JP3158232U - 半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】導熱区を含み、一定の厚さの電気供給層を有して、光の反射率が良く、導電性があり、散熱効果もある半導体基板を提供する。【解決手段】１つの導熱区を含んだ半導体基板をプラスチック材料で構成し、基板１の各表面にそれぞれ、１つのインターフェース層を形成し、その上に１つの絶縁線路１４と金属層１５を界定する。絶縁線路は導熱区所在の表面と、導熱区と相隣れる両表面から、これを囲むように延長した環状の区域に形成する。そして基板の表面の一部を露出して、インターフェース層上の金属層を少なくとも２つの電極に分割する。導熱体２にＬＥＤチップ３を粘設し、このチップ上の少なくとも１つの接点を金属導線３１で対応する金属層１５に接続し、チップに発生した熱は導熱体２を経て排出する。【選択図】図１８

Description

本創作は導熱体を含んだ半導体の基板に関するもので、更に詳しく言えばその中に導熱区が形成され、またはその含まれた導熱体の上に導熱区が形成され、一定の厚さの電気供給層を有して、光の反射や電気を導通させる散熱効果のある、半導体基板に関するものである。

近来、銅、ニッケル、銀、金、クロームなどの金属材料を利用して、半導体の基板上に連絡回路を形成することが流行している。前記の銅、ニッケル、銀、金、クロームはその電気抵抗が低く、electro migration抵抗が高いので、連絡回路の接続点は通常、基板表面の微細な細孔を含むざらざらした表面に鍍金手法で前記の金属を被覆したり、析出したりするものである。

このような接続技術はLEDチップ基材の金属層にはあまり利用されていない。本願の考案者はLEDチップのパッケージに存在する欠点を是正せんがため、日夜思考研鑽を積んだ結果、本創作に係る、導熱性の良好な半導体基板開発の成功を見るに至った次第である。

良好な導熱体のある金属で側壁を形成し、その底面は導熱体に連結された反射コップを取り付けている半導体基板の提供を本創作の目的とする。

散熱面積が広く、かつ導熱体を含んだ半導体基板の提供を本創作のもう１つの目的とする。

内部に発生した熱を速やかに外部に伝導して器具の寿命を延長できる、導熱体を含んだ半導体基板の提供を本創作のまた、１つの目的とする。

散熱ルートが多く、導熱体を含んだ半導体基板の提供を本創作の更に１つの目的とする。

基板の構造により、導電線路を必要に応じて自由に設計可能な導熱体を含んだ半導体基板の提供、また、立体導電線路や電極を自由に設計する、創意に富んだ半導体基板の製造工程の提供を本創作の更に１つの目的とする。

上記の目的を達成するため、本創作に係る半導体基板はプラスチック材料で構成され、１つの導熱区を含んでいる。基板の各表面にはそれぞれ、１つのインターフェース層が形成され、その上に更に１つの絶縁線路と金属層が界定されている。絶縁線路は導熱区所在の表面と、導熱区と相隣れる両表面から、これを囲むようにして延長した環状の区域に形成されている。そして基板の表面の一部を露出して、インターフェース層上の金属層を少なくとも２つの電極に分割している。導熱体はその上に粘設されたLEDチップを含み、このチップ上の少なくとも１つの接点は金属導線で、対応する金属層に接続され、チップの産出した熱は導熱体を経て迅速に排出される。

本創作に係る半導体は従来のそれと比べて下記の優点がある。
１．この基板をLEDに応用した場合、LEDの数量如何を問わず、基板上の反射面の形状を自由自在に決定でき、多数のLEDを任意の方式に排列できる、鍍金や化学堆積（chemical deposition）のような効果の高い手法で金属層を形成するので、性能が優秀、光反射率が高い、導熱性も良好な電子部品を提供できる。
２．本創作に係る半導体基板は、その導熱性の高い導熱体でチップの産熱を排出する外、その反射コップにも散熱効果があり、また反射率の高い反射コップは装着したLEDの光学性能の向上に寄与する。
３．本創作に係る半導体基板は、導熱体埋め込み、金属化、レーザー照射、鍍金などの工程を経て、一体に形成された包装であって、そのシームレス（seamless）構造には内容物漏泄の心配がない。またシームレスであるので温度の変化による体積の変化や湿気による性能の劣化もなく、成品の寿命が長い。

本創作に係る半導体基板の概観図である。 図１の側面の局部断面図である。 本創作に係る半導体基板の導熱区は、反射コップであることを示す概観図である。 本創作に係る半導体基板の導熱区は、基板内部に少なくとも１つの導熱体があることを示す概観図である。 本創作に係る半導体基板には、少なくとも１本の側臂が形成されていることを示す概観図である。 本創作に係る側臂のある半導体基板の導熱区は、１つの反射コップに形成されていることを示す外観図である。 本創作に係る側臂のある半導体基板の内部には、１つの導熱体が設置されていることを示す概観図である。 本創作に係る側臂のある半導体基板の導熱区は、１つの導熱体から延長された１つの反射コップであることを示す概観図である。 本創作に係る半導体基板の立体図である。 本創作に係る半導体基板の表面をエツチングや砂噴射（sand ejection）にてざらざら面を形成する状態を示す説明図である。 本創作に係る半導体基板の表面をエツチングや砂噴射（sand ejection）にてざらざら面を形成する状態を示す説明図である。 本創作に係る半導体基板を無電解鍍金で、表面にインターフェース層を堆積する状態を示す説明図である。 本創作に係る半導体基板のインターフェース層の一部をレーザー・ビームで剥離して、絶縁線路を形成する状態を示す説明図である。 前記のインターフェース層を電気鍍金や化学堆積手法で導電性金属を堆積して、金属層を形成する状態を示す説明図である。 本創作に係る導熱体を含んだ半導体基板の構成図である。 本創作に係る立体導熱構造と導熱体を有する半導体基板の概観図である。 本創作に係る立体導熱構造と導熱体を有する半導体基板に第１と第２絶縁線路が形成されている状態を示す概観図である。 本創作に係る立体導熱構造と導熱体を有する半導体基板の両側に、分割面が形成されている状態を示す概観図である。 本創作に係る半導体基板の導熱体にLEDのチップが粘着されている状態を示す局部概観図である。 前記導熱体の概観図である。 本創作に係る半導体基板の部品を製作する第１フロー図である。 本創作に係る半導体基板の部品を製作する第２フロー図である。

[実施例]
図１と図２を参照する。本創作の実施例で提供する半導体基板１はプラスチック材料で製作され、１つの導熱区１７を有する。基板１の各表面にはそれぞれ、１つのインターフェース層１３が形成され、その上にまた１つの絶縁線路１４と金属層１５が界定されている。絶縁線路１４は導熱区１７内（またはその表面）に位置し、導熱区１７の２つの相隣れる表面から延長された少なくとも１つの環状区域を形成している。また絶縁線路１４は、基板１の表面の一部分を曝露し、インターフェース層１３上の金属層１５を少なくとも２つの電極に分割している（陽極と陰極）。また基板１は下記の本創作に係るもう１つの実施例の構造であってもよい。即ち、本創作のもう１つの実施例においては、基板１はプラスチック材料で製作され、その各表面にはそれぞれ、１つのインターフェース層１３が形成され、その上にまた１つの絶縁線路１４と金属層１５が界定されている。絶縁線路１４は２つの相隣れる表面から延長された環状区域であり、また基板１の表面の一部分を曝露して、インターフェース層上にある金属層１５を少なくとも２つの電極に分割している（陽極と陰極）。

図３を参照する。本創作に係る第２実施例での基板１の導熱区１７は、立体導熱構造の反射コップ１１であり、立体導熱構造は基板１の４周から延長して少なくとも１つの反射コップを形成している。

図４を参照する。本創作に係る第３実施例では、導熱区は即ち、基板１の内部に設けられた少なくとも１つの導熱体２であり、基板１には１の貫通孔１２が設けられ、導熱体２はその中に安置され、その頂部２は即ち反射コップの底部となる。導熱体２の底部と基板１の底部は、共通の１つの底部構造を形成し、そう熱体２の頂部は導熱性を有する導熱面となる。

図９を参照する。本創作に係る第４実施例では基板１の導熱区１７は、導熱体２から延長された１つの立体導熱構造が形成した反射コップであり、反射コップ１１の底部には１つの貫通孔１２が設けられ、その中に導熱体２を安置している。基板１と導熱体２の間の接触面は、導熱体２の頂部が反射コップ１１の底部となったとき、導熱体２頂部の産出した熱をその底部に伝導する。

図５を参照する。本創作に係る第５実施例では、基板１の少なくとも一側から、少なくとも１本の側臂１６が伸出され、基板１と側臂１６の各表面には１つのインターフェース層１３が形成され、更に第１絶縁線路１４１、第２絶縁線路１４２及び金属層１５が界定されている。側臂１６で基板１を分割すると、基板１に接触した両側に分割面１６１が形成され、分割面１６１、第１絶縁線路１４１、第２絶縁線路１４２及び金属層１５とで１つの環状区域が形成され、インターフェース層１３上の金属層１５を少なくとも２つの電極に分割する。この第５実施例に於いての基板１の導熱区１７は、１つの立体導熱構造が形成した反射コップ１１であり、（図６を参照）、または導熱区１７は基板１の内部に設けられた少なくとも１つの導熱体２であり（図７を参照）、または導熱区１７は、１つの導熱体２から伸出した立体導熱構造の形成した反射コップ１１（図８を参照）である。反射コップ１１の底部には１つの貫通孔１２が設けられ、導熱体２をその中に安置する。

基板１１は射出方式で単一のプラスチック材料から形成される。図１から図４、及び図９の基板１には側臂１６がないが、図５から図８までの基板１では、少なくともその一側から、少なくとも１本の側臂１６を伸出している。基板１の導熱区１７は：（１）図２と図５に示すように一平面であり、（２）図３と図６に示すように基板１の表面に形成された傾斜反射面からなる１つの反射コップ１１であり、かつ基板１の表面と反射面間の夾角は１０度〜８度の間であり、（３）図４と図７に示すように、導熱区１７は１平面で、基板１の内部に設けられた少なくとも１つの導熱体２であり、（４）図８から図１０に示すように、基板１の導熱区１７は１つの導熱体２から伸出した、１つの立体導熱構造の形成した反射コップ１１である。

以下に本創作に係る半導体基板１のインターフェース層１３、絶縁線路１４、及び金属層１５の形成手順を説明する。

インターフェース層１３は無電解の化学堆積法にて基板１の表面に形成される。即ち、触媒で活性化した基板１は、無電解の鍍金工程に転移して、その表面に化学ニッケルや銅金属が堆積したインターフェース層１３が形成されるのである。基板１に導熱体２が含まれる場合、基板１と導熱体２の表面に同じくインターフェース層１３が形成される（図１１を参照）。

図１２を参照する。絶縁線路１４はレーザ・ビームでインターフェース層１３の一部を剥離形成されたもので、このレーザ・ビームは主にCO₂、Nd:YAG、Nd:YV０４、EXcimer、ファイバーなどのレーザー・ビームを使用し、その波長は２４８nm〜１０６００nmの中から選択する。

図１３を参照する。金属層１５は電気鍍金、または化学堆積法で導電性金属をインターフェース層１３上に選択的に形成された電気供給層であり、この金属は導熱体２の構造材料と相容可能の任意のものであればよい。電気鍍金や化学堆積に使用される銅、ニッケル、銀、金、クローム、化学置換金などの中から、任意の１つを選択すればよい。金属１５もまた、反射コップ１１の反射率の向上に寄与する所がある。前期の導電性金属は容易に得られ、かつ微細な顆粒状の構造であることが肝要で、このような構造で電気供給層に平滑な表面を提供し、更にその上に導電線路と金属層１５を自由に設計、また、高反射、高導熱性の導熱体を有する半導体基板を製作できるようにしている（図１４を参照）。

本創作に係る結合した基板１と導熱体２の表面には、無電解鍍金法で堆積したインターフェース層１３があり、その上には、レーザー・ビームでインターフェース層１３の一部を剥離し、かつインターフェース層１３の周囲を囲むようにした絶縁線路１４と、この絶縁線路１４の両側に設けられた金属層１５を備えている。この金属層は電気鍍金で基板１と導熱体２を一体に結合し、かつ両者１と２の間の接続面は金属層１５で充填される。

図１５から図１７を参照する。立体導熱構造と導熱体２を含んだ基板１において、結合した基板１と導熱体２の表面上に無電解堆積手法でインターフェース層１３が形成され、その頂面と底面をレーザー・ビームでインターフェース層１３の一部を剥離して、第１と第２絶縁線路１４１,１４２を形成している（図１６を参照）。その後、基板１の側臂１６を分割（カットまたはパンチ手法で）して基板１から切り離し、基板１の両側に分割面１６１（図１７を参照）を形成する。分割面１６１、第１と第２絶縁線路１４１、１４２とで金属層１５を絶縁線路１４の両側にそれぞれ設ける。この金属層１５は電気鍍金法で基板１と導熱体２を一体に結合し、かつ両者１，２間の接触面は金属層１５で充填される。

図１９を参照する。導熱体の直径は上層が小が下層の方が大である。導熱体２にLEDチップ３を粘設するとき、チップ３は正極金属１５に位置し、かつ少なくとも１つの接点を金属導線３１で対応する陰極金属１５に接続するのである。このようにしてチップ３から発生した熱は導熱体２の底部から速やかに排出される。

本創作に係る半導体基板構造の製作方法の好適な実施例を図２０と図２１に示す。この製作方法は順を追って、プラスチック材料射出ステップＳ１、無電解鍍金ステップＳ２、導熱体２埋め込みステップＳ３（基板１に導熱体２がない場合、このステップは省略）、レーザー・ビーム照射ステップＳ４、電気鍍金ステップＳ５及び分割ステップＳ６で行われる。この製作方法を本創作ではSPL process(Single-shot Planting and Laser)製造工程と定義呼称する。

プラスチック材料射出ステップＳ１では、少なくとも１つの平面形態の導熱区１７を具備した基板１を提供、または１つの立体導熱構造を具備する基板１を提供、または１つの貫通孔１２を含んだ基板１を提供、または貫通孔１２と連結した１つの立体導熱構造を具備した基板１を提供、または少なくとも一側から伸出して形成された、少なくとも１本の側臂を具備する基板１を提供する。上述の立体導熱構造、貫通孔１２、側臂１６などは鑄型の形状を変化して形成される。基板１はプラスチック材料、または液晶高分子ポリマーを射出手法で形成する。プラスチック材料の主要来源はPA(Polyamide)、PBT、PET、LCP、PC、ABS、PC/ABSなどの汎用工業プラスチック材料である。

無電解鍍金ステップＳ２では、基板１の上にインターフェース層１３を形成して基板１を覆蓋する。これはプラスチック材料射出ステップＳ１の後に行うものので、１つの基板１の胚料を作成する（図２０を参照）。基板１が予め金属触媒を付与したプラスチック材料、または予め有機物をドープしたプラスチック材料から製作された場合、基板１を無電解鍍金処理を施す前に、エツチングや砂噴射及び活性化処理により、１つのざらざら面１８（図１０Ａ）を形成して、基板１の表面にNiやCuを化学堆積してインターフェース層１３を形成する。図２１のように基板１が金属触媒、または有機物がドープされていないプラスチック材料で製作された場合、基板１を無電解鍍金処理を施す前に、プリーデイップ（pre-dip）、化学的エツチング或いは砂噴射の手法でその表面をざらざらした面１８に仕上げる。更に基板１の表面に触媒を付与して活性化した後、無電解鍍金手法で基板１の表面にNiやCuを化学的に堆積する。

導熱体２埋め込みステップＳ３では導熱体２を基板１の貫通孔１２の中に埋め込む。その手法には（a）射出による埋め込み、（b）融熱による埋め込み、（c）超音波埋め込みがある。射出による埋め込みの場合、プラスチック材料射出ステップＳ１の施行時点において、射出による埋め込みで基板１を製作する。融熱による埋め込み、または超音波埋め込みの場合はプラスチック材料射出ステップＳ１の後、或いは非無電解鍍金ステップＳ２、或いは全部の電気鍍金ステップＳ５完成後に埋め込む。

レーザー・ビーム照射ステップＳ４では、基板１のインターフェース層１３に絶縁線路１４を形成する。基板１に側臂がない場合、上、下表面と２つの側表面のインターフェース層１３の局部を剥離し、基板１上に基板１から伸出してこれを囲む絶縁線路１４を形成する（図１２を参照）。基板１の少なくとも一側から伸出して、少なくとも１本の側臂１６を形成している場合、インターフェース層１３上に第１と第２絶縁線路１４１,１４２をインターフェース層１３の局部をレーザー・ビームで剥離し、更に基板１の縁を超え側臂１６の表面区域に及ぶまで剥離して形成するのである。その後必要に応じて、絶縁線路１４をインターフェース層１３上に形成する（図１６を参照）。

鍍金ステップＳ５では、基板１にインターフェース層１３、またはインターフェース層１３と導熱体２の上に金属層１５を形成し、半導体基板構造の製作を完了する。一群の金属Cu、Ni、Ag、Au、Cr、化学置換Auの中、任意の１つを選んでバス鍍金工程で、金属層１５を化学的に堆積して、形成する。この形成した部分にLEDチップ３を粘着して電気導線を作れば、光学、電気、導熱性能が共に高い半導体基板構造が出来上がるのである。

図１７に示すように分割ステップＳ６において、基板１に側臂１６がある場合はそれを切り離し、側臂１６と基板１との間の粘着面１６１、第１と第２絶縁線路１４１,１４２で基板１を陽極と陰極に区分するのである。

以上を綜合すると、本創作は形態に於て確かに創意性があるのみならず、従来の製品に比べ、幾多の機能を追加でき、新規性及び進歩性の実用新案登録請求の要件に十分合致するものと考える。

以上詳細な説明は、本創作の実行可能な実施例についての具体的説明である。但し、これらの実施例は本創作の実用新案登録請求範囲を制限するものではなく、凡そ、本創作の技術精神を逸脱せずなされた同等効果の実施または変更は、全て本創作の実用新案登録請求範囲内に含まれるものとする。

１：基板 １１：反射コップ
１２：貫通孔 １３：インターフェース層
１４：絶縁線路 １４１：第１絶縁線路
１４２：第２絶縁線路 １５：金属層
１６：側臂 １６１：分割面
１７：導熱区 １８：ざらざら面
２：導熱体 ３：チップ
３１：金属導線

Claims (11)

1. プラスチック材料で構成された半導体基板であって、１つの導熱区を含み、
   表面にはインターフェース層が形成され、その上に更に絶縁線路と金属層が分けて形成されていて、
   前記絶縁線路は前記導熱区所在の表面から、前記基板を囲むように延長した環状の区域に形成され、また、前記表面の一部を露出して、前記インターフェース層上の金属層を少なくとも２つの電極に分割した半導体基板。
2. 前記導熱区は、１つの立体導熱構造の反射コップである、請求項１に記載の半導体基板。
3. 前記導熱区は、前記基板の内部に少なくとも１つの導熱体が設けられていて、その頂部は導熱性のある導熱面を形成した、請求項１に記載の半導体基板。
4. 前記導熱区は、１つの導熱体から延長した、立体導熱構造の反射コップであって、その底部には１つの貫通孔があり、前記導熱体はその中に安置され、前記導熱体の頂部は、前記反射コップの底部である、請求項１に記載の半導体基板。
5. 前記基板と前記導熱体の表面に形成されたインターフェース層の一部を取り除いて絶縁線路が形成され、また前記絶縁線路の両側にはそれぞれ金属層が形成され、これにて前記基板と前記導熱体を連結している、請求項４に記載の半導体基板。
6. 前記基板と前記導熱体の間には更に１つの金属層で充填された接触面が含まれている、請求項５に記載の半導体基板。
7. プラスチック材料で構成された半導体基板であって、
   表面にはインターフェース層が形成され、その上にさらに絶縁線路と金属層が分けて形成されていて、
   前記絶縁線路は、前記基板を囲むようにして延長した環状の区域に形成され、また、前記表面の一部を露出して、前記インターフェース層上の金属層を少なくとも２つの電極に分割した半導体基板。
8. 前記基板の少なくとも一側から伸出して少なくとも１本の側臂を形成し、前記基板と前記側臂の各表面に１つのインターフェース層を形成し、更にその上に第１絶縁線路、第２絶縁線路及び金属層を分けて形成し、前期側臂が前記基板から分割したとき、前記基板に接触した両側には分割面が形成され、この分割面と第１、第２絶縁線路で１つの環状区域を形成し、前記インターフェース層上の金属層を少なくとも２つの電極に形成する、請求項１または７に記載の半導体基板。
9. 前記基板は予め金属触媒を付与したプラスチック材料、または液晶高分子ポリマー、或いは予め有機物をドープしたプラスチック材料、または液晶高分子ポリマーから製作され、前記金属触媒や有機物は主にPd、Cu、Ag、Feを含む、請求項１または７に記載の半導体基板。
10. 前記基板は金属触媒を付与していないプラスチック材料、または液晶高分子ポリマー、或いは有機物をドープしていないプラスチック材料、または液晶高分子ポリマーから製作される、請求項１または７に記載の半導体基板。
11. 前記導熱体には１つのLEDチップが粘設され、前記チップは少なくとも１つの接点から金属導線で、対応する金属層に接続される、請求項１に記載の半導体基板。

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