JP5869404B2 - Wiring board and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子を実装する配線基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a wiring board on which a light emitting element is mounted and a manufacturing method thereof.
絶縁性及び放熱性のいずれにも優れる発光素子を提供できる絶縁基板（配線基板）として、
金属基板と、前記金属基板の表面に設けられる絶縁層とを有する絶縁基板（配線基板）であって、
前記金属基板が、バルブ金属基板であり、前記絶縁層が、バルブ金属の陽極酸化皮膜であり、前記陽極酸化皮膜の空隙率が、３０％以下である絶縁基板が知られている。(特許文献１)
As an insulating substrate (wiring board) that can provide a light emitting element that is excellent in both insulation and heat dissipation,
An insulating substrate (wiring substrate) having a metal substrate and an insulating layer provided on the surface of the metal substrate,
An insulating substrate is known in which the metal substrate is a valve metal substrate, the insulating layer is an anodized film of a valve metal, and the porosity of the anodized film is 30% or less. (Patent Document 1)
この特許文献ではさらに、
バルブ金属として、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマスが例示されている。
また、絶縁層の上に金属導体層として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等が例示され、金属導体層の形成方法としては、電解めっき処理、無電解めっき処理、置換めっき処理などの種々めっき処理の他、スパッタリング処理、蒸着処理、金属箔の真空貼付処理、接着層を設けての接着処理等が記載されている。
In this patent document,
Examples of the valve metal include aluminum, tantalum, niobium, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, and bismuth.
Examples of the metal conductor layer on the insulating layer include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), nickel (Ni), etc. Forming methods include various plating treatments such as electrolytic plating treatment, electroless plating treatment, displacement plating treatment, sputtering treatment, vapor deposition treatment, vacuum pasting treatment of metal foil, adhesion treatment with an adhesive layer, etc. ing.
しかしながら、前記の金属基板には以下の課題がある。
前記配線基板は、基材としての金属基板と、絶縁層としての陽極酸化膜と、導体層が順に積層されている。
前記文献には、陽極酸化膜上に導体層が直接形成される場合、（電解めっき処理、無電解めっき処理、置換めっき処理などの種々めっき処理の他、スパッタリング処理、蒸着処理、金属箔の真空貼付処理）、陽極酸化膜上に導体層が中間層を介して形成される場合、（接着層を設けての接着処理）が記載されている。
However, the metal substrate has the following problems.
In the wiring board, a metal substrate as a base material, an anodized film as an insulating layer, and a conductor layer are sequentially laminated.
In the above document, when a conductor layer is directly formed on an anodic oxide film (in addition to various plating treatments such as electrolytic plating treatment, electroless plating treatment, displacement plating treatment, sputtering treatment, vapor deposition treatment, vacuum of metal foil) (Attachment process), in the case where a conductor layer is formed on an anodized film via an intermediate layer, (adhesion process with an adhesive layer) is described.
中間層を介して陽極酸化膜上に導体層が形成される場合に比べ、直接形成される場合には余分な物質を介さないので放熱性に優れるが、金属基板、陽極酸化膜、導体層相互の熱膨張係数の差が大きい組み合わせを選択すると、反り、剥離が生じやすく、陽極酸化膜に空隙、クラックなどが発生しやすくなるといった問題があった。特に、放熱性に優れるため、広く放熱材料として利用されているアルミニウムは熱膨張係数が、２３ｐｐｍ／Ｋ、であるため、導体層としてめっきしやすく広く配線材料として利用される銅を利用すると銅は熱膨張係数が１６ｐｐｍ／Ｋであるため、熱膨張差によって表面に内部応力が発生しやすくなり、中間に形成された陽極酸化膜に応力がかかり、マイクロクラックなどを形成することにより絶縁性を低下させる原因となる。この傾向は、導体層が厚くなるに従って反り易くなるためにさらに絶縁性の低下させやすくなる。 Compared with the case where the conductor layer is formed on the anodic oxide film via the intermediate layer, the direct formation does not involve an extra substance, so the heat dissipation is excellent, but the metal substrate, the anodic oxide film, and the conductor layer When a combination having a large difference in thermal expansion coefficient is selected, there is a problem that warpage and peeling are likely to occur, and voids and cracks are likely to occur in the anodized film. In particular, aluminum that is widely used as a heat dissipation material because of its excellent heat dissipation property has a coefficient of thermal expansion of 23 ppm / K. Since the coefficient of thermal expansion is 16 ppm / K, internal stress is likely to occur on the surface due to the difference in thermal expansion, stress is applied to the anodic oxide film formed in the middle, and insulation is reduced by forming microcracks and the like. Cause it. This tendency tends to warp as the conductor layer becomes thicker, so that the insulation is further easily lowered.
本発明は、絶縁性及び耐久性に優れた絶縁層として陽極酸化膜を有する配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the wiring board which has an anodic oxide film as an insulating layer excellent in insulation and durability, and its manufacturing method.
前記課題を解決する本発明の配線基板は
（１）「アルミニウム合金からなる金属基板と、
前記金属基板の表面に形成された陽極酸化膜からなる絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された銅からなる導体層と、
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、前記導体層の銅の硬度より硬いこと」を特徴とする。
このため、基板表面に薄く形成される導体層の銅の方が金属基板のアルミニウム合金より硬度が低いので、ヒートサイクルを受けても導体層の方が延伸されやすく、配線基板に反りを生じさせにくく、さらに絶縁層にクラックを生じさせにくくすることができ、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を提供することができる。
The wiring board of the present invention that solves the above problems is (1) “a metal substrate made of an aluminum alloy;
An insulating layer made of an anodized film formed on the surface of the metal substrate;
A conductor layer made of copper formed on the insulating layer;
And the hardness of the aluminum alloy is harder than the hardness of the copper of the conductor layer ”.
For this reason, since the copper of the conductor layer formed thinly on the substrate surface is lower in hardness than the aluminum alloy of the metal substrate, the conductor layer is more easily stretched even when subjected to a heat cycle, causing warping of the wiring board. It is difficult to cause cracks in the insulating layer, and a wiring board having excellent insulation and durability can be provided.
（２）「アルミニウム合金からなる金属基板と、
前記金属基板の表面に形成された陽極酸化膜からなる絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された銅からなる導体層と、
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、焼き鈍し後の前記導体層の銅の硬度より硬いこと」を特徴とする。
導体層の銅は、低い温度でもゆっくりと結晶粒子が成長し軟化する。このため、基板表面に薄く形成される導体層の銅の方が金属基板のアルミニウム合金より硬度が低くなるので、ヒートサイクルを受けても導体層の方が延伸されやすく、配線基板に反りを生じさせにくく、さらに絶縁層にクラックを生じさせにくくすることができ、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を提供することができる。
(2) “a metal substrate made of an aluminum alloy;
An insulating layer made of an anodized film formed on the surface of the metal substrate;
A conductor layer made of copper formed on the insulating layer;
The hardness of the aluminum alloy is characterized by being harder than the hardness of the copper of the conductor layer after annealing.
The copper in the conductor layer slowly grows and softens even at low temperatures. For this reason, since the copper of the conductor layer formed thinly on the substrate surface has a lower hardness than the aluminum alloy of the metal substrate, the conductor layer tends to be stretched even when subjected to a heat cycle, and the wiring board is warped. In addition, it is possible to prevent the generation of cracks in the insulating layer, and it is possible to provide a wiring board having excellent insulation and durability.
（３）「前記アルミニウム合金はシリコンあるいはマグネシウムを含有すること」を特徴とする。
シリコンあるいはマグネシウムを含有するアルミニウム合金は、アルミニウム原子の転位を阻害することができるので、金属基板の硬度を高くすることができる。このため、配線基板に反りを生じさせにくくすることができる。絶縁層にクラックを生じさせにくくすることができ、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を提供することができる。
(3) “The aluminum alloy contains silicon or magnesium”.
Since the aluminum alloy containing silicon or magnesium can inhibit the dislocation of aluminum atoms, the hardness of the metal substrate can be increased. For this reason, it is possible to make it difficult for the wiring board to be warped. It is possible to make it difficult to cause cracks in the insulating layer, and it is possible to provide a wiring board having excellent insulation and durability.
（４）「前記陽極酸化膜は、プラズマ陽極酸化膜であること」を特徴とする。
プラズマ陽極酸化膜は、高い電圧で酸化処理が行われるので絶縁性、耐薬品性に優れる。
プラズマ陽極酸化膜はシリコンあるいはマグネシウムを含有するアルミニウム合金であっても、イオン化傾向の影響を受けにくいので、均一に酸化処理しやすく良好な陽極酸化膜を形成することができる。このため、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を提供することができる。
(4) “The anodic oxide film is a plasma anodic oxide film”.
Since the plasma anodic oxide film is oxidized at a high voltage, it has excellent insulation and chemical resistance.
Even if the plasma anodic oxide film is an aluminum alloy containing silicon or magnesium, it is difficult to be affected by the tendency to ionize, so that it is easy to uniformly oxidize and a good anodic oxide film can be formed. For this reason, the wiring board excellent in insulation and durability can be provided.
（５）「前記導体層は電解めっき法により形成された電解めっき層を含むこと」を特徴とする。
電解めっき法は、不純物が入りにくく、結晶粒子の成長しやすい銅が得られるので、延伸されやすく、配線基板に反りを生じさせにくい。このため、陽極酸化膜にクラック、剥離などを生じさせにくいので、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を得ることができる。
(5) “The conductor layer includes an electrolytic plating layer formed by an electrolytic plating method”.
In the electrolytic plating method, since copper that does not easily contain impurities and crystal grains can easily grow is obtained, it is easy to be stretched and hardly warp the wiring board. For this reason, since it is hard to produce a crack, peeling, etc. in an anodized film, the wiring board excellent in insulation and durability can be obtained.
（６）「前記導体層は、電解めっき法により形成された電解めっき層が厚さの主要部を占めること」を特徴とする。
厚さの主要部を電解めっき法の銅が占めると導体層を軟化しやすくすることができる。
(6) The above-mentioned conductor layer is characterized in that an electrolytic plating layer formed by an electrolytic plating method occupies the main part of the thickness.
When copper of the electroplating method occupies the main part of the thickness, the conductor layer can be easily softened.
（７）「前記陽極酸化膜の形成されたアルミニウム合金は大部分が露出していること」を特徴とする。
陽極酸化膜の形成されたアルミニウム合金は、可視光域で反射率が高いので、発光素子から発せられる光を効率よく反射することができ、発光素子の実装された発光モジュールの発光効率を高めることができる。発光素子実装用配線基板として好適に利用できる。
(7) “The aluminum alloy on which the anodized film is formed is mostly exposed”.
Aluminum alloy with anodized film has high reflectivity in the visible light region, so it can efficiently reflect the light emitted from the light emitting element, and increase the light emitting efficiency of the light emitting module mounted with the light emitting element. Can do. It can be suitably used as a wiring board for mounting light emitting elements.
（８）「前記金属基板には表面に陽極酸化膜を有するスルーホールが形成され、該スルーホールには導体層と電気的に接続されたスルーホール導体が充填されていること」を特徴とする。
スルーホール導体は導体層と電気的に接続されているので、金属基板の裏面から効率良く給電することができ、配線基板を小型化することができ、発光素子の実装密度を高めることができる。
(8) “The metal substrate has a through hole having an anodized film on the surface thereof, and the through hole is filled with a through hole conductor electrically connected to a conductor layer”. .
Since the through-hole conductor is electrically connected to the conductor layer, power can be efficiently supplied from the back surface of the metal substrate, the wiring substrate can be reduced in size, and the mounting density of the light emitting elements can be increased.
（９）「前記スルーホール導体は、銅であること」を特徴とする。
スルーホール導体が銅であると、電解めっきの形成と同時に形成することができる。また電解めっきで形成された銅は、焼き鈍しによって軟化させることができ、金属基板と前記スルーホール導体との間で応力を発生させにくく、両者の間に形成された陽極酸化膜を傷めにくい。このため、絶縁性が高く耐久性のある配線基板を得ることができる。
(9) “The through-hole conductor is copper”.
If the through-hole conductor is copper, it can be formed simultaneously with the formation of electrolytic plating. Moreover, the copper formed by electrolytic plating can be softened by annealing, it is difficult to generate stress between the metal substrate and the through-hole conductor, and the anodic oxide film formed between the two is difficult to be damaged. For this reason, a highly insulating and durable wiring board can be obtained.
前記課題を解決する本発明の配線基板の製造方法は
（１０）「アルミニウム合金からなる金属基板に陽極酸化膜を形成する陽極酸化膜形成工程と、
該陽極酸化膜上に銅からなる導体層を形成する導体層形成工程と
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、前記導体層の銅の硬度より硬いこと」を特徴とする。
このため、基板表面に薄く形成される導体層の銅の方が金属基板のアルミニウム合金より硬度が低いので、ヒートサイクルを受けても導体層の方が延伸されやすく、配線基板に反りを生じさせにくく、絶縁層にクラックを生じさせにくくすることができ、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を製造することができる。
The method for manufacturing a wiring board of the present invention that solves the above-described problem is (10) “an anodic oxide film forming step of forming an anodized film on a metal substrate made of an aluminum alloy;
And a conductor layer forming step of forming a conductor layer made of copper on the anodized film, wherein the hardness of the aluminum alloy is higher than the hardness of copper of the conductor layer.
For this reason, since the copper of the conductor layer formed thinly on the substrate surface is lower in hardness than the aluminum alloy of the metal substrate, the conductor layer is more easily stretched even when subjected to a heat cycle, causing warping of the wiring board. It is difficult to cause cracks in the insulating layer, and a wiring board excellent in insulation and durability can be manufactured.
（１１）「アルミニウム合金からなる金属基板に陽極酸化膜を形成する陽極酸化膜形成工程と、
該陽極酸化膜上に銅からなる導体層を形成する導体層形成工程と
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、焼き鈍し後の前記導体層の銅の硬度より硬いこと」を特徴とする。
導体層の銅は、低い温度でもゆっくりと結晶粒子が成長し軟化する。このため、基板表面に薄く形成される導体層の銅の方が金属基板のアルミニウム合金より硬度が低くなるので、ヒートサイクルを受けても導体層の方が延伸されやすく、配線基板に反りを生じさせにくくすることができ、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を製造することができる。
(11) “Anodized film forming step of forming an anodized film on a metal substrate made of an aluminum alloy;
A conductor layer forming step of forming a conductor layer made of copper on the anodic oxide film, wherein the hardness of the aluminum alloy is harder than the hardness of the copper of the conductor layer after annealing.
The copper in the conductor layer slowly grows and softens even at low temperatures. For this reason, since the copper of the conductor layer formed thinly on the substrate surface has a lower hardness than the aluminum alloy of the metal substrate, the conductor layer tends to be stretched even when subjected to a heat cycle, and the wiring board is warped. Therefore, it is possible to manufacture a wiring board with excellent insulation and durability.
（１２）「前記アルミニウム合金はシリコンあるいはマグネシウムを含有すること」を特徴とする。
シリコンあるいはマグネシウムを含有するアルミニウム合金は、アルミニウム原子の転位を阻害することができるので、金属基板の硬度を高くすることができる。このため、配線基板に反りを生じさせにくくすることができ、絶縁性、耐久性の優れた配線基板を製造することができる。
(12) “The aluminum alloy contains silicon or magnesium”.
Since the aluminum alloy containing silicon or magnesium can inhibit the dislocation of aluminum atoms, the hardness of the metal substrate can be increased. For this reason, it can be made hard to produce a curvature to a wiring board, and a wiring board excellent in insulation and durability can be manufactured.
（１３）「前記陽極酸化膜形成工程は、プラズマ陽極酸化膜法であること」を特徴とする。
プラズマ陽極酸化膜は、高い電圧で酸化処理が行われるので絶縁性、耐薬品性に優れる。
プラズマ陽極酸化膜はシリコンあるいはマグネシウムを含有するアルミニウム合金であっても、イオン化傾向の影響を受けにくいので、均一に酸化処理しやすく良好な陽極酸化膜を形成することができ、絶縁性、耐久性に優れた配線基板の製造方法を提供することができる。
(13) “The anodic oxide film forming step is a plasma anodic oxide film method”.
Since the plasma anodic oxide film is oxidized at a high voltage, it has excellent insulation and chemical resistance.
Even if the plasma anodic oxide film is an aluminum alloy containing silicon or magnesium, it is not easily affected by the tendency to ionization, so it is easy to oxidize uniformly and a good anodic oxide film can be formed. The manufacturing method of the wiring board excellent in can be provided.
（１４）「前記導体層形成工程は電解めっき法を含むこと」を特徴とする。
電解めっき法は、不純物が入りにくく、結晶粒子の成長しやすい銅が得られるので、延伸されやすく、配線基板に反りを生じさせにくい。このため、陽極酸化膜にクラック、剥離などを生じさせにくいので、絶縁性、耐久性の優れた配線基板の製造方法を得ることができる。
(14) “The conductive layer forming step includes an electrolytic plating method”.
In the electrolytic plating method, since copper that does not easily contain impurities and crystal grains can easily grow is obtained, it is easy to be stretched and hardly warp the wiring board. For this reason, since it is hard to produce a crack, peeling, etc. to an anodized film, the manufacturing method of the wiring board excellent in insulation and durability can be obtained.
（１５）「前記導体層形成工程は、無電解めっき法、スパッタリング法、ＰＶＤ法から選択されるいずれか１つの方法を含むこと」を特徴とする。
導体層形成工程は、無電解めっき法、スパッタリング法、ＰＶＤ法から選択されるいずれか１つの方法を含むので、陽極酸化膜からなる絶縁膜上に電解めっき層を得ることができ、
絶縁性、耐久性の優れた配線基板の製造方法を得ることができる。
(15) “The conductor layer forming step includes any one method selected from an electroless plating method, a sputtering method, and a PVD method”.
Since the conductor layer forming step includes any one method selected from an electroless plating method, a sputtering method, and a PVD method, an electroplating layer can be obtained on the insulating film made of the anodized film,
It is possible to obtain a method for manufacturing a wiring board having excellent insulation and durability.
（１６）「前記記載の配線基板の製造方法の導体層形成工程に次いで、さらに導体層の銅を軟化させる焼き鈍し工程を含むこと」を特徴とする。
焼き鈍し工程によってあらかじめ導体層の銅を十分に軟化させることができるので、配線基板に反りを生じさせにくく、さらに絶縁層にクラックを生じさせにくくすることができ、絶縁性、耐久性の優れた配線基板の製造方法を提供することができる。
(16) “The method further includes an annealing step of softening copper of the conductor layer after the conductor layer forming step of the method for manufacturing a wiring board” described above.
Since the copper of the conductor layer can be sufficiently softened in advance by the annealing process, it is difficult to cause warping of the wiring board and further to prevent cracking in the insulating layer, and wiring with excellent insulation and durability A method for manufacturing a substrate can be provided.
本発明よれば、アルミニウム合金からなる金属基板と、金属基板の表面に形成された陽極酸化膜と、銅からなる導体層とからなり、アルミニウム合金の硬度は、導体層の銅の硬度より硬いので、導体層の銅が延伸されることのより配線基板に反りを生じさせにくく、絶縁性及び耐久性に優れた配線基板及び配線基板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a metal substrate made of an aluminum alloy, an anodized film formed on the surface of the metal substrate, and a conductor layer made of copper, the hardness of the aluminum alloy is higher than the hardness of copper of the conductor layer. Further, it is possible to provide a wiring board and a manufacturing method of the wiring board which are less likely to warp the wiring board due to the copper of the conductor layer being stretched and which are excellent in insulation and durability.
本実施の形態において、硬度とは、ビッカース法で測定する。ビッカース法は、アルミニウム合金からなる金属基板、銅からなる導体層とも良好に測定することができる。
本発明の実施の形態において、アルミニウム合金とは、アルミニウムを主成分のする合金である。
In the present embodiment, the hardness is measured by the Vickers method. The Vickers method can satisfactorily measure both a metal substrate made of an aluminum alloy and a conductor layer made of copper.
In the embodiment of the present invention, the aluminum alloy is an alloy containing aluminum as a main component.
アルミニウム合金は、高い熱伝導率が得られるので、発光素子が発する熱を速やかに拡散することができる。また、アルミニウム合金は、可視光域の反射率が高いので、発光素子の配線基板に使用したときに、発光効率を高めることができる。
アルミニウム合金は、アルミニウム以外の成分を添加することにより、アルミニウムの転位が阻害され硬度を高くすることができる。望ましい硬度はビッカース硬度が５０〜１５０である。ビッカース硬度が５０以上であると、後述するように焼き鈍しによって軟化した銅からなる導体層よりも硬度を硬くすることができる。また、ビッカース硬度が１３０以下であると、アルミニウム以外の成分の含有量を低くすることができるので、熱伝導率の低下を少なくすることができ高い放熱性が得られる。
Since the aluminum alloy has a high thermal conductivity, the heat generated by the light emitting element can be quickly diffused. In addition, since the aluminum alloy has a high reflectance in the visible light region, the luminous efficiency can be increased when used for a wiring board of a light emitting element.
In the aluminum alloy, by adding components other than aluminum, the dislocation of aluminum is inhibited and the hardness can be increased. Desirable hardness is Vickers hardness of 50 to 150. When the Vickers hardness is 50 or more, as will be described later, the hardness can be made higher than the conductor layer made of copper softened by annealing. Moreover, since content of components other than aluminum can be made low that Vickers hardness is 130 or less, the fall of heat conductivity can be decreased and high heat dissipation can be obtained.
また、アルミニウム以外の成分とはシリコンあるいはマグネシウムなどが望ましい。シリコンの望ましい含有量は、０．２〜７ｍａｓｓ％である。シリコンの含有量が、０．２〜７ｍａｓｓ％の範囲であれば、アルミニウム合金に高い熱伝導率が得られ、且つ十分な硬さを得ることができるので、高い放熱性と、高い絶縁性の得られる配線基板を得ることができる。また、マグネシウムの望ましい含有量は、０．２〜７ｍａｓｓ％である。マグネシウムの含有量が、０．２〜７ｍａｓｓ％の範囲であれば、アルミニウム合金に高い熱伝導率が得られ、且つ十分な硬さを得ることができるので、高い放熱性と、高い絶縁性の得られる配線基板を得ることができる。 The component other than aluminum is preferably silicon or magnesium. A desirable content of silicon is 0.2 to 7 mass%. If the silicon content is in the range of 0.2 to 7 mass%, a high thermal conductivity can be obtained for the aluminum alloy and sufficient hardness can be obtained, so that high heat dissipation and high insulation properties can be obtained. An obtained wiring board can be obtained. Moreover, the desirable content of magnesium is 0.2 to 7 mass%. If the magnesium content is in the range of 0.2 to 7 mass%, high thermal conductivity can be obtained for the aluminum alloy and sufficient hardness can be obtained, so that high heat dissipation and high insulation properties can be obtained. An obtained wiring board can be obtained.
例えば５０００系アルミニウム合金などが利用できる。５０００系のアルミニウム合金は、主にマグネシウムを含有しその含有量は０．５〜５．６ｍａｓｓ％である。
５０００系のアルミニウム合金としては５０５２、５６５２、５１５４、５２５４、５４５４、５０５６、５０８２，５１８２、５０８３、５０８６、５Ｎ０１、５Ｎ０２などの合金番号のアルミニウム合金が利用できる。
たとえば、合金番号５０５６のアルミニウム合金では、ビッカース硬度７５〜９５程度、合金番号５０８３では、ビッカース硬度８０程度のものを入手することができ、本実施の形態の金属基板として使用することができる。
本実施の形態に使用するアルミニウム合金は、５０００系に限定されず、他の種類のアルミニウム合金であっても利用することができる。
For example, a 5000 series aluminum alloy can be used. The 5000 series aluminum alloy mainly contains magnesium and its content is 0.5 to 5.6 mass%.
As an aluminum alloy of 5000 series, aluminum alloys having an alloy number such as 5052, 5652, 5154, 5254, 5454, 5056, 5082, 5182, 5083, 5086, 5N01, 5N02 can be used.
For example, an aluminum alloy with alloy number 5056 can be obtained with a Vickers hardness of about 75 to 95, and an alloy number 5083 with a Vickers hardness of about 80, and can be used as the metal substrate of this embodiment.
The aluminum alloy used in the present embodiment is not limited to the 5000 series, and other types of aluminum alloys can be used.
本実施の形態において、金属基板に形成される陽極酸化膜は、例えば、シュウ酸法、硫酸法、プラズマ陽極酸化法が利用できる。中でもプラズマ陽極酸化法は、電圧が３０Ｖ程度のシュウ酸法、硫酸法などの陽極酸化膜と異なり、数１００Ｖのプラズマによって形成される
ので、緻密で高強度な陽極酸化膜が得られ耐薬品性、絶縁性に優れる。
また、酸化の電位差が高いので、他元素の含まれるアルミニウム合金に用いても他元素のイオン化傾向の影響をあまり受けないので均一に酸化を受ける。このため、アルミニウム合金に対しても緻密で高強度な陽極酸化膜が得られ耐薬品性、絶縁性に優れる。このため、絶縁性の優れた陽極酸化膜を得ることができる。
In the present embodiment, for example, an oxalic acid method, a sulfuric acid method, or a plasma anodic oxidation method can be used as the anodic oxide film formed on the metal substrate. Above all, the plasma anodic oxidation method is formed by plasma of several hundreds V, unlike anodic oxide films such as oxalic acid method and sulfuric acid method with a voltage of about 30 V, so that a dense and high-strength anodic oxide film can be obtained and has chemical resistance. Excellent insulation.
In addition, since the potential difference of oxidation is high, even if it is used for an aluminum alloy containing other elements, it is not affected by the ionization tendency of other elements so that it is uniformly oxidized. For this reason, a dense and high-strength anodic oxide film can be obtained even for an aluminum alloy, and the chemical resistance and insulation are excellent. For this reason, an anodic oxide film having excellent insulating properties can be obtained.
本実施の形態において、導体層は銅からなる。銅からなる導体層は、どのような方法で形成されてもよいが、例えば、陽極酸化膜上に、スパッタリング、無電解めっき、ＰＶＤなどの方法で、シード層を形成し、さらに導体層を電解めっき法で形成することができる。
シード層は、電解めっきのために導電性を付与するものであり、金属であれば特に材質は限定されない。例えば無電解めっき法による銅めっきが利用できる。シード層は単層に限定されず、材質を変えて複数層形成してもよい。
In the present embodiment, the conductor layer is made of copper. The conductor layer made of copper may be formed by any method. For example, a seed layer is formed on the anodized film by sputtering, electroless plating, PVD, or the like, and the conductor layer is electrolyzed. It can be formed by a plating method.
The seed layer imparts conductivity for electrolytic plating, and the material is not particularly limited as long as it is a metal. For example, copper plating by an electroless plating method can be used. The seed layer is not limited to a single layer, and a plurality of layers may be formed by changing the material.
本実施の形態において、導体層は、銅からなる。導体層は、どのような方法で形成してもよいが、電解めっき法により形成することが望ましい。電解めっき法は、成長速度が速いので厚い導体層が得られやすい上に、電解めっき法であれば、高い純度の銅が得られる。、電解めっき法の銅は焼き鈍しをすることにより硬度をアルミニウム合金よりも低くすることができる。電解めっきの銅は、焼き鈍しを行うことにより、電解めっき後に１００以上のビッカース硬度であってもビッカース硬度を５０未満まで低下させることができる。 In the present embodiment, the conductor layer is made of copper. The conductor layer may be formed by any method, but is preferably formed by an electrolytic plating method. Since the electroplating method has a high growth rate, it is easy to obtain a thick conductor layer. In addition, if the electroplating method is used, high-purity copper can be obtained. The copper of the electrolytic plating method can be made harder than the aluminum alloy by annealing. By subjecting the electrolytic plated copper to annealing, the Vickers hardness can be reduced to less than 50 even if the electrolytic plating has a Vickers hardness of 100 or more.
本実施の形態において、焼き鈍し後の硬度とは、焼なましによりもっとも軟らかい状態となったもの、焼なましにより完全に再結晶した状態を示す。
焼き鈍し後の硬度とは以下のように測定できる。銅を加熱したのち冷却し室温で硬度を測定する。この作業を加える温度を徐々に高めながら測定を繰り返すと、加える温度が一定値を超えると一定の硬度に収束し、それ以上温度を加えても軟化しなくなる。
In the present embodiment, the hardness after annealing indicates the softest state after annealing, or the state completely recrystallized by annealing.
The hardness after annealing can be measured as follows. Copper is heated and then cooled and the hardness is measured at room temperature. If the measurement is repeated while gradually increasing the temperature at which this work is applied, if the applied temperature exceeds a certain value, it converges to a certain hardness and does not soften even if a further temperature is applied.
また、電解めっき法の銅が導体層の厚さの主要部を占めていることが望ましい。厚さの主要部を電解めっき法の銅が占めると全体として導体層を軟化しやすくすることができる。
本実施の形態において焼き鈍しとは、主に電解めっきされた銅を軟化させる処理をいう。例えば２５０℃で１０分以上の熱処理によってアルミニウム合金を軟化させることなく、電解めっきの銅を軟化させることができる。銅は軟化処理によって結晶粒子が成長し、転位が減り軟化させることができる。このため、熱処理温度を低下させれば長時間をかけることによって銅の結晶粒子が成長をさせることができる。
Moreover, it is desirable that copper of the electrolytic plating method occupies the main part of the thickness of the conductor layer. When copper of the electroplating method occupies the main part of the thickness, the conductor layer as a whole can be easily softened.
In the present embodiment, annealing means a process of softening mainly electrolytically plated copper. For example, the electroplated copper can be softened without softening the aluminum alloy by heat treatment at 250 ° C. for 10 minutes or longer. Copper can be softened by growing crystal grains by softening treatment and reducing dislocations. For this reason, if the heat treatment temperature is lowered, copper crystal grains can be grown by taking a long time.
電解めっきの銅は、熱を加えることにより、時間をかけて結晶粒子が成長するのに対し、アルミニウム合金は、添加物が結晶粒子の成長を阻害するので軟化が起こりにくい。
本実施の形態において、配線基板は、陽極酸化膜を有する金属基板の大部分が露出していることが望ましい。金属基板を構成するアルミニウム合金は、可視光域で反射率が高いので、発光素子から発せられる光を効率よく反射することができ、発光素子の実装された発光モジュールの発光効率を高めることができる。また、導体層は、最外層にニッケル、金、Ｓｎ、Ａｇなどの導体層を形成してもよい。これらの金属は可視光において銅よりも高い反射率が得られる。これらの金属は銅よりも酸化あるいは硫化しにくいため、高い反射率を維持することができる。また金属被膜に限らずＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅｓ）処理を施してもよい。
さらに、導体層の表面に、発光素子を実装するパッドを有していてもよい。パッドは、例えば金の薄膜よりなる。
Electrolytically plated copper grows crystal grains over time by applying heat, whereas aluminum alloys are less likely to soften because the additive inhibits crystal grain growth.
In the present embodiment, it is desirable that the wiring board has most of the metal substrate having the anodized film exposed. Since the aluminum alloy constituting the metal substrate has a high reflectance in the visible light range, light emitted from the light emitting element can be reflected efficiently, and the light emitting efficiency of the light emitting module on which the light emitting element is mounted can be increased. . Moreover, you may form conductor layers, such as nickel, gold | metal | money, Sn, and Ag, in the outermost layer. These metals have higher reflectivity than copper in visible light. Since these metals are less susceptible to oxidation or sulfidation than copper, high reflectivity can be maintained. Moreover, not only a metal film but OSP (Organic Solderness Preservatives) processing may be performed.
Furthermore, you may have the pad which mounts a light emitting element on the surface of a conductor layer. The pad is made of, for example, a gold thin film.
本実施の形態において、配線基板は、片面基板でも両面基板でもどちらでも利用することができる。後述するようにスルーホール及びスルーホール導体を形成する場合には、両面基板を利用し、両面に形成された導体層をスルーホール導体により電気的に接続することができる。
本実施の形態において、金属基板には表面に陽極酸化膜を有するスルーホールが形成され、該スルーホールにはスルーホール導体が充填されていてもよい。スルーホール内表面に形成される陽極酸化膜は、金属基板の表面の陽極酸化膜と同時に形成してもよい。
またスルーホール導体は、金属基板の表面に形成される導体層と同時に形成することができる。スルーホール導体を導体層と同時に形成すると、高い純度の銅が得られるので、硬度を低くすることができ、ヒートサイクルによって熱膨張差が繰り返し発生し、スルーホール内の陽極酸化膜からなる絶縁層にクラックが生じ、絶縁性が低下することを防ぐことができ、耐久性を高めることができる。
In this embodiment, the wiring board can be either a single-sided board or a double-sided board. When forming a through hole and a through hole conductor as will be described later, a double-sided substrate is used, and the conductor layers formed on both sides can be electrically connected by the through hole conductor.
In the present embodiment, a through hole having an anodized film on the surface may be formed on the metal substrate, and the through hole may be filled with a through hole conductor. The anodized film formed on the inner surface of the through hole may be formed simultaneously with the anodized film on the surface of the metal substrate.
The through-hole conductor can be formed simultaneously with the conductor layer formed on the surface of the metal substrate. When the through-hole conductor is formed at the same time as the conductor layer, high-purity copper can be obtained, so that the hardness can be lowered, the thermal expansion difference is repeatedly generated by the heat cycle, and the insulating layer is made of an anodized film in the through-hole. It is possible to prevent cracks from being generated and to reduce the insulation, and to improve durability.
本実施の形態の配線基板は次のように製造することができる。
（１） 陽極酸化膜形成工程
（２） 導体層形成工程
（３） 焼き鈍し工程
The wiring board of the present embodiment can be manufactured as follows.
(1) Anodized film forming step (2) Conductor layer forming step (3) Annealing step
本実施の形態では、焼き鈍し工程を実施しているが、配線基板は、使用時、製造時にヒートサイクルを受けるので焼き鈍し工程は必須ではない。焼き鈍し工程を実施することによって発光素子実装前に、配線基板に内部応力を発生しにくくすることができる。また、発光素子を実装する前に高い温度で処理することができるので、配線パターンのみを効率良く焼き鈍しすることができる。 In the present embodiment, the annealing process is performed. However, since the wiring board is subjected to a heat cycle at the time of use and manufacturing, the annealing process is not essential. By performing the annealing step, it is possible to make it difficult to generate internal stress on the wiring board before mounting the light emitting element. Moreover, since it can process at high temperature before mounting a light emitting element, only a wiring pattern can be annealed efficiently.
まず、陽極酸化膜形成工程に先んじて、金属基板を準備する。
スルーホールが必要な場合は、陽極酸化膜形成工程に先んじて穿孔、レーザー加工などによりスルーホールを形成しておくことが望ましい。陽極酸化膜形成工程後に穿孔すると、スルーホール内面に絶縁層が形成されないから再度陽極酸化膜を形成することが必要となる。
複数個の配線基板を同時に製造し、最後に切断する場合には、切断面は導体となる。このため、切断部分には、配線パターンが形成されないようにパターンを設計することが望ましい。
First, a metal substrate is prepared prior to the anodic oxide film forming step.
When a through hole is required, it is desirable to form the through hole by drilling, laser processing, or the like prior to the anodized film forming step. If drilling is performed after the anodic oxide film forming step, an insulating layer is not formed on the inner surface of the through hole, so that it is necessary to form an anodic oxide film again.
When a plurality of wiring boards are manufactured at the same time and cut last, the cut surface becomes a conductor. For this reason, it is desirable to design a pattern so that a wiring pattern is not formed in the cut portion.
（１） 陽極酸化膜形成工程
陽極酸化膜形成工程は、どのような方法で行ってもよい。
例えば、希硫酸やシュウ酸などを処理浴に用いて、アルミニウム合金を陽極として電気分解することにより、アルミニウムの表面を電気化学的に酸化させ、酸化アルミニウムAl2O3の皮膜を生成させる。このときに加えられる電位差は例えば３０Ｖ程度である。
プラズマ陽極酸化膜法は、プラズマ電解酸化膜ともいう。
このプラズマ陽極酸化膜は、金属基板を電解液中でプラズマ酸化させることで形成されるものであり、シュウ酸、希硫酸などの溶液を用いた陽極酸化法に比較して強固な絶縁膜を形成することが可能である。プラズマ陽極酸化法における電解液は、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、あるいはポリリン酸塩を溶解したものを用いる。陽極として金属基板を配置し、陰極にはカーボンなどを用いて配置し、５００Ｖから７００Ｖの高電圧をかけて電極間でアーク放電させて酸化膜を形成させるものである。電極間は３０ｍｍから１００ｍｍ程度離し、通電時間は１時間以内で終了するのが通常である。
(1) Anodized film forming step The anodized film forming step may be performed by any method.
For example, dilute sulfuric acid or oxalic acid is used as a treatment bath to electrolyze an aluminum alloy as an anode, so that the surface of aluminum is electrochemically oxidized to form an aluminum oxide Al2O3 film. The potential difference applied at this time is, for example, about 30V.
The plasma anodic oxide film method is also called a plasma electrolytic oxide film.
This plasma anodic oxide film is formed by plasma oxidation of a metal substrate in an electrolytic solution, and forms a stronger insulating film than an anodic oxidation method using a solution such as oxalic acid or dilute sulfuric acid. Is possible. As the electrolytic solution in the plasma anodizing method, an alkali metal hydroxide, carbonate or polyphosphate dissolved therein is used. A metal substrate is disposed as the anode, carbon is disposed as the cathode, and an oxide film is formed by arc discharge between the electrodes by applying a high voltage of 500V to 700V. Usually, the electrodes are separated from each other by about 30 to 100 mm, and the energization time is usually finished within one hour.
（２） 導体層形成工程
導体層形成工程は、次のように実施することができる。
シード層は陽極酸化膜上に、スパッタリング、無電解めっき、ＰＶＤなどの方法で形成する。陽極酸化膜は絶縁体であるので、電解めっきをいきなり行うことが困難である。電解めっきが可能となるように陽極酸化膜上に薄い導電性の膜を形成する。
配線パターン状にシード層を形成すると、シード層の上のみに電解めっきが進行するので、導体層形成後エッチング処理が不要となる。
全面にシード層を形成し、電解めっきによって導体層を形成した場合には、エッチングによって配線パターンを形成することができる。
(2) Conductor layer forming step The conductor layer forming step can be performed as follows.
The seed layer is formed on the anodized film by a method such as sputtering, electroless plating, or PVD. Since the anodic oxide film is an insulator, it is difficult to perform electrolytic plating suddenly. A thin conductive film is formed on the anodized film so as to enable electrolytic plating.
When the seed layer is formed in a wiring pattern, electrolytic plating proceeds only on the seed layer, so that no etching process is required after the conductor layer is formed.
When a seed layer is formed on the entire surface and a conductor layer is formed by electrolytic plating, a wiring pattern can be formed by etching.
シード層を形成した後、電解めっきにより銅からなる導体層を形成する。
スルーホールがある場合には、導体層の形成と同時にスルーホール導体を形成することができる。
導体層の最表面には、銅の酸化を防止するために酸化防止層を備えてもよい。酸化防止層には、ニッケル、金、Ｓｎ、Ａｇなどが利用できる、また金属被膜に限らずＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅｓ）処理を施してもよい。酸化防止層は、銅の硫化を防止することもできる上に、反射率が銅よりも高い金属を選択すれば、反射層として機能させることもできる。酸化防止層は、どのような方法で形成してもよい。電解めっき法、スパッタリング、無電解めっき、ＰＶＤなどどのような方法でも利用することができる。
導体パターン表面にパッドを形成する場合には、例えば部分的に金の被膜を形成する。パッド部分に半田を用い発光素子の電極と接続することができる。また、例えば配線基板を発光素子のサブマウント基板として用いた場合には、パッドから給電することもできる。
After forming the seed layer, a conductor layer made of copper is formed by electrolytic plating.
When there is a through hole, the through hole conductor can be formed simultaneously with the formation of the conductor layer.
An antioxidant layer may be provided on the outermost surface of the conductor layer to prevent oxidation of copper. Nickel, gold, Sn, Ag, etc. can be used for the antioxidant layer, and not only the metal film but also OSP (Organic Solderability Preservatives) treatment may be performed. The oxidation preventing layer can prevent copper sulfidation and can also function as a reflection layer if a metal having a higher reflectance than copper is selected. The antioxidant layer may be formed by any method. Any method such as electrolytic plating, sputtering, electroless plating, and PVD can be used.
When a pad is formed on the surface of the conductor pattern, for example, a gold film is partially formed. The pad portion can be connected to the electrode of the light emitting element using solder. For example, when a wiring board is used as a submount substrate of a light emitting element, power can be supplied from a pad.
（３） 焼き鈍し工程
焼き鈍し工程は次のように行う。
本実施の形態において焼き鈍し工程は必須ではない。銅は焼き鈍しによる軟化処理によって結晶粒子が成長し、転位が減り軟化させることができる。電解めっきされた導体層の銅は、低温でもゆっくりと結晶粒子が成長していくので軟化させることができる。このため、熱処理温度を低下させれば長時間をかけることによって銅の結晶粒子が成長をさせることができる。焼き鈍し工程では、発光素子を実装する前であるので、高温短時間で導体層の銅を軟化させることができるので、配線基板にかかる内部応力を容易に小さくすることができる。
(3) Annealing process An annealing process is performed as follows.
In the present embodiment, the annealing process is not essential. Copper can be softened by growing crystal grains by softening treatment by annealing, reducing dislocations. The copper in the electroplated conductor layer can be softened because the crystal grains grow slowly even at low temperatures. For this reason, if the heat treatment temperature is lowered, copper crystal grains can be grown by taking a long time. In the annealing process, since the light emitting element is not mounted, the copper of the conductor layer can be softened in a short time at a high temperature, so that the internal stress applied to the wiring board can be easily reduced.
焼き鈍し工程は、例えば２５０℃で１０分以上の処理で行うことができる。望ましい焼き鈍し温度の上限は、３４５℃である。３４５℃を超えると、アルミニウム合金側にも変質が生じ易くなる。焼き鈍し温度の下限は特に限定されないが、１５０℃以上であることが望ましい。１５０℃以上であると、配線基板に実装された発光素子に通常かかる温度以上が加えることができるので、銅の軟化を促進することができる。焼き鈍しの時間は、温度が高いほど短時間でよい。例えば２５０℃であれば例えば１０分以上、１５０℃であれば例えば２４時間以上で実施することができる。 An annealing process can be performed by the process for 10 minutes or more, for example at 250 degreeC. The upper limit of the desirable annealing temperature is 345 ° C. When the temperature exceeds 345 ° C., alteration is likely to occur on the aluminum alloy side. Although the minimum of annealing temperature is not specifically limited, It is desirable that it is 150 degreeC or more. When the temperature is 150 ° C. or higher, the temperature normally applied to the light-emitting element mounted on the wiring board can be applied, so that the softening of copper can be promoted. The annealing time may be shorter as the temperature is higher. For example, at 250 ° C., for example, 10 minutes or longer, and at 150 ° C., for example, 24 hours or longer can be performed.
さらに全面に形成された導体層から配線パターンを形成する場合には、導体層をエッチングすることによって配線パターンを形成することができる。エッチング工程は、焼き鈍し工程の前後どちらでも同様に行うことができる。 Further, when the wiring pattern is formed from the conductor layer formed on the entire surface, the wiring pattern can be formed by etching the conductor layer. The etching process can be performed similarly before or after the annealing process.
１ 金属基板
２ 陽極酸化膜
３ 導体層
４ 酸化防止層
５ スルーホール
６ スルーホール導体
１０ 配線基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal substrate 2
Claims (16)
前記金属基板の表面に形成された陽極酸化膜からなる絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された銅からなる導体層と、
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、前記導体層の銅の硬度より硬いことを特徴とする配線基板 A metal substrate made of an aluminum alloy;
An insulating layer made of an anodized film formed on the surface of the metal substrate;
A conductor layer made of copper formed on the insulating layer;
The wiring board characterized in that the hardness of the aluminum alloy is harder than the hardness of the copper of the conductor layer
前記金属基板の表面に形成された陽極酸化膜からなる絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された銅からなる導体層と、
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、焼き鈍し後の前記導体層の銅の硬度より硬いことを特徴とする配線基板 A metal substrate made of an aluminum alloy;
An insulating layer made of an anodized film formed on the surface of the metal substrate;
A conductor layer made of copper formed on the insulating layer;
The wiring board characterized in that the hardness of the aluminum alloy is harder than the hardness of the copper of the conductor layer after annealing
該陽極酸化膜上に銅からなる導体層を形成する導体層形成工程と
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、前記絶導体層の銅の硬度より硬いことを特徴とする配線基板の製造方法 An anodized film forming step for forming an anodized film on a metal substrate made of an aluminum alloy;
And a conductor layer forming step of forming a conductor layer made of copper on the anodic oxide film, wherein the hardness of the aluminum alloy is higher than the hardness of copper of the insulating layer.
該陽極酸化膜上に銅からなる導体層を形成する導体層形成工程と
からなり、前記アルミニウム合金の硬度は、焼き鈍し後の前記導体層の銅の硬度より硬いことを特徴とする配線基板の製造方法 An anodized film forming step for forming an anodized film on a metal substrate made of an aluminum alloy;
A conductor layer forming step of forming a conductor layer made of copper on the anodic oxide film, wherein the aluminum alloy has a hardness higher than that of the copper of the conductor layer after annealing; Method
The wiring board according to any one of claims 10 to 15, further comprising an annealing step of softening copper of the conductor layer after the conductor layer forming step of the manufacturing method of the wiring substrate according to the above. Manufacturing method
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