JP5338543B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
これら樹脂には、充填材(フィラー)としてTiO2、SiO2、Al2O3、MgO、MgCO3、CaCO3、Mg(OH)2、Ca(OH)2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。
例えば、白色フィラー(例えば、TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、Sb2O3、Al(OH)3、BaSO4、MgCO3、BaCO3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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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/又は上面が前記光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。 - 前記導電部材は、
前記光半導体素子が載置され及び/又は上面が前記光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。 - 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/又は上面が前記光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。 - 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。
- 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。
- (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。 - 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6に記載の方法。
- 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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