JP2006066631A - 配線基板および電気装置並びに発光装置 - Google Patents

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、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第一の絶縁層１と、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の第二の絶縁層３とを積層してなる絶縁基板５と、該絶縁基板５の表面または内部のうち、少なくとも一方に形成された配線層７、１１、９と、前記絶縁基板５の一方の主面に形成された電気素子または発光素子のうち少なくとも一方を搭載する搭載部１３と、を具備してなるとともに、前記第一の配線層１が、前記第二の絶縁層３よりも搭載部１３側に形成されたことを特徴とする。
【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、半導体素子の高集積化、発光素子の高輝度化に伴い、電気装置及び発光装置から発生する熱も増加しており、該電気装置の誤動作をなくす、また、発光素子の輝度の低下をなくす為には、このような熱を装置外に速やかに放出する基板が必要となり、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高や、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く、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、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第一の絶縁層と、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の第二の絶縁層とを積層してなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面または内部のうち、少なくとも一方に形成された配線層と、前記絶縁基板の一方の主面に形成された電気素子または発光素子のうち少なくとも一方を搭載する搭載部と、を具備してなるとともに、前記第一の配線層が、前記第二の絶縁層よりも搭載部側に形成されたことを特徴とする。

また、本発明の配線基板は、前記第一の絶縁層が、前記配線基板の少なくとも一方の主面に露出していることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、第一の絶縁層が、前記配線基板の搭載部側の主面に露出していることがより好ましい。

また、本発明の配線基板は、前記第一の絶縁層の厚みが、２５μｍ以上であることが望ましい。

また、本発明の配線基板は、前記第一の絶縁層が、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、前記第二の絶縁層が、アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックスからなる群のうちいずれかであることが望ましい。

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、本発明の発光装置は、以上説明した配線基板に配線基板に発光素子を搭載してなることを特徴とする。

通常、配線基板は、厚み方向の寸法よりも平面方向の寸法が大きく、そのため、厚み方向に電気素子や発光素子に起因する熱を伝達することは、容易であるが、平面方向へは熱が伝達されにくく、放熱性に改善の余地がある。

本発明の配線基板によれば、熱伝導率の異なる層を２層以上形成させることで、配線基板の厚み方向への熱伝達において、あたかも、障壁が存在するようになる。一方、配線基板の平面方向への熱伝達においてはそのような障壁がないため、特に、高熱伝導の第一の絶縁層を介して、熱が配線基板の平面方向へ伝達され易くなり、配線基板に搭載される電気素子や発光素子が発する熱を効果的に基板全面に伝達することができる。

そのため、配線基板の放熱性が向上するとともに、配線基板全体の均熱性が向上し、配線基板を外部電気回路基板などに接続した場合でも、配線基板が不均一に加熱されることに伴い、熱応力が集中することがなく、配線基板と外部電気回路基板との接続信頼性も向上する。そして、この効果は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第一の絶縁層と、熱伝導率の３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の比較的低熱伝導率の第二の絶縁層とを積層してなる絶縁基板において、前記第一の配線層が、前記第二の絶縁層よりも、配線基板の少なくとも一方の主面に電気素子あるいは発光素子が搭載される搭載部側に形成されることで、効果的に発現するものである。

また、本発明の配線基板においては、高熱伝導の第一の絶縁層を配線基板の表面に露出するように形成することで、熱源である電気素子や発光素子から発せられる熱を、最初に素子と接触する絶縁層あるいは、配線基板の電気素子や発光素子が搭載される側と反対側の主面であり、配線基板から熱を放出する主面を形成する絶縁層を高熱伝導とすることができ、平面方向への熱の伝達あるいは配線基板の放熱性を向上させることができる。

また、第一の絶縁層を、前記配線基板の搭載部側の主面に露出させることで、素子に最も近い絶縁層が高熱伝導層となり、素子からの熱をより効果的に基板平面方向へ伝達できるため、配線基板の放熱性を向上することができる。

この第一の絶縁層の厚みを２５μｍ以上とすることで、配線基板の平面方向への熱放散性を向上させることができるとともに、高熱伝導層の欠けを防止することができ、均質な配線基板となる。

また、第一の絶縁層として、高熱伝導で、比較的安価に製造することのできるＭｇＯを主結晶とするＭｇＯ質焼結体を用いることが望ましい。

また、第二の絶縁層絶縁層として、比較的安価で、高強度なアルミナ質焼結体やムライト質焼結体を用いることで、安価で、しかも高強度の配線基板となる。また、第二の絶縁層絶縁層として、１０５０℃以下の温度域で焼成が可能な低温焼成基板である、いわゆる、ガラスセラミックスを用いた場合には、低温での焼成が可能となるために、配線導体として、低抵抗なＣｕやＡｇを用いることができる。

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、配線基板の少なくとも一方の主面に、電気素子や発光素子を搭載するための搭載部を具備することで、電気素子や発光素子を正確に実装でき、発光素子を実装した場合には、放射光を所定の方向に誘導することが可能となるため、実装歩留りが高く、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、配線基板の搭載部が形成された側の主面に、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以上とすることで、枠体を介した放熱性が向上する。

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、第一の絶縁層１と、第一の絶縁層１と積層された第二の絶縁層３とから形成される絶縁基体５、絶縁基体５の主面５ａに形成された電気素子、あるいは発光素子との接続端子７、絶縁基体５の他方の主面５ｂに形成された外部電極端子９、接続端子７と外部電極端子９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１１とから構成されている。

そして、一方の接続端子７ａと他方の接続端子７ｂ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１３が形成されている。

また、例えば、本発明の配線基板１５は、図１（ｂ）に示すように、絶縁基体５の搭載部１３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１７が接着層１９を介して形成されて構成されている。

そして、本発明においては、絶縁基体５が、熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第一の絶縁層１と、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の第二の絶縁層３とを積層して形成されていることが重要であり、第一の絶縁層１が第二の絶縁層３よりも搭載部１３側に形成されていることが重要なのである。

例えば、図１に示す例では、第二の絶縁層３を第一の絶縁層１で挟持しているのであるが、絶縁基体５の積層構造のうち、絶縁基体５の搭載部１３側からみて、少なくとも第一の絶縁層１、第二の絶縁層３の順番で積層された積層構造が一部にあればよいのである。

言い換えれば、絶縁基体５が、第一の絶縁層１と第二の絶縁層３との積層体であって、第一の絶縁層１の搭載部１３と逆側の主面に第二の絶縁層３が形成された積層構造を有することが重要なのである。

従って、図１において、絶縁基体５を形成する絶縁層のうち、最も下側に形成された第一の絶縁層１ｂが、第二の絶縁層３で形成されていてもよいのである。この構成を満足する限りにおいて、本発明の配線基板１５の層構成は２層あるいは３層に限定されるものではなく、多層に構成されていてもよいことはいうまでもない。

また、本発明によれば、このような配線基板１５において、絶縁層１の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、絶縁層１の基体となる絶縁層１の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満とすることが重要である。

即ち、配線基板１５において、第二の絶縁層３よりも搭載部１３側に形成される第一の絶縁層１の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、第二の絶縁層３の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満とすることで、絶縁基体５の厚み方向への熱伝達において、あたかも、第一の絶縁層１と第二の絶縁層３との界面に障壁が存在するようになる。

一方、配線基板１５の平面方向への熱伝達においてはそのような障壁がないため、特に、高熱伝導の第一の絶縁層１を介して、熱が配線基板１５の平面方向へ伝達され易くなり、配線基板１５に搭載される電気素子や発光素子が発する熱を効果的に配線基板１５の平面方向に伝達することができ、配線基板１５において熱の偏在を抑制することができる。そして、このような構造により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。また、配線基板１５が速やかに冷却されるため、配線基板１５の温度上昇により発生するプリント基板やモールド材との接続界面に生じる熱応力を低減でき、信頼性に優れた配線基板１５を実現することができる。この第一の絶縁層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、熱伝導の障壁として作用する第二の絶縁層３の熱伝導率は３〜２５Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましい。

そして、例えば、この第一の絶縁層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、容易に３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁層１を形成することができるとともに、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り、安価な配線基板１５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、第二の絶縁層３として、アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体を用いることで非常に安価で、信頼性の高い第二の絶縁層３を形成できる。また、例えば、第二の絶縁層３としてガラスセラミックスを用いた場合には、外部電極５、接続端子７、内層導体７にＣｕやＡｇに代表される低抵抗かつ高熱伝導の金属材料を用いることが可能であるため、導体抵抗に伴う発熱を抑制し、素子より発生した熱に対しても良熱伝導体として作用するために高放熱、高信頼性の配線基板１５を得ることができる。

そして、第一の絶縁層１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Ｙ_２Ｏ_３やＹｂ_２Ｏ_３などの希土類元素酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ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１０００〜１７００℃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ＭｇＡｌ_２Ｏ_４やＭｇＯ・ＳｉＯ_２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５０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を１０質量％以下とした場合には、得られる第一の絶縁層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。

また、第二の絶縁層３をアルミナにより形成する場合には、例えば、主成分となる酸化アルミニウム原料粉末として、平均粒径が０．１〜１０μｍ、さらに０．５〜２．５μｍ、特に０．５〜２．０μｍの粉末を用いることが望ましい。平均粒径を０．５μｍ以上とすることにより、原料コストを低く出来ると同時に、粉末の凝集力が比較的小さく、取り扱いが容易である。また、平均粒径を２．５μｍ以下とすることで、絶縁層を十分に焼結させることが出来るためである。

そして、酸化アルミニウム粉末に対して、第二の成分として、ＭｎＯ_２を２．０〜１０．０質量％、特に３．０〜７．０質量％の割合で添加することが低温焼成の観点から望ましい。また、適宜、第３の成分として、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯなどの粉末を０．４〜８質量％添加してもよい。

なお、このような酸化物の添加に当たっては、酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などとして添加してもよい。

このようなＭｇＯを主成分とする第一の絶縁層１となる組成物、あるいはアルミナ、ムライト、ホウ珪酸ガラスを主成分とする第二の絶縁層３となる組成物に、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する。その他、混合粉末に有機バインダーを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのシート状成形体を作製することもできる。

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、充填する。これらの導体ペースト中には、絶縁層との密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や、絶縁層を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。

次に、第一の絶縁層１となるＭｇＯを主成分とするシートと、第二の絶縁層となるアルミナ、ムライト、ホウ珪酸ガラスなどを主成分とするシートより選ばれる１種とを積層し、これらの絶縁層がアルミナ、ムライトの場合には還元雰囲気、ホウ珪酸ガラスを主成分とする絶縁層を形成する場合には不活性雰囲気で焼成することで、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第一の絶縁層１と、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の第二の絶縁層３とが積層された絶縁基板５の表面や内部に接続端子７や外部電極端子９や貫通導体１１などの配線層が形成された配線基板１５を作製することができる。

なお、絶縁層として材質の異なる異種材料を同時焼成する場合には、各々の絶縁層の焼成収縮率を整合させる必要があると同時に、収縮過程の挙動を整合させる必要がある。従って、各々の絶縁層の焼成収縮率を±５％の範囲で一致させると同時に、焼成収縮開始温度並びに焼成収縮終了温度差をそれぞれ１００℃の範囲になるように各組成を調整することが望ましい。

特に、第１の絶縁層とガラスセラミックとを同時焼成する場合には、ガラスセラミックの焼成温度を１０００℃以上に調整することが好ましい。

また、接続端子７や外部電極端子９などの配線層は、薄膜法により絶縁基板５の表面に形成したり、金属箔を成形体の表面に転写した後に、焼成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７、外部電極端子９、貫通導体１１を形成することで、配線基板１５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、配線基板１５を構成する第一の絶縁層１、第二の絶縁層３、接続端子７、外部電極端子９、貫通導体１１を同時焼成して形成することが可能となり、安価な配線基板１５を得ることができる。

次に、接続端子７の表面状態を整えるため（表面の異物付着、酸化膜の除去）、６０℃のＮａＯＨ溶液（ｐＨ１４）で２分浸漬、２５℃のＨＣｌ溶液（ｐＨ１）１分浸漬の表面処理を行い、その後に導体層上にＮｉ、ＡｕおよびＡｇめっきを順次施した。

また、絶縁基板５の搭載部１３側の主面５ａの全反射率を８０％以上とすることにより、搭載部１３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板５の搭載部１３側の主面５ａにより反射されるため、放射光が絶縁基板５に吸収されたり、あるいは絶縁基板５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５の主面５ａ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、より強い光を対象に供給することが可能となり、発光効率を格段に高くすることができる。なお、配線基板１５の素子搭載部側の主面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１７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１３に発光素子を搭載しない場合、あるいは、絶縁基体５並びに枠体１７に高反射の機能が求められない場合には、絶縁基体５の搭載部１３側の主面５ａ並びに枠体１７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１７の熱伝導率を３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで、絶縁基体５に加えて、枠体１７からも熱を良好に放射することができるため、配線基板１５としての放熱性が格段に向上する。

そして、枠体１７においても、第一の絶縁層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以上とすることがより好ましい。

そして、このような特性を有する枠体１７を、セラミックスにより形成することで、例えば、絶縁基体５もセラミックスにより形成される場合には、絶縁基体５と枠体１７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１５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１５となる。

また、安価で、加工性に優れた金属により枠体１７を形成する場合には、複雑な形状の枠体１７であっても、容易に安価に製造することができ、安価な配線基板１５を供給することができる。この金属製の枠体１７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１７の表面や配線層７、９には、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ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１７を金属により形成する場合には、予め、絶縁基体５の搭載部１３側の主面５ａに金属層１９を形成し、この金属層１９と枠体１７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１５に、例えば、図２（ａ）に示すように電気素子２１として、半導体素子２１やフィルター２１などを搭載し、ボンディングワイヤ２３により電気素子２１に給電することにより、電気素子２１を機能させることができ、電気素子２１からの発熱を速やかに放出するためことができるため、放熱性に優れ、熱の偏在が抑制された電気装置２７となる。そして、このような電気装置２７においては、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。

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１５に形成された搭載部１３に、例えば発光素子２９として、ＬＥＤチップ２９などを搭載し、ボンディングワイヤ２３により、ＬＥＤチップ２９と接続端子７と電気的に接続して、給電することにより、発光素子２９の放射する光を絶縁基体５や枠体１７に反射させ、所定の方向へと誘導することができるため、高効率で熱の偏在が抑制された発光装置３１となる。また、配線基板１５並びに枠体１７の熱伝導率が高いため、発光素子２９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、図２（ｂ）に示すように、電気素子２１、発光素子２９を搭載した側の配線基板１５の主面５ａに、枠体１７を搭載した電気装置２７、発光装置３１では、枠体１７の内側に電気素子２１、発光素子２９を収納することで、容易に電気素子２１、発光素子２９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２１、発光素子２９は、接着剤３３により配線基板１５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１５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、図２（ａ）、（ｂ）の例では、電気素子２１、発光素子２９は、モールド材３５により被覆されているが、モールド材３５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３５と蓋体とを併用してもよい。蓋体を用いる場合であって、発光素子２９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２９を搭載する場合には、必要に応じて、このモールド材３５に発光素子２９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１１を設けた例について説明したが、貫通導体１１を設けない場合であってもよいことは勿論である。

純度９９％以上、平均粒径が１．０μｍのＭｇＯ粉末、純度９９％以上、平均粒子径１．０μｍのＹ_２Ｏ_３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末、純度９９％以上、平均粒径３．２μｍ、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３の結晶性ガラス粉末を表１に示す割合で混合し、成形用バインダーとしてアクリル系有機樹脂と、トルエンを溶媒として混合し、スラリーを調整し、しかる後に、ドクターブレード法にて、焼成することで第一の絶縁層となる７種類の第一のグリーンシートを作製した。

また、平均粒径１．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３、純度９９％以上、平均粒径３μｍのＳｉＯ_２、純度９９％以上、平均粒径４．５μｍ、純度９９％以上のＭｎ_２Ｏ_３、平均粒径２．５μｍのＣａＣＯ_３粉末、平均粒径２．０μｍのムライト、純度９９％、平均粒径３．２μｍ、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３の結晶性ガラス粉末を表２に示す割合で混合し、第一のグリーンシートと同様の工程で、第二の絶縁層となる６種類の第二のグリーンシートを作製した。

また、平均粒子径２．０μｍのＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ粉末を用いて、表３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、４種類の導体ペーストを調製した。

そして、この第一のグリーンシート並びに第二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、表３に示す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、グリーンシートの表面に配線パターン状に印刷塗布した。

このようにして作製した第一のグリーンシートと、第二のグリーンシートとを組み合わせ、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、表３に示す、主成分の金属材料としてＣｕの低融点金属粉末のみを用いた導体組成Ｑを適用する試料については露点＋５０℃の湿潤窒素雰囲気にて脱脂を行ったのち、引き続き１０５０℃〜１１００℃の最高温度で２時間焼成した。

また、金属材料にＭｏの高融点金属のみを用いた導体組成Ｎ、或いは、低融点の金属粉末と高融点の金属粉末を用いた導体組成Ｏ、Ｐに関しては露点＋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１２００〜１６００℃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Ａｌ_２Ｏ_３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。

なお、この試験では絶縁層を３層積層し、表４に示す組み合わせとなるようにして評価を行った。また、焼成後の各絶縁層は表４に示す厚みとなるようにグリーンシートを作製した。

以上の工程により、表１〜３に示すような組成をもつ絶縁層並びに導体層を構成した。

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、配線基板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第一の絶縁層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、枠体を第一の絶縁層と同じ材質で形成した配線基板については、配線基板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。

また、各々の絶縁層の熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定した。

また、配線基板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、実施例２１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４に示す。

表４に示すように、３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有する絶縁層の搭載部側に３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する絶縁層が形成されていない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１１、１２、１３、１５は、配線基板の素子搭載側とは逆の主面を基準にした場合に、素子搭載部側に高熱伝導層となる第一の絶縁層が配置されていないために、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てしまい、ＬＥＤチップの発光効率が低下してしまい、十分な発光強度が得られなかった。また、第一の絶縁層の反射率が小さいため発光素子を搭載した発光装置において全反射率が８０ｍＷ以下と小さくなった。

また、装置を繰り返し作動させた際に、配線基板が高温になるため半田などにより接続される有機基板との電極剥離が見られ、十分な接続信頼性が得られなかった。

一方、本発明の試料Ｎｏ．１〜１０、１４、１６〜２３では、ＬＥＤチップの過剰な加熱も発生せず、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．１〜１０、１４、１６〜２０、２２、２３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・・・第一の絶縁層
３・・・第二の絶縁層
５・・・絶縁基板
７・・・配線層、接続端子
９・・・・・配線層、外部電極端子
１１・・・・・貫通導体
１３・・・・・搭載部
１５・・・・・配線基板
１７・・・・・枠体
１９・・・・・枠体の接合層
２１・・・・・電気素子
２３・・・・・接続用ワイヤー
２７・・・・・電気装置
２９・・・・・発光素子
３１・・・・・発光装置
２９・・・・・素子接合材
３５・・・・・モールド材

Claims (16)

1. 少なくとも、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第一の絶縁層と、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の第二の絶縁層とを積層してなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面または内部のうち、少なくとも一方に形成された配線層と、前記絶縁基板の一方の主面に形成された電気素子または発光素子のうち少なくとも一方を搭載する搭載部と、を具備してなるとともに、前記第一の配線層が、前記第二の絶縁層よりも搭載部側に形成されたことを特徴とする配線基板。
2. 前記第一の絶縁層が、前記配線基板の少なくとも一方の主面に露出してなることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第一の絶縁層が、前記配線基板の搭載部側の主面に露出してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線基板。
4. 前記第一の絶縁層の厚みが、２５μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の配線基板。
5. 前記第一の絶縁層が、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乃至４のうちいずれかに記載の配線基板。
6. 前記第二の絶縁層が、アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックスからなる群のうちいずれかであ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６のうちいずれかに記載の配線基板。
8. 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１乃至７のうちいずれかに記載の配線基板。
9. 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１乃至８のうちいずれかに記載の配線基板。
10. 前記枠体の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項９に記載の配線基板。
11. 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９又は１０に記載の配線基板。
12. 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９乃至１１のうちいずれかに記載の配線基板。
13. 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１２に記載の配線基板。
14. 前記枠体が、金属からなることを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれかに記載の配線基板。
15. 請求項１乃至１４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。
16. 請求項１乃至１４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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