JP2013183148A - Substrate for mounting semiconductor light-emitting element, method for manufacturing the same, and semiconductor light-emitting device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子搭載用基板、半導体発光素子搭載用基板の製造方法及び半導体発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting element mounting substrate, a method for manufacturing a semiconductor light emitting element mounting substrate, and a semiconductor light emitting device using the semiconductor light emitting element mounting substrate.
一般に発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)、レーザーダイオード(LD:Laser Diode)に代表される半導体発光装置は、例えば、半導体発光素子搭載用基板と
しての銅基材又は金属樹脂複合基材上に、半導体発光素子としての例えばLEDチップ又はLDチップ等を搭載することにより構成されている。そして、LEDチップ又はLDチップと、銅基材又は金属樹脂複合基材の表面の一部とは、例えばモールド樹脂から成る外囲器で包囲され、外囲器の内部は透明樹脂で充填されている。外囲器は開口部を形成し、銅基材又は金属樹脂複合基材から離れるにしたがって開口部の直径が大きくなるように、すなわち逆円錐台状に形成されている。そして、銅基材又は金属樹脂複合基材と、LEDチップ又はLDチップとは、例えば金ワイヤのようなボンディングワイヤによりそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、ボンディングワイヤの一端は、銅基材又は金属樹脂複合基材の表面のうち、外囲器の内部から露出する部分と接続され、ボンディングワイヤの他端は、LEDチップ又はLDチップに接続される。
Generally, a semiconductor light emitting device represented by a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) and a laser diode (LD: Laser Diode), for example, on a copper base material or a metal resin composite base material as a semiconductor light emitting element mounting substrate, For example, an LED chip or an LD chip as a semiconductor light emitting element is mounted. The LED chip or LD chip and a part of the surface of the copper base material or metal resin composite base material are surrounded by an envelope made of, for example, a mold resin, and the inside of the envelope is filled with a transparent resin. Yes. The envelope forms an opening, and is formed so that the diameter of the opening increases as the distance from the copper base material or metal resin composite base material increases, that is, in an inverted truncated cone shape. The copper base material or metal resin composite base material and the LED chip or LD chip are electrically connected to each other by a bonding wire such as a gold wire, for example. That is, one end of the bonding wire is connected to a portion of the surface of the copper substrate or metal resin composite substrate that is exposed from the inside of the envelope, and the other end of the bonding wire is connected to the LED chip or the LD chip. The
上述のような半導体発光装置では、LEDチップ又はLDチップから放射された光を効率よく外部へと出射させるために、例えば、銅基材又は金属樹脂複合基材のLEDチップ又はLDチップを搭載する側の面上に、光反射率の高い銀めっき層等の光反射層を形成することが知られている(例えば特許文献1参照)。このような半導体装置では、LEDチップ又はLDチップが光反射層上に搭載されるている。これにより、LEDチップ又はLDチップから、銅基材又は金属樹脂複合基材側に放射された光が光反射層により反射されて、透明樹脂部を通って外部に出射されることになる。従って、LEDチップ又はLDチップから放射された光を効率よく外部へと出射することができる。 In the semiconductor light emitting device as described above, in order to efficiently emit the light emitted from the LED chip or LD chip to the outside, for example, an LED chip or LD chip of a copper base material or a metal resin composite base material is mounted. It is known to form a light reflection layer such as a silver plating layer having a high light reflectance on the side surface (see, for example, Patent Document 1). In such a semiconductor device, an LED chip or an LD chip is mounted on the light reflection layer. Thereby, the light radiated | emitted from the LED chip or LD chip | tip to the copper base material or the metal resin composite base material side is reflected by the light reflection layer, and is radiate | emitted outside through a transparent resin part. Therefore, the light emitted from the LED chip or the LD chip can be efficiently emitted to the outside.
しかしながら、上述の特許文献1に記載の半導体発光装置では、外囲器がモールド樹脂等の樹脂で構成されているため、樹脂が硫化水素ガス等の大気中のガスを外囲器内部へ透過させる場合があった。このため、外囲器内部に透過した大気中の例えば硫化水素ガスと光反射層に含まれる銀とが反応し、銀が硫化されて黒化する場合があった。その結果、光反射層の反射率が急激に低下し、LEDチップ又はLDチップから放射された光を効率よく外部へと出射できない場合があった。 However, in the semiconductor light emitting device described in Patent Document 1 described above, since the envelope is made of a resin such as a mold resin, the resin transmits gas in the atmosphere such as hydrogen sulfide gas to the inside of the envelope. There was a case. For this reason, for example, hydrogen sulfide gas in the atmosphere that has passed through the inside of the envelope reacts with silver contained in the light reflecting layer, so that silver is sulfided and blackened in some cases. As a result, the reflectivity of the light reflection layer is drastically decreased, and the light emitted from the LED chip or the LD chip may not be efficiently emitted to the outside.
そこで、例えば、外囲器の円錐台状の開口部の傾斜面上に、光反射率の高い銀、銀ビスマス、銀ネオジウムの少なくともいずれかを含有する金属層(光反射層)を形成し、少なくとも金属層(光反射層)上にガス遮蔽性の高い樹脂層(プライマー)を形成した半導体発光装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。これにより、LEDチップ又はLDチップから放射された光を効率よく外部へと出射できるとともに、金属層(光反射層)の黒化を低減できる。すなわち、LEDチップ又はLDチップから側方(外囲器の側)に放射された光が、外囲器の傾斜面に形成された金属層(光反射層)により反射されることで、光を効率よく外部へと出射できる。そして、ガス遮蔽性の高い樹脂層を形成することで、硫化水素ガス等の大気中のガスが外囲器内部へ透過されることを低減でき、光反射層が黒化することを低減できる。 Therefore, for example, a metal layer (light reflecting layer) containing at least one of silver, silver bismuth, and silver neodymium having high light reflectance is formed on the inclined surface of the frustoconical opening of the envelope, There has been proposed a semiconductor light emitting device in which a resin layer (primer) having a high gas shielding property is formed on at least a metal layer (light reflecting layer) (see, for example, Patent Document 2). Thereby, the light emitted from the LED chip or the LD chip can be efficiently emitted to the outside, and the blackening of the metal layer (light reflection layer) can be reduced. That is, the light emitted from the LED chip or the LD chip to the side (envelope side) is reflected by the metal layer (light reflecting layer) formed on the inclined surface of the envelope, so that the light is emitted. The light can be emitted efficiently. Then, by forming a resin layer having a high gas shielding property, it is possible to reduce the transmission of gas in the atmosphere such as hydrogen sulfide gas into the envelope, and to reduce the blackening of the light reflection layer.
しかしながら、特許文献2に記載の半導体発光装置は、樹脂層の構成材料として、アクリル系樹脂が使用されている。特許文献2に記載されているように、アクリル系樹脂は、ガス遮蔽性が高いという利点を有する一方、耐熱性や耐光性に劣り、熱や光によりアクリル系樹脂が変色(黄変)し、光ロスが発生する場合があった。従って、このような半導体発光装置は、使用範囲が限定される場合があった。
However, the semiconductor light emitting device described in
また、光反射層の黒化を低減する別の方法として、例えば、銀等を含む光反射層の表面上に硫化防止用の薄い有機保護膜等の保護層を設けることが提案されている。しかしながら、ボンディングワイヤを接続する前、すなわちワイヤボンディング前に、ワイヤボンディング性を安定化させるため、半導体発光素子搭載用基板には、プラズマ洗浄等が行われる。これにより、光反射層上に形成された保護層が劣化したり、剥がれたりする場合があり、硫化防止効果が低減する場合があるという問題がある。 Further, as another method for reducing the blackening of the light reflecting layer, for example, it is proposed to provide a protective layer such as a thin organic protective film for preventing sulfidation on the surface of the light reflecting layer containing silver or the like. However, before the bonding wires are connected, that is, before wire bonding, the semiconductor light emitting element mounting substrate is subjected to plasma cleaning or the like in order to stabilize the wire bonding property. Thereby, the protective layer formed on the light reflection layer may be deteriorated or peeled off, and there is a problem that the effect of preventing sulfidation may be reduced.
そこで、半導体発光素子の反射層として、銅基材や金属樹脂複合基材等の半導体発光素子を搭載する側の面上に、半導体発光素子の反射層としてアルミニウム層を形成することが考えられている。アルミニウム層は、銀を含む光反射層と遜色ない高い反射率を有するとともに、銀を含む光反射層のように硫化して黒化することを抑制できる。 Therefore, it is considered that an aluminum layer is formed as a reflective layer of the semiconductor light emitting element on the surface on which the semiconductor light emitting element such as a copper base material or a metal resin composite base material is mounted as the reflective layer of the semiconductor light emitting element. Yes. The aluminum layer has a high reflectance comparable to that of the light reflecting layer containing silver, and can suppress the sulfurization and blackening like the light reflecting layer containing silver.
このような半導体発光素子搭載用基板では、ボンディングワイヤの一端がアルミニウム層に接続される。アルミニウム層の厚さは、銀等を含む光反射層の厚さよりも薄い場合が多く、ワイヤボンディングを行うために必要な強度を有していない。このため、ワイヤボンディングを行う際、アルミニウム層とボンディングワイヤとの接合部に、アルミニウムの酸化膜が形成されてしまい、ボンディング接合強度が低下する場合がある。従って、このアルミニウムの酸化膜が、十分に分散し、ボンディング接合面(アルミニウム層の表面)に残らないようなボンディング条件に、ワイヤボンディング装置を設定して管理する必要がある。なお、アルミニウム層の大気側には、自然酸化膜がわずかに形成される。このため、アルミニウム層の厚さは、自然酸化膜の存在が問題にならない程度の厚さに形成されている。このように、ボンディングワイヤがアルミニウム層に接続される場合、ボンディング接合強度を得るために、ボンディングワイヤが銀等を含む光反射層に接続される場合と比べて、非常に厳しいボンディング条件が要求されるという問題がある。従って、従来は、アルミニウムの酸化膜を破壊することで、常温金属接合を実現し、ワイヤボンディングが行われていた。そして、アルミニウム層にワイヤボンディングを行う場合、アルミニウムのリボンワイヤが好適に用いられ、ウェッジボンディングにて接続されることが多い。 In such a semiconductor light emitting element mounting substrate, one end of the bonding wire is connected to the aluminum layer. The thickness of the aluminum layer is often thinner than the thickness of the light reflecting layer containing silver or the like, and does not have the strength necessary for wire bonding. For this reason, when wire bonding is performed, an aluminum oxide film is formed at the joint between the aluminum layer and the bonding wire, which may reduce the bonding strength. Accordingly, it is necessary to set and manage the wire bonding apparatus under such bonding conditions that the aluminum oxide film is sufficiently dispersed and does not remain on the bonding bonding surface (the surface of the aluminum layer). A slight natural oxide film is formed on the atmosphere side of the aluminum layer. For this reason, the thickness of the aluminum layer is formed to such a thickness that the presence of the natural oxide film does not become a problem. Thus, when the bonding wire is connected to the aluminum layer, in order to obtain bonding bonding strength, extremely strict bonding conditions are required as compared with the case where the bonding wire is connected to the light reflecting layer containing silver or the like. There is a problem that. Therefore, conventionally, by destroying the aluminum oxide film, room temperature metal bonding is realized and wire bonding is performed. When wire bonding is performed on the aluminum layer, an aluminum ribbon wire is preferably used and often connected by wedge bonding.
そこで、本発明は、上記課題を解決し、反射層の耐硫化特性が高く、ボンディング接合強度が高い半導体発光素子搭載用基板、半導体発光素子搭載用基板の製造方法及び半導体発光装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a semiconductor light-emitting element mounting substrate, a semiconductor light-emitting element mounting substrate manufacturing method, and a semiconductor light-emitting device that solve the above-described problems and have a high anti-sulfurization property of the reflective layer and high bonding bonding strength. With the goal.
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第1の態様は、
基材と、
前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に形成された反射層と
、を備え、
前記反射層には、前記基材の表面上に設けられたワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口が形成されている半導体発光素子搭載用基板が提供される。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The first aspect of the present invention is:
A substrate;
A reflective layer formed on at least part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted, and
The reflective layer is provided with a semiconductor light emitting element mounting substrate in which a first opening for exposing a wire bonding region provided on the surface of the base is formed.
本発明の第2の態様によれば、
前記基材と前記反射層との間には、バリア層が形成されており、
前記バリア層には、前記反射層に形成された前記第1の開口に対応する位置に、前記ワイヤボンディング領域を露出させる第2の開口が形成されている第1の態様に記載の半導体発光素子搭載用基板が提供される。
According to a second aspect of the invention,
A barrier layer is formed between the substrate and the reflective layer,
The semiconductor light emitting element according to the first aspect, wherein the barrier layer is formed with a second opening exposing the wire bonding region at a position corresponding to the first opening formed in the reflective layer. A mounting substrate is provided.
本発明の第3の態様によれば、
半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に反射層が形成された基材を用意する工程と、
前記反射層上にレジスト層を形成し、前記レジスト層に対して露光及び現像を行って所定のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記反射層をエッチングすることで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口を形成する工程と、を有する半導体発光素子搭載用基板の製造方法が提供される。
According to a third aspect of the invention,
Preparing a base material having a reflective layer formed on at least a part of the surface on which the semiconductor light emitting element is mounted;
Forming a resist layer on the reflective layer and exposing and developing the resist layer to form a predetermined resist pattern;
Etching the reflective layer using the resist pattern as a mask to form a first opening exposing a wire bonding region provided on the surface of the base material. A method is provided.
本発明の第4の態様によれば、
半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、バリア層及び反射層が順に形成された基材を用意する工程と、
前記反射層上にレジスト層を形成し、前記レジスト層に対して露光及び現像を行って所定のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記反射層をエッチングして第1の開口を前記反射層に形成し、その後、前記レジストパターン及び前記反射層をマスクとして前記バリア層をエッチングすることで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第2の開口を前記バリア層に形成する工程と、を有する半導体発光素子搭載用基板の製造方法が提供される。
According to a fourth aspect of the invention,
Preparing a base material in which a barrier layer and a reflective layer are sequentially formed on at least a part of the surface on which the semiconductor light emitting element is mounted;
Forming a resist layer on the reflective layer and exposing and developing the resist layer to form a predetermined resist pattern;
The reflective layer is etched using the resist pattern as a mask to form a first opening in the reflective layer, and then the barrier layer is etched using the resist pattern and the reflective layer as a mask. Forming a second opening in the barrier layer to expose a wire bonding region provided on the surface, and a method for manufacturing a semiconductor light emitting element mounting substrate.
本発明の第5の態様によれば、
基材を用意する工程と、
前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に所定のパターンを有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層に覆われていない前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、スパッタにより反射層を形成する工程と、
前記マスク層を除去することで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口を前記反射層に形成する工程と、を有する半導体発光素子搭載用基板の製造方法が提供される。
According to a fifth aspect of the present invention,
Preparing a substrate;
Forming a mask layer having a predetermined pattern on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted;
Forming a reflective layer by sputtering on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted that is not covered with the mask layer;
Forming a first opening in the reflective layer that exposes a wire bonding region provided on the surface of the base material by removing the mask layer. Provided.
本発明の第6の態様によれば、
基材を用意する工程と、
前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に所定のパターンを有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層に覆われていない前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、前記バリア層及び前記反射層を順にスパッタにより積層する工程と、
前記マスク層を除去することで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口及び第2の開口を前記反射層及び前記バリア層にそれぞれ形成する工程と、を有する半導体発光素子搭載用基板の製造方法が提供される。
According to a sixth aspect of the present invention,
Preparing a substrate;
Forming a mask layer having a predetermined pattern on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted;
A step of sequentially laminating the barrier layer and the reflective layer by sputtering on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted, which is not covered with the mask layer;
Forming a first opening and a second opening in the reflective layer and the barrier layer, respectively, exposing the wire bonding region provided on the surface of the substrate by removing the mask layer. A method for manufacturing a substrate for mounting a semiconductor light emitting element is provided.
本発明の第7の態様によれば、
第1又は第2の態様に記載の半導体発光素子搭載用基板、又は第3〜第6のいずれかに記載の製造方法により得られた半導体発光素子搭載用基板のいずれかを用いた半導体発光装置が提供される。
According to a seventh aspect of the present invention,
A semiconductor light emitting device using either the semiconductor light emitting element mounting substrate according to the first or second aspect or the semiconductor light emitting element mounting substrate obtained by the manufacturing method according to any one of the third to sixth. Is provided.
本発明によれば、反射層の耐硫化特性が高く、ボンディング接合強度が高い半導体発光素子搭載用基板、半導体発光素子搭載用基板の製造方法及び半導体装置を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor light-emitting element mounting substrate, a semiconductor light-emitting element mounting substrate manufacturing method, and a semiconductor device, in which the reflective layer has high sulfuration resistance and high bonding bonding strength.
(本発明の一実施形態)
以下に、本発明の一実施形態にかかる半導体発光素子搭載用基板及びこの半導体発光素子搭載用基板を用いた半導体発光装置について、図1及び図2を参照しながら説明する。
(One embodiment of the present invention)
A semiconductor light emitting device mounting substrate and a semiconductor light emitting device using the semiconductor light emitting device mounting substrate according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子搭載用基板1(以下、単に基板とも言う。)は、基材2と、基材2の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に設けられた反射層3と、を備えて構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a substrate 1 for mounting a semiconductor light emitting device (hereinafter also simply referred to as a substrate) according to this embodiment includes a
基材2としては、金属部材から構成されるものが好適に用いられる。この他、金属部材を有する基材2を用いてもよい。金属部材を構成する金属としては、銅、銅合金、又は鉄系合金が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。特に、金属部材が銅もしくは銅合金で構成されると、電気抵抗、熱抵抗の観点から好ましく、汎用性が最も高い。また、鉄系合金としては、例えば42アロイ等の鉄ニッケル合金や、鉄系フレーム材等を用いることができる。量産化を考慮すると、基材2として、銅からなるフープ材を用いることが好ましいが、短尺のシート材や個別材を用いることもできる。また、基材2として、銅から構成される銅基材が用いられる場合、銅基材の厚さに制限はなく、コストを加味して厚さが選定される。
As the
基材2の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部には、反射層3が設けられている。反射層3は、後述する半導体発光素子から放射された光を反射させて放射する。反射層3は、後述する外囲器13が形成される領域以外の領域に形成されていればよい。具体的には、反射層3は、基材2の半導体発光素子を搭載する側の面のうち、後述する外囲器13に形成される凹部14の底部から露出する領域の少なくとも一部に形成されていればよい。これにより、反射層3は、基板2上に搭載された例えばLEDチップやLDチップ等の半導体発光素子から、基材2側(反射層3側)に放射された光を後述する外囲器13内で反射させ、光を外部に効率よく出射させることができる。
A
また、反射層3は、アルミニウムにより構成されたアルミニウム層である。これにより、反射層3として例えば銀や銀合金を含む銀層若しくは銀合金層が形成される場合と比べて、反射層3の耐硫化特性が向上し、反射層3が黒化して反射率が低減することを抑制できる。その結果、半導体発光素子搭載用基板1は、長期間にわたって、高くかつ安定した反射特性を有するようになる。また、反射層3に用いられるアルミニウムは、紫外線に対しては銀の3倍以上の反射率を有し、紫色光、赤色光、赤外線に対しては銀とほぼ同等の反射率を有する。このように、反射層3としてアルミニウム層を形成することで、高い反射率を確保できる。
The
反射層3は、例えば、減圧圧力調整機能を有する真空蒸着装置で、バッチ処理若しくは連続処理等の真空蒸着法により形成される。真空蒸着装置としては、抵抗加熱式であってバレル式のものが好適に用いられる。真空蒸着装置は、例えば、電子ビーム方式であっても、プラズマ方式であってもよい。すなわち、真空蒸着装置として、例えば蒸発源としてのカーボン坩堝を備え、ロードロック方式において、カーボン坩堝に電子ビームを照射することで材料を蒸発させて反射層3を形成するものが好適に用いられる。カーボン坩堝を備える真空蒸着装置は、耐久性の良いカーボン坩堝等を適宜最適化することで、安定した蒸着を連続して行うことができる。また、真空蒸着装置として、フープ材に蒸着できる連続式蒸着装置を用いてもよい。真空蒸着装置は、反射層3の品質(膜質)や、生産性等を総合的に考慮し、適宜選択できる。なお、反射層3の形成方法は真空蒸着法に限定されるものではなく、反射層3の品質や生産性等を考慮して、この他、例えば、イオンプレーティング(イオンめっき)法、スパッタリング法、クラッド法等を用いることができる。なお、反射層(アルミニウム層)3の厚さは、反射率や、耐久性等の観点から0.02μm以上が好ましく、平坦性の観点から2μm以下がより好ましい。
The
反射層3には、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第1の開口5が形成されている。これにより、基材2上に搭載された半導体発光素子と、半導体発光素子搭載用基板1とを接続するボンディングワイヤは、反射層3に形成された第1の開口5を介して基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4に接続される。すなわち、反射層3上には、ボンディングワイヤとの接合部が形成されることがない。その結果、ワイヤボンディング時に、反射層3上に酸化膜が形成されることを抑制でき、ボンディング接合強度の低下を抑制できる。また、ボンディングワイヤは、基材2上に設けられるワイヤボンディング領域4に接続されるので、反射層3に接続される場合と比較すると、ワイヤボンディングできる条件の範囲が広くなり、組立速度や歩留りが向上する。
The
なお、ワイヤボンディングとは、基材2(リードフレーム)側の電極と、基材2に搭載された半導体発光素子上の電極とを、電気的に接続するために、例えば金ワイヤ、銅系ワイヤ、アルミニウムワイヤ等のボンディングワイヤで接続することをいう。具体的には、まず、ボンディングワイヤの一端の先端を放電によって球状にして、半導体発光素子上の電極に接続する(1stボンディング)。次に、基材2上の表面に設けられるワイヤボンディング領域4(基材2側の電極)の所定の位置で、ボンディングワイヤの他端をワイヤボンディング領域4の表面にこすりつける形で圧着する(2ndボンディング)。このように、1stボンディングでは、ボールボンディングによる接続が行われ、2ndボンディングでは、ウェッジボンディングによる接続が行われる場合が多い。また、通常は、位置精度や圧着性を鑑み、半導体発光素子側の電極を、1stボンディングとすることが多い。なお、ボンディングワイヤが2ndボンディングされる領域4の寸法、すなわち第1の開口5の開口径は、使用するボンディングワイヤ径の約4倍〜5倍とすることが好ましい。
Note that wire bonding refers to, for example, a gold wire or a copper-based wire in order to electrically connect the electrode on the base material 2 (lead frame) side and the electrode on the semiconductor light emitting element mounted on the
また、図2に示すように、例えば、基材2が、銅や銅合金を含む銅基材2aと、銀を含む銀層若しくは銀合金を含む銀合金層2bと、を備えていてもよい。すなわち、銅基材2aの少なくとも半導体発光素子を搭載する側の面上に、銀層若しくは銀合金層2bが形成されていてもよい。なお、銅基材2a上に銀層若しくは銀合金層2bが形成された基材2が用いられる場合においても、基材2上に形成される反射層3の厚さは、0.02μm以上2μm以下であるとよい。
Moreover, as shown in FIG. 2, the
銀層若しくは銀合金層2bは、銀めっきを行うことで形成される。銀めっきとしては湿式めっき法が好適に用いられ、湿式めっき法としては、シアン化銀めっき浴を用いることが一般的であるが、ノンシアン浴等も用いることができる。これにより、銅基材2aの6面全面に銀層若しくは銀合金層2bが形成された基材2が、低コストで得られる。銀めっきを行う際、例えばブチンジオール、サッカリン等の有機光沢剤や、例えばアンチモン、ニッケル、コバルト、錫、セレン等の少量の金属塩を、めっき浴中に添加することで、銀層若しくは銀合金層2bの光沢度をより向上させることができる。また、めっき浴中に、銀塩を添加するとともに、シアン化金カリウム等の金めっき原料を添加することで、銀合金めっきを行うことができ、銀合金層2bを形成することができる。同様に、銀塩が添加されためっき浴中に、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、インジウム等の化合物塩を添加することで、銀合金めっきを行うこともできる。なお、例えば真空蒸着等の乾式めっき法によっても、本実施形態の所望とする品質を有する銀層若しくは銀合金層2bを形成できる。
The silver layer or the
銀層若しくは銀合金層2bの厚さは1.0μm以上5.0μm以下であるとよいが、実装される半導体発光素子によって適宜変更できる。なお、湿式めっき法にて銀層若しくは銀合金層2bを形成した場合には、銀層若しくは銀合金層2bの厚さは、めっき時の電流値を積算することによって算出できる。
The thickness of the silver layer or the
また、基材2と反射層3との間には、バリア層6が形成されていてもよい。バリア層6は、チタン、ニッケル、クロム、コバルト、タンタル、ニオブ、バナジウム、タングステン、モリブデンの少なくともいずれかを含む。このようにバリア層6を形成することで、基材2と反射層3とが反応することを抑制できる。すなわち、基材2中に含まれる例えば銅などの金属や酸素が反射層3へ拡散することを阻止することができる。バリア層6に用いられる金属は、目的や用途等に応じて適宜選択される。バリア層6の形成方法としては、接合特性、生産性等を総合的に考慮して、例えば、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、イオンプレーティング(イオンめっき)法、スパッタリング法、クラッド法等を用いることができる。
In addition, a
バリア層6には、反射層3に設けられた第1の開口5に対応する位置に、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第2の開口7が形成されている。これにより、基材2上に搭載された半導体発光素子と、半導体発光素子搭載用基板1とを接続するボンディングワイヤは、反射層3に形成された第1の開口5及びバリア層6に形成された第2の開口7を介して、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4に接続される。従って、ワイヤボンディングできる条件の範囲が広くなるとともに、ボンディング接合強度の低下を抑制できる。
In the
[半導体発光素子搭載用基板の製造方法]
次に、本発明に係る半導体発光素子搭載用基板1の製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態では、図2に示す半導体発光素子搭載用基板1を製造する製造方法について、主に図3を用いて説明する。図3は、本実施形態に係る半導体発光素子搭載用基板1の製造工程を示す概略フロー図である。
[Method for Manufacturing Substrate for Semiconductor Light-Emitting Element Mounting]
Next, an embodiment of a method for manufacturing the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 according to the present invention will be described. In the present embodiment, a manufacturing method for manufacturing the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 shown in FIG. 2 will be described mainly with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic flowchart showing the manufacturing process of the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 according to the present embodiment.
図3(a)に示すように、まず、基材2を用意する。基材2には、基材2の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、バリア層6及び反射層3がそれぞれ、基材2の側から順に形成されている。なお、本実施形態では、基材2として、例えば、銅を含む銅基材2aと、銀を含む銀層若しくは銀合金を含む銀合金層2bと、を備えるものを用いる。すなわち、本実施形態で用いる基材2は、銅基材2aの半導体発光素子を搭載する側の面上に、銀を含む銀層若しくは銀合金を含む銀合金層2bが形成されている。
As shown in FIG. 3A, first, the
反射層3を、基材2の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に形成する方法としては、例えば、上述の反射層3を形成する蒸着装置等の装置にて、基材2上の反射層3を形成する領域以外(例えば、後述する外囲器13が設けられる領域)を遮蔽する機能を付与することが考えられる。この他、例えば、基材2の表面全面に反射層3を成膜して形成した後、例えば、後述する外囲器13が設けられる領域に形成された反射層3をエッチング等により除去する方法がある。なお、これら以外の方法を用いてもよい。
As a method for forming the
次に、図3(b)に示すように、反射層3上にレジスト層8を形成する。レジスト層8としては、例えば、ドライレジストフィルム(旭化成イーマテリアルズ(株)製 A58)を用いることができる。そして、基材2に形成された反射層3上に、ドライレジストフィルムを載置し、その後、例えばロールラミネータ(アコ・ブランズ・ジャパン(株)製
GL835PRO)を用い、120℃で熱圧着することで、反射層3上にレジスト層8が形成される。
Next, a resist
そして、レジスト層8に対して露光及び現像を行って、レジスト層8に所定のレジストパターンを形成する。なお、本実施形態では、レジスト層8に対して所定のマスクパターンが形成されたフォトマスクを用いた露光及び現像を行うことで、レジスト層8に所定のレジストパターン(本実施形態では円形状)を形成している。この他、例えば、レーザビーム等を用いた、いわゆる直接描画方式等により、レジスト層8に所定のレジストパターンを形成してもよい。
The resist
そして、図3(c)に示すように、レジスト層8に形成された所定のレジストパターンをマスクとして、反射層3をエッチングして、基材2の表面上(本実施形態では銀層若しくは銀合金層2bの表面上)に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第1の開口5を形成する。
Then, as shown in FIG. 3C, the
具体的には、露光装置(例えばユニオン光学(株)製 EMA−400)を用い、紫外線g線でレジスト層8及び反射層3を露光する。その後、水酸化ナトリウム3重量%水溶液で現像、水洗を行う。水洗を行う際、露光した部分のレジスト層8及び反射層3(アルミニウム)が、水酸化ナトリウムで溶解、除去されて、所定のレジストパターン及び第1の開口5が形成される。このように反射層3の部分エッチングは、レジスト層8の通常現像時間中において行うことができ、レジストパターンの形成もできる。本実施形態では、室温において現像液に90秒間の浸漬を行うことで十分であるが、念のため5秒間の追加浸漬を行った。工業的には連続現像を行う装置にて、現像液をシャワーで吹き付ける方式をとることが多く、装置に合わせて条件出しを行い、現像時間を決定する必要がある。なお、本実施形態では、レジスト層8に対して所定のレジストパターンを形成すると同時に、レジスト層8に形成されたレジストパターンをマスクとして、反射層3をエッチングして、第1の開口5を形成しているが、これに限定されるものではない。すなわち、レジスト層8へのレジストパターンの形成と、反射層3のエッチングとは、同時に行う必要はなく、それぞれ別々に行ってもよい。また、基材2の表面全面に反射層3が設けられている場合、第1の開口5の形成と同時に、後述する外囲器13が設けられる領域に形成された反射層3をエッチングして除去してもよい。
Specifically, the resist
その後、図3(d)に示すように、レジスト層8に形成されたレジストパターン及び反射層3をマスクとして、バリア層6をエッチングすることで、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第2の開口7を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3D, the wire bonding region provided on the surface of the
具体的には、フッ酸:フッ化アンモニウムが1:6の割合で混合された混合物を10重量%配合した混合溶液(希釈液)に、バリア層6が形成された基材2を10秒間浸漬することで、バリア層6のエッチングを行い、第2の開口7を形成した。なお、バリア層6のエッチングは、フッ酸系エッチング液に浸漬して行われるとよいが、これに限定されるものではない。すなわち、バリア層6の厚さや温度等を考慮して、エッチング液の濃度や組成を適宜変更し、エッチングレートを調整するとよい。
Specifically, the
その後、図3(e)に示すように、レジスト層8を剥離する。具体的には、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させた後、剥離剤に浸漬して、レジスト層8を剥離した。なお、剥離剤としては、例えば、(株)パーカーコーポレーション製PK−SFR8130等が用いられる。そして、本実施形態に係る半導体発光素子搭載用基板1が得られ、その製造工程を終了する。
Thereafter, as shown in FIG. 3E, the resist
なお、本実施形態に係る製造方法は、基材2と反射層3との間に、バリア層6が形成されていない半導体発光素子搭載用基板1を製造する場合にも適用できる。すなわち、まず、半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に反射層3が形成された基材2を用意する。次に、反射層3上にレジスト層8を形成し、レジスト層8に対して露光及び現像を行って所定のレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとして反射層3をエッチングすることで、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第1の開口5を形成する。その後、レジスト層8を剥離することで、バリア層6が形成されていない半導体発光素子搭載用基板1が得られる。
Note that the manufacturing method according to this embodiment can also be applied to manufacturing the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 in which the
本発明に係る半導体発光素子搭載用基板1の製造方法は、上述の製造方法に限定されるものではない。次に、本発明に係る半導体発光素子搭載用基板1の製造方法の他の実施形態について、主に図4を用いて説明する。図4は、本実施形態に係る半導体発光素子搭載用基板1の製造工程を示す概略フロー図である。 The manufacturing method of the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 according to the present invention is not limited to the above manufacturing method. Next, another embodiment of the method for manufacturing the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 according to the present invention will be described mainly with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic flowchart showing the manufacturing process of the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 according to the present embodiment.
本実施形態に係る製造方法が上述の図3に示す製造方法と異なる点は、基材2上に、マスク層9を形成した後、バリア層6及び反射層3を順にスパッタにより形成し、マスク層9を除去することで、反射層3に第1の開口5を形成すると同時にバリア層6に第2の開口7を形成する点である。
The manufacturing method according to this embodiment is different from the manufacturing method shown in FIG. 3 described above in that after the
本実施形態においては、図4(a)に示すように、まず、基材2を用意する。本実施形態では、基材2として、例えば、銅を含む銅基材2aと、銀を含む銀層若しくは銀合金を含む銀合金層2bと、を備える基材2を用意する。銀層若しくは銀合金層2bは、銅基材2aの半導体発光素子を搭載する側の面上に設けられている。
In this embodiment, as shown to Fig.4 (a), the
次に、図4(b)に示すように、基材2の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、所定のパターンを有するマスク層9を形成する。マスク層9としては、例えば、ポリイミド系樹脂フィルム又は金属を含む金属部材等を用いることができる。なお、本実施形態の場合には、反射層3を形成する際に既に高分子系のマスク層9が配置されているため、反射層3の形成において、カーボンなどの不純物が反射層3中に混入する場合等がある。従って、反射層3の膜質への不純物の混入を抑制する目的で、金属部材からなるマスク層9を配置することがより好ましい。
Next, as shown in FIG. 4B, a
そして、図4(c)に示すように、マスク層9に覆われていない基材2の半導体発光素
子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、バリア層6をスパッタにより形成する。その後、図4(d)に示すように、反射層3を、マスク層9に覆われていないバリア層6上にスパッタにより形成して、反射層3をバリア層6上に積層する。
Then, as shown in FIG. 4C, the
その後、図4(e)に示すように、マスク層9を除去する。これにより、反射層3に第1の開口5が形成され、バリア層6に第2の開口7が形成される。第1の開口5及び第2の開口7は、基材2の表面上(本実施形態では銀層若しくは銀合金層2bの表面上)に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる開口である。そして、本実施形態に係る半導体発光素子搭載用基板1が得られ、その製造工程を終了する。
Thereafter, as shown in FIG. 4E, the
なお、本実施形態に係る製造方法は、基材2と反射層3との間に、バリア層6が形成されていない半導体発光素子搭載用基板1を製造する場合にも適用できる。すなわち、まず、基材2を用意する。次に、基材2の半導体発光素子1を搭載する側の面上の少なくとも一部に、所定のパターンを有するマスク層9を形成する。そして、マスク層9に覆われていない基材2の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、スパッタにより反射層3を形成する。その後、マスク層9を除去することで、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第1の開口5を反射層3を形成する。これにより、本実施形態に係る製造方法であっても、バリア層6が形成されていない半導体発光素子搭載用基板1が得られる。
Note that the manufacturing method according to this embodiment can also be applied to manufacturing the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 in which the
[半導体発光装置]
次に、上述した半導体発光素子搭載用基板1を用いた半導体発光装置について説明する。図5は、図1に示す半導体発光素子搭載用基板1を用いた半導体発光装置の概略断面図を示す。図6は、図2に示す半導体発光素子搭載用基板1を用いた半導体発光装置の概略断面図を示す。なお、図5に示す半導体発光装置と、図6に示す半導体発光装置との違いは、図6に示すように、基材2と反射層3との間にバリア層6が形成された半導体発光素子搭載用基板1を用いているか、図5に示すように、バリア層6が形成されていない半導体発光素子搭載用基板1を用いているかである。従って、以下では、主に、図6に示すバリア層6が形成された半導体発光素子搭載用基板1を用いた半導体発光装置について説明し、図5に示す半導体発光装置についての説明は省略する。
[Semiconductor light emitting device]
Next, a semiconductor light emitting device using the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 described above will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor light emitting device using the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 shown in FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor light emitting device using the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 shown in FIG. The difference between the semiconductor light emitting device shown in FIG. 5 and the semiconductor light emitting device shown in FIG. 6 is that the semiconductor light emitting device in which the
図6に示すように、半導体発光装置10は、2つの半導体発光素子搭載用基板1A,1Bが略同一面に近接配置されている。そして、一方の基材2の反射層3上には、半導体発光素子11が搭載され、他方の基材2の反射層3及びバリア層6には、ワイヤボンディング領域4を露出させる第1の開口5及び第2の開口7が、ワイヤボンディング領域4を露出させるようにそれぞれ形成されている。半導体発光素子11としては、例えば、GaAs−Si−LED、AlGaAs−LED、GaP−LED、AlGaInP−LED、InGaN−LED等のLEDチップや、LDチップ等が用いられる。そして、半導体発光素子11は、例えば導電性ペーストを介して、基材2に形成された反射層3上に搭載される。そして、反射層3及びバリア層6に形成された第1の開口5及び第2の開口7から露出した基材2の表面(ワイヤボンディング領域4)と、半導体発光素子11とに、ボンディングワイヤ12が接続されている。
As shown in FIG. 6, in the semiconductor
基材2上に形成された反射層3と半導体発光素子11とを包囲するように、外囲器13が設けられている。外囲器13は、例えばモールド樹脂等の樹脂により構成されている。そして、半導体発光素子搭載用基板1A,1Bの裏面の少なくとも一部は、外囲器13を構成する樹脂で覆われている。外囲器13には、基材2から離れるにしたがって径が大きくなっている凹部14が形成されている。すなわち、凹部14は、末広がり状に開口した逆円錐台状に形成されており、凹部14の側面は傾斜面に形成されている。なお、凹部14の側面は傾斜面でなくてもよく、例えば垂直面であってもよい。外囲器13の凹部14
を構成する側面には、例えばアルミニウムを含む反射層(図示せず)が形成されていてもよい。これにより、半導体発光素子11から放射された光を、より効率よく外部へと出射させることができる。
An
A reflective layer (not shown) containing aluminum, for example, may be formed on the side surface constituting the film. Thereby, the light radiated | emitted from the semiconductor light-emitting
そして、外囲器13の凹部14の内部を透明樹脂(光透過性樹脂)15で充填することで、半導体発光素子11が密封されている。透明樹脂15としては、例えば透明エポキシ樹脂等を用いることができる。
The semiconductor
なお、透明樹脂15中に、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG:Yttrium Aluminium Garnet)などの蛍光体材料が混合されていてもよい。これにより、半導体発光素子11から放射される光の波長を変換することができる。すなわち、例えば半導体発光素子11として波長が460nmのGaN系のLEDチップが用いられた場合、半導体発光装置10として、疑似白色LED装置を得ることができる。
Note that the
本実施形態に係る半導体発光装置10は、外囲器13の凹部14の底部から、反射層3が露出している。従って、半導体発光素子11から放射された光は、反射層3によって凹部14(外囲器13)の開口側へ反射される。そして、反射層3によって反射された光は、凹部14内に充填された透明樹脂15を透過して、半導体発光装置10の外部へ出射される。その結果、半導体発光装置10から外部へ出射される光量を増やすことができる。すなわち、半導体発光素子11から放射された光を、半導体発光装置10の外部へ効率よく出射することができる。また、反射層3には、アルミニウムが含まれている。その結果、半導体発光装置10は、長期間にわたって、高くかつ安定した反射特性を有するようになる。
In the semiconductor
(本実施形態にかかる効果)
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(Effect according to this embodiment)
According to the present embodiment, one or more effects shown below are produced.
(a)本実施形態によれば、半導体発光素子搭載用基板1は、基材2を備え、基材2の半導体発光素子11を搭載する側の面上の少なくとも一部には、反射層3が形成されている。そして、反射層3には、基材2の表面を露出させる第1の開口5が形成されている。
(A) According to this embodiment, the substrate 1 for mounting a semiconductor light emitting element includes the
これにより、ボンディング接合強度の低下を抑制できるとともに、ボンディング条件の範囲を拡張することができる。すなわち、ボンディングワイヤ12の一端は、反射層3に形成された第1の開口5を介して基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4に接続され、反射層3上には、ボンディングワイヤ12との接合部が形成されることがない。また、ボンディングワイヤ12は、基材2上に設けられるワイヤボンディング領域4に接続されるので、反射層3に接続される場合と比較すると、ワイヤボンディングできる条件の範囲が広くなり、組立速度や歩留りが向上する。
As a result, a decrease in bonding bond strength can be suppressed, and the range of bonding conditions can be expanded. That is, one end of the
また、反射層3として、アルミニウムを含むアルミニウム層が形成されることで、耐硫化特性を向上させることができる。すなわち、反射層3として例えば銀や銀合金を含む銀層や銀合金層2bが形成される場合と比べて、反射層3が黒化して反射率が低減することを抑制できる。その結果、半導体発光素子搭載用基板1は、長期間にわたって、高くかつ安定した反射特性を有するようになる。
Moreover, by forming an aluminum layer containing aluminum as the
(b)本実施形態によれば、基材2と反射層3との間に、バリア層6が形成されている。そして、バリア層6には、反射層3に形成された第1の開口5に対応する位置に、ワイヤボンディング領域4を露出させる第2の開口7が形成されている。これにより、基材2と反射層3とが反応することを抑制できる。また、ワイヤボンディングできる条件が広くなる。
(B) According to this embodiment, the
(本発明の他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
(Other embodiments of the present invention)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.
上述した実施形態では、基材2として、銅、銅合金、又は鉄系合金から成る板材を用いる場合について説明した。この他、例えば、基材2として、例えば銅や銅合金等の金属と有機材料又は無機材料を用いた板材(図示せず)とが複合化された複合材を用いてもよい。すなわち、例えば、有機材料を用いた、硬質で、薄く、可撓性を有する樹脂板上に銅配線等の銅を張り合わせた銅張り板やその積層板を用いてもよい。なお、有機材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂などを用いることができる。具体的には、例えば、ガラスエポキシ基板や、ガラス布基板樹脂板を用いることができる。無機材料としては、例えば、シリコン、GaAsやInPなどのIII-V族化合物半導体、石英ガラスなどを用いることができる
。なお、有機材料又は無機材料を用いた板材は、基材2の金属部分の半導体発光素子11を搭載する側の面とは反対側の面、すなわち反射層3が設けられる側の面とは反対側の面に形成される。
In the embodiment described above, the case where a plate material made of copper, a copper alloy, or an iron-based alloy is used as the
また、上述した実施形態では、基材2が銅基材で構成される場合、及び銅基材2aと、銀を含む銀層若しくは銀合金を含む銀合金層2bと、を備える場合について説明した。この他、例えば、基材2が、銅や銅合金を含む銅基材2aと、金属層と、を備えていてもよい。すなわち、銅基材2aの少なくとも半導体発光素子を搭載する側の面上に、金属層が形成されていてもよい。
Moreover, in embodiment mentioned above, the case where the
金属層は、融点が高い金属を含んで形成される。具体的には、金属層は、パラジウム、金、錫、ニッケル、銅-錫合金、銅-ニッケル合金、鉄-ニッケル合金の少なくともいずれ
かを含んで形成される。パラジウムは、銅と比較すると、銅の酸化による変色防止効果(酸化防止効果)が高く、はんだに用いられる錫と馴染みやすく、はんだ濡れ性を確保しやすいという利点がある。金は、はんだ濡れ性を向上させるという利点がある。錫は、はんだ付けを行いやすく、廉価であるという利点があるが、若干酸化しやすいという欠点がある場合がある。ニッケルは、銅の酸化による変色防止効果が高く、半導体発光素子搭載用基板1の取り扱い特性が向上するという利点がある。また、例えば銅基材2a等の基材2に含まれる銅が、反射層3側へ拡散することを防止できる。すなわち、銅の拡散バリア性が向上する。銅‐錫合金は、銅と比較すると酸化防止効果が高く、錫や銅と比較すると錫と馴染みやすいという利点がある。銅‐ニッケル合金は、ニッケルと比較すると錫と馴染みやすいという利点がある。鉄‐ニッケル合金は、熱膨張率が低く無機材料との接合性が良いという利点がある。これらの点を踏まえ、例えば、めっきの容易さ、コスト、はんだ特性、銅の拡散バリア性等の使用条件・製造条件によって、金属層として最適な1つ又は複数の金属層を形成する材料が適宜選択される。
The metal layer is formed including a metal having a high melting point. Specifically, the metal layer is formed including at least one of palladium, gold, tin, nickel, copper-tin alloy, copper-nickel alloy, and iron-nickel alloy. Compared with copper, palladium has an advantage of preventing discoloration (antioxidation effect) due to oxidation of copper, being easily compatible with tin used in solder, and ensuring solder wettability. Gold has the advantage of improving solder wettability. Tin has the advantage that it is easy to solder and is inexpensive, but it may have the disadvantage of being easily oxidized. Nickel is highly effective in preventing discoloration due to oxidation of copper, and has the advantage that the handling characteristics of the semiconductor light emitting element mounting substrate 1 are improved. Further, for example, copper contained in the
また、例えば、基材2が、銅や銅合金を含む銅基材2aと、ニッケル層と、パラジウム層と、を備えていてもよい。すなわち、銅基材2aの少なくとも半導体発光素子を搭載する側の面上の一部にニッケル層を形成し、ニッケル層の表面上の一部にパラジウム層を形成してもよい。
For example, the
ニッケル層及びパラジウム層は、例えば電気めっき等の湿式めっき法により形成できる。これにより、低コストで、基材2の6面全面にニッケル層及びパラジウム層を形成できる場合が多い。なお、例えば真空蒸着等の乾式めっき法によっても、本発明の所望とする品質を有するニッケル層及びパラジウム層を形成できる。
The nickel layer and the palladium layer can be formed by a wet plating method such as electroplating. Thereby, it is often possible to form a nickel layer and a palladium layer on the entire six surfaces of the
ニッケル層の厚さは0.4μm以上1.5μm以下、パラジウム層の厚さは0.01μm以上0.2μm以下が好ましく、はんだ条件によって、ニッケル層及びパラジウム層の厚さは適宜調整される。なお、湿式めっき法にてニッケル層及びパラジウム層を形成した場合には、ニッケル層及びパラジウム層の厚さ(膜厚)は、めっき時の電流値を積算することによって算出できる。 The thickness of the nickel layer is preferably 0.4 μm or more and 1.5 μm or less, and the thickness of the palladium layer is preferably 0.01 μm or more and 0.2 μm or less. The thicknesses of the nickel layer and the palladium layer are appropriately adjusted depending on the soldering conditions. In addition, when the nickel layer and the palladium layer are formed by a wet plating method, the thickness (film thickness) of the nickel layer and the palladium layer can be calculated by integrating current values at the time of plating.
上述のように、基材2の表面上にニッケル層を形成することで、銅基材2aの銅の酸化による変色を抑制できると共に、半導体発光素子搭載用基板1の取り扱い特性が向上する。加えて、銅基材2aに含まれる銅が反射層3側へ拡散することを防止できる。
As described above, by forming a nickel layer on the surface of the
また、ニッケル層の表面上にパラジウム層を形成し、基材2の最表層をパラジウム層とすることで、反射層3に形成された第1の開口5及びバリア層6に形成された第2の開口7から露出されるワイヤボンディング領域4の表面がパラジウム層となる。従って、ワイヤボンディング時において、ボンディングワイヤの一端は、ワイヤボンディング領域4、すなわちパラジウム層の表面に接続される。パラジウムは、酸化されにくく安定した金属であるため、ボンディング接合強度をより向上させることができる。
Also, a palladium layer is formed on the surface of the nickel layer, and the outermost surface layer of the
また、例えば、基材2の半導体発光素子を搭載する側の最表面には、金フラッシュめっき層が形成されていてもよい。金フラッシュめっき層は、例えば湿式めっき法により形成される。金フラッシュめっき層の厚さは、実装される半導体発光素子によって適宜変更できるが、0.1μm以下であるとよい。なお、湿式めっき法にて金フラッシュめっき層を形成した場合には、金フラッシュめっき層の厚さは、めっき時の電流値を積算することによって算出できる。
Further, for example, a gold flash plating layer may be formed on the outermost surface of the
また、上述した実施形態では、銀層若しくは銀合金層2b、金属層、ニッケル層及びパラジウム層、金フラッシュめっき層はそれぞれ、基材2を構成する例えば銅基材2aの、半導体発光素子11を搭載する側の面上に形成したが、これに限定されるものではない。すなわち、銅基材2aの両面に形成してもよく、銅基材2aの半導体発光素子11を搭載する側とは反対側の面上にのみ形成してもよい。
In the above-described embodiment, the silver layer or the
また、銀層若しくは銀合金層2bは、基材2を構成する例えば銅を含む銅基材2a上に形成された金属層、又は、ニッケル層及びパラジウム層の表面上に形成してもよい。そして、銀層若しくは銀合金層2b上に、反射層3が形成される。
Moreover, you may form the silver layer or the
上述の実施形態では、反射層3に形成される第1の開口5及びバリア層6に形成される第2の開口7を円形状に形成したが、これに限定されるものではない。例えば、第1の開口5及び第2の開口7は、矩形状等であってもよく、さらに、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させることができれば、第1の開口5の形状と第2の開口7の形状とが異なるものであってもよい。
In the above embodiment, the
上述の実施形態では、半導体発光素子11として、半導体発光素子11の表面及び裏面に電極が形成される縦方向素子を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、同一面に一対の電極を形成するプレーナ構造のLED(例えば、GaN系)等の横方向素子を用いてもよい。プレーナ構造のような横方向素子の場合、電極面を表面側(基材2とは反対側)に向けて、カソードとアノードとを、ボンディングワイヤ12で電気的に接続する方法と、電極面を下(基材2側)に向けて、カソードとアノードとを直接接続する方法(いわゆるフリップチップ実装方式)のいずれの方法を用いてもよい。なお、半導体発光素子11として、縦方向素子を用いる場合は、ボンディングワイヤ12と表面電極との接続に使用する給電用端子は1本以上あればよく、表面電極と接続する複数の給電用端子をワイヤボンディング接続してもよい。複数の給電用端子を用いる場合は、大電流駆動時や
発光装置間の配線のレイアウトが容易になる場合があり、使い分けている。
In the above-described embodiment, the vertical element in which electrodes are formed on the front surface and the back surface of the semiconductor
上述の実施形態では、図5及び図6に示すように、半導体発光装置10で使用される2つの半導体発光素子搭載用基板1A,1Bが、同一の層構成を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、一の半導体発光素子搭載用基板1Aには、銅基材2aと、銀層若しくは銀合金層2bと、を備える基材2を用い、他の半導体発光素子搭載用基板1Bには、銅基材2aと、ニッケル層及びパラジウム層と、を備え、ニッケル層及びパラジウム層が銅基材2aの側から順に形成された基材2を用いてもよい。すなわち、半導体発光装置10に使用される2つの半導体発光素子搭載用基板1A,1Bはそれぞれ、層構成が異なる上述の実施形態の基材2を用いてもよい。
In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the case where the two semiconductor light emitting
また、上述の実施形態では、図5及び図6に示すように、半導体発光装置10に用いられる半導体発光素子搭載用基板1A,1Bの底面の少なくとも一部が、外囲器13を構成する樹脂で覆われている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、半導体発光素子搭載用基板1A,1Bの底面全面が、外囲器13を構成する樹脂で覆われていてもよい。また、例えば、半導体発光素子搭載用基板1A,1Bの底面全面が露出していてもよい。すなわち、半導体発光素子搭載用基板1A,1Bの底面全面が、外囲器13を構成する樹脂で覆われていなくてもよい。なお、半導体発光素子搭載用基板1A,1Bの底面全面が露出している場合には、半導体発光素子搭載用基板1A,1Bの底面に、例えば金属製の放熱板等を、例えばはんだ付け等により接続するとよい。これにより、半導体発光装置10の放熱性が向上するとともに、光出力を大きくできる。
In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, at least a part of the bottom surface of the semiconductor light emitting element mounting substrates 1 </ b> A and 1 </ b> B used in the semiconductor
また、上述の実施形態では、1stボンディングがボールボンディングにより行われ、2ndボンディングがウェッジボンディングにより行われる場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば1stボンディングがウェッジボンディングにより行われてもよく、2ndボンディングがボールボンディングにより行われてもよい。さらに、1stボンディングで、ボンディングワイヤ12と基材2(リードフレーム)の電極とを接続してもよく、2ndボンディングで、ボンディングワイヤ12と半導体発光素子11上の電極とを接続してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the 1st bonding is performed by ball bonding and the 2nd bonding is performed by wedge bonding has been described. However, the present invention is not limited to this. That is, for example, 1st bonding may be performed by wedge bonding, and 2nd bonding may be performed by ball bonding. Furthermore, the
これらの実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。 In these embodiments, the same effects as those of the above-described embodiments are obtained.
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
(実施例)
実施例では、まず、長さが100m、幅が50mm、厚さが0.2mmの銅合金(C−194)を含む銅条の銅基材を用意した。そして、銅基材の半導体発光素子11を搭載する側の面上に、厚さが0.5μmのニッケル層と、厚さが0.05μmのパラジウム層と、が銅基材の側から順に湿式めっき法により形成された基材2を用意した。なお、ニッケル層及びパラジウム層の厚さは、めっきの際の電流値の積算値を元に算出した。
(Example)
In the examples, first, a copper substrate of a copper strip including a copper alloy (C-194) having a length of 100 m, a width of 50 mm, and a thickness of 0.2 mm was prepared. Then, a nickel layer having a thickness of 0.5 μm and a palladium layer having a thickness of 0.05 μm are wet on the surface of the copper substrate on which the semiconductor
次に、抵抗加熱式のバレル式の真空蒸着装置を用いて、基材2の半導体発光素子11を搭載する側の面上、すなわち本実施例ではパラジウム層の面上に、アルミニウム層で構成される反射層3を形成した。具体的には、まず、上述の基材2を幅50mm×長さ150mmの短尺材となるよう切断した。そして、切断した基材2を16枚、半径300mmの傘状の治具上に放射状に並べ、これをバレルに3基セット配置した。そして、抵抗加熱源の出力を1kWに設定し、真空度が8×10−4Paとなるまで排気した。これにより、基材2の表面上に、厚さが0.05μmのアルミニウム層で構成される反射層3を形成した。
Next, a resistance heating type barrel-type vacuum vapor deposition apparatus is used to form an aluminum layer on the surface of the
基材2の半導体発光素子11を搭載する側の面上に反射層3を形成した後、反射層3をエッチングして、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第1の開口5を反射層3に形成する。具体的には、まず、反射層3上に、ドライレジストフィルム(旭化成イーマテリアルズ(株)製 A58)を載置した後、例えばロールラミネータ(アコ・ブランズ・ジャパン(株)製 GL835PRO)を用い、120℃で熱圧着することで、反射層3上にレジスト層8を形成する。その後、レジスト層8に対して露光及び現像を行って、レジスト層8に所定のレジストパターンを形成する。そして、露光装置(例えばユニオン光学(株)製 EMA−400)を用い、紫外線g線でレジスト層8及び反射層3を露光する。その後、水酸化ナトリウム3重量%水溶液で現像、水洗を行う。水洗を行う際、露光した部分のレジスト層8及び反射層3(アルミニウム)が、水酸化ナトリウムで溶解、除去されて、所定形状の第1の開口5が反射層3に形成される。本実施例は、ボンディングワイヤ12として、線径が25μmのものを用いたので、第1の開口5の形状(開口径)は、ボンディングワイヤ12の線径の4倍である直径100μmとした。
After forming the
その後、反射層3上に形成した第1の開口5の位置を合わせ、半導体発光素子11としてのLEDチップ(SMD:表面実装型)のパターンにプレス打ち抜きを実施して、半導
体発光素子搭載用基板1を作製した。
Thereafter, the position of the
(比較例)
比較例では、反射層3に、基材2の表面に設けられるワイヤボンディング領域4を露出させる第1の開口5を形成しなかった。その他は、上述の実施例と同様にして半導体発光素子搭載用基板を作製した。
(Comparative example)
In the comparative example, the
(反射率及び耐硫化特性の評価)
上述の実施例及び比較例について、反射率及び耐硫化特性を以下のとおり確認した。
(Evaluation of reflectivity and anti-sulfur properties)
About the above-mentioned Example and comparative example, the reflectance and the sulfidation resistance were confirmed as follows.
まず、反射率について評価する。実施例及び比較例の反射層3の初期反射率は、波長が460nmで91%と良好であった。なお、この場合における初期反射率とは、波長が460nmでの硫酸バリウムの反射率を100%とした場合と比した反射率である。
First, the reflectance is evaluated. The initial reflectivity of the
次に、耐硫化特性について評価する。耐硫化特性は、JIS H8502 めっきの耐食性試験方法に準拠した試験を行った。すなわち、上記実施例及び比較例で作製した半導体発光素子搭載用基板のサンプルに、雰囲気温度40℃、湿度80%で、3ppmのH2S(硫化水素)を96時間噴霧した。その後、実施例及び比較例の各サンプルについて、波長が460nmでの反射率の変化を測定したところ、反射率比が98%であった。なお、この場合における反射率比とは、各サンプルの初期反射率を100%とした場合と比した割合である。すなわち、反射層3としてアルミニウム層を形成した場合、H2Sを96時間噴霧した後の反射率比は、初期反射率に対して98%と、初期反射率とほとんど変化なく、高水準を保持でき、高い耐硫化特性を有することが判った。
Next, the resistance to sulfuration is evaluated. For the anti-sulfurization property, a test based on the corrosion resistance test method of JIS H8502 plating was performed. That is, 3 ppm of H 2 S (hydrogen sulfide) was sprayed for 96 hours at an ambient temperature of 40 ° C. and a humidity of 80% to the samples of the semiconductor light emitting element mounting substrate prepared in the above examples and comparative examples. Then, about each sample of an Example and a comparative example, when the change of the reflectance in wavelength 460nm was measured, the reflectance ratio was 98%. The reflectance ratio in this case is a ratio compared to the case where the initial reflectance of each sample is 100%. That is, when an aluminum layer is formed as the
(ボンディング接合強度の評価)
次に、上述の実施例及び比較例について、ボンディング接合強度を以下のとおり確認した。
(Evaluation of bonding strength)
Next, about the above-mentioned Example and comparative example, the bonding joint strength was confirmed as follows.
実施例では、まず、反射層3に形成された第1の開口5から露出したワイヤボンディング領域4に対して、ワイヤボンディングを行うために、アルゴンプラズマ洗浄を行った。そして、半導体発光素子11としての、GaAlInP−LED(発光波長640nm)チップを、反射層3の第1の開口5が形成されていない箇所に載置し、銀ペースト(ハリ
マ化成(株)製 導電性銀ペースト 品番ST)を用いてダイボンディングを行った(キュア条件:170℃、3時間)。その後、ボンディングワイヤ12として、金ワイヤ(田中貴金属販売(株)製 M3 25μmφ)を用い、ボンディング装置として、ワイヤボンダ(K&S社製 4522)を用い、ワイヤボンディングを行った。なお、キャピラリとして、先端径160μmのものを使用した。すなわち、まず、ボンディングワイヤ12の一端を、半導体発光素子11上の電極に接続した(1stボンディング)。その後、ボンディングワイヤ12の他端を、基材2の表面上に設けられるワイヤボンディング領域4に接続した(2ndボンディング)。
In the example, first, argon plasma cleaning was performed to wire bond the wire bonding region 4 exposed from the
比較例では、まず、ワイヤボンディングを行うために、反射層3の表面をアルゴンプラズマ洗浄した。そして、ボンディングワイヤ12の一端を、半導体発光素子11上の電極に接続した(1stボンディング)。その後、ボンディングワイヤ12の他端を、基材2上に形成された反射層3上に接続した(2ndボンディング)。その他は、上述の実施例と同様にして、ワイヤボンディングを行った。
In the comparative example, first, the surface of the
こうして作製した半導体発光素子搭載用基板のボンディング接合強度を評価した。表1に、実施例及び比較例のボンディング接合強度の評価試験の結果を示す。ボンディング接合強度は、ワイヤプル試験(Dage社製 stype4000)にて評価した。具体的には、実施例及び比較例について、それぞれ20本のワイヤボンディングを行った。そして、ワイヤプル試験を、1stボンディングについて10本実施し、2ndボンディングについて10本実施し、それぞれの平均値を測定し、ボンディング接合強度とした。なお、測定位置は、1stボンディング接合箇所及び2ndボンディング接合箇所のそれぞれの近く、接合間の距離の20%以内とした。そして、ボンデング接合強度は、ワイヤプル試験にて、30mN以上を得られたものを○とし、30mN未満を×とした。 The bonding strength of the semiconductor light emitting element mounting substrate thus fabricated was evaluated. Table 1 shows the results of the evaluation test of the bonding strength of the examples and comparative examples. Bonding bonding strength was evaluated by a wire pull test (type 4000 manufactured by Dage). Specifically, 20 wire bondings were performed for each of the example and the comparative example. Then, 10 wire pull tests were carried out for the 1st bonding, and 10 pieces were carried out for the 2nd bonding, and the average value of each was measured to obtain the bonding bond strength. In addition, the measurement position was set to be within 20% of the distance between the joints in the vicinity of each of the first bonding joint and the 2nd bonding joint. And bond bonding strength set as (circle) the thing obtained 30 mN or more by the wire pull test, and made less than 30 mN x.
表1に示すように、1stボンディング接合強度は、実施例及び比較例共に、50mN以上の十分なボンディング接合強度が得られた。実施例の2ndボンディング接合強度は、40mNと安定した高いボンディング接合強度が得られた。これに対し、比較例の2ndボンディングの接合強度は10mN程度となり、あまり強度が得られなかった。 As shown in Table 1, as for the 1st bonding joint strength, sufficient bonding joint strength of 50 mN or more was obtained in both Examples and Comparative Examples. The 2nd bonding bonding strength of the example was a stable high bonding bonding strength of 40 mN. On the other hand, the bonding strength of the 2nd bonding of the comparative example was about 10 mN, and the strength was not obtained so much.
上述し、また表1に示すように、実施例及び比較例の半導体発光素子搭載用基板1は、反射率が高く、耐硫化特性が高いことが判った。また、実施例の半導体発光素子搭載用基板1は、1stボンディング接合強度、2ndボンディング接合強度ともに高いことが判った。これに対し、ワイヤボンディングを反射層3上に行った比較例では、2ndボンディング接合強度が低くなることが判った。
As described above and as shown in Table 1, it was found that the semiconductor light-emitting element mounting substrates 1 of Examples and Comparative Examples have high reflectivity and high resistance to sulfuration. Further, it was found that the semiconductor light-emitting element mounting substrate 1 of the example had high both the first bonding bonding strength and the second bonding bonding strength. On the other hand, it was found that in the comparative example in which the wire bonding was performed on the
1 半導体発光素子搭載用基板
2 基材
3 反射層
4 ワイヤボンディング領域
5 第1の開口
6 バリア層
7 第2の開口
8 レジスト層
9 マスク層
10 半導体発光装置
11 半導体発光素子
12 ボンディングワイヤ
13 外囲器
14 凹部
15 透明樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate for semiconductor light emitting element mounting 2
Claims (7)
前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に形成された反射層と、を備え、
前記反射層には、前記基材の表面上に設けられたワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口が形成されている
ことを特徴とする半導体発光素子搭載用基板。 A substrate;
A reflective layer formed on at least part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted, and
A substrate for mounting a semiconductor light emitting element, wherein the reflective layer is formed with a first opening exposing a wire bonding region provided on the surface of the base material.
前記バリア層には、前記反射層に形成された前記第1の開口に対応する位置に、前記ワイヤボンディング領域を露出させる第2の開口が形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子搭載用基板。 A barrier layer is formed between the substrate and the reflective layer,
The second opening for exposing the wire bonding region is formed in the barrier layer at a position corresponding to the first opening formed in the reflective layer. A substrate for mounting a semiconductor light emitting device.
前記反射層上にレジスト層を形成し、前記レジスト層に対して露光及び現像を行って所定のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記反射層をエッチングすることで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体発光素子搭載用基板の製造方法。 Preparing a base material having a reflective layer formed on at least a part of the surface on which the semiconductor light emitting element is mounted;
Forming a resist layer on the reflective layer and exposing and developing the resist layer to form a predetermined resist pattern;
Etching the reflective layer using the resist pattern as a mask to form a first opening exposing a wire bonding region provided on the surface of the substrate. Manufacturing method of mounting substrate.
前記反射層上にレジスト層を形成し、前記レジスト層に対して露光及び現像を行って所定のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記反射層をエッチングして第1の開口を前記反射層に形成し、その後、前記レジストパターン及び前記反射層をマスクとして前記バリア層をエッチングすることで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第2の開口を前記バリア層に形成する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体発光素子搭載用基板の製造方法。 Preparing a base material in which a barrier layer and a reflective layer are sequentially formed on at least a part of the surface on which the semiconductor light emitting element is mounted;
Forming a resist layer on the reflective layer and exposing and developing the resist layer to form a predetermined resist pattern;
The reflective layer is etched using the resist pattern as a mask to form a first opening in the reflective layer, and then the barrier layer is etched using the resist pattern and the reflective layer as a mask. Forming a second opening in the barrier layer to expose a wire bonding region provided on the surface. A method of manufacturing a substrate for mounting a semiconductor light emitting element, comprising:
前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に所定のパターンを有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層に覆われていない前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、スパッタにより反射層を形成する工程と、
前記マスク層を除去することで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口を前記反射層に形成する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体発光素子搭載用基板の製造方法。 Preparing a substrate;
Forming a mask layer having a predetermined pattern on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted;
Forming a reflective layer by sputtering on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted that is not covered with the mask layer;
Forming a first opening in the reflective layer that exposes a wire bonding region provided on the surface of the base material by removing the mask layer. A method for manufacturing a substrate.
前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に所定のパターンを有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層に覆われていない前記基材の半導体発光素子を搭載する側の面上の少なくとも一部に、前記バリア層及び前記反射層を順にスパッタにより積層する工程と、
前記マスク層を除去することで、前記基材の表面上に設けられるワイヤボンディング領域を露出させる第1の開口及び第2の開口を前記反射層及び前記バリア層にそれぞれ形成する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体発光素子搭載用基板の製造方法。 Preparing a substrate;
Forming a mask layer having a predetermined pattern on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted;
A step of sequentially laminating the barrier layer and the reflective layer by sputtering on at least a part of the surface of the substrate on which the semiconductor light emitting element is mounted, which is not covered with the mask layer;
Forming a first opening and a second opening in the reflective layer and the barrier layer, respectively, exposing the wire bonding region provided on the surface of the substrate by removing the mask layer. A method for manufacturing a substrate for mounting a semiconductor light emitting element.
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JP2015207743A (en) * | 2014-04-23 | 2015-11-19 | シチズン電子株式会社 | Led light-emitting device and method of manufacturing the same |
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2012
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