CN100550445C - 表面安装型光半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的表面安装型半导体器件具备由玻璃基板形成的基座(2)、在基座的第一主面(3)侧形成的凹部(5)、从凹部的底面部(4)贯穿至基座的第二主面(6)的通孔(7)、在通孔的内壁面上形成的内壁导电被膜、由在凹部的底面部上的通孔的开口部周围以与内壁导电被膜导通的状态形成的导电被膜构成的布线图形(9)、通过导电性接合材料(14)接合在布线图形上的光半导体元件(8)、由在第二主面上的通孔的开口部周围以与内壁导电被膜导通的状态形成的导电被膜构成的端子部(10)、及堵塞通孔并与内壁导电被膜接合的金属部(13)。其为小型、薄型且气密性高、并能够抑制制造成本的器件。

Description

表面安装型光半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及在形成于基座上的凹部收纳受发光元件并构成了封装体的表面安装型光半导体器件。
背景技术
作为以往的表面安装型光半导体器件，已知有在封装体用的基座上形成有具有端子部的布线图形、发光元件面朝下接合于布线图形上的表面安装型发光二极管(例如参照专利文献1)。图5表示专利文献1中记载的表面安装型发光二极管101。
在图5中，102是用由氧化铝、氮化铝、氮化硼等构成的陶瓷形成的基座。在基座102的一个面上，形成有蚀刻铜箔而形成的布线图形103。在基座102的另一个面上，用于安装在电路安装基板(未图示)上的端子部104是通过镀覆或印刷及烧制导电性材料等而形成的。布线图形103与端子部104被导通连接。在基座102的上表面，包围布线图形103地接合灯罩105而形成了凹部106。
在上述结构的基座102的布线图形103上，通过利用金或者钎料等形成突起107，并利用超声波焊接使突起107与发光元件108的电极焊盘相接合而安装发光器件108。安装之后，在凹部106中填充透明树脂109，并通过加热进行固化而构成表面安装型发光二极管。
专利文献1：日本特开2003-37298号公报
发明内容
但是，在上述以往的结构中，构成基座102的陶瓷，具有最小0.7μm的氧化铝颗粒聚集在一起而形成的粒界，因此在使基座102的厚度薄至150μm以下的情况下，在维持气密性上存在问题。而且，在变薄的情况下，存在以下问题：烧结后陶瓷基板发生翘曲而使加工性劣化，进而难以搭载到电路安装基板上。
本发明是解决上述以往问题的发明，其目的是提供小型、薄型、气密性高、并且抑制了制造成本的表面安装型光半导体器件。
为了解决上述以往问题，本发明的表面安装型光半导体器件具备：由玻璃基板形成的基座、在所述基座的第一主面侧形成的凹部、从所述凹部的底面部贯穿至所述基座的第二主面的通孔、在所述通孔的内壁面上形成的内壁导电被膜、由在所述凹部的底面部上的所述通孔的开口部周围以与所述内壁导电被膜导通的状态形成的导电被膜构成的布线图形、通过导电性接合材料接合于所述布线图形上的光半导体元件、由在所述第二主面上的所述通孔的开口部周围以与所述内壁导电被膜导通的状态形成的导电被膜构成的端子部、以及堵塞所述通孔并与所述内壁导电被膜接合的金属部。
另外，本发明的表面安装型光半导体器件的制造方法为：在玻璃基板的第一主面侧形成凹部，形成从所述凹部的底面部贯穿至所述玻璃基板的第二主面的通孔，在所述通孔的内壁和所述第一主面以及所述第二主面上的所述通孔的开口部周围形成导电被膜，在所述通孔中填充金属部并与所述导电被膜相接合，通过导电性结合材料将光半导体元件接合于形成在所述第一主面上的所述导电被膜上。
根据上述结构的表面安装型光半导体器件，能够得到气密性高、被小型、薄型化了的构造，进而，能够得到即使实行小型薄型化也不会发生翘曲、加工性及对电路安装基板的搭载性良好的特性。
另外，根据按上述结构的制造方法，可以廉价制造陶瓷难以实现的、小型、薄型的表面安装型光半导体器件。
附图说明
图1A是本发明的实施方式1的表面安装型发光二极管的俯视图。
图1B是沿图1A的A-A′线的剖视图。
图2A是本发明的实施方式2的表面安装型发光二极管器件的俯视图。
图2B是图2A的表面安装型发光二极管器件的背面图。
图2C是沿图2A的B-B线的剖视图。
图3A是表示本发明的实施方式3的表面安装型光半导体器件的制造方法的按工序流程的剖视图。
图3B是表示图3A的下一工序的剖视图。
图3C是表示图3A的下一工序的剖视图。
图3D是表示图3A的下一工序的剖视图。
图3E是表示图3A的下一工序的剖视图。
图4是本发明的实施方式4的表面安装型发光二极管的剖视图。
图5是以往例的表面安装型发光二极管的剖视图。
图号说明
1表面安装型发光二极管；2基座；3第一主面；4平坦部；5凹部；6第二主面；7通孔；7a导电被膜；8发光元件；9布线图形；10端子部；11放射壁；12反射被膜；13金属部；14突起；15透光性树脂；16玻璃基板；17导电图形；18通孔；19金属部；20透光性盖；101表面安装型半导体器件；102基座；103布线图形；104端子；105灯罩；106凹部；107突起；108发光元件；109透明树脂
具体实施方式
在本发明的表面安装型光半导体器件中，优选的是，所述凹部的壁面形成从底面向表面放射状地扩展的放射壁，在所述放射壁上以与所述布线图形绝缘的状态形成反射被膜。
另外，优选的是，所述通孔的所述第二主面上的开口部的面积，大于所述凹部的底面部上的开口部的面积。由此，可以增大从第二主面露出的金属部的面积，提高散热性。
另外，优选的是，在所述凹部中填充透光树脂。由此，能够保护光半导体元件及其搭载部并维持稳定的特性。也可以采用不在凹部中填充透光树脂，而在所述第一主面侧固定覆盖所述凹部的透光性的盖的构造。
在本发明的表面安装型光半导体器件的制造方法中，优选的是，通过在所述通孔中填充在劈刀(capillary tool)前端形成的球状引线、并利用并用超声波与热压接的方法进行焊接，来执行在所述通孔中填充金属部的工序。由此，使用引线键合机，并利用并用超声波与热压接的方法，可以高速且高精度地接合在通孔中形成的导电膜与由引线键合机形成的球状的金属部件。
以下，参照附图具体地说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1A是实施方式1的作为表面安装型光半导体器件的发光二极管1的俯视图，图1B是沿图1A的A-A′线的剖视图。
图1A、图1B的基座2由线膨胀系数为30×10-7/℃～80×10-7/℃的硼硅酸玻璃或无碱玻璃、或者线膨胀系数为80×10-7/℃～120×10-7/℃的钠玻璃的玻璃基板形成。在本实施方式中，玻璃基板的厚度可以为例如0.15mm。
在基座2的第一主面3上，形成有底面具有平坦部4的凹部5。在平坦部4的至少2个位置，形成有贯穿基座2而至基座2的第二主面6的通孔7。在第一主面3上的通孔7的开口部周围，形成有由导电被膜形成的搭载发光元件8的布线图形9。在第二主面6上的通孔7的开口部周围，形成有与外部电路(未图示)连接的由导电被膜形成的端子部10。
凹部5例如可以通过对平板的玻璃基板实施喷射加工处理来形成。或者，也可以使用在形成玻璃基板时，同时形成凹部5的方法。凹部5具有从底面以放射状向上表面扩展的形状。在从底面以放射状扩展的放射壁11上，使用蒸镀法或溅射法等，将由银、铑、铝等形成的反射被膜12，形成为与形成布线图形9的导电被膜绝缘的状态。
通孔7形成为其内壁的直径从第一主面3朝向第二主面6逐渐变小。通孔7的直径，作为一个例子，在第一主面3侧为120μm，在第二主面6侧为80μm。
在通孔7的内壁上形成导电被膜7a，由此，布线图形9与端子部10被导通连接。另外，形成有堵塞第一主面3侧的开口部、并与导电被膜接合的金属部13。导电被膜例如具有以下结构：在基座2的玻璃面上使用溅射法，形成厚度在0.05μm以上、0.1μm以下的铬或钛，进而形成钒，在最上面形成金。根据这种导电被膜的结构，铬或钛在与玻璃的接合性上优界，钒具有阻挡金属的作用，金在耐蚀性及与金属的接合性上是有效的。
在布线图形9上，利用金或者钎料等形成了突起14，发光元件8的电极焊盘(未图示)与突起14通过超声波焊接。另外，在基座2的凹部5中，填充由保护发光元件8的搭载部分的环氧树脂、硅树脂等构成的液态透光性树脂，并通过加热执行固化，由此形成了透光性树脂15的层，从而形成了表面安装型发光二极管1的封装体。
根据以上那样的结构，由于在通孔7中形成的导电被膜7a与金属部13接合，所以通孔7的气密性高。
此外，在本实施方式中，为了保护发光元件8的搭载部而使用了透光性树脂15，但也可以在透光树脂中混合荧光体而改变光的色调。
进而，通过替代透光性树脂15而用玻璃及透光性树脂覆盖预先成形的透镜等并与其接合，能够形成气密性优良的封装体。
另外，通过使用提高了透光性的玻璃基板作为基座2，并省去反射被膜12的形成，适当地设定凹部5的形状，能够确保较大的指向角，也能够增大光电二极管、光敏晶体管、光电IC等受光器件的受光量。
(实施方式2)
图2A～图2C表示实施方式2的表面安装型发光二极管器件。该器件是排列多个已安装了各个发光元件8的表面安装型发光二极管1而以阵列形式构成的器件。图2A是俯视图，图2B是背面图，图2C是沿图2A的B-B线的剖视图。在图2A～图2C中，对于与图1中所示的构成要素相同的要素，标注相同的参考序号并简化说明。
在图2A～图2C的表面安装型发光二极管器件中，使用了薄板状的玻璃基板16，并形成了多个与图1A、图1B同样的基座2。即，在第一主面3上形成有底面具有平坦部4的凹部5，在各凹部5的底面平坦部4上，至少在2个位置形成了贯穿至基座2的第二主面6的通孔7。在第一主面3上的通孔7的开口部周围，形成有用于搭载发光元件8的由导电被膜形成的布线图形9。在第二主面6上的通孔7的开口部周围，形成有与外部电路(未图示)连接的由导电被膜形成的端子部17。端子部17在第二主面6上形成有使各基座2间导通连接的导电图形，具有与外部电路(未图示)相连接的功能，并且具有以阵列形式连接多个表面安装型发光二极管1的功能。
对于通孔7，在其内壁上形成有导电被膜并与布线图形9及端子部17导通连接，并且，形成有将第一主面3的开口部与导电被膜接合的金属部13。
在布线图形9上，利用金或者钎料等形成了突起14，发光元件8的电极焊盘与突起14通过超声波焊接。另外，通过在基座2的凹部5中填充透光性树脂15并利用加热执行固化，而构成了表面安装型发光二极管器件。根据这样的结构，由于在薄板状的玻璃基板16上形成有多个基座2，因此能够集成多个发光二极管，从而小型化。
(实施方式3)
图3A～图3E是用于说明实施方式3的表面安装型光半导体器件的制造方法的按工序流程的剖视图。在图3A～图3E中，对于与图1A、图1B中所示的构成要素相同的要素，标注相同的参考序号并简化说明。
首先，如图3A所示，作为用于形成基座2的玻璃基板16，准备由绝缘性以及气密性高的硼硅酸玻璃、无碱玻璃、钠玻璃等、例如由厚度约为0.15μm的无碱玻璃形成的基板。
接下来，对玻璃基板16的第一主面3实施单面喷射法或蚀刻法，如图3所示，形成底面具备平坦部4的凹部5。并且，在平坦部4的至少2个位置，形成贯穿至基座2的第二主面6的通孔7。凹部5具有从底面向表面放射状地扩展的形状。
接下来，如图3C所示，在以放射状扩展的凹部5的放射壁11上，使用蒸镀法或溅射法等来形成由银、铑、铝等构成的反射被膜12。并且，在第一主面3上的通孔7的开口部周围，形成用于搭载发光元件8的由导电被膜形成的布线图形9。另外，在第二主面6上的通孔7的开口部周围，形成与外部电路(未图示)连接的由导电被膜构成的端子部10。布线图形9与端子部10在通孔7内通过导电被膜7a导通连接。导电被膜例如是在无碱玻璃上用溅射法形成0.1μm的铬膜，并在其上形成0.05μm的钒膜后，电解镀金0.5μm而形成的。
另外，通过使用提高了透光性的玻璃基板16，省去反射被膜12的形成并适当地设定凹部5的形状，能够确保较大的指向角，能够增大光电二极管、光敏晶体管、光电IC等受光元件的受光量。
接下来，如图3D所示，形成将第一主面3上的通孔7的开口部周围与导电被膜7a接合的金属部13。形成金属部13的方法可以采用使用球焊机的方法。具体如下。通孔7的大小为直径100μm～150μm，并形成了其内壁的直径从第一主面3向第二主面6逐渐变小的形状。该通孔7根据被键合的金属引线的尺寸与材质、键合方法，选定合适的尺寸。
另一方面，在基座2的上方，与通孔7的位置相应地配置上下动作式的劈刀(未图示)。在该劈刀的中心穿过金属引线，将其前端部预先形成为大致半球状。作为金属引线，可以从金、铜等中选择，根据在基座2上形成的导电被膜的材质等来适当地选定。在此，对使用以金作为主成分的金属引线的情形进行说明。该金属引线的粗细，例如直径为25μm～50μm。在使用金线的情况下，耐蚀性高、并且在与导电被膜的材质完全接合上是有效的。
通过上述那样设定，利用焊枪(torch)(未图示)加热熔化金属引线的前端部来形成球部。该球部由于其直径变成金属引线直径的约3～4倍左右，在38μm的金属引线的情况下，大小变成大约120μm左右。还有，球部也可以通过在金属引线的前端部与其它的电位点之间产生火花放电来形成。
接下来，在加热至150℃～350℃的基座2的通孔7中，与劈刀的下降动作相应地一边在Y方向上施加超声波振动、并在X方向上施加机械性微振动，一边向下按压球部。之后，使劈刀上升，并在适当的长度部分切断金属引线。在切断该金属引线时，例如用焊枪(未图示)来加热使之熔断时，因为在切断部形成球部，因此可提高连续制造基座2时的作业性。
这样，金属引线的前端部形成为大致半球状而形成的球部，在填充到通孔7中的同时，与在通孔7的内壁形成的导电被膜7a相接合，形成用于电导通的金属部13。因而，通孔7的气密性与以往相比显著地提高，可稳定地维持气密性。
接下来，如图3E所示，在基座2的第一主面3的布线图形9上，形成金或钎料等的突起14，并通过超声波与发光元件8的电极焊盘焊接。由此，在基座2的第二主面6上形成的端子部10，通过在通孔7的内壁上形成的导电被膜7a、布线图形9以及突起14与发光元件8电连接。
最后，在搭载了发光元件8的凹部5中，填充由环氧树脂、硅树脂等形成的液态透光性树脂，并使之固化而形成透光性树脂15的层，完成表面安装型发光二极管的封装体。
(实施方式4)
对于作为本发明实施方式4的表面安装型光半导体器件的发光二极管，参照图4的剖视图进行说明。该发光二极管其基本构造与图1所示的实施方式1的构造是相同的。与实施方式1的构造的不同点是通孔18以及填充在该处的金属部19的形状。
通孔18的位于第二主面6的开口部的面积比位于凹部5的底面部4的开口部大。由此，可增大从第二主面6露出的金属部19的面积，提高散热性。因而，作为形成金属部19的材料，优选填充热传导性优良的金属材料。金属材料的填充除了上述实施方式中所记载的例子以外，还可以使用电铸、涂敷导电糊料等方法来进行。
另外，在本实施方式中，替代在凹部中填充透光树脂的构造，而在第一主面3上固定覆盖凹部5的平板状的透光性盖20。透光性盖20可以使用用玻璃及透光性树脂预先形成的部件，并将其作为透镜。
产业可利用性
根据本发明，能够以小型、薄型且气密性良好地构成搭载了发光元件及受光元件等的封装体，对表面安装型发光二极管或阵列形式的表面安装型发光二极管器件是有用的。

Claims (8)

1.一种表面安装型光半导体器件，具有：
由玻璃基板形成的基座；
在所述基座的第一主面侧设置、且形成从底面向表面放射状地扩展的放射壁的凹部；
从所述凹部的底面部贯穿至所述基座的第二主面的通孔；
在所述通孔的内壁面上形成的内壁导电被膜；
由在所述凹部的底面部上的所述通孔的开口部周围以与所述内壁导电被膜导通的状态形成的导电被膜构成的布线图形；
通过导电性接合材料接合在所述布线图形上的光半导体元件；
由在所述第二主面上的所述通孔的开口部周围以与所述内壁导电被膜导通的状态形成的导电被膜构成的端子部；及
由堵塞所述通孔而填充的金属材料构成、并与所述内壁导电被膜接合的金属部。
2.如权利要求1所述的表面安装型光半导体器件，其中，
在所述放射壁上，以与所述布线图形绝缘的状态形成有反射被膜。
3.如权利要求1所述的表面安装型光半导体器件，其中，
所述通孔的位于所述第二主面上的开口部的面积大于位于所述凹部的底面部上的开口部的面积。
4.如权利要求2所述的表面安装型光半导体器件，其中，
所述通孔的位于所述第二主面上的开口部的面积大于位于所述凹部的底面部上的开口部的面积。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的表面安装型光半导体器件，其中，在所述凹部中填充有透光树脂。
6.如权利要求1～4中任意一项所述的表面安装型光半导体器件，其中，在所述第一主面侧固定有覆盖所述凹部的透光性的盖。
7.一种表面安装型光半导体器件的制造方法，其中，
在玻璃基板的第一主面侧，以形成了从底面向表面放射状地扩展的放射壁的状态形成凹部；
形成从所述凹部的底面部贯穿至所述玻璃基板的第二主面的通孔；
在所述通孔的内壁和所述第一主面以及所述第二主面上的所述通孔的开口部周围，形成导电被膜；
堵塞所述通孔而填充金属材料以与所述导电被膜相接合；
通过导电性接合材料将光半导体元件接合于在所述第一主面上形成的所述导电被膜上。
8.如权利要求7所述的表面安装型光半导体器件的制造方法，其中，
通过在所述通孔中填充在劈刀前端形成的球状引线、并利用并用超声波与热压接的方法进行焊接，来执行在所述通孔中填充金属部的工序。
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