JP7488885B2 - 電子部品搭載用基板および電子装置 - Google Patents
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Description
本開示は、電子部品搭載用基板および電子装置に関する。
近年、自動車のヘッドランプ等に用いられるＬＥＤ、ＬＤ等の電子装置は、高い放熱性が求められる。このような電子装置には、例えば、金属基体と絶縁基板とを有する電子部品搭載用基板が用いられている（例えば、国際公開２０１７／１８８２３７号公報を参照。）。
本開示の電子部品搭載用基板は、第１面を有する金属基体と、第２面を有し、該第２面に、枠状の第１金属層を有する絶縁基板と、前記第１面と前記第１金属層とを接合する接合材と、を備え、前記接合材は、平面透視で、前記第１金属層を含み、かつ、前記第１金属層に囲まれた領域に位置している。
本開示の電子装置は、上記記載の電子部品搭載用基板と、該電子部品搭載用基板に搭載された電子部品とを有している。
本開示のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態における電子部品搭載用基板１は、第１面11ａを有する金属基体11と、第２面21ａを有し、第２面21ａに、枠状の第１金属層22を有する絶縁基板21と、第１面11ａと第１金属層22とを接合する接合材31と、を備えている。接合材31は、平面透視で、第１金属層22を含み、かつ、第１金属層22に囲まれた領域に位置している。平面透視で、第２面21ａの第１金属層22に囲まれた領域に第２金属層23が位置している。絶縁基板21の第２面21ａと対向する面には、配線層24が位置している。図１Ａ～図５において、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に電子部品搭載用基板１等が使用される際の上下を限定するものではない。
本実施形態における電子部品搭載用基板１は、第１面11ａを有する金属基体11と、第２面21ａを有し、第２面21ａに、枠状の第１金属層22を有する絶縁基板21と、第１面11ａと第１金属層22とを接合する接合材31と、を備えている。接合材31は、平面透視で、第１金属層22を含み、かつ、第１金属層22に囲まれた領域に位置している。平面透視で、第２面21ａの第１金属層22に囲まれた領域に第２金属層23が位置している。絶縁基板21の第２面21ａと対向する面には、配線層24が位置している。図１Ａ～図５において、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に電子部品搭載用基板１等が使用される際の上下を限定するものではない。
金属基体11は、第１面11ａ（図１Ａ～図５では上面）および第１面11ａと厚み方向で反対側に第３面（図１Ａ～図５では下面）と、側面とを有している。金属基体11は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅（Ｃｕ）、銅－タングステン（Ｃｕ－Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料を用いることができる。電子部品搭載用基板１が、自動車のヘッドランプ等に適用される場合、金属基体11は、軽量であるという点からアルミニウムを用いてもよい。
絶縁基板21は、第２面21ａ（図１Ａ～図５では下面）および第２面21ａと厚み方向で反対側に第４面（図１Ａ～図５では上面）と、側面とを有している。絶縁基板21は、単層または複数の絶縁層からなり、絶縁基板21は、平面視すなわち第２面21ａに垂直な方向から見ると方形状を有している。金属基体11の第１面11ａと絶縁基板21の第２面21ａとは相対して位置している。絶縁基板21は、電子部品２を支持するための支持体として機能する。絶縁基板21は、平面視にて第４面側に電子部品２を搭載するための配線層24と、平面視にて第２面21ａ側に金属基体11と接合するための第１金属層22と第２金属層23とを有している。
絶縁基板21は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等のセラミックスを用いることができる。絶縁基板21は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等のセラミックスを用いることができる。絶縁基板21は、例えば窒化アルミニウム質焼結体である場合であれば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），酸化エルビニウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿物を作製する。上記の泥漿物を、従来周知のドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用して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する。必要に応じて、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、高温（約1800℃）で焼成することによって、単層または複数の絶縁層からなる絶縁基板21が製作される。絶縁基板21は、放熱性に優れた電子部品搭載用基板１として、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体を用いてもよい。
第１金属層22は、絶縁基板21の第２面21ａに位置している。第２金属層23は、絶縁基板21の第２面21ａに位置している。第１金属層22および第２金属層23は、接合材31等の接合部として用いられ、金属基体11と絶縁基板21とを接合するためのものである。
配線層24は、絶縁基板21の第４面に位置している。配線層24は、ボンディングワイヤ等の接続部材３の接続部として用いられ、電子部品２とモジュール用基板の接続パッドとを電気的に接続するためのものである。
第１金属層22および第２金属層23、配線層24は、薄膜層およびめっき層とを含んでいる。薄膜層は、例えば、密着金属層とバリア層とを有している。薄膜層を構成する密着金属層は、絶縁基板21の第２面21ａまたは第４面に形成される。密着金属層は、例えば、窒化タンタル、ニッケル－クロム、ニッケル－クロムーシリコン、タングステン－シリコン、モリブデン－シリコン、タングステン、モリブデン、チタン、クロム等から成り、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の薄膜形成技術を採用することにより、絶縁基板21の第２面21ａまたは第４面に被着される。例えば真空蒸着法を用いて形成する場合には、絶縁基板21を真空蒸着装置の成膜室内に設置して、成膜室内の蒸着源に密着金属層と成る金属片を配置する。その後、成膜室内を真空状態（１０－２Ｐａ以下の圧力）にするとともに、蒸着源に配置された金属片を加熱して蒸着させ、上記の蒸着した金属片の分子を絶縁基板21に被着させることにより、密着金属層と成る薄膜金属の層を形成する。そして、薄膜金属層が形成された絶縁基板21にフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターンを形成した後、エッチングによって余分な薄膜金属層を除去することにより、密着金属層が形成される。密着金属層の上面にはバリア層が被着され、バリア層は密着金属層とめっき層と接合性、濡れ性が良く、密着金属層とめっき層とを強固に接合させるとともに密着金属層とめっき層とが相互拡散し難くする作用をなす。バリア層は、例えば、ニッケルークロム、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト等から成り、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の薄膜形成技術により密着金属層の表面に被着される。
密着金属層の厚さは0.01～0.5μｍ程度が良い。0.01μｍ未満では、絶縁基板21上に密着金属層を強固に密着させることが困難となる傾向がある。0.5μｍを超える場合は密着金属層の成膜時の内部応力によって密着金属層の剥離が生じ易くなる。また、バリア層の厚さは0.05～１μｍ程度が良い。0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生してバリア層としての機能を果たしにくくなる傾向がある。１μｍを超える場合は、成膜時の内部応力によりバリア層の剥離が生じ易くなる。
めっき層は、電解めっき法または無電解めっき法によって、薄膜層の露出した表面に被着される。めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性、接続部材３との接続性に優れる金属から成るものであり、例えば、厚さ0.5～５μｍ程度のニッケルめっき層と0.1～３μｍ程度の金めっき層とが順次被着される。上記によって、第１金属層22および第２金属層23、配線層24が効果的に腐食し難くできるとともに、配線層24と接続部材３との接合、第１金属層22および第２金属層23と金属基体11との接合を強固にできる。
また、バリア層上に、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属層を配置し、めっき層が良好に形成されるようにしても構わない。上記の金属層は、薄膜層と同様な方法により形成される。
金属基体11と絶縁基板21とは、金属基体11の第１面11ａと絶縁基板21の第２面21ａに位置する第１金属層22および第２金属層23とが、接合材31により接合されている。接合材31は、平面透視で、第１金属層22に囲まれた領域に位置している。また、接合材31の外縁（外側面）は、メニスカスの形状となっている。接合材31は、第１金属層22に囲まれた領域において、平面透視において、金属基体11の第１面11ａ全領域に接合している。接合材31は、第１金属層22に囲まれた領域において、平面透視において、第１金属層22と第２金属層23とを除く領域においては、絶縁基板21の第２面21ａに接合していない。なお、接合材31は、平面透視で、第１金属層22に囲まれた領域から第１金属層22に囲まれた領域の外側まで位置していてもよい。上記の場合、接合材31は、平面透視で、絶縁基板21の外縁の内側に位置していてもよい。
電子部品搭載用基板１の絶縁基板21の第４面に電子部品２を搭載し、電子装置を作製できる。電子部品搭載用基板１に搭載される電子部品２は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子、ＰＤの（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等の受光素子である。例えば、電子部品２がワイヤボンディング型の発光素子である場合には、発光素子は、低融点ろう材または導電性樹脂等の接合部材によって、絶縁基板21上に固定された後、ボンディングワイヤ等の接続部材３を介して発光素子の電極と配線層24とが電気的に接続されることによって電子部品搭載用基板１に搭載される。上記により、電子部品２は配線層24に電気的に接続される。
また、例えば、電子部品２がフリップチップ型の電子部品２である場合には、電子部品２は、はんだバンプ、金バンプまたは導電性樹脂（異方性導電樹脂等）等の接続部材３を介して、電子部品２の電極と配線層24とが電気的および機械的に接続されることによって電子部品搭載用基板１に搭載される。
また、電子部品搭載用基板１の第４面には、複数の電子部品２を搭載してもよいし、必要に応じて、電子部品２の周囲に抵抗素子または容量素子等の小型の電子部品、他の部品を搭載してもよい。電子部品搭載用基板１の第４面に複数の電子部品２を搭載する場合、平面視で複数の電子部品２を囲む領域を搭載部11ａとして考えればよい。また、電子部品２は必要に応じて、樹脂またはガラス等からなる封止材を用いて、あるいは、樹脂、ガラス、セラミックスまたは金属等からなる蓋体等により封止される。なお、図５に示す例のように、電子装置にヒートシンク等の放熱部材４を取り付けても構わない。
本実施形態の電子部品搭載用基板１によれば、第１面11ａを有する金属基体11と、第２面21ａを有し、第２面21ａに、枠状の第１金属層22を有する絶縁基板21と、第１面11ａと第１金属層22とを接合する接合材31と、を備え、接合材31は、平面透視で、第１金属層22を含み、かつ、第１金属層22に囲まれた領域に位置している。上記構成により、接合材31が、第１金属層22に囲まれた領域に位置するので、金属基体11と絶縁基板21との熱膨張に差が生じたとしても、第１金属層22に囲まれた領域に位置する接合材が、金属基体11と絶縁基板21との熱膨張差による応力を分散し、電子部品搭載用基板１全体の歪みが少なくなる。その結果、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
絶縁基板21が0.3ｍｍ以下の厚みの薄い基板であったとしても、絶縁基板21の第４面に電子部品２を搭載する際に、電子部品２の下方に接合材が位置するので、電子部品２を搭載する際に、絶縁基板21の撓みを低減することができ、電子部品２を良好に搭載することができ、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
絶縁基板21は、図２に示す例のように、第２面21ａの正面視における第１金属層22の内側に位置する第２金属層23を有している。上記構成により、電子部品２を作動させた際に、金属基体11と絶縁基板21との熱膨張差が生じたとしても、第１金属層22と第２金属層23との間の圧縮応力が、第１金属層22と第２金属層23との間に位置する接合材31によって分散され、絶縁基板21にかかる応力を低減し、絶縁基板21の歪みがより少なくなる。その結果、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
接合材31は、縦断面視において、第１金属層22に囲まれた領域における高さが、第１金属層22または第２金属層23と接合する領域における高さと同等である。上記構成により、第１金属層22と第２金属層23との間の圧縮応力が、第１金属層22と第２金属層23との間に位置する接合材31によって良好に分散され、絶縁基板21にかかる応力を低減し、絶縁基板21の歪みがより少なくなる。その結果、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
接合材31は、図３Ａおよび図３Ｂに示す例のように、縦断面視において、第１金属層22に囲まれた領域における高さは、第１金属層22または第２金属層23と接合する領域における高さよりも高くなっている。すなわち、第１金属層22に囲まれた領域において、絶縁基板21の第２面21ａと接合材31との間隔は、第１金属層22の厚みまたは第２金属層23の厚みよりも小さくなっている。上記構成により、第１金属層22と第２金属層23との間の圧縮応力が、第１金属層22と第２金属層23との間に位置する接合材31によって良好に分散され、絶縁基板21にかかる応力を低減し、絶縁基板21の歪みがより少なくなる。その結果、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
第２金属層23は、図２に示す例のように、正面視において第１金属層22と繋がっている。上記構成により、第２金属層23と繋がっている方向に直交する方向における第１金属層22と第２金属層23との間の圧縮応力が、第１金属層22と第２金属層23との間に位置する接合材31によって良好に分散され、絶縁基板21にかかる応力を低減し、絶縁基板21の歪みがより少なくなる。その結果、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
上述の場合、第２金属層23は、図２に示す例のように、第１金属層22に囲まれた領域にて帯状に形成され、第１金属層22に繋がって形成される。
第２金属層23は、図６Ａおよび図６Ｂに示す例のように、正面視において第１金属層22と離れている。上記構成により、第１金属層22と第２金属層23との間の圧縮応力が、第１金属層22と第２金属層23との間に位置する接合材31によって良好に分散され、絶縁基板21にかかる応力を低減し、絶縁基板21の歪みがより少なくなる。その結果、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
上述の場合、第２金属層23は、図６Ａおよび図６Ｂに示す例のように、第１金属層22に囲まれた領域にて１乃至複数の金属層として形成される。第２金属層23は、平面透視にて、円形状、四角形状の多角形状として形成される。また、第２金属層23は、複数の金属層とする場合においては、それぞれの第２金属層23の間における圧縮応力が、それぞれの第２金属層23の間に位置する接合材31によって分散され、絶縁基板21にかかる応力を低減し、絶縁基板21の歪みがより少なくなる。その結果、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
電子部品２として、発光素子を用いる場合、長期にわたって使用することができる高輝度で小型の発光素子搭載用の電子部品搭載用基板１とすることができる。
本実施形態の電子装置によれば、上記構成の電子部品搭載用基板１と、電子部品搭載用基板１に搭載された電子部品２とを有していることにより、長期間にわたって良好に使用することができる電子装置とすることができる。
電子装置の配線層24は、外部装置の配線導体に電気的に接続される。
また、図５に示す例のように、電子装置の下面に、Ａｌ等からなる放熱部材４を接合している。上記構成により、電子装置の熱を放熱部材４により良好に放熱することができ、長期間にわたって良好に使用することができる電子装置とすることができる。
放熱部材４は、例えば、平面透視にて電子装置と放熱部材４との接合部より外側に、貫通孔が設けられ、上記の貫通孔内を螺子止めすることより電子装置が外部装置に保持され、電子装置の配線層と外部装置の配線導体とが接続材により電気的に接続される。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態による電子部品搭載用基板１について、図７～図８Ｂを参照しつつ説明する。
次に、第２の実施形態による電子部品搭載用基板１について、図７～図８Ｂを参照しつつ説明する。
第２の実施形態における電子部品搭載用基板１において、上記した実施形態の電子部品搭載用基板１と異なる点は、縦断面視において、絶縁基板21の第２面21ａに位置する第１金属層22と第２金属層23の厚みが異なる点である。
第２の実施形態における電子部品搭載用基板１によれば、上述した実施形態の電子部品搭載用基板１と同様に、接合材31が、第１金属層22に囲まれた領域に位置するので、金属基体11と絶縁基板21との熱膨張に差が生じたとしても、第１金属層22に囲まれた領域に位置する接合材が、金属基体11と絶縁基板21との熱膨張差による応力を分散し、電子部品搭載用基板１全体の歪みが少なく、信頼性に優れた電子部品搭載用基板１とすることができる。
第２の実施形態の電子部品搭載用基板１は、第１の実施形態の電子部品搭載用基板１と同様に、第２金属層23は、正面視において第１金属層22と繋がっていても良いし、正面視において第１金属層22と離れていても良い。
第２の実施形態の電子部品搭載用基板１は、その他は上述の実施形態の電子部品搭載用基板１と同様の製造方法を用いて製作することができる。
本開示は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。例えば、絶縁基板21は、平面視において側面または角部に、切欠きまたは面取りを有している矩形状であっても構わない。
１・・・・電子部品搭載用基板
11・・・・金属基体
11ａ・・・第１面
21・・・・絶縁基板
21ａ・・・第２面
22・・・・第１金属層
23・・・・第２金属層
24・・・・配線層
31・・・・接合材
２・・・・電子部品
３・・・・接続部材
４・・・・放熱部材
11・・・・金属基体
11ａ・・・第１面
21・・・・絶縁基板
21ａ・・・第２面
22・・・・第１金属層
23・・・・第２金属層
24・・・・配線層
31・・・・接合材
２・・・・電子部品
３・・・・接続部材
４・・・・放熱部材
Claims (4)
- 第１面を有する金属基体と、
第２面を有し、該第２面に、枠状の第１金属層を有する絶縁基板と、
前記第１面と前記第１金属層とを接合する接合材と、
を備え、
前記接合材は、平面透視で、前記第１金属層を含み、かつ、前記第１金属層に囲まれた領域に位置しており、
前記絶縁基板は、前記第２面の正面視における前記第１金属層の内側に位置する第２金属層を有し、
前記第１金属層と前記第２金属層との間に前記接合材が位置しており、
前記接合材は、前記第１金属層に囲まれた領域において、平面透視において、前記第１金属層と前記第２金属層とを除く領域においては、前記第２面に接合しておらず、
前記接合材は、縦断面視において、前記第１金属層に囲まれた領域における高さは、前記第１金属層または前記第２金属層と接合する領域における高さよりも高くなっている、電子部品搭載用基板。 - 前記第２金属層は、前記正面視において前記第１金属層と離れている、請求項１に記載の電子部品搭載用基板。
- 前記第２金属層の一部は、前記正面視において前記第１金属層と繋がっている、請求項１に記載の電子部品搭載用基板。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品搭載用基板と、
該電子部品搭載用基板に搭載された電子部品と、を有している電子装置。
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