電子部品用積層体の製造方法
【課題】接合工程での位置決め精度が高く、量産適用が可能な電子部品用積層体の製造手法を提供する。
【解決手段】接合工程では、リードフレーム２１となる金属板２１Ａと、パターン化金属箔２５Ｂを有する両面金属張積層体４０と、スペーサー３３となる金属板３３Ａとを、ろう接により形成した金属層を介して接合する。この際、金型１２１のピン１２１ａを、治具１１１及び両面金属張積層体４０に設けられた位置決め用の孔１１１ｃ及び４０ａに挿入し、治具１１１に固定されたリードフレーム２１となる金属板２１Ａと、両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと、スペーサー３３となる金属板３３Ａとが上下に重なり合うように配置した状態で、加熱しながら当接させる。
【解決手段】接合工程では、リードフレーム２１となる金属板２１Ａと、パターン化金属箔２５Ｂを有する両面金属張積層体４０と、スペーサー３３となる金属板３３Ａとを、ろう接により形成した金属層を介して接合する。この際、金型１２１のピン１２１ａを、治具１１１及び両面金属張積層体４０に設けられた位置決め用の孔１１１ｃ及び４０ａに挿入し、治具１１１に固定されたリードフレーム２１となる金属板２１Ａと、両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと、スペーサー３３となる金属板３３Ａとが上下に重なり合うように配置した状態で、加熱しながら当接させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＩＧＢＴ素子を搭載した半導体パワーモジュールなどに使用可能な電子部品用積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御用電力素子の大容量化に伴い、制御用モーターのみならず駆動用モーターも直流モーターから交流モーターへ変化している。交流モーターを用いることで、メンテナンスフリー、大容量化、きめ細かい制御が達成される。そのため、交流モーターは、例えば高速鉄道、ハイブリッド自動車、電気自動車への利用が進展している。交流モーターを制御する電力素子の中心となるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）モジュールに使用される絶縁基板には、絶縁性と熱伝導性を併せ持つことが必要とされており、従来は、セラミック基板が中心に使用されていた。セラミック基板は、絶縁性と熱伝導性に優れており、信頼性を有するが、価格が高い、重い、構造が複雑になるといった欠点がある。このような欠点が、ＩＧＢＴモジュールを例えば自動車用途へ利用する上で問題となっている。
【０００３】
これら欠点を解消するため、例えば、特許文献１では、パワーモジュールにおいて絶縁基板の材料として絶縁樹脂接着シートを用いることが提案されている。
【０００４】
絶縁基板の材料として、特許文献１のようにセラミックスの代わりに絶縁樹脂接着シートを使用する場合、ＩＧＢＴモジュールの構造から、絶縁樹脂接着シートには、ＩＧＢＴ素子に電気的に接続される金属板（リードフレーム）と、放熱部材への熱伝導を媒介する金属板（スペーサー）との間の絶縁性を確保しながら、ある程度の伝熱性を有しており、さらに熱衝撃に耐える接着性が要求される。また、ＩＧＢＴ素子のリードフレームのように小型で厚みのある部材と絶縁樹脂接着シートとのプレス加工による接着を行うためには、圧力むらの防止、位置決め精度の確保など、難易度の高い課題を個別の形状ごとに調整して解決する必要がある。例えば、絶縁性を確保するための沿面距離をとりながら、絶縁樹脂接着シート上にプレス加工により部分的にリードフレームを接着させる場合、リードフレームの厚みを吸収しながらプレスを行う必要があるため、圧力むらによる歪みが生じやすく、非常に難易度が高い。また、プレス圧力により、沿面距離部分への樹脂の流れ出しが起こりやすいので、加圧部分にボイド等の欠陥が発生しやすく、絶縁耐圧が低下するおそれがある。さらに、電力素子として使用する場合、絶縁樹脂接着シートとリードフレームとの接合面が長期にわたり高温にさらされる。そのため、リードフレームの材質である銅が高温で絶縁樹脂接着シート層中へ拡散し、該接着シート層が脆弱になり、接着力が低下することも懸念される。
【０００５】
そこで、発明者らは、絶縁基板の材料として、絶縁樹脂接着層の上下に金属箔層が接着した両面金属張積層体を用いる方法を提案した（特願２０１０−５３８７３、特願２０１０−８２４０８）。この方法では、両面金属張積層体を用いることにより、リードフレーム等の部材との接合を金属接合技術のみによって行うことができる。そのため、従来法でのプレス加工における技術課題を回避できるとともに、総工程数も削減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８８０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のとおり、ＩＧＢＴモジュールに代表されるパワー半導体モジュールの製造において、絶縁基板の材料として両面金属張積層体を使用することにより、多くの問題を改善することが可能である。しかし、この方法では、リードフレームとスペーサーとの間に、片面の金属箔がエッチング加工された両面金属張積層体を配置し、これらを位置合わせして重ね、ハンダ等の金属接合技術により接合する必要がある。この接合工程では、精度の高い位置決めを行う必要があると共に、工業的規模での量産を行う上で生産効率を高める必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、接合工程での位置決め精度が高く、量産適用が可能な電子部品用積層体の製造手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面の電子部品用積層体の製造方法は、半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記絶縁樹脂接着層に接着した第２の金属箔層と、前記第２の金属箔層に熱伝導可能に接合され、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記第２の金属箔層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、前記伝熱金属層となる金属板が固定された第２の治具と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層と前記伝熱金属層となる金属板とを位置合わせした状態でろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えている。
【００１０】
本発明の第１の側面の電子部品用積層体の製造方法では、前記第２の治具が位置決め用突起を有しており、前記接合する工程では、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行ってもよい。この場合、前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給されるようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明の第１の側面の電子部品用積層体の製造方法では、前記第２の治具が位置決め用貫通孔を有しており、前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行ってもよい。この場合、前記第１の治具、前記金属・樹脂積層体及び第２の治具が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給されるようにしてもよい。
【００１２】
本発明の第２の側面の電子部品用積層体の製造方法は、半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記第２の金属箔層に接着した、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記伝熱金属層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層とを位置合わせした状態で、ろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えている。
【００１３】
本発明の第２の側面の電子部品用積層体の製造方法は、前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行ってもよい。この場合、前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給されるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明の第１及び第２の側面の電子部品用積層体の製造方法は、両面金属張積層体の片面の金属箔を部分的にエッチングすることにより、前記金属・樹脂積層体を調製する工程をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電子部品用積層体の製造方法では、エッチング後の両面金属張積層体と、リードフレームとなる金属板との接合を、例えばハンダ付け等の慣用の金属接合技術により容易に行うことが出来る。また、接合工程では、位置決め用の貫通孔を利用して位置合わせを行うことにより、接合時の位置ずれを防止できる上、沿面距離も十分に高い精度で確保することができるので、信頼性の高い電子部品を製造できる。さらに、リードフレームとなる金属板や、伝熱金属層となる金属板を複数個支持できる治具を用いることにより、工業的規模での大量生産への対応も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法を適用可能な半導体モジュールの構成例を示す断面図である。
【図２】本発明方法を適用可能な積層体の構成例を示す断面図である。
【図３】両面金属張積層体の構成例を示す断面図である。
【図４】両面金属張積層体の積層前の状態を示す説明図である。
【図５】両面金属張積層体をエッチングした後の状態を示す説明図である。
【図６】接合工程における接合前の状態を示す説明図である。
【図７Ａ】接合工程における接合前の状態を示す部分断面図である。
【図７Ｂ】接合工程における接合した状態を示す部分断面図である。
【図８】切断工程における切断前の状態を示す部分断面図である。
【図９】切断され積層体の構成を示す断面図である。
【図１０】実装工程の説明図である。
【図１１】本発明方法を適用可能な半導体モジュールの変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明方法を適用可能な積層体の変形例を示す断面図である。
【図１３】本発明方法を適用可能な半導体モジュールの別の変形例を示す断面図である。
【図１４】本発明方法を適用可能な積層体の別の変形例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態で使用可能な積層体製造装置の概略構成図である。
【図１６】第２の実施の形態の接合工程における接合直前の状態を示す説明図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態で使用可能な積層体製造装置の概略構成図である。
【図１８】第３の実施の形態の使用可能な積層体製造装置の変形例を示す図面である。
【図１９】実施例のリードフレーム治具の構造を説明する図面である。
【図２０】実施例のパターン化積層板の構造を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施の形態について説明する。まず、第１の実施の形態の製造方法によって製造される積層体を適用可能な半導体モジュールについて説明する。図１は、半導体モジュールの概略構成例を示す断面図である。図１に示すように、パワーモジュール１００は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、還流ダイオード（ＦＷＤ）などの半導体素子１を有する積層体３と、外部電極端子（図示せず）に接続された導電部材５ａ，５ｂと、導電部材５ａ，５ｂにそれぞれ接続する中継基板７ａ，７ｂと、隣接する半導体素子１どうし、及び半導体素子１と中継基板７ａ，７ｂとを接続するボンディングワイヤ９と、これらを収容するケース１１と、積層体３との間で熱交換を行う放熱部材としてのヒートシンク１３と、を備えている。また、ケース１１の内部には、例えばシリコーンゲル等の絶縁樹脂１５が必要な量で充填され、硬化させることにより封止されている。
【００１８】
なお、図１のパワーモジュール１００はあくまでも例示であり、本発明は、様々な構成の半導体モジュールに適用可能である。
【００１９】
＜積層体＞
次に、本実施の形態において製造対象となる積層体３の構成について、図２を参照しながら詳細に説明する。積層体３は、半導体素子１と、接合層１７を介して半導体素子１を支持するリードフレーム２１と、リードフレーム２１に接合層２３を介して電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層２５と、この第１の金属箔層２５に接着した絶縁樹脂接着層２７と、絶縁樹脂接着層２７に接着した第２の金属箔層２９と、この第２の金属箔層２９に接合層３１を介して熱伝導可能に接合され、ヒートシンク１３への熱伝導を媒介する伝熱金属層としてのスペーサー３３と、を備えている。図２では、スペーサー３３は、ヒートシンク１３に面接触して設けられているが、スペーサー３３とヒートシンク１３との間に、さらに熱伝導性の部材が介在していてもよい。なお、図２における符号Ｌは、沿面距離である。積層体３をパワーモジュール１００に組み込んだ場合に、絶縁樹脂接着層２７が十分な絶縁性能と耐圧性能を確保できるようにするためには、リードフレーム２１及び第１の金属箔層２５の端部から、絶縁樹脂接着層２７の端部までの距離（沿面距離Ｌ）を十分に確保することが重要となる。
【００２０】
図２に示す半導体素子１、リードフレーム２１、スペーサー３３は、いずれも公知の構成である。リードフレーム２１、スペーサー３３としては、例えば厚みが０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度の銅板、アルミニウム板などを用いることができる。
【００２１】
リードフレーム２１と第１の金属箔層２５とは、ろう接により形成した金属層によって接合されており、例えば３００℃程度の温度で溶融する金属を主成分とするろう材やハンダ、金属系接着剤等によって接合されている。つまり、リードフレーム２１と第１の金属箔層２５との間には、導電性及び熱伝導性を有する金属材料からなる接合層２３が設けられている。接合層２３の材質としては、例えばハンダ材料として、錫を主成分とする、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン、インジウム又はビスマス等の合金が好適に使用できる。また、金属系接着剤としては、市販品として入手可能であり、例えばニホンハンダ株式会社製のＭＡＸ１０１（商品名）、株式会社日本スペリア社製のＳＮ１００Ｃ Ｐ８００ Ｄ２（商品名）等が好適に使用できる。
【００２２】
また、第２の金属箔層２９とスペーサー３３も、上記と同様にろう接により形成した金属層によって接合されており、例えばろう材やハンダ、金属系接着剤等によって接合されている。つまり、第２の金属箔層２９とスペーサー３３との間には、熱伝導性を有する金属材料からなる接合層３１が設けられている。
【００２３】
絶縁樹脂接着層２７は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、カルド樹脂（フルオレン樹脂）、ポリシロキサン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性の樹脂材料によって形成することができる。また、絶縁樹脂接着層２７には、出来るだけ耐熱性の高い絶縁材料を用いることが好ましい。このような観点から、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンを用いることが好ましい。
【００２４】
絶縁樹脂接着層２７の厚みは、必要な絶縁耐圧性能を確保しながら、熱伝導性を損なわない観点から、例えばポリイミド樹脂では、１０μｍ〜２００μｍが好ましく、１２μｍ〜１００μｍがより好ましく、１８μｍ〜７５μｍが更に好ましい。また、例えばエポキシ樹脂では、５０μｍ〜３００μｍが好ましく、８０μｍ〜２００μｍがより好ましい。
【００２５】
第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９としては、例えば、銅箔、アルミニウム箔、鉄箔、ニッケル箔、ベリリウム箔、亜鉛箔、インジウム箔、銀箔、金箔、スズ箔、ジルコニウム箔、ステンレス箔、タンタル箔、チタン箔、鉛箔、マグネシウム箔、マンガン箔及びこれらの合金箔が挙げられる。これらの中でも、銅箔が好ましい。なお、ここでいう「銅箔」には、銅以外に、銅を主成分とする銅合金からなるものも含まれる。銅箔は、好ましくは銅含有率が９０質量％以上、特に好ましくは９５質量％以上である。銅箔には、例えばクロム、ジルコニウム、ニッケル、シリコン、亜鉛、ベリリウム、コバルト等の金属を含有していてもよい。
【００２６】
第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９の厚みは、それぞれ、原料となる両面金属張積層体を形成する場合のプレス加工性を高めるため、例えば１２μｍ〜１５０μｍが好ましく、１２μｍ〜７０μｍがより好ましい。
【００２７】
第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９において、絶縁樹脂接着層２７と接している側の面には、接着力の向上を目的として、化学的な表面処理を施しておくことが好ましい。そのような表面処理としては、例えば防錆処理、ニッケルめっき処理、粗化エッチング、アルミニウムアルコラート、アルミニウムキレート、シランカップリング剤等による化学的処理を挙げることができる。この中でも、特に防錆処理を施しておくことが好ましい。防錆処理は、金属箔に例えば亜鉛めっき処理およびクロメート処理を順次施して防錆層を形成するものである（図４参照）。亜鉛めっき処理およびクロメート処理は、公知の方法で行うことができる。第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９に防錆処理を施しておくことにより、リードフレーム２１及び第１の金属箔層２５、又はスペーサー３３及び第２の金属箔層２９から、例えばＣｕイオン等の金属イオンが絶縁樹脂接着層２７へ拡散することが防止される。従って、Ｃｕイオン等の金属イオンの拡散が原因で、絶縁樹脂接着層２７に脆弱層が形成されて劣化し、接着力が低下することを防止できる。以上のように、第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９に表面処理を行なっておくことにより、絶縁樹脂接着層２７の接着性が長期間に渡り維持される。従って、積層体３を、例えば図１のパワーモジュール１００に組み込んだ場合に、パワーモジュール１００の信頼性を高めることができる。このような観点から、第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９として回路配線基板等の電子材料用途に適用される銅箔を使用することが望ましい。防錆処理を施した市販の銅箔としては、例えば日本電解株式会社製のＨＬ箔（商品名）、同ＵＳＬＰ箔（商品名）、古河電工株式会社製のＷＳ箔（商品名）、同ＧＴＳ箔（商品名）、三井金属鉱山株式会社製のＶＬＰ箔（商品名）、日鉱金属株式会社製のＨＡ箔（商品名）、同ＢＨＹＡ箔（商品名）等が挙げられ、これらは好適に利用できる。
【００２８】
図１に示すパワーモジュール１００では、絶縁樹脂接着層２７を境にして、半導体素子１側と、接地電位に置かれたヒートシンク１３側とが電気的に絶縁されている必要がある。このような観点から、積層体３においては、半導体素子１とスペーサー３３の間に高い絶縁耐圧性を有する絶縁樹脂接着層２７を介在させている。また、半導体素子１が通電により発熱したまま放熱できないと故障の原因になるので、冷却を効率的に行う必要がある。そこで、半導体素子１に、絶縁性を確保する絶縁樹脂接着層２７として比較的熱抵抗が低い樹脂材料の薄膜を用いるとともに、複数の金属層（第２の金属箔層２９、接合層３１、スペーサー３３）を介してヒートシンク１３を接続し、半導体素子１を積極的に冷却するようにしている。
【００２９】
［積層体の製造方法］
図３〜図１０を参照しながら、積層体３の製造方法について説明する。本実施の形態の積層体の製造方法は、例えば、両面金属張積層体を準備する工程、エッチング工程、接合工程、切断工程、及び実装工程を含むことができる。
【００３０】
＜両面金属張積層体＞
まず、図３に示すような両面金属張積層体４０を準備する。図４は、積層前の状態の一例を示している。両面金属張積層体４０は、樹脂フィルム２７Ａ、金属箔２５Ａ及び金属箔２９Ａを含んでいる。樹脂フィルム２７Ａは、加工後に積層体３において上記絶縁樹脂接着層２７となるものであり、絶縁樹脂接着層２７と同様の材質で形成されている。金属箔２５Ａ，２９Ａは、加工後に積層体３において、それぞれ、上記第１の金属箔層２５、上記第２の金属箔層２９となるものであり、第１の金属箔層２５、第２の金属箔層２９と同様の材質で形成されている。金属箔２５Ａ，２９Ａの樹脂フィルム２７Ａに当接させる側の面には、図４に示すように、例えば防錆層などの表面処理層４１を形成しておくことが好ましい。
【００３１】
この両面金属張積層体４０は、例えば図４に示すように、樹脂フィルム２７Ａの両側に、それぞれ金属箔２５Ａと金属箔２９Ａを配置して、これらを張り合わせることにとって製造できる。樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとのラミネートは、公知の方法により行うことが出来る。例えば、通常のハイドロプレス、真空タイプのハイドロプレス、オートクレーブ加圧式真空プレス、連続式熱ラミネータ等により行うことができる。これらの中でも、十分なプレス圧力が得られ、金属箔２５Ａ，２９Ａの酸化を防止できる、といった利点が得られる真空ハイドロプレスや連続式熱ラミネータを用いることが好ましい。なお、連続式熱ラミネータを用いる場合、樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとのラミネートは、これらを長いフィルム状にした形態で、ロール・トゥ・ロール方式で行うことができるので、効率的である。
【００３２】
樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとを張り合わせる際には、例えば、樹脂フィルム２７Ａ又はその接着面が、熱可塑性ポリイミド樹脂で構成されている場合には、２００〜４００℃程度の範囲内の温度に加熱しながらプレスすることが好ましく、２８０〜４００℃の範囲内がより好ましく、３００〜４００℃の範囲内の温度がさらに好ましい。また、プレス圧力については、使用するプレス機の種類にもよるが、１００〜１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２程度が好ましい。また、例えば樹脂フィルム２７Ａ又はその接着面が、エポキシ樹脂で構成されている場合には、１４０〜２２０℃程度の範囲内の温度に加熱しながらプレスすることが好ましく、１６０〜２００℃の範囲内がより好ましく、プレス圧力は５０〜１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２程度が好ましい。
【００３３】
また、図示は省略するが、両面金属張積層体４０は、例えば、樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ又は金属箔２９Ａとを積層した２層積層体の樹脂フィルム２７Ａ側に、残りの金属箔２５Ａ又は金属箔２９Ａのうちの片方を重ね合わせ、熱圧着することによって作製することもできる。さらに、両面金属張積層体４０は、樹脂フィルムと金属箔２５Ａとを積層した２層積層体と、樹脂フィルムと金属箔２９Ａとを積層した２層積層体とを別々に準備し、金属箔２５Ａ及び金属箔２９Ａが外側になるように、樹脂フィルムどうしを貼り合わせるようにして重ね合わせ、熱圧着することによって作製することもできる。この場合は、２層の樹脂フィルムが積層されて樹脂フィルム２７Ａとなる。以上のいずれの場合においても、熱圧着の方法は特に制限されず、上述と同様のラミネート方法、ラミネート条件を採用することが出来る。
【００３４】
両面金属張積層体４０としては、市販の両面金属張積層体を使用することもできる。この場合、特に電子材料用途に適した両面金属張積層体を使用することが好ましい。そのような市販品としては、例えば新日鐵化学株式会社製ＭＢ１８−２５−１８ＣＥＧ（商品名）、同ＭＢ１８−１２−１８ＦＲ（商品名）、同ＭＢ１２−１２−１２ＲＥＧ（商品名）、同ＳＢ１８−２５−１８ＣＥ（商品名）、パナソニック電工株式会社製セムスリーＲ１７８８（商品名）などを好ましく用いることができる。
【００３５】
また、樹脂フィルム２７Ａとなるポリイミドフィルムとしては、市販のポリイミド樹脂又はポリイミドフィルムも好適に使用可能であり、例えば東レ・デュポン株式会社製のカプトンＥＮ（商品名）、鐘淵化学株式会社製のアピカルＮＰＩ（商品名）、宇部興産株式会社製のユーピレックス（商品名）等が挙げられる。さらに、このような非熱可塑性ポリイミドフィルムの片面又は両面に、１種類以上の熱可塑性ポリイミドの前駆体溶液を塗布した後、熱処理して樹脂フィルム２７Ａを形成することもできる。市販の熱可塑性ポリイミド樹脂の前駆体溶液としては、例えば新日鐵化学株式会社製のＳＰＩ−２００Ｎ（商品名）、同ＳＰＩ−３００Ｎ（商品名）、同ＳＰＩ−１０００Ｇ（商品名）、東レ株式会社製のトレニース＃３０００（商品名）等が挙げられる。
【００３６】
以上のように、両面金属張積層体４０は種々の方法で準備することができるが、いずれの方法で作製した両面金属張積層体４０についても、特に制限なく利用できる。
【００３７】
＜エッチング工程＞
次に、図５に示すように、両面金属張積層体４０の一方の側の金属箔（図５では、金属箔２５Ａ）を、エッチングによって所定のパターン（例えば島状）に加工する。すなわち、両面金属張積層体４０の片側の面の金属箔２５Ａをエッチングにより部分的に除去し、複数のパターン化金属箔２５Ｂを形成する。エッチングは、フォトリソグラフィー技術を利用して実施できる。例えば、まず、両面金属張積層体４０の金属箔２５Ａに所定のレジストパターンを形成する。次に、塩化第二鉄又は塩化第二銅を主成分とする水溶液等のエッチング液を用いて露出した部分の金属箔２５Ａをエッチングし、その後レジストを剥離すればよい。
【００３８】
エッチングは、積層体３に加工した場合に第１の金属箔層２５となるパターン化金属箔２５Ｂの周囲に、樹脂フィルム２７Ａが露出するように行う。樹脂フィルム２７Ａの露出部分は、後の切断工程で樹脂フィルム２７Ａと金属箔２９Ａを切断する際の切断部位となる。
【００３９】
なお、金属箔２５Ａへのエッチングと同様の方法で、金属箔２９Ａを所定のパターン（例えば島状）にエッチングしておくこともできる。
【００４０】
＜接合工程＞
接合工程では、リードフレーム２１となる金属板２１Ａと、パターン化金属箔２５Ｂを有する両面金属張積層体４０と、スペーサー３３となる金属板３３Ａとを、ろう接により形成した金属層を介して接合する。図６は、これらの接合前の状態の一例を示す斜視図であり、図７Ａは図６と同様に接合前の状態の一例を示す部分断面図であり、図７Ｂは接合した状態の一例を示す部分断面図である。接合工程は、例えば加熱手段（ヒーター）を備えた容器（加熱炉）内で行うことができるが、図６〜７Ｂでは容器は図示を省略している。
【００４１】
リードフレーム２１となる金属板２１Ａは、図６に示すように、第１の治具としての治具１１１により支持されている。治具１１１は、枠状に設けられた本体１１１ａの内側に、例えば格子状に設けられた複数の支持部１１１ｂを有しており、これらの支持部１１１ｂに金属板２１Ａの４辺が接続され、固定されている。図６では、治具１１１に４個の金属板２１Ａが支持された状態を示している。また、本体１１１ａには、位置決め用の孔１１１ｃが複数箇所（図６では４箇所）に設けられている。治具１１１は、例えば金属板２１Ａと同様の材質の金属箔等の材質で構成できる。
【００４２】
金属・樹脂積層体としての両面金属張積層体４０には、上記金属板２１Ａの配置に対応して上面に４個のパターン化金属箔２５Ｂが島状に形成されている。各パターン化金属箔２５Ｂは、その下方周囲に十分な沿面距離Ｌが確保できるように、大きなサイズの樹脂フィルム２７Ａによって支持されている。金属箔２９Ａは、樹脂フィルム２７Ａと同じ大きさで樹脂フィルム２７Ａに積層されている。両面金属張積層体４０の樹脂フィルム２７Ａと金属箔２９Ａには、位置決め用の孔４０ａが複数箇所（図６では４箇所）に設けられている。
【００４３】
接合工程を行う容器（図示せず）内には、スペーサー３３となる金属板３３Ａを位置決め固定する第２の治具としての金型１２１が配置されている。金型１２１には、位置決め用突起としてのピン１２１ａが複数（図６では４本）設けられている。ピン１２１ａは、治具１１１及び両面金属張積層体４０に設けられた位置決め用の孔１１１ｃ及び４０ａに挿入されることにより、接合工程での位置ずれを防止する役割を有する。また、金型１２１には、上記金属板２１Ａ及びパターン化金属箔２５Ｂの配置に対応して複数の凹部１２１ｂが形成されており、この凹部１２１ｂにスペーサー３３となる金属板３３Ａを位置決めして配置しておくことができる。図６では、上面に４箇所の凹部１２１ｂが設けられ、４個の金属板３３Ａを配置している。
【００４４】
接合工程では、図７Ａに示したように、予めパターン化金属箔２５Ｂ及び金属箔２９Ａにハンダペースト２３Ａ，３１Ａを塗布しておく。なお、ハンダペーストは、対向する接合面のどちらかに塗布しておけばよいので、金属板２１Ａや、金属板３３Ａに塗布しておいてもよい。また、金属板２１Ａや、金属板３３Ａにおける接合面には、例えば錫を主成分とするめっき処理や、金又はニッケル等のめっき処理を予め施しておいてもよい。次に、治具１１１に固定されたリードフレーム２１となる金属板２１Ａと、両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと、スペーサー３３となる金属板３３Ａとが上下に重なり合うように配置した状態で、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａを介して当接させ、加熱する。これにより、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａが溶融し、図７Ｂに示したように、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂとの間、金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの間が、それぞれ金属接合層２３Ａ，３１Ａを介して接合される。この接合工程は、金型１２１のピン１２１ａを、治具１１１及び両面金属張積層体４０に設けられた位置決め用の孔１１１ｃ及び４０ａに挿入して行われる。所定時間の加熱後、治具１１１及び両面金属張積層体４０の位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａと金型１２１のピン１２１ａとの係合を解除する。このように、位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａと金型１２１のピン１２１ａとの係合を利用して接合時の位置精度を確保することにより、加熱時のハンダペースト２３Ａ，３１Ａの溶融による横方向への位置ずれを防止し、沿面距離Ｌを確保できる。なお、金型１２１における金属板３３Ａと接する面には、金属板３３Ａとの分離を容易とするための離型処理を施してもよい。
【００４５】
同時に接合させる金属板２１Ａと両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと金属板３３Ａの数は、４個に限らず例えば１〜３個でもよいし、５個以上であってもよい。生産性を高めるためには、治具１１１及び金型１２１に多数の金属板２１Ａ及び金属板３３Ａを配置し、多数のパターン化金属箔２５Ｂを形成した両面金属張積層体４０を用いて一括で接合工程を行うことが好ましい。治具１１１及び両面金属張積層体４０の位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａの数と金型１２１のピン１２１ａの本数も適宜増減できる。
【００４６】
なお、図７Ａ，７Ｂでは、両面金属張積層体４０の上下両側に金属板２１Ａ及び金属板３３Ａを位置合わせして配置し、これら３つを同時に接合する場合を例に挙げたが、まず両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと金属板２１Ａを接合した後、金属箔２９Ａと金属板３３Ａを接合してもよいし、あるいは、まず両面金属張積層体４０の金属箔２９Ａと金属板３３Ａを接合した後、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂを接合してもよい。このように接合工程を多段階に分けて行う場合、金属板２１Ａ−パターン化金属箔２５Ｂ間、及び金属箔２９Ａ−金属板３３Ａ間に介在させるハンダの融点を変えて、融点の高いハンダから先に接合するようにしてもよい。この場合、相対的に高融点のハンダ材料としては、例えば、ニホンハンダ株式会社製のＰＦ３０５（商品名）（融点；２２０℃）、同ＦＮＳ（商品名）（融点；２１９℃）、同Ｏ３（商品名）（融点；２２１℃）、同２４（商品名）（融点；２４０℃）、タムラ化研株式会社製のＴＦＬ−２０４−ＳＩＳ（商品名）（融点；２２０℃）、同ＴＦＬ−２０４−１５１（商品名）（融点；２２０℃）、同ＴＦＬ−２０４−ＭＤＳ（商品名）（融点；２１３℃）、株式会社日本スペリア製のＳＮ１００Ｃ Ｐ８００（商品名）（融点；２２７℃）、同ＳＮ１００ＣＬ（商品名）（融点；２２７℃）等、相対的に低融点のハンダ材料としては、例えば、タムラ化研株式会社製のＴＦＬ−８０１−１７（商品名）（融点；１９５〜２０９℃）、同ＴＦＬ−４０１−１１（商品名）（融点；１３９℃）、株式会社日本スペリア社製のＢ１５７（商品名）（融点；１３９℃）、同ＳＮ８８（商品名）（融点；１９８〜２１０℃）等を用いることができる。接合工程の回数を省略できるという観点では、図７Ａ，７Ｂに示したように、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａを同時に接合することが好ましい。
【００４７】
＜切断工程＞
切断工程では、例えば図８に示したようなカッターユニット１３１を用いることができる。図８では、一つのカッターユニット１３１のみを示している。カッターユニット１３１は、下部の固定刃１３１Ａと上部の可動刃１３１Ｂとから構成されている。可動刃１３１Ｂは、治具１１１の支持部１１１ｂを切断するための小刃１３１Ｂ１と、樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａを切断する大刃１３１Ｂ２とを有しており、図示しない駆動手段により上下動される。従って、可動刃１３１Ｂを下降させることにより、治具１１１、樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａから、図９に示したように、両面金属張積層体４０の上下両側に金属板２１Ａ及び金属板３３Ａが接合された所定の大きさの積層体６０が部分的に打ち抜かれる。この際、十分な沿面距離Ｌが確保できるように、パターン化金属箔２５Ｂよりも大きな範囲で樹脂フィルム２７Ａの打ち抜きを行う。なお、この切断工程においても、カッターユニット１３１と位置決め用のピン（図示省略；図６の金型１２１のピン１２１ａを参照）を備えた切断装置を用いることが可能であり、治具１１１及び両面金属張積層体４０の位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａと当該ピンとを係合させて位置決めを行いながら高精度に切断を行うことができる。また、複数（例えば４つ）のカッターユニット１３１を備えた切断装置を用いることによって、同時に複数の打ち抜きを行うことができるので、生産効率を高めることができる。この切断工程においては、上記のように治具１１１の支持部１１１ｂ並びに樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａを同時で切断することが好ましいが、例えば小刃１３１Ｂ１によって先ず治具１１１の支持部１１１ｂを切断した後、続いて大刃１３１Ｂ２によって樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａを切断してもよい。なお、切断の方法は、特に制限はなく、プレス打ち抜きに限らず、例えば回転ソー、ウォータージェット等を用いて行うこともできる。
【００４８】
＜実装工程＞
次に、図１０に示すように、積層体６０の最上部の金属板２１の上に、例えばＩＧＢＴ素子やＦＷＤ素子などの半導体素子１を接合する。接合方法は、ハンダ付け、金属系接着剤等の金属接合技術によって実施できる。図１０では、ハンダペースト１７Ａを半導体素子１に塗布して、リードフレーム２１に接合する方法を示している。なお、半導体素子１への配線の接続は常法によって行うことができるので、ここでは説明を省略する。
【００４９】
以上のようにして、図２に示すように、半導体素子１、接合層１７、リードフレーム２１、接合層２３、第１の金属箔層２５、絶縁樹脂接着層２７、第２の金属箔層２９、接合層３１、スペーサー３３が、上からこの順に積層された積層体３を製造することができる。以後は、常法に従い、ヒートシンク１３と接合し、モジュール化することによって、例えばパワーモジュール１００を製造することができる。
【００５０】
＜変形例＞
以上の工程において、積層体６０を作成せず、半導体素子１と、金属板２１Ａと、パターン化金属箔２５Ｂが形成された両面金属張積層体４０と、金属板３３Ａとを同時に接合することも可能である。すなわち、上記接合工程と実装工程とを同時に行うことができる。例えば、図示は省略するが、半導体素子１、金属板２１Ａ、エッチング後のパターン化金属箔２５Ｂを有する両面金属張積層体４０、及び金属板３３Ａを、対向する接合面のいずれかにハンダペースト１７Ａ，２３Ａ，３１Ａを塗布した後、図６〜図７Ｂと同様に、位置決め用の孔及びピンにより位置合わせして配置し、これら４つのパーツを同時に接合してもよい。
【００５１】
また、金属板２１Ａに半導体素子１が予め接合されているものを用いて図６〜図７Ｂと同様に接合工程を行うことにより、上記実装工程を省略することも可能である。
【００５２】
また、本実施の形態の製造方法は、例えば図１１及び図１２に示したような構成の積層体とパワーモジュールの製造にも適用できる。なお、図１１及び図１２において、図１及び図２と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１１は、異なる半導体素子が実装されている積層体３Ａ，３Ｂを備えたパワーモジュール１０１を示している。例えば、積層体３ＡにはＩＧＢＴ素子１Ａが実装されており、積層体３ＢにはＦＷＤ素子１Ｂが実装されている。積層体３Ａ，３Ｂは、それぞれ基本的に図１に例示したものと同様の構成と機能を有しているが、図１２に拡大して示したように、二つの積層体３Ａ，３Ｂにおいて、絶縁樹脂接着層２７、第２の金属箔層２９、接合層３１、スペーサー３３が共通化されている。換言すれば、リードフレーム２１、接合層２３、第１の金属箔層２５は、ＩＧＢＴ素子１Ａ側とＦＷＤ素子１Ｂ側で異なる電気的制御を受ける部分であるため、別々に分離させているが、絶縁樹脂接着層２７より下層は、熱伝導機能が確保できればよいので共有されている。
【００５３】
このような構造の積層体３Ａ，３Ｂは、エッチング工程でのパターン設計で十分な沿面距離Ｌが確保できるようにするとともに、切断工程で切り出される積層体がそれぞれ２つのパターン化金属箔２５Ｂを含むように切断する点以外は、上記と同様に製造することができる。積層体３Ａ，３Ｂでは、最終的に一枚の絶縁樹脂接着層２７の上に、２つの半導体素子（ＩＧＢＴ素子１Ａ、ＦＷＤ素子１Ｂ）を実装しているが、リードフレーム２１の積層にプレス加工は必要とせず、ハンダ付けやロウ付けにより容易に接合を行なうことができるため、従来法のような問題は生じない。すなわち、図１２のような構造を、金属板（リードフレーム２１）をプレス加工により絶縁樹脂接着層２７に圧着させることによって製造することは非常に難易度が高いが、両面金属張積層体４０を用いることによって容易に製造できる。なお、共通化された絶縁樹脂接着層２７の上には、２つに限らず、３つ以上の半導体素子でも制約なく簡単に実装できる。このように、絶縁樹脂接着層２７を共有化して複数の半導体素子を容易に実装できることも、両面金属張積層体４０を用いることの大きなメリットである。
【００５４】
さらに、本実施の形態の製造方法は、例えば図１３及び図１４に示したような構成の積層体とパワーモジュールの製造にも適用できる。なお、図１３及び図１４において、図１及び図２と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１３及び図１４に示した積層体３Ｃ及びパワーモジュール１０２は、スペーサー３３を有しない点以外は、図１及び図２に示した積層体３及びパワーモジュール１００と同様の構成である。積層体３Ｃを製造する場合は、金属箔２９Ａとして厚みの大きなものを用いることにより、金属板３３Ａを省略できる。従って、図６における金型１２１の凹部１２１ｂは不要であり位置決め用のピン１２１ａを有する台座（図示せず）を用いて接合工程を行うことにより製造できる。このように、本実施の形態の製造方法は、種々の構成の積層体の製造に適用可能である。
【００５５】
以上述べたように、本実施の形態の積層体の製造方法では、樹脂フィルム２７Ａの両面の金属箔（パターン化金属箔２５Ｂ、金属箔２９Ａ）と、リードフレーム２１となる金属板２１Ａ及びスペーサー３３となる金属板３３Ａとの接合工程において、位置決め用の孔（孔１１１ｃ、４０ａ）とピン（ピン１２１ａ）を利用して位置合わせを行うことができる。よって、接合時の位置ずれを防止できる上、十分な沿面距離Ｌを高い精度で確保することが可能になり、信頼性の高い電子部品を製造できる。さらに、リードフレーム２１となる金属板２１Ａや金属板３３Ａを複数個支持できる治具１１１や金型１２１を用いることにより、工業的規模での大量生産への対応も可能になる。
【００５６】
また、本実施の形態の積層体の製造方法では、材料として両面金属張積層体４０を用いることにより、絶縁樹脂接着層とその上下の金属板とのプレス加工による接着を省略できる。つまり、両面金属張積層体４０を用いれば、積層体３における他の部材と積層は、金属接合技術のみによって行うことができる。そのため、従来法でのプレス加工の技術課題を回避できるだけでなく、総工数削減も可能となる。両面金属張積層体４０の製造は、既に技術的に確立されているプリント基板等の電子材料用途の両面金属張積層体の製造と同じプロセスで実施が可能であり、例えばプレス加工やキャスト法など種々の方法で容易に行うことができる。この工程をプレス加工で行う場合でも、図４に示すように、薄い樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとの積層プレスとなるため、リードフレーム等の金属板の形状とは無関係に一定の条件で実施できる上、大面積でのプレスであるため、均一な接着が可能であり、圧力むらが生じにくい。また、リードフレーム等の金属板に対して個別にプレス加工を行う従来法に比べて工数も削減できる。さらに、樹脂フィルム２７Ａや金属箔２５Ａ，２９Ａ、さらに両面金属張積層体４０として、調達が容易な市販品を用いることも可能である。特に、市販のプリント基板用金属箔やプリント基板用両面金属張積層体は、金属箔表面に粗化処理、防錆処理がされており、新たにこれらの処理を行う必要がない。また、防錆処理により、積層体３が長期に高温にさらされても、Ｃｕイオン等の金属イオンの拡散が起こりにくく、接着力の低下が抑制される。
【００５７】
また、絶縁樹脂接着層２７における沿面距離Ｌの確保は、両面金属張積層体４０のエッチングによる金属箔２５Ａの部分的な除去により行うことができるので、難易度の高いプレス加工による位置ずれなどの問題が起こりにくい。すなわち、従来法で個別に条件出しが必要であったプレス工程での沿面距離Ｌの調整は不要になる。しかも、エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術を利用できるため、沿面距離Ｌの精度の確保も容易である。
【００５８】
本実施の形態の製造方法は、以上の優れた特長により、積層体３を組み込んだ半導体モジュールの信頼性を高めることができる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
次に図１５及び図１６を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の積層体の製造方法は、例えば、両面金属張積層体を準備する工程、エッチング工程、接合工程、切断工程、及び実装工程を含むことができる。ここで、接合工程及び切断工程以外は、第１の実施の形態と同様に実施できるので、説明を省略する。図１５は、本実施の形態における接合工程と切断工程とを連続的に行うための積層体製造装置の概略構成を示す図面である。図１５中、符号２０１はキャリアテープ供給部、符号２０２はハンダ塗布部、符号２０３は接合部、符号２０４は切断部、符号２０５はキャリアテープ回収部、符号２０６は積層体回収部である。また、図１６は、接合部２０３における接合直前の状態を示す斜視図である。
【００６０】
第１の治具としてのキャリアテープ２１１Ａを巻回させた供給リール２１２Ａと、キャリアテープ２１１Ｂを巻回させた供給リール２１２Ｂと、第２の治具としてのキャリアテープ２１１Ｃを巻回させた供給リール２１２Ｃと、が準備される。キャリアテープ供給部２０１には、供給リール２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃがそれぞれ着脱可能に装着される３つのリール支軸２１３Ａ，２１３Ｂ，２１３Ｃが配備されている。
【００６１】
図１６にも示すように、キャリアテープ２１１Ａの下面には、所定間隔でリードフレーム２１となる金属板２１Ａが、後の工程で引き剥がし可能な接着剤により島状に固定されている。なお、好ましい変形例では、キャリアテープ２１１Ａに金属板２１Ａが一体成形されたものを使用することができる。またキャリアテープ２１１Ａの左右の端部には、送り方向に対して平行に、所定間隔でスプロケット孔２１４Ａ，２１４Ａ…が設けられている。
【００６２】
キャリアテープ２１１Ｂは、所定間隔でパターン化金属箔２５Ｂが島状に形成された両面金属張積層体４０である。キャリアテープ２１１Ｂの左右の端部には、送り方向に対して平行に、所定間隔でスプロケット孔２１４Ｂ，２１４Ｂ…が設けられている。
【００６３】
キャリアテープ２１１Ｃの上面には、所定間隔でスペーサー３３となる金属板３３Ａが、後の工程で引き剥がし可能な接着剤により島状に固定されている。なお、好ましい変形例では、キャリアテープ２１１Ｃに金属板３３Ａが一体成形されたものを使用することができる。キャリアテープ２１１Ｃの左右の端部には、送り方向に対して平行に、所定間隔でスプロケット孔２１４Ｃ，２１４Ｃ…が設けられている。
【００６４】
ハンダ塗布部２０２は、塗布具２２１Ａ及び２２１Ｂを備えており、キャリアテープ２１１Ｂの両面（パターン化金属箔２５Ｂ及び金属箔２９Ａ）の所定の部位に、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａを部分的に塗布する。なお、ハンダペーストは、対向する接合面のどちらかに塗布しておけばよいので、キャリアテープ２１１Ａの金属板２１Ａや、キャリアテープ２１１Ｃの金属板３３Ａに塗布しておいてもよい。
【００６５】
接合部２０３には、圧接部２３１Ａと、図示しない加熱手段（ヒーター）を備えたリフロー部２３１Ｂと、位置決め解除部２３１Ｃが設けられている。圧接部２３１Ａには、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを位置決め固定する第３の治具としての台座２３２と、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを台座２３２へ向けて押圧する加圧手段２３３とが配備されている。加圧手段２３３は台座２３２に対向して設けられ、図示しない駆動機構によって台座２３２へ向けて所定のストロークで進出し、退避できるように構成されている。また、加圧手段２３３は、台座２３２とともに、キャリアテープ２１１Ａ，２１１Ｂ及び２１１Ｃの進行方向に移動可能に構成されている。台座２３２には、位置決め用のピン２３２ａが複数（例えば４本）設けられている。ピン２３２ａがキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃに設けられたスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃに挿入されることにより、接合工程での位置ずれが防止される。なお、加圧手段２３３は補助的な機能としては有利であるが、無くても構わない。
【００６６】
台座２３２の前方（キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃの進行方向の上流側）には、キャリアテープの送り駆動用のスプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃが配置されている。また、位置決め解除部２３１Ｃの後方（キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃの進行方向の下流側）には、スプロケット２３４Ｄが配置されている。スプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ、２３４Ｄの外周面にはキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃに設けられたスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃに係合する爪が設けられている。そして、スプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ，２３４Ｄを同期させながら間欠的に所定角度ずつ回転駆動させることによって、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃが所定長さずつピッチ送りされる。なお、図１５における符号２３５は、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃの浮き上がりを防止するための押さえとなるピンチローラである。
【００６７】
スプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ，２３４Ｄを駆動させることによって、接合部２０３の圧接部２３１Ａ内へ、図１６に示したように、キャリアテープ２１１Ａの下面に固定された金属板２１Ａと、キャリアテープ２１１Ｂ（両面金属張積層体４０）のパターン化金属箔２５Ｂと、キャリアテープ２１１Ｃの上面に固定された金属板３３Ａとが上下に重なり合うように配置した状態で供給される。なお、この段階で、ハンダ塗布部２０２を通過したキャリアテープ２１１Ｂのパターン化金属箔２５Ｂ及び金属箔２９Ａには、部分的にハンダペースト２３Ａ，３１Ａが塗布されている。
【００６８】
そして、加圧手段２３３によりキャリアテープ２１１Ａの上面（金属板２１Ａの反対側）を押圧する。押圧により、３本のキャリアテープ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃが接近し、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、金属箔２９Ａと金属板３３Ａとが、それぞれ金属接合層（ハンダペースト２３Ａ，３１Ａ）を介して当接した状態となる。
【００６９】
次に、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの積層部分は、加圧手段２３３と台座２３２に挟み込まれたままリフロー部２３１Ｂへ送られる。リフロー部２３１Ｂ内は、ハンダを溶融させる所定の温度に維持されているため、ハンダが溶融し、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、金属箔２９Ａと金属板３３Ａとがそれぞれ接合される。この際、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃに設けられたスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃに、台座２３２の位置決め用のピン２３２ａが挿入されていることにより、横方向の位置ずれが防止される。そして、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの積層部分は、リフロー部２３１Ｂから位置決め解除部２３１Ｃへ送られる。位置決め解除部２３１Ｃは常温であるため、ハンダが冷却され接合部分が強固に接着される。そして、位置決め解除部２３１Ｃで加圧手段２３３を退避させることにより、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃのスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃと台座２３２のピン２３２ａとの係合がはずれるので、再びスプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ、２３４Ｄを回転駆動させることにより、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの積層部分を位置決め解除部２３１Ｃの外へ送り出すことができる。
【００７０】
接合部２０３を通過し、部分的に接着した状態のキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃは、スプロケット２３４Ｅによってさらに切断部２０４へ送られる。
【００７１】
切断部２０４には、カッターユニット２４１が設けられている。カッターユニット２４１の構成は、第１の実施の形態のカッターユニット１３１（図８参照）と同様であるため、説明を省略する。カッターユニット２４１では、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃから、両面金属張積層体４０の上下両側に金属板２１Ａ及び金属板３３Ａが接合された積層体６０（図９参照）が部分的に打ち抜かれる。なお、図１５では、部分的に接着した状態のキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃをスプロケット２３４Ｅによって反転させてから切断部２０４に供給しているが、スプロケット２３４Ｅを設けず（反転させず）にそのまま切断部２０４へ供給してもよい。
【００７２】
切断部２０４を通過した打ち抜き後のキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃは、スプロケット２３４Ｆによってさらにキャリアテープ回収部２０５に送られ、回収される。
【００７３】
積層体回収部２０６では、切断部２０４で打ち抜かれた積層体６０が例えばベルトコンベア２６１により搬送され、回収される。
【００７４】
以上のようにして、リードフレーム２１と、接合層２３と、第１の金属箔層２５と、絶縁樹脂接着層２７と、第２の金属箔層２９と、接合層３１と、スペーサー３３が、上からこの順に積層された積層体６０（図９参照）をリール・トゥ・リール方式で連続的に製造することができる。以降の工程（実装工程）は、第１の実施の形態と同様に実施できる。
【００７５】
本実施の形態では、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを用いて連続的に積層体６０を製造できるので、生産性に優れており、しかも、スプロケット２３４Ａ〜２３４Ｄにより所定ピッチでキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを送ることができるので、位置決め精度に優れ、信頼性の高い電子部品を製造できる。
【００７６】
本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７７】
［第３の実施の形態］
次に図１７を参照しながら、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態の積層体の製造方法は、例えば、両面金属張積層体を準備する工程、エッチング工程、接合工程、切断工程、及び実装工程を含むことができる。ここで、エッチング工程、接合工程及び切断工程以外は、第１の実施の形態と同様に実施できるので、説明を省略する。図１７は、本実施の形態におけるエッチング工程と接合工程と切断工程とを連続的に行うための積層体製造装置の概略構成を示す図面である。図１７中、符号４０は両面銅張積層板（ＣＣＬ）等の両面金属張積層体であり、符号３０２はエッチング加工部、符号３０３はハンダ塗布部３０３、符号３０４は接合部、符号３０５は図示しない熱風オーブンを備えた加熱部、符号３０６は切断部、符号３０７Ａ，３０７Ｂは、両面金属張積層体４０を図中矢印で示す方向へ搬送する一対のロールである。なお、図１７中のＡ−Ａの間は接続しているものとする。
【００７８】
本実施の形態では、両面金属張積層体４０をロール・トゥ・ロール方式で搬送させながら、これをキャリアとして目的の積層体を連続的に製造する。まず、ロール３０７Ａから送り出された両面金属張積層体４０は、エッチング加工部３０２へ送られる。エッチング加工部３０２では、両面金属張積層体４０の両側の金属箔が所定のパターンにエッチングされる。この際、金属箔２５Ａ及び金属箔２９Ａの両方をエッチングしてパターン化金属箔２５Ｂ及びパターン化金属箔２９Ｂを形成する。ここで、本実施の形態では、パターン化金属箔２９Ｂの面積よりもパターン化金属箔２５Ｂの面積が大きくなるようにエッチング加工を行う。また、エッチング加工部では、例えばドリル加工や打ち抜き加工により図示しないスプロケット孔も形成する。以降の工程では、エッチング加工後の両面金属張積層体を符号３０１Ａで示す。
【００７９】
次に、ハンダ塗布部３０３では、塗布具３１１Ａ、３１１Ｂにより、両面金属張積層体３０１Ａのパターン化金属箔２５Ｂ及びパターン化金属箔２９Ｂにハンダペースト２３Ａ，３１Ａを塗布する。この工程は第１及び第２の実施の形態と同様に行うことができる。
【００８０】
次に、接合部３０４では、パターン化金属箔２５Ｂの側にリードフレーム２１となる金属板２１Ａを備えたリードフレーム治具３１２を配置し、パターン化金属箔２９Ｂの側にスペーサー３３となる金属板３３Ａが固定された金型３１３を配置する。リードフレーム治具３１２は、枠状の治具本体（図示省略）と、金属板２１Ａと、治具本体に金属板２１Ａを接続する支持部３１２ａと、を有している。リードフレーム治具３１２は、一枚の金属板を打ち抜き加工することによって形成されている。また、治具本体には、金属板２１Ａを間に挟んで対角線上に２つの位置決め用の孔が設けられている。また、金型３１３は、位置決め用のピン３１３ａと、スペーサー３３となる金属板３３Ａを位置決めして固定しておくための凹部３１３ｂを有している。そして、位置決め用のピン３１３ａを、両面金属張積層体３０１Ａのスプロケット孔（図示省略）及びリードフレーム治具３１２の位置決め用の孔（図示省略）に挿入して位置合わせし、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂとパターン化金属箔２９Ｂと金属板３３Ａを積層する。
【００８１】
次に、積層した状態の金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂとパターン化金属箔２９Ｂと金属板３３Ａを、金型３１３に装着した状態で加熱部３０５に搬入する。加熱部３０５では、位置決め用のピン３１３ａによって位置合わせをしたまま、例えば３００℃以上の温度で１５〜３０分間に加熱し、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａを溶融させて金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、パターン化金属箔２９Ｂと金属板３３Ａを接合し、積層部分３０１Ｂを形成する。
【００８２】
次に、積層部分３０１Ｂを金型３１３に装着した状態で、加熱部３０５から搬出し、所定温度例えば４０℃以下まで冷却してハンダを固化させた後、金型３１３を取り外して切断部３０６へ搬入する。切断部３０６では、積層部分３０１Ｂからカッター３１４によってリードフレーム治具３１２の支持部３１２ａと、両面金属張積層体３０１Ａの樹脂フィルム２７Ａ（図示省略）を切断し、積層体６０’を得る。本実施の形態では、パターン化金属箔２９Ｂよりパターン化金属箔２５Ｂが大面積にエッチング加工されているため、切断部３０６で切断する際に、単一の可動刃３１４ａによる打ち抜きが可能になる。
【００８３】
＜変形例＞
図１８は、第３の実施の形態の積層体の製造方法の変形例を示している。この変形例では、図１８における加熱部３０５までの工程は、図１７と同様であり、加熱部３０５から搬出した後の工程を細分化している。具体的には、本変形例は、第１の切断部３２０での第１の切断工程、第２の切断部３２１での第２の切断工程、及び第３の切断部３２３での第３の切断工程を含んでいる。なお、図１８において、図１７と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１８中のＡ−Ａの間、及びＢ−Ｂの間は接続しているものとする。
【００８４】
本変形例では、積層部分３０１Ｂを加熱部３０５で処理するまでの工程は、図１７と同様であるため、説明を省略する。積層部分３０１Ｂを加熱部３０５から搬出し、所定温度例えば４０℃以下まで冷却した後、金型３１３を取り外して第１の切断部３２０へ搬入する。第１の切断部３２０では、まず積層部分３０１Ｂからカッター３２０Ａによってリードフレーム治具３１２の支持部３１２ａを切断する。以降の工程では、両面金属張積層体３０１Ａの樹脂フィルム２７Ａ（図示省略）のみによってロール３０７Ａ，３０７Ｂ間が接続された状態となる。
【００８５】
次に、積層部分３０１Ｂを第２の切断部３２１に搬送し、図示しない打ち抜きプレス機でリードフレーム治具３１２の支持部３１２ａの残部などの余分な部分を除去する。
【００８６】
次に、積層部分３０１Ｂを洗浄部３２２に搬送し、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａ中に含まれていたフラックス（松やになど）の成分を洗浄液Ｓで洗い落とし清浄化する。洗浄液Ｓとしては、例えば塩化メチレン、トリクレン又は臭素系洗浄剤を用いることができる。
【００８７】
次に、積層部分３０１Ｂを第３の切断部３２３に搬送し、図示しない打ち抜きプレス機で両面金属張積層体３０１Ａの樹脂フィルム２７Ａから積層部分３０１Ｂを打ち抜くことにより、積層体６０’を得ることができる。
【００８８】
以上のように、本変形例では、第３の実施の形態において、切断工程を多段階に分けるとともに、洗浄工程を含めている。本実施の形態における他の構成及び効果は、第１及び第２の実施の形態と同様である。
【実施例】
【００８９】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００９０】
［実施例１］
（リードフレーム治具の作製）
銅板Ｘ１（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を用意し、図１９に示したように、枠状の治具本体４０１と、リードフレームとなる中央部金属板４０２と、治具本体４０１に中央部金属板４０２を接続する支持部４０３とが残るように打ち抜きによる加工を行った後、治具本体４０１に位置決め用の孔４０４（直径３．２ｍｍ）を２箇所、短軸ドリルで孔明け加工を行い、リードフレーム治具Ｊを作製した。
【００９１】
（金型の作製）
銅板Ｘ２（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）を用意し、銅板Ｘ３（縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）をはめ込むための溝（深さ０．５ｍｍ）を銅板Ｘ２の中央部に形成し、位置決め用のピン（直径３．２ｍｍ）を銅版Ｘ２に２箇所立てることによって、金型Ｍを作製した。
【００９２】
（目的の積層体の作製）
銅箔層４１１（厚さ１８μｍ）、ポリイミド樹脂層４１２（厚さ２５μｍ）、及び銅箔層４１３（厚さ１８μｍ）から構成される積層板Ｙ（新日鐵化学株式会社製、商品名；ＭＢ１８−２５−１８ＣＥＧ、長尺状、幅８０ｍｍ）を用意し、この積層板Ｙにおける銅箔層４１１及び４１３にエッチング加工を施すことによって、銅箔層４１１側の中央部に縦６０ｍｍ×横６０ｍｍの銅箔部４１１ａが残るように、及び銅箔部４１１ａの周辺を囲むような５ｍｍ幅の枠４１１ｂをそれぞれ島状に形成し、さらに銅箔層４１３側の中央部に縦５０ｍｍ×横５０ｍｍの銅箔部４１３ａが残るように島状に形成し、パターン化積層板Ｙ２を得た。このパターン化積層板Ｙ２の枠４１１ｂの対角線上に位置決め用の孔（直径３．２ｍｍ）４１１ｃを２箇所、短軸ドリルで孔明け加工を行った（図２０を参照）。形成した銅箔部４１１ａ及び４１３ａの表面にハンダペースト（タムラ化研株式会社製、商品名；ソルダーペーストＬＦＳＯＬＤＥＲ ＴＬＦ−２０４−１５１）を均一に塗布し、中間体Ｙ３を作製した。
【００９３】
次に、金型Ｍの２個のピンと、中間体Ｙ３及びリードフレーム治具Ｊの位置決め孔によって位置合わせを行って、金型Ｍの上に中間体Ｙ３及びリードフレーム治具Ｊを積層した。これらを積層した状態で、予め３１０℃に加熱した熱風オーブンに挿入して２０分間加熱した。熱風オーブンより取り出し、４０℃以下に冷却後、カッターによってリードフレーム治具Ｊを切断し、金型Ｍを外した後、打ち抜きプレスで不要部分を取り除いた。続いて、中間体Ｙ３におけるポリイミド樹脂層４１２を切断及び打ち抜きして除去し、目的の積層体を得た。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
２１Ａ…金属板、２５Ｂ…パターン化金属箔、２７Ａ…樹脂フィルム、２９Ａ…金属箔、３３Ａ…金属板、４０…両面金属張積層体、４０ａ…位置決め用の孔、１１１…治具、１１１ａ…本体、１１１ｂ…支持部、１１１ｃ…位置決め用の孔、１２１…金型、１２１ａ…ピン、１２１ｂ…凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＩＧＢＴ素子を搭載した半導体パワーモジュールなどに使用可能な電子部品用積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御用電力素子の大容量化に伴い、制御用モーターのみならず駆動用モーターも直流モーターから交流モーターへ変化している。交流モーターを用いることで、メンテナンスフリー、大容量化、きめ細かい制御が達成される。そのため、交流モーターは、例えば高速鉄道、ハイブリッド自動車、電気自動車への利用が進展している。交流モーターを制御する電力素子の中心となるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）モジュールに使用される絶縁基板には、絶縁性と熱伝導性を併せ持つことが必要とされており、従来は、セラミック基板が中心に使用されていた。セラミック基板は、絶縁性と熱伝導性に優れており、信頼性を有するが、価格が高い、重い、構造が複雑になるといった欠点がある。このような欠点が、ＩＧＢＴモジュールを例えば自動車用途へ利用する上で問題となっている。
【０００３】
これら欠点を解消するため、例えば、特許文献１では、パワーモジュールにおいて絶縁基板の材料として絶縁樹脂接着シートを用いることが提案されている。
【０００４】
絶縁基板の材料として、特許文献１のようにセラミックスの代わりに絶縁樹脂接着シートを使用する場合、ＩＧＢＴモジュールの構造から、絶縁樹脂接着シートには、ＩＧＢＴ素子に電気的に接続される金属板（リードフレーム）と、放熱部材への熱伝導を媒介する金属板（スペーサー）との間の絶縁性を確保しながら、ある程度の伝熱性を有しており、さらに熱衝撃に耐える接着性が要求される。また、ＩＧＢＴ素子のリードフレームのように小型で厚みのある部材と絶縁樹脂接着シートとのプレス加工による接着を行うためには、圧力むらの防止、位置決め精度の確保など、難易度の高い課題を個別の形状ごとに調整して解決する必要がある。例えば、絶縁性を確保するための沿面距離をとりながら、絶縁樹脂接着シート上にプレス加工により部分的にリードフレームを接着させる場合、リードフレームの厚みを吸収しながらプレスを行う必要があるため、圧力むらによる歪みが生じやすく、非常に難易度が高い。また、プレス圧力により、沿面距離部分への樹脂の流れ出しが起こりやすいので、加圧部分にボイド等の欠陥が発生しやすく、絶縁耐圧が低下するおそれがある。さらに、電力素子として使用する場合、絶縁樹脂接着シートとリードフレームとの接合面が長期にわたり高温にさらされる。そのため、リードフレームの材質である銅が高温で絶縁樹脂接着シート層中へ拡散し、該接着シート層が脆弱になり、接着力が低下することも懸念される。
【０００５】
そこで、発明者らは、絶縁基板の材料として、絶縁樹脂接着層の上下に金属箔層が接着した両面金属張積層体を用いる方法を提案した（特願２０１０−５３８７３、特願２０１０−８２４０８）。この方法では、両面金属張積層体を用いることにより、リードフレーム等の部材との接合を金属接合技術のみによって行うことができる。そのため、従来法でのプレス加工における技術課題を回避できるとともに、総工程数も削減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８８０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のとおり、ＩＧＢＴモジュールに代表されるパワー半導体モジュールの製造において、絶縁基板の材料として両面金属張積層体を使用することにより、多くの問題を改善することが可能である。しかし、この方法では、リードフレームとスペーサーとの間に、片面の金属箔がエッチング加工された両面金属張積層体を配置し、これらを位置合わせして重ね、ハンダ等の金属接合技術により接合する必要がある。この接合工程では、精度の高い位置決めを行う必要があると共に、工業的規模での量産を行う上で生産効率を高める必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、接合工程での位置決め精度が高く、量産適用が可能な電子部品用積層体の製造手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面の電子部品用積層体の製造方法は、半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記絶縁樹脂接着層に接着した第２の金属箔層と、前記第２の金属箔層に熱伝導可能に接合され、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記第２の金属箔層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、前記伝熱金属層となる金属板が固定された第２の治具と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層と前記伝熱金属層となる金属板とを位置合わせした状態でろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えている。
【００１０】
本発明の第１の側面の電子部品用積層体の製造方法では、前記第２の治具が位置決め用突起を有しており、前記接合する工程では、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行ってもよい。この場合、前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給されるようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明の第１の側面の電子部品用積層体の製造方法では、前記第２の治具が位置決め用貫通孔を有しており、前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行ってもよい。この場合、前記第１の治具、前記金属・樹脂積層体及び第２の治具が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給されるようにしてもよい。
【００１２】
本発明の第２の側面の電子部品用積層体の製造方法は、半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記第２の金属箔層に接着した、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記伝熱金属層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層とを位置合わせした状態で、ろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えている。
【００１３】
本発明の第２の側面の電子部品用積層体の製造方法は、前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行ってもよい。この場合、前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給されるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明の第１及び第２の側面の電子部品用積層体の製造方法は、両面金属張積層体の片面の金属箔を部分的にエッチングすることにより、前記金属・樹脂積層体を調製する工程をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電子部品用積層体の製造方法では、エッチング後の両面金属張積層体と、リードフレームとなる金属板との接合を、例えばハンダ付け等の慣用の金属接合技術により容易に行うことが出来る。また、接合工程では、位置決め用の貫通孔を利用して位置合わせを行うことにより、接合時の位置ずれを防止できる上、沿面距離も十分に高い精度で確保することができるので、信頼性の高い電子部品を製造できる。さらに、リードフレームとなる金属板や、伝熱金属層となる金属板を複数個支持できる治具を用いることにより、工業的規模での大量生産への対応も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法を適用可能な半導体モジュールの構成例を示す断面図である。
【図２】本発明方法を適用可能な積層体の構成例を示す断面図である。
【図３】両面金属張積層体の構成例を示す断面図である。
【図４】両面金属張積層体の積層前の状態を示す説明図である。
【図５】両面金属張積層体をエッチングした後の状態を示す説明図である。
【図６】接合工程における接合前の状態を示す説明図である。
【図７Ａ】接合工程における接合前の状態を示す部分断面図である。
【図７Ｂ】接合工程における接合した状態を示す部分断面図である。
【図８】切断工程における切断前の状態を示す部分断面図である。
【図９】切断され積層体の構成を示す断面図である。
【図１０】実装工程の説明図である。
【図１１】本発明方法を適用可能な半導体モジュールの変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明方法を適用可能な積層体の変形例を示す断面図である。
【図１３】本発明方法を適用可能な半導体モジュールの別の変形例を示す断面図である。
【図１４】本発明方法を適用可能な積層体の別の変形例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態で使用可能な積層体製造装置の概略構成図である。
【図１６】第２の実施の形態の接合工程における接合直前の状態を示す説明図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態で使用可能な積層体製造装置の概略構成図である。
【図１８】第３の実施の形態の使用可能な積層体製造装置の変形例を示す図面である。
【図１９】実施例のリードフレーム治具の構造を説明する図面である。
【図２０】実施例のパターン化積層板の構造を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施の形態について説明する。まず、第１の実施の形態の製造方法によって製造される積層体を適用可能な半導体モジュールについて説明する。図１は、半導体モジュールの概略構成例を示す断面図である。図１に示すように、パワーモジュール１００は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、還流ダイオード（ＦＷＤ）などの半導体素子１を有する積層体３と、外部電極端子（図示せず）に接続された導電部材５ａ，５ｂと、導電部材５ａ，５ｂにそれぞれ接続する中継基板７ａ，７ｂと、隣接する半導体素子１どうし、及び半導体素子１と中継基板７ａ，７ｂとを接続するボンディングワイヤ９と、これらを収容するケース１１と、積層体３との間で熱交換を行う放熱部材としてのヒートシンク１３と、を備えている。また、ケース１１の内部には、例えばシリコーンゲル等の絶縁樹脂１５が必要な量で充填され、硬化させることにより封止されている。
【００１８】
なお、図１のパワーモジュール１００はあくまでも例示であり、本発明は、様々な構成の半導体モジュールに適用可能である。
【００１９】
＜積層体＞
次に、本実施の形態において製造対象となる積層体３の構成について、図２を参照しながら詳細に説明する。積層体３は、半導体素子１と、接合層１７を介して半導体素子１を支持するリードフレーム２１と、リードフレーム２１に接合層２３を介して電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層２５と、この第１の金属箔層２５に接着した絶縁樹脂接着層２７と、絶縁樹脂接着層２７に接着した第２の金属箔層２９と、この第２の金属箔層２９に接合層３１を介して熱伝導可能に接合され、ヒートシンク１３への熱伝導を媒介する伝熱金属層としてのスペーサー３３と、を備えている。図２では、スペーサー３３は、ヒートシンク１３に面接触して設けられているが、スペーサー３３とヒートシンク１３との間に、さらに熱伝導性の部材が介在していてもよい。なお、図２における符号Ｌは、沿面距離である。積層体３をパワーモジュール１００に組み込んだ場合に、絶縁樹脂接着層２７が十分な絶縁性能と耐圧性能を確保できるようにするためには、リードフレーム２１及び第１の金属箔層２５の端部から、絶縁樹脂接着層２７の端部までの距離（沿面距離Ｌ）を十分に確保することが重要となる。
【００２０】
図２に示す半導体素子１、リードフレーム２１、スペーサー３３は、いずれも公知の構成である。リードフレーム２１、スペーサー３３としては、例えば厚みが０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度の銅板、アルミニウム板などを用いることができる。
【００２１】
リードフレーム２１と第１の金属箔層２５とは、ろう接により形成した金属層によって接合されており、例えば３００℃程度の温度で溶融する金属を主成分とするろう材やハンダ、金属系接着剤等によって接合されている。つまり、リードフレーム２１と第１の金属箔層２５との間には、導電性及び熱伝導性を有する金属材料からなる接合層２３が設けられている。接合層２３の材質としては、例えばハンダ材料として、錫を主成分とする、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン、インジウム又はビスマス等の合金が好適に使用できる。また、金属系接着剤としては、市販品として入手可能であり、例えばニホンハンダ株式会社製のＭＡＸ１０１（商品名）、株式会社日本スペリア社製のＳＮ１００Ｃ Ｐ８００ Ｄ２（商品名）等が好適に使用できる。
【００２２】
また、第２の金属箔層２９とスペーサー３３も、上記と同様にろう接により形成した金属層によって接合されており、例えばろう材やハンダ、金属系接着剤等によって接合されている。つまり、第２の金属箔層２９とスペーサー３３との間には、熱伝導性を有する金属材料からなる接合層３１が設けられている。
【００２３】
絶縁樹脂接着層２７は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、カルド樹脂（フルオレン樹脂）、ポリシロキサン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性の樹脂材料によって形成することができる。また、絶縁樹脂接着層２７には、出来るだけ耐熱性の高い絶縁材料を用いることが好ましい。このような観点から、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンを用いることが好ましい。
【００２４】
絶縁樹脂接着層２７の厚みは、必要な絶縁耐圧性能を確保しながら、熱伝導性を損なわない観点から、例えばポリイミド樹脂では、１０μｍ〜２００μｍが好ましく、１２μｍ〜１００μｍがより好ましく、１８μｍ〜７５μｍが更に好ましい。また、例えばエポキシ樹脂では、５０μｍ〜３００μｍが好ましく、８０μｍ〜２００μｍがより好ましい。
【００２５】
第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９としては、例えば、銅箔、アルミニウム箔、鉄箔、ニッケル箔、ベリリウム箔、亜鉛箔、インジウム箔、銀箔、金箔、スズ箔、ジルコニウム箔、ステンレス箔、タンタル箔、チタン箔、鉛箔、マグネシウム箔、マンガン箔及びこれらの合金箔が挙げられる。これらの中でも、銅箔が好ましい。なお、ここでいう「銅箔」には、銅以外に、銅を主成分とする銅合金からなるものも含まれる。銅箔は、好ましくは銅含有率が９０質量％以上、特に好ましくは９５質量％以上である。銅箔には、例えばクロム、ジルコニウム、ニッケル、シリコン、亜鉛、ベリリウム、コバルト等の金属を含有していてもよい。
【００２６】
第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９の厚みは、それぞれ、原料となる両面金属張積層体を形成する場合のプレス加工性を高めるため、例えば１２μｍ〜１５０μｍが好ましく、１２μｍ〜７０μｍがより好ましい。
【００２７】
第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９において、絶縁樹脂接着層２７と接している側の面には、接着力の向上を目的として、化学的な表面処理を施しておくことが好ましい。そのような表面処理としては、例えば防錆処理、ニッケルめっき処理、粗化エッチング、アルミニウムアルコラート、アルミニウムキレート、シランカップリング剤等による化学的処理を挙げることができる。この中でも、特に防錆処理を施しておくことが好ましい。防錆処理は、金属箔に例えば亜鉛めっき処理およびクロメート処理を順次施して防錆層を形成するものである（図４参照）。亜鉛めっき処理およびクロメート処理は、公知の方法で行うことができる。第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９に防錆処理を施しておくことにより、リードフレーム２１及び第１の金属箔層２５、又はスペーサー３３及び第２の金属箔層２９から、例えばＣｕイオン等の金属イオンが絶縁樹脂接着層２７へ拡散することが防止される。従って、Ｃｕイオン等の金属イオンの拡散が原因で、絶縁樹脂接着層２７に脆弱層が形成されて劣化し、接着力が低下することを防止できる。以上のように、第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９に表面処理を行なっておくことにより、絶縁樹脂接着層２７の接着性が長期間に渡り維持される。従って、積層体３を、例えば図１のパワーモジュール１００に組み込んだ場合に、パワーモジュール１００の信頼性を高めることができる。このような観点から、第１の金属箔層２５及び第２の金属箔層２９として回路配線基板等の電子材料用途に適用される銅箔を使用することが望ましい。防錆処理を施した市販の銅箔としては、例えば日本電解株式会社製のＨＬ箔（商品名）、同ＵＳＬＰ箔（商品名）、古河電工株式会社製のＷＳ箔（商品名）、同ＧＴＳ箔（商品名）、三井金属鉱山株式会社製のＶＬＰ箔（商品名）、日鉱金属株式会社製のＨＡ箔（商品名）、同ＢＨＹＡ箔（商品名）等が挙げられ、これらは好適に利用できる。
【００２８】
図１に示すパワーモジュール１００では、絶縁樹脂接着層２７を境にして、半導体素子１側と、接地電位に置かれたヒートシンク１３側とが電気的に絶縁されている必要がある。このような観点から、積層体３においては、半導体素子１とスペーサー３３の間に高い絶縁耐圧性を有する絶縁樹脂接着層２７を介在させている。また、半導体素子１が通電により発熱したまま放熱できないと故障の原因になるので、冷却を効率的に行う必要がある。そこで、半導体素子１に、絶縁性を確保する絶縁樹脂接着層２７として比較的熱抵抗が低い樹脂材料の薄膜を用いるとともに、複数の金属層（第２の金属箔層２９、接合層３１、スペーサー３３）を介してヒートシンク１３を接続し、半導体素子１を積極的に冷却するようにしている。
【００２９】
［積層体の製造方法］
図３〜図１０を参照しながら、積層体３の製造方法について説明する。本実施の形態の積層体の製造方法は、例えば、両面金属張積層体を準備する工程、エッチング工程、接合工程、切断工程、及び実装工程を含むことができる。
【００３０】
＜両面金属張積層体＞
まず、図３に示すような両面金属張積層体４０を準備する。図４は、積層前の状態の一例を示している。両面金属張積層体４０は、樹脂フィルム２７Ａ、金属箔２５Ａ及び金属箔２９Ａを含んでいる。樹脂フィルム２７Ａは、加工後に積層体３において上記絶縁樹脂接着層２７となるものであり、絶縁樹脂接着層２７と同様の材質で形成されている。金属箔２５Ａ，２９Ａは、加工後に積層体３において、それぞれ、上記第１の金属箔層２５、上記第２の金属箔層２９となるものであり、第１の金属箔層２５、第２の金属箔層２９と同様の材質で形成されている。金属箔２５Ａ，２９Ａの樹脂フィルム２７Ａに当接させる側の面には、図４に示すように、例えば防錆層などの表面処理層４１を形成しておくことが好ましい。
【００３１】
この両面金属張積層体４０は、例えば図４に示すように、樹脂フィルム２７Ａの両側に、それぞれ金属箔２５Ａと金属箔２９Ａを配置して、これらを張り合わせることにとって製造できる。樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとのラミネートは、公知の方法により行うことが出来る。例えば、通常のハイドロプレス、真空タイプのハイドロプレス、オートクレーブ加圧式真空プレス、連続式熱ラミネータ等により行うことができる。これらの中でも、十分なプレス圧力が得られ、金属箔２５Ａ，２９Ａの酸化を防止できる、といった利点が得られる真空ハイドロプレスや連続式熱ラミネータを用いることが好ましい。なお、連続式熱ラミネータを用いる場合、樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとのラミネートは、これらを長いフィルム状にした形態で、ロール・トゥ・ロール方式で行うことができるので、効率的である。
【００３２】
樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとを張り合わせる際には、例えば、樹脂フィルム２７Ａ又はその接着面が、熱可塑性ポリイミド樹脂で構成されている場合には、２００〜４００℃程度の範囲内の温度に加熱しながらプレスすることが好ましく、２８０〜４００℃の範囲内がより好ましく、３００〜４００℃の範囲内の温度がさらに好ましい。また、プレス圧力については、使用するプレス機の種類にもよるが、１００〜１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２程度が好ましい。また、例えば樹脂フィルム２７Ａ又はその接着面が、エポキシ樹脂で構成されている場合には、１４０〜２２０℃程度の範囲内の温度に加熱しながらプレスすることが好ましく、１６０〜２００℃の範囲内がより好ましく、プレス圧力は５０〜１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２程度が好ましい。
【００３３】
また、図示は省略するが、両面金属張積層体４０は、例えば、樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ又は金属箔２９Ａとを積層した２層積層体の樹脂フィルム２７Ａ側に、残りの金属箔２５Ａ又は金属箔２９Ａのうちの片方を重ね合わせ、熱圧着することによって作製することもできる。さらに、両面金属張積層体４０は、樹脂フィルムと金属箔２５Ａとを積層した２層積層体と、樹脂フィルムと金属箔２９Ａとを積層した２層積層体とを別々に準備し、金属箔２５Ａ及び金属箔２９Ａが外側になるように、樹脂フィルムどうしを貼り合わせるようにして重ね合わせ、熱圧着することによって作製することもできる。この場合は、２層の樹脂フィルムが積層されて樹脂フィルム２７Ａとなる。以上のいずれの場合においても、熱圧着の方法は特に制限されず、上述と同様のラミネート方法、ラミネート条件を採用することが出来る。
【００３４】
両面金属張積層体４０としては、市販の両面金属張積層体を使用することもできる。この場合、特に電子材料用途に適した両面金属張積層体を使用することが好ましい。そのような市販品としては、例えば新日鐵化学株式会社製ＭＢ１８−２５−１８ＣＥＧ（商品名）、同ＭＢ１８−１２−１８ＦＲ（商品名）、同ＭＢ１２−１２−１２ＲＥＧ（商品名）、同ＳＢ１８−２５−１８ＣＥ（商品名）、パナソニック電工株式会社製セムスリーＲ１７８８（商品名）などを好ましく用いることができる。
【００３５】
また、樹脂フィルム２７Ａとなるポリイミドフィルムとしては、市販のポリイミド樹脂又はポリイミドフィルムも好適に使用可能であり、例えば東レ・デュポン株式会社製のカプトンＥＮ（商品名）、鐘淵化学株式会社製のアピカルＮＰＩ（商品名）、宇部興産株式会社製のユーピレックス（商品名）等が挙げられる。さらに、このような非熱可塑性ポリイミドフィルムの片面又は両面に、１種類以上の熱可塑性ポリイミドの前駆体溶液を塗布した後、熱処理して樹脂フィルム２７Ａを形成することもできる。市販の熱可塑性ポリイミド樹脂の前駆体溶液としては、例えば新日鐵化学株式会社製のＳＰＩ−２００Ｎ（商品名）、同ＳＰＩ−３００Ｎ（商品名）、同ＳＰＩ−１０００Ｇ（商品名）、東レ株式会社製のトレニース＃３０００（商品名）等が挙げられる。
【００３６】
以上のように、両面金属張積層体４０は種々の方法で準備することができるが、いずれの方法で作製した両面金属張積層体４０についても、特に制限なく利用できる。
【００３７】
＜エッチング工程＞
次に、図５に示すように、両面金属張積層体４０の一方の側の金属箔（図５では、金属箔２５Ａ）を、エッチングによって所定のパターン（例えば島状）に加工する。すなわち、両面金属張積層体４０の片側の面の金属箔２５Ａをエッチングにより部分的に除去し、複数のパターン化金属箔２５Ｂを形成する。エッチングは、フォトリソグラフィー技術を利用して実施できる。例えば、まず、両面金属張積層体４０の金属箔２５Ａに所定のレジストパターンを形成する。次に、塩化第二鉄又は塩化第二銅を主成分とする水溶液等のエッチング液を用いて露出した部分の金属箔２５Ａをエッチングし、その後レジストを剥離すればよい。
【００３８】
エッチングは、積層体３に加工した場合に第１の金属箔層２５となるパターン化金属箔２５Ｂの周囲に、樹脂フィルム２７Ａが露出するように行う。樹脂フィルム２７Ａの露出部分は、後の切断工程で樹脂フィルム２７Ａと金属箔２９Ａを切断する際の切断部位となる。
【００３９】
なお、金属箔２５Ａへのエッチングと同様の方法で、金属箔２９Ａを所定のパターン（例えば島状）にエッチングしておくこともできる。
【００４０】
＜接合工程＞
接合工程では、リードフレーム２１となる金属板２１Ａと、パターン化金属箔２５Ｂを有する両面金属張積層体４０と、スペーサー３３となる金属板３３Ａとを、ろう接により形成した金属層を介して接合する。図６は、これらの接合前の状態の一例を示す斜視図であり、図７Ａは図６と同様に接合前の状態の一例を示す部分断面図であり、図７Ｂは接合した状態の一例を示す部分断面図である。接合工程は、例えば加熱手段（ヒーター）を備えた容器（加熱炉）内で行うことができるが、図６〜７Ｂでは容器は図示を省略している。
【００４１】
リードフレーム２１となる金属板２１Ａは、図６に示すように、第１の治具としての治具１１１により支持されている。治具１１１は、枠状に設けられた本体１１１ａの内側に、例えば格子状に設けられた複数の支持部１１１ｂを有しており、これらの支持部１１１ｂに金属板２１Ａの４辺が接続され、固定されている。図６では、治具１１１に４個の金属板２１Ａが支持された状態を示している。また、本体１１１ａには、位置決め用の孔１１１ｃが複数箇所（図６では４箇所）に設けられている。治具１１１は、例えば金属板２１Ａと同様の材質の金属箔等の材質で構成できる。
【００４２】
金属・樹脂積層体としての両面金属張積層体４０には、上記金属板２１Ａの配置に対応して上面に４個のパターン化金属箔２５Ｂが島状に形成されている。各パターン化金属箔２５Ｂは、その下方周囲に十分な沿面距離Ｌが確保できるように、大きなサイズの樹脂フィルム２７Ａによって支持されている。金属箔２９Ａは、樹脂フィルム２７Ａと同じ大きさで樹脂フィルム２７Ａに積層されている。両面金属張積層体４０の樹脂フィルム２７Ａと金属箔２９Ａには、位置決め用の孔４０ａが複数箇所（図６では４箇所）に設けられている。
【００４３】
接合工程を行う容器（図示せず）内には、スペーサー３３となる金属板３３Ａを位置決め固定する第２の治具としての金型１２１が配置されている。金型１２１には、位置決め用突起としてのピン１２１ａが複数（図６では４本）設けられている。ピン１２１ａは、治具１１１及び両面金属張積層体４０に設けられた位置決め用の孔１１１ｃ及び４０ａに挿入されることにより、接合工程での位置ずれを防止する役割を有する。また、金型１２１には、上記金属板２１Ａ及びパターン化金属箔２５Ｂの配置に対応して複数の凹部１２１ｂが形成されており、この凹部１２１ｂにスペーサー３３となる金属板３３Ａを位置決めして配置しておくことができる。図６では、上面に４箇所の凹部１２１ｂが設けられ、４個の金属板３３Ａを配置している。
【００４４】
接合工程では、図７Ａに示したように、予めパターン化金属箔２５Ｂ及び金属箔２９Ａにハンダペースト２３Ａ，３１Ａを塗布しておく。なお、ハンダペーストは、対向する接合面のどちらかに塗布しておけばよいので、金属板２１Ａや、金属板３３Ａに塗布しておいてもよい。また、金属板２１Ａや、金属板３３Ａにおける接合面には、例えば錫を主成分とするめっき処理や、金又はニッケル等のめっき処理を予め施しておいてもよい。次に、治具１１１に固定されたリードフレーム２１となる金属板２１Ａと、両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと、スペーサー３３となる金属板３３Ａとが上下に重なり合うように配置した状態で、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａを介して当接させ、加熱する。これにより、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａが溶融し、図７Ｂに示したように、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂとの間、金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの間が、それぞれ金属接合層２３Ａ，３１Ａを介して接合される。この接合工程は、金型１２１のピン１２１ａを、治具１１１及び両面金属張積層体４０に設けられた位置決め用の孔１１１ｃ及び４０ａに挿入して行われる。所定時間の加熱後、治具１１１及び両面金属張積層体４０の位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａと金型１２１のピン１２１ａとの係合を解除する。このように、位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａと金型１２１のピン１２１ａとの係合を利用して接合時の位置精度を確保することにより、加熱時のハンダペースト２３Ａ，３１Ａの溶融による横方向への位置ずれを防止し、沿面距離Ｌを確保できる。なお、金型１２１における金属板３３Ａと接する面には、金属板３３Ａとの分離を容易とするための離型処理を施してもよい。
【００４５】
同時に接合させる金属板２１Ａと両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと金属板３３Ａの数は、４個に限らず例えば１〜３個でもよいし、５個以上であってもよい。生産性を高めるためには、治具１１１及び金型１２１に多数の金属板２１Ａ及び金属板３３Ａを配置し、多数のパターン化金属箔２５Ｂを形成した両面金属張積層体４０を用いて一括で接合工程を行うことが好ましい。治具１１１及び両面金属張積層体４０の位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａの数と金型１２１のピン１２１ａの本数も適宜増減できる。
【００４６】
なお、図７Ａ，７Ｂでは、両面金属張積層体４０の上下両側に金属板２１Ａ及び金属板３３Ａを位置合わせして配置し、これら３つを同時に接合する場合を例に挙げたが、まず両面金属張積層体４０のパターン化金属箔２５Ｂと金属板２１Ａを接合した後、金属箔２９Ａと金属板３３Ａを接合してもよいし、あるいは、まず両面金属張積層体４０の金属箔２９Ａと金属板３３Ａを接合した後、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂを接合してもよい。このように接合工程を多段階に分けて行う場合、金属板２１Ａ−パターン化金属箔２５Ｂ間、及び金属箔２９Ａ−金属板３３Ａ間に介在させるハンダの融点を変えて、融点の高いハンダから先に接合するようにしてもよい。この場合、相対的に高融点のハンダ材料としては、例えば、ニホンハンダ株式会社製のＰＦ３０５（商品名）（融点；２２０℃）、同ＦＮＳ（商品名）（融点；２１９℃）、同Ｏ３（商品名）（融点；２２１℃）、同２４（商品名）（融点；２４０℃）、タムラ化研株式会社製のＴＦＬ−２０４−ＳＩＳ（商品名）（融点；２２０℃）、同ＴＦＬ−２０４−１５１（商品名）（融点；２２０℃）、同ＴＦＬ−２０４−ＭＤＳ（商品名）（融点；２１３℃）、株式会社日本スペリア製のＳＮ１００Ｃ Ｐ８００（商品名）（融点；２２７℃）、同ＳＮ１００ＣＬ（商品名）（融点；２２７℃）等、相対的に低融点のハンダ材料としては、例えば、タムラ化研株式会社製のＴＦＬ−８０１−１７（商品名）（融点；１９５〜２０９℃）、同ＴＦＬ−４０１−１１（商品名）（融点；１３９℃）、株式会社日本スペリア社製のＢ１５７（商品名）（融点；１３９℃）、同ＳＮ８８（商品名）（融点；１９８〜２１０℃）等を用いることができる。接合工程の回数を省略できるという観点では、図７Ａ，７Ｂに示したように、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａを同時に接合することが好ましい。
【００４７】
＜切断工程＞
切断工程では、例えば図８に示したようなカッターユニット１３１を用いることができる。図８では、一つのカッターユニット１３１のみを示している。カッターユニット１３１は、下部の固定刃１３１Ａと上部の可動刃１３１Ｂとから構成されている。可動刃１３１Ｂは、治具１１１の支持部１１１ｂを切断するための小刃１３１Ｂ１と、樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａを切断する大刃１３１Ｂ２とを有しており、図示しない駆動手段により上下動される。従って、可動刃１３１Ｂを下降させることにより、治具１１１、樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａから、図９に示したように、両面金属張積層体４０の上下両側に金属板２１Ａ及び金属板３３Ａが接合された所定の大きさの積層体６０が部分的に打ち抜かれる。この際、十分な沿面距離Ｌが確保できるように、パターン化金属箔２５Ｂよりも大きな範囲で樹脂フィルム２７Ａの打ち抜きを行う。なお、この切断工程においても、カッターユニット１３１と位置決め用のピン（図示省略；図６の金型１２１のピン１２１ａを参照）を備えた切断装置を用いることが可能であり、治具１１１及び両面金属張積層体４０の位置決め用の孔１１１ｃ，４０ａと当該ピンとを係合させて位置決めを行いながら高精度に切断を行うことができる。また、複数（例えば４つ）のカッターユニット１３１を備えた切断装置を用いることによって、同時に複数の打ち抜きを行うことができるので、生産効率を高めることができる。この切断工程においては、上記のように治具１１１の支持部１１１ｂ並びに樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａを同時で切断することが好ましいが、例えば小刃１３１Ｂ１によって先ず治具１１１の支持部１１１ｂを切断した後、続いて大刃１３１Ｂ２によって樹脂フィルム２７Ａ及び金属箔２９Ａを切断してもよい。なお、切断の方法は、特に制限はなく、プレス打ち抜きに限らず、例えば回転ソー、ウォータージェット等を用いて行うこともできる。
【００４８】
＜実装工程＞
次に、図１０に示すように、積層体６０の最上部の金属板２１の上に、例えばＩＧＢＴ素子やＦＷＤ素子などの半導体素子１を接合する。接合方法は、ハンダ付け、金属系接着剤等の金属接合技術によって実施できる。図１０では、ハンダペースト１７Ａを半導体素子１に塗布して、リードフレーム２１に接合する方法を示している。なお、半導体素子１への配線の接続は常法によって行うことができるので、ここでは説明を省略する。
【００４９】
以上のようにして、図２に示すように、半導体素子１、接合層１７、リードフレーム２１、接合層２３、第１の金属箔層２５、絶縁樹脂接着層２７、第２の金属箔層２９、接合層３１、スペーサー３３が、上からこの順に積層された積層体３を製造することができる。以後は、常法に従い、ヒートシンク１３と接合し、モジュール化することによって、例えばパワーモジュール１００を製造することができる。
【００５０】
＜変形例＞
以上の工程において、積層体６０を作成せず、半導体素子１と、金属板２１Ａと、パターン化金属箔２５Ｂが形成された両面金属張積層体４０と、金属板３３Ａとを同時に接合することも可能である。すなわち、上記接合工程と実装工程とを同時に行うことができる。例えば、図示は省略するが、半導体素子１、金属板２１Ａ、エッチング後のパターン化金属箔２５Ｂを有する両面金属張積層体４０、及び金属板３３Ａを、対向する接合面のいずれかにハンダペースト１７Ａ，２３Ａ，３１Ａを塗布した後、図６〜図７Ｂと同様に、位置決め用の孔及びピンにより位置合わせして配置し、これら４つのパーツを同時に接合してもよい。
【００５１】
また、金属板２１Ａに半導体素子１が予め接合されているものを用いて図６〜図７Ｂと同様に接合工程を行うことにより、上記実装工程を省略することも可能である。
【００５２】
また、本実施の形態の製造方法は、例えば図１１及び図１２に示したような構成の積層体とパワーモジュールの製造にも適用できる。なお、図１１及び図１２において、図１及び図２と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１１は、異なる半導体素子が実装されている積層体３Ａ，３Ｂを備えたパワーモジュール１０１を示している。例えば、積層体３ＡにはＩＧＢＴ素子１Ａが実装されており、積層体３ＢにはＦＷＤ素子１Ｂが実装されている。積層体３Ａ，３Ｂは、それぞれ基本的に図１に例示したものと同様の構成と機能を有しているが、図１２に拡大して示したように、二つの積層体３Ａ，３Ｂにおいて、絶縁樹脂接着層２７、第２の金属箔層２９、接合層３１、スペーサー３３が共通化されている。換言すれば、リードフレーム２１、接合層２３、第１の金属箔層２５は、ＩＧＢＴ素子１Ａ側とＦＷＤ素子１Ｂ側で異なる電気的制御を受ける部分であるため、別々に分離させているが、絶縁樹脂接着層２７より下層は、熱伝導機能が確保できればよいので共有されている。
【００５３】
このような構造の積層体３Ａ，３Ｂは、エッチング工程でのパターン設計で十分な沿面距離Ｌが確保できるようにするとともに、切断工程で切り出される積層体がそれぞれ２つのパターン化金属箔２５Ｂを含むように切断する点以外は、上記と同様に製造することができる。積層体３Ａ，３Ｂでは、最終的に一枚の絶縁樹脂接着層２７の上に、２つの半導体素子（ＩＧＢＴ素子１Ａ、ＦＷＤ素子１Ｂ）を実装しているが、リードフレーム２１の積層にプレス加工は必要とせず、ハンダ付けやロウ付けにより容易に接合を行なうことができるため、従来法のような問題は生じない。すなわち、図１２のような構造を、金属板（リードフレーム２１）をプレス加工により絶縁樹脂接着層２７に圧着させることによって製造することは非常に難易度が高いが、両面金属張積層体４０を用いることによって容易に製造できる。なお、共通化された絶縁樹脂接着層２７の上には、２つに限らず、３つ以上の半導体素子でも制約なく簡単に実装できる。このように、絶縁樹脂接着層２７を共有化して複数の半導体素子を容易に実装できることも、両面金属張積層体４０を用いることの大きなメリットである。
【００５４】
さらに、本実施の形態の製造方法は、例えば図１３及び図１４に示したような構成の積層体とパワーモジュールの製造にも適用できる。なお、図１３及び図１４において、図１及び図２と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１３及び図１４に示した積層体３Ｃ及びパワーモジュール１０２は、スペーサー３３を有しない点以外は、図１及び図２に示した積層体３及びパワーモジュール１００と同様の構成である。積層体３Ｃを製造する場合は、金属箔２９Ａとして厚みの大きなものを用いることにより、金属板３３Ａを省略できる。従って、図６における金型１２１の凹部１２１ｂは不要であり位置決め用のピン１２１ａを有する台座（図示せず）を用いて接合工程を行うことにより製造できる。このように、本実施の形態の製造方法は、種々の構成の積層体の製造に適用可能である。
【００５５】
以上述べたように、本実施の形態の積層体の製造方法では、樹脂フィルム２７Ａの両面の金属箔（パターン化金属箔２５Ｂ、金属箔２９Ａ）と、リードフレーム２１となる金属板２１Ａ及びスペーサー３３となる金属板３３Ａとの接合工程において、位置決め用の孔（孔１１１ｃ、４０ａ）とピン（ピン１２１ａ）を利用して位置合わせを行うことができる。よって、接合時の位置ずれを防止できる上、十分な沿面距離Ｌを高い精度で確保することが可能になり、信頼性の高い電子部品を製造できる。さらに、リードフレーム２１となる金属板２１Ａや金属板３３Ａを複数個支持できる治具１１１や金型１２１を用いることにより、工業的規模での大量生産への対応も可能になる。
【００５６】
また、本実施の形態の積層体の製造方法では、材料として両面金属張積層体４０を用いることにより、絶縁樹脂接着層とその上下の金属板とのプレス加工による接着を省略できる。つまり、両面金属張積層体４０を用いれば、積層体３における他の部材と積層は、金属接合技術のみによって行うことができる。そのため、従来法でのプレス加工の技術課題を回避できるだけでなく、総工数削減も可能となる。両面金属張積層体４０の製造は、既に技術的に確立されているプリント基板等の電子材料用途の両面金属張積層体の製造と同じプロセスで実施が可能であり、例えばプレス加工やキャスト法など種々の方法で容易に行うことができる。この工程をプレス加工で行う場合でも、図４に示すように、薄い樹脂フィルム２７Ａと金属箔２５Ａ，２９Ａとの積層プレスとなるため、リードフレーム等の金属板の形状とは無関係に一定の条件で実施できる上、大面積でのプレスであるため、均一な接着が可能であり、圧力むらが生じにくい。また、リードフレーム等の金属板に対して個別にプレス加工を行う従来法に比べて工数も削減できる。さらに、樹脂フィルム２７Ａや金属箔２５Ａ，２９Ａ、さらに両面金属張積層体４０として、調達が容易な市販品を用いることも可能である。特に、市販のプリント基板用金属箔やプリント基板用両面金属張積層体は、金属箔表面に粗化処理、防錆処理がされており、新たにこれらの処理を行う必要がない。また、防錆処理により、積層体３が長期に高温にさらされても、Ｃｕイオン等の金属イオンの拡散が起こりにくく、接着力の低下が抑制される。
【００５７】
また、絶縁樹脂接着層２７における沿面距離Ｌの確保は、両面金属張積層体４０のエッチングによる金属箔２５Ａの部分的な除去により行うことができるので、難易度の高いプレス加工による位置ずれなどの問題が起こりにくい。すなわち、従来法で個別に条件出しが必要であったプレス工程での沿面距離Ｌの調整は不要になる。しかも、エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術を利用できるため、沿面距離Ｌの精度の確保も容易である。
【００５８】
本実施の形態の製造方法は、以上の優れた特長により、積層体３を組み込んだ半導体モジュールの信頼性を高めることができる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
次に図１５及び図１６を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の積層体の製造方法は、例えば、両面金属張積層体を準備する工程、エッチング工程、接合工程、切断工程、及び実装工程を含むことができる。ここで、接合工程及び切断工程以外は、第１の実施の形態と同様に実施できるので、説明を省略する。図１５は、本実施の形態における接合工程と切断工程とを連続的に行うための積層体製造装置の概略構成を示す図面である。図１５中、符号２０１はキャリアテープ供給部、符号２０２はハンダ塗布部、符号２０３は接合部、符号２０４は切断部、符号２０５はキャリアテープ回収部、符号２０６は積層体回収部である。また、図１６は、接合部２０３における接合直前の状態を示す斜視図である。
【００６０】
第１の治具としてのキャリアテープ２１１Ａを巻回させた供給リール２１２Ａと、キャリアテープ２１１Ｂを巻回させた供給リール２１２Ｂと、第２の治具としてのキャリアテープ２１１Ｃを巻回させた供給リール２１２Ｃと、が準備される。キャリアテープ供給部２０１には、供給リール２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃがそれぞれ着脱可能に装着される３つのリール支軸２１３Ａ，２１３Ｂ，２１３Ｃが配備されている。
【００６１】
図１６にも示すように、キャリアテープ２１１Ａの下面には、所定間隔でリードフレーム２１となる金属板２１Ａが、後の工程で引き剥がし可能な接着剤により島状に固定されている。なお、好ましい変形例では、キャリアテープ２１１Ａに金属板２１Ａが一体成形されたものを使用することができる。またキャリアテープ２１１Ａの左右の端部には、送り方向に対して平行に、所定間隔でスプロケット孔２１４Ａ，２１４Ａ…が設けられている。
【００６２】
キャリアテープ２１１Ｂは、所定間隔でパターン化金属箔２５Ｂが島状に形成された両面金属張積層体４０である。キャリアテープ２１１Ｂの左右の端部には、送り方向に対して平行に、所定間隔でスプロケット孔２１４Ｂ，２１４Ｂ…が設けられている。
【００６３】
キャリアテープ２１１Ｃの上面には、所定間隔でスペーサー３３となる金属板３３Ａが、後の工程で引き剥がし可能な接着剤により島状に固定されている。なお、好ましい変形例では、キャリアテープ２１１Ｃに金属板３３Ａが一体成形されたものを使用することができる。キャリアテープ２１１Ｃの左右の端部には、送り方向に対して平行に、所定間隔でスプロケット孔２１４Ｃ，２１４Ｃ…が設けられている。
【００６４】
ハンダ塗布部２０２は、塗布具２２１Ａ及び２２１Ｂを備えており、キャリアテープ２１１Ｂの両面（パターン化金属箔２５Ｂ及び金属箔２９Ａ）の所定の部位に、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａを部分的に塗布する。なお、ハンダペーストは、対向する接合面のどちらかに塗布しておけばよいので、キャリアテープ２１１Ａの金属板２１Ａや、キャリアテープ２１１Ｃの金属板３３Ａに塗布しておいてもよい。
【００６５】
接合部２０３には、圧接部２３１Ａと、図示しない加熱手段（ヒーター）を備えたリフロー部２３１Ｂと、位置決め解除部２３１Ｃが設けられている。圧接部２３１Ａには、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを位置決め固定する第３の治具としての台座２３２と、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを台座２３２へ向けて押圧する加圧手段２３３とが配備されている。加圧手段２３３は台座２３２に対向して設けられ、図示しない駆動機構によって台座２３２へ向けて所定のストロークで進出し、退避できるように構成されている。また、加圧手段２３３は、台座２３２とともに、キャリアテープ２１１Ａ，２１１Ｂ及び２１１Ｃの進行方向に移動可能に構成されている。台座２３２には、位置決め用のピン２３２ａが複数（例えば４本）設けられている。ピン２３２ａがキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃに設けられたスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃに挿入されることにより、接合工程での位置ずれが防止される。なお、加圧手段２３３は補助的な機能としては有利であるが、無くても構わない。
【００６６】
台座２３２の前方（キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃの進行方向の上流側）には、キャリアテープの送り駆動用のスプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃが配置されている。また、位置決め解除部２３１Ｃの後方（キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃの進行方向の下流側）には、スプロケット２３４Ｄが配置されている。スプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ、２３４Ｄの外周面にはキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃに設けられたスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃに係合する爪が設けられている。そして、スプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ，２３４Ｄを同期させながら間欠的に所定角度ずつ回転駆動させることによって、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃが所定長さずつピッチ送りされる。なお、図１５における符号２３５は、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃの浮き上がりを防止するための押さえとなるピンチローラである。
【００６７】
スプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ，２３４Ｄを駆動させることによって、接合部２０３の圧接部２３１Ａ内へ、図１６に示したように、キャリアテープ２１１Ａの下面に固定された金属板２１Ａと、キャリアテープ２１１Ｂ（両面金属張積層体４０）のパターン化金属箔２５Ｂと、キャリアテープ２１１Ｃの上面に固定された金属板３３Ａとが上下に重なり合うように配置した状態で供給される。なお、この段階で、ハンダ塗布部２０２を通過したキャリアテープ２１１Ｂのパターン化金属箔２５Ｂ及び金属箔２９Ａには、部分的にハンダペースト２３Ａ，３１Ａが塗布されている。
【００６８】
そして、加圧手段２３３によりキャリアテープ２１１Ａの上面（金属板２１Ａの反対側）を押圧する。押圧により、３本のキャリアテープ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃが接近し、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、金属箔２９Ａと金属板３３Ａとが、それぞれ金属接合層（ハンダペースト２３Ａ，３１Ａ）を介して当接した状態となる。
【００６９】
次に、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの積層部分は、加圧手段２３３と台座２３２に挟み込まれたままリフロー部２３１Ｂへ送られる。リフロー部２３１Ｂ内は、ハンダを溶融させる所定の温度に維持されているため、ハンダが溶融し、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、金属箔２９Ａと金属板３３Ａとがそれぞれ接合される。この際、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃに設けられたスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃに、台座２３２の位置決め用のピン２３２ａが挿入されていることにより、横方向の位置ずれが防止される。そして、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの積層部分は、リフロー部２３１Ｂから位置決め解除部２３１Ｃへ送られる。位置決め解除部２３１Ｃは常温であるため、ハンダが冷却され接合部分が強固に接着される。そして、位置決め解除部２３１Ｃで加圧手段２３３を退避させることにより、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃのスプロケット孔２１４Ａ〜２１４Ｃと台座２３２のピン２３２ａとの係合がはずれるので、再びスプロケット２３４Ａ，２３４Ｂ，２３４Ｃ、２３４Ｄを回転駆動させることにより、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、及び金属箔２９Ａと金属板３３Ａとの積層部分を位置決め解除部２３１Ｃの外へ送り出すことができる。
【００７０】
接合部２０３を通過し、部分的に接着した状態のキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃは、スプロケット２３４Ｅによってさらに切断部２０４へ送られる。
【００７１】
切断部２０４には、カッターユニット２４１が設けられている。カッターユニット２４１の構成は、第１の実施の形態のカッターユニット１３１（図８参照）と同様であるため、説明を省略する。カッターユニット２４１では、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃから、両面金属張積層体４０の上下両側に金属板２１Ａ及び金属板３３Ａが接合された積層体６０（図９参照）が部分的に打ち抜かれる。なお、図１５では、部分的に接着した状態のキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃをスプロケット２３４Ｅによって反転させてから切断部２０４に供給しているが、スプロケット２３４Ｅを設けず（反転させず）にそのまま切断部２０４へ供給してもよい。
【００７２】
切断部２０４を通過した打ち抜き後のキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃは、スプロケット２３４Ｆによってさらにキャリアテープ回収部２０５に送られ、回収される。
【００７３】
積層体回収部２０６では、切断部２０４で打ち抜かれた積層体６０が例えばベルトコンベア２６１により搬送され、回収される。
【００７４】
以上のようにして、リードフレーム２１と、接合層２３と、第１の金属箔層２５と、絶縁樹脂接着層２７と、第２の金属箔層２９と、接合層３１と、スペーサー３３が、上からこの順に積層された積層体６０（図９参照）をリール・トゥ・リール方式で連続的に製造することができる。以降の工程（実装工程）は、第１の実施の形態と同様に実施できる。
【００７５】
本実施の形態では、キャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを用いて連続的に積層体６０を製造できるので、生産性に優れており、しかも、スプロケット２３４Ａ〜２３４Ｄにより所定ピッチでキャリアテープ２１１Ａ〜２１１Ｃを送ることができるので、位置決め精度に優れ、信頼性の高い電子部品を製造できる。
【００７６】
本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７７】
［第３の実施の形態］
次に図１７を参照しながら、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態の積層体の製造方法は、例えば、両面金属張積層体を準備する工程、エッチング工程、接合工程、切断工程、及び実装工程を含むことができる。ここで、エッチング工程、接合工程及び切断工程以外は、第１の実施の形態と同様に実施できるので、説明を省略する。図１７は、本実施の形態におけるエッチング工程と接合工程と切断工程とを連続的に行うための積層体製造装置の概略構成を示す図面である。図１７中、符号４０は両面銅張積層板（ＣＣＬ）等の両面金属張積層体であり、符号３０２はエッチング加工部、符号３０３はハンダ塗布部３０３、符号３０４は接合部、符号３０５は図示しない熱風オーブンを備えた加熱部、符号３０６は切断部、符号３０７Ａ，３０７Ｂは、両面金属張積層体４０を図中矢印で示す方向へ搬送する一対のロールである。なお、図１７中のＡ−Ａの間は接続しているものとする。
【００７８】
本実施の形態では、両面金属張積層体４０をロール・トゥ・ロール方式で搬送させながら、これをキャリアとして目的の積層体を連続的に製造する。まず、ロール３０７Ａから送り出された両面金属張積層体４０は、エッチング加工部３０２へ送られる。エッチング加工部３０２では、両面金属張積層体４０の両側の金属箔が所定のパターンにエッチングされる。この際、金属箔２５Ａ及び金属箔２９Ａの両方をエッチングしてパターン化金属箔２５Ｂ及びパターン化金属箔２９Ｂを形成する。ここで、本実施の形態では、パターン化金属箔２９Ｂの面積よりもパターン化金属箔２５Ｂの面積が大きくなるようにエッチング加工を行う。また、エッチング加工部では、例えばドリル加工や打ち抜き加工により図示しないスプロケット孔も形成する。以降の工程では、エッチング加工後の両面金属張積層体を符号３０１Ａで示す。
【００７９】
次に、ハンダ塗布部３０３では、塗布具３１１Ａ、３１１Ｂにより、両面金属張積層体３０１Ａのパターン化金属箔２５Ｂ及びパターン化金属箔２９Ｂにハンダペースト２３Ａ，３１Ａを塗布する。この工程は第１及び第２の実施の形態と同様に行うことができる。
【００８０】
次に、接合部３０４では、パターン化金属箔２５Ｂの側にリードフレーム２１となる金属板２１Ａを備えたリードフレーム治具３１２を配置し、パターン化金属箔２９Ｂの側にスペーサー３３となる金属板３３Ａが固定された金型３１３を配置する。リードフレーム治具３１２は、枠状の治具本体（図示省略）と、金属板２１Ａと、治具本体に金属板２１Ａを接続する支持部３１２ａと、を有している。リードフレーム治具３１２は、一枚の金属板を打ち抜き加工することによって形成されている。また、治具本体には、金属板２１Ａを間に挟んで対角線上に２つの位置決め用の孔が設けられている。また、金型３１３は、位置決め用のピン３１３ａと、スペーサー３３となる金属板３３Ａを位置決めして固定しておくための凹部３１３ｂを有している。そして、位置決め用のピン３１３ａを、両面金属張積層体３０１Ａのスプロケット孔（図示省略）及びリードフレーム治具３１２の位置決め用の孔（図示省略）に挿入して位置合わせし、金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂとパターン化金属箔２９Ｂと金属板３３Ａを積層する。
【００８１】
次に、積層した状態の金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂとパターン化金属箔２９Ｂと金属板３３Ａを、金型３１３に装着した状態で加熱部３０５に搬入する。加熱部３０５では、位置決め用のピン３１３ａによって位置合わせをしたまま、例えば３００℃以上の温度で１５〜３０分間に加熱し、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａを溶融させて金属板２１Ａとパターン化金属箔２５Ｂ、パターン化金属箔２９Ｂと金属板３３Ａを接合し、積層部分３０１Ｂを形成する。
【００８２】
次に、積層部分３０１Ｂを金型３１３に装着した状態で、加熱部３０５から搬出し、所定温度例えば４０℃以下まで冷却してハンダを固化させた後、金型３１３を取り外して切断部３０６へ搬入する。切断部３０６では、積層部分３０１Ｂからカッター３１４によってリードフレーム治具３１２の支持部３１２ａと、両面金属張積層体３０１Ａの樹脂フィルム２７Ａ（図示省略）を切断し、積層体６０’を得る。本実施の形態では、パターン化金属箔２９Ｂよりパターン化金属箔２５Ｂが大面積にエッチング加工されているため、切断部３０６で切断する際に、単一の可動刃３１４ａによる打ち抜きが可能になる。
【００８３】
＜変形例＞
図１８は、第３の実施の形態の積層体の製造方法の変形例を示している。この変形例では、図１８における加熱部３０５までの工程は、図１７と同様であり、加熱部３０５から搬出した後の工程を細分化している。具体的には、本変形例は、第１の切断部３２０での第１の切断工程、第２の切断部３２１での第２の切断工程、及び第３の切断部３２３での第３の切断工程を含んでいる。なお、図１８において、図１７と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１８中のＡ−Ａの間、及びＢ−Ｂの間は接続しているものとする。
【００８４】
本変形例では、積層部分３０１Ｂを加熱部３０５で処理するまでの工程は、図１７と同様であるため、説明を省略する。積層部分３０１Ｂを加熱部３０５から搬出し、所定温度例えば４０℃以下まで冷却した後、金型３１３を取り外して第１の切断部３２０へ搬入する。第１の切断部３２０では、まず積層部分３０１Ｂからカッター３２０Ａによってリードフレーム治具３１２の支持部３１２ａを切断する。以降の工程では、両面金属張積層体３０１Ａの樹脂フィルム２７Ａ（図示省略）のみによってロール３０７Ａ，３０７Ｂ間が接続された状態となる。
【００８５】
次に、積層部分３０１Ｂを第２の切断部３２１に搬送し、図示しない打ち抜きプレス機でリードフレーム治具３１２の支持部３１２ａの残部などの余分な部分を除去する。
【００８６】
次に、積層部分３０１Ｂを洗浄部３２２に搬送し、ハンダペースト２３Ａ，３１Ａ中に含まれていたフラックス（松やになど）の成分を洗浄液Ｓで洗い落とし清浄化する。洗浄液Ｓとしては、例えば塩化メチレン、トリクレン又は臭素系洗浄剤を用いることができる。
【００８７】
次に、積層部分３０１Ｂを第３の切断部３２３に搬送し、図示しない打ち抜きプレス機で両面金属張積層体３０１Ａの樹脂フィルム２７Ａから積層部分３０１Ｂを打ち抜くことにより、積層体６０’を得ることができる。
【００８８】
以上のように、本変形例では、第３の実施の形態において、切断工程を多段階に分けるとともに、洗浄工程を含めている。本実施の形態における他の構成及び効果は、第１及び第２の実施の形態と同様である。
【実施例】
【００８９】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００９０】
［実施例１］
（リードフレーム治具の作製）
銅板Ｘ１（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）を用意し、図１９に示したように、枠状の治具本体４０１と、リードフレームとなる中央部金属板４０２と、治具本体４０１に中央部金属板４０２を接続する支持部４０３とが残るように打ち抜きによる加工を行った後、治具本体４０１に位置決め用の孔４０４（直径３．２ｍｍ）を２箇所、短軸ドリルで孔明け加工を行い、リードフレーム治具Ｊを作製した。
【００９１】
（金型の作製）
銅板Ｘ２（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）を用意し、銅板Ｘ３（縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）をはめ込むための溝（深さ０．５ｍｍ）を銅板Ｘ２の中央部に形成し、位置決め用のピン（直径３．２ｍｍ）を銅版Ｘ２に２箇所立てることによって、金型Ｍを作製した。
【００９２】
（目的の積層体の作製）
銅箔層４１１（厚さ１８μｍ）、ポリイミド樹脂層４１２（厚さ２５μｍ）、及び銅箔層４１３（厚さ１８μｍ）から構成される積層板Ｙ（新日鐵化学株式会社製、商品名；ＭＢ１８−２５−１８ＣＥＧ、長尺状、幅８０ｍｍ）を用意し、この積層板Ｙにおける銅箔層４１１及び４１３にエッチング加工を施すことによって、銅箔層４１１側の中央部に縦６０ｍｍ×横６０ｍｍの銅箔部４１１ａが残るように、及び銅箔部４１１ａの周辺を囲むような５ｍｍ幅の枠４１１ｂをそれぞれ島状に形成し、さらに銅箔層４１３側の中央部に縦５０ｍｍ×横５０ｍｍの銅箔部４１３ａが残るように島状に形成し、パターン化積層板Ｙ２を得た。このパターン化積層板Ｙ２の枠４１１ｂの対角線上に位置決め用の孔（直径３．２ｍｍ）４１１ｃを２箇所、短軸ドリルで孔明け加工を行った（図２０を参照）。形成した銅箔部４１１ａ及び４１３ａの表面にハンダペースト（タムラ化研株式会社製、商品名；ソルダーペーストＬＦＳＯＬＤＥＲ ＴＬＦ−２０４−１５１）を均一に塗布し、中間体Ｙ３を作製した。
【００９３】
次に、金型Ｍの２個のピンと、中間体Ｙ３及びリードフレーム治具Ｊの位置決め孔によって位置合わせを行って、金型Ｍの上に中間体Ｙ３及びリードフレーム治具Ｊを積層した。これらを積層した状態で、予め３１０℃に加熱した熱風オーブンに挿入して２０分間加熱した。熱風オーブンより取り出し、４０℃以下に冷却後、カッターによってリードフレーム治具Ｊを切断し、金型Ｍを外した後、打ち抜きプレスで不要部分を取り除いた。続いて、中間体Ｙ３におけるポリイミド樹脂層４１２を切断及び打ち抜きして除去し、目的の積層体を得た。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
２１Ａ…金属板、２５Ｂ…パターン化金属箔、２７Ａ…樹脂フィルム、２９Ａ…金属箔、３３Ａ…金属板、４０…両面金属張積層体、４０ａ…位置決め用の孔、１１１…治具、１１１ａ…本体、１１１ｂ…支持部、１１１ｃ…位置決め用の孔、１２１…金型、１２１ａ…ピン、１２１ｂ…凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記絶縁樹脂接着層に接着した第２の金属箔層と、前記第２の金属箔層に熱伝導可能に接合され、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記第２の金属箔層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、前記伝熱金属層となる金属板が固定された第２の治具と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層と前記伝熱金属層となる金属板とを位置合わせした状態でろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えた電子部品用積層体の製造方法。
【請求項２】
前記第２の治具が位置決め用突起を有しており、前記接合する工程では、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行う請求項１に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給される請求項２に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項４】
前記第２の治具が位置決め用貫通孔を有しており、前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行う請求項１に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の治具、前記金属・樹脂積層体及び第２の治具が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給される請求項４に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項６】
半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記第２の金属箔層に接着した、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記伝熱金属層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層とを位置合わせした状態で、ろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えた電子部品用積層体の製造方法。
【請求項７】
前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行う請求項６に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項８】
前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給される請求項７に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項９】
両面金属張積層体の片面の金属箔を部分的にエッチングすることにより、前記金属・樹脂積層体を調製する工程をさらに備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項１】
半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記絶縁樹脂接着層に接着した第２の金属箔層と、前記第２の金属箔層に熱伝導可能に接合され、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記第２の金属箔層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、前記伝熱金属層となる金属板が固定された第２の治具と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層と前記伝熱金属層となる金属板とを位置合わせした状態でろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えた電子部品用積層体の製造方法。
【請求項２】
前記第２の治具が位置決め用突起を有しており、前記接合する工程では、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行う請求項１に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給される請求項２に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項４】
前記第２の治具が位置決め用貫通孔を有しており、前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行う請求項１に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の治具、前記金属・樹脂積層体及び第２の治具が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給される請求項４に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項６】
半導体素子を支持するリードフレームと、前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された第１の金属箔層と、前記第１の金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、前記第２の金属箔層に接着した、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、を備えた電子部品用積層体の製造方法であって、
前記リードフレームとなる金属板が島状に担持され、かつ位置決め用貫通孔を有する第１の治具と、前記絶縁樹脂接着層の片面に前記第１の金属箔層が島状に形成され、他方の面に前記伝熱金属層が積層されており、かつ位置決め用貫通孔を有する金属・樹脂積層体と、を準備する工程と、
前記リードフレームとなる金属板と前記第１の金属箔層とを位置合わせした状態で、ろう接により形成した金属層を介して重ね合わせ、加熱することにより接合する工程と、
接合後に前記第１の治具と、前記金属・樹脂積層体とを切断することにより積層体を得る工程と、
を備えた電子部品用積層体の製造方法。
【請求項７】
前記接合する工程では、位置決め用突起を有する第３の治具を用いて、前記位置決め用突起に前記位置決め用貫通孔を係合させて位置合わせを行う請求項６に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項８】
前記第１の治具及び前記金属・樹脂積層体が、テープ状に形成されており、リール・トウ・リール方式で連続的に供給される請求項７に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【請求項９】
両面金属張積層体の片面の金属箔を部分的にエッチングすることにより、前記金属・樹脂積層体を調製する工程をさらに備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の電子部品用積層体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１５２８２（Ｐ２０１２−１５２８２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９５８４（Ｐ２０１０−１４９５８４）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００６６４４）新日鐵化学株式会社 (747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００６６４４）新日鐵化学株式会社 (747)
【Ｆターム（参考）】
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