JPH03230552A - 半導体素子実装用接合材 - Google Patents
半導体素子実装用接合材Info
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- JPH03230552A JPH03230552A JP2026463A JP2646390A JPH03230552A JP H03230552 A JPH03230552 A JP H03230552A JP 2026463 A JP2026463 A JP 2026463A JP 2646390 A JP2646390 A JP 2646390A JP H03230552 A JPH03230552 A JP H03230552A
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Classifications
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- B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
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- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Die Bonding (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野〕
この発明は、光通信、光情報処理分野などに用いられる
光半導体素子等の実装用接合材に関するものである。
光半導体素子等の実装用接合材に関するものである。
〔従来の技術］
半導体レーザなどの光半導体素子は、パッケージに組み
立てた時の熱抵抗を低減するために、第７図に示すよう
な構成がしばしば採られている。
立てた時の熱抵抗を低減するために、第７図に示すよう
な構成がしばしば採られている。
ヒートシンク１に銅などの熱伝導の優れた材料が用いら
れ、光半導体素子５０とヒートシンクＩとの熱膨張係数
の違いにより生ずる機械的歪みを緩和するために、柔ら
かい金属であるインジュウム１４がハンダ材として用い
られている。通常、前記ヒートシンク１はステム８と一
体にろう付けされた単純な構成が採られており、この実
装方法は、ダイレクトボンディングと呼ばれている。こ
の方法により組み立てられたパッケージは、例えば半導
体レーザの場合、４０”Ｃ／Ｗ程度の低い熱抵抗が容易
に得られる。しかしながら、ダイレクトボンディングに
おいてはインジュウム１４によるハンダの膜厚制御性お
よび平坦性が要求される。すなわち、ハンダ層となるイ
ンジュウム１４が薄すぎるとボンディング強度が低下し
、厚すぎると第８図に示すように光半導体素子５ｏの側
面へのインジュウム１４の這い上がりが、ｐ−ｎ接合９
を覆うことにより電気的ショートあるいはリークが引き
起こされる。また、インジュウム１４の表面に凹凸があ
ると、光半導体素子５０の密着が不十分となり光半導体
素子５ｏとの間に隙間ができて、熱の放散を妨げてしま
う。したがって、これらの要求を満たすために、インジ
ュウム１４は真空蒸着により膜厚２〜３μｍに制御して
形成する必要がある。ところが、原着部であるヒートシ
ンク１は前述のように、ステム８と一体であるために、
配線用ポスト７など蒸着部以外を一個ずつマスクして、
インジュウムが付着しないようにしなければならず、工
程が複雑となってしまうという欠点を有している。
れ、光半導体素子５０とヒートシンクＩとの熱膨張係数
の違いにより生ずる機械的歪みを緩和するために、柔ら
かい金属であるインジュウム１４がハンダ材として用い
られている。通常、前記ヒートシンク１はステム８と一
体にろう付けされた単純な構成が採られており、この実
装方法は、ダイレクトボンディングと呼ばれている。こ
の方法により組み立てられたパッケージは、例えば半導
体レーザの場合、４０”Ｃ／Ｗ程度の低い熱抵抗が容易
に得られる。しかしながら、ダイレクトボンディングに
おいてはインジュウム１４によるハンダの膜厚制御性お
よび平坦性が要求される。すなわち、ハンダ層となるイ
ンジュウム１４が薄すぎるとボンディング強度が低下し
、厚すぎると第８図に示すように光半導体素子５ｏの側
面へのインジュウム１４の這い上がりが、ｐ−ｎ接合９
を覆うことにより電気的ショートあるいはリークが引き
起こされる。また、インジュウム１４の表面に凹凸があ
ると、光半導体素子５０の密着が不十分となり光半導体
素子５ｏとの間に隙間ができて、熱の放散を妨げてしま
う。したがって、これらの要求を満たすために、インジ
ュウム１４は真空蒸着により膜厚２〜３μｍに制御して
形成する必要がある。ところが、原着部であるヒートシ
ンク１は前述のように、ステム８と一体であるために、
配線用ポスト７など蒸着部以外を一個ずつマスクして、
インジュウムが付着しないようにしなければならず、工
程が複雑となってしまうという欠点を有している。
以上の問題点を解決するために、第９図に示す実装用接
合材の形成方法が提案されている。（特開昭６２−１４
３４９６）この方法によれば、インジュウム１４を一旦
フィルム２１上に蒸着し、加熱されたヒートシンクｌへ
超音波を加えなからコテ６でフィルム２１側から押しつ
け、インジュウム１４を第１０図に示すように転写する
ことで、工程の簡略化を可能とするものである。
合材の形成方法が提案されている。（特開昭６２−１４
３４９６）この方法によれば、インジュウム１４を一旦
フィルム２１上に蒸着し、加熱されたヒートシンクｌへ
超音波を加えなからコテ６でフィルム２１側から押しつ
け、インジュウム１４を第１０図に示すように転写する
ことで、工程の簡略化を可能とするものである。
しかしながら、以上に述べたダイレクトボンディングで
は、第１１図に示すように表面に凹凸のある光半導体素
子５を実装することは困難である。
は、第１１図に示すように表面に凹凸のある光半導体素
子５を実装することは困難である。
なぜなら、前述のようにインジュウム１４の膜厚を２〜
３μｍとしなければならず、凹凸が大きい場合には、隙
間１０が生して光半導体素子５全体を密着させることが
できず、密着強度が不十分となってしまうからである。
３μｍとしなければならず、凹凸が大きい場合には、隙
間１０が生して光半導体素子５全体を密着させることが
できず、密着強度が不十分となってしまうからである。
また、インジュウム１４は酸化されやすい金属であるた
め、ヒートシンク１に直接蒸着する場合、時間をおくと
光半導体素子５０との密着が悪くなってしまうし、フィ
ルム２１から転写する場合には、ヒートシンク１との密
着が悪くなり、転写が困難となる。
め、ヒートシンク１に直接蒸着する場合、時間をおくと
光半導体素子５０との密着が悪くなってしまうし、フィ
ルム２１から転写する場合には、ヒートシンク１との密
着が悪くなり、転写が困難となる。
この発明の第１の目的は、表面に凹凸のある光半導体素
子でも電気的にリークあるいはショートすることなく安
定した密着強度を実現することのできる半導体素子実装
用接合材を提供することである。
子でも電気的にリークあるいはショートすることなく安
定した密着強度を実現することのできる半導体素子実装
用接合材を提供することである。
第２の目的は、長期間保存しても酸化による密着不良が
発生することのない半導体素子実装用接合材を提供する
ことである。
発生することのない半導体素子実装用接合材を提供する
ことである。
〔課題を解決するための手段］
請求項（１）記載の半導体素子実装用接合材は、ヒート
シンクへ半導体素子を直接接合する半導体素子実装用接
合材において、２層のインジュウム間に、融点が実装温
度を超える金属層を介在したことを特徴とする 請求項（２）記載の半導体素子実装用接合材は、ヒート
シンクへ半導体素子を直接接合する半導体素子実装用接
合材において、インジュウム層の一面にテフロンシート
を有し、他面に前記インジュウムの酸化を防止するのに
十分でしかも超音波によって破れる薄い膜厚の酸化防止
層を有することを特徴とする。
シンクへ半導体素子を直接接合する半導体素子実装用接
合材において、２層のインジュウム間に、融点が実装温
度を超える金属層を介在したことを特徴とする 請求項（２）記載の半導体素子実装用接合材は、ヒート
シンクへ半導体素子を直接接合する半導体素子実装用接
合材において、インジュウム層の一面にテフロンシート
を有し、他面に前記インジュウムの酸化を防止するのに
十分でしかも超音波によって破れる薄い膜厚の酸化防止
層を有することを特徴とする。
請求項（１）記載の構成によれば、半導体素子表面の凹
凸の大部分は、下層のインジュウムが変形することによ
り吸収され、中間の金属層は熔けずに上下のインジュウ
ムを分離するため、上層のインジュウムの膜厚は変化す
ることなく半導体素子全体に密着させることが可能とな
る。したがって、表面に凹凸のある半導体素子でも電気
的にリークあるいはショートすることなく安定した密着
強度を実現できる。
凸の大部分は、下層のインジュウムが変形することによ
り吸収され、中間の金属層は熔けずに上下のインジュウ
ムを分離するため、上層のインジュウムの膜厚は変化す
ることなく半導体素子全体に密着させることが可能とな
る。したがって、表面に凹凸のある半導体素子でも電気
的にリークあるいはショートすることなく安定した密着
強度を実現できる。
請求項（２）記載の構成によれば、酸化されやすいイン
ジュウムがテフロンシートおよび酸化防止層で覆われて
いるため、長期間保存しても酸化による密着不良が発生
することを防ぐことができる。
ジュウムがテフロンシートおよび酸化防止層で覆われて
いるため、長期間保存しても酸化による密着不良が発生
することを防ぐことができる。
第１図、第２図および第３図に第１の発明による実施例
を示す、半導体素子実装用接合材Ａは、第１のインジュ
ウム２．金３．第２のインジュウム４をテフロンシート
などのフィルム１０に順次蒸着により形成したものであ
る。膜厚は、各々４μｍ、０．５μｍ、２μｍである。
を示す、半導体素子実装用接合材Ａは、第１のインジュ
ウム２．金３．第２のインジュウム４をテフロンシート
などのフィルム１０に順次蒸着により形成したものであ
る。膜厚は、各々４μｍ、０．５μｍ、２μｍである。
以上のように形成された接合材Ａを、８０°Ｃに加熱さ
れたヒートシンクｌ上へ、フィルム１０側からコテ６に
より荷重および超音波を加えながら押しつけると、コテ
６の底面に対応する部分がフィルム１０からはがれて、
ヒートノック１上に転写される。ヒートシンク１上の任
意の場所に任意の形状の転写ができる。第２図に接合材
へを転写した状態を示す。
れたヒートシンクｌ上へ、フィルム１０側からコテ６に
より荷重および超音波を加えながら押しつけると、コテ
６の底面に対応する部分がフィルム１０からはがれて、
ヒートノック１上に転写される。ヒートシンク１上の任
意の場所に任意の形状の転写ができる。第２図に接合材
へを転写した状態を示す。
第３図に接着部に凹凸を有する光半導体素子５を実装し
た状態を示す。光半導体素子５の接着面には高さ３μｍ
のリッジストライプ５ａが形成されている。光半導体素
子５の表面のりノジストライプ５ａは、玉に第１のイン
ジュウム２が沈み込むことによって吸収される。金３は
、光半導体素子５の凹凸に対応して変形するが、実装す
るときの温度では溶けずしかも破れないので、第１のイ
ンノユウム２と第２のインジュウム４とを分離すること
ができ、第２のインジュウム４は、第；３図のように変
形しても元の膜厚が維持される。したがって、余分なイ
ンジュウムの光半導体素子５の側面への這い上がりが軽
減され、電気的なリークあるいはノヨートなどの不良は
発生しない。しかも、接合材Ａとしては、７容けたイン
ジュウム２の膜Ｉ７が十分存在するのでこのような光半
導体素子５の表面の凹凸も容易に吸収し、全体に密着さ
せることができる。
た状態を示す。光半導体素子５の接着面には高さ３μｍ
のリッジストライプ５ａが形成されている。光半導体素
子５の表面のりノジストライプ５ａは、玉に第１のイン
ジュウム２が沈み込むことによって吸収される。金３は
、光半導体素子５の凹凸に対応して変形するが、実装す
るときの温度では溶けずしかも破れないので、第１のイ
ンノユウム２と第２のインジュウム４とを分離すること
ができ、第２のインジュウム４は、第；３図のように変
形しても元の膜厚が維持される。したがって、余分なイ
ンジュウムの光半導体素子５の側面への這い上がりが軽
減され、電気的なリークあるいはノヨートなどの不良は
発生しない。しかも、接合材Ａとしては、７容けたイン
ジュウム２の膜Ｉ７が十分存在するのでこのような光半
導体素子５の表面の凹凸も容易に吸収し、全体に密着さ
せることができる。
なお、この実施例では中間層として金３を用いたが、融
点が実装温度を超える白金５銀などの金属を用いても同
様であることはいうまでもない。
点が実装温度を超える白金５銀などの金属を用いても同
様であることはいうまでもない。
また、第１のインジュウム２の表面に酸化防止層を形成
しておくと、長期間保存しても酸化による密着不良が発
生することを防ぐことができるという利点がある。
しておくと、長期間保存しても酸化による密着不良が発
生することを防ぐことができるという利点がある。
第４図、第５図および第６図に第２の発明による実施例
を示す。半導体素子実装用接合材Ｂは、厚さ５０μｍの
テフロンシート１１に、インジュウム１２を膜厚２μｍ
、そして、酸化防止層として金１３を膜厚５００人で蒸
着により形成したものである。この接合材Ｂは、酸化さ
れやすいインノエウム１２が一方をテフロンシート１１
、他方を金１３で覆われているため酸化されることなく
長期間の保存が可能となる。この接合材Ｂを、８０゛Ｃ
に加熱されたヒートシンク１上へ、テフロンシート１１
側からコテ６により荷重および超音波を加えながら押し
つけることによって、転写した状態を第５図に示す。金
１３自体はインノユウム１２よりヒートシンク１との密
着力が劣るが、この場合は金１３の膜厚が５００人と薄
いため、ヒートシンク１へ擦り付けられたときに超音波
により金１３は破れて収縮しインジュウム１２が直接ヒ
ートシンク１と接する。したがって、従来のインジュウ
ムだけの場合と同様に容易に転写ができる。
を示す。半導体素子実装用接合材Ｂは、厚さ５０μｍの
テフロンシート１１に、インジュウム１２を膜厚２μｍ
、そして、酸化防止層として金１３を膜厚５００人で蒸
着により形成したものである。この接合材Ｂは、酸化さ
れやすいインノエウム１２が一方をテフロンシート１１
、他方を金１３で覆われているため酸化されることなく
長期間の保存が可能となる。この接合材Ｂを、８０゛Ｃ
に加熱されたヒートシンク１上へ、テフロンシート１１
側からコテ６により荷重および超音波を加えながら押し
つけることによって、転写した状態を第５図に示す。金
１３自体はインノユウム１２よりヒートシンク１との密
着力が劣るが、この場合は金１３の膜厚が５００人と薄
いため、ヒートシンク１へ擦り付けられたときに超音波
により金１３は破れて収縮しインジュウム１２が直接ヒ
ートシンク１と接する。したがって、従来のインジュウ
ムだけの場合と同様に容易に転写ができる。
なお、この実施例では酸化防止層である金１３のＩｌｌ
を５００人としたが、インジュウム１２の酸化が防止で
き、超音波を加えることによって破れる１００〜１００
０人の範囲が使用できる。
を５００人としたが、インジュウム１２の酸化が防止で
き、超音波を加えることによって破れる１００〜１００
０人の範囲が使用できる。
この接合材Ｂは、インジュウム１２および金１３の蒸着
後、長期間保存してもインジュウム１２の表面は清浄で
あり、転写工程の直後に第６図に示すように光半導体素
子５０を実装すれば、高い密着強度が得られる。
後、長期間保存してもインジュウム１２の表面は清浄で
あり、転写工程の直後に第６図に示すように光半導体素
子５０を実装すれば、高い密着強度が得られる。
なお、酸化防止層として、金を含む合金あるいは白金、
銀およびこれらの合金などの使用も可能である。酸化防
止層として白金を用いた場合、白金の剛性率が６．４
Ｘ １０ ”ｄｙｎ／ｃ−であって金の剛性率２．９
Ｘ １０ ” ｄｙｎ／ｃ−よりも大きいため、超音波
によって破れやすくなり、より容易に密着できる。
銀およびこれらの合金などの使用も可能である。酸化防
止層として白金を用いた場合、白金の剛性率が６．４
Ｘ １０ ”ｄｙｎ／ｃ−であって金の剛性率２．９
Ｘ １０ ” ｄｙｎ／ｃ−よりも大きいため、超音波
によって破れやすくなり、より容易に密着できる。
また、酸化防止層として例えばクロムと白金などの２層
膜（クロムがインジュウム側）を用いた場合、２層膜の
持つ内部応力によって２層膜が超音波によって破れた後
は収縮しやすくなり、インジュウムの密着面積が増加し
てより高い密着強度が得られる。
膜（クロムがインジュウム側）を用いた場合、２層膜の
持つ内部応力によって２層膜が超音波によって破れた後
は収縮しやすくなり、インジュウムの密着面積が増加し
てより高い密着強度が得られる。
［発明の効果］
請求項（１）記載の半導体素子実装用接合材は、表面に
凹凸のある半導体素子でも低熱抵抗、高い密着強度が得
られ、しかも、電気的不良のない高い歩留まりが得られ
る。
凹凸のある半導体素子でも低熱抵抗、高い密着強度が得
られ、しかも、電気的不良のない高い歩留まりが得られ
る。
請求項（２）記載の半導体素子実装用接合材は、長期間
保存しても酸化による密着不良が発生することを防ぐこ
とができる。
保存しても酸化による密着不良が発生することを防ぐこ
とができる。
第１図は第１の発明によるハンダ層の転写工程図、第２
図は第１の発明による転写後のハンダ層を示す図、第３
図は第１の発明による光半導体素子実装後の状態を示す
図、第４図は第２の発明によるハンダ層の転写工程図、
第５図は第２の発明による転写後のハンダ層を示す図、
第６図は第２の発明による光半導体素子実装後の状態を
示す図、第７図は従来のダイレクトボンディング構成図
、第８図はハンダ層厚過剰による電気的不良を起こした
状態を示す図、第９図は従来のハンダ層の転写工程図、
第１０図は従来の転写後のハンダ層を示す図、第１１図
は従来の構成によるハンダ層へ凹凸のある光半導体素子
を実装した状態を示す図である。 １・・・ヒート７ンク、２・・・第１のインジュウム、
３・・・金、４・・・第２のインジュウム、５．５０・
・光半導体素子、６・・・コテ、１０・・・フィルム、
１１・・・テフロンソート、１２・・インジュウム、１
３・・・金ヒＦ巳任＝ゴ 上 〈 八 ５ 第 図
図は第１の発明による転写後のハンダ層を示す図、第３
図は第１の発明による光半導体素子実装後の状態を示す
図、第４図は第２の発明によるハンダ層の転写工程図、
第５図は第２の発明による転写後のハンダ層を示す図、
第６図は第２の発明による光半導体素子実装後の状態を
示す図、第７図は従来のダイレクトボンディング構成図
、第８図はハンダ層厚過剰による電気的不良を起こした
状態を示す図、第９図は従来のハンダ層の転写工程図、
第１０図は従来の転写後のハンダ層を示す図、第１１図
は従来の構成によるハンダ層へ凹凸のある光半導体素子
を実装した状態を示す図である。 １・・・ヒート７ンク、２・・・第１のインジュウム、
３・・・金、４・・・第２のインジュウム、５．５０・
・光半導体素子、６・・・コテ、１０・・・フィルム、
１１・・・テフロンソート、１２・・インジュウム、１
３・・・金ヒＦ巳任＝ゴ 上 〈 八 ５ 第 図
Claims (2)
- （１）ヒートシンクへ半導体素子を直接接合する半導体
素子実装用接合材において、２層のインジュウム間に、
融点が実装温度を超える金属層を介在したことを特徴と
する半導体素子の実装用接合材。 - （２）ヒートシンクへ半導体素子を直接接合する半導体
素子実装用接合材において、インジュウム層の一面にテ
フロンシートを有し、他面に前記インジュウムの酸化を
防止するのに十分でしかも超音波によって破れる薄い膜
厚の酸化防止層を有することを特徴とする半導体素子実
装用接合材。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2026463A JPH03230552A (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | 半導体素子実装用接合材 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2026463A JPH03230552A (ja) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | 半導体素子実装用接合材 |
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Family
ID=12194209
Family Applications (1)
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