(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体と、該絶縁基体の内部に設けられており、下端に凹部を有している放熱部材と、前記絶縁基体の内部に設けられており、部分的に前記凹部内に設けられて平坦な下面を有している金属層とを備えることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記金属層が、前記凹部を塞ぐ第１金属層と、平面視で前記放熱部材と重なって前記第１金属層を覆うように配置された第２金属層とからなることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子または発光素子等の電子部品を搭載するための配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子部品を搭載し、電子機器に組み込まれる配線基板としてセラミック製のものが用いられており、放熱性の向上等を目的として、配線基板の絶縁基体内に放熱部材が埋設されているものがある。このような放熱部材は、例えば、配線基板に実装された電子部品で生じた熱を外部に逃がして、放熱性を高めるために用いられる。
【０００３】
また、放熱部材の下面の絶縁基体の内部には、平面視で放熱部材よりも大きな金属層を配置することがある（例えば、特許文献１を参照。）。このような金属層は、放熱部材と絶縁基体との熱膨張係数の違いによって生じる応力が、放熱部材の端部に集中することを抑制して、放熱部材の端部を起点とするクラックを抑制するためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006−156447号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の配線基板においては、例えば加熱処理を行なうと、絶縁基体のうち平面視で放熱部材端部よりも外側で絶縁基体の下面と金属層との間に、平面視で放熱部材の縁に沿って放熱部材を取り囲むようにクラックが生じることがあった。このようなクラックは、焼成時に放熱部材の収縮が絶縁基体の収縮よりも小さいので放熱部材の下面が凹んで、この凹んだ部分に沿って金属層が変形し、絶縁基体の下面も凹むことが原因で生じると考えられる。すなわち、金属層が放熱部材の凹部に沿って変形した部分と、平面視で放熱部材の外側で、金属層が変形していない部分との境界で、金属層が曲がっており、この曲がった部分に応力が集中しやすいためである。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、放熱部材および金属層が埋設された配線基板おいて、加熱した際に絶縁基体にクラックが生じることを抑制された配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の配線基板は、絶縁基体と、該絶縁基体の内部に設けられており、下端に凹部を有している放熱部材と、前記絶縁基体の内部に設けられており、部分的に前記凹部内に設けられて平坦な下面を有している金属層とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の配線基板は、上記構成において、前記金属層が、前記凹部を塞ぐ第１金属層と、平面視で前記放熱部材と重なって前記第１金属層を覆うように配置された第２金属層とからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の配線基板によれば、絶縁基体と、絶縁基体の内部に設けられており、下端に凹部を有している放熱部材と、絶縁基体の内部に設けられており、部分的に凹部内に設けられて平坦な下面を有している金属層とを備えることから、金属層が放熱部材の凹部に沿っ
て変形した部分と、平面視で放熱部材の外側において金属層が変形していない部分との境界で金属層が曲がることが低減されているので、平面視で放熱部材の外側に応力が集中することを抑制し、配線基板の下面と金属層との間の絶縁基体にクラックが生じることを抑制できる。
【００１０】
本発明の配線基板によれば、上記構成において、金属層が、凹部を塞ぐ第１金属層と、平面視で前記放熱部材と重なって前記第１金属層を覆うように配置された第２金属層とからなることから、放熱部材の下面に凹部を塞ぐ第１金属層となる金属ペーストまたは金属シートを配置した後、第２金属層となる金属ペーストまたは金属シートを配置できるので、配線基板を作製するときに、より確実に凹部を塞ぐことができて、平面視で放熱部材と金属層との位置の調整を精度良くできる。したがって、金属層の下面をより平坦にできるので、クラックが生じることを抑制するのに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部における要部拡大断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施の形態の一例である配線基板を焼成する前の積層体を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部における要部拡大図である。
【図４】（ａ）は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図５】（ａ）は、電子部品が搭載された本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部における要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部における要部拡大断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の実施の形態の他の例である配線基板を焼成する前の積層体を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部における要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明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て説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における配線基板は、図１および図２に示す例のように、絶縁基体１と、絶縁基体１の内部に設けられており、下端に凹部２ａを有している放熱部材２と、絶縁基体１の内部に設けられており、部分的に凹部２ａ内に設けられて平坦な下面を有している金属層３とを備えている。
【００１４】
このような構成であることから、金属層３が放熱部材２の凹部２ａに沿って変形した部分と、平面視で放熱部材２の外側において金属層３が変形していない部分との境界で金属層３が曲がることが低減されているので、平面視で放熱部材２の外側に応力が集中することを抑制し、配線基板の下面と金属層３との間の絶縁基体１にクラックが生じることを抑制できる。
【００１５】
これは、平面視で放熱部材２の端部よりも外側の領域において、放熱部材２の外縁形状に沿って金属層３が部分的に薄くなっていたり、放熱部材２や配線基板の下面に凹部が生じたりすることを抑制できるためである。
【００１６】
なお、金属層３の平坦な下面とは、金属層３の下面の最も突出した部分の高さと最も凹んだ部分の深さとの差が15μｍ以下のものを含むものとする。
【００１７】
絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成るものである。
【００１８】
絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム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状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシートを得て、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。
【００１９】
放熱部材２は、絶縁基体１に埋設され、例えば平面視で角部が円弧状の矩形状や円形の底面を有する柱状に形成されている。放熱部材２は、電子部品が発する熱を配線基板の外に逃がして、放熱性を高めるためのものであり、平面視で電子部品よりも大きく形成されている。このような放熱部材２は、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに金型やパンチングによる打ち抜き加工またはレーザ加工によって穴を設けて、この穴に放熱部材２となる金属シートまたは金属ペーストを配置しておくことにより作製される。
【００２０】
放熱部材２は、図１および図２に示す例のように、絶縁基体１の上面から露出されていると、放熱部材２が露出していない場合と比べて、配線基板の放熱性を高めるのに有効である。
【００２１】
このような放熱部材２は金属シートを用いて製作される場合には、金属シートは、平面視で絶縁基体１用のセラミックグリーンシートの穴と同じ形状で、セラミックグリーンシートの穴の深さと同じ厚みに形成されて、セラミックグリーンシートの穴を充填するように埋設されていればよい。なお、金属シートは、セラミックグリーンシートに打ち抜き加工で穴を設けると同時に埋設されると成形体を効率よく作製できる。
【００２２】
例えば、貫通孔の形成された絶縁基体１用のセラミックグリーンシートの上面に金属シートを載置し、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成する打ち抜き金型を用いて、金属シート側から金属シートとセラミックグリーンシートとに貫通孔を打抜くと、セラミックグリーンシートの貫通孔内に、この貫通孔と同サイズに打ち抜かれた金属シートを嵌め込むことができる。
【００２３】
このような金属シートは、金属粉末に有機バインダおよび有機溶剤を必要に応じて所定量の可塑剤や分散剤を加えてスラリーを得て、これをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂や紙製の支持体上にドクターブレード法，リップコーター法またはダイコーター法等の成形方法によって塗布してシート状に成形し、温風乾燥，真空乾燥または遠赤外線乾燥等の乾燥方法によって乾燥することによって作製する。
【００２４】
金属粉末としては、例えば、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）等の１種または２種以上からなる粉末が挙げられ、要求される特性に合わせて適宜選択される。なお、金属粉末が、２種以上からなる場合は混合，合金，コーティング等のいずれの形態であってもかまわない。例えば、Ｃｕ粉末とＷ粉末とを混合した金属シートを用いると、放熱性に優れた銅タングステン（ＣｕＷ）からなる放熱部材２とすることができる。
【００２５】
金属シートに用いられる有機バインダ、スラリーに含まれる溶剤としては、上記のセラミックグリーンシートに用いられた材料と同じ材料を用いることができる。
【００２６】
有機バインダの添加量は金属粉末によって異なるが、焼成時に分解・除去されやすく、かつ金属粉末が分散され、グリーンシートのハンドリング性や加工性が良好な量であればよく、金属粉末に対して10乃至20質量％程度が望ましい。
【００２７】
溶剤の量は、金属粉末に対して30乃至100質量％の量で加えることによって、スラリー
を良好に支持体上に塗布することができるような粘度、具体的には３ｃｐｓ乃至100ｃｐ
ｓ程度となるようにすることが望ましい。
【００２８】
また、放熱部材２は金属ペーストを用いて製作される場合には、金属ペーストが、セラミックグリーンシート１の穴に充填されて配置されていればよい。また、金属ペーストを用いる場合には、金属ペーストはセラミックグリーンシート１の穴に保持されるような粘度に調整されていればよいが、セラミックグリーンシート１の穴を底のあるものとしておくことが好ましい。
【００２９】
放熱部材２用の金属ペーストは、主成分である上記の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、また必要に応じて分散剤等を加えてボールミル，三本ロールミルまたはプラネタリーミキサー等の混練手段によって混合および混練することで作製する。
【００３０】
このような放熱部材２用の金属ペーストに用いられる有機バインダの添加量は、金属粉末によって異なるが、焼成時に分解・除去されやすく、かつ金属粉末を分散できる量であればよく、金属粉末に対して５乃至20質量％程度の量であることが望ましい。溶剤は金属粉末に対して４乃至15質量％の量で加えられ、15000乃至40000ｃｐｓ程度となるように調整される。
【００３１】
なお、金属ペーストには、焼成時のセラミックグリーンシート１の焼成収縮挙動や収縮率と合わせるため、または焼成後の配線導体４の接合強度を確保するために、ガラスやセラミックスの粉末を添加してもよい。
【００３２】
放熱部材２は、図５に示す例のように平面視で配線基板の上面側と下面側との大きさが異なっており、上面側と下面側との間に段差を設けていてもよい。絶縁基体１の上面側で配線導体４を配置するための領域を確保するのに有効である。
【００３３】
また、図５に示す例のように、上面側と下面側とで放熱部材２の大きさが異なる場合には、この段差部分にも金属層３を配置していることが好ましい。このことによって、絶縁基体１と放熱部材２との熱膨張係数の違いによって生じる応力を低減できる。
【００３４】
このような形状の放熱部材２を作製するには、セラミックグリーンシートを複数積層した積層体を形成し、上側のセラミックグリーンシートに第１貫通孔を形成し、下側のセラミックグリーンシートに第１貫通孔よりも径の大きい第２貫通孔を形成し、これらの貫通孔のそれぞれに合わせた大きさの放熱部材２となる金属シートまたは金属ペーストを埋設し、上側と下側のセラミックグリーンシートを積層して加圧することによって形成できる。
【００３５】
金属層３は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）等の金属粉末メタライズから成る。また、金属層３は平面視で放熱部材２よりも大きく、放熱部材２と重なるように、絶縁基体１の内部に設けられており、部分的に放熱部材２の凹部２ａ内に設けられて平坦な下面を有している。
【００３６】
このような金属層３は以下のようにして形成する。まず、図３に示す例のように、上記の金属粉末を用いた金属層３用のメタライズペースト３ｃを、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに埋設された放熱部材２用の金属シートまたは金属ペーストを覆うように所定形状にスクリーン印刷法等によって印刷する。この際、金属層３用のメタライズペースト３ｃは、放熱部材２用の金属シートまたは金属ペースト上において、セラミックグリーンシート上よりも厚みが厚くなるように印刷する。その後、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、放熱部材２の下面に凹部２ａが生じるが、図２に示す例のように金属層３が絶縁基体１の内部において部分的に凹部２ａ内に位置して、放熱部材２を覆って平坦な下面を有する金属層３が形成される。なお、金属層３用のメタライズペーストは上記した金属ペーストと同様の方法で作製できる。
【００３７】
また、金属層３は、平面視で絶縁基体１と重なる部分の厚みが20μｍから40μｍであり、平面視で絶縁基体１の周囲に配置された部分の厚みが10μｍ〜20μｍ程度に形成され、平面視で放熱部材２の縁から0.15ｍｍ〜0.4ｍｍ程度外側に大きく形成される。例えば放
熱部材２が平面視で円形状の場合には、金属層３は平面視で放熱部材２よりも半径が0.15ｍｍ〜0.4ｍｍ程度大きな円形状に形成すればよい。また、放熱部材２が平面視で矩形状
の場合には、金属層３は放熱部材２の縁から0.15ｍｍ〜0.4ｍｍ程度外側に大きく形成し
ておけばよい。なお、この金属層３の下面と配線基板の下面との間の絶縁基体１の厚みｈ１は0.1ｍｍ以下であると、配線基板の下面と金属層３との間の絶縁基体１にクラックが
生じることを抑制することができるとともに、配線基板の下面側に良好に放熱することができる配線基板とすることができる。
【００３８】
また、金属層３の熱膨張率は、絶縁基体１の熱膨張率と放熱部材２の熱膨張率との間の熱膨張率となるようにしておくと、絶縁基体１の熱膨張率と放熱部材２の熱膨張との違いによって生じる熱応力をより効果的に低減することができる。
【００３９】
このような金属層３は、例えば、主成分を放熱部材２の材料と同一材料とするとともに、絶縁基体１に含まれるセラミックスやガラス成分が放熱部材２よりも多く添加されるようにしておけばよい。例えば、絶縁基体１が酸化アルミニウム質焼結体、放熱部材２が銅タングステンからなる場合、金属層３は、銅タングステンを主成分とし、酸化アルミニウム質焼結体を含有させることが好ましい。
【００４０】
配線導体４は、上記の金属層３と同様の金属材料を用いることができる。また、配線導体４には、絶縁基体１の表面や絶縁層間に配置される配線導体と、絶縁層を貫通して上下に位置する配線導体４同士を電気的に接続する貫通導体とがある。表面や絶縁層間に配置される配線導体は、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに配線導体４用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等の印刷手段によって印刷塗布し、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成される。また、貫通導体は、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートに金型やパンチングによる打ち抜き加工またはレーザー加工等の加工方法によって貫通導体用の貫通孔を形成し、この貫通孔に貫通導体用のメタライズペーストを上記印刷手段によって充填しておき、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートとともに焼成することによって形成する。
【００４１】
メタライズペーストは、上記した金属ペーストと同様の方法で作製すればよい。貫通導体用のメタライズペーストは、有機バインダーや有機溶剤の種類や添加量を変えることによって、充填に適するように配線導体４用のメタライズペーストよりも高い粘度に調整される。
【００４２】
なお、配線導体４の露出する表面には、ニッケル，金等の耐蝕性に優れる金属めっきが
被着され、接続電極または外部端子電極となる。これによって、配線導体４が腐食することを抑制できるとともに、配線導体４と、電子部品６，ボンディングワイヤまたは外部回路基板の配線導体との接合を強固にできる。例えば、配線導体４の露出する表面には、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが、電解め
っき法もしくは無電解めっき法により順次被着される。
【００４３】
電子部品６として発光素子５を実装する場合には、図４および図５に示す例のように、キャビティ５を形成し、キャビティ５の内壁面に発光素子が発する光を反射させるための反射層９を設けておいても良い。反射層９は、例えば、キャビティ５の内壁面にメタライズ層とめっき層とを順に被着したり、樹脂膜や金属膜を被着したりして形成される。なお、反射層９の露出する表面にはニッケル，金または銀等の金属が被着される。
【００４４】
第１の実施形態の配線基板の上面には、平面視で放熱部材２と重なるように電子部品６が接合されて搭載される。電子部品６は、半導体素子または発光素子等であり、例えばＡｕ−シリコン（Ｓｉ）合金から成るろう材や銀（Ａｇ）を含むエポキシ樹脂等の導電性接合材により配線基板の上面の一方の配線導体４上に接合される。また、電子部品６の電極と他方の配線導体４とが、例えばＡｕを主成分とするボンディングワイヤ等の接続部材７を介して電気的に接続される。なお、フリップチップ型の電子部品６である場合は、例えばバンプ等の電子部品６の電極に接続されたはんだや金等の金属からなる接続部材７を加熱して溶融させたり、超音波振動を加えたりすることによって接続する。あるいは、はんだや導電性接着剤等の接続部材７を介して配線導体４に接続する。
【００４５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態における配線基板は、図６および図７に示す例のように、金属層３が、凹部２ａを塞ぐ第１金属層３ａと、平面視で放熱部材２と重なって第１金属層３ａを覆うように配置された第２金属層３ｂとからなる場合には、放熱部材２の下面に凹部２ａを塞ぐ第１金属層３ａとなる金属ペーストまたは金属シートを配置した後、第２金属層となる金属ペーストまたは金属シートを配置できるので、配線基板を作製するときに、より確実に凹部２ａを塞ぐことができて、平面視で放熱部材２と金属層３との位置の調整を精度良く形成できる。したがって、金属層３の下面をより平坦にできるので、クラックが生じることをより効果的に抑制できる。
【００４６】
第２の実施形態において、金属層３は、図８に示す例のように、セラミックグリーンシートに埋設された放熱部材２となる金属シートの上面に、第１金属層３ａ用のメタライズペースト３ｄを、平面視で放熱部材２となる金属シートと略同形状にスクリーン印刷法等によって印刷して、第１金属層３ａ用のメタライズペースト３ｄおよび周囲のセラミックグリーンシートの上に、平面視で第１金属層３ａ用のメタライズペースト３ｄよりも大きな第２金属層３ｂ用のメタライズペースト３ｅを印刷した後、第２金属層３ｂ用のメタライズペースト３ｅ上に絶縁基体１となるセラミックグリーンシートを積層して焼成することによって製作できる。
【００４７】
なお、第１の金属層３ａは10μｍ〜20μｍ、第２の金属層３ｂは10μｍ〜20μｍ程度に形成され、平面視で放熱部材２の大きさよりも0.3ｍｍ〜0.8ｍｍ程度大きく形成される。
【００４８】
このような場合には、配線基板を製作した際に、放熱部材２となる金属シートの位置に合わせて第１金属層３ａ用のメタライズペースト３ｄを印刷することができる。したがって、平面視で第１金属層３ａが放熱部材２の下面に精度良く形成されるので、金属層３の下面を平坦にするのに有効である。
【００４９】
また、例えば、金属シートまたは金属ペーストの厚みが埋設されるセラミックグリーン
シートの厚みよりも小さく埋設された場合には、第１金属層３ａ用のメタライズペーストを補填させて印刷し、第１の金属層３ａ用のメタライズペーストの下面を平坦に近づけた状態とし、この表面に第２金属層３ｂ用のメタライズペーストを平坦に印刷しやすくなるとともに、放熱体２の端部よりも外側で金属層３が局所的に薄く形成され、応力が集中しやすくなることをより良好に抑制することができる。
【００５０】
また、第１金属層３ａの熱膨張率と第２金属層３ｂの熱膨張率とを異ならせて、第１金属層３ａを放熱部材２の熱膨張率に近くするとともに、第２金属層３ｂの熱膨張率を絶縁基体１に近くしても構わない。
【００５１】
また、図７に示す例のように、放熱部材２が絶縁基体１の上面に露出されずに、内部に埋設されている場合には、放熱部材２が露出している場合と比べて、放熱部材２よりも上方の絶縁基体１の表面や内部に配線導体４を配置できるので、配線導体４の自由度を高めることができる。
【００５２】
また、図７に示す例のように、放熱部材２が絶縁基体１の内部に埋設されている場合には、放熱部材２の上面側に金属層３が配置されており、放熱部材２の上面側に配置された金属層３は、平坦な上面を有していることが好ましい。配線基板の上面と金属層３との間の絶縁基体１にクラックが生じることを抑制するのに有効である。
【００５３】
なお、本発明は、上記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、配線導体４として配線基板の側面に形成した溝の内面に導体が形成された、いわゆるキャスタレーション導体を形成してもかまわない。
【００５４】
また、配線導体４の一端が絶縁基体１の上面側に導出されている場合には、配線基板の下面にＣｕ−Ｗやアルミニウム（Ａｌ）等からなる、放熱性に優れた金属体を接合させていても構わない。このような場合、金属体は、放熱部材２と同様の材料を用いておくと、例えば、放熱部材２がＣｕ−Ｗからなる場合、金属体をＣｕ−Ｗとしておくと、熱膨張の違いにより、配線基板が大きく歪んでしまうことを抑制できる。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・・絶縁基体
２・・・・放熱部材
２ａ・・・凹部
３・・・・金属層
３ａ・・・第１金属層
３ｂ・・・第２金属層
３ｃ・・・金属層３用のメタライズペースト
３ｄ・・・第１金属層３ａ用のメタライズペースト
３ｅ・・・第２金属層３ｂ用のメタライズペースト
４・・・・配線導体
５・・・・キャビティ
６・・・・電子部品
７・・・・接続部材
９・・・・反射層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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