(57)【要約】      （修正有）【課題】介装剤の伝熱性を向上させ電子部品の放熱性にすぐれた電子装置及び基板の製造方法を提供する。【解決手段】接着剤又はグリース等の介装剤１３を介して基板１２を金属板１４に貼り合わせた電子装置１００において、基板１２は、内層電極１５の電子部品１１側に露出したパッド部１５ｂと金属板１４側に露出したパッド部１５ａを有し、パッド部１５ａは介装剤１３の厚さを規定する厚さ規定部材となっている、ことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
介装剤を介して基板を金属板に貼り合わせた電子装置において、
前記基板は、前記金属板側に前記介装剤の厚さを規定する厚さ規定部材を有する、
ことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記厚さ規定部材はメッキ加工にて形成された金属膜である、ことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
【請求項３】
前記厚さ規定部材は、前記金属板側の面から反対側の面まで前記基板を貫通し前記反対側の面に露出した導通材と導通している、
ことを特徴とする請求項２記載の電子装置。
【請求項４】
金属板に伝熱材を介して貼り合わせられる基板の製造方法において、
前記金属板側の面から反対側の面まで貫通した貫通孔に導通材を充填するステップと、
前記金属板側の面に露出した前記導通材に、前記伝熱材の厚さを規定する厚さ規定部材を形成するステップと、
を有することを特徴とする基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を金属板に貼り合わせた電子装置等に関し、特に、基板と金属板を介装する介装剤の厚みを規定した電子装置及び基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品、特にパワーＭＯＳやＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等のパワー半導体は発熱が大きく、電子部品が固定された基板１０２を介して放熱させる構造を取ることが多い。図６は、従来の電子部品の放熱構造の一例を示す。基板１０２に固定された電子部品１０１の発熱を接着剤又はグリース（以下、介装剤という）１０３を介して金属板１０４に伝熱することで、熱伝導率の高い金属板から効率よく放熱することを図っている。しかしながら、金属板１０４と比べ介装剤１０３の熱伝導率が小さく、放熱性が低下することが知られている。例えば、介装剤１０３の熱伝導率は数Ｗ／ｍｋであるのに対し、金属板１０４の熱伝導率は１００〜２００Ｗ／ｍｋである（アルミの場合約２００Ｗ／ｍｋ）。このため、効率よく放熱するには介装剤１０３を極力薄くすることが要求されるが、従来の介装剤１０３の厚さｄは１２０μｍ±４０μｍと、比較的大きな厚みとなっている。
【０００３】
ところで、電子機器をアッセンブリする際、金属板１０４上に基板１０２を搭載する工程において、例えば金属板１０４に膜状に塗布した接着剤に基板１０２を配置して接着剤を硬化させることで、基板１０２を金属板１０４上に固定する固定方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１には、電子部品１０１（基板１０２に相当）と基板１０２（金属板１０４に相当）との間にスペーサを狭装し、スペーサの厚さにより電子部品下の接着材の厚さを規定する固定方法が記載されている。また、特許文献２には、電子部品１０１（基板１０２に相当）の基板１０２（金属板１０４に相当）側にバンプ電極を設け、バンプ電極と基板とが導通した状態で電子部品１０１と基板１０２の間の接着剤を硬化させる固定方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２３２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の固定方法のようにスペーサを狭装して介装剤１０３の厚さを規定する場合、充分な薄さのスペーサを用意することが困難であり、高精度に厚みを制御されたスペーサを用意するとコスト増となるおそれがある。また、スペーサの厚さが均一でないと介装剤１０３の厚さも不均一になってしまう。また、特許文献２の固定方法のように電極バンプを設けた場合、高さの極低い電極バンプを形成したり電極バンプ間の高さを均一にすることは難しく、介装剤１０３の厚さを極力薄くすることは困難である。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、介装剤の伝熱性を向上させ電子部品の放熱性にすぐれた電子装置及び基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は、介装剤を介して基板を金属板に貼り合わせた電子装置において、基板は、金属板側に介装剤の厚さを規定する厚さ規定部材を有する、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、介装剤の厚みを厚さ規定部材に規定できるので、介装剤の伝熱性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の一形態において、厚さ規定部材はメッキ工程にて形成された膜である、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、メッキ加工により厚さ規定部材を形成するので、厚さ規定部材を薄くかつ高精度に形成することができる。
【００１０】
また、本発明の一形態において、厚さ規定部材は、金属板側の面から反対側の面まで基板を貫通し反対側の面に露出した導通材と導通している、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、厚さ規定部材が基板を貫通した導通材と導通しているので、基板の反対側の面に露出した導通材と金属板との導通をチェックすることで、介装剤の厚さが厚さ規定部材の厚さとなるよう基板を金属板に固定できたか否かを検査することができる。
【発明の効果】
【００１２】
介装剤の伝熱性を向上させ電子部品の放熱性にすぐれた電子装置及び基板の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明実施するために最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の放熱構造を備えた電子装置１００の概略断面図を示す。電子装置１００は、放熱用の金属板１４と、電子部品１１が搭載された基板１２とが、介装剤１３を介して固定されている。介装剤１３の厚さｄは内層電極１５のパッド部１５ａのパッド厚ｄ‘により規定される。パッド部１５ａはメッキにより形成されているので、パッド厚ｄ’を最小で数ミクロン程度に制御してパッド部１５ａを形成することができる。
【００１４】
したがって、熱伝導率の小さい介装剤１３の厚さを、単に膜状に塗布した場合等と比較して１０分の１以下に薄くすることができるので、電子部品１１の発する熱を金属板１４から放熱しやすくすることができる。
【００１５】
また、内層電極１５の電子部品１１側（以下、電子部品１１側を表面と、反対側を裏面という。）に露出したパッド部１５ｂと、パッド部１５ａは内層スルーホール１５ｃにより導通しているので、金属板１４とパッド部１５ｂとの導通をチェックすることで、パッド部１５ａのパッド厚ｄ‘で基板１２を金属板１４に固定できたか否かを検査することができる。
【００１６】
図２は、電子装置１００の製造工程の一例を示す。始めに、基板１２に内層電極１５を形成する。図２（ａ）の基板１２は、プリント基板等に用いられる一般的な材料、例えば、ガラスエポキシ樹脂、セラミック（アルミナ）、紙フェノール、ガラスコンポジット、テフロン（登録商標）等で形成する。熱伝導率を考慮すれば例えばセラミック（１８Ｗ／ｍｋ）がガラスエポキシ（０．１Ｗ／ｍｋ）よりも好ましい。
【００１７】
内層電極１５は、基板１２の表面から裏面まで貫通した貫通孔に導通材を貫通させ、基板１２の少なくとも裏面にパッド厚ｄ‘が制御された金属を析出して形成する（図２（ｂ））。パッド部１５ａの形成にはメッキ工程を適用するが詳しくは後述する。
【００１８】
次に、基板１２の所定位置に電子部品１１を搭載する（図２（ｃ））。電子部品１１は、例えば、発熱の大きいパワーＭＯＳやＩＧＢＴ等のパワー半導体、マイクロプロセッサ、発光素子等であるが、どのような電子部品１１を搭載してもよい。電子部品１１は例えばはんだ、導電性ペースト又はアンダーフィルを硬化させて基板１２に搭載されている。
【００１９】
次に、パッド部１５ａと金属板１４とが当接する当接面に接着剤又はグリースが接触しないように、金属板１４の所定部位に接着剤又はグリース等を膜状に塗布し、基板１２を金属板１４の方向に加圧する。基板１２の加圧により、介装剤１３の厚さｄがパッド厚ｄ‘になるまで介装剤１３（接着剤又はグリース等）が流動する。したがって、介装剤１３の厚さｄはパッド部１５ａのパッド厚ｄ’に規定され、その薄さにより良好な伝熱性を実現する。介装剤１３は、例えば、熱、時間、光等の作用で硬化する接着剤、又は、放熱性に優れたシリコングリース等であり、介装剤１３が充分に薄い厚さｄまで流動することを考慮すると粘度の低い材料であることが好ましい。
【００２０】
金属板１４は、熱伝導率の高い例えば、アルミニウムや銅など金属材料が板状に形成されてなるものであり、電子部品１１が発生した熱を外部に放熱するヒートシンクとしての機能を有している。なお、金属板１４に冷却水等の流路を形成してもよいし、複数の金属板が積層されていてもよい。
【００２１】
内層電極１５の形成工程について図３に基づき説明する。まず、基板１２にスルーホール２１を形成する（図３（ａ））。スルーホール２１は例えば、レーザ又はドリルによって形成することができる。スルーホール２１の直径は例えば数１０〜数１００μｍ、又は、数１００μｍ〜数ｍ程度であるが直径の大きさは適宜設計できる。レーザとしては例えば、炭酸レーザ（ＣＯ２）、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザを用い、ドリルとしては例えば尖端にダイヤモンドチップを取り付けたドリルを用いる。
【００２２】
次に、形成されたスルーホール２１にスクリーン印刷等によって導電性ペースト２２を充填する。導電性ペースト２２を例えば加熱や光照射により硬化させ、その後、基板１２表面及び裏面の導電性ペースト２２の突出部分がなくなるように研磨し、基板１２表面を平坦化する（図３（ｂ））。
【００２３】
次に、基板１２に無電解メッキを施す。金属を含む溶剤（例えば水）に溶ける化合物と還元剤をメッキ液に溶かし、基板１２をそのメッキ液に浸潤させ基板１２の表面で金属を析出させる（図３（ｃ））。必要に応じて、基板１２に前処理（基板１２表面を清浄化した後で活性化して、金属が析出しやすくする処理）を施す。溶解させる金属は例えば銅やニッケルである。なお、無電解メッキの後、電解メッキにより厚みを増大させてもよい。
【００２４】
かかるメッキ工程で、パッド厚ｄ‘を制御する。無電解メッキにより形成されるメッキ厚は、メッキ液の温度、金属濃度、液の攪拌速度等が一定であれば、基板１２をメッキ液に浸潤させる時間により制御される。メッキ厚さは±１０％程度の精度で制御でき、例えば数〜１０μｍ程度のメッキ厚から形成できる。
【００２５】
本実施形態のパッド厚ｄ‘は、基板１２と金属板１４の加工精度に応じて設定する。すなわち、基板１２と金属板１４が直接接触してしまい、パッド部１５ａの当接面が金属板１４と離間することがないように設定する。パッド厚ｄ’は例えば、好ましくは約１０μｍ〜１００μｍ、より好ましくは約１０μｍ〜５０μｍ、さらに好ましくは１０μｍ〜３０μｍである。
【００２６】
なお、基板１２の表面のパッド部１５ｂは導通チェックに用いるだけなので、基板１２の表面に露出していれば厚み制御されなくてもよい。
【００２７】
次に、金属膜２３の表面に、フォトレジスト２４をパターニングする（図３（ｄ））。
金属膜２３にフォトレジスト２４を塗布し、遮光パターンを有するフォトマスクを介した露光を与え、現像及び硬膜処理を施す。フォトマスクのパターン形状は例えばスルーホール２１より少し大きい円がスルーホール２１と同位置に開口した形状である。なお、フォトレジスト２４は、例えば、カゼイン又はポリビニルアルコールと、重クロム酸アンモンとを混合した水溶性のものである。
【００２８】
次に、フォトレジスト２４をエッチングマスクとして使用しエッチングする（図３（ｅ））。金属膜２３を銅とした場合、エッチング液は塩化鉄又は塩化銅と水の混合液である。
【００２９】
そして、最後にスルーホール２１上のフォトレジスト２４を除去して金属膜２３を露出させる（図３（ｆ））。例えば、酸性の水溶液、アルカリ水溶液（水酸化ナトリウム・水酸化カリウム）に浸してフォトレジスト２４を除去する。
【００３０】
以上の処理で、基板１２に内層電極１５を形成できる。メッキ工程によりパッド部１５ａのパッド厚ｄ‘を制御できるので、別体のスペーサ等で介装剤１３の厚さｄを制御する場合よりも、介装剤１３の厚さｄを小さくできる。したがって、電子部品１１が発する熱を金属板１４から放熱させやすくできる。また、内層電極１５は金属板１４とパッド部１５ｂを導通させるので、金属板１４とパッド部１５ｂが導通しているか否かをチェックすることで、パッド厚ｄ‘で基板１２を金属板１４に固定できたか否かを検査することができる。
【００３１】
なお、図２（ｂ）の状態から、例えばスパッタリングや蒸着により金属を成膜させてもよい。この場合、成膜前にスルーホール２１以外の部分をマスクし、成膜後、マスクを除去することで、図５（ｆ）と同等の内層電極１５を形成することができる。
【００３２】
内層電極１５の形成工程の別の一例について図４に基づき説明する。図３と同一の工程は詳細を省略する。
【００３３】
まず、基板１２にスルーホール２１を形成する（図４（ａ））。次に、基板１２に無電解メッキを施す（図４（ｂ））。これにより基板１２を覆う金属膜２３が形成される。メッキ液はスルーホール２１に浸入するが、スルーホール２１内部はメッキ液との接触が少ないので、基板１２表面よりも薄い金属膜２３が形成される。断線を回避するためスルーホール２１の直径を大きめにしてもよい。より好ましくは金属膜２３がスルーホール２１を閉塞してもよい。
【００３４】
次に、金属膜２３の表面に、フォトレジスト２４をパターニングする（図４（ｃ））。フォトレジスト２４のパターン形状は例えばスルーホール２１より少し大きい同心円である。これにより、電子部品１１側からスルーホール２１、及び金属板１４  側までフォトレジスト２４により金属膜２３をマスクできる。フォトレジスト２４をパターニングする前にスルーホール２１を穴埋めしてもよい。
【００３５】
次に、フォトレジスト２４をエッチングマスクとして使用しエッチングし（図４（ｄ））、最後にフォトレジスト２４を除去して金属膜２３を露出させる（図４（ｅ））。すなわち、基板１２の表面と裏面を導通できればよいので、スルーホール２１が導通材で閉塞されていなくてもよい。
【００３６】
以上の処理で、基板１２に内層電極１５を形成できる。図４のような工程では、導電性ペースト２２の充填が不要なのでコスト増を抑制できる。
【００３７】
図５は、内層電極１５の配置例を示す図である。図５（ａ）は基板１２及び内層電極１５の平面図の一例である。図５（ａ）では、基板１２に４個の内層電極１５が形成され、それぞれ基板１２の中心線に対し線対称又は中心に対し点対称に配置されている。線対称又は点対称に内層電極１５を配置することで、金属板１４に加圧して基板１２を固定する際、基板１２が傾斜するおそれを低減できる。なお、４個以上の内層電極１５を無作為（ランダム）に配置してもよい。また、内層電極１５の数は５以上でもよく、その数は、基板１２の面積とパッド部１５ａの面積の比率、基板１２の剛性（たわみやすさ）等に応じて増減することが好適となる。
【００３８】
図５（ｂ）は基板１２及び内層電極１５の平面図の別の一例を示す。図５（ｂ）では内層電極１５が長方形に形成されている。長方形とすることで、金属板１４との接触面積を増大させることができるので、金属板１４に加圧して固定する際、基板１２と内層電極１５を安定して接触させることができる。長方形の内層電極１５を３以上形成してもよいし、互いに長手方向が並行になるように配置するのでなく、長手方向が所定角度（例えば９０度）を成すように配置してもよい。また、図５（ｂ）では内層電極１５の長手方向が基板１２の辺に平行になるよう内層電極１５を形成したが、基板１２の辺と内層電極１５の長手方向に角度を持たせてもよい。また、図５（ａ）と図５（ｂ）の内層電極１５を１つの基板１２に混在させてもよい。
【００３９】
本実施形態の基板構造は、メッキ工程でパッド厚ｄ‘を所定以下に薄くかつ高精度に制御してパッド部１５ａを形成することができるので、接着剤やグリースの介装剤１３を薄くして電子部品１１の放熱性を向上させることができる。また、介装剤１３を薄くしても、内層電極１５のパッド部１５ｂと金属板１４により導通チェックできるので、パッド厚ｄ’で固定されていることを容易に検査できる。
【００４０】
また、本実施形態では、基板１２を金属板１４に固定する工程を例にしたが、電子部品１１を基板１２に固定する場合に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】電子装置の概略断面図である。
【図２】電子装置の製造工程の一例を示す図である。
【図３】内層電極の形成工程の一例を示す図である。
【図４】内層電極の形成工程の一例を示す図である。
【図５】内層電極の配置例を示す図である。
【図６】従来の電子部品の放熱構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１    電子部品
１２    基板
１３    介装剤
１４    金属板
１５    内層電極
１５ａ、１５ｂ  パッド部
２１    スルーホール
２３    金属膜
１００  電子装置
【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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