JP4868735B2 - 半導体装置 - Google Patents
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本形態における支持体とは、半導体素子を搭載して、外部環境などから該半導体素子を保護し、該半導体素子へ給電を行う導体配線(回路部)が施されている部材である。特に、本発明における支持体は、半導体素子から発生する熱を外部の基板の方向へ放熱するための第一の凹部とを有する。さらに、本発明における支持体は、第一の凹部に加えて、半導体素子を収納するための第二の凹部を有することもできる。
MID基板は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、液晶ポリマ等の電気絶縁性材料を用い、射出成型によって絶縁性基材を形成する。そして、半導体素子の実装箇所に第二の凹部、および該第二の凹部の反対側に第一の凹部を設けるなどして、三次元の立体形状の絶縁性基材を形成する。
セラミックパッケージとは、セラミック材料で形成されたものであり、半導体素子が配置されると共に半導体素子と外部とを電気的に接続する回路部が設けられた支持体である。
発光素子や受光素子のような半導体素子を凹部に収納するとき、その凹部の内壁面には光反射部を形成することが好ましい。光反射部は、セラミックパッケージの正面側において、凹部を形成する内壁面に対して設けられ、セラミックパッケージのセラミック素地部と直接接し第二の金属層の下地となる第一の金属層と、発光素子から放出された光を反射させ効率よく外部に取り出すための反射機能を有する第二の金属層とを含む。なお、本形態における光反射部、第一の凹部の内壁面を被覆する導電性材料および導体配線は、以下に詳述する形成方法により一体的に形成することができる。
第一の金属層は、セラミックパッケージに直接接して形成されると共に第二の金属層を形成させる下地となるものである。したがって、セラミック焼成と同時に形成される第一の金属層は、セラミックの焼成時に溶融しないことが必要となる。このような第一の金属層に用いられる高融点金属としては、タングステン、クロム、チタン、コバルト、モリブデンやこれらの合金などが挙げられる。例えば、これらの金属粒子を樹脂ペーストに混合させグリーンシートの凹部内壁に塗布或いは印刷などし、グリーンシートと共に焼成することによって第一の金属層を形成することができる。金属粒子の粒径を制御することによってセラミックや第一の金属層上に形成される第二の金属層さらには、その上に形成されるモールド部材との密着性をも制御することができる。第一の金属層に用いられる金属粒径によって、その上に形成される第二の金属層の表面粗さも制御することができる。そのため、第一の金属層に含有される金属粒子の粒径としては、0.3から100μmであることが好ましく、1から20μmがより好ましい。
本形態の第二の金属層は、第一の金属層上に形成させるものであって、発光素子から放出された光を効率よく外部に取り出すための反射機能を有するものである。このような第二の金属層は、第一の金属層上にメッキや蒸着などを利用して比較的簡単に形成させることができる。第二の金属層として具体的には、金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウムやそれらの合金、それらの多層膜など発光素子から放出された光に対して90%以上の反射率を有する金属が好適に挙げられる。
本発明における半導体素子は、発光素子、受光素子、およびそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子(例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー)、あるいはそれらを複数種組み合わせたものとすることができる。ここでは、半導体素子の一例として、発光素子(LEDチップ)について説明する。LEDチップを構成する半導体発光素子としては、ZnSeやGaNなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
本形態にかかる半導体装置は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子から放出される可視光や紫外光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光する蛍光物質を備えることができる。特に、本形態に用いられる蛍光物質は、少なくとも半導体発光素子から発光された光によって励起され、波長変換された光を発する蛍光体をいい、該蛍光体を固着させる結着剤とともに光変換部材を構成する。
本形態におけるアルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、Alを含み、かつY、Lu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及びSmから選択された少なくとも一つの元素と、Ga及びInから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、発光素子から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、一般式(Lu1−a−bRaMb)3(Al1−cGac)5O12(但し、RはCeを必須とする少なくとも1種以上の希土類元素である。MはSc、Y、La、Gdから選択される少なくとも1種の元素であり、0.0001≦a≦0.5、0≦b≦0.5、0.0001≦a+b<1、0≦c≦0.8である。)で表される蛍光体である。例えば、組成式が(Lu0.99Ce0.01)3Al5O12、(Lu0.90Ce0.10)3Al5O12、(Lu0.99Ce0.01)3(Al0.5Ga0.5)5O12で表される蛍光体である。
本形態における窒化物系蛍光体とは、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一つの元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体である。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、発光素子から発光された可視光、紫外線、及びYAG系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。
同様に、Siの窒化物を粉砕する。また、同様に、Euの化合物Eu2O3を粉砕する。Euの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のZは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好ましい。
上述の蛍光物質の他、本形態における蛍光物質には、さらに下記の一般式で表される酸窒化物蛍光体を含有させることができる。
LxMyOzN{(2/3x+(4/3)y−(2/3)z}:R
ただし、LはBe、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選択される少なくとも1種の元素を有し、MはC、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群より選択される少なくとも1種の元素を有する。また、Nは窒素で、Oは酸素、Rは希土類元素である。x、y、zは以下の数値を満足する。
x=2、4.5≦y≦6、0.01<z<1.5
またはx=1、6.5≦y≦7.5、0.01<z<1.5
またはx=1、1.5≦y≦2.5、1.5≦z≦2.5
以下、酸窒化物蛍光体の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されないことは言うまでもない。まず、所定配合比となるように、Lの窒化物、Mの窒化物および酸化物、希土類元素の酸化物を原料として混合する。各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
本実施の形態における発光装置は、発光素子が発光した光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光する蛍光体として、ユウロピウムで付活されたアルカリ土類金属珪酸塩を有することもできる。アルカリ土類金属珪酸塩は、青色領域の光を励起光とし、暖色系の混色光を発光する発光装置とすることができる。該アルカリ土類金属珪酸塩は、以下のような一般式で表されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩が好ましい。
(2−x−y)SrO・x(Ba,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
(2−x−y)BaO・x(Sr,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0.01<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
ここで、好ましくは、a、b、cおよびdの値のうち、少なくとも一つが0.01より大きい。
次に、本実施の形態におけるアルカリ土類金属珪酸塩からなる蛍光体の製造工程を説明する。
本形態における蛍光体として、紫外から可視領域の光により励起されて発光する蛍光体も用いることができ、具体例として、以下の蛍光体が挙げられる。
(1)Eu、MnまたはEuとMnで付活されたアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体;例えば、M5(PO4)3(Cl、Br):Eu(但し、MはSr、Ca、Ba、Mgから選択される少なくとも一種)、Ca10(PO4)6ClBr:Mn、Euなどの蛍光体。
(2)Eu、MnまたはEuとMnで付活されたアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体;例えば、BaMg2Al16O27:Eu、BaMg2Al16O27:Eu,Mn、Sr4Al14O25:Eu、SrAl2O4:Eu、CaAl2O4:Eu、BaMgAl10O17:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mnなどの蛍光体。
(3)Euで付活された希土類酸硫化物蛍光体;例えば、La2O2S:Eu、Y2O2S:Eu、Gd2O2S:Euなどの蛍光体。
(4)(Zn、Cd)S:Cu、Zn2GeO4:Mn、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn、Mg6As2O11:Mn、(Mg、Ca、Sr、Ba)Ga2S4:Eu、Ca10(PO4)6FCl:Sb,Mn
101、201、301・・・支持体
102、203a、203b・・・第一の凹部
103a、103b・・・貫通孔
104・・・第二の凹部
105・・・導体配線
106・・・光変換部材
107・・・発光素子
202・・・壁
204・・・切欠部
204a・・・平面部
204b・・・曲面部
205・・・第三の凹部
206・・・突状部
Claims (12)
- 半導体素子と、該半導体素子を保持する支持体とを有する半導体装置であって、
前記支持体は、その側面に第一の凹部102と、前記第一の凹部102の反対側に形成された第二の凹部104とを有し、前記第二の凹部104の底面に前記半導体素子が実装されており、
前記第一の凹部102は、半導体装置が外部の基板に実装されるときに実装面となる側に開口され、前記第一の凹部102の底面から前記実装面にかけて導電性材料が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第一の凹部102の前記底面を被覆する導電性材料は、メッキにより形成されてなる請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第一の凹部102の前記底面の形状を、凹凸形状又は円錐形の突起形状としてなる請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記支持体は、前記第一の凹部102の前記底面から前記半導体素子の方向に延伸する貫通孔を有し、該貫通孔の内壁面が前記導電性材料により被覆されている請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記貫通孔は、前記半導体素子の方向に向かって徐々に内径が狭くなる請求項4に記載の半導体装置。
- 前記貫通孔は、前記半導体素子が載置される側の開口部が前記導電性材料により塞がれている請求項4又は5に記載の半導体装置。
- 前記第一の凹部102の前記底面は、半導体装置の実装面の方向に徐々に広くなるテーパ形状とされている請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記導電性材料は、前記第一の凹部102の側壁面を被覆している請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第二の凹部104の底面から内壁面および側壁上面を経由し該支持体101の側面まで延伸する導体配線を有しており、
前記支持体101の側面に施された導体配線は、前記側壁上面から所定の間隔を空けて施された第一の配線領域105aと、該第一の配線領域105aと前記側壁上面の導体配線とを接続する第二の配線領域105bとからなり、
前記第一の配線領域105aは、前記第二の配線領域105bより面積が広い請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記支持体は、その側面により画定される外郭の隅角に切欠部204を有し、該切欠部204の壁面は、隣接する支持体の側面に対して略垂直あるいは鋭角をなす平面部204aを有する請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記平面部204aが隣接する支持体の側面は、前記第一の凹部102が開口している側の側面である請求項10に記載の半導体装置。
- 前記支持体は、セラミックス材料からなる請求項1乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置。
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