CN103840043A - Led用晶片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED用晶片及其制造方法，提供一种LED用晶片及其制造方法，其采用因金属层均匀且浑然一体地形成、层间不产生剥离、且与LED的接触热阻极少，从而可保持稳定的散热性及机械强度的镀金属方法，同时不会因与半导体接合时产生的高热而使相反的下表面产生高热造成的问题。在由Mo构成的芯材的两面形成Ni或Ni合金的镀Ni层夹持镀Cu层的两面的夹层状的复合衬层，进一步在其上下形成镀Au层，在上下镀Au层上形成由AuSn合金、Au/Sn层压、In的任意一种形成的连接镀层，并且在下表面中通过对该连接镀层进行切削，使镀Au层露出，保存并具有上表面留有AuSn合金、Au/Sn层压、In的镀层的与LED的连接镀层。
Description
技术领域
本发明涉及一种保持作为半导体元件的LED的同时起到防止对其蓄热的功能的LED用晶片及其制造方法。
背景技术
在半导体装置、例如LED（发光二极管）、半导体集成电路等中，因近来的高密度化及高输出化，有散热量增加的倾向，因此在其晶片中要求良好的高散热性能的同时，倾向于要求细密化、纤细化及与之相伴的耐腐蚀性、耐冲击性等。并且，关于高散热性能，也要求为了保持与LED等的接触所需的不变形的稳定性或低热膨胀率。现有技术中，将蓝宝石基板作为该LED用晶片使用，但近来在热传导性、耐冲击性方面实际上已经显得不足。
当半导体元件是LED时，该LED搭载到蓝宝石基板上，但这样一来，因接触电阻从LED的发光部发出的热容易滞留于蓝宝石基板间，在大多数的半导体元件中，当存在该蓄热时，功能下降，尤其是在LED中，其辉度衰减，或产生蓝宝石基板的破损等弊端，因此对承受它的部分使用热的比较接触电阻少、导热性良好、有强度的金属制的散热基板（晶片）。例如，是铜、钼、钨、钛等称为金属晶片的金属。并且，已知主要将钼（Mo）夹入电镀铜（Cu，Cu）中的材料（称为“DMD”）是良好的。但是，这些金属在耐蚀性、耐化学性、与LED的导热接触性等方面存在问题。
一般情况下，对晶片所要求的性质或性能等，要求具有良好的导热性。该导热率当然例如在安装到LED时，要求热的接触电阻少，或者无变形、翘曲的稳定性、及较高的机械强度、机械加工性。并且， 也要求适于安装的粘合、钎焊等，或具有良好的耐化学性。这些性质在现有技术中通过多种金属材料（覆盖材料）的层结合可综合发挥地进行开发。作为采用该多层构造的方法，现有技术中使用压着覆盖材料并重合的压延法，或单轴热加工法。但是，尤其在压延法中，难以获得层厚的均一性。
为解决这一问题，本申请人提出了以下方案（专利文献1）：以芯材为中心将镀层对称地层压在上下两面，使这两面作为较具柔性、可成为反射面的镀Au层，从而成功解决了问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－109288号公报
发明内容
根据现有的上述LED用晶片，因两个面是镀Au层，从而具有弹性、反射性，半导体的接合面成为保护面，但在接合半导体时，施加约300℃的温度，因此高热影响到接合面的相反一侧的下表面，与晶片的Ni、Cu等镀金属进行合金化，从而在切割步骤中产生问题。
并且，进行各种实验的结果是，当该下表面是AuSn等合金镀层时，也因接合时的热使其自身的合金的状态发生变化，这种情况下用户使用时会产生问题。
本发明鉴于上述情况，其课题在于提供一种LED用晶片及其制造方法，其采用因金属层均匀且浑然一体地形成、层间不产生剥离、且与LED的接触热阻极少，从而可保持稳定的散热性及机械强度的镀金属方法，同时不会因与半导体接合时产生的高热而使相反的下表面产生因高热造成的问题。
为解决上述课题，第1发明提供一种LED用晶片，其特征在于，以由Mo构成的薄板状的芯材为中心上下对称地在两面形成镀Au层，在芯材和该两个镀Au层之间介入形成对其进行补充和维持的至少由镀Cu层构成的复合衬层，在设置LED的上表面，在上述镀Au层上形成由AuSn合金、Au/Sn层压、In的任意一种形成的连接镀层，下表面是镀Au层。
并且，第2发明提供一种LED用晶片的制造方法，其特征在于，在由Mo构成的芯材的两面形成Ni或Ni合金的镀Ni层夹持镀Cu层的两面的夹层状的复合衬层，进一步在其上下形成镀Au层，在上下镀Au层上形成由AuSn合金、Au/Sn层压、In的任意一种形成的连接镀层，并且在下表面中通过对该连接镀层进行切削，使镀Au层露出，保存并具有上表面留有AuSn合金、Au/Sn层压、In的镀层的与LED的连接镀层。
根据上述构成，不仅层间的导热性良好，而且在Mo的芯材的上下具有镀铜层，构成用Cu（导热率420W/（m.k））夹持Mo的所谓“DMD”，上表面是柔软性、反射性、湿润性良好的AuSn合金、Au/Sn层压、In的任意一种镀层，因此即使不另行使用粘合剂也可直接紧密结合LED，导热的接触电阻变得极少。
当上表面是AuSn合金、Au/Sn层压、In的连接镀层时，无需为了LED的粘合在后续步骤（客户方）通过溅射（干式电镀）附加AuSn等的工序，从这一点而言对客户有益。
并且，镀Au的上面是AuSn合金、Au/Sn层压、In的连接镀层时，具有高熔点的优点。即，当Au：Sn为8：2时，熔点为280℃，与下层的Au混合，Au的比率变多时，熔点上升为300℃。In单体时当熔点为156℃时，通过与下层的Au混合，上升为300℃，从而可防止LED安装时造成不稳定的再熔解。
并且，和下表面是AuSn等镀金属时不同，通过LED接合时的高热而使状态变化，从而在用户步骤中不会产生问题。即，当下表面是AuSn等镀金属时，LED等接合时熔融，外观变得不均匀，或与镀Au进行合金化，从而在切割步骤中成为产生问题的原因。并且，当形成了合金镀金属层时，因长期氧化等，进一步合金化。
当单面（下表面）如上所述是镀Au时，可防止这些问题，对客户有益。并且，将具有该特性的贵金属Au仅用于下表面，在成本上有利。并且，不使用费工的掩模，在成本方面也有利。
Ni是稳定的金属，作为其他镀金属的衬底匹配性良好，有利于镀Cu层相对于芯材的形成、镀Au层相对于镀Cu层的形成，容易保持镀Cu、镀Au层的牢固的结合，也容易发挥镀Au层的特性。此外，Ni的导热率是90W/（m.k），通过较薄地镀金属，在LED用晶片中可整体发挥较高的散热性能。
如上所述，根据本发明，通过镀金属方法，金属层均匀且浑然一体地形成，层间不产生剥离，且与LED的接触热阻极少，从而可保持稳定的散热性及机械强度，即使与LED连接时产生的高热影响到下方，在其下表面的镀Au层上也不产生因高热造成的问题，对用户而言非常有利，具有这一良好效果。并且，根据制造方法，容易形成上表面的连接镀层及下表面的镀Au层，具有适于批量生产等良好的效果。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施例的LED用晶片的层构造的示意截面说明图。
图2是表示该LED用晶片的使用状态的示意说明图。
图3是表示第2实施例的LED用晶片的层构造的示意截面说明图。
图4是表示第3实施例的LED用晶片的层构造的示意截面说明图。
具体实施方式
本发明通过镀金属形成层构造，因此作为其基材需要金属薄板的芯材1。为此使用将Mo金属拉伸为50~200μm左右的薄板材料，对其实施各镀金属层后细化，从而批量生产多个LED用晶片P、P、……。此外，也可替代Mo而使用W。但是一般价格比较高。
镀金属优选电解、无电解、离子电镀（IP）法等，只要是镀金属则无特别限定。无论哪种，除了通过镀金属连接镀金属层以外，各金属层的厚度上下对称，形成为均匀的层，各层紧密地结合。并且，关于镀Cu层5、5的形成，除了镀Cu外，可优选使用Cu离子电镀法。
在各实施例中，以芯材1为首，对镀Ni层3及7、镀Cu层5、镀Au层9、11的各镀金属厚度，在表示晶片P的层的各实施例的图中的右侧，在适当的范围内显示。例如在图1中，镀Cu层5、5是3.0~20.0μm的显示范围。
（实施例1）
图1及图2表示一个实施例，首先，在由Mo的金属板构成的芯材1的两面经由较薄的第一镀Ni层3、3，形成镀Cu层5、5。因此，在本说明书中将在芯材1的两面具有镀Cu层5、5的构造称为“DMD”。并且，在两个镀Cu层5、5上分别同样经由镀Ni层7、7形成镀Au层9、11。此外在附图中，2表示镀Ni层3、7夹持镀Cu层5的两面的夹层构造的复合衬层。
现有技术中不使用镀金属方法，因此难以将材料例如切削调整到1μm左右，在材料之间容易产生剥离，但在这种情况下，通过镀金属可形成均匀的厚度。并且如图2所示，在芯材1上将镀Cu层5、在镀Cu层5上将镀Au层9、11分别以镀Ni层3、7为衬底形成，从而由于层间的结合强度极强，不会产生剥离，所以散热性得到稳定保持， 并且LED10的安装也稳定地保持。
图2表示经由LED用晶片P在封装16上搭载了LED 10的状态，通过粘合剂安装封装16。此外，粘合剂可有效利用Ag或AuSn合金的膏体。但是，LED10将AuSn的连接镀金属层13作为粘合剂的替代品，直接粘合于其上。这样一来，也对客户带来成本上的好处。
并且，尤其当半导体元件是LED时，光或辐射热通过AuSn合金、Au/Sn层压、In各自的镀金属层13、14、15反射，可获得散热性，因此LED10的发光效率提高。
在本发明中，上表面的连接镀金属层13分别是AuSn合金的镀金属层，其特征在于，下侧是单金属的镀Au层11。关于这一点，在非接合面的一侧（下表面）如果有AuSn等镀金属时，其熔融，外观变得不均匀，或者与DMD的镀Au进行合金化，从而在切割步骤中切断时产生故障等，但因下表面是镀Au层11，如上所述，所以可防止上述问题。
接着论述实施例2及实施例3，其具有上述相同的特性。
（实施例2）
如图3所示，LED用晶片P在由Mo的金属板构成的芯材1的两面经由第一镀Ni层3、3形成镀Cu层5、5，在两个镀Cu层5、5上分别同样经由第二镀Ni层7、7形成镀Au表面9、11，从而构成镀镍层3、7夹持镀Cu层5的夹层构造的复合衬层2。
以上为止是相同的，但连接镀金属层14是Au/Sn层压镀金属14，双层配合发挥可调节的柔软性及反射性。和上述实施例不同，因是二元合金镀金属，因此难以保持Au和Sn的合金比的平衡，并且镀金属液也不稳定，液体容易变质。因此，镀金属液的更换变得频繁，运行 成本有增大倾向，上述实施例较为有利。
（实施例3）
在图4中，在芯材1的两面经由第一镀Ni层3、3形成镀Cu层5、5，在两个镀Cu层5、5上分别同样经由衬底的第二镀Ni层7、7依次形成镀Au层9、11，在上侧，镀Au层9上，镀In层15作为连接镀金属层形成，在下侧存在镀Au层11。
标号说明
P LED用晶片
1 芯材
2 复合衬层
3 镀Ni层
5 镀Cu层
7 镀Ni层
9 镀Au层
11 镀Au层
13 AuSn合金的连接镀金属层
14 Au/Sn合金的连接镀金属层
15 In的连接镀金属层。
Claims (3)
1.一种LED用晶片，其特征在于，以由Mo构成的薄板状的芯材为中心上下对称地在两面形成镀Au层，在芯材和该两个镀Au层之间介入形成对其进行补充、维持的至少由镀Cu层构成的复合衬层，在设置LED的上表面，在上述镀Au层上形成由AuSn合金、Au/Sn层压、In的任意一种形成的连接镀层，下表面是上述镀Au层的露出面。
2.根据权利要求1所述的LED用晶片，其特征在于，复合衬层是在镀Cu层的上下两面具有薄Ni或Ni合金的镀镍层的夹层构造，该镀Cu层以镀Ni层为衬底形成在芯材上，上下两面的镀Au层以该镀Ni层为衬底分别形成。
3.一种LED用晶片的制造方法，其特征在于，在由Mo构成的芯材的两面形成Ni或Ni合金的镀Ni层夹持镀Cu层的两面的夹层状的复合衬层，进一步在其上下形成镀Au层，在上下镀Au层上形成由AuSn合金、Au/Sn层压、In的任意一种形成的连接镀层，并且在下表面中通过对该连接镀层进行切削，使镀Au层露出，保存并具有上表面留有AuSn合金、Au/Sn层压、In的镀层的与LED的连接镀层。
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