特開 2023-167103 半導体パッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167103

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】半導体パッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20231116BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 C

H05K7/20 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022078011

(22)【出願日】2022-05-11

【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り

(71)【出願人】

【識別番号】508173255

【氏名又は名称】株式会社ＳＰＲＥＡＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100094536

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 隆二

(74)【代理人】

【識別番号】100129805

【弁理士】

【氏名又は名称】上野 晋

(74)【代理人】

【識別番号】100189315

【弁理士】

【氏名又は名称】杉原 誉胤

(72)【発明者】

【氏名】筒井 孝

(72)【発明者】

【氏名】川平 雄亮

(72)【発明者】

【氏名】新井 智裕

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA11

5E322AB07

5E322BB03

5E322EA10

5E322EA11

5F136BB01

5F136CA06

5F136DA33

5F136FA01

5F136FA02

5F136FA03

5F136FA82

(57)【要約】

【課題】半導体素子から生じた熱の放熱性に優れるとともに、省スペース化や、汎用性に優れた半導体パッケージを提供する。
【解決手段】本発明の半導体素子パッケージは、半導体素子１１が配置され、半導体素子１１が配置された面に半導体素子１１に対して電気的に接続可能な配線パターン１２２が形成された金属基板１２と、半導体素子１１の配置箇所を除く、金属基板１２の半導体素子１１が配置された面に当接する放熱板１３とを有し、放熱板１３は、金属基板１２と当接する面には、金属基板１２に形成された配線パターン１２２に対応した配線パターン１３２が形成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子が配置され、前記半導体素子が配置された面に前記半導体素子に対して電気的に接続可能な配線パターンが形成された金属基板と、
前記半導体素子の配置箇所を除く、前記金属基板の前記半導体素子が配置された面に当接する放熱板と、
を有し、
前記放熱板は、前記金属基板と当接する面には、前記金属基板に形成された前記配線パターンに対応した配線パターンが形成されていることを特徴とする半導体素子パッケージ。

【請求項2】

前記金属基板の表裏両側に半導体素子が配置され、前記放熱板が前記金属基板を挟持することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子パッケージ。

【請求項3】

前記半導体素子は、ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１、又は２に記載の半導体素子パッケージ。

【請求項4】

車両用照明灯に用いられることを特徴とする請求項１、又は２に記載の半導体素子パッケージ。

【請求項5】

車両用照明灯に用いられることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子パッケージ。

【請求項6】

請求項１、又は２に記載の半導体素子パッケージを有することを特徴とする車両用照明灯。

【請求項7】

請求項３に記載の半導体素子パッケージを有することを特徴とする車両用照明灯。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用照明に用いることが可能な半導体パッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子の一つであるＬＥＤ素子は高出力化及び小型化が進んでおり、ＬＥＤ素子が搭載された車両用照明灯においては、従来よりも高い放熱性が求められている。一方、放熱部材の省スペース化や、部品の汎用性も求められている。

【0003】

例えば特許文献１に開示されたＬＥＤ素子を用いた車両用前照灯は、ＬＥＤ素子から生じた熱をＬＥＤ素子が配置された金属基板を、放熱フィンが形成された放熱部材により直接挟持した構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－３９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ＬＥＤ素子が配置された金属基板には、配線パターンが形成されていることから、当該金属基板の配線パターンごとに適した放熱フィンが形成された放熱部材を製造しなければならず、汎用性に劣っていた。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みて、半導体素子から生じた熱の放熱性に優れるとともに、省スペース化や、汎用性に優れた半導体パッケージを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するためになされた本発明の半導体パッケージは、半導体素子が配置され、前記半導体素子が配置された面に前記半導体素子に対して電気的に接続可能な配線パターンが形成された金属基板と、前記半導体素子の配置箇所を除く、前記金属基板の前記半導体素子が配置された面に当接する放熱板と、を有し、前記放熱板は、前記金属基板と当接する面には、前記金属基板に形成された前記配線パターンに対応した配線パターンが形成されていることを特徴とする。
本発明の半導体パッケージは、半導体素子から生じた熱の放熱性に優れるとともに、省スペース化や、汎用性に優れている。

【0008】

また、本発明の半導体パッケージは、前記金属基板の表裏両側に半導体素子が配置され、前記放熱板が前記金属基板を挟持することを特徴とする。
本発明の半導体パッケージは、半導体素子から生じた熱の放熱性に優れる。

【0009】

また、本発明の半導体パッケージは、前記半導体素子は、ＬＥＤ素子であることを特徴とする。
本発明の半導体パッケージは、ＬＥＤ素子が生じた熱を効率よく放熱することができる。

【0010】

また、本発明の半導体パッケージは、車両用照明灯に用いられることを特徴とする。
本発明の半導体パッケージは、優れた放熱性が求められる車両用照明灯に用いることができる。

【0011】

また、本発明の車両用照明灯は、半導体素子パッケージを有することを特徴とする。
本発明の車両用照明灯は、放熱性に優れた半導体素子パッケージを有することから発光部として用いられるＬＥＤ素子から生じた熱を効率よく放熱させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の半導体パッケージは、半導体素子から生じた熱の放熱性に優れるとともに、省スペース化や、汎用性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る実施形態の半導体パッケージの平面図である。

【図2】図１に示すＡ－Ａ線断面図である。

【図3】本発明に係る実施形態の半導体パッケージの展開図である。

【図4】本発明に係る実施形態の金属基板の平面図である。

【図5】図４に示すＢ－Ｂ線断面図である。

【図6】本発明に係る実施形態の放熱板の平面図である。

【図7】図６に示すＣ－Ｃ線断面図である。

【図8】本発明に係る実施形態の半導体パッケージを用いた自動車用照明灯の全体斜視図である。

【図9】本発明に係る実施形態の別実施例の平面図である。

【図10】図９に示すＤ－Ｄ線断面図である。

【図11】本発明に係る実施形態の別実施例の金属基板の平面図である。

【図12】図１１に示すＥ－Ｅ線断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

以下、本発明に係る実施形態の半導体パッケージを、図１～７に基づいて、説明する。

【0015】

図１～３に示す本発明に係る実施形態の半導体パッケージ１０は、半導体素子であるＬＥＤ素子１１が配置され、ＬＥＤ素子１１が配置された面１２ａにＬＥＤ素子１１に対して電気的に接続可能な配線パターンが形成された金属基板１２と、ＬＥＤ素子１１の配置箇所を除く、金属基板１２のＬＥＤ素子１１が配置された面１２ａに当接する放熱板１３とを有する。

【0016】

ＬＥＤ素子１１は、光源であり、図４，５に示すように、金属基板１２の表面１２ａ、及び裏面１２ｂに配置される。

【0017】

金属基板１２は、図４，５に示すように、基板部１２１と、ＬＥＤ素子１１に対して電気的に接続可能な配線パターンが形成された配線部１２２とを有し、基板部１２１と配線部１２２との間に、絶縁層１２３が形成されている層構造である。このように、金属基板１２は、ＬＥＤ素子１１に対する基板として機能するともに、ＬＥＤ素子１１から生じる熱を放熱させる熱伝導部材として機能する。金属基板１２は、熱伝導率が高い金属や、当該金属を主成分とした合金、例えば、銅、アルミ等で構成されていると好ましい。

【0018】

放熱板１３は、図６，７に示すように、放熱基板部１３１と、金属基板１２に形成された配線パターンに対応した配線パターンが形成されている放熱配線部１３２とを有し、放熱基板部１３１と放熱配線部１３２との間に、放熱絶縁層１３３が形成されている層構造である。

【0019】

また、放熱板１３は、ＬＥＤ素子１１の配置に応じた形状に貫通孔１３４が形成される。放熱板１３は、ＬＥＤ素子１１の配置箇所を除く、金属基板１２のＬＥＤ素子１１が配置された面１２ａに当接する。さらに、放熱板１３の放熱配線部１３２は、金属基板１２の配線部１２２と隙間なく当接し、また接着剤や粘着剤も必要としないため、高い熱伝導率を維持することができる。

【0020】

上述した構成を有する本発明の実施形態の半導体パッケージ１０は、図８に示すように、自動車用照明灯２０として、用いることができる。

【0021】

自動車用照明灯２０は、本発明の実施形態の半導体パッケージ１０を挟持する筐体２１と、放熱ファン部２２とを有する。

【0022】

筐体２１は、半導体パッケージ１０を挟持した形状が円柱状となるように形成されている。

【0023】

放熱ファン部２２は、放熱ファン部２２内に設けられた放熱ファンが回転し、ＬＥＤ素子１１により生じた熱によって温まった空気を外部へ送りだすことにより、放熱効率を向上させることができる。

【0024】

上述した本発明に係る実施形態の半導体パッケージ１０は、ＬＥＤ素子１１が金属基板１２の表面、及び裏面に配置された構成であるが、図９、１０に示す別実施例のように、ＬＥＤ素子１１が金属基板１２の表面、及び裏面のうち、一方の面のみ配置したものであってもよい。

【0025】

ここで、図１１、１２に示すように、ＬＥＤ素子１１が金属基板１２Ａの表面のみに配置されている。

【0026】

上述した構成を有する本発明に係る実施形態の半導体パッケージ１０について、以下のように放熱性試験を実施した。

【0027】

本発明に係る実施形態の半導体パッケージ１０の実施例は、金属基板１２は、基板部１２１が厚さ寸法０．８ｍｍの銅基板であって、その表面及び裏面に、厚さ寸法０．０７５ｍｍの配線部１２２、及び厚さ寸法０．１ｍｍ、厚み方向の熱抵抗値が８Ｋ／Ｗの絶縁層１２３が設けられている。また、放熱板１３は、放熱基板部１３１が厚さ寸法０．５ｍｍの銅基板であって、その一方の面に、厚さ寸法０．０７５ｍｍの放熱配線部１３２、及び厚さ寸法０．１ｍｍの放熱絶縁層１３３が設けられている。

【0028】

一方、比較例は、基板部１２１に相当する、厚さ寸法１．６ｍｍの銅基板に対して、その表面及び裏面に、厚さ寸法０．０７５ｍｍの放熱配線部１３２、及び厚さ寸法０．１ｍｍ、厚み方向の熱抵抗値が８Ｋ／Ｗの放熱絶縁層１３３が設けられている。

【0029】

実施例及び比較例で使用したＬＥＤ素子は、バイク用照明灯で使用されているＳｅｏｕｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｔｏｒ社製のＳＺ８－Ｙ１９－Ｗ０－Ｃ９を３基用いた。

【0030】

さらに、実施例及び比較例に対して、定電流電源にて０．２５Ａを流し、走行灯位置に相当する３基のＬＥＤ素子の順電流（Ｖｆ）及びサーミスタ（村田製作所製：ＮＣＵ１８ＷＢ４７３Ｊ６ＳＲＢ）の抵抗値（ｋΩ）を測定した。開始抵抗値は５２．３Ω（２２．６℃）であり、３０秒間隔で当該順電流（Ｖｆ）及び当該抵抗値（ｋΩ）を、１５分間にわたって計測した。ここで、サーミスタは、温度変化により抵抗値が変化する電子部品であり、温度変化を抵抗値の減少で確認することができる。

【0031】

上述した試験条件に基づき、実施した放熱性試験の結果を表１に記す。また、抵抗温度特性は、サーミスタのデータシートより一部抜粋したものを表２に記す。

【0032】

【表1】

【0033】

【表2】

【0034】

実施例と比較例における計測時間１５分後のＶｆ初期Δの差は５１ｍＶであった。ここで、実施例と比較例で使用したＬＥＤ素子はガリウム砒素（ＧａＡｓ）を使用しており、その温度係数は１基あたり１６ｍＶ／℃であった。当該実施例と比較例とでは、直列配置した３基のＬＥＤ素子の順電圧を確認していることから４８ｍＶ／℃に相当し、実施例と比較例とでは１．０６２５℃の温度差があった。また、当該実施例と比較例における１５分後の抵抗値を表２に記したサーミスタのデータシートで確認したところ、約０．８℃の温度差が確認できた。さらに、順電圧はＬＥＤ素子の温度の影響により変化するものであるのに対して、サーミスタは当該ＬＥＤ素子の発熱による金属基板の温度を計測しているため、多少の差異は生じるものの相関の取れたデータであると判断した。

【0035】

バイク用照明灯を利用して実施した上記放熱性試験の測定結果に基づき、自動車用照明灯に用いた場合を想定すると、約１０℃の改善が見込めることから、ＬＥＤ温度を同一とした場合、使用可能電力を１０％程度増すことができ、明るさを上げることができる。一方、明るさを同一とした場合、ＬＥＤ温度を下げることができ、ＬＥＤ素子の寿命を延ばすことができる。

【0036】

本明細書開示の発明は、各発明や実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含む。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明に係る半導体パッケージは、水への分散性が高く、半導体素子から生じた熱の放熱性に優れるとともに、省スペース化や、汎用性に優れていることから、自動車用照明灯や、自動二輪車用照明灯にも利用できる。

【符号の説明】

【0038】

１０…半導体パッケージ
１１…ＬＥＤ素子
１２…金属基板
１３…放熱板
２０…自動車用照明灯
２１…筐体
２２…放熱ファン部
１４…放熱部
１２１…基板部
１２２…配線部
１２３…絶縁層
１３１…放熱基板部
１３２…放熱配線部
１３３…放熱絶縁層
１３４…貫通孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】