JP2013207273A - 配線基板、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、且つ容易にアルミニウム箔に接合部材を接合させることができる配線基板、半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シート状の基材１と、この基材１の一面上に配線パターンを形成するアルミニウム箔３と、このアルミニウム箔３に、太陽電池セルの接続電極を接合するための溶解可能な導電接続材７が接合される配線基板１０であって、アルミニウム箔３の導電接続材７が接触している接触面１３に、はんだごて３０を用いて擦ることによって擦り跡４０を形成した。
【選択図】図３

Description

この発明は、配線基板、半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関するものである。

従来から、例えば、基板上に形成される電気回路の配線パターンに、銅、金、銀等の金属が用いられることが知られている。そして近年、これらの金属に代えて、より安価なアルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、単に、アルミニウム）の薄膜を代替することが検討されている。
アルミニウム箔は、空気中に放置されると表面が酸化膜で覆われる。この酸化膜が存在すると、配線パターンと電子部品とを接続するための接合部材としてのはんだを配線パターンに接合させる、所謂はんだ付けを行うことが困難になる。このため、アルミニウムにはんだ付けするための種々の技術が検討されている。

例えば、アルミニウム箔の表面改質を行いはんだ付けを行い易くすることが考えられる。しかしながら、この場合、アルミニウム箔の表面改質にコストがかかってしまう。
また、超音波を用いたはんだ付けも考えられる。しかしながら、この場合、はんだ付けの面積が大きいとはんだ付け作業が困難になる。
そこで、アルミニウム箔の表面に形成された酸化膜を除去するはんだ付け用フラックスの成分をフッ素化金属塩類３．０〜５．０質量％、有機酸の金属塩類１０．０〜３０．０質量％、アミノアルコールのフッ化水素酸塩類残部を混合する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−５９２９３号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、フッ素化金属等を使用するので、排気処理を検討する必要があり、アルミニウム箔の酸化膜を除去してはんだ付けを行う作業が煩わしいものになるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、低コストで、且つ容易にアルミニウム箔に接合部材を接合させることができる配線基板、半導体装置、太陽電池モジュール、及び半導体装置の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る配線基板は、シート状の基材と、この基材の一面上に配線パターンを形成するアルミニウム箔と、このアルミニウム箔に、電子部品を接合するための溶解可能な接合部材が接合される配線基板であって、前記アルミニウム箔の前記接合部材が接触している接触面に、酸化膜除去部材を用いて擦ることによって擦り跡を形成したことを特徴とする。

本発明に係る配線基板は、前記酸化膜除去部材は、金属製の針体、及び金属製の棒体の少なくとも何れか一方を有し、これら針体、又は棒体を前記接触面に擦りつけることにより、前記擦り跡を形成することを特徴とする。

本発明に係る半導体装置は、配線基板の前記アルミニウム箔に、前記接合部材を介して前記電子部品の電極が接続されていることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置は、前記電子部品は、太陽電池セルであることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、シート状の基材と、この基材の一面上に配線パターンを形成するアルミニウム箔と、このアルミニウム箔に、溶解可能な電極接合部材を接合する半導体装置の製造方法であって、前記アルミニウム箔上に、前記電極接合部材を配置する接合部材配置工程と、前記接合部材配置工程後に、電極接合部材を溶解する溶解工程と、前記溶解工程後に、前記アルミニウム箔の前記電極接合部材が接触している接触面を、酸化膜除去部材で擦り付ける擦り付け工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウム箔の接合部材が接触している接触面に、酸化膜除去部材を用いて擦ることによって擦り跡を形成することにより、この擦り跡が形成された箇所の酸化膜を除去することができる。このため、低コストで容易にアルミニウム箔と接合部材とを接合させることができる。

本発明の実施形態における太陽電池モジュールの概略構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態における配線基板の概略構成を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態における配線基板、及び太陽電池モジュールの製造工程説明図である。 本発明の実施形態の第１変形例における酸化膜除去部材の概略構成図である。 本発明の実施形態の第２変形例における酸化膜除去部材の概略構成図である。 本発明の実施形態の第３変形例における配線基板の概略構成を示す模式的な断面図である。

（太陽電池モジュール）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る配線基板、及び半導体装置としての太陽電池モジュールの概略構成を示す模式的な断面図、図２は、配線基板の概略構成を示す模式的な平面図である。
図１、図２に示すように、太陽電池モジュール５０は、発電のための光を受光する受光面２０ｂと反対側の裏面２０ｃ側に配線用の接続電極２０ａが複数設けられた太陽電池セル２０と、太陽電池セル２０を配線する配線基板１０とを備えている。

（太陽電池セル）
太陽電池セル２０は、受光面２０ｂから入射した光を光電変換して発電を行うもので、裏面２０ｃに接続電極２０ａが設けられた、所謂バックコンタクト方式の太陽電池セルであれば、適宜の方式のものを採用することができる。尚、図１は模式図のため、図示を簡略化しているが、接続電極２０ａの個数は、２以上の適宜個数を必要に応じて設けることができる。
また、太陽電池セル２０の平面視形状は、図２に２点鎖線で示すように、例えば平面視矩形状などの適宜形状を採用することができる。また、図１、図２では図示を省略しているが、太陽電池モジュール５０における太陽電池セル２０は、配線基板１０の面方向に沿って複数のものが隙間をあけて隣り合わせに配置されている。

（配線基板）
配線基板１０は、基材１と、この基材１上に積層された絶縁性接着剤層２と、絶縁性接着剤層２上に積層されたアルミニウム箔３と、絶縁性接着剤層２に形成され、アルミニウム箔３を保護するソルダーレジスト層４とを有している。
基材１は、絶縁性接着剤層２を介してアルミニウム箔３を支持する部材であり、例えば、可撓性を有するシート状部材で構成される。また、基材１は、電気絶縁性に優れる材料からなることが好ましい。例えば、基材１は、樹脂材料を、シート状もしくはフィルム状に形成したものを採用することができる。

基材１の材料としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ウレタン、エポキシ、メラミン、スチレンなどの樹脂材料、またはこれらを共重合した樹脂材料を用いることが可能である。
また、基材１の材料は、断熱性や弾力性や光学特性の制御のため、必要に応じて、有機フィラー、又は無機フィラー等を混入した材料を用いることも可能である。さらに、基材１は、上記の樹脂材料を複数積層させた積層フィルムや、上記の樹脂材料の層と、例えばアルミニウム箔等の金属箔とを積層させた複合積層フィルムを採用することも可能である。

絶縁性接着剤層２は、基材１の表面に、アルミニウム箔３を固定するための層状部であり、例えば、硬化性樹脂であるウレタン、アクリル、エポキシ、ポリイミド、オレフィン、又はこれらを共重合した硬化型接着剤を硬化させることで形成されている。硬化型接着剤の種類は特に限定されず、例えば、熱硬化型接着剤、ＵＶ硬化型接着剤などを好適に採用できる。また、絶縁性接着剤層２として段階硬化型でない接着剤層を用いても良い。

アルミニウム箔３は、太陽電池セル２０を配線する配線パターンを形成するもので、太陽電池セル２０の接続電極２０ａの配置に応じて、適宜の平面視形状を備え、絶縁性接着剤層２を介して、基材１に積層され、基材１と一体に接合されている。アルミニウム箔３の材質としては、なるべく良好な電気導電性を確保するために、例えば、１Ｎ３０材などの高純度アルミニウムを使用することが望ましい。

アルミニウム箔３の配線パターンとしては、例えば、図２に示すように、略一定の線幅を有する４つの線状部３ａ_１、３ａ_２、３ａ_３、３ａ_４（以下、線状部３ａ_１〜３ａ_４と記載する場合がある）が櫛歯状をなして配置された櫛歯状部３Ａと、略一定の線幅を有する４つの線状部３ｂ_１、３ｂ_２、３ｂ_３、３ｂ_４（以下、線状部３ｂ_１〜３ｂ_４と記載する場合がある）が櫛歯状をなして配置された櫛歯状部３Ｂとを有し、これら櫛歯状部３Ａ、３Ｂが、互いの線状部間の隙間に貫入するとともに互いに離間して近接配置されたパターンの例を挙げることができる。

この例の場合、櫛歯状部３Ａ、３Ｂはそれぞれ発電出力のプラス電極配線、マイナス電極配線に対応している。また、櫛歯状部３Ａ、３Ｂの上方（太陽電池セル２０側）には、図２の二点鎖線で示すように、櫛歯状部３Ａ、３Ｂを上方から覆う位置に太陽電池セル２０が配置される。このような接続位置において、太陽電池セル２０には、各線状部３ａ_１〜３ａ_４、３ｂ_１〜３ｂ_４の上方に、それぞれ３個ずつ、合計２４個の接続電極２０ａ（図２の二点鎖線参照）が設けられている。
尚、図２に示すアルミニウム箔３のパターンの形状、及び太陽電池セル２０の接続電極２０ａの個数、配置は、一例であってこれに限定されるものではない。

また、ソルダーレジスト層４は、絶縁性接着剤層２上のアルミニウム箔３が形成されている箇所を除く全体に形成され、これによってアルミニウム箔３が保護される。ソルダーレジスト層４は、例えば、スクリーン印刷法、フォトリソグラフィー法等の公知の方法でソルダーレジストを塗布することで形成される。

ここで、アルミニウム箔３の各パターンの各線状部３ａ_１〜３ａ_４、３ｂ_１〜３ｂ_４上には、接続電極２０ａに対向可能な位置に導電接続材７が配置され、この導電接続材７を介してアルミニウム箔３と太陽電池セル２０の接続電極２０ａとが接続されるようになっている。すなわち、アルミニウム箔３の接続電極２０ａに対応する面は、導電接続材７が接触する接触面１３として構成される。

導電接続材７としては、アルミニウム箔３と接続電極２０ａとの電気的な接続が可能であれば、特に限定されない。導電接続材７の好ましい例としては、はんだを挙げることができる。はんだとしては、錫、銀、銅、ビスマス、鉛、フラックス成分等を含有したはんだを使用する事ができる。

はんだの溶解方法は、周知の手法を用いることができる。例えば、熱風リフロー、ＩＲリフロー、オーブン加熱、ホットプレート加熱、および真空加圧ラミネートなどの手法を用いる事ができる。
尚、絶縁性接着剤層２と太陽電池セル２０との間の空隙には、不図示の封止材が充填、つまり、その空隙が封止材により封止されているが、図１においては封止材の記載を省略している。但し、本願発明の構成を太陽電池以外の半導体素子に適用する場合はこの限りではない。

（製造方法）
次に、図１〜図３に基づいて、配線基板１０、及び太陽電池モジュール５０の製造方法について説明する。図３は、配線基板、及び太陽電池モジュールの製造工程説明図である。
図１〜図３に示すように、まず、基材１上に絶縁性接着剤層２を介して、配線パターンが未形成のアルミニウム箔３をラミネート接着する。

次に、アルミニウム箔３の表面に、配線パターンに対応するレジストをパターニング形成し、薬液エッチングにより、レジストに被覆されていないアルミニウム箔３をエッチングすることで除去して、アルミニウム箔３の配線パターンを形成する。アルミニウム箔３の膜厚Ｔ１は、例えば、約５０μｍ程度に設定される。その後、配線パターン上のレジストを除去し、アルミニウム箔３を除去した箇所にソルダーレジスト層４を形成する。

ここで、薬液エッチングの際、アルミニウムのエッチング液残渣が絶縁性接着剤層２上に残存していた場合、電気マイグレーションの原因となるため、残渣除去の工程を入れることが望ましい。
このようにして、絶縁性接着剤層２上に、配線パターンを形成するアルミニウム箔３が積層された状態となり、配線基板１０が製造される。このとき、アルミニウム箔３の表面が大気に触れると、アルミニウム箔３上には、酸化膜層が形成される。

次に、配線基板１０上に導電接続材７を配置する。
ここで、以下の説明においては、導電接続材７としてはんだを用いる場合について説明する。
まず、はんだを加熱溶解させるためのはんだごて３０を準備する。はんだごて３０としては、例えば、針先３０ａの角度θ１が３０°で、且つ針先３０ａの直径Ｅ１が約１ｍｍのものを準備する。

そして、予めアルミニウム箔３の酸化膜層を除去するための薬液処理を行う。具体的には、５０℃に加熱した３．０質量％の水酸化ナトリウム水溶液に１分間浸漬してアルミニウム箔３の酸化膜層を除去し、水洗の後、高圧空気で水切りを行う。この作業を行うことにより、後述の擦り付け工程後におけるアルミニウム箔３と導電接続材７との密着性を高めることができる。
続いて、アルミニウム箔３の接触面１３に、導電接続材７としてのはんだを滴下する（接合部材配置工程）。ここで、アルミニウム箔３にはんだを滴下する時点で、アルミニウム箔３にはごく薄い酸化膜層が形成されてしまう。

アルミニウム箔３に導電接続材７を滴下した後、はんだごて３０を用いて導電接続材７を加熱し、この導電接続材７を溶解する（溶解工程）。
このとき、はんだごて３０を水平方向から角度θ２＝４５°傾け、はんだごて３０の針先３０ａを、アルミニウム箔３に向けて約１０Ｎの荷重をかけて押し付ける。そして、アルミニウム箔３に、はんだごて３０の針先３０ａを擦り付ける（擦り付け工程）。

すると、アルミニウム箔３に擦り跡４０が形成され、この擦り跡４０が形成された箇所の酸化膜層が除去される。すなわち、はんだごて３０は、導電接続材７を溶解する役割を有していると共に、アルミニウム箔３に形成された酸化膜層を、擦り跡４０を形成して除去するための酸化膜除去部材３１としての役割を有している。
ここで、配線基板１０には、アルミニウム箔３を保護するソルダーレジスト層４が設けられているが、このソルダーレジスト層４は、アルミニウム箔３を保護するだけでなく、アルミニウム箔３から導電接続材７が漏れ出てしまうのを防止する防護壁としても機能する。

続いて、導電接続材７が溶解している状態のまま、この導電接続材７上に太陽電池セル２０の裏面の接続電極２０ａを載置し、この後、導電接続材７を冷却する。これにより、アルミニウム箔３の配線パターンと太陽電池セル２０の接続電極２０ａとが導電接続材７を介して導通状態で固定される。これにより、太陽電池モジュール５０が製造される。

したがって、上述の実施形態では、アルミニウム箔３上に導電接続材７を接合させる溶解工程において、アルミニウム箔３に、はんだごて３０の針先３０ａを擦り付けることにより（擦り付け工程）、アルミニウム箔３に擦り跡４０を形成するので、この擦り跡４０が形成された箇所の酸化膜層を除去することができる。このため、従来と比較して低コスト、且つ容易にアルミニウム箔３と導電接続材７とを接合させることができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、予め配線基板１０を製造してから、太陽電池モジュール５０を形成する場合の例で説明したが、配線基板１０単体を製造する必要がない場合には、配線基板１０の製造工程の一部を、太陽電池モジュール５０の他の製造工程と同時に行うようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、アルミニウム箔３に擦り跡４０を形成するにあたって、はんだごて３０を水平方向から角度θ２＝４５°傾け、はんだごて３０の針先３０ａを、アルミニウム箔３に向けて約１０Ｎの荷重をかけて押し付ける場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、はんだごて３０によってアルミニウム箔３に擦り跡４０が形成される条件で、はんだごて３０を擦ればよい。

さらに、上述の実施形態では、アルミニウム箔３に形成された酸化膜層を、擦り跡４０を形成して除去するための酸化膜除去部材３１としてはんだごて３０を利用する場合について説明した。また、はんだごて３０として、例えば、針先３０ａの角度θ１が３０°で、且つ針先３０ａの直径Ｅ１が約１ｍｍのものを用いた場合に説明した。
しかしながら、これに限られるものではなく、アルミニウム箔３に擦り跡４０が形成可能なものであればよい。例えば、針先３０ａはある程度鋭利である必要があるが、鋭利すぎるとアルミニウム箔３の表面に穴をあけてしまうおそれがあるため、針先３０ａは基材の種類によって選択する必要がある。例えば、本実施形態のように薄膜状であれば針先３０ａは鈍く、逆に板状で剛性のある基材であれば、本実施形態の針先３０ａよりも鋭利な針を選択することが可能である。
また、はんだごて３０に代わって、アルミニウム箔３に擦り跡４０を形成可能な棒状のものを別途用意してもよい。例えば、以下のようなものを用いてもよい。

（第１変形例）
図４は、本実施形態の第１変形例における酸化膜除去部材の概略構成図である。尚、以下の図面において、上述の実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
同図に示すように、はんだごて３０とは別途に、複数の金属製の針体２３１ａからなる酸化膜除去部材２３１を準備し、はんだごて３０により導電接続材７を溶解後、酸化膜除去部材２３１を用いてアルミニウム箔３に擦り跡４０を形成してもよい。

（第２変形例）
図５は、本実施形態の第２変形例における酸化膜除去部材の概略構成図である。
同図に示すように、はんだごて３０とは別途に、複数の金属製の棒体３３１ａからなる酸化膜除去部材３３１を準備し、はんだごて３０により導電接続材７を溶解後、酸化膜除去部材３３１を用いてアルミニウム箔３に擦り跡４０を形成してもよい。

（第３変形例）
また、上述の実施形態では、配線基板１０は、絶縁性接着剤層２に形成され、アルミニウム箔３を保護するソルダーレジスト層４を有しており、このソルダーレジスト層４が、アルミニウム箔３を保護するだけでなく、アルミニウム箔３から導電接続材７が漏れ出てしまうのを防止する防護壁としても機能している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、アルミニウム箔３を以下のように形成し、このアルミニウム箔３から導電接続材７が漏れ出てしまうのを防止するように構成してもよい。

図６は、本実施形態の第３変形例における配線基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
すなわち、同図に示すように、アルミニウム箔３の接触面１３に対応する位置に、凹部１５を形成し、この凹部１５によってアルミニウム箔３から導電接続材７が漏れ出てしまうのを防止するように構成してもよい。このように凹部１５に導電接続材７を配置することにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することができるのに加え、導電接続材７を配置した状態でアルミニウム箔３の表面を平坦にすることができ、太陽電池セル２０の実装精度を高めることが可能になる。

１ 基材
３ アルミニウム箔
７ 導電接続材（接合部材）
１０ 配線基板
１３ 接触面
２０ 太陽電池セル
２０ａ 接続電極（電極）
３０ はんだごて
３０ａ 針先
３１，２３１，３３１ 酸化膜除去部材
４０ 擦り跡
５０ 太陽電池モジュール
２３１ａ 針体
３３１ａ 棒体

Claims (5)

1. シート状の基材と、
   この基材の一面上に配線パターンを形成するアルミニウム箔と、
   このアルミニウム箔に、電子部品を接合するための溶解可能な接合部材が接合される配線基板であって、
   前記アルミニウム箔の前記接合部材が接触している接触面に、酸化膜除去部材を用いて擦ることによって擦り跡を形成したことを特徴とする配線基板。
2. 前記酸化膜除去部材は、金属製の針体、及び金属製の棒体の少なくとも何れか一方を有し、これら針体、又は棒体を前記接触面に擦りつけることにより、前記擦り跡を形成することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の配線基板の前記アルミニウム箔に、前記接合部材を介して前記電子部品の電極が接続されていることを特徴とする半導体装置。
4. 前記電子部品は、太陽電池セルであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. シート状の基材と、
   この基材の一面上に配線パターンを形成するアルミニウム箔と、
   このアルミニウム箔に、溶解可能な電極接合部材を接合する半導体装置の製造方法であって、
   前記アルミニウム箔上に、前記電極接合部材を配置する接合部材配置工程と、
   前記接合部材配置工程後に、電極接合部材を溶解する溶解工程と、
   前記溶解工程後に、前記アルミニウム箔の前記電極接合部材が接触している接触面を、酸化膜除去部材で擦り付ける擦り付け工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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