JP2014003278A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置1の配線基板3は、絶縁性基板4と、絶縁性基板4に形成され半導体素子2に電気的に接続された導電配線5,6と、を有し、導電配線5,6は、絶縁性基板4上に形成された下地層10と、下地層10の上に形成された主導電層20と、下地層10の側面と主導電層20の側面および上面とを被覆する電極層30と、を備え、下地層10は、絶縁性基板4に接する、Tiを含むWまたはMoの合金の密着層11を備える。
【選択図】図3
Description
[半導体装置の構成の概要]
図1〜図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の構成の概要について説明する。図1は、半導体装置1の上面側の斜視図、図2は背面側の斜視図である。また、図3(a)は、半導体装置1の背面を示す模式的な平面図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A線矢視における背面側の部分断面図である。
半導体素子2は、例えば、LEDチップのような半導体発光素子等から構成される。
配線基板3は、半導体素子2に電気的に接続する導電配線や、外部の電極に接続するための電極端子が絶縁性基板4に配置され、半導体素子2を配置する搭載部を有する部材である。配線基板3は、絶縁性基板4と、絶縁性基板4の上面側の導電配線5(以下、上面導電配線5という)と、背面側の導電配線6(図2、図3(a)にてドットで示す領域:以下、背面導電配線6という)と、を主として有する。なお、配線基板3は、図3(b)に示すように、上下導通配線7を備えている。
密着層11は、絶縁性基板4の上に直接接触して設けられている。
そこで、密着層11は、Tiを含むWまたはMoの合金からなるものとした。チタンタングステン(TiW)やチタンモリブデン(TiMo)は、チタン系材料であって、チタン(Ti)と同様にセラミックスに対する密着性がよい。TiWやTiMoは、Tiと異なり、耐酸化性が強く、腐食にも強い。
密着層11を構成するTiWにおいて、タングステン(W)とチタン(Ti)との組成比は、例えばスパッタリング用のTiWターゲットにおける一般的な組成比と同様なものである。具体的には、TiWターゲットとしてTi含有量が例えば10wt%のものが市販されている。ただし、密着層11を構成するTiWは、タングステン(W)を主要成分としつつ、チタン(Ti)を密着性能が低減しない程度に含有していれば、組成比が上記数値に限定されるものではない。組成比としては、TiWにおいてTiの含有量が例えば1〜30wt%であると、耐酸化性を向上できるといった理由から好ましい。なお、1〜30wt%の間のどの割合でチタンを含有させるかは、絶縁性基板4の材料と主導電層20の材料との間の密着性に応じて使い分けることができる。
以下、半導体装置1における各構成部材について詳述する。
半導体素子2は、半導体発光素子である場合、図1に例示したフェースダウン(FD)型の半導体発光素子の他、対向電極構造(両面電極構造)の半導体発光素子であってもよい。対向電極構造(両面電極構造)の半導体発光素子の場合、素子基板の裏面に形成されたn電極およびp電極の一方が上面導電配線5に接続され、n電極およびp電極の他方はワイヤにより他の上面導電配線5に接続される。
半導体素子2は、半導体発光素子とともに搭載する、受光素子や保護素子であってもよい。半導体素子2が保護素子の場合、例えば、半導体発光素子を過電圧から保護するための、抵抗、トランジスタまたはコンデンサ等から構成される。
半導体素子2の個数は、1つでもよいし、複数でもよい。複数の半導体素子2を設ける場合、各半導体素子2の一対の電極に対応して一対の上面導電配線5を共有することができる。
半導体素子2が例えば半導体発光素子の場合、配線基板3の上面導電配線5が設けられた領域は、半導体素子2が搭載された領域(搭載部)よりも大きな外形を有する領域である。これにより、上面導電配線5において、搭載部を除いた部位、すなわち、搭載部に配置させた半導体発光素子の外側に配置された導電配線の領域に、二酸化チタンのような白色系のフィラーを電気泳動沈着法により配置させることができる。なお、半導体発光素子の表面に蛍光体を配置する場合、フィラーは蛍光体の配置領域を除く位置に配置させる。また、上面導電配線5を半導体発光素子の外形面積よりも広い領域に配置させると、半導体発光素子からの熱を広範囲に拡散できるので、背面導電配線6への熱の伝達を良好に行うことができる。そのため、半導体発光素子からの放熱を向上させることができる。
セラミックスは、主材料を、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、ムライト(Mullite)等から選択することが好ましい。これらの主材料に焼結助剤等を加え、焼結することで、絶縁性基板4としてセラミックスの基板が得られる。
封止部材8は、少なくとも半導体素子2を被覆するように配線基板3に設けられ、例えば、半導体発光素子からの光を透過させることができる透光性の部材である。配線基板3への封止部材8の形成方法として、圧縮成型、射出成型またはトランスファーモールド等種々の公知の成型技術を利用することができる。
半導体装置1には、半導体発光素子の表面または上面導電配線5の表面に蛍光体を配置させることができる。これらの蛍光体は、樹脂のような他の材料に蛍光体を混合して配線基板3の表面(上面)に印刷する方法の他、電気泳動沈着により配線基板3の上面導電配線5の表面や半導体発光素子の表面に形成させることもできる。
従来、ポストファイア工法において電極の下地層を蒸着法で形成し、その上にめっきを用いて電極を形成する方法(前記第2の電極形成方法)では、電極の下地層の密着層にチタン(Ti)が用いられることが多い。一方、本発明の実施形態に係る半導体装置1は、背面導電配線6および上面導電配線5において、下地層10の密着層11がチタンタングステン(TiW)からなるため、従来よりも電気的接続の信頼性が向上する。
また、半導体装置1を大量生産したときには、各装置において、絶縁性基板4とめっきとの隙間がないので、下地層10の腐食速度のばらつきが低減される。このように、半導体装置1によれば、従来よりも導電配線の電気的接続の信頼性が向上する。
本発明に係る半導体装置1の配線基板3を製造する方法について図6および図7を参照(適宜図1〜図3参照)して説明する。図6および図7は、半導体装置1の配線基板3を製造する工程を示す模式的な断面図である。なお、各半導体装置1に個片化する前の製造工程において、各半導体装置1の構成要素と同質の材料には同様の符号を付して説明する。
まず、配線基板の上面および背面に、シート状で感光層を有するDFR(Dry Film photo Resist)を貼り付ける。そして、DFRの上に、回路パターンが描かれたフォトマスクを載せて露光させ、露光済みの感光層をアルカリ溶液で現像して、露光していない部分の感光層を除去する。感光層において露光により硬化した部分が、図6(e)に示すレジスト70として機能する。このレジスト70は、切断線となる箇所や、一対の電極となる部分を分離する箇所等をマスクする。
また、下地層10の密着層11と副導電層12との間に、他の材料からなる層を介在させてもよい。例えばパラジウム(Pd)やTiPd等からなる層を介在させてもよい。
また、図3(b)において、電極層30が絶縁性基板4に接触する位置を、上下導通配線7の位置から離間させて示したが、電極層30が上下導通配線7に接続するように形成してもよい。
また、電極層30は一例としてNiおよびAuを含むこととしたが、NiまたはAuを含むこととしてもよい。
また、密着層11はTiWからなることとしたが、TiMoからなることとしてもよい。この場合も、同様の効果を奏することができる。
また、仮に密着層をチタンで形成した場合、チタンは酸化被膜を形成しやすく、表面を活性化しにくいためめっきが付着しにくい。したがって、電極層の形成時には、チタンからなる密着層の側面には、電極層の材料のめっきを安定に付着させることができない。つまり、絶縁性基板と電極層との間に隙間が生じる。この隙間から水分が浸入すると上記酸化チタンが腐食し、下地層の剥離の原因となる。
一方、本発明の第1の観点に係る半導体装置は、密着層がTiを含むWまたはMoの合金からなる。このTiを含むWまたはMoの合金は酸化に強く、酸化被膜を形成しにくいのでめっきが付着する。そのため、本発明の第1の観点に係る半導体装置は、電極層の形成時には、密着層の側面に、電極層の材料のめっきが付着する。よって、絶縁性基板と電極層との間に隙間が生じず、電極層は密着層の側面の保護膜として機能する。したがって、本発明の第1の観点に係る半導体装置は、たとえ高温高湿環境下で長時間使用されたとしても、従来よりも導電配線の電気的接続の信頼性を向上させることができる。
また、本発明の第1の観点に係る半導体装置において、前記主導電層の膜厚は、前記副導電層の膜厚よりも大きいことが好ましい。この場合、主導電層の膜厚は、20〜80μmであることが好ましく、前記副導電層の膜厚は、0.1〜3μmであることが好ましい。
また、本発明の第1の観点に係る半導体装置において、前記電極層は、NiまたはAuを含むことが好ましい。
また、本発明の第1の観点に係る半導体装置において、前記密着層がTiを含むWの合金で形成されている場合、Tiの含有量が1〜30wt%であることが好ましい。
また、本発明第2の観点に係る半導体装置において、前記第1導電金属がCuであることが好ましい。かかる構成によれば、半導体装置は、導電配線にCuを含むため放熱性を向上させることができる。
また、本発明第2の観点に係る半導体装置において、前記電極層は、NiおよびAuを含むことが好ましい。
また、本発明第2の観点に係る半導体装置において、前記密着層を形成するTiWは、Tiの含有量が1〜30wt%であることが好ましい。
2 半導体素子
3 配線基板
4 絶縁性基板
5 上面導電配線
6 背面導電配線
7 内部導電配線
8 封止部材
10 下地層
11 密着層
12 副導電層
19 Ti膜
20 主導電層
30 電極層
40 隙間
Claims (13)
- 半導体素子と、前記半導体素子を搭載する配線基板と、を備えた半導体装置であって、
前記配線基板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板に形成され前記半導体素子に電気的に接続された導電配線と、を有し、
前記導電配線は、前記絶縁性基板上に形成された下地層と、前記下地層の上に形成された主導電層と、前記下地層の側面と前記主導電層の側面および上面とを被覆する電極層と、を備え、
前記下地層は、前記絶縁性基板に接する、Tiを含むWまたはMoの合金の密着層を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記下地層は、前記主導電層に接する副導電層を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記主導電層および前記副導電層の少なくとも一方が、Cuからなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記主導電層の膜厚は、前記副導電層の膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体装置。
- 前記主導電層の膜厚は、20〜80μmであることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記副導電層の膜厚は、0.1〜3μmであることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の半導体装置。
- 前記主導電層がCuからなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記電極層は、NiまたはAuを含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記密着層は、Tiを含むWの合金で形成され、Tiの含有量が1〜30wt%であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 半導体素子と、前記半導体素子を搭載する配線基板と、を備えた半導体装置であって、
前記配線基板は、
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の一方の面に形成され前記半導体素子に電気的に接続された上面導電配線と、
前記絶縁性基板の他方の面に形成された背面導電配線と、
前記絶縁性基板の内部に設けられ前記上面導電配線と前記背面導電配線とを電気的に接続する上下導通配線と、を有し、
前記上面導電配線および前記背面導電配線は、それぞれ、
前記絶縁性基板上に形成された下地層と、
前記下地層の上に形成された第1導電金属からなる主導電層と、
前記絶縁性基板の表面から前記主導電層の上面にかけて形成され前記下地層の側面と前記主導電層の側面および上面とを被覆する電極層と、を備え、
前記下地層は、
前記絶縁性基板に接触して設けられTiWからなる密着層と、
前記主導電層に接触して設けられ前記第1導電金属からなる副導電層と、を備える
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記第1導電金属がCuであることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
- 前記電極層は、NiおよびAuを含むことを特徴とする請求項10または請求項11に記載の半導体装置。
- 前記密着層を形成するTiWは、Tiの含有量が1〜30wt%であることを特徴とする請求項10から請求項12のいずれか一項に記載の半導体装置。
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