(57)【要約】【課題】金属枠体の酸化腐蝕を有効に防止するとともに絶縁基体と金属枠体とを強固に接合して、それにより絶縁基体に搭載する電子部品を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができるとともに金属蓋体と金属枠体との接合が容易であり、絶縁基体に大きな反りが発生することのない配線基板を提供すること。【解決手段】上面に電子部品４が搭載される搭載部Ａおよびその搭載部Ａから下面にかけて導出する複数の配線導体５を有する有機材料系の絶縁基体１と、その絶縁基体１の上面に搭載部Ａを取り囲むようにして接合された金属枠体２とを具備して成る配線基板であって、金属枠体２は、その表面に熱可塑性樹脂３が被覆されているとともにその熱可塑性樹脂３を介して絶縁基体１に接合されている。【選択図】  図１
2004172304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に電子部品が搭載される搭載部および該搭載部から下面にかけて導出する複数の配線導体を有する有機材料系の絶縁基体と、該絶縁基体の上面に前記搭載部を取り囲むようにして接合された金属枠体とを具備して成る配線基板であって、前記金属枠体は、その表面に熱可塑性樹脂が被覆されているとともに該熱可塑性樹脂を介して前記絶縁基体に接合されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
上面に電子部品が搭載される搭載部および該搭載部から下面にかけて導出する複数の配線導体を有する絶縁基体と、前記搭載部を取り囲む開口部を有するとともに表面が熱可塑性樹脂で被覆された金属枠体とを準備する工程と、前記絶縁基体の上面に前記金属枠体を、前記搭載部を取り囲むようにして載置するとともに、これらを上下から圧力を印加しながら加熱して前記熱可塑性樹脂を軟化させて該熱可塑性樹脂と前記絶縁基体とを熱圧着させた後、これらを冷却して前記絶縁基体と前記金属枠体とを前記熱可塑性樹脂を介して接合する工程とを順次行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上面に電子部品が搭載される搭載部を有する有機材料系の絶縁基体の上面に、前記搭載部を取り込むようにして金属枠体を接合して成る配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板として、例えば上面に半導体素子等の電子部品がフリップチップ接続により搭載される搭載部およびこの搭載部から下面にかけて導出し、前記電子部品の電極に電気的に接続される銅から成る配線導体を有する有機材料系の絶縁基体と、この絶縁基体の上面に前記搭載部を取り囲むようにしてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る接着層を介して接合された銅から成る金属枠体とを具備して成る配線基板が知られている。
【０００３】
この配線基板は、絶縁基体の搭載部に半導体素子等の電子部品をその各電極が半田バンプや金バンプ等の金属バンプを介して搭載部の配線導体に電気的に接続されるようにしてフリップチップ接続により搭載し、しかる後、金属枠体の上面に金属蓋体をその下面が熱伝導性のグリスを介して電子部品の上面に熱的に結合されるようにして熱硬化性樹脂を介して気密に接合することによって製品としての電子装置となり、この電子装置は、その絶縁基体の下面に導出した配線導体を外部電気回路基板の配線導体に半田を介して接続することにより外部電気回路基板に実装されるとともに搭載する電子部品の電極が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。そして、電子部品がその作動時に発生する熱は、熱伝導性のグリスを介して金属蓋体および金属枠体に伝達され、そこから外部に放散される。
【０００４】
なお、この従来の配線基板においては、銅から成る金属枠体の酸化腐蝕を防止するために金属枠体の表面にニッケルめっきおよび金めっきから成るめっき金属層を被着させていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３２０１４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の配線基板によると、銅から成る金属枠体は、その酸化腐蝕を防止するためにその表面がニッケルめっき層および金めっき層により順次被覆されており、金めっき層は化学的に安定であり、絶縁基体と金属枠体とを接合する樹脂と強固に接着せずに、そのため電子部品が作動時に発生する熱が絶縁基体と金属枠体との間に繰り返し印加されると、両者の熱膨張係数の相違に起因して発生する応力により絶縁基体と金属枠体との間で剥離が発生し、その結果、絶縁基体と金属枠体との間の気密性が損なわれて搭載する電子部品を長期間にわたり正常に作動させることができないという問題点を有していた。また、金属枠体上に金属蓋体を接合させる際に熱硬化性樹脂を介して接合していることから、接合前に未硬化の熱硬化性樹脂を金属枠体と金属蓋体との間に配置する必要があり、金属蓋体を金属枠体に接合する作業が煩雑であるという問題点を有していた。さらに、搭載部に電子部品を搭載する際や金属枠体に金属蓋体を接合する際、あるいは外部電気回路基板に実装する際等に熱が印加されると、絶縁基体と金属枠体との熱膨張係数の相違に起因して絶縁基体と金属枠体との間に応力が発生し、その応力を両者を接合する接着層で良好に吸収することができずに絶縁基体に大きな反りが発生してしまい、その結果、絶縁基体上面の配線導体と電子部品の電極との間や絶縁基体下面の配線導体と外部電気回路基板の配線導体との間で剥離が発生しやすく、搭載する電子部品を外部電気回路に良好に接続することが困難であるという問題点を有していた。
【０００７】
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、金属枠体の酸化腐蝕を有効に防止するとともに絶縁基体と金属枠体とを強固に接合して、それにより絶縁基体に搭載する電子部品を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができるとともに金属蓋体と金属枠体との接合が容易であり、かつ搭載部に電子部品を搭載する際や金属枠体に金属蓋体を接合する際、あるいは外部電気回路基板に実装する際等に絶縁基体に大きな反りが発生することがなく、搭載する電子部品を外部電気回路に良好に接続することが可能な配線基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、上面に電子部品が搭載される搭載部およびこの搭載部から下面にかけて導出する複数の配線導体を有する有機材料系の絶縁基体と、この絶縁基体の上面に前記搭載部を取り囲むようにして接合された金属枠体とを具備して成る配線基板であって、金属枠体は、その表面に熱可塑性樹脂が被覆されているとともにその熱可塑性樹脂を介して絶縁基体に接合されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の配線基板の製造方法は、上面に電子部品が搭載される搭載部およびこの搭載部から下面にかけて導出する複数の配線導体を有する絶縁基体と、この絶縁基体の搭載部を取り囲む開口部を有するとともに表面が熱可塑性樹脂で被覆された金属枠体とを準備する工程と、絶縁基体の上面に金属枠体を、絶縁基体の搭載部を取り囲むようにして載置するとともに、これらを上下から圧力を印加しながら加熱して金属枠体の熱可塑性樹脂を軟化させて熱可塑性樹脂と絶縁基体とを熱圧着させた後、これらを冷却して絶縁基体と金属枠体とを熱可塑性樹脂を介して接合する工程とを順次行うことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の配線基板によれば、金属枠体は熱可塑性樹脂で被覆されているとともにその熱可塑性樹脂を介して絶縁基体に接合されていることから、金属枠体の酸化腐蝕が金属枠体を被覆する熱可塑性樹脂により良好に防止されるとともに、その熱可塑性樹脂を介して絶縁基体と金属枠体とが強固に接合される。また、金属枠体が熱可塑性樹脂で被覆されていることから、その熱可塑性樹脂を介して金属枠体の上面に金属蓋体を容易に接合することができる。さらに、絶縁基体と金属枠体とは熱可塑性樹脂を介して接合されていることから、搭載部に電子部品を搭載する際や金属枠体に金属蓋体を接合する際、あるいは外部電気回路基板に実装する際等に絶縁基体と金属枠体との間に応力が発生したとしても、その応力は両者を接合する熱可塑性樹脂が熱で塑性変形することにより良好に吸収される。
【００１１】
また、本発明の配線基板の製造方法によれば、絶縁基体の上面に、表面が熱可塑性樹脂で被覆された金属枠体を載置するとともに、これらを上下から圧力を印加しながら加熱して金属枠体表面の熱可塑性樹脂を軟化させてその熱可塑性樹脂と絶縁基体とを熱圧着させた後、これらを冷却して絶縁基体と金属枠体とを金属枠体に被着させた熱可塑性樹脂を介して接合することから、金属枠体を被覆する熱可塑性樹脂により金属枠体の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにその熱可塑性樹脂を介して絶縁基体と金属枠体とが強固に接合された配線基板を得ることができる。また、金属枠体の表面が熱可塑性樹脂で被覆されていることから、その熱可塑性樹脂を介して金属蓋体を金属枠体に容易に接合することが可能な配線基板とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の配線基板を添付の図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２は金属枠体であり、主としてこれらで本発明の配線基板が構成されている。
【００１３】
絶縁基体１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス繊維織物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板状の芯体１ａの上下面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から成る絶縁層１ｂをそれぞれ複数層ずつ積層して成る有機材料系の多層板であり、その上面中央部には半導体素子等の電子部品４が搭載される搭載部Ａを有しており、その搭載部Ａから下面にかけては銅箔や銅めっき膜等から成る複数の配線導体５が形成されている。そして、搭載部Ａには半導体素子等の電子部品４がその各電極と配線導体５とが半田バンプ６を介して電気的に接続されるフリップチップ接続により搭載される。
【００１４】
絶縁基体１を構成する芯体１ａは、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が０．１〜１ｍｍ程度の複数の貫通孔７を有している。そして、その上下面および各貫通孔７の内壁には配線導体５の一部が被着されており、上下面の配線導体５が貫通孔７を介して電気的に接続されている。
【００１５】
このような芯体１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、芯体１ａの上下面の配線導体５は、芯体１ａ用のシートの上下全面に厚みが３〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔７の内壁の配線導体５は、芯体１ａに貫通孔７を設けた後に、この貫通孔７の内壁に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。
【００１６】
さらに、芯体１ａは、その貫通孔７の内部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から成る樹脂柱８が充填されている。樹脂柱８は、貫通孔７を塞ぐことにより貫通孔７の直上および直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔７内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱８を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。
【００１７】
芯体１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜６０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数の貫通孔９を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体５を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものである。そして、上層の配線導体５と下層の配線導体５とを貫通孔９を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。このような絶縁層１ｂは、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂フィルムを芯体１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザー加工により貫通孔９を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂの表面および貫通孔９内に被着された配線導体５は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面および貫通孔９内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。
【００１８】
また、絶縁基体１の搭載部Ａから下面にかけて形成された配線導体５は、電子部品４の各電極を外部電気回路基板に接続するための導電路として機能し、絶縁基体１の搭載部Ａに設けられた部位の一部が電子部品４の各電極に半田バンプ６を介して接合される電子部品接続パッド５ａを、絶縁基体１の下面に露出した部位の一部が外部電気回路基板に半田ボール１０を介して接続される外部接続パッド５ｂを形成している。このような電子部品接続パッド５ａおよび外部接続パッド５ｂは、配線導体５に接続された略円形のパターンの外周部をソルダーレジストと呼ばれる最外層の絶縁層１ｂにより１５〜１５０μｍ程度の幅で被覆することによりその露出する直径が、電子部品接続パッド５ａであれば約７０〜２００μｍ程度に、外部接続パッド５ｂであれば約０．５〜２．５ｍｍ程度になるように形成されている。なお、このようなソルダーレジスト１ｂにより電子部品接続パッド５ａ同士あるいは外部接続パッド５ｂ同士の半田による電気的な短絡が有効に防止されるとともに電子部品接続パッド５ａおよび外部接続パッド５ｂの絶縁基体１に対する接合強度が高いものとなっている。
【００１９】
また、絶縁基体１の上面外周部には、銅やステンレス等の金属から成る金属枠体２が搭載部Ａを取り囲むようにして接合されており、この金属枠体２上には銅やアルミニウム等の良熱伝導性の金属から成る金属蓋体１１が接合される。この金属枠体２は、厚みが０．５〜２ｍｍ程度の四角や六角、八角、あるいは円形の枠状であり、絶縁基体１に金属蓋体１１を接合させるための台座として機能するとともに、絶縁基体１の剛性を高めて絶縁基体１に外力による反りや変形が発生することを防止する補強部材として、さらには電子部品４が作動時に発生する熱を外部に放散するための放熱部材として機能する。このような金属枠体２は、銅等から成る金属板に打ち抜き加工や切断加工あるいはエッチング加工等を施すことにより枠状に形成される。
【００２０】
また、金属枠体２はその表面が芳香族ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂３で被覆されており、この熱可塑性樹脂３を介して金属枠体２と絶縁基体１とが接合されている。金属枠体２の表面を被覆する熱可塑性樹脂３は、絶縁基体１に金属枠体２を接合する接着剤として機能するとともに、金属枠体２が酸化腐蝕するのを防止する保護層として機能し、さらには、金属枠体２の上面に金属蓋体１１を接合するための接着剤として機能する。このように本発明の配線基板によれば、金属枠体２の表面を被覆する熱可塑性樹脂３により金属枠体２の酸化腐蝕が有効に防止されるとともに絶縁基体１と金属枠体２とが熱可塑性樹脂３を介して強固に接合される。また、金属枠体２を被覆する熱可塑性樹脂３を接着剤として金属枠体２上に金属蓋体１１を容易に接合させることができる。そして、絶縁基体１の搭載部Ａに電子部品４をその電極が電子部品接続パッド５ａに半田バンプ６を介して接合されるようにして搭載するとともに、金属枠体２の上面に金属蓋体１１を、その下面が熱伝導性のグリスを介して電子部品４の上面に熱的に結合されるようにして熱可塑性樹脂３を介して接合することによって製品としての電子装置となり、この電子装置における外部接続パッド５ｂを外部電気回路基板の配線導体に半田ボール１０を介して接続することにより外部電気回路基板に実装されることとなる。このとき、絶縁基体１と金属枠体２とは熱可塑性樹脂３を介して接合されていることから、搭載部Ａに電子部品４を搭載する際や金属枠体２に金属蓋体１１を接合する際、あるいは外部電気回路基板に実装する際等に絶縁基体１と金属枠体２との間に応力が発生したとしても、その応力は両者を接合する熱可塑性樹脂３が熱で塑性変形することにより良好に吸収され、絶縁基体１に大きな反りが発生することが有効に防止される。
【００２１】
なお、金属枠体２の表面を被覆する熱可塑性樹脂３は、その厚みが１０μｍ未満であると、金属枠体２の酸化腐蝕を有効に防止することが困難となるとともに絶縁基体１と金属枠体２とを、あるいは金属枠体２と金属蓋体１１とを熱可塑性樹脂３を介して強固に接合することが困難となる傾向にあり、他方、２００μｍを超えると、絶縁基体１と金属枠体２とを接合する際や金属枠体２と金属蓋体１１を接合する際に、これらの接合部から熱可塑性樹脂３がはみ出して絶縁基体１や電子部品４を汚染してしまう危険性がある。したがって、金属枠体２の表面を被覆する熱可塑性樹脂３の厚みは１０〜２００μｍの範囲が好ましい。また、金属枠体２の表面を被覆する熱可塑性樹脂３は、その溶融温度が２２０℃未満の場合、絶縁基体１の搭載部Ａに電子部品４を搭載する際や金属枠体２に金属蓋体１１を接合する際、あるいは外部電気回路基板に実装する際等に熱可塑性樹脂３が溶融して金属枠体２にずれが発生する危険性がる。したがって、金属枠体２の表面を被覆する熱可塑性樹脂３の溶融温度は２２０℃以上であることが好ましい。
【００２２】
次に、上述した本発明の配線基板の製造方法について、図２および図３を基に説明する。
【００２３】
まず、図２に断面図で示すように、上面に電子部品４が搭載される搭載部Ａを有するとともに搭載部Ａから下面にかけて導出する複数の配線導体５を有する絶縁基体１と、搭載部Ａを取り囲む開口部を有するとともに表面が芳香族ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂３で被覆された金属枠体２とを準備する。熱可塑性樹脂３の厚みは前述したように、１０〜２００μｍの範囲が好ましい。なお、金属枠体２の表面を熱可塑性樹脂３で被覆するには、芳香族ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を有機溶剤で溶かした溶液中に金属枠体を浸漬した後、引き上げる方法や熱可塑性樹脂を有機溶剤で溶かした溶液をスプレーで塗布する方法が採用され得る。この場合、金属枠体２は、その表面が熱可塑性樹脂３で被覆されていることから、その酸化腐蝕が熱可塑性樹脂３で良好に防止される。
【００２４】
次に、図３に断面図で示すように、絶縁基体１の上面に表面が熱可塑性樹脂３で被覆された金属枠体２を搭載部Ａを取り囲むようにして載置するとともに、これらを上下から約１０〜５０ＭＰａの圧力で加圧しながら、約１００〜１８０℃の温度で加熱して金属枠体２の表面を被覆する熱可塑性樹脂３を軟化させて絶縁基体１と熱可塑性樹脂３とを熱圧着させた後に常温まで冷却することにより、絶縁基体１と金属枠体２とを熱可塑性樹脂３を介して接合する。このように、本発明の製造方法によれば、絶縁基体１の上面に表面が熱可塑性樹脂３で被覆された金属枠体２を載置するとともに、これらを上下から圧力を印加しながら加熱して金属枠体２表面の熱可塑性樹脂３を軟化させて絶縁基体１と熱可塑性樹脂３とを熱圧着させた後、これらを冷却して絶縁基体１と金属枠体２とを熱可塑性樹脂３を介して接合することから、金属枠体２を被覆する熱可塑性樹脂３により金属枠体２の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにその熱可塑性樹脂３を介して絶縁基体１と金属枠体２とが強固に接合された配線基板を得ることができる。また、金属枠体２の表面が熱可塑性樹脂３で被覆されていることから、その熱可塑性樹脂３を介して金属蓋体を金属枠体２に容易に接合することが可能な配線基板とすることができる。
【００２５】
なお、本発明は、上述の実施形態の一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が可能であることはいうまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、金属枠体は熱可塑性樹脂で被覆されているとともにその熱可塑性樹脂を介して絶縁基体に接合されていることから、金属枠体の酸化腐蝕が金属枠体を被覆する熱可塑性樹脂により良好に防止されるとともに、その熱可塑性樹脂を介して絶縁基体と金属枠体とが強固に接合され、それにより搭載する電子部品を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。また、金属枠体が熱可塑性樹脂で被覆されていることから、その熱可塑性樹脂を介して金属枠体の上面に金属蓋体を容易に接合することができる。さらに、絶縁基体と金属枠体とは熱可塑性樹脂を介して接合されていることから、搭載部に電子部品を搭載する際や金属枠体に金属蓋体を接合する際、あるいは外部電気回路基板に実装する際等に絶縁基体と金属枠体との間に応力が発生したとしても、その応力は両者を接合する熱可塑性樹脂が熱で塑性変形することにより良好に吸収され、絶縁基体に大きな反りが発生することはなく、その結果、搭載する電子部品を外部電気回路に良好に接続することができる。
【００２７】
また、本発明の配線基板の製造方法によれば、絶縁基体の上に、表面が熱可塑性樹脂で被覆された金属枠体を載置するとともに、これらを上下から圧力を印加しながら加熱して金属枠体表面の熱可塑性樹脂を軟化させて該熱可塑性樹脂と絶縁基体とを熱圧着させた後、これらを冷却して絶縁基体と金属枠体とを金属枠体に被着させた熱可塑性樹脂を介して接合することから、金属枠体を被覆する熱可塑性樹脂により金属枠体の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにその熱可塑性樹脂を介して絶縁基体と金属枠体とが強固に接合された配線基板を得ることができる。また、金属枠体の表面が熱可塑性樹脂で被覆されていることから、その熱可塑性樹脂を介して金属蓋体を金属枠体に容易に接合することが可能な配線基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の配線基板の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・絶縁基体
Ａ・・・・・・搭載部
２・・・・・・金属枠体
３・・・・・・熱可塑性樹脂
４・・・・・・電子部品
５・・・・・・配線導体
【図１】
2004172304.tif 000003
【図２】
2004172304.tif 000004
【図３】
2004172304.tif 000005