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(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】P2023064361
(43)【公開日】2023-05-11
(54)【発明の名称】半導体モジュール
(51)【国際特許分類】
F21V 19/00 20060101AFI20230501BHJP
H01L 25/04 20230101ALI20230501BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20230501BHJP
H01L 33/62 20100101ALI20230501BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20230501BHJP
H05K 1/05 20060101ALI20230501BHJP
H05K 1/18 20060101ALI20230501BHJP
【ＦＩ】
F21V19/00 150
H01L25/04 Z
H01L23/12 S
H01L33/62
F21V19/00 170
F21S2/00 100
H05K1/05 A
H05K1/18 S
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021174596
(22)【出願日】2021-10-26
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】石川 史朗
(72)【発明者】
【氏名】原 慎太郎
【テーマコード（参考）】
3K013
5E315
5E336
5F142
【Ｆターム（参考）】
3K013BA01
3K013CA05
3K013CA07
5E315AA03
5E315BB02
5E315BB03
5E315BB04
5E315BB16
5E315GG01
5E315GG22
5E336AA04
5E336AA12
5E336BB01
5E336BB19
5E336BC32
5E336CC02
5E336CC57
5E336GG03
5E336GG14
5F142AA42
5F142AA52
5F142AA58
5F142BA32
5F142CD02
5F142CD13
5F142CD43
5F142CF02
5F142DB60
5F142EA32
5F142EA34
(57)【要約】
【課題】金属ベース基板の回路層にＬＥＤ素子などの半導体チップを接合した半導体モジュールであって、半導体チップが離脱しにくく、金属ベース基板が変形しにくい半導体モジュールを提供する。
【解決手段】金属ベース基板と、コネクタと、複数個の半導体チップとを有し、前記金属ベース基板は、板厚が０．５～１．２ｍｍの範囲内にある金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に絶縁層を介して設けられた回路層とを含み、複数個の前記半導体チップは、一方向に沿って配列された半導体チップ配列部を形成して、前記回路層の上に配置され、前記コネクタは端子を備えるハウジング部を有し、前記ハウジング部は前記一方向に沿って、前記半導体チップ配列部に対向するように、前記回路層の上に配置され、前記半導体チップ配列部の前記一方向における長さＡに対する前記ハウジング部の前記一方向における長さＢの比Ｂ／Ａが１以上である半導体モジュール。
【選択図】図１
【解決手段】金属ベース基板と、コネクタと、複数個の半導体チップとを有し、前記金属ベース基板は、板厚が０．５～１．２ｍｍの範囲内にある金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に絶縁層を介して設けられた回路層とを含み、複数個の前記半導体チップは、一方向に沿って配列された半導体チップ配列部を形成して、前記回路層の上に配置され、前記コネクタは端子を備えるハウジング部を有し、前記ハウジング部は前記一方向に沿って、前記半導体チップ配列部に対向するように、前記回路層の上に配置され、前記半導体チップ配列部の前記一方向における長さＡに対する前記ハウジング部の前記一方向における長さＢの比Ｂ／Ａが１以上である半導体モジュール。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属ベース基板と、コネクタと、複数個の半導体チップと、を有し、
前記金属ベース基板は、板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内にある金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に絶縁層を介して設けられた回路層とを含み、
複数個の前記半導体チップは、一方向に沿って配列された半導体チップ配列部を形成して、前記回路層の上に配置され、
前記コネクタは端子を備えるハウジング部を有し、前記ハウジング部が前記一方向に沿って、前記半導体チップ配列部に対向するように、前記回路層の上に配置され、
前記半導体チップ配列部の前記一方向における長さＡに対する前記ハウジング部の前記一方向における長さＢの比Ｂ／Ａが１以上である半導体モジュール。
前記金属ベース基板は、板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内にある金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に絶縁層を介して設けられた回路層とを含み、
複数個の前記半導体チップは、一方向に沿って配列された半導体チップ配列部を形成して、前記回路層の上に配置され、
前記コネクタは端子を備えるハウジング部を有し、前記ハウジング部が前記一方向に沿って、前記半導体チップ配列部に対向するように、前記回路層の上に配置され、
前記半導体チップ配列部の前記一方向における長さＡに対する前記ハウジング部の前記一方向における長さＢの比Ｂ／Ａが１以上である半導体モジュール。
【請求項2】
前記コネクタの前記ハウジング部の曲げ剛性が前記金属基板の曲げ剛性以上である請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項3】
前記半導体チップ配列部に配列された前記半導体チップの数が３個以上である請求項１に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
光源モジュールとして、回路基板の上に、複数個のＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）とその複数個のＬＥＤ素子と接続したコネクタとを配置した構成のＬＥＤモジュールが知られている（特許文献１）。この複数個のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤモジュールは、例えば、自動車などの車両のヘッドライトなどの照明装置の光源として利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－２９０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
複数個のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤモジュールは、長期間使用しても各ＬＥＤ素子を接合するはんだにクラックが入らないことが望ましい。しかしながら、ＬＥＤモジュールの回路基板として、金属基板を基材とする金属ベース基板を用いた場合、発光時のＬＥＤ素子の発熱などによって、金属基板が膨張・収縮することにより、はんだに熱応力によるクラックが入りやすくなることがある。はんだに熱応力によるクラックが入いると、ＬＥＤ素子が基板から離脱しやすくなるおそれがある。金属基板の膨張・収縮によるはんだに付与される熱応力を抑えるために、金属基板の板厚を薄くすることが考えられる。しかし、熱応力を抑制できる程度にまで金属基板の板厚を薄くすると、金属ベース基板の曲げ剛性が低下して、ＬＥＤモジュールの製造時やＬＥＤモジュールのねじ止め作業時に、金属ベース基板に反りなどの変形が起こりやすくなる。
【0005】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数個のＬＥＤ素子などの半導体チップを金属ベース基板に接合した半導体モジュールであって、複数個の半導体チップがそれぞれ離脱しにくく、かつ金属ベース基板が変形しにくい半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体モジュールは、金属ベース基板と、コネクタと、複数個の半導体チップと、を有し、前記金属ベース基板は、板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内にある金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に絶縁層を介して設けられた回路層とを含み、複数個の前記半導体チップは、一方向に沿って配列された半導体チップ配列部を形成して、前記回路層の上に配置され、前記コネクタは端子を備えるハウジング部を有し、前記ハウジング部が前記一方向に沿って、前記半導体チップ配列部に対向するように、前記回路層の上に配置され、前記半導体チップ配列部の前記一方向における長さＡに対する前記ハウジング部の前記一方向における長さＢの比Ｂ／Ａが１以上である構成とされている。
【0007】
上記のような構成とされた半導体モジュールによれば、金属ベース基板の金属基板の板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内にあるので、半導体チップの発熱による金属基板の膨張・収縮による変形が抑えられる。このため、半導体チップの発熱による半導体チップの離脱や金属ベース基板の変形が抑制される。また、半導体チップ配列部とコネクタのハウジング部とが、一方向に沿って対向するように回路層の上に配置され、半導体チップ配列部の一方向における長さＡに対するコネクタのハウジング部の一方向における長さＢの比Ｂ／Ａが１以上であるので、ねじ止め作業時での金属ベース基板の反りなどの変形も抑制される。
【0008】
ここで、本発明の半導体モジュールにおいては、前記コネクタの前記ハウジング部の曲げ剛性が前記金属基板の曲げ剛性以上である構成とされていてもよい。
この場合、コネクタによって金属ベース基板が補強されて、金属ベース基板が曲げにくくなるので、ねじ止め作業時での金属ベース基板の反りなどの変形もさらに抑制される。
なお、曲げ剛性は（断面二次モーメント）×（ヤング率）で算出でき、断面二次モーメントは、前記半導体チップ配列部の前記一方向に垂直な断面で算出する。また、断面二次モーメントやヤング率が個別に求められない場合は、コネクタのハウジング部および金属基板を試験片として、３点曲げ試験機を用いて同一条件の曲げ応力を掛け、その際の歪み量が小さい方を曲げ剛性が大きいとしてもよい。
この場合、コネクタによって金属ベース基板が補強されて、金属ベース基板が曲げにくくなるので、ねじ止め作業時での金属ベース基板の反りなどの変形もさらに抑制される。
なお、曲げ剛性は（断面二次モーメント）×（ヤング率）で算出でき、断面二次モーメントは、前記半導体チップ配列部の前記一方向に垂直な断面で算出する。また、断面二次モーメントやヤング率が個別に求められない場合は、コネクタのハウジング部および金属基板を試験片として、３点曲げ試験機を用いて同一条件の曲げ応力を掛け、その際の歪み量が小さい方を曲げ剛性が大きいとしてもよい。
【0009】
また、本発明の半導体モジュールにおいては、前記半導体チップ配列部に配列された前記半導体チップの数が３個以上である構成とされていてもよい。
本発明の半導体モジュールは、半導体チップ配列部に配列された半導体チップの数が３個以上であっても半導体チップの発熱による金属基板の膨張・収縮による変形が抑えられるため、複数個の半導体チップがそれぞれ離脱しにくく、かつ金属ベース基板が変形しにくい。
本発明の半導体モジュールは、半導体チップ配列部に配列された半導体チップの数が３個以上であっても半導体チップの発熱による金属基板の膨張・収縮による変形が抑えられるため、複数個の半導体チップがそれぞれ離脱しにくく、かつ金属ベース基板が変形しにくい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、複数個の半導体チップがそれぞれ離脱しにくく、かつ金属ベース基板が変形しにくい半導体モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、本発明の一実施形態について添付した図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。図２は、図１に示す半導体モジュールの平面図であり、図３は、図１のIII－III線断面図である。
図１～図３に示すように、半導体モジュール１０は、金属ベース基板２０と、コネクタ３０と、７個の半導体チップ５１ａ～５１ｇが配列された半導体チップ配列部５０と、を有する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。図２は、図１に示す半導体モジュールの平面図であり、図３は、図１のIII－III線断面図である。
図１～図３に示すように、半導体モジュール１０は、金属ベース基板２０と、コネクタ３０と、７個の半導体チップ５１ａ～５１ｇが配列された半導体チップ配列部５０と、を有する。
【0013】
金属ベース基板２０は、金属基板２１と、金属基板２１の少なくとも一方の表面に絶縁層２２を介して設けられた第１回路層２３、第２回路層２４とを含む。第１回路層２３は、半導体チップ５１ａ～５１ｇと接合する回路配線２３ａ～２３ｈを含む。第２回路層２４はコネクタ３０と接合するコネクタ固定部２４ａ、２４ｂを含む。
【0014】
金属基板２１は、金属ベース基板２０のベースとなる部材である。
金属基板２１は、板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内にある。板厚が０．５ｍｍ以上であることによって、金属基板２１の強度が高くなるので、熱による反りなどの変形を抑えることができる。また、板厚が１．２ｍｍ以下であることによって、金属基板２１の熱による膨張・収縮による体積変化量が小さくなる。
金属基板２１は、板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内にある。板厚が０．５ｍｍ以上であることによって、金属基板２１の強度が高くなるので、熱による反りなどの変形を抑えることができる。また、板厚が１．２ｍｍ以下であることによって、金属基板２１の熱による膨張・収縮による体積変化量が小さくなる。
【0015】
金属基板２１は、銅基板、アルミニウム基板または鉄基板であることが好ましい。銅基板は、銅または銅合金からなる。アルミニウム基板は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる。鉄基板は、鉄もしくは鉄合金からなる。鉄合金は、炭素鋼を含む。
【0016】
絶縁層２２は、金属基板２１と回路層（第１回路層２３、第２回路層２４）とを絶縁するための層である。また、絶縁層２２は、半導体チップ５１ａ～５１ｇにて発生した熱を金属基板２１に伝える伝熱機能と、熱による金属基板２１の体積変化を吸収し、第１回路層２３と半導体チップとを接合する接合材に付与される応力を緩和する応力緩和機能を有する。
【0017】
絶縁層２２は、絶縁樹脂と無機物フィラーとを含む絶縁性樹脂組成物から形成されていることが好ましい。絶縁層２２を、絶縁性が高い絶縁樹脂と、熱伝導度が高い無機物フィラーとを含む絶縁性樹脂組成物から形成することによって、絶縁性を維持しつつ、伝熱機能を向上させることができる。
【0018】
絶縁樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物を用いることができる。これらの樹脂は、絶縁性、耐電圧性、化学的耐性及び機械特性などの特性に優れるので、金属ベース基板２０のこれらの特性が向上する。
【0019】
無機物フィラーとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子、シリカ（ＳｉＯ２）粒子、炭化珪素（ＳｉＣ）粒子、酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子、窒化硼素（ＢＮ）粒子などを用いることができる。無機物フィラーの平均粒子径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【0020】
絶縁層２２の無機物フィラーの含有量は、３０体積％以上８５体積％以下の範囲内にあることが好ましい。無機物フィラーの含有量が３０体積％以上であることによって、絶縁層２２の伝熱機能が向上する。一方、無機物フィラーの含有量が８５体積％以下であることによって、絶縁層２２の伝熱機能が向上する。絶縁層２２の伝熱機能を向上させる観点では、無機物フィラーの含有量は、５０体積％以上８０体積％以下の範囲内にあることが特に好ましい。
【0021】
絶縁層２２の膜厚は１００μｍ以下であることが好ましい。絶縁層２２の膜厚が１００μｍ以下であることによって、絶縁層２２の伝熱機能が向上し、半導体チップ５１ａ～５１ｇにて発生した熱を金属基板２１に効率よく伝えることができる。絶縁層２２の膜厚は、３０μｍ以上であることが好ましい。絶縁層２２の膜厚が３０μｍ以上であることによって、金属基板２１と回路層（第１回路層２３、第２回路層２４）とを確実に絶縁することができ、絶縁層２２の応力緩和機能が向上し、接合材４０に付与される応力を低減させることができる。絶縁層２２の膜厚は、５０μｍ以上であることが好ましく、８０μｍ以下であることが好ましい。
【0022】
絶縁層２２は、１００℃における弾性率ＥＲ（単位：ＧＰａ）に対する膜厚ＴＲ（単位：ｍｍ）の比ＴＲ／ＥＲが３０以上１０００以下の範囲内にあり、熱伝導度ＣＲ（単位：Ｗ／ｍＫ）に対する膜厚ＴＲ（単位：ｍｍ）の比ＴＲ／ＣＲが２以上４０以下の範囲内にあることが好ましい。ＴＲ／ＥＲは、３０以上であることが好ましく、１００以上であることがさらに好ましい。また、ＴＲ／ＥＲは、３００以下であることが好ましく、２００以下であることが特に好ましい。ＴＲ／ＣＲは、３以上であることが好ましく、５以上であることがさらに好ましい。また、ＴＲ／ＣＲは、３０以下であることが好ましく、２０以下であることがさらに好ましい。絶縁層２２が２層以上の積層体である場合は、各層のＴＲ／ＥＲの合計が上記の範囲内にあり、各層のＴＲ／ＣＲが上記の範囲内にあることが好ましい。絶縁層２２のＴＲ／ＥＲが上記の範囲内にあることによって、応力緩和機能が向上し、半導体チップ５１ａ～５１ｇの発熱による半導体チップ５１ａ～５１ｇの離脱が抑制されるので信頼性が向上する。また、ＴＲ／ＣＲが上記の範囲内にあることによって、伝熱機能が向上し、半導体チップ５１ａ～５１ｇの発熱による熱を効率よく外部に放出できる。
【0023】
第１回路層２３及び第２回路層２４の材料としては、銅、アルミニウム、金などの金属を用いることができる。第１回路層２３及び第２回路層２４の膜厚は２μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、８０μｍ以下であることが特に好ましい。
【0024】
コネクタ３０は、ハウジング部３１と、ハウジング部３１の両端に配置された支持部材３３ａ、３３ｂとを含む。支持部材３３ａ、３３ｂはハウジング部３１の両端に配置された支持部材固定部３２に固定されている。支持部材３３ａ、３３ｂは、接合材４０を介して、コネクタ固定部２４ａ、２４ｂに接合されている。ハウジング部３１は、端子部３４を備える。端子部３４は８個の端子３４ａ～３４ｈを有する。８個の端子３４ａ～３４ｈは、それぞれ８個の回路配線２３ａ～２３ｈと接合材４０を介して接合している。接合材４０としては、例えば、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｉｎ系およびＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系などのはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）を用いることができる。
【0025】
ハウジング部３１は、端子３４ａ～３４ｈと接続されている外部端子（不図示）を有する。コネクタ３０のハウジング部３１は、電源や制御装置と接続される。ハウジング部３１の形状は、平面視で長手方向を有する長方形とされている。
【0026】
半導体チップ５１ａ～５１ｇとしては、ＬＥＤ素子、ＬＥＤチップ、ＬＥＤ－ＣＳＰ（LED-Chip Size Package）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-oxide-semiconductor field effect transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）を用いることができる。
【0027】
半導体チップ５１ａ～５１ｇはそれぞれ２つの回路配線と接続している。半導体チップ５１ａは回路配線２３ａ、２３ｂに接続し、半導体チップ５１ｂは回路配線２３ｂ、２３ｃに接続し、半導体チップ５１ｃは回路配線２３ｃ、２３ｄに接続し、半導体チップ５１ｄは回路配線２３ｄ、２３ｅに接続し、半導体チップ５１ｅは回路配線２３ｅ、２３ｆに接続し、半導体チップ５１ｆは回路配線２３ｆ、２３ｇに接続し、半導体チップ５１ｇは回路配線２３ｇ、２３ｈに接続している。
【0028】
本実施形態の半導体モジュール１０においては、半導体チップ５１ａ～５１ｇは、一方向（Ｘ方向）に沿って配列された半導体チップ配列部５０を形成している（以下、半導体チップ５１ａ～５１ｇが配列されている方向を、配列方向ということがある）。
【0029】
一方、コネクタ３０は、ハウジング部３１が半導体チップ配列部５０の配列方向（Ｘ方向）に沿って、半導体チップ配列部５０に対向するように配置されている。コネクタ３０は、ハウジング部３１の長手方向の面が半導体チップ配列部５０に対向するように配置されていることが好ましい。半導体チップ配列部５０の配列方向における長さＡに対するコネクタ３０のハウジング部３１の配列方向における長さＢ（ハウジング部３１の長手方向の長さ）の比Ｂ／Ａは１以上とされている（図２参照）。比Ｂ／Ａは、１．１以上２．０以下の範囲内にあることが好ましく、１．３以上１．７以下の範囲内にあることが特に好ましい。コネクタ３０は、半導体チップ配列部５０の近傍に配置されていることが好ましい。コネクタ３０のハウジング部３１と半導体チップ配列部５０との最短距離は、例えば、０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内にあってもよく、好ましくは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内にある。
なお、コネクタ３０の配列方向における長さＢ（ハウジング部３１の長手方向の長さ）は、支持部材３３ａ、３３ｂ間の距離である。本実施形態においては、支持部材３３ａ、３３ｂ間の距離とハウジング部３１の長さは同じである。
なお、コネクタ３０の配列方向における長さＢ（ハウジング部３１の長手方向の長さ）は、支持部材３３ａ、３３ｂ間の距離である。本実施形態においては、支持部材３３ａ、３３ｂ間の距離とハウジング部３１の長さは同じである。
【0030】
ハウジング部３１の曲げ剛性は、金属基板２１の曲げ剛性以上であることが好ましい。ハウジング部３１の曲げ剛性に対する金属基板２１の曲げ剛性の比は、２以上５０以下の範囲内にあることが好ましく、３以上３０以下の範囲内にあることがより好ましい。
コネクタ３０としては、半導体モジュール用のコネクタとして利用されている市販のものを用いることができる。
コネクタ３０としては、半導体モジュール用のコネクタとして利用されている市販のものを用いることができる。
【0031】
以上のような構成とされた本実施形態の半導体モジュール１０によれば、金属ベース基板２０の金属基板２１の板厚が０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内にあるので、半導体チップ５１ａ～５１ｇの発熱による金属基板２１の膨張・収縮による変形が抑えられる。このため、半導体チップ５１ａ～５１ｇの発熱による半導体チップ５１ａ～５１ｇの離脱や金属ベース基板２０の変形が抑制される。また、半導体チップ配列部５０とコネクタ３０のハウジング部３１とが、配列方向に沿って対向するように配置され、半導体チップ配列部５０の配列方向における長さＡに対するコネクタ３０のハウジング部３１の配列方向における長さＢの比Ｂ／Ａが１以上であるので、ねじ止め作業時での金属ベース基板の反りなどの変形も抑制される。
【0032】
本実施形態の半導体モジュール１０において、コネクタ３０のハウジング部３１の曲げ剛性が金属基板２１の曲げ剛性以上である場合は、コネクタ３０によって金属ベース基板２０が補強されて、金属ベース基板２０が曲げにくくなるので、ねじ止め作業時での金属ベース基板の反りなどの変形もさらに抑制される。
【0033】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態の半導体モジュール１０において、半導体チップ配列部５０に配列された半導体チップ５１ａ～５１ｇの数は７個とされているが、半導体チップ５１ａ～５１ｇの数に特に制限はない。ただし、半導体チップ配列部５０に配列された半導体チップ５１ａ～５１ｇの数は３個以上であることが好ましい。
例えば、本実施形態の半導体モジュール１０において、半導体チップ配列部５０に配列された半導体チップ５１ａ～５１ｇの数は７個とされているが、半導体チップ５１ａ～５１ｇの数に特に制限はない。ただし、半導体チップ配列部５０に配列された半導体チップ５１ａ～５１ｇの数は３個以上であることが好ましい。
【0034】
また、本実施形態の半導体モジュール１０において、半導体チップ配列部５０は１列とされているが、半導体チップ配列部５０は複数列あってもよい。本実施形態の半導体モジュール１０において、コネクタ３０のハウジング部３１は平面視で長方形の形状とされているが、半導体チップ配列部５０の配列方向における長さＡに対するハウジング部３１の配列方向における長さＢの比Ｂ／Ａは１以上とされていれば、ハウジング部３１の形状に制限はない。ハウジング部３１の形状は、例えば、平面視で正方形の形状であってもよいし、丸や楕円など丸みを帯びた形状であってもよい。
【実施例0035】
［本発明例１］
（金属ベース基板の作製）
ポリイミドとＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）とを混合し、ポリイミドを溶解させることによって、ポリイミド濃度が１０質量％のポリイミド溶液を調製した。また、α－アルミナ粉末（結晶構造：単結晶、平均粒子径：０．３μｍ）とＮＭＰとを混合し、３０分間超音波処理を行なうことによって、α－アルミナ粒子濃度が１０質量％のα－アルミナ粒子分散液を調製した。
ポリイミド溶液とα－アルミナ粒子分散液とを、α－アルミナ濃度が６０体積％となる割合で混合した。得られた混合物を、株式会社スギノマシン社製スターバーストを用い、圧力５０ＭＰａの高圧噴射処理を１０回繰り返すことにより分散処理を行なって、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を調製した。なお、α－アルミナ濃度は、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を加熱して乾燥したときに生成する固形物中のα－アルミナ粒子の含有量である。
（金属ベース基板の作製）
ポリイミドとＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）とを混合し、ポリイミドを溶解させることによって、ポリイミド濃度が１０質量％のポリイミド溶液を調製した。また、α－アルミナ粉末（結晶構造：単結晶、平均粒子径：０．３μｍ）とＮＭＰとを混合し、３０分間超音波処理を行なうことによって、α－アルミナ粒子濃度が１０質量％のα－アルミナ粒子分散液を調製した。
ポリイミド溶液とα－アルミナ粒子分散液とを、α－アルミナ濃度が６０体積％となる割合で混合した。得られた混合物を、株式会社スギノマシン社製スターバーストを用い、圧力５０ＭＰａの高圧噴射処理を１０回繰り返すことにより分散処理を行なって、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を調製した。なお、α－アルミナ濃度は、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を加熱して乾燥したときに生成する固形物中のα－アルミナ粒子の含有量である。
【0036】
板厚０．８ｍｍで３５ｍｍ×３５ｍｍの銅基板の表面に、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を、バーコート法により塗布して塗布膜を形成した。次いで、塗布膜を形成した銅基板をホットプレート上に配置して、室温から３℃／分で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した後、さらに１℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、塗布膜を乾燥させた。次いで、銅基板を２５０℃で１分間加熱した後、４００℃で１分間加熱した。こうして、銅基板の表面に、α－アルミナ単結晶粒子が分散されたポリイミド樹脂からなる絶縁層が形成された絶縁層付き銅基板を作製した。なお絶縁層の膜厚は３０μｍとなるようにした。絶縁層の１００℃における弾性率ＥＲ（単位：ＧＰａ）と熱伝導度ＣＲ（単位：Ｗ／ｍＫ）を測定し、ＴＲ／ＥＲとＴＲ／ＣＲとを算出した結果、ＴＲ／ＥＲは１１１で、ＴＲ／ＣＲは１５であった。
【0037】
得られた絶縁層付き金属基板の絶縁層の上に、厚み７０μｍの銅箔（Ｔ４Ｘ：福田金属箔粉工業（株）製）を重ね合わせて積層した。次いで、得られた積層体を、カーボン治具を用いて５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて３００℃の圧着温度で１２０分間加熱して、絶縁層と銅箔とを圧着した。こうして、銅基板と絶縁層と銅箔とがこの順で積層された金属ベース基板を作製した。
【0038】
（ＬＥＤモジュールの作製）
金属ベース基板の銅箔をエッチングしてパターンを作成して第１回路層と第２回路層を形成した。次いで、第１回路層と第２回路層の上に、半田レジストを塗布し、さらにその上に鉛フリー半田を１００μｍ厚となるように塗布した。第１回路層に塗布した鉛フリー半田の上に７個のＬＥＤ素子（Oslon compact）を、０．５ｍｍの間隔を明けて、一方向に沿って配列された半導体チップ配列部（配列方向の長さＡ：２０ｍｍ）を形成するように配置し、第２回路層に塗布した鉛フリー半田の上にコネクタ（型番SM08B1-CPTK-1A-TB、日本圧着端子製造株式会社製、長手方向の長さＢ：３０ｍｍ）を、長手方向の面が半導体配列部と対向するように配置した。その後、リフローをして、ＬＥＤモジュールを作製した。なお、半導体チップ配列部を金属ベース基板の中央に配置し、コネクタと半導体チップ配列部との最短距離は３．３ｍｍとした。
金属ベース基板の銅箔をエッチングしてパターンを作成して第１回路層と第２回路層を形成した。次いで、第１回路層と第２回路層の上に、半田レジストを塗布し、さらにその上に鉛フリー半田を１００μｍ厚となるように塗布した。第１回路層に塗布した鉛フリー半田の上に７個のＬＥＤ素子（Oslon compact）を、０．５ｍｍの間隔を明けて、一方向に沿って配列された半導体チップ配列部（配列方向の長さＡ：２０ｍｍ）を形成するように配置し、第２回路層に塗布した鉛フリー半田の上にコネクタ（型番SM08B1-CPTK-1A-TB、日本圧着端子製造株式会社製、長手方向の長さＢ：３０ｍｍ）を、長手方向の面が半導体配列部と対向するように配置した。その後、リフローをして、ＬＥＤモジュールを作製した。なお、半導体チップ配列部を金属ベース基板の中央に配置し、コネクタと半導体チップ配列部との最短距離は３．３ｍｍとした。
【0039】
［本発明例２～３、比較例１］
コネクタとして、長手方向の長さＢが下記の表１に記載のサイズのものを用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
コネクタとして、長手方向の長さＢが下記の表１に記載のサイズのものを用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
【0040】
［本発明例４］
銅基板として、板厚０．８ｍｍで５０ｍｍ×５０ｍｍのものを用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
銅基板として、板厚０．８ｍｍで５０ｍｍ×５０ｍｍのものを用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
【0041】
［本発明例５～７、比較例２～３］
銅基板として、板厚が下記の表１に記載のサイズのものを用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
銅基板として、板厚が下記の表１に記載のサイズのものを用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
【0042】
［本発明例８］
銅基板の代わりに、板厚１．０ｍｍで３５ｍｍ×３５ｍｍのアルミニウム基板を用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
銅基板の代わりに、板厚１．０ｍｍで３５ｍｍ×３５ｍｍのアルミニウム基板を用いたこと以外は、本発明例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作製した。
【0043】
［評価］
本発明例１～８及び比較例１～３で得られたＬＥＤモジュールの反りと、金属ベース基板の信頼性（耐クラック率）を下記の方法により測定した。その結果を表１に示す。
本発明例１～８及び比較例１～３で得られたＬＥＤモジュールの反りと、金属ベース基板の信頼性（耐クラック率）を下記の方法により測定した。その結果を表１に示す。
【0044】
（反り）
ＬＥＤモジュールを平面基板の上に配置して、室温にて隙間ゲージを用いて、基板とＬＥＤモジュールの金属ベース基板との隙間の距離を測定した。隙間は、金属ベース基板の四つ角部について測定した。４つの角部で測定された隙間の最大値を反りとした。
ＬＥＤモジュールを平面基板の上に配置して、室温にて隙間ゲージを用いて、基板とＬＥＤモジュールの金属ベース基板との隙間の距離を測定した。隙間は、金属ベース基板の四つ角部について測定した。４つの角部で測定された隙間の最大値を反りとした。
【0045】
（信頼性）
上記ＬＥＤモジュール（試験体）に、１サイクルが－３０℃×３０分間～１０５℃×３０分間の冷熱サイクルを３０００サイクル付与した。冷熱サイクル付与後の試験体を、樹脂埋めし、断面を研磨によって出した試料を用いて観察し、はんだ層に生じたクラックの長さ（ｍｍ）を測定した。はんだ層の一辺の長さと、測定したクラックの長さとから下記式より耐クラック率を算出した。
耐クラック率（％）＝｛（はんだ層の一辺の長さ（２５ｍｍ）－２×クラックの長さ）／接合層の一辺の長さ（２５ｍｍ）｝×１００
耐クラック率が８０％以上であるものを信頼性が〇とし、耐クラック率が８０％未満であるものを信頼性が×とした。
上記ＬＥＤモジュール（試験体）に、１サイクルが－３０℃×３０分間～１０５℃×３０分間の冷熱サイクルを３０００サイクル付与した。冷熱サイクル付与後の試験体を、樹脂埋めし、断面を研磨によって出した試料を用いて観察し、はんだ層に生じたクラックの長さ（ｍｍ）を測定した。はんだ層の一辺の長さと、測定したクラックの長さとから下記式より耐クラック率を算出した。
耐クラック率（％）＝｛（はんだ層の一辺の長さ（２５ｍｍ）－２×クラックの長さ）／接合層の一辺の長さ（２５ｍｍ）｝×１００
耐クラック率が８０％以上であるものを信頼性が〇とし、耐クラック率が８０％未満であるものを信頼性が×とした。
【0046】
【表1】
【0047】
表１の結果から、金属基板の板厚と、半導体チップ配列部の配列方向における長さＡに対するコネクタの長手方向の長さＢの比Ｂ／Ａが本発明の範囲内にある本発明例１～８は、反りが小さく、信頼性が良好であった。これに対して、Ｂ／Ａが本発明の範囲よりも小さい比較例１は、反りが大きくなった。これは、コネクタによる金属ベース基板の補強が不十分で、ＬＥＤモジュール作製時のリフローによる加熱により銅基板が変形したためと考えられる。また、銅基板の板厚が本発明の範囲よりも薄い比較例２は、反りが大きくなった。これは、銅基板の板厚が薄くなりすぎて、コネクタでは金属ベース基板を十分に補強できず、ＬＥＤモジュール作製時のリフローによる加熱により銅基板が変形したためと考えられる。一方、銅基板の板厚が本発明の範囲よりも厚い比較例３は、信頼性が低下した。これは、銅基板の板厚が厚くなりすぎて、冷熱サイクルによる銅基板の変形量が大きくなり、はんだに付与される応力が大きくなったためであると考えられる。
【符号の説明】
【0048】
１０ 半導体モジュール
２０ 金属ベース基板
２１ 金属基板
２２ 絶縁層
２３ 第１回路層
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ 回路配線
２４ 第２回路層
２４ａ、２４ｂ コネクタ固定部
３０ コネクタ
３１ ハウジング部
３２ 支持部材固定部
３３ａ、３３ｂ 支持部材
３４ 端子部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈ 端子
４０ 接合材
５０ 半導体チップ配列部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ 半導体チップ
２０ 金属ベース基板
２１ 金属基板
２２ 絶縁層
２３ 第１回路層
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ 回路配線
２４ 第２回路層
２４ａ、２４ｂ コネクタ固定部
３０ コネクタ
３１ ハウジング部
３２ 支持部材固定部
３３ａ、３３ｂ 支持部材
３４ 端子部
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈ 端子
４０ 接合材
５０ 半導体チップ配列部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ 半導体チップ
【図1】
【図2】
【図3】