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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】P2024066620
(43)【公開日】2024-05-16
(54)【発明の名称】伸縮性を有する半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/12 20060101AFI20240509BHJP
H01L 33/62 20100101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
H01L23/12 F
H01L23/12 Q
H01L33/62
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022176118
(22)【出願日】2022-11-02
(71)【出願人】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100171446
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 尚幸
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(74)【代理人】
【識別番号】100171930
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 郁一郎
(72)【発明者】
【氏名】宮川 幹司
(72)【発明者】
【氏名】中田 充
(72)【発明者】
【氏名】辻 博史
【テーマコード（参考）】
5F142
【Ｆターム（参考）】
5F142AA52
5F142CB23
5F142CD02
5F142CD17
5F142CD23
5F142CD24
5F142CD25
5F142CD32
5F142CD44
5F142CD49
5F142DB24
5F142FA03
5F142GA02
(57)【要約】
【課題】伸縮による半導体素子への影響を軽減し、半導体素子の動作の安定化を図ることを可能とした伸縮性を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】伸縮自在な伸縮性樹脂基板２と、伸縮性樹脂基板２の上に配置された非伸縮性樹脂基板３と、非伸縮性樹脂基板３の上に配置された半導体素子４と、伸縮性樹脂基板２の非伸縮性樹脂基板３と対向する面側に伸縮自在に設けられた配線層１３ａ，１３ｂと、非伸縮性樹脂基板３を貫通した状態で設けられた貫通電極９ａ，９ｂとを備え、貫通電極９ａ，９ｂは、配線層１３ａ，１３ｂと電気的に接続された状態で、配線層１３ａ，１３ｂの伸縮に追従して弾性変形可能に設けられている。
【選択図】図２
【解決手段】伸縮自在な伸縮性樹脂基板２と、伸縮性樹脂基板２の上に配置された非伸縮性樹脂基板３と、非伸縮性樹脂基板３の上に配置された半導体素子４と、伸縮性樹脂基板２の非伸縮性樹脂基板３と対向する面側に伸縮自在に設けられた配線層１３ａ，１３ｂと、非伸縮性樹脂基板３を貫通した状態で設けられた貫通電極９ａ，９ｂとを備え、貫通電極９ａ，９ｂは、配線層１３ａ，１３ｂと電気的に接続された状態で、配線層１３ａ，１３ｂの伸縮に追従して弾性変形可能に設けられている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
伸縮自在な伸縮性樹脂基板と、
前記伸縮性樹脂基板の上に配置された非伸縮性樹脂基板と、
前記非伸縮性樹脂基板の上に配置された半導体素子と、
前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に伸縮自在に設けられた配線層と、
前記非伸縮性樹脂基板を貫通した状態で設けられた貫通電極とを備え、
前記貫通電極は、前記配線層と電気的に接続された状態で、前記配線層の伸縮に追従して弾性変形可能に設けられていることを特徴とする伸縮性を有する半導体装置。
前記伸縮性樹脂基板の上に配置された非伸縮性樹脂基板と、
前記非伸縮性樹脂基板の上に配置された半導体素子と、
前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に伸縮自在に設けられた配線層と、
前記非伸縮性樹脂基板を貫通した状態で設けられた貫通電極とを備え、
前記貫通電極は、前記配線層と電気的に接続された状態で、前記配線層の伸縮に追従して弾性変形可能に設けられていることを特徴とする伸縮性を有する半導体装置。
【請求項2】
前記配線層は、前記伸縮性樹脂基板に埋め込まれた状態で、前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面と面一に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
【請求項3】
前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に設けられた絶縁層を備え、
前記配線層は、前記絶縁層に埋め込まれた状態で、前記絶縁層と面一に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
前記配線層は、前記絶縁層に埋め込まれた状態で、前記絶縁層と面一に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
【請求項4】
前記配線層と前記貫通電極とは、互いに一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
【請求項5】
前記伸縮性樹脂基板は、粘着性を有し、
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板の粘着力により前記伸縮性樹脂基板に貼着されていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板の粘着力により前記伸縮性樹脂基板に貼着されていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
【請求項6】
前記伸縮性樹脂基板の前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に設けられた密着層を備え、
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板に前記密着層を介して貼着されていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板に前記密着層を介して貼着されていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
【請求項7】
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板の面内に複数並んで配置され、
前記半導体素子は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の各々の面上に配置され、
前記伸縮性樹脂基板は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の隣り合うもの同士の間で伸縮自在とされていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
前記半導体素子は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の各々の面上に配置され、
前記伸縮性樹脂基板は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の隣り合うもの同士の間で伸縮自在とされていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、伸縮性を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、伸縮性を有する半導体装置がある（例えば、下記特許文献１，２を参照。）。このような伸縮性を有する半導体装置は、球面や自由曲面などの３次元形状に変形可能な有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイや、感圧センサなどの電子デバイスの駆動に必要である。
【0003】
具体的に、下記特許文献１には、支持表面を有するフレキシブル基板と、曲面状内表面を有する半導体構造とを備え、曲面状内表面の少なくとも一部がフレキシブル基板の支持表面に結合されている伸縮性半導体素子が開示されている。
【0004】
また、下記特許文献２には、樹脂基板上に１つ又は複数の半導体素子を形成し、半導体素子を内側封止層で覆って構成した半導体搭載基材が、エラストマーからなる伸縮性樹脂フィルムに１つ又は複数埋設され、伸縮性樹脂フィルムに半導体素子に接続される導電回路が形成され、半導体搭載基材の周囲が外側封止層で覆われた伸縮性デバイスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００７－２８１４０６号公報
【特許文献2】特開２０１５－１４９３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上述した伸縮性を有する半導体装置では、伸縮性を有する基板の上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの半導体素子を形成している。しかしながら、従来の半導体装置では、基板を伸縮させた際に、伸縮部となる基板と、非伸縮部となる半導体素子との間で剥離が生じ易く、半導体素子の特性が不安定となることがあった。
【0007】
また、基板を伸縮させた際に、伸縮する基板側の配線と、半導体素子側の電極との間で電気的な接続を維持することが困難となり、断線してしまうおそれがある。
【0008】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、伸縮による半導体素子への影響を軽減し、半導体素子の動作の安定化を図ることを可能とした伸縮性を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 伸縮自在な伸縮性樹脂基板と、
前記伸縮性樹脂基板の上に配置された非伸縮性樹脂基板と、
前記非伸縮性樹脂基板の上に配置された半導体素子と、
前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に伸縮自在に設けられた配線層と、
前記非伸縮性樹脂基板を貫通した状態で設けられた貫通電極とを備え、
前記貫通電極は、前記配線層と電気的に接続された状態で、前記配線層の伸縮に追従して弾性変形可能に設けられていることを特徴とする伸縮性を有する半導体装置。
〔２〕 前記配線層は、前記伸縮性樹脂基板に埋め込まれた状態で、前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面と面一に設けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔３〕 前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に設けられた絶縁層を備え、
前記配線層は、前記絶縁層に埋め込まれた状態で、前記絶縁層と面一に設けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔４〕 前記配線層と前記貫通電極とは、互いに一体に形成されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔５〕 前記伸縮性樹脂基板は、粘着性を有し、
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板の粘着力により前記伸縮性樹脂基板に貼着されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔６〕 前記伸縮性樹脂基板の前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に設けられた密着層を備え、
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板に前記密着層を介して貼着されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔７〕 前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板の面内に複数並んで配置され、
前記半導体素子は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の各々の面上に配置され、
前記伸縮性樹脂基板は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の隣り合うもの同士の間で伸縮自在とされていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔１〕 伸縮自在な伸縮性樹脂基板と、
前記伸縮性樹脂基板の上に配置された非伸縮性樹脂基板と、
前記非伸縮性樹脂基板の上に配置された半導体素子と、
前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に伸縮自在に設けられた配線層と、
前記非伸縮性樹脂基板を貫通した状態で設けられた貫通電極とを備え、
前記貫通電極は、前記配線層と電気的に接続された状態で、前記配線層の伸縮に追従して弾性変形可能に設けられていることを特徴とする伸縮性を有する半導体装置。
〔２〕 前記配線層は、前記伸縮性樹脂基板に埋め込まれた状態で、前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面と面一に設けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔３〕 前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に設けられた絶縁層を備え、
前記配線層は、前記絶縁層に埋め込まれた状態で、前記絶縁層と面一に設けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔４〕 前記配線層と前記貫通電極とは、互いに一体に形成されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔５〕 前記伸縮性樹脂基板は、粘着性を有し、
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板の粘着力により前記伸縮性樹脂基板に貼着されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔６〕 前記伸縮性樹脂基板の前記伸縮性樹脂基板の前記非伸縮性樹脂基板と対向する面側に設けられた密着層を備え、
前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板に前記密着層を介して貼着されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
〔７〕 前記非伸縮性樹脂基板は、前記伸縮性樹脂基板の面内に複数並んで配置され、
前記半導体素子は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の各々の面上に配置され、
前記伸縮性樹脂基板は、前記複数の非伸縮性樹脂基板の隣り合うもの同士の間で伸縮自在とされていることを特徴とする前記〔１〕に記載の伸縮性を有する半導体装置。
【発明の効果】
【0010】
以上のように、本発明によれば、伸縮による半導体素子への影響を軽減し、半導体素子の動作の安定化を図ることを可能とした伸縮性を有する半導体装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0013】
また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を半導体装置の面内における第１の方向Ｘとし、Ｙ軸方向を半導体装置の面内における第１の方向Ｘとは直交する第２の方向Ｙとし、Ｚ軸方向を電磁波センサの面内に対して直交する第３の方向Ｚとして示すものとする。
【0014】
（第１の実施形態）
（半導体装置）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１～図５に示す伸縮性を有する半導体装置１Ａの構成について説明する。
なお、図１は、半導体装置１Ａの構成を示す平面図である。図２は、図１中に示す線分Ａ－Ａによる半導体装置１Ａの要部を拡大した断面図である。図３は、図１中に示す線分Ｂ－Ｂによる半導体装置１Ａの要部を拡大した断面図である。図４は、図２に示す半導体装置１Ａの伸張時の状態を示す断面図である。図５は、図３に示す半導体装置１Ａの伸張時の状態を示す断面図である。
（半導体装置）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１～図５に示す伸縮性を有する半導体装置１Ａの構成について説明する。
なお、図１は、半導体装置１Ａの構成を示す平面図である。図２は、図１中に示す線分Ａ－Ａによる半導体装置１Ａの要部を拡大した断面図である。図３は、図１中に示す線分Ｂ－Ｂによる半導体装置１Ａの要部を拡大した断面図である。図４は、図２に示す半導体装置１Ａの伸張時の状態を示す断面図である。図５は、図３に示す半導体装置１Ａの伸張時の状態を示す断面図である。
【0015】
本実施形態の半導体装置１Ａは、図１～図３に示すように、伸縮性樹脂基板２と、伸縮性樹脂基板２の面内に並んで配置された複数の非伸縮性樹脂基板３と、非伸縮性樹脂基板３の各々の面上に配置された複数の半導体素子４とを備えている。
【0016】
本実施形態の半導体装置１Ａでは、半導体素子４の一例として、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子（以下、必要に応じて「ＬＥＤ素子４」という。）を伸縮性樹脂基板２の面内において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとにマトリックス状に並べて配置した構成を例示している。
【0017】
伸縮性樹脂基板２は、粘着性を有するアクリル系粘着組成物を含むフィルム基板であり、その中でも、透明性や耐候性、耐熱性に優れ、凹凸面に対する追従性や曲面接着力及び保持力に優れたアクリル系樹脂を用いることが好ましい。
【0018】
伸縮性樹脂基板２には、例えば、粘着性を有するアクリル系粘着組成物として、アクリロイル基及びメタクリロイル基を有するモノマーを５０質量％以上の割合で含む粘着性を有するアクリル系ポリマーを用いることができる。また、伸縮性樹脂基板２は、粘着付与樹脂として、例えば、ロジン系粘着付与樹脂、テルペン系粘着付与樹脂、エポキシ系粘着付与樹脂などを含む構成としてもよい。また、伸縮性樹脂基板２は、フィルム基板を構成する樹脂材料として、引張伸び率が１００％以上の樹脂であり、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、スチレンブタジエン樹脂などを用いることができる。また、伸縮性樹脂基板２の厚さは、０．００５～１．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．０５～１ｍｍである。
【0019】
伸縮性樹脂基板２の粘着力は、「ＪＩＳ Ｚ ０２３７」に基づいて測定される１８０°引き剥がし粘着力において、例えば、５Ｎ／２ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは７Ｎ／２０ｍｍ以上である。伸縮性樹脂基板２の粘着力の高さは、非伸縮性樹脂基板３との剥離を抑制し、一体化するために必要な要素であり、粘着力の上限については特に制限されるものではない。
【0020】
伸縮性樹脂基板２は、長寿命化及び耐久性の向上を図るため、伸縮させた後に元の形状への復元性があることが好ましい。具体的には、１００％伸張させた後の復元率が７０％以上であることが好ましく、より好ましくは８５％以上である。復元率が低いと耐久性が得られにくくなる。復元率の調整は、アクリル系ポリマーの架橋度や平均分子量により調整することが知られており、この手法により調整が可能である。
【0021】
複数の非伸縮性樹脂基板３は、可撓性を有する樹脂（プラスチック）製のフィルム基板であり、伸縮性樹脂基板２の面内において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとにマトリックス状に並んで配置されている。また、各非伸縮性樹脂基板３は、上述した伸縮性樹脂基板２が有する粘着力によって、伸縮性樹脂基板２の一方の面（表面）側に貼着可能となっている。
【0022】
非伸縮性樹脂基板３には、例えば、ポリイミド（ＰＩ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナノセルロースなどを用いることができる。その中でも、半導体素子等の形成時に必要や熱焼成や薬液処理などに対する耐熱性や耐薬品性に優れたＰＩを用いることが好ましい。また、非伸縮性樹脂基板３の厚さは、０．１～１００μｍであることが好ましく、より好ましくは１～１０μｍである。
【0023】
また、非伸縮性樹脂基板３は、伸縮性樹脂基板２に密着層５を介して貼着されていることが好ましい。密着層５は、伸縮部となる伸縮性樹脂基板２と、非伸縮部となる非伸縮性樹脂基板３との間の密着性を向上させるための層であり、非伸縮性樹脂基板３の伸縮性樹脂基板２と対向する面上に形成されている。
【0024】
密着層５には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜などの無機酸化膜、又はこれらの積層膜を用いることができる。また、密着層５の厚さは、５～２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１０～２０ｎｍである。
【0025】
ＬＥＤ４素子は、非伸縮性樹脂基板３の一方の面（上面）上に配置された第１の上部電極層６及び第２の上部電極層７と電気的に接続されている。第１の上部電極層６及び第２の上部電極層７には、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの金属又はそれらの合金、若しくはそれらの金属を２種類以上積層した導電膜を用いることができる。
【0026】
第１の上部電極層６と第２の上部電極層７とは、非伸縮性樹脂基板３の面上において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとに延在しながら、互いに立体的に交差するように配置されている。
【0027】
このため、第１の上部電極層６と第２の上部電極層７との互いに交差する位置には、第１の上部電極層６と第２の上部電極層７との間を電気的に絶縁する絶縁層８が設けられている。絶縁層８には、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜や酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを用いることができる。
【0028】
ＬＥＤ素子４の一端は、第１の上部電極層６から幅方向に突出した電極部６ａを介して第１の上部電極層６と電気的に接続されている。ＬＥＤ素子４の他端は、第２の上部電極層７と電気的に接続されている。
【0029】
第１の上部電極層６の両端は、非伸縮性樹脂基板３を貫通して設けられた一対の第１の貫通電極９ａ，９ｂと電気的接続されている。一対の第１の貫通電極９ａ，９ｂは、非伸縮性樹脂基板３を貫通する一対の第１の孔部１０ａ，１０ｂに埋め込まれた状態で設けられている。
【0030】
また、第２の上部電極層７の両端は、非伸縮性樹脂基板３を貫通して設けられた一対の第２の貫通電極１１ａ，１１ｂと電気的接続されている。一対の第２の貫通電極１１ａ，１１ｂは、非伸縮性樹脂基板３を貫通する一対の第２の孔部１２ａ，１２ｂに埋め込まれた状態で設けられている。
【0031】
第１の貫通電極９ａ，９ｂ及び第２の貫通電極１１ａ，１１ｂは、第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂに、例えば、弾性のあるエラストマーに導電性フィラーを分散させた導電性弾性材料を埋め込むことによって形成されている。
【0032】
エラストマーとしては、柔軟性を付与することから、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン－ブタジエンゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム、エチレン－プロピレン共重合体、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレン、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴムなどを用いることができる。
【0033】
導電性フィラーとしては、例えば、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、金属ナノフレークなどを用いることができる。
【0034】
伸縮性樹脂基板２の一方の面（上面）上には、伸縮性を有する一対の第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び一対の第２の配線層１４ａ，１４ｂが設けられている。第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂには、例えば、弾性のあるエラストマーに導電性フィラーを分散させて導電性を持たせた導電性弾性材料や、金などの金属配線を蛇腹状に湾曲形状をさせたものなどの伸縮性を有する導電層を用いることができる。
【0035】
エラストマーとしては、柔軟性を付与することから、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン－ブタジエンゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム、エチレン－プロピレン共重合体、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレン、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴムなどを用いることができる。
【0036】
導電性フィラーとしては、例えば、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、金属ナノフレークなどを用いることができる。また、伸縮時に導電性を損なわないためには、ワイヤー状やフレーク状のものを用いることが好ましく、伸張時にネットワーク状の構造を形成することが可能であり、導電性パスを維持することが可能である。
【0037】
一対の第１の配線層１３ａ，１３ｂは、一対の第１の貫通電極９ａ，９ｂと一体に形成されることによって、これら一対の第１の貫通電極９ａ，９ｂと電気的に接続されている。
【0038】
また、一対の第１の配線層１３ａ，１３ｂは、複数の非伸縮性樹脂基板３の第１の方向Ｘにおいて隣り合うもの同士の間を電気的に接続するように、第１の方向Ｘに延在して設けられている。すなわち、一対の第１の配線層１３ａ，１３ｂは、複数の非伸縮性樹脂基板３の第１の方向Ｘにおいて隣り合うもの同士の間で共有されている。
【0039】
一対の第２の配線層１４ａ，１４ｂは、一対の第２の貫通電極１１ａ，１１ｂと一体に形成されることによって、これら一対の第２の貫通電極１１ａ，１１ｂと電気的に接続されている。
【0040】
また、一対の第２の配線層１４ａ，１４ｂは、複数の非伸縮性樹脂基板３の第２の方向Ｙにおいて隣り合うもの同士の間を電気的に接続するように、第２の方向Ｙに延在して設けられている。すなわち、一対の第２の配線層１４ａ，１４ｂは、複数の非伸縮性樹脂基板３の第２の方向Ｙにおいて隣り合うもの同士の間で共有されている。
【0041】
なお、本実施形態の半導体装置１Ａでは、非伸縮性樹脂基板３の上に、ＬＥＤ素子４の少なくとも一部を覆う保護層（図示せず。）が設けられた構成としてもよい。保護層は、非伸縮性樹脂基板３の上に形成されるＬＥＤ素子４の歪みを抑制し、ＬＥＤ素子４の特性を安定化させる効果を有している。
【0042】
保護層には、例えばエポキシ系樹脂、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂などの有機膜を用いることができる。その中でも、１μｍ以上の厚膜化が可能であり、光によるパターン形成が可能な光反応性のエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。具体的には、ネガ型のフォトレジスト材料であるＳＵ－８などを用いることができる。また、保護層の厚みは、０．１～５μｍであることが好ましく、より好ましくは１～２μｍである。
【0043】
以上のような構成を有する本実施形態の半導体装置１Ａでは、複数の非伸縮性樹脂基板３の隣り合うもの同士の間で伸縮性樹脂基板２が伸縮自在とされている。本実施形態の半導体装置１Ａでは、上述した密着層５を介して各非伸縮性樹脂基板３が伸縮性樹脂基板２と強固に貼着されている。
【0044】
これにより、本実施形態の半導体装置１Ａでは、伸縮性樹脂基板２を第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとに伸縮させた際に、伸縮部となる伸縮性樹脂基板２と、非伸縮部となる非伸縮性樹脂基板３との間で剥離することを防止することが可能である。また、ＬＥＤ素子４は、非伸縮部となる非伸縮性樹脂基板３の上に設けられているため、伸縮性樹脂基板２による伸縮の影響を軽減することが可能である。
【0045】
また、本実施形態の半導体装置１Ａでは、図２及び図４に示すように、上述した伸縮性樹脂基板２の第１の方向Ｘにおける伸縮に対して、第１の配線層１３ａ，１３ｂの伸縮に追従して第１の貫通電極９ａ，９ｂが弾性変形可能に設けられている。これにより、伸縮性樹脂基板２の第１の方向Ｘに伸縮させた場合でも、各第１の配線層１３ａ，１３ｂと各第１の貫通電極９ａ，９ｂとの間の電気的な接続を維持することが可能である。
【0046】
一方、本実施形態の半導体装置１Ａでは、図３及び図５に示すように、上述した伸縮性樹脂基板２の第２の方向Ｙにおける伸縮に対して、第２の配線層１４ａ，１４ｂの伸縮に追従して第２の貫通電極１１ａ，１１ｂが弾性変形可能に設けられている。これにより、伸縮性樹脂基板２の第２の方向Ｙに伸縮させた場合でも、各第２の配線層１４ａ，１４ｂと各第２の貫通電極１１ａ，１１ｂとの間の電気的な接続を維持することが可能である。
【0047】
したがって、本実施形態の半導体装置１Ａでは、伸縮性樹脂基板２の伸縮によるＬＥＤ素子４への影響を軽減し、ＬＥＤ素子４の動作の安定化を図ることが可能である。
【0048】
（半導体装置の製造方法）
次に、上記半導体装置１Ａの製造方法について、図６～図１２を参照しながら説明する。
なお、図６～図１２は、半導体装置１Ａの製造工程を順に説明するための断面図である。また、図６～図１２では、図１中に示す線分Ａ－Ａに対応した断面図を示している。
次に、上記半導体装置１Ａの製造方法について、図６～図１２を参照しながら説明する。
なお、図６～図１２は、半導体装置１Ａの製造工程を順に説明するための断面図である。また、図６～図１２では、図１中に示す線分Ａ－Ａに対応した断面図を示している。
【0049】
上記半導体装置１Ａを製造する際は、先ず、図６に示すように、第１の支持基板２１の上に、複数の非伸縮性樹脂基板３となる非伸縮性樹脂基材３０を形成する。具体的には、第１の支持基板２１にガラス基板を用い、この第１の支持基板２１の上に、上述した非伸縮性樹脂基板３となるＰＩを含む塗液をスピンコートにより塗布して塗膜を形成した後に、この塗膜を乾燥させることによって、ＰＩフィルムからなる非伸縮性樹脂基材３０を形成する。
【0050】
次に、図７に示すように、非伸縮性樹脂基材３０の各非伸縮性樹脂基板３となる部分の周囲と、各非伸縮性樹脂基板３の第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂとなる部分とを、フォトリソグラフィー技術を用いたドライエッチングにより除去することによって、複数の非伸縮性樹脂基板３と、各非伸縮性樹脂基板３を貫通する第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂとを形成する。
【0051】
次に、図８に示すように、各非伸縮性樹脂基板３の第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂに第１の貫通電極９ａ，９ｂ及び第２の貫通電極１１ａ，１１ｂを埋め込み形成する。
【0052】
第１の貫通電極９ａ，９ｂ及び第２の貫通電極１１ａ，１１ｂは、ディスプレンサによる吐出法などを用いて、第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂに導電性弾性材料を埋め込んだ後、必要に応じて焼成することによって形成される。
【0053】
その後、各非伸縮性樹脂基板３の上に、第１の上部電極層６、絶縁層８及び第２の上部電極層７を形成する。
【0054】
次に、図９に示すように、複数の非伸縮性樹脂基板３の上に再剥離用フィルムテープ２２を介して第２の支持基板２３を貼り付ける。
【0055】
次に、図１０に示すように、第１の支持基板２１を剥離する。具体的には、レーザーリフトオフを用いて、第１の支持基板２１側からレーザー光を照射し、複数の非伸縮性樹脂基板３と第１の支持基板２１との界面をアブレーションすることによって、複数の非伸縮性樹脂基板３から剥離した第１の支持基板２１を除去する。
【0056】
次に、図１１に示すように、伸縮性樹脂基板２の上に、エラストマーに導電性フィラーを分散させた導電性弾性材料を用いて、第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂを形成した後、複数の非伸縮性樹脂基板３の上に密着層５を介して伸縮性樹脂基板２を貼着する。
【0057】
第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂのパターン形成には、例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソグラフィー印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、エアロゾルジェット印刷、ステンシル印刷などの印刷法や、ディスプレンサによる吐出法などを用いて、導電性弾性材料を第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂの形状にパターン形成する。
【0058】
その後、必要に応じて、導電性弾性材料を焼成することで伸縮性を有する第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂを形成することが可能である。また、第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂは、第１の貫通電極９ａ，９ｂ及び第２の貫通電極１１ａ，１１ｂと一体に形成された状態となる。
【0059】
なお、導電性弾性材料の焼成については、第１の貫通電極９ａ，９ｂ及び第２の貫通電極１１ａ，１１ｂを形成する導電性弾性材料と、第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂを形成する導電性弾性材料とを別々に焼成してもよく、これらの導電性弾性材料を同時に焼成してもよい。
【0060】
次に、図１２に示すように、第２の支持基板２３を再剥離用フィルムテープ２２と共に、複数の非伸縮性樹脂基板３から剥離して除去する。その後、各非伸縮性樹脂基板３の第１の上部電極層６及び第２の上部電極層７と電気的に接続されるように、各非伸縮性樹脂基板３の上にＬＥＤ素子４を実装する。
以上の工程を経ることによって、上記図１に示す半導体装置１Ａを作製することが可能である。
以上の工程を経ることによって、上記図１に示す半導体装置１Ａを作製することが可能である。
【0061】
本実施形態の半導体装置１Ａの製造方法では、上述した伸縮性樹脂基板２の伸縮によるＬＥＤ素子４への影響を軽減し、ＬＥＤ素子４の動作の安定化を図ることを可能とした半導体装置１Ａを歩留まり良く製造することが可能である。
【0062】
【0063】
なお、図１３は、半導体装置１Ｂの構成を示し、図１中に示す線分Ａ－Ａに対応した半導体装置１Ｂの要部を拡大した断面図である。図１４は、半導体装置１Ｂの構成を示し、図１中に示す線分Ｂ－Ｂに対応した半導体装置１Ｂの要部を拡大した断面図である。また、以下の説明では、上記半導体装置１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【0064】
本実施形態の半導体装置１Ｂは、図１３及び図１４に示すように、伸縮性樹脂基板２に形成された一対の第１の溝部１５ａ，１５ｂに、一対の第１の配線層１３ａ，１３ｂが埋め込まれた状態で、伸縮性樹脂基板２の非伸縮性樹脂基板３と対向する面と面一となるように設けられた構成である。
【0065】
また、本実施形態の半導体装置１Ｂは、伸縮性樹脂基板２に形成された一対の第２の溝部１６ａ，１６ｂに、一対の第２の配線層１４ａ，１４ｂが埋め込まれた状態で、伸縮性樹脂基板２の非伸縮性樹脂基板３と対向する面と面一となるように設けられた構成である。
【0066】
第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂは、第１の溝部１５ａ，１５ｂ及びに第２の溝部１６ａ，１６ｂに埋め込まれることよって、伸縮性を有しながら、その形状を第１の溝部１５ａ，１５ｂ及び第２の溝部１６ａ，１６ｂの形状に合わせて保持することが可能である。
【0067】
さらに、本実施形態の半導体装置１Ｂは、上記半導体装置１Ａの構成のうち、密着層５を省略し、上述した粘着性を有する伸縮性樹脂基板２の粘着力によって、複数の非伸縮性樹脂基板３が伸縮性樹脂基板２に貼着された構成である。
【0068】
本実施形態の半導体装置１Ｂは、それ以外は、上記半導体装置１Ａと基本的に同じ構成を有し、上記半導体装置１Ａと基本的に同じ製造方法を用いて作製することが可能である。
【0069】
以上のような構成を有する本実施形態の半導体装置１Ｂでは、複数の非伸縮性樹脂基板３の隣り合うもの同士の間で伸縮性樹脂基板２が伸縮自在とされている。本実施形態の半導体装置１Ｂでは、上述した粘着性を有する伸縮性樹脂基板２の粘着力によって、各非伸縮性樹脂基板３が伸縮性樹脂基板２と強固に貼着されている。
【0070】
これにより、本実施形態の半導体装置１Ｂでは、伸縮性樹脂基板２を第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとに伸縮させた際に、伸縮部となる伸縮性樹脂基板２と、非伸縮部となる非伸縮性樹脂基板３との間で剥離することを防止することが可能である。また、ＬＥＤ素子４は、非伸縮部となる非伸縮性樹脂基板３の上に設けられているため、伸縮性樹脂基板２による伸縮の影響を軽減することが可能である。
【0071】
また、本実施形態の半導体装置１Ｂでは、上述した伸縮性樹脂基板２の第１の方向Ｘにおける伸縮に対して、第１の配線層１３ａ，１３ｂの伸縮に追従して第１の貫通電極９ａ，９ｂが弾性変形可能に設けられている。これにより、伸縮性樹脂基板２の第１の方向Ｘに伸縮させた場合でも、各第１の配線層１３ａ，１３ｂと各第１の貫通電極９ａ，９ｂとの間の電気的な接続を維持することが可能である。
【0072】
一方、本実施形態の半導体装置１Ｂでは、上述した伸縮性樹脂基板２の第２の方向Ｙにおける伸縮に対して、第２の配線層１４ａ，１４ｂの伸縮に追従して第２の貫通電極１１ａ，１１ｂが弾性変形可能に設けられている。これにより、伸縮性樹脂基板２の第２の方向Ｙに伸縮させた場合でも、各第２の配線層１４ａ，１４ｂと各第２の貫通電極１１ａ，１１ｂとの間の電気的な接続を維持することが可能である。
【0073】
したがって、本実施形態の半導体装置１Ｂでは、伸縮性樹脂基板２の伸縮によるＬＥＤ素子４への影響を軽減し、ＬＥＤ素子４の動作の安定化を図ることが可能である。
【0074】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記伸縮性樹脂基板２は、上述した粘着性を有するものに必ずしも限定されるものではなく、粘着性を持たないものであってよい。この場合、非伸縮性樹脂基板３は、伸縮性樹脂基板２に密着層５を介して貼着すればよい。
例えば、上記伸縮性樹脂基板２は、上述した粘着性を有するものに必ずしも限定されるものではなく、粘着性を持たないものであってよい。この場合、非伸縮性樹脂基板３は、伸縮性樹脂基板２に密着層５を介して貼着すればよい。
【0075】
また、上記第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び上記第２の配線層１４ａ，１４ｂについては、伸縮性樹脂基板２に形成された絶縁層に埋め込まれた状態で、伸縮性樹脂基板２の非伸縮性樹脂基板３と対向する面と面一となるように設けられた構成としてもよい。
【0076】
また、本実施形態の半導体装置１Ａ，１Ｂは、半導体素子としてＬＥＤ素子４を備えた構成となっているが、各非伸縮性樹脂基板３の上にＴＦＴ等を形成し、各非伸縮性樹脂基板３が１つの画素デバイスを構成することによって、伸縮自在なストレッチャブルディスプレイを実現すると共に、球面や自由曲面などの３次元形状に変形可能なディスプレイを形成することが可能である。なお、画素デバイスを構成する場合、上述したＬＥＤ素子４の代わりに、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子などの発光素子を用いることも可能である。
【0077】
また、本発明が適用される半導体装置については、上述した発光素子を備えた構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば、受光素子、歪みセンサ、圧力センサなどの半導体素子を備えた電子デバイスとすることも可能である。
【実施例0078】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【0079】
本実施例では、先ず、第１の支持基板２１となるガラス基板の上に、非伸縮性樹脂基材３０となるＰＩフィルムを形成する。ＰＩフィルムフィルムの形成には、ポリイミドワニス（宇部興産社製）をスピンコートにより成膜した後、窒素雰囲気中において４００℃、１時間の熱処理を行った。これにより、約１５μｍの厚みを有するＰＩフィルムを形成した。
【0080】
次に、ＰＩフィルムの各非伸縮性樹脂基板３となる部分の周囲と、各非伸縮性樹脂基板３の第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂとなる部分とを、フォトリソグラフィー技術を用いたドライエッチングにより除去することによって、複数の非伸縮性樹脂基板３と、各非伸縮性樹脂基板３を貫通する第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂとを形成した。
【0081】
次に、各非伸縮性樹脂基板３の第１の孔部１０ａ，１０ｂ及び第２の孔部１２ａ，１２ｂに、エラストマーに導電性フィラーを分散させた導電性弾性材料を埋め込むことによって、第１の貫通電極９ａ，９ｂ及び第２の貫通電極１１ａ，１１ｂを形成した。その後、各非伸縮性樹脂基板３の上に、シリコン酸化膜からなる絶縁層８と、モリブデン合金膜からなる第１の上部電極層６及び第２の上部電極層７とをパターン形成した。
【0082】
次に、複数の非伸縮性樹脂基板３の上に再剥離用フィルムテープ２２を介して第２の支持基板２３となるガラス基板を貼り付けた。
【0083】
次に、レーザーリフトオフを用いて、第１の支持基板２１側からレーザー光を照射し、複数の非伸縮性樹脂基板３と第１の支持基板２１との界面をアブレーションすることによって、複数の非伸縮性樹脂基板３から剥離した第１の支持基板２１を除去した。
【0084】
次に、アクリル系粘着フィルムからなる伸縮性樹脂基板２の上に、エラストマーに導電性フィラーを分散させた導電性弾性材料を用いて、第１の配線層１３ａ，１３ｂ及び第２の配線層１４ａ，１４ｂをパターン形成した後に、複数の非伸縮性樹脂基板３の上に塗布した密着層５に対して、伸縮性樹脂基板２を加熱圧着することによって、複数の非伸縮性樹脂基板３に対して伸縮性樹脂基板２を貼着した。
【0085】
次に、第２の支持基板２３を再剥離用フィルムテープ２２と共に、複数の非伸縮性樹脂基板３から剥離して除去した。その後、各非伸縮性樹脂基板３の第１の上部電極層６及び第２の上部電極層７と電気的に接続されるように、各非伸縮性樹脂基板３の上にＬＥＤ素子４を実装した。
以上の工程を経ることによって、伸縮性を有する半導体装置１Ａを作製した。
以上の工程を経ることによって、伸縮性を有する半導体装置１Ａを作製した。
【0086】
この伸縮性を有する半導体装置１Ａについて、伸縮性樹脂基板２を伸張したときの伸縮性樹脂基板２の伸張率（％）に対するＬＥＤ素子４に流れる電流の抵抗値（Ω）の変化を測定した。その測定結果を図１５に示す。
【0087】
なお、本測定では、伸縮性樹脂基板２の両端を互いに離間する方向に伸張したときの伸張率を０～５０％の範囲で１０％毎に変化させ、各伸張率での測定を行い、伸張後についても測定を行った。
【0088】
図１５に示すように、伸縮性樹脂基板２の伸張に対して、ＬＥＤ素子４に流れる電流の抵抗値の変化が低く抑えられ、良好な特性を示していることがわかる。
【0089】
また、図１５には示されていないが、同様の測定を繰り返しても、ばらつきが極めて小さく、何れも良好な特性が得られたため、再現性に優れていることも確認した。
【0090】
さらに、伸縮したときのＴＦＴの特性の安定化についても、伸張率が０％の場合と伸張率が５０％の場合との比較において同じ良好な特性を確認した。
【0091】
したがって、本実施例の半導体装置１Ａでは、伸縮性樹脂基板２の伸縮によるＬＥＤ素子４への影響を軽減し、ＬＥＤ素子４の動作の安定化を図ることが可能である。
【符号の説明】
【0092】
１Ａ，１Ｂ…半導体装置 ２…伸縮性樹脂基板 ３…非伸縮性樹脂基板 ４…半導体素子（ＬＥＤ素子） ５…密着層 ６…第１の上部電極層 ７…第２の上部電極層 ８…絶縁層 ９ａ，９ｂ…第１の貫通電極 １０ａ，１０ｂ…第１の孔部 １１ａ，１１ｂ…第２の貫通電極 １２ａ，１２ｂ…第２の孔部 １３ａ，１３ｂ…第１の配線層 １４ａ，１４ｂ…第２の配線層 １５ａ，１５ｂ…第１の溝部 １６ａ，１６ｂ…第２の溝部
【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13】
【図14】
【図15】