(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的な構成素子のための支持体装置において、
電気絶縁層（１０）を有している支持体（１）と、
前記電気絶縁層（１０）上の電気コンタクト層（２）とを有しており、
前記電気コンタクト層（２）は少なくとも一つの凸状のコンタクト領域（２０）を有しており、
少なくとも一つの空所（３）が、前記電気絶縁層（１０）において、少なくとも前記凸状のコンタクト領域（２０）の側面（２１）に配置されており、前記凸状のコンタクト領域（２０）は、二つの空所間に配置されているか、又は一つの空所（３）の二つの部分領域間に配置されており、前記二つの空所又は前記一つの空所（３）の二つの部分領域は、前記凸状のコンタクト領域（２０）の側面（２１）に接しており、前記凸状のコンタクト領域の各側面は、前記凸状のコンタクト領域の凸状部分の延在方向に平行に延在する、コンタクト領域の側面によって形成されており、前記凸状のコンタクト領域は前記凸状部分の延在方向に沿って、該凸状部分の延在方向に対して垂直な方向における幅よりも大きい長さを有しているか、
又は、
前記凸状のコンタクト領域（２０）の凸状部分の幅が前記電気絶縁層（１０）に向かって狭くなっている、
ことを特徴とする、支持体装置。
【請求項２】
前記凸状のコンタクト領域は少なくとも部分領域において、前記電気絶縁層から分離されており、従って少なくとも該部分領域においては片持ちに形成されているように、前記凸状のコンタクト領域の前記側面はアンダーカットされている、請求項１に記載の支持体装置。
【請求項３】
前記凸状のコンタクト領域（２０）は、一辺を除き全ての面が一つ又は複数の空所（３）によって包囲されている、請求項１に記載の支持体装置。
【請求項４】
前記電気コンタクト層（２）は、相互に対向するように配向されて配置されている二つの凸状のコンタクト領域（２０）を有しており、該二つの凸状のコンタクト領域の間において、前記電気絶縁層（１０）に前記空所（３）が形成されている、請求項３に記載の支持体装置。
【請求項５】
前記電気コンタクト層（２）は別のコンタクト領域（２２）を有しており、該別のコンタクト領域（２２）は前記凸状のコンタクト領域（２０）とは電気的に絶縁されており、
前記電気絶縁層（１０）における前記少なくとも一つの空所（３）が、前記凸状のコンタクト領域（２０）と前記別のコンタクト領域（２２）との間に配置されている、請求項３に記載の支持体装置。
【請求項６】
前記凸状のコンタクト領域（２０）の前記側面（２１）がエッチング又はアンダーカットされている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の支持体装置。
【請求項７】
前記支持体装置は回路基板、金属コアを有する回路基板、セラミック支持体、ガラス支持体、ガラスセラミック支持体、又は、陽極酸化された支持体として形成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の支持体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の支持体装置（１００）と、前記少なくとも一つの凸状のコンタクト領域（２０）に電気的且つ機械的に接続されている電気的な構成素子（４）とを備えていることを特徴とする、電気的な装置。
【請求項９】
前記電気的な構成素子（４）と前記支持体装置（１００）とは異なる熱膨張率を有している、請求項８に記載の電気的な装置。
【請求項１０】
前記支持体装置（１００）の前記電気コンタクト層（２）は別のコンタクト領域（２２）を有しており、該別のコンタクト領域（２２）は前記凸状のコンタクト領域（２０）とは電気的に絶縁されており、
前記電気絶縁層（１０）における前記少なくとも一つの空所（３）が、前記凸状のコンタクト領域（２０）と前記別のコンタクト領域（２２）との間に配置されており、
前記電気的な構成素子（４）は前記別のコンタクト領域（２２）に電気的且つ機械的に接続されている、請求項８又は９に記載の電気的な装置。
【請求項１１】
前記電気的な構成素子（４）は、フリップチップとして形成されている発光半導体チップであり、前記電気的な装置は発光装置である、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の電気的な装置。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の支持体装置又は請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の電気的な装置の製造方法において、
Ａ）電気絶縁層（１０）を有する支持体（１）を準備するステップと、
Ｂ）凸状のコンタクト領域（２０）を有している電気的なコンタクト層（２）を設けるステップと、
Ｃ）少なくとも前記凸状のコンタクト領域（２０）の側面（２１）において、前記電気絶縁層（１０）を少なくとも部分的に除去することによって、前記電気絶縁層（１０）に少なくとも一つの空所（３）を形成する、又は、前記凸状のコンタクト領域（２０）の凸状部分の幅を前記電気絶縁層（１０）に向かって狭くするステップと、
を備えていることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
前記ステップＣ）において、エッチング、特に湿式化学的なエッチング又はイオンエッチングを実施する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気コンタクト層（２）を前記凸状のコンタクト領域（２０）の領域においてエッチング又はアンダーカットする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップＣ）において、前記電気絶縁層のレーザ処理又はエンボス加工によって少なくとも一つの空所（３）を形成する、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持体装置、支持体装置を備えている電気的な装置、並びに、支持体装置及び電気的な装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを基板に実装させるために下面側に電気的な端子が全て配置されている半導体チップが公知である。例えば、電気的な端子領域を介して一面だけで電気的に接続できる発光半導体チップが公知である。端子領域を既に予め製造されている半導体積層体の上面に設け、続いて、その上面を下面として支持体への実装に使用する、通常の製造方式またそれに続く実装方式に基づき、その種の半導体チップはいわゆる「フリップチップ」と称される。
【０００３】
その種の半導体チップにおいては、電気的な端子のために、例えばいわゆるボンディングワイヤの形態のワイヤコンタクトはもはや必要されないという利点が得られる。
【０００４】
特に、有利には大電流で駆動されるいわゆる「パワーチップ」では、チップを良好な放熱のために基板にはんだ付けすることが有利である。はんだ接続部の特徴的な特性は機械的に高い安定性である。半導体チップ又はチップの実装接続部における損傷を回避するために、基板材料として有利には、半導体チップに適合された熱膨張率（ＣＴＥ：coefficient of thermal expansion）を有している材料が使用される。その種のアプローチによって、半導体チップと基板との間の境界面の良好な信頼性が得られる。ＣＴＥが適合されている場合（これは特に同一のＣＴＥ又は少なくとも同等のＣＴＥを意味する）、半導体チップと基板との間に僅かな機械的応力しか生じない。つまり、ＣＴＥのミスマッチによって、即ち熱膨張率の差異によって惹起される機械的な応力を最小にすることができるので、熱機械的な交番応力下でも良好な信頼性を達成することができる。
【０００５】
しかしながらこのアプローチは、半導体チップのＣＴＥに適合されたＣＴＥを有しており、また電気的に絶縁されており、且つ、熱伝性が良好である適切な基板材料を発見しなければならないという欠点を有している。発光半導体チップに対して一般的に使用されている基板材料は、４ｐｐｍ／Ｋから６ｐｐｍ／Ｋの間のＣＴＥを有している。それらの基板材料は、例えば酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムから成る、基板としてのセラミックボードと組み合わされることが多く、例えばＡｌＮのＣＴＥは６ｐｐｍ／Ｋから７ｐｐｍ／Ｋの範囲にある。しかしながらその種の材料は非常に高価であるという欠点を有している。
【０００６】
更に基板が大面積で形成されている場合、即ち、基板が半導体チップよりも幾何学的に大きい寸法を有している場合、ＣＴＥミスマッチの問題は、半導体チップと基板との間の境界面から、基板とその基板が配置される実装面との間の境界面へと移行される。通常の場合、実装面は金属から成り、また一般的にはチップと基板との間の境界面よりも何倍も大きい。従って、ＣＴＥミスマッチは少なくとも基板と実装面との間の境界面においても同様に問題となる。
【０００７】
更に、セラミック基板材料、例えば酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムは比較的大きいモジュールにおける使用には制限的にしか適していない。それらの材料の延性が低いことによって、パネルの破損のような機械的な問題が生じる可能性がある。例えば窒化アルミニウムが使用される場合にはコストが高くなることによって、生産コストも上昇し、従って経済性も危険に曝される。
【０００８】
代替手段として、例えば金属コア基板が提供される。それらの材料は、例えばアルミニウムから成り、且つ、誘電体でもってコーティングされている金属薄板を有している。誘電体の表面には、チップ実装面を備えている本来の結線面が設けられている。しかしながら、金属コア基板（ＭＣＰＣＢ：metal core printed circuit board）は、金属コアとしてアルミニウムが使用される場合には、通常約２３ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有している。従って、その種のＭＣＰＣＢのＣＴＥは、現行の半導体チップ材料のＣＴＥの約４倍である。熱的な交番応力下ではこのＣＴＥミスマッチによって、もっとも弱い要素の故障を生じさせる可能性がある力が生じる。僅かな損失電力しか許容されない場合には、ＦＲ４材料も基板として使用することができ、このＦＲ４材料は典型的には１６ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率を有している。しかしながら、それらのいずれの場合にも、半導体チップのＣＴＥと基板のＣＴＥの調整は上手くいかない。温度変化負荷時には、半導体チップ及び／又は、半導体チップと基板との間の境界面又は接続部を損傷させる虞がある力が生じる。
【０００９】
この問題を解決できるようにするために、半導体チップを弾性の接続部によって、異なるＣＴＥを有している基板に接続することも公知である。このアプローチでは、実装が有機材料、例えば導電性接着剤を用いて行われており、そのような導電性接着剤の材料によって、半導体チップと基板との間の境界面との間の弾性の変形が実現される。これによって、確かに機械的な力を緩衝することができるが、しかしながら一般的な導電性接着剤は、通常約１．８Ｗ／ｍ・Ｋの低い熱伝性しか有しておらず、それによって、通常の半導体チップの動作中に生じる可能性がある損失熱を効果的に排出することができない。
【００１０】
択一的に、いわゆる「ボールグリッドアレイ（ball grid array）」モジュールを形成する際に使用される技術と同等の、いわゆる「はんだバンプアレイ（solder bump array）」によって、半導体チップを接触接続させることも可能である。このアプローチでは、金属化部を多数の小さいはんだ位置に分割することによって、半導体チップと基板との間の境界面の機械的な可撓性が達成される。しかしながらこれによって、半導体チップを基板に平坦に接続することはできない。はんだバンプ（solder bump）間の所要間隔によって、接続面内に著しい損失が生じる。この接続部を介する損失熱の排出は、平坦な接続部に比べて著しく劣悪である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特定の実施の形態の少なくとも一つの課題は、電気的な構成素子のための支持体装置を提供することである。特定の実施の形態の別の課題は、支持体装置を備えている電気的な装置を提供することである。特定の実施の形態の更に別の課題は、支持体装置及び電気的な装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
それらの課題は、以下に説明する特徴を備えている物及び方法によって解決される。特に、それらの物及び方法の有利な実施の形態及び発展形態は従属請求項に記載されており、また以下の説明及び添付の図面より明らかになる。
【００１３】
少なくとも一つの実施の形態によれば、電気的な構成素子のための支持体装置は支持体を有している。支持体は特に電気絶縁層を有しており、この電気絶縁層は誘電性材料、例えばプラスチック材料又は無機充填剤でもって充填されたプラスチック材料、セラミック材料、酸化された金属又は半金属、ガラス、ガラスセラミック又はゲルベースのラッカ、特に無機物質及び有機物質から成るハイブリッド材料から構成されているか、又はその種の材料の内の少なくとも一つを有している。例えば、電気絶縁層は、回路基板（ＰＣＢ：printed circuit board）又は金属コア基板（ＭＣＰＣＢ）に適しているプラスチック材料を有することができる。例えば、電気絶縁層はＦＲ４を有することができるか、又はＦＲ４から形成することができる。電気絶縁層を陽極酸化された金属シート又は半金属シート、例えば陽極酸化されたシリコン又はアルミニウムから形成することも可能である。電気絶縁層は支持体を形成する層結合体の一部であると考えられる。例えば、支持体は金属コア基板として実施することができ、また例えばアルミニウム及び／又は銅から成る金属層又は金属シートを有することができ、それらの材料はプラスチック材料でもって包囲されているか、又はコーティングされている。更に、支持体を電気絶縁層から形成することができる。この場合、支持体は例えばセラミック支持体であると考えられる。
【００１４】
一つの別の実施の形態によれば、支持体装置は回路基板、金属コア基板又は、金属コアを有する回路基板、セラミック支持体又は陽極酸化された支持体として形成されている。
【００１５】
一つの別の実施の形態によれば、支持体上に電気コンタクト層が配置されている。特に、電気コンタクト層は電気絶縁層上に配置されている。換言すれば、電気絶縁層は、電気コンタクト層が直接的に接触される支持体表面を形成する。
【００１６】
支持体装置を製造するための一つの別の実施の形態によれば、少なくとも一つの電気絶縁層を備えている支持体が準備され、電気コンタクト層が金属層、例えば銅層の形態で被着される。この被着を、支持体の電気絶縁層における電気めっき又はラミネーションによって行うことができる。電気コンタクト層を、事前に支持体上に被着されたフォトマスクを用いて、又はフォト層を用いて構造化して形成することができる。
【００１７】
少なくとも幾つかの実施の形態に関しては、６０μｍ以上の厚さを有する電気コンタクト層が被着される場合には有利である。６０μｍ以上且つ８０μｍ以下の厚さも非常に適していることが証明された。
【００１８】
ここで説明する実施の形態及び特徴、並びに以下において説明する実施の形態及び特徴は、同様に、支持体装置、支持体装置の製造方法並びに支持体装置を備えている電気的な装置の製造方法にも関係している。
【００１９】
一つの別の実施の形態によれば、電気コンタクト層は少なくとも一つの凸状のコンタクト領域を有している。例えば、凸状のコンタクト領域を備えている支持体装置を製造する際に、金属性のコンタクト層を被着させることができる。ここで、また以下の記載において「凸状」とは、特に、凸状のコンタクト領域がその凸状部分の延在方向に沿って、その延在方向に対して垂直な方向における幅よりも大きい長さを有していることを意味する。特に、その長さは、例えば幅の数倍、例えば２倍又はそれ以上の値を有することができる。一つの別の実施の形態によれば、凸状のコンタクト領域は支持体上で可動に配置されている。特に、凸状のコンタクト領域は支持体上で弾性に可動する。凸状のコンタクト領域は、特に凸状部分の延在方向に対して垂直な方向において、有利には弾性に可動である。
【００２０】
一つの別の実施の形態によれば、電気絶縁層は少なくとも凸状のコンタクト領域の側面において空所を有している。特に、電気絶縁層における凹部によって、又は、電気絶縁層を貫通する開口部によって、電気絶縁層に空所を形成することができる。ここでは、また以下において、凸状のコンタクト領域の側面とは、凸状のコンタクト領域の凸状部分の延在方向に有利には平行に、又は少なくとも実質的に平行に延在する、コンタクト領域の側面である。
【００２１】
一つの別の実施例によれば、凸状のコンタクト領域は、二つの空所間に配置されているか、又は一つの空所の二つの部分領域間に配置されている。二つの空所又は一つの空所の二つの部分領域は、特に有利には、凸状のコンタクト領域の二つの側面に接するように配置されている。
【００２２】
一つの別の特に有利な実施の形態によれば、凸状のコンタクト領域は、一辺を除き全ての面が電気絶縁層における一つ又は複数の空所によって包囲されており、それらの空所は特に有利には凸状のコンタクト領域に直接的に接している。換言すれば、このことは、凸状のコンタクト領域が半島状に形成されていることを意味していると考えられる。
【００２３】
電気絶縁層に少なくとも一つの空所を形成することによって、電気コンタクト層の凸状のコンタクト領域が被着される電気絶縁層の部分が、少なくとも凸状のコンタクト領域の凸状部分の延在方向に対して垂直な方向において、少なくとも部分的に他の電気絶縁層から機械的に分離される。これによって、凸状のコンタクト領域の可動性、並びに、その下にある電気絶縁層の凸状の領域の可動性を横方向において、即ち凸状部分の延在方向に対して垂直な方向において実現することができる。この可動性を、凸状のコンタクト領域の長さに比べてその幅が短くなるほど、また、空所が電気絶縁層により深く突出するほど大きくすることができる。
【００２４】
一つの別の実施の形態によれば、支持体は金属コア基板として実施されており、その場合には、空所が電気絶縁層を貫通し、その下にある金属層にまで達している。
【００２５】
一つの別の実施の形態によれば、電気コンタクト層は二つの凸状のコンタクト領域を有しており、それら二つの凸状のコンタクト領域の間において、空所が電気絶縁層に形成されている。特に、二つの凸状のコンタクト領域を相互に対向するように配向させることができ、つまり換言すれば、一直線に配置させることができ、またそれら二つの凸状のコンタクト領域の凸状部分は平行な延在方向を有することができる。特に、二つの凸状のコンタクト領域を、電気コンタクト層の別の領域を介して相互に導電性に接続することができる。
【００２６】
一つの別の実施の形態によれば、電気コンタクト層は端子領域を有しており、この端子領域は電気コンタクト層の別の領域を介して、一つ又は複数の凸状のコンタクト領域と導電性に接続されている。
【００２７】
一つの別の実施の形態によれば、電気コンタクト層は、凸状のコンタクト領域から電気的に絶縁されている別のコンタクト領域を有している。凸状のコンタクト領域と、この凸状のコンタクト領域から電気的に絶縁されている別のコンタクト領域とによって二つの電気的な端子を形成することができ、それら二つの電気的な端子によって、電気的な構成素子、特に例えばフリップチップを電気的且つ機械的に接続することができる。これによって、凸状のコンタクト領域の可動性を介して、凸状のコンタクト領域と別のコンタクト領域との距離を変化させることができる。
【００２８】
更には、電気絶縁層における少なくとも一つの空所を、凸状のコンタクト領域と、この凸状のコンタクト領域から絶縁されている別のコンタクト領域との間に配置することができる。少なくとも一つの空所を、特に、凸状のコンタクト領域の、別のコンタクト領域に対向する側面に接するように形成することができる。
【００２９】
一つの別の実施の形態によれば、別のコンタクト領域は、電気的な構成素子のための大面積の端子パッドとして形成されている。これによって、別のコンタクト領域を、電気的な構成素子の効果的な排熱部として使用することができる。その代わりに、別のコンタクト領域も同様に凸状に形成することができ、例えば上述の措置によって、例えば可動性に形成することもできる。
【００３０】
一つの別の実施の形態によれば、電気絶縁層における少なくとも一つの空所は、その電気絶縁層を少なくとも部分的に除去することによって、少なくとも凸状のコンタクト領域の側面に形成される。このために例えばエッチング法を使用することができ、例えば湿式化学的なエッチング又はイオンエッチングを使用することができる。択一的又は付加的に、少なくとも一つの空所をレーザによっても処理することができる、及び／又は、電気絶縁層にエンボス加工部を形成することができる。特に、エッチングの場合には、少なくとも一つの空所を、フォトマスク又は相応に構造化されているフォト層を用いて形成することができる。
【００３１】
一つの別の実施の形態によれば、凸状のコンタクト領域の凸状部分の幅は電気絶縁層に向かって狭くなっている。凸状部分の狭くなる幅を、上述の少なくとも一つの空所に付加的又は択一的に形成することができる。特に、支持体装置は、前述の別の特徴と組み合わされて、電気絶縁層における少なくとも一つの空所に択一的又は付加的に、凸状部分の幅が電気絶縁層に向かって狭くなる凸状のコンタクト領域を有することができる。
【００３２】
一つの別の実施の形態によれば、凸状のコンタクト領域の凸状部分の幅を電気絶縁層に向かって狭くするために、凸状のコンタクト領域は特に、少なくとも一つの側面において、有利には二つの側面においてエッチング又はアンダーカットされる。側面のエッチングによって、電気絶縁層側とは反対側の上面ほど広くない境界面を有する凸状のコンタクト領域を、依然として電気絶縁層と直接的に接触させて配置させることができる。アンダーカットが行われる場合には、凸状のコンタクト領域が少なくとも電気絶縁層の部分領域において分離され、従って少なくともその部分領域においては片持ちに形成されている。電気絶縁層における少なくとも一つの空所と関連させて上記において既に説明したように、凸状のコンタクト領域の凸状部分の幅が電気絶縁層に向かって狭くなることによって、凸状のコンタクト領域の凸状部分の延在方向に対して垂直な方向における、凸状のコンタクト領域の可動性、特に有利には弾性の可動性を達成することができる。
【００３３】
一つの別の実施の形態によれば、エッチング法、特に湿式化学的なエッチング又はイオンエッチングが、凸状のコンタクト領域の凸状部分の電気絶縁層に向かって狭くなる幅を形成するために使用される。その代わりに、レーザ加工及び／又はエンボス加工を実施することもできる。特に、エッチング法と組み合わせて、フォトラック又は、マスクを形成するフォト層を事前に被着させ、凸状のコンタクト領域の側面の領域において少なくとも部分的に除去することもできる。
【００３４】
適切な措置を用いてエッチング法を実施する場合、凸状のコンタクト領域の電気絶縁層側の下面を、上面よりも大きくエッチングすることができる。例えば、このために、エッチング法を実施する前に、ハードマスク、例えば、電気めっきにより堆積されたマスクを、電気コンタクト層上に被着させることができる。ハードマスクは例えば、ニッケルを含む層、又は、ニッケルと金を含む層、又は、ニッケルとパラジウムと金を含む層を有することができるか、又はそれらの材料から形成することができる。
【００３５】
一つの別の実施の形態によれば、電気コンタクト層の上面が、少なくとも一つの空所の形成後、及び／又は、凸状部分の断面又は幅を電気絶縁層に向かって狭くした後に、一つ又は複数の別の金属層の被着によって仕上げ処理が行われる。例えば、前述の一つ又は複数の金属層を無電流の金属めっき法によって被着させることができる。特に、ニッケルと金、ニッケルとパラジウムと金、ニッケルと銀、又は、銀を有するか、若しくはそれらから形成されている、一つ又は複数の層を被着させることができる。
【００３６】
一つの別の実施の形態によれば、電気的な装置が、上述の実施の形態による支持体装置を有している。更に、電気的な装置上には電気的な構成素子が配置されており、この電気的な構成素子は少なくとも一つの凸状のコンタクト領域に電気的且つ機械的に接続されている。電気的且つ機械的な接続部を特にはんだ接続部によって形成することができ、このはんだ接続部は高い安定性、並びに、電気的な構成素子から電気コンタクト層への効果的な排熱を実現することができる。更に、電気的且つ機械的な接続部を焼結結合部によって形成することができ、この焼結結合部は比較的低い延性を有し、また半導体チップの良好な熱的な接続を実現する。特に、電気的な装置のための支持体装置は上述のコンタクト領域を有することができ、それにより、別のコンタクト領域及び凸状のコンタクト領域は、電気的な接触接続及び電気的な構成素子の実装のための二つの電気的な端子を形成することができる。
【００３７】
一つの別の実施の形態によれば、電気的な構成素子と支持体装置とは異なる熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。例えば、支持体装置を回路基板、金属コア基板、セラミック基板、又は、陽極酸化された金属シート又は半金属シート、例えばシリコン又はアルミニウムを有する金属シート又は半金属シートから形成することができる。支持体装置のＣＴＥは、支持体として金属コア基板が使用される場合、メタルコアのＣＴＥに実質的に相当する。支持体装置は例えば、電気的な構成素子の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有することができる。支持体装置及び／又は電気的な構成素子が加熱され、それに伴い、支持体装置及び電気的な構成素子が不均一に熱膨張する場合、少なくとも一つの空所、並びに、電気絶縁層に向かって狭くなる凸状のコンタクト領域の凸状部分の幅に基づく、凸状のコンタクト領域の可動性によって、熱機械的な応力を補償することができる。これによって、支持体装置における電気的な構成素子の電気的及び機械的な接続の高い信頼性を達成することができ、特に、熱機械的な交番応力のもとでもそのような高い信頼性を達成することができる。電気コンタクト層の有利には大面積の別のコンタクト領域によって、電気的な構成素子を熱的に良好に支持体層に接続することができ、従って電気的な構成素子の効果的な排熱を達成することができる。ここで説明する電気的な装置における支持体装置のＣＴＥと電気的な構成素子のＣＴＥは同一である必要はないので、例えば金属コア基板のような廉価な基板材料を、従来技術において使用されている高価な窒化アルミニウムセラミック基板の代わりに使用することができる。
【００３８】
一つの別の実施の形態によれば、支持体装置又は電気的な装置が冷却体上に配置される。冷却体は有利には、電気コンタクト層及び電気的な構成素子が設けられている側とは反対側に配置される。例えば、冷却体として金属製の冷却体が考えられる。ここで説明する支持体装置に使用することができる支持体材料では、支持体装置の熱膨張率と冷却体の熱膨張率との差異を小さく選定することができ、理想的に０に選定することができるので、それにより、支持体装置と付加的な冷却体との間には熱機械的な応力は僅かにしか生じないか、又は熱機械的な応力は生じない。
【００３９】
ここで説明する支持体材料は、例えば金属コア基板の場合、例えばメタルコアとしてアルミニウム層を有している金属コア基板の場合、特に機械的に非常にロバストであると考えられる。ネジ締め、圧搾、湾曲又は同様の機械的な負荷によって惹起される可能性がある機械的な応力のピークを、支持体装置の可塑性の変形によって弱めることができる。従って、窒化アルミニウムセラミックのようなセラミック性の基板に比べて、パネルが破損する危険は何倍も低い。
【００４０】
一つの別の実施の形態によれば、電気的な装置は複数の電気的な構成素子を有しており、それらの電気的な構成素子はそれぞれ、支持体装置上で、一つの凸状のコンタクト領域に被着されており、更には、例えば一つの別のコンタクト領域にも被着されている。
【００４１】
一つの別の実施の形態によれば、電気的な構成素子は一面で接触接続可能な半導体チップとして形成されており、そのような半導体チップは、接触接続させるべき少なくとも二つの相互に隔てられた端子面を実装面上、即ち、半導体チップが支持体に載置される面上に有している。例えば、一面で接触接続可能な半導体チップをフリップチップとして形成することができる。特に有利には、電気的な構成素子は発光半導体チップとして形成されており、特に一面で接触接続可能な発光半導体チップとして形成されており、例えば発光フリップチップ半導体チップとして形成されている。その種の構成素子は当業者には公知であるので、従ってここでは詳細に説明しない。発光半導体チップとして形成されている場合には、電気的な装置を特に発光装置として形成することができる。
【００４２】
ここで説明する支持体装置によって、適切な機械的な構造を用いて、特に凸状のコンタクト領域及び電気絶縁層における少なくとも一つの空所、及び／又は、凸状のコンタクト領域の凸状部分の電気絶縁層に向かって狭くなる幅によって、支持体装置と、その支持体装置に実装される電気的な構成素子との間の境界面において生じる機械的な応力を最小にすることができる。これによって、熱機械的な応力が発生した際の故障の危険を低減することができる。上記においても述べたように、このことを、電気絶縁層の一部を所期のように除去することによって、及び／又は、電気コンタクト層、また特に凸状のコンタクト領域を所期のようにエッチングするか、又はアンダーカットすることによって達成することができ、その場合、凸状のコンタクト領域には機械的な弾性が組み込まれ、それによって凸状のコンタクト領域が可撓性に形成される。
【００４３】
本発明の更なる利点及び有利な実施の形態並びに発展形態は、図面を参照しながら以下において説明する複数の実施の形態より明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一つの実施例による支持体装置の概略図を示す。
【図２】別の一つの実施例による電気的な装置の概略図を示す。
【図３Ａ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図３Ｂ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図３Ｃ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図３Ｄ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図３Ｅ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図３Ｆ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図３Ｇ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図３Ｈ】別の一つの実施例による支持体装置の製造方法の一つのステップの概略図を示す。
【図４Ａ】コンタクト領域に関する別の実施例の概略図を示す。
【図４Ｂ】コンタクト領域に関する別の実施例の概略図を示す。
【図４Ｃ】コンタクト領域に関する別の実施例の概略図を示す。
【図４Ｄ】コンタクト領域に関する別の実施例の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
種々の実施例及び図面において、同一又は同様に機能する構成部材に対してはそれぞれ同一の参照番号を付している。図示されている構成要素及びそれらの構成要素相互間の大きさの比率は基本的には縮尺通りではなく、むしろ個々の構成要素、例えば層、構成部材、構成素子及び領域は図面を見やすくするため、及び／又は、より良い理解のために過度に厚く又は過度に大きく示している場合もある。
【００４６】
図１には支持体装置１００の一実施例が示されている。この支持体装置１００は支持体１を有しており、この支持体１は図示されている実施例において、プラスチック材料、例えばボード又は回路基板用のプラスチック材料から成る電気絶縁層１０から形成され、この電気絶縁層１０は、金属、例えばアルミニウムから成る支持体層上に配置されている。例えば、電気絶縁層１０及び支持体層１１は、金属コア基板（ＭＣＰＣＢ）の一部で良く、従って、支持体１は金属コア基板として形成されている。
【００４７】
電気絶縁層１０上には電気コンタクト層２が被着されており、この電気コンタクト層２は支持体装置１００の結線面を形成する。以下において別の実施例に関連する図３Ｃ及び図３Ｄを参照しながら説明するように、電気コンタクト層２は例えば、構造化可能なフォトラックから成るフォトマスクを用いて形成することができる。電気コンタクト層は例えば銅を有することができるか、又は、銅から構成することができ、この銅は金属めっき又はラミネーションによって被着される。更に、この電気コンタクト層はハードマスク又は仕上げ層の形態の別の層、例えばニッケルを有する層、ニッケルと金を有する層、ニッケルとパラジウムと金を有する層、ニッケルと銀を有する層、又は、銀を有する層を、電気絶縁層１０側とは反対側の表面又は露出されている全ての表面に有することができる。
【００４８】
図示されている実施例において電気コンタクト層は凸状のコンタクト領域２０を有しており、このコンタクト領域２０は電気コンタクト層２の別の領域を介して電気的に相互に接続されており、且つ、端子領域２３と接続されている。図示されているような凸状のコンタクト領域２０を二つ備えている実施例の代わりに、電気コンタクト層２が例えばただ一つの凸状のコンタクト領域２０を有するか、又は、二つより多くの凸状のコンタクト領域を有していても良い。
【００４９】
更に、電気コンタクト層２は別のコンタクト領域２２を有しており、この別のコンタクト領域２２は電気コンタクト層２の別の領域を介して別の端子領域２４と接続されている。凸状のコンタクト領域２０及び別のコンタクト領域２２は相互に電気的に絶縁されており、図２における実施例と関連させて下記において説明するように、電気的な構成素子の電気的な接続及び固定に使用される。
【００５０】
電気絶縁層１０には、凸状のコンタクト領域２０の側面２１に接する凹部の形態の空所３が形成されている。空所は、電気絶縁層の厚さよりも短い深さを有している。その代わりに、空所３を、支持体層１１まで貫通している電気絶縁層の開口部として形成することもできる。図示されている実施例においては、凹部３は凸状のコンタクト領域２０から別のコンタクト領域２２まで達している。
【００５１】
相互に対向するように配向されており、且つ、それぞれの凸部の延在方向が一直線になるように配置されている、二つの凸状のコンタクト領域２０は、空所３の一部によって相互に離隔されている。特に、二つの凸状のコンタクト領域２０はそれぞれ、一辺を除き全ての面が空所３の領域によって包囲されている。換言すれば、これによって凸状のコンタクト領域２０は半島状に形成されているか、又は、それぞれが一辺を除いて自立型に形成されている。各凸状のコンタクト領域の幅は、凸状部分のそれぞれの長さよりも数倍短い。この空所３によって、電気コンタクト層２の凸状のコンタクト領域２０の下にある電気絶縁層１０の領域は、電気絶縁層１０のその他の部分から機械的に分離されており、また、電気絶縁層１０がプラスチック材料から成ることに基づき、並びに凸状のコンタクト領域の幾何学的な構造に基づき、両矢印９９によって表されている方向における可撓性、特に弾性の可撓性を有している。これによって、凸状のコンタクト領域２０と別のコンタクト領域２２との間の距離を、凸状のコンタクト領域２０の可動性の枠内で変化させることができる。凸状のコンタクト領域２０の可撓性は、この凸状のコンタクト領域２０が狭くなるほど、また、空所３がより深くなるほど、大きくなる。
【００５２】
空所３は例えば、電気コンタクト層２を構造化させて被着させるフォトマスクと同一のフォトマスクを使用して形成することができ、これは電気コンタクト層２が被着された後に、空所３が形成されるべき領域におけるフォトマスクが除去され、それにより露出された電気絶縁層がエッチングによって、例えば湿式化学的なエッチング又はイオンエッチング又はレーザ処理によって少なくとも部分的に除去されることによって行われる。それらの代わりに、エンボス加工も考えられる。
【００５３】
図２には、電気的な装置２００の一つの実施例が示されており、この電気的な装置２００は図１に示した実施例による支持体装置１００を有している。支持体装置１００の代わりに、電気的な装置２００が、図３Ａから図３Ｈの実施例と関連させて説明するような支持体装置１０１を有していても良い。
【００５４】
電気的な装置２００は、図１に示した実施例の支持体装置１００と関連させて既に説明したように、電気絶縁層１０上に構造化されたコンタクト層２を有している。
【００５５】
電気コンタクト層２上には、電気的な構成素子４が被着されており、この電気的な構成素子４は電気的且つ機械的に、凸状のコンタクト領域２０にも別のコンタクト領域２２にも接続されている。電気的な構成素子は電気コンタクト層２の凸状のコンタクト領域２０及び別のコンタクト領域２２にはんだ付けされている。端子領域２３及び２４を介して、電気的な構成素子４を電気的に外部の電流供給部及び電圧供給部に接続することができる。
【００５６】
電気的な構成素子は特にフリップチップとして形成されており、特に有利にはフリップチップ様式の発光半導体チップとして形成されている。これによって、電気的な装置２００を発光装置として形成することもできる。
【００５７】
金属コア基板として形成されている支持体１の電気絶縁層１０に空所３を設けることによって、図１において両矢印９９によって示唆されているような、凸状のコンタクト領域２０によって形成されている接続金属化部の横方向の可動性が拡大される。電気的な構成素子４は、単に例示に過ぎないが、発光半導体チップにとって一般的である約４ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率を有しており、その一方で、図示されている実施例においてはアルミニウムから成る支持体層１１は２３ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率を有している。接続金属化部の上述の横方向の可動性によって、電気的な構成素子４の熱膨張率と支持体装置１００の熱膨張率とが異なることによって（ＣＴＥミスマッチ）、特に支持体１の熱膨張率と、とりわけアルミニウムから成る支持体層１１の熱膨張率とが異なることによって惹起される力が低減される。電気コンタクト層２と電気的な構成素子４との間の結合部又は境界面に掛かる負荷を最小限にすることができることによって、例えば動作時の電気的な構成素子４の加熱によって生じる虞がある熱機械的な負荷においても高い信頼性が達成される。
【００５８】
冒頭において述べたように、電気的な装置２００を、支持体１の、電気絶縁層１０側とは反対側の面を用いて、冷却体、例えば金属製の冷却体に被着させることができる。支持体層１１がアルミニウムから形成されているので、有利には、支持体装置１００と付加的な冷却体との間には熱機械的な負荷は僅かにしか生じない、又は熱機械的な負荷は生じない。
【００５９】
別のコンタクト領域２２が大面積で形成されることによって、また、電気的な構成素子４がはんだ接続によって電気コンタクト層２に電気的に接続されることによって、電気的な構成素子４から支持体装置１００への効果的な排熱を保証することができる。
【００６０】
図示されている実施例の代わりに、別のコンタクト領域２２を凸状に形成し、且つ、その別のコンタクト領域の側面に接する電気絶縁層１０に相応の凹部を設けて、電気コンタクト層の弾性を更に高めることもできる。
【００６１】
電気的な構成素子４が一つだけ設けられている、図示されている実施例の代わりに、電気的な装置２００は、それぞれが相応の電気コンタクト層２を用いて接触接続されている複数の電気的な構成素子４を有することもできる。
【００６２】
図３Ａから図３Ｈには、支持体装置１０１を製造するための別の実施例が示されており、それらの図において、特に図３Ａから図３Ｅに示されている方法ステップは、図１に示した実施例による支持体装置１００の製造の範囲においても適している。
【００６３】
図３Ａによる第１の方法ステップにおいては、支持体１が準備される。図示されている実施例において、支持体１はセラミック材料から成る電気絶縁層１０によって形成されている。その代わりに、電気絶縁層１０をプラスチック材料、例えばＦＲ４材料から形成することもできる。その種の材料は例えば、極端に大きい熱量を排出する必要がない場合に適している。その代わりに、支持体１を図１による実施例と同様に、金属コア基板として形成することができるか、更には、回路基板、ガラス基板、ガラスセラミック基板、若しくは、陽極酸化された金属シート又は半金属シート、例えば陽極酸化されたシリコン又はアルミニウムとして形成することもできる。
【００６４】
図３Ｂによる後続の方法ステップにおいては、支持体１の電気絶縁層１０上に、フォトラックから成る層５が被着される。図３Ｃに示されているように、フォトラック５には構造化によって開口部５０が設けられ、図３Ｄに示されているように、この開口部５０内に電気コンタクト層２が設けられる。電気コンタクト層２を電気めっき又はラミネーションによって設けることができる。図示されている実施例において、電気コンタクト層は銅から成り、６０μｍ以上且つ８０μｍ以下の厚さを有している。凸状のコンタクト領域２０、別のコンタクト領域２２及び端子領域２３，２４を備えている電気コンタクト層２の幾何学的な構造は、図１による実施例のものに相当する。その代わりに、少なくとも一つの凸状のコンタクト領域２０を備えている別の幾何学的な構造も可能である。
【００６５】
図３Ｅによる後続の方法ステップにおいては、被着された電気コンタクト層２の銅層がハードマスクでもって保護され、このハードマスクは電気めっきにより析出され、また例えばニッケル、又は、ニッケルと金、又は、ニッケルとパラジウムと金を有するか、若しくはそれらの金属から形成される。
【００６６】
図３Ｆによる後続の方法ステップにおいては、コンタクト層２の凸状のコンタクト領域２０の領域において、別の開口部５１が形成されるように層５が局所的に除去される。その代わりに、例えば、層５全体を除去し、フォトラックから成る別の層を被着させ、図示されている領域において構造化を行うこともできる。
【００６７】
図３Ｇによる後続の方法ステップにおいては、エッチング、例えば湿式化学的なエッチング又はイオンエッチングが実施され、それにより凸状のコンタクト領域２０の露出されている側面２１がエッチングされ、それにより凸状のコンタクト領域２０は、支持体１の絶縁すべき層１０に向かって狭くなる幅を有することになる。実施されるエッチング方式に応じて、側面２１を僅かにエッチングし、それにより凸状のコンタクト領域２０と電気絶縁層１０との間のコンタクトを維持したままにすることができるか、又は、側面２１をアンダーカットし、それにより凸状のコンタクト領域をフォトマスク５の開口部５１の領域において片持ちにすることもできる。
【００６８】
図３Ｈによる後続の方法ステップにおいては、フォトラックから成る層５が除去され、電気コンタクト層２の金属表面は、無電流の電気めっき法を用いて、例えばニッケルと金、又は、ニッケルとパラジウムと金、又は、ニッケルと銀、又は、銀から成る一つ又は複数の層が被着されることによって覆われ、それによって仕上げ処理が行われる。
【００６９】
凸状の領域２０の露出された側面２１を局所的に限定してエッチング除去することによって、凸状のコンタクト領域２０の領域における電気コンタクト層２の材料断面の減少が達成される。このエッチングによって、また有利には幅の狭い凸状のコンタクト領域２０のアンダーカットによって、その凸状のコンタクト領域２０の領域における電気コンタクト層２は可撓性になる。支持体１の熱膨張率と、その支持体１上に被着される電気的な構成素子の熱膨張率との差異によって生じる可能性がある機械的な力はこれによって最小にされるので、その力が伝達されることはない。
【００７０】
図４Ａから図４Ｄには、電気コンタクト層２のコンタクト領域２０，２２の配置構成に関する別の実施例としての、電気絶縁層１０を有している支持体の一部が示されている。それらのコンタクト領域２０，２２を上述の方法によって形成することができ、例えば、図４Ａから図４Ｄにおいて破線によって示唆されているような空所３を伴うように形成することができる。その代わりに、又はそれに加えて、破線の領域においては、凸部の幅が支持体１に向かって狭くなるように、コンタクト領域２０，２２をそれぞれ実施することができる。
【００７１】
図４Ａから図４Ｃに示されている実施例においては、既存の各凸状のコンタクト領域２０に付加的に、複数の別のコンタクト領域２２が設けられており、それらの別のコンタクト領域２２も同様に凸状に形成されている。
【００７２】
図４Ａに示した実施例によるコンタクト領域２０，２２は相互に隣り合って形成されており、また、同一方向に延在しており、それに対し、図４Ｂ及び図４Ｃに示した実施例による凸状のコンタクト領域２０及び別のコンタクト領域２２は噛み合い歯のように相互に噛み合わされるように形成されている。図４Ｃに示した実施例による別のコンタクト領域２２は相互に結合されており、且つ、共通の端子領域（図示せず）への共通の線路を有している。
【００７３】
図４Ｄに示した実施例によれば、支持体１は複数の凸状のコンタクト領域２０を有しており、それらの凸状のコンタクト領域２０は相互に電気的に接続されており、且つ、別のコンタクト領域２２を包囲するように配置されている。別のコンタクト領域２２は図示されている実施例において十字形に形成されており、それにより、凸状のコンタクト領域２０は有利には相互に直交する二つの方向において、別のコンタクト領域に相対的に可撓性に実施されている。
【００７４】
図示されている実施例の代わりに、例えば同様に凸状に形成することができる更に別のコンタクト領域を支持体上に設けることもできる。特に、コンタクト領域２０，２２を、実装すべき半導体チップのコンタクト面の所定の配置構成に適合させることができる。
【００７５】
図面に示した実施例は、上述したような実施の形態による別の特徴又は代替的な特徴を有することができる。更に、本発明による物及び方法、並びに、図１から図４Ｄの実施例に関連させて説明した各特徴を組み合わせることも可能である。
【００７６】
本発明は、実施例に基く説明によって、それらの実施例に制限されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴並びにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
0005864742.tif 000008
【図３Ｆ】
0005864742.tif 000009
【図３Ｇ】
0005864742.tif 000010
【図３Ｈ】
0005864742.tif 000011
【図４Ａ】
0005864742.tif 000012
【図４Ｂ】
0005864742.tif 000013
【図４Ｃ】
0005864742.tif 000014
【図４Ｄ】
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