(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップを搭載した半導体モジュール装置において、部品点数を増加させることなく軽量化及び低コスト化を図りながら、放熱性を向上させる手段を提供する。【解決手段】フレキシブル基板１０４に半導体チップ１０５が搭載されている。半導体チップ１０５が格納される凹部１０２ａを有する放熱体１０２がフレキシブル基板１０４の一面に接着されている。放熱体１０２におけるフレキシブル基板１０４との接着領域は、凹部１０２ａから離れて凹部１０２ａを囲むように設定されている。放熱体１０２における前記接着領域に囲まれている部分は、その他の部分におけるフレキシブル基板１０４との対向面を基準として傾斜している。【選択図】図２
2010251357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンが形成されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に搭載され且つ前記配線パターンと電気的に接続された半導体チップと、
前記フレキシブル基板の一面に接着され且つ前記半導体チップが格納される凹部を有する放熱体とを備え、
前記放熱体における前記フレキシブル基板との接着領域は、前記凹部から離れて前記凹部を囲むように設定されており、
前記放熱体における前記接着領域に囲まれている部分は、その他の部分における前記フレキシブル基板との対向面から前記凹部の底面が遠ざかるように凹んでいることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体モジュール装置において、
前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとの間の部分は、前記放熱体の凹み形状に応じて凹んでおり、それによって前記半導体チップが前記放熱体の前記凹部に押し付けられることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体モジュール装置において、
前記放熱体は金属又は金属と同等の熱伝導性を持つ材料からなり、
前記フレキシブル基板の線膨張係数は、前記放熱体の線膨張係数と同等か又はそれよりも大きいことを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体モジュール装置において、
前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとの間の部分に、前記フレキシブル基板を前記放熱体に押し付ける構造が設けられていることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体モジュール装置において、
前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとの間の部分に貫通穴が設けられており、
前記貫通穴にビスを通すことによって前記フレキシブル基板と前記放熱体とが結合されていることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体モジュール装置において、
前記貫通穴は、前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとを結ぶ方向に相対的に長い径を有しており、
前記フレキシブル基板における前記放熱体とは反対側の面と前記ビスの頭部との間には、当該反対側の面と平行な面を持つワッシャが介在しており、
前記フレキシブル基板が熱膨張した際に、前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとを結ぶ方向に前記フレキシブル基板が動けるように前記フレキシブル基板と前記放熱体とが前記ビスによって接続されていることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体モジュール装置において、
前記フレキシブル基板における前記放熱体とは反対側の面上に、前記半導体チップを前記放熱体に押し付ける弾性体が設けられていることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体モジュール装置において、
前記弾性体はゴムであることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項９】
配線パターンが形成されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に搭載され且つ前記配線パターンと電気的に接続された半導体チップと、
前記フレキシブル基板の一面に接着され且つ前記半導体チップが格納される凹部を有する放熱体とを備え、
前記放熱体における前記フレキシブル基板との接着領域は、前記凹部から離れて前記凹部を囲むように設定されており、
前記放熱体における前記接着領域に囲まれている部分は、その他の部分における前記フレキシブル基板との対向面に前記凹部の底面が近づくように突き出ていることを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体モジュール装置において、
前記放熱体は金属又は金属と同等の熱伝導性を持つ材料からなり、
前記フレキシブル基板の線膨張係数は、前記放熱体の線膨張係数と同等か又はそれよりも小さいことを特徴とする半導体モジュール装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体モジュール装置が実装された半導体モジュール実装体であって、
前記半導体モジュール装置の前記放熱体が取り付けられるシャーシを備え、
前記放熱体は、前記シャーシの厚さ方向に前記シャーシから所定の間隔離して前記シャーシの周縁部に配置されていることを特徴とする半導体モジュール実装体。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体モジュール実装体を備えていることを特徴とするフラットパネル型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばカラープラズマディスプレイ（plasma display panel）のようなフラットパネル型表示装置に用いられる、駆動用半導体ＩＣ（integrated circuit）チップ（以下、半導体チップという）を搭載したＴＣＰ（Tape Carrier Package）等の半導体モジュール装置に関し、特に、当該半導体モジュール装置の放熱構造及び実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマディスプレイ装置は、液晶パネルに比べて高速表示が可能であり視野角が広いこと、大型化が容易であること、及び、自発光型表示方式であるために表示品質が高いことなどの理由から、フラットパネルディスプレイ技術の中で注目を集めている。
【０００３】
また、フラットパネル型表示装置においては、高精細画面のためのファインピッチ化に伴い半導体チップの多出力化が必要になってきている。このような半導体チップの実装にあたっては高密度な実装が必要であるが、画像表示時に半導体チップに大きな負荷がかかるため、半導体チップが搭載された半導体モジュール装置は非常に高温になってしまう。
【０００４】
それに対して、高密度実装のために半導体チップをフレキシブル基板に実装すると共に当該半導体チップの上下に放熱シートを挟み込み、さらにその全体を金属カバーなどによって覆うことにより半導体モジュール装置を構成し、その半導体モジュール装置を、パネルを固定している金属シャーシにねじなどで固定することにより放熱させる構造が一般的に知られている。
【０００５】
しかし、この放熱構造では、放熱シートを間に介して半導体チップの熱を金属カバーに放熱させるため、半導体チップから金属シャーシへの熱抵抗が大きくなり、半導体チップの熱を十分に放熱させることが困難であった。一方、放熱シートを薄くすることによって熱抵抗を小さくすることができるが、半導体チップの割れ等の取り扱い上の問題を考慮すると、放熱シートを過度に薄くすることはできない。また、一般的に放熱シートはシリコンなどの軟らかい材料から構成されているため、金属カバーや半導体チップを放熱シートに自動機によって貼り付けることが困難であるという作業上の問題もあった。
【０００６】
前述の問題を解決すべく、半導体チップに放熱体を取り付けた構成を有するモジュール装置（以下、半導体モジュール装置という）が採用されるようになってきた。このような半導体モジュール装置として、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような装置が知られている（例えば特許文献１参照）。図１１（ａ）は、従来の半導体モジュール装置の構成を示す外観図であり、図１１（ｂ）は、従来の半導体モジュール装置の構成を示す断面図（図１１（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図）であり、さらに、図１１（ｃ）は、従来の半導体モジュール装置における放熱体及び接着剤の配置を示す外観図である。
【０００７】
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、従来の半導体モジュール装置においては、半導体チップ５が実装されたフレキシブル基板４と放熱体２とが接着剤６によって接着されている。放熱体２には貫通穴２ｂが設けられており、貫通穴２ｂにビス３ａを通すことによって、フラットパネル型表示装置の金属シャーシ受け部７と放熱体２とが接続されている。これにより、半導体チップ５の熱を放熱体２を通じて金属シャーシに放出することができる。尚、放熱体２とビス３ａの頭部との間にはワッシャ１０ａが介在している。
【０００８】
詳細に説明すると、フレキシブル基板４と半導体チップ５との接合部分はチップ保護樹脂５ａによって覆われている。放熱体２には、半導体チップ５を格納するための凹部２ａが設けられている。放熱体２とフレキシブル基板４とは、凹部２ａを囲むように設けられた接着剤６によって接着されている。半導体チップ５の裏面は、シリコーングリスや放熱シートなどからなる放熱材５ｂを介して放熱体２の凹部２ａに接触している。この構成により、半導体チップ５で発生した熱を放熱材５ｂを通じて放熱体２へ効率よく逃がすことができる。尚、図１１（ａ）〜（ｃ）に示す半導体モジュール装置は、フラットパネル型表示装置を支える金属シャーシ本体（図示省略）からは離隔された状態で金属シャーシ受け部７に結合されている。また、フレキシブル基板４の両端にはそれぞれ電極７及び８が形成されており、フレキシブル基板４における電極７及び８の近傍にはスリット４ａが形成されている。さらに、フレキシブル基板４は、電極７及び８のそれぞれと半導体チップ５とを電気的に接続する配線９を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３３８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような構成を持つ半導体モジュール装置においても、最近、プラズマディスプレイ装置等の画面の高精細化に伴い、１半導体チップ当たりの出力チャンネル数を増やして部品点数を減らす取り組みがなされており、その結果、半導体チップの発熱量も出力チャンネル数に比例して大きくなるという状況になっている。このような発熱量の増大に起因する半導体チップの誤動作や破壊を防止するためには、半導体チップからの熱を十分に放熱させる必要がある一方、半導体チップの発熱量自体を減らすために、ディスプレイ装置の画像制御処理の見直しによる駆動負荷の低減が試みられている。
【００１１】
しかしながら、放熱体自体の構造が同一であるとすると、放熱量にも限度があるので、放熱体に大型のフィンを追加したり、放熱体をファンで強制空冷したりするなどの放熱方法や放熱構造の見直しが必要になってきており、その結果、部品点数が増えたり、セット重量が増えたりといった新たな問題が生じている。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、カラープラズマディスプレイのようなフラットパネル型表示装置に用いられる、半導体チップを搭載した半導体モジュール装置において、部品点数を増加させることなく軽量化及び低コスト化を図りながら、放熱性を向上させることができる放熱構造及び実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１の半導体モジュール装置は、配線パターンが形成されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に搭載され且つ前記配線パターンと電気的に接続された半導体チップと、前記フレキシブル基板の一面に接着され且つ前記半導体チップが格納される凹部を有する放熱体とを備え、前記放熱体における前記フレキシブル基板との接着領域は、前記凹部から離れて前記凹部を囲むように設定されており、前記放熱体における前記接着領域に囲まれている部分は、その他の部分における前記フレキシブル基板との対向面から前記凹部の底面が遠ざかるように凹んでいる。
【００１４】
本発明に係る第１の半導体モジュール装置において、前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとの間の部分は、前記放熱体の凹み形状に応じて凹んでおり、それによって前記半導体チップが前記放熱体の前記凹部に押し付けられていてもよい。すなわち、前記フレキシブル基板が熱膨張した時に、前記接着領域を起点として前記フレキシブル基板が前記凹部に向かって伸びるため、前記半導体チップを前記凹部に押し付ける方向に応力が作用する。
【００１５】
本発明に係る第１の半導体モジュール装置において、前記放熱体は金属又は金属と同等の熱伝導性を持つ材料からなり、前記フレキシブル基板の線膨張係数は、前記放熱体の線膨張係数と同等か又はそれよりも大きくてもよい。尚、前記フレキシブル基板と前記半導体チップとの複合体の線膨張係数が、前記放熱体の線膨張係数と同等か又はそれよりも大きくてもよい。
【００１６】
本発明に係る第１の半導体モジュール装置において、前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとの間の部分に、前記フレキシブル基板を前記放熱体に押し付ける構造が設けられていてもよい。この場合、前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとの間の部分に貫通穴が設けられており、前記貫通穴にビスを通すことによって前記フレキシブル基板と前記放熱体とが結合されていてもよい。また、前記貫通穴は、前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとを結ぶ方向に相対的に長い径を有しており、前記フレキシブル基板における前記放熱体とは反対側の面と前記ビスの頭部との間には、当該反対側の面と平行な面を持つワッシャが介在しており、前記フレキシブル基板が熱膨張した際に、前記フレキシブル基板における前記接着領域と前記半導体チップとを結ぶ方向に前記フレキシブル基板が動けるように前記フレキシブル基板と前記放熱体とが前記ビスによって接続されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る第１の半導体モジュール装置において、前記フレキシブル基板における前記放熱体とは反対側の面上に、前記半導体チップを前記放熱体に押し付ける弾性体が設けられていてもよい。この場合、前記弾性体はゴムであってもよい。
【００１８】
また、本発明に係る第２の半導体モジュール装置は、配線パターンが形成されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に搭載され且つ前記配線パターンと電気的に接続された半導体チップと、前記フレキシブル基板の一面に接着され且つ前記半導体チップが格納される凹部を有する放熱体とを備え、前記放熱体における前記フレキシブル基板との接着領域は、前記凹部から離れて前記凹部を囲むように設定されており、前記放熱体における前記接着領域に囲まれている部分は、その他の部分における前記フレキシブル基板との対向面に前記凹部の底面が近づくように突き出ている。
【００１９】
本発明に係る第２の半導体モジュール装置において、前記放熱体は金属又は金属と同等の熱伝導性を持つ材料からなり、前記フレキシブル基板の線膨張係数は、前記放熱体の線膨張係数と同等か又はそれよりも小さくてもよい。尚、前記フレキシブル基板と前記半導体チップとの複合体の線膨張係数が、前記放熱体の線膨張係数と同等か又はそれよりも小さくてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る半導体モジュール実装体は、前述の本発明に係る第１又は第２の半導体モジュール装置が実装された半導体モジュール実装体であって、前記半導体モジュール装置の前記放熱体が取り付けられるシャーシを備え、前記放熱体は、前記シャーシの厚さ方向に前記シャーシから所定の間隔離して前記シャーシの周縁部に配置されている。
【００２１】
また、本発明に係るフラットパネル型表示装置は、前述の本発明に係る半導体モジュール実装体を備えている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、放熱体におけるフレキシブル基板との接着領域が、半導体チップ格納用の凹部から離れて当該凹部を囲むように設定されていると共に、放熱体における接着領域に囲まれている部分を、その他の部分と比べて凹ますか突き出させるかさせている。このため、フレキシブル基板が熱膨張した時に、接着領域を起点としてフレキシブル基板が凹部に向かって伸びるため、半導体チップを凹部に押し付ける方向に応力が作用するので、放熱性を向上させることができる。特に、熱伝導特性が良好な熱伝達シャーシに本発明の半導体モジュール装置を、シャーシ本体とは離隔した状態で支持することにより、半導体チップの発熱時に半導体モジュール装置の各パーツが熱膨張している際に放熱安定性を向上させることができる。すなわち、部品点数を増加させることなく軽量化及び低コスト化を図りつつ、放熱性を向上させて半導体チップの動作信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置の構成を示す外観図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置の構成を示す断面図（図１におけるＡ−Ａ線の断面図）である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置が搭載されるフラットパネル型表示装置を支持するシャーシ部分の拡大斜視図であり、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置を搭載した状態のフラットパネル型表示装置のシャーシ部分の外観斜視図であり、図３（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置を搭載した状態のフラットパネル型表示装置を裏面から見た斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置をフラットパネル型表示装置から取り外した状態の断面図であり、図４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置の放熱体単体の外観図であり、図４（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置における接着剤の塗布領域を示す図であり、図４（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置における放熱体に接着剤を塗布した状態を示す外観図であり、図４（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置におけるフレキシブル基板に半導体チップを実装した状態を示す外観図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る本実施形態の半導体モジュール装置にかかる応力を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体モジュール装置の断面構造を示す断面図であり、図６（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体モジュール装置における放熱体とフレキシブル基板とを組合わせた状態の外観図であり、図６（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体モジュール装置におけるフレキシブル基板を固定するためのビスが取り付られた状態の最終外観図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体モジュール装置の断面構造を示す断面図であり、図７（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体モジュール装置の組立後の外観図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係る半導体モジュール装置の断面構造の一例を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施形態に係る半導体モジュール装置の断面構造の他例を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る半導体モジュール装置の断面構造を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る半導体モジュール装置にかかる応力を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、従来の半導体モジュール装置の構成を示す外観図であり、図１１（ｂ）は、従来の半導体モジュール装置の構成を示す断面図（図１１（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図）であり、さらに、図１１（ｃ）は、従来の半導体モジュール装置における放熱体及び接着剤の配置を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置、具体的には、放熱構造を有する半導体モジュール装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態の半導体モジュール装置の構成を示す外観図であり、図２は、本実施形態の半導体モジュール装置の構成を示す断面図（図１におけるＡ−Ａ線の断面図）である。
【００２６】
図１の半導体モジュール装置の外観図に示すように、半導体チップ１０５はフレキシブル基板１０４に位置合わせされて接続されており（図示省略）、半導体チップ１０５上にはチップ保護樹脂１０５ａが塗布されて硬化している。フレキシブル基板１０４の両端にはそれぞれ電極１１１及び１１２が設けられており、フレキシブル基板１０４における電極１１１及び１１２のそれぞれの近傍には、フレキシブル基板１０４と放熱体１０２とが重なる領域を避けて折り曲げスリット１０４ａが形成されている。
【００２７】
本実施形態においては、後に詳述するように、放熱体１０２が半導体チップ１０５に向かって屈曲しているため、フレキシブル基板１０４も放熱体１０２の形状に応じて変形してしまうが（図示省略）、電極１１１及び１１２を外部基板と接続する際には平坦性を保つ必要がある。そこで、前述の折り曲げスリット１０４ａを電極１１１及び１１２のそれぞれの近傍に配置することによって、電極１１１及び１１２のそれぞれとフレキシブル基板１０４との間の歪みを補正することが好ましい。尚、フレキシブル基板１０４は、電極１１１及び１１２のそれぞれと半導体チップ１０５とを電気的に接続する配線１１３を有している。
【００２８】
また、本実施形態において、放熱体１０２は、半導体チップ１０５及びフレキシブル基板１０４のそれぞれと接着剤や放熱材を介して固定されていると共に、放熱体１０２におけるフレキシブル基板１０４と重ならない領域には、フラットパネル型表示装置のシャーシ部分にビス止めするための貫通穴１０２ｂが設けられている。
【００２９】
図２の半導体モジュール装置の断面図に示すように、本実施形態の半導体モジュール装置は、前述の貫通穴１０２ｂに通した固定ビス１０３ａによってパネル側のシャーシ受け部１０７に固定されている。すなわち、本実施形態の半導体モジュール装置は、半導体チップ１０５の熱を放熱体１０２を通じてパネル側シャーシに逃がす放熱構造を有している。尚、放熱体１０２と固定ビス１０３ａの頭部との間にはワッシャ１１０ａが介在している。
【００３０】
本実施形態の特徴は、図２に示す放熱体１０２の断面形状にある。具体的には、放熱体１０２は、フレキシブル基板１０４の一面に接着剤１０６を介して接着されていると共に半導体チップ１０５を格納するための凹部１０２ａを有している。ここで、凹部１０２ａは半導体チップ１０５よりも大きく形成されている。また、放熱体１０２とフレキシブル基板１０４とを接着する接着剤１０６は、凹部１０２ａから離れて凹部１０２ａを四方から囲むように設けられている。さらに、放熱体１０２における接着剤１０６に囲まれている部分は、その他の部分におけるフレキシブル基板１０４との対向面から凹部１０２ａの底面が遠ざかるように凹んでいる。
【００３１】
すなわち、放熱体１０２における接着剤１０６と凹部１０２ａとの間の表面は、放熱体１０２におけるシャーシ受け部１０７と接触する基準面と比較して、所定の傾斜を有しながら凹部１０２ａに繋がっている。言い換えると、接着剤１０６は、放熱体１０２表面の傾斜が始まる起点付近に設けられている。
【００３２】
また、凹部１０２ａの底面には放熱材１０５ｂが充填されていると共にフレキシブル基板１０４は放熱体１０２に接着剤１０６によって固定されるているため、半導体チップ１０５は、放熱体１０２の傾斜に沿って延びるフレキシブル基板１０４によって凹部１０２ａの底面に放熱材１０５ｂを挟んで押し付けられる。このとき、フレキシブル基板１０４の基材弾性力及び基材厚さ並びに放熱体１０２表面の傾斜角度等によってフレキシブル基板１０４が半導体チップ１０５と共に反る結果、半導体チップ１０５を放熱体１０２に押さえつける応力が発生する。
【００３３】
従来技術では、半導体モジュール装置の製造時に（つまり半導体チップと放熱体とを組み合わせるときに）、半導体チップと放熱体とを一定の間隔に保ちながら精度良く固定する必要があった。
【００３４】
それに対して、本実施形態においては、製造上のばらつきに起因して半導体チップ１０５と放熱体１０２の凹部１０２ａの底面との間隔を規定の範囲内に保てなかったとしても、半導体チップ１０５は放熱体１０２に所定の応力で固定されているので、放熱構造面での安全性を確保することができる。
【００３５】
尚、本実施形態において、放熱体１０２における接着剤１０６と凹部１０２ａとの間の表面の傾斜角度を１５°程度に設定すると、前述の効果を得やすい。その理由は以下の通りである。すなわち、放熱体１０２表面の傾斜を大きくするほど、フレキシブル基材１０４が熱膨張したときに当該傾斜面に平行にフレキシブル基材１０４が伸びる長さが大きくなる。このため、半導体チップ１０５を放熱体１０２の凹部１０２ａに押し付ける応力が高くなる結果、フレキシブル基板１０４が放熱体１０２の傾斜面に沿って変形するので、電極１１１及び１１２も当該変形の影響を受ける。従って、本実施形態の半導体モジュール装置を外部と接続する際に、電極１１１及び１１２の変形を補正するなどの対策が必要となってしまう。また、前述の変形を吸収するために、フレキシブル基板１０４の設計において、折り曲げスリット１０４ａのスリット幅を従来設計よりも大きくしたり、放熱体１０２と重なりあう領域から電極１１１及び１１２までの距離を所定の間隔以上に設計するなどの対策が必要となってしまう。
【００３６】
また、本実施形態において、凹部１０２ａは、半導体チップ１０５、フレキシブル基板１０４、放熱体１０２、接着剤１０６及び放熱材１０５ｂによって囲まれた密閉空間である。よって、半導体チップ１０５が動作して発熱した場合、当該密閉空間中の空気層が熱膨張して半導体チップ１０５を持ち上げる応力が発生する可能性があるので、放熱体１０２の凹部１０２ａから放熱体１０２の端部までＶ字溝を空気抜き穴として設けたり、フレキシブル基板１０４における接着剤１０６によって囲まれた領域内に空気抜き用の貫通穴を設けるなどの対策が必要である（図示省略）。
【００３７】
図３（ａ）は、本実施形態の半導体モジュール装置が搭載されるフラットパネル型表示装置を支持するシャーシ部分の拡大斜視図であり、図３（ｂ）は、本実施形態の半導体モジュール装置を搭載した状態のフラットパネル型表示装置のシャーシ部分の外観斜視図であり、図３（ｃ）は、本実施形態の半導体モジュール装置を搭載した状態のフラットパネル型表示装置を裏面から見た斜視図である。
【００３８】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の半導体モジュール装置をパネル側シャーシに固定する際には、フラットパネル型表示装置１０８を支持するシャーシの周縁部にシャーシ受け部１０７を介して放熱体１０２を接続する。すなわち、放熱体１０２は、シャーシの厚さ方向にシャーシ本体から所定の間隔離して配置されている。具体的には、フレキシブル基板１０４の配線パターン面をシャーシ側に向けて、放熱体１０２の貫通穴１０２ｂ及びシャーシ受け部１０７のボス穴１０７ａに固定ビス１０３ａを通して放熱体１０２とシャーシ受け部１０７とを結合する。尚、図３（ｃ）に示すように、フラットパネル型表示装置１０８には、複数の本実施形態の半導体モジュール装置が実装される。
【００３９】
図４（ａ）は、本実施形態の半導体モジュール装置をフラットパネル型表示装置から取り外した状態の断面図であり、図４（ｂ）は、本実施形態の半導体モジュール装置の放熱体単体の外観図であり、図４（ｃ）は、本実施形態の半導体モジュール装置における接着剤の塗布領域を示す図であり、図４（ｄ）は、本実施形態の半導体モジュール装置における放熱体に接着剤を塗布した状態を示す外観図であり、図４（ｅ）は、本実施形態の半導体モジュール装置におけるフレキシブル基板に半導体チップを実装した状態を示す外観図である。
【００４０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、放熱体１０２の中央部に半導体チップ１０５を格納するための凹部１０２ａが設けられており、放熱体１０２における接着剤１０６と凹部１０２ａとの間の表面は、放熱体１０２の基準面（シャーシ受け部１０７との接触面）と比較して、所定の傾斜を有しながら凹部１０２ａに繋がっている。図４（ｂ）に示すように、半導体チップ１０５の外形形状が長方形である場合には、半導体チップ１０５の長辺の側方に放熱体１０２の傾斜面を設けることが好ましい。その理由は、フレキシブル基板１０４を、半導体チップ１０５を頂点とするＶ字型に折り曲げやすくなるからである。
【００４１】
また、図４（ｃ）に示すように、フレキシブル基板１０４と放熱体１０２とを固定するための接着剤１０６の塗布領域は、半導体チップ１０５を囲むように配置されるが、半導体チップ１０５の長辺の側方において当該塗布領域は半導体チップ１０５から十分に離れた領域に設定されていることが好ましい。図４（ｃ）に示す場合、放熱体１０２における基準面と傾斜面との接続部分付近に接着剤１０６の塗布領域を設けている。一方、半導体チップ１０５の短辺の側方においては、接着剤１０６の塗布領域を、半導体チップ１０５を格納する凹部１０２ａに比較的近い位置に設ける。これにより、放熱体２の傾斜面に沿ってフレキシブル基板１０４を固定することが容易になる。また、半導体チップ１０５が動作して発熱した場合、半導体チップ１０５の長辺の側方においてフレキシブル基板１０４における接着剤１０６によって固定されていない領域が自由に熱膨張して伸びるが、当該熱膨張は半導体チップ１０５の長辺側方の接着剤１０６によって規制される。その結果、フレキシブル基板１０４は半導体チップ１０５の方向に伸びて半導体チップ１０５に応力、具体的には、半導体チップ１０５を放熱体１０２に押し付ける応力が生じる結果、半導体チップ１０５の発熱時にも、より安定的に放熱を行える。この発熱時の応力については、後で図５を参照しながら詳述する。
【００４２】
また、図４（ｄ）に示すように、放熱体１０２とフレキシブル基板１０４とを接着剤１０６により貼り合わせる際に、放熱体１０２における半導体チップ１０５から離れて半導体チップ１０５を囲む領域に接着剤１０６を塗布することは前述の通りであるが、当該領域の外側においてはフレキシブル基板１０４を固定するのに十分な接着剤１０６の塗布領域が確保できていれば、フレキシブル基板１０４の熱膨張が規制されないように接着剤１０６の塗布領域を設定する。その理由は次の通りである。すなわち、フレキシブル基板１０４、放熱体１０２、及びフラットパネル型表示装置のシャーシ等はそれぞれ線膨張係数が異なる材料から構成されていると共に、フラットパネル型表示装置の動作に伴い熱膨張や熱収縮が生じる。従って、フレキシブル基板１０４におけるフラットパネル型表示装置に固定される電極１１１を除く部分については可能な限り固定しないようにし、言い換えると、フレキシブル基板１０４の大部分が自由に動けるようにし、それによって、熱膨張や熱収縮に起因する応力をフレキシブル基板１０４の変形によって吸収できるする。これにより、フレキシブル基板１０４の配線１１３、特に周縁部の引き回し配線が放熱体１０２近傍の折り曲げスリット１０４ａ等で断線することを防ぐことができる（図４（ｅ）参照）。
【００４３】
尚、本実施形態において、放熱体１０２の両端部には、放熱体１０２をパネル側シャーシにビス止めするための貫通穴１０２ｂが設けられている。ここで、貫通穴１０２ｂの形状を方形状に設定し、その長辺の長さを固定ビス１０３ａの径よりも長くすることにより、パネル側シャーシに本実施形態の半導体モジュール装置を取り付ける際に、シャーシ受け部１０７のボス穴１０７ａと貫通穴１０２ｂとの位置ずれを調整する。
【００４４】
図５は、本実施形態の半導体モジュール装置にかかる応力、具体的には、半導体チップ１０５が動作して発熱した時に半導体モジュール装置内に発生する応力を示す断面図である。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態の半導体モジュール装置において応力の支点となるのは、半導体チップ１０５を囲む接着剤１０６の半導体チップ１０５側の最端部である。一方、半導体チップ１０５は、接着剤１０６とフレキシブル基板１０４とによって押さえつけられているだけであり、放熱体１０２に強固に固定されているわけではないので、熱膨張時には半導体チップ１０５が放熱体１０２に対する応力の支点となることはない。
【００４６】
従来、フレキシブル基板が熱膨張すると、半導体チップが放熱体から離れる方向に応力が生じる場合があった。
【００４７】
それに対して、本実施形態においては、前述の応力の支点を中心としてフレキシブル基板１０４の熱膨張を積極的に利用する。具体的には、図５に示すように、フレキシブル基板１０４を放熱体１０２の傾斜面に沿って固定すると、前述の応力の支点を中心としてフレキシブル基板１０４にかかる応力については、半導体チップ１０５に向かうＡ方向の応力が、外へ向かうＢ方向の応力よりも大きくなる。ここで、図５に示す例では、左右対称にフレキシブル基板１０４を固定しているので、左右から均一に応力がかかる結果、半導体チップ１０５にかかる合成モーメント力Ｆは、半導体チップ１０５を放熱体１０２に押し付ける応力となって、より安定した放熱性を確保することができる。但し、この効果を得るためには、放熱体１０２及びフレキシブル基板１０４のそれぞれの線膨張係数の間に下記関係が満たされていることが必要がある。
【００４８】
（放熱体の線膨張係数）  ≦  （フレキシブル基板の線膨張係数）
また、半導体チップ１０５の線膨張係数が無視できない場合には、フレキシブル基板１０４と半導体チップ１０５との複合体の線膨張係数が、放熱体１０２の線膨張係数と同等か又はそれよりも大きくてもよい。
【００４９】
以下、本実施形態の半導体モジュール装置の詳細な構成について説明する。
【００５０】
放熱体１０２は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料（金属又は金属と同等の熱伝導性を持つ材料）から構成されている。放熱体１０２の厚さは例えば２．０ｍｍ程度であり、半導体チップ１０５を載置する凹部１０２ａまでの放熱体１０２の傾斜面は基準面に対して１５°傾いている。フレキシブル基板１０４としては、ポリイミド材料などの可撓性を持つ材料からなる樹脂フィルムをベース基材として、その上に接着材及び銅箔が形成された３層構成のテープキャリアなどを用いる。ここで、フレキシブル基板１０４の各層の厚さについては一般的な仕様、例えば、ポリイミド等からなるベース基材の厚さを７５μｍ、銅箔の厚さを１８μｍなどに設定する。接着剤１０６としては、耐熱性を持つ両面テープを用い、当該両面テープを前述の接着領域の形状にプレス加工して放熱体１０２に貼り付けて使用した。
【００５１】
また、フレキシブル基板１０４上には半導体チップ１０５が金属突起バンプなどを介して実装されている。半導体チップ１０５とフレキシブル基板１０４との接続部分はチップ保護樹脂１０５ａによって封止されており、これにより、当該接続部分を補強すると共に当該接続部分を他の部材から電気的に絶縁させている。
【００５２】
さらに、フレキシブル基板１０４の電極１１１は、フラットパネル型表示装置１０８に形成された電極と異方性導電フィルムなどを介して接続されている（図示省略）。一方、フレキシブル基板１０４の電極１１２は、表示装置側の制御基板に形成された電極とコネクタなどを介して接続されている（図示省略）。尚、図３（ａ）〜（ｃ）に示したように、フラットパネル型表示装置１０８の表示パネルは金属製のシャーシに固定されており（図示省略）、当該シャーシに設けられた複数のシャーシ受け部１０７に複数の半導体モジュール装置が設けられている。ここで、各半導体モジュール装置は制御回路を通じてフラットパネル型表示装置１０８を制御して画像を表示させる。
【００５３】
次に、本実施形態の半導体モジュール装置の放熱メカニズムについて説明する。本実施形態の半導体モジュール装置の実使用状態において、半導体チップ１０５が通電されて動作すると、半導体チップ１０５の表面素子が発熱し、当該熱は半導体チップ１０５の基材を伝わってチップ裏面に達する。ここで、半導体チップ１０５の基材としてシリコンを用いると、半導体チップ１０５の厚さが例えば６２５μｍ程度と薄いために、熱伝導は非常に良い。また、半導体チップ１０５の裏面に達した熱は、例えばシリコーングリスや放熱シートなどからなる放熱材１０５ｂを通じて放熱体１０２に伝達される。さらに、放熱体１０２は、フラットパネル型表示装置１０８のシャーシ本体とは離隔した状態でシャーシ受け部１０７に結合されており、これにより、放熱体１０２から熱がシャーシ本体に拡散する。
【００５４】
以上のように、本実施形態の半導体モジュール装置によると、部品点数を増加させることなく軽量化及び低コスト化を図りつつ、放熱性を向上させて半導体チップ１０５の動作信頼性を確保することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体モジュール装置について、図面を参照しながら説明する。
【００５６】
図６（ａ）は、本実施形態の半導体モジュール装置の断面構造を示す断面図であり、図６（ｂ）は、本実施形態の半導体モジュール装置における放熱体とフレキシブル基板とを組合わせた状態の外観図であり、図６（ｃ）は、本実施形態の半導体モジュール装置におけるフレキシブル基板を固定するためのビスが取り付られた状態の最終外観図である。尚、本実施形態に係る半導体モジュール装置の構造は、フレキシブル基板上に固定用ビスを設けている点以外は、前述の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置の構造と同様であるので、図６（ａ）〜（ｃ）において図１及び図２に示す第１の実施形態に係る半導体モジュール装置と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態に係る半導体モジュール装置においては、フレキシブル基板１０４における接着剤１０６と半導体チップ１０５との間の部分に、放熱体１０２の傾斜面に対して垂直に延びる貫通穴１０４ｂが形成されており、当該貫通穴１０４ｂにビス１０３ｂを通すことによってフレキシブル基板１０４と放熱体１０２とが結合されている。尚、フレキシブル基板１０４における放熱体１０２とは反対側の面とビス１０３ｂの頭部との間には、当該反対側の面と平行な面を持つワッシャ１１０ｂが介在している。
【００５８】
本実施形態では、高集積化により半導体チップ１０５が多出力化されて半導体チップ１０５の長辺の長さが１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度以上に長くなるような場合に、ビス１０３ｂ及びワッシャ１１０ｂによって、フレキシブル基板１０４が熱膨張時に伸びる方向を放熱体１０２の傾斜面に沿って規制する効果を向上させることを特徴とする。第１の実施形態では、半導体チップ１０５の短辺側方のフレキシブル基板１０４を接着剤１０６のみによって放熱体１０２に固定しているので、装置を長期間使用していると、接着剤１０６が劣化して接着力がなくなり、フレキシブル基板１０４と放熱体１０２とが離れてしまういう不具合が生じる可能性がある。本実施形態は、このような不具合を回避して装置の信頼性を向上させることを目的としている。
【００５９】
具体的には、図６（ａ）に示すように、フレキシブル基板１０４と放熱体１０２とをビス１０３ｂによって固定する際に、ビス１０３ｂの締め付け具合を調整することにより、フレキシブル基板１０４と放熱体１０２との間に接着剤１０６の厚さ程度の空間が確保されるようにする。これにより、熱膨張したフレキシブル基板１０４がビス１０３ｂからの抵抗力を受けることなく自由に動くことができる。
【００６０】
尚、フレキシブル基板１０４に設ける貫通穴１０４ｂの形状については、フレキシブル基板１０４における接着剤１０６と半導体チップ１０５とを結ぶ方向（放熱体１０２の傾斜方向）に相対的に長い径を有するように設定する。これにより、当該方向に熱膨張したフレキシブル基板１０４が動くことができる。
【００６１】
また、フレキシブル基板１０４上における貫通穴１０４ｂの配置位置については、可能な限りフレキシブル基板１０４の配線（引き回し配線）１０３を避けた領域に設定する。具体的には、例えば図６（ｂ）に示すように、半導体チップ１０５と電極１１１（図面上方）とを接続する配線１１３、及び半導体チップ１０５と電極１１２（図面下方）とを接続する配線１１３をそれぞれ避けて貫通穴１０４ｂを配置した。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示すように配置された貫通穴１０４ｂにビス１０３ｂを通してフレキシブル基板１０４と放熱体１０２とを固定した状態の外観図である。ここで、ビス１０３ｂの頭部及びワッシャ１１０ｂの面積を大きくすることにより、より安定した放熱構造を実現することが可能になる。
【００６２】
尚、本実施形態においては、フレキシブル基板１０４を放熱体１０２に押し付ける構造として、ビス１０３ｂ及びワッシャ１１０ｂを用いたが、その他の器具を用いてフレキシブル基板１０４を放熱体１０２に押し付けてもよいことは言うまでもない。
【００６３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体モジュール装置について、図面を参照しながら説明する。
【００６４】
図７（ａ）は、本実施形態の半導体モジュール装置の断面構造を示す断面図であり、図７（ｂ）は、本実施形態の半導体モジュール装置の組立後の外観図である。尚、本実施形態に係る半導体モジュール装置の構造は、フレキシブル基板上に配置した押さえ板及びビスによってフレキシブル基板を放熱体に押し付けている点以外は、前述の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置の構造と同様であるので、図７（ａ）及び（ｂ）において図１及び図２に示す第１の実施形態に係る半導体モジュール装置と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る半導体モジュール装置においては、放熱体１０２と押さえ板１１４とを用いて半導体チップ１０５の浮き上がりを抑えている。この構造は、第２の実施形態の場合と同様に、高集積化により半導体チップ１０５が多出力化されて半導体チップ１０５の長辺の長さが１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度以上に長くなるような場合に好適である。
【００６６】
具体的には、放熱体１０２の基準面にフレキシブル基板１０４と押さえ板１１４とを固定するビス１０３ｃを設ける。このとき、接着剤１０６の塗布領域内にビス１０３ｃを配置する。これにより、接着剤１０６の劣化に起因する放熱体１０２とフレキシブル基板１０４との分離を回避すると共に、半導体チップ１０５をの浮き上がりを抑える押さえ板１１４をフレキシブル基板１０４上に載置する。
【００６７】
図７（ｂ）には、ビス１０３ｃの配置位置と押さえ板１１４の配置領域とを示している。尚、ビス１０３ｃは、フレキシブル基板１０４の配線１１３を避けて配置されている。また、押さえ板１１４の大きさについては、半導体チップ１０５の長辺方向の接着剤１０６を覆う大きさに設定する。また、押さえ板１１４は、半導体チップ１０５の中央とチップ保護樹脂１０５ａを介して点接触する弾性体１１４ａを有している。弾性体１１４ａの材料としては例えばシリコンゴムなどを用いてもよい。以上のような構成により、より安定した放熱構造を実現することが可能になる。
【００６８】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体モジュール装置について、図面を参照しながら説明する。
【００６９】
図８は、本実施形態の半導体モジュール装置の断面構造の一例を示す断面図であり、図９は、本実施形態の半導体モジュール装置の断面構造の他例を示す断面図である。具体的には、図８は、３層テープキャリアを使用したフェイスダウン構造のフレキシブル基板を用いた半導体モジュール装置の構造を示しており、図９は、２層テープキャリアを使用したフェイスダウン構造のフレキシブル基板を用いた半導体モジュール装置の構造を示している。尚、図８及び図９に示す本実施形態に係る半導体モジュール装置の構造は、フレキシブル基板１０４が半導体チップ１０５に対してフェイスダウンで実装されている点以外は、前述の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置の構造と同様であるので、図８及び図９において図１及び図２に示す第１の実施形態に係る半導体モジュール装置と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
図８に示す半導体モジュール装置において、フレキシブル基板１０４Ａの配線パターン（図示省略）は、放熱体１０２との対向面に形成されているが、半導体チップ１０５のチップ裏面を放熱体１０２に押さえつける構造は第１の実施形態の場合と同じである。ここで、フレキシブル基板１０４Ａにおける配線パターンの配置は第１の実施形態の逆となっているが、フラットパネル型表示装置に対する当該配線パターンの実装方向は変えられないため、フラットパネル型表示装置のシャーシに対する放熱体１０２の取り付け方向を第１の実施形態の逆にする必要がある。但し、図８に示す半導体モジュール装置においても、基本的な放熱構造は第１〜第３の実施形態と同様である。
【００７１】
また、図９に示す半導体モジュール装置においても、図８に示す半導体モジュール装置と基本的に同じ放熱構造を実現できるが、図９に示す半導体モジュール装置においては、２層テープキャリアを用いたフレキシブル基板１０４Ｂを用いているため、フレキシブル基板１０４Ｂのベース基材の厚さは例えば３８μｍ程度と薄くなる。このため、放熱体１０２の傾斜面に沿ってフレキシブル基板１０４をＶ字形状に押さえつける時の弾性力が弱くなると共に、フレキシブル基板１０４の熱膨張により生じる応力、及びそれにより得られる下向きのモーメント力のいずれも小さくなる。
【００７２】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体モジュール装置について、図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図１０（ａ）は、本実施形態の半導体モジュール装置の断面構造を示す断面図である。
【００７４】
尚、図１０（ａ）に示す構造は、放熱体１０２及びフレキシブル基板１０４のそれぞれの線膨張係数の間に下記関係が満たされている場合に好適である。
【００７５】
（フレキシブル基板の線膨張係数）  ≦  （放熱体の線膨張係数）
また、半導体チップ１０５の線膨張係数が無視できない場合には、フレキシブル基板１０４と半導体チップ１０５との複合体の線膨張係数が、放熱体１０２の線膨張係数と同等か又はそれよりも大きくてもよい。
【００７６】
本実施形態の半導体モジュール装置は、図１０（ａ）に示すように、放熱体における接着剤に囲まれている部分が、その他の部分におけるフレキシブル基板との対向面に凹部（半導体チップが格納される凹部）の底面が近づくように突き出ていることを特徴としており、この特徴以外については、前述の第１の実施形態に係る半導体モジュール装置の構造と同様であるので、図１０（ａ）及び（ｂ）において図１及び図２に示す第１の実施形態に係る半導体モジュール装置と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図１０（ｂ）は、本実施形態の半導体モジュール装置にかかる応力、具体的には、半導体チップ１０５が動作して発熱した時に半導体モジュール装置内に発生する応力を示す断面図である。
【００７８】
図１０（ｂ）に示すように、フレキシブル基板１０４の熱膨張によって放熱体１０２の傾斜に沿って発生する応力については、外へ向かうＢ方向の応力が、半導体チップ１０５に向かうＡ方向の応力よりも大きくなる。その結果、半導体チップ１０５にかかる合成モーメント力Ｆは、半導体チップ１０５を放熱体１０２の凹部１０２ａに押し付ける応力となるので、第１の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、半導体モジュール装置の各部材の線膨張係数に応じて、放熱体１０２表面の傾斜を設定することにより、所望の効果を得ることができる。
【００７９】
尚、図３（ａ）〜（ｃ）には、第１の実施形態に係る半導体モジュール装置がフラットパネル型表示装置に搭載される様子を示したが、第１の実施形態に係る半導体モジュール装置に代えて、第２〜第５の実施形態に係る半導体モジュール装置のいずれかをフラットパネル型表示装置に搭載してもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、半導体チップの高集積化に対応して半導体チップの放熱性を十分に確保でき、且つフラットパネル型表示装置を安価に構成できる半導体モジュール装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０２    放熱体
１０２ａ    凹部
１０２ｂ    貫通穴
１０３ａ    固定ビス
１０３ｂ    ビス
１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ    フレキシブル基板
１０４ａ    スリット
１０４ｂ    貫通穴
１０５    半導体チップ
１０５ａ    チップ保護樹脂
１０５ｂ    放熱材
１０６    接着剤
１０７    シャーシ受け部
１０７ａ    ボス穴
１０８    フラットパネル型表示装置
１１０ａ、１１０ｂ    ワッシャ
１１１、１１２    電極
１１３    配線
１１４    押さえ板
１１４ａ    弾性体
【図１】
2010251357.tif 000003
【図２】
2010251357.tif 000004
【図３】
2010251357.tif 000005
【図４】
2010251357.tif 000006
【図５】
2010251357.tif 000007
【図６】
2010251357.tif 000008
【図７】
2010251357.tif 000009
【図８】
2010251357.tif 000010
【図９】
2010251357.tif 000011
【図１０】
2010251357.tif 000012
【図１１】
2010251357.tif 000013