专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本实用新型的实施方式涉及一种半导体装置 。
背景技术：
已有将多个半导体元件(例如半导体发光元件)高密度地封装的半导体装置。例如，当为半导体发光元件的场合下，有时可能通电电流的7成左右会变成热。因此，在半导体装置中，确保具有能效率良好地散热的散热路径是不可或缺的。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利第4846515号公报
实用新型内容本实用新型的实施方式提供一种提高了散热性的半导体装置。实施方式的半导体装置包括散热构件，所述散热构件的上表面形成有槽；接合构件，填埋所述槽，并设在所述散热构件上；以及配线基板，包含设在所述配线基板的上表面的发光部与设在所述配线基板的下表面的接合电极，且所述接合电极经由所述接合构件而接合于所述散热构件。所述的半导体装置，其中，所述散热构件的所述槽由所述接合构件全部埋入。所述的半导体装置，其中，所述散热构件的全部的所述槽形成为，在所述接合电极利用所述接合构件而固定的状态下，位于所述接合电极的外缘的内侧。所述的半导体装置，其中，所述散热构件的一部分的所述槽形成为，在所述接合电极利用所述接合构件而固定的状态下，位于所述接合电极的外缘的外侧。 所述的半导体装置，其中，所述槽包括多个第I槽部及与所述第I槽部交叉的多个第2槽部。所述的半导体装置，其中，所述接合构件的侧面形成有往所述散热构件的一侧扩开的锥形。
图1(a) 图1(d)是例示第I实施方式的半导体装置的结构的示意图。图2(a)及图2(b)是例示第I实施方式的半导体装置的结构的示意图。图3(a) 图3(e)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。图4(a)及图4(b)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。图5是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。图6是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的图表。图7(a) 图7(d)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的示意剖视图。图8(a) 图8(d)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的示意剖视图。[0021]图9(a) 图9(c)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的示意剖视图。图10(a)及图10(b)是例示参考例的半导体装置的制造方法的示意剖视图。图11 (a)及图11 (b)是例示参考例的半导体装置的制造方法的示意剖视图。图12(a) 图12(c)是例示参考例的半导体装置的示意剖视图。图13是例示第I实施方式的其他半导体装置的结构的示意剖视图。图14(a) 图14(d)是例示第2实施方式的半导体装置的结构的示意图。图15(a) 图15(d)是例示第2实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。图16是例示第2实施方式的其他半导体装置的结构的示意剖视图。图17(a) 图17(c)是例示第3实施方式的半导体装置的结构的示意图。图18(a) 图18(c)是例示第3实施方式的其他半导体装置的结构的示意图。附图标记I、2、3:半导体装置la、2a:集合体11 :散热构件Ila:上表面Ilb:外缘12 :接合构件12b :外缘12c :锥形12i:内侧部分12o:外侧分部12x :第I突条部12y :第2突条部13 :接合电极13b :外缘131 :下表面14 :配线基板14a 电路配线14b :外缘141 :下表面14u:上表面15 :发光部15a :半导体发光兀件15b :框15c :密封树脂16 :连接器17 :槽17x :第 I 槽部17y :第 2 槽部[0060]18 :接合构件片材18b :外缘20 :腔室21 :载台22 :加热器23 :温度计测器24 :冷却板25 :非活性气体26 :减压环境27 :还原气体28 :接合材料28b :外缘29 :气泡31 :焊料32 :助焊剂32a :助焊剂残渣33 :焊料片材34 :焊料34a :焊料球35 :突起101、102 :半导体装置101a、101b、102a :集合体P :压力T :温度t0 t8:时间SO S8 :步骤X、Y、Z:方向
具体实施方式
以下，参照附图来说明本实用新型的各实施方式。另外，附图为示意性或概念性者，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小比率等未必限于与现实相同。而且，即使在表示相同部分的情况下，也有时视附图而以不同的相互尺寸或比率来表示。另外，在本案说明书与各图中，对于与关于已述的图而前述相同的要素标注相同的符号，并适当省略详细的说明。(第I实施方式)图1(a) 图1(d)是例示第I实施方式的半导体装置的结构的示意图。图1(a)是立体图。图1(b)是平面图。图1(c)是图1(b)的A-A'线剖视图。图1(d)是图1(b)的B-B'线剖视图。[0093]如图I (a) 图I (C)所示，在半导体装置I (例如发光装置)中设有散热构件11、接合构件12、接合电极13、配线基板14、发光部15及连接器(connector) 16。在散热构件11的上表面Ila形成有槽17。接合构件12设在散热构件11上。接合构件12填埋槽17。配线基板14具有上表面14u与下表面141。配线基板14包括设在上表面14u的发光部15以及设在下表面141的接合电极13。接合电极13经由接合构件12而接合于散热构件11。对于散热构件11，使用导热率高的材料(例如金属)。散热构件11例如包含铜(Cu)。散热构件11例如包含从由铜、铝(Al)、铁(Fe)及钥(Mo)构成的群中选择的至少一种金属。对于散热构件11，也可使用单一的材料或复合材料(composite material)。对于散热构件11，例如也可适用如以铜层夹着钥层的结构般层叠有多个层的结构。在散热构件11的表面，也可设有镀敷层。镀敷层既可设在散热构件11的整个表面上，也可设在一部分表面上。当在表面的一部分设置镀敷层时，例如在散热构件11的表面中的与接合构件12接触的部分设置镀敷层。镀敷层既可为I层也可为2层以上。当镀敷层为I层时，镀敷层例如包含从由镍(Ni)、锡(Sn)、钯(Pd)、银(Ag)及金(Au)构成的群中选择的至少一种金属。例如，较为理想的是，镀敷层抑制散热构件11中所含的金属的扩散。由此，在散热构件11与接合构件12经由镀敷层的接合部分，能够抑制因材料的扩散造成的接合强度的劣化。因而，接合部分的长期可靠性提高。当镀敷层为2层时，对于镀敷层中所含的第I层，例如使用镍。对于镀敷层中所含的第2层，例如使用镍与钯(Pd)的层叠(Ni/Pd)体或合金、包含银的层、及包含金的层中的任一者。此时，镀敷层中的设在散热构件11侧的第I层较为理想的是抑制散热构件11中所含的金属的扩散。第2层较为理想的是确保与焊料材的润湿性。当镀敷层为3层时，例如第I层包含镍，第2层包含钯，第3层包含金。镀敷层中的设在散热构件11侧的第I层较为理想的是抑制散热构件11中所含的金属的扩散。中间的第2层例如较为理想的是确保反光特性。第3层较为理想的是确保与焊料材的润湿性。镀敷的方法既可以是电解镀敷，也可以是无电解镀敷。散热构件11的形状例如为板状。散热构件11的上表面Ila例如为矩形。将相对于散热构件11的上表面Ila而平行的I个方向设为X方向。将相对于上表面Ila而平行且相对于X方向而垂直的方向设为Y方向。将相对于上表面Ila而垂直的方向设为Z方向。散热构件11的I个侧面平行于X方向。散热构件11的另一侧面平行于Y方向。散热构件11的X方向的长度及Y方向的长度例如各为50_。散热构件11的厚度例如为0. 5mm 10mm。本例中，厚度例如为2mm。实施方式并不限于此,散热构件11的尺寸为任
o如图1(b) 图1(d)所示，在散热构件11的上表面Ila设有槽17。槽17包含多个第I槽部17x及与第I槽部17x交叉的多个第2槽部17y。本例中，第I槽部17x沿I个方向(X方向)延伸。并且，第2槽部17y沿另一个方向(Y方向)延伸。本例中，第I槽部17x及第2槽部17y呈直线状延伸。但是，实施方式并不限于此，这些槽部的至少一部分也可呈曲线状延伸。这些槽部也可具有曲线状的部分。也可设置第I槽部17x而省略第2槽部 17y。[0104]多个第I槽部17x与多个第2槽部17y彼此交叉。从上方观察槽17的形状为格子状。多个第I槽部17x沿Y方向排列。多个第I槽部17x彼此的间隔既可为固定也可并非固定。本例中，间隔为固定。即，第I槽部17x是周期性地设置。周期例如为50i!m以上2mm以下。本例中，周期为100 ii m。多个第2槽部17y沿X方向排列。多个第2槽部17y彼此的间隔既可为固定也可并非固定。本例中，间隔为固定。周期例如为50 ii m以上2mm以下。本例中，周期为100 u m。第I槽部17x及第2槽部17y的深度例如为5 ii m以上200 ii m以下。本例中为20 u m。第I槽部17x的与第I槽部17x所延伸的方向垂直的剖面形状为V字型。第2槽部17y的与第2槽部17y所延伸的方向垂直的剖面形状为V字型。形成V字的2个斜面之、间的角度例如为90度。另外，该角度也可并非90度。第I槽部17x及第2槽部17y的剖面形状并不限于V字型。剖面形状既可为半圆形，也可为四边形。槽17也可包含沿3个以上的方向延伸的多个槽部。槽部的延伸方向相对于散热构件11的配线基板14的侧面既可平行，也可垂直，还可倾斜。在实施方式中，槽部的数量、槽部的形状及槽部的配置为任意。本例中，在散热构件11上设有多个突起35。突起35的数量例如为3个以上。突起35例如配置在后述的配线基板14的角部的正下方区域。突起35的高度例如为50iim以上200iim以下。本例中，高度为IOOii m。突起35的形状为柱状或锥状。突起的底面的外径例如为50 ii m以上200 ii m以下。突起35例如控制后述的接合构件12的厚度。突起35是视需要而设。例如，当在后述的焊料材(接合构件12)中混合金属粒子以控制焊料的厚度时，突起35也可省略接合构件12配置在散热构件11上。接合构件12埋入槽17内。接合构件12覆盖槽17的正上方区域。在接合构件12的下表面，形成有沿着槽17的形状的凸部。凸部包含沿X方向延伸的多个第I突条部12x及沿Y方向延伸的多个第2突条部12y。投影到X-Y平面(相对于散热构件11的上表面Ila而平行的平面)上时的接合构件12的形状为大致矩形。本例中，投影到X-Y平面上时，槽17位于接合构件12的外缘12b的内侧。外缘12b是与槽17隔离。外缘12b不与槽17交叉。在接合构件12的侧面，形成有往散热构件11的一侧扩开的锥形12c，在锥形12c中，越往下方，侧面越向外侧扩开。接合构件12的与上表面Ila接触的面的外缘对应于接合构件12的外缘12b。接合构件12的侧面的形状并不限于锥形状。例如，接合构件12的侧面也可为“中窄状”或“中宽状”。在“中窄状”中，与上部及下部相比，在中央部，接合构件12的宽度(平行于X-Y平面的长度)较窄。在“中宽状”中，与上部及下部相比，在中央部，接合构件12的宽度较宽。接合构件12的侧面也可为“垂直状”。在“垂直状”中，接合构件12的宽度在厚度方向上固定。接合构件12的厚度例如为20 iim以上200 iim以下。本例中为IOOy m。对于接合构件12,例如使用焊料材。接合构件12例如也可包含从由SnAgCu系焊料、SnAg系焊料、SnZn系焊料、SnNi系焊料及SnCu系焊料构成的群中选择的至少一种。用于接合构件12的焊料材例如含有锡(Sn)。焊料材例如包含混合材料，该混合材料含有作为基础材料(base)的锡(Sn)以及银(Ag)、铜(Cu)、秘(Bi)、镍(Ni)、铟(In)、锌(Zn)、铺(Sb)、磷(P)中的至少一者。在接合构件12中，例如在200°C 250°C的范围内呈现出固相线温度及液相线温度。接合构件12的厚度例如可通过上述的散热构件11上形成的突起35来控制。接合构件12的厚度也可通过分散在接合构件12中的粒子来控制。在接合构件12中，例如分散有粒子(例如金属粒子)。在投影到X-Y平面上时，接合构件12中所含的金属粒子的密度例如为，每I平方毫米为0. 2个以上10个以下(例如I个左右)。金属粒子的平均粒径例如为50 ii m 200 ii m。对于金属粒子，例如使用铜 (Cu)、银(Ag)及Ni中的至少任一种。而且，金属粒子也可包含多种材料。金属粒子例如可包含Cu的粒子和设在该粒子表面的Ni涂层。该Ni涂层具有扩散的抑制功能。这样，作为金属粒子，可使用包含2层以上的金属层的粒子。作为金属粒子，也可使用混合有2种以上的金属的合金材料。进而，作为粒子，也可使用以金属材料对树脂或陶瓷(ceramic)的粒子进行表面涂布所得的粒子。配线基板14配置在接合构件12上。投影到X-Y平面上的配线基板14的形状例如为矩形。本例中，投影到X-Y平面上时，配线基板14的外缘14b位于外缘12b的内侧。槽17位于外缘14b的内侦彳。外缘14b是与槽17隔离。配线基板14的X方向的长度及Y方向的长度例如各为30mm。配线基板14的厚度例如为IOOiim以上2mm以下。本例中，厚度为1_。对于配线基板14，例如使用陶瓷。在配线基板14的下表面，设有接合电极13。投影到X-Y平面上的接合电极13的形状例如为矩形。投影到X-Y平面上时，接合电极13的外缘13b位于外缘12b的内侧。另夕卜，如后所述，视需要，接合电极13也可与外缘12b为同尺寸。槽17位于外缘13b的内侧。外缘13b是与槽17隔离。接合电极13的X方向的长度及Y方向的长度例如各为29mm。本例中，第I槽部17x的X方向的长度短于配线基板14的X方向的长度，且短于接合电极13的X方向的长度。第I槽部17x的X方向的长度例如为28mm。而且，第2槽部17y的Y方向的长度短于配线基板14的Y方向的长度，且短于接合电极13的Y方向的长度。第2槽部17y的Y方向的长度例如为28mm。接合电极13的厚度例如为10 y m以上200 y m以下。本例中，接合电极13的厚度为50iim。对于接合电极13，使用导热性高的材料。对于接合电极13，例如使用铜。在接合电极13的表面，也可设有镀敷层。对于该镀敷层，例如适用包括厚度为I U m 5 ii m的Ni层与厚度为0. 01 y m 0. 5 y m的金层的层叠结构。对于该镀敷层的形成，使用电解镀敷或无电解镀敷。对于镀敷层，也可适用包括含有Ni的层、含有Pd的层及含有Au的层的三层结构。对于该镀敷层的形成，例如使用无电解镀敷或电解镀敷。作为镀敷层，也可使用含有Ag的I层电解镀敷层。图2(a)及图2(b)是例示第I实施方式的半导体装置的结构的示意图。图2(b)是例示发光部15的结构的平面图。图2(a)是图2(b)的A-A'线剖视图。如图2(a)及图2(b)所示，发光部15设在配线基板14的上表面14u上。发光部15例如包括多个半导体发光兀件15a,发出光；框15b,包围半导体发光兀件15a的周围；以及密封树脂15c，填充在框15b中。半导体发光元件15a包含发光层(未图示)。发光层例如形成在包含蓝宝石(sapphire) (Al2O3)或娃(Si)或砷化镓(GaAs)等的基材上。在形成发光层之后，也可去除基材。对于发光层，例如可使用各种材料，例如GaN等的氮化物半导体(氮化物系化合物半导体)或InGaAlP等的化合物半导体。在配线基板14的上表面14u设有电路配线14a。半导体发光元件15a接合于电路配线14a。对于该接合，例如使用导电材料。半导体发光元件15a的上表面例如为具有各Imm的边的矩形。半导体发光元件15a的厚度例如为0. 2mm。多个半导体发光元件15a配置在配线基板14上。多个半导体发光元件15a例如是沿X方向及Y方向而配置。例如，半导体发光元件15a是在X方向上配置6个、在Y方向上配置6个，以Imm间隔而配置成矩阵(matrix)状。半导体发光元件15a的尺寸、数量及配置为任意。框15b设在配线基板14上。由框15b围成的区域从上方观察呈例如矩形。半导体发光元件15a配置在由框15b围成的区域内。由框15b围成的区域的X方向的长度及Y 方向的长度例如为16mm以上18mm以下。本实施方式中，例如X方向的长度为16mm, Y方向的长度为18mm。框15b的高度高于半导体发光元件15a的高度，为0. 7mm以上I. 5mm以下(例如0. 8mm)。框15b的尺寸及配置为任意。由框15b围成的区域(空间)由密封树脂15c来填充。半导体发光元件15a由密封树脂15c予以密封。密封树脂15c例如包含波长转换部。波长转换部吸收从半导体发光元件15a放出的发光的一部分，放出具有与发光波长不同的波长的光。对于波长转换部，例如使用荧光体。通过对波长进行转换，从而获得所需颜色的光。连接器16在配线基板14上，通过焊料材而与配线(电路配线14a)的一端连接。用于使半导体发光元件15a发光的电力是经由连接器16而供给。另外，也可不经由连接器16而将用于电力供给的电缆(cable)直接通过焊料连接于配线基板14。连接器16的形状例如为矩形。连接器16的X方向的长度及Y方向的长度例如为4mm 5_。本例中，例如，X方向的长度为4mm, Y方向的长度为5_。连接器16的高度例如为1_。这些尺寸为任意。在图2(a)及图2(b)所示的例子中，作为发光部15，使用多个半导体发光元件15a,但实施方式并不限定于此。半导体发光兀件15a的数量也可为I。在发光部15中，设有I个以上的半导体发光元件15a。作为发光部15，例如也可使用在引线框架(lead frame)上安装有半导体发光元件的半导体发光装置。作为发光部15，也可使用在树脂等的封装(package)内存放有半导体发光元件的半导体发光装置。在实施方式中，也可将此种半导体发光装置搭载于配线基板14上。搭载于配线基板14上的半导体发光装置的数量既可为I个也可为2个以上。对本实施方式的半导体装置I的制造方法的例子进行说明。图3(a) 图3(e)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。图3(a)及图3(b)是侧面图。图3(c)是例示槽、接合电极及接合构件片材(sheet)的透视平面图。图3(d)是图3(c)的A-A'线剖视图。图3(e)是图3(c)的B-B'线剖视图。在图3(a) (e)中，首先，形成集合体la，该集合体Ia集合有半导体装置I中所含的各零件。首先，如图3(a)所示，准备散热构件11。在散热构件11的上表面11a，形成有槽17(本图中未图示)。作为槽17，例如形成有多个第I槽部17x及多个第2槽部17y。在散热构件11上，也可形成有多个突起35。接下来，如图3(b)、图3(d)及图3(e)所示，在散热构件11的槽17上配置接合构件片材18。作为接合构件片材18，例如使用焊料片材。接合构件片材18为片材状。接合构件片材18包含接合材料。接合材料例如含有锡(Sn)。接合材料包含混合材料，该混合材料含有作为基础材料的锡(Sn)以及银(Ag)、铜(Cu)、铋(Bi)、镍(Ni)、铟(In)、锌(Zn)、锑(Sb)、磷(P)中的至少一者。接合材料的量为大于槽17的容积的量。接合材料的量例如为填埋槽17，且接合材料在散热构件11与接合电极13之间一样地展开的量。接合构件片材18的厚度例如为50 ii m 300 ii m。接合构件片材18也可包含多个金属粒子(例如镍(Ni)球(ball))。镍(Ni)球的平均粒径例如为50 ii m 200 ii m。投影到X-Y平面上时的镍球的密度例如为每I平方毫米为I个左右。如图3(c)所示，投影到X-Y平面上的接合构件片材18的形状为矩形。投影到X-Y平面上时，接合构件片材18的外缘18b与槽17交叉。S卩，槽17包括位于外缘18b内侧的部分以及位于外缘18b外侧的部分。如图3(b)、图3(d)及图3(e)所示，准备配线基板14。在配线基板14上，配置着包含半导体发光兀件15a的发光部15。在配线基板14上配置着连接器16。在配线基板14的下表面，形成有接合电极13。在接合构件片材18上载置配线基板14。如图3(c)所示，投影到X-Y平面上的接合电极13的形状例如为矩形。在投影到X-Y平面上时，使接合电极13的外缘13b位于接合构件片材18的外缘18b的外侧。而且，使槽17位于外缘13b的内侧。在投影到X-Y平面上时，外缘13b与槽17彼此隔离。投影到X-Y平面上的配线基板14的形状例如为矩形。在投影到X-Y平面上时，使槽17位于配线基板14的外缘14b的内侧。外缘14b与槽17彼此隔离。这样，由散热构件11、接合构件片材18、接合电极13、配线基板14及发光部15形成例如集合体la。集合体Ia成为半导体装置I。半导体装置I例如为板上芯片(Chip onboard, COB)型。图4(a)及图4(b)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图。如图4(a)所示,在腔室(chamber) 20的内部,设有多个载台(carrier stage) 21 在腔室20内，在一部分载台21的下方设有加热器(heater) 22。而且，在其他载台21的下方，设有冷却板(plate) 24。如图4(b)所示，将零件的集合体Ia导入腔室20内。将零件的集合体Ia配置于载台21上。加热器22可上下移动。使加热器22靠近载台21，或者使加热器22接触载台21。由此，搭载于载台21上的零件的集合体Ia受到加热。在载台21上设有温度计测器23。作为温度计测器23，例如使用热电偶。通过使载台21与加热器22之间的距离发生变化，从而控制集合体Ia的温度。当集合体la(或半导体装置I)被配置于冷却板24之上的载台21上时将受到冷却。图5是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。图5例示使用还原气体的减压回流焊工艺(reflow process)。[0152]图6是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的图表。图6是例示减压回流焊工艺中的压力分布(profile)及温度分布的图表。横轴是时间，纵轴表示压力或温度。图7 (a) 图7(d)、图8(a) 图8(d)及图9 (a) 图9(c)是例示第I实施方式的半导体装置的制造方法的示意剖视图。如图5的步骤(step) S0、图6的时间t0及图7(a)所示，在对腔室20的内部进行减压之后填充非活性气体25。减压时的压力例如为500帕斯卡(Pascal) (Pa)。作为非活性气体25，例如可使用氮气(N2)。通过填充非活性气体25，从而使腔室20内部的压力P为大气压以下，例如为90000帕斯卡(Pa)。重复减压与填充两次。在接合构件片材18、接合电极13及散热构件11的表面形成有氧化膜。通过上述的处理，可抑制氧化膜的厚度因后 述的加热而增加。接下来，如图5的步骤SI及图6的时间tl所示，将搭载有集合体Ia的载台21搬送至加热器22的上方即加热区域(zone)。然后，如图5的步骤S2、图6的时间t2及图7(b)所示，使集合体Ia的温度上升至预备加热温度为止。使温度T上升至用于还原的规定温度为止。规定温度例如为150°C以上，且为接合材料(例如焊料)的熔点以下。加热例如是通过使加热器22的上表面接触载台21的下表面而进行。当接合构件片材18含有锡(Sn)作为接合材料时，规定温度为220°C以下。规定温度优选为150°C 190°C之间的温度。规定温度例如为190°C。接下来，如图5的步骤S3、图6的时间t3及图7 (C)所示，一方面维持温度，一方面对腔室20的内部进行减压。由此，去除腔室20内部的非活性气体以形成减压环境26。减压时的压力例如为500帕斯卡(Pa)。然后，如图5的步骤S4、图6的时间t4及图7(d)所示，将包含还原气体27的气体导入腔室20的内部直至达到固定的压力后，将此状态保持固定时间。作为还原气体27，例如使用甲酸(HCOOH)的气体。包含甲酸气体的气体是通过向填充有液体甲酸的储罐(tank)中使氮(N2)起泡(bubbling)而形成。由此，形成包含甲酸气体及氮的气体。该气体例如以气体体积比计含有5%以下(例如1%)的甲酸气体。将包含甲酸气体的气体导入腔室20的内部。另外，还原气体27并不限于甲酸气体。作为还原气体27，例如也可使用氢(H2)。如图8(a)所示，通过导入还原气体27，对接合构件片材18的接合材料的氧化物、接合电极13表面的氧化物及散热构件11表面的氧化物引起还原反应。接合材料的氧化物例如为锡(Sn)的氧化物。接合材料的氧化物是混合物的氧化物，所述混合物含有作为基础材料的锡(Sn)及银(Ag)、铜(Cu)、秘(Bi)、镍(Ni)、铟(In)、锌(Zn)、锑(Sb)、磷(P)中的至少任一者。甲酸(HCOOH)与接合材料28的氧化物(MO)的还原反应例如以下述数式(I)表示。HC00H+M0 — M+H20+C02 (I)。以规定的时间进行还原反应后，如图5的步骤S5、图6的时间t5及图8(b)所示，进行加热，并将该温度保持规定的时间。加热的温度为接合构件片材18的接合材料28的熔点以上。加热的温度为接合材料28的液相线温度以上。当接合构件片材18为焊料材时，加热的温度例如为比液相线温度高20°C 30°C左右的温度。考虑到加工点的温度偏差，力口热的温度是设为焊料可确实地熔融的温度。实例中，加热的峰值(peak)温度例如为250°C。由此，接合构件片材18的接合材料28 (例如焊料)熔融。熔融的接合材料28在散热构件11与接合电极13之间润湿展开。熔融的接合材料28填埋槽17，并覆盖槽17的正上方区域。例如，在投影到X-Y平面上时，熔融的接合材料28的外缘28b为外缘14b的外侧。也可视需要，通过夹具等来对配线基板14进行加压，以将焊料(熔融的接合材料28)压展至整个接合电极13。由此，接合材料28的厚度成为与形成在散热构件11表面的突起35的高度对应的厚度。或者，接合材料28的厚度成为与混入焊料中的金属粒子的尺寸对应的厚度。接合材料28的厚度的精度提高。在此状态下，接合材料28的外缘28b是与槽17隔离。而且，在熔融的接合材料28的侧面，形成散热构件11侧扩开的锥形。视接合材料28的特性、散热构件11的材料和表面状态、气体环境或温度等条件，接合材料28的侧面也有时呈垂直形状。而且，侧面也有时 呈中窄状或中宽状。如图8(c)所示，在熔融的接合材料28的内部必然产生气泡29。气泡29的产生原因例如包括以下三点。第I个原因是原本就存在于形成集合体Ia的材料的间隙内的气体。该气体被称作“卷入空隙(void)”。第2个原因是被未完全还原的金属表面氧化膜捕获(trap)的气体。在氧化膜的部分，焊料未润湿至其他材料，因此即使进行减压，氧化膜附近的气泡也无法排除。第3个原因是因上述数式(I)的还原反应而产生的包含水蒸气(H2O)及二氧化碳(CO2)的气体。接下来，如图5的步骤S6、图6的时间t6及图8(d)所示，一方面维持温度，一方面对腔室20的内部进行减压。腔室20的内部成为减压环境26。减压时的压力例如为500帕斯卡(Pa)。如图9(a)所示，通过对腔室20的内部进行减压，使残存在熔融的接合材料28内部的气泡29排出到熔融的接合材料28的外部。这样，能够减小残存在接合材料28中的气泡29的体积。气泡29的数量减少。接下来，如图5的步骤S7、图6的时间t7及图9(b)所示，在维持温度的状态下，将非活性气体25导入腔室20的内部。此时的腔室20内部的压力为大气压以下，例如为90000 帕斯卡(Pa)。接下来，如图5的步骤S8、图6的时间t8及图9 (C)所示，将载台21载置于冷却板24上。由此，对载台21上的零件的集合体Ia进行冷却。使熔融的接合材料28凝固，形成接合构件12。这样，形成图I所示的半导体装置I。在本实施方式的半导体装置I中，在散热构件11的上表面Ila形成有槽17。因而,还原气体27能够经由槽17而到达接合构件片材18的表面。由此，能够效率良好地进行接合构件片材18的表面氧化膜、接合电极13的表面氧化膜及散热构件11的表面氧化膜的还原反应。因而，在接合构件12的熔融时，能够抑制表面氧化膜造成的阻碍，以确实地进行接合构件12与接合电极13的接合以及接合构件12与散热构件11的接合。当使用焊料材来作为接合构件12时，能够抑制因表面氧化膜残存造成的接合电极13与焊料的润湿不良以及散热构件11与焊料的润湿不良。由此，能够获得接合不良得到抑制的接合部。[0176]—旦有表面氧化膜残存，则在接合后的接合构件12中易残存气泡29。本实施方式中，能够获得气泡29的残存得到抑制的接合部。本实施方式中，残存的气泡29少。在残存的气泡29的内部，例如含有还原气体。在气泡29的内部，例如含有因还原气体还原表面氧化膜而生成的反应物。在气泡29的内部，例如含有还原气体与非活性气体的混合气体(例如甲酸气体与氮气的混合气体或者氢气与氮气的混合气体等)。实施方式中，抑制接合不良(尤其是使用焊料材时的润湿不良)，减少气泡29的量。由此，能够提高接合部的机械强度或导热率。实施方式中，在减压环境26中使接合材料28熔融。由此，能够减少形成在熔融的接合材料28中的气泡29的量。进而，能够经由散热构件11的上表面形成的槽17而效率
良好地将气泡29排出至外部。由此，能够抑制半导体装置I的接合部中的气泡29的残存。因而，能够提高接合部的机械强度或导热率。这样，通过提高接合部的机械强度或导热率，能够提高半导体装置I的机械可靠性，也能提高散热性。并且，动作可靠性也提高。当使用甲酸气体作为还原气体27时，是以比使用氢的情况低的温度来进行还原反应。因而，例如能够降低制造的运营成本(running cost)。而且,能够使用熔点低的材料来作为接合构件12 (接合材料28)，能够扩大用于接合材料28的材料的选择范围。进而，能够以低的温度来进行还原反应，因此能够抑制半导体装置I的污染。甲酸的危险性比有爆炸性的氢的危险性低，因此能够降低设备耗费的成本。而且，在接合电极13含有铜(Cu)的情况，能够利用甲酸来去除铜(Cu)表面的防锈剂。由此，能够提高接合强度。接合材料28的量大于槽17的容积。接合材料28的量是填埋槽17，且在散热构件11与接合电极13之间一样地展开的量。如果焊料量不足，则会在接合构件12的突条部内残存气泡。通过将接合材料28的量设定为上述量，能够抑制该气泡的残存。在还原反应中使用甲酸气体,而不在还原反应中使用助焊剂(flux)。由此，无须在还原反应后进行助焊剂的去除、清洗。因而，能够降低生产成本，并能降低污染。(第I参考例)第I参考例中，取代还原气体而使用助焊剂，进行焊料的还原反应。图10(a)及图10(b)是例示参考例的半导体装置的制造方法的示意剖视图。如图10(a)所示，在本参考例的零件的集合体IOla中，在散热构件11的上表面Ila未形成槽。并且，在散热构件11与配线基板14之间，取代接合构件片材而配置有焊料膏(paste)，该焊料膏是将粒状的焊料31与助焊剂32混合而成。本参考例中，如图10(b)所示，在零件的集合体IOlb中，也可在散热构件11与配线基板14之间配置表面涂布有助焊剂32的焊料片材33。本参考例中，也与实施方式同样地，如关于图4(a)及图7(a)所说明的，将零件的集合体IOla导入腔室20内。并且，在腔室20的内部填充非活性气体25。图11(a)及图11(b)是例示参考例的半导体装置的制造方法的示意剖视图。如图11(a)所示，进行加热。通过该加热，利用助焊剂中的还原剂来还原接合构件的表面氧化膜。加热的温度例如为150°C以上，为所使用的焊料的熔点以下。通过助焊剂32，对焊料31中所含的接合材料的表面氧化物、接合电极的表面氧化膜及散热构件的表面氧化膜进行还原。接下来，如图11(b)所示，在进行规定时间的还原反应后，加热至焊料31的熔点以上。由此，使焊料膏中的焊料31熔融。熔融的焊料31在散热构件11与配线基板14之间展开。随后，一方面维持温度，一方面对腔室20的内部进行减压。压力例如为500帕斯卡(Pa)。然后，与本实施方式同样地，如关于图9(b)及图9(c)所说明的，在维持温度的状态下，将非活性气体25导入腔室的内部。由此，使腔室20内部的压力成为90000帕斯卡(Pa)。将载台21配置于冷却板24上。使熔融的焊料34凝固。这样，形成第I参考例的半导体装置。图12(a)及图12(b)是例示参考例的半导体装置的示意剖视图。如图12(a)及图12(b)所示，在第I参考例的半导体装置101及102中，通过助焊剂32来使焊料34还原。因而，助焊剂残渣32a会附着于焊料34的侧面。因此，需要清洗工序。因此,生产成本增加。发光部15中所用的硅酮(silicone)树脂的表面的附着性高。在发光部15中，当利用硅酮树脂来进行密封时，助焊剂的残渣会再附着于密封部(密封树脂15c)的表面。由此，半导体装置的光学特性有时会下降。而且，例如，会有助焊剂残渣等的杂质混入硅酮树脂中。由此，半导体装置的可靠性有时会下降。而且，当使焊料34熔融时，助焊剂32会崩沸。由此，含有焊料34的焊料球34a将飞散。如果焊料球34a飞散至螺固部等的固定部，则有时会变得无法固定。而且，也有时会引起电气短路。进而，若助焊剂或使助焊剂溶解的溶剂飞散至腔室20的内部，将难以对腔室20的内部进行减压。进而，会成为发光部15 (例如包括半导体发光元件15a)的污染原因。由此，可靠性下降。(第2参考例)第2参考例中，通过还原气体来还原焊料片材33，且在散热构件11的上表面Ila未形成槽17。图12(c)是例示参考例的半导体装置的制造方法的示意剖视图。如图12(c)所示，第2参考例中，在散热构件11的上表面未形成槽17。与本实施方式同样地，进行图5中例示的处理。第2参考例中，在散热构件11的上表面未形成槽17，因此接合电极13与接合构件12的界面以及接合构件12与散热构件11的界面无间隙。因此，还原气体难以浸透接合构件片材18的表面。因而，无法充分引起还原反应，例如无法充分去除接合构件12的表面氧化膜。因此，无法适当地进行接合构件12与接合电极13的接合以及接合构件12与散热构件11的接合。进而，易捕获气泡29，难以减少接合构件12内的气泡29的残存量。第2参考例中，与在散热构件11的上表面Ila形成有槽17的情况相比，无法确保气泡29的通路。因而，难以去除熔融的接合材料28中的气泡29。若残存在接合构件12中的气泡29多，则接合部的机械强度或导热率将下降。由此，难以提高半导体装置的散热性。而且，若在接合部中包含大量的气泡29，则配线基板14与散热构件11之间的接合强度将下降。图13是例示第I实施方式的其他半导体装置的结构的示意剖视图。如图13所示，在本实施方式的其他半导体装置中，投影到X-Y平面上时，接合构件12的外缘12b与接合电极13的外缘13b实质上重叠。接合电极13与外缘12b为同尺寸。例如，接合构件12的面积与接合电极13的面积实质上相同。除此以外，与半导体装置I相同。在本例中，也能够提高散热性。(第2实施方式)本实施方式中，槽17的一部分还位于配线基板14的外缘14b的外侧。图14(a) 图14(d)是例示第2实施方式的半导体装置的结构的示意图。图14(a)是立体图。图14(b)是平面图。图14(c)是图14(b)的A-A'线剖视图。图14(d)是图14(b)的B-B'线剖视图。如图14(a) 图14(d)所示，在本实施方式的半导体装置2中，也设有散热构件11、接合构件12及配线基板14。在配线基板14上，设有接合电极13及发光部15。如图14(a)所示，当投影到X-Y平面上时，接合电极13的外缘13b及配线基板14的外缘14b与槽17交叉。S卩，槽17包括位于外缘13b及外缘14b的内侧的部分和位于外缘18b的外侧的部分。除此以外的结构与半导体装置I相同。对半导体装置2的制造方法的例子进行说明。图15(a) 图15(d)是例示第2实施方式的半导体装置的制造方法的示意图。图15(a)是透视槽17、接合电极13及接合构件片材18而观察到的平面图。图15(b)是图15(a)的A-A'线剖视图，图15(c)是图15(a)的B-B'线剖视图。图15(d)是表示相当于图15(a)的A-A'线的其他例子的剖视图。如图15(a)所示，将接合构件片材18及配线基板14配置于散热构件11之上。本例中，使接合电极13的外缘13b位于接合构件片材18的外缘18b的外侧。外缘13b位于外缘14b的内侧。使外缘14b与槽17交叉。这样，形成作为半导体装置2的零件的集合体2a。与第I实施方式同样地，进行关于图5所说明的处理。由此来制造图14(a) 图14(d)中例示的半导体装置2。本实施方式中，第I槽部17x的端部及第2槽部17y的端部位于接合电极13的外缘13b及配线基板14的外缘14b的外侧。因而，能够从未被配线基板14覆盖的散热构件11的上表面Ila效率良好地导入还原气体。因而，能够效率良好地还原接合构件片材18。本实施方式中，能够从未被配线基板14覆盖的散热构件11的上表面Ila效率良好地排出气泡29。例如，气泡29的排出时间缩短。槽17也设在接合构件12的外缘12b的下部。由此，能够提高与散热构件11的接合强度。本实施方式中，除了上述以外，也能获得关于第I实施方式所说明的特性及效果。如图15(d)所示，本实施方式中，接合构件片材18的外缘18b也可为接合电极13的外缘13b的外侧。进而,接合构件片材18的外缘18b也可为配线基板14的外缘14b的外侧。本实施方式中，外缘18b的位置既可与外缘13b的位置一致，也可为外缘13b的内侧，还可为外缘13b的外侧。外缘18b的位置既可与外缘14b的位置一致，也可为外缘14b的内侧，还可为外缘14b的外侧。[0225]图16是例示第2实施方式的其他半导体装置的结构的示意剖视图。如图16所示，在本实施方式的其他半导体装置中，接合构件12的外缘12b为接合电极13的外缘13b的外侧。进而，外缘12b为配线基板14的外缘14b的外侧。即，投影到X-Y平面上时，接合构件12具有与配线基板14重叠的部分(内侧部分12i)和不与配线基板14重叠的部分(外侧部分12o)。接合构件12的外侧部分12o的上表面较接合电极13的下表面131位于更上方。本例中，外侧部分12o的上表面较配线基板14的下表面141位于更上方。例如，在接合时，通过夹具等来对配线基板14，以压展焊料(熔融的接合材料28)。接合后的散热构件11与配线基板14之间的距离有时会短于接合时所用的接合构件片材18的厚度。接合后，在配线基板14的周围凸出的焊料的高度在剖视时高于接合电极13的位置。进而，配线基板14周围的焊料的高度有时高于配线基板14的下表面141。在具有此种结构的半导体装置中，也能够提高散热性。本实施方式中，如后述的图18(a) 图18(c)所示的例子般，多个槽部(第I槽部17x与第2槽部17y)的交叉部的一部分在投影到X-Y平面上时，也可位于接合电极13的外缘13b的外侧。而且，交叉部的一部分也可位于配线基板14的外缘14b的外侧。(第3实施方式)图17(a) 图17(c)是例示第3实施方式的半导体装置的结构的示意图。图17(a)是透视平面图。17(b)是图17(a)的A-A '线剖视图。图17(c)是图17(a)的B-B'线剖视图。如图17(a) 图17(c)所示，在本实施方式的半导体装置3中，也设有散热构件11、接合构件12及配线基板14。在配线基板14上设有接合电极13及发光部15。如图17(a)所示，投影到X_Y平面上时，接合电极13的外缘13b及配线基板14的外缘14b是与槽17交叉。接合构件12的外缘12b也与槽17交叉。接合构件12的外缘12b是接合构件12中的散热构件11的上表面Ila的高度的面的外缘。槽17中的位于外缘12b外侧的部分由成为接合构件12的接合材料28而填埋。除此以外的结构与半导体装置I相同，因此省略说明。在半导体装置3的制造中，将熔融的接合构件片材18的外缘18b扩展至配线基板14的外缘14b的外侧。并且，使外缘18b停留在与槽17交叉的位置。由此，使接合构件12的外缘12b与槽17交叉。并且，使熔融的接合材料28流入槽17中的外缘12b外侧的部分。由此,利用接合材料28来填埋槽17中的外缘12b外侧的部分。这样，在半导体装置3中，槽17也形成在接合构件12的外缘12b的外侧。因此，能够从槽17中的未被接合构件12覆盖的部分导入更多的还原气体27。而且，能够从未被接合构件12覆盖的部分排出更多的气泡29。本实施方式中，除了上述以外，也能获得关于第I实施方式所说明的特性。图18(a) 图18(c)是例示第3实施方式的其他半导体装置的结构的示意图。图18(a)是透视平面图。18(b)是图18(a)的A-A '线剖视图。图18(c)是图18(a)的B-B'线剖视图。如图18(a) 图18(c)所示，在本实施方式的其他半导体装置中，也设有散热构件11、接合构件12及配线基板14。在配线基板14上设有接合电极13及发光部15。如图18(a)所示，槽17的一部分设在配线基板14的外缘14b的外侧。多个第I槽部17x中的2个设在Y方向上的外缘14b的外侧。多个第2槽部17y中的2个设在X方向上的外缘14b的外侧。多个槽部(第I槽部17x与第2槽部17y)的交叉部的一部分在投影到X-Y平面上时,位于接合电极13的外缘13b的外侧，且位于配线基板14的外缘14b的外侧。多个槽部的交叉部的一部分也可位于焊料填角(solder fillet)的外形的外侧。本例中，槽17与焊料(接合构件12)交叉，因此焊料填角的外形也可与接合电极 13的外形相同。焊料填角的外形也可不位于配线基板14的外侧。本实施方式中，也与关于图15(d)所说明的同样地，接合构件片材18的外缘18b的位置既可与外缘13b的位置一致，也可为外缘13b的内侧，还可为外缘13b的外侧。外缘18b的位置既可与外缘14b的位置一致，也可为外缘14b的内侧，还可为外缘14b的外侧。通过本实施方式，也能提供散热性有所提高的半导体装置。(第4实施方式)本实施方式涉及一种半导体装置的制造方法。本制造方法包括如下工序在上表面Ila形成有槽17的散热构件11上，设置接合构件12。本制造方法包括如下工序将配线基板14载置于接合构件12上。配线基板14包括设在配线基板14的上表面14u的发光部15以及设在配线基板14的下表面141的接合电极13。本制造方法更包括如下工序利用接合构件12来填埋槽17，通过接合构件12将接合电极13与散热构件11予以接合。即，例如进行关于图5、图6、图7(a) 图7(d)、图8(a) 图8(d)及图9(a) 图9(c)所说明的处理。例如，上述接合工序可更包括如下工序使用包含还原气体的气体,对接合构件12表面的氧化膜、接合电极13表面的氧化膜及散热构件11表面的氧化膜进行还原。例如，接合工序可更包括使接合构件12熔融的工序。接合工序可更包括使残存在熔融的接合构件内部的气泡的量减少的工序。上述的接合工序(例如熔融工序)例如是在减压的环境(压力低于大气压的环境)中进行。例如，上述的接合工序包括使接合构件12熔融，利用熔融的接合构件12来填埋所有槽17。上述的接合工序(例如熔融工序)包括利用熔融的接合构件12来填埋槽17，使熔融的接合构件12的与散热构件11的上表面Ila接触的面的外缘Ilb扩展至例如与槽17隔离的位置。在上述制造方法的I个例子中，当投影到相对于散热构件11的上表面Ila而平行的平面(X-Y平面)上时，接合构件12的外缘12b以与槽17交叉的方式形成。在上述制造方法的I个例子中，当投影到X-Y平面上时，配线基板14的外缘14b以与槽17隔离的方式形成。在上述制造方法的I个例子中，当投影到X-Y平面上时，配线基板14的外缘14b以与槽17交叉的方式形成。根据本实施方式的半导体装置的制造方法，能够提供一种散热性高的半导体装置的制造方法。根据以上说明的实施方式，能够提供一种提高了散热性的半导体装置及其制造方法。在本案说明书中，“设在之上的状态”除了直接接触之上而设置的状态以外，也包括在之间插入其他要素的状态。“设在之下的状态”除了直接接触之下而设置的状态以外，也包括在之间插入其他要素的状态。在本案说明书中，“垂直”及“平行”不仅包括严格的垂直及严格的平行，例如也包括制造工序中的偏差等，只要是实质上垂直及实质上平行即可。以上，参照具体例说明了本实用新型的实施方式。但是，本实用新型并不限定于这些具体例。例如，关于半导体装置中所含的散热构件、接合构件、配线基板、发光部、接合电极及半导体发光元件等各要素的具体结构，本领域技术人员通过从公知的范围中适当选择，也能同样地实施本实用新型，只要能够获得同样的效果，则包含在本实用新型的范围内。而且，对于各具体例中的任意2个以上的要素在技术上可能的范围内加以组合而成的结构，只要包含本实用新型的主旨，则也包含在本实用新型的范围内。除此以外，对于本领域技术人员可基于作为本实用新型的实施方式而上述的半导体装置及其制造方法来适当设计变更并实施的所有半导体装置及其制造方法，只要包含本实用新型的主旨，则也属于本实用新型的范围。除此以外，在本实用新型的思想范畴内，只要是本领域技术人员，便可想到各种变更例及修正例，应了解的是，这些变更例及修正例也属于本实用新型的范围。对本实用新型的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式仅为例示，并不意图限定实用新型的范围。这些实施方式可以其他各种形态来实施，在不脱离实用新型的主旨的范围内可进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形皆包含在实用新型的范围内。
权利要求1.一种半导体装置，其特征在于包括 散热构件，所述散热构件的上表面形成有槽； 接合构件，填埋所述槽，并设在所述散热构件上；以及 配线基板，包含设在所述配线基板的上表面的发光部与设在所述配线基板的下表面的接合电极，且所述接合电极经由所述接合构件而接合于所述散热构件。
2.根据权利要求I所述的半导体装置，其特征在于， 所述散热构件的所述槽由所述接合构件全部埋入。
3.根据权利要求I所述的半导体装置，其特征在于， 所述散热构件的全部的所述槽形成为，在所述接合电极利用所述接合构件而固定的状态下，位于所述接合电极的外缘的内侧。
4.根据权利要求I所述的半导体装置，其特征在于， 所述散热构件的一部分的所述槽形成为，在所述接合电极利用所述接合构件而固定的状态下，位于所述接合电极的外缘的外侧。
5.根据权利要求I所述的半导体装置，其特征在于， 所述槽包括多个第I槽部及与所述第I槽部交叉的多个第2槽部。
6.根据权利要求I至5中任一所述的半导体装置，其特征在于， 所述接合构件的侧面形成有往所述散热构件的一侧扩开的锥形。
专利摘要本实用新型提供一种半导体装置，可提高散热性。半导体装置包括散热构件，所述散热构件的上表面形成有槽；接合构件，填埋所述槽，并设在所述散热构件上；以及配线基板，包含设在所述配线基板的上表面的发光部与设在所述配线基板的下表面的接合电极，且所述接合电极经由所述接合构件而接合于所述散热构件。
文档编号H01L33/48GK202817020SQ201220484150
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年7月31日
发明者下川一生 申请人:东芝照明技术株式会社