特開 2024-154285 基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154285

(43)【公開日】2024-10-30

(54)【発明の名称】基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20241023BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20241023BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 C

H01L23/12 S

H01L23/30 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068033

(22)【出願日】2023-04-18

(71)【出願人】

【識別番号】000002141

【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(72)【発明者】

【氏名】田頭 宣雄

【テーマコード（参考）】

4M109

5F136

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA07

4M109CA22

4M109DB03

4M109EA02

5F136BA04

5F136BB05

5F136FA02

5F136FA03

(57)【要約】

【課題】半導体素子が搭載される基板の製造工程を改善する。
【解決手段】ベース板１０を準備する、準備工程と、ベース板１０上に、絶縁材料を塗布することにより、絶縁層２０を形成する、絶縁層形成工程と、を含む、半導体素子が搭載される基板の製造方法。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース板を準備する、準備工程と、
前記ベース板上に、絶縁材料を塗布することにより、絶縁層を形成する、絶縁層形成工程と、を含む、
半導体素子が搭載される基板の製造方法。

【請求項2】

前記絶縁層の熱伝導率は、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、
請求項１に記載の基板の製造方法。

【請求項3】

前記ベース板は、放熱部材を有する、
請求項１または２に記載の基板の製造方法。

【請求項4】

前記絶縁層形成工程において、前記絶縁材料を互いに分離するように複数に分けて塗布することにより、前記絶縁層を複数に分けて形成する、
請求項１または２に記載の基板の製造方法。

【請求項5】

前記絶縁層中の熱硬化性樹脂は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）の測定結果から算出される反応率が、０％を超え６０％以下である、
請求項１または２に記載の基板の製造方法。

【請求項6】

前記絶縁層形成工程の後に、前記絶縁層のうち前記ベース板とは反対側の面に銅含有層を設ける、銅含有層形成工程をさらに含む、
請求項１または２に記載の基板の製造方法。

【請求項7】

前記銅含有層形成工程の後に、
前記銅含有層上に半導体素子を搭載する搭載工程と、
封止樹脂を用いて前記半導体素子を封止する封止工程と、をさらに含む、
請求項６に記載の基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板の製造方法に関する。

【0002】

半導体素子が搭載される基板の一つとして、ベース板と、ベース板に設けられる絶縁層を有する基板が知られている。上記の基板は、絶縁層上に銅含有層がさらに設けられる。この銅含有層は、回路パターンとして機能するとともに、半導体素子に生じた熱を放熱する。絶縁層は、絶縁膜をベース板に張り付けることによって形成される場合が多い。

【0003】

特許文献１には、樹脂からなる放熱シートをヒートシンクに接合することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１２３９８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記した基板の製造工程には改善の余地があった。本発明の目的の一例は、半導体素子が搭載される基板の製造工程を改善することにある。

【0006】

本発明によれば、以下に示す基板の製造方法が提供される。

【0007】

［１］
ベース板を準備する、準備工程と、
前記ベース板上に、絶縁材料を塗布することにより、絶縁層を形成する、絶縁層形成工程と、を含む、
半導体素子が搭載される基板の製造方法。
［２］
前記絶縁層の熱伝導率は、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、
［１］に記載の基板の製造方法。
［３］
前記ベース板は、放熱部材を有する、
［１］または［２］に記載の基板の製造方法。
［４］
前記絶縁層形成工程において、前記絶縁材料を互いに分離するように複数に分けて塗布することにより、前記絶縁層を複数に分けて形成する、
［１］乃至［３］のいずれかに記載の基板の製造方法。
［５］
前記絶縁層中の熱硬化性樹脂は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）の測定結果から算出される反応率が、０％を超え６０％以下である、
［１］乃至［４］のいずれかに記載の基板の製造方法。
［６］
前記絶縁層形成工程の後に、前記絶縁層のうち前記ベース板とは反対側の面に銅含有層を設ける、銅含有層形成工程をさらに含む、
［１］乃至［５］のいずれかに記載の基板の製造方法。
［７］
前記銅含有層形成工程の後に、
前記銅含有層上に半導体素子を搭載する搭載工程と、
封止樹脂を用いて前記半導体素子を封止する封止工程と、をさらに含む、
［６］に記載の基板の製造方法。

【発明の効果】

【0008】

本発明の目的の一例は、基板の製造工程を短縮することにある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る基板の第一例を直角な方向からみた平面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ´断面図である。

【図3】図２の変形例を示す図である。

【図4】絶縁層が、複数に分かれて形成されている場合の基板１００を直角な方向からみた平面図である。

【図5】図４のＡ－Ａ´断面図である。

【図6】本実施形態に係る基板の第二例を直角な方向からみた平面図である。

【図7】図６のＢ－Ｂ´断面図である。

【図8】複数に分かれて形成されている絶縁層それぞれに、金属層が設置されている場合の基板を直角な方向からみた平面図である。

【図9】図８のＢ－Ｂ´断面図である。

【図10】本実施形態に係る基板の製造方法を説明する第１チャート図である。

【図11】本実施形態に係る基板の製造方法を説明する第２チャート図である。

【図12】本実施形態に係る基板の製造方法を説明する第３チャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応するものではない。

【0011】

本明細書中、数値範囲の説明における「ａ～ｂ」との表記は、特に断らない限り、ａ以上ｂ以下のことを表す。例えば、「１～５質量％」とは「１質量％以上５質量％以下」を意味する。

【0012】

［基板１００の概要］
図１は、本実施形態に係る基板１００の第一例を直角な方向からみた平面図である。また、図２は、図１のＡ－Ａ´断面図である。図３は、図２の変形例を示す図である。

【0013】

基板１００は、ベース板１０と、絶縁層２０を含む。絶縁層２０の、ベース板１０と反対側の一面には、半導体素子を搭載するためのリードフレーム、または、半導体素子を搭載するための金属層が設置される。本実施形態に係る基板１００において、絶縁層２０は塗布方法によって形成される。基板１００の総厚Ｔ０は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることがより好ましい。以下、各構成について詳細に説明する。

【0014】

＜ベース板１０＞
ベース板１０は、絶縁層２０を保持する。また、図３に示すように、ベース板１０のうち絶縁層２０とは反対側の面には、放熱フィンやラジエータなどの放熱部材１１が取り付けられることが好ましい。なお、この放熱部材１１はベース板１０と一体になっていてもよい。

【0015】

ベース板１０を構成する材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択される、１種または２種以上の組み合わせを用いることができる。

【0016】

ベース板１０の厚さＴ１は、特に限定されないが、総厚Ｔ０に対して１０～９０％が好ましい。

【0017】

また、ベース板１０の厚さＴ１の上限値は、例えば、５．０ｍｍ以下であり、好ましくは４．０ｍｍ以下であり、より好ましくは３．０ｍｍ以下である。ベース板１０の厚さＴ１をこの数値以下にすると、基板１００は薄くなるとともに、基板１００の外形加工や切り出し加工等における加工性が向上する。

【0018】

また、ベース板１０の厚さＴ１の下限値は、例えば、０．１ｍｍ以上であり、好ましくは０．５ｍｍ以上であり、さらに好ましくは１．０ｍｍ以上である。ベース板１０の厚さＴ１をこの数値以上にすると、基板１００は、放熱性が向上できる。

【0019】

＜絶縁層２０＞
絶縁層２０は、主として樹脂材料で構成された樹脂の層である。本実施形態に係る絶縁層２０は、上述したように塗布方法によって形成される。図２に示すように、本実施形態に係る絶縁層２０は、絶縁膜を形成し、形成した絶縁膜をベース板に張り付けることによって形成された絶縁層と比較して、断面における上端部が丸みを帯びており、また、側面が下に行くにつれて広がる方向に傾斜している。絶縁層２０は、ベース板１０を、後述する金属層およびリードフレームから絶縁する。

【0020】

絶縁層２０を構成する樹脂材料としては、特定の種類に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂である、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、およびポリウレタン樹脂等から選択される、１種または２種以上の組み合わせを用いることができる。

【0021】

絶縁層２０を構成する樹脂材料中には、電気絶縁性かつ高熱伝導性を有する粒子で構成されるフィラーを混合することが好ましい。かかるフィラーの粒子の構成材料としては、例えば、アルミナ等の金属酸化物、および窒化ホウ素等の窒化物の少なくとも一方を用いることができる。

【0022】

絶縁層２０の厚さＴ２は目的に合わせて適宜設定されるが、機械的強度や耐熱性の向上を図りつつ、半導体素子からの熱をより効果的にベース板１０へ伝えることができる観点から、絶縁層２０の厚さＴ２は４０μｍ以上４００μｍ以下が好ましく、基板１００全体における放熱性と絶縁性のバランスがより一層優れる観点から、８０μｍ以上３００μｍ以下に設定することがより好ましい。絶縁層２０の厚さＴ２を上記上限値以下とすることで、半導体素子からの熱をベース板１０に伝達させやすくすることができる。また、絶縁層２０の厚さＴ２を上記下限値以上とすることで、ベース板１０と絶縁層２０との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁層２０で緩和することが十分にできる。さらに、基板１００の絶縁性が向上する。

【0023】

また、本実施形態に係る絶縁層２０は、熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることがさらにより好ましい。これにより、絶縁層２０は、放熱性が向上する。

【0024】

また、本実施形態に係る絶縁層２０は、金属層、または、リードフレームが設置されていない状態においては、Ｂステージ状態であることが好ましい。これにより、金属層、または、リードフレームが設置された際の接着性が向上する。なお、Ｂステージ状態とは、例えば、絶縁層２０中の熱硬化性樹脂の、ＤＳＣ（示差走査熱量計）の測定結果から算出される反応率が、０％を超え６０％以下であることを示す。

【0025】

また、本実施形態に係る絶縁層２０は、複数に分かれて形成されていることが好ましい。例えば絶縁層２０は、半導体素子及びこれを搭載するリードフレームの数、または、半導体素子を搭載するための金属層が設置される数と同数、またはそれ以上に分かれて形成されていることが好ましい。言い換えれば、絶縁層２０には、パターンが形成されていることが好ましい。

【0026】

図４は、絶縁層２０が、複数に分かれて形成されている場合の基板１００を直角な方向からみた平面図である。また、図５は、図４のＡ－Ａ´断面図である。この例において、複数に分かれている絶縁層２０は、互いにつながっていない。

【0027】

＜金属層３０＞
図６は、本実施形態に係る基板１００の第二例を直角な方向からみた平面図である。また、図７は、図６のＢ－Ｂ´断面図である。図示するように、本実施形態に係る基板１００は、基板１００の絶縁層２０のベース板１０と反対側の一面に、半導体素子を搭載するための金属層３０をさらに有してもよい。この場合、基板１００は、回路基板として用いることができる。

【0028】

金属層３０は、導電性を有する金属材料で構成され、例えば、半導体素子が搭載される。金属層３０を構成する金属材料には、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択される１種または２種以上の組み合わせを用いることができる。これにより、金属層３０は、比較的抵抗値が小さくなる。金属層３０は、銅を含有する銅含有層であることがより好ましい。なお、金属層３０は、その少なくとも一部がレジスト材で覆われていてもよい。

【0029】

金属層３０は、例えば、金型加工によってパターン形成された金属を、絶縁層２０に積層させることにより形成される。形成プロセスについては図１１において後述する。

【0030】

金属層３０の厚さＴ３の下限値は、例えば、０．２ｍｍ以上であり、好ましくは０．５ｍｍ以上であり、より好ましくは１．５ｍｍ以上である。金属層３０の厚さＴ３をこの数値以上にすると、高電流を要する用途であっても、回路パターンの発熱を抑えることができる。また、金属層３０の厚さＴ３の上限値は、例えば、４．０ｍｍ以下であり、好ましくは３．０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２．５ｍｍ以下である。金属層３０の厚さＴ３をこの数値以下にすると、回路加工性を向上させることができ、また、基板１００を薄くできる。

【0031】

また、金属層３０は、Ｂステージ状態の絶縁層２０に設置されることが好ましい。これにより、金属層３０の一部が絶縁層２０に食い込み、金属層３０の絶縁層２０への接着性が向上する。

【0032】

また、絶縁層２０が、上述したように複数に分かれて形成されている場合、分かれている絶縁層２０それぞれに、金属層３０が設置されていることが好ましい。

【0033】

図８は、複数に分かれて形成されている絶縁層２０それぞれに、金属層３０が設置されている場合の基板１００を直角な方向からみた平面図である。また、図９は、図８のＢ－Ｂ´断面図である。この場合、金属層３０のパターンの短絡をより防ぐことができる。

【0034】

［基板１００の製造方法］
図１０を参照して、本実施形態に係る基板１００の製造方法を説明する。図１０は、基板１００の製造工程を示すチャート図であって、断面図を示している。

【0035】

＜Ｓ１０：ベース板１０準備工程＞
ベース板１０を準備する。ベース板１０としては、例えば、銅板を用いることができる。また、図３に示したように、ベース板１０は、絶縁層２０とは反対側の面に、放熱フィンやラジエータなどの放熱部材１１を有していてもよい。

【0036】

＜Ｓ２０：絶縁層２０塗布工程＞
次に、ベース板１０に絶縁層２０となる絶縁材料を塗布する。絶縁材料は、例えば、上述したフィラー、および樹脂、並びに溶剤や必要に応じて分散剤等を公知の手法で混合することにより得られる。なお、溶剤としては有機溶剤が好ましく用いられる。具体的には、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、アルコール系溶剤、ラクトン系溶剤、カーボネート系溶剤などのうち１種または２種以上を用いることができる。また、分散媒としては、具体的には、水；エタノール、１－プロパノール、１－ブタノール、エチレングリコールなどのアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、２－ヘプタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸メチルなどのエステル類；テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラールなどのエーテル類などのうち１種または２種以上を用いることができる。

【0037】

また、この絶縁材料の塗布は、一般的なジェットディスペンサやモーノディスペンサを用いて行うことができる。Ｓ２０において、絶縁材料を所定のパターンを有するように塗布してもよい。一例として、絶縁材料を、複数の領域に分けて塗布してもよい。この場合、複数の領域毎に塗布された絶縁材料は、互いにつながっていない。

【0038】

その後、ベース板１０上の絶縁材料を自然乾燥または強制乾燥により乾燥させる。これにより、絶縁層２０が得られる。このとき絶縁層２０がＢステージの状態であってもよい。

【0039】

以上のように説明した、本実施形態に係る基板１００の製造方法によれば、以下のような効果が得られる。まず、本実施形態に係る基板１００の製造方法によれば、絶縁層２０の形成工程と、絶縁層２０のベース板１０への積層工程が一つになっている。そのため、従来の、絶縁膜を形成し、形成した絶縁膜をベース板に張り付けることによって絶縁層２０を形成する製造方法よりも、プロセスを簡略化できる。

【0040】

また、本実施形態に係る基板１００の製造方法によれば、絶縁層２０を複数に分けて形成することができる。そのため、絶縁層２０のパターンを形成することや、絶縁層２０を必要な箇所にのみ形成することができる。この場合、絶縁層２０となる絶縁材料の使用量を少なくすることができる。

【0041】

また、本実施形態に係る基板１００の製造方法によれば、絶縁層２０をＢステージ状態で形成することができる。そのため、後述する金属層３０形成工程において、絶縁層２０と金属層３０との接着性が向上する。

【0042】

また、本実施形態に係る基板１００の製造方法によれば、基板１００の平面以外の形状においても、絶縁層２０を形成することができる。

【0043】

次に、図１１を参照して、本実施形態に係る金属層３０を有する基板１００の製造方法を説明する。図１１は、基板１００の製造工程を示すチャート図であって、断面図を示している。また、図１１に示すチャート図は、図１０に示したチャート図に続くものである。

【0044】

＜Ｓ３０：金属層３０形成工程＞
上述した製造方法によって製造した基板１００の、絶縁層２０のベース部１０と反対の一面に金属層３０を形成する。金属層３０は、例えば、金型加工によってパターン形成された金属を、絶縁層２０に設置することにより形成される。このとき、絶縁層２０は、Ｂステージ状態であることが好ましい。これにより、金属層３０の一部が絶縁層２０に食い込み、金属層３０の絶縁層２０への接着性が向上する。そして、金属層３０を形成した後に、絶縁層２０を硬化させる。

【0045】

以上のように説明した、本実施形態に係る基板１００の製造方法によれば、Ｂステージ状態の絶縁層２０上に金属層３０を形成できる。そのため、金属層３０を絶縁層２０に食い込むように形成させ、金属層３０と絶縁層２０との接着性を向上させることができる。

【0046】

［半導体装置２００の製造方法］
次に、図１２を参照して、本実施形態に係る半導体装置２００の製造方法を説明する。図１２は、半導体装置２００の製造工程を示すチャート図であって、断面図を示している。また、図１２に示すチャート図は、図１１に示したチャート図に続くものである。

【0047】

＜Ｓ４０：半導体素子１搭載工程＞
上述した製造方法によって製造した基板１００の、金属層３０の上面に、半導体素子１を搭載する。例えば、半導体素子１は、はんだなどの導電性を有する固定材を用いて搭載される。

【0048】

＜Ｓ５０：封止工程＞
次に、搭載した半導体素子１を、封止樹脂４０によって封止する。封止樹脂４０をしては、例えば、一般的なエポキシ樹脂を用いることができる。また、絶縁層２０がフィラーを有する場合、封止樹脂４０の成形圧力は、２Ｍｐａ以上であることが好ましく、４Ｍｐａ以上であることがより好ましく、６Ｍｐａ以上であることがさらにより好ましい。封止樹脂４０の成形圧力を上記範囲内にすることにより、絶縁層２０に含まれるフィラーの一部が接触または結合し、絶縁層２０の熱伝導率が向上する。

【0049】

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0050】

１ 半導体素子
１０ ベース板
２０ 絶縁層
３０ 金属層
４０ 封止樹脂
１００ 基板
２００ 半導体装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】