JP2017017319A - 半導体用基板および半導体基板への実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大電流を流すＬＥＤチップやＬＥＤデバイスを実装するための基板において、放熱性の良い半導体用基板を高い生産性で実現する。【解決手段】（ａ）に示すように、銅の電極パッド４の２つの主面は露出され、縦に隣接する２つの電極パッド４間は、２つの主面と面一の熱硬化性白樹脂８で絶縁されている。したがって、フリップチップタイプのＬＥＤチップＣ１のｐ，ｎの電極が実装可能な距離に２つの電極パッド４の間隔を設定すれば、ＬＥＤチップＣ１を実装できる。透明樹脂で封止し、点線Ｄでダイシング分離すれば、銅基板の電極端子を持つＬＥＤデバイスとなる。ワイヤボンディングタイプのＬＥＤチップであっても、一方の電極パッドをダイボンパッドに、他方の電極パッドをワイボンパッドにすればよい。更に、（ｂ）で示すように、横方向は、電極パッドより薄い連結メタル部５で導通されているので、４つの電極パッド４を用いて、例えば、保護素子Ｚを備えたＬＥＤデバイスにもできる。【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤ照明に用いられるＬＥＤチップやＬＥＤデバイス等の半導体チップ、およびその基板への半導体チップの実装方法に関する。

近年、大電流を流すＬＥＤチップや、それを用いたＬＥＤデバイスや、それらを用いた照明装置が実用化され、白熱電球や蛍光灯をはじめ、水銀灯やハロゲン灯をも置き換えつつある。そして、このような用途の広がりに伴い、ＬＥＤチップやＬＥＤデバイスを実装するための放熱性の良い半導体用基板が、ますます重要になってきている。

大電流を流すＬＥＤチップを実装して、ＬＥＤデバイスにするための半導体用基板としては、熱伝導率の良いセラミック基板がよく用いられている。セラミックの材料としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が一般的であるが、熱伝導率が２１Ｗ/ｍＫ程度で、板厚を０．３ｍｍ程度に薄くしても、３Ｗ級のＬＥＤチップの放熱を行うためには不充分である。これを補うために、銅のビアホールやインレイを付加することもできるがコストが高くなる。

また、更に熱伝導率が高い、たとえば１７０Ｗ/ｍＫの窒化アルミを用いたものは、充分な放熱性を確保できるが、これもコストが高く、また色が黒ずんでいて、発光素子のＬＥＤには適さないといった欠点がある。

これを解消する基板として、特許文献１に示すように、銅板とエポキシ樹脂とで集合基板を形成する例がある。これを図１４に示す。この特許文献１に記述されているように、銅板をエッチング等の加工手段によって不要な部分を削除して複数の導電部材６０ａを形成し、各導電部材６０ａの隙間にエポキシ樹脂等によって成る絶縁部材６０ｂを充填して一体化した集合基板６０を形成する。そして、その集合基板６０の上面に、ＬＥＤチップが導電部材上に直接ダイスボンドされるような切り抜き孔３１ｃを持つ回路基板を多数個形成した集合回路基板６１を、位置決めして熱圧着し、一体化する。

この集合基板６０と集合回路基板６１との一体化基板は、ワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップ用の基板で、銅の導電部材は放熱用のダイスボンドパッドとなるが、ｐとｎの電極パッドは集合回路基板上に配置されている。この一体化基板では、ＬＥＤチップは、銅の導電部材にＡｇペーストを介して直接ダイスボンドされるので、放熱性は極めて良くなるし、コストも安くなるが、フリップチップタイプのＬＥＤチップには使えない。

一方、大電流を流すＬＥＤデバイスを実装する半導体用（配線）基板としては、照明装置に用いられる放熱性が中程度に良いメタルベース基板が広く用いられている。メタルとしては、熱伝導率の良い銅やアルミが一般的であるが、コストの面で鉄を用いたものもある。熱伝導率とコストの面で、アルミが最も多く使用されている。

アルミベース基板の構造は、厚さ約１．５ｍｍのアルミ板上に、厚さ約０．１ｍｍの絶縁層を形成し、その上に、厚さ３０〜８０μｍの銅で配線パターンを形成したもので、絶縁層の熱伝導率と厚さ、および銅の配線パターンの厚さで、放熱性の良さが決まる。コストも考慮して、絶縁層の厚さは８０μｍで、熱伝導率は５Ｗ/ｍＫ、銅の配線パターンの厚さは３５μｍのものが、一般的に使用されている。

しかし、この従来技術では、アルミベース基板の銅の配線パターンで形成される一対の電極パッドに実装されるＬＥＤデバイスで発生する熱は、電極パッドから絶縁層を通ってアルミ板に伝わるので、熱伝導率の悪い絶縁層がネックとなっている。

特開２００４−１４６４１１号公報

大電流を流すＬＥＤチップを実装して、ＬＥＤデバイスにするための半導体用基板として、上述の特許文献１の一体化基板は、銅の導電部材にＡｇペーストを介して直接ダイスボンドされるので、放熱性は（銅とＡｇペーストの熱伝導率は３９１Ｗ/ｍＫと９５Ｗ／ｍＫ）極めて良くなるし、コストも安くなるが、フリップチップタイプのＬＥＤチップには使えないといった問題がある。

また、大電流を流すＬＥＤデバイスを実装する半導体用（配線）基板として使用されている上述のアルミベース基板は、絶縁層の熱伝導率（５Ｗ／ｍＫ）がネックとなり、アルミの極めて良い熱伝導率が充分に生かされていないといった問題がある。

本発明の目的は、メタルの極めて良好な熱伝導率を有効に生かし、フリップチップタイプのＬＥＤチップ、ワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップ、及びＬＥＤデバイス、更にはＬＥＤに限らず半導体チップや半導体デバイスなど、すべての半導体部品に発生する熱を、有効に放熱できる半導体用基板および半導体基板へのチップの実装方法を提供することである。

本発明の半導体用基板は、半導体チップまたは半導体デバイスを実装するための電極パッドが、複数個形成された電極パッド領域と、該電極パッド領域を取り囲む枠領域とから成る厚さｔの板状メタルフレームであって、前記電極パッド領域内の一方向に隣接する電極パッド間、および前記電極パッド領域と枠領域の間は、厚さｔより薄い連結メタル部で連結されており、前記電極パッドの２つの主面を露出して、前記電極パッド領域の空間部に熱硬化性樹脂が充填され、該熱硬化性樹脂は、前記一方向と直交する直交方向に隣接する電極パッド間を連結するとともに、前記電極パッドの２つの主面とほぼ面一になるように、前記電極パッド領域内の空間部を略満たすように形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、厚さｔのメタル（例えば銅）フレームで電極パッドを形成し、電極パッドの２つの主面は露出され、前記直交方向の２つの電極パッド間は、前記２つの主面と面一の熱硬化性樹脂で絶縁されているので、この２つの電極パッド間を、たとえばフリップチップタイプのＬＥＤチップのｐ電極およびｎ電極が、実装可能な距離に設定すれば、該フリップチップタイプのＬＥＤチップが実装可能になる。勿論、ワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップであっても、一方の電極パッドをダイスボンドパッドに、他方の電極パッドをワイヤーボンディングパッドにすればよい。ただし、銅フレームの表面には、実装方法に適したメッキが施されている必要がある。そして露出された電極パッドの２つの主面のうち、一方の主面にＬＥＤチップを実装すれば、他方の主面を外部基板への電極端子面とすることにより、ＬＥＤチップで発生する熱は、熱伝導率の極めて良好な銅を介して、効率良く外部基板に放熱することができるようになる。

さらに、隣接する電極パッドは、前記一方向は厚さｔより薄い、たとえば矩形状の銅の連結メタル部で連結され、前記直交方向は熱硬化性樹脂で連結されているため、前記２つの電極パッドが一つのＬＥＤデバイスになる場合、その分離、個別化は、ダイシングにより効率良く行うことができる。その理由は、銅の連結メタル部は、ｔより薄い矩形状であるため、連結メタル部の周囲は、熱硬化性樹脂で囲まれている。そのため、銅単独ではダイシングによる切断が困難であっても、熱硬化性樹脂によるドレッシング効果があるため、銅の切断が容易にできるようになるのである。

また、ＬＥＤデバイスを実装する半導体用（配線）基板の場合、複数の電極パッドと、電極パッドを前記一方向に連結する連結メタル部と、電極パッドを前記直交方向に連結する熱硬化性樹脂とで、配線パターンを形成することにより、銅の極めて良好な熱伝導率を有効に生かした放熱性の良い配線基板ができる。

そして、本発明の半導体用基板では、前記電極パッド領域の前記直交方向に隣接する電極パッド間も、部分的に、厚みｔより薄い連結メタル部で連結されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、エッチング等の方法により、前記電極パッド領域と前記枠領域とが形成された、厚さｔの前記板状メタルフレームにおいて、複数個形成される前記電極パッドは、前記一方向のみ、厚さｔより薄い矩形状の連結メタル部でしか、連結されていないので、前記熱硬化性樹脂を充填するまでの間は、直交方向に歪みやすい形状となっている。そこで、部分的に、前記直交方向にも連結メタル部で連結することにより、それを補強することができる。ただし、前記直交方向に連結メタル部で連結すると、連結された電極パッド間は導通するので、それを考慮した設計にするか、枠領域の一部とみなす必要がある。

前記一方向、および部分的に形成する前記直交方向の連結メタル部の厚みを、ｔより薄くする理由は、後述する半導体用基板の製造方法から来る理由と、ドレッシング効果が有効に働き、銅をダイサーで分離できる構造にするために、重要なテクニックである。

また、本発明の半導体用基板では、前記半導体チップは、一対のｐ電極およびｎ電極を、略面一な面に持つフリップチップタイプのＬＥＤチップで、前記電極パッド領域では、前記熱硬化性樹脂である熱硬化性白樹脂で連結された該ＬＥＤチップの一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドが、行列状に複数個形成され、前記ｐ電極パッドおよびｎ電極パッドの２つの主面のうち、一方の主面が前記ＬＥＤチップを実装する際の実装面となり、他方の主面が外部基板に実装する際の電極端子面となることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記電極パッド領域の電極パッドが、フリップチップタイプのＬＥＤチップの一対の電極と対応しているので、フリップチップタイプのＬＥＤチップが実装可能となり、また、一対の電極パッドが行列状に複数個、熱硬化性白樹脂と連結メタル部で連結されているので、ダイサーで容易に分離可能で、メタル（たとえば銅）の極めて良好な熱伝導率の電極パッドを持つＬＥＤデバイスが、複数個、容易に作成できる。

また、本発明の半導体用基板では、前記半導体デバイスは、一対のｐ電極端子およびｎ電極端子を持つＬＥＤデバイスで、前記電極パッド領域は、複数の前記電極パッドと、前記一方向の連結メタル部と、前記直交方向の前記熱硬化性樹脂である熱硬化性白樹脂とで、配線パターンが形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記直交方向に隣接する電極パッド間は、絶縁性の熱硬化性白樹脂で連結されているので、絶縁が保たれているため、ＬＥＤデバイスの直列接続ができ、前記一方向に隣接する電極パッド間は、前記連結メタル部を切らなければ導通状態で、ＬＥＤデバイスの並列接続が可能で、切れば絶縁状態となる。従って、前記連結メタル部を選択的に切ることによって、効率の良い配線パターンを実現することができる。さらに、銅の極めて良好な熱伝導率を有効に生かした放熱性の良い配線基板ができる。

また、本発明の半導体用基板では、前記一対の電極パッドの断面形状は凸状で、前記実装面の面積は、前記フリップチップタイプのＬＥＤチップの電極面と略同じ広さで、前記電極端子面の面積より狭く、前記実装面の周囲は前記熱硬化性白樹脂で被覆されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記フリップチップタイプのＬＥＤチップを半田で実装する場合、前記実装面の面積が広いと、半田溶融時にＬＥＤチップが動き、良好な電気的接続ができないといった問題が発生し易い。したがって、前記実装面をＬＥＤチップの電極面とほぼ同じ広さにし、周囲は溶融半田が広がりにくい前記熱硬化性白樹脂で被覆されている方が好ましい。また、前記電極パッドの表面は、半田がなじみ易いＡｕやＡｇやＳｎメッキがなされているが、酸化チタン粉末を混合した熱硬化性白樹脂で被覆した方が、安定的で反射率の良好な面となる。

また、本発明の半導体用基板では、前記板状メタルフレームの材質は、銅またはアルミからなり、厚さｔは、０．１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記の構成によれば、メタルとして熱伝導率が良好で、コストが安い材料としては、銅とアルミが適している。銅の熱伝導率は、３９１Ｗ／ｍＫ、アルミは、２２２Ｗ／ｍＫで、銅が最適である。厚さは、電極パッド間の間隔により制限され、ファインパターンはフォトリソのエッチング法で形成されるが、板状銅フレームの余分な部分を除いて、前記電極パッド領域および前記枠領域を形成する場合、電極パッド間の最小間隔は板厚ｔと同程度である。従って、板厚が０．１ｍｍの場合、電極パッド間の最小間隔は、０．１ｍｍである。これを考慮すると、３Ｗ級のＬＥＤチップ用の前記銅フレームの厚さは、０．２ｍｍ程度が最適で、３Ｗ級のＬＥＤデバイス用に前記銅フレームの厚さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。また、連結メタル部を、板厚ｔより薄くしつつ、形状を保つためには、板厚ｔは、０．１ｍｍ以上が好ましい。

また、本発明の半導体用基板では、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂に、酸化チタン粉末を混合した熱硬化性白樹脂であることを特徴とする。

上記の構成によれば、熱による変色が少なく、電極パッドを保持する硬さおよび密着性を持ち、そりが発生しない。また、青色ＬＥＤの光で発生する光触媒の性質をコーティングやシロキサン処理で抑えた、反射率が良い酸化チタン粉末を、エポキシ樹脂やシリコン樹脂に混合し、熱硬化性白樹脂にすることにより、反射率も良くなる。

また、本発明の半導体用基板では、前記枠領域に、位置合わせ用のＡ孔が２か所以上形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記位置合わせ用のＡ孔に嵌合するピンを、２か所以上立てた位置合わせ板等の治具を用いて、前記半導体用基板上へのＬＥＤチップの実装や、ＬＥＤデバイスを製造するときの位置合わせに活用できる。

好ましくは、前記の半導体用基板の製造方法であって、前記板状メタルフレームの２つの主面うち、一方の主面上に前記電極パッド領域と通気するための通気孔の形成された耐熱性プラスチックシートを、他方の主面上に前記通気孔のない耐熱性プラスチックシートを貼り付けるＡ１工程と、前記通気孔の経路で、前記板状メタルフレームの前記電極パッド領域の空間部分から空気を抜き取るＡ２工程と、前記通気孔の経路で、前記板状メタルフレームの前記電極パッド領域の空間部分に、大気圧を利用して熱硬化性樹脂を充填するＡ３工程と、充填した熱硬化性樹脂を熱で硬化させ、耐熱性プラスチックシートを剥がすＡ４工程と、から成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、簡単な設備で容易に、本発明の半導体用基板を製造することができる。つまり、前記板状メタルフレームの枠領域と、該板状メタルフレームの２つの主面上に貼られた耐熱プラスチックシートで、前記通気孔を除いて、前記電極パッド領域が密封される（Ａ１工程）。そして、前記通気孔から前記熱硬化性樹脂が通る経路で、ロータリーポンプを用いて、密封された前記電極パッド領域内の空間部分から空気を抜いていく（Ａ２工程）。この状態で約１０〜２０分間程度空気を抜く。その後、ロータリーポンプ側のバルブを閉め、大気圧に徐々に戻していく。この過程で、大気圧で、前記熱硬化性樹脂が前記電極パッド領域の空間部分に充填されていく（Ａ３工程）。次に、たとえば１５０℃、１時間の条件で、充填された熱硬化性樹脂を硬化させ、最後に、耐熱性プラスチックシートを剥がして半導体用基板を完成させる（Ａ４工程）。

また好ましくは、前記Ａ４工程の後に、前記電極パッド領域の、前記一方向に隣接する電極パッド間を連結する前記連結メタル部を、選択的にダイサーにより切断し、配線パターンを形成するＣ１工程を加えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記電極パッド領域の前記一方向に隣接する電極パッドを連結している連結メタル部を、選択的にダイサーで切ることにより、複数の前記電極パッドと、切断されない前記一方向の連結メタル部と、前記電極パッドを前記直交方向に連結する前記熱硬化性樹脂とで、効率の良い配線パターンを形成することができる。

また、本発明の半導体用基板上へのＬＥＤチップの実装方法は、前記の半導体用基板にＬＥＤチップを実装する方法であって、前記電極パッド領域に、一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドが行列状に複数個形成され、前記枠領域に、位置合わせ用のＡ孔が、２か所以上形成されている前記半導体用基板を用いて、前記一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッド上に、半田ペーストを塗布するＢ１工程と、前記ＬＥＤチップとして四角錐台状ＬＥＤチップを用いて、該四角錐台状ＬＥＤチップの上面より大きく、底面より小さい矩形状孔が、前記一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドと同じピッチで、行列状に複数個形成された矩形状孔と、前記半導体用基板の位置合わせ用のＡ孔とほぼ同じ位置に、ほぼ同じサイズで、２か所以上のＢ孔とが、形成されたメタルマスクを用い、前記四角錐台状ＬＥＤチップを、上面から該メタルマスクの矩形状孔に挿入し、そのＬＥＤチップの上面を粘着テープで仮固定し、行列状に整列させるＢ２工程と、前記位置合わせ用のＡ孔およびＢ孔に嵌合するピンを、２か所以上立てた位置合わせ治具を用いて、前記半導体用基板の半田ペーストを塗布した前記一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドのパッド面と、前記メタルマスクに整列された前記四角錐台状ＬＥＤチップのｐ電極面およびｎ電極面とが、それぞれ対峙するように、前記ピンに、前記位置合わせ用のＡ孔およびＢ孔を通して重ねるＢ３工程と、前記粘着テープを剥がして、前記半導体用基板の半田ペーストを塗布した複数の電極パッド面上に、複数の前記四角錐台状ＬＥＤチップを一括して置くＢ４工程と、熱を加え、前記半田ペーストを溶かすことにより、前記半導体用基板に置かれた前記四角錐すい台状ＬＥＤチップを、電気的に接続するＢ５工程と、から成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＬＥＤチップの四角錐台の形状を利用して、簡単な治工具、すなわち、Ａ孔およびＢ孔に嵌合するピンを２か所以上立てた位置合わせ治具と、前記矩形状孔と前記Ｂ孔を持つメタルマスクとを用いて、ファインパターンの電極を持つＬＥＤチップを一括して前記半導体基板に実装することができる。

本発明の半導体用基板および半導体基板へのチップの実装方法は、以上のように、メタルの極めて良好な熱伝導率を有効に生かし、フリップチップタイプのＬＥＤチップやワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップ、更にはＬＥＤに限らずダイオードなどの半導体チップなどを実装し、半導体デバイスを製造するときの放熱性の良い基板となる。その際、ダイサーにより半導体デバイスを効率良く製造することができる。

また、本発明の半導体用基板は、半導体デバイス（特にＬＥＤデバイス）を実装するための、放熱性の良好な配線基板とすることができる。その際、ダイサーにより効率の良い配線パターンを形成できる。

本発明の半導体用基板に用いる板状メタルフレームの全体図の（ａ）平面図と（ｂ）Ｖ−Ｖの断面図である。 本発明の半導体用基板の部分図である。 本発明の半導体用基板に半導体チップを実装した部分図である。 本発明の半導体用基板に用いる板状メタルフレームの部分図の（ａ）平面図と（ｂ）Ｗ−Ｗの断面図である。 本発明の半導体用基板の部分図である。 本発明の半導体用基板にＬＥＤチップを実装した部分図である。 本発明の半導体用基板の部分図の（ａ）平面図と（ｂ）Ｘ−Ｘの断面図である。 本発明の半導体用基板に用いる板状メタルフレームの全体図である。 本発明の半導体用基板に用いる板状メタルフレームの部分図である。 本発明の半導体用基板の部分図で、（ａ）ダイシング前の平面図と（ｂ）ダイシング後の平面図である。 本発明の半導体用基板にＬＥＤデバイスを実装した（ａ）平面図と（ｂ）回路図である。 本発明の半導体用基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の半導体用基板にＬＥＤチップを実装する方法を説明するための図である。 従来の半導体用基板の斜視図である。

以下、本発明の半導体用基板の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（実施例１）
まず、本発明の半導体用基板に使用する板状メタルフレームの概略図を図１に示す。

（ａ）が平面図で、（ｂ）がＶ−Ｖの断面図である。

この板状メタルフレームは、ＪＩＳ規格 Ｈ３１００ Ｃ１１００Ｐの銅板材の板厚ｔが０．２ｍｍのものを使用した銅フレーム１である。フォトリソとエッチングにより、パターンが形成されている。電極パッド４が行列状に複数個形成されている電極パッド領域２と、この電極パッド領域２を取り囲む枠領域３とから成り、電極パッド４と枠領域３の厚さは板厚と同じ０．２ｍｍである。横方向に隣接する電極パッド４間は、厚さが０．１ｍｍの矩形状の連結メタル部５で連結されている。枠領域３には、位置合わせのためのＡ孔６が、２か所あけられている。孔の直径は３ｍｍ程度である。一方のＡ孔を長穴にしてもよい。電極パッド領域２と枠領域３との間も、横方向に連結メタル部５で連結されている。

この銅フレーム１の前記電極パッド領域２の空間部分に、熱硬化性白樹脂８を充填する。その製造方法を、図１２の（ａ）〜（ｆ）に記載の図に従って説明する。

まず、図１２（ａ）は、フォトリソとエッチングにより、余分な部分を除いてパターンを形成した図１に示す銅フレーム１を準備する。

次に、図１２（ｂ）は、銅フレーム１の２つの主面の上面に、前記電極パッド領域２に通じる通気孔７１を持つ耐熱性プラスチックシート７２ａを、孔位置が前記電極パッド領域２と通気できる位置に貼り付ける。図８の切欠き５３のように、枠領域３に、専用口を形成していてもよい。さらに、２つの主面の底面に、通気孔のない耐熱性プラスチックシート７２ｂを貼り付ける。これにより、前記電極パッド領域２の空間部分は、通気孔７１を除いて、密封された状態になる。

次に、図１２（ｃ）のように、耐熱性プラスチックシート７２ａ上の通気孔７１上に、前記通気孔７１とほぼ同じサイズの孔をあけた両面テープを、孔位置を合わせて貼り付け、その上に、ほぼ同じサイズの孔を底面にあけ、上面が全面開放の透明筒状容器７３を、孔位置を合わせて貼り付けセットする。次に、前記透明筒状容器７３に、脱泡した前記熱硬化性白樹脂８を５ｇ程度入れ、樹脂充填ワーク７０を準備する。ここで使用する熱硬化性白樹脂は、シリコン樹脂中に、酸化チタン粉末が重量比で全体量の２０％の量が混合されている。

次に、図１２（ｄ）のように、該樹脂充填ワーク７０を真空チャンバー７５内に入れ、バルブＶ１を開け、Ｖ２を閉じて、ロータリーポンプ（図には、記述していない）によって、真空チャンバー７５内の空気を抜いていく。これで、密封された前記電極パッド領域２内の空間部分の空気が、前記通気孔７１から前記熱硬化性白樹脂８中を通って抜けていく。この状態で約１５分間程度空気を抜く。

次に、図１２（ｅ）のように、ロータリーポンプ側のバルブＶ１を閉め、Ｖ２をゆっくり開けて大気圧に徐々に戻していく。この過程で、大気圧で、前記熱硬化性白樹脂８が前記電極パッド領域２の空間部分に充填されていく。

次に、図１２（ｆ）のように、透明筒状容器７３を外して、前記ワーク７０を１５０℃、１時間の条件で、充填された熱硬化性白樹脂８を硬化させ、最後に、耐熱性プラスチックシート７２ａ，７２ｂを剥がして半導体用基板を完成させる。

上記方法で、製造された半導体用基板１０の部分図を図２に示す。前記電極パッド領域２の空間部分が、熱硬化性白樹脂８で満たされている。連結メタル部５は、厚さが薄いので、その上に熱硬化性白樹脂８が載り、電極パッド４と面一の高さになっている。

また、この図には、一部の電極パッド４間で、縦方向に隣接するもの同士を連結する連結メタル部７も記載されている。これは、銅フレーム１に複数個形成される前記電極パッド４は、横方向のみ、厚さｔより薄い矩形状の連結メタル部５でしか連結されていないので、前記熱硬化性白樹脂８を充填するまでの間は、縦方向に歪み易い形状となっているためである。部分的に、縦方向にも連結メタル部７で連結することにより、それを補強することができる。ただし、縦方向に連結メタル部７で連結すると、連結された電極パッド４間は導通するので、デバイスには使用できなくなる。

また、連結メタル部５や７を、板厚ｔより薄くする理由は、前記図１２の（ｂ）で、密封された電極パッド領域２の空間部分を、１つの空間領域にするために重要な要素で、空間が分離されないので、熱硬化性白樹脂８が隅々まで充填されるのである。

次に、この半導体用基板１０に、半導体チップ、特にＬＥＤチップを実装する形態について、図３に従って説明する。

図３（ａ）の場合には、電極パッド４の２つの主面は露出され、縦に隣接する２つの電極パッド４間は、前記２つの主面と面一の熱硬化性白樹脂８で絶縁されているので、フリップチップタイプのＬＥＤチップＣ１のｐ電極およびｎ電極が実装可能な距離に、この２つの電極パッド４の間隔を設定すれば、該フリップチップタイプのＬＥＤチップＣ１を実装できる。この図３（ａ）のように、ＬＥＤチップＣ１の中央で、ｐ電極とｎ電極とに分かれたフリップチップタイプのＬＥＤチップＣ１として、Ｇｅｎｅｓｉｓ社のものが使用できる。透明樹脂で封止し、点線Ｄでダイシング分離すれば、銅基板の電極端子を持つＬＥＤデバイスとなる。勿論、ワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップであっても、一方の電極パッドをダイスボンドパッドに、他方の電極パッドをワイヤーボンディングパッドにすれば、実装可能となる。

さらに、図３（ｂ）で示すように、横方向は、連結メタル部５で導通されているので、４つの電極パッド４を用いて、たとえば保護素子のツエナーダイオードＺを備えたＬＥＤデバイスにもできる。

（実施例２）
次の実施例として、フリップチップタイプの四角錐台状ＬＥＤチップを用いて、ＬＥＤデバイスを製造する場合に適した半導体用基板２０について記述する。

図４は、これに用いる板状の銅フレーム３０の部分図を示す。図４（ａ）は平面図で、図４（ｂ）はＷ−Ｗの断面図である。この銅フレーム３０の板厚ｔは、０．２ｍｍ程度である。

この銅フレーム３０の電極パッド領域２の電極パッド３４は、ＬＥＤチップの一対の電極（ｐ電極およびｎ電極）に対応するように形成された、一対の電極パッド（ｐ電極パッドおよびｎ電極パッド）から成る。横方向は連結メタル部５で連結され、縦方向は、短絡するので、対を成す電極パッド間は連結されていないが、隣の電極パッドとの間は連結メタル部７で連結されているため、歪に強い構造である。

図５は、この銅フレーム３０に、熱硬化性白樹脂８が充填された半導体用基板２０である。図５には記載されていないが、枠領域３には、図１と同じように、位置合わせのためのＡ孔６が２か所あけられている。Ａ孔６の直径は、３ｍｍ程度である。この位置合わせＡ孔６と、ＬＥＤチップの四角錐台状の形状を利用して、半導体用基板２０上に、複数の該ＬＥＤチップを一括して実装することが可能である。その実装方法について、図１３の（ａ）〜（ｆ）に記載の概略図に従って説明する。

まず、図１３（ａ）のような、熱硬化性白樹脂８を充填した、図５に示す半導体用基板２０を準備し、前記一対の電極パッド（ｐ電極パッドおよびｎ電極パッド）３４の実装面３４ａ上に、半田ペースト８１を塗布する。

次に、図１３（ｂ）のように、四角錐台状のＬＥＤチップＣ２の、上面（光放射面）より大きく底面（電極面）より小さい矩形状孔８３が、前記一対の電極パッド３４と同じピッチで、行列状に複数個形成され、前記半導体用基板２０の位置合わせ用のＡ孔６とほぼ同じ位置に、ほぼ同じサイズのＢ孔８４が、２か所形成されたメタルマスク８０により、前記四角錐台状のＬＥＤチップＣ２を、上面から前記メタルマスク８０の矩形状孔８３に挿入し、該ＬＥＤチップＣ２の上面を粘着テープ８５で仮固定し、行列状に整列させる。

次に、図１３（ｃ）のように、Ａ孔６およびＢ孔８４に嵌合するピン８６を、２か所立てた位置合わせ治具８７を用いて、該治具８７の抜き板８７ａの上に、前記半導体用基板２０から、一対の電極パッド３４上に塗布された半田ペースト８１側と、前記メタルマスク８０に整列された前記ＬＥＤチップＣ２の電極面（底面）側８２ａとが、ｐ電極パッドとｐ電極、ｎ電極パッドとｎ電極とのように、それぞれ対峙するように、前記ピン８６に、位置合わせ用のＡ孔６とＢ孔８４とを、通して重ねる。

次に、図１３（ｄ）のように、前記粘着テープ８５を剥がして、チップ押さえ治具８８を上から重ねて置き、ＬＥＤチップＣ２を該治具８８の自重で押さえる。

次に、図１３（ｅ）のように、チップ押さえ治具８８で、ＬＥＤチップＣ２を押さえた状態で、前記メタルマスク８０を少し持ち上げて、メタルマスク８０をＬＥＤチップＣ２から離し、さらに、メタルマスク８０をチップ押さえ治具８８と共に上にあげて、前記半導体用基板２０の半田ペースト８１が塗布された複数の電極パッドの実装面３４ａ上に、複数の前記四角錐台状のＬＥＤチップＣ２を一括して置く。

次に、図１３（ｆ）で示すように、抜き板８７ａと一緒に、ＬＥＤチップＣ２が載った前記半導体用基板２０を取出し、リフロー炉で熱を加え、前記半田ペースト８１を溶かすことにより、前記半導体用基板２０に置かれた前記四角錐台状のＬＥＤチップＣ２を、電気的に接続する。

この実装方法が可能になる最大の理由は、フォトリソとエッチングとで高精度に製作された銅フレーム３０の電極パッド３４の配列ピッチが、熱硬化性白樹脂８の充填、硬化で、図５に示す半導体用基板２０とした場合、その配列ピッチがほとんど変わらないことである。このためには、熱硬化性白樹脂８として、弾力性のあるシリコン樹脂を用いることが好ましい。反りの生じない品種のエポキシ樹脂でも使用可能である。

上記方法で、ＬＥＤチップＣ２が実装された半導体用基板２０の部分図を図６に示す。ｐ，ｎの一対の電極パッド３４間は、熱硬化性白樹脂８で絶縁されている。このようなフリップチップタイプの四角錐台状のＬＥＤチップＣ２としては、たとえばＣｒｅｅ社のものが使用できる。透明樹脂で封止し、点線Ｄでダイシング分離すれば、銅基板の電極端子を持つＬＥＤデバイスとなる。

また、ＬＥＤチップＣ２を実装して、リフローするときに、半田ペーストが適切でないと、溶融した半田の表面張力によりＬＥＤチップＣ２が移動し（ズレて）、実装不良を起こすことがある。それを防ぐために、図７で示すように、一対の電極パッド４４の断面形状を凸状にして、電極端子面４４ｂの面積より、ＬＥＤチップの実装面４４ａの面積を狭くし、ＬＥＤチップＣ２の電極面の面積とほぼ同じか、わずかに広くし、その周囲は熱硬化性白樹脂８で被覆するとよい。また、この構造は、熱硬化性白樹脂８に反射率の良い酸化チタンを混合した白樹脂を用いれば、ＬＥＤデバイスにした場合、輝度を向上することができ、好適である。

（実施例３）
次の実施例として、ＬＥＤデバイスを実装する配線基板に適した、半導体用基板５２について記述する。

図８は、これに用いる板状の銅フレーム５０の全体を示す概略図で、部分領域５１は、図９の部分図で詳細に記述されている。部分領域５１は、単位銅フレーム５１と記する。つまり、１つのＬＥＤ照明用（ＬＥＤランプなど）に使用される単位の銅フレームである。

板状の銅フレーム５０の板厚ｔは、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍのものを使用する。放熱的には厚めの方が良好であるが、ＬＥＤデバイスのサイズにより制限される。

図８に示すように、前記電極パッド領域２に、単位銅フレーム５１が行列状に複数個形成されている。前記電極パッド領域２を縦に分割する分割メタル部５７も、縦の連結メタル部７の一種で、板厚ｔより薄い矩形状である。

図９に示すように、単位銅フレーム５１は、サイズの異なる複数の電極パッド５４から成る。横の連結メタル部５５もサイズの異なるものがあり、幅広の連結メタル部５５ａは、配線パターンを構成する要素の１つとなる。

図１０の（ａ）は、単位銅フレーム５１に、熱硬化性白樹脂８が充填された、配線基板５２である。前記１つのＬＥＤ照明用に部分領域５１を切離すと、細い横の連結メタル部５５は、すべて（図には６３個が示されている）ダイサーにより切断され、幅広の連結メタル部５５ａは（図には８個が示されている）連結されたままとなる。ダイサーで選択的に切断し易いように、これらの連結メタル部５５，５５ａは、配置されている。図１０（ｂ）は、ダイシングにより、細い連結メタル部５５を切断した後の配線基板５２で、該配線基板５２の周囲は、横の連結メタル部５５と熱硬化性白樹脂８ともども、ダイサーでフルカットしているが、該配線基板５２の中にある横の連結メタル部５５は、これは図示されていないが、図面の裏側からダイサーでハーフカットすることにより、連結メタル部５５を切断している。

図１１の（ａ）は、前記の配線基板５２に、ＬＥＤデバイスＬを２０個実装したものである。この図１１の（ａ）の配線パターンから、図１１（ｂ）に示すように、１０個のＬＥＤデバイスＬが、直列に接続された回路が、２回路入った回路になっている。この配線基板５２は、０．３〜０．５ｍｍの厚さの銅の前記電極パッドと、それらを電気的に絶縁しつつ、機械的に連結する熱硬化性白樹脂８と、前記電極パッドを導通的に連結する連結メタル部とで構成されている。そのため、ＬＥＤデバイスＬで発生した熱は、熱伝導の優れた銅の電極パッドに伝わり、下方に流れ易い構造になっているので、この配線基板５２の下に放熱板を配置すれば、ＬＥＤデバイスＬを中央に集中して配置でき、多重影のできない点光源のＬＥＤランプに最適である。

１，３０，５０ 板状の銅（メタル）フレーム
１０，２０，４０ 半導体用基板
２ 電極パッド領域
３ 枠領域
３４，４４ 一対の電極パッド
３４ａ 実装面
４，５４ 電極パッド
５，５５ 連結メタル部
５１ 単位銅フレーム
５２ 配線基板
５３ 切欠き
５７ 分割メタル部
６ Ａ孔
７ 縦の連結メタル部
７０ 樹脂充填ワーク
７１ 通気孔
７２ａ，７２ｂ 耐熱性プラスチックシート
７３ 透明筒状容器
７５ 真空チャンバー
８ 熱硬化性白樹脂
８０ メタルマスク
８１ 半田ペースト
８２ａ 電極面
８３ 矩形状孔
８４ Ｂ孔
８５ 粘着テープ
８６ ピン
８７ 位置合わせ治具
８７ａ 抜き板
８８ チップ押さえ治具
Ｃ１，Ｃ２ ＬＥＤチップ
Ｄ ダイシングライン
Ｚ ツエナーダイオード
Ｌ ＬＥＤデバイス

Claims (7)

1. 半導体チップまたは半導体デバイスを実装するための電極パッドが、複数個形成された電極パッド領域と、該電極パッド領域を取り囲む枠領域とから成る厚さｔの板状メタルフレームであって、前記電極パッド領域内の一方向に隣接する電極パッド間、および前記電極パッド領域と枠領域の間は、厚さｔより薄い連結メタル部で連結されており、
   前記電極パッドの２つの主面を露出して、前記電極パッド領域の空間部に熱硬化性樹脂が充填され、該熱硬化性樹脂は、前記一方向と直交する直交方向に隣接する電極パッド間を連結するとともに、前記電極パッドの２つの主面とほぼ面一になるように、前記電極パッド領域内の空間部を略満たすように形成されていることを特徴とする半導体用基板。
2. 前記電極パッド領域の前記直交方向に隣接する電極パッド間も、部分的に、厚みｔより薄い連結メタル部で連結されていることを特徴とする請求項１記載の半導体用基板。
3. 前記半導体チップは、一対のｐ電極およびｎ電極を、略面一な面に持つフリップチップタイプのＬＥＤチップで、
   前記電極パッド領域では、前記熱硬化性樹脂である熱硬化性白樹脂で連結された該ＬＥＤチップの一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドが、行列状に複数個形成され、
   前記ｐ電極パッドおよびｎ電極パッドの２つの主面のうち、一方の主面が前記ＬＥＤチップを実装する際の実装面となり、他方の主面が外部基板に実装する際の電極端子面となることを特徴とする請求項１または２記載の半導体用基板。
4. 前記板状メタルフレームの材質は、銅またはアルミからなり、厚さｔは、０．１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体用基板。
5. 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂に、酸化チタン粉末を混合した熱硬化性白樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体用基板。
6. 前記枠領域に、位置合わせ用のＡ孔が２か所以上形成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体用基板。
7. 前記請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体用基板にＬＥＤチップを実装する方法であって、
   前記電極パッド領域に、一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドが行列状に複数個形成され、前記枠領域に、位置合わせ用のＡ孔が、２か所以上形成されている前記半導体用基板を用いて、前記一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッド上に、半田ペーストを塗布するＢ１工程と、
   前記ＬＥＤチップとして四角錐台状ＬＥＤチップを用いて、該四角錐台状ＬＥＤチップの上面より大きく、底面より小さい矩形状孔が、前記一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドと同じピッチで、行列状に複数個形成された矩形状孔と、前記半導体用基板の位置合わせ用のＡ孔とほぼ同じ位置に、ほぼ同じサイズで、２か所以上のＢ孔とが、形成されたメタルマスクを用い、前記四角錐台状ＬＥＤチップを、上面から該メタルマスクの矩形状孔に挿入し、そのＬＥＤチップの上面を粘着テープで仮固定し、行列状に整列させるＢ２工程と、
   前記位置合わせ用のＡ孔およびＢ孔に嵌合するピンを、２か所以上立てた位置合わせ治具を用いて、前記半導体用基板の半田ペーストを塗布した前記一対のｐ電極パッドおよびｎ電極パッドのパッド面と、前記メタルマスクに整列された前記四角錐台状ＬＥＤチップのｐ電極面およびｎ電極面とが、それぞれ対峙するように、前記ピンに、前記位置合わせ用のＡ孔およびＢ孔を通して重ねるＢ３工程と、
   前記粘着テープを剥がして、前記半導体用基板の半田ペーストを塗布した複数の電極パッド面上に、複数の前記四角錐台状ＬＥＤチップを一括して置くＢ４工程と、
   熱を加え、前記半田ペーストを溶かすことにより、前記半導体用基板に置かれた前記四角錐すい台状ＬＥＤチップを、電気的に接続するＢ５工程と、から成ることを特徴とする半導体用基板上へのＬＥＤチップの実装方法。

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