(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、電子部品と放熱板との間の電子部品固定用熱伝導性接着層等に発生する巨大な空隙（ボイド）を低減し、良好な放熱を行うことが可能な放熱板付配線基板及びそれを用いた電子装置を提供することにある。【解決手段】  本発明の放熱板付配線基板は、一方の主面ＰＳ１に電子部品の搭載部ＭＲを有する放熱板２の当該主面ＰＳ１に、搭載部ＭＲを取り囲む貫通孔４ａを有する配線基板４が、接着材層３を介して接着されてなる放熱板付配線基板１であって、放熱板２は表層にＮｉ−Ｂメッキ層を有してなり、該Ｎｉ−Ｂメッキ層上が搭載部ＭＲとされてなることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に電子部品の搭載部を有する放熱板の当該主面に、前記搭載部を取り囲む貫通孔を有する配線基板が、接着材層を介して接着されてなる放熱板付配線基板であって、
前記放熱板は表層にＮｉ−Ｂメッキ層を有してなり、該Ｎｉ−Ｂメッキ層上が前記搭載部とされてなることを特徴とする放熱板付配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の放熱板付配線基板の前記搭載部に、電子部品固定用熱伝導性接着層を介して電子部品が搭載されてなることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱板付配線基板並びにそれを用いた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置において、半導体素子やチップコンデンサ等の電子部品は、電子部品用パッケージに設けられた搭載部に搭載されて実用に供されている。電子部品用パッケージ本体の材料としては、耐熱性、耐久性、熱伝導性等に優れるアルミナ等のセラミックスが適しており、現在盛んに使用されている。このようなセラミック製の電子部品用パッケージ本体は、一般に、複数枚のセラミックグリーンシートを積層及び焼成して製造される。
【０００３】
ところで、パワーモジュールに代表される発熱量が大きな電子部品では、発熱により正常に作動しなくなる畏れがあるため、作動時に発生する熱を大気中に放散させることが求められる。そのような放熱が可能な電子部品用パッケージとしては、例えば、本体であるセラミック製の配線基板と、電子部品の搭載部を有する熱伝導性に優れた金属からなる放熱板とが一体とされた放熱板付配線基板が広く知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１４３７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記放熱板付配線基板は、例えば、放熱板が加熱された状態で、その搭載部に熱伝導性の接着層（電子部品固定用熱伝導性接着層）を介して電子部品が搭載されることで電子装置となる。しかし、このようにして得られる電子装置では、電子部品と放熱板との間にある電子部品固定用熱伝導性接着層の内部やその周囲に巨大な空隙（ボイド）が生じてしまう場合があり、これによって電子部品から発生した熱が放熱板にうまく伝わらず、放熱が良好に行われないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、電子部品と放熱板との間の電子部品固定用熱伝導性接着層等に発生する巨大な空隙（ボイド）を低減し、良好な放熱を行うことが可能な放熱板付配線基板及びそれを用いた電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段・発明の効果】
【０００７】
通常、放熱板付配線基板の放熱板には、熱伝導性が良好な金属板の表面に耐食性付与のためのＮｉ−Ｐメッキを施したものが用いられる。Ｎｉ−Ｐメッキ層の表面は、接着材層となるロウ材の流れ性が大き過ぎず、配線基板を放熱板に良好に固定することができる。なお、Ｎｉ−Ｐメッキ層は金属板に固着させにくいため、その間に例えばＮｉ−Ｂメッキ層を介在させることが多い。
【０００８】
しかしながら、本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、Ｎｉ−Ｐメッキ層は微細な空隙を多く有しており、電子部品を搭載する際に放熱板が加熱されることによって空隙内にある水素等のガスが放出され、そして、そのガスがメッキ層上にある電子部品固定用の熱伝導性接着材の内部やその周囲に蓄積されることで巨大な空隙（以下、ボイドという）が発生したり、ピンホール状の欠陥（以下、ピンホールという）が発生することがわかった。
【０００９】
また一方で、Ｎｉ−Ｐメッキ層とは対照的に、Ｎｉ−Ｂメッキ層は微細な空隙をほぼ有さないことがわかり、本発明者等は、上述のようなボイド等の問題を解消するためには、放熱板付配線基板の放熱板に用いるメッキ層として、Ｎｉ−Ｐメッキ層を用いず、Ｎｉ−Ｂメッキ層単独で構成することが望ましいことを見出した。
すなわち、本発明の放熱板付配線基板は、一方の主面に電子部品の搭載部を有する放熱板の当該主面に、搭載部を取り囲む貫通孔を有する配線基板が、接着材層を介して接着されてなる放熱板付配線基板であって、放熱板は表層にＮｉ−Ｂメッキ層を有してなり、該Ｎｉ−Ｂメッキ層上が搭載部とされてなることを特徴とする。
【００１０】
Ｎｉメッキ層について説明する。無電解Ｎｉメッキを用いる方法は、メッキ液への浸漬により簡単にＮｉメッキ層を形成できるため広く用いられている。一般に使用されている無電解Ｎｉメッキ浴は、還元剤として次亜リン酸ソーダ等のリン酸化合物を用いるものと、水素化ホウ素等のホウ酸化合物を用いるものとが広く知られている。本明細書では、還元剤としてリン酸化合物を用いた無電解Ｎｉメッキ浴により形成されたＰを含有するＮｉメッキ層をＮｉ−Ｐメッキ層とし、還元剤としてホウ酸化合物を用いた無電解Ｎｉメッキ浴により形成されたＢを含有するＮｉメッキ層をＮｉ−Ｂメッキ層としている。
【００１１】
次に、本発明の放熱板付配線基板では、Ｎｉ−Ｂメッキ層の厚さは、２．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。放熱板に耐食性を付与するとともに、メッキ層内の微細な空隙がほぼ存在しない状態とするためには、Ｎｉ−Ｂメッキ層の厚さは２．５μｍ以上であることが好ましい。また、Ｎｉ−Ｂメッキ層は、Ｎｉ−Ｐメッキ層よりもロウ材の流れ性が大きいため、ロウ材が放熱板の主面上に濡れ広がって搭載部を良好に形成できなくなる畏れがあるが、本発明者等は、Ｎｉ−Ｂメッキ層の厚さを２．５μｍ以上とすることで、ロウ材の流れ性を一定量抑制できることを見出した。なお、Ｎｉ−Ｂメッキ層の厚さは２．８μｍ以上であることがより好ましく、さらには３μｍ以上であることが特に好ましい。一方、Ｎｉ−Ｂメッキ層の厚さの上限は、特には限定されないが、コストとの兼ね合いから１０μｍ程度とするのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の放熱板付配線基板１の概略を示す斜視図であり、図２は断面構造を表す模式図である。放熱板付配線基板１は、一方の主面（本実施形態では上側主面ＰＳ１）に電子部品１０の搭載部ＭＲを有する放熱板２の当該主面に、搭載部ＭＲを取り囲む貫通孔４ａを有する配線基板４が、接着材層３を介して接着されてなる。すなわち、放熱板付配線基板１では、放熱板２の上側主面ＰＳ１の搭載部ＭＲと、配線基板４の貫通孔４ａと、で電子部品１０を収納するためのキャビティが形成されている。そして、図２に示すように、放熱板付配線基板１の搭載部ＭＲには、電子部品固定用熱伝導性接着層１１を介してＩＣチップ等の電子部品１０が搭載されて、これらが電子装置１００をなしている。
【００１３】
配線基板４は、図２に示すように、複数の絶縁層４１と、これらの間に形成された配線層７１、７３を含んでいる。２つの配線層７１、７３の間や、上層の配線層７３と配線基板４の上面に形成された基板側パッド７７，７８との間は、ビア導体７２，７４によって接続されている。
【００１４】
絶縁層４１をなすセラミックとしては、例えば、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・ムライト質結晶焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラッミックス焼結体等の電気絶縁材料を用いることができる。例えば、酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合、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セラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得たセラミックスラリーを周知のドクターブレード法により、シート状となすとともに、これに適当な打ち抜き加工を施すことによりセラミックグリーンシートを得、次いでこれらのセラミックグリーンシートを上下に積層するとともに適当な形状・大きさに切断して配線基板４となるべき生セラミック成形体を形成し、しかる後、この成形体を還元雰囲気中にて約１６００℃の温度で焼成することによって配線基板４が製作される。
【００１５】
配線層７１，７３、ビア導体７２，７４、基板側パッド７７，７８は、例えば、タングステンやモリブデン・銅・銀等を用いることができ、これらの金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得た金属ペーストをセラミックグリーンシートに周知のスクリーン印刷法等により所定のパターンに印刷塗布しておき、セラミックグリーンシートと共に焼成することにより形成することができる。
【００１６】
図２に示すごとく搭載部ＭＲに電子部品１０を搭載して電子部品１００とする場合、電子部品１０の上側主面に形成された部品側パッド１０ｔと、配線基板４の内周側のパッド７７との間は、それぞれにその両端が固着されたボンディングワイヤ９１により接続される。また、配線基板４の外周側のパッド７８には、周知の銀ロウ等のロウ材９２を介して外部からのリード９３が接続される。なお、基板側パッド７７，７８の露出表面には、ボンディングワイヤ９１のボンディング性やロウ材９２との接合性を良好にするために、例えばＮｉ−Ａｕメッキ等からなる表面メッキ膜を被着させておくことが好ましい。Ｎｉ−Ａｕメッキの詳細については後述する。
【００１７】
図３は、放熱板付配線基板１の詳細な断面構造を表す模式図である。放熱板２は、例えばＣｕ−Ｗ合金からなる金属板２ｃを主体とし、その表層には耐食性を付与するためのＮｉ−Ｂメッキ層２ｎを有してなる。そして、配線基板４の貫通孔４ａに取り囲まれたＮｉ−Ｂメッキ層２ｎ上の領域が搭載部ＭＲとされている。Ｎｉ−Ｂメッキ層２ｎの厚さは、２．５μｍ以上１０μｍ以下とされている。本発明では、放熱板２のメッキ層としてこのようなＮｉ−Ｂメッキ層２ｎを用いており、従来のようなＮｉ−Ｐメッキ層が形成されていないため、ボイドやピンホールの発生等の問題が良好に改善されている。
【００１８】
図３に戻り、接着材層３は、周知の銀ロウ等のロウ材からなり、放熱板２と配線基板４との間に介在している。なお、接着材層３は、Ｎｉ−Ｂメッキ層２ｎと直接接している。Ｎｉ−Ｂメッキ表面は、ロウ材の流れ性が大きいため、接着材層３が濡れ広がり過ぎて搭載部ＭＲが良好に形成できない畏れや、配線基板４の位置精度が保てない畏れがあるが、本実施形態ではＮｉ−Ｂメッキ層４ｎの厚さを２．５μｍ以上とすることによって、そのような問題を解消している。
【００１９】
電子部品１０は、下側主面（部品側パッド１０ｃを有する方とは反対側の主面）が被放熱側主面とされ、該被放熱側主面が放熱板２の搭載部ＭＲと対向するように配置されている。電子部品１０の被放熱側主面と搭載部ＭＲとの間には、例えばＡｕ−Ｓｉ合金からなる電子部品固定用熱伝導性接着層１１が介在し、これらを互いに固着している。本実施形態では、放熱板２のＮｉ−Ｂメッキ層４ｎ上に電子部品固定用熱伝導性接着層１１が形成されており、Ｎｉ−Ｐメッキ層が存在しないため、従来問題となっていた電子部品固定用熱伝導性接着層の内部やその周囲のボイドの発生を防止することが可能となっている。
【００２０】
次に、上記放熱板付配線基板１は、さらに詳細には、図４に示すように表面に表面保護のための表面メッキ膜８を形成することができる。表面メッキ膜８は、例えばＮｉ−Ａｕメッキにより構成することができる。Ｎｉ−Ａｕメッキは、詳しくは、Ｎｉメッキ層と、その表面をＡｕによって置換した置換型Ａｕメッキ層との２層構造とされる。したがって、この場合、搭載部ＭＲの下部領域は、表面側から表面メッキ膜８（Ｎｉ−Ａｕメッキ層：表面側からＡｕメッキ層、Ｎｉメッキ層）、Ｎｉ−Ｂメッキ層２ｎ、金属板２ｃがこの順に形成された構造となる。なお、Ｎｉ−Ａｕメッキからなる表面メッキ膜８は、例えば電解メッキにより形成することができ、この場合、図に示すようにセラミック製である配線基板４の表面には形成されない。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の効果を確かめるために行った実験の結果について説明する。
Ｎｉメッキ層が有する微細な空隙について調べるため、ＪＩＳ Ｈ ８６１２に基づくフェロキシルテストを行った。概要を以下に記述する。
（１）まず、４２Ａｌｌｏｙからなる金属板（以下、４２Ａｌｌｏｙ板という）を用意し、実施例としてその表面にＮｉ−Ｂメッキを施したものを、比較例としてその表面にＮｉ−Ｐメッキを施したものを作製した（空隙量とメッキ厚との相関を調べるため、１〜１０μｍの範囲でメッキ厚の異なるものを数点作製）。
（２）次に、実施例及び比較例のそれぞれに対し、８５０℃・５ｍｉｎのシンター処理を行った。この処理によりＮｉメッキ層内の微細な空隙からガスが放出され、ピンホールが生成する。
（３）次に、下記の組成の試験液を染み込ませた濾紙をＮｉメッキ層表面に貼り付け、５分間放置した後に剥がして、水洗し、乾燥させた。
（４）その後、濾紙に現れた青色の斑点を確認した。
【００２２】
（試験液の組成）
フェロシアン化カリウム    １０ｇ／Ｌ
フェリシアン化カリウム    １０ｇ／Ｌ
塩化ナトリウム            ６０ｇ／Ｌ
【００２３】
なお、濾紙に現れる青色の斑点は、メッキ層下の４２Ａｌｌｏｙ板の成分であるＦｅが、メッキ層に生成したピンホールを通して溶け出し、試験液と反応したものである。以下に反応式を示す。
４Ｆｅ３＋  ＋  ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］４−  →  Ｆｅ４［Ｆｅ（ＣＮ）６］３
【００２４】
図５にテスト結果を示す。濾紙外観写真によると、Ｎｉ−Ｐメッキを施した比較例では全てのメッキ厚にわたってピンホールの生成が確認されたのに対し、Ｎｉ−Ｂメッキを施した実施例では、メッキ厚が２．５μｍ未満で多少のピンホールが確認されたが、２．５μｍになるとピンホールの数は激減し、３μｍ以上ではピンホールが確認されなかった。これにより、Ｎｉ−Ｂメッキは、一定以上の厚さを持つことで内部の微細な空隙が激減し、良好なメッキ層となることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の放熱板付配線基板の概略を示す斜視図。
【図２】本発明の放熱板付配線基板（電子部品搭載済）の断面構造を表す模式図。
【図３】放熱板付配線基板の詳細な断面構造を表す模式図。
【図４】表面メッキが施された放熱板付配線基板の詳細な断面構造を表す模式図。
【図５】フェロキシルテスト結果を表す図。
【符号の説明】
【００２６】
１      放熱板付配線基板
２      放熱板
２ｃ    金属板
２ｎ    Ｎｉ−Ｂメッキ層
３      接着材層
４      配線基板
８      表面メッキ膜
１０    電子部品
１１    電子部品固定用熱伝導性接着層
１００  電子装置
ＭＲ    搭載部
【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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