(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース金属の表面に誘電体としてポリイミド層を用い、その上に半導体搭載用回路を形成した金属ベース半導体回路基板に於いて、ベース金属の裏面上にガラス転移温度が１２０℃以上、３００℃以下であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１００以下である熱可塑性ポリイミド（１）の層、ガラス転移温度が２００℃以上であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１０より大きく、そのポリイミド単独の２５μｍ厚みのフィルムの伸び率が２０％以上である非熱可塑性ポリイミドの層を順に積層してなることを特徴とする金属ベース半導体回路基板。
【請求項２】
該非熱可塑性ポリイミドの層の上にガラス転移温度が２００℃以上、３００℃以下であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１０以下である熱可塑性ポリイミド（２）の層を積層してなることを特徴とする請求項１に記載の金属ベース半導体回路基板。
【請求項３】
ベース金属の裏面上のポリイミド積層体の２５℃での熱膨張率が１４×１０-6／ｄｅｇ〜６０×１０-6／ｄｅｇの範囲にあり、ポリイミド積層体の伸び率が５〜１２０％の範囲にあり、ベース金属からみて最も外側のポリイミド層のガラス転移温度が２００℃以上であり、ベース金属からみて最も内側のポリイミド層のベース金属への接着力が０．５ｋｇ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の金属ベース半導体回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属ベース半導体回路基板およびその製法に関する。さらに詳しくは本発明は、軽量で加工し易く外部回路基板との接合信頼性に優れた金属ベース半導体回路基板およびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年金属ベース半導体回路基板はマイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ等の半導体パッケージ向けの利用が高まっている。金属ベース半導体回路基板の代表的な用途例としてはＵＳＰ５，４２０，４６０号に開示されている金属ベースのボール・グリッド・アレイ（Ball Grid Array 、以下ＢＧＡと略す）と特開平６−５３６２１号（ＵＳＰ５，６３９，９９０）に開示されている金属ベースのメタル・クワッド・パッケージ（Metal Quad Package、以下ＭＱＰと略す）がある。このＭＱＰでは配線基板を絞り加工して箱体状とし、その開口面の周辺にリード部が形成されている。
【０００３】
金属ベース半導体回路基板は放熱性、電磁遮蔽性等に優れている。金属ベース半導体回路基板に用いるベース金属は回路の補強材、半導体で発生する熱の放熱材、電気的なアース材などの役割を持っている。ベース金属の表裏において、回路形成面を表面とし、反対面を裏面とする。裏面は金属ベース半導体回路基板の放熱面としての役割と金属ベース半導体回路基板をＩＲリフローを用いてマザーボードへ実装する際のＩＲ吸収面としての役割、場合によっては絶縁層の役割等を持っている。
【０００４】
しかるに、特開平７−３２１２５０（ＵＳＰ５，５８３，３７８）等に記載されている様に、従来の金属ベース半導体回路基板の裏面にはエポキシまたはそれ以外の適当な材料の層を設けることができる。この層は単なる保護層としての役割をはたしている。通常は、裏面はステンレススティール（ＳＵＳ）表面や亜鉛クロメート処理された銅表面であるか、Ｎｉメッキ処理による保護層、Ｎｉメッキ＋Ａｕメッキ処理による保護層またはエポキシ樹脂層で被覆されている。
【０００５】
エポキシ樹脂層で被覆される場合を除けば、金属ベースの裏面の輻射電熱係数が小さく、放熱の際の輻射が小さく、リフロー炉内、特にＩＲリフロー炉内でのＩＲ吸収効率が低い。そのため、リフロー炉内でマザーボードに実装されるＱＦＰ等の他の部品よりパッケージの温度が低い。その結果、種々の部品を同時に実装するリフロー炉の条件のマージンが狭く半田強度が不安定になる。
【０００６】
また、金属ベースの回路用基板を作成した後に回路加工を行う場合、ワイヤーボンドパッドは裏面と同時にＮｉ／Ａｕメッキされる。そのため、裏面はＡｕメッキが不必要であるにも係わらずＡｕメッキされ、金属ベース半導体回路基板のコストを上げてしまう。さらに、ベース金属には熱的、電気的特性から銅が使用されることが多い。その場合Ｎｉメッキ層はベース銅より熱膨張率が低いため一種のバイメタルが形成される。その結果、温度変化でパッケージが変形する。
【０００７】
ベース金属の厚さが０．１〜０．４ｍｍの金属ベース半導体回路基板を薄型金属ベース半導体回路基板とする。薄型金属ベース半導体回路基板は多くの場合、ベース金属にＳＵＳあるいは銅が使われることが多い。特に伝熱特性、電気特性に優れた銅あるいは銅合金が使われることが多く、曲げ剛性が小さく、温度変化で変形しやすい。
【０００８】
変形を生じる原因は、金属ベース半導体回路基板に使われる材料の熱膨張率が異なることにある。２５℃での熱膨張率の例は概略次の通りである。順番は積層順である。
１．Ｎｉ／Ａｕメッキ層                ：１３×１０-6／ｄｅｇ
２．ＳＵＳ、銅、銅合金のベース金属    ：１７×１０-6／ｄｅｇ
３．回路絶縁用ポリイミド樹脂層        ：２０〜５５×１０-6／ｄｅｇ
４．回路用銅箔                        ：１７×１０-6／ｄｅｇ
５．レジストインク層                  ：６０〜８０×１０-6／ｄｅｇ
上記の様に層構成を熱膨張率の観点から見ると、Ｚ軸方向で熱膨張率が傾斜している。したがって、基板温度が上昇した場合、裏面が凹面となるように応力が発生する。
【０００９】
ベース金属の厚さが０．４ｍｍ以下、特に０．２ｍｍ以下の場合はベース基板の曲げ剛性が小さい。特に、１９９６年１２月のザ・サード・ＶＬＳＩ・パッケージング・ワークショップ・オブ・ジャパン（The Third VLSI PACKAGING WORKSHOP of Japan）でのハイ・パフォーマンス・キャビィティダウン・メタル・ベースト・ＢＧＡ（ＭｅＢＧＡ）・パッケージ（High Perfomance Cavity-Down Metal Based BGA(MeBGA) Package（TECHNICAL DIGEST, Page153 ））で発表された様に、ベース金属に検出端子用の孔が開いた半導体基板では、ボール搭載部のべース金属面積が減少し、曲げ剛性が更に減少する。その結果、基板温度が上昇した場合、反り量が大きくなる。例えば半田ボールで金属ベース半導体基板をマザーボードに実装する時、２５℃で基板の平坦度が良く取り付け実装が容易にできる。しかし、半田ボールが溶解する１８５℃では基板の反りのため基板のコーナーの半田ボールが浮いてしまい適正な半田ボール接合が出来ない。また、温度変化に対応する半導体基板の反りは、半導体基板をマザーボードに実装した場合、半田ボールの接合信頼性に大きく影響する。
【００１０】
応力解析による半田ボールの接合信頼性のシミュレーションではコフィン−マンソン(Coffin-Manson) の式を用いた。半田ボール接合の寿命は反りの大小で数倍以上の範囲で変化した。
この欠点を解決できる方法としては次のようなものが考えられる。
【００１１】
第１には熱膨張率が高いエポキシ樹脂層を裏面に形成する。
第２にはベース金属の厚みを厚くしてベース金属の曲げ剛性を高めて熱膨張率差により発生する応力に対抗する。
第３にはベース金属の曲げ弾性率の極めて高い金属を使うことによりベース金属の曲げ剛性を高めて熱膨張率差により発生する応力に対抗する。
第４に熱膨張率の小さいポリイミド樹脂を回路絶縁用に用いる。
第５にソルダーレジスト層の厚さを通常より薄くする。
第６に熱膨張率の低いソルダーレジストを使用する。
しかるに、ＩＲ吸収対策や反り対策のためにエポキシ樹脂層を裏面に形成する場合には種々問題点が発生する。
【００１２】
第１には予め裏面にエポキシ樹脂層を形成したベース金属を用いた場合、絞り加工によりキャビティー構造を形成するとエポキシ樹脂層にクラックが入り、金属ベース半導体回路基板の耐久信頼性を損ねたり、外観を損ねる。
【００１３】
第２には、クラックを避けるために、絞り部を除いてエポキシ系レジストインクで樹脂層を裏面に形成した場合、樹脂層形成部と樹脂層の無い部分での形状的段差のため、絞り形状の精度が低下し半導体実装に適さない。更に、表面の回路加工時に露出した絞り加工部のベース金属がエッチング液に曝されないように裏面をマスクする必要がある。
【００１４】
第３には裏面に検出端子を設ける場合、微細パターンのため、検出端子のない裏面部分にだけエポキシ樹脂層を形成するのは困難である。キャビティー形成後にエポキシ樹脂の電着塗装を行うことも考えられる。この場合コストが高い。また、接着性の関係でガラス転移温度が低く柔軟なエポキシ樹脂を用いるためワイヤーボンド時に基板加熱用治具にエポキシ樹脂がタックする。さらに、エポキシ樹脂電着塗装でも不可能な電子回路がある。
【００１５】
ベース金属の厚みを厚くすることは、金属ベース半導体回路基板の重量増加に繋がったり、絞り加工や曲げ加工する際の回路や回路下の誘電体の伸びを大きくする。誘電体の伸びにより、絞り、曲げ加工の際に曲率半径が制限される。
ベース金属の曲げ弾性率を高くするには限度がある、すなわち、高くすることで曲げ絞り加工が困難になる。
【００１６】
回路絶縁用ポリイミド樹脂の熱膨張率を下げることは有用であるが、熱膨張率の大きいソルダーレジストとのバランスをとれる迄には至っていない。また、熱膨張率の低いポリイミドは積層接着性が低かったり、液体あるいはプラズマガスでのエッチング速度が遅くバイア・ホール（via hole）を形成しにくかったり、曲げ剛性が高い、伸び率が低い。したがって、絞り加工時の曲率半径の大きさに制限が生じたり、加工精度が低下する。
【００１７】
ソルダーレジストの厚さを通常より薄くすることはソルダーレジストの信頼性の低下につながる。
熱膨張率が３０×１０-6／ｄｅｇより低いソルダーレジストを使用することは好ましいが、感光性で、微細パターンを形成することができ、熱膨張率が３０×１０-6／ｄｅｇ以下であるソルダーレジストの入手は不可能であった。
【００１８】
以上のように、金属ベース半導体回路基板において絞り加工性を維持しながらリフロー炉内でのＩＲ吸収性の改良、メッキレジスト性の付与を行うことは困難であった。特に薄型金属ベース半導体回路基板においては、基板の温度変化がある場合に基板の形状変化を少なくすることは種々の点で困難であった。
【００１９】
図１は従来知られている金属ベース半導体回路基板の一つである。この基板は、厚さ０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下のベースとなる金属板００１、厚さ５μｍ以上、２００μｍ以下の誘電体（０１０）、厚さ０．５μｍ以上、１００μｍ以下の導電体回路（１００）がその順序で積層形成されている。裏面にはＮｉメッキ等の保護層（３００）がある。また、ベースとなる金属板（００１）と導電体回路（１００）が部分的にＢＶＨ（ブラインド・バイア・ホール、blind via hole）（２００）で接続されている場合もある。
【００２０】
図２は、誘電体（０１０と０１１）や導電体（１００と１０１）が金属ベース半導体回路基板に積層され、多層構造をとっているものである。多層の導電体は適宜、ＢＶＨ（ブラインド・バイア・ホール、blind via hole）（２００）、ＩＶＨ（インターステッシャル・バイア・ホール、interstitial via hole ）（２０１）、ＴＨ（スルー・ホール、through hole）等によって層間接続される。
【００２１】
図３は、導電体回路（１００）の一部と金属板（００１）とをＢＶＨ（２００）で結び、その直下のベースとなる金属板（００１）を加工し、金属板（００１）とは独立した検出端子（４００）を形成したものである。
これら従来の金属ベース半導体回路基板の製法は以下に例示する。
１）ベース金属板と誘電体シート、導電体箔を接着剤を用いたり、誘電体そのものの接着性を利用して積層する。次に、常法に則って、導電体箔に回路を形成し、レジスト層を形成し、ＮｉメッキあるいはＮｉメッキ及びＡｕメッキ処理を行う。
２）誘電体シートと導電体箔から形成される積層体を用いて、常法に則って導体箔に回路を形成し、レジスト層を形成し、Ｎｉ及びＡｕメッキ処理を行い、回路形成シートを得る。接着剤を用いたり、誘電体そのものの接着性を利用して、これをベース金属に積層する。
３）ベース金属板に誘電体を積層した後、いわゆるアディティブ法で導電体回路を形成し、レジスト層を形成し、ＮｉおよびＡｕメッキ処理を行う。
４）前記１〜３で形成した金属ベース半導体回路基板の裏面に選択的にエポキシ樹脂を電着塗装し絶縁体を形成する。これにより裏面を絶縁状態とする。
５）前記１〜３に於いて使われるベース金属の裏側に、エポキシ樹脂を前もって塗装しておく。
【００２２】
上記例１及び３で示した金属ベース半導体回路基板の裏面には、表面のワイヤーボンドパッド（以後ＷＢパッドと略す）にＮｉメッキ／Ａｕメッキする関係でＷＢパッド部と同時に裏面も同様なメッキが形成される。上記例２では回路形成シートをベース金属に積層する前に、ベース金属にはＮｉメッキ等の防錆膜が形成されていることが多い。上記例４ではエポキシ樹脂層が形成されている。
いずれにしても、裏面は防錆能力を持った金属あるいはエポキシ樹脂からなる保護層で覆われており、前記したような様々な問題点が生じる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、外部端子との接合部の平坦性が良い、温度変化での形状変化が小さい、マザーボードへの実装性が極めて良好である、半田リフロー時における赤外線吸収性が改善されている、メッキレジスト性がある、接続信頼性が高い、などの特性を有する金属ベース半導体回路基板を提供することにある。
また、特にその基板の絞り加工により形成したキャビティーを有する金属ベース半導体回路基板を提供することにある。
【００２４】
また、金属ベース半導体回路基板がボール・グリッド・アレイ（Ball Grid Array 、ＢＧＡ) 基板、ランド・グリッド・アレイ(Land Grid Array、ＬＧＡ) 基板あるいはメタル・クワッド・パッケージ（Metal Quad Package、ＭＱＰ) 基板である金属ベース半導体回路基板を提供することにある。
更に、ベース金属の厚さが回路形成工程で変化しない方法や、絞り加工や曲げ加工に備えてベース金属の厚さを均一にする方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、前記の金属ベース半導体回路基板において裏面に積層するポリイミド層として以下のいずれかに該当するものを用いて金属ベース半導体回路基板を製造することにより達成される。
（Ａ）ガラス転移温度が１２０℃以上、３００℃以下であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１００以下である熱可塑性ポリイミド（１）の層、ガラス転移温度が２００℃以上であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１０より大きく、そのポリイミド単独の２５μｍ厚みのフィルムの伸び率が２０％以上である非熱可塑性ポリイミドの層を順に積層した２層構造のポリイミド積層体。
（Ｂ）好ましくは、熱可塑性ポリイミド（１）の層、（Ａ）で示した非熱可塑性ポリイミドの層、ガラス転移温度が２００℃以上３００℃以下であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１０以下である熱可塑性ポリイミド（２）の層を順に積層した３層構造のポリイミド積層体。
【００２６】
また好ましくは、ベース金属の表面に誘電体としてポリイミド層を用い、その上に半導体搭載用回路を形成した金属ベース半導体回路基板に於いて、ベース金属裏面上のポリイミド積層体の２５℃での熱膨張率が１４×１０-6／ｄｅｇ〜６０×１０-6／ｄｅｇの範囲にあり、ポリイミド積層体の伸び率が５〜１２０％の範囲にあり、ベース金属からみて最も外側のポリイミド層のガラス転移温度が２００℃以上であり、ベース金属からみて最も内側のポリイミド層のベース金属への接着力が０．５ｋｇ／ｃｍ以上である金属ベース半導体回路基板を製造することにより達成される。
【００２７】
さらに好ましくは、回路形成用銅箔、表面ポリイミド層、ベース金属、裏面ポリイミド層の順に、あるいは回路形成用銅箔、表面ポリイミド層、ベース金属、裏面ポリイミド層、銅箔の順に積層した後に加熱圧着して積層基板を製造し、これを回路加工することにより達成される。
【００２８】
前記した裏面にポリイミド層が形成された金属ベース半導体回路基板を絞り加工すれば、１段または２段のキャビティー構造を持ったＢＧＡ構造またはＬＧＡ構造の金属ベース半導体回路基板が容易に製造できる。絞りまたは曲げ加工によりＭＱＰ構造を持った金属ベース半導体回路基板も製造できる。
検出端子付き金属ベース半導体回路基板の場合、ヒドラジン等の液体、ＮＦ3 等のプラズマガス、またはレーザー等を用いる常法に基づき、検出端子を覆っているポリイミド層を選択的にエッチング加工する。また、検出端子以外の部分のポリイミド層を有効に役立てる。回路加工面にバイア・ホール（via hole）を形成するためのポリイミドエッチングと裏面の検出端子を形成するためのポリイミドエッチングを、同時に液体あるいはガスで行うこともできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の金属ベース半導体回路基板の裏面に積層されるポリイミド層は、熱膨張率が１４×１０-6／ｄｅｇ〜６０×１０-6／ｄｅｇ、より好ましくは１７×１０-6／ｄｅｇ〜６０×１０-6／ｄｅｇであり、赤外線、遠赤外線の吸収能力が高く、延伸性、耐熱性、耐久性の高いポリイミド層であり、厚さが０．１μｍ以上、５０μｍ以下のものである。
【００３０】
このポリイミド層によって得られる効果はつぎのとおりである。
１）金属ベース半導体回路基板の絞り加工性を損なわない。
２）回路へのＮｉ／Ａｕメッキ加工時に熱膨張率の低いＮｉあるいはＮｉ、Ｐ合金等の防錆メッキがベース金属の裏面に積層されるのを防止できる。
３）回路の表面に積層される熱膨張率の高いソルダーレジスト等の層と熱膨張率のバランスを取ることができる。
４）裏面の輻射伝熱係数を向上させることができる。
【００３１】
このようにして得られた基板は、次の特徴を持っている。
１）裏面の輻射伝熱係数が向上し、マザーボードへのＩＲリフロー実装時の裏面のＩＲ吸収効率が向上する。ＩＲリフロー実装時の金属ベース半導体回路基板の温度と樹脂封止されたＱＦＰや他のディスクリート部品の温度とが同等になる。ＱＦＰや他のディスクリート部品の劣化を招かない。金属ベース半導体回路基板とマザーボードとの半田結合強度が向上する。
２）基板の温度が変化した場合の金属ベース半導体回路基板の形状変化が低減する。
３）１）、２）の相乗効果で金属ベース半導体回路基板とマザーボードの接合信頼性が高い。
４）ポリイミド層はメッキレジスト性をもつため、金属メッキの付着が防止される。特にＡｕメッキの付着防止により金属ベース半導体回路基板の製造コストを低下させることができる。
【００３２】
５）延伸性、耐熱性、耐久性の高いポリイミド層を積層するので、ポリイミド層の厚みを薄くしても積層膜の信頼性が高い。そのため、積層膜があるにも係わらず金属ベース半導体回路基板の特徴の一つである放熱性を実質上損なわない。
６）延伸性とベース金属との接着性に優れたポリイミド層を積層するので、その積層基板を絞り加工してもポリイミド層にクラックを生じない。したがって、１段、または２段、更に必要であれば３段以上のキャビティー構造を持ったＢＧＡ基板またはＬＧＡ基板やＭＱＰ基板を形成できる。
７）検出端子を覆っているポリイミド層を、常法に基づき、選択的にエッチング加工することにより、検出端子以外の部分にポリイミド層を積層した検出端子付き金属ベース半導体回路基板が製造できる。
【００３３】
８）裏面にポリイミド層が積層された２段のキャビティー構造を持った基板は、以下のように小型パッケージの典型であるＬＧＡパッケージまたは小径ボールのＢＧＡパッケージには好適である。
８−１）ボンディングステッチは絞りの第１段（第１段目のキャビティー）に形成する。回路のある部分の絞り曲率半径を相対的に大きくして回路のクラック発生を防ぐ。第２段目（第２段目のキャビティー）で回路の無い部分の絞り曲率半径を相対的に小さくする。半導体チップとボンディングステッチの距離を短くする。また、半導体チップのボンディングパッドのレベルとボンディングステッチのレベルをほぼ同じにする。これにより金ワイヤーの長さを短くできる。
８−２）絞りの斜面が液状封止材をせき止めるためのダムの役割をする。封止材部分がランド部あるいは小径ボール（０．５ｍｍ以下）部のレベルより上に出っ張らない。
８−３）裏面のポリイミドによる電気的絶縁が良好なため、狭い空間の中で他の部品、ケース（筐体）と接触しても電気的絶縁が保たれる。
【００３４】
べース金属は熱伝導性が良いものとし、銅、銅合金、ＳＵＳ（ステンレススティール）等が好適である。特に熱伝導性と共に電気伝導性、絞り加工、曲げ加工性にも優れた銅、銅合金が好適である。
ベース金属の裏面にポリイミド層を積層する方法には大きく分けて二つある。一つは熱可塑性ポリイミド層を接着層として加熱圧着する方法である。他の一つは接着性を兼ね備えたポリイミド樹脂またはその前駆体ワニスをベース金属に塗布、乾燥、必要によりイミド化する方法である。ただし、ベース金属の厚みが０．１ｍｍ以上であるため、後者の方法はロール・ツー・ロールでのワニス塗工が行いにくい。１枚ずつの塗工、乾燥は生産性が低いので、熱可塑性ポリイミド層を接着層とする前者の方法がより容易に実行できる。
【００３５】
熱可塑性ポリイミド層を接着層とする製法例は次のようである。
１）ベース金属に熱可塑性ポリイミド（２）のフィルム、銅箔を順に積層し加熱圧着した後、銅箔を常法に則り除去する方法。
２）ベース金属に熱可塑性ポリイミド（２）のフィルムを積層し、熱可塑性ポリイミド（２）のフィルムとの接着力が非常に弱いテフロンフィルムを乗せ、熱圧着した後、テフロンフィルムを剥離する方法。
３）ベース金属に熱可塑性ポリイミド（１）のフィルム、非熱可塑性ポリイミドのフィルムを順に積層し加熱圧着する方法。
４）熱可塑性ポリイミド（１）またはその前駆体のワニスを非熱可塑性ポリイミドのフィルムに塗工、乾燥、イミド化した後、熱可塑性ポリイミド（１）の層の面をベース金属の面に合わせて積層、加熱圧着する方法。
５）銅箔に非熱可塑性ポリイミド前駆体、熱可塑性ポリイミド（１）前駆体ワニスを順に塗布し、乾燥、イミド化した後、熱可塑性ポリイミド（１）の層の面をベース金属の面に合わせて積層、加熱圧着した後、銅箔を常法に則り除去する方法。
６）ベース金属に熱可塑性ポリイミド（１）のフィルム、非熱可塑性ポリイミドのフィルム、熱可塑性ポリイミド（２）のフィルムを順に積層し、さらに、熱可塑性ポリイミド（２）のフィルムとの接着力が非常に弱いテフロンフィルムを乗せ、熱圧着した後、テフロンフィルムを剥離する方法。
７）非熱可塑性ポリイミドのフィルムの一の面に熱可塑性ポリイミド（１）あるいはその前駆体のワニスを、他の一の面に熱可塑性ポリイミド（２）またはその前駆体ワニスを塗工、乾燥、イミド化した後、熱可塑性ポリイミド（１）の層の面をベース金属の面に合わせて積層、加熱圧着する方法。
８）銅箔に熱可塑性ポリイミド（２）前駆体、非熱可塑性ポリイミド前駆体、熱可塑性ポリイミド（１）前駆体ワニスを順に塗布し、乾燥、イミド化した後、熱可塑性ポリイミド（１）の層の面をベース金属の面に合わせて積層、加熱圧着した後、銅箔を常法に則り除去する方法。
【００３６】
また、接着性を兼ね備えたポリイミドのまたはその前駆体のワニスをベース金属に塗布、乾燥、必要によりイミド化する方法の例は次の通りである。
１）ベース金属に熱可塑性ポリイミド（２）またはその前駆体のワニスを塗布し、乾燥、必要によりイミド化する方法。
２）ベース金属に非熱可塑性ポリイミドまたはその前駆体のワニスを塗布、乾燥、必要によりイミド化する方法。
３）ベース金属に熱可塑性ポリイミド（１）または（２）の前駆体のワニス、非熱可塑性ポリイミド前駆体ワニスを順に塗布し、乾燥、イミド化する方法。
【００３７】
上記のように、裏面にポリイミド層を積層するタイミングはいくつかある。それらの中で、回路形成用銅箔、表面ポリイミド層、ベース金属、裏面ポリイミド層の順に積層あるいは回路形成用銅箔、表面ポリイミド層、ベース金属、裏面ポリイミド層、銅箔の順に積層したのち同時に加熱圧着して形成する方法が特に適している。
【００３８】
その理由はつぎのとおりである。
１）表裏のポリイミド層を同時に加熱圧着するので、一回の積層工程でよい。
２）金属ベース半導体回路基板の絞り加工、曲げ加工においてベース金属厚さは加工精度に影響する。しかし、ベース金属の表裏をポリイミド層で被覆することにより、銅箔に回路を形成する際、ベース金属は銅箔のエッチング液に触れず、その厚みを変化させることがない。
３）回路形成用銅箔、表面ポリイミド層、ベース金属、裏面ポリイミド層、銅箔の順に積層した場合は更に次の利点がある。
３−１）バイア・ホール（via hole）を形成するためのポリイミドエッチングの後、回路用銅箔とベース金属の導通を取るために、バイア・ホール（via hole）内のポリイミド面に無電解銅メッキおよび電解銅メッキを行う。裏面がポリイミド層だけで覆われている場合、無電解銅メッキの電気伝導度が低いため、電解銅メッキの際水素等のガスが発生して膨れたり、搬送中に剥離が起こる。その結果、剥がれた銅箔、銅粉がメッキ槽を汚す等の問題が起こる。裏面ポリイミド層の大部分が銅箔で被覆されて場合、ガスの発生などが起こらずに裏面もスムースにメッキされる。
３−２）検出端子付き金属ベース半導体回路基板の場合、パターン形成した銅箔を裏面のエッチングレジストとして用いる。検出端子を覆っている裏面ポリイミド層を選択的にエッチング加工する。このように検出端子以外の部分のポリイミド層を有効に役立てることができる。
３−３）回路加工面にバイア・ホール（via hole）を形成するためのポリイミドエッチングと裏面の検出端子を形成するためのポリイミドエッチングを、同時に液体、あるいはガスで行うことができる。
【００３９】
ポリイミド層をエッチングする液体としては公知のヒドラジンとＫＯＨの水溶液、ヒドロキシオキシムとＫＯＨの水溶液等があり、ガスはＮＦ3 、ＣＦ3 等のプラズマガス等が適している。
【００４０】
本発明での、熱可塑性ポリイミド（１）の層は次のような特性を備えたポリイミド層であればその構造等は問わない。即ち、ガラス転移温度が１２０℃以上、３００℃以下であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１００以下、好ましくは１／１０００以下のものである。また、そのポリイミド層を非熱可塑性ポリイミドの層に積層した場合、その積層フィルムの伸び率が２０％以上、好ましくは３０％以上である（伸び率はＡＳＴＭ  Ｄ８８２によって測定する）。
ポリイミド層とベース金属とのピール接着力が０．５ｋｇ／ｃｍ以上、好ましくは０．８ｋｇ／ｃｍ以上であることが積層信頼性上好ましい。
【００４１】
ガラス転移温度が１２０℃より低ければ半田リフローでの膨れの問題が表面化する。３００℃より高ければ、ポリイミド層をベース基板へ加熱圧着で積層する場合、３３０℃以上の高温が必要になり、生産上好ましくない。ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１００より大きい場合はベース金属へ積層する場合に高温、高圧が必要になる。また、熱可塑性ポリイミド（１）の層と非熱可塑性ポリイミドの層を積層したものの伸び率が２０％より小さい場合は絞り加工時にフィルムのクラックが発生しやすい。熱可塑性ポリイミド（１）の層の厚さは１０μｍ以下、０．５μｍ以上、好ましくは５μｍ以下、１μｍ以上である。１０μｍを越える場合、吸水により半田リフロー時に膨れの可能性が生じたり、ワイヤーボンディングでの超音波吸収性が大きくなる。また、０．５μｍ未満ではポリイミド層とベース金属との接着性が低下する。
【００４２】
本発明の熱可塑性ポリイミド（２）の層はガラス転移温度が２００℃以上、３５０℃以下、好ましくは２３０℃以上、３００℃以下であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１０以下であり、好ましくは１／５０以下、１／１０００以上のものである。そのポリイミド層を非熱可塑性ポリイミド層と積層した場合、その積層フィルムの伸び率が２０％以上であるポリイミド層を意味する（伸び率はＡＳＴＭ  Ｄ８８２によって測定する）。また、ベース金属と積層した場合、その積層体の伸び率は５％以上である。その特性を満たすものであれば熱可塑性ポリイミド（１）の層と同一であっても良い。ポリイミド層とベース金属とのピール接着力が０．５ｋｇ／ｃｍ以上、好ましくは０．８ｋｇ／ｃｍ以上であることが積層信頼性上好ましい。
【００４３】
ガラス転移温度が２００℃より低ければ、２００℃以上の温度でのワイヤーボンディングでの超音波の吸収を起こし、ワイヤーボンディング性を低下させたり、ワイヤーボンディング治具へのタックを起こす。熱可塑性ポリイミド（２）の層は熱膨張率が大きいのでベース金属の表裏の熱膨張率のバランスを取る等の意味がある。しかし、非熱可塑性ポリイミドの層と併用する場合、厚さが０．１μｍ未満の場合その効果が少ない。また、１０μｍを越える場合は裏面の各ポリイミド層の合計厚みが厚くなり熱抵抗が大きくなる。ベース金属に単独で積層する場合、０．１μｍ未満であれば熱膨張率のバランスを取る効果が少なく、曲げ、絞り加工での破断が起き易い。また、５０μｍを越える場合では熱抵抗が大きくなる。
【００４４】
また、本発明での非熱可塑性ポリイミドの層はガラス転移温度が２００℃以上であり、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率がガラス転移温度での弾性率の１／１０より大きく、そのポリイミド単独の２５μｍフィルムの伸び率が２０％以上、好ましくは３０％以上のものである（伸び率はＡＳＴＭ  Ｄ８８２によって測定する）。
ポリイミド層とベース金属とのピール接着力が０．５ｋｇ／ｃｍ以上、好ましくは０．８ｋｇ／ｃｍ以上であることが積層信頼性上好ましい。
【００４５】
ガラス転移温度が２００℃より低ければ、２００℃以上の温度でのワイヤーボンディングでの超音波の吸収を起こし、ワイヤーボンディング性を低下させる。２５μｍ厚フィルムの伸び率が２０％より小さい場合は、絞り加工時にフィルムにクラックが発生しやすい。
【００４６】
本発明ではベース金属の裏面に積層する各ポリイミド層の総厚は０．５μｍ以上、５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である。５０μｍを越えると金属ベース半導体回路基板の特徴であるベース基板からの放熱性が減少する。０．５μｍ以下では膜の欠陥が生じたり、曲げ絞り加工時にクラックを生じ易くなる。
前記したようにベース金属とポリイミド層とのピール接着力は０．５ｋｇ／ｃｍ以上、好ましくは０．８ｋｇ／ｃｍ以上である。それを実現するための手段としては、ベース金属の表面処理とポリイミド樹脂の選択が重要であるが、特性を満たせば種類は特には問わない。ベース金属の表面処理の好ましい例としては三菱伸銅（株）社製の酸化クロム（商品名、プラメイト）処理、あるいは銅箔の表面処理で使用されるＮｉ／Ｃｕ合金、Ｎｉ／Ｃｕ／Ｃｏ合金、Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｏ／Ｃｕ合金処理等がある。
【００４７】
また、熱可塑性ポリイミド（１）としては特開昭６２−０５３８２７に記載されたような3,3'- ジアミノフェノキシベンゼンと3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを重合して得られるポリイミド、3,3'- ジアミノフェノキシベンゼンと3,3',4,4'-ベンゾエーテルテトラカルボン酸二無水物とを重合して得られるポリイミド等が適している。また、熱可塑性ポリイミド（２）としては3,3'- ジアミノベンゾフェノンと3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを重合して得られるポリイミド、4,4'- ジアミノフェニルエーテルと3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と重合して得られるポリイミド、4,4'- ビス（3-アミノフェノキシ）ビフェニルとピロメリット酸二無水物とを重合して得られるポリイミド、三井化学（株）製のレグルス等が適している。
【００４８】
非熱可塑性ポリイミドとしては特開昭６２−２０８６９０に記載されたようなメタ配位芳香族ジアミンとパラ配位芳香族ジアミンを当量比で３５：６５として芳香族酸二無水物とを重合してなるポリイミドのようにポリイミド前駆体をベース金属に塗工、乾燥、イミド化して接着性のあるポリイミドや、市販の東レデュポン社のカプトンＨ、Ｖ、Ｅ、ＥＮ- ＺＴ、宇部興産社のユーピレクスＳＧＡ、鐘淵化学社のアピカルＡＨ、ＮＰＩ等が適している。
【００４９】
本発明をより効果的に実施するためには、前記の基板の反り対策を取り入れることがより好ましい。具体的には以下に例示する。
１）重量制限、絞り曲げ加工、検出端子形成で支障が無い範囲で厚くする。
２）絞り曲げ加工の精度に支障無い範囲で弾性率を高くする。
３）回路絶縁用ポリイミド樹脂の熱膨張率を積層、樹脂エッチング、絞り曲げ加工に支障無い範囲で低くする。
４）ソルダーレジストの厚さを必要信頼性を満たす範囲で薄くしたり、熱膨張率、弾性率の低い樹脂を使用する。
以下実施例により本発明を説明する。
【００５０】
【実施例】
（実施例１）
ジメチルアセトアミドを溶剤として3,3'- ジアミノフェノキシベンゼンと3,3',4,4'-  ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を当量比で１：０．９９で混合し、２５℃で２４時間反応させアミド酸溶液を得た（PAA-A とした）。
PAA-A を２５μｍ厚みのカプトンＨ（東レデュポン社製）の両面にダイコータを用いて塗布、１００〜２００℃で乾燥、２２０〜２６０℃でイミド化、最終乾燥した。カプトンＨの両面に形成されたPAA-A をイミド化してできたポリイミドＡ（PI-Aとする）の厚さは各面とも５μｍであった。２５μｍのカプトンＨの両面にPI-Aを５μｍ積層したフィルムをボンドプライＡとした。
【００５１】
また、PAA-A を２５μｍ厚みのカプトンＨの片面に両面塗布の場合と同様にして塗布、乾燥、イミド化した。カプトンＨの片面に形成されたPI-Aの厚さは３μｍであった。２５μｍのカプトンＨの片面にPI-Aを３μｍ積層したフィルムをカバーフィルムＡとした。
【００５２】
PI-Aは熱可塑性ポリイミドであり、ガラス転移温度は１９８℃、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率はガラス転移温度での弾性率の１／７００であった。カプトンＨは非熱可塑性ポリイミドであり、ガラス転移温度は４００℃以上、伸び率は８０％であった。また、ボンドプライＡおよびカバーフィルムＡのフィルムの伸び率はそれぞれ５５％、６０％であった。
【００５３】
次に１８μｍ厚さの圧延銅箔（１０４）（BHN-02BT  ジャパンエナジー社製）、ボンドプライＡ、０．３ｍｍ厚さのベース銅板（００２）（C-1020  三菱伸銅社製) 、カバーフィルムＡをこの順に、かつ、カバーフィルムＡの熱可塑性ポリイミド面をベース銅板面に接触するようにして積層した。得られた積層体を真空中で温度２５０℃、圧力６５ｋｇ／ｃｍ2 、時間６０分でプレス成形した。ベース銅板（００２）の両面は日本電解（株）にてＮｉ、Ｃｏ等の電気メッキにより接着力改善のための表面粗化処理がされていた。この成形品を金属ベース基板（１）とした。金属ベース基板（１）のすべての層間の接着力は０．８ｋｇ／ｃｍ以上であることを確認した。
【００５４】
金属ベース基板（１）の断面模式図を図８に示した。この図８で０１２はボンドプライＡからなり、５００はカバーフィルムＡからなっていた。この積層品を用いて、図４のような金属ベース半導体回路基板を作製した。図４で０１２はボンドプライＡからなり、５００はカバーフィルムＡからなっていた。
【００５５】
作製は次のように行った。エッチングレジストで圧延銅箔にパターンを描き、塩化第二銅でエッチングして銅回路（１０２）とボンディングステッチ（８００）を形成、感光性ソルダーレジスト（太陽インキ製造、ＰＳＲ４０００）を導電体回路上で２０μｍ厚みになるように塗布した。その後、パターンを形成してレジストインク層（６００）を形成した。金属ベース回路基板のダイ搭載台座（１０００）（１３ｍｍ角）を形成するために深さ０．４ｍｍの絞り加工を行った。その後、無電解でＮｉメッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５μｍ）からなるメッキ層（７００）を形成してフェースアップタイプのＢＧＡ用の４０ｍｍ角の金属ベース半導体回路基板を得た。絞り部の最小曲率半径は０．８ｍｍであった。
【００５６】
絞り加工後の検査でベース銅板（１）両面のポリイミド層にはクラック等の外観異常は全く検出されなかった。回路側のボンデングステッチや半田ボール搭載パッドへのＮｉ、Ａｕメッキにも係わらず、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなく、ベース銅板（００２）との界面へのメッキ液の染み込みもなかった。図４は半導体チップ（１００１）を搭載し、金ワイヤー（１０１０）でワイヤーボンデングを行った場合の金属ベース半導体回路基板の模式図である。
【００５７】
裏面ポリイミド層の面のＩＲ吸収率は９０％以上であり、樹脂封止されたクワッド・フラット・パッケージ（quad flat package 、以下ＱＦＰという) の面のＩＲ吸収率８０％より大きく良好であった。この基板に０．７６ｍｍφの共晶半田ボールを搭載し、ＱＦＰやその他のディスクリート部品と同時にＩＲリフロー炉において、ＦＲ−４からなるマザーボードに表面実装した。ＩＲ出力はＦＲ−４の表面温度が最高２３０℃になるように調節した。金属ベース半導体回路基板のベース金属の温度を熱伝対で測定した結果、最高温度は２３０℃であった。
【００５８】
実装した後金属ベース半導体回路基板を機械的に破壊して半田ボールのマザーボードへの接合面を検査した結果、すべて半田破壊しており、半田ボール接合は良好であった。また、ＬＳＩをダイ搭載台座にエポキシ接着剤で接合した後、超音波を用いて２３０℃でＡｕのワイヤーをＬＳＩのパッドおよび金属ベース半導体回路基板のボンディングステッチにワイヤーボンド接続した。ワイヤーボンド接合は良好であり、裏面のポリイミド樹脂のワイヤーボンド治具へのタックはなかった。この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１２℃／Ｗであり、裏面のカバーフィルムの影響は微小であった。
【００５９】
（比較例１）
カバーフィルムＡを積層しなかったこと以外は、実施例１と同様に加工してＢＧＡ用の金属ベース半導体回路基板を得た。この基板の裏面はＮｉ／Ａｕメッキされていた。この面のＩＲ吸収率は３０％以下であった。実施例１と同様に０．７６ｍｍφの共晶半田ボールを搭載し、ＱＦＰやディスクリート部品と一緒にＦＲ−４からなるマザーボードに実装した。ＩＲ出力はＦＲ−４の表面温度が最高２３０℃になるように調節した。金属ベース半導体回路基板のベース金属の温度を熱伝対で測定した結果、最高温度は１８０℃であった。
【００６０】
実装した後、金属ベース半導体回路基板を機械的に破壊して半田ボールのマザーボードへの接合面を検査した結果、半田ボールと基板の界面破壊であり強度もほとんどなかった。次に、同様にして、ＩＲ出力を上げてＦＲ−４の表面温度が２８０℃になるようにした所、金属ベース半導体回路基板のベース金属の最高温度は２３０℃に上がり、半田ボールとマザーボードの接合は良好になった。しかし、樹脂封止されたＱＦＰの一部に膨れが発生していた。また、この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１１℃／Ｗであった。
【００６１】
（実施例２）
実施例１で得たPAA-A を２５μｍ厚みのカプトンＥＮ−ＺＴ（東レデュポン社製）の両面に実施例１と同様な方法で塗布、乾燥、イミド化した。カプトンＥＮ- ＺＴの両面に形成されたPI-Aの厚さは各面とも５μｍであった。２５μｍのカプトンＥＮ−ＺＴの両面にPI-Aを５μｍ積層したフィルムをボンドプライＡ’とした。
【００６２】
また、実施例１で作製したカバーフィルムＡを用意した。カプトンＥＮ−ＺＴは非熱可塑性ポリイミドのフィルムであり、ガラス転移温度は４００℃以上、伸び率は６０％であった。また、ボンドプライＡ’のフィルムの伸び率は４５％であった。次に１８μｍ厚さの圧延銅箔（１０４）、ボンドプライＡ’、０．２ｍｍ厚さのベース銅板（００２）（C-1020  三菱伸銅社製) 、カバーフィルムＡをこの順に、かつ、カバーフィルムＡの熱可塑性ポリイミド層の面がベース銅板面に接触するようにして積層した。その後、真空中で温度２５０℃、圧力６５ｋｇ／ｃｍ2 、時間６０分でプレス成形した。ベース銅板（００２）の両面は日本電解（株）にてＮｉ、Ｃｏ等の電気メッキにより接着力改善のための表面粗化処理がされていた。この成形品を金属ベース基板（２）とした。金属ベース基板（２）のすべての層間の接着力は１．０ｋｇ／ｃｍ以上であることを確認した。
【００６３】
金属ベース基板（２）の断面模式図を図８に示した。この図８で０１２はボンドプライＡ’からなり、５００はカバーフィルムＡからなっていた。この積層品を用いて、実施例１と同様に、図４のような金属ベース半導体回路基板を作製した。図４で０１２はボンドプライＡ’からなり、５００はカバーフィルムＡからなっていた。
【００６４】
作製は実施例１と同様にして行った。圧延銅箔を回路加工して銅回路（１０２）、ボンディングステッチ（８００）を形成、感光性ソルダーレジスト（田村製作所  ＢＧＸ−５）を導体回路上で２０μm 厚みになるようにして塗布した後、パターンを形成してレジストインク層（６００）を形成した。金属ベース回路基板のダイ搭載台座（１０００）（１３ｍｍ角）を形成するために深さ０．４ｍｍの絞り加工を行った。その後、無電解でＮｉメッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５μｍ）からなるメッキ層（７００）を形成してフェースアップタイプのＢＧＡ用の４０ｍｍ角の金属ベース半導体回路基板を得た。絞り部の最小曲率半径は０．８ｍｍであった。
【００６５】
また、回路面の反対側から見た平面模式図は図９の通りであった。絞り加工後の検査でベース金属両面のポリイミド層にはクラック等の外観異常は全く検出されなかった。回路側のボンデングステッチや半田ボール搭載パッドへのＮｉ、Ａｕメッキにも係わらず、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなく、ベース銅板（２）との界面へのメッキ液の染み込みも無かった。
【００６６】
図９で基板のコーナーをＸ1 、Ｘ2 、Ｘ3 、Ｘ4 とした。絞り部の外側のコーナーをＹ1 、Ｙ2 、Ｙ3 、Ｙ4 とする。コーナーＸ1 とＹ1 とを結んだ。コーナーＹ1 からコーナーＸ1 側に１ｍｍ離れた線Ｘ1 −Ｙ1 上の点をａ点、コーナーＸ1 からコーナーＹ1 側に１ｍｍ離れた線Ｘ1 −Ｙ1 上の点をｂ点とした。ａ点を基準点としてｂ点の高さを測定した。高さの測定は非接触式レーザー変位計（Keyence 社のＬＴ−８１１０）で行った。測定は２５℃×３０％ＲＨ、及び昇温して１８５℃で行った。ｂ点とａ点との高さの差を反りとし、ｂ点が高い場合を＋とした。２５℃では反りは０μm になるように成形調節した。１８５℃では反りが＋６０μm であった。この反りは実装上何等問題がない範囲であった。
【００６７】
また、ＬＳＩをダイ搭載台座にエポキシ接着剤で接合した後、超音波を用いて２３０℃でＡｕのワイヤーをＬＳＩのパッドおよび金属ベース半導体回路基板のボンディングステッチにワイヤーボンド接続した。ワイヤーボンド接合は良好であり、裏面のポリイミド樹脂のワイヤーボンド治具へのタックは無かった。この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１２℃／Ｗであり、裏面のカバーフィルムの影響は微小であった。
【００６８】
（比較例２）
カバーフィルムＡを積層しなかったこと以外は実施例２と同様に加工してＢＧＡ用の金属ベース半導体回路基板を得た。この基板の裏面はＮｉが３μm 、Ａｕが０．５μm メッキされていた。反りは２５℃×３０％ＲＨでは０μm になるように成形調節した。昇温して１８５℃での反りは＋３８０μm と大きく実装が困難なレベルの反りであった。また、この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１１℃／Ｗであった。
【００６９】
（実施例３）
ベース金属の裏側に積層する熱可塑性ポリイミド層に、ガラス転移温度が２４０℃、その温度での弾性率は３×１０10ｄｙｎ／ｍｍ2 、２７０℃での弾性率が２×１０8 ｄｙｎ／ｍｍ2 であり（ガラス転移温度での弾性率の２／３００）、厚さが２５μｍ、伸び率が１５％の三井化学（株）製の商品名レグルスＰＭを用いた。レグルスＰＭとベース銅板の積層品の伸び率は１２％であった。次に、圧延銅箔（１０４）、レグルスＰＭ、０．２ｍｍ厚さのベース銅板（００２）（C -1020   三菱伸銅社製) 、ボンドプライＡ’（０１２）、圧延銅箔（１０４）の順にレイアップした後、真空中で温度２６０℃、圧力６５ｋｇ／ｃｍ2 、時間６０分でプレス成形した。この成形品を金属ベース基板（３）とした。金属ベース基板（３）のすべての層間の接着力は０．８ｋｇ／ｃｍ以上であることを確認した。
【００７０】
その後、実施例１の金属ベース基板（１）と同様にして加工を行いＢＧＡ用の金属ベース半導体回路基板を得た。レグルスＰＭに積層した圧延銅箔（１０４）は銅回路を形成する際に除去した。また、ボンディングステッチ（８００）は図１０のように回路を延長しその一端が絞り部底辺に来るようにした。
【００７１】
絞り加工後の検査でベース金属両面のポリイミド層にはクラック等の外観異常は全く検出されなかった。回路側のボンディングステッチや半田ボール搭載パッドへのＮｉ、Ａｕメッキにも係わらず、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなく、ベース銅板（００２）との界面へのメッキ液の染み込みもなかった。
【００７２】
また、実施例２と同様にして、２５℃×３０％ＲＨでの反りは０μｍになるように成形調節した。昇温して１８５℃での反りは＋３０μｍであり、その変化は極めて少なく実装性が良好なものであった。
【００７３】
また、ＬＳＩをダイ搭載台座にエポキシ接着剤で接合した後、超音波を用いて１８５℃でＡｕのワイヤーをＬＳＩのパッドおよび金属ベース半導体回路基板のボンディングステッチにワイヤーボンド接続した。ワイヤーボンド接合は良好であり、裏面のポリイミド樹脂のワイヤーボンド治具へのタックはなかった。この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１２℃／Ｗであり、裏面のカバーフィルムとしてのレグルスＰＭの影響は微小であった。
【００７４】
（実施例４）
実施例１の金属ベース（００１）を用いて、実施例１と同様にして加工を行いＬＧＡ用の回路基板を得た。この基板を加工して図１１の様な２段絞りの金属ベース半導体回路基板を得た。ボンディングステッチ（８００）は第１段目のキャビティに来るように加工した。第２段目のキャビティに半導体チップ搭載用のダイ搭載台座（１０００）を形成した。図１１で模式的に示されるように第１段目のキャビティの絞り曲率半径は第２段目のそれより大きくした。また、図１１は半導体チップ（１００１）を搭載し金ワイヤー（１０１０）で半導体チップのボンディングパッドと基板のボンディングステッチ部を接続し、液状封止材（１１００）で封止した場合の断面模式図である。このように液状封止材の表面がランド面より上に出なくＬＧＡのマザーボードへの実装が容易であった。
【００７５】
（実施例５）
N-メチルピロリドンを溶剤として3,3'- ジアミノベンゾフェノンと3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を当量比で１：０．９９で混合し、２５℃で２４時間反応させアミド酸溶液を得た（PAA-L とする）。N-メチルピロリドンを溶剤として4,4'ジアミノジフェニルエーテル、1,4-ジアミノベンゼンとピロメリット酸二無水物を当量比で０．６：０．４：０．９９３で混合した。２５℃で２４時間反応させアミド酸溶液を得た（PAA-K とする）。
【００７６】
PAA-L を１８μｍ厚みの圧延銅箔（１０４）の処理面に塗布、タックフリーまで乾燥した。PAA-K をその上に塗布、タックフリーまで乾燥し、その上にPAA-A を塗布し、塗布したアミド酸全体を乾燥、イミド化した。それらポリイミドの残溶剤は０．１％であった。PAA-L 、PAA-K のイミド化されたポリイミドをそれぞれPI-L  、PI-Kとした。圧延銅箔（１０４）、PI-L、 PI-K 、 PI-A の積層品をラッピングフィルムＬＫＡとした。圧延銅箔（１０４）上に形成されたポリイミドPI-L、 PI-K 、 PI-A の膜厚はそれぞれ１．５、６．０、２．５μｍであり、それらの合計厚みは１０μであった。また、PI-L、PI-Kを同様の乾燥、イミド化条件でフィルムを別途製造し特性を測定した結果、ガラス転移温度はPI-Lが２５０℃、 PI-K が４００℃以上、ガラス転移温度＋３０℃での弾性率はPI-Lがガラス転移温度での弾性率の１／９０、PI-Kでは測定できなかった。
【００７７】
ラッピングフィルムＬＫＡから圧延銅箔（１０４）をエッチングで取り除いて得たポリイミドフィルムの伸び率は２８％であった。次に１８μｍ厚さの圧延銅箔（１０４）、ボンドプライＡ’、０．２ｍｍ厚さのベース銅板（００２）（C194-SH   三菱伸銅社製) 、ラッピングフィルムＬＫＡを順に積層した。その後、真空中で温度２５０℃、圧力６５ｋｇ／ｃｍ2 、時間６０分でプレス成形した。ベース銅板（００２）の両面のは日本電解（株）にてＮｉ，Ｃｏ等の電気メッキにより接着力改善のための表面粗化処理がされていた。この成形品を金属ベース基板（４）とした。金属ベース基板（４）のすべての層間の接着力は０．８ｋｇ／ｃｍ以上であることを確認した。この基板の模式図は図１２の通りであった。
【００７８】
この積層品を用いて、実施例２と同様にして、ボンドプライ側の圧延銅箔に回路を形成、レジストインク層を形成した。ラッピングフィルムの銅箔は全面エッチングで除去した。金属ベース回路基板のダイ搭載台座（１３ｍｍ角）を形成するために深さ０．４ｍｍの絞り加工を行った。その後、無電解でＮｉメッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５μｍ）を形成して図４のようなフェースアップタイプのＢＧＡ用の４０ｍｍ角の金属ベース半導体回路基板を得た。
【００７９】
絞り部の最小曲率半径は０．８ｍｍであった。絞り加工後の検査でベース金属両面のポリイミド層にはクラック等の外観異常は全く検出されなかった。回路側のボンデングステッチや半田ボール搭載パッドへのＮｉ、Ａｕメッキにも係わらず、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなかった。
反りは２５℃、３０％ＲＨでは−３０μm になるように成形調節した。１８５℃では反りは＋８０μm と小さく実装十分可能な領域であった。
【００８０】
また、ＬＳＩをダイ搭載台座にエポキシ接着剤で接合した後、超音波を用いて２３０℃でＡｕのワイヤーをＬＳＩのパッドおよび金属ベース半導体回路基板のボンディングステッチにワイヤーボンド接続した。ワイヤーボンド接合は良好であり、裏面のポリイミド樹脂のワイヤーボンド治具へのタックは無かった。また、この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１１．５℃／Ｗであり、裏面にポリイミド層が形成されている影響は非常に少なかった。
【００８１】
（実施例６）
１８μｍ厚さの圧延銅箔（１０４）、ボンドプライＡ（０１２）、０．３ｍｍ厚さのベース銅板（００２）（C-1020  三菱伸銅社製) 、ラッピングフィルムＬＫＡを順に積層した後、真空中で温度２５０℃、圧力６５ｋｇ／ｃｍ2 、時間６０分でプレス成形した。この成形品を金属ベース基板（５）とした。金属ベース基板（５）のすべての層間の接着力は０．８ｋｇ／ｃｍ以上であることを確認した。
【００８２】
実施例４と同様にして、この積層品を用いてボンドプライＡ側の圧延銅箔に回路を形成し、レジストインク層を形成した。ラッピングフィルム側の圧延銅箔は全面エッチングで除去した。金属ベース回路基板のダイ搭載台座（１３ｍｍ角）を形成するために深さ０．４ｍｍの絞り加工を行った。その後、無電解でＮｉメッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５μｍ）を形成して図４のようなフェースアップタイプのＢＧＡ用の４０ｍｍ角の金属ベース半導体回路基板を得た。
【００８３】
絞り部の最小曲率半径は０．８ｍｍであった。絞り加工後の検査でベース金属両面のポリイミド層にはクラック等の外観異常は全く検出されなかった。回路側のボンディングステッチや半田ボール搭載パッドへのＮｉ，Ａｕメッキにも係わらず、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなかった。
【００８４】
また、裏面ポリイミド層の面のＩＲ吸収率は９０％以上であった。この基板に０．７６ｍｍφの共晶半田ボールを搭載し、公知の方法で、クワッド・フラット・パッケージ（quad flat package 、ＱＦＰという) やその他のディスクリート部品と同時にＩＲリフロー炉にてＦＲ−４からなるマザーボードに表面実装した。ＩＲ出力はＦＲ−４の表面温度が最高２３０℃になるように調節した。金属ベース半導体回路基板のベース金属の温度を熱伝対で測定した結果、最高温度は２３０℃であった。実装した後、金属ベース半導体回路基板を機械的に破壊してマザーボードへの半田ボールの接合を検査した結果、すべて半田破壊しており半田ボール接合は良好であった。
【００８５】
また、ＬＳＩをダイ搭載台座にエポキシ接着剤で接合した後、超音波を用いて２３０℃でＡｕのワイヤーをＬＳＩのパッドおよび金属ベース半導体回路基板のボンディングステッチにワイヤーボンド接続した。ワイヤーボンド接合は良好であり、裏面のポリイミド樹脂のワイヤーボンド治具へのタックは無かった。また、この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１１．５℃／Ｗであり、裏面にポリイミド層が形成されている影響は非常に少なかった。
【００８６】
（実施例７）
実施例６で得られた金属ベース基板（５）を用いて、次の様な加工を行い検出端子付き金属ベース半導体回路基板を得た。ボンドプライＡ側の圧延銅箔において0.25ｍｍφの穴を塩化第二銅溶液を用いたエッチングによりあけ、ポリイミド層の面を露出させた。穴の位置は半田ボール搭載パッド相当箇所とした。ラッピングフィルムＬＫＡ側の圧延銅箔に於いて0.8 ｍｍφの外円および0.55ｍｍφの内円の同心円に挟まれたドーナツ状の穴を塩化第二銅溶液を用いたエッチングによりあけ、ポリイミド層の面を露出させた。穴の位置は前記した穴と同じ座標を持ちその裏側に相当する箇所とした。両面の穴は同時にあけた。その後レーザーエッチングにより露出したベース銅板（００２）の両面のポリイミド層を除去し、それぞれ0.23ｍｍφの円形状、0.79ｍｍφの内円と0.56ｍｍφの外円とに挟まれたドーナツ状にベース銅板を露出させた（図５（ａ）参照）。
【００８７】
その後、ボンドプライＡ面側の金属ベース基板の面を無電解銅メッキ、電解銅メッキによりメッキし，ベース銅板と銅箔の導通を取りＢＶＨ（２００）を形成した（図５（ｂ）参照）。この銅メッキの際、裏面側も銅メッキされたが、銅メッキの膨れや剥離は全くなかった。
【００８８】
次に、ラッピングフィルム側のポリイミド層をベース銅板のエッチングレジストとして利用して、ベース銅板をエッチングしドーナッツ状の穴を形成し、検出端子（４００）を形成した（図５（ｃ）参照）。
その後、レーザーにより不要のポリイミド層をエッチング除去し図６の形状にした。ボンドプライＡ側の銅箔に回路を形成し、銅回路（１０２）とボール搭載パッド（１０５）を形成した。その断面形状は図７の様であり、ベース銅板の突起はボール搭載パッドの検出端子となっていた。
【００８９】
その後、回路側にレジストインク層を形成した。金属ベース回路基板のダイ搭載台座（１３ｍｍ角）を形成するために深さ０．４ｍｍの絞り加工を行った後、無電解でＮｉメッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５μｍ）を形成してフェースアップタイプのＢＧＡ用の４０ｍｍ角の金属ベース半導体回路基板を得た。Ｎｉ、Ａｕメッキは回路側のボンディングステッチ、半田ボール搭載パッド、検出端子にのみ行われ、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなかった。
【００９０】
また、裏面ポリイミド層の面のＩＲ吸収率は９０％以上であった。この基板に０．７６ｍｍφの共晶半田ボールを搭載し、公知の方法で、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ、quad flat package)やその他のディスクリート部品と同時にＩＲリフロー炉にてＦＲ−４からなるマザーボードに表面実装した。ＩＲ出力はＦＲ−４の表面温度が最高２４０℃になるように調節した。金属ベース半導体回路基板のベース金属の温度を熱伝対で測定した結果、最高温度は２４０℃であった。
実装した後、金属ベース半導体回路基板を機械的に破壊してマザーボードへの半田ボールの接合を検査した結果、すべて半田破壊しており半田ボールは良好な接合ができていた。また、この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１２℃／Ｗであった。
【００９１】
（実施例８）
実施例５で得られた金属ベース基板（４）を用いて、次の様な加工を行い検出端子付き金属ベース半導体回路基板を得た。ボンドプライＡ’側の圧延銅箔において０．２５ｍｍφの穴をエッチングによりあけ、ポリイミド層の面を露出させた。穴の位置は半田ボール搭載パッド相当箇所とした。また、ラッピングフィルムＬＫＡ側の銅箔に於いて０．８ｍｍφの穴をエッチングによりあけ、ポリイミド層の面を露出させた。穴の位置は前記した穴と同じ座標を持ちその裏側に相当する箇所とした。両面の穴は同時にあけた。その後、ヒドラジンとＫＯＨを含む水溶液で露出した表裏両面のポリイミド層を同時にエッチング除去し、それぞれ０．２３ｍｍφ、０．８３ｍｍφの円形状のベース銅板面を露出させた（図１５（ａ））。
【００９２】
その後、オーバーハングした銅箔を軽度のエッチングで除去した（図１５（ｂ））。この金属ベース基板の両面を無電解銅メッキ、電解銅メッキによりメッキしベース銅板と銅箔の導通を取りＢＶＨ（２００）を形成した（図１５（ｃ））。
【００９３】
次に、ラッピングフィルムＬＫＡの銅箔側に検出端子を形成できるようにエッチングレジストでパターンを描いた後、ベース銅板をドーナッツ状にエッチングし検出端子（４００）を形成した。その後、剥離液でエッチングレジストを除去した（図６）。ボンドプライ側の銅パターンを回路加工し、銅回路（１０２）とボール搭載パッド（１０５）を形成した。その断面形状は図７の様であり、ベース銅板の突起はボール搭載パッドの検出端子となっていた。
【００９４】
その後、回路側にソルダーレジストを形成した。金属ベース回路基板のダイ搭載台座（１３ｍｍ角）を形成するために深さ０．４ｍｍの絞り加工を行った後、無電解でＮｉメッキ（３μｍ）、Ａｕメッキ（０．５μｍ）を形成してフェースアップタイプのＢＧＡ用の４０ｍｍ角の金属ベース半導体回路基板を得た。Ｎｉ、Ａｕメッキは回路側のボンディングステッチ、半田ボール搭載パッド、検出端子にのみ行われ、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなかった。
反りは２５℃×３０％ＲＨでは−３０μm になるように成形調節した。反りは１８５℃では＋１１０μm と小さく実装上、十分可能な領域であった。また、この金属ベース半導体回路基板の風速１ｍ／ｓｅｃでの熱抵抗は１２℃／Ｗであった。
【００９５】
（実施例９）
実施例６で得られた金属ベース基板（５）を用いて、ボンドプライＡ側の銅箔に回路加工を施した。つぎに、図１３の様な絞り加工を行いＭＱＰ型の金属ベース半導体回路基板を得た。
絞り部の最小曲率半径は１ｍｍであった。絞り加工後の検査でベース銅板（００２）の両面のポリイミド層（０１２および５００）にはクラック等の外観異常は全く検出されなかった。回路側のＮｉ、Ａｕメッキにも係わらず、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなかった。
【００９６】
また、裏面ポリイミド層の面のＩＲ吸収率は９０％以上であった。この基板を、半田クリームを用いた公知の方法で、ＱＦＰやその他のディスクリート部品と同時にＩＲリフロー炉にてＦＲ−４からなるマザーボードに表面実装した。ＩＲ出力はＦＲ−４の表面温度が最高２３０℃になるように調節した。金属ベース半導体回路基板のベース銅板の温度を熱伝対で測定した結果、最高温度は２３０℃であった。実装した後、ＭＱＰのリード状銅回路部分への半田上がりは十分であり、リード状銅回路の温度が半田接合に十分であったことを示していた。
【００９７】
（実施例１０）
実施例２で得られた金属ベース基板（２）を用いて、ボンドプライＡ’側の銅箔に回路加工を施した。断面模式図が図１３、回路面の反対側から見た平面模式図が図１４のような形状になるように絞り加工を行いＭＱＰ型の金属ベース半導体回路基板を得た。
絞り部の最小曲率半径は１ｍｍであった。絞り加工後の検査でベース銅板（００２）の両面のポリイミド層（０１２および５００）にはクラック等の外観異常は全く検出されなかった。回路側のＮｉ、Ａｕメッキにも係わらず、裏面ポリイミド層の面には全くメッキは形成されなかった。
【００９８】
図１４において、裏面の中心をｃ点、絞りの内側コーナーＸ5 から１ｍｍだけｃ点よりの線ｃ−Ｘ5 上の点をｄ点とした。ｃ点を基準点としてｄ点の高さを測定した。測定は２５℃×３０％ＲＨ、および昇温して１８５℃で行った。ｃ点とｄ点との高さの差を反りとし、ｄ点が高い場合を＋とした。２５℃×３０％ＲＨでは反りは０μm になるように成形調節した。１８５℃に昇温すると反りは＋１０μm であった。その変化は１０μm であり温度変化での形状変化は微小であり、金属ベース半導体回路基板として好ましい特性を示した。
【００９９】
（比較例３）
カバーフィルムＡを積層しなかったこと以外は実施例９と同様に加工してＭＱＰ型の金属ベース半導体回路基板を得た。この基板の裏面はＮｉが３μm 、Ａｕが０．５μm メッキされていた。反りは２５℃×３０％ＲＨでは０μm になるように成形調節した。１８５℃に昇温した。反りは＋６０μm と大きかった。そのため、基板温度の変化でのチップ搭載台座における反りが大きく、基板とＩＣチップの間で剥離応力を生じた。そのため、実施例９に比べては金属ベース半導体回路基板の接着信頼性が相対的に低くなると予想される。
【０１００】
【発明の効果】
ポリイミドを絶縁体とする金属ベース半導体回路基板においてベース金属の裏面上にポリイミド層が積層されることにより次のような優れた効果が発揮される。
１）裏面にポリマー層が付いたままで絞り加工ができ、キャビティーが形成できる。
２）優れたメッキレジスト効果で金属ベース半導体回路基板の裏面に熱膨張率の低いＮｉメッキ層が積層されず、また、高価なＡｕがメッキされない。
３）裏面にＮｉメッキ層より熱膨張率の大きいポリイミド層が形成されるため、金属ベース半導体回路基板の形状変化が少なく反りが少ない。そのため、半田ボールがマザーボードに２５℃および半田溶融温度で均一に接触する。
４）裏面のＩＲ吸収効率が上がるので、リフロー炉内での熱吸収が良好で半田ボール等の半田温度が他のディスクリート部品と同様になる。これにより、半田ボール等の半田の接合強度が良好になる。
５）金属ベース半導体回路基板の温度変化での形状変化が少ない。マザーボードへの半田ボール等の半田接合強度が良好である。これにより、金属ベース半導体回路基板とマザーボードの接合信頼性が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属板００１、誘電体０１０、導電体回路１００、ＢＶＨ２００、保護層３００からなる従来型の金属ベース半導体回路基板の断面模式図である。
【図２】金属板００１、第一層目の誘電体０１０、第一層目の導電体回路１００、第二層目の誘電体０１１、第二層目の導電体回路１０１、第一層目の導電体回路と第二層目の導電体回路を結んだＢＶＨ２００、第一層目の導電体回路と金属板００１を結ぶＩＶＨ２０１からなる従来型の２層配線金属ベース半導体回路基板の断面模式図である。
【図３】金属板００１、誘電体０１０、導電体回路１００、ＢＶＨ２００、金属板００１をエッチング加工した検出端子４００、からなる従来型の金属ベース半導体回路基板の部分的な断面模式図である。
【図４】ベース銅板００２、ボンドプライ０１２、銅回路１０２、ボンディングステッチ部８００、レジストインク層６００、Ni/Au メッキ層７００、裏面ポリイミド層５００からなり、絞り加工で形成されたダイ搭載台座１０００を持った金属ベース半導体回路基板の断面模式図である。
【図５】（ａ）はベース銅板００２、ボンドプライ０１２、銅パターン１０３、裏面ポリイミド層５００から構成され、ボンドプライ、裏面ポリイミド層をエッチングしてベース銅板００２の所定部分が見える様に加工した段階の部分的な断面模式図である。
（ｂ）は図５（ａ）の加工段階にさらに銅メッキし、ＢＶＨ２００を形成した段階の部分的な断面模式図である。
（ｃ）は図５（ｂ）の加工段階にさらにベース銅板のエッチングを行い検出端子４００を形成した段階の部分的な断面模式図である。
【図６】図５（ｃ）において検出端子４００の上の裏面ポリイミド層をエッチング除去した加工途中の検出端子付き半導体回路基板の部分的な断面模式図である。
【図７】図６において銅パターン１０３を加工してボール搭載パッド１０５と銅回路１０２を形成した加工途中の検出端子付き金属ベース半導体回路基板の断面模式図である。
【図８】ベース銅板００２、裏面ポリイミド層５００、ボンドプライ０１２、圧延銅箔１０４からなる金属ベース基板の断面模式図である。
【図９】断面模式図が図４の金属ベース半導体回路基板を回路面の反対側から見た場合の平面模式図である。
【図１０】ボンディングステッチ８００の一端を絞り部底辺に形成した金属ベース半導体回路基板の断面模式図である。
【図１１】ボンディングステッチ８００を絞り部第１段目に形成し、絞り部第２段目にダイ搭載台座１０００を形成した金属ベース半導体回路基板の断面模式図。さらに半導体チップ１００１をダイアタッチ材９００でダイ搭載台座１０００に接合し、半導体チップとボンディングステッチを金ワイヤー１０１０で接続した後、液状封止材１１００で封止した段階のものである。
【図１２】ベース銅板００２、裏面ポリイミド層５００、ボンドプライ０１２、圧延銅箔１０４からなる金属ベース基板の断面模式図である。
【図１３】ベース銅板００２、裏面ポリイミド層５００、ボンドプライ０１２、銅回路１０２からなるＭＱＰ型の金属ベース半導体回路基板の断面模式図
【図１４】断面模式図が図１３のＭＱＰ型金属ベース半導体回路基板を回路面の反対側から見た場合の平面模式図である。
【図１５】（ａ）はベース銅板００２、ボンドプライ０１２、銅パターン１０３、裏面ポリイミド層５００からなり、ボンドプライ、裏面ポリイミド層をエッチングしてベース銅板００２の所定部分が見える様に加工した段階の部分的な断面模式図である。
（ｂ）は図１５（ａ）の加工段階にさらに銅パターンを軽度のエッチングを行い、図１５（ａ）での銅パターンのオーバーハング部分１０６を除去した段階の部分的な断面模式図である。
（ｃ）は図１５（ｂ）の加工段階にさらに銅メッキし、ＢＶＨ２００を形成した段階の部分的な断面模式図である。
【符号の説明】
001 ・・・・・・・・・・金属板
002   ・・・・・・・・・ベース銅板
010   ・・・・・・・・・第一層目の誘電体または誘電体
011   ・・・・・・・・・第二層目の誘電体
012   ・・・・・・・・・ボンドプライ（ボンドプライＡまたはボンドプライＡ’）
100   ・・・・・・・・・第一層目の導電体回路または導電体回路
101   ・・・・・・・・・第二層目の導電体回路
102   ・・・・・・・・・銅回路
103   ・・・・・・・・・銅パターン
104   ・・・・・・・・・圧延銅箔
105   ・・・・・・・・・ボール搭載パッド
106   ・・・・・・・・・銅パターンのオーバーハング部分
200   ・・・・・・・・・ＢＶＨ
201   ・・・・・・・・・ＩＶＨ
300   ・・・・・・・・・保護層
400   ・・・・・・・・・検出端子
500   ・・・・・・・・・裏面ポリイミド層
600   ・・・・・・・・・レジストインク層
700   ・・・・・・・・・Ｎｉ／Ａｕ  メッキ層
800   ・・・・・・・・・ボンディングステッチ
900   ・・・・・・・・・ダイアタッチ材
1000  ・・・・・・・・・ダイ搭載台座
1001  ・・・・・・・・・半導体チップ
1010  ・・・・・・・・・金ワイヤー
1100  ・・・・・・・・・液状封止材
【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】
0003982895.tif 000008
【図８】
0003982895.tif 000009
【図９】
0003982895.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003982895.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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