JP2006332382A - 半導体素子実装用回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱性に優れ、しかも製造が容易な半導体素子実装用回路基板を提供する。
【解決手段】 半導体素子実装部１を設けて三次元立体構造に金属基板２を形成する。そしてこの金属基板２の表面にセラミックス膜３を形成すると共にセラミックス膜３の表面に回路６を形成することによって、半導体素子実装用回路基板Ａを作製する。セラミックス膜３によって表面の電気絶縁性を確保しつつコアを金属基板２で形成することができ、金属の高い熱伝導性によって高い放熱性を得ることができる。しかも金属基板２は鍛造や切削加工が容易であって半導体素子実装部１を有する三次元立体構造を容易に形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤなどの半導体素子が実装される三次元立体構造を有する半導体素子実装用回路基板及びその製造方法に関するものである。

三次元立体構造を有する基板の表面に回路を形成した立体回路基板（ＭＩＤ：Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）は、小型・軽量化が要求される電子・オプトデバイスなどに使用されている。

そしてこのようなＭＩＤにおいて、ＬＥＤなどの半導体素子を実装する半導体実装用回路基板としては、セラミックスで三次元立体構造の基板を形成したものが従来から提案されている（例えば、特許文献１等参照）
特開平９−４５９６５号公報

しかし、半導体実装用回路基板に実装されるＬＥＤなどの光変換素子は素子の温度上昇によって発光特性が影響するために、放熱性の低いセラミックス基板ではいかに熱を逃すかが課題となる。例えばセラミックス基板の素子実装部の厚みを薄く形成することによって放熱性を高めることが考えられるが、セラミックスの成形が困難になるために限界がある。またセラミックス基板にスルーホールを設けて熱伝導性の高い金属膜を被覆し、放熱性を高めることも考えられるが、セラミックス基板ではスルーホールのような微細な穴加工は困難である。従って、セラミックス基板からなる半導体実装用回路基板では、放熱性の問題を解消することが難しいものであった。

またセラミックス基板は、切削加工などの加工が困難である。このため、例えば特許文献１では、セラミックスグリーンシートにパンチングでスルーホール加工すると共に導体を表面に形成した後、グリーンシートを半導体素子実装用凹部をプレス成形し、この後に焼成を行なって、セラミックス基板からなる半導体実装用回路基板を作製するようにしており、製造工程が繁雑になると共に製造が困難であるという問題を有するものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れ、しかも製造が容易な半導体素子実装用回路基板及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る半導体素子実装用回路基板は、半導体素子実装部１を設けて三次元立体構造に金属基板２を形成し、金属基板２の表面にセラミックス膜３を形成すると共にセラミックス膜３の表面に回路６を形成して成ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、金属基板２に半導体素子実装部１として、側面に反射用傾斜面４を有するＬＥＤ実装用の凹部１ａを形成し、この凹部１ａの表面にセラミックス膜３を形成すると共にセラミックス膜３の表面にＬＥＤ５ａが電気的に接続される回路６を形成して成ることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、半導体素子実装部１に実装される半導体素子５と金属基板２とをセラミックス膜３を通して電気的に接続する電気接続部７を設けて成ることを特徴とするものである。

また本発明の請求項４に係る半導体素子実装用回路基板の製造方法は、半導体素子実装部１を設けて三次元立体構造に形成される金属基板２が複数個連ねられた金属基板集合体８を作製し、この金属基板集合体８において各金属基板２の表面にセラミックス膜３を形成すると共にセラミクッス膜３の表面に回路６を形成した後、各金属基板２を金属基板集合体８から切り離すことを特徴とするものである。

また請求項５の発明は、請求項４において、各金属基板２を細杆９で接続することによって複数個の金属基板２が連ねられた金属基板集合体８を形成し、細杆９を切断して各金属基板２を金属基板集合体８から切り離すことを特徴とするものである。

また請求項６の発明は、請求項４又は５において、個別に作製された金属基板２を複数個連ねて金属基板集合体８を形成することを特徴とするものである。

また請求項７の発明は、請求項４乃至６のいずれかにおいて、金属基板集合体８から金属基板２を切り離すことによって金属基板２の表面に形成される切断面に、保護膜１０を被覆することを特徴とするものである。

また請求項８の発明は、請求項５乃至７のいずれかにおいて、細杆９が金属基板２から突出して放熱部１１として残るように、金属基板２を金属基板集合体８から切り離すことを特徴とするものである。

本発明によれば、セラミックス膜３によって表面の電気絶縁性を確保しつつコアを金属基板２で形成することができ、金属の高い熱伝導性によって高い放熱性を得ることができるものであり、特にＬＥＤなどの光変換素子を実装するにあたって温度上昇による発光特性の低下を有効に防止することができるものである。しかも金属基板２は鍛造や切削加工が容易であって半導体素子実装部１を有する三次元立体構造に容易に形成することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

金属基板２は表面に半導体素子実装部１を設けて三次元立体構造に形成されるものであり、この三次元立体構造は、金属の鍛造や切削加工など各種の方法で容易に形成することができるものである。しかもセラミックスで基板を作製する場合のような、射出成形して焼結するという高い製造コストを必要とせず、安価に作製することができると共に、寸法精度を高く作製することができるものである。また金属基板２は樹脂基板よりも遥かに耐熱性に優れており、樹脂からのガス放出というような問題もないものである。金属基板２の金属材料としては、特に限定されるものではないが、アルミニウムや銅など熱伝導率が高く加工が容易なものを用いるのが好ましい。

図２（ａ）は金属基板２の一例を示すものであり、半導体素子実装部１は凹部１ａとして形成してあり、凹部１ａの内周側面は凹部１ａの開口側に向けて広がるように傾斜する傾斜面４として形成してある。このような傾斜面４も鍛造により容易に形成することができるものであり、しかも寸法精度高く、再現性良く形成することができるものである。また凹部１ａの開口内周縁には凹段部１５が全周に亘って形成してある。

次に、この金属基板２の表面に図２（ｂ）のように、半導体素子実装部１となる凹部１ａ内も含めた全面にセラミックス膜３を被覆して形成する。セラミックス膜３の形成は、例えば、サブミクロン径の原料粉を低真空下で高速に吹き付けることで微結晶からなる緻密なセラミックス膜を形成する、産業技術総合研究所のＡＤ法（エアロゾルデポジション法）によって行なうことができる。セラミックス膜３の材料としては、特に限定されるものではないが、アルミナなどが好ましく、またセラミックス膜３の厚みは１０〜３０μｍ程度が好ましい。

このように金属基板２の表面にセラミックス膜３を形成した後、セラミックス膜３の表面に回路６を図２（ｃ）のように設ける。回路６の形成は、金属材料のメッキ、印刷、蒸着等、任意の方法で行なうことができるものであり、回路６と金属基板２との間の電気絶縁性はセラミックス膜３で確保することができるものである。このように金属基板２の表面にセラミックス膜３と回路６を設けることによって、本発明に係る半導体実装用基板Ａを形成することができるものであり、回路６は半導体素子実装部１となる凹部１ａ内から半導体実装用基板Ａの側面や背面へと至るように形成してある。

図１は、上記のように形成される半導体素子実装用基板Ａに、半導体素子５としてＬＥＤ５ａを実装したＬＥＤ搭載パッケージを示すものであり、ＬＥＤ５ａを半導体素子実装部１となる凹部１ａ内に実装し、ＬＥＤ５ａを回路６にバンプ１７などで電気的に接続してある。図１の実施の形態では、複数のＬＥＤ５ａを凹部１ａ内に実装し、各ＬＥＤ５ａの発光面を覆うようにレンズ１８が設けてある。また凹部１ａの開口部には、周端部を凹段部１５に接着剤２０で固定した蛍光体フィルター２１が取り付けてある。このように形成されるＬＥＤ搭載パッケージにあって、ＬＥＤ５ａの発光はレンズ１８で集光して、蛍光体フィルター２１を通して例えば白色光として取出すことができるように取出すことができるものであり、輝度の高いＬＥＤ搭載パッケージとすることができるものである。そして、金属基板２はその高い熱伝導性によって高い放熱性を有するものであり、ＬＥＤ５ａのような光変換素子を実装するにあたって、温度上昇による発光特性の低下を有効に防止することができるものである。

図３は本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、金属基板２の半導体素子実装部１となる凹部１ａを形成した面と反対側の面に放熱フィン２３が突設してある。このものでは、放熱フィン２３による放熱によって、放熱特性をより高めることができるものである。そして金属基板２においてこの放熱フィン２３は、鍛造等で容易に作製することができるものである。その他の構成は図１のものと同じである。

図４は本発明の実施の形態のさらに他の一例を示すものであり、メタルコアである金属基板２を回路として利用するようにしたものである。図４の実施の形態では、半導体素子実装用基板Ａの半導体素子実装部１に実装される半導体素子５の一方の電極となるバンプ１７は、金属基板２を被覆するセラミックス膜３の表面に形成した回路６の一端に電気的に接続してある。この回路６の他端は半導体素子実装用基板Ａに設けられる一方の端子部２５に電気的に接続してある。また半導体素子実装部１において、セラミックス膜３に金属基板２の表面が露出する穴を設けることによって電気接続部７が形成してあり、半導体素子５の他方の電極となるバンプ１７はこの電気接続部７を通して金属基板２の表面に電気的に接続してある。そして、半導体素子実装用基板Ａの外面の一所においてセラミックス膜３の一部に穴２６を設け、この穴２６を介して半導体素子実装用基板Ａに設けられる他方の端子部２７と金属基板２とを導電体２８によって電気的接続してある。従ってこのものでは、半導体素子５は金属基板２を介して端子部２７に電気的に接続されるものであり、メタルコアである金属基板２を回路として利用することができるものである。

次に、半導体素子実装用基板Ａの製造について説明する。

図５はその実施の形態の一例を示すものであり、まず、半導体素子実装部１を設けて表面が三次元立体構造に形成される金属基板２を縦横に複数個配置すると共に、この複数個の金属基板２が連ねられた図５（ａ）のような金属基板集合体８を作製する。この金属基板集合体８は、例えば、一枚の金属板を鍛造加工したり切削加工したりすることによって、図５（ｂ）のように、隣合う金属基板２が連接片３０で一体に接続されるように作製されるものであり、金属基板集合体８は短冊状や、フープ状などの板状に形成することができるものである。各金属基板２は半導体素子実装部１が同じ面を向くように金属基板集合体８を形成するのが好ましい。

そして、このように複数の金属基板２を連ねた金属基板集合体８において、各金属基板２の表面にセラミックス膜３を形成する加工を行ない、さらに各金属基板２のセラミックス膜３の表面に回路６を形成する加工を行なうものである。個々の金属基板２は非常に小さい小片であるため、ハンドリングが困難であると共に、これらに個々にスパッタリング、レーザ処理、メッキなどの加工をして、セラミックス膜３を形成したり、回路６を形成したりすることは困難であり、特に回路６は微小なものであるから回路形成はより困難である。これに対して、上記のように金属基板２を連ねた金属基板集合体８の状態で、セラミックス膜３を形成する加工や、回路６を形成する加工を行なうことによって、ハンドリングが容易になると共に、これらの加工を容易に行なうことができるものである。

上記のように金属基板集合体８において各金属基板２の表面にセラミックス膜３と回路６を形成する加工を行なった後、金属基板２の外縁に沿って切断して各金属基板２を切り離すことによって、図５（ｃ）のように小片の個々の半導体実装用基板Ａを得ることができるものである。各金属基板２の切り離しは、プレス抜きなど任意の方法で行なうことができるものである。

図６は他の実施の形態を示すものであり、半導体素子実装部１を設けて表面が三次元立体構造に形成される金属基板２を縦横に複数個配置すると共に、隣合う金属基板２を細い梁状の細杆９で接続することによって、この複数個の金属基板２が連ねられた金属基板集合体８を作製するようにしてある。この金属基板集合体８は、例えば、一枚の金属板を鍛造加工したり切削加工したりすることによって、隣合う金属基板２が細杆９で一体に接続されるように作製されるものであり、金属基板集合体８は短冊状や、フープ状などの板状に形成することができるものである。図６の例では、外周の枠３２内に格子状の桟３３を設け、この枠３２と桟３３に各金属基板２の四辺に設けた細杆９を一体に接続して、金属基板集合体８を形成するようにしているが、勿論、このような構造のものに限定されるものではない。

このように形成される金属基板集合体８にあっても、上記と同様に、ハンドリング性良く、個々の金属基板２の表面にセラミックス膜３を形成する加工や、回路６を形成する加工を容易に行なうことができるものである。そしてこのものでは、各金属基板２は細杆９で接続されているので、細杆９を容易に折ったり切断したりすることによって、小片の個々の半導体実装用基板Ａを得ることができるものであり、各金属基板２を切り離すためのプレス抜き装置などを不要にすることができるものである。

図７の実施の形態は、上記の短冊状やフープ状の板状に形成される金属基板集合体８の両側端縁に、金属基板２から外れた位置において、複数のパイロット穴３５が形成してある。このように金属基板集合体８にパイロット穴３５を設けることによって、パイロット穴３５で金属基板集合体８を位置決めした状態で、各金属基板２にセラミックス膜３を形成する加工や、回路６を形成する加工を行なうことができ、位置決め寸法精度の高い加工でセラミックス膜３や回路６を形成することができるものである。

図８は他の実施の形態を示すものであり、まず図８（ａ）のように半導体素子実装部１を設けて表面が三次元立体構造に形成される個々の金属基板２を鍛造等で作製する。そしてこの各金属基板２を複数個連ねてシート状やフープ状の金属基板集合体８を作製するようにしてある。例えば、表裏に開口する嵌合孔３７を複数箇所に形成した枠体３８を用い、この枠体３８の各嵌合孔３７に金属基板２を嵌め込んで、溶接等して固定することによって、金属基板２を複数個連ねた金属基板集合体８を作製することができる。このように形成される金属基板集合体８にあっても、上記と同様に、ハンドリング性良く、個々の金属基板２の表面にセラミックス膜３を形成する加工や、回路６を形成する加工を容易に行なうことができるものである。

ここで、上記のように、金属基板集合体８において各金属基板２の表面にセラミックス膜３と回路６を形成する加工を行なった後、細杆９の切断などで各金属基板２を切り離して小片の個々の半導体実装用基板Ａを得る場合、図９（ａ）の切断線Ｌのように切断された箇所において、半導体実装用基板Ａはセラミックス膜３で被覆されていず、この切断面では金属基板２の表面が剥き出しの状態で外部に露出されている。従って、この露出された部分から金属基板２が腐食されるおそれがある。そこで、図９の実施の形態では、図９（ｂ）のように、切断面に露出する金属基板２の表面に保護膜１０を被覆し、金属基板２の腐食を防止するようにしてある。この保護膜１０はセラミックス膜や樹脂膜など、任意の膜で形成することができるものである。

上記の図９の実施の形態では、金属基板２の側面に細杆９が残らないように、細杆９の根元を切断するようにしたが、図１０の実施の形態では、図１０（ａ）の切断線Ｌのように細杆９の先端で切断することによって、金属基板集合体８から各金属基板２を切り離して小片の個々の半導体実装用基板Ａを得るようにしてある。従ってこのものでは図１０（ｂ）に示すように、半導体実装用基板Ａにおいて金属基板２の側面から細杆９が一体に突出しているものであり、この細杆９を放熱部１１として利用して、半導体素子実装部１に実装される半導体素子５の発熱を放熱することができるものである。細杆９の先端の切断面に露出する金属基板２の表面には上記と同様に保護膜１０を被覆して、金属基板２の腐食を防止するようにするのが好ましい。そして、半導体素子実装部１に半導体素子５を実装した半導体実装用基板Ａをプリント配線板などのマザーボード４０などに搭載する場合、図１１に示すように、この放熱部１１として突出する細杆９をマザーボード４０に接触させることによって、放熱部１１からマザーボード４０に伝熱させて放熱を効率良く行なうことができるものである。マザーボード４０が金属基板のプリント配線板であれば、この放熱はより効率高く行なうことができるものである。マザーボード４０への半導体実装用基板Ａの固定は、放熱部１１として突出する細杆９をはんだ付け等することによって行なうことができるものであり、このはんだ付け接続で電気的な接続を行なうことも可能である。

本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。 同上の製造の各工程を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ断面図である。 本発明の実施の形態の他の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態のさらに他の一例を示す断面図である。 本発明に係る製造方法の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のイ−イ線拡大断面図、（ｃ）は平面図である。 本発明に係る製造方法の実施の形態の他の一例を示す平面図である。 本発明に係る製造方法の実施の形態のさらに他の一例を示す平面図である。 本発明に係る製造方法の実施の形態のさらに他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図である。 本発明に係る製造方法の実施の形態のさらに他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。 本発明に係る製造方法の実施の形態のさらに他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。 同上の半導体素子実装用回路基板をマザーボードに搭載した状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 半導体素子実装部
２ 金属基板
３ セラミックス膜
４ 反射用傾斜面
５ 半導体素子
６ 回路
７ 電気接続部
８ 金属基板集合体
９ 細杆
１０ 保護膜
１１ 放熱部

Claims (8)

1. 半導体素子実装部を設けて三次元立体構造に金属基板を形成し、金属基板の表面にセラミックス膜を形成すると共にセラミックス膜の表面に回路を形成して成ることを特徴とする半導体素子実装用回路基板。
2. 金属基板に半導体素子実装部として、側面に反射用傾斜面を有するＬＥＤ実装用の凹部を形成し、この凹部の表面にセラミックス膜を形成すると共にセラミックス膜の表面にＬＥＤが電気的に接続される回路を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子実装用回路基板。
3. 半導体素子実装部に実装される半導体素子と金属基板とをセラミックス膜を通して電気的に接続する電気接続部を設けて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子実装用回路基板。
4. 半導体素子実装部を設けて三次元立体構造に形成される金属基板が複数個連ねられた金属基板集合体を作製し、この金属基板集合体において各金属基板の表面にセラミックス膜を形成すると共にセラミクッス膜の表面に回路を形成した後、各金属基板を金属基板集合体から切り離すことを特徴とする半導体素子実装用回路基板の製造方法。
5. 各金属基板を細杆で接続することによって複数個の金属基板が連ねられた金属基板集合体を形成し、細杆を切断して各金属基板を金属基板集合体から切り離すことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
6. 個別に作製された金属基板を複数個連ねて金属基板集合体を形成することを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
7. 金属基板集合体から金属基板を切り離すことによって金属基板の表面に形成される切断面に、保護膜を被覆することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
8. 細杆が金属基板から突出して放熱部として残るように、金属基板を金属基板集合体から切り離すことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の半導体素子実装用回路基板の製造方法。
   

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