JP2018152465A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体素子が実装された配線基板あるいはサブマウントを高精度に、かつ、短時間で放熱基板に実装するための半導体モジュールを提供すること。【解決手段】半導体素子１と電気的に接続された配線基板２と放熱基板３を接合材４を用いて実装する半導体モジュール１００において、配線基板を放熱基板に固定する支持材５を備えて配線基板を仮止めする。支持材５は、放熱基板のダイパッド領域部９の周辺領域の一部に形成され、配線基板の第２面のスリットの外側の周辺領域の一部と接触することで、配線基板を放熱基板に固定する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体モジュールに関する。

近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）は消費電力が低く、白熱電球又は蛍光灯に置き換わる光学素子として広く普及しつつある。このような半導体素子を実装する半導体パッケージは搭載する筐体セットの小型化要求又は電気的及び光学的な設計容易性から、半導体素子若しくは半導体パッケージとは別に周辺部品を搭載したモジュール化へ移行しつつある。
そのような中、半導体モジュールは、半導体素子の高出力化に伴い、高い放熱性を備えることが重要になってきており、熱伝導性の高い接合材料又は放熱性の高い配線基板又は金属基板を用いた半導体モジュールが開発されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２０１２−１０９５２１号公報 特開２０１３−１０５９２９号公報

しかしながら、前記構成では、半導体素子が実装された配線基板あるいはサブマウントを、放熱基板にマウント及び接合する際に、ＸＹ方向の搭載精度確保及びＺ方向の高さの制御が困難である。光学素子等に要求される搭載精度（高さ、傾き、及びあおり等）を満足するには、搭載用ヘッドツールでのサブマウントの保持時間を長く確保する必要があるため、短時間で実装することは難しくなる。
そこで、本発明は、前記課題に鑑みて、半導体素子が実装された配線基板あるいはサブマウントを高精度に、かつ、短時間で放熱基板に実装するための半導体モジュールを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一つの態様に係る半導体モジュールは、半導体素子と、
前記半導体素子を第１面に搭載し、前記半導体素子を電気的に接続されるとともに、前記第１面の反対側の第２面に形成された、少なくとも一つ以上のスリットを有する配線基板と、
前記配線基板における前記第２面と対面するように、前記配線基板を搭載した放熱基板と、
前記放熱基板のダイパッド領域部上に形成され、前記配線基板と前記放熱基板との間に介在して前記配線基板と前記放熱基板とを接合する接合材と、
前記放熱基板上における前記ダイパッド領域部の周辺領域の一部に形成され、前記配線基板の前記第２面の前記スリットの外側の周辺領域の一部と接触することで、前記配線基板を前記放熱基板に固定する支持材とを備える。

前記態様における半導体モジュールによれば、放熱基板のダイパッド領域部の周辺領域の一部に形成され、配線基板の第２面のスリットの外側の周辺領域の一部と接触することで、配線基板を放熱基板に固定する支持材を備えることで、半導体素子が実装された配線基板あるいはサブマウントを高精度に、かつ短時間で放熱基板に実装することができる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの構成を示す概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの配線基板の電極パターンを示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの第１変形例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の１つ目のバリエーションの構成を模式的に示す拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の１つ目のバリエーションの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の２つ目のバリエーションの構成を模式的に示す拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の２つ目のバリエーションの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の放熱基板の接合部の１つ目のバリエーションの構成を模式的に示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の放熱基板の接合部の２つ目のバリエーションの構成を模式的に示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 従来技術に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 従来技術に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 従来技術に係る半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 従来技術に係る半導体モジュールの第１例を示す断面図である。 従来技術に係る半導体モジュールの第２例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明における第１実施形態を詳細に説明する。

（本発明の基礎となった知見）
従来技術の半導体モジュールの第１例を図８に示す。図８に示す半導体モジュール２００では、ＬＥＤパッケージ基板２０１にＬＥＤチップ２０２が実装されてＬＥＤパッケージ２０３を構成している。さらに、ＬＥＤパッケージ２０３は配線基板２０４に実装されている。ＬＥＤパッケージ２０３の直下は、半田接続あるいは高熱伝導性の接着材２０５で放熱板２０６に接合されている。

また、従来技術の半導体モジュールの第２例を図９に示す。図９に示す半導体モジュール３００では、各ＬＥＤ素子３２３は、実装された配線基板を含めた実装構造体であるサブマウント３２２を介して、放熱基板３２１の正極ランド３２４ａと負極ランド３２４ｂとに電気接続され、サブマウント３２２は放熱基板３２１の上面にマウントされている。

しかしながら、前記構成では、ＬＥＤ素子３２３が実装された配線基板あるいはサブマウント３２２を放熱基板３２１にマウント又は接合する際に、ＸＹ方向の搭載精度確保及びＺ方向の高さの制御が困難となる。具体的に、以下に説明する。

複数の半導体素子が搭載され、それらを実装する配線基板あるいはサブマウント、さらに、配線基板を搭載する放熱基板を有する半導体モジュールでは、半導体素子の光学位置を基準に光学中心を定める。一方で、半導体モジュールを筐体に実装する際には、放熱基板の基準穴を基準にする。従って、半導体モジュールにおいては、光学中心と放熱基板の基準位置とに対する実装精度の要求が厳しい。その結果、配線基板あるいはサブマウントの放熱基板との接合には、高精度な位置合わせが要求される。

前記の従来構成において、例えば特許文献２に記載のサブマウント実装方法では、まず、放熱基板３２１を加熱した後に、放熱基板３２１上に接合材（ダイボンド材）を搭載し、温度上昇させて接合材を溶融する。その後、サブマウント３２２を搭載用ヘッドツールでピックアップして接合材の上に搭載する。このとき、ＸＹ方向の精度又はＺ方向の高さを確保するために、搭載用ヘッドツールでサブマウント３２２を掴んだままで所定の位置に配置する。続けて、サブマウント３２２を接合材と接合しかつ保持して、冷却させて凝固させる。ここで、搭載用ヘッドツールでサブマウント３２２を保持せずに離すと、搭載精度又は高さばらつきの制御ができなくなる。

一般的に用いられるＣｕ等の金属性基板の放熱基板は、熱容量が高く、昇温時及び冷却時において目的の温度にするために非常に時間がかかり、実装の工程タクトが長くなる。加えて、搭載用ヘッドツールでのサブマウントの保持時間を長く確保しなければ、光学素子等で要求される搭載精度又は高さ、傾き、及びあおり等の要求精度が満足できない。つまり、工程タクトと精度との両立が困難である。

さらに、高温が要求される金属系の接合材では、接合材自体の溶融に必要な温度が高い。そのため、常温からの昇温及び降温の時間が長くなり、工程タクトが長くなる。これにより、前記の課題が顕著になる。

そこで、以下、半導体素子が実装された配線基板あるいはサブマウントを、高精度に、かつ、短時間で放熱基板に実装するための半導体モジュール及びその製造方法について説明する。

以下、適宜、図面を参照しながら、実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、実質的に同一の構成に対して同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、以下で説明する実施形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明又は実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面及び以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するためのものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 また、以下の実施形態に示す断面図では、半導体モジュールに配置された、対向する２つの支持材を通る直線における断面図を示している。

（第１の実施形態）
以下、図１Ａ及び図１Ｂを用いて、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１Ａは、第１の実施形態に係る半導体モジュール１００の構成を模式的に示す概略断面図である。図１Ｂは、第１の実施形態に係る半導体モジュール１００の構成を模式的に示す概略斜視図である。なお、図１Ｂでは、図１Ａに示した半導体素子１、蛍光体６、及び電極８の図示を省略している。

図１Ａ及び図１Ｂに示す半導体モジュール１００は、半導体素子１と、配線基板２と、放熱基板３と、接合材４と、支持材５とを備えている。

配線基板２は、例えば四角形板状であり、半導体素子１をその第１面２ａ上に搭載し、半導体素子１と電気的に接続されるとともに、第１面２ａの反対側の第２面２ｂに形成された、少なくとも一つ以上のスリット７を有する。

放熱基板３は、例えば四角形板状であり、配線基板２の第１面２ａの反対側の第２面２ｂと対向するように、配線基板２を搭載する。

接合材４は、配線基板２と放熱基板３との間でかつ放熱基板３のダイパッド領域部９、例えば四角形状の領域に配置されて、配線基板２と放熱基板３とを接合する。

支持材５は、例えば放熱基板３のダイパッド領域部９の周辺領域の一部、例えば放熱基板３上の配線基板２の４個の角部に対応する４か所の位置に配置されて、配線基板２の第２面２ｂのスリット７の外側の周辺領域の一部と接触することで、放熱基板３上で配線基板２を固定する。

接合材４は、放熱基板３の４個の支持材５の内側を囲うように支持材５を結んだ四角形枠状の接合材規制用の溝１３と、配線基板２の第２面２ｂのスリット７とを重ね合わせた半導体素子１の投影面を覆うように位置している。ここで、溝１３とスリット７との配置に関して、配線基板２のスリット７は、放熱基板３に設けられた溝１３と少なくとも同じ位置、若しくは、溝１３の内側の位置に、設けられている。よって、図２では、配線基板２の第２面２ｂを示しており、スリット７の内側の電極部分が、接合材４が濡れる領域になる。同じく、放熱基板３においては、溝１３の内側の領域が、接合材４が濡れる領域になる。先に述べたように、この接合材４の周囲の例えば４個の角部に支持材５を有している。このとき、図１Ｂの左図に示すように、四角形枠状の溝１３は、四角形状のダイパッド領域部９の４辺の縁に配置されている。

ここで、配線基板２の第２面２ｂのスリット７は、接合材４の横方向の広がりを制御するために設けられている。接合材４の横方向の広がりに対して、放熱基板３の溝１３のみの下側だけの凹部では、上側の配線基板側で、接合材４が横方向に広がってしまうことになるためである。配線基板側のスリット７と放熱基板側の溝１３とを合わせることで、接合材４の横方向へのはみ出しを確実に制御することができる。

溝１３は、接合材４と支持材５との接触を防ぐために設けられている。例えば、支持材５としてＡｕバンプを使用し、接合材４としてＡｕＳｎはんだを使用するとき、接合材４と支持材５とが接触すると、支持材５のＡｕバンプが接合材４に拡散してしまうことになる。このような拡散が起こると、配線基板２を仮固定するための支持材５の強度低下につながり、所望の搭載精度が確保できなくなってしまう。このような不具合を避けるため、溝１３は、支持材５の内側に、かつ、接合材４を囲むように、四角形枠状に配置されている。

一例として、溝１３の幅は１００μｍ、深さは１００μｍとすることができる。このような溝１３ならば、接合材４の厚みの規格値が５０±２０μｍであるとき、接合材４の厚みが３０μｍになっても、配線基板側のスリット７と合わせて、余分な接合材４が支持材５と接触するのを避ける役割を発揮することができる。なお、溝１３が深すぎると、基板の生産タクトの悪化につながるため、溝１３の加工精度を考慮して、溝１３の深さは０．２ｍｍ程度までとする。また、溝１３の幅は、加工精度上の観点から５０μｍ以上でかつ実用上の観点から５００μｍまでの範囲が好ましい。よって、溝１３の幅は５０μｍ〜５００μｍ、深さは１００μｍ〜０．２ｍｍとすることができる。

また、基本的には、溝１３と支持材５とは接触しなければ、互いに接近して配置してもよい。このため、基板の製造工程における溝加工精度が約０．２ｍｍであるとすると、溝１３と支持材５との距離は少なくとも０．２ｍｍ以上とすることが望ましい。もちろん、溝加工精度がさらに向上すれば、溝１３と支持材５とは接触しない範囲で、より狭くすることも可能である。

半導体素子１は、例えば光学素子であり、ＬＥＤ又はレーザ等の発光素子が用いられる。半導体素子１は、配線基板２に搭載され電気的な接続が取られている。半導体素子１を配線基板２に搭載した状態を、サブマウントと総称することがある。

さらに、光学的な特性を確保するために、半導体素子１の表面を蛍光体６が覆っている。半導体素子１からの光は、この蛍光体６を通じて外部へ発光される。

配線基板２には、この半導体素子１が複数個搭載されており、また別の制御用素子を搭載して、発光の仕方又は明るさを制御することもできる。

配線基板２には、半導体素子１からの発熱を放熱させるために高い放熱性が要求される。一方で、配線基板２は、半導体素子１を高精度に実装するため及び信頼性を確保するために、線膨張係数が比較的半導体素子１に近いことが必要である。配線基板２には、例えば、窒化アルミが使われる。但し、放熱性及び線膨張係数の要求が満たされるのであれば、その他のセラミック材料又は樹脂材料で形成された有機基板も使用することができる。

また、配線基板２上には、半導体素子１との接続に用いる電極の他に、後に放熱基板３と電気接続するための電極８も形成されている。

放熱基板３には、一般に銅又はアルミニウムといった金属材料が用いられる。その表面は、配線基板２の第２面２ｂと接続するためのダイパッド領域部９と、配線基板２上の電極８と電気接続するための電極１０とが設けられている。また、完成品の半導体モジュール１００として、光学機器に搭載する際に搭載基準となる１個又は複数個の基準穴１１が形成されている。一般に、この基準穴１１を光学機器側の１個又は複数個の基準穴と一致させて、ネジ止めで半導体モジュール１００を光学機器に固定する。

放熱基板３と配線基板２との間には、支持材５と接合材４とがあり、それらによって放熱基板３と配線基板２とを固定又は接合している。

支持材５としては、樹脂系若しくは金属系の材料が好ましく、例えばエポキシ系の樹脂材料を用いてもよい。なお、支持材５としては、金属系の材料を用いてもよく、例えば金属バンプ等を用いることができる。支持材５は、配線基板２の放熱基板３への搭載過程において、放熱基板３に対して配線基板２を仮固定して配線基板２の搭載精度を維持する目的を有する。支持材５は、放熱基板３の平面において、接合材４を取り囲むように少なくとも３つ以上、図１Ｂでは４個、独立して形成され、配線基板２の第２面２ｂのスリット７の外側の周辺領域の一部と接触可能としている。

接合材４には、一般に高放熱性を有するダイスボンド材として、ＳｎＡｇＣｕ系、又はＡｕＳｎ系のはんだ材料、又はＡｇナノペースト等、金属充填率の高い材料が用いられる。接合材４は、配線基板２と放熱基板３との熱膨張差を吸収して、配線基板２と放熱基板３との接合の信頼性を維持するため、配線基板２と放熱基板３との間の線膨張係数に設定されることが望ましい。例えば、配線基板２として窒化アルミを用いる場合、窒化アルミの線膨張係数は４〜５ｐｐｍ／Ｋであり、放熱基板３としてＣｕを用いる場合、Ｃｕの線膨張係数は１６〜１８ｐｐｍ／Ｋであるため、接合材４の線膨張係数は７〜１４ｐｐｍ／Ｋのものが望ましい。

また、配線基板２と放熱基板３とを接合した後の接合材４の高さは、同じく信頼性と放熱性とのバランスから、２０〜７０μｍの間に設定されることが望ましい。接合材４の材料供給形態として金属ペレットを用いれば、溶融後も高さの維持がしやすくなる。また、接合材４は、半導体素子１の真下に位置していることにより、放熱基板３への放熱が効率良く促進させることができる。

なお、放熱基板３と配線基板２との電気的な接続は、接合材４ではなく、別途、アルミニウム、Ａｕ、あるいはＣｕ等の金属ワイヤで、配線基板２上の電極８と放熱基板上の電極１０とを直接ボンディングして接合すればよい。

その後、図示はしていないが、放熱基板３上に、コネクター部品又はサーミスタ、チップ部品等を搭載して、リフロー等の加熱で一般的なはんだ実装を行い、半導体モジュールを作製する。

このような構成の第１の実施形態に係る半導体モジュール１００の製造時に、配線基板２と放熱基板３とを接合材４で接合する際に、支持材５で、配線基板２の第２面２ｂのスリット７の外側の周辺領域の一部と放熱基板３とが仮固定された状態に維持しておくことができる。これにより、接合温度まで昇温させても、配線基板２と放熱基板３との搭載ずれ又は材料の線膨張率の差によるＺ方向への変位を抑制することができる。さらに、配線基板２に形成されたスリット７と放熱基板３に形成された溝１３とにより、接合材４の広がりを止めることで、接合材４と支持材５との接触を防ぐことで、仮固定強度を維持することができて、搭載精度を確保することができる。また、従来技術のように接合時から冷却時まで搭載用ヘッドツールで配線基板２を長時間保持することが、不要になるため、工程タクトも短くすることができる。

また、図１Ｂの左図に示すように、４つの支持材５は、互いに独立して接合材４を放熱基板３の平面において接合材４を取り囲むようにして放熱基板３上に配置されている。支持材５は少なくとも３つ以上あり、それらが互いに独立して接合材４を放熱基板３の平面において取り囲むように放熱基板３上に配置されている。一例として、図１Ｂでは、支持材５は、放熱基板３上であって、四角形の配線基板２の４つの角部に対応する位置に配置されており、４つの支持材５で四角形の配線基板２の４つの角部を固定支持するようにしている。

ここで、図１Ｂの右図に示すように、４つの支持材５の上に配線基板２を載置する。このとき、少なくとも３つ以上の支持材５により、配線基板２と放熱基板３とを仮固定された状態に維持しておくことができる。

このような構成とすることにより、配線基板２が支持材５を介して放熱基板３に対して平面上で安定して固定されるため、放熱基板３に対する半導体素子１及び配線基板２の傾き及びあおりを抑制することができる。

また、本半導体モジュール構造の特徴は、放熱基板３の配線基板２と対向する面上において、支持材５と接合材４の間に溝１３が形成されていることである。なお、図３の（ａ）に示す半導体モジュール１００においては、溝１３の中に接合材４の一部が埋められている。

また、本半導体モジュール構造のもう一つの特徴は、図２に示すように、配線基板２の放熱基板３に対向する第２面２ｂにおいて、スリット７が、長方形の第２面２ｂの一対の短辺側の端部近傍にそれぞれ形成されていて、放熱基板３を搭載した際に、図１Ａに示すように、溝１３と合わせて、支持材５の内側に接合材４を囲うように放熱基板３のダイパッド電極側（すなわち、ダイパッド領域部９）に形成されている。

このような構成とすることにより、接合材４を溶融して放熱基板３と配線基板２とを接合する際に、接合材４が溶融して外方へ広がる場合でも、配線基板２のスリット７で濡れ拡がりを止め、また放熱基板３において、はみ出し分が溝１３に埋まってそれ以上の外方への広がりを上下で抑制される。よって、接合材４と支持材５との接触を、スリット７と溝１３とにより抑制することができ、仮固定強度を確保することができる。

溝１３の役割は、接合材４と支持材５との接触を防ぐためである。例えば、支持材５としてＡｕバンプを使用し、接合材４としてＡｕＳｎはんだを使用するとき、接合材４と支持材５とが接触すると、支持材５のＡｕバンプが接合材４に拡散してしまうことになる。このような拡散が起こると、配線基板２を仮固定するための支持材５の強度低下につながり、所望の搭載精度を確保できなくなってしまう。

配線基板２に形成されているスリット７の幅寸法は、サイズの制約はないが、放熱基板３の溝１３と同じ位置若しくは溝１３よりも内側に形成することで、放熱基板３の表面に対する接合材４のフィレットの端面形状を直角若しくは鋭角になるように制御する効果もある。

接合材４のフィレットの端面形状は、信頼性に大きく寄与する。もし、フィレットの端面形状を制御しない場合には、フィレットの端面形状にばらつきが生じやすくなり、その結果、信頼性品質においてもばらつきが生じてしまう。再現性良く、安定したフィレットの端面形状を確保するため、前記したように制御している。

なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいて、支持材５を絶縁性樹脂材料で形成した場合には、導電性材料で構成される接合材４との絶縁性を確保できるため、配線基板２と放熱基板３の間での支持材５の位置制約が比較的少ない状態で配線基板２と放熱基板３とを固定することができる。

（第１の実施形態の第１変形例）
図３は、第１の実施形態に係る半導体モジュールの第１変形例の構成を模式的に示す断面図である。

本変形例に係る半導体モジュール１００ａの特徴は、支持材５として、接合材４とは融点の異なる別の金属系の材料を用いることである。

このような構成とすることにより、接合材４も支持材５も共に金属材料となるため、支持材５を介しての配線基板２から放熱基板３への放熱が可能となる。したがって、半導体素子１からの放熱性を高めることができる。さらに、接合材４と支持材５とを融点の異なる別材料で構成することで、融点の低い材料を選択的に加熱溶融して接合することができる。例えば、支持材５は、接合材４よりも融点が高い材料としてもよい。これにより、接合材４を加熱するときに、支持材５が再溶融するのを防止することができる。

（第１の実施形態の第２変形例）
図４Ａ〜図４Ｄは、第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の二つのバリエーションの構成を模式的に示す断面図である。

本第２変形例に係る半導体モジュール１００ｂ及び１００ｃの特徴は、放熱基板３の配線基板２と対向する面上において、支持材５と溝１３との間にレジスト１４が形成されていることである。図５Ａ及び図５Ｂは、第１の実施形態に係る半導体モジュールの第２変形例の放熱基板側の二つのバリエーションの構成を模式的に示すものである。ここでは、支持材５は、長方形の放熱基板３のダイパッド領域部９の周辺領域の一部、例えば短辺側の端部近傍に、一列に複数個、例えば７個の支持材５が等間隔に配置されている。なお、図４Ａ及び図４Ｂと図５Ａに示すように、このレジスト１４は、四角形枠状の溝１３の外側でかつ溝１３と支持材５の間を通るように四角形枠状に形成され、溝１３の中に接合材４の一部が埋められているが、レジスト１４により、接合材４が、さらに溝１３を越えて濡れ拡がって支持材５と接触することを防ぐことができる。このレジスト１４は、通常の樹脂材で形成しても良いが、スペースが限られた構造の場合は、放熱基板３を削ることにより形成することができる。このレジスト１４の構造は、図４Ｃ及び図４Ｄと図５Ｂに示すように、支持材５の周囲に円環状に形成されてもよい。

前記放熱基板３の前記レジスト１４の構造は、例えば、前記放熱基板３のレジスト形成箇所にレーザ或いはプラズマなどを照射することで、放熱基板３の上面のＡｕめっきを除去し、Ｎｉめっき層を露出させる。以上の工程で、レジスト１４を容易に形成する事も可能である。

このような構成とすることにより、接合材４を溶融して放熱基板３と配線基板２とを接合する際に、接合材４が溶融して外方へ広がる場合でも、接合材４のはみ出し分が、溝１３を埋めた上でそれ以上に外方へ広がることがあっても、レジスト１４で抑制される。よって、レジスト１４は、接合材４と支持材５との接触を抑制することができる。

次に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、放熱基板３の溝１３の外部分に余分な接合材４の余りを受け止める、更なる深溝１６を形成するようにしてもよい。すなわち、深溝１６は、溝１３と連通するように配置され、溝１３の深さよりも深くなっている。このように構成すれば、接合材４の量の供給バラつきにおいても、余った接合材４は深溝１６に流れ込んで行くため、接合材４の接合厚みを一定に維持することができ、且つ、接合材４が支持材５に接触しないようにすることが出来る。なお、この構成は、必須ではない。

ここで、図４Ａ及び図４Ｂに示す半導体モジュール１００ｂのように、溝１３に接合材４のはみだし分が埋まった後で、冷却による接合材４の収縮量が大きければ、溝１３と接合材４とを分離して形成することもできる。これにより、接合材４と支持材５との分離の良品及び不良品の基準として、溝１３への接合材４の接触有無を設定することができ、Ｘ線又は透過顕微鏡で容易に良否を検査判別することができる。

以下、図６Ａ〜図６Ｄを用いて、本発明の第１の実施形態にかる半導体モジュールの製造方法について説明する。

一例として、第１の実施形態では、第１の実施形態の第２変形例を示す図４Ａ〜図４Ｄで説明した半導体モジュール１００ｂと１００ｃの製造方法について説明する。

第１の実施形態の第２変形例に係る半導体モジュール１００ｂと１００ｃとの製造方法は、図１Ａ及び図１Ｂに示した第１実施形態に示した製造方法と類似しているため、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

図６Ａに示すように、放熱基板３において、支持材５が形成されたダイパッド領域部９の周辺領域と支持材５が形成された以降の工程において接合材４が配置される領域（すなわち、ダイパッド領域部９）との間に、溝１３とレジスト１４とを予め形成しておく。

次に、図６Ｂに示すように、支持材５に接触しないように、支持材５と異なる金属ペレットで構成される接合材４を、放熱基板３のダイパッド領域部９に搭載して加熱する。ここで、接合材４と放熱基板３との接合温度は、接合材４の融点以下の温度とし、完全溶融しない状態で仮付けする。また、接合材４の材料は、金属ペレットに限るものではなく、ペースト材でも構わない。なお、ペレット材のほうが加熱冷却後の収縮量が小さく、本製造方法には適している。

また、ペースト材を用いる場合には、搭載後にペースト材の上面にフラックスを塗布しておく。さらに、ペースト内に目標の接合高さに合わせた金属ボールを含有させておけば、後述するように接合材４に荷重をかけてゆく過程で、金属ボールの高さが放熱基板３に対する配線基板２の高さを正確に決めるため、その制御が容易になる。

次に、図６Ｃ〜図６Ｄに示すように、半導体素子１を搭載した配線基板２を支持材５に接触させ、接触した支持材５を同時的に押しつぶしながら配線基板２が接合材４に接触するように荷重で押し込む。ここで、加熱を行う場合に、その加熱温度は接合材４の融点以上の温度にする。この場合、接合材４が溶けたとしても、その溶融過程で溝１３に接合材４が埋まり、接合材４が溝１３の外方まで広がらないため、接合材４が支持材５に接触することを抑制できる。接合材４の供給がばらついてはみ出しが出る場合は、レジスト１４で接合材４の濡れ広がりを止めることにより、接合材４と支持材５との接触を防ぐことが出来る。

本第２変形例においても、支持材５を用いているために、加熱過程では、まず、支持材５と配線基板２とが接着し、支持材５の位置に合わせて配線基板２が放熱基板３に仮固定される。この結果、配線基板２と接合材４との接合は、リフロー等の一般的な加熱工程を用いることができ、別途リフロー専用設備を使って、多くの数量を一括で接合させることも可能となる。よって、工程処理能力を向上させることができる。

ここで、第１の実施形態及び前記変形例に共通する特徴について、従来技術と対比しながら説明する。

図７Ａ〜図７Ｃに、従来技術に係る半導体モジュール１５０の製造方法を示す。

従来技術では、まず、図７Ａに示すように、放熱基板１５３上に接合材１５４を配置して搭載する。

その後、図７Ｂに示すように、接合材１５４を溶融する。

その後、図７Ｂに示すように、半導体素子１５１が搭載された配線基板１５２を、搭載用ヘッドツール１５８を用いて、接合材１５４を装着した放熱基板１５３の上方に配置する。

その後、図７Ｂに示すように、蛍光体１５６付きの半導体素子１５１が搭載された配線基板１５２を、接合材１５４を装着した放熱基板１５３に接触するように押し付けて接合させる。

その後、図７Ｃに示すように、接合材１５４を冷却して、半導体モジュール１５０を完成する。

このような従来技術では、半導体素子１５１が搭載された配線基板１５２を、接合材１５４を装着した放熱基板１５３の上方に配置し、その後、半導体素子１５１が搭載された配線基板１５２を、接合材１５４を装着した放熱基板１５３に接触するように押し付けて接合させた後、接合材１５４の冷却が完了するまで、半導体素子１５１が搭載された配線基板１５２を、搭載用ヘッドツール１５８を用いて保持し続ける必要がある。

他方、第１の実施形態では、支持材５を用いているために、加熱過程では、まず、支持材５と配線基板２とが接着し、支持材５の位置に合わせて、配線基板２が支持材５により仮固定される。この仮固定によって、配線基板２とそれに搭載された半導体素子１の放熱基板３とに対する高さばらつき、傾き、及びあおり等の搭載精度を、高精度に制御することが可能となる。

また、仮固定後は、搭載用ヘッドツールで配線基板２を保持し続ける必要が無い。この結果、配線基板２と接合材４との接合は、リフロー等の一般的な加熱工程を用いることができ、別途リフロー専用設備を使って多くの数量を一括で接合させることも可能となる。よって、工程処理能力を向上させることができる。

（効果等）
以上、第１の実施形態及びその変形例に係る半導体モジュール１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、半導体素子１と、前記半導体素子１を第１面２ａに搭載し、前記半導体素子１と電気的に接続された配線基板２と、前記配線基板２における前記第１面２ａの反対側の第２面２ｂと対向するように、前記配線基板２を搭載した放熱基板３と、前記放熱基板３のダイパッド領域部９上に形成され、前記配線基板２と前記放熱基板３との間に介在して前記配線基板２と前記放熱基板３とを接合する接合材４と、前記放熱基板３上における前記ダイパッド領域部９の周辺領域の一部に形成され、前記配線基板２の前記第２面２ｂのスリット７の外側の周辺領域の一部と接触することで前記配線基板２を前記放熱基板３に固定する支持材５とを備えている。前記放熱基板３には、前記支持材５の周辺に溝１３が形成されている。さらに、配線基板２には、前記放熱基板３の溝１３と対向する位置にスリット７が設けられ、溝１３とスリット７とで合わせて接合材４の外方への広がりを止めることで、支持材５と接合材４との接触を防ぎ、仮止め強度を確保することが出来る。

このような構成とすることにより、配線基板２と放熱基板３とを接合材４で接合する際に、支持材５で配線基板２と放熱基板３とが仮固定された状態に維持しておくことができる。これにより、接合温度まで昇温させても、配線基板２と放熱基板３との搭載ずれ及び材料の線膨張率の差によるＺ方向への変位を抑制することができる。さらに、接合時から冷却時まで、搭載用ヘッドツールで配線基板２を長時間保持することが不要になるため、工程タクトも短くすることができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールにおいて、前記支持材５は、少なくとも３つ以上に独立して形成され、前記独立して形成された支持材５の各々は、前記支持材５と前記放熱基板３との接続部分からの高さが同等であり、前記接合材４は、平面視において前記独立して形成された支持材５によって取り囲まれるように配置されていてもよい。

このような構成とすることにより、配線基板２が支持材５を介して放熱基板３に対して平面上で安定して固定されるため、放熱基板３に対する半導体素子１及び配線基板２の傾き及びあおりを抑制することができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールにおいて、前記接合材４は、前記半導体素子１及び前記配線基板２のいずれとも電気的に接続していなくてもよい。

このような構成とすることにより、接合材４が半導体素子１及び配線基板２と絶縁されていても、半導体素子１及び配線基板２と放熱基板３との電気的接続が、それぞれの電極８と電極１０との間で行われる。これにより、支持材５又は接合材４の接合状態に関係なく半導体モジュールとして機能すべき電気特性を維持することができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールにおいて、前記接合材４は、金属を含む材料で構成され、前記支持材５は、前記接合材４とは異なる金属を含む材料で構成され、前記支持材５は、前記接合材４よりも融点が高くてもよい。

このような構成とすることにより、接合材４も支持材５も共に金属材料となるため、支持材５を介して配線基板２から放熱基板３へ放熱することができる。また、接合材４を加熱するときに支持材５が再溶融するのを防止することができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例の半導体モジュールにおいて、前記支持材５は、樹脂材料で構成してもよい。

このような構成とすることにより、放熱基板３と配線基板２との間の絶縁を図ることができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールにおいて、前記支持材５は、少なくとも前記配線基板２の側面上の一部を覆っていてもよい。

このような構成とすることにより、支持材５を形成した後の製造工程において、支持材５が配線基板２と接合材４との間に侵入して濡れ広がることを防止できる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールにおいて、前記支持材５の最上端は、前記放熱基板３から見て前記配線基板２の前記第１面２ａよりも高い位置にあるとしてもよい。

このような構成とすることにより、支持材５が配線基板２の側面を覆いさらに上面上に這い上がるようにして配線基板２を固定するため、特に、放熱基板３と配線基板２を接合する際に互いのズレ及び移動を最小限にすることができる。また、外部からの力により放熱基板３上で配線基板２が移動するリスクを減らすこともできる。さらに、支持材５の上面を蛍光体６を含む半導体素子１の上面の高さと同等にすれば、外部からの半導体素子１への光の入射を遮断できる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールにおいて、前記接合材４の線膨張係数は、前記配線基板２の線膨張係数と前記放熱基板３の線膨張係数との間の大きさであるとしてもよい。

このような構成とすることにより、接合材４によって配線基板２と放熱基板３との熱膨張差を吸収して、配線基板２と放熱基板３との接合の信頼性を維持することができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールの製造方法は、放熱基板３上に少なくとも３つ以上に独立して支持材５を形成する工程と、前記放熱基板３上に、前記支持材５に接触しないように接合材４を形成する工程と、半導体素子１を搭載した配線基板２を、前記接合材４が前記配線基板２と前記放熱基板３との間に介在し、かつ、前記独立して形成された支持材５上に跨るように配置して前記支持材５に固定する工程と、前記接合材４を加熱溶融して前記配線基板２と前記放熱基板３を接合する工程とを備え、前記接合材を形成する工程では、平面視において前記独立して形成された支持材５によって前記接合材４が取り囲まれるように、前記接合材４を形成する。

このような構成とすることにより、支持材５を用いているために、加熱過程では、まず、支持材５と配線基板２が接着し、支持材５の位置に合わせて配線基板２が仮固定される。この仮固定によって、配線基板２とそれに搭載された半導体素子１の放熱基板３に対する高さばらつき、傾き、及びあおり等の搭載精度を、高精度に制御することが可能となる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールの製造方法において、前記接合材４は、金属を含む材料で構成され、前記接合材４を形成する工程では、前記金属を含む材料を加熱溶融することで形成するとしてもよい。

このような構成とすることにより、金属を含む接合材４を介して、配線基板２から放熱基板３へ放熱することができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールの製造方法において、前記支持材５は絶縁性の樹脂材料で構成してもよい。

このような構成とすることにより、放熱基板３と配線基板２との間の絶縁を図ることができる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールの製造方法において、前記配線基板２を前記支持材５に固定する工程では、前記支持材５の樹脂材料が前記配線基板２の少なくとも側面上の一部を覆うように形成するとしてもよい。

このような構成とすることにより、支持材５を形成した後の製造工程において、支持材５が配線基板２と接合材４との間に侵入して濡れ広がることを防止できる。

また、第１の実施形態及び種々の変形例に係る半導体モジュールの製造方法において、前記支持材５は前記接合材４とは異なる金属を含む材料で構成され、前記支持材５は前記接合材４よりも融点が高くてもよい。

以上、本発明にかかる半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法について、実施形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したもの又は、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。例えば、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる半導体モジュールは、ＬＥＤを用いたヘッドランプ又は光学精度の高い照明器具の半導体モジュールとして有用である。

１、１５１ 半導体素子
２、１５２ 配線基板
２ａ 第１面
２ｂ 第２面
３、１５３ 放熱基板
４、１５４ 接合材
５ 支持材
６、１５６ 蛍光体
７ スリット
８ 配線基板の電極
９ ダイパッド領域部
１０ 放熱基板の電極
１１ 基準穴
１２ 金属ワイヤ
１３ 溝
１４ レジスト
１５ 配線基板の接合部
１６ 深溝
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１５０、２００、３００ 半導体モジュール
１５８ 搭載用ヘッドツール
２０１ ＬＥＤパッケージ基板
２０２ ＬＥＤチップ
２０３ ＬＥＤパッケージ
２０４ 配線基板
２０５ 接着材
２０６ 放熱板
３２１ 放熱基板
３２２ サブマウント
３２３ 各ＬＥＤ素子
３２４ａ 正極ランド
３２４ｂ 負極ランド

Claims (4)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を第１面に搭載し、前記半導体素子を電気的に接続されるとともに、前記第１面の反対側の第２面に形成された、少なくとも一つ以上のスリットを有する配線基板と、
   前記配線基板における前記第２面と対面するように、前記配線基板を搭載した放熱基板と、
   前記放熱基板のダイパッド領域部上に形成され、前記配線基板と前記放熱基板との間に介在して前記配線基板と前記放熱基板とを接合する接合材と、
   前記放熱基板上における前記ダイパッド領域部の周辺領域の一部に形成され、前記配線基板の前記第２面の前記スリットの外側の周辺領域の一部と接触することで、前記配線基板を前記放熱基板に固定する支持材とを備える
   半導体モジュール。
2. 前記配線基板の前記スリットは、前記放熱基板に形成されている溝の位置と同じ若しくは前記溝の前記位置よりも内側に配置されている
   請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記放熱基板における前記支持材と前記溝との間に、前記接合材で覆われることなく配置されたレジストをさらに備える、
   請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 前記放熱基板における前記溝に連通するように配置され、前記溝の深さよりも深い深溝をさらに備えて、
   前記深溝内には、前記接合材の一部が埋められている、
   請求項２又は３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。

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