JP2998769B2 - 半導体素子の実装用接合材およびそれを用いた半導体素子の実装方法 - Google Patents
半導体素子の実装用接合材およびそれを用いた半導体素子の実装方法Info
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- JP2998769B2 JP2998769B2 JP4132928A JP13292892A JP2998769B2 JP 2998769 B2 JP2998769 B2 JP 2998769B2 JP 4132928 A JP4132928 A JP 4132928A JP 13292892 A JP13292892 A JP 13292892A JP 2998769 B2 JP2998769 B2 JP 2998769B2
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3465—Application of solder
- H05K3/3478—Application of solder preforms; Transferring prefabricated solder patterns
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理分
野などに用いられる光半導体素子の実装用接合材および
それを用いた半導体素子の実装方法に関する。
野などに用いられる光半導体素子の実装用接合材および
それを用いた半導体素子の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、多くの分野で半導体レーザの需要
が高まり、ＧａＡｓ系、およびＩｎＰ系を中心として活
発に製品化が進められてきた。そして、これらは結晶成
長、プロセス技術、さらにパッケージ技術の進展によ
り、高性能、高信頼性、低コストを実現し、応用範囲を
拡大してきた。なかでもパッケージ技術は量産化により
低コストの実現に最も寄与してきたといえる。しかも、
素子の最終的な性能、信頼性は、パッケージ技術によっ
て大きく影響され、これまでに、多大な改善、工夫が行
われ今日に至っている。
が高まり、ＧａＡｓ系、およびＩｎＰ系を中心として活
発に製品化が進められてきた。そして、これらは結晶成
長、プロセス技術、さらにパッケージ技術の進展によ
り、高性能、高信頼性、低コストを実現し、応用範囲を
拡大してきた。なかでもパッケージ技術は量産化により
低コストの実現に最も寄与してきたといえる。しかも、
素子の最終的な性能、信頼性は、パッケージ技術によっ
て大きく影響され、これまでに、多大な改善、工夫が行
われ今日に至っている。
【０００３】半導体レーザなどの光半導体素子は、パッ
ケージに組み立てたときの熱抵抗を低減するために、図
３に示すような構成がしばしばとられている。すなわち
ヒートシンク１に銅などの熱伝導の優れた材料が用いら
れ、光半導体素子50とヒートシンク１との熱膨張係数の
違いにより生ずる機械的歪を緩和するために、柔らかい
金属であるインジュウム２がハンダ材として用いられて
いる。
ケージに組み立てたときの熱抵抗を低減するために、図
３に示すような構成がしばしばとられている。すなわち
ヒートシンク１に銅などの熱伝導の優れた材料が用いら
れ、光半導体素子50とヒートシンク１との熱膨張係数の
違いにより生ずる機械的歪を緩和するために、柔らかい
金属であるインジュウム２がハンダ材として用いられて
いる。
【０００４】通常、前記ヒートシンク１はステム８と一
体にろう付けされた単純な構成がとられており、この実
装方法は、ダイレクトボンディングと呼ばれている。こ
の方法により組み立てられたパッケージは、たとえば半
導体レーザの場合、40℃／Ｗ程度の低い熱抵抗が容易に
得られる。しかしながら、ダイレクトボンディングにお
いてはインジュウム２によるハンダの膜厚制御性および
平坦性が要求される。すなわち、ハンダ層となるインジ
ュウム２が薄すぎるとボンディング強度が低下し、厚す
ぎると光半導体素子50の側面へのインジュウム２の這上
がりが、ｐ−ｎ接合を覆うことにより電気的ショートあ
るいはリークが引き起こされる。また、インジュウム２
の表面に凹凸があると、光半導体素子50の密着が不十分
となり光半導体素子50との間に隙間ができて、熱の放散
を妨げてしまう。
体にろう付けされた単純な構成がとられており、この実
装方法は、ダイレクトボンディングと呼ばれている。こ
の方法により組み立てられたパッケージは、たとえば半
導体レーザの場合、40℃／Ｗ程度の低い熱抵抗が容易に
得られる。しかしながら、ダイレクトボンディングにお
いてはインジュウム２によるハンダの膜厚制御性および
平坦性が要求される。すなわち、ハンダ層となるインジ
ュウム２が薄すぎるとボンディング強度が低下し、厚す
ぎると光半導体素子50の側面へのインジュウム２の這上
がりが、ｐ−ｎ接合を覆うことにより電気的ショートあ
るいはリークが引き起こされる。また、インジュウム２
の表面に凹凸があると、光半導体素子50の密着が不十分
となり光半導体素子50との間に隙間ができて、熱の放散
を妨げてしまう。
【０００５】したがって、これらの要求を満たすため
に、インジュウム２は真空蒸着により膜厚２〜３μｍに
制御して形成する必要がある。ところが、蒸着部である
ヒートシンク１は前述のように、ステム８と一体である
ために、配線用ポスト７など蒸着部以外を一個ずつマス
クして、インジュウムが付着しないようにしなければな
らず、工程が複雑となってしまうという欠点を有してい
る。
に、インジュウム２は真空蒸着により膜厚２〜３μｍに
制御して形成する必要がある。ところが、蒸着部である
ヒートシンク１は前述のように、ステム８と一体である
ために、配線用ポスト７など蒸着部以外を一個ずつマス
クして、インジュウムが付着しないようにしなければな
らず、工程が複雑となってしまうという欠点を有してい
る。
【０００６】以上の問題点を解決するために、図４に示
す半導体素子の実装方法が提案されている（特願平3-17
489 参照）。この方法は、インジュウム２を一旦ＥＴＦ
Ｅフィルム（エチレンテトラフルオロエチレン共重合
体）11上に蒸着し、加熱されたヒートシンク１へコテ６
でフィルム11側から押しつけ、インジュウム２を転写す
ることで工程の簡略化を可能とするもので、製品の大幅
な低コスト化が期待できる。しかも熱的に安定で適度な
弾性率を有するＥＴＦＥを用いているのでインジュウム
の切れがよく再現性にも優れている。
す半導体素子の実装方法が提案されている（特願平3-17
489 参照）。この方法は、インジュウム２を一旦ＥＴＦ
Ｅフィルム（エチレンテトラフルオロエチレン共重合
体）11上に蒸着し、加熱されたヒートシンク１へコテ６
でフィルム11側から押しつけ、インジュウム２を転写す
ることで工程の簡略化を可能とするもので、製品の大幅
な低コスト化が期待できる。しかも熱的に安定で適度な
弾性率を有するＥＴＦＥを用いているのでインジュウム
の切れがよく再現性にも優れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上に
述べたインジュウムの転写を用いた方法では、転写用フ
ィルムにＥＴＦＥなどのフッ素系樹脂が用いられている
が、これらの材料から成る転写用フィルムの表面には全
般に製造、加工の問題から数μｍの凹凸が存在する。こ
の凹凸はインジュウムとの密着を強めるだけでなく、転
写の際に転写膜表面付近にフィルムの材料であるフッ素
や炭素の化合物を持ち込んでしまうことがわかった。
述べたインジュウムの転写を用いた方法では、転写用フ
ィルムにＥＴＦＥなどのフッ素系樹脂が用いられている
が、これらの材料から成る転写用フィルムの表面には全
般に製造、加工の問題から数μｍの凹凸が存在する。こ
の凹凸はインジュウムとの密着を強めるだけでなく、転
写の際に転写膜表面付近にフィルムの材料であるフッ素
や炭素の化合物を持ち込んでしまうことがわかった。
【０００８】図５に転写前後のインジュウムの状態を示
す。フィルム11の表面に大きな凹凸があると、その上の
インジュウム２との密着が強くなり転写が困難になる。
そして無理に転写するとフィルム11の凸部12をインジュ
ウム２ごと引きちぎってしまうので転写されたインジュ
ウム２の表面にフィルム11のはぎとられた部材11ａが存
在するようになると考えられる。また超音波等によりフ
ィルム11の局部的な温度上昇が発生すると熱分解が促進
され、同様にフィルム11の構成元素が検出される。
す。フィルム11の表面に大きな凹凸があると、その上の
インジュウム２との密着が強くなり転写が困難になる。
そして無理に転写するとフィルム11の凸部12をインジュ
ウム２ごと引きちぎってしまうので転写されたインジュ
ウム２の表面にフィルム11のはぎとられた部材11ａが存
在するようになると考えられる。また超音波等によりフ
ィルム11の局部的な温度上昇が発生すると熱分解が促進
され、同様にフィルム11の構成元素が検出される。
【０００９】これらのフィルム表面の凹凸はフィルムの
製造メーカーやロットによってばらついており、このた
めにインジュウムの転写工程を不安定なものとしてい
た。凹凸が大きい場合は前述のように転写されたインジ
ュウム表面の不純物量が多くなりこれが半導体素子との
初期的な密着不良、あるいは長時間通電後の密着不良を
引き起こすという問題点があった。
製造メーカーやロットによってばらついており、このた
めにインジュウムの転写工程を不安定なものとしてい
た。凹凸が大きい場合は前述のように転写されたインジ
ュウム表面の不純物量が多くなりこれが半導体素子との
初期的な密着不良、あるいは長時間通電後の密着不良を
引き起こすという問題点があった。
【００１０】そこで本発明は、インジュウムのフィルム
からの転写を容易にし、しかも転写されたインジュウム
の清浄な表面を可能とし、安定した密着強度を実現する
ことのできる半導体素子の実装用接合材およびそれを用
いた半導体素子の実装方法を提供することを目的とす
る。
からの転写を容易にし、しかも転写されたインジュウム
の清浄な表面を可能とし、安定した密着強度を実現する
ことのできる半導体素子の実装用接合材およびそれを用
いた半導体素子の実装方法を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の第１の課題解決手段は、インジュウムを蒸着す
る転写用フィルムに、表面の凹凸が0.1 μｍ以下のフッ
ソ系樹脂を用いる半導体素子の実装用接合材の構成とす
る。
本発明の第１の課題解決手段は、インジュウムを蒸着す
る転写用フィルムに、表面の凹凸が0.1 μｍ以下のフッ
ソ系樹脂を用いる半導体素子の実装用接合材の構成とす
る。
【００１２】また、第２の課題解決手段は、インジュウ
ムを蒸着する転写用フィルムに、主となるフッソ系樹脂
と薄いポリイミド層の２層から成り、ポリイミド層にイ
ンジュウムが蒸着されるように配されている半導体素子
の実装用接合材の構成とする。
ムを蒸着する転写用フィルムに、主となるフッソ系樹脂
と薄いポリイミド層の２層から成り、ポリイミド層にイ
ンジュウムが蒸着されるように配されている半導体素子
の実装用接合材の構成とする。
【００１３】さらに第３の種類解決手段は前記第１、ま
たは第２の課題解決手段に記載した半導体素子の実装用
接合材の一主面を基台上に設置し、前記接合材の他主面
を加圧部材で加圧して前記接合材の一主面のインジュウ
ムを含む金属を前記基台上に転写し、前記インジュウム
を含む金属を介して前記基台に半導体素子を設置する半
導体素子の実装方法とする。
たは第２の課題解決手段に記載した半導体素子の実装用
接合材の一主面を基台上に設置し、前記接合材の他主面
を加圧部材で加圧して前記接合材の一主面のインジュウ
ムを含む金属を前記基台上に転写し、前記インジュウム
を含む金属を介して前記基台に半導体素子を設置する半
導体素子の実装方法とする。
【００１４】
【作用】前記第１の課題解決手段による半導体素子実装
用接合材の構成において、フッソ系樹脂の表面の凹凸が
小さいために、インジュウムとの密着が弱く、しかも、
ヒートシンクへの転写の際の転写膜表面へのフッ素化合
物の離脱をおさえることとなる。
用接合材の構成において、フッソ系樹脂の表面の凹凸が
小さいために、インジュウムとの密着が弱く、しかも、
ヒートシンクへの転写の際の転写膜表面へのフッ素化合
物の離脱をおさえることとなる。
【００１５】前記第２の課題解決手段による半導体素子
実装用接合材の構成において、インジュウムと接してい
るのが熱的に安定で機械強度の強いポリイミドなので、
超音波等による局部的な温度上昇が起こっても転写され
たインジュウム表面へのフィルム構成元素の離脱が抑制
されることとなる。また、フィルム全体の機械強度も向
上するので伸びにくくなり量産工程を安定させることと
なる。
実装用接合材の構成において、インジュウムと接してい
るのが熱的に安定で機械強度の強いポリイミドなので、
超音波等による局部的な温度上昇が起こっても転写され
たインジュウム表面へのフィルム構成元素の離脱が抑制
されることとなる。また、フィルム全体の機械強度も向
上するので伸びにくくなり量産工程を安定させることと
なる。
【００１６】前記第３の課題解決手段の半導体素子の実
装方法は接合材の一主面を基台に設置し、他主面から加
圧部材で加圧するという非常に簡単な工程で、安定して
大量にインジュウムがフッ素や炭素の化合物のほとんど
存在しない転写ができることとなる。
装方法は接合材の一主面を基台に設置し、他主面から加
圧部材で加圧するという非常に簡単な工程で、安定して
大量にインジュウムがフッ素や炭素の化合物のほとんど
存在しない転写ができることとなる。
【００１７】
（実施例１）この発明の第１の実施例を図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１８】図１に第１の発明で転写用フィルムとして
用いるＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）の
表面の凹凸の測定結果を示す。(a) は本実施例で用いた
凹凸が0.1 μｍ以下のもの、(b) は比較のため凹凸が最
大0.4 μｍ程度のものである。これらを図４と同様の方
法でＥＴＦＥ側から加圧および超音波を印加しながらイ
ンジュウム２をヒートシンク１に転写する。なお、サン
プル(a),(b) とも同じ条件で転写を行ったが(a) はきれ
いに転写され、(b) は部分的にしか転写されなかった。
用いるＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）の
表面の凹凸の測定結果を示す。(a) は本実施例で用いた
凹凸が0.1 μｍ以下のもの、(b) は比較のため凹凸が最
大0.4 μｍ程度のものである。これらを図４と同様の方
法でＥＴＦＥ側から加圧および超音波を印加しながらイ
ンジュウム２をヒートシンク１に転写する。なお、サン
プル(a),(b) とも同じ条件で転写を行ったが(a) はきれ
いに転写され、(b) は部分的にしか転写されなかった。
【００１９】下記の（表１）に転写されたインジュウム
の表面の光電子分光法による元素分析結果をまとめる。
ここでフッソ(F) のインジュウム（Ｉｎ）に対する光電
子の検出両の比Ｆ1S／Ｉｎ3Pのみに着目している。サン
プル(a) は(b) と比べるとフッソの相対的な量が非常に
少なくなっていることがわかる。しかも、(b) はインジ
ュウムとフィルムとの密着が強くインジュウムがきれい
に転写されていない。(a) と同様にきれいに転写するた
めには圧力や超音波の出力を上げなければならないがそ
の場合には(b) のフッソ量はさらに増大すると思われ
る。
の表面の光電子分光法による元素分析結果をまとめる。
ここでフッソ(F) のインジュウム（Ｉｎ）に対する光電
子の検出両の比Ｆ1S／Ｉｎ3Pのみに着目している。サン
プル(a) は(b) と比べるとフッソの相対的な量が非常に
少なくなっていることがわかる。しかも、(b) はインジ
ュウムとフィルムとの密着が強くインジュウムがきれい
に転写されていない。(a) と同様にきれいに転写するた
めには圧力や超音波の出力を上げなければならないがそ
の場合には(b) のフッソ量はさらに増大すると思われ
る。
【００２０】
【表１】
【００２１】以上述べたように表面の凹凸の小さいフィ
ルムを用いると転写されたインジュウム表面が清浄化で
き、半導体素子とヒートシンクとの密着強度を高め信頼
性の高い半導体素子を得ることが可能となる。 （実施例２）この発明の第２の実施例を図面を基づいて
説明する。
ルムを用いると転写されたインジュウム表面が清浄化で
き、半導体素子とヒートシンクとの密着強度を高め信頼
性の高い半導体素子を得ることが可能となる。 （実施例２）この発明の第２の実施例を図面を基づいて
説明する。
【００２２】図２に第２の実施例の半導体素子実装用接
合材の構成を示す。転写フィルムは厚さ50μｍのＥＴＦ
Ｅ10および厚さ５μｍのポリイミド層30の２層から構成
されている。そしてポリイミド層30上に２μｍのインジ
ュウム２が蒸着されている。ポリイミドの熱分解温度は
500 ℃以上でありフッソ系樹脂と比べると著しく高いの
で転写時の超音波による局部的な温度上昇があっても熱
分解を起こしてフィルム元素が離脱してしまうことがな
い。したがって高温での転写や高出力の超音波を印加し
たときでも清浄なインジュウム表面が得られる。また、
ポリイミドの引っ張り強度は室温でＥＴＦＥの２倍程度
あるが温度に対して安定であるため実装時の温度が100
℃とすると４倍近くにもなる。したがって本実施例のよ
うにポリイミド層30が薄くてもフィルム全体の引っ張り
強度を40％程度も強くできる。ただしポリイミド層30が
厚すぎるとフィルムが転写用こてで押さえられたときの
厚さ方向の変形がなくなるためインジュウムの切れが悪
化したり転写が部分的にしかされなかったりするので望
ましくない。
合材の構成を示す。転写フィルムは厚さ50μｍのＥＴＦ
Ｅ10および厚さ５μｍのポリイミド層30の２層から構成
されている。そしてポリイミド層30上に２μｍのインジ
ュウム２が蒸着されている。ポリイミドの熱分解温度は
500 ℃以上でありフッソ系樹脂と比べると著しく高いの
で転写時の超音波による局部的な温度上昇があっても熱
分解を起こしてフィルム元素が離脱してしまうことがな
い。したがって高温での転写や高出力の超音波を印加し
たときでも清浄なインジュウム表面が得られる。また、
ポリイミドの引っ張り強度は室温でＥＴＦＥの２倍程度
あるが温度に対して安定であるため実装時の温度が100
℃とすると４倍近くにもなる。したがって本実施例のよ
うにポリイミド層30が薄くてもフィルム全体の引っ張り
強度を40％程度も強くできる。ただしポリイミド層30が
厚すぎるとフィルムが転写用こてで押さえられたときの
厚さ方向の変形がなくなるためインジュウムの切れが悪
化したり転写が部分的にしかされなかったりするので望
ましくない。
【００２３】
【発明の効果】前記実施例の説明より明らかなように本
発明によれば転写されたインジュウムがフッ素や炭素の
化合物のほとんど存在しない清浄な表面とし、安定した
転写工程が実現できる。したがって、低熱抵抗で高信頼
性の半導体素子を歩留よく実現できる。
発明によれば転写されたインジュウムがフッ素や炭素の
化合物のほとんど存在しない清浄な表面とし、安定した
転写工程が実現できる。したがって、低熱抵抗で高信頼
性の半導体素子を歩留よく実現できる。
【図１】本発明に用いたＥＴＦＥフィルムの表面凹凸測
定結果を示す図
定結果を示す図
【図２】本発明による半導体素子の実装用接合材の構成
を示す断面図
を示す断面図
【図３】従来の半導体素子のダイレクトボンディング構
成を示す斜視図
成を示す斜視図
【図４】従来の半導体素子実装用接合材の転写工程図
【図５】従来の半導体素子実装用接合材を用いた転写前
後のインジュウムの状態を示す断面図
後のインジュウムの状態を示す断面図
【符号の説明】 １ ヒートシンク ２ インジュウム 10 ＥＴＦＥフィルム 30 ポリイミド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守田 幸信 東京都中央区日本橋小伝馬町二番三号 王子トービ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−143496（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−65143（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−37727（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−183179（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−6661（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−52822（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 21/52 H01L 23/40
Claims (3)
- 【請求項１】 耐熱性フィルムにインジュウムを含む金
属を蒸着し、加圧しながら実装基体上に転写するための
半導体素子実装用接合材であって、前記耐熱性フィルム
として表面の凹凸0.1 μｍ以下の平坦なフッ素系樹脂を
用いた半導体素子の実装用接合材。 - 【請求項２】 耐熱性フィルムにインジュウムを含む金
属を蒸着し、加圧しながら実装基体上に転写するための
半導体素子実装用接合材であって、前記耐熱性フィルム
としてフッ素系樹脂とポリイミドから成る多層構造のフ
ィルムを用い、ポリイミド表面にインジュウムを含む金
属を蒸着されている半導体素子の実装用接合材。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体素子の実
装用接合材の一主面を基台上に設置し、前記接合材の他
主面を加圧部材で加圧して前記接合材の一主面のインジ
ュウムを含む金属を前記基台上に転写し、前記インジュ
ウムを含む金属を介して前記基台に半導体素子を設置す
る半導体素子の実装方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4132928A JP2998769B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 半導体素子の実装用接合材およびそれを用いた半導体素子の実装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4132928A JP2998769B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 半導体素子の実装用接合材およびそれを用いた半導体素子の実装方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06152064A JPH06152064A (ja) | 1994-05-31 |
| JP2998769B2 true JP2998769B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=15092778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4132928A Expired - Fee Related JP2998769B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 半導体素子の実装用接合材およびそれを用いた半導体素子の実装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2998769B2 (ja) |
-
1992
- 1992-05-26 JP JP4132928A patent/JP2998769B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06152064A (ja) | 1994-05-31 |
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