技術 モジュールおよびその製造方法

0001

本発明はモジュールおよびその製造方法に関し、例えば電子部品を搭載するモジュールおよびその製造方法に関する。

0002

絶縁層の上面にベアチップ等の電子部品を搭載し、絶縁層を貫通する貫通孔を介し絶縁層の下面から電子部品に接続する金属層を設けることが知られている（例えば特許文献１)。

0003

米国特許第８５３６７００号明細書

0004

電子部品の放熱性を高める場合および／または電子部品に大電流を供給する場合、絶縁層の下面に設けられた金属層を例えば絶縁層より厚くすることが求められる。絶縁層を貫通する貫通孔を介し電子部品に接続する金属層を絶縁層の下面に形成する方法としてはめっき法が考えられる。しかしながら、めっき法を用い例えば絶縁層より厚い金属層を形成すると工程時間が長くなる。また金属層の厚さが不均一となる。

0005

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、厚い金属層を容易に形成することを目的とする。

0006

本発明は、絶縁層の下面に貼られた第１金属層と、前記絶縁層の上面に搭載された電子部品と、前記第１金属層および前記絶縁層を貫通する貫通孔の内面および前記第１金属層の下面に設けられて前記電子部品と接続され、前記第１金属層との合計の厚さは前記絶縁層よりも厚いめっき金属層と、を備えるモジュールである。

0007

上記構成において、前記めっき金属層の下面に設けられた第２金属層と、前記めっき金属層の下面と前記第２金属層の上面とを接合する導電性接合層と、を備える構成とすることができる。

0008

上記構成において、前記貫通孔の内面および前記第１金属層の下面に設けられ前記第１金属層および前記めっき金属層と異なる材料からなる第３金属層を備え、前記めっき金属層は、前記第３金属層の下面および前記貫通孔の内面に対応する側面に設けられる構成とすることができる。

0009

上記構成において、前記電子部品と前記絶縁層の上面とを接合する絶縁性接合層を備え、前記貫通孔は前記絶縁性接合層を貫通する構成とすることができる。

0010

上記構成において、前記第１金属層は、圧延金属層またはめっき金属層である構成とすることができる。

0011

上記構成において、前記電子部品は複数設けられ、前記めっき金属層は前記複数の電子部品のうち少なくとも２つの電子部品の間を電気的に接続する構成とすることができる。

0012

本発明は、下面に第１金属層が貼られた絶縁層の上面に電子部品を搭載する工程と、前記第１金属層および前記絶縁層を貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の内面および前記第１金属層の下面にめっき法を用い、前記貫通孔を介し前記電子部品に接続するめっき金属層を形成する工程と、を含み、前記第１金属層および前記めっき金属層の合計の厚さは前記絶縁層より厚いモジュールの製造方法である。

0013

上記構成において、前記めっき金属層の下面と第２金属層の上面とを導電性接合層を介し接合する工程を含む構成とすることができる。

0014

本発明によれば、厚い金属層を容易に形成することができる。

0015

図１（ａ）から図１（ｄ）は、実施例１に係るモジュールの製造方法を示す断面図（その１）である。
図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係るモジュールの製造方法を示す断面図（その２）である。
図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係るモジュールの製造方法を示す断面図（その３）である。
図４（ａ）および図４（ｂ）は、比較例１に係るモジュールの製造方法を示す断面図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１の変形例１に係るモジュールの製造方法を示す断面図である。
図６は、実施例１の変形例２に係るモジュールの断面図である。
図７は、実施例１の変形例３に係るモジュールの断面図である。

0016

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

0017

図１（ａ）から図３（ｂ）は、実施例１に係るモジュールの製造方法を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、絶縁層１０の下面に金属層２２が貼り付けられた絶縁層１０を準備する。絶縁層１０は例えばポリイミド層等の樹脂層であり可撓性を有する。金属層２２は例えばＣｕ（銅）層である。金属層２２が貼り付けられた絶縁層１０は、例えば銅張積層基板（ＣＣＬ：Copper Clad Laminate）であり、金属層２２は圧延された圧延金属層である。金属層２２は電解めっきにより形成されためっき金属層でもよい。絶縁層１０の厚さは例えば７．５μｍから１２５μｍであり、金属層２２の厚さは例えば１０μｍから３０μｍである。絶縁層１０は金属製のフレームに貼り付けられていてもよいし、絶縁層１０が巻き付けられたロール状でもよい。

0018

図１（ｂ）に示すように、絶縁層１０の上面に絶縁性の接合層１２を塗布する。接合層１２は例えばエポキシ樹脂等からなる樹脂接着剤である。接合層１２は耐熱性および低誘電特性に優れた樹脂材料が好ましい。接合層１２の塗布は、例えばスピンコート法、スプレコート法、スクリーン印刷法またはインクジェット法を用いる。接合層１２の厚さは硬化後で例えば５μｍから５０μｍである。

0019

図１（ｃ）に示すように、金属層２２、絶縁層１０および接合層１２を貫通する貫通孔１６を形成する。貫通孔１６は、例えばレーザ光１７を照射することにより形成する。貫通孔１６の大きさは、例えば３０μｍから５００μｍである。なお、必要により貫通孔１６の内面の炭化物等を除去し洗浄する。

0020

図１（ｄ）に示すように、接合層１２の上面に電子部品１４を配置する。電子部品１４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタまたはＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のトランジスタまたはダイオードである。トランジスタまたはダイオードには、Ｓｉ、ＧａＮまたはＳｉＣ等を材料とする半導体が用いられる。電子部品１４は、例えばベアチップまたはベアチップが実装されたパッケージである。ベアチップが実装されたパッケージは、ＷＬＰ（Wafer Level Package）またはＳＩＰ（Single Inline Package）等のパッケージである。

0021

熱処理することにより、接合層１２を硬化させ電子部品１４と絶縁層１０とを接合する。熱処理は例えば１５０℃から３００℃の温度で実施する。接合層１２上に電子部品１４を配置する前に熱処理し、接合層１２のタック性を高めてもよい。電子部品１４のパッド１５は貫通孔１６に露出する。パッド１５はベアチップまたはパッケージの表面に設けられたＣｕ、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）またはＡｌ（アルミニウム）等を主材料とした金属層である。

0022

ここで、図１（ａ）から図１（ｄ）は、電子部品１４を絶縁層１０に固定するより先に、接合層１２、絶縁層１０および金属層２２に貫通孔１６を形成するプロセスである。図１（ｃ）において貫通孔１６を形成せず、図１（ｄ）において電子部品１４を固定してから接合層１２、絶縁層１０および金属層２２に貫通孔１６を形成してもよい。

0023

図２（ａ）に示すように、金属層２２の下面、貫通孔１６の内面を洗浄する。洗浄としては例えば水洗および／またはプラズマ処理を行う。続いて、金属層２２の下面、貫通孔１６の内面に金属層２３を形成する。金属層２３は、例えばスパッタリング法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い形成する。金属層２３は、例えば金属層２２側から密着層２３ａおよびシード層２３ｂである。

0024

なお、金属層２２は、後述する密着層２３ａを形成するときの、下地層として機能する。金属層２２により、密着層２３ａの成膜性および金属層２２と密着層２３ａとの密着性を高めることができる。さらには、図３（ｂ）の金属層２６は、電極としての厚みを確保するために有効であるが、金属層２２も同様に電極の厚みを確保するために有効である。

0025

密着層２３ａは、金属層２２の下面および貫通孔１６の内面とシード層２３ｂとの密着性を向上させる層であり、例えばスパッタリング法を用い形成される。密着層２３ａはＴｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）を主材料とする金属層である。シード層２３ｂは密着層２３ａより抵抗の低い層であり、例えば金属層２４と同じ材料の金属層であり、例えばＣｕを主材料とする。金属層２３の厚さは例えば１μｍ以下である。

0026

図２（ｂ）に示すように、金属層２３の下面および貫通孔１６に対応する内面に金属層２４を形成する。金属層２４は、例えばシード層２３ｂに電流を供給することによる電解めっき法を用いて形成する。金属層２４は、例えばＣｕを主材料とする。金属層２４の厚さは例えば７．５μｍから１２５μｍであり、貫通孔１６が埋め込まれる厚さとする。なお、金属層２４の貫通孔１６付近の下面は平坦であることが好ましい。

0027

図２（ｃ）に示すように、金属層２４の下面に接合層２５を塗布する。接合層２５は、Ｃｕ粒子またはＡｇ粒子等の金属粒子等が含まれるＣｕペーストまたはＡｇペーストである。金属粒子の粒径が１μｍ未満のナノペーストでもよい。金属粒子は合金からなる粒子でもよい。接合層２５の塗布は、例えば印刷法、スピンコート法、スプレコート法、ディスペンス法またはインクジェット法を用いる。

0028

図３（ａ）に示すように、接合層２５の下面に金属層２６を配置する。金属層２６は、例えばＣｕ箔等の金属箔であり、圧延金属またはめっき金属である。金属層２６の厚さは、例えば２０μｍから１００μｍである。その後、熱処理することで、接合層２５を焼成する。この熱処理のときに、接合層２５は加圧されて焼結される。接合層２５は、例えば金属層２６側から加圧されてもよいし、電子部品１４側から加圧されてもよい。金属層２６と電子部品１４を所望の圧力で押圧することで、接合層２５が加圧されてもよい。その結果、金属粒子同士が密着される。接合層２５は無加圧で焼成されてもよい。これにより、金属層２６と２４とが熱的、機械的かつ電気的に接合される。接合層２５の厚さは焼成後で例えば５μｍから５０μｍである。熱処理温度は例えば１５０℃から３００℃であり、絶縁層１０および接合層１２が軟化または変質しない程度の温度とする。

0029

以上により、金属層２６、接合層２５、金属層２４、２３および２２が積層された積層金属層２０が形成される。接合層２５は、熱膨張係数の一致をさせるため、Ｃｕペーストが好ましい。またＣｕ粒子の粒径を１μｍ以下と小さくすることにより、Ｃｕペーストの溶融温度を下げることができる。これにより、接合層２５の接合温度は低いため絶縁層１０および接合層１２などの樹脂材料が高温に曝されることを抑制できる。

0030

積層金属層２０をめっき金属層のみで形成すると、めっき金属層を形成するためのめっき時間が長くなる。実施例１では、金属層２６と金属層２２は、予め用意されており、めっき時間が不要となる。接合層２５を用いて金属層２２と２６を貼り合せれば、接合層２５、金属層２６および２２の合計の厚み分のめっき時間を短縮できる。

0031

図３（ｂ）に示すように、金属層２６の下面にマスク層（不図示）を形成する。このマスク層は、エッチング用のマスクであり、このマスクを使って積層金属層２０をエッチング除去し、所望の形状の電極として形成する。その後、このマスク層を除去する。

0032

図３（ａ）および図３（ｂ）では、積層金属層２０の形成方法としてサブトラクト法を例に説明したが、セミアディティブ法を用いてもよい。セミアディティブ法では、図２（ｃ）の後、接合層２５の下面にパターニングを施した金属層２６を接合する。金属層２６をマスクに接合層２５、金属層２４、２３および２２をエッチングする。

0033

また、図２（ｂ）の後に、金属層２４、２３および２２をパターニングする。その後、金属層２４の下に接合層２５を用いパターニングを施した金属層２６を接合してもよい。以上のように、接合層２５を採用すれば、前もって用意された金属層２６を貼り合せすることができ、金属層２６をめっき法で形成するための処理が不要となる。よって、プロセス時間を短縮でき、低コストが可能となる。

0034

接合層２５としてＣｕペーストを用いると、接合層２５は焼成および加圧によりある程度の銅のインゴットになる。このため、接合層２５の抵抗値を低くできる。なお、接合層２５を低温で焼成すると、接合層２５はインゴットでなくＣｕ粒子がつながったような状態となることもあるが、この状態においても接合層２５の低抵抗値を確保できる。積層金属層２０は、厚さを確保できることから、積層金属層２０に大電流を流すことが可能となる。また、電子部品１４から発生する熱は、積層金属層２０がヒートシンクとして機能することから、発生した熱エネルギーを積層金属層２０に過渡的に貯めることができる。あるいは、積層金属層２０は放熱板として機能し、電子部品１４において発生した熱エネルギーを外部に放出させることができる。

0035

［比較例１］
比較例１として、金属層２２を省略し、密着層２３ａであるＴｉ膜またはＮｉ膜を直接に絶縁層１０に形成する例を説明する。

0036

図４（ａ）および図４（ｂ）は、比較例１に係るモジュールの製造方法を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、比較例１では、実施例１に比べ絶縁層１０の下面に金属層２２が形成されていない。貫通孔１６は絶縁層１０および接合層１２を貫通するように形成されている。

0037

図４（ｂ）に示すように、絶縁層１０の下面および貫通孔１６の内面に金属層２３を形成する。金属層２３は、図２（ａ）と同じ方法で成膜される。金属層２３は密着層２３ａとシード層２３ｂを有し、金属層２４は、シード層２３ｂを介してめっき法で成膜される。

0038

比較例１では、金属層２２が省略されることから、密着層２３ａの成膜性に若干の難がある。しかしながら、絶縁層１０と密着しやすい金属を選択することで、金属層２４の形成は可能である。また金属層２４に接合層２５を形成すれば、厚い金属層２６を貼ることが可能となる。なお、絶縁層１０を、プラズマ処理や薬液により粗面化することで、密着層２３ａの密着度は改善される。

0039

電子部品１４の放熱性を高めるためおよび／または電子部品１４に供給する電流を大きくするため、金属層２４を厚くすることが求められる。しかし、比較例１のように、めっき法を用い、金属層２４を絶縁層１０より厚くしようとすると、めっき工程の工程時間が長くなる、および／または金属層２４が均一に成膜しにくい。このように、厚い金属層を容易に形成することが難しい。また、めっき法以外の方法を用い金属層２４を形成すると、金属層２４と電子部品１４とを貫通孔１６を介し接続させることが難しくなる。

0040

実施例１によれば、図１（ｄ）のように、下面に金属層２２（第１金属層）が貼られた絶縁層１０の上面に電子部品１４を搭載する。図１（ｃ）のように、金属層２２および絶縁層１０を貫通する貫通孔１６を形成する。図２（ａ）および図２（ｂ）のように、貫通孔１６の内面および金属層２２の下面にめっき法を用い、貫通孔１６を介し電子部品１４に接続する金属層２４（めっき金属層）を形成する。

0041

電子部品１４からの放熱性を向上させるためおよび／または電子部品１４に供給する電流を大きくするため、金属層２２と２４の合計の厚さは、絶縁層１０の厚さより大きいことが好ましく、絶縁層１０の厚さの１．５倍以上が好ましく、２倍以上がより好ましい。

0042

このように、金属層２２と２４の合計の厚さを絶縁層１０より厚くする場合に、めっき法を用い形成する金属層２４が薄くても金属層２２と２４の合計の厚さを厚くできる。金属層２４が薄いため、めっき工程の工程時間を短くできる。また、金属層２４の厚さが不均一であっても、他の金属層の厚さの均一性が高ければ、金属層２２と２４全体の厚さの不均一を小さくできる。さらに、貫通孔１６内はめっき法により埋め込むため金属層２２と２４を電子部品１４と容易に接続させることができる。

0043

さらに、積層金属層２０は、金属層２２、密着層２３ａ、シード層２３ｂ、金属層２４、接合層２５および金属層２６からなる。電子部品１４からの放熱性を向上させるためおよび／または電子部品１４に供給する電流を大きくするため、積層金属層２０の厚さは、絶縁層１０の厚さより大きいことが好ましく、絶縁層１０の厚さの１．５倍以上が好ましく、２倍以上がより好ましい。

0044

また、図２（ｂ）から図３（ａ）のように、金属層２４の下面と金属層２６（第２金属層）の上面とを接合層２５（導電性接合層）を介しを接合する。これにより、積層金属層２０をより厚くできる。

0045

さらに、積層金属層２０は、貫通孔１６の内面および金属層２２の下面に設けられ金属層２２および２４と異なる材料からなる密着層２３ａ（第３金属層）を含む。金属層２４は、密着層２３ａの下面および貫通孔１６の内面に対応する側面に設けられる。これにより、金属層２２と２４との密着性を向上できる。

0046

さらに、電子部品１４と絶縁層１０の上面とを接合する接合層１２（絶縁性接合層）を備える。貫通孔１６は接合層１２を貫通する。これにより、電子部品１４と絶縁層１０とを接合できかつ金属層２４を電子部品１４に接続できる。積層金属層２０の厚さは、絶縁層１０と接合層１２との合計の厚さより大きいことが好ましく、１．５倍以上がより好ましく、２倍以上がさらに好ましい。

0047

金属層２２は、圧延金属層またはめっき金属層である。圧延された金属層では結晶粒が横方向（平面方向）に長くなる。よって反りの抑制があり、シートとしての平坦性がよいため、作業性に優れる。一方、スパッタリング法では、金属粒が塊状で飛来し成膜されるため、結晶粒は縦方向（積層方向）に長くなる。めっき法では多結晶でそれぞれが縦方向に成長する。このため、スパッタリング法で形成された金属層２３およびめっき法で形成された金属層２４では結晶粒は圧延された金属層２２に比べ縦方向（積層方向）に長くなる。これにより、金属層２３および金属層２４との密着性が向上する。

0048

［実施例１の変形例１］
図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１の変形例１に係るモジュールの製造方法を断面図である。まず、実施例１と同様に図１（ａ）から図２（ｃ）の工程を行う。つまり絶縁層１０の上には、電子部品１４が設けられ、金属層２４の下には、Ｃｕペースト等からなる接合層２５が設けられた、完成前のモジュールが用意されている。

0049

図５（ａ）に示すように、上面に金属層２６が貼り付けられた絶縁層２７が用意され、絶縁層２７は接合層２５を介して金属層２４の下面に接合する。その後に図５（ｂ）に示すように絶縁層１０の下面に金属層２８が貼り付けられる。絶縁層２７は例えばポリイミド層等の樹脂層であり、ＣＣＬシート（またはＣＣＬ基板）である。絶縁層２７の厚さは例えば７．５μｍから１２５μｍである。

0050

図５（ａ）および図５（ｂ）では、金属層２６、絶縁層２７および金属層２８は、絶縁層１０の全面に形成されており、金属層２６、絶縁層２７および金属層２８を、単にヒートシンクおよび／または放熱板として機能させている。金属層２６、絶縁層２７および金属層２８は所望の形状にパターニングされていてもよい。つまり金属層２６および２８を電極および／または配線として機能させてもよい。

0051

例えば、金属層２８は、エッチング法を用い電極および／または配線などからなる導電パターンとして加工される。金属層２８を電極として用いる場合には、絶縁層２７の部分にビアを形成し、金属層２６と２８とを電気的に接続してもよい。絶縁層２７にビアを形成するため、絶縁層２７は加工性に劣るセラミックより、樹脂層が好ましい。また、金属層２６も同様に、エッチング法を用い電極および／または配線などからなる導電パターンとして加工されてもよい。この場合、導電パターンの周囲の空間層を樹脂等の絶縁層で埋めることが好ましい。なお、絶縁層２７の両面に金属層２６および２８が貼られたものを用意し、金属層２６の上面を接合層２５を介し金属層２４に接合してもよい。

0052

［実施例１の変形例２］
図６は、実施例１の変形例２に係るモジュールの断面図である。図６に示すように、実施例１と同様に、絶縁層１０上に接合層１２を用い電子部品１４ａおよび１４ｂを搭載する。電子部品１４ａは例えばＳｉＣトランジスタである。電子部品１４ｂはダイオードである。積層金属層２０は、前述した様に、電子部品１４ａと１４ｂとを電気的に接続する配線および／または電極として機能する。電子部品１４ａおよび１４ｂの上面は接合層３６により金属層３２の下面に接合されている。

0053

なお、絶縁基板３０の下面および上面には金属層３２および３４が設けられて用意されている。絶縁基板３０は、例えばセラミックス基板である。金属層３２および３４は例えばＣｕ層である。絶縁基板３０、金属層３２および３４は電子部品１４ａおよび１４ｂの熱を過渡的に貯めるヒートシンクとして機能し、更には外部に熱を放出する放熱板として機能する。接合層３６は、例えば樹脂接着剤、金属ペースト等の導電性接着剤、または半田である。絶縁層１０と絶縁基板３０との間は封止部材３８が充填されている。封止部材３８は、例えば樹脂等の絶縁体であり電子部品１４ａおよび１４ｂを封止する。

0054

［実施例１の変形例３］
図７は、実施例１の変形例３に係るモジュールの断面図である。実施例１と同様に、絶縁層１０上の接合層１２を用い電子部品１４ａから１４ｄが固着搭載されている。電子部品１４ａは例えばＳｉＣトランジスタである。電子部品１４ｂは例えばダイオードである。電子部品１４ｃは例えばディスクリートのチップ抵抗、チップコンデンサおよび／またはチップインダクタである。電子部品１４ｃでは、５面に電極１５ａが設けられている。例えば直方体である電子部品１４ｃの両端の各々において、矩形の端面とこの端面と連続して形成される４つの面（上面、下面、その間の二つの側面）とに電極１５ａが設けられている。積層金属層２０は電極１５ａに接続されている。電子部品１４ｄは例えば集積回路であり、パワー素子を駆動するドライバである。絶縁層１０上に電子部品１４ａから１４ｄを覆うように封止部材３８が設けられている。封止部材３８は、例えば樹脂等の絶縁体であり電子部品１４ａから１４ｄを封止する。

0055

実施例１の変形例２および３のモジュールでは、電子部品１４ａから１４ｄは複数設けられ、積層金属層２０は複数の電子部品１４ａから１４ｄのうち少なくとも２つの電子部品を電気的に接続する配線として機能する。厚い積層金属層２０を配線として用いることにより、電流容量を大きくできる。

0056

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

0057

１０、２７絶縁層
１２、２５接合層
１４、１４ａ−１４ｄ電子部品
１５パッド
１６貫通孔
２２、２３、２４、２６、２８金属層
２３ａ密着層
２３ｂシード層
３０ 絶縁基板