JP6030370B2 - 配線基板および電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品を搭載するための配線基板および電子装置に関するものである。
従来、電子部品を搭載するための配線基板は、絶縁基体と、絶縁基体の上面に設けられた素子搭載用金属層と、素子搭載用金属層の周囲に設けられた配線導体とから構成されている。
このような配線基板に例えば、発光素子等を実装した後、透明な樹脂によって発光素子を封止することによって発光装置を作製できる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開2008-047617号公報
しかしながら、例えば近年の発光素子の高輝度化に伴って、発光素子で生じる熱が増加しており、発光素子で生じた熱によって樹脂と配線基板との間に生じる熱応力が増加して、熱応力によって樹脂が配線基板から剥がれる可能性があった。
本発明の一つの態様による配線基板は、絶縁基体と、絶縁基体の上面に設けられており、凹部を含む側面を有している金属部材とを有しており、凹部が金属部材の側面の上端から離れて設けられており、金属部材が絶縁基体の上面において偏在しており、金属部材の複数の側面のうち、絶縁基体の上面の縁に最も近い側面が凹部を有している。
本発明の他の態様による電子装置は、上記構成の配線基板と、配線基板に搭載された電子部品と、電子部品および金属部材を覆って配線基板の上面に設けられた樹脂とを有している。
本発明の一つの態様による配線基板によれば、絶縁基体と、絶縁基体の上面に設けられており、凹部を含む側面を有している金属部材を有しており、凹部が側面の上端から離れて設けられており、金属部材が絶縁基体の上面において偏在しており、金属部材の複数の側面のうち、絶縁基体の上面の縁に最も近い側面が凹部を有している。このような構成であることから、配線基板上に発光素子等の電子部品を実装し、樹脂によって電子部品および金属部材を覆って電子部品を封止すると、金属部材の側面の凹部内に樹脂が入って、樹脂が金属部材に引っかかるので、樹脂が配線基板から剥がれる可能性を低減できる。
本発明の他の態様による電子装置によれば、上記構成の配線基板と、配線基板に搭載された電子部品と、電子部品および金属部材を覆って配線基板の上面に設けられた樹脂とを有していることから、樹脂が配線基板から剥がれる可能性が低減されるので、長期信頼性に優れたものとなる。
（ａ）は本発明の第１の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された配線基板のＢ方向からの側面図である。 （ａ）は、図１に示された電子装置のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部における拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における配線基板の金属部材の第１の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における配線基板の金属部材の第２の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における配線基板の金属部材の第３の製造方法を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の第４の実施形態における電子装置を示す断面図である。
本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電子装置は、図１および図２に示されているように、配線基板１と、配線基板１の上面に設けられた電子部品２とを含んでいる。電子装置は、例えば電子部品モジュールを構成する回路基板上に実装される。
配線基板１は、絶縁基体11と、絶縁基体11の上面に設けられており、凹部13を含む側面を有している金属部材12と、絶縁基体11に設けられている配線導体14とを有している。図１および図２において、電子装置は仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図２において、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。
絶縁基体11は、電子部品２の搭載領域を含む上面を有しており、平面視において矩形の板状の形状を有している。絶縁基体11は、電子部品２を支持するための支持体として機能し、上面中央部の搭載領域上に電子部品２が低融点ろう材または導電性樹脂等の接合剤を介して接着され固定される。
絶縁基体11は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等のセラミックスを用いることができる。
絶縁基体11が、樹脂材料を用いて作製される場合は、例えば、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，アクリル樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂、または四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等を用いることができる。
絶縁基体11が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿状とし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを得て、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、高温（約1300〜1600℃）で焼成することによって製作される。
金属部材12は、絶縁基体11の上面に設けられており、複数の金属層によって構成されており、電子部品２が搭載されるかまたは、配線基板１に搭載された電子部品２と外部回路基板とを電気的に接続するためのものである。
金属部材12は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）,銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）等の金属材料を用いることができる。
凹部13は、金属部材12の上端の側面よりも10〜50μｍ程度の深さに形成されている。ここで、凹部13の深さとは例えば図２（ｂ）に示された例におけるｘ方向の長さＷのことである。金属部材12の表面に、後述するニッケルめっき層や金めっき層を被着する場合には、凹部13の深さは、これらの金属めっき層の厚み以上の深さに形成しておけばよい。金属層12が凹部13を含む側面を有していると、樹脂４が金属層12の側面の凹部13に充填されており、樹脂４が凹部13に引っかかって配線基板１から剥がれることを低減できる。
また、絶縁基体11の表面に穴を設けて樹脂４をひっかける場合と比較して、絶縁基体11表面の広領域にわたって金属部材12を設けることができる。例えば、電子部品２として発光素子を搭載する場合、絶縁基体11よりも反射率に優れた金属部材12やめっき金属層を設けておくことで反射率に優れた配線基板とすることができ、高輝度かつ長期信頼性に優れた発光装置とすることができる。
金属部材12および凹部13は、例えば、以下の製造方法により製作できる。
第１の製造方法における金属部材12は、図３に示された例のように、第１金属層12ａ〜第３金属層12ｃからなり、例えば、第１金属層12ａはタングステン、第２金属層12ｂは銅、第３金属層12ｃはニッケル等の異なる金属導体層により形成されている。
最初に、図３（ａ）に示された例のように、絶縁基体11の上面に、第１金属層12ａを形成する。第１金属層12ａは、例えば、絶縁基体11となるセラミックグリーンシートに、第１金属層12ａ用の導体ペーストを所定のパターンに印刷塗布して、絶縁基体11となるセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成される。第１金属層12ａは10〜30μｍ程度の厚みに設けられる。
次に、図３（ｂ）に示された例のように、第１金属層12ａの表面に、第２金属層12ｂおよび第３金属層12ｃを形成する。第２金属層12ｂの側面が、第１金属層12ａおよび第３金属層12ｃから露出するように設けられる。第２金属層12ｂおよび第３金属層12ｃは、例えば、第１金属層12ａ上に電解めっき法や無電解めっき法によって順次被着させることができる。ここで、第２金属層12ｂは10〜80μｍ程度、第３金属層12ｃは３〜10μｍ程度の厚みに設けられる。
次に、図３（ｃ）に示された例のように、第２金属層12ｂの側面の一部をエッチング法等により除去する。第２金属層12ｂと第１金属層12ａおよび第３金属層12ｃとに異なる金属材料を用いているので、第２金属層12ｂの側面のみが除去され、金属層12の側面に凹部13を形成できる。
第２の製造方法における金属部材12は、図４に示された例のように第１金属層12ａ〜第４金属層12ｄからなり、例えば、第１金属層12ａは銅や銅−タングステン、第２金属層12ｂはニッケル、第３金属層12ｃは銅、第４金属層12ｄはニッケルの異なる金属導体層により形成されている。
まず、図４（ａ）に示された例のように、絶縁基体11の上面の略全面に、第１の製造方法と同様に第１金属層12ａを形成する。第１金属層12ａは、例えば、10〜30μｍ程度に設けられる。
次に、図４（ｂ）に示された例のように、第１金属層12ａ上に、第２金属層12ｂ〜第４
金属層12ｄを所定のパターンに順次形成する。第３金属層12ｃは、側面が第２金属層12ｂおよび第４金属層12ｄから露出するように設けられる。ここで、電解めっき法や無電解めっき法によって、第２金属層12ｂは３〜10μｍ程度、第３金属層12ｃは３〜10μｍ、第４金属層12ｄは３〜10μｍ程度の厚みに設けられる。
次に、図４（ｃ）に示された例のように、第１金属層12ａの露出した領域をエッチング法等により除去して、金属部材12を所定パターンに形成するとともに、第３金属層12ｃを除去し、金属部材12の側面に凹部13を形成する。第２金属層12ｂおよび第４金属層12ｃと第１金属層12ａおよび第３金属層12ｃとに異なる金属材料を用いているので、第１金属層12ａの露出した上面と第３金属層12ｃの側面のみが除去され、金属部材12の側面に凹部13を形成できる。
第１金属層12ａと第３金属層12ｃとに同じ金属材料を含むものを使用していると、第１金属層12ａと第３金属層12ｃとを同時にエッチングでき、凹部13の深さは第１金属層12ａの厚みと同程度となる。
また、上述のように、第１金属層12ａを絶縁基体11との同時焼成により形成するとともに、絶縁基体11上面の金属部材12の部分除去によって所定パターンを形成すると、絶縁基体11と金属部材12との接合強度に優れるとともに、金属部材12の位置精度等に優れた配線基板とすることができる。
第３の製造方法における金属部材12は、第１金属層12ａ〜第３金属層12ｃからなり、例えば、第１金属層12ａは銅や銅−タングステン、第２金属層12ｂは銅、第３金属層12ｃはニッケル等の異なる金属導体層により形成されている。
まず、図５（ａ）に示された例のように、絶縁基体11の上面の略全面に、第１金属層12ａを形成する。第１金属層12ａは、例えば、絶縁基体11に、第１金属層12ａ用の導体ペーストを所定のパターンに印刷塗布して、絶縁基体11に焼付けることにより形成される。第１金属層12ａは、例えば、10〜30μｍ程度に設けられる。
次に、図５（ｂ）に示された例のように、第１金属層12ａの表面に、第１金属層12ａが露出するようにして第２金属層12ｂおよび第３金属層12ｃを所定のパターンに形成する。第２金属層12ｂは、側面に露出するように設けられる。ここで、電解めっき法や無電解めっき法によって、第２金属層12ｂは10〜80μｍ、第３金属層12ｃは３〜10μｍ程度の厚みに設けられる。
次に、図５（ｃ）に示された例のように、第１金属層12ａの露出した領域をエッチング法等により除去して、金属部材12を所定パターンに形成するとともに、第２金属層12ｂの側面の一部をエッチング法によって除去し、金属部材12の側面に凹部13を形成する。
第３の製造方法によって製造された金属部材12は、図５（ｃ）に示された例のように、絶縁基体11の上面から金属部材12の厚み方向の途中まで設けられている凹部13を有する。
なお、凹部13を設ける領域の金属導体層として銅を用いて10〜80μｍ程度の厚みに設けておくと、凹部13内に樹脂が入り込みやすく、放熱性に優れた配線基板１とすることができる。
金属部材12は、図１に示された例のように、金属部材12の側面全周にわたって凹部13を有していると、金属部材12の全周にわたって樹脂４を係止することができるので好ましい。
また、凹部13は、図１および図２に示された例のように、平面視で搭載される電子部品２と重ならない場合には、金属部材12での放熱性を良好なものとすることができる。
配線導体14は、配線基板１に搭載された電子部品２と外部回路基板とを電気的に接続するためのものである。配線導体14は、絶縁基体11の表面または内部に設けられた配線導体と、絶縁基体11を構成する絶縁層を貫通して上下に位置する配線導体同士を電気的に接続する貫通導体とを含んでいる。また、図２に示された例において、配線導体14はキャスタレーション導体として設けられている。
配線導体14は、金属部材12と同様の材料を用いて作製できる。例えば、絶縁基体11が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、Ｃｕ，Ｗ，ＭｏまたはＭｎ等の金属粉末に適当な有機バインダーおよび溶媒等を添加混合して得た導体ペーストを、絶縁基体11となるセラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法によって所定のパターンに印刷塗布して、絶縁基体11となるセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基体11の所定位置に被着形成される。配線導体14が貫通導体である場合は、金型やパンチングによる打ち抜き加工やレーザー加工によってグリーンシートに貫通孔を形成して、この貫通孔に印刷法によって配線導体14用の導体ペーストを充填しておくことによって形成される。
また、絶縁基体11の表面に形成される配線導体14は、絶縁基体11の表面に、銅、銀等の金属粉末に適当な有機バインダーおよび溶媒を添加混合して得た導体ペーストを絶縁基体11に予めスクリーン印刷法によって所定のパターンに印刷塗布して、絶縁基体11用のセラミックグリーンシートを焼成する時の温度よりも低い温度（約1000℃）で焼成して絶縁基体11の表面に焼付けることにより形成しても良い。
金属部材12および配線導体14の露出する表面には、さらに電解めっき法または無電解めっき法によって金属めっき層が被着される。金属めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性や接続部材との接続性に優れる金属から成るものであり、例えば、厚さ0.5〜
５μｍ程度のニッケルめっき層と0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが、あるいは厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と0.1〜１μｍ程度の銀めっき層とが、順次被着される。これによって、外部端子13および配線導体14が腐食することを効果的に抑制できるとともに、配線導体14と電子部品２との固着や配線導体14とボンディングワイヤ等の接続部材３との接合や、外部端子13と外部の回路基板の配線との接合を強固にできる。
例えば、配線基板１に発光素子を搭載する場合には、電子部品２が搭載される金属部材12の表面には銀めっき層を被着させ、その他の金属部材12および配線導体14の最表面には金めっき層を被着させることが好ましい。金めっき層は、銀めっき層と比較して、電子部品２や接続部材３、外部の回路基板の配線との接合性に優れており、銀めっき層は、金めっき層と比較して光に対する反射率が高いためである。また、配線導体14と金属導体層の最表面を銀と金との合金めっき層として、例えば、銀と金との全率固溶の合金めっき層としてもよい。
配線基板１の上面には、電子部品２が搭載されることによって電子装置を作製できる。配線基板１に搭載される電子部品２は、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体素子，発光素子，水晶振動子や圧電振動子等の圧電素子および各種センサ等である。例えば、電子部品２がフリップチップ型の半導体素子である場合には、半導体素子は、はんだバンプや金バンプまたは導電性樹脂（異方性導電樹脂等）等の接続部材３を介して、半導体素子の電極と金属部材12とが電気的および機械的に接続されることによって配線基板１に搭載される。また、例えば電子部品２がワイヤボンディング型の半導体素子である場合には、半導
体素子は、接合部材によって電子部品搭載領域に固定された後、ボンディングワイヤ等の接続部材３を介して半導体素子の電極と金属部材12とが電気的に接続されることによって配線基板１に搭載される。また、配線基板１には、複数の電子部品２を搭載しても良いし、必要に応じて、抵抗素子や容量素子等の小型の電子部品を搭載しても良い。また、電子部品２は樹脂４により封止される。
本実施形態の配線基板１によれば、絶縁基体11と、絶縁基体11の上面に設けられており、凹部13を含む側面を有している金属部材12とを有しており、凹部13が側面の上端から離れて設けられていることから、金属部材12の側面の凹部13に樹脂４が入って、樹脂４が金属部材12にひっかかるので、樹脂４の配線基板11からの剥がれを低減できる。
また、金属部材12が絶縁基体11の上面において偏在しており、金属部材12の複数の側面のうち、絶縁基体11の上面の縁に最も近い側面が凹部13を有していることから、樹脂４の剥がれの起点となりやすい絶縁基体11の縁の近傍において、樹脂４の配線基板１に対する接合強度を向上できる。ここで金属部材12が絶縁基体11の上面において偏在するとは、金属部材12が絶縁基体11の上面において絶縁基体11の中央からずれて位置していることを示している。また、金属部材12が絶縁基体11の中央からずれて位置しているとは、金属部材12の中央が絶縁基体の中央からずれていることを含んでいる。
また、図１（ｂ）に示された例のように、凹部13が金属部材12の側面の上端に沿って延びた溝状に設けられていることから、金属部材12の側面にひっかかる樹脂４を増やすことができるので、樹脂４の配線基板11への接合強度を向上できる。
また、凹部13が側面の全周にわたって設けられていることから、凹部13内に樹脂４を充填しやすいとともに、金属部材12の側面の全体に樹脂４がひっかかるので、樹脂４の配線基板11への接合強度を向上できる。
本実施形態の電子装置によれば、上記構成の配線基板１と、配線基板１に搭載された電子部品２と、電子部品２および金属部材12を覆って配線基板１の上面に設けられた樹脂４とを有していることから、樹脂４が配線基板１から剥がれることを低減され、長期信頼性に優れた電子装置とすることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による電子装置について、図６を参照しつつ説明する。
本発明の第２の実施形態における電子装置において、上記した第１の実施形態の電子装置と異なる点は、図６に示された例のように、電子部品２を囲うような金属部材12が設けられており、金属部材12の外周側の側面の全周に凹部13が設けられている点である。このような場合には、樹脂４が配線基板11の外周に沿って金属部材12に引っかかっているので、樹脂４を配線基板１に強固に接合できる。
また、図６に示された例のように、配線基板１は、中央導体15を有していても構わない。中央導体15には、金属部材12および配線導体14と同様の金属めっき層が被着されている。中央導体15は、例えば、外部回路基板との接合強度を向上するために用いられる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態による電子装置について、図７を参照しつつ説明する。
本発明の第３の実施形態における電子装置において、上記した第１の実施形態の電子装置と異なる点は、図７に示された例のように、配線導体14が絶縁基体11の上面に設けられ
ている点である。このような配線導体14は、上記の金属部材12と同様の方法により製作できる。このような場合には、配線基板１の下面側の全体に絶縁基体11よりも熱伝導率の高い放熱部材を接合して配線基板１の放熱性を向上できる。絶縁基体11よりも熱伝導率の高い材料としては、例えば、銅（Ｃｕ），銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料が挙げられる。
また、図７に示された例のように、配線基板１の上面に設けられた配線導体14は、金属部材12と同様に、側面に凹部を有していても構わない。配線導体14と外部回路基板の配線との接合を半田または樹脂等の接合材によって行う場合に、接合材を凹部に充填することによって配線基板１と外部回路基板との接合強度を高めることができる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態による電子装置について、図８を参照しつつ説明する。
本発明の第４の実施形態における電子装置において、上記した第１の実施形態の電子装置と異なる点は、図８に示された例のように、配線基板１の下面に設けられた配線導体14および中央導体15が、金属部材12と同様に、凹部を含む側面を有している点である。このような配線導体14および中央導体15は、上述の金属部材12と同様の方法により製作できる。
また、図８に示された例のように、配線基板１が、絶縁基体11の内部の電子部品２と重なる領域に埋設されており、絶縁基体11よりも放熱性の高い金属部材を有すると、配線基板１の放熱性を向上できる。
また、図４に示された例のような第２の製造方法を用いて作製する場合、絶縁基体１の上下面に同じ材料および同じ方法によって、同様の大きさや厚みに第１金属層12ａを設けて製作することによって、絶縁基体１の上下面における第１金属層12ａのバランスが取れるので、製作時に絶縁基体１に発生する反り等の変形を低減できる。
本発明は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。例えば、複数の電子部品２が搭載されるものであっても構わない。
また、配線基板１は、絶縁基体11に貫通孔を有し、この貫通孔に絶縁基体11よりも放熱性の優れた放熱部材を嵌合して絶縁基体11と接合し、この放熱部材に電子部品２が搭載されていてもよい。
また、配線基板１は、上面に電子部品２が収納されるキャビティを有していても良いし、キャビティの内周面に反射層を有していても構わない。
また、配線基板１は多数個取り配線基板の形態で製作されていてもよい。
１・・・・配線基板
11・・・・絶縁基体
12・・・・金属部材
13・・・・凹部
14・・・・配線導体
15・・・・中央導体
２・・・・電子部品
３・・・・接続部材
４・・・・樹脂
５・・・・放熱部材

Claims (4)

  1. 絶縁基体と、
    前記絶縁基体の上面に設けられており、凹部を含む側面を有している金属部材とを備えており、
    前記凹部が前記側面の上端から離れて設けられており、
    前記金属部材が前記絶縁基体の前記上面において偏在しており、
    前記金属部材の複数の前記側面のうち、前記絶縁基体の前記上面の縁に最も近い前記側面が前記凹部を有していることを特徴とする配線基板。
  2. 前記凹部が、前記側面の前記上端に沿って延びた溝状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
  3. 前記凹部が、前記側面の全周にわたって設けられていることを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
  4. 請求項１に記載の配線基板と、
    前記配線基板に搭載された電子部品と、
    前記電子部品および前記金属部材を覆って前記配線基板の上面に設けられた樹脂とを備えていることを特徴とする電子装置。
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