JP4830959B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子と、この半導体素子に電源電圧を供給する電極パターンが設けられた基体と、半導体素子を封止する樹脂封止部とを備えた半導体装置に関する。

従来の半導体装置の一例として、特許文献１に記載された従来の発光装置がある。特許文献１に記載の半導体発光装置は、基体となるサブマウント素子の上にフリップチップ型の発光素子を導通搭載すると共に、この発光素子を波長変換用の蛍光物質を含有した樹脂のパッケージによって封止し、このパッケージの厚みを、発光素子の外郭面から発光方向の全方位でほぼ等しくすることで、発光素子の発光方向の全方位に対して蛍光物質による波長変換度の均一化を図るものである。
特開２０００−２０８８２２号公報

このような従来の発光装置を、プリント配線基板やリードフレームに搭載して、更に樹脂により封止した場合や、半田ペーストを介在させてリフロー処理した場合に、その熱で樹脂により形成された樹脂封止部であるパッケージが熱膨張し、その応力により基体から剥離する場合がある。

また、大電流を流すことで高輝度化を図った発光素子では、発熱量が多く高温になるため、長時間にわたって発光しているうちに、やはりその熱によりパッケージが熱膨張し、その応力により基体から剥離する場合がある。

樹脂封止部が基体から剥離することで、例えば、発光素子が基体から剥離してしまったり、発光素子がワイヤで接続されているものであればワイヤが破断してしまったりする。

そこで本発明は、加熱により樹脂封止部が熱膨張しても、基体からの剥離を防止することで、高い信頼性を図ることができる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明は、半導体素子を封止する樹脂封止部と密着するガラスパターンを、半導体素子を搭載する基体に設けたことを特徴とする。

本発明は、樹脂封止部と密着するガラスパターンが、半導体素子を搭載する基体に設けられていることにより、樹脂封止部が基体から剥離してしまうことが防止できるので、高い信頼性を図ることができる。

本願の第１の発明は、半導体素子と、半導体素子に電源電圧を供給する接続電極が設けられた基体と、半導体素子を封止する樹脂封止部とを備えた半導体装置において、基体には、樹脂封止部と密着するガラスパターンが形成されていることを特徴としたものである。

本発明の半導体装置は、熱膨張により基体から剥離するような応力が樹脂封止部に作用しても、樹脂封止部と密着するガラスパターンが、半導体素子を搭載する基体に設けられているので、樹脂封止部が基体から剥離してしまうことが防止できる。

本願の第２の発明は、第１の発明において、ガラスパターンは、常温硬化ガラス材で形成されていることを特徴としたものである。

本願の第２の発明においては、ガラスパターンを常温硬化ガラス材で形成することで、容易に所望とする形状のパターンに形成することができる。

本願の第３の発明は、第１または第２の発明において、ガラスパターンは、半導体素子の周囲を囲うように形成されていることを特徴としたものである。

本願の第３の発明においては、ガラスパターンは、半導体素子の周囲を囲うように形成されていることで、樹脂封止部が熱膨張により基体から浮き上がって剥離してしまうことを、半導体素子の周囲全体で抑えることができる。

本願の第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、基体は、セラミック基板であることを特徴としたものである。

本願の第４の発明においては、基体をセラミック基板にすることで、ガラスパターンとセラミック基板とが化学的結合によって強固に接着するため、更に耐剥離強度を向上させることができる。

本願の第５の発明は、第４の発明において、セラミック基板は、窒化アルミニウム系基板であることを特徴としたものである。

本願の第５の発明においては、セラミック基板を、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム系基板とすることで、半導体素子が発生する熱を良好に放散させることができるので、半導体装置自体に蓄熱することを防止することができる。従って、基体と半導体素子との熱膨張の度合いの違いにより半導体素子が基体から剥離してしまうことが防止できる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る半導体装置を、発光装置を例に、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置の断面図である。図２は、図１に示す発光装置の平面図である。図３は、図１に示す発光装置に搭載された発光素子の概略断面図である。

図１および図２に示すように、発光装置１は、発光素子２と、樹脂封止部３と、セラミック基板４とを備えている。

発光素子２は、例えば、図３に示すような紫外光を発光するフリップチップ型のＬＥＤとすることができる。発光素子２は、基板２１に、ｎ層２２と、発光層２３と、ｐ層２４とが順次積層されている。そして、ｎ層２２上にｎ側電極２５が形成され、ｐ層２４上にｐ側電極２６が形成されている。

基板２１は、窒化ガリウム系半導体であるｎ型ＧａＮで形成され、一辺が約１ｍｍ、厚みが２００μｍの平面視してほぼ正方形状の直方体状に形成されている。

ｎ層２２は、基板２１にＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層して形成され、層厚が０．５μｍ〜５μｍとしたｎ型半導体層である。ｎ層２２と基板２１の間にＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。

発光層２３は、ｎ層２２に、井戸層となるＩｎＧａＮ等を０．００１μｍ〜０．００５μｍの層厚とし、障壁層となるＧａＮ等を０．００５μｍ〜０．０２μｍの層厚とし、これらを交互に積層した多重量子井戸構造で積層したものである。

また、ｐ層２４は、発光層２３にＡｌＧａＮを積層して形成され、層厚が０．０５μｍ〜０．５μｍとしたｐ型半導体層である。

ｎ側電極２５は、ｎ層２２に、発光層２３とｐ層２４とを積層した後に、ドライエッチングにより発光層２３とｐ層２４とｎ層２２の一部とを除去して、ｎ側電極２５を形成する領域を露出させたｎ層２２上に形成されている。ｐ側電極２６は、ｐ層２４上に形成されている。この発光素子２は、セラミック基板４に金バンプ５を介在させて導通搭載されている。

樹脂封止部３は、封止材としてシリコーン樹脂を用い、トランスファー成型法にて形成したものである。シリコーン樹脂で樹脂封止部３を形成する以外に、エポキシ樹脂で形成することもできる。

セラミック基板４は、板状のセラミック基材４０に電極が形成された基体である。電極としては、発光素子２を搭載する搭載面側に、発光素子２が導通搭載され、発光素子２に電源を供給する一対の接続電極４１が形成されている。また、他の電極としては、セラミック基板４の搭載面の反対となる裏面側に、この接続電極４１とスルーホール電極４２を介在させて導通する一対の底面電極４３が設けられている。また、このセラミック基板４の搭載面側には、接続電極４１を除く領域に、ガラスパターン４４が設けられている。

このガラスパターン４４は、接続電極４１、スルーホール電極４２および底面電極４３が形成されたセラミック系基板に、スクリーン印刷にてガラス材を塗布した後に、約９００℃で焼成することで、透明で表面が平滑となる硬質ガラスとすることができる。ガラス材としては、主成分である酸化ケイ素に、酸化ホウ素、酸化カルシウム等を混合したガラス材料に、適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合してペーストにしたものが使用できる。

また、ガラス材として常温硬化ガラスを使用する場合、スクリーン印刷にてパターンを形成したり、あるいは接続電極４１のパターンに形成されたマスク材を、接続電極４１上に形成した後、常温硬化ガラス材を塗布し、マスク材を除去したりすることで容易に形成することができる。

常温硬化ガラス材は、主成分である金属アルコキシドに、アルキルシラン、ヒドロキシルシラン、シリコーンモノマー、セラミック前駆体ポリマー（ポリシラザン）等が添加されたもので、被塗布物に塗布した後に常温で硬化させることで、透明で表面が平滑面となる硬質なガラスとすることができる。なお、常温硬化ガラス材は、常温で硬化させることが可能であるが、１００℃から３００℃の範囲内で加熱することで硬化時間を短縮することができる。

このようにガラスパターン４４を、セラミック基板４の搭載面に設けることで、熱膨張によりセラミック基板４から剥離するような応力が樹脂封止部３に作用しても、ガラスパターン４４が樹脂封止部３と密着した状態を維持するので、樹脂封止部３がセラミック基板４から剥離してしまうことが防止できる。

また、ガラスパターン４４は、発光素子２の周囲を囲うように形成されているため、樹脂封止部３が熱膨張によりセラミック基板４から浮き上がって剥離してしまうことを、発光素子２の周囲全体で抑えることができる。また、ガラスパターン４４は、一対の接続電極４１の間にも形成されているので、発光素子２の下方に形成された樹脂封止部３にも密着することで、更に耐剥離強度を向上させることができる。

また、セラミック基板４を、窒化アルミニウム系基板とした場合には、集合基板状態の窒化アルミニウム系基板をダイシングして個片とする加工などで水を使用すると、シリコーン樹脂で形成された樹脂封止部３の吸湿により窒化アルミニウム系基板と水分とが反応して分解ガスを発生することが心配される。樹脂封止部３内で分解ガスが発生してしまうと、樹脂封止部３の剥離強度の低下を招く可能性がある。しかし、窒化アルミニウム系基板上にガラスパターン４４を形成することによって、ガラスパターン４４が、接続電極４１と共に窒化アルミニウム系基板の表面を覆うので、樹脂封止部３が吸湿しても窒化アルミニウム系基板と水分とが反応して分解ガスが発生してしまうことを抑止することができる。従って、ガラスパターン４４は、樹脂封止部３の剥離強度を向上させるだけでなく、発光装置の耐水性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、発光装置１を例に説明したが、基体に搭載される半導体素子が樹脂封止部により封止されている半導体装置であれば、基体に樹脂封止部と密着するガラスパターンを形成することで、同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、基体をセラミック基板４としたが、ツェナーダイオード、バリスタ、ダイオード、コンデンサ、抵抗などを半導体基板に形成したサブマウント素子としてもよい。しかし、基体をセラミック基板４とすると、ガラスパターンとセラミック基板とが化学的結合によって強固に接着するため、更に耐剥離強度を向上させることができる。従って、基体はセラミック基板４とするのが望ましい。

また、本実施の形態では、セラミック基板４を高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム系基板とすると、発光素子２が発生する熱を良好に放散することができるので、たとえ大電流を流す必要がある高輝度な発光素子２であっても、発光素子２からの熱が発光装置１自体に蓄熱してしまうことが防止できる。従って、セラミック基板４と発光素子２との熱膨張の度合いの違いにより発光素子２がセラミック基板４から剥離してしまうことが防止できる。

本発明は、加熱により樹脂封止部が熱膨張しても、基体からの剥離を防止することで、高い信頼性を図ることができるので、半導体素子と、この半導体素子に電源電圧を供給する電極パターンが設けられた基体と、半導体素子を封止する樹脂封止部とを備えた半導体装置に好適である。

本発明の実施の形態に係る発光装置の断面図 図１に示す発光装置の平面図 図１に示す発光装置に搭載された発光素子の概略断面図

符号の説明

１ 発光装置
２ 発光素子
３ 樹脂封止部
４ セラミック基板
５ 金バンプ
２１ 基板
２２ ｎ層
２３ 発光層
２４ ｐ層
２５ ｎ側電極
２６ ｐ側電極
４０ セラミック基材
４１ 接続電極
４２ スルーホール電極
４３ 底面電極
４４ ガラスパターン

Claims (4)

1. 半導体素子と、前記半導体素子に電源電圧を供給する接続電極が設けられた基体と、前記半導体素子を封止する樹脂封止部とを備えた半導体装置において、
   前記基体には、前記樹脂封止部と密着するガラスパターンが形成され、前記ガラスパターンは、常温硬化ガラス材で形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ガラスパターンは、前記半導体素子の周囲を囲うように形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記基体は、セラミック基板であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
4. 前記セラミック基板は、窒化アルミニウム系基板であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。

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