特許 7223234 半導体装置、及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-08

(45)【発行日】2023-02-16

(54)【発明の名称】半導体装置、及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20230209BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20230209BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 Q

H01L23/12 F

H01S5/022

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021083469

(22)【出願日】2021-05-17

(65)【公開番号】P2022016297

(43)【公開日】2022-01-21

【審査請求日】2021-08-19

(31)【優先権主張番号】P 2020119320

(32)【優先日】2020-07-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】宮田 忠明

(72)【発明者】

【氏名】木村 圭宏

(72)【発明者】

【氏名】中垣 政俊

【審査官】庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５２４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８２０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７７１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１０２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３４９９５５９（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｓ ５／０２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子と、
前記半導体素子が搭載されたサブマウントと、
前記サブマウントが搭載されたパッケージ基板と、
を有し、
前記サブマウントは、前記半導体素子が搭載される第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に位置する側面と、を有し、
前記第２の面は、溝と、放熱部と、を有しており、
前記放熱部は前記パッケージ基板と第１接合部材によって物理的に接合されており、
前記側面に、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを第２接合部材によって電気的に接続する接続部が設けられており、
前記放熱部と前記接続部は、前記溝により離隔しており、電気的に絶縁されており、前記第１接合部材の一部は前記溝の中に設けられている、半導体装置。

【請求項2】

前記第２の面は、前記放熱部が設けられた第１領域と、前記溝によって前記第１領域と隔てられた第２領域と、を有し、
前記接続部は、前記側面および第２領域の一部に形成されており、前記溝から離隔している、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記接続部は、前記側面に設けられ、かつ、内面が導電膜で覆われた端面スルーホールと、前記導電膜と前記パッケージ基板の表面に接しており、前記パッケージ基板に近づくにつれ外側面が前記導電膜から離れる導電フィレットと、を有し、
前記端面スルーホールは、前記溝から離隔している、請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記半導体素子は、光半導体素子、またはパワー半導体素子を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記半導体素子は、複数設けられている請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１接合部材と前記第２接合部材は、異なる材料である請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１接合部材は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる少なくとも一つを含む、ナノメートル材またはマイクロメートル材で構成される請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項8】

半導体素子と、
前記半導体素子が搭載されたサブマウントと、
前記サブマウントが搭載されたパッケージ基板と、
を有し、
前記サブマウントは、前記半導体素子が搭載される第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に位置する側面と、を有し、
前記第２の面は、溝と、放熱部と、を有しており、
前記放熱部は前記パッケージ基板と第１接合部材によって物理的に接合されており、
前記側面に、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを第２接合部材によって電気的に接続する接続部が設けられており、
前記放熱部と前記接続部は、前記溝により離隔しており、電気的に絶縁されており、
前記第１接合部材は、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを接合する前の溶融温度よりも、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを電気的に接合する前の前記第２接合部材の溶融温度が高く、かつ、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを接合した後の溶融温度よりも、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを電気的に接合する前の前記第２接合部材の溶融温度が低い、半導体装置。

【請求項9】

裏面に放熱部と溝を有し、側面に端面スルーホールを有するサブマウントを準備する第１工程と、
第１の接合材料で、前記放熱部をパッケージ基板に物理的に接合する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記端面スルーホールの内側に第２の接合材料を配置して、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを電気的に接続する第３工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記第２工程で、前記第１の接合材料の少なくとも一部を前記溝の内部に収容させる、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記第２の接合材料は金属ボールであり、前記第１の接合材料と異なる材料で形成されている、請求項９または１０に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記第３工程は、加熱により前記金属ボールを溶融する工程を含み、
前記第１の接合材料は、前記加熱の温度よりも再溶融温度が高い材料で形成されている、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記パッケージ基板は、複数のパッケージ領域を含む一つのシート状の基板の一部であり、
前記第３工程の後に、前記シート状の基板を個々の前記パッケージ基板に分割する工程をさらに有する請求項９～１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光半導体、パワー半導体などの半導体素子をパッケージ内に配置して小型化した半導体モジュールが広く用いられている。

【0003】

発光ダイオード素子が搭載された回路基板の側面に半円状のスルーホールが形成され、回路基板の裏面に放熱端子と、スルーホールに接続される下面電極端子が形成された発光ダイオード構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－０８０６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

パッケージ内に配置される半導体素子の発熱量は大きく、効率的に熱を逃がす構成が求められるが、放熱のための配線と電気的な接続のための配線とを準備すると、半導体装置が大型化するおそれがある。電気的な接続を担う配線面積を低減し、半導体装置を小型化する構成が求められる。

【0006】

本発明は、配線面積を低減し、半導体装置を小型化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一つの側面において、半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子が搭載されたサブマウントと、前記サブマウントが搭載されたパッケージ基板と、を有し、
前記サブマウントは、前記半導体素子が搭載される第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に位置する側面と、を有し、
前記第２の面は、溝と、放熱部と、を有しており、
前記放熱部は前記パッケージ基板と第１接合部材によって物理的に接合されており、
前記側面に、前記サブマウントと前記パッケージ基板とを第２接合部材によって電気的に接続する接続部が設けられており、前記放熱部と前記接続部は、前記溝により離隔しており、電気的に絶縁されている。

【発明の効果】

【0008】

上記の構成により、配線面積を低減し、半導体装置を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の半導体装置におけるサブマウントの実装状態を示す図である。

【図2】サブマウントの裏面と側面の形状を示す図である。

【図3】パッケージ化された半導体装置の断面模式図である。

【図4】半導体装置の製造工程図である。

【図5】半導体装置の製造工程図である。

【図6】半導体装置の製造工程図である。

【図7】半導体装置の製造工程図である。

【図8】半導体装置の製造工程図である。

【図9A】図８のＩ－Ｉ'断面での実装工程図である。

【図9B】図８のＩ－Ｉ'断面での実装工程図である。

【図9C】図８のＩ－Ｉ'断面での実装工程図である。

【図9D】図８のＩ－Ｉ'断面での実装工程図である。

【図9E】図８のＩ－Ｉ'断面での実装工程図である。

【図10A】シート状基板上の複数のパッケージ領域の模式図である。

【図10B】各パッケージ領域に実装されたサブマウントの模式図である。

【図10C】シート状基板の分割により得られるパッケージ基板の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜半導体装置の構成＞
図１は、実施形態の半導体装置１におけるサブマウント１０の実装状態を示す図、図２は、半導体装置１で用いられるサブマウント１０の裏面と側面の形状を示す図である。図１では、サブマウント１０が搭載される面をＸ－Ｙ面、Ｘ－Ｙ面と垂直な方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、サブマウント１０の高さ方向に対応する。

【0011】

半導体装置１は、半導体素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ（以下、適宜「半導体素子３０」と総称する）と、これらの半導体素子３０が搭載されたサブマウント１０と、サブマウント１０が搭載されたパッケージ基板２０を備える。図１では、３つの半導体素子３０がサブマウント１０に搭載されているが、この例に限定されない。サブマウント１０に単一の半導体素子３０が搭載されてもよいし、複数の半導体素子３０が一次元または２次元のアレイ状に配置されていてもよい。

【0012】

図１では、半導体素子３０として、レーザダイオード（ＬＤ）等の光半導体素子をサブマウント１０に搭載するが、この例に限定されない。整流器、昇圧器などのパワー半導体素子をサブマウント１０に搭載してもよいし、単一またはアレイ状のＬＥＤ（Light Emitting Device）が搭載されてもよい。

【0013】

サブマウント１０は、電気的に絶縁性、かつ熱伝導性の高い材料で形成されている。サブマウント１０の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を用いることができる。サブマウント１０は、半導体素子３０が搭載される第１の面と、第１の面と反対側の第２の面と、第１の面と第２の面の間の側面１０３を有する。ここでは、第１の面をサブマウント１０の上面１０１、第２の面をサブマウント１０の裏面１０２とする。

【0014】

図２に示すように、サブマウント１０の裏面１０２は、溝１２と放熱部１６を有する。溝１２は、サブマウント１０の裏面１０２に直接形成されている。放熱部１６は、熱伝導率のよい金属膜等で形成されている。サブマウント１０の実装時には、放熱部１６は、後述する第１接合材料４１（図５参照）を硬化させてできる第１接合部材４２によってパッケージ基板２０に物理的に固定される。

【0015】

サブマウント１０の側面１０３には、サブマウント１０とパッケージ基板２０とを電気的に接合するために、端面スルーホール１３が形成されている。端面スルーホール１３はサブマウント１０を厚さ方向に貫通するが、側面１０３で外部に開放または露出されている。このようなスルーホールを「端面スルーホール」と呼ぶ。

【0016】

端面スルーホール１３の側壁は導電膜１４ａで覆われている。導電膜１４ａはサブマウント１０の上面１０１に延びて、上面１０１の電極パターン１４ｂに連続している。端面スルーホール１３の側壁を覆う導電膜１４ａは、サブマウント１０の裏面１０２にも延びている。サブマウント１０の裏面１０２で、端面スルーホール１３の周囲を囲む導電膜１４ｃが形成されている。導電膜１４ａ、１４ｃ、及び電極パターン１４ｂを合わせて導電膜１４とする。

【0017】

サブマウント１０の裏面１０２で、放熱部１６と、端面スルーホール１３から延びる導電膜１４ｃは、溝１２により離隔しており、電気的に隔てられている。裏面１０２のうち、放熱部１６が設けられる領域を第１領域１０２Ａ、溝１２によって放熱部１６と隔てられた領域を第２領域１０２Ｂとする。放熱部１６は、サブマウント１０とパッケージ基板２０との電気的な接合に寄与せず、放熱のみに利用することも可能である。溝１２はまた、後述するように、第１接合部材４２の余剰部を収容することができ、パッケージ内での電気的な短絡を防止できる。これにより、配線面積を低減し半導体装置を小型化しつつ、放熱性を維持することができる。

【0018】

導電膜１４ｃは、サブマウント１０の裏面１０２で溝１２から離隔して、端面スルーホール１３の周囲を取り囲んでいる。導電膜１４ｃが溝１２から離隔して設けられていることによっても、パッケージ内での電気的な短絡が防止される。

【0019】

図１では、端面スルーホール１３に金属ボール１５が置かれ、サブマウント１０とパッケージ基板２０の間の最終的な電気接合が得られる直前の状態が示されている。金属ボール１５は、「第２の接合材料」の一例である。金属ボール１５は、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｉｎ等、または、それら複数の材料により構成されるＡｕＳｎ、ＳｎＢｉ、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ（「ＳＡＣ」と呼ばれる）などの鉛フリーはんだで形成されている。

【0020】

図１の状態から金属ボール１５を加熱することで、金属ボール１５が溶融し、端面スルーホール１３内の導電膜１４ａから、フィレット状に濡れ広がって、第２接合部材として後述する導電フィレット４３（図３参照）が形成される。導電フィレット４３は、導電膜１４ａとパッケージ基板２０の表面に接しており、パッケージ基板２０に近づくにつれ外側面が導電膜１４ａから離れる形状を有している。この加熱処理により、サブマウント１０とパッケージ基板２０の間の電気的な接合が得られる。

【0021】

ここでは第２の接合材料を金属ボール１５として記載しているが、ＡｕＳｎ等をめっき等で形成してもよい。また、第２の接合材料の形状はボール型に限定されず、スタッド型や円柱型であってもよい。いずれの場合も、第１接合部材４２の接合前の溶融温度は、第２の接合材料（たとえば金属ボール１５）の溶融温度よりも低く、かつ、第１接合部材４２の接合後の溶融温度は、第２の接合材料（たとえば金属ボール１５）の溶融温度よりも高いことが好ましい。なお、第１接合部材４２の溶融温度とは、部材が溶融し始める温度のことである。

【0022】

サブマウント１０は、金属ボール１５の加熱処理の間も、第１接合部材４２により、パッケージ基板２０の表面の定位置に固定されている。第１接合部材４２には、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ等から選ばれる少なくとも一つを含み、サイズがナノメートル～マイクロメートルの材料を用いて構成されることが好ましい。また、金属ボール１５と同様の材料であってもよい。例えばＡｕＳｎを用いた場合、溶融時に拡散されるＡｕ量を多くすることにより、再溶融温度を金属ボール１５の溶融温度より高くすることが可能となる。また放熱性を要求しない用途であれば、樹脂入りの金属溶融材料も使用可能である。

【0023】

サブマウント１０とパッケージ基板２０との電気的な接合が完了すると、サブマウント１０および半導体素子３０は封止される。一例として、パッケージ基板２０にカバーが被せられ、パッケージ基板２０の外周に沿って形成された金属パターン２１に接合される。

【0024】

図３は、サブマウント１０および半導体素子３０が封止された半導体装置１の断面模式図である。パッケージ基板２０にカバー３２が被せられ、サブマウント１０に搭載された半導体素子３０が封止されている。カバー３２は、ガラス、セラミック、絶縁性樹脂等で形成されてもよい。半導体素子３０がＬＤの場合、カバー３２に、ＬＤからの出射光を透過する窓が形成されていてもよい。半導体素子３０がパワー半導体の場合、カバー３２を熱伝導率の高い金属、ガラス、樹脂、セラミック等で形成してもよい。

【0025】

カバー３２の下面は、パッケージ基板２０の金属パターン２１に接合されている。図３では、パッケージ基板２０にカバー３２が被せられているが、パッケージ基板２０をケーシング内に収容して、平坦なカバーをかぶせてもよい。

【0026】

サブマウント１０に搭載された半導体素子３０は、ワイヤ３１等で電極パターン１４ｂに接続されてもよい。サブマウント１０の側面１０３（図１参照）で、端面スルーホール１３に、第２接合部材としての導電フィレット４３が形成され、サブマウント１０とパッケージ基板２０が電気的に接続されている。具体的には、端面スルーホール１３に形成された導電膜１４（導電膜１４ａ、１４ｃ、及び電極パターン１４ｂを含む）と導電フィレット４３で電気的な接続部４０が形成される。

【0027】

サブマウント１０の裏面の放熱部１６は、溝１２によって接続部４０から隔てられており、サブマウント１０とパッケージ基板２０との電気接続には寄与しない。放熱部１６は、半導体素子３０で発生した熱をパッケージ基板２０から外部に逃がす役割のみに利用することも可能であり、放熱効率が良い。

【0028】

放熱部１６をパッケージ基板２０に固定する第１接合部材４２は、その一部が溝１２の内部に収容されていてもよい。溝１２の存在により、放熱部１６の物理的な接合時に、金属材料が濡れ広がって電気的な接続部４０に到達することを防止できる。また、第１接合部材４２と金属ボール１５とで異なる材料を用いることができる。

【0029】

＜半導体装置の製造工程＞
図４～図８は、半導体装置１の製造工程を示す斜視図である。図４で、サブマウント１０を搭載するためのパッケージ基板２０を準備する。パッケージ基板２０には、あらかじめ所定の電極端子２３が形成されている。電極端子２３は、パッケージ基板２０の内部の配線に接続されていてもよい。

【0030】

パッケージ基板２０には、封止用の金属パターン２１の他に、サブマウント１０を固定する金属パターン２２が形成されている。金属パターン２２は、サブマウント１０の放熱部１６をパッケージ基板２０に固定し、放熱部１６とともに半導体素子３０からの熱をパッケージ基板２０に逃がす。金属パターン２２は、熱伝導性の良い材料で形成され、ヒートシンクとしても機能する。

【0031】

図５で、金属パターン２２の上に、サブマウント１０の放熱部１６を固定するための第１の接合材料４１を、ディスペンサ等を用いて配置する。第１の接合材料４１として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属ナノパーティクルやＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属ペースト、金属ナノペースト等を用いることができる。ナノパーティクルを用いる場合は、第１の接合材料４１は、金属ナノパーティクルと有機溶剤を含んでいてもよい。

【0032】

図６で、サブマウント１０を準備する。サブマウント１０は、裏面１０２に放熱部１６と溝１２を有し（図２参照）、側面１０３に端面スルーホール１３を有する。端面スルーホール１３は溝１２から離隔しており、側壁には、導電膜１４ａが形成されている。サブマウント１０の上面１０１には、導電膜１４ａから連続する電極パターン１４ｂが形成されている。サブマウント１０には、半導体素子３０ａ～３０ｃが搭載されている。

【0033】

図７で、サブマウント１０をパッケージ基板２０に固定する。このときの固定は、第１の接合材料４１（図５参照）による物理的な接合であり、サブマウント１０とパッケージ基板２０との電気的な接続に寄与しない接合である。第１の接合材料４１を用いた接合は、加熱接合である。加熱温度は、１５０℃～２７０℃である。加熱温度は、金属ボール１５による電気的な接続部４０を形成する加熱温度よりも低い。

【0034】

サブマウント１０をパッケージ基板２０に実装する時の加重により、サブマウント１０の放熱部１６とパッケージ基板２０の金属パターン２２の間で第１の接合材料４１が濡れ広がる。その後、加熱硬化することで、サブマウント１０の放熱部１６は、第１接合部材４２によってパッケージ基板２０に固定される。なお、加重と加熱は同時に行われてもよい。

【0035】

パッケージ基板２０上には、電極端子２３が３０～１０００ｕｍの狭ピッチで形成されており、サブマウント１０の側面１０３には、導電膜１４で覆われた端面スルーホール１３も３０～１０００ｕｍの狭ピッチで形成されている。サブマウント１０の固定によって、サブマウント１０の端面スルーホール１３は、パッケージ基板２０の上の電極端子２３に位置合わせされる。加熱接合時に、余剰の第１の接合材料４１が濡れ広がっても、サブマウント１０の裏面１０２の溝１２内に収容され、電極端子２３や導電膜１４との短絡を防止することができる。

【0036】

図８で、端面スルーホール１３内に、金属ボール１５を配置する。金属ボール１５は、パッケージ基板２０の電極端子２３の上に置かれる。これが図１の状態である。金属ボール１５を、放熱部１６の加熱接合よりも高い温度、たとえば２８０℃でリフローすることで端面スルーホール１３に形成された導電膜１４と電極端子２３が、電気的に接続される。これにより、狭ピッチの配線が形成される。なお、金属ボール１５をパッケージ基板２０に形成しておき、形成されている金属ボール１５の位置と端面スルーホール１３の位置とが合うようにサブマウント１０を配置してもよい。

【0037】

放熱部１６を固定する第１接合部材４２の融点または再溶融温度は、金属ボール１５の溶融温度であるリフロー温度よりも高いため、リフロー時にサブマウント１０は固定されたままである。溝１２内に第１接合部材４２の一部が存在する場合でも、リフロー温度では溶融しないので、電極端子２３や金属ボール１５に接触しない。

【0038】

放熱部１６の物理的な接合と、端面スルーホール１３での電気的な接続を、２段階に分けて別々に行うことによって、第１の接合材料４１は金属ボール１５と異なる材料を用いることができる。半導体装置１を小型化しつつ放熱効率を向上でき、かつパッケージ内での短絡を防止することができる。また、サブマウント１０をパッケージ基板２０に精度よく実装することができる。

【0039】

図９Ａ～図９Ｅは、２段階接合によるサブマウント１０の実装工程を、図８のＩ－Ｉ'断面で示す。図９Ａは、図５の状態に対応する。パッケージ基板２０の金属パターン２２上に、第１の接合材料４１を配置する。上述のように、第１の接合材料４１は、金属ボール１５のリフロー温度よりも低い融点をもつ、金属のナノパーティクル、または金属のナノペーストである。サブマウント１０をボンダ等により吸着保持し、放熱部１６を金属パターン２２に位置合わせし、端面スルーホール１３を電極端子２３に位置合わせする。

【0040】

図９Ｂで、サブマウント１０を第１の接合材料４１によってパッケージ基板２０に物理的に接合する。図９Ｂは、図７の状態に対応し、たとえば２５０℃で熱圧着する。熱圧着により、放熱部１６と金属パターン２２は、第１接合部材４２によって一体的に接合される。このとき、余剰の第１の接合材料４１が金属パターン２２上で濡れ広がっても、溝１２内に収容され、電極端子２３との接触は防止される。

【0041】

図９Ｃで、電極端子２３上に第２の接合材料として金属ボール１５を配置する。図９Ｃは、図８の状態に対応する。電極端子２３とサブマウント１０の端面スルーホール１３は位置合わせされているので、電極端子２３上に金属ボール１５をおくことで、金属ボール１５は端面スルーホール１３内に収容される。あらかじめ端面スルーホール１３の曲率と、金属ボール１５の曲率を合わせておくことで、金属ボール１５のほぼ半球が端面スルーホール１３内に収容される。

【0042】

図９Ｄで、サブマウント１０をパッケージ基板２０に電気的に接続する。具体的には、２８０℃程度のリフローで金属ボール１５を溶融して、端面スルーホール１３に接続される導電フィレット４３を形成する。端面スルーホール１３の内面の導電膜１４ａと導電フィレット４３で、電気的な接続部４０が形成される。

【0043】

図９Ｅで、半導体素子３０とサブマウント１０上の電極パターン１４ｂを、ワイヤ３１等で接続し、パッケージ基板２０にカバー３２をかぶせて封止する。半導体素子３０が面発光レーザの場合、カバー３２の上面に半導体素子３０からの出射光が透過する窓が設けられてもよい。半導体素子３０が端面発光レーザの場合、カバー３２の側面に半導体素子３０からの出射光が透過する窓が設けられてもよい。

【0044】

サブマウント１０の裏面で、放熱部１６は電気的な接続部４０と確実に隔離されており、効率的な配線配置で配線面積が低減される。また、広範囲の放熱部１６で放熱性を維持しつつ、パッケージ内での短絡が防止される。

【0045】

上記では、単一のパッケージ基板２０にサブマウント１０を搭載する例を説明したが、複数のパッケージ基板がひとつのシート状に配置された基板を用いてもよい。この場合、たとえば図９Ｄの状態、すなわちサブマウント１０がパッケージ基板に電気的に接続されるまで、複数の装置を一括して作製し、その後、シート状の基板を分割して個々のパッケージ基板２０を得てもよい。あるいは、サブマウント１０上の半導体素子３０をワイヤボンディング等でサブマウント１０に電気接続した後に、個々のパッケージ基板２０に分割してもよい。

【0046】

図１０Ａ～図１０Ｃは、シート状の基板２００を用いるときの作製例を示す。図１０Ａで、シート状の基板２００の各パッケージ領域２１０－１～２１０－ｎ（適宜、「パッケージ領域２１０」と総称する）に、図４の金属パターンを形成する。複数のパッケージ領域２１０は、分割領域２１５によって区画されている。

【0047】

図１０Ｂで、図９Ａ～図９Ｄの工程が複数のパッケージ領域２１０で一括して行われ、サブマウント１０が対応するパッケージ領域２１０に電気的に接続される。具体的には、放熱部１６（図２参照）を物理的に固定した後に、金属ボール１５を溶融して導電フィレット４３を含む電気的な接続部４０が形成される。

【0048】

図１０Ｃで、シート状の基板２００を分割領域２１５に沿って分割し、サブマウント１０を搭載した個々のパッケージ基板２０を得る。シート状の基板２００は、ダイシング分割、プレス分割など、適切な方法で分割することができる。その後、個々のパッケージ基板２０にカバー３２をかぶせて（図９Ｅ参照）、複数の半導体装置１を得る。

【0049】

半導体装置の一括形成により、製造効率が向上する。実施形態の半導体装置１は、効率的な配線配置で、配線面積が低減され、小型化が実現されている。したがって、パッケージ領域２１０の面積が低減され、一枚のシート状の基板２００に含まれるパッケージ領域２１０の数を増やすことができる。

【0050】

上述のように、第１の接合材料４１で放熱部１６をパッケージ基板２０に固定する第１段階の物理的な接合の後に、端面スルーホール１３で電気的な接続をとる第２段階の接合が行われる。第２段階の電気的な接続時に、サブマウント１０はパッケージ基板２０に確実に固定されているので、端面スルーホール１３を狭ピッチの電極端子２３に確実に電気接続することができる。

【0051】

第１段階の物理的な接合で、余剰の第１の接合材料４１が溝１２の内部に収容されるので、電気的な接続部との短絡を防止することができる。

【0052】

金属ボール１５を低融点はんだ材料で形成することで、半導体素子３０への影響が抑制される。第１接合部材４２の融点はリフロー温度よりも高いので、リフロー時にもサブマウント１０とパッケージ基板２０との物理的な接合は、維持される。

【0053】

放熱部１６は、電気接続のための領域を除いて、サブマウント１０の裏面１０２の広い範囲にわたって形成されるので、放熱効果が高い。放熱部１６は、溝１２によって電気的な接続部と隔てられているので、実装工程を通して、短絡の発生が抑制される。

【0054】

以上、特定の実施例に基づいて半導体装置１の構成と製造方法を説明したが、本発明は上記の例に限定されない。溝１２の配置は、図２のようなＬ字型の配置に限定されず、放熱部１６を広くとることのできる適切な位置に配置され得る。溝１２は、放熱部１６と電気的な接続部を隔てて余剰の接合部材を収容できればよいので、断面が半円形、Ｖ字型等の溝であってもよい。金属ボール１５の曲率半径と端面スルーホール１３の曲率半径は必ずしも同程度でなくてもよく、金属ボール１５のほとんどが端面スルーホール１３内に位置するように曲率を調整してもよい。

【符号の説明】

【0055】

１ 半導体装置
１０ サブマウント
１０１ 上面（第１の面）
１０２ 裏面（第２の面）
１０２Ａ 第１領域
１０２Ｂ 第２領域
１０３ 側面
１２ 溝
１３ 端面スルーホール
１４、１４ａ、１４ｃ 導電膜
１４ｂ 電極パターン
１５ 金属ボール（第２の接合材料）
１６ 放熱部
２０ パッケージ基板
２１、２２ 金属パターン
２３ 電極端子
３０ 半導体素子
３２ カバー
４０ 接続部
４１ 第１の接合材料
４２ 第１接合部材
４３ 導電フィレット（第２接合部材）
２００ シート状の基板
２１０－１～２１０－ｎ パッケージ領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図9E】

【図10A】

【図10B】

【図10C】