JP2022102321A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、基板と封止キャップとが高い接合強度を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体発光モジュール１０は、発光ダイオード１５を載置した基板１１と、基板１１と接合され、発光ダイオード１５を内部に封入する封止キャップ１９とから構成される。封止キャップ１９は、発光ダイオード１５の光を透光する透光窓１３と、透光窓１３を囲む環状の金属枠体１２とからなる。基板１１は、封止キャップ１９の金属枠体１２の底端面と対向する位置に金属環体２１を有し、当該底端面と金属環体２１とは、接合部材２２によって封止される。少なくとも当該底端面よりも内側の金属環体２１の上面及び側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する弾き膜２３が設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体発光素子を内部に封入する半導体装置及びその製造方法に関する。

従来、半導体素子をパッケージ内部に封入した半導体装置が知られている。半導体発光モジュールの場合は、発光素子が載置された支持体に、当該発光素子から出射された光を透過させる透明窓部材を有するキャップが接合され、気密封止される。

例えば、特許文献１の半導体モジュールは、紫外光を発する発光素子が基板の凹部に収容され、凹部の開口が窓部材により覆われる。半導体モジュールは、窓部材の主面と側面の双方に設けられる金属層を介して封止される。

金属層が入射面と側面の双方に設けられることから、封止部は金属層を介して入射面と側面の双方と接合することとなる。これにより、金属層が入射面と側面のいずれか一方の面にのみ設けられる場合と比べて、封止部との接合性を高めることができる。金属層は、入射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に対して一定の接合強度を保つことができる。

また、封止部は、溶融状態における金属層及び金属面との表面張力により、側面から上面の外周に向けて上面からの厚さが薄くなっていくフィレットを形成する。このようなフィレットを設けることで、基板と窓部材の熱膨張率差によって窓部材に加わる応力に対して一定の接合強度を保つことができる（特許文献１／段落００１７，００２７，００２９、図１参照）。

特開２０１５－１８８７３号公報

しかしながら、特許文献１の半導体モジュールは、基板に対する窓部材の接合にずれが生じた場合に接合部材の余剰や不足が生じ、窓部材の側面にフィレットが形成されず、接合強度が低下するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で安定した接合強度を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、光を出射する発光素子と、前記発光素子を載置する基板と、前記基板と接合され、前記発光素子を内部に封入する封止キャップと、を備え、前記封止キャップは、前記発光素子からの光を透光する透光窓と、前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなり、前記基板は、前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を有し、前記金属枠体の底端面と前記金属環体とは、接合部材によって封止され、少なくとも前記金属枠体の底端面よりも内側の前記金属環体の上面及び側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜が設けられている。

本発明は、発光素子が載置された基板と、封止キャップとを接合してなる半導体装置であって、発光素子から出射された光は、封止キャップの透光窓から外側に放出される。

接合の際には、金属枠体の底端面と基板の金属環体との間に接合部材が配置され、双方が気密封止される。金属枠体よりも内側の金属環体の上面及び側面には、弾き膜が設けられている。この弾き膜は金属酸化膜又は不動態膜を有しており、その表面が滑らかで且つ溶融した接合部材を弾く。そのため、溶融した接合部材が接合領域から一旦張り出しても戻り、また、封止キャップがずれて配置された場合でも、接合部材の形成領域を規制する。これにより、本発明の半導体装置は、簡易な構造で安定した接合強度が得られる。

本発明の半導体装置において、前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の底端面の位置まで延在していることが好ましい。

弾き膜の外周端を金属枠体の底端面の位置まで延在させると、接合時に金属枠体の内側に張り出した接合部材が弾かれ、底端面側に戻される。これにより、接合部材が小片化することを防止することができる。

また、本発明の半導体装置において、前記弾き膜は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）からなることが好ましい。

弾き膜の材料として、例えばアルミニウム（Ａｌ）を用いると、接合部材を確実に弾くことができる。また、このような材料は基板との親和性が高く、発光素子からの光を反射することもできる。

また、本発明の半導体装置において、前記金属枠体の底端面は、前記金属枠体の内側面と連接した角部が面取りされた内側面取部を備えることが好ましい。

金属枠体の底端面が内側面取部を備えていることで、封止キャップの位置がずれて配置された場合に、内側面取部が接合部材の貯留部として機能する。これにより、金属枠体の内側に張り出す接合部材を抑制することができる。

また、本発明の半導体装置において、前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面取部内に達する位置まで延在していることが好ましい。

この構成によれば、接合時に内側に張り出した接合部材が弾き膜で弾かれて、金属枠体の内側面取部内に戻される。これにより、接合部材が小片化することを防止することができる。

また、本発明の半導体装置において、前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面から入り込む入込幅（ｗ）は、前記金属枠体の最大幅（ｈ）の１／４以下であることが好ましい。

弾き膜の入込幅（ｗ）を、金属枠体の最大幅（ｈ）の１／４以下にすることで、基板と封止キャップの接合について、一定以上の接合強度を確保することができる。

また、本発明の半導体装置において、前記金属枠体の底端面は、前記金属枠体の外側面と連接した角部が面取りされた外側面取部を備えることが好ましい。

この構成によれば、接合時に外側に張り出した接合部材はフィレットを形成するが、一部の接合部材は外側面取部内に貯留される。これにより、基板と封止キャップの接合強度を高めることができる。

もう１つの発明は、発光素子を載置する基板と、前記発光素子からの光を透光する透光窓と前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなる封止キャップとで構成される半導体装置の製造方法であって、前記基板上の前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を設ける工程と、前記封止キャップを前記基板に載置したとき、前記金属枠体の底端面よりも内側となる前記金属環体の上面及び内側の側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜を形成する工程と、前記金属枠体と前記金属環体とを接合部材によって接合し、前記基板と前記封止キャップとにより形成される閉空間内に前記発光素子を封入する工程と、を備えている。

本発明の製造方法では、基板上の、封止キャップの金属枠体の底端面と対向する位置に、環状の金属環体を設ける。次に、金属枠体よりも内側の金属環体の上面及び側面に弾き膜を設ける。

その後、金属枠体の底端面と基板の金属環体とを接合部材によって接合して、封止する。弾き膜は金属酸化膜又は不動態膜を有しており、その表面が滑らかで且つ溶融した接合部材を弾く。そのため、溶融した接合部材が接合領域から一旦張り出しても戻り、また、封止キャップがずれて配置された場合でも、接合部材の形成領域を規制する。これにより、本発明の製造方法は、簡易な構造で安定した接合強度が得られる半導体装置を製造することができる。

本発明の実施態様に係る半導体発光モジュールの上面を模式的に示した平面図。 図１のＡ－Ａ線に沿った半導体発光モジュールの断面図。 基板の上面を模式的に示す平面図である。 図３ＡのＢ－Ｂ線に沿った基板の断面図。 半導体発光モジュールの断面拡大図。 半導体発光モジュールの断面拡大図（封止キャップの位置ずれ）。 半導体発光モジュールの断面拡大図（変更形態）。 半導体発光モジュールの断面拡大図（変更形態、封止キャップの位置ずれ）。 本発明の半導体発光モジュールの製造方法を示すフローチャート。

以下では、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［半導体装置の構造］

図１は、本発明の半導体装置の実施態様に係る半導体発光モジュール１０の上面を模式的に示す平面図である。また、図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った半導体発光モジュール１０の断面を模式的に示す平面図である。

半導体発光モジュール１０は、主に基板１１と封止キャップ１９とからなり、その内部に発光ダイオード１５が封止されている。また、封止キャップ１９は、金属枠体１２と透光窓１３とを備えている。

基板１１はセラミック基板であり、ガス等を透過しない窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製である。基板１１上には、半導体発光モジュール１０内の配線電極である第１載置電極（カソード）１４Ａ及び第２載置電極（アノード）１４Ｂが設けられている。第１載置電極１４Ａ及び第２載置電極１４Ｂ（以下、特に区別しない場合には、載置電極１４と称する。）上に、半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）１５が載置され、発光ダイオード１５はこれらの電極に電気的に接続されている。

また、基板１１上には、第１載置電極１４Ａ及び第２載置電極１４Ｂに接続された保護素子であるツェナーダイオード（ＺＤ）１６が設けられ、発光ダイオード１５の静電破壊を防止する。

発光ダイオード１５は、例えば、波長２５０～２７０ｎｍの紫外光を放射する窒化アルミ系ＬＥＤ素子（ＵＶ-ＬＥＤ素子）である。発光ダイオード１５は裏面にカソード電極とアノード電極とを備え、基板１１の第１載置電極１４Ａ及び第２載置電極１４Ｂにそれぞれフリップチップ接合されている。ＵＶ-ＬＥＤ素子を構成する半導体結晶のアルミニウム（Ａｌ）組成は高く、水分（Ｈ₂Ｏ）によって酸化劣化され易い。

封止キャップ１９の金属枠体１２は、基板１１上に設けられた金属環体２１と、金錫（Ａｕ-Ｓｎ）等の接合層又は接合部材２２によって基板１１に気密接合されている。なお、接合部材２２として、油脂又は有機酸からなるフラックス等を用いると、ＵＶ-ＬＥＤ素子から放射される波長２５０～４００ｎｍの光によって炭化され、発光出力を低下させる。このため、接合部材２２としては、フラックス又は有機酸を含まない材料を用いている。

金属枠体１２が金属環体２１に接合されることによって、封止キャップ１９及び基板１１は閉空間を画定し、当該閉空間の内部に発光ダイオード１５及び第１載置電極１４Ａ及び第２載置電極１４Ｂが気密封止される。半導体発光モジュール１０の内部は、封入ガスとして窒素ガス（Ｎ₂）が充填されている。窒素ガス以外に、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを充填してもよい。また、充填ガスに５～２０ｖｏｌ％の酸素（Ｏ_２）ガスを加えることもできる。

第１載置電極１４Ａ、第２載置電極１４Ｂ及び金属環体２１は、厚膜の銅（Ｃｕ）と、当該Ｃｕ膜上に形成されたニッケル／パラジウム／金（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）膜からなる。なお、「材料ａ／材料ｂ／材料ｃ」との記載は、材料ａ、材料ｂ、材料ｃを記載の順に積層した積層体であることを示す。すなわち、上述の例においては、Ｃｕ膜上にＮｉ、Ｐｄ、Ａｕがこの順で積層された構造である。

金属枠体１２は、例えば、コバール（登録商標）等のNi-Co-Fe系低熱膨張金属からなり、その表面はニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）膜によって皮膜されている。

透光窓１３は、発光ダイオード１５の放射光を透過する珪酸塩系ガラス、ホウ珪酸ガラス又は石英ガラス等からなり、表面側が凸面（球面）状となっている。また、透光窓１３は、金属枠体１２に気密接合されている。以下では、透光窓１３が珪酸塩系ガラスからなるガラス窓である場合を例に説明する。

本実施形態の半導体発光モジュール１０は、堅くて脆いセラミックであるガラス窓（透光窓１３）と基板１１との間に展延性を有する金属枠体１２を配置し、また互いに接合される部材の線熱膨張係数差を１（×１０^－６・Ｋ^－１）以内とすることで、通電による発熱、雰囲気温度等の変動による接合部分へ掛かる応力の低減を可能としている。各部材の熱膨張係数（α）は以下の通りである。
・透光窓１３；珪酸塩系ガラス ：α＝５．８（×１０^－６・Ｋ^－１）
・金属枠体１２；Ni-Co-Fe系金属 ：α＝５．１（×１０^－６・Ｋ^－１）
・基板１１；ＡｌＮ ：α＝４．５（×１０^－６・Ｋ^－１）

図３Ａは、基板１１の上面を模式的に示す平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ－Ｂ線に沿った基板１１の断面を模式的に示す断面図である。

図３Ａに示すように、基板１１の上面の外周には矩形状且つ環状の金属環体２１が設けられている。また、金属環体２１の内周領域上、内周側面、及び当該内周側面から基板１１の上面に至る部分には、金属薄膜からなる矩形状且つ環状の弾き膜２３が設けられている。

本実施形態において、弾き膜２３は、その表面に酸化クロム不動態被膜を備えたクロム（Ｃｒ）及びクロム合金から構成されている。なお、弾き膜２３は、その表面が金属酸化膜からなる不動態膜を形成する金属又は合金であればよく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属、及びこれらの金属を少なくとも１つ以上含む合金から構成されていてもよい。特に、クロム（Ｃｒ）の不動態被膜は、載置電極１４に発光ダイオード１５を接合する際に用いる強い酸化膜除去剤（活性剤ともいう）によっても除去されることがないので、好適である。

また、弾き膜２３の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）も好ましい。アルミニウム（Ａｌ）は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の基板１１との親和性が高く、弾き膜２３を基板１１の上面に延在させた場合に高い密着性が得られる。また、アルミニウム（Ａｌ）は、紫外線から赤外線（波長２００～２０００ｎｍ）までの広い波長領域において、高い反射率（例えば、７０％以上）を有するので、半導体発光モジュール１０の光出力を向上させることができる。

図３Ｂに示すように、弾き膜２３よりも外周側の金属環体２１の領域２１Ａ（金属環体２１の外周領域）の上面は金属枠体１２との接合領域である。また、基板１１の裏面には、第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂ（以下、特に区別しない場合には、実装電極１７と称する。）が設けられている。

第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂは、厚膜の銅（Ｃｕ）と、当該Ｃｕ膜上に形成されたニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）膜からなる。そして、第１実装電極１７Ａ、第２実装電極１７Ｂは、それぞれ第１載置電極１４Ａ、第２載置電極１４Ｂと、銅（Ｃｕ）からなる金属ビア１８によって電気的に接続されている。

次に、図４、図５を参照して、半導体発光モジュール１０の断面の詳細について説明する。

図４は、封止キャップ１９が基板１１に対して、適正な位置で封止された場合の断面を示している。このとき、金属枠体１２の底端面の中心と金属環体２１の中心が一致した状態（上面視における金属環体２１の外形に対して、金属枠体１２の底端面の外形が重なった際にできる余白が全周に亘り等しくなる位置）で、接合部材２２により双方が接合される。

金属枠体１２の内側において、弾き膜２３は金属環体２１の上面及び内側面を覆い、基板１１の上面に至る位置まで延在している。これにより、基板１１と封止キャップ１９とを接合する際に、弾き膜２３が溶融して張り出した接合部材２２を弾いて、接合部材２２を金属環体２１と金属枠体１２の間に戻す。

その結果、図示するように、金属枠体１２の外側に接合部材２２によるフィレット２２ｆが形成されるため、基板１１（金属環体２１）と封止キャップ１９（金属枠体１２）の接合強度が向上する。

また、弾き膜２３が金属環体２１の内側面と基板１１の上面を覆うことで、溶融して張り出した接合部材２２の一部（先端部）が金属環体２１の側壁部に付着、残存して金属破片となることを防ぐ。これにより、基板１１と封止キャップ１９の接合に必要な接合部材２２が不足することなく、金属環体２１と金属枠体１２の接合部にフィレット２２ｆが形成される。

また、弾き膜２３の外周端を、金属枠体１２の内側面を延長して交差する金属環体２１の上面交差位置（金属枠体１２の底端面の内側端）、及び上面交差位置を越え、接合部材２２の厚み相当分の位置まで延在させることもできる。これにより、溶融した接合部材２２の張り出しを抑制することができる。

以上により、弾き膜２３の外側領域に接合部材２２を保持することができるので、封止キャップ１９と基板１１の接合において、接合部材２２が不足することのない信頼性の高い接合を可能としている。また、封止キャップ１９の金属枠体１２の外側面と、基板１１の金属環体２１の外周上面に面したフィレット２２ｆが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。

上述の弾き膜２３とは別に、独立した弾き膜（図中の弾き膜２４）を、第１載置電極１４Ａ及び第２載置電極１４Ｂの各々の外周領域上及び外周側面を個別に覆うように設けることもできる。設けた弾き膜２４は、第１載置電極１４Ａ及び第２載置電極１４Ｂの上側まで到達する溶融した接合部材２２を弾き、戻すことができるので、接合部材２２が不足することのない、信頼性の高い接合を可能としている。また、載置電極１４の短絡も防止することができる。

図５は、封止キャップ１９が基板１１に対して、ずれた位置で封止された場合の断面を示している。

ここでは、金属枠体１２の底端面の中心と金属環体２１の中心が一致しない状態で、接合部材２２を介して双方が接合されている。この場合においても、金属環体２１の上面及び側面を覆い、基板１１の上面に至る位置まで延在した弾き膜２３は、基板１１と封止キャップ１９とを接合する際に、接合部材２２を弾く。

図５の左側において、接合部材２２は、弾き膜２３によって金属枠体１２の底端面の内側方向に浸潤することが規制される。また、図５の右側において、接合部材２２は、弾き膜２３によって金属枠体１２の底端面の内周方向への張り出しが規制される。よって、左側においては金属枠体１２の外側にフィレット２２ｆが形成され、右側においては金属枠体１２の内側にフィレット２２ｇが形成されるようになる。

このように、基板１１に対して封止キャップ１９がすれた場合であっても、弾き膜２３の外側領域に接合部材２２が保持される。これにより、封止キャップ１９と基板１１の接合において、接合部材２２が不足することのない信頼性の高い接合を可能としている。また、封止キャップ１９の金属枠体１２の内外側面と、基板１１の金属環体２１の内外周上面に面したフィレット２２ｆ，２２ｇが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。

次に、図６、図７を参照して、変更形態に係る半導体発光モジュール１０の断面の詳細について説明する。

図６は、封止キャップ２０が基板１１に対して、適正な位置で封止された場合の断面を示している。このとき、金属枠体１２の底端面の中心と金属環体２１の中心が一致した状態（上面視における金属環体２１の外形に対して、金属枠体１２の底端面の外形が重なった際にできる余白が全周に亘り等しくなる位置）で、接合部材２２を介して双方が接合される。

図示するように、変更実施形態の金属枠体１２の底端面は、内側面と連接した角部が面取りされた内側面取部１２ａを備えると共に、外側面と連接した角部が面取りされた外側面取部１２ｂを備えている。弾き膜２５は、金属環体２１の上面及び側面を覆い、基板１１の上面に至る位置まで延在している。さらに、弾き膜２５の外周端は、金属枠体１２の内側面から入込幅（ｗ）だけ入り込んでいる。

接合部材２２は、金属枠体１２の底端面と金属環体２１の間を埋め、また、金属環体２１の外周部と外側面取部１２ｂを埋める接合部材２２によるフィレット２２ｆが形成される。これにより、基板１１（金属環体２１）と封止キャップ１９（金属枠体１２）の接合強度が向上する。特に、弾き膜２５の外周端が金属枠体１２の内側面から入込幅（ｗ）だけ入り込んだ構造となっているため、内側面取部１２ａを設けても溶融した接合部材２２を弾き、金属枠体１２の外側面取部１２ｂと金属環体２１の外周部に面するフィレット２２ｆの形成を可能としている。

弾き膜２５の入込幅（ｗ）は、金属枠体１２の内側面から内側面取部１２ａと底端面の連接部までの距離以上で、金属枠体１２の最大幅（ｈ）の１／４以下であることが好ましい。このような条件とすることで、接合部材２２が内側面取部１２ａに這い上がることを抑え、外側面取部１２ｂと金属環体２１の外周上面部に面するフィレット２２ｆの形成を容易にする。よって、基板１１と封止キャップ２０の接合について、一定以上の接合強度を確保することができる。

以上により、弾き膜２５の外側領域に接合部材２２を保持することができる。そのため、封止キャップ２０と基板１１の接合において、金属枠体１２の外側面取部１２ｂと基板１１の金属環体２１の外周上面に面したフィレット２２ｆが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。

図７は、封止キャップ２０が基板１１に対して、ずれた位置で封止された場合の断面を示している。このとき、金属枠体１２の底端面の中心と金属環体２１の中心が一致しない状態で、接合部材２２を介して双方が接合されている。

図７の左側において、接合部材２２は、弾き膜２５によって金属枠体１２の底端面の内側方向に浸潤することが規制される。また、図７の右側において、接合部材２２は、弾き膜２５によって金属枠体１２の底端面の内周方向への張り出しが規制される。

よって、左側においては金属枠体１２の外側にフィレット２２ｆが形成され、右側においては金属枠体１２の内側面取部１２ａと金属環体２１の上面に面したフィレット２２ｇと、外側面取部１２ｂと金属環体２１の上面に面したフィレット２２ｆが形成されるようになる。

なお、金属枠体１２の底端面の面取部は、Ｃ面取り（約４５°の加工）でもよいし、所定の曲率を有するＲ面取りでもよい。また、内側面取部１２ａと外側面取部１２ｂの大きさは、封止キャップ２０の任意の方向から加わる横方向応力が、フィレットに対して圧縮応力として働くことが好ましいので、外側面取部１２ｂが大きいほうが適している。

内側面取部１２ａと外側面取部１２ｂの合計幅は、金属枠体１２の幅（厚み）に対して１／２以下が好ましい。金属枠体１２の底端面の幅を金属枠体１２の幅（厚み）の１／２以上とすることで、封止キャップ２０の縦方向の接合強度を一定以上に保つことができるからである。

このように、基板１１に対して封止キャップ２０がずれた場合であっても、弾き膜２５の外側領域に接合部材２２が保持される。これにより、封止キャップ２０と基板１１の接合において、金属枠体１２の外側面取部１２ｂと基板１１の金属環体２１の外周上面に面したフィレット２２ｆが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。
［半導体発光モジュール１０の製造工程］

本実施形態の半導体発光モジュール１０は、図８のフローチャートにより説明する方法により製造される。

まず、部材準備工程が行われる（ＳＴＥＰ０１）。初めに、金属枠体１２と珪酸塩系ガラスチップを下プレス型にセットし、上部プレスを降下させて金属枠体１２に珪酸塩系ガラスチップを溶着して透光窓１３を形成する。次に、金属枠体１２の透光窓１３が溶着されてない部分にメッキによりＮｉ（１．５～５．０μｍ）／Ａｕ（０．３μｍ以上）メッキを施す。その後、金属枠体１２の底端面にフラックスを含まない接合部材２２（Ａｕ-Ｓｎ環帯リボン）を仮留めし、封止キャップ１９，２０を形成する。

また、基板１１を形成するため、窒化アルミ（ＡｌＮ）基板（厚さ０．３８ｍｍ）に電極接続用のビアホールを開け、無電解メッキによりＡｌＮ基板の表裏及びビアホール内面に銅（Ｃｕ）を付ける。そして、電界メッキでＣｕ表面に厚さ５０μｍ以上の厚膜Ｃｕを形成する。このとき、ビアホール内部にＣｕが充填された金属ビア１８が形成される。次に、ＥＢ（電子ビーム）蒸着又は抵抗加熱等により、Ｃｕの上面にＮｉ（４．５±１．５μｍ）／Ｐｄ（０．０５μｍ以上）／Ａｕ（０．０５μｍ以上）層を形成する。

その後、フォトリソグラフィにより各電極及び金属環体の形成領域以外の金属を除去して、各電極１４，１７及び金属環体２１を形成する。これにより、基板に固着した（すなわち、封止性を有する）金属環体２１及び各電極１４，１７が形成される。

その後、レジストのパターニングを行い、ＥＢ蒸着等によりクロム（Ｃｒ）を蒸着し、レジストをリフトオフにより取り除き、金属環体２１上に弾き膜２３となるパターニングされたクロム（Ｃｒ）層を形成する。その後、パターニングされたクロム（Ｃｒ）層を湿度７０％以下のクリーンエアー中で３時間暴露して、表面に酸化クロムの不動態膜を備えた弾き膜２３を形成した。

次に、素子接合工程が行われる（ＳＴＥＰ０２）。具体的には、載置電極１４Ａ，１４Ｂ上に発光ダイオード１５及びツェナーダイオード１６を、熱溶着によるＡｕ-Ｓｎ共晶接合（フラックスレス）によって素子実装（接合）を行う。このとき、接合助剤としてギ酸を用いることもできる。なお、フラックス及び有機酸等の接合助剤を含むＡｕ-Ｓｎペーストを用いたリフローにて素子実装する場合には、実装後に洗浄して、フラックスを除去すればよい。

ここで、クロム（Ｃｒ）不動態膜は、リン酸等の強酸系の接合助剤以外では除去されない。また、アルミニウム（Ａｌ）不動態膜は、ギ酸等の弱い酸では除去されない。よって、弾き膜２３となる金属に合わせて素子接合工程で用いる接合助剤を選択すればよい。

また、発光ダイオード１５又はツェナーダイオード１６が上下導通タイプの場合は、ワイヤボンディング工程が行われる（ＳＴＥＰ０３）。発光ダイオード１５及びツェナーダイオード１６は、各素子の電極パッドと載置電極１４Ａ，１４Ｂの何れかとワイヤボンディングにより接続する。なお、本実施形態では、フリップチップ（電気的に対の接合用電極パッドが片面にあるタイプのチップ）を用いたため、本工程は省略した。

最後に、封止工程が行われる（ＳＴＥＰ０４）。具体的には、発光ダイオード１５及びツェナーダイオード１６を実装した基板１１を熱溶着共晶装置にセットする。そして、封止キャップ１９をツールで掴み、基板１１と位置合わせする。さらに、封止キャップ１９を基板１１に押圧し（約１００ｇｆ）、同時に３００℃まで加熱して熱溶着共晶接合により基板１１の金属環体２１と金属枠体１２とを接合する。これにより、封止キャップ１９と基板１１との気密接合（封止）がなされる。

上記工程により、接合時に溶融した接合部材（例えば、Ａｕ-Ｓｎ）が半導体発光モジュール１０の内側にはみ出そうとしても、金属環体２１上の弾き膜２３によって溶融した接合部材が弾かれ、モジュール内部にはみ出すことを防止することができる。また、接合助剤を選択することで弾き膜２３に形成された不動態被膜が除去され、接合部材２２がモジュール内部にはみ出すことを防止することができる。

１０ 半導体発光モジュール
１１ 基板
１２ 金属枠体
１２ａ 内側面取部
１２ｂ 外側面取部
１３ 透光窓
１４ 載置電極
１４Ａ 第１載置電極
１４Ｂ 第２載置電極
１５ 発光ダイオード
１６ ツェナーダイオード
１７ 実装電極
１７Ａ 第１実装電極
１７Ｂ 第２実装電極
１８ 金属ビア
１９，２０ 封止キャップ
２１ 金属環体
２２ 接合部材
２３，２４，２５ 弾き膜

Claims (8)

1. 光を出射する発光素子と、
   前記発光素子を載置する基板と、
   前記基板と接合され、前記発光素子を内部に封入する封止キャップと、を備え、
   前記封止キャップは、前記発光素子からの光を透光する透光窓と、前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなり、
   前記基板は、前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を有し、
   前記金属枠体の底端面と前記金属環体とは、接合部材によって封止され、
   少なくとも前記金属枠体の底端面よりも内側の前記金属環体の上面及び側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜が設けられている、半導体装置。
2. 前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の底端面の位置まで延在している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の何れかの半導体装置。
3. 前記弾き膜は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）からなる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の何れかの半導体装置。
4. 前記金属枠体の底端面は、内側面と連接した角部が面取りされた内側面取部を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体装置。
5. 前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面取部内に達する位置まで延在している、
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面から入り込む入込幅（ｗ）は、前記金属枠体の最大幅（ｈ）の１／４以下である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記金属枠体の底端面は、外側面と連接した角部が面取りされた外側面取部を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の半導体装置。
8. 発光素子を載置する基板と、前記発光素子からの光を透光する透光窓と前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなる封止キャップとで構成される半導体装置の製造方法であって、
   前記基板上の前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を設ける工程と、
   前記封止キャップを前記基板に載置したとき、前記金属枠体の底端面よりも内側となる前記金属環体の上面及び内側の側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜を形成する工程と、
   前記金属枠体と前記金属環体とを接合部材によって接合し、前記基板と前記封止キャップとにより形成される閉空間内に前記発光素子を封入する工程と、
   を備える、半導体装置の製造方法。

Images