WO2021060475A1 - 電子部品搭載用基体および電子装置 - Google Patents

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WO2021060475A1
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recess
electronic component
component mounting
insulating substrate
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PCT/JP2020/036298
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菅井　広一朗
和貴 西本
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京セラ株式会社
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    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • This disclosure relates to a substrate for mounting electronic components and an electronic device.
  • a metal substrate is used (see, for example, International Publication No. 2017/188237).
  • the electronic component mounting substrate of the present disclosure includes a metal substrate having a first surface, a frame-shaped recess having an opening in the first surface and having a bottom surface, an inner side surface, and an outer surface, and the said on the first surface.
  • An insulating substrate joined via a bonding material is provided at a position surrounded by the recesses, and the inner side surface of the recesses has a protective layer, and the bottom surface is connected from the inner side surface to the outer surface. It does not have the protective layer.
  • the electronic device of the present disclosure includes the above-mentioned electronic component mounting substrate and electronic components mounted on the electronic component mounting substrate.
  • FIG. 1A is a top view showing a substrate for mounting electronic components according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a bottom view of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a vertical cross-sectional view taken along the line AA of the electronic component mounting substrate shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2B is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part in part A of FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a top view showing a metal substrate of the substrate for mounting electronic components in FIG. 1.
  • FIG. 3B is a bottom view of FIG. 3A.
  • FIG. 4A is an enlarged top view of a main part in part A of FIG. 3A.
  • FIG. 4B is an enlarged top view of a main part in part B of FIG. 3A.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing an electronic device in which an electronic component is mounted on a substrate for mounting the electronic component shown in FIG. 1A and a heat radiating body is attached.
  • FIG. 6A is a top view showing a substrate for mounting electronic components in the second embodiment.
  • FIG. 6B is a bottom view of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a vertical cross-sectional view taken along the line AA of the component mounting substrate shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7B is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part in part A of FIG. 7A.
  • FIG. 8A is a top view showing a metal substrate of the substrate for mounting electronic components in FIG.
  • FIG. 8B is a bottom view of FIG. 8A.
  • FIG. 9A is an enlarged top view of a main part in part A of FIG. 8A.
  • FIG. 9B is an enlarged top view of a main part in part B of FIG. 7A. It is an enlarged vertical sectional view of a main part which shows another example of the substrate for mounting an electronic component in 2nd Embodiment.
  • FIG. 11A is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part showing an example of a substrate for mounting electronic components in the third embodiment.
  • FIG. 11B is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part showing another example of the electronic component mounting substrate according to the third embodiment.
  • the base 1 for mounting electronic components in the present embodiment includes a metal base 11 having a first surface, a frame-shaped recess 12 that is open to the first surface and has a bottom surface 12a and an inner side surface and an outer side surface, and a first surface.
  • An insulating substrate 21 joined via a joining material 31 is provided at a position surrounded by the recess 12 on the surface.
  • the insulating substrate 21 has a wiring layer 22 on the first surface and a bonding layer 23 on the second surface.
  • the protective layer 13 is provided on the inner side surface, and the bottom surface 12a does not have the protective layer 13 connected from the inner side surface to the outer surface.
  • the upward direction means the positive direction of the virtual z-axis. It should be noted that the distinction between the upper and lower parts in the following description is for convenience, and does not limit the upper and lower parts when the electronic component mounting substrate 1 and the like are actually used.
  • the metal substrate 11 has a first surface (upper surface in FIGS. 1A to 4B), a second surface (lower surface in FIGS. 1A to 4B) and a side surface opposite to the first surface in the thickness direction.
  • a material having high thermal conductivity for example, a metal material such as copper (Cu), copper-tungsten (Cu-W), or aluminum (Al) can be used.
  • the metal base 11 is preferably aluminum from the viewpoint of being lightweight.
  • the metal substrate 11 has a frame-shaped recess 12 that is open to the first surface and has a bottom surface 12a and an inner surface and an outer surface.
  • the recess 12 is located so as to surround the mounting portion 11a to which the insulating substrate 21 is joined.
  • the recess 12 is formed on the first surface of the metal substrate 11 by cutting, laser processing, or the like.
  • the insulating substrate 21 has a first surface (upper surface in FIGS. 1A to 4B), a second surface (lower surface in FIGS. 1A to 4B) and a side surface opposite to the first surface in the thickness direction.
  • the insulating substrate 21 is composed of a single layer or a plurality of insulating layers, and the insulating substrate 21 has a rectangular shape when viewed in a plan view, that is, when viewed from a direction perpendicular to the first surface.
  • the insulating substrate 21 functions as a support for supporting the electronic component 2.
  • the insulating substrate 21 has a wiring layer 22 for mounting the electronic component 2 on the first surface side in a plan view, and a bonding layer 23 for joining the metal substrate 11 on the second surface side in a plan view. are doing.
  • ceramics such as an aluminum oxide sintered body (alumina ceramics), an aluminum nitride material sintered body, a silicon nitride material sintered body, a mulite material sintered body, or a glass ceramics sintered body may be used. it can.
  • ceramics such as an aluminum oxide sintered body (alumina ceramics), an aluminum nitride material sintered body, a silicon nitride material sintered body, a mulite material sintered body, or a glass ceramics sintered body may be used. it can.
  • the insulating substrate 21 is an organic material suitable for raw material powders such as aluminum nitride (AlN), erbium oxide (Er 2 O 3 ), and yttrium oxide (Y 2 O 3).
  • AlN aluminum nitride
  • Er 2 O 3 erbium oxide
  • Y 2 O 3 yttrium oxide
  • a binder, a solvent, etc. are added and mixed to prepare a slurry.
  • a ceramic green sheet is produced by molding the above-mentioned slurry into a sheet shape by adopting a conventionally known doctor blade method, calendar roll method, or the like. If necessary, a plurality of ceramic green sheets are laminated and fired at a high temperature (about 1800 ° C.) to produce an insulating substrate 21 composed of a single layer or a plurality of insulating layers.
  • the wiring layer 22 is located on the first surface of the insulating substrate 21.
  • the wiring layer 22 is used as a connecting portion of the connecting member 3 of the bonding wire, and is for electrically connecting the electronic component 2 and the connecting pad of the module substrate.
  • the bonding layer 23 is located on the second surface of the insulating substrate 21.
  • the bonding layer 23 is used as a bonding portion of the bonding material 31 and the like, and is for bonding the metal substrate 11 and the insulating substrate 21.
  • the wiring layer 22 and the bonding layer 23 include a thin film layer and a plating layer.
  • the thin film layer has, for example, an adhesive metal layer and a barrier layer.
  • the close contact metal layer constituting the thin film layer is formed on the first surface or the second surface of the insulating substrate 21.
  • the adhesive metal layer is composed of, for example, tantalum nitride, nickel-chromium, nickel-chromium-silicon, tungsten-silicon, molybdenum-silicon, tungsten, molybdenum, titanium, chromium, etc., and is composed of a vapor deposition method, an ion plating method, a sputtering method, etc.
  • the insulating substrate 21 is installed in the film forming chamber of the vacuum vapor deposition apparatus, and a metal piece to be an adhesive metal layer is arranged at the vapor deposition source in the film forming chamber. After that, the film forming chamber is evacuated ( pressure of 10-2 Pa or less), and the metal pieces arranged in the vapor deposition source are heated and vapor-deposited, and the molecules of the vapor-deposited metal pieces are covered on the insulating substrate 21. By attaching, a thin film metal layer to be an adhesive metal layer is formed.
  • a resist pattern is formed on the insulating substrate 21 on which the thin film metal layer is formed by a photolithography method, and then the excess thin film metal layer is removed by etching to form an adhesive metal layer.
  • a barrier layer is adhered to the upper surface of the adhesion metal layer, and the barrier layer has good bondability and wettability between the adhesion metal layer and the plating layer, and the adhesion metal layer and the plating layer are firmly bonded and plated with the adhesion metal layer. It acts to prevent mutual diffusion with the layer.
  • the barrier layer is made of, for example, nickel-chromium, platinum, palladium, nickel, cobalt, etc., and is adhered to the surface of the adhesion metal layer by a thin film forming technique such as a thin film deposition method, an ion plating method, or a sputtering method.
  • the thickness of the adhesive metal layer should be about 0.01 to 0.5 ⁇ m. If it is less than 0.01 ⁇ m, it tends to be difficult to firmly adhere the adherent metal layer on the metal substrate 11. If it exceeds 0.5 ⁇ m, the adhesive metal layer is likely to be peeled off due to the internal stress during film formation of the adhesive metal layer.
  • the thickness of the barrier layer is preferably about 0.05 to 1 ⁇ m. If it is less than 0.05 ⁇ m, defects such as pinholes tend to occur, making it difficult to function as a barrier layer. If it exceeds 1 ⁇ m, the barrier layer is likely to be peeled off due to the internal stress during film formation.
  • the plating layer is adhered to the exposed surface of the thin film layer by an electrolytic plating method or an electroless plating method.
  • the plating layer is made of a metal such as nickel, copper, gold or silver, which has excellent corrosion resistance and connectivity with the connecting member 3.
  • the plating layer and the plating layer are sequentially adhered. As a result, the wiring layer 22 and the bonding layer 23 can be effectively prevented from corroding, and the bonding between the wiring layer 22 and the connecting member 3 and the bonding between the bonding layer 23 and the metal substrate 11 can be strengthened.
  • a metal layer such as copper (Cu) or gold (Au) may be arranged on the barrier layer so that the plating layer can be formed well.
  • the metal layer is formed by the same method as the thin film layer.
  • the recess 12 has a protective layer 13 on the inner side surface, and the bottom surface 12a does not have a protective layer 13 connecting from the inner side surface to the outer surface.
  • the protective layer 13 is made of, for example, aluminum oxide.
  • the protective layer 13 is formed to have a thickness of about 0.1 nm to 10 nm.
  • the protective layer 13 is not located on the first surface surrounded by the recess 12, that is, on the mounting portion 11a to which the insulating substrate 21 is joined. A part of the protective layer 13 may be located on the bottom surface 12a of the recess 12, or may not be located at all on the bottom surface 12a of the recess 12.
  • the metal substrate 11 is made of aluminum and the protective layer 13 is made of aluminum oxide
  • the first surface of the metal substrate 11 or the inside of the recess 12 is oxidized to form the protective layer 13 made of aluminum oxide.
  • the protective layer 13 formed on the mounting portion 11a of the metal substrate 11 and the bottom surface 12a of the recess 12 may be removed.
  • the inner surface of the recess 12 is oxidized to form a protective layer 13 made of aluminum oxide.
  • a bonding material 31 such as solder is formed in the mounting portion 11a and the recess 12. Is placed.
  • energy such as ultrasonic waves may be applied to the mounting portion 11a and the bottom surface 12a of the recess 12 to remove the protective layer 13 from the mounting portion 11a and the bottom surface 12a of the recess 12.
  • bonding material 31 such as solder to be placed on the mounting portion 11a and the bottom surface 12a of the recess 12
  • the bonding material 31 is individually placed and the protective layer 13 is removed, and then the bonding material 31 is added to the mounting portion 11a.
  • the joining material 31 of the above and the joining material 31 in the recess 12 may be joined.
  • the electronic component 2 can be mounted on the first surface of the insulating substrate 21 of the electronic component mounting substrate 1 to manufacture an electronic device.
  • the electronic component 2 mounted on the electronic component mounting substrate 1 is a semiconductor element such as an IC chip or an LSI chip, an imaging element such as a CCD (Charge Couple Device) type, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type, and an LD (Laser Device). ), A light emitting element such as an LED (Light Emitting Audio), and a light receiving element such as a PD (Photo Device).
  • the electronic component 2 is a wire bonding type semiconductor element
  • the semiconductor element is fixed on the insulating substrate 21 by a bonding member such as a low melting point brazing material or a conductive resin, and then the bonding wire or the like is used.
  • the electrodes of the semiconductor element and the wiring layer 22 are electrically connected via the connecting member 3 to be mounted on the electronic component mounting substrate 1.
  • the electronic component 2 is electrically connected to the wiring layer 22.
  • the electronic component 2 is a flip-chip type electronic component 2
  • the electronic component is via a connecting member 3 such as a solder bump, a gold bump, or a conductive resin (anisometric conductive resin or the like).
  • the electrodes of the electronic component 2 and the wiring layer 22 are electrically and mechanically connected to be mounted on the electronic component mounting substrate 1.
  • a plurality of electronic components 2 may be mounted on the first surface of the insulating substrate 21, and if necessary, small electronic components such as resistance elements or capacitive elements or other electronic components may be mounted around the electronic components 2. Parts may be mounted. Further, the electronic component 2 is sealed with a sealing material made of resin, glass or the like, or with a lid made of resin, glass, ceramics, metal or the like, if necessary. As in the example shown in FIG. 5, a heat radiating body 4 such as a heat sink may be attached to the electronic device.
  • a metal substrate 11 having a first surface, a frame-shaped recess 12 that is open to the first surface and has a bottom surface 12a and an inner side surface and an outer side surface, and a first surface.
  • An insulating substrate 21 joined via a bonding material 31 is provided at a position surrounded by the recess 12 on one surface, and the recess 12 has a protective layer 13 on the inner side surface, and the bottom surface 12a has an inner surface. It does not have a protective layer 13 that connects from the side surface to the outer surface.
  • the bottom surface 12a of the recess 12 and the first surface are displaced from each other in the thickness direction of the electronic component mounting substrate 1 and are continuous.
  • the recess 12 is divided into a bottom surface 12a and a first surface. Even if stress in the plane direction is generated due to a difference in thermal expansion or the like, it is divided and dispersed in the bottom surface 12a and the first surface of the non-continuous recess 12, and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 is good. can do. As a result, the electronic component mounting substrate 1 can be used satisfactorily for a long period of time.
  • the protective layer 13 may be provided on the outer surface of the recess 12, and the bonding material 31 can be prevented from crawling up on the first surface of the metal substrate 11 located on the outside of the recess 12.
  • the heat of the electronic component 2 or other components is generated by the insulating substrate 21. Heat can be dissipated to the metal substrate 11 side via. As a result, it is possible to obtain the electronic component mounting substrate 1 having excellent reliability for a long period of time.
  • the electronic component 2 When a light emitting element is used as the electronic component 2, it can be a high-brightness, small-sized electronic component mounting substrate 1 that can be used for a long period of time.
  • the protective layer 13 is provided over the entire inner surface of the recess 12 of the metal substrate 11, the stress in the plane direction due to the difference in thermal expansion or the like is not continuous over the entire circumference of the bottom surface 12a and the first surface of the recess 12. It can be divided and dispersed into two, and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 can be improved.
  • the joining material 31 is satisfactorily joined over the entire circumference of the bottom surface 12a of the frame-shaped recess 12, and the recess 12 is not continuous. It is divided and dispersed into the bottom surface 12a and the first surface of the metal substrate 11 and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 can be improved.
  • the stress is dispersed in the recess 12 located at the outer edge of the insulating substrate 21 (mounting portion 11a), and the bonding strength is increased. It can be better.
  • the joint strength can be further improved.
  • the bonding material 31 does not easily crawl up to the outer surface side of the insulating substrate 21, and the metal substrate The bonding strength between 11 and the insulating substrate 21 can be improved. As a result, the electronic component mounting substrate 1 can be used satisfactorily for a long period of time.
  • the electronic device of the present embodiment by having the electronic component mounting substrate 1 having the above configuration and the electronic component 2 mounted on the electronic component mounting substrate 1, the electronic device can be used satisfactorily for a long period of time. Can be.
  • the wiring layer 22 of the electronic device is electrically connected to the wiring conductor of the external device.
  • the heat radiating body 4 made of Al or the like when the heat radiating body 4 made of Al or the like is bonded to the lower surface of the electronic device, the heat of the electronic device can be satisfactorily dissipated by the heat radiating body 4 for a long period of time. It can be an electronic device that can be used well over the years.
  • the radiator 4 is provided with a through hole outside the joint portion between the electronic device and the radiator 4 in a plane perspective, and the electronic device is held by the external device by screwing the inside of the through hole.
  • the wiring layer 22 of the electronic device and the wiring conductor of the external device are electrically connected by a connecting material.
  • the difference between the electronic component mounting substrate 1 of the second embodiment and the electronic component mounting substrate 1 of the above-described embodiment is that the outer edge of the insulating substrate 21 is located outside the recess 12 in a plan view. It is a point.
  • the protective layer 13 located on the first surface of the metal substrate 11 is shaded in the examples shown in FIGS. 8A and 8B and 9A and 9B.
  • the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 are bonded via the bonding material 31, the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 are bonded to each other as in the electronic component mounting substrate 1 of the above-described embodiment.
  • the bottom surface 12a of the recess 12 and the first surface are displaced from each other in the thickness direction of the electronic component mounting substrate 1, and the bottom surface 12a of the recess 12 and the first surface are separated from each other. Even if stress in the plane direction is generated due to a difference in thermal expansion or the like, it is divided and dispersed in the bottom surface 12a and the first surface of the non-continuous recess 12, and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 is good. can do. As a result, the electronic component mounting substrate 1 can be used satisfactorily for a long period of time.
  • the outer edge of the insulating substrate 21 in a plan view is located outside the recess 12, even if stress in the plane direction is generated due to a difference in thermal expansion or the like, the outer edge of the insulating substrate 21 is the starting point of cracks, peeling, etc. The stress is dispersed in the positioned recess 12, and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 can be improved.
  • the bonding material 31 crawls up to the side surface or the upper surface of the insulating substrate 21. It is difficult to make it difficult, and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 can be made better. As a result, the electronic component mounting substrate 1 can be used satisfactorily for a long period of time.
  • the protective layer 13 when the protective layer 13 is provided only on the outside of the recess 12 in the first surface of the metal substrate 11 apart from the recess 12, stress in the plane direction due to a difference in thermal expansion or the like is generated. , The bottom surface 12a of the non-continuous recess 12 and the first surface can be divided and dispersed, and the bonding strength can be improved. Further, the bonding material 31 can be made difficult to spread on the first surface, and the electronic component mounting substrate 1 can be used better for a long period of time.
  • the electronic component 2 When a light emitting element is used as the electronic component 2, it can be a high-brightness, small-sized electronic component mounting substrate 1 that can be used for a long period of time.
  • the electronic component mounting substrate 1 of the second embodiment can be manufactured by using the same manufacturing method as the electronic component mounting substrate 1 of the above-described embodiment.
  • the electronic component mounting substrate 1 of the third embodiment differs from the electronic component mounting substrate 1 of the above-described embodiment in that the opening of the concave portion 12 is a convex arc shape or a C chamfered shape in a vertical cross-sectional view. Is.
  • the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 are bonded via the bonding material 31, the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 are bonded to each other as in the electronic component mounting substrate 1 of the above-described embodiment.
  • the bottom surface 12a of the recess 12 and the first surface are displaced from each other in the thickness direction of the electronic component mounting substrate 1, and the bottom surface 12a of the recess 12 and the first surface are separated from each other. Even if stress in the plane direction is generated due to a difference in thermal expansion or the like, it is divided and dispersed in the bottom surface 12a and the first surface of the non-continuous recess 12, and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 is good. can do. As a result, the electronic component mounting substrate 1 can be used satisfactorily for a long period of time.
  • the opening of the concave portion 12 has a convex arc shape or C-plane shape in a vertical cross-sectional view, even if stress in the plane direction due to a difference in thermal expansion or the like is transmitted to the bonding material 31, the opening becomes a corner portion of the concave portion 12. Is convex arc-shaped or C-plane in vertical cross-sectional view, stress is dispersed, and the bonding strength between the metal substrate 11 and the insulating substrate 21 can be made good.
  • the protective layer 13 may be located at the opening of the concave portion 12 which has a convex arc shape or a C-plane shape in a vertical cross-sectional view.
  • the corners formed by the inner and outer surfaces of the recess 12 and the bottom surface 12a may have a convex arc shape or a C-plane shape in a vertical cross-sectional view
  • the protective layer 13 may have a convex arc shape or a C-plane shape in a vertical cross-sectional view. It may be located at a corner formed by the inner and outer surfaces of the recess 12 and the bottom surface 12a, which are C-plane.
  • the electronic component 2 When a light emitting element is used as the electronic component 2, it can be a high-brightness, small-sized electronic component mounting substrate 1 that can be used for a long period of time.
  • the electronic component mounting substrate 1 of the third embodiment can be manufactured by using the same manufacturing method as the electronic component mounting substrate 1 of the above-described embodiment.
  • the present invention is not limited to the example of the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the insulating substrate 21 may have a rectangular shape having notches or chamfers on the side surfaces or corners in a plan view.
  • the outer edge of the insulating substrate 21 may be located outside the recess 12 in the plan view and the region overlapping the recess 12 in the plan view.
  • each insulating substrate 21 can be an electronic device in which one or a plurality of electronic components 2 are mounted.

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Abstract

電子部品搭載用基体１は、第１面と、第１面に開口し、底面および内側面および外側面を有する枠状の凹部12と、を有する金属基体11と、第１面における凹部12に囲まれた位置に、接合材31を介して接合された絶縁基板21と、を備え、凹部12のうち、内側面に保護層13を有し、底面12ａには、内側面から外側面に繋がる保護層13を有していない。

Description

電子部品搭載用基体および電子装置
　本開示は、電子部品搭載用基体および電子装置に関する。
　近年、自動車のヘッドランプ等に用いられるＬＥＤ等の電子装置は、高い放熱性が求められる。第１の電子装置には、例えば、金属製の基板が用いられている（例えば、国際公開２０１７／１８８２３７号公報を参照。）。
　本開示の電子部品搭載用基体は、第１面と、該第１面に開口し、底面および内側面および外側面を有する枠状の凹部と、を有する金属基体と、前記第１面における前記凹部に囲まれた位置に、接合材を介して接合された絶縁基板と、を備え、前記凹部のうち、前記内側面に保護層を有し、前記底面には、内側面から外側面に繋がる前記保護層を有していない。
　本開示の電子装置は、上記記載の電子部品搭載用基体と、該電子部品搭載用基体に搭載された電子部品とを有している。
図１Ａは、第１の実施形態における電子部品搭載用基体を示す上面図である。 図１Ｂは、図１Ａの下面図である。 図２Ａは、図１Ａに示した電子部品搭載用基体のＡ－Ａ線における縦断面図である。 図２Ｂは、図２ＡのＡ部における要部拡大縦断面図である。 図３Ａは、図１における電子部品搭載用基体の金属基体を示す上面図である。 図３Ｂは、図３Ａの下面図である。 図４Ａは、図３ＡのＡ部における要部拡大上面図である。 図４Ｂは、図３ＡのＢ部における要部拡大上面図である。 図１Ａに示す電子部品搭載用基体に電子部品を搭載し、また放熱体を取り付けた電子装置を示す縦断面図である。 図６Ａは、第２の実施形態における電子部品搭載用基体を示す上面図である。 図６Ｂは、図６Ａの下面図である。 図７Ａは、図６Ａに示した部品搭載用基体のＡ－Ａ線における縦断面図である。 図７Ｂは、図７ＡのＡ部における要部拡大縦断面図である。 図８Ａは、図６における電子部品搭載用基体の金属基体を示す上面図である。 図８Ｂは、図８Ａの下面図である。 図９Ａは、図８ＡのＡ部における要部拡大上面図である。 図９Ｂは、図７ＡのＢ部における要部拡大上面図である。 第２の実施形態における電子部品搭載用基体の他の例を示す要部拡大縦断面図である。 図11Ａは、第３の実施形態における電子部品搭載用基体の一例を示す要部拡大縦断面図である。 図11Ｂは、第３の実施形態における電子部品搭載用基体の他の例を示す要部拡大縦断面図である。
　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）
　本実施形態における電子部品搭載用基体１は、第１面と、第１面に開口し、底面12ａおよび内側面および外側面を有する枠状の凹部12と、を有する金属基体11と、第１面における凹部12に囲まれた位置に、接合材31を介して接合された絶縁基板21とを有している。絶縁基板21は、第１面に配線層22を有し、第２面に接合層23を有している。また、凹部12のうち、内側面に保護層13を有し、底面12ａには、内側面から外側面に繋がる保護層13を有していない。図１Ａ～図４Ｂ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、実際に電子部品搭載用基体１等が使用される際の上下を限定するものではない。
　金属基体11は、第１面（図１Ａ～図４Ｂでは上面）および第１面と厚み方向で反対側に第２面（図１Ａ～図４Ｂでは下面）と、側面とを有している。金属基体11は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅（Ｃｕ）、銅－タングステン（Ｃｕ－Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料を用いることができる。電子部品搭載用基体１が、自動車のヘッドランプ等に適用される場合、金属基体11は、軽量であるという点からアルミニウムが好適なものとなる。
　金属基体11は、第１面に開口し、底面12ａおよび内側面および外側面を有する枠状の凹部12を有している。凹部12は、絶縁基板21が接合される搭載部11ａを囲むように位置している。凹部12は、金属基体11の第１面に、切削加工、レーザー加工等を行うことにより形成される。
　絶縁基板21は、第１面（図１Ａ～図４Ｂでは上面）および第１面と厚み方向で反対側に第２面（図１Ａ～図４Ｂでは下面）と、側面とを有している。絶縁基板21は、単層または複数の絶縁層からなり、絶縁基板21は、平面視すなわち第１面に垂直な方向から見ると方形状を有している。絶縁基板21は、電子部品２を支持するための支持体として機能する。絶縁基板21は、平面視にて第１面側に電子部品２を搭載するための配線層22と、平面視にて第２面側に金属基体11と接合するための接合層23とを有している。
　絶縁基板21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，窒化珪素質焼結体、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。絶縁基板21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，窒化珪素質焼結体、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。絶縁基板21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（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）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絶縁基板21が製作される。
　配線層22は、絶縁基板21の第１面に位置している。配線層22は、ボンディングワイヤ当の接続部材３の接続部として用いられ、電子部品２とモジュール用基板の接続パッドとを電気的に接続するためのものである。
　接合層23は、絶縁基板21の第２面に位置している。接合層23は、接合材31等の接合部として用いられ、金属基体11と絶縁基板21とを接合するためのものである。
　配線層22および接合層23は、薄膜層およびめっき層を含んでいる。薄膜層は、例えば、密着金属層とバリア層とを有している。薄膜層を構成する密着金属層は、絶縁基板21の第１面または第２面に形成される。密着金属層は、例えば、窒化タンタル、ニッケル－クロム、ニッケル－クロムーシリコン、タングステン－シリコン、モリブデン－シリコン、タングステン、モリブデン、チタン、クロム等から成り、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の薄膜形成技術を採用することにより、絶縁基板21の第１面または第２面に被着される。例えば真空蒸着法を用いて形成する場合には、絶縁基板21を真空蒸着装置の成膜室内に設置して、成膜室内の蒸着源に密着金属層と成る金属片を配置する。その後、成膜室内を真空状態（１０－２Ｐａ以下の圧力）にするとともに、蒸着源に配置された金属片を加熱して蒸着させ、上記の蒸着した金属片の分子を絶縁基板21に被着させることにより、密着金属層と成る薄膜金属の層を形成する。そして、薄膜金属層が形成された絶縁基板21にフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターンを形成した後、エッチングによって余分な薄膜金属層を除去することにより、密着金属層が形成される。密着金属層の上面にはバリア層が被着され、バリア層は密着金属層とめっき層と接合性、濡れ性が良く、密着金属層とめっき層とを強固に接合させるとともに密着金属層とめっき層との相互拡散を防止する作用をなす。バリア層は、例えば、ニッケルークロム、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト等から成り、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の薄膜形成技術により密着金属層の表面に被着される。
　密着金属層の厚さは0.01～0.5μｍ程度が良い。0.01μｍ未満では、金属基体11上に密着金属層を強固に密着させることが困難となる傾向がある。0.5μｍを超える場合は密着金属層の成膜時の内部応力によって密着金属層の剥離が生じ易くなる。また、バリア層の厚さは0.05～１μｍ程度が良い。0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生してバリア層としての機能を果たしにくくなる傾向がある。１μｍを超える場合は、成膜時の内部応力によりバリア層の剥離が生じ易くなる。
　めっき層は、電解めっき法または無電解めっき法によって、薄膜層の露出した表面に被着される。めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性、接続部材３との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。上記によって、配線層22および接合層23が効果的に腐食し難くできるとともに、配線層22と接続部材３との接合、接合層23と金属基体11との接合を強固にできる。
　また、バリア層上に、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属層を配置し、めっき層が良好に形成されるようにしても構わない。上記の金属層は、薄膜層と同様な方法により形成される。
　凹部12は、内側面に保護層13を有し、底面12ａには、内側面から外側面に繋がる保護層13を有していない。金属基体11が、例えば、アルミニウムからなる場合、保護層13は、例えば、酸化アルミニウムから形成される。保護層13は、0.1ｎｍ～10ｎｍ程度の厚みに形成される。保護層13は、凹部12に囲まれた第１面、すなわち、絶縁基板21が接合される搭載部11ａには位置していない。なお、保護層13は、凹部12の底面12ａに一部が位置してもよく、また凹部12の底面12ａに全く位置しなくてもよい。
　例えば、金属基体11がアルミニウムからなり、保護層13が酸化アルミニウムからなる場合、金属基体11の第１面または凹部12内を酸化させて酸化アルミニウムからなる保護層13を形成する。その後、金属基体11の搭載部11ａおよび凹部12の底面12ａに形成された保護層13を除去すればよい。例えば、金属基体11の表面に凹部12を形成した後、凹部12の内面を酸化させて酸化アルミニウムからなる保護層13を形成し、例えば、搭載部11ａおよび凹部12内にハンダ等の接合材31を載置する。そして、搭載部11ａおよび凹部12の底面12ａに超音波などのエネルギーを付与して、保護層13を搭載部11ａおよび凹部12の底面12ａから除去しても良い。搭載部11ａおよび凹部12の底面12ａに載置するハンダ等の接合材31は、それぞれ個々に接合材31を載置して保護層13を除去した後、接合材31を追加して搭載部11ａの接合材31と凹部12内の接合材31とが接合するようにしても構わない。
　電子部品搭載用基体１の絶縁基板21の第１面に電子部品２を搭載し、電子装置を作製できる。電子部品搭載用基体１に搭載される電子部品２は、ＩＣチップまたはＬＳＩチップ等の半導体素子，ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型等の撮像素子、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、電子部品２がワイヤボンディング型の半導体素子である場合には、半導体素子は、低融点ろう材または導電性樹脂等の接合部材によって、絶縁基板21上に固定された後、ボンディングワイヤ等の接続部材３を介して半導体素子の電極と配線層22とが電気的に接続されることによって電子部品搭載用基体１に搭載される。上記により、電子部品２は配線層22に電気的に接続される。
　また、例えば、電子部品２がフリップチップ型の電子部品２である場合には、電子部品は、はんだバンプ、金バンプまたは導電性樹脂（異方性導電樹脂等）等の接続部材３を介して、電子部品２の電極と配線層22とが電気的および機械的に接続されることによって電子部品搭載用基体１に搭載される。
　また、絶縁基板21の第１面には、複数の電子部品２を搭載してもよいし、必要に応じて、電子部品２の周囲に抵抗素子または容量素子等の小型の電子部品、他の部品を搭載してもよい。また、電子部品２は必要に応じて、樹脂またはガラス等からなる封止材を用いて、あるいは、樹脂、ガラス、セラミックスまたは金属等からなる蓋体等により封止される。なお、図５に示す例のように、電子装置にヒートシンク等の放熱体４を取り付けても構わない。
　本実施形態の電子部品搭載用基体によれば、第１面と、第１面に開口し、底面12ａおよび内側面および外側面を有する枠状の凹部12と、を有する金属基体11と、第１面における凹部12に囲まれた位置に、接合材31を介して接合された絶縁基板21と、を備え、凹部12のうち、内側面に保護層13を有し、底面12ａには、内側面から外側面に繋がる保護層13を有していない。上記構成により、金属基体11と絶縁基板21とを接合材31を介して接合した際、凹部12の底面12ａと第１面とが電子部品搭載用基体１の厚み方向における位置がズレて、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断される。そして、熱膨張差等による平面方向の応力が発生したとしても、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断、分散され、金属基体11と絶縁基板21の接合強度が良好なものとすることができる。その結果、長期間にわたって良好に使用可能な電子部品搭載用基体１とすることができる。
　また、凹部12の外側面に保護層13を有してもよく、凹部12の外側に位置する金属基体11の第１面に接合材31が這い上がり難くすることができる。
　絶縁基板21の第１面に搭載される電子部品２よび他の部品は、平面透視にて、凹部12の内側面よりも内側に位置すると、電子部品２または他の部品の熱が絶縁基板21を介して金属基体11側に放熱することができる。その結果、長期にわたって信頼性に優れた電子部品搭載用基体１とすることができる。
　電子部品２として、発光素子を用いる場合、長期にわたって使用可能な高輝度で小型の発光素子搭載用の電子部品搭載用基体１とすることができる。
　なお、金属基体11の凹部12の内側面全周にわたって保護層13を有していると、全周にわたって熱膨張差等による平面方向の応力が、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断、分散され、金属基体11と絶縁基板21との接合強度が良好なものとすることができる。
　また、枠状の凹部12の底面12ａに全周にわたって保護層13を有していないと、枠状である凹部12の底面12ａの全周にわたって接合材31が良好に接合され、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断、分散され、金属基体11と絶縁基板21との接合強度が良好なものとすることができる。
　また、平面視における絶縁基板21の外縁は、平面透視において凹部12の底面12ａと重なっていると、絶縁基板21（搭載部11ａ）の外縁に位置した凹部12で応力が分散され、接合強度がより良好なものとすることができる。
　また、平面視における絶縁基板21の外縁は、平面透視において全周にわたって、凹部12の底面12ａと重なっていると、絶縁基板21（搭載部11ａ）の外縁に位置した凹部12で応力が分散され、接合強度がさらに良好なものとすることができる。
　なお、保護層13は、図２Ａ、図２Ｂに示す例のように、凹部12における外側面に位置していると、接合材31が絶縁基板21の外側面側に這い上がり難くし、金属基体11と絶縁基板21との接合強度がより良好なものとすることができる。その結果、長期間にわたって良好に使用可能な電子部品搭載用基体１とすることができる。
　本実施形態の電子装置によれば、上記構成の電子部品搭載用基体１と、電子部品搭載用基体１に搭載された電子部品２とを有することにより、長期間にわたって良好に使用可能な電子装置とすることができる。
　電子装置の配線層22は、外部装置の配線導体と電気的に接続される。
　また、図５に示す例のように、電子装置の下面に、Ａｌ等からなる放熱体４を接合していると、電子装置の熱を放熱体４により良好に放熱することができ、長期間にわたって良好に使用可能な電子装置とすることができる。
　放熱体４は、例えば、平面透視にて電子装置と放熱体４との接合部より外側に、貫通孔が設けられ、上記の貫通孔内を螺子止めすることより電子装置が外部装置に保持され、電子装置の配線層22と外部装置の配線導体とが接続材により電気的に接続される。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態による電子部品搭載用基体１について、図６Ａ～図９Ｂを参照しつつ説明する。
　第２の実施形態における電子部品搭載用基体１において、上記した実施形態の電子部品搭載用基体１と異なる点は、平面視において、絶縁基板21の外縁が、凹部12の外側に位置している点である。
　金属基体11の第１面に位置する保護層13は、図８Ａ、図８Ｂおよび図９Ａ、図９Ｂに示す例において、網掛けにて示している。
　第２の実施形態における電子部品搭載用基体１によれば、上記した実施形態の電子部品搭載用基体１と同様に、金属基体11と絶縁基板21とを接合材31を介して接合した際、凹部12の底面12ａと第１面とが電子部品搭載用基体１の厚み方向における位置がズレて、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断される。そして、熱膨張差等による平面方向の応力が発生したとしても、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断、分散され、金属基体11と絶縁基板21の接合強度が良好なものとすることができる。その結果、長期間にわたって良好に使用可能な電子部品搭載用基体１とすることができる。
　また、平面視における絶縁基板21の外縁は、凹部12の外側に位置すると、熱膨張差等による平面方向の応力が発生したとしても、クラック、剥がれ等の起点となる絶縁基板21の外縁側に位置した凹部12で応力が分散され、金属基体11と絶縁基板21の接合強度がより良好なものとすることができる。
　なお、保護層13は、さらに、凹部12における外側面と、金属基体11の第１面における凹部12の外側とに位置していると、接合材31が絶縁基板21の側面または上面に這い上がり難くし、金属基体11と絶縁基板21との接合強度がより良好なものとすることができる。その結果、長期間にわたって良好に使用可能な電子部品搭載用基体１とすることができる。
　また、図10に示す例のように、金属基体11における第１面のうち、凹部12から離れて、凹部12の外側のみに保護層13を有すると、熱膨張差等による平面方向の応力が、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断、分散され、接合強度がより良好なものとすることができる。また第１面に接合材31が拡がり難くすることができ、長期間にわたってより良好に使用可能な電子部品搭載用基体１とすることができる。
　電子部品２として、発光素子を用いる場合、長期にわたって使用可能な高輝度で小型の発光素子搭載用の電子部品搭載用基体１とすることができる。
　第２の実施形態の電子部品搭載用基体１は、その他は上述の実施形態の電子部品搭載用基体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、第３の実施形態による電子部品搭載用基体１について、図11Ａ、図11Ｂを参照しつつ説明する。
　第３の実施形態における電子部品搭載用基体１において、上記した実施形態の電子部品搭載用基体１と異なる点は、凹部12の開口が、縦断面視で凸の弧状またはＣ面取り状である点である。
　第３の実施形態における電子部品搭載用基体１によれば、上記した実施形態の電子部品搭載用基体１と同様に、金属基体11と絶縁基板21とを接合材31を介して接合した際、凹部12の底面12ａと第１面とが電子部品搭載用基体１の厚み方向における位置がズレて、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断される。そして、熱膨張差等による平面方向の応力が発生したとしても、連続しない凹部12の底面12ａと第１面とに分断、分散され、金属基体11と絶縁基板21の接合強度が良好なものとすることができる。その結果、長期間にわたって良好に使用可能な電子部品搭載用基体１とすることができる。
　また、凹部12の開口が、縦断面視で凸の弧状またはＣ面状であると、熱膨張差等による平面方向の応力が接合材31に伝わろうとしても、凹部12の角部となる開口が縦断面視で凸の弧状またはＣ面状で、応力が分散され、金属基体11と絶縁基板21の接合強度が良好なものとすることができる。なお、保護層13は、縦断面視で凸の弧状またはＣ面状である凹部12の開口に位置してもよい。また、凹部12の内側面および外側面と底面12ａとが成す隅部が、縦断面視で凸の弧状またはＣ面状であってもよく、保護層13は、縦断面視で凸の弧状またはＣ面状である、凹部12の内側面および外側面と底面12ａとが成す隅部に位置してもよい。
　電子部品２として、発光素子を用いる場合、長期にわたって使用可能な高輝度で小型の発光素子搭載用の電子部品搭載用基体１とすることができる。
　第３の実施形態の電子部品搭載用基体１は、その他は上述の実施形態の電子部品搭載用基体１と同様の製造方法を用いて製作することができる。
　本発明は、上述の実施の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、絶縁基板21は、平面視において側面または角部に、切欠きまたは面取りを有している矩形状であっても構わない。
　また、例えば、絶縁基板21の外縁は、平面透視で凹部12と重なる領域と、平面透視で凹部12よりも外側に位置するものであっても構わない。
　また、金属基体11に複数の枠状の凹部12を形成し、それぞれの枠状の凹部12毎に、絶縁基板21が配置されている電子部品搭載用基体１であっても構わない。複数の絶縁基板21は、平面透視で外縁が凹部12と重なる絶縁基板21または平面透視で外縁が凹部12よりも外側に位置する絶縁基板21のいずれかであってもよいし、それぞれの絶縁基板21が位置するものであっても構わない。また、それぞれの絶縁基板21に、１つまたは複数の電子部品２を搭載した電子装置とすることができる。
１・・・・電子部品搭載用基体
11・・・・金属基体
12・・・・凹部
12ａ・・・底面
13・・・・保護層
21・・・・絶縁基板
22・・・・配線層
23・・・・接合層
31・・・・接合材
２・・・・電子部品
３・・・・接続部材
４・・・・放熱体

Claims (6)

  1. 　第１面と、該第１面に開口し、底面および内側面および外側面を有する枠状の凹部と、を有する金属基体と、
    　前記第１面における前記凹部に囲まれた位置に、接合材を介して接合された絶縁基板と、
    　を備え、
    　前記凹部のうち、前記内側面に保護層を有し、前記底面には、内側面から外側面に繋がる前記保護層を有していない、電子部品搭載用基体。
  2. 　平面視における前記絶縁基板の外縁は、平面透視において前記凹部の底面と重なっている、請求項１に記載の電子部品搭載用基体。
  3. 　平面視における前記絶縁基板の外縁は、前記凹部の外側に位置する、請求項１に記載の電子部品搭載用基体。
  4. 　前記保護層は、さらに、前記凹部における前記外側面と、前記第１面における前記凹部の外側とに位置する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品搭載用基体。
  5. 　前記第１面のうち、前記凹部から離れて、前記凹部の外側のみに前記保護層を有する、請求項４に記載の電子部品搭載用基体。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電子部品搭載用基体と、
    　該電子部品搭載用基体に搭載された電子部品とを有する、電子装置。
PCT/JP2020/036298 2019-09-25 2020-09-25 電子部品搭載用基体および電子装置 WO2021060475A1 (ja)

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