(57)【要約】【課題】合せ材を層の中心部のコア材にのみ用いることにして、微細化が可能なメッキ手法について鋭意研究を重ねてきたもので、各金属層が均一且つ不離一体に形成され、層間において剥離が生じなく、また、ＬＥＤとの接触熱抵抗が極めて少いため、安定した放熱性および機械的強度を保持すると同時に、微細化が可能で耐薬品性についても信頼性が高いＬＥＤ用ウエハを提供する。【解決手段】Ｍｏからなる薄板状のコア材を中心として上下対称となるように、両面にＡｕまたはＡｕ合金のＡｕメッキ表面層を形成し、コア材とＡｕメッキ表面層との間にそれを補完・維持する少なくともＣｕメッキ層からなる複合下地層を形成してなることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｏからなる薄板状のコア材を中心として上下対称となるように、両面にＡｕまたはＡｕ合金のＡｕメッキ表面層を形成し、コア材とＡｕメッキ表面層との間にそれを補完・維持する少なくともＣｕメッキ層からなる複合下地層を形成してなることを特徴とするＬＥＤ用ウエハ。
【請求項２】
複合下地層がＣｕメッキ層の上下両面に薄いＮｉメッキ層を有するサンドイッチ構造であって、該Ｃｕメッキ層がＮｉメッキ層を下地としてコア材の上に形成され、Ａｕメッキ表面層がＣｕメッキ層の上にＮｉメッキ層を下地として形成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用ウエハ。
【請求項３】
Ａｕメッキ表面層が、Ｓｎを２０〜３０％含むＡｕ−Ｓｎ合金メッキであることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ用ウエハ。
【請求項４】
前記サンドイッチ構造の上にＡｕメッキ層とＳｎメッキ層とを順次形成し、前記Ａｕメッキ表面層が該Ｓｎメッキ層の上に形成されることにより、上下表面部にＳｎメッキをＡｕメッキで挟むサンドイッチのＡｕ性複合層が形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載のＬＥＤ用ウエハ。
【請求項５】
Ｍｏのコア材が５０〜２００μｍ、下部Ｎｉメッキ層が０．１〜３．０μｍ、Ｃｕメッキ層が３．０〜２０．０μｍ、上部Ｎｉメッキ層が０．５〜５．０μｍ、Ａｕメッキ表面層が０．１〜２．０μｍであることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ用ウエハ。
【請求項６】
Ｍｏのコア材が５０〜２００μｍ、下部Ｎｉメッキ層が０．１〜３．０μｍ、Ｃｕメッキ層が３．０〜２０．０μｍ、上部Ｎｉメッキ層が０．５〜５．０μｍ、Ａｕメッキ層表面が０．１〜３．０μｍであることを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ用ウエハ。
【請求項７】
Ｍｏのコア材が５０〜２００μｍ、下部Ｎｉメッキ層が０．１〜３．０μｍ、Ｃｕメッキ層が３．０〜２０．０μｍ、上部Ｎｉメッキ層が０．５〜５．０μｍ、Ｓｎメッキ層が０．５〜５．０μｍ、Ａｕメッキ層ないしＡｕメッキ表面層が０．５〜３．０μｍであることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ用ウエハ。
【請求項８】
複合下地層がＣｕメッキ層の上下両面に薄いＮｉメッキ層を有するサンドイッチ構造であって、該Ｃｕメッキ層が第一のＮｉメッキ層を下地としてコア材の上に形成され、Ａｕメッキ表面層がＣｕメッキ層の上に第二のＮｉメッキ層を介してＰｄメッキ層を下地として形成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用ウエハ。
【請求項９】
Ｍｏのコア材が５０〜２００μｍ、このコア材の上部及び下部の第一のＮｉメッキ層が０．１〜３．０μｍ、このＮｉメッキ層の上部及び下部のＣｕメッキ層が３．０〜２０．０μｍ、このＣｕメッキ層の上部及び下部の第二のＮｉメッキ層が０．５〜５．０μｍ、この第二のＮｉメッキ層の上部及び下部を構成するＰｄメッキ層が０．０２〜０．５μｍ、このＰｄメッキ層の上部及び下部を構成するＡｕメッキ表面層が０．０３〜１．０μｍであることを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ用ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子としてのＬＥＤを保持するとともに、それに蓄熱するのを防止する機能を果たすＬＥＤ用ウエハに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体集積回路等では、最近の高密度化および高出力化により、放熱量が増加する傾向にあり、このためそのウエハにおいて優れた高放熱性能が要求されると同時に、細密化、繊細化およびこれに伴う耐腐食性、耐衝撃性等が要求される傾向にある。また、高放熱性能に関連してＬＥＤ等との接触を保持するために要する変形しない安定性ないし低熱膨張率も要求される。従来、サファイア基板をこのＬＥＤ用ウエハとして使用することがあったが、最近では熱伝導性や耐衝撃性等について既に不足する実情にある。
【０００３】
半導体素子がＬＥＤである場合、図８についてこれをみると、そのＬＥＤは、サファイア基板の上に搭載されているが、これであると、接触抵抗のためＬＥＤの発光部から発する熱がサファイア基板との間に溜まりやすく（図９の左図参照）、多くの半導体素子ではその蓄熱があると機能が低下し、特にＬＥＤではその輝度が衰えたり、サファイア基板の破損等の弊害が生じることから、それを受ける部分に熱の比較的接触抵抗が少ない熱伝導性の良好で強度のある金属製の放熱基板（ウエハ）が使用される（図９の右図参照）。たとえば、銅やモリブデン、タングステン、チタン等のメタルウエハと称する金属である。そして、主にモリブデン（Ｍｏ）を銅（Ｃｕ，Ｃｕ）のメッキでサンドイッチしたもの（「ＤＭＤ」と称することにする）が良好であることが知られている（同図９の右図参照）。しかし、これらの金属は耐食性、耐薬品性、ＬＥＤとの熱伝接触性等について問題が残っていた。
【０００４】
一般的に、ウエハに要求される性質ないし性能等については、優れた熱伝導性が求められることから、その熱伝導率はもちろん、例えばＬＥＤとの取付において、熱の接触抵抗が少ないこと、歪みや反りがない安定性と高い機械的強度、機械加工性が要求される。また、取り付ける接着やロウ付け等に適すること、耐薬品性に優れていること等も求められる。これらの性質は、従来、複数の金属材（グラッド材）の層結合により総合的に発揮するよう開発が進められる（特許文献１、特許文献２）。この多層構造を取る手段としては、従来、グラッド材を圧着して重合する圧延方法や熱間一軸加工法が用いられていた。しかし、特に圧延方法では層厚の均等性が得られ難かった。
【０００５】
図１０は、従来の熱間一軸加工法による装置を示し、ＬＥＤ用ウエハ５４は、Ｗ又はＭｏの金属からなる基材５０の両面にＣｕ又はＴｉのいずれかの金属からなる合せ材５２，５２を圧着しサンドイッチ構造に層形成したものであったが、下記の如く問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６８１１５号公報
【特許文献２】特許第３８６２７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
圧延方法や熱間一軸加工法は、いずれも複数枚の合せ金属材（グラッド材、グラッド金属とも称する）を重ねて圧縮することにより熱可塑性により偏平化するとともに合せ材どうしを加熱圧着してグラッド層を形成するものであるが（この構造を「ＣＭＣ」と称することにする）、その接着には加熱温度、時間、圧縮強さ等の条件整合が難しく剥離しないという信頼性に乏しく、剥離が発生すると、機械的強度や放熱性能に支障（剥離部分に蓄熱する）をきたし、盛り上がりでパッケージ基板やＬＥＤ素子との結合が不安定となる。
【０００８】
また、特に、グラッド金属厚の最小化には限界があるため、ＬＥＤ用ウエハの微細化という点では避けがたい問題があった。さらに、異種金属の接合に伴う反りを防ぐ方法として、中心部となる母材を中心としてその上下両面に対称になるよう合せ金属材が配置されるが、それでも熱変形の異なる異種金属を同時に加熱圧縮するため、グラッド層の厚みに偏在が生じ、特に圧延方法では層にうねりやコロニーが生じたりしやすく、これらの発生も全体的な反りの原因となり、また、機械的強度や放熱性能に支障を招く要因となるという問題もあった。
【０００９】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、合せ材を層の中心部のコア材にのみ用いることにして、微細化が可能なメッキ手法について鋭意研究を重ねてきたもので、各金属層が均一且つ不離一体に形成され、層間において剥離が生じなく、また、ＬＥＤとの接触熱抵抗が極めて少いため、安定した放熱性および機械的強度を保持すると同時に、微細化が可能で耐薬品性についても信頼性が高いＬＥＤ用ウエハを提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、この発明は次のような構成とした。
【００１１】
（１）すなわち、この発明は、Ｍｏからなる薄板状のコア材を中心として上下対称となるように、両面にＡｕまたはＡｕ合金のＡｕメッキ表面層を形成し、コア材とＡｕメッキ表面層との間にそれを補完・維持する少なくともＣｕメッキ層からなる複合下地層を形成してなることを特徴とするＬＥＤ用ウエハを要旨とする（請求項１）（実施例１ないし４がそれぞれ該当する）。
【００１２】
上記の構成によれば、層間の熱伝導が良好であることはもちろん、Ｍｏのコア材の上下にＣｕメッキ層を有し、ＭｏをＣｕ（熱伝導率４２０Ｗ／（ｍ．ｋ））で挟む所謂「ＤＭＤ」を構成するが、Ｃｕである場合とは違って、上下両面が濡れ性の良いＡｕメッキ表面層であるために、ＬＥＤを接着剤を介して密に結合でき、熱伝導の接触抵抗が極く少なくなる。
【００１３】
また、Ａｕメッキ表面層の性質により、繊細なＬＥＤの取付けについて、ＬＥＤの接着の安定性や表面の耐腐食性が得られ、加えて、この特性のある貴金属のＡｕを表面のみに使用することでコスト的に有利となる。
【００１４】
Ａｕは、熱伝導率が３２０Ｗ／（ｍ．ｋ）、密度１９３００ｋｇ／ｍ３、硬度２．５であり、これ自体とＣｕを介して放熱が滞りなく行われる。また、Ｃｕ（硬度３．０）と共に、硬度の低さからＬＥＤを軟着する微細なクッション性が得られる。
【００１５】
（２）さらに、請求項２に記載の如く、複合下地層がＣｕメッキ層の上下両面に薄いＮｉメッキ層を有するサンドイッチ構造であって、該Ｃｕメッキ層がＮｉメッキ層を下地としてコア材の上に形成され、Ａｕメッキ表面層がＣｕメッキ層の上にＮｉメッキ層を下地として形成される（実施例１，２が該当する）。
【００１６】
Ｎｉは安定した金属であり、また、他のメッキの下地としての相性が良く、コア材に対するＣｕメッキ層の形成や、Ｃｕメッキ層に対するＡｕメッキ表面層の形成に寄与し、Ｃｕメッキ層やＡｕメッキ表面層の強固な結合を保持し、Ａｕメッキ表面層の特性も発揮されやすくする。なお、Ｎｉは、熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ．ｋ）であるが、薄くメッキすることでＬＥＤ用ウエハに全体的に高い放熱性能が発揮される。
【００１７】
（３）さらに加えて、請求項３のように、Ａｕメッキ表面層がＳｎを２０〜３０％含むＡｕ−Ｓｎ合金メッキであることもある（実施例２が該当する）。
【００１８】
この場合であると、Ａｕの機械的強度が改善され、ＬＥＤの取付けが安定して保持される。
【００１９】
（４）さらに加えて、請求項４に記載した如く、前記サンドイッチ構造の上にＡｕメッキ層とＳｎメッキ層とを順次形成し、前記Ａｕメッキ表面層が該Ｓｎメッキ層の上に形成されることにより、上下表面部にＳｎメッキをＡｕメッキで挟むサンドイッチのＡｕ性複合層が形成される（実施例３が該当する）。
【００２０】
この場合であると、Ｓｎの硬度が１．５で小さいことから、Ａｕ（硬度２．５）よりもさらに軟質の層が表面に形成されるため、繊細なＬＥＤの搭載に特に適する。また、このＡｕ性複合層の熱伝導率も良好である。
【００２１】
（５）さらに請求項８及び９に記載した如く、Ａｕ表面メッキ層とＮｉメッキ層の間にＰｄメッキ層のバリア層を設けると、Ａｕ−Ｎｉの相互拡散を抑制することができ、Ａｕのメッキ厚を薄くすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、この発明によれば、合せ材を層の中心部のコア材にのみ用い、これを中心として上下にメッキにより対称に層形成したので、各金属層が均一且つ不離一体に形成され、反りのない安定性があり、層間において剥離が生じなく、このようなため、ＬＥＤを確実に搭載し安全に保持できる。また、ＬＥＤとの接触熱抵抗が極く少いため、安定した放熱性および機械的強度を保持すると同時に、微細化が可能で耐薬品性についても信頼性が高く、加えて、表面の金属により光が効率的に反射して放熱性が高まると同時に発光効率が向上し、さらにその貴金属であるＡｕの使用を合理的に節約しコスト的にも有利となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１実施例を示すＬＥＤ用ウエハの層構造を模式的に示す断面説明図である。
【図２】同ＬＥＤ用ウエハの一部を出来るだけ実際の厚み比に置き換えて示す拡大断面図である。
【図３】同ＬＥＤ用ウエハの使用状態を模式的に示す説明図である。
【図４】同ＬＥＤ用ウエハの使用について、ＬＥＤの取付け状態において光の反射効を示す説明図である。
【図５】第２実施例を示すＬＥＤ用ウエハの層構造を模式的に示す断面説明図である。
【図６】第３実施例を示すＬＥＤ用ウエハの層構造を模式的に示す断面説明図である。
【図７】第４実施例を示すＬＥＤ用ウエハの層構造を模式的に示す断面説明図である。
【図８】ＬＥＤ用ウエハの使用状態において、従来例を左右図の比較で示す説明図である。
【図９】ＬＥＤ用ウエハの使用状態において、従来例を左右図の比較で示す説明図である。
【図１０】従来例の他の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明は、メッキにより層構造を形成するものであるため、その基材として金属薄板のコア材１が必要である。これにはＭｏの金属を薄く５０〜２００μｍ程度に薄く引き延ばした薄板材が使用され、これに各メッキ層を施してから、細分化することにより多数のＬＥＤ用ウエハＰ，Ｐ，・・が量産される。なお、Ｍｏの代わりにＷを使用できる。しかし一般的に割高となる。
【００２５】
メッキは、電解、無電解、イオンプレーティング（ＩＰ）法等が望ましいが、メッキであれば特に限定するものではない。いずれにしても、メッキによって各金属層の厚みが上下対称で均一な層に形成され、各層が緊密に結合する。また、Ｃｕメッキ層５，５の形成については、Ｃｕめっきの他に、Ｃｕイオンプレーティング法を最適に用いることができる。
【００２６】
各実施例において、コア材１をはじめ、第一及び第二のＮｉメッキ層３及び７、Ｃｕメッキ層５、Ａｕメッキ表面層９、Ｓｎメッキ層１３の各メッキ厚については、各ＬＥＤ用ウエハＰの層を表すそれぞれの実施例図（図１，図５，図６）の右側に適正な範囲において表示した。例えば、図１において、Ｃｕメッキ層５，５は、３．０〜２０．０μｍの表示範囲である。
【００２７】
各実施例における図示した各厚み範囲を説明すると、コア材１について、その表示範囲においてサンドイッチ構造の中心的な機械的強度が有効に保持される。また、第一及び第二のＮｉメッキ層３及び７について、表示範囲以下であると下地としての機能が果たせなく、それ以上であると過剰となり、また、Ｃｕメッキ層５については、表示範囲以下であると所望する導電性が得られ難く、以上であるとＬＥＤ１０を安全に保持するクッション性（軟着性）が得られ難い。さらに、Ａｕメッキ層ないしＡｕメッキ表面層９について、範囲以下であると所望するクッション性（軟着性）が得られ難い。Ｓｎメッキ層１３については、表示範囲においてＡｕメッキの増量的機能を有効に果たし、Ａｕの節約に適する。
【実施例１】
【００２８】
図１ないし図３は一実施例を示し、まず、Ｍｏの金属板からなるコア材１の両面に薄い第一のＮｉメッキ層３，３を介してＣｕメッキ層５，５を形成した。このようにコア材１の両面にＣｕメッキ層５，５を有する構造を本明細書では「ＤＭＤ」と称している。また、両Ｃｕメッキ層５，５の上にそれぞれ同じく第二のＮｉメッキ層７，７を介してＡｕメッキ表面層９，９が形成される。なお、図において２は、複合下地層を示す。
【００２９】
従来の「ＣＭＣ」の構造（図９参照）では、材料を例えば１μｍ程度に切削して調整することが困難であり、材料間に剥離が生じやすかったが、この場合、メッキにより均一厚みの形成が可能となった。しかも、図２に示すように、コア材１の上にＣｕメッキ層５を、Ｃｕメッキ層５の上にＡｕメッキ表面層９をそれぞれＮｉメッキ層３，７を下地として形成したので、層間の結合強度が極めて強く、剥離が生じることがないため、放熱性が安定して保持されるとともに、ＬＥＤ１０の取付けも安定して保持される。
【００３０】
図３は、ＬＥＤ用ウエハＰを介してパッケージ１４の上にＬＥＤ１０を搭載した状態を模式的に示したもので、接着剤１６によりパッケージ１４およびＬＥＤ１０が取り付けられる。接着剤１６には、Ａｇ若しくはＡｕＳｎ合金のペーストが有効に利用できる。表面がＡｕメッキ表面層９，９であるため、エピタキシャルによる繊細なＬＥＤ１０であっても、取付け強度および安全性が有効に確保される。
【００３１】
これは図示の通り、表面が接着剤の乗りが良く軟質のＡｕメッキ表面層９，９であるため、これによってＬＥＤの取付け強度が強化されるとともに、ＬＥＤ１０への衝撃が緩和されるからである。しかも、半導体素子が特にＬＥＤである場合、光ないし輻射熱がＡｕメッキ表面層９により反射され（図４）、放熱性が得られるばかりでなく、ＬＥＤの発光効率が高められる。
【００３２】
次に、実施例２ないし実施例４に及ぶが、以上述べたことと同じような特性がある。
【実施例２】
【００３３】
図５に示すように、ＬＥＤ用ウエハは、Ｍｏの金属板からなるコア材１の両面に第一のＮｉメッキ層３，３を介してＣｕメッキ層５，５を形成し、両Ｃｕメッキ層５，５の上にそれぞれ同じく第二のＮｉメッキ層７，７を介してＡｕ表面メッキ９，９が形成される。これまでは実施例１と同じであるが、Ａｕメッキ表面層９，９がＡｕ−Ｓｎの合金メッキとして形成される。
【実施例３】
【００３４】
図６に示す如く、ＬＥＤ用ウエハは、Ｍｏの金属板からなるコア材１の両面に第一のＮｉメッキ層３，３を介してＣｕメッキ層５，５を形成し、両Ｃｕメッキ層５，５の上にそれぞれ同じく下地の第二のＮｉメッキ層７，７を介してＡｕメッキ層１１，１１とＳｎメッキ層１３，１３が順次形成され、その上にＡｕメッキ表面層９，９が形成される。そして、この上層部において、Ｓｎメッキ層１３をＡｕメッキ層９及び１１が挟むサンドイッチ構造のＡｕ性複合層１５が構成されている。
【００３５】
ＳｎもＡｕと共に軟質であって、相互に非常に性質が馴染みやすく、Ａｕ性複合層１５は、両面のＡｕによってＡｕの性質の強い層となっている。ＬＥＤ用ウエハＰは、両面のＡｕ性複合層１５，１５により反りのない安定性が得られ、ＬＥＤ１０の取付けの安全性がＡｕの性質によりいっそう確保される。
【実施例４】
【００３６】
図７に示す如く、ＬＥＤ用ウエハは、Ｍｏの金属板からなるコア材１の両面に第一のＮｉメッキ層３，３を介してＣｕメッキ層５，５を形成し、両Ｃｕメッキ層５，５の上にそれぞれ同じく下地の第二のＮｉメッキ層７，７を介してＰｄメッキ層１７，１７が形成され、その上にＡｕメッキ表面層９，９が形成される。
【００３７】
上記構成において、Ａｕメッキ表面層９と第二のＮｉメッキ層７との間にＰｄメッキ層１７のバリア層を設けることにより、Ａｕ−Ｎｉの相互拡散を抑制することが出来ると共に、Ａｕのメッキ厚を薄くすることが出来る。
【符号の説明】
【００３８】
Ｐ  ＬＥＤ用ウエハ
１  コア材
２  複合下地層
３  第一のＮｉメッキ層
５  Ｃｕメッキ層
７  第二のＮｉメッキ層
９  Ａｕメッキ表面層
１１  Ａｕメッキ層
１３  Ｓｎメッキ層
１５  Ａｕ性複合層
１７  Ｐｄメッキ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012109288.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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