JP2007266568A - 半導体装置およびその形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の半導体装置は、一対の第一導電体101a、101bと、その第一導電体101a、101bとは別の一対の第二導電体102a、102bとが絶縁性基板100aに配置された支持体100と、その支持体100に配置された半導体素子を覆う封止部材112と、を備えており、上記支持体100は、上記一対の第一導電体の間に上記絶縁性基板が露出されてなる絶縁部を有しており、且つ、上記一対の第二導電体のうち少なくとも一方は、上記絶縁部の側方に配置されており、上記封止部材が上記第一導電体または上記第二導電体の領域の少なくとも一部を含む領域の上に配置されることを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
以下、図面を参照しながら本形態にかかる半導体装置について説明する。図1は、本形態における半導体装置の模式的な斜視図を示す。図2は、本形態における半導体装置の模式的な上面図を示す。図3は、本形態における半導体装置について、図2に示すII−II方向の模式的な断面図を示す。
以下、図面を参照しながら本形態にかかる半導体装置の形成方法について説明する。図1は、本形態の方法により形成された半導体装置の模式的な斜視図を示す。図2は、本形態の方法により形成された半導体装置の模式的な上面図を示す。図3は、半導体装置の模式的な断面図を示す。さらに、図4から図6は、本形態の支持体の形成方法について、各導電体や絶縁性部材を順に配置していく各工程を示す模式的な上面図である。
本形態の形成方法にかかる第一の工程は、平面視にて互いに対称な領域形状101a、101bを有する一対の第一導電体を、絶縁性基板に配置する工程である。言い換えれば、絶縁性基板上で、平面視して互いに対称な一対の領域に、第一導電体を配置する工程である。
本形態の形成方法にかかる第二の工程は、上記平面視にて上記第一導電体の領域101a、101bの対称軸に対して互いに対称な領域形状102a、102bを有する一対の第二導電体を、上記絶縁性基板に配置する工程である。言い換えれば、絶縁性基板上を平面視して、第一導電体が配置される領域形状の対称軸に対して、互いに対称となる一対の領域に、第二導電体を配置する工程である。
本形態の形成方法にかかる第三の工程は、第一導電体の領域101a、101bまたは第二導電体の領域102a、102bの少なくとも一部を含む領域上に、封止部材の鍔部を溶接する工程である。例えば、図2、図4および図5に示されるように、第一導電体の領域101a、101bの延伸部101cと、第一導電体の領域101a、101bの両脇に配置された第二導電体の領域102a、102bの一部を含む領域(図4に示される点線の円内)上に、絶縁性材料を介して環状の金属平板を配置する。さらに、その金属平板上に封止部材の鍔部を溶接して固定することにより、半導体素子が気密封止される。
本形態における支持体とは、半導体素子、サブマウントあるいは封止部材が載置される部材である。さらに、支持体は、載置された半導体素子と電気的に接続する電極と、その電極から絶縁された導電性の板材を所定の位置に保持し、それらを電気的に絶縁分離する絶縁性部材と、を備える部材である。
本形態における板材とは、支持体に配される電極から絶縁されて支持体に配され、封止部材の鍔部を配するための主面を有する導電性の板状部材である。ここで、封止部材の鍔部が配される板材の主面は、少なくとも封止部材の鍔部の全体が収まるような大きさとされる。
本形態における封止部材とは、半導体素子や導電性ワイヤなどを外部環境から保護するため、それらの部材を覆うように支持体に配置される部材である。半導体発光素子や受光素子においては、半導体素子の光学特性を考慮して、凹面、凸面、球面状、楕円面、放物面あるいはそれらを組み合わせた形状など種々の光学形状を有することもできる。
鍔部は、金属材料からなる環状の部材であり、その環内に透光部の縁部が固定されている。なお、ガラスを材料とする透光部は、その縁部が鍔部に溶着されることにより固定されている。鍔部の材料は、コバール、鉄、ステンレス、アルミニウム合金などが好ましい。ここで、コバールは、上述の低融点ガラスと近似の熱膨張率を有するため、半導体素子の気密封止を良好に行うことができる。また、鍔部は、少なくとも板材と接触する部位に、板材の最表面に配置された金属と同種の金属(例えば、ニッケル、銀あるいは金から選択された少なくとも一種の金属)が鍍金やスパッタリングなど種々の方法により配されていることが好ましい。例えば、板材の最表面が銀であるとき、鍔部の最表面にも銀が配されていることが好ましい。これにより、鍔部と板材とが強固に接合される。また、鍔部および板材は、その表面のうち、少なくともそれらが互いに溶接される部位がニッケル、銀あるいは金などの金属にて被覆されていることが好ましい。これにより、鍔部および板材を溶接する工程まで、被覆されるほうの金属(鍔部および板材の主材料)の表面を酸化などの化学的変化から保護することができる。そのため、金属表面の酸化などにより接合の強度が低下することなく、鍔部と板材とが溶接により強固に接合される。
本形態における透光部は、半導体素子側に凹状の空洞を形成させる内壁面と、その反対側に設けられる凸状の外壁面と、を有する。透光部の材料は、ソーダガラス、シリカガラス、ホウ珪酸塩ガラス、アルミノホウ珪酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、オキシナイトライドガラス、カルコゲナイドガラスなどの低融点ガラスから選択された少なくとも一種を含む透光性無機材料にて形成させる。このような材料を選択することにより、発光素子からの高出力な光により劣化することなく、耐光性の高い半導体装置とすることができる。また、透光部の材料は、支持体の材料と線膨張係数の等しい材料を選択することにより、気密性および信頼性の高い半導体装置とすることができる。
図7から図11は、本形態の封止部材112の形成方法について、各工程を示す断面図である。以下、図7から図11を参照しながら本形態における封止部材112の形成方法について詳述する。なお、以下に説明する形成方法は、本形態における封止部材112の形成方法の一例であり、本形態の封止部材112の形成方法が以下に説明する形成方法に限定されないことは言うまでもない。
本形態における半導体素子は、発光素子、受光素子、およびそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子(例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー)、あるいはそれらを二種以上組み合わせたものとすることができる。ここでは、半導体素子の一例として、発光素子(LEDチップ)について説明する。LEDチップを構成する半導体発光素子としては、ZnSeやGaNなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
図1から図3に示されるように、本実施例における半導体装置は、半導体素子と、正負一対の電極とするための導電体が配置された絶縁性基板100aを有する支持体100と、その支持体100に配置された半導体素子を覆うカバーである封止部材112と、を備えた半導体装置である。
まず、本実施例の支持体について詳細に説明する。図4から図6は、本実施例の支持体を形成する各工程について、それぞれ順を追って示す模式的な上面図である。本実施例の支持体は、図4から図6まで順に示されるように、絶縁性基板に対して、各導電体と、絶縁性部材と、環状の板材とを順に積層させることにより形成させる。さらに、図13は、支持体の集合体であるセラミックス基板116の模式的な斜視図である。
発光素子がフリップチップ実装されるサブマウント105は、窒化アルミニウムを材料とする板材に導体配線が形成されている。本実施例におけるサブマウントは、第一導電体および第二導電体から分離されて、これらの導電体と同じ材料にて形成された第三導電体の領域に、共晶材を介して配置される。この第三導電体は、スクリーン印刷により配置されることが好ましい。第三導電体は、スクリーンの編み目状メッシュにより格子状に溝を有して配置される。これにより、サブマウントと第三導電体との間に気泡が生じても、その気泡は分散するため、サブマウントと支持体との固着力を向上させることができる。
波長変換部材に含有させる蛍光物質は、中心粒径が8μmである(Y0.995Gd0.005)2.750Al5O12:Ce0.250蛍光物質とする。波長変換部材の材料は、シリコーン樹脂に、上記蛍光物質を20〜75wt%含有させ、自転公転ミキサーにて5分間攪拌を行い、蛍光体と結着剤であるシリコーン樹脂との硬化性組成物とする。その硬化性組成物は、フリップチップ実装された半導体発光素子の発光観測方向となるサファイア基板面に対し、メタルマスクにより印刷される。さらに、その硬化性組成物を150℃、1hrで硬化させることにより、LEDチップの側面および上面側を被覆し層厚が70μmから80μmの波長変換部材とする。
上述した環状の板材106に封止部材112の鍔部108を配置させた後、封止部材112の鍔部108と、板材106とに電圧を印加する。ここで、電圧を印加するための電極端子は、鍔部108の緩衝部108bに当接される。これにより、封止部材112の透光部107に損傷を与えることなく、封止部材112の鍔部108と板材106とが抵抗溶接され、半導体素子が気密封止される。封止部材112は、ソーダガラスからなる透光性の透光部107と、その透光部107が嵌挿される鍔部108とを有する。透光部107の光出射面は、発光装置100の上面方向に凸の半球面であり、発光素子102に対面する光入射面は、上記光出射面と曲率が略等しい凹の半球面である。鍔部108は、コバールからなる環状の部材であり、ソーダガラスからなる半球面レンズである透光部107の縁部が溶着されて固定されている。さらに、発光素子102は、封止部材と支持体の主面とから形成される中空部内にて、気密封止される。
100a・・・絶縁性基板、
200、300、400、500、600・・・半導体装置、
101a、101b・・・第一導電体の領域、
101c・・・第一導電体の領域の延伸部、
102a、102b・・・第二導電体の領域、
103・・・第三導電体の領域、
104a、104b・・・電極、
105・・・絶縁性部材、
106・・・導電性の板材
107、301、401、501、601・・・透光部、
108・・・鍔部、
108a・・・鍔部の接触部、
108b・・・鍔部の緩衝部、
109・・・第一の型、
110・・・透光部の材料、
111・・・第二の型、
112・・・封止部材、
113・・・半導体素子、
114・・・サブマウント、
115・・・第四導電体の領域、
116・・・集合基板、
117・・・分割ライン。
Claims (8)
- 一対の第一導電体と、その第一導電体とは別の一対の第二導電体とが絶縁性基板に配置された支持体と、その支持体に配置された半導体素子を覆う封止部材と、を備えており、
前記支持体は、前記一対の第一導電体の間に前記絶縁性基板が露出されてなる絶縁部を有しており、且つ、前記一対の第二導電体のうち少なくとも一方は、前記絶縁部の側方に配置されており、
前記封止部材は、前記第一導電体または前記第二導電体の領域の少なくとも一部を含む領域の上に配置されることを特徴とする半導体装置。 - 一対の第一導電体と、その第一導電体とは別の一対の第二導電体とが絶縁性基板に配置された支持体と、その支持体に配置された半導体素子を覆う封止部材と、を備えており、
前記一対の第一導電体の領域形状は、平面視にて、互いに対称な形状を有し、且つ、
前記一対の第二導電体の領域形状は、前記平面視にて、前記第一導電体の領域形状の対称軸に対して互いに対称な形状を有しており、
前記封止部材は、前記第一導電体または前記第二導電体の領域の少なくとも一部を含む領域の上に配置されることを特徴とする半導体装置。 - 前記第二導電体の領域形状は、前記絶縁性基板の長手方向に延伸された短冊状である請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記絶縁性基板は、その中央部に配置された第三導電体を備えており、前記第一導電体の領域形状は、前記中央部の側に延伸されて前記第三導電体の領域形状の一部を包囲する延伸部を有する請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第一導電体および前記第二導電体は、絶縁性部材により連続して被覆されている請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記封止部材は、導電性の鍔部を備えており、その鍔部は、前記支持体に対して弾性を有する請求項1から5のいずれか一項に記載の支持体を備えた半導体装置。
- 絶縁性基板と、その絶縁性基板に配置された導電体と、を備えた支持体と、導電性の鍔部を有する封止部材と、を具備した半導体装置の形成方法であって、
平面視にて互いに対称な領域形状を有する一対の第一導電体を、絶縁性基板に配置する第一の工程と、
前記第一導電体の領域に対して互いに対称な領域形状を有する一対の第二導電体を、前記絶縁性基板に配置する第二の工程と、
前記第一導電体または前記第二導電体の少なくとも一部を含む領域上に、前記封止部材の鍔部を溶接する第三の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。 - 前記封止部材の鍔部は、前記絶縁性基板に対して弾性を有する請求項7に記載の半導体装置の形成方法。
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