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JP7523345B2 - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、半導体発光素子を内部に封入する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device that encapsulates a semiconductor light-emitting element inside and a method for manufacturing the same.

従来、半導体素子をパッケージ内部に封入した半導体装置が知られている。半導体発光モジュールの場合は、発光素子が載置された支持体に、当該発光素子から出射された光を透過させる透明窓部材を有するキャップが接合され、気密封止される。 Conventionally, semiconductor devices in which a semiconductor element is sealed inside a package are known. In the case of a semiconductor light-emitting module, a cap having a transparent window member that transmits light emitted from the light-emitting element is joined to a support on which the light-emitting element is mounted, and the cap is hermetically sealed.

例えば、特許文献1の半導体モジュールは、紫外光を発する発光素子が基板の凹部に収容され、凹部の開口が窓部材により覆われる。半導体モジュールは、窓部材の主面と側面の双方に設けられる金属層を介して封止される。 For example, in the semiconductor module of Patent Document 1, a light-emitting element that emits ultraviolet light is housed in a recess in a substrate, and the opening of the recess is covered by a window member. The semiconductor module is sealed via a metal layer provided on both the main surface and the side surface of the window member.

金属層が入射面と側面の双方に設けられることから、封止部は金属層を介して入射面と側面の双方と接合することとなる。これにより、金属層が入射面と側面のいずれか一方の面にのみ設けられる場合と比べて、封止部との接合性を高めることができる。金属層は、入射面と側面とで形成される角を覆うように設けられることから、窓部材の角に加わる応力に対して一定の接合強度を保つことができる。 Since the metal layer is provided on both the incident surface and the side surface, the sealing portion is bonded to both the incident surface and the side surface via the metal layer. This improves the bond with the sealing portion compared to when the metal layer is provided on only one of the incident surface and the side surface. Since the metal layer is provided so as to cover the corner formed by the incident surface and the side surface, a certain bond strength can be maintained against stress applied to the corner of the window member.

また、封止部は、溶融状態における金属層及び金属面との表面張力により、側面から上面の外周に向けて上面からの厚さが薄くなっていくフィレットを形成する。このようなフィレットを設けることで、基板と窓部材の熱膨張率差によって窓部材に加わる応力に対して一定の接合強度を保つことができる(特許文献1/段落0017,0027,0029、図1参照)。 In addition, the sealing portion forms a fillet whose thickness decreases from the top surface toward the periphery of the top surface from the side surface due to the surface tension between the metal layer and the metal surface in a molten state. By providing such a fillet, a certain bonding strength can be maintained against the stress applied to the window member due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the window member (see Patent Document 1, paragraphs 0017, 0027, and 0029, and Figure 1).

特開2015-18873号公報JP 2015-18873 A

しかしながら、特許文献1の半導体モジュールは、基板に対する窓部材の接合にずれが生じた場合に接合部材の余剰や不足が生じ、窓部材の側面にフィレットが形成されず、接合強度が低下するという問題があった。 However, the semiconductor module of Patent Document 1 had a problem in that if there was a misalignment in the bonding of the window member to the substrate, there would be an excess or shortage of bonding material, and a fillet would not be formed on the side of the window member, reducing the bonding strength.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で安定した接合強度を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a semiconductor device with a simple structure and stable bonding strength, and a method for manufacturing the same.

本発明の半導体装置は、光を出射する発光素子と、前記発光素子を載置する基板と、前記基板と接合され、前記発光素子を内部に封入する封止キャップと、を備え、前記封止キャップは、前記発光素子からの光を透光する透光窓と、前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなり、前記基板は、前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を有し、前記金属枠体の底端面と前記金属環体とは、接合部材によって封止され、少なくとも前記金属枠体の底端面よりも内側の前記金属環体の上面及び側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜が設けられている。 The semiconductor device of the present invention comprises a light-emitting element that emits light, a substrate on which the light-emitting element is mounted, and a sealing cap that is bonded to the substrate and encloses the light-emitting element inside. The sealing cap comprises a light-transmitting window that transmits light from the light-emitting element and an annular metal frame that surrounds the light-transmitting window. The substrate has an annular metal ring at a position opposite to the bottom end face of the metal frame, and the bottom end face of the metal frame and the metal ring are sealed with a bonding member. An annular repelling film having a metal oxide film or a passivation film is provided on at least the top and side surfaces of the metal ring inside the bottom end face of the metal frame.

本発明は、発光素子が載置された基板と、封止キャップとを接合してなる半導体装置であって、発光素子から出射された光は、封止キャップの透光窓から外側に放出される。 The present invention is a semiconductor device that is formed by bonding a substrate on which a light-emitting element is mounted to a sealing cap, and light emitted from the light-emitting element is emitted to the outside through a light-transmitting window in the sealing cap.

接合の際には、金属枠体の底端面と基板の金属環体との間に接合部材が配置され、双方が気密封止される。金属枠体よりも内側の金属環体の上面及び側面には、弾き膜が設けられている。この弾き膜は金属酸化膜又は不動態膜を有しており、その表面が滑らかで且つ溶融した接合部材を弾く。そのため、溶融した接合部材が接合領域から一旦張り出しても戻り、また、封止キャップがずれて配置された場合でも、接合部材の形成領域を規制する。これにより、本発明の半導体装置は、簡易な構造で安定した接合強度が得られる。 During bonding, a bonding member is placed between the bottom end face of the metal frame and the metal ring of the substrate, and both are hermetically sealed. A repelling film is provided on the top and side surfaces of the metal ring that are inside the metal frame. This repelling film has a metal oxide film or a passivation film, and its surface is smooth and repels the molten bonding member. Therefore, even if the molten bonding member protrudes from the bonding area, it returns to its original position, and even if the sealing cap is misaligned, the formation area of the bonding member is restricted. As a result, the semiconductor device of the present invention has a simple structure and stable bonding strength.

本発明の半導体装置において、前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の底端面の位置まで延在していることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the outer peripheral edge of the repelling film extends to the position of the bottom end surface of the metal frame.

弾き膜の外周端を金属枠体の底端面の位置まで延在させると、接合時に金属枠体の内側に張り出した接合部材が弾かれ、底端面側に戻される。これにより、接合部材が小片化することを防止することができる。 By extending the outer edge of the repelling membrane to the bottom end of the metal frame, the joining material that protrudes inward from the metal frame during joining is repelled and returned to the bottom end. This prevents the joining material from breaking into small pieces.

また、本発明の半導体装置において、前記弾き膜は、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)又はタングステン(W)からなることが好ましい。 In addition, in the semiconductor device of the present invention, the repelling film is preferably made of aluminum (Al), chromium (Cr), titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo) or tungsten (W).

弾き膜の材料として、例えばアルミニウム(Al)を用いると、接合部材を確実に弾くことができる。また、このような材料は基板との親和性が高く、発光素子からの光を反射することもできる。 For example, if aluminum (Al) is used as the material for the repelling film, it can repel the joining member reliably. In addition, such materials have a high affinity with the substrate and can also reflect light from the light-emitting element.

また、本発明の半導体装置において、前記金属枠体の底端面は、前記金属枠体の内側面と連接した角部が面取りされた内側面取部を備えることが好ましい。 In addition, in the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the bottom end surface of the metal frame has an inner chamfered portion in which the corners connected to the inner surface of the metal frame are chamfered.

金属枠体の底端面が内側面取部を備えていることで、封止キャップの位置がずれて配置された場合に、内側面取部が接合部材の貯留部として機能する。これにより、金属枠体の内側に張り出す接合部材を抑制することができる。 The bottom end surface of the metal frame has an inner chamfered portion, so that if the sealing cap is misaligned, the inner chamfered portion functions as a reservoir for the joining material. This makes it possible to prevent the joining material from protruding inward from the metal frame.

また、本発明の半導体装置において、前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面取部内に達する位置まで延在していることが好ましい。 In addition, in the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the outer peripheral end of the repelling film extends to a position that reaches within the inner chamfered portion of the metal frame.

この構成によれば、接合時に内側に張り出した接合部材が弾き膜で弾かれて、金属枠体の内側面取部内に戻される。これにより、接合部材が小片化することを防止することができる。 With this configuration, the joining material that protrudes inward during joining is repelled by the repelling membrane and returned to the inside chamfer of the metal frame. This makes it possible to prevent the joining material from breaking into small pieces.

また、本発明の半導体装置において、前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面から入り込む入込幅(w)は、前記金属枠体の最大幅(h)の1/4以下であることが好ましい。 In addition, in the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the width (w) by which the outer peripheral end of the repelling film penetrates into the inner surface of the metal frame is 1/4 or less of the maximum width (h) of the metal frame.

弾き膜の入込幅(w)を、金属枠体の最大幅(h)の1/4以下にすることで、基板と封止キャップの接合について、一定以上の接合強度を確保することができる。 By making the insertion width (w) of the repelling film 1/4 or less of the maximum width (h) of the metal frame, a certain level of bonding strength can be ensured for the bond between the substrate and the sealing cap.

また、本発明の半導体装置において、前記金属枠体の底端面は、前記金属枠体の外側面と連接した角部が面取りされた外側面取部を備えることが好ましい。 In addition, in the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the bottom end surface of the metal frame has an outer chamfered portion in which the corners connected to the outer surface of the metal frame are chamfered.

この構成によれば、接合時に外側に張り出した接合部材はフィレットを形成するが、一部の接合部材は外側面取部内に貯留される。これにより、基板と封止キャップの接合強度を高めることができる。 With this configuration, the bonding material that protrudes outward during bonding forms a fillet, but some of the bonding material is retained within the outer chamfer. This increases the bonding strength between the substrate and the sealing cap.

もう1つの発明は、発光素子を載置する基板と、前記発光素子からの光を透光する透光窓と前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなる封止キャップとで構成される半導体装置の製造方法であって、前記基板上の前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を設ける工程と、前記封止キャップを前記基板に載置したとき、前記金属枠体の底端面よりも内側となる前記金属環体の上面及び内側の側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜を形成する工程と、前記金属枠体と前記金属環体とを接合部材によって接合し、前記基板と前記封止キャップとにより形成される閉空間内に前記発光素子を封入する工程と、を備えている。 Another invention is a manufacturing method for a semiconductor device that includes a substrate on which a light-emitting element is mounted, a sealing cap that includes a transparent window that transmits light from the light-emitting element, and a ring-shaped metal frame that surrounds the transparent window, and includes the steps of: providing a ring-shaped metal ring at a position on the substrate that faces the bottom end face of the metal frame; forming a ring-shaped repelling film having a metal oxide film or a passivation film on the top surface and inner side of the metal ring that are inside the bottom end face of the metal frame when the sealing cap is mounted on the substrate; and joining the metal frame and the metal ring with a joining member, and sealing the light-emitting element in a closed space formed by the substrate and the sealing cap.

本発明の製造方法では、基板上の、封止キャップの金属枠体の底端面と対向する位置に、環状の金属環体を設ける。次に、金属枠体よりも内側の金属環体の上面及び側面に弾き膜を設ける。 In the manufacturing method of the present invention, a circular metal ring is provided on the substrate at a position facing the bottom end surface of the metal frame of the sealing cap. Next, a repelling film is provided on the top and side surfaces of the metal ring that are located inside the metal frame.

その後、金属枠体の底端面と基板の金属環体とを接合部材によって接合して、封止する。弾き膜は金属酸化膜又は不動態膜を有しており、その表面が滑らかで且つ溶融した接合部材を弾く。そのため、溶融した接合部材が接合領域から一旦張り出しても戻り、また、封止キャップがずれて配置された場合でも、接合部材の形成領域を規制する。これにより、本発明の製造方法は、簡易な構造で安定した接合強度が得られる半導体装置を製造することができる。 Then, the bottom end surface of the metal frame and the metal ring of the substrate are joined and sealed with a joining material. The repelling film has a metal oxide film or a passivation film, and its surface is smooth and repels the molten joining material. Therefore, even if the molten joining material protrudes from the joining area, it returns to its original position, and even if the sealing cap is misaligned, the formation area of the joining material is restricted. As a result, the manufacturing method of the present invention can manufacture a semiconductor device with a simple structure and stable joining strength.

本発明の実施態様に係る半導体発光モジュールの上面を模式的に示した平面図。1 is a plan view showing a schematic top surface of a semiconductor light emitting module according to an embodiment of the present invention; 図1のA-A線に沿った半導体発光モジュールの断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting module taken along line AA in FIG. 基板の上面を模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a schematic top surface of a substrate. 図3AのB-B線に沿った基板の断面図。3B is a cross-sectional view of the substrate taken along line BB in FIG. 3A. 半導体発光モジュールの断面拡大図。FIG. 半導体発光モジュールの断面拡大図(封止キャップの位置ずれ)。1 is an enlarged cross-sectional view of a semiconductor light-emitting module (misalignment of a sealing cap). 半導体発光モジュールの断面拡大図(変更形態)。13 is an enlarged cross-sectional view of a semiconductor light emitting module (modified form). 半導体発光モジュールの断面拡大図(変更形態、封止キャップの位置ずれ)。13 is an enlarged cross-sectional view of a semiconductor light emitting module (modified form, misalignment of the sealing cap); 本発明の半導体発光モジュールの製造方法を示すフローチャート。4 is a flowchart showing a method for manufacturing the semiconductor light emitting module of the present invention.

以下では、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
[半導体装置の構造]
In the following, preferred embodiments of the present invention will be described, which may be modified and combined as appropriate. In the following description and accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.
[Structure of Semiconductor Device]

図1は、本発明の半導体装置の実施態様に係る半導体発光モジュール10の上面を模式的に示す平面図である。また、図2は、図1のA-A線に沿った半導体発光モジュール10の断面を模式的に示す平面図である。 Figure 1 is a plan view showing a schematic top surface of a semiconductor light-emitting module 10 according to an embodiment of the semiconductor device of the present invention. Also, Figure 2 is a plan view showing a schematic cross section of the semiconductor light-emitting module 10 taken along line A-A in Figure 1.

半導体発光モジュール10は、主に基板11と封止キャップ19とからなり、その内部に発光ダイオード15が封止されている。また、封止キャップ19は、金属枠体12と透光窓13とを備えている。 The semiconductor light-emitting module 10 mainly consists of a substrate 11 and a sealing cap 19, in which a light-emitting diode 15 is sealed. The sealing cap 19 also includes a metal frame 12 and a light-transmitting window 13.

基板11はセラミック基板であり、ガス等を透過しない窒化アルミニウム(AlN)製である。基板11上には、半導体発光モジュール10内の配線電極である第1載置電極(カソード)14A及び第2載置電極(アノード)14Bが設けられている。第1載置電極14A及び第2載置電極14B(以下、特に区別しない場合には、載置電極14と称する。)上に、半導体発光素子である発光ダイオード(LED)15が載置され、発光ダイオード15はこれらの電極に電気的に接続されている。 The substrate 11 is a ceramic substrate made of aluminum nitride (AlN), which is impermeable to gases and the like. A first mounting electrode (cathode) 14A and a second mounting electrode (anode) 14B, which are wiring electrodes within the semiconductor light-emitting module 10, are provided on the substrate 11. A light-emitting diode (LED) 15, which is a semiconductor light-emitting element, is mounted on the first mounting electrode 14A and the second mounting electrode 14B (hereinafter referred to as mounting electrode 14 unless otherwise specified), and the light-emitting diode 15 is electrically connected to these electrodes.

また、基板11上には、第1載置電極14A及び第2載置電極14Bに接続された保護素子であるツェナーダイオード(ZD)16が設けられ、発光ダイオード15の静電破壊を防止する。 In addition, a Zener diode (ZD) 16, which is a protective element connected to the first mounting electrode 14A and the second mounting electrode 14B, is provided on the substrate 11 to prevent electrostatic damage to the light-emitting diode 15.

発光ダイオード15は、例えば、波長250~270nmの紫外光を放射する窒化アルミ系LED素子(UV-LED素子)である。発光ダイオード15は裏面にカソード電極とアノード電極とを備え、基板11の第1載置電極14A及び第2載置電極14Bにそれぞれフリップチップ接合されている。UV-LED素子を構成する半導体結晶のアルミニウム(Al)組成は高く、水分(H2O)によって酸化劣化され易い。 The light emitting diode 15 is, for example, an aluminum nitride LED element (UV-LED element) that emits ultraviolet light with a wavelength of 250 to 270 nm. The light emitting diode 15 has a cathode electrode and an anode electrode on the back surface, and is flip-chip bonded to the first mounted electrode 14A and the second mounted electrode 14B of the substrate 11, respectively. The aluminum (Al) composition of the semiconductor crystal that constitutes the UV-LED element is high, and is easily oxidized and deteriorated by moisture ( H2O ).

封止キャップ19の金属枠体12は、基板11上に設けられた金属環体21と、金錫(Au-Sn)等の接合層又は接合部材22によって基板11に気密接合されている。なお、接合部材22として、油脂又は有機酸からなるフラックス等を用いると、UV-LED素子から放射される波長250~400nmの光によって炭化され、発光出力を低下させる。このため、接合部材22としては、フラックス又は有機酸を含まない材料を用いている。 The metal frame 12 of the sealing cap 19 is hermetically joined to the substrate 11 by a metal ring 21 provided on the substrate 11 and a bonding layer or bonding material 22 such as gold-tin (Au-Sn). If a flux made of oil or organic acid is used as the bonding material 22, it will be carbonized by the light with a wavelength of 250 to 400 nm emitted from the UV-LED element, reducing the light emission output. For this reason, a material that does not contain flux or organic acid is used as the bonding material 22.

金属枠体12が金属環体21に接合されることによって、封止キャップ19及び基板11は閉空間を画定し、当該閉空間の内部に発光ダイオード15及び第1載置電極14A及び第2載置電極14Bが気密封止される。半導体発光モジュール10の内部は、封入ガスとして窒素ガス(N2)が充填されている。窒素ガス以外に、アルゴン(Ar)やヘリウム(He)等の不活性ガスを充填してもよい。また、充填ガスに5~20vol%の酸素(O)ガスを加えることもできる。 By joining the metal frame 12 to the metal ring 21, the sealing cap 19 and the substrate 11 define a closed space, and the light emitting diode 15, the first mounted electrode 14A, and the second mounted electrode 14B are hermetically sealed inside the closed space. The interior of the semiconductor light emitting module 10 is filled with nitrogen gas (N 2 ) as a filling gas. In addition to nitrogen gas, an inert gas such as argon (Ar) or helium (He) may be filled. Furthermore, 5 to 20 vol % oxygen (O 2 ) gas may be added to the filling gas.

第1載置電極14A、第2載置電極14B及び金属環体21は、厚膜の銅(Cu)と、当該Cu膜上に形成されたニッケル/パラジウム/金(Ni/Pd/Au)膜からなる。なお、「材料a/材料b/材料c」との記載は、材料a、材料b、材料cを記載の順に積層した積層体であることを示す。すなわち、上述の例においては、Cu膜上にNi、Pd、Auがこの順で積層された構造である。 The first mounted electrode 14A, the second mounted electrode 14B, and the metal ring 21 are made of a thick copper (Cu) film and a nickel/palladium/gold (Ni/Pd/Au) film formed on the Cu film. The description "material a/material b/material c" indicates a laminate in which material a, material b, and material c are laminated in the listed order. That is, in the above example, Ni, Pd, and Au are laminated in that order on the Cu film.

金属枠体12は、例えば、コバール(登録商標)等のNi-Co-Fe系低熱膨張金属からなり、その表面はニッケル/金(Ni/Au)膜によって皮膜されている。 The metal frame 12 is made of a Ni-Co-Fe low thermal expansion metal such as Kovar (registered trademark), and its surface is coated with a nickel/gold (Ni/Au) film.

透光窓13は、発光ダイオード15の放射光を透過する珪酸塩系ガラス、ホウ珪酸ガラス又は石英ガラス等からなり、表面側が凸面(球面)状となっている。また、透光窓13は、金属枠体12に気密接合されている。以下では、透光窓13が珪酸塩系ガラスからなるガラス窓である場合を例に説明する。 The light-transmitting window 13 is made of silicate glass, borosilicate glass, quartz glass, or the like that transmits the light emitted from the light-emitting diode 15, and has a convex (spherical) surface. The light-transmitting window 13 is hermetically joined to the metal frame 12. In the following, an example will be described in which the light-transmitting window 13 is a glass window made of silicate glass.

本実施形態の半導体発光モジュール10は、堅くて脆いセラミックであるガラス窓(透光窓13)と基板11との間に展延性を有する金属枠体12を配置し、また互いに接合される部材の線熱膨張係数差を1(×10-6・K-1)以内とすることで、通電による発熱、雰囲気温度等の変動による接合部分へ掛かる応力の低減を可能としている。各部材の熱膨張係数(α)は以下の通りである。
・透光窓13;珪酸塩系ガラス :α=5.8(×10-6・K-1
・金属枠体12;Ni-Co-Fe系金属 :α=5.1(×10-6・K-1
・基板11;AlN :α=4.5(×10-6・K-1
In the semiconductor light-emitting module 10 of this embodiment, a ductile metal frame 12 is disposed between the glass window (light-transmitting window 13), which is a hard and brittle ceramic, and the substrate 11, and the difference in linear thermal expansion coefficients of the members to be joined together is within 1 (×10 −6 ·K −1 ), thereby making it possible to reduce stress applied to the joint due to heat generation due to current flow and fluctuations in the atmospheric temperature, etc. The thermal expansion coefficients (α) of the various members are as follows:
Light-transmitting window 13: silicate glass: α=5.8 (×10 −6 ·K −1 )
Metal frame 12; Ni-Co-Fe metal: α=5.1 (×10 −6・K −1 )
Substrate 11: AlN: α=4.5 (×10 −6 ·K −1 )

図3Aは、基板11の上面を模式的に示す平面図であり、図3Bは、図3AのB-B線に沿った基板11の断面を模式的に示す断面図である。 Figure 3A is a plan view that shows a schematic top surface of substrate 11, and Figure 3B is a cross-sectional view that shows a schematic cross-section of substrate 11 taken along line B-B in Figure 3A.

図3Aに示すように、基板11の上面の外周には矩形状且つ環状の金属環体21が設けられている。また、金属環体21の内周領域上、内周側面、及び当該内周側面から基板11の上面に至る部分には、金属薄膜からなる矩形状且つ環状の弾き膜23が設けられている。 As shown in FIG. 3A, a rectangular, annular metal ring 21 is provided on the outer periphery of the upper surface of the substrate 11. In addition, a rectangular, annular repelling film 23 made of a thin metal film is provided on the inner peripheral region of the metal ring 21, on the inner peripheral side surface, and in the portion extending from the inner peripheral side surface to the upper surface of the substrate 11.

本実施形態において、弾き膜23は、その表面に酸化クロム不動態被膜を備えたクロム(Cr)及びクロム合金から構成されている。なお、弾き膜23は、その表面が金属酸化膜からなる不動態膜を形成する金属又は合金であればよく、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属、及びこれらの金属を少なくとも1つ以上含む合金から構成されていてもよい。特に、クロム(Cr)の不動態被膜は、載置電極14に発光ダイオード15を接合する際に用いる強い酸化膜除去剤(活性剤ともいう)によっても除去されることがないので、好適である。 In this embodiment, the repelling film 23 is composed of chromium (Cr) and a chromium alloy having a chromium oxide passivation film on its surface. The repelling film 23 may be composed of any metal or alloy whose surface forms a passivation film made of a metal oxide film, for example, metals such as aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo), tungsten (W), etc., and alloys containing at least one of these metals. In particular, the passivation film of chromium (Cr) is preferable because it is not removed even by the strong oxide film remover (also called an activator) used when joining the light-emitting diode 15 to the mounting electrode 14.

また、弾き膜23の材料としては、アルミニウム(Al)も好ましい。アルミニウム(Al)は、窒化アルミニウム(AlN)の基板11との親和性が高く、弾き膜23を基板11の上面に延在させた場合に高い密着性が得られる。また、アルミニウム(Al)は、紫外線から赤外線(波長200~2000nm)までの広い波長領域において、高い反射率(例えば、70%以上)を有するので、半導体発光モジュール10の光出力を向上させることができる。 Aluminum (Al) is also a preferred material for the repelling film 23. Aluminum (Al) has a high affinity with the aluminum nitride (AlN) substrate 11, and high adhesion can be obtained when the repelling film 23 is extended onto the upper surface of the substrate 11. Aluminum (Al) also has a high reflectance (e.g., 70% or more) in a wide wavelength range from ultraviolet to infrared (wavelengths of 200 to 2000 nm), and can therefore improve the light output of the semiconductor light-emitting module 10.

図3Bに示すように、弾き膜23よりも外周側の金属環体21の領域21A(金属環体21の外周領域)の上面は金属枠体12との接合領域である。また、基板11の裏面には、第1実装電極17A及び第2実装電極17B(以下、特に区別しない場合には、実装電極17と称する。)が設けられている。 As shown in FIG. 3B, the upper surface of region 21A (the peripheral region of metal ring 21) of metal ring 21 on the outer periphery side of repelling membrane 23 is a bonding region with metal frame 12. In addition, first mounting electrode 17A and second mounting electrode 17B (hereinafter, referred to as mounting electrodes 17 unless otherwise specified) are provided on the rear surface of substrate 11.

第1実装電極17A及び第2実装電極17Bは、厚膜の銅(Cu)と、当該Cu膜上に形成されたニッケル/金(Ni/Au)膜からなる。そして、第1実装電極17A、第2実装電極17Bは、それぞれ第1載置電極14A、第2載置電極14Bと、銅(Cu)からなる金属ビア18によって電気的に接続されている。 The first mounting electrode 17A and the second mounting electrode 17B are made of a thick copper (Cu) film and a nickel/gold (Ni/Au) film formed on the Cu film. The first mounting electrode 17A and the second mounting electrode 17B are electrically connected to the first mounting electrode 14A and the second mounting electrode 14B, respectively, by metal vias 18 made of copper (Cu).

次に、図4、図5を参照して、半導体発光モジュール10の断面の詳細について説明する。 Next, the cross section of the semiconductor light emitting module 10 will be described in detail with reference to Figures 4 and 5.

図4は、封止キャップ19が基板11に対して、適正な位置で封止された場合の断面を示している。このとき、金属枠体12の底端面の中心と金属環体21の中心が一致した状態(上面視における金属環体21の外形に対して、金属枠体12の底端面の外形が重なった際にできる余白が全周に亘り等しくなる位置)で、接合部材22により双方が接合される。 Figure 4 shows a cross section of the sealing cap 19 when it is sealed in the correct position relative to the substrate 11. At this time, the two are joined by the joining member 22 with the center of the bottom end face of the metal frame 12 and the center of the metal ring 21 coinciding (the position where the margin created when the outline of the bottom end face of the metal frame 12 overlaps the outline of the metal ring 21 when viewed from above is equal around the entire circumference).

金属枠体12の内側において、弾き膜23は金属環体21の上面及び内側面を覆い、基板11の上面に至る位置まで延在している。これにより、基板11と封止キャップ19とを接合する際に、弾き膜23が溶融して張り出した接合部材22を弾いて、接合部材22を金属環体21と金属枠体12の間に戻す。 On the inside of the metal frame 12, the repelling film 23 covers the upper and inner surfaces of the metal ring 21 and extends to a position that reaches the upper surface of the substrate 11. As a result, when the substrate 11 and the sealing cap 19 are joined, the repelling film 23 repels the melted and protruding joining member 22, returning the joining member 22 to between the metal ring 21 and the metal frame 12.

その結果、図示するように、金属枠体12の外側に接合部材22によるフィレット22fが形成されるため、基板11(金属環体21)と封止キャップ19(金属枠体12)の接合強度が向上する。 As a result, as shown in the figure, a fillet 22f is formed by the joining member 22 on the outside of the metal frame 12, improving the joining strength between the substrate 11 (metal ring 21) and the sealing cap 19 (metal frame 12).

また、弾き膜23が金属環体21の内側面と基板11の上面を覆うことで、溶融して張り出した接合部材22の一部(先端部)が金属環体21の側壁部に付着、残存して金属破片となることを防ぐ。これにより、基板11と封止キャップ19の接合に必要な接合部材22が不足することなく、金属環体21と金属枠体12の接合部にフィレット22fが形成される。 In addition, the repelling film 23 covers the inner surface of the metal ring 21 and the upper surface of the substrate 11, preventing a portion (tip) of the molten and protruding joining material 22 from adhering to the side wall of the metal ring 21 and remaining there to become metal fragments. As a result, there is no shortage of the joining material 22 required to join the substrate 11 and the sealing cap 19, and a fillet 22f is formed at the joining portion of the metal ring 21 and the metal frame 12.

また、弾き膜23の外周端を、金属枠体12の内側面を延長して交差する金属環体21の上面交差位置(金属枠体12の底端面の内側端)、及び上面交差位置を越え、接合部材22の厚み相当分の位置まで延在させることもできる。これにより、溶融した接合部材22の張り出しを抑制することができる。 The outer peripheral edge of the repelling film 23 can also be extended beyond the upper surface intersection position (the inner edge of the bottom end surface of the metal frame 12) of the metal ring body 21, which extends and intersects with the inner surface of the metal frame 12, and to a position equivalent to the thickness of the joining member 22. This makes it possible to prevent the molten joining member 22 from protruding.

以上により、弾き膜23の外側領域に接合部材22を保持することができるので、封止キャップ19と基板11の接合において、接合部材22が不足することのない信頼性の高い接合を可能としている。また、封止キャップ19の金属枠体12の外側面と、基板11の金属環体21の外周上面に面したフィレット22fが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。 As a result, the bonding member 22 can be held in the outer region of the repelling film 23, enabling a highly reliable bond without a shortage of bonding member 22 when bonding the sealing cap 19 and the substrate 11. In addition, a fillet 22f is formed that faces the outer surface of the metal frame 12 of the sealing cap 19 and the outer peripheral upper surface of the metal ring body 21 of the substrate 11, enabling a strong bond.

上述の弾き膜23とは別に、独立した弾き膜(図中の弾き膜24)を、第1載置電極14A及び第2載置電極14Bの各々の外周領域上及び外周側面を個別に覆うように設けることもできる。設けた弾き膜24は、第1載置電極14A及び第2載置電極14Bの上側まで到達する溶融した接合部材22を弾き、戻すことができるので、接合部材22が不足することのない、信頼性の高い接合を可能としている。また、載置電極14の短絡も防止することができる。 In addition to the above-mentioned repelling film 23, an independent repelling film (repelling film 24 in the figure) can be provided to cover the outer peripheral region and outer peripheral side surface of each of the first mounted electrode 14A and the second mounted electrode 14B individually. The provided repelling film 24 can repel and return the molten joining material 22 that reaches the upper side of the first mounted electrode 14A and the second mounted electrode 14B, making it possible to achieve a highly reliable joining without a shortage of joining material 22. It can also prevent short circuits of the mounted electrode 14.

図5は、封止キャップ19が基板11に対して、ずれた位置で封止された場合の断面を示している。 Figure 5 shows a cross section of the sealing cap 19 sealed at an offset position relative to the substrate 11.

ここでは、金属枠体12の底端面の中心と金属環体21の中心が一致しない状態で、接合部材22を介して双方が接合されている。この場合においても、金属環体21の上面及び側面を覆い、基板11の上面に至る位置まで延在した弾き膜23は、基板11と封止キャップ19とを接合する際に、接合部材22を弾く。 Here, the center of the bottom end face of the metal frame 12 and the center of the metal ring 21 do not coincide with each other, and the two are joined via the joining member 22. Even in this case, the repelling film 23, which covers the upper and side surfaces of the metal ring 21 and extends to a position reaching the upper surface of the substrate 11, repels the joining member 22 when the substrate 11 and the sealing cap 19 are joined.

図5の左側において、接合部材22は、弾き膜23によって金属枠体12の底端面の内側方向に浸潤することが規制される。また、図5の右側において、接合部材22は、弾き膜23によって金属枠体12の底端面の内周方向への張り出しが規制される。よって、左側においては金属枠体12の外側にフィレット22fが形成され、右側においては金属枠体12の内側にフィレット22gが形成されるようになる。 On the left side of FIG. 5, the repelling film 23 prevents the joining member 22 from infiltrating inward toward the bottom end face of the metal frame 12. On the right side of FIG. 5, the repelling film 23 prevents the joining member 22 from protruding inward toward the bottom end face of the metal frame 12. As a result, a fillet 22f is formed on the outside of the metal frame 12 on the left side, and a fillet 22g is formed on the inside of the metal frame 12 on the right side.

このように、基板11に対して封止キャップ19がすれた場合であっても、弾き膜23の外側領域に接合部材22が保持される。これにより、封止キャップ19と基板11の接合において、接合部材22が不足することのない信頼性の高い接合を可能としている。また、封止キャップ19の金属枠体12の内外側面と、基板11の金属環体21の内外周上面に面したフィレット22f,22gが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。 In this way, even if the sealing cap 19 rubs against the substrate 11, the bonding member 22 is held in the outer region of the repelling film 23. This allows for a highly reliable bond between the sealing cap 19 and the substrate 11 without a shortage of bonding member 22. In addition, fillets 22f, 22g are formed on the inner and outer surfaces of the metal frame 12 of the sealing cap 19 and on the inner and outer upper surfaces of the metal ring 21 of the substrate 11, allowing for a strong bond.

次に、図6、図7を参照して、変更形態に係る半導体発光モジュール10の断面の詳細について説明する。 Next, a detailed cross-section of the semiconductor light-emitting module 10 according to the modified embodiment will be described with reference to Figures 6 and 7.

図6は、封止キャップ20が基板11に対して、適正な位置で封止された場合の断面を示している。このとき、金属枠体12の底端面の中心と金属環体21の中心が一致した状態(上面視における金属環体21の外形に対して、金属枠体12の底端面の外形が重なった際にできる余白が全周に亘り等しくなる位置)で、接合部材22を介して双方が接合される。 Figure 6 shows a cross section of the sealing cap 20 when it is sealed in the correct position relative to the substrate 11. At this time, the two are joined via the joining member 22 with the center of the bottom end face of the metal frame 12 and the center of the metal ring 21 coinciding (the position where the margin created when the outline of the bottom end face of the metal frame 12 overlaps the outline of the metal ring 21 when viewed from above is equal all around).

図示するように、変更実施形態の金属枠体12の底端面は、内側面と連接した角部が面取りされた内側面取部12aを備えると共に、外側面と連接した角部が面取りされた外側面取部12bを備えている。弾き膜25は、金属環体21の上面及び側面を覆い、基板11の上面に至る位置まで延在している。さらに、弾き膜25の外周端は、金属枠体12の内側面から入込幅(w)だけ入り込んでいる。 As shown in the figure, the bottom end surface of the metal frame 12 in the modified embodiment has an inner chamfered portion 12a in which the corners connecting to the inner surface are chamfered, and an outer chamfered portion 12b in which the corners connecting to the outer surface are chamfered. The repelling film 25 covers the upper and side surfaces of the metal ring 21 and extends to a position that reaches the upper surface of the substrate 11. Furthermore, the outer peripheral end of the repelling film 25 extends into the inner surface of the metal frame 12 by the insertion width (w).

接合部材22は、金属枠体12の底端面と金属環体21の間を埋め、また、金属環体21の外周部と外側面取部12bを埋める接合部材22によるフィレット22fが形成される。これにより、基板11(金属環体21)と封止キャップ19(金属枠体12)の接合強度が向上する。特に、弾き膜25の外周端が金属枠体12の内側面から入込幅(w)だけ入り込んだ構造となっているため、内側面取部12aを設けても溶融した接合部材22を弾き、金属枠体12の外側面取部12bと金属環体21の外周部に面するフィレット22fの形成を可能としている。 The joining member 22 fills the gap between the bottom end face of the metal frame 12 and the metal ring 21, and also fills the outer periphery of the metal ring 21 and the outer chamfered portion 12b, forming a fillet 22f. This improves the joining strength between the substrate 11 (metal ring 21) and the sealing cap 19 (metal frame 12). In particular, because the outer periphery of the repelling film 25 is structured to extend into the inner surface of the metal frame 12 by the insertion width (w), even if the inner chamfered portion 12a is provided, it repels the molten joining member 22, making it possible to form a fillet 22f that faces the outer chamfered portion 12b of the metal frame 12 and the outer periphery of the metal ring 21.

弾き膜25の入込幅(w)は、金属枠体12の内側面から内側面取部12aと底端面の連接部までの距離以上で、金属枠体12の最大幅(h)の1/4以下であることが好ましい。このような条件とすることで、接合部材22が内側面取部12aに這い上がることを抑え、外側面取部12bと金属環体21の外周上面部に面するフィレット22fの形成を容易にする。よって、基板11と封止キャップ20の接合について、一定以上の接合強度を確保することができる。 The penetration width (w) of the repelling film 25 is preferably equal to or greater than the distance from the inner surface of the metal frame 12 to the junction of the inner chamfer 12a and the bottom end surface, and equal to or less than 1/4 of the maximum width (h) of the metal frame 12. This condition prevents the joining member 22 from creeping up onto the inner chamfer 12a, and facilitates the formation of a fillet 22f that faces the outer chamfer 12b and the outer peripheral upper surface of the metal ring 21. This ensures a certain level of joining strength between the substrate 11 and the sealing cap 20.

以上により、弾き膜25の外側領域に接合部材22を保持することができる。そのため、封止キャップ20と基板11の接合において、金属枠体12の外側面取部12bと基板11の金属環体21の外周上面に面したフィレット22fが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。 As a result, the joining member 22 can be held in the outer region of the repelling film 25. Therefore, when joining the sealing cap 20 and the substrate 11, a fillet 22f is formed that faces the outer chamfered portion 12b of the metal frame 12 and the outer peripheral upper surface of the metal ring body 21 of the substrate 11, making it possible to join with high strength.

図7は、封止キャップ20が基板11に対して、ずれた位置で封止された場合の断面を示している。このとき、金属枠体12の底端面の中心と金属環体21の中心が一致しない状態で、接合部材22を介して双方が接合されている。 Figure 7 shows a cross section of the sealing cap 20 sealed at a misaligned position relative to the substrate 11. At this time, the center of the bottom end face of the metal frame 12 and the center of the metal ring 21 do not coincide with each other, and the two are joined via the joining member 22.

図7の左側において、接合部材22は、弾き膜25によって金属枠体12の底端面の内側方向に浸潤することが規制される。また、図7の右側において、接合部材22は、弾き膜25によって金属枠体12の底端面の内周方向への張り出しが規制される。 On the left side of FIG. 7, the repelling film 25 prevents the joining member 22 from infiltrating inward toward the bottom end face of the metal frame 12. On the right side of FIG. 7, the repelling film 25 prevents the joining member 22 from protruding inward toward the bottom end face of the metal frame 12.

よって、左側においては金属枠体12の外側にフィレット22fが形成され、右側においては金属枠体12の内側面取部12aと金属環体21の上面に面したフィレット22gと、外側面取部12bと金属環体21の上面に面したフィレット22fが形成されるようになる。 Therefore, on the left side, a fillet 22f is formed on the outside of the metal frame 12, and on the right side, a fillet 22g is formed between the inner chamfer 12a of the metal frame 12 and the top surface of the metal ring 21, and a fillet 22f is formed between the outer chamfer 12b and the top surface of the metal ring 21.

なお、金属枠体12の底端面の面取部は、C面取り(約45°の加工)でもよいし、所定の曲率を有するR面取りでもよい。また、内側面取部12aと外側面取部12bの大きさは、封止キャップ20の任意の方向から加わる横方向応力が、フィレットに対して圧縮応力として働くことが好ましいので、外側面取部12bが大きいほうが適している。 The chamfered portion of the bottom end surface of the metal frame 12 may be a C-chamfer (machined at about 45°) or an R-chamfer with a specified curvature. In addition, the size of the inner chamfered portion 12a and the outer chamfered portion 12b is preferably such that the lateral stress applied from any direction to the sealing cap 20 acts as a compressive stress on the fillet, so it is preferable that the outer chamfered portion 12b is large.

内側面取部12aと外側面取部12bの合計幅は、金属枠体12の幅(厚み)に対して1/2以下が好ましい。金属枠体12の底端面の幅を金属枠体12の幅(厚み)の1/2以上とすることで、封止キャップ20の縦方向の接合強度を一定以上に保つことができるからである。 The combined width of the inner chamfer 12a and the outer chamfer 12b is preferably 1/2 or less of the width (thickness) of the metal frame 12. By making the width of the bottom end face of the metal frame 12 1/2 or more of the width (thickness) of the metal frame 12, the vertical bonding strength of the sealing cap 20 can be maintained at a certain level or higher.

このように、基板11に対して封止キャップ20がずれた場合であっても、弾き膜25の外側領域に接合部材22が保持される。これにより、封止キャップ20と基板11の接合において、金属枠体12の外側面取部12bと基板11の金属環体21の外周上面に面したフィレット22fが形成されるので、強度の高い接合が可能となる。
[半導体発光モジュール10の製造工程]
In this way, even if the sealing cap 20 is misaligned with respect to the substrate 11, the joining member 22 is held in the outer region of the repelling film 25. As a result, when joining the sealing cap 20 and the substrate 11, a fillet 22f is formed that faces the outer chamfered portion 12b of the metal frame 12 and the outer circumferential upper surface of the metal ring body 21 of the substrate 11, making it possible to achieve a high-strength joining.
[Manufacturing process of semiconductor light emitting module 10]

本実施形態の半導体発光モジュール10は、図8のフローチャートにより説明する方法により製造される。 The semiconductor light emitting module 10 of this embodiment is manufactured by the method described in the flowchart of FIG.

まず、部材準備工程が行われる(STEP01)。初めに、金属枠体12と珪酸塩系ガラスチップを下プレス型にセットし、上部プレスを降下させて金属枠体12に珪酸塩系ガラスチップを溶着して透光窓13を形成する。次に、金属枠体12の透光窓13が溶着されてない部分にメッキによりNi(1.5~5.0μm)/Au(0.3μm以上)メッキを施す。その後、金属枠体12の底端面にフラックスを含まない接合部材22(Au-Sn環帯リボン)を仮留めし、封止キャップ19,20を形成する。 First, the component preparation process is carried out (STEP 01). First, the metal frame 12 and silicate glass chip are set in the lower press mold, and the upper press is lowered to weld the silicate glass chip to the metal frame 12 and form the light-transmitting window 13. Next, Ni (1.5 to 5.0 μm)/Au (0.3 μm or more) plating is applied to the parts of the metal frame 12 where the light-transmitting window 13 is not welded. After that, a flux-free joining member 22 (Au-Sn annular ribbon) is temporarily attached to the bottom end surface of the metal frame 12, and sealing caps 19, 20 are formed.

また、基板11を形成するため、窒化アルミ(AlN)基板(厚さ0.38mm)に電極接続用のビアホールを開け、無電解メッキによりAlN基板の表裏及びビアホール内面に銅(Cu)を付ける。そして、電界メッキでCu表面に厚さ50μm以上の厚膜Cuを形成する。このとき、ビアホール内部にCuが充填された金属ビア18が形成される。次に、EB(電子ビーム)蒸着又は抵抗加熱等により、Cuの上面にNi(4.5±1.5μm)/Pd(0.05μm以上)/Au(0.05μm以上)層を形成する。 To form the substrate 11, via holes for electrode connection are opened in an aluminum nitride (AlN) substrate (thickness 0.38 mm), and copper (Cu) is applied to the front and back of the AlN substrate and the inner surface of the via hole by electroless plating. Then, a thick film of Cu with a thickness of 50 μm or more is formed on the Cu surface by electrolytic plating. At this time, a metal via 18 is formed with Cu filled inside the via hole. Next, a Ni (4.5±1.5 μm)/Pd (0.05 μm or more)/Au (0.05 μm or more) layer is formed on the top surface of the Cu by EB (electron beam) evaporation or resistance heating, etc.

その後、フォトリソグラフィにより各電極及び金属環体の形成領域以外の金属を除去して、各電極14,17及び金属環体21を形成する。これにより、基板に固着した(すなわち、封止性を有する)金属環体21及び各電極14,17が形成される。 Then, the metal is removed by photolithography from areas other than the areas where the electrodes and metal rings are to be formed, forming the electrodes 14, 17 and the metal rings 21. This results in the formation of the metal rings 21 and the electrodes 14, 17 that are fixed to the substrate (i.e., have sealing properties).

その後、レジストのパターニングを行い、EB蒸着等によりクロム(Cr)を蒸着し、レジストをリフトオフにより取り除き、金属環体21上に弾き膜23となるパターニングされたクロム(Cr)層を形成する。その後、パターニングされたクロム(Cr)層を湿度70%以下のクリーンエアー中で3時間暴露して、表面に酸化クロムの不動態膜を備えた弾き膜23を形成した。 Then, the resist is patterned, chromium (Cr) is deposited by EB deposition or the like, and the resist is removed by lift-off to form a patterned chromium (Cr) layer that will become the repellent film 23 on the metal ring 21. The patterned chromium (Cr) layer is then exposed to clean air with a humidity of 70% or less for 3 hours to form the repellent film 23 with a passive chromium oxide film on its surface.

次に、素子接合工程が行われる(STEP02)。具体的には、載置電極14A,14B上に発光ダイオード15及びツェナーダイオード16を、熱溶着によるAu-Sn共晶接合(フラックスレス)によって素子実装(接合)を行う。このとき、接合助剤としてギ酸を用いることもできる。なお、フラックス及び有機酸等の接合助剤を含むAu-Snペーストを用いたリフローにて素子実装する場合には、実装後に洗浄して、フラックスを除去すればよい。 Next, the element bonding process is performed (STEP 02). Specifically, the light emitting diode 15 and the Zener diode 16 are mounted (bonded) onto the mounting electrodes 14A and 14B by Au-Sn eutectic bonding (fluxless) using thermal welding. At this time, formic acid can be used as a bonding aid. Note that when mounting elements by reflow using an Au-Sn paste containing a bonding aid such as flux and organic acid, the flux can be removed by cleaning after mounting.

ここで、クロム(Cr)不動態膜は、リン酸等の強酸系の接合助剤以外では除去されない。また、アルミニウム(Al)不動態膜は、ギ酸等の弱い酸では除去されない。よって、弾き膜23となる金属に合わせて素子接合工程で用いる接合助剤を選択すればよい。 Here, the chromium (Cr) passivation film cannot be removed with any bonding aid other than a strong acid such as phosphoric acid. Also, the aluminum (Al) passivation film cannot be removed with a weak acid such as formic acid. Therefore, the bonding aid used in the element bonding process can be selected according to the metal that will become the repelling film 23.

また、発光ダイオード15又はツェナーダイオード16が上下導通タイプの場合は、ワイヤボンディング工程が行われる(STEP03)。発光ダイオード15及びツェナーダイオード16は、各素子の電極パッドと載置電極14A,14Bの何れかとワイヤボンディングにより接続する。なお、本実施形態では、フリップチップ(電気的に対の接合用電極パッドが片面にあるタイプのチップ)を用いたため、本工程は省略した。 If the light-emitting diode 15 or the Zener diode 16 is of the vertical conduction type, a wire bonding process is performed (STEP 03). The light-emitting diode 15 and the Zener diode 16 are connected by wire bonding to the electrode pads of each element and to either the mounting electrodes 14A or 14B. Note that this embodiment uses a flip chip (a type of chip with electrically paired electrode pads on one side for bonding), so this process is omitted.

最後に、封止工程が行われる(STEP04)。具体的には、発光ダイオード15及びツェナーダイオード16を実装した基板11を熱溶着共晶装置にセットする。そして、封止キャップ19をツールで掴み、基板11と位置合わせする。さらに、封止キャップ19を基板11に押圧し(約100gf)、同時に300℃まで加熱して熱溶着共晶接合により基板11の金属環体21と金属枠体12とを接合する。これにより、封止キャップ19と基板11との気密接合(封止)がなされる。 Finally, the sealing process is performed (STEP 04). Specifically, the substrate 11 on which the light-emitting diode 15 and Zener diode 16 are mounted is set in a thermal welding eutectic device. The sealing cap 19 is then grasped with a tool and aligned with the substrate 11. The sealing cap 19 is then pressed against the substrate 11 (approximately 100 gf) and simultaneously heated to 300°C to bond the metal ring 21 of the substrate 11 to the metal frame 12 by thermal welding eutectic bonding. This results in an airtight bond (seal) between the sealing cap 19 and the substrate 11.

上記工程により、接合時に溶融した接合部材(例えば、Au-Sn)が半導体発光モジュール10の内側にはみ出そうとしても、金属環体21上の弾き膜23によって溶融した接合部材が弾かれ、モジュール内部にはみ出すことを防止することができる。また、接合助剤を選択することで弾き膜23に形成された不動態被膜が除去され、接合部材22がモジュール内部にはみ出すことを防止することができる。 By the above process, even if the molten joining material (e.g., Au-Sn) tries to protrude inside the semiconductor light emitting module 10 during joining, the molten joining material is repelled by the repelling film 23 on the metal ring body 21, preventing it from protruding into the inside of the module. In addition, by selecting a joining assistant, the passive film formed on the repelling film 23 is removed, preventing the joining material 22 from protruding into the inside of the module.

10 半導体発光モジュール
11 基板
12 金属枠体
12a 内側面取部
12b 外側面取部
13 透光窓
14 載置電極
14A 第1載置電極
14B 第2載置電極
15 発光ダイオード
16 ツェナーダイオード
17 実装電極
17A 第1実装電極
17B 第2実装電極
18 金属ビア
19,20 封止キャップ
21 金属環体
22 接合部材
23,24,25 弾き膜
10 Semiconductor light emitting module 11 Substrate 12 Metal frame 12a Inner chamfered portion 12b Outer chamfered portion 13 Light-transmitting window 14 Mounting electrode 14A First mounting electrode 14B Second mounting electrode 15 Light emitting diode 16 Zener diode 17 Mounting electrode 17A First mounting electrode 17B Second mounting electrode 18 Metal vias 19, 20 Sealing cap 21 Metal ring body 22 Bonding members 23, 24, 25 Repelling membrane

Claims (8)

光を出射する発光素子と、
前記発光素子を載置する基板と、
前記基板と接合され、前記発光素子を内部に封入する封止キャップと、を備え、
前記封止キャップは、前記発光素子からの光を透光する透光窓と、前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなり、
前記基板は、前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を有し、
前記金属枠体の底端面と前記金属環体とは、接合部材によって封止され、
少なくとも前記金属枠体の底端面よりも内側の前記金属環体の上面及び側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜が設けられている、半導体装置。
A light emitting element that emits light;
A substrate on which the light emitting element is mounted;
a sealing cap bonded to the substrate and enclosing the light emitting element therein;
the sealing cap includes a light-transmitting window through which light from the light-emitting element passes, and an annular metal frame surrounding the light-transmitting window;
the substrate has an annular metal ring at a position opposite to a bottom end surface of the metal frame,
a bottom end surface of the metal frame and the metal ring are sealed with a joining member;
A semiconductor device, comprising: an annular repelling film having a metal oxide film or a passivation film provided on at least an upper surface and side surfaces of the metal ring body on the inside of a bottom end surface of the metal frame body.
前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の底端面の位置まで延在している、
ことを特徴とする請求項1に記載の何れかの半導体装置。
The outer peripheral end of the repelling membrane extends to the bottom end surface of the metal frame.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device comprises:
前記弾き膜は、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)又はタングステン(W)からなる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の何れかの半導体装置。
The repelling film is made of aluminum (Al), chromium (Cr), titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo) or tungsten (W).
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second electrodes are electrically connected to each other.
前記金属枠体の底端面は、内側面と連接した角部が面取りされた内側面取部を備える、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の半導体装置。
The bottom end surface of the metal frame has an inner chamfered portion in which a corner connected to the inner surface is chamfered.
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating layer is a first insulating layer.
前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面取部内に達する位置まで延在している、
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
The outer circumferential end of the repelling film extends to a position that reaches inside the inner chamfered portion of the metal frame.
5. The semiconductor device according to claim 4.
前記弾き膜の外周端が前記金属枠体の前記内側面から入り込む入込幅(w)は、前記金属枠体の最大幅(h)の1/4以下である、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
The width (w) of the outer circumferential edge of the repelling membrane entering from the inner surface of the metal frame is ¼ or less of the maximum width (h) of the metal frame.
6. The semiconductor device according to claim 5,
前記金属枠体の底端面は、外側面と連接した角部が面取りされた外側面取部を備える、
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の半導体装置。
The bottom end surface of the metal frame has an outer chamfered portion in which a corner connected to the outer surface is chamfered.
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating layer is a conductive layer.
発光素子を載置する基板と、前記発光素子からの光を透光する透光窓と前記透光窓を囲む環状の金属枠体とからなる封止キャップとで構成される半導体装置の製造方法であって、
前記基板上の前記金属枠体の底端面と対向する位置に環状の金属環体を設ける工程と、
前記封止キャップを前記基板に載置したとき、前記金属枠体の底端面よりも内側となる前記金属環体の上面及び内側の側面に、金属酸化膜又は不動態膜を有する、環状の弾き膜を形成する工程と、
前記金属枠体と前記金属環体とを接合部材によって接合し、前記基板と前記封止キャップとにより形成される閉空間内に前記発光素子を封入する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor device including a substrate on which a light-emitting element is mounted, and a sealing cap including a light-transmitting window that transmits light from the light-emitting element and an annular metal frame that surrounds the light-transmitting window, comprising:
providing an annular metal ring on the substrate at a position opposite to a bottom end surface of the metal frame;
forming an annular repelling film having a metal oxide film or a passivation film on the upper surface and inner side surface of the metal ring body that are located inside the bottom end surface of the metal frame when the sealing cap is placed on the substrate;
a step of joining the metal frame and the metal ring with a joining member and sealing the light emitting element in a closed space formed by the substrate and the sealing cap;
A manufacturing method of a semiconductor device comprising:
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