(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が絶縁処理された金属基板と、前記金属基板の表面に設けられた導電材料から成る複数の導電パターンと、前記導電パターンと電気的に接続され、前記金属基板に実装された半導体素子と、前記金属基板の表面および前記半導体素子を封止する封止手段とから成る金属基板を用いた半導体装置であり、
前記金属基板の第１の側辺と平行に設けられ、前記第１の側辺と直交関係の一対の側辺に到る溝が設けられ、前記溝を介して前記金属基板は曲折され、
前記溝を境界として、前記金属基板は複数の平坦な区画領域に区画され、
前記区画領域毎に前記半導体素子が前記封止手段により封止されることを特徴とする金属基板を用いた半導体装置。
【請求項２】
前記溝は、金属基板の少なくとも一方に設けられることを特徴とする請求項１に記載の金属基板を用いた半導体装置。
【請求項３】
前記導電パターンには、前記半導体素子としてパワー用のトランジスタまたは発光素子が実装されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属基板を用いた半導体装置。
【請求項４】
前記溝を境にして両側にケース材が配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属基板を用いた半導体装置。
【請求項５】
前記溝を境にして両側に封止樹脂が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属基板を用いた半導体装置。
【請求項６】
前記金属基板は、ＡｌまたはＣｕを主材料とする導電材料からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の金属基板を用いた半導体装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載の金属基板を用いた半導体装置と、
平面以外の面を有する電子機器と電気的に接続される実装手段とを具備し
前記半導体装置の前記金属基板が前記実装手段の面の形状に沿って配置されたことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
少なくとも表面が絶縁処理された金属基板と、前記金属基板の表面に設けられた導電材料から成る複数の導電パターンと、前記導電パターンと電気的に接続され、前記金属基板に実装された半導体素子と、前記金属基板の表面および前記半導体素子を封止する封止手段とから成り、
前記金属基板の第１の側辺と平行に設けられ、前記第１の側辺と直交関係の一対の側辺に到る溝が設けられ、前記溝を介して前記金属基板は曲折され、
前記溝を境界として、前記金属基板は複数の平坦な区画領域に区画され、
前記区画領域毎に前記半導体素子が前記封止手段により封止されることを特徴とする混成集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基板を用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境破壊、地球温暖化の予兆、そして新聞紙上でこの温暖化の原因について報道がされている。その原因は、数多く存在するが、電力消費の増大が一つある。この電気は、枯渇しつつある石油に依存するところが多く、その石油を燃焼させる事による炭酸ガスの大気圏放出が問題である。また自動車もガソリン車が殆どであり、原因の一つである。
【０００３】
前者の電気は、当然世界中にある電子機器を動かすために必要である。洗濯機、エアコン、携帯機器等の電源となり、地球上の人間が文化的な生活を維持する上で必要であり、解決するに非常に難しいテーマである。
【０００４】
一方、自動車は、高機能になり、社内でＴＶ会議ができたり、カーナビで目的地までの誘導が可能になったり、またカーエアコンで涼しくしたり、ヘッドライトで明るく鮮明に照らしたりと、その機能は、益々高機能になり、それを消費者は、競って購入する。つまり昔と違い、車内で色々な機能を使ってドライブすることで、結局はエネルギーの消費を拡大している。
【０００５】
これらの機能を実現するに半導体装置、所謂ＩＣ、ＬＳＩと言われる半導体デバイスが採用され、それを例えばプリント基板等の実装基板に実装し、電子機器のセットに実装している。この事を考えると、半導体デバイスも消費電力削減が非常に重要に成ってきる。
【０００６】
しかしながら、この電子機器、特に半導体デバイスは、動作することで発熱し、温度が上昇し、その結果、駆動能力が低下する。そしてその駆動能力を上げようとすれば、益々エネルギーを消費していることになる。
【０００７】
つまり何らかの形で半導体デバイスの熱を放出させて、半導体デバイス自身が消費する電力を削減する必要がある。
【０００８】
この傾向が強いものは、例えばパワー駆動が可能なパワーＭＯＳデバイス、発光素子であるレーザー、ＥＬ、ＬＥＤ等は、放熱の工夫が必要になる。
【０００９】
そのため、最近では、洗濯機、冷蔵庫等で用いられるインバータモジュール、プラズマディスプレイに用いられる駆動モジュール、ＬＥＤを用いた発光素子等の放熱が必要なデバイスは、積極的に金属基板に実装し、放熱させていた。
【００１０】
例えば特開２００１−６８７４２号公報は、ＬＥＤで植物栽培をするもので、ＬＥＤの駆動能力低下を防止するために、Ａｌ基板に実装するものである。
【００１１】
この公報の図７には、ユニットとして金属基板モジュールを用意し、光を収束させるために、それぞれがバラバラに成っている複数の金属基板モジュールを並べ、夫々の角度を調整し、光を収束させようとする技術が開示されている。
【００１２】
一方、特許第３８９６０２９号公報は、最近の金属基板の構造および製造方法を説明するものである。これの金属基板は、短冊状に多数のユニットが形成され、ここのユニットを従来は、プレス、またはパンチングと言われる切断方法にて個々のユニット、つまり１つの金属基板に加工される。しかしプレスによる加工方法では、金属基板を押さえるためのマージンが切断領域の両サイドに必要なため、実際の実装エリアが狭くなってしまう問題があった。そのため、ダイシングに用いられるようなブレードでＶ溝を掘り、その溝を介して分離していた。
【特許文献１】特開２００１−６８７４２号公報
【特許文献２】特許第３８９６０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述したように金属基板を用いた半導体装置、混成集積回路装置またモジュールは、金属基板は、あくまでもフラットであり、フラットな状態の基板に素子を実装し、必要によって封止していた。
【００１４】
図１０Ａは、その一例であり、セット側に何か直方体の凸状体１があり、ここに２つの半導体装置２、３を実装するモジュールを示すものである。ここでは金属基板がフラットであり、どうしても金属基板を用いた半導体装置は、２つ用意され、平面４、５にそれぞれ実装し、電気的接続手段を施していた。
【００１５】
一方、図１０Ｂは、Ｌ字状の壁で、複数の半導体装置２、３・・・を実装する前の概略図を示すものである。これも金属基板を用いた半導体装置、混成集積回路装置は、裏面にある金属基板はフラットであり、どうしても個別で実装することになる。
【００１６】
この様な凸状体、Ｌ字状の壁、湾曲した面（図４を参照）等の実装面は、セットの形で様々である。しかしながら金属基板を用いた半導体装置は、裏面がフラットであるため、どうしても隙間無く実装することが難しかった。また金属基板は、放熱性を特徴としているため、できる限り金属基板の裏面を当接させる必要がある。しかし例えば、図４の様な湾曲した実装面では、熱的な結合が難しく、改善が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の金属基板を用いた半導体装置は、少なくとも表面が絶縁処理された金属基板と、前記金属基板の表面に設けられた導電材料から成る複数の導電パターンと、前記導電パターンと電気的に接続され、前記金属基板に実装された半導体素子と、前記金属基板の表面および前記半導体素子を封止する封止手段とから成る金属基板を用いた半導体装置であり、前記金属基板の第１の側辺と平行に設けられ、前記第１の側辺と直交関係の一対の側辺に到る溝が設けられ、前記溝を介して前記金属基板は曲折され、前記溝を境界として、前記金属基板は複数の平坦な区画領域に区画され、前記区画領域毎に前記半導体素子が前記封止手段により封止されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
図５に示すように、溝を形成することで、ある形状、例えば湾曲面に沿って曲げることができる。よって別々に何個も半導体装置を用意して接続することなく実装することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の概要を述べる。
本発明は、図５に示すように、金属基板１０の少なくとも一方の面に直線状の溝Ｃを形成し、この溝Ｃに沿って折り曲げることで、金属基板１０を或る形状に沿って加工することができる。これは、例えば画用紙をきれいに加工する際、例えば３角柱、４角柱・・・、先が尖った三角錐、四角錐・・・、また図１１に示すような折り曲げでは、ナイフで浅く切り込みを入れるときれいに折れる。これを利用したものである。実際、ＡｌまたはＣｕを主材料とする金属基板を強制的に折り曲げようとすれば、どうしても折り曲げ部分に負荷が加わり、曲げた部分は湾曲になりやすい。しかも、基板は、厚みがある。
【００２０】
例えば一般的にＡｌ基板として採用されているものは１．５ｍｍ、２ｍｍであり、必要によって０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度のものも採用される。これを採用するとなると結構大変な作業となる。
【００２１】
また別の表現をすれば、実質矩形の区画領域１１、１２、１３が横に並べられ、その境界で角度を持たせたもので、例えばカードや短冊を複数枚用意し、溝Ｃに相当する側辺を当接接着したようなもので、夫々の区画領域は、実質フラットである。図４は、図５において、Ｃ１の溝から３つ右の溝（ここでは図示されてない）をフルカットし、区画領域１１、１２、１３を折り曲げたものである。すれば、この３面体の金属基板１０自体は、その湾曲形状に沿って、区画領域１１、１２、１３のフラット性を維持しながら、溝の部分が折り曲げられる。
【００２２】
また溝の深さは、その加工、つまり折り曲げ角度、強度が考慮され、金属基板１０の厚みに対して、符号Ｒの部分が１０％〜５０％程度の厚みが残るように施されている。例えば金属基板の厚みが１．５ｍｍとし、裏表に溝Ｃｔ、Ｃｂを形成する場合、夫々の溝は、０．４〜０．６程度とし、表溝Ｃｔと裏溝Ｃｂの間の非切削部Ｒ（別の言い方をすれば残存部）は、０．２〜０．６ｍｍ程度残存させている。この厚みにすることで、３つの金属基板１１、１２、１３の一体物は、素子の実装等の作業中に於いて、全体のフラット性を維持しつつ作業できる。また溝を介して折り曲げる際、加工性が良い。
当然、溝の本数は、この限りではなく、本数が増加すればするほど、なだらかな多面体、つまり湾曲形状に近づくことになる。
【００２３】
これを説明するのが図１〜図４である。
【００２４】
図１は、金属基板１０に溝Ｃ１、Ｃ２を５本ずつ形成し、夫々の区画領域で個別封止したものである。この場合は、封止した後で金属基板１０自体を折り曲げられるメリットを有する。
【００２５】
図２は、金属基板１０全体を一体モールドするもので、金属基板１０の溝Ｃｔ、Ｃｂを介して折り曲げ、素子の実装をし、その湾曲形状に沿った支持台において、一体封止するものである。
【００２６】
また図３は、平面図として見ても、断面図として見ても良い。平面的に見れば、金属基板１０は折り曲げてなる二つの区画領域がつい立の様に立っている。また断面と見たら、水平に延在された金属基板にもう一つの基板が垂直に立てられた形となっている。
更に図４は、例えばポールの如き円柱２０の面に沿って溝が沿って曲げられたものである。
【００２７】
では図５を用いて具体的に説明していく。
【００２８】
まず金属基板は、Ｃｕ、ＡｌまたはＦｅを主材料としたもので、導電パターン２１の形成のため、少なくとも表面に絶縁被膜が施される。例えばＡｌは、陽極酸化により硬い緻密な膜２２を形成可能で、表裏に形成しても良い。そして更に表面に樹脂からなる絶縁性被膜２３が形成される。陽極酸化膜２２は、基板１０表面の傷を防止する目的がメインであるため、省略をしても良い。また熱抵抗を小さくするためにシリコン酸化膜、アルミナ等のフィラーが絶縁性被膜２３に混入されても良い。
【００２９】
続いてこの絶縁性被膜２３の上には、Ｃｕを主材料とした導電パターン２１が形成される。これは上に固着される回路素子の種類、規模により色々なパターンとなるが、一般的には、半導体素子等が設けられるアイランド２４、パッド２５、受動素子用の電極２６、またこれらをつなぐ配線、更には外部との電気的接続に必要なリード端子等が設けられる。つづいて、前記アイランド２４に半導体素子２７が設けられる。半導体基板裏面がフローティングまたはアース接地等で絶縁性接着剤、導電性接着剤、半田固着または共晶結合が選択される。電気的接続は、金属細線、バンプ電極、ロウ材等が選択される。半導体素子がフェイスアップでは、金属細線と前記パッドが接続され、フェイスダウンでは、バンプやロウ材等で接続される。
【００３０】
また熱効率を求めるインバータ回路を構成するパワーＢｉｐＴｒ、パワーＭＯＳＴｒは、チップ裏面とアイランドとの間にヒートシンクが配置される。
【００３１】
受動素子であるチップコンデンサ、チップ抵抗等は、半田を介して接続される。
更に発光素子としてＬＥＤの実装も可能である。これはダイオードであるのでチップ裏面のアノードまたはカソード電極がアイランドに電気的に接続され、表面のカソード電極またはアノード電極が金属細線にて接続される。ただしデバイスによっては、表面にアノード、カソード電極があるものもある。
【００３２】
本発明は、半導体装置としたが、これは半導体素子が少なくともひとつ以上設けられて完成しているものである。例えば、ＬＥＤから成る発光モジュールは、駆動回路を載せなければ、半導体素子で完結する。よってこれは、半導体装置とした。
【００３３】
またインバータ回路でトランジスタ素子、コンデンサや抵抗も含めて完結するものは、半導体装置でもあり、また混成集積回路装置でもある。
続いて溝の構成について説明する。溝の形成方法により、区画領域間の電気的接続が決まる。
【００３４】
前述したように溝は、非切削部Ｒ（別の言い方をすれば残存部）は、０．２〜０．６ｍｍ程度残存させることで、一連の区画領域を平面に維持して作業が可能である。そのため、図１３を参照し、二つのケースに分けて説明する。ここでは、溝の両側はフラットで図示しているが、実際はこの溝に沿って曲げられているものである。
Ａのケース
このＡのケースは、下面に接着剤が塗られた導電箔３１（ここでは例えばＣｕ箔）を貼り合わせる前に溝を形成し、その後にこの導電箔を貼り合わせ、パターニングする場合である。１は、両面に溝が、２は、上に溝が形成され、溝の形成が先であるため、溝の上の開口部に導電パターンが延在する。また３は、溝が裏面に形成されるので、そのまま曲折部にパターンが延在するものである。
【００３５】
例えばＣｕ材は、延性があり、若干の角度の折り曲げであれば、導電パターンを断線することなく、その曲げ部に沿って延在させることができる。また曲折部に熱を加えればよりスムーズにパターンを伸ばすことができる。
Ｂのケース
このＢのケースは、導電パターンをパターニングした後、溝を形成する場合である。また導電パターンをパターニングし、回路素子の実装、電気的接続をした後に溝を形成するものである。
【００３６】
どちらにしても仮に曲折部に導電パターンが存在すれば、溝が形成されるためにこの導電パターンか切除される。よって別途接続手段を用意しないといけない。また溝の両側に設けられる導電パターンは、溝の切除面と実質セルフアライメントされた状態であると、溝を介して下に凸に折り曲げると、両側の導電パターンが接触する。これはその固定をロウ材と固定すれば、安定しているが、固定しないと接触が不安定であり、この場合は、パターン３２は、溝の形成位置から離間するようにパターニングする必要がある。
【００３７】
４、５、６は、そのためのもので、導電パターンは溝から離間されて設けられている。４は、その離間した導電パターンに金属細線で接続されるものである。金属細線３３は、溝の上を延在するため、ある程度の曲折に対して電気的固定を維持しながら変形が可能である。
【００３８】
５、６は、フレキシブル性の樹脂基板３４に導電パターン３５が形成され、導電パターン３５が下に向くように位置し、金属基板側に位置する導電パターンと電気的に接続されるものである。樹脂基板は、ＴＡＢに採用される様な薄地で変形が容易なものが良い。例えばポリイミド、エポキシ樹脂が好ましい。また樹脂基板側のパターンは、Ｃｕを主材料とすれば、延性があり変形に対して応ずる。
【００３９】
７は、３の場合と同じになるので説明は省略する。
【００４０】
続いて図６に示すように、封止する。載置された回路素子２７の形状、この半導体装置がセットされる雰囲気によっては、封止手段を省略しても良い。
ここでは、区画領域の周囲を囲い、中が中空のケースで封止しても良いし、トランスファーモールド、インジェクション、ポッティング等での封止方法が考えられる。ここでは基板の表に封止樹脂が形成され、剥離が考慮されて貫通孔４０が形成され、アンカー効果を持たせても良い。また直線状の溝に沿って貫通されたスリットが形成されていれば、裏面にも封止が可能である
図７は、区画領域５０、５１、５２毎に封止された金属基板は、セットの曲面がトレースされた基板５３を用意し、それに金属基板５４を押圧させることで、変形が可能である。また全体が水平な状態でセット側に納入し、セット側で変形しても良い。
【００４１】
図８は、３つの区画領域６０、６１、６２が１ユニットである金属基板６３を一体封止する例を説明するものである。下の金型６４がセット側の設置面に変形されていることで、半導体装置の裏面を変形できる。樹脂圧を考えると、夫々の区画領域に対応する金属基板は、全域がフラットであるため、下金型も同じ形状にする必要がある。
ここでも図６で説明した貫通孔またはスリットにより樹脂を侵入させ、アンカーを持たせたり、裏面に樹脂を延在させても良い。
【００４２】
図９は、ＡまたはＢの方向に曲げられる事を説明している。
以上説明したように、カードの様な平面物を隙間無く並べ、当接した部分で曲げたようなもので、或る程度の曲げ加工が可能であり、図１０の如き設置面、湾曲面に設置できる。
よって金属基板を用いた半導体装置または混成集積回路装置は、より応用範囲が増加し、それにより内蔵される半導体素子の駆動能力を向上でき、それにより無駄な電力消費を抑制できる。
【００４３】
図１１は、金属基板７０を実線の如き十字型にプレスして用意し、点線の部分で折り曲げれば、箱の如きモジュールが可能である。すれば右下の直方体７１の頭にスッポリと入るものが可能である。
【００４４】
図１２では、左右の飛び出している部分８０，８１に位置する６本の溝Ｃを用意すれば、或る程度の湾曲を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明する図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明の溝の形成を説明する図である。
【図６】本発明の金属基板に封止する方法を説明する図である。
【図７】本発明の金属基板に封止する方法を説明する図である。
【図８】本発明の金属基板に封止する方法を説明する図である。
【図９】本発明の金属基板に封止する方法を説明する図である。
【図１０】従来の実装形態を説明する図である。
【図１１】本発明の金属基板の折り曲げ方法を説明する図である。
【図１２】本発明の金属基板の折り曲げ方法を説明する図である。
【図１３】本発明の金属基板の折り曲げ方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：金属基板
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：溝
【図１】
0005153265.tif 000002
【図２】
0005153265.tif 000003
【図３】
0005153265.tif 000004
【図４】
0005153265.tif 000005
【図５】
0005153265.tif 000006
【図６】
0005153265.tif 000007
【図７】
0005153265.tif 000008
【図８】
0005153265.tif 000009
【図９】
0005153265.tif 000010
【図１０】
0005153265.tif 000011
【図１１】
0005153265.tif 000012
【図１２】
0005153265.tif 000013
【図１３】
0005153265.tif 000014