(57)【要約】【課題】放熱性能が高い基板を、従来の方法よりも簡便な方法で、且つ、より多数枚取りで製造することができる方法及び該方法により得られる基板を提供する。【解決手段】（１）基板の少なくとも片面に、回路要素を形成するための凹部を形成する工程、（２）該凹部内に金属を充填して回路要素を形成する工程、を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。【選択図】図１
2006005252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも片面に回路が形成された単層基板において、該回路は、回路要素が該基板の該片面に設けられた凹部内に該凹部を満たすことによって、形成されていることを特徴とする単層基板。
【請求項２】
前記回路要素の表面が前記基板の前記片面と略共表面であることを特徴とする請求項１記載の単層基板。
【請求項３】
前記回路要素が、金、銀、銅、白金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、タングステン及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を含むことを特徴とする請求項１または２記載の単層基板。
【請求項４】
前記回路要素が、配線、パッド、又は、これらの組合わせであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の基板。
【請求項５】
少なくとも片面に、回路要素となるべき凹部が形成されてなる単層基板。
【請求項６】
前記単層基板が、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、又はガラスからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項記載の単層基板。
【請求項７】
請求項１〜４及び６のいずれか１項記載の基板を含む光素子搭載用サブマウント。
【請求項８】
請求項１〜４及び６のいずれか１項記載の基板を含む高周波素子搭載用基板。
【請求項９】
請求項１〜４及び６のいずれか１項記載の基板を含むフラットパネル用背面基板。
【請求項１０】
（１）基板の少なくとも片面に、回路要素を形成するための凹部を形成する工程、
（２）該凹部内に金属を充填して回路要素を形成する工程、
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項１１】
（３）形成された回路要素の表面を基板表面と略共表面にする工程、
をさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（２）が、
（２−１）該凹部内に金属ペーストを印刷して、該金属ペーストを該凹部内に充填する工程、及び
（２−２）充填された金属ペーストをメタライズする工程、
を含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
前記工程（１）がサンドブラスト、レーザー加工又は電子ビーム加工により行われることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記金属ペーストが、全粒子数の少なくとも80％の粒子が0.1〜0.5μmの粒径を有する球状金属粒子を、ペースト総重量の40〜95重量%で含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記金属ペーストが、全粒子数の少なくとも80％の粒子が0.5〜4.0μmの球状金属粒子をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記金属ペーストのメタライズ工程（２−２）が、300℃〜750℃の温度で行われることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記工程（３）が、研磨加工により行われることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を搭載するための回路基板及びその製造方法に関する。該回路基板は、配線等の回路要素が該基板に形成された凹部内を満たして形成されているので放熱性能に優れ、半導体レーザー搭載用サブマウントとして好適である。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード及びレーザーダイオード等の光デバイスを搭載するための小型回路基板としてメタライズ・サブマウントが使用されている（例えば、特許文献１）。図３に、従来の薄膜サブマウントの例を示す。該サブマウント１１は、絶縁性基板１２と、同基板上に形成された積層膜(Ti膜１３／Pt膜１４／Ti膜１５）と、該積層膜上に形成されたAg／Snはんだ層１６からなる。絶縁性基板１２としては、窒化アルミニウム等の熱伝導性が高く放熱性に優れた絶縁材料が使用されている。しかし、これらの絶縁材料は温度が上昇するにつれ、熱伝導度が急激に低下するため、光デバイスからの発熱により基板温度が上昇すると放熱性が悪くなるという問題がある。
【０００３】
上記従来の回路基板は、スパッタリングによりTi層、Pt層、及び蒸着によりAg／Sn層を順次積層するので、排気系を備えた大掛かりな設備が必要であり、及び、限定された基板枚数しか一度に処理できない。また、スパッタリングにより金属薄膜を付着させるためには、予め基板を研磨して、例えばRa≦0.05μmとなるようにしなければならない。さらに、スパッタリング工程の後には、薄膜金属層をフォトレジスト等によりパターニングしなければならず、多数の工程が必要である。
【０００４】
【特許文献１】特開平2002-368020号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は放熱性能のより高い基板を、従来の方法よりも簡便な方法で、且つ、より多数枚取りで製造することができる方法及び該方法で製造される基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明は、少なくとも片面に回路が形成された単層基板において、該回路は、回路要素が該基板の該片面に設けられた凹部内に該凹部を満たすことによって、形成されていることを特徴とする単層基板である。
また、本発明は、
（１）基板の少なくとも片面に、回路要素を形成するための凹部を形成する工程、
（２）該凹部内に金属を充填して回路要素を形成する工程、
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
上記本発明の基板は、回路要素が基板中に埋設されるので、基板の放熱特性が高く、サブマウント基板に好適である。また、本発明の方法によれば、従来の工程に比べて、簡易な設備で且つ高い効率で基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基いて本発明の実施の形態を説明する。異なる図面において同一の参照番号を付してあるものは、同一の部分を示す。
【０００９】
図１は本発明の回路基板１の断面図である。該回路基板１は、単層基板２と、該基板２の少なくとも片面に形成された回路要素３ａ〜３ｄとを含む。図１に示す例では、回路要素３ａ及び３ｄは配線であり、回路要素３ｃは半導体素子搭載用パッドである。回路要素３ｃの上に半田層４を備え、その上に光素子を搭載する。
【００１０】
基板２としては、公知の基板を使用することができる。例えば、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ガラス等の粉末成形基板及びグリーンシート基板が挙げられる。回路要素の位置精度が高い点で、粉末成形基板が好ましい。特に、サブマウント用途には、熱伝導度が高い酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、又は、酸化アルミニウムが好ましく使用される。また、フラットパネル背面用途には、ガラス基板が使用される。
【００１１】
基板２は、公知の方法により製造されたものであってよい。例えばシート成形基板又はスライス基板を使用することができる。また、単層グリーンシートを焼成して製造された基板であってもよい。
【００１２】
基板２の厚みは、用途に応じて適宜選択されるが、典型的には50μm〜1000μmであり、サブマウント用途には50μm〜500μmが好適である。また、薄膜蒸着法による場合と異なり、基板の表面粗度については特に制限はなく、Ra＜2μm程度であれば十分である。また、平滑性を付与する為のグレーズ処理を施した基板でも良い。
【００１３】
回路要素３には、配線、半田パッド、各種半導体素子搭載用パッド、ワイヤーボンディング用ランド等が包含される。また、回路要素３は基板２の片面だけでなく、表面及び裏面の双方に在ってもよい。
【００１４】
回路要素３は、実質的に金属からなるが、該金属の導電性もしくは熱伝導性を損なわない限度で絶縁物質、例えばガラスもしくは誘電体等を含んでよい。該金属としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、及び、これらの合金、アルミニウム、ニッケル、並びに、タングステンが包含され、回路要素及び搭載する素子の種類に応じて、好適な金属が適宜選択される。例えば、配線には銀、銅、アルミニウムが、半導体素子搭載用パッドとしては銀、金が好ましい。
【００１５】
本発明の回路基板１は、回路要素３が単層基板２の少なくとも片面側に設けられた凹部内に、該凹部の内側側面及び底面に接し且つ該凹部を満たして形成されていることを特徴とする。単層基板内に回路要素を有する点で、従来のアルミニウム配線ギャップフィル法、又は銅ダマシン法等により製造された多層基板と相違する。このように単層であるので、多層よりも薄くすることができるのは勿論のこと、配線間を誘電体で埋める工程も不要であり、後述するように、簡易な工程で製造することができる。
【００１６】
該凹部の基板断面方向の形状は特に限定されず、矩形、正方形、V字状、U字状等であってよい。金属と基板との密着性の観点から、矩形状又はU字形状であることが好ましい。該凹部の基板断面方向の深さは、裏面回路との絶縁性、及び基板の強度が損なわれない範囲であればよく、回路要素の種類、基板材料、及び回路要素を構成する金属、基板に要求される熱伝導度に応じて適宜調整することができる。
【００１７】
回路要素３が基板２内に形成された凹部内を満たして形成されているので、該回路要素を構成する金属の高い熱伝導度によって、基板全体の熱伝導度が高められる。特に基板の温度が高くなると、この効果が顕著となる。従来の基板では、基板上に搭載された素子、例えば半導体レーザー、からの発熱によって基板の温度が上昇された際に、基板を構成する絶縁体の熱伝導度は大きく低下する。しかし、金属の熱伝導度はほとんど変わらないので、本発明の基板は、該金属により絶縁体が置き換えられている分、基板全体の熱伝導度の低下が少ない。また、基板上に搭載された素子からの熱が、凹部の側面からも、速やかに基板２内に拡散される。基板の放熱性を高めるために、基板内のハニカム状空間部に金属を充填した放熱基板が知られているが（例えば、特開平2003-234441号公報）、本発明の基板は、そのような特種な形状の空間部を設けることなく、又、回路要素が放熱要素をも兼用する点で優れる。但し、本発明の基板１においても、回路要素３に加えて、放熱用ビアもしくは導電ビアを備えることを排除するものではない。
【００１８】
上述の放熱性の観点からは、本発明の回路要素３は、その上面が基板２の表面よりも上であってもよいが、回路を薄くできるので、回路要素３の表面が、基板２の表面と略共表面、即ち、回路要素３の表面が基板２の表面内になるように平坦化されることが好ましい。
【００１９】
次に、図２を用いて本発明の回路基板の製造方法を説明する。まず、（１）セラミック基板２を準備する。次いで、（２）基板２に回路要素用の凹部５を形成する。形成する方法としては、サンドブラスト、レーザー加工、電子ビーム加工、エッチングを挙げることができる。好ましくは、サンドブラストが使用される。レーザー加工又は電子ビーム加工後に、エッチングを行い、溶融された表面を適度に粗くしてもよい。また、本工程において、所望によりサーマルビア又は導電ビア用の孔を形成してもよい。
【００２０】
図２の（３）において、得られた凹部５内に金属を充填する。充填の方法としては、印刷、メッキ、溶射、蒸着、及び、スパッタリング等がある。印刷としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷、金属箔パターンを用いた転写印刷、及び、ディスペンサー法等が挙げられる。メッキとしては、電気メッキ、無電解メッキ、蒸着メッキ、及び、合金メッキ等が挙げられる。溶射としては、フレーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射、及び、レーザー溶射等が挙げられる。また、金属を感光性樹脂ペーストの形態で基板に塗布して、凹部内に回路要素をパターニングにより形成してもよい。これらの方法のなかでも、スクリーン印刷は簡易な装置で、大面積のファインパターンを形成できる点で好ましい。
【００２１】
図２の（４）において、充填された金属から回路要素３を形成する。形成方法は、金属の充填方法に応じて異なる。メッキ、蒸着、スパッタリング、又は溶射により金属を充填した場合には、充填と同時に回路要素３が形成されるので、図２において（３）と（４）とが同じ工程となる。印刷、例えばスクリーン印刷、により金属を充填した場合には、充填された金属ペーストを乾燥し、通常、300℃以上で焼成してメタライズする。ナノサイズの金属微粒子を含むインクを印刷した場合には、300℃未満でメタライズが可能である。インクジェット印刷により金属を充填した場合には、インクの乾燥及び焼き付けをしてメタライズする。
【００２２】
所望により、（５）基板を研磨して回路要素３を基板面と略共表面とする。研磨方法としては、平面研磨、ロータリー研磨等の砥石研磨、及び、CMP等が挙げられる。研磨方法は、基板及び金属の材料に応じて、適宜選択されるが、好ましくは砥石研磨が使用される。
【００２３】
上記本発明の方法は、単層基板だけでなく、多層基板の最上層の基板にも適用できる。また、基板としてグリーンシートを用いた場合には、図２の工程（２）において基板のみを焼成しても、工程（４）において回路要素と共焼成してもよい。但し、グリーンシートから得られる回路は、粉末成形基板から得られる回路に比べて、位置精度に劣る。
【００２４】
以上の方法により得られた回路基板は、任意の用途に使用可能であるが、なかでも、高い放熱性が要求される用途に好適であり、例えば、光デバイスを搭載するためのサブマウント、及び、高周波素子搭載用基板として好適である。また、スクリーン印刷によれば、大面積基板を製造することができるので、大面積フラットパネル用背面基板としても好適である。
【００２５】
次に、上記本発明の方法において、特にスクリーン印刷法において、好ましく使用される金属ペーストについて説明する。金属ペーストは、金属粉体、無機結合剤、有機樹脂媒体、及び溶剤からなる。これら各成分の量は、基板、金属粉体の性状、配線パターンのライン／スペース幅等に応じて適宜調整することができるが、本発明の方法における典型的な組成は、ペースト総重量に対して、金属分が 40〜95重量%、好ましくは70〜94重量％、より好ましくは80〜94重量％、無機結合剤が0〜20重量%、好ましくは0.5〜10重量%、より好ましくは0.5〜5重量%、有機樹脂媒体が2〜20重量%、好ましくは2〜10重量%、より好ましくは2〜6重量％、及び溶剤が3〜30重量%、好ましくは3〜25重量%、より好ましくは5〜10重量%程度である。
【００２６】
金属としては、上述した種々のものを使用することができ、好ましくは金、銀、パラジウム、又はこれらの合金が使用される。例えば、窒化アルミニウム基板中に、導電性回路要素を形成するためには、銀とパラジウムを重量比で100：0〜80：20の範囲で使用することが好ましい。銀とパラジウムは、共沈紛を使用してもよい。
【００２７】
金属粒子は球状であることが好ましく、且つ、全粒子数の少なくとも80％の粒子が、0.1〜0.5μm、好ましくは0.1〜0.3μmの粒径を有する。即ち、粒径が最小粒径以上であって0.1μm未満である粒子個数が全粒子個数の10％未満であり、粒径0.5μm、好ましくは0.3μm、を超え最大粒径以下である粒子個数が全粒子数の10％未満である。斯かる粒径分布を有する粒子の例として、単分散微細紛が好ましい。より好ましくは、単分散で且つ高結晶性の微細紛が使用される。高結晶性微細紛は結晶度の高い粒子であり、表面の凹凸が少ない事から表面活性が低く、有機バインダーに対する濡れ性が良い。従って、ペースト中の金属分を高くしても、安定して印刷可能な、適正な粘性を有する金属ペーストとなり得る。なお、本発明において粒径は、電子顕微鏡写真上で約100粒の粒子について測定し、最小粒径から10番目の粒径と最大粒径から10番目の粒径を夫々下限値及び上限値とした。なお、粒子は完全な球形ではなく、所謂多面体であるので、粒径には約10％程度の誤差が含まれることが了解されるべきである。上記微細紛に加えて、少なくとも80％の粒子が、0.3〜4μm、好ましくは0.5〜2μm、の粒径を有する球状紛を含んでもよい。
【００２８】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
サブマウント基板の作成
AlN基板（ 3インチ角×200μm、商品名FAN-230、古河機械金属（株）製、170W/ｍ・K）に、サンドブランストによって、約 120 μｍ巾×深さ約50μmの配線パターンと、巾約300μm× 長さ約1400 μm×深さ約50μmのＬＤ搭載用パッドを形成するための各凹部を有するサブマウント基板（900μm×1.2mm）を4000枚取りで作成した。該凹部に、スクリーン印刷により、下記組成の銀・パラジウムペーストを刷り込んだ。
ペースト組成    
銀（粒径0.1〜0.5μm）         82 重量％
パラジウム                      8  
エチルセルロース                1  
ターピネオール                  9  
次いで、上記基板を 120℃で 10分乾燥した後、ピーク温度550℃〜720℃で約７〜10分、100℃以上のインアウト約１時間の焼成プロフィールで大気焼成して銀・パラジウムをメタライズした。得られた基板表面をバフ研磨し、メタライズ面を平坦化して基板面と略共表面とした。
得られたパッド上に、定法に従い、無電解メッキにより1.0μmのNi層を形成した上に、電解メッキにより5.0μｍの半田層を形成した。
【実施例２】
【００３０】
AlN基板として、熱伝導率230W/ｍ・Kのものを用いたことを除き、実施例１と同様にして、サブマウント基板を作成した。
【００３１】
比較例  薄膜サブマウント基板の作成
厚さ200μmの鏡面研磨済AlN基板（230W/ｍ・K）にスパッタリングによりTi（0.05μm）/Pt（0.5μm）/Ti（0.05μm）層を形成し、LD搭載Pad部には蒸着によりAg（1.5μm）/Sn（5μm）半田層を形成した。
【００３２】
光出力の温度変化の測定
得られた各サブマウント基板を10枚ずつ用意し、各パッド上にLD（409 nm、658nm)を夫々搭載し、光ピックアップモジュールを各10個ずつ作成した。各モジュールを恒温室に入れ、温度を25℃、50℃、75℃に保ち、各温度における発光強度を測定して、平均値（ｎ＝10）を取った。結果を下表１及び２に示す。
【表１】
2006005252.tif 000003
【表２】
2006005252.tif 000004
【００３３】
表１及び２に示すように、本発明の基板を用いた場合には、温度による発光強度の低下、（25℃での発光強度−75℃での発光強度）／（25℃での発光強度）、が10％以下であるが、従来の薄膜サブマウント基板を用いた場合には、約15％である。このことから、本発明の基板の放熱特性が優れていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の基板は、発熱する半導体素を搭載するための基板として好適である。また、該基板は、本発明の方法により、簡易な工程で且つ多数枚取りで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の回路基板を示す断面図である。
【図２】本発明の回路基板の製法を示す工程図である。
【図３】従来のサブマウント基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２ 絶縁性基板
３ａ〜ｄ 回路要素
４ 半田層
５ 凹部
【図１】
2006005252.tif 000005
【図２】
2006005252.tif 000006
【図３】
2006005252.tif 000007