JP2015018872A

JP2015018872A - 窓部材、半導体モジュールおよび窓部材の製造方法

Info

Publication number: JP2015018872A
Application number: JP2013143887A
Authority: JP
Inventors: 鉄美越智; Tetsumi Ochi; 吉伸小林; Yoshinobu Kobayashi
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-29

Abstract

【課題】信頼性を高めた窓部材およびそれを用いた半導体モジュールを提供する。【解決手段】半導体モジュール１００は、上面１２に開口する凹部１６が設けられる基板１０と、凹部１６に収容される半導体素子と、凹部１６の開口を覆うように上面１２に設けられ、当該上面１２と対向する第１主面５２と、第１主面５２に背向する第２主面５４と、側面５６と、を有する窓部材５０と、上面１２と窓部材５０との間を埋める封止部７０と、を備える。窓部材５０は、第１主面５２の外周部５２ａから側面５６にかけて設けられる金属層５８を有し、金属層５８は、側面５６のうち第２主面５４側の領域を避けて設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を内部に封止した半導体モジュールに関し、特にモジュールを封止する窓部材に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ、Light Emitting Diode）は、主に可視光から赤外光の波長域における光源として照明や信号、光通信など様々な用途で利用される。一般に、ＬＥＤ素子は、化合物半導体からなる発光素子を外部環境から保護するため、光透過性を有する材料により封止してパッケージ化される。

封止方法としては、リード電極に取り付けた発光素子を樹脂材料で被覆する方法や、開口を設けたパッケージ本体に発光素子を収容し、ガラス板などの窓部材で開口部に蓋をする方法が挙げられる。後者に示す方法として、ガラス板の中央に円形の光透過部を残し、その周囲の片側表面にメタライズ部を設けることで、メタライズ部を介してガラス板をパッケージ本体にろう接する技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−０５４６４２号公報

パッケージ本体と窓部材に用いられる材料の熱膨張係数が異なると、ろう接の際に両者が加熱され、その後冷却されることにより材料の収縮量に差が生じ、窓部材に応力がかかる。窓部材にかかる応力が残留すると、窓部材が剥がれたり損傷したりしやすくなるため、封止の信頼性が低下することとなる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、信頼性を高めた窓部材およびそれを用いた半導体モジュールの提供にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の窓部材は、第１主面と、第１主面に背向する第２主面と、側面と、を備える。第１主面の外周部から側面にかけて金属層が設けられ、当該金属層は側面のうち第２主面側の領域を避けて設けられる。

上記態様の窓部材によれば、窓部材の第１主面の外周部および側面の双方に金属層が設けられるため、封止のためのろう接材が窓部材の第１主面および側面の双方と接合される。これにより、いずれか一方の面のみにろう接材が接合される場合と比べて、封止性を高めることができる。また、窓部材の第１主面と側面とで形成される角を覆うように金属層を設けることで、窓部材の角に加わる応力を緩和することができるため、封止の信頼性を高めることができる。

上記態様の窓部材において、第１主面と側面との角度が鈍角となるように当該側面が斜めに設けられてもよい。

上記態様の窓部材において、第１主面と側面とで形成される角が面取りされていてもよい。

上記態様の窓部材において、側面と金属層との界面に微細な凹凸が形成されていてもよい。

本発明の別の態様は、半導体モジュールである。この半導体モジュールは、上面に開口する凹部が設けられる基板と、凹部に収容される半導体素子と、凹部の開口を覆うように上面に設けられ、当該上面と対向する第１主面と、第１主面に背向する第２主面と、側面と、を有する窓部材と、上面と窓部材との間を埋める封止部と、を備える。窓部材は、第１主面の外周部から側面にかけて設けられる金属層を有し、金属層は、側面のうち第２主面側の領域を避けて設けられる。

上記態様の半導体モジュールによれば、封止部が窓部材の主面および側面の双方と接合するため、いずれか一方の面のみと接合される場合と比べて封止性を高めることができる。また、封止部との接合部に金属層を設けることで、窓部材にかかる応力を緩和することができる。特に、金属層は、窓部材の主面と側面とで形成される角を覆うように設けられることから、窓部材の角に加わる応力を緩和することができる。これにより、半導体モジュールの信頼性を高めることができる。

本発明の別の態様は、窓部材の製造方法である。この方法は、光透過性を有する平板を準備し、平板の主面が複数の領域に分割されるよう当該主面上に溝を形成し、複数の領域のそれぞれの領域の中央部にマスクを形成し、溝およびマスクが形成された平板の主面の上から金属層を形成し、金属層を形成した後に、マスクを除去する。

上記態様の窓部材の製造方法によれば、マスクが形成されない各領域の外周部および溝の側面に金属層を形成することができるため、主面上に複数設けられる領域の外周部から側面にかけて一括して金属層を設けることができる。これにより、封止性を高めた窓部材を効率的に製造することができる。

上記態様の窓部材の製造方法において、金属層を形成した後に、溝に沿って平板を切断することとしてもよい。

上記態様の窓部材の製造方法において、溝は、粒体を平板の主面に吹き付けて形成することとしてもよい。

本発明の窓部材およびそれを用いた半導体モジュールによれば、封止の信頼性を高めることができる。

第１の実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図である。図１に示す半導体モジュールの上面図である。窓部材の製造に用いる平板を示す断面図である。第１主面に溝を形成した平板を示す断面図である。第１主面に溝を形成した平板を示す上面図である。第１主面にマスクを形成した平板を示す断面図である。第１主面にマスクを形成した平板を示す上面図である。溝およびマスクを形成した第１主面の上からメタライズ層を形成した平板を示す断面図である。メタライズ層を形成した後にマスクを除去した平板を示す断面図である。溝に沿って平板を切断する工程を模式的に示す図である。個片化された窓部材を示す図である。基板と窓部材との間を封止する工程を示す断面図である。変形例１に係る半導体モジュールを示す断面図である。変形例１に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例２に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例３に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例４に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例５に係る窓部材の製造工程を示す図である。第２の実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体モジュール１００を示す断面図であり、図２は、図１に示す半導体モジュール１００の上面図である。半導体モジュール１００は、紫外光を発するＬＥＤである発光素子４０が基板１０の凹部１６に収容され、凹部１６の開口が窓部材５０により覆われる。窓部材５０の主面の一つである入射面５２の外周部５２ａと、窓部材５０の側面５６とにはメタライズ処理により形成される金属層５８が設けられ、基板１０と窓部材５０の間には封止部７０が設けられる。半導体モジュール１００は、窓部材５０の主面と側面の双方に設けられる金属層５８を介して封止されるため、いずれか一方の面にメタライズ処理を施す場合と比べて封止性が高められる。また、窓部材５０の角を覆うように金属層５８が設けられることから、窓部材５０の角にかかる応力を緩和することができる。このような金属層５８を有する窓部材５０を用いることで、半導体モジュール１００の封止の信頼性を高めることができる。

半導体モジュール１００は、基板１０と、枠部３０と、発光素子４０と、窓部材５０と、封止部７０とを備える。基板１０は、上面１２と、下面１４と、凹部１６とを有する。

基板１０は、上面１２と下面１４とを有する平板形状であり、上面１２に開口する凹部１６が設けられる。基板１０は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを含むセラミック基板であり、いわゆる高温焼成セラミック多層基板（ＨＴＣＣ、High Temperature Co-fired Ceramic）である。

上面１２は、矩形状であり、その中央部に矩形の開口領域Ｃ１を形成する凹部１６が設けられる。上面１２のうち凹部１６が設けられていない外周領域Ｃ２には、メタライズ処理が施され、金属面６０が形成される。金属面６０は、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等を含む基材にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等がメッキされて形成される。金属面６０は、窓部材５０との間を封止する封止部７０が接合される。

下面１４は、矩形状であり、発光素子４０のアノードまたはカソードと接続される外部電極２６が設けられる。外部電極２６は、凹部１６の配線面２２に設けられる内部電極２４と基板１０の内部で電気的に接続される。

凹部１６は、上面１２に開口しており、その内部に発光素子４０を収容する。凹部１６の底部には、格納面２０と、配線面２２とが設けられる。格納面２０は、凹部１６の底部における中央に設けられ、発光素子４０が載置されるサブマウント４６が配置される。配線面２２は、格納面２０の周囲に設けられ、サブマウント４６から延びるボンディングワイヤ４８が接続される内部電極２４が設けられる。格納面２０と配線面２２の間には段差が設けられ、配線面２２は、格納面２０と比べて一段高い面として形成される。

枠部３０は、上面１２に設けられ、上面１２の外周を囲うように設けられる。枠部３０は、基板１０と同様にセラミック材料で構成され、基板１０と一体的に成型される。窓部材５０は、枠部３０の内壁３２の内側に配置される。同様に、上面１２に設けられる金属面６０や封止部７０は、枠部３０の内壁３２の内側に配置される。

発光素子４０は、化合物半導体で構成されるＬＥＤであり、凹部１６の内部に収容され、窓部材５０を通して半導体モジュール１００の外部に光を放射する。本実施形態では、発光素子４０として紫外光ＬＥＤを用い、その中心波長又はピーク波長が約２００ｎｍ〜３６０ｎｍの紫外領域に含まれるものを用いる。例えば、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ付近の紫外光を発するものを用いる。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。

発光素子４０は、発光面４２と、発光面４２に対向する取付面４４とを有する。発光素子４０は、取付面４４がサブマウント４６と接するようにサブマウント４６の上に載置される。発光素子４０が取り付けられたサブマウント４６は、基板１０の格納面２０に配置され、基板１０と熱的に接続される。これにより、発光素子４０が発する熱を基板１０を介して外部に放熱させる。サブマウント４６は、ボンディングワイヤ４８により内部電極２４と接続される。これにより、発光素子４０は、サブマウント４６、ボンディングワイヤ４８および内部電極２４を介して外部電極２６と電気的に接続される。

窓部材５０は、入射面５２と、出射面５４と、側面５６とを有し、凹部１６の開口を覆うように上面１２に設けられる。窓部材５０は、入射面５２の外周部５２ａが基板１０の外周領域Ｃ２に位置するよう配置される。窓部材５０は、発光素子４０が発する紫外光を透過する材料で構成され、例えば、石英（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の材料で構成される。本実施形態では、窓部材５０として石英を用いる。発光素子４０が発する紫外光は入射面５２に入射し、窓部材５０を透過して出射面５４から外部に出力される。

入射面５２は、発光素子４０の発光面４２と対向するとともに、その外周部５２ａが金属面６０が設けられる上面１２と対向する。入射面５２の外周部５２ａから側面５６にかけて金属層５８が設けられる。金属層５８は、真空蒸着やスパッタリングなどの方法により形成され、例えば、窓部材５０の側からチタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）が順に積層される多層膜である。なお、チタンの代わりにクロム（Ｃｒ）を用いてもよい。

金属層５８は、窓部材５０と基板１０との間を封止する封止部７０と接合される。金属層５８は、入射面５２と側面５６の双方に設けられることから、封止部７０は金属層５８を介して入射面５２と側面５６の双方と接合することとなる。これにより、金属層５８が入射面５２と側面５６のいずれか一方の面にのみ設けられる場合と比べて、封止部７０との接合性を高めることができる。また、金属層５８は、入射面５２と側面５６とで形成される角を覆うように設けられことから、窓部材５０の角に集中する応力を緩和することができる。

封止部７０は、基板１０と窓部材５０との間に設けられ、その隙間を充填する封止材である。封止部７０は、低融点の金属材料で構成され、例えば、金錫（ＡｕＳｎ）や銀錫（ＡｇＳｎ）の合金を含む。封止部７０は、溶融状態において金属層５８と金属面６０の間に広がり、金属層５８および金属面６０と共晶結合を形成する。これにより、封止部７０は、基板１０と窓部材５０の間を封止する。なお、封止時には、凹部１６の内部に窒素（Ｎ_２）などの不活性ガスが充填される。

封止部７０は、溶融状態における金属層５８および金属面６０との表面張力により、側面５６から上面１２の外周に向けて上面１２からの厚さが薄くなっていくフィレット７２を形成する。このようなフィレット７２を設けることで、基板１０と窓部材５０の熱膨張率差によって窓部材５０に加わる応力を緩和することができる。

以上の構成により、半導体モジュール１００は、紫外光ＬＥＤである発光素子４０を内部に封止し、窓部材５０を通して紫外光を外部に出力可能とする。本実施形態に係る半導体モジュール１００は、窓部材５０として石英を用いるため、波長３６０ｎｍ以下の紫外光を発する発光素子４０を用いた場合でも、紫外光を効率よく外部に取り出すことができる。

次に、半導体モジュール１００の製造方法について示す。まず、図３〜１１を参照しながら窓部材５０の製造方法について示し、つづいて、図１２を参照しながら発光素子４０を収容した基板１０と窓部材５０との封止方法について示す。

図３は、窓部材の製造に用いる平板８０を示す断面図である。平板８０は、矩形状の第１主面８２と、第２主面８４を有する。平板８０は、半導体モジュール１００の発光素子４０が発する紫外光を透過する材料で構成され、本実施形態では石英を用いる。なお、第１主面８２は、窓部材の入射面となる主面であり、第２主面８４は、窓部材の出射面となる主面である。

図４は、第１主面８２に溝８６を形成した平板８０を示す断面図であり、図５は、図４に示す平板８０の上面図である。溝８６は、第１主面８２に設けられ、第１主面８２を複数の矩形領域Ｅ１に分割するように格子状に形成される。本実施形態では、図５に示すように、紙面の縦方向に４列、横方向に６列、合計２４個の矩形領域Ｅ１が形成される。溝８６により分割されたそれぞれの矩形領域Ｅ１は、窓部材の入射面５２となる。

溝８６は、フライス盤による溝削り加工や、レーザ照射による溝掘り加工などによって形成される。なお、溝８６の深さｄ_２は、平板８０の厚さｄ_１の１／２以上の深さとすることが望ましく、例えば厚さｄ_１の２／３から３／４程度とすればよい。

図６は、第１主面８２にマスク９０を形成した平板８０を示す断面図であり、図７は、図６に示す平板８０の上面図である。マスク９０は、第１主面８２における複数の矩形領域Ｅ１のそれぞれの中央部に設けられ、入射面５２の外周部５２ａに対応する周辺領域Ｅ３を避けるようにして、矩形領域Ｅ１の中央領域Ｅ２のみを被覆するように形成される。したがって、それぞれの矩形領域Ｅ１は、中央領域Ｅ２がマスク９０により覆われ、周辺領域Ｅ３がマスク９０に覆われずに露出した状態となる。マスク９０は、それぞれの中央領域Ｅ２の配置に対応する印刷版を用いて、スクリーン印刷やオフセット印刷などにより形成すればよい。

図８は、溝８６およびマスク９０を形成した第１主面８２の上からメタライズ層９４を形成した平板８０を示す断面図である。メタライズ層９４は、図６に示した平板８０の第１主面８２の上から、スパッタリングや真空蒸着などにより形成される。このとき、メタライズ層９４は、マスク９０が形成された入射面５２の上に設けられるとともに、溝８６の側面８６ａや、平板８０の側面８０ａの上に回り込んで設けられる。メタライズ層９４は、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）の順に積層される多層膜として形成される。なお、チタンの代わりにクロム（Ｃｒ）を用いてもよい。

図９は、メタライズ層９４を形成した後にマスク９０を除去した平板８０を示す断面図である。マスク９０は、メタライズ層９４を形成した後に除去され、マスク９０とともにマスク９０の上に設けられた中央領域Ｅ２に位置するメタライズ層９４も除去される。これにより、メタライズ層９４は、入射面５２の外周部５２ａと、溝８６の側面８６ａと、平板８０の側面８０ａにのみ設けられることとなる。

図１０は、溝８６に沿って平板８０を切断する工程を模式的に示す図であり、図１１は、個片化された窓部材５０を示す図である。図１０に示すように、マスク９０を除去した後、平板８０は、溝８６に沿って第２主面８４側から切断される。これにより、図１１に示すように個片化された複数の窓部材５０が形成される。切断前の平板８０に形成されたメタライズ層９４は、個片化された窓部材５０において入射面５２の外周部５２ａから側面５６にかけて設けられる金属層５８となる。

なお、金属層５８は、窓部材５０の側面５６のうち、出射面５４側の領域を避けるようにして設けられており、出射面５４と側面５６とで形成される角は金属層５８に覆われないこととなる。これは、メタライズ層９４を形成した後に第２主面８４を格子状に切断することで、それぞれの窓部材５０に対応する出射面５４が形成されるためである。

以上が窓部材５０の製造方法である。本実施形態においては、平板８０の第１主面８２を２４の矩形領域に分割したことから、１枚の平板８０から合計２４個の窓部材５０を一括形成することができる。

図１２は、基板１０と窓部材５０との間を封止する工程を示す図である。基板１０の凹部１６には、サブマウント４６の上に置かれた発光素子４０が設けられており、サブマウント４６と内部電極２４との間がボンディングワイヤ４８で接続されている。また、上面１２の金属面６０には、封止部となる封止材７４が設けられている。封止材７４は、例えば、金錫や銀錫の合金を含むペーストであり、スクリーン印刷やオフセット印刷などにより金属面６０の上に塗布される。

基板１０に封止材７４を設けた後、窓部材５０を上面１２に配置する。窓部材５０は、外周部５２ａに金属層５８が設けられる入射面５２が上面１２と対向する向きで、凹部１６の開口を覆う位置に配置される。これにより、窓部材５０の金属層５８と、封止材７４とが接した状態となる。この状態で、基板１０および窓部材５０をリフロー炉に入れて封止材７４を加熱することにより、溶融状態となった封止材７４により基板１０と窓部材５０の間がろう接される。溶融状態の封止材７４は、金属層５８および金属面６０との濡れ性が高いため、金属層５８および金属面６０に沿って広がるとともに、窓部材５０の側面５６から外周方向に広がるフィレットを形成する。これにより、半導体モジュール１００が形成される。

以下、実施形態に係る半導体モジュール１００が奏する効果について示す。

半導体モジュール１００が備える窓部材５０は、入射面５２の外周部５２ａから側面５６にかけて金属層５８が形成されており、金属層５８を介して封止部７０と接合される。金属層５８と封止部７０とは共晶結合を形成することから、金属層５８を形成することで窓部材５０と基板１０の間の封止性を高めることができる。

窓部材５０は、金属層５８を介して入射面５２と側面５６の双方において封止部７０と接合されるため、金属層５８が入射面５２と側面５６のいずれか一方の面にのみ設けられる場合と比べて、封止部７０との接合性を高めることができる。また、入射面５２と側面５６の双方に封止部７０が接合することで、窓部材５０の入射面５２に沿った方向にかかる力と、入射面５２に交差する方向にかかる力の双方に対して強い構造とすることができる。これにより、封止の信頼性を高めることができる。

窓部材５０は、溝加工をした平板８０にメタライズ処理を施して形成されるため、入射面５２の外周部５２ａから側面５６にかけて金属層５８が設けられるとともに、１枚の平板８０から一度に複数の窓部材５０が形成されることとなる。したがって、個片化した窓部材５０のそれぞれに金属層５８を設ける場合と比べて、窓部材１個あたりにかかる製造の手間を削減することができる。

半導体モジュール１００は、封止部７０として、基板１０や窓部材５０と比べて柔らかい材料である金属を用いる。これにより、基板１０や窓部材５０に用いる材料の熱膨張率差に起因して窓部材５０に応力が加わる場合においても、封止部７０が応力を緩和させる緩衝層として機能する。これにより、窓部材５０にかかる応力を緩和し、半導体モジュール１００の封止の信頼性を高めることができる。

半導体モジュール１００は、基板１０の上面１２に金属面６０が設けられており、封止部７０は、金属面６０の上において上面１２の外周方向に延びるフィレット７２を形成する。フィレット７２を形成することによって、封止部７０による応力緩和の効果を高めることができ、半導体モジュール１００の封止の信頼性を向上させることができる。

（変形例１）
図１３は、変形例１に係る半導体モジュール１００を示す図である。変形例１に係る窓部材５０は、入射面５２と側面５６の角度θが鈍角となるように側面５６が斜めに設けられる点で、上述の実施形態と異なる。側面５６を斜めに設けることで、入射面５２よりも出射面５４の方が一回り大きな面積を有することとなり、金属面６０に広がる封止部７０の上方が窓部材５０により覆われることとなる。これにより、金属面６０や封止部７０を保護することができ、窓部材５０による封止の信頼性を高めることができる。

図１４は、変形例１に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例１においては、溝８６の側面８６ａと入射面５２の角度が鈍角となるように溝８６がテーパー状に形成され、入射面５２に対して斜めに設けられた側面８６ａの上にメタライズ層９４が形成される。その後、溝８６に沿って平板８０を切断することにより、側面５６が斜めに設けられた窓部材５０が形成される。

変形例１においては、溝８６の側面８６ａを斜めに設けることで、第１主面８２の上からスパッタリングや真空蒸着を施す場合に、溝８６の奥の方までメタライズ層９４を積層させることができる。これにより、窓部材５０の側面５６と金属層５８との接合性を高め、金属層５８を介した封止の信頼性を向上させることができる。

（変形例２）
図１５は、変形例２に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例２においては、溝８６の側面８６ａと入射面５２とで形成される角部８６ｂが面取りされており、角部８６ｂが入射面５２に対して斜面となるように溝８６が形成される点で上述の実施形態と異なる。このように、溝８６の角部８６ｂを面取りすることによって、溝８６の開口を広げることができ、溝８６の奥の方までメタライズ層９４を積層させることができる。これにより、窓部材の側面と金属層との接合性を高め、金属層を介した封止の信頼性を向上させることができる。

（変形例３）
図１６は、変形例３に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例３においては、溝８６の底部８６ｃが斜面となるように溝８６が形成される点で上述の実施形態と異なる。このように溝８６の底部８６ｃを斜面とすることで、溝８６の奥の方までメタライズ層９４を積層させることができる。

（変形例４）
図１７は、変形例４に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例４においては、溝８６の底部８６ｃが椀状の曲面となるように溝８６が形成される点で上述の実施形態と異なる。このように溝８６の底部８６ｃを曲面とすることで、溝８６の奥の方まで側面８６ａにメタライズ層９４を積層させることができる。

図１８は、変形例５に係る窓部材の製造工程を示す図である。変形例５においては、溝８６の側面８６ａが斜めに形成されるとともに、側面８６ａに微細な凹凸が形成される点で上述の実施形態と異なる。微細な凹凸を有する側面８６ａは、粒体を吹き付けて平板８０の第１主面８２を削り取るサンドブラスト処理により溝８６を掘ることで形成される。例えば、入射面５２に対応する矩形領域の全体にマスクを施し、その後に第１主面８２にサンドブラスト処理を施すことで、溝８６を形成できる。

側面８６ａに微細な凹凸を形成することで、側面８６ａと、側面８６ａに積層されるメタライズ層９４との接触面積を増加させて両者の接合性を高めることができる。また、サンドブラスト処理により溝８６を形成することにより、フライス加工やレーザ加工により溝を形成する場合と比べて、加工によって窓部材に残留する応力を低減させることができる。これにより、残留応力によって窓部材が損傷することを防ぎ、窓部材の信頼性を高めることができる。

（第２の実施形態）
図１９は、第２の実施形態に係る半導体モジュール２００を示す断面図である。半導体モジュール２００は、基板１１０と、複数の発光素子４０と、窓部材１５０と、封止部７０と、を備える。半導体モジュール２００は、アレイ状に配置された複数の発光素子４０を備え、それぞれの発光素子４０を収容する複数の凹部１１６は、１枚の窓部材１５０で封止される。窓部材１５０は、図９に示した平板８０であり、第１の実施形態として示した窓部材に個片化する前の平板８０に対応する。

半導体モジュール２００は、複数の発光素子４０からの光を出力する主面として、一続きの平坦な出射面１５４を有することから、それぞれの凹部１１６を個別の窓部材で封止する場合と比べて、意匠性の高いモジュールとすることができる。以下、半導体モジュール２００について第１の実施形態との相違点を中心に示し、第１の実施形態と共通する内容については適宜記載を省略する。

基板１１０は、アレイ状に配列される複数の凹部１１６と、それぞれの凹部１１６を囲うように格子状に構成される枠体１２０と、枠体１２０から突出する突起部１３０とを有する。枠体１２０の上面１２２には、封止部７０が接合される金属面１６０が形成される。複数の凹部１１６のそれぞれには、発光素子４０が収容される。

窓部材１５０は、複数の入射面１５２と、出射面１５４と、溝８６と、メタライズ層９４とを有する。入射面１５２は、溝８６により仕切られる矩形領域であり、基板１１０に設けられる凹部１１６に対応してアレイ状に複数設けられる。出射面１５４は、入射面１５２に背向する主面であり、一続きの平坦面である。溝８６は、凹部１１６の突起部１３０に対応して格子状に形成される。メタライズ層９４は、溝８６の側面８６ａから入射面１５２の外周部１５２ａにかけて形成される。窓部材１５０は、基板１１０の突起部１３０が溝８６に挿入されるように基板１１０の上に配置され、金属面１６０とメタライズ層９４の間が封止部７０により接合される。

窓部材１５０は、上述した第１の実施形態に係る窓部材と同様の工程により製造することができ、図３〜９に示した工程の後に、図１０に示す切断工程を省くことで形成される。つまり、平板８０を溝８６に沿って切断せず、つながったままの状態とすることで、窓部材１５０を形成できる。

半導体モジュール２００は、格子状に突出する突起部１３０と、格子状に掘られる溝８６とが嵌合された状態で、基板１１０と窓部材１５０との間が封止されるため、窓部材１５０の出射面１５４に沿った方向に加わる力に対して強い構造とすることができる。また、封止部７０は、窓部材１５０の側面８６ａに沿って設けられるメタライズ層９４と接合されることとから、窓部材１５０の出射面１５４に交差する方向に加わる力に対しても強い構造とすることができる。これにより、半導体モジュール２００における封止の信頼性を高めることができる。

なお、半導体モジュール２００の変形例として、紫外光ＬＥＤの代わりに、赤色、緑色、青色のＲＧＢ各色に対応するＬＥＤを発光素子４０として配置してもよい。ＲＧＢの各色を発光するＬＥＤを設けることで、半導体モジュール２００をカラーディスプレイとして用いることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。また、上述の実施形態および変形例に開示されている複数の構成要素の適宜組合せにより種々の発明を形成してもよいし、実施形態および変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

上述した実施形態および変形例においては、発光素子として紫外光を発するものを用いる場合を示したが、可視光や赤外光を発する発光素子を用いてもよい。また、発光素子の代わりに受光素子を配置することとしてもよく、その他の半導体素子を内部に格納することとしてもよい。

上述した実施形態および変形例においては、窓部材の材質として石英もしくはサファイアを用いる場合を示したが、窓部材の材質はこれらに限られず、透明プラスチックなどの樹脂材料を窓部材として用いてもよい。

上述した実施形態および変形例においては、基板や枠部の材料として高温焼成セラミック多層基板（ＨＴＣＣ）を用いる場合を示したが、セラミック材料としてシリカ（ＳｉＯ_２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）等を含む低温焼成セラミック多層基板（ＬＴＣＣ、Low Temperature Co-fired Ceramic）を用いてもよい。この場合、金属面６０としてタングステンやモリブデンなどの高融点材料の代わりに、銅や銀など比較的融点の低い材料を基材として用いてもよい。

１０…基板、１２…上面、１６…凹部、３０…枠部、３２…内壁、４０…発光素子、５０…窓部材、５２ａ…外周部、５６…側面、５８…金属層、７０…封止部、７２…フィレット、１００…半導体モジュール。

Claims

第１主面と、前記第１主面に背向する第２主面と、側面と、を備える窓部材であって、
前記第１主面の外周部から前記側面にかけて金属層が設けられ、当該金属層は前記側面のうち第２主面側の領域を避けて設けられることを特徴とする窓部材。
前記窓部材は、前記第１主面と前記側面との角度が鈍角となるように当該側面が斜めに設けられることを特徴とする請求項１に記載の窓部材。
前記窓部材は、前記第１主面と前記側面とで形成される角が面取りされていることを特徴とする請求項１または２に記載の窓部材。
前記窓部材は、前記側面と前記金属層との界面に微細な凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窓部材。
上面に開口する凹部が設けられる基板と、
前記凹部に収容される半導体素子と、
前記凹部の開口を覆うように前記上面に設けられ、当該上面と対向する第１主面と、前記第１主面に背向する第２主面と、側面と、を有する窓部材と、
前記上面と前記窓部材との間を埋める封止部と、
を備え、
前記窓部材は、前記第１主面の外周部から前記側面にかけて設けられる金属層を有し、
前記金属層は、前記側面のうち第２主面側の領域を避けて設けられることを特徴とする半導体モジュール。
光透過性を有する平板を準備し、
前記平板の主面が複数の領域に分割されるよう当該主面上に溝を形成し、
前記複数の領域のそれぞれの領域の中央部にマスクを形成し、
前記溝および前記マスクが形成された前記平板の主面の上から金属層を形成し、
前記金属層を形成した後に、前記マスクを除去することを特徴とする窓部材の製造方法。
前記金属層を形成した後に、前記溝に沿って前記平板を切断することを特徴とする請求項６に記載の窓部材の製造方法。
前記溝は、粒体を前記平板の主面に吹き付けて形成することを特徴とする請求項６または７に記載の窓部材の製造方法。