JP2006186000A - 高出力半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体装置のパッケージに放熱構造を付設する工程をプリント基板製造過程において実施することにより、当該半導体装置のパッケージ構造に放熱構造を一体化して製造することができ、当該半導体装置の小型化、構造の簡素化が図れる高出力半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体素子を駆動する際の発生熱を、パッケージ構造が有する金属端子において極めて効率よく放熱できることを特徴とする高出力半導体において、該半導体装置のパッケージには放熱構造部を有し、該放熱構造部はプリント基板の一部を構成するとともに、該放熱構造部が実装基板に装着されることにより効率的に放熱される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体素子を駆動する際の発生熱をパッケージ構造が有する金属端子において極めて効率よく放熱できることを特徴とする、高出力半導体装置及びその製造方法に関するものである。

一般的に発光ダイオードなどの半導体装置では、同装置を通電して駆動する際に、内蔵する発光素子のジャンクション部分から多量の熱が発せられる。この熱が同装置の特性寿命に影響を及ぼすため、特に高出力で駆動する半導体装置ではヒートシンクなる放熱構造を備えたものがある。しかしながら、発光ダイオードなどの半導体装置ではパッケージ構造にヒートシンクを搭載する場合、同パッケージに金属板を装着したりするが、回路基板に実装する際の実装占有率が高くなるため、パネルディスプレーやクラスターランプなどの集合製品における精細ピッチ実装や小型化に制約を受けるという欠点がある。

また、例えば特開２００４−２６５９８６号公報に記載されているような公知の半導体装置にあっては、熱伝導性基台の表面に導電部を備えた配線板を固着し、発光素子を基台表面に装着し、該基台の裏面に放熱部材を装着すると共に、当該基台の表面側にプリント基板を装着する構造を採っている。このため、半導体装置自体が大型化すると共に、回路基板に実装する際に大きなスペースが必要となる欠点があった。
特開２００４−２６５９８６号公報

本願発明は、半導体装置のパッケージに放熱構造を付設する工程をプリント基板製造過程において実施することにより、当該半導体装置のパッケージ構造に放熱構造を一体化して製造することができ、当該半導体装置の小型化、構造の簡素化が図れるほか、当該半導体装置を回路基板に実装する際の実装占有率を節減することができる高出力半導体装置及びその製造方法を提供するものである。

本願の半導体装置に係る発明は、半導体素子を駆動する際の発生熱を、パッケージ構造が有する金属端子において極めて効率よく放熱できることを特徴とする高出力半導体において、該半導体装置のパッケージには放熱構造部を有し、該放熱構造部はプリント基板の一部を構成するとともに、該放熱構造部が実装基板に装着されることにより効率的に放熱されることを特徴とする半導体装置である。
また、半導体素子を発光ダイオードとし、または、半導体素子を集成回路素子とする。
また、上記プリント基板上にリフレクターなる構造体を有し、半導体素子の気密遮蔽を目的とする構造体として使用することを特徴とするものである。
本願の半導体装置の製造方法に係る発明は、半導体素子を駆動する際の発生熱を、パッケージ構造が有する金属端子において極めて効率よく放熱できることを特徴とする高出力半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置のパッケージに放熱構造部を付設する工程をプリント基板製造過程において実施することにより、当該放熱構造部を半導体装置のパッケージ構造と一体化したことを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
また、プリント基板の一部に両面銅貼り基板を使用するためのプリント基板製造工程を有し、該プリント基板製造工程は、前記両面銅貼り基板の裏面銅貼り部をエッチング除去する工程を有するとともに、上記プリント基板製造工程は、前記銅貼り基板の裏面に接着フィルムを貼り付けする工程を有し、ドリル加工を実施する工程を有することを特徴とする。
更に本願発明の半導体装置の製造方法は、上記プリント基板の放熱部に銅板を使用することを特徴とする前記半導体装置の製造方法であり、上記プリント基板の銅板をハーフエッチングする工程を有することを特徴とする。
更にまた本願発明の半導体装置の製造方法においては、上記プリント基板製造工程は、上記ドリル加工を実施された基板と上記ハーフエッチングを施された銅板とをプレス圧着で貼り合わせる工程を有し、上記プレス圧着の工程後に、銅めっきの工程を有し、上記の銅めっきを所定の形状にパターニングして分離分割部を設けるとともに、ソルダーレジスト印刷を実施することを特徴とする。
そして、前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、ニッケル・銀めっきを配する工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法も含んでいる。
また、上記のような半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程の後に、反射構造体を接着層を用いて貼り合わせる工程を有し、そのプリント基板上の反射構造体のキャビティー部に接着ペーストを塗布し、半導体素子を敷設することを特徴とし、金属ワイヤーを前記半導体素子と所定の電極部に接続し、上記反射構造体のキャビティー部に所定の樹脂を封止する工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法をも含んでいる。

本願発明の高出力半導体装置はそのプリント基板製造過程において、プリント基板の一部に熱伝導性の高い銅材などの金属を放熱構造体として使用し、エッチングなどの手段で所定のパターンを形成することで、電極端子を放熱構造体と兼用するものである。
このため、従来の半導体装置のようなリードフレームやヒートシンクを必要としないのである。さらに本願発明の半導体装置においては、半導体素子の搭載部およびワイヤー接続部の電極を熱伝導性の高い金属部分に直接配置することにより、半導体素子から発せられた熱量を金属部分から有効に放出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本願発明の半導体装置の斜視図を、図２は該図１の半導体装置の縦断面図をそれぞれ示している。
これらの図において、プリント基板１０の一部を構成する基材部１１ａ〜１１ｄには、接着層１２を介して銅またはアルミなどの金属を使用した放熱部１３ａ〜１３ｃが接着されている。

このようなプリント基板１０の所定の個所には金属メッキ部１４ａ〜１４ｃを敷設し、更に反射構造体（リフレクター）１６を接着層１５によって接着すると共に、接着ペースト１７を用いて半導体素子１８を放熱部１３ｂの表面のメッキ層１４ｂ上に搭載固定する。そして、該半導体素子の２つの電極は前記のメッキ層１４ａ，１４ｃである電極部とワイヤ１９ａ，１９ｂによって接続される。

図３は、上記本願発明の半導体装置の回路基板への実装状態における、熱伝達経路を矢印により示している。
該図３は、上記図２に示す構造の半導体装置を実装基板２０に半田付けされた状態を示しており、すなわち、実装基板２０の板体２１上に形成されたパターン部２２ａ〜２２ｃに対応して、上記半導体装置の各放熱部１３ａ〜１３ｃがそれぞれ半田２３ａ〜２３ｃを介して装着される。

このようにして、当該半導体装置の通電駆動時に半導体素子１８から発生される熱は、該半導体素子１８の真下に配置された接着ペースト１７から金属製の放熱部１３ｂ、実装基板２０のパターン部２２ｂ上の半田２３ｂを介して該実装基板のパターン部２２ｂへ伝達される。
また、同様に半導体素子１８から発生される熱は、前記半導体素子１８に電気的に接続されたワイヤー１９ａ，１９ｂを介して電極メッキ部１４ａ，１４ｃに伝達され、更に、電極を兼ねる上記放熱部１３ａ，１３ｃ、実装基板２０のパターン部上の半田２３ａ，２３ｃを介して、該実装基板２０のパターン部２２ａ，２２ｃに伝達される。
すなわち、電極部分または半導体素子搭載部分の下部に直接接続された金属構造が放電構造部となる。

続いて、図４〜図９を用いて本願発明に係る高出力半導体装置の製造方法を説明する。
図４の（ａ）〜（ｄ）には、本願発明の半導体装置におけるプリント基板１０の一部を構成する、基材部１１ａ〜１１ｄの製造工程を示している。図４の（ａ）に示す部材は、従来公知のプリント基板と同様の両面銅貼り基材１１であり、該基材１１は例えばガラスエポキシ材等の平板部１１Ａと、その表裏両面に銅板部１１Ｂ，１１Ｂを貼着したものである。

このようなプリント基板のための基材１１を、図４の（ｂ）に示すようにその裏面側の銅板１１Ｂをエッチング除去する工程を有している。
続いて図４の（ｃ）に示すように、該エッチングによって裏面側の銅板１１Ｂが除去された基材１１に対して接着フィルム１１Ｃを貼り付ける工程を有している。

図４の（ｄ）は、上記の基材１１に対してドリル等による開孔を施す工程を示している。図４自体は平板状の基材１１の断面を示しているが、上記図４の（ｃ）に示す接着フィルム１１Ｃを貼着された板状基材１１の必要個所に対して、ドリル加工によって開口１１Ｘ〜１１Ｚを施すものである。従って、図示の断面部分においては、上記板状基材１１が該ドリル加工部である開口１１Ｘ〜１１Ｚによって切り離された状態となり、図示のごとく基材部１１ａ〜１１ｄが形成されたことになる。

図５の（ａ）及び（ｂ）は、本願発明の半導体装置におけるプリント基板１０の他の一部を構成する、放熱部１３ａ〜１３ｃを形成するための予備工程を示している。
図５の（ａ）には、上記図４の（ｄ）においてドリル加工を施された基材１１と圧着されて、後に放熱部１３ａ〜１３ｃを形成するための銅板１３（ここでは仮に放熱板１３と呼ぶ）が示されている。

図５の（ｂ）は、上記図５の（ａ）に示す銅板である放熱板１３の表面に対して、後述する基材１１と放熱板１３とを圧着することによって当該放熱板によって放熱部１３ａ〜１３ｃを形成するための、ハーフエッチングによる溝１３Ａ，１３Ｂの形成工程を示している。

図６の（ａ）〜（ｃ）には、上記図４及び図５に示した基材１１と放熱板１３とを用いて、プリント基板１０の基礎構造を形成する工程を示している。
図６の（ａ）は、上記板状の基材１１と放熱板１３とを重ね合わせ、プレス圧着により接着フィルム１１Ｃを介して結合する工程である。
このようにして、上記図４の基材部１１ｂ，１１ｃの下方と上記図５の（ｂ）に示す放熱板１３のハーフエッチング溝１３Ａ，１３Ｂとが重なった状態で結合されることとなる。

図６の（ｂ）は、続いて行われる銅メッキ工程を示している。
上記図６の（ａ）に示すごとく圧着結合された基材１１と放熱板１３とには、その全面に渡って銅メッキ層１０Ａ，１０Ａが施される。
続いて図６の（ｃ）において、上記ハーフエッチングによって形成した溝部に対応する部分で、上記銅メッキ層１０Ａ及び上記放熱板１３の残余部分をパターニングに従って分離分割１３Ｘ，１３Ｘする工程を有している。すなわち、フォトレジストで被覆した状態で所定部分を感光・現像したエッチング除去する部分を露出した状態でエッチング処理を施すと、パターン分割ができる。
このようにして、本願発明の半導体装置におけるプリント基板１０の基本的構造である、基材部１１ａ〜１１ｄ及び放熱部１３ａ〜１３ｃが一体的に形成される。

図７の（ａ）〜（ｃ）は、上記図６に示すプリント基板１０の基本的構造に従って、半導体素子を施設する前段処理工程を有している。図７の（ａ）に示すように、上記の基本的構造における基材部１１ａ，１１ｄの銅メッキ層１０Ａ，１０Ａの表面には、ソルダーレジスト印刷１１Ｋ，１１Ｋが施される。また、同じく放熱部１３ａ，１３ｃの上記分割部１３Ｘに対して、ソルダーレジスト印刷１３Ｋ、１３Ｋが施される。

続いて図７の（ｂ）において、放熱部１３ｂの表面に施された銅メッキ層１０Ａの上に、更にニッケル・銀メッキ層１０Ｌを施す工程を有しており、次に図７の（ｃ）において、上記基材部１１ａ，１１ｄの表面上に施された銅メッキ層１０Ａ，１０Ａの表面に対して、接着層１５，１５を介して反射構造体（リフレクター）１６を装着固定するリフレクター貼り付け工程を有している。
このような過程を経て本願発明のプリント基板工程が終了する。

次に、図８及び図９を用いて半導体装置の組立工程を説明する。
図８の（ａ）、（ｂ）は、上述の各工程を経て製造されたプリント基板１０に対して、半導体素子１８を装着する工程を示している。図８の（ａ）は、上述のプリント基板１０における反射構造体１６と放熱部１３ｂの表面とによって形成されるキャビティ部の該放熱部１３ｂ表面に、接着ペースト１７を塗布する工程を有している。この場合、実際には上記図６の（ｃ）に示すように、放熱部１３ｂの上面には銅メッキ層１０Ａが施されており、接着ペースト１７は該銅メッキ層１０Ａの表面に塗布される。また、図８の（ｂ）は半導体素子１８を敷設する工程を示しており、上記接着ペースト１７によって放熱部１３ｂの表面に接着される。

図９の（ａ），（ｂ）は、上記の装着された半導体素子１８への配線及び樹脂封止工程を示している。
図９の（ａ）において、半導体素子１８の両電極とプリント基板１０の所定の電極とをワイヤー１９ａ，１９ｂにより接続する工程を有している。
次に、図９の（ｂ）に示すように、上記設置の完了した半導体素子１８を、所定の樹脂３０によって封止する工程を有している。
このようにして、本願発明に係る半導体装置の製造方法における組立工程が終了する。

本願発明の半導体装置の斜視図である。 本願発明の半導体装置の断面図である。 本願発明の半導体装置の回路基板への実装状態での熱伝達経路を示す説明図である。 本願発明の半導体装置の製造方法におけるプリント基板の製造工程の説明図である。 本願発明の半導体装置の製造方法におけるプリント基板の製造工程の説明図である。 本願発明の半導体装置の製造方法におけるプリント基板の製造工程の説明図である。 本願発明の半導体装置の製造方法におけるプリント基板の製造工程の説明図である。 本願発明の半導体装置の組立工程の説明図である。 本願発明の半導体装置の組立工程の説明図である。

符号の説明

１０ プリント基板
１０Ａ 銅メッキ層
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 基材部
１１Ａ 平板
１１Ｂ 銅板部
１１Ｃ 接着フィルム
１１Ｋ，１３Ｋ ソルダーレジスト印刷
１０Ｌ ニッケル・銀メッキ層
１１Ｘ〜１１Ｚ 開口
１２，１５ 接着層
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 放熱部
１３Ａ，１３Ｂ ハーフエッチング溝
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 金属メッキ
１６ 反射構造体（リフレクター）
１７ 接着ペースト
１８ 半導体素子
１９ａ，１９ｂ ワイヤ
２０ 実装基板
２１ 板体
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ パターン部
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 半田
３０ 樹脂

Claims (19)

1. 半導体素子を駆動する際の発生熱を、パッケージ構造が有する金属端子において極めて効率よく放熱できることを特徴とする高出力半導体において、該半導体装置のパッケージには放熱構造部を有し、該放熱構造部はプリント基板の一部を構成するとともに、該放熱構造部が実装基板に装着されることにより効率的に放熱されることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載する前記半導体装置において、半導体素子を発光ダイオードとする前記半導体装置。
3. 請求項１に記載する前記半導体装置において、半導体素子を集成回路素子とする前記半導体装置。
4. 請求項１に記載する前記半導体装置において、上記プリント基板上にカップ状の構造体を有し、該構造体に所定の樹脂を封入することにより半導体素子の気密遮蔽を目的とする構造体として使用することを特徴とする前記半導体装置。
5. 半導体素子を駆動する際の発生熱を、パッケージ構造が有する金属端子において極めて効率よく放熱できることを特徴とする高出力半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置のパッケージに放熱構造部を付設する工程をプリント基板製造過程において実施することにより、当該放熱構造部を半導体装置のパッケージ構造と一体化したことを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
6. 請求項５に記載する前記半導体装置の製造方法において、プリント基板の一部に両面銅貼り基板を使用するためのプリント基板製造工程を有することを特徴とした前記半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、前記両面銅貼り基板の裏面銅貼り部をエッチング除去する工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
8. 請求項７に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、前記銅貼り基板の裏面に接着フィルムを貼り付けする工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、ドリル加工を実施する工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
10. 請求項５に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板の放熱部に銅板を使用することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板の銅板をハーフエッチングする工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
12. 請求項５に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、上記ドリル加工を実施された基板と上記ハーフエッチングを施された銅板とをプレス圧着で貼り合わせる工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
13. 請求項１２に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、上記プレス圧着の工程後に、銅めっきの工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
14. 請求項１３に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、上記の銅めっきを所定の形状にパターニングして分離分割部を設けることを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
15. 請求項１４に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、ソルダーレジスト印刷を実施することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
16. 請求項１５に記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程は、ニッケル・銀めっきを配する工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
17. 請求項５乃至１６のいずれかに記載する前記半導体装置の製造方法において、上記プリント基板製造工程の後に、反射構造体を接着層を用いて貼り合わせる工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
18. 請求項１７に記載する前記半導体装置の製造方法において、そのプリント基板上の反射構造体のキャビティー部に接着ペーストを塗布し、半導体素子を敷設することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
19. 請求項１８に記載する前記半導体装置の製造方法において、金属ワイヤーを前記半導体素子と所定の電極部に接続し、上記反射構造体のキャビティー部に所定の樹脂を封止する工程を有することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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