JP3322961B2

JP3322961B2 - 半導体モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP3322961B2
Application number: JP27153093A
Authority: JP
Inventors: 晃井本; 将文久高; 譲松本; 聡浩坂ノ上; 和雅古橋; 弘末永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH07130907A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、積層セラミック回路基
板上に、ＩＣベアチップを接合した半導体モジュールの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】積層回路基板は、回路の小
型化、高密度実装には欠くことのできないものであり、
その構造は、複数積層した絶縁層間に内部配線を配置
し、また、表面には所定配線を形成した後、各種電子部
品などを搭載していた。この各種電子部品には、直接基
板の表面に焼きつけられる厚膜抵抗体膜やチップ抵抗
器、チップコンデンサ、表面実装可能な各種電子部品の
他に、ＩＣベアチップなどが挙げられる。

【０００３】このように、積層セラミック回路基板上に
ＩＣベアチップが搭載されたものを半導体モジュールと
いう。

【０００４】このように、ＩＣベアチップを搭載する場
合には、ＩＣベアチップから発生する熱を如何に放熱す
るかが重大な課題である。１つの解決方法として、積層
セラミック回路基板の厚み方向を貫いて、ヒートシンク
金属部材を配置することも考えられるが、従来の積層セ
ラミック回路基板では実質的に不可能であった。例え
ば、焼成済の積層セラミック回路基板にヒートシンク金
属部材が配置される貫通穴を形成し、ヒートシンク金属
部材を該貫通穴に保持することは、焼成されたセラミッ
クに貫通穴を形成することは実質的に困難であり、さら
に、その貫通穴内でセラミックと金属部材との接合も実
質的に困難である。

【０００５】ヒートシンク金属部材となる金属を、積層
セラミック回路基板の製造過程で形成することも考えら
れる。

【０００６】従来の積層セラミック回路基板は、大別し
て２つの製造方法がある。その１つは、１層の絶縁層と
なるグリーンシートに、ビアホール導体となる貫通孔を
形成し、この貫通孔にビアホール導体となる導体を充填
するとともに、グリーンシート表面に内部配線となる導
体膜を形成する。このようなグリーンシートを所定枚数
積層し、一体的に焼成していた。

【０００７】このようなグリーンシート多層方式におい
て、回路基板の厚み方向を貫くヒートシンク金属部材を
配置するためには、ビアホール導体となる貫通孔と同時
に、各グリーンシートにＩＣチップの形状、０．５〜１
ｃｍ角の貫通孔を形成し、この０．５〜１ｃｍ角の貫通
孔にヒートシンク金属部材となる金属ペーストを充填し
なくては成らない。しかし、実際には、厚みが１５０〜
２００μｍ程度のグリーンシートに、０．５〜１ｃｍ角
の貫通孔を形成して、この貫通孔に金属ペーストを保持
させながら、積層することは実質的に不可能である。

【０００８】また、今１つの製造方法は、基体上に、絶
縁層となる絶縁ペーストのスクリーン印刷により形成さ
れた所定形状の絶縁膜と、内部配線となる導電性ペース
トのスクリーン印刷により形成された所定形状の導体膜
とを交互に印刷積層し、所定積層状態で一体的に焼成し
ていた。

【０００９】このような印刷多層方式において、積層体
の厚み方向を貫くヒートシンク金属部材を形成するため
には、導電性ペーストの印刷による金属膜の積層により
形成するが、特にヒートシンク金属部材となる金属膜の
周辺部において、絶縁膜が重なりあうため、積層数が増
加すると、ヒートシンク金属部材となる金属膜の表面均
一性がそこなわれ、ＩＣベアチップを搭載することが困
難となる。また、均一な表面を得られたとしても、ＩＣ
ベアチップの形状に対して、相当大きな表面形状としな
くてはならず、表面配線の高密度化に障害となったり、
ＩＣベアチップと表面配線との接続距離が増大しして、
ボンディング細線倒れなどが発生してしまうなどの問題
がある。

【００１０】結局、従来の積層セラミック回路基板の製
造においては、回路基板の厚み方向を貫き、搭載される
ＩＣベアチップの形状に適したヒートシンク部材を配置
することは困難であった。

【００１１】本発明は上述の問題に鑑みて案出されたも
のであり、その目的は、絶縁層となる絶縁膜、ビアホー
ル導体となる導体、及び内部配線となる導体膜の形成
を、従来と全く異なる方法で形成することにより、搭載
されるＩＣベアチップの形状に適したヒートシンク金属
部材を、回路基板中に配置することができる半導体モジ
ュールの製造方法を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の絶縁膜
間に、ビアホール導体となる導体によって接続された内
部配線となる導体膜を配し、且つ複数の絶縁膜の厚み方
向を貫くようにヒートシンク金属部材となる金属部材を
配置した積層体を形成した後、該積層体を一体的に焼成
を行うとともに、前記ヒートシンク金属部材の上部にＩ
Ｃベアチップを接合して成る半導体モジュールの製造方
法において、前記積層体の形成が、（１）光硬化可能な
モノマーを含有するセラミックスリップ材を塗布して絶
縁膜を形成する工程と、（２）前記絶縁膜を選択的に露
光・現像処理して、前記ヒートシンク金属部材が配置さ
れる位置及び又はビアホール導体となる位置に貫通孔を
形成する工程と、（３）前記絶縁膜のヒートシンク金属
部材用貫通孔に金属ペーストを充填してヒートシンク金
属部材となる金属部材を形成する工程と、（４）前記絶
縁膜のビアホール導体用貫通孔に導電性ペーストを充填
してビアホール導体となる導体とを形成する工程（５）
前記絶縁膜の表面に導電性ペーストを印刷して内部配線
となる導体膜を形成する工程とを含み、且つ少なくとも
（１）、（２）及び（３）の工程が、順次繰り返して行
われる半導体モジュールの製造方法である。

【００１３】ここで、絶縁層にビアホール導体、ヒート
シンク金属部材を有し、且つその絶縁層上に該ビアホー
ル導体と接続する内部配線が形成されている場合には、
上記（１）〜（５）の各工程を行う。また、例えば、最
外表側の絶縁層であって、絶縁層にビアホール導体、ヒ
ートシンク金属部材のみを有する場合には、上記
（１）、（２）、（３）、（４）の各工程を行う。さら
に、最外表側の絶縁層であって、ヒートシンク金属部材
のみを有する場合には、上記（１）の工程、（２）の工
程のうちヒートシンク金属部材用貫通孔のみを形成し、
（３）の工程を行う。

【００１４】これらの絶縁層の形状を考慮して、（１）
〜（５）の工程を選択して、順次繰り返すことにより積
層体が形成する。

【００１５】尚、貫通孔は、その絶縁膜を貫通するもの
であるが、その貫通孔の下開口部は、絶縁膜を形成する
前に、既に形成された導体膜や導体によって閉塞され、
全体としては「凹部」形状となるので、特にグリーンシ
ート多層方式の貫通孔と区別するため、本発明の製造方
法では「貫通凹部」と表現する。

【００１６】

【作用】本発明によれば、ビアホール導体、ヒートシン
ク金属部材の存在、内部配線のパターン形状、積層数な
どの積層状態にかかわらず、絶縁膜がセラミックスリッ
プ材の塗布により形成されるために、（１）の工程で形
成された絶縁膜の表面が均一となる。また、（２）の工
程でこのような絶縁膜にヒートシンク金属部材となる貫
通凹部が、露光、現像処理により形成されるため、貫通
凹部の寸法が精度高く、また任意の形状が簡単に形成で
きる。

【００１７】従って、（１）〜（５）の工程を選択的に
順次繰り返しても、ヒートシンク金属部材と絶縁膜との
境界付近において、寸法ずれやヒートシンク金属部材と
絶縁膜との積層による積層歪みが発生せず、ヒートシン
ク金属部材の表面も均一化することができ、さらに、Ｉ
Ｃベアチップの形状に応じた必要最小形状とすることが
できる。

【００１８】また、（３）の工程のようにヒートシンク
金属部材となる金属部材は貫通凹部内に充填するだけで
あるため、従来のグリーンシート多層方式のように、ペ
ースト抜けが発生することがない。

【００１９】これによって、積層セラミック回路基板の
ヒートシンク金属部材の上部にＩＣベアチップを搭載す
ることにより、ＩＣベアチップで発生する熱を回路基板
の外部に有効に放熱することができ、回路基板に形成又
は配置した他の電子部品の誤動作なく、熱信頼性が向上
した半導体モジュール。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は、本発明に係る半導体モジュールの断面図である。

【００２１】図１において、１は回路基板であり、２は
ＩＣベアチップである。

【００２２】回路基板１は、絶縁層１ａ〜１ｅと、絶縁
層１ａ〜１ｅの各層間に配置された内部配線３と、表面
配線６、７と、各絶縁層１ａ〜１ｅの厚み方向を貫き形
成されたヒートシンク金属部材５と、各配線３、６、７
との間を接続するビアホール導体４はとから構成されて
いる。尚、絶縁層１ａの表面には、厚膜抵抗体膜８やＩ
Ｃベアチップ２を保護する保護膜などが必要に応じて形
成されている。

【００２３】絶縁層１ａ〜１ｅは、例えば８５０〜１０
５０℃前後の比較的低い温度で焼成可能にするガラス−
セラミック材料からなり、表面絶縁層１ａ〜１ｅの厚み
は、４０〜１２０μｍである。そして、この複数の絶縁
層１ａ〜１ｅの各層間に内部配線３が絶縁層１ａ〜１ｅ
の厚み方向を貫くビアホール導体４、ヒートシンク金属
部材５が夫々配置されている。

【００２４】内部配線３は、絶縁層１ａ〜１ｅの各層間
に配置され、金系、銀系、銅系の金属材料、例えば銀系
導体から成っている。これらの内部配線３の厚みは、８
〜１５μｍ程度である。

【００２５】表面配線６は、絶縁層１ａの表面に形成さ
れており、金系、銀系、銅系の金属材料、例えば銀系導
体からなっている。この表面配線６は、特に、厚膜抵抗
体膜８の電極パッドとして作用する。

【００２６】表面配線７は、絶縁層１ａの表面に形成さ
れており、金系、銀系、銅系の金属材料、例えば銅系導
体からなっている。この表面配線６は、実質的な表面の
所定配線を形成するものであり、内部配線３とビアホー
ル導体４を介して接続されたり、表面配線６の一部に重
畳接続されている。これは、銅系表面配線７は、銀系導
体に比較して、マイグレーションなどが発生ないため、
焼成条件が銀系導体と異なるものの、高密度化にとって
は重要な導体材料である。

【００２７】ビアホール導体７は、金系、銀系、銅系の
金属材料、例えば銀系導体からなり、内部配線３間を接
続したり、また、絶縁層１ａ上に形成された表面配線７
と内部配線３とを接続するために、各絶縁層１ａ〜１ｄ
の厚みを貫くように形成されている。

【００２８】ヒートシンク金属部材５は、例えば他熱伝
導率の高い金属材料、金系、銀系、銅系、例えば銀系導
体からなり、回路基板１の厚みを貫くように配置されて
いる。尚、図では、ヒートシンク金属部材５は、電気的
に何等作用しないように記載されているが、必要応じ
て、アース電位に、アース電位の内部配線と接続しても
かまわない。

【００２９】ＩＣベアチップ２は、ヒートシンク金属部
材５の上部に接合・配置されており、シリコンチップの
上面に形成した入出力電極パッドと、回路基板１の表面
配線７とがボンディング細線によってワイヤボンディン
グ接合されている。

【００３０】ここで、本発明において構造的には回路基
板１のＩＣベアチップ２の搭載位置には、回路基板１の
厚み方向を貫くように、ヒートシンク金属部材５が配置
されている。このため、ＩＣベアチップ２で発生する熱
がヒートシンク金属部材５を介して、回路基板１の裏面
側に有効に放熱することができ、回路基板１全体を低背
化できる。、しかも、ＩＣベアチップ２を容易かつ確実
にヒートシンク金属部材５の上部に配置でき、さらにＩ
Ｃベアチップ２の発熱による他の回路や電子部品への悪
影響などが防止でき、熱信頼性の高い半導体モジュール
となる。

【００３１】上述の半導体モジュールの製造方法を図２
（ａ）〜（ｋ）に基づいて説明する。

【００３２】まず、図２（ａ）に示すように、（１）の
工程として、耐熱性樹脂、ガラス、セラミックなどのワ
ーク基板１５上に絶縁層１ｅとなる絶縁膜１０ｅを形成
する。

【００３３】絶縁膜１０ｅは、セラミック粉末、ガラス
材料、光硬化可能なモノマー、有機バインダと、有機又
は水系溶剤を均質混練して得られスリップ材を、４０〜
１２０μｍ程度になるように、塗布、乾燥して形成す
る。

【００３４】上述のセラミック粉末としては、クリスト
バライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライ
ト、ジルコニア、コージェライト等の材料が挙げられ、
その粉末の平均粒径は、好ましくは１．０〜６．０μ
ｍ、更に好ましくは１．５〜４．０μｍである。これら
のセラミック材料は２種以上混合して用いられてもよ
い。

【００３５】特に、コランダムを用いた場合、コスト的
に有利となる。

【００３６】ここで、セラミック粉末の平均粒径が１．
０〜６．０μｍと設定したのは、平均粒径が１．０μｍ
未満では、均質混合してスリップ化することが難しくな
り、、後述の露光時に露光光が乱反射して充分な露光が
できなくなる。逆に平均粒径が６．０μｍを超えると緻
密で強度の高い回路基板１が得られない。

【００３７】上述のガラス材料としては、複数の金属酸
化物を含むガラスフリットであり、８５０〜１０５０℃
で焼成した後に、コージェライト、ムライト、アノーサ
イト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイ
ト、ドロマイト、ペタライト及びその置換誘導体の結晶
を少なくとも１種析出するものが挙げられる。

【００３８】特に、アノーサイトまたはセルジアンを析
出する結晶化ガラスフリットを用いると、より強度の高
い積層体本体が得られ、また、コージェライトまたはム
ライトを析出し得る結晶化ガラスフリットを用いれる
と、焼成後の熱膨張率が低い為、回路基板１上にＩＣベ
アチップ２を配置するための回路基板としては非常に有
効となる。

【００３９】回路基板１の強度、熱膨張率を考慮した最
も好ましいガラス材料としては、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラス
フリットである。この様なガラスフリットは、ガラス化
範囲が広くまた屈伏点が６００〜８００℃付近にあるた
め、８５０〜１０５０℃程度の低温焼成に適し、且つ内
部配線３、ビアホール導体４となる銅系、銀系及び金系
の導電材料の焼結挙動に適している。

【００４０】ガラス材料はスリップ材中にフリットの状
態で混合されている。このフリットの平均粒径は、１．
０〜５．０μｍ、好ましくは１．５〜３．５μｍであ
る。ここで、平均粒径が１．０μｍ未満の場合は、スリ
ップ化することが困難であり、後述の露光時に露光光が
乱反射して充分な露光ができなくなる。逆に平均粒径が
５．０μｍを超えると分散性が損なわれ、具体的には絶
縁材料であるセラミック粉末間に均等に溶解分散でき
ず、強度が非常に低下してしまう。

【００４１】上述のセラミック材料とガラス材料との構
成比率は、８５０〜１０５０℃の比較的低温で焼成する
場合には、セラミック材料が１０〜６０ｗｔ％、好まし
くは３０〜５０ｗｔ％であり、ガラス材料が９０〜４０
ｗｔ％、好ましくは７０〜５０ｗｔ％である。

【００４２】ここで、セラミック材料が１０ｗｔ％未
満、且つガラス材料が９０ｗｔ％を越えると、絶縁層に
ガラス質が増加しすぎ、絶縁層の強度等からしても不適
切であり、また、セラミック材料が６０ｗｔ％を越え、
且つガラス材料が４０ｗｔ％未満となると、後述の露光
時に露光光が乱反射して充分な露光ができなり、焼成後
の絶縁層の緻密性も損なわれる。

【００４３】上述のセラミックやガラスなどの固形成分
の他に、スリップ材の構成材料としては、焼結によって
消失される光硬化可能なモノマー、有機バインダーと、
有機溶剤とを含んでいる。

【００４４】光硬化可能なモノマーは、比較的低温で且
つ短時間の焼成工程で消失できるように熱分解性に優れ
たものであり、また、スリップ材の塗布・乾燥後の露光
によって、光重合される必要があり、遊離ラジカルの形
成、連鎖生長付加重合が可能で、２級もしくは３級炭素
を有したモノマーが好ましく、例えば少なくとも１つの
重合可能なエチレン系基を有するブチルアクリレート等
のアルキルアクリレートおよびそれらに対応するアルキ
ルメタクリレートが有効である。また、テトラエチレン
グリコールジアクリレート等のポリエチレングリコール
ジアクリレートおよびそれらに対応するメタクリレート
などが挙げられる。

【００４５】光硬化可能なモノマーは、露光処理によっ
て絶縁膜１０ｅが硬化され、現像処理によって露光部分
以外の部分が容易に除去できるように所定量添加され
る。例えば、固形成分（セラミック材料及びガラス材
料) に対して５〜１５ｗｔ％以下である。

【００４６】有機バインダーは、光硬化可能なモノマー
同様に熱分解性の良好なものでなくてはならない。同時
にスリップの粘性を決めるものである為、固形分との濡
れ性も重視せねばならず、本発明者の検討によればアク
リル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキ
シル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和
化合物が好ましい。添加量としては固形分に対して２５
ｗｔ％以下が好ましい。

【００４７】尚、溶剤として、有機系溶剤の他に、水系
溶剤を用いることができるが、この場合、光硬化可能な
モノマー及び有機バインダは、水溶性である必要があ
り、モノマー及びバインダには、親水性の官能基、例え
ばカルボキシル基が付加されている。その付加量は酸価
で表せば２〜３００あり、好ましくは５〜１００であ
る。付加量が少ない場合は水への溶解性、固定成分の粉
末の分散性が悪くなり、多い場合は熱分解性が悪くなる
ため、付加量は、水への溶解性、分散性、熱分解性を考
慮して、上述の範囲で適宜付加される。

【００４８】何れの系のスリップ材においても光硬化可
能なモノマー及び有機バインダは上述したように熱分解
性の良好なものでなくてはならないが、具体的には６０
０℃以下で熱分解が可能でなくてはならない。更に好ま
しくは５００℃以下である。

【００４９】熱分解温度が６００℃を越えると、絶縁層
内に残存してしまい、カーボンとしてトラップし、基板
を灰色に変色させたり、絶縁層の絶縁抵抗までも低下さ
せてしまう。またボイドとなりデラミネーションを起こ
すことがある。

【００５０】また、スリップ材には、増感剤、光開始系
材料等を必要に応じて添加しても構わない。例えば、光
開始系材料としては、ベンゾフェノン類、アシロインエ
ステル類化合物などが挙げられる。

【００５１】上述のスリップ材の塗布方法として、例え
ば、ドクターブレード法（ナイフコート法）、ロールコ
ート法、印刷法などが挙げられる。特に塗布後の絶縁膜
の表面が平坦化することが容易なドクターブレード法な
どが好適である。尚、塗布方法に応じて溶剤の添加量が
調整され、所定粘度に調整される。

【００５２】乾燥方法としては、バッチ式乾燥炉、イン
ライン式乾燥炉を用いて行われ、乾燥条件は、１２０℃
以下が望ましい。また、急激な乾燥は、表面にクラック
を発生される可能性があるため、急加熱を避けることが
重要となる。

【００５３】次に、図２（ｂ）に示すように、（２）の
工程の一部である、スリップ材を塗布・乾燥した絶縁膜
１０ｅを選択的露光処理して、絶縁膜１０ｅの所定位
置、即ち、ヒートシンク金属部材５となる位置に、ヒー
トシンク金属部材用貫通凹部５０となる溶化部５０’を
形成する。尚、図１では、絶縁層１ｅにビアホール導体
４が形成されていないため、絶縁膜１０ｅには、ヒート
シンク金属部材用貫通凹部５０となる溶化部５０’のみ
を形成する。

【００５４】具体的には、絶縁膜１０ｅ中に含まれる光
硬化モノマーが、光重合されるネガ型であるため、貫通
凹部５０となる溶化部５０’のみが露光光が照射されな
いような所定パターンを有するフォトターゲットを、絶
縁膜１０ｅ上に載置、又は近接配置して、低圧、高圧、
超高圧の水銀灯系の露光光を照射する。尚、露光条件
は、１５〜２０Ｊ／ｃｍ²の露光光を約１５〜３０秒程
度照射して行う。これにより、絶縁膜１０ｅのヒートシ
ンク金属部材５の一部となる部分以外は、光硬化可能な
モノマーの光重合反応を起し、硬化されることになる。
尚、露光装置は所謂写真製版技術に用いられる一般的な
ものでよい。

【００５５】次に、図２（ｃ）に示すように、（２）の
工程として、露光処理した絶縁膜１０ｅを現像処理し、
溶化部５０’を除去して、貫通凹部５０を形成する。こ
れにより、貫通凹部５０の下部開口には、ワーク基板１
５の表面の一部が露出することになる。この現像処理と
して、クロロセン、１，１，１−トリクロロエタン、ア
ルカリ現像溶剤を例えばスプレー現像法やパドル現像法
によって、溶化部５０’に噴射したり、接触したりし
て、現像処理を行う。その後、必要に応じて洗浄及び乾
燥を行なう。

【００５６】次に、図２（ｄ）に示すように、（３）及
び（５）の工程として、絶縁層１ｅと絶縁層１ｄとの層
間に配される内部配線３となる導体膜３０及びヒートシ
ンク金属部材５の一部となる金属部材５１を例えばＡｇ
系導電性ペーストを用いてスクリーン印刷によって所定
形状に印刷し、乾燥を行う。

【００５７】上述の導電性ペーストは、金、銀、銅もし
くはその合金のうち少なくとも１つの金属材料、例えば
銀系粉末と、低融点ガラス成分と、有機バインダーと有
機溶剤と、必要に応じて上述の光硬化モノマーとを均質
混練したものが用いられる。

【００５８】尚、絶縁層１ａ〜１ｅがガラス−セラミッ
クからなり、焼結温度が８５０〜１０５０℃と比較的低
いため、絶縁膜の焼結挙動を考慮する必要がある。低融
点ガラス成分としては、屈伏点が７００〜８００℃であ
り、且つ低熱膨張のものを用いることが重要であり、絶
縁膜の焼結挙動と内部配線３、ヒートシンク金属部材
５、ビアホール導体４の焼結挙動を近似させると同時
に、熱膨張係数差を小さくしている。

【００５９】また、必要に応じて、上述のように印刷し
た導体膜３０及び印刷・充填した金属部材５１は、上述
の露光条件で光硬化させる。これは、後述する絶縁膜１
０ｅ上の全面に塗布する絶縁膜１０ｄに、貫通凹部５
０、４０を形成するべく、露光、現像処理した時に、絶
縁膜１０ｄの貫通凹部５０、４０の下部開口から露出す
る絶縁膜１０ｅに形成した導体膜３０、金属部材５１も
が除去されないようにするためである。従って、現像液
が、露光処理されていない絶縁膜のみを除去し、導体膜
３０や金属部材５１を除去しないようにその成分や濃度
を制御すれば、導電性ペーストに光硬化モノマーを用い
る必要がなく、且つ導体膜３０や金属部材５１に対する
露光処理を省略できる。

【００６０】尚、この実施例では、内部配線３とヒート
シンク金属部材５とを同一金属、例えば銀系導体（金
属）で形成するため、同一工程で印刷、又は充填を行っ
ているが、内部配線３とヒートシンク金属部材５とが異
なる金属である場合には、（３）の工程として、貫通凹
部５０にヒートシンク金属部材５となる金属部材５１を
充填する工程と、（５）の工程として、内部配線３とな
る導体膜３０を印刷する工程とを別に行うことができ
る。

【００６１】次に、図２（ｅ）に示すように、（１）の
工程を繰り返し、絶縁膜１ｅに形成した導体膜３０、金
属部材５１を完全に被うように、絶縁層１ｄとなる絶縁
膜１０ｄを上述のスリップ材を用いて塗布・乾燥により
形成する。

【００６２】次に、図２（ｆ）に示すように、（２）の
一部の工程を繰り返し、スリップ材を塗布・乾燥した絶
縁膜１０ｄを選択的な露光処理して、絶縁膜１０ｄの所
定位置、即ち、ヒートシンク金属部材５及びビアホール
導体４となる位置に、貫通凹部５０、４０となる溶化部
５０’、４０’を形成する。尚、この絶縁層１ｄは、ビ
アホール導体４とヒートシンク金属部材５とを有するの
で、両者の貫通凹部５０、４０となる溶化部５０’、４
０’を一括的に形成する。

【００６３】この形成方法は、図２（ｂ）で説明したよ
うに、フォトターゲットを用いて、所定強度の露光光を
照射して選択的な露光処理によって形成される。

【００６４】次に、図２（ｇ）に示すように、（２）の
工程を繰り返し、露光処理した絶縁膜１０ｄを現像処理
し、溶化部５０’、４０’を除去して、貫通凹部５０、
４０を形成する。これにより、貫通凹部５０の下部に
は、絶縁膜１０ｅに形成した金属部材５１の表面が、貫
通凹部４０の下部には、絶縁膜１０ｅに形成した導体膜
３０の表面が夫々露出することになる。尚、現像処理条
件は、図２（ｃ）の説明と同様である。

【００６５】次に、図２（ｈ）に示すように、（３）、
（４）、（５）の工程として、絶縁層１ｄの厚み方向を
貫くヒートシンク金属部材５となる金属部材５１、ビア
ホール導体４となる導体４１を前記貫通凹部５０、４０
に充填するとともに、絶縁層１ｃと絶縁層１ｄとの層間
に配される内部配線３となる導体膜３０を絶縁膜１０ｄ
上に印刷充填・又は印刷により形成する。具体的には、
図２（ｄ）で説明したとおり、光硬化モノマーを含有す
るＡｇ系導電性ペーストを用いてスクリーン印刷によっ
て、充填又は所定形状に印刷して、乾燥し、さらに露光
処理により硬化を行う。尚、上述したように、ビアホー
ル導体４となる導体材料が、ヒートシンク金属部材５や
内部配線３となる導体材料と異なる場合には、導体膜３
０、導体４１、金属部材５１の形成工程を別工程を行う
必要がある。

【００６６】続いて、（１）の工程である絶縁膜の形成
工程、（２）の工程である前記絶縁膜を選択的に露光・
現像処理して、前記ヒートシンク金属部材が配置される
位置及びビアホール導体となる位置に貫通孔４０、５０
を形成する工程、（３）、（４）（５）の工程であるビ
アホール導体４となる導体４１、ヒートシンク金属部材
５となる金属部材５１、内部配線３となる導体膜３０を
形成する工程を順次繰り返しす。

【００６７】そして、最上層の絶縁層１ａとなる絶縁膜
１０ａを（１）の工程により形成し、この絶縁膜１０ａ
に貫通凹部５０、４０を（２）の工程により形成し、こ
の貫通凹部５０に金属部材５１を（３）の工程により形
成し、同時に、貫通凹部４０に夫々導体４１を充填す
る。これにより、回路基板１の基本を成す積層体が形成
されることになる。尚、積層体の表面には、必要に応じ
て表面配線６となる導体膜６０を銀系導電性ペーストの
スクリーン印刷及び乾燥により形成する。

【００６８】次に、図２（ｉ）に示すように、絶縁層１
ａ上に、必要に応じて、例えば酸化ルテニウムなどから
なる厚膜抵抗体膜８を、酸化ルテニウム系抵抗ペースト
の印刷形成する。

【００６９】その後、ワーク基板１５を分離して、回路
基板１の寸法で分割できるようにプレス成型によって分
割溝を形成し、一体的な焼結を行う。

【００７０】焼結は、脱バインダ過程と焼成過程からな
る。脱バインダ過程は、絶縁膜１０ａ〜１０ｅ、内部配
線３となる導体膜３０、ビアホール導体４となる導体４
１、、ヒートシンク金属部材５となる金属部材５１及び
表面配線６となる導体膜６０に含まれる有機成分や水分
を消失するためであり、焼結過程の例えば６００℃以下
の温度領域で行われる。

【００７１】また、焼成過程は、絶縁膜１０ａ〜１０ｅ
のガラス成分を充分に軟化させて、セラミック粉末の粒
界に均一に分散させ、回路基板１に一定強度を与え、同
時に、導体膜３０、導体４１、金属部材５１の銀系粉末
を粒成長させて、低抵抗化させるとともに、絶縁層１ａ
〜１ｅと一体化させるものであり、酸化性雰囲気又は中
性雰囲気でピーク温度８５０〜１０５０℃で行われる。

【００７２】これにより、絶縁膜１０ａ〜１０ｅは絶縁
層１ａ〜絶縁層１ｅとなり、導体膜３０は内部配線３と
なり、導体４１はビアホール導体４となり、金属部材５
１はヒートシンク金属部材５となり、導体膜６０は表面
配線６となる。

【００７３】次に、図２（ｊ）に示すように、絶縁層１
ａの表面に、銅系導電性ペーストで表面配線導体７とな
る導体膜を印刷形成し、その後、乾燥・焼成を行う。

【００７４】ここで、銅系の表面配線７と銀系の表面配
線６、銅系の表面配線７と銀系のビアホール４とが接合
することになる。このため、銀と銅との共晶温度を考慮
して、銅系の表面配線７として、低温（例えば７８０℃
以下）焼成可能な銅系導電性ペーストをスクリーン印刷
して、銅の酸化を防止するため、還元性雰囲気や中性雰
囲気中で行うことが重要である。そして、必要に応じ
て、分割溝にそって個々の回路基板の大きさに分割を行
う。

【００７５】これにより、複数の絶縁層１ａ〜１ｅ、内
部配線３、ビアホール導体４、ヒートシンク金属部材
５、表面配線６、７等からなる回路基板１が達成され
る。

【００７６】次に、図２（ｋ）に示すように、ＩＣベア
チップ２を、回路基板１の絶縁層１ａから露出するヒー
トシンク金属部材５の上部にダイアタッチ等で接合・配
置し、ＩＣベアチップ２の入出力電極パッドと所定表面
配線７との間でボンディング細線を用いて、ワイヤボン
ディング接合を施す。これにより、図１に示す半導体モ
ジュールが達成される。

【００７７】以上のように、本発明によれば、ヒートシ
ンク金属部材５が、回路基板１中に形成されるため、半
導体モジュール全体の低背化が達成できる。

【００７８】また、各絶縁膜の形成工程において、絶縁
膜の表面が、積層数や内部配線３の積層状況にかかわら
ず、常に均一な面となり、しかも、ヒートシンク金属部
材５が、各層毎に積層されて形成されるため、回路基板
１の表面に露出したヒートシンク金属部材５の表面の平
坦化が容易に達成でき、ＩＣベアチップ２の接合・配置
が非常に簡単でかつ確実に行える。

【００７９】さらに、ヒートシンク金属部材５が各絶縁
膜１０ａ〜１０ｅに形成した貫通凹部５０への充填・印
刷した金属部材５１の積層構造で構成され、各層の厚み
方向を貫くビアホール導体４のように形成されるため、
回路基板１の製造工程が工程数の大きな付加なく、簡単
に形成できる。

【００８０】しかも、貫通凹部５０へのペーストの充填
により形成されるため、グリーンシート多層のようにペ
ースト抜けが発生することがなく、ＩＣベアチップ２の
形状に対応する任意の形状のヒートシンク金属部材５が
達成され、回路基板１の表面配線６、７の高密度化が可
能となる。

【００８１】これらによって、ＩＣベアチップ２で発生
する熱を外部に有効に放熱することができ、多層回路基
板に形成又は配置した他の電子部品の誤動作なく、熱信
頼性が向上した、低背化した、表面配線の高密度化が達
成された半導体モジュールの製造方法となる。

【００８２】尚、上述の実施例において、表面配線６、
７などを同一材料、例えば銅系又は銀系を用いてもよ
い。例えば、表面配線６、７を銀系導体で形成する場
合、その製造方法として、焼成前に絶縁膜１０上に表面
配線６、７を形成し、絶縁膜１０ａ〜１０ｅの焼成によ
り一括的に形成できる。また、銅系材料で形成する場
合、絶縁層１ａの厚みを貫くビアホール導体４やヒート
シンク金属部材５の一部（絶縁層１ａの厚みに相当する
部分）を銅系材料で構成することができる。即ち、絶縁
膜１０ａの露光・現像処理工程後に、一体的に焼成し、
絶縁層１ａの厚みを貫くビアホール導体４やヒートシン
ク金属部材５の一部の形成を表面配線６、７の印刷工程
時に同時に行うことができる。

【００８３】また、分割溝にそって個々に分割する工程
は、ＩＣチップ２を接合した後に行ってもよい。

【００８４】さらに、貫通凹部５０に充填する金属部材
５１が、内部配線３やビアホール導体４となる導体膜３
０や導体４１と同時に形成されているが、貫通凹部５０
に充填する金属部材５１が、内部配線３やビアホール導
体４となる導体膜３０や導体４１の材料と異なる場合
は、貫通凹部５０に金属部材５１を充填する工程を別工
程で行う必要がある。

【００８５】また、絶縁層の積層数は、任意に設定する
ことができ、回路基板１の裏面にも表面配線や各種電子
部品を搭載することができる。この時には、絶縁層１ｅ
となる絶縁膜１０ｅに対しても、貫通凹部４０を形成す
る必要がある。

【００８６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ヒートシ
ンク金属部材の表面の平坦化できるため、ＩＣベアチッ
プの接合・配置が非常に簡単でかつ確実に行える。

【００８７】また、ヒートシンク金属部材を、各絶縁膜
に形成した貫通凹部への充填・印刷で、ペースト抜けな
く形成でき、しかも、ＩＣベアチップの形状に対応する
任意の形状でできるので、製造方法が簡単で、且つ確実
に、しかも回路基板の表面の高密度化が可能となる。

【００８８】これらによって、ＩＣベアチップで発生す
る熱を外部に有効に放熱することができ、回路基板に形
成又は配置した他の電子部品の誤動作なく、熱信頼性が
向上した、低背化した、表面配線の高密度化が達成され
た半導体モジュールの製造方法となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体モジュールの断面図であ
る。

【図２】（ａ）〜（ｋ）は、本発明の半導体モジュール
の各製造工程の断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・回路基板１ａ〜１ｅ・・・絶縁層１０ａ〜１０ｅ・・・絶縁膜２・・・・・・・ＩＣチップ３・・・・・・・内部配線３０・・・・・・内部配線となる導体膜４・・・・・・・ビアホール導体４０・・・・・・ビアホール導体となる貫通凹部４１・・・・・・ビアホール導体となる導体５・・・・・・・ヒートシンク金属部材５０・・・・・・ヒートシンク金属部材となる貫通凹部５１・・・・・・ヒートシンク金属部材となる金属部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古橋和雅鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内 (72)発明者末永弘鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内審査官坂本薫昭 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/12 H05K 3/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の絶縁膜間に、ビアホール導体とな
る導体によって接続された内部配線となる導体膜を配
し、且つ複数の絶縁膜の厚み方向を貫くようにヒートシ
ンク金属部材となる金属部材を配置した積層体を形成し
た後、該積層体を一体的に焼成を行うとともに、前記ヒ
ートシンク金属部材の上部にＩＣベアチップを接合して
成る半導体モジュールの製造方法において、前記積層体の形成が、（１）光硬化可能なモノマーを含有するセラミックスリ
ップ材を塗布して絶縁膜を形成する工程と、（２）前記絶縁膜を選択的に露光・現像処理して、前記
ヒートシンク金属部材が配置される位置及び又はビアホ
ール導体となる位置に貫通孔を形成する工程と、（３）前記絶縁膜のヒートシンク金属部材用貫通孔に金
属ペーストを充填してヒートシンク金属部材となる金属
部材を形成する工程と、（４）前記絶縁膜のビアホール導体用貫通孔に導電性ペ
ーストを充填してビアホール導体となる導体とを形成す
る工程（５）前記絶縁膜の表面に導電性ペーストを印刷して内
部配線となる導体膜を形成する工程とを含み、且つ少な
くとも（１）、（２）及び（３）の工程が、順次繰り返
して行われることを特徴とする半導体モジュールの製造
方法。