JP2016174084A - Substrate for mounting element and mounting substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子搭載用基板および実装基板に関する。 The present invention relates to an element mounting substrate and a mounting substrate.
半導体材料を応用した電子デバイスとして、ＬＳＩ（Large Scale Integration）に代
表される半導体素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子、およびＣＣＤ（Charged Coupled Device）やＣＭＯＳ（Compensated Metal Oxide Semiconductor）を用
いた撮像素子などが挙げられる。
As electronic devices using semiconductor materials, semiconductor elements typified by LSI (Large Scale Integration), light emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes), CCDs (Charged Coupled Devices) and CMOS (Compensated Metal Oxide Semiconductors) are used. Image pickup devices, and the like.
近年、これらの電子デバイスについて、さらなる高性能化に向けた取り組みが行われているが、例えば、ＬＳＩの高集積化、ＬＥＤの高輝度化および撮像素子の高解像度化を図ると、電子デバイスを動作させるための電力量の増加に伴って発熱量が増加し、これにより電子デバイスの誤動作の発生頻度が高まるという不具合が生じてくる。このため、電子デバイスを搭載するための素子搭載用基板としては、より高い放熱性を有するものが求まられており、以前より、例えば、アルミナ質セラミックスを絶縁基体として用いた素子搭載用基板が多用されている。 In recent years, efforts have been made to further improve the performance of these electronic devices. For example, if high integration of LSIs, high brightness of LEDs, and high resolution of imaging devices are achieved, electronic devices may be As the amount of power for operation increases, the amount of heat generation increases, which causes a problem that the frequency of malfunctions of electronic devices increases. Therefore, an element mounting substrate for mounting an electronic device has been demanded to have a higher heat dissipation property. For example, an element mounting substrate using an alumina ceramic as an insulating substrate has been required. It is used a lot.
また、電子デバイスが高性能化されてくると、それ自体の物理的なサイズが大きくなることから、電子デバイスを搭載するための素子搭載用基板のサイズも大面積化が必要になってくる。 Further, as the performance of an electronic device increases, the physical size of the electronic device itself increases. Therefore, the size of the element mounting substrate for mounting the electronic device also needs to be increased.
ところが、素子搭載用基板として、例えば、上記したアルミナ質セラミックス製のものを適用した場合、素子搭載用基板のサイズの増加に伴い、これが実装されるマザーボード（基材はＦＲ−４）との間の熱膨張率の違いから、素子搭載用基板とマザーボードとを接続している端子（この場合、ハンダ製のボール状端子）が破壊されやすく、接続信頼性が低下し易いという問題がある。 However, when the above-described alumina ceramic substrate is applied as the element mounting substrate, for example, the size of the element mounting substrate increases with the mother board (base material is FR-4) on which the element mounting substrate is mounted. Due to the difference in thermal expansion coefficient, the terminals (in this case, solder ball-shaped terminals) connecting the element mounting board and the mother board are easily broken, and there is a problem that the connection reliability is likely to be lowered.
そこで、本出願人は、以前、アルミナ質セラミックスよりも熱伝導率および熱膨張率が高いセラミックスとして、マグネシア質セラミックスを絶縁基体として適用した素子搭載用基板を提案した（例えば、特許文献１を参照）。 Therefore, the present applicant has previously proposed an element mounting substrate in which magnesia ceramic is applied as an insulating base as ceramic having higher thermal conductivity and thermal expansion coefficient than alumina ceramic (see, for example, Patent Document 1). ).
しかしながら、マグネシア質セラミックスはアルミナ質セラミックスに比べて、元々、耐薬品性が弱いことから、例えば、素子搭載用基板を製造するめっき工程において、使用される酸性あるいはアルカリ性の薬品によって絶縁基体が浸食され易く、これにより絶縁基体の表面に形成された導体層の接着強度が低下し易いという問題がある。 However, since magnesia ceramics are inherently weaker in chemical resistance than alumina ceramics, the insulating substrate is eroded by acidic or alkaline chemicals used in, for example, a plating process for manufacturing a device mounting substrate. As a result, there is a problem that the adhesive strength of the conductor layer formed on the surface of the insulating substrate is likely to be lowered.
従って、本発明は、上記課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、マグネシア質セラミックス製の絶縁基体に設けられた導体層の接着強度を高く維持できる素子搭載用基板およびこれを用いた実装基板を提供することである。 Accordingly, the present invention has been devised in view of the above problems, and its purpose is to provide an element mounting substrate capable of maintaining high adhesion strength of a conductor layer provided on an insulating base made of magnesia ceramics, and a substrate for mounting the same. It is to provide a mounting substrate used.
本発明の素子搭載用基板は、マグネシア質セラミックス製の板状をした絶縁基体の両主面に、アルミナ、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種を主成分として含むセラミック部材を設け、該セラミック部材の表面に導体層を設けてなるものである。 The element mounting substrate of the present invention is a ceramic member containing, as a main component, one selected from the group consisting of alumina, cordierite, spinel, steatite and forsterite on both principal surfaces of a plate-like insulating base made of magnesia ceramics. And a conductor layer is provided on the surface of the ceramic member.
本発明の実装基板は、上記の素子搭載用基板の前記導体層上に電気素子が実装されているものである。 The mounting board of the present invention is one in which an electric element is mounted on the conductor layer of the element mounting board.
本発明によれば、マグネシア質セラミックスを絶縁基体に用いても、表面に設けられた導体層の接着強度を高く維持できる。 According to the present invention, the adhesive strength of the conductor layer provided on the surface can be maintained high even when magnesia ceramics is used for the insulating substrate.
図１は、本発明の素子搭載用基板の第１実施形態を示す断面模式図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of an element mounting substrate of the present invention.
第１実施形態の素子搭載用基板は、マグネシア質セラミックス製の板状をした絶縁基体１の表面および内部に導体層３およびビア導体５を有する配線基板７をコア基板とするものである。このコア基板である配線基板７の両主面には、膜状のセラミック部材１３が配置されている。さらに、このセラミック部材１３の表面１３ａには導体層１４が設けられている。
The element mounting board according to the first embodiment uses a
この場合、セラミック部材１３の表面に設けられた導体層１４（以下、表面導体層１４とする。）は、セラミック部材１３を厚み方向に貫いている貫通導体１５を介して配線基板７内部の導体層３またはビア導体５に接続されている。
In this case, a conductor layer 14 (hereinafter referred to as a surface conductor layer 14) provided on the surface of the
絶縁基体１は、絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅ（以下、１ａ〜１ｅと表す場合がある。）が積層された構成である。
The
セラミック部材１３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）およびフォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）の群から選ばれる一種を主成分とするものである。
The
第１実施形態の素子搭載用基板によれば、マグネシア質セラミックス製の絶縁基体１の両主面１ｓｕに、マグネシア質セラミックスよりも耐薬品性の高い、アルミナ、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種を主成分として含むセラミック部材１３が膜状の形で設けられていることから、マグネシア質セラミックス製の絶縁基体１が薬品などによって浸食されるのを防ぐことができる。
According to the element mounting substrate of the first embodiment, alumina, cordierite, spinel, steatite, and forsterite having higher chemical resistance than magnesia ceramics are provided on both main surfaces 1su of the
また、この素子搭載用基板では、表面導体層１４がマグネシア質セラミックス製の絶縁基体１の主面１ｓｕ上ではなく、絶縁基体１の主面１ｓｕに設けられたセラミック部材１３の表面１３ａ上に設けられていることから、マグネシア質セラミックス製の絶縁基体１に比べてセラミック部材１３の耐薬品性が高い分、表面導体層１４のセラミック部材１３との間の接着強度を高く維持することができる。
Further, in this element mounting substrate, the
ここで、セラミック部材中に、アルミナ、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種を主成分として含むとは、セラミック部材１３に最も多くの質量比率（または体積比率）で含まれる場合のことを言い、例えば、セラミック部材のＸ線回折を行ったときに、上記したアルミナ、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトがメインピークとして現れる場合を言う。
Here, the fact that the ceramic member contains one kind selected from the group of alumina, cordierite, spinel, steatite and forsterite as a main component is contained in the
第１実施形態の素子搭載用基板では、膜状であるセラミック部材１３の平均厚みが２０μｍ以下であることが望ましい。膜状のセラミック部材１３の平均厚みが２０μｍ以下であると、マグネシア質セラミックス製の絶縁基体１が有する熱伝導率および熱膨張率の低下を小さくすることができる。こうして、高熱伝導性および高熱膨張性を有し、かつ耐薬品性が高く、表面導体層１４の接着強度の高い素子搭載基板を得ることができる。なお、膜状のセラミック部材１３の平均厚みの下限としては、絶縁基体１の耐薬品性を維持するという理由から１μｍ以上であることが望ましい。
In the element mounting substrate of the first embodiment, it is desirable that the average thickness of the film-shaped
絶縁基体１の厚みとしては１００μｍ以上を有していることが望ましい。また、配線基板７中に占める絶縁基体１の割合（導体層３およびビア導体の部分を除く割合）として６０質量％以上であることが望ましい。
The thickness of the
この素子搭載用基板では、セラミック部材１３は、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種を主成分として含むものであることが望ましい。
In this element mounting substrate, it is desirable that the
セラミック部材１３が、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種を主成分として含むものであると、ＭｇＯを主成分とする絶縁基体１との間で両部材の組成の変動を小さくすることができるため、絶縁性や機械的強度を高く維持することができる。この場合、セラミック部材１３の材料としては、ＭｇＯを主成分とする絶縁基体１との接着力を高くできるという点で、特に、ステアタイトまたはフォルステライトを主成分として含むものがより好ましい。
When the
また、絶縁基体１の両主面１ｓｕに設けられるセラミック部材１３は、上面側および下面側ともに同じ材料を主成分とするものであることが望ましい。絶縁基体１の両主面１ｓｕに設けられるセラミック部材１３が、ともに同じ材料を主成分とするものであると、セラミック部材１３を介した熱伝導率および熱膨張率を絶縁基体１の両主面１ｓｕ側で同じにすることができる。これによりセラミック部材１３の変形が抑えられ、セラミック部材１３が絶縁基体１から剥がれるのを抑えることができる。
The
図２は、第２実施形態の素子搭載用基板を示す断面模式図である。図２に示す素子搭載用基板は、セラミック部材１３が絶縁基体１の側面１ｓｉにも設けられたものである。セラミック部材１３が絶縁基体１の側面１ｓｉに設けられていると、絶縁基体１の両主面１ｓｕだけではなく、絶縁基体１の側面１ｓｉ側についても薬品などによって浸食されるのを防ぐことができる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the element mounting substrate of the second embodiment. In the element mounting substrate shown in FIG. 2, the
この場合、絶縁基体１の側面１ｓｉに設けられるセラミック部材１３の厚みは、上記と
同様の理由から２０μｍ以下であることが望ましく、さらには、セラミック部材１３の材料としても、上記と同様、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種を主成分として含むものが好ましい。
In this case, the thickness of the
また、絶縁基体１の主面１ｓｕおよび側面１ｓｉに設けられるセラミック部材１３は、ともに同じ材料を主成分とするものであることが望ましい。絶縁基体１の主面１ｓｕおよび側面１ｓｉに設けられるセラミック部材１３が、ともに同じ材料を主成分とするものであると、セラミック部材１３を介した熱伝導率および熱膨張率を絶縁基体１の主面１ｓｕおよび側面１ｓｉ側で同じにすることができる。これによりセラミック部材１３の変形が抑えられ、セラミック部材１３が絶縁基体１から剥がれるのを抑えることができる。
Moreover, it is desirable that the
図３は、（ａ）は、第３実施形態の素子搭載用基板を示す断面模式図であり、（ｂ）は、同素子搭載用基板の平面模式図である。図３に示す素子搭載用基板では、セラミック部材１３が、さらに、絶縁基体１の周縁部１ｃｉに環状に設けられた堤部１９を有している。すなわち、セラミック部材１３は、膜状のセラミック部材１７と、このセラミック部材１７上に設けられた堤部１９とを有している。この場合、堤部１９は、絶縁基体１の耐薬品性を高くするという理由から、膜状のセラミック部材１７と一体化させて設けられていることが望ましい。この場合もセラミック部材１３の材料は、アルミナ、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種を主成分として含むものであるのが良い。素子搭載用基板が、図３に示すようなキャビティ構造の場合においても、堤部１９として設けられるセラミック部材１３が上記した材料であれば、マグネシア質セラミックス製である絶縁基板１の熱伝導率および熱膨張率の低下を抑えることができる。この場合、絶縁基板１の表面１ｓｕ上に形成した膜状のセラミック部材１３の場合と同様の理由から、ステアタイトまたはフォルステライトがより望ましい。
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the element mounting substrate of the third embodiment, and FIG. 3B is a schematic plan view of the element mounting substrate. In the element mounting substrate shown in FIG. 3, the
本実施形態の素子搭載用基板は、絶縁基体１の面積が１〜２５００ｍｍ２、厚みが０．１〜５ｍｍと、小型から大型まであらゆるサイズに適したものとなるが、特に、熱膨張率が５×１０−６／℃よりも大きいＦＲ−４製のマザーボードにハンダボールなどの接続端子を介して直接接続されるようなタイプの場合に、素子搭載用基板の面積が４００ｍｍ２以上、特に、９００ｍｍ２以上ある大型の素子搭載用基板として好適なものとなる。
The element mounting substrate of the present embodiment has an
この場合、絶縁基体１の周縁部１ｃｉに設けられる堤部１９のサイズは、搭載される素子のサイズに応じて適宜決められる。
In this case, the size of the
図４は、本発明の実装基板の一実施形態を示す断面模式図である。図４に示す実装基板（以下、符号Ｂを付す。）は、素子搭載用基板（以下、符号Ａを付す。）として、上記した第１実施形態の素子搭載用基板Ａを適用した例である。この実装基板Ｂでは、セラミック部材１３の表面１３ａに設けられた表面導体層１４に接続部材２１を介して電気素子２３が接続されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of the mounting board of the present invention. 4 is an example in which the above-described element mounting substrate A of the first embodiment is applied as an element mounting substrate (hereinafter referred to as “A”). . In the mounting substrate B, the
本実施形態の実装基板Ｂによれば、第１実施形態の素子搭載用基板Ａの構造に基づき、素子搭載用基板Ａを構成するメインの部材であるマグネシア質セラミックス製の絶縁基体１が薬品などによって浸食されるのを防ぐことができる。この実装基板Ｂの場合、マグネシア質セラミックス製の絶縁基体１の主面１ｓｕに耐食性の高いセラミック部材１３を介して半導体素子等の電気素子２３が実装される表面導体層１４が設けられていることから、素子搭載用基板Ａの絶縁基体１としてマグネシア質セラミックスを適用した場合にも表面導体層１４の接着強度を高く維持することができる。こうして表面導体層１４上に実装される電気素子２３の駆動安定性や接続の寿命を長期間維持することができる。
According to the mounting substrate B of the present embodiment, the insulating
次に、素子搭載用基板Ａおよび実装基板Ｂの製造方法について説明する。図５（ａ）（
ｂ）は、第１実施形態の素子搭載基板を例にしたときの製造工程を示す模式図である。図６（ｃ）（ｄ）および（ｅ）は、図５（ａ）（ｂ）に続く製造工程を示す模式図である。
Next, a method for manufacturing the element mounting board A and the mounting board B will be described. FIG.
FIG. 7B is a schematic diagram illustrating a manufacturing process when the element mounting substrate of the first embodiment is taken as an example. FIGS. 6C, 6D, and 6E are schematic views showing manufacturing steps subsequent to FIGS. 5A and 5B.
まず、絶縁層１ａ〜１ｅを形成するためのシート状成形体３１を作製する。シート状成形体３１の固形分としては、例えば、ＭｇＯ粉末を主成分とし、これにＹ２Ｏ３などの希土類元素の酸化物を添加した混合粉末を用いる。この場合、希土類元素の酸化物の添加量は、ＭｇＯ粉末を１００質量部としたときに２〜１０質量部であることが望ましい。
First, the sheet-like molded
次に、混合粉末に対して、有機バインダーを溶媒とともに添加してスラリーを調製した後、これを、例えば、ドクターブレード法を用いて成形することによりシート状成形体３１を得る。
Next, an organic binder is added to the mixed powder together with a solvent to prepare a slurry, which is then molded using, for example, a doctor blade method to obtain a sheet-like molded
次に、図５（ａ）に示すように、作製したそれぞれのシート状成形体３１の所定の箇所に貫通孔を形成し、次いで、形成した貫通孔内に印刷法により導体ペーストを充填し、焼成後にビア導体５となるビアパターン３３を形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (a), through holes are formed in predetermined positions of each of the formed sheet-like molded
次に、ビアパターン３３を形成したシート状成形体３１の主面に、同じく印刷法により導体層３となる配線パターン３５を形成し、こうしてビアパターン３３および配線パターン３５を有するパターンシート３７を形成する。
Next, on the main surface of the sheet-like molded
次に、図５（ｂ）に示すように、作製したパターンシート３７を複数層積層し、加圧加熱することにより、積層体３９を形成する。この積層体３９が焼成後に配線基板７となる部分である。また、積層体３９のうちビアパターン３３および配線パターン３７を除いた部分が、焼成後に絶縁基体１となる部分である。
Next, as shown in FIG.5 (b), the
次に、図６（ｃ）に示すように、この積層体３９の両主面の所定の位置に、膜状のセラミック部材１３用の貫通導体１５となる柱状パターン４１を形成し、次いで、図６（ｄ）に示すように、この柱状パターン４１の周囲を埋めるように、膜状のセラミック部材１３となるセラミック塗膜４３を形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (c),
この場合、セラミック塗膜４３を形成するためのセラミックペーストとしては、アルミナ、コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライトの群から選ばれる一種と有機バインダとを混合して調製したものを用いる。
In this case, as the ceramic paste for forming the
次に、図６（ｅ）に示すように、積層体３９の主面に形成したセラミック塗膜４３の表面に、柱状パターン４１を覆うように導体パターン４５を形成して、素子搭載用基板Ａとなる複合積層体４７を形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (e), a
ビアパターン３３、配線パターン３５、柱状パターン４１および導体パターン４５を形成するための導体ペーストとしては、ＭｇＯを主成分とするシート状成形体３１およびセラミック塗膜４３との同時焼成を可能にするという点で、金属成分として、例えば、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、およびＣｕとＷとの混合粉末のうちのいずれかを適用するのが良い。
As a conductive paste for forming the via
次に、作製した複合積層体４７を所定の条件にて焼成を行って第１実施形態の素子搭載用基板Ａの素体を得る。
Next, the produced
最後に、作製した素体の表面に露出した表面導体層１４に、ＮｉめっきおよびＡｕめっきを施すことによって第１実施形態の素子搭載用基板Ａを得る。
Finally, the element mounting substrate A of the first embodiment is obtained by performing Ni plating and Au plating on the
上記した素子搭載用基板Ａの製造方法によれば、絶縁基体１となる積層体３９の表面に
、セラミック部材１３となるセラミック塗膜４３、貫通導体１５となる柱状パターン４１、および表面導体層１４となる導体パターン４５を生の状態で形成し、積層密着した後に同時焼成するものであることから、絶縁基体１とセラミック部材１３とを直接強固に接着させることができる。また、セラミック部材１３の表面に設けられた表面導体層１４を、セラミック部材１３を厚み方向に貫いている貫通導体１５を介して配線基板７の導体層３またはビア導体５と強固に接合させることができる。こうして、めっき工程を経ても接着強度の高い表面導体層１４を有する素子搭載用基板Ａを得ることができる。
According to the manufacturing method of the element mounting substrate A described above, the
以上、第１実施形態の素子搭載用基板Ａを例にして、その製造方法を説明したが、この製造方法は、第２および第３の実施形態の素子搭載用基板にも適用でき、同様の効果を得ることができる。 The manufacturing method has been described above by taking the element mounting substrate A of the first embodiment as an example, but this manufacturing method can also be applied to the element mounting substrates of the second and third embodiments. An effect can be obtained.
第２実施形態の素子搭載用基板を作製する場合には、図５（ｂ）および図６（ｃ）〜（ｅ）における積層体３９または複合積層体４７の側面にセラミックペーストを用いてセラミック塗膜４３を形成する。
When the element mounting substrate of the second embodiment is manufactured, a ceramic paste is used on the side surface of the laminate 39 or the
第３実施形態の素子搭載用基板を作製する場合には、図６（ｅ）に示す複合積層体４７を形成した後に堤部用成形体を形成する。堤部用成形体はセラミックペーストを用いる以外に、シート状成形体３１を打ち抜き法などを用いて所定の形状に加工した後、これを複合積層体４７の上面に接着させるようにする。
When the element mounting substrate according to the third embodiment is manufactured, the bank portion formed body is formed after the
図７（ａ）（ｂ）は、導体層がセラミック部材内に埋設されている構造の素子搭載用基板の製造工程を示す模式図である。 FIGS. 7A and 7B are schematic views showing a manufacturing process of an element mounting substrate having a structure in which a conductor layer is embedded in a ceramic member.
なお、複合積層体４７を作製する場合、図６（ｃ）〜（ｅ）では、柱状パターン４１および導体パターン４５について、別々に形成する方法を説明したが、これ以外に、図７に示すように、積層体３９の表面に、柱状パターン４１および導体パターン４５を一体化させた導体パターン４６を形成した後に、その周囲にセラミック塗膜４３を形成する方法を採用しても良い。このような製法によれば、焼成後において、表面導体層１４の表面と膜状のセラミック部材１３の表面とが面一になった素子搭載用基板Ａを得ることができ、表面導体層１４をさらに剥がれ難くすることができる。このとき、導体パターン４６（焼成後の表面導体層１４に対応）は、図７に示すように、断面の形状が台形状になっているのが良い。導体パターン４６（表面導体層１４）の断面が台形状であると、導体パターン４６（表面導体層１４）は中央部から周縁部の裾野にかけて厚みが次第に薄くなることから、表面導体層１４の裾野をセラミック部材１３で覆うようにすることができ、これにより表面導体層１４の接着強度をさらに高めることが可能になる。ここで、面一とは、膜状のセラミック部材１３の表面を基準面にしたときに、表面導体層１４の表面が±２μｍ以内の範囲にある場合のことを言う。
In addition, when producing the composite
実装基板Ｂを作製する場合には、作製した素子搭載用基板Ａの表面導体層１４上に、ＣＭＯＳなどの電気素子２３を接続部材２１を介して当接させ、加熱または加圧加熱により接合部材２１を表面導体層１４に接着させて素子搭載用基板Ａに電気素子２３を固定する。次いで、必要に応じて、電気素子２３を有機樹脂で覆うようにする。実装基板Ｂに第３実施形態の素子搭載用基板を適用したときには、堤部１９の上面に蓋体を接合するようにする。蓋体の材料としては、種々のセラミック材料やコバール(Fe-Ni-Co)などの金属材料を適用することが可能である。
When the mounting substrate B is manufactured, an
以下、素子搭載用基板を作製し、評価を行った。まず、ＭｇＯ粉末９３質量％に対して、Ｙ２Ｏ３粉末を７質量％の割合で混合した後、さらに、固形分比率１００質量部に対し
、有機バインダーとしてアクリル系バインダーを１９質量部添加してスラリーを調製した。その後、ドクターブレード法にて平均厚みが０．５ｍｍおよび１ｍｍのシート状成形体を作製した。
Hereinafter, an element mounting substrate was produced and evaluated. First, with respect to 93 wt% MgO powder, after mixing Y 2 O 3 powder at a ratio of 7 wt%, further, the solid content ratio 100 parts by mass, the
次に、得られたシート状成形体に、ビアパターンおよび配線パターンを形成してパターンシートを作製した。ビアパターンの形成には固形分比率が３５体積％の導体ペーストを用い、配線パターンの形成には固形分比率が６５体積％の導体ペーストを用いた。金属粉末としては、Ｍｏ粉末を用いた。 Next, a via pattern and a wiring pattern were formed on the obtained sheet-like molded body to produce a pattern sheet. A conductor paste having a solid content ratio of 35% by volume was used for forming the via pattern, and a conductor paste having a solid content ratio of 65% by volume was used for forming the wiring pattern. Mo powder was used as the metal powder.
次に、作製したパターンシートを図５（ａ）に示すような構成となるように形成した後、積層し、図５（ｂ）に示すような構成の積層体を作製した。 Next, the formed pattern sheet was formed so as to have a configuration as shown in FIG. 5A and then laminated to prepare a laminate having a configuration as shown in FIG.
次に、作製した積層体の上面および下面のビアパターンが露出した箇所に、導体ペーストを用いて柱状パターンを形成し、次いで、この柱状パターンの周囲を埋めるセラミック塗膜を形成した。セラミック塗膜を形成するためのセラミックペーストは、表１（試料Ｎｏ．８〜１３）に示すセラミック材料を含むものを用いた。 Next, a columnar pattern was formed using a conductive paste at a portion where the via pattern on the upper and lower surfaces of the produced laminate was exposed, and then a ceramic coating film was formed to fill the periphery of the columnar pattern. As the ceramic paste for forming the ceramic coating film, one containing a ceramic material shown in Table 1 (Sample Nos. 8 to 13) was used.
次に、積層体の両主面に形成したセラミック塗膜の表面に、柱状パターンを覆うように導体パターンを形成して、素子搭載用基板となる複合積層体を形成した。柱状パターンおよび導体パターンにも金属粉末としてはＭｏ粉末を適用した。表面導体層は焼成後の面積が２ｍｍ×２ｍｍとなるように設定した。また、表面導体層を形成した領域の周囲に、面積が２ｍｍ×２５ｍｍの接着強度測定用の表面導体層を隣接させて形成した。 Next, a conductor pattern was formed so as to cover the columnar pattern on the surface of the ceramic coating film formed on both main surfaces of the laminate, thereby forming a composite laminate to be an element mounting substrate. Mo powder was applied as the metal powder to the columnar pattern and the conductor pattern. The surface conductor layer was set so that the area after firing was 2 mm × 2 mm. Further, a surface conductor layer for measuring adhesive strength having an area of 2 mm × 25 mm was formed adjacent to the periphery of the region where the surface conductor layer was formed.
次に、作製した複合積層体を焼成することにより素子搭載用基板の素体を得た。焼成条件は、Ｎ２／Ｈ２混合ガスを用いた還元雰囲気中、最高温度を１６００℃、保持時間を１時間とした。 Next, the element body substrate was obtained by firing the composite laminate. The firing conditions were a maximum temperature of 1600 ° C. and a holding time of 1 hour in a reducing atmosphere using an N 2 / H 2 mixed gas.
表１の試料Ｎｏ．２〜７については、積層体の上面および下面に柱状パターンを形成した時点で一旦、上記と同様の条件（Ｎ２／Ｈ２混合ガスを用いた還元雰囲気中、最高温度を１６００℃、保持時間を１時間）にて焼成を行い、その後に、試料Ｎｏ．２〜７の材料を含むセラミックペーストを塗布し、さらに、その表面に導体パターンを形成した後、還元雰囲気中、１５５０℃、１時間の熱処理を行ってセラミック塗膜の焼き付けを行った。 Sample No. in Table 1 As for 2 to 7, once columnar patterns were formed on the upper and lower surfaces of the laminate, the same conditions as above (maximum temperature was 1600 ° C., holding time in a reducing atmosphere using N 2 / H 2 mixed gas) 1 hour), and thereafter, sample No. A ceramic paste containing materials 2 to 7 was applied, and a conductor pattern was formed on the surface. Then, the ceramic coating film was baked by heat treatment at 1550 ° C. for 1 hour in a reducing atmosphere.
最後に、作製した素体の表面に露出した表面導体層に、ＮｉめっきおよびＡｕめっきを施すことによって素子搭載用基板を得た。 Finally, an element mounting substrate was obtained by applying Ni plating and Au plating to the surface conductor layer exposed on the surface of the fabricated element body.
得られた素子搭載用基板は、平面の面積が３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚みが２．５ｍｍであった。 The obtained device mounting substrate had a plane area of 30 mm × 30 mm and a thickness of 2.5 mm.
次に、得られた素子搭載用基板について、めっき工程の前後におけるＭｇの溶出量をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）分析により求めた。 Next, for the obtained device mounting substrate, the elution amount of Mg before and after the plating step was determined by ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis.
Ｍｇの溶出量を求めるための試料としては、作製した素子搭載用基板から縦横のサイズが２５ｍｍ×２５ｍｍに切り出したものを浸漬用サンプルとし、リン酸を５質量％含む水溶液を調製し、これを８０℃に加温した後、サンプルを１分ほど浸漬したものを用いた。試料数は１個とした。 As a sample for determining the elution amount of Mg, an aqueous solution containing 5% by mass of phosphoric acid was prepared by immersing a sample obtained by cutting the produced device mounting substrate into a vertical and horizontal size of 25 mm × 25 mm. After heating to 80 ° C., a sample immersed for about 1 minute was used. The number of samples was one.
表面導体層の接着強度は、素子搭載用基板の膜状のセラミック部材の表面に形成した面積が２ｍｍ×２５ｍｍの表面導体層を用いて評価した。この場合、表面導体層の表面に別に無電解Ｎｉめっきを施した後、Ａｇロウを用いてステンレス製の金具を取り付け、この
金具を引きはがす時の荷重を測定することにより求めた。試料数（測定箇所）は５個とし、平均値を求めた。
The adhesive strength of the surface conductor layer was evaluated using a surface conductor layer having an area of 2 mm × 25 mm formed on the surface of the film-shaped ceramic member of the element mounting substrate. In this case, after electroless Ni plating was separately applied to the surface of the surface conductor layer, a stainless steel metal fitting was attached using Ag brazing, and the load when the metal fitting was peeled off was measured. The number of samples (measurement locations) was five, and the average value was obtained.
また、作製した素子搭載用基板について、厚み方向の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定した。試料は素子搭載用基板から直径１０ｍｍの試料を切り出したものを用いた。試料数は１個とした。 Further, the thermal conductivity in the thickness direction of the produced device mounting substrate was measured by a laser flash method. A sample obtained by cutting a sample having a diameter of 10 mm from the element mounting substrate was used. The number of samples was one.
比較例として、絶縁基体の両主面に膜状のセラミック部材を設けないものについて、同様の評価を行った。 As a comparative example, the same evaluation was performed on a case where no film-like ceramic member was provided on both main surfaces of the insulating base.
表１の結果からわかるように、膜状のセラミック部材を設けなかった試料（試料Ｎｏ．１）は、Ｍｇの溶出量が５６０μｇ／ｍｌであり、表面導体層の接着強度が５Ｎ、および素子搭載用基板の熱伝導率が４５Ｗ／ｍ・Ｋであったが、絶縁基体の両主面に膜状のセラ
ミック部材を形成した試料（試料Ｎｏ．２〜１３）は、Ｍｇの溶出量は３５０μｇ／ｍｌ以下と少なく、また、その導体層の接着強度は２１Ｎ以上であった。このとき、素子搭載用基板の熱伝導率は２２〜４２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
As can be seen from the results in Table 1, the sample (sample No. 1) in which no film-like ceramic member was provided had a Mg elution amount of 560 μg / ml, a surface conductor layer adhesive strength of 5 N, and an element mounting The thermal conductivity of the substrate for the test was 45 W / m · K, but the sample (sample Nos. 2 to 13) in which the film-like ceramic members were formed on both main surfaces of the insulating base had an elution amount of Mg of 350 μg / The adhesion strength of the conductor layer was 21 N or more. At this time, the thermal conductivity of the element mounting substrate was 22 to 42 W / m · K.
これらの試料の中で、セラミック部材としてＭｇＯを含む材料（コージエライト、スピネル、ステアタイトおよびフォルステライト）を適用した試料（試料Ｎｏ．４〜１３）では、Ｍｇの溶出量が９５μｇ／ｍｌ以下、表面導体層の接着強度が３２Ｎ以上、素子搭載用基板の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。 Among these samples, in samples (sample Nos. 4 to 13) to which a material containing MgO (cordierite, spinel, steatite and forsterite) as a ceramic member is applied, the elution amount of Mg is 95 μg / ml or less, the surface The adhesive strength of the conductor layer was 32 N or more, and the thermal conductivity of the element mounting substrate was 30 W / m · K or more.
さらに、セラミック部材としてステアタイトまたはフォルステライトを含む材料を適用した試料（試料Ｎｏ．８〜１３）では、Ｍｇの溶出量が９０μｇ／ｍｌ以下、導体層の接着強度が３３Ｎ以上、素子搭載用基板の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。 Furthermore, in the sample (sample Nos. 8 to 13) to which a material containing steatite or forsterite is applied as a ceramic member, the elution amount of Mg is 90 μg / ml or less, the adhesive strength of the conductor layer is 33 N or more, and the element mounting substrate The thermal conductivity of was 30 W / m · K or more.
Ａ・・・・・・・・・・・素子搭載用基板
Ｂ・・・・・・・・・・・実装基板
１・・・・・・・・・・・絶縁基体
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・絶縁層
１ｓｕ・・・・・・・・・（絶縁基体の）主面
１ｓｉ・・・・・・・・・（絶縁基体の）側面
１ｃｉ・・・・・・・・・（絶縁基体の）周縁部
３・・・・・・・・・・・導体層
５・・・・・・・・・・・ビア導体
７・・・・・・・・・・・配線基板
１３、１７・・・・・・・セラミック部材
１３ａ・・・・・・・・・（セラミック部材の）表面
１４・・・・・・・・・・表面導体層
１５・・・・・・・・・・貫通導体
１９・・・・・・・・・・堤部
２１・・・・・・・・・・接続部材
２３・・・・・・・・・・電気素子
A ... Element mounting board B ... Mounting
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