JP2021163950A - 光半導体パッケージの製造方法及び光半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】電流のリークを抑制しつつ、表面電極の面積を大きくすることのできる光半導体パッケージ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明による光半導体パッケージの製造方法は、パッケージ基板上の表面電極に光半導体チップをマウントする工程と、前記表面電極を囲む非導通領域を介して、前記表面電極と接しない位置にある第１金属層と、凹部を有する透光性蓋体の口縁部の接合面に位置する第２金属層との間に半田を配置して、前記第１金属層と前記第２金属層とを対面させ、前記半田を融解しながら前記パッケージ基板と前記透光性蓋体とを加圧することによって、前記光半導体チップを前記パッケージ基板と前記透光性蓋体との間の閉鎖空間内に収容する封止工程とを含み、前記パッケージ基板が、前記非導通領域において、前記半田の広がりを阻止する段差を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、光半導体パッケージの製造方法及び光半導体パッケージに関する。
光半導体チップは発光素子及び受光素子に大別される。このうち、発光素子を使用した光半導体装置としては、発光ダイオード、半導体レーザー等が挙げられる。発光素子は、発光する光の波長に応じて様々な用途で使用される。例えば、赤外光の発光素子は各種センサーに使用され、可視光の発光素子は照明、電子機器の表示光源等として使用され、紫外光の発光素子は殺菌、樹脂硬化等に使用される。いずれの光半導体チップであっても、種々の使用環境において長期間性能を維持できる構造が求められている。例えば、光半導体チップをパッケージ基板（キャリアとも呼ばれる）に収容した光半導体装置では、高信頼性の長期間維持を実現するため、光半導体チップの波長に合った光を十分に透過する透明な窓材からなる蓋体（以下、透光性蓋体と記載する）により光半導体チップが封止される。すなわち、光半導体装置は、外気の流入が無い閉じた空間（以下、閉鎖空間と記載する）内に光半導体チップを収容する。紫外光の光半導体チップの場合、他の波長に比べて光半導体チップを収容する構造は複雑となることが多い。この理由の一つは、紫外光の場合、他の波長に比べて印加電圧が高くて発熱が大きくなることに加えて、紫外光に反応し難い材料は限られているために、ガラスや金属、セラミックスなどの紫外光による劣化が生じにくい素材を使用する必要があるためである。そして、そのような閉鎖空間を形成するための封止方法の一つとして、ＡｕＳｎ又はＡｇＳｎ等の半田を用いて、発光素子が設置されたパッケージ基板などと透光性蓋体とを接合して封止する技術がある。光半導体素子の封止技術として、例えば以下の特許文献１、２のような技術が挙げられる。
特許文献１には、光半導体素子を凹部内に収容したパッケージ基板と窓部材とを封止する際において、パッケージ基板上面の第１金属層と、接合材（半田）と、窓部材に設けられる第２金属層との間の好ましい配置関係について開示されている。
特許文献２には、光半導体素子をマウントしたパッケージ基板と、凹形状を有する窓部材（キャップ）とを封止する例が示され、凹形状内に樹脂部を設けることについて記載されている。
特許文献２のような凹形状を有する窓部材を用いて封止する場合、特許文献２に記載の第４工程の第４ステップにおいて、溶融したＡｕＳｎ半田を押し下げて横方向に広げてから冷却凝固させる。そのときのＡｕＳｎ半田への荷重の印加は、０．１〜１ｋｇｆ/ｃｍ2程度の範囲で設定するのが望ましいと特許文献２には書かれている。
本発明者らが検討したところ、特許文献２のように凹部を有する透光性蓋体に対して荷重をかけた場合、使用する半田の量などの条件によっては、溶融した半田の横方向への広がりが大きいため、光半導体チップがマウントされているパッケージ基板上の表面電極にまで溶融した半田が届いてしまい、電流のリークを生じさせる恐れがあることが分かった。
こうした電流リークを回避するためには、表面電極の面積を小さくして第１金属と表面電極との間の距離を十分に大きくすることが考えられる。しかしながら、表面電極の面積は大きい方が放熱や光反射によって発光効率が上がることが期待される。そのため、電流のリークが発生しないようにしながら、表面電極を出来るだけ大きくする必要があった。
本発明者らは接合条件に着目し、十分な接合強度を得るための半田厚さや半田への荷重を変えて試験したところ、半田の横方向への広がりによるリーク電流の発生と、確実な接合強度を得ることとには、相反する関係があることを本発明者らは確認した。確実な接合強度を得ながらリーク電流を抑制するには、接合部と表面電極との間の導電材料が無い非導通領域の幅を大きくして表面電極の面積を小さくする必要があるものの、これでは表面電極の面積を大きくすることのメリットを享受できない。
そこで、本発明は、電流のリークを抑制しつつ、表面電極の面積を大きくすることのできる光半導体パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討し、パッケージ基板において表面電極を囲む非導通領域に段差を設け、この段差を利用して半田が融解するときの半田の拡がりを阻止することを着想した。本発明はかかる知見に基づきなされたもので、以下のような構成を有する。
（１）パッケージ基板上の表面電極に光半導体チップをマウントする工程と、
前記表面電極を囲む非導通領域を介して、前記表面電極と接しない位置にある第１金属層と、凹部を有する透光性蓋体の口縁部の接合面に位置する第２金属層との間に半田を配置して、前記第１金属層と前記第２金属層とを対面させ、前記半田を融解しながら前記パッケージ基板と前記透光性蓋体とを加圧することによって、前記光半導体チップを前記パッケージ基板と前記透光性蓋体との間の閉鎖空間内に収容する封止工程とを含み、
前記パッケージ基板が、前記非導通領域において、前記半田の広がりを阻止する段差を有することを特徴とする光半導体パッケージの製造方法。
前記表面電極を囲む非導通領域を介して、前記表面電極と接しない位置にある第１金属層と、凹部を有する透光性蓋体の口縁部の接合面に位置する第２金属層との間に半田を配置して、前記第１金属層と前記第２金属層とを対面させ、前記半田を融解しながら前記パッケージ基板と前記透光性蓋体とを加圧することによって、前記光半導体チップを前記パッケージ基板と前記透光性蓋体との間の閉鎖空間内に収容する封止工程とを含み、
前記パッケージ基板が、前記非導通領域において、前記半田の広がりを阻止する段差を有することを特徴とする光半導体パッケージの製造方法。
（２）前記パッケージ基板が凸部を有しており、前記表面電極の位置が、前記第１金属層の位置に対して前記凸部の段差を経て高い位置にある、前記（１）に記載の光半導体パッケージの製造方法。
（３）前記半田が、ＡｕＳｎ半田またはＡｇＳｎ半田である、前記（１）又は（２）に記載の光半導体パッケージの製造方法。
（４）パッケージ基板上の表面電極上にマウントされた光半導体チップが、凹部を有する透光性蓋体との間に生じる閉鎖空間内に封止されている光半導体パッケージであって、
前記パッケージ基板上の表面電極を囲む非導通領域を介して前記表面電極と接しない位置にある第１金属層と、前記透光性蓋体の口縁部の接合面に位置する第２金属層とが対面し、
前記第１金属層と前記第２金属層との間が半田により接合されており、
前記パッケージ基板が、前記非導通領域において段差を有していることを特徴とする光半導体パッケージ。
前記パッケージ基板上の表面電極を囲む非導通領域を介して前記表面電極と接しない位置にある第１金属層と、前記透光性蓋体の口縁部の接合面に位置する第２金属層とが対面し、
前記第１金属層と前記第２金属層との間が半田により接合されており、
前記パッケージ基板が、前記非導通領域において段差を有していることを特徴とする光半導体パッケージ。
（５）前記パッケージ基板が凸部を有しており、前記表面電極の位置が、前記第１金属層の位置に対して前記凸部の段差を経て高い位置にある、前記（４）に記載の光半導体パッケージ。
前記半田が、ＡｕＳｎ半田またはＡｇＳｎ半田である、前記（４）又は（５）に記載の光半導体パッケージ。
本発明によれば、電流のリークを抑制しつつ、表面電極の面積を大きくすることのできる光半導体装置及びその製造方法及びを提供することができる。
実施形態の説明に先立ち、図１〜図６の概略を説明する。図１は本発明に従う一例である光半導体パッケージ１００の分解模式断面図であり、図２に従来例に係る光半導体パッケージ９００の一例の分解模式断面図を図示した。図３は、従来例における課題を説明するために拡大模式断面図である。本発明の一例である光半導体パッケージ１００と、従来例に係る光半導体パッケージ９００とでは、パッケージ基板の非導通領域に封止工程時の半田の広がりを阻止する段差を有するか否かで特に異なる。図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）には、こうした段差の具体例を図示した。図６は光半導体パッケージの製造方法の一例を図示したものである。なお、数字三桁のうち下二桁以降の数字及び英字符号は同種の構成を参照するものであり、重複する説明を省略する。
（光半導体パッケージ）
まず、図１を参照して本発明の一例による光半導体パッケージ１００を説明する。この光半導体パッケージ１００は、パッケージ基板１１０と、光半導体チップ１２０と、凹部を有する透光性蓋体１３０と、を少なくとも備える。そして、パッケージ基板１１０上の表面電極１５１、１５２上にマウントされた光半導体チップ１２０が、透光性蓋体１３０との間に封止されて閉鎖空間１８０が形成される。図１は分解模式図であるためこの図において閉鎖空間は本来形成されないが、封止工程後には閉鎖空間になるため、説明の便宜状符号を付した。以下、各構成の詳細を順次説明する。
まず、図１を参照して本発明の一例による光半導体パッケージ１００を説明する。この光半導体パッケージ１００は、パッケージ基板１１０と、光半導体チップ１２０と、凹部を有する透光性蓋体１３０と、を少なくとも備える。そして、パッケージ基板１１０上の表面電極１５１、１５２上にマウントされた光半導体チップ１２０が、透光性蓋体１３０との間に封止されて閉鎖空間１８０が形成される。図１は分解模式図であるためこの図において閉鎖空間は本来形成されないが、封止工程後には閉鎖空間になるため、説明の便宜状符号を付した。以下、各構成の詳細を順次説明する。
＜光半導体チップ＞
光半導体チップ１２０は、設置されるパッケージ基板１１０と透光性蓋体１３０とによって閉鎖空間１８０内に封入されるのであれば任意の発光素子または受光素子であってよい。そのような状態で使用される光半導体チップ１２０の例としては、発光波長又は受光波長が深紫外光（波長２００〜３５０ｎｍ）であるものが挙げられる。特に、深紫外光（波長２００〜３５０ｎｍ）の発光素子は駆動時の発熱が大きいため、光半導体チップ１２０に用いて好適である。なお、以下に記載の実施形態ではフリップチップ型の光半導体チップを例に記載するが、垂直型の光半導体チップであっても良い。光半導体チップのチップサイズ（俯瞰したときの外形）は、１辺が３００〜２０００μｍの正方形または長方形としてよい。
光半導体チップ１２０は、設置されるパッケージ基板１１０と透光性蓋体１３０とによって閉鎖空間１８０内に封入されるのであれば任意の発光素子または受光素子であってよい。そのような状態で使用される光半導体チップ１２０の例としては、発光波長又は受光波長が深紫外光（波長２００〜３５０ｎｍ）であるものが挙げられる。特に、深紫外光（波長２００〜３５０ｎｍ）の発光素子は駆動時の発熱が大きいため、光半導体チップ１２０に用いて好適である。なお、以下に記載の実施形態ではフリップチップ型の光半導体チップを例に記載するが、垂直型の光半導体チップであっても良い。光半導体チップのチップサイズ（俯瞰したときの外形）は、１辺が３００〜２０００μｍの正方形または長方形としてよい。
＜パッケージ基板＞
パッケージ基板１１０は、絶縁性と放熱性が高い材料からなることが好ましく、例えばセラミックスからなることが好ましい。セラミックスは、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：low temperature co-fired ceramic）又は高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ：high temperature co-fired ceramic）のいずれでもよい。また、前記セラミックスの材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）等が挙げられる。パッケージ基板１１０は、必要により公知の絶縁材料、金属化合物、可塑剤、有機バインダー又は溶剤を含んでもよい。
パッケージ基板１１０は、絶縁性と放熱性が高い材料からなることが好ましく、例えばセラミックスからなることが好ましい。セラミックスは、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：low temperature co-fired ceramic）又は高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ：high temperature co-fired ceramic）のいずれでもよい。また、前記セラミックスの材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）等が挙げられる。パッケージ基板１１０は、必要により公知の絶縁材料、金属化合物、可塑剤、有機バインダー又は溶剤を含んでもよい。
パッケージ基板１１０の上面の光半導体チップ１２０が設置される位置に形成されている電極を表面電極という。図１の一例では、パッケージ基板１１０の中央部に、電気的絶縁性を確保するために所定の間隙１１２を介して表面電極１５１、１５２が設けられている。単に「表面電極」という場合、この間隙１１２を含むものとする。なお、表面電極１５１、１５２はそれぞれ、光半導体チップ１２０のｐ型電極及びｎ型電極と電気的に接続するための電極である。そして、パッケージ基板１１０上には、表面電極の外側を囲む非導通領域１１１を介して、表面電極１５１、１５２から離れた接しない位置にある第１金属層１４１を有する。第1金属層１４１は、表面電極１５１、１５２と、第1金属層１４１との間に導電材料がない領域である非導通領域１１１を挟みながら、表面電極１５１、１５２を取り囲むように形成されており、後述する透光性蓋体１３０との接合に用いられる。なお、上記のとおり表面電極は間隙１１２を含むため、非導通領域１１１は上記間隙１１２を含まないものとする。非導通領域１１１は、その外縁から第１金属層１４１までの外縁部と、表面電極１５１、１５２及び間隙１１２が位置する中央部との間の周縁部に相当するといえる。
パッケージ基板１１０は、上記表面電極１５１、１５２と上記第１金属層１４１との間において、段差１１３を有する。図１に示した一例は第１金属層１４１と非導通領域１１１との境界に壁面を設けることにより凸部の段差を設けた例であり、これは例示に過ぎず、凹部により段差を設けてもよい。段差による凸部または凹部の最大高さは、例えば０．０２ｍｍより大きいことが好ましく、０．０５ｍｍ以上であることがより好ましく、０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。当該段差が設けられた部分を除き、表面電極１５１、１５２と前記第１金属層１４１とは、それぞれ平坦面上に設けられることが好ましい。当該段差の角度は、垂直でも坂状でもよく、凸部の仰角は４５〜９０度、凹部の俯角は４５〜９０度とすることが好ましい。段差は順メサ構造でも逆メサ構造でも良い。段差の形状は、少なくとも一部に仰角を有している形状であることが好ましい。
ここで、「第１金属層から表面電極までの間」とは、第１金属層１４１とパッケージ基板１１０との接地面の表面電極側の端点から、表面電極とパッケージ基板１１０との接地面の第１金属層１４１側の端点までの間の里程のことをいい、段差がある場合は、里程は段差に伴う段差高さを含むものとする。そして、非導通領域１１１における最短の里程を離隔距離と呼ぶこととする。そして、俯瞰したときの段差を含まない非導通領域の幅を、離隔幅（separation width）ＳＷと呼ぶこととする。
ここで、非導通領域１１１とは、第1金属層１４１が存在する領域と、表面電極が存在する領域に囲まれた全領域である。第１金属層１１１が存在する領域と表面電極が存在する領域との間に段差を含んでいれば非導通領域は段差を有している。例えば図１の一例のように、パッケージ基板１１０の段差１１３と第1金属層１４１の表面電極側の端点とが俯瞰した際に同じ位置にある場合でも、当該段差１１３は非導通領域１１１に存在することになる。
段差は、後述の封止工程において半田の広がりを阻止するように作用する段差であることが好ましい。そのような段差を図４（Ａ）〜（Ｃ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）に例示する。例えば、表面電極と第１電極との間の非導通領域に凸部（堤防部）および／または凹部（堀削部）を設ける場合である。図４（Ａ）〜（Ｃ）に、凹部（掘削部）により段差４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃを設けた例であり、各段差の断面形状は三角形、矩形、半円形である。段差を設けるために、これらの断面形状を任意に組み合わせてもよい。また、図５（Ａ）は、凹部（掘削部）内にさらに凸部５１４ａを設けることで段差５１３ａを形成した例である。図５（Ｂ）は凸部５１４ｂを表面電極５５１ｂの端面に設けて段差５１３ｂを設けた例である。図５（Ｃ）はパッケージ基板の中央部側に凸部を設けることにより段差５１３ｃを設けた例である。図中に、離隔幅ＳＷ及び段差高さＳＨ（図５（Ａ）ではＳＨ１及びＳＨ２）を示した。図５（Ｃ）は特に、表面電極が設けられて光半導体チップを搭載する位置がパッケージ基板５１０ｃの凸部上にあり、表面電極５５１ｃの高さ方向の位置（接地面）が第１電極５４１ｃの高さ方向の位置（接地面）に対して凸部の段差５１３ｃを経て高い位置にある場合である。そして、図５（Ｃ）のように、段差５１３ｃよりも第１電極５４１ｃの厚さが薄く、表面電極５５１ｃの位置（接地面）が第１電極５４１ｃの上面に対して高い位置にあることがより好ましい。このような位置関係とすることにより、表面電極の面積を最大化できると共に、光半導体チップから横方向に出射される光のうち、透光性蓋体に直接届く割合が増えることから、出力の向上も期待できる。
＜透光性蓋体＞
図１を再び参照する。透光性蓋体１３０は、上記の光半導体チップ１２０の波長に対し光を十分に透過する透明な窓材であればよい。光半導体チップ１２０の発光波長又は受光波長が深紫外光（波長２００〜３５０ｎｍ）である場合には、その波長に対して透過率が８０％以上の材料であることが好ましく、例えば、石英、溶融石英、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を例示することができる。さらには、透光性を向上させるために、公知のＡＲコート（光反射防止膜）又はフォトニック結晶を、透光性蓋体１３０の外面、内面または外内両面に設けてもよい。
図１を再び参照する。透光性蓋体１３０は、上記の光半導体チップ１２０の波長に対し光を十分に透過する透明な窓材であればよい。光半導体チップ１２０の発光波長又は受光波長が深紫外光（波長２００〜３５０ｎｍ）である場合には、その波長に対して透過率が８０％以上の材料であることが好ましく、例えば、石英、溶融石英、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を例示することができる。さらには、透光性を向上させるために、公知のＡＲコート（光反射防止膜）又はフォトニック結晶を、透光性蓋体１３０の外面、内面または外内両面に設けてもよい。
透光性蓋体１３０は上記の光半導体チップ１２０を収容可能なように凹部を有し、その凹部は光半導体チップ１２０の厚さよりも大きな深さを持つ凹部であることが好ましい。透光性蓋体１３０は、略平板形状のパッケージ基板１１０との間に、光半導体チップ１２０を収容する閉鎖空間１８０を形成できる形状を有する。透光性蓋体はキャビティレンズともいわれる。透光性蓋体１３０の凹部内の断面形状としては、矩形状のほか、半球状などの曲面を有する掘削形状であってもよい。透光性蓋体１３０の光取り出し側の外形状としては、平板状の板体のほか、半球などの曲面を有していてもよい。
透光性蓋体１３０は、口縁部１３１にパッケージ基板１１０との接合面を有し、その接合面に第２金属層１４２を有する。口縁部１３１とは、図１に示す第２金属層１４２が位置する面のように、透光性蓋体の凹部の底からみて周囲の突端の部分をいう。第２金属層１４２は透光性蓋体１３０と半田１４３との間の密着性を確保するために形成される。口縁部１３１における接合面の位置は、前述の第１金属層１４１の位置と対面できる位置にあり、第２金属層１４２は上記凹部の外周を取り囲む口縁部１３１の接合面の全周に渡って形成されていることが好ましい。第２金属層１４２は半田１４３を間に挟んで第1金属層１４１と対面する位置に形成される。
＜半田＞
本実施形態において、半田１４３は、封止工程において半田１４３を押し下げるときの横方向への広がり方がＡｕＳｎ半田と同程度となる材料であればよく、ＡｕＳｎ半田のほかには例えばＡｇＳｎ半田であってもよい。ＡｕＳｎ半田の組成としては種々のものが利用可能であるが、例えば共晶組成のものを使用することができる。
本実施形態において、半田１４３は、封止工程において半田１４３を押し下げるときの横方向への広がり方がＡｕＳｎ半田と同程度となる材料であればよく、ＡｕＳｎ半田のほかには例えばＡｇＳｎ半田であってもよい。ＡｕＳｎ半田の組成としては種々のものが利用可能であるが、例えば共晶組成のものを使用することができる。
＜＜半田のはみだしと、第1電極および表面電極の配置＞＞
上記の第１金属層１４１と第２金属層１４２は、一般に蒸着法やスパッタ法またはメッキ法によって作製されるが、パッケージ基板１１０及び透光性蓋体１３０のそれぞれ自体が有する表面のうねりも影響して、各金属層の表面は通常、完全な平坦面にはならない。例えば、本実施形態においては、第１金属層１４１の表面のＲｚが１μｍ〜５μｍ、第２金属層１４２の表面のＲｚが４μｍ〜１０μｍである。このように表面の凹凸やうねりがあると、第１金属層１４１と第２金属層１４２の間に半田１４３を挟み、半田１４３を加圧しながら融解し、冷却凝固させることで第１金属層１４１と第２金属層１４２の間を融着する場合、半田１４３に加える荷重が弱いと気泡（ボイド）を第１金属層１４１と第２金属層１４２の間に残してしまい、半田の接合強度が上がらない。例えば、半田１４３にかかる荷重が０．１ｋｇｆ/ｃｍ2より小さい場合には気泡（ボイド）を第１金属層１４１と第２金属層１４２の間に残していて十分な強度が得られないため、半田にかける荷重を０．１ｋｇｆ/ｃｍ2以上とすることが好ましく、半田にかける荷重の上限としては、２ｋｇｆ/ｃｍ2とすることが好ましい。２ｋｇｆ/ｃｍ2より大きい荷重をかけても、半田１４３のつぶれる量が増えるだけで接合強度としてはほとんど変わらなくなるためである。
上記の第１金属層１４１と第２金属層１４２は、一般に蒸着法やスパッタ法またはメッキ法によって作製されるが、パッケージ基板１１０及び透光性蓋体１３０のそれぞれ自体が有する表面のうねりも影響して、各金属層の表面は通常、完全な平坦面にはならない。例えば、本実施形態においては、第１金属層１４１の表面のＲｚが１μｍ〜５μｍ、第２金属層１４２の表面のＲｚが４μｍ〜１０μｍである。このように表面の凹凸やうねりがあると、第１金属層１４１と第２金属層１４２の間に半田１４３を挟み、半田１４３を加圧しながら融解し、冷却凝固させることで第１金属層１４１と第２金属層１４２の間を融着する場合、半田１４３に加える荷重が弱いと気泡（ボイド）を第１金属層１４１と第２金属層１４２の間に残してしまい、半田の接合強度が上がらない。例えば、半田１４３にかかる荷重が０．１ｋｇｆ/ｃｍ2より小さい場合には気泡（ボイド）を第１金属層１４１と第２金属層１４２の間に残していて十分な強度が得られないため、半田にかける荷重を０．１ｋｇｆ/ｃｍ2以上とすることが好ましく、半田にかける荷重の上限としては、２ｋｇｆ/ｃｍ2とすることが好ましい。２ｋｇｆ/ｃｍ2より大きい荷重をかけても、半田１４３のつぶれる量が増えるだけで接合強度としてはほとんど変わらなくなるためである。
さて、半田１４３に０．１ｋｇｆ/ｃｍ2以上の荷重をかけると、融解した半田１４３の厚さは元の厚さの１／２未満まで厚さを減らすことになる。本発明おいて、非導通領域１１１に段差１１３を設けることによる作用効果を説明するため、図２及び図３を参照して従来技術による光半導体パッケージ９００における半田９４３の挙動を説明する。図２及び図３に例示するように、光半導体チップ９２０を封止する際、上記したとおり加圧前の平均厚さの１／２以上に相当する半田９４３が加圧されながら融解したときに、閉鎖空間９８０内の表面電極側に半田９４３の一部が押し出される。そして、半田９４３の一部が第１金属層９４１の横方向にも広がる。このときに、半田９４３が表面電極９５１に接しないようにする必要があるものの、非導通領域９１１が段差のない平坦面であると融解した半田９４３は横方向に広がって表面電極９５１に到達し得る。非導通領域９１１において表面電極側にはみ出して広がった半田９４３の一部が表面電極９５１に接する、または、放電できるほどに表面電極９５１に接近してしまうと、表面電極のｐ型電極側の部分９５１とｎ型電極側の部分９５２との間でリーク電流が流れ不良が起きる。上述した気泡を抑制して接合強度を上げるようにすることと、リーク電流が流れる不良が起きないようにすることを両立するには、種々の条件で試験をした結果、加圧の大きさや半田の量に応じた幅の非導通領域を設けなければならないことが分かった。非導通領域の離隔幅を大きくするためには、表面電極の面積を狭くするかパッケージサイズを大きくする必要があり、表面電極の面積を狭くすると放熱や光反射による発光効率の向上効果が失われ、パッケージサイズを大きくするとコスト上昇と共にパッケージの使用箇所の制約が生じる恐れが生じる。そこで、本発明では図１、図４（Ａ）〜（Ｃ）、図５（Ａ）〜（Ｃ）、図７のように、半田の横方向の流れに対して表面電極に到達する前にさらなる縦方向での半田の移動を強いる段差を設けることで、第１金属層と表面電極との間の離隔幅を小さくしても必要な離隔距離を確保してリーク電流が流れる不良が起きないようにする。すなわち、図１、図４（Ａ）〜（Ｃ）、図５（Ａ）〜（Ｃ）、図７に例示されるような半田の広がりを阻止する段差とは、表面電極側にはみ出る半田（の表面電極側の端部）に縦方向の移動を強いる段差である。図７の符号を参照すると、半田の広がりを阻止する段差により、第１金属層７４１と表面電極７５１の間において縦方向の段差高さＳＨによって作られる空間が、はみ出る半田の表面電極に向かう移動を阻止する。段差高さＳＨは、はみ出る半田の体積と離隔幅ＳＷに応じて適宜設定すればよいが、段差高さＳＨは、荷重をかける前の半田の厚さを超えていれば、はみ出る半田の表面電極側の端部に縦方向の移動を確実に強いることができる。例えば、厚さ０．０２ｍｍの半田を用いるのであれば段差高さＳＨは０．０２ｍｍより大きいことが好ましく、半田厚さの２．５倍の０．０５ｍｍ以上であることがより好ましい。段差高さＳＨは、パッケージに用いるグリーンシートの厚さにもよるが、０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。
本発明では非導通領域に段差が設けられることにより、加圧によってはみ出た融解状態の半田の広がりを阻止することができ、半田が表面電極に接する可能性を大きく減らすことができる。加熱され融解した半田は平坦面を横方向に進むことは比較的容易だが、第１金属層から表面電極までの里程の非導通領域に段差があると、その進行が大きく阻害される。そのため、リーク電流を抑制するために必要な離隔距離は、段差がないときに比べて、段差がある場合の方が短くて済む。以上説明したように、本発明に従う光半導体パッケージは、電流のリークを抑制しつつ、表面電極の面積を大きくすることができる。
本発明に係る製造方法は、マウント工程と、封止工程とを少なくとも有する。実施形態の一つについて図６を参照しつつ、各工程について詳説する。
＜マウント工程＞
図６のマウント工程を参照する。パッケージ基板６１０上に、光半導体チップ６２０を設置するマウント工程については任意であり、公知の方法を使用することができる。マウント工程の一例としては、パッケージ基板６１０上の表面電極６５１、６５２の表面（設置部）に、光半導体チップ６２０の電極層６２１，６２２表面にそれぞれ具備された接合金属６２３、６２４を対向させ、付着させると共に、パッケージ基板６１０を加熱しながら光半導体チップ６２０に対して適切な荷重を負荷しながら超音波接合する。なお、上記の表面電極６５１、６５２は、パッケージ基板内を貫通する配線電極６１８を介して、パッケージ基板６１０の裏面に設けられた裏面電極６６１、６６２にそれぞれ接続されている。
図６のマウント工程を参照する。パッケージ基板６１０上に、光半導体チップ６２０を設置するマウント工程については任意であり、公知の方法を使用することができる。マウント工程の一例としては、パッケージ基板６１０上の表面電極６５１、６５２の表面（設置部）に、光半導体チップ６２０の電極層６２１，６２２表面にそれぞれ具備された接合金属６２３、６２４を対向させ、付着させると共に、パッケージ基板６１０を加熱しながら光半導体チップ６２０に対して適切な荷重を負荷しながら超音波接合する。なお、上記の表面電極６５１、６５２は、パッケージ基板内を貫通する配線電極６１８を介して、パッケージ基板６１０の裏面に設けられた裏面電極６６１、６６２にそれぞれ接続されている。
また、マウント工程における他の実施形態としては、図６の符号を参照すると、あらかじめ、パッケージ基板６１０上に設けられた設置部の表面電極６５１、６５２に、Ａｕバンプを付着させる、または、あらかじめ、パッケージ基板６１０上に設けられた設置部の表面電極６５１、６５２に、半田片を付着させる方法をとっても良い。また、あらかじめ、パッケージ基板６１０上に設けられた設置部の表面電極６５１、６５２に、半田ペーストを塗布する方法としてもよい。さらに、光半導体チップ６２０の電極層６２１、６２２の表面にＡｕＳｎ等の半田層を形成（蒸着等）してもよく、あらかじめ、光半導体チップ６２０の電極層６２１、６２２の表面にＡｕＳｎ等の半田層を形成（蒸着等）しておき、パッケージ基板６１０上に設けられた設置部の表面電極６５１、６５２に、フラックスを塗布してもよい。
＜封止工程＞
図６の封止工程を参照する。光半導体チップ６２０がマウント済みのパッケージ基板には、第１金属層６４１が表面電極を、非導通領域６１１を介して取り囲むよう形成されている。そして、透光性蓋体６３０にも、第２金属層６４２が口縁部６３１の接合面に形成されている。上記第１金属層６４１と上記第２金属層６４２との間に半田６４３を配置した状態で第１金属層６４１と上記第２金属層６４２とを対向させ、半田６４３を介して互いに接する状態とする。このとき、半田６４３は、上記第１金属層６４１と、上記第２金属層６４２のどちら側に先に付けても構わない。パッケージ基板６１０上に透光性蓋体６３０が載置された状態を維持できるように、荷重をかけて仮押さえすることも好ましい。
図６の封止工程を参照する。光半導体チップ６２０がマウント済みのパッケージ基板には、第１金属層６４１が表面電極を、非導通領域６１１を介して取り囲むよう形成されている。そして、透光性蓋体６３０にも、第２金属層６４２が口縁部６３１の接合面に形成されている。上記第１金属層６４１と上記第２金属層６４２との間に半田６４３を配置した状態で第１金属層６４１と上記第２金属層６４２とを対向させ、半田６４３を介して互いに接する状態とする。このとき、半田６４３は、上記第１金属層６４１と、上記第２金属層６４２のどちら側に先に付けても構わない。パッケージ基板６１０上に透光性蓋体６３０が載置された状態を維持できるように、荷重をかけて仮押さえすることも好ましい。
封止工程は、上記のように第１金属層６４１と、第２金属層６４２とが半田６４３を介して互いに接する状態にしたのち、前記半田６４３を用いて融着して封止することで、光半導体チップ６２０が収容されているパッケージ基板６１０と透光性蓋体６３０により生じる閉鎖空間６８０を形成する工程である。当該第１金属層６４１と第２金属層６４２とは、それぞれパッケージ基板６１０と透光性蓋体６３０に密着しやすく、後述の半田６４３とメタライズ可能な金属であれば特に制限されることはない。
封止工程に用いる半田は、上述のとおり、ＡｕＳｎ系半田やＡｇＳｎ系半田等を用いることが好ましく、加熱による半田接合を使用すること好ましい。封止工程における加熱温度は半田が融解する温度（例えば２２０〜３６０℃）とすることが好ましく、半田にかける荷重を０．１ｋｇｆ/ｃｍ2以上２ｋｇｆ/ｃｍ2以下とすることが好ましい。また、窒素ガスなどの不活性雰囲気中で封止工程を行うことが好ましい。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例で使用した光半導体チップ（ＬＥＤ（ＤｏＵＶＬＥＤｓ（登録商標）、商品名ＤＦ８ＸＣ−００００１））は、２８０ｎｍの波長を発光するＡｌＧａＮ結晶からなるＬＥＤチップである。当該ＬＥＤチップのサイズは１ｍｍ×１ｍｍで厚さ０．４３ｍｍであった。
本実施例で使用した光半導体チップ（ＬＥＤ（ＤｏＵＶＬＥＤｓ（登録商標）、商品名ＤＦ８ＸＣ−００００１））は、２８０ｎｍの波長を発光するＡｌＧａＮ結晶からなるＬＥＤチップである。当該ＬＥＤチップのサイズは１ｍｍ×１ｍｍで厚さ０．４３ｍｍであった。
本実施例で使用したパッケージ基板は、高温同時焼成セラミックス（ＨＴＣＣ、熱伝導率１７０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用した。図７（Ａ）、（Ｂ）を参照し、このセラミックスを以下に述べる手順に従い作製した。
まず、原料としてセラミックス原料にＡｌＮ粉末を使用し、公知のバインダーと可塑剤を配合し、スラリーを形成し、このスラリーを公知のドクターブレード法によって、厚さ０．４４ｍｍの第１シート７１０Ａと、厚さ０．２２ｍｍの第２シート７１０Ｂとをそれぞれ作製した。これらシート（以後、グリーンシートともいう）２枚には、それぞれ基板を貫通するスルーホール７１８を2か所以上設けた。その後、タングステン粉末を含んだ導電ペーストを用いて、スルーホール７１８に充填すると共に、後述の表面電極用と裏面電極用の電極パターンの領域および後述の第１金属層を形成する領域に印刷し乾燥した。
第２シート７１０Ｂを所定の形状に切断し、第１シート７１０Ａ上に第２シート７１０Ｂを、それぞれのスルーホール７１８の充填物が連結するように配置し、プレス機により５０〜８０℃程度に熱しながら、１０ＭＰａの圧力を２０分かけて熱圧着した。その後、６００℃の仮焼成の後、加圧しながら１８００℃で焼成した。このように2枚のグリーンシート７１０Ａ、７１０Ｂを重ね合わせて焼成することで、第１シート７１０Ａと第２シート７１０Ｂが結合し、一体となったセラミックス基材を作製した。なお、焼成により両グリーンシートは収縮し、第１シート７１０Ａの部分の厚さＤ１は０．３８ｍｍとなり、第２シート７１０Ｂの部分の厚さＤ2は０．１９ｍｍとなった。
第２シート７１０Ｂを所定の形状に切断し、第１シート７１０Ａ上に第２シート７１０Ｂを、それぞれのスルーホール７１８の充填物が連結するように配置し、プレス機により５０〜８０℃程度に熱しながら、１０ＭＰａの圧力を２０分かけて熱圧着した。その後、６００℃の仮焼成の後、加圧しながら１８００℃で焼成した。このように2枚のグリーンシート７１０Ａ、７１０Ｂを重ね合わせて焼成することで、第１シート７１０Ａと第２シート７１０Ｂが結合し、一体となったセラミックス基材を作製した。なお、焼成により両グリーンシートは収縮し、第１シート７１０Ａの部分の厚さＤ１は０．３８ｍｍとなり、第２シート７１０Ｂの部分の厚さＤ2は０．１９ｍｍとなった。
その後、上記の導電ペーストを用いて形成された電極パターンの位置に合わせて、第２シート７１０Ｂの上面に表面電極７５１、７５２を、第１シート７１０Ａの裏面に裏面電極７６１、７６２（ただし裏面電極７６２は図面簡略化のため図示せず。）を形成した。さらに、枠状の第１金属層７４１を、第１シート７１０Ａ上面のうち、第２シート７１０Ｂが配置されておらず、第１シート７１０Ａが露出した部分であり、第２シート７１０Ｂの壁面の一部を被覆するよう隙間無く形成した。これにより、パッケージ基板７１０は第２シート７１０B部分からなる凸部を有しており、表面電極７５１、７５２の第２シート７１０Ｂとの接地面は、第１金属層７４１の第１シート７１０Ａとの接地面から０．１９ｍｍ（Ｄ2）の垂直な段差を経た高い位置にあることになる。
表面電極７５１、７５２、裏面電極７６１、７６２および第１金属層７４１は、メッキ法によって、銅Cu（30μｍ）を成膜した後、パラジウムPd（75nm）、ニッケルNi（4.5μｍ）、金Au（0.1μｍ）の順に積層を行った。さらに、第１シート７１０Ａを切断し個片化し、本実施例のパッケージ基板７１０を得た。なお、図面簡略化のため裏面電極７６２は図示していない。
図７（Ｂ）を参照する。当該パッケージ基板７１０の第１シート７１０Ａ部分の外形サイズは３．５ｍｍ×３．５ｍｍ（長さＬ４）であり、第２シート７１０Ｂ部分（高台の部分）の外形サイズは、２．３９ｍｍ×２．３９ｍｍ（長さＬ２）であった。また、俯瞰してみた枠状の第１金属層７４１は外形３．３５ｍｍ×３．３５ｍｍ（長さＬ３）、内形２．３９ｍｍ×２．３９ｍｍ（長さＬ２）であり、表面電極７５１、７５２は、ｐ型電極側の部分とｎ型電極側の部分を含めて外接する四角形の外形が２．２９ｍｍ×２．２９ｍｍ（長さＬ１）であり、第１金属層７４１から表面電極７５１、７５２までの間について、俯瞰したときの段差を考慮しない離隔幅ＳＷの値は０．０５ｍｍであった。そして、第１金属層７４１と第２シート７１０Ｂ側面との間に隙間が無いため、第１金属層７４１側面と、段差を構成する第２シート７１０Ｂ側面が接する第１金属層７４１の上面端から表面電極までの里程からなる離隔距離は、離隔幅ＳＷ（０．０５ｍｍ）＋段差高さＳＨ（第２シート厚さＤ2：０．１９ｍｍ−第1電極層厚さＤ3：０．０３ｍｍ）＝０．２１ｍｍであった。
本実施例で使用した透光性蓋体には石英ガラスを用いた。透光性蓋体の形状を図８（A）の模式断面図に示す。透光性蓋体の外形サイズは、３．５０ｍｍ×３．５０ｍｍ（Ｌ１）の高さ１．２８ｍｍ（Ｄ４）であり、凹部を有し、凹部は台形のカルデラ状である。そして、この凹部の深さは０．８８ｍｍ、凹部開口側の幅は２．８ｍｍ、凹部底部側の幅は１．７４ｍｍであった。口縁部に位置する第２金属層は外形３．３ｍｍ×３．３ｍｍ、内形２．８ｍｍ×２．８ｍｍとした。また、この第２金属層は、石英ガラス上にチタン（Ｔｉ）、パナジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）を順に蒸着し、その上に金（Ａｕ）を０．５μｍ蒸着して作製し、トータル厚み３μｍであった。
上記ＬＥＤチップに予めＡｕバンプを合計２５個取り付け、Ａｕバンプ付きチップを用意した。マウント工程において、Ａｕバンプ付きチップを上記パッケージ基板の表面電極８５１ａ、８５２ａに載せ、パッケージ基板を２００℃のホットプレート上に載せて加熱し、加圧によりＡｕバンプを押しつぶしながら超音波接合した。マウント工程時の環境は大気である。
次いで、透光性蓋体８３０ａをパッケージ基板８１０ａに積載した。まず、窒素雰囲気のグローブボックス内に両者を移動させ、パッケージ基板８１０ａの表面電極８５１ａ、８５２ａとＬＥＤチップ８２０ａの電極が向かい合うように置いた。その後、パッケージ基板８１０ａの第１金属層上に半田としてＡｕＳｎプリフォーム半田（田中貴金属製、Ａｕ７８ａｔ％、Ｓｎ２２ａｔ％）を置き、第１金属層と第２金属層とで半田を挟むように位置を合わせて透光性蓋体８３０ａを置いた。ＡｕＳｎプリフォーム半田は、厚さ０．０２０ｍｍのシートを、外形３．２ｍｍ×３．２ｍｍ、内形２．５ｍｍ×２．５ｍｍでパンチングしたものである。そして、仮押さえ冶具のアームとウエイトとを用いて透光性蓋体８３０ａの位置がずれ無いように固定した。この際、ウエイトによって３３ｇｆの荷重をかけた。このとき、ＡｕＳｎプリフォーム半田にかかる圧力は第２金属層の面積（0.0305cm2）を基に計算すると１．０８ｋｇ／ｃｍ2であった。
その後、ＬＥＤチップを備えたパッケージ基板を収納した仮押さえ冶具ごと、窒素に満たされた雰囲気下のエリアに移動させた。前記ウエイトによる荷重をかけながら、前記半田シートの溶融点以上の温度（３００〜３１０℃）まで加熱し、半田が融解したところで冷却して第１金属層と第２金属層を接合させ、閉鎖空間内にＬＥＤチップを封止して封止工程を終えた。こうして、ＬＥＤチップが閉鎖空間内に収容されている実施例１に係る光半導体パッケージを作製した。封止工程後の透光性蓋体とパッケージ基板の間隔の厚さから、融着した後の半田の厚さを計算すると平均で2.0μｍであり、元の厚さ（20μｍ）ら10分の１の厚さとなっていることが分かった。
（評価１：電流リーク試験方法）
得られた光半導体パッケージの裏面電極を、アルミベース基板（基板のサイズ：15×20ｍｍ、厚み1mm）に半田接続し、定電流電圧測定装置（ADCMT製6243）を用いて、順方向電流（Ｉｆ）１０μＡを通電したときの順方向電圧（Ｖｆ）の値と、逆方向電圧（Ｖｒ）５Ｖをかけたときの逆方向電流（Ｉｒ）の値を測定した。
なお、順方向電圧（Ｖｆ）が３．０Ｖ超、かつ、逆方向電流（Ｉｒ）が１．０μＡ未満であれば、電流リークはほとんどなく、良好な結果であると考えることができる。
得られた光半導体パッケージの裏面電極を、アルミベース基板（基板のサイズ：15×20ｍｍ、厚み1mm）に半田接続し、定電流電圧測定装置（ADCMT製6243）を用いて、順方向電流（Ｉｆ）１０μＡを通電したときの順方向電圧（Ｖｆ）の値と、逆方向電圧（Ｖｒ）５Ｖをかけたときの逆方向電流（Ｉｒ）の値を測定した。
なお、順方向電圧（Ｖｆ）が３．０Ｖ超、かつ、逆方向電流（Ｉｒ）が１．０μＡ未満であれば、電流リークはほとんどなく、良好な結果であると考えることができる。
（評価２：接合強度測定方法）
得られた光半導体パッケージを、ダイシェア強度測定装置（Dage Precision Industries 製4000P）を用いて、パッケージ基板を固定し、透光性蓋体のみにシェアツールが当たるようにして、水平方向にシェアツールを動かして荷重をかけて、透光性蓋体がはがれるときの荷重の大きさを測定した。最大荷重は５ｋｇｆまでとした。
なお、接合強度は４ｋｇｆ以上であれば十分な接合強度を有すると考えることができ、最大荷重（５ｋｇｆ）をかけてもはがれないことが好ましい。
得られた光半導体パッケージを、ダイシェア強度測定装置（Dage Precision Industries 製4000P）を用いて、パッケージ基板を固定し、透光性蓋体のみにシェアツールが当たるようにして、水平方向にシェアツールを動かして荷重をかけて、透光性蓋体がはがれるときの荷重の大きさを測定した。最大荷重は５ｋｇｆまでとした。
なお、接合強度は４ｋｇｆ以上であれば十分な接合強度を有すると考えることができ、最大荷重（５ｋｇｆ）をかけてもはがれないことが好ましい。
（実施例２）
透光性蓋体を図８（B）に示すドーム形状のものに替えた以外は、実施例１と同様にして実施例２にかかる光半導体パッケージを作製した。
ドーム形状は、外形サイズが３．５０ｍｍ×３．５０ｍｍ（Ｌ1）の高さ２．１ｍｍ（Ｄ4）であり、凹部を有し、凹部は半径１．３ｍｍ（Ｒ）のドーム形状であった。口縁部に位置する第２金属層は外形３．３ｍｍ×３．３ｍｍ、内形２．７ｍｍ×２．７ｍｍとした。
ウエイトによって３３ｇｆの荷重をかけたときのＡｕＳｎプリフォーム半田にかかる圧力は、第２金属層の面積（0.036cm2）を基に計算すると０．９１７ｋｇ／ｃｍ2であった。
透光性蓋体を図８（B）に示すドーム形状のものに替えた以外は、実施例１と同様にして実施例２にかかる光半導体パッケージを作製した。
ドーム形状は、外形サイズが３．５０ｍｍ×３．５０ｍｍ（Ｌ1）の高さ２．１ｍｍ（Ｄ4）であり、凹部を有し、凹部は半径１．３ｍｍ（Ｒ）のドーム形状であった。口縁部に位置する第２金属層は外形３．３ｍｍ×３．３ｍｍ、内形２．７ｍｍ×２．７ｍｍとした。
ウエイトによって３３ｇｆの荷重をかけたときのＡｕＳｎプリフォーム半田にかかる圧力は、第２金属層の面積（0.036cm2）を基に計算すると０．９１７ｋｇ／ｃｍ2であった。
（実施例３）
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、実施例１と同様にして実施例３にかかる光半導体装置を作製した。ＡｕＳｎプリフォーム半田にかかる圧力は、第２金属層の面積（0.0305cm2）を基に計算すると０．５２５ｋｇ／ｃｍ2であった。封止工程後の透光性蓋体とパッケージ基板の間隔の厚さから、融着した後の半田の厚さを計算すると平均で4.0μｍであり、元の厚さ（20μｍ）から5分の１の厚さとなっていることが分かった。
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、実施例１と同様にして実施例３にかかる光半導体装置を作製した。ＡｕＳｎプリフォーム半田にかかる圧力は、第２金属層の面積（0.0305cm2）を基に計算すると０．５２５ｋｇ／ｃｍ2であった。封止工程後の透光性蓋体とパッケージ基板の間隔の厚さから、融着した後の半田の厚さを計算すると平均で4.0μｍであり、元の厚さ（20μｍ）から5分の１の厚さとなっていることが分かった。
（実施例４）
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、実施例２と同様にして実施例４にかかる光半導体パッケージを作製した。ＡｕＳｎプリフォーム半田にかかる圧力は、第２金属層の面積（0.036cm2）を基に計算すると０．４４４ｋｇ／ｃｍ2であった。
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、実施例２と同様にして実施例４にかかる光半導体パッケージを作製した。ＡｕＳｎプリフォーム半田にかかる圧力は、第２金属層の面積（0.036cm2）を基に計算すると０．４４４ｋｇ／ｃｍ2であった。
（比較例１）
実施例１ではパッケージ基板の作製にあたり段差を設けるため第１シート上に第２シートを積層したところ、比較例１ではパッケージ基板において第２シートを使用せず、第1シート上に表面電極および第1金属層を形成した。俯瞰してみた枠状の第１金属層は外形３．３ｍｍ×３．３ｍｍ、内形２．６ｍｍ×２．６ｍｍであり、表面電極はｐ型電極側の部分とｎ型電極側の部分を含めて外接する四角形の外形が1.94ｍｍ×1.94ｍｍであり、第１金属層から表面電極までの間の非導通領域において段差はなく、離隔幅（および離間距離）の値は0.33ｍｍである。その他の条件は、実施例１と同様にして、比較例１にかかる光半導体パッケージを作製した。
実施例１ではパッケージ基板の作製にあたり段差を設けるため第１シート上に第２シートを積層したところ、比較例１ではパッケージ基板において第２シートを使用せず、第1シート上に表面電極および第1金属層を形成した。俯瞰してみた枠状の第１金属層は外形３．３ｍｍ×３．３ｍｍ、内形２．６ｍｍ×２．６ｍｍであり、表面電極はｐ型電極側の部分とｎ型電極側の部分を含めて外接する四角形の外形が1.94ｍｍ×1.94ｍｍであり、第１金属層から表面電極までの間の非導通領域において段差はなく、離隔幅（および離間距離）の値は0.33ｍｍである。その他の条件は、実施例１と同様にして、比較例１にかかる光半導体パッケージを作製した。
（比較例２）
実施例１ではパッケージ基板の作製にあたり段差を設けるため第１シート上に第２シートを積層したところ、比較例２ではパッケージ基板において第２シートを使用せず、第1シート上に表面電極および第1金属層を形成した。俯瞰してみた枠状の第１金属層は外形３．３５ｍｍ×３．３５ｍｍ、内形２．３９ｍｍ×２．３９ｍｍ（実施例１と同じである。）であり、表面電極はｐ型電極側の部分とｎ型電極側の部分を含めて外接する四角形の外形が2.11ｍｍ×2.11ｍｍであり、第１金属層から表面電極までの間の非導通領域において段差はなく、離隔幅（および離間距離）の値は0.14ｍｍとした。その他の条件は実施例１と同様にして、比較例２にかかる光半導体パッケージを作製した。
実施例１ではパッケージ基板の作製にあたり段差を設けるため第１シート上に第２シートを積層したところ、比較例２ではパッケージ基板において第２シートを使用せず、第1シート上に表面電極および第1金属層を形成した。俯瞰してみた枠状の第１金属層は外形３．３５ｍｍ×３．３５ｍｍ、内形２．３９ｍｍ×２．３９ｍｍ（実施例１と同じである。）であり、表面電極はｐ型電極側の部分とｎ型電極側の部分を含めて外接する四角形の外形が2.11ｍｍ×2.11ｍｍであり、第１金属層から表面電極までの間の非導通領域において段差はなく、離隔幅（および離間距離）の値は0.14ｍｍとした。その他の条件は実施例１と同様にして、比較例２にかかる光半導体パッケージを作製した。
（比較例３）
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、比較例１と同様にして比較例３にかかる光半導体パッケージを作製した。
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、比較例１と同様にして比較例３にかかる光半導体パッケージを作製した。
（比較例４）
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、比較例２と同様にして比較例４にかかる光半導体パッケージを作製した。
ウエイトによって１６ｇｆの荷重をかけた以外は、比較例２と同様にして比較例４にかかる光半導体パッケージを作製した。
実施例２〜４及び比較例１〜４についても、実施例１と同様に上述の評価１及び評価２による評価を行った。結果を下記表１に示す。
以上の結果から、比較例１乃至４では電流リークが発生している一方、実施例１乃至４では電流リークがなく、順方向電圧Vfも3.0V超であり、かつ、逆方向電流Irも1.0μA未満であった。すなわち、実施例１乃至４のようにパッケージ基板の非導通領域に段差を設けることで、離隔幅を小さくしながら半田による電流リークを効果的に抑制できることが分かる。
１００ 光半導体パッケージ
１１０ パッケージ基板
１１１ 非導通領域
１１２ 間隙
１１３ 段差
１１８ スルーホール
１２０ 光半導体チップ（ＬＥＤ）
１３０ 透光性蓋体
１３１ 口縁部
１４１ 第１金属層
１４２ 第２金属層
１４３ 半田
１５１、１５２ 表面電極
１６１、１６２ 裏面電極
１８０ 閉鎖空間
１１０ パッケージ基板
１１１ 非導通領域
１１２ 間隙
１１３ 段差
１１８ スルーホール
１２０ 光半導体チップ（ＬＥＤ）
１３０ 透光性蓋体
１３１ 口縁部
１４１ 第１金属層
１４２ 第２金属層
１４３ 半田
１５１、１５２ 表面電極
１６１、１６２ 裏面電極
１８０ 閉鎖空間
Claims (6)
- パッケージ基板上の表面電極に光半導体チップをマウントする工程と、
前記表面電極を囲む非導通領域を介して、前記表面電極と接しない位置にある第１金属層と、凹部を有する透光性蓋体の口縁部の接合面に位置する第２金属層との間に半田を配置して、前記第１金属層と前記第２金属層とを対面させ、前記半田を融解しながら前記パッケージ基板と前記透光性蓋体とを加圧することによって、前記光半導体チップを前記パッケージ基板と前記透光性蓋体との間の閉鎖空間内に収容する封止工程とを含み、
前記パッケージ基板が、前記非導通領域において、前記半田の広がりを阻止する段差を有することを特徴とする光半導体パッケージの製造方法。 - 前記パッケージ基板が凸部を有しており、前記表面電極の位置が、前記第１金属層の位置に対して前記凸部の段差を経て高い位置にある、請求項１に記載の光半導体パッケージの製造方法。
- 前記半田が、ＡｕＳｎ半田またはＡｇＳｎ半田である、請求項１又は２に記載の光半導体パッケージの製造方法。
- パッケージ基板上の表面電極上にマウントされた光半導体チップが、凹部を有する透光性蓋体との間に生じる閉鎖空間内に封止されている光半導体パッケージであって、
前記パッケージ基板上の表面電極を囲む非導通領域を介して前記表面電極と接しない位置にある第１金属層と、前記透光性蓋体の口縁部の接合面に位置する第２金属層とが対面し、
前記第１金属層と前記第２金属層との間が半田により接合されており、
前記パッケージ基板が、前記非導通領域において段差を有していることを特徴とする光半導体パッケージ。 - 前記パッケージ基板が凸部を有しており、前記表面電極の位置が、前記第１金属層の位置に対して前記凸部の段差を経て高い位置にある、請求項４に記載の光半導体パッケージ。
- 前記半田が、ＡｕＳｎ半田またはＡｇＳｎ半田である、請求項４又は５に記載の光半導体パッケージ。
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