(57)【要約】  本開示の回路基板は、セラミックスからなる基体と、該基体に接して位置する導電層と、を備える。そして、基体は、前記導電層の周りに溝を有する。また、本開示の電子装置は、上記構成の回路基板と、前記導電層上に位置する電子部品とを備える。このような構成を満足していることで、本開示の回路基板は、優れた絶縁抵抗を有する。また、本開示の電子装置は、優れた信頼性を有する。
2020004565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる基体と、
該基体に接して位置する導電層と、を備え、
該基体は、前記導電層の周りに溝を有する回路基板。
【請求項２】
前記溝は、前記導電層の外周を囲んでいる請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記溝は、前記導電層の外周に沿っている請求項１または請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記導電層の外周から前記溝までの平均距離は、５μｍ以上４０μｍ以下である請求項３に記載の回路基板。
【請求項５】
前記基体において、前記導電層が接している箇所を第１領域とし、前記第１領域から前記溝を挟んで離れている箇所を第２領域としたとき、前記第１領域は、前記第２領域よりも高い請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回路基板。
【請求項６】
前記導電層の外周から内側に向かって炭化物層、窒化物層または酸化物層を有する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回路基板。
【請求項７】
前記第２領域において、粗さ曲線から求められる算術平均粗さＲａは、０．１５μｍ以上である請求項５または請求項６に記載の回路基板。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の回路基板と、前記導電層上に位置する電子部品とを備える電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回路基板およびこれを備える電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、発熱素子、ペルチェ素子等の各種電子部品が、回路基板の基体上の導電層に搭載された電子装置が知られている。【０００３】
ここで、このような電子装置に使用される回路基板の基体には、機械的特性および放熱性に優れたセラミックスが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５０２０９号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の回路基板は、セラミックスからなる基体と、該基体に接して位置する導電層と、を備える。そして、基体は、前記導電層の周りに溝を有する。
【０００６】
また、本開示の電子装置は、上記構成の回路基板と、前記導電層上に位置する電子部品とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の回路基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本開示の回路基板の一例を模式的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示の回路基板について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
本開示の回路基板１０は、図１に示すように、セラミックスからなる基体１と、基体に接して位置する導電層２と、を備える。
【００１０】
ここで、基体１を構成するセラミックスとしては、例えば、炭化珪素質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等を用いることができる。なお、基体１が、窒化珪素質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックス等の窒化物系セラミックスからなるときには、窒化物系セラミックスの熱伝導率は高いことから、放熱性に優れる。ここで、例えば、窒化アルミニウム質セラミックスとは、窒化アルミニウム質セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、窒化アルミニウムが７０質量％以上を占めるものである。なお、他のセラミックスについても同様である。
【００１１】
そして、基体１の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値をＪＣＰＤＳカードで同定することで、基体１の構成成分を同定する。次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、基体１の定量分析を行なう。このとき、ＸＲＤで同定された構成成分が窒化アルミニウムであり、ＩＣＰで測定したアルミニウム（Ａｌ）の含有量から窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に換算した値が７０質量％以上であれば、窒化アルミニウム質セラミックスである。
【００１２】
そして、本開示の回路基板１０において、基体１は、導電層２の周りに溝１ａを有する。ここで、導電層２の周りとは、導電層２の外周から１００μｍ以内の範囲のことをいう。また、溝１ａとは、上面視において、５０μｍ以上の長さを有する凹部のことである。なお、ここでの上面視とは、基体１のうち導電層２を有する面の平面視のことである。
【００１３】
このような構成を満足していることで、導電層２の周りに位置する溝１ａの存在により、隣り合う導電層２間の沿面距離が伸びることで、本開示の回路基板１０は、優れた絶縁抵抗を有する。
【００１４】
ここで、溝１ａの深さは、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。なお、溝１ａの深さとは、図１に示すように、断面視において、溝１ａの最も深い箇所から、基体１において導電層２が接している箇所である第１領域１ｂを通る仮想平面までの最短距離Ａの平均値のことである。なお、ここでの断面視とは、図１に示すように、溝１ａが延びる方向に対して直交する方向に回路基板１０を切断した際の切断面の平面視のことである。特に、溝１ａの深さが１０μｍ以下ならば、導電層が発熱することにより熱応力が生じたとしても、亀裂が発生しにくい。
【００１５】
また、溝１ａの幅は、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。なお、溝１ａの幅とは、図１に示すように、断面視において、第１領域１ｂに対して平行である、溝１ａの一方の縁から他方の縁までの最短距離Ｂの平均値のことである。
【００１６】
また、本開示の回路基板１０において、溝１ａは、導電層２の外周を囲んでいてもよい。ここで、導電層２の外周を囲むとは、例えば、環状の溝１ａが導電層２を囲繞していることをいう。
【００１７】
このような構成を満足するならば、上面視において、導電層２から特定の方向に仮想線を延ばしても、必ず仮想線が溝１ａに交わるように溝１ａが存在することから、本開示の回路基板１０における絶縁抵抗が向上する。
【００１８】
また、本開示の回路基板１０において、溝１ａは、導電層２の外周に沿っていてもよい。ここで、導電層２の外周に沿っているとは、導電層２の外周に対して平行に溝１ａが延びていることをいう。
【００１９】
このような構成を満足するならば、溝１ａの存在により、導電層２から発生する電気力線の集中が緩和され、放電現象の発生が抑制される。よって、本開示の回路基板１０は信頼性に優れたものとなる。
【００２０】
さらに、本開示の回路基板１０において、導電層２の外周から溝１ａまでの平均距離は、５μｍ以上４０μｍ以下であってもよい。ここで、導電層２の外周から溝１ａまでの平均距離とは、図１に示すように、導電層２における基体１側の端から溝１ａまでの最短距離Ｃの平均値のことである。
【００２１】
このような構成を満足するならば、溝１ａの存在により電気力線の集中が効果的に緩和され、本開示の回路基板１０はより信頼性に優れる。
【００２２】
また、本開示の回路基板１０の基体１において、導電層２が接している箇所を第１領域１ｂとし、第１領域１ｂから溝１ａを挟んで離れている箇所を第２領域１ｃとしたとき、第１領域１ｂは、第２領域１ｃよりも高くてもよい。ここで、図１においては、第１領域１ｂおよび第２領域１ｃを、それぞれ太線で示している。ここで、高さの比較は、基板１の厚み方向において行なうものである。
【００２３】
このような構成を満足するならば、沿面距離をより伸ばすことができ、本開示の回路基板１０における絶縁抵抗が向上する。ここで、第１領域１ｂから第２領域１ｃまでの距離は、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。なお、第１領域１ｂから第２領域１ｃまでの距離とは、図１に示すように、第１領域１ｂを通る仮想平面から、第２領域１ｃを通る仮想平面までの最短距離Ｄの平均値のことである。
【００２４】
ここで、溝１ａの深さ、溝１ａの幅、導電層２の外周から溝１ａまでの平均距離、第１領域１ｂから第２領域１ｃまでの距離は、以下の方法で測定し算出すればよい。まず、図１に示すような断面形状となるように、回路基板１０を切断し、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）を用いて研磨することで研磨面を得て、この研磨面の写真を撮影する。そして、この写真から最短距離Ａ〜Ｄをそれぞれ測定する。そして、異なる研磨面に対して、この作業を３回繰り返し、その平均値を求めればよい。
【００２５】
また、図２は、本開示の回路基板の一例を模式的に示す部分断面図である。本開示の回路基板１０は、導電層２の外周から内側に向かって炭化物層、窒化物層または酸化物層２ａを有しても良い。
【００２６】
このような構成を満足するならば、導電層２よりも炭化物層、窒化物層または酸化物層２ａの方が、体積固有抵抗率が高い。そのため、本開示の回路基板１０は高い絶縁抵抗を有する。ここで、炭化物層、窒化物層または酸化物層２ａの厚さＥは０．２μｍ以上３μｍ以下であってもよい。また、導電層２の外周から内側に向かって５０μｍまでの距離Ｆの範囲内に炭化物層、窒化物層または酸化物層が位置していても良い。
【００２７】
ここで、導電層２に有する炭化物層、窒化物層または酸化物層２ａは、以下の方法で確認してもよい。まず、図１に示すような断面形状となるように、回路基板１０を切断し、ＣＰを用いて研磨することで研磨面を得る。次に、この研磨面を観察面として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）付設のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）用いて、導電層２を構成する成分を測定し、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）または酸素（Ｏ）が存在する領域を求め、厚みＥや距離Ｆを測定してもよい。また、導電層２の最表面よりアルゴンビーム等でエッチングを行い、オージェ電子分光装置を用い、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）または酸素（Ｏ）が存在する領域の厚みで定義してもよい。
【００２８】
また、本開示の回路基板１０の第２領域１ｃにおいて、粗さ曲線から求められる算術平均粗さＲａは、０．１５μｍ以上であってもよい。このような構成を満足するならば、沿面距離をより伸ばすことができ、本開示の回路基板１０における絶縁抵抗が向上する。
【００２９】
また、第１領域１ｂにおける算術平均粗さＲａは、例えば、０．１μｍ未満であってもよい。
【００３０】
また、第２領域１ｃにおいて、溝１ａが延びる方向に対して直交する方向の算術平均粗さＲａ１と、溝１ａが延びる方向に対して平行な方向の算術平均粗さＲａ２との比Ｒａ１／Ｒａ２が１を超えていてもよい。
【００３１】
ここで、第２領域１ｃおよび第１領域１ｂにおける算術平均粗さＲａは、接触型の表面粗さ計を用い、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２０１３）に準拠して、第２領域１ｃおよび第１領域１ｂのそれぞれにおいて、少なくとも３ヵ所以上測定し、その平均値を求めることで算出すればよい。なお、第１領域１ｂを測定する場合は、導電層２をエッチング等で除去することで第１領域１ｂを露出させた後に測定する。また、測定条件としては、測定長さを２．５ｍｍ、カットオフ値を０．０８ｍｍとし、触針半径が２μｍの触針を用い、走査速度を０．６ｍｍ／秒に設定すればよい。
【００３２】
また、導電層２は、導電性を有する材料で構成されていればよいが、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、銀、銅、パラジウム、白金および金のうち少なくも一つを主成分としていてもよい。ここで、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、銅、パラジウム、白金および金のうち少なくも一つを主成分とするとは、導電層２を構成する全成分１００質量％のうち、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、銀、銅、パラジウム、白金および金のうち少なくも一つが８０質量％以上であることである。このように、導電層２の主成分が、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、銀、銅、パラジウム、白金および金のうち少なくも一つであるならば、導電率が高いことから、本開示の回路基板１０の信頼性が向上する。特に、導電層２が、金を含有する場合には、金の腐食性ガスに対する耐腐蝕性は高いことから、腐食性ガスを使用する環境下において、本開示の回路基板１０の信頼性がより向上する。また、導電層２が、チタンを含有する場合には、生体親和性が高いことから、本開示の回路基板１０を生体インプラント用部材として使用することができる。
【００３３】
ここで、導電層２を構成する成分とその含有量は、以下の方法で確認すればよい。まず、図１に示すような断面形状となるように、回路基板１０を切断し、ＣＰを用いて研磨することで研磨面を得る。次に、この研磨面を観察面として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）付設のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）用いて、導電層２を構成する成分とその含有量を測定すればよい。または、導電層２を削り取り、ＩＣＰまたは蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、導電層２を構成する成分とその含有量を測定してもよい。
【００３４】
また、本開示の電子装置は、上記構成の回路基板１０と、回路基板１０の導電層２上に位置する電子部品とを備える。このように、本開示の電子装置は、上記構成の回路基板１０を備えていることで、信頼性に優れる。
【００３５】
ここで、電子部品としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子、インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子、金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子、フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子、ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子、ショットキー・バリア・ダイオード（ＳＢＤ）等の半導体素子、昇華型サーマルプリンタヘッドまたはサーマルインクジェットプリンタヘッド用の発熱素子、ペルチェ素子等を用いることができる。
【００３６】
以下、本開示の回路基板１０の製造方法の一例について説明する。
【００３７】
まず、基体１として、公知の成形方法および焼成方法により、例えば、窒化アルミニウム質セラミックスまたは酸化アルミニウム質セラミックス等のセラミックスを準備する。なお、基体１の厚みは、例えば、０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってもよい。
【００３８】
次に、導電層２の作製方法について説明する。まず、基体１の表面をラップ加工により研磨する。このようなラップ加工をすることにより、第１領域１ｂにおける算術平均粗さＲａを任意の値に調整することができる。
【００３９】
次に、チタン、クロム、ニッケルおよびパラジウムの薄膜を、基板１上にスパッタで形成する。ここで、薄膜の平均膜厚は、例えば、０．０３μｍ以上２０μｍ以下となるにしてもよい。そして、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、銀、銅、パラジウム、白金および金の少なくとも一つからなる導電部を、上記薄膜上にスパッタで形成する。ここで、導電部の平均膜厚は、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下となるようにしてもよい。
【００４０】
次に、得られた薄膜および導電部の一部をレーザで削り取ることによって、導電層２を形成する。これにより、レーザで導電部を削り取った箇所が溝１aまたは第２領域１ｃとなり、本開示の回路基板１０を得る。なお、レーザの出力、掃引速度、掃引方向等を制御することによって、溝１ａの深さ、溝１ａの幅、導電層２の外周から溝１ａまでの距離、第１領域１ｂから第２領域１ｃまでの距離、第２領域１ｃにおける算術平均粗さＲａを任意の値に調整することができる。また、回路基板１０が導電層２の外周から内側に向かって炭化物層、窒化物層または酸化物層２ａを有するには、レーザ加工面を非常に活性な状態にする必要があり、ナノ秒パルスレーザー、ピコ秒パルスレーザーまたは、フェムト秒パルスレーザーを用い、非熱加工を行えばよい。また、炭化物層に関しては、ＣＯ２ガス雰囲気中で加工した場合または、空気中で加工を行った場合、空気中に存在するダストと導電層が反応し生成する。窒化物層に関しては、窒素雰囲気で加工を行った場合に窒素ガスと導電層が反応することで発生し、酸化物層に関しては、大気中で加工した場合に大気中の酸素と導電層が反応することで発生する。なお、これらの領域中に炭化物層、窒化物層または酸化物層すべてを有していてもかまわない。
【００４１】
なお、分割溝が形成された基体１を用いれば、回路基板１０の多数個形成が可能である。また、基体１に貫通孔を形成した後に、公知のめっき法、印刷ペースト法、スパッタ法等で導電性分を充填し、貫通導体を形成することで表裏導通が可能な回路基板１０としてもよい。また、導電層２の表面を、公知のめっき法により、銀、銅、ニッケル、パラジウムおよび白金より選択される少なくとも１種により構成される被膜層で被膜してもよい。
【００４２】
次に、本開示の電子装置の製造方法の一例について説明する。まず、上述した製造方法により得られた回路基板１０を準備して、導電層２上に電子部品を実装することにより、本開示の電子装置を得る。
【符号の説明】
【００４３】
１：基体
１ａ：溝
１ｂ：第１領域
１ｃ：第２領域
２：導電層
１０：回路基板
【図１】
2020004565.tif 000003
【図２】
2020004565.tif 000004
【国際調査報告】
2020004565.tif 000005
2020004565.tif 000006
2020004565.tif 000007
2020004565.tif 000008