[go: up one dir, main page]

CN1650411A - 次载具和半导体组件 - Google Patents

次载具和半导体组件 Download PDF

Info

Publication number
CN1650411A
CN1650411A CNA038097109A CN03809710A CN1650411A CN 1650411 A CN1650411 A CN 1650411A CN A038097109 A CNA038097109 A CN A038097109A CN 03809710 A CN03809710 A CN 03809710A CN 1650411 A CN1650411 A CN 1650411A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
submount
solder
substrate
tight contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA038097109A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100394567C (zh
Inventor
石井隆
桧垣贤次郎
筑木保志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN1650411A publication Critical patent/CN1650411A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100394567C publication Critical patent/CN100394567C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0235—Method for mounting laser chips
    • H10W72/20—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0235—Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355—Fixing laser chips on mounts
    • H01S5/0237—Fixing laser chips on mounts by soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • H10W72/073—

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Die Bonding (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种次载具，能以高结合强度将半导体发光器装在它上面；一种半导体组件与所述次载具相结合。所述次载具包括：(a)次载具衬底；(b)形成于次载具衬底的上表面的焊料层；以及(c)焊料紧密接触层，它形成于次载具衬底与焊料层之间，并且它的结构是使主要由至少一种过渡元素构成的过渡元素层和主要由至少一种贵金属构成的贵金属层叠置。上述结构中，使过渡元素层形成于次载具衬底的侧面。所述半导体组件设置有被安置在次载具的焊料层上的半导体发光器件。

Description

次载具和半导体组件
技术领域
本发明涉及一种次载具和与次载具结合的半导体组件，具体地说，涉及一种用于将半导体发光器件安装于其上的次载具和与该次载具结合的半导体组件。本发明中的术语“半导体发光器件”用于表述诸如激光二极管或发光二极管等器件。
背景技术
配置有半导体发光器件的半导体组件是公知的。如图7所示，通过将半导体发光器件安装在次载具3上制得这样的半导体组件。图7是解释制作常规半导体组件方法的示意截面图。以下参照图7说明制作常规半导体组件的方法。
如图7所示，在制作常规半导体组件1的方法中，先制备次载具3，用以将半导体发光器件安装于其上。所述次载具包括：
(a)陶瓷衬底4
(b)形成于该衬底上的多层，所述多层由含钛(Ti)的层和含铂(Pt)的层组成(Ti/Pt多层5)；
(c)在所述多层上形成金(Au)层6，用作电极层；
(d)焊料防护阻挡层107，它形成于所述Au层上，并包含铂(Pt)；
(e)焊料层8，它形成于所述焊料防护阻挡层上，并包含金(Au)-锡(Sn)基焊料。
可以利用常规的层形成过程，如气相沉积法、溅射法或喷镀法，抑或是图案形成法，比如光刻法或金属掩模法，形成所述Ti/Pt多层、Au层、焊料防护阻挡层和焊料层。
在如图7所示制备次载具之后，加热并熔化次载具的焊料，用以将激光二极管作为半导体发光器件安装在焊料上的预定位置(实行晶片焊接步骤)。然后由焊料等使次载具的背面可靠地焊接到热沉(图中未示出)上，完成设置有半导体发光器件之半导体组件的制作。
为了减少在器件的晶片焊接(die-bonding)步骤期间因加热所引致的半导体发光器件的损伤，将熔点均较金-锡基焊料为低的铅(Pt)-锡(Sn)基焊料或银(Ag)-锡(Sn)基焊料同时用于焊接层。在使用银-锡基焊料时，可同时获得无铅制品。
近些年来，CD设备和DVD设备写入速率(writing rate)的增加，以及激光处理装置输出的增大正使半导体发光器件的输出增大。要求这些设备和装置中所用的半导体组件在使用中具有较高的可靠性。为了适应这种要求，就需要提高半导体发光器件与次载具之间的焊接强度。
发明内容
本发明旨在满足上述要求，目的在于提出一种次载具，能够以高强度使半导体发光器件与它相结合，还提出一种与这种次载具结合的半导体组件。
按照本发明，提供一种次载具包括：
(a)次载具衬底；
(b)焊料层，它被形成于次载具衬底的上表面；
(c)焊料紧密接触层，
(c1)它形成于次载具衬底与焊料层之间；
(c2)它的结构是使主要由至少一种过渡元素构成的过渡元素层和主要由至少一种贵金属构成的贵金属层叠置，使过渡元素层形成于次载具衬底侧面；并且
(c3)它形成使得在焊料层一侧的焊料紧密接触层表面成为与焊料层成表面接触。
具有上述结构的次载具具有直接在焊料层下面的焊料紧密接触层，以增强焊料的结合。于是，可使半导体发光器件与次载具之间的焊接强度得以被增强。可使所述过渡元素层主要由选自4A、5A和6A族的元素及其合金中的至少一种构成。所述过渡元素层的结构还可以是使其中叠置多层具有不同成分的层。
为了增强结合强度并降低成本，理想的是使所述过渡元素层和贵金属层中的每一个都具有大于0而不大于1μm的厚度。更为理想的是使过渡元素层具有至少为0.01μm最大为0.2μm的厚度，并使贵金属层具有至少为0.01μm最大为0.1μm的厚度。
理想的是使所述过渡元素层主要由选自一组钛(Ti)，钒(V)，铬(Cr)，锆(Zr)，铌(Nb)及它们的合金当中的至少一种构成。理想的是所述贵金属层主要由选自一组金(Au)，铂(Pt)，钯(Pd)及它们的合金当中的至少一种构成。当满足这些要求时，可使焊料的结合强度得到进一步的增强。
理想的是主要由银-锡基焊料构成所述焊料层。当满足这一要求时，可以得到无铅制品。另外，可使半导体发光器件的焊接温度降低，从而能够减少因加热所引致的半导体发光器件受损。
在使它熔化之前，该焊料层可以具有主要由银构成的层和主要由锡构成的层叠置的结构。
所述次载具还可以包括在所述次载具衬底与焊料紧密接触层之间形成的电极层。在这种情况下，也可将所述电极层用作焊料紧密接触层的支撑(underlying)层。
所述次载具在所述次载具衬底与焊料紧密接触层之间还可以包括：
(a)紧密接触层，它被形成为使得与次载具衬底的上表面接触；和
(b)元素扩散防止层，形成在紧密接触层上。
在这种情况下，电极层被置于元素扩散防止层上。
所述次载具可以具有下述结构：
(a)所述紧密接触层包含钛；
(b)所述元素扩散防止层包含铂；
(c)所述电极层包含金。
理想的是所述次载具衬底包含氮化铝烧结的主体。当满足这一要求时，因为氮化铝具有高的热传导性，所以可以制得具有优良热耗散特性的次载具。
按照本发明的一个方面，明提供一种半导体组件，它包括：
(a)上述任一种次载具；和
(b)安置在焊料层上的半导体发光器件。
这种半导体组件能够以高强度将半导体发光器件结合于次载具上，从而提高所述半导体组件使用时的可靠性。
附图说明
图1是表示本发明半导体组件实施方式一种举例的示意截面图；
图2是解释图1所示半导体组件制造方法的示意截面图；
图3是表示本发明半导体组件实施方式另一种举例的示意截面图；
图4是解释图3所示半导体组件制造方法的示意截面图；
图5是表示本发明半导体组件实施方式再一种举例的示意截面图；
图6是解释图5所示半导体组件制造方法的示意截面图；
图7是说明常规半导体组件制造方法的示意截面图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的优选实施例。图1，3和5是表示本发明半导体组件实施方式举例的示意截面图。图2，4和6分别是解释图1，3和5所示半导体组件制造方法的示意截面图。图2，4和6表示焊料熔化之前的半导体组件。下述各图中，相同和类似的部件采用相同的标号，以免重复解释。
如图1所示，半导体组件1的结构是，其中作为半导体发光器件的激光二极管2被安置在次载具3上。所述次载具3比如包括：
(a)由氮化铝(AlN)烧结体组成次载具衬底4；
(b)由作为紧密接触层的钛(Ti)层和作为元素扩散防止层的铂(Pt)层组成的多层5(Ti/Pt多层5)；
(c)形成于Ti/Pt多层5上并作为电极层的金(Au)层6；
(d)在Au层上形成的焊料紧密接触层7，该焊料防护阻挡层7由作为过渡元素层的钛层(Pt)7b和作为贵金属层的铂层(Pt)7a组成；和
(e)在焊料紧密接触层上形成的焊料层8，该焊料层8由银-锡(AgSn)基焊料组成。
如图1和2所示，通过焊料层将激光二极管结合到次载具上。激光二极管、焊料层和焊料紧密接触层的宽度几乎相同。如图3-6所示，在焊料熔化之前和之后，焊料层的宽度和长度可以比激光二极管的大或者小，而焊料紧密接触层的宽度和长度可以比焊料层的大或者小。
在图1所示的半导体组件中，可由陶瓷、半导体或金属制成所述次载具的衬底。所述陶瓷的种类包括主要由上述氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)或氮化硅(Si3N4)组成的陶瓷。所述半导体的种类包括主要由硅(Si)组成的各种半导体。所述金属的种类包括铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)、铁(Fe)、包含它们的合金，以及复合材料，如铜-钨(Cu-W)复合材料。
理想的是由具有高热传导性的材料制成所述衬底。希望所述衬底的热传导性至少为100W/mK，尤其希望至少为170W/mK的热传导性。此外，还希望衬底具有能够与激光二极管材料的热膨胀系数相比的热膨胀系数。例如，当由比如砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)材料制成所述激光二极管时，就希望衬底具有最大为10×10-6/K的热膨胀系数，尤其希望最大为5×10-6/K的热膨胀系数。
当由陶瓷制成衬底4时，为了同样的效果，衬底既可以设置通孔，使衬底4的部分上表面电连结到背面的相对部分，或者可以设置其中被导体材料(通孔填充物)填充的通孔。理想的是填充通孔的导体材料(通孔填充物)主要由具有高熔点的金属，特别是钨(W)或钼(Mo)组成。上述导体材料还可以包括比如钛(Ti)这样的过渡金属、用于制成玻璃的材料或用于形成衬底的材料，比如氮化铝(AlN)。
希望衬底的表面不平整度Ra最大为1μm，尤为希望的是最大为0.1μm的表面不平整度，并且具有最大为5μm的平坦度，尤为希望的是最大为1μm的平坦度。如果表面不平整度Ra大于1μm，或者平坦度大于5μm，则在焊接激光二极管时，在次载具与激光二极管之间会形成缝隙。这种缝隙有时会使冷却激光二极管的效果减低。表面不平整度Ra和平坦度分别按JIS B 0601和JIS B 0621规定(JIS是日本工业标准的缩写)。
使Ti/Pt多层的Ti层，即含钛(Ti)的层作为紧密接触层，用以增强与所述衬底的紧密接触程度。形成所述Ti层，使与所述衬底的上表面接触。这种紧密接触层可以由比如钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、镍铬(NiCr)合金、锆(Zr)、铌(Nb)、钽(Ta)等材料，或者这些材料的化合物制成。当用金属、合金或者含有金属的复合材料制作衬底时，可以不再形成所述的紧密接触层。
Ti/pt多层的铂(Pt)层作为元素扩散防止层，它形成于所述Ti层的上表面上。元素扩散防止层可以由比如铂(Pt)、钯(Pd)、镍-铬(NiCr)合金、镍(Ni)或钼(Mo)等材料制成。电极层通常主要由Au组成。
可以在焊料紧密接触层与电极层之间形成焊料防护阻挡层。该焊料防护阻挡层可由比如铂(Pt)、镍-铬(NiCr)合金或镍(Ni)等材料制成。所述焊料防护阻挡层的宽度和长度可以大于或者小于所述焊料紧密接触层的宽度和长度。
除了上述银-锡(AgSn)基焊料之外，可以用低熔点金属如锡(Sn)或铟(In)制成的焊料、金-锡(AuSn)基焊料、金-锗(AuGe)基焊料、铅-锡(PbSn)基焊料、铟-锡(InSn)基焊料、其它合金焊料等材料，或者通过复合这些材料制作所述焊料层。另外，所述焊料层在熔化之前具有上述合金焊料中所包含的不同材料的叠置形式，有如图2中的标号8a和8b所表示的那样。当由银-锡(AgSn)基焊料制成所述焊料层时，所述焊料最好包含至少为0wt％、最多为72wt％的银(Ag)。当由金-锡(AuSn)基焊料制成所述焊料层时，所述焊料最好包含至少为65wt％，最大为85wt％的金(Au)，或者包含至少为5wt％，最大为20wt％的金(Au)。
下文将上面所说的Ti/Pt多层、Au层、焊料紧密接触层、焊料防护阻挡层和焊料层统称为金属化层。可以利用常规的形成层的方法形成这些金属化层。例如，可以采用比如气相沉积法和溅射法等薄层形成过程，或者可以采用喷镀工艺等。对上述Ti/Pt多层、Au层、焊料紧密接触层和焊料层绘制图样过程的种类包括结合光刻的拼装法、化学蚀刻法、干蚀刻法和金属掩模法。
理想的是使Ti/Pt多层的钛(Ti)层的厚度至少为0.01μm，最大为1.0μm。理想的是使Ti/Pt多层的铂(Pt)层的厚度至少为0.01μm，最大为1.5μm。理想的是使作为电极层的Au层的厚度至少为0.1μm，最大为10μm。希望焊料层的厚度至少为0.1μm，最大为10μm。当形成所述焊料防护阻挡层时，希望它的厚度至少为0.01μm，最大为1.5μm。
本发明中的半导体发光器件的材料种类包括比如GaAs、InP和GaN等复合半导体。发光的类型既可以是面向上(face-up)型，也可以是面向下(face-down)型。然而，面向下型激光二极管的结构是，其中发光部分形成在接近背面的位置，这就使得与焊料层接触。在这种情况下，产生热量的发光部分定位于接近衬底的位置。因此，这种配置可以进一步提高半导体组件的热耗散特性。
激光二极管在其表面上设置一个绝缘层，如二氧化硅(SiO2)层，以及设置金属化层，如电极层。理想的是作为电极层的金(Au)层的厚度至少为0.1μm，最大为10μm，为的是确保与焊料层良好的可湿润性。
可以通过利用焊料等将图1所示的半导体组件1焊接到热沉上。具体地说，首先，在衬底的与形成Ti/Pt多层的面相对的面上，形成比如紧密接触层和元素扩散防止层等这些层。然后，比如将呈片状的焊料(焊料箔)放置在衬底的背面与所述热沉之间。通过焊料使热沉与次载具结合。可使所述焊料箔形成于衬底背面上的金属化层上。在这种情况下，可以同时把激光二极管和热沉焊接到衬底上。
可以由比如金属或陶瓷之类的材料制成热沉。所述金属的种类包括铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、铁(Fe)、它们的合金，以及由这些这些材料组成的复合材料。理想的是使热沉的表面上形成镍(Ni)层、金(Au)层，或者含有前述金属的层。可以通过蒸汽沉积法和喷镀法形成这些层。理想的是所述热沉的热传导率至少高达100W/mK。
接下来，参照图2并假定由氮化铝烧结体制成所述衬底来解释图1中所示半导体组件的制造方法。
第一步是制作衬底。这类衬底的长度和宽度有如几毫米那样小。因此通常用下述方法制作衬底。首先，制作衬底的基础材料，比如其长度约为50mm，宽度也约为50mm。在所述基础材料上形成金属化层。然后将这一基础材料切割成特定尺寸的微小片。下面会按照这种制品说明其制作方法。在这一步，假定所述衬底的基础材料比如宽50mm、长50mm以及厚度0.4mm。可以采用普通方法制作被用作衬底材料的氮化铝(AlN)烧结体。
第二步是对所述衬底的表面进行研磨或抛光。理想的是使经研磨或抛光的衬底的表面粗糙度Ra最大为1.0μm，尤其希望最大为0.1μm。可以通过应用普通方法实行研磨或抛光操作，比如用砂纸研磨或用研磨料抛光。作为选择，可以采用研磨机械或者喷沙。
第三步如图2所示，提供一种图样，用于形成具有特定的图样的Ti层5b作为紧密接触层，Pt层5a作为元素扩散防止层，以及Au层6作为电极层。在这一绘制图样的步骤中，比如利用光刻法，对衬底的表面上除形成所述各层的区域以外的其它区域提供抗蚀层。
第四步是蒸汽沉积Ti层，作为紧密接触层。比如，使所形成的Ti层具有0.1μm的厚度。
第五步是在所述紧密接触层上形成被用作元素扩散防止层的Pt层。比如，使所述Pt层具有0.2μm的厚度。
第六步是蒸汽沉积Au层，作为电极层。比如，使该Au层具有0.6μm的厚度。
第七步是取去(lift-off)步骤。在这一步，与位于所述抗蚀层上的部分所述紧密接触层、元素扩散防止层以及电极层一起，用抗蚀剂去除液去除在第三步，即绘制图案步骤中所形成的抗蚀层，这种去除可以在衬底的表面上形成所述具有特定图样的那三个层。
第八步是蒸汽沉积焊料紧密接触层。在这一步，利用金属掩模法在电极层上蒸汽沉积Ti层7b，作为过渡元素层。然后，用同样的方法，在Ti层上蒸汽沉积Pt层7a，作为贵金属层。譬如，所形成的Ti层和Pt层分别具有0.08μm和0.05μm的厚度。
在用来形成焊料紧密接触层的步骤中，为了减少层形成气氛中杂质气体，如水蒸气和氧气的量，理想的是，在开始形成所述的层之前，使腔室内的压力(终极真空度)最大为5.0×10-4Pa，尤其令人满意的是至多为1.0×10-4Pa。为了提高所述焊料紧密接触层对下面的层的紧密接触程度，理想的是在形成所述焊料紧密接触层的时候，使衬底的表面温度在20到350℃，尤其希望在100到250℃。
第九步是通过真空蒸镀方法在所述焊料紧密接触层上形成焊料层8。按照本制作方法，有如图2所示那样，利用金属掩膜法，在所述焊料紧密接触层上蒸汽沉积Ag-Sn叠置焊料层的Ag层8b。然后，再以同样的方法在Ag层8b上蒸汽沉积Sn层8b。比如，所述Ag层和Sn层的宽度分别为1.5μm和3.0μm。
在这一形成焊料层的步骤中，为了减少层形成气氛中杂质气体，如水蒸气和氧气的量，理想的是，在开始形成所述的层之前，使腔室内的压力(终极真空度)最大为5.0×10-4Pa，尤其令人满意的是至多为1.0×10-4Pa。为了提高所述焊料层对焊料紧密接触层的紧密接触程度，理想的是在形成所述焊料层的时候，使衬底的表面温度至少为20℃，并且在所述焊料的液相发生温度之下不高过10℃。
利用较早所描述的光刻法来代替前面的金属掩膜法，可以形成具有特定图样的焊料紧密接触层和焊料层。
第十步是将上述处理过的衬底基础材料切割成特定长度和宽度的次载具。从而得到有如图2中所示的次载具3。
第十一步是把作为半导体发光器件的激光二极管2焊接到次载具上。具体地说，首先，通过加热使焊料层8熔化。然后如图2所示，有如箭号9所示那样，将激光二极管放置在已熔化的焊料层8上，使激光二极管通过该焊料层被焊接于次载具上。这就完成了制作图1所示的半导体组件1。
如上所述，给本发明的次载具和半导体组件在所示焊料层下面直接设置焊料紧密接触层。该焊料紧密接触层的结构是使其中用于增强与焊料结合的过渡元素层与贵金属层叠置。因此，可进一步增强半导体发光器件与次载具之间的结合强度。从而，可进一步提高半导体组件在实际使用中的可靠性。
实例
(样品的制造及评估)
如表I所示，通过下述程序制造样品1-29所示的次载具。样品1-25的制造作为实例，样品26-29的制造作为比较例。
首先，制备表I所示材料制成的衬底。它们的宽度都为50mm、长度都为50mm、厚度都为0.4mm。各衬底的表面被抛光，得到具有表面粗糙度Ra为0.05μm的上表面4f。利用与光刻法相结合的取去法和蒸汽沉积法的操作，形成金属化层，该层包括厚度为0.1μm的Ti层5b、厚度为0.2μm的Pt层5a，以及厚度为0.6μm的Au层6。在样品7中，以包含厚度为1.0μm的Ni镀层和厚度为1.0μm的Au镀层的金属化层代替前述的金属化层。
接下去利用金属掩膜法和真空蒸镀法，在所述金属化层上形成包含过渡元素层和贵金属层的焊料紧密接触层7。表1示出所述过渡元素层和贵金属层的成分及厚度，以及真空蒸镀的条件。
利用金属掩膜法和真空蒸镀法，使所有样品都具有焊料层8。表1中示出该焊料层的成分及厚度，以及真空蒸镀的条件。表1中的“焊料成分比率”表示构成焊料层元素的重量比。
通过切割衬底4，从样品1-29的每一个得到宽度为1.2mm、长度为1.5mm、厚度为0.3mm的次载具。通过在氮气氛中加热所述焊料层，使之熔化，使激光二极管2被焊接到每个样品次载具。表1中示出焊接温度。
使如此得到的半导体组件1(见图1)受到测试，以测量激光二极管在次载具上的结合强度。按照MIL-STD-883C方法2019.4规定的晶片剪切力强度测试实行所述的测试。通过对10个关于所述样品1-29中的每一个的结合强度数据取平均，来评估测试的结果。这些测试结果也示于表1中。
表1表示本发明的次载具和半导体组件在半导体发光器件与次载具之间的结合强度要高于各比较例的这种结合强度。
应能理解，上述各实施例和实例只为说明，并未在任何方面进行限定。本发明的范围仅由所附各权利要求限定，而不由上述实施例和实例限定。因此，本发明将延伸覆盖所有包含在与权利要求范围等同的含义和范围内的各种改型。
工业实用性
如上所述，本发明在焊料层下面直接设置焊料紧密接触层。该焊料紧密接触层的结构使用于增强与焊料结合的过渡元素层和贵金属层叠置于其中。因此，可进一步增强半导体发光器件与次载具之间的结合强度。从而，可进一步提高半导体组件在实际使用中的可靠性。
表1
 样品号      衬底                            焊料密切接触层                                    焊料层 激光二极管
     过渡元素层       贵金属层      真空蒸镀条件         焊料成分比(重量比)             层厚(μm)       真空蒸镀条件
  成分     层厚(μm)   成分    层厚(μm)   真空度(×10-5Pa)  衬底温度(℃) 真空度(×10-5Pa) 衬底温度(℃) 焊接温度(℃)   焊接强度(MPa)
    1     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    52
    2     AlN烧结体    Ti     0.06    Au    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    49
    3     AlN烧结体    V     0.06    Pd    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    45
    4     AlN烧结体    Cr     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    46
    5     SiC烧结体    Zr     0.06    Au    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    47
    6     Al2O3烧结体    Nb     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    48
    7     Cu-W    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    47
    8     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Au∶Sn＝80∶20      3.5     8.0     150     290    43
    9     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Au∶Sn＝10∶90      3.5     8.0     150     250    42
    10     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Au∶Sn＝10∶90      3.5     8.0     150     250    51
    11     AlN烧结体    Ti     0.008    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    43
    12     AlN烧结体    Ti     0.1    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    50
    13     AlN烧结体    Ti     0.5    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    48
    14     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.008     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    44
    15     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.2     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    48
    16     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.5     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    47
    17     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     15.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    41
    18     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     40.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    40
    19     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     15.0     150     250    42
    20     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     40.0     150     250    40
    21     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     50     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    44
    22     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     150     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    49
    23     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     300     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    45
    24     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     50     250    47
    25     AlN烧结体    Ti     0.06    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     200     250    49
    *26     AlN烧结体    Ti     0.06    -    -     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    30
    *27     AlN烧结体    -     -    -    -     -     -     Ag∶Sn＝80∶20      3.5     8.0     150     290    30
    *28     AlN烧结体    -     -    Pt    0.05     8.0     230     Au∶Sn＝80∶20      3.5     8.0     150     290    32
    *29     AlN烧结体    -     -    Pt    0.05     8.0     230     Ag∶Sn＝32∶68      1.5/4.0(Ag/Sn叠置)     8.0     150     250    31
说明：*：比较例
      真空度：焊料密接层及焊料层真空蒸镀前的临界真空度

Claims (10)

1.一种次载具，它包括：
(a)次载具衬底；和
(b)焊料层，它被形成于次载具衬底的上表面；
(c)焊料紧密接触层，
(c1)它形成于次载具衬底与焊料层之间；
(c2)它的结构是使主要由至少一种过渡元素构成的过渡元素层和主要由至少一种贵金属构成的贵金属层叠置，使过渡元素层形成于次载具衬底侧；并且
(c3)它形成使得在焊料层一侧的焊料紧密接触层表面与焊料层成表面接触。
2.如权利要求1所述的次载具，其中，使所述过渡元素层和贵金属层中的每一个的厚度都大于0而不大于1μm。
3.如权利要求1或2所述的次载具，其中，
(a)所述过渡元素层主要由选自一组钛，钒，铬，锆，铌及它们合金当中的至少一种构成；
(b)所述贵金属层主要由选自一组金，铂，钯以及它们的合金的至少一种构成。
4.如权利要求1至3任一项所述的次载具，其中，所述焊料层主要由银-锡基焊料构成。
5.如权利要求4所述的次载具，其中，在焊料层熔化之前，该焊料层具有主要由银构成的层和主要由锡构成的层叠置的结构。
6.如权利要求1至5任一项所述的次载具，其中，所述次载具还包括在所述次载具衬底与焊料紧密接触层之间形成的电极层。
7.如权利要求6所述的次载具，其中，所述次载具在所述次载具衬底与焊料紧密接触层之间还包括：
(a)紧密接触层，它被形成为使得与次载具衬底的上表面接触；和
(b)元素扩散防止层，形成在紧密接触层上；所述电极层被置于元素扩散防止层上。
8.如权利要求7所述的次载具，其中，
(a)所述紧密接触层包含钛；
(b)所述元素扩散防止层包含铂；
(c)所述电极层包含金。
9.如权利要求1至8任一项所述的次载具，其中，所述次载具衬底包括氮化铝烧结的主体。
10.一种与权利要求1至9任一项所述次载具结合的半导体组件，其中，所述半导体组件设有安置在焊料层上的半导体发光器件。
CNB038097109A 2002-04-30 2003-04-24 次载具和半导体组件 Expired - Fee Related CN100394567C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002127948A JP3509809B2 (ja) 2002-04-30 2002-04-30 サブマウントおよび半導体装置
JP127948/2002 2002-04-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1650411A true CN1650411A (zh) 2005-08-03
CN100394567C CN100394567C (zh) 2008-06-11

Family

ID=19194273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038097109A Expired - Fee Related CN100394567C (zh) 2002-04-30 2003-04-24 次载具和半导体组件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7015583B2 (zh)
EP (1) EP1564803A4 (zh)
JP (1) JP3509809B2 (zh)
KR (1) KR100940164B1 (zh)
CN (1) CN100394567C (zh)
WO (1) WO2003094220A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101339911B (zh) * 2007-07-06 2012-09-12 Jds尤尼弗思公司 安装半导体器件及其制作方法
CN101971717B (zh) * 2008-04-28 2012-12-26 欧司朗光电半导体有限公司 光电子器件
CN103518296A (zh) * 2011-03-16 2014-01-15 光谱传感器公司 用于提高频率稳定性的半导体激光器安装座
CN103782459A (zh) * 2011-08-17 2014-05-07 光谱传感器公司 安装有完整扩散阻挡层的半导体激光器

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1255563C (zh) 2001-05-24 2006-05-10 弗莱氏金属公司 热界面材料和受热器构型
CA2547358C (en) * 2001-05-24 2013-08-06 Fry's Metals, Inc. Thermal interface material and solder preforms
JP3882712B2 (ja) 2002-08-09 2007-02-21 住友電気工業株式会社 サブマウントおよび半導体装置
US7247514B2 (en) * 2003-04-11 2007-07-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method for producing the same
JP2004356429A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Sumitomo Electric Ind Ltd サブマウントおよびそれを用いた半導体装置
EP1672685B1 (en) * 2003-08-26 2010-11-03 Tokuyama Corporation Substrate for device bonding, device bonded substrate, and method for producing same
JP4528510B2 (ja) * 2003-09-22 2010-08-18 株式会社東芝 半導体レーザ素子用サブマウント
WO2005036705A1 (ja) * 2003-09-22 2005-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba 光半導体用基板
JP2005159045A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体発光素子搭載部材とそれを用いた発光ダイオード
DE10355600B4 (de) 2003-11-28 2021-06-24 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterchips
US7626264B2 (en) 2004-03-24 2009-12-01 Tokuyama Corporation Substrate for device bonding and method for manufacturing same
JP4644007B2 (ja) * 2004-03-24 2011-03-02 株式会社トクヤマ 素子接合用基板およびその製造方法
JP4825403B2 (ja) * 2004-04-01 2011-11-30 株式会社日立製作所 サブマウントおよびその製造方法
JP4228303B2 (ja) 2004-04-12 2009-02-25 住友電気工業株式会社 半導体発光素子搭載部材と、それを用いた半導体発光装置
US9166130B2 (en) 2012-10-24 2015-10-20 Spectrasensors, Inc. Solderless mounting for semiconductor lasers
JP2006100369A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Sharp Corp 半導体レーザ素子およびその製造方法
NL1027961C2 (nl) * 2005-01-05 2006-07-06 Lemnis Lighting Ip Gmbh Elektrische schakeling, gebruik van een halfgeleidercomponent en werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleidercomponent.
WO2006082770A1 (ja) * 2005-02-07 2006-08-10 Kabushiki Kaisha Toshiba セラミックス配線基板とその製造方法、およびそれを用いた半導体装置
TWI462236B (zh) 2005-03-18 2014-11-21 同和電子科技有限公司 副載置片及其製造方法
JP4699812B2 (ja) * 2005-06-07 2011-06-15 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
US7348212B2 (en) * 2005-09-13 2008-03-25 Philips Lumileds Lighting Company Llc Interconnects for semiconductor light emitting devices
JP4822155B2 (ja) 2005-09-26 2011-11-24 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 サブマウント及びその製造方法
JP2007201420A (ja) 2005-12-27 2007-08-09 Sharp Corp 半導体発光装置、半導体発光素子、および半導体発光装置の製造方法
US8030575B2 (en) * 2005-12-29 2011-10-04 Sensor Electronic Technology, Inc. Mounting structure providing electrical surge protection
KR100765075B1 (ko) * 2006-03-26 2007-10-09 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법
EP2044477B1 (en) * 2006-07-14 2016-09-07 Koninklijke Philips N.V. Mounting an electro-optical component in alignment with an optical element
JP5122098B2 (ja) * 2006-08-11 2013-01-16 株式会社トクヤマ メタライズ基板、半導体装置
US7964888B2 (en) * 2007-04-18 2011-06-21 Cree, Inc. Semiconductor light emitting device packages and methods
JP2009064961A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Sharp Corp 半導体レーザ装置およびその製造方法
CN101465516B (zh) * 2009-01-09 2010-12-01 西安炬光科技有限公司 一种大功率半导体激光器及其制备方法
TW201110275A (en) * 2009-05-13 2011-03-16 Seiko Instr Inc Electronic component, manufacturing method for electronic component, and electronic device
WO2012036132A1 (ja) * 2010-09-17 2012-03-22 旭硝子株式会社 発光素子搭載用基板および発光装置
JP4778120B1 (ja) * 2011-03-08 2011-09-21 有限会社ナプラ 電子機器
AU2015202533B2 (en) * 2011-03-16 2016-09-01 Spectrasensors, Inc. Semiconductor laser mounting for improved frequency stability
US9735126B2 (en) * 2011-06-07 2017-08-15 Infineon Technologies Ag Solder alloys and arrangements
KR102066300B1 (ko) * 2012-02-14 2020-03-02 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 땜납 접합 구조, 파워 모듈, 히트 싱크가 형성된 파워 모듈용 기판 및 그것들의 제조 방법, 그리고 땜납 하지층 형성용 페이스트
JP5962522B2 (ja) 2012-03-22 2016-08-03 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ装置
KR20150103653A (ko) * 2013-01-07 2015-09-11 가부시끼가이샤 아라이도 마테리아루 세라믹 배선 기판, 반도체 장치, 및 세라믹 배선 기판의 제조 방법
US9070387B1 (en) 2013-08-23 2015-06-30 Western Digital Technologies, Inc. Integrated heat-assisted magnetic recording head/laser assembly
JP6928560B2 (ja) * 2016-02-12 2021-09-01 古河電気工業株式会社 サブマウント、半導体素子実装サブマウント、および半導体素子モジュール
JP6864688B2 (ja) * 2016-07-22 2021-04-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 素子構造体および発光装置
CN113328335A (zh) * 2020-02-28 2021-08-31 福州高意光学有限公司 一种高功率激光应用的散热基座
EP4693391A1 (en) * 2023-03-30 2026-02-11 Niterra Co., Ltd. Substrate for mounting semiconductor element

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5715446A (en) * 1980-07-02 1982-01-26 Hitachi Ltd Semiconductor device
JPS59167038A (ja) * 1983-03-14 1984-09-20 Hitachi Ltd 光半導体素子用サブマウントの構造
JPH063815B2 (ja) 1983-09-30 1994-01-12 株式会社日立製作所 光半導体素子用サブマウント
JPH01109790A (ja) * 1987-10-22 1989-04-26 Mitsubishi Electric Corp 光半導体素子用サブマウント
JP2830221B2 (ja) * 1989-11-30 1998-12-02 神鋼電機株式会社 ハイブリッド集積回路のマウント構造
JP3190718B2 (ja) * 1992-01-14 2001-07-23 株式会社東芝 半導体レーザ用サブマウント
US5234153A (en) * 1992-08-28 1993-08-10 At&T Bell Laboratories Permanent metallic bonding method
JP3377553B2 (ja) * 1993-05-13 2003-02-17 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
JP3165779B2 (ja) * 1995-07-18 2001-05-14 株式会社トクヤマ サブマウント
JP3346971B2 (ja) * 1995-12-20 2002-11-18 株式会社東芝 光半導体素子用サブマウントおよびそのマウント方法
JP3500304B2 (ja) 1998-04-23 2004-02-23 京セラ株式会社 半導体素子支持部材及びこれを用いた半導体素子収納用パッケージ
US6590913B1 (en) * 1999-05-14 2003-07-08 Triquint Technology Holding Co. Barrier layer and method of making the same
JP3632499B2 (ja) * 1999-05-19 2005-03-23 ユケン工業株式会社 錫−銀系合金電気めっき浴
JP2001298199A (ja) * 2000-04-17 2001-10-26 Hitachi Ltd 光半導体装置の接続構造
JP3800977B2 (ja) * 2001-04-11 2006-07-26 株式会社日立製作所 Ｚｎ−Ａｌ系はんだを用いた製品
US6700913B2 (en) * 2001-05-29 2004-03-02 Northrop Grumman Corporation Low cost high integrity diode laser array
JP3982284B2 (ja) * 2002-03-06 2007-09-26 住友電気工業株式会社 サブマウントおよび半導体装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101339911B (zh) * 2007-07-06 2012-09-12 Jds尤尼弗思公司 安装半导体器件及其制作方法
CN101971717B (zh) * 2008-04-28 2012-12-26 欧司朗光电半导体有限公司 光电子器件
CN103518296A (zh) * 2011-03-16 2014-01-15 光谱传感器公司 用于提高频率稳定性的半导体激光器安装座
CN103782459A (zh) * 2011-08-17 2014-05-07 光谱传感器公司 安装有完整扩散阻挡层的半导体激光器
CN103782459B (zh) * 2011-08-17 2017-07-25 光谱传感器公司 安装有完整扩散阻挡层的半导体激光器

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002368020A (ja) 2002-12-20
KR20050006216A (ko) 2005-01-15
WO2003094220A1 (en) 2003-11-13
JP3509809B2 (ja) 2004-03-22
US20050167679A1 (en) 2005-08-04
EP1564803A1 (en) 2005-08-17
EP1564803A4 (en) 2008-09-03
KR100940164B1 (ko) 2010-02-03
CN100394567C (zh) 2008-06-11
US7015583B2 (en) 2006-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1650411A (zh) 次载具和半导体组件
CN1298032C (zh) 次载具和半导体组件
CN100342510C (zh) 副支架和半导体器件
TWI479674B (zh) 半導體晶圓組件之處理方法
CN100459188C (zh) 发光元件安装用构件以及使用该构件的半导体装置
US9111782B2 (en) Solderless die attach to a direct bonded aluminum substrate
CN100487890C (zh) 用以由发光二极管移除热量的系统及方法
CN1135912C (zh) 陶瓷电路基板
CN100347866C (zh) 包括阻挡层/子层的发光二极管及其制造方法
CN1745483A (zh) 用于制造一个半导体元器件的方法
CN1750284A (zh) 半导体元件及其制造方法和电子部件单元
CN1194409C (zh) 电路板及其制作方法和高输出模块
JP2006261569A (ja) サブマウントおよびその製造方法
CN1509499A (zh) 元件焊接用基板及其制造方法
JP3912130B2 (ja) サブマウント
US8193070B2 (en) Method for bonding layers, corresponding device and organic light-emitting diode
JP2004006468A (ja) 半導体発光装置
CN1890809A (zh) 带有增强内连接金属化部的引线接合的半导体元件
JP2006286944A (ja) サブマウント及びその製造方法
JP5062545B2 (ja) サブマウント及びその製造方法
CN1848471A (zh) 氮化物基半导体发光装置及其制造方法
CN120475758A (zh) 半导体衬底上的可烧结电接触

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080611