光半导体装置的制作方法

专利名称：光半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光半导体装置。
背景技术：
表面安装型的封装体被用于LED (发光二极管)等发光元件以及受 光晶体管等受光元件等光半导体元件中。特别是自白色发光LED在市场 出售以来，表面安装型的LED的用途扩大，已研究出将其应用于便携式 电话、数码照相机和PDA等电子设备的背光灯，以及近年来的机动车用 内饰灯、外饰灯和一般照明用光源。
表面安装电子部件的小型化在不断发展，而对于光半导体装置来说 还要求具有放射(或者接收)大量光束的功能，因而如上所述，从单纯 的显示用途到近年来的照明和车载外饰用途，反映了需求的扩大，并且 也增加了对高通量(高功率)装置和大面积装置的要求。
然而，特别是在LED的情况下， 一般来说，高通量型装置的驱动电 流较大因而其额定功率必然也较大，不仅发热量大，而且多被用于车载 安装和屋外照明用途等在严酷的温度、湿度下使用的情况。
在表面安装型的封装体中使用陶瓷的陶瓷封装体与树脂模具封装体 和塑料封装体相比，有着散热性、耐热性优秀的特征，适用于上述等用 途中。
在专利文献1中示出了侧面发光型LED的陶瓷封装体制作方法。 此外，在图l中的(a)、 (b) ((a)图为主视图，(b)图为侧视图) 中，示出了如下内容在采用陶瓷封装体2的侧面发光型的表面安装用 LED发光装置1的安装面上设有由导体布线形成的电极焊盘3a、 3b，通 过利用软钎料7a、 7b将所述电极焊盘3a、 3b分别与在外部的安装基板5 上施有的布线图案(导电性图案)连接起来，从而将采用陶瓷封装体2的侧面发光型的表面安装用LED发光装置1安装到外部的安装基板5上。 另外，符号4为安装在陶瓷封装体2内的光半导体元件(在此情况下为 LED (发光二极管))。
陶瓷封装体2例如通过如下的公知步骤制作而成。g卩，首先，在未 烧制陶瓷的薄板上冲孔后，在其中填充入Au、 Ag、 Cu、 Pd等金属糊以 形成柱状物，接着，在内层用的薄板上印制与上述相同的金属糊并使其 干燥以形成布线图案。接着，在上层薄板上设置开口孔以形成腔体来设 置光半导体元件，在将上层薄板夹设玻璃糊与内层薄板层积之后，以预 定温度进行烧制，从而制成了表面带有封装体的陶瓷基板。然后，将其 以封装体为单位进行分割从而制作完成。或者根据需要，在光半导体元 件的搭载、连接或者树脂密封步骤之后进行分割从而制作完成。
在此，陶瓷材料除了氧化铝以外，也可以采用热传导性与铝相当的 氮化铝等。
此外，在安装基板5中， 一般多将玻璃环氧基板用于表面安装，然 而在光半导体元件为像高通量(高功率)型LED那样的对散热特性有要 求的情况下釆用金属布线基板。此处所谓金属布线基板是通过例如在铝 等热传导性较高的金属板上施以绝缘层，进而在其上形成导电性图案布 线而构成的。
此外，对于软钎料焊接步骤，随着电子部件的小型化、高密度安装 化的发展，以及在欧洲的特定物质使用禁止指令(RoHS指令)施行后从 有铅软钎料向无铅软钎料的过渡，如下的回流焊加工方法在表面安装中 己成为主流在安装基板上印制糊状的软钎料后，将电子部件载置于焊 接位置，并使软钎料加热熔融进行连接。
专利文献l:日本特开2005-159311号公报。
如上所述，陶瓷封装体与树脂模具封装体和塑料封装体相比，具有 散热性和耐热性优良的特征，近年来受到关注。
陶瓷材料除了氧化铝之外还可以采用热传导性与铝相当的氮化铝 等，然而为了充分确保散热性，仅以封装体进行热扩散是不够的，优选 将封装体粘着固定在金属板上，或者采用更为有利的、将封装体安装到
4铝基(aluminium base)等金属布线基板上的组件形式。
然而，对于如上所述采用了安装在可确保散热性的铝基金属布线基 板上的陶瓷封装体LED的半导体装置组件，其使用温度在环境温度的基 础上还与半导体装置自身以及安装基板上的其他电路元件的发热温度相 叠加，其使用条件变得更为严酷，高低温度差变得非常大，由于因外部 的安装基板与陶瓷的热膨胀系数差而产生的热疲劳，有时会在安装基板 与陶瓷封装体的软钎焊接合部产生裂缝，引起导通不良的情况。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种采用了用于表面安装到安装基板上的 陶瓷封装体的光半导体装置，该光半导体装置能够有效地防止由于热疲 劳而在安装基板和陶瓷封装体的软钎料接合部产生裂缝并引起导通不良 的情况。
为了达成上述目的，本发明的第一方面是一种光半导体装置，该光 半导体装置采用了表面安装用的陶瓷封装体，其特征在于，
在所述陶瓷封装体内安装有光半导体元件，并且在所述陶瓷封装体 的安装到安装基板的安装面中设有两个电极端子用焊盘，所述两个电 极端子用焊盘分别与所述光半导体元件的两个电极连接；以及虚设用焊 盘，所述虚设用焊盘设于所述两个电极端子用焊盘的两侧或者一侧，并 且不与所述光半导体元件的电极连接，各所述焊盘被软钎焊到安装基板 上。
此外，在第一方面的光半导体装置的基础上，第二方面的光半导体 装置的特征在于，所述光半导体元件为发光元件和/或受光元件。
此外，在第一或第二方面的光半导体装置的基础上，第三方面的光 半导体装置的特征在于，在所述陶瓷封装体的安装到安装基板的安装面 中各所述焊盘的排列方向上，所述两个电极端子用焊盘中的至少一个的 焊盘宽度比虚设用焊盘的焊盘宽度要宽。
此外，在第一或第二方面的光半导体装置的基础上，第四方面的光 半导体装置的特征在于，所述两个电极端子用焊盘中的至少一个，在所述陶瓷封装体的安装到安装基板的安装面中各所述焊盘的排列方向上被 分割。
根据第一至第四方面所记载的发明，在采用了表面安装用的陶瓷封 装体的光半导体装置中，在所述陶瓷封装体内安装有光半导体元件，并 且在所述陶瓷封装体的安装到安装基板的安装面中设有两个电极端子 用焊盘，所述两个电极端子用焊盘分别与所述光半导体元件的两个电极 连接；虚设用焊盘，所述虚设用焊盘设在所述两个电极端子用焊盘的两
侧或者一侧，并且不与所述光半导体元件的电极连接，因此，能够有效 地防止由于热疲劳而在安装基板和陶瓷封装体的软钎焊接合部产生裂缝 并引起导通不良的情况。


图1是示出如下情况(现有的安装方式)的图在采用陶瓷封装体
的侧面发光型表面安装用LED发光装置的安装面上设有由导体布线形成
的电极，通过利用软钎料将电极与在外部的安装基板上施有的布线图案 (导电性图案)软钎焊连接起来，从而将采用陶瓷封装体的侧面发光型
表面安装用LED发光装置安装到外部的安装基板上。
图2是示出本发明的光半导体装置(发光装置和/或受光装置)的概 要结构例的图。
图3是示出用软钎料将图2中的光半导体装置的陶瓷封装体的各焊
盘接合到外部的安装基板的所对应的基板布线图案上的状态的图。 图4是将图1的结构以与图3对应的形式示出的图。 图5是示出本发明的光半导体装置(发光装置和/或受光装置)的另
一结构例的图。
图6是示出本发明的光半导体装置(发光装置和/或受光装置)的又 一结构例的图。
图7是示出本发明的光半导体装置(发光装置和/或受光装置)的再 一结构例的图。
图8是示出本发明的光半导体装置(发光装置和/或受光装置)的另一结构例的图。 标号说明
12:陶瓷封装体；13a、 13b:电极端子用焊盘；13c、 13d:虚设用 焊盘；14:光半导体元件(发光元件和/或受光元件)；15:安装基板；16a、 16b、 16c、 16d:基板布线图案；17a、 17b、 17c、 17d:软钎焊接合部。
具体实施例方式
下面，基于附图对实施本发明的最佳方式进行说明。 如上所述，在将陶瓷封装体通过软钎焊安装到硬质安装基板上时， 由于陶瓷封装体与安装基板的热膨胀系数不同，因此例如在模拟使用环 境的温度循环通电等耐久试验中，会产生因热疲劳而在安装基板与陶瓷 封装体的软钎焊接合部出现裂缝的不良情况。
在如下等情况下会更为显著地产生上述不良情况
1) 出于功能要求，特别是封装体尺寸较大的装置的情况；
2) 由于使用熔融温度较高的无铅软钎料，使得软钎焊连接后的残留 应力增大的情况；
3) 对于安装基板，采用热膨胀系数比玻璃环氧基板大的玻璃复合基 板或者铝基金属布线基板的情况。
本申请的发明者对由热疲劳引起的安装基板与陶瓷封装体的软钎焊 接合部的裂缝的产生，进行了如下的考察。
由图1的侧面发光型LED的陶瓷封装体2和用于搭载该陶瓷封装体 2的安装基板5的热膨胀系数差所产生的热位移(Ax)为如下之积陶 瓷封装体与安装基板的热膨胀系数差(Acc)、包括光半导体装置的发热在 内的使用环境中的高低温度差(AT)和封装体的大小(L)(在此情况下 为软钎焊接合部7a、 7b之间的长度)。
艮P，热位移(Ax)如下式(式1)所示
热位移Ax=AaxATxL (式1)。
例如，在图1中，在如下情况下，艮口，
陶瓷封装体2的热膨胀系数al为7xlO'6ppm/K，
7铝基金属布线基板5的热膨胀系数a2为23xl(T6ppm/K， 封装体2的尺寸L为3mm，
一般的车载状态下的使用环境温度为-4(rC 12(TC，
由半导体装置自身和安装基板上的其他驱动部电路元件的接通/断 开的散热/冷却引起的软钎焊接合部7a、7b的温度叠加变化量为0 1(TC， 在该情况下，
△a=16xlO-6ppm/K、 AT=170K，
热位移Ax为
△x=l 6x 10陽6ppm/Kx 170Kx3.0mm=8.16x 10-3讓，
从而在软钎焊接合部7a、 7b上作用有与大约8.2jiim的热位移Ax对 应的反复应力。即，与8.2pm的热位移Ax对应的反复应力被陶瓷封装体 2与安装基板5之间的软钎焊接合部7a、 7b吸收。
根据Coffin-Manson法则，已知软钎焊接合部7a、 7b的热疲劳寿命 与取决于施加在软钎焊接合部7a、 7b上的由热位移而产生的反复剪切力 相关，在实施模拟使用环境的加热循环通电试验等的情况下，该热位移 以反复剪切力的形式体现，通过产生反复剪切力来加速金属疲劳，从而 软钎焊接合部7a、 7b产生裂缝的可能性增大。
艮P，在设N为热疲劳寿命，设Ax为热位移，设C、 n为由材料和环 境所确定的常数时，Coffin-Manson法则如下式(式2)所示。
N=C (Ax)力 (式2)
根据热位移的式1可知，越是较大的部件，或者基板与部件之间的 热膨胀系数差越大，则热位移Ax越大，并且根据式2，也越容易对软钎 料施加应力负荷，在软钎焊接合部7a、 7b产生裂缝的几率也越大。
进而，依经验来说，已知软钎焊接合部7a、 7b的热疲劳寿命如下式 (式3)的Coffin-Manson修正式所示，除了该热位移的大小之外，还跟 软钎焊接合部7a、 7b的最高温度值、高温状态和低温状态的反复频率(或 者时间间隔)有很大关系(例如，参照日本金属学会会报1984年，第 23巻，P104 )。
艮P，设AX为热位移，设f为反复频率，设T^x为最高温度，则热疲劳寿命N满足
N-f1 (Ax) -nexp (Ea/kTmax)。
其中，Ea为激活能量，k为玻尔兹曼常数，m为常数，n为常数(在 软钎料的热疲劳模型中， 一般来说『1.9 2.0)。
由此，对于在软钎料材料和环境温度条件相同且部件较大或者基板 与部件的热膨胀系数差较大的情况下的疲劳加速度K，在设Ax2为部件或 者热膨胀系数差较大的情况下的热位移，设AXl为比较用基准试样的热位 移，设n为常数时，满足
K= (Ax乂Ax。 -n (式3)
根据上述的疲劳加速度的式3可知，当常数n-2时，基板与部件的 热膨胀系数差为2倍的话，预期的热疲劳寿命约变为原来的1/4。
例如，此情况相当于封装体大小L为原来2倍的情况，此外，在用 于安装陶瓷封装体2的安装基板5由玻璃环氧布线基板改变为铝基金属 布线基板时，热膨胀系数差的变化在2倍以上，因而推断为热疲劳寿命 的降低程度在1/4以下。
本申请的发明者基于上述的课题和理论性的考察，做出了如下所述 的、改善了热疲劳耐性的表面安装型陶瓷封装体的发明。
图2中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)为示出本发明的光半导体装置(发 光装置和/或受光装置)的概要结构例的图。另外，图2中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)的例子中的光半导体装置为侧面发光型(端面发光型)和/或 侧面受光型(端面受光型)的光半导体装置，图2中的(a)图为主视图， (b)图为沿(a)图的A-A线的剖视图，(c)图为从(a)图的B方向观 察到的仰视图，(d)图为(a)图的后视图。
在图2中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)的例子中的光半导体装置中，采 用了将表面安装到安装基板上的陶瓷封装体12，
在该陶瓷封装体2内安装有光半导体元件(发光元件和/或受光元件) 14，并且，在陶瓷封装体12的安装到安装基板的安装面20中设有两 个电极端子用焊盘(软钎焊连接用图案)13a、 13b，所述两个电极端子 用焊盘13a、 13b (通过接合用内层布线图案19a、 19b)分别与光半导体元件14的两个电极(正极和负极的电极)18a、 18b连接；以及虚设用焊 盘(软钎焊连接用图案)13c、 13d，所述虚设用焊盘13c、 13d设在两个 电极端子用焊盘13a、 13b的两侧或者一侧，并且不与光半导体元件14 的电极端子连接。
更为具体地来说，上述的陶瓷封装体12具有用于搭载并收纳光半导 体元件14的腔体，在该腔体中收纳有至少一个两极元件型的光半导体元 件14。
其中，在实际使用光半导体装置时，各焊盘13a、 13b、 13c、 13d如 后所述地被软钎焊在安装基板上。
此外，在图2中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)的例子中，陶瓷封装体12 由陶瓷绝缘基体12a和陶瓷反射框体12b构成。
此外，各焊盘13a、 13b、 13c、 13d是如后所述地填入有Au、 Ag、 Cu、 Pd等金属糊以形成柱状物，并通过对其进行烧制而形成的。
图2中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)的陶瓷封装体12能够通过如下的公 知步骤制作而成。即，首先，在未烧制陶瓷的薄板上冲孔后，在其中填 充入Au、 Ag、 Cu、 Pd等金属糊以形成柱状物，接着，在内层用的薄板 上印制与上述相同的金属糊并使其干燥以形成布线图案。接着，在上层 薄板上开出开口孔以形成腔体用于设置光半导体元件14，在将上层薄板 隔着玻璃糊层积到内层薄板上之后，以预定温度进行烧制，从而制成表 面带有封装体的陶瓷基板。然后，将其以封装体为单位进行分割从而制 作出陶瓷封装体12。或者根据需要，在光半导体元件的搭载、连接、或 者树脂密封步骤之后进行分割以制作出陶瓷封装体12。
图3为示出利用软钎料将图2中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)的光半导 体装置的陶瓷封装体12的各焊盘13a、 13b、 13c、 13d接合到外部的安 装基板15的所对应的基板布线图案16a、 16b、 16c、 16d上的状态的图。 另外，在图3中，陶瓷封装体12的各焊盘13a、 13b、 13c、 13d与安装 基板15的所对应的基板布线图案16a、 16b、 16c、 16d利用软钎料进行 焊接的接合部，以软钎焊接合部(软钎焊连接部位)17a、 17b、 17c、 17d 表示。此外，为了比较方便，在图4中将图1的结构以图3的形式示出。
10即，在图4中，示出了现有例的利用软钎料7a、 7b将光半导体装置的陶 瓷封装体2的各焊盘3a、 3b焊接到安装基板5的所对应的基板布线图案 6a、 6b上的状态。
首先，参照图4，在现有例的光半导体装置中，在陶瓷封装体2上 形成有与双端子的光半导体元件4的正负电极对应的焊盘3a、 3b，利用 软钎料7a、 7b将所述的两个部位焊接到安装基板5的基板布线图案6a、 6b上。 一般来说，在双端子元件的情况下，在回流焊加工方法中，为了 确保在将封装体载置在焊接位置后对软钎料加热熔融的阶段的位置稳定 性，普遍都是将焊盘设于封装体两端的位置，因而，软钎焊接合部7a、 7b之间的间隔L大致等于封装体2的长度。
与此相对地，在图3的光半导体装置中，为了确保回流焊加工方法 中的位置稳定性，在两端设有虚设用焊盘13c、 13d作为固定端子，并且 在作为固定端子的虚设用的两个焊盘13c、 13d之间配置与双端子的光半 导体元件14的正负电极对应的两个电极端子用焊盘13a、 13b。在将与正 负电极端子对应的两个电极端子用焊盘13a、 13b例如以均等间隔配置在 虚设用的两个焊盘13c、 13d之间的情况下，如图3所示，设虚设用的两 个焊盘13c、 13d的软钎焊接合部17c、 17d之间的间隔为L时，两个电 极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b之间的间隔为L/3，是 现有例(图4)的1/3。
像这样，在图2、图3的例子中的光半导体装置中，通过虚设用的 两个焊盘13c、 13d确保了回流焊加工方法中的位置稳定性，并且使两个 电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b之间的间隔为L/3, 即现有例的1/3，因此在电极端子用的焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的软钎料上产生的热位移也大约减少到原来的1/3，根据上述的表示 疲劳加速度的式3，对电极端子用的焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的热疲劳寿命的改善程度达到原来的大约9倍，从而能够大幅度地改 善电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的热疲劳寿命。
在图2、图3的例子中，两个虚设用焊盘13c、 13d与两个电极端子 用焊盘13a、 13b的宽度(沿各焊盘13a、 13b、 13c、 13d在陶瓷封装体12的安装于安装基板15的安装面20中的排列方向y上的焊盘13a、13b、 13c、 13d的宽度)为相同的宽度dl (虚设用的两个焊盘13c、 13d与两 个电极端子用焊盘13a、 13b的面积相同)，然而更为优选的是，在陶瓷 封装体12的安装到安装基板15的安装面20中各焊盘13a、 13b、 13c、 13d的排列方向y上，两个电极端子用焊盘13a、 13b中的至少一个的焊 盘宽度比虚设用焊盘13c、 13d的焊盘宽度要宽。
在图5中，示出了在陶瓷封装体12的安装到安装基板15的安装面 20中各焊盘13a、 13b、 13c、 13d的排列方向y上，两个电极端子用焊盘 13a、 13b双方的焊盘宽度(焊盘面积)d2均比虚设用的两个焊盘13c、 13d的焊盘宽度(焊盘面积)大的例子。另夕卜，在图5中，对与图3对应 的部位标以相同符号。
这样，在两个电极端子用焊盘13a、 13b的焊盘宽度(焊盘面积)被 设定为比虚设用焊盘13c、 13d的焊盘宽度(焊盘面积)宽(大)的情况 下，在电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b处所产生的 剪切应力，比在虚设用焊盘13c、 13d的软钎焊接合部17c、 17d处所产 生的剪切应力小，使得由热位移引起的振幅不产生于电极端子用焊盘 13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b侧，而是主要产生于虚设用焊盘13c、 13d的软钎焊接合部17c、 17d侧，因而能够显著地改善电极端子用焊盘 13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的热疲劳寿命。
此外，更为优选的是，两个电极端子用焊盘13a、 13b中的至少一个 在陶瓷封装体12的安装到安装基板15的安装面20中各焊盘13a、 13b、 13c、 13d的排列方向y上被分割成多个。
在图6中，示出了将两个电极端子用焊盘13a、 13b的双方，在陶瓷 封装体12的安装到安装基板15的安装面20中各焊盘13a、 13b、 13c、 13d的排列方向y上分割成两个的例子。另外，在图6中，对与图3、图 5对应的部位标以相同符号。
这样，在电极端子用焊盘13a、 13b在陶瓷封装体12的安装到安装 基板15的安装面20中各焊盘13a、 13b、 13c、 13d的排列方向y上被分 割成多个的情况下，即使在电极端子用焊盘(例如13b)中，被分割成多
12个(在图5的例子中为两个)的焊盘中的一个软钎焊接合部17b上，万 一产生了裂缝，该裂缝也不会蔓延到电极端子用焊盘13b的整个软钎焊 接合部17b上，而是终止于被分割成多个的焊盘中的一个软钎焊接合部。 由此，即使万一在被分割成多个的焊盘中的一个软钎焊接合部上产生了 裂缝，也能够防止所述裂缝蔓延，提高冗余性，从而能够显著地改善电 极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的热疲劳寿命。
另外，软钎焊接合部的热膨胀率与铝大致相等，但与陶瓷则具有较 大差距，在本发明的光半导体装置的情况下，软钎焊接合部的剪切应力 集中部位并非软钎焊接合部的安装基板侧，而是电极端子用焊盘与软钎 焊接合部的界面， 一般来说，裂缝的产生部位也是在电极端子用焊盘与 软钎焊接合部的界面附近。因而，分割后的焊盘的软钎焊接合部的焊脚 (fillet)在安装基板的布线图案侧的界面处可以是相连的，但是在电极 端子用焊盘侧，被分割开的焊盘的软钎焊接合部的各个焊脚必须是分离 的，优选确保分割焊盘之间的间隙e至少在0.3mm以上。
此外，在图6的例子中，示出了电极端子用焊盘13a、 13b分割成 两个的情况，然而根据需要，也可以将电极端子用的焊盘分割成三个以 上。
此外，在上述的各例子中，与正负电极端子对应的两个电极端子用 焊盘13a、 13b在两个虚设用焊盘13c、 13d之间例如以均等间隔进行配 置，在该情况下，两个电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b之间的间隔为L/3，然而在本发明中，不以均等的间隔进行配置也可 以。具体来说，在设两个虚设用焊盘13c、 13d的软钎焊接合部17c、 17d 之间的间隔为L时，也可以使两个电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接 合部17a、 17b之间的间隔例如为L/4，此时，两个电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b之间的间隔为现有例的1/4，因此在电极端 子用的焊盘的软钎焊接合部17a、 17b的软钎料上产生的热位移也减少到 原来的大约1/4，根据上述的表示疲劳加速度的式3，计算出对电极端子 用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的热疲劳寿命的改善程度达 到原来的大约16倍，从而能够大幅度地改善电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的热疲劳寿命。
此外，在上述各例子中，在与正负电极端子对应的两个电极端子用 焊盘13a、 13b的两侧配置有虚设用焊盘13c、 13d，然而也可以在与正负 电极端子对应的两个电极端子用焊盘13a、 13b的任意一侧配置一个虚设 用焊盘。该情况下，使各焊盘以均等间隔进行配置的话，两个电极端子 用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b之间的间隔为L/2，与图2、 图3、图5、图6的结构相比，对电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接 合部17a、 17b的热疲劳寿命的改善程度变小了，然而与现有例相比，也 是能够对电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b的热疲劳 寿命有所改善的。
并且，即使是在与正负电极端子对应的两个电极端子用焊盘13a、13b 的任意一侧配置一个虚设用焊盘的情况下，也可以是在陶瓷封装体12 的安装到安装基板15的安装面20中各焊盘13a、 Bb、 13c、 13d的排列 方向y上，两个电极端子用焊盘13a、 13b中的至少一个(优选的是，沿 三个各焊盘的排列方向y上位于外侧的电极端子用焊盘)的焊盘宽度设 置成比虚设用焊盘的焊盘宽度要宽。即，优选两个电极端子用焊盘13a、 13b中的至少一个(优选的是，位于外侧的电极端子用焊盘)的焊盘面积 比虚设用焊盘的焊盘面积要大。
在图7中，示出了在与正负电极端子对应的两个电极端子用焊盘 13a、 13b的任意一侧(在图7的例子中为电极端子用焊盘13a侧)配置 一个虚设用焊盘13c的情况下，使两个电极端子用焊盘13a、 13b双方 的焊盘宽度(焊盘面积)d2比虚设用焊盘13c的焊盘宽度(焊盘面积) dl宽(大)的例子。另夕卜，在图7中，对与图5对应的部位标以相同符 号。
在图7所示的例子中，假设三个焊盘13a、 13b、 13c的焊盘宽度(焊 盘面积)相同的情况下，三个焊盘13a、 13b、 13c中的外侧的两个焊盘 13b、 13c距中心的距离相等，位置方面的条件相同，因此在外侧的两个 焊盘13b、 13c的某一个软钎焊接合部17b、 17c中也会由于在软钎焊步 骤中软钎料糊的涂敷量不均匀等而引起裂缝。在图7所示的例子中，考虑到由热位移引起的振幅主要产生在虚设用焊盘13c的软钎焊接合部17c 侧的情况，至少将位于外侧的电极端子用的焊盘13b的焊盘宽度(焊盘 面积)d2设定为比虚设用焊盘13c的焊盘宽度(焊盘面积)dl宽(大)。 由此，使得在电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部17a、 17b中所 产生的剪切应力比在虚设用焊盘13c的软钎焊接合部17c中所产生的剪 切应力小，使得热位移引起的振幅并非产生在电极端子用焊盘13a、 13b 的软钎焊接合部17a、 17b侧，而是主要产生在虚设用焊盘13c的软钎焊 接合部17c侦!j，从而能够显著地改善电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊 接合部17a、 17b的热疲劳寿命。
此外，即使是在与正负电极端子对应的两个电极端子用焊盘13a、13b 的任意一侧配置虚设用焊盘的情况下，也能够将两个电极端子用焊盘 13a、 13b中的至少一个在陶瓷封装体12的安装到安装基板的安装面中的 各焊盘的排列方向y上分割成多个。
这样，在电极端子用焊盘在陶瓷封装体12的安装到安装基板的安装 面中各焊盘的排列方向y上被分割成多个的情况下，即使在电极端子用 焊盘中被分割成多个部分的焊盘中的一个软钎焊接合部上，万一产生了 裂缝，该裂缝也不会蔓延到电极端子用焊盘的整个软钎焊接合部上，而 是终止于被分割成多个的焊盘中的一个软钎焊接合部。由此，即使万一 在被分割成多个的焊盘的一个软钎焊接合部上产生了裂缝，也能够防止 所述裂缝蔓延，提高冗余性，能够显著地改善电极端子用焊盘的软钎焊 接合部的热疲劳寿侖。
另外，软钎焊接合部的热膨胀率与铝大致相等，但与陶瓷则具有较 大差距，在本发明的光半导体装置的情况下，软钎焊接合部的剪切应力 集中位置并非软钎焊接合部的安装基板侧，而是电极端子用焊盘与软钎 焊接合部的界面， 一般来说，裂缝的产生部位也是在电极端子用焊盘与 软钎焊接合部的界面附近。因而，分割后的焊盘的软钎焊接合部的焊脚 在安装基板的布线图案侧的界面处可以是相连的，但是在电极端子用焊 盘侧，被分割开的焊盘的软钎焊接合部的各个焊脚必须是分离的，优选 确保分割焊盘之间的间隙e至少在0.3mm以上。此外，在图7的例子中，三个焊盘13a、 13b、 13c以均等间隔进行 配置，在该情况下，两个电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部之间 的间隔为L/2，然而在本发明中，不以均等间隔来配置三个焊盘13a、 13b、 13c也可以。具体来说，相对于外侧的两个焊盘13b、 13c之间的软钎焊 接合部间隔L，也可以将两个电极端子用焊盘13a、 13b的软钎焊接合部 的间隔L设为例如L/4。
本发明对于特别是使用长度L在3mm以上的陶瓷封装体的光半导体 装置(发光装置和/或受光装置)非常有效。即，陶瓷封装体的长度L超 过3mm后，例如在实施车载用途等的试验后，在软钎焊接合部产生裂缝 的频率变高。因而，向上述那样设置本发明的焊盘是非常有效的。
例如，除了大型光半导体装置(发光装置和/或受光装置)之外，如 图8所示，在使用多个通常尺寸为300|im左右的光半导体元件(例如 LED发光元件)并将多个光半导体元件串联连接的装置中，也能够通过 应用本发明，来实现热疲劳寿命得到改善的光半导体装置。另外，在图 8的例子中，两个光半导体元件14a、 14b串联连接，焊盘结构与图5相 同。
另外，在图8的例子中，两个光半导体元件14a、 14b串联连接，然 而在将多个光半导体元件14a、 14b并联连接时，也能够应用本发明。艮卩， 只要是具有与光半导体元件或者在陶瓷封装体内部并联或串联连接的多 个光半导体元件的正负两个电极分别连接的两个电极端子用焊盘的结 构，就能够应用本发明。
此外，在上述各例子中，对光半导体装置为侧面发光型(端面发光 型)和/或侧面受光型(端面受光型)光半导体装置的情况进行了表示， 然而不仅是侧面发光型(端面发光型)和/或侧面受光型(端面受光型) 光半导体装置，本发明也适用于上表面发光型和/或上表面受光型的光半 导体装置。
进而，即使是在例如为了减小静电和反向电压对光半导体元件的影 响，通过确保保护元件的搭载空间而使陶瓷封装体的大小增大的情况等 中，也能够应用本发明来改善热疲劳耐性(未图示)。另外，本发明能够应用于不脱离其主旨的范围内。 产业上的可利用性
除了单色LED以外，本发明作为LED封装体还能够应用于以含有 荧光物质的树脂密封紫外线LED或者蓝色LED从而得到的白色LED光 源，进而，作为釆用LED封装体的应用产品，本发明可以应用于特别是 液晶背光灯等光源模块，或者使用环境严酷的机动车用外饰和内饰光源， 以及受光元件用封装体等中。
权利要求
1.一种光半导体装置，该光半导体装置采用了表面安装用陶瓷封装体，其特征在于，在所述陶瓷封装体内安装有光半导体元件，并且在所述陶瓷封装体的安装到安装基板的安装面中设有两个电极端子用焊盘，所述两个电极端子用焊盘分别与所述光半导体元件的两个电极连接；以及虚设用焊盘，所述虚设用焊盘设于所述两个电极端子用焊盘的两侧或者一侧，并且不与所述光半导体元件的电极连接，各所述焊盘被软钎焊到安装基板上。
2. 根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于， 所述光半导体元件为发光元件和/或受光元件。
3. 根据权利要求1或2所述的光半导体装置，其特征在于，在所述陶瓷封装体的安装到安装基板的安装面中各所述焊盘的排列 方向上，所述两个电极端子用焊盘中的至少一个的焊盘宽度比虚设用焊 盘的焊盘宽度要宽。
4. 根据权利要求1或2所述的光半导体装置，其特征在于，所述两个电极端子用焊盘中的至少一个，在所述陶瓷封装体的安装 到安装基板的安装面中各所述焊盘的排列方向上被分割。
全文摘要
本发明提供一种采用了表面安装用陶瓷封装体的光半导体装置，该光半导体装置能够有效地防止由于热疲劳而在安装基板和陶瓷封装体的软钎焊接合部产生裂缝并引起导通不良的情况。在采用了表面安装用陶瓷封装体的光半导体装置中，为了确保回流焊加工方法中的位置稳定性，在陶瓷封装体两端设置虚设用焊盘(13c、13d)作为固定端子，在作为固定端子的两个虚设用焊盘(13c、13d)之间配置有与双端子的光半导体元件(14)的正负电极对应的两个电极端子用焊盘(13a、13b)。
文档编号H01L33/60GK101615649SQ200910150388
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月27日
发明者波冈香 申请人:斯坦雷电气株式会社