(57)【要約】【課題】放熱能力が高い半導体モジュールを提供する。【解決手段】本発明に係る半導体モジュールは、配線パターンを有するフレキシブル基板２０と、フレキシブル基板２０に実装された半導体チップ３２と、冷却媒体が流れる円筒状の冷却管１０とを具備し、半導体チップ３２、及び少なくとも半導体チップ３２の周囲に位置するフレキシブル基板２０は、直接又は樹脂を介して冷却管１０の外周面に接している。冷却管１０の外周面に設けられ、半導体チップ３２が入り込む第１凹部１２を具備し、半導体チップ３２は、第１凹部１２の底面１２ａに、直接又は樹脂を介して接しているようにしてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンを有するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に実装された半導体チップと、
冷却媒体が流れる冷却管と、
を具備し、
前記半導体チップ、及び少なくとも前記フレキシブル基板の一部は、直接又は樹脂を介して前記冷却管の外周面に接している半導体モジュール。
【請求項２】
前記冷却管の外周面に設けられ、前記半導体チップが入り込む第１凹部を具備し、
前記半導体チップは、前記第１凹部の底面に、直接又は樹脂を介して接しており、
前記半導体チップの周囲に位置する前記フレキシブル基板が前記前記冷却管の外周面に接している請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記半導体チップの平面形状は略長方形であり、かつ長方形の長手方向が前記冷却管の延伸方向と略平行である請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記冷却管は円筒状であり、
前記フレキシブル基板は、前記冷却管の延伸方向に対して斜めかつ一周以上巻きつけられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記フレキシブル基板の一端部に形成された第１の端子と、
前記フレキシブル基板の前記一端部の反対側に位置する他端部に形成された第２の端子と、
を具備し、前記フレキシブル基板は、前記第１の端子及び前記第２の端子、並びにこれらの周囲を除いて、前記冷却管の外周面に接している請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記フレキシブル基板は、前記冷却管に対して斜めに巻きつけられており、
前記第１の端子及び前記第２の端子の延伸方向は、前記フレキシブル基板の延伸方向に対して斜めであり、かつ前記冷却管の延伸方向に対して略直角である請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記フレキシブル基板に実装された回路素子を更に具備し、
前記回路素子、及び前記回路素子の周囲に位置する前記フレキシブル基板は、直接又は樹脂を介して前記冷却管の外周面に接している請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記冷却管の外周面に設けられ、前記回路素子が入り込む第２凹部を具備し、
前記回路素子は、前記第２凹部の底面に、直接又は樹脂を介して接している請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記冷却管は導電性を有し、
前記フレキシブル基板に形成され、前記冷却管の前記外周面に直接又は導電性の樹脂を介して接続する接地配線を更に具備する請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
半導体チップが実装され、冷却媒体が流れる冷却管に巻きつけられるフレキシブル基板であって、
一端部に形成された第１の端子と、
前記一端部とは反対側に位置する他端部に形成された第２の端子と、
を具備し、前記第１の端子及び前記第２の端子の延伸方向が、前記フレキシブル基板の延伸方向に対して斜めになっており、かつ前記冷却管に巻きつけられた場合に前記冷却管の延伸方向に対して略直角になるフレキシブル基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュール及びフレキシブル基板に関する。特に本発明は、放熱能力が高い半導体モジュール及びフレキシブル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の半導体モジュールの構成を説明するための断面図である。本図に示す半導体モジュールは、フレキシブル基板１２０に半導体チップ１１０を搭載し、樹脂１４２を用いて封止したものである。半導体チップ１１０のバンプ１１２は、フレキシブル基板１２０の配線１２２に接続している。また半導体チップ１１０には、熱伝導性の接着剤１４４を介して放熱板１３０が取付けられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６５６４５５号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばフラットパネルディスプレイのドライバのように、発熱量が多い半導体チップを有している場合、上記した従来構造では、半導体チップが発した熱を十分に逃がすことができなかった。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、放熱能力が高い半導体モジュール及びフレキシブル基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体モジュールは、配線パターンを有するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に実装された半導体チップと、
冷却媒体が流れる冷却管と、
を具備し、
前記半導体チップ、及び少なくとも前記フレキシブル基板の一部は、直接又は樹脂を介して前記冷却管の外周面に接している。
【０００６】
この半導体モジュールによれば、前記半導体チップで生じた熱は、前記冷却管に直接又は前記樹脂を介して伝熱し、また前記フレキシブル基板を介して前記冷却管に伝熱する。従って、前記半導体チップで生じた熱の放熱能力が高くなる。
【０００７】
前記冷却管の外周面に設けられ、前記半導体チップが入り込む第１凹部を具備し、前記半導体チップは、前記第１凹部の底面に、直接又は樹脂を介して接しており、前記半導体チップの周囲に位置する前記フレキシブル基板が前記前記冷却管の外周面に接するようにしてもよい。この場合、前記半導体チップを有する部分で前記フレキシブル基板は凸にならない。従って、前記フレキシブル基板に負荷が加わって前記配線パターンが断線することを抑制できる。また前記半導体チップの周囲に位置する前記フレキシブル基板が前記前記冷却管の外周面に接するため、前記半導体チップで生じた熱の放熱能力は更に高くなる。
【０００８】
前記半導体チップの平面形状が略長方形である場合、長方形の長手方向が前記冷却管の延伸方向と略平行であるのが好ましい。このようにすると、前記凹部の円周方向の幅を最小限に抑えることができ、その結果、前記凹部の深さを最小限に抑えることができる。従って、前記冷却管の肉厚を薄くして、冷却媒体による前記フレキシブル基板及び前記半導体チップの冷却効率を高くすることができる。
【０００９】
前記冷却管は円筒状である場合、前記フレキシブル基板は、前記冷却管に斜めかつ一周以上巻きつけられているのが好ましい。このようにすると、前記フレキシブル基板と前記冷却管の接触面積が増大する為、前記フレキシブル基板も十分に冷却することができる。また前記冷却管が円筒状である為、前記フレキシブル基板を巻きつけても前記フレキシブル基板の特定の部分に負荷が集中することを抑制できる。
【００１０】
前記フレキシブル基板の一端部に形成された第１の端子と、前記フレキシブル基板の前記一端部の反対側に位置する他端部に形成された第２の端子とを具備し、前記フレキシブル基板は、前記第１の端子及び前記第２の端子、並びにこれらの周囲を除いて、前記冷却管の外周面に接していてもよい。このようにすると、前記フレキシブル基板と前記冷却管の接触面積が増大する為、前記フレキシブル基板も十分に冷却することができる。
【００１１】
この場合、前記フレキシブル基板は、前記冷却管に対して斜めに巻きつけられており、前記第１の端子及び前記第２の端子の延伸方向は、前記フレキシブル基板の延伸方向に対して斜めであり、かつ前記冷却管の延伸方向に対して略直角であるのが好ましい。このようにすると、前記フレキシブル基板を前記冷却管に対して一周以上巻くことができる。また前記第１の端子及び前記第２の端子の延伸方向が前記冷却管の延伸方向に対して略直角である為、前記第１の端子及び前記第２の端子を他の電子部品の端子に差し込む場合、前記一端部及び前記他端部を捻る必要がなくなる。
【００１２】
前記フレキシブル基板に実装された回路素子を更に具備し、前記回路素子、及び前記回路素子の周囲に位置する前記フレキシブル基板は、直接又は樹脂を介して前記冷却管の外周面に接していてもよい。この場合、前記回路素子は、前記半導体チップと同様に冷却される。
【００１３】
この場合、前記冷却管の外周面に設けられ、前記回路素子が入り込む第２凹部を具備し、前記回路素子は、前記第２凹部の底面に、直接又は樹脂を介して接していてもよい。このようにすると、前記回路素子を有する部分で前記フレキシブル基板は凸にならない。従って、前記フレキシブル基板に負荷が加わって前記配線パターンが断線することを抑制できる。
【００１４】
前記冷却管は導電性を有し、前記フレキシブル基板に形成され、前記冷却管の前記外周面に直接又は導電性の樹脂を介して接続する接地配線を更に具備してもよい。この場合、前記外周面に前記接地配線を接地させることができるため、前記接地配線の接地構造を簡単にすることができる。
【００１５】
本発明に係るフレキシブル基板は、半導体チップが実装され、冷却媒体が流れる冷却管に巻きつけられるフレキシブル基板であって、
一端部に形成された第１の端子と、
前記一端部とは反対側に位置する他端部に形成された第２の端子と、
を具備し、前記第１の端子及び前記第２の端子の延伸方向が、前記フレキシブル基板の延伸方向に対して斜めになっており、かつ前記冷却管に巻きつけられた場合に前記冷却管の延伸方向に対して略直角になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。この半導体モジュールは冷却管１０及びフレキシブル基板２０を有している。図１（Ｂ）は冷却管１０の斜視図であり、図１（Ｃ）はフレキシブル基板２０の平面図である。
【００１７】
図１（Ａ）に示す半導体モジュールは、冷却管１０の外周面にフレキシブル基板２０を、端部２２，２４及びその周囲を除いて、斜めに一周以上巻きつけたものである。フレキシブル基板２０は、後述する半導体チップ３２及び回路素子３４の周囲、並びに端部２２，２４及びその周囲を除いて、熱伝導性の接着剤によって冷却管１０の外周面に固定されている。冷却管１０は、銅、アルミニウム、及びステンレスなどの金属から形成されており、中空部１６には、液体（例えば水）や気体等の冷却媒体が流れる。このため、フレキシブル基板２０は、端部２２，２４を除いて、冷却管１０及び冷却媒体によって冷却される。
【００１８】
フレキシブル基板２０は、端部２４に入力端子２４ａを有しており、端部２４とは反対側の端部２２に出力端子２２ａを有している。またフレキシブル基板２０のうち、端部２２，２４の間の領域である中間部２６には、配線パターン（図示せず）が形成されている。端部２２，２４は同一方向に延伸しているが、中間部２６は、端部２２，２４に対して斜めに延伸している。そして入力端子２４ａ及び出力端子２２ａの延伸方向は同一方向であるが、フレキシブル基板２０の中間部２６に対して斜めになっている。このようにすると、フレキシブル基板２０を冷却管１０に対して斜めに巻きつけても、端部２２，２４、入力端子２４ａ、及び出力端子２４ｂの延伸方向を、冷却管１０の延伸方向に対して直角にすることができる。
【００１９】
フレキシブル基板２０の中間部２６には、半導体チップ３２及び回路素子３４が実装されている。半導体チップ３２は、例えばフラットパネルディスプレイ（例えばプラズマディスプレイや液晶ディスプレイ）のドライバであり、長方形を有している。また回路素子３４は、例えばサーミスタやコンデンサなどのアナログ回路用の素子である。
【００２０】
冷却管１０の外表面には、直方体状の凹部１２，１４が形成されている。凹部１２には半導体チップ３２が入り込み、凹部１４には回路素子３４が入り込む。このため、冷却管１０の外周面にフレキシブル基板２０を巻きつけても、半導体チップ３２及び回路素子３４を有する部分で、フレキシブル基板２０は凸にならない。従って、フレキシブル基板２０に負荷が加わって配線パターンが断線することを抑制できる。
【００２１】
また半導体チップ３２は、長手方向が冷却管１０の延伸方向と略平行になっている。このため、凹部１２の円周方向の幅を最小限に抑えることができ、その結果、凹部１２の深さを最小限に抑えることができる。従って、冷却管１０の肉厚を薄くして、冷却媒体によるフレキシブル基板２０、半導体チップ３２、及び回路素子３４の冷却効率を高くすることができる。
【００２２】
図２は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。上記したように、フレキシブル基板２０は、半導体チップ３２及び回路素子３４の周囲、並びに端部２２，２４を除いて、熱伝導性の接着剤４０によって冷却管１０の外周面に固定されている。また半導体チップ３２の表面に形成されたバンプ３２ａは、フレキシブル基板２０の配線２８ａに電気的に接続している。本図に示す例において配線２８ａは、バンプ３２ａに接続する部分はソルダーレジスト層２１から露出しているが、他の部分はソルダーレジスト層２１で被覆されている。
【００２３】
そして半導体チップ３２の裏面は、全面が熱伝導性の樹脂４２を介して凹部１２の底面１２ａに接している。このため、半導体チップ３２は、樹脂４２を介して冷却管１０及び冷却媒体によって効率よく冷却される。樹脂４２は熱伝導性の接着剤であっても良い。また上記したように、フレキシブル基板２０も冷却管１０及び冷却媒体によって冷却されている為、半導体チップ３２はフレキシブル基板２０によっても冷却される。
【００２４】
なお回路素子３４の裏面は、半導体チップ３２と同様に、全面が熱伝導性の樹脂を介して凹部１４の底面１４ａ（図１（Ａ），（Ｂ）に図示）に接している。このため、回路素子３４は、樹脂を介して冷却管１０及び冷却媒体によって効率よく冷却される。この樹脂は熱伝導性の接着剤であっても良い。また回路素子３４は、半導体チップ３２と同様に、フレキシブル基板２０によっても冷却される。
【００２５】
図３は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。この断面図に示す部分において、フレキシブル基板２０では接地配線２８ｂの一部がソルダーレジスト層２１から露出している。そして接地配線２８ｂは、露出している部分で、導電性接着剤４４を介して冷却管１０の外周面に電気的に接続している。このため、簡単な構造で接地配線２８ｂを接地させることができる。ここで、接着剤４０を導電性にして、図３に示した導電性接着剤４４の代わりに接着剤４０を位置させても良い。また、接地配線２８ｂと冷却管１０の外周面が直接接するようにしてもよい。
【００２６】
図４（Ａ）は、半導体モジュールの具体的な実装例を示す平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ´断面図である。本図に示す例は、図４（Ａ）に示すように冷却管１０を、フラットディスプレイパネル５０の裏面に位置させ、かつフラットディスプレイパネル５０の縁に沿うように、略ロ字状に延伸させ、この冷却管１０に複数のフレキシブル基板２０を巻きつけたものである。フレキシブル基板２０それぞれには、半導体チップ３２及び回路素子３４が実装されている。複数のフレキシブル基板２０それぞれは、図１〜図３を用いて説明した構造で冷却管１０に巻きついている。
【００２７】
また冷却管１０には、冷却媒体を循環させる為のポンプ５４が設けられている。このため、フレキシブル基板２０で発生した熱を、冷却媒体を介して冷却管１０の全体から放熱することができる。また冷却管１０には、冷却管１０を空冷する為のファン５６が設けられている。従って、冷却媒体が循環していることとの相乗効果により、冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００２８】
また図４（Ｂ）に示すように、全てのフレキシブル基板２０の端部２２は、フラットディスプレイパネル５０の入力端子５２に差し込まれている。端部２２が冷却管１０から斜めに突出している場合、端部２２を入力端子５２に接続するときに、フレキシブル基板２０を捻る必要がある。しかし上記したように、端部２２，２４、入力端子２４ａ、及び出力端子２４ｂの延伸方向は、冷却管１０の延伸方向に対して直角である。従って、端部２２を入力端子５２に接続するときに、フレキシブル基板２０を捻る必要が無くなり、フレキシブル基板２０に負荷が加わることを抑制できる。
端部２４を他の電子部品の出力端子に接続する場合も、同様の理由により、フレキシブル基板２０を捻る必要が無くなり、その結果、フレキシブル基板２０に負荷が加わることを抑制できる。
【００２９】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、フレキシブル基板２０は、冷却管１０に対して巻きついている。そして半導体チップ３２の裏面は、熱伝導性の樹脂４２を介して凹部１２の底面１２ａに接している。このため、半導体チップ３２は、樹脂４２を介して冷却管１０及び冷却媒体によって効率よく冷却される。また、フレキシブル基板２０は、端部２２，２４を除いて、冷却管１０及び冷却媒体によって冷却される。特にフレキシブル基板２０を冷却管１０に対して斜めに巻きつけた場合、フレキシブル基板２０を、端部２２，２４及びその周囲を除いて冷却管１０の外表面に接させることができるため、フレキシブル基板２０は特に効率よく冷却される。従って、半導体チップ３２はフレキシブル基板２０によっても冷却される。
また回路素子３４も、半導体チップ３２と同様に冷却される。
【００３０】
また、フレキシブル基板２０を冷却管１０の外周面に巻きつけている為、半導体モジュールが占有する体積を小さくすることができる。また、半導体チップ３２及び回路素子３４は、冷却管１０の外表面に形成された凹部１２，１４に入り込む。このため、冷却管１０の外周面にフレキシブル基板２０を巻きつけても、半導体チップ３２及び回路素子３４を有する部分で、フレキシブル基板２０は凸にならない。従って、フレキシブル基板２０に負荷が加わって配線パターンが断線することを抑制できる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態について、図５を用いて説明する。本実施形態は、フレキシブル基板２０を冷却管１０に取付ける構造が異なる点、及び、フレキシブル基板２０の平面形状が長方形である点を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３２】
図５（Ａ），（Ｂ）に示す例において、フレキシブル基板２０は冷却管１０に対して、冷却管１０の延伸方向に対して直角な方向に巻きついている。このためフレキシブル基板２０は冷却管１０を一周していない。ただしフレキシブル基板２０は、冷却管１０を半周以上巻いている。
【００３３】
詳細には、図５（Ａ）に示す例では、端部２２，２４は同一方向に突出している。また図５（Ｂ）に示す例では、フレキシブル基板２０は冷却管１０を半周しており、端部２２，２４は、互いに反対な方向に突出している。なお、図５（Ａ），（Ｂ）のいずれの例においても、フレキシブル基板２０は、少なくとも半導体チップ３２及び回路素子３４それぞれの周囲に位置する部分が、熱伝導性の接着剤を介して冷却管１０の外周面に接している。また半導体チップ３２及び回路素子３４は、図２を用いて説明した構造で、冷却管１０に接している。
【００３４】
このようにしても、半導体チップ３２及び回路素子３４は効率よく冷却される。また、フレキシブル基板２０を冷却管１０の外周面に巻きつけている為、半導体モジュールが占有する体積を小さくすることができる。また、半導体チップ３２及び回路素子３４は、冷却管１０の外表面に形成された凹部１２，１４に入り込むため、フレキシブル基板２０に負荷が加わって配線パターンが断線することを抑制できる。またフレキシブル基板の接地配線を、第１の実施形態と同様に簡単な構造で接地させることができる。
【００３５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記した各実施形態において、フレキシブル基板２０は、直接冷却管１０の外周面に接する部分があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体モジュールの斜視図、（Ｂ）は冷却管１０の斜視図、（Ｃ）はフレキシブル基板２０の平面図。
【図２】図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１（Ａ）のＢ−Ｂ´断面図。
【図４】（Ａ）は半導体モジュールの具体的な実装例を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ´断面図。
【図５】各図は、本発明の第２の実施形態に係る半導体モジュールの構成を説明するための概略図。
【図６】従来の半導体モジュールの構成を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…冷却管、１２，１４…凹部、１２ａ，１４ａ…底面、１６…中空部、２０，１２０…フレキシブル基板、２２，２４…端部、２２ａ…出力端子、２４ａ…入力端子、２６…中間部、２８ａ，１２２…配線、２８ｂ…接地配線、３２，１１０…半導体チップ、３２ａ，１１２…バンプ、３４…回路素子、４０，１４４…接着剤、４２，１４２…樹脂、５０…フラットディスプレイパネル、５２…入力端子、５４…ポンプ、５６…ファン、１３０…放熱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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