(57)【要約】【課題】  絶縁基板の上面から下面にかけて形成した金属導体にボイドが生じたり、金属導体と絶縁基板とが剥離したり、絶縁基板にクラックが生じたりするのを抑制することのできる導通信頼性の高い回路基板を提供すること。【解決手段】  絶縁基板１に形成したスルーホール２を金属導体５で充填して成る回路基板１において、スルーホール２の深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに、スルーホール２の中央部から開口部に向かって上記深さ方向に対するスルーホール２の内壁面の傾斜角度を複数回変化させた。【選択図】  図１
2006319314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板に形成したスルーホールを金属導体で充填して成る回路基板において、前記スルーホールの深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに、前記スルーホールの中央部から開口部に向かって前記深さ方向に対する該スルーホールの内壁面の傾斜角度を複数回変化させたことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記スルーホールの内径を前記スルーホールの中央部から開口部に向かうほど漸次大きくなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
前記スルーホールの縦断面形状において前記開口部から中央部に向かう前記絶縁基板の内面を窪ませたことを特徴とする請求項１又は２記載の回路基板。
【請求項４】
前記スルーホールの深さ方向の中央部に位置する前記絶縁基板の内面を前記スルーホールの内側に突出させて突出部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の回路基板。
【請求項５】
前記窪ませた絶縁基板の内面を凹曲面形状としたことを特徴とする請求項３または請求項４記載の回路基板。
【請求項６】
前記スルーホールにおける前記絶縁基板の内面にチタン，クロム，アルミニウム，モリブデン，タングステン，銅およびニッケル−クロム合金のうちの少なくとも１種から成る接合金属層を被着したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回路基板。
【請求項７】
前記金属導体は、銅，銀，およびチタンのうちの少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回路基板。
【請求項８】
前記金属導体は、めっき法により形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の回路基板。
【請求項９】
絶縁基板に形成したスルーホールを金属導体で充填して成る回路基板において、前記スルーホールの深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに、前記スルーホールの中央部から開口部に向かって前記深さ方向に対する該スルーホールの内壁面の傾斜角度を連続的に変化させたことを特徴とする回路基板。
【請求項１０】
絶縁基板の一方主面にブラスト法により砥粒が周辺部より中心部で多く噴出するようにして上側凹部を形成した後、前記絶縁基板の他方主面の前記上側凹部に対応する位置にブラスト法により砥粒が周辺部より中心部で多く噴出するようにして下側凹部を形成するとともに中央部を貫通されることにより、深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに縦断面形状において開口部から中央部に向かう前記絶縁基板の内面を窪ませたスルーホールを形成する工程を具備することを特徴とする回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属導体で充填されたスルーホールを有する回路基板およびその回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子部品の著しい小型化、高密度実装化に伴い、電子部品がマウントされる回路基板も高性能化が望まれている。その方法としては、パターン状の回路導体を微細化してサイズを縮小する方法、或いは、回路導体を３次元的に多層化する方法等が採用されている。
【０００３】
回路導体を３次元的に多層化する方法としては、絶縁基板が金属導体によって上下面が電気的に接続された回路基板を複数積層する方法が採用され、各層間での所望の導通を確保することによって小型化、高集積化等に対応すべく回路設計が行われている。
【０００４】
このような３次元高密度配線を有する回路基板は、加工性が良好な樹脂製の基板を用いたプリント配線基板の分野では広く実用化されているが、絶縁特性や放熱特性に優れるセラミック基板（アルミナ質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化ケイ素質焼結体等）においても需要が高まっている。このようなセラミック基板を用いた上記多層回路基板の製造方法に用いられる回路基板の製造方法としては、所謂コファイア法とポストファイア法が知られている。
【０００５】
コファイア法とは、セラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）と呼ばれる焼結前のセラミック前駆体にスルーホールを穿孔した後にこのスルーホールに金属粉末を有機バインダー中に分散させたペースト状の物質（以下、金属ペーストともいう）を充填し、ついで脱脂，焼成する方法である。
【０００６】
一方ポストファイア法とは、スルーホールが形成されたセラミック焼結体に金属ペーストを充填して再焼成する方法であり、汎用的な方法としては、グリーンシートを穿孔し、脱脂，焼成した後、セラミック焼結体に直接ドリルを用いて加工し、エッチング法や銅めっき法を用いて金属導体を形成する方法である。
【０００７】
いずれの方法においても、絶縁基板前駆体又は絶縁基板に穿孔した後、上下面の導通のための金属導体を形成する方法である。
【０００８】
ポストファイア法においては、焼成後の絶縁基板にスルーホールを形成するため、スルーホールの寸法や、位置精度を高く形成できる反面、スルーホールにめっき法等で金属導体を充填した場合の絶縁基板と金属導体の接合信頼性や、スルーホール内にボイドが残留し、装置の長期信頼性を低下させる問題を発生させやすい傾向があった。
【０００９】
それらの問題の対策を行なったポストファイア法も検討されている。例えば、下記の特許文献１には、絶縁基板に最狭部を有するスルーホールを形成し、この最狭部に電流密度を集中させてめっき成長を促進し、この最狭部からスルーホールを閉塞してゆくことによって、ボイドが生じるのを防止するというものである。
【特許文献１】特開2004−311919号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に述べられているようなポストファイア法によれば、スルーホール中のボイドを発生させずに金属導体を形成することはできるものの、スルーホールの開口部の開口径が大きくなったり、スルーホールの形成密度を高めた場合、絶縁基板と金属導体の熱膨張係数の差によって、絶縁基板に加わる応力が大きくなるため、絶縁基板にクラックが発生したり、絶縁基板と金属導体とが剥離しやすくなる傾向があり、絶縁基板との接続信頼性が低下したり、基板の表面に搭載した電子部品で発生した熱を効果的に裏面に伝えることができないという問題点があった。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、絶縁基板の上面から下面にかけて形成した金属導体にボイドが生じたり、金属導体と絶縁基板とが剥離したり、絶縁基板にクラックが生じたりするのを抑制することのできる導通信頼性の高い回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の回路基板は、絶縁基板に形成したスルーホールを金属導体で充填して成る回路基板において、前記スルーホールの深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに、前記スルーホールの中央部から開口部に向かって前記深さ方向に対する該スルーホールの内壁面の傾斜角度を複数回変化させたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の回路基板において、好ましくは、前記スルーホールの内径を前記スルーホールの中央部から開口部に向かうほど漸次大きくなるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の回路基板において、好ましくは、前記スルーホールの縦断面形状において前記開口部から中央部に向かう前記絶縁基板の内面を窪ませたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の回路基板において、好ましくは、前記スルーホールの深さ方向の中央部に位置する前記絶縁基板の内面を内側に突出させて突出部を形成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の回路基板において、好ましくは、前記窪ませた絶縁基板の内面を凹曲面形状としたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の回路基板において、好ましくは、前記スルーホールにおける前記絶縁基板の内面にチタン，クロム，アルミニウム，モリブデン，タングステン，銅およびニッケル−クロム合金のうちの少なくとも１種から成る接合金属層を被着したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の回路基板において、好ましくは、前記金属導体は、銅，銀，およびチタンのうちの少なくとも１種から成ることを特徴とする。
【００１９】
本発明の回路基板において、好ましくは、前記金属導体は、めっき法により形成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の回路基板は、絶縁基板に形成したスルーホールを金属導体で充填して成る回路基板において、前記スルーホールの深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに、前記スルーホールの中央部から開口部に向かって前記深さ方向に対する該スルーホールの内壁面の傾斜角度を連続的に変化させたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の回路基板の製造方法は、絶縁基板の一方主面にブラスト法により砥粒が周辺部より中心部で多く噴出するようにして上側凹部を形成した後、前記絶縁基板の他方主面の前記上側凹部に対応する位置にブラスト法により砥粒が周辺部より中心部で多く噴出するようにして下側凹部を形成するとともに中央部を貫通されることにより、深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに縦断面形状において開口部から中央部に向かう前記絶縁基板の内面を窪ませたスルーホールを形成する工程を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の回路基板によれば、スルーホールの深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに、スルーホールの中央部から開口部に向かって上記深さ方向に対するスルーホールの内壁面の傾斜角度を複数回変化させたことから、金属導体の特に大きな上下方向の熱膨張を非常に良好に抑制できるので、金属導体と絶縁基板との間に剥離が発生したり、絶縁基板にクラックが生じるのを有効に防止した導通信頼性の高い回路基板を提供できる。
【００２３】
また、金属導体の横方向の熱膨張によって金属導体と絶縁基板との界面付近に生じる応力を、平面視してより内側に位置するスルーホールの中央部と、より外側に位置するスルーホールの開口部付近とに分散できるので、各部位の応力が合わさって大きな応力となるのを有効に防止し、絶縁基板に生じる応力をきわめて小さくできる。
【００２４】
さらに、スルーホールの内径を中央部から開口部に向かうほど大きくなるようにしたことから、金属導体と絶縁基板との熱膨張差による応力を分散させて応力が局所的に集中するのを有効に防止することができる。
【００２５】
さらにまた、スルーホールの中央部において、スルーホールの内壁面をなす絶縁基板の内面が金属導体に食い込んだ形状であるので、機械的衝撃下においても金属導体が脱落することがない高い接続信頼性を有する回路基板を提供することができる。
【００２６】
本発明の回路基板によれば、スルーホールの突出部と開口との間における内面を凹曲面形状としたことから、金属導体の体積を大きくすることができ、より高い熱伝導性の回路基板を提供できる。
【００２７】
本発明の回路基板によれば、スルーホールにおける絶縁基板の内面にチタン，クロム，アルミニウム，モリブデン，タングステン，銅およびニッケル−クロム合金のうちの少なくとも１種から成る接合金属層を被着したことから、スルーホール内壁面と金属導体とを高い強度で密着させることができ、高信頼性の回路基板を得ることができる。
【００２８】
本発明の回路基板によれば、金属導体は、銅，銀，およびチタンのうちの少なくとも１種から成ることから、絶縁基板の上面から下面にかけて導出された金属導体を熱伝導性および電気伝導性の良好な導体で形成できるので、電気抵抗が小さいとともに熱引き特性に優れた高信頼性の回路基板を得ることができる。
【００２９】
本発明の回路基板によれば、金属導体は、めっき法により形成されることから、スルーホールの内径が小さい突出部の内側からめっきを良好に成長させ、スルーホールの深さ方向の中央部から上下の開口に順に金属導体を形成させることができるので、金属導体の内部や金属導体とスルーホール内面との間にボイドが生じるのを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の回路基板を図１に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の回路基板の実施の形態の例を示す断面図を示し、図２は本発明の回路基板の実施の形態の他の例を示す断面図を示す。これらの図において１は絶縁基板、２はスルーホール、３は突出部、４は接合金属層、５は金属導体、６は配線導体層を示す。
【００３２】
絶縁基板１は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミック絶縁材料等から成り、絶縁基板１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、先ずアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やシリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状と成し、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（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。また、その後、必要に応じて絶縁基板１の主面に研磨加工を施す場合もある。
【００３３】
なお、絶縁基板１の材料として、特に酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体を用いた場合には、これらの材料の熱伝導率が40Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、高放熱性という観点から、ＬＤ（レーザダイオード），ＬＥＤ（Light Emitting Diode），高速ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱量の大きい各種半導体素子を搭載する回路基板に好適に使用することができる。
【００３４】
スルーホール２の内径は開口部から中央部に向けて漸次小さくなっている。また、スルーホール２の縦断面において、スルーホール２の内壁面をなす絶縁基板１の内面は、スルーホール２の開口部と中央部との間において窪んだ形状をしている。特に、図１に示された回路基板においては、スルーホール２の中央部において、絶縁基板１の内面がスルーホール２の内側に突出し、突出部３を形成している。ここで、スルーホール２の縦断面とは、スルーホール２をそのスルーホール２の軸方向に切断したときの断面をいう。これにより、金属導体５の特に大きな上下方向の熱膨張を突出部３で非常に良好に抑制できるので、金属導体５と絶縁基板１との間に剥離が発生したり、絶縁基板１にクラックが生じるのを有効に防止した導通信頼性の高い回路基板を提供できる。
【００３５】
また、金属導体５の横方向の熱膨張によって金属導体５と絶縁基板１との界面付近に生じる応力を、平面視してより内側に位置する突出部３の先端付近と、より外側に位置する開口部付近とに分散できるので、各部位の応力が合わさって大きな応力となるのを有効に防止し、絶縁基板１に生じる応力をきわめて小さくできる。
【００３６】
さらに、スルーホール２の内径を突出部３から開口に向かうほど漸次大きくなるようにしたことから、金属導体５と絶縁基板１との熱膨張差による応力を分散させて応力が局所的に集中するのを有効に防止することができる。
【００３７】
さらにまた、突出部３が金属導体５に食い込んだ形状であるので、機械的衝撃下においても金属導体５が脱落することがない高い接続信頼性を有する回路基板を提供することができる。
【００３８】
スルーホール２は、例えば絶縁基板１の上下面の開口部となる部分にそれぞれ、従来周知のブラスト法により凹部を形成し、次にこの凹部の底面を同様にブラスト法によって貫通させる方法等により、穿孔を２段階に行うことでスルーホール２の深さ方向の中央部が内側に突出した突出部３を有するとともに、スルーホール２の内径が突出部３から開口に向かうほど漸次大きくなっている形状となる。ここで、スルーホールの深さ方向とは、スルーホールの軸方向に平行な方向をいう。
【００３９】
スルーホール２は図１のように突出部３の付け根部に屈曲部を有するような形状でもよく、図２のように突出部３の先端からスルーホール２の開口にかけてスルーホール２の内壁面がなだらなに連続した形状でもよい。好ましくは、縦断面図において、突出部３の先端とスルーホール２の開口縁とを結ぶ直線よりもスルーホール２の内壁面が絶縁基板１の外周側に位置している、すなわち、突出部３の先端とスルーホール２の開口縁との間のスルーホール２の内壁面が窪んでいるのがよい。これにより、突出部３の上下面の接線と絶縁基板１の上下面とを平行に近づけることができ、金属導体５の上下方向に対して突出部３をほぼ直交させて金属導体５の上下方向の熱膨張をきわめて効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、突出部３はスルーホール２の全周にわたって形成されていてもよく、部分的に形成されていてもよい。金属導体５の上下方向の熱膨張をより有効に抑制するという観点からは、スルーホール２の全周にわたって形成されているのがよい。
【００４１】
突出部３の内側の穴径は２０〜１００μｍ以内とすることが好ましい。２０μｍ未満の場合は、熱や電気の抵抗値が大きくなる傾向があり、１００μｍを超える場合は、絶縁基板１にクラックが発生しやすくなる傾向がある。
【００４２】
好ましくは、スルーホール２の突出部３と開口との間における内面を凹曲面形状とするのがよい。これにより、金属導体５の体積を大きくすることができ、より高い熱伝導性の回路基板を提供できる。
【００４３】
また、このような突出部３と開口との間におけるスルーホール２の内壁面を凹曲面形状とするためには、ブラストにより絶縁基板１の上下面に凹部を形成する際、ノズル形状を調節して、砥粒が周辺部より中心部で多少多めに噴出するようにすれば良い。具体的には、絶縁基板１の一方の上面にブラスト法により砥粒が周辺部より中心部で多く噴出するようにして上側凹部を形成した後、絶縁基板１の下面の上記上側凹部に対応する位置にブラスト法により砥粒が周辺部より中心部で多く噴出するようにして下側凹部を形成するとともに中央部を貫通すればよい。これは、ＬＥＤ素子搭載用基板等の高出力の素子搭載用回路基板に有効であり、特に高輝度を得るために高電流をかける必要のある一般照明用等のパワー系ＬＥＤ素子を搭載する回路基板に有効である。
【００４４】
なお、これまでは、スルーホール２の中央部に突出部３を形成した構成、および突出部３とスルーホール２の開口部との間におけるスルーホール２の内壁面を凹曲面形状にする構成を例に挙げて説明したが、スルーホール２の深さ方向の中央部の内径を開口部の内径よりも小さくするとともに、スルーホール２の中央部から開口部に向かって上記深さ方向に対するスルーホール２の内壁面の傾斜角度を複数回変化させた構成であれば、絶縁基板の上面から下面にかけて形成した金属導体にボイドが生じたり、金属導体と絶縁基板とが剥離したり、絶縁基板にクラックが生じたりするのを抑制することのできる導通信頼性の高い回路基板を実現することができる。
【００４５】
ここで、スルーホール２の深さ方向に対するスルーホール２の内壁面の傾斜角度を複数回連続的に変化させた場合には、その変化させた領域において内壁面は曲面になる。例えば、図２に示されたスルーホール２の内壁面の形状は、上記傾斜角度がスルーホール２の中央部において最大、好ましくは９０度になるように、スルーホール２の開口部から中央部に向けて上記傾斜角度を連続的に増大させた場合の形状である。
【００４６】
また、上記内壁面の傾斜角度を変化させた構成であれば、スルーホール２の内壁面を平坦にしたときよりも、機械的衝撃下における金属導体５の脱落を抑制することができるため、高い接続信頼性を有する回路基板を実現することができる。
【００４７】
また、金属導体５は例えば、電解めっき法や無電解めっき法により、金属ペーストを埋め込むことにより、金属ペーストを埋め込んだ後に焼成することよりスルーホール２内に充填される。この場合、金属導体５は銅，銀，およびチタンのうちの少なくとも１種から成るのが良い。そのなかでも銅が最も良い、金属導体５を銅めっきによりスルーホール２内に充填することで、表裏面の電気抵抗が小さく、更には熱放散性の良い回路基板を得ることができる。
【００４８】
好ましくは金属導体は、めっき法により形成されるのがよい。これにより、スルーホール２の内径が小さい突出部３の内側からめっきを良好に成長させ、スルーホール２の深さ方向の中央部から上下の開口に順に金属導体５を形成させることができるので、金属導体５の内部や金属導体５とスルーホール２内面との間にボイドが生じるのを有効に防止することができる。
【００４９】
また、好ましくは、スルーホール２内面にスパッタリング法や蒸着法などによりチタン，クロム，アルミニウム，モリブデン，タングステン，銅およびニッケル−クロム合金のうちの少なくとも１種から成る接合金属層２を被着させるのがよい。これにより、スルーホール内壁面と金属導体５とを高い強度で密着させることができ、高信頼性の回路基板を得ることができる。
【００５０】
接続金属層４は、例えばチタンと銅を連続してスパッタリング法により順次成膜し、これらの金属によりスルーホール２内壁面に形成された接続金属層４は、金属導体５と絶縁基板１との密着金属として、および金属導体５をめっきにより充填する際の導通膜として用いられ、この場合、接続金属層４のチタンの厚みは０．０５〜０．１５μｍが良い。これを下回る場合は絶縁基板１との密着性が低下しやすくなり、上回る場合は、接続金属層４であるチタン等が金属導体５中へ拡散し、導通抵抗にバラツキが発生しやすくなる。
【００５１】
また、スルーホール２に金属導体５を埋め込んだ後、絶縁基板１の両主面を必要に応じて研磨し、前記絶縁基板１の上下面に従来周知の薄膜形成技術により配線導体層６を金属導体５と電気的に接続するように形成してもよい。これにより、絶縁基板１の上下面に電子部品を搭載するための電極を形成でき、電子部品との電気的な接続を良好にすることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の回路基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の回路基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  ：絶縁基板 
２  ：スルーホール
３  ：突出部
４  ：接続金属層
５  ：金属導体
【図１】
2006319314.tif 000003
【図２】
2006319314.tif 000004