JP2012074451A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクを用いたレーザ加工法によるスルーホールは、スルーホール形成領域の絶縁層の溶解、気化、分解の効率が低く、スルーホールの加工精度は±25μm程度が限度である。
【解決手段】AlN基板１１の上部にレーザ光吸収金属層１２及びスルーホールTH1、TH2に対応する領域が除去されたレーザ光反射金属層１３−１、１３−２、１３−３を設け、AlN基板１１の下部にレーザ光吸収金属層１２’−１、１２’−２を設ける。レーザ光L1、L2はレーザ光反射金属層によって反射されるが、スルーホールに対応する領域のレーザ光吸収金属層によりAlN基板に集中かつ効率よく吸収され、AlN基板と共に、レーザ光吸収金属層も溶解、気化、分解する。これにより、径が下面に向う程小さくなるテーパ状スルーホールが形成される。同時に、スルーホール内のAlN基板の表面からNが脱離してAl露出層１１ａが内壁に形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は発光ダイオード（LED）等の搭載用の配線基板及びその製造方法に関する。

従来、LED等の著しい小型化、高密度化に伴い、LED等を搭載する配線基板にスルーホールを形成する方法としてマスクを用いないレーザ加工法が用いられている（参照：特許文献１、２、３）。

たとえば、第１の従来の配線基板の製造方法において、窒化アルミニウム（AlN）基板の所定位置に集光性に優れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG）レーザ光を照射することによってAlN基板に直径0.01〜5mmのスルーホールを形成する。このとき、スルーホールの内壁においてNが離脱して金属Alが露出している状態が観測される。最後に、スルーホールの内壁に導電層を形成する（参照：特許文献１）。これにより、AlN基板の上下面の導通をスルーホールの内壁に露出されたAlと共に導電層によって行っている。

また、第２の従来の配線基板の製造方法において、エポキシ基板に銅箔を積層接着し、銅箔の所定位置に集光性に優れた大径かつ小出力の紫外（UV）−YAGレーザもしくは炭酸ガス（CO₂）レーザ光を照射することによってエポキシ基板にスルーホールを形成する。次いで、スルーホールの底の内層銅箔に小径かつ大出力のUV−YAGレーザ光を照射することによって内層銅箔の一部を金属粒子としてスルーホールの内壁に飛散させる。最後に、無電解めっき法もしくは電解めっき法によってスルーホールの内壁に導電層を形成する（参照：特許文献２）。これにより、エポキシ基板の上下面の導通をスルーホールの内壁の飛散金属粒子と共に導電層によって行っている。

さらに、第３の従来の配線基板の製造方法において、下面に金属箔を当接したエポキシ等の絶縁基板の所定位置にUV−YAGレーザ光を照射することによって絶縁基板にスルーホールを形成する。このとき、スルーホール内壁に金属箔に由来する0.5μm以下の金属粒子が観測される。最後に、スルーホール内壁に銅ペーストを充填してスルーホール内導電層とする（参照：特許文献３）。これにより、絶縁基板の上下面の導通をスルーホールの内壁の飛散金属粒子と共にスルーホール内導電層によって行われる。

しかしながら、上述のマスクを用いないレーザ加工法による配線基板にスルーホールを形成する第１、第２、第３の従来の配線基板の製造方法においては、スルーホールの加工精度は精度の低いレーザ光のスポット径及びエネルギーつまりレーザ加工機の温度条件等に依存し、向上させることが不可能である。また、上述の第２の従来の配線基板の製造方法においては、スルーホールの内壁の飛散金属粒子は高密度実装の場合にスルーホールの間隔が小さくなると、スルーホール間の導電層が飛散金属粒子によって電気的に短絡することもある。

他方、スルーホールの加工精度を向上させるために、マスクを用いたレーザ加工法による配線基板のスルーホールの形成方法がある。すなわち、第４の従来の配線基板の製造方法において、樹脂層よりなる絶縁層に所定形状にパターニングされた銅箔を形成し、この銅箔の孔径よりも大きい径のCO₂レーザ光を照射することによって絶縁層にスルーホールを形成する。最後に、スルーホール内に無電解めっき法あるいは無電解めっき法及び電解めっき法の組合せにより銅めっき層を形成する（参照：特許文献４）。これにより、絶縁層の上下面の導通をスルーホール内の銅めっき層によって行う。

特開２００３−２１８５１８号公報 特開２００２−２５２４６４号公報 特開２００４−３２７７４４号公報 特開２００３−３０９３７３号公報

上述のマスクを用いたレーザ加工法によってスルーホールを形成する第４の従来の配線基板の製造方法においては、銅箔マスクのレーザ光反射率及び絶縁層のレーザ光吸収率が大きいほど、銅箔マスクは溶解、気化、分解されずかつスルーホール形成領域の絶縁層のみが溶解、気化、分解されるので、スルーホールの加工精度は向上する。しかしながら、レーザ光を直接受ける上述の絶縁層のレーザ光吸収率は比較的小さく、この結果、スルーホール形成領域の絶縁層の溶解、気化、分解の効率が低くなるので、スルーホールの加工精度は向上するもののせいぜい±25μm程度が限度である。

上述の課題を解決するために、本発明に係る配線基板は、スルーホールを設けた絶縁基板と、絶縁基板の上部のスルーホールの周囲に設けられた上部導電層と、絶縁基板の下部のスルーホールの周囲に設けられた下部導電層とを具備し、上部導電層は、絶縁基板上に設けられた赤外領域のレーザ光を吸収するためのレーザ光吸収金属層と、レーザ光吸収金属層上に設けられた赤外領域のレーザ光を反射するためのレーザ光反射金属層とを具備するものである。

また、絶縁基板は窒化アルミニウムよりなり、スルーホールの内壁側にアルミニウム露出層を有し、これにより、上部導電層と下部導電層との導通はアルミニウム露出層によって行われるようにした。

他方、本発明に係る配線基板の製造方法は、絶縁基板の上部に赤外領域のレーザ光を吸収するためのレーザ光吸収金属層を形成する工程と、レーザ光吸収金属層上に、赤外領域のレーザ光を反射するためのレーザ光反射金属層を、スルーホール形成領域からレーザ光吸収金属層が露出するように形成する工程と、絶縁基板の下部に下部導電層を形成する工程と、スルーホール形成領域に赤外領域のレーザ光を照射して絶縁基板にスルーホールを形成する工程とを具備するものである。

また、絶縁基板は窒化アルミニウムよりなり、スルーホールを形成する工程において絶縁基板のスルーホールの内壁側にアルミニウム露出層が形成される。

本発明によれば、絶縁基板にスルーホールを形成する際には、レーザ光はレーザ光反射金属層によって反射されるが、レーザ光吸収率が大きいレーザ光吸収金属層を介して絶縁基板に集中かつ効率よく吸収されるので、絶縁基板は効率よく溶解、気化、分解し、スルーホールの加工精度を±25μmよりも小さくでき、従って、スルーホールの加工精度をさらに向上できる。

本発明に係る配線基板の製造方法の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。 本発明に係る配線基板の製造方法の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。

本発明に係る配線基板の製造方法の第１の実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。

始めに、図１を参照すると、AlN基板１１の表面及び裏面にレーザ光吸収金属層１２、１２’をスパッタリング法等によって形成する。たとえば、レーザ光吸収金属層１２、１２’はニッケルクロム（Ni-Cr）合金、クロム（Cr）、チタン（Ti）、アルミニウム（Al）、タングステン（W）及びモリブデン（Mo）より選択される少なくとも１つの金属よりなる。

次いで、レーザ光吸収金属層１２上にスパッタリング法等によってレーザ光反射金属層１３を形成する。たとえば、レーザ光反射金属層１３は金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）及び真鍮（Cu-Zn）より選択される少なくとも１つの金属よりなる。

次に、図２を参照すると、レーザ光反射金属層１３をフォトリソグラフィ・エッチング法によってパターニングしてスルーホール形成領域RT1、RT2のレーザ光反射金属層１３を除去する。このとき、レーザ光反射金属層１３から３つのレーザ光反射金属層１３−１、１３−２、１３−３を形成する。

次に、図３を参照すると、フォトリソグラフィ・エッチング法によってスルーホール形成領域RT1、RT2以外の露出したレーザ光吸収金属層１２を除去する。次いで、フォトリソグラフィ・エッチング法によってレーザ光吸収金属層１２’から２つのレーザ光吸収金属層１２’−１、１２’−２を形成する。尚、レーザ光吸収金属層１２’−１、１２’−２は後述のLED素子の正電極、負電極として作用する。

次に、図４を参照すると、スルーホール形成領域RT1、RT2に対してその径より大きいスポット径を有するレーザ光L1、L2を照射する。レーザ光L1、L2としては、CO₂レーザ、YAGレーザ、あるいはチタン（Ti）サファイアレーザ等の赤外領域のものを用いる。AlNを熱エネルギーによりAlNよりNを脱離させ、Alを露出し易くするためである。レーザ光L1、L2はレーザ光反射金属層１３によって反射されるが、スルーホール形成領域RT1、RT2のレーザ光吸収金属層１２に吸収される。そして、レーザ光吸収金属層１２に吸収されたレーザ光L1、L2のエネルギーは熱に変わり、レーザ光吸収金属層１２と、レーザ光L1、L2を照射されたスルーホール形成領域RT1、RT2直下のAlN基板１１とを、溶解、気化、分解するために使われる。また、このとき、AlN基板１１の下側にもレーザ光吸収金属層１２’が存在するので、加工が進んでレーザ光L1、L2がレーザ光吸収金属層１２’に到達したときに、この層も溶解、気化、分解する。これにより、径が下面に向う程小さくなるテーパ状スルーホールTH1、TH2が形成される。また、同時に、スルーホールTH1、TH2内のAlN基板１１の表面からNが脱離してAl露出層１１ａがAlN基板１１のスルーホールTH1、TH2の内壁に形成される。

このようにして、スルーホールTH1、TH2の上下面のレーザ光反射金属層１３及びレーザ光吸収金属層１２とレーザ光吸収金属層１２’との導通はAl露出層１１ａによって行われる。また、レーザ光反射金属層１３−１、１３−２、１３−３及びレーザ光吸収金属層１２’−１、１２’−２は後述のLED素子の実装時の必要性に応じて表面処理を行う。

最後に、図５を参照すると、レーザ光反射金属層１３−２、１３−３上にLED素子１４−１、１４−２をダイボンディング法等によって接着する。次いで、レーザ光反射金属層１３−１とLED素子１４−１のｐ側端子１４−１ａとをボンディングワイヤ１５−１によって接続し、また、レーザ光反射金属層１３−２とLED素子１４−２のｐ側端子１４−１ａとをボンディングワイヤ１５−２によって接続する。

このように、最終的に残存したレーザ光反射金属層１３−１、１３−２、１３−３及びレーザ光吸収金属層１２は上部導電層として作用し、レーザ光吸収金属層１２’−１、１２’−２は下部導電層として作用する。

また、レーザ光吸収金属層１２、１２’は、レーザ光によって溶解することにより、スルーホールの内壁のAl露出層１１ａとの接続が確実なものとなる。この結果、信頼性の高いスルーホール接続を簡便な加工で得られる。

本発明に係る配線基板の製造方法の第２の実施の形態を図６〜図１１を参照して説明する。

始めに、図６を参照すると、図１のAlN基板１１の代りに、AlN以外の絶縁基板たとえばエポキシ基板２１を準備する。次いで、エポキシ基板２１の表面及び裏面に図１のレーザ光吸収金属層１２、１２’と同一のレーザ光吸収金属層２２、２２’をスパッタリング法等によって形成する。

次いで、レーザ光吸収金属層２２上にスパッタリング法等によって図１のレーザ光反射金属層１３と同一のレーザ光反射金属層２３を形成する。

次に、図７を参照すると、図２の場合と同様に、レーザ光反射金属層２３をフォトリソグラフィ・エッチング法によってパターニングしてスルーホール形成領域RT1、RT2のレーザ光反射金属層２３を除去する。このとき、レーザ光反射金属層２３から３つのレーザ光反射金属層２３−１、２３−２、２３−３を形成する。

次に、図８を参照すると、図３の場合と同様に、フォトリソグラフィ・エッチング法によってスルーホール形成領域RT1、RT2以外の露出したレーザ光吸収金属層２２を除去する。次いで、フォトリソグラフィ・エッチング法によってレーザ光吸収金属層２２’から２つのレーザ光吸収金属層２２’−１、２２’−２を形成する。尚、レーザ光吸収金属層２２’−１、２２’−２は後述のLED素子の正電極、負電極として作用する。

次に、図９を参照すると、図４の場合と同様に、スルーホール形成領域RT1、RT2に対してその径より大きいスポット径を有するレーザ光L1、L2を照射する。この結果、レーザ光L1、L2はレーザ光反射金属層２３−１、２３−２、２３−３によって反射されるが、スルーホール形成領域RT1、RT2のレーザ光吸収金属層２２を介してエポキシ基板２１に集中かつ効率よく吸収される。このとき、エポキシ基板２１の下側にもレーザ光吸収金属層２２’−１、２２’−２が存在するので、さらに、レーザ光L1、L2はエポキシ基板２１に集中かつ効率よく吸収される。従って、エポキシ基板２１を効率よく溶解、気化、分解すると共に、レーザ光吸収金属層２２’−１、２２’−２も溶解、気化、分解する。これにより、径が下面に向う程小さくなるテーパ状スルーホールTH1、TH2が形成される。

次に、図１０を参照すると、スルーホールTH1、TH2にめっき法、スポット溶接法等を用いて銅（Cu）等よりなる導電層２４−１、２４−２を埋め込む。尚、２４−１、２４−２はスルーホールTH1、TH2の側壁にのみ形成してもよい。

このようにして、スルーホールTH1、TH2の上下面のレーザ光反射金属層２３及びレーザ光吸収金属層２２とレーザ光吸収金属層２２’−１、２２’−２との導通は導電層２４−１、２４−２によって行われる。また、レーザ光反射金属層２３−１、２３−２、２３−３、導電層２４−１、２４−２及びレーザ光吸収金属層２２’−１、２２’−２は後述のLED素子の実装時の必要性に応じて表面処理を行う。

最後に、図１１を参照すると、図５の場合と同様に、レーザ光反射金属層２３−２、２３−３上にLED素子２５−１、２５−２をダイボンディング法等によって接着する。次いで、レーザ光反射金属層２３−１とLED素子２５−１のｐ側端子２５−１ａとをボンディングワイヤ２６−１によって接続し、また、レーザ光反射金属層２３−２とLED素子２５−２のｐ側端子２５−１ａとをボンディングワイヤ２６−２によって接続する。

このように、最終的に残存したレーザ光反射金属層２３−１、２３−２、２３−３及びレーザ光吸収金属層２２は上部導電層として作用し、レーザ光吸収金属層２２’−１、２２’−２は下部導電層として作用する。

上述の第１（第２）の実施の形態においては、マスクの役割をなすレーザ光反射金属層１３−１、１３−３（２３−１、２３−３）を通過したレーザ光L1、L2はレーザ光吸収金属層１２、１２’−１、１２’−２（２２、２２’−１、２２’−２）によってAlN基板１１（エポキシ基板２１）に集中かつ効率よく吸収されるので、上述のマスクに応じたスルーホールTH1、TH2が高精度に形成できる。

尚、上述の実施の形態において、AlN基板１１（エポキシ基板２１）の下部導電層としてレーザ光吸収金属層１２’（２２’）を用いたが、本発明においては他の導電層を用いてもよい。また、上述の実施の形態はLED素子搭載用配線基板を例とするが、本発明は他の素子たとえば半導体素子、能動素子、受動素子等の搭載用配線基板にも適用し得る。さらに、本発明は２層以上の多層配線基板の各層にも適用し得る。

１１：AlN基板
１１ａ：Al露出層
１２、１２’：レーザ光吸収金属層
１３、１３−１、１３−２、１３−３：レーザ光反射金属層
１４−１、１４−２：LED素子
１５−１、１５−２：ボンディングワイヤ
２１：エポキシ基板
２２、２２’：レーザ光吸収金属層
２３、２３−１、２３−２、２３−３：レーザ光反射金属層
２４−１、２４−２：導電層
２５−１、２５−２：LED素子
２６−１、２６−２：ボンディングワイヤ
RT1、RT2：スルーホール形成領域
TH1、TH2：スルーホール

Claims (8)

1. スルーホールを設けた絶縁基板と、
   該絶縁基板の上部の前記スルーホールの周囲に設けられた上部導電層と、
   該絶縁基板の下部の前記スルーホールの周囲に設けられた下部導電層と
   を具備し、
   前記上部導電層は、
   前記絶縁基板上に設けられた赤外領域のレーザ光を吸収するためのレーザ光吸収金属層と、
   該レーザ光吸収金属層上に設けられた前記赤外領域のレーザ光を反射するためのレーザ光反射金属層と
   を具備する配線基板。
2. 前記絶縁基板は窒化アルミニウムよりなり、前記スルーホールの内壁側にアルミニウム露出層を有し、
   前記上部導電層と前記下部導電層との導通は前記アルミニウム露出層によって行われる請求項１に記載の配線基板。
3. 前記下部導電層は前記レーザ光吸収金属層と同一材料よりなる請求項１に記載の配線基板。
4. さらに、前記スルーホール内に埋め込められた導電層を具備し、
   前記上部導電層と前記下部導電層との導通は前記導電層によって行われる請求項１に記載の配線基板。
5. 絶縁基板の上部に赤外領域のレーザ光を吸収するためのレーザ光吸収金属層を形成する工程と、
   前記レーザ光吸収金属層上に、前記赤外領域のレーザ光を反射するためのレーザ光反射金属層を、スルーホール形成領域から前記レーザ光吸収金属層が露出するように形成する工程と、
   前記絶縁基板の下部に下部導電層を形成する工程と、
   前記スルーホール形成領域に前記赤外領域のレーザ光を照射して前記絶縁基板にスルーホールを形成する工程と
   を具備する配線基板の製造方法。
6. 前記絶縁基板は窒化アルミニウムよりなり、
   前記スルーホールを形成する工程において前記絶縁基板の前記スルーホールの内壁側にアルミニウム露出層が形成される請求項５に記載の配線基板の製造方法。
7. 前記下部導電層は前記レーザ光吸収金属層と同一材料よりなる請求項５に記載の配線基板の製造方法。
8. さらに、前記スルーホール内に導電層を埋込む工程を具備する請求項５に記載の配線基板の製造方法。

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