(57)【要約】【課題】  量産性に優れ、従来の電球や蛍光灯のようにリペア可能な照明用光源とする。【解決手段】  本発明は、半導体素子と、該半導体素子を搭載し正負一対の導体配線を有する支持基板と、半導体素子と電気的に接続する給電端子とを有し、給電端子が支持基板の主面の側に開口する貫通孔に挿通されており、給電端子の一端部が支持基板に接合され、他端部が所定の方向に支持基板から突出されている半導体装置であり、支持基板の一方の主面は、その主面に垂直な方向から見て、半導体素子を被覆する封止部材を載置する第一の領域と、該封止部材の外側にて給電端子と接合する導体配線が施された第二の領域とを有する半導体装置である。【選択図】  図１
2006093295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、該半導体素子を搭載し正負一対の導体配線を有する支持基板と、前記半導体素子と電気的に接続する給電端子とを有し、該給電端子が前記支持基板の主面の側に開口する貫通孔に挿通されており、該給電端子の一端部が前記支持基板に接合され、他端部が所定の方向に前記支持基板から突出されている半導体装置であって、
前記支持基板の一方の主面は、その主面に垂直な方向から見て、前記半導体素子を被覆する封止部材を載置する第一の領域と、該封止部材の外側にて前記給電端子と接合する導体配線が施された第二の領域とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記貫通孔の断面は、前記給電端子が突出する方向に狭くなる形状を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記貫通孔の開口部の形状は、前記給電端子の一端部に嵌合する形状とされている請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記封止部材を載置する第一の領域は、前記支持基板の素地面の一部が前記導体配線から露出されている請求項１乃至３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記給電端子の他端部は、前記支持基板の側面に沿うように折り曲げられている請求項１乃至４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記支持基板は、セラミックス材料からなる請求項１乃至４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記給電端子は、半田あるいはロー材により前記支持基板に接合されている請求項１乃至６に記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体素子と、該半導体素子を搭載する支持基板と、前記半導体素子に電力を供給する給電端子とを有する半導体装置の製造方法であって、
導体配線を有する支持基板に形成された貫通孔に導電性部材を充填させる第一の工程と、
前記導電性部材を溶融させるとともに給電端子を前記貫通孔に挿通させ、該導電性部材を固化させる第二の工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記貫通孔は、その断面が前記給電端子の突出方向に狭くなる形状を有する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記支持基板の一方の主面において、封止部材により前記半導体素子を封止し、その主面に垂直な方向から見て、前記封止部材の外側にて前記給電端子と前記導体配線とを接合する工程を有する請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードのような半導体素子を搭載し、汎用のソケットやコネクタへの電気的および機械的な接続が容易な半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、発光ダイオードの高輝度化によって、発光ダイオードを利用した照明装置が提案されてきている。このような照明装置として利用できる高出力な発光装置の放熱性を向上させることを目的として、ＬＥＤ等の発光素子を放熱板に固定し、該放熱板の一方の主面側に接合される回路基板に施された導電性パターンとＬＥＤの電極とを電気的に接続した発光装置がある。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される発光装置において、支持基板に施された導電性パターンは、半導体発光素子が載置されている一方の主面から支持基板の側面を経て、放熱板が接合される他方の主面にかけて施されている。また、この発光装置を構成部材とした照明装置は、発光装置の基板と実装基板との電気的および機械的な接続が発光装置の基板に施された導電性パターンによりなされている。
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３０８３５５７号公報。
【０００５】
【特許文献２】特開平３−２６８４５４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示される発光装置において、該発光装置と実装基板との電気的な接続および機械的な固定は、半田付けあるいはリードフレームの加締め等の方法によって行われる。従って、このような発光装置は、一旦実装基板との半田付けあるいは加締めにより照明装置の一部に組み込まれると、発光装置の部分だけを取り外してリペアすることが困難となる。
【０００７】
さらに、支持基板に施された導電性パターンは、半導体発光素子が載置されている一方の主面から支持基板の側面を経て、発光装置の実装面とされる背面方向に施されている。さらに、背面方向に施された導電性パターンは、発光装置が実装される実装基板に施された配線に半田付けされ、発光装置は、実装基板に対し機械的および電気的に接続される。このような支持基板の導電性パターンは、所定の大きさの板材に対し、スリットやスルーホールのような貫通孔を形成し、その貫通孔の内壁面をメタライズした後、支持基板として個片化することにより形成される。このように形成される支持基板は、導電性パターンを施す工程が複雑であり、生産コストが高くなる。そのため、簡略化された導電性パターンを有する支持基板を構成部材とする半導体装置が量産性の上で好ましい。さらに、そのような簡略化された導電性パターンへの給電手段および半導体装置を実装基板に装着する好適な手段が望まれる。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示される半導体装置は、リード電極が固定されたステムに半導体素子を実装させた後、透光性の窓部を有するキャップがステムに接着されることにより形成されるものである。しかしながら、このような半導体装置の量産工程においては、ステムから突出しているリード電極の先端部の形状を、各工程における製造装置の設計上考慮しなければならない。また、リード電極の先端部が他の半導体装置に接触し、その半導体装置に損傷を与えることがある。このような従来の半導体装置においては製造歩留まりを下げることがある。
【０００９】
そこで、本発明は、生産性の高い半導体装置であり、従来の電球、蛍光灯等の照明用光源として置き換えることが可能な発光装置および半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子を搭載し正負一対の導体配線を有する支持基板と、上記半導体素子と電気的に接続する給電端子とを有し、該給電端子が上記支持基板の主面の側に開口する貫通孔に挿通されており、該給電端子の一端部が上記支持基板に接合され、他端部が所定の方向に上記支持基板から突出されている半導体装置であって、上記支持基板の一方の主面は、その主面に垂直な方向から見て、上記半導体素子を被覆する封止部材を載置する第一の領域と、該封止部材の外側にて上記給電端子と接合する導体配線が施された第二の領域とを有することを特徴とする。これにより、生産性の良い半導体装置とすることができる。
【００１１】
上記貫通孔の断面は、上記給電端子が突出する方向に狭くなる形状を有することが好ましい。これにより、半田やロー材のような導電性部材が貫通孔内に延在し、給電端子は支持基板に対して強固に固定できる。また、給電端子を支持基板に挿通させるときの位置決めが容易にできる。
【００１２】
上記貫通孔の開口部の形状は、上記給電端子の一端部に嵌合する形状とされていることが好ましい。これにより、給電端子は支持基板に対して強固に固定できる。また、給電端子を支持基板に挿通させるときの位置決めが容易にできる。
【００１３】
上記封止部材を載置する第一の領域は、上記支持基板の素地面の一部が上記導体配線から露出されていることが好ましい。これにより、封止部材の支持基板に対する密着性が向上し、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１４】
上記給電端子の他端部は、上記支持基板の側面に沿うように折り曲げられていることが好ましい。これにより、表面実装型の半導体装置とすることができる。
【００１５】
上記支持基板は、セラミックス材料からなることが好ましい。これにより、耐熱性および信頼性に優れた半導体装置とすることができる。
【００１６】
上記給電端子は、半田あるいはロー材により上記支持基板に接合されていることが好ましい。これにより、給電端子は、強固に支持基板に接合され、支持基板の導体配線と電気的に接続させることができる。
【００１７】
また、上述の目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子と、該半導体素子を搭載する支持基板と、上記半導体素子に電力を供給する給電端子とを有する半導体装置の製造方法であって、導体配線を有する支持基板に形成された貫通孔に導電性部材を充填させる第一の工程と、上記導電性部材を溶融させるとともに給電端子を上記貫通孔に挿通させ、該導電性部材を固化させる第二の工程とを有することを特徴とする。これにより、量産性よく半導体装置を製造することができる。
【００１８】
また、上記貫通孔は、その断面が上記給電端子の突出方向に狭くなる形状を有することが好ましい。これにより、給電端子を貫通孔に挿通させることが容易となり、給電端子を支持基板に強固に接合させることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記支持基板の一方の主面において、封止部材により上記半導体素子を封止し、その主面に垂直な方向から見て、上記封止部材の外側にて上記給電端子と上記導体配線とを接合する工程を有する。これにより、作業性および製造歩留まり良く半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、製造工程の最終段階において給電端子を支持基板に固定することができ、製造歩留まりが向上する。また、本発明において貫通孔に挿通された給電端子は、その一端部を支持基板の一方の主面側に施された導体配線に接合し、他端部を他方の主面側から突出させてある。そのため、支持基板の一方の主面側のみに導体配線を形成した半導体装置にあっても、その主面側から他方の主面側への電気的導通を給電端子にて行うことができる。したがって、支持基板の主面側から他方の主面側にかけての導体配線を施す工程が省略することができ、製造コストを下げ、量産性に優れた半導体装置とすることができる。また、本発明にかかる発光装置は、コネクタやソケットへの給電端子の抜き差しにより容易にリペア可能であるため、従来の電球や蛍光灯に代わる照明用光源とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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半導体装置を例示するものであって、本発明は半導体装置を以下に限定するものではない。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決してない。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に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、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もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【００２２】
半導体素子と、該半導体素子を搭載し正負一対の導体配線を有する支持基板と、上記半導体素子と電気的に接続する給電端子とを有し、該給電端子が上記支持基板の主面の側に開口する貫通孔に挿通されており、該給電端子の一端部が上記支持基板に接合され、他端部が所定の方向に上記支持基板から突出されている半導体装置において、上述の課題を解決するため、本発明者らは種々の検討を行った。その結果、上記支持基板の一方の主面は、その主面に垂直な方向から見て、上記半導体素子を被覆する封止部材を載置する第一の領域と、該封止部材の外側にて上記給電端子と接合する導体配線が施された第二の領域とを有することを特徴とすることにより、上述の課題を解決するに至った。
【００２３】
すなわち、本願発明にかかる半導体装置は、封止部材が配置された支持基板の領域の外側において給電端子が貫通孔に挿通されて固定されている。この給電端子は、封止部材が支持基板に配置させた後、支持基板の貫通孔に給電端子を挿通させることにより固定させることができる。したがって、半導体装置の量産工程において、給電端子の固定は、その最終段階に行うことができるため、支持基板から突出している給電端子の先端を各工程における製造装置の設計上考慮する必要が殆どなくなる。また、半導体装置の量産工程において、給電端子が他の半導体装置に損傷を与えることを防ぐことができ、製造歩留まりを低下させることなく量産することができる。また、給電端子の固定位置を適宜調整し、端子形状に要求される規格に相応した形状とする。これにより、本願発明にかかる発光装置は、従来の電球や蛍光灯のように容易にリペアすることができ、従来の電球や蛍光灯に代わる照明用光源として利用することができる。
【００２４】
図４、図５および図６は、本形態における半導体装置の一例において、給電端子が固定されている部分を拡大して示す模式的な断面図である。図４に示されるように、支持基板に設けられた貫通孔の断面は、給電端子が突出する方向（給電端子が外部の電極と接続する側）に狭くなる形状（テーパー形状）を少なくとも一部に有することが好ましい。すなわち、貫通孔は、半導体素子が載置される側の支持基板の主面に形成された一方の開口部から他方の開口部に向かって漸次その内径が先細りとなるようにする。あるいは、貫通孔は、その一部を先細りとなるような形状とすることもできる。さらに、その形状を形成している貫通孔の内壁面は、支持基板の主面側から施された導体配線が延在されていることが好ましい。これにより、半田（鉛フリー半田を含む）やロー材（鑞材）のような導電性部材が支持基板の主面側から貫通孔内まで延在して固化されるため、給電端子の支持基板に対する電気的おび機械的接続を良好に行うことができる。また、給電端子を支持基板に挿通させるときの位置決めが容易にできる。また、貫通孔の一部は、給電端子の内径に徐々に近づくテーパー形状とし、他の部分は、給電端子の内径と略等しい内径を有する貫通孔とする。これにより、給電端子は支持基板に対して安定して支持され、給電端子を支持基板に挿通させるときの位置決めも容易にできる。
【００２５】
また、貫通孔の開口部の形状は、給電端子の端部に嵌合する形状とされている。例えば、図５に示されるように、給電端子の端部がテーパー形状となっているとき、その形状に対応するテーパー形状を貫通孔の内壁面に設ける。これにより、給電端子は支持基板に対して強固に固定でき、給電端子を支持貫通孔に挿通させる工程において、支持基板に対する給電端子の位置決めも容易にできる。
【００２６】
また、封止部材を載置する支持基板主面における第一の領域は、支持基板の素地面の一部が導体配線から露出されていることが好ましい。すなわち、封止部材は、導体配線が施されていない領域に固定されていることが好ましい。例えば、図１に示されるように、透光性樹脂からなる封止部材１０４の一部は、導体配線から露出されたセラミックスの素地面１０８に接着される。ここで、透光性樹脂の接着剤として利用される熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）は、金属材料からなる導体配線よりもセラミックス素地面に対する密着性が良い。そのため、封止部材は支持基板に強固に固定されており、支持基板から剥離することがなく信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００２７】
また、給電端子の他端部は、支持基板の側面に沿うように折り曲げられていることが好ましい。例えば、図６に示されるように、支持基板から突出された給電端子の端部は、突出側の主面に沿って折り曲げられ、さらに支持基板の側面に沿って折り曲げられている。これにより、外部の配線基板に対する実装性に優れた表面実装型の半導体装置とすることができる。
【００２８】
また、半導体素子と、該半導体素子を搭載する支持基板と、上記半導体素子に電力を供給する給電端子とを有する半導体装置の製造方法において、上述の課題を解決するため、本発明者らは種々の検討を行った。その結果、導体配線を有する支持基板に形成された貫通孔に導電性部材を充填させる第一の工程と、上記導電性部材を溶融させるとともに給電端子を上記貫通孔に挿通させ、該導電性部材を固化させる第二の工程とを有することにより、上述したような課題を解決するに至った。
【００２９】
また、上記貫通孔は、その断面が上記給電端子の突出方向に狭くなる形状を有することが好ましい。これにより、給電端子を貫通孔に挿通させることが容易となり、給電端子を支持基板に強固に接合させることができる。また、溶融した導電性材料が貫通孔内に留まり易くなるため、作業性よく半導体装置を製造することができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記支持基板の一方の主面において、封止部材により上記半導体素子を被覆し、支持基板の主面に垂直な方向から見て、上記封止部材の外側にて上記給電端子と上記導体配線とを接合する工程を有する。
【００３１】
すなわち、半導体装置の製造工程において、給電端子の固定は、半導体素子を被覆した後に行う。このように、半導体装置の製造工程の最終段階で行うため、支持基板から突出している給電端子の先端の形状を各工程における製造装置の設計上考慮する必要が殆どない。また、半導体装置の量産工程において、給電端子が他の半導体装置に損傷を与えることを防ぐことができ、製造歩留まりを低下させることなく量産することができる。以下、本形態の各構成について詳述する。
【００３２】
（支持基板）
本形態における支持基板とは、半導体素子や封止部材が載置され、少なくとも該半導体素子が載置された主面に対して、該半導体素子の電極と接続する導体配線が施され、該導体配線と接合する給電端子を有する部材である。特に、本形態における支持基板の主面は、その主面に垂直な方向から見て、半導体素子を被覆する封止部材が載置される第一の領域と、該封止部材の外側にて給電端子と接合する導体配線が施された第二の領域とを有する。
【００３３】
半導体素子の電極と導体配線との接続は、Ａｕ、Ａｌなどのワイヤによって行うことができる。また、半導体素子の電極と、導体配線とをＡｕバンプのような導電性部材を介して対向させ、熱、荷重および超音波を加えて接合させるフリップチップ実装することができる。これにより、半導体素子と支持基板との電気的および機械的接続を導電性部材にて行うことができる。このとき、サブマウントのような補助部材に半導体素子を予めフリップチップ実装させておき、そのサブマウントを本形態における支持基板に配置するようにしてもよい。サブマウントに施された導体配線と、支持基板の導体配線との電気的接続は、導電性ワイヤにて行うことができる。
【００３４】
本形態における支持基板は、絶縁性材料とすることが好ましい。絶縁性の材料とすることにより、支持基板に直接導体配線を施すことができ、正負一対の給電端子を絶縁するための絶縁性部材を省略し、半導体装置の部品点数を少なくすることができる。このような絶縁性の支持基板の材料として、具体的には、ガラスエポキシ樹脂やセラミック基板を利用することができる。特に、支持基板は、セラミックス材料からなることが好ましい。これにより、耐熱性および信頼性に優れた半導体装置とすることができる。さらに、セラミック基板の材料は、熱伝導率の優れたＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ，ＳｉＣ，ＳｉＯ２，ＢｅＯとすることができる。このような材料から選択された少なくとも一種を含むセラミックグリーンシートを種々の形状に積層させ、焼成することによりセラミックス基板とすることができる。なお、セラミックス基板に設けられる貫通孔は、焼成前のセラミックグリーンシートの段階で、打ち抜き加工やレーザ照射により形成することができる。あるいは、セラミックス基板として焼成された後でも形成することができる。セラミックス基板に貫通孔を形成する方法として、例えば、レーザ加工や、粒子状アルミナのような研磨材を高圧で照射するサンドブラスト加工が挙げられる。
【００３５】
導体配線の材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎから選択された金属あるいはそれらの合金とすることが好ましい。ここで、これらの金属とセラミック基板との密着性を考慮し、Ｎｉ、Ｐｔのような金属を下地層として、上記金属材料を積層させてもよい。導体配線は、スパッタリングや蒸着などの方法により種々の形状に形成することができる。
【００３６】
（封止部材）
本形態における封止部材とは、半導体素子や導電性ワイヤを外部環境から保護するため、それらの部材を被覆するように設けられるものである。封止部材は、形状を種々変化させることによって、発光素子や受光素子の指向特性を種々選択することができる。即ち、封止部材の形状を凸レンズ形状、凹レンズ形状とすることによってレンズ効果をもたすことができる。そのため、所望に応じて、ドーム型、発光観測面側から見て楕円状、立方体、三角柱など種々の形状を選択することができる。
【００３７】
具体的封止部材としては、耐光性、透光性に優れたエポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂などの有機物質や硝子など無機物質を選択することができる。また、封止部材に発光素子からの光を拡散させる目的で酸化アルミニウム、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化珪素などを含有させることもできる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たすために各種着色剤を添加させることもできる。さらに、発光素子からの発光波長によって励起され蛍光を発する蛍光物質を含有させる。また、封止樹脂の内部応力を緩和させる各種フィラーを含有させることもできる。
【００３８】
また、本形態にかかる封止部材は、支持基板に配され、光半導体素子の配光性を制御する光学部材とすることができる。光学部材の形状は、受光素子への集光性や発光素子からの光の配光性を制御するため、種々の形状とされる。このような光学部材の一例として、凹状の内壁面を有し、均一な厚みの半球状ドーム形としたレンズが挙げられる。このようなレンズは、レンズの縁が支持基板に固着され、凹状の内壁面と、半導体素子が実装された支持基板の主面とにより形成される中空部に、半導体素子が気密封止される。さらに、この中空部には空気あるいは窒素ガスのような不活性気体が封入されることが好ましい。特に、窒素ガスのような不活性気体を封入することにより、放熱性を向上させるために金属粒子が含有された導電性接着剤の品質劣化を防止することができる。例えば、保護素子の接着剤として利用されるＡｇペーストのマイグレーションを防止し、信頼性の高い発光装置とすることができる。また、半導体素子は、空洞の部分に収納され、光学部材と支持基板とにより気密封止される。したがって、発光素子から出射した光は、上記不活性気体を媒質としてレンズの発光観測面から出射する。これにより、発光装置として上記空洞部分に収納された光源（発光素子）の部分が見かけ上、大きくならない様にすることができる。つまり、ガラスや樹脂等が中空でない場合は、それら自体が凸レンズとして機能し、見かけ上光源サイズが大きくなり、反射面のような他の光学部材に対する発光面が大きくなる。これを用いて所定の配光特性を実現させるためにはより大きな光学系が必要となる。一方、中空とすることにより、他の光学部材に対する発光面を比較的小さくとることができ、配光性をより制御しやくすなり、優れた配光性を得ることができる。
【００３９】
光学部材の具体的材料は、硬質ガラス、ソーダライムガラスのような軟質ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、光学部材の成型に適した材料とすることが好ましい。このような材料により、光学部材は、発光素子からの光を光学制御できるよう、球面レンズなど種々の形状に成型される。また、このような光学部材とセラミックス基板との固定は、エポキシ系あるいはポリイミド系樹脂からなる絶縁性接着剤とすることが好ましい。これにより、光学部材の中空部分を良好な気密状態にすることができ、発光装置の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
（給電端子）
本実施の形態にかかる給電端子は、半導体装置に施された導体配線に接合し、半導体装置に電力を供給するとともに該発光装置を支持する導電性材料からなる部材である。また、本実施の形態にかかる給電端子は、ソケットやコネクタのような外部端子と電気的および機械的に接続することができる部材である。このように、給電端子は、支持基板に施された導体配線に直接接合されることにより、給電端子と導体配線とを電気的に接続する導電性ワイヤなどの導電性部材を省略することができ、半導体装置の構成を簡略化することができる。さらに端子は、正負一対設けられ、正の端子および負の端子のそれぞれは、半導体装置の基板から実装方向に突出する第一の端部と、支持基板に導電性材料にて固定される第二の端部とを有する。また、給電端子は、半導体装置が安定に実装されるような配置となるように、少なくとも３つ形成することができる。さらに、給電端子の内径、形状および複数の給電端子が配置される間隔を適宜選択、設計することにより、従来規格や汎用のコネクタやソケットへの脱着を可能とすることができ、半導体装置の交換が容易にできる。
【００４１】
また、本実施の形態における端子において、汎用のソケットやコネクタのような外部電極と接続する第一の端部は、その外部電極の形状に対応するように、柱状、平板状など種々の形状とされる。このような形状は、例えば、金属平板の打ち抜き加工および折り曲げ加工により形成される。また、給電端子の内径および断面形状は、支持基板に形成された貫通孔の内径および形状並びに外部の配線基板の形状に合わせて適宜選択される。
【００４２】
端子の材料として、放熱性、電気伝導性および弾性を考慮して、種々の材料が選択され、種々の大きさに形成させることができる。このような端子の材料としては、銅が単独で用いられる他、真鍮、銅やりん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは銀、金などの金属メッキなどを施したものが好適に用いられる。このように金属メッキした場合にあっては、発光装置から出光した光の反射率が高くなり、照明装置の光取り出し効率が向上するため好ましい。
【００４３】
本形態における給電端子は、半田やロー材のような導電性材料により支持基板（支持基板の導体配線）に電気的および機械的に固定される。支持基板と給電端子とを溶着させる方法として、例えば以下に述べる方法、あるいはそれらを組み合わせた方法が挙げられる。（１）給電端子を貫通孔に挿通させた後、支持基板と給電端子とを導電性材料にて溶着させる。（２）予め貫通孔に充填された導電性材料を溶融し、給電端子を貫通孔に挿通させた後、導電性材料を固化することにより溶着させる。（３）予め鍍金などにより給電端子に施された導電性材料を溶融させ、その導電性材料を固化することにより溶着させる。上記（１）から（３）の方法を組み合わせた方法とすることにより、より一層強固に給電端子を支持基板に対して固定することができる。なお、本形態におけるロー材の具体的な材料として、例えば、金と錫、銅と金、または銅と銀の合金などの溶けやすくて接合に適する合金が挙げられる。
【００４４】
（半導体素子）
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）、あるいはそれらを二種以上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。
【００４５】
窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ等のバッファ層を形成し、その上にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【００４６】
窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子の例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げられる。
【００４７】
窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。
【００４８】
ｐ型半導体層には、発光素子に投入された電流をｐ型半導体層の全面に広げるための拡散電極が設けられる。さらに、拡散電極およびｎ型半導体層には、バンプや導電性ワイヤのような導電部材と接続するｐ側台座電極およびｎ側台座電極がそれぞれ設けられる。ここで、バンプの材料としては、例えばＡｕやＡｕ−Ｓｎ共晶、鉛フリー半田が挙げられる。また、導電性ワイヤの材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕあるいはそれらを含む合金からなる細線が挙げられる。
【００４９】
拡散電極あるいはｐ側台座電極、およびｎ側台座電極の形成は、エッチング等の方法によりｎ型半導体を露出させた後、蒸着法やスパッタリング法により行う。また、拡散電極あるいはｐ側台座電極の形状は、発光素子全面に電流が均一に広がるように、種々の形状とされる。
【００５０】
本形態において、ｐ側およびｎ側台座電極の材料は、バンプや導電性ワイヤに含有される材料の少なくとも一種を含有することが好ましい。すなわち、バンプや導電性ワイヤがＡｕを材料とするときは、ｐ側およびｎ側台座電極の材料、特にバンプや導電性ワイヤとの接合面となる最上層の材料は、ＡｕまたはＡｕを含む合金とする。例えば、ｐ側およびｎ側台座電極は、Ｗ／Ｐｔ／ＡｕやＲｈ／Ｐｔ／Ａｕとされ、それぞれの金属の厚みは数百Å〜数千Åである。なお、本明細書中において、記号「Ａ／Ｂ」は、金属Ａおよび金属Ｂが順にスパッタリングあるいは蒸着のような方法により積層されることを示す。
【００５１】
また、ｐ型半導体層側全面に形成される拡散電極は、発光素子の出光を発光素子の透光性基板方向へ反射させる材料とすることが好ましい。例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｈ／Ｉｒが挙げられる。さらに、これらの材料と組み合わせて、或いは単独で、ｐ型半導体の全面にＩＴＯ（インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）の複合酸化物）、ＺｎＯのような酸化物導電膜や、Ｎｉ／Ａｕ等の金属薄膜を透光性電極として形成させることができる。
【００５２】
また、別の形態に係る半導体発光素子は、窒化物半導体層のみからなるものであって、半導体層の上面と下面に対向電極が形成されている。このような対向電極を有する半導体発光素子は、一方の電極が本形態にかかる支持基板に対向するように、導電性接着剤を介して固定される。したがって、発光素子の一方の電極は、支持基板の導体配線と電気的に接続し、他方の電極は、上記導体配線とは極性の異なる導体配線に対し導電性ワイヤを介して接続される。導電性接着剤の材料として、例えば、銀ペースト、Ａｕ−ＳｎやＡｇ−Ｓｎのような共晶材が挙げられる。
【００５３】
以下、このような対向電極構造を有する半導体発光素子の形成方法を説明する。まずｎ型窒化物半導体層およびｐ型窒化物半導体層を上述の半導体素子と同様にして積層後、第１の電極であるｐ電極とｐ電極以外のｐ型窒化物半導体層上に絶縁膜を形成する。他方、この半導体層に貼り合わせる支持基板を準備する。支持基板の具体的な材料としては、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等である。貼り合わせ面には密着層、バリア層、共晶層を備えた構造が好ましい。例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、又はＴｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ等の金属膜を形成する。このような金属膜は共晶により合金化され、後工程で導通層となる。
【００５４】
次に支持基板の金属膜を形成した面と窒化物半導体層の表面とを向かい合わせて、プレスをしながら熱を加え合金化した後、異種基板側からエキシマレーザを照射するか、又は研削により異種基板を取り除く。その後、窒化物半導体素子を形成するためＲＩＥ等で外周エッチングを行い、外周の窒化物半導体層を除去した状態の窒化物半導体素子とする。また、光の取りだし効果を向上させるために窒化物半導体の露出面をＲＩＥ等で凹凸（ディンプル加工）を施してもよい。凹凸の断面形状はメサ型、逆メサ型があり、平面形状は、島状形状、格子状、矩形状、円状、多角形状などがある。次に、第２の電極であるｎ電極を窒化物半導体層の露出面に形成する。電極材料としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／ＷＰｔ／Ａｕなどが挙げられる。
【００５５】
（導電性ワイヤ）
本形態において、半導体素子の電極と支持基板の導体配線とを電気的に接続する導電性部材とすることができる導電性ワイヤは、導体配線とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ２)(℃／ｃｍ)以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ２)(℃／ｃｍ)以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤとして具体的には、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導電性ワイヤが挙げられる。このような導電性ワイヤは、導体配線に形成させたワイヤーボンディング領域と、半導体素子の電極とをワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
【実施例１】
【００５６】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は、以下に示す発光装置の実施例のみに限定されることなく、受光装置など他の半導体装置に適用できることは言うまでもない。
【００５７】
図１は、本実施例にかかる発光装置の模式的な斜視図を示す。また、図２は、図１のＩ−Ｉにおける模式的な断面図である。本実施例にかかる発光装置１００は、発光素子１０５と、発光素子１０５を搭載する支持部材であるセラミック基板１０２と、発光素子１０５および導電性ワイヤを被覆する封止部材１０４とを有する。また、支持基板１０２は、発光素子１０５と電気的に接続する導体配線を有する。さらに、支持基板に施された導体配線のうち、封止部材１０４の外側に延在している領域において、給電端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃがセラミック基板１０２に固定されている。図１に示される本実施例における発光装置において、セラミック基板１０２の主面に施された導体配線１０３のパターンのうち、封止部材１０４を載置する第一の領域は、細線で示し、給電端子１０１が固定される第二の領域は太線で示す。以下、本実施例にかかる発光装置１００について、図面を参照しながら、その形成方法とともに説明する。
【００５８】
図１に示されるように、窒化アルミニウムを材料とする平板状のセラミックス基板１０２（寸法９．０ｍｍ×１２ｍｍ×２．０ｍｍ）に対し、Ａｕを材料とするスパッタリングを行うことにより、正負一対の導体配線パターンを形成する。導体配線とされるＡｕ層の厚みは、平均して０．１μｍから１．０μｍとする。また、本実施例における導体配線１０３は、セラミックス素地面１０８の一部が露出するような絶縁部を有する。
【００５９】
図１および図２に示されるように、本実施例にかかる給電端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、真鍮を材料とし棒状に形成されている。また、それらは、互いに所定の間隔をあけて、正極側の導体配線に二本、負極側の導体配線に一本接合されており、外部の配線基板の端子受け（汎用のソケットやコネクタ）の規格に相応させてある。なお、給電端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと支持基板１０２および導体配線１０３との接合は、発光素子１０５が封止部材１０４により被覆された後、半田１０７によって行われる。
【００６０】
本実施例における発光素子１０５は、活性層として単色性発光ピークが可視光である４６０ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より詳細に説明すると、発光素子であるＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００６１】
本実施例のＬＥＤチップの素子構造としては透光性基板であるサファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されたｎ型コンタクト層となるｎ型ＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層を積層させ、さらに、バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層を１セットとして５セット積層して最後にバリア層となるＧａＮ層を積層させて活性層とし、該活性層は多重量子井戸構造としてある。さらに、活性層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。
【００６２】
エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐ型コンタクト層およびｎ型コンタクト層の各表面を露出させる。次に、ｐ型コンタクト層上にＩＴＯ（インジウムと錫の複合酸化物）およびＲｈを材料とするスパッタリングを順に行い、露出されたｐ型コンタクト層のほぼ全面に拡散電極が設けられる。
【００６３】
さらに、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕを材料とするスパッタリングを順に行い、拡散電極およびｎ型コンタクト層の一部に対し、積層させｐ側台座電極とｎ側台座電極とする。最後にダイシングによりチップ化し、□＝３２０μｍ×３２０μｍのＬＥＤチップとする。
【００６４】
ＬＥＤチップは、エポキシ樹脂にて導体配線１０３上に接着される。さらに、ＬＥＤチップの正負一対の電極は、導電性ワイヤ１０６を介して正極および負極の導体配線１０３とそれぞれ接続される。
【００６５】
本実施例における封止部材１０４は、耐光性の高いシリコーン樹脂からなり、発光素子１０５、導電性ワイヤ１０６およびセラミック素地面１０８を被覆するように蒲鉾状に成型させてある。
【実施例２】
【００６６】
本実施例における発光素子は、蛍光物質を含む光変換部材により被覆される。その他は上記実施例１と同様に半導体装置を形成する。これにより、本実施例における半導体装置は、発光素子からの光と、その光により励起されて発光する蛍光物質からの光との混色光を発光することができる。
【００６７】
本実施例における蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。光変換部材の材料は、シリコーン樹脂に、上記蛍光物質を２０〜７５ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行い、蛍光体と結着剤であるシリコーン樹脂との混合物とする。さらに、その混合物は、発光素子を被覆するように塗布され、硬化されることにより、光変換部材とされる。
【実施例３】
【００６８】
本実施例における封止部材は、発光素子を被覆するように配置される光学部材である。本実施例において光学部材であるレンズは、半導体装置の発光観測側に凸であり、セラミック基板に対向する側に凹状の空洞を有する球面部と、支持基板に固定される鍔部とを有する。また、レンズの材質は、軟質ガラス（ホウ珪酸ガラス）とし、レンズの厚みは、０．５ｍｍである。
【００６９】
本実施例におけるレンズの装着は、窒素ガス雰囲気中で行われ、セラミック基板とエポキシ樹脂を接着剤として固定される。発光素子は、レンズとセラミックス基板とにより気密封止される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明にかかる半導体装置は、量産性に優れ、容易にリペア可能であるため、従来の電球や蛍光灯に代わる照明用光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００・・・半導体装置
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ・・・給電端子
１０２・・・支持基板
１０３・・・導体配線
１０４・・・封止部材
１０５・・・半導体素子
１０６・・・導電性ワイヤ
１０７・・・導電性部材
１０８・・・支持基板の素地面
【図１】
2006093295.tif 000003
【図２】
2006093295.tif 000004
【図３】
2006093295.tif 000005
【図４】
2006093295.tif 000006
【図５】
2006093295.tif 000007
【図６】
2006093295.tif 000008