JP2004095757A - Laminated metal plate wiring board and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線パターンが層間接続体で導電接続された低電力用配線領域と、高電力用配線領域と、少なくともその高電力用配線領域に積層された金属板とを備える金属板積層配線基板、及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
配線基板の表面に実装される電子部品は、実装の高密度化や部品の高性能化に伴ない発熱量が増加しているため、その発熱量を配線基板を通して放熱させる事が必要とされている。また、電源基板、インバーター基板等の大電流を導通させる配線基板では、電気導通効率と導通熱の放熱のために導体厚さを部分的に大きくする必要がある。そのために配線基板へ金属板を積層したり、パターン導体用の銅箔厚さを厚くしたり、メッキスルホールで発熱や大電流を表層から表層の下にある層や金属板に伝導する等の対策が行われていた(例えば特開2002−43510号公報参照)。
【0003】
より具体的には、ベースとなる銅、アルミニウム等の金属板上に絶縁樹脂、発熱部品実装用の厚い銅箔からなるパターン領域、それらの電子部品を制御する回路用の薄い銅箔からなるパターン領域を形成し、表層パターンに部品実装用ランドを形成して、電子部品を半田付け、ワイヤーボンディング等の方法で実装できるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような金属ベース配線基板では、厚い銅箔と薄い銅箔の厚さが異なるため、別々にエッチングでパターン形成してから、金属ベース上の絶縁樹脂上に積層・形成する必要があった。このため、一般に配線パターンによって両者の領域を直接電気的に接続する事ができず、 半田付け、ワイヤーボンディング等の方法で部品実装時に接続する必要があり、 加工の手間とそのコストが発生する。
【0005】
また、一般に金属板は絶縁樹脂層と一体で基板素材時より接着・接合されており、重量があるため、取り扱いや加工が困難であった。更に、銅箔を回路に加工する工程でメッキやエッチング加工の薬品から金属板を隔離、保護するためのマスキングを形成する工程が必要で、量産性が低く、コストが高くなっていた。また、回路パターンの加工は細密なパターンの場合には、良品歩留まりが低下するが、廃棄する不良品は金属板付きなので不良コストが高くなる。層間の電気接続と放熱を担うスルホールは、通常銅メッキで形成され、ドリルで形成した穴の内面に例えば0.02mm程度の厚さでメッキされ、スルホールの中心部は中空なので電気伝導性や熱伝導性は充分ではなかった。また、 繰り返しの発熱、 冷却でスルホール内の銅メッキが疲労、 切断する危険があった。
【0006】
一方、近年メッキスルホールやインナービアを金属柱に置き換えた多層配線基板の製造方法が各種提案され、層間の電気導通や接続信頼性の点では著しい改善が可能となっている(例えばWO00/52977号公報参照)。しかし、この技術を金属板積層配線基板に適用したものは、これまで知られておらず、上記のような金属板積層配線基板に特有の上記課題は未だ改善されていない。
【0007】
そこで、本発明の目的は、パターン厚みがより厚い高電力用配線領域を、低電力用配線領域の層間接続体を形成する際に同時に形成することで、生産性の向上、製造プロセスの短縮、及びコスト削減が図れる金属板積層配線基板を提供することにある。更に、金属板が予め積層されることによる取り扱い性、加工性、及び不良品コストの問題を解消することができる金属板積層配線基板の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の金属板積層配線基板は、配線パターンが層間接続体で導電接続された低電力用配線領域と、高電力用配線領域と、少なくともその高電力用配線領域に積層された金属板とを備える金属板積層配線基板において、前記高電力用配線領域は、低電力用配線領域の配線パターンと同じ厚みで形成された基準パターン部の表面に周囲の絶縁層と略同じ厚みの層間パターン部を形成した積層パターンを有すると共に、前記層間パターン部及び前記低電力用配線領域の層間接続体は、エッチングにより形成された第1金属層と、その第1金属層のエッチング時に耐性を示し前記基準パターン部側に設けられた第2金属層とを有することを特徴とする。ここで、高電力用配線領域とは、配線パターンの厚みが低電力用配線領域より厚いパターンを有する領域を指す。
【0009】
本発明の金属板積層配線基板によると、高電力用配線領域の層間パターン部と低電力用配線領域の層間接続体とが、エッチングにより形成された第1金属層とその第1金属層のエッチング時に耐性を示す第2金属層とを有するため、第1金属層と第2金属層とを順次選択的にエッチングすることで、パターン厚みがより厚い高電力用配線領域の積層パターンを、低電力用配線領域の層間接続体を形成する際に同時に形成することができる。このため、両者の領域を別々に作製して積層する工程が不要となり、生産性の向上、製造プロセスの短縮、及びコスト削減が図れるようになる。
【0010】
上記において、前記高電力用配線領域と前記低電力用配線領域とが、前記配線パターン又は前記積層パターンにより導電接続されていることが好ましい。この場合、従来は両者の領域が別々に作製されていたため別途導電接続する必要が有ったところ、配線基板のパターンで両者を導電接続しているため、追加で導電接続する場合にもその配線を少なくすることができる。
【0011】
また、前記層間パターン部の第1金属層が、前記金属板側に配置されて積層されていることが好ましい。この場合、エッチング回路パターンの実装面が通常配線基板のパターンと逆向きになるため、パターン実装面が広くなり実装性が上がる。
【0012】
一方、本発明の金属板積層配線基板の製造方法は、配線パターンが層間接続体で導電接続された低電力用配線領域と、前記配線パターンと同じ厚みで形成された基準パターン部の表面に周囲の絶縁層と略同じ厚みの層間パターン部を形成した積層パターンを有する高電力用配線領域とを備える配線基板に対し、少なくともその高電力用配線領域に金属板を積層一体化する工程を含むことを特徴とする。本発明の製造方法によると、配線基板を形成した後に金属板を積層一体化するため、金属板が予め積層されることによる取り扱い性、加工性、及び不良品コストの問題を解消することができる。具体的には、従来の金属板、絶縁層の複合材料の外形加工は材料の加工性に差があるため困難を伴ない、バリの発生、金属板の剥離等が発生するが、本発明では配線基板と金属板を別々に外形加工して接着することができ、前述の問題が発生しない。また、金属板を後で積層することにより、構造の自由度が高まり、例えば配線基板の発熱部のみに配線基板よりサイズの小さい金属板を接着し全体を軽量化する。また、反対に金属板のサイズを配線基板より大きくし、放熱性を向上させることもできる。更に、金属板に複数の配線基板を一括積層し、その後に個々の金属板積層配線基板に切断することも可能である。
【0013】
上記において、前記層間パターン部及び前記低電力用配線領域の層間接続体は、エッチングにより形成された第1金属層と、その第1金属層のエッチング時に耐性を示し前記基準パターン部側に設けられた第2金属層とを有することが好ましい。この場合、層間パターン部と層間接続体とが、エッチングにより形成された第1金属層とそのエッチング時に耐性を示す第2金属層とを有するため、第1金属層と第2金属層とを順次選択的にエッチングすることで、パターン厚みがより厚い高電力用配線領域の積層パターンを、低電力用配線領域の層間接続体を形成する際に同時に形成することができる。このため、両者の領域を別々に作製して積層する工程が不要となり、生産性の向上、製造プロセスの短縮、及びコスト削減が図れるようになる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、構造、製法の順で説明する。
【0015】
〔構造〕
図1は、本発明の金属板積層配線基板の一例を示す断面図である。本発明の金属板積層配線基板は、図1に示すように、配線パターン11が層間接続体12で導電接続された低電力用配線領域A1と、高電力用配線領域A2と、少なくともその高電力用配線領域A2に積層された金属板1とを備える。金属板1の積層によって放熱効果を高めることができる。本実施形態では、低電力用配線領域A1と高電力用配線領域A2とを形成した配線基板WBに対し、これと同じ大きさの金属板1を良伝熱性の絶縁層2を介して積層一体化してある例を示す。
【0016】
本発明では、高電力用配線領域A2は、低電力用配線領域A1の配線パターン11aと同じ厚みで形成された基準パターン部21aの表面に周囲の絶縁層3と略同じ厚みの層間パターン部22を形成した積層パターンSPを有する。
【0017】
層間パターン部22及び低電力用配線領域A1の層間接続体12は、エッチングにより形成された第1金属層M1と、その第1金属層M1のエッチング時に耐性を示し前記基準パターン部21a側に設けられた第2金属層M2とを有する。低電力用配線領域A1の層間接続体12は、一般的には円柱状又は四角柱状に形成される。
【0018】
積層パターンSPは、基準パターン部21aと層間パターン部22とで構成されていてもよいが、図1に示すように、層間パターン部22の上面に上層パターン部23を有していてもよい。
【0019】
上層パターン部23と上層の配線パターン11bとが形成された絶縁層3は、ソルダーレジスト5で被覆され、その開口部から露出する上層パターン部23と上層の配線パターン11bには、貴金属等による表面メッキ層6が形成される。
【0020】
図2は、本発明の金属板積層配線基板の他の例を示す断面図である。この実施形態では、積層数を増やすと共に、高電力用配線領域A2と低電力用配線領域A1とが、配線パターン7により導電接続されている。具体的には、低電力用配線領域Aの配線パターン11aと高電力用配線領域A2の基準パターン部21aとが、配線パターン7を介して一体的に形成されている。但し、配線パターン7の代わりに、積層パターンSPにより、高電力用配線領域A2と低電力用配線領域A1とを導電接続してもよい。
【0021】
また、高電力用配線領域A2の積層パターンSPは、基準パターン部21aの下層にも別の層間パターン部24を備えており、これが下層の絶縁層4を貫通している。この層間パターン部24が広い面積で良伝熱性の絶縁層2に接しているため、絶縁層2を介した金属板1からの放熱が良好に行える。これは低電力用配線領域A1の配線パターン11aの下層に設けた放熱パターン部14についても同様である。
【0022】
図3は、本発明の金属板積層配線基板の他の例を示す断面図である。この実施形態では、図2に示す形態より配線層の数を増やして、高電力用配線領域A2と低電力用配線領域A1とが、複数層の配線パターン7により導電接続されるようにしている。
【0023】
この例では、高電力用配線領域A2の積層パターンSPは、基準パターン部21a、層間パターン部22、上層の基準パターン部21b、層間パターン部22、及び上層パターン部23が積層された構造である。そして、基準パターン部21a及び上層の基準パターン部21bが、低電力用配線領域A1の配線パターン11a,11bと配線パターン7を介して一体的に形成されている。
【0024】
基準パターン部21aから連続する最下層の配線パターン7は、出来るだけ面積が広くなるように設計することで、絶縁層2を介した金属板1からの放熱がより良好に行えるようになる。
【0025】
図4は、本発明の金属板積層配線基板の他の例を示す断面図である。この実施形態では、図1〜図3に示す形態とは逆向きに配線基板WBが金属板1に積層されており、金属板1が配線基板WBより大面積である例を示す。つまり、層間パターン部22の第1金属層M1が、金属板1側に配置されて積層されている。
【0026】
この例でも、図4に示すように、配線パターン11が層間接続体12で導電接続された低電力用配線領域A1と、高電力用配線領域A2と、少なくともその高電力用配線領域A2に積層された金属板1とを備える。
【0027】
また、高電力用配線領域A2は、低電力用配線領域A1の配線パターン11aと同じ厚みで形成された基準パターン部21aの表面に周囲の絶縁層3と略同じ厚みの層間パターン部22を形成した積層パターンSPを有する。
【0028】
層間パターン部22及び低電力用配線領域A1の層間接続体12は、エッチングにより形成された第1金属層M1と、その第1金属層M1のエッチング時に耐性を示し前記基準パターン部21a側に設けられた第2金属層M2とを有する。積層パターンSPは、基準パターン部21a、層間パターン部22、下層の基準パターン部21c、及び下層の層間パターン部24とが積層されて構成されている。この実施形態においても、図2〜図3に示す構造のように、高電力用配線領域A2と低電力用配線領域A1とを、配線パターン7又は積層パターンSPにより導電接続してもよい。また、基準パターン部21aと配線パターン11aのソルダーレジスト5の開口部から露出する部分には、貴金属等による表面メッキ層6を形成してもよい。
【0029】
配線基板WBより大面積の金属板1は、配線基板WBが積層されていない部分に放熱フィンや放熱用の枠体等の取付け穴1aを有している。この例とは逆に、配線基板WBより小面積の金属板1を積層してもよい。なお、本発明における金属板1は、配線基板WBを積層するためのプレート部を有していればよく、放熱効率を高めるためのリブ、ポスト、バンプ等を有していてもよい。
【0030】
層間パターン部22の第1金属層M1が、金属板1側に配置されて積層されている構造では、エッチングしたパターンの実装面が通常配線基板のパターンと逆向きになるためパターン実装面が広くなり実装性が上がる。つまり、通常エッチングで銅箔を加工しパターンを形成する場合、銅箔表面から底面に向けて順次エッチングしていくため表面(トップ面) はエッチング過多となり面積が狭く、 反面底面(ボトム面) はエッチング不足により面積が大きくなる。断面形状は台形となり実作業ではエッチングラインの速度を調節する事でトップ、 ボトムの面積を許容範囲内に収める事をしている。上記構造では、ボトム面を部品実装パターンとして利用できる。そのためエッチング過多によるパターンの痩せがなく、 エッチングの条件緩和により生産性の向上と実装面積が広いことにより実装性の向上が見込まれる。
【0031】
以上のような、本発明の金属板積層配線基板は、例えば高電力用配線領域A2には、電子制御用回路を構成する半導体素子であるパワー素子等が実装され、また、低電力用配線領域A1には、制御回路を構成する各種の電子部品が実装される。
【0032】
(製法)
図5〜図9は、本発明の金属板積層配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。この例は、図4に示す金属板積層配線基板を製造する場合に対応している(但し、配線基板WBと金属板1の面積は同じ)。
【0033】
まず、図5(1)に示すように、配線基板WBのサイズと形状に合わせた回路用金属板31を用意する。この回路用金属板31は、後のハーフエッチングにより基準パターン部21aと配線パターン11aになる部材である。従って、回路用金属板31の材質としては、銅、銀、ニッケル、錫、銅合金等が使用できるが、銅、又は銅合金が好ましい。回路用金属板31の厚みは、配線パターン11aより厚ければよく、例えば10〜300μmのものが使用できる。
【0034】
次に、図5(2)に示すように、回路用金属板31の両面に、第1金属層のエッチング時に耐性を示す第2金属層となる層32を形成する。層32の形成方法は、無電解メッキや、無電解メッキと電解メッキの組合せ、その他、スパッタ、蒸着と電解メッキの組合せなど何れでもよいが、電解メッキが好ましい。層32の厚みは、0.5〜10μmが好ましい。
【0035】
層32を構成する金属(即ち第2金属層M2を構成する金属)としては、銅のエッチング時に耐性を示す金属として、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。
【0036】
上記の電解メッキは、周知の方法で行うことができるが、一般的には、対象となる回路用金属板31をメッキ浴内に浸漬しながら、それを陰極とし、メッキする金属の金属イオン補給源を陽極として、電気分解反応により陰極側に金属を析出させることにより行われる。
【0037】
次に、図5(3)に示すように、両面に形成された層32に対して、後に層間パターン部22及び層間接続体12の第1金属層M1となる層33を形成する。層33の形成は、電解メッキにより行うのが好ましい。層33を構成する金属(即ち第1金属層M1を構成する金属)としては、銅、銀、ニッケル、錫、銅合金等が使用できるが、銅、又は銅合金が好ましい。層33の厚みは、例えば20〜200μmであり、この厚みが得られる層間パターン部22等の高さに相当する。
【0038】
つまり、本発明では、層間パターン部22及び低電力用配線領域A1の層間接続体12は、エッチングにより形成された第1金属層M1と、その第1金属層M1のエッチング時に耐性を示し基準パターン部21a側に設けられた第2金属層M2とを有することが好ましい。
【0039】
次に、図5(4)に示すように、層33を選択的にエッチングした後、層32を選択的にエッチングして、層間パターン部22及び層間接続体12を形成する。その際、裏側の層33と層32とはエッチングにより除去される。
【0040】
最初の選択的にエッチングの際には、層間パターン部22及び層間接続体12を形成する位置と形状に合わせて、層33の表面にエッチングマスクを形成しておく。マスクの形成方法としては、各種の印刷法により成形する方法、フォトレジスト用のドライフィルムや感光性樹脂を露光・現像して成形する方法、転写により形成する方法、金属系レジストを用いた方法など何れでもよい。
【0041】
層33のエッチングには、例えば、層33が銅であり、層32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。
【0042】
層32のエッチングには、例えば、層33が銅であり、層32が前述の金属(金属系レジストを含む)の場合、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。
【0043】
マスクの除去は、薬剤除去、剥離除去など、マスク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。また、ドライフィルムレジストの場合、メチレンクロライドや水酸化ナトリウム等が用いられる。
【0044】
次に、図6(5)に示すように、層間パターン部22及び層間接続体12が表面に露出した絶縁層3を形成する。絶縁層3の形成は、まず、表面に絶縁層を形成するための絶縁材の塗布又は積層を行う。絶縁材としては、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等を液状又はシート状で用いることができ、これを各種方法で、層間パターン部22等の高さよりやや厚くなるように塗布又は積層した後、加熱又は光照射等により硬化させればよい。塗布又は積層の方法としては、ホットプレス及び各種コーターが用いられる。
【0045】
次に、硬化した絶縁材を研削・研磨等することにより、層間パターン部22等の上面を露出させる。研削の方法としては、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が挙げられ、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。
【0046】
次に、図6(6)に示すように、後の工程で下層の基準パターン部21c及び配線パターン11bとなる層34を形成する。層34を構成する金属としては、銅、銀、ニッケル、錫、銅合金等が使用できるが、銅、又は銅合金が好ましい。層34の形成方法としては、無電解メッキや、無電解メッキと電解メッキの組合せ、その他、スパッタ、蒸着と電解メッキの組合せなど何れでもよいが、電解メッキを含むことが好ましい。
【0047】
無電解メッキには、通常、銅、ニッケル、錫等のメッキ液が使用されるが、これらの金属は、層間パターン部22等を構成する金属と同一でも異なっていてもよい。無電解メッキのメッキ液は、各種金属に対応して周知であり、各種のものが市販されている。一般的には、液組成として、金属イオン源、アルカリ源、還元剤、キレート剤、安定剤などを含有する。なお、無電解メッキに先立って、パラジウム等のメッキ触媒を沈着させてもよい。
【0048】
次に、図6(7)に示すように、層34をエッチングして基準パターン部21c及び配線パターン11bを形成する。その際、裏側の層34はエッチングで除去される。エッチングは、通常の配線パターン形成と同様に、基準パターン部21cの形状に応じたマスクが使用される。
【0049】
次に、図7(8)に示すように、層35と層36とが順次形成される。層35は、層36のエッチング時に、基準パターン部21c及び配線パターン11bを保護するための層であり、前述の層32と同様にして形成される。従って、層35は、第2金属層M2に相当する。また、層36は、後の工程で下層の層間パターン部24となる層であり、前述の層33と同様にして形成される。従って、層36は、第1金属層M1に相当する。
【0050】
層35を形成する際、予め銅などを無電解メッキして下地導電層を形成した後、これに層35を電解メッキして形成するのが好ましい。その場合、層35のエッチング後に残存する下地導電層は、ソフトエッチングで除去することができる。ソフトエッチングの方法としては、下地導電層を構成する金属に対するエッチング液を、低濃度で使用したり、また緩やかなエッチングの処理条件で使用したりする方法等が挙げられる。
【0051】
次に、図7(9)に示すように、層36を選択的にエッチングした後、層35を選択的にエッチングして、下層の層間パターン部24を形成する。その際、裏側の層36と層35はエッチングにより除去される。
【0052】
次に、図7(10)に示すように、層間パターン部24が表面に露出した絶縁層4を形成する。この絶縁層4は絶縁層3と同様にして形成される。これによって、積層するための配線基板WBが作製される。
【0053】
次に、図8(11)に示すように、この配線基板WBの絶縁層4と金属板1とを、良伝熱性の絶縁層2を介して積層一体化させる。つまり、本発明の金属板積層配線基板の製造方法は、配線パターン11が層間接続体12で導電接続された低電力用配線領域A1と、配線パターン11と同じ厚みで形成された基準パターン部21cの表面に周囲の絶縁層4と略同じ厚みの層間パターン部24を形成した積層パターンSPを有する高電力用配線領域A2とを備える配線基板WBに対し、少なくともその高電力用配線領域A2に金属板1を積層一体化する工程を含む。本発明の製造方法において積層に供される配線基板WBは、配線パターン11と基準パターン部21cがパターン形成前のプレート(回路用金属板31)であってもよい。
【0054】
良伝熱性の絶縁層2は、図示したように金属板1と予め一体化していてもよいが、良伝熱性の絶縁層2を配線基板WB側に形成したり、又は金属板1、絶縁層2、及び配線基板WBを別々に積層してもよい。金属板1の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ステンレスなどが好ましい。
【0055】
良伝熱性の絶縁層2は加熱加圧により、配線基板WBの絶縁層4又は金属板1に接着可能な材料が使用でき、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の各種熱硬化性樹脂を樹脂成分すとる材料が挙げられる。良伝熱性とするには、セラミックスの粒子を分散させたり、あるいは、絶縁層2の厚みを出来るだけ薄くするのが好ましい。この点及び確実な絶縁性を得る点から、絶縁層2の厚みは、30〜250μmが好ましい。
【0056】
次に、図9(12)に示すように、エッチング後に基準パターン部21aと配線パターン11aの厚みとなるように、層31の全体をハーフエッチングして、層31aを形成する。ハーフエッチングは、層31の金属に応じたエッチング液を用いて行われ、濃度の調節やエッチング時間の調節により、厚みを調整することができる。
【0057】
次に、図9(13)に示すように、層31aをエッチングして、基準パターン部21aと配線パターン11aを形成する。エッチングは、層34と同様にして行うことができる。更に、開口部から基準パターン部21aと配線パターン11a露出するように、印刷等によりソルダーレジスト5で絶縁層3が被覆される。開口部には必要に応じて、貴金属等による表面メッキ層が形成される。
【0058】
〔他の実施形態〕
(1)本発明では、以上のような製造方法に代えて、次のような製造方法を実施することも可能である。この実施形態は、図10に示すように、最初に形成する層間パターン部22及び層間接続体12を、ハーフエッチングにより形成する例である。
【0059】
まず、図10(1)に示すように、配線基板WBのサイズと形状に合わせたハーフエッチング用金属板41を用意する。この金属板41は、次のハーフエッチングにより層間パターン部22及び層間接続体12を形成するための部材である。従って、金属板41の材質としては、銅、銀、ニッケル、錫、銅合金等が使用できるが、銅、又は銅合金が好ましい。
【0060】
次に、図10(2)に示すように、金属板41をハーフエッチングして、プレート部41aの上面に層間パターン部22及び層間接続体12を形成する。ハーフエッチングの際には、層間パターン部22及び層間接続体12を形成する位置と形状に合わせて、金属板41の片面にエッチングマスクを形成しておく。また、裏面の全面にエッチングマスクを形成してもよい。ハーフエッチングには、例えば、金属板41が銅の場合、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。
【0061】
次に、図10(3)に示すように、層間パターン部22及び層間接続体12が表面に露出した絶縁層3を形成する。絶縁層3の形成方法は前述したとおりである。更に、図10(4)に示すように、後の工程で下層の基準パターン部21c及び配線パターン11bとなる層42を形成する。層42は層34と同様にして形成することができる。以下の工程は、図5〜図8に示す製造方法と同様である。
【0062】
(2)前述の実施形態では、配線パターンをエッチングで形成する例を示したが、パターンメッキにより配線パターンを形成してもよい。その場合、ドライフィルムレジストなどがメッキレジストとして使用できる。
【0063】
(3)前述の実施形態では、層32〜層36を形成する際に、メッキ等により裏面にも各層を形成し、後にエッチングで裏側の各層を除去する例を示したが、メッキ等の際に裏面にマスク層を形成して、各層が裏面に形成されないようにしてもよい。
【0064】
(4)前述の実施形態では、本発明の製造方法として、先に作製した配線基板に金属板を積層一体化する例を示したが、本発明の金属板積層配線基板は、この製法に限定されることなく、金属板に配線基板をビルドアップで形成する方法で製造したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属板積層配線基板の一例を示す断面図
【図2】本発明の金属板積層配線基板の他の例を示す断面図
【図3】本発明の金属板積層配線基板の他の例を示す断面図
【図4】本発明の金属板積層配線基板の他の例を示す断面図
【図5】本発明の金属板積層配線基板の製造方法の一例を示す工程図(1)〜(4)
【図6】本発明の金属板積層配線基板の製造方法の一例を示す工程図(5)〜(7)
【図7】本発明の金属板積層配線基板の製造方法の一例を示す工程図(8)〜(10)
【図8】本発明の金属板積層配線基板の製造方法の一例を示す工程図(11)
【図9】本発明の金属板積層配線基板の製造方法の一例を示す工程図(12)〜(13)
【図10】本発明の金属板積層配線基板の製造方法の他の例を示す工程図(1)〜(4)
【符号の説明】
1 金属板
3 絶縁層
11 配線パターン
12 層間接続体
21a 基準パターン部
22 層間パターン部
A1 低電力用配線領域
A2 高電力用配線領域
M1 第1金属層
M2 第2金属層
SP 積層パターン
WB 配線基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a metal plate laminated wiring board including a low power wiring region in which a wiring pattern is conductively connected by an interlayer connector, a high power wiring region, and a metal plate laminated at least on the high power wiring region. And a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
The heat generated by electronic components mounted on the surface of the wiring board has been increasing due to higher density of mounting and higher performance of the components, and it is necessary to dissipate the heat generated through the wiring board. I have. In a wiring board such as a power supply board or an inverter board that conducts a large current, it is necessary to partially increase the conductor thickness for electric conduction efficiency and heat dissipation of conduction heat. For this purpose, countermeasures such as laminating a metal plate on a wiring board, increasing the thickness of copper foil for pattern conductors, and conducting heat and large current from the surface layer to the layer below the surface layer and the metal plate by plating through holes (For example, refer to JP-A-2002-43510).
[0003]
More specifically, a base copper, an insulating resin on a metal plate such as aluminum, a pattern region made of a thick copper foil for mounting a heat-generating component, and a pattern made of a thin copper foil for a circuit for controlling those electronic components A region is formed, a component mounting land is formed on the surface layer pattern, and the electronic component can be mounted by a method such as soldering or wire bonding.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a metal-based wiring board, since the thickness of the thick copper foil and the thickness of the thin copper foil are different, it is necessary to separately form a pattern by etching, and then laminate and form the insulating resin on the metal base. Was. For this reason, in general, the two regions cannot be directly electrically connected by the wiring pattern, and must be connected at the time of component mounting by a method such as soldering or wire bonding, which requires processing time and costs.
[0005]
Further, in general, the metal plate is bonded and joined to the insulating resin layer integrally with the insulating resin layer from the time of the substrate material, and is heavy, so that handling and processing are difficult. Further, in the process of processing the copper foil into a circuit, a process of forming a mask for isolating and protecting the metal plate from chemicals for plating and etching is required, which has led to low mass productivity and high cost. In the case of processing a circuit pattern with a fine pattern, the yield of non-defective products is reduced, but defective costs to be discarded are increased because a defective product is provided with a metal plate. The through hole for electric connection and heat radiation between the layers is usually formed by copper plating, and the inner surface of the hole formed by drilling is plated with a thickness of, for example, about 0.02 mm. The conductivity was not sufficient. In addition, there was a danger that the copper plating in the through hole was fatigued and cut due to repeated heat generation and cooling.
[0006]
On the other hand, in recent years, various methods for manufacturing a multilayer wiring board in which plated through holes and inner vias are replaced with metal pillars have been proposed, and significant improvements can be made in terms of electrical conduction between layers and connection reliability (for example, WO 00/52977). Gazette). However, the application of this technique to a metal plate laminated wiring board has not been known so far, and the above-described problem peculiar to the metal plate laminated wiring board has not been improved yet.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to improve productivity and shorten the manufacturing process by simultaneously forming a high-power wiring region having a larger pattern thickness when forming an interlayer connector of a low-power wiring region. Another object of the present invention is to provide a metal-plate laminated wiring board capable of reducing costs. It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal-plate laminated wiring board that can solve the problems of handleability, workability, and defective product cost due to pre-lamination of metal plates.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The above object can be achieved by the present invention as described below.
That is, the metal plate laminated wiring board of the present invention includes a low-power wiring region in which a wiring pattern is conductively connected by an interlayer connector, a high-power wiring region, and a metal plate laminated on at least the high-power wiring region. Wherein the high-power wiring area is formed on the surface of the reference pattern portion formed with the same thickness as the wiring pattern of the low-power wiring area, and the interlayer pattern having substantially the same thickness as the surrounding insulating layer. And the interlayer connector of the low-power wiring region has a first metal layer formed by etching, and exhibits resistance during etching of the first metal layer. A second metal layer provided on the reference pattern portion side. Here, the high-power wiring region refers to a region having a pattern in which the thickness of the wiring pattern is thicker than that of the low-power wiring region.
[0009]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the metal plate laminated wiring board of this invention, the 1st metal layer formed by etching and the 1st metal layer and the etching of the 1st metal layer of the interlayer pattern part of a high-power wiring area and the interlayer connector of a low-power wiring area are formed. Since the first metal layer and the second metal layer are sometimes selectively etched, the stacked pattern of the high-power wiring region having a larger pattern thickness can be formed with a low power consumption. Can be formed at the same time as the formation of the interlayer connector in the wiring area for use. For this reason, the step of separately fabricating and laminating the two regions is not required, so that the productivity can be improved, the manufacturing process can be shortened, and the cost can be reduced.
[0010]
In the above, it is preferable that the high power wiring region and the low power wiring region are conductively connected by the wiring pattern or the laminated pattern. In this case, since the two regions were conventionally separately formed, it was necessary to make a separate conductive connection.However, since the two were conductively connected by the pattern of the wiring board, even when the conductive connection was additionally performed, the wiring was not performed. Can be reduced.
[0011]
Further, it is preferable that the first metal layer of the interlayer pattern portion is arranged and laminated on the metal plate side. In this case, since the mounting surface of the etching circuit pattern is opposite to the pattern of the normal wiring board, the pattern mounting surface is widened and the mountability is improved.
[0012]
On the other hand, the method for manufacturing a metal plate laminated wiring board according to the present invention includes a low-power wiring region in which a wiring pattern is conductively connected by an interlayer connector and a reference pattern portion formed at the same thickness as the wiring pattern. And a high-power wiring region having a laminated pattern in which an interlayer pattern portion having substantially the same thickness as the insulating layer is provided, and a metal plate is laminated and integrated at least in the high-power wiring region. It is characterized by. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method of this invention, since a metal plate is laminated and integrated after forming a wiring board, the problem of handleability, workability, and defective cost due to the metal plates being laminated in advance can be solved. . Specifically, the conventional metal plate, the outer shape processing of the composite material of the insulating layer is accompanied by difficulties due to the difference in the workability of the material, the occurrence of burrs, peeling of the metal plate, etc. occur, but in the present invention, The outer shape of the wiring board and the metal plate can be separately processed and bonded, and the above-described problem does not occur. Further, by laminating the metal plates later, the degree of freedom of the structure is increased. For example, a metal plate smaller in size than the wiring substrate is bonded only to the heat generating portion of the wiring substrate to reduce the overall weight. Conversely, the size of the metal plate can be made larger than that of the wiring board to improve heat dissipation. Further, a plurality of wiring boards can be collectively laminated on a metal plate, and then cut into individual metal plate laminated wiring boards.
[0013]
In the above, the interlayer pattern portion and the interlayer connector of the low-power wiring region are provided on the first metal layer formed by etching, and exhibit resistance during etching of the first metal layer, and are provided on the reference pattern portion side. And a second metal layer. In this case, since the interlayer pattern portion and the interlayer connector have the first metal layer formed by etching and the second metal layer having resistance during the etching, the first metal layer and the second metal layer are sequentially formed. By selectively etching, a laminated pattern of the high-power wiring region having a larger pattern thickness can be formed at the same time when the interlayer connector of the low-power wiring region is formed. For this reason, the step of separately fabricating and laminating the two regions is not required, so that the productivity can be improved, the manufacturing process can be shortened, and the cost can be reduced.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in order of structure and manufacturing method with reference to the drawings.
[0015]
〔Construction〕
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the metal plate laminated wiring board of the present invention. As shown in FIG. 1, the metal plate laminated wiring board of the present invention includes a low power wiring area A1 in which the
[0016]
In the present invention, the high-power wiring region A2 is formed on the surface of the
[0017]
The
[0018]
The stacked pattern SP may be composed of the
[0019]
The insulating
[0020]
FIG. 2 is a sectional view showing another example of the metal plate laminated wiring board of the present invention. In this embodiment, the number of layers is increased, and the high-power wiring area A2 and the low-power wiring area A1 are conductively connected by the
[0021]
Further, the laminated pattern SP of the high-power wiring area A2 includes another
[0022]
FIG. 3 is a sectional view showing another example of the metal plate laminated wiring board of the present invention. In this embodiment, the number of wiring layers is increased as compared with the embodiment shown in FIG. 2 so that the high-power wiring area A2 and the low-power wiring area A1 are conductively connected by a plurality of
[0023]
In this example, the laminated pattern SP of the high-power wiring region A2 has a structure in which a
[0024]
By designing the
[0025]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the metal plate laminated wiring board of the present invention. In this embodiment, an example is shown in which a wiring board WB is stacked on a
[0026]
Also in this example, as shown in FIG. 4, the
[0027]
In the high-power wiring area A2, an
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
In the structure in which the first metal layer M1 of the
[0031]
As described above, in the metal plate laminated wiring board of the present invention, for example, a power element, which is a semiconductor element constituting an electronic control circuit, is mounted in the high-power wiring area A2. Various electronic components constituting the control circuit are mounted on A1.
[0032]
(Production method)
5 to 9 are process diagrams showing an example of the method for manufacturing a metal plate laminated wiring board of the present invention. This example corresponds to the case of manufacturing the metal plate laminated wiring board shown in FIG. 4 (however, the area of the wiring board WB and the
[0033]
First, as shown in FIG. 5A, a
[0034]
Next, as shown in FIG. 5 (2), a
[0035]
As a metal constituting the layer 32 (that is, a metal constituting the second metal layer M2), gold, silver, zinc, palladium, ruthenium, nickel, rhodium, lead-tin-based solder is used as a metal having resistance during etching of copper. An alloy or a nickel-gold alloy is used.
[0036]
The above-mentioned electrolytic plating can be performed by a well-known method. Generally, while immersing the target
[0037]
Next, as shown in FIG. 5C, a
[0038]
In other words, in the present invention, the
[0039]
Next, as shown in FIG. 5D, after selectively etching the
[0040]
At the time of the first selective etching, an etching mask is formed on the surface of the
[0041]
For example, when the
[0042]
In the etching of the
[0043]
The removal of the mask may be appropriately selected depending on the type of the mask, such as removal of a chemical agent and removal of a mask. For example, in the case of a photosensitive ink formed by screen printing, it is removed with a chemical such as alkali. In the case of a dry film resist, methylene chloride, sodium hydroxide, or the like is used.
[0044]
Next, as shown in FIG. 6 (5), the insulating
[0045]
Next, the cured insulating material is ground and polished to expose the upper surfaces of the
[0046]
Next, as shown in FIG. 6 (6), a
[0047]
For the electroless plating, a plating solution such as copper, nickel, tin or the like is usually used. These metals may be the same as or different from the metals constituting the
[0048]
Next, as shown in FIG. 6 (7), the
[0049]
Next, as shown in FIG. 7 (8), a
[0050]
When forming the
[0051]
Next, as shown in FIG. 7 (9), after selectively etching the
[0052]
Next, as shown in FIG. 7 (10), the insulating
[0053]
Next, as shown in FIG. 8 (11), the insulating
[0054]
Although the insulating
[0055]
As the insulating
[0056]
Next, as shown in FIG. 9 (12), the
[0057]
Next, as shown in FIG. 9 (13), the
[0058]
[Other embodiments]
(1) In the present invention, the following manufacturing method can be performed instead of the above manufacturing method. In this embodiment, as shown in FIG. 10, an
[0059]
First, as shown in FIG. 10A, a half-etching
[0060]
Next, as shown in FIG. 10B, the
[0061]
Next, as shown in FIG. 10C, the insulating
[0062]
(2) In the above-described embodiment, the example in which the wiring pattern is formed by etching has been described, but the wiring pattern may be formed by pattern plating. In that case, a dry film resist or the like can be used as the plating resist.
[0063]
(3) In the above-described embodiment, when forming the
[0064]
(4) In the above-described embodiment, as an example of the manufacturing method of the present invention, an example in which a metal plate is laminated and integrated on the previously manufactured wiring board has been described. Instead, it may be manufactured by a method of forming a wiring board on a metal plate by build-up.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a metal-plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing another example of the metal plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing another example of the metal plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing another example of the metal plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 5 is a process chart (1) to (4) showing an example of a method for manufacturing a metal plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 6 is a process chart (5) to (7) showing an example of a method for manufacturing a metal plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 7 is a process drawing (8) to (10) showing an example of the method for manufacturing a metal plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 8 is a process diagram (11) showing an example of the method for manufacturing a metal-plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 9 is a process chart (12) to (13) showing an example of a method for manufacturing a metal plate laminated wiring board of the present invention.
FIG. 10 is a process chart (1) to (4) showing another example of the method for manufacturing a metal plate laminated wiring board of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 metal plate
3 insulating layer
11 Wiring pattern
12 interlayer connection
21a Reference pattern part
22 Interlayer pattern part
A1 Low power wiring area
A2 High power wiring area
M1 first metal layer
M2 second metal layer
SP laminated pattern
WB wiring board
Claims (5)
前記高電力用配線領域は、低電力用配線領域の配線パターンと同じ厚みで形成された基準パターン部の表面に周囲の絶縁層と略同じ厚みの層間パターン部を形成した積層パターンを有すると共に、前記層間パターン部及び前記低電力用配線領域の層間接続体は、エッチングにより形成された第1金属層と、その第1金属層のエッチング時に耐性を示し前記基準パターン部側に設けられた第2金属層とを有することを特徴とする金属板積層配線基板。In a metal plate laminated wiring board including a wiring pattern, a low power wiring region conductively connected by an interlayer connector, a high power wiring region, and a metal plate laminated at least in the high power wiring region,
The high-power wiring region has a laminated pattern in which an interlayer pattern portion having substantially the same thickness as a surrounding insulating layer is formed on the surface of a reference pattern portion formed with the same thickness as the wiring pattern of the low-power wiring region, The inter-layer pattern portion and the inter-layer connection body in the low-power wiring region include a first metal layer formed by etching, and a second metal layer provided on the side of the reference pattern portion which exhibits resistance during etching of the first metal layer. A metal-plate laminated wiring board, comprising: a metal layer.
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