(57)【要約】【課題】より簡略な工程で製造可能であり、不良が発生しにくい半導体装置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】表面または裏面の少なくともいずれか一方に電極２１を有する１以上の半導体素子２と、半導体素子２を覆う保護部材３と、を備えた半導体装置Ａ１であって、保護部材３には、電極２１に臨む貫通孔３１が形成されており、貫通孔３１の内面３１ａに、電極２１と導通する配線パターン４が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図２
2010040894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面または裏面の少なくともいずれか一方に電極を有する１以上の半導体素子と、
上記半導体素子を覆う保護部材と、
を備えた半導体装置であって、
上記保護部材には、上記電極に臨む貫通孔が形成されており、
上記貫通孔の内面に、上記電極と導通する配線パターンが設けられていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
表面に互いに離間する一対の電極パッドが設けられた板状の基板を備えており、
上記半導体素子は、表面および裏面に電極を有し、裏面側の電極が上記一対の電極パッドの一方と導通するように上記基板に搭載されており、
上記貫通孔は上記半導体素子の表面側の電極に臨むように形成されており、
上記保護部材は上記一対の電極パッドの他方の少なくとも一部を露出させるように形成されており、
上記配線パターンは、上記表面側の電極と導通し、さらに上記保護部材の外面に沿って延出し、上記一対の電極パッドの他方とも導通している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
表面に電極パッドを有し、裏面に上記電極パッドと導通する第１の実装電極面が形成された基板を備えており、
上記半導体素子は、表面および裏面に電極を有し、裏面側の電極が上記電極パッドと導通するように上記基板に搭載されており、
上記貫通孔は上記半導体素子の表面側の電極に臨むように形成されており、
上記配線パターンは上記表面側の電極と導通しており、
上記保護部材の外面には、上記配線パターンと導通する第２の実装電極面が形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記半導体素子は複数設けられており、
上記半導体素子の数と同数の上記貫通孔が、上記複数の半導体素子のそれぞれの電極に臨むように形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記半導体素子はＬＥＤチップであり、
上記保護部材が、上記ＬＥＤチップから出射される光に対して透明な材質で形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
表面または裏面の少なくともいずれか一方に電極を有する１以上の半導体素子と、
上記半導体素子を覆う保護部材と、
を備えた半導体装置の製造方法であって、
上記電極を覆うように上記保護部材を形成する工程と、
上記電極を露出させるように上記保護部材に貫通孔を形成する工程と、
上記貫通孔の内面に配線パターンを形成する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記貫通孔を形成する工程は、上記保護部材にレーザーを照射することによって行われる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤモジュールなどの半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来の半導体装置の一例を示している（たとえば特許文献１参照）。同図に示された半導体装置Ｘは、リード９１、半導体チップ９２、リード９３、ワイヤ９４、および樹脂パッケージ９５を備えている。リード９１およびリード９３は、たとえば金属製であり、互いに離間している。さらに、リード９１およびリード９３の一部は、樹脂パッケージ９４の外部に露出しており、半導体装置Ｘの電極端子として機能している。半導体チップ９２は、表面と裏面に電極を備えており、表面側の電極はワイヤ９４を介してリード９３と導通し、裏面側の電極はリード９１と導通している。
【０００３】
しかしながら、このような半導体装置Ｘでは、半導体チップ９２とリード９３との接続をワイヤ９４で行っているため、製造工程が煩雑となっていた。また、製造過程や実装工程でワイヤ９４が破断することがあり、不良が発生することがあった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８７２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より簡略な工程で製造可能であり、不良が発生しにくい半導体装置およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供される半導体装置は、表面または裏面の少なくともいずれか一方に電極を有する１以上の半導体素子と、上記半導体素子を覆う保護部材と、を備えた半導体装置であって、上記保護部材には、上記電極に臨む貫通孔が形成されており、上記貫通孔の内面に、上記電極と導通する配線パターンが設けられていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、ワイヤを設けずに、上記電極に対して配線を行うことが可能となっている。このため、煩雑なワイヤ設置作業を行う必要がなくなり、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。また、製造過程や実装工程でワイヤの破断を原因とする不良が発生しなくなるため、上記半導体素子の製造効率を上昇させることが可能となる。さらに、ワイヤを設けないことにより、上記保護部材を薄くすることが可能となり、上記半導体装置の薄型化を図ることができる。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、表面に互いに離間する一対の電極パッドが設けられた板状の基板を備えており、上記半導体素子は、表面および裏面に電極を有し、裏面側の電極が上記一対の電極パッドの一方と導通するように上記基板に搭載されており、上記貫通孔は上記半導体素子の表面側の電極に臨むように形成されており、上記保護部材は上記一対の電極パッドの他方の少なくとも一部を露出させるように形成されており、上記配線パターンは、上記表面側の電極と導通し、さらに上記保護部材の外面に沿って延出し、上記一対の電極パッドの他方とも導通している。このような構成によれば、上記半導体素子の表面側の電極と上記一対の電極パッドの他方との電気的接続を容易に確保することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、表面に電極パッドを有し、裏面に上記電極パッドと導通する第１の実装電極面が形成された基板を備えており、上記半導体素子は、表面および裏面に電極を有し、裏面側の電極が上記電極パッドと導通するように上記基板に搭載されており、上記貫通孔は上記半導体素子の表面側の電極に臨むように形成されており、上記配線パターンは上記表面側の電極と導通しており、上記保護部材の外面には、上記配線パターンと導通する第２の実装電極面が形成されている。このような構成によれば、たとえば、上記半導体装置を実装基板に実装する際に、上記第１および第２の実装電極面を上記実装基板に対して起立させ、上記第１および第２の実装電極面にハンダ材を塗布することにより容易に実装することができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記半導体素子は複数設けられており、上記半導体素子の数と同数の上記貫通孔が、上記複数の半導体素子のそれぞれの電極に臨むように形成されている。このような構成によれば、ワイヤを用いる場合と比較して、上記複数の半導体素子同士を近づけて配置することが可能となる。このため、上記複数の半導体素子の高密度化を容易に実現することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記半導体素子はＬＥＤチップであり、上記保護部材が、上記ＬＥＤチップから出射される光に対して透明な材質で形成されている。このような構成によれば、より簡略な方法で製造可能であり、なおかつ信頼性の高い光源装置を得ることができる。
【００１２】
本発明の第２の側面によって提供される半導体装置の製造方法は、表面または裏面の少なくともいずれか一方に電極を有する１以上の半導体素子と、上記半導体素子を覆う保護部材と、を備えた半導体装置の製造方法であって、上記電極を覆うように上記保護部材を形成する工程と、上記電極を露出させるように上記保護部材に貫通孔を形成する工程と、上記貫通孔の内面に配線パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
このような製造方法によれば、煩雑なワイヤ設置作業を行う必要がないため、より簡略に上記半導体装置を製造することができる。さらに、上記方法によれば、製造過程で不良が発生するのを抑えることができる。また、ワイヤ設置のための設備が不要であるため、製造コスト削減を図ることが可能となっている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記貫通孔を形成する工程は、上記保護部材にレーザーを照射することによって行われる。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１には、本発明で言う半導体装置の第１実施形態を平面図で示している。図２には、図１のII-II線に沿う断面図を示している。図１および図２に示す半導体装置Ａ１は、基板１、ＬＥＤチップ２、保護部材３、および、配線パターン４を備えた光源装置である。
【００１７】
基板１は、たとえば、ガラスエポキシ製であり、厚さ０．１ｍｍの板状に形成されている。基板１の表面には、互いに離間する一対の電極パッド１１，１２が設けられている。電極パッド１１，１２は、たとえばＣｕによって形成されている。電極パッド１１，１２は、それぞれ基板１の長手方向における両端に配置されており、外部との接続ために設けられた図示しない電極端子と導通している。
【００１８】
ＬＥＤチップ２は、本発明に係る半導体素子であり、図示しないＡｇペーストを介して電極パッド１１に搭載されている。ＬＥＤチップ２の表面には、Ｃｕ製の電極２１が設けられている。また、ＬＥＤチップ２の裏面にはＣｕ製の電極２２が形成されている。電極２２は電極パッド１１に導通している。このＬＥＤチップ２は、たとえば可視光を出射可能に構成されている。なお、ＬＥＤチップ２と電極パッド１１とを合わせた厚みは、たとえば０．１ｍｍ程度となっている。
【００１９】
保護部材３は、たとえば可視光を透過可能な樹脂からなり、基板１の表面およびＬＥＤチップ２を覆うように形成されている。基板１の表面と保護部材３の上面とは、たとえば０．２ｍｍ程度離間している。保護部材３は、その上面側に、電極２１に臨むように形成された貫通孔３１と、電極パッド１２に臨むように形成された貫通孔３２とを有している。貫通孔３１の内面３１ａは、保護部材３の上面と電極２１とを繋ぐ斜面に形成されている。また、貫通孔３２の内面３２ａは、保護部材３の上面と電極パッド１２とを繋ぐ斜面に形成されている。
【００２０】
配線パターン４は、たとえばＣｕ製であり、図１に示すように、半導体装置Ａ１の長手方向に沿って延びるように保護部材３の上面、貫通孔３１の内面３１ａ、および、貫通孔３２の内面３２ａに設けられている。さらに、図２に示すように、配線パターン４は電極２１および電極パッド１２に導通接続されている。
【００２１】
次に、上記構成の半導体装置Ａ１の製造方法について図３〜図８を参照して説明する。
【００２２】
まず、表面に互いに離間された導電体層１１Ａ，１２Ａが形成された長大な基板１Ａを用意する。導電体層１１Ａ，１２Ａは、たとえばＣｕ製であるとする。なお、Ｃｕ面の上にＮｉ，Ａｕ等のメッキ層を設ける場合もある。図３に示すように、導電体層１１Ａ上にＬＥＤチップ２を搭載する工程を行う。この工程では、まず、導電体層１１Ａ上に図示しないＡｇペーストを塗布し、このＡｇペースト上にＬＥＤチップ２を設置することによって行われる。
【００２３】
次に、図４および図５に示すように、ＬＥＤチップ２の電極２１を覆うように保護部材３を形成する工程を行う。この工程では、基板１Ａおよびシート状に形成された透明樹脂３Ａを真空中に設置し、基板１Ａの表面に透明樹脂３Ａを加熱圧着する。この工程により基板１Ａの表面およびＬＥＤチップ２を覆う保護層３Ｂが形成される。保護層３Ｂは、後に切断されて保護部材３となる。なお、ＬＥＤチップ２と重ならない部分での保護層３Ｂの厚みは、たとえば０．２ｍｍ程度に形成される。
【００２４】
次に、図６に示すように、電極２１を露出させるように保護層３Ｂに貫通孔３１，３２を形成する工程を行う。この工程は、たとえば、保護層３Ｂの上面の適所にＹＡＧレーザーを照射することによって行われる。貫通孔３１は、保護層３Ｂの上面の基板１の厚み方向視において電極２１の真上にあたる位置にレーザーを照射することによって形成される。また、貫通孔３２は、保護層３Ｂの上面の基板１の厚み方向視において導電体層１２Ａの適所の真上にあたる位置にレーザーを照射することによって形成される。なお、電極２１および導電体層１２ＡはＣｕ製であるため、ＹＡＧレーザーを反射しやすく、貫通孔３１，３２を形成する上で好ましい。
【００２５】
次に、図７および図８に示すように、貫通孔３１の内面に配線パターン４を形成する工程を行う。この工程では、まず、図７に示すように、保護層３Ｂの上面および貫通孔３１，３２の内面３１ａ，３２ａに金属メッキ層４Ａを形成する。メッキ層４Ａの形成は、たとえば、保護層３Ｂの上面および貫通孔３１，３２の内面３１ａ，３２ａにＣｕをメッキすることにより行われる。この工程で形成される金属メッキ層４Ａの厚みはたとえば１８μｍである。
【００２６】
次に、金属メッキ層４Ａをパターニングして配線パターン４を形成する。配線パターン４を形成するパターニングは、たとえば、レジストを設け、レジストから露出する部分を除去することにより行われる。
【００２７】
次に、図８に示す仮想線に沿って切断を行うことにより、図１および図２に示す半導体装置Ａ１を得ることができる。この切断工程により、基板１Ａから基板１が形成される。また、導電体層１１Ａ，１２Ａから電極パッド１１，１２が形成され、保護層３Ｂから保護部材３が形成される。
【００２８】
次に、上記構成の半導体装置Ａ１の作用について説明する。
【００２９】
本実施形態によれば、保護部材３上に形成された配線パターン４によって電極２１と電極パッド１２とが導通しているため、ワイヤを設ける必要がなくなっている。このため、半導体装置Ａ１は、製造工程の簡略化を図ることが可能であり、ワイヤの破断が原因となる不良が生じることがなくなっている。さらに、ワイヤを設ける必要がないため、保護部材３の薄型化を図ることが可能となっている。
【００３０】
また、本実施形態によれば、シート状の透明樹脂３Ａを基板１Ａに圧着し、後に切断することにより、保護部材３を容易に製造することが可能となっている。なお、保護部材３は、たとえば透明樹脂３Ａを液状として基板１Ａに塗布することによっても、容易に製造可能である。
【００３１】
また、本実施形態によれば、配線パターン４が金属メッキ層４Ａをパターニングすることにより容易に形成可能である。このような配線パターン４はワイヤに比べて損傷しにくいため、半導体装置Ａ１の信頼性を高めることができる。さらに、配線パターン４自体を外部と接続するための端子として用いるこのとも可能であり、半導体装置Ａ１を回路等に組み込みやすくなっている。
【００３２】
また、本実施形態によれば、貫通孔３１の内面３１ａおよび貫通孔３２の内面３２ａが斜面となるように形成されているため、貫通孔３１の内面３１ａおよび貫通孔３２の内面３２ａに金属メッキ層４Ａを形成しやすくなっている。
【００３３】
図９〜図１３は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付し、説明を省略している。
【００３４】
図９および図１０は、本発明に係る半導体装置の第２実施形態を、実装基板Ｂに実装された状態で示している。図９および図１０に示す半導体装置Ａ２は、実装基板Ｂに対して起立する実装電極面５Ａ，５Ｂを有しており、図１０に示す仮想線の矢印の方向に光を出射するように構成されている。実装電極面５Ａ，５Ｂは、ハンダ６Ａ，６Ｂによって実装基板Ｂに接着されており、実装基板Ｂ上の図示しない配線とハンダ６Ａ，６Ｂを介して導通している。
【００３５】
このような半導体装置Ａ２では、基板１は実装基板Ｂに対して起立するように設けられており、基板１の裏面に金属層１３が形成されている。さらに、基板１にはスルーホール１４が形成されており、スルーホール１４を通して金属層１３と電極パッド１１とが導通している。また、実装電極面５Ａは、金属層１３の外側の面である。
【００３６】
さらに、半導体装置Ａ２では、配線パターン４は、保護部材３を覆う膜状に形成されており、その表面が実装電極面５Ｂとなっている。このような配線パターン４は、たとえば金属メッキ層４Ａをパターニングせずに表面を研磨することにより得ることができる。
【００３７】
このような半導体装置Ａ２においても、半導体装置Ａ１と同様に、ワイヤを設ける必要がなく、製造工程の簡略化を図ることが可能であり、ワイヤの破断が原因となる不良が生じることがなくなっている。さらに、ワイヤを設ける必要がないため、保護部材３の薄型化を図ることが可能となっている。
【００３８】
さらに、半導体装置Ａ２は、比較的面積の広い実装電極面５Ａ，５Ｂにハンダ６Ａ，６Ｂを塗布することによって容易にかつ強固に実装基板Ｂに実装することができる。
【００３９】
図１１および図１２は、本発明に係る半導体装置の第３実施形態の一部を示している。図１１および図１２に示す半導体装置Ａ３は、互いに直交するｘ方向およびｙ方向に沿って配列された複数のＬＥＤチップ２を備えたドットマトリクスアレイである。
【００４０】
このような半導体装置Ａ３では、配線パターン４は、ｘ方向に沿って長く延び、ｙ方向において一定間隔毎に並ぶように配列された複数の帯状配線４ａからなる。各帯状配線４ａは保護部材３の上面および貫通孔３１の内面３１ａ上に形成されており、ｘ方向に沿って配列されたＬＥＤチップ２の電極２１に導通している。また、半導体装置Ａ３では、基板１上に、ｙ方向に沿って延び、ｘ方向において一定間隔毎に並ぶように配列された複数の帯状配線からなる図示しない配線パターンが設けられている。
【００４１】
さらに、半導体装置Ａ３では、各ＬＥＤチップ２を囲むように複数の反射部材７が設けられている。反射部材７は、ＬＥＤチップ２の側面から出射された光をｚ方向上方に向けて反射する反射面７ａを備えている。なお、ＬＥＤチップ２の光量が十分である場合、反射部材７を設けなくても構わない。
【００４２】
このような半導体装置Ａ３では、ｘ方向およびｙ方向に沿って並ぶＬＥＤチップ２同士をワイヤではなく配線パターン４で接続しているため、ＬＥＤチップ２同士の間隔を狭くすることが可能となっている。たとえば、ワイヤを用いて接続する場合、ＬＥＤチップ２同士の間隔は少なくとも０．７５ｍｍ程度必要であったが、上記構成によればＬＥＤチップ２同士の間隔を０．３ｍｍ程度に小さくすることが可能となっている。また、さらに、半導体装置Ａ３では、ワイヤを用いないため、ワイヤの破断に起因する不良が発生することがない。
【００４３】
したがって、半導体装置Ａ３は、製造工程の簡略化を図りつつ、ＬＥＤチップ２の高密度化を図ることが可能であり、たとえば高画質の表示画面を得ることが可能となる。
【００４４】
図１３は、本発明に係る半導体装置の第４実施形態を断面図で示している。図１３に示す半導体装置Ａ４では、ＬＥＤチップ２を基板１上の電極パッド１１に搭載する替わりに、基板１にＬＥＤチップ２の裏面側の電極２２に臨む貫通孔１５を形成し、基板１の裏面および貫通孔１５の内面にも配線パターン４を形成している。貫通孔１５の形成は、貫通孔３１の形成と同様にＹＡＧレーザー用いて容易に行うことができる。電極２２はＣｕ製であるため、ＹＡＧレーザーの使用に際して好ましい。
【００４５】
このような半導体装置Ａ４においても、半導体装置Ａ１と同様に、ワイヤを設ける必要がなく、製造工程の簡略化を図ることが可能であり、ワイヤの破断が原因となる不良が生じることがなくなっている。さらに、ワイヤを設ける必要がないため、保護部材３の薄型化を図ることが可能となっている。
【００４６】
さらに、このような半導体装置Ａ４では、製造時において基板１Ａに導電体層１１Ａ，１２Ａを形成する必要がなく、さらに、基板１Ａに導電体層１１Ａを設ける工程も省略することが可能である。
【００４７】
本発明に係る半導体装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、上記実施形態では、保護部材３は透明樹脂３Ａにより形成されているが、たとえば保護部材３をプリプレグを用いて形成しても構わない。透明樹脂の替わりに用いることが可能なプリプレグは、たとえば、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を水に攪拌し、グラインダー処理後に製膜して得られるＮａｎｏ ＭＦＣシートにエポキシ樹脂を含んだワニスを含浸塗工することによって製造可能である（特開２００５−６０６８０号公報実施例７参照）。
【００４８】
また、上記実施形態においては、半導体素子としてＬＥＤチップを用いているが、本発明の範囲はこれに限らず様々な半導体素子に対して有効である。上記半導体素子が光を発さないものではない場合、上記保護部材を不透明な材質で形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の一例を示す平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】ＬＥＤチップを搭載する工程を示す断面図である。
【図４】透明樹脂を基板に接着する工程を示す断面図である。
【図５】基板に保護層を形成する工程を示す断面図である。
【図６】保護層に貫通孔を形成する工程を示す断面図である。
【図７】保護層上面に金属メッキ層を形成する工程を示す断面図である。
【図８】配線パターンを形成する工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の一例を示す平面図である。
【図１０】図９のX-X線に沿う断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の一例を示す平面図である。
【図１２】図１１のXII-XII線に沿う断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の一例を示す要部断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４  半導体装置
Ｂ                      実装基板
１                      基板
２                      ＬＥＤチップ
３                      保護部材
３Ａ                    透明樹脂
３Ｂ                    保護層
４                      配線パターン
４Ａ                    金属メッキ層
４ａ                    帯状配線
５Ａ，５Ｂ              実装電極面
６Ａ，６Ｂ              ハンダ
７                      反射部材
７ａ                    反射面
１１，１２              電極パッド
１１Ａ，１２Ａ          導電体層
１３                    金属層
１４                    スルーホール
２１，２２              電極
３１，３２              貫通孔
３１ａ，３２ａ          内面
【図１】
2010040894.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010040894.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010040894.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010040894.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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