KR20070039398A - 반도체장치, 반도체 모듈 및 반도체 모듈의 제조방법 - Google Patents

반도체장치, 반도체 모듈 및 반도체 모듈의 제조방법 Download PDF

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KR20070039398A
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도시히로 야마나카
히로유키 츠카모토
기요하루 기시모토
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히다치 막셀 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 방열성 및 내열성이 우수한 반도체 발광장치를 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 칩 LED(3∼6)을 구비하여 이루어지는 반도체 발광장치에서, 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 칩 LED (3∼6)를 접속하기 위한 칩 접속 단자부(7a)와, 외부장치를 접속하기 위한 외부 접속 단자부(7b)와, 대응하는 칩 접속 단자부(7a)와 외부 접속 단자부(7b)를 접속하는 복수의 리드부(7c)로 이루어지는 배선 패턴(7)을 형성한다. 그리고 칩 접속 단자부(7a)의 면적을 칩 접속 단자부(7a) 및 칩 LED(3∼6)가 서로 겹치는 영역의 면적보다 크게 한다.

Description

반도체장치, 반도체 모듈 및 반도체 모듈의 제조방법{SEMICONDUCTOR DEVICE, SEMICONDUCTOR MODULE AND SEMICONDUCTOR MODULE METHOD FOR PRODUCING}
도 1은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 사시도,
도 2는 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 측면도,
도 3은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 실리콘 서브 마운트 소자 위에 형성되는 배선 패턴을 종래기술과 비교하여 나타내는 평면도,
도 4는 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제 1 변형예를 나타내는 평면도,
도 5는 제 1 변형예에 관한 반도체 발광장치의 등가 회로도,
도 6은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제 2 변형예를 나타내는 평면도,
도 7은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제 3 변형예를 나타내는 평면도,
도 8은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제조순서를 나타내는 플로우도,
도 9는 실시형태예에 관한 반도체 발광장치를 이용한 반도체 모듈의 부분 평면도,
도 10은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치를 이용한 반도체 모듈의 주요부단면도,
도 11은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치를 이용한 반도체 모듈의 제조순서를 나타내는 플로우도,
도 12는 실시형태예에 관한 반도체 발광장치를 이용한 반도체 모듈의 다른 예를 나타내는 주요부 단면도,
도 13은 도 12의 반도체 모듈에 구비되는 미러 구조체의 측면도,
도 14는 렌즈를 구비한 반도체장치의 단면도,
도 15는 렌즈를 구비한 반도체장치의 변형예의 단면도,
도 16은 공지예에 관한 반도체 모듈의 사시도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 발광장치(반도체장치) 2 : 실리콘 서브 마운트 소자
2a : 칩 탑재면 3∼6 : 칩 LED
7 : 배선 패턴 7a : 칩 접속 단자부
7b : 외부 접속 단자부 7c : 리드부
7d : 스페이스 7e : 배선공용 패턴
11∼14 : 보호 회로 소자 15 : 구동회로 소자
16 : 볼록 렌즈 17 : 투명 수지부
18 : 통체부 18a : 맞닿음부
19 : 커버 31 : 반도체 모듈
32 : 메탈기판(방열판) 41 : 플렉시블 배선 기판
43 : 도전 패턴 44, 45, 46 : 관통 구멍
본 발명은 실리콘 서브 마운트 소자 위에 반도체 칩을 설치하여 이루어지는 반도체장치, 반도체 모듈 및 반도체 모듈의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터 액정 디스플레이나 액정 텔레비젼 등에 적용되는 대형 액정표시패널의 백라이트로서는 냉음극관이 많이 사용되어 왔으나, 최근에 이르러 환경보호에 관한 이른바 RoHS 지령을 클리어하기 위하여 원재료에 수은을 사용하는 냉음극관의 사용이 회피되도록 되어 있다. 또 액정표시패널에서는 화질의 선명함을 향상하는 것이 가장 중요한 기술적 과제의 하나로 되어 있고, 이와 같은 관점에서도 색 재생범위가 좁고, 특히 녹색의 재생이 불충분한 냉음극관의 사용이 회피되도록 되어 있다.
냉음극관를 대체하는 백라이트장치로서는, 수은 등의 유해물질을 사용하지 않고, 또한 색 재생범위가 넓기 때문에 실리콘 서브 마운트 소자 위에 발광 다이오드, (본 명세서에서는 「LED」라 약칭한다)를 플립 칩을 설치하여 이루어지는 반도체 발광장치(예를 들면, 특허문헌 1 참조)를 이용하는 것이 검토되고 있다.
또 종래부터 반도체 모듈로서 도 16에 나타내는 바와 같이 전원전압이 인가되는 제 1 및 제 2 전로(101, 102)와, 이들 제 1 및 제 2 전로의 사이에 배치된 LED 연결용 제 3 전로(103)와, 이들 각 전로(101, 102, 103)를 연결하도록 폭방향으로 연장함과 동시에 길이방향으로 이간하여 배치된 절연성의 연결부재(104)와, 상기 연결부재(104)에 설치되고, 전기 접속단자가 상기 제 3 전로(103)에 접속되는 LED(105)로 이루어지는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 또한 상기 제 1 내지 제 3 전로(101, 102, 103)는, 구리판 등의 길이가 긴 평판형상 도체를 프레스 가공함으로써 제작되고, 상기 연결부재(104)는 수지재료를 인서트 몰드함으로써 형성된다.
특허문헌 2에 기재된 반도체 모듈은, 구리판 등으로 이루어지는 길이가 긴 전로(101, 102, 103)에 수지제의 연결부재(104)를 간헐적으로 설치하였기 때문에 각 전로(101, 102, 103)의 노출부분에서 용이하게 변형시킬 수 있어, 모듈 전체를 임의의 형상으로 가공할 수 있다. 또 구리판 등으로 이루어지는 전로(101,102, 103)가 노출되어 있기 때문에 방열성에 뛰어나서 과도한 온도상승에 의한 LED(105)의 손상을 방지할 수 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2003-218397호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2004-253328호 공보
그런데 LED는 소비전력 나아가서는 발열량이 크기 때문에 이 종류의 반도체 발광장치를 실용화하기 위해서는 충분한 방열 대책을 실시할 필요가 있다.
특허문헌 1에 기재된 기술은, 실리콘 서브 마운트 소자의 배면에 방열 블럭 을 배치함으로써 LED의 방열대책을 행하고 있으나, 실리콘 서브 마운트 소자의 상면 (LED의 탑재면)에 관해서는 특별한 방열대책이 실시되어 있지 않아, 이 점에 관하여 아직 개선의 여지가 있다. 즉, 실리콘 서브 마운트 소자는 LED가 탑재되는 상면이 가장 고온이 되기 때문에 이 면에 방열대책을 실시하는 것이 LED의 과열을 방지하는 데에 있어서 가장 합리적이나, 종래에는 실리콘 서브 마운트 소자의 배면에만 방열 블럭이 배치되어 있고, 실리콘 서브 마운트 소자의 상면에는 특별한 방열대책이 실시되어 있지 않기 때문에 실리콘 서브 마운트 소자의 방열을 효율적으로 행할 수 없어 LED의 과열에 따르는 여러가지의 부적절함, 예를 들면 특성의 저하 등을 일으킬 염려가 있다.
또, 특허문헌 2에 기재된 반도체 모듈은, 각 전로(101, 102, 103)가 구리판 등을 프레스 가공함으로써 제작되고, 또한 연결부재(104)가 수지를 인서트 몰드함으로써 형성되며, 또한 연결부재(104)의 형성후에는 각 전로(101, 102, 103) 사이를 가고정하고 있던 지로(支路)를 절제할 필요가 있기 때문에, 제조공정이 복잡하고, 고비용화되기 쉽다는 문제가 있다. 또 특허문헌 1에 기재된 반도체 모듈은, 구리판 등으로 이루어지는 전로(101, 102, 103)의 노출부분을 소성 변형시킴으로써 모듈 전체를 임의의 형상으로 가공하는 구성이기 때문에, 가요성에 스스로 한계가 있어 더욱 광범위한 용도에의 적용이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 방열성 및 내열성이 뛰어난 반도체장치를 제공하는 것에 있다. 또 저비용으로 하여 가요성이 뛰어난 반도체 모듈과 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 표면에 절연성의 산화물층이 형성되고, 또한 상기 산화물층 위에 소요의 배선 패턴이 형성된 실리콘 서브 마운트 소자와, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치된 반도체 칩으로 이루어지고, 상기 배선 패턴이 상기 반도체 칩을 접속하기 위한 복수의 칩 접속 단자부와, 외부장치를 접속하기 위한 복수의 외부 접속 단자부와, 대응하는 칩 접속 단자부와 외부 접속 단자부를 접속하는 복수의 리드부로 이루어지는 반도체장치에 있어서, 상기 칩 접속 단자부의 면적이, 상기 칩 접속 단자부 및 상기 반도체 칩이 서로 겹치는 영역의 면적보다 큰 구성으로 하였다.
이와 같이 구성함으로써 실리콘 서브 마운트 소자의 상면의 대략 전면을 배선 패턴으로 덮을 수 있다. 그리고 배선 패턴은 구리 등의 도전성 및 열전도성이 뛰어 난 금속재료를 가지고 형성되기 때문에, 배선 패턴이 실리콘 서브 마운트 소자의 상면의 방열부재로서 기능하여, 실리콘 서브 마운트 소자의 상면의 저온화와 균열화를 실현할 수 있다. 따라서 LED의 과열에 따르는 부적절함을 효율적으로 억제 또는 방지할 수 있다.
또 본 발명은 상기 구성의 반도체장치에 있어서, 상기 칩 접속 단자부의 바깥 둘레 치수가 상기 반도체 칩으로 형성되고, 상기 칩 접속 단자부에 접속되는 단자부의 바깥 둘레 치수보다 큰 구성으로 하였다.
이와 같은 구성에 의하면, 칩 접속 단자부에 대한 반도체 칩의 위치 결정 정 밀도를 어느 정도 완만한 것으로 할 수 있기 때문에, 반도체장치의 생산성을 높일 수 있어 반도체장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
또 본 발명은 상기 구성의 반도체장치에 있어서, 상기 외부 접속 단자부의 바깥 둘레 치수가 상기 칩 접속 단자부의 바깥 둘레 치수보다 큰 구성으로 하였다.
이와 같은 구성에 의하면, 외부 접속 단자부에 대한 외부장치의 위치 결정 정밀도를 어느 정도 완만한 것으로 할 수 있기 때문에, 반도체장치의 생산성을 높일 수 있어, 반도체장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
또 본 발명은 상기 구성의 반도체장치에 있어서, 상기 배선 패턴이 구리의 도금 생성물로 이루어진다는 구성으로 하였다.
구리의 도금 생성물로 이루어지는 배선 패턴은, 전기 전도율이 높기 때문에 대전류를 인가하여도 발열하기 어렵고, 반도체장치의 발열량을 억제할 수 있다.
또 본 발명은 상기 반도체 칩으로서 적어도 1개의 발광 다이오드와 상기 발광 다이오드의 구동회로소자를 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한다는 구성으로 하였다.
이와 같이 실리콘 서브 마운트 소자 위에 LED와 그 LED의 구동회로 소자를 설치하면 반도체장치를 집약화할 수 있기 때문에 반도체장치의 소형화 및 고기능화를 도모할 수 있다.
또 본 발명은 상기 반도체 칩으로서, 적어도 1개의 발광 다이오드와 상기 발광 다이오드의 보호 회로 소자를 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한다는 구성으로 하였다.
이와 같이 실리콘 서브 마운트 소자 위에 LED와 그 LED의 보호 회로 소자를 설치하면 반도체장치를 집약화할 수 있어, 반도체장치의 소형화 및 고기능화가 도모됨과 동시에, LED의 정전파괴 등을 방지할 수 있어 반도체장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
또 본 발명은 상기 LED를 구비한 반도체장치에 있어서, 상기 발광 다이오드로서 적색, 녹색 및 청색의 발광 다이오드를 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 아울러 설치한다는 구성으로 하였다.
이와 같이 실리콘 서브 마운트 소자 위에 적색, 녹색 및 청색의 발광 다이오드를 설치하면 각 발광 다이오드로부터 방사되는 각 색의 광을 혼색함으로써 백색광을 얻을 수 있기 때문에, 예를 들면 조명장치 또는 액정표시패널의 백라이트로서 사용할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 이면에 설치된 방열판을 구비하고, 상기 방열판의 면적은 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 면적보다 큰 구성으로 하였다.
이에 의하여 실리콘 서브 마운트 소자로부터의 발열을 효율좋게 방열할 수 있다.
또 본 발명은 상기 반도체장치에 있어서, 상기 반도체 칩은 발광 다이오드이고, 상기 발광 다이오드로부터 방사되는 광을 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면측에서, 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향으로 효율좋게 조사하 기 위하여 상기 발광 다이오드를 덮도록 배치된 광학부재를 구비한 구성으로 하였다.
LED로부터 방사되는 광을, 실리콘 서브 마운트 소자의 발광 다이오드가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향(실리콘 서브 마운트 소자의 상면방향)으로 효율좋게 조사할 수 있어 높은 광의 이용효율을 얻을 수 있고, 고조도 또한 저소비 전력으로 할 수 있다.
또 본 발명은 상기 반도체장치에 있어서, 상기 광학부재는, 투광성 재료에 의하여 형성되어 있는 구성으로 하였다.
LED로부터 방사되는 광을, 실리콘 서브 마운트 소자의 발광 다이오드가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향(실리콘 서브 마운트 소자의 상면방향)으로 더욱 효율좋게 조사할 수 있어, 높은 광의 이용효율을 얻을 수 있고, 고조도 또한 저소비 전력으로 할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 반도체장치에 있어서, 상기 광학부재는, 상기 발광 다이오드의 상기 실리콘 서브 마운트 소자와 반대측에 설치된 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈 중, 상기 실리콘 서브 마운트 소자측은 평탄면으로 형성되고, 상기 렌즈의 실리콘 서브 마운트 소자측의 평탄면이, 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면에 대하여 대략 평행하게 되도록 대향하여 배치되어 있는 구성으로 하였다.
이와 같이 구성한 것에 의하여 렌즈의 실리콘 서브 마운트 소자측의 평탄면 및 실리콘 서브 마운트 소자의 발광 다이오드가 설치되어 있는 면이, 위치 결정점 이 되어 렌즈의 위치나 방향을 정합시켜 조립하는 것이 용이해지고, 렌즈의 설치를 용이하고 또한 정확하게 행할 수 있다.
또 본 발명은 상기 반도체장치에 있어서, 상기 렌즈의 실리콘 서브 마운트 소자측의 평탄면 및 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면의 사이에, 투명 수지가 충전되어 있는 구성으로 하였다.
이와 같이 구성함으로써 높이가 다른 복수의 LED를 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한 경우에도 용이하게 대응할 수 있다.
또 본 발명은 상기 반도체장치에 있어서, 상기 광학부재는 상기 발광 다이오드의 상기 실리콘 서브 마운트 소자와 반대측의 면 위에 설치된 렌즈와, 상기 렌즈의 상기 실리콘 마운트 소자측의 면의 바깥 둘레부로부터 상기 실리콘 서브 마운트 소자측을 향하여 연장 돌출하도록 형성된 통체와, 상기 렌즈의 상기 실리콘 마운트 소자측의 면 및 상기 통체의 내벽에 둘러 싸여 형성되고, 상기 발광 다이오드를 수용하는 수용부와, 상기 통체의 선단부에 설치되고, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위의 상기 발광 다이오드의 바깥 둘레부에 맞닿는 맞닿음부를 가지는 구성으로 하였다.
이와 같이 발광 다이오드를 수용하는 수용부와, 실리콘 서브 마운트 소자 위의 발광 다이오드의 바깥 둘레부에 맞닿는 맞닿음부를 설치하였기 때문에, 높이가 다른 복수의 LED를 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한 경우에도 용이하게 대응할 수 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 반도체 모듈에 관해서는 소요의 도 전 패턴 및 반도체장치 설치구멍을 가지는 테이프형상의 플렉시블 배선 기판과, 상기 플렉시블 배선 기판에 설치되고, 상기 도전 패턴과 접속되는 복수의 반도체장치로 이루어지는 반도체 모듈로서, 상기 반도체장치는 소요의 배선 패턴을 가지는 실리콘 서브 마운트 소자와, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치되어, 상기 반도체장치 설치구멍에 삽입된 1 내지 복수개의 반도체 칩으로 이루어지고, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 중, 상기 반도체 칩이 설치된 면이 상기 플렉시블 배선 기판의 한쪽의 면에 대향하여 배치되고, 상기 반도체 칩이 상기 반도체장치 설치구멍을 거쳐 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 다른쪽 면보다 돌출하도록 설치되어 있는 구성으로 하였다.
플렉시블 배선 기판은, 폴리이미드수지 등으로 이루어지는 기판 필름 위에 구리박 등으로 이루어지는 도전 패턴을 형성한 것으로, 양산성이 뛰어나 저렴하게 제조할 수 있음과 동시에, 가요성이 뛰어나 필요에 따라 임의의 형상으로 탄성 변형시킬 수 있다. 따라서 금속 박판제의 전로(電爐)를 사용하는 경우에 비하여 반도체 모듈의 저비용화와 이용 부분에 따른 가공의 용이화를 실현할 수 있다. 또 실리콘 서브 마운트 소자는 반도체 칩과 열팽창 계수가 근사하고 있기 때문에, 실리콘 서브 마운트 소자 위에 1 내지 복수개의 반도체 칩을 설치하여 이루어지는 반도체장치를 구비한 반도체 모듈은, 반도체 칩과 그 설치부재와의 열팽창 차에 기인하는 부적절함, 예를 들면 반도체 칩의 파괴 등을 일으키기 어렵고, 내구성이 우수하다. 또 플렉시블 배선 기판의 상면보다 윗쪽에 반도체 칩의 상면을 배치하면, 즉 반도체 칩이 반도체장치 설치구멍을 거쳐 플렉시블 프린트 배선 기판의 다른쪽 면(상면)보다 돌출하도록 설치되면 반도체 칩으로서 LED를 사용한 경우에도, LED로부터 방사된 광이 플렉시블 배선 기판에 의하여 차단되지 않기 때문에, 소비전력이 작아 고조도의 조광장치를 실현할 수 있다. 또한 플렉시블 배선 기판의 하면보다 아래쪽에 실리콘 서브 마운트 소자의 하면을 배치하면 즉, 실리콘 서브 마운트 소자 중, 반도체 칩이 설치된 면(상면)이 플렉시블 배선 기판의 한쪽의 면(하면)에 대향하여 배치되면, 필요에 따라 실리콘 서브 마운트 소자의 배면에 방열판을 배치할 수 있기 때문에 더욱 방열특성이 뛰어난 반도체 모듈을 용이하게 작성할 수 있다.
또 본 발명은 상기 구성의 반도체 모듈에 있어서, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 중, 상기 반도체 칩이 설치된 면과 반대측의 면에 방열판이 설치되어 있는 구성으로 하였다.
이와 같은 구성에 의하면 LED 등의 반도체 칩으로부터의 발열을 방열판을 통하여 효율좋게 방열할 수 있기 때문에, 반도체 칩의 가열에 기인하는 여러가지의 부적절함, 예를 들면 반도체 칩의 특성열화 등을 방지할 수 있다.
또 본 발명은 상기 구성의 반도체 모듈에 있어서, 상기 방열판 중, 상기 실리콘 서브 마운트 소자에 설치되어 있는 면이, 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 상기한쪽의 면에 고정되어 있는 구성으로 하였다.
이와 같은 구성에 의하면 플렉시블 배선 기판과 반도체장치와의 결합을 강고한 것으로 할 수 있기 때문에, 플렉시블 배선 기판과 반도체장치와의 접속부의 단선을 방지할 수 있고, 반도체 모듈의 내구성을 높일 수 있다.
또 본 발명은 상기 구성의 반도체 모듈에 있어서, 상기 반도체 칩은 발광 다이오드이고, 상기 발광 다이오드로부터 방사되는 광을 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면측에서 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향으로 효율좋게 조사하기 위하여 상기 반도체 칩을 덮도록 설치된 광학부재를 구비한 구성으로 하였다.
LED로부터 방사되는 광을, 실리콘 서브 마운트 소자의 발광 다이오드가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향(실리콘 서브 마운트 소자의 상면방향)으로 효율좋게 조사할 수 있고, 높은 광의 이용효율을 얻을 수 있어 고조도 또한 저소비 전력으로 할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 반도체 모듈의 제조방법에 관해서는 소요의 도전 패턴 및 반도체장치 설치구멍을 가지는 테이프형상의 플렉시블 배선 기판을 준비하는 공정과, 소요의 배선 패턴을 가지는 실리콘 서브 마운트 소자와, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치된 1 내지 복수개의 반도체 칩으로 이루어지는 반도체장치를 준비하는 공정과, 상기 플렉시블 배선 기판을 일 방향으로 이송하면서 상기 실리콘 서브 마운트 소자 중, 상기 반도체 칩이 설치된 면을 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 한쪽 면에 대향시켜 배치하고, 상기 플렉시블 배선 기판의 한쪽 면측으로부터 상기 반도체장치 설치구멍 내에 상기 반도체 칩이 삽입되도록 상기 반도체장치를 설치하는 공정과, 상기 반도체 칩이 상기 반도체장치 설치구멍을 거쳐 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 다른쪽 면보다 돌출하도록 설치되어 있는 상태에서 상기 도전 패턴과 상기 배선 패턴을 접속하는 공정을 포함하여 반도체 모듈의 제조방법을 제조한다는 구성으로 하였다.
이와 같은 구성에 의하면 플렉시블 배선 기판에 반도체장치 설치구멍이 뚫려 있기 때문에, 상기 반도체장치 설치구멍 내에 반도체 칩이 삽입되도록 반도체장치를 설치하는 것만으로 플렉시블 배선 기판에 대한 반도체장치의 위치 결정을 행할 수 있다. 또 플렉시블 배선 기판을 일 방향으로 이송하면서 실리콘 서브 마운트 소자 중, 반도체 칩이 설치된 면을 플렉시블 프린트 배선 기판의 한쪽 면에 대향시켜 배치하고, 플렉시블 배선 기판의 한쪽 면측으로부터 반도체장치 설치구멍 내에 반도체 칩이 삽입되도록 반도체장치를 설치하고, 플렉시블 배선 기판에 형성된 도전 패턴과 실리콘 서브 마운트 소자에 형성된 배선 패턴을 접속하기 때문에, 플렉시블 배선 기판에 대한 반도체장치의 설치를 효율적으로 행할 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 반도체장치의 실시형태예를 반도체 발광장치를 예로 들어 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 사시도, 도 2는 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 측면도, 도 3은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 실리콘 서브 마운트 소자 위에 형성되는 배선 패턴을 종래기술과 비교하여 나타내는 평면도, 도 4는 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제 1 변형예를 나타내는 평면도, 도 5는 제 1 변형예에 관한 반도체 발광장치의 등가회로도, 도 6은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제 2 변형예를 나타내는 평면도, 도 7은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제 3 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 예의 반도체 발광장치(1)는 실리콘 서브 마운트 소자(2)와, 그 소자(2) 위에 설치된 4개의 칩 LED(3, 4, 5, 6)로 구성되어 있다. 도 1(a)는 4개의 칩 LED(3, 4, 5, 6)을 2행 2열의 매트릭스형상으로 배치한 경우의 실시형태예이고, 도 1(b)는 4개의 칩 LED(3, 4, 5, 6)를 1열로 배치한 경우의 실시형태예이다.
실리콘 서브 마운트 소자(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이 적어도 칩 LED(3, 4, 5, 6)의 탑재면(2a)을 포함하는 표면에 절연성의 산화물층(2b)이 대략 균일하게 형성되어 있고, 상기 산화물층(2b) 위에는 배선 패턴(7)이 소정의 배열로 형성되어 있다.
배선 패턴(7)은 도 3(a)에 예시하는 바와 같이 칩 LED(3, 4, 5, 6)를 접속하기 위한 2개를 1세트로 하는 4세트(모두 8개)의 칩 접속 단자부(7a)와, 도시 생략한 외부장치를 접속하기 위한 칩 접속 단자부(7a)의 수에 상당하는 수의 외부 접속 단자부(7b)와, 대응하는 칩 접속 단자부(7a) 및 외부 접속 단자부(7b) 끼리를 접속하는 복수의 리드부(7c)로 이루어지고, 인접하여 배치되는 2개의 칩 접속 단자부(7a)의 사이 및 칩 접속 단자부(7a)와 리드부(7c)의 사이 및 2개의 리드부(7c)의 사이에는 대략 일정 폭의 홈형상의 스페이스(7d)가 설치되어, 서로 구획되어 있다. 본 예의 배선 패턴(7)은 도 3(a)로부터 분명한 바와 같이 각 스페이스(7d)의 가장 폭이 큰 부분의 폭이, 리드부(7c)의 가장 폭이 작은 부분의 폭과 동일하거나, 그것보다 작아지도록 형성된다. 또 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 칩 LED(3, 4, 5, 6)마다 설치된 한 쌍의 칩 접속 단자부(7a)의 양쪽의 면적은, 상기 칩 접속 단자 부(7a) 및 칩 LED(3, 4, 5, 6)의 겹치는 영역의 면적보다 크다. 또한 이 배선 패턴(7)은 도전성이 양호하여 대전류를 흘린 경우에도 발열이 작기 때문에 구리의 도금 생성물에 의하여 형성하는 것이 바람직하다. 또 이 배선 패턴(7)의 표면의 소정의 부분에는 칩 LED(3, 4, 5, 6) 및 외부 장치의 접속을 용이하게 하기 위한 금층, 주석층 또는 땜납층 등을 설치하는 것이 바람직하다.
도 3(b)는 종래기술에서 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 형성되는 배선 패턴(700)의 일례를 나타내는 도면으로, 실시형태예에 관한 배선 패턴(7)과 동수의 칩 접속 단자부(700a), 외부 접속 단자부(700b) 및 리드부(700c)가 형성되어 있다. 칩 접속 단자부(700a)의 형상 및 치수는 이것에 접속되는 칩 LED(3, 4, 5, 6)에 형성된 단자부의 형상 및 치수와 대략 동일하게 형성된다. 이것에 대하여 외부 접속 단자부(700b)는 실시형태예에 관한 외부 접속 단자부(7b)와 마찬가지로 외부장치를 용이하고 또한 고정밀도로 접속 가능한 최적 치수의 면형상으로 형성되고, 리드부(700c)는 실시형태예에 관한 리드부(7c)와 마찬가지로 저저항 또한 배선이 용이한 최적 치수의 선형상으로 형성된다. 따라서 도 3(a)와 도 3(b)의 비교로부터 분명한 바와 같이 종래기술에서는 인접하여 배치되는 칩 접속 단자부(700a)와 리드부(700c)의 사이 및 2개의 리드부(700c)의 사이가, 실시형태예에 관한 실리콘 서브 마운트 소자(2)와는 달리 반드시 각 스페이스(700d)의 가장 폭이 큰 부분의 폭이 리드부(700c)의 가장 폭이 작은 부분의 폭과 동일하거나 그것보다 작아지지 않아 리드부(700c)의 가장 폭이 작은 부분의 폭보다 폭이 큰 면형상의 스페이스(700d)가 형성된다.
또한 상기 배선 패턴(700)은 도전성이 양호하고 대전류를 흘린 경우에도 발열이 작기 때문에 구리의 도금 생성물에 의하여 형성하는 것이 바람직하다. 또 이 배선 패턴(700)의 표면의 소정부분에는 칩 LED(3, 4, 5, 6) 및 외부 장치의 접속을 용이하게 하기 위한 금층, 주석층 또는 땜납층 등을 설치하는 것이 바람직하다.
실시형태예에 관한 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 상면은, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 그 대략 전면이 배선 패턴(7)으로 덮여진다. 그리고 상기한 바와 같이 이 배선 패턴(7)은 구리 등의 도전성 및 열전도성이 뛰어난 금속재료를 가지고 형성되기 때문에, 배선 패턴(7)이 실리콘 서브 마운트 소자의 상면의 방열부재(18)로서 기능하여 도 3(b)에 나타낸 종래기술의 실리콘 서브 마운트 소자(200)에 비하여 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 상면의 방열성을 높일 수 있어, 그 저온화와 균열화를 실현할 수 있다. 따라서 칩 LED(3∼6)의 과열에 따르는 특성열화 등의 여러가지의 부적절함을 효율적으로 억제 또는 방지할 수 있다. 또 본 예의 반도체 발광장치(1)는 칩 접속 단자부(7a)를 대형화함에 의하여 원하는 배선 패턴(7)을 형성하였기 때문에 칩 접속 단자부(7a)에 대한 칩 LED(3∼6)의 위치 결정 정밀도를 어느 정도 완만하게 할 수 있어 반도체장치의 생산성의 향상, 나아가서는 반도체장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
칩 LED(3, 4, 5, 6)로서는 임의의 칩 LED를 임의로 조합하여 사용할 수 있으나, 혼색에 의하여 백색광을 얻는 경우에는 녹색 LED의 발광효율이 적색 LED 및 청색 LED의 발광효율보다 나쁜 것을 고려하여, 녹색 LED를 2개, 적색 LED 및 청색 LED를 각 1개로 하는 것이 바람직하다. 또한 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 4개의 칩 LED(3∼6)를 2행 2열로 배치하는 경우에는, 혼색의 균일성을 높이기 위하여 2개의 녹색 LED(3, 4)를 대각으로 배치하는 것이 특히 바람직하다. 또 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 4개의 칩 LED(3∼6)를 1열로 배치하는 경우에는, 마찬가지로 혼색의 균일성을 높이기 위하여 적색 LED(5)와 청색 LED(6)의 사이에 하나의 녹색 LED(3)를 배치하고, 적색 LED(5)의 바깥쪽 또는 청색 LED(6)의 바깥쪽에 또 하나의 녹색 LED(4)를 배치하는 것이 특히 바람직하다. 이들 각 칩 LED(3∼6)의 배면(광방사면의 이면) 에는 도 2에 나타내는 바와 같이 실리콘 서브 마운트 소자(2)에 형성된 칩 접속 단자부(7a)와의 접속을 용이하게 하기 위한 단자부(3a)가 형성되어 있고, 그 표면의 소정의 부분에는 접합용 금층, 주석층 또는 땜납층 등이 형성되어 있다. 각 칩 LED(3∼6)는 실리콘 서브 마운트 소자(2)에 플립 칩방식으로 설치된다. 또한 사용하는 칩 LED의 갯수나 조립에 대해서는 이것에 한정되는 것이 아니라, 임의로 선택할 수 있다.
또 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 반도체 칩으로서 칩 LED(3∼6)를 탑재하는 경우에는 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이 칩 LED(3∼6)에 더하여 이들 칩 LED(3∼6)의 보호 회로 소자(11, 12, 13, 14)를 설치할 수 있다. 보호 회로 소자(11∼l4)로서는 도 5에 예시하는 제너다이오드 외에 서지를 흡수하는 특성을 가지는 다른 다이오드나 회로 소자를 사용할 수도 있다. 이와 같이 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 칩 LED(3∼6)와 상기 칩 LED(3∼6)의 보호 회로 소자(11∼14)를 설치하면, 반도체 발광장치의 구성을 집약화할 수 있기 때문에, 반도체 발광장치의 소형화 및 고기능화가 도모됨과 동시에, 칩 LED(3∼6)의 정전파괴 등을 방지할 수 있어, 반도체 발광장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
또 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 반도체 칩으로서 칩 LED(3∼6)를 탑재하는 경우에는 도 6에 나타내는 바와 같이 칩 LED(3∼6)에 더하여 이들 각 칩 LED(3∼6)의 구동회로 소자(15)를 설치할 수 있다. 구동회로 소자(15)로서는 IC 칩을 사용할 수 있다. 이와 같이 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 칩 LED(3∼6)와 상기 칩 LED(3∼6)의 구동회로 소자(15)를 설치하면 반도체 발광장치의 구성을 집약화할 수 있기 때문에, 반도체 발광장치의 소형화와 고기능화를 도모할 수 있다. 또한 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 칩 LED(3∼6)와 상기 칩 LED(3∼6)의 보호 회로 소자(11∼14)와 상기 칩 LED(3∼6)의 구동회로 소자(15)를 합쳐서 설치하는 것도 물론 가능하다.
또한 상기 실시형태예에 있어서는, 도 3(a)와 도 3(b)의 비교로부터 분명한 바와 같이, 칩 접속 단자부(7a)를 대형화함에 의하여 원하는 배선 패턴(7)을 형성하였으나, 이와 같은 구성 대신에 도 7에 모식적으로 나타내는 바와 같이 외부 접속 단자부(7b)를 대형화함으로써 원하는 배선 패턴(7)을 형성할 수도 있다. 이 경우에는 외부 접속 단자부(7b)에 대한 외부장치에 설치된 단자부의 위치 결정 정밀도를 어느정도 유연하게 할 수 있어, 반도체장치와 외부장치로 이루어지는 전자장치의 생산성의 향상 나아가서는 상기 전자장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
본 예의 반도체 발광장치(1)는 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 칩 접속 단자부(7a) 및 외부 접속 단자부(7b) 및 이들 각 단자부(7a, 7b)를 접속하는 리드부(7c)로 이루어지는 배선 패턴(7)을 형성함과 동시에, 인접하여 배치되는 2개의 칩 접속 단자부(7a)의 사이 및 칩 접속 단자부(7a)와 리드부(7c) 사이 및 2개의 리드부(7c)의 사이에 대략 일정 폭의 홈형상의 스페이스(7d)를 형성하고, 각 스페이스(7d)의 가장 폭이 큰 부분의 폭을 리드부(7c)의 가장 폭이 작은 부분의 폭과 동일하거나 그것보다 작게 하였다. 또 칩 LED(3, 4, 5, 6)마다 설치된 한 쌍의 칩 접속 단자부(7a)의 양쪽의 면적이, 상기 칩 접속 단자부(7a) 및 칩 LED(3, 4, 5, 6)가 겹치는 영역의 면적보다 커지도록 하였다. 이에 의하여 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 상면으로부터의 방열특성을 높일 수 있어, 칩 LED(3∼6)의 과열에 따르는 여러가지의 부적절함을 효율적으로 억제 또는 방지할 수 있다.
여기서 도 3(a)에 나타낸 본 발명에 관한 반도체장치의 배선 패턴(7)의 방열효율과, 도 3(b)에 나타낸 종래기술의 반도체장치의 배선 패턴(700)의 방열효율을 비교하였다. 실리콘 서브 마운트 소자(2)는 모두 1.5 mm × 1.5 mm의 직사각형상의 기판을 사용하였다. 종래기술의 반도체장치에서는 배선 패턴(700)의 면적을 3.18 ㎟[실리콘 서브 마운트 소자(2)의 면적의 35%], 배선 패턴(700) 이외의 면적을 5.82 ㎟[실리콘 서브 마운트 소자(2)의 면적의 65%]로 하였다. 이것에 대하여 본 발명에 관한 반도체장치에서는 배선 패턴(7)의 면적을 5.6 ㎟[실리콘 서브 마운트 소자(2)의 면적의 67%], 배선 패턴(7) 이외의 면적을 3.4 ㎟[실리콘 서브 마운트 소자(2)의 면적의 33%]로 하였다. 이들 반도체장치에 공통의 전력 2.02 W를 공급한 바, 종래기술의 반도체장치는 49.53℃까지 상승하였으나, 본 발명에 관한 반도체장치는 44.67℃에 그쳤다. 기준 온도를 25℃라 하였을 때, 단위 전력당의 상승온도는 종래기술의 반도체장치에서는(49.53 - 25)/2.02 = 12.14 (℃/W)인 데 대 하여, 본 발명에 관한 반도체장치에서는 (44.67 - 25)/2.02 = 9.74(℃/W)이었다. 이와 같이 단위 전력당의 상승온도를 약 2.4(℃/W)만큼 저감할 수 있고, 이 결과, 약 20% 효율을 높일 수 있었다.
이하, 상기 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제조방법을 도 8에 의거하여 설명한다.
도 8은 실시형태예에 관한 반도체 발광장치의 제조순서를 나타내는 플로우도이다.
먼저, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 소요 크기(예를 들면, 3 mm 각) 의 반도체 발광장치를 다수개 취하기 가능한 실리콘 웨이퍼(21)를 준비한다. 또한 도 8(a) 중의 부호 22는 예정 스크라이브 라인을 나타내고 있다. 다음에 상기 실리콘 웨이퍼(21)의 표면에 열산화 처리를 실시하여, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 실리콘 웨이퍼(21)의 표면에 절연성의 산화물층(2b)을 형성한다. 이어서 도 8(c)에 나타내는 바와 같이 열산화 처리된 실리콘 웨이퍼(21)의 표면에 예를 들면 포토레지스트법 등에 의하여 칩 접속 단자부(7a), 외부 접속 단자부(7b) 및 리드부(7c)를 포함하는 소요의 배선 패턴(7)을 형성한다. 이어서 도 8(d)에 나타내는 바와 같이 실리콘 웨이퍼(21)에 형성된 칩 접속 단자부(7a)에 칩 LED(3∼6)를 플립 칩 설치한다. 칩 접속 단자부(7a)와 칩 LED(3∼6)와의 접속은 초음파를 이용한 금속층끼리의 확산 접합이나 리플로우 납땜 등으로 행할 수 있다. 제일 마지막으로 도 8(e)에 나타내는 바와 같이 실리콘 웨이퍼(21)를 예정 스크라이브 라인(22)을 따라 스크라이브하여 반도체 발광장치(1)의 개편(開片)을 얻는다.
본 예의 반도체발광장치(1)의 제조방법은, 열산화처리에 의하여 실리콘 웨이퍼(21)의 표면에 절연성의 산화물층(2b)을 형성하기 때문에 실리콘 웨이퍼(21)의 표면에 절연재료를 피복하여 절연층을 형성하는 경우와는 달리, 실리콘 웨이퍼(21)로부터의 절연층의 박리라는 것이 일어날 수 없어, 내구성이 뛰어난 반도체 발광장치를 제조할 수 있다. 또 웨이퍼단계에서 열산화 처리와 배선 패턴(7)의 형성과 칩 LED(3∼6)의 설치를 행하기 때문에, 실리콘 웨이퍼(21)를 개편으로 분할한 후에 이들의 처리를 행하는 경우에 비하여 소요의 반도체 발광장치(1)를 고능률로 제조할 수 있어, 반도체 발광장치(1)의 저비용화를 도모할 수 있다.
이하, 상기 실시형태예에 관한 반도체 발광장치를 이용한 반도체모듈의 일례를 조광장치용 반도체 모듈을 예로 들어 도 9 내지 도 13에 의거하여 설명한다. 도 9는 실시형태예에 관한 반도체 모듈의 부분 평면도, 도 10은 실시형태예에 관한 반도체 모듈의 부분 단면도, 도 11은 실시형태예에 관한 반도체 모듈의 제조순서를 나타내는 플로우도, 도 12는 실시형태예에 관한 반도체 모듈의 다른 예를 나타내는 주요부 단면도, 도 13은 도 12의 반도체 모듈에 구비되는 미러 구조체의 측면도이다.
도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이 본 예의 조광장치용 반도체 모듈(31)은 먼저 설명한 반도체 발광장치(1)와, 상기 반도체 발광장치(1)의 배면에 부설된 메탈기판이라 불리우는 방열판(32)과, 복수개의 반도체 발광장치(1)를 탑재하는 테이프형상의 플렉시블 배선 기판(41)으로 구성되어 있다. 그외 도 2와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
메탈기판(방열판)(32)은 반도체 발광장치(1)의 방열체 및 보강체로서 기능하는 것으로, 알루미늄이나 구리 등의 열전도성이 뛰어난 금속재료를 가지고 형성되어 있고, 반도체 발광장치(1)의 배면[실리콘 서브 마운트 소자(2)의 배면]에 예를 들면 은페이스트 등의 열전도성이 뛰어난 접착제(33)를 거쳐 접착된다.
플렉시블 배선 기판(41)은 도 9, 도 10 및 도 12에 나타내는 바와 같이 예를 들면 폴리이미드수지나 폴리아미드수지 등의 내열성, 강인성 및 절연성이 뛰어난 수지재료로 이루어지는 테이프형상 기판(42)의 표면에 원하는 배열로 구리박 등으로 이루어지는 도전 패턴(43)을 형성함과 동시에 도전 패턴(43)의 외면을 절연성의 커버 코트(42a)로 덮고, 원하는 위치에 원하는 배열로 작업용 관통 구멍(44, 45, 46)을 형성하여 이루어진다. 관통 구멍(44)은 반도체 발광장치(1)의 설치구멍으로, 플렉시블 배선 기판(41)의 길이방향으로 등간격으로 개설된다. 도전 패턴(43) 중, 반도체장치 설치구멍(44)에 면하는 부분에 형성된 리드(43a)는 반도체 발광장치(1)의 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 형성된 외부 접속 단자부(7b)에 접속 가능한 형상 및 배열로 형성된다. 관통 구멍(45)은 반도체 발광장치(1)의 공급장치 (도시생략) 에 대한 반도체장치 설치구멍(44)의 위치결정을 행하는 위치결정구멍이고, 반도체장치 설치구멍(44) 전후의 소정의 부분에 등간격으로 개설된다. 관통 구멍(46)은 플렉시블 배선 기판(41)의 이송구멍이고, 플렉시블 배선 기판(41)의 길이방향의 양쪽 변을 따라 등간격으로 개설된다. 이송구멍(46)에는 조광장치의 제조장치에 구비된 도시 생략한 스프로킷의 톱니가 걸어맞춰진다.
또한 도 9에서는 플렉시블 배선 기판(41)의 길이방향으로 2열의 배선 패 턴(43) 및 관통 구멍(44, 45, 46)이 평행하게 형성되어 있으나, 플렉시블 배선 기판(41)에 형성되는 도전 패턴(43) 및 관통 구멍(44, 45, 46)의 열수에 대해서는 이것에 한정되는 것이 아니라, 1열 또는 3열 이상의 복수열로 하는 것도 물론 가능하다. 또 플렉시블 배선 기판(41)은 TCP(테이프 캐리어·패키지) 및 COF(칩·온·필름) 등의 방식을 포함하는 것이다.
반도체 발광장치(1)는 도 10에 나타내는 바와 같이 적어도 칩 LED(3∼6)의 광방사면이 플렉시블 배선 기판(41)의 상면보다 윗쪽으로 돌출하도록 플렉시블 배선 기판(41)의 아래쪽으로부터 설치구멍(44) 내에 삽입되고, 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 형성된 외부 접속 단자부(7b)에 플렉시블 배선 기판(41)의 리드(43a)가 접속된다. 외부 접속 단자부(7b)와 리드(43a)의 접속방식으로서는 열압착접속, 초음파접속, 납땜 또는 와이어본딩 등을 채용할 수 있다. 또한 도 10의 예에서는 반도체 발광장치(1)와 플렉시블 배선 기판(41)이 외부 접속 단자부(7b)에서만 접하는 구조로 되어 있으나, 플렉시블 배선 기판(41)에 대한 반도체 발광장치(1)의 설치 안정성을 높이기 위하여 플렉시블 배선 기판(41)의 하면에 반도체 발광장치(1)에 구비된 메탈기판(32)의 상면을 접착하는 구조로 할 수도 있다.
이 반도체 모듈의 제조는, 도 11에 나타내는 순서로 행하여진다. 즉, 먼저 도 8에 나타내는 순서로 제조된 반도체 발광장치(1)와, 메탈기판(32)과, 플렉시블 배선 기판(41)을 준비한다. 플렉시블 배선 기판(41)은 릴(51)에 감긴상태로 공급된다. 다음에 메탈기판(32)의 한쪽 면에 은페이스트를 첨부하여 상기 메탈기판(32)의 은페이스트 첨부면에 반도체 발광장치(1)의 실리콘 서브 마운트 소자(2) 를 탑재한 후, 이것을 가열 건조하여 반도체 발광장치(1)와 메탈기판(32)의 접합체(1A)를 얻는다. 플렉시블 배선 기판(41)에 대한 접합체(1A)의 설치는, 릴(51)로부터 풀어내진 플렉시블 배선 기판(41)의 한쪽 끝을 감아 들임 릴(52)측에 감고, 이송구멍(46)을 이용하여 플렉시블 배선 기판(41)을 릴(51)측으로부터 감아들임 릴(52)측으로 차례로 이송함으로써 행하여진다. 접합체(1A)의 설치시에는 먼저 플렉시블 배선 기판(41)의 표리 양면에 리드성형장치(53)를 가압하여 플렉시블 배선 기판(41)에 형성된 리드(43a)를 소정의 형상으로 성형한다. 플렉시블 배선 기판(41)에 대한 리드성형장치(53)의 위치 결정은 리드성형장치(53)에 형성된 핀형상의 위치 결정 돌기(54)를 플렉시블 배선 기판(41)에 개설된 위치 결정 구멍(45) 내에 삽입함으로써 행하여진다. 이어서 플렉시블 배선 기판(41)에 개설된 설치구멍(44) 내에 상기 플렉시블 배선 기판(41)의 아래 쪽으로부터 이송된 접합체(1A)의 칩 LED(3∼6)을 삽입하여 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 형성된 외부 접속 단자부(7b)에 플렉시블 배선 기판(41)에 형성된 리드(43a)를 소요의 접속장치(55)를 사용하여 접속한다. 플렉시블 배선 기판(41)에 대한 접합체(1A)의 위치 결정은, 접합체 반송장치(56)에 형성된 핀형상의 위치 결정 돌기(57)를 플렉시블 배선 기판(41)에 개설된 위치 결정 구멍(45) 내에 삽입함으로써 행하여진다. 제일 마지막으로 접속부에 대한 포팅수지의 공급과 가열건조 및 칩 LED(3∼6)에 대한 포팅수지의 공급과 가열건조를 행하여 테이프형상의 조광장치의 제조를 완료한다.
이와 같이 하여 제조된 조광장치 및 조명장치용 반도체 모듈은, 적절히 절단 또는 접속되어 소요수의 칩 LED(3∼6)를 가지는 점형상, 면형상 또는 선형상의 발 광장치로서 사용된다. 본 예의 조광장치 및 조명장치용 반도체 모듈의 제조방법은 테이프형상의 플렉시블 배선 기판(41)을 감아 들임 릴(52)에 차례로 감아 들이면서 연속적으로 리드(43a)의 성형과, 플렉시블 배선 기판(41)에 대한 접합체(1A)의 설치와, 소정부분의 포팅을 행하기 때문에 조광장치의 제조를 효율적으로 행할 수 있어, 조광장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
또한 상기 조광장치에는 도 12에 나타내는 바와 같이 칩 LED(3∼6)로부터 방사된 광을 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 법선방향으로 효율좋게 조사하기 위하여 칩 LED(3∼6)의 주변부분에 소요형상의 미러 구조체(61)를 배치할 수도 있다. 미러 구조체(61)는 광반사율이 높은 금속재료 또는 표면에 광반사율이 높은 금속재료로 이루어지는 반사층이 형성된 플라스틱 성형체를 가지고 형성되어 있고, 소요의 접착제를 가지고 칩 LED(3∼6)의 주변부분에 설치된다. 미러 구조체(61)는 칩 LED(3∼6)의 끝면부분으로부터 방사된 광을 칩 탑재면(2a)의 법선방향으로 반사하는 것으로, 반사면의 형상은 도 13(a)에 나타내는 바와 같이 사면형상으로 할 수도 있고, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이 오목형상의 곡면형상으로 할 수도 있다. 이와 같이 칩 LED(3∼6)의 주변부분에 소요의 형상의 미러 구조체(61)를 설정하면 칩 LED(3∼6)의 끝면부분으로부터 방사된 광을 칩 탑재면(2a)의 법선방향으로 반사하여 칩 LED(3∼6)의 표면부분으로부터 방사된 광에 합류시킬 수 있기 때문에, 광의 이용효율을 높일 수 있고, 고조도로 하여 소비전력이 작은 조광장치를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 반도체 모듈은 양산성 및 가요성이 뛰어난 플렉시블 배선 기판에 직접 반도체장치를 설치하였기 때문에, 이용 부분에 따라 임의의 형상으로 탄성 변형 가능한 반도체 모듈을 저렴하게 제조할 수 있다. 또 반도체 칩과 열팽창 계수가 근사하고 있는 실리콘 서브 마운트 소자 위에 반도체 칩을 설치하기 때문에 반도체 칩의 파괴 등을 일으키기 어렵고, 내구성이 우수하다. 또 플렉시블 배선 기판의 상면보다 윗쪽에 반도체 칩의 상면을 배치하기 때문에 반도체 칩으로서 LED를 사용한 경우, 소비전력이 작아 고조도의 조광장치를 실현할 수 있다. 또한 플렉시블 배선 기판의 하면보다 아래쪽에 실리콘 서브 마운트 소자의 하면을 배치하기 때문에 실리콘 서브 마운트 소자의 배면에 방열판을 배치함으로써 방열 특성이 뛰어난 반도체 모듈을 용이하게 작성할 수 있다.
또 본 발명의 반도체 모듈의 제조방법은 플렉시블 배선 기판에 개설된 반도체장치 설치구멍 내에 반도체장치를 삽입하기 때문에 플렉시블 배선 기판에 대한 반도체장치의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있어, 다수의 반도체장치를 구비한 반도체 모듈의 제조를 용이하게 행할 수 있다. 또 플렉시블 배선 기판을 일 방향에 이송하면서 상기 플렉시블 배선 기판의 아래쪽으로부터 반도체장치 설치구멍 내에 반도체장치를 삽입하여 플렉시블 배선 기판에 형성된 도전 패턴과 실리콘 서브 마운트 소자에 형성된 배선 패턴을 접속하기 때문에, 플렉시블 배선 기판에 대한 반도체장치의 설치를 효율적으로 행할 수 있어 반도체 모듈의 저비용화를 도모할 수 있다.
다음에 칩 LED(3∼6) 위에 렌즈를 구비한 반도체장치의 구성에 대하여 도면에 의거하여 설명한다. 도 14는 렌즈를 구비한 반도체장치의 단면도이다. 이 도 14는 도 10이나 도 12에 준하고 있고, 도 10이나 도 12에 나타내고 있는 플렉시블 배선 기판(41)을 편의상 생략하고 있다. 또 도 14에서는 설명의 편의상, 2개의 칩 LED를 표시하고 있다.
도 12에서는 칩 LED(3∼6)로부터 방사되는 광을, 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 칩 LED(3∼6)이 설치되어 있는 면측에서 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 칩 LED(3∼6)가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향으로 효율좋게 조사하기 위하여 미러 구조체(61)를 칩 LED(3∼6)의 주변부분에 설치하고 있는 데 대하여, 도 14에서는 칩 LED(3∼6)를 덮도록 광학부재로서의 볼록 렌즈(16) 및 투명 수지부(17)를 설치하고 있는 점에서 상위하다.
도 14에 나타내는 바와 같이 볼록 렌즈(16)가 칩 LED(3∼6)의 실리콘 서브 마운트 소자(2)측과 반대측에 설치되어 있다. 볼록 렌즈(16)의 실리콘 서브 마운트 소자측의 면(16a)은 평탄면형상으로 형성되고, 볼록 렌즈(16)의 실리콘 서브 마운트 소자(2)와 반대측은 볼록면형상으로 형성되어 있다. 여기서 볼록 렌즈(16)는 투광성재료에 의하여 형성되어 있다.
이와 같이 칩 LED(3∼6)를 덮도록 광학부재로서의 볼록 렌즈(16)를 설치하고 있기 때문에 칩 LED(3∼6)로부터 방사되는 광을 실리콘 서브 마운트 소자의 칩 LED(3∼6)이 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향(실리콘 서브 마운트 소자의 상면방향)으로 더욱 효율좋게 조사할 수 있고, 높은 광의 이용효율을 얻을 수 있어 고조도 또한 저소비 전력으로 할 수 있다.
또 도 14에 나타내는 바와 같이 볼록 렌즈(16)의 실리콘 서브 마운트 소자측 의 면(16a)은 실리콘 서브 마운트 소자의 칩 LED(3∼6)이 설치되어 있는 면에 대하여 대략 평행하게 되도록 대향하여 배치되어 있다. 이와 같이 구성한 것에 의하여 볼록 렌즈(16)의 실리콘 서브 마운트 소자측의 면(16a) 및 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 칩 LED(3∼6)가 설치되어 있는 면이 위치 결정점이 되어 볼록 렌즈(16)의 위치나 방향을 정합시켜 조립하는 것이 용이해져 볼록 렌즈(16)의 설치를 용이하고 또한 정확하게 행할 수 있다.
또, 도 14에 나타내는 바와 같이 볼록 렌즈(16)의 실리콘 서브 마운트 소자측의 면(16a)과, 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 칩(3∼6)이 설치되어 있는 면과의 사이에는 투명수지 재료가 충전됨으로써 투명 수지부(17)가 형성되어 있다. 또한 이 투명 수지부(17)에 의하여 볼록 렌즈(16)가 실리콘 서브 마운트 소자(2)에 고착된다. 이 투명 수지부(17)는 볼록 렌즈(16)의 실리콘 서브 마운트 소자측의 면(16a)과, 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 칩(3∼6)이 설치되어 있는 면과의 사이에 간극없이 충전되어 있다. 이와 같이 구성한 것에 의하여 높이가 다른 복수의 칩 LED(3∼6)를 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한 경우에도 용이하게 대응할 수 있다. 즉, 이와 같이 함으로써 볼록 렌즈(16)를 안정시켜 유지할 수 있다.
또한 도 14에서는 칩 접속 단자부(7a) 및 외부 접속 단자부(7b)가 배선공용 패턴(7d) 위에 형성되어 있다.
다음에 칩 LED(3∼6) 위에 렌즈를 구비한 반도체장치의 변형예의 구성에 대하여 도면에 의거하여 설명한다. 도 15는 렌즈를 구비한 반도체장치의 변형예의 단면도이다. 이 도 15는 도 14와 마찬가지로 도 10이나 도 12에 준하고 있고, 도 10이나 도 12에 나타나 있는 플렉시블 배선 기판(41)을 편의상 생략하고 있다. 또 도 15에서는 설명의 편의상, 높이가 다른 2개의 칩 LED를 표시하고 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이 칩 LED(3∼6) 위에 렌즈를 구비한 반도체장치에서는 칩 LED(3∼6)로부터 방사되는 광을, 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 칩 LED(3∼6)가 설치되어 있는 면측에서, 실리콘 서브 마운트 소자(2)의 칩 LED(3∼6)가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향으로 효율좋게 조사하기 위하여 칩 LED(3∼6)를 덮 도록 광학부재로서의 볼록 렌즈(16) 및 투명 수지부(17)가 설치되어 있는 데 대하여, 도 15에 나타내는 바와 같이 칩 LED(3∼6) 위에 렌즈를 구비한 반도체장치의 변형예에서는 칩 LED(3∼6)를 덮도록 광학부재로서의 볼록 렌즈(16) 및 통체부(18)가 일체로 된 커버(19)가 설치되어 있는 점에서 상위하다.
또 도 15에 나타내는 바와 같이 커버(19)는 볼록 렌즈(16)와 통체부(18)와, 수용부(20)와, 맞닿음부(18a)를 구비하고 있다. 통체부(18)는 투명재료에 의하여 원통형상으로 형성되어 있다. 또 통체부(18)는 볼록 렌즈(16) 중, 실리콘 서브 마운트 소자(2)측의 면의 바깥 둘레부로부터 실리콘 서브 마운트 소자(2)측을 향하여 연출하도록 형성되어 있다. 또한 볼록 렌즈(16) 및 통체부(18)는 수지성형 등에 의하여 일체로 형성되어도 좋다. 수용부(20)에는 칩 LED(3∼6)가 수용되어 있다. 수용부(20)는 볼록 렌즈(16)의 실리콘 마운트 소자측의 면 및 통체부(18)의 내벽으로 둘러 싸여 형성되어 있다. 도 15에 나타내는 바와 같이 높이가 다른 칩 LED(3∼6)가 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 설치되어 있는 경우, 수용부(18)는 가장 높은 칩 LED가 충분히 수용되도록 형성되어 있다. 맞닿음부(18a)는 통체부(18)의 선단부에 설치되어 있다. 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위의 칩 LED(3∼6)의 바깥 둘레부에 맞닿음부(18a)가 맞닿아 있다. 또 수용부(20) 내에는 간극없이 투명 수지재료가 충전되어 투명 수지부(17a)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 맞닿음부(18a)가 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위의 칩 LED(3∼6)의 바깥 둘레부에 맞닿기 때문에 높이가 다른 복수의 LED를 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한 경우에도 커버(19)를 안정적으로 실리콘 서브 마운트 소자(2) 위에 설치할 수 있다.
반도체 칩의 과열에 따르는 불편을 효율적으로 억제 또는 방지할 수 있다.

Claims (17)

  1. 표면에 절연성의 산화물층이 형성되고, 또한 상기 산화물층 위에 소요의 배선 패턴이 형성된 실리콘 서브 마운트 소자와, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치된 반도체 칩으로 이루어지고,
    상기 배선 패턴이, 상기 반도체 칩을 접속하기 위한 복수의 칩 접속 단자부와, 외부장치를 접속하기 위한 복수의 외부 접속 단자부와, 대응하는 칩 접속 단자부와 외부 접속 단자부를 접속하는 복수의 리드부로 이루어지는 반도체장치에 있어서,
    상기 칩 접속 단자부의 면적이, 상기 칩 접속 단자부 및 상기 반도체 칩이 서로 겹치는 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 칩 접속 단자부의 바깥 둘레 치수가 상기 반도체 칩으로 형성되고, 상기 칩 접속 단자부에 접속되는 단자부의 바깥 둘레 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 배선 패턴이 구리의 도금 생성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 칩으로서 적어도 1개의 발광 다이오드와 상기 발광 다이오드의 구동회로소자를 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 칩으로서, 적어도 1개의 발광 다이오드와 상기 발광 다이오드의 보호 회로 소자를 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 발광 다이오드로서 적색, 녹색 및 청색의 발광 다이오드를 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치한 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 서브 마운트 소자의 이면에 설치된 방열판을 구비하고, 상기 방열판의 면적은 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 칩은 발광 다이오드이고,
    상기 발광 다이오드로부터 방사되는 광을 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면측에서, 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향으로 효율좋게 조사하기 위하여 상기 발광 다이오드를 덮도록 설치한 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광학부재는, 투광성 재료에 의하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 광학부재는, 상기 발광 다이오드의 상기 실리콘 서브 마운트 소자와 반대측에 설치된 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈 중, 상기 실리콘 서브 마운트 소자측은 평탄면으로 형성되고,
    상기 렌즈의 실리콘 서브 마운트 소자측의 평탄면이, 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면에 대하여 대략 평행하게 되도록 대향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 렌즈의 실리콘 서브 마운트 소자측의 평탄면 및 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면의 사이에, 투명 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 광학부재는, 상기 발광 다이오드의 상기 실리콘 서브 마운트 소자와 반대측의 면 위에 설치된 렌즈와, 상기 렌즈의 상기 실리콘 마운트 소자측의 면의 바깥 둘레부로부터 상기 실리콘 서브 마운트 소자측을 향하여 연장 돌출하도록 형성된 통체와, 상기 렌즈의 상기 실리콘 마운트 소자측의 면 및 상기 통체의 내벽에 둘러 싸여 형성되고, 상기 발광 다이오드를 수용하는 수용부와, 상기 통체의 선단부에 설치되고, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위의 상기 발광 다이오드의 바깥 둘레부에 맞닿는 맞닿음부를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  13. 소요의 도전 패턴 및 반도체장치 설치구멍을 가지는 테이프형상의 플렉시블 배선 기판과, 상기 플렉시블 배선 기판에 설치되고, 상기 도전 패턴과 접속되는 복수의 반도체장치로 이루어지는 반도체 모듈에 있어서,
    상기 반도체장치는 소요의 배선 패턴을 가지는 실리콘 서브 마운트 소자와, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치되어, 상기 반도체장치 설치구멍에 삽입된 1 내지 복수개의 반도체 칩으로 이루어지고,
    상기 실리콘 서브 마운트 소자 중, 상기 반도체 칩이 설치된 면이 상기 플렉 시블 배선 기판의 한쪽의 면에 대향하여 배치되고,
    상기 반도체 칩이 상기 반도체장치 설치구멍을 거쳐 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 다른쪽 면보다 돌출하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 실리콘 서브 마운트 소자 중, 상기 반도체 칩이 설치된 면과 반대측의 면에 방열판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 방열판 중, 상기 실리콘 서브 마운트 소자에 설치되어 있는 면이, 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 상기 한쪽의 면에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 반도체 칩은, 발광 다이오드이고,
    상기 발광 다이오드로부터 방사되는 광을, 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면측에서 상기 실리콘 서브 마운트 소자의 상기 발광 다이오드가 설치되어 있는 면으로부터 떨어지는 방향으로 효율좋게 조사하기 위하여 상기 반도체 칩을 덮도록 설치된 광학부재를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
  17. 소요의 도전 패턴 및 반도체장치 설치구멍을 가지는 테이프형상의 플렉시블 배선 기판을 준비하는 공정과,
    소요의 배선 패턴을 가지는 실리콘 서브 마운트 소자와, 상기 실리콘 서브 마운트 소자 위에 설치된 1 내지 복수개의 반도체 칩으로 이루어지는 반도체장치를 준비하는 공정과,
    상기 플렉시블 배선 기판을 일 방향으로 이송하면서 상기 실리콘 서브 마운트 소자 중, 상기 반도체 칩이 설치된 면을 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 한쪽 면에 대향시켜 배치하고, 상기 플렉시블 배선 기판의 한쪽 면측으로부터 상기 반도체장치 설치구멍 내에 상기 반도체 칩이 삽입되도록 상기 반도체장치를 설치하는 공정과,
    상기 반도체 칩이, 상기 반도체장치 설치구멍을 거쳐 상기 플렉시블 프린트 배선 기판의 다른쪽 면보다 돌출하도록 설치되어 있는 상태에서 상기 도전 패턴과 상기 배선 패턴을 접속하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈의 제조방법.
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