(57)【要約】【課題】  熱伝導率の高い銅材から成るヒートシンクを採用しながら、ヒートシンクに結晶粒塊を生じさせることなく、画像解析により容易に前記搭載面の平面度を検査することができる半導体装置用ステムおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体素子１１０が搭載される柱状のヒートシンク１０８がアイレット１０２の一面側に設けられた半導体装置用ステム１００の製造方法において、  銅材から成るヒートシンク１０８の表面にニッケルめっきを施すめっき工程Ｓ３と、  ヒートシンク１０８を加熱することで前記銅材と前記ニッケルめっきとをキュプロ化させ、ヒートシンク１０８の表面に銅とニッケルの合金層１０８ｃを形成する加熱工程Ｓ４とを含む。【選択図】          図３
2007081098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に設けられた半導体装置用ステムの製造方法において、
銅材から成る前記ヒートシンクの表面にニッケルめっきを施すめっき工程と、
前記ヒートシンクを加熱することで前記銅材と前記ニッケルめっきとをキュプロ化させ、ヒートシンクの表面に銅とニッケルの合金層を形成する加熱工程とを含むことを特徴とする半導体装置用ステムの製造方法。
【請求項２】
前記アイレットと前記ヒートシンクとは、互いに別体に設けられ、
前記加熱工程は、前記アイレットに前記ヒートシンクをろう付けするためのろう材を溶融する工程と兼ねて行われることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用ステムの製造方法。
【請求項３】
前記めっき工程において施されるニッケルめっきのめっき厚は、０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置用ステムの製造方法。
【請求項４】
前記加熱工程より後で、前記ヒートシンクの前記合金層の上層に完成めっきを施す完成めっき工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項記載の半導体ステムの製造方法。
【請求項５】
前記加熱工程より後で、前記ヒートシンクの、前記半導体素子の搭載面の平面度を、画像解析によって検査し、平面度が所定の基準値より低い場合には当該半導体装置用ステムを不良と判定する平面度検査工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の半導体装置用ステムの製造方法。
【請求項６】
半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に設けられた半導体装置用ステムにおいて、
銅材から成る前記ヒートシンクの表面、またはヒートシンクの表面に施された完成めっき層の下層に、銅とニッケルの合金層が形成されていることを特徴とする半導体装置用ステム。
【請求項７】
前記ヒートシンクは、前記アイレットにろう材によって取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置用ステム。
【請求項８】
前記合金層の層厚は、０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置用ステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に設けられた半導体装置用ステム、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの記録や再生を行うピックアップ等には、半導体レーザ素子（半導体素子）が搭載されたステムを有する半導体装置が用いられる。
半導体装置用ステムは、平板状のアイレットと、アイレットの一面側に設けられた、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクとを備える。半導体レーザ素子をヒートシンクに搭載するのは、非常に発熱量が大きい半導体レーザ素子の熱を放熱させるためである。
【０００３】
半導体レーザ素子が搭載された従来の半導体装置（半導体装置用ステム）としては、例えば、図４に示す、特許文献１に記載された半導体装置がある。図４の半導体装置は、鉄で形成されたアイレット（基体）２に、リード端子１０Ａ，１０Ｂが貫通して設けられていると共に、熱伝導率が鉄よりも高い銅から成る柱状のヒートシンク８が、アイレット２の一面側に導電性のろう材（銀ろう）によって固着されている。
ヒートシンク８の一端部側の側面には、半導体レーザ素子７が搭載されており、半導体レーザ素子７はアイレット２の一面側に突出するリード１０Ａの突出端部とワイヤボンディングされる。
なお、アイレット２の他面側には、グランド用リード端子１０Ｃが接合されている。
【０００４】
ところで、従来の一般的な半導体装置用ステムの製造方法において、ヒートシンクをアイレットにろう付けする際には、ヒートシンクとアイレットとの間にろう材を配した状態で、ヒートシンクとアイレットとの両者がはめ込まれる型が形成されたカーボン製の治具（以下、カーボン治具）により両者を保持する。続いて、そのカーボン治具ごと、ヒートシンク、アイレット、およびろう材を加熱することで、ろう材を溶融させてヒートシンクとアイレットとを接合（ろう付け）する。なお、ろう材として銀ろうを用いた場合、その加熱温度は約１０００℃である。
続いて、アイレットにヒートシンクがろう付けで接合された半導体装置用ステムをカーボン治具から取り外し、外面に流れ出たろう材を取り除くためのエッチング処理を行う。
さらに、半導体装置用ステムの表面全体に、いわゆる完成めっきとして、電解ニッケルめっきを施し、さらに続いて電解金めっきを施す。
【０００５】
その後、組み立てられた各半導体装置用ステムのヒートシンクの、半導体レーザ素子の搭載面の平面度を検査し、その平面度が所定の基準値より低い場合には、当該半導体装置用ステムを不良品と判定して廃除する。なお、この平面度の検査は、前記搭載面をカメラで撮像して得た画像に基づいて、搭載面の反射光の陰影等をコンピュータで解析することで行う。
この検査は、前記搭載面の平面度が低い場合には、半導体レーザ素子の搭載角度の精度を維持できず、すなわち、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の照射角度の精度が維持できないから、品質保持のために、前記平面度の低い半導体装置用ステムを製品から除外するために行うものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３０２９１２号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、銀ろうを溶融する前記ろう付けの工程では、銀ろうだけでなく、銅材から成るヒートシンクも約１０００℃に加熱されるが、この温度は、銅の融点に近い。したがって、ヒートシンクの表面において、銅が再結晶化を起こして、多数の微細な結晶粒塊が形成される。そして、ヒートシンクの表面に施される前記完成めっきは、この結晶粒塊の形成面に倣って形成される。
この結晶粒塊は、前記搭載面における完成めっきの表面に、半導体レーザ素子の搭載角度に品質的な問題を生じさせる程の平面度の悪化をもたらすものではない。
【０００８】
しかしながら、ヒートシンクの表面に析出した多数の結晶粒塊の各結晶面に倣って形成された完成めっきの表面は、互いのわずかな角度の差でも反射光に強い陰影を生じさせる。その陰影によって、前記搭載面の検査工程の画像解析において、搭載面に大きな凹凸があると解析され、実際には製品として問題のない搭載面の平面度を持った半導体装置用ステムまでも、不良品と判定されてしまうという課題がある。
【０００９】
これにより、良品までも不良品として廃除するために製品の歩留まりが悪化したり、よりコストや手間の掛かる接触方式の平面度検査を採用せざるをえなくなったりするなどの問題が生じている。
【００１０】
なお、前記結晶粒塊は、前記ろう付けの工程における加熱により形成されるものであるが、特に、前記ろう付けの工程の後に前記エッチング処理が行われることにより、ヒートシンク表面の前記結晶粒塊がさらに露出して、ヒートシンク表面に形成される完成めっき表面の反射光の陰影がより強くなってしまうことを、本願発明者は見出した。
【００１１】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、熱伝導率の高い銅材から成るヒートシンクを採用しながら、ヒートシンクに結晶粒塊を生じさせることなく、画像解析により容易に前記搭載面の平面度を検査することができる半導体装置用ステムおよびそ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】
【００１２】
本発明に係る半導体装置用ステムの製造方法は、上記課題を解決するために以下の特徴を備える。すなわち、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に設けられた半導体装置用ステムの製造方法において、銅材から成る前記ヒートシンクの表面にニッケルめっきを施すめっき工程と、前記ヒートシンクを加熱することで前記銅材と前記ニッケルめっきとをキュプロ化させ、ヒートシンクの表面に銅とニッケルの合金層を形成する加熱工程とを含むことを特徴とする。
これによれば、ヒートシンクの表面に、銅とニッケルの合金層が形成され、銅の結晶粒塊が形成されることがない。
【００１３】
さらに、前記アイレットと前記ヒートシンクとは、互いに別体に設けられ、前記加熱工程は、前記アイレットに前記ヒートシンクをろう付けするためのろう材を溶融する工程と兼ねて行われることを特徴とする。
これによれば、前記めっき工程においてニッケルめっきが施された状態で前記ろう付けのための加熱工程が行われるから、当該加熱工程においてヒートシンクが銅の融点または融点近くまで加熱された際に銅材とニッケルめっきとのキュプロ化が起こってヒートシンク表面に銅とニッケルの合金層が形成される。すなわち、従来技術に対して、ろう付けの工程の前に、ヒートシンク表面にニッケルめっきを施す工程を追加するのみの簡単な構成で、本発明に係る効果を得ることができる。
【００１４】
また、前記めっき工程において施されるニッケルめっきのめっき厚は、０．１〜１．０μｍであることを特徴とする。
これによれば、前記キュプロ化で形成される前記合金層を好適な厚さにすることができ、合金層が厚過ぎることによってヒートシンク表面が波打ったりするといった問題が生じることなく、ヒートシンク表面の平坦度を高く保つことができる。
【００１５】
また、前記加熱工程より後で、前記ヒートシンクの前記合金層の上層に完成めっきを施す完成めっき工程を含むことを特徴とする。
これによれば、結晶粒塊が形成されていないヒートシンクの表面に、完成めっきが施されるから、完成めっき表面に結晶粒塊に起因する陰影が生じることがない。
【００１６】
また、前記加熱工程より後で、前記ヒートシンクの、前記半導体素子の搭載面の平面度を、画像解析によって検査し、平面度が所定の基準値より低い場合には当該半導体装置用ステムを不良と判定する平面度検査工程を含むことを特徴とする。
これによれば、ヒートシンク表面、またはヒートシンクの表面に施された完成めっき層の下層に、結晶粒塊が形成されていないことから、従来のように画像解析において結晶粒塊をヒートシンク表面の凹凸として認識してしまうことなく、ヒートシンク表面の平坦度を正しく検査することができる。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置用ステムは、上記課題を解決するために以下の特徴を備える。すなわち、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に設けられた半導体装置用ステムにおいて、銅材から成る前記ヒートシンクの表面、またはヒートシンクの表面に施された完成めっき層の下層に、銅とニッケルの合金層が形成されていることを特徴とする。
これによれば、ヒートシンクの表面、またはヒートシンクの表面に施された完成めっき層の下層に、銅の結晶粒塊に起因する陰影がなく、画像解析により容易に前記搭載面の平面度を検査することができる。
【００１８】
さらに、前記ヒートシンクは、前記アイレットにろう材によって取り付けられていることを特徴とする。
これによれば、前記ろう材によるろう付けの際に、従来のようにヒートシンクの表面に銅の結晶粒塊が形成されることがない。
【００１９】
また、前記合金層の層厚は、０．１〜１．０μｍであることを特徴とする。
これによれば、前記合金層が厚過ぎることによってヒートシンク表面が波打ったりするといった問題が生じることなく、ヒートシンク表面の平坦度を高く保つことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、熱伝導率の高い銅材から成るヒートシンクを採用しながら、ヒートシンクの表面、またはヒートシンクの表面に施された完成めっき層の下層に、結晶粒魂を生じさせることなく、画像解析により容易に前記搭載面の平面度を検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置用ステムおよびその製造方法を説明する。
図１は、本実施の形態に係る半導体装置用ステム１００の斜視図である。半導体装置用ステム１００は、コバール等の鉄系金属で形成されたアイレット１０２に、リード用貫通孔１０４，１０４の各々にリード１０６がガラス封着されていると共に、熱伝導率がコバール等の鉄系金属よりも高い銅から成る柱状のヒートシンク１０８が、アイレット１０２の一面側に銀ろう等の導電性ろう材によって固着されている。
ヒートシンク１０８の一端部側の側面（半導体素子の搭載面）１０８ａには、半導体レーザ素子（半導体素子）１１０が搭載されており、半導体レーザ素子１１０はアイレット１０２の一面側に突出するリード１０６，１０６の突出端部とワイヤボンディングされる。
尚、アイレット１０２の他面側には、アースリード１０７が当接して接合されている。
【００２２】
図２は、ヒートシンク１０８の前記搭載面１０８ａ表面近傍の部分断面図である。ヒートシンク１０８の表面には、その銅材本体１０８ｂの腐食を防止するためのいわゆる完成めっき層１０８ｄとして、電解ニッケルめっき１０８ｄａ、およびその電解ニッケルめっき１０８ｄａのさらに上層に電解金めっき１０８ｄｂが施されている。
本実施の形態に係る半導体装置用ステム１００の特徴は、ヒートシンク１０８の表面に施された完成めっき層１０８ｄの下層（すなわち、ヒートシンク１０８の銅材本体１０８ｂと完成めっき層１０８ｄとの間）に、層厚０．１〜１．０μｍの、銅とニッケルの合金層１０８ｃが形成されている点である。
以下、合金層１０８ｃを有する半導体装置用ステム１００の製造方法の好適な実施の形態を説明する。
【００２３】
図３は、本実施の形態に係る半導体装置用ステム１００の製造方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法の工程の流れを示すフロー図である。
本実施の形態に係る半導体装置用ステム１００の製造方法において、まず、アイレット１０２に電解ニッケルめっきを施す（アイレットめっき工程Ｓ１）。このニッケルめっきの目的は、めっき厚によりアイレット１０２の外形寸法を高精度に微調節することと、腐食しやすい鉄系金属の製造工程中の腐食を防止することにある。
続いて、リード１０６を、リード用貫通孔１０４にガラス溶着により封着する（ガラス溶着工程Ｓ２）。
【００２４】
また、前記工程Ｓ１およびＳ２とは独立した工程において、銅材から成るヒートシンク１０８に電解ニッケルめっきを施す（めっき工程Ｓ３）。この際、当該ニッケルめっきのめっき厚、すなわちこの工程で形成されるめっき層の層厚が、０．１〜１．０μｍとなるよう設定する。
【００２５】
アイレットめっき工程Ｓ１、ガラス溶着工程Ｓ２、およびめっき工程Ｓ３の後、アイレット１０２にヒートシンク１０８を、銀ろう（導電性のろう材）によりろう付けする（Ｓ４）。
ヒートシンク１０８をアイレット１０２にろう付けする際には、ヒートシンク１０８とアイレット１０２との間に銀ろうを配した状態で、ヒートシンク１０８とアイレット１０２との両者がはめ込まれる型が形成されたカーボン製の治具（以下、カーボン治具）により両者を保持する。続いて、そのカーボン治具ごと、ヒートシンク１０８、アイレット１０２、および銀ろうを加熱することで、銀ろうを溶融させてヒートシンク１０８とアイレット１０２とを接合（ろう付け）する（加熱工程Ｓ４）。なお、ろう材として銀ろうを用いた場合、その加熱温度は約１０００℃である。
【００２６】
このろう付けの工程（加熱工程）Ｓ４においてヒートシンク１０８が約１０００℃に加熱されることにより、ヒートシンク１０８を構成する銅材と、ヒートシンク１０８の表面に形成されたニッケルめっきとが合金反応を起こしてキュプロ化（白銅化）し、ヒートシンク１０８の表面に、層厚０．１〜１．０μｍの、銅とニッケルの合金層１０８ｃが形成される。
【００２７】
続いて、アイレット１０２にヒートシンク１０８がろう付けで接合された半導体装置用ステム１００をカーボン治具から取り外し、外面に流れ出たろう材を取り除くためのエッチング処理を行う（エッチング工程Ｓ５）。
さらに、前記ろう付けにより組み立てられた半導体装置用ステム１００の表面全体に、完成めっきとして、電解ニッケルめっき１０８ｄａを施し、さらに続いて電解金めっき１０８ｄｂ（図２参照）を施す（完成めっき工程Ｓ６）。
【００２８】
その後、組み立てられた各半導体装置用ステム１００のヒートシンク１０８の、半導体レーザ素子１１０の搭載面１０８ａの平面度を検査し、その平面度が所定の基準値より低い場合には、当該半導体装置用ステム１００を不良品と判定して廃除する（平面度検査工程Ｓ７）。なお、この平面度の検査は、搭載面１０８ａをカメラで撮像して得た画像に基づいて、搭載面の反射光の陰影等をコンピュータで解析することで行う。
この検査は、搭載面１０８ａの平面度が低い場合には、半導体レーザ素子１１０の搭載角度の精度を維持できず、すなわち、半導体レーザ素子１１０から出力されるレーザ光の照射角度の精度が維持できないから、品質保持のために、前記平面度の低い半導体装置用ステム１００を製品から除外するために行うものである。
【００２９】
続いて、平面度検査工程Ｓ７において良品と判定された半導体装置用ステム１００を用いて、半導体装置を完成させる。
すなわち、半導体装置用ステム１００の、ヒートシンク１０８の搭載面１０８ａに、半導体レーザ素子１１０を搭載し（Ｓ８）、さらに、半導体レーザ素子１１０を、アイレット１０２の一面側に突出するリード１０６，１０６の突出端部とワイヤボンディングする（Ｓ９）。さらに、アイレット１０２上に、アイレット１０２の一面側、ならびに、その一面側に搭載されたヒートシンク１０８、半導体レーザ素子１１０、およびリード１０６，１０６の突出端部を覆って密封する図示しないキャップを取り付けることで、半導体装置を完成させる（Ｓ１０）。
【００３０】
本実施の形態に係る半導体装置用ステムの製造方法、およびその製造方法により製造された半導体装置用ステム１００によれば、熱伝導率の高い銅材から成るヒートシンク１０８を採用しながら、ヒートシンク１０８の表面に施された完成めっき層１０８ｄの下層に、結晶粒塊が形成されないことから、従来のように画像解析において結晶粒塊をヒートシンク表面の凹凸として認識してしまうことなく、ヒートシンク１０８表面の平坦度をコンピュータ等による画像解析で正しく検査することができる。
【００３１】
また、めっき工程Ｓ６において施されるニッケルめっきのめっき厚は、０．１〜１．０μｍであるから、前記キュプロ化で形成される合金層１０８ｃを好適な厚さ（０．１〜１．０μｍ）にすることができ、合金層が厚過ぎることによってヒートシンク１０８表面が波打ったりするといった問題が生じることなく、ヒートシンク１０８表面（搭載面１０８ａ）の平坦度を高く保つことができる。
【００３２】
さらに、ヒートシンク１０８本体の銅材とニッケルめっきとをキュプロ化させるための加熱工程Ｓ４は、アイレット１０２にヒートシンク１０８をろう付けするためのろう材を溶融する工程と兼ねて行われるから、従来技術に対して、ろう付けの工程の前に、ヒートシンク１０８表面にニッケルめっきを施す工程を追加するのみの簡単な構成で、上記効果を得ることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、加熱によって前記合金層を形成する工程と、アイレット１０２にヒートシンク１０８をろう付けするためにろう材を加熱する工程とを兼ねて行っているが、本発明にこれに限定されず、両加熱工程を別々に行ってもよい。例えば、ニッケルめっきを施したヒートシンクを予め加熱して表面に合金層を形成した後、ろう付けの工程を行うよう構成してもよい。また、アイレットにヒートシンクを、加熱によるろう付け以外の方法で取り付ける場合には、この取り付け工程と、合金層形成のための加熱工程とは、独立した順番で行ってよい。
さらに、本発明は、アイレットとヒートシンクとが銅材で予め一体に形成されているものも含む。この場合、少なくともヒートシンクの表面に、ニッケルめっきを施した後、加熱工程を行って前記合金層を形成する。
【００３４】
また、アイレットとヒートシンクとが銅材で予め一体に形成されている場合や、アイレットにヒートシンクを取り付けてからリードのガラス溶着の工程を行うことができる場合には、ガラス溶着の工程より前にヒートシンクにニッケルめっきを施しておき、ガラス溶着時にアイレットおよびヒートシンクに加えられる熱によってキュプロ化を起こさせて、前記合金層を形成するよう構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態に係る半導体装置用ステムの斜視図である。
【図２】ヒートシンクの、半導体素子の搭載面の表面近傍の部分断面図である。
【図３】本実施の形態に係る半導体装置用ステムの製造方法の工程の流れを示すフロー図である。
【図４】従来の半導体装置および半導体装置用ステムを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  半導体装置用ステム
１０２  アイレット
１０４  リード用貫通孔
１０６  リード
１０７  アースリード
１０８  ヒートシンク
１０８ａ  搭載面
１０８ｂ  銅材本体
１０８ｃ  合金層
１０８ｄ  完成めっき層
１１０  半導体レーザ素子（半導体素子）
Ｓ１  アイレットめっき工程
Ｓ２  ガラス溶着工程
Ｓ３  めっき工程
Ｓ４  加熱工程およびろう付けの工程
Ｓ５  エッチング工程
Ｓ６  完成めっき工程
Ｓ７  平面度検査工程
【図１】
2007081098.tif 000003
【図２】
2007081098.tif 000004
【図３】
2007081098.tif 000005
【図４】
2007081098.tif 000006