半導体装置
【課題】 放熱性の向上と設計自由度の確保を両立させた半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 絶縁性の支持基板２と、支持基板２の上面に設けられた第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂと、支持基板２の下面に設けられた下面電極５ａ、５ｂと、支持基板２の内部に埋設されたヒートシンク３と、を有する実装基板１と、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂを有し、少なくとも第１上面電極４ａの上に実装された半導体素子１０と、を備え、実装基板１の内部に設けられ、第１上面電極及び下面電極を接続する導電性材料６を有し、導電性材料６は、ヒートシンク３に接続されている。
【解決手段】 絶縁性の支持基板２と、支持基板２の上面に設けられた第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂと、支持基板２の下面に設けられた下面電極５ａ、５ｂと、支持基板２の内部に埋設されたヒートシンク３と、を有する実装基板１と、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂを有し、少なくとも第１上面電極４ａの上に実装された半導体素子１０と、を備え、実装基板１の内部に設けられ、第１上面電極及び下面電極を接続する導電性材料６を有し、導電性材料６は、ヒートシンク３に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や保護素子等の半導体素子を実装基板に実装した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子を基板に実装した表面実装型の半導体装置が知られている。この半導体装置は、照明器具、表示画面のバックライト、車載用光源、ディスプレイ用光源、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に使用されており、従来の光源に比べて寿命が長く、また、省エネルギーでの発光が可能であるため次世代の照明用光源としての期待が大きい。
【０００３】
上記のような半導体装置において、発光素子として、正電極と負電極とを同一面側に有する構造の発光素子を使用し、配線パターンが形成された絶縁性基板上にフリップチップ実装された構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１においては、発光素子と外部との導通を取るために、導電性材料が充填された貫通孔を介して、絶縁基板の上面側の電極と下面側の電極とを電気的に接続している。
【０００４】
近年、このような半導体装置の更なる高出力化が要求されており、発光素子の大型化（大面積化）や発光素子を複数個搭載する等の対応がなされている。しかし、これに伴い発光素子からの発熱量も大きくなるため、効率良く放熱させる手段が必要となる。そのため、例えば、パッケージに金属系ヒートシンクを設けて放熱性を改善する手法が一般的に知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２においては、金属系ヒートシンクを避けるようにパッケージの電極を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９９３９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６００３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体素子をフリップチップ実装する半導体装置においては、上記のような貫通孔を設ける場合に、絶縁基板に埋設されたヒートシンクを避けるように設置する構造が一般的に知られている。しかし、このような構造は、パッケージの設計自由度に制限を与えてしまう。
【０００７】
また、近年見られるパッケージの小型化と発光素子の大型化、あるいはマルチチップ化によって、上記のような貫通孔を設けるスペースが限られている。
【０００８】
本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたものであり、放熱性の向上と設計自由度の確保を両立させた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】
【０００９】
以上の課題を解決するため本発明に係る半導体装置は、絶縁性の支持基板と、該支持基板の上面に設けられた第１上面電極及び第２上面電極と、前記支持基板の下面に設けられた下面電極と、前記支持基板の内部に埋設されたヒートシンクと、を有する実装基板と、第１電極及び第２電極とを有し、少なくとも前記第１上面電極の上に実装された半導体素子と、を備え、前記実装基板の内部に設けられ、前記第１上面電極及び前記下面電極を接続する導電性材料を有し、前記導電性材料は、前記ヒートシンクに接続されている。かかる構成によれば、上面電極と下面電極を接続する導電性材料を設ける場所の自由度を確保し、且つ半導体素子から発せられる熱を絶縁性の支持基板等を介することなくヒートシンクに伝えることが可能となり、放熱性を高めることができる。
【００１０】
前記半導体素子は、透光性基板上に、前記第２電極を備えた第２導電型半導体層と、前記第１電極を備えた第１導電型半導体層とを順に有し、前記第１電極と前記第２電極が同一面側に設けられて、前記実装基板にフリップチップ実装されており、前記第１上面電極に前記第１電極が接続されていることが好ましい。これにより、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料は、前記半導体素子の前記第１電極の直下に設けられていることが好ましい。これにより、放熱効果の高い上面電極に、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の積層構造の上に設けられた第１電極が接続されるため、放熱性を高めることができる。
前記半導体素子は、導電性基板を有し、前記第１上面電極に、前記導電性基板が対向するように前記半導体素子が接続されていることが好ましい。これにより、放熱効果の高い上面電極に、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の積層構造が形成された導電性基板が接続されるため、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料が前記ヒートシンクを貫通していることが好ましい。これにより、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料が前記ヒートシンクの上面及び下面に接続されていることが好ましい。これにより、実装基板の設計自由度が高く、放熱性が良好な半導体装置とすることができる。
前記導電性材料及び前記ヒートシンクが、前記第１上面電極及び前記第２上面電極のそれぞれに対応して複数設けられていることが好ましい。これにより、実装基板の設計自由度が高く、放熱性が良好な半導体装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、放熱性が良好で、実装基板の設計自由度を確保した半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】半導体素子の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、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発光装置を例示するものであって、本発明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。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す概略断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る半導体装置１００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００１６】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂは、接合部材８を介して半導体素子１０が載置される。第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂは、外部と電気的に接続する端子として機能する。
【００１７】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。ヒートシンク３は、半導体素子１０が配置される領域の下に配置される。半導体装置１００の上から見て、ヒートシンク３は、半導体素子１０よりも大きい方が好ましい。これにより、半導体素子１０が発する熱を効率よく放熱させることができる。
【００１８】
本実施形態においては、一方の上面電極と下面電極を接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。図１においては、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。すなわち、ヒートシンク３は、第１貫通孔７ａと重なる位置において、ヒートシンク３の厚み方向に貫通する貫通孔を有しており、導電性材料６は、支持基板２の第１貫通孔７ａ及びヒートシンク３の貫通孔を通って上面電極及び下面電極に接続されている。また、ヒートシンク３の貫通孔内において、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６は、ヒートシンク３に接続されている。これにより、半導体素子１０から発せられる熱を導電性部材を介してヒートシンク３に伝えることが可能となり、放熱性を高めることができる。なお、第２貫通孔７ｂは、ヒートシンク３と離間した位置に設けられている。
【００１９】
半導体素子１０は、透光性基板１１上（図２における下面）に、第２導電型半導体層１４と第１導電型半導体層とを順に有している。第２導電型半導体層１４の上に、第２電極１５ｂを有している。さらに、第１導電型半導体層１２の上に、第１電極１５ａを有している。第１電極と前記第２電極は、同一面側（図２における下面側）に設けられており、半導体素子１０は、実装基板１の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂにフリップチップ実装される。フリップチップ実装は、半田等の導電性を有するペースト状の接合部材８、薄膜状の接合部材８、或いはバンプ状の接合部材８を用いて、半導体素子１０と実装基板１の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂとを電気的に接続している。このとき、半導体素子１０の第１電極１５ａは、実装基板１の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂのうち、導電性材料６を介してヒートシンク３に接続された第１上面電極４ａに接続されていることが好ましい。第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の積層構造の上に設けられた第１電極１５ａ側の方に放熱効果の高い上面電極を接続することにより、放熱性を高めることができる。
以下、本実施形態に係る半導体装置１００の各構成部材について詳述する。
【００２０】
（半導体素子１０）
半導体素子としては、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子やツェナーダイオード等の保護素子、その他電源等の制御調整機能を有する制御素子を用いることができる。
【００２１】
発光素子の場合は、例えば、透光性基板１１の上に、第２導電型半導体層１４、発光層１３及び第１導電型半導体層１２がこの順に形成された半導体層を備え、第１導電型半導体層１２及び第２導電型半導体層１４のそれぞれに第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂが設けられている。窒化物半導体を積層させるための透光性基板の材料として、例えば、サファイア、スピネルなどの絶縁性の透光性基板などが好適に用いられる。
【００２２】
第１電極及び第２電極の材料は、導電性を有している材料であれば限定されないが、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｌのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせを利用することができる。
【００２３】
なお、発光素子はこれらの構成に限定されるものではなく、他の半導体層構造を用いて構成してもよい。また、適宜保護層や反射層などを備えるように構成してもよい。
【００２４】
発光素子を白色発光させる場合には、青色発光する発光素子の外側を、蛍光体若しくは蛍光体を含む樹脂等からなる蛍光体層で覆う構成としてもよい。例えば、青色発光する発光素子には、黄色発光するセリウムで賦活されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体、又は（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ等のシリケート系蛍光体と組み合わせて白色発光の構造とすることができる。なお、発光素子の発光部は光を照射することができれば、その発光色、あるいは構造を特に限定されるものではない。
【００２５】
（実装基板１）
実装基板は、発光素子や保護素子等の半導体素子を載置するためのものである。実装基板は、絶縁性の支持基板の中に半導体素子からの放熱性を向上させるヒートシンクが埋設されている。支持基板の上面には、金属膜等を積層して上面電極が形成されている。支持基板の下面には、上面電極と同様の積層構造の下面電極が形成されている。支持基板には貫通孔が設けられており、上面電極と下面電極は貫通孔に充填された導電性材料で電気的に接続されている。なお、実装基板は、半導体素子を支持し、外部の駆動回路と電気的に接続する機能を有するものであれば、その材質、構造は特に限定されるものではない。
【００２６】
支持基板の形状は、特に限定されないが、上面が平坦であることが好ましい。支持基板の材料としては、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスが挙げられる。
【００２７】
第１上面電極及び第２上面電極は、導電性を有する材料であればよく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｒｈ等を用いることができる。実装基板の上に発光素子を実装する場合、上面電極の少なくとも最表面は反射率の高いＡｇ、Ａｌ等を用いることが好ましい。これにより、発光素子から実装基板側に出射される光を上面電極によって反射させることができるため、光取り出し効率が向上する。
第１下面電極及び第２下面電極は、導電性を有する材料であればよく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等を用いることができる。
【００２８】
（導電性材料６）
導電性材料は、ヒートシンクと熱伝導率が同じ若しくはそれよりも高い材料であることが好ましい。例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いて形成することができる。支持基板の材料としてセラミックスを用いる場合には、導電性材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する部材が好ましい。より伝熱性を高めるために、導電性ペースト、温膜メッキ等を用いて貫通孔内を埋めるように導電性材料を設けることで、ヒートシンクと導電性材料とを面接触させ、実質的に一つのバルクとして見なすことができるため、放熱性が向上する。
【００２９】
支持基板としてセラミックスを用いる場合、実装基板はいわゆるポストファイア法（post firing、逐次焼成法）やコファイア法（co-firing、同時焼成法）の何れでも製造できる。ポストファイア法とは、セラミックス基板を焼成した後に上面電極、下面電極、及び導電性材料の導電部を形成する方法である。一方、コファイア法とは、セラミックス基板上に導電部を形成した後に焼成を行う方法である。コファイア法によれば、セラミックス板と導電部の密着性が向上し、また同時に焼成するため製造コストが抑えられるという利点がある。なお、導電部のうち、支持基板に埋め込まれた部分はコファイア法で形成した後に、支持基板の上面及び／又は下面に露出する部分についてはポストファイア法のように形成してもよい。これにより、基体内部に導電部を埋め込む場合であっても、寸法精度を確保しつつ製造コストを抑えることができる。また、コファイア法によれば、打ち抜き形成されたグリーンシートを積層して焼成することにより、基体に発光素子や保護素子等を収納するためのキャビティを形成することも容易となる。
【００３０】
（第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂ）
支持基板の貫通孔の径（もしくは幅）は、発光素子の電極の大きさに応じて適宜変更することができる。貫通孔の径（もしくは幅）は、上面電極のダイアタッチ部よりも小さく、また、導通抵抗値に影響を与えない範囲で小さく設定することが好ましい。これはダイアタッチ電極形状に極力制約を与えないためである。また、貫通孔の径（もしくは幅）は、支持基板の上面側から下面側まで同一の径（もしくは幅）としてもよいし、異ならせてもよい。
【００３１】
（ヒートシンク３）
本形態におけるヒートシンクとは、半導体素子が実装基板の上面電極及び導電性材料を介して熱的に接続され、その半導体素子の熱を外部に放熱させる機能を有する部材である。ヒートシンクは、放熱性を高めるために支持基板の側面及び／又は底面から一部を露出させてもよい。
ヒートシンクは、支持基板よりも熱伝導率が高い材料であれば特に限定されず、半導体装置１００の出力や半導体素子の温度特性等を考慮して種々の大きさのものを用いることができる。ヒートシンクの材料としては、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、ＣｕＷ合金等の導電性の材料が挙げられる。また、絶縁性の材料を用いてもよく、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスを用いることにより、実装基板の反りを抑制することができる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置２００の一例を示す概略断面図である。
【００３３】
本実施形態に係る半導体装置２００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００３４】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。
【００３５】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。本実施形態において、ヒートシンク３は、導電性の材料によって構成されている。支持基板２は、第１上面電極４ａの下からヒートシンク３に通じる上側第１貫通孔７１ａと、第１下面電極５ａの上からヒートシンク３に通じる下側第１貫通孔７２ａが設けられている。上側第１貫通孔７１ａと下側第１貫通孔７２ａは、ヒートシンク３によって上下方向に分離されている。また、支持基板２は、第２上面電極４ｂの下から第２下面電極に通じる第２貫通孔７ｂが設けられている。上側第１貫通孔７１ａ、下側第１貫通孔７２ａ及び第２貫通孔７ｂには、導電性材料６が設けられている。上側第１貫通孔７１ａに設けられた導電性材料６と下側第１貫通孔７２ａに設けられた導電性材料６は、ヒートシンク３の表面に接続されている。
【００３６】
本実施形態に係る半導体装置２００は、図３に示すように、上側第１貫通孔７１ａに設けられた導電性材料６と下側第１貫通孔７２ａに設けられた導電性材料６によってヒートシンク３が挟み込まれている。本実施形態においても、上面電極と下面電極を接続する導電性材料６を設ける場所の自由度を確保することができるとともに、また半導体素子１０とヒートシンク３を導電性材料６を介して接続することができるので、放熱性を向上させることができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置３００の一例を示す概略断面図である。
【００３８】
本実施形態に係る半導体装置３００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００３９】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。
【００４０】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が複数埋設されている。図４においては、一対の上面電極のそれぞれに対応してヒートシンク３が２つ設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａを接続する導電性材料６が一方のヒートシンク３を貫通し、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂを接続する導電性材料６が他方のヒートシンク３を貫通している。それぞれのヒートシンク３の貫通孔内において、導電性材料６はヒートシンク３に接続されている。
【００４１】
本実施形態に係る半導体装置３００は、一対の上面電極のそれぞれに対応してヒートシンク３を設けることにより、上面電極と下面電極を接続する導電性材料６を設ける場所の自由度を確保することができる。また、半導体素子１０の両電極をヒートシンク３に接続することができるため、放熱性を高めることができる。
＜第４実施形態＞
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置４００の一例を示す概略断面図である。
【００４２】
本実施形態に係る半導体装置４００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００４３】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。
【００４４】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。ヒートシンク３の貫通孔内において、導電性材料６はヒートシンク３に接続されている。
【００４５】
本実施形態に係る半導体装置４００は、半導体素子１０の第１電極１５ａに接続される導電性材料６が、第１電極１５ａの直下に配置されている。これにより、半導体素子１０の電極からヒートシンク３までの伝熱経路が短くなるため、より効率の良い放熱が可能となる。
【００４６】
また、本実施形態に係る半導体装置４００においては、第１上面電極４ａは、半導体素子１０が載置される領域よりも内側となる位置に形成されており、半導体素子１０の第１電極１５ａ側の外周直下には配線が存在せずに支持基板２が露出している。これにより、半導体素子１０を半田等の導電性ペーストを用いて実装基板１に接合させる場合には、セルフアライメントを効果的に発揮させることができる。また、接合部材８が半導体素子１０の周囲に流れることを防止し、接合の信頼性を高めることができる。また、半導体素子１０の第１電極１５ａ側の下部は、半導体素子１０が載置される領域の外側に第１上面電極４ａが延伸していないため、半導体素子１０の側面への接合部材８の這い上がりによるショートを防止することができる。
＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置５００の一例を示す概略断面図である。
【００４７】
本実施形態に係る半導体装置５００は、導電性基板３７上に半導体層を有する半導体素子と、半導体素子を載置する実装基板１と、を備える。
【００４８】
本実施の形態において、半導体素子は、導電性基板３７に接着部材３８を介して第１導電型半導体層２２と第２導電型半導体層２４を含む発光構造部が設けられている。第１導電型半導体層２２の一部が複数の箇所で除去されて、その各箇所において第２導電型半導体層２４に接するように複数の第２電極２５ｂが形成されている。この複数の第２電極は、導電性を有する接着部材３８により互いに接続されるので分離して形成されていてもよい。図６では第２電極２５ｂが分離して描かれているが、実際は互いに電気的に接続されている。この第２電極２５ｂは、導電性を有する接着部材３８を介して導電性基板３７に電気的に接続されている。
【００４９】
また、第１導電型半導体層２２には、絶縁層２８によって接着部材３８と電気的に分離された第１電極２５ａが形成されている。また、導電性基板３７と接合部材３８は同じ平面形状を有しているのに対して、第１導電型半導体層２２と第２導電型半導体層２４を含む発光構造部の平面形状は、導電性基板３７等に比べて小さく構成されている。このようにして、外側に配置された第１電極２５ａを発光構造部の外側に延在して設け、その外側に延在した第１電極２５ａの上にパッド電極２６ａを形成している。
【００５０】
この図６に示した半導体素子は次のようにして作製することができる。
まず、成長用基板上に例えば、窒化物半導体からなる第２導電型半導体層２４、第１導電型半導体層２２を積層して半導体積層構造を形成する。第２導電型半導体層２４と第１導電型半導体層２２の間に発光層を形成するようにしてもよい。
次に、第１導電型半導体層２２を複数の箇所で除去して第２電極２５ｂを形成するために第２導電型半導体層２４の表面を一部露出させる。
そして、露出させた第２導電型半導体層２４の表面に第２電極２５ｂを形成し、第１導電型半導体層２２の表面に第１電極２５ａを形成する。
次に、半導体積層構造の上に、例えば、ＳｉＯ２からなる絶縁膜２８を形成して、さらに、導電性基板３７側に電気的に接続される第２電極２５ｂの一部を露出させる。
次に、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕからなる接合層を形成する。
【００５１】
一方、例えば、Ｃｕ−Ｗからなる導電性基板側にも、下地層のＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの接合層と、その上のＳｎ−Ａｕからなる接着層を形成する。
そして、半導体積層構造側と導電性基板側の接着層を熱圧着して、接合した後、レーザ光を成長用基板側から照射して成長用基板を除去して、その外側に第１電極２５ａを露出させて、透明絶縁膜２７とパッド電極２６ａとを形成する。
以上のようにして、図６に示す半導体素子が作製される。
【００５２】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。
【００５３】
支持基板２の内部には、半導体素子からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。ヒートシンク３の貫通孔内において、導電性材料６はヒートシンク３に接続されている。
【００５４】
本実施の形態において、半導体素子は、実装基板１の第１上面電極４ａの上に、導電性基板３７が対向するように接合部材８を介して接続されている。発光素子のパッド電極２６ａは、導電性のワイヤ５１により、第１上面電極４ｂに接続されている。
【００５５】
本実施形態に係る半導体装置５００は、半導体素子の導電性基板３７に接続される導電性材料６が、導電性基板３７の直下に配置されている。これにより、半導体素子からヒートシンク３までの伝熱経路が短くなるため、より効率の良い放熱が可能となる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体装置５００は、第２実施形態のように、第１貫通孔７ａをヒートシンク３によって上下方向に分離して、上側第１貫通孔に設けられた導電性材料と下側第１貫通孔に設けられた導電性材料によってヒートシンク３が挟み込まれた構造としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明にかかる半導体装置は、各種発光装置、取り分け照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 実装基板
２ 支持基板
３ ヒートシンク
４ａ 第１上面電極
４ｂ 第２上面電極
５ａ 第１下面電極
５ｂ 第２下面電極
６ 導電性材料
７ａ 第１貫通孔
７ｂ 第２貫通孔
８ 接合部材
１０ 半導体素子
１１ 透光性基板
１２、２２ 第１導電型半導体層
１３ 発光層
１４、２４ 第２導電型半導体層
１５ 電極
１５ａ、２５ａ 第１電極
１５ｂ、２５ｂ 第２電極
２６ａ パッド電極
２７ 透明絶縁膜
２８ 絶縁膜
３７ 導電性基板
３８ 接合部材
５１ ワイヤ
１００、２００、３００、４００、５００ 半導体装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や保護素子等の半導体素子を実装基板に実装した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子を基板に実装した表面実装型の半導体装置が知られている。この半導体装置は、照明器具、表示画面のバックライト、車載用光源、ディスプレイ用光源、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に使用されており、従来の光源に比べて寿命が長く、また、省エネルギーでの発光が可能であるため次世代の照明用光源としての期待が大きい。
【０００３】
上記のような半導体装置において、発光素子として、正電極と負電極とを同一面側に有する構造の発光素子を使用し、配線パターンが形成された絶縁性基板上にフリップチップ実装された構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１においては、発光素子と外部との導通を取るために、導電性材料が充填された貫通孔を介して、絶縁基板の上面側の電極と下面側の電極とを電気的に接続している。
【０００４】
近年、このような半導体装置の更なる高出力化が要求されており、発光素子の大型化（大面積化）や発光素子を複数個搭載する等の対応がなされている。しかし、これに伴い発光素子からの発熱量も大きくなるため、効率良く放熱させる手段が必要となる。そのため、例えば、パッケージに金属系ヒートシンクを設けて放熱性を改善する手法が一般的に知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２においては、金属系ヒートシンクを避けるようにパッケージの電極を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９９３９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６００３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体素子をフリップチップ実装する半導体装置においては、上記のような貫通孔を設ける場合に、絶縁基板に埋設されたヒートシンクを避けるように設置する構造が一般的に知られている。しかし、このような構造は、パッケージの設計自由度に制限を与えてしまう。
【０００７】
また、近年見られるパッケージの小型化と発光素子の大型化、あるいはマルチチップ化によって、上記のような貫通孔を設けるスペースが限られている。
【０００８】
本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたものであり、放熱性の向上と設計自由度の確保を両立させた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】
【０００９】
以上の課題を解決するため本発明に係る半導体装置は、絶縁性の支持基板と、該支持基板の上面に設けられた第１上面電極及び第２上面電極と、前記支持基板の下面に設けられた下面電極と、前記支持基板の内部に埋設されたヒートシンクと、を有する実装基板と、第１電極及び第２電極とを有し、少なくとも前記第１上面電極の上に実装された半導体素子と、を備え、前記実装基板の内部に設けられ、前記第１上面電極及び前記下面電極を接続する導電性材料を有し、前記導電性材料は、前記ヒートシンクに接続されている。かかる構成によれば、上面電極と下面電極を接続する導電性材料を設ける場所の自由度を確保し、且つ半導体素子から発せられる熱を絶縁性の支持基板等を介することなくヒートシンクに伝えることが可能となり、放熱性を高めることができる。
【００１０】
前記半導体素子は、透光性基板上に、前記第２電極を備えた第２導電型半導体層と、前記第１電極を備えた第１導電型半導体層とを順に有し、前記第１電極と前記第２電極が同一面側に設けられて、前記実装基板にフリップチップ実装されており、前記第１上面電極に前記第１電極が接続されていることが好ましい。これにより、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料は、前記半導体素子の前記第１電極の直下に設けられていることが好ましい。これにより、放熱効果の高い上面電極に、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の積層構造の上に設けられた第１電極が接続されるため、放熱性を高めることができる。
前記半導体素子は、導電性基板を有し、前記第１上面電極に、前記導電性基板が対向するように前記半導体素子が接続されていることが好ましい。これにより、放熱効果の高い上面電極に、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の積層構造が形成された導電性基板が接続されるため、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料が前記ヒートシンクを貫通していることが好ましい。これにより、放熱性を高めることができる。
前記導電性材料が前記ヒートシンクの上面及び下面に接続されていることが好ましい。これにより、実装基板の設計自由度が高く、放熱性が良好な半導体装置とすることができる。
前記導電性材料及び前記ヒートシンクが、前記第１上面電極及び前記第２上面電極のそれぞれに対応して複数設けられていることが好ましい。これにより、実装基板の設計自由度が高く、放熱性が良好な半導体装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、放熱性が良好で、実装基板の設計自由度を確保した半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】半導体素子の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、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発光装置を例示するものであって、本発明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。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す概略断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る半導体装置１００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００１６】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂは、接合部材８を介して半導体素子１０が載置される。第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂは、外部と電気的に接続する端子として機能する。
【００１７】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。ヒートシンク３は、半導体素子１０が配置される領域の下に配置される。半導体装置１００の上から見て、ヒートシンク３は、半導体素子１０よりも大きい方が好ましい。これにより、半導体素子１０が発する熱を効率よく放熱させることができる。
【００１８】
本実施形態においては、一方の上面電極と下面電極を接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。図１においては、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。すなわち、ヒートシンク３は、第１貫通孔７ａと重なる位置において、ヒートシンク３の厚み方向に貫通する貫通孔を有しており、導電性材料６は、支持基板２の第１貫通孔７ａ及びヒートシンク３の貫通孔を通って上面電極及び下面電極に接続されている。また、ヒートシンク３の貫通孔内において、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６は、ヒートシンク３に接続されている。これにより、半導体素子１０から発せられる熱を導電性部材を介してヒートシンク３に伝えることが可能となり、放熱性を高めることができる。なお、第２貫通孔７ｂは、ヒートシンク３と離間した位置に設けられている。
【００１９】
半導体素子１０は、透光性基板１１上（図２における下面）に、第２導電型半導体層１４と第１導電型半導体層とを順に有している。第２導電型半導体層１４の上に、第２電極１５ｂを有している。さらに、第１導電型半導体層１２の上に、第１電極１５ａを有している。第１電極と前記第２電極は、同一面側（図２における下面側）に設けられており、半導体素子１０は、実装基板１の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂにフリップチップ実装される。フリップチップ実装は、半田等の導電性を有するペースト状の接合部材８、薄膜状の接合部材８、或いはバンプ状の接合部材８を用いて、半導体素子１０と実装基板１の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂとを電気的に接続している。このとき、半導体素子１０の第１電極１５ａは、実装基板１の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂのうち、導電性材料６を介してヒートシンク３に接続された第１上面電極４ａに接続されていることが好ましい。第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の積層構造の上に設けられた第１電極１５ａ側の方に放熱効果の高い上面電極を接続することにより、放熱性を高めることができる。
以下、本実施形態に係る半導体装置１００の各構成部材について詳述する。
【００２０】
（半導体素子１０）
半導体素子としては、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子やツェナーダイオード等の保護素子、その他電源等の制御調整機能を有する制御素子を用いることができる。
【００２１】
発光素子の場合は、例えば、透光性基板１１の上に、第２導電型半導体層１４、発光層１３及び第１導電型半導体層１２がこの順に形成された半導体層を備え、第１導電型半導体層１２及び第２導電型半導体層１４のそれぞれに第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂが設けられている。窒化物半導体を積層させるための透光性基板の材料として、例えば、サファイア、スピネルなどの絶縁性の透光性基板などが好適に用いられる。
【００２２】
第１電極及び第２電極の材料は、導電性を有している材料であれば限定されないが、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｌのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせを利用することができる。
【００２３】
なお、発光素子はこれらの構成に限定されるものではなく、他の半導体層構造を用いて構成してもよい。また、適宜保護層や反射層などを備えるように構成してもよい。
【００２４】
発光素子を白色発光させる場合には、青色発光する発光素子の外側を、蛍光体若しくは蛍光体を含む樹脂等からなる蛍光体層で覆う構成としてもよい。例えば、青色発光する発光素子には、黄色発光するセリウムで賦活されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体、又は（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ等のシリケート系蛍光体と組み合わせて白色発光の構造とすることができる。なお、発光素子の発光部は光を照射することができれば、その発光色、あるいは構造を特に限定されるものではない。
【００２５】
（実装基板１）
実装基板は、発光素子や保護素子等の半導体素子を載置するためのものである。実装基板は、絶縁性の支持基板の中に半導体素子からの放熱性を向上させるヒートシンクが埋設されている。支持基板の上面には、金属膜等を積層して上面電極が形成されている。支持基板の下面には、上面電極と同様の積層構造の下面電極が形成されている。支持基板には貫通孔が設けられており、上面電極と下面電極は貫通孔に充填された導電性材料で電気的に接続されている。なお、実装基板は、半導体素子を支持し、外部の駆動回路と電気的に接続する機能を有するものであれば、その材質、構造は特に限定されるものではない。
【００２６】
支持基板の形状は、特に限定されないが、上面が平坦であることが好ましい。支持基板の材料としては、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスが挙げられる。
【００２７】
第１上面電極及び第２上面電極は、導電性を有する材料であればよく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｒｈ等を用いることができる。実装基板の上に発光素子を実装する場合、上面電極の少なくとも最表面は反射率の高いＡｇ、Ａｌ等を用いることが好ましい。これにより、発光素子から実装基板側に出射される光を上面電極によって反射させることができるため、光取り出し効率が向上する。
第１下面電極及び第２下面電極は、導電性を有する材料であればよく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等を用いることができる。
【００２８】
（導電性材料６）
導電性材料は、ヒートシンクと熱伝導率が同じ若しくはそれよりも高い材料であることが好ましい。例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いて形成することができる。支持基板の材料としてセラミックスを用いる場合には、導電性材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する部材が好ましい。より伝熱性を高めるために、導電性ペースト、温膜メッキ等を用いて貫通孔内を埋めるように導電性材料を設けることで、ヒートシンクと導電性材料とを面接触させ、実質的に一つのバルクとして見なすことができるため、放熱性が向上する。
【００２９】
支持基板としてセラミックスを用いる場合、実装基板はいわゆるポストファイア法（post firing、逐次焼成法）やコファイア法（co-firing、同時焼成法）の何れでも製造できる。ポストファイア法とは、セラミックス基板を焼成した後に上面電極、下面電極、及び導電性材料の導電部を形成する方法である。一方、コファイア法とは、セラミックス基板上に導電部を形成した後に焼成を行う方法である。コファイア法によれば、セラミックス板と導電部の密着性が向上し、また同時に焼成するため製造コストが抑えられるという利点がある。なお、導電部のうち、支持基板に埋め込まれた部分はコファイア法で形成した後に、支持基板の上面及び／又は下面に露出する部分についてはポストファイア法のように形成してもよい。これにより、基体内部に導電部を埋め込む場合であっても、寸法精度を確保しつつ製造コストを抑えることができる。また、コファイア法によれば、打ち抜き形成されたグリーンシートを積層して焼成することにより、基体に発光素子や保護素子等を収納するためのキャビティを形成することも容易となる。
【００３０】
（第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂ）
支持基板の貫通孔の径（もしくは幅）は、発光素子の電極の大きさに応じて適宜変更することができる。貫通孔の径（もしくは幅）は、上面電極のダイアタッチ部よりも小さく、また、導通抵抗値に影響を与えない範囲で小さく設定することが好ましい。これはダイアタッチ電極形状に極力制約を与えないためである。また、貫通孔の径（もしくは幅）は、支持基板の上面側から下面側まで同一の径（もしくは幅）としてもよいし、異ならせてもよい。
【００３１】
（ヒートシンク３）
本形態におけるヒートシンクとは、半導体素子が実装基板の上面電極及び導電性材料を介して熱的に接続され、その半導体素子の熱を外部に放熱させる機能を有する部材である。ヒートシンクは、放熱性を高めるために支持基板の側面及び／又は底面から一部を露出させてもよい。
ヒートシンクは、支持基板よりも熱伝導率が高い材料であれば特に限定されず、半導体装置１００の出力や半導体素子の温度特性等を考慮して種々の大きさのものを用いることができる。ヒートシンクの材料としては、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、ＣｕＷ合金等の導電性の材料が挙げられる。また、絶縁性の材料を用いてもよく、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスを用いることにより、実装基板の反りを抑制することができる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置２００の一例を示す概略断面図である。
【００３３】
本実施形態に係る半導体装置２００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００３４】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。
【００３５】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。本実施形態において、ヒートシンク３は、導電性の材料によって構成されている。支持基板２は、第１上面電極４ａの下からヒートシンク３に通じる上側第１貫通孔７１ａと、第１下面電極５ａの上からヒートシンク３に通じる下側第１貫通孔７２ａが設けられている。上側第１貫通孔７１ａと下側第１貫通孔７２ａは、ヒートシンク３によって上下方向に分離されている。また、支持基板２は、第２上面電極４ｂの下から第２下面電極に通じる第２貫通孔７ｂが設けられている。上側第１貫通孔７１ａ、下側第１貫通孔７２ａ及び第２貫通孔７ｂには、導電性材料６が設けられている。上側第１貫通孔７１ａに設けられた導電性材料６と下側第１貫通孔７２ａに設けられた導電性材料６は、ヒートシンク３の表面に接続されている。
【００３６】
本実施形態に係る半導体装置２００は、図３に示すように、上側第１貫通孔７１ａに設けられた導電性材料６と下側第１貫通孔７２ａに設けられた導電性材料６によってヒートシンク３が挟み込まれている。本実施形態においても、上面電極と下面電極を接続する導電性材料６を設ける場所の自由度を確保することができるとともに、また半導体素子１０とヒートシンク３を導電性材料６を介して接続することができるので、放熱性を向上させることができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置３００の一例を示す概略断面図である。
【００３８】
本実施形態に係る半導体装置３００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００３９】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。
【００４０】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が複数埋設されている。図４においては、一対の上面電極のそれぞれに対応してヒートシンク３が２つ設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａを接続する導電性材料６が一方のヒートシンク３を貫通し、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂを接続する導電性材料６が他方のヒートシンク３を貫通している。それぞれのヒートシンク３の貫通孔内において、導電性材料６はヒートシンク３に接続されている。
【００４１】
本実施形態に係る半導体装置３００は、一対の上面電極のそれぞれに対応してヒートシンク３を設けることにより、上面電極と下面電極を接続する導電性材料６を設ける場所の自由度を確保することができる。また、半導体素子１０の両電極をヒートシンク３に接続することができるため、放熱性を高めることができる。
＜第４実施形態＞
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置４００の一例を示す概略断面図である。
【００４２】
本実施形態に係る半導体装置４００は、同一面側に一対の電極を有する発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体素子１０と、半導体素子１０を載置する実装基板１と、を備える。
【００４３】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に一対の第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に一対の第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。
【００４４】
支持基板２の内部には、半導体素子１０からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。ヒートシンク３の貫通孔内において、導電性材料６はヒートシンク３に接続されている。
【００４５】
本実施形態に係る半導体装置４００は、半導体素子１０の第１電極１５ａに接続される導電性材料６が、第１電極１５ａの直下に配置されている。これにより、半導体素子１０の電極からヒートシンク３までの伝熱経路が短くなるため、より効率の良い放熱が可能となる。
【００４６】
また、本実施形態に係る半導体装置４００においては、第１上面電極４ａは、半導体素子１０が載置される領域よりも内側となる位置に形成されており、半導体素子１０の第１電極１５ａ側の外周直下には配線が存在せずに支持基板２が露出している。これにより、半導体素子１０を半田等の導電性ペーストを用いて実装基板１に接合させる場合には、セルフアライメントを効果的に発揮させることができる。また、接合部材８が半導体素子１０の周囲に流れることを防止し、接合の信頼性を高めることができる。また、半導体素子１０の第１電極１５ａ側の下部は、半導体素子１０が載置される領域の外側に第１上面電極４ａが延伸していないため、半導体素子１０の側面への接合部材８の這い上がりによるショートを防止することができる。
＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置５００の一例を示す概略断面図である。
【００４７】
本実施形態に係る半導体装置５００は、導電性基板３７上に半導体層を有する半導体素子と、半導体素子を載置する実装基板１と、を備える。
【００４８】
本実施の形態において、半導体素子は、導電性基板３７に接着部材３８を介して第１導電型半導体層２２と第２導電型半導体層２４を含む発光構造部が設けられている。第１導電型半導体層２２の一部が複数の箇所で除去されて、その各箇所において第２導電型半導体層２４に接するように複数の第２電極２５ｂが形成されている。この複数の第２電極は、導電性を有する接着部材３８により互いに接続されるので分離して形成されていてもよい。図６では第２電極２５ｂが分離して描かれているが、実際は互いに電気的に接続されている。この第２電極２５ｂは、導電性を有する接着部材３８を介して導電性基板３７に電気的に接続されている。
【００４９】
また、第１導電型半導体層２２には、絶縁層２８によって接着部材３８と電気的に分離された第１電極２５ａが形成されている。また、導電性基板３７と接合部材３８は同じ平面形状を有しているのに対して、第１導電型半導体層２２と第２導電型半導体層２４を含む発光構造部の平面形状は、導電性基板３７等に比べて小さく構成されている。このようにして、外側に配置された第１電極２５ａを発光構造部の外側に延在して設け、その外側に延在した第１電極２５ａの上にパッド電極２６ａを形成している。
【００５０】
この図６に示した半導体素子は次のようにして作製することができる。
まず、成長用基板上に例えば、窒化物半導体からなる第２導電型半導体層２４、第１導電型半導体層２２を積層して半導体積層構造を形成する。第２導電型半導体層２４と第１導電型半導体層２２の間に発光層を形成するようにしてもよい。
次に、第１導電型半導体層２２を複数の箇所で除去して第２電極２５ｂを形成するために第２導電型半導体層２４の表面を一部露出させる。
そして、露出させた第２導電型半導体層２４の表面に第２電極２５ｂを形成し、第１導電型半導体層２２の表面に第１電極２５ａを形成する。
次に、半導体積層構造の上に、例えば、ＳｉＯ２からなる絶縁膜２８を形成して、さらに、導電性基板３７側に電気的に接続される第２電極２５ｂの一部を露出させる。
次に、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕからなる接合層を形成する。
【００５１】
一方、例えば、Ｃｕ−Ｗからなる導電性基板側にも、下地層のＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの接合層と、その上のＳｎ−Ａｕからなる接着層を形成する。
そして、半導体積層構造側と導電性基板側の接着層を熱圧着して、接合した後、レーザ光を成長用基板側から照射して成長用基板を除去して、その外側に第１電極２５ａを露出させて、透明絶縁膜２７とパッド電極２６ａとを形成する。
以上のようにして、図６に示す半導体素子が作製される。
【００５２】
実装基板１は、絶縁性の支持基板２の上に電極を形成して構成されている。支持基板２は、例えば複数のセラミックスのシートを積層して構成されている。実装基板１の電極として、支持基板２の上面に第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂが設けられ、支持基板２の下面に第１下面電極５ａ及び第２下面電極５ｂが設けられている。支持基板２は、第１上面電極４ａ及び第２上面電極４ｂの下から支持基板２の厚み方向にそれぞれ第１貫通孔７ａ、第２貫通孔７ｂが設けられている。第１貫通孔７ａ及び第２貫通孔７ｂの内部には導電性材料６が設けられており、第１上面電極４ａと第１下面電極５ａ、第２上面電極４ｂと第２下面電極５ｂは、それぞれ導電性材料６によって接続されている。
【００５３】
支持基板２の内部には、半導体素子からの放熱性の向上を目的としたヒートシンク３が埋設されている。第１上面電極４ａと第１下面電極５ａとを接続する導電性材料６がヒートシンク３を貫通している。ヒートシンク３の貫通孔内において、導電性材料６はヒートシンク３に接続されている。
【００５４】
本実施の形態において、半導体素子は、実装基板１の第１上面電極４ａの上に、導電性基板３７が対向するように接合部材８を介して接続されている。発光素子のパッド電極２６ａは、導電性のワイヤ５１により、第１上面電極４ｂに接続されている。
【００５５】
本実施形態に係る半導体装置５００は、半導体素子の導電性基板３７に接続される導電性材料６が、導電性基板３７の直下に配置されている。これにより、半導体素子からヒートシンク３までの伝熱経路が短くなるため、より効率の良い放熱が可能となる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体装置５００は、第２実施形態のように、第１貫通孔７ａをヒートシンク３によって上下方向に分離して、上側第１貫通孔に設けられた導電性材料と下側第１貫通孔に設けられた導電性材料によってヒートシンク３が挟み込まれた構造としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明にかかる半導体装置は、各種発光装置、取り分け照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 実装基板
２ 支持基板
３ ヒートシンク
４ａ 第１上面電極
４ｂ 第２上面電極
５ａ 第１下面電極
５ｂ 第２下面電極
６ 導電性材料
７ａ 第１貫通孔
７ｂ 第２貫通孔
８ 接合部材
１０ 半導体素子
１１ 透光性基板
１２、２２ 第１導電型半導体層
１３ 発光層
１４、２４ 第２導電型半導体層
１５ 電極
１５ａ、２５ａ 第１電極
１５ｂ、２５ｂ 第２電極
２６ａ パッド電極
２７ 透明絶縁膜
２８ 絶縁膜
３７ 導電性基板
３８ 接合部材
５１ ワイヤ
１００、２００、３００、４００、５００ 半導体装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の支持基板と、該支持基板の上面に設けられた第１上面電極及び第２上面電極と、前記支持基板の下面に設けられた下面電極と、前記支持基板の内部に埋設されたヒートシンクと、を有する実装基板と、
第１電極及び第２電極を有し、少なくとも前記第１上面電極の上に実装された半導体素子と、
を備え、
前記実装基板の内部に設けられ、前記第１上面電極及び前記下面電極を接続する導電性材料を有し、
前記導電性材料は、前記ヒートシンクに接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、透光性基板上に、前記第２電極を備えた第２導電型半導体層と、前記第１電極を備えた第１導電型半導体層とを順に有し、前記第1電極と前記第２電極が同一面側に設けられて、前記実装基板にフリップチップ実装されており、
前記第１上面電極に前記第１電極が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電性材料は、前記半導体素子の前記第１電極の直下に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子は導電性基板を有し、
前記第１上面電極に、前記導電性基板が対向するように前記半導体素子が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導電性材料が前記ヒートシンクを貫通していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導電性材料が前記ヒートシンクの上面及び下面に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電性材料及び前記ヒートシンクが、前記第１上面電極及び前記第２上面電極のそれぞれに対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１】
絶縁性の支持基板と、該支持基板の上面に設けられた第１上面電極及び第２上面電極と、前記支持基板の下面に設けられた下面電極と、前記支持基板の内部に埋設されたヒートシンクと、を有する実装基板と、
第１電極及び第２電極を有し、少なくとも前記第１上面電極の上に実装された半導体素子と、
を備え、
前記実装基板の内部に設けられ、前記第１上面電極及び前記下面電極を接続する導電性材料を有し、
前記導電性材料は、前記ヒートシンクに接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、透光性基板上に、前記第２電極を備えた第２導電型半導体層と、前記第１電極を備えた第１導電型半導体層とを順に有し、前記第1電極と前記第２電極が同一面側に設けられて、前記実装基板にフリップチップ実装されており、
前記第１上面電極に前記第１電極が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電性材料は、前記半導体素子の前記第１電極の直下に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子は導電性基板を有し、
前記第１上面電極に、前記導電性基板が対向するように前記半導体素子が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導電性材料が前記ヒートシンクを貫通していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導電性材料が前記ヒートシンクの上面及び下面に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電性材料及び前記ヒートシンクが、前記第１上面電極及び前記第２上面電極のそれぞれに対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８９７３２（Ｐ２０１３−８９７３２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８２５５（Ｐ２０１１−２２８２５５）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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