JP4964322B2 - 放熱基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放熱基板およびその製造方法に関する。

最近、多様な分野で応用されるパワー素子およびパワーモジュールの放熱問題を解決するために、熱伝導特性のよい金属材料を用いた様々な形態の放熱基板を製作しようと努力している。また、ＬＥＤモジュール、パワーモジュールだけでなく、その他の製品分野でも回路基板に多層微細パターンの形成が要求されている。

しかし、従来の有機ＰＣＢ、セラミック基板、ガラス基板、または金属コア層を含む放熱基板の場合、微細パターンの形成がＳｉウエハーに比べて相対的に難しく、費用が高い方であって、その応用分野が制限されてきた。

例えば、プリプレグに銅箔が形成された銅張積層板（Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ、ＣＣＬ）を準備する。機械的ドリルビットを用いて層間接続のための垂直ビアホールを加工した後、垂直ビアホールの内壁を含んで銅箔に無電解メッキ層を形成する。

次いで、垂直ビアホールの内部を含んで無電解メッキ層に電解銅メッキ工程（フィルメッキ工程）を施して電解メッキ層を形成する。銅箔、無電解メッキ層、および電解メッキ層にパターニング工程を行うことにより、ビアを含む回路層を形成する。一方、前記銅張積層板の代わりに金属コア層を用いると、金属コア層を含む放熱基板が形成される。

その後、前記回路層上にビルドアップ層を形成して多層プリント基板を製造する。ビルドアップ層は、メッキとプリント方法などで配線が形成された回路パターンと絶縁素子を順次積み上げる方式で製造する。

上述した従来のビルドアップ方式による多層プリント基板（または放熱基板）は、ビルドアップ層の厚さのため、回路基板全体の厚さが厚くなってしまうという問題があった。また、配線基板の厚さが厚い場合、配線の長さが長くなって多くの信号処理時間がかかり、結果として高密度配線化の要求に逆行するという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、ビルドアップ方式によることなく、多孔性構造の酸化絶縁層と酸化絶縁層のポアに充填された絶縁材を絶縁層として実現することにより、基板の厚さが減少し、微細回路パターンの形成が可能であるうえ、放熱特性が向上した放熱基板を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記放熱基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、金属コア層と、前記金属コア層上に形成され、バリア層、前記バリア層に接続された多孔性の第１ポーラス層、および前記第１ポーラス層のポアに充填された絶縁材を含む第１絶縁層と、前記第１絶縁層に形成され、前記第１ポーラス層のポアに充填され、前記第１ポーラス層の上端に形成された第１回路層と、前記第１ポーラス層が成長して形成された第２ポーラス層、および前記ポーラス層のポアに充填された絶縁材を含む第２絶縁層と、前記第１回路層に接続されるビアを含み、前記第２絶縁層に形成された第２回路層とを含んでなる放熱基板を提供する。

このとき、前記第２回路層に形成された保護層をさらに含むことが好ましい。

また、前記金属コア層は、アルミニウムから構成され、前記バリア層、前記第１ポーラス層、および前記第２ポーラス層は、Ａｌ_２Ｏ_３から構成されることが好ましい。

更に、前記第２ポーラス層のポアに充填された絶縁材は、前記２ポーラス層の上端をカバーするように充填されたことが好ましい。

本発明の他の観点によれば、（Ａ）金属コア部材を提供する段階と、（Ｂ）前記金属コア部材を第１陽極酸化してバリア層と第１ポーラス層を形成する段階と、（Ｃ）前記第１ポーラス層のポアに充填され、前記第１ポーラス層のポアの上端に位置するように第１回路層を形成する段階と、（Ｄ）前記金属コア部材を第２陽極酸化して前記第１ポーラス層を成長させて第２ポーラス層を形成する段階と、（Ｅ）前記第１ポーラス層のポアおよび前記第２ポーラス層のポアに絶縁材を充填する段階と、（Ｆ）前記第１回路層に接続されるビアを含み、前記第２ポーラス層および前記絶縁材上に第２回路層を形成する段階とを含んでなる放熱基板の製造方法を提供する。

このとき、前記（Ｆ）段階の後、（Ｇ）前記第２回路層に保護層を形成する段階をさらに含むことが好ましい。

また、前記（Ｅ）段階では、前記絶縁材が、前記第２ポーラス層の上端をカバーするように充填されたことが好ましい。

更に、前記金属コア層は、アルミニウムから構成され、前記バリア層、前記第１ポーラス層、および前記第２ポーラス層は、Ａｌ_２Ｏ_３から構成されることが好ましい。

本発明に係る放熱基板は、多層構造の配線が形成されるが、金属コア層に形成された回路層および絶縁層の厚さが薄くて金属コア層から外部への放熱特性が向上する。

また、本発明に係る放熱基板は、多孔性酸化絶縁層の成長方式を用いて多層構造の配線を形成するので、微細回路パターンの形成が可能である。

本発明に係る放熱基板の製造方法は、ビルドアップ工程が要求されないため、製造工程が単純であって生産性が向上し、製造コストが節減される。

本発明の好適な実施例に係る放熱基板を簡略に示す断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（１）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（２）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（３）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（４）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（５）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（６）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（７）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（８）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（９）である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図（１０）である。

本発明の目的、特定の利点および新規の特徴は添付図面に連関する以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明白になるであろう。

これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的で辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。

本発明において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにおいて、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意すべきであろう。なお、本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の好適な実施例に係る放熱基板を簡略に示す断面図である。次に、図１に基づいて、本発明の好適な実施例に係る放熱基板について説明する。

図１に示すように、放熱基板１００は、金属コア層１０、金属コア層１０に形成された２層の絶縁層と２層の回路層、および前記回路層同士を接続するビアを含んでなる。

金属コア層１０は、金属からなり、一般な樹脂コア層に比べて強度が大きいため、反り（ｗａｒｐａｇｅ）に対する抵抗を大きくし、放熱基板に実装される発熱素子（図示せず）によって発生する熱を外部に放出する役割を果たす。

このような金属コア層１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタニウム（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、タンタリウム（Ｔａ）、またはこれらの合金から構成できる。

第１絶縁層２０は、酸化絶縁層であるバリア層２２、バリア層２２に接続された第１ポーラス層２４、および第１ポーラス層２４のポアＰに充填された絶縁材Ｉを含む。

バリア層２２と第１ポーラス層２４は、金属コア層１０を陽極酸化して形成された酸化絶縁層である。金属コア層１０がアルミニウムから構成された場合、酸化絶縁層はＡｌ_２Ｏ_３から構成される。

ここで、バリア層２２は、金属コア層１０と界面を形成する酸化絶縁層であり、第１ポーラス層２４は、バリア層２２に接続された結晶柱ＣとポアＰを有する多孔性層である。
バリア層２２は、第１回路層３０が形成される部分の厚さと第１回路層３０が形成されない部分の厚さを互いに異ならせるが（また、ポアＰの深さも異ならせる）、本放熱基板の製造方法に関連して後述する。

また、第１ポーラス層２４のポアＰには絶縁材Ｉが充填される。絶縁材Ｉは通常のプラスチック樹脂から構成できる。絶縁材Ｉは、ポアＰに充填されて第１ポーラス層２４の変形を防止し、第１絶縁層２０の硬度を増加させる。よって、絶縁材ＩはポアＰの底面（またはバリア層）にまで至るように完全に充填されることが好ましい。

第１回路層３０は、第１絶縁層２０に形成されるが、前記第１ポーラス層２２のポアＰに充填され、第１ポーラス層２４の上端に形成される。このような回路層３０は金、銅、銀、ニッケルなどが採用できる。

第１回路層３０は、一般な回路パターン３２と、ビア５５に接続されるランド部３４とを含む。ランド部３４は、一般な回路パターン３２より多少広い幅で形成されることが好ましい。これは、第２ポーラス層４４を成長させる過程で、ランド部３４上にビアホール（図７参照）を加工するための空間を確保するためである。

第１回路層３０は、一部が第１ポーラス層２４のポアＰ部分に充填されて接着面積を広めることにより、結合信頼性を向上させるとともに、第１ポーラス層２４の上端に形成されて回路パターンの断線を防止することにより、電気的信号を送るための信頼性を確保する。

第２絶縁層４０は、第１ポーラス層２４が成長して形成された第２ポーラス層４４と、第２ポーラス層４４のポアＰに充填された絶縁材Ｉとを含む。

第２ポーラス層４４は、第１ポーラス層２４が成長して形成されるので、第１ポーラス層２４のように多孔性を有する。第２ポーラス層４４のポアＰに充填された絶縁材も、第１ポーラス層２４のポアＰに充填された絶縁材Ｉと同一である。

この際、絶縁材Ｉは、第２ポーラス層４４の上端をカバーするように充填されることが好ましい。このような形状の絶縁材Ｉは、第２絶縁層４０の上面を平坦にし、第２回路層５０の形成を容易にする。

第２回路層５０は、第２絶縁層４０に形成され、第１回路層３０と接続されるビア５５を含む。ビア５５は、第１回路層３０のランド部３４に接続され、メッキ方法によって第２回路層５０と同時に形成できる。

一方、第２回路層５０を保護する保護層をさらに含むことができる。このような保護層（図示せず）は、半田レジストになれる。半田レジストは、耐熱性被覆材料で半田付けるときに回路パターンに半田が塗布されず、回路層が酸化しないように保護する。

また、第２回路層５０がパッド部を含む場合、電子素子との電気的接続のために半田レジストに開口部を加工してパッド部を露出させることが好ましい。そして、露出したパッド部を酸化から保護し且つ部品の半田付け性および伝導性を向上させるために、パッド部上にパッド保護層（図示せず）を形成することができる。

図２〜図１１は、本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造工程を順次示す断面図である。以下、これらの図面を参照して、本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法について説明する。

まず、図２に示すように、放熱基板の金属コア層を形成する金属コア部材１０を提供する。

次いで、図３に示すように、金属コア部材１０を陽極酸化する（第１陽極酸化）。

陽極酸化とは、金属コア部材１０を直流電源の陽極に接続して酸性溶液（電解液）中に浸漬することにより、金属コア部材の表面を酸化させることをいう。このような陽極酸化工程は、公知のものなので、詳細な説明を省略する。

金属コア部材１０を陽極酸化すると、バリア層２２と共に第１ポーラス層２４が形成される。通常、電解液として硫酸溶液を使用し、この場合、金属コア部材１０の表面から厚さ方向にバリア層２２が形成されると同時に、ポアＰを形成しながらバリア層２２と共に第１ポーラス層２４が形成される。また、厚さ方向にポアＰが成長すると同時に、第１ポーラス層２４の結晶柱Ｃは外部に成長する。

上述した第１陽極酸化が終了すると、図３に示すように、金属コア層１０と界面を形成しながらバリア層２２が形成され、多孔性構造で所定の深さのポアＰと結晶柱Ｃを有する第１ポーラス層２４が形成される。

一方、図３には金属コア部材１０の全面に酸化絶縁層が形成されているが、これは一つの例示に過ぎず、金属コア部材１０の一面にのみ酸化絶縁層を形成することができる。

次いで、第１ポーラス層２４のポアＰに充填され、第１ポーラス層２４の上端に位置するように第1回路層３０を形成する。図４〜図６は、ＡＰ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）方式を例として挙げている。

図４に示すように、第１ポーラス層２４の上端に、マスターフィルムとドライフィルム（Ｄ／Ｆ）を用いて露光および現像工程を経て所定のパターンのドライフィルム（Ｄ／Ｆ）（フォトレジストフィルム）を形成する。

次いで、図５に示すように、無電解メッキ法またはスクリーンプリント法によって、ドライフィルム（Ｄ／Ｆ）が存在しない部分に第１回路層３０を形成する。

図６に示すように、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムを含む剥離液を用いて、ドライフィルム（Ｄ／Ｆ）を除去する。このようにドライフィルム（Ｄ／Ｆ）が除去されると、第１ポーラス層２２のポアＰに充填され、第１ポーラス層２４の上端に位置する第１回路層３０が形成される。

一方、第１回路層３０は、通常のＳＡＰ（Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）、ＭＳＡＰ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）またはサブトラクティブ法（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）などを用いて形成することができる。

その後、図７に示すように、第１絶縁層２０と第１回路層３０が形成された金属コア部材１０を陽極酸化する（第２陽極酸化）。

前記金属コア部材１０を再び陽極酸化すると、第１ポーラス層２４のポアＰは金属コア部材１０の厚さ方向に成長し、バリア層２２も金属コア部材１０の厚さ方向に移動する。

この際、第１回路層３０が形成された第１ポーラス層２４は、陽極酸化が起らないので、変化が生じない。よって、第２陽極酸化の後、第１回路層３０が形成されている部分と第１回路層３０が形成されていない部分は互いに異なるバリア層２２の厚さを有する。

一方、上述したように、ポアＰが金属コア部材１０の厚さ方向に成長すると同時に、第１ポーラス層２４の結晶柱ＣがポアＰの成長方向と反対方向に成長することにより、第２ポーラス層４４を形成する。

この際、第１回路層３０に隣接している結晶柱Ｃは、第１回路層３０との応力によって回路層の内側に反ることもあるので、ランド部３４は一般な回路パターン３２より多少広い幅を有することが好ましい。

次いで、図８に示すように、ポアＰに絶縁材Ｉを充填する。

ポアＰは、図８に示すように、第１ポーラス層４４の上端から第１ポーラス層２４を経てバリア層２２まで接続される。このようなポアＰに充填された絶縁材Ｉは、結晶柱Ｃの変形を防止し、絶縁層の硬度を増加させる。この際、絶縁材Ｉは、ポアＰの上端からポアＰの一部に充填できるが、バリア層２２に至るように完全に充填されることが好ましい。

また、絶縁材Ｉは、第２ポーラス層４４の上端（結晶柱Ｃの上端）をカバーするように充填されることが好ましい。これは、結晶柱Ｃの高さが異なって第２ポーラス層４４の上端が均一ではない場合、絶縁材Ｉを補充して第２ポーラス層４４の上端の表面を平坦にするためである。

その後、第１回路層３０に接続されるビア５５を含んで第２絶縁層に、第２回路層５０を形成する。

まず、図９に示すように、ビアホール５３を形成する。ビアホール５３は、第１回路層３０のランド部３４上に形成されるが、この際、ＹＡＧレーザー、ＣＯ_２レーザーなどのレーザー加工方式が使用できる。

図１０に示すようにメッキ層を形成し、図１１に示すようにパターニングしてビア５３および第２回路層５０を形成する。例えば、ＳＡＰ（Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）、ＭＳＡＰ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｅｍｉ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）またはサブトラクティブ法（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）などを用いて形成することができる。

一方、第２回路層５０上に保護層（図示せず）をさらに形成することができる。保護層は、半田レジストになれる。また、保護層は、通常のスクリーンプリント法、ローラコーティング法、カーテンコーティング法、スプレイコーティング法によって形成できる。

また、第２回路層５０が外部に露出されたパッド部を含む場合、電解金メッキ法、無電解金メッキ法、および無電解ニッケル／パラジウム／金メッキ法のいずれか一つによって行われる外面処理工程によってパッド保護層を形成することができる。

一方、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の思想および範囲から逸脱することなく様々に修正および変形を加え得ることは、当技術分野における通常の知識を有する者には自明である。よって、それらの変形例または修正例も本発明の特許請求の範囲に属するものと理解すべきである。

本発明は、基板の厚さが減少し、微細回路パターンの形成が可能であるうえ、放熱特性が向上した放熱基板に適用可能である。

１０ 金属コア層
２０ 第１絶縁層（第１酸化絶縁層）
２２ バリア層
２４ 第１ポーラス層
３０ 第１回路層
４０ 第２絶縁層（第２酸化絶縁層）
４４ 第２ポーラス層
５０ 第２回路層
５５ ビア
Ｉ 絶縁材
Ｐ ポア
Ｃ 結晶柱
Ｄ／Ｆ ドライフィルム

Claims (8)

1. 金属コア層と、
   前記金属コア層上に形成され、バリア層、前記バリア層に接続された多孔性の第１ポーラス層、および前記第１ポーラス層のポアに充填された絶縁材を含む第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層に形成され、前記第１ポーラス層のポアに充填され、前記第１ポーラス層の上端に形成された第１回路層と、
   前記第１ポーラス層が成長して形成された第２ポーラス層、および前記ポーラス層のポアに充填された絶縁材を含む第２絶縁層と、
   前記第１回路層に接続されるビアを含み、前記第２絶縁層に形成された第２回路層とを含んでなることを特徴とする放熱基板。
2. 前記第２回路層に形成された保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
3. 前記金属コア層が、アルミニウムから構成され、前記バリア層、前記第１ポーラス層および前記第２ポーラス層が、Ａｌ_２Ｏ_３から構成されることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
4. 前記第２ポーラス層のポアに充填された絶縁材が、前記２ポーラス層の上端をカバーするように充填されたことを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
5. （Ａ）金属コア部材を提供する段階と、
   （Ｂ）前記金属コア部材を第１陽極酸化してバリア層と第１ポーラス層を形成する段階と、
   （Ｃ）前記第１ポーラス層のポアに充填され、前記第１ポーラス層のポアの上端に位置するように第１回路層を形成する段階と、
   （Ｄ）前記金属コア部材を第２陽極酸化して前記第１ポーラス層を成長させて第２ポーラス層を形成する段階と、
   （Ｅ）前記第１ポーラス層のポアおよび前記第２ポーラス層のポアに絶縁材を充填する段階と、
   （Ｆ）前記第１回路層に接続されるビアを含み、前記第２ポーラス層および前記絶縁材上に第２回路層を形成する段階とを含んでなることを特徴とする放熱基板の製造方法。
6. 前記（Ｆ）段階の後、（Ｇ）前記第２回路層に保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の放熱基板の製造方法。
7. 前記（Ｅ）段階では、前記絶縁材が、前記第２ポーラス層の上端をカバーするように充填されたことを特徴とする請求項５に記載の放熱基板の製造方法。
8. 前記金属コア層が、アルミニウムから構成され、前記バリア層、前記第１ポーラス層、および前記第２ポーラス層が、Ａｌ_２Ｏ_３から構成されることを特徴とする請求項５に記載の放熱基板の製造方法。

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