JP2019054117A - 配線基板、及びプレーナトランス - Google Patents
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Abstract
【課題】配線層による絶縁層への傷付けを抑制できる配線基板を提供する。【解決手段】本開示は、複数の絶縁層と、少なくとも１つの配線層と、を備える配線基板である。少なくとも１つの配線層は、複数の絶縁層の間に配置される。また、少なくとも１つの配線層は、厚み方向と平行な断面において、少なくとも１つの角部が丸みを帯びている。【選択図】図１
Description
本開示は、配線基板、及びプレーナトランスに関する。
複数の絶縁層と複数の配線層とを交互に積層した配線基板の製造方法として、金属ペーストを絶縁層上に印刷し、焼成して配線層を形成する方法が知られている。ただし、この方法では、配線部の厚みが十分に確保できないため、配線部の抵抗の低減に限界が生じ得る。
一方で、金属箔を絶縁層に接着することで配線層を形成する方法も知られている（特許文献１参照）。
上述の多層配線基板において、配線層の厚み方向と平行な断面の角部が絶縁層に接触し、絶縁層に傷を付けることがある。このような傷は、絶縁層におけるクラック発生の起点となるおそれがある。
本開示の一局面は、配線層による絶縁層への傷付けを抑制できる配線基板を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、複数の絶縁層と、少なくとも１つの配線層と、を備える配線基板である。少なくとも１つの配線層は、複数の絶縁層の間に配置される。また、少なくとも１つの配線層は、厚み方向と平行な断面において、少なくとも１つの角部が丸みを帯びている。
このような構成によれば、配線層の角部が丸みを帯びているので、配線層の角部が隣接する絶縁層に接触した際の絶縁層への傷付けを抑制でき、ひいては絶縁層におけるクラックの発生を抑制できる。
本開示の一態様では、角部の丸みは、少なくとも１つの配線層の厚み方向において、少なくとも１つの配線層における平均厚みの３０％以下の範囲で設けられてもよい。このような構成によれば、配線層の強度の低下を抑制しつつ、隣接する絶縁層への傷付けを抑制できる。
本開示の一態様では、少なくとも１つの配線層は、厚み方向と平行な断面において、全ての角部が丸みを帯びていてもよい。このような構成によれば、配線層に隣接する２つの絶縁層への傷付けを同時に抑制することができる。
本開示の一態様は、少なくとも１つの配線層として複数の配線層を備えてもよい。また、複数の絶縁層と複数の配線層とが厚み方向に交互に配置されてもよい。このような構成によれば、複数の配線層が重ね合わされた多層配線基板やトランス等を高品質で提供できる。
本開示の一態様では、少なくとも１つの配線層は、複数の絶縁層のうち隣接する絶縁層と固定されていなくてもよい。このような構成によれば、温度変化によって配線層及び絶縁層が膨張又は収縮した際に、熱膨張率の差異による配線層と絶縁層との変形量の差を、配線層及び絶縁層が個別に変位することによって吸収できる。そのため、絶縁層と配線層との間で発生する応力が低減され、絶縁層におけるクラック等の欠陥が抑制される。
本開示の一態様では、複数の絶縁層は、セラミックを主成分としてもよい。このような構成によれば、絶縁層の平坦性が向上されるので、絶縁層に配線を高密度に配置することができる。さらに、高い絶縁性も得ることができる。
また、本開示の別の態様は、本開示の配線基板を用いたプレーナトランスである。
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．配線基板］
図１に示す配線基板１は、複数の絶縁層（第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４）と、複数の配線層５と、複数の配線層５間を接続する少なくとも１つの接続導体７（図２参照）とを備える。
［１．第１実施形態］
［１−１．配線基板］
図１に示す配線基板１は、複数の絶縁層（第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４）と、複数の配線層５と、複数の配線層５間を接続する少なくとも１つの接続導体７（図２参照）とを備える。
なお、本実施形態では、本開示の一例として３つの絶縁層と２つの配線層とを備える多層構造の配線基板１を説明するが、本開示の配線基板における絶縁層及び配線層の数はこれに限定されない。
配線基板１は、配線層５のパターンの設計により、トランス（つまり変圧器）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置、パワートランジスタ、モーター等の用途に使用される。配線基板１は、配線層５の厚肉化が容易であるため、高電圧及び大電流の用途に特に好適に使用できる。
＜絶縁層＞
第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４は、それぞれ表面及び裏面を有する。また、第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４は、それぞれセラミックを主成分とする。なお、「主成分」とは、８０質量％以上含有される成分を意味する。
第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４は、それぞれ表面及び裏面を有する。また、第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４は、それぞれセラミックを主成分とする。なお、「主成分」とは、８０質量％以上含有される成分を意味する。
第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４を構成するセラミックとしては、例えばアルミナ、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等が挙げられる。これらのセラミックは単体で、又は２種以上組み合わせて使用することができる。
第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４は、厚み方向にこの順に配置されている。第２絶縁層３は、図２に示すように、第２絶縁層３を厚み方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔３Ａを有する。貫通孔３Ａは、いわゆる配線層間を厚み方向において電気的に接続するビアが配置されるビアホールである。
＜配線層＞
複数の配線層５は、それぞれ表面及び裏面を有する。また、複数の配線層５は、導電性を有し、主成分として金属を含む。この金属としては、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タングステン、これらの合金等が挙げられる。これらの中でも、コスト、導電性、熱伝導性、及び強度の観点から、銅が好ましい。したがって、配線層５として、銅箔又は銅板が好適に使用できる。
複数の配線層５は、それぞれ表面及び裏面を有する。また、複数の配線層５は、導電性を有し、主成分として金属を含む。この金属としては、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タングステン、これらの合金等が挙げられる。これらの中でも、コスト、導電性、熱伝導性、及び強度の観点から、銅が好ましい。したがって、配線層５として、銅箔又は銅板が好適に使用できる。
複数の配線層５は、図１に示すように、第１絶縁層２と第２絶縁層３との間、及び第２絶縁層３と第３絶縁層４との間に配置されている。つまり、複数の絶縁層と複数の配線層５とが厚み方向に交互に配置されている。複数の配線層５は、それぞれ表面及び裏面が隣接する絶縁層と対向するように配置されている。
複数の配線層５は、それぞれ、厚み方向と平行な任意の断面において、表面側の２つの角部５Ａが丸みを帯びている。つまり、第１絶縁層２と第２絶縁層３との間に配置された配線層５では、第１絶縁層２の裏面と対向する表面において面方向の周縁が面取りされている。同様に、第２絶縁層３と第３絶縁層４との間に配置された配線層５では、第２絶縁層３の裏面と対向する表面において面方向の周縁が面取りされている。
各配線層５の表面側の２つの角部５Ａでは、上記断面において、配線層５の表面と側面とが滑らかな曲線で連続的に接続している。なお、上記断面における角部５Ａの外形は、図１では円弧状であるが、不連続点を有しない曲線であれば、必ずしも円弧状でなくてもよい。各角部５Ａの丸みは、例えば、各配線層５を構成する金属箔又は金属板の打ち抜き、エッチング、研磨、放電加工等によって形成できる。
各角部５Ａの丸みは、各配線層５の厚み方向において、配線層５における平均厚みの３０％以下の範囲で設けられている。つまり、図１に示すように、角部５Ａの丸みが付された部分の厚み方向の幅Ｄは、配線層５の平均厚みの３０％以下である。なお、「平均厚み」とは、例えば面方向に離間した１０点における厚みを平均した値を意味する。
また、各配線層５は、第１絶縁層２、第２絶縁層３及び第３絶縁層４のうち隣接する絶縁層と固定されていない。つまり、各配線層５は、隣接する絶縁層に対して個別に変位可能に構成されている。
換言すれば、複数の配線層５が隣接する絶縁層に固定されている領域を固定領域、複数の配線層５が隣接する絶縁層に固定されていない領域を非固定領域としたとき、複数の配線層５は、固定領域を有さず、非固定領域のみを有する。本実施形態では、後述するように各接続導体７が第２絶縁層３に接合されていないので、各配線層５における接続導体７との接合部分は、非固定領域に含まれる。
なお、本実施形態では、複数の配線層５は、隣接する絶縁層と離間しているが、複数の配線層５は、隣接する絶縁層に当接していてもよい。つまり、配線層５と隣接する絶縁層とが面方向にそれぞれ個別に変位できれば、配線層５と隣接する絶縁層とが離間せずに当接していてもよい。
＜接続導体＞
複数の接続導体７は、図２に示すように、第２絶縁層３の貫通孔３Ａ内に配置されている。接続導体７は、２つの配線層５を電気的に接続するいわゆるビアである。また、接続導体７は、２つの配線層５と接合されている。一方で、接続導体７は、第２絶縁層３と接合されていない。
複数の接続導体７は、図２に示すように、第２絶縁層３の貫通孔３Ａ内に配置されている。接続導体７は、２つの配線層５を電気的に接続するいわゆるビアである。また、接続導体７は、２つの配線層５と接合されている。一方で、接続導体７は、第２絶縁層３と接合されていない。
接続導体７は、図２に示すように、金属製の粒体７Ａと、接合部７Ｂとを有する。
粒体７Ａは、金属製の個体粒の集合体である。粒体７Ａは、貫通孔３Ａ内に配置されている。粒体７Ａは、接合部７Ｂを介して２つの配線層５同士を電気的に接続する。
粒体７Ａは、金属製の個体粒の集合体である。粒体７Ａは、貫通孔３Ａ内に配置されている。粒体７Ａは、接合部７Ｂを介して２つの配線層５同士を電気的に接続する。
粒体７Ａの材質は特に限定されず、複数の配線層５に使用可能な金属と同じものが使用できる。ただし、粒体７Ａの材質は、複数の配線層５の主成分と同じとすることが好ましい。これにより、温度変化時に接続導体７と２つの配線層５との間に発生する応力を低減できる。
粒体７Ａを構成する各粒の形状は特に限定されず、球体、多面体等とすることができる。また、各粒はすべて同形である必要はなく、粒体７Ａは、大きさや形状が異なる粒を含んでもよい。
粒体７Ａは、接合部７Ｂによって、貫通孔３Ａ内に保持されている。貫通孔３Ａ内では、粒体７Ａの粒同士が当接していてもよい。また、粒体７Ａは、接合部７Ｂから突出した粒や、２つの配線層５に当接する粒を含んでもよい。
接合部７Ｂは、導電性を有し、粒体７Ａと２つの配線層５とを電気的に接続する。接合部７Ｂは、例えば銀−銅合金などの金属ロウ材や、錫−銀−銅合金等の半田材によって構成される。
接合部７Ｂは、図２に示すように、粒体７Ａの各粒の外面と接合されると共に、２つの配線層５と接合されている。つまり、接合部７Ｂは、粒体７Ａと２つの配線層５とを接合している。
また、接合部７Ｂは、第２絶縁層３には接合されていない。つまり、粒体７Ａは、貫通孔３Ａを構成する第２絶縁層３の内壁に固定されていない。また、接続導体７と貫通孔３Ａを構成する第２絶縁層３の内壁との間には空隙が存在する。
１つの接続導体７において、粒体７Ａの総体積は、接合部７Ｂの総体積よりも小さいとよい。したがって、接続信頼性の観点から、接合部７Ｂ内に粒体７Ａが分散するように配置されるとよい。
［１−２．配線基板の製造方法］
次に、配線基板１の製造方法について説明する。
配線基板１は、図３に示す貫通孔形成工程Ｓ１と、粒体配置工程Ｓ２と、層配置工程Ｓ３と、接合工程Ｓ４とを備える製造方法によって得られる。
次に、配線基板１の製造方法について説明する。
配線基板１は、図３に示す貫通孔形成工程Ｓ１と、粒体配置工程Ｓ２と、層配置工程Ｓ３と、接合工程Ｓ４とを備える製造方法によって得られる。
＜貫通孔形成工程＞
本工程では、複数の絶縁層を形成すると共に、これらの絶縁層に、これらの絶縁層を厚み方向に貫通する貫通孔を形成する。
本工程では、複数の絶縁層を形成すると共に、これらの絶縁層に、これらの絶縁層を厚み方向に貫通する貫通孔を形成する。
本工程では、最初に未焼結セラミックをセラミック基板状に成形する。具体的には、まず、セラミック粉末、有機バインダ、溶剤、及び可塑剤等の添加剤を混合して、スラリーを得る。次に、このスラリーを周知の方法によりシート状に成形することで、基板状の未焼結セラミック（いわゆるセラミックグリーンシート）が得られる。
得られた複数のセラミックグリーンシートの一部に対し、穿設等により、貫通孔３Ａを設ける。その後、セラミックグリーンシートを焼結する。これにより、セラミック製の複数の絶縁層が得られる。
＜粒体配置工程＞
本工程では、貫通孔３Ａ内に、粒体７Ａと、接合部７Ｂとを配置する。具体的には、例えば粒体７Ａと接合部７Ｂを構成する金属ロウ材又は半田材とを溶剤と混合したペーストを、ディスペンサ等によって貫通孔３Ａ内に配置する。なお、図２に示す互いに接合された状態の粒体７Ａと接合部７Ｂとを貫通孔３Ａ内に配置してもよい。また、粒体７Ａに含まれる複数の固体粒のそれぞれに対し、表面に金属ロウ材等の接合部７Ｂがコーティングされた状態の粒体７Ａを貫通孔３Ａ内に配置してもよい。
本工程では、貫通孔３Ａ内に、粒体７Ａと、接合部７Ｂとを配置する。具体的には、例えば粒体７Ａと接合部７Ｂを構成する金属ロウ材又は半田材とを溶剤と混合したペーストを、ディスペンサ等によって貫通孔３Ａ内に配置する。なお、図２に示す互いに接合された状態の粒体７Ａと接合部７Ｂとを貫通孔３Ａ内に配置してもよい。また、粒体７Ａに含まれる複数の固体粒のそれぞれに対し、表面に金属ロウ材等の接合部７Ｂがコーティングされた状態の粒体７Ａを貫通孔３Ａ内に配置してもよい。
＜層配置工程＞
本工程では、粒体７Ａ及び接合部７Ｂを配置した第２絶縁層３を含む複数の絶縁層と複数の配線層５とを交互に重ね合わせる。ここで、これらの層を重ね合わせる前に、例えば金属箔又は金属板の打ち抜き、エッチング、研磨、放電加工等によって、各配線層５の角部５Ａに丸みを持たせる。
本工程では、粒体７Ａ及び接合部７Ｂを配置した第２絶縁層３を含む複数の絶縁層と複数の配線層５とを交互に重ね合わせる。ここで、これらの層を重ね合わせる前に、例えば金属箔又は金属板の打ち抜き、エッチング、研磨、放電加工等によって、各配線層５の角部５Ａに丸みを持たせる。
なお、層配置工程Ｓ３は、粒体配置工程Ｓ２の前に行ってもよい。また、粒体配置工程Ｓ２と、層配置工程Ｓ３とを同時に行ってもよい。例えば、１つの配線層５を第２絶縁層３の裏面側に配置した後、粒体７Ａ及び接合部７Ｂを貫通孔３Ａ内に配置し、その後、別の配線層５を第２絶縁層３の表面側に配置してもよい。
＜接合工程＞
本工程では、接合部７Ｂを溶融及び固化し、粒体７Ａと２つの配線層５とを接合する。具体的には、層配置工程Ｓ３で得た各層を重ね合わせた積層体を加熱する。これにより、接続導体７が形成される。
本工程では、接合部７Ｂを溶融及び固化し、粒体７Ａと２つの配線層５とを接合する。具体的には、層配置工程Ｓ３で得た各層を重ね合わせた積層体を加熱する。これにより、接続導体７が形成される。
［１−３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）配線層５の角部５Ａが丸みを帯びているので、配線層５の角部５Ａが隣接する絶縁層に接触した際の絶縁層への傷付けを抑制でき、ひいては絶縁層におけるクラックの発生を抑制できる。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）配線層５の角部５Ａが丸みを帯びているので、配線層５の角部５Ａが隣接する絶縁層に接触した際の絶縁層への傷付けを抑制でき、ひいては絶縁層におけるクラックの発生を抑制できる。
（１ｂ）各角部５Ａの丸みが、各配線層５の厚み方向において、配線層５における平均厚みの３０％以下の範囲で設けられているので、配線層５の強度の低下を抑制しつつ、隣接する絶縁層への傷付けを抑制できる。
（１ｃ）複数の配線層が隣接する絶縁層と固定されていないので、温度変化によって複数の配線層及び複数の絶縁層が膨張又は収縮した際に、複数の配線層と複数の絶縁層との間の熱膨張率の差異による複数の配線層と複数の絶縁層との変形量の差を、隣接する配線層と絶縁層とが個別に変位することによって吸収できる。そのため、複数の絶縁層と複数の配線層との間で発生する応力が低減され、複数の絶縁層におけるクラック等の欠陥が抑制される。
（１ｄ）複数の絶縁層は、それぞれセラミックを主成分とするので、各絶縁層の平坦性が向上される。そのため、各絶縁層に配線を高密度に配置することができる。さらに、高い絶縁性も得ることができる。これにより、複数の配線層に比較的大きな電流を流す場合でも、配線層間の確実な電気的絶縁が可能となる。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
（２ａ）上記実施形態の配線基板１において、各配線層５は、厚み方向と平行な断面において、全ての角部が丸みを帯びていてもよい。図４に示す配線基板１１は、各配線層５の表面側の角部５Ａと裏面側の角部５Ｂとが全て丸みを帯びている。これにより、配線層５に隣接する２つの絶縁層への傷付けを同時に抑制することができる。
また、上記実施形態の配線基板１において、必ずしも配線層５の面方向における周縁全体で角部が丸みを帯びている必要はない。配線層５の周縁の少なくとも一部で角部が丸みを帯びていれば、絶縁層への傷付けが抑制される。
（２ｂ）上記実施形態の配線基板１において、各角部の丸みは、各配線層５の厚み方向において、必ずしも配線層５における平均厚みの３０％以下の範囲で設けられなくてもよい。
（２ｃ）上記実施形態の配線基板１において、複数の配線層５は隣接する絶縁層と金属ロウ材又は半田材によってその一部又は全体が固定されてもよい。また、接続導体７が絶縁層と固定されてもよい。つまり、複数の配線層５のそれぞれは、絶縁層に対する固定領域と非固定領域との２つの領域を併有してもよい。また、複数の配線層５は、必ずしも非固定領域を有さなくてもよい。
（２ｄ）上記実施形態の配線基板１において、接続導体７の構成は一例である。したがって、金属製の粒体７Ａの替わりに、金属製のブロック体（例えば、柱状体、板状体、箔状体等）或いは球体、又は複数の配線層５を厚み方向に貫通する金属製の棒体を、接合部によって配線層５に接合した接続導体７を用いてもよい。
（２ｅ）上記実施形態の配線基板１において、各絶縁層の材質はセラミックに限定されない。例えば、各絶縁層は樹脂、ガラス等を主成分としてもよい。
（２ｆ）上記実施形態の配線基板１は、プレーナトランスを形成可能である。つまり、複数の配線層５は、それぞれコイル状の配線パターンを隣接する絶縁層の外縁部に有してもよい。また、各絶縁層の中央部にはコイル状に形成された巻線配線パターンの内側を貫通するコア挿入孔が形成されてもよい。このコア挿入孔には、例えばフェライトなどの磁性体コアが挿入される。
（２ｇ）上記実施形態の配線基板１において、複数の絶縁層が同じ厚みを有すると共に、複数の配線層が同じ厚みを有するように図示されているが、各絶縁層の厚み及び各配線層の厚みは、それぞれ異なっていてもよい。また、各配線層の占有面積は異なっていてもよい。
（２ｈ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
１…配線基板、２…第１絶縁層、３…第２絶縁層、３Ａ…貫通孔、４…第３絶縁層、
５…配線層、５Ａ，５Ｂ…角部、７…接続導体、７Ａ…粒体、７Ｂ…接合部、
１１…配線基板。
５…配線層、５Ａ，５Ｂ…角部、７…接続導体、７Ａ…粒体、７Ｂ…接合部、
１１…配線基板。
Claims (7)
- 複数の絶縁層と、
前記複数の絶縁層の間に配置された少なくとも１つの配線層と、
を備え、
前記少なくとも１つの配線層は、厚み方向と平行な断面において、少なくとも１つの角部が丸みを帯びている、配線基板。 - 前記角部の丸みは、前記少なくとも１つの配線層の厚み方向において、前記少なくとも１つの配線層における平均厚みの３０％以下の範囲で設けられる、請求項１に記載の配線基板。
- 前記少なくとも１つの配線層は、厚み方向と平行な断面において、全ての角部が丸みを帯びている、請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
- 前記少なくとも１つの配線層として複数の配線層を備え、
前記複数の絶縁層と前記複数の配線層とが厚み方向に交互に配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配線基板。 - 前記少なくとも１つの配線層は、前記複数の絶縁層のうち隣接する絶縁層と固定されていない、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の配線基板。
- 前記複数の絶縁層は、セラミックを主成分とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配線基板。
- 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の配線基板を用いたプレーナトランス。
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