JP5636624B2 - Light emitting device - Google Patents

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    • H01L2924/181—Encapsulation

Description

本件発明は、半導体装置に関し、より詳細には、パッケージ裏面に金属体を露出してなる半導体装置にする。   The present invention relates to a semiconductor device, and more specifically, a semiconductor device in which a metal body is exposed on the back surface of a package.

近年、数十μｍから数ｍｍ程度角の大きさで、非常に発光効率のよいＬＥＤチップがパッケージに搭載され、電子機器、車両、各種の照明装置として、高出力及び白色化された半導体装置（以下発光装置ともいう）が実現されている。
しかし、発光装置の高出力化に伴って、発光装置から発生する熱が増大していることから、安定した輝度を確保するために、このような熱の放散を速やかに行うことが求められている。
そこで、例えば、発光素子を搭載する基板を貫通するように、発光素子搭載面から裏面にかけて金属による放熱部材が挿入された基板等が提案されている（例えば、特許文献１から３）。
通常、発光素子を搭載する基板は、絶縁材料から形成されており、それに導入される放熱部材は、熱伝導率の高い金属部材で形成されることから、両者の熱膨張係数が異なる。そのため、通常、両材料間には、所定のクリアランスが設けられている。 In recent years, LED chips having a size of several tens of μm to several mm and having a very high luminous efficiency are mounted on a package, and a semiconductor device having high output and whitening as an electronic device, a vehicle, and various lighting devices ( (Hereinafter also referred to as a light-emitting device).
However, since the heat generated from the light emitting device is increasing with the increase in the output of the light emitting device, it is required to quickly dissipate such heat in order to ensure stable luminance. Yes.
Therefore, for example, a substrate in which a metal heat dissipation member is inserted from the light emitting element mounting surface to the back surface so as to penetrate the substrate on which the light emitting element is mounted has been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3).
Usually, the substrate on which the light emitting element is mounted is formed of an insulating material, and the heat dissipation member introduced into the substrate is formed of a metal member having high thermal conductivity, so that the thermal expansion coefficients of the two are different. Therefore, usually, a predetermined clearance is provided between both materials.

特開２００６−３２８０４号公報JP 2006-32804 A 特開２００６−１２８２６５号公報JP 2006-128265 A 特開２００７−１２７６４号公報JP 2007-12764 A

しかし、発光装置は、一般に、オン／オフが繰り返されるために、熱サイクルに曝され、それに起因して、クリアランスの大きさに伴って、放熱部材の位置ずれが発生することがある。
放熱性を向上させるため、絶縁材料と放熱部材とのクリアランス部分に、半田等によるフィレットが形成されることがあるが、上述した放熱部材の位置ずれが発生すると、半田フィレットを形成するための十分なクリアランスを確保することができなくなるという問題が生じる。また、場合によっては、絶縁材料と放熱部材とが接触してクリアランスが全くとれず、半田フィレットが形成されないことから、放熱部材に蓄積された熱の放熱経路を確保することができなくなる場合もある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、放熱性を向上させるための金属体を、適切な位置に、精度よく配置することができる半導体装置を提供することを目的とする。 However, since the light emitting device is generally repeatedly turned on / off, the light emitting device is exposed to a thermal cycle, and as a result, the position of the heat radiating member may shift with the size of the clearance.
In order to improve heat dissipation, a fillet made of solder or the like may be formed in the clearance portion between the insulating material and the heat dissipation member. However, when the above-described misalignment of the heat dissipation member occurs, it is sufficient to form a solder fillet. The problem that it becomes impossible to ensure a sufficient clearance arises. In some cases, the insulating material and the heat radiating member come into contact with each other, so that no clearance is obtained, and no solder fillet is formed, so that it is impossible to secure a heat radiating path for the heat accumulated in the heat radiating member. .
This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the semiconductor device which can arrange | position the metal body for improving heat dissipation with an appropriate position accurately.

本発明の発光装置は、絶縁性材料からなるパッケージと、
光取り出し面となる前記パッケージ上面側に搭載された半導体発光素子と、
前記パッケージ内に埋設され、かつ裏面が前記パッケージ裏面で露出した金属体とを備えた発光装置であって、
前記金属体が、側面の少なくとも一部において、パッケージ上面側とパッケージ裏面側との間で段差を有する形状を有しており、
前記金属体の側面と該側面に対向するパッケージ内壁面との間の間隔が、前記パッケージ裏面側よりも前記パッケージ上面側において小さいことを特徴とする。 The light emitting device of the present invention includes a package made of an insulating material,
A semiconductor light emitting device mounted on the upper surface side of the package to be a light extraction surface ;
Embedded before Symbol package, and a light-emitting device that includes a metal body rear surface is exposed in the package back surface,
The metal body has a shape having a step between the package upper surface side and the package back surface side in at least a part of the side surface;
The space between the side surface of the metal body and the inner wall surface of the package facing the side surface is smaller on the upper surface side of the package than on the back surface side of the package.

このような半導体装置では、前記金属体の全側面と該全側面に対向するパッケージ内壁との間の間隔が、前記パッケージ裏面側よりも前記パッケージ上面側において小さいことが好ましい。
また、前記金属体の側面と該側面に隣接するパッケージ内壁との間の間隔が、前記パッケージ上面側において、前記パッケージの裏面側の５０％未満であることが好ましい。
さらに、前記金属体の平面積が、前記パッケージの裏面側よりも前記パッケージ上面側において小さいことが好ましい。
前記パッケージは、セラミックスからなることが好ましい。
前記金属体は、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種を主成分とするものが好ましい。 In such a semiconductor device, it is preferable that the distance between the entire side surface of the metal body and the package inner wall facing the entire side surface is smaller on the package upper surface side than on the package back surface side.
Moreover, it is preferable that the space | interval between the side surface of the said metal body and the package inner wall adjacent to this side surface is less than 50% of the back surface side of the said package in the said package upper surface side.
Furthermore, it is preferable that the planar area of the metal body is smaller on the upper surface side of the package than on the rear surface side of the package.
The package is preferably made of ceramics.
The metal body is preferably composed mainly of at least one selected from the group consisting of W, Mo, Cu, Ag and Al.

本発明の半導体装置によれば、放熱性を向上させるための金属体を、適切な位置に、精度よく配置することができる。それによって、金属体とパッケージとの隙間に、安定したフィレットを形成することが可能になり、半導体装置の実装時の接合性を安定にすることができる。その結果、半導体装置の熱をより効率的に逃がすことができ、高出力で均一な光の取り出しを実現することが可能となる。   According to the semiconductor device of this invention, the metal body for improving heat dissipation can be arrange | positioned accurately in an appropriate position. As a result, a stable fillet can be formed in the gap between the metal body and the package, and the bondability when the semiconductor device is mounted can be stabilized. As a result, the heat of the semiconductor device can be released more efficiently, and it is possible to realize uniform light extraction with high output.

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体装置を例示するものであって、本発明は、半導体装置を以下に限定するものではない。
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものではない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定の記載がない限り、本発明の請求の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明の半導体装置を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the modes shown below exemplify a semiconductor device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not limit the semiconductor device to the following.
Moreover, this specification does not specify the member shown by the claim as the member of embodiment. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the claims of the present invention only, unless otherwise specified. Only. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in the following description, the same name and reference sign indicate the same or the same members, and detailed description will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the semiconductor device of the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and the plurality of elements are shared by one member. It can also be realized by sharing these members.

本発明の半導体装置は、主として、半導体素子と、パッケージと、金属体とから構成される。
半導体素子は、通常、半導体発光素子であり、特に、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であることが好ましい。例えば、基板上に、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、ｐ型半導体層と、活性層と、ｎ型半導体層とを含む積層構造が形成されたものが挙げられる。なかでも、窒化物半導体からなる青色系の光を発する活性層を有するものが好ましい。得られる発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、活性層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、活性層にドープする不純物の種類を変化させるなどによって、紫外領域から赤色まで変化させることができる。 The semiconductor device of the present invention is mainly composed of a semiconductor element, a package, and a metal body.
The semiconductor element is usually a semiconductor light emitting element, and in particular, an element called a so-called light emitting diode is preferable. For example, a p-type semiconductor layer and an active material can be formed on a substrate by various semiconductors such as nitride semiconductors such as InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, and InGaAlN, III-V compound semiconductors, II-VI compound semiconductors, and the like. Examples include a layered structure including a layer and an n-type semiconductor layer. Among them, those having an active layer that emits blue light made of a nitride semiconductor are preferable. The emission wavelength of the resulting light-emitting element can be changed from the ultraviolet region to red by changing the semiconductor material, the mixed crystal ratio, the In content of InGaN in the active layer, the type of impurities doped in the active layer, etc. .

半導体素子は、活性層に対して同じ側に正負電極の双方を有するもの、活性層に対して異なる側に正負電極をそれぞれ有するもののいずれであってもよい。例えば、ＧａＮ系の材料を用い、絶縁性のサファイア基板の上に、ｎ型の化合物半導体を積層し、その上にｐ型の化合物半導体を積層することにより、活性層に対して同じ側に正負電極の双方を有する発光素子とすることができる。
例えば、ＧａＮ系の材料を用い、金属を材料とする支持基板（例えば、Ｓｉ、ＣｕＷ等）と、その支持基板の一方の主面上に形成された接合層（例えば、Ａｕ、Ｓｎ等を材料とする共晶材からなる層等）と、その接合層の上に形成されたｐ型半導体層と、そのｐ型半導体層の上に形成された活性層と、その活性層の上に形成されたｎ型半導体層と、ｎ型半導体層に形成されたｎ側電極とを有する積層体からなる発光素子とすることができる。また、支持基板の他方の主面上に接合層を配置し、パッケージに固定するときの接合材とすることができる。このように、金属材料を支持基板として形成した発光素子は、活性層に対して異なる側に正負電極を設けることができ、また、その支持基板の一方の面を実装面として、後述するパッケージにおける導体配線の上に配置することができる。これにより、発光素子の実装面側に配置された支持基板を放熱経路とすることができ、発光素子からの放熱性を向上させることができ、発光出力が高い半導体装置を得ることができる。 The semiconductor element may be either one having both positive and negative electrodes on the same side with respect to the active layer, and one having both positive and negative electrodes on different sides with respect to the active layer. For example, using a GaN-based material, stacking an n-type compound semiconductor on an insulating sapphire substrate, and then stacking a p-type compound semiconductor on it, positive and negative on the same side with respect to the active layer A light-emitting element having both electrodes can be obtained.
For example, a GaN-based material is used, and a support substrate (eg, Si, CuW, etc.) made of metal and a bonding layer (eg, Au, Sn, etc.) formed on one main surface of the support substrate are used as materials. And the like, a p-type semiconductor layer formed on the bonding layer, an active layer formed on the p-type semiconductor layer, and an active layer formed on the active layer. In addition, a light-emitting element including a stacked body including an n-type semiconductor layer and an n-side electrode formed on the n-type semiconductor layer can be obtained. Further, a bonding layer can be disposed on the other main surface of the support substrate and used as a bonding material for fixing to the package. As described above, the light-emitting element formed using a metal material as a supporting substrate can be provided with positive and negative electrodes on different sides with respect to the active layer, and in a package described later with one surface of the supporting substrate as a mounting surface. It can arrange | position on a conductor wiring. Accordingly, the support substrate disposed on the mounting surface side of the light emitting element can be used as a heat dissipation path, heat dissipation from the light emitting element can be improved, and a semiconductor device with high light emission output can be obtained.

半導体素子は、後述するパッケージにおける導体配線、好ましくは正又は負電極のいずれか又は後述する金属体、あるいは別途設けられた素子載置領域上に載置される。半導体素子は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン等の樹脂、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等を用いて、パッケージの所定領域にダイボンディングすることができる。   The semiconductor element is placed on a conductor wiring in a package to be described later, preferably a positive or negative electrode, a metal body to be described later, or an element mounting region provided separately. For example, the semiconductor element is made of a predetermined region of the package using a resin such as epoxy resin or silicone, solder such as Au—Sn eutectic, brazing material such as low melting point metal, conductive paste such as silver, gold, or palladium. Can be die-bonded.

半導体素子に形成された電極は、パッケージにおける導体配線と接続される。半導体素子が同一面側に正及び負電極を有する場合には、半導体素子の正電極とパッケージの導体配線である正電極、半導体素子の負電極とパッケージの導体配線である負電極とをワイヤボンディングもしくは共晶接合等のダイボンディング又はバンプを介してフリップすることが好ましい。また、半導体素子の正負電極が半導体素子の上面側と裏面側に設けられている場合には、通常、裏面側の電極又は上述した支持基板等は、半導体素子をパッケージの一方の電極に載置し、ダイボンディングすることにより、パッケージの一方の電極と接続される。   The electrode formed on the semiconductor element is connected to the conductor wiring in the package. When the semiconductor element has positive and negative electrodes on the same surface side, wire bonding is performed between the positive electrode of the semiconductor element and the positive electrode that is the conductor wiring of the package, and the negative electrode of the semiconductor element and the negative electrode that is the conductor wiring of the package. Alternatively, it is preferable to flip through die bonding such as eutectic bonding or bumps. In addition, when the positive and negative electrodes of the semiconductor element are provided on the upper surface side and the back surface side of the semiconductor element, the back surface side electrode or the above-described support substrate is usually mounted on one electrode of the package. Then, it is connected to one electrode of the package by die bonding.

半導体装置には、半導体素子は、１つのみならず、複数個搭載されていてもよい。この場合には、同じ発光色の光を発する半導体素子を複数個組み合わせてもよいし、ＲＢＧに対応するように、発光色の異なる半導体素子を複数個組み合わせてもよい。半導体素子が複数個搭載される場合、半導体素子は、並列及び直列等のいずれの接続関係となるようにパッケージの電極と電気的に接続してもよい。   In the semiconductor device, not only one semiconductor element but also a plurality of semiconductor elements may be mounted. In this case, a plurality of semiconductor elements emitting light of the same emission color may be combined, or a plurality of semiconductor elements having different emission colors may be combined so as to correspond to RBG. When a plurality of semiconductor elements are mounted, the semiconductor elements may be electrically connected to the electrodes of the package so as to have any connection relationship such as parallel or series.

また、本発明の半導体装置には、保護素子が搭載されていることが好ましい。保護素子は、１つでもよいし、複数個でもよい。ここで、保護素子は、特に限定されるものではなく、半導体装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、過熱、過電圧、過電流等に対する保護回路用の素子（例えば、静電保護素子）等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオード、トランジスタ・ダイオード等が利用できる。   Moreover, it is preferable that a protective element is mounted on the semiconductor device of the present invention. There may be one protective element or a plurality of protective elements. Here, the protective element is not particularly limited, and may be any known element mounted on the semiconductor device. For example, an element (for example, an electrostatic protection element) for a protection circuit against overheating, overvoltage, overcurrent, or the like can be given. Specifically, a Zener diode, a transistor / diode or the like can be used.

なお、半導体素子は、その発光面が蛍光体によってコンフォーマル・コーティングされていてもよい。ここで、コンフォーマル・コーティングとは、半導体素子の形状にかかわらず、半導体素子と同形にコーティングされていること、つまり、半導体素子のどの部分でも特に、発光観測面において、略同じ厚みの蛍光体による層が形成されていることを意味する。よって、発光観測面ではない方向、すなわち半導体素子がダイボンディングされる面には形成されなくてもよい。
コンフォーマル・コーティングは、少なくとも蛍光体を含むコーティング材料、任意に、透光性樹脂等を含むコーティング材料を、電気泳動沈着、印刷、噴霧、ブラッシング、流し塗り、コーティング材料への浸漬によって形成することができる。蛍光体としては、用いる半導体素子の出射光の波長、得ようとする光の色等を考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。例えば、ＷＯ２００６／０３８５０２号、特開２００６−２２９０５５号に記載の蛍光体等が挙げられる。コンフォーマル・コーティングは、用いる蛍光体、その他の材料等、半導体素子及び半導体装置の大きさ等によって、また、所望の色調になるように適宜調整することができ、通常、５〜１００μｍ程度の厚みであることが適している。 Note that the light emitting surface of the semiconductor element may be conformally coated with a phosphor. Here, the conformal coating means that the semiconductor element is coated in the same shape regardless of the shape of the semiconductor element, that is, the phosphor having substantially the same thickness on the light emission observation surface in any part of the semiconductor element. Means that a layer is formed. Therefore, it does not have to be formed in the direction other than the light emission observation surface, that is, the surface on which the semiconductor element is die-bonded.
Conformal coating is formed by electrophoretic deposition, printing, spraying, brushing, flow coating, or dipping in a coating material, including at least a phosphor-containing coating material, and optionally a translucent resin. Can do. Any known phosphor can be used in consideration of the wavelength of the emitted light of the semiconductor element used, the color of the light to be obtained, and the like. Examples thereof include phosphors described in WO 2006/038502 and JP 2006-229055. The conformal coating can be appropriately adjusted according to the size of the phosphor and other materials used, the size of the semiconductor element and the semiconductor device, etc., and a desired color tone, and usually has a thickness of about 5 to 100 μm. Is suitable.

本発明の半導体装置を構成するパッケージは、例えば、種々のパターンに加工された絶縁層が、多層積層されて構成されている。このようなパッケージを用いることにより、反りが少なく、平坦度を確保することができ、耐半田クラック性を実現することができる。   The package constituting the semiconductor device of the present invention is configured, for example, by laminating insulating layers processed into various patterns. By using such a package, there is little warpage, flatness can be ensured, and solder crack resistance can be realized.

パッケージ材料としては、絶縁性材料であれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等、具体的には、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂、セラミックス等が挙げられる。また、これらの材料には、着色剤又は光拡散剤として、種々の染料又は顔料等を混合して用いてもよい。着色剤としては、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、カーボンブラック等が挙げられ、光拡散剤としては、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等が挙げられる。なかでも、セラミックスからなるものが好ましい。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ガラスセラミックス、普通磁器、窒化物系（ＡｌＮ）、炭化物系（ＳｉＣ）、ＭｇＯ、ＭｇＯと複合酸化物との組み合わせ等が挙げられ、アルミナからなる又はアルミナを主成分とするセラミックスが好ましい。これにより、金属体との接合を確実にすることができる。 The package material is not particularly limited as long as it is an insulating material. For example, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, etc., specifically, polyphthalamide (PPA), polycarbonate resin, polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal Polymer (LCP), ABS resin, epoxy resin, phenol resin, acrylic resin, resin such as PBT resin, ceramics, and the like can be given. Moreover, you may mix and use various dyes or pigments for these materials as a coloring agent or a light-diffusion agent. Examples of the colorant include Cr 2 O 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , and carbon black. Examples of the light diffusing agent include calcium carbonate, aluminum oxide, and titanium oxide. Especially, what consists of ceramics is preferable. Examples of the ceramic include alumina, mullite, forsterite, glass ceramics, ordinary porcelain, nitride (AlN), carbide (SiC), MgO, a combination of MgO and a composite oxide, and the like. Or the ceramic which has an alumina as a main component is preferable. Thereby, joining with a metal body can be ensured.

このようなパッケージは、セラミックスによって形成される場合、例えば、アルミナ等を主成分とし、バインダー、溶剤等を添加して、スラリーを調製し、例えば、ドクターブレード法により、シート状の成形体を作製し、任意にこの成形体に貫通孔を形成し、この成形体を積層し、酸化雰囲気、還元雰囲気又は不活性雰囲気下で焼成することによって、形成することができる。導体配線は、パッケージ表面においては、蒸着又はスパッタ法とフォトリソグラフィー工程とにより、あるいは印刷法、転写法、電解めっき等により形成することができる。また、パッケージを貫通する、いわゆる導体配線（電極材料等）とする場合には、セラミックスのグリーンシートの貫通孔に、導体配線となる金属粉末を含有する導体ペーストを印刷、積層、充填すること等によって、絶縁層と一体的に形成することができる。これにより、基板をダイシングする際に電極部分を切断することがないために、バリ等を発生させることなく、加工を容易かつ精度よく行うことができる。また、電極の引き回しを行う必要がなくなり、半導体装置のより小型化を実現することができる。なお、セラミックスからなるパッケージであっても、セラミックス以外の絶縁性材料からなる絶縁層をその一部に有していてもよい。このような材料としては、例えば、ＢＴレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等が挙げられる。   When such a package is formed of ceramics, for example, alumina or the like is the main component, a binder, a solvent, or the like is added to prepare a slurry, and a sheet-like molded body is produced by, for example, a doctor blade method. Then, it is possible to form the molded body by arbitrarily forming through holes, laminating the molded body, and firing in an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere or an inert atmosphere. The conductor wiring can be formed on the package surface by a vapor deposition or sputtering method and a photolithography process, or by a printing method, a transfer method, electrolytic plating, or the like. For so-called conductor wiring (electrode material, etc.) penetrating the package, printing, laminating, filling, etc., a conductive paste containing metal powder to be the conductor wiring in the through hole of the ceramic green sheet Thus, it can be formed integrally with the insulating layer. Accordingly, since the electrode portion is not cut when the substrate is diced, the processing can be easily and accurately performed without generating burrs or the like. In addition, it is not necessary to route the electrodes, and the semiconductor device can be further downsized. Note that even a package made of ceramics may have an insulating layer made of an insulating material other than ceramics as a part thereof. Examples of such a material include BT resin, glass epoxy, epoxy resin, and the like.

パッケージの形状は、特に限定されないが、例えば、光の出射面側から見た平面形状（以下、単に「平面形状」と記す）が、円、楕円、正方形、長方形、多角形等及びこれらの変形（例えば、角を丸めた又は切欠した形状、少なくとも一面にテーパを有する及び／又は表面に微細な凹凸等を有する形状等）形状が挙げられる。
パッケージ自体は、表面が略平坦であってもよいが、その上面に、半導体素子を搭載するために、導体配線の一部を露出させる凹部が形成されていてもよい。これにより、半導体素子の表面に形成された電極と、後述する導体配線との距離を最小限とすることができ、ワイヤやバンプ等による両者の接続を確実に行うことが可能となる。また、後述するように、パッケージの厚み方向に貫通する貫通孔を有していてもよい。 The shape of the package is not particularly limited. For example, a planar shape viewed from the light exit surface side (hereinafter simply referred to as “planar shape”) is a circle, an ellipse, a square, a rectangle, a polygon, and the like, and deformations thereof. (For example, a shape with rounded or cut corners, a shape having a taper on at least one surface and / or a surface with fine irregularities, etc.).
The surface of the package itself may be substantially flat, but a recess that exposes part of the conductor wiring may be formed on the upper surface of the package in order to mount a semiconductor element. As a result, the distance between the electrode formed on the surface of the semiconductor element and a conductor wiring described later can be minimized, and the connection between the two by a wire, a bump, or the like can be ensured. Further, as will be described later, it may have a through-hole penetrating in the thickness direction of the package.

凹部の大きさ及び深さは特に限定されるものではなく、搭載する半導体素子の大きさ、数、パッケージの大きさ等によって適宜調整することができる。
例えば、凹部の形状は、平面形状が、円、楕円、正方形、長方形、多角形等及びこれらの変形が例示される。ただし、必ずしも、パッケージと窓との形状が一致していなくてもよい。深さは、半導体素子を、あるいは、半導体素子とそれを導体配線に接続するワイヤ等とを内部に収容し得る深さであればよい。具体的には、０．５ｍｍ程度以下、さらに０．３ｍｍ程度以下であることが好ましい。また、０．０２ｍｍ程度以上、さらに０．０５ｍｍ程度以上であることが好ましい。このような深さを有することにより、後述する透光性の被覆部材の表面張力を利用して、パッケージ表面への透光性の被覆部材の不要な広がりを有効に防止することができる。また、後述の被覆部材を形成する前に、凹部の底部を、搭載された半導体素子の側面の厚み程度まで、粘度の低い樹脂であらかじめ埋めることにより、被覆部材を形成する際に、ボイドが発生するおそれを抑制することができる。 The size and depth of the recess are not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on the size and number of semiconductor elements to be mounted, the size of the package, and the like.
For example, as for the shape of a recessed part, a planar shape is a circle, an ellipse, a square, a rectangle, a polygon, etc., and these deformation | transformation. However, the shape of the package and the window may not necessarily match. The depth should just be a depth which can accommodate a semiconductor element or a semiconductor element and the wire etc. which connect it to a conductor wiring inside. Specifically, it is preferably about 0.5 mm or less, more preferably about 0.3 mm or less. Further, it is preferably about 0.02 mm or more, and more preferably about 0.05 mm or more. By having such a depth, it is possible to effectively prevent unnecessary spreading of the translucent covering member to the package surface by utilizing the surface tension of the translucent covering member described later. In addition, before forming the covering member described later, voids are generated when the covering member is formed by prefilling the bottom of the recess with a resin having a low viscosity to the thickness of the side surface of the mounted semiconductor element. The risk of doing so can be suppressed.

パッケージに形成される導体配線は、パッケージの上面、つまり、半導体素子の搭載面においては、半導体素子の正負の各電極と接続される正負の各電極として機能する部位と、パッケージの上面から裏面側にわたって貫通又は連続して形成される配線として機能する部位と、パッケージの裏面又は側面において、つまり、回路基板に実装される場合の外部接続端子として機能する部位とを備えて構成されている。ただし、１つの導体配線がこれらの全ての機能部位を備えてなくてもよく、少なくとも１以上の機能を備える導体配線が、２以上備えられていることが適している。
これらの導体配線は、通常、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ等を主成分とする金属又は合金層の単層又は複数層等によって形成することができる。 The conductor wiring formed in the package includes the upper surface of the package, that is, on the mounting surface of the semiconductor element, the portion functioning as the positive and negative electrodes connected to the positive and negative electrodes of the semiconductor element, and the back surface side from the upper surface of the package. And a portion that functions as a wiring that penetrates or is continuously formed, and a portion that functions as an external connection terminal when mounted on a circuit board on the back surface or side surface of the package. However, one conductor wiring may not have all of these functional parts, and it is suitable that two or more conductor wirings having at least one or more functions are provided.
These conductor wirings can usually be formed by a single layer or a plurality of layers of a metal or alloy layer mainly composed of Ni, Au, Cu, Ag, W or the like.

また、パッケージは、その内部に埋設され、少なくとも一部が裏面側で露出した金属体を含んでいる。これにより、半導体装置の放熱性を向上させることができる。従って、パッケージは、裏面側から、金属体を組み込むための凹部、または上面と裏面を貫通する孔が形成されていることになる。
金属体は、主として、熱伝導性部材として機能するものであり、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上、好ましくは２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有しているものが挙げられる。例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅、鉄入り銅、ＣｕＷあるいはこれらの表面に銀、アルミニウム、銅、金等の金属メッキ膜が施されたもの等によって形成することができる。なかでも、金属体は、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種を主成分とするものが好ましい。これにより、金属体の成形を容易にすることができるとともに、半導体装置の実装の際、半田等との濡れ性を向上させることができ、適切なフィレットを形成することができる。 The package includes a metal body embedded in the package and exposed at least partially on the back side. Thereby, the heat dissipation of the semiconductor device can be improved. Accordingly, the package has a recess for incorporating a metal body or a hole penetrating the top surface and the back surface from the back surface side.
The metal body mainly functions as a heat conductive member, and has, for example, a thermal conductivity of about 100 W / (m · K) or more, preferably about 200 W / (m · K) or more. Is mentioned. For example, a metal such as copper, aluminum, gold, silver, tungsten, iron, nickel or an iron-nickel alloy, phosphor bronze, iron-containing copper, CuW, or a metal plating film such as silver, aluminum, copper, or gold on the surface thereof. It can be formed by what was given. In particular, the metal body is preferably composed mainly of at least one selected from the group consisting of W, Mo, Cu, Ag, and Al. As a result, the metal body can be easily molded, and the wettability with solder or the like can be improved during mounting of the semiconductor device, and an appropriate fillet can be formed.

金属体は、少なくとも側面の一部において、パッケージ上部側とパッケージ裏面側との間、言い換えると、半導体装置に組み込まれた場合、半導体素子の光出射面側（以下、「段差上部」と記すことがある）と、パッケージの裏面側（以下、「段差下部」と記すことがある）との間で段差を有する。この段差は、金属体側面の一部でもよいが、全部にわたって形成されていることが好ましい。この段差は、段差上下部側面に対して必ずしも９０°の角度（図１（ｄ）中、角α、β参照）で形成されていなくてもよいが、略９０°（例えば、±１０°）であることが好ましい。   In at least a part of the side surface, the metal body is between the upper side of the package and the back side of the package, in other words, when it is incorporated in a semiconductor device, the light emitting surface side of the semiconductor element (hereinafter referred to as “step upper part”). And a back surface side of the package (hereinafter sometimes referred to as “step difference lower part”). Although this level | step difference may be a part of metal body side surface, it is preferable that it is formed over the whole. The step is not necessarily formed at an angle of 90 ° with respect to the upper and lower side surfaces of the step (see angles α and β in FIG. 1D), but is approximately 90 ° (for example, ± 10 °). It is preferable that

金属体において、段差上下部のそれぞれの光出射側から見た平面形状は、特に限定されるものではなく、円、楕円、正方形、長方形、多角形等及びこれらの変形が例示されるが、パッケージの平面形状と略相似であることが適している。また、段差上下部、それぞれの平面（つまり、半導体素子の光出射面に対して水平な断面）の面積（以下、「平面積」と記すことがある）の大小は特に限定されず、例えば、パッケージの金属体の導入部分の形状及び大きさによって、段差上部が段差下部よりも大きくてもよいし（例えば、図２（ｃ１）〜（ｃ３）参照）、両者が同程度でもよいし、段差上部が段差下部よりも小さくてもよい（図２（ａ１）〜（ａ３）、図２（ｂ１）〜（ｂ３）、図２（ｄ１）〜（ｄ３）、図３（ｅ１）〜（ｅ３）、図３（ｆ１）〜（ｆ３）参照）。なかでも、段差上部が段差下部よりも小さいことが好ましい。段差下部の平面積が大きい、つまり、パッケージ裏面からの金属体の露出領域がより大きいほど放熱効果を向上させることができるとともに、裏面側からの金属体の挿入等によって、金属体のパッケージへの装備、パッケージ自体の製造等をより簡便に実現することができるからである。ただし、金属体側面の段差の形態によっては、かならずしも、段差上下部の２種類の大きさ又は形状の平面でなくてもよく、３種以上が含まれていてもよい（例えば、図３（ｅ１）〜（ｅ３）、図３（ｆ１）〜（ｆ３）参照）。この場合には、最下部（露出面）の面積がより大きいことが好ましい。ただし、金属体の最上面は、半導体装置に搭載された場合に、半導体素子の直下に位置するような形状及び／又は大きさであることが好ましく、さらに、半導体素子の平面積と同等の平面積か、それよりも大きいことが好ましい。これにより、半導体素子で発生した熱を効率的に放出することができる。   In the metal body, the planar shape viewed from the light emitting side of each of the upper and lower parts of the step is not particularly limited, and examples thereof include a circle, an ellipse, a square, a rectangle, a polygon and the like, and modifications thereof. It is suitable that the shape is substantially similar to the planar shape. Further, the size of the area of the upper and lower steps, the respective planes (that is, the cross section horizontal to the light emitting surface of the semiconductor element) (hereinafter may be referred to as “plane area”) is not particularly limited, for example, Depending on the shape and size of the metal body introduction portion of the package, the upper part of the step may be larger than the lower part of the step (see, for example, FIGS. 2 (c1) to (c3)). The upper part may be smaller than the lower part of the step (FIGS. 2A1 to 2A3, 2B1 to 2B3, 2D1 to 2D3, and 3E1 to 3E3). FIG. 3 (f1) to (f3)). Especially, it is preferable that the step upper part is smaller than the step lower part. The larger the flat area at the bottom of the step, that is, the larger the exposed area of the metal body from the back side of the package, the better the heat dissipation effect, and the insertion of the metal body from the back side, etc. This is because the equipment, the manufacture of the package itself, and the like can be realized more easily. However, depending on the shape of the step on the side surface of the metal body, it is not always necessary to have two types of sizes or shapes of the upper and lower portions of the step, and three or more types may be included (for example, FIG. 3 (e1 ) To (e3) and FIG. 3 (f1) to (f3)). In this case, the area of the lowermost part (exposed surface) is preferably larger. However, it is preferable that the uppermost surface of the metal body has a shape and / or size that is located directly below the semiconductor element when mounted on a semiconductor device, and further, a flat surface equivalent to the planar area of the semiconductor element. The area is preferably larger than that. Thereby, the heat generated in the semiconductor element can be released efficiently.

具体的には、金属体の段差上下部の各平面形状がそれぞれ円形又は四角形で、段差上部の平面積が小さい形状（図２（ａ１）〜（ａ３）、図２（ｂ１）〜（ｂ３）参照）、両者が同程度、段差上部が段差下部よりも大きい形状（図２（ｃ１）〜（ｃ３）、段差最上部の一部がへこんでいることにより、段差上部の平面積が小さい形状（図２（ｄ１）〜（ｄ３）参照）、２方向の側面にのみ段差が形成されている形状（図３（ｅ１）〜（ｅ３）参照）、３方向の側面に段差が形成されている形状（図３（ｆ１）〜（ｆ３）参照）等が例示される。なお、金属体の段差上下部の側面は、パッケージの表裏面に対して、必ずしも垂直（図１（ｄ）中、角γ、δ参照）に形成されていなくてもよいが、略垂直（例えば、±１０°）であることが好ましい。
金属体は、裏面側において露出するために、半導体素子の電極と電気的に接続することにより、配線及び／又は外部接続端子としての機能を果たすことができる。従って、上述した導体配線とは別個独立に形成されてもよいが、導体配線の１つと兼用されていてもよい。 Specifically, each planar shape of the upper and lower steps of the metal body is circular or quadrangular, and the flat area of the upper portion of the step is small (FIGS. 2A1 to 2A3, 2B1 to 2B3). (See FIG. 2 (c1) to (c3), a part of the top of the step is dented so that the flat area of the top of the step is small) (See FIGS. 2 (d1) to (d3)) A shape in which a step is formed only on a side surface in two directions (see FIGS. 3 (e1) to (e3)) A shape in which a step is formed on a side surface in three directions (See Fig. 3 (f1) to (f3)) etc. The side surfaces of the upper and lower steps of the metal body are not necessarily perpendicular to the front and back surfaces of the package (in FIG. ) (See δ), but may be substantially vertical (for example, ± 10 °).
Since the metal body is exposed on the back surface side, it can function as a wiring and / or an external connection terminal by being electrically connected to the electrode of the semiconductor element. Therefore, it may be formed separately from the above-described conductor wiring, but may also be used as one of the conductor wirings.

金属体は、導体配線と同様の方法で形成してもよいし、セラミックスを焼成した後に、所定形状の金属体をパッケージに組み込んでもよい。金属体を組み込むための貫通孔、または凹部をパッケージ裏面に配置するように、セラミックスを焼成した後に、所定形状の金属体をパッケージに組み込む場合には、この貫通孔又は凹部は、金属体の形状に、後述する間隔を実現し得るように接合することが必要である。この場合の接合は、主として、パッケージ及び金属体の水平面（半導体素子の光出射面に対して水平な面）の接触部分を接合材によって行うことができる。接合材としては、上述した導電性ペースト等、各種樹脂系の接着剤等、固着可能であれば特に限定されないが、金属体の主成分が含有された接合材を用いると、接着強度を高めることができる。特に、パッケージとしてセラミックスを用いる場合、耐熱性に優れているので、高強度の接合が可能な硬ロウ接合や共晶接合により金属体を接合することができる。例えば、銀と銅の合金を主原料とする銀ロウや、銅と亜鉛の合金が主材料である真鍮ロウ、アルミニウムが主原料であるアルミニウムロウ、ニッケルロウなどを用いることができる。   The metal body may be formed by the same method as the conductor wiring, or after firing the ceramic, a metal body having a predetermined shape may be incorporated into the package. In the case where a metal body having a predetermined shape is incorporated into a package after firing the ceramic so that a through hole or a recess for incorporating the metal body is arranged on the back surface of the package, the through hole or the recess is formed in the shape of the metal body. In addition, it is necessary to perform bonding so as to realize an interval described later. Bonding in this case can be performed mainly by using a bonding material at the contact portion of the package and the metal body on the horizontal plane (a plane parallel to the light emitting surface of the semiconductor element). The bonding material is not particularly limited as long as it can be fixed, such as the above-described conductive paste, and various resin-based adhesives. However, if a bonding material containing the main component of the metal body is used, the bonding strength is increased. Can do. In particular, when ceramics are used as the package, the metal body can be bonded by hard solder bonding or eutectic bonding that enables high-strength bonding because of excellent heat resistance. For example, silver brazing mainly using an alloy of silver and copper, brass brazing whose main material is an alloy of copper and zinc, aluminum brazing whose main material is aluminum, nickel brazing, or the like can be used.

パッケージの裏面側から上部にかけて、金属体が装備された場合、段差よりもパッケージ上部側（段差上部）における金属体の側面とこの側面に対向するパッケージ内壁面との間隔（図１（ｂ）中、Ｄａ参照）は、段差よりもパッケージ裏面側（段差下部）における金属体の側面とこの側面に対向するパッケージ内壁面との間隔（図１（ｂ）中、Ｄｂ全趣旨を参照することによりここに取り込む）よりも小さい。この間隔Ｄａ＜Ｄｂの関係は、金属体の側面の一部においてのみ満たしていてもよいが、全周において満たしていることが好ましい。つまり、この関係によって、金属体をパッケージに搭載する場合、段差上部において、パッケージ内壁と金属体とのクリアランス（Ｄａ）を熱膨張を許容し得る最小限の大きさに留めることにより、金属体自体の位置ずれを最小限にし、さらに、段差下部においては、段差上部におけるクリアランスの範囲内でどのように偏って金属体が固定、位置ずれしたとしても、その一部外周、好ましくはその全周で、パッケージ内壁と金属体とのクリアランス（Ｄｂ）を、フィレットを形成し得る最小限の大きさ以上に確保することを可能にする。   When a metal body is mounted from the back side to the top of the package, the distance between the side surface of the metal body on the upper side of the package (the upper part of the step) than the step and the inner wall surface of the package facing this side surface (in FIG. 1B) , Da) refers to the distance between the side surface of the metal body on the back side of the package (the lower part of the step) and the inner wall surface of the package facing the side surface (see FIG. 1B). Smaller than). The relationship of the distance Da <Db may be satisfied only in a part of the side surface of the metal body, but is preferably satisfied in the entire circumference. That is, by this relationship, when the metal body is mounted on the package, the clearance (Da) between the inner wall of the package and the metal body is kept at a minimum size that can allow thermal expansion at the upper part of the step. In addition, even if the metal body is fixed and misaligned within the clearance range at the upper part of the step, the partial outer periphery, preferably the entire outer periphery of the lower part of the step. The clearance (Db) between the package inner wall and the metal body can be ensured to be equal to or larger than a minimum size capable of forming a fillet.

したがって、各間隔Ｄａ、Ｄｂの大きさは、パッケージの大きさ、パッケージ及び金属体の材料等によって適宜調整することが必要であるが、例えば、Ｄａは、Ｄｂの５０％未満の間隔であることが適しており、４０％程度以下、３５％程度以下の間隔であることが好ましい。また、別の観点から、Ｄｂは５０μｍ程度以上、７０μｍ程度以上、さらに１００μｍ程度以上、１５０μｍ程度以上であることが好ましい。一方、Ｄａは、７０μｍ程度未満、５０μｍ程度未満、さらに４０μｍ程度以下が好ましい。これにより、金属体とパッケージとのクリアランスに適切なフィレットを形成することができる。   Therefore, it is necessary to appropriately adjust the size of each interval Da, Db depending on the size of the package, the material of the package and the metal body, etc. For example, Da is an interval less than 50% of Db. It is preferable that the interval is about 40% or less and 35% or less. From another viewpoint, Db is preferably about 50 μm or more, about 70 μm or more, more preferably about 100 μm or more, or about 150 μm or more. On the other hand, Da is preferably less than about 70 μm, less than about 50 μm, and more preferably about 40 μm or less. Thereby, a fillet suitable for the clearance between the metal body and the package can be formed.

なお、パッケージの金属体導入用の凹部または貫通孔は、必ずしも、金属体の側面の段差に対応して、同様に段差を有していなくてもよい。つまり、凹部の形状が、例えば、段差のない直方体であり、金属体が図２（ｃ１）のような２段の直方体の積層形状である場合には、金属体の段差上部に対向するパッケージ内壁において間隔Ｄａを確保し、金属体の段差下部に対向するパッケージ内壁において、金属体の平面積を小さくすることにより、間隔Ｄｂを確保してもよい。   The recess or through hole for introducing the metal body of the package does not necessarily have a step corresponding to the step on the side surface of the metal body. That is, when the shape of the recess is, for example, a rectangular parallelepiped without a step, and the metal body is a two-step rectangular parallelepiped stacked shape as shown in FIG. The space Da may be secured by reducing the plane area of the metal body on the package inner wall facing the lower part of the step of the metal body.

また、本発明の半導体装置では、パッケージに搭載された半導体素子の上部が、透光性の被覆部材によって被覆されていることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the upper part of the semiconductor element mounted on the package is covered with a light-transmitting covering member.

このような被覆部材の材料としては、透光性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の１種又は２種以上等の樹脂、液晶ポリマー、ガラス等、当該分野で通常用いられる材料から選択することができる。なかでも、エポキシ、シリコーン、変成シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂等が適している。   The material of such a covering member is not particularly limited as long as it has translucency. For example, polyolefin resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, epoxy resin, acrylic resin, acrylate resin, methacrylic resin, Resin (PMMA, etc.), urethane resin, polyimide resin, polynorbornene resin, fluororesin, silicone resin, modified silicone resin, modified epoxy resin, one or more kinds of resin such as glass epoxy resin, liquid crystal polymer, glass, etc. , Can be selected from materials commonly used in the field. Of these, epoxy, silicone, modified silicone, urethane resin, oxetane resin and the like are suitable.

ここで、透光性を有するとは、半導体素子からの光を、被覆部材を通して観察できる程度に光を透過させるものであればよい。このような樹脂には、例えば、蛍光体又は顔料、フィラー又は拡散材等の追加の成分が含有されていてもよい。これら追加の成分は、特に限定されず、例えば、ＷＯ２００６／０３８５０２号、特開２００６−２２９０５５号に記載の蛍光体又は顔料、フィラー又は拡散材等を利用することができる。
なお、被覆部材は、半導体素子、凹部で露出した導体配線（例えば、正及び負電極）、任意に、半導体素子と導体配線とを接続するワイヤ全体を被覆するような形状、凹部が形成される場合はその凹部内をほぼ埋め込み、上面から突出するような形状とすることが好ましい。これにより、発光素子からの光を、正面方向に効率的に集光させることができる。また、被覆部材は、光学特性を考慮した種々の形状としてもよい。 Here, what has translucency should just be what can permeate | transmit light to the extent which can observe the light from a semiconductor element through a coating | coated member. Such a resin may contain, for example, an additional component such as a phosphor or a pigment, a filler, or a diffusing material. These additional components are not particularly limited, and for example, phosphors or pigments, fillers, diffusing materials, and the like described in WO2006 / 038502 and JP2006-229055 can be used.
The covering member is formed with a semiconductor element, a conductor wiring exposed in the recess (for example, positive and negative electrodes), and optionally a recess and a shape that covers the entire wire connecting the semiconductor element and the conductor wiring. In such a case, it is preferable that the recess is substantially embedded and protruded from the upper surface. Thereby, the light from a light emitting element can be efficiently condensed in a front direction. The covering member may have various shapes in consideration of optical characteristics.

また、本発明の半導体装置に保護素子が搭載される場合には、パッケージには、上述した半導体素子を収容するための凹部の他に、保護素子を収容するための凹部を別途設けてもよい。この場合の凹部の大きさ、深さ、形状、位置等は、特に限定されることなく適宜調整することができる。この保護素子用の凹部においても、保護素子、凹部で露出した導体配線等を被覆するように、被覆部材が埋設されていることが好ましい。また、半導体素子からの光を保護素子が遮光しないように、保護素子をパッケージの内部に埋め込むように形成されていてもよい。   When the protective element is mounted on the semiconductor device of the present invention, the package may be provided with a recess for receiving the protective element in addition to the recess for storing the semiconductor element described above. . In this case, the size, depth, shape, position, and the like of the recess can be appropriately adjusted without any particular limitation. Also in the recess for the protection element, it is preferable that a covering member is embedded so as to cover the protection element, the conductor wiring exposed in the recess, and the like. Further, the protective element may be formed so as to be embedded in the package so that the protective element does not block light from the semiconductor element.

以下に、本発明の半導体装置を図面に基づいて、具体的に説明する。
実施例１
この実施例の半導体装置１０は、図１（ａ）の平面図、Ａ−Ａ線断面図（ｂ）及び裏面図（ｃ）に示したように、平面形状が略正方形（外形自体が直方体）のアルミナ系セラミックスからなる絶縁性のパッケージ１１の上面に、平面形状が円形で、深さが０．３ｍｍ程度（円柱状）の凹部１２が形成されている。
パッケージ１１の凹部１２の底面には、電極として機能する導体配線１４ａ、１４ｂが露出している。
このパッケージ１１は、セラミックス、例えば、アルミナを主成分とし、バインダー、溶剤等を添加して、スラリーを調製し、例えば、ドクターブレード法により、シート状の成形体を作製し、さらに、その表面、シート状の成形体に貫通孔を形成し、金属粉末を含有する導体ペーストを印刷、充填した後、このシートを積層し、酸化雰囲気、還元雰囲気又は不活性雰囲気下で焼成することによって、絶縁層（図示せず）と、導体配線１４ａ、１４ｂとの積層構造として、一体的に形成されている。 The semiconductor device of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
Example 1
The semiconductor device 10 of this embodiment has a substantially square planar shape (the outer shape itself is a rectangular parallelepiped), as shown in the plan view of FIG. A concave portion 12 having a circular planar shape and a depth of about 0.3 mm (cylindrical shape) is formed on the upper surface of an insulating package 11 made of such an alumina ceramic.
Conductor wirings 14 a and 14 b that function as electrodes are exposed on the bottom surface of the recess 12 of the package 11.
This package 11 is made of ceramics, for example, alumina as a main component, a binder, a solvent and the like are added to prepare a slurry, for example, a sheet-like molded body is produced by a doctor blade method, An insulating layer is formed by forming through-holes in a sheet-like molded body, printing and filling a conductive paste containing metal powder, and then laminating the sheet and firing in an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere or an inert atmosphere. (Not shown) is integrally formed as a laminated structure of the conductor wirings 14a and 14b.

凹部１２内には、導体配線１４ａ、１４ｂの一部上に青色（４７０ｎｍ）が発光可能な窒化物半導体を発光層に持った発光素子１３（□５００μｍ×５００μｍ）が載置され、発光素子１３の正負各電極が、導体配線１４ａ、１４ｂとそれぞれダイボンディングされている。これらの導体配線１４ａ、１４ｂは、それぞれ、一部パッケージ内を通って、図１（ｃ）に示したように、裏面側に露出して、外部端子としての機能を果たす。   In the recess 12, a light emitting element 13 (□ 500 μm × 500 μm) having a light emitting layer of a nitride semiconductor capable of emitting blue (470 nm) is placed on part of the conductor wirings 14 a and 14 b. The positive and negative electrodes are die-bonded to the conductor wirings 14a and 14b, respectively. Each of these conductor wirings 14a and 14b passes through a part of the package and is exposed to the back side as shown in FIG. 1C, and functions as an external terminal.

パッケージ１１の裏面側には、金属体１６が搭載されている。この金属体は、図２（ａ１）〜（ａ３）に示したように、大きい直方体上に小さい直方体が積層された形状を有しており、その側面の全周に段差を有している。また、この金属体１６とパッケージ１１の内壁との関係は、図１（ｂ）に示したように、段差よりもパッケージ上部側（金属体上部１６ａ）における金属体１６の側面とこの側面に対向するパッケージ１１の内壁面との間隔Ｄａが、５０μｍ程度、段差よりもパッケージ裏面側（金属体下部１６ｂ）における金属体１６の側面とこの側面に対向するパッケージ１１内壁面との間隔Ｄｂが、１５０μｍ程度であり、ＤａがＤｂよりも小さく設定されている。   A metal body 16 is mounted on the back side of the package 11. As shown in FIGS. 2 (a1) to (a3), this metal body has a shape in which a small rectangular parallelepiped is stacked on a large rectangular parallelepiped, and has a step on the entire circumference of the side surface. Further, as shown in FIG. 1B, the relationship between the metal body 16 and the inner wall of the package 11 is such that the side surface of the metal body 16 on the package upper side (the metal body upper portion 16a) and the side surface are opposed to the step. The distance Da between the inner surface of the package 11 and the inner wall surface of the package 11 is about 50 μm, and the distance Db between the side surface of the metal body 16 on the package back surface side (metal body lower portion 16 b) from the step and the inner wall surface of the package 11 facing this side surface is 150 μm. Da is set smaller than Db.

なお、金属体１６は、パッケージ１１を形成した後、裏面側から挿入し、パッケージ１１の水平面１１ａ、１１ｂにおいて、金属体１６と接触する面で、ロウからなる接合材によって接合されている。   In addition, after forming the package 11, the metal body 16 is inserted from the back side, and is joined by a joining material made of wax on the surface in contact with the metal body 16 on the horizontal surfaces 11a and 11b of the package 11.

このセラミックスパッケージ１１の凹部１２内には、露出した導体配線１４ａ、１４ｂ、発光素子１３を完全に被覆するように、透光性の被覆部材１５が埋め込まれ、かつその上面がレンズ形状に形成されている。被覆部材は、例えば、エポキシ樹脂にＹＡＧ蛍光体を所定の割合で混合したものを用いて、ポッティングにより滴下し、硬化させることにより形成されている。   A translucent covering member 15 is embedded in the recess 12 of the ceramic package 11 so as to completely cover the exposed conductor wirings 14a and 14b and the light emitting element 13, and the upper surface thereof is formed in a lens shape. ing. The covering member is formed, for example, by using epoxy resin mixed with a YAG phosphor at a predetermined ratio, dripping by potting, and curing.

このような構造の半導体装置によれば、間隔Ｄａ＜Ｄｂの関係を満たしているため、金属体１６をパッケージ１１内に搭載する場合、段差上部において、パッケージ内壁と金属体とのクリアランス（Ｄａ）を熱膨張を許容し得る最小限の大きさに留めることにより、金属体自体の位置ずれを最小限にすることができる。また、段差下部においては、段差上部におけるクリアランスの範囲内でどのように偏って金属体が固定されたとしても、その外周で、パッケージ内壁と金属体とのクリアランス（Ｄｂ）を、フィレットを形成し得る最小限の大きさ以上に確保することを可能にする。これにより、半導体装置の実装時の接合性を安定にすることができる。その結果、半導体装置の熱をより効率的に逃がすことができ、高出力で均一な光の取り出しを実現することが可能となる。   According to the semiconductor device having such a structure, since the relationship of the distance Da <Db is satisfied, when the metal body 16 is mounted in the package 11, the clearance (Da) between the inner wall of the package and the metal body at the upper part of the step. It is possible to minimize the displacement of the metal body itself by keeping the minimum size that can allow thermal expansion. In addition, at the lower part of the step, no matter how biased the metal body is fixed within the clearance range at the upper part of the step, the clearance (Db) between the inner wall of the package and the metal body forms a fillet on the outer periphery. It is possible to secure more than the minimum size to obtain. Thereby, the joining property at the time of mounting of a semiconductor device can be stabilized. As a result, the heat of the semiconductor device can be released more efficiently, and it is possible to realize uniform light extraction with high output.

実施例２
この実施例の半導体装置２０は、図４の断面図に示したように、パッケージ２１の上面及び裏面においてその表面が露出した金属体２６が形成されている。つまり、パッケージ２１に貫通孔が形成されており、その貫通孔に金属体２６が挿入されて、発光素子２３が、パッケージ２１の上面側の金属体２６上にＡｇペーストによってダイボンドされている。さらに、発光素子２３の各電極がパッケージ２１内に形成され、電極として機能する導体配線（図示せず）にワイヤ２２によって、接続されている以外、実質的に実施例１の半導体装置と同様の構成である。
被覆部材１５は、例えば、硬性シリコーン樹脂を圧縮成形することによって形成されている。
この半導体装置も、実施例１と同様の効果を奏するとともに、金属体がパッケージ上面側においても露出しているため、より放熱効率を向上させることができる。 Example 2
In the semiconductor device 20 of this embodiment, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the metal body 26 whose surface is exposed on the upper surface and the back surface of the package 21 is formed. That is, a through hole is formed in the package 21, a metal body 26 is inserted into the through hole, and the light emitting element 23 is die-bonded on the metal body 26 on the upper surface side of the package 21 with Ag paste. Further, each electrode of the light emitting element 23 is formed in the package 21 and is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment except that it is connected to a conductor wiring (not shown) functioning as an electrode by a wire 22. It is a configuration.
The covering member 15 is formed, for example, by compression molding a hard silicone resin.
This semiconductor device also has the same effect as that of the first embodiment, and since the metal body is exposed also on the upper surface side of the package, the heat dissipation efficiency can be further improved.

本発明の半導体装置は、半導体素子を搭載する、種々の装置、具体的には、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等における画像読取装置に利用される照明装置のみならず、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用光源、各種センサおよび各種インジケータ等の種々の照明装置に利用することができる半導体装置を製造する際に、より高精度に、簡便かつ容易に利用することができる。   The semiconductor device of the present invention is not only an illumination device used for an image reading device in various devices equipped with semiconductor elements, specifically, facsimiles, copiers, hand scanners, etc., but also a light source for illumination and an LED display. When manufacturing semiconductor devices that can be used in various lighting devices such as backlight light sources such as mobile phones, traffic lights, illumination switches, in-vehicle light sources, various sensors, and various indicators, more accurate and simple And can be used easily.

本発明の半導体装置を示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び裏面図（ｃ）である。It is the top view (a), sectional view (b), and back view (c) which show the semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置に搭載される金属体の形状を示す斜視図（１）、平面図（２）及び側面図（３）である。It is the perspective view (1) which shows the shape of the metal body mounted in the semiconductor device of this invention, a top view (2), and a side view (3). 本発明の半導体装置に搭載される金属体の形状を示す斜視図（１）、平面図（２）及び側面図（３）である。It is the perspective view (1) which shows the shape of the metal body mounted in the semiconductor device of this invention, a top view (2), and a side view (3). 本発明の半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０、２０ 半導体装置
１１、２１ パッケージ
１１ａ、１１ｂ 水平面
１２ 凹部
１３、２３ 半導体素子
１４ａ、１４ｂ 導体配線
１５ 被覆部材
１６、２６ 金属体
１６ａ、２６ａ 段差上部
１６ｂ、２６ｂ 段差下部
２２ ワイヤ 10, 20 Semiconductor device 11, 21 Package 11a, 11b Horizontal plane 12 Recess 13, 23 Semiconductor element 14a, 14b Conductor wiring 15 Cover member 16, 26 Metal body 16a, 26a Upper step 16b, 26b Lower step 22 Wire

Claims (6)

絶縁性材料からなるパッケージと、
光取り出し面となる前記パッケージ上面側に搭載された半導体発光素子と、
前記パッケージ内に埋設され、かつ裏面が前記パッケージ裏面で露出した金属体とを備えた裏面実装型の発光装置であって、
前記金属体が、側面の少なくとも一部において、パッケージ上面側とパッケージ裏面側との間で段差を有する形状を有しており、
前記金属体の側面と該側面に対向するパッケージ内壁面との間の間隔が、前記パッケージ裏面側よりも前記パッケージ上面側において小さいことを特徴とする発光装置。 A package made of an insulating material;
A semiconductor light emitting device mounted on the upper surface side of the package to be a light extraction surface;
A back-mounted light emitting device comprising a metal body embedded in the package and having a back surface exposed on the back surface of the package;
The metal body has a shape having a step between the package upper surface side and the package back surface side in at least a part of the side surface;
The light emitting device according to claim 1, wherein a distance between a side surface of the metal body and a package inner wall surface facing the side surface is smaller on the package upper surface side than on the package back surface side. 前記金属体の全側面と該全側面に対向するパッケージ内壁との間の間隔が、前記パッケージ裏面側よりも前記パッケージ上面側において小さい請求項１に記載の発光装置。   2. The light emitting device according to claim 1, wherein a distance between all side surfaces of the metal body and a package inner wall facing the all side surfaces is smaller on the package upper surface side than on the package back surface side. 前記金属体の側面と該側面に隣接するパッケージ内壁との間の間隔が、前記パッケージ上面側において、前記パッケージの裏面側の５０％未満である請求項１又は２に記載の発光装置。   3. The light emitting device according to claim 1, wherein a distance between a side surface of the metal body and a package inner wall adjacent to the side surface is less than 50% of the back surface side of the package on the upper surface side of the package. 前記金属体の平面積が、前記パッケージの裏面側よりも前記パッケージ上面側において小さい請求項１から３のいずれか１つに記載の発光装置。   The light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein a planar area of the metal body is smaller on the upper surface side of the package than on a rear surface side of the package. 前記パッケージは、セラミックスからなる請求項１から４のいずれか１つに記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 1, wherein the package is made of ceramics. 前記金属体は、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも１種を主成分とする請求項１から５のいずれか１つに記載の発光装置。   The light emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal body includes at least one selected from the group consisting of W, Mo, Cu, Ag, and Al as a main component.
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