JP6713890B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック基板本体の表面上に比較的発熱量の大きな電子部品を搭載するための配線基板、およびその製造方法に関する。

例えば、搭載すべき発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）が発する熱を効果的に放熱するため、絶縁層において、該絶縁層の表面に一対の表面導体が面一に露出し、且つ電気的に独立した金属基体を上記絶縁層の裏面に面一に露出するように埋設すると共に、上記表面導体の厚みと、該表面導体と上記金属基体との間を絶縁する上記絶縁層の厚みと、が所定の関係を満たすようにした発光ダイオード用基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、放熱性を高め且つ絶縁基体を構成するクラック等の発生を抑制するため、前記絶縁基体における一方の主面側に、搭載すべき半導体素子の電極に個別に接続される一対の板状体の接続電極をそれらの表面が一方の主面に面一に露出するように埋設し、且つ上記絶縁基体内で対向する一対の接続電極における一対の側面同士の間隔を、上記絶縁基体の一方の主面側よりも他方の主面側の方が大きくしてなる半導体素子搭載用基板が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更に、搭載すべき発光素子からの熱を効率的に放熱させるため、高温同時焼成セラミックからなる絶縁基体において、発光素子が搭載される表面とこれに対向する裏面との間を貫通する貫通孔を形成し、かかる貫通孔の内壁面に沿って、Ｗ等とからなるメタライズ膜と銅メッキ皮膜との２層からなるサーマルビアを形成した発光素子収納用パッケージが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、以上のような３つの従来の技術では、高輝度ＬＥＤやパワー半導体などのパワーデバイスのチップを搭載した場合、これらのチップ自体からの大きな発熱により、発光量が低下したり、外部と封止するための封止材が劣化すると共に、発生した多くの熱を効率良く放熱し難いため、上記チップの過度な昇温を抑制できない、という問題があった。更に、特許文献１の前記発光ダイオード用基板では、比較的複雑な構造となり且つ煩雑な製造工程を要する、という問題もあった。

国際公開２０１４／０７３０３９号公報（図１，４） 特開２０１５−５０２５９号公報（第１〜１１頁、図１〜３） 特開２００９−２６０１７９号公報（第１〜８頁、図１,２）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、例えば、高輝度ＬＥＤやパワー半導体などの発熱量の比較的大きな素子（電子部品）を搭載しても、かかる素子の熱を効率良く外部に放熱して、該素子ごとの本来の性能を確保し得ると共に、前記素子を精度良く確実に搭載でき、且つ物理的強度の高いセラミック基板本体を有する配線基板、およびその製造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、比較的発熱量の大きい素子を搭載するための素子搭載用パッドおよびマザーボードと電気的に接続するための接続端子を、セラミック基板本体の表面および裏面に、表面が外側に突出し且つ外周に拡がるよう個別に埋設し、上記パッドと上記接続端子との間をこれらの銅層とは異なる銀ロウからなるビア導体により導通する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の配線基板（請求項１）は、表面および裏面を有するセラミック基板本体と、該セラミック基板本体の表面側に形成された銅からなる複数の素子搭載用パッドと、上記セラミック基板本体の裏面側に形成された銅からなる複数の接続端子と、上記複数の素子搭載用パッドと複数の接続端子との間を個別に接続するビア導体と、を備えた配線基板であって、上記セラミック基板本体の表面または裏面と垂直な断面視において、上記素子搭載用パッドの上記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅は、上記ビア導体の上記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅よりも大きいと共に、上記素子搭載用パッドの底部側は、上記セラミック基板本体の表面に開口する表面側凹部に埋設され、且つ当該素子搭載用パッドの表面は、上記セラミック基板本体の表面よりも外方に突出しており、上記素子搭載用パッドと接続端子とは、銅層であり、上記ビア導体は、銀ロウである、ことを特徴とする。

これによれば、以下の効果（１）〜（３）を奏することが可能である。
（１）前記素子搭載用パッドと接続端子とは、銅層であり、前記ビア導体は、銀ロウであるので、上記素子搭載用パッドと接続端子とを、例えば、銅メッキ層により形成しても、前記ビア導体を、任意の断面形状および断面サイズを有する銀ロウによって自在に形成することができる。従って、追って、複数の上記素子搭載用パッドの上方に高輝度ＬＥＤのような比較的発熱量が大きな素子を搭載しても、該素子から発せられる多量の熱をビア導体を介して、前記セラミック基板本体の裏面側の設けた各接続端子から外部に効果的に放熱することが可能となる。
（２）前記断面視において、前記素子搭載用パッドの上記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅が、前記ビア導体の上記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅よりも大きいので、上記素子搭載用パッドの上方に前記素子を精度良く確実に搭載できると共に、該素子から発せられる多量の熱を上記素子搭載用パッド側に効率良く抜熱することが可能となる。
（３）前記素子搭載用パッドの底部側は、セラミック基板本体の表面に形成された表面側凹部に埋設されているので、外部から各種の物理的な力を受けても、当該素子搭載用パッドの変形や脱落などの事態を容易に防ぐことが可能となる。

尚、前記セラミック基板本体を構成するセラミックは、アルミナ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ムライトなどを主成分とする高温焼成セラミックである。
また、前記素子搭載用パッドと接続端子とは、例えば、電解銅メッキによる銅メッキ層により形成され、前記銀ロウは、例えば、Ａｇ−Ｃｕ系合金からなる。
更に、前記ビア導体が貫通するセラミック基板本体のセラミック層の厚みは、少なくとも５０μｍ以上であり、上限の厚みは、おおよそ３００μｍ程度である。上記セラミック基板本体のセラミック層の厚みが５０μｍ未満になると、かかる基板本体が薄くなり過ぎるので、該基板本体の強度を確保することが困難となる。一方、上記セラミック基板本体のセラミック層の厚みが３００μｍを超えると、かかる基板本体が厚くなり過ぎて、該基板本体に熱がこもるため、効果的な放熱が困難となる。これらのため、上記厚みの範囲が推奨される。
また、前記ビア導体の断面は、円形、長円形状、楕円形状、あるいは、四角形以上の正多角形あるいは変形多角形を呈する。

更に、前記素子搭載用パッド、接続端子、および両者の間を接続するビア導体の組は、少なくとも２組以上配置され、３組あるいは４組以上配置しても良い。
また、前記複数組の素子搭載用パッド、接続端子、および両者の間を接続するビア導体は、追って搭載する素子からの熱を放熱し且つ該素子と接続端子との間を通電可能とするが、このうち少なくとも１組は、上記熱の放熱のみに用いる受熱用パッド、サーマルビア、および放熱部材を構成するものであっても良い。
加えて、前記複数の素子搭載用パッドの上方に追って搭載される素子は、比較的発熱量が大きな高輝度ＬＥＤやパワー半導体などであるが、これらに限らない。

また、本発明には、前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な平面視における前記ビア導体の重心を通り、且つ該ビア導体の外周における２点の間を結ぶ複数の仮想直線のうち、最長の仮想直線の長さが、上記セラミック基板本体の表面または裏面と垂直な断面視において、前記素子搭載用パッドの厚みの２倍以上である、配線基板（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記素子搭載用パッドと接続端子とを、例えば、銅メッキ層により形成しても、前記ビア導体の直径または幅を、前記素子搭載用パッドの厚みの２倍以上とし且つ任意の断面形状を有する銀ロウによって自在に形成することができる。即ち、前記素子搭載用パッドや接続端子の大きさに拘わらず、前記ビア導体の大きさ（太さ）を大きくして形成できる。そのため、該ビア導体の大きさ（ひいては伝熱できる体積）を大きく設定でき、追って搭載される発熱量の大きな高輝度ＬＥＤなどの素子から発生する熱を、素子搭載用パッドを介して上記ビア導体が効率的に伝熱することができる。従って、前記効果（１）を一層顕著に奏することが可能となる。
尚、前記ビア導体の重心を通り、且つ該ビア導体の外周における２点の間を結ぶ複数の仮想直線のうち、最長の仮想直線とは、ビア導体の断面が円形の場合では、最長の仮想直線は全て同じ直径となり、ビア導体の断面が矩形（正方形または長方形）状、楕円形状、あるいは長円形状の場合には、最長の仮想直線は対角線あるいは長軸に沿った仮想線である。

尚、前記表面側凹部は、平面視で矩形（正方形または長方形）状、円形、長円形状、楕円形状、五角形以上の正多角形あるいは変形多角形の何れかを呈する。
また、前記素子搭載用パッドは、前記基板本体の表面から約１０〜数１０μｍ程度の厚みで外方に突出している。
更に、前記表面側凹部の深さは、約３０〜１００μｍ程度である。

また、本発明には、前記セラミック基板本体の表面または裏面と垂直な断面視において、前記接続端子の前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向に沿った幅は、前記ビア導体の前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅よりも大きいと共に、上記接続端子の底部側は、上記セラミック基板本体の裏面に開口する裏面側凹部に埋設され、且つ該接続端子の表面は、上記セラミック基板本体の裏面よりも外方に突出している、配線基板（請求項３）も含まれる。
これによれば、以下の効果（４），（５）を奏することが可能となる。
（４）前記断面視において、前記接続端子の前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向に沿った幅が、前記ビア導体の前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅よりも大きいので、前記素子からの熱を上記ビア導体から接続端子側に効果的に伝熱し且つ放熱できると共に、複数の接続端子を介して、本配線基板をマザーボードの電極に対して、比較的広い面積を介して容易且つ確実に実装することもできる。
（５）前記接続端子の底部側は、セラミック基板本体の裏面に形成された裏面側凹部に埋設されているので、外部から各種の物理的な力を受けても、当該接続端子の変形や脱落などの事態を容易に防ぐことが可能となる。
尚、前記接続端子は、平面視で前記素子搭載パッドと同様な形状を呈し、且つ素子搭載パッドと同様な深さであると共に、前記セラミック基板本体の裏面から約１０〜数１０μｍの厚みで外側に突出している。

更に、本発明には、前記接続端子の底部側は、前記セラミック基板本体の裏面に開口する裏面側凹部に埋設されており、前記表面側凹部の底面と前記素子搭載用パッドとの間、前記裏面側凹部の底面と前記接続端子との間、および、前記ビア導体とセラミック基板本体との間には、メタライズ層とニッケル層とが配設されている、配線基板（請求項４）も含まれる。
これによれば、セラミックからなる表面側凹部および裏面側凹部の底面と、前記ビア導体が形成されるビアホールの内周面とに対し、予めメタライズ層およびニッケル層（金属被覆層）が形成されているので、上記ビアホール内に銀ロウを密着させて充填できると共に、上記ニッケル層による良好な導電性によって、銅からなる前記素子搭載用パッドと接続端子とを後述する電解銅メッキにより、均一な銅メッキ層（銅層）に形成されている（効果（６））。
尚、前記メタライズ層は、タングステン（Ｗ）あるいはモリブデン（Ｍｏ）、これらの何れか一方をベースとする合金からなる。

また、本発明には、少なくとも前記ビア導体とセラミック基板本体との間には、メタライズ層と金属被覆層とが配設されており、該金属被覆層は、ニッケル層と銅層とを含んでいる、配線基板（請求項５）も含まれる。
これによれば、前記効果（６）に加えて、該金属被覆層が、ニッケル層と銅層とを含んでいるので、前記ビアホール内に銀ロウを密着させて充填する際に、前記セラミック基板本体を構成するセラミックに対する応力が緩和される。従って、上記セラミック基板本体のセラミック内におけるクラックの発生が抑制ないし低減された配線基板となっている（効果（７））。
尚、前記金属被覆層は、例えば、下層側の第１ニッケル層、中層の銅層、および上層側の第２ニッケル層からなる３層の形態が例示される。
更に、本発明には、前記表面側凹部の底面は、平面視で該表面側凹部の開口部よりも広く、前記裏面側凹部の底面は、平面視で該裏面側凹部の開口部よりも広い、配線基板（請求項６）も含まれる。
これによれば、表面側凹部および裏面側凹部の底面が、それぞれの開口部よりも広いため、前記効果（３），（５）を一層顕著に奏することができる。

また、本発明には、前記素子搭載用パッドの表面は、平面視において、該素子搭載用パッドの表面の少なくとも一部が前記表面側凹部の開口部よりも外周側に位置している、配線基板（請求項７）も含まれる。
これによれば、前記素子搭載用パッドの表面の少なくとも一部が前記表面側凹部の開口部よりも前記セラミック基板本体の外周側に位置しているので、該外周側に位置する素子搭載用パッドの一部が、追って搭載される発熱量の大きな高輝度ＬＥＤなどの素子の中央部まで延在し、該素子が発する熱を容易且つ迅速に吸収できる。従って、前記効果（２）を一層顕著に奏することができる。
加えて、本発明には、前記接続端子の表面は、平面視において、該接続端子の表面の少なくとも一部が前記裏面側凹部の開口部よりも外周側に位置している、配線基板（請求項８）も含まれる。
これによれば、前記接続端子の表面の少なくとも一部が前記裏面側凹部の開口部よりも前記セラミック基板本体の外周側に位置していることにより、追って搭載される発熱量の大きな高輝度ＬＥＤなどの素子から発生する熱を放熱するための面積をより一層大きくできるので、容易且つ迅速に放熱することができる。従って、前記効果（４）を一層顕著に奏することができる。

一方、本発明による配線基板の製造方法（請求項９）は、表面および裏面を有するセラミック基板本体と、該セラミック基板本体の表面側に形成された銅からなる複数の素子搭載用パッドと、上記セラミック基板本体の裏面側に形成された銅からなる複数の接続端子と、上記複数の素子搭載用パッドと複数の接続端子との間を個別に接続するビア導体とを備えた配線基板の製造方法であって、
複数のセラミックグリーンシートのうち、少なくとも１つのグリーンシートに対し複数のビアホールを形成し、少なくとも２つのグリーンシートに対し前記ビアホールよりも大きな複数の貫通孔を形成するグリーンシート打ち抜き工程と、上記ビアホールが形成されたグリーンシートの表面および裏面の少なくとも一方であって、少なくとも上記貫通孔が形成されたグリーンシートを積層した際に、該貫通孔から露出する箇所と、上記ビアホールの内壁面とに対し、導電性ペーストを塗布する塗布工程と、前記ビアホールが形成されたグリーンシートの両面に対し、上記貫通孔が形成されたグリーンシートを積層し且つ圧着して、グリーンシート積層体を形成する積層体形成工程と、前記グリーンシート積層体を焼成して、表面および裏面に上記貫通孔に対応する表面側凹部と裏面側凹部と、かかる２つの凹部間を連通するビアホールとを有するセラミック基板本体にする焼成工程と、かかる焼成工程によって上記セラミック基板本体と共に、上記導電性ペーストから得られたメタライズ層の表面に、少なくともニッケル層を含む金属被覆層を形成する金属被覆層形成工程と、前記金属被覆層が形成された上記ビアホールの内側にＡｇロウを充填するロウ材充填工程と、上記セラミック基板本体における複数の表面側凹部内および複数の裏面側凹部内とに対し、銅層を形成する銅層形成工程と、を含む、ことを特徴とする。

これによれば、前記効果（１）〜（７）を奏する配線基板を確実に製造することが可能となる（効果（８））。
尚、前記ビアホールが形成されるグリーンシートにおける少なくも一方の表面には、前記メタライズ層と外部のメッキ用電極との間を電気的に接続するメッキ用配線が形成されている。
また、開口部よりも底面が広い前記表面がおよび裏面側凹部は、例えば、これらの凹部となる貫通孔をグリーンシートを打ち抜き加工により形成する際に、ポンチの先端部と該先端部を受け入れるダイ側の貫通孔との隙間（クリアランス）を若干大きめにして形成されたものである。
更に、前記ビアホールが形成されるグリーンシートにおける少なくも一方の表面には、前記メタライズ層と外周部のメッキ用電極との間を電気的に接続するメッキ用配線が形成されている。
また、前記金属被覆層には、単層のニッケル層のみからなる形態の他、下層側の第１ニッケル層、中層の銅層、および上層側の第２ニッケル層からなる３層の形態も含まれる。
加えて、前記製造方法は、多数個取りの形態により行っても良い。

本発明による一形態の配線基板を示す平面図。 図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図およびその部分拡大図。 上記配線基板に用いられたビア導体の模試的な断面図。 異なる形態のビア導体を模試的に示す断面図。 更に異なる形態のビア導体を模試的に示す断面図。 異なる形態の配線基板を示す図２と同様な垂直断面図。 （Ａ）〜（Ｄ）はセラミック基板本体の表面における複数の素子搭載用パッドの互いに異なる形態を示す平面図。 （Ａ）〜（Ｄ）は図６の配線基板を得るための製造工程を示す概略図。 （Ａ）〜（Ｄ）は図８（Ｄ）に続く製造工程を示す概略図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明による一形態の配線基板１ａを示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図である。
かかる配線基板１ａは、図１，図２に示すように、互いに平行状に対向する表面３および裏面４を有するセラミック基板本体２と、該基板本体２の表面３側において互いに離間して形成された２個（複数）の素子搭載用パッド１６と、上記基板本体２の裏面４側において互いに離間して形成された２個（複数）の接続端子１７と、該接続端子１７と上記素子搭載用パッド１６との間を個別に接続する２個（複数）のビア導体１８とを備えている。隣接する２個の上記素子搭載用パッド１６同士の間隔は、２００μｍ以下（例えば、約１００μｍ）である。

前記セラミック基板本体２は、平面視が略正方形（略矩形）状で且つ板形状のセラミック層Ｃ１〜Ｃ３を一体に積層してなり、最上層のセラミック層Ｃ３の表面３上には平面視が矩形枠状のセラミック層Ｃ４，Ｃ５が更に一体に積層されている。
上記セラミックＣ１〜Ｃ５は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどの高温焼成セラミックを主成分とする。また、上記枠状のセラミック層Ｃ４，Ｃ５は、平面視が矩形枠状の頂面６を有していると共に、これらと前記セラミック基板本体２の表面３とにより、直方体状のキャビティ７を形成している。
尚、前記ビア導体１８が貫通するセラミック層Ｃ２の厚みは、５０〜３００μｍの範囲内にあり、例えば、約５０〜１００μｍの厚みが推奨される。

また、前記素子搭載用パッド１６は、銅からなり、図１，図２に示すように、平面視が略長方形（略矩形）状を呈し、前記セラミック基板本体２の表面３または裏面４と垂直な方向に沿った断面視において、該表面３または裏面４と平行な方向に沿った幅ｗ１が、上記表面３または裏面４と平行な方向に沿ったビア導体１８の幅（直径）Ｌよりも大である。尚、該ビア導体１８の幅（直径）Ｌは、上記素子搭載用パッド１６の厚みｔ１の２倍以上であることが好ましいが、２倍未満であっても良い。ここで、上記幅ｗ１は、図２の断面視において上記表面３または裏面４と平行な方向における最も長い部分を言い、上記厚みｔ１は、図２の断面視において上記表面３または裏面４と垂直な方向の長さを言う。
上記素子搭載用パッド１６の底部側（該パッド表面１６ａの反対側）は、前記セラミック基板本体２の表面３に開口する表面側凹部８ごとに個別に埋設されている。該表面側凹部８は、平面視が長方形（矩形）状を呈する底面９と、該底面９の四辺から斜め内側向きに立設する４つの側面１０とからなり、上記底面９は、平面視で該表面側凹部８の開口部８ａよりも広い。即ち、かかる表面側凹部８は、全体が略四角錐体の底面側に相当する底広形状の凹部である。
上記素子搭載用パッド１６の表面１６ａは、前記セラミック基板本体２の表面３よりも上方（外方）に約１０〜数１０μｍ程度突出していると共に、平面視の全周において、表面側凹部８の開口部８ａよりも上記セラミック基板本体２の外周側に延在している。ここで、便宜上、図２中の上側を上方（外方）という。

更に、前記接続素子１７も銅からなり、平面視が前記同様の略長方形（略矩形）状を呈し、図２に示すように、前記セラミック基板本体２の表面３または裏面４と垂直な方向に沿った断面視において、該表面３または裏面４と平行な方向に沿った幅ｗ２が、上記表面３または裏面４と平行な方向に沿ったビア導体１８の幅（直径）Ｌよりも大である。尚、該ビア導体１８の幅（直径）Ｌは、上記接続素子１７の厚みｔ２の２倍以上が推奨されるが、２倍未満であっても良い。ここで、上記幅ｗ２は、図２の断面視において、前記表面３または裏面４と平行な方向における最も長い部分を言い、上記厚みｔ２は、図２の断面視において、上記表面３または裏面４と垂直な方向の長さを言う。
上記接続素子１７の底部側は、前記セラミック基板本体２の裏面４に開口する裏面側凹部１１ごとに個別に埋設されている。該裏面側凹部１１も、平面視が長方形（矩形）状を呈する底面１２と、該底面１２の四辺から斜め内側きに立設する４つの側面１３とからなり、上記底面１２は、平面視で該表面側凹部１１の開口部１１ａよりも広い。即ち、かかる裏面側凹部１１も、全体が略四角錐体の底面側に相当する底広形状の凹部である。
上記接続端子１７の表面１７ａは、前記セラミック基板本体２の裏面４よりも下方（外方）に前記と同程度に突出していると共に、平面視の全周において、裏面側凹部１１の開口部１１ａよりも上記セラミック基板本体２の外周側に延在している。ここで、便宜上、図２中の下側を下方（外方）という。

加えて、前記ビア導体１８は、銀ロウ（例えば、Ａｇ−Ｃｕ系合金）からなり、断面が円形状で且つ全体が円柱形状を呈し、図１，図２に示すように、平面視で前記素子搭載用パッド１６の中央部と前記接続端子１７の中央部との間を個別に接続している。該ビア導体１８は、上端および下端に表面側凹部８の底面９と裏面側凹部１１の底面１２とに製造時に濡れ拡がった円環状の鍔１９を有している。
尚、前記ビア導体１８は、上下方向で互いに向かい合う一対の前記素子搭載用パッド１６と接続端子１７との間に複数個（２個以上）を併設した形態としても良い。
また、図２中で左側の部分拡大断面図で示すように、前記表面側凹部８の底面９と前記素子搭載用パッド１６との間、前記裏面側凹部１１の底面１２と前記接続端子１７との間、およびビア導体１８と前記セラミック基板本体２のセラミックとの間ごとには、メタライズ層１４とニッケル層１５ａのみからなる金属被覆層１５とが配設されている。該メタライズ層１４は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）からなる塗布層であり、上記ニッケル層１５ａはニッケルメッキ層からなる。また、上記金属被覆層１５は、図２中の一点鎖線部分Ｖの部分拡大図に示すように、下層側の第１ニッケル層１５ａ、中層の銅層１５ｃ、および上層側の第２ニッケル層１５ｂの３層からなる形態としても良い。かかる３層の形態からなる金属被覆層１５は、少なくとも、前記ビア導体１８とセラミック基板本体２を構成するセラミックとの間に配設される。

即ち、前記金属被覆層１５は、前記ビア導体１８とセラミック基板本体２のセラミックとの間のみに配設される形態と、前記表面側凹部８の底面９と素子搭載用パッド１６との間、前記裏面側凹部１１の底面１２と接続端子１７との間、およびビア導体１８と前記セラミック基板本体２のセラミックとの間ごとに配設される形態との２つの形態を含んでいる。
また、中層である前記銅層１５ｃの厚みは、１μｍ以上で且つ１５μｍ以下の範囲が好ましい。該銅層１５ｃが１μｍ以上の厚みで形成されていれば、前記ビア導体１８となる銀ロウを充填する際に、セラミック基板本体２のセラミックに加わる応力を緩和することができる。一方、上記銅層１５ｃが１５μｍ超の厚みで形成した場合、当該銅層１５ｃ自体が、セラミック基板本体２のセラミックに対し、過度の応力をかけるおそれがあるので、かかる範囲を除外している。

図３の模式図で示すように、断面が円形の前記ビア導体１８の場合、かかる断面の重心Ｃを通り、且つ該ビア導体１８の外周における２点を結ぶ２つ（複数）の仮想直線Ｌ１，Ｌ２は、全て前記幅（直径）Ｌと一致する。そのため、該ビア導体１８の直径Ｌが、前記素子搭載用パッド１６の厚みｔ１の２倍以上、あるいは２倍近傍となるように形成することで、追って複数の前記素子搭載用パッド１６に搭載される素子からの熱を該ビア導体１８を介して、前記接続端子１７側に効率良く迅速に熱伝達することができる。
一方、図４の模式図で示すように、断面がほぼ正方形（矩形）状のビア導体１８ａの場合、その重心Ｃを通り、且つ該ビア導体１８の外周における２点を結ぶ２つ（複数）の仮想直線Ｌ１，Ｌ２のうち、対角線に沿った仮想直線Ｌ１が最長となる。そのため、該仮想直線Ｌ１の長さが、前記素子搭載用パッド１６の厚みｔ１の２倍以上、あるいは２倍近傍となるように形成することで、上記と同様の効果が得られる。上記ビア導体１８ｂの断面が長方形状でも、上記と同様である。
更に、図５の模式図で示すように、断面が楕円形のビア導体１８ｂの場合、その重心Ｃを通り、且つ該ビア導体１８の外周における２点を結ぶ２つ（複数）の仮想直線Ｌ１，Ｌ２のうち、上記楕円形の長軸に沿った仮想直線Ｌ１が最長となる。そのため、かかる仮想直線Ｌ１の長さを前記素子搭載用パッド１６の厚みｔ１の２倍以上、あるいは２倍近傍となるように形成することで、上記と同様の効果が得られる。上記ビア導体１８ｂの断面が長円形状でも、上記と同様である。

更に、図２中における右側の丸い部分拡大断面図で示すように、前記素子搭載用パッド１６ごとの表面１６ａおよび前記接続端子１７ごとの表面１７ａには、ニッケル層２０および金層２１が被覆されている。該ニッケル層２０および金層２１も、それぞれニッケルメッキ層と金メッキ層である。
尚、図２中で破線で示す素子２２は、例えば、追って搭載される高輝度ＬＥＤまたはパワー半導体などの素子であり、互いに異極である２個の前記素子搭載用パッド１６に対し、該素子のプラス（＋）側電極とマイナス（−）側電極とがハンダなど（何れも図示せず）を介して電気的に接続される。更に、かかる搭載後では、前記キャビティ７の内側に封止材（図示せず）が充填される。

図６は、前記配線基板１ａとは異なる形態の配線基板１ｂを示す前記同様の垂直断面図である。
かかる配線基板１ｂは、図６に示すように、前記同様のセラミック基板本体２、複数の素子搭載用パッド１６、複数の接続端子１７、および前記パッド１６と接続端子１７との間を個別に接続する複数のビア導体１８を備えている。該配線基板１ｂが前記配線基板１ａと異なるのは、前記枠形状のセラミック層Ｃ４，Ｃ５を欠き且つ前記キャビティ７を有していない点である。かかる配線基板１ｂにおいて、追って搭載すべき素子２２には、例えば、パワー半導体が推奨される。
以上のような構成の配線基板１ａ，１ｂによれば、何れであっても、前記効果（１）〜（７）を奏することが可能である。

図７（Ａ），（Ｂ）は、前記セラミック基板本体２の表面３側に、異なる形態の素子搭載用パッド１６Ｓを４個（複数）配置した前記配線基板１ａを示す平面図である。上記素子搭載用パッド１６Ｓは、何れも平面視が正方形（矩形）状を呈し、例えば、図示で左右ごとに同じ極（プラスまたはマイナス）のものが２個ずつ配置されている。各素子搭載用パッド１６Ｓは、ビア導体１８を介して、セラミック基板本体２の裏面４側に同数で且つ平面視が相似形に形成された４個（複数）の接続端子（図示せず）と個別に接続されている。
例えば、図７（Ａ）に示すように、単一の素子２２を４個の素子搭載用パッド１６Ｓの上方に跨らせて搭載したり、あるいは、図７（Ｂ）に示すように、２個の素子２２を、左右の互いに異極である２個の素子搭載用パッド１６Ｓごとの上方に個別に跨らせて搭載しても良い。

図７（Ｃ）は、前記セラミック基板本体２の表面３側において、前記素子搭載用パッド１６を左側に、一対（複数）の素子搭載用パッド１６Ｓを右側に配置した形態を示す。図７（Ｃ）に示すように、単一の素子２２を３個の素子搭載用パッド１６，１６Ｓの上方に跨らせて搭載することができる。尚、平面視が長方形状の素子搭載用パッド１６には、２個以上のビア導体１８を接続しても良い。
図７（Ｄ）は、前記セラミック基板本体２の表面３側において、平面視が比較的大きな１個の素子搭載用パッド１６Ｌを左側に、平面視が比較的小さな一対（複数）の素子搭載用パッド１６ｓを右側に配置した形態を示す。

上記比較的大きな素子搭載用パッド１６Ｌの表面１６ａには、１つの素子２２全体がハンダ（図示せず）などを介して搭載され、該素子２２における一対の電極２２ａと比較的小さな２個の素子搭載用パッド１６ｓとの間は、ボンディングワイヤ２４を介して導通可能とされている。かかる形態では、素子搭載用パッド１６Ｌと、これに接続するビア導体１８および裏面４側の接続端子には電流は流れず、これら３者は専ら素子２２からの熱の放熱用に利用される。即ち、上記ビア導体１８はサーマルビアであり、上記接続端子は放熱部材として機能する。尚、上記素子搭載用パッド１６Ｌにも、２個以上のビア導体１８を接続しても良い。
また、図７（Ａ）〜（Ｄ）の各形態には、前記セラミック層Ｃ４，Ｃ５を有しない前記配線基板１ｂと同様なセラミック基板本体２を適用しても良い。

以下において、前記配線基板１ｂの製造方法について説明する。
予め、アルミナ粉末、バインダ樹脂、溶剤、可塑剤などを適量ずつ配合してセラミックスラリを作成し、該スラリをドクターブレード法によりシート状に成形して、図８（Ａ）に示すように、所要の厚みを有する３層（複数）のグリーンシートｇ１〜ｇ３を用意した。該グリーンシートｇ１〜ｇ３は、平面視が多数個取り用のサイズであり、追って個々の前記セラミック層Ｃ１〜Ｃ３に仕切る仮想の切断予定面２５が平面視で格子状に予め設定されている。
追って前記セラミック層Ｃ２となるグリーンシートｇ２における所定の位置に対し、ポンチと該ポンチの先端部を受け入れる受入孔を有するダイとを用いる打ち抜き加工を行って、図８（Ｂ）中に示すように、複数のビアホール２８を形成した。一方、追って前記セラミック層Ｃ１，Ｃ３となるグリーンシートｇ１，ｇ３における所定の位置に対し、ポンチと該ポンチの先端部を比較的大きなクリアランスを介して受け入れる受入孔を有するダイとを用いる打ち抜き加工を行った。その結果、図８（Ｂ）の上方と下方とに示すように、上記ダイ側であった表面の開口径が広く且つ上記ポンチの進入側であった表面の開口径が狭くなるように傾斜した内壁面を有し、且つ平面視で上記ビアホール２８よりもサイズが大きな複数の貫通孔２６，２７を形成した（グリーンシートの打ち抜き工程）。

次いで、図８（Ｃ）中に示すように、前記グリーンシートｇ２に形成された複数のビアホール２８ごとの内壁面と、該ビアホール２８の開口部ごとに隣接する表面および裏面における所定の位置に対し、タングステン（Ｗ）粉末を含む導電性ペーストを印刷および塗布して、未焼成のメタライズ層１４を形成した。この際、該グリーンシートｇ２の裏面側には、隣接するメタライズ層１４同士の間を接続する未焼成のメッキ用配線３１と、前記切断予定面２５と交差するメッキ用配線３２とを併せて形成した。尚、上記導電性ペーストには、Ｗ粉末に替え、モリブデン（Ｍｏ）粉末を含むものを用いても良い。
一方、図８（Ｃ）の上方と下方とに示すように、前記グリーンシートｇ１，ｇ３の傾斜した内壁面ごとに対し、上記と同じ導電性ペーストを印刷および塗布して、未焼成のメタライズ層１４を形成した（塗布工程）。

次に、平面視で前記切断予定面２５が互いに一致するように、前記ビアホール２８、メタライズ層１４、およびメッキ用配線３１，３２が形成されたグリーンシートｇ２の両面に対し、前記貫通孔２６，２７およびメタライズ層１４が形成された前記グリーンシートｇ１，ｇ３を積層し且つ圧着した（積層体形成工程）。
その結果、図８（Ｄ）に示すように、グリーンシートｇ１〜ｇ３を積層してなり、互いに平行状に対向する表面３および裏面４を有し、該表面３に開口し且つ底広形状である複数の表面側凹部８、上記裏面４に開口し且つ底広形状である複数の裏面側凹部１１、および、上記表面３と裏面４とに直交する断面視で上記表面側凹部８の底面９と裏面側凹部１１の底面１２との間ごとを貫通するビアホール２８を有するグリーンシート積層体３０を得た。
尚、該グリーンシート積層体３０の平面視における外周側に位置する耳部には、前記メッキ用配線３２に通電可能な複数のメッキ用電極（何れも図示せず）が形成されている。

更に、前記グリーンシート積層体３０を焼成炉（図示せず）で焼成した（焼成工程）。
その結果、図９（Ａ）に示すように、一体に積層されたセラミック層Ｃ１〜Ｃ３からなり、前記表面３および裏面４を有し、前記複数の表面側凹部８、複数の裏面側凹部１１、およびこれらの底面９，１２間ごとを連通するビアホール２８と、これらの内部に同時焼成されたメタライズ層１４とを有するセラミック基板本体２を、平面視で縦横に複数個併有するセラミック積層体４０を得た。この際、セラミック層Ｃ２の厚みは、少なくとも５０μｍ以上であった。
次いで、上記セラミック積層体４０を電解ニッケルメッキ浴に浸漬し、前記複数のメッキ用電極およびメッキ用配線３１，３２を介して、当該セラミック積層体４０における複数のセラミック基板本体２ごとの前記メタライズ１４の表面に対して、電解ニッケルメッキを施した。

その結果、図９（Ａ）中の一点鎖線部分Ｙの部分拡大断面図で示すように、前記メタライズ１４ごとの表面に対し、所要厚みのニッケル層１５ａのみからなる金属被覆層１５を形成した（金属被覆層形成工程）。
尚、図９（Ａ）中の一点鎖線部分Ｚの部分拡大断面図で示すように、上記金属被覆層１５は、前記メタライズ１４ごとの表面に対し、下層側の第１ニッケル層１５ａ、中層で厚みが約５μｍの銅層１５ｃ、および上層側の第２ニッケル層１５ｂの３層からなる形態としても良い。かかる形態は、少なくとも前記ビア導体１８とセラミック基板本体２を構成するセラミック層Ｃ２との間に形成される。
また、図９（Ａ）中の一点鎖線部分Ｚの部分拡大断面図の示すように、前記金属被覆層１５を３層構造の形態とするには、前記メタライズ１４ごとの表面に対し、電解ニッケルメッキを施して第１ニッケル層１５ａを被覆し、該第１ニッケル層１５ａの表面に対し電解銅メッキを施して銅層１５ｃを被覆した後、該銅層１５ｃの表面に対し、再度電解ニッケルメッキを施して第２ニッケル層１５ｂを被覆することにより形成することができる。

次いで、前記メタライズ層１４および金属被覆層１５が被覆された前記ビアホール２８ごとの内側に、所定の充填治具を用いて、Ａｇ−Ｃｕ系合金からなる銀ロウを充填した（ロウ材充填工程）。
その結果、図９（Ｂ）に示すように、上記ビアホール２８ごとの内側に、上記銀ロウからなる円柱形状のビア導体１８が形成された。かかるビア導体１８ごとの上端および下端には、上記充填工程において、上記銀ロウの一部が表面側凹部８および裏面側凹部１１の底面９，１２の金属被覆層１５上に濡れ拡がった平面視が円環（リング）状の鍔１９が形成されていた。

次に、前記メッキ用電極、メッキ用配線３１，３２、および上記ニッケルメッキ層１５を介して、前記セラミック積層体４０における複数のセラミック基板本体２ごとの表面側凹部８の底面９および側面１０と、裏面側凹部１１の底面１２および側面１３とに対し、電解銅メッキを施した。
その結果、図９（Ｃ）に示すように、前記表面側凹部８ごとの内側に銅層からなる素子搭載用パッド１６が形成されると共に、裏面側凹部１１ごとの内側に銅メッキ層（銅層）からなる接続端子１７が形成された（銅層形成工程）。
この際、上記素子搭載用パッド１６の表面１６ａと、接続端子１７の表面１７ａとは、表面側凹部８または裏面側凹部１１の開口部よりも外側に突出しており、かかる突出部を含めた厚みは、少なくとも３０μｍ以上であった。しかも、上記素子搭載用パッド１６の表面１６ａの全周辺と、接続端子１７の表面１７ａの全周辺とは、表面側凹部８または裏面側凹部１１の開口部よりも外周側に張り出していた。そして、上記セラミック積層体４０の表面３または裏面４に垂直な断面視において、該表面３または裏面４に沿った素子搭載用パッド１６の幅ｗ１と接続端子１７の幅ｗ２とは、何れもビア導体１８の直径Ｌよりも大となっていた。
尚、前記電解銅メッキは、前記素子搭載用パッド１６と接続端子１７の厚みｔ１，ｔ２が、ビア導体１８の直径Ｌの半分以下となるように行うことが望ましい。

更に、前記メッキ用電極、メッキ用配線３１，３２、およびニッケルメッキ層１５を介して、前記素子搭載用パッド１６ごとの表面１６ａと、接続端子１７ごとの表面１７ａとに対し、電解ニッケルメッキおよび電解金メッキを順次施した。
その結果、前記図２中の丸い部分拡大断面図で示したように、上記表面１６ａと表面１７ａごとにニッケル（メッキ）層２０および金（メッキ）層２１が順次被覆された。
そして、前記セラミック積層体４０の前記切断予定面２５に沿って、該セラミック積層体４０の厚み方向に沿って、高速で回転する円盤形ブレードを移動させる切断（個片化）工程を行った。その結果、図９（Ｄ）に示すように、前記配線基板１ｂを複数個得ることができた。

尚、前記配線基板１ａを製造するには、前記グリーンシート積層体３０を得る積層体形成工程で、平面視が矩形状の貫通孔を有し、追って前記セラミック層Ｃ４，Ｃ５となる２層のグリーンシート（ｇ４，ｇ５）を前記グリーンシートｇ３の上方に更に積層し、これ以降は前記同様の各工程を行うことで可能となる。
以上のような配線基板１ｂ（１ａ）の製造方法によれば、前記効果（８）を奏することが裏付けられた。
また、前記図７（Ａ）〜（Ｄ）に示した素子搭載用パッド１６Ｓ、１６ｓ、１６Ｌの何れかを含む形態も、前記製造方法の各工程を経ることで容易に製造することが可能である。

本発明は、以上において説明した各実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記セラミック基板本体を構成するセラミックは、前記アルミナに限らず、窒化アルミニウムやムライトなどを主成分とするものでも良い。
また、前記セラミック基板本体２を構成するセラミック層は、前記セラミック層Ｃ１〜Ｃ３からなる３層、あるいは前記セラミック層Ｃ１〜Ｃ５からなる５層に限らず、任意の層数としても良い。
更に、前記ビア導体は、前記各形態に限らず、断面が非円形の長円形状、五角形以上の正多角形または変形多角形を呈するものであっても良い。
また、前記セラミック基板本体２やその表面３上に積層されるセラミック層Ｃ４，Ｃ５は、平面視の外形が長方形状を呈するものであっても良い。かかる形態の場合、セラミック基板本体２の表面３には、平面視が正方形状である一対の素子搭載用パッドを形成することができる。

更に、前記セラミック層Ｃ２に形成するビアホール２８は、全体が円柱形状や四角柱形状などに限らず、何れ一方の開口径が大きく且つ他方の開口径が小さくなるような円錐形状や四角錐形状などを呈するものであっても良い。
また、前記表面側凹部８および裏面側凹部１１は、前記底広形状に限らず、それらの開口部８ａ，１１ａに底面９，１２の全体が露出する形態としても良い。
更に、前記素子搭載用パッド１６の表面１６ａや接続端子１７の表面１７ａは、平面視でそれらの周辺の一部のみが前記表面側凹部８の開口部８ａあるいは裏面側凹部１１の開口部１１ａよりも外周側に位置していても良い。
また、前記ビア導体１８などには、前記Ａｇ−Ｃｕ系合金以外の銀ロウを用いても良い。
更に、前記表面側凹部８や裏面側凹部１１の貫通孔２６，２７や、ビアホール２８は、グリーンシートに対するレーザ照射により形成することも可能である。
加えて、前記配線基板１ａ，１ｂは、個別に製造することも可能である。

本発明によれば、例えば、高輝度ＬＥＤなどの比較的発熱量の大きな素子を搭載しても、かかる素子の熱を効率良く外部に放熱して、該素子ごとの本来の性能を確保できると共に、前記素子を精度良く確実に搭載でき、且つ物理的強度の高いセラミック基板本体を有する配線基板を確実に提供することができる。

１ａ，１ｂ…………………………配線基板
２……………………………………セラミック基板本体
３……………………………………表面
４……………………………………裏面
８……………………………………表面側凹部
８ａ…………………………………表面側凹部の開口部
９……………………………………表面側凹部の底面
１１…………………………………裏面側凹部
１１ａ………………………………裏面側凹部の開口部
１２…………………………………裏面側凹部の底面
１４…………………………………メタライズ層
１５…………………………………金属被覆層
１５ａ，１５ｂ……………………ニッケル層
１５ｃ………………………………銅層
１６，１６Ｌ，１６Ｓ，１６ｓ…素子搭載用パッド／銅(メッキ)層
１６ａ………………………………素子搭載用パッドの表面
１７…………………………………接続端子／銅(メッキ)層
１７ａ………………………………接続端子の表面
１８，１８ａ，１８ｂ……………ビア導体／銀ロウ
２６，２７…………………………貫通孔
２８…………………………………ビアホール
３０…………………………………グリーンシート積層体
Ｃ……………………………………重心
Ｌ……………………………………幅／直径
Ｌ１，Ｌ２…………………………仮想直線
ｔ１，ｔ２…………………………厚み
ｗ１，ｗ２…………………………幅
ｇ１〜ｇ３…………………………グリーンシート

Claims (9)

1. 表面および裏面を有するセラミック基板本体と、
   上記セラミック基板本体の表面側に形成された銅からなる複数の素子搭載用パッドと、
   上記セラミック基板本体の裏面側に形成された銅からなる複数の接続端子と、
   上記複数の素子搭載用パッドと複数の接続端子との間を個別に接続するビア導体と、を備えた配線基板であって、
   上記セラミック基板本体の表面または裏面と垂直な断面視において、上記素子搭載用パッドの上記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅は、上記ビア導体の上記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅よりも大きいと共に、
   上記素子搭載用パッドの底部側は、上記セラミック基板本体の表面に開口する表面側凹部に埋設され、且つ当該素子搭載用パッドの表面は、上記セラミック基板本体の表面よりも外方に突出しており、
   上記素子搭載用パッドと接続端子とは、銅層であり、
   上記ビア導体は、銀ロウである、
   ことを特徴とする配線基板。
2. 前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な平面視における前記ビア導体の重心を通り、且つ該ビア導体の外周における２点の間を結ぶ複数の仮想直線のうち、最長の仮想直線の長さが、上記セラミック基板本体の表面または裏面と垂直な断面視において、前記素子搭載用パッドの厚みの２倍以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記セラミック基板本体の表面または裏面と垂直な断面視において、前記接続端子の前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向に沿った幅は、前記ビア導体の前記セラミック基板本体の表面または裏面と平行な方向の幅よりも大きいと共に、
   上記接続端子の底部側は、上記セラミック基板本体の裏面に開口する裏面側凹部に埋設され、且つ該接続端子の表面は、上記セラミック基板本体の裏面よりも外方に突出している、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記接続端子の底部側は、前記セラミック基板本体の裏面に開口する裏面側凹部に埋設されており、
   前記表面側凹部の底面と前記素子搭載用パッドとの間、前記裏面側凹部の底面と前記接続端子との間、および、前記ビア導体とセラミック基板本体との間には、メタライズ層とニッケル層とが配設されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の配線基板。
5. 少なくとも前記ビア導体とセラミック基板本体との間には、メタライズ層と金属被覆層とが配設されており、該金属被覆層は、ニッケル層と銅層とを含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の配線基板。
6. 前記表面側凹部の底面は、平面視で該表面側凹部の開口部よりも広く、前記裏面側凹部の底面は、平面視で該裏面側凹部の開口部よりも広い、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の配線基板。
7. 前記素子搭載用パッドの表面は、平面視において、該素子搭載用パッドの表面の少なくとも一部が前記表面側凹部の開口部よりも外周側に位置している、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の配線基板。
8. 前記接続端子の表面は、平面視において、該接続端子の表面の少なくとも一部が前記裏面側凹部の開口部よりも外周側に位置している、
   ことを特徴とする請求項３，４，または６に記載の配線基板。
9. 表面および裏面を有するセラミック基板本体と、該セラミック基板本体の表面側に形成された銅からなる複数の素子搭載用パッドと、上記セラミック基板本体の裏面側に形成された銅からなる複数の接続端子と、上記複数の素子搭載用パッドと複数の接続端子との間を個別に接続するビア導体とを備えた配線基板の製造方法であって、
   複数のセラミックグリーンシートのうち、少なくとも１つのグリーンシートに対し複数のビアホールを形成し、少なくとも２つのグリーンシートに対し前記ビアホールよりも大きな複数の貫通孔を形成するグリーンシート打ち抜き工程と、
   上記ビアホールが形成されたグリーンシートの表面および裏面の少なくとも一方であって、少なくとも上記貫通孔が形成されたグリーンシートを積層した際に、該貫通孔から露出する箇所と、上記ビアホールの内壁面とに対し、導電性ペーストを塗布する塗布工程と、
   上記ビアホールが形成されたグリーンシートの両面に対し、上記貫通孔が形成されたグリーンシートを積層し且つ圧着して、グリーンシート積層体を形成する積層体形成工程と、
   上記グリーンシート積層体を焼成して、表面および裏面に上記貫通孔に対応する表面側凹部と裏面側凹部と、かかる２つの凹部間を連通するビアホールとを有するセラミック基板本体にする焼成工程と、
   上記焼成工程によって上記セラミック基板本体と共に、上記導電性ペーストから得られたメタライズ層の表面に、少なくともニッケル層を含む金属被覆層を形成する金属被覆層形成工程と、
   上記金属被覆層が形成された上記ビアホールの内側にＡｇロウを充填するロウ材充填工程と、
   上記セラミック基板本体における複数の表面側凹部内および複数の裏面側凹部内とに対し、銅層を形成する銅層形成工程と、を含む、
   ことを特徴とする配線基板の製造方法。

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