JP2010010298A - フレキシブルプリント配線基材及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレキシブルで、実装した電子部品の放熱を良好に行うことができるフレキシブルプリント配線基材及び半導体装置を提供する。
【解決手段】 絶縁基材１１と、この絶縁基材１１の一方面に形成された導電体層をパターニングした導電体パターンを含む配線パターン１２とを具備するフレキシブルプリント配線基材１０であって、前記絶縁基材１１の他方面に設けられた金属材料からなる放熱層１４を具備し、前記絶縁基材１１及び前記配線パターン１２を貫通して設けられて前記放熱層１４の上に電子部品３０を実装可能とした貫通部１５を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオードや半導体素子などの電子部品を実装するためのフレキシブルプリント配線基材及び半導体装置に関する。

近年の電子部品の高密度実装化に伴い、実装された電子部品からの発熱を如何に放散するかがプリント配線基板の課題となっている。特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装した場合、発光効率を良好に保つためにチップを１２０℃以下に保持する必要があり、ＬＥＤからの熱を如何に逃がすかが問題となる。

このような放熱を考慮したプリント配線基板としては、セラミック基板やＰＣＢ基板などの剛性の高い基板を用いて裏面側に放熱層を設けたものが提案されている（特許文献１、２など参照）。

しかしながら、ＴＡＢテープなどのフレキシブルな基板については、このような放熱構造を有する基板は提案されていない。

特開平１１−２３３６７７号公報 特開２００６−２５３６８９号公報

本発明は、上述した事情に鑑み、フレキシブルで、実装した電子部品の放熱を良好に行うことができるフレキシブルプリント配線基材及び半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、絶縁基材と、この絶縁基材の一方面に形成された導電体層をパターニングした導電体パターンを含む配線パターンとを具備するフレキシブルプリント配線基材であって、前記絶縁基材の他方面に設けられた金属材料からなる放熱層を具備し、前記絶縁基材及び前記配線パターンを貫通して設けられて前記放熱層の上に電子部品を実装可能とした貫通部を具備することを特徴とするフレキシブルプリント配線基材にある。

かかる第１の態様では、貫通部に電子部品を実装した場合には、電子部品からの熱が放熱層を介して放熱され、発熱の問題が解消される。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記絶縁基材と前記放熱層とが接着剤を介して接合されていることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材にある。

かかる第２の態様では、絶縁基材と放熱層とが接着剤を介して良好に接合されたものとなる。

本発明の第３の態様は、第１の態様に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記絶縁基材が接着剤層からなり、当該絶縁基材が前記放熱層と直接接合していることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材にある。

かかる第３の態様では、接着剤層が絶縁基材となり、当該絶縁基材が放熱層と直接接合している。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか１つの態様に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記貫通部内には前記放熱層が直接露出していることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材にある。

かかる第４の態様では、電子部品が放熱層に直接接触するように実装でき、放熱効率がさらに良好になる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか１つの態様に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記放熱層の前記絶縁基材側の表面粗さＲｚが５μｍ以下であることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材にある。

かかる第５の態様では、貫通部側の放熱層の表面粗さが小さいので、例えば、発光ダイオードなどを実装したときの反射面として使用可能となる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか１つの態様に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記貫通部内の表面には光沢めっきが設けられていることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材にある。

かかる第６の態様では、貫通部内の表面に光沢めっきが施されているので、例えば、発光ダイオードなどを実装したときの反射面として使用可能となる。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか１つの態様に記載のフレキシブルプリント配線基材の前記貫通部内に、電子部品を実装したことを特徴とする半導体装置にある。

かかる第７の態様では、貫通部に実装された電子部品からの熱が放熱層を介して放熱され、発熱の問題が解消される。

本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の半導体装置において、前記電子部品が発光ダイオードであることを特徴とする半導体装置にある。

かかる第８の態様では、発光ダイオードからの熱が良好に放熱され、発光効率を良好に保つことができる。

以下、本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント配線基材をその製造方法及び使用例と共に説明する。勿論、本発明はこれに限定されるものでないことはいうまでもない。

図１には実施形態１に係るフレキシブル配線基材１０に電子部品を実装した半導体装置１の概略平面及び断面を示す。なお、図１に示した半導体装置１は、フィルムキャリアテープの状態で電子部品を実装したものを１チップ分切り出したものであるが、本発明の半導体装置は、１つの電子部品を実装したものの他、複数の電子部品を実装した所定のパターンを切り出したものも含むものである。

図１に示すように、本実施形態で用いたフレキシブル配線基材１０は、フィルム状の絶縁基材１１の一方面に、複数の配線パターン１２が形成され、絶縁基材１１の他方面に接着剤層１３を介して放熱層１４を接合したものであり、配線パターン１２及び絶縁基材１１には電子部品３０を実装するための貫通部１５が設けられている。

フレキシブル配線基材１０は、絶縁基材１１、配線パターン１２、接着剤層１３及び放熱層１４を具備するフィルムキャリアテープであり、幅方向両側に移送用の図示しないスプロケット孔を一定間隔で有するものであり、一般的には、移送されながら発光ダイオード（ＬＣＤ）等の電子部品３０が実装され、電子部品３０実装後、所定のパターンで切断されるものであり、図１は、１つの電子部品３０を実装した部分を切り出したものを示す。

ここで、絶縁基材１１としては、可撓性を有すると共に耐薬品性及び耐熱性を有する材料を用いることができる。かかる絶縁基材１１の材料としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド等を挙げることができ、特に、ビフェニル骨格を有する全芳香族ポリイミド（例えば、商品名：ユーピレックス；宇部興産（株））が好ましい。なお、絶縁基材１１の厚さは、一般的には、２５〜１２５μｍである。

配線パターン１２は、スプロケット孔などが形成された絶縁基材１１の一方の面に、一般的には、銅やアルミニウムからなる導電体箔などの導電体層をパターニングしたベース層とこの上に必要に応じて少なくとも部分的に設けられたメッキ層とを具備するが、図１及び以下の説明ではメッキ層は省略する。

このような配線パターン１２となる導電体層は、絶縁基材１１上に直接積層しても、接着剤層を介して熱圧着等により形成してもよい。なお、絶縁基材１１上に導電体箔を設けるのではなく、導電体箔に、例えば、ポリイミド前駆体を塗布し、焼成してポリイミドフィルムからなる絶縁基材１１とすることもできる。

なお、配線パターン１２の厚さは、一般的には５〜３５μｍである。

また、絶縁基材１１上に設けられた導電体層からなる配線パターン１２は、一般的には、フォトリソグラフィー法によりパターニングされる。すなわち、フォトレジストを塗布した後、フォトレジスト層をフォトマスクを介して露光し、その後アルカリ現像液により不要部のレジストを溶解除去する。続いて、塩化第２銅エッチング溶液で露出部の銅をエッチングし銅パターンを形成する。次にアルカリ溶液で銅回路上面のフォトレジストを溶解剥離することで所定の形状の配線パターンとする。なお、配線パターン１２の一部は、場合によっては図示しないソルダーレジスト層に覆われていてもよい。

また、放熱層１４は、銅箔、アルミ箔などの熱伝導性が良好な金属箔からなり、接着剤層１３を介して絶縁基材１１の裏面に接着されたものであり、銅箔を用いるのが好ましい。

ここで、放熱層１４としては、絶縁基材１１側の表面が平滑なものを用いるのが、貫通部１５内の底面の光沢を向上させるためには好ましく、例えば、表面粗さＲｚが５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下とするのが好ましい。Ｒｚが５μｍとすると、その上に光沢めっきを設けて光沢を出す場合に好ましく、Ｒｚが１μｍ以下では光沢めっきを施さなくても光沢を有している。なお、このように放熱層１４に光沢を持たせるのは、例えば、電子部品３０として発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装した際に、反射板として機能させるためである。

なお、放熱層１４の厚さは放熱する機能を発揮できる厚さであれば特に限定されないが、例えば、５μｍ以上、好ましくは１０〜３５μｍ程度とすれば十分である。これ以上厚くすると、フレキシブル性の低下、経済性の面で好ましくない。

また、接着剤層１３は特に限定されず、放熱層１４と絶縁基材１１とを良好に接着できるものであればよい。なお、接着剤層１３の厚さも限定されないが、２０μｍ以下、好ましくは２〜１０μｍ程度である。

電子部品３０は、本実施例では、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、放熱層１４上に銀ペーストなどの熱伝導性が良好なダイボンド３１を介して接合されており、配線パターン１２とはボンディングワイヤ３２を介して接続されている。

このような半導体装置１では、電子部品３０がダイボンド３１を介して放熱層１４上に実装されているので、電子部品３０から生じた熱が放熱層１４を介して放熱され、電子部品３０の発熱の問題が解消される。また、フレキシブル配線基材１０が薄く、可撓性があるので、種々の用途に適用でき、また、ハンドリング性に優れたものである。

さらに、フレキシブル配線基材１０の製造プロセス及び電子部品の実装プロセスを従来のフレキシブル配線基材と同様に行うことができ、製造工程上の負担も少ないものである。

図２には、実施形態２に係るフレキシブル配線基材１０Ａに電子部品３０を実装した半導体装置１Ａの平面図及び断面図を示す。

この実施形態では、絶縁基材１１Ａ及び配線パターン１２Ａに設けられた貫通部１５Ａの中の底面に接着剤層１３Ａが存在し、その下に放熱層１４Ａが設けられている点が実施形態１と異なり、他は実施形態１と同様である。

この場合、電子部品３０は、接着剤層１３Ａ上に実装されることになるが、接着剤層１３Ａを２〜１０μｍ程度の厚さとすれば、熱伝導性が大きく低下することはなく、放熱性の機能を発揮することができる。

なお、この場合、放熱性をさらに良好にするためには、熱伝導性の良好な接着剤層１３Ａとするのが好ましく、また、貫通部１５Ａ内の底部の放熱層１４Ａの光沢性を生かすためには、透明の接着剤層１３Ａとするのが好ましい。勿論、接着剤層１３Ａ上に無電解めっき法により光沢めっきを施してもよい。

図３には、実施形態３に係るフレキシブル配線基材１０Ｂに電子部品３０を実装した半導体装置１Ｂの平面図及び断面図を示す。

この実施形態では、実施形態１の絶縁基材１１を省略して接着剤層１３を絶縁基材１１Ｂとしたものであり、絶縁基材１１Ｂ上に配線パターン１２Ｂが設けられ、絶縁基材１１Ｂ及び配線パターン１２Ｂに貫通部１５Ｂを設け、絶縁基材１１Ｂに放熱層１４Ｂが直接設けられている。

この場合、絶縁基材１１Ｂとしては、接着剤で形成しているので、絶縁性の接着剤を用いて絶縁性を確保する必要があるが、ポリイミドなどの高価な基材を省略することができ、低コスト化を図る上では好適である。

このような半導体装置１、１Ａ、１Ｂに用いられたフレキシブル配線基材の製造方法の一例を、フレキシブル配線基材１０の構造を例とし、図４及び図５を参照しながら説明する。

図４に示すフレキシブル配線基材１００は、電子部品３０を９つ実装できるユニットとなっており、図４はその平面図であり、図５はその製造プロセスの一例を示す断面図である。これらの図面に示すように、まず、絶縁基材１１と配線パターン１２を形成するために必要となる導電体層２１を貼り合わせた２層構造の積層基板（図５（ａ））を用意し、その両側にスプロケットホール１６（１．４２ｍｍ×１．４２ｍｍ□）を金型で形成する（（図５（ｂ））。その後、導電体層２１上に液体フォトレジストを塗布し乾燥してレジスト層４１を形成する（（図５（ｃ））。次に、フォトマスク５１を介して紫外線露光し（（図５（ｄ））、続いてアルカリ現像して不要レジストを除去することでレジストパターン４２を形成する（（図５（ｅ））。その後、レジストパターン４２をマスクパターンとして塩化第２銅エッチング液で導電体層２１の銅露出部を溶解除去し、さらにアルカリ溶液でレジストを溶解剥離することにより配線パターン１２を形成する（図５（ｆ））。次に、熱硬化型接着剤からなる接着剤層１３を絶縁基材１１の裏面に塗布し（図５（ｇ））、加熱乾燥後金型で貫通部１５を形成する（図５（ｈ））。続いて、接着剤層１３を介して放熱層１４と積層基材とをラミネーターにより仮圧着後高温で加熱硬化することで所定のフレキシブル配線基材１００を得る（図５（ｉ））。

なお、上述した製造プロセスでは、接着剤層１３を設けた後、貫通部１５を形成して放熱層１４と接合したが、貫通部１５を形成した後に接着剤層１３を設け、放熱層１４を接合してもよい。この場合、接着剤層１３を塗布法や転写法で貫通部１５の部分を避けて形成すれば、図１に示したフレキシブル配線基材の構造となる。

また、図２の構造を得る場合には、パターンエッチング終了後に貫通部１５Ａを形成し続いて接着剤層１３Ａを塗布した放熱層１４Ａと絶縁基材１１Ａとを貼り合わせるようにすればよい。

（実施例及び比較例）
絶縁基材と導電体層との積層フィルムとして、厚さ３５μｍのユーピレックスフィルム（宇部興産社製）にニッケル−クロム層をスパッタしさらに銅めっきを８μｍの厚さに形成したエスパーフレックス（住友金属鉱山社製）を用い、放熱層として、厚さ１８μｍの三井金属社製両面平滑銅（ＤＦＦ）を用い、放熱層の表面粗さＲｚが小さい方の面（ここではＲｚ＝０．６μｍ）に、５μｍの厚さの接着剤層を介し積層フィルムを接着して、図１及び図２の構造の半導体装置を製造し、実施例１、２とした。

また、導電体層として、厚さ１８μｍの三井金属社製電解銅箔（ＶＬＰ）を使用しＶＬＰ銅箔の析離面側に接着剤を２５μｍ厚さに塗布後、加熱して半硬化させその上に保護フィルムを貼って接着剤層を被覆した。その後塩化第２銅溶液でエッチングして回路を形成した。続いて金型で貫通部１５Ｂを形成し、次に接着剤層１３Ｂを介して厚さ１８μｍの両面平滑銅箔放熱層１４Ｂ（Ｒｚ＝０．６μｍ）と貼り合わせて高温で加熱硬化し、図３の構造の半導体装置を製造し、実施例３とした。

なお、比較例として、８μｍ厚の銅箔と３５μｍ厚のポリイミドとの積層フィルムであるエスパーフレックス（住友金属鉱山社製）を用いて図６の半導体装置を製造し、比較例とした。比較例の半導体装置は、絶縁基材０１１上の配線パターン０１２を有し、電子部品３０が搭載される領域にも配線パターン０１２とは電気的に絶縁されて放熱の役割を持たせる放熱層０１４を設けた構造とした。

（試験例）
各実施例及び比較例の半導体装置と類似の基材構造サンプルを作製し、銅パターン上に１５Ωの抵抗発熱体を設置し、これをＬＥＤと見立てて１Ａの電流を３０分間流し、発熱体表面の温度上昇を赤外線温度計で測定し、最大到達温度を比較した。

この結果、比較例では抵抗体の温度が７８℃まで上昇したが、実施例１では７３℃、実施例２では７４℃、実施例３では７３℃までしか温度が上昇せず、放熱層の放熱効果が確認された。

本発明の実施形態１に係るフレキシブル配線基材を用いた半導体装置の概略平面図及び断面図である。 本発明の実施形態２に係るフレキシブル配線基材を用いた半導体装置の概略平面図及び断面図である。 本発明の実施形態３に係るフレキシブル配線基材を用いた半導体装置の概略平面図及び断面図である。 本発明の一実施形態のフレキシブル配線基材の平面図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル配線基材の製造プロセスを示す断面図である。 本発明の比較例に係る半導体装置の概略平面図及び断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 半導体装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ フレキシブル配線基材
１１、１１Ａ、１１Ｂ 絶縁基材
１２、１２Ａ、１２Ｂ 配線パターン
１３、１３Ａ、１３Ｂ 接着剤層
１４、１４Ａ、１４Ｂ 放熱層
１５、１５Ａ、１５Ｂ 貫通部
３０ 電子部品
３１ ダイボンド
３２ ボンディングワイヤ
１００ フレキシブル配線基材

Claims (8)

1. 絶縁基材と、この絶縁基材の一方面に形成された導電体層をパターニングした導電体パターンを含む配線パターンとを具備するフレキシブルプリント配線基材であって、
   前記絶縁基材の他方面に設けられた金属材料からなる放熱層を具備し、前記絶縁基材及び前記配線パターンを貫通して設けられて前記放熱層の上に電子部品を実装可能とした貫通部を具備することを特徴とするフレキシブルプリント配線基材。
2. 請求項１に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記絶縁基材と前記放熱層とが接着剤を介して接合されていることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材。
3. 請求項１に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記絶縁基材が接着剤層からなり、当該絶縁基材が前記放熱層と直接接合していることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記貫通部内には前記放熱層が直接露出していることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記放熱層の前記絶縁基材側の表面粗さＲｚが５μｍ以下であることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のフレキシブルプリント配線基材において、前記貫通部内の表面には光沢めっきが設けられていることを特徴とするフレキシブルプリント配線基材。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載のフレキシブルプリント配線基材の前記貫通部内に、電子部品を実装したことを特徴とする半導体装置。
8. 請求項７に記載の半導体装置において、前記電子部品が発光ダイオードであることを特徴とする半導体装置。
   

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