JPH01266728A - 混成集積回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体チップのアルミニウムボンディング
が可能で、かつ大電流を流すことのできる厚い銅回路が
形成された混成集積回路基板およびその製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 電子部品の高密度実装化が進むなかで、金属板をベース
とした混成集積回路基板は、放熱性および機械強度に優
れることから、近年その需要が高まっている。かかる混
成集積回路基板において、半導体チップと回路を接続す
るには、金線もしくはアルミニウム線を用いてワイヤボ
ンディングが行われるが、一般にパワー素子等について
は安価なアルミニウム線が多用されている。

このアルミニウムボンディングを行うためのボンディン
グパットの形成方法としては、従来から種々の試みがな
されている。即ち、回路表面にＮｉメツキを行う方法（
特公昭５２−３４６１号）、アルミニウムの蒸着メツキ
を行う方法（特開昭５１−２８６８２号）、アルミニウ
ム箔と銅箔が貼り合わされたアルミニウム／銅クラツド
箔張基板を用いて、２段階のエツチングによって銅箔回
路とアルミニウム箔のボンディングバットを形成する方
法（特開昭５８−４８４３２号）等が提案されている。

これらの中で、メツキによってボンディングバットを形
成する方法は、メツキ設備を必要とする上、メツキの表
面状態およびメッキ厚の管理が容易ではないという欠点
があるのに対し、エツチングによる方法は、容易に一定
の厚さのボンディングバットが得られるという点で優れ
ている。

ところが、パワーモジュール等大電流を流す必要がある
場合には、回路の厚みをかなり厚くする必要があり、例
えば１　ｍｍ程度の厚みの回路をエツチングによって形
成しようとすると、エツチング時間が非常に長くなるた
めに、エツチングレジストで保護されていない回路サイ
ドのエツチングが進行しくいわゆるサイドエツチング）
実用できる回路が得られないという問題がある。

そこで、従来このような場合には、第６図に示されるよ
うに０．１ｍｍ以下程度のエツチング時間な厚さの銅箔
１０２と薄いアルミニウム箔１００を貼り合せたものを
電気絶縁層１０３を介して金属板１０４に貼設した金属
板ベースアルミニウム／銅クラツド箔張基板を用い、ま
ず２段階のエツチングによって銅箔回路１０２ｂとアル
ミニウムのボンディングバット１０１を形成し、その後
、銅箔回路１０２ｂの所定の部分に打ち抜き等によって
所定の形状に形成した肉厚の銅配線部材１０２ａを半田
付け（半田１０５）することが行われてきた。

また、回路をエツチングによらないで形成する方法とし
ては、回路の形を押型にしたダイで、片面に接着剤層が
形成された銅箔を電気絶縁層上に打ち抜き、そのまま熱
圧着する方法（いわゆるダイスタンプ法）がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のような肉厚の銅配線部材を銅箔回路上に
半田付する方法は、作業が極めて繁雑で生産性が著しく
悪いという欠点がある。その上、銅配線部材と銅箔回路
の間に半田が介在するためこの半田か熱抵抗となり、即
ち、銅配線部材で発生したジュール熱が放熱のための金
属板に速やかに伝達されないという問題点がある。

また、グイスタンプ法においては押型だけで銅箔を直接
電気絶縁層上に打ち抜くため、銅箔の厚さが０　、１ｍ
ｍ程度までは打ち抜きが問題なく行われるものの、０．
２ｍｍを越えるような場合には押型が損傷したり、打ち
抜きが完全に行われなかったりする。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、大
電流を流すことのできる厚い単一層の銅回路とアルミニ
ウムのボンディングバットを備えた金属板ヘースの混成
集積回路基板およびその製造方法を提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段］ この発明においては、銅板の所定の部分を機械加工によ
って切除することにより所望の形状に形成した銅板回路
部材を、電気絶縁層を介して金属板に貼設し、該銅板回
路部材表面の所定の部分にアルミニウム片もしくは表面
にアルミニウム層を有する金属片からなるボンディング
バットを接合したことによって上記の課題を達成してい
る。

［作用］ この発明にかかる銅板回路部材は、所定の厚さの銅板の
不要部分を打ち抜きや切削等の機械加工によって切除す
ることにより形成される。このため、１　ｍｍ程度の厚
い銅回路を形成する場合でもサイドエツチングの間厘が
全くなく、所定の幅の矩形断面の回路を得ることができ
る。また、ダイスタブ法のように直接電気絶縁層上に銅
箔を打ち抜くものではないから、厚い銅板であっても凹
型。

凸型を用いて完全に打ち抜きを行うことができる。そし
て、得られた銅板回路部材は電気絶縁層を介してプレス
等によって金属板に貼設されるので、作業も簡単である
。さらに、銅板回路部材は単一層からなっているので、
従来のように間に介在している半田が熱伝導を妨げるこ
ともない。

また、本発明においてはボンディングバットはアルミニ
ウム片もしくは表面にアルミニウム層を有した金属片を
半田付、超音波溶接等によって銅板回路の所定の部分に
接合することにより形成されるので、全工程ともドライ
プロセスで混成集積回路基板が製造される。このため、
特別な排水処理設備が不要となる上、エツチング時の残
留イオンによって銅のエレクトロマイグレーションが促
進されることがない。

［実施例］ 実施例：１ 厚さ２　ｍｍ、　２００　ｘ　２００ｍｍの大きさの銅
板の片面に市販のソルダーレジストインクをスクリーン
印刷した後、１５０℃で３０分間加熱硬化してソルダー
レジスト層を形成した。そして、この銅板をシャーリン
グにより、５ｍｍ幅の短冊状に２０ｍｍ間隔で切断して
銅板回路部材とした。次に短冊片より僅かに大きい凹部
が形成された凹型に短冊片をはめこんで位置ずれを防止
した上で、アルミナ繊維シート（商品名：マックスペー
パー　開部マイカ製）にエポキシ樹脂を含浸したプリプ
レグを介して、２５０　Ｘ　２５０ｍｍの大きさのアル
ミニウム板に１５０℃で６０分間加熱プレスして銅板回
路を貼設し・た。

そして、かかる銅板回路の所定の部分にアルミニウム／
銅クラッド箔の銅面に半田メツキした金属片（商品名：
　Ｃ０ＡＸ　　三菱電線製）をアルミニウム面を上にし
て載置し、リフロー炉を通過させて融着し、ボンディン
グパットとした。

なお、本発明においてベース金属板と回路部材の間に介
在させる電気絶縁層は、特に限定されるものではないが
、熱伝導性を向上させるためにはアルミニウム等の金属
やシリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等
の無機物フィラーを樹脂に充填するか、前記無機物から
なる１Ａｌｉ維に樹脂を含浸させたものを用いるのが望
ましい。

比較例：１ 銅の厚さが２ｍｍのアルミニウム／ｆＪＡクラッド板を
ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグを
介して、アルミニウム板に加熱プレスしてアルミニウム
／銅クラツド板張基板とした。そして、２０ｍｍ間隔で
５ｍｍ幅の短冊状にエツチングレジストを形成した後、
アルミニウムと銅の両方を溶解できる塩化鉄系エツチン
グ液でエツチングを試みた。しかし、サイドエツチング
がひどく、実用できるような回路が形成されなかった。

実施例；２ 厚さ１　ｍｍの銅板の不要部分を打ち抜きによって切除
し、所定の形状の銅板回路部材を得た。また、かかる銅
板回路部材を貼設する際の位置決め用として、銅板回路
部材の外形よりＯ１〜０．５＋ｎｍ程度大きい寸法に中
央部を打ち抜いた同じ厚さの打ち抜き枠を用意し、予め
離型剤を塗布しておいた。次に第１図に示すようにプレ
ス板８ａ、８ｂの間に離型フィルム７ａ、７ｂを介して
、下から順にアルミニウムからなる金属板４、良熱伝導
性着剤からなる電気絶縁層３、打ち抜き枠６にはめこん
だ銅板回路部材２を積層し、加熱プレスを行って、金属
板４と銅板回路部材２を電気絶縁層３介して熱圧着した
。

その後、打ち抜き枠６を取り外し、得られた混成集積回
路基板の銅板回路部材２表面の所定の部分にアルミニウ
ム片を超音波溶接することによりポンディングパッド１
を形成し、第２図に示されるような混成集積回路基板を
得た。

なお、本発明において銅板回路部材を貼設する方法は、
特にこの実施例の方法に限定されるものではなく、プレ
ス板を使用しないオートクレーブ式（ガス圧式）プレス
によって熱圧着してもよいし、後述するように予め形成
された電気絶縁層に接着剤を用いて貼設しても良い。

また、本発明にかかる混成集積回路基板において、半田
付やワイヤボンディングを行わない部分にソルダーレジ
ストを形成する場合には、厚い銅板回路を形成してから
ソルダーレジストインクをスクリーン印刷するのは国運
であるので、平坦な銅板上にソルダーレジストを形成し
た後に、打ち抜き等の機械加工を行って銅板回路部材を
形成するのが良い。

実施例＝３ 実施例２と同様にして、銅板回路部材と打ち抜き枠を用
意し、金属板として厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板を
用い、予め良熱伝導性フィラーを充填した電気絶縁層を
形成しておいた。そして、この電気絶縁層の銅回路を形
成する部分にのみ金属等を含有させて熱伝導性を向上さ
せた接着剤を塗布し、実施例１と同様に打ち抜き枠には
めこんだ銅板回路部材を電気絶縁層に貼設した。その後
打ち抜き粋を外して、実施例１と同様にしてボンティン
グバット・を接合し、混成集積回路基板を得た。

なお本発明にかかる銅板回路部材は、打ち抜きに限らず
、切削等信の機械加工によって不要部分を切除すること
によって形成しても良いが、作業性や精度の点からは凹
型と凸型を用いて打ち抜きによフて形成することが望ま
しい。このような打ち抜き加工によれは、厚さが１ｍｍ
程度の場合でもバクーン幅１ｍｌＴ１程度の回路を精度
良く形成することかできる。

また、本発明では銅板回路部材を機械加工で別に形成し
ておき、後に電気絶縁層を介して金属板に貼設すること
から、銅板回路部材自体や金属板の形状の自由度が大き
い。即ち、本発明による混成集積回路基板は必ずしも全
体が平坦な板状でなくともよく、場合によフてはフィン
付きの形状とすることができる。

実施例；４ 第３図に示されるように、銅板回路部材２の各回路を支
持する支持部１０を設けて厚さ１１ｎＩＩ＋の銅板を打
ち抜いた。また、支持部１０と銅板回路部材２を継いで
いる部分には第４図に示されるように■溝カット（■溝
カット部９）を施し、切断しやすいようにしておいた。

そして、支持部１ｏを備えたままの銅板回路部材をはめ
こむための同じ厚さの打ち抜き枠を用意し、実施例１と
同様にしてプレスを行った。その後、打ち抜き枠１ｏを
取り外し、Ｖ　？Ｍカット部９を放電加工により溶断し
、さらに実施例１と同様にしてボンティングバットを形
成した。

上記のように銅板回路部材に支持部を設ければ、打ち抜
き後の銅板回路がこの支持部に支持されて所定の配置が
保たれるので、配線密度を高くすることができる。また
銅板回路部材とともに電気絶縁層に貼設された支持部は
、その形状によりては混成集積回路基板の変形防止にも
効果をかある。

実施例・５ 実施例４と同様に支持部を備えた銅板回路部材を形成し
、継ぎ目には■溝カットを施した。そして第５図に示さ
れるように■溝カット部９で折り曲げ、銅板回路部材２
の貼合せ面に良熱伝導性の接着剤１１を塗布して、予め
電気絶縁層３が形成されている金属板に貼設した。その
後、支持部１０を折り曲げて除去し、実施例１と同様に
してポンディングバットを接合し混成集積回路基板を得
た。

［発明の効果］ この発明においては、機械加工によって銅板回路部材を
形成するので、かなり厚い回路であっＣもサイドエツチ
ングの問題が全くなく、所定の幅の矩形断面に精度良く
形成することができる。そして、かかる銅板回路部材は
加熱プレス等により電気絶縁層を介して金属板に貼設さ
れるので、作業も簡単である。さらに、本発明にかかる
混成集積回路基板の銅回路は単一層であり、熱抵抗とな
るものが介在していないので、発生したジュール熱が速
やかに金属板に伝達され、放熱性に優れている。

また、ポンディングパッドは銅板回路部材の所定の部分
に、アルミニウム片もしくは表面にアルミニウム層を有
する金属片を接合することにより形成されるので、全工
程がドライプロセスとなり、エツチング時の残留イオン
によって銅のエレクトロマイグレーションが促進されて
絶縁抵抗が劣化するということがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の主要な工程を説明する断面図、
第２図は第１図に示された実施例によって得られた混成
集積回路基板の断面図、第３図は別の実施例を説明する
ための平面図、第４図は■溝カット部の断面図、第５図
はさらに別の実施例を説明する断面図、第６図は従来の
混成集積回路基板の製造工程を説明する断面図である。 ［主要部の符号の説明］ １．１０１・・・ボンディングバット ２・・・・・・・・・・・・・・・銅板回路部材３．１
０３・・・電気絶縁層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅板の所定の部分を機械加工によって切除するこ
   とにより所望の形状に形成された銅板回路部材が、電気
   絶縁層を介して金属板に貼設され、該銅板回路部材表面
   の所定の部分にアルミニウム片もしくは表面にアルミニ
   ウム層を有する金属片からなるボンディングパットが接
   合されていることを特徴とする混成集積回路基板。
2. （２）銅板の所定の部分を機械加工によって切除するこ
   とにより、所望の形状の銅板回路部材を形成し、該銅板
   回路部材を電気絶縁層を介して金属板に貼設した後、前
   記銅板回路部材表面の所定の部分にアルミニウム片もし
   くは表面にアルミニウム層を有する金属片からなるボン
   ディングパットを接合することを特徴とする混成集積回
   路基板の製造方法。