JP5848901B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック焼結体からなる絶縁板に、この絶縁板を厚み方向に貫通する貫通導体が形成されてなり、絶縁板の上下面の配線導体等が貫通導体を介して電気的に接続された配線基板に関するものである。

従来、電子部品搭載用等に使用される配線基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなり、主面（上面や下面）に配線導体が形成された絶縁板と、その絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔内に銅等の導体材料が充填されてなる貫通導体（ビア導体）とを備えたものが用いられている。絶縁板の上下面の配線導体は、貫通孔が形成された位置で上下に重なり合う部分を有し、この部分で貫通導体を介して互いに電気的に接続されている。

このような配線基板は、例えば絶縁板の上面の配線導体に電子部品の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブが接続され、下面の配線導体が回路基板等の外部電気回路基板に接続される。そして、絶縁板の上面の配線導体と、貫通導体と、絶縁板の下面の配線導体とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、信号の送受や、電子部品に対する電気的な検査等が行なわれる。

特開平７−94840号公報

しかしながら、このような配線基板においては、絶縁板と貫通導体との熱膨張率に差がある（貫通導体の方が大きい）ため、電子部品を搭載するための加熱時等に熱が作用したときに、貫通導体の方が絶縁板に比べて大きく膨張しようとする。また、この場合の貫通導体の熱膨張は、絶縁板に妨げられない貫通導体の長さ方向に大きい。そのため、貫通導体が絶縁板の主面よりも外側に突出する可能性や、貫通導体が絶縁板（貫通導体の内側面）から剥離する可能性があるという問題点があった。

貫通導体が突出したり剥離したりした場合には、例えば絶縁板の主面に形成した配線導体や、配線導体と貫通導体との接続部分等において機械的な破壊が生じて電気的な断線が生じやすくなり、配線基板としての信頼性が低下する。

本発明は上記従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔に充填された貫通導体の突出や剥離を抑制することが可能な配線基板を提供することにある。

本発明の配線基板は、セラミック焼結体からなる絶縁板に、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通導体を形成してなる配線基板であって、前記貫通導体は、内部に非充填部を有する導体材料が前記絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔内に充填されて形成されており、前記貫通導体の長さ方向の断面において前記非充填部が円形状または楕円形状であり、複数の前記非充填部が前記貫通導体の長さ方向に分散して配置されており、前記貫通孔がテーパー状であり、前記非充填部が前記貫通孔の中央部に偏って配置されていることを特徴と
する。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、複数の前記非充填部は互いに大きさが揃っていることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、複数の前記非充填部は、前記前記貫通導体の長さ方向に一定の間隔で配列されていることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記非充填部が前記貫通導体の端面に接しないように配置されていることを特徴とする。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、前記貫通孔がテーパー状であり、前記導体材料が前記貫通孔の上端から下端にかけて該貫通孔の内側面に層状に付着していることを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、絶縁板を厚み方向に貫通する貫通導体が、内部に非充填部を有する導体材料が絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔内に充填されて形成されており、前記貫通導体の長さ方向の断面において前記非充填部が円形状または楕円形状であることから、熱が作用して貫通導体が絶縁板に比べて大きく膨張しようとしたときに、この貫通導体の膨張の相当の部分を非充填部内への貫通導体の膨張によって吸収することができる。そのため、貫通導体が絶縁板の主面よりも外側に突出したり、絶縁板から剥離したりする可能性を効果的に低減することができる。したがって、貫通導体の絶縁板からの突出や剥離が効果的に抑制された配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、複数の非充填部が、貫通導体の長さ方向に分散して配置されており、複数の前記非充填部は互いに大きさが揃っている場合には、貫通導体の長さ方向に沿って貫通導体の外側への熱膨張をより効果的に抑制することができる。したがって、この場合には、貫通導体の特に長さ方向の熱膨張に起因して生じる、貫通導体の突出や剥離をより効果的に抑制することができる。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、複数の前記非充填部が、貫通導体の長さ方向に一定の間隔で配列されている場合には、貫通導体の長さ方向に沿って貫通導体の外側への熱膨張を抑制する効果を、貫通導体の長さ方向において偏りなく得る上で有効である。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、非充填部が、貫通導体の端面に接しないように配置されている場合には、貫通導体の端面に露出した非充填部内に外部の水分が入り込んで、この水分に起因する貫通導体の腐食やマイグレーション等が発生することをより効果的に抑制することができる。そのため、この場合には、貫通導体の突出や剥離を抑制することができるとともに、貫通導体の電気的な信頼性を高く確保する上でも有効な配線基板を提供することができる。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、貫通孔がテーパー状であり、導体材料が貫通孔の上端から下端にかけて貫通孔の内側面に層状に付着している場合には、テーパー状の貫通孔内への導体材料の加圧等による充填（より大きな開口側からの充填）がより容易であり、配線基板としての生産性を高める上で有効である。また、この貫通孔の内側面に、貫通孔の上端から下端にかけて導体材料が付着しているため、貫通孔の内側面に対する導体材料の付着の面積を大きくして、貫通導体と絶縁板（貫通孔の内側面）との接合強度を高める上で有効である。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、貫通孔がテーパー状であり、非充填部が貫通孔の中央部に偏って配置されている場合には、上記と同様に貫通孔内への導体材料の充填が容易であり、配線基板としての生産性を高める上で有効である。また、貫通孔の中央部に非充填部が偏っている（多い）ので、貫通孔の外周側において導体材料中の非充填部が比較的少ない。そのため、この場合にも、貫通孔の内側面に対する導体材料の付着の面積を大きくして、貫通導体と絶縁板（貫通孔の内側面）との接合強度を高める上で有効である。

（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例における要部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 図１に要部を示す配線基板全体の一例を模式的に示す上面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。 （ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。 本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す斜視図である。

本発明の配線基板を添付の図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の一例における要部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図２は、図１に要部を示す配線基板全体の一例を模式的に示す平面図である。図１および図２において、１は絶縁板，２は貫通導体，３は貫通孔，４は内部に非充填部５を有する導体材料である。絶縁板１に形成された貫通孔３内に導体材料４が充填されて、絶縁板１に、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通導体２が形成されてなる配線基板が基本的に形成されている。なお、図１に示したのは配線基板の一部（図２に示す配線基板の破線で区切ったＢ部分）であり、このような部分が複数、縦横の並びに配列されて、図２に模式的に示すような配線基板の全体が構成されている。

絶縁板１は、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，ムライト質焼結体，ガラスセラミック焼結体，ガラス母材中に結晶成分を析出させた結晶化ガラスまたは雲母やチタン酸アルミニウム等の微結晶焼結体からなる、金属材料とほぼ同等の精密な機械加工が可能なセラミック材料（いわゆるマシナブルセラミックス）等のセラミック焼結体により形成されている。

絶縁板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。すなわち、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末に適当な有機バインダおよび有機溶剤を添加混合して作製したスラリーをドクターブレード法やリップコータ法等のシート成形技術でシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製して、その後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工によって適当な形状および寸法とするとともに、これを約1300〜1500℃の温度で焼成することによって製作することができる。

絶縁板１は、例えば四角板状や円板状等であり、例えば上面が、実装や電気チェックを
行なう電子部品（図示せず）を搭載（電子部品を配線基板に電気的および機械的に接続して電子装置とするための実装、または電子部品に対して電気的なチェックを施すための一時的な載置）するための部位として使用される。電子部品としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子およびＬＥＤ（発光ダイオード）やＰＤ（フォトダイオード），ＣＣＤ（電荷結合素子）等の光半導体素子を含む半導体素子，弾性表面波素子や水晶振動子等の圧電素子，容量素子，抵抗器，半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ素子）等の種々の電子部品が挙げられる。

図１および図２に示す例において、絶縁板１の上面および下面には、それぞれ配線導体６が形成されている。配線導体６は、例えば電子部品と電気的に接続されて、この電子部品に対する信号の送受や、電子部品に対する電気的なチェックを行なうためのプローブを接続するための端子として機能する。絶縁板１の上下面の配線導体６は、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通導体２を介して互いに電気的に接続されている。

配線導体６と電子部品との電気的な接続は、例えば配線導体６の所定部分に電子部品の電極（図示せず）を半田等の導電性接続材を介して接合することによって行なわれる。この場合、配線導体６について、例えば図１および図２に示したように貫通導体２の端面を覆う円形状等の比較的大きなパターンで（いわゆる接続パッドとして）形成しておいて、半田の接合面積をより広くして、電子部品に対する電気的な接続の信頼性を向上させるようにしてもよい。

配線導体６は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，チタン，タングステン，モリブデン，マンガン等の金属材料またはこれらの金属材料の合金材料からなる。
配線導体６は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製したタングステンのペーストを、絶縁板１となるセラミックグリーンシートの主面にスクリーン印刷法等の方法で所定パターンに塗布し、その後、セラミックグリーンシートと同時焼成することによって形成することができる。

また、（未焼成の上記セラミックグリーンシートの状態ではなく）セラミック焼結体からなる絶縁板１にスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の薄膜法で、配線導体６を形成することも可能である。

なお、絶縁板１の上面に樹脂絶縁層（図示せず）と、貫通導体２や配線導体６と電気的に接続された薄膜配線層（図示）とを順次積層して、その薄膜配線層のうち最上面に露出するものを電子部品の電極に電気的に接続させるようにしてもよい。この場合には、薄膜配線層の微細化および高密度化が容易であるため、電子部品の電極の高密度化に対応する上で有利である。

貫通孔３は、例えば、セラミック焼結体からなる絶縁板１にレーザ光の照射による孔あけ加工（レーザ加工）を施すことによって形成されている。貫通孔３について、（未焼成の上記セラミックグリーンシートの状態ではなく）セラミック焼結体からなる絶縁板１に孔あけ加工を施して形成した場合には、焼成時の収縮に起因する寸法精度の低下の影響を受けない。そのため、この場合には、絶縁板１における貫通孔３の位置精度を高くする上で有利である。

貫通孔３は、例えば、直径が100μｍ〜700μｍ程度の円形状であり、この貫通孔３の内側に導体材料４が充填されて貫通導体２が形成されている。

導体材料４は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，ニッケル，コバルト，チタン
、タングステン，モリブデン，マンガン、アルミニウム等の金属材料またはこれらの金属材料の合金材料からなる。貫通導体２は、例えば上下の配線導体６等の、絶縁板１の上下にそれぞれ配置される導体の間を電気的に接続するためのものであるため、貫通導体２の電気抵抗を低く抑えることを考慮すれば、導体材料４としては銅または銀が特に適している。

導体材料４は、例えば銀や銅の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した導体ペーストを貫通孔３内に真空吸引を併用したスクリーン印刷法等の方法で埋め込んだ後、この導体ペーストを絶縁板１とともに加熱することによって、貫通孔３内に充填させることができる。

このような配線基板において、例えば、絶縁板１の上面の配線導体６に電子部品（図示せず）の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブ（図示せず）が接続され、下面の配線導体６が回路基板等の外部電気回路基板（図示せず）に接続される。そして、絶縁板１の上面の配線導体６と、貫通導体２と、絶縁板１の下面の配線導体６とを介して、電子部品が外部電気回路と電気的に接続され、信号の送受や、電子部品に対する電気的なチェック等が行なわれる。なお、電子部品に対する電気的なチェックは、例えば半導体集積回路素子の集積回路が正常に作動するか否かの検査である。この場合には、半導体基板（シリコンウエハ等）に形成された多数の半導体集積回路素子（図示せず）に対して、個片に切断する前に一括して検査を行なうために、例えば図１に示したような配線基板が、半導体基板と同じ程度の大きさの母基板に配列形成されたものが使用される。この場合の配線基板（多数個配列された配線基板）は、いわゆるプローブカードとして使用することができる。

この導体材料４は、内部に非充填部５を有している。つまり、貫通導体２は、貫通孔３を完全に充填しているのではなく、内部に導体が充填されていない空間部分を有している。このように、絶縁板１を厚み方向に貫通する貫通導体２が、内部に非充填部５を有する導体材料４が貫通孔３内に充填されて形成されていることから、熱が作用して貫通導体２（具体的には導体材料４）が絶縁板１に比べて大きく膨張しようとしたときに、この貫通導体２の膨張の相当の部分を非充填部５内への貫通導体２の膨張によって吸収することができる。そのため、貫通導体２が絶縁板１の主面よりも外側に突出したり、剥離したりすることを効果的に抑制することができる。したがって、貫通導体２の絶縁板１からの突出や剥離が効果的に抑制された配線基板を提供することができる。

本発明の配線基板においては、上記のように貫通導体２の絶縁板１（主面）からの突出が抑制されているため、貫通導体２の突出による配線導体６の剥がれや変形等を効果的に抑制することができる。そのため、例えば配線基板をプローブカード用の基板として使用するときには、配線導体６に対するプローブの接続を容易かつ確実に行なうことが可能な配線基板とすることができる。また、貫通導体２の絶縁板１（具体的には貫通孔３の内側面）からの剥離が抑制されているため、貫通導体２を介した絶縁板１の上下面間の電気的な接続信頼性を高くする上で有効な配線基板とすることができる。

非充填部５は、貫通導体２の熱膨張を吸収する上では大きいほど好ましいが、大きくし過ぎると、貫通導体２の電気抵抗を、配線基板として不適当な程度にまで大きくしてしまう可能性がある。そのため、非充填部５は、貫通導体２の電気抵抗を所定の範囲に抑えることができる範囲で、できるだけ大きくするようにすることが好ましい。

このような条件を考慮して、例えば、絶縁板１が酸化アルミニウム質焼結体（熱膨張係数が約７×10^−６／℃）からなり、貫通導体２を形成する導体材料４が銀（熱膨張係数が18×10^−６／℃）粉末からなる導体ペーストであれば、非充填部５が導体材料４内に約５
〜20体積％程度含まれるように設定すればよい。

また、非充填部５は、図１に示した例では、縦断面（貫通導体２の長さ方向の断面）の形状が、貫通導体２の幅方向（貫通孔３の長さ方向に直交する方向）に長軸が沿った楕円形状であるが、長軸が貫通導体２の長さ方向に沿った楕円形状や円形状，不定形状でもかまわない。ただし、貫通導体２の長さ方向の熱膨張を効果的に吸収することを重視する場合には、楕円形状が適している。

また、非充填部５は、熱膨張の吸収に加えて貫通導体２の電気抵抗の増加を抑制することを考慮すれば、断面について、貫通導体２の幅方向に長軸が沿った楕円形状のものよりも円形状のものが（同じ体積であれば）適している。

なお、非充填部５は、図１に示した例では１個のみであるが、複数個が導体材料４に含まれていてもかまわない。非充填部５について、その合計の体積が同じであれば、比較的大きなものが１個である場合よりも、比較的小さなものが複数個分散されている場合の方が、貫通導体２の電気抵抗の増加を抑制する上で好ましい。これは、非充填部５が１個のみである場合には、比較的大きな非充填部５が形成された位置において貫通導体２の電気抵抗が大きくなって（いわゆるネックになって）しまい、貫通導体２全体としての電気抵抗が大きくなる可能性があることによる。

さらに、非充填部５は、貫通導体２内における断線を避けるために、貫通導体２の横断面の全面にわたる（貫通導体２が非充填部５において不連続になる）ことがないように配置する必要がある。

このような非充填部５を有する導体材料４は、例えば、以下のようにして作製することができる。

すなわち、上記のように貫通孔３内に導体材料４となる導体ペーストを充填する際に、導体ペーストを連続して貫通孔３内に充填するのではなく、まず貫通孔３の途中まで導体ペーストを入れた後、しばらく（例えば数十秒程度）間をおいて、その後、先に入れた導体ペーストと途切れるようにして残りの導体ペーストを貫通孔３内に入れる（充填する）。これによって、先に入れた導体ペーストと後から入れた導体ペーストとの間に隙間が生じ、非充填部５が形成される。

この場合、非充填部５の個数は、間をおいた回数によって調整することができる。また、非充填部５の大きさは、間をおいた時間によって調整することができる。また、非充填部５の形状は、充填時の導体ペーストに加える圧力の大きさや方向によって調整することができる。

本発明の配線基板は、上記構成において、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、複数の非充填部５が、貫通導体２の長さ方向に分散して配置されている場合には、貫通導体２の長さ方向に沿って貫通導体２の外側への熱膨張をより効果的に抑制することができる。したがって、この場合には、貫通導体２の特に長さ方向の熱膨張、つまり貫通導体２が貫通孔３の長さ方向に絶縁板１よりも大きく熱膨張することに起因して生じる、貫通導体２の突出や剥離をより効果的に抑制することができる。なお、図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

図３（ａ）に示す例は、例えば貫通孔３の幅方向の寸法（円形状の貫通孔３の直径等）に比べて１／３程度の直径（長軸）の比較的大きな球状または楕円球状の非充填部５が分
散している例であり、導体ペーストを貫通孔３内に充填する作業が容易で配線基板としての生産性を高く確保する上で有利である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す例よりも小さい非充填部５が貫通孔３の長さ方向に加えて幅方向にも分散している例であり、貫通導体２の熱膨張を貫通導体２の全域においてより同じ程度に吸収できるようにした例である。

なお、複数の非充填部５は貫通導体２（貫通孔３）の長さ方向に分散しているので、貫通導体２の一部において貫通導体２の幅（横断面の面積）が他の部分に比べて著しく小さくなるようなことを抑制して、貫通導体２の電気抵抗の増加を抑制する上でも有効である。この場合、分散させる複数の非充填部５の大きさを貫通導体２の幅方向の寸法（貫通孔導体が円柱状であればその直径）に対して、例えば20％程度に小さく抑えておけば、貫通導体２の電気抵抗の増加を抑制する上で特に有効である。

複数の非充填部５を貫通孔３の長さ方向に分散させるには、貫通導体２を形成する導体材料４となる導体ペーストの貫通孔３内への充填を上記のように複数回にわけて行ない、充填される導体ペースト内に逐次非充填部５が形成されるようにすればよい。

貫通孔３の長さ方向に分散させる複数の非充填部５は、それぞれの大きさおよび形状が互いに同様であっても、異なっていても構わない。いずれの場合においても、貫通孔３の長さ方向に沿って、貫通導体２の熱膨張を吸収する効果を得ることができる。ただし、後述するように、非充填部５の大きさが同じ程度に揃っている方が、貫通導体２の熱膨張を抑制する上でより有効である。

また、本発明の配線基板は、上記のように複数の非充填部５が貫通孔３の長さ方向に分散して配置されている構成において、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数の非充填部５が、貫通孔３の長さ方向に一定の間隔で配列されている場合には、貫通孔３の長さ方向に沿って貫通導体２の外側への熱膨張を抑制する効果を、貫通導体２の長さ方向において偏りなく得る上で有利である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

すなわち、貫通孔３の長さ方向において非充填部５の配置に偏りがある場合には、非充填部５が比較的密に配置されている部分においては貫通導体２の熱膨張を吸収する上で有利であるが、非充填部５が比較的疎に配置されている部分においては貫通導体２の熱膨張を吸収する効果が比較的低くなる可能性がある。これに対して、複数の非充填部５が、貫通孔３の長さ方向に一定の間隔で配列されている場合には、貫通孔３（貫通導体２）の長さ方向に沿ってほぼ同じ程度に熱膨張を吸収する効果を得ることができる。

図４（ａ）は、複数の非充填部５が（平面視で同様の位置に）一列に配置されている例である。この場合には、貫通導体２を形成する導体材料４内の平面視で同様の位置に順次非充填部５が形成されるようにして、導体ペーストを貫通孔３内に充填すればよい。そのため、配線基板としての生産性を高く確保する上で有利である。

図４（ｂ）は、複数の非充填部５が複数の列（２列）の配置されている例である。この場合には、非充填部５が貫通導体２の幅方向にもある程度分散するため、貫通導体２の熱膨張を貫通導体２の全域においてより同じ程度に吸収できるようにする上で有利である。

図４（ｃ）は、複数の非充填部が、貫通孔３の長さ方向に沿った複数の列で並んで配置されているとともに、貫通導体２の幅方向に沿っても複数の列（段）で並んで配置されている例である。この場合には、貫通導体２の熱膨張を貫通導体２の全域においてより同じ程度に吸収できるようにする上で、より有利である。また、貫通孔３の横断面の面積から
この横断面における非充填部５の面積を差し引いた面積、つまり通電に有効な貫通導体２の横断面の面積が貫通導体２の長さ方向の一部において他の部分よりも著しく小さくなる（一部において電気抵抗が大きくなる）ようなことを抑制して、貫通導体２の電気抵抗を低く抑える上でも有利である。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、図５（ａ）に示すように複数の非充填部５の大きさが揃っている場合には、例えば図５（ｂ）に示すように複数の充填部５の大きさが異なる場合に比べて、それぞれの非充填部５において同じ程度の割合で貫通導体の熱膨張を吸収することができる。そのため、貫通導体２が絶縁板１よりも大きく熱膨張することに起因する貫通導体２の突出や剥離を貫通導体２内における偏りを防いで抑制する上で有利である。なお、図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

複数の非充填部５の大きさを揃える場合には、個々の非充填部５の大きさを貫通導体３に対して比較的大きく（例えば、直径が約300μｍの貫通導体２に対して、非充填部５が
、直径が約100〜200μｍの球形状等）なるように設定すればよい。この場合には、個々の非形成部５の大きさが比較的大きいため、前述したように（導体ペーストを入れる際に間をおいた時間等で）非形成部５の大きさを調整する際に、多少個々の非形成部５の大きさがばらついたとしても、複数の非形成部５の大きさの比を１に近くすることができる。

また、本発明の配線基板は、上記構成において、非充填部５が、貫通導体２の端面に接しないように配置されている場合には、貫通導体２の端面に露出した非充填部５内に外部の水分が入り込んで、この水分に起因する貫通導体２の腐食やマイグレーション等が発生することをより効果的に抑制することができる。そのため、この場合には、貫通導体２の突出や剥離を抑制することができるとともに、貫通導体２の電気的な信頼性を高く確保する上でも有効な配線基板を提供することができる。

この場合、非充填部５のうち貫通導体２の端面に最も近いものが、その非充填部５の大きさの半分以上（球状の非充填部５であればその半径程度以上）、上記端面から離れているようにすることが好ましい。

例えば貫通導体２を形成する導体材料４が銀または銀を主成分とする合金材料であり、非充填部５が半径50μｍ程度の球状のものである場合には、非充填部５は、貫通導体２の端面から50μｍ程度離れるようにすればよい。なお、この場合の距離は、貫通導体２の端面から、この端面に最も近い非充填部５の外縁までの距離である。

また、上記配線基板は、例えば図６に示すように、貫通孔３がテーパー状であってもよい。なお、図６（ａ）は本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図６において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

貫通孔３をテーパー状とした場合には、その貫通孔３内への導体材料４（加熱によって導体材料４となる導体ペースト等）の充填がより容易になる。すなわち、絶縁板１の上面および下面における貫通孔３の開口のうち大きい方の開口から貫通孔３内へ導体ペーストを加圧して押し込むようにすれば、貫通孔３内に導体ペーストを容易に充填させることができる。この場合、加圧により貫通孔３内に押し込まれる導体ペーストが、加圧の方向である上下方向に対して斜めに交差している貫通孔３の内側面に対して押し付けられるため、この内側面に対する導体ペーストの密着性を向上させることもできる。なお、この場合でも、前述した方法（導体ペーストを複数回に分けて貫通孔３内に充填する方法）等の方
法により、非充填部５を容易に形成することができる。

なお、貫通孔３をテーパー状とするには、例えばレーザ加工で絶縁板１に孔あけ加工を施す際に、レーザ光の強度や照射時間，照射範囲等の条件を調整して、孔あけを始める側（レーザ光が直接照射される側。例えば上面。）における絶縁板１の開口が反対側（例えば下面）における開口よりも大きくなるようにすればよい。

貫通孔３をテーパー状とする場合、縦断面における貫通孔３の側面の、絶縁板１の主面に対する傾斜角度は60〜80度程度に設定すればよい。

この場合、例えば図７に示すように、導体材料４が貫通孔３の上端から下端にかけて貫通孔３の内側面に付着している。すなわち、上記テーパー状の貫通孔３内への導体材料４の加圧による充填等によって、導体材料４が貫通孔３の内側面の全面またはほぼ全面に付着している。なお、図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の配線基板の実施の形態の他の例における要部を示す断面図である。図７において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

貫通孔３がテーパー状であり、導体材料４が貫通孔３の上端から下端にかけて貫通孔３の内側面に付着している場合には、上記のように貫通孔３内への導体材料４の加圧等による充填が容易であり、配線基板としての生産性を高める上で有効である。

また、この貫通孔３の内側面に上記のように導体材料４が付着しているため、貫通孔３の内側面に対する導体材料４の付着の面積を大きくして、貫通導体２と絶縁板１（貫通孔３の内側面）との接合強度を高める上で有効である。

なお、この場合、導体材料４は、例えば図７（ａ）における仮想線Ｃよりも貫通孔３の外側の、貫通孔３の内側面（ほぼ全面）に沿って層状に付着した領域と、仮想線Ｃよりも貫通孔３の中央側の、非充填部５が比較的多い領域とを含むものとみなすこともできる。この外側の領域が貫通導体２の絶縁板１に対する付着を強固なものとし、中央側の領域が導体材料４の熱膨張を吸収する。

また、非充填部５は、図７（ｂ）に示すように不定形状であっても構わない。上記のように導体材料４（導体ペースト）をテーパー状の貫通孔３内に加圧して充填した場合には、非充填部５が図示したような不定形状になりやすい傾向がある。

また、例えば図７（ｂ）に示したように、貫通孔３がテーパー状であるときに、非充填部５が貫通孔３の中央部（横断面における中央部）に偏って配置されている場合には、上記と同様に貫通孔３内への導体材料４の充填が容易であり、配線基板としての生産性を高める上で有効である。また、貫通孔３の中央部に非充填部５が偏っている（多い）ので、貫通孔３の外周側において導体材料４中の非充填部５が比較的少ない。そのため、この場合にも、貫通孔３の内側面に対する導体材料４の付着の面積を大きくして、貫通導体２と絶縁板１（貫通孔３の内側面）との接合強度を高める上で有効である。

なお、貫通孔３がテーパー状である場合には、貫通孔３の開口が大きい側では貫通孔３の一定の長さ当たりに含まれる導体材料４の体積がより大きくなり、熱膨張の量（導体材料４の増える体積の絶対値）も大きくなる。この場合、上記のように貫通孔３の中央側の広い範囲で非充填部５が配置されていれば、この熱膨張をより効果的に吸収することができる。

すなわち、貫通孔３をテーパー状とした場合には、前述したように導体材料４の貫通孔
３内への加圧等による充填をより容易とすることができるものの、この場合には、貫通孔３の開口が大きい側において導体材料４（貫通導体２）の突出や剥離が生じやすくなる可能性がある。これに対して、上記のように非充填部５を配置しておけば、この導体材料４の膨張を効果的に非充填部５で吸収して、貫通導体２の突出等をより効果的に抑制することができる。

なお、貫通孔３がテーパー状である場合、つまり貫通導体２がテーパー状である場合に、配線基板は、例えば図８に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子搭載用基板として用いてもよい。なお、図８は、本発明の配線基板の実施の形態の他の例を示す斜視図である。図８において図１と同様の部位には同様の符号を付している。また、配線導体６については、配線導体６が形成されている領域を模式的に示し、詳細なパターンは省略している。

配線基板を発光素子搭載用基板として用いた例において、絶縁板１の上面に１対の配線導体６が形成され、配線導体６が形成された領域に電子部品としての発光素子（図示せず）の搭載部７が設けられている。搭載部７に発光素子が搭載され、例えば発光素子の下面に形成された複数の電極がはんだバンプ（図示せず）等を介して対応する配線導体６にそれぞれ電気的に接続（いわゆるフリップチップ接続）される。この発光素子が樹脂等で封止されて、発光装置が作製される。この場合、発光素子の電極が貫通導体２によって絶縁板１の下面側に電気的に導出され、例えば絶縁板１の下面に形成された配線導体６を介して外部電気回路基板等に電気的に接続される。絶縁板１の下面に形成された配線導体６は、貫通導体２と電気的に接続された発光素子等の電子部品を外部電気回路基板に接続するためのパッドや、放熱用の金属層を含む。

なお、図８に示す例において、テーパー状の貫通孔３は、絶縁板１の上面側において開口が小さく、下面側で開口が大きい。これは、例えば発光素子等の電子部品の電極に対応させて複数の配線導体６が絶縁板１の上面に高い密度で形成されるような場合に、配線導体６の線幅がより小さくなる傾向があることによる。すなわち、配線導体６の線幅に対応して、これに接続される貫通導体２の端部分の面積（円形状の貫通導体２の場合であれば直径）が小さい方が適している。

配線基板は、発光素子搭載用基板として用いる場合には、発光素子で発生する熱を効果的に外部に放熱できるものであることが好ましい。そのため、この場合には、絶縁板１を窒化アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で形成することが好ましい。絶縁板１を窒化アルミニウムで形成した場合には、導体材料４にチタン等の活性金属材料を添加して、導体材料４の絶縁板１（貫通孔３の内側面）に対する付着の強度を確保する。活性金属材料を添加した導体材料４は、内部に非充填部５を有しながら、貫通孔３の内側面に接する部分には非充填部５が存在しないことが好ましい。すなわち、上記のように、導体材料４が、貫通孔３の内側面に層状に付着した領域と、非充填部５が偏っている（比較的多く含まれる）領域とにより構成されることが好ましい。

なお、非充填部５が偏っているか否かは、例えば、顕微鏡等を用いた貫通導体２の縦断面の観察において、この縦断面を一定の単位面積（図７（ｂ）に一例を模式的に示す）で縦横に区画したときに、その単位面積内における非充填部５の面積比率が大きいか小さいかによって識別することができる。

例えば、直径が約200〜300μｍ程度のテーパー状の貫通孔３に配置された貫通導体２の場合であれば、貫通導体２の上記縦断面の観察において、単位面積を2500μｍ^２（50×50μｍ）に設定して、この単位面積における非充填部５の面積比率が50％以上であれば、この部分では非充填部５が偏って存在していると判定してよい。

酸化アルミニウム質焼結体からなるセラミック基板に直径が約680μｍで長さが約2500
μｍの貫通孔をレーザ加工で形成し、この貫通孔の内側に導体ペーストとして銀ペーストを充填し、約900℃で加熱して貫通導体を形成して、以下に述べる実施例１，２および比
較例の配線基板をそれぞれ100個ずつ作製した。作製した配線基板について、貫通導体の
絶縁板主面からの突出の有無および寸法を表面粗さ計で測定した。

また、実施例１，２および比較例の各配線基板100個について、加速試験として温度サ
イクル試験（−20℃〜＋125℃、1000サイクル）の後、貫通導体の電気抵抗を測定し、抵
抗値が変化したものについては貫通導体を断面観察して確認し、絶縁板からの剥離の有無を確認した。

（実施例１）
貫通導体を形成する導体材料内に、直径が約150〜200μｍの球形状、または長軸が約150〜200μｍで短軸が約120〜180μｍの楕円球状の非充填部を１個ずつ含むようにして作製した。非充填部の位置は、貫通導体の長さ方向の中央部に設定した。

（実施例２）
貫通導体を形成する導体材料内に、直径が約100〜150μｍの球形状、または長軸が約100〜150μｍで短軸が約50〜100μｍ程度の楕円球状の非充填部を５個または６個ずつ含む
ようにして作製とした。非充填部の位置は、貫通導体の長さ方向にほぼ200〜250μｍ程度間隔で上下１列に並ぶように設定した。

（比較例）
非充填部を含まない導体材料を用いて貫通導体を形成した。

これらの実施例１，２および比較例の配線基板について、上記の試験および測定を行なった。

（試験結果）
その結果、実施例の配線基板では貫通導体の絶縁板からの突出および剥離が見られなかったのに対し、比較例の配線基板では１個の配線基板において２つの貫通導体に、他の１個の配線基板において１つの貫通導体に、それぞれ約20μｍ程度の突出が発生していた。また、比較例の配線基板では、１個の配線基板において貫通導体の端部が貫通孔の内側面から数μｍ程度の幅で剥がれているのが確認された。

以上の結果により、本発明の配線基板における、貫通導体の剥がれを抑制する効果を確認することができた。

１・・・絶縁板
２・・・貫通導体
３・・・貫通孔
４・・・導体材料
５・・・非充填部
６・・・配線導体
７・・・搭載部

Claims (5)

1. セラミック焼結体からなる絶縁板に、該絶縁板を厚み方向に貫通する貫通導体を形成してなる配線基板であって、
   前記貫通導体は、内部に非充填部を有する導体材料が前記絶縁板を厚み方向に貫通する貫通孔内に充填されて形成されており、
   前記貫通導体の長さ方向の断面において前記非充填部が円形状または楕円形状であり、
   複数の前記非充填部が前記貫通導体の長さ方向に分散して配置されており、
   前記貫通孔がテーパー状であり、前記非充填部が前記貫通孔の横断面における中央部に偏って配置されていることを特徴とする配線基板。
2. 複数の前記非充填部は互いに大きさが揃っていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 複数の前記非充填部は、前記貫通導体の長さ方向に一定の間隔で配列されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
4. 前記非充填部が前記貫通導体の端面に接しないように配置されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
5. 前記貫通孔がテーパー状であり、前記導体材料が前記貫通孔の上端から下端にかけて該貫通孔の内側面に層状に付着していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。

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