JP2017174848A - 配線基板製造方法、半導体装置の製造方法、及びはんだ板 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工数で基板のパターン上にはんだを載せる。
【解決手段】互いに分離した複数の導電パターンが設けられた絶縁板を準備する段階、複数の導電パターンに対応して互いに分離した複数の金属板片を有する金属板を準備する段階、複数の導電パターンに対応する複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４を有し、はんだランド同士の間を接続する複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３により複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４が一体化されたはんだ板３５ａを準備する段階、絶縁板における複数の導電パターンと金属板との間にはんだ板を挟んで絶縁板と金属板とを接合する段階より、配線基板が製造される。はんだ板において複数のはんだランドが複数のタイバーにより接続して一体化されていることで、少ない工数、すなわち一工数で、複数のはんだランドをそれぞれ複数の金属板片上に載せることができる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、配線基板製造方法、半導体装置の製造方法、及びはんだ板に関する。

パワー半導体装置（単に、半導体装置とも呼ぶ）は、パワー半導体素子（単に、半導体素子とも呼ぶ）を配線基板上に実装し、さらに外部端子等を設けてパッケージングすることで製造される。配線基板は、典型的には、絶縁板の表面及び裏面のそれぞれに銀ろうを用いて金属層を接合し、半導体素子が搭載される表面側の金属層をエッチング処理してパターン形成することで製造される。ここで、放熱性を向上するために、厚い（例えば、１〜５ｍｍ）金属層を有する配線基板が用いられることがある。しかし、エッチング処理を利用する製造方法では、金属層が厚いことで長い製造時間を要し、コストアップとなる。
特許文献１ 特開２００３−２９７９８７号公報
特許文献２ 特開２００６−２１３００１号公報

そこで、薄い金属層が絶縁板上に形成された基板上に目的の形状に成形された厚い複数の金属パターンを配置し、接合材として板はんだを用いて複数の金属パターンを基板に接合することで配線基板を構成することが考えられる。しかし、板はんだを複数の金属パターンのそれぞれと同じ形状に成形し、基板と複数の金属パターンのそれぞれとの間に配設しなければならないため、工数増となる。

一方、例えば特許文献１及び２には、複数の導体ランドが繋ぎ桟により位置決めされてなる回路形成用導体に熱硬化樹脂組成物を積層し、金型内で加熱・加圧することにより回路形成用導体と熱硬化樹脂組成物とを一体化し、熱硬化樹脂組成物が硬化した後、繋ぎ桟を除去することにより独立した回路形成用導体を形成する熱伝導性基板の製造方法が開示されている。しかし、繋ぎ桟を除去する工程を要する。

本発明の第１の態様においては、互いに分離した複数の導電パターンが設けられた絶縁板を準備する段階と、複数の導電パターンに対応して互いに分離した複数の金属板片を有する金属板を準備する段階と、複数の導電パターンに対応した複数のはんだランドを有し、はんだランド同士の間を接続するタイバーにより複数のはんだランドが一体化されたはんだ板を準備する段階と、絶縁板における複数の導電パターンと金属板との間にはんだ板を挟んで絶縁板と金属板とを接合する段階と、を備える配線基板製造方法が提供される。

本発明の第２の態様においては、第１の態様の配線基板製造方法により配線基板を製造し、配線基板の金属板に半導体素子を接合し、半導体素子および配線基板をパッケージングする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の第３の態様においては、互いに分離した複数の金属板片を有する金属板を他の板に接合するために用いられる複数のはんだランドと、はんだによって複数のはんだランドと一体に形成され、それぞれが複数のはんだランドにおけるはんだランド同士の間を接続する複数のタイバーと、を備えるはんだ板が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る半導体装置の構成を、図１Ｂの基準線ＡＡに関する側面視において示す。 本実施形態に係る半導体装置の構成を、図１Ａの基準線ＢＢに関する上面視において示す。 本実施形態に係る半導体装置の構成を、図１Ａの基準線ＣＣに関する上面視において示す。 本実施形態に係る配線基板及びこれに含まれる基板の断面構成を示す。 本実施形態に係る第１はんだ板の構成を示す。 本実施形態に係る第２はんだ板の構成を示す。 本実施形態に係る配線基板の製造手順のフローを示す。 絶縁板及び金属板の接合手順のフローを示す。 第１治具を準備した状態を上面視により示す。 図６Ａの基準線ＢＢに関する断面において第１治具を準備した状態を側面視により示す。 金属板片を載せた状態を上面視により示す。 図７Ａの基準線ＢＢに関する断面において金属板片を載せた状態を側面視により示す。 第１はんだ板を載せた状態を上面視により示す。 図８Ａの基準線ＢＢに関する断面において第１はんだ板を載せた状態を側面視により示す。 絶縁板を載せた状態を上面視により示す。 図９Ａの基準線ＢＢに関する断面において絶縁板を載せた状態を側面視により示す。 第２はんだ板を載せた状態を上面視により示す。 図１０Ａの基準線ＢＢに関する断面において第２はんだ板を載せた状態を側面視により示す。 第２治具を載せた状態を上面視により示す。 図１１Ａの基準線ＢＢに関する断面において第２治具を載せた状態を側面視により示す。 金属板を載せた状態を上面視により示す。 図１２Ａの基準線ＢＢに関する断面において金属板を載せた状態を側面視により示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１Ａから図１Ｃは、本実施形態に係る半導体装置２０の構成を示す。ただし、図１Ａは図１Ｂの基準線ＡＡに関する側面視における構成を示し、図１Ｂは図１Ａの基準線ＢＢに関する上面視における構成を示し、図１Ｃは図１Ａの基準線ＣＣに関する上面視における構成を示す。半導体装置２０は、本実施形態に係るはんだ板を用いて構成された放熱性等に優れる配線基板１０を用いて製造されるものであり、配線基板１０、本体１１、半導体素子１３ａ及び１３ｂ、導通ポスト１４ａ及び１４ｂ、配線基板１５、外部端子１６〜１８、並びに外部端子１９を有する。

配線基板１０は、半導体素子１３ａ及び１３ｂを搭載する部材であり、基板１、はんだ層５ａ及び５ｂ、並びに回路層６ａ及び６ｂを含む。

基板１は、例えばＤＣＢ(Direct Copper Bonding)基板、ＡＭＢ(Active Metal Blazing)基板等を採用することができる。本実施形態では、基板１は、後述する配線パターン６ａ_１〜６ａ_４を有する回路層６ａを含む１つの基板を用いることとするが、これに代えて、複数の基板、例えば配線パターン６ａ_１及び６ａ_２を有する金属層が設けられた基板と、配線パターン６ａ_３及び６ａ_４を有する金属層が設けられた別の基板と、を組み合わせて用いてもよい。基板１の構成の詳細について後述する。

はんだ層５ａ及び５ｂは、後述する第１及び第２はんだ板３５ａ，３５ｂから例えば０．０５〜０．２ｍｍ厚に成形された接合層であり、それぞれ、回路層６ａ及び６ｂを基板１の表面（後述する金属層４ａ）及び裏面（後述する金属層４ｂ）に接合する。

回路層６ａ及び６ｂは、例えば１．０ｍｍ厚又はそれ以上の厚みに成形された銅、アルミニウム等の導電性金属板（単に金属板と呼ぶ）３６ａ及び３６ｂから形成された層である。

回路層６ａは、図１Ｂより分かるように、複数（ここでは、一例として８つ）の配線パターン６ａ_１，６ａ_２，６ａ_３及び６ａ_４を有する。なお、これらの配線パターン６ａ_１，６ａ_２，６ａ_３及び６ａ_４は、それぞれ、金属板３６ａが有する金属板片３６ａ_１，３６ａ_２，３６ａ_３及び３６ａ_４から形成される。配線パターン６ａ_１は、図面左右方向を長手とする矩形部及びこの右辺中央から右側に延びる延設部を有し、基板１上の右半分の領域に配設されている。配線パターン６ａ_１には、後述する半導体素子１３ａが搭載される。配線パターン６ａ_２は、矩形状を有し、基板１上において、配線パターン６ａ_１の延設部の図面上側及び下側に各２つ並設されている。配線パターン６ａ_３は、矩形部及びこの右辺中央から右側に延びる延設部を有し、基板１上の左半分の領域に配設されている。配線パターン６ａ_３には、後述する半導体素子１３ｂが搭載される。配線パターン６ａ_４は、矩形状を有し、基板１上において、配線パターン６ａ_３の延設部の図面上側及び下側に各１つ配設されている。配線パターン６ａ_１，６ａ_２，６ａ_３及び６ａ_４は、互いに、例えば０．５〜５ｍｍ離間する。

回路層６ｂは、図１Ｃより分かるように、図面左右方向を長手とする矩形状を有し、基板１の裏面のほぼ全領域に配設されている。回路層６ｂは、金属板３６ｂから形成され、本体１１の底面から露出して半導体素子１３ａ及び１３ｂが発する熱を装置外に放熱する放熱板としても機能する。なお、回路層６ｂは、基板１に代えて複数の基板を用いる場合、複数の基板のそれぞれの裏面に設けられる。

本体１１は、半導体装置２０の構成各部を内部に、ただし外部端子１６〜１９の上端を上方に突出して、配線基板１０の下面を本体１１の底面と面一に露出して、封止する部材である。本体１１は、例えばエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いてモールド成形することで、Ｙ方向を長手とする略直方体状に成形される。

半導体素子１３ａ及び１３ｂは、例えば、ＳｉＣ等の化合物半導体からなるスイッチング素子であり、表面及び裏面のそれぞれに電極を有する縦型の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等を採用することができる。なお、半導体素子１３ａ及び１３ｂは、縦型の素子に限らず、表面にのみ電極が設けられた横型の素子であってもよい。半導体素子１３ａ及び１３ｂは、それぞれ、配線基板１０の配線パターン６ａ_１及び６ａ_３上に搭載される。

半導体素子１３ａ及び１３ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（又はＩＧＢＴ）の場合に、表面にソース電極（エミッタ電極）及びゲート電極、裏面にドレイン電極（コレクタ電極）を有する。半導体素子１３ａ及び１３ｂは、それぞれ、ドレイン電極（又はコレクタ電極）をはんだ等の接合材により配線パターン６ａ_１及び６ａ_３に接続することで、その裏面にて配線基板１０上に固着される。

導通ポスト１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、半導体素子１３ａ及び１３ｂと配線基板１５との間に設けられてそれらの間で通電するための導電部材であり、一例として銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱状に成形されている。なお、導通ポスト１４ａ及び１４ｂは、その下端をはんだ等の接合材により半導体素子１３ａ及び１３ｂに接続することでそれらの上に立設され、上端をはんだ、ロウ付け、又はカシメにより配線基板１５上の配線パターンに接続される。

導通ポスト１４ａ（１４ｂ）は、複数（ここでは、一例として３つ）のポストを含む。それらのうちの２つのポストは半導体素子１３ａ（１３ｂ）のソース電極又はこれに繋がる端子上に立設され、配線基板１５上の配線パターンに接続する。残りの１つのポストは、半導体素子１３ａ（１３ｂ）のゲート電極又はこれに繋がる端子上に立設され、配線基板１５上の配線パターンに接続する。

配線基板１５は、半導体素子１３ａ及び１３ｂの電極を外部端子１６〜１９に接続する基板であり、絶縁板及びこの表面に形成された配線パターンを有する回路層（いずれも不図示）を有する。絶縁板は、例えばガラスエポキシ材等から構成されるリジッド基板又はポリイミド材等から構成されるフレキシブル基板を採用することができる。絶縁板には、外部端子１６〜１８並びに導通ポスト１４ａ及び１４ｂを通す複数の貫通孔（不図示）が設けられている。回路層は、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて、絶縁板の表面に設けられている。

外部端子１６〜１８は、半導体素子１３ａ及び１３ｂから出力される電流を導通して半導体装置２０外に出力するための端子である。外部端子１６〜１８は、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱状又は四角柱状に成形されている。外部端子１６〜１８は、それぞれ、配線基板１０の配線パターン６ａ_３，６ａ_４及び６ａ_１上に立設されている。

外部端子１９は、半導体装置２０外から半導体素子１３ａ及び１３ｂに制御信号を入力するための端子である。外部端子１９は、外部端子１６〜１８と同様に、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱状に成形されている。外部端子１９は、配線基板１０の配線パターン６ａ_２上に各１つ立設されている。

図２は、本実施形態に係る配線基板１０及びこれに含まれる基板１の断面構成を示す。配線基板１０は、薄い金属層を有する基板１上に厚い複数の金属板片を接合して、これを薄い金属層に代えて回路層としたものであり、基板１に加えて、さらに、はんだ層５ａ及び５ｂ並びに回路層６ａ及び６ｂを含む。

基板１は、絶縁板２、接合層３ａ及び３ｂ、並びに金属層４ａ及び４ｂを有する。絶縁板２は、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックス、エポキシ系樹脂等の樹脂絶縁部材から、例えば０．３２ｍｍ厚に構成された板状部材である。接合層３ａ及び３ｂは、それぞれ、金属層４ａ及び４ｂを絶縁板２の表面及び裏面に接合する接合材より、例えば０．０２ｍｍ厚に成形された接合層である。接合材として、例えば、銀ろうを使用することができる。金属層４ａ及び４ｂは、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属から、例えば０．３０ｍｍ厚に成形された層である。

なお、金属層４ａは、半導体素子１３ａ及び１３ｂに接続する配線パターン６ａ_１，６ａ_２，６ａ_３及び６ａ_４を含む回路層６ａと同様の互いに分離した複数の導電パターンを有し、金属層４ｂは、回路層６ｂと同様のパターンを有する。ただし、本実施形態では、少なくとも金属層４ａの複数の導電パターンは対応する配線パターン６ａ_１，６ａ_２，６ａ_３及び６ａ_４より若干大きく、複数の導電パターンの外縁部が配線パターン６ａ_１，６ａ_２，６ａ_３及び６ａ_４により覆われることなく露出してよい。

図３Ａは、本実施形態に係る第１はんだ板３５ａの構成を示す。第１はんだ板３５ａは、回路層６ａを構成する金属板３６ａを基板１の表面（すなわち、金属層４ａ）に接合するための接合材である。接合材として、例えば、錫、銀、及び銅を含む鉛フリーはんだ（単に、はんだと呼ぶ）を用いた厚さ０．０５〜０．２ｍｍの板はんだを採用することができる。第１はんだ板３５ａは、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４及び複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３を有する。

複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４は、互いに分離した複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４を有する金属板３６ａを他の板、例えば基板１の表面（金属層４ａの複数の導電パターン上）に接合するために用いられる接合材である。ここで、複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４は、それぞれ、回路層６ａに含まれる配線パターン６ａ_１〜６ａ_４を形成する。はんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４は、それぞれ複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４に等しい大きさ及び同じ形状を有し、基板１の金属層４ａが有する複数の導電パターンのうちの対応するパターンより若干小さく（例えば、０．０５〜０．２ｍｍ）成形されている。それにより、後述するように基板１の表面に第１はんだ板３５ａ及び金属板３６ａを重ねた際に、金属層４ａが有する複数の導電パターンの外縁部が第１はんだ板３５ａのはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４及び金属板３６ａの複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４により覆われることなく外側に突出し、表面を露出する。

複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３は、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４におけるはんだランド同士の間を接続する部材であり、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４と同じ素材によりそれらとともに一体に成形される。それにより、一体のはんだ板３５ａとしてハンドリングして、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４により金属板３６ａの複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４を基板１に接合することが可能となる。

これに対して、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４を複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３により一体に接続せず、それぞれ個片として使用する場合、例えば板はんだから複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４を複数回の抜き加工により抜くことを要し、また金属板３６ａが有する複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４に複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４の個片をそれぞれ載せることを要し、工数増となる。

複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３は、複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４の離間距離（すなわち、配線基板１０上での配線パターン６ａ_１〜６ａ_４の離間距離）に対応して、例えば幅０．１〜２ｍｍを有してよい。これにより、後述するように第１はんだ板３５ａを介して金属板３６ａを配線基板１０に接合すると、タイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３は、加熱されて溶融し、はんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４をなすはんだに吸収されて配線基板１０上から除去される。

複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３は図面上下方向に対象に配置され、図面上側（下側）のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３のうち、タイバー３５ａ_５は、２つのはんだランド３５ａ_２のうちの図面右側のはんだランド３５ａ_２をはんだランド３５ａ_１の右端に接続する。タイバー３５ａ_６は、２つのはんだランド３５ａ_２同士を接続する。タイバー３５ａ_７は、図面左側のはんだランド３５ａ_２をはんだランド３５ａ_１の上端（下端）に接続する。タイバー３５ａ_８は、図面左側のはんだランド３５ａ_２をはんだランド３５ａ_１に接続する。タイバー３５ａ_９は、はんだランド３５ａ_４をはんだランド３５ａ_１の上端（下端）に接続する。タイバー３５ａ_１０は、はんだランド３５ａ_４をはんだランド３５ａ_３の上端（下端）に接続する。タイバー３５ａ_１１は、はんだランド３５ａ_３をはんだランド３５ａ_１に接続する。タイバー３５ａ_１２は、はんだランド３５ａ_４をはんだランド３５ａ_３の右端に接続する。タイバー３５ａ_１３は、はんだランド３５ａ_４をはんだランド３５ａ_３に接続する。

従って、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４のそれぞれは、少なくとも２つのタイバーにより接続される。ここで、タイバー３５ａ_５，３５ａ_６，３５ａ_７，３５ａ_９及び３５ａ_１０は、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４を含んで矩形状の外縁部を形成する。つまり、はんだ板３５ａの外縁部のいずれにおいても、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４のうちの少なくとも１つ、又はタイバー３５ａ_５，３５ａ_６，３５ａ_７，３５ａ_９及び３５ａ_１０のうちの少なくとも１つが配置される。これにより、一体のはんだ板３５ａが構成され、十分な強度が得られてハンドリングしやすくなる。

図３Ｂは、本実施形態に係る第２はんだ板３５ｂの構成を示す。第２はんだ板３５ｂは、回路層６ｂを構成する金属板３６ｂを基板１の裏面（すなわち、金属層４ｂ）に接合するための接合材である。接合材として、第１はんだ板３５ａと同様の板はんだを採用することができる。第２はんだ板３５ｂは、基板１の金属層４ｂ及び金属板３６ｂ（すなわち、回路層６ｂ）に等しい大きさ及び同じ形状を有する。なお、金属板３６ｂは、回路層６ｂが複数の配線パターンを有する場合、これらに対応して複数の金属板片を有することとしてもよい。

図４は、本実施形態に係る配線基板１０の製造手順のフローを示す。

ステップＳ１では、基板１、すなわち互いに分離した複数の導電パターンを有する金属層４ａが設けられた絶縁板２が準備される。基板１は、絶縁板２の表面及び裏面に、それぞれ、接合層３ａを介して金属層４ａ及び接合層３ｂを介して金属層４ｂが設けられる。

ステップＳ２では、金属板３６ａ及び３６ｂが準備される。金属板３６ａは、基板１の金属層４ａが有する複数の導電パターンに対応して互いに分離した複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４を含み、例えば一枚の金属製の板部材をプレス抜き加工することで成形される。ただし、複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４は、それぞれ、基板１の金属層４ａが有する複数の導電パターンのうちの対応するパターンより若干小さく成形される。金属板３６ｂは、例えば一枚の金属製の板部材を基板１の回路層６ｂに等しい大きさ及び同じ形状に成形することで得られる。

ステップＳ３では、第１及び第２はんだ板３５ａ，３５ｂが準備される。

第１はんだ板３５ａは、先述のとおり、基板１の金属層４ａが有する複数の導電パターンに対応する複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４及びそれらを接続して一体化する複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３を有する。はんだ板３５ａは、例えば、板はんだのリール材から板はんだを引出し、レベラを通して巻きぐせを修正し、金型を用いてプレス抜き加工する、すなわち複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４及び複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３を除く部分を打ち抜くことで形成される。なお、はんだ板３５ａにおいて複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４が複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３により接続されて一体化されていることで、１つの金型のみを用いた１回の抜き加工により板はんだからはんだ板３５ａを形成することができる。これにより、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４をそれぞれ個片として形成し、使用する場合と比較して、約７０％のコストダウンが期待される。

第２はんだ板３５ｂは、先述のとおり、基板１の金属層４ｂに対応する形状を有する。第２はんだ板３５ｂは、例えば第１はんだ板３５ａと同様に、板はんだをプレス抜き加工することで形成される。

ステップＳ４では、はんだ板３５ａ及び３５ｂを用いて、基板１（すなわち、絶縁板２）と金属板３６ａ及び３６ｂとが接合される。ここで、絶縁板２上の金属層４ａが有する導電パターンと金属板３６ａとの間にはんだ板３５ａを挟み、絶縁板２上の金属層４ｂと金属板３６ｂとの間にはんだ板３５ｂを挟む。基板１と金属板３６ａ及び３６ｂとの接合工程の詳細については後述する。

ステップＳ５では、はんだ板３５ａに含まれる複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３のそれぞれが切断（或いは除去）されていることが確認される。複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３の切断（或いは除去）は、はんだ板３５ａに含まれる複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４により基板１上に接合された複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４のうち、隣り合う金属板片同士の間の非導通を確認すること、或いは接合後に配線基板１０を撮像し、その撮像画像中において複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３のそれぞれが少なくとも部分的に切断（或いは除去）されていることを確認することで、確認することができる。

なお、上述の製造手順における各ステップの実行順は、必ずしも、上述の順と同じである必要はなく、異なる順でもよい。

図５は、基板１（すなわち、絶縁板２）と金属板３６ａ及び３６ｂとの接合手順（すなわち、ステップＳ４）の詳細フローを示す。

ステップＳ４１では、金属板３６ａが有する複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４のそれぞれを対応する位置に配置する。

まず、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１治具３１を準備する。第１治具３１は、複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４をそれぞれ目的の位置に配置するための箱体状の器具であり、第１はんだ板３５ａ及び基板１（絶縁板２）を収容する開口（又は凹部）３１ａ、及びその底面に複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４がそれぞれ収容される複数の窪み部３１ａ_１〜３１ａ_４を有する。ここで、複数の窪み部３１ａ_１〜３１ａ_４は、複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４を配置するべき位置、すなわち基板１の金属層４ａが有する複数の導電パターンの位置に対応する位置に設けられている。なお、複数の窪み部３１ａ_１〜３１ａ_４の深さは、複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４の厚みより小さいとする。

そして、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第１治具３１の複数の窪み部３１ａ_１〜３１ａ_４に、それぞれ、金属板３６ａが有する複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４を配置する。

ステップＳ４２では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第１治具３１の開口３１ａ内において、第１はんだ板３５ａを金属板３６ａ上に載せる。第１はんだ板３５ａにおいて複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４が複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３により接続して一体化されていることで、少ない工数、すなわち一工数で、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４をそれぞれ複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４上に載せることができる。

なお、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４がそれぞれ複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４に等しい大きさ及び同じ形状を有し、基板１の金属層４ａが有する複数の導電パターンのうちの対応するパターンより若干小さく成形されていることで、金属層４ａの複数の導電パターンのそれぞれの外縁がはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４及び複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４により覆われることなく露出する。

ステップＳ４３では、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１治具３１の開口３１ａ内において、基板１（絶縁板２）を第１はんだ板３５ａ上に載せる。ここで、基板１は、複数の導電パターンを有する金属層４ａが設けられた一面を下向きにして、第１はんだ板３５ａ上に載せられる。それにより、基板１（絶縁板２）上の金属層４ａと金属板３６ａとの間に第１はんだ板３５ａが挟まれ、第１はんだ板３５ａの複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４が金属層４ａの複数の導電パターンのうちの対応する導電パターンに接し、複数の複数のタイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３は、はんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４に接続する端部のみが金属層４ａの複数の導電パターンの外縁に接し、ほとんどが導電パターンが設けられていない絶縁板２上に導電パターン４ａ及び接合層３ａの厚み分だけ中空に存在する。なお、外縁に接する部分と、導電パターンが設けられていない絶縁板２上にに導電パターン４ａ及び接合層３ａの厚み分だけ中空に存在する長さの比率は１対２が望ましい。

ステップＳ４４では、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、金属層４ａが設けられた一面とは反対側における金属層４ｂが設けられた基板１（絶縁板２）の他面上に、第２はんだ板３５ｂを載せる。それにより、第２はんだ板３５ｂが、金属層４ｂ上に支持される。

ステップＳ４５では、第２はんだ板３５ｂ上に金属板３６ｂを載せる。

まず、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第２治具３２を第１治具３１及び／又は第２はんだ板３５ｂに載せる。第２治具３２は、金属板３６ｂを目的の位置に配置するための枠体状の器具であり、金属板３６ｂを配置するべき位置に対応する形状の貫通孔３２ａが設けられている。なお、金属板３６ｂが複数の金属板片を有する場合、それらを配置するべき位置にそれぞれ対応する形状の複数の貫通孔が設けられていることとしてもよい。

そして、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、第２治具３２の貫通孔３２ａに金属板３６ｂを配置する。なお、金属板３６ｂが複数の金属板片を有する場合、それらを第２治具３２の複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔に配置することとする。それにより、金属板３６ｂが、第２はんだ板３５ｂ上に載せられる。

以上により、金属板３６ａ、第１はんだ板３５ａ、基板１（絶縁板２）、第２はんだ板３５ｂ、及び金属板３６ｂが重ねられた積層体が得られる。

ステップＳ４６では、積層体を加熱して、金属板３６ａ及び３６ｂを基板１（絶縁板２）の表面及び裏面に接合する。はんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４のうちの小さいはんだランド３５ａ_２及び３５ａ_４、そして大きいはんだランド３５ａ_１及び３５ａ_３と熱容量が小さい順番に溶融する。このとき、タイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３のうちの特にタイバー３５ａ_５，３５ａ_７〜３５ａ_１０，３５ａ_１２及び３５ａ_１３については、先に溶融するはんだランド３５ａ_２及び３５ａ_４に接続する端部が切断され、別の端部が接する金属層４ａの導電パターンの外縁表面に吸引されながら、後に溶融するはんだランド３５ａ_１及び３５ａ_３にも吸収される。タイバー３５ａ_６及び３５ａ_１１については、先に溶融するはんだランドに接続する端部が切断され、別の端部が接する金属層４ａの導電パターンの外縁表面に吸引されて、後に溶融するはんだランドにも吸収される、又は両端が接する金属層４ａの導電パターンの外縁表面に吸引されて中央で切断され、両端がそれぞれ接続するはんだランドに吸収される。これにより、積層体の加熱後、タイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３は配線基板１０上から除去される。なお、タイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３が、除去されきれない場合でも絶縁板２とはんだは接合されないため、後述するエアーの吹き付けにて除去可能である。

積層体の加熱後、第１及び第２治具３１，３２を含んで積層体を反転し、冷却する。なお、冷却後、積層体表面にエアーを吹き付けて、タイバー３５ａ_５〜３５ａ_１３の残余物を除去してもよい。それにより、金属板３６ａ及び３６ｂがそれぞれ第１及び第２はんだ板３５ａ，３５ｂにより基板１（絶縁板２）の表面及び裏面に接合され、金属板３６ａが有する複数の金属板片３６ａ_１〜３６ａ_４を回路層６ａの配線パターン６ａ_１〜６ａ_４として有し、金属板３６ｂを回路層６ｂとして有する配線基板１０が得られる。

半導体装置２０は、上述の配線基板製造方法により製造された配線基板１０の金属板３６ａ、すなわち、回路層６ａの配線パターン６ａ_１及び６ａ_３上にそれぞれ半導体素子１３ａ及び１３ｂを搭載し、配線パターン６ａ_１〜６ａ_４上に外部端子１６〜１９を立設し、半導体素子１３ａ及び１３ｂ上に導通ポスト１４ａ及び１４ｂを立設し、導通ポスト１４ａ及び１４ｂの上端を配線基板１５に固定し、最後に配線基板１０、半導体素子１３ａ及び１３ｂ、その他の構成各部を封止材によりパッケージングすることで得られる。

なお、本実施形態に係る半導体装置２０は、１つの配線基板１０を備えることとしたが、複数の配線基板１０を備えることとしてもよい。係る場合、例えば、半導体素子１３ａ及び１３ｂを搭載する互いに分離した２つの配線基板（それぞれ、第１及び第２絶縁板パーツと呼ぶ）を設け、それぞれの絶縁板パーツが導電パターンを有する。第１はんだ板３５ａの複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４の一部、すなわちはんだランド３５ａ_１及び３５ａ_２が第１絶縁板パーツに設けられた導電パターンに対応し、複数のはんだランド３５ａ_１〜３５ａ_４の他の一部、すなわちはんだランド３５ａ_３及び３５ａ_４が第２絶縁板パーツに設けられた導電パターンに対応することとなる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１…基板、２…絶縁板、３ａ，３ｂ…接合層、４ａ，４ｂ…金属層、５ａ，５ｂ…はんだ層、６ａ，６ｂ…回路層、６ａ_１〜６ａ_４…配線パターン、１０…配線基板、１１…本体、１３ａ，１３ｂ…半導体素子、１４ａ，１４ｂ…導通ポスト、１５…配線基板、１６〜１９…外部端子、２０…半導体装置、３１…第１治具、３１ａ…開口（凹部）、３１ａ_１〜３１ａ_４…窪み部、３２…第２治具、３２ａ…貫通孔、３５ａ，３６ｂ…はんだ板、３５ａ_１〜３５ａ_４…はんだランド、３５ａ_５〜３５ａ_１３…タイバー、３６ａ，３６ｂ…金属板、３６ａ_１〜３６ａ_４…金属板片。

Claims (20)

1. 互いに分離した複数の導電パターンが設けられた絶縁板を準備する段階と、
   前記複数の導電パターンに対応して互いに分離した複数の金属板片を有する金属板を準備する段階と、
   前記複数の導電パターンに対応した複数のはんだランドを有し、はんだランド同士の間を接続するタイバーにより前記複数のはんだランドが一体化されたはんだ板を準備する段階と、
   前記絶縁板における前記複数の導電パターンと前記金属板との間に前記はんだ板を挟んで前記絶縁板と前記金属板とを接合する段階と、
   を備える配線基板製造方法。
2. 前記はんだ板を準備する段階は、板はんだから前記複数のはんだランドおよび前記タイバーを除く部分を打ち抜いて前記はんだ板を形成する請求項１に記載の配線基板製造方法。
3. 前記複数のはんだランドのそれぞれは、２つ以上のタイバーに接続される請求項１または２に記載の配線基板製造方法。
4. 前記はんだ板は、
   矩形状の外縁部を有し、
   前記外縁部のいずれの部分においても前記複数のはんだランドのうちの少なくとも１つのはんだランドまたは前記タイバーのうちの少なくとも１つのタイバーが配置される
   請求項１から３のいずれか一項に記載の配線基板製造方法。
5. 前記タイバーのそれぞれの幅は、０．１〜２ｍｍである請求項１から４のいずれか一項に記載の配線基板製造方法。
6. 前記はんだ板の厚さは、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである請求項１から５のいずれか一項に記載の配線基板製造方法。
7. 前記接合する段階は、
   第１の前記金属板における第１の前記複数の金属板片のそれぞれを前記複数の導電パターンに対応する位置に配置する段階と、
   前記第１の金属板上に第１の前記はんだ板を載せる段階と、
   第１の前記複数の導電パターンが設けられた第１面を下向きにして、前記絶縁板を前記第１のはんだ板上に載せる段階と、
   を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の配線基板製造方法。
8. 前記接合する段階は、
   前記第１面とは反対側における第２の複数の導電パターンが設けられた前記絶縁板の第２面に、第２の前記はんだ板を載せる段階と、
   前記第２のはんだ板上に、第２の前記複数の金属板片を有する第２の前記金属板を載せる段階と、
   を更に有し、
   前記第１の金属板、前記第１のはんだ板、前記絶縁板、前記第２のはんだ板、および前記第２の金属板を重ねた積層体を接合する
   請求項７に記載の配線基板製造方法。
9. 前記第１の複数の金属板片のそれぞれを前記複数の導電パターンに対応する位置に配置する段階は、
   前記第１のはんだ板および前記絶縁板を収容する開口を有し、前記開口内の底面に前記第１の複数の金属板片のそれぞれを配置するべき位置に対応して設けられた第１の複数の窪み部を有する第１治具を準備する段階と、
   前記第１治具の前記第１の複数の窪み部のそれぞれに、前記第１の複数の金属板片のそれぞれを配置する段階と、
   を含み、
   前記第１の金属板上に前記第１のはんだ板を載せる段階は、前記第１治具の前記開口内において、前記第１の複数の金属板片上に第１のはんだ板を載せ、
   前記絶縁板を前記第１のはんだ板に載せる段階は、前記第１治具の前記開口内において、前記第１のはんだ板上に前記絶縁板を載せる
   請求項７または８に記載の配線基板製造方法。
10. 前記第２のはんだ板上に前記第２の金属板を載せる段階は、
    前記第２の複数の金属板片を配置するべき位置に対応する複数の貫通孔を有する第２治具を前記第２のはんだ板上に載せ、
    前記第２治具の前記複数の貫通孔のそれぞれに、前記第２の複数の金属板片のそれぞれを配置する
    請求項８に記載の配線基板製造方法。
11. 前記接合する段階は、前記金属板、前記はんだ板、および前記絶縁板を重ねた積層体を加熱して接合する請求項１から１０のいずれか一項に記載の配線基板製造方法。
12. 前記接合する段階の後に、前記タイバーのそれぞれが切れていることを確認する段階を更に備える請求項１１に記載の配線基板製造方法。
13. 前記タイバーが切れていることを確認する段階は、前記複数の金属板片のうち隣り合う金属板片同士の間の非導通を確認すること、および接合後に撮像した画像中において前記タイバーが少なくとも部分的に切れているのを確認することの少なくとも１つを含む請求項１２に記載の配線基板製造方法。
14. 前記絶縁板は、互いに分離した第１の絶縁板パーツおよび第２の絶縁板パーツを有し、
    前記はんだ板における前記複数のはんだランドの一部は前記第１の絶縁板パーツに設けられた少なくとも１つの導電パターンに対応し、前記はんだ板の前記複数のはんだランドの他の一部は前記第２の絶縁板パーツに設けられた少なくとも１つの導電パターンに対応する
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の配線基板製造方法。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の配線基板製造方法により配線基板を製造し、
    前記配線基板の前記金属板に半導体素子を接合し、
    前記半導体素子および前記配線基板をパッケージングする
    半導体装置の製造方法。
16. 互いに分離した複数の金属板片を有する金属板を他の板に接合するために用いられる複数のはんだランドと、
    はんだによって前記複数のはんだランドと一体に形成され、それぞれが前記複数のはんだランドにおけるはんだランド同士の間を接続する複数のタイバーと、
    を備えるはんだ板。
17. 前記複数のはんだランドのそれぞれは、少なくとも２つのタイバーに接続される請求項１６に記載のはんだ板。
18. 当該はんだ板は、
    矩形状の外縁部を有し、
    前記外縁部のいずれの部分においても、前記複数のはんだランドのうちの少なくとも１つのはんだランドまたは前記複数のタイバーのうちの少なくとも１つのタイバーが配置される
    請求項１６または１７に記載のはんだ板。
19. 前記複数のタイバーのそれぞれの幅は、０．１〜２ｍｍである請求項１６から１８のいずれか一項に記載のはんだ板。
20. 前記はんだ板の厚さは、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである請求項１６から１９のいずれか一項に記載のはんだ板。

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