JP2017163130A - Substrate and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＬＥＤ照明等に用いられるＬＥＤチップやＬＥＤデバイスを実装する基板と、その基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate on which an LED chip or an LED device used for LED lighting or the like is mounted, and a method for manufacturing the substrate.
近年、大電流を流すＬＥＤチップや、それを用いたＬＥＤデバイスや、それらを用いた照明装置が実用化され、白熱電球や蛍光灯をはじめ、水銀灯やハロゲン灯をも置き換えつつある。そして、このような用途の広がりに伴い、ＬＥＤチップやＬＥＤデバイスを実装するための放熱性の良い配線基板が、ますます重要になってきている。 In recent years, LED chips that carry a large current, LED devices using the same, and lighting devices using them have been put into practical use, and incandescent bulbs and fluorescent lamps as well as mercury lamps and halogen lamps are being replaced. With such widespread applications, wiring boards with good heat dissipation for mounting LED chips and LED devices are becoming increasingly important.
大電流を流すＬＥＤチップを実装して、ＬＥＤデバイスにするための基板としては、熱伝導率の良いセラミック基板がよく用いられている。セラミックの材料としては、アルミナが一般的であるが、熱伝導率が２１Ｗ／（ｍＫ）程度で、板厚を０．３mm程度に薄くしても、３Ｗ級のＬＥＤチップの放熱を十分に行うためには不十分である。これを補うために、銅のビアホールやインレイを付加することもできるがコストが高くなる。
また、更に熱伝導率が１７０Ｗ／（ｍＫ）の窒化アルミを用いたものは、十分な放熱性を確保できるが、これもコストが高くまた色が黒ずんでいるといった欠点がある。
A ceramic substrate with good thermal conductivity is often used as a substrate for mounting an LED chip through which a large current flows to form an LED device. As a ceramic material, alumina is generally used. However, even if the thermal conductivity is about 21 W / (mK) and the plate thickness is reduced to about 0.3 mm, the 3 W class LED chip can sufficiently dissipate heat. It is not enough for this. To compensate for this, copper via holes and inlays can be added, but the cost increases.
Further, a material using aluminum nitride having a thermal conductivity of 170 W / (mK) can secure a sufficient heat dissipation property, but this also has a drawback that the cost is high and the color is dark.
これを解消する基板として、特許文献１に示すように銅板とエポキシ樹脂で集合基板を形成する例がある。これを図２８に示す。この特許文献１に記述されているように、銅板をエッチング等の加工手段によって不要な部分を削除して複数の導電部材６０ａを形成し、各導電部材６０ａの隙間にエポキシ樹脂等によって成る絶縁部材６０ｂを充填して一体化した集合基板６０を形成する。そして、ＬＥＤチップが導電部材上に直接ダイスボンドされるような切り抜き孔３１ｃを持つ回路基板を多数個形成した集合回路基板６１を、集合基板６０の上面に位置決めして熱圧着し一体化する。
この集合基板６０と集合回路基板６１の一体化基板は、ワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップ用の基板で、銅の導電部材は放熱用のダイスボンドパッドとなるが、ｐとｎの電極パッドは集合回路基板上に配置されている。この一体化基板は銅の導電部材にＡｇペーストを介して直接ダイスボンドされるので、放熱性は極めて良くなるし、コストも安くなるが、フリップチップタイプのＬＥＤチップには使えない。
As a substrate for solving this problem, there is an example in which a collective substrate is formed of a copper plate and an epoxy resin as shown in
The integrated substrate of the collective substrate 60 and the collective circuit substrate 61 is a substrate for a wire bonding type LED chip. The copper conductive member serves as a die bond pad for heat dissipation, but the p and n electrode pads serve as the collective circuit. Arranged on the substrate. Since this integrated substrate is directly die-bonded to a copper conductive member via an Ag paste, the heat dissipation is extremely improved and the cost is reduced, but it cannot be used for a flip chip type LED chip.
一方、大電流を流すＬＥＤデバイスを実装する配線基板としては、照明装置に用いられる放熱性が中程度に良いメタルベース基板が広く用いられている。メタルとしては熱伝導率の良い銅やアルミが一般的であるが、コストの面で鉄を用いたものもある。熱伝導率とコストの面で、アルミが最も多く使用されている。
アルミベース基板の構造は、厚さ約１．５ｍｍのアルミ板上に、厚さ約０．１ｍｍの絶縁層を形成し、その上に、厚さ３０〜８０μｍの銅で配線パターンを形成したもので、絶縁層の熱伝導率と厚さ、および銅の配線パターンの厚さで、放熱性の良さが決まる。コストも考慮して、絶縁層の厚さは８０μｍで熱伝導率は５Ｗ／（ｍＫ）、銅の配線パターンの厚さは３５μｍのものが一般的に使用されている。
しかし、そのアルミベース基板の銅の配線パターンで形成された一対の電極パッド上に実装され、通電されたＬＥＤデバイスの熱は、電極パッドから絶縁層を通ってアルミ板に伝わるのであるが、熱伝導率の悪い絶縁層がネックとなって放熱を妨げているのである。
On the other hand, as a wiring board on which an LED device that conducts a large current is mounted, a metal base board having a moderately good heat dissipation used in a lighting device is widely used. The metal is generally copper or aluminum with good thermal conductivity, but there are also those using iron in terms of cost. Aluminum is most often used in terms of thermal conductivity and cost.
The aluminum base substrate has a structure in which an insulating layer having a thickness of approximately 0.1 mm is formed on an aluminum plate having a thickness of approximately 1.5 mm, and a wiring pattern is formed on the copper having a thickness of 30 to 80 μm. Therefore, good heat dissipation is determined by the thermal conductivity and thickness of the insulating layer and the thickness of the copper wiring pattern. In consideration of cost, an insulating layer with a thickness of 80 μm, a thermal conductivity of 5 W / (mK), and a copper wiring pattern with a thickness of 35 μm is generally used.
However, the heat of the LED device mounted and energized on a pair of electrode pads formed by the copper wiring pattern of the aluminum base substrate is transferred from the electrode pad through the insulating layer to the aluminum plate. An insulating layer with poor conductivity becomes a bottleneck and prevents heat dissipation.
大電流を流すＬＥＤチップを実装して、ＬＥＤデバイスにするための基板として、特許文献１の一体化基板は、銅の導電部材にＡｇペーストを介して直接ダイスボンドされるので、放熱性は（銅とＡｇペーストの熱伝導率は３９１Ｗ／（ｍＫ）と９５Ｗ／（ｍＫ））極めて良くなるし、コストも安くなるが、フリップチップタイプのＬＥＤチップには使えないといった問題がある。
As a substrate for mounting an LED chip through which a large current flows to form an LED device, the integrated substrate of
また、大電流を流すＬＥＤデバイスを実装する配線基板として使用されているアルミベース基板は、絶縁層の熱伝導率（５Ｗ／（ｍＫ））がネックとなり、アルミの極めて良い熱伝導率が十分に生かされていないといった問題がある。 In addition, the aluminum base substrate used as a wiring board for mounting LED devices that carry a large current has a bottleneck due to the thermal conductivity (5 W / (mK)) of the insulating layer, and the aluminum has a very good thermal conductivity. There is a problem that it is not alive.
本発明の目的は、メタルの極めて良好な熱伝導率を有効に生かし、フリップチップタイプのＬＥＤチップやワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップ、及びＬＥＤデバイス、更にはＬＥＤに限らず半導体チップや半導体デバイスなど、すべての半導体部品に発生する熱を、有効に放熱できる基板とその製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to effectively utilize the extremely good thermal conductivity of metal, such as a flip chip type LED chip, a wire bonding type LED chip, and an LED device. It is an object of the present invention to provide a substrate capable of effectively dissipating heat generated in all semiconductor components and a manufacturing method thereof.
上記課題を解決するため本発明の基板は、半導体チップまたは半導体デバイスを実装するための基板であって、上面と下面の２つの主面を持つ金属板片、または凸状の先端面が該金属板片の上面の一部である凸状構造を持つ金属板片と、複数の該金属板片の間に充填され、少なくとも１つの該主面（先端面も含む）と面一の面になる絶縁性白樹脂と、で構成され、該金属板片の主面を電極パッド面や電極端子面とし、複数の該金属板片の配列で配線回路を形成したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a substrate of the present invention is a substrate for mounting a semiconductor chip or a semiconductor device, and a metal plate piece having two main surfaces, an upper surface and a lower surface, or a convex tip surface is the metal. A metal plate piece having a convex structure, which is a part of the upper surface of the plate piece, and a space between the plurality of metal plate pieces and being flush with at least one main surface (including the front end surface). And an insulating white resin, wherein the main surface of the metal plate piece is an electrode pad surface or an electrode terminal surface, and a wiring circuit is formed by arranging a plurality of the metal plate pieces.
上記の構成をもう少し詳しく説明する。
上記構成の一つ目は、半導体デバイス用の基板であって、同じ厚さの複数のほぼ矩形状の金属板片が行列状に配列され、複数の該金属板片の間に絶縁性白樹脂（好ましくは熱硬化性が良い）が充填され、該金属板片の上面および下面と、それぞれ面一の面になるように成形されている。つまり、該絶縁性白樹脂で同じ厚さの複数の該金属板片を連結し、板状になるように成型されたものである。そして、２枚の金属板片が対となって、その上面が半導体チップを実装するときの電極パッド面（＋電極パッド面と−電極パッド面）に、下面が、外部基板に実装するときの電極端子面（＋電極端子面と−電極端子面）になり、単体の半導体デバイスの基板となる。つまり、単体の半導体デバイス用の基板を行列状に配列した集合基板である。
また、電極パッド面側は、実装される半導体チップの形状に合わせて、スクリーン印刷で、半導体チップの周囲にレジストを塗布するような最適な形状のパターニングがされる場合もある。
The above configuration will be described in more detail.
The first of the above configurations is a substrate for a semiconductor device, in which a plurality of substantially rectangular metal plate pieces having the same thickness are arranged in a matrix, and an insulating white resin is interposed between the plurality of metal plate pieces. (Preferably good thermosetting) is filled, and the metal plate pieces are formed so as to be flush with the upper and lower surfaces of the metal plate piece. That is, a plurality of the metal plate pieces having the same thickness are connected with the insulating white resin and molded into a plate shape. When two metal plate pieces are paired, the upper surface is the electrode pad surface (+ electrode pad surface and −electrode pad surface) when the semiconductor chip is mounted, and the lower surface is when mounted on the external substrate. It becomes an electrode terminal surface (+ electrode terminal surface and -electrode terminal surface), and becomes a substrate of a single semiconductor device. That is, it is a collective substrate in which substrates for a single semiconductor device are arranged in a matrix.
Further, the electrode pad surface side may be subjected to patterning with an optimum shape such as applying a resist around the semiconductor chip by screen printing in accordance with the shape of the semiconductor chip to be mounted.
また、前記レジストによるパターニングの代わりに、金属板片として、凸状の先端面が該金属板片の上面の一部である凸状構造を持つ金属板片を用いても良い。この場合、該先端面が電極パッド面（以後、凸状の電極パッド面と記する）で、半導体チップ（例えばＬＥＤチップ）の実装面となる。該金属板片をＡタイプの金属板片とする。対となる２枚のＡタイプの金属板片は、凸状の＋電極パッド面と下面の＋電極端子面を持つＡ１タイプの金属板片と、凸状の−電極パッド面と下面の−電極端子面を持つＡ２タイプの金属板片とから成る。 Further, instead of patterning with the resist, a metal plate piece having a convex structure in which a convex tip end surface is a part of the upper surface of the metal plate piece may be used as the metal plate piece. In this case, the tip surface is an electrode pad surface (hereinafter referred to as a convex electrode pad surface), which is a mounting surface of a semiconductor chip (for example, an LED chip). The metal plate piece is an A-type metal plate piece. The two A type metal plate pieces to be paired are an A1 type metal plate piece having a convex + electrode pad surface and a lower + electrode terminal surface, and a convex −electrode pad surface and a lower electrode. It consists of A2 type metal plate pieces with terminal surfaces.
また、上記構成の二つ目は、同じ厚さの数タイプの形状の異なる金属板片を複数個配列して、該金属板片の間に絶縁性白樹脂を充填し、金属板片の上面と絶縁性白樹脂とが、面一の面（下面側も面一の面とする場合もある）になるように板状に成型され、複数の該金属板片の配列で配線回路が形成さた配線用基板である。
例えば、Ｂタイプの金属板片には、半導体チップまたは半導体デバイス実装用の電極パッド面と外部接続用の電極端子面が、Ｃタイプの金属板片には、縦列用で、電極パッド面が、Ｄタイプの金属板片には、折り返し用で、電極パッド面がそれぞれ形成され、これらの複数の金属板片の配列で、ＣＯＢタイプのＬＥＤ照明用などの基板の配線回路となっている。
また、一種類の矩形状金属板片の配列で形成できる配線回路もある。
また、電極パッド面側は、実装される半導体チップや半導体デバイスの形状に合わせてスクリーン印刷でレジストを塗布し、最適な形状のパターニングがされる場合もある。
Further, the second of the above configuration is that a plurality of different types of metal plate pieces of the same thickness are arranged, an insulating white resin is filled between the metal plate pieces, and the upper surface of the metal plate piece And the insulating white resin are molded into a plate shape so that they are flush with each other (the lower surface may be flush with each other), and a wiring circuit is formed by arranging a plurality of the metal plate pieces. Wiring board.
For example, a B-type metal plate piece has an electrode pad surface for mounting a semiconductor chip or semiconductor device and an electrode terminal surface for external connection, and a C-type metal plate piece has a column for an electrode pad surface, An electrode pad surface is formed on each of the D-type metal plate pieces for folding, and the arrangement of the plurality of metal plate pieces constitutes a wiring circuit for a substrate for COB-type LED lighting or the like.
There is also a wiring circuit that can be formed by an array of one type of rectangular metal plate piece.
Further, the electrode pad surface side may be subjected to patterning with an optimum shape by applying a resist by screen printing in accordance with the shape of the semiconductor chip or semiconductor device to be mounted.
また、前記レジストによるパターニングの代わりに、金属板片として、凸状の電極パッド面を持つ金属板片を用いても良い。ここで、凸状の電極パッド面の形状は、実装される半導体チップや半導体デバイスの形状に合わせて最適な形状にする。 Further, instead of patterning with the resist, a metal plate piece having a convex electrode pad surface may be used as the metal plate piece. Here, the shape of the convex electrode pad surface is set to an optimum shape according to the shape of the semiconductor chip or semiconductor device to be mounted.
これらの構成によれば、電極パッド面に、実装方法に適したメッキが施されれば、フリップチップタイプやワイヤーボンディングタイプを問わず実装可能である。また、前記電極端子面（＋電極端子面、−電極端子面）にも半田濡れ性の良いメッキがなされている。
また、これらの基板は、金属板片を熱伝導率の極めて良い材料にすることにより、半導体チップや半導体デバイスで発生する熱を真下に効率よく流すことができるため、大電流用の基板や半導体チップ等の高密度実装用の基板に適している。
さらに、絶縁性白樹脂で隔てられた金属板片で構成されているので、単体の半導体デバイスへの個別化は、絶縁性白樹脂の切断のみで、簡単にダイシング等で効率良く行うことができる。従って、加工性に配慮することなく、金属板片として熱伝導率の良好な金属を用いることができる。
According to these structures, if the electrode pad surface is plated suitable for the mounting method, it can be mounted regardless of flip chip type or wire bonding type. The electrode terminal surfaces (+ electrode terminal surface, −electrode terminal surface) are also plated with good solder wettability.
In addition, these substrates can efficiently flow heat generated in a semiconductor chip or semiconductor device by making a metal plate piece a material with extremely good thermal conductivity. Suitable for high-density mounting substrates such as chips.
Furthermore, since it is composed of metal plate pieces separated by an insulating white resin, individualization into a single semiconductor device can be performed simply and efficiently by dicing or the like only by cutting the insulating white resin. . Therefore, a metal having good thermal conductivity can be used as the metal plate piece without considering workability.
また、前記凸状の電極パッド面の面積は、前記半導体チップの電極面とほぼ同じ位の広さで、該凸状の電極パッド面の周囲は前記絶縁性白樹脂で被覆されていることが好ましい。その理由は、前記フリップチップタイプの半導体チップを半田で実装する場合、電極パッド面の面積が広いと、半田溶融時に半導体チップが動き、良好な電気的接続ができないといった問題が発生しやすい。従って、前記凸状の電極パッド面を半導体チップの電極面とほぼ同じ広さにし、周囲は溶融半田が広がりにくい絶縁性白樹脂で被覆されている方が好ましい。
また、前記凸状の電極パッド面の表面は、半田がなじみ易いメッキや、ワイヤーボンディングが可能なメッキがなされているが、前記凸状の電極パッド面以外は、酸化チタン粉末を混合した絶縁性白樹脂で被覆した方が、安定的で光反射率の良好な面となることも重要な理由である。
Further, the area of the convex electrode pad surface is almost as large as the electrode surface of the semiconductor chip, and the periphery of the convex electrode pad surface is covered with the insulating white resin. preferable. The reason for this is that when the flip chip type semiconductor chip is mounted with solder, if the area of the electrode pad surface is large, the semiconductor chip moves when the solder melts, and a problem that good electrical connection is not likely to occur. Therefore, it is preferable that the convex electrode pad surface is approximately the same as the electrode surface of the semiconductor chip, and the periphery is covered with an insulating white resin in which molten solder is difficult to spread.
In addition, the surface of the convex electrode pad surface is plated so that the solder can be easily applied to it or can be wire-bonded, but the insulating surface mixed with titanium oxide powder is used except for the convex electrode pad surface. Another important reason is that the surface coated with the white resin is stable and has a good light reflectance.
電極パッド面側に、実装される半導体チップやデバイスの形状に合わせて、スクリーン印刷でレジストを塗布し、最適な形状のパターニングがされる場合にも、同様なことが言える。 The same can be said for the case where a resist is applied to the electrode pad surface side by screen printing in accordance with the shape of the semiconductor chip or device to be mounted, and patterning of the optimum shape is performed.
また、上記課題を解決するため本発明の基板は、半導体チップまたは半導体デバイスを実装するための基板であって、上面と下面の２つの主面を持つ金属板片、または凸状の先端面が該金属板片の上面の一部である凸状構造を持つ金属板片と、複数の該金属板片の間に充填され、該２つの主面と面一の面になる絶縁性白樹脂と、複数の該金属板片の下面に接着剤を用いて接着されたセラミック板とで構成されたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a substrate of the present invention is a substrate for mounting a semiconductor chip or a semiconductor device, and has a metal plate piece having two main surfaces, an upper surface and a lower surface, or a convex tip surface. A metal plate piece having a convex structure which is a part of the upper surface of the metal plate piece, and an insulating white resin which is filled between the plurality of metal plate pieces and is flush with the two main surfaces; The ceramic plate is bonded to the lower surface of the plurality of metal plate pieces using an adhesive.
上記の構成は、前記配線基板に用いられ、この構成によれば、同じ厚さの複数の金属板片が、その上面と下面が面一になるように絶縁性白樹脂で板状に成形された後、面一の各金属板片の下面に絶縁体であるセラミック板が接着されるので、この配線基板を放熱板に取り付ける場合、放熱板は導電性で熱伝導率の良い金属を、さらに密着用放熱ペーストも導電性の熱伝導率の良い高熱伝導ペーストを用いることができる。もしも、セラミック板がなく、前記金属板片の下面が露出した状態で、板状に成形された配線基板の場合は、放熱板に取り付ける場合、金属板片間がショートしないような配慮が必要になる。 The above configuration is used for the wiring board. According to this configuration, a plurality of metal plate pieces having the same thickness are formed into a plate shape with an insulating white resin so that the upper surface and the lower surface are flush with each other. After that, a ceramic plate as an insulator is bonded to the lower surface of each of the flat metal plate pieces. Therefore, when this wiring board is attached to the heat sink, the heat sink is made of a conductive metal having good thermal conductivity. The heat-dissipating paste for adhesion can also be a highly heat-conductive paste having a good conductive thermal conductivity. If there is no ceramic plate and the lower surface of the metal plate piece is exposed and the wiring board is formed into a plate shape, it is necessary to take care not to short-circuit between the metal plate pieces when attaching to a heat sink. Become.
セラミック板を用いずに、前記金属板片の下面が露出した状態で、板状に成形された配線基板の場合は、放熱板がアルミ板の場合、表面に絶縁性のアルマイト膜を形成し、密着用の放熱ペーストとして絶縁性の熱伝導ペーストを用いる必要がある。絶縁性の熱伝導ペーストの熱伝導率（３〜５Ｗ／ｍ／Ｋ）は、導電性の熱伝導ペーストの熱伝導率（９Ｗ／ｍ／Ｋ）より悪い。しかし、絶縁耐圧が十分に取れる場合は、アルマイト膜と絶縁性の熱伝導ペーストの構成でも熱抵抗の小さな構成となって放熱的には好ましい。 Without using a ceramic plate, in the state where the lower surface of the metal plate piece is exposed, in the case of a wiring board formed into a plate shape, when the heat sink is an aluminum plate, an insulating alumite film is formed on the surface, It is necessary to use an insulating heat conductive paste as a heat radiation paste for adhesion. The heat conductivity (3-5 W / m / K) of the insulating heat conductive paste is worse than the heat conductivity (9 W / m / K) of the heat conductive paste. However, when a sufficient withstand voltage can be obtained, the structure of the alumite film and the insulating heat conductive paste is preferable in terms of heat dissipation because the structure has a small heat resistance.
また、前記複数個の金属板片とセラミック板の接着部の構造は、セラミック板の上面に半田濡れ性の良いメッキ層や焼結銀層が積層されており、その上に導電性の接着剤として熱伝導率の良い半田を用いて金属板片が接着されている。この金属板片の接着面にも半田濡れ性の良いメッキがなされている。この構造により、金属板片に伝わる熱は、接着部でとどまることなく、下方のセラミック板へとスムーズに流れていく。絶縁体のセラミック板として、熱伝導率が２１〜２５Ｗ／（ｍＫ）のアルミナ板がコスト的にも適している。アルミナ板の厚みは０．１〜０．２ｍｍ程度が好ましい。 The structure of the bonding portion between the plurality of metal plate pieces and the ceramic plate is such that a plated layer or a sintered silver layer having good solder wettability is laminated on the upper surface of the ceramic plate, and a conductive adhesive is formed thereon. As described above, the metal plate pieces are bonded using solder having good thermal conductivity. The adhesive surface of the metal plate piece is also plated with good solder wettability. With this structure, the heat transmitted to the metal plate piece flows smoothly to the lower ceramic plate without staying at the bonding portion. As an insulating ceramic plate, an alumina plate having a thermal conductivity of 21 to 25 W / (mK) is also suitable in terms of cost. The thickness of the alumina plate is preferably about 0.1 to 0.2 mm.
また、上記課題を解決するため本発明の基板は、半導体チップまたは半導体デバイスを実装するための基板であって、上面の電極パッド面と下面の接着面の２つの主面を持つ複数の金属板片を、複数の該電極パッド面がほぼ面一の面になるように、該接着面に接着剤を用いてセラミック板の上面に接着し、複数の該電極パッド面と該セラミック板の下面が露出するように、絶縁性白樹脂で板状に成形した一体構造であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a substrate of the present invention is a substrate for mounting a semiconductor chip or a semiconductor device, and is a plurality of metal plates having two main surfaces, an electrode pad surface on the upper surface and an adhesive surface on the lower surface. A piece is adhered to the upper surface of the ceramic plate using an adhesive so that the plurality of electrode pad surfaces are substantially flush with each other, and the plurality of electrode pad surfaces and the lower surface of the ceramic plate are It is an integral structure molded into a plate shape with an insulating white resin so as to be exposed.
この構成も配線基板に用いられ、一部を除いて、請求項２の配線基板と殆ど同じである。異なる点は、セラミック板と金属板片との接着部分で接着剤以外の隙間の部分にも絶縁性白樹脂が充填されて板状の一体構造になている点である。この違いは、配線基板の製造方法からきている。請求項２の配線基板は、複数の金属板片が、その上面と下面が面一になるように絶縁性白樹脂で板状に成形された後、面一の各金属板片の下面に絶縁体であるセラミック板が接着されるのに対し、請求項３の配線基板は、複数の金属板片をセラミック板の上面に接着した後に、絶縁性白樹脂で各金属板片の上面とセラミック板の下面が露出した板状の一体構造に成形している。
This configuration is also used for the wiring board, and is almost the same as the wiring board of
この構造にすることにより、複数の金属板片とセラミック板の接着を、前記半田のほかに半田よりも熱伝導率の良い低温焼結銀にすることができる。その理由は、低温焼結銀の焼結条件（２５０℃、６０分）に絶縁性白樹脂が耐えられないためで、この構造の製造方法の場合、低温焼結銀による接着後に、絶縁性白樹脂が充填されるので、低温焼結銀による接着が可能になる。低温焼結銀の熱伝導率は、半田の６０Ｗ／（ｍＫ）よりも良い８０Ｗ／（ｍＫ）である。 By adopting this structure, it is possible to bond the plurality of metal plate pieces and the ceramic plate to low-temperature sintered silver having a heat conductivity higher than that of the solder in addition to the solder. The reason is that the insulating white resin cannot withstand the sintering conditions of low-temperature sintered silver (250 ° C., 60 minutes). Since the resin is filled, adhesion by low-temperature sintered silver becomes possible. The thermal conductivity of the low-temperature sintered silver is 80 W / (mK), which is better than the solder 60 W / (mK).
また、上記課題を解決するため本発明の基板は、前記金属板片は、銅またはアルミからなり、前記上面（前記先端面も含む）には、ＡｕやＡｇや錫や半田のいずれかのメッキが形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the substrate of the present invention, the metal plate piece is made of copper or aluminum, and the upper surface (including the tip surface) is plated with any of Au, Ag, tin, and solder. Is formed.
上記の構成によれば、金属板片として熱伝導率が良好で、コストが安い材料としては、銅とアルミが適している。銅の熱伝導率は３９１Ｗ／（ｍＫ）、アルミは２２２Ｗ／（ｍＫ）で銅が最適である。
また、前記電極パッド面の表面は、半田がなじみ易いＡｕやＡｇやＳｎや半田メッキが、また、ワイヤーボンディングが可能なＡｕやＡｇメッキがなされていることが好ましい。また、前記電極端子面にも、半田がなじみ易いＡｕやＡｇやＳｎや半田メッキがなされていることが好ましい。
According to said structure, copper and aluminum are suitable as a material with favorable thermal conductivity as a metal plate piece, and low cost. The thermal conductivity of copper is 391 W / (mK), the aluminum is 222 W / (mK), and copper is optimal.
Further, the surface of the electrode pad surface is preferably plated with Au, Ag, Sn, or solder that can be easily adapted to solder, or Au or Ag that allows wire bonding. Further, it is preferable that the electrode terminal surface is also plated with Au, Ag, Sn, or solder, which is easy to adapt to the solder.
また、上記課題を解決するため本発明の基板は、前記絶縁性白樹脂は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂に、酸化チタン粉末を混合したものであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the substrate of the present invention is characterized in that the insulating white resin is a mixture of epoxy resin or silicon resin and titanium oxide powder.
上記の構成によれば、熱による変色が少なく、金属板片を保持する硬さと密着性を持ち、そりが発生しない。また青色光で、発生す光触媒の性質をコーティングやシロキサン処理で抑えた、反射率が良い酸化チタン粉末を、エポキシ樹脂やシリコン樹脂に混合し、絶縁性白樹脂にすることにより、光の反射率もよくなる。 According to said structure, there is little discoloration by a heat | fever, it has the hardness and adhesiveness which hold | maintain a metal plate piece, and a curvature does not generate | occur | produce. In addition, the reflectance of light is reduced by mixing titanium oxide powder with good reflectivity, which suppresses the properties of the photocatalyst generated by blue light by coating or siloxane treatment, into an insulating white resin by mixing it with epoxy resin or silicon resin. Also gets better.
上記目的を達成するため本発明の基板の製造方法は、前記複数の金属板片が配列された基板領域を取り囲むスペーサーと、該金属板片の２つの主面うち、一方の主面上に耐熱性プラスチックシートを、他方の主面上または前記セラミック板の下面上に耐熱性プラスチックシートを貼り、どちらか一方の耐熱性プラスチックシートに該基板領域と通気するための通気孔をあけ、該通気孔を除いて該基板領域を密封するＡ１工程と、該通気孔を通る経路で、該基板領域から空気を抜き取るＡ２工程と、該通気孔を通る経路で、該基板領域に大気圧を利用して前記絶縁性白樹脂を充填するＡ３工程と、充填した前記絶縁性白樹脂を熱で硬化させ、耐熱性プラスチックシートを剥がすＡ４工程と、から成ることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a substrate manufacturing method according to the present invention includes a spacer that surrounds a substrate region in which the plurality of metal plate pieces are arranged, and one of the two main surfaces of the metal plate pieces. A heat-resistant plastic sheet is attached to the other main surface or the lower surface of the ceramic plate, and a ventilation hole is formed in one of the heat-resistant plastic sheets to ventilate the substrate region. A1 step for sealing the substrate region except for the step A2, step A2 for extracting air from the substrate region in a path through the vent hole, and atmospheric pressure in the substrate region in a path through the vent hole. The method comprises an A3 step of filling the insulating white resin and an A4 step of curing the filled insulating white resin with heat and peeling off the heat-resistant plastic sheet.
上記の構成によれば、簡単な設備で容易に、本発明の実装基板や配線基板を製造することができる。つまり、前記複数の金属板片が配列された基板領域を取り囲むスペーサーと、該金属板片の２つの主面上（または該金属板片の１つの主面上と前記セラミック板の下面上）に貼られた耐熱プラスチックシートで、前記通気孔を除いて、該基板領域が密封される（Ａ１工程）。そして、前記通気孔から前記絶縁性白樹脂中を通る経路で、ロータリーポンプを用いて、密封された前記基板領域内の空間部分から空気を抜いていく（Ａ２工程）。この状態で約１０〜２０分間程度空気を抜く。その後、ロータリーポンプ側のバルブを閉め、大気圧に徐々に戻していく。この過程で、大気圧で、前記絶縁性白樹脂が前記基板領域の空間部分に充填されていく（Ａ３工程）。次に、１５０℃、１時間の条件で、充填された絶縁性白樹脂を硬化させ、最後に、耐熱性プラスチックシートを剥がして基板を完成させる（Ａ４工程）。 According to said structure, the mounting board | substrate and wiring board of this invention can be manufactured easily with simple equipment. That is, on the spacer surrounding the substrate region in which the plurality of metal plate pieces are arranged, and on two main surfaces of the metal plate piece (or on one main surface of the metal plate piece and the lower surface of the ceramic plate). With the pasted heat-resistant plastic sheet, the substrate region is sealed except for the vent hole (step A1). Then, air is extracted from the space portion in the sealed substrate region using a rotary pump along a path passing through the insulating white resin from the vent hole (step A2). In this state, air is evacuated for about 10 to 20 minutes. Thereafter, the valve on the rotary pump side is closed and gradually returned to atmospheric pressure. In this process, the space of the substrate region is filled with the insulating white resin at atmospheric pressure (step A3). Next, the filled insulating white resin is cured at 150 ° C. for 1 hour, and finally, the heat-resistant plastic sheet is peeled off to complete the substrate (step A4).
本発明の基板は、以上のように、金属板片の極めて良好な熱伝導率を有効に生かし、フリップチップタイプのＬＥＤチップやワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップ、更にはＬＥＤに限らずダイオードなどの半導体チップなどを実装し、半導体デバイスを製造するときの放熱性の良い基板となる。その際、単品への個別分離はダイサーで簡単に行うことができ、半導体デバイスを効率良く製造することができる。 As described above, the substrate of the present invention effectively utilizes the extremely good thermal conductivity of the metal plate piece, and is a flip chip type LED chip, a wire bonding type LED chip, or a semiconductor such as a diode, not limited to an LED. It becomes a substrate with good heat dissipation when a chip or the like is mounted to manufacture a semiconductor device. At that time, individual separation into single products can be easily performed with a dicer, and a semiconductor device can be efficiently manufactured.
また、本発明の基板は、半導体チップやデバイス（特にＬＥＤチップやデバイス）を実装するための、放熱性の良好な配線基板とすることができる。その際、従来のメタルベース基板のような絶縁層がないために、発熱体であるチップやデバイスの真下に熱を効率よく流すことができるので、大電流化や、チップやデバイスの高密度実装化が可能になる。 Moreover, the board | substrate of this invention can be used as a wiring board with favorable heat dissipation for mounting a semiconductor chip and a device (especially LED chip and device). At that time, since there is no insulating layer like a conventional metal base substrate, heat can be efficiently flowed directly under the chip or device that is a heating element, so a large current and high-density mounting of the chip or device are possible. Can be realized.
以下、本発明の基板の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the substrate of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
（実施例１）
本発明の図１に示す基板は、半導体デバイスに用いる基板の部分図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）はＡ−Ａの断面図である。図１は、複数の金属板片（この実施例では銅板片）２が行列状に配列され、該銅板片２の間に絶縁性熱硬化白樹脂３が充填され、該銅板片２の上面２ａｐ，２ｃｐ、および下面２ａｔ，２ｃｔと、それぞれ面一の面になるように、該絶縁性熱硬化白樹脂３で該複数の銅板片２を連結し、板状になるように成型したものである。
２枚の銅板片２の該上面２ａｐ，２ｃｐが対となって、その間は０．１５ｍｍの幅で絶縁性熱硬化白樹脂３が面一に充填されて、＋電極パッド面２ａｐと−電極パッド面２ｃｐを形成し、図２に示すような半導体デバイス（ＬＥＤデバイス）１０の基板７となる。この場合、銅板片の下面２ａｔ，２ｃｔが、外部基板に実装するときの電極端子面（＋電極端子面２ａｔ，−電極端子面２ｃｔ）となる。この基板に使用する銅板片２を図３に示す。この銅板片２は、ＪＩＳ規格 Ｈ３１００ Ｃ１１００Ｐの銅板材の板厚が０．２ｍｍのものを使用し、フォトリソグラフィー（以下、フォトリソと記する）とエッチングにより、矩形状の銅板片２を製作している。
Example 1
The substrate shown in FIG. 1 of the present invention is a partial view of a substrate used for a semiconductor device, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA. In FIG. 1, a plurality of metal plate pieces (copper plate pieces in this embodiment) 2 are arranged in a matrix, and an insulating thermosetting
The upper surface 2ap, 2cp of the two
この図１に示す基板１の製造方法を、図１７の（ａ）〜（ｆ）に従って説明する。
まず、フォトリソとエッチングにより、複数の図３に示す銅板片２を製作し、例えばバレルメッキにより、該銅板片２の表面に錫メッキを数ミクロン形成し、錫メッキ済の銅板片２を準備する。
そして（ａ）のように、錫メッキ済の銅板片２を部品移載機や、振動と揺動運動で凹部に入れ込む整列法（スイングナー法など）で整列させ、整列された複数の銅板片２を囲むようにスペーサー５１を配置する。
A method for manufacturing the
First, a plurality of
Then, as shown in (a), a plurality of aligned copper plates are arranged by aligning the tin-plated
次に（ｂ）のように、該スペーサー５１に囲まれ整列された複数の銅板片２の領域（これを基板領域と記する）の２つの主面の上面に、前記基板領域に通じる通気孔５３を持つ耐熱性プラスチックシート５２を、孔位置が前記基板領域と通気できる位置に貼り付ける。さらに、２つの主面の下面に、通気孔のない耐熱性プラスチックシート５４を貼り付ける。これにより、前記基板領域の空間部分は、通気孔５３を除いて、密封された状態になる。
Next, as shown in (b), on the upper surfaces of the two main surfaces of the regions of the
次に、（ｃ）のように、耐熱性プラスチックシート５２の通気孔５３上に、前記通気孔５３とほぼ同じサイズの孔をあけた両面テープを、孔位置を合わせて貼り付け、その上に、ほぼ同じサイズの孔を底面にあけ、上面が全面開放の透明筒状容器５５を、孔位置を合わせて貼り付けセットする。次に前記透明筒状容器５５に、脱泡した前記絶縁性熱硬化白樹脂３を適量入れ、樹脂充填ワーク５０を準備する。ここで使用する絶縁性熱硬化白樹脂３は、シリコン樹脂中に、酸化チタン粉末が重量比で全体量の１５％〜２０％の量が混合されている。
次に、（ｄ）のように、該樹脂充填ワーク５０を真空チャンバー５６内に入れ、バルブＶ１を開け、Ｖ２を閉じて、ロータリーポンプ（図には、記述していない）でバルブＶ１から真空チャンバー内の空気を抜いていく。これで、密封された前記基板領域内の空間部分の空気が、前記通気孔５３から前記絶縁性熱硬化白樹脂３中を通って抜けていく。この状態で約１５分〜２０分間程度空気を抜く。
Next, as shown in (c), a double-sided tape having holes of approximately the same size as the vent holes 53 is pasted on the vent holes 53 of the heat-
Next, as shown in (d), the resin-filled
次に、（ｅ）のように、ロータリーポンプ側のバルブＶ１を閉め、Ｖ２をゆっくり開けて大気圧に徐々に戻していく。この過程で、大気圧で、前記絶縁性熱硬化白樹脂３が前記基板領域の空間部分に充填されていく。
次に、（ｆ）のように、透明筒状容器５５を外して、前記ワーク５０を１５０℃、１時間の条件で、充填された絶縁性熱硬化白樹脂３を硬化させ、最後に、耐熱性プラスチックシートを剥がして基板１を完成させる。
Next, as shown in (e), the valve V1 on the rotary pump side is closed, and V2 is slowly opened to gradually return to atmospheric pressure. In this process, the insulating thermosetting
Next, as shown in (f), the transparent
上記方法で、製造された基板１は、銅板片２の上面２ａｐ，２ｃｐと下面２ａｔ，２ｃｔには、錫メッキが形成されており、図２に示すＬＥＤデバイス１０用の基板７に適している。その理由は、ＬＥＤチップ５は半田で実装され、ＬＥＤチップ５の側面は絶縁性熱硬化白樹脂３で囲まれた構造で、光の取り出し面は、蛍光体層６に面する上面のみで、銅板片２の（光反射率が悪い）錫メッキに光が当たることはない。従って、反射率は悪いが、安価で半田濡れ性の良い錫メッキが適しているのである。
The
（実施例２）
次の実施例として、図４に示す基板２０について記述する。これも半導体デバイスに用いる基板の部分図で、（ａ）は電極パッド面側から見た平面図、（ｂ）はＡ−Ａの断面図である。この基板２０は、図６、図７に示すＡタイプの凸状電極パッド面を持つ銅板片、つまり、図６に示すＡ１タイプの凸状の電極パッド面４ａｐを持つ銅板片４ａと、図７に示すＡ２タイプの凸状の電極パッド面４ｃｐを持つ銅板片４ｃとが、凸状部の側面を向かい合わせて対となり、＋電極パッド面４ａｐと−電極パッド面４ｃｐを形成する。その隙間は約０．１５ｍｍ幅で、凸状の電極パッド面４ａｐ，４ｃｐ以外の面には、絶縁性熱硬化白樹脂３が面一の面になるように充填・被覆され、その対が行列状に配列され、板状に成型されたものである。
(Example 2)
As a next embodiment, a
銅板片４ａ，４ｃの表面には、例えば、銅板片の状態で、バレルメッキでＮｉメッキの上にＡｕメッキがなされたり、または、基板２０の状態にして、無電解メッキでＮｉメッキの上にＡｕメッキがなされて、ワイヤーボンディング可能な面になっている。この基板は、例えば、図５に示すＬＥＤデバイス３０の基板８に使用され、対の凸状の電極パッド面上には、３Ｗ級のフリップチップタイプのＬＥＤチップ５を用いた部品１６と１Ｗ級のワイヤーボンディング方式のＬＥＤチップ９とが実装され、並列接続となっている。この部品１６とは、ＬＥＤチップ５と蛍光体含有樹脂層１７と絶縁性熱硬化白樹脂１８により構成されている。ＬＥＤチップ９の代わりに、保護素子のツエナーダイオードを逆極性に実装することもできる。
On the surface of the
また、前記凸状の電極パッド面４ａｐ，４ｃｐの面積は、実装する半導体チップ（ＬＥＤチップ）の電極面とほぼ同じ位の広さで、該凸状の電極パッド面４ａｐ，４ｃｐの周囲は前記絶縁性熱硬化白樹脂３で被覆され、該凸状の電極パッド面４ａｐ，４ｃｐと面一の面になっている。また同様に、銅板片４ａ，４ｃの下面４ａｔ，４ｃｔも前記絶縁性熱硬化白樹脂３と面一の面になっており、該下面は、外部基板に実装するときの電極端子面（＋電極端子面４ａｔ，−電極端子面４ｃｔ）となる。
Further, the area of the convex electrode pad surfaces 4ap, 4cp is as large as the electrode surface of the semiconductor chip (LED chip) to be mounted, and the periphery of the convex electrode pad surfaces 4ap, 4cp is the same as that described above. It is covered with an insulating thermosetting
電極パッド面を凸状にし、その周囲を絶縁性熱硬化白樹脂３で被覆する理由は、前記したように、半田溶融時に実装する半導体チップ（ＬＥＤチップ）の動きを抑え、良好な電気的接続ができるようにするためと、ＬＥＤチップの場合は、光の反射率を良くし、明るくするためである。この凸状はフォトリソとエッチングで形成されている。
The reason why the electrode pad surface is convex and the periphery thereof is covered with the insulating thermosetting
凸状の電極パッド面を持つ銅板片４ａ，４ｃを用いた基板２０も、図１７と同じ方法で製造される。
The board |
（実施例３）
次の実施例として、図８に示す配線基板４０について記述する。これはＣＯＢタイプの照明用ＬＥＤデバイスに適した基板で、（ａ）は電極パッド面側から見た平面図、（ｂ）はＡ−Ａの断面図、（ｃ）は回路図である。これに用いる銅板片は、Ｂ，Ｃ，Ｄタイプの、凸状の電極パッド面を持つ銅板片１１，１２，１３ａ，１３ｃ，１４，１５である。つまり、図１１に示すＢ１タイプの銅板片１３ａは、ＬＥＤチップまたはＬＥＤデバイス実装用の＋電極パッド面１３ａｐと、外部接続用の＋電極端子面１３ａｔが、図１２に示すＢ２タイプの銅板片１３ｃは、ＬＥＤチップまたはＬＥＤデバイス実装用の−電極パッド面１３ｃｐと、外部接続用の−電極端子面１３ｃｔが、図１３に示すＣ１タイプの銅板片１１は、縦列用で、＋電極パッド面１１ａｐと−電極パッド面１１ｃｐが、図１４に示すＣ２タイプの銅板片１２も、縦列用で、＋電極パッド面１２ａｐと−電極パッド面１２ｃｐが、図１５に示すＤ１タイプの銅板片１４は、折り返し用で、＋電極パッド面１４ａｐと−電極パッド面１４ｃｐが、図１６に示すＤ２タイプの銅板片１５も、折り返し用で、＋電極パッド面１５ａｐと−電極パッド面１５ｃｐが、形成されている。この銅板片１１，１２，１３ａ，１３ｃ，１４，１５は、ＪＩＳ規格 Ｈ３１００ Ｃ１１００Ｐの銅板材の板厚が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍのものを使用し、フォトリソとエッチングにより製作されている。
(Example 3)
As a next embodiment, a
該Ｂ，Ｃ，Ｄタイプの銅板片１１，１２，１３ａ，１３ｃ，１４，１５を配列して、該銅板片の間に絶縁性熱硬化白樹脂３が充填され、凸状の電極パッド面１１ａｐ，１１ｃｐ，１２ａｐ，１２ｃｐ，１３ａｐ，１３ｃｐ，１４ａｐ，１４ｃｐ，１５ａｐ，１５ｃｐと銅板片の上面（その一部が電極端子面１３ａｔ，１３ｃｔである）と、絶縁性熱硬化白樹脂３とが、面一の面となるように板状に成型され（下面側も面一になっている）、配線基板４０となる。該凸状の電極パッド面も、銅板片の上面の一部であり、凸状はエッチングなどにより形成されるものである。また、凸状の電極パッド面と電極端子面の表面には、Ｎｉメッキ上にＡｕメッキが形成されている。
The
該銅板片１１，１２，１３ａ，１３ｃ，１４，１５の配列で、図８（ｃ）の回路が形成されている。該基板４０を用いたＣＯＢタイプの照明用ＬＥＤデバイスを図１０に示す。この回路は、約０．１５ｍｍ幅の絶縁性熱硬化白樹脂３を挟んだ＋電極パッド面と−電極パッド面には、３Ｗ級のフリップチップタイプのＬＥＤチップ５を用いた前記部品１６と、１Ｗ級のワイヤーボンディングタイプのＬＥＤチップ９が並列接続になるように実装され、これが１１個直列に接続された構成となっている。
The circuit shown in FIG. 8C is formed by the arrangement of the
図９は、該配線基板４０を行列状に配列した集合基板７０で、量産は該集合基板７０の形状で製造される。この場合も、配線基板４０への個別化は、絶縁性熱硬化白樹脂３をダイサー等でダイシングすることにより簡単に分割することができる。
FIG. 9 shows a collective substrate 70 in which the
（実施例４）
次の実施例として、図１８に示す配線基板９０について記述する。これもＣＯＢタイプの照明用ＬＥＤデバイスに適した基板で、（ａ）は電極パッド面側から見た平面図、（ｂ）はＡ−Ａの断面図、（ｃ）は断面図の一部拡大図である。この配線基板９０と図８に示す配線基板４０との違いは、基板の下面側に絶縁体であるセラミック板が、有るか無いかの違いである。配線基板９０には、絶縁体であるセラミック板１０１が形成されている。その理由は、この配線基板を放熱板に取り付ける場合、放熱板は導電性で熱伝導率の良い金属を、さらに密着用放熱ペーストも導電性の熱伝導率の良い高熱伝導ペーストを用いることができる。配線基板４０のように、セラミック板がなく、前記銅板片の下面が露出した状態で、板状に成形された場合は、放熱板に取り付ける際、銅板片間がショートしないような配慮が必要になる。
Example 4
As a next embodiment, a wiring board 90 shown in FIG. 18 will be described. This is also a substrate suitable for a COB type lighting LED device, (a) is a plan view seen from the electrode pad surface side, (b) is a cross-sectional view of AA, (c) is a partially enlarged cross-sectional view. FIG. The difference between the wiring board 90 and the
セラミック板１０１はアルミナ板で、図１９で示すように、焼結銀層１０２が銅板片に対峙した場所に厚さ１０μｍ程度で形成されており、銅板片とアルミナ板との接合は、図１８（ｃ）で示すように、アルミナ板１０１上の焼結銀層１０２の上に、厚さ５０μｍ程度の半田層１０３で、銅板片１２に接着されている。銅板片１２の接着面には半田濡れ性の良好なメッキや処理等がなされている。焼結銀層１０２は、焼結銀の代わりにアルミナ板との密着性が強く、半田濡れ性の良い金属メッキ層でもよい。その場合メッキ厚は数μｍ程度である。銀のマイグレーションが懸念される使用用途に対しては、マイグレーションが起こらない金属メッキ層にする必要がある。
The
ここで、放熱板に取り付けるまでの熱抵抗を、次の３通りの配線基板で比較する。１個の３Ｗ級ＬＥＤチップが発する熱の大部分が下方向に流れ、放熱板で放熱され、隣のＬＥＤチップにはあまり影響を与えないための必要な銅板片の面積（これを必要面積と記する）を正方形として、一辺の長さで評価したものも比較する。１個の３Ｗ級ＬＥＤチップに対して、この面積の銅板片を確保すれば、複数の３Ｗ級ＬＥＤチップを実装する配線基板の熱抵抗は、３Ｗ級ＬＥＤチップの実装数で割った値の熱抵抗に近づく。つまり、複数個実装する配線基板の熱抵抗値は小さくなる。 Here, the thermal resistance until it is attached to the heat sink is compared with the following three wiring boards. Most of the heat generated by one 3W class LED chip flows downward, is dissipated by the heat sink, and does not affect the adjacent LED chip so much. (Note) is also a square, and the ones evaluated by the length of one side are also compared. If a copper plate piece of this area is secured for one 3W class LED chip, the thermal resistance of the wiring board on which the plurality of 3W class LED chips are mounted is the heat of the value divided by the number of mounted 3W class LED chips. Approaching resistance. That is, the thermal resistance value of a plurality of wiring boards to be mounted becomes small.
第１の配線基板は、特許文献１の集合基板６０と集合回路基板６１の一体化基板の場合で、３Ｗ級のＬＥＤチップはワイヤーボンディング方式で実装されているので、熱抵抗としては、表１のようになる。
配線基板に実装する３Ｗ級ＬＥＤチップ１個当たりで評価する。
熱抵抗に寄与する層は、３Ｗ級ＬＥＤチップのサファイア基板（厚さ１００μｍ）、ダイスボンディング用の銀ペースト（厚さ５０μｍ）、アルミ板（厚さ１ｍｍ）、導電性放熱ペースト（厚さ５０μｍ）である。この場合の熱抵抗は、４．２１℃／Ｗで、アルミ板の必要面積の（正方形の）一辺の長さは、３．０２ｍｍである。
Evaluation is performed for each 3W class LED chip mounted on the wiring board.
The layers that contribute to thermal resistance are sapphire substrate (
第２の配線基板は、図８に示す配線基板４０に３Ｗ級ＬＥＤチップを半田を用いてフリップチップ実装した場合で、放熱板への接着は絶縁性放熱シートＰＴ−ＣＶ（厚さ０．２５ｍｍ）を用いる。この場合の熱抵抗を表２に示す。
熱抵抗に寄与する層は、３Ｗ級ＬＥＤチップを実装する半田層（厚さ５０μｍ）、銅板片（厚さ０．３ｍｍ）、絶縁性放熱シートＰＴ−ＣＶ（厚さ０．２５ｍｍ）である。この場合の熱抵抗は、４．５２℃／Ｗで、銅板片の必要面積の一辺の長さは、３．０６ｍｍである。
The layers contributing to thermal resistance are a solder layer (
第３の配線基板は、今回の実施例の図１８に示す配線基板９０に、３Ｗ級ＬＥＤチップを半田を用いてフリップチップ実装した場合で、放熱板への接着は導電性放熱ペーストを用いる。この場合の熱抵抗を表３に示す。
熱抵抗に寄与する層は、３Ｗ級ＬＥＤチップを実装する半田層（厚さ５０μｍ）、銅板片（厚さ０．３ｍｍ）、銅板片とアルミナ板の接着用半田層（厚さ５０μｍ）、焼結銀層（厚さ１０μｍ）、アルミナ板（厚さ０．１ｍｍ）、導電性放熱ペースト（５０μｍ）である。この場合の熱抵抗は、３．８３℃／Ｗで、銅板片の必要面積の一辺の長さは、２．１８ｍｍ、アルミナの必要面積の一辺の長さは２．３２ｍｍである。
The layers contributing to thermal resistance are a solder layer (
この結果から、絶縁体のアルミナ板を持つ配線基板９０は、熱抵抗を低く、銅板片の必要面積を小さくできる。すなわち、ＬＥＤチップの高密度実装と大電流化に適した配線基板であることがわかる。 From this result, the wiring substrate 90 having the insulating alumina plate has a low thermal resistance and can reduce the required area of the copper plate piece. That is, it can be seen that the wiring board is suitable for high-density mounting of LED chips and a large current.
（実施例５）
次の実施例として、図２０に示す配線基板１１０について記述する。これもＣＯＢタイプの照明用ＬＥＤデバイスに適した基板で、（ａ）は電極パッド面側から見た平面図、（ｂ）はＡ−Ａの断面図、（ｃ）は断面図の一部拡大図である。この配線基板１１０も図２０（ｃ）のように絶縁体のアルミナ板１０１ａが、銅板片１１１の下面に半田層１０３と焼結銀層（または前記金属メッキ層）１０２ａを介して接着されている。従って、実施例４の配線基板９０と同じ熱抵抗と必要面積を持つ。銅板片１１１の形状は厚さ約０．３ｍｍの矩形状で、すべて同じ形をしている。銅板片１１１の上面と下面を含む２つの平面に挟まれた空間部分には、絶縁性熱硬化白樹脂３が充填され、板状になっている。銅板片１１１の上面には、スクリーン印刷でレジスト１１２が塗布され、＋電極パット面１１１ａｐと−電極パット面１１１ｃｐ、および＋電極端子面１１１ａｔと−電極端子面１１１ｃｔがパターニングされている。銅板片１１１の下面側は、半田層１０３と焼結銀層１０２ａを介してアルミナ板１０１ａが接着されている。
(Example 5)
As a next embodiment, a
図２２は、この配線基板１１０を用いた照明用の高演色ＬＥＤデバイスで、（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）はＡ−Ａの断面図、（ｃ）は回路図である。行列状に配列された３Ｗ級のフリップチップタイプのＬＥＤチップ１３１を９個用いた一体型部品１３０が半田で実装されている。図２２（ｃ）のように、３Ｗ級ＬＥＤチップ３個は並列接続で、これが３組直列となっている。この一体型部品１３０は、ＬＥＤチップ１３１と蛍光体含有樹脂１３２，１３３と絶縁性熱硬化白樹脂１８により構成されている。
FIGS. 22A and 22B are high color rendering LED devices for illumination using the
３Ｗ級ＬＥＤチップの配列ピッチは、行方向・列方向ともに２．６ｍｍで、１個のＬＥＤチップに対応する銅板片の面積とアルミナ板の面積は、前記必要面積より大きく取られているので、図２２のＬＥＤデバイスの熱抵抗は、ＬＥＤチップの実装数が９個なので、３．８３／９＝０．４３℃／Ｗ程度である。 The array pitch of the 3W class LED chips is 2.6 mm in both the row direction and the column direction, and the area of the copper plate piece and the area of the alumina plate corresponding to one LED chip is larger than the required area. The thermal resistance of the LED device of FIG. 22 is about 3.83 / 9 = 0.43 ° C./W because the number of LED chips mounted is nine.
（実施例６）
次の実施例として、図２１に示す配線基板１２０について記述する。（ａ）は断面図、（ｂ）は断面図の一部拡大図である。配線基板１２０は、一部を除いて、図２０の配線基板１１０と殆ど同じである。異なる点は、アルミナ板１０１ａと銅板片１１１との接着部で半田層１０３以外の部分にも絶縁性熱硬化白樹脂３が充填されている点である。この違いは、配線基板の製造方法からきている。また、この基板の熱抵抗と銅板片の必要面積は、銅板片１１１の下面側に半田層１０３と焼結銀層（または前記金属メッキ層）１０２ａを介してアルミナ板１０１ａが接着されているので、実施例４，５と同様に小さくできる。
(Example 6)
As a next embodiment, a
次に、製造方法の違いについて述べる。
配線基板１１０は、図２３で示す集合基板１４０をまず製造する。この製造方法は図１７で示した方法で製造される。これ以降の工程を図２５の（ａ）〜（ｄ）に従って説明する。
まず、（ａ）のように、集合基板１４０の下面側を上にして、スクリーン印刷で半田ペースト１０３を銅板片１１１上に塗布する。銅板片１１１には、半田濡れ性の良い錫メッキがなされている。
Next, the difference in the manufacturing method will be described.
As the
First, as shown in (a), the
次に、（ｂ）のように、図２４に示すアルミナ板１０１ａを１基板ごと焼結銀１０２ａのパターンと、それに対峙する銅板片１１１の位置とを合わせて、半田ペースト１０３上に置いていく。すべてのアルミナ板を置き整列させた後に、リフロー炉を通し半田を溶融させ接着固定させる。この整列のために図中のような整列用メタルマスクを用いてもよい。この整列用メタルマスクは厚みを最適にすれば、接着時にアルミナ板に荷重をかける場合、接着剤（半田や銀ペースト）が横に広がらないためのスペーサーとしても使用できる。
Next, as shown in FIG. 24B, the
次に、（ｃ）のように、銅板片１１１の上面にスクリーン印刷でレジスト１１２を塗布したのち硬化し、電極パッド面と電極端子面をパターニングする。
次に、（ｄ）のようにダイサーで個別の配線基板１１０に切断する。切断は絶縁性熱硬化白樹脂３の切断であるのでダイサーで容易に行うことができる。
Next, as shown in (c), a resist 112 is applied to the upper surface of the
Next, as shown in (d), the
それに対して配線基板１２０の場合は、図２６に示すリードフレーム１５０を用いて銅板片１１１の整列工程を省く。リードフレーム１５０は、図２７のように、集合基板のスペーサー５１ｃと銅板片１１１、及び銅板片１１１間を連結する連結部１５１により、すべての部分が連結されている。連結部１５１は、銅板片１１１やスペーサー５１ｃより厚さが薄く、半分程度の厚さで、横方向の連結部１５１の幅は０．１ｍｍ程度で、縦方向の連結部１５１の幅は０．２ｍｍ程度である。このリードフレーム１５０は、フォトリソとエッチングにより製造される。すべての部分が連結されているので、銅板片１１１を整列する必要がない代わりに、連結部１５１を最後に切断する必要がある。連結部１５１の材質も銅であるため、ダイサーによる切断では、ドレッシング効果を持たせながら切断することが重要である。
On the other hand, in the case of the
配線基板１２０の製造方法を図２８の（ａ）〜（ｇ）に従って説明する。
まず、（ａ）のように、スクリーン印刷で半田ペースト１０３をリードフレーム１５０の銅板片１１１上に塗布する。リードフレーム１５０には、半田濡れ性の良い錫メッキがなされている。この製造方法では、半田ぺーストの代わりに低温焼結用銀ペーストを用いることができる。低温焼結用銀ペーストの焼結条件が２５０℃，６０分のものが最適で、熱伝導率も半田より良好である。配線基板１１０の場合は、絶縁性熱硬化白樹脂３があるので、この焼結条件には耐えられない。
A method for manufacturing the
First, as shown in (a), the
次に、（ｂ）のように、図２４のアルミナ板１０１ａを１基板ごと焼結銀１０２ａのパターンと、それに対峙する銅板片１１１の位置とを合わせて、半田ペースト１０３上に置いていく。すべてのアルミナ板を置き整列させた後に、リフロー炉を通し半田ペースト１０３を溶融させ接着固定させる。半田ペースト１０３の代わりに、低温焼結用銀ペーストを使用する場合は、図２４のアルミナ板１０１ａには、焼結銀１０２ａが形成されていないものを使用し、整列用メタルマスクを用いて整列後、硬化時にはアルミナ板１０１ａに荷重をかけ、整列用メタルマスクをスペーサーとして用い、低温焼結用銀ペーストのはみ出しを防ぐ。
Next, as shown in FIG. 24B, the
次に、（ｃ）のように、スペーサー５１ｃの上面と、スペーサー５１ｃに囲まれた基板領域の複数の銅板片１１１の上面に、前記基板領域に通じる通気孔５３を持つ耐熱性プラスチックシート５２を、孔位置が前記基板領域と通気できる位置に貼り付ける。さらに、スペーサー５１ｃの下面とアルミナ板１０１ａの下面に、通気孔のない耐熱性プラスチックシート５４を貼り付ける。これにより、前記基板領域の空間部分は、通気孔５３を除いて、密封された状態になる。
次に、（ｄ）のように、図１７の（ｃ），（ｄ），（ｅ）と同じ方法によって、絶縁性熱硬化白樹脂３を基板領域の空間部分に充填させる。
Next, as shown in (c), a heat-
Next, as shown in (d), the insulating thermosetting
次に、（ｅ）のように、透明筒状容器５５を外して、穴５３を耐熱性テープで塞いで、１５０℃、１時間の条件で、充填された絶縁性熱硬化白樹脂３を硬化させ、最後に、耐熱性プラスチックシートを剥がし、銅板片１１１の上面とアルミナ板１０１ａの下面が露出した板状にする。
次に、（ｆ）のように、銅板片１１１の上面にスクリーン印刷でレジスト１１２を塗布し、電極パッド面と電極端子面をパターニングする。
Next, as shown in (e), the transparent
Next, as shown in (f), a resist 112 is applied to the upper surface of the
次に（ｇ）のように、ダイサーで個別の配線基板１２０に切断する。切断は銅製の連結部１５１と絶縁性熱硬化白樹脂３の切断であるので銅がダイサーの刃に粘りついて切れなくなるため、ドレッシングが必要になるが、絶縁性熱硬化白樹脂３がドレッサーの役目を果たし、連結部１５１がさほど広くなければ、ダイサーで容易に行うことができる。そのため連結部１５１の厚みは薄くし、幅も横方向は０．１ｍｍ、縦方向は０．２ｍｍとしている。
Next, as shown in (g), the
前記したように、配線基板１２０の場合は、半田の代わりに低温焼結用銀ペーストが使用できる。近年では、低温（２５０℃）で焼結し極めて高い導電性と伝熱性の銀ペーストが開発されているので、これを用いれば、半田を用いず焼結銀層１０２ａを低温焼結用銀ペーストにすれば、それのみで銅板片１１１にアルミナ板１０１ａを接着でき、工数と材料費の削減および性能アップが可能である。
As described above, in the case of the
（実施例７）
次の実施例として、図３１に示す配線基板１７０について記述する。これもＣＯＢタイプの照明用ＬＥＤデバイスに適した基板で、（ａ）は電極パッド面側から見た平面図、（ｂ）は回路図である。この配線基板１７０は、実施例６と同じように、図２９のリードフレーム１６０を使用して、銅板片の配列の手間を省略する。図２９は配線基板１７０の集合基板に用いるリードフレームであって、接着面側から見た全体の平面図である。
(Example 7)
As a next embodiment, a
図３０は集合基板に用いるリードフレーム１６０の部分図であって、（ａ）接着面側から見た平面図、（ｂ）Ａ−Ａの断面図である。リードフレーム１６０の銅板片は、Ｂ，Ｃ，Ｄタイプの金属片から成る。つまり、Ｂタイプの銅板片１６３は、ＬＥＤチップまたはＬＥＤデバイス実装用の電極パッド面１６３ｐと、外部接続用の電極端子面１６３ｔが、Ｃタイプの銅板片１６４は縦列用で、２つの電極パッド面１６４ｐが、Ｄ１タイプの銅板片１６５は折り返し用で、２つの電極パッド面１６５ｐが、Ｄ２タイプの銅板片１６６も折り返し用で、２つの電極パッド面１６６ｐが形成されている。この銅板片１６３，１６４，１６５，１６６は、ＪＩＳ規格 Ｈ３１００ Ｃ１１００Ｐの銅板材の板厚が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍのものを使用し、フォトリソとエッチングにより製作されている。実施例３の銅板片の場合は、凸状の電極パッド面もフォトリソとエッチングで形成していたが、この実施例では、電極パッド面は＋−ともに同じ形で、レジストによるスクリーン印刷でパターニングしているので、＋電極パッド面と−電極パッド面は区別していない。電極端子面も同様である。
30A and 30B are partial views of a
また、リードフレーム１６０は、スペーサー５１ｄや各タイプの銅板片を連結する連結部１６１，１６２により、すべての部分が連結されている。連結部は、各銅板片やスペーサー５１ｄより厚さが薄く、半分程度の厚さで、横方向の連結部の幅は（１６２ｕを除いて）０．１ｍｍ程度で、縦方向の連結部の幅は０．２ｍｍ程度である。また、図３０（ｂ）の断面図からわかるように、上側についている連結部１６２ｕと、下側についている連結部１６１ｄ，１６２ｄがある。連結部１６１ｄは、実施例６の図２７の連結部１５１ｄと同じで、図２８の（ｇ）工程のダイサーでフルカットされ、分離個別化されるが、連結部１６２ｕ，１６２ｄは、図２８の（ｅ）工程と（ｆ）工程の間に、図３４の（ａ）工程を挿入し、そのダイサーでハーフカットされ、連結部１６２ｄは図３４（ｂ）のように分離されるが、連結部１６２ｕは図３４（ｃ）のように分離されない。この図３４の（ａ）工程で図３１（ｂ）の配線回路が形成される。
In addition, the
図３２はこの製造方法で形成された配線基板１７０の断面図であって、（ａ）はＡ−Ａの断面図、（ｂ）はＡ−Ａの断面図の一部拡大図、（ｃ）はＢ−Ｂの断面図、（ｄ）はＢ−Ｂの断面図の一部拡大図、（ｅ）はＣ−Ｃの断面図、（ｆ）はＣ−Ｃの断面図の一部拡大図を示す。この図から、連結部１６２ｕと１６２ｄのダイサーによるハーフカットで回路が形成されている様子が理解できる。
32A and 32B are cross-sectional views of the
また、各銅板片とアルミナ板１０１ｂの接着は、低温焼結銀ペーストを用いるので、アルミナ板に焼結銀のパターニングはなされていない。図３３にこのアルミナ板を示す。この基板に３Ｗ級ＬＥＤチップを半田を用いてフリップチップ実装し、放熱板への接着は導電性放熱ペーストを用いる場合の熱抵抗を表４に示す。
熱抵抗に寄与する層は、３Ｗ級ＬＥＤチップを実装する半田層（厚さ５０μｍ）、銅板片（厚さ０．３ｍｍ）、銅板片とアルミナ板の接着用低温焼結銀層（厚さ５０μｍ）、アルミナ板（厚さ０．１ｍｍ）、導電性放熱ペースト（５０μｍ）である。この場合の熱抵抗は、３．７７℃／Ｗで、銅板片の必要面積の一辺の長さは、２．１２ｍｍ、アルミナの必要面積の一辺の長さは２．２９ｍｍである。このように低温焼結銀ペーストを用いて、各銅板片とアルミナ板を接着した基板が熱抵抗と必要面積を最も小さくできる。
The layers contributing to thermal resistance are a solder layer (
１，２０，７０，１４０ 基板（集合基板）
２，４ａ，４ｃ，１１，１２，１３ａ，１３ｃ，１４，１５，１１１，１６ ３，１６４，１６５，１６６ 金属板片
２ａｐ，２ｃｐ，など 電極パッド面
２ａｔ，２ｃｔ，など 電極端子面
３，１８ 絶縁性白樹脂
５，９，１３１ ＬＥＤチップ
６，１７，１９，１３２，１３３ 蛍光体含有樹脂
７，８，４０，９０，１１０，１２０，１７０ 基板
１０，３０，８０ ＬＥＤデバイス
１６，１３０ 部品
５０ 樹脂充填ワーク
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ スペーサー
５２，５４ 耐熱性プラスチックシート
５３ 通気孔
５５ 透明筒状容器
５６ 真空チャンバー
１０１，１０１ａ，１０１ｂ セラミック板
１０２，１０２ａ 焼結銀層や金属メッキ層
１０３ 半田
１１２，１１２ａ レジスト
１５０，１６０ リードフレーム
１５１，１６１，１６２ 連結部
1,20,70,140 substrate (collective substrate)
2, 4a, 4c, 11, 12, 13a, 13c, 14, 15, 111, 16 3, 164, 165, 166 Metal plate pieces 2ap, 2cp, etc. Electrode pad surface 2at, 2ct, etc.
Claims (6)
上面と下面の２つの主面を持つ金属板片、または凸状の先端面が該金属板片の上面の一部である凸状構造を持つ金属板片と、
複数の該金属板片の間に充填され、少なくとも一つの該主面とほぼ面一の面になる絶縁性白樹脂と、
で構成され、該金属板片の主面を電極パッド面や電極端子面とし、複数の該金属板片の配列で配線回路を形成したことを特徴とする基板。 A substrate for mounting a semiconductor chip or a semiconductor device,
A metal plate piece having two main surfaces, an upper surface and a lower surface, or a metal plate piece having a convex structure in which a convex tip surface is a part of the upper surface of the metal plate piece;
An insulating white resin that is filled between the plurality of metal plate pieces and is substantially flush with at least one of the main surfaces;
And a wiring circuit is formed by arranging a plurality of the metal plate pieces, the main surface of the metal plate pieces being electrode pad surfaces and electrode terminal surfaces.
上面と下面の２つの主面を持つ金属板片、または凸状の先端面が該金属板片の上面の一部である凸状構造を持つ金属板片と、
複数の該金属板片の間に充填され、該２つの主面とほぼ面一の面になる絶縁性白樹脂と、
複数の該金属板片の下面に接着剤を用いて接着されたセラミック板と、
で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の基板。 A substrate for mounting a semiconductor chip or a semiconductor device,
A metal plate piece having two main surfaces, an upper surface and a lower surface, or a metal plate piece having a convex structure in which a convex tip surface is a part of the upper surface of the metal plate piece;
An insulating white resin filled between the plurality of metal plate pieces and substantially flush with the two main surfaces;
A ceramic plate bonded to the lower surface of the plurality of metal plate pieces using an adhesive;
The substrate according to claim 1, comprising:
上面の電極パッド面と下面の接着面の２つの主面を持つ複数の金属板片を、
複数の該電極パッド面がほぼ面一の面になるように、該接着面に接着剤を用いてセラミック板の上面に接着し、
複数の該電極パッド面と該セラミック板の下面が露出するように、絶縁性白樹脂で板状に成形した一体構造であることを特徴とする請求項１に記載の基板。 A substrate for mounting a semiconductor chip or a semiconductor device,
A plurality of metal plate pieces having two main surfaces, an electrode pad surface on the upper surface and an adhesive surface on the lower surface,
Adhering to the upper surface of the ceramic plate using an adhesive on the adhesive surface so that the plurality of electrode pad surfaces are substantially flush with each other,
2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate has an integrated structure formed into a plate shape with an insulating white resin so that the plurality of electrode pad surfaces and the lower surface of the ceramic plate are exposed.
前記上面（前記先端面も含む）には、ＡｕやＡｇや錫や半田のいずれかのメッキが形成されていることを特徴とする請求項１、２及び３に記載の基板。 The metal plate piece is made of copper or aluminum,
4. The substrate according to claim 1, 2, or 3, wherein the upper surface (including the front end surface) is plated with Au, Ag, tin, or solder.
該通気孔を通る経路で、該基板領域から空気を抜き取るＡ２工程と、
該通気孔を通る経路で、該基板領域に大気圧を利用して前記絶縁性白樹脂を充填するＡ３工程と、
充填した前記絶縁性白樹脂を熱で硬化させ、耐熱性プラスチックシートを剥がすＡ４工程と、
から成ることを特徴とする基板の製造方法。 A spacer surrounding the substrate region in which the plurality of metal plate pieces are arranged; a heat-resistant plastic sheet on one main surface of the two main surfaces of the metal plate piece; and the other main surface or the ceramic plate. A1 step of attaching a heat-resistant plastic sheet on the lower surface, opening a vent hole for venting the substrate region in one of the heat-resistant plastic sheets, and sealing the substrate region except for the vent hole;
A2 step of extracting air from the substrate region in a path through the vent;
A3 step of filling the substrate region with the insulating white resin using atmospheric pressure in a path passing through the vent;
A4 step of curing the filled insulating white resin with heat and peeling off the heat-resistant plastic sheet;
A method for manufacturing a substrate, comprising:
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