(57)【要約】【課題】放熱金属の放熱機能を十分に発揮し、半導体素子の放熱能力をさらに高める半導体素子の金属製ヒートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】互いに表裏の関係である第１の表面１０４と第２の表面１０６とを有し、第１の表面１０４を仮基板１００の表面上に接着させる粘着テープ１０２を準備する工程と、互いに表裏の関係である第１の側と第２の側とを有し、第１の側を粘着テープ１０２の第２の表面１０６の一部に圧着させて第２の側を露出させる半導体素子を準備する工程と、半導体素子の第２の側上と粘着テープ１０２の第２の表面１０６の露出部分上とに、金属薄層１１４を形成する工程と、金属薄層１１４上に金属製ヒートシンクを形成する工程と、粘着テープ１０２及び仮基板１００を除去する工程とを含む。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに表裏の関係である第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面を仮基板の表面上に接着させる粘着テープを準備する工程と、
互いに表裏の関係である第１の側と第２の側とを有し、前記第１の側を前記粘着テープの前記第２の表面の一部に圧着させて前記第２の側を露出させる半導体素子を準備する工程と、
前記半導体素子の前記第２の側上と前記粘着テープの前記第２の表面の露出部分上とに、金属薄層を形成する工程と、
前記金属薄層上に金属製ヒートシンクを形成する工程と、
前記粘着テープ及び前記仮基板を除去する工程と、  
を含むことを特徴とする、半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項２】
前記粘着テープの前記第１の表面及び前記第２の表面は、それぞれ粘着性を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項３】
前記粘着テープは、耐酸アルカリ性の材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項４】
前記粘着テープの厚みは、１０μｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子は、光電素子、トランジスタ又はモノリシックＩＣであることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項６】
前記光電素子は、ＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＰｂＳ系材料又はＳｉＣ系材料である化合物半導体材料からなることを特徴とする、請求項５に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項７】
前記金属薄層を形成する工程と前記金属製ヒートシンクを形成する工程との間に、
前記光電素子の前記金属薄層上に光反射層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項８】
前記光反射層は、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、又はこれらの金属合金であることを特徴とする、請求項７に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項９】
前記金属薄層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はこれらの金属合金であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項１０】
前記金属薄層の厚みは、１０μｍよりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項１１】
前記金属薄層は、蒸着法、スパッタリング法又は無電解めっき法により形成することを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項１２】
前記金属製ヒートシンクは、Ｆｅ／Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｗ、又はこれらの合金からなることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項１３】
前記金属製ヒートシンクの厚みは、１０μｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【請求項１４】
前記金属製ヒートシンクは、電解めっき法又は無電解めっき法により形成することを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子のヒートシンク（Heat Sink）の製造方法に関し、特に光電素子（Opto-Electrical Device）のヒートシンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子には、発光ダイオード（Light-emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）といった小型の光電素子が含まれ、大型や小型のバックライトモジュール（Backlight Module）や照明モジュールに応用する際には、大量の光電素子を用いなければ輝度と照度を十分に得ることができなかった。しかし、高出力で作動させた場合、多くの光電素子から構成されたモジュールは温度が急速に上昇し、モジュールの動作と寿命に悪い影響を与える上、その中にある光電素子が高温により損壊してしまうことがあった。
【０００３】
光電素子モジュールの動作により温度が上昇する問題を解決するため、従来技術では外掛けファンを使用したり、放熱板の面積を増大したりする方法によりモジュールの温度を下げていた。しかし、外掛けファンを使用する方法では、ファンの運転で発生する振動が光源を不安定にして揺らぎを発生させる上、ファンを動かす電力も必要となった。その他、外掛けファンを設置したり放熱板の面積を増大させたりすると、システムの体積は大幅に増大した。一方、放熱板の面積を増大させる方法では、高い導熱係数を有する金属によりヒートシンクを形成し、光電素子と放熱シンクの間の接合界面には金属が混入された接着剤が用いられた。しかし、この接着剤は、熱伝係数が純金属に遠く及ばなかったため、装置を運転する際に発生する熱が接合界面に累積され、ヒートシンクはその放熱機能を十分に発揮させることができずに放熱機能が低下した。そのため、光電素子は長時間操作すると損壊しやすい上、大きな入力パワーで作動させることもできなかった。
【０００４】
そのため、発光ダイオードやレーザダイオードといった光電素子は、各種モジュールに対する応用の必要性が高まるに従い、高い放熱機能を備えた光電素子を製造する技術が求められていた。
【０００５】
従来の光電素子のパッケージ技術では、フリップチップ接合や熱圧着以外の技術が接着剤を使用して光電素子をサポートのヒートシンク上に固定しなければならないため、ヒートシンクは、その放熱機能を十分に発揮することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、電解めっき法（Electroplating）、無電解めっき法（Electroless Plating）又は蒸着法（Evaporation）により、半導体素子の底面上に放熱金属を堆積させることにより、半導体素子は、接着剤を使用せずに金属製ヒートシンク上に固着させ、半導体素子を金属製ヒートシンクと直接に密着させて放熱金属の放熱機能を十分に発揮させ、半導体素子の放熱能力をさらに高める半導体素子の金属製ヒートシンクの製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、粘着テープにより金属製ヒートシンクを半導体素子の底面上に直接簡単に接着させることにより、光電素子を金属製ヒートシンクに直接密着させて光電素子の熱伝面積を大幅に増大させ、光電素子の放熱効率をさらに高める半導体素子の金属製ヒートシンクの製造方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、光電素子と金属製ヒートシンクを直接に接続することにより、金属製ヒートシンクは光電素子の動作により発生する熱をスピーディに排出して光電素子の温度を迅速に下げることにより、光電素子の動作性を向上させるだけでなく、光電素子の寿命を延長させることもできる半導体素子の金属製ヒートシンクの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  互いに表裏の関係である第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面を仮基板の表面上に接着させる粘着テープを準備する工程と、互いに表裏の関係である第１の側と第２の側とを有し、前記第１の側を前記粘着テープの前記第２の表面の一部に圧着させて前記第２の側を露出させる半導体素子を準備する工程と、前記半導体素子の前記第２の側上と前記粘着テープの前記第２の表面の露出部分上とに、金属薄層を形成する工程と、前記金属薄層上に金属製ヒートシンクを形成する工程と、前記粘着テープ及び前記仮基板を除去する工程と、を含むことを特徴とする、半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【０００８】
（２）  前記粘着テープの前記第１の表面及び前記第２の表面は、それぞれ粘着性を有することを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【０００９】
（３）  前記粘着テープは、耐酸アルカリ性の材料からなることを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１０】
（４）  前記粘着テープの厚みは、１０μｍよりも大きいことを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１１】
（５）  前記半導体素子は、光電素子、トランジスタ又はモノリシックＩＣであることを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１２】
（６）  前記光電素子は、ＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＰｂＳ系材料又はＳｉＣ系材料である化合物半導体材料からなることを特徴とする、（５）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１３】
（７）  前記金属薄層を形成する工程と前記金属製ヒートシンクを形成する工程との間に、前記光電素子の前記金属薄層上に光反射層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、（５）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１４】
（８）  前記光反射層は、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、又はこれらの金属合金であることを特徴とする、（７）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１５】
（９）  前記金属薄層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はこれらの金属合金であることを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１６】
（１０）  前記金属薄層の厚みは、１０μｍよりも小さいことを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１７】
（１１）  前記金属薄層は、蒸着法、スパッタリング法又は無電解めっき法により形成することを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１８】
（１２）  前記金属製ヒートシンクは、Ｆｅ／Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｗ、又はこれらの合金からなることを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００１９】
（１３）  前記金属製ヒートシンクの厚みは、１０μｍよりも大きいことを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【００２０】
（１４）  前記金属製ヒートシンクは、電解めっき法又は無電解めっき法により形成することを特徴とする、（１）に記載の半導体素子のヒートシンクの製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体素子の金属製ヒートシンクの製造方法は、電解めっき法、無電解めっき法又は蒸着法により、半導体素子の底面上に放熱金属を直接堆積させることにより、半導体素子は、接着剤を使用せずに金属製ヒートシンク上に接着し、放熱金属の放熱機能を十分に発揮させ、半導体素子の放熱能力をさらに高めることができる。
【００２２】
本発明の半導体素子の金属製ヒートシンクの製造方法は、粘着テープにより金属製ヒートシンクを直接半導体素子の底面上に簡単に接着させることにより、光電素子と金属製ヒートシンクの間の熱伝面積を大幅に増大させ、光電素子の放熱効率をさらに高めて光電素子の作動によって発生する熱の放熱問題を解決することができる。
【００２３】
本発明の半導体素子の金属製ヒートシンクの製造方法は、光電素子を接着剤により金属製ヒートシンク上に直接接続する必要がないため、金属製ヒートシンクは光電素子の動作により発生する熱をスピーディに排出して光電素子の温度を効果的に下げ、光電素子の動作性を向上させるだけでなく、光電素子の寿命を延長させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の半導体素子のヒートシンクの製造方法は、ヒートシンクを半導体素子へ直接に接着させることにより、半導体素子の放熱効率を大幅に向上させる上、半導体素子の寿命を延長することもできる。以下、本発明の実施形態を詳細かつ完全に説明するため、図１Ａから図７の図面を併せて参照する。
【００２５】
図１Ａから図６は、本発明の好適な実施形態による半導体素子の製造工程を示す平面図及びそれに対応した断面図である。先ず仮基板１００と、表裏の関係にある表面１０４、１０６を有する粘着テープ１０２を準備する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、粘着テープ１０２の表面１０４を仮基板１００の一表面に接着させる。粘着テープ１０２は、耐酸アルカリ性の材料からなり、厚みが約１０μｍよりも大きいことが好ましい。本実施形態の粘着テープ１０２は、表面１０４、１０６のそれぞれが粘着性を有し、厚みが約１００μｍの両面粘着テープであればなお好ましい。しかし、本実施形態の粘着テープ１０２が軟質プラスチック材料からなるとき、表面１０４のみが粘着性を有し、それと表裏の関係にある表面１０６は粘着性を有さない。
【００２６】
続いて、一つ又は複数の半導体素子を準備する。この半導体素子は、トランジスタ、モノリシックＩＣ（monolithic IC）又は光電素子（発光ダイオード、レーザダイオードなど）でもよい。半導体素子は、図２Ｃに示す光電素子１０８ａ、１０８ｂのように、互いに導電型が反対の二つの電極を有し、これら二つの電極は、半導体素子の同じ側や違う側に配置されてもよい。本実施形態において、光電素子１０８ａの導電型が互いに反対の二つの電極１１０、１１２はそれぞれ同じ側に配置され、光電素子１０８ｂの二つの電極１１０、１１２は、光電素子１０８ｂ上でそれぞれ反対側に配置されている。電極１１０がｎ型のとき、電極１１２はｐ型であり、電極１１０がｐ型のとき、電極１１２はｎ型である。本実施形態の半導体素子は光電素子１０８ａである。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、光電素子１０８ａの少なくとも一つの電極の一側を粘着テープ１０２の表面１０６に向けて下向きに圧着させ、光電素子１０８ａを粘着テープ１０２の表面１０６へ接着させたり埋め込んだりして固定し、この接着された側と表裏の関係にある側である光電素子１０８ａの他方の側を露出させる。なお、多くの光電素子１０８ａを同時に製造するときは、これら光電素子１０８ａは工程の必要性に応じて任意に配列させてもよい。
【００２７】
本実施形態の光電素子１０８ａは、ＧａＮ系ＬＥＤ（GaN-based LED）、ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ（AlGaInP-based LED）、ＰｂＳ系ＬＥＤ（PbS-based LED）又はＳｉＣ系ＬＥＤ（SiC-based LED）でもよい。他の実施形態の光電素子１０８ａは、ＧａＮ系レーザダイオード（GaN-based LD）、ＡｌＧａＩｎＰ系レーザダイオード（AlGaInP-based LD）、ＰｂＳ系レーザダイオード（PbS-based LD）又はＳｉＣ系レーザダイオード（SiC-based LD）でもよい。
【００２８】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、粘着テープ１０２の中に光電素子１０８ａを固定してから、蒸着法、スパッタリング法又は無電解めっき法により、光電素子１０８ａの露出された表面上と粘着テープ１０２の表面１０６の露出された領域上とに金属薄層１１４を形成して被覆する。本実施形態の金属薄層１１４の材料には、金属材料が堆積しやすいように、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、又はこれらの金属合金といった付着性を有する金属材料から選択することが好ましい。また、本実施形態の金属薄層１１４は、多層の堆積構造で構成されてもよい。金属薄層１１４は、厚みが約１０μｍよりも小さいことが好ましく、本実施形態の金属薄層１１４の厚みは約１０ｎｍである。
【００２９】
続いて、半導体デバイスのヒートシンクを直接に製造するか、製品の必要性に応じて半導体素子のうち、光電素子に属するものに対して光反射構造を選択的に配置してもよい。本実施形態は、蒸着法、スパッタリング法、無電解めっき法又は電解めっき法により光反射層１２０を形成して光電素子１０８ａの上方にある金属薄層１１４上を被覆する。この光反射層１２０の材料には、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、又はこれらの金属合金といった反射率が良好な金属材料から選択することが好ましく、これは単層の金属層か多層の複合金属層でもよい。他の実施形態の光反射層１２０は、低導電率の反射材料が堆積された多層構造でもよい。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本実施形態の光反射層１２０は、金属薄層１１４上に順次堆積された銀膜１１６及び金膜１１８から構成される。銀膜１１６の厚みは約３００ｎｍであり、金膜１１８の厚みは約１５０ｎｍである。本実施形態の光反射層１２０の厚みは、約１０μｍよりも小さいことが好ましい。
【００３０】
続いて、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、電解めっき法や無電解めっき法などにより、光反射層１２０上を厚い金属で被覆して、金属製ヒートシンク１２２を形成する。本実施形態の金属製ヒートシンク１２２は、電解めっき法又は無電解めっき法により形成されるため、この金属製ヒートシンク１２２は、実質上、光反射層１２０上のみに成長される。金属製ヒートシンク１２２は、Ｆｅ／Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｗ、又はそれらの金属合金といった放熱性に優れた金属からなることが好ましい。金属製ヒートシンク１２２は、大きい熱伝係数を提供するために、厚みが約１０μｍよりも大きいことが好ましい。本実施形態の金属製ヒートシンク１２２は、厚みが約３ｍｍであることが好ましい。
【００３１】
本発明の特徴の一つは、蒸着法、スパッタリング法、無電解めっきなどの堆積法により、先ず厚みが小さい金属薄膜を、後続の金属製ヒートシンクの電解めっき又は無電解めっきの基礎として形成した後に、半導体素子の必要性に応じて光反射層を選択的に形成し、光電素子の光取り出し効率を向上させることにある。本発明は、金属薄膜と後続の金属製ヒートシンクの製作には、一つだけの粘着テープで、半導体素子の底面上へ金属製ヒートシンクを製造することができるため、工程が非常に簡単な上、現在ある装置を使用することができるため製造コストの負担とならない。また、半導体素子と金属製ヒートシンクの間に接着剤を用いる必要がないため、半導体素子の熱伝面積と熱伝導率を大幅に向上させることができる。
【００３２】
図６に示すように、金属製ヒートシンク１２２を製作してから粘着テープ１０２及び仮基板１００を除去すると、発光素子１２４の製作を完了することができる。金属薄層１１４及び光電素子１０８ａは、粘着テープ１０２により仮基板１００上に接着させることができるため、金属製ヒートシンク１２２、金属薄層１１４、光反射層１２０及び光電素子１０８ａは、仮基板１００から簡単に分離させることができる。
【００３３】
本実施形態は、応用や放熱の必要性に応じ、金属製ヒートシンクを必要なサイズにカットして様々なサイズの光電素子を製作することができる。図７に示すように、本発明の方法により製作された光電素子２００は、カットした後に、金属薄層２１０上に埋め込まれた青色発光ダイオード２１２、緑色発光ダイオード２１４及び赤色発光ダイオード２１６を含む。金属薄層２１０が金属製ヒートシンク２０２の上方に配置されると、金属薄層２１０と金属製ヒートシンク２０２の間に光反射層２０８をさらに配置して、青色発光ダイオード２１２、緑色発光ダイオード２１４及び赤色発光ダイオード２１６の光出力パワーを高めることができる。本実施形態の光反射層２０８は、金属製ヒートシンク２０２の表面上に順次堆積された金膜２０４及び銀膜２０６から構成される。これにより、光電素子２００は、バックライトモジュールや照明光源にすることができる。
【００３４】
当該施術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本出願による特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】本発明の好適な実施形態による半導体素子の埋め込み式金属製ヒートシンクの製造工程を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの断面図である。
【図２Ａ】本発明の好適な実施形態による半導体素子の埋め込み式金属製ヒートシンクの製造工程を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの断面図である。
【図２Ｃ】本発明の好適な実施形態による光電素子を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明の好適な実施形態による半導体素子の埋め込み式金属製ヒートシンクの製造工程を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの断面図である。
【図４Ａ】本発明の好適な実施形態による半導体素子の埋め込み式金属製ヒートシンクの製造工程を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの断面図である。
【図５Ａ】本発明の好適な実施形態による半導体素子の埋め込み式金属製ヒートシンクの製造工程を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの断面図である。
【図６】本発明の好適な実施形態による半導体素子の埋め込み式金属製ヒートシンクの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の好適な実施形態による光電素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  仮基板
１０２  粘着テープ
１０４  表面
１０６  表面
１０８ａ  光電素子
１０８ｂ  光電素子
１１０  電極
１１２  電極
１１４  金属薄層
１１６  銀膜
１１８  金膜
１２０  光反射層
１２２  金属製ヒートシンク
２００  光電素子
２０２  金属製ヒートシンク
２０４  金膜
２０６  銀膜
２０８  光反射層
２１０  金属薄層
２１２  青色発光ダイオード
２１４  緑色発光ダイオード
２１６  赤色発光ダイオード
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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