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1. WO2020138221 - WIRING SUBSTRATE, ELECTRONIC DEVICE, AND ELECTRONIC MODULE

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明 細 書

発明の名称 配線基板、電子装置及び電子モジュール

技術分野

0001  

背景技術

0002  

発明の概要

0003   0004   0005  

図面の簡単な説明

0006  

発明を実施するための形態

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038  

産業上の利用可能性

0039  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : 配線基板、電子装置及び電子モジュール

技術分野

[0001]
 本開示は、配線基板、電子装置及び電子モジュールに関する。

背景技術

[0002]
 特開平10-284436号公報には、炭化シリコンの基板と基板上の電極とをオーミック接触させる技術が開示されている。オーミック接触とは、ショットキー障壁が存在しない抵抗性の接触のことを言い、オーミック接触された電極により、金属抵抗に電流を流すのと同様に、電極から基板へ電流を流すことが可能となる。

発明の概要

[0003]
 本開示の配線基板は、
 第1面、前記第1面とは反対側の第2面、並びに、前記第1面及び前記第2面のそれぞれにつながる側面を有する基板と、
 前記第1面から前記側面にまたがって位置する第1金属膜と、
 前記第2面から前記側面に位置する前記第1金属膜の上にまたがって位置する第2金属膜と、
 を備える。
[0004]
 本開示の電子装置は、
 上記の配線基板と、
 前記配線基板に搭載された電子部品と、
 を備える。
[0005]
 本開示の電子モジュールは、
 上記の電子装置と、
 前記電子装置を搭載したモジュール用基板と、
 を備える。

図面の簡単な説明

[0006]
[図1] 本開示の実施形態に係る配線基板を示す縦断面図である。
[図2] 図1の配線基板を示す平面図である。
[図3] 図1の配線基板を示す裏面図である。
[図4] 図1の矢印A-A線断面図である。
[図5] 本開示の実施形態に係る電子装置及び電子モジュールを示す縦断面図である。

発明を実施するための形態

[0007]
 以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[0008]
 図1は、本開示の実施形態に係る配線基板を示す縦断面図である。図2は、図1の配線基板を示す平面図である。図3は、図1の配線基板を示す裏面図である。図4は、図1の矢印A-A線断面図である。図2と図3では、配線導体41、42を二点鎖線で示し、配線導体41、42を取り除いた状態を示している。
[0009]
 本実施形態の配線基板1は、例えば、電子部品をモジュール基板又はパッケージに実装するために電子部品と実装先の対象との間に介在されるサブマウントである。配線基板1は、基板10と、第1金属膜20及び第2金属膜30と、膜状の配線導体41、42とを備える。
[0010]
 基板10は、SiC(シリコンカーバイド)等の半導体材料、又は窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等の絶縁性を有するセラミック材料から構成される。基板10は、第1面11と、第1面11の反対側に位置する第2面12と、第1面11及び第2面12のそれぞれにつながる側面13とを有する。側面13は、第1面11の一方のエッジe1(図1)と第2面12の一方のエッジe2(図1)との間に位置する。エッジe1、e2は、第1面11及び第2面12において同一方向に位置する。側面13は、ダイシングされた切断面であってもよい。
[0011]
 第1金属膜20は、第1面11から側面13にまたがって位置する。具体的には、第1面11上の第1金属膜20と、側面13に沿った第1金属膜20とは、一体的に形成され、エッジe1の箇所で連続している。第1面11に位置する第1金属膜20は、側面13に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有する。側面13に位置する第1金属膜20は、第1面11に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有する。よって、エッジe1の箇所における第1金属膜20の厚みは、第1面11側と側面13側とにエッジe1から最も離れた第1金属膜20の両端部の厚みよりも大きい。
[0012]
 第1金属膜20は、図4に示すように、基板10に近い方から密着層L1とバリア層L2と導体層L3とが積層されて構成される。密着層L1は、導体層L3よりも基板10との密着度が高い金属であり、例えばTi(チタン)を適用できる。バリア層L2は、各層間の成分の拡散を抑制する性質を有する金属であり、例えばPt(白金)を適用できる。導体層L3は、密着層L1よりも電気伝導度の高い金属であり、例えばAu(金)を適用できる。第1金属膜20の密着層L1、バリア層L2及び導体層L3の各層が、上述した第1金属膜20の厚み勾配を有してもよいし、いずれかの層が上述した厚み勾配を有してもよい。
[0013]
 第2金属膜30は、第2面12から側面13に位置する第1金属膜20の上にまたがって位置する。具体的には、第2面12上の第2金属膜30と、側面13に沿った第2金属膜30とは、一体的に形成され、エッジe2の箇所で連続している。第2面12に位置する第2金属膜30は、側面13に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有する。側面13に位置する第2金属膜30は、第2面12に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有する。よって、エッジe2の箇所における第2金属膜30の厚みは、第2面12側と側面13側とにエッジe2から最も離れた第2金属膜30の両端部の厚みよりも大きい。
[0014]
 第2金属膜30は、図4に示すように、基板10に近い方から密着層L1とバリア層L2と導体層L3とが積層されて構成される。各層の材料は、第1金属膜20の各層と同様である。第2金属膜30の密着層L1、バリア層L2及び導体層L3は、各層が上述した第2金属膜30の厚み勾配を有してもよいし、いずれかの層が上述した第2金属膜30の厚み勾配を有してもよい。
[0015]
 側面13に沿った第1金属膜20の厚み勾配と、側面13に沿った第2金属膜30の厚み勾配とは、勾配の向きが逆であるが、勾配の大きさはほぼ同一であってもよい。したがって、側面13の面上において、第1金属膜20と第2金属膜30とを合わせた膜の厚みは、一方のエッジe1に近い方から他方のエッジe2に近い方にかけて、ほぼ一定となってもよい。上記の構成により、通電時に、側面13の第1金属膜20と第2金属膜30との界面に生じるジュール熱を均一に拡散させることができ、上記のジュール熱に基づき第1金属膜20と第2金属膜30とに生じる応力集中を低減できる。ここでは、第2面12から第1面11の方向を高さと呼んでいる。以下、同様である。
[0016]
 さらに、側面13に沿った第1金属膜20の平均的な厚みと、側面13に沿った第2金属膜30の平均的な厚みとは、ほぼ同一としてもよい。また、第1金属膜20が形成される側面13の高さ方向の長さと、第2金属膜30が形成される側面13の高さ方向の長さとは、例えば基板10の高さ方向のほぼ全域とするなど、ほぼ同一にしてもよい。上記の構成により、基板10の高さ方向の中央において、第1金属膜20の厚みと第2金属膜30の厚みとをほぼ同一にすることができる。したがって、側面13の第1金属膜20及び第2金属膜30に生じる膜応力を均一にできる。ここでの膜応力とは、成膜時から加わっているものと、基板10との熱膨張率の差によって生じるものとが含まれる。
[0017]
 配線導体41は、電子部品が搭載されて、電子部品と電気的に接続される部位であり、第1金属膜20を介して第1面11上に形成される。もう一方の配線導体42は、実装先に接合される部位であり、第2金属膜30を介して第2面12上に形成される。配線導体41、42としては、例えばAuSz(金スズ)を適用できる。AuSzを材料とする場合、配線導体41と第1金属膜20との間、並びに、配線導体42と第2金属膜30との間には、Pt(白金)等のバリア膜が介在されてもよい。
[0018]
 図示では、第1面11上の第1金属膜20の厚み勾配と、第2面12上の第2金属膜30の厚み勾配とを、誇張して示している。実際の厚み勾配は、基板10の第1面11及び第2面12の平行度の公差と同程度であり、それゆえ、配線導体41の上面と配線導体42の下面との平行度は、図示のものとは異なり、比較的に高くなる。
[0019]
 図2に示すように、第1面11側の第1金属膜20にはアライメントマーク23a~23cが形成されている。アライメントマーク23a~23cは、配線基板1に電子部品を実装する際に、あるいは、配線基板1を実装先に実装する際に、カメラ等の映像から識別し、配線基板1の向き及び位置を調整するためのマークである。アライメントマーク23a~23cは、第1金属膜20の成膜パターンにより形成され、金属膜が無い部分を包含する。アライメントマーク23a~23cは、第1金属膜20の成膜時のパターニングあるいは第1金属膜20をエッチングすることで形成される。
[0020]
 アライメントマーク23a~23cは、第1面11における、第1面11に位置する第1金属膜20の中央よりも側面13から離れた方に配置される。アライメントマーク23a~23cは、第2面12における、第2面12に位置する第2金属膜30の中央よりも側面13から離れた方に配置されてもよい。アライメントマーク23a~23cは、配線導体41よりも側面13の反対側に配置されていてもよい。
[0021]
 <製造方法>
 続いて、上記のような厚み勾配を有する第1金属膜20及び第2金属膜30の製造方法について説明する。
[0022]
 第1金属膜20は、例えば蒸着又はスパッタリングなどの真空成膜装置を用いて形成される。基板10は、エッジe1が成膜材料の発生源を向くように真空成膜装置に配置される。第1面11と側面13とが直交する場合、上記の配置により、第1面11と側面13とが、成膜成分の発生源に対して45度傾く。上記の配置で、成膜処理を実行することで、エッジe1の部分が厚く、エッジe1から離れるほど厚みが小さい第1金属膜20を形成できる。第2金属膜30についても、同様に、真空成膜装置において基板10のエッジe2を成膜成分の発生源に向けて配置し、成膜処理を実行することで上記の厚み勾配を達成することができる。
[0023]
 第1金属膜20の成膜時と、第2金属膜30の成膜時には、第1面11、第2面12及び側面13の各面を除く、基板10の他の面にフォトレジストを形成しておくことで、他の面への金属膜の形成が省かれる。フォトレジストは、第1面11、第2面12及び側面13のうち、これら以外の他の面と隣接する縁部にも形成され、成膜処理が行われてもよい。
[0024]
 <電子装置及び電子モジュール>
 図5は、本開示の実施形態に係る電子装置及び電子モジュールを示す断面図である。
[0025]
 本実施形態に係る電子装置60は、配線基板1に電子部品50を実装して構成される。図示は省略するが、電子装置60は、さらに、配線基板1と電子部品50とを収容するパッケージを有する構成であってもよい。
[0026]
 電子部品50としては、LD(Laser Diode)、PD(Photo Diode)、LED(Light Emitting Diode)等の光素子、CCD(Charge Coupled Device)型、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型等の撮像素子、水晶振動子等の圧電振動子、弾性表面波素子、半導体集積回路素子(IC:Integrated Circuit)等の半導体素子、電気容量素子、インダクタ素子又は抵抗器等の種々の電子部品を適用できる。
[0027]
 電子部品50と、配線基板1の配線導体41とは、半田等の接合材を介して接続されてもよいし、電子部品50が配線基板1に接合された上で、電子部品50の端子と配線導体41とがボンディングワイヤ等を介して電気的に接続されてもよい。
[0028]
 本実施形態に係る電子モジュール100は、モジュール用基板110に電子装置60を実装して構成される。モジュール用基板110には、電子装置60に加えて、他の電子装置、電子素子及び電気素子などが実装されていてもよい。モジュール用基板110には電極パッド111が設けられ、電子装置60は、電極パッド111に半田等の接合材113を介して接合される。図5では、電極パッド111に配線基板1の配線導体42が接合されているが、電子装置60がパッケージを有する場合、モジュール用基板110の電極パッド111にはパッケージの配線導体が接合されてもよい。
[0029]
 以上のように、本実施形態の配線基板1によれば、第1金属膜20が基板10の第1面11から側面13にまたがって位置し、第2金属膜30が基板10の第2面12から側面13に位置する第1金属膜20の上にまたがって位置する。したがって、基板10の第1面11側から第2面12側に電流を流す場合に、側面13の第1金属膜20及び第2金属膜30を介して多くの電流が流れる。したがって、基板10に発生するジュール熱が抑制され、例えば、配線基板1に搭載された電子部品の放熱が必要である場合に、基板10を介した放熱特性を向上できる。
[0030]
 さらに、本実施形態の配線基板1によれば、基板10の第1面11から第2面12まで導体を介して電流を流すことができる。第1金属膜20及び第2金属膜30の電気抵抗は、半導体である基板10の電気抵抗と比較して、4桁以上小さい。したがって、本実施形態の配線基板1によれば、少ない損失で、第1面11から第2面12へ電流を流すことができ、ジュール熱の発生を顕著に低減することができる。
[0031]
 さらに、基板10の側面13には、第1面11側にまたがって存在する第1金属膜20と、第2面12側にまたがって存在する第2金属膜30とが積層されている。上記の構成により、例えば配線基板1に熱が加わって、熱膨張率の違いにより、基板10と第1金属膜20又は第2金属膜30との界面に応力が生じた場合でも、側面13から第1金属膜20又は第2金属膜30が剥離することを抑制できるという効果が奏される。
[0032]
 さらに、実施形態の配線基板1によれば、第1面11に位置する第1金属膜20は、側面13に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有し、側面13に位置する第1金属膜20は、第1面11に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有する。また、第2面12に位置する第2金属膜30は、側面13に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有し、側面13に位置する第2金属膜30は、第2面12に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有する。上記の厚み勾配により、応力が集中しやすいエッジe1、e2の箇所において、第1金属膜20と第2金属膜30との強度を高めることができ、エッジe1、e2の部分にクラック等が発生することを抑制できる。したがって、基板10の第1面11から第2面12までの低い電気抵抗が堅持され、電気的な特性の信頼性を向上できる。
[0033]
 さらに、実施形態の配線基板1によれば、側面13において第1金属膜20と第2金属膜30とを合わせた厚みを、第1面11側から第2面12側まで均一にできる。上記の構成により、通電時、側面13の第1金属膜20と第2金属膜30との間の界面に生じるジュール熱を均等に拡散することができ、上記のジュール熱に基づき第1金属膜20と第2金属膜30とに発生する応力集中を低減できる。したがって、基板10の第1面11から第2面12までの低い電気抵抗が堅持され、電気的な特性の信頼性を向上できる。
[0034]
 さらに、実施形態の配線基板1によれば、基板10の高さ方向の中央において、第1金属膜20の厚みと、第2金属膜30の厚みとを、ほぼ同一にできる。上記の構成により、側面13の第1金属膜20及び第2金属膜30に生じる膜応力を、高さ方向で均一化でき、膜応力の均一化により、第1金属膜20又は第2金属膜30の剥離をより抑制できる。
[0035]
 さらに、実施形態の配線基板1によれば、第1金属膜20と第2金属膜30との各々は、密着層L1とバリア層L2と導体層L3とを含む。したがって、第1金属膜20又は第2金属膜30が単独で存在する第1面11上と第2面上において、第1金属膜20と第2金属膜30の高い安定性が得られる。さらに、第1金属膜20と第2金属膜30とが重なって存在する側面13においても、上記の三層構造により第1金属膜20と第2金属膜30との高い安定性が得られる。
[0036]
 さらに、実施形態の配線基板1によれば、アライメントマーク23a~23cが、側面13から離れた方に配置されている。上記の配置により、アライメントマーク23a~23cが、第1面11上の第1金属膜20から第2面12上の第2金属膜30までの主要な電流経路において、断面を狭めることがない。したがって、第1面11上の第1金属膜20から第2面12上の第2金属膜30まで、低損失で電流を流すことができ、第1金属膜20と第2金属膜30とに発生するジュール熱をより低減することができる。
[0037]
 さらに、本実施形態の電子装置60及び電子モジュール100によれば、配線基板1における基板10のジュール熱の発生が低減されるので、電子部品50の放熱性の向上を図ることができる。したがって、電子装置60及び電子モジュール100の信頼性を向上できる。
[0038]
 以上、本開示の実施形態について説明した。なお、上記実施形態では、基板の材料として半導体を一例として挙げたが、基板は絶縁材料から構成されてもよい。また、上記実施形態では、配線基板の側面の高さ方向におけるほぼ全域に第1金属膜と第2金属膜とが形成された例を示したが、側面の高さ方向における一部でのみ第1金属膜と第2金属膜とが積層される構成としてもよい。また、上記実施形態では、第1金属膜と第2金属膜とを三層構造とした例を示したが、各層の材料は適宜変更可能であるし、第1金属膜又は第2金属膜は三層以外の複数層の構造としてもよいし、単層構造としてもよい。また、上記実施形態では、電子部品が搭載される側を第1面として説明したが、電子部品が搭載される側を第2面としてもよい。すなわち、側面における金属膜の積層順は、図1に示した積層順の逆としてもよい。本実施形態の説明は、全ての局面において例示であって、本発明が上記に限定されるものではない。本開示は、相互に矛盾しない限り、適宜、組み合わせ、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。そして、例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

産業上の利用可能性

[0039]
 本開示は、配線基板、電子装置及び電子モジュールに利用できる。

請求の範囲

[請求項1]
 第1面、前記第1面とは反対側の第2面、並びに、前記第1面及び前記第2面のそれぞれにつながる側面を有する基板と、
 前記第1面から前記側面にまたがって位置する第1金属膜と、
 前記第2面から前記側面に位置する前記第1金属膜の上にまたがって位置する第2金属膜と、
 を備える配線基板。
[請求項2]
 前記第1面に位置する前記第1金属膜は、前記側面に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有し、
 前記側面に位置する前記第1金属膜は、前記第1面に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有し、
 前記第2面に位置する前記第2金属膜は、前記側面に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有し、
 前記側面に位置する前記第2金属膜は、前記第2面に近づくほど厚みが増す厚み勾配を有する、
 請求項1記載の配線基板。
[請求項3]
 前記第1金属膜と前記第2金属膜との各々は、密着層とバリア層と導体層とを含む、
 請求項1又は請求項2に記載の配線基板。
[請求項4]
 前記第1面における、前記第1面に位置する前記第1金属膜の中央よりも前記側面から離れた位置、又は、前記第2面における、前記第2面に位置する前記第2金属膜の中央よりも前記側面から離れた位置に、アライメントマークを有する、
 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の配線基板。
[請求項5]
 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の配線基板と、
 前記配線基板に搭載された電子部品と、
 を備える電子装置。
[請求項6]
 請求項5記載の電子装置と、
 前記電子装置を搭載したモジュール用基板と、
 を備える電子モジュール。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]