(57)【要約】      （修正有）【課題】混成集積回路の高周波動作時に発生する半導体の誤動作時を大幅に低減し、熱放散性に優れた金属ベース回路基板を提供する。【解決手段】金属板７上に絶縁層４，８を介して設けられた回路３と、前記回路上に実装される出力用半導体２と、前記出力用半導体を制御し、前記回路上に設けられる制御用半導体１とからなる混成集積回路に用いられる金属ベース回路基板であって、前記制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）の下部に低静電容量部分９を埋設していることを特徴とする金属ベース回路基板であり、好ましくは、低静電容量部分が、無機質充填材を含有してなる樹脂からなり、しかも誘電率が２〜９であることを特徴とする前記の金属ベース回路基板。【選択図】  図３
2004319689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板上に絶縁層（Ａ、Ｂ）を介して設けられた回路と、前記回路上に実装される出力用半導体と、前記出力用半導体を制御し、前記回路上に設けられる制御用半導体とからなる混成集積回路に用いられる金属ベース回路基板であって、前記制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）の下部に低静電容量部分を埋設していることを特徴とする金属ベース回路基板。
【請求項２】
低静電容量部分が、無機質充填材を含有してなる樹脂からなり、しかも誘電率が２〜９であることを特徴とする請求項１記載の金属ベース回路基板。
【請求項３】
低静電容量部分の厚さが１００〜１，０００μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属ベース回路基板。
【請求項４】
制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）が、金属板に埋設された低静電容量部分の上に、絶縁層（Ｂ）を介して設けられていることを特徴とする請求項３記載の金属ベース回路基板。
【請求項５】
（１）一主面上に凹部を有する金属板の前記凹部空隙に、絶縁層（Ａ）と同一表面高さにまで、低静電容量部分となる物質を充填することで低静電容量体装着板とする工程、
（２）前記低静電容量体装着板の低静電容量部分の表面と絶縁層（Ａ）の表面とに、無機質充填材を含有してなる樹脂からなる絶縁層（Ｂ）を設けて低静電容量体装着基板とする工程、
（３）前記低静電容量体装着基板の絶縁層（Ｂ）の表面に金属箔を設けて金属接合体とする工程、
（４）少なくとも前記低静電容量部分表面に位置する金属箔から制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）を形成することを含む、前記金属接合体の金属箔を加工して回路を形成する工程、
とからなることを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記一主面上に凹部を有する金属板を、
（ａ）金属板上の一主面上の所望の位置に、無機質充填材を含有してなる樹脂からなる絶縁層（Ａ）を設ける工程、
（ｂ）前記絶縁層（Ａ）をマスクにして金属板をエッチングして金属板表面に凹部を形成する工程、
とから作製することを特徴とする請求項５記載の金属ベース回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、高周波動作に好適な金属ベース回路基板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の金属ベース回路基板上に半導体素子が搭載された混成集積回路の一例を示したものであり、その構造に於いては、出力用半導体２（パワー半導体）及び信号処理半導体（以下、制御用半導体ともいう）１は、半田を介して銅等からなる回路３上に搭載されている。また、半導体同士は銅回路を介して、またボンディング用ワイヤー５を介して電気的に接続されている構造を有している。
なお、出力用半導体２を回路３に搭載するにあたっては、熱放散を助長して、出力用半導体の温度が上昇し、誤作動を生じたりしないように、ヒートシンク６を介することがしばしば行われている。（特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特許第３１５６７９８号公報。
【０００４】
前記構造を有する混成集積回路では、各半導体と金属ベース基板とは電気的及び静電的に接続されているために、動作周波数を高く（数百ｋＨｚ以上）しようとすると、制御用半導体１からの信号（デジタル信号）が歪み、出力用半導体２が誤動作し、装置自体が設計どおりに動作しないという問題が生じることがある。
【０００５】
前記の対策として、金属基板に原因する静電容量の悪影響をなくするために、空中配線（リフトオフ）も用いられるが、コスト及び装置組み立てにおいて問題点が多い。
【０００６】
また、図２は、従来公知の他の混成集積回路の例であるが、図１の構造に比して、制御用半導体の塔載部の絶縁層厚さを大きくすることで、金属基板に原因する静電容量の悪影響を減じようとした試みもある。しかし、このような混成集積回路、或いはそれに用いる金属ベース回路基板を作成する際に、部分的に絶縁層の厚さの異なる部分を作成する必要があり、工程が複雑になること、得られる混成集積回路が上方向に肥大化する等の問題があった。更に、絶縁層を厚くする代りに、予め回路が設けたられている樹脂基板等を金属板或いは絶縁層を設けてある金属板（金属ベース基板ともいう）の上に積層することで前記構造を達成する試みもある（特許文献２参照）が、やはり前記問題が解決されること無く残っている。
【０００７】
【特許文献２】特許第２６０８９８０号公報。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、混成集積回路の高周波動作時に発生する半導体の誤動作時を大幅に低減し、かつ、熱放散性に優れた金属ベース回路基板を安価に提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、金属板上に絶縁層（Ａ、Ｂ）を介して設けられた回路と、前記回路上に実装される出力用半導体と、前記出力用半導体を制御し、前記回路上に設けられる制御用半導体とからなる混成集積回路に用いられる金属ベース回路基板であって、前記制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）の下部に低静電容量部分を埋設していることを特徴とする金属ベース回路基板であり、好ましくは、低静電容量部分が、無機質充填材を含有してなる樹脂からなり、しかも誘電率が２〜９であることを特徴とする前記の金属ベース回路基板であり、更に好ましくは、低静電容量部分の厚さが１００〜１，０００μｍであることを特徴とする前記の金属ベース回路基板である、更に好ましくは、制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）が、金属板に埋設された低静電容量部分の上に、絶縁層（Ｂ）を介して設けられていることを特徴とする前記の金属ベース回路基板である。
【００１０】
また、本発明は、（１）一主面上に凹部を有する金属板の前記凹部空隙に、絶縁層（Ａ）と同一表面高さにまで、低静電容量部分となる物質を充填することで低静電容量体装着板とする工程、（２）前記低静電容量体装着板の低静電容量部分の表面と絶縁層（Ａ）の表面とに、無機質充填材を含有してなる樹脂からなる絶縁層（Ｂ）を設けて低静電容量体装着基板とする工程、（３）前記低静電容量体装着基板の絶縁層（Ｂ）の表面に金属箔を設けて金属接合体とする工程、（４）少なくとも前記低静電容量部分表面に位置する金属箔から制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）を形成することを含む、前記金属接合体の金属箔を加工して回路を形成する工程、とからなることを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法であり、好ましくは、前記一主面上に凹部を有する金属板を、（ａ）金属板上の一主面上の所望の位置に、無機質充填材を含有してなる樹脂からなる絶縁層（Ａ）を設ける工程、（ｂ）前記絶縁層（Ａ）をマスクにして金属板をエッチングして金属板表面に凹部を形成する工程、とから作成することを特徴とする前記の金属ベース回路基板の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明を説明する。
図３は、本発明に係る金属ベース回路基板を用いた混成集積回路を説明する図である。本発明の金属ベース回路基板は、金属板上に絶縁層（Ａ、Ｂ）を介して設けられた回路と、前記回路上に実装される出力用半導体と、前記出力用半導体を制御し、前記回路上に設けられる制御用半導体とからなる混成集積回路に用いられる金属ベース回路基板であって、前記制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部分）の下部に低静電容量部分を埋設していることを特徴としている。即ち、本発明の係る金属ベース回路基板は、図３に例示されている通りに、制御用半導体１を搭載する回路部分（パッド部ともいう）並びに高周波信号の伝わる回路の下部及びその近傍に低静電容量部９を埋設した構造を有し、該箇所の回路基板の静電容量を低下させているので、制御用半導体１からの信号の歪みを低減して出力用半導体そして混成集積回路の誤動作を低減、防止し得る特徴を有する。また、図４は、本発明に係る他の金属ベース回路基板を用いた混成集積回路を説明する図である。金属板７上の所望の部分に凹部が形成され、その凹部に低静電容量部分９が埋設され、その上に絶縁層（Ａ）４並びに絶縁層（Ｂ）８を介して回路が設けられている構造を有している。
【００１２】
本発明に於いて、低静電容量部分９の材質は混成集積回路に所望される静電容量特性に応じて、低誘電率の物質を適宜選択すれば良いが、無機粉体を充填させた樹脂が近接する金属板や絶縁層との接着性に優れることから好ましい。また、前記無機粉体を充填させた樹脂の誘電率については、本発明者の検討に拠れば、２〜９であるときに本発明の目的が達成しやすく、好ましい。前記無機粉体としては、アルミナ、窒化ホウ素、マグネシア、シリカ、窒化ケイ素、窒化アルミ等が好ましく用いられ、樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、各種エンジニアプラスチックが好ましく用いられる。また、誘電率が２〜９のものは、前記無機粉体と樹脂の種類、並びに配合量を選択することにより得ることができる。
【００１３】
低静電容量部分９の形状に関して、その広がりは制御用半導体を搭載する回路並びに高周波信号の伝わる回路より大きければ良いが、その厚さについては、動作周波数や低静電容量部分の材質等に依存して定める必要がある。即ち、本発明者らの検討に基づけば、その厚さは１００μｍ以上１０００μｍ以下のときに動作特性に優れた、実用的な混成集積回路を確実に作成できる。尚、前記厚みについて、１０００μｍを超える場合であっても技術的に問題がないが、コストが上昇する問題が生じる。
【００１４】
また、本発明の金属ベース回路基板に於いて、低静電容量部分を含まない回路部分、出力用半導体の下部に関しては、図３に例示した通りに、高放熱性が要求されるために絶縁層（Ａ）は低静電容量部分９のある部分の絶縁層（Ｂ）に比べて薄く、しかも高熱伝導性材料で構成するのが好ましい。
【００１５】
また、本発明に於いて、絶縁層（Ａ）、絶縁層（Ｂ）はいずれも、無機粉体を充填した樹脂で構成されており、無機粉体はアルミナ、窒化ホウ素、マグネシア、シリカ、窒化ケイ素、窒化アルミ等が好ましく用いられ、樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、各種エンジニアプラスチックが好ましく用いられる。絶縁層（Ａ）、絶縁層（Ｂ）は必ずしも異なる材質、組成である必要はないが、前記したとおりに、出力用半導体搭載部と制御用半導体搭載部の両者の特性のバランスから両者の材質、組成が選択される。
【００１６】
また、本発明に於いて、制御用半導体を搭載する回路部分（パッド部ともいう）が、金属板に埋設された低静電容量部分の上に、絶縁層（Ｂ）を介して設けられていることが好ましい。このような構造を採用するとき、絶縁層（Ｂ）が回路側の全面を覆うので電気信頼性に優れる金属ベース回路基板が得られるし、しかも、後述する実施例に通りに、複雑な工程を経ることなく、従って安価に本発明の金属ベース回路基板を得ることができる特徴がある。
【００１７】
回路３は銅、アルミニウム或いは銅とアルミニウムとのクラッド箔のいずれからも構成されるが、ワイヤーボンディング、半導体やヒートシンク等の部品類の半田付けが容易となるように適宜メッキ処理等が施されていることが望ましい。
【００１８】
金属板７は、熱伝導性に優れた材質のものであればかまわないが、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が高熱伝導であることから好ましく選択される。また、金属板７の厚みとしては、特に制限はないが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍが一般的に用いられる
【００１９】
以下、実施例に基づき、本発明の金属ベース回路基板並びにその製造方法について、詳細に説明する。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
図５（１）に例示する通りに、５０ｍｍ×５０ｍｍ×（厚さｍｍ）のアルミニウム板上の所望の位置に、アルミナを６０体積％を含有してエポキシ樹脂からなる厚さ２０μｍの絶縁層（Ａ）１０を設け、該絶縁層（Ａ）をマスクにして金属板７をエッチングして金属板表面に深さ３００μｍの凹部１１を形成した（図５（２））。
【００２１】
金属板７の凹部１１に、絶縁層（Ａ）１０と同一表面高さにまで、シリカを６０体積％を含有するエポキシ樹脂を充填し、低静電容量部分１２を形成した（図５（３））。
【００２２】
次に、アルミナを６０体積％を含有しているエポキシ樹脂からなる絶縁層（Ｂ）１３を厚さ３０μｍで形成し（図５（４））、更に、金属箔１４をラミネートして金属ベース基板を得た（図５（５））。
【００２３】
前記金属ベース基板を用いて、低静電容量部の位置する金属箔より制御用半導体を搭載する回路（パッド部）並びにその他所望の回路３を形成して、出力用半導体と前記出力用半導体を制御する制御用半導体とを含む混成集積回路に用いることのできる金属ベース回路基板を作製した。
【００２４】
前記の金属ベース回路基板を用い、この回路上に制御用半導体としてデジタル信号ＩＣ、出力用半導体としてＭＯＳ−ＦＥＴを搭載したデジタルアンプ（混成集積回路）を試作し、動作周波数６００ｋＨｚで動作させたところ、正常に動作することを確認した。
【００２５】
（実施例２）
実施例１において、予め一主面上に凹部を有する金属板をエッチング法で作製し、金属板表面に絶縁層（Ａ）を設けることで図５（２）に例示した構造の金属板を用意し、それ以降は実施例１と同じ手順で金属ベース回路基板を作製し、更にデジタルアンプを作製して動作させたところ、動作周波数６００ｋＨｚで１時間以上継続して正常に動作することを確認した。
【００２６】
（比較例１）
アルミナを６０体積％含有したエポキシ樹脂をアルミニウム板上に５０μｍ厚みで塗布し、その上に銅箔をラミネートして金属ベース基板を作製した。前記金属ベース基板を用いて、実施例１と同じ操作で金属ベース回路基板を得て、更にデジタルアンプを作製し、動作確認を行ったが、誤動作した。なお、動作周波数は実施例１と同じく６００ｋＨｚとした。
【００２７】
（比較例２）
シリカ６０体積％を含有したエポキシ樹脂をアルミニウム板上に３００μｍ厚みで形成し、銅箔をラミネートして金属ベース基板を作製した。前記金属ベース基板を用いて、実施例１と同じ操作で金属ベース回路基板を得て、更にデジタルアンプを作製し、動作確認を行った。その結果、動作周波数６００ｋＨｚで動作させた当初は正常に動作したが、パワートランジスタの発熱により５秒動作後に動作しなくなった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の金属ベース回路基板は、制御用半導体を搭載する回路部分並びに高周波信号の伝わる回路の下に低静電容量部が埋設されていて制御用半導体から出力用半導体への信号の歪が低減さているので、更に、出力用半導体を搭載する回路部分の下は、一般的に熱放散性が悪い前記低静電容量部分は設けられておらず、熱放散性に優れる絶縁層のみであることから、これを用いて、高周波動作に於いても誤動作し難い混成集積回路を容易に得られる特徴があり、産業上非常に有用である。
【００２９】
本発明の金属ベース回路基板の製造方法は、前記特徴のある金属ベース回路基板を、確実に安定して提供できる特徴があり、産業上非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来公知の金属ベース回路基板を用いた混成集積回路の一例を示す図。
【図２】従来公知の金属ベース回路基板を用いた混成集積回路の他の一例を示す図。
【図３】本発明に係る金属ベース回路基板を用いた混成集積回路の一例を示す図。
【図４】本発明に係る他の金属ベース回路基板を用いた混成集積回路の一例を示す図。
【図５】本発明に係る金属ベース回路基板の製造法の一例を示す図。
【符号の説明】
１    制御用半導体
２    出力用半導体
３    回路
４    絶縁層（Ａ）
５    ボンディング用ワイヤー
６    ヒートスプレッダー
７    金属板
８    絶縁層（Ｂ）又は樹脂基板
９    低静電容量部分
１０    絶縁層（Ａ）
１１    凹部
１２    低静電容量部分
１３    絶縁層（Ｂ）
１４    金属箔
１５    回路（パッド部）
【図１】
2004319689.tif 000003
【図２】
2004319689.tif 000004
【図３】
2004319689.tif 000005
【図４】
2004319689.tif 000006
【図５】
2004319689.tif 000007