JP6955943B2 - 配線基板及び電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基体上に薄膜形成技術により配線導体を形成した配線基板、及び、これを備えた電子装置に関する。

絶縁基体上に薄膜形成技術により配線導体を形成した配線基板が知られている（例えば特許文献１参照）。この配線基板は、配線導体を薄膜形成技術により形成することから、配線導体の線幅及び隣接間隔を狭くできるので、小型化及び軽量化が急激に進む電子装置（例えばＬＥＤランプ又は携帯電話や衛星通信等の通信機器）に好適に用いられている。

この種の配線基板の一般的な製造方法は、次の工程からなる。

（１）絶縁基体の全面に金属膜を被着する工程。
（２）その金属膜の全面にフォトレジスト膜を被着する工程。
（３）そのフォトレジスト膜を露光及び現像することにより、フォトレジスト膜を部分的に除去する工程。
（４）フォトレジスト膜で覆われていない金属膜をウェットエッチングによって除去することにより、配線導体を形成する工程。
（５）残りのフォトレジスト膜を除去する工程。

この製造方法は、絶縁基体の全面に金属膜を被着した後、引き算のように一部の金属膜を残して配線導体とすることから、サブトラクティブ（subtractive）法と呼ばれている。

このサブトラクティブ法によって製造された従来の配線基板は、絶縁基体と、絶縁基体の表面に被着された配線導体と、を備えている。そして、配線導体の外縁部は、配線導体の表面から絶縁基体に向けて広がる斜面になっている。この斜面は、工程（４）における金属膜のウェットエッチングが等方性エッチングであるため、サイドエッチングによって形成されたものである。従来の電子装置は、配線基板と、配線基板に搭載された電子部品と、を備えたものである。電子部品は、接合材を介して配線基板に実装されている。

特開昭６０−０８０２９７号公報

しかしながら、従来の配線基板及び電子装置には、次のような問題があった。

配線導体の外縁部は、厚みが小さくなる場合があった。配線導体の外縁部は、厚みが小さくなっていると、はがれやすい状態になっていた。また、配線導体は、電子部品で発生した熱を絶縁基体側へ放出する経路になっている。しかし、配線導体の外縁部では、厚みが小さくなっているゆえに熱抵抗が大きいため、放熱を妨げていた。更に、配線導体の外縁部は、厚みが小さいと表皮効果によって高周波電流が集中しやすいので、高周波特性に悪影響を及ぼしていた。

なお、配線導体９０のサイドエッチング対策として、異方性エッチングを採用することが考えられる。しかし、ウェットエッチングによる異方性エッチングでは、材料ごとのエッチング液の選定が難しく、かつ、そのようなエッチング液が高価である。また、ドライエッチングによる異方性エッチングでは、エッチングレートが小さく、かつ、絶縁基体へのダメージも無視できない。よって、配線導体９０を形成するエッチングに異方性エッチングを採用することは非現実的である。

そこで、本発明の目的は、等方性エッチングによって形成された配線導体に対して、密着性、放熱性、高周波特性等のいずれかを向上させた配線基板等を提供することにある。

本発明に係る配線基板は、
絶縁基体と、
前記絶縁基体の表面に被着された第一配線導体と、
前記絶縁基体の表面に形成された凹部と、
前記凹部に埋められた第二配線導体と、を備え、
前記第一配線導体の外縁部は、当該第一配線導体の表面から前記絶縁基体に向けて広がる斜面になっており、かつ、前記凹部を覆って前記第二配線導体に接続し、
次の（１）乃至（４）の少なくとも一つの特徴を有する。
（１）前記第一配線導体の外周端に垂直な断面において、前記凹部の前記絶縁基体の表面に平行な長さは、前記第一配線導体の厚みの１００〜２００％である。
（２）前記斜面は、前記凹部内の前記第二配線導体にも前記第一配線導体から連続的に形成されており、かつ、前記凹部の深さの５０％よりも上の位置で当該凹部に接する。
（３）前記第一配線導体の外周端に垂直な断面において、前記凹部の底面全体又は当該底面の角が曲面になっている。
（４）前記第一配線導体の外周端に垂直な断面において、前記凹部は前記外周端の反対側の開口端が広がるように開口されている。

本発明に係る電子装置は、
本発明に係る配線基板と、
前記絶縁基体に搭載された前記電子部品と、
を備えたものである。

本発明によれば、第一配線導体の外縁部における斜面は、凹部内の第二配線導体につながっている。そのため、第一配線導体の外縁部が第二配線導体と一体化して厚みが大きくなっているので、第一配線導体の密着性、放熱性、高周波特性等の少なくとも一つが向上する。よって、等方性エッチングによって形成された第一の配線導体に対して、密着性、放熱性、高周波特性等のいずれかを向上させた配線基板等を提供できる。

図１［Ａ］は本実施形態の配線基板を示す断面図であり、図１［Ｂ］は本実施形態の電子装置を示す断面図である。 本実施形態の配線基板の変形例を示す断面図であり、図２［Ａ］は変形例ａ、図２［Ｂ］は変形例ｂ、図２［Ｃ］は変形例ｃ、図２［Ｄ］は変形例ｄである。 本実施形態の電子装置の変形例ｅを示す断面図である。

本明細書及び特許請求の範囲における「備える」とは、明示した構成要素以外の構成要素を備える場合も含まれる。「有する」や「含む」なども同様である。本明細書及び特許請求の範囲における「接続する」とは、明示した構成要素以外の構成要素を介して接続する場合も含まれる。例えば、要素Ａに接続するとは、要素Ａに直接接続する場合の他に、要素Ａに要素Ｂ等を介して接続する場合も含まれる。以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。

図１［Ａ］は本実施形態の配線基板を示す断面図であり、図１［Ｂ］は本実施形態の電子装置を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。なお、本実施形態の特徴をわかりやすくするために、第一配線導体３０第二配線導体５０の厚みを、電子部品１２及び接合材１３の厚みに比べて拡大して示している（他の図面も同様）。

本実施形態の配線基板１０は、絶縁基体２０と、絶縁基体２０の表面２１に被着された第一配線導体３０と、絶縁基体２０の表面２１に形成された凹部４０と、凹部４０に埋められた第二配線導体５０と、を備えている。そして、第一配線導体３０の外縁部３１は、第一配線導体３０の表面３２から絶縁基体２０に向けて広がる斜面３３になっており、かつ、凹部４０を覆って第二配線導体５０に接続している。

本実施形態の配線基板１０によれば、第一配線導体３０の外縁部３１における斜面３３は、凹部４０内の第二配線導体５０につながっている。そのため、第一配線導体３０の外縁部３１が第二配線導体５０と一体化して厚みが大きくなっているので、第一配線導体３０の密着性、放熱性、高周波特性等の少なくとも一つが向上する。よって、等方性エッチングによって形成された第一配線導体３０に対して、密着性、放熱性、高周波特性等のいずれかを向上させた配線基板１０を提供できる。

また、凹部４０の深さＤは、第一配線導体３０の厚みＴの５０〜１００％（すなわち０．５Ｔ≦Ｄ≦Ｔ）としてもよい。この場合は、Ｄ≦Ｔとすることにより凹部４０内への第二配線導体５０の未充填を抑制しつつ、０．５Ｔ≦Ｄとすることにより密着性及び放熱性を更に向上できる。

第一配線導体３０の外周端３４に垂直な断面において、凹部４０の絶縁基体２０の表面２１に平行な長さＬは、第一配線導体３０の厚みＴの１００〜２００％（すなわちＴ≦Ｌ≦２Ｔ）としてもよい。この場合は、Ｔ≦Ｌとすることにより、第一配線導体３０と第二配線導体５０との重なり（Ｌに相当）が十分に得られるので、第一配線導体３０と第二配線導体５０との断線を抑制できる。また、Ｌ≦２Ｔとすることにより、凹部４０の形成を容易化できる。

本実施形態の電子装置１１は、配線基板１０と、配線基板１０に搭載された電子部品１２と、を備えたものである。電子部品１２は、接合材１３を介して配線基板１０に実装されている。本実施形態の電子装置１１によれば、配線基板１０を備えたことにより、配線基板１０と同様の効果を奏する。

例えば、光学素子などの電子部品１２を配線基板１０に実装する場合、電子部品１２と第一配線導体３０との境界にＡｕＳｎはんだなどの接合材１３を配置し、電子部品１２を加熱かつ加圧して配線基板１０上に実装する。このとき、実装時の応力によって、第一配線導体３０と絶縁基体２０との界面にクラックが発生するおそれがある。本実施形態では、電子部品１２が実装される第一配線導体３０の外縁部３１が第二配線導体５０と一体化されて厚みが大きくなっていることにより、実装時の応力が良好に分散されるので、第一配線導体３０と絶縁基体２０と間でのクラック発生を抑制できる。

次に、本実施形態の配線基板の変形例について説明する、図２［Ａ］は変形例ａ、図２［Ｂ］は変形例ｂ、図２［Ｃ］は変形例ｃ、図２［Ｄ］は変形例ｄである。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図２［Ａ］〜［Ｄ］において、図１［Ａ］と実質的に同じ部分は同じ符号を付すことにより重複説明を省略する。

図２［Ａ］に示す変形例ａの配線基板１０ａは、次の特徴を有する。斜面３３ａは、凹部４０内の第二配線導体５０にも第一配線導体３０から連続的に形成されており、かつ、凹部４０の深さＤの５０％よりも上の位置で凹部４０に接する。つまり、斜面３３ａが凹部４０に接する位置から凹部４０の底面４１までの深さをＤａとすると、０．５Ｄ≦Ｄａ≦Ｄが成り立つ。０．５Ｄ≦Ｄａとすることにより、第一配線導体３０と第二配線導体５０との重なりが十分に得られるので、第一配線導体３０と第二配線導体５０との断線を抑制できる。斜面３３ａの形状は、金属膜エッチング時のエッチング時間を長くすることにより得られる。

Ｄａ≦Ｄとする理由は、第一配線導体３０において厚みが小さくなることを防ぐためである。ただし、斜面３３ａａの形状でも、本実施形態と同様の効果を奏することから、本実施形態の変形例になり得る。斜面３３ａａの形状は、金属膜エッチング時に金属膜を覆うフォトレジスト膜を大きくすることにより得られる。

図２［Ｂ］に示す変形例ｂの配線基板１０ｂは、次の特徴を有する。第一配線導体３０の外周端３４に垂直な断面において、凹部４０の底面４１ｂ全体が曲面になっている。本変形例ｂによれば、底面４１ｂ全体を曲面にすることにより、凹部４０への第二配線導体５０の未充填や、底面４１ｂへの応力集中による絶縁基体２０の損傷（割れやクラック）を抑制できる。

図２［Ｃ］に示す変形例ｃの配線基板１０ｃは、次の特徴を有する。第一配線導体３０の外周端３４に垂直な断面において、凹部４０の底面４１の角４２ｃが曲面になっている。本変形例ｃによれば、底面４１の角４２ｃを曲面にすることにより、凹部４０への第二配線導体５０の未充填や、底面４１の角４２ｃへの応力集中による絶縁基体２０の損傷（割れやクラック）を抑制できる。

図２［Ｄ］に示す変形例ｄの配線基板１０ｄは、次の特徴を有する。第一配線導体３０の外周端３４に垂直な断面において、凹部４０は外周端３４の反対側の開口端４３ｄが広がるように開口されている。変形例ｄによれば、外周端３４から開口端４３ｄまでの長さＬｄが大きくなることにより、第一配線導体３０から第二配線導体５０を経て絶縁基体２０へ向かう熱抵抗を低減できるので、放熱性を更に向上できる。

次に、本実施形態の電子装置の変形例について説明する。図３は、本実施形態の電子装置の変形例ｅを示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図３において、図１［Ｂ］と実質的に同じ部分は同じ符号を付すことにより重複説明を省略する。

本変形例ｅは、電子装置１１ｅがＬＥＤランプであり、電子部品１２がＬＥＤ素子であり、かつ電子部品１２が樹脂レンズ１４ｅで覆われている。この場合、電子部品１２を搭載した配線基板１０上に樹脂レンズ１４ｅを成型する工程において、金型によるモールド加熱プレスが行われる。このとき、配線基板１０の上面から加熱されるため、加熱により電子部品１２のダイボンド部分１５ｅに剥離が発生することがあった。本変形例ｅによれば、第一配線導体３０の外縁部３１に第二配線導体５０の充填された凹部４０が形成されているので、モールド加熱プレス時の熱を配線基板１０の裏面側へ速やかに放出できる。その結果、電子部品１２のダイボンド部分１５ｅへの熱影響を低減できるので、ダイボンド部分１５ｅでの剥離を抑制できる。

次に、本実施形態の配線基板１０及び電子装置１１について、更に詳しく説明する。

絶縁基体２０は、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス質焼結体等の電気絶縁材料からなる。絶縁基体２０の表面２１には、凹部４０が形成されるとともに、所定パターンの薄膜状の第一配線導体３０及び第二配線導体５０が被着される。

第一配線導体３０及び第二配線導体５０は、第一配線導体３０の表面３２に実装される電子部品１２、例えば、半導体素子等を外部の電気回路に電気的に接続する導電路として作用する。第一配線導体３０及び第二配線導体５０は、単層からなるものとしてもよいし、複数層からなるものとしてもよい。複数層からなる場合は、例えば、チタン、タンタル、クロム、ニッケル等又はその合金からなる下部配線層と、金、銅、アルミニウム等又はその合金からなる上部配線層とから構成してもよい。このとき、下部配線層は上部配線層を絶縁基体２０に強固に接合するための下地部材として作用し、上部配線層は第一配線導体３０及び第二配線導体５０の主導体層として作用する。

下部配線層の厚みは５ｎｍ乃至１μｍの範囲が好ましい。下部配線層の厚みが５ｎｍ乃至１μｍの範囲であると、下部配線層を、絶縁基体２０に強固に被着することができるので、電子部品１２を実装したときの、応力による剥離を抑制することができる。なお、下部配線層の厚みが５ｎｍ未満では、厚みが小さすぎるため、下部配線層を絶縁基体２０に強固に接合させることが困難となる。一方、下部配線層の厚みが１μｍを超えると、下部配線層中に内在する応力が大きくなるため、やはり下部配線層を絶縁基体２０に強固に接合させることが困難となる。

上部配線層の厚みは１μｍ乃至１０μｍの範囲が好ましい。上部配線層の厚みが１μｍ乃至１０μｍの範囲であると、上部配線層を、下部配線層上に強固に接合することができるので、電子部品１２を実装したときの、応力による上部配線層の剥離を抑制することができる。なお、上部配線層の厚みが１μｍ未満では、厚みが小さすぎるため、上部配線層の電気抵抗が大きくなるとともに、上部配線層にボンディングワイヤやはんだを強固に接合させることが難しくなる。また、上部配線層の厚みが１０μｍを超えると、上部配線層中に内在する応力が大きくなるため、上部配線層を下部配線層上に強固に接合させることが難しくなる。

第一配線導体３０及び第二配線導体５０は同じ金属材料から一体的に形成されているので、第一配線導体３０と第二配線導体５０との界面に外力が大きく作用することはない。よって、第一配線導体３０及び第二配線導体５０は、絶縁基体２０に極めて強固に接合されている。

電子部品１２は、例えば、コンデンサや抵抗器などの受動素子でもよいし、ＬＥＤやＩＣなどの半導体素子（能動素子）でもよい。

接合材１３としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の樹脂系接着剤、又は、はんだなどの金属材料を用いることができる。はんだなどの金属材料としては、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ−Ａｇ、Ａｕ−Ｓｉなどのろう材が挙げられる。

次に、本実施形態の配線基板１０及び電子装置１１の製造方法について説明する。配線基板１０の製造方法は、次の工程からなる。

（１）絶縁基体２０に凹部４０を形成する工程。
（２）凹部４０を含む絶縁基体２０の全面に金属膜を被着する工程。
（３）その金属膜の全面にフォトレジスト膜を被着する工程。
（４）そのフォトレジスト膜を露光及び現像することにより、フォトレジスト膜を部分的に除去する工程。
（５）フォトレジスト膜で覆われていない金属膜をウェットエッチングによって除去することにより、第一配線導体３０及び第二配線導体５０を形成する工程。
（６）残りのフォトレジスト膜を除去する工程。

工程（１）：絶縁基体２０は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、次のように製造する。まず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に、適当な有機溶剤又は溶媒を添加混合して、泥漿状とする。続いて、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形して、セラミックグリーンシート（以下「グリーンシート」という。）を得る。そして、グリーンシートを打ち抜き加工によって所定形状にし、これらを複数枚積層して約１６００℃で焼成することにより、絶縁基体２０が得られる。このとき、グリーンシートに打ち抜き加工によって貫通孔を形成すれば、その部分が凹部４０となる。あるいは、積層したグリーンシートを型押しすれば、その部分が凹部４０となる。

また、凹部４０は、焼成後の絶縁基体２０にレーザ加工やウォータジェット加工によって形成することもできる。これらの加工方法は、レーザビームや高圧水流の中心ほどエネルギが高くなるので、前述の変形例ｂ（図２［Ｂ］）や変形例ｃ（図２［Ｃ］）の形状を得るのに適している。

工程（２）：前述の金属材料を用い、イオンプレーティング法、スパッタリング法、真空蒸着法等の薄膜形成技術によって、絶縁基体２０の表面２１に金属膜を被着する。このとき、凹部４０の深い部分にも金属材料が付着するように、絶縁基体２０を自転かつ公転させてもよい。

工程（３）：フォトレジスト膜は、一般的なアクリル樹脂や環化ゴム等からなるものでよく、スピンコート法やロールコータ法によって金属膜の全面に被着される。

工程（４）：フォトレジスト膜の露光、現像及び除去は、周知のフォトリソグラフィ技術による。

工程（５）：フォトレジスト膜で覆われていない金属膜はウェットエッチングによって除去され、フォトレジスト膜で覆われた金属膜が残って第一配線導体３０及び第二配線導体５０となる。このとき、第一配線導体３０の外縁部３１はサイドエッチングによって斜面３３となる。

工程（６）残りのフォトレジスト膜を除去することにより、配線基板１０が完成する。

そして、このようにして製造された配線基板１０に、接合材１３を介して電子部品１２を実装することにより、電子装置１１が完成する。

ここで、以上の説明内容を総括する。

配線基板１０の構成は次のとおりである。絶縁基体２０の表面２１に、薄膜状の第一配線導体３０が形成されている。絶縁基体２０の表面２１のうち第一配線導体３０を取り囲む領域に、凹部４０が形成されている。凹部４０内には、第一配線導体３０と一体化した第二配線導体５０が充填されている。第一配線導体３０の外縁部３１には、サイドエッチングにより斜面３３が形成されている。

配線基板１０の製造方法は次のとおりである。第一配線導体３０の外縁部３１に対応する凹部４０を、絶縁基体２０に予め形成しておく。凹部４０を含む絶縁基体２０の表面２１に金属膜を被着した後、不要部分の金属膜をエッチング除去することによって、第一配線導体３０及び第二配線導体５０を形成する。このとき、第一配線導体３０の外縁部３１は、サイドエッチングによって斜面３３となる。

配線基板１０の効果は次のとおりである。金属膜エッチング時にサイドエッチングが進行しても、第一配線導体３０は、凹部４０内の第二配線導体５０と一体化しているので、剥離が抑制される。そのため、第一配線導体３０の密着性が向上するので、信頼性の高い配線基板１０が得られる。また、第二配線導体５０を介して電子部品１２からの熱又は応力を分散できるので、電子部品１２の放熱性を向上できるとともに、電子部品１２の実装時の応力による第一配線導体３０のはがれを防止できる。また、第一配線導体３０の斜面３３に対向する絶縁基体２０の表面２１に、第二配線導体５０を充填した凹部４０が形成されているので、高周波信号の減衰が抑制されて高速伝送が可能になる。

以上、上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。そのような変更を加えた構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば、ＬＥＤ素子や有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）素子等の発光素子を搭載する配線基板、携帯電話や衛星通信等に用いられる半導体素子を搭載する配線基板など、あらゆる種類の電子部品を搭載する配線基板に利用可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 配線基板
１１，１１ｅ 電子装置
１２ 電子部品
１３ 接合材
１４ｅ 樹脂レンズ
１５ｅ ダイボンド部分
２０ 絶縁基体
２１ 表面
３０ 第一配線導体
３１ 外縁部
３２ 表面
３３，３３ａ，３３ａａ 斜面
３４ 外周端
４０ 凹部
４１，４１ｂ 底面
４２ｃ 角
４３ｄ 開口端
５０ 第二配線導体
Ｄ，Ｄａ 深さ
Ｔ 厚み
Ｌ，Ｌｄ 長さ

Claims (5)

1. 絶縁基体と、
   前記絶縁基体の表面に被着された第一配線導体と、
   前記絶縁基体の表面に形成された凹部と、
   前記凹部に埋められた第二配線導体と、を備え、
   前記第一配線導体の外縁部は、
   当該第一配線導体の表面から前記絶縁基体に向けて広がる斜面になっており、かつ、前記凹部を覆って前記第二配線導体に接続し、
   前記第一配線導体の外周端に垂直な断面において、前記凹部の前記絶縁基体の表面に平行な長さは、前記第一配線導体の厚みの１００〜２００％である、
   配線基板。
2. 絶縁基体と、
   前記絶縁基体の表面に被着された第一配線導体と、
   前記絶縁基体の表面に形成された凹部と、
   前記凹部に埋められた第二配線導体と、を備え、
   前記第一配線導体の外縁部は、
   当該第一配線導体の表面から前記絶縁基体に向けて広がる斜面になっており、かつ、前記凹部を覆って前記第二配線導体に接続し、
   前記斜面は、
   前記凹部内の前記第二配線導体にも前記第一配線導体から連続的に形成されており、かつ、前記凹部の深さの５０％よりも上の位置で当該凹部に接する、
   配線基板。
3. 絶縁基体と、
   前記絶縁基体の表面に被着された第一配線導体と、
   前記絶縁基体の表面に形成された凹部と、
   前記凹部に埋められた第二配線導体と、を備え、
   前記第一配線導体の外縁部は、
   当該第一配線導体の表面から前記絶縁基体に向けて広がる斜面になっており、かつ、前記凹部を覆って前記第二配線導体に接続し、
   前記第一配線導体の外周端に垂直な断面において、前記凹部の底面全体又は当該底面の角が曲面になっている、
   配線基板。
4. 絶縁基体と、
   前記絶縁基体の表面に被着された第一配線導体と、
   前記絶縁基体の表面に形成された凹部と、
   前記凹部に埋められた第二配線導体と、を備え、
   前記第一配線導体の外縁部は、
   当該第一配線導体の表面から前記絶縁基体に向けて広がる斜面になっており、かつ、前記凹部を覆って前記第二配線導体に接続し、
   前記第一配線導体の外周端に垂直な断面において、前記凹部は前記外周端の反対側の開口端が広がるように開口されている、
   配線基板。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つ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、
   を備えた電子装置。

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