(57)【要約】【課題】  効率が高く、信頼性が高い光半導体装置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】  半導体素子１のリードフレーム１２へのマウントをする際に、半導体素子１およびリードフレームの接合される領域については、Ａｇ，もしくはＡｇ合金によるめっき膜４を施し、なおかつ、マウントにおける接合材料としてはナノ粒子を含む導電性接着剤１１を用いた。これにより光半導体素子からの発熱を効率的にパッケージ外に放出するとともに、光を放出する性能を維持しやすい構造が構成でき、長期にわたる信頼性も確保できた。【選択図】    図２
2007180059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともひとつの主面に銀または銀合金から形成される第１の膜が形成された光半導
体素子と、
少なくともひとつの主面に銀または銀合金から形成される第２の膜が形成されたインナ
ーリード部を有するリードと、
前記第１の膜と前記第２の膜とを接合する銀または銀合金から形成される多孔質金属体
と、
を具備することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
光半導体素子が発する光に励起されて蛍光を発する蛍光体が分散された樹脂材料によっ
て、前記光半導体素子が封止されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
銀または銀合金から形成される複数の金属粒子と、銀または銀合金から形成されるナノ
サイズの複数の金属微粒子とを含むペースト状の接着剤を介して、少なくともひとつの主
面に銀または銀合金から形成される第１の膜が形成された光半導体素子と、少なくともひ
とつの主面に銀または銀合金から形成される第２の膜が形成されたインナーリード部を有
するリードと、とを前記第１の膜と前記第２の膜とが対向するように配置する工程と、
前記金属微粒子を溶融させ、前記金属粒子同士、前記第１の膜と前記金属粒子、ならび
に前記第２の膜と前記金属粒子をそれぞれ結着する融着工程と、
を具備することを特徴とする光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、ＬＤ(Laser Diode)，ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光半導体素子
を用いた半導体装置に関し、特に光半導体素子の実装に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光半導体装置では、光半導体素子は絶縁性あるいは導電性の接着剤によってリー
ドフレームへ固定され、金ワイヤで光半導体素子上面の電極とリードフレームのインナー
リードとが電気的に接続されている。リードフレームは熱可塑性の白色樹脂でインサート
成形されている。実装された光半導体素子は光の取り出しのためにシリコーン樹脂やエポ
キシ樹脂など、光半導体素子から発する光について透光性を有する樹脂で封止されている
。
【０００３】
光半導体素子は、サファイヤ層などからなる絶縁材料を覆うようにｎ型半導体層が設け
られている。ｎ型半導体層の一部の表面に発光層が形成され、この発光層を覆うようにｐ
型半導体層が形成される。すなわちｐ型半導体層とｎ型半導体層とで発光層を挟むように
それぞれの膜が積層されている。p型半導体層とn型半導体層の上にそれぞれ通電のための
電極が配置されている。発光層は、ｐ−ｎ層間に順電流を流すことにより発光する。
【特許文献１】特開２００５−２８６３０７号公報
【特許文献２】特開２００２−３４４０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、発光層の屈折率はｐ型半導体層およびｎ型半導体層よりも高い。そのため、発
光した光の多くは発光層の中に閉じこめられて減衰していき、いずれ熱に変わる。現在の
技術において、光半導体素子の光変換効率は２０％以下であり、投入電力の８０％以上は
熱になる。
近年、高輝度化のために、光半導体素子への投入電力量が増大し、それにともない発熱
量も増大した。光半導体素子は動作温度が高くなることにより発光効率が低下する。した
がって、光半導体素子を搭載する光半導体装置は、光半導体素子から発生した熱を放熱す
るための経路であるダイマウント材と配線基板の選択、およびその構造設計が重要になっ
ている。
【０００５】
従来の光半導体装置の構造では、光半導体素子から発生した熱は、光半導体素子から接
着剤、フレームを通り、パッケージ外に放熱される。しかし、この構造はエポキシ樹脂や
銀ペーストなどからなる接着剤と、光半導体素子のサファイヤ層との接続抵抗が高いため
、光半導体素子から発生した熱を十分に放熱できないという問題点がある。
また、紫外から青色にかけての短波長の光を発する光半導体素子を用いた場合、短波長
の光がサファイヤ層を透過してダイマウント接続部の接着剤に照射される。このため接着
剤が変色する。変色すると反射率が低下し、接着剤において反射されて利用されていた光
の成分が減衰する。また、樹脂材料が劣化して接続強度ならびに放熱性が低下し、所定の
性能を維持しにくくなる。
銀ペーストはミクロンサイズの銀粒子が熱硬化性樹脂内に分散されているペースト状の
導電性接着剤であるが、粒子と粒子の位置関係を決定しているのは樹脂であり、樹脂が崩
壊すると、全体の構造が崩壊する。また、銀粒子同士の電気的連結は、粒子表面の点接触
によるもので、極めて不安定かつ電気抵抗が高い接続構造となっている。
【０００６】
熱伝導率が高く、かつ、光劣化しないダイマウント材として、AuSnはんだが挙げられる
。しかし、AuSnはんだは接続プロセス温度が３００℃以上と高いため、フレームを熱可塑
性の白色樹脂でモールド成形した配線基板では、ダイマウント時に白色樹脂が茶色に変色
して光の反射率が低下するとともに、熱変形する問題がある。
【０００７】
本発明は光半導体素子からの発熱を効率的にパッケージ外に放出するとともに、光を放
出する性能を維持しやすい光半導体装置およびその製造方法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】
【０００８】
上記した課題を解決するために本発明は、少なくともひとつの主面に銀または銀合金か
ら形成される第１の膜が形成された光半導体素子と、少なくともひとつの主面に銀または
銀合金から形成される第２の膜が形成されたインナーリード部を有するリードと、前記第
１の膜と前記第２の膜とを接合する銀または銀合金から形成される多孔質金属体と、を具
備する光半導体装置を提供する。
このとき、光半導体素子が発する光に励起されて蛍光を発する蛍光体が分散された樹脂
材料によって、前記光半導体素子が封止されている場合に、特に効果が大きい。
また本発明は、銀または銀合金から形成される複数の金属粒子と、銀または銀合金から
形成されるナノサイズの複数の金属微粒子とを含むペースト状の接着剤を介して、少なく
ともひとつの主面に銀または銀合金から形成される第１の膜が形成された光半導体素子と
、少なくともひとつの主面に銀または銀合金から形成される第２の膜が形成されたインナ
ーリード部を有するリードと、とを前記第１の膜と前記第２の膜とが対向するように配置
する工程と、前記金属微粒子を溶融させ、前記金属粒子同士、前記第１の膜と前記金属粒
子、ならびに前記第２の膜と前記金属粒子をそれぞれ結着する融着工程と、を具備するこ
とを特徴とする光半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放熱特性に優れ信頼性も高い光半導体装置の提供を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１に本発明の光半導体装置に用いた光半導体素子の断面を示す。
光半導体素子１は、サイズが1.0mm×1.0mm×0.1mmで、３５０ｍＡの電流を流すことに
より４５ｌｍの光束が得られる高出力タイプである。
光半導体素子１は基材がサファイヤであり、サファイア層２を有する。サファイヤ層２
の表層を覆うようにｎ型半導体層５が設けられている。ｎ型半導体層５の表面の一部の領
域にＩｎＧａＮ発光層３が形成され、この発光層３を覆うようにｐ型半導体層６が形成さ
れる。すなわちｐ型半導体層６とｎ型半導体層５とで発光層３を挟むようにそれぞれの膜
が積層されている。p型半導体層６とn型半導体層５の表面にそれぞれ通電のための電極が
配置されている。発光層３は、ｐ−ｎ層間に順電流を流すことにより発光して、青色光を
放出する。
光半導体素子１の他方の主面には、厚さが０．５μｍのＡｇ膜４が形成されている。
【００１２】
図２に本発明の実施の一形態である光半導体装置の断面を示す。光半導体装置１０には
、光半導体素子１がフレーム１２に導電性接着剤１１でダイマウントされている。導電性
接着剤１１の厚さは、５〜１０μｍ程度である。
【００１３】
フレーム１２は銅で形成されており、その表面にはめっき膜が形成されている。フレー
ム１２の表面にニッケル層が１μｍ、ニッケル層表面に銀層が１μｍの順番で、めっき膜
が積層されている。光半導体素子１の上面電極は、φ３０μｍの金ワイヤ１３を介してフ
レーム１２のインナーリード相当部分と電気的に接続されている。
フレーム１２は、熱可塑性の白色樹脂でインサート成形されており、白色樹脂により外
囲器１４が形成されている。外囲器１４は、5.0mm×5.0mm×1.3mmの大きさを有している
。白色樹脂に使用される熱可塑性樹脂は、ポリフタルアミドであるがこれに限らず各種用
いることが出来る。外囲器１４は直方体の一の面にすり鉢状の開口を有しており、その開
口の底部には半導体素子１とその近傍のフレーム１２のインナーリード部分が露出してい
る。すり鉢状の開口は、底部で3.0mm、開口端で4.4mmの大きさを有する。半導体素子１と
金ワイヤ１３とは、すり鉢状開口内に収容される。なお、この開口の形状は、光半導体装
置の仕様によって適宜決定されるものであり、種々の形状を取りうる。必ずしもすり鉢状
である必要はない。
【００１４】
光半導体素子１は、光半導体素子１から出射される光が取り出し可能となるようにシリ
コーン樹脂やエポキシ樹脂など、光半導体素子から発する光について透光性を有する透光
性樹脂１５で封止されている。すなわち、外囲器１４の開口部は、透光性樹脂１５によっ
て閉じられる。
外囲器１４の開口部へ５〜２０μｍサイズの蛍光体を５〜１０wt％の濃度で混入したシ
リコーン樹脂を塗布し、硬化させることで光半導体素子１を封止する。蛍光体は、半導体
素子１が発する光の波長が所望の波長と異なる場合に用いられるもので、可視領域の光を
発するものである場合には添加しなくても良い場合がある。本実施形態における蛍光体は
（Ｓｒ，Ｂａ）２ ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋の組成を有しており、波長４６０ｎｍの青色光を
波長５７０ｎｍの黄色光に変換する。このため、外囲器１４の開口端からは青色光と黄色
光とが放射され、２色を混合されることにより視覚的に白色を得る構成となっている。
【００１５】
フレーム１２のアウターリード相当部分は、フレーム１２の半導体素子１がマウントさ
れている主面と異なる主面の方にガルウィング状に曲げられている。曲げ加工されたアウ
ターリードの主面は、外囲器１４がなす底面と同一仮想平面状に存在するように形成され
ている。
【００１６】
導電性接着剤１１は、エポキシなどの熱硬化性樹脂をベースに、粒径が１〜２０μｍの
銀粒子と２０ｎｍ以下の銀粒子とが混合されたものを用いた。
ナノサイズの粒子は比較的低温で融着現象を起こす。また、ナノサイズの銀粒子が融着
するときにミクロンサイズの銀粒子間を接続する継ぎ手として機能する。これによりプロ
セス温度を２００℃程度とすることが出来、かつ優れた電気伝導性と熱伝導性を示す。
導電性接着剤１１の硬化後の電気抵抗は６μΩ・ｍ、熱伝導率は５１W/m・Kで、AuSnは
んだと同等の熱伝導率を有する。また、導電性接着剤１１は、２００℃、３時間の加熱で
硬化するため、外囲器１４が変色しにくい。
【００１７】
このように本実施形態では、銀または銀合金の膜体によって所定の主面が覆われた光半
導体素子１を、銀または銀合金の膜体によって覆われたリードに対して、ナノ粒子の融着
機能を利用した導電性を有する接合材料によって接合する構造とした。
これにより、光半導体素子１の底面の銀膜４およびフレーム１２の表面に形成した銀膜
および導電性接着剤１１中のミクロンサイズの銀粒子が、それぞれナノサイズの銀粒子の
融着で電気的に接続されるとともに、ナノ粒子による導電粒子同士の連結が行なわれ、光
半導体素子を機械的に支持する柱として機能する多孔質金属体を形成する。これにより、
多孔質金属の孔に充満している樹脂や溶剤などの有機物による結着構造が光半導体素子が
発する光の作用により崩壊しても、自立可能な構造体を形成することが出来る。
その結果、低熱抵抗で接続強度の高いダイマウント接続を可能とするとともに信頼性を
確保できる。半導体素子の底面が金膜であった場合と比較して熱伝導率が２．５倍となり
、高い放熱性を有する。
【００１８】
また、この形態の接続部は、光半導体素子１底面（フレーム１２と接続される面）に形
成した銀膜４がサファイヤ層２を透過した青色光を反射するため、半導体素子１とフレー
ム１２との間に存在する導電性接着剤１１の樹脂成分の劣化を防止し、高い信頼性を確保
できる。
また、銀のナノ粒子の融着は、半導体素子の主面に設けた銀膜とフレームの主面に設け
た銀膜との接合の相性もよく、多孔質金属体を伝達した熱が、金メッキされたものに比し
てもかなり低い熱抵抗が確保されたままでフレーム主面に伝達され、フレームの面的広が
りを利用した放熱作用を効率よく利用することが出来る。
【００１９】
上記した実施形態によれば、外囲器を形成している樹脂の熱による変色を抑制可能とし
、AuSnはんだよりも低いプロセス温度で光半導体素子をマウントできる。これにより、低
熱抵抗で接続強度の高いダイマウント接続が確保できる。また、ダイマウント接続面に形
成した銀膜がサファイヤ基材を透過した青色光を反射するため、導電性接着剤の樹脂の光
劣化を防止し、高い信頼性の確保が可能になる。
【００２０】
上述の光半導体素子6の底面、および銅のフレーム3のすくなくともダイマウント接続部
に適用されているめっき膜としては、純銀に代えて、Ag-Pt，Ag-Pd，Ag-Pd-Cuなどの銀を
主材とした合金を使用しても同様の効果が得られる。
その他、本発明は、光半導体素子と基板の種類を選ばずに、その要旨の範囲の中で種々
変形実施可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態を示す光半導体素子の断面模式図。
【図２】本発明の実施の形態を示す光半導体装置の断面模式図。
【符号の説明】
【００２２】
１… 光半導体素子、２…サファイア層、３… 発光層、４… 銀膜、５…ｎ型半導体層
、６…ｐ型半導体層、７…電極、１１…導電性接着剤、１２… フレーム、１３… 金ワイ
ヤ、１４… 外囲器、１５…透光性樹脂
【図１】
2007180059.tif 000003
【図２】
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