発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージ
【課題】片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載する発熱素子の電極位置に影響されにくい発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージを提供する発熱素子搭載基板、その製造方法、及び半導体パッケージを提供する。
【解決手段】発熱素子搭載用基板２は、樹脂フィルム２０と、樹脂フィルム２０の第１面２０ａ上に形成された複数の配線パターン２１と、樹脂フィルム２０に形成された複数の貫通孔２２に充填された導電性材料からなる複数の充填部２３とを備え、複数の配線パターン２１のうちの少なくとも１つの面積は、樹脂フィルム２０の第１面２０ａの面積の３０％以上であり、充填部２３は、第２面２０ｂ側から見たとき、充填部２３と配線パターン２１とが重なった面積が配線パターン２１の面積の５０％以上であり、樹脂フィルム２０にＬＥＤ素子３が搭載される。
【解決手段】発熱素子搭載用基板２は、樹脂フィルム２０と、樹脂フィルム２０の第１面２０ａ上に形成された複数の配線パターン２１と、樹脂フィルム２０に形成された複数の貫通孔２２に充填された導電性材料からなる複数の充填部２３とを備え、複数の配線パターン２１のうちの少なくとも１つの面積は、樹脂フィルム２０の第１面２０ａの面積の３０％以上であり、充填部２３は、第２面２０ｂ側から見たとき、充填部２３と配線パターン２１とが重なった面積が配線パターン２１の面積の５０％以上であり、樹脂フィルム２０にＬＥＤ素子３が搭載される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子を実装するための発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱素子（発熱を伴う素子）の中で、最近は省エネルギーやＣＯ2削減の観点でＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子への注目度が高くなっている。なかでも電極を全て同一面内に配置したフリップチップ型ＬＥＤ素子については、主たる発光面側から電極やワイヤーを排除できることから、発光効率（１ｍ／Ｗ）を高めるのに有利と考えられていて注目度が高い。そのフリップチップ型ＬＥＤ素子においても、発光時に発生する熱を効率的に取り除いて、素子の過度な温度上昇を防ぐことが素子の熱損失の増加を抑制し、高電流側においても発光効率を低下させないために重要なことになっている。そのため、フリップチップ型ＬＥＤ素子を実装する配線基板の放熱性が重要になるので、熱伝導性の良好なるセラミックからなる配線基板を用いた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示された発光装置は、第１面及び第２面に配線パターンが形成されたセラミックサブマウントと、セラミックサブマウントの第１面上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子とを備える。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された発光装置には以下のような課題がある。
【０００５】
（１）材料費が高価
セラミックサブマウントは、ＬＥＤ素子が発生する熱を効果的に放熱する機能を要求されるので、チップの発熱量が大きくなってくると、安価なアルミナでは熱伝導率２０Ｗ／ｍｋ程度と小さいことが問題になって、熱伝導率が２００Ｗ／ｍｋを超えるような高価な窒化アルミを使用せざるを得なくなるケースもでてくる。
【０００６】
（２）配線形成加工費が高価
ＬＥＤ素子の発光効率を高めていく過程で、ＬＥＤ素子が例えば１．０ｍｍ角以下に小さくなり、ＬＥＤ素子の実装面の電極パターンが複雑になると、例えば５０μｍ以下の微細な配線間スペースが必要になってくることも想定される。そうすると、金属ペーストの印刷と焼結というセラミックにとっては一般的な方法で配線を形成する方法では対応が困難になり、蒸着やスパッタなどの気相法や、さらにはフォトリソグラフィを用いた配線形成方法が必要になってくる。さらに、セラミック基板は１枚が６０ｍｍ角程度の小面積の基板を単位として作業しなければならないので、作業効率の観点でも配線形成加工費が高価になりやすい。
【０００７】
そこで、汎用の配線基板であるリジッド基板、フレキシブル基板、メタルベース基板、ＴＡＢなどを検討することになるが、それらの電気絶縁材として使われている樹脂の熱伝導率は、例えば０．２Ｗ／ｍｋレベルと低いことが、常に課題となっていた。もちろん、熱伝導率の高い樹脂も開発されつつあるが、高価である割には２〜１０Ｗ／ｍｋレベルの熱伝導率であり、窒化アルミには遠く及ばない。そのため、汎用配線基板の両面に配線パターンを設けて、できるだけ数多くの充填ビアを設けて充填ビア全体での熱伝導量を稼ごうとすることになるが、熱伝導率の高い銅めっきでビアを充填しようとすると、パターン面にも銅めっきされてパターンが厚くなってしまう課題があるので、ビアの直径は、例えば直径０．０３ｍｍ程度に設計するのが通常である。この場合でも、ビアを充填するには、ビアの半径である０．０１５ｍｍ以上の厚さのめっきが必要になり、めっきの際にはパターン面もほぼ同じ厚さ分、めっきされることになるので、配線間のスペースが変化したり、めっき厚さのバラツキが配線厚さのバラツキになったりする問題がある。
【０００８】
さらに、この状態でビアの合計断面積を大きくするのには非常に多くのビア数が必要になり、ビアを設ける加工費が高価になってしまう。加えて、数多くのビアを設けても熱伝導率の向上には限界がでてくる問題がある。例えば、フリップチップ型ＬＥＤ素子の電極の大きさが直径０．０８ｍｍの場合、もしそれと同じ断面積のビアを配線基板側の直径０．０３ｍｍのビアで確保しようとすると、おおむね７個必要になる。しかもビアの形状を維持するために７個は密着して配置できないので、例えば０．０５ｍｍ以上のスペースをビアとビアの間に設けることになる。そうするとフリップチップ型ＬＥＤ素子の直径０．０８ｍｍの電極の投影面内を外れた部分にも、ビアを配置することになるので電極からの熱は配線基板の銅パターンを水平に伝導してから、電極の直下にないビアに分流していくことになる。このとき、熱が水平に伝導する部分の銅は、微細なパターンを形成するために厚くできない制約があり、それに加えて電極からビアまでの距離もビアの高さよりは長くなるのが通常なので、その結果として直径０．０８以上の直径の充填ビアをフリップチップ型ＬＥＤ素子の直径０．０８の電極の直下に配置した場合に比べて熱抵抗が大きくなってしまう。
【０００９】
（３）デザインの汎用性の低下
また、上記の問題を回避するため、フリップチップ型ＬＥＤ素子の電極の配置に合わせて配線基板板のビアをレイアウトすることが必要になるので、サブマウントや配線基板のデザインに汎用性が無くなってしまう問題がある。
【００１０】
そこで、特許文献２のような、埋め込みめっきを使うことが考えられる。この特許文献２に開示された半導体装置用テープキャリアは、絶縁基材と、絶縁基材の第１面に形成された配線パターンと、絶縁基材に形成された開口部（ビア）と、絶縁基材の開口部に配線パターンに接触するように充填されためっきによる導体層とを備える。
【００１１】
特許文献２の場合、１個のビアは大きくできるが、ビアとビアの間隔を例えば２００μｍ以下にしたりするのに困難を伴うので、フリップチップ型ＬＥＤ素子の電極レイアウトが微細であるほど対応が困難になる。反面、フリップチップ型ＬＥＤ素子を実装した基板の裏面側は、はんだリフローで問題が起きにくいように、単純な長方形の配線パターンが多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２０１１−５０１４２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上の従来の技術を総合的に考えると、フリップチップ型ＬＥＤ素子側の配線パターンとはんだリフロー実装用の配線パターンとを有する両面配線基板が必要になって、多くの充填ビアを持った樹脂基板か、特に充填をしなくても電気的に導通すれば良い導通ビアを待ったセラミック基板を使うことになるが、樹脂基板は厚さ方向の熱抵抗が大きくなりやすく、セラミック基板は高価になってしまうという問題があり、厚さ方向の熱抵抗が小さく、安価な基板は困難とされていた。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載する発熱素子の電極位置に影響されにくい発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージを提供する。
【００１６】
［１］絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面上に形成された複数の配線パターンと、前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に充填された導電性材料からなる複数の充填部とを備え、前記複数の配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積は、前記基板の前記第１面の面積の３０％以上であり、前記複数の充填部は、前記複数の充填部の前記基板の前記第２面側の総面積は、前記複数の配線パターンの総面積の５０％以上であり、前記基板の前記第１面又は前記第２面上に発熱素子が搭載される発熱素子搭載用基板。
［２］前記複数の充填部は、それぞれの前記充填部の側面が、前記基板の前記第１面に対する垂直線に対して３０度以上の傾斜角を有する前記［１］に記載の発熱素子搭載用基板。
［３］前記複数の充填部は、前記複数の貫通孔の前記基板の厚さの１／２以上の部分に充填された銅又は銅合金から形成された前記［１］又は［２］に記載の発熱素子搭載用基板。
［４］前記基板は、ポリイミドを含み、ケミカルエッチングが可能な材質から形成された前記［１］乃至［３］のいずれかに記載の発熱素子搭載用基板。
【００１７】
［５］絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板の前記第１面上に複数の配線パターンを形成する工程と、前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔をケミカルエッチング法により形成する工程と、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に導電性材料をめっき法により充填して複数の充填部を形成する工程とを含む発熱素子搭載用基板の製造方法。
【００１８】
［６］前記［１］乃至［４］のいずれかに記載の発熱素子搭載用基板と、前記発熱素子搭載用基板の前記第１面上又は前記第２面上に搭載され、前記配線パターン又は前記充填部に電気的に接続された発熱素子とを備えた半導体パッケージ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、片面配線基板でありながら充填部の面積を大きくできるため、板厚方向の熱伝導性が良好となり、発熱素子の電極位置に合わせてビアを形成する必要もなく搭載する発熱素子の電極位置に影響されにくくなる。また、従来技術の両面配線基板で構成する場合に比べて、数多くの導通ビアやサーマルビアの形成、裏面パターンの形成がなくなることによって、コストを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係る支持部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係る半導体パッケージのテープ基板（ＴＡＢ：Tape Automated Bonding）を用いた製造方法の一例を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｇ）は、図１に示す発熱素子搭載用基板の製造工程の一例を１つのユニットパターンについて示す断面図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図８】図８は、第２の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図１０】図１０は、第３の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態の発熱素子搭載用基板の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。
【００２２】
［実施の形態の要約］
本実施の形態の発熱素子搭載用基板は、絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面上に形成された複数の配線パターンと、前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に充填された金属からなる複数の充填部とを備えた発熱素子搭載用基板において、前記複数の配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積は、前記基板の前記第１面の面積の３０％以上であり、前記複数の充填部は、前記基板の前記第２面側から見たとき、前記複数の充填部と前記複数の配線パターンとがそれぞれ重なった面積が対応する前記配線パターンの面積の５０％以上であり、前記基板の前記第１面又は前記第２面上に発熱素子が搭載されるものである。
【００２３】
発熱素子とは、動作により発熱を伴う素子をいい、例えばＬＥＤ素子、トランジスタ素子等がある。配線パターン及び充填部の数は、それぞれ２つ又は３つ以上でもよい。
【００２４】
配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積を基板の第１面の面積の３０％以上とし、基板の第２面側から見たとき、複数の充填部と複数の配線パターンとがそれぞれ重なった面積が対応する配線パターンの面積の５０％以上とすることにより、片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好となる。つまり、配線パターンの下部には面積の大きい充填部が存在することになるため、あたかも配線を厚く、幅広に形成したかのようになり、放熱性が向上する。
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。この半導体パッケージ１Ａは、発熱素子搭載用基板２上にＬＥＤ素子３をフリップチップ実装し、そのＬＥＤ素子３が搭載された発熱素子搭載用基板２を支持部材５上に実装し、ＬＥＤ素子３を封止樹脂４で封止したものである。
【００２６】
（発熱素子搭載用基板）
図２は、発熱素子搭載用基板２を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この発熱素子搭載用基板２は、基板の片面に配線を有するいわゆる片面配線基板であり、第１面２０ａ及び第１面２０ａと反対側の第２面２０ｂを有する樹脂フィルム２０と、樹脂フィルム２０の第１面２０ａに形成された配線パターン２１（２１１、２１２、２１３）と、樹脂フィルム２０を厚さ方向に貫通する貫通孔２２（２２１、２２２、２２３）が形成され、配線パターン２１１〜２１３に接触するとともに樹脂フィルム２０の第２面２０ｂ側に露出するように貫通孔２２に充填された導電性材料からなる充填部２３（２３１、２３２、２３３）とを備える。配線パターン２１及び充填部２３は、導電パターンの一例である。
【００２７】
（樹脂フィルム）
樹脂フィルム２０は、絶縁性を有する基板（電気絶縁材）の一例であり、半径５０ｍｍで曲げてもクラックが発生しない可撓性（柔軟性）と絶縁性を有するフレキシブル基板又はテープ基板が好ましい。樹脂フィルム２０の材料として、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレンナフタレート、エポキシ、アラミドなどの樹脂を含むフィルムを用いることができる。
【００２８】
樹脂フィルム２０を半径Ｒ＝５０ｍｍで曲げてもクラックが発生しないようにしたのは、以下の理由による。一般に、エッチングなどの液処理プロセスにおいて大量に効率よく電気絶縁材を通過させる方法としては、ロール to ロールによる方法があるが、電気絶縁材を一直線に搬送して処理時間（処理長さ）を稼ごうとすると、搬送スピードが過度に遅くなったり、装置が過度に長くなったりしてしまう問題がある。また、ロール状の電気絶縁材の交換やジョイントの作業を装置を稼動した状態のままで行おうとすると、アキュムレートする機構が必要になる。これらの問題を解決する方法としては、例えば直径１００ｍｍ以上の固定ローラや可動ローラを用いてワークを上下方向にジグザクに搬送するのが一般的である。同様にアキュムレーターでも上下に稼動するローラを使うのが通常である。半径Ｒ＝５０ｍｍでもクラックが生じない樹脂フィルム２０を用いるのはこのためである。なお、絶縁性を有する基板は、上記フレキシブル基板及びテープ基板の他に、リジッド基板、メタルベース基板等を用いてもよい。
【００２９】
（配線パターン）
配線パターン２１は、中央の略矩形状の配線パターン２１１と、半円状の一対の配線パターン２１２、２１３とから構成されている。中央の配線パターン２１１には、半円状の切欠凹部２１１ａと、スリット状の切欠凹部２１１ｂ〜２１ｌｄとが図２（ａ）において左右にそれぞれ形成されている。この切欠凹部には、発熱素子の裏面の電極パターンやレジストパターンに形状的に対応しているので、配線パターン２１１に印刷したはんだが、配線パターン２１２、２１３にブリッジするのを、直接的、間接的に防ぐことができる。また、配線パターン２１は、極力大きな熱伝導率を有するのが好ましい。そのような配線パターン２１の材料としては、銅（純銅）または一部の銅合金を用いることができる。配線パターン２１の材料に純銅を用いれば、おおむね３９６Ｗ／ｍｋの熱伝導率を実現することができる。
【００３０】
複数の配線パターン２１のうち少なくとも１つの配線パターン２１１の面積は、図２（ａ）に示すように、樹脂フィルムの第１面２０ａの面積（ユニットパターン面積）の約３０％以上としている。これにより放熱性が良好になる。なお、上記ユニットパターン面積に対する１つの配線パターン２１１の面積の比率（約３０％以上）は、一般の配線基板とは区別可能な比率である。
【００３１】
（貫通孔）
貫通孔２２は、第２面２０ｂにおける開口が第１面２０ａにおける開口よりも大きく、かつ、貫通孔２２の側面が、第１面２０ａに対する垂直線に対して３０度以上としている。樹脂フィルム２０の材料として、例えば、ポリイミドを用いた場合、特に工夫無くケミカルエッチングすると、概略４５度の傾斜角度θとなる。傾斜角度θを小さくする様々な工夫をしても３０度が限界であることから、傾斜角度θをケミカルエッチング法の特徴の一つとして規定したものである。なお、樹脂フィルム２０を傾斜しながら貫通孔２２をレーザで形成してもよい。
【００３２】
（充填部）
本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、貫通孔２２内の厚さ方向の全てに充填部２３を充填している。
【００３３】
充填部２３は、配線パターン２１と同様に高い熱伝導率を有するのが好ましい。そのような充填部２３の材料としては、銅（純銅）又は銅合金などの導電性材料を用いることができる。充填部２３の材料に純銅を用いることにより、３９６Ｗ／ｍｋを実現することができる。
【００３４】
複数の充填部２３は、樹脂フィルム２０の第２面２０ｂ側から見たとき、複数の充填部２３と複数の配線パターン２１とがそれぞれ重なった面積（重畳面積）が対応する配線パターン２１の面積の５０％以上としている。放熱性の観点より、充填部２３の面積は、大きいほど熱伝導性を良くできるが、５０％以上あれば、多くの発熱素子に対応ができると考えられる。なお、配線パターン２１に対する充填部２３の面積の比率（約５０％以上）は、一般の配線基板とは区別可能な比率である。また、充填部２３の面積は、対応する配線パターン２１の面積より大きくてもよい。
【００３５】
（ＬＥＤ素子）
ＬＥＤ素子３は、底面にアルミニウム等からなる電極３１を備えたフリップチップ型のものである。ＬＥＤ素子３は、本実施の形態の場合、発熱素子搭載用基板２の配線パターン２１に実装される。ＬＥＤ素子３は、金バンプや金属含有ペーストからなる導電性接合材６Ａを介して配線パターン２１に電気的に接続される。
【００３６】
（支持部材）
図３は、支持部材５を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。支持部材５は、セラミック基板５０と、セラミック基板５０の表面５０ａに形成された表面配線パターン５１と、セラミック基板５０の裏面５０ｂに形成された裏面配線パターン５２と、セラミック基板５０に設けられ、表面配線パターン５１と裏面配線パターン５２とを接続する一対の導通ビア５３ａ、５３ｂとを備える。
【００３７】
セラミック基板５０は、例えばセラミックのなかでも２５０Ｗ／ｍｋという高い熱伝導率を有する窒化アルミを用いてもよい。
【００３８】
表面配線パターン５１は、樹脂フィルム２０の第２面２０ｂにおける充填部２３１〜２３３の形状に対応してセラミック基板５０の中央に配置された略矩形状の配線パターン部５１１と、配線パターン部５１１の両側に配置された略台形状の一対の配線パターン部５１２、５１３とから構成されている。中央の配線パターン部５１１には、台形状の切欠凹部５１１ａが図３（ａ）において左右にそれぞれ形成されている。また、表面配線パターン５１は、中央の配線パターン部５１１と一方の導通ビア５３ａとを接続する接続パターン部５１４ａと、配線パターン部５１２、５１３及び他方の導通ビア５３ｂ間を接続する接続パターン部５１４ｂとを有する。ここで、表面配線パターン５１と裏面パターン５２は、フォトリソグラフィを用いるほどファインではないので、配線形成が容易であり、実装作業も容易になる。
【００３９】
（半導体パッケージの製造方法）
次に、図１に示す半導体パッケージ１Ａの製造方法の一例を説明する。
【００４０】
図４は、半導体パッケージ１Ａをテープ基板（ＴＡＢ：Tape Automated Bonding）を用いた製造方法の一例を示す平面図である。半導体パッケージ１Ａは、テープ基板１００を用いて製造することができる。なお、半導体パッケージ１Ａは、リジッド基板やフレキシブル基板などを用いた他の製造方法により製造してもよい。テープ基板１００は、１つの半導体パッケージ１Ａが形成されるユニットパターン１０１の集合体である複数のブロック１０２が長手方向に形成され、ブロック１０２の両側には、それぞれ複数のスプロケット穴１０３が等間隔で形成されている。
【００４１】
図５（ａ）〜（ｇ）は、図１に示す発熱素子搭載用基板２の製造工程の一例を１つのユニットパターン１０１について示す断面図である。
【００４２】
まず、図５（ａ）に示すように、銅箔や銅条からなる銅層２１０と電気絶縁材としての樹脂フィルム２０とからなるＣＣＬ（Copper Clad Laminate）を用意する。このような材料は、住友金属鉱山株式会社や東レフィルム加工株式会社が片面メタライズのＣＣＬとして市販している。あるいは、銅箔に樹脂をキャスティングしたＣＣＬでもよい。樹脂フィルム２０としては、ケミカルエッチングしやすい材料がよく、代表的な商品としては、東レ・デュポン株式会社のカプトンや株式会社カネカのアピカルなどのポリイミドフィルムがある。このＣＣＬを適当な幅にスリットして、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）の製造ラインを流すためのスプロケット穴１０３をあける。
【００４３】
次に、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、樹脂フィルム２０をケミカルエッチングするためのマスクとして例えば、旭化成イーマテリアル株式会社が市販しているような感光性ドライフィルム２４０を貼り、フォトリソグラフィによってケミカルエッチングのためのマスクパターン２４１を形成する。なお、精緻な形状が必要な場合には樹脂フィルム２０の裏面の第２面２０ｂにも金属層の銅層を設けてもよい、例えば、両面スパッタによるＣＣＬ材を用意して、その金属層にフォトリソグラフィによってケミカルエッチングのためのマスクパターン２４１を形成することでもよい。このとき、配線パターン２１を形成する側の銅層２１０は、保護テープを貼って樹脂フィルム２０をケミカルエッチングするための薬液や、マスクパターン２４１を形成する際にフォトリソグラフィのプロセスを通すことによる傷や薬液から守ることが望ましい。この種のマスキングテープとしては、例えば日東電工株式会社や日立化成工業株式会社が市販している。
【００４４】
次に、図５（ｄ）に示すように、ケミカルエッチング液に浸漬して樹脂フィルム２０のエッチングを行う。このようなケミカルエッチング液としては、レイテック株式会社のＴＰＥ−３０００などがある。エッチングの板厚方向へのエッチングスピードは、樹脂フィルム２０の材質とエッチング条件によってほぼ固有のものとなるので、例えばＴＰＥ−３０００の液温を５０〜９０℃の範囲で選択して、後は時間を主なパラメータにして、所望の貫通孔２２の断面が得られる条件を選択すればよい。ケミカルエッチングに関する参考文献としては、特開２００９−１７７０７１号公報などがある。
【００４５】
次に、図５（ｅ）に示すように、ドライフィルムからなるマスクパターン２４１を剥離する。ドライフィルムの剥離液としては、ドライフィルムメーカーが指定する専用のものや、ＮａＯＨ，ＫＯＨの２〜４％液を３０〜５０℃、０．１〜０．２ＭＰａでスプレーして行う。なお、マスクパターンとして金属マスクを用いた場合は、金属エッチング液で除去する。具体的には、例えば金属が銅の場合、塩化第二鉄系のエッチング液を、液温４０〜６０℃、０．１〜０．２ＭＰａでスプレーして金属マスクを除去する。
【００４６】
次に、図５（ｆ）に示すように、樹脂フィルム２０に形成した貫通孔２２を、銅層２１０をカソードとして、電解銅めっきで所望の厚さまで充填する。銅層２１０をカソードとするためには、銅層２１０の保護テープの一部（たとえば端面近傍）を除去して、そこへ電極を接触させればよい。このような充填めっきは、埋め込みめっきとも呼ばれ、特開２００３−１２４２６４号公報（特許文献２）にも開示されている。具体的には、硫酸銅系のめっき液を用いて、電流密度、めっき時間、めっき厚さバラツキ調整用遮蔽マスクの位置・形状などを調整して、所望の厚さや断面形状になるように電解銅めっきを行う。市販の銅めっきを用いる場合には、荏原ユージライト株式会社などが市販している銅めっき液を使うことが可能で、使用方法等についても上記公報に開示されている。
【００４７】
次に、図５（ｇ）に示すように、銅層２１０のパターニングを行って配線パターン２１１〜２１３を形成する。図示はしないが、パターニングに際してはフォトリソグラフィとエッチングを用いるのが一般的であり、銅層２１０にエッチングレジストを塗工し、配線パターン２１１〜２１３などを露光した後、現像してエッチングし、エッチングレジストを剥離するという一連の作業を行う。エッチングレジストの代わりに感光性ドライフィルムを用いてもよいし、フォトグラフィを用いないように直接配線パターン２１１〜２１３を印刷するようなエッチングレジストをスクリーン印刷することでもよい。これらのレジストは例えば、太陽インキ製造株式会社などから市販されている。
【００４８】
また、銅層２１０をエッチングによってパターニングを行う際には、埋め込みめっきを行った面は、マスキングテープを貼るか裏止め材を塗工するかしてエッチング液などの薬液から充填部２３を保護することが望ましい。エッチングの際には、一般的な塩化第二鉄系か塩化第二銅系のエッチング液を使うことでよい。また、エッチングで配線パターン２１のスペースを所望の値に小さくできない場合は、形成した配線パターン２１にさらに銅めっきして、配線パターン２１の厚さと幅を銅めっきの厚み分太らせることで、配線パターン２１のスペースを小さくしてもよい。
【００４９】
次に、図示しないが、埋め込みめっき側のマスキングテープを剥して、金、銀、パラジウム、ニッケル、すず、銅のいずれかの金属を含むめっきを行う。めっきは複数の種類、複数の層でもよい。
【００５０】
めっきの方法としては、めっきしたい配線パターン２１への給電線が不要な無電解めっきが望ましいが、電解めっきでもよい。めっきは、配線パターン２１の面と埋め込みめっき面側で交互にマスキングしながら表裏で別の種類のめっきをすることでもよい。また、めっきの面積を削減するために、配線パターン２１の面にあらかじめ、めっきが不要な部分をレジストやカバーレイでカバーしてからめっきすることでもよい。
【００５１】
以上で、図４に示したようなＴＡＢをロール to ロールで製造することができ、本実施の形態の発熱素子搭載用基板２がロール形態で完成することになる。
【００５２】
次に、完成したＴＡＢを、ブロック１０２を単位として所望の長さに切断して、ＬＥＤ素子３をマウンターでマウントする。
【００５３】
図６は、発熱素子搭載用基板２にＬＥＤ素子３をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。具体的には、図６に示すように、図４に示すユニットパターン１０１に、例えば金バンプあるいは金属含有ペーストからなる導電性接合材６Ａを介してＬＥＤ素子３をフリップチップ実装する。金属含有ペーストの場合は、ＴＡＢにそれらの導電性接合材６Ａを印刷した後、ＬＥＤ素子３をマウントし、導電性接合材６Ａの推奨条件にあわせたリフローを行う。金属含有ペーストとしては、はんだペーストや金錫ペーストなどが例えば三菱マテリアル株式会社から市販されている。実装の装置メーカーとしては、ＪＵＫＩ株式会社，パナソニックファクトリーソリューションズ株式会社、株式会社日立ハイテクノロジーズ、株式会社新川などがある。
【００５４】
次に、図６の形態にＬＥＤ素子３の実装が終わったＴＡＢを、例えばダイサーなどを用いて、ユニットパターン１０１ごとに個片化し、それを図３に示す支持部材５に実装して図１に示す半導体パッケージ１Ａを製作する。
【００５５】
支持部材５は、セラミックの材質が安価なアルミナであっても２０Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率を有する電気絶縁材であるため、充填部２３は、熱伝導を考慮して金属で充填しなくてもよい。
【００５６】
具体的には、セラミック基板５０に導電性接合材６Ｂを印刷し、そこへ図６のようにＬＥＤ素子３を実装して個片化したＴＡＢをマウントして、リフローする。このとき、ＬＥＤ素子３側の導電性接合材６Ａとセラミック基板５０側の導電性接合材６Ｂは、その溶融温度に温度差をつけることでもよい。そのような導電性接合材６Ａ、６Ｂの組み合わせとしては、はんだペーストと金錫ペーストの組み合わせなどがあり、例えば、三菱マテリアル株式会社などから入手が可能である。リフローを終えた支持部材５は、必要に応じてパナソニックファクトリーソリューションズ株式会社などが製造しているプラズマクリーナーを用いてクリーニングなどを行い、信越化学工業株式会社などが製造しているシリコーンからなる封止樹脂４を用いて、コンプレッションモールドなどの方法によって封止し硬化させて半導体パッケージ１Ａが完成する。
【００５７】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載するＬＥＤ素子の電極位置に影響されにくい発熱素子搭載用基板、その製造方法、及びその発熱素子搭載用基板を用いた半導体パッケージの提供に貢献できる。
（２）樹脂フィルム２０の第２面２０ｂに露出する充填部２３については、打ち抜き加工に比べて、形状や位置について設計の自由度が高くなる。
（３）発熱素子搭載用基板を片面配線基板で構成できるので、両面配線基板で構成する場合に比べて、数多くの導通ビアやサーマルビアの形成、裏面パターンの形成がなくなることによって、コストを抑えることが可能になる。
【００５８】
［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。この半導体パッケージ１Ｂは、第１の実施の形態とは、発熱素子搭載用基板２を上下を逆に配置した点が異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００５９】
すなわち、本実施の形態の半導体パッケージ１Ｂは、支持部材５の表面配線パターン５１に発熱素子搭載用基板２の配線パターン２１を導電性接合材６Ｂにより接続し、発熱素子搭載用基板２の充填部２３にＬＥＤ素子３を導電性接合材６Ａを介してフリップチップ実装したものである。ＬＥＤ素子３は、発熱素子搭載用基板２の第２面２０ｂ上に実装される。
【００６０】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に製造することができる。すなわち、第１の実施の形態と同様に発熱素子搭載用基板２を作製し、完成したＴＡＢを、ブロック１０２を単位として所望の長さに切断して、ＬＥＤ素子３をマウンターでマウントする。
【００６１】
図８は、発熱素子搭載用基板２にＬＥＤ素子３をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。具体的には、図８に示すように、図４に示すユニットパターン１０１に、例えば金バンプあるいは金属含有ペーストからなる導電性接合材６Ａを介してＬＥＤ素子３をフリップチップ実装する。すなわちＬＥＤ素子３の電極３１を導電性接合材６Ａを介して発熱素子搭載用基板２の充填部２３に接続する。
【００６２】
後は、第１の実施の形態と同様に、図８に示すＬＥＤ素子３が実装された発熱素子搭載用基板２を、配線パターン２１を導電性接合材６Ｂを介して表面配線パターン５１に接続して支持部材５上に実装し、ＬＥＤ素子３を封止樹脂４で封止する。このようにして半導体パッケージ１Ｂが完成する。
【００６３】
（第２の実施の形態の効果）
（１）第２の実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、片面配線基板でありながら板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載するＬＥＤ素子の電極位置に影響されにくく、かつ両面に露出する配線パターンと充填部を異なる形状に設計可能な汎用性を有することができる。
（２）第１の実施の形態と同様に、発熱素子搭載用基板を片面配線基板で構成できるので、両面配線基板で構成する場合に比べて、数多くの導通ビアやサーマルビアの形成、裏面パターンの形成がなくなることによって、コストを抑えることが可能になる。
（３）配線パターン２１がファインではなくなるので、配線パターン２１の厚さを厚くした配線形成が可能になり、同じパターンでも配線を厚くしたことによって熱の水平方向への伝導が、よりスムーズになる。
【００６４】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。図１０は、第３の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。この半導体パッケージ１Ｃは、第２の実施の形態とは、充填部２３を２層構造にした点が異なり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。
【００６５】
本実施の形態の発熱素子搭載用基板２は、図１０に示すように、樹脂フィルム２０の貫通孔２２に樹脂フィルム２０の厚さの１／２以上の部分に充填部２３を充填し、貫通孔２２の残りの部分に導電性接合材６Ｂを充填したものである。なお、充填部２３は、樹脂フィルム２０の厚さの約１／２又は１／２以下でもよい。
【００６６】
本実施の形態の半導体パッケージ１Ｃは、第２の実施の形態と同様に、支持部材５の表面配線パターン５１に発熱素子搭載用基板２の配線パターン２１を導電性接合材６Ｂにより接続し、発熱素子搭載用基板２の導電性接合材６ＢにＬＥＤ素子３を導電性接合材６Ａを介してフリップチップ実装し、ＬＥＤ素子３と発熱素子搭載用基板２との間にＬＥＤ素子３からの光を反射する反射層２５を設けたものである。ＬＥＤ素子３は、第２の実施の形態と同様に、発熱素子搭載用基板２の第２面２０ｂ上に実装される。
【００６７】
反射層２５は、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）の白色素材を基準とした分光反射率計による測定において、波長４５０〜７００ｎｍの範囲の初期全反射率が８０％以上を有するのが好ましい。そのような材料として、白色のシリコーンやレジストを用いてもよい。また、発熱素子搭載用基板２上に銀めっきを施して反射層としてもよい。さらには、あらかじめＬＥＤ素子３の裏面に白シリコーンやレジストをコーティングしておいても良い。
【００６８】
第３の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に製造することができる。図１１（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態の発熱素子搭載用基板の製造工程の一例を示す断面図である。すなわち第１の実施の形態と同様に、銅層２１０と樹脂フィルム２０とからなるＣＣＬを用意し、樹脂フィルム２０の第２面２０ｂにマスクパターン２４１を形成し、ケミカルエッチングを行って、貫通孔２２（２２１〜２２３）を形成する。
【００６９】
次に、図１１（ａ）に示すように、貫通孔２２の樹脂フィルム２０の厚さの１／２以上の部分に充填部２３（２３１〜２３３）を充填する。次に、図１１（ｂ）に示すように、銅層２１０のパターニングを行って配線パターン２１（２１１〜２１３）を形成する。
【００７０】
次に、図１１（ｃ）に示すように、発熱素子搭載用基板２を裏返し、はんだなどの導電性接合材６Ｃを貫通孔２２の残りの部分に充填（印刷）して発熱素子搭載用基板２を作製する。そして発熱素子搭載用基板２上に反射層２５を形成する。完成したＴＡＢを、ブロック１０２を単位として所望の長さに切断して、ＬＥＤ素子３をマウンターでマウントし、導電性接合材６Ａを介してＬＥＤ素子３をフリップチップ実装する。
【００７１】
そして、ＬＥＤ素子３が実装された発熱素子搭載用基板２を支持部材５上に実装し、ＬＥＤ素子３を封止樹脂４で封止する。このようにして半導体パッケージ１Ｃが完成する。
【００７２】
（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載するＬＥＤ素子の電極位置に影響されにくくなる。また、ＬＥＤ素子３の裏面側に漏れた光を白色の反射層で反射するようにすることで見かけ上、ＬＥＤ素子３の発光効率が高まったのと等価な状態にすることができる。
【００７３】
なお、第１の実施の形態のように発熱素子搭載用基板２の第１面２０ａ上の配線パターン２１にＬＥＤ素子３を接続してもよい。
【００７４】
［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。この半導体パッケージ１Ｂは、第１の実施の形態とは、ＬＥＤ素子３が異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００７５】
すなわち、第４の実施の形態の半導体パッケージ１Ｄは、第１の実施の形態と同様の発熱素子搭載用基板２と、発熱素子搭載用基板２の第１面２０ａに形成された配線パターン２１に実装されたＬＥＤ素子３と、ＬＥＤ素子３を封止する封止樹脂４とを備える。
【００７６】
このＬＥＤ素子３は、上面に２つ以上の電極３２を有し、ワイヤー７によって接続するワイヤーボンディング型のＬＥＤ素子である。なお、ＬＥＤ素子３は、底面と上面にそれぞれ電極を有し、ワイヤー７によって接続するワイヤーボンディング型のＬＥＤ素子でもよい。
【００７７】
［変形例］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。
【００７８】
例えば、充填部２３を給電点として用いてもよいし、給電は行わず、熱を逃がすためのサーマルビアとして用いてもよい。また、充填部２３については、同極性の給電を行ってもよいし、異極性の給電を行うことでもよい。また、配線パターン２１の露出が問題になる場合には、必要に応じてレジストやカバーレイでカバーしてもよい。
【００７９】
また、上記実施の形態では、発熱素子搭載用基板を支持部材に実装してから封止したが、発熱素子を発熱素子搭載用基板上に実装してから封止してもよい。
【００８０】
さらに、発熱素子搭載用基板２のＬＥＤ素子３や発熱素子の実装面側にレジストを設けたり、リフレクタを設けることでもよい。また、熱放射性の優れたレジストを設けることでもよい、さらに、素子を実装した面と反対面側には、ソルダーレジスト層を設けてもよい。
【００８１】
また、本発明の要旨を変更しない範囲内で上記実施の形態の構成要素のうち一部を除くことも可能である。例えば、図６、図８、図１０に示すように、封止樹脂で封止していない状態で半導体パッケージとして提供してもよい。
【００８２】
また、上記各実施の形態の構成要素を、本発明の要旨を変更しない範囲内で任意に組み合わせることは可能である。例えば、第３の実施の形態で用いた反射層を他の実施の形態に適用してもよい。
【００８３】
また、上記実施の形態で説明した製造方法は、本発明の要旨を変更しない範囲内で工程の削除、追加、変更を行って半導体パッケージを製造してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１Ａ〜１Ｄ…半導体パッケージ、２…発熱素子搭載用基板、３…ＬＥＤ素子、４…封止樹脂、５…支持部材、６Ａ〜６Ｃ…導電性接合材、７…ワイヤー、２０…樹脂フィルム、２０ａ…第１面、２０ｂ…第２面、２１（２１１〜２１３）…配線パターン、２２（２２１〜２２３）…貫通孔、２３（２３１〜２３３）…充填部、２５…反射層、３１、３２…電極、５０…セラミック基板、５０ａ…表面、５０ｂ…裏面、５１…表面配線パターン、５２…裏面配線パターン、５３ａ、５３ｂ…導通ビア、１００…テープ基板、１０１…ユニットパターン、１０２…ブロック、１０３…スプロケット穴、２１０…銅層、２１１ａ…切欠凹部、２４０…感光性ドライフィルム、２４１…マスクパターン、５１１〜５１３…配線パターン部、５１１ａ…切欠凹部、５１４ａ、５１４ｂ…接続パターン部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子を実装するための発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱素子（発熱を伴う素子）の中で、最近は省エネルギーやＣＯ2削減の観点でＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子への注目度が高くなっている。なかでも電極を全て同一面内に配置したフリップチップ型ＬＥＤ素子については、主たる発光面側から電極やワイヤーを排除できることから、発光効率（１ｍ／Ｗ）を高めるのに有利と考えられていて注目度が高い。そのフリップチップ型ＬＥＤ素子においても、発光時に発生する熱を効率的に取り除いて、素子の過度な温度上昇を防ぐことが素子の熱損失の増加を抑制し、高電流側においても発光効率を低下させないために重要なことになっている。そのため、フリップチップ型ＬＥＤ素子を実装する配線基板の放熱性が重要になるので、熱伝導性の良好なるセラミックからなる配線基板を用いた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示された発光装置は、第１面及び第２面に配線パターンが形成されたセラミックサブマウントと、セラミックサブマウントの第１面上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子とを備える。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された発光装置には以下のような課題がある。
【０００５】
（１）材料費が高価
セラミックサブマウントは、ＬＥＤ素子が発生する熱を効果的に放熱する機能を要求されるので、チップの発熱量が大きくなってくると、安価なアルミナでは熱伝導率２０Ｗ／ｍｋ程度と小さいことが問題になって、熱伝導率が２００Ｗ／ｍｋを超えるような高価な窒化アルミを使用せざるを得なくなるケースもでてくる。
【０００６】
（２）配線形成加工費が高価
ＬＥＤ素子の発光効率を高めていく過程で、ＬＥＤ素子が例えば１．０ｍｍ角以下に小さくなり、ＬＥＤ素子の実装面の電極パターンが複雑になると、例えば５０μｍ以下の微細な配線間スペースが必要になってくることも想定される。そうすると、金属ペーストの印刷と焼結というセラミックにとっては一般的な方法で配線を形成する方法では対応が困難になり、蒸着やスパッタなどの気相法や、さらにはフォトリソグラフィを用いた配線形成方法が必要になってくる。さらに、セラミック基板は１枚が６０ｍｍ角程度の小面積の基板を単位として作業しなければならないので、作業効率の観点でも配線形成加工費が高価になりやすい。
【０００７】
そこで、汎用の配線基板であるリジッド基板、フレキシブル基板、メタルベース基板、ＴＡＢなどを検討することになるが、それらの電気絶縁材として使われている樹脂の熱伝導率は、例えば０．２Ｗ／ｍｋレベルと低いことが、常に課題となっていた。もちろん、熱伝導率の高い樹脂も開発されつつあるが、高価である割には２〜１０Ｗ／ｍｋレベルの熱伝導率であり、窒化アルミには遠く及ばない。そのため、汎用配線基板の両面に配線パターンを設けて、できるだけ数多くの充填ビアを設けて充填ビア全体での熱伝導量を稼ごうとすることになるが、熱伝導率の高い銅めっきでビアを充填しようとすると、パターン面にも銅めっきされてパターンが厚くなってしまう課題があるので、ビアの直径は、例えば直径０．０３ｍｍ程度に設計するのが通常である。この場合でも、ビアを充填するには、ビアの半径である０．０１５ｍｍ以上の厚さのめっきが必要になり、めっきの際にはパターン面もほぼ同じ厚さ分、めっきされることになるので、配線間のスペースが変化したり、めっき厚さのバラツキが配線厚さのバラツキになったりする問題がある。
【０００８】
さらに、この状態でビアの合計断面積を大きくするのには非常に多くのビア数が必要になり、ビアを設ける加工費が高価になってしまう。加えて、数多くのビアを設けても熱伝導率の向上には限界がでてくる問題がある。例えば、フリップチップ型ＬＥＤ素子の電極の大きさが直径０．０８ｍｍの場合、もしそれと同じ断面積のビアを配線基板側の直径０．０３ｍｍのビアで確保しようとすると、おおむね７個必要になる。しかもビアの形状を維持するために７個は密着して配置できないので、例えば０．０５ｍｍ以上のスペースをビアとビアの間に設けることになる。そうするとフリップチップ型ＬＥＤ素子の直径０．０８ｍｍの電極の投影面内を外れた部分にも、ビアを配置することになるので電極からの熱は配線基板の銅パターンを水平に伝導してから、電極の直下にないビアに分流していくことになる。このとき、熱が水平に伝導する部分の銅は、微細なパターンを形成するために厚くできない制約があり、それに加えて電極からビアまでの距離もビアの高さよりは長くなるのが通常なので、その結果として直径０．０８以上の直径の充填ビアをフリップチップ型ＬＥＤ素子の直径０．０８の電極の直下に配置した場合に比べて熱抵抗が大きくなってしまう。
【０００９】
（３）デザインの汎用性の低下
また、上記の問題を回避するため、フリップチップ型ＬＥＤ素子の電極の配置に合わせて配線基板板のビアをレイアウトすることが必要になるので、サブマウントや配線基板のデザインに汎用性が無くなってしまう問題がある。
【００１０】
そこで、特許文献２のような、埋め込みめっきを使うことが考えられる。この特許文献２に開示された半導体装置用テープキャリアは、絶縁基材と、絶縁基材の第１面に形成された配線パターンと、絶縁基材に形成された開口部（ビア）と、絶縁基材の開口部に配線パターンに接触するように充填されためっきによる導体層とを備える。
【００１１】
特許文献２の場合、１個のビアは大きくできるが、ビアとビアの間隔を例えば２００μｍ以下にしたりするのに困難を伴うので、フリップチップ型ＬＥＤ素子の電極レイアウトが微細であるほど対応が困難になる。反面、フリップチップ型ＬＥＤ素子を実装した基板の裏面側は、はんだリフローで問題が起きにくいように、単純な長方形の配線パターンが多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２０１１−５０１４２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上の従来の技術を総合的に考えると、フリップチップ型ＬＥＤ素子側の配線パターンとはんだリフロー実装用の配線パターンとを有する両面配線基板が必要になって、多くの充填ビアを持った樹脂基板か、特に充填をしなくても電気的に導通すれば良い導通ビアを待ったセラミック基板を使うことになるが、樹脂基板は厚さ方向の熱抵抗が大きくなりやすく、セラミック基板は高価になってしまうという問題があり、厚さ方向の熱抵抗が小さく、安価な基板は困難とされていた。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載する発熱素子の電極位置に影響されにくい発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の発熱素子搭載用基板、その製造方法、及び半導体パッケージを提供する。
【００１６】
［１］絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面上に形成された複数の配線パターンと、前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に充填された導電性材料からなる複数の充填部とを備え、前記複数の配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積は、前記基板の前記第１面の面積の３０％以上であり、前記複数の充填部は、前記複数の充填部の前記基板の前記第２面側の総面積は、前記複数の配線パターンの総面積の５０％以上であり、前記基板の前記第１面又は前記第２面上に発熱素子が搭載される発熱素子搭載用基板。
［２］前記複数の充填部は、それぞれの前記充填部の側面が、前記基板の前記第１面に対する垂直線に対して３０度以上の傾斜角を有する前記［１］に記載の発熱素子搭載用基板。
［３］前記複数の充填部は、前記複数の貫通孔の前記基板の厚さの１／２以上の部分に充填された銅又は銅合金から形成された前記［１］又は［２］に記載の発熱素子搭載用基板。
［４］前記基板は、ポリイミドを含み、ケミカルエッチングが可能な材質から形成された前記［１］乃至［３］のいずれかに記載の発熱素子搭載用基板。
【００１７】
［５］絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板の前記第１面上に複数の配線パターンを形成する工程と、前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔をケミカルエッチング法により形成する工程と、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に導電性材料をめっき法により充填して複数の充填部を形成する工程とを含む発熱素子搭載用基板の製造方法。
【００１８】
［６］前記［１］乃至［４］のいずれかに記載の発熱素子搭載用基板と、前記発熱素子搭載用基板の前記第１面上又は前記第２面上に搭載され、前記配線パターン又は前記充填部に電気的に接続された発熱素子とを備えた半導体パッケージ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、片面配線基板でありながら充填部の面積を大きくできるため、板厚方向の熱伝導性が良好となり、発熱素子の電極位置に合わせてビアを形成する必要もなく搭載する発熱素子の電極位置に影響されにくくなる。また、従来技術の両面配線基板で構成する場合に比べて、数多くの導通ビアやサーマルビアの形成、裏面パターンの形成がなくなることによって、コストを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係る支持部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係る半導体パッケージのテープ基板（ＴＡＢ：Tape Automated Bonding）を用いた製造方法の一例を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｇ）は、図１に示す発熱素子搭載用基板の製造工程の一例を１つのユニットパターンについて示す断面図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図８】図８は、第２の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図１０】図１０は、第３の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態の発熱素子搭載用基板の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。
【００２２】
［実施の形態の要約］
本実施の形態の発熱素子搭載用基板は、絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面上に形成された複数の配線パターンと、前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に充填された金属からなる複数の充填部とを備えた発熱素子搭載用基板において、前記複数の配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積は、前記基板の前記第１面の面積の３０％以上であり、前記複数の充填部は、前記基板の前記第２面側から見たとき、前記複数の充填部と前記複数の配線パターンとがそれぞれ重なった面積が対応する前記配線パターンの面積の５０％以上であり、前記基板の前記第１面又は前記第２面上に発熱素子が搭載されるものである。
【００２３】
発熱素子とは、動作により発熱を伴う素子をいい、例えばＬＥＤ素子、トランジスタ素子等がある。配線パターン及び充填部の数は、それぞれ２つ又は３つ以上でもよい。
【００２４】
配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積を基板の第１面の面積の３０％以上とし、基板の第２面側から見たとき、複数の充填部と複数の配線パターンとがそれぞれ重なった面積が対応する配線パターンの面積の５０％以上とすることにより、片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好となる。つまり、配線パターンの下部には面積の大きい充填部が存在することになるため、あたかも配線を厚く、幅広に形成したかのようになり、放熱性が向上する。
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。この半導体パッケージ１Ａは、発熱素子搭載用基板２上にＬＥＤ素子３をフリップチップ実装し、そのＬＥＤ素子３が搭載された発熱素子搭載用基板２を支持部材５上に実装し、ＬＥＤ素子３を封止樹脂４で封止したものである。
【００２６】
（発熱素子搭載用基板）
図２は、発熱素子搭載用基板２を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この発熱素子搭載用基板２は、基板の片面に配線を有するいわゆる片面配線基板であり、第１面２０ａ及び第１面２０ａと反対側の第２面２０ｂを有する樹脂フィルム２０と、樹脂フィルム２０の第１面２０ａに形成された配線パターン２１（２１１、２１２、２１３）と、樹脂フィルム２０を厚さ方向に貫通する貫通孔２２（２２１、２２２、２２３）が形成され、配線パターン２１１〜２１３に接触するとともに樹脂フィルム２０の第２面２０ｂ側に露出するように貫通孔２２に充填された導電性材料からなる充填部２３（２３１、２３２、２３３）とを備える。配線パターン２１及び充填部２３は、導電パターンの一例である。
【００２７】
（樹脂フィルム）
樹脂フィルム２０は、絶縁性を有する基板（電気絶縁材）の一例であり、半径５０ｍｍで曲げてもクラックが発生しない可撓性（柔軟性）と絶縁性を有するフレキシブル基板又はテープ基板が好ましい。樹脂フィルム２０の材料として、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレンナフタレート、エポキシ、アラミドなどの樹脂を含むフィルムを用いることができる。
【００２８】
樹脂フィルム２０を半径Ｒ＝５０ｍｍで曲げてもクラックが発生しないようにしたのは、以下の理由による。一般に、エッチングなどの液処理プロセスにおいて大量に効率よく電気絶縁材を通過させる方法としては、ロール to ロールによる方法があるが、電気絶縁材を一直線に搬送して処理時間（処理長さ）を稼ごうとすると、搬送スピードが過度に遅くなったり、装置が過度に長くなったりしてしまう問題がある。また、ロール状の電気絶縁材の交換やジョイントの作業を装置を稼動した状態のままで行おうとすると、アキュムレートする機構が必要になる。これらの問題を解決する方法としては、例えば直径１００ｍｍ以上の固定ローラや可動ローラを用いてワークを上下方向にジグザクに搬送するのが一般的である。同様にアキュムレーターでも上下に稼動するローラを使うのが通常である。半径Ｒ＝５０ｍｍでもクラックが生じない樹脂フィルム２０を用いるのはこのためである。なお、絶縁性を有する基板は、上記フレキシブル基板及びテープ基板の他に、リジッド基板、メタルベース基板等を用いてもよい。
【００２９】
（配線パターン）
配線パターン２１は、中央の略矩形状の配線パターン２１１と、半円状の一対の配線パターン２１２、２１３とから構成されている。中央の配線パターン２１１には、半円状の切欠凹部２１１ａと、スリット状の切欠凹部２１１ｂ〜２１ｌｄとが図２（ａ）において左右にそれぞれ形成されている。この切欠凹部には、発熱素子の裏面の電極パターンやレジストパターンに形状的に対応しているので、配線パターン２１１に印刷したはんだが、配線パターン２１２、２１３にブリッジするのを、直接的、間接的に防ぐことができる。また、配線パターン２１は、極力大きな熱伝導率を有するのが好ましい。そのような配線パターン２１の材料としては、銅（純銅）または一部の銅合金を用いることができる。配線パターン２１の材料に純銅を用いれば、おおむね３９６Ｗ／ｍｋの熱伝導率を実現することができる。
【００３０】
複数の配線パターン２１のうち少なくとも１つの配線パターン２１１の面積は、図２（ａ）に示すように、樹脂フィルムの第１面２０ａの面積（ユニットパターン面積）の約３０％以上としている。これにより放熱性が良好になる。なお、上記ユニットパターン面積に対する１つの配線パターン２１１の面積の比率（約３０％以上）は、一般の配線基板とは区別可能な比率である。
【００３１】
（貫通孔）
貫通孔２２は、第２面２０ｂにおける開口が第１面２０ａにおける開口よりも大きく、かつ、貫通孔２２の側面が、第１面２０ａに対する垂直線に対して３０度以上としている。樹脂フィルム２０の材料として、例えば、ポリイミドを用いた場合、特に工夫無くケミカルエッチングすると、概略４５度の傾斜角度θとなる。傾斜角度θを小さくする様々な工夫をしても３０度が限界であることから、傾斜角度θをケミカルエッチング法の特徴の一つとして規定したものである。なお、樹脂フィルム２０を傾斜しながら貫通孔２２をレーザで形成してもよい。
【００３２】
（充填部）
本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、貫通孔２２内の厚さ方向の全てに充填部２３を充填している。
【００３３】
充填部２３は、配線パターン２１と同様に高い熱伝導率を有するのが好ましい。そのような充填部２３の材料としては、銅（純銅）又は銅合金などの導電性材料を用いることができる。充填部２３の材料に純銅を用いることにより、３９６Ｗ／ｍｋを実現することができる。
【００３４】
複数の充填部２３は、樹脂フィルム２０の第２面２０ｂ側から見たとき、複数の充填部２３と複数の配線パターン２１とがそれぞれ重なった面積（重畳面積）が対応する配線パターン２１の面積の５０％以上としている。放熱性の観点より、充填部２３の面積は、大きいほど熱伝導性を良くできるが、５０％以上あれば、多くの発熱素子に対応ができると考えられる。なお、配線パターン２１に対する充填部２３の面積の比率（約５０％以上）は、一般の配線基板とは区別可能な比率である。また、充填部２３の面積は、対応する配線パターン２１の面積より大きくてもよい。
【００３５】
（ＬＥＤ素子）
ＬＥＤ素子３は、底面にアルミニウム等からなる電極３１を備えたフリップチップ型のものである。ＬＥＤ素子３は、本実施の形態の場合、発熱素子搭載用基板２の配線パターン２１に実装される。ＬＥＤ素子３は、金バンプや金属含有ペーストからなる導電性接合材６Ａを介して配線パターン２１に電気的に接続される。
【００３６】
（支持部材）
図３は、支持部材５を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。支持部材５は、セラミック基板５０と、セラミック基板５０の表面５０ａに形成された表面配線パターン５１と、セラミック基板５０の裏面５０ｂに形成された裏面配線パターン５２と、セラミック基板５０に設けられ、表面配線パターン５１と裏面配線パターン５２とを接続する一対の導通ビア５３ａ、５３ｂとを備える。
【００３７】
セラミック基板５０は、例えばセラミックのなかでも２５０Ｗ／ｍｋという高い熱伝導率を有する窒化アルミを用いてもよい。
【００３８】
表面配線パターン５１は、樹脂フィルム２０の第２面２０ｂにおける充填部２３１〜２３３の形状に対応してセラミック基板５０の中央に配置された略矩形状の配線パターン部５１１と、配線パターン部５１１の両側に配置された略台形状の一対の配線パターン部５１２、５１３とから構成されている。中央の配線パターン部５１１には、台形状の切欠凹部５１１ａが図３（ａ）において左右にそれぞれ形成されている。また、表面配線パターン５１は、中央の配線パターン部５１１と一方の導通ビア５３ａとを接続する接続パターン部５１４ａと、配線パターン部５１２、５１３及び他方の導通ビア５３ｂ間を接続する接続パターン部５１４ｂとを有する。ここで、表面配線パターン５１と裏面パターン５２は、フォトリソグラフィを用いるほどファインではないので、配線形成が容易であり、実装作業も容易になる。
【００３９】
（半導体パッケージの製造方法）
次に、図１に示す半導体パッケージ１Ａの製造方法の一例を説明する。
【００４０】
図４は、半導体パッケージ１Ａをテープ基板（ＴＡＢ：Tape Automated Bonding）を用いた製造方法の一例を示す平面図である。半導体パッケージ１Ａは、テープ基板１００を用いて製造することができる。なお、半導体パッケージ１Ａは、リジッド基板やフレキシブル基板などを用いた他の製造方法により製造してもよい。テープ基板１００は、１つの半導体パッケージ１Ａが形成されるユニットパターン１０１の集合体である複数のブロック１０２が長手方向に形成され、ブロック１０２の両側には、それぞれ複数のスプロケット穴１０３が等間隔で形成されている。
【００４１】
図５（ａ）〜（ｇ）は、図１に示す発熱素子搭載用基板２の製造工程の一例を１つのユニットパターン１０１について示す断面図である。
【００４２】
まず、図５（ａ）に示すように、銅箔や銅条からなる銅層２１０と電気絶縁材としての樹脂フィルム２０とからなるＣＣＬ（Copper Clad Laminate）を用意する。このような材料は、住友金属鉱山株式会社や東レフィルム加工株式会社が片面メタライズのＣＣＬとして市販している。あるいは、銅箔に樹脂をキャスティングしたＣＣＬでもよい。樹脂フィルム２０としては、ケミカルエッチングしやすい材料がよく、代表的な商品としては、東レ・デュポン株式会社のカプトンや株式会社カネカのアピカルなどのポリイミドフィルムがある。このＣＣＬを適当な幅にスリットして、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）の製造ラインを流すためのスプロケット穴１０３をあける。
【００４３】
次に、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、樹脂フィルム２０をケミカルエッチングするためのマスクとして例えば、旭化成イーマテリアル株式会社が市販しているような感光性ドライフィルム２４０を貼り、フォトリソグラフィによってケミカルエッチングのためのマスクパターン２４１を形成する。なお、精緻な形状が必要な場合には樹脂フィルム２０の裏面の第２面２０ｂにも金属層の銅層を設けてもよい、例えば、両面スパッタによるＣＣＬ材を用意して、その金属層にフォトリソグラフィによってケミカルエッチングのためのマスクパターン２４１を形成することでもよい。このとき、配線パターン２１を形成する側の銅層２１０は、保護テープを貼って樹脂フィルム２０をケミカルエッチングするための薬液や、マスクパターン２４１を形成する際にフォトリソグラフィのプロセスを通すことによる傷や薬液から守ることが望ましい。この種のマスキングテープとしては、例えば日東電工株式会社や日立化成工業株式会社が市販している。
【００４４】
次に、図５（ｄ）に示すように、ケミカルエッチング液に浸漬して樹脂フィルム２０のエッチングを行う。このようなケミカルエッチング液としては、レイテック株式会社のＴＰＥ−３０００などがある。エッチングの板厚方向へのエッチングスピードは、樹脂フィルム２０の材質とエッチング条件によってほぼ固有のものとなるので、例えばＴＰＥ−３０００の液温を５０〜９０℃の範囲で選択して、後は時間を主なパラメータにして、所望の貫通孔２２の断面が得られる条件を選択すればよい。ケミカルエッチングに関する参考文献としては、特開２００９−１７７０７１号公報などがある。
【００４５】
次に、図５（ｅ）に示すように、ドライフィルムからなるマスクパターン２４１を剥離する。ドライフィルムの剥離液としては、ドライフィルムメーカーが指定する専用のものや、ＮａＯＨ，ＫＯＨの２〜４％液を３０〜５０℃、０．１〜０．２ＭＰａでスプレーして行う。なお、マスクパターンとして金属マスクを用いた場合は、金属エッチング液で除去する。具体的には、例えば金属が銅の場合、塩化第二鉄系のエッチング液を、液温４０〜６０℃、０．１〜０．２ＭＰａでスプレーして金属マスクを除去する。
【００４６】
次に、図５（ｆ）に示すように、樹脂フィルム２０に形成した貫通孔２２を、銅層２１０をカソードとして、電解銅めっきで所望の厚さまで充填する。銅層２１０をカソードとするためには、銅層２１０の保護テープの一部（たとえば端面近傍）を除去して、そこへ電極を接触させればよい。このような充填めっきは、埋め込みめっきとも呼ばれ、特開２００３−１２４２６４号公報（特許文献２）にも開示されている。具体的には、硫酸銅系のめっき液を用いて、電流密度、めっき時間、めっき厚さバラツキ調整用遮蔽マスクの位置・形状などを調整して、所望の厚さや断面形状になるように電解銅めっきを行う。市販の銅めっきを用いる場合には、荏原ユージライト株式会社などが市販している銅めっき液を使うことが可能で、使用方法等についても上記公報に開示されている。
【００４７】
次に、図５（ｇ）に示すように、銅層２１０のパターニングを行って配線パターン２１１〜２１３を形成する。図示はしないが、パターニングに際してはフォトリソグラフィとエッチングを用いるのが一般的であり、銅層２１０にエッチングレジストを塗工し、配線パターン２１１〜２１３などを露光した後、現像してエッチングし、エッチングレジストを剥離するという一連の作業を行う。エッチングレジストの代わりに感光性ドライフィルムを用いてもよいし、フォトグラフィを用いないように直接配線パターン２１１〜２１３を印刷するようなエッチングレジストをスクリーン印刷することでもよい。これらのレジストは例えば、太陽インキ製造株式会社などから市販されている。
【００４８】
また、銅層２１０をエッチングによってパターニングを行う際には、埋め込みめっきを行った面は、マスキングテープを貼るか裏止め材を塗工するかしてエッチング液などの薬液から充填部２３を保護することが望ましい。エッチングの際には、一般的な塩化第二鉄系か塩化第二銅系のエッチング液を使うことでよい。また、エッチングで配線パターン２１のスペースを所望の値に小さくできない場合は、形成した配線パターン２１にさらに銅めっきして、配線パターン２１の厚さと幅を銅めっきの厚み分太らせることで、配線パターン２１のスペースを小さくしてもよい。
【００４９】
次に、図示しないが、埋め込みめっき側のマスキングテープを剥して、金、銀、パラジウム、ニッケル、すず、銅のいずれかの金属を含むめっきを行う。めっきは複数の種類、複数の層でもよい。
【００５０】
めっきの方法としては、めっきしたい配線パターン２１への給電線が不要な無電解めっきが望ましいが、電解めっきでもよい。めっきは、配線パターン２１の面と埋め込みめっき面側で交互にマスキングしながら表裏で別の種類のめっきをすることでもよい。また、めっきの面積を削減するために、配線パターン２１の面にあらかじめ、めっきが不要な部分をレジストやカバーレイでカバーしてからめっきすることでもよい。
【００５１】
以上で、図４に示したようなＴＡＢをロール to ロールで製造することができ、本実施の形態の発熱素子搭載用基板２がロール形態で完成することになる。
【００５２】
次に、完成したＴＡＢを、ブロック１０２を単位として所望の長さに切断して、ＬＥＤ素子３をマウンターでマウントする。
【００５３】
図６は、発熱素子搭載用基板２にＬＥＤ素子３をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。具体的には、図６に示すように、図４に示すユニットパターン１０１に、例えば金バンプあるいは金属含有ペーストからなる導電性接合材６Ａを介してＬＥＤ素子３をフリップチップ実装する。金属含有ペーストの場合は、ＴＡＢにそれらの導電性接合材６Ａを印刷した後、ＬＥＤ素子３をマウントし、導電性接合材６Ａの推奨条件にあわせたリフローを行う。金属含有ペーストとしては、はんだペーストや金錫ペーストなどが例えば三菱マテリアル株式会社から市販されている。実装の装置メーカーとしては、ＪＵＫＩ株式会社，パナソニックファクトリーソリューションズ株式会社、株式会社日立ハイテクノロジーズ、株式会社新川などがある。
【００５４】
次に、図６の形態にＬＥＤ素子３の実装が終わったＴＡＢを、例えばダイサーなどを用いて、ユニットパターン１０１ごとに個片化し、それを図３に示す支持部材５に実装して図１に示す半導体パッケージ１Ａを製作する。
【００５５】
支持部材５は、セラミックの材質が安価なアルミナであっても２０Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率を有する電気絶縁材であるため、充填部２３は、熱伝導を考慮して金属で充填しなくてもよい。
【００５６】
具体的には、セラミック基板５０に導電性接合材６Ｂを印刷し、そこへ図６のようにＬＥＤ素子３を実装して個片化したＴＡＢをマウントして、リフローする。このとき、ＬＥＤ素子３側の導電性接合材６Ａとセラミック基板５０側の導電性接合材６Ｂは、その溶融温度に温度差をつけることでもよい。そのような導電性接合材６Ａ、６Ｂの組み合わせとしては、はんだペーストと金錫ペーストの組み合わせなどがあり、例えば、三菱マテリアル株式会社などから入手が可能である。リフローを終えた支持部材５は、必要に応じてパナソニックファクトリーソリューションズ株式会社などが製造しているプラズマクリーナーを用いてクリーニングなどを行い、信越化学工業株式会社などが製造しているシリコーンからなる封止樹脂４を用いて、コンプレッションモールドなどの方法によって封止し硬化させて半導体パッケージ１Ａが完成する。
【００５７】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載するＬＥＤ素子の電極位置に影響されにくい発熱素子搭載用基板、その製造方法、及びその発熱素子搭載用基板を用いた半導体パッケージの提供に貢献できる。
（２）樹脂フィルム２０の第２面２０ｂに露出する充填部２３については、打ち抜き加工に比べて、形状や位置について設計の自由度が高くなる。
（３）発熱素子搭載用基板を片面配線基板で構成できるので、両面配線基板で構成する場合に比べて、数多くの導通ビアやサーマルビアの形成、裏面パターンの形成がなくなることによって、コストを抑えることが可能になる。
【００５８】
［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。この半導体パッケージ１Ｂは、第１の実施の形態とは、発熱素子搭載用基板２を上下を逆に配置した点が異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００５９】
すなわち、本実施の形態の半導体パッケージ１Ｂは、支持部材５の表面配線パターン５１に発熱素子搭載用基板２の配線パターン２１を導電性接合材６Ｂにより接続し、発熱素子搭載用基板２の充填部２３にＬＥＤ素子３を導電性接合材６Ａを介してフリップチップ実装したものである。ＬＥＤ素子３は、発熱素子搭載用基板２の第２面２０ｂ上に実装される。
【００６０】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に製造することができる。すなわち、第１の実施の形態と同様に発熱素子搭載用基板２を作製し、完成したＴＡＢを、ブロック１０２を単位として所望の長さに切断して、ＬＥＤ素子３をマウンターでマウントする。
【００６１】
図８は、発熱素子搭載用基板２にＬＥＤ素子３をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。具体的には、図８に示すように、図４に示すユニットパターン１０１に、例えば金バンプあるいは金属含有ペーストからなる導電性接合材６Ａを介してＬＥＤ素子３をフリップチップ実装する。すなわちＬＥＤ素子３の電極３１を導電性接合材６Ａを介して発熱素子搭載用基板２の充填部２３に接続する。
【００６２】
後は、第１の実施の形態と同様に、図８に示すＬＥＤ素子３が実装された発熱素子搭載用基板２を、配線パターン２１を導電性接合材６Ｂを介して表面配線パターン５１に接続して支持部材５上に実装し、ＬＥＤ素子３を封止樹脂４で封止する。このようにして半導体パッケージ１Ｂが完成する。
【００６３】
（第２の実施の形態の効果）
（１）第２の実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、片面配線基板でありながら板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載するＬＥＤ素子の電極位置に影響されにくく、かつ両面に露出する配線パターンと充填部を異なる形状に設計可能な汎用性を有することができる。
（２）第１の実施の形態と同様に、発熱素子搭載用基板を片面配線基板で構成できるので、両面配線基板で構成する場合に比べて、数多くの導通ビアやサーマルビアの形成、裏面パターンの形成がなくなることによって、コストを抑えることが可能になる。
（３）配線パターン２１がファインではなくなるので、配線パターン２１の厚さを厚くした配線形成が可能になり、同じパターンでも配線を厚くしたことによって熱の水平方向への伝導が、よりスムーズになる。
【００６４】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。図１０は、第３の実施の形態に係る発熱素子搭載用基板にＬＥＤ素子をフリップチップ実装した状態を示す断面図である。この半導体パッケージ１Ｃは、第２の実施の形態とは、充填部２３を２層構造にした点が異なり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。
【００６５】
本実施の形態の発熱素子搭載用基板２は、図１０に示すように、樹脂フィルム２０の貫通孔２２に樹脂フィルム２０の厚さの１／２以上の部分に充填部２３を充填し、貫通孔２２の残りの部分に導電性接合材６Ｂを充填したものである。なお、充填部２３は、樹脂フィルム２０の厚さの約１／２又は１／２以下でもよい。
【００６６】
本実施の形態の半導体パッケージ１Ｃは、第２の実施の形態と同様に、支持部材５の表面配線パターン５１に発熱素子搭載用基板２の配線パターン２１を導電性接合材６Ｂにより接続し、発熱素子搭載用基板２の導電性接合材６ＢにＬＥＤ素子３を導電性接合材６Ａを介してフリップチップ実装し、ＬＥＤ素子３と発熱素子搭載用基板２との間にＬＥＤ素子３からの光を反射する反射層２５を設けたものである。ＬＥＤ素子３は、第２の実施の形態と同様に、発熱素子搭載用基板２の第２面２０ｂ上に実装される。
【００６７】
反射層２５は、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）の白色素材を基準とした分光反射率計による測定において、波長４５０〜７００ｎｍの範囲の初期全反射率が８０％以上を有するのが好ましい。そのような材料として、白色のシリコーンやレジストを用いてもよい。また、発熱素子搭載用基板２上に銀めっきを施して反射層としてもよい。さらには、あらかじめＬＥＤ素子３の裏面に白シリコーンやレジストをコーティングしておいても良い。
【００６８】
第３の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に製造することができる。図１１（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態の発熱素子搭載用基板の製造工程の一例を示す断面図である。すなわち第１の実施の形態と同様に、銅層２１０と樹脂フィルム２０とからなるＣＣＬを用意し、樹脂フィルム２０の第２面２０ｂにマスクパターン２４１を形成し、ケミカルエッチングを行って、貫通孔２２（２２１〜２２３）を形成する。
【００６９】
次に、図１１（ａ）に示すように、貫通孔２２の樹脂フィルム２０の厚さの１／２以上の部分に充填部２３（２３１〜２３３）を充填する。次に、図１１（ｂ）に示すように、銅層２１０のパターニングを行って配線パターン２１（２１１〜２１３）を形成する。
【００７０】
次に、図１１（ｃ）に示すように、発熱素子搭載用基板２を裏返し、はんだなどの導電性接合材６Ｃを貫通孔２２の残りの部分に充填（印刷）して発熱素子搭載用基板２を作製する。そして発熱素子搭載用基板２上に反射層２５を形成する。完成したＴＡＢを、ブロック１０２を単位として所望の長さに切断して、ＬＥＤ素子３をマウンターでマウントし、導電性接合材６Ａを介してＬＥＤ素子３をフリップチップ実装する。
【００７１】
そして、ＬＥＤ素子３が実装された発熱素子搭載用基板２を支持部材５上に実装し、ＬＥＤ素子３を封止樹脂４で封止する。このようにして半導体パッケージ１Ｃが完成する。
【００７２】
（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、片面配線基板でありながら、板厚方向の熱伝導性が良好で、搭載するＬＥＤ素子の電極位置に影響されにくくなる。また、ＬＥＤ素子３の裏面側に漏れた光を白色の反射層で反射するようにすることで見かけ上、ＬＥＤ素子３の発光効率が高まったのと等価な状態にすることができる。
【００７３】
なお、第１の実施の形態のように発熱素子搭載用基板２の第１面２０ａ上の配線パターン２１にＬＥＤ素子３を接続してもよい。
【００７４】
［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図である。この半導体パッケージ１Ｂは、第１の実施の形態とは、ＬＥＤ素子３が異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００７５】
すなわち、第４の実施の形態の半導体パッケージ１Ｄは、第１の実施の形態と同様の発熱素子搭載用基板２と、発熱素子搭載用基板２の第１面２０ａに形成された配線パターン２１に実装されたＬＥＤ素子３と、ＬＥＤ素子３を封止する封止樹脂４とを備える。
【００７６】
このＬＥＤ素子３は、上面に２つ以上の電極３２を有し、ワイヤー７によって接続するワイヤーボンディング型のＬＥＤ素子である。なお、ＬＥＤ素子３は、底面と上面にそれぞれ電極を有し、ワイヤー７によって接続するワイヤーボンディング型のＬＥＤ素子でもよい。
【００７７】
［変形例］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。
【００７８】
例えば、充填部２３を給電点として用いてもよいし、給電は行わず、熱を逃がすためのサーマルビアとして用いてもよい。また、充填部２３については、同極性の給電を行ってもよいし、異極性の給電を行うことでもよい。また、配線パターン２１の露出が問題になる場合には、必要に応じてレジストやカバーレイでカバーしてもよい。
【００７９】
また、上記実施の形態では、発熱素子搭載用基板を支持部材に実装してから封止したが、発熱素子を発熱素子搭載用基板上に実装してから封止してもよい。
【００８０】
さらに、発熱素子搭載用基板２のＬＥＤ素子３や発熱素子の実装面側にレジストを設けたり、リフレクタを設けることでもよい。また、熱放射性の優れたレジストを設けることでもよい、さらに、素子を実装した面と反対面側には、ソルダーレジスト層を設けてもよい。
【００８１】
また、本発明の要旨を変更しない範囲内で上記実施の形態の構成要素のうち一部を除くことも可能である。例えば、図６、図８、図１０に示すように、封止樹脂で封止していない状態で半導体パッケージとして提供してもよい。
【００８２】
また、上記各実施の形態の構成要素を、本発明の要旨を変更しない範囲内で任意に組み合わせることは可能である。例えば、第３の実施の形態で用いた反射層を他の実施の形態に適用してもよい。
【００８３】
また、上記実施の形態で説明した製造方法は、本発明の要旨を変更しない範囲内で工程の削除、追加、変更を行って半導体パッケージを製造してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１Ａ〜１Ｄ…半導体パッケージ、２…発熱素子搭載用基板、３…ＬＥＤ素子、４…封止樹脂、５…支持部材、６Ａ〜６Ｃ…導電性接合材、７…ワイヤー、２０…樹脂フィルム、２０ａ…第１面、２０ｂ…第２面、２１（２１１〜２１３）…配線パターン、２２（２２１〜２２３）…貫通孔、２３（２３１〜２３３）…充填部、２５…反射層、３１、３２…電極、５０…セラミック基板、５０ａ…表面、５０ｂ…裏面、５１…表面配線パターン、５２…裏面配線パターン、５３ａ、５３ｂ…導通ビア、１００…テープ基板、１０１…ユニットパターン、１０２…ブロック、１０３…スプロケット穴、２１０…銅層、２１１ａ…切欠凹部、２４０…感光性ドライフィルム、２４１…マスクパターン、５１１〜５１３…配線パターン部、５１１ａ…切欠凹部、５１４ａ、５１４ｂ…接続パターン部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板と、
前記基板の前記第１面上に形成された複数の配線パターンと、
前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に充填された導電性材料からなる複数の充填部とを備え、
前記複数の配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積は、前記基板の前記第１面の面積の３０％以上であり、
前記複数の充填部は、前記基板の前記第２面側から見たとき、前記複数の充填部と前記複数の配線パターンとがそれぞれ重なった面積が対応する前記配線パターンの面積の５０％以上であり、
前記基板の前記第１面又は前記第２面上に発熱素子が搭載される発熱素子搭載用基板。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記第２面における開口が前記第１面における開口よりも大きく、かつ、前記貫通孔の側面が、前記基板の前記第１面に対する垂直線に対して３０度以上の傾斜角を有する請求項１に記載の発熱素子搭載用基板。
【請求項３】
前記複数の充填部は、前記複数の貫通孔の前記基板の厚さの１／２以上の部分に充填された銅又は銅合金から形成された請求項１又は２に記載の発熱素子搭載用基板。
【請求項４】
前記基板は、ポリイミドを含み、ケミカルエッチングが可能な材質から形成された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発熱素子搭載用基板。
【請求項５】
絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板の前記第１面上に複数の配線パターンを形成する工程と、
前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔をケミカルエッチング法により形成する工程と、
前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に導電性材料をめっき法により充填して複数の充填部を形成する工程とを含む発熱素子搭載用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発熱素子搭載用基板と、
前記発熱素子搭載用基板の前記第１面上又は前記第２面上に搭載され、前記配線パターン又は前記充填部に電気的に接続された発熱素子とを備えた半導体パッケージ。
【請求項１】
絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板と、
前記基板の前記第１面上に形成された複数の配線パターンと、
前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に充填された導電性材料からなる複数の充填部とを備え、
前記複数の配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの面積は、前記基板の前記第１面の面積の３０％以上であり、
前記複数の充填部は、前記基板の前記第２面側から見たとき、前記複数の充填部と前記複数の配線パターンとがそれぞれ重なった面積が対応する前記配線パターンの面積の５０％以上であり、
前記基板の前記第１面又は前記第２面上に発熱素子が搭載される発熱素子搭載用基板。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記第２面における開口が前記第１面における開口よりも大きく、かつ、前記貫通孔の側面が、前記基板の前記第１面に対する垂直線に対して３０度以上の傾斜角を有する請求項１に記載の発熱素子搭載用基板。
【請求項３】
前記複数の充填部は、前記複数の貫通孔の前記基板の厚さの１／２以上の部分に充填された銅又は銅合金から形成された請求項１又は２に記載の発熱素子搭載用基板。
【請求項４】
前記基板は、ポリイミドを含み、ケミカルエッチングが可能な材質から形成された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発熱素子搭載用基板。
【請求項５】
絶縁性を有し、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する基板の前記第１面上に複数の配線パターンを形成する工程と、
前記基板を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔をケミカルエッチング法により形成する工程と、
前記複数の配線パターンに接触するとともに前記基板の前記第２面側に露出するように前記複数の貫通孔に導電性材料をめっき法により充填して複数の充填部を形成する工程とを含む発熱素子搭載用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発熱素子搭載用基板と、
前記発熱素子搭載用基板の前記第１面上又は前記第２面上に搭載され、前記配線パターン又は前記充填部に電気的に接続された発熱素子とを備えた半導体パッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−９３５５７（Ｐ２０１３−９３５５７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０３９７１（Ｐ２０１２−２０３９７１）
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
[ Back to top ]