説明

LED用ウエハ

【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。

【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/m、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

【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。

【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】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−109288(P2012−109288A)
【公開日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−251454(P2010−251454)
【出願日】平成22年11月10日(2010.11.10)
【出願人】(504453328)株式会社高松メッキ (16)
【出願人】(510156882)
【Fターム(参考)】