JP7478569B2

JP7478569B2 - 配線基板、電子装置及び電子モジュール

Info

Publication number: JP7478569B2
Application number: JP2020059290A
Authority: JP
Inventors: 祐城竹嶋; 義博細井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2024-05-07
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: JP2021158290A

Description

本開示は、配線基板、電子装置及び電子モジュールに関する。

特許文献１には、基板に、バリアメタル層を挟んで、Ａｌ（アルミニウム）系の配線が設けられた配線基板の製造方法について開示されている。この製造方法では、基板の表面に小径の接続孔を形成した後、スパッタ法によって連続的にバリアメタル層と配線層とが成膜される。バリアメタル層としてはＴｉ（チタン）系材料が適用されている。

特開平５－１８２９２６号公報

絶縁基板上に導体層を形成する場合、先ず、絶縁基板の表面にシード層又は密着層などの別の薄膜導体を形成する必要がある。一方、上記の薄膜導体は配線基板の熱伝導率を低下させる場合がある。

本開示は、配線基板の熱伝導率を向上させることを目的とする。また、上記の配線基板を用いた電子装置及び電子モジュールを提供することを目的とする。

本開示に係る配線基板は、
絶縁基板と、
絶縁基板上に位置する導体層と、
前記絶縁基板と前記導体層との間に位置する中間層と、
を備え、
前記中間層はＣｕを含む斑状部を有し、
前記斑状部は、複数の中心領域と、前記複数の中心領域のそれぞれの周囲に位置する複数の雲状領域とを含み、前記中心領域のＣｕの質量比は、前記雲状領域のＣｕの質量比と比べて高い。

本開示の電子装置は、
上記の配線基板と、
前記配線基板に搭載された電子部品と、
を備える。

本開示の電子モジュールは、
上記の電子装置と、
前記電子装置を搭載したモジュール用基板と、
を備える。

本開示によれば、熱伝導率の高い配線基板、並びに、このような配線基板を用いた電子装置及び電子モジュールを提供することができる。

本開示の実施形態に係る配線基板の縦断面図（Ａ）、配線基板の一部分Ｃ１を拡大した縦断面図（Ｂ）である。中間層を示す模式図である。実施形態に係る配線基板の製造方法の一例を示す図である。実施例の配線基板の中間層を示すＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）写真を示す画像図である。ＴＥＭ写真から斑状部を有する中間層を抽出した画像図である。本開示の実施形態に係る電子装置及び電子モジュールを示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本開示の実施形態に係る配線基板の縦断面図（Ａ）、配線基板の一部分Ｃ１を拡大した縦断面図（Ｂ）である。図２は、中間層を示す模式図である。

本実施形態の配線基板１０は、絶縁基板１２と、絶縁基板１２上に位置する導体層１４と、絶縁基板１２と導体層１４との間に位置する中間層１６と、を備える。絶縁基板１２は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）を主成分とするセラミック基板である。導体層１４は、Ｃｕ（銅）を主成分とする。中間層１６は、Ｔｉ（チタン）、Ｏ（酸素）、Ｃｕを主成分として含む。中間層１６は、１０ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有していてもよい。

図２に示すように、中間層１６は、Ｃｕを含む斑状部３１を有する。斑状部３１は、Ｃｕの質量比が周囲より高い複数の中心領域３３と、複数の中心領域３３の周囲でＣｕの質量比がほぼ連続的に変化する雲状領域３４とを含み、Ｃｕがまだらに分布した領域である。斑状部３１は、Ｃｕに加え、Ｔｉ、Ｏを含有する。Ｃｕ、Ｔｉ、Ｏの質量比の合計を１００％としたとき、斑状部３１においてＣｕの質量比が大きい領域は、その分、Ｔｉ、Ｏの質量比が小さくなる。以下、中間層１６の各部の質量比を、Ｔｉ、Ｏ、Ｃｕの質量比の合計を１００％として表わす。

斑状部３１は、Ｃｕの質量比が１５ａｔ％（アトミックパーセント）以上の領域と定義される。すなわち、中間層１６のうち斑状部３１以外の領域２８はＣｕの質量比が１５ａｔ％未満の領域である。中心領域３３は、斑状部３１の中でＣｕの質量比が周囲より高い核となる領域と定義される。複数の中心領域３３には、Ｃｕの質量比が相対的に低い中心領域３３と、Ｃｕの質量比が相対的に高い中心領域３３とが含まれてもよい。多くの中心領域３３は、Ｃｕの質量比が５０ａｔ％以上であってもよい。雲状領域３４はＣｕの質量比が１５ａｔ％以上で、中心領域３３から当該中心領域３３の外方にかけてＣｕの質量比が連続的に変化する領域である。斑状部３１のＴｉとＯの質量比は、斑状部３１以外の領域２８のＴｉとＯの質量比よりも小さい。Ｃｕ、Ｔｉ、Ｏの質量比は、ＥＤＳ（Energy dispersive X-ray spectroscopy）により計測できる。

或る中心領域３３の周囲に位置する雲状領域３４と、隣り合う中心領域３３の周囲に位置する雲状領域３４とは、接し合い、連なっている。このように、各中心領域３３の周囲に位置する雲状領域３４は編み目状に連なり、斑状部３１は、中間層１６の導体層１４側から絶縁基板１２側にかけて一つに連なっている。また、斑状部３１は、層の境界面に沿った方向においても、中間層１６の広い範囲に渡って一つに連なっている。斑状部３１の雲状領域３４は、絶縁基板１２及び導体層１４と接触していてもよい。

中間層１６の断面における斑状部３１の面積比率は３０％以上であってもよい。ＴＥＭ画像において、Ｃｕの質量比が高い画素は輝度が高く、Ｃｕの質量比が低い画素は輝度が低い。上記の面積比率は、ＴＥＭ画像においてＣｕの質量比が１５ａｔ％に相当する輝度を閾値として、閾値以上の輝度を有するピクセルを計数することで得られる。

本実施形態の配線基板１０によれば、Ｃｕを含んだ斑状部３１が中間層１６に有することで、中間層１６の熱伝導率が高くなり、配線基板１０の厚み方向（各層の積層方向）における放熱性を向上できる。また、Ｃｕを含んだ斑状部３１により、ＴｉとＯの分布領域が分断されることがなく、中間層１６を介した絶縁基板１２と導体層１４との密着性が維持される。さらに、斑状部３１のＣｕの質量比が高い領域同士をＴｉ、Ｏの成分により高い強度で接合することができる。

さらに、本実施形態の配線基板１０によれば、雲状領域３４が編み目状に連なり、斑状部３１が導体層１４側から絶縁基板１２側にかけて一つに連なっていることで、上記の放熱性をより向上できる。さらに、雲状領域３４が絶縁基板１２及び導体層１４と接触していることで、上記の放熱性をより向上できる。さらに、斑状部３１の面積比率が３０％以上であるなど、中間層１６の中で斑状部３１が大きな割合を占めることで、上記の放熱性をより向上できる。

＜製造方法＞
図３は、実施形態に係る配線基板の製造方法の一例を示す図である。実施形態の配線基板１０は、時系列順に、前処理工程Ｊ１、酸化Ｔｉ層形成工程Ｊ２、無電解Ｃｕめっき及びシンター工程Ｊ３、レジスト加工工程Ｊ４、電解Ｃｕめっき及びビア充填工程Ｊ５、レジスト除去及びエッチング工程Ｊ６及びめっき工程Ｊ７を経て、製造できる。

前処理工程Ｊ１では、異方性エッチング等の表面処理及び洗浄処理がＡｌＮセラミック基板７０に行われる。ＡｌＮセラミック基板７０が絶縁基板１２となる。ＡｌＮセラミック基板７０は、ビア導体が形成されるスルーホールｖを有していてもよい。酸化Ｔｉ層形成工程Ｊ２では、ＡｌＮセラミック基板７０に有機Ｔｉ液７１が塗布されかつ焼成される。焼成により、有機Ｔｉ液７１は、固化された酸化チタン層７１Ａへと変化する。

無電解Ｃｕめっき及びシンター工程Ｊ３では、酸化チタン層７１Ａを有する絶縁基板１２に無電解Ｃｕめっきを施した後、界面の元素を拡散させるシンター処理が行われる。シンター処理により酸化チタン層７１Ａがシード層として機能する中間層１６となる。

レジスト加工工程Ｊ４では、例えばＤＦＲ（Dry Film Resist）８１によりＣｕめっき層７４上に導体層１４用のパターンが形成される。電解Ｃｕめっき及びビア充填工程Ｊ５では、ＤＦＲ８１のパターンでＣｕめっき層７４上に電解Ｃｕめっきが施され、所定の厚みのＣｕ導体７５が形成される。絶縁基板１２にスルーホールｖが形成されている場合には、電解Ｃｕめっき工程Ｊ５で、スルーホールｖ内にＣｕ導体７５が充填される。Ｃｕめっき層７４及びＣｕ導体７５が導体層１４となる。

レジスト除去及びエッチング工程Ｊ６では、ＤＦＲ８１、並びに、ＤＦＲ８１下のＣｕめっき層７４と酸化チタン層７１Ａとがエッチングされる。めっき工程Ｊ７では、導体層１４の表面にＮｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｕ（金）が電解めっきされる。

導体層１４のパターンが不要な場合には、レジスト加工工程Ｊ４及びレジスト除去及びエッチング工程Ｊ６が省略されてもよい。また、めっき工程Ｊ７は省略されてもよい。

上記の製造方法によれば、シード層がウエットプロセスにより形成され、導体層１４がめっきにより形成されるため、真空成膜技術を利用する場合と比較して、配線基板１０の製造コストを低減できる。

上記の製造方法のうち、酸化Ｔｉ層形成工程Ｊ２では、有機Ｔｉ液の焼成処理を酸化雰囲気中４００℃以上、７００℃以下で行う。無電解Ｃｕめっき及びシンター工程Ｊ３では、無電解Ｃｕめっきを０．１μｍ厚～２．０μｍ厚で行い、シンター処理を、中性雰囲気中３００℃～５５０℃で行う。このような、工程Ｊ２、Ｊ３の処理により、中間層１６に斑状部３１を形成できる。

＜実施例＞
図４は、実施例の配線基板における中間層を示すＴＥＭ写真の画像図である。図５は、ＴＥＭ写真から斑状部を有する中間層を抽出した画像図である。実施例の配線基板は、上述した製造方法により製造されている。図４のＴＥＭ写真から、中間層１６に斑状部３１を確認することができる。図５の画像図は斑状部３１が明るく示されるように輝度が調整されている。中間層１６を抽出した図５の画像図に対して、斑状部３１と斑状部３１以外の領域２８とを識別する輝度閾値を用いて二値化し、斑状部３１の画素をカウントすると、斑状部３１の面積比率は５２％であった。図５の画像から、斑状部３１は雲状領域３４が網の目状に連なり、導体層１４と絶縁基板１２とに接触していることが確認された。さらに、実施例の配線基板について各領域のＣｕの質量比を計測すると、斑状部３１以外の領域２８のＣｕの質量比の平均値は１０ａｔ％、複数の中心領域３３のＣｕの質量比の平均値は７０ａｔ％、雲状領域３４のＣｕの質量比の平均値は３０ａｔ％であった。

斑状部３１を有する実施例の配線基板と、中間層１６に斑状部３１を有さない比較例の配線基板とについて、配線基板１０の厚み方向の熱伝導率を計測した結果を示す。比較例の配線基板は、有機Ｔ１液の焼成処理を７５０℃で行い、中間層１６のＴＥＭ画像から斑状部３１が無いことが確認された基板である。実施例の配線基板及び比較例の配線基板の寸法は、共に、縦５７ｍｍ、横５７ｍｍ、厚さ１１ｍｍ、導体層１４の厚さ０．１ｍｍ、絶縁基板１２の厚さ１０ｍｍ、及び中間層の厚さ３０ｎｍである。熱伝導率は、導体層１４の上面から絶縁基板１２の下面にかけた熱伝導率を示し、レーザフラッシュ法により計測された。

上記の計測結果から、実施例の配線基板の厚み方向の放熱性が向上していることが示される。また、斑状部３１のＴｉとＯの質量比が、斑状部３１以外の領域２８のＴｉとＯの質量比以上の場合に対して、斑状部３１のＴｉとＯの質量比が、斑状部３１以外の領域２８のＴｉとＯの質量比よりも小さい場合において、配線基板の厚み方向の放熱性が向上していることが確認できた。

（電子装置及び電子モジュール）
図６は、本開示の実施形態の電子装置及び電子モジュールを示す図である。

本実施形態の電子装置４０は、配線基板１０に電子部品５０が実装されて構成される。電子部品５０は、導体層１４上の一部に接合材を介して接合されてもよい。電子部品５０の電極は、導体層１４の一部とボンディングワイヤーを介して電気的に接続されてもよい。電子装置４０は、さらに、配線基板１０と電子部品５０とを収容するパッケージを有する構成であってもよい。

電子部品５０としては、ＬＤ（Laser Diode）、ＰＤ（Photo Diode）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光素子、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型等の撮像素子、水晶振動子等の圧電振動子、弾性表面波素子、半導体集積回路素子（ＩＣ：Integrated Circuit）等の半導体素子、電気容量素子、インダクタ素子又は抵抗器等の種々の電子部品を適用できる。

本実施形態に係る電子モジュール１００は、モジュール用基板１１０に電子装置４０を実装して構成される。モジュール用基板１１０には、電子装置４０に加えて、他の電子装置、電子素子及び電気素子などが実装されていてもよい。モジュール用基板１１０には電極パッド１１１が設けられ、電子装置４０は、電極パッド１１１に半田等の接合材１１３を介して接合されてもよい。なお、電子装置４０の接合材１１３が接合される部分には、導体層１４と同様に形成された電極１４Ｂが設けられていてもよい。

本実施形態の電子装置４０及び電子モジュール１００によれば、配線基板１０による電子部品５０の放熱性が向上し、電子装置４０及び電子モジュール１００の信頼性を向上できる。

以上、本開示の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態では、中間層がシード層として機能する例を示したが、中間層は例えば真空成膜技術を用いて形成した密着層又はバリア層などとして機能する構成であってもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０配線基板
１２絶縁基板
１４導体層
１６中間層
２８斑状部以外の領域
３１斑状部
３３中心領域
３４雲状領域
４０電子装置
５０電子部品
１００電子モジュール
１１０モジュール用基板

Claims

絶縁基板と、
絶縁基板上に位置する導体層と、
前記絶縁基板と前記導体層との間に位置する中間層と、
を備え、
前記中間層はＣｕを含む斑状部を有し、
前記斑状部は、複数の中心領域と、前記複数の中心領域のそれぞれの周囲に位置する複数の雲状領域とを含み、前記中心領域のＣｕの質量比は、前記雲状領域のＣｕの質量比と比べて高い、
配線基板。
前記斑状部は、前記導体層と前記絶縁基板とに接触する、
請求項１記載の配線基板。
前記斑状部はＴｉ及びＯを含有し、前記斑状部におけるＴｉ及びＯの質量比は、前記中間層の前記斑状部以外の部分におけるＴｉ及びＯの質量比よりも小さい、
請求項１又は請求項２記載の配線基板。
前記絶縁基板は窒化アルミニウムを含むセラミック基板である、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の配線基板。
前記雲状領域のＣｕの質量比は、前記中心領域から離れるにつれて低くなる、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の配線基板。
請求項１から請求項５のいずれか一項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、
を備える電子装置。
請求項６記載の電子装置と、
前記電子装置を搭載したモジュール用基板と、
を備える電子モジュール。