JP2005327928A - 回路基板のベース板の製造方法及び回路基板のベース板並びにベース板を用いた回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】熱物性値を低下させることなくその表面の鋳造巣を低コストで容易に封孔処理することができるＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる回路基板のベース板の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】まず、ステップＳ１で、ＳｉＣ粉体が充填された金型にＡｌあるいはＳｉを含有するＡｌ合金の溶湯を注入して鋳造することにより、Ａｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を形成する。次に、ステップＳ２で、板部材の表面にショットブラストを施す。これにより板部材の表面のＡｌが溶け、この板部材表面の鋳造巣が除去されると共に、板部材の表面にＡｌ／Ｓｉ合金層が形成される。その後、ステップＳ３で、この板部材を加熱して温間圧延することにより、板部材の表面を平滑化する。このようにして、回路基板のベース板が製造される。
【選択図】図２

Description

この発明は、回路基板のベース板の製造方法に係り、特にその表面上に絶縁層を形成されて半導体装置等の回路基板として用いられるベース板の製造方法に関する。
また、この発明は、回路基板のベース板及びベース板を用いた回路基板にも関している。

回路基板のベース板の表面上に絶縁層を形成して回路基板をする方法として、ベース板の表面上にシート状の樹脂材をプレスにより加熱接合する、或いは、特許文献１に示されるようにベース板の表面上に液状の樹脂材を塗布した後に硬化させる方法などが知られている。このように形成される回路基板は、例えば、その絶縁層の表面に形成された配線層上にはんだを介して半導体素子を接合することにより半導体装置として用いられている。

特開平６−４４８２４号公報

また、半導体装置では、一般に、半導体素子で生じる熱を効率よく外部に放散するため、高い熱伝導率を有するＡｌ等からなるベース板が使用されているが、半導体素子に使用されているＳｉ等の半導体材料とベース板を形成するＡｌとでは、互いの熱膨張係数が大きく異なり、このため温度変化に対してベース板と半導体素子との間に熱応力が発生し、半導体素子に反りが発生したり、半導体素子を接合するはんだに亀裂を生じる虞がある。
そこで、近年、優れた熱伝導率を有しながらも熱膨張係数の小さなＡｌ／ＳｉＣ複合材からなるベース板を用いることにより半導体装置内の熱応力を緩和することが提案されている。

このようなＡｌ／ＳｉＣ複合材からなるベース板は鋳造により製造されるが、鋳造時にその表面や内部に鋳造巣を生じることが知られている。このため、上述したような加熱接合または塗布等の方法によりベース板の表面上に絶縁層を形成すると、絶縁層がベース板表面の鋳造巣の影響を受け、部分的に所定の厚さに満たない絶縁層が形成されて、所望の絶縁性を確保できない虞がある。
これに対し、表面研削や、樹脂含浸等によりベース板表面の鋳造巣を封孔処理した後に絶縁層を形成して所望の絶縁性を確保することもできるが、表面研削の場合には、研削費がコスト高になるだけでなく、設備上の理由からベース板を大判化できないという問題があった。また、樹脂含浸の場合には、金属よりも熱伝導率が低く、熱膨張率が大きな樹脂を用いて封孔するため、それに起因してベース板の熱伝導率が低く且つ熱膨張係数が大きくなり、ベース板全体の熱物性値が低下してしまうという問題があった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、熱物性値を低下させることなくその表面の鋳造巣を低コストで容易に封孔処理することができるＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる回路基板のベース板の製造方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、このような製造方法により得られる回路基板のベース板とこのベース板を用いた回路基板を提供することも目的としている。

また、この発明に係る回路基板のベース板の製造方法は、Ａｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を鋳造し、鋳造された板部材の表面にショットブラストを施し、ショットブラストが施された板部材を加熱して温間圧延する方法である。
鋳造により得られたＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材の表面にショットブラストが施されることにより板部材表面の鋳造巣が除去され、その後、板部材が加熱されて温間圧延されることにより板部材の表面が平滑化される。

ＳｉＣ粉体が充填された金型にＡｌあるいはＳｉを含有するＡｌ合金の溶湯を注入して鋳造することにより得られたＡｌ／ＳｉＣ複合材から板部材を形成することができる。その場合、圧延時に、板部材はこの板部材の鋳造時に金型に注入されるＡｌあるいはＳｉを含有するＡｌ合金の融点の０．４倍以上の温度に加熱されることが好ましい。
また、板部材は、Ｒｍａｘ１０μｍ以上の表面粗さを有するように圧延されることが好ましい。
さらに、圧延機の一回の圧下量が圧延前の板部材の板厚に対して１５％以下の値となるように設定して板部材の圧延を行うことが好ましい。

また、この発明に係る回路基板のベース板は、鋳造により形成されたＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材と、板部材の表面に形成されたＡｌ／Ｓｉ合金層とを備えるものである。
また、この発明に係る回路基板は、上記の方法により形成されたベース板と、このベース板の表面上に形成された絶縁層とを備えるものである。

この発明によれば、Ａｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を鋳造し、鋳造された板部材の表面にショットブラストを施すことにより板部材表面の鋳造巣を除去し、ショットブラストが施された板部材を加熱して温間圧延することにより板部材の表面を平滑化するようにしたため、従来のように表面研削や樹脂含浸等による処理に比べて、熱物性値を低下させることなくベース板表面の鋳造巣を低コストで容易に封孔処理することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の実施の形態に係る回路基板のベース板の断面図を示す。このベース板は、Ａｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材１から形成されており、この板部材１の表面にはＡｌ／Ｓｉ合金層２が形成されている。つまりベース板は板部材１とその表面に形成されたＡｌ／Ｓｉ合金層２を備えている。

次に、図２のフローチャートを参照して、この発明の実施の形態に係る回路基板のベース板の製造方法について説明する。まず、ステップＳ１で、ＳｉＣ粉体が充填された金型にＡｌあるいはＳｉを含有するＡｌ合金の溶湯を注入して鋳造することにより、Ａｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を形成する。
ここでは、例えば平均粒径７５０μｍのＳｉＣ粉体と平均粒径２６０μｍのＳｉＣ粉体とを体積充填率４５％で金型内に充填し、金型内でＳｉ含有率１１ｗｔ％のＡｌ合金（ＡＣ３Ａ）の溶湯を減圧鋳造することによりＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を形成した。なお、板部材は１５０×５００×３ｍｍに形成されており、表面粗さは鋳造巣のないところでＲｍａｘ８０μｍ程度であり、鋳造巣のあるところではＲｍａｘ５００μｍ以上であった。また、板厚ばらつきは３５０μｍ程度であった。

次に、ステップＳ２で、板部材の表面にショットブラストを施す。これにより板部材の表面がＡｌの溶融温度以上に上昇してその部分のＡｌが溶け、板部材表面の鋳造巣が除去されると共に、板部材の表面にＡｌ／Ｓｉ合金層が形成される。ショットブラストを施した後の板部材の表面粗さはＲｍａｘ１６０μｍ程度であった。なお、ショット材として、例えば平均粒径１．２ｍｍで平均硬度Ｈｖ６００のステンレス製のカットワイヤーを用いることができ、このようなショット材を例えば直径５ｍｍの噴射ノズルから、噴射圧力０．４ＭＰａ、噴射速度６０ｍ／ｓｅｃ、噴射距離８０ｍｍで板部材の表面に向かって噴射することができる。

その後、ステップＳ３で、この板部材を３００℃まで加熱して温間圧延することにより、板部材の表面を平滑化する。このとき、例えば圧延機のロール速度を４ｍ／ｍｉｎ、ロール予熱温度を約８０℃として温間圧延する。また、圧延機の一回の圧下量を０．１〜０．３ｍｍに設定して、圧延を繰り返し行う。このようにして、ベース板が製造される。温間圧延のため、板部材に割れ等を生じずに圧延することができる。また、圧延前に行ったショットブラストにより板部材の表面にはＡｌ／Ｓｉ合金層が形成されているため、圧延時の加工性が向上する。このとき、ベース板の表面粗さをＲｍａｘ４０μｍ以下に、板厚ばらつきを４０μｍ以下に抑えることができた。

このベース板は、その表面の鋳造巣が除去されると共に平滑化されることにより、平らな表面を有すると共に全体の厚さがほぼ均一に形成されているため、ベース板の表面上にその表面粗さや板厚のばらつきの影響を受けることなく所定の厚さを有する絶縁層を形成して回路基板として使用することができる。
また、ショットブラストにより板部材表面の鋳造巣を除去するため、従来の表面研削による処理に比べて、ベース板を大判化した状態で容易に封孔処理することができ、大量生産が可能となってコストを低減することができる。また、従来の樹脂含浸による処理に比べて、ベース板の熱物性値を低下させることもなく封孔処理することができる。
また、ベース板の表面にＳｉＣがあると、絶縁層との密着性向上のためのアルマイト処理等の粗面化処理ができないが、本発明ではベース板の表面にＡｌ／Ｓｉ合金層が形成されているのでアルマイト処理等の粗面化処理が可能となる。

なお、圧延時における板部材の割れを効率よく防止するためには板部材の歪み速度を小さくする必要があり、そのため圧延機の一回の圧下量を小さく、また、ロール速度を遅く設定した状態で圧延を行うことが好ましく、例えばロール速度は１〜４ｍ／ｍｉｎに、一回の圧下量は圧延前の板部材の板厚に対して１５％以下の値に設定することが好ましい。
また、製造されたベース板とこのベース板の表面上に形成される絶縁層との密着性の観点から、板部材はＲｍａｘ１０μｍ以上の表面粗さを有するように圧延されることが望ましく、このように製造されたベース板がＲｍａｘ１０μｍ以上の表面粗さを有していれば、ベース板の表面に絶縁層との密着性向上のためのアルマイト処理等の粗面化処理を施す必要がなくなる。
また、圧延加工性は、Ａｌの塑性変形能が支配的であるため、Ａｌの再結晶温度を考慮して、板部材の加熱温度は、この板部材の鋳造時に金型内に注入されるＡｌあるいはＳｉを含有するＡｌ合金の融点の０．４倍以上の値にすることが好ましい。ここでは、Ｓｉ含有率１１ｗｔ％のＡｌ合金（ＡＣ３Ａ）の融点の０．４倍以上の温度、すなわち、約２５０℃以上の温度に板部材を加熱することが好ましい。
さらに、板部材の加熱温度の上限は、圧延中に発生する加工熱による板部材の温度上昇を考慮して、Ｓｉ含有率１１ｗｔ％のＡｌ合金（ＡＣ３Ａ）では、５００℃程度とすることが好ましい。

なお、上述の実施の形態では、平均粒径７５０μｍのＳｉＣ粉体と平均粒径２６０μｍのＳｉＣ粉体とを体積充填率４５％で金型内に充填し、金型内でＳｉ含有率１１ｗｔ％のＡｌ合金（ＡＣ３Ａ）の溶湯を減圧鋳造することによりＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を形成したが、これに限定されるものではなく、金型内のＳｉＣ粉体の体積率、粒径、溶湯のＳｉ含有率すなわち溶湯の種類、及び溶湯温度を選択することにより小さい熱膨張係数と優れた熱伝導率とを有するＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を形成することが好ましい。
また、上記の減圧鋳造の他、ダイカスト法、酸素雰囲気ダイカスト法（ＰＦ法）、高圧鋳造法等の各種の方法を用いて鋳造を行うことができる。

上述のような方法により形成された回路基板のベース板は、ショットブラストが施されることによりその表面の鋳造巣が除去されていると共に、その表面に図１に示されるようなＡｌ／Ｓｉ合金層２を有している。
このようなＡｌ／Ｓｉ合金層２の表面上に、図３に示されるように、例えば１００μｍの厚さを有する絶縁層３を接合するなどして回路基板を形成し、さらにこの絶縁層３の表面に形成された図示しない配線層の上にはんだ４を介して半導体素子５を接合することにより、半導体装置として用いることができる。なお、絶縁層３は、半導体装置に要求される耐電圧値に応じた厚さに形成することができる。

この発明の実施の形態に係る回路基板のベース板を示す断面図である。 この発明の実施の形態に係る回路基板のベース板の製造方法の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態に係る回路基板を用いた半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 板部材、２ Ａｌ／Ｓｉ合金層、３ 絶縁層、４ はんだ、５ 半導体素子。

Claims (7)

1. Ａｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材を鋳造し、
   前記鋳造された板部材の表面にショットブラストを施し、
   前記ショットブラストが施された板部材を加熱して温間圧延する
   ことを特徴とする回路基板のベース板の製造方法。
2. 前記板部材は、ＳｉＣ粉体が充填された金型にＡｌあるいはＳｉを含有するＡｌ合金の溶湯を注入して鋳造することにより得られたＡｌ／ＳｉＣ複合材から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板のベース板の製造方法。
3. 前記圧延時に、前記板部材はこの板部材の鋳造時に金型に注入されるＡｌあるいはＳｉを含有するＡｌ合金の融点の０．４倍以上の温度に加熱されることを特徴とする請求項２に記載の回路基板のベース板の製造方法。
4. 前記板部材は、Ｒｍａｘ１０μｍ以上の表面粗さを有するように圧延されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路基板のベース板の製造方法。
5. 前記板部材の圧延は、圧延機の一回の圧下量が圧延前の板部材の板厚に対して１５％以下の値となるように設定して行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路基板のベース板の製造方法。
6. 鋳造により形成されたＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる板部材と、
   前記板部材の表面に形成されたＡｌ／Ｓｉ合金層と
   を備えることを特徴とする回路基板のベース板。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法により製造されたベース板と、
   前記ベース板の表面上に形成された絶縁層と
   を備えたことを特徴とする回路基板。

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