JP2010073734A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導体配線による電気抵抗を少なくし、小型の半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、半導体素子１０６と、その半導体素子１０６を配置する凹部を有する支持体１０１とを備え、支持体１０１が絶縁性基板と、その絶縁性基板の側面の正負一対の電極端子１０２ｄ、１０３ｄと、それらの電極端子および半導体素子１０６の電極に接続された正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａと、凹部の側面に配置された金属部材１０４とを有し、絶縁性基板に埋設された正負一対の導体配線は、その厚さ方向に延長された貫通孔内配線１０２ｂと、主面に平行な方向に延長された貫通孔外配線１０３ｂとを含み、凹部の底面に配置された正負一対の導体配線のうち一方の導体配線１０２ａは、貫通孔内配線１０２ｂを経由して一方の電極端子１０２ｄに接続されており、他方の導体配線１０３ａは、貫通孔外配線１０３ｂを経由して他方の電極端子１０３ｄに接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、半導体発光素子、その半導体発光素子を過電圧による破壊から保護するための保護素子あるいは受光素子などの半導体素子を支持体に搭載した半導体装置に関し、特に、小型化された半導体装置に関する。

例えば、特許文献１、２に開示された半導体装置において、半導体素子を搭載する支持体は、半導体素子を配置する絶縁性基板と、半導体素子の電極と電気的に接続するため絶縁性基板に施された導体配線と、支持体が実装された配線基板に接続される電極端子とを備えている。支持体の導体配線は、半導体素子が搭載された絶縁性基板の主面から、絶縁性基板の厚み方向または絶縁性基板の主面に平行な方向に延長され、支持体の側面に設けられた電極端子と接続されている。特に、種々の形状に形成させた複数の未焼成セラミックスグリーンシートを積層させてなる絶縁性基板は、絶縁性基板の厚み方向または絶縁性基板の主面に延長された導体配線を比較的容易に形成させることができることが知られている。すなわち、未焼成セラミックスグリーンシートに形成させた貫通孔に導電性材料を充填することにより、絶縁性基板の厚み方向に導体配線を形成させたり、未焼成セラミックスグリーンシートの主面に導電性材料を配置させることにより、絶縁性基板の主面に導体配線を形成させたりすることができる。また、支持体の集合体からなる基板に形成させた複数の貫通孔を結ぶ箇所を分割線として、支持体の集合体から支持体を個片化することにより、分割された貫通孔の内壁面に配置された導体配線を、支持体の側面の電極端子としたりすることができる。

また、携帯用機器のバックライトの光源として利用される、いわゆる側面発光型発光装置は、携帯用機器の薄型化の要求から、さらなる薄型化が求められている。

特開２００８−４１８１１号公報 特開２００８−１６５９３号公報

しかしながら、支持体の大きさを小型化しようとするとき、以下に述べる問題が生じる。

上述した電極端子を形成するための貫通孔の内径を小さくすると、電極端子の大きさも小さくなるため、支持体の側面に設けられた電極端子と、半導体装置の実装基板を半田付けする際、溶融した半田による、半導体装置のセルフアライメントの効果が得られにくくなる。そうすると、実装基板の規定の位置に半導体装置を正確に半田付けすることができなくなる。したがって、支持体の側面に配置させる電極端子を形成する貫通孔は、セルフアライメントの効果が十分に得られるように、できるだけ大きくする必要がある。

ところで、半導体素子として発光素子や受光素子を備えた半導体装置とするとき、絶縁性基板の凹部の底面に半導体素子を配置し、その凹部の側面には、例えば銀やアルミニウムなどの光反射率が高い金属を材料とする金属部材を設けてあることが通常である。

しかし、支持体の強度を確保するため凹部を形成する側壁の厚さをある程度維持したまま、支持体の側面に配置させる電極端子を形成するための貫通孔をできるだけ大きくしようとすると、凹部の内径が小さく成らざるを得ない。そのため、支持体の凹部の側面に配置された金属部材と、凹部の底面に配置させた導体配線との間に十分な間隔を設けて絶縁をとることが困難となる。一方、支持体の凹部の側面に配置された金属部材と、凹部の底面に配置させた導体配線との絶縁を十分にとるため、例えば絶縁性基板を構成する絶縁性材料の一部を両者の間に介在させて配置させるとすると、絶縁性材料の量が増加してしまうので半導体装置の小型化が図れない。

また、支持体の正面に設けた凹部内に配置された導体配線から支持体の側面まで導体配線を延長させるとき、絶縁性基板の厚み方向に貫通させた孔に配置された導体配線は、孔に配置させない導体配線と比較して、凹部の底面における配置面積をできるだけ小さくすることができる。そこで、絶縁性基板の厚み方向に導体配線を配置することにより、内径が小さく成らざるを得ない凹部の底面においても、凹部の側面の金属部材との絶縁を十分に保ったまま、導体配線を凹部の底面から支持体の側面まで延長して配置することができる。

しかしながら、絶縁性基板の厚み方向に延長させた導体配線を多く設けるほど、半導体装置を構成したとき、支持体の導体配線による電気抵抗が大きくなることが知られている。

そこで、本発明は、支持体を小型化するとともに、その支持体の内部における電気抵抗が低減された半導体装置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装置は、半導体素子と、その半導体素子を配置するための凹部を有する支持体と、を備えた半導体装置であって、上記支持体は、上記凹部と該凹部の底面から厚み方向に貫通された孔とが設けられた絶縁性基板と、上記凹部の底面に配置された正負一対の導体配線と、その導体配線を包囲するように上記凹部の側面に配置された金属部材と、から構成され、上記正負一対の導体配線のうち、一方の極性の導体配線は、上記孔を通る導体配線に接続されており、他方の極性の導体配線は、上記金属部材に接続していることを特徴とする。

上記半導体素子の電極は、導電性ワイヤにより上記一方の極性の導体配線に接続されており、上記半導体素子は、上記他方の極性の導体配線に配置されていることが好ましい。

本発明は、支持体を小型化するとともに、その支持体の導体配線による電気抵抗が低減された半導体装置とすることができる。

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。

図１は、本発明の一実施形態における半導体装置の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向における断面図である。なお、図２において、太線部分は、後述する導体配線および金属部材の断面を示しており、斜線部分は、絶縁性基板の断面を示す。図３は、本発明の一実施形態における半導体装置の背面図である。図４は、本発明の一実施形態における半導体装置の側面図である。

本発明は、各図面に図示されたように、半導体素子１０６と、その半導体素子１０６を配置する凹部を有する支持体１０１とを備えており、支持体１０１が、凹部と該凹部の底面から厚み方向に貫通された孔とが設けられた絶縁性基板と、その絶縁性基板の側面に設けられた正負一対の電極端子１０２ｄ、１０３ｄと、それらの電極端子１０２ｄ、１０３ｄおよび半導体素子１０６の電極に電気的に接続され、凹部の底面に配置された正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａと、凹部の開口方向から見て上記正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａを包囲するように凹部の側面に配置された金属部材１０４とから構成された半導体装置１００にかかるものである。

このような半導体装置について、支持体を小型化するとともに、その支持体の導体配線による電気抵抗が低減された半導体装置とするため、本発明者は種々の検討を行った。その結果、まず、支持体１０１を構成する絶縁性基板の凹部の底面から厚さ方向に貫通された孔を設ける。さらに、支持体１０１の凹部の底面に配置された正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａのうち、一方の極性の導体配線１０２ａは、絶縁性基板の凹部の底面から厚さ方向に貫通された孔に配置された導体配線１０２ｂに接続して、さらに支持体１０１の側面に配置された正負一対の電極端子１０２ｄ、１０３ｄのうち、一方の極性の電極端子１０２ｄに接続させる。さらに、支持体１０１の凹部の底面に配置された正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａのうち、他方の極性の導体配線１０３ａは、凹部の側面に配置させた金属部材１０４と接続しており、絶縁性基板の凹部の底面から厚さ方向に貫通された孔を通る導体配線に接続させる代わりに絶縁性基板の内部に埋設された別の導体配線に接続させて、支持体の側面に設けられた正負一対の電極端子１０２ｄ、１０３ｄのうち、他方の極性の電極端子１０３ｄに接続させる。

すなわち、本発明は、凹部の底面に配置させた正負一対の導体配線のうち、凹部の側面に配置させた金属部材から絶縁されたほうの極性の導体配線だけを、絶縁性基板の厚さ方向に貫通された孔に配置された導体配線に接続させたものである。

このような構成とすることにより、本発明は、導体配線による支持体の電気抵抗が低減されるとともに、支持体が小型化された半導体装置とするに至った。

つまり、本発明は、正極の導体配線と負極の導体配線の両方を、絶縁性基板の厚さ方向に貫通された孔に配置させた導体配線に接続させたものと比較して、支持体の電気抵抗を低減させることができる。それとともに、本発明は、凹部の底面の導体配線を絶縁性基板の厚さ方向に貫通された孔に配置された導体配線に接続させることにより、孔に配置された導体配線に接続させることなく導体配線を凹部の底面に配置する構成と比較して、凹部の底面における導体配線の配置面積が小さくなり、支持体の凹部の底面における導体配線と凹部の側面における金属部材との間隔を十分とることができる。このような間隔をとるだけで両部材間の絶縁性が十分に確保され、絶縁性の確保のために別の絶縁性材料を必要とすることがないので、本発明の半導体装置は、小型の半導体装置とすることができる。

以下、本形態の半導体装置について詳細に説明する。図１に示されるように、本形態の半導体装置１００は、凹部を有する支持体１０１と、凹部に配置される半導体素子１０６と、を備えている。支持体１０１は、凹部の底面に正極の導体配線１０２ａと、負極の導体配線１０３ａを配置させており、半導体素子１０６の電極と正負一対の導体配線とが、それぞれ導電性ワイヤ１０５により電気的に接続されている。

なお、本明細書中において説明を簡単にするため、以下の「貫通孔内配線」および「貫通孔外配線」とは、絶縁性基板の表面または内部に施された導体配線のうち、特に、絶縁性基板の内部に埋設された導体配線をいうものとし、さらに「貫通孔内配線」とは、絶縁性基板の厚さ方向に貫通された孔に配置された導体配線であり、「貫通孔外配線」とは、絶縁性基板の厚さ方向に貫通された孔に配置させることなく、絶縁性基板の主面（例えば、凹部の底面）に略平行な方向に延長するように配置された導体配線をいうものとする。また、「電極端子」とは、絶縁性基板の表面に配置された導体配線のうち、少なくとも一部が絶縁性基板の側面に配置され、半導体装置を実装基板に配置したとき、その絶縁性基板の側面を実装面として、実装基板側の導体配線に接続される導体配線をいうものとする。

支持体１０１は、絶縁性基板に正負一対の導体配線が施されてなるものである。正負一対の導体配線のうち、正極の導体配線は、図１および図２に示されるように、絶縁性基板の主面に配置され、支持体１０１の凹部の底面に配置された導体配線１０２ａと、その導体配線１０２ａに接続し、絶縁性基板をその厚み方向に正面から背面まで貫通された孔に配置された貫通孔内配線１０２ｂと、図３に示されるように、その貫通孔内配線１０２ｂに接続し、絶縁性基板の背面を該背面に隣接する側面の方向に延長された導体配線１０２ｃと、その導体配線１０２ｃに接続し、図４に示されるように絶縁性基板の側面に配置された電極端子１０２ｄとから構成されている。なお、電極端子１０２ｄは、図４に示されるように、絶縁性基板における長手方向の一方の端部に配置されており、本形態の半導体装置を実装基板に配置したとき、実装基板側の導体配線と接続される。

正負一対の導体配線のうち、負極の導体配線は、図１および図２に示されるように、絶縁性基板の主面に配置され、支持体１０１の凹部の底面に配置された導体配線１０３ａと、その導体配線１０３ａに接続し、絶縁性基板の凹部を形成する側壁の内部を底面に平行な方向に延長された貫通孔外配線１０３ｂと、その貫通孔外配線１０３ｂに絶縁性基板の内部で接続し、図４に示されるように絶縁性基板の側面に配置された電極端子１０３ｄとから構成されている。なお、電極端子１０３ｄは、図４に示されるように、絶縁性基板における長手方向の他方の端部に配置されており、本形態の半導体装置を実装基板に配置したとき、実装基板側の導体配線と接続される電極端子として機能する。

金属部材１０４は、導体配線と同じ材料を含む部材であり、図１に示されたように、支持体の凹部の開口方向から見て、支持体の凹部の底面に配置された正負一対の導体配線を包囲するように、支持体の凹部の側面に設けられている。また、金属部材１０４は、図１および図２に示されたように、負極の導体配線１０３ａと、凹部の底面から側面に連続して延長された導体配線により接続されている。一方、正極の導体配線１０２ａと、金属部材１０４とは、凹部の底面にて絶縁性基板の表面の一部が露出されることにより、導体配線１０２ａの外縁部と金属部材１０４の内縁部との間に間隔が設けられ、つまり金属材料の隙間が設けられることにより絶縁されている。言い換えれば、凹部の底面に配置された導体配線１０２ａは、絶縁性基板を構成する絶縁性材料の一部が露出されてなる絶縁部により外縁部が包囲された島状の配線パターンを有しており、その絶縁部により金属部材１０４からも負極の導体配線１０３ａからも絶縁されている。

このように、凹部の側面に配置させた金属部材は、凹部の側面から底面にかけて連続する導体配線により、貫通孔外配線に電気的に接続されている。これにより、鍍金により導体配線を形成するとき、金属部材と導体配線を一体的に形成することができるので、量産性の高い半導体装置とすることができる。また、金属部材を鍍金により形成するための下地となる鍍金用導体配線を正負一対の導体配線とは別に絶縁性基板に設ける必要がなくなるので、構成が簡略化された半導体装置とすることができる。

図２および図３に示されたように、本形態の貫通孔内配線１０２ｂは、凹部の底面から支持体の背面まで絶縁性基板の厚さ方向に延長されており、さらに、図３および図４に示されたように、支持体１０１の背面から、貫通孔外配線１０３ｂが接続された一方の電極端子が設けられた端部と向かい合う端部まで延長されており、その後者の端部に設けられた他方の電極端子と接続されている。さらに、本形態の貫通孔外配線１０３ｂは、電極端子まで延長する経路の途中に、他の貫通孔内配線を挟むことなく、支持体の側面に設けられた電極端子への接続が直接なされている。これにより、導体配線の長さをできるだけ短くして支持体の電極端子と接続させることができる。そのため、導体配線による電気抵抗が低減された半導体装置とすることができる。

図１に示されたように、凹部の底面に配置された正極の導体配線および負極の導体配線を結ぶ方向（図１中のＩＩ−ＩＩ線方向）を支持体の長手方向として、図４に示されたように、その長手方向における支持体の両端部に正極の電極端子および負極の電極端子がそれぞれ配置されていることが好ましい。これにより、長手方向に沿って設けられた支持体の側面を半導体装置の実装面として、長手方向に垂直な方向に薄型化された小型の半導体装置とすることができる。

ところで、絶縁性基板の厚み方向に延長させた貫通孔内配線の先端部が凹部の底面に配置されると、その先端部が接続された箇所で凹部の底面における平坦度が低下することが知られている。そのため、その貫通孔内配線の直上に半導体素子を配置すると、半導体素子が傾いて配置されたりして、半導体素子の実装精度が低下するという懸念がある。

そこで、本形態における半導体装置においては、図１および図２に示されたように、貫通孔外配線１０３ｂに接続された凹部底面の導体配線１０３ａに半導体素子１０６を配置しており、その半導体素子１０６の電極に接続された導電性ワイヤ１０５の一方を、貫通孔内配線１０２ｂに接続された凹部底面の導体配線１０２ａに接続させており、導電性ワイヤ１０５の他方を導体配線１０３ａに接続させている。このように、貫通孔内配線に接続されていない導体配線の上に半導体素子を配置することにより、半導体素子を配置する導体配線の表面における平坦度を良好に確保することができる。そのため、半導体素子の実装精度が高い半導体装置とすることができる。

また、本形態の半導体素子１０６が配置された導体配線１０３ａは、凹部の側面に配置された金属部材１０４と接続されているため、導体配線と金属部材との絶縁を考慮する必要がない。そのため、導体配線１０３ａを凹部の底面いっぱいの範囲まで面積を広げて配置させることができる。したがって、金属部材１０４との絶縁をとる必要性から配置面積が制限される導体配線１０２ａに半導体素子を配置するよりも、導体配線１０３ａに半導体素子を配置させるほうが配置面積は大きくなるので、半導体素子が実装しやすくなる。

絶縁性基板は、セラミックスを材料としていることが好ましい。具体的には、貫通孔を形成したり、形状や厚さが異なったりする種々の未焼成セラミックスグリーンシートを積層させ、焼成することにより、比較的容易に絶縁性基板を形成することができる。このような未焼成セラミックスグリーンシートの積層により絶縁性基板を構成することにより、絶縁性基板の主面方向に延長された貫通孔外配線や、絶縁性基板の厚さ方向に延長された貫通孔内配線を比較的容易に絶縁性基板の内部に埋設することができる。

以下、本形態の半導体装置を構成する各部材について詳述する。

（支持体）
本形態の支持体は、半導体素子を配置する凹部を有し、その半導体素子の電極と電気的に接続する正負一対の導体配線が設けられた部材である。このような支持体として、絶縁性基板に導体配線が施された板状の支持体を好適に利用することができる。本形態の支持体には、凹部の側面に金属部材を有する。金属部材は、金属を主な材料としており、凹部の側面に沿う形状に金属平板を折り曲げて形成させて凹部内に金属部材を配置させる他、絶縁性基板の凹部の側面に配置させた導電性の下地層を導体配線の一部に電気的に接続させて導体配線の金属鍍金による形成と一体的に形成させることもできる。

絶縁性基板の材料として、エポキシ樹脂にガラス成分が含有されてなるガラスエポキシ基板、セラミックスを材料とする基板を好適に利用することができる。

特に、耐熱性、耐光性の高い半導体装置とする場合、セラミックスを絶縁性基板の母材とすることが好ましい。セラミックスの主材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。これらの主材料に焼結助剤などが加え、焼結することでセラミックスの基板が得られる。例えば、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘土、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１５００〜１７００℃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等が挙げられる。

このようなセラミックス基板は、焼成前のグリーンシート段階で種々の形状をとることができる。そのため、本形態の凹部を有する絶縁性基板を容易に形成することができる。また、焼成前のグリーンシート段階で種々のパターン形状の導体配線を施すことができる。例えば、タングステンを含有するペースト状の材料をグリーンシートの主面や貫通孔の内壁面にスクリーン印刷することにより、導体配線や金属部材を形成するための金属材料の下地層を形成することができる。また、焼成前のグリーンシートの正面から背面まで貫通する孔を開け、タングステンを含有するペースト状の材料を孔に充填することにより、絶縁性基板の内部を厚み方向に延長する貫通孔内配線や、電極端子の下地層を形成することができる。さらに、その下地層に、銀、金、あるいはアルミニウムを材料とする鍍金やスパッタリングにより導体配線が形成される。その導体配線の最表面は、半導体発光素子からの光に対して高い反射率を有する金属材料、例えば、銀、アルミニウム、パラジウムなどが配置されていることが好ましい。

（半導体素子）
本形態では、半導体発光素子を支持体に配置させた半導体装置について説明するが、このような形態に限定されることなく、半導体素子として、半導体発光素子のほかに、その半導体発光素子を過電圧による破壊から保護するための保護素子（例えば、ツェナーダイオード、抵抗、トランジスタあるいはコンデンサなど）、受光素子あるいはそれらを少なくとも二種以上組み合わせたものを搭載した半導体装置とすることができる。なお、半導体発光素子の発光色は、赤色系、緑色系または青色系のいずれか一種、あるいはそれらの色を組み合わせたものでよい。

半導体装置は、半導体発光素子と蛍光物質とを備えた半導体装置とすることもできる。このような半導体装置とするとき、半導体発光素子は、蛍光物質を励起可能な波長の光を発する活性層を有する。このような半導体発光素子として、蛍光物質を効率良く励起できる短波長の光を発光する窒化物半導体（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。

半導体発光素子の発光波長は、蛍光物質からの発光波長との補色関係や封止樹脂の劣化などを考慮して、４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。半導体発光素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。

赤色系の光を発する半導体発光素子の材料として、ガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を選択することが好ましい。なお、フルカラーを発光させるためには、赤色系の発光波長が６１０ｎｍから７００ｎｍ、緑色系が４９５ｎｍから５６５ｎｍ、青色系の発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍの半導体発光素子を組み合わせることが好ましい。

（接合部材）
接合部材は、半導体発光素子を支持体に固定するための部材である。この接合部材の材料は、特に限定されず、エポキシ樹脂などの絶縁性接着剤や、ＡｕとＳｎとを含有する共晶材、低融点金属等のろう材、導電性材料が含有された樹脂からなる導電性ペーストやガラスなどとすることができる。ここで、導電性ペーストに含有される導電性材料は、Ａｕ、ＳｎあるいはＡｇが好ましく、より好ましくはＡｇの含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性にも優れた半導体装置が得られる。なお、底面側に電極を有する半導体素子は、銀、金、パラジウムなどの金属材料を含む導電性ペーストによって支持体に接着することができる。

透光性のサファイア基板上に窒化物半導体を積層させて形成された半導体発光素子の場合には、接合部材として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂があげられる。このとき、半導体発光素子の底面（上記サファイア基板における窒化物半導体が積層された面とは反対側の面。以下、この段落において同じ。）に銀やアルミニウムの金属材料を配置してもよい。例えば、銀やアルミニウムの金属材料を半導体発光素子の底面に蒸着あるいはスパッタリングすることにより金属層を成膜することができる。これにより、半導体発光素子の底面における光反射率が向上するため、接合部材を樹脂材料としたときに半導体発光素子からの光や熱による樹脂の劣化が抑制され、光取出し効率が向上する。さらに、半導体発光素子の底面の側から順に、銀やアルミニウムを材料とする金属層と、ＡｕやＳｎを材料とする共晶層とを積層させる。これにより、半導体発光素子の底面と共晶層との間で光反射率が向上する。また、共晶材が半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収する材料を含むとき、半導体発光素子の底面側における光の損失が低減されるので、光取出し効率が向上する。

半導体発光素子は、支持体の凹部の底面に接合部材によって固定される。本形態の半導体発光素子は、絶縁性基板の主面に設けられた導体配線の上に固定されている。しかし、このような形態に限定されることなく、半導体発光素子は、支持体を構成する絶縁性基板の上に実装してもよい。

（導電性ワイヤ）
導電性ワイヤは、半導体素子の電極と、支持体の導体配線とを電気的に接続する金属細線である。導電性ワイヤは、半導体発光素子の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。封止部材に蛍光物質を含有させるとき、蛍光物質が含有された部位と、蛍光物質が含有されていない部位との界面で導電性ワイヤが断線しやすい。そのため、導電性ワイヤの直径は、２５μｍ以上がより好ましく、半導体発光素子の発光面積の確保や扱い易さの観点から３５μｍ以下がより好ましい。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。

（封止部材）
封止部材は、支持体の凹部に配置させた半導体素子や導電性ワイヤを外部環境から保護するため、それらを被覆するように凹部内に配置させる部材である。この封止部材の材料は、特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、および、それらの樹脂が少なくとも一種以上含有されたハイブリッド樹脂など、耐候性に優れた透光性樹脂を支持体の凹部内に充填させた後、硬化させることにより封止部材を形成することができる。また、封止部材の材料は、樹脂に限定されず、ガラス、シリカゲルなどの耐光性に優れた透光性無機材料を用いることもできる。

本形態の封止部材は、粘度増量剤、光拡散剤、顔料、蛍光物質など、用途に応じてあらゆる部材を添加することができる。例えば、発光色に応じた着色剤を添加させることができる。また、光拡散剤として例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、二酸化珪素、炭酸カルシウム、それらを少なくとも一種以上含む混合物などを挙げることができる。また、封止部材の光出射面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができる。具体的には、平板状、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた形状にすることができる。

（蛍光物質）
本形態の半導体装置は、半導体素子として、発光素子を備えるとき、その発光素子からの光により励起されて発光する蛍光物質を凹部内に配置させることができる。発光素子に蛍光物質を配置する形態として、封止部材に蛍光物質を含有させることが好ましい。このような蛍光物質の一例として、以下に述べる希土類元素を含有する蛍光物質がある。

具体的には、Ｙ、Ｌｕ，Ｓｃ、Ｌａ，Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍの群から選択される少なくとも１つの元素と、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎの群から選択される少なくとも１つの元素とを有するガーネット（石榴石）型蛍光物質が挙げられる。特に、アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、ＡｌとＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素とを含み、かつ希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、半導体発光素子から出射された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。例えば、Ｙ_{２．９６５}Ｃｅ_{０．０３５}Ａｌ_５Ｏ_１２、(Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２)_{２．９６５}Ｃｅ_{０．０３５}Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｔｂ_２．９５Ｃｅ_０．０５Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_２．９０Ｃｅ_０．０５Ｔｂ_０．０５Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_２．９４Ｃｅ_０．０５Ｐｒ_０．０１Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_２．９０Ｃｅ_０．０５Ｐｒ_０．０５Ａｌ_５Ｏ_１２等が挙げられる。

また、窒化物系蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体である。窒化物系蛍光体として、例えば、（Ｓｒ_０．９７Ｅｕ_０．０３）_２Ｓｉ_５Ｎ_８、（Ｃａ_{０．９８５}Ｅｕ_{０．０１５}）_２Ｓｉ_５Ｎ_８、（Ｓｒ_{０．６７９}Ｃａ_{０．２９１}Ｅｕ_０．０３）_２Ｓｉ_５Ｎ_８、等が挙げられる。

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、本実施例における半導体装置１００の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向における断面図である。図３は、本実施例における半導体装置１００の背面図である。図４は、本実施例における半導体装置１００の側面図である。なお、図１、図３および図４において網目状の部分が導体配線、金属部材および電極端子を示す。また、図２において、太線部分は、導体配線および金属部材の断面を示しており、斜線部分は、絶縁性基板の断面を示す。

本実施例の半導体装置１００は、半導体発光素子１０６と、その半導体発光素子１０６を配置するための凹部を有する支持体１０１とを備えている。支持体１０１は、絶縁性基板の側面に設けられ電極端子として機能させる正負一対の電極端子１０２ｄ、１０３ｄと、それらの電極端子１０２ｄ、１０３ｄおよび半導体発光素子１０６の電極に接続された正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａと、凹部の側面に配置された金属部材１０４とを備える。金属部材１０４は、凹部の開口方向から見て、凹部の底面に配置された正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａを包囲するように配置されている。

正負一対の導体配線のうち、絶縁性基板の内部に埋設された導体配線は、絶縁性基板の厚さ方向に貫通された孔の内部を延長された正極の貫通孔内配線１０２ｂと、凹部を形成する側壁の内部を絶縁性基板の主面（または凹部の底面）に略平行な方向に延長された負極の貫通孔外配線１０３ｂとを有している。

本実施例の支持体は、適宜導電性材料を配置した複数のセラミックスグリーンシートを積層した後、その積層体を焼成することにより、絶縁性基板と導体配線とが一体的に形成されてなるものである。以下、本実施例の支持体の製造方法を具体的に説明する。セラミックスグリーンシートの積層体は、貫通孔内配線１０２ｂを形成するためセラミックスグリーンシートの主面と背面に開口し、厚さ方向に貫通する孔を有する第一のセラミックスグリーンシートと、支持体の凹部を形成するための貫通孔を形成した第二のセラミックスグリーンシートと、支持体の凹部を形成するための貫通孔を有し支持体の正面に配置させる第三のセラミックスグリーンシートと、から構成されている。ここで、第一のセラミックスグリーンシートの厚さ方向に貫通する孔には、タングステンを含む導電性材料を充填しておき、第二、第三のセラミックスグリーンシートに形成させた貫通孔の内壁面には、同じく導電性材料を付着させる。第三のセラミックスグリーンシートの背面には、導体配線１０２ｃ、１０３ｃの下地層となるように導電性材料を印刷し、第二のセラミックスグリーンシートの背面または第三のセラミックスグリーンシートの背面には、導体配線１０２ａ、１０３ａ、１０３ｂの下地層となるように導電性材料を印刷する。これらの第一乃至第三のセラミックスグリーンシートを積層させて積層体を形成する。積層体には、支持体の四隅に相当する箇所に貫通孔を形成しておき、その貫通孔が分割された壁面に配置させる電極端子１０２ｄ、１０３ｄの下地層とするため、第一、第二のセラミックスグリーンシートにおける当該貫通孔の内壁面に導電性材料を付着させている。最後に、積層体を焼成した後、下地層に通電させて、ニッケル、金、銀などを電解鍍金することにより導体配線を形成する。

以上のようなセラミックスの絶縁性基板を集合基板として形成しておき、所定の寸法に分割することにより、支持体として個片化する。本実施例の支持体は、縦×横×高さの寸法が３．００ｍｍ×０．８０ｍｍ×０．６０ｍｍの直方体の外形を有する。以下、本実施例の支持体の導体配線について詳細に説明する。

凹部の底面に配置された正負一対の導体配線のうち、一方の導体配線１０２ａは、貫通孔内配線１０２ｂと、支持体の背面の導体配線１０２ｃとを経由して正負一対の電極端子のうち、一方の電極端子１０２ｄに電気的に接続されている。凹部の底面に配置された正負一対の導体配線のうち、他方の導体配線１０３ａは、貫通孔外配線１０３ｂを経由して他方の電極端子１０３ｄに電気的に接続されている。

貫通孔内配線１０２ｂは、図２に示されるように、支持体１０１の凹部の底面から支持体１０１の背面まで延長されて導体配線１０２ｃと接続されている。さらに、図３に示されるように、導体配線１０２ｃは、支持体１０１の背面から、貫通孔外配線１０３ｂが接続された一方の電極端子１０３ｄが設けられた側面を有する端部と向かい合う端部まで延長されており、その支持体の端部に設けられた他方の電極端子１０２ｄと接続されている。また、図３に示されるように支持体を背面から見て、電極端子１０３ｄは、絶縁性基板の背面に配置された導体配線１０３ｃに接続されており、その導体配線１０３ｃは、略矩形の支持体背面の隅部に円弧状の配線形状にて配置されている。一方、導体配線１０３ｃとは極性が異なる導体配線１０２ｃは、略矩形の支持体背面における隅部に配置された導体配線の形状として、導体配線１０３ｃと略同じ円弧状の配線形状を有している。この導体配線１０２ｃの一部および導体配線１０３ｃにおける円弧状の配線形状は、支持体背面の中心に対して略対称である。さらに、導体配線１０２ｃは、略矩形の支持体背面における隅部に配置された円弧状の導体配線と、その導体配線に接続し支持体の中央部のほうへ延長する短冊状の導体配線と、から構成されており、その短冊状の導体配線の先端部は、支持体１０１の凹部の底面から支持体の背面まで延長された貫通孔内配線１０２ｂの先端部に接続されている。

支持体の凹部の底面に配置された正極の導体配線および負極の導体配線を結ぶ方向（図１に示すＩＩ−ＩＩ方向）を支持体の長手方向として、その長手方向の両端部の支持体側面に正極の電極端子１０２ｄおよび負極の電極端子１０３ｄがそれぞれ配置されている。本実施例における電極端子１０２ｄ、１０３ｄは、支持体の正面まで延長されておらず、導体配線の支持体正面側の縁と支持体の正面との間に、セラミックスを材料とする絶縁性基板の表面が露出されている。

半導体発光素子１０６は、貫通孔外配線１０３ｂに接続された導体配線１０３ａの表面に、金と錫を材料とする共晶材を接合部材として固定されている。導電性ワイヤ１０５は、金を材料とする細線であり、半導体発光素子１０６の正電極と、貫通孔内配線１０２ｂに接続された導体配線１０２ａとを接続している。一方、半導体発光素子１０６の負電極に接続された導電性ワイヤ１０５は、貫通孔外配線１０３ｂに接続された導体配線１０３ａに接続されている。

金属部材１０４は、凹部の側面に配置されており、凹部の底面に配置された導体配線１０３ａおよび貫通孔外配線１０３ｂと電気的に接続されている。上述したように本実施例の導体配線は、絶縁性基板の上にタングステンを材料として形成させた下地層にニッケル、銀を電解鍍金することにより形成されたものであり、金属部材１０４も、その導体配線を形成する工程で、導体配線と一体的に形成される。

以上説明したように、本実施例における半導体装置１００は、凹部の底面に配置させた正負一対の導体配線１０２ａ、１０３ａのうち、凹部の側面に配置させた金属部材１０４から絶縁されたほうの極性の導体配線１０２ａだけを、絶縁性基板の厚さ方向に貫通された孔に配置された導体配線１０２ｂに接続させている。このような構成とすることにより、本実施例における半導体装置１００は、先行技術による半導体装置と比較して、導体配線による支持体の電気抵抗を低減することができるとともに、支持体を小型化することができる。

図５は、本実施例における半導体装置２００の正面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ方向における断面図である。図７は、本実施例における半導体装置２００の背面図である。図８は、本実施例における半導体装置２００の側面図である。なお、図５、図７および図８において網目状の部分が導体配線、金属部材および電極端子を示す。また、図６において、太線部分は、導体配線および金属部材の断面を示しており、斜線部分は、絶縁性基板の断面を示す。

本実施例の電極端子１０２ｄ、１０３ｄは、支持体１０１の正面および背面までその一部が延長されている。その他は、実施例１と同様に半導体装置２００を構成する。

図８に示される半導体装置２００の側面を実装面として実装基板に配置して、電極端子１０２ｄ、１０３ｄを実装基板の電極端子に半田付けしたとき、半導体装置２００の正面と背面の両方に延在させた電極端子の一部に半田フィレット（支持体表面への半田の這い上がり）を形成することができる。つまり、半導体装置２００は、正面と背面の両方から半田フィレットにより支持されるため、傾いて実装基板に半田付けされることがなく、実装精度が高い半導体装置とすることができる。

図９は、本実施例における半導体装置３００の正面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ方向における断面図である。図１１は、本実施例における半導体装置３００の背面図である。図１２は、本実施例における半導体装置３００の側面図である。なお、図９および図１２において網目状の部分が導体配線、金属部材および電極端子を示す。また、図１０において、太線部分は、導体配線および金属部材の断面を示しており、斜線部分が絶縁性基板の断面を示す。

本実施例において、正負一対の電極端子１０２ｄおよび電極端子１０３ｄは、それぞれ支持体の正面および背面まで延長されていない。すなわち、電極端子１０２ｄおよび電極端子１０３ｄの縁と、支持体の正面および背面との間にそれぞれ絶縁性基板の一部が露出されている。実施例１における第三のグリーンシートの背面にさらに複数のグリーンシートを積層させた積層体とする他は、実施例１と同様に半導体装置３００を構成する。

本実施例のような電極端子を有する支持体とすることにより、半導体装置４００を実装基板に半田付けしたとき、溶融した半田の広がりを支持体の正面および背面から間隔を設けた所定の箇所に留め、短絡の懸念のない半導体装置とすることができる。

図１３は、本実施例における半導体装置４００の正面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ方向における断面図である。図１５は、本実施例における半導体装置４００の背面図である。図１６は、本実施例における半導体装置４００の側面図である。なお、図１３および図１６において網目状の部分が導体配線、金属部材および電極端子を示す。また、図１４において、太線部分は、導体配線および金属部材の断面を示しており、斜線部分は、絶縁性基板の断面を示す。

本実施例の電極端子１０２ｄ、１０３ｄは、実施例３と同様に、支持体の正面および背面まで延長されておらず、支持体の側面を、支持体の両端部から支持体の中央部の方向へ延長するように配置された延伸部１０２ｅおよび延伸部１０３ｅを有する。その他は、実施例３と同様に半導体装置４００を構成する。

このように延伸部１０３ｅを電極端子の一部に設けることにより、半田との接着面積を増加させるとともに、放熱性を向上させることができる。

本発明は、発光ダイオード、その発光ダイオードを過電圧による破壊から保護するための保護素子、レーザダイオードなどの半導体素子を支持体に搭載した半導体装置として利用可能である。

図１は、本発明の第一の実施例における半導体装置の正面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向における断面図である。 図３は、本発明の第一の実施例における半導体装置の背面図である。 図４は、本発明の第一の実施例における半導体装置の側面図である。 図５は、本発明の第二の実施例における半導体装置の正面図である。 図６は、図５のＶＩ−ＶＩ方向における断面図である。 図７は、本発明の第二の実施例における半導体装置の背面図である。 図８は、本発明の第二の実施例における半導体装置の側面図である。 図９は、本発明の第三の実施例における半導体装置の正面図である。 図１０は、図９のＸ−Ｘ方向における断面図である。 図１１は、本発明の第三の実施例における半導体装置の背面図である。 図１２は、本発明の第三の実施例における半導体装置の側面図である。 図１３は、本発明の第四の実施例における半導体装置の正面図である。 図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ方向における断面図である。 図１５は、本発明の第四の実施例における半導体装置の背面図である。 図１６は、本発明の第四の実施例における半導体装置の側面図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００・・・半導体装置、１０１・・・支持体、１０２ａ、１０２ｃ・・・正極の導体配線、１０２ｂ・・・貫通孔内配線、１０２ｄ・・・正極の電極端子、１０２ｅ・・・正極の電極端子の延伸部、１０３ａ、１０３ｃ・・・負極の導体配線、１０３ｂ・・・貫通孔外配線、１０３ｄ・・・負極の電極端子、１０３ｅ・・・負極の電極端子の延伸部、１０４・・・金属部材、１０５・・・導電性ワイヤ、１０６・・・半導体素子。

Claims (2)

1. 半導体素子と、その半導体素子を配置するための凹部を有する支持体と、を備えた半導体装置であって、
   前記支持体は、前記凹部と該凹部の底面から厚み方向に貫通された孔とが設けられた絶縁性基板と、前記凹部の底面に配置された正負一対の導体配線と、その導体配線を包囲するように前記凹部の側面に配置された金属部材と、から構成され、
   前記正負一対の導体配線のうち、一方の極性の導体配線は、前記孔を通る導体配線に接続されており、他方の極性の導体配線は、前記金属部材に接続していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体素子の電極は、導電性ワイヤにより前記一方の極性の導体配線に接続されており、前記半導体素子は、前記他方の極性の導体配線に配置されている請求項１に記載の半導体装置。

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