JP2013089732A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁性の支持基板2と、支持基板2の上面に設けられた第1上面電極4a及び第2上面電極4bと、支持基板2の下面に設けられた下面電極5a、5bと、支持基板2の内部に埋設されたヒートシンク3と、を有する実装基板1と、第1電極15a及び第2電極15bを有し、少なくとも第1上面電極4aの上に実装された半導体素子10と、を備え、実装基板1の内部に設けられ、第1上面電極及び下面電極を接続する導電性材料6を有し、導電性材料6は、ヒートシンク3に接続されている。
【選択図】 図1
Description
前記導電性材料は、前記半導体素子の前記第1電極の直下に設けられていることが好ましい。これにより、放熱効果の高い上面電極に、第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層の積層構造の上に設けられた第1電極が接続されるため、放熱性を高めることができる。
前記半導体素子は、導電性基板を有し、前記第1上面電極に、前記導電性基板が対向するように前記半導体素子が接続されていることが好ましい。これにより、放熱効果の高い上面電極に、第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層の積層構造が形成された導電性基板が接続されるため、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料が前記ヒートシンクを貫通していることが好ましい。これにより、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料が前記ヒートシンクの上面及び下面に接続されていることが好ましい。これにより、実装基板の設計自由度が高く、放熱性が良好な半導体装置とすることができる。
前記導電性材料及び前記ヒートシンクが、前記第1上面電極及び前記第2上面電極のそれぞれに対応して複数設けられていることが好ましい。これにより、実装基板の設計自由度が高く、放熱性が良好な半導体装置とすることができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置100の一例を示す概略断面図である。
以下、本実施形態に係る半導体装置100の各構成部材について詳述する。
半導体素子としては、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子やツェナーダイオード等の保護素子、その他電源等の制御調整機能を有する制御素子を用いることができる。
実装基板は、発光素子や保護素子等の半導体素子を載置するためのものである。実装基板は、絶縁性の支持基板の中に半導体素子からの放熱性を向上させるヒートシンクが埋設されている。支持基板の上面には、金属膜等を積層して上面電極が形成されている。支持基板の下面には、上面電極と同様の積層構造の下面電極が形成されている。支持基板には貫通孔が設けられており、上面電極と下面電極は貫通孔に充填された導電性材料で電気的に接続されている。なお、実装基板は、半導体素子を支持し、外部の駆動回路と電気的に接続する機能を有するものであれば、その材質、構造は特に限定されるものではない。
第1下面電極及び第2下面電極は、導電性を有する材料であればよく、例えば、Au、Pt、Ag、Cu、Ni等を用いることができる。
導電性材料は、ヒートシンクと熱伝導率が同じ若しくはそれよりも高い材料であることが好ましい。例えば、W、Cu、Au、Ag等を用いて形成することができる。支持基板の材料としてセラミックスを用いる場合には、導電性材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する部材が好ましい。より伝熱性を高めるために、導電性ペースト、温膜メッキ等を用いて貫通孔内を埋めるように導電性材料を設けることで、ヒートシンクと導電性材料とを面接触させ、実質的に一つのバルクとして見なすことができるため、放熱性が向上する。
支持基板の貫通孔の径(もしくは幅)は、発光素子の電極の大きさに応じて適宜変更することができる。貫通孔の径(もしくは幅)は、上面電極のダイアタッチ部よりも小さく、また、導通抵抗値に影響を与えない範囲で小さく設定することが好ましい。これはダイアタッチ電極形状に極力制約を与えないためである。また、貫通孔の径(もしくは幅)は、支持基板の上面側から下面側まで同一の径(もしくは幅)としてもよいし、異ならせてもよい。
本形態におけるヒートシンクとは、半導体素子が実装基板の上面電極及び導電性材料を介して熱的に接続され、その半導体素子の熱を外部に放熱させる機能を有する部材である。ヒートシンクは、放熱性を高めるために支持基板の側面及び/又は底面から一部を露出させてもよい。
ヒートシンクは、支持基板よりも熱伝導率が高い材料であれば特に限定されず、半導体装置100の出力や半導体素子の温度特性等を考慮して種々の大きさのものを用いることができる。ヒートシンクの材料としては、Cu、W、Au、CuW合金等の導電性の材料が挙げられる。また、絶縁性の材料を用いてもよく、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスを用いることにより、実装基板の反りを抑制することができる。
図3は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置200の一例を示す概略断面図である。
図4は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置300の一例を示す概略断面図である。
<第4実施形態>
図5は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置400の一例を示す概略断面図である。
<第5実施形態>
図6は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置500の一例を示す概略断面図である。
まず、成長用基板上に例えば、窒化物半導体からなる第2導電型半導体層24、第1導電型半導体層22を積層して半導体積層構造を形成する。第2導電型半導体層24と第1導電型半導体層22の間に発光層を形成するようにしてもよい。
次に、第1導電型半導体層22を複数の箇所で除去して第2電極25bを形成するために第2導電型半導体層24の表面を一部露出させる。
そして、露出させた第2導電型半導体層24の表面に第2電極25bを形成し、第1導電型半導体層22の表面に第1電極25aを形成する。
次に、半導体積層構造の上に、例えば、SiO2からなる絶縁膜28を形成して、さらに、導電性基板37側に電気的に接続される第2電極25bの一部を露出させる。
次に、例えば、Ti−Pt−Auからなる接合層を形成する。
そして、半導体積層構造側と導電性基板側の接着層を熱圧着して、接合した後、レーザ光を成長用基板側から照射して成長用基板を除去して、その外側に第1電極25aを露出させて、透明絶縁膜27とパッド電極26aとを形成する。
以上のようにして、図6に示す半導体素子が作製される。
2 支持基板
3 ヒートシンク
4a 第1上面電極
4b 第2上面電極
5a 第1下面電極
5b 第2下面電極
6 導電性材料
7a 第1貫通孔
7b 第2貫通孔
8 接合部材
10 半導体素子
11 透光性基板
12、22 第1導電型半導体層
13 発光層
14、24 第2導電型半導体層
15 電極
15a、25a 第1電極
15b、25b 第2電極
26a パッド電極
27 透明絶縁膜
28 絶縁膜
37 導電性基板
38 接合部材
51 ワイヤ
100、200、300、400、500 半導体装置
Claims (7)
- 絶縁性の支持基板と、該支持基板の上面に設けられた第1上面電極及び第2上面電極と、前記支持基板の下面に設けられた下面電極と、前記支持基板の内部に埋設されたヒートシンクと、を有する実装基板と、
第1電極及び第2電極を有し、少なくとも前記第1上面電極の上に実装された半導体素子と、
を備え、
前記実装基板の内部に設けられ、前記第1上面電極及び前記下面電極を接続する導電性材料を有し、
前記導電性材料は、前記ヒートシンクに接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体素子は、透光性基板上に、前記第2電極を備えた第2導電型半導体層と、前記第1電極を備えた第1導電型半導体層とを順に有し、前記第1電極と前記第2電極が同一面側に設けられて、前記実装基板にフリップチップ実装されており、
前記第1上面電極に前記第1電極が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記導電性材料は、前記半導体素子の前記第1電極の直下に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子は導電性基板を有し、
前記第1上面電極に、前記導電性基板が対向するように前記半導体素子が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記導電性材料が前記ヒートシンクを貫通していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記導電性材料が前記ヒートシンクの上面及び下面に接続されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記導電性材料及び前記ヒートシンクが、前記第1上面電極及び前記第2上面電極のそれぞれに対応して複数設けられていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。
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