JP7025545B2 - 電子素子搭載用基板、電子装置および電子モジュール - Google Patents

電子素子搭載用基板、電子装置および電子モジュール Download PDF

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Description

本発明は、電子素子搭載用基板、電子装置および電子モジュールに関するものである。
従来、電子素子搭載用基板は、第1主面と第2主面と側面とを有する絶縁基板と、絶縁基板の第1主面に位置した電子素子の搭載部および配線層とを有している。電子素子搭載用基板において、電子素子の搭載部に電子素子を搭載した後、電子素子収納用パッケージに搭載されて電子装置となる(特開2013-175508号公報参照。)。
本開示の電子素子搭載用基板は、第1主面および該第1主面と反対側に位置する第2主面を有した第1基板と、平面視で該第1基板の内側に位置し、炭素材料からなり、厚み方向における前記第1主面側に位置した第3主面および該第3主面と反対側に位置する第4主面を有する第2基板と、平面視において、該第2基板を挟んで前記第1基板に位置した複数のビア導体とを有しており、平面視において、前記第2基板は、前記複数のビア導体が前記第2基板を挟んで位置した方向の熱伝導より前記複数のビア導体が前記第2基板を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向の熱伝導が大きい。
本開示の電子装置は、上記構成の電子素子搭載用基板と、該電子素子搭載用基板の前記搭載部に搭載された電子素子と、前記電子素子搭載用基板が搭載された配線基板または電子素子収納用パッケージとを有している。
本開示の電子モジュールは、上記構成の電子装置と、該電子装置が接続されたモジュール用基板とを有する。
(a)は、第1の実施形態における電子素子搭載用基板を示す上面図であり、(b)は(a)の下面図である。 図1に示された電子素子搭載用基板の第1基板と、第2基板とをそれぞれ分解した斜視図である。 図1(a)に示された電子素子搭載用基板のA-A線における縦断面図である。 (a)は、図1(a)に示された電子素子搭載用基板に電子素子を搭載した状態を示す上面図であり、(b)は(a)のA-A線における縦断面図である。 (a)は、第2の実施形態における電子素子搭載用基板を示す上面図であり、(b)は(a)の下面図である。 図4に示された電子素子搭載用基板の第1基板と、第2基板とをそれぞれ分解した斜視図である。 (a)は、図5(a)に示された電子素子搭載用基板のA-A線における縦断面図であり、(b)は、図5(a)に示された電子素子搭載用基板のB-B線における縦断面図である。 (a)は、図5(a)に示された電子素子搭載用基板に電子素子を搭載した状態を示す上面図であり、(b)は(a)のA-A線における縦断面図である。 (a)は、第3の実施形態における電子素子搭載用基板を示す上面図であり、(b)は(a)の下面図である。 図9に示された電子素子搭載用基板の第1基板と、第2基板とをそれぞれ分解した斜視図である。 (a)は、図9(a)に示された電子素子搭載用基板のA-A線における縦断面図であり、(b)は、図9(a)に示された電子素子搭載用基板のB-B線における縦断面図である。 (a)は、図9(a)に示された電子素子搭載用基板に電子素子を搭載した状態を示す上面図であり、(b)は(a)のA-A線における縦断面図である。 (a)および(b)は、図9(a)に示された電子素子搭載用基板に電子素子を搭載した状態の他の例を示す上面図である。 (a)は、第4の実施形態における電子素子搭載用基板を示す上面図であり、(b)は(a)の下面図である。 図14に示された電子素子搭載用基板の第1基板、第3基板、第4基板と、第2基板とを分解した斜視図である。 (a)は、図14(a)に示された電子素子搭載用基板のA-A線における縦断面図であり、(b)は、図14(a)に示された電子素子搭載用基板のB-B線における縦断面図である。 (a)は、第4の実施形態における電子素子搭載用基板の他の例を示す上面図であり、(b)は(a)の下面図である。 図17に示された電子素子搭載用基板の第1基板、第3基板、第4基板と、第2基板とを分解した斜視図である。 (a)は、図17(a)に示された電子素子搭載用基板のA-A線における縦断面図であり、(b)は、図17(a)に示された電子素子搭載用基板のB-B線における縦断面図である。 (a)は、第4の実施形態における電子素子搭載用基板の他の例を示す上面図であり、(b)は(a)の下面図である。 (a)は、図20(a)に示された電子素子搭載用基板のA-A線における縦断面図であり、(b)は、図20(a)に示された電子素子搭載用基板のB-B線における縦断面図である。
本開示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)
本開示の第1の実施形態における電子素子搭載用基板1は、図1~図4に示された例のように、第1基板11と第2基板12とを含んでいる。電子装置は、例えば、電子素子等用基板1と、電子素子搭載用基板1の搭載部に搭載された電子素子2と、電子素子搭載用基板1が搭載された配線基板とを含んでいる。電子装置は、例えば、電子モジュールを構成するモジュール用基板上の接続パッドに接合材を用いて接続される。
本実施形態における電子素子搭載用基板1は、第1主面および第1主面と反対側に位置する第2主面を有した第1基板11と、平面視で第1基板11の内側に位置し、炭素材料からなり、厚み方向における第1主面側に位置した第3主面および第3主面と反対側に位置する第4主面を有する第2基板12と、平面視において、第2基板12を挟んで第1基板11に位置した複数のビア導体13とを有している。平面視において、第2基板12は、複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向(図1~図4ではx方向)の熱伝導より複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向(図1~図4ではy方向)の熱伝導が大きい。導体層14は、第1基板11の第1主面および第2主面に設けられており、ビア導体13の両端部に接続している。図1~図4において、電子素子2は仮想のxyz空間におけるxy平面に実装されている。図1~図4において、上方向とは、仮想のz軸の正方向のことをいう。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に電子素子搭載用基板1等が使用される際の上下を限定するものではない。
第1基板11は、図2に示す例において、斜視にて不可視となる第1基板11の外面および貫通穴11aの内面とを点線にて示している。第2基板12は、図1、図2、図4(a)に示す例において、網掛けにて示している。図1および図4(a)に示す例において、平面視において、ビア導体13の側面と導体層14とが重なる部分を点線にて示している。
第1基板11は、第1主面(図1~図4では上面)および第2主面(図1~図4では下面)を有している。第1主面と第2主面とは互いに反対側に位置している。第1基板11は、単層または複数の絶縁層からなり、平面視において、第1主面および第2主面のそれぞれに対して二組の対向する辺(4辺)を有した方形の板状の形状を有している。第1基板11は、電子素子2および第2基板12を支持するための支持体として機能される。
第1基板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。第1基板11は、例えば窒化アルミニウム質焼結体である場合であれば、窒化アルミニウム(AlN),酸化エルビニウム(Er23)、酸化イットリウム(Y23)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物を作製する。上記の泥漿物を、従来周知のドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用してシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製する。必要に応じて、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、高温(約1800℃)で焼成することによって、単層または複数の絶縁層からなる第1基板11が製作される。
第2基板12は、第1基板11の第1主面側に位置した第3主面(図1~図4では上面)および第4主面(図1~図4では下面)を有している。第3主面と第4主面とは互いに反対側に位置している。第2基板12は、図1~図4に示される例のように、第1基板11の内側に位置している。第2基板12は、第3主面に電子素子2を搭載する搭載部を有しており、電子素子2を支持するための支持体として機能される。
第2基板12は、例えば、炭素材料からなり、六員環が共有結合でつながったグラフェンが積層した構造体として形成される。各面がファンデルワールス力で結合された材料である。
ビア導体13は、第1基板11の厚み方向に設けられている。ビア導体13は、図1~図4に示す例において、第1基板11の第1主面と第2主面とを貫通して設けている。導体層14は、第1基板11の第1主面および第2主面に設けられており、ビア導体13の両端部に接続している。
また、複数のビア導体13は、平面視において、第2基板12を挟んで第1基板11に位置している。複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向とは、図1~図4に示す例において、x方向である。
ビア導体13および導体層14は、例えば、電子素子2と配線基板の配線導体とを電気的に接続するためのものである。また、導体層14は、ボンディングワイヤ等の接続部材3の接続部、配線基板の配線導体との接続部として用いられる。ビア導体13および導体層14は、電子素子2を作動させるために電流を印加した際に発熱する。
ビア導体13および導体層14は、例えばタングステン(W),モリブデン(Mo),マンガン(Mn),銀(Ag)または銅(Cu)等を主成分とする金属粉末メタライズである。例えば、第1基板11が窒化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、W,MoまたはMn等の高融点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メタライズペーストを、第1基板11用の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、第1基板11用の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、形成される。ビア導体13は、例えば、第1基板11用のセラミックグリーンシートに金型またはパンチングによる打ち抜き加工またはレーザー加工等の加工方法によって貫通導体の貫通孔を形成し、上記の貫通孔にビア導体13用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等の印刷手段によって印刷塗布して充填しておき、第1基板11用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成される。導体層14は、例えば、第1基板11用のセラミックグリーンシートの表面の所定の領域に導体層14用のメタライズペーストを上記印刷手段によって印刷塗布し、第1基板11用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成される。メタライズペーストは、上述の金属粉末に適当な溶剤およびバインダーを加えて混練することによって、適度な粘度に調整して作製される。なお、第1基板11との接合強度を高めるために、ガラス粉末、セラミック粉末を含んでいても構わない。
導体層14の第1基板11から露出する表面には、電気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および接続部材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順次被着される。金属めっき層によって、導体層14が腐食することを効果的に抑制できるとともに、導体層14とボンディングワイヤ等の接続部材3との接合、ならびに導体層14とモジュール用基板に形成された接続用の接続パッド41との接合を強固にできる。
また、金属めっき層は、ニッケルめっき層/金めっき層に限られるものではなく、ニッケルめっき層/パラジウムめっき層/金めっき層等を含むその他の金属めっき層であっても構わない。
第1基板11は、熱伝導率に優れた窒化アルミニウム質焼結体が好適に用いられる。第1基板11と第2基板12とは、第1基板11の貫通穴11aの内面と第2基板12の外面とが、例えば、TiCuAg合金、TiSnAgCu等の活性ろう材からなる接合材により接着される。接合材は、第1基板11と第2基板12との間に10μm程度の厚みに配置される。
第1基板11は、平面視にて、方形状をしており、平面視にて、第1主面および第2主面を貫通する方形状の貫通穴11aを有している。なお、第1基板11は枠状となっていてもよい。第2基板12は、平面視にて方形状をしている。第1基板11の貫通穴11aの内面と2基板12の側面とを接着することにより、方形状の複合基板が形成される。なお、方形状とは、正方形状、長方形状等の四角形状である。図1~図4に示す例において、平面視にて、第1基板11および第2基板12は正方形状をしており、正方形状の複合基板が形成される。
第1基板11の基板厚みT1は、例えば、100μm~2000μm程度であり、第2基板12の基板厚みT2は、例えば、100μm~2000μm程度である。第1基板11の厚みT1と第2基板12の厚みT2とは、同程度の厚みに形成される(0.9T1≦T2≦1.1T1)。
第1基板11の熱伝導率κは、図2に示す例のように、平面方向におけるx方向とy方向とで略一定であり、第1基板11の厚み方向におけるz方向も平面方向におけるx方向とy方向と同等である(κx≒κy≒κz)。例えば、第1基板11として、窒化アルミニウム質焼結体が用いられる場合、第1基板11は、100~200W/m・K程度の熱伝導率κである基板が用いられる。
第2基板12の熱伝導率λは、平面方向におけるx方向とy方向とで大きさが異なっている。第2基板12の熱伝導率λは、平面方向におけるy方向と厚み方向におけるz方向とが同等であり、平面方向におけるx方向が異なっている。図2に示す、第2基板12のそれぞれの方向における熱伝導率λx、λy、λzの関係は、「熱伝導率λy≒熱伝導率λz>>熱伝導率λx」である。例えば、第2基板12の熱伝導率λyおよび熱伝導率λzは、1000W/m・K程度であり、第2基板12の熱伝導率λxは、4W/m・K程度である。なお、本実施形態の図および後述する実施形態の図において、便宜上、熱伝導率κx、κy、κz、λx、λy、λzのいずれかを省略したものを含んでいる。
電子素子搭載用基板1の第2基板12の搭載部上に、電子素子2を搭載することによって、電子装置を作製することができる。電子素子2は、図4に示す例のように、ビア導体13に挟まれるように第2基板12の搭載部上に位置する。なお、電子素子2を搭載した電子素子搭載用基板1を配線基板もしくは電子素子搭載用パッケージに搭載することによって電子装置を作製する場合であっても構わない。電子素子搭載用基板1に搭載される電子素子2は、例えばLD(Laser Diode)、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子、PD(Photo Diode)等の受光素子である。例えば、電子素子2は、Au-Sn等の接合材によって、第2基板12の搭載部上に固定された後、ボンディングワイヤ等の接続部材3を介して電子素子2の電極と導体層14とが電気的に接続されることによって電子素子搭載用基板1に搭載される。電子素子搭載用基板1が搭載される配線基板もしくは電子素子搭載用パッケージを用いる場合、配線基板または電子素子搭載用パッケージは、例えば、第1基板11と同様に、セラミックス等からなる絶縁基体を用いることができ、表面に配線導体を有している。そして、電子素子搭載用基板1が搭載される配線基板もしくは電子素子搭載用パッケージを用いる場合、電子素子搭載用基板1の導体層14と配線基板もしくは電子素子搭載用パッケージの配線導体とが電気的に接続される。
本実施形態の電子素子搭載用基板1によれば、第1主面および第1主面と反対側に位置する第2主面を有した第1基板11と、平面視で第1基板11の内側に位置し、炭素材料からなり、厚み方向における第1主面側に位置した第3主面および第3主面と反対側に位置する第4主面を有する第2基板12と、平面視において、第2基板12を挟んで第1基板11に位置した複数のビア導体13とを有しており、平面視において、第2基板12は、複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向の熱伝導より複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向の熱伝導が大きい。上記構成により、例えば電子装置の作動時にビア導体13が発熱した場合に、ビア導体13から第2基板12に伝わった熱は、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
また、電子素子2として発光素子を用いる場合、発光素子の出力が低下することを抑制し、発光素子を良好に発光することができる電子素子搭載用基板とすることができる。
また、電子素子2の熱は、第2基板12の複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向および第2基板12の厚み方向に伝わるものとなり、電子素子2の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
本実施形態の電子装置によれば、上記構成の電子素子搭載用基板1と、電子素子搭載用基板1の搭載部に搭載された電子素子2とを有していることによって、長期信頼性に優れた電子装置とすることができる。
本実施形態の電子装置が、電子素子搭載用基板1の導体層とモジュール用基板の接続パッドに半田等の接合材を介して接続されて、電子モジュールとなり、電子素子2とモジュール用基板の接続パッドとが電気的に接続される。
また、電子装置が、電子素子搭載用基板1が搭載された配線基板または電子素子収納用パッケージを有している場合、配線基板または電子素子収納用パッケージの配線導体とモジュール用基板の接続パッドに半田等の接合材を介して接続されて、電子モジュールとなる。上記により、電子素子2とモジュール用基板の接続パッドとが電気的に接続される。
本実施形態の電子モジュールによれば、上記構成の電子装置と、電子装置が接続されたモジュール用基板とを有することによって、長期信頼性に優れたものとすることができる。
また、平面視で複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向(図1ではx方向)の縦断面視において、第2基板12は、厚み方向に垂直に交わる方向より厚み方向の熱伝導が大きくなっている(λz>>λx)と、第2基板12に伝わったビア導体13の熱は、第2基板12の内部に留まりにくいものとなり、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
第1基板11の内部に設けたビア導体13および第1基板11の第1主面および第2主面に設けた導体層14は、上述の例では、コファイア法により形成しているが、ビア導体13および導体層14は、従来周知の薄膜法およびめっき法により形成しても構わない。また、第1基板11の第1主面または第2主面に設けた導体層14は、従来周知のポストファイア法等を用いた導体層14であっても構わない。
ビア導体13および導体層14が薄膜層およびめっき法からなる場合は、第1基板11と第2基板12とを接合材により接合して複合基板を製作した後、第1基板11にビア導体13および導体層14を設けることで、電子素子搭載用基板1が良好に形成される。
(第2の実施形態)
次に、本開示の第2の実施形態による電子装置について、図5~図8を参照しつつ説明する。
第2の実施形態における電子素子搭載用基板1において、上記した実施形態の電子素子搭載用基板1と異なる点は、平面視において、複数のビア導体13が、第2基板12の熱伝導が大きい方向(図5~図8ではy方向)に連なっている点である。なお、図7(b)において、第1基板11と第2基板12との位置関係を示すため、便宜上、第2基板12の外縁を点線で示している。
第2の実施形態における電子素子搭載用基板1は、平面視において、第2基板12の熱伝導が大きい方向に少なくとも2つ以上のビア導体13が連なることでビア導体群13Gを形成している。図5~図8に示す例において、平面視において、3つのビア導体13が、それぞれ第2基板12の熱伝導が大きい方向に連なっており、第2基板12を挟んで第1基板11に位置した複数のビア導体群13Gを有している。第2の実施形態における電子素子搭載用基板1において、第2基板12は、平面視で複数のビア導体群13Gが第2基板12を挟んで位置した方向(図5~図8ではx方向)の熱伝導より複数のビア導体群13Gが第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向(図5~図8ではy方向)の熱伝導が大きくなっている(λy≒λz>>λx)。電子素子2は、図8に示す例のように、複数のビア導体13からなるビア導体群13Gに挟まれるように第2基板12の搭載部上に位置する。
第1基板11は、図6に示す例において、斜視にて不可視となる第1基板11の外面および貫通穴11aの内面とを点線にて示している。第2基板12は、図5、図6、図8(a)に示す例において、網掛けにて示している。図5および図8(a)に示す例において、平面視において、ビア導体13の側面と導体層14とが重なる部分を点線にて示している。
第2の実施形態における電子素子搭載用基板1によれば、上記した実施形態の電子素子搭載用基板1と同様に、ビア導体13から第2基板12に伝わった熱は、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って位置した複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
また、電子素子2として発光素子を用いる場合、発光素子の出力が低下することを抑制し、発光素子を良好に発光することができる電子素子搭載用基板とすることができる。
また、電子素子2の熱は、第2基板12において、複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向および第2基板12の厚み方向に伝わるものとなり、電子素子2の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
また、第2の実施形態の電子素子搭載用基板1において、複数のビア導体13が、平面視で第2基板12の熱伝導が大きい方向に連なっており、複数のビア導体13におけるそれぞれのビア導体13の熱が第1基板11に留まりにくいものとなり、第2基板12に伝わったビア導体13の熱が、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って位置した複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを効果的に抑制することができる。
第1基板11は、平面視にて、方形状をしており、平面視にて、第1主面および第2主面を貫通する方形状の貫通穴11aを有している。なお、第1基板11は枠状であってもよい。第2基板12は、平面視にて方形状をしている。第1基板11の貫通穴11aの内面と2基板12の側面とを接着することにより、方形状の複合基板が形成される。なお、方形状とは、正方形状、長方形状等の四角形状である。図5~図8に示す例において、平面視にて、第1基板11および第2基板12は正方形状をしており、正方形状の複合基板が形成される。
また、複数のビア導体群13Gが有するビア導体13の数は、それぞれのビア導体群13Gにおいて同じであると、平面視において、第2基板12を挟んだ両側から第2基板12に伝熱するビア導体群13の熱は同等となり、熱分布が対照なものとなりやすいものとなり、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って位置した複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に同等に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを効果的に抑制することができる。
また、平面視において、第2基板12が方形状であり、複数のビア導体13(ビア導体群13G)は、第2基板12の相対する辺に沿って連なっていると、複数のビア導体13(ビア導体群13G)におけるそれぞれのビア導体13の熱が第2基板12に同等に伝わりやすいものとなり、第2基板12に伝わったビア導体群13の熱が、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って位置した複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを効果的に抑制することができる。
平面視にて、第2基板12の熱伝導が大きい方向における第2基板12の両端部は、図5に示す例のように、第2基板12の熱伝導が大きい方向に連なっている複数のビア導体13のうち、端部に位置するビア導体13よりも外側に位置すると、ビア導体13から第2基板12に伝わった熱が、第2基板12の熱伝導が大きい方向における第2基板12の端部から電子素子2への伝熱が抑制され、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
また、図5(b)に示す例のように、第1基板11は、第1基板11の外縁に沿って位置した複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に補助層15を有していると、補助層15を、配線基板または電子素子収納用パッケージの配線導体、あるいはモジュール用基板の接続パッドに接続して、第1基板11に伝わった熱を、配線基板または電子素子収納用パッケージ、あるいはモジュール用基板に伝熱させることで、良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを効果的に抑制することができる。
第2の実施形態の電子素子搭載用基板1は、その他は上述の実施形態の電子素子搭載用基板1と同様の製造方法を用いて製作することができる。
(第3の実施形態)
次に、本開示の第3の実施形態による電子装置について、図9~図12を参照しつつ説明する。
第3の実施形態における電子素子搭載用基板1において、上記した実施形態の電子素子搭載用基板1と異なる点は、第2基板12の相対する辺と、複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向とが斜めに交わっている点である。なお、図11(b)において、第1基板11と第2基板12との位置関係を示すため、便宜上、第2基板12の外縁を点線で示している。
第3の実施形態における電子素子搭載用基板1は、第2の実施形態の電子素子搭載用基板1と同様に、平面視において、2つ以上のビア導体13が連なることでビア導体群13Gを形成している。図9~図12において、平面視において、3つのビア導体13が、連なっており、第2基板12を挟んで第1基板11に位置した2つのビア導体群13Gを有している。
第2基板12の相対する辺と、複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向とが斜めに交わっているとは、第2基板12を挟んで第1基板11に位置したビア導体13を通る仮想直線N-Nと、第2基板12の相対する辺とが斜めに交わっていることを示している。
平面視において、第2基板12を挟んで第1基板11に位置した2つのビア導体群13Gは、図9~図12に示す例のように、第1基板11、第2基板12、電子素子搭載用基板1の中央部を中心とした点対称に配置されている。ビア導体13がビア導体群13Gの場合は、第2基板12を挟んで第1基板11に位置したビア導体群13Gの中心を通る仮想直線N-Nと、第2基板12の相対する辺とが斜めに交わっていることを示している。
第3の実施形態における電子素子搭載用基板1において、複数のビア導体群13Gが第2基板12を挟んで位置した方向の熱伝導より複数のビア導体群13Gが第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向の熱伝導が大きくなっている(λy≒λz>>λx)。すなわち、第2基板12を挟んで第1基板11に位置したビア導体13(ビア導体群13Gの中心)を通る仮想直線の方向より、第1基板11に位置したビア導体13(ビア導体群13Gの中心)を通る仮想直線の方向に垂直に交わる方向の熱伝導が大きくなっている(λy≒λz>>λx)。
第1基板11は、図10に示す例において、斜視にて不可視となる第1基板11の外面および貫通穴11aの内面とを点線にて示している。第2基板12は、図9、図10、図12(a)に示す例において、網掛けにて示している。図9および図12(a)に示す例において、平面視において、ビア導体13の側面と導体層14とが重なる部分を点線にて示している。
第3の実施形態における電子素子搭載用基板1によれば、上記した実施形態の電子素子搭載用基板1と同様に、ビア導体13から第2基板12に伝わった熱は、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って位置した複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
また、第2基板12に伝わった熱は、第1基板11に位置したビア導体13(ビア導体群13Gの中心)を通る仮想直線の方向に垂直に交わる方向に良好に伝わるので、ビア導体群13Gにおける隣接するビア導体13の熱を良好に伝熱し、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
また、電子素子2として発光素子を用いる場合、発光素子の出力が低下することを抑制し、発光素子を良好に発光することができる電子素子搭載用基板とすることができる。
第1基板11は、平面視にて、方形状をしており、平面視にて、第1主面および第2主面を貫通する方形状の貫通穴11aを有している。なお、第1基板11は枠状であってもよい。第2基板12は、平面視にて方形状をしている。第1基板11の貫通穴11aの内面と2基板12の側面とを接着することにより、方形状の複合基板が形成される。なお、方形状とは、正方形状、長方形状等の四角形状である。図1~図4に示す例において、平面視にて、第1基板11および第2基板12は正方形状をしており、正方形状の複合基板が形成される。
また、第2基板12を挟んで第1基板11に位置したビア導体13(ビア導体群13Gの中心)を通る仮想直線と第2基板12の辺とがなす角度θは、10~80度であってもよい。
また、図13(a)に示す例のように、電子素子2の外辺が、第1基板11に位置したビア導体13(ビア導体群13Gの中心)を通る仮想直線N-Nの方向と垂直に交わっていると、複数のビア導体13から第2基板12に伝わった熱が、電子素子2から離れて伝わりやすいものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
更に、図13(b)に示す例のように、それぞれの電子素子2が、第1基板11に位置したビア導体13(ビア導体群13Gの中心)同士を通る仮想直線N-Nの方向に垂直に交わる方向に対して斜めに連なって位置するように、複数の電子素子2を搭載した際には、隣接する電子素子2の方向に伝わる電子素子2の熱を抑制することでき、個々の電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
平面視にて、図12および図13に示す例のように、第1基板11に位置したビア導体13(ビア導体群13Gの中心)同士を通る仮想直線N-Nの方向に垂直に交わる方向に見た際に、複数のビア導体13が電子素子2重ならないように位置していると、ア導体13から第2基板12に伝わった熱が、電子素子2への伝熱が抑制され、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
なお、図13(a)および図13(b)に示す例において、図12に示す例と同様に、平面視において、ビア導体13の側面と導体層14とが重なる部分を点線にて示している。
また、電子素子2として発光素子を用いる場合、発光素子の出力が低下することを抑制し、複数の発光素子を良好に発光することができる電子素子搭載用基板とすることができる。
なお、電子素子2の外辺を延長した仮想直線とビア導体13(ビア導体群13G)とが交わらないようにしておくと、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
第3の実施形態の電子素子搭載用基板1は、その他は上述の実施形態の電子素子搭載用基板1と同様の製造方法を用いて製作することができる。
(第4の実施形態)
次に、本開示の第4の実施形態による電子装置について、図14~図16を参照しつつ説明する。
第4の実施形態における電子素子搭載用基板1において、上記した実施形態の電子素子搭載用基板1と異なる点は、第2基板12の第3主面または第4主面に、他の基板(第3基板16、第4基板17)を有している点である。なお、図16(b)において、第1基板11と第2基板12との位置関係を示すため、便宜上、第2基板12の外縁を点線で示している。
第4の実施形態における電子素子搭載用基板1において、第3基板16の主面(図14~図16では上面)の第2基板12と重なる領域が、電子素子2の搭載部として用いられる。
第1基板11は、図14に示す例において、斜視にて不可視となる第1基板11の外面および貫通穴11aの内面とを点線にて示している。第2基板12は、図15に示す例において、網掛けにて示している。図14に示す例において、平面透視において、第2基板12の側面と、ビア導体13の側面と、導体層14とが重なる部分をそれぞれ点線にて示している。
第4の実施形態における電子素子搭載用基板1によれば、上記した実施形態の電子素子搭載用基板1と同様に、ビア導体13から第2基板12に伝わった熱は、ビア導体13の厚み(z方向)全体において、第2基板12の外縁部から、第1基板11の外縁に沿って位置した複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向に伝わるものとなり、ビア導体13から電子素子2への伝熱が抑制され、ビア導体13の熱を良好に放熱し、電子素子2の出力が低下することを抑制することができる。
また、図14~図16に示す例のように、第4基板17の主面(図14~図16では下面)に、導体層14を大きく形成すると、配線基板または電子素子収納用パッケージの配線導体、あるいはモジュール用基板の接続パッドとの接合を良好にすることができ、電子素子2の熱を配線基板または電子素子収納用パッケージ、あるいはモジュール用基板へと良好に伝熱させることができる。
また、電子素子2として発光素子を用いる場合、発光素子の出力が低下することを抑制し、発光素子を良好に発光することができる電子素子搭載用基板とすることができる。
第1基板11は、平面視にて、方形状をしており、平面透視にて、第1主面および第2主面を貫通する方形状の貫通穴11を有している。なお、第1基板11は枠状であってもよい。第2基板12は、平面視にて方形状をしている。第3基板16は、平面視にて、方形状をしている。第4基板17は、平面視にて、方形状をしている。第1基板11の貫通穴11aの内面と第2基板12の側面とを接着し、第2基板12の第3主面と第3基板16、第2基板12の第4主面と第4基板17とを接着することにより、方形状の複合基板が形成される。また、第1基板11の第1主面と第3基板16、第1基板11の第2主面と第4基板17とを接着してもよい。なお、方形状とは、正方形状、長方形状等の四角形状である。図1~図4に示す例において、平面視にて、第1基板11および第2基板12は正方形状をしており、正方形状の複合基板が形成される。
第3基板16および第4基板17は、上述の第1基板11と同様の材料および方法により製作することができる。第3基板16および第4基板17の熱伝導率κ2は、第1基板11と同様に、平面方向におけるx方向とy方向とで略一定であり、第4基板14の厚み方向におけるz方向も平面方向におけるx方向とy方向と同等である(κx2≒κy2≒κz2)。例えば、第1基板16として、窒化アルミニウム質焼結体が用いられる場合、第1基板16は、100~200W/m・K程度の熱伝導率κ2である基板が用いられる。
第1基板11と第2基板12が、第3基板16および第4基板17との間に位置していることから、第1基板11と第2基板12との熱膨張の違いによる電子素子搭載用基板1の歪みが抑制され、電子素子2の位置ずれ、または電子素子搭載用基板1の歪みを抑制することで良好に光を放出しやすくすることができる。
特に、第3基板16および第4基板17が、第1基板11と実質的に同一材料の絶縁体を用いている、すなわち、例えば、第1基板11として、150W/m・Kの窒化アルミニウム質焼結体を用いている場合、第3基板16および第4基板17として、150W/m・Kの窒化アルミニウム質焼結体を用いていると、より効果的に電子素子搭載用基板1の歪みを抑制することで良好に光を放出しやすくすることができる。
また、第3基板16の厚みT3は、例えば、50μm~500μm程度である。また、第4基板17の厚みT4は、例えば、50μm~500μm程度である。第3基板16の厚みT3と第4基板17の厚みT4とは、10%程度の範囲内において同等の厚みで設けられている(0.90T4≦T3≦1.10T4)と、より効果的に電子素子搭載用基板1の歪みを抑制することで良好に光を放出しやすくすることができる。例えば、第3基板T3の厚みが100μmである場合、第4基板17の厚みは、100μm(90μm~110μm)であってもよい。
また、第3基板16の厚みT3は、第1基板11の厚みT1および第2基板12の厚みT2よりも小さく、第4基板17の厚みT4は、第1基板11の厚みT1および第2基板12の厚みT2よりも小さいと、電子素子2の熱を配線基板または電子素子収納用パッケージ、あるいはモジュール用基板へと良好に伝熱させることができ、より効果的に電子素子搭載用基板1の歪みを抑制することで良好に光を放出しやすくすることができる。
図14~図16に示す例において、第1基板11は正方形の枠状をしており、第2基板12、第3基板16、第4基板17は、長方形状をしており、第1基板11、第2基板12、第3基板13、第4基板14を接着することにより、長方形状の複合基板が形成される。
第3基板16および第4基板17にも、第1基板11と同様に、ビア導体13および導体層14が設けられている。第4の実施形態の電子素子搭載用基板1において、ビア導体13および導体層14は、従来周知の薄膜法およびめっき法により形成してもよい。例えば、複合基板を形成した後、複合基板にビア導体13となる貫通孔を形成し、ビア導体13と導体層14とを形成しても構わない。
また、第3基板16または第4基板17は、図17~図19に示す例のように、第2基板12の第3主面と第4主面、さらに第1基板11の第1主面おける内縁および第2主面おける内縁を覆うように配置しても良いし、図20および図21に示す例のように、第3基板16が第1基板11の第1主面および第2基板12の第3主面を覆い、第4基板17が第1基板11の第2主面および第2基板12の第4主面を覆い、第1基板11に設けた導体層14が露出するような貫通部を第3基板16および第4基板17に設けた構成としても構わない。上記において、第3基板16および第4基板17にビア導体13および導体層14を設ける必要がないので、効率よく、電子素子搭載用基板1を形成することができる。なお、図19(b)、図21(b)において、第1基板11と第2基板12との位置関係を示すため、便宜上、第2基板12の外縁を点線で示している。
第4の実施形態の電子素子搭載用基板1は、その他は上述の実施形態の電子素子搭載用基板1と同様の製造方法を用いて製作することができる。
本開示は、上述の実施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、第1の実施形態の電子素子搭載用基板~第4の実施形態の電子素子搭載用基板1において、複合基板の角部に切欠き部または面取り部を有している方形状であっても構わない。
また、例えば、第3の実施形態の電子素子搭載用基板1において、第4の実施形態の電子素子搭載用基板1と同様に、第2基板12の第3主面に第3基板16を配置し、第2基板12の第4主面に第4基板17を配置していても構わない。
また、上述の第1~第4の実施形態の電素素子搭載用基板1を組み合わせた電子素子搭載用基板1であっても構わない。例えば、第4の実施形態の電子素子搭載用基板1において、第3の実施形態の電子素子搭載用基板1と同様に、第2基板12の相対する辺と、複数のビア導体13が第2基板12を挟んで位置した方向とが斜めに交わっていても構わない。

Claims (8)

  1. 第1主面および該第1主面と反対側に位置する第2主面を有した第1基板と、
    平面視で該第1基板の内側に位置し、炭素材料からなり、厚み方向における前記第1主面側に位置した第3主面および該第3主面と反対側に位置する第4主面を有する第2基板と、
    平面視において、該第2基板を挟んで前記第1基板に位置した複数のビア導体とを有しており、
    平面視において、前記第2基板は、前記複数のビア導体が前記第2基板を挟んで位置した方向の熱伝導より前記複数のビア導体が前記第2基板を挟んで位置した方向に垂直に交わる方向の熱伝導が大きいことを特徴とする電子素子搭載用基板。
  2. 平面視で前記複数のビア導体が前記第2基板を挟んで位置した方向の縦断面視において、前記第2基板は、厚み方向に垂直に交わる方向より厚み方向の熱伝導が大きいことを特徴とする請求項1に記載の電子素子搭載用基板。
  3. 平面視において、前記複数のビア導体は、前記第2基板の熱伝導が大きい方向に連なっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子素子搭載用基板。
  4. 平面視において、前記第2基板が方形状であり、前記複数のビア導体は、前記第2基板の相対する辺に沿って連なっていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電子素子搭載用基板。
  5. 平面視において、前記第2基板が方形状であり、前記第2基板の相対する辺と、前記複数のビア導体が前記第2基板を挟んで位置した方向とが斜めに交わっていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電子素子搭載用基板。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の電子素子搭載用基板と、
    該電子素子搭載用基板の搭載部に搭載された電子素子とを有していることを特徴とする電子装置。
  7. 前記電子素子搭載用基板が搭載された配線基板または電子素子収納用パッケージを有していることを特徴とする請求項6に記載の電子装置。
  8. 請求項6または請求項7に記載の電子装置と、
    該電子装置が接続されたモジュール用基板とを有することを特徴とする電子モジュール。
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