JP2012209355A - Circuit board and electronic apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路基板およびこの回路基板に電子部品が搭載された電子装置に関するものである。 The present invention relates to a circuit board and an electronic device in which an electronic component is mounted on the circuit board.
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上に搭載された電子装置が用いられている。 An electronic device in which various electronic components such as a semiconductor element, a heating element, and a Peltier element are mounted on a circuit board is used.
このような電子装置では、電子部品から高温度の熱が発せられるため、回路基板においては高い放熱特性が求められている。しかし、近年、回路基板の回路は高密度化されており、回路基板を複雑な放熱構造とすることが困難となってきており、回路基板に用いる各材料を改良することで放熱特性を向上させてきた。 In such an electronic device, high-temperature heat is emitted from the electronic component, and thus high heat dissipation characteristics are required in the circuit board. However, in recent years, the circuit board circuit has been increased in density, and it has become difficult to make the circuit board a complex heat dissipation structure. By improving the materials used for the circuit board, the heat dissipation characteristics are improved. I came.
従来の回路基板としては、例えば、特許文献１には、セラミック基板上に放熱特性が高い銅導体層を形成し、金属配線層をエッチング処理することによって複数の金属配線層を形成した回路基板が提案されている。 As a conventional circuit board, for example, Patent Document 1 discloses a circuit board in which a copper conductor layer having high heat dissipation characteristics is formed on a ceramic substrate, and a plurality of metal wiring layers are formed by etching the metal wiring layers. Proposed.
しかしながら、特許文献１に記載されたセラミック回路基板は放熱特性が十分ではなく、またこのような回路基板を用いた電子装置は電子部品の発熱により回路基板に不具合が生じやすく信頼性が低いという課題があった。 However, the ceramic circuit board described in Patent Document 1 does not have sufficient heat dissipation characteristics, and an electronic device using such a circuit board is prone to problems in the circuit board due to heat generation of electronic components and has low reliability. was there.
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、放熱特性が向上した回路基板および信頼性が向上した電子装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a circuit board with improved heat dissipation characteristics and an electronic device with improved reliability.
本発明の回路基板は、基体の表面にガラス層を有し、該ガラス層の上面に銅を主成分とする金属配線層が間隔をあけて設けられているとともに、隣接する前記金属配線層の間の前記ガラス層の上面に銅酸化物が存在することを特徴とするものである。 The circuit board of the present invention has a glass layer on the surface of the base, and a metal wiring layer mainly composed of copper is provided on the upper surface of the glass layer with a gap therebetween, and the adjacent metal wiring layer In the meantime, copper oxide is present on the upper surface of the glass layer.
また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の回路基板に電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。 The electronic device of the present invention is characterized in that an electronic component is mounted on the circuit board of the present invention having the above-described configuration.
本発明の回路基板によれば、基体の表面にガラス層を有し、ガラス層の上面に銅を主成分とする金属配線層が間隔をあけて設けられているとともに、隣接する金属配線層の間のガラス層の上面に銅酸化物が存在することにより、放熱特性を向上することができる。 According to the circuit board of the present invention, the glass layer is provided on the surface of the base, and the metal wiring layer mainly composed of copper is provided on the upper surface of the glass layer with a gap therebetween. The presence of copper oxide on the upper surface of the glass layer in the meantime can improve the heat dissipation characteristics.
また、本発明の電子装置によれば、本発明の回路基板に電子部品を搭載したことから、信頼性が向上した電子装置とすることができる。 Further, according to the electronic device of the present invention, since the electronic component is mounted on the circuit board of the present invention, an electronic device with improved reliability can be obtained.
以下、本実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an example of this embodiment will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態の回路基板の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 1A and 1B show an example of a circuit board according to the present embodiment, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG.
図１に示す回路基板１は、基体11の表面にガラス層12を有し、ガラス層12の上面に銅を主成分とする金属配線層13が間隔をあけて設けられているとともに、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に銅酸化物14ａが存在する。なお、以降の説明において、同一の部材については同一の符号を用いて説明する。 A circuit board 1 shown in FIG. 1 has a glass layer 12 on the surface of a base 11, and a metal wiring layer 13 mainly composed of copper is provided on the upper surface of the glass layer 12 with an interval therebetween, and is adjacent to the circuit board 1. Copper oxide 14 a exists on the upper surface of the glass layer 12 between the metal wiring layers 13. In the following description, the same members will be described using the same reference numerals.
本実施形態の回路基板１は、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に銅酸化物14ａが存在する。ガラスより高熱伝導率を有する銅酸化物14ａがガラス層12の上面に存在するので、回路基板１に熱が加わったとしても、ガラス層12よりも高熱伝導率の銅酸化物14ａが存在するので、より放熱特性が高まる。なお、銅酸化物14ａは、例えば、ＣｕＯまたはＣｕ２Ｏであればよい。 In the circuit board 1 of the present embodiment, the copper oxide 14a is present on the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13. Since copper oxide 14a having higher thermal conductivity than glass is present on the upper surface of glass layer 12, even if heat is applied to circuit board 1, copper oxide 14a having higher thermal conductivity than glass layer 12 is present. , More heat dissipation characteristics. The copper oxide 14a may be CuO or Cu 2 O, for example.
また、銅酸化物14ａがガラス層12の上面に存在することにより、ガラス層12に加わる熱伸縮などによる応力に対する強度も向上する。 In addition, the presence of the copper oxide 14a on the upper surface of the glass layer 12 improves the strength against stress due to thermal expansion and contraction applied to the glass layer 12.
なお、銅酸化物14ａは、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面を、Ｘ線回折法またはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による電子回折法等により、銅酸化物のＪＣＰＤＳカードを参照することによって同定することができる。 The copper oxide 14a is obtained by applying a copper oxide JCPDS card on the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13 by X-ray diffraction or electron diffraction using TEM (transmission electron microscope). It can be identified by reference.
また、基体11は強度や放熱性の観点からセラミックスであることが好ましい。 The substrate 11 is preferably a ceramic from the viewpoint of strength and heat dissipation.
ここで、銅酸化物14ａは分散した状態で存在することが好ましい。 Here, the copper oxide 14a is preferably present in a dispersed state.
図２は、銅酸化物14ａが隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に分散した状態の一例を示すＳＥＭ写真である。 FIG. 2 is an SEM photograph showing an example of a state in which the copper oxide 14a is dispersed on the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13. FIG.
図２に示すように銅酸化物14ａが分散した状態で存在することで、隣接する金属配線層13間の絶縁性を高く維持することができ、短絡が生じにくい。なお、このＳＥＭ写真は、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面を倍率1000倍で拡大した写真である。 As shown in FIG. 2, since the copper oxide 14a exists in a dispersed state, the insulation between the adjacent metal wiring layers 13 can be maintained high, and a short circuit hardly occurs. This SEM photograph is a photograph in which the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13 is enlarged at a magnification of 1000 times.
また、銅酸化物14ａがガラス層12の上面に占める面積割合は、20面積％以上60面積％以下が望ましく、この範囲ならば、金属配線層13間の絶縁性を維持し、放熱性を向上し、かつガラス層12に加わる熱伸縮などによる応力に対する強度を向上することができる。 Further, the area ratio of the copper oxide 14a to the upper surface of the glass layer 12 is desirably 20 area% or more and 60 area% or less, and within this range, the insulation between the metal wiring layers 13 is maintained and the heat dissipation is improved. In addition, the strength against stress due to thermal expansion and contraction applied to the glass layer 12 can be improved.
なお、銅酸化物14ａがガラス層12の上面に占める面積割合（以下、銅酸化物14ａの面積割合ともいう。）は、例えば、ガラス層12の上面に存在する物質の成分をＸ線回折法また
はＴＥＭによる電子回折法等により、銅酸化物のＪＣＰＤＳカードを参照する同定方法を用いて分析して銅酸化物14ａを特定し、倍率1000倍として５箇所（測定面積は、120μｍ
×80μｍ）を撮影し、得られた画像を画像解析ソフト（旭化成エンジニアリング株式会社製、商品名：Ａ像くん）を用いて測定面積中を占める銅酸化物14ａの割合を求め、その平均値を銅酸化物14ａの面積割合として求めればよい。
Note that the area ratio of the copper oxide 14a to the upper surface of the glass layer 12 (hereinafter, also referred to as the area ratio of the copper oxide 14a) is, for example, an X-ray diffraction method using a component of a substance present on the upper surface of the glass layer 12. Alternatively, the copper oxide 14a is identified by analysis using an TEM electron diffraction method or the like by referring to a copper oxide JCPDS card, and the magnification is 1000 times at five locations (measurement area is 120 μm).
X 80 μm), and using the image analysis software (manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd., trade name: A image kun), the ratio of the copper oxide 14a occupying the measurement area is obtained, and the average value is obtained. What is necessary is just to obtain | require as an area ratio of the copper oxide 14a.
回路基板１は、金属配線層13が銅を主成分としており、金属配線層13の副成分として、パラジウム，ニッケル，ストロンチウム，カルシウム，ジルコニウム，チタン，モリブデン，スズまたは亜鉛を含有してもよい。なお、主成分とは金属配線層13を構成する成分のうち、質量比率が最も高い成分をいう。また、金属配線層13の厚さは５μｍ以上80μｍ以下とすればよく、金属配線層13の厚さがこの範囲にあれば、放熱特性が向上し、かつ導電特性が向上する傾向がある。 In the circuit board 1, the metal wiring layer 13 may contain copper as a main component, and palladium, nickel, strontium, calcium, zirconium, titanium, molybdenum, tin, or zinc may be contained as a subcomponent of the metal wiring layer 13. The main component means a component having the highest mass ratio among the components constituting the metal wiring layer 13. Further, the thickness of the metal wiring layer 13 may be 5 μm or more and 80 μm or less, and if the thickness of the metal wiring layer 13 is within this range, the heat dissipation characteristic tends to be improved and the conductive characteristic tends to be improved.
なお、ガラス層12は、加工性の観点からＳｉＯ２，Ｂｉ２Ｏ３，ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系またはＺｎＯ２系のガラスからなることが望ましい。さらに、熱伝導率がより高く、また基体11に対する濡れ性がよいため、基体11とガラス層12との接合強度が高まる傾向があることから、ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系のガラスからなることが特に好ましい。また、ガラス層12の厚さは0.5μｍ以上５μｍ以下とすればよく、ガラス層12の厚さがこの範囲にあ
れば放熱特性が高く、かつ基体11との接合強度が高まる傾向がある。
The glass layer 12 is, SiO 2 in terms of processability, Bi 2 O 3, it is preferably made of SiO 2 -Bi 2 O 3 system or ZnO 2 based glass. Furthermore, since the thermal conductivity is higher and the wettability with respect to the substrate 11 is good, the bonding strength between the substrate 11 and the glass layer 12 tends to increase, so that it is made of SiO 2 —Bi 2 O 3 glass. Is particularly preferred. Further, the thickness of the glass layer 12 may be 0.5 μm or more and 5 μm or less, and if the thickness of the glass layer 12 is within this range, the heat dissipation characteristic tends to be high and the bonding strength with the substrate 11 tends to increase.
また、金属配線層13は、金属配線層13の露出した表面上にめっき処理を行ってもよい。めっき処理を行うことによって、半田接合やワイヤーボンディングなどの処理を行うことができる上に、金属配線層13が酸化腐蝕することを抑制することができる。めっきの種類としては一般的なめっきであればよく、例えば、金めっき、銀めっきまたはニッケル−金めっきなどがあげられる。 Further, the metal wiring layer 13 may be plated on the exposed surface of the metal wiring layer 13. By performing the plating process, it is possible to perform processes such as solder bonding and wire bonding, and it is possible to suppress the metal wiring layer 13 from being oxidized and corroded. The type of plating may be general plating, and examples thereof include gold plating, silver plating, or nickel-gold plating.
図３は、本実施形態の回路基板のその他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 3A and 3B show another example of the circuit board of the present embodiment, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG.
図３に示す回路基板２は、図１に示す回路基板１に加えて、ガラス層12と金属配線層13との界面に銅酸化物14ｂが存在している。 In addition to the circuit board 1 shown in FIG. 1, the circuit board 2 shown in FIG. 3 has a copper oxide 14 b at the interface between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13.
銅酸化物14ｂは、ガラス層12および金属配線層13の両方ともに接合しやすいので、ガラス層12と金属配線層13との界面に銅酸化物14ｂが存在すると、銅酸化物14ｂを介して金属配線層13とガラス層12との接合強度が高まる傾向がある。 Since the copper oxide 14b is easy to join both the glass layer 12 and the metal wiring layer 13, if the copper oxide 14b is present at the interface between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13, the metal is interposed via the copper oxide 14b. There is a tendency that the bonding strength between the wiring layer 13 and the glass layer 12 increases.
本実施形態の回路基板１および２に用いられる基体11は、酸化アルミニウム質焼結体，酸化ジルコニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体またはムライト質焼結体であればよい。また、放熱性および加工性の観点から、基体11は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体よりなることが特に好ましい。 The substrate 11 used for the circuit boards 1 and 2 of the present embodiment is an aluminum oxide sintered body, a zirconium oxide sintered body, a silicon nitride sintered body, an aluminum nitride sintered body, or a mullite sintered body. I just need it. From the viewpoint of heat dissipation and workability, the substrate 11 is particularly preferably made of an aluminum oxide sintered body, a silicon nitride sintered body, or an aluminum nitride sintered body.
次に、本実施形態の回路基板１および２の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the circuit boards 1 and 2 of the present embodiment will be described.
図１に示す回路基板の製造方法を説明する。 A method for manufacturing the circuit board shown in FIG. 1 will be described.
（１）基体11の製造方法としては、例えば、まず、平均粒径が1.4〜1.8μｍ程度の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），酸化珪素（ＳｉＯ２）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末を準備し、各粉末の合計含有量が100質量％となるように秤量した混合粉末を水等
の溶媒とともに回転ミルに投入して、混合する。なお、これらの粉末に加えて、酸化カル
シウム（ＣａＯ）の粉末を準備し、各粉末の合計含有量が100質量％となるように秤量し
た混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、混合したものを用いてもかまわない。
(1) As a manufacturing method of the substrate 11, for example, first, powders of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium oxide (MgO) having an average particle diameter of about 1.4 to 1.8 μm are prepared. Then, the mixed powder weighed so that the total content of each powder becomes 100% by mass is put into a rotary mill together with a solvent such as water and mixed. In addition to these powders, calcium oxide (CaO) powder is prepared, and the mixed powder weighed so that the total content of each powder is 100% by mass is put into a rotary mill together with a solvent such as water. Mixtures may be used.
次に、これにポリビニルアルコール，ポリエチレングリコール，アクリル樹脂またはブチラール樹脂等の中から少なくとも一種のバインダを、混合粉末100質量％に対して４〜
８質量％添加し、高純度のアルミナボールを用いて、さらに回転ミルで混合してスラリーを得る。さらに、このスラリーを用いて、ドクターブレード法でシートを成形するか、スラリーをスプレードライヤを用いて造粒体を作製し、ロールコンパクション法によってシートを成形する。また、作製したシートを金型による加工もしくはレーザ加工によって成形体を作製する。
Next, at least one binder selected from polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, acrylic resin, butyral resin, etc.
8% by mass is added, and a high-purity alumina ball is used and further mixed by a rotary mill to obtain a slurry. Further, using this slurry, a sheet is formed by a doctor blade method, or a granulated body is produced from the slurry using a spray dryer, and a sheet is formed by a roll compaction method. Moreover, a molded body is produced from the produced sheet by processing using a mold or laser processing.
そして、得られた成形体を、大気（酸化）雰囲気の焼成炉（例えば、ローラー式トンネル炉，バッチ式雰囲気炉およびプッシャー式トンネル炉）を用いて、焼成温度が1400〜1540℃となるように設定して焼成することによって基体11を作製することができる。なお、その他の公知の製造方法により、例えば、窒化珪素，窒化アルミニウムおよびムライト等のセラミックスからなる基体11を作製してもよい。また、複数の個片に分割できるように、分割溝を設けて多数個取り基板となる基体11を作製してもよい。 The obtained compact is then fired in an air (oxidizing) atmosphere using a firing furnace (for example, a roller tunnel furnace, a batch-type atmosphere furnace, and a pusher-type tunnel furnace) so that the firing temperature is 1400 to 1540 ° C. The substrate 11 can be produced by setting and firing. Note that the substrate 11 made of ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, and mullite may be manufactured by other known manufacturing methods. In addition, the base 11 serving as a multi-piece substrate may be manufactured by providing a dividing groove so that it can be divided into a plurality of pieces.
（２）次に、基体11の表面にガラスフリットを添加した銅を主成分とする金属ペーストを被着させて焼成し、ガラス層12および金属配線層13’を形成する。なお、金属ペーストの被着は公知のスクリーン印刷法で行えばよい。 (2) Next, a metal paste mainly composed of copper to which glass frit is added is deposited on the surface of the substrate 11 and fired to form a glass layer 12 and a metal wiring layer 13 '. The metal paste may be applied by a known screen printing method.
また、金属配線層13’の厚さを調整するために、上記の工程に加えて、形成した金属配線層13’の上面に、金属ペーストを重ねてスクリーン印刷し焼成する工程を複数回行ってもよい。 Further, in order to adjust the thickness of the metal wiring layer 13 ′, in addition to the above steps, a step of screen printing by baking a metal paste on the upper surface of the formed metal wiring layer 13 ′ and performing baking is performed a plurality of times. Also good.
ここで、金属ペーストは銅を50質量％以上含有すればよく、さらに80質量％以上含有することが望ましく、その他の含有成分としてはパラジウム，ニッケル，ストロンチウム，カルシウム，ジルコニウム，チタン，モリブデン，スズまたは亜鉛を含有してもよい。また、金属ペーストに含有される銅粉末の平均粒径は0.5μｍ以上10μｍ以下とすればよい
。また、金属ペーストのバインダとしては、例えば、アクリル樹脂、エチルセルロースを使用でき、溶剤としては、例えば、α−テルピネオール等が使用できる。また、金属ペーストにガラスフリットを添加することによって、金属ペースト中のガラス成分が溶融し、基体11の上面にガラス層12を形成することができる。ガラスフリットは、ＳｉＯ２，Ｂｉ２Ｏ３，ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系またはＺｎＯ２系のガラスを用いればよい。特に、基体11と接合しやすく、基体11とガラス層12との接合強度が高まる傾向があることから、ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系のガラスフリットを用いることが好ましい。なお、バインダは金属粉末の合計量を100質量％としたときに、２質量％以上10質量％以下添加すればよく、溶剤
は金属ペーストに含有する金属粉末の合計量を100質量％としたときに、５質量％以上15
質量％以下添加すればよい。また、ガラスフリットは１質量％以上20質量％以下添加すればよく、この範囲ならばガラス層12の厚さを0.5μｍ以上５μｍ以下とすることができる
。また、金属配線層13’を形成するための焼成条件は、窒素雰囲気において酸素濃度を0.1ｐｐｍ未満とし、焼成温度850〜1050℃、保持時間0.5〜２時間とすればよい。なお、焼
成した際の金属配線層13の厚さは５μｍ以上80μｍ以下とすればよい。
Here, the metal paste may contain 50% by mass or more of copper, more preferably 80% by mass or more, and other components include palladium, nickel, strontium, calcium, zirconium, titanium, molybdenum, tin or Zinc may be contained. The average particle size of the copper powder contained in the metal paste may be 0.5 μm or more and 10 μm or less. Moreover, as a binder of a metal paste, acrylic resin and ethyl cellulose can be used, for example, and α-terpineol can be used as a solvent. Further, by adding glass frit to the metal paste, the glass component in the metal paste is melted, and the glass layer 12 can be formed on the upper surface of the substrate 11. As the glass frit, SiO 2 , Bi 2 O 3 , SiO 2 —Bi 2 O 3 or ZnO 2 glass may be used. In particular, it is preferable to use a SiO 2 —Bi 2 O 3 -based glass frit because it is easy to bond to the substrate 11 and the bonding strength between the substrate 11 and the glass layer 12 tends to increase. When the total amount of the metal powder is 100% by mass, the binder may be added in an amount of 2% to 10% by mass. The solvent is when the total amount of the metal powder contained in the metal paste is 100% by mass. 5 mass% or more 15
What is necessary is just to add the mass% or less. Further, the glass frit may be added in an amount of 1% by mass or more and 20% by mass or less, and within this range, the thickness of the glass layer 12 can be made 0.5 μm or more and 5 μm or less. The firing conditions for forming the metal wiring layer 13 ′ may be such that the oxygen concentration is less than 0.1 ppm in a nitrogen atmosphere, the firing temperature is 850 to 1050 ° C., and the holding time is 0.5 to 2 hours. The thickness of the metal wiring layer 13 when fired may be 5 μm or more and 80 μm or less.
（３）続いて、金属配線層13’の上面にレジスト膜を形成し、エッチングによって（２）で形成した金属配線層13’は分割されて、複数の金属配線層13を形成する。レジスト膜およびレジスト膜を形成する方法は公知の方法で行えばよい。なお、エッチングに用いるエッチング液は、例えば塩化第二鉄、塩化第二銅またはアルカリからなるエッチング液を
用いればよい。またエッチング後は、レジスト膜は公知の方法で除去する。
(3) Subsequently, a resist film is formed on the upper surface of the metal wiring layer 13 ′, and the metal wiring layer 13 ′ formed in (2) is divided by etching to form a plurality of metal wiring layers 13. The resist film and the method for forming the resist film may be performed by known methods. Note that the etching solution used for etching may be an etching solution made of, for example, ferric chloride, cupric chloride, or alkali. After etching, the resist film is removed by a known method.
（４）さらに、銅酸化物、例えばＣｕ２Ｏ粉末を50質量％以上80質量％以下、溶剤を20質量％以上50質量％以下に調整したペーストを用意し、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に、スプレー塗布によって被着させる。Ｃｕ２Ｏ粉末と溶剤の分量を調整することによって、銅酸化物14ａがガラス層12の上面に占める面積割合を調整することができ、溶剤の量を減らすことによって、銅酸化物14ａの面積割合を増やすことができる。そして、銅酸化物14ａを形成するための焼成条件は、焼成温度750〜850℃、保持時間0.5〜
２時間とすればよく、焼成雰囲気は、窒素雰囲気において酸素濃度を0.1ｐｐｍ未満とす
ればよい。
(4) Further, a paste prepared by adjusting the copper oxide, for example, Cu 2 O powder to 50 mass% to 80 mass% and the solvent to 20 mass% to 50 mass% is prepared between the adjacent metal wiring layers 13. The upper surface of the glass layer 12 is applied by spray coating. By adjusting the amount of the Cu 2 O powder and the solvent, the area ratio of the copper oxide 14a in the upper surface of the glass layer 12 can be adjusted. By reducing the amount of the solvent, the area ratio of the copper oxide 14a Can be increased. The firing conditions for forming the copper oxide 14a are as follows: firing temperature 750 to 850 ° C., holding time 0.5 to
What is necessary is just to set it as 2 hours, and what is necessary is just to make oxygen concentration less than 0.1 ppm in nitrogen atmosphere in baking atmosphere.
以上のように、（１）〜（４）に説明した製造方法により基体11の表面にガラス層12を有し、ガラス層12の上面に銅を主成分とする金属配線層13が間隔をあけて設けられているとともに、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に銅酸化物14ａが存在する回路基板１を製造することができる。 As described above, the manufacturing method described in (1) to (4) has the glass layer 12 on the surface of the base 11, and the metal wiring layer 13 mainly composed of copper is spaced from the upper surface of the glass layer 12. In addition, the circuit board 1 in which the copper oxide 14a exists on the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13 can be manufactured.
図３に示す回路基板２の製造方法を以下の（５）および（６）に説明する。なお、基体11の製造方法は、上述の（１）と同様なので省略する。 A method of manufacturing the circuit board 2 shown in FIG. 3 will be described in the following (5) and (6). The method for manufacturing the substrate 11 is the same as that described in (1) above, and is therefore omitted.
（５）ガラス層12，金属配線層13および銅酸化物14ａおよび14ｂとなる金属ペーストを公知のスクリーン印刷法で基体11の上面に被着させて後述の焼成条件により焼成する。 (5) A metal paste that becomes the glass layer 12, the metal wiring layer 13, and the copper oxides 14a and 14b is deposited on the upper surface of the substrate 11 by a known screen printing method and fired under the firing conditions described later.
ここで、金属ペーストは、銅を50質量％以上含有すればよく、さらには80質量％以上含有することが望ましい。また、副成分として、パラジウム，ニッケル，ストロンチウム，カルシウム，ジルコニウム，チタン，モリブデン，スズまたは亜鉛を含有してもよい。銅粉末の平均粒径は0.5μｍ以上10μｍ以下とし、バインダとしては、例えば、アクリル系
樹脂を使用でき、溶剤としては、例えば、α−テルピネオールが使用できる。なお、バインダは金属粉末の合計量を100質量％としたときに、２質量％以上10質量％以下添加すれ
ばよく、溶剤は金属粉末の合計量を100質量％としたときに、５質量％以上15質量％以下
添加すればよい。さらに、ガラスフリットを金属粉末を100質量％としたときに、１質量
％以上10質量％以下添加すればよく、ガラスフリットは、例えば、ＳｉＯ２，Ｂｉ２Ｏ３，ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系またはＺｎＯ２系のガラスフリットを用いればよい。
Here, the metal paste only needs to contain 50% by mass or more of copper, and more preferably contains 80% by mass or more. Moreover, you may contain palladium, nickel, strontium, calcium, a zirconium, titanium, molybdenum, tin, or zinc as a subcomponent. The average particle diameter of the copper powder is 0.5 μm or more and 10 μm or less. As the binder, for example, an acrylic resin can be used, and as the solvent, for example, α-terpineol can be used. The binder may be added in an amount of 2% by mass to 10% by mass when the total amount of the metal powder is 100% by mass, and the solvent is 5% by mass when the total amount of the metal powder is 100% by mass. More than 15% by mass may be added. Furthermore, when the glass frit is 100% by mass of the metal powder, it may be added by 1% by mass or more and 10% by mass or less. Examples of the glass frit include SiO 2 , Bi 2 O 3 , SiO 2 —Bi 2 O 3. Or ZnO 2 glass frit may be used.
金属ペーストの焼成条件は、焼成温度850〜1050℃、焼成時間0.5〜２時間とすればよい。このように金属ペーストを焼成することで、金属ペースト中のガラス成分が溶融し、基体11の上面にガラス層12が形成される。また、ガラス層12の上面には銅を主成分とする金属配線層13が形成される。 The firing conditions of the metal paste may be a firing temperature of 850 to 1050 ° C. and a firing time of 0.5 to 2 hours. By firing the metal paste in this manner, the glass component in the metal paste is melted, and the glass layer 12 is formed on the upper surface of the substrate 11. A metal wiring layer 13 mainly composed of copper is formed on the upper surface of the glass layer 12.
また焼成の際、焼成雰囲気を変更することによって、ガラス層12と金属配線層13との界面に銅酸化物14ａおよび14ｂが析出して存在することができ、例えば、窒素雰囲気において酸素濃度を0.1ｐｐｍ以上とすればよく、酸素濃度が高くなるほど銅酸化物14ａおよび14ｂの析出量が多くなる。また、銅酸化物14ａおよび14bを分散して存在させるには、酸素濃度を0.1ｐｐｍ以上20ｐｐｍ以下とすればよい。なお、焼成雰囲気が、窒素雰囲気で酸
素濃度を0.1ｐｐｍ未満では、銅酸化物はガラス層12と金属配線層13との界面に析出しに
くい。
Further, by changing the firing atmosphere at the time of firing, copper oxides 14a and 14b can be deposited and present at the interface between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13. For example, the oxygen concentration is 0.1% in a nitrogen atmosphere. The amount of precipitation of copper oxides 14a and 14b increases as the oxygen concentration increases. In order to disperse the copper oxides 14a and 14b, the oxygen concentration may be 0.1 ppm or more and 20 ppm or less. Note that when the firing atmosphere is a nitrogen atmosphere and the oxygen concentration is less than 0.1 ppm, the copper oxide hardly precipitates at the interface between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13.
なお、焼成した際の金属配線層13の厚さは５μｍ以上80μｍ以下とすればよい。 The thickness of the metal wiring layer 13 when fired may be 5 μm or more and 80 μm or less.
（６）次に、金属配線層13の上面にレジスト膜を形成し、エッチングによって金属配線層13を形成する。レジスト膜およびレジスト膜を形成する方法は公知の方法で行う。ここ
で、エッチングは塩化第二鉄、塩化第二銅またはアルカリからなるエッチング液を用いることによって、金属配線層13のみをエッチングすることができ、ガラス層12とエッチングした金属配線層13と間に析出した銅酸化物14ａを露出させることができる。また、レジスト膜は公知の技術を用いて除去する。
(6) Next, a resist film is formed on the upper surface of the metal wiring layer 13, and the metal wiring layer 13 is formed by etching. The resist film and the method for forming the resist film are performed by known methods. Here, only the metal wiring layer 13 can be etched by using an etching solution made of ferric chloride, cupric chloride or alkali, and the etching is performed between the glass layer 12 and the etched metal wiring layer 13. The deposited copper oxide 14a can be exposed. The resist film is removed using a known technique.
以上のように、（１），（５）および（６）に説明した製造方法により、基体11の少なくとも一方の主面上にガラス層12を有し、ガラス層12の上面に銅を主成分とする金属配線層13が間隔をあけて設けられているとともに、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に銅酸化物14ａが存在し、かつガラス層12と金属配線層13との界面に銅酸化物14ｂが存在する回路基板２を製造することができる。なお、上述した図２に示す拡大写真は回路基板２における隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面を拡大したＳＥＭ写真である。 As described above, by the manufacturing method described in (1), (5) and (6), the glass layer 12 is provided on at least one main surface of the substrate 11, and copper is the main component on the upper surface of the glass layer 12. The metal wiring layer 13 is provided at an interval, and the copper oxide 14a exists on the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13, and the glass layer 12, the metal wiring layer 13, The circuit board 2 in which the copper oxide 14b is present at the interface can be manufactured. 2 is an SEM photograph in which the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13 in the circuit board 2 is enlarged.
図４は、本実施形態の電子装置の一例を示す概略断面図であり、（ａ）は図１の回路基板を用いた電子装置の断面図、（ｂ）は図２の回路基板を用いた電子装置の断面図である。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the electronic device of the present embodiment, where (a) is a cross-sectional view of the electronic device using the circuit board of FIG. 1, and (b) is a circuit board of FIG. It is sectional drawing of an electronic device.
図４（ａ），（ｂ）に示す例の電子装置３，４は、本実施形態の回路基板1，２に電子
部品15が搭載されたものである。回路基板１および２のそれぞれの金属配線層13の上にそれぞれ電極パッド16ａ，16ｂが設けられ、電極パッド16ａの上に電子部品15が実装されている。そして、ボンディングワイヤ17によって電子部品15および電極パッド16ｂが電気的に接続される。
The electronic devices 3 and 4 in the example shown in FIGS. 4A and 4B are obtained by mounting an electronic component 15 on the circuit boards 1 and 2 of this embodiment. Electrode pads 16a and 16b are provided on the respective metal wiring layers 13 of the circuit boards 1 and 2, and an electronic component 15 is mounted on the electrode pads 16a. The electronic component 15 and the electrode pad 16b are electrically connected by the bonding wire 17.
ここで電子部品15は、例えば、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，発光ダイオード（ＬＥＤ）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用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。 Here, the electronic component 15 is, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element, an intelligent power module (IPM) element, a metal oxide field effect transistor (MOSFET) element, a light emitting diode (LED) element, a free element Semiconductor elements such as wheeling diode (FWD) elements, giant transistor (GTR) elements, Schottky barrier diodes (SBD), heating elements for sublimation thermal printer heads or thermal inkjet printer heads, Peltier elements, etc. Can be used.
電子装置３および４は、回路基板１または２は放熱特性が高いので、信頼性が向上した電子装置とすることができる。 The electronic devices 3 and 4 can be electronic devices with improved reliability because the circuit board 1 or 2 has high heat dissipation characteristics.
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following examples.
まず、試料Ｎｏ．１〜９を作製した。 First, sample no. 1-9 were produced.
各試料において縦の長さが120ｍｍ、横の長さが120ｍｍ、厚さが0.45ｍｍである、表１に記した主成分を含有する基体11を準備し、950℃で熱処理することによって、基体11の
表面に付着した有機物や残留炭素を除去した。また、基体11には、縦の長さが3.6ｍｍ、
横の長さが3.6ｍｍの個片に784個分割できるように縦横に分割溝を29本ずつ形成した。なお、アルミナを主成分とする基体11はアルミナを96質量％含有し、窒化珪素を主成分とする基体11は窒化珪素を90質量％含有し、窒化アルミニウムを主成分とする基体11は窒化アルミニウムを90質量％含有し、ムライトを主成分とする基体11はムライトを90質量％含有している。
By preparing a substrate 11 containing the main components described in Table 1 having a vertical length of 120 mm, a horizontal length of 120 mm, and a thickness of 0.45 mm in each sample, and heat-treating the substrate at 950 ° C. Organic substances and residual carbon adhering to the surface of 11 were removed. The base 11 has a vertical length of 3.6 mm,
Twenty-nine dividing grooves were formed vertically and horizontally so that 784 pieces could be divided into pieces having a horizontal length of 3.6 mm. The substrate 11 mainly composed of alumina contains 96% by mass of alumina, the substrate 11 mainly composed of silicon nitride contains 90% by mass of silicon nitride, and the substrate 11 mainly composed of aluminum nitride is aluminum nitride. The base 11 containing mullite as a main component contains 90% by mass of mullite.
次いで、試料Ｎｏ．１〜９においては基体11の主面に、銅粉末を85質量％、アクリル樹
脂および溶剤としてα−テルピネオールを合計11質量％およびＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系ガラスフリットを４質量％含有する金属ペーストを、スクリーン印刷法により塗布した。そして、窒素雰囲気中において、酸素濃度を0.05ｐｐｍとし、焼成温度を800℃、焼成時間
を１時間とすることで、厚さが１μｍ、縦の長さが３ｍｍおよび横の長さが３ｍｍのガラス層12と、厚さが70μｍ，縦の長さが３ｍｍおよび横の長さが３ｍｍの金属配線層13とを形成した。次に、隣り合う金属配線層13の隙間が120μｍ、かつ隣り合う金属配線層13の
横の長さがそれぞれ均等になるように金属配線層13の上にエッチング用のレジスト膜を形成した。そして、塩化第二鉄溶液を用いてエッチング加工して金属配線層13を形成した。さらに、表１に記した銅酸化物14ａの面積割合となるようにＣｕ２Ｏ粉末を50質量％以上80質量％以下、溶剤を20質量％以上50質量％以下で調整したペーストを用いて、隣接する金属配線層13の間のガラス層12上にスプレー塗布し、焼成温度の最高温度を850℃、焼成
時間を１時間保持し焼成した。そして、基体11の分割溝に沿って、基体11を分割して表１に示す試料Ｎｏ．１〜９を得た。
Next, sample No. 1 to 9, a metal containing 85% by mass of copper powder, 11% by mass of α-terpineol as an acrylic resin and a solvent, and 4% by mass of SiO 2 —Bi 2 O 3 glass frit on the main surface of the substrate 11 The paste was applied by screen printing. Then, in a nitrogen atmosphere, an oxygen concentration of 0.05 ppm, a firing temperature of 800 ° C., and a firing time of 1 hour, a glass having a thickness of 1 μm, a vertical length of 3 mm, and a horizontal length of 3 mm A layer 12 and a metal wiring layer 13 having a thickness of 70 μm, a vertical length of 3 mm, and a horizontal length of 3 mm were formed. Next, an etching resist film was formed on the metal wiring layer 13 so that the gap between the adjacent metal wiring layers 13 was 120 μm and the horizontal lengths of the adjacent metal wiring layers 13 were equal. Then, the metal wiring layer 13 was formed by etching using a ferric chloride solution. Further, using a paste prepared by adjusting the Cu 2 O powder to 50% by mass to 80% by mass and the solvent at 20% by mass to 50% by mass so as to have the area ratio of the copper oxide 14a described in Table 1, It spray-coated on the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13, and the maximum temperature of the calcination temperature was 850 degreeC and the calcination time was hold | maintained for 1 hour, and baked. Then, the base 11 is divided along the dividing grooves of the base 11 to obtain sample Nos. Shown in Table 1. 1-9 were obtained.
次に、試料Ｎｏ．10〜13を作製した。 Next, sample No. 10-13 were produced.
試料Ｎｏ．１〜９と同様にして、表１に示す基体11を作製し、基体11の上面に金属ペーストを被着させ、窒素雰囲気中において、表１に示す銅酸化物14ａおよび14ｂの面積割合となるように酸素濃度を0.1ｐｐｍ以上20ｐｐｍ以下で調整し、焼成温度を950℃、焼成時間を１時間とすることで、厚さが１μｍ、縦の長さが３ｍｍおよび横の長さが３ｍｍのガラス層12と厚さが70μｍ，縦の長さが３ｍｍおよび横の長さが３ｍｍの金属配線層13とを形成した。そして、金属配線層13の上にエッチング用のレジスト膜を、隣り合う金属配線層13の隙間が120μｍ、かつ隣り合う金属配線層13の横の長さがそれぞれ均等になるよう
に金属配線層13の上にエッチング用のレジスト膜を形成した。そして、塩化第二鉄溶液を用いてエッチング加工して金属配線層13を形成した。最後に、分割溝に沿って基体11を分割して表１に示す試料Ｎｏ．10〜13を得た。
Sample No. 1 to 9, the base 11 shown in Table 1 is manufactured, and a metal paste is deposited on the upper surface of the base 11, and the area ratio of the copper oxides 14a and 14b shown in Table 1 is obtained in a nitrogen atmosphere. Thus, by adjusting the oxygen concentration from 0.1 ppm to 20 ppm, setting the firing temperature to 950 ° C. and the firing time to 1 hour, the glass has a thickness of 1 μm, a vertical length of 3 mm, and a horizontal length of 3 mm. A layer 12 and a metal wiring layer 13 having a thickness of 70 μm, a vertical length of 3 mm, and a horizontal length of 3 mm were formed. Then, an etching resist film is formed on the metal wiring layer 13 so that the gap between the adjacent metal wiring layers 13 is 120 μm and the horizontal lengths of the adjacent metal wiring layers 13 are equal to each other. An etching resist film was formed on the substrate. Then, the metal wiring layer 13 was formed by etching using a ferric chloride solution. Finally, the substrate 11 is divided along the dividing grooves, and sample Nos. Shown in Table 1 are obtained. 10-13 were obtained.
次に、試料Ｎｏ．14〜17を作製した。 Next, sample No. 14-17 were produced.
試料Ｎｏ．１〜９と同様にして、表１に記した基体11を作製し、基体11に金属ペーストを被着させて、酸素濃度を0.05ｐｐｍとして、焼成温度を950℃、焼成時間を１時間とす
ることで、厚さが１μｍ、縦の長さが３ｍｍおよび横の長さが３ｍｍのガラス層12および厚さが70μｍ，縦の長さが３ｍｍおよび横の長さが３ｍｍの金属配線層13を形成した。そして、金属配線層13の上にエッチング用のレジスト膜を、隣り合う金属配線層13の隙間が120μｍ、かつ隣り合う金属配線層13の横の長さがそれぞれ均等になるように金属配線層13の上にエッチング用のレジスト膜を形成して、塩化第二鉄溶液を用いてエッチング加工
して金属配線層13を形成した。最後に、分割溝に沿って基体11を分割して表１に示す試料Ｎｏ．14〜17を得た。
Sample No. 1 to 9, the substrate 11 shown in Table 1 was prepared, and a metal paste was deposited on the substrate 11, the oxygen concentration was 0.05 ppm, the firing temperature was 950 ° C., and the firing time was 1 hour. Thus, a glass layer 12 having a thickness of 1 μm, a vertical length of 3 mm and a horizontal length of 3 mm, and a metal wiring layer 13 having a thickness of 70 μm, a vertical length of 3 mm and a horizontal length of 3 mm are formed. Formed. Then, an etching resist film is formed on the metal wiring layer 13 so that the gap between the adjacent metal wiring layers 13 is 120 μm and the horizontal lengths of the adjacent metal wiring layers 13 are equal to each other. A resist film for etching was formed thereon, and etching was performed using a ferric chloride solution to form a metal wiring layer 13. Finally, the substrate 11 is divided along the dividing grooves, and sample Nos. Shown in Table 1 are obtained. 14-17 were obtained.
次に、試料Ｎｏ．１〜17について銅酸化物14ａおよび14ｂを確認するため、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面、Ｘ線回折法によって確認した後、塩化第二鉄溶液を用いて金属配線層13をエッチングし、ガラス層12と金属配線層13の界面をＸ線回折法によって確認した。その結果、試料Ｎｏ．１〜９についてはＣｕ２Ｏが、試料Ｎｏ．10〜13はＣｕ２ＯおよびＣｕＯが確認されたが、試料Ｎｏ．14〜17は銅酸化物が確認されなかった。 Next, sample No. In order to confirm the copper oxides 14a and 14b for 1 to 17, the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13, after confirmation by X-ray diffraction method, the metal wiring layer using a ferric chloride solution 13 was etched, and the interface between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13 was confirmed by an X-ray diffraction method. As a result, sample no. For CuO, Cu 2 O is the sample No. In Nos. 10 to 13, Cu 2 O and CuO were confirmed. No copper oxide was confirmed for 14-17.
次に、放熱特性試験用として試料Ｎｏ．１〜17を作製し、試料Ｎｏ．１〜17に、図４（ａ），（ｂ）に示すように，電子部品15として半導体素子を搭載して電子装置３，４を作製した後、試料Ｎｏ．１〜17のそれぞれを用いて作製した電子装置３，４に30Ａの電流を流した。電流を流してから５分間放置後にそれぞれの半導体素子の表面における温度をサ
ーモグラフィー（日本電子株式会社製、型番：ＪＴＧ−7200）で測定した。なお、測定距離は20ｃｍとした。
Next, sample no. 1 to 17 were prepared, and sample no. 1 to 17, as shown in FIGS. 4A and 4B, a semiconductor element is mounted as the electronic component 15 to produce the electronic devices 3 and 4. A current of 30 A was passed through the electronic devices 3 and 4 manufactured using each of 1 to 17. The temperature on the surface of each semiconductor element was measured by thermography (manufactured by JEOL Ltd., model number: JTG-7200) after being left for 5 minutes after the current was passed. The measurement distance was 20 cm.
次に、ヒートサイクル試験用として試料Ｎｏ．１〜17を各40個作製し、冷熱衝撃試験装置を用いて各試料の環境温度を、室温から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125℃で15分保持した後、室温まで降温するというサイクルを１サイクルとしたヒートサ
イクル試験を行った。なお、作製した各40個の試料はそれぞれ個別に、2000サイクル〜4000サイクルの間で50サイクル毎にヒートサイクル試験を行った。
Next, sample no. 40 pieces of 1 to 17 were prepared, and the environmental temperature of each sample was lowered from room temperature to -45 ° C and held for 15 minutes using a thermal shock test device, and then heated and held at 125 ° C for 15 minutes. After that, a heat cycle test was performed in which the cycle of lowering the temperature to room temperature was one cycle. Each of the 40 samples prepared was individually subjected to a heat cycle test every 50 cycles between 2000 cycles and 4000 cycles.
そして、上記ヒートサイクル試験を行った各40個の試料をガラス層12と金属配線層13との接合部の断面が観察できるようにレーザにより切断し、その断面をＳＥＭを用いて1000倍の倍率で観察してガラス層12と金属配線層13との剥離の有無について確認し、剥離が確認される最初のサイクル数を測定した。また、このときガラス層12のクラック数を数えた。 Each of the 40 samples subjected to the heat cycle test was cut with a laser so that the cross section of the joint between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13 could be observed, and the cross section was magnified 1000 times using an SEM. Was observed to confirm whether or not the glass layer 12 and the metal wiring layer 13 were peeled, and the first cycle number at which peeling was confirmed was measured. At this time, the number of cracks in the glass layer 12 was counted.
次に、各試料の金属配線層13の接合強度を測定するために、試料Ｎｏ．１〜17を各10個作製した。 Next, in order to measure the bonding strength of the metal wiring layer 13 of each sample, Sample No. Ten pieces of 1 to 17 were produced.
図５は、回路基板の金属配線層の接合強度の測定方法を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for measuring the bonding strength of the metal wiring layer of the circuit board.
まず、接合強度を測定するための準備として、各試料の金属配線層13の表面に、Ｓｎ−Ｐｂ（６：４半田）系で全体に対してＡｇを２質量％とした半田18を用い、フラックスは、ロジン系合成樹脂にケトンとアルコール系溶剤とを混合したもので、半田付け装置（タムラ化研株式会社製、商品名：ＸＡ−100）を用い、225±５℃の温度で径が0.6ｍｍのメ
ッキ導線20（銅線にＳｎメッキ）を金属配線層13に半田付けした。
First, as a preparation for measuring the bonding strength, the surface of the metal wiring layer 13 of each sample was used with a solder 18 having an Ag of 2% by mass with respect to the whole in an Sn—Pb (6: 4 solder) system. Flux is a mixture of a rosin-based synthetic resin and a ketone and an alcohol-based solvent. Using a soldering device (trade name: XA-100, manufactured by Tamura Chemical Co., Ltd.), the diameter is 225 ± 5 ° C. A 0.6 mm plated conductor 20 (Sn plating on a copper wire) was soldered to the metal wiring layer 13.
次に、このメッキ導線19を7.62ｍｍ／分の速度で引っ張り、金属配線層13が基体11から剥離するときの強度を測定して基体11に対する金属配線層13の接合強度とした。この試験装置は、ＡＮＺＡ ＴＥＣＨ社製のダイ・シェアリング・テスタ（型番：520Ｄ）を使用した。また、測定数は各試料数10個について測定し、その平均値を求めた。なお、メッキ導線19が金属配線層13から剥離した場合はデータから除外し、金属配線層13がガラス層12から剥離したときのデータを金属配線層13の接合強度とした。以上の測定結果を表１に示す。以上の測定結果を表１に示す。 Next, the plated conductive wire 19 was pulled at a rate of 7.62 mm / min, and the strength when the metal wiring layer 13 peeled from the base 11 was measured to obtain the bonding strength of the metal wiring layer 13 to the base 11. This test apparatus used a die sharing tester (model number: 520D) manufactured by ANZA TECH. The number of measurements was measured for 10 samples, and the average value was obtained. The case where the plating conductor 19 peeled off from the metal wiring layer 13 was excluded from the data, and the data obtained when the metal wiring layer 13 peeled off from the glass layer 12 was used as the bonding strength of the metal wiring layer 13. The above measurement results are shown in Table 1. The above measurement results are shown in Table 1.
表１から、基体11の主成分がアルミナである試料Ｎｏ．１〜６，10〜13および試料Ｎｏ
．14をそれぞれ対比すると、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に銅酸化物14ａが存在する試料Ｎｏ．１〜６および10〜13（以下、単に、銅酸化物14ａが存在するという。）は、銅酸化物14ａが存在しない試料Ｎｏ．14に比べて、表面温度が低くなっており放熱特性が高いことがわかった。また、同様に、基体11の主成分が同一である試料Ｎｏ．７,15，Ｎｏ．８，16およびＮｏ．９，17をそれぞれ対比すると、銅酸化物14ａが存在す
る試料Ｎｏ．７〜９が、試料Ｎｏ．15〜17に比べて表面温度が低くなっており放熱特性が高いことがわかった。また、銅酸化物14ａがガラス層12の上面に占める面積割合が大きいほど、放熱特性が高くなることがわかった。
From Table 1, sample No. 1 in which the main component of the substrate 11 is alumina. 1-6, 10-13 and sample No.
. 14 is compared with Sample No. 14 in which the copper oxide 14a is present on the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13. 1 to 6 and 10 to 13 (hereinafter simply referred to as the presence of copper oxide 14a) are sample Nos. 1 to 4 in which no copper oxide 14a is present. Compared with 14, it was found that the surface temperature was lower and the heat dissipation characteristics were higher. Similarly, the sample No. 1 in which the main components of the base 11 are the same. 7,15, no. 8, 16 and no. When comparing Nos. 9 and 17, Sample No. in which the copper oxide 14a is present is obtained. 7-9 are sample Nos. It was found that the surface temperature was lower than 15-17 and the heat dissipation characteristics were high. Further, it has been found that the heat radiation characteristics are improved as the area ratio of the copper oxide 14a in the upper surface of the glass layer 12 is increased.
また、表１のヒートサイクル試験後のガラス層12のクラック数をみると、銅酸化物14ａが存在する試料Ｎｏ．１〜13は、銅酸化物14ａが存在しない試料Ｎｏ．14〜17に比べてガラス層12のクラック数が少なかった。 Moreover, when the number of cracks of the glass layer 12 after the heat cycle test of Table 1 is seen, sample No. in which the copper oxide 14a exists is shown. Nos. 1 to 13 are sample Nos. 1 to 4 without the copper oxide 14a. Compared to 14-17, the number of cracks in the glass layer 12 was small.
また、銅酸化物14ａが存在し、かつ基体11の主成分がアルミナである試料Ｎｏ．１〜６および10〜13をそれぞれ対比すると、ガラス層12と金属配線層13との界面に銅酸化物14ｂが存在する（以下、単に、銅酸化物14ｂが存在するという。）試料Ｎｏ．10〜13の方が、銅酸化物14ｂが存在しない試料Ｎｏ．１〜６に比べて、ヒートサイクル試験で剥離が確認される最初のサイクル数の値が大きく、繰り返し熱応力が生じても、ガラス層12と金属配線層13との接合強度が高いので、ガラス層12と金属配線層13とが剥離しにくいことがわかった。 Sample No. 1 in which the copper oxide 14a is present and the main component of the base 11 is alumina. When comparing 1 to 6 and 10 to 13 respectively, the copper oxide 14b is present at the interface between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13 (hereinafter simply referred to as the copper oxide 14b). Samples Nos. 10 to 13 were free from sample No. 14 having no copper oxide 14b. Compared with 1-6, the value of the first cycle number at which peeling is confirmed in the heat cycle test is large, and even if repeated thermal stress occurs, the bonding strength between the glass layer 12 and the metal wiring layer 13 is high. It was found that the layer 12 and the metal wiring layer 13 were difficult to peel off.
以上のことから、試料Ｎｏ．１〜13は、隣接する金属配線層13の間のガラス層12の上面に銅酸化物14ａが存在するので、回路基板１および２の放熱特性を向上することができる。さらに、試料Ｎｏ．１〜13は銅酸化物14ａがガラス層12の上面に存在することにより、ガラス層12に加わる熱伸縮などによる応力に対する強度が高いことがわかった。 In view of the above, sample no. In Nos. 1 to 13, since the copper oxide 14a exists on the upper surface of the glass layer 12 between the adjacent metal wiring layers 13, the heat dissipation characteristics of the circuit boards 1 and 2 can be improved. Furthermore, sample no. 1 to 13 were found to have high strength against stress due to thermal expansion and contraction applied to the glass layer 12 due to the presence of the copper oxide 14a on the upper surface of the glass layer 12.
また、放熱特性が高い試料Ｎｏ．１〜11に電子部品を搭載した電子装置３および４は、回路基板１または２に繰り返し熱応力が生じても放熱特性が高いので、信頼性が高い電子装置とすることができる。 In addition, Sample No. Since the electronic devices 3 and 4 having electronic components 1 to 11 mounted thereon have high heat dissipation characteristics even when thermal stress is repeatedly generated on the circuit board 1 or 2, the electronic devices 3 and 4 can be highly reliable electronic devices.
１，２：回路基板
11：基体
12：金属配線層
13：ガラス層
14ａ，14b：銅酸化物
15：電子部品
16a，16b：電極パッド
17：ボンディングワイヤ
18：半田
19：めっき導線
1: Circuit board
11: Base
12: Metal wiring layer
13: Glass layer
14a, 14b: Copper oxide
15: Electronic components
16a, 16b: Electrode pad
17: Bonding wire
18: Solder
19: Plating wire
Claims (4)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2011072607A JP2012209355A (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Circuit board and electronic apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2011072607A Withdrawn JP2012209355A (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Circuit board and electronic apparatus using the same |
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2011
- 2011-03-29 JP JP2011072607A patent/JP2012209355A/en not_active Withdrawn
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