JP5743916B2 - 回路基板およびこれを備える電子装置 - Google Patents
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Description
なり、該金属配線層はガラス成分を含有し、前記金属配線層の単位面積において、円相当径で0.2μm以上1.1μm以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35%以上65%以下であることにより、高い密着強度を有することとなる。それにより、電子部品の動作と非動作とを繰り返したときの冷熱サイクルによる剥離が少ない、信頼性の高い回路基板とすることができる。
配線層12との界面に存在するガラス成分と、気孔に入り込んだガラス成分とのアンカー効果によって、高い密着強度を得ることができる。それにより、回路基板10上に搭載した電子部品の動作の繰り返しによる冷熱サイクルによって、セラミック焼結体と金属配線層とが剥離することを少なくでき、信頼性の高い回路基板とすることができる。
算出して気孔径の分布を求めればよい。
いる場合もあるが、本実施形態に用いた気孔粒径の測定方法では気孔粒径が0.2μm未満
の結晶を検知できないため割愛している。
細であり、ガラス成分が侵入しづらいことから、密着強度に影響を与えにくい。
を超える成分のことをいう。
bの厚みは、金属配線層12の全体の厚みから第1の金属配線層12aの厚みを差し引くことによって算出してもよい。
m以上1.1μm以下の気孔の割合よりも高いことが好ましい。第1の金属配線層12aの単
位面積あたりにおける円相当径で0.2μm以上1.1μm以下の気孔の割合が、第2の金属配線層12bの単位面積あたりにおける円相当径で0.2μm以上1.1μm以下の気孔の割合よりも高いと、電子部品13を金属配線層12の上部、すなわち、第2の金属配線層12bの上部に実装する場合には、第2の金属配線層12bにおいて、円相当径で1.1μm以下の気孔が少
ないので電子部品13が発する熱が散乱しにくくなるので、第2の金属配線層12bから第1の金属配線層12aに効率よく熱を伝えることができ、セラミック焼結体11と金属配線層12の界面へ効率よく伝えることができるので、熱的信頼性を高くすることができる。
ては、平均粒径が1.0μm以上3.5μm以下である第1の金属粉末を65質量%以上75質量%以下、平均粒径が第1の金属粉末より小さいである第2の金属粉末を25質量%以上35質量%以下で混合した金属粉末を用いる。
る。そして、セラミック焼結体11と金属配線層12との界面に存在するガラスが、円相当径で1.1μm以下の気孔に入り込み、アンカー効果が得られることによって密着強度が向上
する。
焼結体11と金属配線層12との密着強度を向上することができる。
オール、メタクレゾール、ジメチルイミダゾール、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルホルムアミド、ジアセトンアルコール、トリエチレングリコール、パラキシレン、乳酸エチル、イソホロンから選択される1種もしくは2種以上を混合して用いることができる。
末を0.5質量%以上5質量%以下、有機ビヒクルを10質量%以上20質量%以下の範囲とす
る。なお、ガラス粉末が5質量%を超えると、ガラス成分は熱伝導率が低いため、放熱特性が低下する傾向がある。
質量%以下の範囲とする。
線層12bの熱伝導率を損なうことを少なくすることができる。
末が銀であるときには、最高温度が800℃以上1000℃以下、保持時間が0.5時間以上3時間以下で焼成すればよい。なお、この焼成時の雰囲気は、金属ペーストの酸化を抑制すべく非酸化雰囲気で焼成する。そして、以上のような焼成条件で焼成することによって、セラミック焼結体11の主面11aに金属配線層12を備えた回路基板10を得ることができる。
径が0.7μm以上1.4μm以下の範囲で異なる8種類を準備し、第1の金属粉末を70質量%と第2の金属粉末を30質量%として混合し、銅からなる金属粉末を準備した。そして、金属粉末を82質量%と、Bi2O3−SiO2−B2O3系の平均粒径が1.3μmであり、
軟化点が630℃であるガラス粉末を3質量%と、有機ビヒクルを15質量%(有機バインダ
であるアクリル樹脂を3質量%と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量%)とを調合し金属ペースト1を8種類作製した。
温度にて乾燥させ、焼成は、酸素濃度を5ppmに調整した窒素雰囲気の中で、焼成温度を940℃、焼成時間を0.8時間で焼成することにより、セラミック焼結体11の一方の主面に金属配線層12を備えた試料No.1〜8の回路基板を得た。
磨した断面を測定面とし、測定面における金属配線層12について、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて2610μm2の領域で観察し、単位面積当たりの気孔分布を(株)三谷商事製の型名Win ROOFを用いて解析して数値化した。
。
タ(型番:520D)を使用した。また、測定数は各試料数10個について測定し、その平均
値を求めた。なお、めっき導線17が金属配線層12から剥離した場合はデータから除外し、金属配線層12がセラミックス焼結体11から剥離したときのデータを金属配線層12の密着強度とした。
室温まで降温するというサイクルを1サイクルとしたヒートサイクル試験を行なった。なお、各試料の試料数は40個とし、1500サイクル〜3500サイクルの間で50サイクル毎に各試料につき一つずつ取出し、セラミック焼結体11と金属配線層12との界面の観察を行ない、剥離が確認されたときのサイクル回数を表1に示した。剥離の確認は、SEMを用いて1000倍の倍率で観察して行なった。
あるアクリル樹脂を3質量%と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量%)とを調合した金属ペースト2’を作製した。
属配線層12aおよび第2の金属配線層12bが表2の示す厚みになるように調整した金属配線層12を得た。なお、試料No.9〜14の第2の金属配線層12bは金属ペースト2で作製しており、試料No.15の第2の金属配線層12bは金属ペースト2’で作製した。また、金属配線層12の厚みは70μmとなるように形成した。また、乾燥条件および焼成条件は実施例1と同じである。この工程によって、セラミック焼結体11の一方の主面に金属配線層12を備えた試料No.9〜15の回路基板20を得た。
とし、表面を炭素などで蒸着後、SEM(走査型電子顕微鏡)を用い倍率1000〜2000倍程度で観察し、セラミック焼結体11と金属配線層12の界面に存在するガラス成分の成分を、EDS分析した。その結果、得られた主要な成分の中から、セラミック焼結体11および金属配線層12の主成分以外で最も成分が多かった元素は珪素(Si)であったので、EPMAを用いてマッピングを行ない、珪素が集中して検出された層の領域を第1の金属配線層12aとした。そして、第1の金属配線層12aの厚みを測定し、第2の金属配線層12bの厚みは、金属配線層12の厚みから第1の金属配線層12aの厚みを差し引くことにより算出し、この作業を5箇所で行ない、その平均値を表2に示した。
、めっきの量産性により優れていることがわかる。
と低く、サイクル回数は2400回と少なかった。そして、金属配線層12における第1の金属配線層12aの厚みの割合が、60%を超える試料No.14は、密着強度が60N/2×2mm2と高いものの、熱伝導率が98W/m・Kと低く、サイクル回数は2400回と少なかった。これらに対し、金属配線層12における第1の金属配線層12aの厚みの割合が、40%以上60%以下である試料No.10〜13は、密着強度が45N/2×2mm2以上かつ熱伝導率が101W/m・K以上であり、サイクル回数は2500回数以上であった。特に、金属配線層12に
おける第1の金属配線層12aの厚みの割合が、50%以上55%以下である試料No.11および12は、密着強度が52N/2×2mm2以上かつ熱伝導率が104W/m・K以上であり、
サイクル回数は2550回以上であり、より放熱特性が高く、より信頼性が高い回路基板であることがわかった。
イクル回数は1950回であるのに対し、試料No.18は、密着強度55N/2×2mm2、熱伝導率が104W/m・Kであり、サイクル回数は2100回であることから、熱の伝導が効率
よく行なわれたので、サイクル回数が向上し、熱的信頼性が向上したと考えられる。
準備、第2の金属粉末は平均粒径が0.8μm以上1.4μm以下の範囲で異なる7種類を準備し、第1の金属粉末を70質量%と第2の金属粉末を30質量%として混合し、銅からなる金属粉末を準備し、金属粉末を85質量%と、有機ビヒクルを15質量%(有機バインダであるアクリル樹脂を3質量%と、有機溶剤であるテルピネオールを12質量%)とを調合し金属ペースト2を作製した。
および焼成条件は実施例1と同じである。この工程によって、セラミック焼結体11の一方の主面に金属配線層12を備えた試料No.19〜25の回路基板20を得た。なお、試料No.17に用いた第2の金属粉末は平均粒径が0.8μmであり以後0.1μmずつ大きくなっている。
積%未満である試料No.24は、熱伝導率が120W/m・Kと高いものの、密着強度が50
N/2×2mm2と低く、サイクル回数は2250回と少なかった。そして、第2の金属配線層12aの断面における気孔の面積占有率が、13.0面積%を超える試料No.19は、密着強度が55N/2×2mm2と高いものの、熱伝導率が96W/m・Kと低く、サイクル回数は2200回と少なかった。これらに対し、第2の金属配線層12aの断面における気孔の面積占有率が、6.0面積%以上13.0面積%以下である試料No.20〜23は、密着強度が51N/2
×2mm2以上かつ熱伝導率が100W/m・K以上であり、サイクル回数は2350回以上で
あった。特に、第2の金属配線層12aの断面における気孔の面積占有率が、7.3面積%以
上10.1面積%以下である試料No.21および22は、密着強度が52N/2×2mm2かつ熱伝導率が108W/m・K以上であり、サイクル回数は2550回以上であり、より放熱特性が
高く、より信頼性が高い回路基板であることがわかった。
10:回路基板
11:セラミック焼結体
11a:主面
12:金属配線層
12a:第1の金属配線層
12b:第2の金属配線層
13:電子部品
14:電極パッド
15:ボンディングワイヤ
Claims (5)
- セラミック焼結体の少なくとも一方の主面に金属配線層を備えてなり、該金属配線層はガラス成分を含有し、前記金属配線層の単位面積あたりにおいて、円相当径で0.2μm以上1.1μm以下の気孔の数が、気孔の全数に対し35%以上65%以下であることを特徴とする回路基板。
- 前記金属配線層が、前記セラミック焼結体側の第1の金属配線層と該第1の金属配線層上に設けられた第2の金属配線層とを備え、該第2の金属配線層におけるガラス成分の含有量が、前記第1の金属配線層におけるガラス成分の含有量よりも少ないことを特徴とする請求項1に記載の回路基板。
- 前記第1の金属配線層の単位面積あたりにおける円相当径で0.2μm以上1.1μm以下の気孔の割合が、前記第2の金属配線層の単位面積あたりにおける円相当径で0.2μm以上1.1μm以下の気孔の割合よりも高いことを特徴とする請求項2に記載の回路基板。
- 前記金属配線層における前記第1の金属配線層の厚みの割合が40%以上60%以下であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の回路基板。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の回路基板に電子部品を実装してなることを特徴とする電子装置。
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