(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板上に絶縁層を介して銅／アルミニウム／銅の複合箔からなる回路を設けた金属ベース回路基板の製造方法であり、（１）金属板上に絶縁層を介して銅／アルミニウム／銅の複合箔を積層して金属ベース基板を形成する工程、（２）前記金属ベース基板の露出している銅層の所望部分をエッチング除去する工程、（３）前記銅層をエッチングレジストに用いて、露出したアルミニウムをエッチングする工程、（４）銅層の所望部分にエッチングレジストを設け、表層の銅層と、下層の銅層とを共にエッチング処理する工程、とを順次経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って、エッチングレジストがアルカリ剥離型のスクリーン印刷エッチングレジストであ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２】
前記（４）工程の後に、（５）表層の銅層の下部のアルミニウム層以外のアルミニウム層をエッチング除去する工程、を追加し、更に前記（４）工程を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の金属ベース回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記（４）の工程において、下層の銅層を残留させながら、しかも上部銅層を除去するようにエッチングす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の製造方法。
【請求項４】
最終工程として、銅層からなる回路の所望の位置にはんだを設けることができるように、ソルダーレジスト層を設けることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３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】
【発明の係わる技術分野】
本発明は、高発熱性電子部品或いは高発熱性電子部品と制御回路電子部品とが高密度に実装される混成集積回路に適した、高い放熱性と耐熱衝撃性に優れ、それ故に信頼性に優れる高密度混成集積回路を得ることができる混成集積回路用の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】
高発熱性電子部品を実装する回路基板として、熱伝導性の良好な金属、例えば、アルミニウム、銅等の金属板を基材に用い、該金属板上に数十μｍ程度の厚さの無機フィラー含有樹脂からなる絶縁層を設け、更に前記絶縁層上に導電箔からなる回路が積層された金属ベース回路基板が用いられている。金属ベース回路基板は、高い熱伝導性を有し、発熱量の大きな電子部品を搭載し利用できることから、ハイパワー分野の用途等に好ましく用いられている。
【０００３】
しかし、前記用途分野向け金属ベース回路基板に関しては、機能の高度化と共に、基板内に実装される素子数及び入出力数が増大し、これに伴って入出力及び素子間の配線数が増加している。そのために、回路基板内の配線数の増大に伴って、配線に必要な面積が増大化していて、回路基板の大型化とコストアップが産業上の解決するべき課題となってきている。
【０００４】
金属ベース回路基板において、その回路形成するための方法の一つとして、金属板上の絶縁層上に設けた導体箔をエッチングして回路形成する方法が知られているが、この方法においては、スクリーン印刷法によりエッチングレジストインクを回路となる部分の導体箔表面に印刷し、前記インクを硬化した後、前記導体箔が可溶なエッチング液に浸漬することでエッチングを行うが、スクリーン印刷におけるインク量の調整が容易でなく、容易に回路間隔のせまいものが得られなかった（特開平７−４４０８７号公報参照）。即ち、前記インク量を少なくしようとすると、断線や、導体欠損が生じ、満足な製品を得ることが出来ないという問題があり、従来は最小回路間隔は２５０μｍ程度のものしか得られなかった。
【０００５】
また、上層にアルミニウム下層に銅を配置した回路に関して、アルミニウムと銅の選択エッチングを行いワイヤーボンディングパッドとはんだ付けパッドを形成する方法があるが、アルミニウムをエッチングするためにはアルカリ系のエッチング液を使用するために、アルカリ剥離型のエッチングレジストが使用できず有機溶剤剥離型のエッチングレジストを使用する必要がある。レジスト剥離に使用できる有機溶剤で不燃性の物は発ガン性、或いはオゾン層破壊の環境破壊等の問題があるし、更に可燃性の物は生産設備や作業環境の防爆化が必要である。また、溶剤剥離型フォトレジストも同様な問題がある。
【０００６】
更に、上層にアルミニウム下層に銅を配置した回路を有し、銅箔で抵抗回路を形成した回路基板において、部品の半田付けは下層の銅箔に行っているが、銅箔の部分はアルミ層が除去されているため、大電流を要する回路のはんだ付け部は電気抵抗が大きくなり、電流容量がおおきく出来ない等の問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路の形成用エッチングレジストにアルカリ剥離型のスクリーン印刷エッチングレジストや、アルカリ剥離型のフォトレジストの使用を可能にすることと、大電流回路のはんだ付け部分の電気抵抗を低減し、電流容量を改善した金属ベース回路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】
即ち、本発明は、金属板上に絶縁層を介して銅／アルミニウム／銅の複合箔からなる回路を設けた金属ベース回路基板の製造方法であって、（１）金属板上に絶縁層を介して銅／アルミニウム／銅の複合箔を積層して金属ベース基板を形成する工程、（２）前記金属ベース基板の露出している銅層の所望部分をエッチング除去する工程、（３）前記銅層をエッチングレジストに用いて、露出したアルミニウムをエッチングする工程、（４）銅層の所望部分にエッチングレジストを設け、表層の銅層と、下層の銅層とを共にエッチング処理する工程、とを順次経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って、エッチングレジストがアルカリ剥離型のスクリーン印刷エッチングレジストであ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る。
【０００９】
本発明は、前記（４）工程の後に、（５）表層の銅層の下部のアルミニウム層以外のアルミニウム層をエッチング除去する工程、を追加し、更に前記(4)工程を繰り返す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。
【００１０】
本発明は、前記（４）の工程において、下層の銅層を残留させながら、しかも上部銅層を除去するようにエッチング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】
本発明は、最終工程として、銅層からなる回路の所望の位置にはんだを設けることができるように、ソルダーレジスト層を設け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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者は、前記公知技術の事情に鑑み、いろいろ実験的に検討した結果、回路形成用の金属箔に銅／アルミニウム／銅の複合箔を用い、銅層のエッチングに際してはアルカリ剥離型のエッチングを用い、アルミニウム層のエッチング際しては銅層を用いることで、またこれらのエッチング方法を組み合わせることで、有機溶剤剥離型のエッチングレジストを使用することなしに、従来得られなかった、最少回路幅が１５０μｍ以下で、しかも、回路のはんだ付け部における電気抵抗が小さく電流容量が大きな金属ベース回路基板を得ることができるという知見を得て、本発明に至ったものである。
【００１４】
本発明の金属ベース回路基板の製造方法を、図をもって、説明する。
本発明の第１の工程は、金属ベース基板７を形成する工程であり、前記金属ベース基板７は、図１に例示されている通りに、金属板１上に絶縁層２を介して銅３／アルミニウム４／銅５の複合箔６を積層された構成を有している。
【００１５】
金属板１としては、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等の熱伝導率の高い汎用の金属、或いはこれらの合金若しくは複合材が用いられるが、熱伝導性に富みしかも軽量であることから、アルミニウム或いはその合金が好ましい。また、その厚みは、０．５〜３ｍｍが一般的である。
【００１６】
絶縁層２は、電気絶縁性と熱伝導性を満足させるために、無機質充填材含有の樹脂が一般的に用いられる。無機質充填材は、前記目的を達成するために、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素等のセラミックス粉末が用いられることが多いが、本発明に於いては、いずれのものを単独或いは複合して用いても構わない。樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が多く用いられるが、このうち金属と密着性に優れるエポキシ樹脂が好ましく用いられる。
【００１７】
本発明に用いられる銅／アルミニウム／銅の複合箔については、アルミニウムの両面に銅メッキしたもの、或いはアルミニウム箔と銅箔とを圧延法により複合したもののいずれでも構わない。
【００１８】
前記複合箔の銅の厚みに関しては、１μｍ以上であれば良い。１μｍ未満では、アルミニウムのエッチングレジスト効果が充分で無い場合がある。また、その上限については、箔を形成し得るならば技術上の制限はないものの、あまりに厚いとエッチングに時間を要し、生産性の面で好ましくないことから１０μｍ程度である。また、前記の範囲内で、上層の銅層の厚みについては、上層の銅層がエッチングされて完全に消失してしまう部分と、エッチング後に回路表面に残留しはんだ付け部分を形成する部分とになるという二つの面を考慮する必要があることから、２μｍ以上５μｍ以下が好ましい。一方、下層の銅層の厚さに関しては、下層の銅層を所望厚さで残留し回路の一部を形成する場合を考慮して、８μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
また、前記複合箔のアルミニウムの厚みについては、１０μｍ以上５００μｍ未満が好ましい。１０μｍ未満の場合には、アルミワイヤーボンディング不良を生じることがあるし、５００μｍを超える場合には、エッチング不良による回路間のショートを生じることがあるからである。
【００２０】
本発明の第２の工程は、前記工程で得られた金属ベース基板７の露出している銅層（上層の銅層）の所望部分をエッチング除去する工程である。この場合、従来公知のエッチング方法を採用することもできるが、本発明の目的を達成するために、レジストとしてはアルカリ剥離型のレジストを用いることが好ましい。また、エッチング液としては、従来公知の、硫酸ー過酸化水素水、過硫酸アンモニウム水溶液、過硫酸ソーダ水溶液等を用いることができる（図２参照）。
【００２１】
本発明の第３の工程は、前記操作で所望の形状を付加された上層の銅層を、アルミニウムをエッチングする際のレジストとして用い、露出したアルミニウムをエッチングする工程である。この場合のエッチング液としては、苛性ソーダ水溶液、苛性カリ水溶液等を用いることができる（図３参照）。この工程に於いて、銅とアルミニウムの両者をともにエッチングすることの可能な塩化第二銅水溶液、塩化第二鉄水溶液を適用することも考えられるが、一つのエッチング液に於ける銅とアルミニウムのエッチング速度が異なるため、ファインパターンを形成し難い。
【００２２】
本発明の第４の工程は、銅層の所望の部分にエッチングレジストを設け、表層の銅層と、下層の銅層とを共にエッチング処理する工程であり、本発明に於ける最も特徴のある工程である。銅層の所望の部分に設けるエッチングレジストについては、前述の通り、本発明の目的を達成する上で、アルカリ剥離型エッチングレジストを用いる。本工程を経ることにより、図４に例示した通りに、銅／アルミニウム／銅からなる回路、及び／又はアルミニウム／銅からなる回路が形成される。前者は、半導体素子をはんだ付けするに好適であり、後者はアルミニウム線或いは金線を用いるワイヤーボンディングに好適である特徴を有する。
【００２３】
特に、本工程に於いて、予め銅／アルミニウム／銅の複合箔の上層の銅層の厚みを下層の銅層の厚みより薄いものを選択しておくことにより、下層の銅層を残留させながら上層の銅層を除去することにより、下層の銅からなる回路を残留させながらアルミニウム／銅からなる回路を形成できるので、従来は回路形成に要するエッチングの回数が複数であったのに対して、一度で完了できるという特徴を有している。
【００２４】
更に、本発明に於いては、前記第４の工程の後に、上層の銅層の下部に存在するアルミニウム層以外の部分をエッチング除去することで、下部の銅層からなる銅回路を形成し、前記第４の工程を繰り返すことで、前記の銅／アルミニウム／銅からなる回路とは高さが異なり、表面がはんだ付けに好適な銅からなる回路、下層の銅層の一部が露出した銅／アルミニウム／銅からなる回路、アルミニウム層の一部が露出している銅／アルミニウム／銅からなる回路をも形成することができ、自由な回路設計が可能であるという特徴を有する（図５参照）。
【００２５】
加えて、本発明は、前記工程に加え、最終工程として、銅層からなる回路の所望の位置にはんだを設けることができるように、ソルダーレジスト層を設けることを特徴とする。前述の通りに、回路の表面が銅層からなる部分には、半導体素子等の電子部品或いは電気部品をはんだを介して接合、搭載されるが、その場合にははんだが不要な部分に付着、残留して、実使用下で回路間の電気的短絡等の異常を発生しやすい。これを防止するために、本発明では、ソルダーレジスト層を銅層からなる回路の所望の位置に設ける。
【００２６】
更に、本発明は、金属板上に絶縁層を介して銅／アルミニウム／銅の複合箔からなる回路を設けた金属ベース回路基板であって、最少回路幅が２５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする金属ベース回路基板であり、より具体的な実施態様としては、回路に流れる最大電流が回路幅１μｍ当たり１μＡ以上（８μＡ以下）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、前記の金属ベース回路基板の製造方法に基づいて容易に得ることができる。
【００２７】
本発明の金属ベース回路基板の最少回路幅は、２５μｍ以上１００μｍ以下である。２５μｍ未満では回路間の電気的短絡が生じる恐れがある。一方、最少回路幅の上限値については、技術的な制限は無いが、あまりに大きいときには回路基板における回路集積度が上がらず、１００μｍを超える場合には、従来公知のものと差異が小さく、本発明の目的を達成するに不十分となる。
【００２８】
また、本発明の金属ベース回路基板は、銅／アルミニウム／銅の回路を有し、この部分に電子部品や電気部品をはんだ付けできるので、従来のはんだ付け部で電流容量が制限されていたという問題が解消され、大きな電気容量を有している。本発明者の実験的結果に基づけば、前記最少回路幅が２５〜１００μｍのもので、回路幅１μｍ当たり１μＡ以上から８μＡ以下の電流を負荷できる特徴を有する。
【００２９】
【実施例】
〔実施例１〕
厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板上に、酸化アルミニウム（昭和電工社製；ＳＲＷ）を５５体積％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル社製；ＥＰ８２８）を絶縁層の硬化後の厚さが５０μｍになるように塗布し、更にアルミニウム層と銅層との複合層からなる金属箔を銅層が前記絶縁層に接するように配置し、加圧下で加熱することで前記絶縁層を硬化して金属ベース基板を作製した。このとき、アルミニウム層の厚さが４０μｍであり、銅層の厚さは１０μｍであった。
【００３０】
前記金属ベース基板のアルミニウム板の裏面にポリプロピレンからなる保護シートを貼った後、アルミニウムと銅の複合層からなる金属箔のアルミニウム上に、置換めっき法で亜鉛被膜を形成し、亜鉛被膜上に厚さ３μｍの銅層をめっきいた。さらにスクリーン印刷法を用いて所望の位置にエッチングレジストをマスクした後、硫酸−過酸化水素水を用いて前記銅層をエッチングした。エッチングレジストを２％の苛性ソーダ水溶液で除去後に銅をエッチングレジストに用いてアルミニウムを１５％の苛性ソーダ水溶液でエッチングした。
【００３１】
次に、前記銅層の所望部分にレジストを再度塗布し、また、前記のアルミニウムを用いて、エッチングレジストとし、硫酸１２０ｇ／ｌと過酸化水素４５ｇ／ｌとの混液により上層及び下層の銅層をエッチングした。その後、エッチングレジストを除去して前記銅層をエッチングレジストに用いてアルミをエッチングする。次に、銅層の所望部分にレジストを再度塗布し、硫酸１２０ｇ／ｌと過酸化水素４５ｇ／ｌとの混液により上層と下層の銅層をエッチングし、エッチングレジストを除去することで金属ベース回路基板を得た。
【００３２】
この金属ベース回路基板は、信号回路部分において、回路に流れる最大電流が回路幅１μｍ当たり１μＡ以上流すことができ、しかも最小の回路幅２５μｍで、最小の導体間隔が２５μｍであった。その結果、信号回路部分については、その面積を、従来の金属ベース回路基板の場合に要した面積の３分の１に縮小することができ、その結果として、金属ベース回路基板の全体面積が従来のものの約４０％に縮小され、高密度化が達成された。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、回路形成用の金属箔に銅／アルミニウム／銅の複合箔を用い、銅層のエッチングに際してはアルカリ剥離型のスクリーン印刷エッチングレジストを用い、アルミニウム層のエッチング際しては銅層を用いることで、またこれらのエッチング方法を組み合わせることで、有機溶剤剥離型のエッチングレジストを使用することなしに、従来得られなかった、最少回路幅が１５０μｍ以下で、しかも、回路のはんだ付け部における電気抵抗が小さく電流容量が大きな金属ベース回路基板を得ることができる。
【００３４】
また、本発明の方法によれば、前記断面形状を有し、回路同士の距離の最小値が２５〜１００μｍ、更に、回路が２５〜１００μｍの回路幅の部分を有する金属ベース回路基板を安定して得ることができ、産業上非常に有用である。
【００３５】
更に、本発明の方法によれば、発ガン性、オゾン層破壊、環境破壊等の問題のある有機溶剤剥離型のエッチングレジストを用いることなく、最少回路幅が２５〜１００μｍと回路集積性に富み、しかも大電気容量の金属ベース回路基板が提供され、産業上非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１工程で得られる金属ベース基板の一例を示す断面図。
【図２】本発明の第２工程後の中間製品の断面図。
【図３】本発明の第３工程後の中間製品の断面図。
【図４】本発明の第４工程後の金属ベース回路基板の一例を示す断面図。
【図５】図４に係る金属ベース回路基板について、下層の銅層をエッチングしながら、上層の銅層をエッチングした後の、本発明に係る金属ベース回路基板の一例を示す断面図。
【図６】図５に係る金属ベース回路基板を用いて、半導体素子等を搭載した混成集積回路の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１    金属板
２    絶縁層
３    銅層（下層）
４    アルミニウム層
５    銅層（上層）
６    複合箔
７    金属ベース基板
８    ソルダーレジスト
９    はんだ
１０  半導体素子
１１  端子
１２  ボンディングワイヤー
【図１】
0004172893.tif 000002
【図２】
0004172893.tif 000003
【図３】
0004172893.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004172893.tif 000006
【図６】
0004172893.tif 000007