(57)【要約】【課題】ＭＣＭ構造のようなインターポーザ基板を有する電子装置の放熱性を向上する。【解決手段】熱容量が大きく熱伝導性も高いメタルコア基板を、インタポーザ基板だけでなく、マザーボードにも用い、さらに、マザーボードに、コアメタル露出部分を設け、その部分に直接はんだ接続用のパッドを形成し、メタルコアインタポーザ基板とはんだ接続する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルコア基板がメタルベース基板上又はメタルコア基板上にはんだで接続されている電子装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記インタポーザ基板はコアメタル上に絶縁層のない領域を有し、
その領域に半導体チップがダイボンディングされていることを特徴とする電子装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記インタポーザ基板はコアメタルが露出した領域を有し、
そのコアメタルが露出した領域に半導体チップがダイボンディングされていることを特徴とする電子装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、
前記マザーボードは、コアメタルが露出している領域を有し、
その露出しているコアメタルとメタルコアインタポーザ基板のパッドとがはんだで接続されていることを特徴とする電子装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、
前記マザーボードは、インタポーザ基板非搭載面側の一部にコアメタルが露出している領域を有することを特徴とする電子装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかにおいて、
前記マザーボードは、インタポーザ基板非搭載面側の一部にコアメタル上の絶縁層が除去されている領域を有することを特徴とする電子装置。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかにおいて、
前記マザーボードは、インタポーザ基板非搭載面側の一部にコアメタル上の絶縁層が除去されている領域を有することを特徴とする電子装置。
【請求項８】
請求項１から３のいずれかにおいて、
前記マザーボードのインタポーザ基板非搭載面と筐体との間に、マザーボードと筐体を接着している接着剤よりも熱伝導率の大きな部材を備えていることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターポーザ基板に製品品種に起因しない共通した半導体チップを搭載しておき、マザー基板にインターポーザ基板ごと搭載することで、製造期間の短縮やコスト低減を図ろうとする動きがある。このような構造は、電子部品から筐体までの熱導伝経路が小さいため放熱性が十分に得られない。
【０００３】
また、インターポーザ基板を用いたモジュールに、複数の電子部品がインタポーザ基板に搭載してモジュール化したマルチチップモジュール（ＭＣＭ：Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ  ｍｏｄｕｌｅ）がある。このようなモジュールの場合には複数の電子部品がモジュール化されているため、いっそうの高放熱性が必要となる。
【０００４】
車載用電子装置の場合、汎用用途に比べて温度範囲が広く、また多くの熱サイクルに耐える必要があり、エンジンコントロールユニットの場合、エンジンルーム内に搭載される傾向にあるので、車載用電子装置の中でもより耐久性が求められており、従来技術ではユニット内のドライバーＩＣチップや電源ＩＣチップをインターポーザ基板に搭載することが困難であった。
【０００５】
かかる放熱性を向上させる従来技術に、特許文献１がある。この特許文献１には、メタルコア基板の表裏それぞれの一部に金属コアが露出した部分を形成し、表面露出部にＬＳＩチップを搭載し、裏面の露出部分から空気中への放熱性を高めることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１７５４０７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、インターポーザ基板の裏面にあるマザーボードからの放熱性まで考慮していない。
【０００８】
すなわち、アンダーフィルやゲルが存在するような空気の流動がほとんどないような製品構造の場合（エンジンコントロールユニットでは信頼性向上の観点から透明なゲル状の樹脂で基板上の電子部品や電子モジュールを樹脂で覆ってしまう）、空冷効果をほとんど期待できないため、従来構造では十分な放熱性を得ることができない。
【０００９】
また、インタポーザ基板とマザー基板との間隔は微小な間隔しかないので、空冷では十分な放熱効果を得ることができない。
【００１０】
また、インターポーザ基板とマザーボードの熱膨張係数差を考慮していないため、熱サイクルに起因する接続不良を生じやすかった。
【００１１】
本発明の目的は、インタポーザ基板がマザーボードに搭載されている電子装置の放熱性を向上することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願では、上記目的を達成する手段を種々開示している。
【００１３】
以下にその代表的な手段を記載する。
【００１４】
電子装置に搭載したインタポーザ基板だけでなく、マザーボードにも熱容量が大きく熱伝導性も高いメタルコア基板を採用する。
【００１５】
このようにマザーボードにメタルコア基板を採用することによって、インターポーザ基板の縦方向に大きな熱容量が生じることになるので、インターポーザ基板の横（平面）方向に熱拡散させるだけでなく、縦方向にも熱拡散させることができるようになる。
【００１６】
さらに、この構造のマザーボードのコアメタルを露出させ、その部分に直接はんだ接続用のパッドを形成し、メタルコアインタポーザ基板とはんだ接続すると、インタポーザ基板のコアメタル上に形成されている熱導電性の低い絶縁層を介することがなくなるので、さらに放熱性を高めることができる。
【００１７】
なお、従来のＭＣＭでは、インタポーザ基板とマザーボードを接続するはんだの信頼性が問題になることが多い。これは主に、インタポーザ基板とマザーボードの熱膨張率の差に起因するものであるが、上述したように、インタポーザ基板とマザーボードでは、それぞれに同じ基板を使用しているので、熱膨張率を等しくすることができている。したがって、上記構造によってはんだ接続の熱サイクルに起因する不良発生を抑制することができるので、電子装置の耐熱性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１２は、電子装置であるＥＣＵの上部筐体を開けた状態の鳥瞰図である。
【００１９】
この電子装置は、外部の端子と接続するためのコネクタ（図示せず。）が側壁にモールド成形されている筐体４１（この筐体は下部筐体で、この下部筐体に嵌め込まれ、電子基板を封止する上部筐体も存在するが、図示していない。）と、筐体４１に固定されコネクタの端子と電気的に接続されている電子基板とで構成されている。
【００２０】
この電子基板は、電子部品であるＬＳＩチップ２７が搭載されているインタポーザ基板５９と、インタポーザ基板５９が搭載されたマザーボード５７とを備え、これらの基板ははんだで接続されている。なお、ＬＳＩチップは、高発熱な３個のＬＳＩチップ１１がそれぞれ異なるインタポーザ基板上に他の電子部品とともに搭載されている。この３つのＬＳＩチップ２７は、１つが電源ＩＣチップで、２つはドライバーＩＣチップである。以下で説明する電子基板のインタポーザ基板に搭載しているＬＳＩチップは、１つのチップとして記載しているが、電源ＩＣチップ又はドライバＩＣチップ又はこれらの任意の組み合わせた複数のＬＳＩチップのことである。
【００２１】
以下、このＥＣＵで用いる電子基板の種々の形態を図を用いて説明する。
【００２２】
図１に、電子基板のリフロー前の断面図を示す。
【００２３】
図１の電子基板は、ＬＳＩチップ１１、コアメタル１３、配線層１５、スルーホール１７、はんだボール１９、絶縁層２１、メタルベース２３、メタルコア基板２５、メタルベース基板２７及びソルダーレジスト２９を備えている。なお、メタルコア基板２５とは、金属板（コアメタル１３）をコアとし、コアメタル１３の両面に形成された樹脂による絶縁層２１および配線層１５を備えた基板で、メタルベース基板２３とは、金属板（メタルベース２３）をベースにしてその片面上に樹脂による絶縁層２１が形成されており、その絶縁層２１上に配線層１５が形成されている基板である。
【００２４】
メタルコア基板２５の表面には、フェースアップタイプのＬＳＩチップ１１がダイボンディングされ、ＬＳＩチップ搭載面の配線層２１とワイヤボンディングされている。また、裏面には、電気的にマザーボードと接続するためのはんだ接続用パッドが配線層に形成されている。このはんだ接続用パッドのうち、ＬＳＩチップ１１と重畳するものは放熱用、電源用、アース用のいずれかに用いられている。
【００２５】
メタルベース基板２７はメタルベース２３上に絶縁層２１と配線層１５が２層形成されおり、配線層の一部がはんだ接続用パッドになっており、インターポーザ基板２５とはんだで接続されている。また、接着材により筐体と接着されている。
【００２６】
このメタルコアインタポーザ基板は次のプロセスにより製造する。
【００２７】
まず、コアとなる金属１３として０．２ｍｍｔ×３００ｍｍ×５００ｍｍの銅板を用意する。この銅板は、複数の基板を後に切り出して使用するため、サイズは大きくなっている。もちろん基板製造上取り扱いやすいサイズで良い。金属の種類としては、アルミニウムや鉄−Ｎｉ合金等でも良いが、熱伝導性の良い銅が好ましい。
【００２８】
スルーホール形成用の穴（０．８ｍｍφ）と、必要に応じて、後に基板サイズで切り出し易くするために、基板個片外形にスリットを、エッチングにより形成した。なお、エッチング液は塩化第２鉄を含む溶液を用いる。
【００２９】
次に、絶縁層および内層の配線層として、プリプレグ２１（ガラスクロス入りのエポキシ樹脂、厚さ０．１ｍｍｔ）と銅薄１５（厚さ０．０１２ｍｍｔ）をメタル表裏に積層配置して、プレスで接着することにより形成した。なお、プリプレグと銅箔の代わりに、樹脂付き銅箔ＲＣＦ（Ｒｅｓｉｎ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｃｕｐｐｅｒ  Ｆｏｉｌ）を使用しても良い。
【００３０】
次に、配線として不要な部分の銅箔はエッチングにより除去した。
【００３１】
コアメタルと内層配線を電気的に接続する必要がある場合には、内層ビア形成用に、コアメタルが露出するようにレーザーで直径０．１５ｍｍφのざぐりを形成した。レーザーは炭酸レーザー、ＹＡＧレーザー等何でも良いが、炭酸レーザーで行うと低コストで加工できるので好ましい。
【００３２】
合わせて、基板表裏の内層どうしを電気的に接続するためのスルーホール１７用の貫通穴をドリルで形成した。この貫通穴の形成もレーザーで加工することも可能であるが、プリプレグ使用の場合にはガラスクロスがあるため、ドリル加工が適している。
【００３３】
次に、内層スルーホール、内層ビア、内層配線用に、厚さ０．０１５ｍｍ程度の銅めっきを施した。
【００３４】
絶縁層および内層の配線層の形成プロセス再度繰り返すことにより、表層回路を形成した。
【００３５】
配線およびビアホールは前述と同様の厚さの銅めっきを施し、さらに配線腐食防止とはんだ接続のために無電解ニッケルめっき（厚さ０．００５ｍｍ程度）と無電解金めっき（厚さ０．００１ｍｍ程度）を施した。
【００３６】
さらに、部品搭載用に必要な部分を残して、ソルダーレジスト２９をパターンで形成した。
【００３７】
上記のメタルコア基板は、配線層数が表裏各２の場合であるが、本発明は層数に依存するものではないので、表裏の配線層数を増やす場合には、前述の工程を繰り返せば良い。
【００３８】
上記のように製造したメタルコアインタポーザ基板表面の部品搭載用の所望の部分にＡｇペーストを塗布し、電子部品を搭載し、適切な硬化条件（例えば１５０℃、１ｈｒ）にてＡｇペーストを硬化させ接着する。なお、接着ははんだで行うと、より放熱性を向上できる。
【００３９】
次に、高発熱ＬＳＩ１１の電極とメタルコアインタポーザ基板の電極をワイヤボンディングで接続する。必要に応じてインタポーザ基板の部品搭載面を樹脂でモールドすると、取り扱い性が向上する。
【００４０】
インタポーザ基板の反対面側には、フラックス塗布後、電極上にＳｎ３Ａｇ０．５Ｃｕはんだボールを搭載し、最高温度２４０℃、はんだ溶融時間およそ２０秒でリフローすることにより、はんだバンプを形成する。なお、他のはんだを用いても良く、その場合にははんだ種類に応じたリフロー条件にてボール形成を行う。
【００４１】
マザーボードも、以下の点を除きメタルコア基板と同様に形成する。
【００４２】
メタルベース基板は、メタルの片面側に絶縁層および配線層を形成したもので、コアメタルを貫通するスルーホールが不要であるため、より簡単なプロセスで製造することができる。マザーボードのはんだ接続用パッド上に、マスク厚さ０．１ｍｍのはんだ印刷用マスクを使用し、はんだペーストを印刷する印刷法によりはんだを形成する。
【００４３】
印刷したペースト状のはんだ上に、インタポーザ基板のはんだバンプを位置合わせして搭載し、再度リフローし、はんだ接続を行う。
【００４４】
必ずしもこのはんだ印刷を行う必要はないが、行うと、印刷したはんだの粘性によって、リフロー時のインタポーザ基板の位置ずれを防止することができる。
【００４５】
この構造では、マザーボードの熱容量が大きくなるので、ＬＳＩの発する熱がまずメタルコアインタポーザ基板内で拡散されるだけでなく、はんだを介して縦方向（マザーボード方向）へ効率よく熱を伝達し、マザーボード内でも熱を拡散することができる。通常のプリント基板では、ほとんどが熱伝導率の悪い樹脂が基材となっているが、メタルコア基板ではコアが熱伝導率の良い金属であり、絶縁樹脂層は薄いため、上記のような効率の良い放熱構造を得ることができるのである。
【００４６】
ＭＣＭでは、インタポーザ基板とマザーボードを接続するはんだの信頼性が問題になることが多い。これは、インタポーザ基板とマザーボードの熱膨張率の差に起因するものであるが、ベースメタル及びコアメタルに熱膨張係数の近い材料を使用するため、インターポーザ基板とマザーボードの熱膨張率差を小さくすることができるので、はんだ接続信頼性を向上できる。この効果は、以下のいずれの実施例に対しても期待できる。
【００４７】
図２はメタルコアインタポーザ基板上の一部の絶縁樹脂を除去して、その領域のコアメタル上に絶縁層を介さずにＬＳＩチップを搭載したこと以外は、図１一と同様である。
【００４８】
熱伝導率の低い絶縁層を介さないので、この構造は図１よりもさらに放熱性を高めることができる。この絶縁樹脂の除去は、表層の回路を形成後、ビア形成と同時に、レーザにより行う。レーザは、炭酸レーザ、ＹＡＧレーザ等種類があるが、何でも良く、炭酸レーザだと加工費が安い。また、機械的に樹脂を除去しても良い。
【００４９】
図３はマザーボードのメタルベース基板上の一部の絶縁樹脂を除去して、メタルを露出させ、その領域に、Ｎｉめっき、Ａｕめっきを施してはんだ接続用のパッド３１を形成した構造である。樹脂の除去方法は、図２の製法と同様である。
【００５０】
コアメタル上の無電解ニッケルめっきの厚さは０．００５ｍｍ程度、金めっきの厚さは０．００１ｍｍ程度とする。コアメタルが銅の場合には、必ずしも上記めっきは不要であるが、めっきを施すとはんだ接続性、接続信頼性を向上できる。
【００５１】
放熱性向上のため、このようにして形成したマザーボードのコアメタル上のパッドと、メタルコアはんだ接続用パッドとを、はんだバンプ３３にて接続する。もちろん、電気的接続用には、通常の絶縁樹脂上のパッドどうしを、はんだバンプで接続することになる。
【００５２】
この構造では、ＬＳＩの発する熱をマザーボードの金属ベースに放散することができるため、さらに良い放熱性を得ることが出来る。また、コアメタルのはんだ接続用パッド面積を小さくすると、搭載するはんだボールをほぼ同一サイズにすることが可能なため、特別な製造工程を要することがないので、低コスト化できる。
【００５３】
図４〜６は、マザーボードを、両面配線のメタルコア基板としたこと以外は、図１〜３と同様である。
【００５４】
図７〜９は、さらにマザーボードの、インタポーザ基板非搭載面側の絶縁樹脂を除去し、コアメタルを露出させるようにした構造である。
【００５５】
このようにコアメタルを一部露出させて絶縁層で覆わないようにすると、より放熱性を高くすることができる。
【００５６】
この構造では、例えばインタポーザ基板とマザーボードの間にアンダーフィルやゲルを入れる構造においても、高い放熱性を得ることができる。
【００５７】
コアメタルの熱伝導率は大きいので、上記いずれの実施例においても、チップ搭載用ざぐりは基板の中心付近にある必要はなく、またコアメタルに直接形成した放熱用パッドはチップ搭載部分の真下にある必要もない。
【００５８】
図１０および図１１は、さらに金属製（例えばアルミニウム）の筐体に接着した構造を示すである。
【００５９】
マザーボードのざぐり部と筐体の間に、高熱伝導の部材４５を挟み込むと、さらに放熱性を向上させることができる。
【００６０】
高熱伝導の部材とは、マザーボードとアルミニウムの筐体を接着している接着剤よりも熱伝導率の大きな部材であり、例えばはんだ、銅やアルミニウム等の金属板、高熱伝導の樹脂や接着剤である。特にはんだを用いる場合には、筐体にはんだ接続用のパッドを形成して接続しても良いし、必ずしも筐体にはパッドを形成する必要はなく、マザーボードのコアメタルにはんだ供給しておいて、筐体には押しつけて、接触だけの接続でも良い。金属板を挟み込む場合には、金属板両面に接着剤を塗布して接続しても良いし、単に接触させるだけでも良い。当該部分以外のマザーボードと筐体の接続は、通常の接着剤か高熱伝導の接着剤を用いて行う。筐体は通常は軽いアルミニウムが用いられるが、放熱機能はその材質に依存するものではないので、任意に選択可能である。
【００６１】
図１３は、メタルコアインタポーザ基板上のＬＳＩチップ１１がフェースダウンで、端子がバンプ５１でフリップチップ接続されている例である。
【００６２】
このようにアンダーフィル５３を用いると、信頼性と放熱性が向上する。
【００６３】
図１４は、メタルコアインタポーザ基板上に、半導体パッケージ５５が、はんだバンプ５７で接続された構造の例である。
【００６４】
このような構造においても、放熱性を高めることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＭＣＭのようなインタポーザ基板を有する電子装置の放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図２】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図３】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図４】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図５】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図６】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図７】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図８】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図９】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図１０】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図１１】本発明に関わる電子基板の断面図である。
【図１２】ＥＣＵの上部筐体を開けた状態の鳥瞰図である。
【図１３】本発明に関わる実装構造を表す断面図である。
【図１４】本発明に関わる実装構造を表す断面図である。
【符号の説明】
１１…ＬＳＩチップ、１３…コアメタル、１５…配線、１７…スルーホール、１９…はんだボール接続部、２１…絶縁層、２３…メタルベース、２５…メタルコアインタポーザ基板、２７…メタルベース基板、２９…ソルダーレジスト、３１…はんだ接続用パッド、３３…放熱用はんだ、３５…メタルコア基板、３７…コアメタル、３９…放熱用ざぐり、４１…筐体、４３…接着剤、４５…高熱伝導部材、５１…バンプ、５３…アンダーフィル、５５…半導体パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004172425.tif 000011
【図１０】
2004172425.tif 000012
【図１１】
2004172425.tif 000013
【図１２】
2004172425.tif 000014
【図１３】
2004172425.tif 000015
【図１４】
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