JP2014029967A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱性を向上した半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、上面に溝が形成された放熱部材と、前記溝を埋め前記放熱部材上に設けられた接合部材と、上面に設けられた発光部と下面に設けられた接合電極とを含み前記接合電極が前記接合部材を介して前記放熱部材に接合されている配線基板と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、上面に溝が形成された放熱部材と、前記溝を埋め前記放熱部材上に設けられた接合部材と、上面に設けられた発光部と下面に設けられた接合電極とを含み前記接合電極が前記接合部材を介して前記放熱部材に接合されている配線基板と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
複数の半導体素子(例えば、半導体発光素子)が高密度に実装された半導体装置がある。例えば、半導体発光素子の場合、通電される電流の7割程度が熱に変わることもある。このため、半導体装置においては、効率よく放熱させるための放熱経路の確保が不可欠である。
本発明の実施形態は、放熱性を向上した半導体装置及びその製造方法を提供する。
実施形態に係る半導体装置は、上面に溝が形成された放熱部材と、前記溝を埋め前記放熱部材上に設けられた接合部材と、上面に設けられた発光部と下面に設けられた接合電極とを含み前記接合電極が前記接合部材を介して前記放熱部材に接合されている配線基板と、を備える。
実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上面に溝が形成された放熱部材上に接合部材を設ける工程と、上面に設けられた発光部と下面に設けられた接合電極とを含む配線基板を前記接合部材上に載置する工程と、前記接合部材で前記溝を埋め、前記接合部材により前記接合電極と前記放熱部材とを接合する工程と、を備える。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図1(a)は、斜視図である。図1(b)は、平面図である。図1(c)は、図1(b)のA−A’線断面図である。図1(d)は、図1(b)のB−B’線断面図である。
図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図1(a)は、斜視図である。図1(b)は、平面図である。図1(c)は、図1(b)のA−A’線断面図である。図1(d)は、図1(b)のB−B’線断面図である。
図1(a)〜図1(c)に表したように、半導体装置1(例えば、発光装置)には、放熱部材11、接合部材12、接合電極13、配線基板14、発光部15、及び、コネクタ16が設けられている。
放熱部材11の上面11aには、溝17が形成されている。接合部材12は、放熱部材11上に設けられる。接合部材12は、溝17を埋める。配線基板14は、上面14uと下面14lとを有する。配線基板14は、上面14uに設けられた発光部15と、下面14lに設けられた接合電極13と、を含む。接合電極13は、接合部材12を介して、放熱部材11に接合されている。
放熱部材11には、熱伝導率が高い材料(例えば、金属)が用いられる。放熱部材11は、例えば、銅(Cu)を含む。放熱部材11は、例えば、銅、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)及びモリブデン(Mo)からなる群より選択された少なくとも1つの金属を含む。放熱部材11には、単一の材料、または、複合材料(コンポジット材料)を用いてもよい。放熱部材11には、例えば、モリブデン層を銅層で挟んだ構造のように、複数の層を積層した構造を適用してもよい。
放熱部材11の表面に、めっき層が設けられてもよい。めっき層は、放熱部材11の表面の全体に設けられてもよく、一部の表面に設けられてもよい。表面の一部にめっき層を設ける場合、例えば、放熱部材11の表面うちの接合部材12と接する部分に、めっき層が設けられる。めっき層は、1層でもよく、2層以上でもよい。
めっき層が1層である場合は、めっき層は、例えば、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)及び金(Au)からなる群より選択された少なくとも1つの金属を含む。例えば、めっき層は、放熱部材11に含まれる金属の拡散を抑制することが望ましい。これにより、めっき層を介した放熱部材11と接合部材12との接合部分において、材料の拡散による接合強度の劣化を抑制できる。よって、接合部分の長期信頼性が向上する。
めっき層が2層である場合は、めっき層に含まれる第1層には、例えば、ニッケルが用いられる。めっき層に含まれる第2層には、例えば、ニッケルとパラジウム(Pd)の積層(Ni/Pd)体、もしくは合金、銀を含む層、及び、金を含む層のいずれかが用いられる。この場合には、めっき層のうちで放熱部材11側に設けられる第1層は、放熱部材11に含まれる金属の拡散を抑制することが望ましい。第2層は、はんだ材との濡れ性を確保することが望ましい。
めっき層が3層である場合は、例えば、第1層はニッケルを含み、第2層はパラジウムを含み、第3層は、金を含む。めっき層のうちで放熱部材11側に設けられる第1層は、放熱部材11に含まれる金属の拡散を抑制することが望ましい。中間の第2層は、例えば、光反射特性を確保することが望ましい。第3層は、はんだ材との濡れ性を確保することが望ましい。
めっきの方法は、電解めっきでもよいし、無電解めっきでもよい。放熱部材11の形状は、例えば、板状である。放熱部材11の上面11aは、例えば、矩形である。
めっきの方法は、電解めっきでもよいし、無電解めっきでもよい。放熱部材11の形状は、例えば、板状である。放熱部材11の上面11aは、例えば、矩形である。
放熱部材11の上面11aに対して平行な1つの方向をX方向とする。上面11aに対して平行で、X方向に対して垂直な方向をY方向とする。上面11aに対して垂直な方向をZ方向とする。
放熱部材11の1つの側面は、X方向に平行である。放熱部材11の別の側面は、Y方向に平行である。放熱部材11のX方向の長さ及びY方向の長さは、例えば、各50mmである。放熱部材11の厚さは、例えば、0.5〜10mmである。この例では、厚さは、例えば、2mmである。実施形態は、これに限らず、放熱部材11の寸法は、任意である。
図1(b)〜図1(d)に表したように、放熱部材11の上面11aには、溝17が設けられている。溝17は、複数の第1溝部17xと、第1溝部17xと交差する複数の第2溝部17yと、を含む。この例では、第1溝部17xは、1つの方向(X方向)に延びている。そして、第2溝部17yは、別の1つの方向(Y方向)に延びている。この例では、第1溝部17x及び第2溝部17yは、直線状に延びている。ただし、実施形態はこれに限らず、これらの溝部の少なくとも一部は、曲線状に延びても良い。これらの溝部は、曲線状の部分を有していても良い。第1溝部17xが設けられ、第2溝部17yが省略されても良い。
複数の第1溝部17xと複数の第2溝部17yとが互いに交差する。溝17を上方から見た形状は、格子状である。
複数の第1溝部17xは、Y方向に並ぶ。複数の第1溝部17xどうしの間隔は、一定でも、一定でなくても良い。この例では、間隔は一定である。すなわち、第1溝部17xは、周期的に設けられている。周期は、例えば、50μm以上2mm以下である。この例では、周期は、100μmである。
複数の第1溝部17xは、Y方向に並ぶ。複数の第1溝部17xどうしの間隔は、一定でも、一定でなくても良い。この例では、間隔は一定である。すなわち、第1溝部17xは、周期的に設けられている。周期は、例えば、50μm以上2mm以下である。この例では、周期は、100μmである。
複数の第2溝部17yは、X方向に並ぶ。複数の第2溝部17yどうしの間隔は一定でも良く、一定でなくても良い。この例では、間隔は、一定である。周期は、例えば、50μm以上2mm以下である。この例では、周期は、100μmである。第1溝部17x及び第2溝部17yの深さは、例えば、5μm以上200μm以下である。この例では、20μmである。
第1溝部17xの、第1溝部17xが延びる方向に垂直な断面形状は、V字型である。第2溝部17yの、第2溝部17yが延びる方向に垂直な断面形状は、V字型である。V字を形成する2つの斜面の間の角度は、例えば、90度である。なお、この角度は、90度でなくてもよい。第1溝部17x及び第2溝部17yの断面形状はV字型に限らない。断面形状は、半円形でもよいし、四角形でもよい。溝17は、3つ以上の方向に延びる複数の溝部を含んでも良い。溝部の延びる方向は、放熱部材11の配線基板14の側面に対して、平行でもよく、垂直でもよく、傾斜してもよい。
実施形態において、溝部の数、溝部の形状、及び、溝部の配置は任意である。
実施形態において、溝部の数、溝部の形状、及び、溝部の配置は任意である。
この例では、放熱部材11上に、複数の突起35が設けられている。突起35の数は、例えば3以上である。突起35は、例えば、後述する配線基板14の角部の直下域に配置されている。突起35の高さは、例えば、50μm以上200μm以下である。この例では、高さは、100μmである。突起35の形状は、柱状または錐状である。突起の底面の外径は、例えば、50μm以上200μmである。突起35は、例えば、後述する接合部材12の厚さを制御する。
突起35は、必要に応じて設けられる。例えば、後述するはんだ材(接合部材12)に金属粒子を混合してはんだの厚さを制御する場合には、突起35は、省略しても良い。
接合部材12は、放熱部材11上に配置されている。接合部材12は、溝17を埋め込む。接合部材12は、溝17の直上域を覆っている。接合部材12の下面には、溝17の形状に沿う凸部が形成されている。凸部は、X方向に延びる複数の第1突条部12x、及び、Y方向に延びる複数の第2突条部12yを含む。
X−Y平面(放熱部材11の上面11aに対して平行な平面)に投影したときの接合部材12の形状は、略矩形である。この例では、X−Y平面に投影したときに、接合部材12の外縁12bの内側に、溝17は位置している。外縁12bは、溝17と離隔している。外縁12bは、溝17と交差していない。接合部材12の側面には、放熱部材11の側が拡がったテーパ12cが形成されている、テーパ12cにおいては、側面が、下方ほど外側に拡がっている。接合部材12の、上面11aと接する面の外縁が、接合部材12の外縁12bに対応する。
接合部材12の側面の形状は、テーパ状には限らない。例えば、接合部材12の側面は、「中狭状」または「中広状」でも良い。「中狭状」においては、上部及び下部に比べて中央部において、接合部材12の幅(X−Y平面に平行な長さ)が狭い。「中広状」においては、上部及び下部に比べて、中央部において、接合部材12の幅が広い。接合部材12の側面は、「垂直状」でも良い。「垂直状」においては、接合部材12の幅は、厚さ方向において一定である。
接合部材12の厚さは、例えば、20μm以上200μmである。この例では、100μmである。接合部材12には、例えば、はんだ材が用いられる。接合部材12は、例えば、SnAgCu系はんだ、SnAg系はんだ、SnZn系はんだ、SnNi系はんだ、及び、SnCu系はんだからなる群より選択された少なくとも1つを含んでいてもよい。接合部材12に用いられるはんだ材は、例えば、スズ(Sn)を含む。はんだ材は、例えば、ベースとしてのスズ(Sn)と、銀(Ag)、銅(Cu)、ビスマス(Bi)、ニッケル(Ni)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、リン(P)の少なくともいずれかと、を含む混合材料を含む。接合部材12においては、例えば、200℃〜250℃の範囲に、固相線温度及び液相線温度を示す。
接合部材12の厚さは、例えば、上述の放熱部材11に形成した突起35により、制御することができる。
接合部材12の厚さは、接合部材12に分散される粒子により制御されても良い。
接合部材12中に、例えば、粒子(例えば金属粒子)が分散される。X−Y平面に投影したときに、接合部材12に含まれる金属粒子の密度は、例えば、1平方mm当たり0.2個以上10個以下(例えば1個程度)である。金属粒子の平均的な粒径は、例えば50〜200μmである。金属粒子には、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)及びNiの少なくともいずれかが用いられる。また、金属粒子は、複数の材料を含んでも良い。金属粒子は、例えば、Cuの粒子と、その粒子の表面に設けられたNiコート層と、を含むことができる。このNiコート層は、拡散の抑制機能を有する。このように、金属粒子として、2層以上の金属層を含む粒子を用いることができる。金属粒子として、2種類以上の金属を混合した合金材料を使用してもよい。さらに、粒子として、樹脂またはセラミックの粒子を金属材料で表面コートしたものを使用してもよい。
接合部材12の厚さは、接合部材12に分散される粒子により制御されても良い。
接合部材12中に、例えば、粒子(例えば金属粒子)が分散される。X−Y平面に投影したときに、接合部材12に含まれる金属粒子の密度は、例えば、1平方mm当たり0.2個以上10個以下(例えば1個程度)である。金属粒子の平均的な粒径は、例えば50〜200μmである。金属粒子には、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)及びNiの少なくともいずれかが用いられる。また、金属粒子は、複数の材料を含んでも良い。金属粒子は、例えば、Cuの粒子と、その粒子の表面に設けられたNiコート層と、を含むことができる。このNiコート層は、拡散の抑制機能を有する。このように、金属粒子として、2層以上の金属層を含む粒子を用いることができる。金属粒子として、2種類以上の金属を混合した合金材料を使用してもよい。さらに、粒子として、樹脂またはセラミックの粒子を金属材料で表面コートしたものを使用してもよい。
配線基板14は、接合部材12上に配置されている。X−Y平面に投影した配線基板14の形状は、例えば、矩形である。この例では、X−Y平面に投影したときに、配線基板14の外縁14bは、外縁12bの内側に位置する。外縁14bの内側に、溝17は位置している。外縁14bは、溝17と離隔している。配線基板14のX方向の長さ及びY方向の長さは、例えば、各30mmである。配線基板14の厚さは、例えば、100μm以上2mm以下である。この例では、厚さは、1mmである。配線基板14には、例えば、セラミックが用いられる。
配線基板14の下面には、接合電極13が設けられている。X−Y平面に投影した接合電極13の形状は、例えば、矩形である。X−Y平面に投影したときに、接合電極13の外縁13bは、外縁12bの内側に位置している。なお、後述するように、必要に応じて、接合電極13は、外縁12bと同サイズでもよい。外縁13bの内側に、溝17は位置している。外縁13bは、溝17と離隔している。接合電極13のX方向の長さ及びY方向の長さは、例えば、各29mmである。この例では、第1溝部17xのX方向の長さは、配線基板14のX方向の長さよりも短く、接合電極13のX方向の長さよりも短い。第1溝部17xのX方向の長さは、例えば、28mmである。また、第2溝部17yのY方向の長さは、配線基板14のY方向の長さよりも短く、接合電極13のY方向の長さよりも短い。第2溝部17yのY方向の長さは、例えば、28mmである。接合電極13の厚さは、例えば、10μm以上200μm以下である。この例では、接合電極13の厚さは、50μmである。
接合電極13には、熱伝導性の高い材料が用いられる。接合電極13には、例えば、銅が用いられる。接合電極13の表面には、めっき層が設けられてもよい。このめっき層には、例えば、厚さが1μm〜5μmのNi層と、厚さが0.01μm〜0.5μmの金層と、を含む積層構造が適用される。このめっき層の形成には、電解めっきまたは無電解めっきが用いられる。めっき層には、Niを含む層、Pdを含む層、及び、Auを含む層を含む3層構造を適用しても良い。このめっき層の形成には、例えば、無電解めっきまたは電解めっきが用いられる。めっき層として、Agを含む1層の電解めっき層を用いてもよい。
図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図2(b)は、発光部15の構成を例示する平面図である。図2(a)は、図2(b)のA−A’線断面図である。
図2(b)は、発光部15の構成を例示する平面図である。図2(a)は、図2(b)のA−A’線断面図である。
図2(a)及び図2(b)に表したように、発光部15は、配線基板14の上面14uの上に設けられている。発光部15は、例えば、光を発光する複数の半導体発光素子15aと、半導体発光素子15aの周囲を取り囲む枠15bと、枠15bの中に充填された封止樹脂15cと、を含む。
半導体発光素子15aは、発光層(図示しない)を含む。発光層は、例えば、サファイア(Al2O3)またはシリコン(Si)またはガリウムヒ素(GaAs)などの含む基材上に形成される。発光層を形成した後に、基材が除去されても良い。発光層には、例えば、GaNなどの窒化物半導体(窒化物系化合物半導体)や、InGaAlPなどの化合物半導体など、各種の材料を用いることができる。
配線基板14の上面14uには、回路配線14aが設けられている。半導体発光素子15aは、回路配線14aに接合されている。この接合には、例えば導電材料が用いられる。
配線基板14の上面14uには、回路配線14aが設けられている。半導体発光素子15aは、回路配線14aに接合されている。この接合には、例えば導電材料が用いられる。
半導体発光素子15aの上面は、例えば、各1mmの辺を有する矩形である。半導体発光素子15aの厚さは、例えば、0.2mmである。複数の半導体発光素子15aが、配線基板14上に、配置されている。複数の半導体発光素子15aは、例えば、X方向及びY方向に沿って配置される。例えば、X方向に6個、Y方向に6個、1mm間隔で、マトリクス状に、半導体発光素子15aが配置される。半導体発光素子15aの寸法、数、及び、配置は任意である。
枠15bは、配線基板14上に設けられる。枠15bで囲まれた領域は、上方から見て、例えば矩形である。半導体発光素子15aは、枠15bで囲まれた領域内に配置されている。枠15bで囲まれた領域のX方向の長さ及びY方向の長さは、例えば、16mm以上18mm以下である。この本実施形態においては、例えば、X方向の長さは16mmであり、Y方向の長さは18mmである。枠15bの高さは半導体発光素子15aの高さよりも高く、0.7mm以上1.5mm以下(例えば、0.8mm)である。枠15bの寸法及び配置は任意である。
枠15bで囲まれた領域(空間)は、封止樹脂15cにより充填されている。半導体発光素子15aは、封止樹脂15cで封止されている。封止樹脂15cは、例えば、波長変換部を含む。波長変換部は、半導体発光素子15aから放出される発光の一部を吸収し、発光の波長とは異なる波長を有する光を放出する。波長変換部には、例えば、蛍光体が用いられる。波長を変換することで、所望の色の光が得られる。
コネクタ16は、配線基板14上において、はんだ材により配線(回路配線14a)の一端と接続されている。半導体発光素子15aを発光させるための電力は、コネクタ16を介して供給される。なお、コネクタ16を介さずに、電力供給のためのケーブルを配線基板14に直接、はんだにより接続してもよい。コネクタ16の形状は、例えば矩形である。コネクタ16のX方向の長さ及びY方向の長さは、例えば4mm〜5mmである。この例では、例えば、X方向の長さは4mmであり、Y方向の長さは5mmである。コネクタ16の高さは、例えば、1mmである。これらの寸法は、任意である。
図2(a)及び図2(b)に示した例では、発光部15として、複数の半導体発光素子15aが用いられているが、実施形態はこれには限定されない。半導体発光素子15aの数は、1でも良い。発光部15には、1つ以上の半導体発光素子15aが設けられる。
発光部15として、例えば、半導体発光素子がリードフレーム上に実装された半導体発光装置を用いても良い。発光部15として、半導体発光素子が、樹脂などのパッケージ内に格納された半導体発光装置を用いても良い。実施形態において、このような半導体発光装置を配線基板14の上に搭載しても良い。配線基板14の上に搭載された半導体発光装置の数は、1でも2以上でもよい。
本実施形態に係る半導体装置1の製造方法の例について説明する。
図3(a)〜図3(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。
図3(a)及び図3(b)は、側面図である。図3(c)は、溝、接合電極及び接合部材シートを例示する透視平面図である。図3(d)は、図3(c)のA−A’線断面図である。図3(e)は、図3(c)のB−B’線断面図である。
図3(a)〜図3(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。
図3(a)及び図3(b)は、側面図である。図3(c)は、溝、接合電極及び接合部材シートを例示する透視平面図である。図3(d)は、図3(c)のA−A’線断面図である。図3(e)は、図3(c)のB−B’線断面図である。
図3(a)〜(e)において、まず、半導体装置1に含まれる各部品が集合された集合体1aを形成する。
まず、図3(a)に表したように、放熱部材11を準備する。放熱部材11の上面11aには、溝17(この図では図示されていない)が形成されている。溝17として、例えば、複数の第1溝部17x、及び、複数の第2溝部17yが形成されている。放熱部材11上に、複数の突起35が形成されていてもよい。
次に、図3(b)、図3(d)及び図3(e)に表したように、放熱部材11の溝17上に、接合部材シート18を配置する。接合部材シート18として、例えば、はんだシートが用いられる。
接合部材シート18は、シート状である。接合部材シート18は、接合材料を含んでいる。接合材料は、例えば、スズ(Sn)を含む。接合材料は、ベースとしてのスズ(Sn)と、銀(Ag)、銅(Cu)、ビスマス(Bi)、ニッケル(Ni)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、リン(P)の少なくともいずれかと、を含む混合材料を含む。接合材料の量は、溝17の容積よりも大きい量である。接合材料の量は、例えば、溝17を埋め、放熱部材11と接合電極13との間に接合材料が一様に拡がる量である。接合部材シート18の厚さは、例えば、50μm〜300μmである。
接合部材シート18は、複数の金属粒子(例えばニッケル(Ni)ボール)を含んでいてもよい。ニッケル(Ni)ボールの平均的な粒径は、例えば、50μm〜200μmである。X−Y平面に投影したときのニッケルボールの密度は、例えば、1平方mm当たり1個程度である。
図3(c)に表したように、X−Y平面に投影した接合部材シート18の形状は、矩形である。X−Y平面に投影したときに、接合部材シート18の外縁18bは、溝17と交差している。すなわち、溝17は、外縁18bの内側に位置する部分と、外縁18bの外側に位置する部分と、を含んでいる。
図3(b)、図3(d)及び図3(e)に表したように、配線基板14を準備する。配線基板14上に、半導体発光素子15aを含む発光部15が配置されている。配線基板14上には、コネクタ16が配置されている。配線基板14の下面には、接合電極13が形成されている。接合部材シート18上に、配線基板14を載置する。
図3(c)に表したように、X−Y平面に投影した接合電極13の形状は、例えば、矩形である。X−Y平面に投影したときに、接合電極13の外縁13bを、接合部材シート18外縁18bの外側に位置させる。また、外縁13bの内側に、溝17を位置させる。X−Y平面に投影したときに、外縁13bと溝17とは、互いに離隔する。
X−Y平面に投影した配線基板14の形状は、例えば、矩形である。X−Y平面に投影したときに、配線基板14の外縁14bの内側に、溝17を位置させる。外縁14bと溝17とは、互いに離隔する。
このようにして、放熱部材11、接合部材シート18、接合電極13、配線基板14及び発光部15により、例えば、集合体1aが形成される。集合体1aは、半導体装置1となる。半導体装置1は、例えばCOB(Chip on board)型である。
図4(a)及び図4(b)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する断面図である。
図4(a)に表したように、チャンバー20の内部には、複数のキャリアステージ21が設けられている。チャンバー20内において、一部のキャリアステージ21の下方には、ヒータ22が設けられている。また、別のキャリアステージ21の下方には、冷却プレート24が設けられている。
図4(b)に表したように、部品の集合体1aを、チャンバー20内に導入する。部品の集合体1aをキャリアステージ21上に配置する。
図4(a)に表したように、チャンバー20の内部には、複数のキャリアステージ21が設けられている。チャンバー20内において、一部のキャリアステージ21の下方には、ヒータ22が設けられている。また、別のキャリアステージ21の下方には、冷却プレート24が設けられている。
図4(b)に表したように、部品の集合体1aを、チャンバー20内に導入する。部品の集合体1aをキャリアステージ21上に配置する。
ヒータ22は、上下に移動可能である。ヒータ22をキャリアステージ21に近づける、または、ヒータ22をキャリアステージ21に接触させる。これにより、キャリアステージ21上に搭載された部品の集合体1aが加熱される。キャリアステージ21には、温度計測器23が設けられている。温度計測器23として、例えば熱電対が用いられる。キャリアステージ21とヒータ22との間の距離を変化させることにより、集合体1aの温度を制御する。
冷却プレート24の上のキャリアステージ21に、集合体1a(または半導体装置1)が配置されるときに、冷却される。
冷却プレート24の上のキャリアステージ21に、集合体1a(または半導体装置1)が配置されるときに、冷却される。
図5は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図5は、還元ガスを用いた減圧リフロープロセスを例示している。
図6は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するグラフ図である。
図6は、減圧リフロープロセスにおける圧力プロファイル及び温度プロファイルを例示するグラフ図である。横軸は時間であり、縦軸は、圧力または温度を示す。
図7(a)〜図7(d)、図8(a)〜図8(d)、及び、図9(a)〜図9(c)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図5は、還元ガスを用いた減圧リフロープロセスを例示している。
図6は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するグラフ図である。
図6は、減圧リフロープロセスにおける圧力プロファイル及び温度プロファイルを例示するグラフ図である。横軸は時間であり、縦軸は、圧力または温度を示す。
図7(a)〜図7(d)、図8(a)〜図8(d)、及び、図9(a)〜図9(c)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図5のステップS0、図6の時間t0及び図7(a)に示したように、チャンバー20の内部を減圧した後に不活性ガス25を充填する。減圧時の圧力は、例えば、500パスカル(Pa)である。不活性ガス25として、例えば、窒素(N2)が用いられる。不活性ガス25の充填により、チャンバー20の内部の圧力Pを、大気圧以下、例えば、90000パスカル(Pa)にする。減圧と充填とを、2回繰り返す。接合部材シート18、接合電極13及び放熱部材11の表面には、酸化膜が形成されている。上記の処理により、後述する加熱によって酸化膜の厚さが増加することが抑制される。
次に、図5のステップS1及び図6の時間t1に示すように、集合体1aを搭載したキャリアステージ21を、ヒータ22の上方である加熱ゾーンに搬送する。
次に、図5のステップS2、図6の時間t2及び図7(b)に示すように、予備加熱温度まで集合体1aの温度を上昇させる。温度Tを、還元するための所定の温度まで上昇させる。所定の温度は、例えば、150℃以上であり、かつ、接合材料(例えば、はんだ)の融点以下である。加熱は、例えば、ヒータ22の上面を、キャリアステージ21の下面に接触させることにより行う。接合部材シート18が接合材料としてスズ(Sn)を含む場合には、所定の温度は、220℃以下である。所定の温度は、好ましくは、150℃〜190℃の間の温度である。所定の温度は、例えば、190℃である。
次に、図5のステップS2、図6の時間t2及び図7(b)に示すように、予備加熱温度まで集合体1aの温度を上昇させる。温度Tを、還元するための所定の温度まで上昇させる。所定の温度は、例えば、150℃以上であり、かつ、接合材料(例えば、はんだ)の融点以下である。加熱は、例えば、ヒータ22の上面を、キャリアステージ21の下面に接触させることにより行う。接合部材シート18が接合材料としてスズ(Sn)を含む場合には、所定の温度は、220℃以下である。所定の温度は、好ましくは、150℃〜190℃の間の温度である。所定の温度は、例えば、190℃である。
次に、図5のステップS3、図6の時間t3及び図7(c)に示すように、温度を維持しながら、チャンバー20の内部を減圧する。これにより、チャンバー20の内部の不活性ガスを除去して、減圧雰囲気26とする。減圧時の圧力は、例えば、500パスカル(Pa)である。
次に、図5のステップS4、図6の時間t4及び図7(d)に示すように、還元ガス27を含む気体をチャンバー20の内部に、一定の圧力になるまで導入した後、その状態を一定時間保持する。還元ガス27として、例えば、ギ酸(HCOOH)のガスが用いられる。ギ酸ガスを含む気体は、液体のギ酸が充填されたタンク中に、窒素(N2)をバブリングすることにより形成される。これにより、ギ酸ガスと窒素とを含む気体が形成される。この気体は、例えば、ガス体積比で、5%以下(例えば、1%)で、ギ酸ガスを含有する。ギ酸ガスを含む気体をチャンバー20の内部に導入する。なお、還元ガス27は、ギ酸ガスに限らない。還元ガス27として、例えば、水素(H2)を用いてもよい。
図8(a)に表したように、還元ガス27の導入により、接合部材シート18の接合材料の酸化物、及び、接合電極13の表面の酸化物、及び、放熱部材11の表面の酸化物に対して、還元反応が起こる。接合材料の酸化物は、例えば、スズ(Sn)の酸化物である。接合材料の酸化物は、ベースとしてのスズ(Sn)と、銀(Ag)、銅(Cu)、ビスマス(Bi)、ニッケル(Ni)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、リン(P)の少なくともいずれかと、を含む混合材料の酸化物である。
ギ酸(HCOOH)と、接合材料28の酸化物(MO)と、における還元反応は、例えば、
HCOOH+MO → M+H2O+CO2 (1)
の(1)式で表される。
HCOOH+MO → M+H2O+CO2 (1)
の(1)式で表される。
所定の時間、還元反応を生じさせた後に、図5のステップS5、図6の時間t5及び図8(b)に示すように、加熱し、所定の時間その温度を保持する。加熱の温度は、接合部材シート18の接合材料28の融点以上である。加熱の温度は、接合材料28の液相線温度以上である。接合部材シート18がはんだ材の場合には、加熱の温度は、例えば、液相線温度よりも20℃〜30℃程度高い温度である。加工点の温度バラツキを考慮して、加熱の温度は、確実なはんだの溶融が得られる温度とする。実施例では、加熱のピーク温度は、例えば250℃である。これにより、接合部材シート18の接合材料28(例えば、はんだ)は、溶融する。
溶融した接合材料28は、放熱部材11と接合電極13との間で濡れ拡がる。溶融した接合材料28は、溝17を埋め、溝17の直上域を覆う。例えば、X−Y平面に投影したときに、溶融した接合材料28の外縁28bは、外縁14bの外側である。
必要に応じて、治具などにより配線基板14を加圧して、はんだ(溶融した接合材料28)を接合電極13の全体に押し広げても良い。これにより、接合材料28の厚さは、放熱部材11の表面に形成された突起35の高さに対応する厚さとなる。または、接合材料28の厚さは、はんだ中に混入した金属粒子のサイズに対応する厚さとなる。接合材料28の厚さの精度が向上する。
この状態において、接合材料28の外縁28bは、溝17と離隔する。また、溶融した接合材料28の側面に、放熱部材11側が拡がっているテーパが形成される。接合材料28の特性、放熱部材11の材料と表面状態、ガス雰囲気や温度などの条件によっては、接合材料28の側面は、垂直形状になる場合もある。また、側面は、中狭状、または中広状となる場合もある。
図8(c)に表したように、溶融した接合材料28の内部には、必ず気泡29が発生する。気泡29が発生する原因は、例えば、以下の3つを含む。
1番目の原因は、集合体1aを形成する材料の隙間にもともとあったガスである。このガスは、「巻き込みボイド」と呼ばれる。
2番目の原因は、還元しきれなかった金属表面酸化膜にトラップされたガスである。酸化膜の部分では、はんだが他の材料に濡れないため、減圧しても酸化膜近傍の気泡は排除できない。
3番目の原因は、上述した(1)式の還元反応により発生した水蒸気(H2O)及び二酸化炭素(CO2)を含むガスである。
1番目の原因は、集合体1aを形成する材料の隙間にもともとあったガスである。このガスは、「巻き込みボイド」と呼ばれる。
2番目の原因は、還元しきれなかった金属表面酸化膜にトラップされたガスである。酸化膜の部分では、はんだが他の材料に濡れないため、減圧しても酸化膜近傍の気泡は排除できない。
3番目の原因は、上述した(1)式の還元反応により発生した水蒸気(H2O)及び二酸化炭素(CO2)を含むガスである。
次に、図5のステップS6、図6の時間t6及び図8(d)に示すように、温度を維持しながら、チャンバー20の内部を減圧する。チャンバー20の内部は、減圧雰囲気26となる。減圧時の圧力は、例えば、500パスカル(Pa)である。
図9(a)に表したように、チャンバー20の内部を減圧することにより、溶融した接合材料28の内部に残存する気泡29を、溶融した接合材料28の外部へ排出させる。このようにして、接合材料28の中に残存する気泡29の体積を減らすことができる。気泡29の数が減少する。
次に、図5のステップS7、図6の時間t7及び図9(b)に示すように、温度を維持したまま、不活性ガス25をチャンバー20の内部に導入する。このときのチャンバー20の内部の圧力は、大気圧以下であり、例えば、90000パスカル(Pa)である。
次に、図5のステップS8、図6の時間t8及び図9(c)に示すように、キャリアステージ21を冷却プレート24上に配置する。これにより、キャリアステージ21上の部品の集合体1aを冷却する。溶融した接合材料28を凝固させ、接合部材12とする。このようにして、図1に示す半導体装置1が形成される。
本実施形態に係る半導体装置1においては、放熱部材11の上面11aに、溝17が形成されている。よって、還元ガス27は、溝17を介して接合部材シート18の表面に到達することができる。これにより、接合部材シート18の表面酸化膜、接合電極13の表面酸化膜、及び、放熱部材11の表面酸化膜の還元反応を効率よく行うことができる。よって、接合部材12の溶融時に、表面酸化膜による阻害を抑制して、接合部材12と接合電極13との接合、及び、接合部材12と放熱部材11との接合を確実に行うことができる。接合部材12としてはんだ材を使用する場合、表面酸化膜が残存することによる、接合電極13とはんだとの濡れ不良と、放熱部材11とはんだとの濡れ不良と、を抑制できる。これにより、接合不良が抑制された接合部を得ることができる。
表面酸化膜が残存すると、接合後の接合部材12中に気泡29が残存しやすい。本実施形態においては、気泡29の残存が抑制された接合部を得ることができる。
本実施形態においては、残存する気泡29が少ない。残存する気泡29の内部には、例えば、還元ガスが含まれる。気泡29の内部には、例えば、還元ガスが表面酸化膜を還元することによって生成される反応物が含まれる。気泡29の内部には、例えば、還元ガスと不活性ガスとの混合ガス(例えば、ギ酸ガスと窒素ガスの混合ガス、または、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスなど)が含まれる。
実施形態においては、接合不良(特に、はんだ材を使用する場合には濡れ不良)を抑制し、気泡29の量を減らす。これにより、接合部の機械的な強度や熱伝導率を向上させることができる。
実施形態においては、減圧雰囲気26中で、接合材料28を溶融している。これにより、溶融された接合材料28の中に形成される気泡29の量を少なくするすることができる。さらに、放熱部材11の上面に形成された溝17を介して効率よく気泡29を外部に排出することができる。これにより、半導体装置1の接合部における気泡29の残存を抑制することができる。よって、接合部の機械的な強度や熱伝導率を向上させることができる。
このように、接合部の機械的な強度や熱伝導率を向上させることによって、半導体装置1の機械的な信頼性を向上させ、放熱性も向上させることができる。そして、動作信頼性も向上する。
還元ガス27としてギ酸ガスを用いると、水素を用いる場合よりも低い温度で還元反応が生じる。よって、例えば、製造のランニングコストを低減することができる。また、接合部材12(接合材料28)として融点が低い材料を用いることができ、接合材料28のための材料の選択の範囲を拡げることができる。さらに、低い温度で還元反応を生じさせることができるので、半導体装置1の汚染を抑制することができる。
ギ酸は、爆発性のある水素よりも危険性が低いので、設備にかかるコストを低減することができる。また、接合電極13が銅(Cu)を含む場合において、銅(Cu)の表面の防錆剤をギ酸で除去できる。これにより、接合強度を向上させることができる。
接合材料28の量は、溝17の容積よりも大きい。接合材料28の量は、溝17を埋め、放熱部材11と接合電極13との間に一様に拡がる量である。はんだ量が不足すると、接合部材12の突条部に気泡が残存する。接合材料28の量を上記に設定することで、この気泡の残存を抑制することができる。
還元反応にギ酸ガスを用いており、還元反応にフラックスを用いていない。これにより、還元反応後にフラックス除去の洗浄をする必要がない。よって、生産コストを低減し、汚染を低減することができる。
(第1参考例)
第1参考例では、還元ガスの代わりにフラックスを用いて、はんだの還元反応を行う。 図10(a)及び図10(b)は、参考例の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
第1参考例では、還元ガスの代わりにフラックスを用いて、はんだの還元反応を行う。 図10(a)及び図10(b)は、参考例の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図10(a)に表したように、本参考例の部品の集合体101aにおいて、放熱部材11の上面11aに溝が形成されていない。そして、放熱部材11と配線基板14との間には、接合部材シートの代わりに、粒状のはんだ31とフラックス32とを混合したはんだペーストを配置している。
本参考例において、図10(b)に表したように、部品の集合体101bにおいて、放熱部材11と配線基板14との間に、フラックス32を表面に塗布したはんだシート33を配置してもよい。
本参考例においても、実施形態と同様に、図4(a)及び図7(a)に関して説明したように、部品の集合体101aを、チャンバー20内に導入する。そして、チャンバー20の内部に不活性ガス25を充填する。
図11(a)及び図11(b)は、参考例の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図11(a)に表したように、加熱する。この加熱により、フラックス中の還元剤で、接合部材の表面酸化膜が還元される。加熱の温度は、例えば、150℃以上であって、使用するはんだの融点以下である。フラックス32により、はんだ31に含まれる接合材料の表面酸化物、接合電極の表面酸化膜、及び、放熱部材の表面酸化膜を還元する。
図11(a)に表したように、加熱する。この加熱により、フラックス中の還元剤で、接合部材の表面酸化膜が還元される。加熱の温度は、例えば、150℃以上であって、使用するはんだの融点以下である。フラックス32により、はんだ31に含まれる接合材料の表面酸化物、接合電極の表面酸化膜、及び、放熱部材の表面酸化膜を還元する。
次に、図11(b)に表したように、所定の時間の還元反応を行った後、はんだ31の融点以上に加熱する。これにより、はんだペーストにおけるはんだ31を溶融させる。溶融したはんだ31は、放熱部材11と配線基板14との間で拡がる。その後、温度を維持しながら、チャンバー20の内部を減圧する。圧力は、例えば、500パスカル(Pa)である。
次に、本実施形態と同様に、図9(b)及び図9(c)に関して説明したように、温度を維持したまま、不活性ガス25をチャンバーの内部に導入する。これにより、チャンバー20の内部の圧力を90000パスカル(Pa)にする。キャリアステージ21を冷却プレート24上に配置する。溶融したはんだ34を凝固させる。このようにして、第1参考例の半導体装置が形成される。
図12(a)及び図12(b)は、参考例の半導体装置を例示する模式的断面図である。
図12(a)及び図12(b)に表したように、第1参考例の半導体装置101及び102においては、はんだ34をフラックス32により還元させる。よって、はんだ34の側面にフラックス残渣32aが付着する。したがって、洗浄工程が必要になる。このため、生産コストが増加する。
図12(a)及び図12(b)に表したように、第1参考例の半導体装置101及び102においては、はんだ34をフラックス32により還元させる。よって、はんだ34の側面にフラックス残渣32aが付着する。したがって、洗浄工程が必要になる。このため、生産コストが増加する。
発光部15に用いられるシリコーン樹脂の表面は、付着性が高い。発光部15において、シリコーン樹脂で封止されている場合、封止部(封止樹脂15c)の表面に、フラックスの残渣が再付着する。これにより、半導体装置の光学特性が低下することがある。また、例えば、シリコーン樹脂中にフラックス残渣などの不純物が混入する。これにより、半導体装置の信頼性が低下することがある。
また、はんだ34を溶融させているときに、フラックス32が突沸する。これにより、はんだ34を含んだはんだボール34aが飛散する。はんだボール34aが、ねじ止めなどの固定部に飛散すると、固定ができなくなる場合がある。また、電気的な短絡を引き起こすこともある。
さらに、チャンバー20の内部に、フラックスまたはフラックスを溶かす溶剤が飛散すると、チャンバー20の内部を減圧することが困難となる。さらに、発光部15(例えば半導体発光素子15aを含む)の汚染原因になる。これにより、信頼性が低下する。
(第2参考例)
第2参考例では、はんだシート33を還元ガスにより還元し、放熱部材11の上面11aに溝17が形成されていない。
図12(c)は、参考例の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図12(c)に表したように、第2参考例においては、放熱部材11の上面には、溝17が形成されていない。
本実施形態と同様に、図5に例示した処理を行う。
第2参考例では、はんだシート33を還元ガスにより還元し、放熱部材11の上面11aに溝17が形成されていない。
図12(c)は、参考例の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図12(c)に表したように、第2参考例においては、放熱部材11の上面には、溝17が形成されていない。
本実施形態と同様に、図5に例示した処理を行う。
第2参考例においては、放熱部材11の上面に溝17が形成されていないため、接合電極13と接合部材12との界面、及び、接合部材12と放熱部材11との界面に隙間がない。このため、還元ガスが、接合部材シート18の表面に浸透しにくい。よって、還元反応が十分に起こらず、例えば、接合部材12の表面酸化膜が十分に除去できない。このため、接合部材12と接合電極13との接合、及び、接合部材12と放熱部材11との接合が適切に行われない。さらに、気泡29をトラップしやすく、接合部材12内の気泡29の残存量を少なくすることが困難である。
第2参考例においては、放熱部材11の上面11aに溝17が形成されている場合に比べて、気泡29の通路が確保できない。よって、溶融した接合材料28中の気泡29を除去することが困難である。接合部材12に残る気泡29が多いと、接合部の機械的な強度や熱伝導率が低下する。これにより、半導体装置の放熱性を向上することが困難である。また、接合部に大量の気泡29が含まれると、配線基板14と放熱部材11との間の接合強度が低下する。
図13は、第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
図13に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置においては、X−Y平面に投影したときに、接合部材12の外縁12bが、接合電極13の外縁13bと、実質的に重なる。接合電極13は、外縁12bと同サイズである。例えば、接合部材12の面積は、接合電極13の面積と実質的に同じである。これ以外は、半導体装置1と同様である。この例においても、放熱性を向上することができる。
図13に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置においては、X−Y平面に投影したときに、接合部材12の外縁12bが、接合電極13の外縁13bと、実質的に重なる。接合電極13は、外縁12bと同サイズである。例えば、接合部材12の面積は、接合電極13の面積と実質的に同じである。これ以外は、半導体装置1と同様である。この例においても、放熱性を向上することができる。
(第2の実施形態)
本実施形態においては、配線基板14の外縁14bの外側にも、溝17の一部が位置する。
図14(a)〜図14(d)は、第2の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図14(a)は、斜視図である。図14(b)は、平面図である。図14(c)は、図14(b)のA−A’線断面図である。図14(d)は、図14(b)のB−B’線断面図である。
本実施形態においては、配線基板14の外縁14bの外側にも、溝17の一部が位置する。
図14(a)〜図14(d)は、第2の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図14(a)は、斜視図である。図14(b)は、平面図である。図14(c)は、図14(b)のA−A’線断面図である。図14(d)は、図14(b)のB−B’線断面図である。
図14(a)〜図14(d)に表したように、本実施形態に係る半導体装置2においても、放熱部材11、接合部材12及び配線基板14が設けられている。配線基板14には、接合電極13と、発光部15と、が設けられている。
図14(a)に表したように、X−Y平面に投影したときに、接合電極13の外縁13b及び配線基板14の14bは、溝17と交差している。すなわち、溝17は、外縁13b及び外縁14bの内側に位置する部分と、外縁18bの外側に位置する部分と、を含んでいる。これ以外の構成は、半導体装置1と同様である。
半導体装置2の製造方法の例について説明する。
図15(a)〜図15(d)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。
図15(a)は、溝17、接合電極13及び接合部材シート18を透視した平面図である。図15(b)は、図15(a)のA−A’線断面図である、図15(c)は、図15(a)のB−B’線断面図である。図15(d)は、図15(a)のA−A’線に相当する別の例を示す断面図である。
図15(a)〜図15(d)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式図である。
図15(a)は、溝17、接合電極13及び接合部材シート18を透視した平面図である。図15(b)は、図15(a)のA−A’線断面図である、図15(c)は、図15(a)のB−B’線断面図である。図15(d)は、図15(a)のA−A’線に相当する別の例を示す断面図である。
図15(a)に表したように、接合部材シート18及び配線基板14を放熱部材11の上に配置する。この例では、接合電極13の外縁13bを、接合部材シート18の外縁18bの外側に位置させる。外縁13bは、外縁14bの内側に位置している。外縁14bを溝17と交差させる。
このようにして、半導体装置2となる、部品の集合体2aが形成される。
第1の実施形態と同様に、図5に関して説明した処理を行う。これにより、図14(a)〜図14(d)に例示した半導体装置2が製造される。
このようにして、半導体装置2となる、部品の集合体2aが形成される。
第1の実施形態と同様に、図5に関して説明した処理を行う。これにより、図14(a)〜図14(d)に例示した半導体装置2が製造される。
本実施形態においては、第1溝部17xの端部及び第2溝部17yの端部は、接合電極13の外縁13b及び配線基板14の外縁14bの外側に位置している。よって、配線基板14に覆われていない放熱部材11の上面11aから還元ガスを効率良く取り込むことができる。よって、接合部材シート18を効率よく還元することができる。
本実施形態においては、配線基板14に覆われていない放熱部材11の上面11aから気泡29を効率良く排出させることができる。例えば、気泡29の排出時間が短縮する。溝17は、接合部材12の外縁12bの下部にも設けられている。これにより、放熱部材11との接合強度を向上することができる。本実施形態において、上記の他、第1の実施形態に関して説明した特性及び効果も得られる。
図15(d)に表したように、本実施形態において、接合部材シート18の外縁18bは、接合電極13の外縁13bの外側でも良い。さらに、接合部材シート18の外縁18bは、配線基板14の外縁14bの外側でも良い。本実施形態において、外縁18bの位置は、外縁13bの位置と一致していても良く、内側でも良く、外側でも良い。外縁18bの位置は、外縁14bの位置と一致していても良く、内側でも良く、外側でも良い。
図16は、第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
図16に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置においては、接合部材12の外縁12bは、接合電極13の外縁13bの外側である。さらに、外縁12bは、配線基板14の外縁14bの外側である。すなわち、X−Y平面に投影したときに、接合部材12は、配線基板14と重なる部分(内側部分12i)と、重ならない部分(外側部分12o)と、を有している。接合部材12の外側部分12oの上面は、接合電極13の下面13lよりも上に位置する。この例では、外側部分12oの上面は、配線基板14の下面14lよりも上に位置する。
図16に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置においては、接合部材12の外縁12bは、接合電極13の外縁13bの外側である。さらに、外縁12bは、配線基板14の外縁14bの外側である。すなわち、X−Y平面に投影したときに、接合部材12は、配線基板14と重なる部分(内側部分12i)と、重ならない部分(外側部分12o)と、を有している。接合部材12の外側部分12oの上面は、接合電極13の下面13lよりも上に位置する。この例では、外側部分12oの上面は、配線基板14の下面14lよりも上に位置する。
例えば、接合時に、治具などにより配線基板14を加圧して、はんだ(溶融した接合材料28)を押し広げる。接合時に用いた接合部材シート18の厚さよりも、接合後の放熱部材11と配線基板14との間の距離が短くなる場合がある。接合後において、配線基板14の周囲にはみ出したはんだの高さが、断面視で接合電極13の位置よりも高くなる。さらに、配線基板14の周囲のはんだの高さが、配線基板14の下面14lよりも高くなることがある。
このような構成を有する半導体装置においても、放熱性を向上することができる。
このような構成を有する半導体装置においても、放熱性を向上することができる。
本実施形態において、後述する図18(a)〜図18(c)に示す例のように、複数の溝部(第1溝部17xと第2溝部17y)の交差部の一部は、X−Y平面に投影したときに、接合電極13の外縁13bの外側に位置しても良い。また、交差部の一部が、配線基板14の外縁14bの外側に位置していても良い。
(第3の実施形態)
図17(a)〜図17(c)は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図17(a)は、透視平面図である。17(b)は、図17(a)のA−A’線断面図である。図17(c)は、図17(a)のB−B’線断面図である。
図17(a)〜図17(c)は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図17(a)は、透視平面図である。17(b)は、図17(a)のA−A’線断面図である。図17(c)は、図17(a)のB−B’線断面図である。
図17(a)〜図17(c)に表したように、本実施形態に係る半導体装置3においても、放熱部材11、接合部材12及び配線基板14が設けられている。配線基板14には、接合電極13と、発光部15と、が設けられている。
図17(a)に表したように、X−Y平面に投影したときに、接合電極13の外縁13b及び配線基板14の外縁14bは、溝17と交差している。接合部材12の外縁12bも溝17と交差している。接合部材12の外縁12bは、接合部材12のうちの、放熱部材11の上面11aの高さの面の外縁である。溝17のうちの、外縁12bの外側に位置する部分は、接合部材12となる接合材料28により埋められている。これ以外の構成は、半導体装置1と同様なので説明を省略する。
半導体装置3の製造において、溶融した接合部材シート18の外縁18bを、配線基板14の外縁14bの外側に拡げる。そして、外縁18bを溝17と交差する位置に留まらせる。これにより、接合部材12の外縁12bを溝17と交差させる。そして、溝17のうちの、外縁12bの外側の部分に、溶融した接合材料28を流入させる。これにより、溝17のうちの、外縁12bの外側の部分を接合材料28で埋める。
このように、半導体装置3において、溝17が、接合部材12の外縁12bの外側にも形成されている。このため、溝17のうちで、接合部材12に覆われていない部分から、より多くの還元ガス27を取り込むことができる。また、接合部材12に覆われていない部分から、より多くの気泡29を排出することができる。本実施形態においては、上記の他に、第1の実施形態に関して説明した特性も得られる。
図18(a)〜図18(c)は、第3の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式図である。
図18(a)は、透視平面図である。18(b)は、図18(a)のA−A’線断面図である。図18(c)は、図18(a)のB−B’線断面図である。
図18(a)は、透視平面図である。18(b)は、図18(a)のA−A’線断面図である。図18(c)は、図18(a)のB−B’線断面図である。
図18(a)〜図18(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置においても、放熱部材11、接合部材12及び配線基板14が設けられている。配線基板14には、接合電極13と、発光部15と、が設けられている。
図18(a)に表したように、溝17の一部は、配線基板14の外縁14bの外側に設けられている。複数の第1溝部17xのうちの2つが、Y方向における外縁14bの外側に設けられている。複数の第2溝部17yのうちの2つが、X方向における外縁14bの外側に設けられている。
複数の溝部(第1溝部17xと第2溝部17y)の交差部の一部は、X−Y平面に投影したときに、接合電極13の外縁13bの外側に位置し、配線基板14の外縁14bの外側に位置している。複数の溝部の交差部の一部は、はんだフィレットの外形の外側に位置していてもよい。
この例では、溝17がはんだ(接合部材12)と交わるので、はんだフィレットの外形は、接合電極13の外形と同じでも良い。はんだフィレットの外形は、配線基板14の外側に位置していなくても良い。
本実施形態においても、図15(d)に関して説明したのと同様に、接合部材シート18の外縁18bの位置は、外縁13bの位置と一致していても良く、内側でも良く、外側でも良い。外縁18bの位置は、外縁14bの位置と一致していても良く、内側でも良く、外側でも良い。
本実施形態によっても、放熱性が向上した半導体装置が提供できる。
本実施形態によっても、放熱性が向上した半導体装置が提供できる。
(第4の実施形態)
本実施形態は、半導体装置の製造方法に係る。
本製造方法は、上面11aに溝17が形成された放熱部材11上に、接合部材12を設ける工程を含む。本製造方法は、配線基板14を接合部材12上に載置する工程を含む。配線基板14は、配線基板14の上面14uに設けられた発光部15と、配線基板14の下面14lに設けられた接合電極13と、とを含む。本製造方法は、接合部材12で溝17を埋め、接合部材12により接合電極13と放熱部材11とを接合する工程をさらに含む。
本実施形態は、半導体装置の製造方法に係る。
本製造方法は、上面11aに溝17が形成された放熱部材11上に、接合部材12を設ける工程を含む。本製造方法は、配線基板14を接合部材12上に載置する工程を含む。配線基板14は、配線基板14の上面14uに設けられた発光部15と、配線基板14の下面14lに設けられた接合電極13と、とを含む。本製造方法は、接合部材12で溝17を埋め、接合部材12により接合電極13と放熱部材11とを接合する工程をさらに含む。
すなわち、例えば、図5、図6、図7(a)〜図7(d)、図8(a)〜図8(d)、及び、図9(a)〜図9(c)に関して説明した処理を行う。
例えば、上記の接合する工程は、還元ガスを含む気体を用いて、接合部材12の表面の酸化膜、接合電極13の表面の酸化膜、及び、放熱部材11の表面の酸化膜を還元する工程をさらに含むことができる。例えば、接合する工程は、接合部材12を溶融させる工程をさらに含むことができる。接合する工程は、溶融した接合部材の内部に残存する気泡の量を減少させる工程をさらに含むことができる。
例えば、上記の接合する工程は、還元ガスを含む気体を用いて、接合部材12の表面の酸化膜、接合電極13の表面の酸化膜、及び、放熱部材11の表面の酸化膜を還元する工程をさらに含むことができる。例えば、接合する工程は、接合部材12を溶融させる工程をさらに含むことができる。接合する工程は、溶融した接合部材の内部に残存する気泡の量を減少させる工程をさらに含むことができる。
上記の接合する工程(例えば溶融させる工程)は、例えば、減圧した雰囲気(圧力が大気圧よりも低い雰囲気)中で行う。たとえば、上記の接合する工程は、接合部材12を溶融させ、溶融した接合部材12で、溝17の全てを埋めることを含む。
上記の接合する工程(例えば溶融させる工程)は、溶融した接合部材12で溝17を埋め、溶融した接合部材12の、放熱部材11の上面11aと接する面の外縁11bを、例えば、溝17と離隔する位置まで拡げることを含む。
上記の製造方法の1つの例においては、放熱部材11の上面11aに対して平行な平面(X−Y平面)に投影したときに、接合部材12の外縁12bは、溝17と交差するように形成されている。
上記の製造方法の1つの例においては、X−Y平面に投影したときに、配線基板14の外縁14bは、溝17と離隔しているように形成されている。
上記の製造方法の1つの例においては、X−Y平面に投影したときに、配線基板14の外縁14bは、溝17と交差しているように形成されている。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、放熱性の高い半導体装置の製造方法を提供できる。
以上説明した実施形態によれば、放熱性を向上した半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
上記の製造方法の1つの例においては、X−Y平面に投影したときに、配線基板14の外縁14bは、溝17と離隔しているように形成されている。
上記の製造方法の1つの例においては、X−Y平面に投影したときに、配線基板14の外縁14bは、溝17と交差しているように形成されている。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、放熱性の高い半導体装置の製造方法を提供できる。
以上説明した実施形態によれば、放熱性を向上した半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
本願明細書において、「上に設けられる状態」は、直接上に接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入される状態も含む。「下上に設けられる状態」は、直接下に接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入される状態も含む。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる放熱部材、接合部材、配線基板、発光部、接合電極及び半導体発光素子などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1、2、3…半導体装置、 1a、2a…集合体、 11…放熱部材、 11a…上面、 11b…外縁、 12…接合部材、 12b…外縁、 12c…テーパ、 12i…内側部分、 12o…外側分部、 12x…第1突条部、 12y…第2突条部、 13…接合電極、 13b…外縁、 13l…下面、 14…配線基板、 14a…回路配線、 14b…外縁、 14l…下面、 14u…上面、 15…発光部、 15a…半導体発光素子、 15b…枠、 15c…封止樹脂、 16…コネクタ、 17…溝、 17x…第1溝部、 17y…第2溝部、 18…接合部材シート、 18b…外縁、 20…チャンバー、 21…キャリアステージ、 22…ヒータ、 23…温度計測器、 24…冷却プレート、 25…不活性ガス、 26…減圧雰囲気、 27…還元ガス、 28…接合材料、 28b…外縁、 29…気泡、 31…はんだ、 32…フラックス、 32a…フラックス残渣、 33…はんだシート、 34…はんだ、 34a…はんだボール、 35…突起、 101、102…半導体装置、 101a、102a…集合体、 P…圧力、 T…温度、 t0〜t8…時間
Claims (9)
- 上面に溝が形成された放熱部材と;
前記溝を埋め前記放熱部材上に設けられた接合部材と;
上面に設けられた発光部と下面に設けられた接合電極とを含み前記接合電極が前記接合部材を介して前記放熱部材に接合されている配線基板と;
を備えた半導体装置。 - 前記放熱部材の溝は、前記接合部材によって全て埋め込まれている請求項1記載の半導体装置。
- 前記放熱部材の全ての溝は、前記接合電極が前記接合部材で固定されている状態において、前記接合電極の外縁の内側に位置するように形成されている請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記放熱部材の一部の溝は、前記接合電極が前記接合部材で固定されている状態において、前記接合電極の外縁の外側に位置するように形成されている請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記溝は、複数の第1溝部と、第1溝部と交差する複数の第2溝部と、を含む請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記接合部材の側面は、前記放熱部材側が拡がっているテーパが形成された請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 上面に溝が形成された放熱部材上に接合部材を設ける工程と;
上面に設けられた発光部と下面に設けられた接合電極とを含む配線基板を前記接合部材上に載置する工程と;
前記接合部材で前記溝を埋め、前記接合部材により前記接合電極と前記放熱部材とを接合する工程と;
を備えた半導体装置の製造方法。 - 前記接合する工程は、
還元ガスを含む気体を用いて、前記接合部材の表面の酸化膜、前記接合電極の表面の酸化膜及び前記放熱部材の表面の酸化膜を還元する工程と、
前記接合部材を溶融させる工程と、
溶融した前記接合部材の内部に残存する気泡の量を減少させる工程と、
をさらに含む請求項7記載の半導体装置の製造方法。 - 前記接合する工程は、減圧雰囲気中で行う請求項7または8記載の半導体装置の製造方法。
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