JP2001196738A

JP2001196738A - 金属ベース回路基板とその製造方法

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Publication number: JP2001196738A
Application number: JP2000002291A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Miyakoshi; 智寛宮腰
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: JP4172893B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アルカリ剥離型レジスト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。【解決手段】（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。

Description

【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。

【００１２】また、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、その好ましい実施態様として、回路に流
れる最大電流が回路幅１μｍ当たり１μＡ以上であるこ
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１５０
μｍ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、０．５〜３ｍ
ｍ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。１
０μｍ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（８μ
Ａ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１
０μｍ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４５
ｇ／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２５μ
ｍ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】本発明の金属ベース回路基板は、アルミ
のエッチングレジストに銅めっきを用いた結果、エッチ
ング中のエッチングレジスト剥がれや破損が防止される
ために銅のオーバーハングが発生する。オーバーハング
の下はサイドエッチングが抑制されるためにエッチング
ファクターを高めることが出来る。その為、高密度に回
路形成ができ、比較的小さな電流を流す回路を効率よく
搭載できる特徴があるので、信号回路を要する混成集積
回路用基板として好適である。

【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２５〜１００μ
ｍ、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E351 AA03 AA07 AA08 AA09 BB01 BB30 BB33 BB35 CC12 CC17 CC19 CC22 CC40 DD04 DD10 GG04 GG06 GG11 5E315 AA03 BB03 BB15 DD16 GG01 GG05 5E339 AB07 AD01 BC02 BC03 BD03 BD06 BE11 CC01 CC02 CD01 CD05 CF02 FF02 GG10

Claims

【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。
【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。
【請求項５】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。
【請求項６】回路に流れる最大電流が回路幅１μｍ当た
り１μＡ以上であることを特徴とする請求項５記載の金
属ベース回路基板。