JP5338543B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光半導体装置及びその製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化・軽量化に伴い、それらに搭載される光半導体装置(発光ダイオード)、受光装置(CCD)等の光半導体装置も小型化されたものが種々開発されている。これらの光半導体装置は、例えば、絶縁基板の両面にそれぞれ形成された一対の金属導体パターンを有する両面スルーホールプリント基板上に発光素子、受光素子等の光半導体素子を載置し、ワイヤ等を用いて金属導体パターンと光半導体素子とを電気的に導通させた構造を有している。
しかし、両面スルーホールプリント基板は、少なくとも0.1mm程度以上の厚みがあるため、表面実装型光半導体装置の徹底した薄型化を阻害する要因となっている。
そのため、このようなプリント基板を使用しない構造の光半導体装置が開発されている(例えば、特許文献1:特開2005−79329号公報)。
特許文献1に開示されている光半導体装置は、基板に蒸着等によって薄い金属膜を形成して、これを電極とし、発光素子とともに樹脂で封止することで、従来の表面実装型の光半導体装置に比べて薄型化が可能となっている。
しかし、薄い金属膜と樹脂との密着性については改善の余地がある。
一方、回路装置において、プリント基板を使用しないで小型化を図る技術が提案されている(例えば、特許文献2:特開2001−223317号公報、特許文献3:特開2002−9196号公報)。
特開2005−79329号公報 特開2001−223317号公報 特開2002−9196号公報
特許文献2に開示されている回路装置は、導電箔に分離溝を形成した後、回路素子を実装し、この導電箔を支持基板として封止樹脂で封止し、導電箔を研磨して分離溝を利用して導電箔を分離することによって、プリント基板、セラミック基板、フレキシブルシート等の絶縁性支持基板を用いない構成としている。
また、特許文献3に開示されている半導体装置は、支持基板に所定パターンの導電膜を形成し、半導体装置を実装し、樹脂封止した後、支持基板を剥離することによって、絶縁性支持基板を用いない構成としている。
そして、これら特許文献2及び3においては、薄膜状の導電箔/導電膜が封止樹脂から抜け落ちないように、その側面をオーバーハング形状に加工している。
しかし、特に特許文献2では、導電箔のオーバーハング形状を形成するために煩雑な工程を経ており、製造コストの増大及び歩留まり低下が免れない。特に、特許文献3では、樹脂との密着性については十分でなく、改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、光半導体装置として十分な機能を発揮させながら、簡便かつ容易に、導電膜と樹脂との密着性を確保することができる光半導体装置の製造方法及び光半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の光半導体装置は、
光半導体素子と、
上面に前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、下面が光半導体装置の外表面を形成する複数の導電部材と、
前記導電部材間に配置された遮光性樹脂を含む基体と、
前記光半導体素子を封止する透光性樹脂からなる封止部材とを備える光半導体装置であって、
前記導電部材は、その側面が湾曲していることを特徴とする。
このような光半導体装置では、前記導電部材は、
前記導電部材は、
前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、光を反射可能な第3層と、
光半導体装置の外表面を形成する第1層と、
前記第3層と第1層との間に位置する第2層とを有していることが好ましい。
また、本発明の別の光半導体装置は、
光半導体素子と、
上面に前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、下面が光半導体装置の外表面を形成する複数の導電部材と、
前記導電部材間に配置された遮光性樹脂を含む基体と、
前記光半導体素子を封止する透光性樹脂からなる封止部材とを備える光半導体装置であって、
前記導電部材は、前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、光を反射可能な第3層と、
光半導体装置の外表面を形成する第1層と、
前記第3層と第1層との間に位置する第2層とを有しており、かつ、前記導電部材の一断面において第2層が前記第1層及び第3層よりも幅狭であることを特徴とする。
上述した光半導体装置では、前記導電部材は、その下面が前記基体の下面と面一であることが好ましい。
さらに、本発明の光半導体装置の製造方法では、
(a)支持基板上に、互いに離間する第1及び第2の導電部材を形成し、
(b)前記導電部材の側面を湾曲するように加工し、
(c)前記導電部材間に遮光性樹脂を含む基体を形成し、
(d)前記導電部材上に光半導体素子を載置し、
(e)前記光半導体素子を、透光性樹脂からなる封止部材で被覆し、
(f)前記支持基板を除去し、
(g)前記基体を分割して光半導体装置を得る工程を含むことを特徴とする。
このような光半導体装置の製造方法では、
前記(a)工程において、前記支持基板上に、互いに離間する開口部を有する第2の保護膜を形成し、該開口部内に前記第1及び第2の導電部材を鍍金による積層膜として形成することが好ましい。
前記(b)工程において、前記導電部材の側面加工を、ウェットエッチングによって行うことが好ましい。
本発明によれば、より小型化・軽量化を実現した光半導体装置を簡便かつ確実に、歩留まりよく製造することが可能となる。
また、本発明の光半導体装置は、光半導体装置として、取り出し効率を最大限に向上させながら、より小型化・軽量化を実現することができる。
本発明の光半導体装置を示す斜視図である。 図1Aの光半導体装置のA−A’線断面図である。 本発明の光半導体装置の製造方法を説明する工程図である。 本発明の光半導体装置の製造方法を説明する工程図である。 本発明の光半導体装置における導電部材の積層構造を説明するための断面図である。 本発明の光半導体装置における導電部材の積層構造を示す断面図である。
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための光半導体装置及びその製造方法を例示するものであって、以下に限定されるものではない。特に、各実施形態において説明した事項は、特に断りのない限り、他の実施形態にもそのまま適用することができる。
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものではない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定する記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定するものではなく、単なる説明例にすぎない。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一又は同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
<実施の形態1:光半導体装置1>
本実施の形態の光半導体装置100を、図1A、図1Bに示す。図1Aは光半導体装置100の斜視図、図1Bは、図1Aに示す光半導体装置100のA−A’線断面図である。
この光半導体装置100は、発光素子103と、導電部材102と、導電部材102から離間した導電部材101と、導電部材101、102間に配置し、発光素子203からの光を遮光可能な樹脂からなる基体106aと、その上面が導電部材102、基体106a及び発光素子103よりも上面に位置する突出部材106cと、発光素子103等を被覆する封止部材104とを有している。光半導体装置には、さらに保護素子を設けることができる。
(導電部材)
導電部材は、光半導体素子(以下「発光素子」と記することがある)を載置する及び/又は光半導体素子と接続され、通電させるための一対の電極として機能するものである。
導電部材の少なくとも一つは、発光素子がその上面に直接又はサブマウント等の別部材を介して間接的に載置される。導電部材は、単に発光素子が載置されるのみで通電に寄与しなくてもよいし、発光素子及び/又は保護素子等への通電に寄与してもよい。つまり、電極として機能させるものであってもよい。
例えば、図1Bに示すように、導電部材102は、発光素子103が載置される上面と、光半導体装置100の外表面を形成する下面とを有している。このため、導電部材102の上面は、発光素子103が載置可能な面積以上の大きさであればよい。その形状は、例えば、上面視が略四角形、多角形、これらの形状に切り欠きを有する形状等、種々のものとすることができる。また、発光素子103を載置させる領域は、平坦な面とするのが好ましい。
導電部材の他の少なくとも一つは、発光素子と、導電ワイヤを用いて又はバンプ等を用いて電気的に接続され、外部から電力を供給させるための電極として機能する。
例えば、図1Aに示すように、導電部材101、102は互いに対向するように設けることができる。ここでは導電部材101、102で正負一対の電極となるように機能させている。
導電部材101、102は、発光素子103と導電性ワイヤ105、105’を介して又は導電性ワイヤを用いず、発光素子の電極と直接電気的に接続される上面と、光半導体装置100の外表面を形成する下面を有する。そのため、導電部材101、102の上面は、導電ワイヤ105、105’との接合又は発光素子との直接接続に必要な面積を有していればよい。
導電部材101、102の上面は、図1B等に示すように、平坦な平面としてもよいし、微細な凹凸、溝、孔等を有していてもよい。
導電部材の下面は、いずれも、基体106で被覆されずに外部に露出している。これらの下面は、実質的に平坦な面とするのが好ましいが、微細な凹凸等が形成されていてもよい。
ただし、導電部材の下面は、後述する基体の下面と実質的に面一であることが適している。面一とすることにより、薄型の光半導体装置とすることができる。
導電部材の側面は、後述する基体との密着性等を考慮して、図1Bに示すように、湾曲に加工されており、その一部に突起部Xを有している。この突起部Xは、導電部材の上側又は下側に設けることが適しており、上側及び下側の双方に設けることが好ましい。これにより導電部材が基体から脱落することを有効に、特に上側及び下側の双方に設けた場合には、上下方向のいずれにおいても、有効に防止することができる。
突起部Xは、導電部材の周囲の任意の位置に設けることができ、例えば、上面視四角形の導電部材の対向する2つの側面にのみ設ける等、部分的に設けてもよいが、導電部材の周囲全体に渡って形成していることが好ましい。これにより、確実に基体からの脱落を防止することができる。
湾曲の程度は特に限定されるものではなく、用いる導電部材の材料、基体の材料等を考慮して、適宜調整することができる。
なお、図1Aに示すように、導電部材101、102の側面Sは、全てが基体106で被覆されている、つまり、光半導体装置100の側面から離間するように設けられることが適している。これにより、切断によって個片化した光半導体装置を得る際に、切断刃が導電部材と接触しないように切断できるため、切断が容易となる。
ただし、導電部材は、その側面の一部において、光半導体装置100の外表面を形成するよう、つまり、光半導体装置100の側面に達するように設けられていてもよい(図示せず)。これにより、発光素子が搭載される導電部材の面積を大きくし、かつ露出面を増加させることにより放熱性を向上させることができる。
導電部材は、互いに異なる材料によって形成されていてもよいが、同じ材料によって形成されていることが好ましい。これにより、より簡便に製造することができる。
例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン等の金属又は合金(例えば、鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、Au−Sn等の共晶はんだ、SnAgCu、SnAgCuIn等のはんだ等)、酸化物導電体(例えば、ITO等)等が挙げられる。導電部材は、単層及び積層のいずれでもよい。導電部材は、鍍金であることが好ましく、鍍金の積層構造とすることがより好ましい。
半導体素子として発光素子を用いる場合、最上面(発光素子の載置側)には、発光素子からの光を反射可能又は高反射率、高光沢であるものが好ましい。具体的には可視域の反射率が70%程度以上であるものが好ましい。このために、金、銀、銅、Pt、Pd、Al、W、Mo、Ru、Rh等が適しており、なかでもAg、Ru、Rh、Pt、Pd等が好ましい。
表面光沢は、光沢度が0.5程度以上であることが適しており、1.0程度以上が好ましい。光沢度は、日本電色製 微小面色差計VSR 300Aを用い、45°照射、垂直受光で得られる値である。
下面は、回路基板等への実装に有利なAu、Sn、Sn合金、AuSn等の共晶はんだによる鍍金等が好ましい。
積層構造は、少なくとも3層構造であることがこのましい。
例えば、図2Aに示すように、第1層10(光半導体装置の外表面を形成する層、下層、支持基板と接触する層)として、回路基板等への実装に有利な材料、支持基板から剥離しやすい材料、具体的には、Au、Sn、Sn合金、AuSn合金等からなる層が挙げられる。膜厚は、例えば、1〜10μm程度が例示される。
また、第1層10の上に形成される第2層20は、エッチングしやすいもの、導電性が高いものが好ましく、具体的には、Cuが挙げられる。膜厚は、例えば、20μm程度以上が適しており、200μm程度以下が好ましい。この範囲とすることにより、容易に湾曲に加工することができ、樹脂を強固に固定することができる。
第2層20の上に形成される第3層30(最上層)は、光反射率が高く、導電性が高いもので形成されていることが好ましい。上記したものの他、Au、AuPd、NiPdAu等が適している。
なお、この積層構造には、1層以上の介在層(図2Aにおいては図示せず)を適所に形成してもよい。具体的にはNi、Pdが挙げられる。介在層の膜厚は、例えば、0〜100μm程度が適している。この範囲とすることにより、適当な強度及び熱伝導率を確保することができる。
積層構造の具体例としては、下面から上面(発光素子側)の順に、Au/Cu/Ag、Au/Cu/Ni/Ag、Au/Ni/Cu/Ag、Au/Ni/Cu/Ni/Ag等が挙げられる。湾曲構造は、主に、Cu層によって形成される。
複数の導電部材の膜厚は、互いに異なっていてもよいが、略等しい膜厚とするのが好ましい。具体的には200μm程度以下が適しており、100μm程度以下が好ましい。また、25μm程度以上が適している。特に、100μm程度以下とすることにより、従来から用いられているリードフレームでは実現できない極薄い厚みであるため、光半導体装置のより小型化・軽量化を図ることができる。
また、別の観点から、導電性部材は、上述した第1層10、第2層20及び第3層30は、図2Aに示すように、一断面において、第2層20の幅yが、第1層10の幅z及び第3層30の幅xよりも、小さいことが好ましい。このような幅を有することにより、第1層及び第3層の幅広部分が、結果的に側面から突出した形状となり、上述したように、樹脂に食い込んで、強固に固定することが可能となる。
介在層が設けられる場合には、その位置及び材料によって、介在層も、第1〜第3層の幅と同様又は異なる幅を有するように形成することができる。
(基体)
基体106は、発光素子103からの光を遮光可能な樹脂を含んでなり、導電部材102と導電部材101との間に配置されている。このような位置に遮光性の基体106を設けることにより、発光素子103からの光が、光半導体装置100の下面側から外部に漏れ出すのを防止することができ、上面方向への光の取り出し効率を向上させることができる。また、光半導体装置100の下面において、導電部材101、102が、その外表面として露出させることができ、従来のリードフレームのように、水平方向又は裏面からのリードの突出する構造とすることなく、また突出したリードを屈曲させて下方又は側面に引き回す構造とすることなく、より小型化・軽量化を図ることができる。
基体106を構成する樹脂は、特に限定されるものではなく、発光素子からの光が遮光可能なものであればよく、発光素子からの光を反射するものがより好ましい。また、後述する支持基板の線膨張係数との差が小さいものが好ましい。
基体を構成する樹脂として、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の樹脂を用いることができる。具体的にはエポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂等の変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂等の変性シリコーン樹脂組成物、アクリル樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物等が挙げられる。
特に、特開2006−156704の段落73〜81に記載されている樹脂、例えば、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂等)が好ましく、具体的には、トリグリシジルイソシアヌレート、水素化ビスフェノールAジグリシジルエーテルからなるエポキシ樹脂と、ヘキサヒドロ無水フタル酸、3−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸からなる酸無水物とを、エポキシ樹脂へ当量となるよう溶解混合した無色透明な混合物を含む固形状エポキシ樹脂組成物が好ましい。さらに、これら混合物100重量部へ、硬化促進剤としてDBU(1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7)を0.5重量部、助触媒としてエチレングリコールを1重量部、酸化チタン顔料を10重量部、ガラス繊維を50重量部添加し、加熱により部分的に硬化反応させBステージ化した固形状エポキシ樹脂組成物が好適に挙げられる。このような樹脂には、所定の機能を持たせるため、拡散剤、顔料、蛍光物質、反射性物質、遮光性物質等を混合してもよい。
また、WO2007/015426の段落23〜52に記載されているトリアジン誘導体エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂を必須成分とする熱硬化性エポキシ樹脂組成物が好ましい。
トリアジン誘導体エポキシ樹脂としては、1,3,5−トリアジン核誘導体エポキシ樹脂、特にイソシアヌレート環を有するエポキシ樹脂が適している。イソシアヌレート環を有するエポキシ樹脂は、耐光性や電気絶縁性に優れており、一つのイソシアヌレート環に対して、2価の、より好ましくは3価のエポキシ基を有することが好ましい。具体的には、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリス(α−メチルグリシジル)イソシアヌレート等を用いることができる。トリアジン誘導体エポキシ樹脂の軟化点は90〜125℃であることが好ましい。このトリアジン誘導体エポキシ樹脂には、水素添加エポキシ樹脂や、その他のエポキシ樹脂等を併用してもよい。さらに、シリコーン樹脂組成物の場合、メチルシリコーンレジンを含むシリコーン樹脂が好ましい。
トリアジン誘導体エポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤として作用する酸無水物を用いるのが好ましい。酸無水物は、非芳香族であり、かつ、炭素−炭素二重結合を有さないものが好ましい。例えば、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物等が挙げられる。特に、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸が好ましい。
また、酸化防止剤を用いることが好ましい。酸化防止剤としては、例えば、フェノール系、硫黄系酸化防止剤を使用することができる。また、硬化触媒は、当該分野で公知のものを使用することができる。
なお、これらの樹脂には、必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。
熱硬化性樹脂は、150〜190℃(樹脂を成形する際の温度)にて、粘度が5〜500Pa・sのものが好ましく、より好ましくは10〜200Pa・sであり、さらに好ましくは15〜100Pa・sである。
これら樹脂には、充填材(フィラー)としてTiO、SiO、Al、MgO、MgCO、CaCO、Mg(OH)、Ca(OH)等の微粒子等を添加してもよい。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。このような充填材を用いることにより、光の透過率を調整することができ、例えば、発光素子からの光の約60%以上を遮光するよう、より好ましくは約90%を遮光するように調節することができる。
特に、光半導体装置を照明等の用途に用いる場合は、反射させることによって遮光することが好ましい。そのため、発光素子からの光に対する反射率が60%以上であるものが適しており、70%以上反射するものが好ましく、80%以上反射するものがより好ましく、90%以上反射するものがさらに好ましい。
例えば、白色フィラー(例えば、TiO、SiO、Al、MgO、Sb、Al(OH)、BaSO、MgCO、BaCO等を用いることが好ましい。この場合、基体を構成する全材料に対して、白色フィラーを10〜30wt%程度、好ましくは15〜25wt%配合することが適している。
ディスプレイ等に用いる場合であって、コントラストを向上させたい場合は、発光素子からの光の吸収率は60%以上が適しており、90%以上が好ましい。このような場合、充填材としては、黒色フィラー、例えば、アセチレンブラック、活性炭、黒鉛等のカーボン、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化モリブデン等の遷移金属酸化物又は有色有機顔料等を目的に応じて利用することが好ましい。これらの化合物は、基体を構成する全材料に対して、10〜50wt%、好ましくは15〜25wt%配合することが適している。
また、充填材を用いることにより、光の透過率及び/又は反射率を調整することができるのみでなく、後述するように、基体の線膨張係数を調整するが可能となる。
つまり、基体は、導電部材の線膨張係数との差が小さくなるような線膨張係数に制御されていることが好ましい。例えば、基体は、導電部材の線膨張係数の±40%の線膨張係数を有するような材料によって形成されていることが適しており、導電部材の線膨張係数の±20%の線膨張係数であることが好ましい。これにより、個片化後の光半導体装置において、導電部材と基体とが剥離するのを抑制し、信頼性に優れた光半導体装置を得ることができる。
別の観点から、基体は、後述する個片化する前に除去(剥離)される支持基板の線膨張係数との差が小さくなるような線膨張係数に制御されていることが好ましい。例えば、基体は、支持基板の線膨張係数±30%の線膨張係数を有するような材料によって形成されていることが適しており、支持基板の線膨張係数±10%の線膨張係数であることが好ましい。これにより、支持基板と基体との残留応力を制御(緩和)することができ、個片化する前の光半導体装置の集合体の反りを少なくすることができる。これによって、導電性ワイヤの切断等内部損傷を低減し、個片化する際の位置ズレを抑制して歩留まりを向上させることができる。
さらに別の観点から、基体は、支持基板との線膨張係数の差が20ppm以下の線膨張係数を有するような材料によって形成されていることが適しており、10ppm以下であることがより好ましい。
このために、例えば、支持基板としてSUS板を用いる場合、基体中に充填材を70wt%以上配合することが適しており、85wt%以上配合することが好ましい。
また、基体は、導電部材との線膨張係数の差が20ppm以下の線膨張係数を有するような材料によって形成されていることが適しており、10ppm以下であることがより好ましい。
さらに、基体は、例えば、5〜30×10−6/℃の線膨張係数を有することが好ましい。このような線膨張係数を選択することにより、支持基板、導電性部材等の種類にかかわらず、通常、当該分野で使用される材料を利用することが可能となる。
基体106の厚さは、光半導体装置100の下面側への光の漏れを防止できる厚さであればよい。特に、後述する封止部材104が、導電部材101、102と基体106との間に介在しない厚さ、つまり、導電部材の厚みと同等以上の厚みとすることが好ましい。
(被覆層)
導電部材101、102の上面には、導電部材の上面の一部を残して、被覆層が形成されていていてもよい。ここで、「導電部材の上面の一部を残して」とは、導電部材の上面において、被覆層に被覆されない領域が存在することを意味しており、上述したように、光半導体素子を載置する領域及びその近傍と、光半導体素子に電気的接続を取るための接続領域及びその近傍において、被覆層が形成されていないことを意味する。この被覆層に被覆されない領域は、光半導体素子の載置及び接続に必要最小限の大きさとすることが好ましい。
被覆層は、導電部材の上面での光半導体素子からの光の吸収を最小限にとどめて、より反射しやすくするためのものである。そのために、被覆層は、遮光性樹脂によって形成されていればよく、上述した基体を構成する材料と同一の材料で形成されていることが適している。
被覆層は、後述する封止樹脂からの酸素又は水分等の透過による導電部材の劣化に起因する光の吸収の増加を防止することもできる。そのために、基体とは別個に形成してもよいが、基体を形成する際に、基体と一体的に形成することが好ましい。これにより、基体との界面を実質的になくして、基体及び導電部材とより強固に結合させることができる。
また、この被覆層によって、基体を、発光素子に近い位置で厚くすることができるため、発光素子からの光が底面側に漏れ出すことを抑制することができ、より効率よく光を反射させることができる。
特に、被覆層は、熱硬化性樹脂又はこれにフィラー等の添加剤を含有させた熱硬化性樹脂組成物によって形成されることが好ましい。このような樹脂は、加熱により顕著に粘度が低下して、導電部材の上面に流動して広がり、硬化することにより、薄膜状で均一な被覆層を形成することができる。
また、被覆層を構成する熱硬化性樹脂又はその樹脂組成物は、線膨張係数が、上述した値を示すものが好ましい。このような線膨張係数を示すものを用いることにより、製造過程における加熱、冷却ならびに光半導体装置の輸送、保管における温度変化、駆動時の発熱等によって、被覆層が、基体及び導電部材から剥離することを回避することができる。
被覆層の厚みは特に限定されるものではなく、その材料、光半導体素子の大きさ、光半導体装置の大きさ等によって適宜調整することができる。例えば、光半導体素子の導電部材への実装高さ程度以下であることが適している。これにより、光半導体素子の上面のみから光が放出され、より効率よく光を取り出すことができる。具体的には、125μm程度以下が適しており、100μm程度以下が好ましい。また、25μm程度以上が適しており、50μm程度以上が好ましい。
(封止部材)
封止部材は、導電部材及び基体の上面において、光半導体素子を被覆するものであり、発光素子、受光素子、保護素子、さらにこれらに対する導電性ワイヤ等の電子部品等を、塵芥、水分、外力等から保護する部材である。
封止部材の材料としては、発光素子からの光に対して透光性で、かつ、耐光性及び絶縁性を有するものが好ましい。具体的には、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも1種以上含むハイブリッド樹脂、ガラス、シリカゾル等の無機物等が挙げられる。
封止部材は、着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換材(例えば、蛍光体)等を含有していてもよい。
封止部材は、光半導体装置に用いられる場合には、上述したように透光性を有するものが好ましいが、例えば、受光装置に用いられる場合、光の入射効率を高める、受光装置内部での2次反射を抑制する等の目的で、白又は黒色等の有色フィラーを含有していてもよい。特に、赤外線光半導体装置、赤外線検知装置等には、可視光の影響を避けるために黒色の有色フィラーを含有する封止部材を用いるのが好ましい。
また、半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光体を含有させていてもよい。
蛍光体としては、半導体発光素子からの光を、それより短波長に変換させるものでもよいが、光取り出し効率の観点から長波長に変換させるものが好ましい。蛍光体は、1種の蛍光体を含有する単層、2種以上の蛍光体が混合された単層、2種以上の蛍光体が別々の層に含有された2層以上の積層、2種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層の2層以上の積層のいずれであってもよい。
蛍光体としては、例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、より具体的には、Eu賦活されたα又はβサイアロン型蛍光体、各種アルカリ土類金属窒化シリケート蛍光体、Eu等のランタノイド系の元素、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類のハロシリケート蛍光体、アルカリ土類金属シリケート蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等が挙げられる。なかでも、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体である、YAl12:Ce、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce、Y(Al0.8Ga0.212:Ce、(Y,Gd)(Al,Ga)12の組成式で表されるYAG系蛍光体、Yの一部又は全部をTb、Lu等で置換したTbAl12:Ce、LuAl12:Ce等が好ましい。
封止部材は、単層構造でもよいし、封止部材の材料又は添加剤の種類又は量等が異なる積層構造でもよい。
封止樹部材の形状は、特に限定されるものではなく、上記素子及び電子部品を完全に被覆する形状であればよい。また、配光特性等を考慮して、例えば、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状等としてもよいし、別個にレンズ形状の部材を併設してもよい。
また、封止部材の全部又は一部に蛍光体を含有させて板状又はドーム状等にしてもよいし、別個に板状又はドーム状の部材を併設してもよい。例えば、ガラス、樹脂組成物等他の成形体に蛍光体を塗布したもの;蛍光体含有ガラス、YAG焼結体、YAGとAl、SiO、B等の焼結体、無機融液中でYAGを析出させた結晶化無機バルク体等の蛍光体含有成形体が挙げられる。
(光半導体素子)
光半導体素子は、同一面又は異なる面に正負電極が形成された半導体層の積層体によって構成される素子であり、例えば、発光素子又は発光ダイオード、受光素子等を包含する。発光素子の組成(半導体層の材料、混晶度)、発光色(発光波長)、大きさ、個数等は目的に応じて適宜選択することができる。
受光素子としては、フォトIC、フォトダイオード、フォトトランジスタ、CCD(電荷結合素子)イメージセンサー、CMOSイメージセンサー、Cdセル等が挙げられる。
また、発光素子及び/又は受光素子等を単独で又は2種以上を組み合わせて搭載してもよい。
(接合部材)
光半導体素子を、導電部材上に載置し、接続させるために、接合部材が用いられる。結合部材は、導電性接合部材及び絶縁性接合部材のいずれでもよい。例えば、光半導体素子の基板が絶縁基板である場合、具体的には、サファイア上に窒化物半導体層を積層させた半導体発光素子の場合、接合部材は絶縁性及び導電性のいずれでもよい。SiC基板等の導電性基板である場合は、導電性接合部材を用いることで導通を図ることができる。
絶縁性接合部材としては、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物及びその変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を用いることができる。これらの樹脂を用いる場合は、半導体発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にAlやAg膜等の反射率の高い金属層及び/又は誘電体反射膜を設けることが好ましい。
導電性接合部材としては、銀、金、パラジウム等の導電性ペースト、Au−Sn共晶等のはんだ、低融点金属等のろう材等を用いることができる。
また、接合部材のうち、特に透光性の接合部材を用いる場合は、その中に半導体発光素子からの光を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光部材を含有させてもよい。
(導電性ワイヤ)
導電性ワイヤは、光半導体素子の電極と、導電部材とを電気的に接続するものであり、通常、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いたワイヤが用いられる。特に、熱抵抗等に優れた金を用いるのが好ましい。
(突出部材)
隣接する第2の導電部材101と第1の導電部材102の間には、発光素子103から離間する位置において、第2の導電部材101及び第1の導電部材102の上面ならびに発光素子103の上面よりも高い突出部材106cを有している。
この突出部材106cは、図1Bに示すように、上面に向かって広がるような凹部として形成されている。
このように、内面を傾斜のある面とするようにすることで、光を光半導体装置の上面方向へ反射させることができる。従って、光半導体装置200の側面側に光が放出されるのを抑制し、上面方向に効率的に光を取り出すことができる。
<実施の形態2:光半導体装置の製造方法1>
本発明の光半導体装置の製造方法について、図面を用いて説明する。図1C、図1Dは、光半導体装置の集合体1000を形成する工程を説明する図であり、この集合体1000を切断して個片化することで、実施の形態1において説明した光半導体装置100を得ることができる。
(a)工程
まず、図1C(a)に示すように、支持基板1070を準備する。
(支持基板)
支持基板は、導電部材を形成するために用いられる板状又はシート状の部材であり、光半導体装置を個片化する前に除去されるため、光半導体装置には具備されていない部材である。
支持基板としては、特に限定されず、導電性を有する基板であることが好ましい。例えば、SUS、鉄、銅、銀、コバール、ニッケル板等の金属板、ポリイミド等の絶縁性基板にスパッタ法及び蒸着法等によって導電膜を形成したもの、導電膜等を貼り付け可能な絶縁性基板等が挙げられる。
支持基板は、工程の最終段階において除去するため、屈曲が容易な材料を用いることが好ましい。また、形成する導電部材の表面光沢を上げるために、支持基板表面は平滑であることが好ましい。例えば、支持基板としてSUSを用いる場合は、302等の結晶粒界の比較的小さな300番台のSUSを用いることが適している。また、寸法精度が要求される場合には、線膨張係数の低い400番台を使用することが好ましい。膜厚は、例えば、10μm〜300μm程度が挙げられる。
また、後述する樹脂による成形後の反りを緩和するためにスリット、溝、波形状の加工が施されていてもよい。
支持基板上には、互いに離間する複数の開口部を有する保護膜を形成する。
保護膜の形成方法は、当該分野で公知の方法、例えば、フォトレジスト及びエッチング工程によって行うことができる。
まず、図1C(a)に示すように、支持基板1070上に、保護膜としてレジスト1080を塗布する。このレジスト1080の厚みによって後に形成される導電部材の厚みを調整することができる。例えば、レジストの厚みは、10〜200μm程度、例えば、100μmとすることができる。ここでは、支持基板1070の上面(第1の導電部材等を形成する面)にのみレジスト1080を設けているが、下面(反対側の面)に形成してもよい。その場合、反対側の面のほぼ全面にレジストを設けることで、導電部材を鍍金で形成する場合に、下面に導電部材が形成されるのを防ぐことができる。
保護膜がレジストの場合、ポジ型及びネガ型のいずれを用いてもよい。また、スクリーン印刷により形成し得るレジスト、シート状のレジスト(いわゆるドライフィルムレジスト)を貼り付ける等の方法を用いてもよい。
塗布したレジストを乾燥し、その上方に、互いに離間する開口部を複数有するマスク1090を直接又は間接的に配置し、図中の矢印のように紫外線を照射して露光する。ここで用いる紫外線は、レジスト1080の感度等によって適した波長を選択することができる。
その後、エッチング剤で処理し、図1C(b)に示すように、開口部Kを有するレジスト1080を形成する。
(b)工程
次いで、レジスト1080の開口部K内に、図1C(c)に示すように、導電部材1010を形成する。ここでの導電部材1010は、レジスト1080の厚みと同じか、それよりも薄い厚みで形成する。
導電部材は、鍍金によって形成することが好ましい。鍍金の材料、積層構造、条件等は、当該分野で公知の方法によって適宜調整することができる。例えば、まず、保護膜の濡れ性の改善及び支持基板表面の活性化のために、酸性クリーナ等を用いて前処理を行い、任意に、さらに水洗、酸洗浄等を行い、支持基板上に積層めっきを行う方法が挙げられる。
具体的に、例えば、Au−Cu−Ni−Agの順に積層めっきを行う方法を表1に示す。
Figure 0005338543
まず、酸性クリーナで前処理を行う。前処理は、室温〜50℃程度の範囲で行うことが好ましい。酸性クリーナは、市販品を用いることができる。酸溶液としては、希硫酸、希塩酸、希硝酸等が挙げられる。また、この酸洗において支持基板表面をエッチング粗化することでめっき密着性向上が期待できる。
続いて、支持基板上に、Au−Cu−Ni−Agの順にめっきを行う。
Auは、支持基板の剥離後に電極として接合面になることから、実装の容易を考慮して形成する。膜厚は、例えば、0.1〜1.0μm程度が適している。なお、Auめっき前にストライク浴にて処理することで、密着性をコントロールすることができる。
Cuは、プリント配線板向けに市販されている硫酸銅めっき浴が好ましい。支持基板の表面状態に左右されずレベリング剤効果により平坦で光沢ある表面形成できる。膜厚は、30〜100μm程度が適している。
Niめっきは、低応力・厚膜電鋳形成に優れるスルファミン酸浴が好ましい。また、添加剤による光沢膜を5〜20μm程度形成することがより好ましい。Ni膜は、Cu拡散を防止するバリヤ、後のエッチングでのマスクとしても機能し得る。
Agめっきは、無光沢〜高光沢まで形成可能な浴によって、短時間で行うことが好ましい。膜厚は、2〜5μm程度が適している。
めっき後に、支持基板及びめっき膜を水洗することが好ましく、支持基板及びめっき膜を乾燥してもよい。
なお、導電部材は、鍍金のみならず、蒸着、スパッタ法によって形成してもよい。また、上記めっきを組み合わせてAu−Ni−Cu−Ni−Agと積層してもよい。
(c)工程
導電部材の形成後、図1C(c’)に示すように、保護膜であるレジスト1080を洗浄して除去する。これにより、互いに離間する導電部材1010を形成する。レジストは、例えば、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液によって除去することができる。
(d)工程
次いで、図1C(d)に示すように、導電部材の側面を湾曲に加工する。つまり、保護膜を除去することにより、導電部材の側面が露出されるため、この側面を加工する。この際の加工は、当該分野で公知の方法、例えば、異方性ドライエッチング、ウェットエッチング等を用いて行うことができる。なかでも、積層構造の鍍金のうちの一部のみをエッチングし得るエッチャントを用いたウェットエッチングを行うことが好ましい。
このウェットエッチングのエッチャント、エッチング条件等は、鍍金の材料等によって適宜調整することができる。特に、浸漬処理、スプレー等が有利である。
例えば、エッチャントとして、主にCuを湾曲に加工するために、過硫酸塩又は過酸化水素と無機酸、塩化鉄又は塩化銅と無機酸、アンモニア銅錯塩とアンモニウム塩等からなる一般的な銅ソフトエッチング液を用いることが適している。これにより、例えば、10〜30μmのサイドエッチにより湾曲を形成することができる。エッチングの処理の条件は、過硫酸塩又は過酸化水素と無機酸では25〜35℃で5〜20分、塩化鉄又は塩化銅と無機酸では40〜50℃で3〜20分、アンモニア銅錯塩とアンモニウム塩では25〜50℃で10〜50分などである。
同様にNiもCuレジストとしての機能だけでなく過酸化水素と無機酸など一般的な薬液でエッチングしCu・Ni両方の形状をコントロールすることができる。
なお、ウェットエッチングを行う前に導電部材の表面をレジスト等で保護してもよい。
(e)工程
図1D(a)に示すように、導電部材1010の間に、発光素子からの光を反射可能な基体1060aを形成する。
基体1060の形成は、遮光性の熱硬化性樹脂を加熱して粘度を低下させた後、導電部材1010が形成された支持基板1070の全上面にトランスファモールド、圧縮成形、射出成形等により形成することができる。加熱温度及び加熱時間は、適宜調整することができる。これにより、厚み100μm程度の基体を形成することができる。
このような工程により、熱硬化性樹脂の特性を利用して、薄膜状にもかかわらず、導電部材1010と強固に密着した基体1060を、簡便にかつ精度よく形成することができる。
突出部材1060cは、金型を用いたトランスファモールド等によって、図1D(a)に示すように形成することができる。なお、このトランスファモールドの際に、基体1060aを同時に形成してもよい。
基体1060a及び突出部材1060cは、同様の材料で形成することが好ましいが、目的や用途に応じて、異なる遮光性樹脂を用いてもよい。
(f)工程
図1D(b)に示すように、突出部材1060cに囲まれた領域の導電部材1010上に発光素子1030を載置させ、導電性ワイヤ1050を、同じ突出部材1060cで囲まれた領域の導電部材1010の上面に、接合部材(図示せず)を用いて接合し、導電性ワイヤ1050を用いて導電部材1010に接合する。この接合は、当該分野で公知の材料及び方法を利用して行うことができる。
なお、封止部材1040は、突出部材1060cと略同一高さに設けたが、突出部材よりも低く又は高くなるよう形成してもよい。また、このように上面が平坦な面としてもよいし、中央が凹んだ又は突出したような曲面状に形成してもよい。
(g)工程
発光素子1030、図1D(c)に示すように、導電性ワイヤ1050を被覆するように封止部材1040をトランスファモールド、ポッティング、印刷等の公知の方法によって形成する。
(h)工程
封止部材1040を硬化後、図1D(c)に示すように、支持基板1070を剥離して除去する。この支持基板の剥離は、基体1060aの形成後、発光素子1030の搭載の前に行ってもよい。つまり、(g)の基板除去工程は、(c)以降のいずれの段階、例えば、(d)工程の後に行ってもよい。
(i)工程
図1C(d)に示す破線部、つまり、突出部材1060cを切断するような位置で切断することで個片化し、図1Aに示すような光半導体装置100とする。ここでは、突出部材1060bを切断し、封止部材1040が切断されないような位置としていることで、光の取り出し方向を、光半導体装置100の上方向のみに限定することができる。これにより、上方向への光の取り出しが効率よく行われる。ここでは、突出部材1060cを切断しているが、封止部材1040を切断する位置で切断してもよい。また、導電部材を含む位置で切断すると、光半導体装置の側面にも導電部材が露出しているようになり、はんだ等が接合し易くなる。
個片化の方法としては、ブレードによるダイシング、レーザ光によるダイシング等種々の公知の方法を用いることができる。
図1D(d)では、導電部材を含む位置で切断しているが、これに限らず、導電部材から離間する位置、つまり、導電部材を切断することなく封止部材1040を切断してもよい。
この場合には、切断されるのが基体や封止部材等の樹脂のみとなるため、導電部材と樹脂とを合わせて切断することに比較して容易に切断することができる。
このように、支持基板を用いて導電部材を形成し、その後、導電部材の側面を加工するという簡便な方法によって、極薄膜状の導電部材と基体とを強固に密着させることができる。これによって、より小型化・軽量化した精度の高い光半導体装置を、歩留まりよく製造することができる。
また、支持基板を用いて導電部材を形成し、その後、支持基板を除去するという一連の工程によって光半導体装置を製造する場合には、従来のようなリードフレームを用いたり、リードとして、水平方向からリードを突出させたり、屈曲させたりする構成のリード形状に加工したりするものと比較して、飛躍的に歩留まりを向上させることができる。つまり、通常、1単位の光半導体装置を製造するためのリードとして、突出及び/又は屈曲させる長さを確保して、リード上に光半導体素子が配置されるが、本発明では、光半導体装置の製造の初期段階から、1単位の光半導体装置が占有する面積を、上述した突出及び/又は屈曲等の長さを確保することなく、最小限に設定することができる。そのため、1つの所定の大きさの支持基板での光半導体装置の製造数を飛躍的に増大させることができる。
通常、リードフレームは、巻回体として供給されるため、使用に際して平坦化しても、わずかな湾曲が残存することとなる。そのため、製造工程におけるレジストの塗布、パターニング、金型への挟持、封止などの工程において、湾曲に起因する精度の低減、樹脂の漏れなどが発生することとなる。しかし、本発明では、巻回体として供給することのない、所定の大きさの平坦な支持基板を利用することができるため、上述した製造工程における不具合を回避して、より一層の歩留まり増加を図ることができる。
<実施の形態3:導電部材の積層構造1>
実施の形態1における第1及び第2導電部材を、図2B(a)に示したように、支持基板上1070に、Auからなる第1層11、Niからなる介在層11a、Cuからなる第2層21、Niからなる介在層21a、Agからなる第3層31の順に積層した以外は、実施の形態1と同様の構成とした。
このような構成により、適当な強度を確保することができる。
<実施の形態4:導電部材の積層構造2>
実施の形態1における第1及び第2導電部材を、図2B(b)に示したように、支持基板1070上の保護膜1080の間に、Auからなる第1層12、Niからなる介在層12a、Cuからなる第2層22を順次積層し、さらに、保護膜1080の一部領域も被覆するように、Niからなる介在層22a、Agからなる第3層32の順に積層した以外は、実施の形態1と同様の構成とした。
これにより、図2B(b’)に示したように、上側にオーバーハングを有する形状とし、その後、図2B(c)に示したように、側面が湾曲加工された第2層23を有する導電部材を形成した。このような構成により、導電部材と基体とが剥離するのを抑制し、信頼性に優れた光半導体装置を得ることができる。
本発明の光半導体装置の製造方法は、小型で軽量であって、且つ、光取り出し効率の高い光半導体装置や、コントラストに優れた光半導体装置を容易に得ることができる。これらの光半導体装置は、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置等の種々の装置に広範に利用することができる。
10、11、12、13 第1層
20、21、22、23 第2層
30、31、32、33 第3層
11a、12a、13a、21a、22a、23a 介在層
100 光半導体装置
101、102 導電部材
103 光半導体素子(発光素子)
104 封止部材
105、105’ 導電ワイヤ
106a 基体
106c 突出部材
1000 光半導体装置の集合体
1010 導電部材
1030 光半導体素子(発光素子)
1040 封止部材
1050 導電性ワイヤ
1060a 基体
1060c 突出部材
1070 支持基板
1080 保護膜(レジスト)
1090 マスク
X 突起部

Claims (8)

  1. 光半導体素子と、
    上面に前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、下面が光半導体装置の外表面を形成する複数の導電部材と、
    前記導電部材間に配置された遮光性樹脂を含む基体と、
    前記光半導体素子を封止する透光性樹脂からなる封止部材とを備える光半導体装置であって、
    前記導電部材は、その側面が、該導電部材の上面側及び下面側の双方に設けられた突出部を有して湾曲しており、
    前記導電部材は、その下面が前記基体の下面と面一であることを特徴とする光半導体装置。
  2. 前記導電部材は、
    前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、光を反射可能な第3層と、
    光半導体装置の外表面を形成する第1層と、
    前記第3層と第1層との間に位置する第2層とを有している請求項1に記載の光半導体装置。
  3. 光半導体素子と、
    上面に前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、下面が光半導体装置の外表面を形成する複数の導電部材と、
    前記導電部材間に配置された遮光性樹脂を含む基体と、
    前記光半導体素子を封止する透光性樹脂からなる封止部材とを備える光半導体装置であって、
    前記導電部材は、前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記半導体素子と接続され、光を反射可能な第3層と、
    光半導体装置の外表面を形成する第1層と、
    前記第3層と第1層との間に位置する第2層とを有しており、かつ、前記導電部材の一断面において第2層が前記第1層及び第3層よりも幅狭であって、
    前記導電部材は、その下面が前記基体の下面と面一であることを特徴とする光半導体装置。
  4. 前記導電部材は、1層以上の介在層を有する請求項2又は3に記載の光半導体装置。
  5. 前記光半導体素子を囲み、遮光性樹脂を含む突出部材を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の光半導体装置。
  6. (a)支持基板上に、互いに離間する第1及び第2の導電部材を形成し、
    (b)前記導電部材の側面を該導電部材の上面側及び下面側の双方に突出部を有して湾曲するように加工し、
    (c)前記導電部材間に遮光性樹脂を含む基体を形成し、
    (d)前記導電部材上に光半導体素子を載置し、
    (e)前記光半導体素子を、透光性樹脂からなる封止部材で被覆し、
    (f)前記支持基板を除去し、
    (g)前記基体を分割して光半導体装置を得る工程を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  7. 前記(a)工程において、前記支持基板上に、互いに離間する開口部を有する第2の保護膜を形成し、該開口部内に前記第1及び第2の導電部材を鍍金による積層膜として形成する請求項に記載の方法。
  8. 前記(b)工程において、前記導電部材の側面加工を、ウェットエッチングによって行う請求項6又は7に記載の方法。
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