專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件以及使用它的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，以及在所述半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件中安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
為了提高半導(dǎo)體發(fā)光裝置的有效發(fā)光效率，使用光反射率優(yōu)良的材料(例如Ag或Al等)，在半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件的基材的元件安裝表面或發(fā)射面上形成用于安裝元件的電極層和/或用于反射來(lái)自元件的光的反射層(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)1-3)。
日本特許公開專利公報(bào)平9-293904(權(quán)利要求1、2，第0015-0017欄，圖1、圖2)[專利文獻(xiàn)2]日本特許公開專利公報(bào)2002-217456(第0013-0014欄，圖1、圖2)[專利文獻(xiàn)3]日本特許公開專利公報(bào)2002-232017(權(quán)利要求1，第0016-0021欄，圖1)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題但是，雖然Ag、Al等材料具有優(yōu)良的光反射率，但在基材上的元件安裝面、反射面等實(shí)際形成的金屬膜沒(méi)有足夠的表面光滑度。這導(dǎo)致光的不規(guī)則反射，并阻止獲得高的有效反射率。
近些年，輸出至少為1W的高輸出半導(dǎo)體發(fā)光裝置得到快速發(fā)展，其中，大電流流動(dòng)必須使得用作電極層的金屬膜變厚，從而使電阻降低。但是，隨著金屬膜變厚，表面不規(guī)則性趨于增大。這阻止獲得高的反射率。
而且，在用于發(fā)射紫外線的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，以及在與熒光材料一起發(fā)射白光的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，波長(zhǎng)不大于450nm的短波長(zhǎng)光的反射率下降特別突出。金屬膜表面越不平整，短波長(zhǎng)光的有效反射率下降越明顯。
并且，近些年，使用金凸點(diǎn)的倒裝芯片法作為一種將半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝到半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件的方法，得到廣泛應(yīng)用。在倒裝芯片法中，半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件的電極層與金凸點(diǎn)之間的接觸面積小。因此，為提供實(shí)用程度的安裝強(qiáng)度，必須提高作為電極層的金屬層在基材上的附著力，金屬層本身的機(jī)械強(qiáng)度也必須增大。
并且，由于Ag、Al和類似材料是趨于產(chǎn)生遷移的材料，因此，在上述需要大電流的高輸出半導(dǎo)體發(fā)光裝置中不能得到高的可靠性。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，在該安裝件中作為電極層和/或反射層的金屬膜具有改進(jìn)的有效光反射率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中金屬層對(duì)基材的附著力得到改進(jìn)、機(jī)械強(qiáng)度和可靠性得到提高。
本發(fā)明的再一個(gè)目的提供這樣一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置即，其使用上述半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件并具有優(yōu)良的發(fā)光特性。
解決問(wèn)題的技術(shù)方案權(quán)利要求1的本發(fā)明是一種半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，包括基材；以及在基材表面上形成的金屬膜，由Ag、Al或含有所述金屬的合金制成，并且所述金屬膜作為用于安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極層和/或反射來(lái)自所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的光的反射層使用；其中形成金屬膜的金屬或合金的晶粒沿金屬膜表面的粒徑不超過(guò)0.5μm；以及金屬膜表面的中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm。
權(quán)利要求2的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中在基材上順序形成有粘結(jié)層和阻擋層，金屬膜形成在阻擋層上。
權(quán)利要求3的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中金屬膜由Ag和/或Al以及其他金屬的合金形成，并且其他金屬的含量為0.001～10％(按重量百分比計(jì))。
權(quán)利要求4的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中其他金屬是選自于下述群組中的至少一種金屬，所述群組包括Cu、Mg、Si、Mn、Ti和Cr。
權(quán)利要求5的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中金屬膜的膜厚為0.5～3μm。
權(quán)利要求6的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中金屬膜是由Al單獨(dú)形成的，或者是由Al和其他金屬的合金形成的。
權(quán)利要求7的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中基材的熱膨脹系數(shù)是1×10-6/K～10×10-6/K。
權(quán)利要求8的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中基材的導(dǎo)熱率至少是80W/mK。
權(quán)利要求9的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件是平板狀子安裝座。
權(quán)利要求10的本發(fā)明是一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光件安裝件中。
權(quán)利要求11的本發(fā)明是一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中輸出至少是1W。
發(fā)明的效果使用權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，可以提高金屬膜的表面光滑度。
更具體地，基于形成金屬膜的金屬或合金的各晶粒暴露在該金屬膜表面部分的形狀，沿表面的晶粒粒徑越大則越趨向于增大金屬膜表面的不平整度。而且，金屬膜的表面形狀受下部基材的表面形狀影響，基材表面的粗糙度越大則金屬膜表面的不平整度越趨向于增大。隨著金屬膜表面不平整度增大，由于存在光的不規(guī)則反射傾向而使反射率下降。
相反，在權(quán)利要求1中，金屬膜的各個(gè)晶粒沿金屬膜表面的粒徑不超過(guò)0.5μm?；诟鱾€(gè)晶粒暴露在金屬膜表面的部分的形狀，這將金屬膜表面的不平整度減至最小。而且，通過(guò)調(diào)節(jié)基材表面形狀和類似因素，使金屬膜表面的中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm，從而可以改進(jìn)金屬膜表面的光滑度，并提高光反射率。
因此，根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明，可以提高Ag、Al或含有這些金屬的合金制成的金屬膜的有效光反射率，特別是波長(zhǎng)不超過(guò)450nm的短波長(zhǎng)光的反射率。
在根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明中，在基材上形成與基材材料(例如陶瓷)具有優(yōu)良附著力的粘結(jié)層。在此粘結(jié)層上形成阻擋層，該阻擋層起到這樣的作用即，通過(guò)抑制形成金屬層的Ag或Al與形成粘結(jié)層的Ti或類似物之間由于后處理過(guò)程(例如，元件安裝等)的熱滯后(大致不超過(guò)300℃)而導(dǎo)致的反應(yīng)，以阻止粘結(jié)強(qiáng)度下降，從而防止Ag和Al擴(kuò)散到粘結(jié)層上。金屬膜形成在阻擋層頂部。結(jié)果，可以提高金屬膜對(duì)基材的附著力。
并且，根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明，金屬膜是由Ag和/或Al以及預(yù)定含量的其他金屬的合金制成的。這可以提高機(jī)械強(qiáng)度。使用合金也可以防止Ag和Al的遷移。結(jié)果，可以提高金屬膜的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。
如同權(quán)利要求4所述的，上述合金中的其他金屬可以是選自于下述群組中的至少一種金屬，所述群組包括Cu、Mg、Si、Mn、Ti和Cr。
如同權(quán)利要求5所述的，考慮到需要在保持表面的光滑度的同時(shí)使用大電流，優(yōu)選的是金屬膜的膜厚是0.5～3μm。
此外，如果該結(jié)構(gòu)與發(fā)射波長(zhǎng)不超過(guò)450nm的短波長(zhǎng)光的半導(dǎo)體發(fā)光元件組合，那么，優(yōu)選的是形成金屬層的主要金屬是Al，金屬Al可以對(duì)這種類型的短波長(zhǎng)光提供優(yōu)良的反射率。因此，如同權(quán)利要求6所述的，優(yōu)選地，金屬膜可以由Al本身形成，或者由Al和其他金屬的合金形成。
考慮需要通過(guò)減小安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件過(guò)程或?qū)嶋H使用過(guò)程的熱滯后產(chǎn)生的熱應(yīng)變以提高半導(dǎo)體發(fā)光裝置的可靠性，優(yōu)選地，基材的熱膨脹系數(shù)接近半導(dǎo)體發(fā)光元件的熱膨脹系數(shù)。更具體地，如同權(quán)利要求7所述的，優(yōu)選的是基材的熱膨脹系數(shù)是1×10-6/K～10×10-6/K。
如同權(quán)利要求8所述的，通過(guò)使基材的導(dǎo)熱率至少是80W/mK，以提高散熱性應(yīng)對(duì)高輸出的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，這也是優(yōu)選的。
此外，如同權(quán)利要求9所述的，如果子安裝座的尺寸接近于半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光部的尺寸，則半導(dǎo)體發(fā)光元件裝在子安裝座的半導(dǎo)體發(fā)光裝置就可以直接裝在便宜的封裝或類似裝置中，而這些封裝或類似裝置在傳統(tǒng)上直接用于安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件。因此，本發(fā)明具有廣范圍的應(yīng)用。
此外，由于根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體發(fā)光裝置使用本發(fā)明上述半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，因此可以提供優(yōu)良的發(fā)光特性。特別是，具有優(yōu)良發(fā)光特性的半導(dǎo)體發(fā)光裝置可以裝有如下裝置使用發(fā)射波長(zhǎng)不超過(guò)450nm的短波長(zhǎng)光的半導(dǎo)體發(fā)光元件以發(fā)射紫外光的裝置，或者組合此發(fā)射短波長(zhǎng)光的半導(dǎo)體發(fā)光元件和熒光材料的發(fā)射白光的裝置。
此外，如同權(quán)利要求11所述的，上述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)適于輸出至少1W的高輸出裝置。


圖1A是表示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件的一個(gè)實(shí)施例的子安裝座結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖1B是表示半導(dǎo)體發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件用倒裝芯片法裝在子安裝座上。
圖2是表示裝在一個(gè)封裝中的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖視圖。
圖3A是表示光的不規(guī)則反射與表面不平整尺寸之間的關(guān)系的剖視圖，這是當(dāng)形成金屬層的各個(gè)晶粒的粒徑不超過(guò)0.5μm時(shí)，由表面上露出的晶粒部分的形狀確定的。
圖3B是表示光的不規(guī)則反射與表面不平整尺寸之間的關(guān)系的剖視圖，這是當(dāng)形成金屬層的各個(gè)晶粒的粒徑超過(guò)0.5μm時(shí)，由表面上露出的晶粒部分的形狀確定的。
圖4A是表示當(dāng)通過(guò)物理氣相沉積形成金屬膜時(shí)在高氣相沉積速率下的晶粒形成圖。
圖4B是表示當(dāng)通過(guò)物理氣相沉積形成金屬膜時(shí)在低氣相沉積速率下的晶粒形成圖。
圖5A是表示當(dāng)通過(guò)物理氣相沉積形成金屬膜時(shí)在低基材(基板)溫度下的晶粒形成圖。
圖5B是表示當(dāng)通過(guò)物理氣相沉積形成金屬膜時(shí)在高基材溫度下的晶粒形成圖。
參考標(biāo)號(hào)的說(shuō)明1子安裝座(半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件)10基材11，12金屬膜LE1半導(dǎo)體發(fā)光元件LE2半導(dǎo)體發(fā)光裝置具體實(shí)施方式
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件的一個(gè)實(shí)施例的子安裝座1的剖視圖，圖1B是表示半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2的剖視圖，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1裝在子安裝座1上。
如同這些圖所示的，此實(shí)施例的子安裝座1包括兩個(gè)金屬層11、12，它們位于平基材10的上表面?zhèn)?按照該圖)，并被位于表面中心處的一條窄縫隙彼此分開，金屬層11、12同時(shí)作為用于安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1的電極層以及用于反射來(lái)自半導(dǎo)體發(fā)光元件的光的反射層。
如圖所示，兩個(gè)金屬層11、12分別對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1的兩個(gè)電極LE1a、LE1b，例如，這兩個(gè)金屬層通過(guò)金凸點(diǎn)BP結(jié)合到電極LE1a、LE1b上。半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1以這種方式用倒裝芯片法裝在子安裝座1上，從而形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2。
上述基材10可以由任一種類型的絕緣材料制成。但是，如上所述，考慮需要減小由安裝和使用發(fā)光元件LE1的熱滯后而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，如上所述，優(yōu)選地，材料的熱膨脹系數(shù)是1×10-6/K～10×10-6/K。
而且，考慮需要提高應(yīng)對(duì)高輸出的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的散熱性，優(yōu)選地，基材10的導(dǎo)熱率至少是80W/mK。
滿足上述熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率條件的基材10的材料例子包括絕緣陶瓷，諸如AlN、Al2O3、SiC、Si3N4、BeO、BN、絕緣Si及其復(fù)合材料等等。在這些材料中，就成本方面而言，Al2O3和絕緣Si是優(yōu)選的。
但是，當(dāng)考慮散熱性時(shí)，更優(yōu)選的是基材10的導(dǎo)熱率至少是120W/mK，進(jìn)一步優(yōu)選的是至少160W/mK，更進(jìn)一步優(yōu)選的是至少200W/mK。為了達(dá)到這些高的導(dǎo)熱率范圍，AlN或SiC是優(yōu)選的。
而且，為了盡可能減小與半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1的熱膨脹系數(shù)之差，更加優(yōu)選的是，基材10的熱膨脹系數(shù)是4×10-6/K～7×10-6/K。為了達(dá)到此熱膨脹系數(shù)，優(yōu)選地使用AlN或Al2O3。
因此，如果為應(yīng)對(duì)高輸出的半導(dǎo)體發(fā)光裝置而優(yōu)選考慮散熱性和類似因素，則基材10特別優(yōu)選AlN。如果散熱性不是特別重要，則基材10優(yōu)選Al2O3和絕緣Si。
為了提高與基材10一起形成子安裝座1的金屬膜11、12的表面光滑度和有效光反射率，形成金屬膜11、12的金屬或合金的晶粒沿表面的粒徑必須限制在不超過(guò)0.5μm。而且，通過(guò)調(diào)節(jié)基材10的粗糙度或類似的因素，金屬膜11、12的表面中心線平均粗糙度必須保持在Ra不超過(guò)0.1μm。
如圖3B所示，如果晶粒的粒徑超過(guò)0.5μm，則各晶粒暴露在金屬膜表面的部分將使基材10上形成的金屬膜11、12的表面不平整度增大，導(dǎo)致表面中心線平均粗糙度Ra超過(guò)0.1μm。如同圖中箭頭所示，這將導(dǎo)致不規(guī)則反射以及反射率下降。
如圖3A所示，例如，如果晶粒的粒徑設(shè)定為不超過(guò)0.5μm，如上所述，則各晶粒暴露在金屬膜表面的部分使基材10上形成的金屬膜11、12的表面不平整度減至最小，這樣使得表面光滑，即，保持金屬膜11、12的表面中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm。這抑制箭頭所示的光的不規(guī)則反射，從而可以提高反射率。
為了通過(guò)使金屬膜11、12表面更光滑以進(jìn)一步提高光反射率，在上述范圍內(nèi)，更加優(yōu)選的是中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.05μm，甚至更加優(yōu)選的是不超過(guò)0.03μm。為此，在上述范圍內(nèi)，更加優(yōu)選的是晶粒的粒徑不超過(guò)0.3μm，甚至更加優(yōu)選的是不超過(guò)0.1μm。
如果金屬膜11、12是通過(guò)物理氣相沉積(諸如真空氣相沉積或?yàn)R射等)形成的，則通過(guò)盡可能增大氣相沉積速率或者通過(guò)盡可能降低基材溫度，也可以減小晶粒的粒徑。
更具體地，如圖4A所示，在形成金屬膜11、12時(shí)，當(dāng)使用物理氣相沉積并且氣相沉積速率盡可能增大時(shí)，與圖4B所示的使用低氣相沉積速率的情況相比，在基材10的表面上，在初始?xì)庀喑练e階段形成更多的金屬粒子M1。每個(gè)金屬粒子M1單獨(dú)生長(zhǎng)成為膜生長(zhǎng)籽晶(film-growth seed)M2以形成金屬膜11、12。因此，可以減小單個(gè)晶粒M3的粒徑。
而且，如圖5A所示，當(dāng)使用物理氣相沉積并且在形成金屬膜11、12時(shí)盡可能降低基材溫度時(shí)，在初始?xì)庀喑练e階段，與圖5B的高基材溫度相比，籽晶M2在如下狀態(tài)下生長(zhǎng)形成為金屬膜11、12，所述狀態(tài)是在圖中由箭頭所示的金屬粒子M1的移動(dòng)、擴(kuò)散受到抑制，以及多個(gè)顆粒M1的聚合受到抑制。結(jié)果，使得單個(gè)晶粒M3的粒徑較小。
因此，在使用物理氣相沉積形成金屬膜11、12情況下，在考慮基材10的類型和表面狀態(tài)以及形成金屬膜11、12的組成等因素的同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)諸如氣相沉積速率和基材溫度等的條件，可以達(dá)到目標(biāo)晶粒粒徑。
雖然對(duì)具體數(shù)值沒(méi)有特殊限制，但優(yōu)選的氣相沉積速率至少是1.0nm/s，更加優(yōu)選的是至少1.5nm/s，并且甚至更加優(yōu)選的是至少2.0nm/s。并且，優(yōu)選的基材溫度不超過(guò)120℃，更加優(yōu)選的不超過(guò)90℃，甚至更加優(yōu)選的不超過(guò)60℃。
使用以下測(cè)量法確定形成金屬膜11、12的晶粒粒徑。
使用掃描電子顯微鏡(SEM)或類似裝置拍攝形成的金屬膜11、12的表面。接著，計(jì)算在照片上具有預(yù)定面積的范圍內(nèi)獲取的晶粒數(shù)量。然后，將預(yù)定面積除以晶粒數(shù)量得到每個(gè)晶粒的平均面積?；诖似骄娣e，假定晶粒的平面形狀是圓形從而計(jì)算出粒徑。
如上所述，金屬膜11、12的表面中心線平均粗糙度Ra受位于下部的基材10的表面粗糙度影響。因此，如果基材10的表面粗糙度高，即使晶粒粒徑在上述范圍內(nèi)，也不可能使中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm。
因此，為了使金屬膜11、12的表面中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm，優(yōu)選地通過(guò)研磨基材10的表面或類似方法盡以可能減小其表面粗糙度。
更具體地，優(yōu)選地，將基材10上形成金屬膜11、12的表面研磨，以使其中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm，更優(yōu)選地不超過(guò)0.05μm，進(jìn)一步更加優(yōu)選地不超過(guò)0.03μm。
金屬膜11、12的表面以及基材10的表面的中心線平均粗糙度Ra是這樣確定的即，基于傳統(tǒng)公知測(cè)量法測(cè)量的表面形狀，使用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B0601-1994中的“Definition and indication of surfaceroughness(表面粗糙度的定義和表示)”規(guī)定的方法進(jìn)行確定。
具有上述特性的金屬膜11、12是使用Ag、Al或者其合金形成的。更具體地，金屬膜11、12是由以下材料形成的Ag本身、Al本身、Al和其他金屬的合金、或者Ag和Al和其他金屬的合金。
Ag和/或Al可以用作形成金屬膜11、12的主要金屬，但如果要用于發(fā)射波長(zhǎng)不超過(guò)400nm的短波長(zhǎng)的光的半導(dǎo)體發(fā)光元件，優(yōu)選地使用Al，該Al尤其對(duì)于這種短波長(zhǎng)光具有優(yōu)良特性。而且，由于Al比Ag便宜，所以可以減小子安裝座1的制造成本。
作為與Ag和/或Al一起形成合金的其他金屬，可以從包括Cu、Mg、Si、Mn、Ti和Cr的群組中選擇至少一種金屬，這些金屬用于提高金屬膜11、12的強(qiáng)度并防止Ag和Al遷移。
優(yōu)選地，其他金屬的含量是0.001～10％(按重量百分比計(jì))。
如果其他金屬的含量小于0.001％(按重量百分比計(jì))，則通過(guò)上述在合金中包括其他金屬以提高金屬膜11、12的強(qiáng)度以及防止Ag和Al遷移可能效果不佳。如果其他金屬的含量超過(guò)10％(按重量百分比計(jì))，則Ag和/或Al的含量將減小，從而金屬膜11、12的反射率，特別是對(duì)于波長(zhǎng)不超過(guò)450nm的短波長(zhǎng)光，可能減小。
為了更加可靠地提供其他金屬的上述優(yōu)點(diǎn)，在上述范圍內(nèi)，更加優(yōu)選的是其他金屬的含量為至少0.01％(按重量百分比計(jì))，甚至更加優(yōu)選的是至少0.1％(按重量百分比計(jì))。
而且，為了更加可靠地減小光反射率，在上述范圍內(nèi)，更加優(yōu)選的是其他金屬的含量不超過(guò)5％(按重量百分比計(jì))，甚至更加優(yōu)選的是不超過(guò)3％(按重量百分比計(jì))。
如果一起使用兩種或多種其它金屬，則所有這些其它金屬的組成可以這樣設(shè)定即，所有這些金屬的總含量落在上述范圍內(nèi)。
雖然對(duì)金屬膜11、12的光反射率沒(méi)有特殊限制，但為了進(jìn)一步提高半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2的發(fā)光效率，優(yōu)選地，例如，對(duì)于波長(zhǎng)為400nm的光，具有至少70％的反射率，更優(yōu)選的是具有至少80％的反射率，甚至更加優(yōu)選的是具有至少90％的反射率。光反射率是指根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS Z8722-2000中的“Color measuring method-reflectioncolor and transmission color(顏色測(cè)量方法-反射顏色和透射顏色)”測(cè)量得到的數(shù)值。
而且，為了減小電阻，以使半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2應(yīng)對(duì)高輸出，優(yōu)選地，金屬膜11、12的膜厚為0.5～3μm。
如果膜厚小于0.5μm，則金屬膜11、12的電阻對(duì)于例如輸出至少為1W的高輸出發(fā)光裝置所需的大電流不能足夠低。如果厚度超過(guò)3μm，則即使使用上述方法，光反射率也下降，這是因?yàn)椴豢赡鼙３纸饘倌?1、12的光滑度的緣故。
為了充分減小電阻以應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2的高輸出，更加優(yōu)選的是金屬膜11、12的膜厚在上述范圍內(nèi)為至少0.8μm。
為了提高金屬膜11、12的表面光滑度，更加優(yōu)選的是膜厚是在上述范圍內(nèi)不超過(guò)1.5μm。
金屬膜11、12可以在基材10表面上直接形成。但是，為了提高附著力以應(yīng)對(duì)倒裝芯片，優(yōu)選地是，在基材10上形成這樣的粘結(jié)層，即，該粘結(jié)層是由Ti、Cr、NiCr、Ta、Cu及其化合物或類似物質(zhì)形成的，并且與基材10具有優(yōu)良的附著力，金屬膜11、12形成在粘結(jié)層上。也可以在粘結(jié)層與金屬膜11、12之間插入阻擋層，阻擋層由Pt、Pd、Ni、Mo、NiCr、Cu或類似物形成，用于防止Ag、Al或類似物擴(kuò)散到粘結(jié)層。
而且，優(yōu)選的是，粘結(jié)層的膜厚約為0.01～1.0μm，阻擋層的膜厚約為0.01～1.5μm。
此外，也可以在金屬膜11、12表面上形成焊料阻擋層或焊料層，用于焊接元件。
例如，可以通過(guò)使用金屬掩模、利用光刻法得到掩?；蝾愃乒に囆纬山饘倌?1、12及其上下各層的圖案。接著，執(zhí)行上述的物理氣相沉積或類似工藝，選擇性地使未被掩模覆蓋的基材10的暴露表面金屬化。
如上所述，金屬膜11、12的機(jī)械強(qiáng)度高以及金屬膜11、12與基材10的粘結(jié)強(qiáng)度高將是更好的。例如，優(yōu)選的是模剪切強(qiáng)度(dieshear strength)為至少10MPa，更優(yōu)選的為至少30MPa。而且，考慮到采用倒裝芯片法，優(yōu)選的是焊球剪切強(qiáng)度(ball shearstrength)為至少30MPa，更優(yōu)選的為至少60MPa。
當(dāng)使用倒裝芯片法安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件時(shí)，可以提供高發(fā)光性、高可靠性的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
根據(jù)MIL標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-883C METHOD 2019.4測(cè)量模剪切強(qiáng)度。更具體地，芯片裝在金屬膜11、12上。使用基于拉力計(jì)的工具，沿平行于金屬膜11、12平面的方向推芯片側(cè)面。模剪切強(qiáng)度表示為金屬膜11、12從基材10剝落時(shí)的拉力計(jì)數(shù)值。焊球剪切強(qiáng)度是通過(guò)焊球鍵合Au線到金屬膜11、12上而進(jìn)行測(cè)量的。使用專用拉力計(jì)從側(cè)面推第一結(jié)合區(qū)的焊球，使其滑動(dòng)。焊球剪切強(qiáng)度表示為焊球脫落時(shí)的拉力計(jì)數(shù)值。直徑為30μm的Au線是引線鍵合的，并且焊球剪切強(qiáng)度是當(dāng)壓潰的焊球直徑為90μm時(shí)的數(shù)值。
由上述元件構(gòu)成的如附圖所示實(shí)施例的子安裝座1可以這樣制造即，例如，通過(guò)制備具有多個(gè)單位尺寸的子安裝座1的陶瓷板，并將一個(gè)表面研磨到預(yù)定表面粗糙度。接著，在整個(gè)陶瓷板上同時(shí)形成每個(gè)子安裝座1區(qū)域的金屬膜11、12及其上下各層的圖案。然后，切割陶瓷板得到單個(gè)子安裝座1。
使用圖1B所示實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2，其中半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1用芯片倒裝法裝在由上述元件構(gòu)成的子安裝座1上，金屬膜11、12提供優(yōu)良的光反射率。通過(guò)用預(yù)定比例的合金制成金屬膜11、12，并在其下部形成粘結(jié)層和阻擋層，可以使金屬膜11、12具有優(yōu)良的可靠性、機(jī)械強(qiáng)度和附著力。從而使這種結(jié)構(gòu)適合于輸出至少1W、至少2W和至少5W的高輸出裝置。
并且，在半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1中，子安裝座1的尺寸類似于上述半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1的發(fā)光區(qū)。從而使裝置可以直接安裝在便宜的傳統(tǒng)封裝中，在傳統(tǒng)封裝中，半導(dǎo)體發(fā)光元件是直接安裝的。
圖2是表示裝在此類型封裝3中的半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2的剖視圖。
在圖示的實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2按如下方式裝在封裝3中。粘結(jié)劑用于將半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2粘結(jié)并固定在封裝3的凹腔3b中面對(duì)開口3c的底面的安裝區(qū)3a上。接著，通過(guò)鍵合線(wirebond)WB、WB將金屬膜11、12電連接到封裝3的一對(duì)引線32a、32b上。凹腔3b充滿熒光材料和/或保護(hù)樹脂F(xiàn)R，使用透鏡LS或能透過(guò)半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1發(fā)出的光的材料制成的密封蓋封閉開口3c。
此外，圖示實(shí)施例的封裝3具有位于底面的安裝區(qū)3a；反射件30，其具有像碗一樣的凹腔30a，從安裝區(qū)3a伸出并朝向開3c向外擴(kuò)展；圓柱形框架31，其與反射件30的外周邊結(jié)合并形成一體，該框架31的一端形成凹腔3b的開口3c；以及穿過(guò)框架31左右側(cè)(圖中方向)的引線32a、32b。另外，凹腔30a的內(nèi)表面形成反射面30b。
半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1發(fā)出的光被反射面30b朝向開口3c反射，并透過(guò)透鏡LS從封裝3中有效射出。
為了有效反射半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1發(fā)出的光，所有反射件30或者至少是反射面30b是金屬的。為了絕緣這對(duì)引線32a、32b，框架31是樹脂的或陶瓷的框架。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不限于上面描述的和附圖表示的實(shí)施例。
例如，在附圖所示的實(shí)施例中，金屬膜11、12通過(guò)鍵合線WB連接到封裝3的引線32a、32b上。但是，也可以通過(guò)在子安裝座1背面和封裝3的安裝區(qū)3a形成電極層并焊接這些電極層以實(shí)現(xiàn)連接。在這種情況下，子安裝座1的金屬膜11、12和電極層之間的電連接可以通過(guò)例如過(guò)孔(via)實(shí)現(xiàn)。
附圖中的實(shí)施例是子安裝座1中的金屬膜11、12同時(shí)作為用于芯片倒裝的電極層以及反射層。但是，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件并不限于此子安裝座1，也可以是半導(dǎo)體發(fā)光元件直接安裝的封裝或類似物。在這種情況下，封裝的電極層和反射層可以形成為具有本發(fā)明上述特性的金屬膜。
此外，如果金屬膜單獨(dú)用作反射層而不用作電極層，則不需要上述對(duì)膜厚的限制。僅作為反射層的金屬膜的膜厚可以小于上述范圍，從而可以進(jìn)一步提高表面光滑度。
此外，由于僅作為反射層的金屬膜不需要強(qiáng)的附著力，因此金屬膜可以是單層結(jié)構(gòu)。
此外，僅作為反射層的金屬膜不需要機(jī)械強(qiáng)度和可靠性，因此金屬不必要是合金，可以是Ag和/或Al本身，或者僅含有Ag和Al的合金。
在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的設(shè)計(jì)修改。
實(shí)施例下面將使用實(shí)施例和比較例描述本發(fā)明。
第1實(shí)施例用氮化鋁(AlN)制備20個(gè)長(zhǎng)為50.8mm、寬為50.8mm、厚度為0.3mm的基材，這些基材的導(dǎo)熱率為230W/mK、熱膨脹系數(shù)為4.5×10-6/℃。對(duì)這些基材兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。
接著，如圖1A所示，對(duì)基材10的第一主表面進(jìn)行真空氣相沉積，形成兩個(gè)純鋁膜11、12，它們通過(guò)平面中心的一條窄縫隙彼此絕緣，從而形成作為半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件的子安裝座1。按下述方式執(zhí)行成膜過(guò)程。首先，在基材10的第一主表面上按順序形成與純鋁膜11、12形狀相同的、厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。接著，在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12。純鋁膜11、12的成膜條件如下基材溫度為50℃，氣相沉積速率為2.2nm/s。
使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑。對(duì)所有20個(gè)基材進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量得到的粒徑的平均值為0.05μm。而且，測(cè)量純鋁膜11、12表面的表面形狀，并使用上述方法測(cè)量中心線平均粗糙度Ra。對(duì)所有20個(gè)基材進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量得到的中心線平均粗糙度Ra的平均值是0.027μm。
此外，使用上述方法測(cè)量鋁膜11、12的光反射率、模剪切強(qiáng)度和焊球剪切強(qiáng)度。對(duì)于光反射率，對(duì)所有20個(gè)基材進(jìn)行測(cè)量，并確定平均測(cè)量值。對(duì)于模剪切強(qiáng)度和焊球剪切強(qiáng)度，對(duì)5個(gè)基材進(jìn)行測(cè)量，并確定平均測(cè)量值。結(jié)果，測(cè)量得到的光反射率為95％，模剪切強(qiáng)度為42MPa，焊球剪切強(qiáng)度為50MPa。
第2實(shí)施例除基材溫度設(shè)定為80℃以外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在氮化鋁基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.20μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.042μm。并且，光反射率為88％，模剪切強(qiáng)度為45MPa，焊球剪切強(qiáng)度為52MPa。
第3實(shí)施例除基材溫度設(shè)定為100℃以外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在氮化鋁基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.40μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.085μm。并且，光反射率為75％，模剪切強(qiáng)度為40MPa，焊球剪切強(qiáng)度為61MPa。
第1比較例除基材溫度設(shè)定為130℃以外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在氮化鋁基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.70μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.15μm。并且，光反射率為62％，模剪切強(qiáng)度為43MPa，焊球剪切強(qiáng)度為62MPa。
第4實(shí)施例除氣相沉積速率設(shè)定為1.2nm/s以外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在氮化鋁基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.10μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.035μm。并且，光反射率為90％，模剪切強(qiáng)度為48MPa，焊球剪切強(qiáng)度為59MPa。
第5實(shí)施例除氣相沉積速率設(shè)定為1.8nm/s以外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.35μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.08μm。并且，光反射率為78％，模剪切強(qiáng)度為41MPa，焊球剪切強(qiáng)度為50MPa。
第2比較例除氣相沉積速率設(shè)定為0.7nm/s以外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.60μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.12μm。并且，光反射率為66％，模剪切強(qiáng)度為40MPa，焊球剪切強(qiáng)度為53MPa。
第6實(shí)施例除對(duì)氮化鋁基材10的兩面進(jìn)行表面加工以使中心線平均粗糙度Ra為0.04μm外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.07μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.05μm。并且，光反射率為87％，模剪切強(qiáng)度為43MPa，焊球剪切強(qiáng)度為60MPa。
第7實(shí)施例除對(duì)氮化鋁基材10的兩面進(jìn)行表面加工以使中心線平均粗糙度Ra為0.08μm外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.11μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.09μm。并且，光反射率為75％，模剪切強(qiáng)度為40MPa，焊球剪切強(qiáng)度為56MPa。
第3比較例除對(duì)氮化鋁基材10的兩面進(jìn)行表面加工以使中心線平均粗糙度Ra為0.15μm外，成膜條件類似第1實(shí)施例的條件。在基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.15μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.17μm。并且，光反射率為59％，模剪切強(qiáng)度為45MPa，焊球剪切強(qiáng)度為52MPa。
第8實(shí)施例按照類似第1實(shí)施例的方式制備基材10，但以下條件除外用導(dǎo)熱率為250W/mK、熱膨脹系數(shù)為3.7×10-6/℃的高導(dǎo)熱率的碳化硅(SiC)制成基材，并且對(duì)基材的兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。在高導(dǎo)熱率碳化硅基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.05μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.028μm。并且，光反射率為94％，模剪切強(qiáng)度為40MPa，焊球剪切強(qiáng)度為53MPa。
第9實(shí)施例按照類似第1實(shí)施例的方式制備基材10，但以下條件除外用導(dǎo)熱率為90W/mK、熱膨脹系數(shù)為3.0×10-6/℃的高導(dǎo)熱率的氮化硅(Si3N4)制成基材，并對(duì)基材的兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。在高導(dǎo)熱率氮化硅基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.05μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.030μm。并且，光反射率為91％，模剪切強(qiáng)度為47MPa，焊球剪切強(qiáng)度為48MPa。
第10實(shí)施例按照類似第1實(shí)施例的方式制備基材10，但以下條件除外用導(dǎo)熱率為140W/mK、熱膨脹系數(shù)為3.0×10-6/℃的高導(dǎo)熱率的電絕緣硅(Si)制成基材，并對(duì)基材的兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。在高導(dǎo)熱率硅基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.05μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.030μm。并且，光反射率為90％，模剪切強(qiáng)度為48MPa，焊球剪切強(qiáng)度為52MPa。
第11實(shí)施例按照類似第1實(shí)施例的方式制備基材10，但以下條件除外用30％(按體積百分比計(jì))的硅(Si)熔滲到碳化硅(SiC)中形成的復(fù)合材料(Si-SiC)制成基材，該復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為80W/mK，熱膨脹系數(shù)為3.0×10-6/℃，并且對(duì)基材的兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。在復(fù)合材料基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.05μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.035μm。并且，光反射率為89％，模剪切強(qiáng)度為45MPa，焊球剪切強(qiáng)度為50MPa。
第12實(shí)施例按照類似第1實(shí)施例的方式制備基材10，但以下條件除外將70％(按重量百分比計(jì))的第8實(shí)施例使用的高導(dǎo)熱率碳化硅粉與30％(按重量百分比計(jì))的鋁鎂合金粉(鎂含量按重量百分比計(jì)為0.3％)混合后，再熔化鑄造形成導(dǎo)熱率為180W/mK、熱膨脹系數(shù)為8.0×10-6/℃的復(fù)合材料(Al-SiC)，接著用得到的復(fù)合材料制成基材，并且對(duì)基材的兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。在復(fù)合材料基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.05μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.032μm。并且，光反射率為92％，模剪切強(qiáng)度為40MPa，焊球剪切強(qiáng)度為58MPa。
第13實(shí)施例按照類似第1實(shí)施例的方式制備基材10，但以下條件除外用導(dǎo)熱率為20W/mK、熱膨脹系數(shù)為6.5×10-6/℃的氧化鋁(Al2O3)制成基材，并對(duì)基材的兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。在氧化鋁基材10的第一主表面上形成厚度為0.1μm的鈦粘結(jié)層，以及厚度為0.2μm的鉑阻擋層。在該鉑阻擋層的頂部形成厚度為2μm的純鋁膜11、12，從而形成子安裝座1。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.05μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.026μm。并且，光反射率為80％，模剪切強(qiáng)度為47MPa，焊球剪切強(qiáng)度為56MPa。
第14實(shí)施例用氮化鋁(AlN)制成20個(gè)長(zhǎng)為50.8mm、寬為50.8mm、厚度為0.3mm的基材，這些基材的導(dǎo)熱率為230W/mK、熱膨脹系數(shù)為4.5×10-6/℃，并對(duì)基材10的兩個(gè)表面(主表面)進(jìn)行研磨模研磨和拋光，以使最終表面的中心線平均粗糙度Ra為0.02μm。
接著，對(duì)每個(gè)基材10的整個(gè)表面進(jìn)行輕微氧化。使用氣相沉積直接在第一主表面上形成兩個(gè)純鋁膜11、12，二者通過(guò)平面中心的一條窄縫隙彼此絕緣，從而形成子安裝座1。純鋁膜11、12的成膜條件如下基材溫度為50℃，氣相沉積速率為2.2nm/s。
接著，使用上述方法測(cè)量形成純鋁膜11、12的鋁晶粒沿膜平面的平均粒徑，測(cè)量結(jié)果是0.15μm。并且，計(jì)算中心線平均粗糙度Ra的平均值，結(jié)果為0.040μm。并且，光反射率為88％，模剪切強(qiáng)度為22MPa，焊球剪切強(qiáng)度為32MPa。
上述結(jié)果總結(jié)在表1和表2中。
表1

表2

安裝測(cè)試如圖1B所示，使用根據(jù)上述實(shí)施例和比較例制成的子安裝座1，用金凸點(diǎn)BP將純鋁膜11、12接合到半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1的兩個(gè)電極LE1a、LE1b上，采用芯片倒裝法將半導(dǎo)體發(fā)光元件LE1裝到子安裝座1上，從而制成半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2。
對(duì)每個(gè)實(shí)施例和比較例制備10個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光裝置LE2，這些發(fā)光裝置LE2裝在圖2所示的封裝3中，并測(cè)量發(fā)光效率(1m/W)。以第1實(shí)施例的發(fā)光效率最高，所有實(shí)施例的子安裝座1具有第1實(shí)施例的發(fā)光效率的90～100％的高發(fā)光效率。但是，當(dāng)使用比較例的子安裝座1時(shí)，所有比較例的子安裝座1具有低于第1實(shí)施例的發(fā)光效率的90％的低發(fā)光效率。
當(dāng)金屬膜是銀膜、銀中加入重量百分比為1％的銅的鑄造合金膜、以及鋁中加入重量百分比為1％的硅的鑄造合金膜時(shí)，當(dāng)如上所述制備樣品并進(jìn)行測(cè)試時(shí)得到趨勢(shì)大致相同的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，包括基材；以及金屬膜，其在所述基材表面上形成，所述金屬膜由Ag、Al或含有所述金屬的合金制成，并且所述金屬膜作為用于安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極層和/或用于反射來(lái)自所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的光的反射層使用；其中形成所述金屬膜的金屬或合金的晶粒沿所述金屬膜表面的粒徑不超過(guò)0.5μm；以及所述金屬膜表面的中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，在所述基材上順序形成有粘結(jié)層和阻擋層，所述金屬膜形成在所述阻擋層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，所述金屬膜由Ag和/或Al以及其他金屬的合金形成，并且所述其他金屬含量的重量百分比為0.001～10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，所述其他金屬是選自于下述群組中的至少一種金屬，所述群組包括Cu、Mg、Si、Mn、Ti和Cr。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，所述金屬膜的膜厚為0.5～3μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，所述金屬膜是由Al單獨(dú)形成的，或者是由Al和其他金屬的合金形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，所述基材的熱膨脹系數(shù)是1×10-6/K～10×10-6/K。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，所述基材的導(dǎo)熱率至少是80W/mK。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件是平板狀子安裝座。
10.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝在根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，輸出至少是1W。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，該安裝件的金屬膜具有改進(jìn)的有效光反射率，金屬膜用作電極層和/或反射層；提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件，其中金屬膜對(duì)基材的附著力得到改進(jìn)，機(jī)械強(qiáng)度和可靠性得到提高；以及提供這樣一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，即所述裝置使用上述半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件并具有優(yōu)良的發(fā)光特性。該半導(dǎo)體發(fā)光元件安裝件(子安裝座(1))是通過(guò)在基材(10)上形成金屬膜(11，12)制成的，金屬膜是由Ag、Al或含有這些金屬的合金形成的。金屬膜(11，12)的晶粒的粒徑不超過(guò)0.5μm，表面的中心線平均粗糙度Ra不超過(guò)0.1μm。半導(dǎo)體發(fā)光裝置(LE2)包括裝在子安裝座(1)中的半導(dǎo)體發(fā)光元件(LE1)。
文檔編號(hào)H01L33/62GK1943045SQ20058001110
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月12日
發(fā)明者天羽映夫, 石津定, 檜垣賢次郎, 筑木保志, 福田洋 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社