JP2015203861A - semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体チップとキャリア材からなる半導体素子において、半導体チップをキャリア材に実装する際に、半導体チップの位置固定を確保する際に用いるはんだ材の溶融時の流れやはみ出しを抑制するためのはんだ流れ防止構造を有する半導体素子に関する。 The present invention suppresses the flow and protrusion of a solder material used for securing the position of a semiconductor chip when the semiconductor chip is mounted on a carrier material in a semiconductor element composed of a semiconductor chip and a carrier material. The present invention relates to a semiconductor device having a solder flow prevention structure.
光通信方式の多様化や通信容量の大容量化に伴い、高速な光信号処理を可能とする高機能光モジュールの開発が必要となっている。大容量伝送を実現する手段としては、周波数利用効率を向上させた多値変調技術が注目されており、とりわけ光の強度と位相を同時に変調可能なIQ(Inphase-Quadrature)変調器は光送信器のキー部品として重要である。 With the diversification of optical communication systems and the increase in communication capacity, it is necessary to develop high-performance optical modules that enable high-speed optical signal processing. As means for realizing large-capacity transmission, multi-level modulation technology with improved frequency utilization efficiency has attracted attention. In particular, an IQ (Inphase-Quadrature) modulator capable of simultaneously modulating the intensity and phase of light is an optical transmitter. It is important as a key part.
これまで、IQ変調器は、LiNbO3(ニオブ酸リチウム:LN)などの誘電体材料を用いた変調器が主流であったが、LNを用いた変調器では、LNの電気光学効果から求まる光変調に必要な電極長は数十mmにも及び、さらに、Iチャネル及びQチャネルそれぞれに動作点を揃えるためのバイアス調整用電極が必要となるが、その電極を含めるとLN変調器のモジュールサイズは100mm長にも及ぶ。 Up to now, the IQ modulator has been mainly a modulator using a dielectric material such as LiNbO 3 (lithium niobate: LN), but in a modulator using LN, light obtained from the electro-optic effect of LN is obtained. The electrode length required for modulation is several tens of millimeters, and further, an electrode for bias adjustment is required to align the operating point for each of the I channel and the Q channel, but if including these electrodes, the module size of the LN modulator Is as long as 100 mm.
光モジュールの小型化・低消費電力化の観点から、LNに置き換わる材料として、InP(インジウムリン)等の半導体材料が注目され、InPを用いたIQ変調器が実現されている(例えば、非特許文献1参照)。 From the viewpoint of miniaturization and low power consumption of optical modules, semiconductor materials such as InP (indium phosphide) have attracted attention as materials that can replace LN, and IQ modulators using InP have been realized (for example, non-patented). Reference 1).
図1に、導波路に電圧を印加しないパッシブ領域の導波路断面の一例を示す。図1には、半絶縁性(Semi-Insulating:SI)−InP基板101上に、n型のInPからなる下部クラッド層102、ノンドープの多重量子井戸(i−MQW)コア層103、上部クラッド層104を順に成長させた層構造が示されている。図1に示される層構造においては、この層構造を覆うようにポリマー106が設けられ、SI−InP基板101の裏面(下側)に固定用金属層105が設けられている。
FIG. 1 shows an example of a waveguide cross section in a passive region where no voltage is applied to the waveguide. FIG. 1 shows a semi-insulating (SI) -
これらの層を、フォトリソグラフィを使った微細加工技術により図1に示すようなハイメサ構造としている。このハイメサ構造を絶縁性のポリマーなどを利用して、ハイメサ構造の左右を埋め込む形で保護する。このとき、ポリマーは最低限、導波路の左右を覆うことが必要であるが、導波路に上に薄く堆積していても構わない。 These layers have a high mesa structure as shown in FIG. 1 by a fine processing technique using photolithography. This high mesa structure is protected by embedding the left and right sides of the high mesa structure using an insulating polymer or the like. At this time, the polymer is required to cover at least the left and right sides of the waveguide, but may be thinly deposited on the waveguide.
上部クラッド層104は、ノンドープのInP(i−InP)層であってもいいし、i−InP層の上にp−InP層を積層したものでも、i−InP層の上にn−InP層を積層したものでも、i−InP層の上に薄いp−InP層を積層した上にさらn−InP層を積層したものでも構わない。 The upper cladding layer 104 may be a non-doped InP (i-InP) layer, or a p-InP layer laminated on an i-InP layer, or an n-InP layer on an i-InP layer. Or a thin p-InP layer on an i-InP layer and a further n-InP layer.
図2は、導波路に電圧を印加するアクティブ領域の導波路構造の断面図を示す。図2には、SI−InP基板201上に、下部クラッド層202、コア層203、上部クラッド層204を順に成長させた層構造が示されている。図2に示す層構造においては、SI−InP基板201の裏面(下側)に固定用金属層205が設けられ、導波路部分の両側面にポリマー206が設けられ、上部クラッド層204上に変調電極207が設けられ、下部クラッド層上に接地電極208及び209が設けられた構成が示されている。ポリマー206として絶縁性のポリマーを使用するため、導波路の直上のポリマーを除去したうえで、変調電極207が設けられる。図2に示す構成でも、導波路はポリマー206によって保護される。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an active region waveguide structure that applies a voltage to the waveguide. FIG. 2 shows a layer structure in which a lower cladding layer 202, a core layer 203, and an upper cladding layer 204 are grown in this order on an SI-
図3は、InPを用いたIQ変調器(半導体チップ)の上面図である。図3には、マッハ・ツェンダ型の光変調器を4つ並列に並べたIQ変調器300が示されている。図3に示されるように、IQ変調器300は、電圧を印加するアクティブ領域301及び電圧を印加しないパッシブ領域302を有する。パッシブ領域302の導波路断面が図1に示す断面図に対応し、アクティブ領域301の導波路断面が図2に示す断面図に対応している。
FIG. 3 is a top view of an IQ modulator (semiconductor chip) using InP. FIG. 3 shows an IQ modulator 300 in which four Mach-Zehnder type optical modulators are arranged in parallel. As shown in FIG. 3, the IQ modulator 300 includes an
IQ変調器300では、光変調用電極長は3mm程度であり、バイアス調整用電極を含めてもIQ変調器用のチップ長は10mm以下となり、LNと比較して20分の1程度の小面積化が可能である。 In the IQ modulator 300, the light modulation electrode length is about 3 mm, and even if the bias adjustment electrode is included, the chip length for the IQ modulator is 10 mm or less, and the area is reduced to about 1/20 that of LN. Is possible.
しかし、InPを用いた半導体素子は、小型であるため、固定に用いるはんだがあふれると悪影響を及ぼす問題がある。詳細を以下に記す。
光通信用モジュールは高温高湿度環境下での厳しい信頼性が要求され、その信頼性を満足するために、一般的にはKovar等の金属から成る気密封止対応パッケージに収納される。InP半導体チップも他の光学モジュールと同様に、金属またはセラミックスを材料とし、光ファイバや電極端子を装荷した気密パッケージに実装される。
However, since the semiconductor element using InP is small in size, there is a problem in that the solder used for fixing overflows. Details are described below.
Optical communication modules are required to have strict reliability under high-temperature and high-humidity environments. In order to satisfy the reliability, they are generally housed in a hermetically sealed package made of metal such as Kovar. Like other optical modules, the InP semiconductor chip is mounted on an airtight package made of metal or ceramics and loaded with optical fibers and electrode terminals.
こうしたInP半導体を用いた光学モジュールの実装においては、InPの熱膨張係数(=4.5×10−6/K)とパッケージ材料の熱膨張係数(例えば、Kovarの場合、5.3×10−6/K)の熱膨張係数との差は、環境温度が変化した際に熱歪みによる応力を発生させ、光学特性を劣化させる要因になる。そこで、InP半導体チップをInPの熱膨張係数に近い値を有するキャリア材に一旦実装してチップ搭載キャリアを作製し、それらをサブアセンブリとしてパッケージ内に収納し、熱膨張係数の差による歪をキャリアにより緩和させている。 In mounting an optical module using such an InP semiconductor, the thermal expansion coefficient of InP (= 4.5 × 10 −6 / K) and the thermal expansion coefficient of the package material (for example, in the case of Kovar, 5.3 × 10 − 6 / K) and the coefficient of thermal expansion cause stress due to thermal distortion when the environmental temperature changes, causing deterioration of optical characteristics. Therefore, the InP semiconductor chip is temporarily mounted on a carrier material having a value close to the thermal expansion coefficient of InP to produce a chip-mounted carrier, which is housed in a package as a subassembly, and distortion due to the difference in thermal expansion coefficient is carrier. It is relaxed by.
ここで、キャリア材は、一般的に、InPと同等の熱膨張係数(=4.5×10−6/K)を有するAlN(窒化アルミニウム)セラミックスが用いられている。AlNは、熱伝導率も200W/(m・K)超と大きく熱伝導性に優れているため、LD(Laser Diode:レーザダイオード)等の温度制御が必要な半導体素子ではヒートシンクとしての役割も担っている。 Here, AlN (aluminum nitride) ceramics having a thermal expansion coefficient (= 4.5 × 10 −6 / K) equivalent to InP is generally used as the carrier material. Since AlN has a large thermal conductivity of over 200 W / (m · K) and excellent thermal conductivity, it also serves as a heat sink in semiconductor elements that require temperature control, such as LDs (Laser Diodes). ing.
InPチップとキャリアの固定には、電気伝導性や熱伝導性に優れ、せん断強度も大きく高融点で溶融後の硬度が高くて安定性に優れる金−スズ(AuSn)共晶はんだを用いる。キャリア材のチップ搭載面には、はんだ溶融用の金属パターンが形成され、AuSnはんだシート等をキャリア搭載面に敷く。半導体チップ位置合わせ後に、はんだの融点近傍まではんだを加熱して溶融させる。溶融中は、はんだが溶融する際に溶融したはんだの対流により半導体チップの搭載位置ズレを抑制するため、及び、はんだがInPチップ裏面とキャリア搭載とに良く濡れ拡がるように、半導体チップを適度に押圧する必要がある。 For fixing the InP chip and the carrier, gold-tin (AuSn) eutectic solder having excellent electrical conductivity and thermal conductivity, high shear strength, high melting point, high hardness after melting and excellent stability is used. A metal pattern for melting the solder is formed on the chip mounting surface of the carrier material, and an AuSn solder sheet or the like is laid on the carrier mounting surface. After the semiconductor chip alignment, the solder is heated and melted to near the melting point of the solder. During melting, in order to suppress the semiconductor chip mounting position deviation due to the convection of the molten solder when the solder melts, and to properly spread the semiconductor chip so that the solder spreads well between the back surface of the InP chip and the carrier mounting. It is necessary to press.
図4に、半導体素子における従来のはんだ流れ防止構造を示す。図4(a)は実装時の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示し、図4(b)は実装後の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示す。 FIG. 4 shows a conventional solder flow prevention structure in a semiconductor element. FIG. 4A shows a solder flow prevention structure of a semiconductor element during mounting, and FIG. 4B shows a solder flow prevention structure of the semiconductor element after mounting.
図4(a)には、AlN等からなるキャリア材401と、下面に固定用金属層403が設けられた半導体チップ402と、キャリア材401の半導体チップ搭載面に設けられたはんだ溶融用金属層404と、固定用金属層403とはんだ溶融用金属層404との間に設けられたAuSn等からなるはんだ材405と、を有する半導体素子が示されている。キャリア材401及びはんだ溶融用金属層404ではんだ流れ防止構造が構成される。
FIG. 4A shows a
図4(a)及び(b)に示されるように、実装時のはんだ流れ防止構造では、はんだ材405を用いて固定用金属層403とはんだ溶融用金属層404とを固着することにより、キャリア材401上で半導体チップ402の位置固定をしている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, in the solder flow preventing structure at the time of mounting, the
上述のように、半導体チップ402の実装においては、半導体チップ402と外側のパッケージ材との熱膨張係数の差による応力歪みを緩和させるために、半導体チップ402と熱膨張係数が近いAlN等のセラミックス材を用いたキャリア材401上に、電気的導通や熱伝導性の確保を目的として安定性に優れるAuSn等からなるはんだ材405を用いて半導体チップ402を固定する。
As described above, in mounting the
その際に、はんだ量過多の場合や押圧力が大きい場合には、図4(b)に示すように、溶融したはんだ材405が半導体チップ402の側面あるいは上面にはみ出し、ボール状のはんだ溜りとなる。このボール状のはんだ溜りは、複数の半導体チップを近接して実装する場合には、隣接する他の半導体チップに干渉したり(隣の半導体チップが搭載されるキャリア材と電気的に接触してしまったり)、光導波路側の端面に生じた場合には光信号の伝搬を阻害することになる。また、はみ出すはんだ材405の量が多い場合には、半導体チップ402の表面にまでせり上がり、半導体チップ402上に濡れ広がることによって半導体チップ402の表面に形成されている電気配線パターンを潰したりすることも起こり得る。
At this time, if the amount of solder is excessive or the pressing force is large, as shown in FIG. 4B, the
これらの問題を解決するため、従来、キャリア材の端面に金属層を設ける方法が検討されたことがある。例えば、図5は、特許文献1に示されるような、キャリア材の端面に金属層を設けた構造の一例を示す。図5に示される構造は、キャリア材11の上面にAu層13を設け、AuSnからなるはんだ材14を用いて、半導体レーザからなる半導体チップ12を位置固定した例である。ここで、キャリア材11上のAu層13は、位置固定と同時に、半導体チップ12に電流を供給する配線としても用いられる。
In order to solve these problems, a method of providing a metal layer on the end face of a carrier material has been studied. For example, FIG. 5 shows an example of a structure in which a metal layer is provided on an end face of a carrier material as shown in Patent Document 1. The structure shown in FIG. 5 is an example in which the
また、図5において、半導体チップ12が出力するレーザ光15の出射端面側のキャリア材11の端面にもAu層13が設けられている。これによって、はみ出したはんだ材14をキャリア材11のAu層13が設けられた側面側の端面方向に誘導することができる。それにより、半導体レーザの導波路側の端面にまで達してレーザ光の伝搬を阻害することを防ぐこともできれば、半導体チップ12の表面に形成される電気配線パターンをはんだ材14で潰すことを回避することができる。
In FIG. 5, an
また、図6は、特許文献2に示されるような、キャリア材の端面に金属層を設けた構造の他の例を示す。図6に示される構造では、キャリア材21の端面に凹部22を設け、さらに端面における凹部22上に金属層23及びはんだ材24を設けており、図5に示す構造と同様の効果を得ることができる。
FIG. 6 shows another example of a structure in which a metal layer is provided on an end surface of a carrier material as shown in Patent Document 2. In the structure shown in FIG. 6, the
しかしながら、図5及び図6で示す構成は、はんだボールが光導波路端面に生じるのを防ぎ、半導体チップ表面に形成されている電気配線パターンを潰すことを防ぐことができるが、これまでほとんど用いられることはなかった。それは以下の理由による。 However, the configuration shown in FIGS. 5 and 6 can prevent the solder ball from being generated on the end face of the optical waveguide and can prevent the electric wiring pattern formed on the surface of the semiconductor chip from being crushed. It never happened. The reason is as follows.
まず、半導体チップの入力端面もしくは出力端面の直近には通常、レンズや導波路(光ファイバや石英系導波路等、半導体でない)が設けられたりすることが多い。つまり、はみだしたはんだを半導体チップの入力面もしくは出力面の方向に誘導し、そこにはんだボールが形成されると、はんだボールがレンズや導波路の配置を邪魔することになる。また、図6に示すような凹部を設けても、はんだボールが大きくなる場合は、凹部からもあふれることがある。 First, in many cases, a lens or a waveguide (such as an optical fiber or a silica-based waveguide is not a semiconductor) is usually provided in the immediate vicinity of the input end face or the output end face of the semiconductor chip. That is, when the protruding solder is guided toward the input surface or output surface of the semiconductor chip and a solder ball is formed there, the solder ball interferes with the arrangement of the lens and the waveguide. In addition, even when the recess as shown in FIG. 6 is provided, if the solder ball becomes large, the recess may overflow.
従って、あふれたはんだは半導体チップの入力面又は出力面ではない側面の方向に誘導する必要があるが、こうすると、複数の半導体チップを近接して実装する場合に、互いに干渉する問題があった。 Therefore, it is necessary to guide the overflowing solder toward the side of the semiconductor chip that is not the input surface or the output surface. However, this causes a problem of interfering with each other when mounting a plurality of semiconductor chips close to each other. .
一方で、従来、キャリア材の金属膜は、位置固定をするとともに電流あるいは電圧を供給する電極としても用いられてきた。つまり、半導体チップと側面に金属層があるキャリア材とを有する複数の半導体素子を並列して複数並べることを考えると、側面にあるキャリア材が金属であるため、キャリア材と他の半導体素子のキャリア材とが接触した場合に導通してしまう問題があった。通常、キャリア材と他の半導体素子のキャリア材との間には一定の間隔が設けられるが、はんだボールがそこにあると、やはり接触してしまう可能性がある。側面に凹部を設けた場合でも、はんだボールが大きい場合には溝からあふれて、やはり接触してしまう問題があった。 On the other hand, conventionally, a metal film of a carrier material has been used as an electrode for fixing a position and supplying a current or a voltage. In other words, considering that a plurality of semiconductor elements each having a semiconductor chip and a carrier material having a metal layer on a side surface are arranged in parallel, the carrier material on the side surface is a metal, so that the carrier material and other semiconductor elements There has been a problem of conduction when in contact with the carrier material. Usually, a certain distance is provided between the carrier material and the carrier material of another semiconductor element. However, if the solder ball is present there, there is a possibility of contact. Even when the concave portion is provided on the side surface, if the solder ball is large, it overflows from the groove and still comes into contact.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、半導体チップをキャリア材に実装する際に、半導体チップの位置固定を確保する際に用いるはんだ材の溶融時の流れやはみ出しを抑制し、キャリア材とキャリア材又はキャリア材と他の導体が接触した場合にも問題が生じない、はんだ流れ防止構造を有する半導体素子を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when mounting a semiconductor chip on a carrier material, it suppresses the flow and protrusion of the solder material used when securing the position fixing of the semiconductor chip, It is an object of the present invention to realize a semiconductor element having a solder flow prevention structure which does not cause a problem even when a carrier material and a carrier material or a carrier material and another conductor are in contact with each other.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の半導体素子は、半絶縁性又は絶縁性の基板上に設けられ、上面に電流または電圧を印加するための電極が形成された半導体チップと、前記半導体チップの前記基板の下面に形成された、前記半導体チップの位置固定用の第1の金属層と、キャリア材と前記キャリア材上に形成された第2の金属層とを含むはんだ流れ防止構造と、を備え、前記第2の金属層は、はんだ材を介して前記第1の金属層及び前記第2の金属層を固着することにより、前記半導体チップと前記キャリア材とを位置固定する第1の領域と、前記第1の領域から漏れ出した前記はんだ材を誘導する第2の領域と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor element according to claim 1 of the present invention is a semiconductor provided on a semi-insulating or insulating substrate, and an electrode for applying a current or a voltage is formed on the upper surface. A chip, a first metal layer for fixing the position of the semiconductor chip formed on a lower surface of the substrate of the semiconductor chip, a carrier material, and a second metal layer formed on the carrier material. A solder flow prevention structure, and the second metal layer is formed by fixing the first metal layer and the second metal layer via a solder material, thereby connecting the semiconductor chip and the carrier material. A first region for fixing the position and a second region for guiding the solder material leaking from the first region are included.
本発明の請求項2に記載の半導体素子は、本発明の請求項1に記載の半導体素子であって、前記第1の領域及び前記第2の領域は、前記キャリア材の同じ上面に設けられていることを特徴とする。 A semiconductor element according to claim 2 of the present invention is the semiconductor element according to claim 1 of the present invention, wherein the first region and the second region are provided on the same upper surface of the carrier material. It is characterized by.
本発明の請求項3に記載の半導体素子は、本発明の請求項1に記載の半導体素子であって、前記第1の領域は前記キャリア材の上面に設けられ、前記第2の領域が前記キャリア材の側面に設けられていることを特徴とする。 A semiconductor element according to a third aspect of the present invention is the semiconductor element according to the first aspect of the present invention, wherein the first region is provided on an upper surface of the carrier material, and the second region is the It is provided on the side surface of the carrier material.
本発明の請求項4に記載の半導体素子は、本発明の請求項3に記載の半導体素子であって、前記キャリア材の側面に凹部が設けられていることを特徴とする。 A semiconductor element according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor element according to the third aspect of the present invention, wherein a concave portion is provided on a side surface of the carrier material.
本発明の請求項5に記載の半導体素子は、本発明の請求項3に記載の半導体素子であって、前記第2の金属層は金メッキで構成されていることを特徴とする。 A semiconductor element according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor element according to the third aspect of the present invention, wherein the second metal layer is made of gold plating.
本発明の請求項6に記載の半導体素子は、本発明の請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体素子であって、前記基板は、InPから構成されることを特徴とする。 A semiconductor element according to a sixth aspect of the present invention is the semiconductor element according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein the substrate is made of InP.
本発明の請求項7に記載の半導体素子は、本発明の請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体素子であって、前記キャリア材は、AlNから構成されることを特徴とする。 A semiconductor element according to a seventh aspect of the present invention is the semiconductor element according to any one of the first to sixth aspects of the present invention, wherein the carrier material is made of AlN.
本発明によると、半導体チップとキャリア材をはんだ材で位置固定する半導体素子において、はんだ材の半導体チップ表面へのせり上がりや側面へのはんだボールの析出を抑制し、キャリア材とキャリア材又はキャリア材と他の導体が接触した場合にも問題が生じない、はんだ流れ防止構造を実現することが可能となる。 According to the present invention, in a semiconductor element in which the position of a semiconductor chip and a carrier material is fixed with a solder material, the solder material is suppressed from rising onto the surface of the semiconductor chip and the solder balls are deposited on the side surface. It is possible to realize a solder flow prevention structure that does not cause a problem even when a material and another conductor are in contact with each other.
また、本発明によると、半導体チップにおいて半絶縁性の基板を位置固定用のみに使うものとしたため、半導体チップの下面の金属膜に電流・電圧が印加されず、キャリア材とキャリア材、又はキャリア材と隣接する導体とが接触しても問題は生じない。 In addition, according to the present invention, since the semi-insulating substrate is used only for position fixing in the semiconductor chip, no current / voltage is applied to the metal film on the lower surface of the semiconductor chip, and the carrier material and the carrier material, or the carrier There is no problem even if the material and the adjacent conductor are in contact with each other.
以下、図面を参照して本発明の各実施例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
図7は、本発明の実施例1に係る半導体素子のはんだ流れ防止構造を示し、具体的には光半導体チップをキャリア基板上に搭載した光通信用モジュールの一部を示す。図7(a)は実装時の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示し、図7(b)は実装後の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示す。
Hereinafter, although each Example of this invention is described in detail with reference to drawings, this invention is not limited to these Examples.
(Example 1)
FIG. 7 shows a solder flow prevention structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and specifically shows a part of an optical communication module in which an optical semiconductor chip is mounted on a carrier substrate. FIG. 7A shows a structure for preventing solder flow of a semiconductor element during mounting, and FIG. 7B shows a structure for preventing solder flow of a semiconductor element after mounting.
図7(a)には、AlN等からなるキャリア材701と、下面に固定用金属層703が設けられた半導体チップ702と、キャリア材701の半導体チップ搭載面に設けられたはんだ溶融用金属層704と、固定用金属層703とはんだ溶融用金属層704との間に設けられたAuSn等からなるはんだ材705と、を有する半導体素子が示されている。キャリア材701及びはんだ溶融用金属層704ではんだ流れ防止構造が構成される。
7A shows a
図7(a)及び(b)に示されるように、実装時のはんだ流れ防止構造では、はんだ材705を用いて固定用金属層703とはんだ溶融用金属層704とを固着することにより、キャリア材701上で半導体チップ702の位置固定をしている。
As shown in FIGS. 7A and 7B, in the solder flow prevention structure at the time of mounting, the fixing
光半導体チップ704は、InPなどの半導体基板上に光導波路層及び電極層を積層した構造を有する。例えば、半導体光変調器チップの場合、光半導体チップ704は、半絶縁性InP基板上に、n型InPクラッド層、i型MQW光コア層、半絶縁性InP層、n型InPクラッド層を順に積層することにより光導波路層を構成し、さらに、光導波路層を幅2μm程度のメサ状に加工して、その光導波路の直上にAuを用いて変調電極を形成し、メサの両脇に接地電極を形成することにより、光変調に必要な電界を効率よく印加可能な構成とすることができる。
The
はんだ溶融用金属層704は、はんだ材705を介して半導体チップ702の位置を固定するための位置固定領域7041と、漏れ出したはんだ材705を誘導するためのはんだガイドパターン領域7042を有する。本発明では、半導体チップ702の側面あるいは上面へのはんだ材705の染み出しを防止するために、図7(b)に示されるように、はんだガイドパターン領域7042は、実装後に半導体チップ702によって上から覆われずに、搭載される半導体チップ702の外側に配置されるようにキャリア材701の半導体チップ搭載面上に設けられている。はんだガイドパターン領域7042により、余分にはみ出したはんだ材705をはんだガイドパターン領域7042に沿わせるように導き出すことができる。
The solder
本はんだ流れ防止構造によって、はんだ材の半導体チップ表面へのせり上がりや側面へのはんだボールの析出を抑制することが可能となる。また、キャリア材の側面に金属を設けていないため、キャリア材とキャリア材、もしくはキャリア材と他の導体が接触した場合にも、問題は生じない。 With this solder flow prevention structure, it is possible to suppress the solder material from rising to the surface of the semiconductor chip and from the deposition of solder balls on the side surfaces. Further, since no metal is provided on the side surface of the carrier material, no problem occurs even when the carrier material and the carrier material or the carrier material and another conductor are in contact with each other.
なお、図7に示す実施例1に係る半導体チップ702は、簡単のため、図3に示すようなIQ変調器ではなく直線的な導波路を有する構造としたが、裏面に固定用金属層703があって、導波路端面とはんだガイドパターン領域7042とが近接していなければ、どのような導波路構造を有する半導体チップでも構わない。
For simplicity, the
(実施例2)
図8は、本発明の実施例2に係る半導体素子のはんだ流れ防止構造を示す。図8(a)は実装時の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示し、図8(b)は実装後の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示す。
(Example 2)
FIG. 8 shows a solder flow prevention structure for a semiconductor device according to Example 2 of the present invention. FIG. 8A shows a solder flow prevention structure of a semiconductor element during mounting, and FIG. 8B shows a solder flow prevention structure of the semiconductor element after mounting.
図8(a)には、AlN等からなるキャリア材801と、下面に固定用金属層803が設けられた半導体チップ802と、キャリア材801の半導体チップ搭載面に設けられたはんだ溶融用金属層804と、固定用金属層803とはんだ溶融用金属層804との間に設けられたAuSn等からなるはんだ材805と、を有する半導体素子が示されている。キャリア材801及びはんだ溶融用金属層804ではんだ流れ防止構造が構成される。
FIG. 8A shows a
実施例2において、半導体チップ802としては、InP光半導体チップを使用し、半絶縁性(もしくは絶縁性)のInP基板上に、n型InPクラッド層、i型MQW光コア層、半絶縁性InP層、n型InPクラッド層を積層して光導波路層を構成している。
In the second embodiment, an InP optical semiconductor chip is used as the
はんだ溶融用金属層804は、はんだ材805を介して半導体チップ802の位置を固定するための位置固定領域8041と、漏れ出したはんだ材805をキャリア材801の側面に誘導するための側面はんだガイド領域8042を有する。実施例2では、キャリア材801の側面を一部切り欠き、当該切り欠き部分に金属蒸着等することにより側面はんだガイド領域8042を形成している。このように、搭載される半導体チップ802より内側にキャリア材801の側面はんだガイド806が配置されているため、溶融によりはみ出した余分なはんだは、側面にほとんどはみ出すことない。
Solder
図8に示す半導体チップ802は、半絶縁性又は絶縁性のInP基板上に形成されているため、半導体チップ802の下面の固定用金属層803に電流・電圧がかかることはない。つまり、電流又は電圧は、変調電極と2つの接地電極の間にかかり、固定用金属層803にはかからない。そのため、たとえはんだ材805が側面にはみ出て、隣接するキャリア材(または隣接する導体)に接触した場合にも問題は生じない。
Since the
なお、図8に示す実施例2に係る半導体チップ802は、簡単のため、図3に示すようなIQ変調器ではなく直線的な導波路を有する構造としたが、裏面に固定用金属層803があれば、どのような導波路構造を有する半導体チップでも構わない。以下に示す実施例3に係る半導体チップも同様とする。
For simplicity, the
(実施例3)
図9は、本発明の実施例3に係る半導体素子のはんだ流れ防止構造を示す。図9(a)は実装時の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示し、図9(b)は実装後の半導体素子のはんだ流れ防止構造を示す。
(Example 3)
FIG. 9 shows a solder flow prevention structure for a semiconductor device according to Example 3 of the present invention. FIG. 9A shows a solder flow prevention structure of a semiconductor element during mounting, and FIG. 9B shows a solder flow prevention structure of the semiconductor element after mounting.
図9(a)には、AlN等からなるキャリア材901と、下面に固定用金属層903が設けられた半導体チップ902と、キャリア材901の全面に設けられた金属膜904と、固定用金属層903とキャリア材901との間に設けられたAuSn等からなるはんだ材905と、を有する半導体素子が示されている。キャリア材901及び金属膜904ではんだ流れ防止構造が構成される。
FIG. 9A shows a
搭載する半導体チップ902は、実施例2に同じで、半絶縁性(もしくは絶縁性)InP基板上の半導体チップである。
A
実施例3では、キャリア材901にはんだ材905の濡れ性が良い材料として金メッキ等からなる金属膜904を施すことを特徴としており、キャリア材901の周囲全集に渡りはみ出したはんだを導くことが可能となる。
The third embodiment is characterized in that a
実施例3に係るはんだ流れ防止構造によって、はんだ材905の半導体チップ表面へのせり上がりや側面へのはんだボールの析出を抑制することが可能となる。また、キャリア材に電流・電圧がかからないため、たとえはんだ材が側面にはみ出て、隣接するキャリア材(または隣接する導体)に接触した場合にも問題は生じない。
With the solder flow prevention structure according to the third embodiment, it is possible to suppress the
キャリア材 11、21、401、701、801、901
半導体チップ 12、402、702、802、902
Au層 13
はんだ材 14、24、405、705、805、905
凹部 22
金属層 23
SI−InP基板 101、201
下部クラッド層 102、202
コア層 103、203
上部クラッド層 104、204
固定用金属層 105、205、403、703、803、903
ポリマー 106、206
変調電極 207
接地電極 208、209
IQ変調器 300
アクティブ領域 301
パッシブ領域 302
はんだ溶融用金属層 404、704、804
位置固定領域 7041、8041
はんだガイドパターン領域 7042
側面はんだガイド領域 8042
金属膜 904
SI-
Lower cladding layer 102, 202
Core layer 103, 203
Upper cladding layer 104, 204
Fixing
Polymer 106, 206
Modulation electrode 207
Ground electrode 208, 209
IQ modulator 300
Solder
Solder
Side
Claims (7)
前記半導体チップの前記基板の下面に形成された、前記半導体チップの位置固定用の第1の金属層と、
キャリア材と前記キャリア材上に形成された第2の金属層とを含むはんだ流れ防止構造と、
を備え、前記第2の金属層は、
はんだ材を介して前記第1の金属層及び前記第2の金属層を固着することにより、前記半導体チップと前記キャリア材とを位置固定する第1の領域と、
前記第1の領域から漏れ出した前記はんだ材を誘導する第2の領域と、
を含むことを特徴とする半導体素子。 A semiconductor chip provided on a semi-insulating or insulating substrate and having an electrode for applying a current or voltage applied to the upper surface;
A first metal layer for fixing the position of the semiconductor chip, formed on the lower surface of the substrate of the semiconductor chip;
A solder flow prevention structure comprising a carrier material and a second metal layer formed on the carrier material;
The second metal layer comprises:
A first region for fixing the position of the semiconductor chip and the carrier material by fixing the first metal layer and the second metal layer via a solder material;
A second region for guiding the solder material leaking from the first region;
A semiconductor device comprising:
Priority Applications (1)
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JP2014084895A JP2015203861A (en) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | semiconductor element |
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- 2014-04-16 JP JP2014084895A patent/JP2015203861A/en active Pending
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