(57)【要約】【課題】金属板への放熱を可能にしながら金属板を介した短絡を防止でき、金属板の非パターン部における強度が十分で、しかも、複雑な回路にも対応できる配線基板積層体の製造方法、およびそれにより得られる配線基板積層体を提供する。【解決手段】複数の凸部１４を有する金属板１０と、その凸部１４に対応する部分に複数の第一開口１６ａを有し熱硬化性樹脂を含む絶縁層形成材１６’と、その凸部１４に対応する部分に複数の第二開口１９ａ、２０ａを有する配線基板ＷＢ等と、を準備する。これらを位置合わせしつつ積層し、加熱加圧により前記凸部１４の高さが前記配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’の表面と同じ高さかより高くした積層体を形成した後、少なくとも前記凸部１４を被覆する絶縁層形成材１６’を除去し、積層体ＬＢの金属板１０をパターン形成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の凸部を有する金属板と、その凸部に対応する部分に複数の第一開口を有し熱硬化性樹脂を含む絶縁層形成材と、その凸部に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板又はその形成材料と、を準備する工程と、
前記金属板と前記絶縁層形成材と前記配線基板又はその形成材料とを、前記凸部と前記第一開口と前記第二開口とを位置合わせしつつ積層し、加熱加圧により前記凸部の高さが前記配線基板又はその形成材料の表面と同じ高さかより高くした積層体を形成する工程と、
少なくとも前記凸部を被覆する前記絶縁層形成材を除去する工程と、
前記積層体の前記金属板をパターン形成する工程と、を含む配線基板積層体の製造方法。
【請求項２】
前記配線基板の第二開口と同じ部分に第三開口を有し、前記配線基板又はその形成材料の上に配置又は貼り付けたマスク材を準備し、そのマスク材を使用して前記積層体を形成した後、前記マスク材を除去してから、前記凸部を被覆する前記絶縁層形成材を除去する、請求項１に記載の配線基板積層体の製造方法。
【請求項３】
前記配線基板又はその形成材料の上に前記マスク材を貼り付けた状態で、前記第二開口と前記第三開口とを同時に形成する工程を含む請求項２に記載の配線基板積層体の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層形成材が、補強繊維を含むものである請求項１又は２に記載の配線基板積層体の製造方法。
【請求項５】
前記配線基板が、２層以上の配線層を有する多層配線基板である請求項１〜４いずれかに記載の配線基板積層体の製造方法。
【請求項６】
前記金属板をパターン形成する工程において、前記凸部の裏面側に裏面側凸部を設けることで、前記凸部と前記裏面側凸部とから、配線基板積層体を貫通する貫通金属体を形成する請求項１〜５いずれかに記載の配線基板積層体の製造方法。
【請求項７】
前記裏面側凸部に対応する部分に複数の第一開口を有し熱硬化性樹脂を含む絶縁層形成材と、前記裏面側凸部に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板又はその形成材料と、を準備する工程と、
前記積層体と前記絶縁層形成材と前記配線基板又はその形成材料とを、前記裏面側凸部と前記第一開口と前記第二開口とを位置合わせしつつ積層し、加熱加圧により前記裏面側凸部の高さが前記配線基板又はその形成材料の表面と同じ高さかより高くした積層体を形成する工程と、
少なくとも前記裏面側凸部を被覆する前記絶縁層形成材を除去する工程と、
を更に含む請求項６に記載の配線基板積層体の製造方法。
【請求項８】
表面側に複数の凸部を有し、裏面側がパターン形成されている金属板と、
前記凸部に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板と、
前記金属板と前記配線基板との間に介在し、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層と、を含み、
前記絶縁層から連続する熱硬化性樹脂が、前記金属板の凸部と前記第二開口との間を充填しつつ、少なくとも前記凸部の上面と前記配線基板の上面とを露出させている配線基板積層体。
【請求項９】
前記配線基板が、２層以上の配線層を有する多層配線基板である請求項８に記載の配線基板積層体。
【請求項１０】
前記配線基板が、２層以上の配線層を電気的に接続するスルーホールを有する多層配線基板である請求項９に記載の配線基板積層体。
【請求項１１】
パワー半導体素子の搭載用基板である請求項請求項８〜１０いずれかに記載の配線基板積層体。
【請求項１２】
複数の貫通金属体と、
前記貫通金属体に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板と、
前記配線基板に積層され、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層と、を含み、
前記絶縁層から連続する熱硬化性樹脂が、前記貫通金属体と前記第二開口との間を充填しつつ、少なくとも前記貫通金属体の上面と前記配線基板の上面とを露出させている配線基板積層体。
【請求項１３】
複数の貫通金属体と、
前記貫通金属体に対応する部分に複数の第二開口を有する上下の配線基板と、
前記上下の配線基板の間に介在し、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層と、を含み、
前記絶縁層から連続する熱硬化性樹脂が、前記貫通金属体と前記第二開口との間を充填しつつ、少なくとも前記貫通金属体の上面と前記配線基板の上面とを露出させている配線基板積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の凸部を有する金属板と配線基板とを積層一体化した配線基板積層体の製造方法およびそれにより得られる配線基板積層体に関し、インバータ装置、電圧変換装置等に用いられる、放熱特性の良好な基板を製造する技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力用半導体モジュールは、放熱用の金属ベース板と、その上に積層したセラミクス基板と、これに搭載した電力用半導体チップ（ＩＧＢＴなどの電力用チップ）と、これらを収納する樹脂ケースと、セラミクス基板の側方で樹脂ケース内に配置された電極端子とを備えていた。
【０００３】
また、半導体チップとセラミクス基板又はこれらと電極端子とは、ボンディングワイヤで接続されており、樹脂ケースの内部に封止材が充填されている。これにより、電力用半導体チップ、セラミクス基板、金属ベース板、電極端子の相互間の絶縁性が確保されている。また、電力用半導体モジュールでは、金属ベース板がヒートシンク等の冷却部材に取付けられ、放熱可能な構造とされる。
【０００４】
そして、アルミ等のボンディングワイヤで接続を行う代わりに、より放熱特性の高い複数の柱状金属体を有する配線基板を用いて、半導体チップの上面端子と接続して回路を構成する技術が存在する（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、半導体チップからの熱は、主にセラミクス基板から金属ベース板へと伝熱するため、これらの放熱構造を改良することが、更に放熱特性を高める上で必要となる。その際、セラミクス基板を介さずに、直接、金属ベース板に放熱することができれば、放熱特性を大幅に向上させることができる。
【０００６】
しかし、半導体素子（半導体チップ又は半導体パッケージ）の裏面側は、電極として回路に接続され回路の一部を構成しており、複数の半導体素子の裏面側電極が、同一の金属ベース板に接続されることは、回路構成上、回避する必要がある。この点が、セラミクス基板を用いない金属ベース基板を利用する際の障壁となっていた。
【０００７】
一方、ＬＥＤ等の発光素子を搭載して、その熱を金属板へと放熱する基板については、放熱用の金属板をパターン形成して、回路の一部とする技術が存在する（例えば特許文献２参照）。つまり、２以上の柱状金属体と、柱状金属体と導通しつつその裏面側に設けられた２以上の電極と、その柱状金属体の上面を露出させる絶縁層とを備える発光素子搭載用基板が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１５４６７９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０８６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載された基板の構造では、金属板をパターン形成した後の非パターン部において、基板の強度や剛性が低下するため、半導体モジュール用の基板としては、使用が困難であった。また、このような単純な構造では、回路形成が困難であるため、半導体モジュール用の基板としては、使用できなかった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、金属板への放熱を可能にしながら金属板を介した短絡を防止でき、金属板の非パターン部における強度が十分で、しかも、複雑な回路にも対応できる配線基板積層体の製造方法、およびそれにより得られる配線基板積層体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、以下の如き本発明により達成できる。  
即ち、本発明の配線基板積層体の製造方法は、
複数の凸部を有する金属板と、その凸部に対応する部分に複数の第一開口を有し熱硬化性樹脂を含む絶縁層形成材と、その凸部に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板又はその形成材料と、を準備する工程と、
前記金属板と前記絶縁層形成材と前記配線基板又はその形成材料とを、前記凸部と前記第一開口と前記第二開口とを位置合わせしつつ積層し、加熱加圧により前記凸部の高さが前記配線基板又はその形成材料の表面と同じ高さかより高くした積層体を形成する工程と、
少なくとも前記凸部を被覆する前記絶縁層形成材を除去する工程と、
前記積層体の前記金属板をパターン形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の配線基板積層体の製造方法によると、加熱加圧により積層体を形成する際に、熱硬化性樹脂等の絶縁層形成材が開口から一部流出して凸部等の上面の一部又は全部を被覆する。その際、得られる積層体において、凸部の高さが配線基板等の表面と同じ高さかより高くしたため、ベルトサンダ等によって、凸部を被覆する絶縁層形成材を容易に除去することができ、凸部を介して金属板に放熱可能な構造が得られる。また、金属板をパターン形成することで、金属板を介した短絡を防止できる。その際、絶縁層形成材に加えて、配線基板又はその形成材料を積層一体化するため、金属板の非パターン部における強度が十分となり、しかも、配線基板の積層又はその形成材料を後にパターン形成するなどして、複雑な回路にも対応できるようになる。
【００１３】
その結果、金属板への放熱を可能にしながら金属板を介した短絡を防止でき、金属板の非パターン部における強度が十分で、しかも、複雑な回路にも対応できる配線基板積層体の製造方法が提供できる。
【００１４】
上記において、前記配線基板の第二開口と同じ部分に第三開口を有し、前記配線基板又はその形成材料の上に配置又は貼り付けたマスク材を準備し、そのマスク材を使用して前記積層体を形成した後、前記マスク材を除去してから、前記凸部を被覆する前記絶縁層形成材を除去することが好ましい。
【００１５】
このようなマスク材を使用しない場合、積層体における凸部の高さが配線基板等の表面より高いため、配線基板等の第二開口の周囲の表面に、熱硬化性樹脂等が被覆し易くなり、これを除去するのが困難となる。上記構成のように、第二開口と同じ部分に第三開口を有し、前記配線基板又はその形成材料の上に配置又は貼り付けたマスク材を使用することにより、加熱加圧により積層体を形成する際に、配線基板等の第二開口の周囲の表面に、熱硬化性樹脂等が被覆するのを防止できるようになる。
【００１６】
また、前記配線基板又はその形成材料の上に前記マスク材を貼り付けた状態で、前記第二開口と前記第三開口とを同時に形成する工程を含むこと好ましい。これにより、前記第二開口と前記第三開口とを別々に形成して位置合わせする必要がなくなり、より生産性を高めることができる。
【００１７】
また、前記絶縁層形成材が、補強繊維を含むものであることが好ましい。これにより、加熱加圧により積層体を形成する際に、絶縁層の厚みを制御して、熱硬化性樹脂等が開口から一部流出する量を調整し易くなる。
【００１８】
更に、前記配線基板が、２層以上の配線層を有する多層配線基板であることが好ましい。これにより、より複雑な回路にも対応できる配線基板積層体を製造することができる。
【００１９】
また、本発明では、前記金属板をパターン形成する工程において、前記凸部の裏面側に裏面側凸部を設けることで、前記凸部と前記裏面側凸部とから、配線基板積層体を貫通する貫通金属体を形成することが好ましい。このような工程により、簡易な操作で柱状金属体を一括して配線基板に挿入でき、位置合わせ精度も厳密に要求されず、異なる形状の柱状金属体にも対応でき、しかも柱状金属体の接着強度が十分高い配線基板を得ることができる。
【００２０】
つまり、従来、放熱性を高める技術として、コイン状の銅（銅インレイ）の上に発熱部品の放熱端子をはんだ付けする方法が知られているが、貫通孔に対して、銅インレイを挿入するため、位置合わせに高い精度が要求されると共に、挿入工程が煩雑になるという問題がある。また、銅インレイを挿入する際に自動化のための圧入装置を用いるため、銅インレイを同じ形状にする必要があり、銅インレイの設計の自由度が小さくなるなどの問題があった。
【００２１】
上記において、前記裏面側凸部に対応する部分に複数の第一開口を有し熱硬化性樹脂を含む絶縁層形成材と、前記裏面側凸部に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板又はその形成材料と、を準備する工程と、前記積層体と前記絶縁層形成材と前記配線基板又はその形成材料とを、前記裏面側凸部と前記第一開口と前記第二開口とを位置合わせしつつ積層し、加熱加圧により前記裏面側凸部の高さが前記配線基板又はその形成材料の表面と同じ高さかより高くした積層体を形成する工程と、少なくとも前記裏面側凸部を被覆する前記絶縁層形成材を除去する工程と、を更に含むことが好ましい。
【００２２】
このような工程により、両面に配線基板を備え、それらを貫通する貫通金属体を有する構造となり、曲げ変形等が生じにくくなることで、両面において絶縁層形成材を除去する工程が容易に行なえるようになる。
【００２３】
一方、本発明の配線基板積層体は、表面側に複数の凸部を有し、裏面側がパターン形成されている金属板と、前記凸部に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板と、前記金属板と前記配線基板との間に介在し、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層と、を含み、前記絶縁層から連続する熱硬化性樹脂が、前記金属板の凸部と前記第二開口との間を充填しつつ、少なくとも前記凸部の上面と前記配線基板の上面とを露出させていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の配線基板積層体によると、複数の凸部を有する金属板を備え、少なくとも前記凸部の上面を露出させているため、凸部を介して金属板に放熱可能な構造が得られる。また、金属板をパターン形成することで、金属板を介した短絡を防止できる。また、配線基板を有するため、金属板の非パターン部における強度が十分となり、複雑な回路にも対応できるようになる。その結果、金属板への放熱を可能にしながら金属板を介した短絡を防止でき、金属板の非パターン部における強度が十分で、しかも、複雑な回路にも対応できる配線基板積層体を提供することができる。
【００２５】
上記において、前記配線基板が、２層以上の配線層を有する多層配線基板であることが好ましい。これにより、より複雑な回路にも対応できる配線基板積層体を製造することができる。
【００２６】
また、前記配線基板が、２層以上の配線層を電気的に接続するスルーホールを有する多層配線基板であることが好ましい。これにより、更に複雑な回路にも対応できる配線基板積層体を製造することができる。
【００２７】
本発明の配線基板積層体は、金属板への放熱を可能にしながら金属板を介した短絡を防止でき、金属板の非パターン部における強度が十分で、しかも、複雑な回路にも対応できるため、パワー半導体素子の搭載用基板として有用である。
【００２８】
また、本発明の別の配線基板積層体は、複数の貫通金属体と、前記貫通金属体に対応する部分に複数の第二開口を有する配線基板と、前記配線基板に積層され、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層と、を含み、前記絶縁層から連続する熱硬化性樹脂が、前記貫通金属体と前記第二開口との間を充填しつつ、少なくとも前記貫通金属体の上面と前記配線基板の上面とを露出させているものである。
【００２９】
あるいは、本発明の別の配線基板積層体は、複数の貫通金属体と、前記貫通金属体に対応する部分に複数の第二開口を有する上下の配線基板と、前記上下の配線基板の間に介在し、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層と、を含み、前記絶縁層から連続する熱硬化性樹脂が、前記貫通金属体と前記第二開口との間を充填しつつ、少なくとも前記貫通金属体の上面と前記配線基板の上面とを露出させているものである。
【００３０】
これらの配線基板積層体は、本発明の製造方法によって、簡易な操作で柱状金属体を一括して配線基板に挿入でき、位置合わせ精度も厳密に要求されず、異なる形状の柱状金属体にも対応でき、しかも柱状金属体の接着強度が十分高い配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の配線基板積層体の一例を示す断面図
【図２】図１に示す配線基板積層体の上面図
【図３】本発明の配線基板積層体の製造方法の一例を示す断面図
【図４】本発明の配線基板積層体の製造方法の一例を示す断面図
【図５】本発明の配線基板積層体の他の例を示す断面図
【図６】図５に示す配線基板積層体の底面図
【図７】本発明の配線基板積層体の他の例を示す断面図
【図８】本発明の配線基板積層体の他の例を示す断面図
【図９】本発明の配線基板積層体の他の例を示す断面図
【図１０】本発明の配線基板積層体の製造方法の他の例を示す断面図
【図１１】本発明の配線基板積層体の他の例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の配線基板積層体の使用状態を示しているが、本発明の配線基板積層体は、半導体素子の搭載用基板として有用であり、特にパワー半導体素子の搭載用基板として有用である。ここで、半導体素子とは、半導体のベアチップ、チップ部品、および半導体パッケージを含み、パワー半導体素子としては、インバータ装置、電圧変換装置等に用いられる各種トランジスタ、各種ダイオードなどの半導体素子を含むものである。
【００３３】
これらのパワー半導体素子のパッケージは、リード以外に金属製の放熱板を備えているのが一般的である。この放熱板は、例えば、ダイオードではカソードと等電位になっているなど、パッケージ形態に応じて、放熱板と等電位の電極が決まっている。図示した例では、半導体素子３０の放熱板（電極３２）がドレイン極と等電位であるＳｉＣトランジスタ（ＦＥＴ）を図示している。この図では、１つの半導体素子３０が図示されているが、他の部分にも、別の半導体素子（ショットキーバリアダイオード等）が実装されており（図示省略）、その放熱板と半導体素子３０の放熱板とは異なる電位となるように回路形成される。
【００３４】
半導体素子３０としては、バイポーラ系パワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴの他、ＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）などが挙げられる。また、従来のＳｉを用いた半導体素子のほか、ＳｉＣ（炭化けい素）やＧａＮ（窒化ガリウム）を用いた半導体素子を用いることができる。
【００３５】
図示した例では、半導体素子３０の放熱板（電極３２）と凸部１４とがソルダ３５で接続されていると共に、３本のリード（電極３１）と配線パターン２０とがソルダ３５で接続されている。３本のリードのうち、いずれかが放熱板（電極３２）と等電位である場合には、当該リードに対する電気的な接続を省略して、放熱板（電極３２）に電気的な接続を行なうことができる。
【００３６】
本発明の配線基板積層体は、図１に示すように、表面側に複数の凸部１４を有し（一部は図示省略）、裏面側がパターン形成されている金属板１０と、凸部１４に対応する部分に複数の第二開口１９ａ、２０ａを有する配線基板ＷＢと、金属板１０と配線基板ＷＢとの間に介在し、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層１６と、を含んでいる。また、本発明の配線基板積層体は、絶縁層１６から連続する熱硬化性樹脂が、前記金属板１０の凸部１４と第二開口１９ａ、２０ａとの間を充填しつつ、少なくとも凸部１４の上面を絶縁層１６から露出させると共に、配線基板の上面を露出させている。本実施形態では、配線基板ＷＢが１層の配線パターン２０とリジッド基板１９とからなる片面配線基板である例を示す。ここで「リジッド基板」とは、リジッド配線基板に使用可能な絶縁基板をさす。
【００３７】
図１〜図２に示すように、配線パターン２０は、半導体素子３０と共に回路形成されており、ソルダ３５を介して半導体素子３０のリード（電極３１）に電気的に接続されている。また、パターン形成されている金属板１０は、凸部１４とソルダ３５を介して、半導体素子３０の放熱板（電極３２）に電気的に接続されている。図示してない別の半導体素子も、同様に配線パターン２０に接続され、回路形成され、凸部１４とソルダ３５を介してパターン形成されている金属板１０に電気的に接続されている。
【００３８】
本発明では、図１に示すように、金属基板１０が、パターン形成されており、半導体素子３０の放熱板（電極３２）と導通する導通領域１０ａと、図示してない別の半導体素子の放熱板と導通する導通領域とは、絶縁されている。本実施形態では、半導体素子３０の電極３２と導通する導通領域１０ａと、その導通領域１０ａの少なくとも周囲が除去されて導通領域１０ａから絶縁された非導通領域１０ｂとを有することで、絶縁構造を形成した例を示す。
【００３９】
導通領域１０ａと非導通領域１０ｂとの間には、絶縁層１６に至る溝部１０ｃが設けられて、導通領域１０ａから非導通領域１０ｂが絶縁されている。
【００４０】
導通領域１０ａは絶縁層１６と積層一体化されているため、溝部１０ｃが形成されても脱落することはない。その際、配線基板ＷＢのリジッド基板１９が存在することにより、配線基板積層体が補強されている。このため、リジッド基板１９は、絶縁層１６よりも剛性や強度が高いものが好ましい。
【００４１】
溝部１０ｃは、エッチングの他、ルータ、ダイサ等の切断装置などで形成することができるが、エッチングで除去されたものが好ましい。溝部１０ｃの幅は、０．０５〜２ｍｍが好ましい。
【００４２】
本実施形態では、図１の仮想線で示すように、金属基板１０にはヒートシンク４０が設けられると共に、少なくとも導通領域１０ａに伝熱性材料４１を介在させてあることが好ましい。これにより、半導体素子３０の熱を導通領域１０ａを介して、ヒートシンク４０に効率良く伝熱することができ、更に放熱効果を高めることができる。
【００４３】
伝熱性材料４１としては、絶縁性の材料が使用され、シリコーングリースなどの伝熱性グリース、または粘着性や接着性を有する樹脂等に、セラミックス等の伝熱性物質を充填した伝熱性シートなどが使用可能である。伝熱性材料４１は、少なくとも導通領域１０ａに設けられていればよく、非導通領域１０ｂや、これらを含む基板全体に設けてもよい。
【００４４】
ヒートシンク４０としては、要求される放熱特性に応じて、種々のものが使用可能であり、例えばフィンタイプ、リブタイプ、ポストタイプなど何れでもよい。また、ファンやヒートパイプと組み合わせたものでもよい。
【００４５】
次に、本発明の配線基板積層体の製造方法の一例について、使用する材料等に触れながら説明する。
【００４６】
（１）まず、図３（ｅ）に示すように、表面側に複数の凸部１４を有する金属板１０と、その凸部１４に対応する部分に複数の第一開口１６ａを有し熱硬化性樹脂を含む絶縁層形成材１６’と、その凸部１４に対応する部分に複数の第二開口１９ａ、２０ａを有する配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’と、を準備する。
【００４７】
複数の凸部１４を有する金属板１０は、例えば次のようにして形成される。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、金属基板１０に積層された表面金属層４を選択的にエッチングして半導体素子３０の電極３２に対向する位置に凸部１４が形成される。この表面金属層４は、そのエッチング時に耐性を示す別の保護金属層２を介して金属基板１０に積層されている。保護金属層２は、省略することが可能であり、その場合、エッチング量を制御することにより、金属基板１０上に凸部１４を形成することができる。
【００４８】
図３（ａ）に示すような、金属基板１０と保護金属層２と凸部１４とを形成するための表面金属層４とが積層された積層板ＳＰを用意する。積層板ＳＰは、何れの方法で製造したものでもよく、例えば電解メッキ、無電解メッキ、スパッタリング、蒸着などを利用して製造したものや、クラッド材などが何れも使用可能である。積層板ＳＰの各層の厚みについては、例えば、金属基板１０の厚みは、１００〜２０００μｍ、保護金属層２の厚みは、１〜２０μｍ、表面金属層４の厚みは１０〜５００μｍである。
【００４９】
金属基板１０は、単層または積層体の何れでもよく、構成する金属としては、何れの金属でもよく、例えば銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄、その他の合金等が使用できる。なかでも、熱伝導性や電気伝導性の点から、銅、アルミニウムが好ましい。上記のような、放熱が良好な金属基板１０を備える構造により、半導体素子３０の温度上昇を防止できるため、駆動電流をより多く流せ、効率を高めることができる。
【００５０】
表面金属層４を構成する金属としては、通常、銅、銅合金、ニッケル、錫等が使用でき、特に熱伝導性や電気伝導性の点から、銅が好ましい。
【００５１】
保護金属層２を構成する金属としては、金属基板１０及び表面金属層４とは別の金属が使用され、これらの金属のエッチング時に耐性を示す別の金属が使用できる。具体的には、これらの金属が銅である場合、保護金属層２を構成する別の金属としては、金、銀、亜鉛、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、鉛−錫系はんだ合金、又はニッケル−金合金等が使用される。但し、本発明は、これらの金属の組合せに限らず、上記金属のエッチング時に耐性を示す別の金属との組合せが何れも使用可能である。なお、保護金属層２を形成しない場合、別の金属である表面金属層４を直接に金属基板１０に形成することもできる。
【００５２】
次に、図３（ｂ）に示すように、エッチングレジストＭを用いて、表面金属層４の選択的なエッチングを行う。これにより、半導体素子３０の搭載位置に凸部１４を形成する。凸部１４のサイズは、実装される半導体素子３０のサイズより小さくすることも可能であり、例えばその上面の直径が１〜１０ｍｍである。凸部１４の上面の形状は、四角形、円形など何れでもよい。
【００５３】
エッチングレジストＭは、感光性樹脂やドライフィルムレジスト（フォトレジスト）などが使用できる。なお、金属基板１０が表面金属層４と同時にエッチングされる場合、これを防止するためのマスク材を、金属基板１０の下面に設けるのが好ましい（図示省略）。
【００５４】
エッチングの方法としては、保護金属層２及び表面金属層４を構成する各金属の種類に応じた、各種エッチング液を用いたエッチング方法が挙げられる。例えば、表面金属層４が銅であり、保護金属層２が前述の金属（金属系レジストを含む）の場合、市販のアルカリエッチング液、過硫酸アンモニウム、過酸化水素／硫酸等が使用できる。エッチング後には、エッチングレジストＭが除去される。
【００５５】
次に、図３（ｃ）〜（ｄ）に示すように、露出している保護金属層２を除去するが、これを除去せずに、絶縁層１６を形成することも可能である。保護金属層２は、エッチングにより除去することができる。具体的には、表面金属層４が銅であり、保護金属層２が前記の金属である場合、はんだ剥離用として市販されている、硝酸系、硫酸系、シアン系などの酸系のエッチング液等を用いるのが好ましい。
【００５６】
予め露出する保護金属層２を除去する場合、除去部分から金属基板１０の表面が露出するが、これと絶縁層１６との密着性を高めるために、黒化処理、粗化処理などの表面処理を行うことが好ましい。
【００５７】
絶縁層形成材１６’は、図３（ｅ）に示すように、凸部１４に対応する部分に複数の第一開口１６ａを有している。第一開口１６ａはドリルやパンチで形成することが可能である。第一開口１６ａの大きさは、凸部１４の上面よりやや大きくすることが好ましいが、凸部１４の上面より小さくすることも可能である。凸部１４の上面より第一開口１６ａを小さくする場合、加熱加圧で積層体ＬＢを形成すると、その部分が凸部１４の上面を被覆することになるが、これを後の工程で除去することが可能である。
【００５８】
凸部１４の上面の形状と、第一開口１６ａ等の形状は必ずしも一致する必要はなく、両者は同一形状でも異なる形状でもよい（他の開口についても同様）。
【００５９】
絶縁層形成材１６’としては、熱硬化性樹脂を含むものであればよく、積層時に変形して加熱等により固化すると共に、配線基板に要求される耐熱性を有するものであれば何れの材料でもよい。具体的には、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の各種反応硬化性樹脂や、それとガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維等との複合体（プリプレグ）などが挙げられる。
【００６０】
また、絶縁層形成材１６’として、熱伝導性の高い材料で構成されることが好ましく、例えば、熱伝導性フィラーを含む樹脂等が例示される。
【００６１】
絶縁層形成材１６’は金属酸化物及び／又は金属窒化物である熱伝導性フィラーと樹脂（絶縁性接着剤）とで構成されることが好ましい。金属酸化物並びに金属窒化物は、熱伝導性に優れ、しかも電気絶縁性のものが好ましい。金属酸化物としては酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ベリリウム、酸化マグネシウムが、金属窒化物としては窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムが選択され、これらを単独または２種以上を混合して用いることができる。特に、前記金属酸化物のうち、酸化アルミニウムは電気絶縁性、熱伝導性ともに良好な絶縁接着剤層を容易に得ることができ、しかも安価に入手可能であるという理由で、また、前記金属窒化物のうち窒化硼素は電気絶縁性、熱伝導性に優れ、更に誘電率が小さいという理由で好ましい。
【００６２】
絶縁層形成材１６’を構成する樹脂としては、金属酸化物及び／又は金属窒化物を含みながらも、硬化状態下において、金属基板１０（存在していれば保護金属層１２）との接合力に優れ、また耐電圧特性等を損なわないものが選択される。このような樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂の他、各種のエンジニアリングプラスチックが単独または２種以上を混合して用いることができるが、このうちエポキシ樹脂が金属同士の接合力に優れるので好ましい。特に、エポキシ樹脂のなかでは、流動性が高く、前記の金属酸化物及び金属窒化物との混合性に優れるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂構造を両末端に有するトリブロックポリマー、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂構造を両末端に有するトリブロックポリマーが一層好ましい樹脂である。
【００６３】
配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’は、図３（ｅ）に示すように、金属板１０の凸部１４に対応する部分に複数の第二開口１９ａ、２０ａを有している。本実施形態では、パターン形成前の銅張リジッド基板を、配線基板ＷＢの形成材料ＷＢ’として使用する例を示す。この銅張リジッド基板は、金属層２０’と、これに接着し、補強繊維を有する硬化状態の絶縁層１９’を有する。有配線基板ＷＢの形成材料ＷＢ’としては、銅張積層板を使用することも可能である。
【００６４】
第二開口１９ａ、２０ａはドリルやパンチで形成することが可能である。第二開口１９ａ、２０ａの大きさは、凸部１４の上面よりやや大きくすることが好ましいが、凸部１４の上面より小さくすることも可能である。凸部１４の上面より第二開口１９ａ、２０ａを小さくする場合、加熱加圧で積層体ＬＢを形成すると、その部分が凸部１４の上面を被覆することになるが、これを後の工程で除去することが可能である。
【００６５】
銅張積層板は、通常、金属層２０’に接着した半硬化状態の絶縁層１９’を有するが、本発明では、絶縁層形成材１６’により、配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’との接着が可能となるため、予め硬化した絶縁層を使用することが可能である。また、絶縁層１９’の表面に、パターン化した金属層を有するものであってもよい。
【００６６】
絶縁層１９’の材料としては、前述のような絶縁層形成材１６’と同様のものを使用することができる。また、硬化した絶縁層としては、前述のような絶縁層形成材１６’の硬化物と同様のものを使用することができる。
【００６７】
また、金属層２０’としては、何れの金属でもよく、例えば銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄、その他の合金等が使用できる。なかでも、熱伝導性や電気伝導性の点から、銅、アルミニウムが好ましい。
【００６８】
なお、本実施形態では、図３（ｅ）に示すように、前記第二開口１９ａ、２０ａと同じ部分に第三開口２１ａを有し、配線基板ＷＢの形成材料ＷＢ’の上に貼り付けたマスク材２１を準備し、そのマスク材２１を使用して積層体ＬＢを形成する例を示す。
【００６９】
マスク材２１は、配線基板ＷＢの上に貼り付けてもよく、配線基板ＷＢ又は形成材料ＷＢ’に配置するだけでもよい。また、マスク材２１としては、第三開口２１ａを有さないものを使用することも可能である。
【００７０】
本発明では、配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’の上にマスク材２１を貼り付けた状態で、第二開口１９ａ、２０ａと第三開口２１ａとを同時に形成するのが好ましいが、これらを別々に形成することも可能である。
【００７１】
マスク材２１としては、樹脂製のフィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミドなどが何れも使用できる。但し、耐熱性の観点から、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルが好ましい。
【００７２】
また、マスク材２１を貼り付ける場合、マスク材２１に粘着剤層を設けることが好ましい。粘着剤としては、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤などが使用できる。マスク材２１に粘着剤層を設ける代わりに、別途、粘着剤層を塗布して形成することも可能である。
【００７３】
また、マスク材２１としては、板状の部材を使用することも可能である。その場合、貼り付けを行わずに配置する方が好ましい。このようなマスク材２１としては、樹脂板、金属板、両面銅張積層板、片面銅張積層板などが使用できる。
【００７４】
（２）次いで、図３（ｅ）〜（ｆ）に示すように、前記金属板１０と前記絶縁層形成材１９’と前記配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’とを、前記凸部１４と前記第一開口１６ａと前記第二開口１９ａ、２０ａとを位置合わせしつつ積層し、加熱加圧により前記凸部１４の高さが前記配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’の表面と同じ高さかより高くした積層体を形成する。本実施形態では、マスク材２１を使用して積層体ＬＢを形成する例を示す。
【００７５】
これにより、図３（ｆ）に示すように、凸部１４の上面を絶縁層形成材１６’（主として熱硬化性樹脂）が被覆し凸部Ａを有する状態となる。また、絶縁層形成材１６’の一部が第三開口２１ａの周囲を被覆する場合があるが、マスク材２１の存在によって、配線基板ＷＢ又は形成材料ＷＢ’の表面に、絶縁層形成材１６’が付着することを効果的に防止することができる。つまり、マスク材２１の第三開口２１ａの周囲を絶縁層形成材１６’が被覆しても、マスク材２１を除去するだけで、絶縁層形成材１６’を除去することが可能となる。
【００７６】
加熱加圧は、プレス面により加熱プレスする方法が採用でき、凸部１４に対応する位置に凸部Ａを形成し易いように、プレス面と被積層体との間に、少なくとも、凹状変形を許容するシート材を配置しておくのが好ましい。シート材を配置しない場合には、凸部Ａの高さは、マスク材２１の上面と同じ位置になる。また、凸部１４に対応する位置に凹部を有するプレス面を使用してもよい。
【００７７】
加熱プレスの方法としては、加熱加圧装置（熱ラミネータ、加熱プレス）などを用いて行えばよく、その際、空気の混入を避けるために、雰囲気を真空（真空ラミネータ等）にしてもよい。加熱温度、圧力など条件等は、絶縁層形成材と金属層形成材の材質や厚みに応じて適宜設定すればよいが、圧力としては、０．５〜３０ＭＰａが好ましい。
【００７８】
シート材は、加熱プレス時に凹状変形を許容する材料であればよく、クッション紙、ゴムシート、エラストマーシート、不織布、織布、多孔質シート、発泡体シート、金属箔、これらの複合体、などが挙げられる。特に、クッション紙、ゴムシート、エラストマーシート、発泡体シート、これらの複合体などの、弾性変形可能なものが好ましい。
【００７９】
（３）次いで、図３（ｇ）に示すように、少なくとも前記凸部１４を被覆する絶縁層形成材１６’を除去する。つまり、金属板１０の凸部１４の上方の凸部Ａを除去し、凸部１４の上面を露出させる。この凸部Ａの除去の際、金属層２０’の上面と凸部１４の高さが一致するように除去して平坦化するのが好ましい。但し、絶縁層形成材１６’を簡易に除去するためには、金属層２０’の上面よりも凸部１４の高さ高い方が、理想的である。
【００８０】
本実施形態では、凸部Ａの除去に先立って、マスク材２１を除去する。但し、マスク材２１は、絶縁層形成材１６’を除去する際に、同時に除去することも可能である。
【００８１】
凸部Ａの除去方法としては、研削や研磨による方法が好ましく、ダイヤモンド製等の硬質刃を回転板の半径方向に複数配置した硬質回転刃を有する研削装置を使用する方法や、サンダ、ベルトサンダ、グラインダ、平面研削盤、硬質砥粒成形品などを用いる方法などが挙げられる。研削装置を使用すると、当該硬質回転刃を回転させながら、固定支持された配線基板の上面に沿って移動させることによって、上面を平坦化することができる。また、研磨の方法としては、ベルトサンダ、バフ研磨等により軽く研磨する方法が挙げられる。本発明のように積層体ＬＢに凸部Ａが形成されていると、その部分のみを研削するのが容易になり、全体の平坦化がより確実に行える。
【００８２】
本実施形態のように、配線基板ＷＢの形成材料ＷＢ’を積層一体化する場合、必要に応じて、金属層２０’がパターン形成される。これに先立って、露出された凸部１４および金属層２０’を金属メッキし、金属メッキ層を形成することも可能である。金属メッキの金属種としては、例えば銅、銀、Ｎｉ等が好ましい。金属メッキ層のパターン形成の方法としては、例えば、エッチングレジストを使用してパターン形成するパネルメッキ法や、パターンメッキ用レジストを使用してメッキで形成するパターンメッキ法等が挙げられる。
【００８３】
金属層２０’のパターン形成は、次のようにして行うことができる。例えば、エッチングレジストを使用して、所定のパターンで金属メッキ層および金属層２０’をエッチングすることで、配線パターン２０を形成する。その際、金属基板１０も同時にエッチングして、溝部１０ｃを形成するができる。
【００８４】
エッチングレジストの除去としては薬剤除去、剥離除去など、エッチングレジストの種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、スクリーン印刷により形成された感光性のインクである場合、アルカリ等の薬品にて除去される。
【００８５】
（４）次いで、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、積層体ＬＢの金属板１０をパターン形成する。例えば、エッチングレジストＭを使用して、所定のパターンで金属板１０をエッチングすることで、溝部１０ｃを形成して所定のパターンを形成することができる。
【００８６】
エッチングレジストＭを用いたエッチングは、金属層２０’のパターン形成と同様に行うことができる。また、エッチングの他、ルータ、ダイサ等の切断装置などを用いてパターン形成することも可能である。
【００８７】
（別実施形態）
（１）前述の実施形態では、半導体素子がパッケージである場合の配線基板積層体の例を示したが、以下のようにベアッチップ又はチップ部品などのチップ状の半導体素子である場合にも使用できる。
【００８８】
本発明の配線基板積層体は、図５〜図６に示すように、底面に少なくとも１つの電極３２を有し、上面に少なくとも１つの電極３１を有するチップ状の半導体素子３０を搭載するために使用することも可能である。図示した例では、半導体素子３０が、底面に１つの電極３２を有し、上面に２つの電極３１を有する例を示す。
【００８９】
配線パターン２０は、半導体素子３０と共に回路形成されており、ワイヤ３３を介して半導体素子３０の電極３１に電気的に接続されている。また、パターン形成されている金属板１０は、凸部１４を介して、半導体素子３０の電極３２に電気的に接続されている。電極３２と凸部１４とは、ソルダ３５等で接続されている。
【００９０】
本発明では、図６に示すように金属基板１０が、パターン形成されており、半導体素子３０の電極３２と導通する導通領域１０ａと、その導通領域１０ａの少なくとも周囲が除去されて導通領域１０ａから絶縁された非導通領域１０ｂとを有する。導通領域１０ａと非導通領域１０ｂとの間には、絶縁層１６に至る溝部１０ｃが設けられて、導通領域１０ａから非導通領域１０ｂが絶縁されている。
【００９１】
この実施形態明では、半導体素子３０の上面の電極３１と凸部１４は電気的に接続されるが、半導体素子３０の下面の電極と下部配線基板２０の配線パターン２４とを電気的に接続してもよい。例えば、ＩＧＢＴなどの半導体素子３０の場合、下面のコレクタが下部配線基板２０の配線パターン２４と半田２５等でソルダ接合され、上面のゲートとエミッタとが、２つの電極３１として上部配線基板１０の凸部１４と半田３２等でソルダ接合される。また、電気的な接続としては、半田３２によるソルダ接合の他、ろう付け、金バンプによる接合などが挙げられる。
【００９２】
また、ＦＷＤの場合、下面のカソード電極が下部配線基板２０の配線パターン２４と半田２５等でソルダ接合され、上面のアノード電極が電極３１として上部配線基板１０の凸部１４と半田３２等でソルダ接合される。
【００９３】
（２）前述の実施形態では、配線基板の形成材料として、銅張積層板等を使用する例を示したが、銅箔と絶縁層とを別々に使用することも可能である。また、配線基板の形成材料の代わりに、全体又は一部がパターン形成された配線基板を使用することも可能である。
【００９４】
その際、図７に示すように、両面配線基板を配線基板ＷＢとして使用することも可能である。両面配線基板を使用する場合、メッキスルーホール、金属バンプ、フィルドビア、メッキビアなどの層間接続構造を有することが好ましい。また、下面のみ予めパターン形成しておき、積層後に上面をパターン形成してもよい。更に、３層や４層以上の配線基板を使用することも可能である。
【００９５】
（３）前述の実施形態では、金属板の凸部を介して、配線パターンと回路形成する例を示したが、図８示すように、金属板１０と配線パターン２０と層間接続させるメッキスルーホール２２を設けることも可能である。
【００９６】
このようなメッキスルーホール２２は、ドリル等で貫通孔を設けたのち、金属メッキを行うことで形成することができる。その際、上下の表面をマスクしておくことで、貫通孔以外の部分がメッキされるのを防止することができる。また、金属板１０のパターン形成前に、マスクをせずにメッキスルーホール２２と上下の表面のメッキ層を設け、後に金属板１０のパターン形成を行うことも可能である。
【００９７】
（４）前述の実施形態では、マスク材を使用して積層体を形成する例を示したが、本発明ではマスク材を使用せずに配線基板又はその形成材料を積層して、積層体を形成することも可能である。その場合、配線基板又はその形成材料の第二開口の周囲に、絶縁層形成材が被覆されるが、後の工程でこれを除去することが可能である。
【００９８】
（５）前述の実施形態では、金属板１０の凸部１４の上面にメッキ層を設けない例を示したが、本発明では、図９に示すように、金属板１０の凸部１４の上面にメッキ層２３を設けてもよい。また、金属層２０’の上面にもメッキ層２３を設けておき、これらのメッキ層２３をエッチング等することで配線パターン２０を形成してもよい。このような金属板１０の凸部１４と導通する配線パターン２０を形成することで、金属板１０の導通領域１０ａが周囲から独立していても、半導体素子３０を実装した際の回路形成が容易になる。
【００９９】
（６）前述の実施形態では、半導体素子３０を実装した部分の配線基板積層体のみを示したが、配線基板積層体の他の部分については、回路に応じた配線パターンが設けられる。また、回路に応じた電子部品が実装される。
【０１００】
（７）前述の実施形態では、金属板をパターン形成する工程において、金属板の裏面側に、凸部と導通しない部分が多く存在する場合の例を示したが、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、本発明では、金属板１０をパターン形成する工程において、前記凸部１４の裏面側に裏面側凸部１５を設けることで、前記凸部１４と前記裏面側凸部１５とから、配線基板積層体を貫通する貫通金属体ＴＭを形成してもよい。
【０１０１】
その場合、図１０（ｃ）に示すように、前記裏面側凸部１５に対応する部分に複数の第一開口１６ａを有し熱硬化性樹脂を含む絶縁層形成材１６’と、前記裏面側凸部１５に対応する部分に複数の第二開口１９ａ、２０ａを有する配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’と、を準備する。
【０１０２】
次いで、図１０（ｄ）に示すように、積層体ＬＢと絶縁層形成材１６’と配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’とを、裏面側凸部１５と第一開口１６ａと第二開口１９ａ，２０ａとを位置合わせしつつ積層し、加熱加圧により前記裏面側凸部１５の高さが配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’の表面と同じ高さかより高くした積層体を形成する工程と、少なくとも裏面側凸部１５を被覆する絶縁層形成材１６’を除去する工程と、を更に実施することができる。
【０１０３】
このような工程により、図１０（ｄ）に示すように、複数の貫通金属体ＴＭと、貫通金属体ＴＭに対応する部分に複数の第二開口１９ａ，２０ａを有する上下の配線基板ＷＢと、前記上下の配線基板ＷＢの間に介在し、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層１６と、を含み、絶縁層１６から連続する熱硬化性樹脂が、貫通金属体ＴＭと前記第二開口１９ａ，２０ａとの間を充填しつつ、少なくとも貫通金属体ＴＭの上面と配線基板の上面とを露出させている配線基板積層体を得ることができる。
【０１０４】
裏面側の配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’は、表面側の配線基板ＷＢ又はその形成材料ＷＢ’と同様の材料、構造とすることが可能であり、これらについては前述のとおりである。また、裏面側への金属メッキ層の形成やパターン形成についても、前述と同様の構成が採用できる。
【０１０５】
（８）上記（７）の実施形態では、裏面側にも配線基板ＷＢが設けられる例を示したが、裏面側には、絶縁層だけを設けてもよい。これにより、複数の貫通金属体ＴＭと、前記貫通金属体ＴＭに対応する部分に複数の第二開口１９ａ，２０ａを有する配線基板ＷＢと、前記配線基板ＷＢに積層され、熱硬化性樹脂の硬化物を含む絶縁層１６と、を含み、絶縁層１６から連続する熱硬化性樹脂が、前記貫通金属体ＴＭと前記第二開口１９ａ，２０ａとの間を充填しつつ、少なくとも前記貫通金属体ＴＭの上面と前記配線基板ＷＢの上面とを露出させている配線基板積層体を得ることができる。
【０１０６】
（９）前述の実施形態では、配線基板積層体において、配線を接続するための端子構造については、言及しなかったが、図１１に示すように、パターン形成されたメッキ層２３（配線パターン）に電気的に接続される凸部１４を設け、凸部１４の裏面側に存在する金属板１０のパターン部（端子）に対して、ソルダ３５により配線３６を接続してもよい。このように、裏面側に配線を接続するための端子を設けることにより、部品実装のための設計の自由度を高めることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０    金属板
１４    凸部
１５    裏面側凸部
１６    絶縁層
１６’  絶縁層形成材
１６ａ  第一開口
１９    リジッド基板
１９’  半硬化の絶縁層
１９ａ  第二開口
２０    配線パターン
２０’  金属層
２０ａ  第二開口
２１    マスク材
２１ａ  第三開口
３０    半導体素子
３１    電極（リード）
３２    電極（放熱板）
３５    ソルダ
Ａ      凸部
Ｂ      平坦面
ＷＢ    配線基板
ＷＢ’  配線基板の形成材料
ＬＢ    積層体
ＴＭ    貫通金属体
【図１】
2017050539.tif 000003
【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】
2017050539.tif 000010
【図９】
2017050539.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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