(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒートシンクと印刷配線板の絶縁樹脂の熱膨張率に差があってもヒートシンクと印刷配線板の界面がズレて界面剥離を生じないようにした半導体素子の実装構造、印刷配線版及びその製造方法を提供する。【解決手段】流路を内部に有するヒートシンク２を備え、前記流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸による撥水化処理が施され、ヒートシンク２の外表面が粗化され、ヒートシンク２が、補強材と樹脂から構成される印刷配線板１３に内蔵され、印刷配線板１３の上面のヒートシンク２の位置に設置した半導体素子２０を備え、半導体素子２０の下面に近接する位置からヒートシンク２に達する導体１４ａで充填されたビアホール１４を有する半導体素子２０の実装構造を形成する。【選択図】図２
2008311397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を内部に有するヒートシンクを備え、前記流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸による撥水化処理が施され、前記ヒートシンクの外表面が粗化され、前記ヒートシンクが、補強材と樹脂から構成される印刷配線板に内蔵され、前記印刷配線板の上面の前記ヒートシンクの位置に設置した半導体素子を備え、前記半導体素子の下面に近接する位置から前記ヒートシンクに達する導体で充填されたビアホールを有することを特徴とする半導体素子の実装構造。
【請求項２】
流路を内部に有するヒートシンクを備え、前記流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸による撥水化処理が施され、前記ヒートシンクの外表面が粗化され、前記ヒートシンクの上面に半導体素子が接着され、前記ヒートシンクと前記半導体素子が補強材と樹脂から構成される印刷配線板に内蔵され、前記半導体素子の上面が前記印刷配線板から露出することを特徴とする半導体素子の実装構造。
【請求項３】
前記印刷配線板が上下対称な層構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子の実装構造。
【請求項４】
前記半導体素子の電極と前記印刷配線板の表層配線パターンに形成した電極をボンディングワイヤで結線したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の半導体素子の実装構造。
【請求項５】
前記ヒートシンクの前記流路に１気圧における凍結温度が−２０℃以下の液体の冷媒を流通させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体素子の実装構造。
【請求項６】
流路を内部に有するヒートシンクを備え、前記流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸による撥水化処理が施され、前記ヒートシンクの外表面が粗化され、前記ヒートシンクが、補強材と樹脂から構成される印刷配線板に内蔵され、前記印刷配線板の上面の前記ヒートシンクの位置から表層まで達する導体で充填されたビアホールを有することを特徴とする印刷配線板。
【請求項７】
上下対称な層構成を有することを特徴とする請求項６記載の印刷配線板。
【請求項８】
流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸を形成することで撥水性を付与した前記流路を内部に有するヒートシンクの外表面を粗化する第１の工程と、前記ヒートシンクを、補強材と樹脂とから成る第１の絶縁基板の表裏に内層配線パターンを形成した内層基板の上面に設置し、前記ヒートシンクの領域に空孔を形成した第１のプリプレグと、補強材と樹脂から成る第２の絶縁基板を形成し、前記内層基板の上面に順に、前記第１のプリプレグと、前記第２の絶縁基板を重ね、前記第２の絶縁基板と前期ヒートシンクの上面に第２のプリプレグと、第１の金属箔を重ね、前記第１の絶縁基板の下に順に、第３のプリプレグと、第２の金属箔を重ね加熱・加圧することで積層基板を形成する第２の工程と、前記ヒートシンクに達する第１のビアホール下穴を形成し、前記第２の工程により前記第３のプリプレグが硬化して成る第３の絶縁層に、前記内層配線パターンに達する第２のビアホール下穴を形成する第３の工程と、前記第１のビアホール下穴と第２のビアホール下穴を金属めっきで充填し前記積層基板の両面の表層配線パターンを形成する第４の工程を有することを特徴とする印刷配線板の製造方法。
【請求項９】
流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸を形成することで撥水性を付与した前記流路を内部に有するヒートシンクの外表面を粗化する第１の工程と、前記ヒートシンクの上面に半導体素子を接着し、前記ヒートシンクと前記半導体素子を、補
強材と樹脂から成る第１の絶縁基板の表裏面に内層配線パターンを形成した内層基板の上面に設置し、前記ヒートシンクの領域に空孔を形成した第１のプリプレグと、補強材と樹脂から成る第２の絶縁基板と、第２のプリプレグと、第１の金属箔を形成し、前記内層基板の上面に順に、前記第１のプリプレグと、前記第２の絶縁基板と、第２のプリプレグと、第１の金属箔を重ね加熱・加圧することで積層基板を形成する第２の工程と、前記第２の工程により前記第３のプリプレグが硬化して成る第３の絶縁層に、前記内層配線パターンに達するビアホール下穴を形成する第３の工程と、前記ビアホール下穴に金属めっきし前記積層基板の両面の表層配線パターンを形成する第４の工程を有することを特徴とする半導体素子の実装構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の実装構造及び印刷配線板に関し、特に、半導体パッケージ間の配線を最短にして電子機器の高速動作を可能にすると共に、電子機器の小型・薄型化を可能にする半導体素子の実装構造、印刷配線板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷配線板に発熱の大きい半導体素子を実装する際、半導体素子を実装後、その半導体素子に放熱を目的として、冷却フィンの付いたヒートシンクを貼り付けていた。冷却フィンのみで冷却が不十分な場合は強制冷却用のファンを更に追加することもあった。これらの冷却構造は半導体素子の上面に設置するため構造的に大きくなり、その大きさ故に発熱の大きい半導体素子の場合、設置場所の自由度を失ったり、その大きさの構造を収納する空間を確保するために印刷配線板への部品の実装構造を根本から設計し直さなければならない問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献１に、冷媒として水を用い、その液体をヒートシンク内に形成した流路に流通させ、そのヒートシンクを印刷配線板に内蔵し、その印刷配線板のヒートシンクの上方に半導体素子を実装するする構造が開示されている。特許文献１は、熱伝導率の計算を元にしたヒートシンクの構造と半導体素子の実装構造が開示されている。
【０００４】
以下に公知文献を記す。
【特許文献１】特開２００２−２７０７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、ヒートシンク内に形成した流路の内壁面が冷媒の液体に対して摩擦を生じることにより、そのの液体の流通に対して流路が圧力損失を生じてしまうので、液体を流路に流通させるために大きな圧力を加える必要があり、冷媒の液体を流通させるポンプへの負荷が大きくなるという欠点があった。また、ヒートシンクと印刷配線板の絶縁樹脂の熱膨張率のアンバランスにより、印刷配線が加熱される熱ストレスを受けると印刷配線板が反ってしまう欠点があった。更に、ヒートシンクが加熱されると、ヒートシンクと印刷配線板の絶縁樹脂の熱膨張率の差によりヒートシンクと印刷配線板の界面がズレて界面剥離を生じ信頼性を悪くする問題があった。また、ヒートシンクを内蔵した印刷配線板を寒冷地で使用する場合に、その冷媒の液体が凍結する問題があった。したがって、本発明の目的は、かかる従来の問題を解決した印刷配線板を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、この課題を解決するために、流路を内部に有するヒートシンクを備え、前記流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸による撥水化処理が施され、前記ヒートシンクの外表面が粗化され、前記ヒートシンクが、補強材と樹脂から構成される印刷配線板に内蔵され、前記印刷配線板の上面の前記ヒートシンクの位置に設置した半導体素子を備え、前記半導体素子の下面に近接する位置から前記ヒートシンクに達する導体で充填されたビアホールを有することを特徴とする半導体素子の実装構造である。
【０００７】
また、本発明は、流路を内部に有するヒートシンクを備え、前記流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸による撥水化処理が施され、前記ヒートシンクの外表面が粗化され、前記ヒートシンクの上面に半導体素子が接着され、前記ヒートシン
クと前記半導体素子が補強材と樹脂から構成される印刷配線板に内蔵され、前記半導体素子の上面が前記印刷配線板から露出することを特徴とする半導体素子の実装構造である。
【０００８】
また、本発明は、上記印刷配線板が上下対称な層構成を有することを特徴とする上記の半導体素子の実装構造である。
【０００９】
また、本発明は、上記半導体素子の電極と上記印刷配線板の表層配線パターンに形成した電極をボンディングワイヤで結線したことを特徴とする上記の半導体素子の実装構造である。
【００１０】
また、本発明は、上記ヒートシンクの上記流路に１気圧における凍結温度が−２０℃以下の液体の冷媒を流通させることを特徴とする上記の半導体素子の実装構造である。
【００１１】
また、本発明は、流路を内部に有するヒートシンクを備え、前記流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸による撥水化処理が施され、前記ヒートシンクの外表面が粗化され、前記ヒートシンクが、補強材と樹脂から構成される印刷配線板に内蔵され、前記印刷配線板の上面の前記ヒートシンクの位置から表層まで達する導体で充填されたビアホールを有することを特徴とする印刷配線板である。
【００１２】
また、本発明は、上下対称な層構成を有することを特徴とする上記の印刷配線板である。
【００１３】
また、本発明は、流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸を形成することで撥水性を付与した前記流路を内部に有するヒートシンクの外表面を粗化する第１の工程と、前記ヒートシンクを、補強材と樹脂とから成る第１の絶縁基板の表裏に内層配線パターンを形成した内層基板の上面に設置し、前記ヒートシンクの領域に空孔を形成した第１のプリプレグと、補強材と樹脂から成る第２の絶縁基板を形成し、前記内層基板の上面に順に、前記第１のプリプレグと、前記第２の絶縁基板を重ね、前記第２の絶縁基板と前期ヒートシンクの上面に第２のプリプレグと、第１の金属箔を重ね、前記第１の絶縁基板の下に順に、第３のプリプレグと、第２の金属箔を重ね加熱・加圧することで積層基板を形成する第２の工程と、前記ヒートシンクに達する第１のビアホール下穴を形成し、前記第２の工程により前記第３のプリプレグが硬化して成る第３の絶縁層に、前記内層配線パターンに達する第２のビアホール下穴を形成する第３の工程と、前記第１のビアホール下穴と第２のビアホール下穴を金属めっきで充填し前記積層基板の両面の表層配線パターンを形成する第４の工程を有することを特徴とする印刷配線板の製造方法である。
【００１４】
また、本発明は、流路の内壁に前記流路の幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸を形成することで撥水性を付与した前記流路を内部に有するヒートシンクの外表面を粗化する第１の工程と、前記ヒートシンクの上面に半導体素子を接着し、前記ヒートシンクと前記半導体素子を、補強材と樹脂から成る第１の絶縁基板の表裏面に内層配線パターンを形成した内層基板の上面に設置し、前記ヒートシンクの領域に空孔を形成した第１のプリプレグと、補強材と樹脂から成る第２の絶縁基板と、第２のプリプレグと、第１の金属箔を形成し、前記内層基板の上面に順に、前記第１のプリプレグと、前記第２の絶縁基板と、第２のプリプレグと、第１の金属箔を重ね加熱・加圧することで積層基板を形成する第２の工程と、前記第２の工程により前記第３のプリプレグが硬化して成る第３の絶縁層に、前記内層配線パターンに達するビアホール下穴を形成する第３の工程と、前記ビアホール下穴に金属めっきし前記積層基板の両面の表層配線パターンを形成する第４の工程を有することを特徴とする半導体素子の実装構造の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
流路１の内壁にその幅の２０分の１以下のピッチの微細凹凸を形成する撥水化処理により、流路１の内壁の凹凸を平均化した内壁面に対する冷媒の液体の見かけの接触角が大きい撥水性効果が得られ、それにより、液体の冷媒に対する流路１の圧力損失を少なくできる効果がある。また、ヒートシンク２の両面の外表面を粗化することで、ヒートシンク２がその上の第２の絶縁層９ａとの密着力を強くし、ヒートシンクと印刷配線板の界面剥離を防止し信頼性を高くできる効果がある。また、第２の絶縁基板８の厚さと第１の絶縁基板３の厚さを同じ厚さにし、プリプレグが硬化して成る第２の絶縁層９ａと第３の絶縁層１１ａの厚さを同じ厚さにして、積層基板１３の層構成を上下対称にすることで積層基板１３の反りを防止できる効果がある。更に、補強材と絶縁樹脂を混在させた基板と絶縁層で印刷配線板を構成することで、ヒートシンクと印刷配線板の界面剥離を防止でき信頼性を向上できる効果がある。また、ヒートシンクの冷却に用いる冷媒の凍結点を−２０℃より低くすることで、氷点下の野外、自動車のエンジンルームなどの高温化においても使用可能なヒートシンク内蔵印刷配線板およびそれを用いた実装構造が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。
＜第１の実施形態＞
以下に、第１の実施形態の印刷配線板の製造方法を、図１と図２を用いて説明する。先ず、液体の冷媒を流通させて熱交換を行う流路１をフィンにより区画して形成したヒートシンク２を製造する。ヒートシンク２は、高熱伝導性の金属材料、例えば、銅やアルミなどの材料で形成し、その厚さを流路１の幅程度で印刷配線板の厚さ以下にする。ヒートシンク２の厚さが１ｍｍを超えると、ヒートシンク２を内蔵する印刷配線板の厚さが厚くなり通常の印刷配線板としての取り扱いが困難になる問題を生じる。また、ヒートシンク２の厚さが０．０１ｍｍ以下になると、流路１に流入させる液体の冷媒の循環に要する流路１に加える圧力が大きくなる問題を生じる。ヒートシンク２の厚さは好適には０．２ｍｍから０．６ｍｍにする。ヒートシンク２の流路１には液体の冷媒の入口と出口を備え、流路１にヒートシンク２の外部の冷媒輸送パイプを接続し、その冷媒輸送パイプをラジエータなどの冷却手段と冷却用ポンプに接続する。液体の冷媒を冷却用ポンプにより冷却手段との間を循環させることでヒートシンク２を内蔵した印刷配線板に実装した電子部品の発熱を冷却手段で冷却する。
【００１７】
このヒートシンク２の流路１の内壁には撥水性を与えることで、液体の冷媒に対する流路１の圧力損失を少なくする。流路１の内壁に撥水性を与えるためには、流路１の内壁にその幅の２０分の１以下のピッチの微細な凹凸を形成する撥水化処理を施すことで撥水性を付与できる。ただし、この微細凹凸のピッチが１ｎｍより小さくなると、凹凸を形成する原子が拡散し微細凹凸が変形し平坦になってしまうので、微細凹凸のピッチは１ｎｍ以上必要である。流路１の内壁の凹凸の先端（凸部）が流路１を通る液体の冷媒と接触して液体の冷媒を支える。微細凹凸のピッチを小さくするほど微細凹凸の凸部が接する液体の面積に比して大きな力で液体の冷媒を支えることができ、かつ、流路１の内壁に形成した凸部の密度が高くなるので、微細凹凸の先端の凸部だけが液体に接触して、凸部の集合で液体の圧力を支えることができる。微細凹凸のピッチを流路１の幅の２０分の１以下に小さくすることで、液体の圧力を十分支えることができ、それにより高い撥水性が得られる。しかし、微細な凹凸のピッチが流路１の幅の２０分の１より大きいと、微細な凹凸が液体の冷媒の圧力を支える力が小さくなり、液体の冷媒を流路１内を流通させるために加える圧力を支えきれなくなり、液体が凹凸の凹部にまで侵入して撥水性効果を発生させない問題を生じる。この撥水化処理は、例えば、流路１の内壁に直径４０ｎｍ程度の二酸化シリコンのナノ粒子をコーティングして撥水性を与えることができる。また、流路１の内壁をアルミニウムにし、そのアルミニウムに９０℃以上に加熱したイオン交換水を接触させることで、厚さが０．２μｍ程度の水和酸化被膜により針状結晶の被膜を形成することにより撥水性を与えることができる。流路１の内壁を銅めっきで形成し、その表面にアルカリ性薬液による黒化処理を施して、微細な凹凸を形成する粗面化処理によりピッチが４μｍ以下の針状結晶から成る微細な凹凸を形成することで撥水性効果が得られる。
【００１８】
以上のように、流路１の金属の内面にめっき又はエッチングなどの化学的処理により針状結晶を形成し、または物理的処理等により微細なピッチの凹凸を形成し、それにより撥水性を与えることで、液体の冷媒に対する流路１の圧力損失を少なくすることができる。微細な凹凸により撥水性効果が得られるのは以下の理由による。すなわち、流路１の内壁に形成した微細な針状結晶あるいはナノ粒子の１つの凹凸部分を拡大して観察すると、その凹凸形状の斜面は、流路１の内壁の凹凸を平均化した内壁面に対して９０度近い傾斜角αを有する。その微細な凹凸の斜面に、その材質に対する接触角βの液体の冷媒が接する場合、その液体の面は、流路１の内壁の凹凸を平均化した内壁面に対して角度がα＋βを有する液面になる。そして、角度α＋βが１８０度を超えると微細凹凸の凹部に液体が侵入せずに強い撥水性効果が得られる。そのため、微細凹凸の斜面の傾斜角αと冷媒の液体のその材質に対する接触角βの、角度α＋βを１８０度以上にする凹凸の斜面の傾斜角度と材料の組み合わせを用いることで撥水性効果を発現させる。この撥水性効果により、液体の冷媒に対する流路１の圧力損失を少なくできる効果がある。
【００１９】
次に、第１の絶縁基板３に厚さ１２μｍから７０μｍの銅箔を張り合わせた内層基板４を製造する。ここで、第１の絶縁基板３としては、補強材入り絶縁樹脂の基板を用いる。すなわち、ガラス繊維入りエポキシ樹脂材、ＦＲ−４、あるいは、ガラス繊維入りビスマレイミド−トリアジン樹脂（以下、ＢＴ樹脂と称す）材、ガラス繊維入りポリイミド樹脂材、ガラス繊維入りＰＰＥ樹脂材を用いることができる。この第１の絶縁基板３の補強材としては、ガラス繊維に替えて以下の材料を使用できる。すなわち、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維を用いることができる。
【００２０】
（工程１）
次に、この内層基板４の銅箔の表面を、過水硫酸系のソフトエッチング処理などの粗化処理をする。
（工程２）
次に、この内層基板４の両面に、ドライフィルムの感光性レジストや液状の感光性レジスト等のエッチングレジストをロールラミネートで貼り付け、そのエッチングレジストを露光・現像し配線パターンの形成部分を被覆し、それ以外の部分を露出させたエッチングレジストパターンを形成する。次に、エッチングレジストパターンをマスクにして、それから露出した内層基板４の銅箔を、塩化第二鉄水溶液などのエッチング液でエッチングして除去し、また、エッチングレジストパターンを剥離して、図１（ａ）のように内層配線パターン５を形成する。
【００２１】
（工程３）
次に、内層基板４の内層配線パターン５の表面を、過水硫酸系のソフトエッチング、蟻酸溶液（例えばメック株式会社製「メックエッチボンド」）を用いたＣＺ処理、あるいは、酸化還元処理による黒化処理などで、０．１〜１０μｍの最大粗度（Ｒｍａｘ）となるように粗化処理する。
（工程４）
一方、ヒートシンク２の外表面を両面とも過水硫酸系のソフトエッチングなどで粗化処理する。
（工程５）
次に、図１（ｂ）のように、このヒートシンク２を内層基板４上に設置する。この工程では、単に内層基板４上に置くのみでも良く、また、液状またはフィルム状のダイボンディング樹脂６により内層基板４に固定して設置しても良い。
【００２２】
（工程６）
次に、ヒートシンク２の固定領域をプレスで打ち抜いてくり貫き空孔を形成した第１のプリプレグ７と第２の絶縁基板８を形成する。第２の絶縁基板８としては、第１の絶縁基板３と同様に、補強材入りの絶縁樹脂の基板を用いる。第２の絶縁基板８の厚さと第１の絶縁基板３の厚さを同じ厚さにする事が特に望ましい。次に、図１（ｃ）のように、それらを内層基板４上に設置し、その上に第２のプリプレグ９を重ね、その上に厚さが１２μｍ厚の銅箔やアルミニウム箔などの第１の金属箔１０を重ね、更に、内層基板４の下に第３のプリプレグ１１と、その下に第２の金属箔１２を重ねた積層材を形成する。ここで、第２の絶縁基板８は、その厚さを、ヒートシンク２の厚さから第１のプリプレグ７が硬化して成る第１の絶縁層７ａの厚さを差し引いた厚さに設定する。これにより、第２の絶縁層８がヒートシンク２の厚さを補正する効果がある。この積層材を積層プレスで加熱・加圧することで、図１（ｄ）のように、プリプレグ７とプリプレグ９の樹脂材を熔融・流出させてヒートシンク２と第２の絶縁層８の空孔の間の隙間を樹脂で充填させる、とともに、溶融した樹脂で積層材の各材料を接着させる。その結果、上層が第１の金属箔１０で、その下に順次、層間厚が９０μｍの第２の絶縁層９ａ、第２の絶縁基板８、第１の絶縁層７ａ、第１の絶縁基板３、層間厚が９０μｍの第３の絶縁層１１ａ、第２の金属箔１２が積層され、内層にヒートシンク２が内蔵された積層基板１３を形成する。
【００２３】
ここで、ヒートシンク２の両面の外表面を粗化することで、ヒートシンク２がその上の第２の絶縁層９ａとの密着力を強くし、ヒートシンクと印刷配線板の界面剥離を防止し信頼性を高くできる効果がある。また、補強材入りの絶縁樹脂の基板である第２の絶縁基板８の厚さを、ヒートシンク２の厚さから第１のプリプレグ７が硬化して成る第１の絶縁層７ａの厚さを差し引いた厚さに設定することで、ヒートシンク２の厚さが厚い場合も、ヒートシンク２の厚さに合わせた補強材入りの絶縁樹脂の基板に形成することによる板厚制御効果により、積層基板１３のヒートシンク２の部分とそれ以外の部分の厚さの変動を少なくできる寸法安定性効果がある。また、第２の絶縁基板８の厚さと第１の絶縁基板３の厚さを同じ厚さにし、プリプレグが硬化して成る第２の絶縁層９ａと第３の絶縁層１１ａの厚さを同じ厚さにして、積層基板１３の層構成を上下対称にし印刷配線板の上下における面方向の伸縮のストレスを同等に調整することで積層基板１３の反りを防止できる効果がある。
【００２４】
また、第２の絶縁基板８と第１の絶縁基板３の補強材とその絶縁樹脂を調整することで、それらの基板の面方向の線膨張率をヒートシンク２の線膨張率と大差無い値に調整することと、第１の絶縁基板３、８と同様に補強材に樹脂を含浸しているプリプレグ７、９、１１が硬化して成る絶縁層７ａ、９ａ、１１ａの面方向の線膨張率も補強材によりヒートシンク２の線膨張率と大差無い値に調整されることにより、印刷配線が加熱される熱ストレスによる印刷配線板の反りを防止できる効果がある。また、印刷配線が加熱される熱ストレスが加わる際の、ヒートシンクと印刷配線板の界面をずらすストレスを少なくし、ヒートシンクと印刷配線板の界面剥離を防止できる効果がある。
【００２５】
（工程７）
次に、図１（ｅ）のように、積層基板１３の第１の金属箔１０と第２の金属箔１２を全面エッチングして除去する。ここで、第１の金属箔１０と第２の金属箔１２が銅箔の場合は、塩化第二鉄水溶液などのエッチング液を使用してエッチングする。また、第１の金属箔１０と第２の金属箔１２を全面エッチングせず、ビアホールを形成する個所に形成予定のビアホール下穴１４と１５よりやや大きい円形部分の開口部のみをエッチングすることもできる。
【００２６】
（工程８）
次に、図２（ｆ）のように、積層基板１３の第２の絶縁層９ａにビアホール下穴１４を
、炭酸ガスレーザなどの赤外線レーザやＹＡＧレーザー、紫外線レーザーなどのレーザー光線を集光して照射するレーザー穴あけ処理により形成する。このビアホール下穴１４は、ヒートシンク２と印刷配線板の外部の電子部品を熱結合させるビアホールめっき１４ａを形成するための下穴である。
（工程９）
また、第３の絶縁層１１ａに、内層基板４の内層配線パターン５に達するビアホール下穴１５をレーザー光線により形成する。このビアホール下穴１５は、内層基板４の内層配線パターン５を表層配線パターン１８に電気接続する層間接続に用いるビアホールめっき１５ａを形成する下穴である。ビアホール下穴１４と１５の形状は、上部径が８０μｍ、底部径が５０μｍ、層間厚を９０μｍに形成する。
（工程１０）
次に、積層基板１３にドリルで穴あけすることで、貫通孔１６を形成する。
【００２７】
（工程１１）
工程８及び工程９で、レーザ光にてビアホール下穴１４および１５を形成すると、ビアホール下穴１４および１５の穴の底に薄い樹脂膜が残る場合があり、その場合は、強アルカリにより樹脂を膨潤させ、その後、クロム酸や過マンガン酸塩水溶液などの酸化剤を使用して樹脂を分解除去するデスミア処理を行う。また研磨材によるサンドブラスト処理やプラズマ処理にて穴の底に残った樹脂膜を除去してもよい。
【００２８】
（工程１２）
更に、積層基板１３の表面および貫通孔１６の壁面を粗化する。この処理は、第１の絶縁基板３として熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用した場合、クロム酸、過マンガン酸塩の水溶液などの酸化剤による表面粗化処理などのウェットプロセスや、プラズマ処理やアッシング処理などのドライプロセスが有効である。
【００２９】
（工程１３）
次に、図２（ｇ）のように、ビアホール下穴１４および１５の壁面、貫通孔１６の壁面、および積層基板の表面にめっき触媒付与及び無電解銅めっきを行って、めっき下地導電層を形成する。次に、第１の電解銅めっきを行って、ビアホール下穴１４および１５を銅のビアホールめっき１４ａ、１５ｂで充填し、貫通孔１６の壁面にスルホールめっき１６ａを形成し、積層基板１３の両面のめっき下地導電層上に、銅の導体層１７を形成する。このめっき方法は、例えば以下の工程１４から工程１７により行うことができるが、この方法に限定されるものではない。
【００３０】
（工程１４）
次に、以下の組成の銅めっき浴で、第１の電解銅めっきを行って、ビアホール下穴１４および１５の壁面、貫通孔１６の壁面、および、積層基板１３の両面のめっき下地導電層上に、銅の導体層１７を形成する。
（銅めっき浴の組成）
硫酸銅：２００ｇ／ｌ、
塩素イオン：５０ｐｐｍ、
硫酸１００ｍｌ／ｌ、
レベリング剤（ビス（３−スルホプロピル）ジサルファイド）：１．０ｐｐｍ
めっき条件  電流：１．６Ａ／ｄｍ2、浴温：２５℃
この電解銅めっきを行うと、ビアホール下穴１４および１５のコーナー部の導体層１７にひさし状もしくは凸状に突出したでっぱりが発生する。貫通孔１６でも同様にコーナー部で導体層１７のでっぱりが発生する。
【００３１】
（工程１５）
次に、積層基板１３を以下の電解エッチング浴液中で、導体層１７を１０μｍから１５μｍ前後電解エッチングすることで、ビアホール下穴１４および１５と貫通孔１６のコーナー部の導体層１７のでっぱりをなくす。
（電解エッチング浴の組成）
硫酸銅：２００ｇ／ｌ、
塩素イオン：５０ｐｐｍ、
硫酸１００ｍｌ／ｌ、
カパーグリーム  ＪＨＴ：２ｍｌ／ｌ
電解エッチング条件  電流：５Ａ／ｄｍ2、浴温：２５℃
ここで、この電解エッチング浴の塩素は銅の溶解促進と有機添加剤の作用との補助剤であり、適宜省略可能である。
【００３２】
（工程１６）
次に、この積層基板１３の導体層１７を、表面に研磨バフ（繊維にシリコンカーバイドなどを含浸させたもの）が形成された研磨ロールにて表面研磨を行って、めっきで発生した柱状の銅粒子を研磨して、平滑処理する。
（工程１７）
次に、この積層基板１３の両面に、工程１４の電解銅めっき浴と同様の組成の電解銅めっき浴による第２の電解銅めっきを行って、ビアホール下穴１４および１５を充填したビアホールめっき１４ａおよび１５ａを形成し、貫通孔１６の壁面にスルホールめっき１６ａを行い、また、積層基板の両面の導体層１７の厚さを増す。
【００３３】
以上の工程１４から工程１７で第１の電解銅めっき処理と電解エッチング処理と第２の電解銅めっき処理を行うことにより、ビアホール下穴１４および１５を充填する金属めっきの上面あるいは下面が良好な平面に形成されるとともに、貫通孔１６の壁面のスルホールめっき１６ａが良好に形成できる効果がある。
【００３４】
（工程１８）
次に、積層基板１３の両面の導体層１７に感光性レジスト、例えばドライフィルムのエッチングレジストをロールラミネートで貼り付け、そのエッチングレジストを露光・現像することで表層配線パターン１８の部分以外の銅めっき層を露出させる。次に、図２（ｈ）のように、そのエッチングレジストから露出した部分の銅の導体層１７を、塩化第二鉄水溶液などのエッチング液でエッチングして除去し、表層配線パターン１８を形成し、エッチングレジストを剥離する。
【００３５】
ここで、この積層基板１３の両面に、更にプリプレグを重ね、その両面に更に金属箔を重ね、積層プレスで熱圧着させ、次に、工程７から工程１８までの処理を行う処理を繰り返すことで、積層基板１３を多層化することも可能である。ここで、プリプレグと金属箔として、樹脂付き金属箔を用いることもできる。
【００３６】
（工程１９）
次にソルダーレジスト印刷の前処理として、ＣＺ処理、あるいは、過水硫酸系のソフトエッチング処理などで積層基板１３の表面の粗化処理を行う。
（工程２０）
次に、感光性液状ソルダーレジスト１９を、スプレーコート、ロールコート、カーテンコート、スクリーン法で約２０μｍ厚に塗布し乾燥する。または、感光性ドライフィルム・ソルダーレジストをロールラミネートで貼り付ける。
（工程２１）
次に、図２（ｉ）のように、ソルダーレジスト１９を露光・現像しパッド部分を開口させ、加熱硬化させる。
（工程２２）
次に、ソルダーレジスト１９の開口部のパッド部分に、電解Ｎｉめっきを３μｍ以上形成し、更にその上に電解Ａｕめっきを０．５μｍ以上の厚さに形成する。
（工程２３）
次に、積層基板１３の外形を金型、ルータなどで加工し、印刷配線板を製造する。
【００３７】
（工程２４）
次に、図２（ｊ）のように、チップ状の半導体素子２０を、ヒートシンク２の上のビアホールめっき１４ａに近接するように配置しダイボンディングする。このダイボンディングに用いる樹脂は、液状またはフィルム状のどちらでも良いが、熱伝導率の高い樹脂が望ましい。
（工程２５）
次に、半導体素子２０の電極と表層配線パターン１８の電極をボンディングワイヤ２１で結線することで電気接続する。ここで、半導体素子２０にバンプを形成して、そのバンプを印刷配線板の端子に半田付けするフリップチップ実装を行っても良い。フリップチップ実装する場合は、工程２２で、ソルダーレジスト１９の開口部にはんだをプリコートする。
【００３８】
（工程２６）
次に、印刷配線板に埋設されたヒートシンク２の流路１に、液体の冷媒を冷却用ポンプによりヒートシンク２の入口から出口まで流通させ、半導体素子２０の発熱を吸収して冷却する。その冷媒の液体は、エチレングリコールやポリプロピレングリコール、ジエチレングリコールなどの、１気圧における凝固点が水の凝固点より低く、水と混ぜ合わせると凝固点が降下する冷媒を水と混ぜ合わせて用いる。例えば、エチレングリコールの凝固点は−１３℃であるが、これを水と混ぜ合わせると凝固点が下がる。エチレングリコールを水に３０％溶解した溶液では凍結温度が−１６℃、４０％溶解すると−２６℃、５０％溶解すると−３７℃、６０％溶解すると−４９℃の凍結温度になる。このうち、凝固点が−２０℃以下の液体を冷媒として用いる。また、ポリプロピレングリコールは１気圧における凝固点−３１℃であるが、水と混ぜ合わせて凝固点を−５９℃で沸点を１８７℃に調整することができる。このように、冷媒にエチレングリコールあるいはポリプロピレングリコールを用いることで、冷媒の凝固点を０℃より大幅に低下させることで寒冷地ででも冷媒が凍結しないヒートシンク２を内蔵した印刷配線板が得られる効果がある。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様のヒートシンク２と内層基板４を用いる。第２の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、チップ状の半導体素子２０を直にヒートシンク２に接着させて設置して印刷配線板に内蔵させる点にある。この印刷配線板の構造と製造工程を、図３と図４を用いて、以下に説明する。
（工程１から工程４）
第１の実施形態の工程１から工程４と同様にして、図３（ａ）のように、内層基板４の銅箔を内層配線パターン５に形成し、その表面を粗化処理し、ヒートシンク２の外表面を粗化処理する。
（工程５）
ヒートシンク２に、液状またはフィルム状のダイボンディング樹脂を用いてチップ状の半導体素子２０を接着する。ここで用いるダイボンディング樹脂は熱伝導率の高い樹脂が望ましい。次に、接着したヒートシンク２と半導体素子２０を内層基板４上に設置する。この工程では、接着したヒートシンク２と半導体素子２０を単に内層基板４上に置くのみでも良く、また、液状またはフィルム状のダイボンディング樹脂６により内層基板４に固定して設置しても良い。
【００４０】
（工程６）
次に、ヒートシンク２の領域をプレスで打ち抜いてくり貫き空孔を形成した第１のプリプレグ７と、第２の絶縁基板８と、第２のプリプレグ９と、厚さが１２μｍ厚の銅箔やアルミニウム箔などの第１の金属箔１０を形成する。ここで、第２のプリプレグ９と第１の金属箔１０は一体になった樹脂付き金属箔の形態のものを、プレスでヒートシンク２の領域を打ち抜いて用いる事が望ましい。また、第２の絶縁基板８としては、第１の絶縁基板３と同様に、補強材入りの絶縁樹脂の基板を用いる。第２の絶縁基板８の厚さと第１の絶縁基板３の厚さを同じ厚さにする事が特に望ましい。
【００４１】
次に、図３（ｂ）のように、内層基板４上に、第１のプリプレグ７を、その上に第２の絶縁基板８を、その上に第２のプリプレグ９を、その上に第１の金属箔１０を設置し、更に、内層基板４の下に第３のプリプレグ１１と、その下に第２の金属箔１２を重ねた積層材を形成する。ここで、第１のプリプレグ７が硬化して成る第１の絶縁層７ａの厚さと第２の絶縁基板８の厚さと第２のプリプレグ９が硬化して成る第２の絶縁層９ａの厚さと第１の金属箔１０の厚さの和を、ヒートシンク２の厚さに半導体素子２０の厚さを加えた厚さに設定する。この積層材を積層プレスで加熱・加圧することで、図３（ｃ）のように、プリプレグ７とプリプレグ９の樹脂材を溶融・流出させて半導体素子２０とヒートシンク２と第２の絶縁層８の空孔の間の隙間を樹脂で充填させる、とともに、溶融した樹脂で積層材の各材料を接着させる。
【００４２】
その結果、上層が第１の金属箔１０で、その下に順次、層間厚が９０μｍの第２の絶縁層９ａ、第２の絶縁基板８、第１の絶縁層７ａ、第１の絶縁基板３、層間厚が９０μｍの第３の絶縁層１１ａ、第２の金属箔１２が積層され、半導体素子２０とヒートシンク２が埋め込まれ、半導体素子２０の機能面が表面に露出された積層基板１３を形成する。ここで、第１の実施形態と同様に、第２の絶縁基板８の厚さと第１の絶縁基板３の厚さを同じ厚さにし、プリプレグが硬化して成る第２の絶縁層９ａと第３の絶縁層１１ａの厚さを同じ厚さにし、積層基板１３の上下の積層構造を対称にすることで積層基板１３の反りを防止できる効果がある。
【００４３】
（工程７）
次に、積層基板１３に、第１の金属箔１０側に、半導体素子２０の機能面を保護するレジストパターン２２を形成し、積層基板１３の第２の金属箔１２側に、ビアホール１５ａを形成する個所をエッチングしビアホール下穴１５よりやや大きい円形部分の開口部１５ｂを形成するレジストパターン２２を露光・現像して形成する。
【００４４】
（工程８）
次に、図３（ｄ）のように、第１の金属箔１０をエッチングし、第２の金属箔１２のうち、後に形成するビアホール下穴１５よりやや大きい円形部分の開口部１５ｂのみをエッチングして形成する。
（工程９）
次に、図３（ｅ）のように、第３の絶縁層１１ａに、内層基板４の内層配線パターン５に達するビアホール下穴１５をレーザー光線により形成する。
（工程１０）
次に、積層基板１３にドリルで穴あけすることで、貫通孔１６を形成する。
（工程１１から工程１７）
次に、半導体素子２０の機能面を保護する個所のレジストパターン２２を残して、めっきレジストパターンとして用い、それ以外のレジストパターン２２を除去する。それ以降は、第１の実施形態の工程１１から工程１８と同様にして、図４（ｆ）のように、導体層１７とスルホールめっき１６ａとビアホールめっき１５ａを形成する。
【００４５】
（工程１８）
次に、レジストパターン２２を除去し、次に、半導体素子２０の機能面をエッチングレジストで保護し、それ以外は第１の実施形態の工程１８と同様にして、図４（ｇ）のように、導体層１７をエッチングし表層配線パターン１８を形成し、エッチングレジストを剥離する。
（工程１９から工程２２）
次に、第１の実施形態の工程１９から工程２２と同様にして、図４（ｈ）のように、半導体素子２０の機能面とそれ以外の必要個所にソルダーレジスト１９を印刷し、また、ソルダーレジストの開口部分のパッド部分に電解ニッケルめっきと電解金めっきを形成する。
（工程２３）
次に、第１の実施形態の工程２３と同様にして、積層基板１３の外形を金型、ルータなどで加工し、印刷配線板を製造する。
（工程２５）
次に、第１の実施形態の工程２５と同様にして、図４（ｉ）のように、半導体素子２０の電極と表層配線パターン１８をボンディングワイヤ２１で結線することで電気接続する。
（工程２６）
次に、第１の実施形態の工程２６と同様にして、ヒートシンク２の流路１に、凝固点を０℃より大幅に低下させた冷媒の液体を流通させて、半導体素子２０の発熱を吸収して冷却する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の半導体素子の実装構造の第１の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体素子の実装構造の第１の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体素子の実装構造の第２の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の半導体素子の実装構造の第２の実施形態の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・流路
２・・・ヒートシンク
３、８・・・絶縁基板
４・・・内層基板
５・・・内層配線パターン
６・・・ダイボンディング樹脂
７、９、１１・・・プリプレグ
７ａ、９ａ、１１ａ・・・絶縁層
１０、１２・・・金属箔
１３・・・積層基板
１４、１５・・・ビアホール下穴
１４ａ、１５ａ・・・ビアホールめっき
１５ｂ・・・開口部
１６・・・貫通孔
１６ａ・・・スルホールめっき
１７・・・導体層
１８・・・表層配線パターン
１９・・・ソルダーレジスト
２０・・・半導体素子
２１・・・ボンディングワイヤ
２２・・・レジストパターン
【図１】
2008311397.tif 000003
【図２】
2008311397.tif 000004
【図３】
2008311397.tif 000005
【図４】
2008311397.tif 000006