JP2009267061A

JP2009267061A - 配線基板の製造方法

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Publication number: JP2009267061A
Application number: JP2008114405A
Authority: JP
Inventors: Shunsaku Hamazaki; 俊作濱崎; Hideaki Maniwa; 秀明馬庭
Original assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Current assignee: Kyocera SLC Technologies Corp
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】金属放熱板にバリや延びが発生することがなく、しかも厚みの薄い金属放熱板を備えた薄型の配線基板を効率よく製造することが可能な配線基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】中央部に半導体素子Ｓを収容するための貫通孔Ｃを有する配線基板本体３と、配線基板本体３の下面に貫通孔Ｃを塞ぐように接合された金属放熱板５とを有する配線基板の製造方法であって、母基板１０中に、配線基板本体３の複数個をそれらの境界に切断領域Ａを介在させて縦横の並びに一体的に配列形成する工程と、母基板１０の下面に配線基板本体３および切断領域Ａを覆うように金属箔５Ｐを接合する工程と、金属箔５Ｐにおける切断領域Ａに対応する領域をエッチング除去する工程と、母基板１０を切断領域Ａにおいて切断する工程とを含む配線基板の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体素子を搭載するための配線基板の製造方法に関し、より詳細には中央部に半導体素子を収容する貫通孔を有する絶縁基板の上面に、前記半導体素子の電極が接続される配線導体が配設されて成る配線基板本体と、該配線基板本体の下面に前記開口部を塞ぐように接合され、該開口部内の上面に半導体素子が搭載される放熱板とから成る配線基板の製造方法に関するものである。

従来より半導体集積回路素子等の半導体素子を搭載する配線基板として、図２に示すように、ガラスクロス基材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た複数の絶縁板や絶縁層を積層して成り、中央部に半導体素子Ｓを収容するための貫通孔Ｃを有する絶縁基板１の上面から下面にかけて半導体素子Ｓの電極が電気的に接続される銅箔や銅めっき層から成る配線導体２が配設された配線基板本体３と、配線基板本体３の下面に貫通孔Ｃを塞ぐように接着剤層４を介して接合されており、貫通孔内Ｃに露出する上面に半導体素子Ｓが搭載される銅板から成る金属放熱板５とから成る配線基板が知られている。

なお、この配線基板は、配線基板本体３における上面から下面にかけて上下の配線導体２を接続するためのスルーホールめっき導体が被着されたスルーホール６が形成されており、スルーホール６の内部には熱硬化性樹脂から成る孔埋め樹脂７が充填されている。さらに孔埋め樹脂７の一部は絶縁基板１の上面およびその表面の配線導体２の一部を覆ってレジスト層を形成しており、絶縁基板１の下面およびその表面の配線導体２は同じく熱硬化性樹脂から成るレジスト層８で被覆されている。

そして、この配線基板は、貫通孔Ｃ内に露出する金属放熱板５の上面に半導体素子Ｓを接着剤９を介して搭載するとともに半導体素子Ｓの電極と配線導体２とをボンディングワイヤＷを介して接続した後、貫通孔Ｃ内およびその周辺の上面に図示しない封止樹脂を半導体素子ＳおよびボンディングワイヤＷを覆うように被着させることにより製品としての半導体装置となる。

ところで、このような配線基板において配線基板本体３に金属放熱板５を接合するには、従来以下のような方法が採用されていた。先ず、図３（ａ）に示すように、配線基板本体３の複数個分を包含する大きさの母基板１０中に、配線基板本体３の複数個を各領域の境界に切断領域Ａを介在させて縦横の並びに一体的に配列形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、母基板１０の切断領域Ａをダイシングマシンやルータ等の切断装置を用いて切断除去し、複数の配線基板本体３を個片に分離する。次に、図３（ｃ）に示すように、個片となった配線基板本体３の下面にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含有する接着剤層４を介して銅から成る金属放熱板５を接合する。

このような従来の方法においては、個片となった配線基板本体３に個別に金属放熱板５を接合することから、その製造効率に劣る。そこで、特許文献１には図４（ａ）に示すように、母基板１０中に、配線基板本体３の複数個をこれらの境界に切断領域Ａを介在させて縦横の並びに一体的に配列形成した状態で、母基板１０の下面に複数個の配線基板３および切断領域Ａを同時に覆う大きさの銅板５Ｐを接着剤層４Ｐを介して接合し、その後、図４（ｂ）に示すように母基板１０の切断領域Ａとこれに重なる銅板５Ｐおよび接着剤層４Ｐの境界領域をダイシングマシンやルータ等の切断装置を用いて切断除去し、配線基板本体３に金属放熱板５が接着剤層４を介して接合された複数の配線基板を個片に分離する方法が提案されている。

しかしながら、このように母基板１０と銅板５Ｐとが重なった状態で両者を切断すると、切断された銅板５Ｐにバリや延びが発生するという問題がある。そこで、特許文献２には銅板５Ｐの切断領域Ａに対応する部位に予めスリットを設けておく技術が提案されている。しかしながら、銅板５Ｐにスリットを設けると、特に銅板５Ｐが薄い場合には銅板５Ｐの機械的な強度が低下して銅板５Ｐに歪みや変形が生じて母基板１０に形成された各配線基板本体３と銅板５Ｐとを正確に位置合わせして接合することが困難となる。さらに、このようにスリットを設ける場合であっても、銅板５Ｐは例えば各配線基板本体３の角部に対応する部位で繋がっているので、銅板５Ｐにバリや延びが発生するのを完全には防止できない。
特開平７−３１５０号公報特開２００６−１００９８号公報

本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたものであり、その課題は、配線基板本体と金属放熱板とを効率よく接合することが可能であるとともに、金属放熱板にバリや延びが発生することがなく、しかも厚みの薄い金属放熱板を備えた薄型の配線基板を製造することが可能な配線基板の製造方法を提供することにある。

本発明の配線基板の製造方法は、中央部に半導体素子を収容するための貫通孔を有する絶縁基板の上面に前記半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された配線基板本体と、該配線基板本体の下面に前記貫通孔を塞ぐように接合されており、前記貫通孔内に露出する上面に前記半導体素子が搭載される金属放熱板とを有する配線基板の製造方法であって、前記配線基板本体の複数個分を包含する大きさの母基板中に、前記配線基板本体の複数個を該配線基板本体の境界に切断領域を介在させて縦横の並びに一体的に配列形成する工程と、前記母基板の下面に前記配線基板本体および前記切断領域を覆うように前記金属放熱板となる金属箔を接合する工程と、前記金属箔における前記切断領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、前記母基板を前記切断領域において切断する工程とを含むことを特徴とするものである。
さらに本発明の配線基板の製造方法は、前記金属箔の前記母基板と接合される側の面が粗化面であることを特徴とするものである。

本発明の配線基板の製造方法によれば、配線基板本体の複数個がそれらの境界に切断領域を介在させて縦横の並びに一体的に配列形成された母基板の下面に複数個の配線基板本体および切断領域を覆うように金属放熱板となる金属箔を接合し、次に、前記金属箔における前記切断領域に対応する領域をエッチング除去し、次に母基板を前記切断領域において切断することから、配線基板本体と金属放熱板とを効率よく接合することが可能であるとともに、金属放熱板にバリや延びが発生することがなく、しかも厚みの薄い金属放熱板を備えた薄型の配線基板を製造することが可能な配線基板の製造方法を提供することができる。

さらに、前記金属箔の前記母基板と接合される側の面が粗化面である場合には、金属放熱板と半導体素子とを強固に密着させることができるという利点がある。

次に、本発明の配線基板の製造方法を図１（ａ）〜（ｄ）に基づいて詳細に説明する。これらの図は本発明の配線基板の製造方法を説明するための工程毎の概略断面図であり、これらの工程を経て図２に示した配線基板が製造される。なお、図中、１ａは絶縁板、１ｂは絶縁層であり、これらにより絶縁基板１が形成される。また、２ａは内層配線導体層、２ｂは表層配線導体層であり、これらにより配線導体２の一部が形成される。３は配線基板本体、４は接着剤層、４Ｐは接着剤層４用の接着剤シート、５は金属放熱板、５Ｐは金属放熱板５用の銅箔、６はスルーホール、７は孔埋め樹脂、８はレジスト層、Ａは切断領域、Ｃは半導体素子を収容するための貫通孔である。

先ず、図１（ａ）に示すように、配線基板本体３の複数個がこれらの境界に切断領域Ａを介在させて縦横の並びに一体的に配列形成された母基板１０と未硬化の接着剤層４用の接着剤シート４Ｐと放熱金属板５用の銅箔５Ｐとを準備する。

母基板１０は、例えばガラスクロス基材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た厚みが０．０６〜１．４０ｍｍの絶縁板１ａの両面に、厚みが７〜３５μｍ銅箔から成る内層配線導体層２ａと、ガラスクロス基材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た厚みが０．０２〜０．１５ｍｍの絶縁層１ｂと、厚みが３〜３５μｍの銅箔および厚みが１０〜７０μｍの銅めっきから成る表層配線導体層２ｂが順次積層された縦横が５００〜６００ｍｍ程度の大型の積層基板であり、各配線基板本体３には半導体素子を収容するための貫通孔Ｃおよびスルーホール６が穿孔されており、さらに貫通孔Ｃの内壁およびスルーホール６内壁には上下の配線導体２の所定のもの同士を電気的に接続するための厚みが１０〜７０μｍの銅めっきから成る導体層が被着されている。また、各配線基板本体３の上面には上面の配線導体２の一部を覆うとともにスルーホール６の内部を充填するエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る孔埋め樹脂７が被着されており、各配線基板本体３の下面には、下面の配線導体２を覆うエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成るレジスト層８が被着されている。

このような母基板１０は、ガラスクロス基材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た厚みが０．０６〜１．４０ｍｍの絶縁板１ａの両面全面に内層配線導体層２ａ用の厚みが７〜３５μｍの銅箔が貼着された両面銅張板における前記銅箔を内層配線導体層２ａに対応する所定のパターンにエッチングし、次にこの内層配線導体層２ａが形成された両面銅張板の両面に、ガラスクロス基材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成分を含浸させた絶縁層１ｂ用の厚みが０．０２〜０．１５ｍｍの未硬化の絶縁シート（プリプレグ）および表層配線導体層２ｂ用の厚みが３〜３５μｍの銅箔を積層するとともに、これらをプレス装置により加圧しながら加熱して絶縁層１ｂ用の絶縁シートを熱硬化させて母基板１０用の積層体を形成し、次にこの積層体に貫通孔Ｃおよびスルーホール６をルータやドリルマシン等の切削装置を用いて穿孔し、次に貫通孔Ｃの内壁およびスルーホール６の内壁ならびに表層配線導体層２ｂ用の銅箔の表面に無電解銅めっきおよび電解銅めっきを施すとともに所謂半田剥離法により表層配線導体層２ｂおよびスルホール導体を形成し、さらに孔埋め樹脂７およびレジスト層８を被着させることにより形成される。なお、孔埋め樹脂７は、アクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂成分を含有する樹脂ペーストを上面側の絶縁層１ｂおよび表層配線導体層２ｂの上にスルーホール６を充填するようにして塗布するとともにこれを所定のパターンに露光および現像することにより形成される。また、レジスト層８は、同じくアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂成分を含有する樹脂ペーストを下面側の絶縁層１ｂおよび表層配線導体層２ｂの上に塗布するとともにこれを所定のパターンに露光および現像することにより形成される。

また、接着剤シート４Ｐは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の未硬化組成物を厚みが６０〜１５０μｍ程度のシート状に成形するとともに乾燥または半硬化させたものであり、接着剤シートとして市販されているものを利用することができる。なお、接着剤シート４Ｐは、母基板１０における貫通孔Ｃに対応する部分を打抜き加工により打抜いておく。

また、銅箔５Ｐは、厚みが７５〜３００μｍ程度の電解銅箔または圧延銅箔から成り、その一方の主面が算術平均粗さＲａでＲａ＝０．３〜１．８μｍ程度に粗化されているとともにその表面が厚み１〜２０μｍのニッケルめっきで被覆されていることが好ましい。また、母基板１０の切断領域Ａに対応する部分にスリット等は形成されておらず、そのため厚みが７５〜３００μｍ程度と薄いにも拘わらず歪みや変形が生じ難くなっている。

次に図１（ｂ）に示すように、母基板１０の下面に銅箔５Ｐを接着剤シート４Ｐを介して接合する。母基板１０の下面に銅箔５Ｐを接着剤シート４Ｐを介して接合するには、母基板１０の下面に未硬化または半硬化の接着剤シート４Ｐと銅箔５Ｐとを重ね、これらをプレス装置により加圧しながら加熱して接着剤シート４Ｐを熱硬化させる方法が採用される。このとき、金属放熱板５用の銅箔５Ｐは、多数の配線基板本体３に同時に接合されることからその作業が極めて簡便なものとなる。したがって、多数の配線基板を極めて効率よく製造することができる。また、銅箔５Ｐは、スリット等が加工されておらず、母基板１０との接合の際に歪みや変形が発生し難い。したがって厚みが７５〜３００μｍと薄いにも拘わらず、母基板１０と良好に接合することができ、その結果、薄型の配線基板を提供することができる。なお、銅箔５Ｐの粗化された面を母基板１０側にして接合することにより銅箔５Ｐと母基板１０とを接着剤シート４Ｐを介して強固に接合することができるとともに、銅箔５Ｐから形成される金属放熱板５と半導体素子Ｓとを極めて強固に接合することが可能となる。したがって、銅箔５Ｐの粗化された面を母基板１０側にして接合することが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、銅箔５Ｐの切断領域Ａに対応する部位を切断領域Ａよりも若干広い幅でエッチング除去して各配線基板本体３の下面にそれぞれが独立した金属放熱板５を形成する。銅箔５Ｐの切断領域Ａに対応する部位をエッチング除去するには、母基板１０の上面全面をエッチングレジストで保護するとともに銅箔５Ｐの下面に母基板１０の切断領域Ａに対応する部分を露出させるエッチングレジストを被着形成し、しかる後、塩化第二鉄や塩化第二銅等を含む市販の銅エッチング液によりエッチングレジストから露出する銅箔５Ｐをエッチングすればよい。なお、エッチングレジストは、銅箔５ａのエッチング後に水酸化ナトリウム等を含む市販のレジスト剥離液を用いて剥離して除去する。

次に、図１（ｄ）に示すように、母基板１０を切断領域Ａにおいて切断し、個片の配線基板本体３の下面に個片の金属放熱板５が接合された多数の配線基板が同時集約的に製作される。このとき、母基板１０の切断領域Ａに対応する部位の銅箔５Ｐはエッチングにより除去されているので、母基板１０を切断領域Ａにおいて切断しても金属放熱板５にバリや延びが発生することは一切ない。したがって、本発明の配線基板の製造方法によれば、配線基板本体と金属放熱板とを効率よく接合することが可能であるとともに、金属放熱板にバリや延びが発生することがなく、しかも厚みの薄い金属放熱板を備えた薄型の配線基板を製造することが可能である。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明の配線基板の製造方法を説明するための工程毎の概略断面図である。従来および本発明の製造方法により製造される配線基板の概略断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、従来の配線基板の製造方法を説明するための工程毎の概略断面図である。（ａ）および（ｂ）は、従来の配線基板のさらに別の製造方法を説明するための工程毎の概略断面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
１ａ：絶縁基板１を形成するための絶縁板
１ｂ：絶縁基板１を形成するための絶縁層
２：配線導体
２ａ：配線導体２を形成する内層配線導体層
２ｂ：配線導体２を形成する表層配線導体層
３：配線基板本体
４：接着剤層
４Ｐ：接着剤層４を形成するための接着剤シート
５：金属放熱板
５Ｐ：金属放熱板５を形成するための銅箔
１０：母基板
Ａ：切断領域
Ｃ：半導体素子を収容するための貫通孔
Ｓ：半導体素子

Claims

中央部に半導体素子を収容するための貫通孔を有する絶縁基板の上面に前記半導体素子の電極が電気的に接続される配線導体が配設された配線基板本体と、該配線基板本体の下面に前記貫通孔を塞ぐように接合されており、前記貫通孔内に露出する上面に前記半導体素子が搭載される金属放熱板とを有する配線基板の製造方法であって、前記配線基板本体の複数個分を包含する大きさの母基板中に、前記配線基板本体の複数個を該配線基板本体の境界に切断領域を介在させて縦横の並びに一体的に配列形成する工程と、前記母基板の下面に前記複数個の配線基板本体および前記切断領域を覆うように前記金属放熱板となる金属箔を接合する工程と、前記金属箔における前記切断領域に対応する領域をエッチング除去する工程と、前記母基板を前記切断領域において切断する工程とを含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
前記金属箔の前記母基板と接合される側の面が粗化面であることを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。