JP2013143410A - Aluminum nitride substrate and electronic component module using aluminum nitride substrate - Google Patents

Aluminum nitride substrate and electronic component module using aluminum nitride substrate Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum nitride substrate having high reflectance and high thermal conductivity, and to provide an electronic component module using the aluminum nitride substrate.SOLUTION: An aluminum nitride substrate 1 comprises: an aluminum nitride substrate part 2; an alumina layer 3 formed on the aluminum nitride substrate part; and a ceramic layer 4 formed on the alumina layer. Accordingly, the aluminum nitride substrate obtains high reflectance and high thermal conductivity. The electronic component module using the aluminum nitride substrate is also disclosed.

Description

本発明は、窒化アルミニウム基板と、及び窒化アルミニウム基板を用いた電子部品モジュールに関するものである。   The present invention relates to an aluminum nitride substrate and an electronic component module using the aluminum nitride substrate.

近年、窒化アルミニウム基板上に電子部品を搭載した電子部品モジュールの開発は進んでいる。   In recent years, development of electronic component modules in which electronic components are mounted on an aluminum nitride substrate has been advanced.

特に、電子部品として発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を搭載した電子回路モジュールは、その窒化アルミニウム基板の優位点である熱伝導性に優れることから、高パワー発光ダイオードモジュール、また、液晶のバックライト向けの発光ダイオードモジュールとして用いられている。
従来の電子部品モジュールに用いられる窒化アルミニウム基板においては、発光ダイオードから発光された光を効率よく反射させるため、前記窒化アルミニウム基板上に、高反射率を有する酸化アルミナを含有する樹脂性の反射膜が形成されている構成となっていた（例えば、これに類似する技術は下記特許文献１に記載されている）。 In particular, an electronic circuit module equipped with a light emitting diode (LED) as an electronic component is excellent in thermal conductivity, which is an advantage of its aluminum nitride substrate. It is used as a light emitting diode module for lights.
In an aluminum nitride substrate used in a conventional electronic component module, in order to efficiently reflect light emitted from a light emitting diode, a resinous reflective film containing alumina oxide having a high reflectance on the aluminum nitride substrate (For example, a similar technique is described in Patent Document 1 below).

特開２０１０−０１０４６９号公報JP 2010-010469 A

しかしながら、窒化アルミニウム基板上に、この反射膜を形成すると、反射膜は、改善されるのであるが、酸化アルミナを含有する樹脂性の反射膜が、樹脂をベースに形成されるため、その改善度合いは十分ではない、という課題を有していた。   However, when this reflective film is formed on an aluminum nitride substrate, the reflective film is improved. However, since a resinous reflective film containing alumina oxide is formed based on a resin, the degree of improvement is improved. Had the problem of not being sufficient.

そこで本発明は、この課題を解決し、高反射率、かつ高熱伝導性を有する窒化アルミニウム基板を提供することを目的とするものである。   Accordingly, an object of the present invention is to solve this problem and provide an aluminum nitride substrate having high reflectivity and high thermal conductivity.

そして、この目的を達成するために本発明は、窒化アルミニウム基板部と、前記窒化アルミニウム基板部上に形成されたアルミナ層と、前記アルミナ層上に形成されたセラミック層と、を設けた窒化アルミニウム基板とした。   In order to achieve this object, the present invention provides an aluminum nitride substrate provided with an aluminum nitride substrate portion, an alumina layer formed on the aluminum nitride substrate portion, and a ceramic layer formed on the alumina layer. A substrate was used.

これにより所期の目的を達成するものである。   This achieves the intended purpose.

以上のように本発明は、窒化アルミニウム基板部と、前記窒化アルミニウム基板部上に形成されたアルミナ層と、前記アルミナ層上に形成されたセラミック層と、を設けた窒化アルミニウム基板としたので、高反射率、かつ高熱伝導性を有する窒化アルミニウム基板を提供することができる。   As described above, the present invention is an aluminum nitride substrate provided with an aluminum nitride substrate portion, an alumina layer formed on the aluminum nitride substrate portion, and a ceramic layer formed on the alumina layer. An aluminum nitride substrate having high reflectivity and high thermal conductivity can be provided.

すなわち、本発明においては、前記窒化アルミニウム基板部上に形成されたアルミナ層を形成し、更に、そのアルミナ層上に高反射率を有するセラミック層を形成されているため、光の反射率を改善することができ、更に前記窒化アルミニウム基板部事態は高熱伝導性を有するので、その結果として、高反射率、かつ高熱伝導性を有する窒化アルミニウム基板を提供することができるのである。   That is, in the present invention, an alumina layer formed on the aluminum nitride substrate portion is formed, and further, a ceramic layer having a high reflectance is formed on the alumina layer, so that the light reflectance is improved. Furthermore, since the aluminum nitride substrate portion has a high thermal conductivity, an aluminum nitride substrate having a high reflectivity and a high thermal conductivity can be provided as a result.

実施の形態１における窒化アルミニウム基板の断面図Sectional view of the aluminum nitride substrate in the first embodiment 実施の形態１における窒化アルミニウム基板を用いた電子部品モジュールの断面図Sectional drawing of the electronic component module using the aluminum nitride board | substrate in Embodiment 1 実施の形態１におけるセラミック基板の製造方法におけるフローチャートFlowchart in the method for manufacturing a ceramic substrate in the first embodiment

以下に、本発明の窒化アルミニウム基板と、及び窒化アルミニウム基板を用いた電子部 品モジュールの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of an aluminum nitride substrate of the present invention and an electronic component module using the aluminum nitride substrate will be described in detail with reference to the drawings.

（実施の形態１）
［１］本実施形態における窒化アルミニウム基板１と、及び窒化アルミニウム基板を用いた電子部品モジュール５の構成
まず、はじめに、本発明の実施の形態１における窒化アルミニウム基板を用いた電子部品モジュールの構成に関して説明する。 (Embodiment 1)
[1] Structure of Aluminum Nitride Substrate 1 in this Embodiment and Electronic Component Module 5 Using Aluminum Nitride Substrate First, regarding the configuration of an electronic component module using an aluminum nitride substrate in Embodiment 1 of the present invention. explain.

図１は、実施の形態１における窒化アルミニウム基板の断面図を示すものである。図１に示すように、窒化アルミニウム基板１は、窒化アルミニウム基板部２と、この窒化アルミニウム基板部２上に形成されたアルミナ層３と、このアルミナ層上に形成されたセラミック層４とから構成されているものである。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of an aluminum nitride substrate in the first embodiment. As shown in FIG. 1, an aluminum nitride substrate 1 is composed of an aluminum nitride substrate portion 2, an alumina layer 3 formed on the aluminum nitride substrate portion 2, and a ceramic layer 4 formed on the alumina layer. It is what has been.

ここで、本実施形態における窒化アルミニウム基板部２は、結晶粒が密に詰まった構造を備えた窒化アルミニウム焼結体を主成分とするものから形成されており、その厚さは、５００［ｕｍ］のものを用いた。   Here, the aluminum nitride substrate portion 2 in the present embodiment is formed from a main component of an aluminum nitride sintered body having a structure in which crystal grains are densely packed, and the thickness thereof is 500 [um. ] Were used.

また、本実施形態におけるアルミナ層３は、乾式めっき法の一つであるＲＦスパッタ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法によって、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の薄膜を５０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］の範囲にて形成した。   In addition, the alumina layer 3 in the present embodiment is formed of an alumina (Al 2 O 3) thin film in the range of 50 [nm] to 200 [nm] by RF sputtering (Radio Frequency Sputtering) which is one of dry plating methods. did.

また、本実施形態におけるセラミック層４は、アルミナを主成分とするＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、低温同時焼成型セラミック、以下ＬＴＣＣと略記する）と呼ばれるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とガラス（ＳｉＯ２）とを混合し、焼成して形成されており、また、その膜厚は５０[ｕｍ]となるように形成されている。   The ceramic layer 4 in the present embodiment is made of alumina (Al 2 O 3) and glass (SiO 2) called LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics, hereinafter abbreviated as LTCC) mainly composed of alumina. Is formed by mixing and baking, and the film thickness is 50 [um].

なお、本実施形態においては、セラミック層４として、ＬＴＣＣと呼ばれるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とガラス（ＳｉＯ２）とを混合し、焼成することによって形成したが、その他、ＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ、高温同時焼成型セラミック）と呼ばれる焼成されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を焼成することによって形成してもよい。   In the present embodiment, the ceramic layer 4 is formed by mixing and firing alumina (Al 2 O 3) called LTCC and glass (SiO 2), but other than that, HTCC (High Temperature Co-fired Ceramic, high temperature) You may form by baking the baked alumina (Al2O3) called a co-fired ceramic.

更に、図２は、実施の形態１における窒化アルミニウム基板を用いた電子部品モジュールの断面図を示すものである。   Further, FIG. 2 shows a cross-sectional view of an electronic component module using the aluminum nitride substrate in the first embodiment.

図２に示すように、窒化アルミニウム基板１を用いた電子部品モジュール５は、図１に示す窒化アルミニウム基板１内部に形成されたビア６と、窒化アルミニウム基板１の表面に形成された外部配線部７、及び外部電極８と、その外部電極上に実装（接続）された電子部品９から構成されている。   As shown in FIG. 2, the electronic component module 5 using the aluminum nitride substrate 1 includes a via 6 formed inside the aluminum nitride substrate 1 shown in FIG. 1 and an external wiring portion formed on the surface of the aluminum nitride substrate 1. 7 and an external electrode 8 and an electronic component 9 mounted (connected) on the external electrode.

本実施形態におけるビア６は、レーザー加工装置を用いて、窒化アルミニウム基板１に、穴を開け、その後、その穴に導体ペーストを充填し、その後、その導体ペーストを硬化されて形成されている。本実施形態においては、導体ペーストとして、銀（Ａｇ）ペーストを用いた。   The via 6 in this embodiment is formed by making a hole in the aluminum nitride substrate 1 using a laser processing apparatus, filling the hole with a conductor paste, and then curing the conductor paste. In this embodiment, silver (Ag) paste was used as the conductor paste.

また、本実施形態における外部配線部７、及び外部電極８は、前述のビア６を形成した後、それらが所望の形成パターンになるように、スクリーン印刷法によって、導体ペーストを用いて印刷形成した。本実施形態においては、導体ペーストとして、銀（Ａｇ）ペーストを用いた。   In addition, the external wiring portion 7 and the external electrode 8 in the present embodiment are formed by printing using a conductive paste by a screen printing method so that the above-described vias 6 are formed and then they have a desired formation pattern. . In this embodiment, silver (Ag) paste was used as the conductor paste.

また、本実施形態における電子部品９は、発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いている。なお、本実施形態において、電子部品９として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたが、発光ダイオード（ＬＥＤ）のみならず、例えば、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）回路をはじめとする半導体ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップも用いることもできる。
以上が、本実施形態におけるセラミック基板を用いた電子部品モジュールの構成の説明である。 Further, the electronic component 9 in the present embodiment uses a light emitting diode (LED, Light Emitting Diode). In the present embodiment, a light emitting diode (LED) is used as the electronic component 9, but not only the light emitting diode (LED) but also a semiconductor IC (Integrated Circuit) including, for example, an LSI (Large Scale Integration) circuit. A chip can also be used.
The above is the description of the configuration of the electronic component module using the ceramic substrate in the present embodiment.

[２]本実施形態における窒化アルミニウム基板１の製造方法
次に、本実施形態における窒化アルミニウム基板１の製造方法に関して説明する。 [2] Method for Manufacturing Aluminum Nitride Substrate 1 in the Present Embodiment Next, a method for manufacturing the aluminum nitride substrate 1 in the present embodiment will be described.

図３は、実施の形態１におけるセラミック基板の製造方法におけるフローチャートを示すものである。図３に示すように、本実施形態における窒化アルミニウム基板１の製造方法は、
Ｓ１：アルミナ層形成工程
Ｓ２：セラミック層形成工程
という２つの工程から構成されるものである。 FIG. 3 shows a flowchart in the method of manufacturing a ceramic substrate in the first embodiment. As shown in FIG. 3, the manufacturing method of the aluminum nitride substrate 1 in the present embodiment is as follows.
S1: Alumina layer forming step S2: A ceramic layer forming step.

以下に、Ｓ１、及びＳ２の製造工程の詳細を説明する。   Below, the detail of the manufacturing process of S1 and S2 is demonstrated.

［２］−（１）アルミナ層形成工程Ｓ１
まずはじめに、アルミナ層形成工程Ｓ１にて、窒化アルミニウム基板部２上に、アルミナ層３を作成する。 [2]-(1) Alumina layer forming step S1
First, the alumina layer 3 is formed on the aluminum nitride substrate portion 2 in the alumina layer forming step S1.

本実施形態において、このアルミナ層３の形成方法として、乾式めっき法の一つであるＲＦスパッタ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法によって形成した。この具体的なスパッタリング条件について説明する。スパッタリングターゲットとして、高純度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３、本実施形態において、その純度は、９９．９９９９％のもの）ターゲットを用いた。このアルミナターゲットと、窒化アルミニウム基板部２を、ＲＦスパッタリング装置内のチャンバー内に配置し、その背圧（バックグランドプレッシャー）を０．００００１Ｐａ以下まで真空引きを行い、その後、アルゴン（Ａｒ）ガス圧力を２．４Ｐａ、窒化アルミニウム基板部２の設定温度を３０℃とし、スパッタ時の入力電力（入力パワー）を２００Ｗとして、ＲＦスパッタリングを行った。その際の膜厚の目標値（目標膜厚）は、１２５［ｎｍ］とした。   In this embodiment, the alumina layer 3 is formed by an RF sputtering (Radio Frequency Sputtering) method which is one of dry plating methods. The specific sputtering conditions will be described. As the sputtering target, a high-purity alumina (Al 2 O 3, in the present embodiment, the purity is 99.9999%) target was used. The alumina target and the aluminum nitride substrate portion 2 are placed in a chamber in an RF sputtering apparatus, the back pressure (background pressure) is evacuated to 0.00001 Pa or less, and then the argon (Ar) gas pressure Was 2.4 Pa, the set temperature of the aluminum nitride substrate portion 2 was 30 ° C., and the input power (input power) during sputtering was 200 W, and RF sputtering was performed. The target value of the film thickness (target film thickness) at that time was set to 125 [nm].

以上のようにして、窒化アルミニウム基板部２上に、アルミナ層３が形成されるのである。   As described above, the alumina layer 3 is formed on the aluminum nitride substrate portion 2.

［２］−（２）セラミック層形成工程Ｓ２
次に、セラミック層形成工程Ｓ２にて、前述のアルミナ層３上に、セラミック層４を形成する。 [2]-(2) Ceramic layer forming step S2
Next, the ceramic layer 4 is formed on the above-described alumina layer 3 in the ceramic layer forming step S2.

本実施形態においては、グリーンシートと呼ばれるシート状のものを、アルミナ層３上の所定の位置に積層し、その後、加圧・加熱してから焼成することによって形成する。
本実施形態におけるグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末の固体成分と、有機溶剤等からなる有機バインダーを、固体成分と有機バインダーとの割合が、固体成分８４：有機バインダー１６の重量比の割合で混合された組成物をシート状に形成したものを用いた。また、本実施形態のグリーンシートは、９００℃で焼成されるものを用いた。 In the present embodiment, a sheet-like material called a green sheet is formed at a predetermined position on the alumina layer 3 and then fired after being pressurized and heated.
The green sheet in the present embodiment includes an organic binder composed of an alumina (Al 2 O 3) powder solid component and an organic solvent, and the ratio of the solid component to the organic binder is a ratio of the weight ratio of the solid component 84 to the organic binder 16. What formed the mixed composition in the sheet form was used. Moreover, the green sheet of this embodiment used what was baked at 900 degreeC.

以上のようにして、アルミナ層３上に、セラミック層４が形成される、すなわち、本実施形態における窒化アルミニウム基板１が完成するのである。   As described above, the ceramic layer 4 is formed on the alumina layer 3, that is, the aluminum nitride substrate 1 in this embodiment is completed.

以上が、本実施形態における窒化アルミニウム基板１の製造方法に関する説明である。   The above is the description regarding the manufacturing method of the aluminum nitride substrate 1 in the present embodiment.

［３］本実施形態における窒化アルミニウム基板１の効果
以上のように本実施形態の窒化アルミニウム基板１は、窒化アルミニウム基板部２と、前記窒化アルミニウム基板部上に形成されたアルミナ層３と、前記アルミナ層上に形成されたセラミック層４とを設けた窒化アルミニウム基板１としたので、高反射率、かつ高熱伝導性を有する窒化アルミニウム基板を提供することができる。 [3] Effects of Aluminum Nitride Substrate 1 in the Present Embodiment As described above, the aluminum nitride substrate 1 of the present embodiment includes the aluminum nitride substrate portion 2, the alumina layer 3 formed on the aluminum nitride substrate portion, Since the aluminum nitride substrate 1 is provided with the ceramic layer 4 formed on the alumina layer, an aluminum nitride substrate having high reflectivity and high thermal conductivity can be provided.

すなわち、本発明においては、窒化アルミニウム基板部２上に形成されたアルミナ層３を形成し、更に、そのアルミナ層３上に高反射率を有するセラミック層４を形成されているため、光の反射率を改善することができ、更に前記窒化アルミニウム基板部事態は高熱伝導性を有するので、その結果として、高反射率、かつ高熱伝導性を有する窒化アルミニウム基板を提供することができるのである。   That is, in the present invention, the alumina layer 3 formed on the aluminum nitride substrate portion 2 is formed, and the ceramic layer 4 having a high reflectance is further formed on the alumina layer 3, so that the light reflection Further, since the aluminum nitride substrate portion has a high thermal conductivity, an aluminum nitride substrate having a high reflectance and a high thermal conductivity can be provided as a result.

更に、窒化アルミニウム上にＬＴＣＣ等のグリーンシートを用いてセラミックを形成することは、非常に困難であった。しかしながら、本実施形態に示すように、その両者間にアルミナ薄膜を配置することによって、窒化アルミニウムとセラミックを一つの基板として構成することができたのである。   Furthermore, it has been very difficult to form a ceramic on aluminum nitride using a green sheet such as LTCC. However, as shown in the present embodiment, aluminum nitride and ceramic can be configured as one substrate by disposing an alumina thin film therebetween.

本発明にかかる窒化アルミニウム基板は、高反射率、かつ高熱伝導性を有する窒化アルミニウム基板を提供することができるので、特に、最近普及の進んでいる液晶テレビや携帯電話の液晶画面用のバックライト向けの電子部品として発光ダイオードを搭載したような電子部品モジュール用の基板として有用である。   The aluminum nitride substrate according to the present invention can provide an aluminum nitride substrate having high reflectivity and high thermal conductivity. Therefore, in particular, backlights for liquid crystal screens of liquid crystal televisions and mobile phones that have recently become popular. It is useful as a substrate for an electronic component module in which a light emitting diode is mounted as an electronic component for the electronic component.

１ 窒化アルミニウム基板
２ 窒化アルミニウム基板部
３ アルミナ層
４ セラミック層
５ 電子部品モジュール
６ ビア
７ 外部配線部
８ 外部電極
９ 電子部品 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum nitride board | substrate 2 Aluminum nitride board | substrate part 3 Alumina layer 4 Ceramic layer 5 Electronic component module 6 Via 7 External wiring part 8 External electrode 9 Electronic component

Claims (6)

窒化アルミニウム基板部と、
前記窒化アルミニウム基板部上に形成されたアルミナ層と、
前記アルミナ層上に形成されたセラミック層と、
を設けた窒化アルミニウム基板。 An aluminum nitride substrate portion;
An alumina layer formed on the aluminum nitride substrate portion;
A ceramic layer formed on the alumina layer;
An aluminum nitride substrate provided with 前記セラミック層は、アルミナを主成分とする低温焼結型セラミックにて形成された請求項１に記載の窒化アルミニウム基板。   The aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein the ceramic layer is formed of a low-temperature sintered ceramic mainly composed of alumina. 前記アルミナ層は、乾式めっき法によって形成された請求項１または２に記載の窒化アルミニウム基板。   The aluminum nitride substrate according to claim 1 or 2, wherein the alumina layer is formed by a dry plating method. 前記乾式めっき法は、高周波スパッタリング法である請求項３に記載の窒化アルミニウム基板。   The aluminum nitride substrate according to claim 3, wherein the dry plating method is a high-frequency sputtering method. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の窒化アルミニウム基板上に、電子部品が搭載された電子部品モジュール。   The electronic component module by which the electronic component was mounted on the aluminum nitride board | substrate as described in any one of Claims 1-4. 前記電子部品が発光ダイオード（ＬＥＤ）である請求項５に記載の電子部品モジュール。 The electronic component module according to claim 5, wherein the electronic component is a light emitting diode (LED).
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