JP3854131B2 - 放熱板付き配線基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路素子等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＭＰＵ等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージに用いられる放熱板付き配線基板は、例えば図８に断面図で示すように、中央部に半導体素子20を収容するための段状の貫通穴21ａを有する絶縁基板21と、この絶縁基板21の下面に貫通穴21ａを塞ぐように接合層23を介して接合され、上面中央部に半導体素子20が搭載される搭載部22ａを有する銅等の金属材料から成る放熱板22とから主に構成されている。
【０００３】
この従来の放熱板付き配線基板においては、絶縁基板21は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る二枚の絶縁板24・25を同じくガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る接着層26を介して積層して成り、絶縁板24には、その中央部に半導体素子20よりも若干大きな貫通穴24ａが形成されているとともにその上面の貫通穴24ａ周辺から外周部にかけて複数の配線導体27およびその下面に接地または電源用導体層28が被着されており、絶縁板25には、その中央部に貫通穴24ａよりも大きな貫通穴25ａが形成されているとともに上面に外部接続用導体29が被着されている。そして、これらの絶縁板24・25および接着層26の外周部には、複数の貫通孔30が設けられており、貫通孔30の内壁には配線導体27や接地または電源用導体層28と外部接続用導体29とを電気的に接続する貫通導体31が被着されている。
【０００４】
また、絶縁基板21と放熱板22とを接続する接合層23は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に無機絶縁物粉末や金属粉末から成るフィラーを分散させて成り、それに含有される熱硬化性樹脂により絶縁基板21と放熱板22とが接合されている。
【０００５】
そして、この従来の放熱板付き配線基板によれば、放熱板22の搭載部22ａに半導体素子20を搭載するとともにこの半導体素子20の各電極を配線導体27にボンディングワイヤ33等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、外部接続用導体29に半田ボール等から成る外部接続用部材34を接合するとともに貫通穴21ａ内へ図示しない封止用樹脂をポッティングして半導体素子20を気密に封止することにより製品としての半導体装置となる。
【０００６】
なお、このような放熱板付き配線基板において、放熱板22と接地または電源用導体層28とを電気的に接続させておく場合があり、そのような場合には、絶縁基板21下面の接地または電源用導体層28以外の導電性部位をエポキシ樹脂等から成る絶縁樹脂層32で覆うとともに絶縁基板21と放熱板22とを例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂中に銅粉末や銀粉末等の導電性フィラーを分散させて成る導電性の接合層23で接合する方法が採用される。
【０００７】
また、このように放熱板22と接地または電源用導体層28とを電気的に接続して成る放熱板付き配線基板は、次に述べる方法により製作されていた。
【０００８】
先ず、図９（ａ）に断面図で示すように、上面に配線導体27用の金属層27Ａが被着され、下面に接地または電源用導体層28用の金属層28Ａが被着された絶縁板24Ａと、上面に外部接続用導体29用の金属層29Ａが被着され、中央部に貫通穴25ａを有する絶縁板25Ａと、中央部に貫通穴25ａと実質的に同じ大きさの貫通穴を有する接着層26Ａとを準備する。
【０００９】
このとき、絶縁板24Ａ・25Ａは、ガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、その熱硬化性樹脂は熱硬化されている。また、金属層27Ａ・28Ａ・29Ａは所定のパターンにエッチング加工されており、絶縁板24Ａ・25Ａに含有される熱硬化性樹脂により絶縁板24Ａ・25Ａに固着されている。他方、接着層26Ａは、ガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、その熱硬化性樹脂は未硬化の状態である。
【００１０】
次に、図９（ｂ）に断面図で示すように、絶縁板24Ａと25Ａとを間に接着層26Ａを挟んで積層するとともに接着層26Ａの熱硬化性樹脂を熱硬化させて、絶縁板24Ａと25Ａとが接着層26Ａにより接合された絶縁基板21用の積層体21Ａを得る。
【００１１】
次に、図９（ｃ）に断面図で示すように、積層体21Ａの中央部に半導体素子を収容するための貫通穴24ａおよび外周部に複数の貫通孔30を切削加工により形成するとともに貫通孔30内壁に無電解めっきおよび電解めっき法により貫通導体31を被着形成し、外部接続用導体29とこれに対応する配線導体27および接地または電源用導体28とをそれぞれ電気的に接続する。
【００１２】
次に、図９（ｄ）に断面図で示すように、積層体21Ａの下面の接地または電源用導体28以外の導電性部位に絶縁層32用の未硬化の熱硬化性樹脂ペーストを塗布するとともに、これを熱硬化させて絶縁基板21を得る。
【００１３】
最後に、上述のようにして得られた絶縁基板21の下面に導電性フィラーを含有する接合層23用の熱硬化性樹脂ペーストを塗布し、その上に放熱板22を当接させるとともに接合層23用の熱硬化性樹脂ペーストを熱硬化させることにより放熱板付きの配線基板が完成する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の放熱板付き配線基板によると、金属フィラー等の導電性粒子を含有する接合層23は、その電気伝導度を上げるために大量の導電性粒子を含有させる必要があり、そのために銅箔から成る接地または電源用導体層28との密着性が弱く、絶縁基板21と放熱板22との間に半導体素子20が作動する際に発生する熱が繰り返し印加されると、接地または電源用導体層28のと接合層23との間で剥がれが発生し、放熱板22と接地または電源用導体28との間の電気的な抵抗が増大する問題があった。そのため、搭載する半導体素子20を長期間にわたり正常に作動させることが困難であった。
【００１５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、半導体素子20が発生する熱が繰り返し印加されたとしても、放熱板22と接地または電源用導体層との間の電気的な抵抗の増大が発生しない、接地または電源用導体層表面と導電性接着樹脂の密着性を大きなものとすることができる放熱板付き配線基板を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の放熱板付き配線基板は、中央部に半導体素子収納用の貫通穴を有する絶縁基板と、該絶縁基板の上面の前記貫通穴周辺から外周部にかけて被着された複数の配線導体と、前記絶縁基板の下面に被着された接地または電源用導体層と、該接地または電源用導体層の下面に対して部分的に被着された熱硬化性樹脂から成る絶縁層と、半導体素子を搭載するための搭載部を有し、該搭載部が前記貫通孔から露出するように前記接地または電源用導体層における前記絶縁層の被着面に導電性フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層を介して接合される放熱板とを備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の放熱板付き配線基板は、絶縁層がシリカを含んでなるフィラーを含有しているのが好ましい。
【００１８】
本発明の放熱板付き配線基板によれば、絶縁基板の下面に被着させた接地または電源用導体層の下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層が部分的に被着されていることから、この絶縁層がアンカーとなり、接地または電源用導体層と接合層との間の密着性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の放熱板付き配線基板において、絶縁層がシリカを含んでなるフィラーを含有している場合は、絶縁層１２の熱膨張係数を調整することができるとともに、絶縁層１２の耐熱性等を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の放熱板付き配線基板を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の一例を示す断面図である。図中、１は絶縁基板、２は放熱板であり、主としてこれらで半導体素子３を収容するための本発明の放熱板付き配線基板が構成されている。なお、本例では、中央部に半導体素子３を収容する空所を形成するための貫通穴４ａを有するとともに上面に配線導体５および下面に接地または電源用導体層６が被着された絶縁板４と、中央部に貫通穴４ａより大きい貫通穴７ａを有するとともに上面に外部接続用導体８が被着された絶縁板７とを接着層９を介して接着して絶縁基板１を形成した例を示している。また、この絶縁基板１の外周部には複数の貫通孔10が形成されており、貫通孔10の内壁には貫通導体11が被着されている。なお、接地または電源用導体層６は、半導体素子３の接地電極または電源電極のどちらがこの接地または電源用導体層６に電気的に接続されるかにより接地用導体として機能したり、電源用導体として機能したりする。
【００２１】
絶縁基板１を構成する絶縁板４や７は、例えばガラス繊維やアラミド繊維のクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る略四角枠状であり、配線導体５・接地または電源用導体層６や外部接続用導体８の支持体として機能するとともに貫通穴４ａ・７ａ内に半導体素子３を収容するための空所を形成する。
【００２２】
また、これらの絶縁板４・７を接着する接着層９は、同じくガラス繊維やアラミド繊維のクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、絶縁板４と７とを接着する接着部材として機能する。
【００２３】
絶縁板４の上面に被着された配線導体５は、銅箔等の金属から成り、貫通穴４ａの開口近傍から外周部にかけて複数の帯状パターンに被着形成されている。この配線導体５は、貫通穴４ａ内に収容される半導体素子３の各電極を外部電気回路に電気的に接続するための導電路の一部として機能し、その貫通穴４ａ近傍部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ13を介して接合され、その外周部は貫通導体11に接続されている。
【００２４】
また、絶縁板４の下面に被着された接地または電源用導体層６は、銅箔等の金属から成る。この接地または電源用導体層６は、半導体素子３に接地または電源電位を供給するとともに配線導体５の特性インピーダンスを所定の値に調整する機能を有し、貫通導体11に電気的に接続されている。
【００２５】
また、絶縁板７の上面に被着された外部接続用導体８は、外部電気回路との接続用導体として機能し、貫通導体11に電気的に接続するようにして形成されている。そして、この外部接続用導体８には、半田ボール等からなる外部接続用部材14が取着される。
【００２６】
なお、配線導体５および外部接続用導体８は、通常、５〜50μｍ程度の厚みである。高速の信号を伝達させるという観点からは５μｍ以上の厚みが好ましく、配線導体５や外部接続用導体８を寸法精度良く加工するためには50μｍ以下の厚みとしておくことが好ましい。また、これらの配線導体５および外部接続用導体８の露出する表面には、通常であれば１〜30μｍ程度の厚みのニッケルめっき層および0.1〜３μｍ程度の厚みの金めっき層が無電解めっき法や電解めっき法により順次被着されている。それにより、配線導体５および外部接続用導体８の酸化腐食を有効に防止することができるとともに配線導体５とボンディングワイヤ13との電気的接続および外部接続用導体８と外部接続用部材14との電気的接続を良好となすことができる。
【００２７】
また、貫通孔10の内壁に被着された貫通導体11は配線導体５や接地または電源用導体層６と外部接続用導体８とを電気的に接続させる接続導体として機能し、絶縁基板１の上面から下面にかけて穿孔された多数の貫通孔10の内壁に厚みが４〜50μｍ程度の銅めっき層を無電解めっき法や電解めっき法を採用して被着することにより形成されている。なお、貫通導体11の厚みが４μｍ未満では、配線導体５や接地または電源用導体層６と外部接続用導体８とを電気的に良好に接続することが困難となる傾向にあり、他方、50μｍを超えると、そのような厚みの貫通導体11を形成するために長時間を要し、配線基板を製造する効率が極めて低いものとなる傾向にある。
【００２８】
さらに、この接地または電源用導体層６の下面にはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が部分的に被着形成されている。絶縁層12は、絶縁基板１に放熱板２を強固に接合させるための接合用下地部材として機能し、接地または電源用導体層６および絶縁層12に放熱板２が導電性フィラーと熱硬化性樹脂とから成る導電性の接合層15を介して接合されることにより絶縁基板１と放熱板２とが接合されているとともに接地または電源用導体層６と放熱板２とが電気的に接続されている。この絶縁層12にはシリカ等の無機絶縁物粉末から成るフィラーを５〜50重量％程度含有させてもよい。フィラーを含有させることにより絶縁層12の熱膨張係数を調整することができるとともに、絶縁層12の耐熱性等を向上させることができる。このような絶縁層12は、未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂ペーストを絶縁基板１の下面に部分的に塗布した後、これを熱硬化させることにより形成される。
【００２９】
ところで、本発明の放熱板付き配線基板においては、絶縁層12は接地または電源用導体層６の下面に例えば図２に平面図示すような格子状のパターン被着されている。このように、熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が接地または電源用導体層６の下面に例えば格子状のパターンに部分的に被着されていることから、この絶縁層12が被着された接地または電源用導体層６と放熱板２とが接合層15を介して強固に接合される。このとき、接地または電源用導体層６に部分的に被着された絶縁層12は、導電性フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層15を接地または電源用導体層６に強固に固着させるためのアンカーとして作用し、絶縁層12中の熱硬化性樹脂と接合層15中の熱硬化性樹脂とが強固に接合することにより接地または電源用導体層６と接合層15との密着性を向上させることができる。
【００３０】
この場合、接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率を5％〜40％とすることにより、接地または電源用導体層６と接合層15との密着性が特に向上する。接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率が5％より小さいと、絶縁層12のアンカーとしての効果が小さく、接地または電源用導体層６と接合層15とを強固に密着させることが困難となる傾向にあり、逆に40％より大きいと、接地または電源用導体層６と導電性の接合層15との接着面積が少なくなるため接地または電源用導体層６と放熱板２の間の電気抵抗が若干大きくなってしまい、放熱板２を接地または電源電位に安定して接続することが困難となってしまう。
【００３１】
なお、この例では、絶縁層12は接地または電源用導体層６の下面に格子状のパターンに被着させたが、絶縁層12は接地または電源用導体層６の下面に図３に平面図で示すような放射状のパターンや、図４に平面図で示すような枠状のパターン、あるいは図５や図６に平面図で示すようなドット状のバターンに被着されていてもよい。
【００３２】
他方、絶縁基板１の下面に接合層15を介して接合された放熱板２は、銅等の熱伝導性に優れる金属から成り、貫通穴４ａを塞ぐようにして接合されている。この放熱板２は、半導体素子３を支持するための支持体として機能するとともに半導体素子３が作動時に発生する熱を外部に良好に放熱するための放熱部材として機能し、その上面中央部に半導体素子３を搭載するための搭載部２ａを有している。そして、この搭載部２ａに半導体素子３が導電性のエポキシ樹脂等の接着剤を介して接着固定される。
【００３３】
このような放熱板２は、例えば銅から成る板材を打ち抜き金型により所定の形状に打ち抜くことによって形成すればよい。なお、放熱板２の表面にニッケルや金等の耐食性の良好な金属をめっき法により１〜20μｍの厚みに被着させておくと、放熱板２の酸化腐食を有効に防止することができる。さらに、放熱板２と接合層15との接合力向上のために、放熱板２表面に黒化処理やブラスト処理を施し、その表面に中心線平均粗さＲａが0.2〜３μｍ程度となるような凹凸を形成してもよい。
【００３４】
また、絶縁基板１と放熱板２とを接合する接合層15は、例えば銅粉末や銀粉末等の導電性フィラーとエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とから成る。このような構成により接地または電源用導体６と放熱板２とを機械的に接合するとともに電気的に接続することができる。このような接合層15は、例えば未硬化の熱硬化性樹脂と導電性フィラーとの混合物から成る導電性接着剤ペーストを絶縁層12が部分的に被着された絶縁基板１の下面にスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、これに放熱板２を当接させて上下から加圧しながら熱硬化させることにより絶縁基板１と放熱板２とを強固に接合する。このとき、接地または電源用導体層６の下面には熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が部分的に被着されているので、この絶縁層12がアンカーとなって接地または電源用導体層６と接合層15とが強固に接合される。
【００３５】
したがって、本発明の放熱板付き配線基板によれば、放熱板２の搭載部２ａに搭載する半導体素子３が作動時に発生する熱が繰り返し印加されたとしても接地または電源用導体層６と接合層15との間に剥離が発生することはなく、接地または電源用導体層６と放熱板２とを電気的・機械的に強固に接合することができ、搭載する半導体素子３を長期間にわたり正常に作動させることができる。
【００３６】
なお、接合層15用のペーストの内縁が貫通穴４ａの開口から0.1〜１ｍｍ外周側に位置するように印刷塗布しておくと、絶縁基板１と放熱板２とを接合層15を介して接合する際に、接合層15に含有される熱硬化性樹脂の一部が貫通穴４ａ内壁を伝って配線導体５に付着するのを有効に防止することができるとともに、絶縁基板１と放熱板２との間に大きな隙間を形成することなく両者を強固に接合することができる。したがって、接合層15用のペーストは、その内縁が貫通穴４ａの開口から0.1〜１ｍｍ外周側に位置するように印刷塗布することが好ましい。
【００３７】
かくして、本発明の放熱板付き配線基板によれば、放熱板２の搭載部２ａに半導体素子３を搭載するとともに、この半導体素子３の各電極と配線導体５とをボンディングワイヤ13を介して電気的に接続し、しかる後、貫通穴４ａ・５ａ内へ封止用樹脂をポッティングして樹脂封止を行なうことにより半導体装置となる。
【００３８】
なお、このような放熱板付き配線基板においては、必要に応じて絶縁基板１上に外部接続用導体８の外周部を覆うソルダーレジスト層16を設けてもよい。このようなソルダーレジスト層16は、例えばシリカ等の絶縁性フィラーを含有させたエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成り、外部接続用導体８上に半田ボール等の外部接続用部材14を被着する際の外部接続用部材14の不要な濡れ広がりを制御するダムの作用をする。このようなソルダーレジスト層16は、未硬化の感光性を有する熱硬化性樹脂ペーストを外部接続用導体８が形成された絶縁板７の上面にスクリーン印刷法を採用して塗布するとともに従来公知のフォトリソグラフィ−により所定のパターンにエッチングした後、熱硬化させることにより形成することができる。
【００３９】
次に、上述の放熱板付き配線基板を製造する本発明の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図７（ａ）に断面図で示すように、絶縁板４用の絶縁板４Ａと絶縁板７用の絶縁板７Ａと接着層９用の未硬化の接着シート９Ａとを準備する。このとき、絶縁板４Ａの上面には配線導体５用の金属層５Ａを、絶縁板４Ａの下面には接地または電源用導体層６用の金属層６Ａを、絶縁板７Ａの上面には外部接続用導体８用の金属層８Ａを貫通孔10が形成される領域を含めて所定のパターンに被着形成しておく。また、絶縁板７Ａの中央部には貫通穴７ａを形成しておく。
【００４１】
このような絶縁板４Ａおよび７Ａは、例えばガラスクロスに未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させてなるシートを得るとともに、これを熱硬化させることによって形成され、貫通穴７ａは、硬化した絶縁板７Ａに切削加工を施すことにより形成される。また、配線導体５・接地または電源用導体層６や外部接続用導体８用の金属層５Ａ・６Ａ・８Ａは、絶縁板４Ａ・７Ａ用のシートの上面や下面の全面に銅箔を貼着しておくとともに絶縁板４Ａ・７Ａ用のシートを硬化させた後、これらの銅箔を公知のフォトリソグラフィー技術を採用して所定のパターンにエッチングすることによって形成される。また、未硬化の接着シート９Ａは、ガラスクロスに未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成るシートを打ち抜き金型により所定の枠状に打ち抜くことによって形成される。
【００４２】
次に、図７（ｂ）に断面図で示すように、絶縁板４Ａと絶縁板７Ａとを間に未硬化の接着シート９Ａを挟んで積層するとともに、これらを例えば積層プレス機を用いて、真空度が４ｋＰａ以下、温度が180〜200℃の範囲、圧力が２〜４ＭＰａの範囲の条件で90〜120分間加圧加熱することにより接着シート９Ａを熱硬化させて絶縁板４Ａと絶縁板７Ａとを接着シート９Ａを介して接着して成る絶縁基板１用の積層体１Ａを得る。
【００４３】
次に、図７（ｃ）に断面図で示すように、積層体１Ａの中央部に半導体素子を収容するための貫通穴４ａおよび外周部に複数の貫通孔10をルーター加工やドリル加工等の切削加工により形成するとともに、貫通孔10の内壁に無電解めっき法や電解めっき法により銅から成る貫通導体11を被着形成して外部接続用導体８とこれに対応する配線導体５および接地または電源用導体層６とをそれぞれ電気的に接続する。
【００４４】
このとき、接地または電源用導体層６をその内縁が貫通穴４ａの開口よりも0.1〜５ｍｍ程度外周側に位置するように設けておくと、絶縁板４Ａに貫通穴４ａを切削加工により形成する際に接地または電源用導体層６の内縁にバリが発生することを有効に防止することができる。したがって、接地または電源用導体層６は、その内縁が貫通穴４ａの開口よりも0.1〜５ｍｍ程度外周側に位置するように設けておくことが好ましい。
【００４５】
次に、図７（ｄ）に断面図で示すように、接地または電源用導体層６の下面に絶縁層12用の未硬化の熱硬化性樹脂ペースト12Ａをスクリーン印刷法を採用して図２〜図６に示したようなパターンに部分的に印刷塗布した後、これを熱硬化させて接地または電源用導体層６の下面に絶縁層12を部分的に被着させた絶縁基板１を得る。
【００４６】
この場合、接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率を5％〜40％とすることにより、後述するように接地または電源用導体層６と放熱板２とを導電性フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層15で接合する際に接地または電源用導体層６と接合層15との密着性が特に向上する。接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率が5％より小さいと、絶縁層12のアンカーとしての効果が小さく、接地または電源用導体層６と接合層15とを強固に密着させることが困難となる傾向にあり、逆に40％より大きいと、接地または電源用導体層６と導電性の接合層15との接着面積が少なくなるため接地または電源用導体層６と放熱板２の間の電気抵抗が若干大きくなってしまい、放熱板２を接地または電源電位に安定して接続することが困難となってしまう。
【００４７】
そして最後に、上述のようにして得られた絶縁基板１の下面に被着させた接地または電源用導体層６および絶縁層12の表面に銅粉末や銀粉末等の導電性フィラーと未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との混合物から成る導電性ペーストをスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、これに放熱板２を当接させて上下から0.3〜1.0ＭＰａの圧力で加圧しながら150〜180℃の温度で60〜180分間程度の時間加熱して熱硬化させることにより図１に示したような本発明の放熱板付き配線基板が完成する。このとき、接地または電源用導体層６の下面には熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が部分的に被着されているので、この絶縁層12がアンカーとなって接地または電源用導体層６と接合層15とが強固に接合される。したがって、本発明の製造方法によって得られる放熱板付き配線基板によれば、放熱板２の搭載部２ａに搭載する半導体素子３が作動時に発生する熱が繰り返し印加されたとしても接地または電源用導体層６と接合層15との間に剥離が発生することはなく、接地または電源用導体層６と放熱板２とを電気的・機械的に強固に接合することができ、搭載する半導体素子３を長期間にわたり正常に作動させることができる。
【００４８】
さらに、本発明の製造方法においては、必要に応じて配線基板１上に外部接続用導体８の外周部を覆うソルダーレジスト層16を形成してもよい。このようなソルダーレジスト層16を設けることにより外部接続用導体８上に半田ボール等の外部接続用部材14を接合した際に半田ボール等の不要な濡れ広がりを防止することができる。このようなソルダーレジスト層16は、例えばシリカ等のフィラーを含有するエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から形成すればよく、シリカ等のフィラーを含有する未硬化の感光性を有する熱硬化性樹脂ペーストを外部接続用導体８を含む絶縁板７上の略全面にスクリーン印刷法等を採用して印刷塗布した後、これを公知のフォトリソグラフィー技術を採用して所定のパターンにエッチングし、最後にこれを130〜180℃で約１時間程度加熱して硬化させることによって形成すればよい。
【００４９】
なお、本発明は上述の実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態例では、２枚の絶縁板５・７を接着した配線基板１を例に示したが、１枚の絶縁板の上面に配線導体と外部接続用導体とを一体的に形成するとともに下面に接地または電源用導体層を形成して成る配線基板や、３枚以上の絶縁板を積層して成る配線基板を用いたものであってもよい。また、上述の実施の形態例における貫通穴４ａ・５ａを、打ち抜き金型を用いたパンチングにより、あるいはレーザ加工機により形成してもよい。さらに、貫通孔10の加工をレーザ加工機を用いて行ってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の放熱板付き配線基板によれば、絶縁基板の下面に被着させた接地または電源用導体層の下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層が部分的に被着されていることから、この絶縁層がアンカーとなり、接地または電源用導体層と接合層との間の密着性を向上できる。したがって、搭載する半導体素子が作動時に発生する熱が繰り返し印加されても接地または電源用導体層との接合層との間に剥離が発生することがなく、搭載する半導体素子を長期間にわたり正常に作動させることができる。
【００５１】
また、本発明の放熱板付き配線基板の製造方法によれば、絶縁基板の下面に被着させた接地または電源用導体層の下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層を部分的に被着させた後、この接地または電源用導体層および絶縁層に導電性フィラーと熱硬化性樹脂とから成る接合層を介して金属製の放熱板を接合することから、接地または電源用導体層に部分的に被着させた絶縁層がアンカーとなり、接地または電源用導体層と接合層との間の密着性を向上できる。したがって、搭載する半導体素子が作動時に発生する熱が繰り返し印加されても接地または電源用導体層との接合層との間に剥離が発生することがなく、搭載する半導体素子を長期間にわたり正常に作動させることが可能な放熱板付き配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放熱板付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す放熱板付き配線基板における絶縁基板１の下面図である。
【図３】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図４】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図５】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図６】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す放熱板付き配線基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図８】従来の放熱板付き配線基板の例を示す断面である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、図８に示す従来の放熱板付き配線基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基板
２・・・・・放熱板
３・・・・・半導体素子
４ａ・・・・半導体素子収納用の貫通穴
５・・・・・配線導体
６・・・・・接地または電源用導体
12・・・・・絶縁層
15・・・・・接合層
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路素子等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＭＰＵ等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージに用いられる放熱板付き配線基板は、例えば図８に断面図で示すように、中央部に半導体素子20を収容するための段状の貫通穴21ａを有する絶縁基板21と、この絶縁基板21の下面に貫通穴21ａを塞ぐように接合層23を介して接合され、上面中央部に半導体素子20が搭載される搭載部22ａを有する銅等の金属材料から成る放熱板22とから主に構成されている。
【０００３】
この従来の放熱板付き配線基板においては、絶縁基板21は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る二枚の絶縁板24・25を同じくガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る接着層26を介して積層して成り、絶縁板24には、その中央部に半導体素子20よりも若干大きな貫通穴24ａが形成されているとともにその上面の貫通穴24ａ周辺から外周部にかけて複数の配線導体27およびその下面に接地または電源用導体層28が被着されており、絶縁板25には、その中央部に貫通穴24ａよりも大きな貫通穴25ａが形成されているとともに上面に外部接続用導体29が被着されている。そして、これらの絶縁板24・25および接着層26の外周部には、複数の貫通孔30が設けられており、貫通孔30の内壁には配線導体27や接地または電源用導体層28と外部接続用導体29とを電気的に接続する貫通導体31が被着されている。
【０００４】
また、絶縁基板21と放熱板22とを接続する接合層23は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に無機絶縁物粉末や金属粉末から成るフィラーを分散させて成り、それに含有される熱硬化性樹脂により絶縁基板21と放熱板22とが接合されている。
【０００５】
そして、この従来の放熱板付き配線基板によれば、放熱板22の搭載部22ａに半導体素子20を搭載するとともにこの半導体素子20の各電極を配線導体27にボンディングワイヤ33等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、外部接続用導体29に半田ボール等から成る外部接続用部材34を接合するとともに貫通穴21ａ内へ図示しない封止用樹脂をポッティングして半導体素子20を気密に封止することにより製品としての半導体装置となる。
【０００６】
なお、このような放熱板付き配線基板において、放熱板22と接地または電源用導体層28とを電気的に接続させておく場合があり、そのような場合には、絶縁基板21下面の接地または電源用導体層28以外の導電性部位をエポキシ樹脂等から成る絶縁樹脂層32で覆うとともに絶縁基板21と放熱板22とを例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂中に銅粉末や銀粉末等の導電性フィラーを分散させて成る導電性の接合層23で接合する方法が採用される。
【０００７】
また、このように放熱板22と接地または電源用導体層28とを電気的に接続して成る放熱板付き配線基板は、次に述べる方法により製作されていた。
【０００８】
先ず、図９（ａ）に断面図で示すように、上面に配線導体27用の金属層27Ａが被着され、下面に接地または電源用導体層28用の金属層28Ａが被着された絶縁板24Ａと、上面に外部接続用導体29用の金属層29Ａが被着され、中央部に貫通穴25ａを有する絶縁板25Ａと、中央部に貫通穴25ａと実質的に同じ大きさの貫通穴を有する接着層26Ａとを準備する。
【０００９】
このとき、絶縁板24Ａ・25Ａは、ガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、その熱硬化性樹脂は熱硬化されている。また、金属層27Ａ・28Ａ・29Ａは所定のパターンにエッチング加工されており、絶縁板24Ａ・25Ａに含有される熱硬化性樹脂により絶縁板24Ａ・25Ａに固着されている。他方、接着層26Ａは、ガラスクロスにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、その熱硬化性樹脂は未硬化の状態である。
【００１０】
次に、図９（ｂ）に断面図で示すように、絶縁板24Ａと25Ａとを間に接着層26Ａを挟んで積層するとともに接着層26Ａの熱硬化性樹脂を熱硬化させて、絶縁板24Ａと25Ａとが接着層26Ａにより接合された絶縁基板21用の積層体21Ａを得る。
【００１１】
次に、図９（ｃ）に断面図で示すように、積層体21Ａの中央部に半導体素子を収容するための貫通穴24ａおよび外周部に複数の貫通孔30を切削加工により形成するとともに貫通孔30内壁に無電解めっきおよび電解めっき法により貫通導体31を被着形成し、外部接続用導体29とこれに対応する配線導体27および接地または電源用導体28とをそれぞれ電気的に接続する。
【００１２】
次に、図９（ｄ）に断面図で示すように、積層体21Ａの下面の接地または電源用導体28以外の導電性部位に絶縁層32用の未硬化の熱硬化性樹脂ペーストを塗布するとともに、これを熱硬化させて絶縁基板21を得る。
【００１３】
最後に、上述のようにして得られた絶縁基板21の下面に導電性フィラーを含有する接合層23用の熱硬化性樹脂ペーストを塗布し、その上に放熱板22を当接させるとともに接合層23用の熱硬化性樹脂ペーストを熱硬化させることにより放熱板付きの配線基板が完成する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の放熱板付き配線基板によると、金属フィラー等の導電性粒子を含有する接合層23は、その電気伝導度を上げるために大量の導電性粒子を含有させる必要があり、そのために銅箔から成る接地または電源用導体層28との密着性が弱く、絶縁基板21と放熱板22との間に半導体素子20が作動する際に発生する熱が繰り返し印加されると、接地または電源用導体層28のと接合層23との間で剥がれが発生し、放熱板22と接地または電源用導体28との間の電気的な抵抗が増大する問題があった。そのため、搭載する半導体素子20を長期間にわたり正常に作動させることが困難であった。
【００１５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、半導体素子20が発生する熱が繰り返し印加されたとしても、放熱板22と接地または電源用導体層との間の電気的な抵抗の増大が発生しない、接地または電源用導体層表面と導電性接着樹脂の密着性を大きなものとすることができる放熱板付き配線基板を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の放熱板付き配線基板は、中央部に半導体素子収納用の貫通穴を有する絶縁基板と、該絶縁基板の上面の前記貫通穴周辺から外周部にかけて被着された複数の配線導体と、前記絶縁基板の下面に被着された接地または電源用導体層と、該接地または電源用導体層の下面に対して部分的に被着された熱硬化性樹脂から成る絶縁層と、半導体素子を搭載するための搭載部を有し、該搭載部が前記貫通孔から露出するように前記接地または電源用導体層における前記絶縁層の被着面に導電性フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層を介して接合される放熱板とを備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の放熱板付き配線基板は、絶縁層がシリカを含んでなるフィラーを含有しているのが好ましい。
【００１８】
本発明の放熱板付き配線基板によれば、絶縁基板の下面に被着させた接地または電源用導体層の下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層が部分的に被着されていることから、この絶縁層がアンカーとなり、接地または電源用導体層と接合層との間の密着性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の放熱板付き配線基板において、絶縁層がシリカを含んでなるフィラーを含有している場合は、絶縁層１２の熱膨張係数を調整することができるとともに、絶縁層１２の耐熱性等を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の放熱板付き配線基板を添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の一例を示す断面図である。図中、１は絶縁基板、２は放熱板であり、主としてこれらで半導体素子３を収容するための本発明の放熱板付き配線基板が構成されている。なお、本例では、中央部に半導体素子３を収容する空所を形成するための貫通穴４ａを有するとともに上面に配線導体５および下面に接地または電源用導体層６が被着された絶縁板４と、中央部に貫通穴４ａより大きい貫通穴７ａを有するとともに上面に外部接続用導体８が被着された絶縁板７とを接着層９を介して接着して絶縁基板１を形成した例を示している。また、この絶縁基板１の外周部には複数の貫通孔10が形成されており、貫通孔10の内壁には貫通導体11が被着されている。なお、接地または電源用導体層６は、半導体素子３の接地電極または電源電極のどちらがこの接地または電源用導体層６に電気的に接続されるかにより接地用導体として機能したり、電源用導体として機能したりする。
【００２１】
絶縁基板１を構成する絶縁板４や７は、例えばガラス繊維やアラミド繊維のクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る略四角枠状であり、配線導体５・接地または電源用導体層６や外部接続用導体８の支持体として機能するとともに貫通穴４ａ・７ａ内に半導体素子３を収容するための空所を形成する。
【００２２】
また、これらの絶縁板４・７を接着する接着層９は、同じくガラス繊維やアラミド繊維のクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成り、絶縁板４と７とを接着する接着部材として機能する。
【００２３】
絶縁板４の上面に被着された配線導体５は、銅箔等の金属から成り、貫通穴４ａの開口近傍から外周部にかけて複数の帯状パターンに被着形成されている。この配線導体５は、貫通穴４ａ内に収容される半導体素子３の各電極を外部電気回路に電気的に接続するための導電路の一部として機能し、その貫通穴４ａ近傍部位には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ13を介して接合され、その外周部は貫通導体11に接続されている。
【００２４】
また、絶縁板４の下面に被着された接地または電源用導体層６は、銅箔等の金属から成る。この接地または電源用導体層６は、半導体素子３に接地または電源電位を供給するとともに配線導体５の特性インピーダンスを所定の値に調整する機能を有し、貫通導体11に電気的に接続されている。
【００２５】
また、絶縁板７の上面に被着された外部接続用導体８は、外部電気回路との接続用導体として機能し、貫通導体11に電気的に接続するようにして形成されている。そして、この外部接続用導体８には、半田ボール等からなる外部接続用部材14が取着される。
【００２６】
なお、配線導体５および外部接続用導体８は、通常、５〜50μｍ程度の厚みである。高速の信号を伝達させるという観点からは５μｍ以上の厚みが好ましく、配線導体５や外部接続用導体８を寸法精度良く加工するためには50μｍ以下の厚みとしておくことが好ましい。また、これらの配線導体５および外部接続用導体８の露出する表面には、通常であれば１〜30μｍ程度の厚みのニッケルめっき層および0.1〜３μｍ程度の厚みの金めっき層が無電解めっき法や電解めっき法により順次被着されている。それにより、配線導体５および外部接続用導体８の酸化腐食を有効に防止することができるとともに配線導体５とボンディングワイヤ13との電気的接続および外部接続用導体８と外部接続用部材14との電気的接続を良好となすことができる。
【００２７】
また、貫通孔10の内壁に被着された貫通導体11は配線導体５や接地または電源用導体層６と外部接続用導体８とを電気的に接続させる接続導体として機能し、絶縁基板１の上面から下面にかけて穿孔された多数の貫通孔10の内壁に厚みが４〜50μｍ程度の銅めっき層を無電解めっき法や電解めっき法を採用して被着することにより形成されている。なお、貫通導体11の厚みが４μｍ未満では、配線導体５や接地または電源用導体層６と外部接続用導体８とを電気的に良好に接続することが困難となる傾向にあり、他方、50μｍを超えると、そのような厚みの貫通導体11を形成するために長時間を要し、配線基板を製造する効率が極めて低いものとなる傾向にある。
【００２８】
さらに、この接地または電源用導体層６の下面にはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が部分的に被着形成されている。絶縁層12は、絶縁基板１に放熱板２を強固に接合させるための接合用下地部材として機能し、接地または電源用導体層６および絶縁層12に放熱板２が導電性フィラーと熱硬化性樹脂とから成る導電性の接合層15を介して接合されることにより絶縁基板１と放熱板２とが接合されているとともに接地または電源用導体層６と放熱板２とが電気的に接続されている。この絶縁層12にはシリカ等の無機絶縁物粉末から成るフィラーを５〜50重量％程度含有させてもよい。フィラーを含有させることにより絶縁層12の熱膨張係数を調整することができるとともに、絶縁層12の耐熱性等を向上させることができる。このような絶縁層12は、未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂ペーストを絶縁基板１の下面に部分的に塗布した後、これを熱硬化させることにより形成される。
【００２９】
ところで、本発明の放熱板付き配線基板においては、絶縁層12は接地または電源用導体層６の下面に例えば図２に平面図示すような格子状のパターン被着されている。このように、熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が接地または電源用導体層６の下面に例えば格子状のパターンに部分的に被着されていることから、この絶縁層12が被着された接地または電源用導体層６と放熱板２とが接合層15を介して強固に接合される。このとき、接地または電源用導体層６に部分的に被着された絶縁層12は、導電性フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層15を接地または電源用導体層６に強固に固着させるためのアンカーとして作用し、絶縁層12中の熱硬化性樹脂と接合層15中の熱硬化性樹脂とが強固に接合することにより接地または電源用導体層６と接合層15との密着性を向上させることができる。
【００３０】
この場合、接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率を5％〜40％とすることにより、接地または電源用導体層６と接合層15との密着性が特に向上する。接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率が5％より小さいと、絶縁層12のアンカーとしての効果が小さく、接地または電源用導体層６と接合層15とを強固に密着させることが困難となる傾向にあり、逆に40％より大きいと、接地または電源用導体層６と導電性の接合層15との接着面積が少なくなるため接地または電源用導体層６と放熱板２の間の電気抵抗が若干大きくなってしまい、放熱板２を接地または電源電位に安定して接続することが困難となってしまう。
【００３１】
なお、この例では、絶縁層12は接地または電源用導体層６の下面に格子状のパターンに被着させたが、絶縁層12は接地または電源用導体層６の下面に図３に平面図で示すような放射状のパターンや、図４に平面図で示すような枠状のパターン、あるいは図５や図６に平面図で示すようなドット状のバターンに被着されていてもよい。
【００３２】
他方、絶縁基板１の下面に接合層15を介して接合された放熱板２は、銅等の熱伝導性に優れる金属から成り、貫通穴４ａを塞ぐようにして接合されている。この放熱板２は、半導体素子３を支持するための支持体として機能するとともに半導体素子３が作動時に発生する熱を外部に良好に放熱するための放熱部材として機能し、その上面中央部に半導体素子３を搭載するための搭載部２ａを有している。そして、この搭載部２ａに半導体素子３が導電性のエポキシ樹脂等の接着剤を介して接着固定される。
【００３３】
このような放熱板２は、例えば銅から成る板材を打ち抜き金型により所定の形状に打ち抜くことによって形成すればよい。なお、放熱板２の表面にニッケルや金等の耐食性の良好な金属をめっき法により１〜20μｍの厚みに被着させておくと、放熱板２の酸化腐食を有効に防止することができる。さらに、放熱板２と接合層15との接合力向上のために、放熱板２表面に黒化処理やブラスト処理を施し、その表面に中心線平均粗さＲａが0.2〜３μｍ程度となるような凹凸を形成してもよい。
【００３４】
また、絶縁基板１と放熱板２とを接合する接合層15は、例えば銅粉末や銀粉末等の導電性フィラーとエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とから成る。このような構成により接地または電源用導体６と放熱板２とを機械的に接合するとともに電気的に接続することができる。このような接合層15は、例えば未硬化の熱硬化性樹脂と導電性フィラーとの混合物から成る導電性接着剤ペーストを絶縁層12が部分的に被着された絶縁基板１の下面にスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、これに放熱板２を当接させて上下から加圧しながら熱硬化させることにより絶縁基板１と放熱板２とを強固に接合する。このとき、接地または電源用導体層６の下面には熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が部分的に被着されているので、この絶縁層12がアンカーとなって接地または電源用導体層６と接合層15とが強固に接合される。
【００３５】
したがって、本発明の放熱板付き配線基板によれば、放熱板２の搭載部２ａに搭載する半導体素子３が作動時に発生する熱が繰り返し印加されたとしても接地または電源用導体層６と接合層15との間に剥離が発生することはなく、接地または電源用導体層６と放熱板２とを電気的・機械的に強固に接合することができ、搭載する半導体素子３を長期間にわたり正常に作動させることができる。
【００３６】
なお、接合層15用のペーストの内縁が貫通穴４ａの開口から0.1〜１ｍｍ外周側に位置するように印刷塗布しておくと、絶縁基板１と放熱板２とを接合層15を介して接合する際に、接合層15に含有される熱硬化性樹脂の一部が貫通穴４ａ内壁を伝って配線導体５に付着するのを有効に防止することができるとともに、絶縁基板１と放熱板２との間に大きな隙間を形成することなく両者を強固に接合することができる。したがって、接合層15用のペーストは、その内縁が貫通穴４ａの開口から0.1〜１ｍｍ外周側に位置するように印刷塗布することが好ましい。
【００３７】
かくして、本発明の放熱板付き配線基板によれば、放熱板２の搭載部２ａに半導体素子３を搭載するとともに、この半導体素子３の各電極と配線導体５とをボンディングワイヤ13を介して電気的に接続し、しかる後、貫通穴４ａ・５ａ内へ封止用樹脂をポッティングして樹脂封止を行なうことにより半導体装置となる。
【００３８】
なお、このような放熱板付き配線基板においては、必要に応じて絶縁基板１上に外部接続用導体８の外周部を覆うソルダーレジスト層16を設けてもよい。このようなソルダーレジスト層16は、例えばシリカ等の絶縁性フィラーを含有させたエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成り、外部接続用導体８上に半田ボール等の外部接続用部材14を被着する際の外部接続用部材14の不要な濡れ広がりを制御するダムの作用をする。このようなソルダーレジスト層16は、未硬化の感光性を有する熱硬化性樹脂ペーストを外部接続用導体８が形成された絶縁板７の上面にスクリーン印刷法を採用して塗布するとともに従来公知のフォトリソグラフィ−により所定のパターンにエッチングした後、熱硬化させることにより形成することができる。
【００３９】
次に、上述の放熱板付き配線基板を製造する本発明の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図７（ａ）に断面図で示すように、絶縁板４用の絶縁板４Ａと絶縁板７用の絶縁板７Ａと接着層９用の未硬化の接着シート９Ａとを準備する。このとき、絶縁板４Ａの上面には配線導体５用の金属層５Ａを、絶縁板４Ａの下面には接地または電源用導体層６用の金属層６Ａを、絶縁板７Ａの上面には外部接続用導体８用の金属層８Ａを貫通孔10が形成される領域を含めて所定のパターンに被着形成しておく。また、絶縁板７Ａの中央部には貫通穴７ａを形成しておく。
【００４１】
このような絶縁板４Ａおよび７Ａは、例えばガラスクロスに未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させてなるシートを得るとともに、これを熱硬化させることによって形成され、貫通穴７ａは、硬化した絶縁板７Ａに切削加工を施すことにより形成される。また、配線導体５・接地または電源用導体層６や外部接続用導体８用の金属層５Ａ・６Ａ・８Ａは、絶縁板４Ａ・７Ａ用のシートの上面や下面の全面に銅箔を貼着しておくとともに絶縁板４Ａ・７Ａ用のシートを硬化させた後、これらの銅箔を公知のフォトリソグラフィー技術を採用して所定のパターンにエッチングすることによって形成される。また、未硬化の接着シート９Ａは、ガラスクロスに未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成るシートを打ち抜き金型により所定の枠状に打ち抜くことによって形成される。
【００４２】
次に、図７（ｂ）に断面図で示すように、絶縁板４Ａと絶縁板７Ａとを間に未硬化の接着シート９Ａを挟んで積層するとともに、これらを例えば積層プレス機を用いて、真空度が４ｋＰａ以下、温度が180〜200℃の範囲、圧力が２〜４ＭＰａの範囲の条件で90〜120分間加圧加熱することにより接着シート９Ａを熱硬化させて絶縁板４Ａと絶縁板７Ａとを接着シート９Ａを介して接着して成る絶縁基板１用の積層体１Ａを得る。
【００４３】
次に、図７（ｃ）に断面図で示すように、積層体１Ａの中央部に半導体素子を収容するための貫通穴４ａおよび外周部に複数の貫通孔10をルーター加工やドリル加工等の切削加工により形成するとともに、貫通孔10の内壁に無電解めっき法や電解めっき法により銅から成る貫通導体11を被着形成して外部接続用導体８とこれに対応する配線導体５および接地または電源用導体層６とをそれぞれ電気的に接続する。
【００４４】
このとき、接地または電源用導体層６をその内縁が貫通穴４ａの開口よりも0.1〜５ｍｍ程度外周側に位置するように設けておくと、絶縁板４Ａに貫通穴４ａを切削加工により形成する際に接地または電源用導体層６の内縁にバリが発生することを有効に防止することができる。したがって、接地または電源用導体層６は、その内縁が貫通穴４ａの開口よりも0.1〜５ｍｍ程度外周側に位置するように設けておくことが好ましい。
【００４５】
次に、図７（ｄ）に断面図で示すように、接地または電源用導体層６の下面に絶縁層12用の未硬化の熱硬化性樹脂ペースト12Ａをスクリーン印刷法を採用して図２〜図６に示したようなパターンに部分的に印刷塗布した後、これを熱硬化させて接地または電源用導体層６の下面に絶縁層12を部分的に被着させた絶縁基板１を得る。
【００４６】
この場合、接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率を5％〜40％とすることにより、後述するように接地または電源用導体層６と放熱板２とを導電性フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層15で接合する際に接地または電源用導体層６と接合層15との密着性が特に向上する。接地または電源用導体層６の下面に占める絶縁層12の面積比率が5％より小さいと、絶縁層12のアンカーとしての効果が小さく、接地または電源用導体層６と接合層15とを強固に密着させることが困難となる傾向にあり、逆に40％より大きいと、接地または電源用導体層６と導電性の接合層15との接着面積が少なくなるため接地または電源用導体層６と放熱板２の間の電気抵抗が若干大きくなってしまい、放熱板２を接地または電源電位に安定して接続することが困難となってしまう。
【００４７】
そして最後に、上述のようにして得られた絶縁基板１の下面に被着させた接地または電源用導体層６および絶縁層12の表面に銅粉末や銀粉末等の導電性フィラーと未硬化のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との混合物から成る導電性ペーストをスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、これに放熱板２を当接させて上下から0.3〜1.0ＭＰａの圧力で加圧しながら150〜180℃の温度で60〜180分間程度の時間加熱して熱硬化させることにより図１に示したような本発明の放熱板付き配線基板が完成する。このとき、接地または電源用導体層６の下面には熱硬化性樹脂から成る絶縁層12が部分的に被着されているので、この絶縁層12がアンカーとなって接地または電源用導体層６と接合層15とが強固に接合される。したがって、本発明の製造方法によって得られる放熱板付き配線基板によれば、放熱板２の搭載部２ａに搭載する半導体素子３が作動時に発生する熱が繰り返し印加されたとしても接地または電源用導体層６と接合層15との間に剥離が発生することはなく、接地または電源用導体層６と放熱板２とを電気的・機械的に強固に接合することができ、搭載する半導体素子３を長期間にわたり正常に作動させることができる。
【００４８】
さらに、本発明の製造方法においては、必要に応じて配線基板１上に外部接続用導体８の外周部を覆うソルダーレジスト層16を形成してもよい。このようなソルダーレジスト層16を設けることにより外部接続用導体８上に半田ボール等の外部接続用部材14を接合した際に半田ボール等の不要な濡れ広がりを防止することができる。このようなソルダーレジスト層16は、例えばシリカ等のフィラーを含有するエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から形成すればよく、シリカ等のフィラーを含有する未硬化の感光性を有する熱硬化性樹脂ペーストを外部接続用導体８を含む絶縁板７上の略全面にスクリーン印刷法等を採用して印刷塗布した後、これを公知のフォトリソグラフィー技術を採用して所定のパターンにエッチングし、最後にこれを130〜180℃で約１時間程度加熱して硬化させることによって形成すればよい。
【００４９】
なお、本発明は上述の実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態例では、２枚の絶縁板５・７を接着した配線基板１を例に示したが、１枚の絶縁板の上面に配線導体と外部接続用導体とを一体的に形成するとともに下面に接地または電源用導体層を形成して成る配線基板や、３枚以上の絶縁板を積層して成る配線基板を用いたものであってもよい。また、上述の実施の形態例における貫通穴４ａ・５ａを、打ち抜き金型を用いたパンチングにより、あるいはレーザ加工機により形成してもよい。さらに、貫通孔10の加工をレーザ加工機を用いて行ってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の放熱板付き配線基板によれば、絶縁基板の下面に被着させた接地または電源用導体層の下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層が部分的に被着されていることから、この絶縁層がアンカーとなり、接地または電源用導体層と接合層との間の密着性を向上できる。したがって、搭載する半導体素子が作動時に発生する熱が繰り返し印加されても接地または電源用導体層との接合層との間に剥離が発生することがなく、搭載する半導体素子を長期間にわたり正常に作動させることができる。
【００５１】
また、本発明の放熱板付き配線基板の製造方法によれば、絶縁基板の下面に被着させた接地または電源用導体層の下面に熱硬化性樹脂から成る絶縁層を部分的に被着させた後、この接地または電源用導体層および絶縁層に導電性フィラーと熱硬化性樹脂とから成る接合層を介して金属製の放熱板を接合することから、接地または電源用導体層に部分的に被着させた絶縁層がアンカーとなり、接地または電源用導体層と接合層との間の密着性を向上できる。したがって、搭載する半導体素子が作動時に発生する熱が繰り返し印加されても接地または電源用導体層との接合層との間に剥離が発生することがなく、搭載する半導体素子を長期間にわたり正常に作動させることが可能な放熱板付き配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放熱板付き配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す放熱板付き配線基板における絶縁基板１の下面図である。
【図３】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図４】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図５】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図６】本発明の放熱板付き配線基板の実施形態の他の例における絶縁基板１の下面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す放熱板付き配線基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図８】従来の放熱板付き配線基板の例を示す断面である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、図８に示す従来の放熱板付き配線基板の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基板
２・・・・・放熱板
３・・・・・半導体素子
４ａ・・・・半導体素子収納用の貫通穴
５・・・・・配線導体
６・・・・・接地または電源用導体
12・・・・・絶縁層
15・・・・・接合層
Claims (2)
- 中央部に半導体素子収納用の貫通穴を有する絶縁基板と、該絶縁基板の上面の前記貫通穴周辺から外周部にかけて被着された複数の配線導体と、前記絶縁基板の下面に被着された接地または電源用導体層と、該接地または電源用導体層の下面に対して部分的に被着された熱硬化性樹脂から成る絶縁層と、半導体素子を搭載するための搭載部を有し、該搭載部が前記貫通孔から露出するように前記接地または電源用導体層における前記絶縁層の被着面に導電性フィラーおよび熱硬化性樹脂から成る接合層を介して接合される放熱板とを備えることを特徴とする、放熱板付き配線基板。
- 前記絶縁層はシリカを含んでなるフィラーを含有していることを特徴と
する、請求項１に記載の放熱板付き配線基板。
Priority Applications (1)
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| JP2001358716A JP3854131B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 放熱板付き配線基板 |
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| JP2001358716A JP3854131B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 放熱板付き配線基板 |
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2001
- 2001-11-26 JP JP2001358716A patent/JP3854131B2/ja not_active Expired - Lifetime
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