KR101007164B1

KR101007164B1 - 반도체 장치

Info

Publication number: KR101007164B1
Application number: KR1020057013031A
Authority: KR
Inventors: 사다무 이시두; 겐지로 히가키; 다카시 이시이; 야스시 츠즈키
Original assignee: 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2011-01-12
Also published as: US7335925B2; US20060118808A1; CN100420048C; US7420223B2; WO2004082034A1; EP1605523A4; US20080105894A1; US20080067540A1; JP4001169B2; CN1748327A; EP1605523A1; KR20050106399A; US7504671B2; JPWO2004082034A1

Abstract

반도체 소자로부터 발생하는 열을 충분히 제거할 수 있는 반도체 장치를 제공한다. 반도체 장치 (100) 는, 바닥면 (2b) 과, 그 바닥면 (2b) 과 반대측에 위치하는 소자 탑재면 (2a) 을 갖는 기판 (2) 과, 소자 탑재면 (2a) 에 탑재되는 주면 (1a) 을 갖는 반도체 소자 (1) 를 구비한다. 주면 (1a) 의 장변방향의 길이 (L) 와, 바닥면 (2b) 에서 소자 탑재면 (2a) 까지의 거리 (H) 와의 비율 (H/L) 은 0.3 이상이다. 반도체 소자가 발광소자인 경우, 소자 탑재면 (2a) 은 오목부 (2u) 를 이루고, 거기에 상기 소자 (1) 가 배치되어 형성되고, 오목부 (2u) 의 표면에는, 금속층 (13) 이 형성되어 있다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 레이저 또는 발광 다이오드 등의 반도체 발광소자를 구비한 반도체 장치에 관한 것이다.

반도체 장치에는 그 고성능화가 요구되고 있고, 그것에 탑재되는 반도체 소자의 발열량은, 급속히 커지고 있다. 반도체 레이저 또는 발광 다이오드 등의 반도체 발광 표시장치도 마찬가지이다. 따라서 반도체 소자가 탑재되는 부재에는, 그 열팽창 계수가 상기 소자의 그것에 가까운 것과, 보다 높은 열전도율이 요구되고 있다. 반도체 장치의 개량된 방열구조의 일례가, 일본 특허공보 평4-36473호에 개시되어 있다. 그 기판은, 구리, 텅스텐 및 몰리브덴을 주성분으로 하는 복합재로서, 그 열팽창 계수가, 탑재되는 반도체 발광소자의 그것에 가까운 5.0 내지 8.5×10^-6/K 임과 함께, 그 열전도율이 200 W/mㆍK 이상으로 높다. 이하 본 발명으로는, 구리는 Cu, 텅스텐은 W 등으로 원소를 화학기호로도 나타낸다. 또한 일본 공개특허공보 제2002-232017호에 개시된 발명은, 반도체 장치의 발광효율의 개선을 목적으로 한 것인데, 그 기판은, 도체부가 형성된 평판상의 고열전도성 세라믹스로 이루어진다. 그러나, 이 종류의 발광장치도 포함하여 반도체 장치에서는 응용분야에 따라서는, 반도체 소자의 고출력화의 요구에 의해 그 대형화가 진행되어, 발열량도 급속히 커지고 있다. 특히 반도체 발광소자를 구비한 반도체 장치에서는, 최근 발광량이 급격히 증대하고 있어, 그에 따른 소자의 대형화와 발열량의 증대가 현저하다. 이 때문에 반도체 장치의 발열부 주변의 방열효율을 높이는 새로운 수단이 요구되고 있다.

(발명의 개시)

본 발명자들은, 상기 기술한 과제를 해결하기 위해서, 반도체 소자 주변의 구조를 연구해 왔다. 본 발명은, 반도체 소자와, 그 반도체 소자가 탑재되는 상면과, 그 반대측에 위치하는 바닥면을 갖는 기판을 구비하고, 반도체 소자의 주면 (主面) 의 장변방향의 길이 (L) 와 동 기판의 상면의 반도체 소자 탑재부로부터 바닥면까지의 거리 (H) 의 비 (H/L) 가 0.3 이상인 반도체 장치를 제공한다. 이것에 의해서 반도체 소자로부터 발생하는 열이 충분히 방산되어, 반도체 장치의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 본 발명의 반도체 장치에는, 상기에 부가하여, 반도체 소자가 발광소자이고, 그것이 탑재되는 방열기판 부분이 오목부를 형성함과 함께, 상면 상에 금속층이 형성되어 있는 것도 포함된다. 이것에 의해서 상기 방열성 개선에 부가하여, 발광소자의 빛이 동 금속층에 의해서 반사되어, 장치의 발광효율을 높일 수 있다. 또한 본 발명의 반도체 장치에는, 이상에 부가하여, 동 발광소자와 전력공급을 위한 단자판 사이를 잇는 접속부재가, 오목부와 별도의 위치에 배치되고, 동 접속부재의 오목부로의 침입을 막는 수단이, 동 접속부재에 인접하는 상면 상에 형성되어 있는 것도 포함된다. 이것에 의해서 접속부재가 오목부의 금속층을 덮는 일이 없어, 장치의 발광효율의 저하를 억제할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 따른 반도체 장치의 예를 나타내는 단면도이다.

도 2 는 도 1 에서 표시되는 반도체 소자의 일 형태예를 나타내는 사시도이다.

도 3 은 도 1 에서 표시되는 반도체 소자의 그 밖의 형태예를 나타내는 사시도이다.

도 4 는 열의 방산을 설명하기 위해서 나타내는 반도체 장치의 단면도이다.

도 5 는 본 발명의 실시형태 2 에 따른 반도체 장치의 예를 나타내는 단면도이다.

도 6 은 도 5 로 나타내어지는 반도체 발광소자의 일 형태예를 나타내는 사시도이다.

도 7 은 본 발명의 실시형태 3 에 따른 반도체 장치의 예를 나타내는 단면도이다.

도 8 은 도 7 중의 V 로 나타내는 부분의 일 형태의 단면을 확대하여 나타낸 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또, 이하에 나타내는 실시형태에서 동일 또는 상당하는 부분에 관해서는 동일한 참조부호 를 붙여, 그 설명에 관해서는 설명을 반복하지 않는다.

(실시형태 1)

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 따른 반도체 장치의 예를 나타내는 단면도이다. 도 2 는 도 1 에서 표시되는 반도체 소자의 일 형태예를 나타내는 사시도이다. 도 1 의 반도체 장치 (100) 에 있어서, 1 은 주면 (1a) 을 갖는 반도체 소자, 2 는 상기 소자가 탑재되는 프레임부 (2c) 와 일체화된 기판이다. 2a 와 2b 는 그 상면과 바닥면이고, 이들 사이의 거리는 H 이다. 기판 (2) 의 상면 (2a) 과 대면하고 있는 반도체 소자 (1) 의 주면 (1a) 은, 이 경우에는 직사각형이고, 그 장변방향의 길이 (L) 는 장변 (11) 의 것에 대응하고, 단변방향의 길이는 단변 (12) 의 것에 각각 대응한다. 본 발명의 다른 실시형태도 마찬가지이지만, 주면 (1a) 이 직사각형이면, 통상 그 반대측의 면도 거의 같은 형상이지만, 반드시 그렇지 않아도 된다. 도 3 에 나타나는 바와 같이, 주면이 직사각형 이외인 예도 있다. 본 발명의 반도체 소자의 주면의 장변방향의 길이는, 주면에 수직인 방향에 투영한 이미지의 윤곽으로부터 계량된다. 도 3a 내지 도 3e 는 그 예이고, L 로 표시된 부분이 장변방향의 길이이다. 예를 들어, 그것이 원형이나 정방형이면 각각 그 지름 및 그 어느 하나의 변의 길이이고, 타원이면 그 장직경이다. 또 기판의 상면과 바닥면의 거리는 H 이다. 본 발명의 반도체 장치에서는 비 (H/L) 가 0.3 이상이다. 바람직하게는 0.45 내지 1.5 이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.25 이다.

본 발명의 다른 실시형태도 마찬가지이지만, 도 4 는 열의 방산을 모식적으 로 설명하기 위해서 나타내는 반도체 장치의 단면도이다. 반도체 발광소자 (1) 로부터 열 (Q) 이 발생하면, 열은 대략 화살표 (50) 로 나타내는 바와 같이 기판 (2) 내에서 확산되면서 기판 (2) 의 바닥면 (2b) 에 전달된다. 거리 (Z) 를 크게 함으로써 기판 (2) 의 바닥면 (2b) 의 방열에 기여하는 면적을 크게 할 수 있다. 즉, 반도체 발광소자 (1) 로부터 발생한 열을 효율적으로 방열할 수 있다. 거리 (Z) 를 크게 하기 위해서는, 거리 (H) 를 크게 할 필요가 있다. 그 때문에, 본 발명에서는, 거리 (H) 를 크게 하여, 바닥면 (2b) 에서의 방열량을 크게 하고 있다. 또한, 이 방열효과를 확실한 것으로 하기 위해서 거리 (Y) 는 제 1 변 (11) 의 길이 (L) 의 2 배 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시형태도 마찬가지이지만, 기판 (2) 은 방열부재이고, 그 재료는, 반도체 장치에 요구되는 요구특성에 따른 그 패키지 디자인에도 좌우된다. 또한 반도체 장치에의 실장도 포함하여, 그 제조가 용이하고 저렴한 것, 경량인 것, 실용수명이 긴 것 등이 요구된다. 그러나 첫째로 요구되는 특성은, 상기 기술한 바와 같이, 그 열팽창 계수가 반도체 소자의 그것에 가까운 것과, 열전도율이 높은 것이다. 본 발명의 기판의 열전도율은, 170 W/mㆍK 이상, 나아가서는 200 W/mㆍK 이상인 것이 바람직하다.

기판의 재료는, (1) 무기ㆍ유기의 각종 재료와 그들의 화합물, (2) 이들이 화합하지 않고 서로 미시적으로 혼합되어 복합된 것 (본 발명에서는, 이것을 복합재 (Composite Material) 라고 한다) 및 (3) 그들이 거시적으로 조합되어 합체된 것 (본 발명에서는, 이것을 복합체 (Combined Material) 라고 한다) 으로 나누어진다.

(1) 의 무기재료로는, C (예를 들어, 흑연, 다이아몬드), Si 등의 반금속, Al, Cu, Ag, Au 및 장주기율표의 4a 내지 7a 족, 8a 족의 천이금속의 원소를 주성분으로 하는 금속재료, TiC, ZrN 등의 금속과 반금속 화합물, SiC 나 B₄C 등의 반금속끼리의 화합물, Si₃N₄ 나 BN 등의 반금속과 비금속 화합물, AlN 과 같은 금속과 반금속 화합물이 있다. 또한 유기재료로는, 생체 내나 자연계에 존재하거나 또는 합성된 화합물이 있고, DNA, 효소, 천연 또는 합성의 고무ㆍ섬유ㆍ수지, 유기금속 화합물 등을 들 수 있다.

(2) 는 (1) 의 각종 재료를 미시적으로 혼합 분산 또는 배치시킨 것이다. 예를 들어, Cu-W, Cu-Mo, Al-SiC, Al-AlN, Ag-C, Si-SiC 등 각종 복합재가 있다. (3) 은 (1) 과 (2) 중 몇가지의 재료종의 벌크에서의 조합이다. 예를 들어, Cu 와 Mo, Al 과 SiC 등의 적층체, 중앙부가 Cu 이고 외주부가 Cu-Mo 로 이루어지는 판상인 것, 두께 방향으로 Cu 량이 상이한 Cu-Mo 층이 경사 기능적으로 적층된 것 등 많은 형태를 들 수 있다. 이들은, 패키지 디자인에 맞춰 적정히 설정하면 된다. 이하 대표적인 기판의 실시형태 사례를 소개한다.

예를 들어, 상기 기술한 Cu-W 나 Cu-Mo 복합재의 경우, Cu 의 함유량이 5 내지 40질량%의 범위에서는, 열팽창 계수는 통상 5 내지 12×10^-6/K 가 된다. 또한, Al-SiC 를 주성분으로 하는 복합재를 기판 (2) 으로서 사용한 경우, SiC 의 함유량이 10 내지 70질량의 범위, 열팽창 계수는 8 내지 20×10^-6/K 의 범위가 된다. 그래서 반도체 소자 (1) 가 GaN, GaAs, InP, Si 인 경우를 상정한다. 이들 열팽창 계수는 3 내지 7×10^-6/K 이므로, 기판의 열팽창 계수도 그것에 가까운 것이 바람직하다. 따라서 Cu-W 나 Cu-Mo 복합재의 경우, Cu 의 함유율을 5 내지 40질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 10 내지 35질량%, 더욱 바람직하게는, 10 내지 20질량% 이다. 이들 복합재는, W 나 Mo 의 분말을 주성분으로 한 성형체를 만들거나, 또는 추가로 그것을 소결하여 그들의 다공체를 만들고, 그 빈 구멍에 Cu 를 용침하는 용침법 (Infiltrating Method) 이나, 또는 미리 Cu 와 W 또는 Cu 와 Mo 를 주성분으로 한 분말의 혼합물을 성형하여, 그것을 소결하는 소결법 (Sintering Method) 으로 통상 만들어진다. 또한 예를 들어, 기판에 Al-SiC 복합재가 쓰이는 경우, 그 Al 의 함유율을 25 내지 35질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 재료는, 예를 들어, Al 용융액 중에 SiC 분말을 분산시킨 것을 냉각하는 주조법, SiC 를 주성분으로 한 다공체의 빈 구멍 내에 Al 을 용침시키는 함침법, Al 분말과 SiC 분말을 주성분으로 한 혼합물을 성형한 후, 이것을 소결하는 소결법 등에 의해서 제조할 수 있다.

또한 도시하지 않지만, 반도체 소자 (1) 에의 전기접속를 위해 기판 (2) 과의 사이에 적절히 본딩 와이어, 플립 칩, 비어 홀 등의 접속수단이 형성된다.

본 발명의 다른 실시형태도 마찬가지이지만, 기판 (2) 의 소자 탑재면 (2a) 에는, 반도체 소자의 접속이나 상기 소자에의 통전을 위해 금속층 (13) 이 형성되 는 경우가 있다. 그 경우, 이 금속층을 충분한 접합강도로 형성하기 위해서는, 면 (2a) 의 표면조도는, JIS 규정 (JIS B 0601) 에서의 최대 조도 (Rmax) 에서 0.1 내지 20㎛ 의 범위로 컨트롤되고 있는 것이 바람직하다. 0.1㎛ 보다 작으면, 금속층을 형성한 경우, 앵커효과를 얻기 어렵다. 타방 20㎛ 을 초과하면, 그 표면에 산소 등의 가스 흡착량이 많아져, 금속층을 형성할 때의 방출 가스량이 증가하여, 막형성에 필요한 진공도를 얻기 어려워진다. 보다 바람직하게는, 0.1㎛ 이상 8㎛ 이다. 8㎛ 을 초과하면, 접합 시에 빈 구멍이 생기기 쉬워져, 접합강도에 편차가 생기기 쉬워지기 때문이다.

본 발명의 반도체 장치는, 이상 서술한 바와 같이 반도체 소자의 주면과 기판의 설계치수를 특정한 범위로 컨트롤함으로써, 동 소자로부터 발생하는 열의 방산을 보다 원활하게 행할 수 있다. 이것에 의해서, 동 소자의 과도한 온도 상승에 의한 반도체 장치의 출력 저하나 동 소자 주변 부재의 열화를 대폭 저감할 수 있어, 장치의 고출력화와 실용 수명의 연장이 가능해진다.

(실시형태 2)

도 5 는, 본 발명의 실시형태 2 에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 반도체 소자 (1) 는, 이 경우는 발광소자이다. 이 장치 (100) 에는, 상기 기술한 H/L 의 설계 컨트롤이 이루어지고 있다. 소자 탑재면 (2a) 에는 금속층 (13) 이 형성되어 있고, 바람직하게는 상기 기술한 바와 같은 표면형태로 형성되어 있다. 이 실시형태의 경우, 금속층에는 발광소자 (1) 로부터 방출된 광을 반사시키는 역할이 있다. 그 때문에, 금속층은, 반사율이 큰 금속, 예를 들어, 은 또는 알루미늄 또는 그들을 주성분으로 한 금속으로 통상은 구성되어, 도금이나 증착에 의해 소자 탑재면을 덮도록 형성된다. 소자 탑재면뿐만 아니라, 그 이외의 부분 또는 기판 (2) 의 전체 면에 금속층이 형성되어 있어도 상관없다. 또 기판본체가, 예를 들어, 금속재료 등으로 이루어지고 도전성을 갖는 경우에는, 전기 도금법에 의한 광택 은도금이 바람직하다. 또한 소자 탑재면 자체의 반사율이 높으면, 이 금속층을 형성하지 않아도 된다. 또한, 도 1 에서는, 오목부 (2u) 에 금속층 (13) 이 형성되어 있지만, 오목부 (2u) 가 존재하지 않는 기판 (2) 을 사용하여, 그 기판 (2) 의 소자 탑재면 (2a) 에 금속층 (13) 을 형성해도 된다.

기판 (2) 의 두께, 즉, 바닥면 (2b) 에서 소자 탑재면 (2a) 까지의 거리 (H) 는, 반도체 발광소자 (1) 의 치수에 따라서 다양하게 설정하는 것이 가능한데, 예를 들어, 거리 (H) 를 0.3㎜ 이상 10㎜ 이하로 할 수 있다.

금속층 (13) 과 접촉하도록 반도체 발광소자 (1) 가 형성되어 있다. 동 소자는, 예를 들어, ZnSe, GaAs, GaP, GaN, InP 등의 II-VI 족 또는 III-V 족의 화합물 반도체 발광소자로 구성된다. 여기서, II 족 원소는 아연 (Zn) 및 카드뮴 (Cd) 을 포함한다. III 족 원소는, 붕소 (B), 알루미늄 (Al), 갈륨 (Ga) 및 인듐 (In) 을 포함한다. V 족 원소는, 질소 (N), 인 (P), 비소 (As) 및 안티몬 (Sb) 을 포함한다. VI 족 원소는, 산소 (O), 황 (S), 셀렌 (Se) 및 텔루르 (T) 를 포함한다. 또 사파이어 등의 기판 상에 그들의 화합물 반도체가 형성되어 있어도 된다.

또한 기판 (2) 은, 예를 들어, Fe-Ni 합금 또는 Fe-Ni-Co 합금으로 구성되어도 된다. 또한, 소자 탑재면 (2a) 과 금속층 (13) 사이에 중간층 (도시 생략) 을 형성해도 되고, 중간층으로는, 예를 들어, Ni, Ni-Cr, Ni-P, Ni-B, Ni-Co, Cu 및 Au 등을 들 수 있다. 이들은 도금으로 형성할 수 있다. 또한, 증착으로 형성하는 경우에는, Ti, V, Cr, Ni, NiCr 합금, Cu, W, Zr, Nb 및 Ta 등을 들 수 있다. 또한, 상기 기술한 도금층 및/또는 증착층의 적층이라도 상관없다. 중간층의 두께는 0.01 내지 5㎛ 가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1㎛ 이다.

이 실시형태에서도 반도체 소자의 주면 (1a) 의 장변방향의 길이 (L) 와 기판 (2) 의 상면과 바닥면 사이의 거리 (H) 의 관계는, 이전 형태와 다르지 않다. 도 6 이 이 형태의 반도체 소자의 사시도이다. 이 경우에는, 상기 소자에 단차부 (1d) 가 있지만 없어도 된다. 반도체 발광소자 (1) 의 변 (11) 이 장변이고, 변 (12) 이 단변이다. 이 경우에는 변 (11) 의 길이가 L 에 상당하는데, 그것은, 발광소자의 단차부 (1d) 와 거의 수직으로 연장되고, 변 (12) 은 상기 단차부와 거의 평행하게 연장된다. 변 (11 과 12) 이 거의 같은 길이인 경우도 있다. 또한 주면 (1a) 이 직사각형이 아닌 경우는, 상기 기술한 바와 같다. 예를 들어, 그것이 직사각형이라도, 그 코너가 둥글게 되어 있는 경우에는, 주면 (1a) 이 투영된 외륜을 따라 외삽선 (外揷線) 을 그어 직사각형에 근사하게 하고, 그 장변을 L 이라고 간주한다.

이 실시형태의 경우, 반도체 발광소자 (1) 는, 그 주면 (1a) 및/또는 주면 (1a) 과 반대측에서 전력이 공급되어, 반도체 발광소자 내에 형성된 발광층 (도시 생략) 으로부터 빛이 방출된다. 반도체 발광소자는, 발광 다이오드라도 되고, 또한 반도체 레이저라도 된다. 또한, 반도체 발광소자로부터 발광되는 광의 파장은 특별히 제한되는 것은 아니다.

기판 (2) 에는, 그것을 관통하는 관통구멍 (2h) 이 형성되어 있다. 관통구멍 (2h) 은 대략 원통형상이고, 그 내측에는 절연유리 (4) 및 핀 (3a 및 3b) 이 형성되어 있다. 핀 (3a 및 3b) 은 반도체 발광소자 (1) 에 전력을 공급하기 위한 것으로, 스테인리스강 (SUS) 또는 Fe-Co-Ni 합금에 의해 구성된다. 또한, 전기저항이 작은 부재이면, 다른 조성에 의해 핀 (3a 및 3b) 을 형성해도 된다. 절연유리 (4) 는, 관통구멍 (2h) 내에 핀 (3a 및 3b) 을 위치 결정하기 위해서 형성되어 있고, 관통구멍 (2h) 을 충전하고, 또한 핀 (3a 및 3b) 과 기판 (2) 을 절연하는 기능을 갖는다.

본딩 와이어 (21 및 22) 는, 핀 (3a 및 3b) 과 반도체 발광소자 (1) 를 전기적으로 접속한다. 핀 (3a 및 3b) 에서 공급되는 전력은 본딩 와이어 (21 및 22) 를 통하여 반도체 발광소자 (1) 에 공급된다. 또, 본딩 와이어 (21 및 22) 는 금, 알루미늄 또는 그들의 합금으로 구성하는 것이 가능하다.

또, 반도체 발광소자 (1) 는, 고출력화를 위해, 그 장변방향의 길이, 즉 이 경우에는 장변의 길이 (L) 가 1㎜ 이상이거나, 또는 주면 (1a) 의 면적이 1㎟ 이상인 것이 바람직하다.

반도체 발광소자 (1) 로부터 발생하는 열을 외부로 충분히 방출하여 제거하지 않으면, 소자 자체의 온도가 상승하여, 그 발광효율을 저하시키거나, 빛의 파장 이 어긋나 일정한 색채의 발광이 불가능하게 된다. 나아가서는 그 열에 의해서 형광체 등의 주변부재가 열화한다. 이상의 결과, 반도체 장치의 수명이 짧게 되기 쉬워진다. 특히 발광소자의 L 이 1㎜ 이상인 경우에, 소자의 중앙부의 온도가 상승하기 쉬워, 수명이 짧아지기 쉬워진다. 본 실시형태의 반도체 장치에서는, H/L 을 최적화하고 있어, 열의 방산이 충분히 이루어지기 때문에, 이상의 문제 발생이 억제된다.

또한 본 실시형태 2 에서는, 이상의 방열성 개선에 더하여, 발광소자의 빛이 금속층에 의해 반사되어, 장치의 발광출력을 높일 수 있다.

(실시형태 3)

도 7 은 본 발명의 실시형태 3 에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 도 8 은 도 7 중의 V 로 둘러싼 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다. 이 반도체 장치에는, 상기 기술한 H/L 의 설계 컨트롤이 이루어지고 있다. 또한 소자 탑재면에는 금속층이 형성되어 있고, 바람직하게는 상기 기술한 바와 같은 표면 형태로 형성되어 있다. 또한 이 금속층에는 발광소자 (1) 에서 방출된 빛을 반사시키는 역할이 있다. 도 7 에 나타나는 바와 같이, 이 실시형태의 반도체 장치 (100) 에서는, 실시형태 2 와는 달리 핀이 형성되어 있지 않다. 기판 (2) 상에는 접속부재 (33) 가 형성되어 있고, 절연판 (31) 과 전극 (32) 으로 형성되는 단자판 (34) 이, 접속부재 (33) 에 의해서 기판 (2) 에 고정되어 있다. 접속부재 (33) 는, 예를 들어, 밀랍재나 접착제이며, 기판 (2) 에는, 그것이 오목부 (2u) 로 흐르는 것을 방지하는 수단으로서 홈 (2t) 이 형성되어 있다. 오목부 (2u) 에 접속부재 (33) 가 흐르면, 오목부 (2u) 의 표면에 요철이 생겨 빛의 반사율이 저하되기 때문이다. 또 동일한 목적이 달성되면, 별도의 수단이라도 상관없다. 예를 들어, 요철부분을 형성해도 된다. 절연판 (31) 은, 예를 들어, 세라믹에 의해 구성되지만, 절연판 (31) 대신에 절연성을 갖는 막, 예를 들어, 규소 질화막 또는 규소 산화막을 형성해도 된다. 절연판 (31) 상에는, 본딩 와이어 (21 부터 24) 와 전기적으로 잇기 위해서 도전성의 전극 (32) 이 형성된다. 이 전극은, 인쇄, 증착, 도금 등에 의해서 형성된다. 홈 (2t) 은, 예를 들어, 기계가공이나 샌드 블라스트로 형성해도 된다. 또는 기판 (2) 의 표면에 형성되는 하지도금을 부분적으로 제거하거나, 또는 부분적으로 도금되지 않은 영역을 형성함으로써 형성해도 된다. 또 이 홈의 폭은, 50㎛ 이상 1㎜ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100㎛ 이상 500㎛ 이하이다. 폭이 너무 작으면 접속부재가 그것의 위로 넘어가기 쉬워지고, 너무 크면 스페이스가 소용없게 된다. 이상 서술해 온 바와 같이, 본 발명의 실시형태 3 의 반도체 장치에서는, 오목부 (2u) 와 별도의 위치에 형성되고 기판 (2) 과 단자판 (34) 을 접속하는 접속부재 (33) 를 추가로 구비한다. 기판 (2) 에는, 접속부재 (33) 가 오목부 (2u) 로 흐르는 것을 방지하는 수단으로서의 홈 (2t) 이 형성되어 있다. 이와 같이 구성된, 본 발명의 실시형태 3 의 반도체 장치는, 접속부재가 오목부의 금속층을 덮는 일이 없어, 장치의 발광효율의 저하를 억제할 수 있다.

실시예에서는, 도 1, 도 7 및 도 8 로 나타내는 반도체 장치 (100) 를 사용 하여, 반도체 발광소자 (1) 를 발광시킨 경우의 반도체 발광소자 (1) 의 온도를 측정하였다.

(실시예 1)

우선, 구리를 15질량% 함유하고 텅스텐을 85질량% 함유하는 복합재로 구성되는 기판과, GaN 계의 화합물 반도체 발광 다이오드로 이루어지는 반도체 발광소자 (1) 를 갖는 도 7 의 구조의 반도체 장치 (100) 를 준비하였다. 이 반도체 장치 (100) 의 바닥면 (2b) 을 구리의 프레임 상에 탑재하였다. 상기 기술한 바와 같은 재질로 이루어지고, 기판 (2) 의 치수 (Y), 소자치수 (L; 장변길이 (L)), 기판두께 (H; 소자 탑재면 (2a) 에서 바닥면 (2b) 까지의 거리 (H)) 가 여러가지로 설정된 표 1 로 나타내는 샘플을 준비하였다.

이들 샘플 (1 부터 10) 의 반도체 발광소자 (1) 에 1A 의 전류를 흘려서 발광시키고, 발광 후 1분 경과했을 때의 온도 (T1) 를, 방사 온도계 (비접촉) 를 사용하여 측정하였다. 또한 발광을 계속하여, 발광 후 3 분 경과했을 때의 온도 (T3) 를 각각의 샘플 (1 부터 10) 에 대해 측정하였다. 온도 상승률 ((T3-T1)/Tl) 을 각각의 샘플 (1 부터 10) 에 대해 측정하였다. 그 결과도 표 1 에 나타낸다. 표 1 의 온도 상승률에서 「◎」 는 온도 상승률이 10% 미만이었던 것을 나타낸다. 「○」 는 온도 상승률이 20% 미만이었던 것을 나타낸다. 「X」 는 온도 상승률이 20% 이상이었던 것을 나타낸다. 표 1 로부터, 본 발명 이외의 샘플 (2) 에서는 온도 상승률이 크기 때문에 방열성이 낮게 되어 있음을 알 수 있다. 그 이외의 샘플에서는, 본 발명의 범위 내이기 때문에 온도 상승률을 적절히 제어할 수 있음을 알 수 있다. 특히 표에는 나타나 있지 않지만, 5 부터 7 의 샘플에서는, 특히 온도 상승률이 5% 이하이었다.

또한, 상기 기판과 거의 같은 사이즈의 Al 을 30질량% 함유하고 SiC 를 70질량% 함유하는 복합재의 기판과, 상기 발광소자와 거의 동일한 사이즈의 Si 반도체 소자를 사용하여, 상기와 거의 동일한 H/L 영역의 도 1 과 동일한 기본구조의 시료를 준비하였다. 상기와 동일한 순서로 거의 동일한 H/L 영역에서 실제로 동작시켜, 소자표면의 온도 상승률을 확인한 결과, 상기와 동일한 경향의 결과가 얻어졌다.

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적이 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니고 특허청구의 범위에 의해서 표시되며, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

본 발명에 따르면, 반도체 소자로부터 발생하는 열을 충분히 제거할 수 있는 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한 발광소자를 구비한 반도체 장치에서는, 발광효율이 우수한 것을 제공할 수 있다.

Claims

주면 (主面) 의 면적이 1㎟ 이상인 반도체 소자와, 상기 반도체 소자가 탑재되는 상면과, 그 반대측에 위치하는 바닥면을 갖는 열전도율이 170 W/mㆍK 이상이고, 열팽창 계수가 3×10^-6/K 내지 12×10^-6/K 인 기판을 구비하고, 상기 반도체 소자의 주면의 장변방향의 길이 (L)는 1mm 이상이며, 상기 장변방향의 길이(L) 와 상기 기판의 상면의 반도체 소자 탑재부에서 바닥면까지의 거리 (H) 와의 비 (H/L) 가 0.3 이상인, 반도체 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 반도체 소자가 발광소자이고, 상기 반도체 소자가 탑재되는 기판의 부분이 오목부를 형성함과 함께, 상기 상면 상에 금속층이 형성되어 있는, 반도체 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 기판과 상기 반도체 발광소자에의 전력공급을 위한 단자판 사이를 잇는 접속부재가, 상기 오목부와 별도의 위치에 배치되고, 상기 접속부재의 오목부로의 침입을 막는 수단이, 상기 접속부재에 인접하는 상기 상면 상에 형성되어 있는, 반도체 장치.