JPH0745920A - 回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型のヒートシンクを使わずに半導体素子の
放熱性を高めることができる回路基板およびその製造方
法を提供する。 【構成】 金属基板１０と、樹脂絶縁層１２と、回路パ
ターンを構成する複数の金属製パターン部１４とを有
し、半導体素子チップ１７を固定すべき箇所には金属基
板１０の表面が露出した素子固定部２０が形成されてい
る。素子固定部２０には半導体素子チップ１７が鑞付
け、半田付けまたは接着されて各パターン部１４との間
に配線され、各配線２２および半導体素子を封止する樹
脂パッケージ２４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の冷却能力
に優れた回路基板およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的な回路基板は、エポキシまたはガ
ラスエポキシ等からなる基板本体に厚さ３５〜７５μｍ
程度の銅箔を接着し、この銅箔上に回路パターンと同一
形状でレジスト膜を形成し、銅箔をエッチングした後、
レジスト膜を除去することにより製造されている。

【０００３】しかし、この種の回路基板では、基板本体
の熱伝導度が低いため、半導体素子の放熱性が悪い。そ
こで、放熱性を高めるために、半導体素子に金属製のヒ
ートシンクを固定するなどの方法も採られているが、ヒ
ートシンクのサイズが制限されるため、放熱性の向上に
も限界があった。

【０００４】一方、最近では、基板そのものをアルミニ
ウムで形成し、半導体素子の熱をアルミニウム基板に逃
すことによって放熱性を高める構成も提案されている。
図１５はそのような基板の一例を示す断面拡大図で、ア
ルミニウム基板１の表面全面にＮｉまたはＣｒ膜１ａが
形成された後、絶縁用の樹脂層２が形成され、この樹脂
層２上には、回路パターンを構成する複数のパターン部
３が固定されている。これらパターン部３は、樹脂層２
で接着した銅箔をエッチングして形成される。

【０００５】このような回路基板を使用する場合、半導
体素子を固定すべき箇所に放熱用の銅板４を接着し、こ
の銅板４上に半導体素子５を固定する。次いで、半導体
素子５の電極とパターン部３をそれぞれリード線６で接
続する。この構成によれば、半導体素子５の熱は銅板４
を経てアルミニウム基板１に伝わるから、放熱性が向上
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
回路基板では、半導体素子５が固定された銅板４とアル
ミニウム基板１との間に樹脂層２が介在するため、この
樹脂層２が熱伝達を阻害する欠点があった。ただし、樹
脂層２を局部的に除去することは困難であり、そのよう
な試みは従来なされていない。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、大型のヒートシンクを使わずに半導体素子の放熱性
を高めることができる回路基板およびその製造方法を提
供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る回路基板は、金属基板と、この金属基
板上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に前記金属基
板から絶縁された状態で形成され回路パターンを構成す
る複数のパターン部とを有し、前記絶縁層の半導体素子
を固定すべき箇所には開口部が形成され、これにより前
記金属基板の表面が露出した素子固定部が形成されてい
ることを特徴とする。

【０００９】なお、前記素子固定部に半導体素子が鑞付
け、半田付けまたは接着され、この半導体素子と各パタ
ーン部との配線がなされ、さらに各配線および半導体素
子を封止する樹脂パッケージが形成されていてもよい。

【００１０】一方、本発明の請求項３に係る回路基板の
製造方法は、以下の工程を具備することを特徴とする。 （ａ）金属基板上の少なくとも一部に、固化状態で絶縁
性を有する熱硬化性樹脂系の接着剤を塗布して金属箔を
接着する工程と、（ｂ）前記金属基板を、前記接着剤を
半硬化させる条件で加熱する工程と、（ｃ）前記金属箔
表面にマスクを形成したうえ、エッチングすることによ
って、前記金属箔の回路パターン以外の部分を溶解する
工程と、（ｄ）露出した半硬化状態の接着剤層の少なく
とも一部を有機溶剤で溶解することにより、前記金属基
板が露出した素子固定部を形成する工程と、（ｅ）得ら
れた回路基板を、前記接着剤を完全に硬化させる条件で
加熱する工程。

【００１１】前記金属基板および金属箔はいずれも銅ま
たは銅合金であり、かつ前記接着剤はエポキシ樹脂系接
着剤であってもよい。

【００１２】さらに、本発明の請求項５に係る回路基板
の製造方法は、以下の工程を具備することを特徴とす
る。 （ａ）金属基板上の少なくとも一部に、樹脂層を形成す
る工程、（ｂ）前記樹脂層上に、回路パターンをなす金
属膜を蒸着形成する工程、（ｃ）湿式めっきにより、前
記回路パターンをなす金属膜上に金属めっき層を形成す
る工程、（ｄ）露出している樹脂層の少なくとも一部を
エッチングすることにより、前記金属基板が露出した素
子固定部を形成する工程。

【００１３】前記金属基板および金属箔としていずれも
銅または銅合金が使用され、かつ前記樹脂層はポリイミ
ド樹脂であってもよい。

【００１４】

【作用】本発明の回路基板では、金属基板の表面が露出
した素子固定部に半導体素子を直接固定し、この半導体
素子とパターン部とを接続することができるから、半導
体素子から金属基板へと直接放熱させることが可能で、
半導体素子の冷却効率を著しく高めることができるう
え、半導体素子にヒートシンクを固定する構成に比して
半導体素子の配置密度を高めることが可能で、基板の小
型化が図れる。

【００１５】また、素子固定部に半導体素子が鑞付け、
半田付けまたは接着され、この半導体素子と各パターン
部との配線がなされ、さらに各配線および半導体素子を
封止する樹脂パッケージが形成されている場合には、さ
らに半導体素子の配置密度を高めることが可能である。

【００１６】一方、請求項３の回路基板の製造方法で
は、金属基板に接着剤を塗布して金属箔を接着し、これ
を加熱して接着剤を半硬化させたうえ、金属箔をエッチ
ングしさらに半硬化状態の接着剤層を有機溶剤で溶解す
るため、金属基板が露出した素子固定部を、容易にかつ
高い生産性を以て、自由な形状に形成することができ
る。

【００１７】また、請求項５に係る回路基板の製造方法
では、金属基板上の少なくとも一部に樹脂層を形成し、
この樹脂層上に、回路パターンをなす金属膜を蒸着形成
し、湿式めっきで金属膜上に金属めっき層を形成し、露
出している樹脂層の少なくとも一部をエッチングするこ
とにより、金属基板が露出した素子固定部を形成するの
で、素子固定部を容易にかつ高い生産性を以て、自由な
形状に形成することができる。

【００１８】さらに、請求項５の方法では、樹脂層上に
回路パターンをなす金属膜を蒸着形成してから湿式めっ
きで金属膜上に金属めっき層を形成するので、樹脂層と
して接着剤が接合しにくいポリイミド樹脂を使用した場
合にも、パターン部の接合強度を高めて剥離等のおそれ
を防止できる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明に係る回路基板の一実施例を
示す断面拡大図である。図中符号１０は金属基板であ
り、この金属基板１０上には、樹脂からなる絶縁層１２
を介して、回路パターンを構成する複数のパターン部１
４が形成されている。この例の絶縁層１２はパターン部
１４と同一の形状に形成されており、半導体素子１６を
固定すべき箇所には開口部が形成されて、金属基板１０
の表面が露出した素子固定部２０となっている。

【００２０】素子固定部２０には半導体素子１６が半田
付け、鑞付けまたは接着等により直接固定され、半導体
素子１６の各電極部と各パターン部１４との間は、それ
ぞれリード線１８によって接続されている。なお、本明
細書中の「回路基板」とは、半導体素子を固定した状
態、あるいは素子固定前の状態のいずれをもいうものと
する。

【００２１】金属基板１としては、熱伝導性および素子
の接合性の点から銅または銅合金が好ましいが、必要に
応じては他の金属を使用してもよい。金属基板１の厚さ
は限定されないが、通常の用途には１．０〜１０．０ｍ
ｍ程度が好適である。

【００２２】絶縁層１２の材料としては、固化状態で絶
縁性を有する熱硬化性樹脂系接着剤が使用され、具体的
にはエポキシ樹脂系接着剤、エポキシアミン樹脂系、フ
ェノール樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などが好
適である。絶縁層１２の厚さは限定されるものではない
が、一般には１〜５０μｍ程度が好ましい。１μｍ未満
では金属基板１と金属箔３とが接近し過ぎて絶縁性およ
び耐電圧性の信頼性が低下し、５０μｍより厚い必要は
通常はない。

【００２３】パターン部１４は、半田付け性、熱導電性
および電気伝導性の点から銅または銅合金が好ましい
が、必要に応じては他の金属を使用してもよい。パター
ン部１４の厚さは限定されないが、通常の用途には１０
〜１００μｍ程度が好適である。パターン部１４の形状
は電気回路に応じて適宜決定されるもので、本発明では
何等限定されることはない。

【００２４】図１の半導体素子１６は、金属やプラスチ
ック、セラミックからなるパッケージに予め封入されて
いるものであり、このパッケージが素子固定部２０に接
合されている。しかし本発明では、図２に示すように、
シリコン等からなる半導体素子チップ１７を、直接、素
子固定部２０に半田付けまたは鑞付けし、半導体素子チ
ップ１７の電極部とパターン部１４をワイヤーボンディ
ングで接続した後、半導体素子チップ１７およびボンデ
ィングワイヤー２２を封止する樹脂パッケージ２４を金
属基板１０と一体に形成してもよい。

【００２５】図２の構成によれば、チップ１７から直
接、金属基板１０へと熱が逃げるため、チップ１７の放
熱性をいっそう向上できるうえ、半導体素子の配置密度
を高めることが可能で、高集積度化が図れる。

【００２６】また、図３に示すように、絶縁層１２とパ
ターン部１４の形状は異なっていてもよく、素子固定部
２０以外では金属基板１０を露出させない構成も可能で
ある。この場合には、絶縁信頼性を高めることが可能で
ある。

【００２７】次に、図４ないし図７を用いて、上記回路
基板の製造方法を説明する。この方法ではまず、図４に
示すように、金属基板１０上の全面にエポキシ樹脂系等
の熱硬化型接着剤１２Ａを塗布して金属箔１４Ａを接着
する。次に、金属基板１０を接着剤層１２Ａが半硬化す
る条件で加熱する。本発明の方法で重要な点は、接着剤
層１２Ａを完全に硬化させないことであり、これによ
り、後工程において接着剤層１２Ａの溶解が可能とな
る。具体的な加熱条件は、接着剤種類に応じて異なるた
め実験で求めるべきであるが、一般には、加熱中の最高
温度が硬化処理温度（キュアリング温度）よりも２０〜
３０℃程度低くなるように加熱処理すればよい。

【００２８】次いで、図５に示すように、金属箔１４Ａ
の表面の必要箇所にフォトレジスト等によりマスクＭを
形成したうえ、従来より周知の条件でエッチングするこ
とによって、前記金属箔１４Ａの回路パターン以外の部
分を溶解する。さらに、図６に示すように、露出した半
硬化状態の接着剤層１２Ａの少なくとも一部を有機溶剤
で溶解して金属基板１０を露出させ、素子固定部２０を
形成する。有機溶剤としては、例えばエポキシ樹脂を使
用した場合、アセトンとメチルエチルケトンを混合した
溶液が使用できる。

【００２９】得られた回路基板を、絶縁層１２を完全に
硬化させる条件で加熱することにより、回路基板が得ら
れる。このような方法によれば、金属基板が露出した素
子固定部２０を、容易にかつ高い生産性を以て、自由な
形状に形成することができる。なお、図３のように絶縁
層１２とパターン部１４の形状を異ならせるには、パタ
ーン部１４の溶解の際に、第２のマスクを形成してから
樹脂溶解処理を行えばよい。

【００３０】一方、図８は本発明に係る回路基板の他の
実施例を示している。この例では金属基板１０上に、ま
ずＮｉまたはＣｒ等からなる下地層１１が湿式めっきま
たは蒸着により形成されたのち、ポリイミド樹脂からな
る絶縁層３０が形成され、さらにこのポリイミド樹脂層
３０上に、金属蒸着層３４および金属めっき層３２から
なるパターン部３６が形成されている。この実施例で
は、ポリイミド樹脂層３０とパターン部３６の形状が同
一である。各部の寸法等に関しては、前記図１の例と同
様でよい。

【００３１】図９は図８と同様の構成において、半導体
素子チップ１７を素子固定部２０に固定し、さらにパッ
ケージ２４中に封入した例を示し、図１０は絶縁層３０
とパターン部３６の形状を異ならせた例を示している。

【００３２】次に、図１１ないし図１４を用いて、図８
ないし図１０に示した回路基板の製造方法を説明する。
この実施例の方法ではまず、図１１に示すように、予め
上面全面にＮｉまたはＣｒ等からなる下地層１１を湿式
めっきまたは蒸着により形成された金属基板１０上に、
ポリイミド樹脂原料を塗布し、これを周知の加熱処理で
硬化させて絶縁層３０Ａを形成したうえ、その表面にク
ロム、銅を順に蒸着して金属蒸着層３４Ａを形成する。
クロムを先に蒸着するのは、ポリイミド樹脂に対する接
合強度はクロムの方が銅よりも高いからであって、これ
によりパターン部３６の剥離強度を高めることが可能と
なる。

【００３３】金属蒸着層３４Ａの蒸着厚さは、クロムが
１０〜５００オングストローム、銅が５００〜５０００
オングストローム程度であることが望ましい。これら範
囲より厚いとコストがかかるのみで、薄いと後工程での
湿式めっきが均一に行えなくなる。なお、必要に応じて
は、クロムと銅以外の金属を蒸着してもよいし、ポリイ
ミド樹脂の代わりに他の樹脂を使用してもよい。ただ
し、ポリイミド樹脂は他の樹脂に比して耐熱性、寸法安
定性、電気絶縁性および耐久性等が格段に優れているの
で本発明に好適である。

【００３４】次に、図１２に示すように、金属蒸着層３
４Ａの表面の必要箇所にフォトレジスト等によりマスク
Ｍを形成したうえ、周知の条件でエッチングすることに
よって、図１３に示すように、金属蒸着層３４Ａの回路
パターン以外の部分を溶解する。なお、後から金属蒸着
層３４Ａをエッチングする代わりに、蒸着時に絶縁層３
０Ａに沿ってマスクを配置し、パターン形状に蒸着する
ことも可能である。

【００３５】マスクＭを除去した後、図１４に示すよう
に、湿式めっき液（例えば銅無電解めっき液）に浸漬
し、回路パターンをなす金属蒸着層３４上にさらに銅を
析出させて金属めっき層３２を形成する。金属蒸着層３
４と金属めっき層３２とによりパターン部３６が構成さ
れる。必要に応じては、銅の代わりにＮｉ，Ａｇ，Ｐ
ｄ，Ｓｎ，Ａｕ等の金属をめっきしてもよいし、金属め
っき層３２を多層構造にしてもよい。

【００３６】さらに、基板をポリイミド用エッチング液
に浸漬することにより、パターン部３６の間から露出し
ている絶縁層３０Ａをエッチングし、金属基板１０の上
面に形成された下地層１１が露出した素子固定部２０を
形成すれば、回路基板が完成する。

【００３７】このような構成からなる回路基板の製造方
法によれば、素子固定部２０を容易にかつ高い生産性を
以て、自由な形状に形成することができるのみならず、
絶縁層３０Ａ上に回路パターンをなす金属蒸着層３４を
形成してから、その上に湿式めっきで金属めっき層３２
を形成するので、接合性の悪いポリイミド樹脂を使用し
た場合にも、パターン部３６の接合強度を高めて剥離等
のおそれを防止できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る回路
基板では、金属基板の表面が露出した素子固定部に半導
体素子を直接固定し、この半導体素子とパターン部とを
接続することができるから、半導体素子から金属基板へ
と直接放熱させて半導体素子の冷却効率を著しく高める
ことができるうえ、半導体素子にヒートシンクを固定す
る構成に比して半導体素子の配置密度を高めることが可
能で、基板を小型化することができる。

【００３９】また、素子固定部に半導体素子が鑞付け、
半田付けまたは接着され、この半導体素子と各パターン
部との配線がなされ、さらに各配線および半導体素子を
封止する樹脂パッケージが形成されている場合には、さ
らに半導体素子の配置密度を高めることが可能である。

【００４０】一方、請求項３の回路基板の製造方法で
は、金属基板に接着剤を塗布して金属箔を接着し、これ
を加熱して接着剤を半硬化させたうえ、金属箔をエッチ
ングしさらに半硬化状態の接着剤層を有機溶剤で溶解す
るため、金属基板が露出した素子固定部を、容易にかつ
高い生産性を以て、自由な形状に形成することができ
る。

【００４１】また、請求項５に係る回路基板の製造方法
では、金属基板上の少なくとも一部に樹脂層を形成し、
この樹脂層上に、回路パターンをなす金属膜を蒸着形成
し、湿式めっきで金属膜上に金属めっき層を形成し、露
出している樹脂層の少なくとも一部をエッチングするこ
とにより、金属基板が露出した素子固定部を形成するの
で、素子固定部を容易にかつ高い生産性を以て、自由な
形状に形成することができる。

【００４２】さらに、請求項５の方法では、樹脂層上に
回路パターンをなす金属膜を蒸着形成してから湿式めっ
きで金属膜上に金属めっき層を形成するので、樹脂層と
して接着剤が接合しにくいポリイミド樹脂を使用した場
合にも、パターン部の接合強度を高めて剥離等のおそれ
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回路基板の一実施例を示す断面拡
大図である。

【図２】本発明に係る回路基板の他の実施例を示す断面
拡大図である。

【図３】本発明に係る回路基板の他の実施例を示す断面
拡大図である。

【図４】本発明の回路基板の製造方法の一実施例を示す
断面拡大図である。

【図５】本発明の回路基板の製造方法の一実施例を示す
断面拡大図である。

【図６】本発明の回路基板の製造方法の一実施例を示す
断面拡大図である。

【図７】本発明の回路基板の製造方法の一実施例を示す
断面拡大図である。

【図８】本発明に係る回路基板の他の実施例を示す断面
拡大図である。

【図９】本発明に係る回路基板の他の実施例を示す断面
拡大図である。

【図１０】本発明に係る回路基板の他の実施例を示す断
面拡大図である。

【図１１】本発明の回路基板の製造方法の他の実施例を
示す断面拡大図である。

【図１２】本発明の回路基板の製造方法の他の実施例を
示す断面拡大図である。

【図１３】本発明の回路基板の製造方法の他の実施例を
示す断面拡大図である。

【図１４】本発明の回路基板の製造方法の他の実施例を
示す断面拡大図である。

【図１５】従来の回路基板の一例を示す断面拡大図であ
る。

【符号の説明】

１０ 金属基板 １２ 絶縁層 １２Ａ 接着剤層（絶縁層になる） １４ パターン部 １４Ａ 金属箔（パターン部になる） １６ 半導体素子 １７ 半導体素子チップ １８ リード線 ２０ 素子固定部 ２２ ボンディングワイヤー ２４ パッケージ Ｍ マスク ３０ ポリイミド層 ３２，３２Ａ 金属めっき層 ３４，３４Ａ 金属蒸着層 ３６ パターン部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大竹 重成 福島県会津若松市扇町128の７ 三菱伸銅 株式会社若松製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属基板と、この金属基板上に形成された
   絶縁層と、この絶縁層上に前記金属基板から絶縁された
   状態で形成され回路パターンを構成する複数のパターン
   部とを有し、前記絶縁層の半導体素子を固定すべき箇所
   には開口部が形成され、これにより前記金属基板の表面
   が露出した素子固定部が形成されていることを特徴とす
   る回路基板。
2. 【請求項２】前記素子固定部に半導体素子が鑞付け、半
   田付けまたは接着され、この半導体素子と各パターン部
   との配線がなされ、さらに各配線および半導体素子を封
   止する樹脂パッケージが形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の回路基板。
3. 【請求項３】以下の工程を具備することを特徴とする回
   路基板の製造方法。 （ａ）金属基板上の少なくとも一部に、固化状態で絶縁
   性を有する熱硬化性樹脂系の接着剤を塗布して金属箔を
   接着する工程と、 （ｂ）前記金属基板を、前記接着剤を半硬化させる条件
   で加熱する工程と、 （ｃ）前記金属箔表面にマスクを形成したうえ、エッチ
   ングすることによって、前記金属箔の回路パターン以外
   の部分を溶解する工程と、 （ｄ）露出した半硬化状態の接着剤層の少なくとも一部
   を有機溶剤で溶解することにより、前記金属基板が露出
   した素子固定部を形成する工程と、 （ｅ）得られた回路基板を前記接着剤を完全に硬化させ
   る条件で加熱する工程。
4. 【請求項４】前記金属基板および金属箔はいずれも銅ま
   たは銅合金であり、かつ前記接着剤はエポキシ樹脂系接
   着剤であることを特徴とする請求項３記載の回路基板の
   製造方法。
5. 【請求項５】以下の工程を具備することを特徴とする回
   路基板の製造方法。 （ａ）金属基板上の少なくとも一部に、樹脂層を形成す
   る工程、 （ｂ）前記樹脂層上に、回路パターンをなす金属膜を蒸
   着形成する工程、 （ｃ）湿式めっきにより、前記回路パターンをなす金属
   膜上に金属めっき層を形成する工程、 （ｄ）露出している樹脂層の少なくとも一部をエッチン
   グすることにより、前記金属基板が露出した素子固定部
   を形成する工程。
6. 【請求項６】前記金属基板および金属箔はいずれも銅ま
   たは銅合金であり、かつ前記樹脂層はポリイミド樹脂で
   あることを特徴とする請求項５記載の回路基板の製造方
   法。