JP2006156747A

JP2006156747A - 配線基板

Info

Publication number: JP2006156747A
Application number: JP2004345795A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nagai; 誠永井; Atsushi Uchida; 敦士内田; Setsuo Yada; 節男矢田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】基板本体の表面に開口するキャビティの側面に、腐食や変色を生じにくい金属反射層を有する発光素子を実装するための配線基板を提供する。
【解決手段】セラミック（絶縁材）ｓ１〜ｓ７からなり且つ表面５および裏面６を有する基板本体２と、かかる基板本体２の表面５に開口し且つ底面８に発光素子１６の実装エリアａを有するキャビティ７と、少なくともキャビティ７の傾斜した側面９および基板本体５の表面に形成され且つアルミニウムまたはアルミニウム合金の金属層１１，１２と、を含む、配線基板１。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば発光ダイオードのような発光素子を実装するための配線基板に関する。

発光素子を実装する配線基板においては、かかる発光素子を実装するキャビティの側面に金属反射層を形成すると共に、当該キャビティ内に封止用樹脂を表面が平坦になるようにして充填することで、上記発光素子からの光を外部に効率良く反射できる。ところで、上記金属反射層は、一般に、キャビティの側面に対して、Ａｇをメッキすることにより、形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３４７５９７号公報（第１〜５頁、図１）

しかしながら、Ａｇメッキによる前記金属反射層は、酸化や硫化による腐食や変色を生じ易いため、発光素子から発光された光の反射率が年月と共に低下せざるを得なくなる、という問題点があった。

本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、基板本体の表面に開口するキャビティの側面に、腐食や変色を生じにくい金属反射層を有する発光素子実装するための配線基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、基板本体の表面に開口するキャビティの側面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属層を形成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の配線基板（請求項１）は、絶縁材からなり且つ表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体の表面に開口し且つ底面に発光素子の実装エリアを有するキャビティと、少なくとも前記キャビティの側面および基板本体の表面に形成され且つアルミニウムまたはアルミニウム合金の金属層と、を含む、ことを特徴とする。

これによれば、光の反射層となる金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるため、Ａｇメッキによる前記金属反射層に比べて、光の反射率では若干劣る反面、酸化や硫化による腐食や変色を生じ難いので、実装する発光素子から発光された光を外部に効率良く反射することが可能となる。しかも、上記金属層をキャビティの側面と基板本体の表面とに連続して形成する形態とした場合は、発光素子を実装した後、キャビティ内に固化前の封止樹脂を充填した際に、かかる封止樹脂の固化に伴う収縮応力を、キャビティ側面の金属層と基板本体表面の金属層とのコーナ付近に集中させず、かかる表面部分にも分散できる。従って、実装する発光素子からの光を安定して外部に放射することができる。

尚、前記絶縁材には、例えばアルミナを主成分とするセラミック、あるいは例えばエポキシ系の合成樹脂が含まれる。また、前記キャビティは、平面視で円形、楕円形、または長円形を呈すると共に、これらのキャビティの側面は、基板本体の厚み方向に沿った垂直面のほか、基板本体の表面に向かって広くなる傾斜面も含まれる。更に、前記アルミニウムは、純アルミニウムを指し、前記アルミニウム合金は、純アルミニウム以外の全てアルミニウム合金（、ＪＩＳ：１０００系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系など）を指すと共に、本明細書において、これらを、以下単にアルミニウムと称するものとする。加えて、かかるアルミニウムは、後述するように、キャビティを内側に有する枠体部の全表面に対し、真空蒸着、スパッタリング、溶融アルミニウム浴への浸漬などすることで形成される。

また、本発明には、前記基板本体は、前記表面および底面を有し且つ前記キャビティが貫通する枠体部と、前記キャビティの底面を含む上面および前記裏面を有する基板部とからなり、上記枠体部は上記基板部の上に搭載されると共に、前記金属層は、上記枠体部における全ての表面に形成されている、配線基板（請求項２）も含まれる。
これによれば、枠体部における全ての表面、即ち、キャビティの側面、基板本体の表面と外側面、および当該枠体部の底面に対して、真空蒸着、スパッタリング、溶融アルミニウム浴への浸漬などを施すことで、これらにアルミニウムからなる金属層を形成できる。かかる枠体部を、キャビティの底面を含む上面および前記裏面を有する基板部の上に搭載することで、上記金属層を有する基板本体を確実に形成することができる。しかも、上記金属層を全表面に有する枠体部と上記基板部とを組み合わせることで、各種の配線構造を有し且つ発光素子の実装が可能な複数種の配線基板を容易に組み立てることも可能となる。

付言すれば、本発明の配線基板は、前記基板本体は、前記基板部の上面に前記枠体部の底面を接着したものである、とすることも可能である。
これによる場合、全ての表面にアルミニウムの金属層を形成した枠体部と、前記基板部と、を確実に積層して一体化した配線基板となる。
尚、基板部において追ってキャビティの底面となる上面中の実装エリアに、発光素子を先に実装した後、かかる基板部と前記枠体部とを積層して接着する方法により、前記基板本体を形成することも可能である。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明における一形態の配線基板１を示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図である。
配線基板１は、図１，図２に示すように、平面視が正方形で且つ表面５および裏面６を有する基板本体２と、かかる基板本体２の表面５に開口するキャビティ７と、かかるキャビティ７の傾斜した側面９および基板本体２の表面５などに沿って連続して形成された金属層１１〜１４と、を含んでいる。
上記基板本体２は、例えばアルミナを主成分とするセラミック（絶縁材）層ｓ１〜ｓ７を一体に積層したもので、その内部には配線層２１〜２３が所要のパターンで形成され、その裏面６には、裏面電極２０が形成されると共に、これらの間にビア導体１９が介在している。

図１，図２に示すように、基板本体２は、前記表面５および底面１０を有し且つこれらを貫通するほぼ円錐形のキャビティ７を有する枠体部３と、かかるキャビティ７の底面８でもある上面８および前記裏面６を有する基板部４とからなり、枠体部３は、基板部４の上に接着によって一体に搭載されている。因みに、基板本体２のサイズは、約５ｍｍ×５ｍｍ×０．９ｍｍである。
前記キャビティ７は、図１，図２に示すように、平面視が円形で且つ全体がほぼ円錐形を呈し、その底面８中央の実装エリアａには、平面視が正方形を呈する例えば発光ダイオードなどの発光素子１６がロウ材１５またはエポキシ系樹脂を介して実装されている。

図１，図２に示すように、キャビティ７の底面８には、前記ビア導体１９と接続されたパッド１８が形成され、かかるパッド１８と発光素子１６との間には、ワイヤ１７がボンディングにより接続されている。
尚、キャビティ７のサイズは、内径約３．６ｍｍ×深さ約０．４５ｍｍであり、その側面９の傾斜角（仰角）は、３０〜８０度となっている。また、上記ロウ材８は、例えばＡｕ−Ｓｎ系の低融点合金からなる。更に、上記パッド１８、ビア導体１９、裏面電極２０、および配線層２１〜２３は、ＷまたはＭｏを主成分とする導電性メタライズを焼成したものである。

図１，図２に示すように、枠体部３における全ての表面、即ち、キャビティ７の側面９、基板本体２の表面５、および当該枠体部３の外側面と底面１０に沿って連続して形成された金属層１１〜１４は、厚み約１〜５μｍのアルミニウムからなる。かかる金属層１１〜１４のアルミニウムは、後述するように、当該枠体部３の全表面に対し、公知の真空蒸着、スパッタリング、溶融したアルミニウム浴への浸漬などする方法により形成されている。尚、アルミニウムからなる金属層１１〜１４の剥離を防ぐため、かかる金属層１１〜１４の下地としてＣｒ（クロム）からなる金属層（厚さ１００〜１０００Å）を設ける場合もある。
前記実装エリアａに発光素子１６を実装した後、当該キャビティ７内は、封止用樹脂により封止される。かかる配線基板１は、例えばマザーボードのような図示しないプリント基板の表面に位置する表面電極と裏面電極２０との間に形成されるロウ材とを介して、当該プリント基板の表面に実装される。

以上のような配線基板１によれば、キャビティ７の側面９に設けたアルミニウムの金属層１１により、実装エリアａに実装する発光素子１６から発光された光を所要の角度で外部に効率良く反射できると共に、長期間にわたり酸化や硫化による腐食や変色が少ないため、安定した光の反射作用を保つことができる。
しかも、枠体部３における全ての表面（表面５、側面９、底面１０、外側面）にアルミニウムの金属層１１〜１４がほぼ同じ厚みで被覆されている。このため、発光素子１６の実装した後に、キャビティ７内に固化前の封止樹脂を充填した際に、かかる封止樹脂の固化に伴う収縮応力が、金属層１１，１２間のコーナ部に集中して、金属層１１〜１４にクラックが入ったり、更には一部が剥離するといった不具合を抑制できる。従って、光の反射面である金属層１１が強固に形成され且つ安定した光の反射が可能な配線基板１となる。

ここで、前記配線基板１の製造方法について説明する。
先ず、アルミナを主成分とするグリーンシートｓ１〜ｓ３に、図示しないポンチとダイとを所定幅のクリアランスを置いて、互いに異なる内径の円形で且つ傾斜した貫通孔を打ち抜いた後、これらのグリーンシートｓ１〜ｓ３を積層して圧着する。
その結果、図３の断面図で示すように、表面５および底面１０を有し、これらの間を傾斜した側面９を有するキャビティ７が貫通する枠体部３が形成される。かかる枠体部３を所定の温度域に加熱・保持して焼成する。
次いで、一体に焼成されたセラミック層ｓ１〜ｓ３からなる枠体部３に対し、真空中においてアルミニウムを蒸着する。その結果、図４の上方に示すように、枠体部３における全ての表面、即ち、表面５、キャビティ７の側面９、および当該枠体部３の底面１０と外側面に沿って、連続して厚みが約１〜５μｍのアルミニウムからなる金属層１１〜１４が形成される。この際、かかる金属層１１〜１４の剥離を防ぐため、その下地として予めＣｒ（クロム）からなる金属層（厚さ１００〜１０００Å）を設けても良い。

一方、別途にアルミナを主成分とするグリーンシートｓ４〜ｓ７を用意し、これらの表面や裏面にＷなどからなる導電性メタライズを所定パターンで印刷すると共に、これらのグリーンシートｓ４〜ｓ７を貫通するビアホールにも上記導電性メタライズを印刷・充填する。かかるグリーンシートｓ４〜ｓ７を積層して圧着した後、前記同様に加熱・保持して焼成する。
その結果、図４の下方に示すように、一体に焼成されたセラミック層ｓ４〜ｓ７からなり、上面８のパッド１８、内部の配線層２１〜２３、ビア導体１９、および裏面６の裏面電極２０を有する基板部４が形成される。

そして、図４中の白抜きの矢印で示すように、枠体部３の底面１０と基板部４の上面８との間に、図示しない接着剤層を形成した後、基板部４の上に枠体部３を一体に搭載する。
その結果、図５に示すように、表面５および裏面６、かかる表面５に開口するキャビティ７、かかるキャビティ７の底面８の中央に実装エリアａを有する基板本体２を得ることができる。
尚、以上の工程は、前記グリーンシートｓ１〜ｓ７を、多数個取り用の大版タイプとすると共に、これらを切断予定線に沿って複数個に分割し、得られた枠体部３と基板部４とを接着することによって、多数の配線基板１を同時に得る方法に置き換えることもできる。

図６は、異なる形態の配線基板１ａを示す平面図、図７は、図６中のＹ−Ｙ線の視角に沿った垂直断面図である。
配線基板１ａは、図６，図７に示すように、平面視が正方形で且つ表面５ａおよび裏面６を有する基板本体２ａと、かかる基板本体２ａの表面５ａに開口するキャビティ７ａと、かかるキャビティ７ａの垂直な側面９ａ、かかる側面９ａおよび基板本体２ａの表面５ａなどに沿って連続して形成された金属層１１ａ，１２ａ，１３，１４と、を含んでいる。
上記基板本体２ａも、アルミナなどを主成分とするセラミック（絶縁材）層ｓ４〜ｓ１０を一体に積層したもので、前記同様に内部には配線層２１〜２３が所要のパターンで形成され、裏面６には、裏面電極２０が形成されると共に、これらの間にビア導体１９が介在している。

図６，図７に示すように、基板本体２ａは、前記表面５および底面１０を有し且つこれらを貫通する円柱形のキャビティ７ａを有する枠体部３ａと、キャビティ７ａの底面８もである上面８および前記裏面６を有する前記同様の基板部４とからなり、枠体部３ａは、基板部４の上に接着によって一体に搭載されている。
前記キャビティ７ａは、図６，図７に示すように、平面視が円形で且つ全体が円柱形を呈し、その底面８中央の実装エリアａには、前記同様の発光素子１６がロウ材１５またはエポキシ系樹脂を介して実装されている。
図６，図７に示すように、キャビティ７ａの底面８には、前記ビア導体１９と接続されたパッド１８が形成され、かかるパッド１８と発光素子１６との間には、ワイヤ１７が前記同様にして接続されている。

図６，図７に示すように、枠体部３ａにおける全ての表面、即ち、キャビティ７ａの側面９ａ、基板本体２ａの表面５、および当該枠体部３ａの底面１０と外側面に沿って連続して形成された金属層１１ａ，１２ａ，１３，１４も、前記同様のアルミニウムからなる。
前記実装エリアａに発光素子１６を実装し且つ当該キャビティ７ａ内を封止用樹脂で封止された配線基板１ａは、前記と同様に、図示しないプリント基板の表面に位置する表面電極と裏面電極２０との間に形成されるロウ材とを介して、当該プリント基板の表面に実装される。

以上の配線基板１ａによっても、キャビティ７ａの側面９ａに設けたアルミニウムの金属層１１ａにより、実装エリアａに実装する発光素子１６から発光された光を所要の角度で外部に効率良く反射できると共に、長期間にわたり酸化や硫化による腐食や変色が少ないため、安定した光の反射作用を保つことができる。
しかも、枠体部３ａにおける全ての表面（表面５ａ、側面９ａ、底面１０、および外側面）にアルミニウムの金属層１１ａ，１２ａ，１３，１４がほぼ同じ厚みで被覆されている。このため、発光素子１６の実装した後、キャビティ７ａ内に固化前の封止樹脂を充填した際に、かかる封止樹脂の固化に伴う収縮応力が、金属層１１ａ，１２ａ間のコーナ部に集中する事態を抑制できる。従って、光の反射面である金属層１１ａが強固に形成され且つ安定した配線基板１ａとなる。

ここで、前記配線基板１ａの製造方法について説明する。
先ず、アルミナを主成分とするグリーンシートｓ８〜ｓ１０に、図示しないポンチとダイとを最小限のクリアランスを介して、同じ内径である断面円形の貫通孔に打ち抜いた後、これらのグリーンシートｓ８〜ｓ１０を積層して圧着する。
その結果、図８の断面図で示すように、表面５ａおよび底面１０を有し、これらの間を垂直な側面９ａを有するキャビティ７ａが貫通する枠体部３ａが形成される。かかる枠体部３ａを所定の温度域に加熱・保持して焼成する。
次いで、一体に焼成されたセラミック層ｓ８〜ｓ１０からなる枠体部３ａに対し、真空中においてアルミニウムを蒸着する。その結果、図９の上方に示すように、枠体部３における全ての表面、即ち、表面５ａ、キャビティ７ａの側面９ａ、および当該枠体部３ａの底面１０と外側面に沿って、前記同様の連続したアルミニウムからなる金属層１１ａ，１２ａ，１３，１４が形成される。

一方、別途に前記同様のグリーンシートｓ４〜ｓ７を用意し、これらの表面や裏面にＷなどからなる導電性メタライズを所定パターンで印刷し且つこれらのグリーンシートｓ４〜ｓ７を貫通するビアホールにも上記導電性メタライズを印刷・充填する。かかるグリーンシートｓ４〜ｓ７を積層して圧着した後、前記同様に加熱・保持して焼成する。
その結果、図９の下方に示すように、一体に焼成されたセラミック層ｓ４〜ｓ７からなり、上面８のパッド１８、内部の配線層２１〜２３、ビア導体１９、および裏面６の裏面電極２０を有する基板部４が形成される。

そして、図９中の白抜きの矢印で示すように、枠体部３ａの底面１０と基板部４の上面８との間に、図示しない接着剤層を形成した後、基板部４の上に枠体部３ａを一体に搭載する。
その結果、図１０に示すように、表面５ａ、裏面６、および表面５ａに開口するキャビティ７ａ、かかるキャビティ７ａの底面８の中央に実装エリアａを有する基板本体２ａを得ることができる。
尚、以上の工程は、前記グリーンシートｓ４〜ｓ１０を、多数個取り用の大版タイプとすると共に、これらを切断予定線に沿って複数個に分割し、得られた枠体部３ａと基板部４とを接着することによって、多数の配線基板１ａを同時に得る方法に置き換えることもできる。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
前記基板本体２，２ａを形成する絶縁材であるセラミックは、例えばムライトや窒化アルミニウムを主成分とするものとしても良いし、あるいは、ガラス−セラミックを用いても良い。
また、前記基板本体２，２ａを形成する絶縁材をエポキシ系樹脂などとしても良く、かかる樹脂の薄板（コア基板）または金属の薄板の表面上に、例えばエポキシ系樹脂からなる複数層の樹脂絶縁層を順次積層し、公知のフォトリソグラフィ技術によって、比較的上方の各樹脂絶縁層にキャビティを形成しても良い。

更に、キャビティの形状は、前記円形に限らず、平面視で長円形や楕円形としたり、あるいは正方形または長方形とし且つこれらの四隅に導電性ペーストを円弧形に充填して、平面視で楕円形または長円形とすると共に、これらの側面に金属層の側面部分を形成するようにしても良い。
また、前記金属層１１〜１４などのアルミニウムは、スパッタリングや溶融したアルミニウム浴中への浸漬により形成しても良い。
加えて、本発明配線基板は、１個の配線基板の表面に開口するキャビティを複数個としたり、単一のキャビティの底面に複数の実装エリアを配置し、これらに発光素子を個別に実装する形態とすることも可能である。

本発明における一形態の配線基板を示す平面図。図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図。上記配線基板を得るための一製造工程を示す概略図。図３に続く製造工程を示す概略図。図４に続く製造工程を示す概略図。異なる形態の配線基板を示す平面図。図６中のＹ−Ｙ線の矢視に沿った垂直断面図。上記配線基板を得るための一製造工程を示す概略図。図８に続く製造工程を示す概略図。図９に続く製造工程を示す概略図。

符号の説明

１，１ａ……………配線基板
２，２ａ……………基板本体
３，３ａ……………枠体部
４……………………基板部
５，５ａ……………表面
６……………………裏面
７，７ａ……………キャビティ
８……………………底面
９，９ａ……………側面（表面）
１０…………………底面（表面）
１１〜１４…………金属層
１１ａ，１２ａ……金属層
１６…………………発光素子
ａ……………………実装エリア
ｓ１〜ｓ１０………セラミック層(絶縁材)

Claims

絶縁材からなり且つ表面および裏面を有する基板本体と、
上記基板本体の表面に開口し且つ底面に発光素子の実装エリアを有するキャビティと、
少なくとも上記キャビティの側面および基板本体の表面に形成され且つアルミニウムまたはアルミニウム合金の金属層と、を含む、
ことを特徴とする配線基板。
前記基板本体は、前記表面および底面を有し且つ前記キャビティが貫通する枠体部と、前記キャビティの底面を含む上面および前記裏面を有する基板部とからなり、上記枠体部は上記基板部の上に搭載されると共に、
前記金属層は、上記枠体部における全ての表面に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。