JP7159343B2 - 配線基板、複合基板および電気装置 - Google Patents

Description

本開示は、配線基板、複合基板および電気装置に関する。

従来より、半導体素子や発光素子などの機能部品、あるいはコンデンサなどの受動部品を実装するために、有機樹脂製またはセラミック製の配線基板が多用されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２００５－３２７８７号公報 特開２０１２－１８２３８２号公報

実施形態の一態様に係る配線基板は、基材が、該基材の一方側に外部に向けて突出する突出部を有しており、該突出部は主面の中央部が外周縁より盛り上がった形状であり、前記主面に複数の外部接続端子が配置されている。

実施形態の一態様に係る複合基板は、上記の配線基板と、金属製の枠部材と、を備えており、該枠部材は、前記基材を平面視したときに、前記突出部の形状に相当する開口部を有しており、前記枠部材は、前記開口部が前記突出部を囲みつつ、該突出部の周囲を埋めるように配置されている。

実施形態の一態様に係る電気装置は、上記配線基板のおもて面に電気素子を備えている。

本開示の実施形態に係る実装構造体の一態様を示す斜視図である。 図１のｉｉ－ｉｉ線断面図である。 図２に示したＰ１部の拡大図である。 図２に示したＰ２部の拡大図である。 本開示の実施形態に係る複合基板の一態様を示す斜視図である。 図５のｖｉ－ｖｉ線断面図である。 本開示の実施形態に係る電気装置の一態様を示す斜視図である。 図７のｖｉｉｉ－ｖｉｉｉ線断面図である。 本開示の実施形態に係る電気装置の他の態様を示す斜視図である。 図９のｘ－ｘ線断面図である。 実施形態に係る配線基板の他の態様を示す断面図である。 実施形態に係る配線基板の他の態様を示す断面図である。 実施形態に係る配線基板の他の態様を示す断面図である。 実施形態に係る配線基板の他の態様を示す断面図である。 実施形態に係る配線基板の他の態様を示す断面図である。 図１５のｘｖ－ｘｖ線断面図である。 実施形態に係る配線基板の他の態様を示す断面図である。 図１７のｘｖｉｉｉ－ｘｖｉｉｉ線断面図である。 実施形態の複合基板の他の態様を示す分解斜視図である。 図１９のｘｘ－ｘｘ線断面図である。 実施形態の複合基板の他の態様を示す分解斜視図である。 図２１のｘｘｉｉ－ｘｘｉｉ線断面図である。 本開示の実施形態に係る配線基板の製造に用いる積層成形体の断面模式図である。 図１１に示した積層成形体の一部であるベース部成形体の断面模式図である。 図１１に示した積層成形体の一部である凸部成形体の断面模式図である。 ベース部成形体と凸部成形体とを積層する状態を示す断面模式図である。

以下に示す実施形態は、実装面積を小さくでき、放熱性を高めることのできる配線基板、複合基板および電気装置を提供するものである。ここでは、図１および図２に示す通り、説明の便宜上、配線基板が外部回路基板に実装された実装構造体を用いて説明する。図１は、本開示の実施形態に係る実装構造体の一態様を示す斜視図である。図２は、図１のｉｉ－ｉｉ線断面図である。図３は、図２に示したＰ１部の拡大図である。図４は、図２に示したＰ２部の拡大図である。

実施形態の実装構造体Ａは外部回路基板Ｂの表面上に配線基板Ｃを有する。配線基板Ｃは基材１と導体部３とを有する。基材１は、一方側に、外部に向けて突出する突出部１ｄを有している。ここで、一方側というのは、突出部１ｄが設けられている裏面１ａ側のことである。図２において、突出部１ｄは、外部回路基板Ｂに向けて突出している部分である。また、突出部１ｄの主面を第１面１ｄａと表記する場合がある。基材１の裏面１ａとは反対側の面をおもて面１ｅとする。基材１において、突出部１ｄ以外の部位をベース部１ｆとする。突出部１ｄはベース部１ｆ上の任意の位置に配置されていても良いが、突出部１ｄはベース部１ｆの中央に配置されているのが良い。つまり、突出部１ｄとベース部１ｆとは平面視したときの中心の位置が同じであるのが良い。突出部１ｄの第１面１ｄａには、導体部３として、外周縁１ｂに外部接続端子３ａが設けられている。外部接続端子３ａは、外部回路基板Ｂとの間で電気的な接続を行うためのものである。外部回路基板Ｂは、複数の接続パッドＢ１を有する。ここで、外周縁１ｂとは、突出部１ｄを平面視したときに、突出部１ｄの中央１ａａから突出部１ｄの側面１ｄｄまでの長さの１／２の位置よりも外側の領域である。

突出部１ｄの第１面１ｄａに設けられた複数の外部接続端子３ａと、外部回路基板Ｂに設けられた複数の接続パッドＢ１とは、不図示の接合材を介して電気的に接続されている。突出部１ｄの外径Ｄ２は基材１の外径Ｄ１よりも小さい。配線基板Ｃでは、外部接続端子３ａが基材１よりも外径の小さい突出部１ｄの第１面１ｄａに設けられている。外部接続端子３ａが基材１のおもて面１ｅに設けられる場合に比較して、配線基板Ｃにおける外部接続端子３ａ同士の距離Ｌが短い。

配線基板Ｃを構成する基材１は熱膨張などによって寸法が変化する。配線基板Ｃでは、熱膨張により配線基板Ｃの寸法が変化しても、外部接続端子３ａ間の変形量が小さい。これにより突出部１ｄに設けられた外部接続端子３ａと、外部回路基板Ｂに設けられた接続パッドＢ１との間の接続信頼性を高めることができる。

また、図２に示しているように、突出部１は、主面である第１面１ｄａが凸状に突出した形状である。言い換えると、突出部１ｄは主面の中央部が外周縁側となる周縁１ａｂより盛り上がった形状である。言い換えると、第１面１ｄａは、内側１ｃとなっている中央１ａａが外周縁側の周縁１ａｂより盛り上がった形状である。つまり、突出部１は、中央１ａａにおける厚みｔ１が周縁１ａｂにおける厚みｔ２よりも厚い。ここで、図２に示しているように、突出部１ｄの第１面１ｄａにおける周縁１ａｂの位置と外部回路基板Ｂの表面Ｂ２との間の間隔をｇ１とする。突出部１ｄの第１面１ｄａにおける中央１ａａの位置と外部回路基板Ｂの表面Ｂ２との間の間隔をｇ２とする。配線基板Ｃでは、ｇ２がｇ１よりも小さい。すなわち、突出部１ｄは、中央１ａａの位置の方が周縁１ａｂの位置よりも外部回路基板Ｂの表面Ｂ２との間の間隔が狭い。言い換えると、突出部１ｄの第１面１ｄａは、中央１ａａの位置の方が周縁１ａｂの位置よりも外部回路基板Ｂの表面Ｂ２に近い。このため、突出部１ｄの中央１ａａから外部回路基板Ｂの表面Ｂへ熱がより移動しやすい。この場合、突出部１ｄの第１面１ｄａは外部回路基板Ｂの表面Ｂ２側に向けて突出する湾曲状であるのが良い。

基材１に適用する材料としては、アルミナ、コージエライト、窒化アルミニウムなど、高絶縁性のセラミックスが良い。導体部３に適用する材料としては、上記したセラミックスとの同時焼成が可能になるという点から、銅、タングステン、モリブデンおよびこれらのうちの少なくとも２種の金属を含む合金または金属間化合物が良い。外部回路基板Ｂには、ＦＲ－４などの有機系の積層配線板が良い。

配線基板Ｃには、導体部３として、外部接続端子３ａの他に、図２に示しているように、内部配線３ｂ、ビア導体３ｃおよび素子用接続端子３ｄを有していてもよい。図１では内部配線３ｂは省略している。

素子用接続端子３ｄおよび外部接続用端子３ａを個々に見たときに、配線基板Ｃを構成している導体部３の一つである外部接続用端子３ａの面積は、基材１のおもて面１ｅ側に配置された素子用接続端子３ｄの面積よりも小さい方が良い。基材１の裏面１ａ側の第１面１ｄａに配置された外部接続用端子３ａの面積がおもて面１ｅ側に配置された素子用接続端子３ｄの個々の面積よりも小さいと、外部接続用端子３ａ間のピッチを狭くすることができる。これによりおもて面１ｅ側よりも面積の小さい突出部１ｄの第１面１ｄａにより多くの外部接続用端子３ａを配置させることができる。また、第１面１ｄａに配置された多くの外部接続用端子３ａによって外部接続用端子３ａからの放熱性を高めることができる。また、反対に、素子用接続端子３ｄの個々の面積が大きいと、素子用接続端子３ｄ自体の放熱体としての機能が高まる。素子用接続端子３ｄ上に搭載する電気素子から発生する熱が放熱されやすくなり、配線基板Ｃの放熱性が高まる。

次に、突出部１ｄの第１面１ｄａに設けた外部接続端子３ａの形状について説明する。配線基板Ｃは、突出部１ｄの第１面１ｄａに複数の外部接続端子３ａを有する。外部接続端子３ａは突出部１ｄの主面である第１面１ｄａに設けられている。外部接続端子３ａが突出部１ｄの第１面１ｄａに設けられた状態では、外部接続端子３ａの側面３ａｓは露出した状態である。ここで、外部接続端子３ａの側面３ａｓとは、突出部１ｄの第１面１ｄａに対してほぼ垂直な方向である。外部接続端子３ａの側面３ａｓは露出した状態であると、外部接続端子３ａに露出した部分が存在するため、外部接続端子３ａからの放熱性が高まる。この場合、外部接続端子３ａの側面３ａｓは凸状あるいは凹状に湾曲していても良い。外部接続端子３ａの側面３ａｓが凸状あるいは凹状に湾曲した形状であると、外部接続端子３ａの側面３ａｓが平坦な形状である場合に比べて、外部接続端子３ａの側面の面積が大きい。外部接続端子３ａの側面３ａｓの面積が大きいため、配線基板Ｃの放熱性がさらに高まる。

また、図３に示すように、外部接続端子３ａは、基材１の外周縁１ｂ側の厚みｔ３が内側１ｃの厚みｔ４よりも厚い。突出部１ｄの第１面１ｄａに設けられた複数の外部接続端子３ａは、いずれも基材１の外周縁１ｂ側の厚みｔ３が内側１ｃの厚みｔ４よりも厚い形状であるのがよい。外部接続端子３ａのビア導体３ｃとの接続面３ａｂは、突出部１ｄの第１面１ｄａに沿う形状であるのがよい。外部接続端子３ａの接続パッドＢ１との接合面３ａａは外部回路基板Ｂの表面Ｂ２もしくは基材１の裏面１ｅにほぼ平行であるのが良い。外部接続端子３ａと接続パッドＢ１との接合面３ａａは外部回路基板Ｂの表面Ｂ２もしくは基材１の裏面１ｅに平行であるのがよい。外部接続端子３ａと接続パッドＢ１との接合面３ａａは外部回路基板Ｂの表面Ｂ２もしくは基材１の裏面１ｅに平行であると、突出部１ｄの第１面１ｄａが外側に向けて突出していても外部回路基板Ｂの表面Ｂ２から基材１の裏面１ｅまでの高さｈを均等にすることができる。裏面１ｅに搭載される機能素子が例えばレーザー素子などに代表される発光素子である場合に、発光素子の光の方向を安定化させることが可能になる。

配線基板Ｃは、導体部３として、外部接続端子３ａの他に、図２に示しているように、内部配線３ｂ、ビア導体３ｃおよび素子用接続端子３ｄを有する。外部接続端子３ａ、内部配線３ｂ、ビア導体３ｃおよび素子用接続端子３ｄは、基材１において、突出部１ｄの第１面１ｄａからおもて面１ｅに達し、双方の表面に露出している。素子用接続端子３ｄ側に発生した熱を外部接続端子３ａ側まで、これらの導体部３を介して移動させることが容易となる。

次に、基材１における突出部１ｄの裾野の形状について説明する。基材１における突出部１ｄを除く部分をベース部１ｆとする。ベース部１ｆにおいて、突出部１ｄの外側の部分をベース周縁部１ｆａとする。ベース部１ｆにおいて、突出部１ｄと重なる部分をベース中央部１ｆｂとする。ベース周縁部１ｆａの表面１ｆａａから突出部１ｄの側面１ｄｄに繋がる部位を庇奥表面１ｄｂとする。庇奥表面１ｄｂは凹状に湾曲している。

次に、図４に示すように、ベース周縁部１ｆａの表面１ｆａａに沿う直線Ｌ１と突出部１ｄの側面１ｄｄに沿う直線Ｌ２とを設定する。基材１において、直線Ｌ１と直線Ｌ２とが交わる交点をＣ１とする。庇奥表面１ｄｂがベース周縁部１ｆａの表面１ｆａａに沿うように引いた直線Ｌ１から反れる点をＣ２とする。庇奥表面１ｄｂが突出部１ｄの側面１ｄｄに沿うように引いた直線Ｌ２からそれる点をＣ３とする。基材１中で上記交点Ｃ１と、点Ｃ２および点Ｃ３の各点を結んだ領域を庇（ひさし）奥部１ｄｃとする。配線基板Ｃでは、庇奥表面１ｄｂが凹状に湾曲している形状であるため、基材１の中で、ベース周縁部１ｆａの表面１ｆａａから突出部１ｄの側面１ｄｄにつながる庇奥部１ｄｃは肉厚となっている。庇奥部１ｄｃは交点Ｃ１から庇奥表面１ｄｂに対して法線方向であって、点Ｃ２と点Ｃ３との中間辺りの厚みｔ３が最も厚い。図４に示す基材１では、ベース周縁部１ｆａと突出部１ｄとが繋がる角部が直角な形状ではない。このためベース周縁部１ｆａと突出部１ｄとが繋がる角部が直角である場合に比べて、配線基板Ｃの基材１を構成している突出部１ｄはベース部１ｆに対する曲げモーメントが高い。また、ベース周縁部１ｆａと突出部１ｄとが繋がる角部に位置する庇奥部１ｄｃが凹状に湾曲し、肉厚の形状である場合には、庇奥部１ｄｃに発生する応力を分散させることができる。

図４において、応力をＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４で示した矢印で示している。ベース周縁部１ｆａと突出部１ｄとが繋がる角部が直角である場合には、突出部１ｄの側面１ｄｄに沿う方向の応力Ｓ１とベース周縁部１ｆａの表面１ｆａａに沿う方向の応力Ｓ１とが交点Ｃ１に向くようになる。このような場合には、交点Ｃ１に応力Ｓ１、Ｓ２が集中する。一方、ベース周縁部１ｆａと突出部１ｄとが繋がる角部に形成された庇奥部１ｄｃが凹状に湾曲し、肉厚の形状である場合には、応力Ｓ１および応力Ｓ２から分かれた応力がそれぞれ生じる。

図４では、ベース周縁部１ｆａから庇奥表面１ｄｂに沿う応力をＳ３として示している。突出部１ｄから庇奥表面１ｄｂに沿う応力をＳ４として示している。実装構造体Ａが加熱・冷却の温度変化の環境に晒される状況を想定する。配線基板Ｃの突出部１ｄは外部回路基板Ｂの熱膨張によって寸法が変化する。配線基板Ｃを構成する基材１と外部回路基板Ｂとの間の熱膨張率の違いからベース周縁部１ｆａから庇奥部１ｄｃ内に集中する応力Ｓ１、Ｓ２が応力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４に分解された状態になる。突出部１ｄとベース部１ｆとが繋がる庇奥部１ｄｃ内に発生する応力を分散させることができる。これにより外部回路基板Ｂと配線基板Ｃとの間の接合部における接続信頼性を高めることが可能になる。

図５は、本開示の実施形態に係る複合基板の一態様を示す斜視図である。図６は、図５のｖｉ－ｖｉ線断面図である。複合基板Ｄは、配線基板Ｃと枠部材Ｅとを有する。複合基板Ｄは、配線基板Ｃに枠部材Ｅが接合された構造である。枠部材Ｅは、基材１を平面視したときに、突出部１ｄの形状に相当する開口部Ｅ１を有している。枠部材Ｅは、開口部Ｅ１が突出部１ｄを囲みつつ、突出部１ｄの周囲を埋めるように配置されている。複合基板Ｄでは、枠部材Ｅが基材１の突出部１ｄの第１面ｄａを部分的に覆う状態である。これにより配線基板Ｃから枠部材Ｅへ熱が伝わりやすくなり、複合基板Ｄの放熱性を高めることが可能になる。開口部Ｅ１の内壁は、突出部１ｄの側面１ｄｄに対向するように配置されている。枠部材Ｅの開口部Ｅ１の外側の部分は、ベース周縁部１ｆａの表面１ｆａａに接するように配置されている。この場合、枠部材Ｅの表面と突出部１ｄの第１面１ｄａとは面一であるのが良い。ここで、面一とは、枠部材Ｅの表面と突出部１ｄの第１面１ｄａの頂部との高さの差が１０μｍ以内であることを言う。枠部材Ｅの表面と突出部１ｄの第１面１ｄａとの間が上記範囲の面一の状態であると、配線基板Ｃに枠部材Ｅを組み合わせた複合基板Ｄを高い平行度でマザーボードに実装することが可能になる。配線基板Ｃに発光素子が実装された場合には光軸を安定させることができる。特に、枠部材Ｅに複数の開口部Ｅ１が設けられ、各開口部Ｅ１に配線基板Ｃが設置された場合に、複数の発光素子の光軸をより同じ方向に向けて揃えることが可能になる。枠部材Ｅと基材１とは、熱膨張率の差によって嵌めこんだ状態でもよいが、必要に応じてハンダまたは銀ロウなどの接合材を適用して接合しても良い。

枠部材Ｅは金属製であるのが良い。枠部材Ｅが金属製であると、配線基板Ｃからの放熱性をさらに高めることができる。枠部材Ｅの材料としては、熱伝導性が高いという点から、銅またはアルミニウムなどが適している。

配線基板Ｃに金属製の枠部材Ｅを貼り付けた場合には、枠部材Ｅが配線基板Ｃを構成する基材１よりも導電性が高いことからプロジェクション溶接などの電気溶接を採用することが可能になる。プロジェクション溶接は通常の電気溶接に比べて処理時間が短いため、配線基板Ｃおよびこれに搭載される電気素子が故障する確率を低減することができる。

図７は、本開示の実施形態に係る電気装置の一態様を示す斜視図である。図８は、図７のｖｉｉｉ－ｖｉｉｉ線断面図である。図９は、本開示の実施形態に係る電気装置の他の態様を示す斜視図である。図１０は、図９のｘ－ｘ線断面図である。図９に示した電気装置が図７に示した電気装置と異なる点は、図９に示した電気装置が枠部材Ｅを有しない点である。

電気装置Ｆおよび電気装置Ｈは、配線基板Ｃのおもて面１ｅ上に電気素子Ｇを有している。電気素子Ｇは配線基板Ｃに設けた素子用接続端子３ｄに接続されている。この場合、フリップチップ方式を示しているが、配線基板Ｃに電気素子Ｇを接続する方式としては、これに限らず、電気素子Ｇの用途またはサイズによってはワイヤボンディング方式を採用しても良い。

配線基板Ｃは、電気素子Ｇのサイズがベース部１ｆのサイズに近いほど大きい電気素子Ｇ、あるいは、サイズは小さくても複数個の電気素子Ｇを搭載するマルチチップ用の配線基板として、放熱性の点、および外部回路基板Ｂとの接続信頼性の点から適している。

配線基板Ｃが内部配線３ｂおよびビア導体３ｃを有する構造である場合には、小型・低背化とともに、導体部３のインダクタンスの小さい配線基板Ｃおよび電気装置Ｆ、Ｈを得ることができる。電気素子Ｇとしては、ＬＳＩなどの集積回路素子あるいはレーザーダイオードなどの発光素子が好適なものとなる。

次に、図１１～図１８に実施形態に係る配線基板の他の態様を示す。これらの中で、図１５～１８に示した配線基板Ｍ、Ｎでは、外部接続端子３ａ、内部配線３ｂ、ビア導体３ｃおよび素子用接続端子３ｄなどの導体部３を省略しているが、この場合、必要に応じて、これらの外部接続端子３ａ、内部配線３ｂ、ビア導体３ｃおよび素子用接続端子３ｄなどの群から選ばれる少なくとも１つの導体部３を備えたものとなる。

図１１～図１８に示した配線基板Ｉ～Ｎは、素子用接続端子３ｄが設けられたおもて面１ｅ側に凹部１ｅａおよび凸部１ｅｂのうちの少なくとも一方を有している。凹部１ｅａはおもて面１ｅが深さ方向に抉られた形状である。凸部１ｅｂはおもて面１ｅ上に設けられた台座の形状である。これらの凹部１ｅａおよび凸部１ｅｂは、機能部品および受動部品の実装に好適な場所となる。この場合、凹部１ｅａは受動部品を実装するのに適している。一方、凸部１ｅｂは機能部品を実装するのに適している。また、凹部１ｅａは突出部１ｄの一部を深さ方向に抉り、深い位置まで達するように設けられていてもよい。また、複数の凹部１ｅａにおいては面積および深さのうちの少なくとも一方が異なっていてもよい。ここで、面積とは凹部１ｅａであればおもて面１ｅにおける面積のことである。深さとは、おもて面１ｅから凹部１ｅａの底１ｅａｓまでの長さのことである。凸部１ｅｂについても、おもて面１ｅに複数設けられている場合には、面積および高さのうちの少なくとも一方が異なっていてもよい。ここで、高さとは、おもて面１ｅから凸部１ｅｂの頂部１ｅｂｔまでの長さのことである。

ここで、受動部品としては、コンデンサ、コイル、抵抗、フィルタなどを挙げることができる。機能部品としては、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ(Large Scale Integrated Circuit)、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体素子の他、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）およびＰＤ（Photodiode）を挙げることができる。

受動部品は機能部品に比べて配線基板Ｉ～Ｎに実装される数が多い。このような場合、配線基板Ｉ～Ｎ上に多くの受動部品が実装された状態になると、例えば、受動部品同士で高さが異なった場合に、実装構造体Ａの全体的な厚みが高さの高い受動部品によって律速される。その結果、実装構造体Ａは低背化が困難になる。このような場合、図１１～図１８に示した配線基板Ｉ～Ｎを用いると、受動部品を配線基板Ｉ～Ｎのおもて面１ｅから深い場所に実装することが可能になり、実装構造体Ａの低背化が可能になる。また、配線基板Ｉ～Ｎが凹部を有する場合には、受動部品や機能部品がおもて面１ｅから突出する割合を少なくすることができる。その結果、おもて面１ｅ上の風通しが良くなり、放熱性を向上させることができる。また、配線基板Ｉ～Ｎのおもて面１ｅに多数の凹部が形成されていると、配線基板Ｉ～Ｎの表面積が大きくなる。この場合にも配線基板Ｉ～Ｎの放熱性を高めることができる。このとき、配線基板Ｉ～Ｎに設けられる複数の凹部１ｅａはそれらの深さが異なっていてもよい。これにより受動部品の高さなどのサイズが異なった場合にも受動部品がおもて面１ｅから突出する割合を減らすことができる。

図１６に示しているように、受動部品を電気的に接続する素子用接続端子３ｄが凹部１ｅａの底１ｅａｓの部分あるいは底１ｅａｓに近い部分に設けられる構造を想定する。配線基板Ｉ～Ｎのおもて面１ｅ内の凹部１ｅａに実装される複数の受動部品は配線基板Ｉ～Ｎに設けた内部配線３ｂおよびビア導体３ｃによって結線されることになる。このような場合に、内部配線３ｂやビア導体３ｃからおもて面１ｅの素子用接続端子３ｄに至る配線の部分を短くすることができる。その結果、配線基板Ｉ～Ｎにおける導体部３に起因するインダクタンスを低減することができる。

図１１～図１８に示した配線基板Ｉ～Ｎは、上記のように、おもて面１ｅに凸部１ｅｂを有していてもよい。この場合、おもて面１ｅには複数の凸部１ｅｂが設けられていてもよい。おもて面１ｅに複数の凸部１ｅｂが設けられた場合には、凸部１ｅｂは互いに高さが異なっていてもよい。この場合、機能部品の高さなどのサイズが異なった場合にも機能部品がおもて面１ｅから過度に突出する割合を減らすことができる。

また、以下の点においても凸部１ｅｂは互いに高さが異なっている方がよい。通常、受動部品よりも機能部品は電力を消費する割合が高い。機能部品は受動部品に比べて駆動したときに発熱しやすい。このような場合、配線基板Ｉ～Ｎから意図的に熱を逃がす工夫が必要になる。おもて面１ｅに複数の凸部１ｅｂが設けられた場合に凸部１ｅｂの高さが互いに異なっていると、機能部品のおもて面１ｅから高さ方向の位置をずらすことができる。これにより、機能部品が基になっている発熱源の位置を高さ方向にずらすことができる。機能部品自体が特性の温度依存性を有している場合がある。配線基板Ｉ～Ｎのおもて面１ｅ上に複数の機能部品が実装されるような場合に、１つの機能部品が他の機能部品からの熱の影響を小さくすることができる。

図１９および図２０には、実施形態の複合基板の他の態様を示している。図１９および図２０に示した複合基板Ｏは枠部材Ｅの表面に溝部ｅｅ１を有する。図１９では、複合基板Ｏが配線基板Ｃと枠部材Ｅとを上下方向に離した状態となっているが、枠部材Ｅの表面に設けられた溝部ｅｅ１の形状および配置を分かりやすくするために便宜上採用したものである。溝部ｅｅ１は、図１９に示しているように、枠部材Ｅに設けられた開口部Ｅ１の周囲を囲むように配置されているのがよい。

図２１および図２２には、実施形態の複合基板の他の態様を示している。図２１および図２２に示した複合基板Ｐは枠部材Ｅの表面に壁部ｅｅ２を有する。図２１においても複合基板Ｐを配線基板Ｃと枠部材Ｅとを上下方向に離した状態となっているが、この場合も枠部材Ｅの表面に設けられた壁部ｅｅ２の形状および配置を分かりやすくするために便宜上採用したものである。壁部ｅｅ２についても、図２１に示しているように、枠部材Ｅに設けられた開口部Ｅ１の周囲を囲むように配置されているのがよい。

複合基板Ｏおよび複合基板Ｐによれば、枠部材Ｅに配線基板Ｃを接合材ａｄを用いて接合したときに、開口部Ｅ１の内壁に設けられた接合材ａｄが枠部材Ｅの表面に広がるのを抑えることができる。複合基板Ｏの場合には、接合材ａｄは溝部ｅｅ１に溜まるようになる。複合基板Ｐの場合には、接合材ａｄは壁部ｅｅ２の開口部Ｅ１側の内側にせき止められて開口部Ｅ１と壁部ｅｅ２との間の枠部材Ｅの表面上に溜まるようになる。

次に、配線基板、複合基板および電気装置の製造方法について説明する。図２３は、本開示の実施形態に係る配線基板の製造に用いる積層成形体の断面模式図である。図２４は、図２３に示した積層成形体の一部であるベース部成形体の断面模式図である。図２５は、図２３に示した積層成形体の一部である凸部成形体の製造工程を示す断面模式図である。図２６は、ベース部成形体と凸部成形体とを積層する状態を示す断面模式図である。後に、配線基板Ｃとなる積層成形体２１の断面模式図である。

積層成形体Ｉは、図２３に示すように、ベース部成形体Ｑ１と凸部成形体Ｑ２とを積層することにより作製する。図２４に基づき、ベース部成形体Ｑ１を作製する方法について説明する。ベース部成形体Ｑ１は、まず、グリーンシート２１を用意し、そのグリーンシート２１に貫通孔２３を形成する。次に、グリーンシート２１に形成した貫通孔２３に導体ペーストを充填し、ビア導体となるビア充填体２５を形成する。次に、ビア充填体２５の表面を覆うように、グリーンシートの表面に導体パターン２７を形成する。こうしてベース部成形体Ｑ１を得ることができる。

次に、図２５に基づき、凸部成形体Ｑ２を作製する方法について説明する。（ａ）工程において、まず、グリーンシート３１を用意し、次いで、グリーンシート３１に貫通孔３３を形成する。次に、グリーンシート３１に形成した貫通孔３３に導体ペーストを充填してビア充填体３５を形成する。次に、ビア充填体２５の表面を覆うように、グリーンシート３１の表面に導体パターン３７を形成する。こうしてパターンシート３９を得る。

次に、（ｂ）工程において、作製したパターンシート３９を（ｂ）に示すように、凹部型４３と平板型４５とを組み合わせた金型を用いて加圧成形を行う。こうして凸部成形体Ｑ２を形成することができる。この場合、焼成後に得られる配線基板Ｃにおいて、突出部１ｄの第１面１ｄａの内側１ｃが外周縁１ｂ側より盛り上がった形状、ベース周縁部１ｆａの表面１ｆａａから突出部１ｄの側面１ｄｄにおける裾野が凹状に湾曲している形状、および基材１を構成する突出部１ｄの第１面１ｄａに形成される外部接続端子３ａの側面３ａｓが凸状となる形状は、いずれも凹部型４３の形状を調整することにより作製することができる。ここでは、金型４１として、図２５（ｂ）に示した金型４１を採用しているが、ここに示した凹部型４３と平板型４５とを組み合わせた金型４１は一例にすぎないものであり、例えば、凹部型４３を幅方向に２等分した割り子型の金型を用いても良い。

次に、図２６に示しているように、ベース部成形体Ｑ１と凸部成形体Ｑ２とを積層することにより、図２３に示した積層成形体Ｑを得る。この後、作製した積層成形体Ｑを焼成（最高温度：１５００～１９００℃）して配線基板Ｃを得る。

こうして得られた配線基板Ｃは、基材１が一方側に外部に向けて突出する突出部１ｄを有している。突出部１ｄは、第１面１ｄａが、内側１ｃが外周縁１ｂ側より盛り上がった形状である。

次に、金属製の枠部材Ｅを用意する。枠部材Ｅは配線基板Ｃの基材１を構成する突出部１ｄの形状に相当する開口部Ｅ１を有している。枠部材Ｅの開口部Ｅ１が配線基板Ｃを構成する突出部１ｄに嵌るように基材１に貼り合わせる。枠部材Ｅと基材１との接合は、かしめによるはめ込みでも良いが、枠部材Ｅと基材１とが接する部位にハンダもしくは銀ロウを塗布して接合する方法を採用してもよい。

電気装置Ｆまたは電気装置Ｈは、これらを構成する配線基板Ｃのおもて面１ｅに電気素子Ｇを実装することにより得ることができる。この場合、配線基板Ｃのおもて面１ｅに設けた素子用接続端子３ｄと電気素子Ｇの端子とを接続させる。こうして基材１の中でおもて面１ｅに電気素子Ｇを備えた電気装置Ｆまたは電気装置Ｈを得ることができる。

図１１～図１８に示した配線基板Ｉ～Ｎを作製するための積層成形体については、例えば、図２４に示したベース部成形体Ｑ１に変えて、ベース部成形体Ｑ１の表面部分を金型を用いて凹凸状に成形したものを用いる。図１８～図２２に示した枠部材Ｅについては、所定の形状（溝部ｅｅ１付きまたは壁部ｅｅ２付き）に予め加工した金属製の部材を枠部材Ｅとして用いることで対応できる。

配線基板を、図２４、図２５および図２６に示した方法により作製した。まず、グリーンシートを形成するための混合粉末として、窒化アルミニウム粉末９４質量％に対して、イットリア粉末を５質量％、カルシア粉末を１質量％の割合で混合した混合粉末を調製した。次に、この混合粉末（固形分）１００質量部に対して、有機バインダーとしてアクリル系バインダーを２０質量部、トルエンを５０質量部添加してスラリーを調製し、次に、ドクターブレード法を用いて所定の厚みのグリーンシートを作製した。導体部を形成するための導体ペーストには、タングステン粉末と窒化アルミニウム粉末を７：３の比率で混合した混合粉末に、アクリル系有機バインダーおよびテルピネオールを適宜添加して導体ペーストを調製したものを用いた。作製した積層成形体を還元雰囲気中、最高温度が１８００℃となる条件にて２時間の焼成を行って配線基板を得た。

作製した配線基板は、焼成後の形状で、幅３．５ｍｍ×長さ４ｍｍであった。配線基板の厚みは、ベース部が０．６ｍｍ、突出部が０．４ｍｍであった。突出部の幅および長さは、ベース部の幅および長さの０．８倍のサイズとした。外部接続端子は、突出部の第１面の端から０．５ｍｍ内側に配置されていた。外部接続端子は、突出部の第１面上に長手方向に均等に配置されていた。突出部は、第１面が凸状に湾曲していた。湾曲した部分の厚みは、いずれの試料も最大値が０．０８ｍｍであった。湾曲した部分の厚みは、配線基板を断面視したときの厚みである。外部接続端子のサイズは、縦０．２ｍｍ×横０．２ｍｍ、形状は正方形であった。外部接続端子のピッチは０．３ｍｍであった。外部接続端子の最大厚みは０．０５ｍｍであった。配線基板のおもて面に形成した素子用接続端子は、縦０．３ｍｍ×横０．３ｍｍの正方形であった。素子用接続端子のピッチは０．５ｍｍであった。電気素子としては、消費電力が８０Ｗの半導体素子を用いた。半導体素子のサイズは、長さが３ｍｍ、幅が２．５ｍｍ、厚みが０．６ｍｍであった。半導体素子には、一方の面に端子が１０か所配置されていた。端子は半導体素子の長さ方向に沿って両端に平行に５個ずつ並んでいた。外部回路基板には、厚みが２ｍｍのＦＲ－４を用いた。外部回路基板は、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍの正方形であった。外部回路基板は、配線基板の外部接続端子の配置に対応する接続パッドを備えていた。接続パッドの最大厚みは０．０５ｍｍであった。外部回路基板としては、放熱性を高めるために、配線基板の突出部に対応する表面に銅箔が貼られており、また、その銅箔の下の外部回路基板の内部に貫通ビアを有する仕様であった。

配線基板の外部接続端子と外部回路基板の接続パッドとはハンダにより接続した。ハンダの厚みは０．０１ｍｍとなるように調整した。突出部の第１面の形状、突出部の庇奥部の形状、外部接続端子の形状、および突出部の第１面と外部回路基板の表面との間隔は表１に示した。表１に示した突出部の第１面と外部回路基板の表面との間隔は最低値である。配線基板のサイズ、突出部の形状、突出部の第１面に形成した外部接続端子の断面の形状、突出部の第１面と外部回路基板の表面との間隔、配線基板のおもて面に形成した素子用接続端子のサイズおよびピッチ、半導体素子のサイズ、外部回路基板のサイズおよび厚み、ならびに、配線基板を構成する突出部の第１面と外部回路基板の表面との間隔の測定にはデジタルマイクロスコープを用いた。

表１において、庇奥部の形状が「凹状」というのは、ベース周縁部の表面から突出部の側面に繋がる部分が肉厚で凹状に湾曲している状態を意味する。庇奥部の形状が「直角」というのは、ベース周縁部の表面から突出部の側面に繋がる部分の形状が凹状ではなく、９０°もしくは９０°に近い角度であることを意味する。配線基板に形成した外部接続端子は、いずれの試料においても、基材の外周縁側の厚みが内側部側の厚みよりも厚くなっていた。配線基板の放熱性の評価は、配線基板の基材の側面に熱電対を設置して配線基板の温度を測定した。配線基板の温度は、半導体素子の駆動を止めた直後の温度Ｔ１、駆動を止めて５秒経った後の温度Ｔ２を測定し、Ｔ２／Ｔ１比を求めた。試料数は５個とし、表１には平均値を示した。外部接続端子と接続パッドとの接続信頼性を温度サイクル試験により評した。温度サイクル試験は最高温度が１２５℃、最低温度が－５５℃、最高温度および最低温度に各１分間放置した後、１分間かけて温度を変化させる条件とした。試料数は１００個とした。比較例（試料Ｎｏ．１）として作製した配線基板は、突出部の第１面が湾曲していない分、突出部の第１面と外部回路基板の表面との間隔が０．０７ｍｍほど大きかった。

表１に示した結果から明らかなように、突出部の第１面が凸状に湾曲した形状の試料（試料Ｎｏ．２～５）は、Ｔ２／Ｔ１比が０．６以下であったが、突出部の第１面が平坦な形状である試料Ｎｏ．１は、Ｔ２／Ｔ１比が０．８であった。ベース周縁部から突出部に繋がる部分の形状を凹状とした試料（試料Ｎｏ．３～５）は、ベース周縁部から突出部に繋がる部分の形状が直角である試料（試料Ｎｏ．２）に比べて、温度サイクル試験での不良数が少なく、高い接続信頼性を示した。

Ｃ・・・・・・・配線基板
Ｄ・・・・・・・複合基板
Ｅ・・・・・・・枠部材
Ｅ１・・・・・・開口部
Ｆ、Ｈ・・・・・電気装置
Ｇ・・・・・・・電気素子
１・・・・・・・基材
１ｂ・・・・・・外周縁
１ｃ・・・・・・内側
１ｄ・・・・・・突出部
１ｄａ・・・・・第１面
１ｄｄ・・・・・突出部の側面
１ｆ・・・・・・ベース部
１ｆａ・・・・・ベース周縁部
１ｆａａ・・・・ベース周縁部の表面
３ａ・・・・・・外部接続端子
３ｄ・・・・・・素子用接続端子
３ａｓ・・・・・外部接続端子の側面

Claims (11)

1. 基材が、該基材の一方側に外部に向けて突出する突出部を有しており、
   前記基材の前記突出部の主面を第１面、前記基材の前記第１面とは反対側の面をおもて面としたときに、
   該突出部は前記第１面の中央部が外周縁より盛り上がり、凸状に湾曲した形状であり、
   前記第１面に複数の外部接続端子が配置されており、
   前記突出部の前記中央部における前記基材の前記おもて面から前記第１面までの距離は、前記基材の前記おもて面から前記外部接続端子が前記突出部と接している位置までの距離よりも長い、配線基板。
2. 前記おもて面に複数の素子用接続端子を有しており、前記外部接続端子の個々の面積は前記素子用接続端子の個々の面積よりも小さい、請求項１に記載の配線基板。
3. 前記外部接続端子は、側面が凸状または凹状に湾曲している、請求項１または２に記載の配線基板。
4. 前記外部接続端子の前記外周縁側の厚みは、前記突出部の前記第１面における前記中央部側に位置する内側の厚みよりも厚い、請求項１乃至３のうちいずれかに記載の配線基板。
5. 前記基材における前記突出部を除く部分をベース部とし、該ベース部の前記突出部の外側の部分をベース周縁部としたときに、該ベース周縁部の表面から前記突出部の側面につながる部位が凹状に湾曲している、請求項１乃至４のうちいずれかに記載の配線基板。
6. 前記基材は、前記おもて面に凹部および凸部のうちの少なくとも一方を有している、請求項２乃至５のうちいずれかに記載の配線基板。
7. 請求項１乃至６のうちいずれかに記載の配線基板と、金属製の枠部材と、を備えており、該枠部材は、前記基材を平面視したときに、前記突出部の形状に相当する開口部を有しており、前記枠部材は、前記開口部が前記突出部を囲みつつ、該突出部の周囲を埋めるように配置されている、複合基板。
8. 前記枠部材の表面と前記第１面とは面一である、請求項７に記載の複合基板。
9. 前記枠部材は、前記開口部の周囲に、該周囲を囲む、溝部または壁部を有する、請求項７または８に記載の複合基板。
10. 請求項１乃至６のうちいずれかに記載の配線基板のおもて面に電気素子を備えている、電気装置。
11. 請求項７乃至９のうちいずれかに記載の複合基板を構成している配線基板のおもて面に電気素子を備えている、電気装置。

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