WO2022024932A1 - 配線基板、発光素子搭載用パッケージおよび発光装置 - Google Patents

配線基板、発光素子搭載用パッケージおよび発光装置 Download PDF

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WO2022024932A1
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WO
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resin layer
insulating resin
wiring board
ridge line
closed pore
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PCT/JP2021/027374
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和弘 岡本
泉太郎 山元
有平 松本
佳英 大川
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京セラ株式会社
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    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641Heat extraction or cooling elements characterized by the materials

Definitions

  • This disclosure relates to a wiring board, a package for mounting a light emitting element, and a light emitting device.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • LDs Laser Diodes
  • a light source device using these semiconductor elements is required to have high heat dissipation. Therefore, a metal substrate is used for the light source device.
  • An insulating layer made of an organic resin is laminated on the metal substrate to form a wiring board or a package for mounting a light emitting element (see, for example, Patent Document 1).
  • the wiring board of the present disclosure has a metal substrate, an insulating resin layer located on the metal substrate, and a conductor layer located on the insulating resin layer.
  • the insulating resin layer includes a first surface facing the metal substrate, a second surface located opposite to the first surface, and a third surface located between the first surface and the second surface. It includes a first ridge line portion where the first surface and the third surface intersect, and a second ridge line portion where the second surface and the third surface intersect.
  • the insulating resin layer has a first closed pore group in which a plurality of closed pores are densely packed closer to the first ridge line portion than to the second ridge line portion.
  • the wiring board of the present disclosure has a metal substrate, an insulating resin layer located on the metal substrate, and a conductor layer located on the insulating resin layer.
  • the insulating resin layer includes a first surface facing the metal substrate, a second surface located opposite to the first surface, a through hole penetrating the first surface to the second surface, and the inside of the through hole.
  • the fourth surface located between the first surface and the second surface, the third ridge line portion where the first surface and the fourth surface intersect, and the second surface and the fourth ridge line portion. I have.
  • the insulating resin layer has a second closed pore group in which a plurality of closed pores are densely packed closer to the third ridge line portion than to the fourth ridge line portion.
  • a submount for mounting the light emitting element is arranged on the above wiring board.
  • the light emitting device of the present disclosure includes a light emitting element on a submount of the above-mentioned light emitting element mounting package.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a wiring board shown as an example of an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the P1 portion of FIG.
  • FIG. 5 is an external perspective view showing another aspect of the wiring board.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the P2 portion of FIG.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device shown as an example of the embodiment.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a wiring board shown as an example of an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the wiring board A and a state before the laminated body is pressure-heated.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the wiring board A and a state after the laminated body is pressure-heated.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the wiring board B and showing a state before the laminated body is pressure-heated.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the wiring board B and showing a state after the laminated body is pressure-heated.
  • the light emitting element mounting package disclosed in Patent Document 1 has a structure in which an insulating layer made of an organic resin is laminated on a metal substrate.
  • a metal substrate may be referred to as a substrate.
  • An insulating layer made of an organic resin may be referred to as an insulating layer.
  • the substrate and the insulating layer are made of different materials. Therefore, it is basically difficult to firmly bond the substrate and the insulating layer.
  • the package for mounting a light emitting element is exposed to a sudden temperature change, there may be a problem that the insulating layer is peeled off from the substrate. This is because the substrate and the insulating layer have a large difference in thermal expansion coefficient between them.
  • the insulating layer has high rigidity even if it is made of an organic resin.
  • the Young's modulus of the insulating layer made of an organic resin increases sharply, especially when the ambient temperature is lower than the normal temperature (25 ° C.). Due to such factors, the insulating layer of a light emitting device mounting package having a structure in which an insulating layer made of an organic resin is laminated on a metal substrate is easily peeled off from the substrate.
  • the present disclosure provides, for example, a wiring board, a package for mounting a light emitting element, and a light emitting device in which the insulating layer is not easily peeled off from the substrate even in a structure in which an insulating layer made of an organic resin is laminated on a metal substrate.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a wiring board shown as an example of an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the P1 portion of FIG.
  • the wiring board A shown in FIG. 1 has a metal substrate 1, an insulating resin layer 3, and a conductor layer 5.
  • the insulating resin layer 3 is located on the metal substrate 1.
  • the insulating resin layer 3 is laminated on the metal substrate 1.
  • the conductor layer 5 is located on the insulating resin layer 3.
  • the conductor layer 5 is arranged toward the end of the second surface 3b of the insulating resin layer 3, but the position of the conductor layer 5 is not limited to this.
  • the conductor layer 5 may be arranged at any place required by the pattern design. Further, in FIG. 1, the number of the conductor layers 5 is two, but the number of the conductor layers 5 may be arranged as many as necessary.
  • the insulating resin layer 3 has a first surface 3a, a second surface 3b, and a third surface 3c.
  • the first surface 3a is a surface facing the metal substrate 1.
  • the second surface 3b is a surface located on the opposite side of the first surface 3a.
  • the third surface 3c is a surface located between the first surface 3a and the second surface 3b.
  • the first surface 3a and the second surface 3b are the main surfaces of the insulating resin layer 3.
  • the third surface 3c is a so-called side surface of the insulating resin layer 3.
  • the third surface 3c is oriented so as to intersect the first surface 3a or the second surface 3b.
  • the third surface 3c has a structure that faces in a direction perpendicular to the first surface 3a and the second surface 3b, but is not limited to the direction perpendicular to the first surface 3a and the second surface 3b.
  • the wiring board A shown in FIG. 1 has four third surfaces 3c.
  • the insulating resin layer 3 has a first ridge line portion 3d and a second ridge line portion 3e.
  • the first ridge line portion 3d is located at a position where the first surface 3a and the third surface 3c intersect.
  • the second ridge line portion 3e is located at the intersection of the second surface 3b and the third surface 3c.
  • the first ridge line portion 3d is a ridge line closer to the metal substrate 1 than the second ridge line portion 3e.
  • the first ridge line portion 3d is arranged so as to surround the first surface 3a of the insulating resin layer 3.
  • the second ridge line portion 3e is arranged so as to surround the second surface 3b of the insulating resin layer 3.
  • the insulating resin layer 3 has a large number of closed pores 7a.
  • the insulating resin layer 3 among a large number of closed pores 7a, there is a portion in which a plurality of closed pores are densely packed.
  • the portion in which a plurality of closed pores 7a are densely packed is hereinafter referred to as a closed pore group.
  • the closed pore group existing in the insulating resin layer 3 of the wiring board A is referred to as the first closed pore group 7.
  • the state in which a plurality of closed pores 7a are densely referred to means a state in which the number of closed pores 7a existing in a predetermined volume is larger than that in other regions.
  • the volume may be replaced with a predetermined area (unit area) of the cross section of the insulating resin layer 3.
  • the unit area can be drawn by monotonically connecting the contours of the plurality of closed pores 7a located on the outermost periphery in the portion where the plurality of closed pores are densely packed.
  • the area of the circle In this case, the porosity of the first closed pore group 7 is preferably 50% or more of the porosity in the unit area. As a guide, the porosity of the first closed pore group is up to 80%.
  • the first closed pore group 7 exists closer to the first ridge line portion 3d than the second ridge line portion 3e of the insulating resin layer 3. In other words, the first closed pore group 7 exists in the vicinity of the first ridge line portion 3d in the insulating resin layer 3. Furthermore, the first closed pore group 7 exists in the insulating resin layer 3 near the outer peripheral edge of the first surface 3a.
  • the proportion of the resin forming the insulating resin layer 3 is smaller than in the other regions of the insulating resin layer 3. Therefore, in the insulating resin layer 3, the region where the first closed pore group 7 exists has a lower elastic modulus than the other regions of the insulating resin layer 3.
  • a portion having a lower elastic modulus than other regions is formed in the vicinity of the first ridge line portion 3d of the insulating resin layer 3. As a result, the stress generated between the metal substrate 1 and the insulating resin layer 3 can be relaxed. As a result, the probability that the metal substrate 1 and the insulating resin layer 3 are separated from each other can be reduced.
  • the possibility that the insulating resin layer 3 will be peeled off from the metal substrate 1 can be reduced.
  • the thermal expansion rate is different between the metal substrate 1 and the insulating resin layer 3, the insulating resin layer 3 is easily peeled off from the peripheral edge 3co.
  • the insulating resin layer 3 tends to be easily peeled off from the corner portion 3 coc.
  • the first closed pore group 7 exists in the vicinity of the first ridge line portion 3d in the insulating resin layer 3. Therefore, it is possible to prevent the insulating resin layer 3 from peeling off from the corner portion 3coc and the peripheral edge 3co.
  • the elastic modulus of the portion where the first closed pore group 7 exists has a low elastic modulus.
  • the portion where the first closed pore group 7 exists is easily deformed. Therefore, the adhesive force of the metal substrate 1 to the surface 1a is increased.
  • the portion where the first closed pore group 7 exists is close to the surface 1a of the metal substrate 1 in the direction of the thickness of the insulating resin layer 3 and is close to the surface 1a of the metal substrate 1.
  • the insulating resin layer 3 is viewed in a plan view, it is a portion close to the peripheral edge 3co of the insulating resin layer 3.
  • the other region is from the surface 1a of the metal substrate 1 in the direction of the thickness of the insulating resin layer 3 rather than the place where the first closed pore group 7 exists. It is a distant place, and when the insulating resin layer 3 is viewed in a plan view, it is located closer to the center 3cc than the peripheral edge 3co of the insulating resin layer 3.
  • the first closed pore group 7 includes a plurality of closed pores 7a.
  • the closed pores 7a are pores existing inside the insulating resin layer 3.
  • the closed pore 7a has a closed space.
  • the closed pores 7a do not face the first surface 3a, the second surface 3b, the side surface (third surface 3c), and the first ridge line portion 3d of the insulating resin layer 3.
  • the closed pores 7a have a resin between the first surface 3a, the second surface 3b, the side surface (third surface 3c), and the first ridge line portion 3d constituting the insulating resin layer 3.
  • the closed pore 7a does not have a portion opened in the first surface 3a, the second surface 3b, the side surface (third surface 3c), and the first ridge line portion 3d of the insulating resin layer 3.
  • the closed pores 7a are present alone in other regions of the portion that is the first closed pore group 7.
  • the closed pores 7a constituting the first closed pore group 7 have a larger average diameter than the closed pores 7a existing in a region other than the portion of the first closed pore group 7.
  • the average diameter D1 of the closed pores 7a constituting the first closed pore group 7 is 1.5 to 1.5 of the average diameter D2 of the closed pores 7a existing in the region other than the portion of the first closed pore group 7. It may be 5 times.
  • Confirmation of the region from the large number of closed pores 7a included in the insulating resin layer 3 to the first closed pore group 7 is performed as follows. First, a cross section as shown in FIG. 3 is extracted from the wiring board A. Next, the cross section is observed with an electron microscope, for example, and the presence of the closed pores 7a is confirmed from the photograph. Next, a candidate for the first closed pore group 7, which is a portion where the closed pores 7a are densely packed, is searched for, and a provisional division is performed visually with the region where the closed pores 7a are not densely packed.
  • the diameter of each closed pore 7a is obtained by image analysis of the candidate portion of the first closed pore group 7.
  • the diameter of each closed pore 7a is obtained by converting the area of the closed pore 7a obtained from the image analysis into the area of a circle.
  • the range from the measured value of the diameter of each of the obtained closed pores 7a to the range in which the closed pores 7a larger than the threshold diameter are present is defined as the range of the first closed pore group 7.
  • the threshold value of the diameter of the closed pore 7a is 0.05 ⁇ m in the specific example described later. If the closed pores having a diameter smaller than 0.05 ⁇ m exist between the closed pores 7a constituting the first closed pore group 7, the closed pores 7a having such a small diameter are also the first.
  • thermosetting resin is suitable as the material of the insulating resin layer 3.
  • Epoxy resin is suitable as the thermosetting resin.
  • Inorganic particles may be contained in the insulating resin layer 3.
  • Copper foil is suitable as the conductor layer 5.
  • FIG. 5 is an external perspective view showing another aspect of the wiring board.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the P2 portion of FIG.
  • the wiring board B shown in FIG. 5 has a metal substrate 1, an insulating resin layer 3, and a conductor layer 5.
  • the insulating resin layer 3 is located on the metal substrate 1.
  • the conductor layer 5 is located on the insulating resin layer 3.
  • the conductor layer 5 is arranged toward the end of the second surface 3b of the insulating resin layer 3, but the position of the conductor layer 5 is not limited to this. It is arranged in the required place by the pattern design of the conductor layer 5.
  • the number of the conductor layers 5 is 2, but the number of the conductor layers 5 may be the number required by the pattern design.
  • the insulating resin layer 3 has a first surface 3a and a second surface 3b.
  • the insulating resin layer 3 has a through hole 9.
  • the wiring board B shown in FIG. 5 is different from the wiring board A described above in that the insulating resin layer 3 has a through hole 9.
  • the through hole 9 is formed so as to penetrate between the first surface 3a and the second surface 3b of the insulating resin layer 3.
  • the through hole 9 has an inner surface 9a.
  • the inner surface 9a is located between the first surface 3a and the second surface 3b of the insulating resin layer 3.
  • the through hole 9 shown in FIG. 5 has a rectangular shape in a plan view.
  • the inner surface 9a of the through hole 9 is composed of four surfaces.
  • one of the inner surfaces 9a of the through hole 9 is referred to as the fourth surface 9aa.
  • the inner surface 9a of the through hole 9 shown in FIG. 5 has four fourth surfaces 9aa.
  • the fourth surface 9aa is oriented so as to intersect with the first surface 3a.
  • the fourth surface 9aa which is one of the four fourth surfaces 9aa, will be described.
  • the fourth surface 9aa is located between the first surface 3a and the second surface 3b of the insulating resin layer 3.
  • the insulating resin layer 3 has a third ridge line portion 9b and a fourth ridge line portion 9c.
  • the third ridge line portion 9b is a portion where the first surface 3a and the fourth surface 9aa of the insulating resin layer 3 intersect.
  • the fourth ridge line portion 9c is a portion where the second surface 3b and the fourth surface 9aa of the insulating resin layer 3 intersect.
  • the insulating resin layer 3 constituting the wiring board B also has a large number of closed pores as in the case of the wiring board A.
  • the insulating resin layer 3 constituting the wiring board B also has a group of closed pores having the same form as that of the wiring board A.
  • the closed pore group existing near the through hole 9 formed in the insulating resin layer 3 is referred to as the second closed pore group 11.
  • the closed pores constituting the second closed pore group 11 are hereinafter represented by reference numerals 11a.
  • the first closed pore group 7 and the closed pore group 7a, the second closed pore group 11 and the closed pore 11a are represented by different reference numerals for convenience of explanation.
  • the first closed pore group 7 and the closed pore group 7a and the second closed pore group 11 and the closed pore 11a may have the same size and distribution state, respectively.
  • the second closed pore group 11 exists closer to the third ridge line portion 9b than the fourth ridge line portion 9c of the insulating resin layer 3. In other words, the second closed pore group 11 exists in the vicinity of the third ridge line portion 9b in the insulating resin layer 3. In the region where the second closed pore group 11 exists, the proportion of the resin forming the insulating resin layer 3 is smaller than that in the other regions of the insulating resin layer 3.
  • the region where the second closed pore group 11 exists has a lower elastic modulus than the other regions of the insulating resin layer 3.
  • a portion having a lower elastic modulus than other regions is formed in the vicinity of the third ridge line portion 9b of the insulating resin layer 3.
  • the probability that the through hole 9 side of the insulating resin layer 3 is separated from the metal substrate 1 can be reduced.
  • the possibility that the through hole 9 side of the insulating resin layer 3 is peeled off from the metal substrate 1 can be reduced.
  • the thermal expansion rate is different between the metal substrate 1 and the insulating resin layer 3
  • the inner surface 9a of the through hole 9 which is the end surface of the insulating resin layer 3 is likely to be partially peeled off like the peripheral edge 3co.
  • the second closed pore group 11 exists in the insulating resin layer 3 near the third ridge line portion 9b. Therefore, the insulating resin layer 3 can be prevented from peeling off from the inner surface 9a side of the through hole 9.
  • the elastic modulus of the portion where the second closed pore group 11 exists has a low elastic modulus. Further, the portion where the second closed pore group 11 exists is easily deformed. Therefore, the adhesive force of the metal substrate 1 to the surface 1a is increased.
  • the portion where the second closed pore group 11 exists is close to the surface 1a of the metal substrate 1 in the direction of the thickness of the insulating resin layer 3 and is close to the surface 1a.
  • the insulating resin layer 3 is viewed in a plan view, it is a portion close to the inner surface 9a of the through hole 9.
  • the other region is from the surface 1a of the metal substrate 1 in the direction of the thickness of the insulating resin layer 3 rather than the place where the second closed pore group 11 exists. It is a distant place, and when the insulating resin layer 3 is viewed in a plan view, it is a position close to the peripheral edge 3co from the inner surface 9a of the through hole 9.
  • the second closed pore group 11 includes a plurality of closed pores 11a.
  • the closed pores 11a are pores existing inside the insulating resin layer 3.
  • the closed pore 11a has a closed space.
  • the closed pores 11a are the first surface 3a, the second surface 3b, the fourth surface 9aa, the side surface (third surface 3c), the first ridge line portion 3d, the second ridge line portion 3e, and the third ridge line portion 9b of the insulating resin layer 3. It does not face the surface and has a resin between each of these parts and the outside world.
  • the closed pores 11a are the first surface 3a, the second surface 3b, the fourth surface 9aa, the side surface (third surface 3c), the first ridge line portion 3d, the second ridge line portion 3e, and the third surface of the insulating resin layer 3. It does not have an opening in the ridgeline portion 9b.
  • the closed pores 11a independently exist in the insulating resin layer 3 in a region different from the portion forming the second closed pore group 11.
  • the closed pores 11a constituting the second closed pore group 11 have a larger average diameter than the closed pores 11a existing in a region other than the portion of the second closed pore group 11.
  • the average diameter D3 of the closed pores 11a constituting the second closed pore group 11 is 1.5 to 1.5 of the average diameter D4 of the closed pores 11a existing in the region other than the portion of the second closed pore group 11. It may be 5 times.
  • the wiring board B may have the first closed pore group 7 in the insulating resin layer 3.
  • the wiring board B may have a first closed pore group 7 and a second closed pore group 11 in the insulating resin layer 3. That is, the insulating resin layer 3 constituting the wiring board B may have a first closed pore group 7 in which a plurality of closed pores 7a are densely packed near the first ridge line portion 3d.
  • the through hole 9 is provided. It is possible to prevent the insulating resin layer 3 laminated on the metal substrate 1 from peeling off from the peripheral edge 3co and the corner portion 3coc as well as the inner surface 9a side.
  • the first closed pore group 7 may be located in the entire area extending over the first ridge line portion 3d.
  • the insulating resin layer 3 is less likely to be peeled off from the metal substrate 1 in the entire area.
  • the second closed pore group 11 may be located in the entire area extending over the third ridge line portion 9b.
  • the fact that the first closed pore group 7 is located in the entire area means that the first closed pore group 7 has the maximum length when the maximum length L of the first closed pore group 7 is 1. It means that they are arranged along the first ridge line portion 3d at a pitch of 10 times or less of L. The same applies when the second closed pore group 11 is arranged along the third ridge line portion 9b.
  • the insulating resin layer 3 may contain a plurality of inorganic particles, but in this case, it is preferable that the plurality of inorganic particles have two peaks in their particle size distribution.
  • the particle size distribution of the inorganic particles contained in the insulating resin layer 3 has two peaks, a structure is formed in which the inorganic particles having a small diameter enter between the large diameter inorganic particles contained in the insulating resin layer 3. can. Therefore, in the insulating resin layer 3, it is possible to obtain the insulating resin layer 3 showing high strength even if the volume ratio of the inorganic particles is low.
  • the insulating resin layer 3 can increase the adhesive strength with respect to the metal substrate 1.
  • the volume ratio of the inorganic particles is low because the volume ratio of the voids is originally high. Therefore, the effect of stress relaxation due to the presence of the first closed pore group 7 and the second closed pore group 11 in the insulating resin layer 3 can be maintained.
  • the particle size distribution of the inorganic particles has two peaks, as long as the particle size distribution of the inorganic particles can be measured and the distribution can be graphed.
  • the skirt extending from the peak having the smaller particle size and the skirt extending from the peak having the larger particle size may overlap.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the light emitting device D shown as an example of the embodiment.
  • the light emitting device D shown in FIG. 9 has a light emitting element mounting package C and a light emitting element 13.
  • a light emitting element 13 As the light emitting element 13, an LD (Laser Diode) can be exemplified in addition to the LED element.
  • LD Laser Diode
  • the light emitting element mounting package C shown in FIG. 9 is based on the wiring board B shown in FIG.
  • the light emitting element mounting package C has a wiring board B, a submount board 15, and a bonding material 17.
  • the submount substrate 15 is fitted into a through hole 9 formed in the insulating resin layer 3 constituting the wiring board B.
  • the submount substrate 15 is arranged on the metal substrate 1 constituting the wiring board B.
  • the bonding material 17 is arranged on the metal substrate 1 in the through hole 9 formed in the insulating resin layer 3 constituting the wiring board B.
  • the joining material 17 joins the metal substrate 1 and the submount substrate 15.
  • the submount substrate 15 is preferably equipped with a light emitting element 13 that easily generates heat during operation, and thus has the properties of high thermal conductivity, high strength, high toughness, and low thermal expansion. From the viewpoint of having such characteristics, it is preferable to use ceramics for the submount substrate 15. For example, ceramics containing silicon nitride as a main component are preferable. As the bonding material 17, solder, Au-Sn, or the like is preferable. The submount substrate 15, the metal substrate 1, and the insulating resin layer 3 may have different thermal expansion rates.
  • the light emitting element mounting package C When the light emitting element 13 is mounted on the light emitting element mounting package C and the light emitting element 13 operates continuously or discontinuously, the light emitting element mounting package C generates heat due to the operation of the light emitting element 13. Thermal stress is generated between the metal substrate 1 bonded to each other and the insulating resin layer 3 due to the difference in the thermal expansion coefficient and Young's modulus of the two. In the case of the light emitting device D, since the second closed pore group 11 exists in the insulating resin layer 3 of the wiring board B constituting the light emitting element mounting package C as described above, the metal substrate 1 and the insulating resin layer are present.
  • the submount board 15 is arranged on the second surface 3b of the insulating resin layer 3 of the wiring board A.
  • the submount substrate 15 is arranged on the second surface 3b of the insulating resin layer 3 via the bonding material 17.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing a state before the laminated body is pressure-heated.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing a state after the laminated body is pressure-heated.
  • the metal plate 21 is a material for obtaining the metal substrate 1.
  • the organic resin sheet 23 is a material for obtaining the insulating resin layer 3.
  • the metal plate 21 and the organic resin sheet 23 are each processed into a predetermined shape. It is better to use a mechanical cutting machine such as dicing for processing the metal plate.
  • a thermosetting resin as the material of the organic resin sheet 23. Epoxy resin is preferable as the material of the thermosetting resin.
  • a curing agent may be added to the thermosetting resin.
  • the organic resin sheet 23 may contain inorganic particles. As the inorganic particles, silica, alumina and the like are preferable. In this case, the inorganic particles preferably have two peaks when the particle size distribution is measured.
  • the organic resin sheet 23 is adhered to the surface 21a of the metal plate 21 to prepare the laminated body 25.
  • a laminating machine capable of pressurizing in a heated state is used for the adhesion between the metal plate 21 and the organic resin sheet 23.
  • the thermosetting resin used is cured at a temperature higher than the temperature at which the thermosetting resin can be cured.
  • the epoxy resin is cured at about 200 ° C.
  • the curing temperature is set to a higher temperature of 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower.
  • the surface of the insulating resin layer 3 tends to be flattened by dissolving a part of the resin component during pressurization and heating. At this time, the temperature is maintained at the maximum temperature for a predetermined time. When the laminate 25 is produced under such conditions, the bubbles 27 contained inside the organic resin sheet 23 are released from the organic resin sheet 23.
  • the bubbles 27 are easily removed from the surface of the organic resin sheet 23 that is not in contact with the metal plate 21, but the bubbles 27 are difficult to be removed from the surface 23a facing the metal plate 21. This is because the surface 23a of the organic resin sheet 23 is in contact with the metal plate 21, so that the bubbles 27 that should be released from the organic resin sheet 23 are blocked by the metal plate 21. Therefore, the bubbles 27 tend to accumulate in the vicinity of the surface 23a of the organic resin sheet 23 facing the metal plate 21.
  • the bubbles 27 dispersed in the organic resin sheet 23 are concentrated in the vicinity of the surface 23a facing the metal plate 21. In this way, the ratio of open pores can be reduced from the surface of the insulating resin layer 3.
  • a film sheet having holes is placed on the surface of the organic resin sheet 23 opposite to the metal plate 21 so that air bubbles can easily escape.
  • the bubbles 27 originally contained in the organic resin sheet 23 are not in contact with the metal plate 21 at the first stage of the pressure heat treatment, and the organic resin sheet 23 is formed. Move towards the part that is released inside.
  • the open portion of the organic resin sheet 23 is, for example, the side surface 23b of the organic resin sheet 23.
  • the insulating resin layer 3 formed by curing the organic resin sheet 23 is formed with the first closed pore group 7 in which a plurality of closed pores are densely packed.
  • the first closed pore group 7 is formed in a region close to the side surface (third surface 3c) of the insulating resin layer 3 and close to the metal plate 21.
  • the organic resin sheet 23 since the organic resin sheet 23 has a simple plate shape, the bubbles 27 contained in the organic resin sheet 23 gather in a region close to the side surface 23b of the organic resin sheet 23. In this way, it is possible to obtain a wiring board A having a first closed pore group 7 in which a plurality of closed pores 7a are densely packed closer to the first ridge line portion 3d than the second ridge line portion 3e of the insulating resin layer 3.
  • the holding time is short, some of the resin components will not dissolve and the surface will not be flat. Further, when the curing temperature is set to around the above-mentioned normal temperature (for example, 200 ° C.), the surface of the insulating resin layer 3 tends to have an uneven shape, and open pores are likely to be formed. This is because the resin component is difficult to dissolve during pressurization and heating.
  • FIG. 11A and 11B show a part of the manufacturing process of the wiring board B.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view showing a state before the laminated body is pressure-heated.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view showing a state after the laminated body is pressure-heated.
  • the organic resin sheet 23 forms a hole 29 which later becomes a through hole 9 of the insulating resin layer 3.
  • a laser processing machine is used in addition to the mold to form the holes 29.
  • the bubbles 27 also collect in the region close to the inner surface 29a of the holes 29. As shown in FIG.
  • the bubbles 27 gather in both the region near the side surface 23b of the organic resin sheet 23 and the region near the inner surface 29a of the hole 29.
  • a plurality of through holes 9 formed in the insulating resin layer 3 are located near the third ridge line portion 9b located closer to the metal substrate 1 than the fourth ridge line portion 9c located on the side farther from the metal substrate 1. It is possible to obtain a wiring board B having a second closed pore group 11 in which closed pores are densely packed.
  • the first closed pore group 7 is also formed.
  • a film sheet having holes is placed on the surface of the organic resin sheet 23 opposite to the metal plate 21 so that air bubbles can easily escape.
  • the organic resin sheet 23 uses inorganic particles having two peaks when the particle size distribution is measured, the organic resin sheet 23 is formed. Since the mechanical strength of the insulating resin layer 3 can be increased, the adhesive strength of the insulating resin layer 3 to the metal substrate 1 can be improved.
  • the bonding material 17 is arranged in the through hole 9 of the produced wiring board B.
  • the submount substrate 15 is placed on the upper surface of the bonding material 17 and heat-treated.
  • the light emitting element 13 is mounted on the surface of the submount substrate 15.
  • the light emitting element 13 is electrically connected to the conductor layer 5 provided on the second surface 3b of the insulating resin layer 3 constituting the wiring board B by a bonding wire. In this way, the light emitting device D can be obtained.
  • a wiring board was manufactured and its reliability was evaluated.
  • a wiring board B was manufactured as a wiring board.
  • Aluminum was used for the metal substrate.
  • the organic resin sheet to be the insulating resin layer was prepared by mixing an epoxy resin and silica particles. The content of silica particles was 30% by volume. Two types of silica particles were used: a raw material having two peaks in the particle size distribution and a raw material having only one peak in the particle size distribution. Further, 1 part by mass of a curing agent (dicyandiamide) was added to 100 parts by mass of the epoxy resin.
  • the through hole of the insulating resin layer was formed by using a mold.
  • the conductor layer was formed by an electrolytic plating method using a nickel plating solution containing zinc.
  • Table 1 shows the conditions for pressurization and heating when producing the laminate.
  • a film sheet with holes was placed on the surface of the insulating resin layer opposite to the metal substrate.
  • the manufactured wiring board had the following sizes.
  • the area of the plane of the metal substrate and the insulating resin layer is 40 mm ⁇ 40 mm
  • the area of the through holes provided in the insulating resin layer is 20 mm ⁇ 20 mm
  • the thickness of the metal substrate is 2 mm
  • the thickness of the insulating resin layer is 0. It is .2 mm.
  • the following evaluation was performed on the prepared sample.
  • the evaluation items are the presence or absence of the first closed pore group and the second closed pore group formed in the insulating resin layer, the presence or absence of peeling of the insulating resin layer from the metal substrate, the presence or absence of cracks generated in the insulating resin layer, and the presence or absence of the metal substrate.
  • the adhesive strength of the insulating resin layer was defined.
  • the presence or absence of the first closed pore group and the second closed pore group formed on the insulating resin layer was determined as follows. First, a cross section as shown in FIG. 3 was extracted from the produced wiring board. Next, the cross section was observed using, for example, a scanning electron microscope, and the presence of closed pores was confirmed from the photograph. Next, candidates for the first closed pore group and the second closed pore group, which are the portions where the closed pores are dense, were searched for, and provisional classification was performed visually with the region where the closed pores were not dense. Next, the diameters of the closed pores were determined by image analysis of the candidate portions of the first closed pore group and the second closed pore group.
  • the diameter of each closed pore was obtained by converting the area of the closed pore obtained from the image analysis into the area of a circle.
  • the range from the measured value of the diameter of each of the obtained closed pores to the range in which the closed pores larger than the threshold diameter exist was defined as the range of the first closed pore group and the second closed pore group.
  • the threshold value of the diameter of the closed pores was set to 0.05 ⁇ m. If the closed pores having a diameter smaller than 0.05 ⁇ m exist between the closed pores constituting the first closed pore group and the second closed pore group, the closed pores having the smaller diameter are also present. It was included in the area of the first closed pore group and the second closed pore group.
  • the closed pores having a diameter of 0.01 ⁇ m or less were not measured and were excluded from the measurement target.
  • the second closed pore group was formed in the insulating resin layer closer to the third ridge line portion than to the fourth ridge line portion. Further, it was confirmed that the second closed pore group was formed over the entire circumference of the inner wall (inner surface) formed by the four surfaces (fourth surface) constituting the through hole.
  • the porosity of the first closed pore group and the second closed pore group was 50% or more. In this case, the porosity of the first closed pore group and the second closed pore group was 70% at the maximum.
  • the presence or absence of peeling of the insulating resin layer from the metal substrate was evaluated using a method of immersing the insulating resin layer in a solder bath set at 300 ° C. for 30 seconds.
  • the presence or absence of cracks generated in the insulating resin layer was confirmed after the temperature cycle test.
  • the conditions of the temperature cycle test are: minimum temperature -55 ° C, maximum temperature 150 ° C, minimum temperature retention time, maximum temperature retention time, and temperature change from minimum temperature to maximum temperature and vice versa. The time for each was set to 15 minutes. The number of temperature cycles was set to 3000.
  • the state of peeling and cracking in the insulating resin layer was confirmed by the method of immersing in the red check solution. A sample in which the red check solution was found to have penetrated into the insulating resin layer was judged to be defective. At the same time, the penetration of the red check liquid between the metal substrate and the insulating resin layer was also evaluated.
  • the adhesive strength of the insulating resin layer to the metal substrate was measured using a tensile tester (autograph). In all of these evaluations, the number of samples was 10. In this case, the sample in which peeling or cracking was observed even in one of the evaluated samples (10) was described as “presence”. The average value was calculated for the adhesive strength.

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Abstract

配線基板は、金属基板と、金属基板上に位置する絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層上に位置する導体層とを有する。絶縁樹脂層は、金属基板に対向する第1面と、第1面の反対に位置する第2面と、第1面および第2面の間に位置する第3面と、第1面と第3面とが交わる第1稜線部と、第2面と第3面とが交わる第2稜線部とを備える。絶縁樹脂層は、第2稜線部よりも第1稜線部の近くに、複数の閉気孔が密集した第1閉気孔群を有している。

Description

配線基板、発光素子搭載用パッケージおよび発光装置
 本開示は、配線基板、発光素子搭載用パッケージおよび発光装置に関する。
 近年、LED(Light Emitting Diode)、LD(Laser Diode)が自動車のヘッドランプに用いられている。これらの半導体素子を用いた光源装置は高い放熱性が求められる。そのため光源装置には金属製の基板が用いられる。金属製の基板には、有機樹脂製の絶縁層が積層されて、配線基板もしくは発光素子搭載用パッケージが形成される(例えば、特許文献1を参照)。
特開2013-38452号公報
 本開示の配線基板は、金属基板と、該金属基板上に位置する絶縁樹脂層と、該絶縁樹脂層上に位置する導体層とを有する。前記絶縁樹脂層は、前記金属基板に対向する第1面と、該第1面の反対に位置する第2面と、前記第1面および前記第2面の間に位置する第3面と、前記第1面および前記第3面とが交わる第1稜線部と、前記第2面および前記第3面とが交わる第2稜線部とを備えている。前記絶縁樹脂層は、前記第2稜線部よりも前記第1稜線部の近くに、複数の閉気孔が密集した第1閉気孔群を有している。
 本開示の配線基板は、金属基板と、該金属基板上に位置する絶縁樹脂層と、該絶縁樹脂層上に位置する導体層とを有する。前記絶縁樹脂層は、前記金属基板に対向する第1面と、該第1面の反対に位置する第2面と、前記第1面から前記第2面を貫く貫通孔と、該貫通孔内において前記第1面および前記第2面の間に位置する第4面と、前記第1面および前記第4面とが交わる第3稜線部と、前記第2面および前記第4稜線部とを備えている。前記絶縁樹脂層は、前記第4稜線部よりも前記第3稜線部の近くに、複数の閉気孔が密集した第2閉気孔群を有している。
 本開示の発光素子搭載用パッケージは、上記の配線基板に、発光素子を搭載するためのサブマウントが配置されている。
 本開示の発光装置は、上記の発光素子搭載用パッケージのサブマウント上に発光素子を備えている。
図1は、実施形態の一例として示す配線基板の外観斜視図である。 図2は、図1のII-II線断面図である。 図3は、図1のIII-III線断面図である。 図4は、図2のP1部を拡大した断面図である。 図5は、配線基板の他の態様を示す外観斜視図である。 図6は、図5のVI-VI線断面図である。 図7は、図5のVII-VII線断面図である。 図8は、図6のP2部を拡大した断面図である。 図9は、実施形態の一例として示す発光装置の断面模式図である。 図10Aは、配線基板Aの製造工程の一部であって、積層体を加圧加熱処理する前の状態を示す断面図である。 図10Bは、配線基板Aの製造工程の一部であって、積層体を加圧加熱処理した後の状態を示す断面図である。 図11Aは、配線基板Bの製造工程の一部であって、積層体を加圧加熱処理する前の状態を示す断面図である。 図11Bは、配線基板Bの製造工程の一部であって、積層体を加圧加熱処理した後の状態を示す断面図である。
 特許文献1に開示された発光素子搭載用パッケージは、金属製の基板に、有機樹脂製の絶縁層が積層された構造である。以下、金属製の基板のことを基板と記す場合がある。有機樹脂製の絶縁層については絶縁層と記す場合がある。基板と絶縁層とは異なる材質である。このため基板と絶縁層とは基本的に強固に接着しにくい。例えば、発光素子搭載用パッケージが急激な温度変化に曝された場合、絶縁層が基板から剥がれるという問題が生じる場合がある。これは、基板と絶縁層とが両者間で大きな熱膨張率の差を有するためである。また、絶縁層は、有機樹脂製であっても剛性が高い。有機樹脂製の絶縁層は、特に、常温(25℃)よりも周囲の温度が低くなると、急激にヤング率が高くなる。このような要因により、金属製の基板に有機樹脂製の絶縁層が積層された構造の発光素子搭載用パッケージは、絶縁層が基板から剥がれやすい。
 本開示は、例えば、金属製の基板に有機樹脂製の絶縁層が積層された構造においても、絶縁層が基板から剥がれ難い配線基板、発光素子搭載用パッケージおよび発光装置を提供する。
 以下、実施形態の配線基板、発光素子搭載用パッケージおよび発光装置について、図1~図9を用いて詳細に説明する。なお、本開示は、以下に記述する特定の実施形態に限定されるものではない。また、開示した態様は、添付の請求の範囲によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲に沿ったものであれば、様々な態様を含むものとなる。
 図1は、実施形態の一例として示す配線基板の外観斜視図である。図2は、図1のII-II線断面図である。図3は、図1のIII-III線断面図である。図4は、図2のP1部を拡大した断面図である。
 図1に示す配線基板Aは、金属基板1と、絶縁樹脂層3と、導体層5とを有する。絶縁樹脂層3は、金属基板1上に位置している。絶縁樹脂層3は、金属基板1に積層されている。導体層5は、この場合、絶縁樹脂層3上に位置している。図1では、導体層5が絶縁樹脂層3の第2面3bの端の方に配置されているが、導体層5の位置はこれに限られない。導体層5は、パターン設計により必要な任意の場所に配置されてもよい。また、図1では、導体層5の数は2個であるが、導体層5の数も必要となる数だけ配置されてもよい。
 絶縁樹脂層3は、第1面3a、第2面3bおよび第3面3cを有する。第1面3aは、金属基板1に対向する面である。第2面3bは、第1面3aの反対側に位置する面である。第3面3cは、第1面3aと第2面3bの間に位置する面である。第1面3a、第2面3bは、絶縁樹脂層3の主面である。第3面3cは、絶縁樹脂層3のいわゆる側面である。第3面3cは、第1面3aまたは第2面3bと交差する向きである。図1では、第3面3cは、第1面3a、第2面3bに対して垂直な方向に向く構造となっているが、垂直な向きに限られない。図1に示した配線基板Aは、4つの第3面3cを有する。
 絶縁樹脂層3は、第1稜線部3d、第2稜線部3eを有する。第1稜線部3dは、第1面3aと第3面3cとが交わる箇所に位置する。第2稜線部3eは、第2面3bと第3面3cとが交わる箇所に位置する。第1稜線部3dは、第2稜線部3eよりも金属基板1に近い方の稜線である。第1稜線部3dは、図1では、絶縁樹脂層3の第1面3aを囲むように配置されている。第2稜線部3eは、図1では、絶縁樹脂層3の第2面3bを囲むように配置されている。
 絶縁樹脂層3は、多数の閉気孔7aを有する。絶縁樹脂層3には、多数の閉気孔7aの中で、複数個の閉気孔が密集した状態となっている部分が存在する。複数個の閉気孔7aが密集した状態となっている部分のことを、以下、閉気孔群という。配線基板Aの絶縁樹脂層3中に存在する閉気孔群のことを第1閉気孔群7とする。ここで、複数個の閉気孔7aが密集した状態とは、所定の体積中に存在する閉気孔7aの数が他の領域よりも多くなっている状態のことをいう。この場合、体積を絶縁樹脂層3の断面の所定の面積(単位面積)に置き換えてもよい。単位面積は、図4に示しているように、複数個の閉気孔が密集した状態となっている部分において、最外周に位置する複数の閉気孔7aの輪郭を単調に結んで描くことのできる円の領域とする。この場合、第1閉気孔群7の空隙率は、単位面積に占める空隙の割合が50%以上であるのがよい。第1閉気孔群の空隙率は、最大80%が目安となる。
 第1閉気孔群7は、絶縁樹脂層3の第2稜線部3eよりも第1稜線部3dの近くに存在する。言い換えると、第1閉気孔群7は、絶縁樹脂層3の中で、第1稜線部3dの近傍に存在する。さらに言えば、第1閉気孔群7は、絶縁樹脂層3の中で、第1面3aの外周縁の近くに存在する。
 第1閉気孔群7が存在する領域は、絶縁樹脂層3の他の領域よりも絶縁樹脂層3を形成している樹脂の割合が少ない。このため、絶縁樹脂層3の中で、第1閉気孔群7が存在する領域は、絶縁樹脂層3の他の領域よりも弾性率が低くなる。配線基板Aでは、絶縁樹脂層3の第1稜線部3dの近傍に他の領域よりも弾性率の低い部分が形成される。これにより、金属基板1と絶縁樹脂層3との間に発生する応力を緩和させることができる。その結果、金属基板1と絶縁樹脂層3とがその間で剥離する確率を低減することができる。
 言い換えると、絶縁樹脂層3が金属基板1から剥がれる可能性を低くすることができる。例えば、金属基板1と絶縁樹脂層3との間で熱膨張率が異なる場合、絶縁樹脂層3は周縁3coから剥がれやすい。特に、絶縁樹脂層3は、その角部3cocから剥がれやすい傾向がある。配線基板Aでは、第1閉気孔群7が絶縁樹脂層3の中で、第1稜線部3dの近傍に存在している。このため、絶縁樹脂層3が、その角部3coc、周縁3coから剥がれるのを抑えることができる。絶縁樹脂層3の中で、第1閉気孔群7が存在している部分は、その部分の弾性率が低くなる。第1閉気孔群7が存在している部分は変形しやすくなる。このため、金属基板1の表面1aに対する固着力が高まる。
 ここで、第1閉気孔群7が存在している部分とは、図2および図3に示しているように、絶縁樹脂層3の厚みの方向において、金属基板1の表面1aに近く、かつ、絶縁樹脂層3を平面視したときに、絶縁樹脂層3の周縁3coに近い部分である。一方、他の領域とは、図2および図3に示しているように、第1閉気孔群7が存在しているところよりも絶縁樹脂層3の厚みの方向に金属基板1の表面1aから遠いところであり、また、絶縁樹脂層3を平面視したときに、絶縁樹脂層3の周縁3coよりも中央3ccに近い位置である。
 第1閉気孔群7は、上述したように、複数の閉気孔7aを含む。閉気孔7aとは、絶縁樹脂層3の内部に存在している気孔のことである。閉気孔7aは、閉じられた空間を有する。閉気孔7aは、絶縁樹脂層3の第1面3a、第2面3b、側面(第3面3c)、第1稜線部3dに面していない。閉気孔7aは、絶縁樹脂層3を構成している第1面3a、第2面3b、側面(第3面3c)、第1稜線部3dの各部分との間に樹脂が存在する。
 このため、閉気孔7aは、絶縁樹脂層3の第1面3a、第2面3b、側面(第3面3c)、第1稜線部3dに開口した部分を有しない。なお、絶縁樹脂層3中には、第1閉気孔群7となっている部分の他の領域には、閉気孔7aが単独で存在している。第1閉気孔群7を構成している閉気孔7aは、第1閉気孔群7の部分以外の他の領域に存在している閉気孔7aよりも平均径が大きい。第1閉気孔群7を構成している閉気孔7aの平均径D1は、第1閉気孔群7の部分以外の他の領域に存在している閉気孔7aの平均径D2の1.5~5倍であってもよい。
 絶縁樹脂層3に含まれる多数の閉気孔7aから第1閉気孔群7とする領域の確認は、以下のように行う。まず、配線基板Aから図3に示すような断面を抽出する。次に、その断面に対して、例えば、電子顕微鏡を用いて観察を行い、写真から閉気孔7aの存在を確認する。次に、閉気孔7aが密集した部分である第1閉気孔群7の候補を探し、閉気孔7aが密集していない領域との間を目視で仮の区分けを行う。
 次に、第1閉気孔群7の候補とした部分を画像解析により各閉気孔7aの直径をそれぞれ求める。各閉気孔7aの直径は、画像解析から求めた閉気孔7aの面積を円の面積に換算して求める。得られた各閉気孔7aの直径の測定値から、閾値とする直径よりも大きい閉気孔7aが存在する範囲までを第1閉気孔群7の範囲とする。ここで、閉気孔7aの直径の閾値は、後述する具体例では、0.05μmである。なお、閉気孔の直径が0.05μmよりも小さいものが、第1閉気孔群7を構成する閉気孔7aの間に存在している場合には、そのような小さい直径の閉気孔7aも第1閉気孔群7の範囲に含めるようにする。直径が0.01μm以下の閉気孔7aについては直径の測定は行わず対象外とする。このようにして複数の閉気孔7aが密集した第1閉気孔群7を確定させる。
 金属基板1は、銅、アルミニウム、銅とアルミニウムとの合金、銅板とアルミニウム板とを貼り合わせたクラッド材などの群から選ばれる一つを用いる。絶縁樹脂層3の材料には、熱硬化性樹脂が好適である。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が好適である。絶縁樹脂層3には、無機粒子を含ませてもよい。導体層5としては、銅箔が好適である。
 図5は、配線基板の他の態様を示す外観斜視図である。図6は、図5のVI-VI線断面図である。図7は、図5のVII-VII線断面図である。図8は、図6のP2部を拡大した断面図である。
 図5に示す配線基板Bは、金属基板1と、絶縁樹脂層3と、導体層5とを有する。絶縁樹脂層3は、金属基板1上に位置している。導体層5は、絶縁樹脂層3上に位置している。図5では、導体層5が絶縁樹脂層3の第2面3bの端の方に配置されているが、導体層5の位置はこれに限られない。導体層5のパターン設計により必要な場所に配置される。図5では、導体層5の数は2個であるが、導体層5の数もパターン設計により必要となる数が配置されてもよい。
 絶縁樹脂層3は、第1面3aおよび第2面3bを有する。絶縁樹脂層3は、貫通孔9を有する。図5に示す配線基板Bが、上述した配線基板Aと異なる点は、絶縁樹脂層3が貫通孔9を有していることである。貫通孔9は、絶縁樹脂層3の第1面3aと第2面3bとの間を貫くように形成されている。貫通孔9は内面9aを有する。内面9aは絶縁樹脂層3の第1面3aと第2面3bとの間に位置する。図5に示す貫通孔9は平面視で矩形状である。貫通孔9の内面9aは4つの面より構成される。ここで、貫通孔9の内面9aのうちの一つを第4面9aaとする。図5に示した貫通孔9の内面9aは、4つの第4面9aaを有する。第4面9aaは、いずれも第1面3aと交わる向きである。
 ここでは、4つの第4面9aaのうちの1つの第4面9aaを対象にして説明する。第4面9aaは、絶縁樹脂層3の第1面3aと第2面3bとの間に位置する。絶縁樹脂層3は、第3稜線部9b、第4稜線部9cを有する。第3稜線部9bは、図5および図6に示すように、絶縁樹脂層3の第1面3aと第4面9aaとが交わる部分である。第4稜線部9cは、図5および図6に示すように、絶縁樹脂層3の第2面3bと第4面9aaとが交わる部分である。
 配線基板Bを構成する絶縁樹脂層3もまた、配線基板Aの場合と同様に、多数の閉気孔を有する。配線基板Bを構成する絶縁樹脂層3もまた、配線基板Aの場合と同様の形態の閉気孔群を有する。ここで、配線基板Bにおいて、絶縁樹脂層3に形成した貫通孔9の近くに存在する閉気孔群のことを第2閉気孔群11とする。第2閉気孔群11を構成している閉気孔については、以下、符号11aで表す。ここで、第1閉気孔群7および閉気孔7a、第2閉気孔群11および閉気孔11aは、説明の都合上、異なる符号で表している。第1閉気孔群7および閉気孔7aと第2閉気孔群11および閉気孔11aとは、サイズ、分布状態がそれぞれ同じであってもよい。
 配線基板Bの場合、第2閉気孔群11は、絶縁樹脂層3の第4稜線部9cよりも第3稜線部9bの近くに存在する。言い換えると、第2閉気孔群11は、絶縁樹脂層3の中で、第3稜線部9bの近傍に存在する。第2閉気孔群11が存在する領域は、この場合も、絶縁樹脂層3の他の領域よりも絶縁樹脂層3を形成している樹脂の割合が少ない。
 このため、絶縁樹脂層3の中で、第2閉気孔群11が存在する領域は、絶縁樹脂層3の他の領域よりも弾性率が低くなる。配線基板Bでは、絶縁樹脂層3の第3稜線部9bの近傍に他の領域よりも弾性率の低い部分が形成される。これにより、金属基板1と絶縁樹脂層3との間に発生する応力を緩和させることができる。
 その結果、絶縁樹脂層3の貫通孔9側が金属基板1との間で剥離する確率を低減することができる。言い換えると、絶縁樹脂層3の貫通孔9側が金属基板1から剥がれる可能性を低くすることができる。例えば、金属基板1と絶縁樹脂層3との間で熱膨張率が異なる場合、絶縁樹脂層3は周縁3coと同様に端面となっている貫通孔9の内面9aが部分的に剥がれやすい。
 配線基板Bでは、第2閉気孔群11が絶縁樹脂層3の中で、第3稜線部9bの近くに存在している。このため、絶縁樹脂層3は貫通孔9の内面9a側からも剥がれるのを抑えることができる。絶縁樹脂層3の中で、第2閉気孔群11が存在している部分は、その部分の弾性率が低くなる。また、第2閉気孔群11が存在している部分は変形しやすくなる。このため、金属基板1の表面1aに対する固着力が高まる。
 ここで、第2閉気孔群11が存在している部分とは、図5および図6に示しているように、絶縁樹脂層3の厚みの方向において、金属基板1の表面1aに近く、かつ、絶縁樹脂層3を平面視したときに、貫通孔9の内面9aに近い部分である。一方、他の領域とは、図5および図6に示しているように、第2閉気孔群11が存在しているところよりも絶縁樹脂層3の厚みの方向に金属基板1の表面1aから遠いところであり、また、絶縁樹脂層3を平面視したときに、貫通孔9の内面9aから周縁3coに近い位置である。
 第2閉気孔群11は、上述したように、複数の閉気孔11aを含む。閉気孔11aとは、絶縁樹脂層3の内部に存在している気孔のことである。閉気孔11aは、閉じられた空間を有する。閉気孔11aは、絶縁樹脂層3の第1面3a、第2面3b、第4面9aa、側面(第3面3c)、第1稜線部3d、第2稜線部3e、第3稜線部9bに面しておらず、これらの各部位の外界との間に樹脂を有する。このため、閉気孔11aは、絶縁樹脂層3の第1面3a、第2面3b、第4面9aa、側面(第3面3c)、第1稜線部3d、第2稜線部3e、第3稜線部9bに開口した部分を有しない。
 なお、配線基板Bの場合も、絶縁樹脂層3中において、第2閉気孔群11となっている部分とは異なる他の領域には、閉気孔11aが単独で存在している。第2閉気孔群11を構成している閉気孔11aは、第2閉気孔群11の部分以外の他の領域に存在している閉気孔11aよりも平均径が大きい。第2閉気孔群11を構成している閉気孔11aの平均径D3は、第2閉気孔群11の部分以外の他の領域に存在している閉気孔11aの平均径D4の1.5~5倍であってもよい。
 配線基板Bは、絶縁樹脂層3中に第1閉気孔群7を有していてもよい。配線基板Bは、絶縁樹脂層3中に、第1閉気孔群7および第2閉気孔群11を有していてもよい。つまり、配線基板Bを構成する絶縁樹脂層3は、第1稜線部3dの近くに、複数の閉気孔7aが密集した第1閉気孔群7を有していてもよい。配線基板Bにおいて、第3稜線部9bの近くに第2閉気孔群11を有することに加えて、第1稜線部3dの近くに第1閉気孔群7を有する場合には、貫通孔9の内面9a側だけでなく、金属基板1に積層された絶縁樹脂層3が周縁3co、角部3cocから剥がれるのを抑制することが可能になる。
 また、配線基板A、配線基板Bの場合、第1閉気孔群7は、第1稜線部3dにわたる全域に位置していてもよい。第1閉気孔群7が第1稜線部3dにわたる全域に位置している状態になると、絶縁樹脂層3が、その全域において、金属基板1から剥がれ難くなる。
 また、配線基板Bの場合、第2閉気孔群11は、第3稜線部9bにわたる全域に位置していてもよい。第2閉気孔群11が第3稜線部9bにわたる全域に位置している状態であると、絶縁樹脂層3に形成された貫通孔9の第4面9aaの全域において、金属基板1から剥がれ難くなる。この場合、全域に位置しているとは、図4に示しているように、第1閉気孔群7の最大長さLを1としたときに、第1閉気孔群7がその最大長さLの10倍以下のピッチで第1稜線部3dに沿って配置していることをいう。第2閉気孔群11が第3稜線部9bに沿って配置している場合も同様である。
 絶縁樹脂層3は、上述したように、複数の無機粒子を含んでいてもよいが、この場合、複数の無機粒子は、その粒度分布が2つのピークを有するものである方がよい。絶縁樹脂層3に含まれる無機粒子の粒度分布が2つのピークを有する性状のものであると、絶縁樹脂層3に含まれる大きい径の無機粒子の間に小さい径の無機粒子が入り込む組織を形成できる。このため、絶縁樹脂層3において、無機粒子の体積割合が低くても高い強度を示す絶縁樹脂層3を得ることができる。絶縁樹脂層3は、金属基板1に対して接着強度を高めることが可能になる。
 なお、絶縁樹脂層3の第1閉気孔群7、第2閉気孔群11の領域は、元々、空隙の体積割合が高いことから無機粒子の体積割合が低い。このため、第1閉気孔群7、第2閉気孔群11が絶縁樹脂層3中に存在することによる応力緩和の効果は維持できる。この場合、無機粒子の粒度分布が2つのピークを有するというのは、無機粒子の粒度分布を測定してその分布をグラフ化したときに、単にピークが2つ確認できるものであればよい。例えば、粒径の小さい方のピークから広がる裾野と、粒径の大きい方のピークから広がる裾野とは重なっていてもよい。
 図9は、実施形態の一例として示す発光装置Dの断面模式図である。図9に示す発光装置Dは、発光素子搭載用パッケージCと発光素子13とを有する。発光素子13としては、LED素子の他、LD(Laser Diode)を例示することができる。
 図9に示した発光素子搭載用パッケージCは、図6に示した配線基板Bを基にしている。発光素子搭載用パッケージCは、配線基板B、サブマウント基板15および接合材17を有する。サブマウント基板15は、配線基板Bを構成する絶縁樹脂層3に形成された貫通孔9にはめ込まれている。サブマウント基板15は、配線基板Bを構成する金属基板1上に配置されている。配線基板Bを構成する絶縁樹脂層3に形成された貫通孔9内の金属基板1上に接合材17が配置されている。接合材17は、金属基板1とサブマウント基板15とを接合する。
 サブマウント基板15は、作動時に発熱しやすい発光素子13を搭載するという点から、高熱伝導、高強度、高靭性、低熱膨張という性質を有しているのがよい。このような特性を有するという点からサブマウント基板15にはセラミックスを用いるのがよい。例えば、窒化珪素を主成分とするセラミックスがよい。接合材17には、半田、Au-Snなどがよい。サブマウント基板15と、金属基板1と、絶縁樹脂層3とは、熱膨張率が異なってもよい。
 発光素子搭載用パッケージCに発光素子13が搭載されて、発光素子13が連続、または不連続で作動する状態となった場合、発光素子搭載用パッケージCは発光素子13の動作によって発熱する。互いに接合された金属基板1と絶縁樹脂層3との間には、両者の熱膨張率、ヤング率の違いから熱応力が発生する。発光装置Dの場合、発光素子搭載用パッケージCを構成している配線基板Bの絶縁樹脂層3に、上記したように、第2閉気孔群11が存在するため、金属基板1と絶縁樹脂層3との間に熱応力が生じても、絶縁樹脂層3は金属基板1から剥がれにくい。こうして高い信頼性を有する発光装置Dもしくは発光素子搭載用パッケージCを得ることができる。
 なお、発光素子搭載用パッケージCに配線基板Aを用いた場合も同様に高い信頼性を有する発光装置Dを得ることが可能である。配線基板Aを用いた場合、サブマウント基板15は、配線基板Aの絶縁樹脂層3の第2面3b上に配置される。この場合、サブマウント基板15は、接合材17を介して絶縁樹脂層3の第2面3b上に配置される。
 次に、配線基板A、配線基板Bの製造方法について説明する。図10A、図10Bは、配線基板Aの製造工程の一部を示す。図10Aは、積層体を加圧加熱処理する前の状態を示す断面図である。図10Bは、積層体を加圧加熱処理した後の状態を示す断面図である。
 まず、金属板21および有機樹脂シート23を用意する。金属板21は金属基板1を得るための材料である。有機樹脂シート23は絶縁樹脂層3を得るための材料である。金属板21および有機樹脂シート23は、それぞれ所定の形状に加工される。金属板の加工にはダイシングなどの機械的切断機を用いるのがよい。有機樹脂シート23の材料には、熱硬化性樹脂を用いるのがよい。熱硬化性樹脂の材料としては、エポキシ樹脂がよい。熱硬化性樹脂には、硬化剤を添加してもよい。有機樹脂シート23には無機粒子を含ませてもよい。無機粒子としては、シリカ、アルミナなどがよい。この場合、無機粒子としては、粒度分布を測定したときに2つのピークを有するものがよい。
 次に、金属板21の表面21aに有機樹脂シート23を接着させて積層体25を作製する。金属板21と有機樹脂シート23との接着は、加熱した状態で加圧のできる積層機を用いる。ここで本開示では、熱硬化性樹脂の硬化条件として、用いる熱硬化性樹脂が硬化可能な温度よりも高い温度で硬化させる。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂は200℃程度で硬化する。本開示では、硬化温度をこれよりも10℃以上60℃以下の高い温度に設定する。設定する硬化温度を硬化可能な条件よりも高くすることで、絶縁樹脂層3の表面は加圧加熱中に樹脂成分の一部が溶解して平坦になりやすい。このとき、最高温度において所定の時間保持する。このような条件を用いて積層体25を作製すると、有機樹脂シート23の内部に含まれていた気泡27が有機樹脂シート23から放出される。
 このとき、有機樹脂シート23のうち金属板21に接していない面からは気泡27が抜けやすいが、金属板21に面した方の表面23aからは気泡27が抜けにくい。有機樹脂シート23の表面23aが金属板21に接しているため、有機樹脂シート23から放出されるはずの気泡27が金属板21で遮られるためである。そのため、気泡27は有機樹脂シート23の金属板21に面した表面23a付近に溜まりやすい。
 つまり、有機樹脂シート23中に分散していた気泡27は金属板21に面した表面23a付近に密集してくる。こうして絶縁樹脂層3の表面から開気孔の割合を減らすことができる。なお、有機樹脂シート23の金属板21と反対側の面には、気泡が抜けやすくなるように、孔の開いたフィルムシートを重ねておくようにする。
 図10Bに示すように、有機樹脂シート23に元々含まれていた気泡27は、加圧加熱処理の最初の段階で、有機樹脂シート23が金属板21に接しておらず、有機樹脂シート23の中で解放されている部分に向かって移動する。有機樹脂シート23の中で解放されている部分は、例えば、有機樹脂シート23の側面23bである。こうして、有機樹脂シート23を硬化させて形成される絶縁樹脂層3には、複数の閉気孔が密集した第1閉気孔群7が形成される。第1閉気孔群7は、絶縁樹脂層3の側面(第3面3c)の近くであり、かつ金属板21に近い領域に形成される。
 なお、配線基板Aの場合には、有機樹脂シート23が単純な板状であるため、有機樹脂シート23に含まれていた気泡27は、有機樹脂シート23の側面23bに近い領域に集まる。こうして、絶縁樹脂層3の第2稜線部3eよりも第1稜線部3dの近くに、複数の閉気孔7aが密集した第1閉気孔群7を有する配線基板Aを得ることができる。
 なお、保持する時間が短い場合には、樹脂成分の一部の溶解が進まず、表面が平坦になりにくい。また、硬化温度を上記した通常の温度(例えば、200℃)辺りに設定した場合には、絶縁樹脂層3の表面は凹凸の形状になりやすく、開気孔が形成されやすい。これは加圧加熱中に樹脂成分が溶解し難いためである。
 図11A、図11Bは、配線基板Bの製造工程の一部を示す。図11Aは、積層体を加圧加熱処理する前の状態を示す断面図である。図11Bは、積層体を加圧加熱処理した後の状態を示す断面図である。配線基板Bを製造する場合には、有機樹脂シート23は後に絶縁樹脂層3の貫通孔9となる孔29を形成する。孔29の形成には金型の他、レーザー加工機を用いる。配線基板Bの場合には、有機樹脂シート23に孔29が形成されているため、その孔29の内面29aに近い領域にも気泡27が集まる。図11Bに示すように、配線基板Bでは、気泡27は、有機樹脂シート23の側面23bに近い領域、孔29の内面29aに近い領域の両領域に集まる。こうして、絶縁樹脂層3に形成された貫通孔9の金属基板1から遠い側に位置する第4稜線部9cよりも金属基板1に近い側に位置する第3稜線部9bの近くに、複数の閉気孔が密集した第2閉気孔群11を有する配線基板Bを得ることができる。このとき、配線基板Bの場合には、配線基板Aと同様の位置にも気泡27が集まってくるため第1閉気孔群7も形成される。配線基板Bを製造する場合も有機樹脂シート23の金属板21と反対側の面には、気泡が抜けやすくなるように、孔の開いたフィルムシートを重ねておくようにする。
 なお、配線基板Aおよび配線基板Bを製造する場合に、有機樹脂シート23に、粒度分布を測定したときに、2つのピークを有する無機粒子を用いた場合には、有機樹脂シート23から形成される絶縁樹脂層3の機械的強度を高められることから、絶縁樹脂層3の金属基板1に対する接着強度を向上させることができる。
 次に、発光装置の製造方法について説明する。この場合、発光素子搭載用パッケージに配線基板Bを適用させた例を示す。
 まず、作製した配線基板Bの貫通孔9内に接合材17を配置する。次いで、接合材17の上面にサブマウント基板15を配置し、加熱処理を行う。次に、サブマウント基板15の表面に発光素子13を実装する。発光素子13は、配線基板Bを構成する絶縁樹脂層3の第2面3bに設けた導体層5にボンディングワイヤによって電気的に接続する。こうして発光装置Dを得ることができる。
 配線基板を作製し、信頼性を評価した。配線基板として配線基板Bを作製した。金属基板にはアルミニウムを用いた。絶縁樹脂層となる有機樹脂シートはエポキシ樹脂とシリカ粒子とを混合して作製した。シリカ粒子の含有量は30体積%とした。シリカ粒子には、粒度分布において2つのピークを持つ原料と粒度分布においてピークが1つだけの原料の2種類を用いた。また、エポキシ樹脂100質量部に対して硬化剤(ジシアンジアミド)を1質量部添加した。絶縁樹脂層の貫通孔は金型を用いて形成した。導体層は、亜鉛を含むニッケルのめっき液を用いて電解めっき法により形成した。
 積層体を作製する際の加圧加熱の条件は表1に示した。絶縁樹脂層の金属基板とは反対側の面には孔の開いたフィルムシートを重ねておくようにした。作製した配線基板は、以下のサイズであった。金属基板および絶縁樹脂層の平面の面積は40mm×40mmであり、絶縁樹脂層に設けた貫通孔の面積は20mm×20mmであり、金属基板の厚みは2mmであり、絶縁樹脂層の厚みは0.2mmである。
 作製した試料に対して以下の評価を行った。評価項目は、絶縁樹脂層に形成された第1閉気孔群および第2閉気孔群の有無、絶縁樹脂層の金属基板からの剥離の有無、絶縁樹脂層に発生するクラックの有無、金属基板に対する絶縁樹脂層の接着強度、とした。
 絶縁樹脂層に形成された第1閉気孔群、第2閉気孔群の有無は、以下のようにして求めた。まず、作製した配線基板から図3に示すような断面を抽出した。次に、その断面に対して、例えば、走査型電子顕微鏡を用いて観察を行い、写真から閉気孔の存在を確認した。次に、閉気孔が密集した部分である第1閉気孔群、第2閉気孔群の候補を探し、閉気孔が密集していない領域との間で、目視で仮の区分けを行った。次に、第1閉気孔群、第2閉気孔群の候補とした部分を画像解析により各閉気孔の直径をそれぞれ求めた。各閉気孔の直径は、画像解析から求めた閉気孔の面積を円の面積に換算して求めた。得られた各閉気孔の直径の測定値から、閾値とする直径よりも大きい閉気孔が存在する範囲までを第1閉気孔群、第2閉気孔群の範囲とした。ここで、閉気孔の直径の閾値は、0.05μmとした。なお、閉気孔の直径が0.05μmよりも小さいものが、第1閉気孔群、第2閉気孔群を構成する閉気孔の間に存在していた場合には、その小さい直径の閉気孔も第1閉気孔群、第2閉気孔群の領域に含めるようにした。なお、直径が0.01μm以下の閉気孔については測定を行わず、測定対象から外した。作製した配線基板には、絶縁樹脂層の中で、第4稜線部よりも第3稜線部の近くに第2閉気孔群が形成されていることを確認した。また、第2閉気孔群は、貫通孔を構成する4つの面(第4面)によって形成される内壁(内面)の全周にわたって形成されていることを確認した。第1閉気孔群、第2閉気孔群の空隙率はいずれも50%以上であった。この場合、第1閉気孔群、第2閉気孔群の空隙率は、最大70%であった。
 絶縁樹脂層の金属基板からの剥離の有無は、300℃に設定した半田槽に30秒間浸漬する方法を用いて評価した。
 絶縁樹脂層に発生するクラックの有無は、温度サイクル試験後に確認する方法を用いた。温度サイクル試験の条件は、最低温度が-55℃、最高温度が150℃、最低温度での保持時間、最高温度での保持時間、および最低温度から最高温度まであるいはその逆の方向へ温度を変化させる時間はいずれも15分とした。温度サイクルの回数は3000回に設定した。
 絶縁樹脂層に剥離、クラックが生じた状態は、レッドチェック液に浸漬する方法により確認した。絶縁樹脂層内にレッドチェック液の浸入が見られた試料を不良と判定した。また同時に、金属基板と絶縁樹脂層との間へのレッドチェック液の浸入についても評価した。
 金属基板に対する絶縁樹脂層の接着強度は、引張試験機(オートグラフ)を用いて測定した。これらの評価はいすれも試料数を10個とした。この場合、評価した試料(10個)のうちの1個でも剥離、クラックが見られた試料については、「有り」と表記した。接着強度については平均値を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1の結果から明らかなように、絶縁樹脂層に第1閉気孔群および第2閉気孔群が形成されなかった試料(試料No.4)は、絶縁樹脂層の金属基板からの剥離が認められた。絶縁樹脂層はその角部から一部が剥離した状態であった。貫通孔の内面にも剥離した箇所が認められた。
 これに対し、絶縁樹脂層に第1閉気孔群および第2閉気孔群が形成された試料(試料No.1、2、3)は、絶縁樹脂層の金属基板からの剥離が認められなかった。これらの試料の中で、絶縁樹脂層に、粒度分布において2つのピークを持つ無機粒子を用い、積層体の作製条件の最高温度を250℃、保持時間を4時間とした試料(試料No.1)は、絶縁樹脂層中のクラックも認められなかった。さらに、金属基板に対する絶縁樹脂層の接着強度が3MPaであった。積層体の作製条件の最高温度を250℃、保持時間を4時間でも粒度分布においてピークが1つだけの無機粒子を用いた試料(試料No.2)は、金属基板に対する絶縁樹脂層の接着強度が試料No.1よりも低く、1.1MPaであり、また、絶縁樹脂層中にクラックが認められた。また、粒度分布において2つのピークを持つ無機粒子を用い、積層体の作製条件の最高温度を250℃、保持時間を1時間とした試料(試料No.3)の場合も、金属基板に対する絶縁樹脂層の接着強度が試料No.1よりも低く、1.5MPaであり、また、絶縁樹脂層中にクラックが認められた。なお、試料No.2、3に認められたクラックは、いずれもサイズが微少であり、配線基板の性能を損なうほどのものではなかった。
A、B・・・・・・配線基板
C・・・・・・・・発光素子搭載用パッケージ
D・・・・・・・・発光装置
1・・・・・・・・金属基板
3・・・・・・・・絶縁樹脂層
3a・・・・・・・第1面
3b・・・・・・・第2面
3c・・・・・・・第3面
3d・・・・・・・第1稜線部
3e・・・・・・・第2稜線部
5・・・・・・・・導体層
7・・・・・・・・第1閉気孔群
7a、11a・・・閉気孔
9・・・・・・・・貫通孔
9a・・・・・・・内面
9aa・・・・・・第4面
9b・・・・・・・第3稜線部
9c・・・・・・・第4稜線部
11・・・・・・・第2閉気孔群
13・・・・・・・発光素子
15・・・・・・・サブマウント基板
17・・・・・・・接合材

Claims (8)

  1.  金属基板と、該金属基板上に位置する絶縁樹脂層と、該絶縁樹脂層上に位置する導体層とを有し、
     前記絶縁樹脂層は、前記金属基板に対向する第1面と、該第1面の反対に位置する第2面と、前記第1面および前記第2面の間に位置する第3面と、前記第1面と前記第3面とが交わる第1稜線部と、前記第2面と前記第3面とが交わる第2稜線部とを備え、
     前記絶縁樹脂層は、前記第2稜線部よりも前記第1稜線部の近くに、複数の閉気孔が密集した第1閉気孔群を有している、配線基板。
  2.  金属基板と、該金属基板上に位置する絶縁樹脂層と、該絶縁樹脂層上に位置する導体層とを有し、
     前記絶縁樹脂層は、前記金属基板に対向する第1面と、該第1面の反対に位置する第2面と、前記第1面から前記第2面を貫く貫通孔と、該貫通孔内において前記第1面および前記第2面の間に位置する第4面と、前記第1面と前記第4面とが交わる第3稜線部と、前記第2面と前記第4面とが交わる第4稜線部とを備え、
     前記絶縁樹脂層は、前記第4稜線部よりも前記第3稜線部の近くに、複数の閉気孔が密集した第2閉気孔群を有している、配線基板。
  3.  前記絶縁樹脂層は、前記第1面および前記第2面の間に位置する第3面と、前記第1面と前記第3面とが交わる第1稜線部と、前記第2面と前記第3面とが交わる第2稜線部とを備え、
     前記絶縁樹脂層は、前記第2稜線部よりも前記第1稜線部の近くに、複数の閉気孔が密集した第1閉気孔群を有している、請求項2に記載の配線基板。
  4.  前記第1閉気孔群は、前記第1稜線部の全域にわたって配置している、請求項1または3に記載の配線基板。
  5.  前記第2閉気孔群は、前記第3稜線部の全域にわたって配置している、請求項2または3に記載の配線基板。
  6.  前記絶縁樹脂層は、複数の無機粒子を有しており、該複数の無機粒子の粒度分布が2つのピークを有する、請求項1乃至5のうちいずれか1つに記載の配線基板。
  7.  請求項1乃至6のうちいずれか1つに記載の配線基板に、発光素子を搭載するためのサブマウント基板が配置されている、発光素子搭載用パッケージ。
  8.  請求項7に記載の発光素子搭載用パッケージのサブマウント基板上に発光素子を備えている、発光装置。
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