JP2008004721A - 半導体素子搭載用の支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 半田ボールの発生が低減され、かつ、放熱性の高い支持体とする。
【解決手段】 本発明は、金属部材と、その金属部材が配置された絶縁性基板と、を備えており、半導体素子が配置される搭載部を有する主面と、その主面に向かい合う背面と、その背面と前記主面とを接続して隣り合う側面により設けられた複数の角部と、を有する半導体素子搭載用の支持体である。特に、上記支持体が、隣り合う角部の間に、その一部が支持体の側面から背面にかけて切り欠かれて設けられた切欠部１０１ａ、１０１ｂを有しており、上記背面を平面視して、切欠部１０１ａ、１０１ｂから背面の中心方向に延びる金属部材２０１ｂ、２０２ｂが、支持体の背面の中心側で向かい合う外縁について、略矩形の両隅の角を面取りした形状とされる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体素子を搭載するための支持体、特に、支持体を実装基板に半田付けしたとき、長時間の使用においても信頼性を低下させることがない半導体素子搭載用の支持体に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）のような半導体素子は、導体配線が施された支持体に搭載され、半導体装置とされる。さらに、半導体装置は、支持体の導体配線が、実装基板に施された導体配線に半田付けされることにより、実装基板に電気的および機械的に接続される。

例えば、特開２００３−１２４３７８号公報に開示される発光装置は、発光ダイオードチップと、その発光ダイオードチップを配置する基板と、を備える。ここで、基板は、発光ダイオードチップが搭載された正面から側面および背面にかかて導体配線が施されており、この導体配線を介して発光ダイオードチップの電極が実装基板の配線に接続される。

さらに、本特許文献に開示される半導体装置は、実装基板に半田付けするときに半田ボールの発生を抑制するため、支持体の背面に施された導体配線のパターンが山形に形成されている。これにより、半田ボールの発生がなくなり、導体配線間の短絡を生じさせない発光装置とすることができる。以下、従来の半導体装置について詳細に説明する。

発光ダイオードチップの電極に接続する第一の電極および第二の電極は、正面から背面に延長された第一の背面部および第二の背面部を有する。さらに、第一の背面部および第二の背面部のそれぞれは、互いに対向する凸状のパターンを有する。すなわち、支持体の背面に施された導体配線は、上記第一の背面部および第二の背面部により、支持体の背面の中央部に向かって、そのパターンの面積が小さくされている。溶融した半田ペーストは、導体配線のパターンに沿って流動しやすい。このため、支持体を実装基板に半田付けするときに、溶融した半田ペーストが支持体の側面方向に押し広げられるのが抑制される。つまり、支持体と実装基板とを接続するところに半田ペーストが滞留するのを回避し、支持体の側面から遠ざかる方向に半田ペーストの流動を導くので、支持体の側面の側に半田ボールが発生することもない。

特開２００３−１２４３７８号公報。

しかしながら、支持体の背面に施された導体配線は、支持体からの放熱性を向上させるため、できるだけ背面の広い面積に設ける必要がある。また、支持体の背面と実装基板とを接続する半田の量が多い方が支持体から実装基板の方へ熱が移動しやすい。例えば、上述したような従来の半導体装置において、支持体の側面の側への半田ボールの発生を抑制するため、支持体の背面の中心方向に先細りとなるような形状の導体配線を設けると、その先細りの部分で放熱性が低下する。一方、支持体からの放熱性を向上させるため、背面の広い面積に導体配線を設けると、半田ボールを低減する効果がなくなってしまう。つまり、従来の支持体は、その放熱性を維持しつつ、実装基板に半田付けされたときの半田ボールの発生を低減させることができなかった。

そこで、本発明は、支持体の放熱性を維持しつつ、実装基板に半田付けされたとき、半田ボールの発生をさらに低減させる半導体素子搭載用の支持体を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明に係る半導体素子搭載用の支持体は、金属部材と、その金属部材が配置された絶縁性基板と、を備えており、半導体素子が配置される搭載部を有する主面と、その主面に向かい合う背面と、その背面と前記主面とを接続して隣り合う側面により設けられた複数の角部と、を有する半導体素子搭載用の支持体であって、上記支持体は、隣り合う角部の間に、その一部が上記側面から上記背面にかけて切り欠かれて設けられた切欠部を有しており、上記背面を平面視して、上記切欠部から上記背面の中心方向に延設された金属部材は、上記背面の中心側の外縁が、その略矩形の角を面取りした形状とされることを特徴とする。

上記面取りされた外縁の形状は、上記背面の内側に凸の円弧であることが好ましい。あるいは、上記面取りされた外縁の形状は、直線であることが好ましい。

本発明は、金属部材と、その金属部材が配置された絶縁性基板と、を備えており、半導体素子が配置される搭載部を有する主面と、その主面に向かい合う背面と、その背面と前記主面とを接続して隣り合う側面により設けられた複数の角部と、を有する半導体素子搭載用の支持体であって、上記支持体は、隣り合う角部の間に、その一部が第一の側面から上記背面にかけて切り欠かれて設けられた切欠部を有しており、上記背面を平面視して、上記金属部材は、上記切欠部から上記背面の中央部へ延設された延伸部を有しており、その延伸部の外縁は、上記切欠部が設けられた第一の側面に隣り合う第二の側面に略平行な第一の辺と、上記第一の側面に略平行であり上記背面の中央部に設けられる第二の辺と、上記第一の辺および上記第二の辺を接続し上記第二の側面の側から遠ざかるように延伸する第三の辺と、を有することを特徴とする。

上記第三の辺は、上記延伸部の内側に凸の円弧であることが好ましい。あるいは、上記第三の辺は、直線であることが好ましい。

上記切欠部の概観形状は、上記支持体の側面の長手方向に沿った長軸を有する直方体であることが好ましい。

上記切欠部は、上記支持体の互いに向かい合う一対の側面に、上記背面の中心に対して略対称に一対設けられており、それぞれの切欠部から延伸する延伸部は、上記背面の中心に対して略対称な外形を有することが好ましい。

本発明は、実装基板に半田付けされたとき、支持体の側面から背面にかけて設けられた切欠部の内部に溶融された半田が一時的に滞留することにより、溶融された半田が急激に支持体の背面に広がることが抑制される。したがって、本発明は、背面において導体配線の面積を比較的大きくして放熱性を向上させつつ、半田ボールの発生を低減させることができる。

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素子搭載用の支持体を例示するものであって、本発明は半導体素子搭載用の支持体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決してない。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、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。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もしく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。

金属部材と、その金属部材が配置された絶縁性基板と、を備えており、半導体素子が配置される搭載部を有する主面と、その主面に向かい合う背面と、その背面と上記主面とを接続して隣り合う側面により設けられた複数の角部と、を有する半導体素子搭載用の支持体について、支持体を実装基板に半田付けしたとき、支持体の放熱性を確保しつつ、半田ボールの発生をなくすため、本発明者は、種々の検討を行った。その結果、上記支持体を、互いに隣り合う角部の間に、その一部が第一の側面から上記背面にかけて切り欠かれて設けられた切欠部を有する支持体とし、支持体の切欠部から背面の中央部に延びる金属部材が、背面の中央部側の外縁について、その略矩形の角を面取りした形状とされることにより課題を解決するに至った。以下、図面を参照しながら本形態の支持体について詳細に説明する。

図１は、本形態における支持体の凹部を視認できる方向から見た斜視図である。図２は、本形態の支持体の上面図である。さらに、図３は、本形態の支持体の背面図である。

本形態の支持体は、金属部材と、その金属部材が配置された絶縁性基板と、を備えている。金属部材は、搭載された半導体素子の電極と接続する導体配線として、または、発光素子からの光を反射させる反射部材として利用される。また、絶縁性基板は、半導体素子や金属部材を固定させるものであり、極性の異なる導体配線を絶縁分離させるための絶縁性部材でもある。さらに、本形態の支持体は、半導体素子が搭載される搭載部を有する主面と、その主面と向かい合う側に設けられた背面と、その背面と上記主面とを接続して隣り合う側面により設けられた角部と、を有する半導体素子搭載用の支持体である。支持体の背面は、本形態の支持体を実装基板に配置するときの実装面とすることができる。

本発明にかかる支持体は、隣り合う角部の間に、その一部が第一の側面から背面にかけて切り欠かれて設けられた切欠部を有しており、金属部材は、背面を平面視して、切欠部から背面の中央部に延長して設けられた延伸部を有している。さらに、その延伸部の外形は、切欠部が設けられた第一の側面に隣り合う第二の側面に略平行な第一の辺と、第一の側面に略平行であり背面の中央部に設けられる第二の辺と、第一の辺および第二の辺を接続し、第二の側面の側から遠ざかるように斜めに延伸する第三の辺と、を有することを特徴とする。なお、本形態における「中央部」とは、支持体の背面の中心を含む部位をいう。例えば、図３に示される支持体の背面について、中央部とは、向かい合う一対の側面のほうから一対の端辺が近づくように延設された延伸部の間であって、支持体の絶縁性基板が露出された部分をいう。

ここで、第一の辺は、上記切欠部が設けられた第一の側面に隣り合う第二の側面と背面との交線から略一定の第一の距離をあけて延びる辺であり、第三の辺は、上記交線あるいは第二の辺の延長線から上記第一の距離より大きい第二の距離をあけて背面の内側に向けて延びる辺である。第二の距離は、背面の内側にいくにしたがって、段階的に増大する。例えば、第三の辺は、円弧、背面の内部側へ凸に湾曲する曲線、直線、ジグザグ状など、辺全体が、第二の側面側を基点、背面の内部側を終点として、その終点側に向かうに従って第二の側面からの間隔を増大させるものであれば、第三の辺の形状は問わない。また、背面に延設された導体配線が上述した第二の辺を有する外形とされていることにより、本形態の支持体は、導体配線の面積を比較的大きくして放熱性を向上させることができる。

このように第三の辺を直線あるいは背面の中心方向へ凸に湾曲する曲線とすることにより、支持体の側面から遠ざかる方向へ溶融半田を導き、支持体の側面方向への半田ボール発生をなくすことができる。特に、背面の中心方向へ凸に湾曲する曲線とすることにより、直線のときと比較して、溶融された半田を、支持体の側面から遠ざかる方向へ導く効果が高まる。さらに、本発明は、実装基板に半田付けされたとき、支持体の側面から背面にかけて設けられた切欠部の内部に溶融された半田が一時的に滞留することにより、溶融された半田が支持体の背面に急激に広がることが抑制される。したがって、背面において導体配線の面積を比較的大きくして放熱性を向上させた支持体についても、半田ボールの発生を低減させることができる。

本形態の支持体における切欠部は、支持体の角部よりも中心部からの距離が小さい部位に設けられることが好ましい。つまり、本形態の切欠部は、支持体の隣り合う側面により設けられた複数の角部のうち、支持体の背面あるいは側面の方向から見て隣り合う２つの角部の間に設ける。より詳細に説明すると、本形態の切欠部は、隣り合う２つの角部の間において、支持体の背面および側面により形成された稜線を含む部位が、その背面の一部から側面の一部にかけて抉れるように切り欠かれている。

上記切欠部は、上記支持体の互いに向かい合う一対の側面について、上記背面の中心部に対して対称に一対設けられており、それぞれの切欠部から延伸する延伸部は、上記背面において、上記背面の中心部に対して対称な外形を有することが好ましい。これにより、切欠部が設けられた側面に隣接する何れの側面方向へも半田ボールの発生を抑制できる。

支持体の背面に配置された金属部材の一部は、支持体の背面から切欠部の壁面に延在して配置されていることが好ましい。これにより、支持体を実装基板に半田付けしたとき、半田は、支持体の背面から切欠部にかけて配置された金属部材に沿って広がる。そのため、溶融した半田を切欠部の内部に収容し、支持体の背面および側面に亘るフィレットを形成させることが容易にできる。

上記切欠部の概観形状は、上記支持体の側面の長手方向に長軸を有する直方体であることが好ましい。これにより、支持体を実装基板に半田付けするとき、溶融した半田が支持体の側面の長手方向に広がる。そのため、支持体の背面の方へ急激に流動することがなくなり、より効果的に支持体の側面への半田ボール発生をなくすことができる。

支持体の角部は、支持体を形成する絶縁性部材が露出された内壁面により形成された凹部とされていることが好ましい。すなわち、支持体の角部は、凹部とされており、その凹部の内壁面は、金属部材にて被覆されることなく、支持体を形成する絶縁性部材が露出されていることが好ましい。これにより、支持体の角部への半田の這い上がりを抑制することができ、切欠部に半田を納めることができる。

また、支持体の角部に、このような凹部を有する支持体とすることにより、支持体の集合体である基板から支持体に個片化しやすく量産性の高い支持体とすることができる。例えば、後に述べるセラミックスを絶縁性基板の材料として支持体を形成させるとき、支持体の角部に絶縁性部材が露出された凹部は、パッケージ毎に個片化する前のセラミックス基板に設けられたスルーホールが分割された円弧面からなる形状を有する。支持体は、その角部に形成された凹部に絶縁性基板が露出されているものとすることにより、支持体を形成させることが容易となる。すなわち、本形態の如くスルーホールの内壁面に金属部材を配置することなく、スルーホールを含むスリットを分割溝として利用することにより、スルーホールの内壁面に金属部材が配置されているものと比較して、セラミックス基板の個片化を容易にすることができる。以下、本形態の各構成について詳述する。

（支持体）
本形態の支持体とは、半導体素子を配置する搭載部を有する主面と、その主面の反対側に設けられる背面と、を有し、光反射や配線を目的とした金属部材が主面や背面に配置されたものである。

本形態における絶縁性基板とは、金属部材が配置され、その金属部材を絶縁し、支持体を形成させるためのものである。絶縁性基板の材料は、ＢＴレジン、ガラスエポキシ樹脂、セラミックスあるいはガラスを挙げることができる。

本形態の支持体は、セラミックスを絶縁性基板の材料とすることにより、耐熱性の高い支持体とすることができる。セラミックスは、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などが好ましい。具体的には、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００℃から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックスや原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸ガラス、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板などが挙げられる。アルミナをセラミックスの材料とすることにより、セラミックス基板を個片化するときに、分割面の欠けや割れの少ない支持体とすることができる。また、窒化アルミニウムをセラミックスの材料とすることにより、放熱性が高く、半導体素子が配置される搭載部の平坦性が高い支持体とすることができる。搭載部の平坦性が高いため、特に、共晶材にて半導体素子を固定するとき、半導体素子の実装精度を向上させることができる。

セラミックスの粉体と、バインダー樹脂を混合して得られる材料をシート状に成型して得られるセラミックスグリーンシートを積層させて焼成することにより、所望の形状の支持体とすることができる。あるいは、セラミックスグリーンシートに種々の大きさのスルーホールを形成して積層することにより、切欠部や凹部を有する支持体とすることができる。このような支持体に配される金属の下地部は、未焼成のセラミックスグリーンシートの段階で、タングステン、モリブデンのような高融点金属の微粒子を含む導体ペーストを所定のパターンに塗布したものを焼成することにより得ることができる。さらに、セラミックスグリーンシートを焼成した後、予め形成させておいた下地部に、ニッケル、金あるいは銀を鍍金して凹部に配される光反射部材や導体配線とすることができる。ここで、発光素子からの光に対して高い反射率を有する銀を最表面に配置することが好ましい。銀の劣化やマイグレーションの少ない支持体とするには、導体配線の最表面に金を配置することが好ましい。ここで、図２に示される青色系に発光するＬＥＤチップ３０１を備えた発光装置とするときには、金が青色系の光に対して比較的高い吸収率を有するため、導体配線の最表面の金は、ＬＥＤチップ３０１の搭載部４０８や導電性ワイヤ３０３のワイヤボンディングに必要最低限の面積で露出していることが好ましい。しかしながら、本形態の支持体に搭載され得る発光素子は、青色系に発光するＬＥＤチップ３０１に限定されることなく、赤色系に発光するＬＥＤチップなども搭載される。図１０および図１３は、赤色系に発光するＬＥＤチップ３０１を、金を最表面に有する導体配線の支持体に搭載した発光装置の上面図を示す。このとき、凹部の底面に配置される導体配線２０１ａ、２０２ａは、図２に示される導体配線と比較して広い範囲に配置され、ＬＥＤチップからの光を反射させることができる。なお、図１３に示される発光装置６００の導体配線は、その一部に穴６０１を有し、セラミックス１０４ａが露出されている。穴６０１は、ＬＥＤチップ３０１の搭載部の外側に設けられており、ＬＥＤチップ３０１を搭載部に固定する接着材の位置決めをすることができる。ここで、搭載部は、接着材の位置決めに必要な面積を有している。これによりＬＥＤチップ３０１の実装精度のばらつきを低く抑えることができる。

なお、セラミックスを材料とする支持体は、上述のように、導体配線と絶縁性基板を一体的に形成する他、予め焼成されたセラミックスの絶縁性基板に、導体配線を配置することにより形成することもできる。また、切欠部を有する支持体は、予め焼成された種々の形状を有するセラミックスの板材を積層させて接合することにより形成することもできる。

セラミックスを絶縁性部材の材料として支持体を形成するとき、本形態の切欠部の形成は、未焼成セラミックスを成型する型に切欠部に対応する形状を設けておくことにより、支持体の形成と一体的に切欠部を形成する方法がある。その他、上述したセラミックスグリーンシートに切欠部の大きさ及び形状に対応した開口部を有するスルーホールを形成して、他のセラミックスグリーンシートとともに積層および焼成することにより形成させることもできる。後者の形成方法によるとき、セラミックスグリーンシートの焼成体から支持体を個片化するための分離溝は、スルーホールの開口部により形成された凹部を含む位置に設けられる。これにより、分割された凹部の開口部の一部を支持体の背面側に形成される切欠部の開口部とし、分割された面に形成された凹部の断面を支持体の側面側に形成される切欠部の開口部とすることができる。

また、セラミックス基板の個片化を容易にする効果は、切欠部の底面が金属部材で被覆されることなく、セラミックス材料が露出された支持体とするとき、特に顕著である。すなわち、分割溝の底面に金属部材が配置されていないので、セラミックス基板の個片化を更に容易にすることができる。

（半導体素子）
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（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、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。

半導体素子は、その電極がバンプと呼ばれる導電性材料（例えば、金や半田）を介して支持体の導体配線に電気的および機械的に接続することができる他、サブマウントと呼ばれる補助部材を介して接続させることができる。

半導体素子と支持体とを固定する接着材は、例えば、金ペーストや銀ペーストのような導電性接着材や、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｐｂ、ＳｎおよびＺｎから選択された少なくとも一種を含む共晶材（例えば、Ａｕ−Ｓｎ）、あるいは、ＡｕおよびＡｇから選択された少なくとも一種を含む鑞材とすることができる。このような金属材料を含む接着材とすることにより、半導体素子の裏面に配置された電極と、支持体の導体配線とを電気的に接続させたり、半導体素子からの放熱性を向上させたりすることができる。半導体素子と支持体とを固定する接着材は、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂とすることもできる。

図９、図１１、図１２および図１３は、種々の半導体素子を、種々の形態で搭載した半導体装置の変形例として、発光装置２００、４００、５００、６００を示す。

本形態の支持体に搭載される半導体素子の数や大きさは、図２に示されるものに限定されることなく種々の選択をすることができる。例えば、図９に示されるように、半導体素子の搭載部４０８に、裏面電極を有する赤色系に発光するＬＥＤチップ３０１がＡｇペーストにて、３つ固定された発光装置２００とすることができる。また、９００μｍ四方の外形を有する搭載部４０８に対して、ＬＥＤチップ３０１の外形は、図２に示される９００μｍ四方の大きさから、図１１に示される６００μｍ四方の大きさまで種々選択することができる。

本形態の支持体に搭載される各種半導体素子の配置場所は、図２に示されるものに限定されることなく種々の選択をすることができる。例えば、図１２に示されるように、裏面電極を有する赤色系発光のＬＥＤチップ３０１が、Ａｇペーストにて、３つ固定された導体配線の第一の部位２０１ａに、同じく裏面電極を有するツェナーダイオード３０２をＡｇペーストにて固定することができる。

図２、図９、図１０、図１１および図１２に示されるように、本形態の支持体は、凹部の開口部の形状が略矩形である。さらに、本形態の半導体素子は、その外形である矩形の各辺を、上記開口部の矩形の対角線方向に向けて配置されている。これにより、発光面を大きくして発光輝度が高い小型の発光装置とすることができる。しかし、本形態の支持体への半導体素子の搭載の仕方は、図２などに示される形態に限定されることなく、種々の選択をすることができる。例えば、図１３に示される発光装置６００は、支持体に設けられた凹部の開口部の形状が略矩形であり、ＬＥＤチップ３０１が、その外形である矩形の各辺を、上記開口部の矩形の各辺に対して略平行となるように配置されている。

（被覆部材）
本形態における被覆部材とは、支持体に載置された半導体素子や導電性ワイヤなどを塵芥、水分や外力などから保護する部材である。被覆部材の材料として、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂あるいはユリア樹脂が挙げられる。被覆部材は、所望に応じて着色剤、光安定化剤、蛍光物質など種々のものを含有させることもできる。具体的には、発光素子の発光波長や受光波長に応じて、不要な波長をカットする目的で顔料や染料などの着色剤を含有させる。

被覆部材に含有することができる蛍光物質は、発光素子の光を変換させるものであり、発光素子からの光をより長波長に変換させるものの方が短波長に変換させるものより効率がよい。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ：Ｃｅ」と呼ぶ。）が好適に用いられる。ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によってＬＥＤチップからの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するため、白色系の混色光を発する高出力な発光ダイオードを、比較的簡単に形成することができる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

図１は、本実施例における支持体の凹部の側から見た斜視図である。図２は、本実施例の支持体を、凹部の方向から見た上面図である。図３は、本実施例の支持体の背面図である。図８は、本実施例の支持体の背面における導体配線の形状を拡大して示す模式図である。

本実施例における支持体を利用した発光装置は、セラミックス基板の凹部に発光素子を配置し、セラミックス基板の背面側両端から背面の中央部に延びる正負一対の導体配線を有する。さらに、背面の中央部まで延設された正負一対の導体配線は、向かい合った外縁について、その略矩形の両隅に形成される四カ所の角を、直線状に面取りした形状を有する。

本実施例の支持体は、互いに隣り合う角部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの間に、支持体の第一の側面Ｓ１（紙面に略垂直）から背面にかけて一部が切り欠かれて設けられた切欠部１０１ａ、１０１ｂを有しており、さらに、支持体に設けられた導体配線は、支持体の背面を平面視して、各切欠部１０１ａ、１０１ｂから背面の中央部Ｃの方向へそれぞれ延設された第一の延伸部２０１ｂおよび第二の延伸部２０２ｂを有している。第一の延伸部２０１ｂおよび第二の延伸部２０２ｂは、それらの端辺が支持体の背面の中央部Ｃ（なお、本実施例における「中央部Ｃ」とは、支持体の背面の中心を含み、導体配線の間でセラミックス基板が露出された部分をいう。）付近で向かい合って設けられており、それらの延伸部の外形は、切欠部１０１ａが設けられた支持体の第一の側面Ｓ１に隣り合う第二の側面Ｓ２（紙面に略垂直）に略平行かつ一定の間隔を設けて延長する第一の辺ａと、第一の側面Ｓ１に略平行であり背面の中央部Ｃを画定する第二の辺ｂと、第一の辺ａおよび第二の辺ｂを接続し、第二の側面Ｓ２の側から遠ざかるように斜めに延伸する第三の辺ｃと、を有する。すなわち、図８に示されるように、本実施例における導体配線の延伸部を、第一の側面Ｓ１側のＡ部と、背面の中心側のＢ部とに区分すると、本実施例における延伸部の形状は、Ａ部に形成された矩形と、その矩形の一辺を底辺としてＢ部に形成された台形とを組み合わせた形状を含む。

本実施例における支持体は、種々の形状の貫通孔を有するセラミックスグリーンシートの積層体を焼成した後、支持体の集合体としての基板を分割することにより個片化したものである。本実施例における支持体は、概観が直方体形状をしており、半導体素子を搭載させる凹部を有する。

以下、セラミックスグリーンシートの積層体について、より具体的に説明する。なお、図１において、個々のセラミックスグリーンシートの界面を実線で示すが、これは、本実施例における支持体が複数のセラミックスグリーンシートを積層して形成されたことを示すものであり、焼成して得られた支持体について、必ずしも個々のセラミックスグリーンシートの界面が明瞭であるわけではない。

図４、図５および図６は、本実施例における第一、第二および第三のセラミックスグリーンシート１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃをそれぞれ示す上面図である。図７は、本実施例における第一のセラミックスグリーンシート１０４ａの背面図である。なお、図中の点線は、セラミックスグリーンシートの積層体を焼成して得たセラミックス基板を各支持体へと個片化するときの分割ラインを示す。この分割ラインは、セラミックスグリーンシートに対して格子状に設けられる。

アルミナを主な材料とするセラミックスグリーンシートの積層体は、支持体の切欠部を形成するための貫通孔を有する第一のセラミックスグリーンシート１０４ａと、支持体の凹部の内壁面を形成するための貫通孔を有する第二のセラミックスグリーンシート１０４ｂと、支持体に形成させる凹部の内壁面の一部を形成するための貫通孔を有する第三のセラミックスグリーンシート１０４ｃと、を支持体の背面となる側から順に積層させたものである。

ここで、第一のセラミックスグリーンシート１０４ａは、支持体の切欠部を形成するための貫通孔を有し、その内壁面に導体配線の下地部となるタングステンが配置される。また、第一のセラミックスグリーンシート１０４ａは、第二、第三のセラミックスグリーンシート１０４ｂ、１０４ｃの貫通孔を塞いで、凹部を有する支持体を形成させるものである。また、凹部の底面に導体配線を形成させるため、第一のセラミックスグリーンシート１０４ａの表面に導体配線の下地部となるタングステンを配置させる。この下地部は、第一のセラミックスグリーンシート１０４ａと、第二のセラミックスグリーンシート１０４ｂとの間に介在させて、切欠部を形成する貫通孔の内壁面に配置された下地部に接続し、支持体の背面となる側まで延在させる。

図４は、本実施例における第一のセラミックスグリーンシート１０４ａの表面に配置された下地部のパターンである。この下地部のパターンは、電気的に絶縁された第一の部位２０１ａと、第二の部位２０２ａとに分けられる。

第一の部位２０１ａは、配置される半導体素子と略同じ形状および大きさを有し凹部の中央に配置された搭載部４０８と、後で個片化される隣接した支持体の下地部のパターンに接続する第一の埋設部４０１および第二の埋設部４０２と、上述した切欠部を形成する貫通孔の内壁面に配置された下地部のパターンに接続する第三の埋設部４０３と、を有する。ここで、搭載部４０８、第一、第二および第三の埋設部４０１、４０２、４０３は、下地部によって電気的に接続されており、これらの「埋設部」とは、導体配線の下地部のうち、第一のセラミックスグリーンシート１０４ａと、第二のセラミックスグリーンシート１０４ｂとの間に介在された部位をいうものとする。したがって、支持体の凹部を開口方向から見たとき、これらの「埋設部」は、セラミックス基板の内部に埋設されているため、視認することができない。なお、図４において、開口部の内縁４０７を細線で示す。上述した各埋設部は、開口部の内縁４０７から支持体の側面の方向に向かって延びている。第一の埋設部４０１と第三の埋設部４０３とを連結する下地部は、上面方向から見て、搭載部４０８の間と、矩形の開口部の角部とに、セラミックスグリーンシートの表面が露出されるように凹部の底面に配置される。

第二の埋設部４０２は、第一のセラミックスグリーンシート１０４ａと、第二のセラミックスグリーンシート１０４ｂとの間に介在されて、第三の埋設部４０３に連結している。このように、半導体素子やワイヤを配置しない導体配線の下地部は、凹部の底面に露出させることなく、二層のセラミックスグリーンシート１０４ａ、１０４ｂの間に介在させる。これにより、青色系の波長の一部を吸収する金など、発光素子からの光を吸収する金属が最表面に配置された導体配線を有する支持体において、それらの金属が最表面に配置された導体配線の面積を少なくできるため、金属による光の損失を抑えることができる。

第二の部位２０２ａは、隣接する支持体の下地部のパターンに接続する第四の埋設部４０４および第五の埋設部４０５と、上述した切欠部１０１ａとは別の切欠部１０１ｂを形成するための貫通孔の内壁面に配置された下地部のパターンに接続する第六の埋設部４０６を有する。第四の埋設部４０４と第六の埋設部４０６とを連結する下地部および第五の埋設部４０５と第六の埋設部４０６とを連結する下地部は、上面方向から見て、搭載部４０８の間と、外形が矩形である開口部の２つの角部と、にセラミックスグリーンシートの表面が露出されるように凹部の底面に配置される。

第二のセラミックスグリーンシート１０４ｂおよび第三のセラミックスグリーンシート１０４ｃの貫通孔は、その開口部１０３が略矩形とさせてある。本実施例の支持体は、略直方体であり、さらに、このような矩形の開口部により形成された凹部を有する支持体とする。これにより、発光装置１００からの光が射出される発光面の面積を大きくすることができる。

第三のセラミックスグリーンシート１０４ｃの貫通孔は、その開口部の形状が第二のセラミックスグリーンシート１０４ｂにおける開口部の形状と、略相似であるが、その開口面積が、第二のセラミックスグリーンシート１０４ｂにおける開口面積の最大値より大きくさせてある。これにより、支持体を形成させたとき凹部の開口部に段差を設けることができる。この段差は、凹部の内壁面を被覆する被覆部材の保持手段とされ、被覆部材と支持体との接着面積を増やすことにより、被覆部材の支持体からの剥離を抑制することができる。

以上のようなセラミックスグリーンシートの積層体を焼成することにより形成された本実施例の支持体は、寸法が３．０ｍｍ×３．０ｍｍ四方の正方形を外縁とする上面および背面と、３．０ｍｍ×１．０ｍｍの長方形を外縁とする側面とにより囲まれた直方体の概観形状を有する。また、本実施例における切欠部は、支持体の隣り合う側面により形成された一対の角部の間に、切欠部１０１ａおよび切欠部１０１ｂとして設けられている。すなわち、図４に示されるように、本実施例における支持体は、その上面方向から見て、四隅にそれぞれ角部を有している。さらに、切欠部１０１ａは、角部１０２ｃと角部１０２ｄの間に形成される。また、切欠部１０１ｂは、角部１０２ａと角部１０２ｂの間に形成される。本実施例における切欠部は、側面と背面の交線を含む部位の一部を切り欠いている形状であり、側面と背面の交線を含む部位の中央に、切欠部１０１ｂおよび切欠部１０１ａが支持体の中央（例えば、支持体の背面の中心）に対して対称となるように形成されている。

本実施例における支持体は、セラミックスグリーンシートの積層体を焼成した後、タングステンを材料とする下地部の上にニッケルおよび金を鍍金することにより導体配線を形成させたものである。本実施例の導体配線は、半導体素子３０１が配置される凹部の底面中央の搭載部４０８と、その搭載部４０８と、上記第一の埋設部４０１および第三の埋設部４０３とを電気的に接続する第一の部位２０１ａと、その第一の部位２０１ａから絶縁された第四、第五、第六の埋設部４０４、４０５、４０６を電気的に接続する第二の部位２０２ａと、を有している。ここで、第三の埋設部４０３および第六の埋設部４０６は、切欠部１０１ａ、切欠部１０１ｂの内壁面に配置された導体配線にそれぞれ接続されている。また、支持体を凹部の開口方向から見て、第三の埋設部４０３と、第六の埋設部４０６と、第一の埋設部４０１および第四の埋設部４０４と、第二の埋設部４０２および第五の埋設部４０５とは、上面方向から見た支持体の外形を成す矩形の異なる辺ごとにそれぞれ対応させて設けられている。したがって、第一の部位２０１ａにおいて、第一の埋設部４０１と第三の埋設部４０３とを接続する下地部は、矩形の対角線に略平行な方向に延伸して第一および第三の埋設部を結んでいる。また、第一の部位２０１ａは、開口部の外形を成す矩形の角部との間にセラミックス基板の露出面を形成させている。第二の部位２０２ａは、第六の埋設部４０６を基点として分岐して、開口部の矩形の対角線に略平行な方向に延伸して第四の埋設部４０４および第五の埋設部４０５を結んでいる。第二の部位２０２ａの概観形状は、凹部の開口方向から見て、第六の埋設部４０６の側に頂点のＶの字形状に形成されており、開口部の外形を成す矩形の角部との間にセラミックス基板の露出面を２つ形成させている。

本実施例における支持体を利用した半導体装置は、凹部の底面中央の導体配線に設けられた搭載部４０８に、ＡｕとＳｎを材料とする共晶材にてＬＥＤチップ３０１が固定されている。凹部は、略矩形の開口部を有し、搭載部４０８は、その開口部の形状を約４５度回転させた矩形である。ＬＥＤチップ３０１は、８００μｍ×８００μｍ四方の正方形の外形を有し、搭載部４０８は、ＬＥＤチップ３０１の外形と略相似な９００μｍ×９００μｍ四方の正方形を含む外形を有する。このように、搭載部４０８の外形を配置される半導体素子の外形と略相似な外形とすることにより、溶融した共晶材によるセルフアライメント効果を期待できる。つまり、半導体素子を共晶材にて接合したときの位置ズレを少なくして、実装精度のばらつきを低く抑えることができる。なお、本実施例において搭載部の半導体素子の外形に対する相似比は、１．１倍であるが、搭載部の半導体素子の外形に対する相似比は、共晶材の材質や量などを考慮して適宜選択される。また、共晶材は、ＬＥＤチップ３０１からの光取り出し効率を向上させるため、その一部がＬＥＤチップ３０１の側面を這い上がらないように配置することが好ましい。

第二の部位２０２ａのうち、第四の埋設部４０４および第六の埋設部４０６を結ぶ部位にツェナーダイオード３０２が配置され、第五の埋設部４０５および第六の埋設部４０６を結ぶ部位にＬＥＤチップ３０１の電極から張られた導電性ワイヤがボンディングされている。また、第一の部位２０１ａには、ＬＥＤチップ３０１およびツェナーダイオード３０２の電極から張られた導電性ワイヤがボンディングされている。

本実施例における支持体の凹部には、ＬＥＤチップ３０１や導電性ワイヤ３０３を外部環境から保護する被覆部材（図示せず）が配置されている。支持体の開口部に設けられた段差は、この被覆部材との接触面積を十分に確保し、被覆部材の支持体からの剥離を抑制させることができる。さらに、支持体の凹部底面の四隅には、セラミックス基板１０４ａが露出されている。この矩形の四隅において、セラミックス基板と、被覆部材とが接着されており、両者の接着力が各方位において均等に働くため、被覆部材の剥離を少なくして信頼性の高い発光装置とすることができる。

本実施例の被覆部材は、シリコーン樹脂にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含有しており、蛍光体がその自重によりＬＥＤチップの周囲に沈降されている。これにより、本実施例における支持体を利用した半導体装置は、ＬＥＤチップの光がＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体により波長変換された光を出力することができる。特に、ＬＥＤチップが青色系の光を発するとき、発光装置は、ＬＥＤチップの光と、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体による蛍光との混色による白色系の光を発することができる。

本実施例における発光装置は、支持体の切欠部１０１ａ、１０１ｂに露出させた導体配線と、上述した第一の部位２０１ａおよび第二の部位２０２ａとが電気的に接続されており、切欠部１０１ａ、１０１ｂに露出させた導体配線は、発光装置の実装基板に設けられた配線へ半田により接続される。このとき、溶融された半田が切欠部１０１ａ、１０１ｂ内に一時的に滞留するため、溶融された半田が急激に支持体の背面へ広がることが抑制される。したがって、背面において導体配線の面積を比較的大きくして放熱性を向上させた本実施例の支持体についても、半田ボールの発生を低減させることができる。

本発明は、半導体素子を搭載する支持体として利用可能である。

図１は、本発明の一実施例にかかる支持体の模式的な斜視図を示す。 図２は、本発明の一実施例にかかる支持体の模式的な上面図を示す。 図３は、本発明の一実施例にかかる支持体の模式的な背面図を示す。 図４は、本発明の一実施例にかかるセラミックスグリーンシートの模式的な上面図を示す。 図５は、本発明の一実施例にかかるセラミックスグリーンシートの模式的な上面図を示す。 図６は、本発明の一実施例にかかるセラミックスグリーンシートの模式的な上面図を示す。 図７は、本発明の一実施例にかかるセラミックスグリーンシートの模式的な背面図を示す。 図８は、本発明の一実施例の背面を拡大して示す模式図である。 図９は、本発明の支持体の一実施例にかかる発光装置の模式的な上面図を示す。 図１０は、本発明の支持体の一実施例にかかる発光装置の模式的な上面図を示す。 図１１は、本発明の支持体の一実施例にかかる発光装置の模式的な上面図を示す。 図１２は、本発明の支持体の一実施例にかかる発光装置の模式的な上面図を示す。 図１３は、本発明の支持体の一実施例にかかる発光装置の模式的な上面図を示す。

符号の説明

１００・・・支持体
１０１ａ、１０１ｂ・・・切欠部
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ・・・角部
１０３・・・凹部の開口部
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ・・・セラミックスグリーンシート
２０１ａ・・・導体配線の第一の部位
２０１ｂ・・・第一の延伸部
２０２ａ・・・導体配線の第二の部位
２０２ｂ・・・第二の延伸部
３０１・・・ＬＥＤチップ
３０２・・・ツェナーダイオード
３０３・・・導電性ワイヤ
４０１・・・第一の埋設部
４０２・・・第二の埋設部
４０３・・・第三の埋設部
４０４・・・第四の埋設部
４０５・・・第五の埋設部
４０６・・・第六の埋設部
４０７・・・開口部の内縁
４０８・・・搭載部
ａ・・・第一の辺
ｂ・・・第二の辺
ｃ・・・第三の辺

Claims (8)

1. 金属部材と、その金属部材が配置された絶縁性基板と、を備えており、半導体素子が配置される搭載部を有する主面と、その主面に向かい合う背面と、その背面と前記主面とを接続して隣り合う側面により設けられた複数の角部と、を有する半導体素子搭載用の支持体であって、
   前記支持体は、隣り合う角部の間に、その一部が前記側面から前記背面にかけて切り欠かれて設けられた切欠部を有しており、
   前記背面を平面視して、前記切欠部から前記背面の中心方向に延設された金属部材は、前記背面の中心側の外縁が、その略矩形の角を面取りした形状とされることを特徴とする半導体素子搭載用の支持体。
2. 前記外縁の面取りされた形状は、前記背面の内側に凸の円弧である請求項１に記載の半導体素子搭載用の支持体。
3. 前記外縁の面取りされた形状は、直線である請求項１に記載の半導体素子搭載用の支持体。
4. 金属部材と、その金属部材が配置された絶縁性基板と、を備えており、半導体素子が配置される搭載部を有する主面と、その主面に向かい合う背面と、その背面と前記主面とを接続して隣り合う側面により設けられた複数の角部と、を有する半導体素子搭載用の支持体であって、
   前記支持体は、隣り合う角部の間に、その一部が第一の側面から前記背面にかけて切り欠かれて設けられた切欠部を有しており、
   前記背面を平面視して、前記金属部材は、前記切欠部から前記背面の中央部へ延設された延伸部を有し、その延伸部の外縁は、前記切欠部が設けられた第一の側面に隣り合う第二の側面に略平行な第一の辺と、前記第一の側面に略平行であり前記背面の中央部に設けられる第二の辺と、前記第一の辺および前記第二の辺を接続し前記第二の側面の側から遠ざかるように延伸する第三の辺と、を有することを特徴とする半導体素子搭載用の支持体。
5. 前記第三の辺は、前記延伸部の内側に凸の円弧である請求項４に記載の半導体素子搭載用の支持体。
6. 前記第三の辺は、直線である請求項４に記載の半導体素子搭載用の支持体。
7. 前記切欠部の概観形状は、前記支持体の側面の長手方向に沿った長軸を有する直方体である請求項４から６のいずれか一項に記載の半導体素子搭載用の支持体。
8. 前記切欠部は、前記支持体の互いに向かい合う一対の側面に、前記背面の中心に対して略対称に一対設けられており、それぞれの切欠部から延伸する延伸部は、前記背面の中心に対して略対称な外形を有する請求項４から７のいずれか一項に記載の半導体素子搭載用の支持体。
   
   

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