むことが望ましい。これにより、配線基板のめっき液等に対する耐薬品性を向上させることができ、信頼性に優れた配線基板が得られる。ＺｒＯ２は特に、１〜１５質量％、さらには、２〜１０質量％含むことが望ましい。
ＭｇＯを主成分とする組成物に、さらに、バインダー、溶剤を添加することで、スラリーを作製し、例えば、ドクターブレード法により、シート状の成形体を作製し、さらに、その表面や、シート状の成形体に設けた貫通孔などに、少なくとも金属粉末を含有する導体ペーストを印刷、充填したのち、このシートを積層し、酸化雰囲気、還元雰囲気、あるいは不活性雰囲気で焼成することで、表面や内部に接続端子３や外部電極端子５や貫通導体７などの配線層が形成された配線基板１１を作製することができる。また、配線層は、薄膜法により絶縁基板の表面に形成したり、金属箔を成形体の表面に転写するなどして形成できることはいうまでもない。
そして、このような絶縁基体１の表面あるいは内部に、接続端子３、外部電極端子５、貫通導体７を形成することで、配線基板１１に配線回路を形成することができる。そして、これらの配線回路に用いる導体を、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分として形成することで、絶縁基体１と同時焼成して、接続端子３、外部電極端子５、貫通導体７を形成することが可能となり、安価な配線基板１１を得ることができる。
また、接続端子３の表面にＮｉ、Ａｕ、ＡｌやＡｇめっきを施すことにより、反射率を向上させることができる。
また、絶縁基体１の搭載部側の主面１ａの全反射率を８０％以上とすることにより、搭載部に発光素子を搭載した場合には、発光素子の放射する光が絶縁基体１の搭載部側の主面１ａにより反射されるため、放射光が絶縁基体１に吸収、あるいは絶縁基体１を透過することがないため、発光素子が直接、放射する光のみならず、絶縁基板１の主面１ａに反射した光までも、所定の方向に誘導することができるため、発光効率を格段に高くすることができる。なお、絶縁基板１の搭載部側の主面１ａの全反射率は、特に、８５％以上、さらに９０％以上とすることが望ましい。
また、同様に枠体１３についても、発光素子の放射光を受ける内壁面１３ａの全反射率が８０％以上であることが望ましい。特に、８５％以上、さらに９０％以上とすることが望ましい。
なお、搭載部９に発光素子を搭載しない場合、あるいは、絶縁基体１並びに枠体１３に高反射の機能が求められない場合には、絶縁基体１並びに枠体の全反射率が８０％未満であっても、一向にかまわない。
この枠体１３の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで、絶縁基体１に加えて、枠体１３からも熱を良好に放射することができるため、配線基板１１としての放熱性が格段に向上する。さらに、絶縁基体１、並びに枠体１３の熱膨張係数をともに８．５×１０−６／℃以上とすることで、両者の間に発生する熱応力を小さくすることができる、また、枠体１３が取り囲む空間に熱膨張係数が大きいモールド材などの樹脂などが充填された場合であっても、同様に、樹脂と絶縁基体１、並びに枠体１３との間に発生する応力を格段に小さくすることができる。
そして、枠体１３においても、絶縁基体１の場合と同様に、熱伝導率は、特に、３５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましく、さらに、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。また、熱膨張係数は、特に、９．０×１０−６／℃以上が好ましく、１０．０×１０−６／℃以上がより好ましい。
このような特性を有する枠体１３を、セラミックスにより形成することで、絶縁基体１と枠体１３とを同時焼成することができ、工程が簡略化されるため、安価な配線基板１１を容易に作製することができる。また、セラミックスは耐熱性、耐湿性に優れているため、長期間の使用や、悪条件での使用にも、優れた耐久性を有する配線基板１１となる。
また、安価で、加工性に優れた金属により枠体１３を形成することで、複雑な形状の枠体１３であっても、容易に製造することができ、安価な配線基板１１を供給することができる。この金属製の枠体１３は、例えば、ＡｌやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等などにより好適に形成することができる。また、枠体１３の表面には、Ｎｉ、Ａｕ、ＡｌおよびＡｇなどからなるめっき層（図示せず）を形成してもよい。
なお、このように枠体１３を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体１の主面１ａに金属層１７を形成し、この金属層１７と枠体１３とを、例えば、共晶Ａｇ−Ｃｕろう材等からなるろう材（図示せず）を介して、ろう付けすることができる。
そして、以上説明した本発明の配線基板１１に、例えば、図２（ａ）に示すように電気素子１９として、半導体素子１９やフィルター１９などを搭載し、ボンディングワイヤ２３により電気素子１９に給電することにより、電気素子１９を機能させることができ、電気素子１９からの発熱を速やかに放出するためことができるため、ヒートシンク等の放熱部材が不要となり、実装される電気機器の小型化に寄与できるとともに、熱膨張係数をプリント基板に近いものとすることにより、プリント基板やモールド材との熱膨張係数のミスマッチを抑制できるため、接合信頼性の高い電気装置２５ができる。なお、ヒートシンクを設けることで、更に放熱性が向上することはもちろんであり、例えば、ヒートシンクのような冷却装置を設けることを排除するものではない。
また、配線基板１１に形成された搭載部９に、例えば発光素子２１として、ＬＥＤチップ２１などを搭載し、ボンディングワイヤ２３により、ＬＥＤチップ２１と接続端子３とを電気的に接続して、給電することにより、発光素子２１の放射する光を絶縁基体１や枠体１３に反射させ、所定の方向へと誘導することができるため、高効率の発光装置２７となる。また、絶縁基体１並びに枠体１３の熱伝導率が高いため、発光素子２１からの発熱を速やかに放出することができ、発熱による輝度低下を抑制できる。また、さらに、絶縁基体１並びに枠体１３の熱膨張係数を８．５×１０−６／℃以上として、プリント基板に近いものとすることにより、有機基板やモールド材との熱膨張ミスマッチを抑制できるため、高出力且つ接合信頼性の高い発光装置２７ができる。
また、図２（ｂ）に示すように、電気素子１９、発光素子２１を搭載した側の配線基板１１の主面１ａに、枠体１３を搭載した電気装置２５、発光装置２７では、枠体１３の内側に電気素子１９、発光素子２１を収納することで、容易に電気素子１９、発光素子２１を保護することができる。
なお、図２（ａ）、（ｂ）に示した例では、電気素子１９、発光素子２１は、接着剤２９により配線基板１１に固定され、電力の供給はワイヤボンド２３によりなされているが、配線基板１１との接続形態は、フリップチップ接続であってもよいことはいうまでもない。
また、電気素子１９、発光素子２１は、モールド材３１により被覆されているが、モールド材３１を用いずに、蓋体（図示せず）を用いて封止してもよく、また、モールド材３１と蓋体とを併用してもよい。発光素子２１を用いる場合には蓋体は、ガラスなどの透光性の素材を用いることが望ましい。
なお、発光素子２１を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材３１に発光素子２１が放射する光を波長変換するための蛍光体（図示せず）を添加してもよい。
また、以上説明した例では、貫通導体７を設けた例について説明したが、貫通導体７を設けない場合であってもよく、また、絶縁基体１が多層に積層されている形態であってもよいことは勿論である。
配線基板の原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１μｍのＭｇＯ粉末、純度９９％以上、平均粒子径１μｍのＹ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒子径２μｍのＢ２Ｏ３粉末、平均粒子径１μｍのＺｒＯ２粉末、純度９９％以上を用いて、表１に示す割合で原料粉末を混合した。ただし、Ｂ２Ｏ３を助剤として用いた表１のＪ〜Ｌについては、焼成時にＢ２Ｏ３が気化して失われるため、添加量ではなく、焼成体中の含有量を示している。これらの原料粉末の混合物に成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダ、溶媒としてトルエンを混合し、スラリーを調整した。しかる後に、ドクターブレード法にてグリーンシートを作製した。
また、平均粒子径２μｍのＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ粉末を用いて、表１に示す割合で金属粉末を混合し、アクリル系バインダとアセトンとを溶媒として混合し、それぞれのグリーンシートに用いる導体ペーストを調製した。
そして、上記のグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、直径が１００μｍのビアホールを形成し、このビアホール内に、導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填するとともに、配線パターン状に印刷塗布した。なお、発光素子を収納する枠体となるグリーンシートについては、打ち抜き加工によって貫通穴を形成した。
このようにして作製したグリーンシートを組み合わせ、位置合わせし、積層圧着し、外形１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの積層体を作製した。
そして、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１４００〜１６００℃の最高温度で２時間焼成した。そして、絶縁基体の一方の主面に接続端子を形成し、他方の主面に外部電極端子を形成し、両者を貫通導体で接続した配線基板を作製した。その後、接続端子並びに外部電極端子の表面にＮｉ、ＡｕおよびＡｇめっきを順次施した。なお、ＭｇＯの耐薬品性がＡｌ２Ｏ３などと比較すると低いため、めっき処理液の濃度を薄くし、めっき処理温度を低くして、配線基板の表面状態が劣化しないようにして、本発明の配線基板のめっき処理を行った。
また、比較例として、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮを主結晶とする絶縁基体からなる配線基板を作製した。この配線基板の作製にあたり、先ず、原料粉末として純度９９％以上、平均粒径が１μｍのＡｌ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末、純度９９％以上、平均粒径１μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、平均粒径１μｍのＡｌＮ粉末、純度９９％以上、平均粒径１．５μｍ以上のＹ２Ｏ３粉末を用いて、表２に示す割合で原料粉末を混合した。これら原料粉末の混合物を上記実施例と同様の製法を用いて配線基板を作製した。なお、Ａｌ２Ｏ３については、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて最高温度１４００℃の条件で焼成し、ＡｌＮについては、非酸化性雰囲気にて脱脂を行ない、窒素水素混合雰囲気にて最高温度１８００℃の条件で焼成した。
以上の工程により、表１、２に示すように、Ａ〜Ｒの形態の配線基板を作製した。
Figure 2006041454
Figure 2006041454
さらに、一部の配線基板の搭載部が形成された側には、１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの外形寸法を有し、絶縁基体と接する側の内径が４ｍｍ、逆側の内径が８ｍｍのテーパー状の貫通穴を有する絶縁基体と同様の材質からなる枠体あるいは金属製の枠体を形成した。なお、枠体を絶縁基体と同じ材質で形成した配線基板については、絶縁基体と枠体とをグリーンシートにて一体物として形成し、同時焼成を行って作製した。また、金属製の枠体としては、熱膨張係数が２３×１０−６／℃、熱伝導率が２３８Ｗ／ｍ・ＫのＡｌ製金属枠体と、熱膨張係数が６×１０−６／℃、熱伝導率が１７Ｗ／ｍ・ＫのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製金属枠体とを用いた。また、金属製の枠体を設けた配線基板については、接続端子並びに外部電極端子を形成する導体ペーストを用いて、絶縁基体の搭載部側の枠体が搭載される部分に金属層を形成したのち、共晶Ａｇ−Ｃｕのロウ材を用いて、８５０℃の条件で、枠体を絶縁基体に接合して作製した。
これらの配線基板に接着剤としてエポキシ樹脂を用いて出力１．５Ｗの発光素子であるＬＥＤチップを搭載部に実装し、ボンディングワイヤによりＬＥＤチップと接続端子とを結線し、さらに、ＬＥＤチップと接続端子とを熱膨張係数が４０×１０−６／℃のエポキシ樹脂からなるモールド材で覆い、発光装置を得た。
得られた発光装置を有機基板に半田にて実装し、−５５℃〜１２５℃の温度サイクル試験を１０００サイクル行い、試験後、装置と有機基板接着界面の剥離状況を確認した。
また、発光装置に０．４Ａの電流を通電し、１時間後に全放射束測定を行った。
なお、電気素子については、発光素子も電気素子と同様に発熱することから、発光装置の試験結果をもって、代用した。
得られた絶縁基体を粉砕して、アルカリ融解した後、ＩＣＰ発光分光分析により各成分の含有量を決定した。
得られた絶縁基体を粉砕し、Ｘ線回折により絶縁基体の主結晶相を同定した。
また、絶縁基体の熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定し、熱膨張係数はＴＭＡにより、２５〜４００℃の範囲で測定した。
また、絶縁基体並びに枠体の内壁面の反射率は、分光側色計により、以下の測定機器および条件にて測定した。
＜測定機器＞ ミノルタ製ＣＭ−３７００ｄ
＜基準光源＞ Ｄ６５
＜波長＞ ３６０、４００、７４０ｎｍ
＜視野＞ １０°
＜測定反射率＞ 全反射率
金属製枠体付きは、Ｂの形態にＡｌ並びにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を上述の方法にて接合した。
以上の工程により作製した配線基板の特性と、試験結果を表３に示す。
Figure 2006041454
表３に示すように、絶縁基体の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満である本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１３は、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋと低いため、発光装置に通電した際に発生するＬＥＤチップからの熱を十分に放散することができず、ＬＥＤチップが所定の温度を超えたために発光効率が低下し、十分な発光強度が得られなかった。また、絶縁基体の熱膨張係数が８．５×１０−６／℃未満の７×１０−６／℃であるために、配線基板と有機基板との熱膨張係数差が大きくなり、熱サイクル試験に両者の接続が絶たれ、十分な接続信頼性が得られなかった。
また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１４は、絶縁基体の熱膨張係数が４．５×１０−６／℃と小さいため、絶縁基体とモールド材との熱膨張係数差が大きくなり、熱サイクル試験後に両者の間に剥離が生じ、十分な信頼性が得られなかった。また、全反射率が４０％以下と小さく、十分な発光強度が得られなかった。
一方、本発明の試料Ｎｏ．１〜１２、１５〜２１では、ＬＥＤチップの過剰な加熱が起こらず、高い発光効率を実現することができた。また、配線基板と有機基板との間の接続信頼性も十分なものであった。
特に、枠体を形成した試料Ｎｏ．１〜１１、１５〜２１では、枠体を設けなかった場合に比べ、光特性が、さらに向上した。
（ａ）は、本発明の配線基板の断面図であり、（ｂ）は、枠体を設けた本発明の配線基板の断面図である。 （ａ）は、本発明の電気装置、発光装置の断面図であり、（ｂ）は、枠体を設けた本発明の電気装置、発光装置の断面図である。
符号の説明
１・・・絶縁基体
３ａ、３ｂ・・・配線層、接続端子
５・・・配線層、外部電極端子
９・・・搭載部
１１・・・配線基板
１３・・・枠体
１３ａ・・・枠体の内壁面
１９・・・電気素子
２１・・・発光素子
２５・・・電気装置
２７・・・発光装置
３１・・・モールド材

Claims (15)

  1. 少なくとも、平板状の絶縁基体と、該絶縁基体の表面又は内部のうち少なくとも一方に形成された配線層とを具備してなる配線基板であって、前記絶縁基体の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ熱膨張係数が８．５×１０−６／℃以上であることを特徴とする配線基板。
  2. 前記絶縁基体が、ＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体からなることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
  3. 前記ＭｇＯ質焼結体がＢをＢ２Ｏ３換算で０．０１〜１０質量％の割合で含むことを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
  4. 前記ＭｇＯ質焼結体がＺｒをＺｒＯ２換算で０．５〜２０質量％の割合で含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の配線基板。
  5. 前記導体層がＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇのうち少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の配線基板。
  6. 前記配線基板の少なくとも一方の主面に発光素子を搭載するための搭載部を具備してなることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の配線基板。
  7. 前記配線基板の搭載部側の絶縁基体の全反射率が８０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の配線基板。
  8. 前記配線基板の搭載部が形成された側の主面に、発光素子を収容するための枠体が形成されてなることを特徴とする請求項６又は７に記載の配線基板。
  9. 前記枠体の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、且つ熱膨張係数が８．５×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項８に記載の配線基板。
  10. 前記枠体の内壁面の全反射率が、８０％以上であることを特徴とする請求項８又は９に記載の配線基板。
  11. 前記枠体が、セラミックスからなることを特徴とする請求項８乃至１０のうちいずれかに記載の配線基板。
  12. 前記枠体が、ＭｇＯを主結晶相とするＭｇＯ質焼結体からなることを特徴とする請求項１１に記載の配線基板。
  13. 前記枠体が、金属からなることを特徴とする請求項８乃至１０のうちいずれかに記載の配線基板。
  14. 請求項１乃至１３のうちいずれかに記載の配線基板に電気素子を搭載してなることを特徴とする電気装置。
  15. 請求項１乃至１３のうちいずれかに記載の配線基板に発光素子を搭載してなることを特徴とする発光装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014194988A (ja) * 2013-03-28 2014-10-09 Toyota Motor Corp 絶縁基板及びその製造方法、半導体装置
JP2015151325A (ja) * 2014-02-18 2015-08-24 京セラ株式会社 セラミック焼結体およびたパッケージ

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