JP6801950B2 - Through Silicon Via and Semiconductor Package - Google Patents
Through Silicon Via and Semiconductor Package Download PDFInfo
- Publication number
- JP6801950B2 JP6801950B2 JP2015083172A JP2015083172A JP6801950B2 JP 6801950 B2 JP6801950 B2 JP 6801950B2 JP 2015083172 A JP2015083172 A JP 2015083172A JP 2015083172 A JP2015083172 A JP 2015083172A JP 6801950 B2 JP6801950 B2 JP 6801950B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- silicon base
- silicon
- deep ultraviolet
- penetrating
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
Description
本発明は電気・電子装置に用いられる貫通電極基板およびそれを利用した半導体パッケージに関する。 The present invention relates to a through silicon via substrate used in an electric / electronic device and a semiconductor package using the through electrode substrate.
近年、紫外(Ultraviolet:UV)光よりも、さらに短い波長(200〜300nm)の深紫外(Deep Ultraviolet:DUV)光を照射可能な深紫外LEDデバイスが注目されている。深紫外LEDは、高密度光情報記録、高輝度・長寿命蛍光照明装置などの情報・電子分野、公害物質やアレルゲンなどの高速分解処理、殺菌、皮膚治療、レーザメス、細胞選別などの殺菌・医療等への応用が期待されている。LEDデバイスは、発熱により発光効率が低下することが知られている。深紫外LEDデバイスにおいても、LED素子の発熱をいかに排熱するかが、効率の良い発光と装置の長寿命化を図る上で重要となる。 In recent years, a deep ultraviolet LED device capable of irradiating deep ultraviolet (DUV) light having a wavelength (200 to 300 nm) shorter than that of ultraviolet (Ultraviolet: UV) light has been attracting attention. Deep UV LEDs are used for high-density optical information recording, information / electronic fields such as high-brightness / long-life fluorescent lighting equipment, high-speed decomposition processing of pollutants and allergens, sterilization, skin treatment, laser scalpels, sterilization / medical treatment such as cell selection. It is expected to be applied to such applications. It is known that the luminous efficiency of LED devices decreases due to heat generation. Even in deep ultraviolet LED devices, how to exhaust the heat generated by the LED element is important for efficient light emission and long life of the device.
従来、LEDデバイスなどの半導体用パッケージ基板には種々の材料が提案されている。例えば、特許文献1に基板材料にガラス基板を用いた貫通電極基板としてTGV(Through−Glass−Via)技術を用いたガラス貫通基板が開示されている。しかし、これらのガラス貫通基板は、貫通電極部の気密性は好適であるが、ガラス基板の放熱性が1W/m・K以下のため高熱伝導が要求されるパワー半導体デバイスや深紫外LEDパッケージなどには不向きである。
Conventionally, various materials have been proposed for semiconductor package substrates such as LED devices. For example,
特許文献2には、熱伝導に優れるシリコン基板を用いた貫通電極基板としてTSV(Through−Silicon−Via)技術を用いたシリコン貫通基板が開示されている。TSV配線基板を実現するには、貫通電極をシリコン基板から電気絶縁しなければならない。電気的な絶縁手段として、特許文献2は、貫通電極を取り囲むようにシリコン基板を貫通するリング状の分離溝を設け、分離溝の底面及び側面上に直接シリコン膜を形成し、次に分離溝内に残された隙間を埋めるようにシリコン膜上に絶縁膜を形成し、分離溝の内周側面及び外周側面とそれぞれ接するシリコン膜の表面を熱酸化して、シリコン熱酸化膜とする技術を開示している。しかし、シリコン貫通基板は、十分に厚い絶縁膜を形成することが困難であり、貫通電極ビアを構成する金属成分が、シリコン酸化膜やシリコン基板中に拡散することで電気絶縁特性が損なわれ易いと言う欠点がある。さらにTSVの貫通電極ビアはめっきまたは金属ペーストを用いて構成されるが、ビアを構成する金属粒子が荒くボイドや界面剥離の惧れがあるため、パッケージの高気密信頼性が確保し難いという欠点もある。
本発明の目的は、上記課題を解消するため提案するものであり、高熱伝導性および高気密信頼性を有し、さらに深紫外耐候性も具備した貫通電極基板および半導体パッケージを実現することにある。 An object of the present invention is to solve the above problems, and to realize a through silicon via substrate and a semiconductor package having high thermal conductivity, high airtightness reliability, and deep ultraviolet weather resistance. ..
本発明によれば、シリコンベースと、このシリコンベースに設けた通孔に挿通した高密度電導体からなる貫通リードと、この貫通リードとシリコンベースとを気密に封着した封止ガラスとを備えたことを特徴とする貫通電極基板が提供される。シリコンベース表面は、必要に応じて所望の面にシリコン酸化膜を設けてもよい。例えば、通孔壁面にシリコン酸化膜を設け、貫通リードをシリコンベースに気密封着する際の封着代としてもよい。 According to the present invention, a through lead composed of a silicon base and a high-density conductor inserted into a through hole provided in the silicon base, and a sealing glass in which the through lead and the silicon base are airtightly sealed are provided. A through silicon via substrate is provided. The silicon base surface may be provided with a silicon oxide film on a desired surface, if necessary. For example, a silicon oxide film may be provided on the wall surface of the through hole, and the penetrating lead may be used as a sealing allowance when air-sealing the silicon base.
本発明の別形態によれば、シリコンベースと、このシリコンベースに設けた通孔に挿通した高密度電導体からなる貫通リードと、この貫通リードとシリコンベースとを気密に封着した封止ガラスとを備え、さらにシリコンベースに固着した半導体素子と、この半導体素子と貫通リードとを導通する配線手段と、半導体素子の周辺を気密に覆ってシリコンベースと固着したガラス蓋体とを設けたことを特徴とする半導体パッケージが提供される。シリコンベースとガラス蓋体との固着手段は、ロウ材や低融点ガラス材を用いた接合または陽極接合が用いられる。 According to another embodiment of the present invention, a penetrating lead composed of a silicon base and a high-density conductor inserted into a through hole provided in the silicon base, and a sealing glass in which the penetrating lead and the silicon base are airtightly sealed. Further, a semiconductor element fixed to the silicon base, a wiring means for conducting the semiconductor element and the penetrating lead, and a glass lid fixed to the silicon base by airtightly covering the periphery of the semiconductor element are provided. A semiconductor package characterized by the above is provided. As a means for fixing the silicon base to the glass lid, bonding using a brazing material or a low melting point glass material or anode bonding is used.
本発明に係る貫通リード材を構成する高密度電導体は、めっき金属材や金属ペーストより形成した金属材を除く、ボイドを含まない一様一体なバルク導体からなる。 The high-density conductor constituting the penetrating lead material according to the present invention is made of a uniformly integral bulk conductor containing no voids, excluding a metal material formed from a plated metal material or a metal paste.
本発明に係る貫通電極基板および半導体パッケージは、高密度電導体の貫通リードをシリコンベースにガラス封着するためパッケージを高度に気密封止できる。従って、パッケージへの不活性ガス封入や真空封止が可能となり、パッケージに収容された半導体素子を汚染や劣化から保護して半導体装置の寿命を延ばし信頼性を向上する。さらに基板が熱伝導に優れるシリコンベースを使用するため、搭載された半導体素子の発熱を効率よく外部に排熱することができ、半導体素子の熱による機能低下を防止する。例えば、深紫外LED装置においては、熱による発光効率の低下を防止する。また、波長エネルギーが100kcal/mol以上の高エネルギーの深紫外光に曝されても材料劣化が無く、深紫外LED装置の長寿命化も対応できる。 In the through electrode substrate and the semiconductor package according to the present invention, the through lead of the high-density conductor is glass-sealed to the silicon base, so that the package can be highly airtightly sealed. Therefore, the package can be sealed with an inert gas or vacuum, and the semiconductor element housed in the package is protected from contamination and deterioration, the life of the semiconductor device is extended, and the reliability is improved. Further, since the substrate uses a silicon base having excellent heat conduction, the heat generated by the mounted semiconductor element can be efficiently exhausted to the outside, and the functional deterioration due to the heat of the semiconductor element can be prevented. For example, in a deep ultraviolet LED device, it is possible to prevent a decrease in luminous efficiency due to heat. In addition, there is no material deterioration even when exposed to high-energy deep-ultraviolet light having a wavelength energy of 100 kcal / mol or more, and the life of the deep-ultraviolet LED device can be extended.
さらに本発明に係る貫通電極基板および半導体パッケージは、基板材にシリコンを用いているので、必要に応じてシリコンベースに種々の半導体素子を組み込むことが可能である。例えば、LED素子を搭載するLEDデバイスの場合、電流安定化のためにツェナーダイオード素子を併用することが多いが、ツェナーダイオード素子をシリコンベースに形成させることでツェナーダイオード部品の実装工程を省くこともできる。 Further, since the through electrode substrate and the semiconductor package according to the present invention use silicon as the substrate material, it is possible to incorporate various semiconductor elements into the silicon base as needed. For example, in the case of an LED device equipped with an LED element, a Zener diode element is often used together for current stabilization, but by forming the Zener diode element on a silicon base, the mounting process of the Zener diode component can be omitted. it can.
以下、本発明の貫通電極基板および半導体パッケージについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the through silicon via substrate and the semiconductor package of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に係る貫通電極基板10は、図1に示すように、シリコンベース11と、このシリコンベース11に設けた通孔に挿通した高密度電導体からなる貫通リード12と、この貫通リード12とシリコンベース11とを気密に封着した封止ガラス13とを備えたことを特徴とする。貫通リード12を構成する高密度電導体は、ボイドを含まない一様一体なバルク導体からなり、例えば、タングステン材、モリブデン材、コバール合金材、高ドープシリコン材が好適である。封止ガラス13は、ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス、硼酸ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、アルミノ硼酸ガラスの群から選定される。シリコンベース11は、必要に応じて所望表面にシリコン酸化膜を設けてもよい。
As shown in FIG. 1, the through silicon via
本発明に係る半導体パッケージ20は、図2に示すように、シリコンベース21と、このシリコンベース21に設けた通孔に挿通した高密度電導体からなる貫通リード22と、この貫通リード22とシリコンベース21とを気密に封着した封止ガラス23とを備え、さらにシリコンベース21に固着したパワー半導体素子またはLED素子からなる半導体素子24と、この半導体素子24と貫通リードとを導通する配線手段25と、半導体素子24の周辺を気密に覆ってシリコンベース21と固着したガラス蓋体26とを設けたことを特徴とする。貫通リード22を構成する高密度電導体は、ボイドを含まない一様一体なバルク導体からなり、例えば、タングステン材、モリブデン材、コバール合金材、高ドープシリコン材が好適である。封止ガラス23およびガラス蓋体26は、ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス、硼酸ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、アルミノ硼酸ガラスの群から選定される。シリコンベース21とガラス蓋体26との固着手段、およびガラス天板26−2と硼珪酸ガラス製のリフレクター26−2との固着手段は、AuSn合金などのロウ材やビスマス含有ガラスなどの低融点ガラス材を用いた接合または陽極接合が用いられる。
As shown in FIG. 2, the
本発明に係る貫通電極基板10の実施例1は、図1に示すように、シリコンベース11と、このシリコンベース11に設けた通孔に挿通したタングステン製の貫通リード12と、この貫通リード12とシリコンベース11とを気密に封着した硼珪酸ガラスの封止ガラス13とを備えたことを特徴とする。シリコンベース11は、通孔壁面にシリコン酸化膜を設け、貫通リード12をシリコンベース11に気密封着する際の封着代とする。
In Example 1 of the through silicon via
本発明に係る半導体パッケージ20の実施例2は、シリコンベース21と、このシリコンベース21に設けた通孔に挿通したタングステン製の貫通リード22と、この貫通リード22とシリコンベース21とを気密に封着した硼珪酸ガラスの封止ガラス23とを備え、さらにシリコンベース21に固着した深紫外LED素子からなる半導体素子24と、この半導体素子24と貫通リード22とを導通するワイヤーボンディング25−1およびパッド電極25−2からなる配線手段25と、半導体素子24の周辺を気密に覆ってシリコンベース21と固着したガラス蓋体26とを設けたことを特徴とする。ガラス蓋体26は、互いに融着された深紫外光透過性の低アルカリ硼珪酸ガラス(SCHOTT社製 品番8337番)からなる透明ガラス天板26−2と、硼珪酸ガラス製のリフレクター26−2とからなる。ガラス蓋体26とシリコンベース21との固着手段、および透明ガラス天板26−1とリフレクター26−2との固着手段は陽極接合を用いる。
In the second embodiment of the
実施例2の半導体パッケージ20は、シリコンベース21に深紫外LED素子の電流安定化のためのツェナーダイオード素子やコントロール回路等を形成させてもよい。また、リフレクター26−2の反射面および接合面にはアルミニウムなどの金属層を施してもてもよい。
In the
本発明に係る貫通電極基板および半導体パッケージは、深紫外LEDデバイスに好適である。深紫外LEDデバイスのパッケージ材は、波長エネルギーが100kcal/mol以上の高エネルギーの深紫外光に曝されるので、DUV耐候性材料のシリコン材およびガラス材で構成するのが好ましい。なお、結合エネルギーが58kcal/molと比較的低いAlNなどのセラミック材やプラスチック等の有機材料は、強力な深紫外光に曝されると分解劣化する惧れがあり深紫外LEDパッケージ材に使用し難い。 The through silicon via substrate and semiconductor package according to the present invention are suitable for deep ultraviolet LED devices. Since the packaging material of the deep ultraviolet LED device is exposed to high energy deep ultraviolet light having a wavelength energy of 100 kcal / mol or more, it is preferably composed of a silicon material and a glass material which are DUV weather resistant materials. Ceramic materials such as AlN and organic materials such as plastics, which have a relatively low binding energy of 58 kcal / mol, may be decomposed and deteriorated when exposed to strong deep ultraviolet light, and are used for deep ultraviolet LED packaging materials. hard.
本発明は電気・電子装置に用いられる貫通電極基板およびパワー半導体デバイスやLED照明デバイスの半導体パッケージに適用できる。特に高エネルギーの深紫外光に対して長期の耐久性が要求される高出力の深紫外光LED装置、例えば、高密度光情報記録装置、高輝度・長寿命蛍光照明装置、公害物質やアレルゲンなどの高速分解処理装置、殺菌灯、皮膚治療装置、レーザメス、細胞選別装置等に利用できる。 The present invention can be applied to through silicon via substrates used in electrical and electronic devices and semiconductor packages of power semiconductor devices and LED lighting devices. High-power deep-ultraviolet LED devices that require long-term durability, especially for high-energy deep-ultraviolet light, such as high-density light information recording devices, high-brightness, long-life fluorescent lighting devices, pollutants and allergens, etc. It can be used for high-speed decomposition processing equipment, germicidal lamps, skin treatment equipment, laser scalpels, cell sorting equipment, etc.
10・・・貫通電極基板、
20・・・半導体パッケージ、
11,21・・・シリコンベース、
12,22・・・貫通リード、
13,23・・・封止ガラス、
24・・・半導体素子、
25・・・配線手段、
25−1・・・ワイヤーボンディング、
25−2・・・パッド電極、
26・・・ガラス蓋体、
26−1・・・天板
26−2・・・リフレクター。
10 ... Through silicon via substrate,
20 ... Semiconductor package,
11,21 ... Silicon base,
12, 22 ... Penetration lead,
13, 23 ... Sealed glass,
24 ... Semiconductor element,
25 ... Wiring means,
25-1 ... Wire bonding,
25-2 ... Pad electrode,
26 ... Glass lid,
26-1 ... Top plate 26-2 ... Reflector.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015083172A JP6801950B2 (en) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Through Silicon Via and Semiconductor Package |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015083172A JP6801950B2 (en) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Through Silicon Via and Semiconductor Package |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016207683A JP2016207683A (en) | 2016-12-08 |
| JP6801950B2 true JP6801950B2 (en) | 2020-12-16 |
Family
ID=57490239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015083172A Active JP6801950B2 (en) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Through Silicon Via and Semiconductor Package |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6801950B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3796489B1 (en) | 2019-09-20 | 2022-04-27 | Nichia Corporation | Light source device and method of manufacturing the same |
| CN110707199B (en) * | 2019-10-16 | 2024-03-26 | 五邑大学 | A deep ultraviolet LED device and its packaging method |
| CN119223513B (en) * | 2024-09-25 | 2025-10-10 | 西安交通大学 | An all-silicon vertical leadless packaging structure and its preparation method |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3194397B2 (en) * | 1991-08-05 | 2001-07-30 | 日本電信電話株式会社 | Optical waveguide circuit module |
| JPH0697295A (en) * | 1992-09-10 | 1994-04-08 | Nippon Semiconductor Kk | Manufacture of semiconductor integrated circuit |
| JP2001060564A (en) * | 1999-08-23 | 2001-03-06 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
| WO2002089219A1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-11-07 | Nichia Corporation | Light-emitting apparatus |
| CN100420048C (en) * | 2003-03-14 | 2008-09-17 | 住友电气工业株式会社 | Semiconductor device |
| JP4387269B2 (en) * | 2004-08-23 | 2009-12-16 | 株式会社テクニスコ | Glass substrate with vias and method for forming vias |
| JP2007180203A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
| JP4981342B2 (en) * | 2006-04-04 | 2012-07-18 | 日立協和エンジニアリング株式会社 | Submount and manufacturing method thereof |
| JP5394617B2 (en) * | 2006-06-16 | 2014-01-22 | 新光電気工業株式会社 | Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method and substrate |
| US20110291153A1 (en) * | 2010-05-31 | 2011-12-01 | Yang ming-kun | Chip submount, chip package, and fabrication method thereof |
| JPWO2012086517A1 (en) * | 2010-12-20 | 2014-05-22 | ローム株式会社 | Light emitting element unit and light emitting element package |
| JP2013258241A (en) * | 2012-06-12 | 2013-12-26 | Murata Mfg Co Ltd | Light-emitting device |
| WO2014118838A1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | パナソニック株式会社 | Ultraviolet light emitting device |
-
2015
- 2015-04-15 JP JP2015083172A patent/JP6801950B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016207683A (en) | 2016-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6294417B2 (en) | Optical semiconductor device and method of manufacturing optical semiconductor device | |
| TWI504028B (en) | Illuminating device | |
| US10270021B2 (en) | Light emitting device package and ultraviolet lamp having the same | |
| JP5100744B2 (en) | Light emitting device | |
| US11942569B2 (en) | Methods and packages for enhancing reliability of ultraviolet light-emitting devices | |
| TWI613842B (en) | Illuminating device | |
| CN105280796A (en) | light emitting device | |
| CN100423304C (en) | Packaging of semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device | |
| US20130088870A1 (en) | Light-emitting device | |
| CN100391016C (en) | Light emitting diode | |
| CN102903705A (en) | Light emitting diode packaging structure and manufacturing method thereof | |
| JP6801950B2 (en) | Through Silicon Via and Semiconductor Package | |
| CN101740678A (en) | Solid state light-emitting element and light source module | |
| JPWO2014038506A1 (en) | LED element mounting substrate, LED light source and LED display | |
| US20200321493A1 (en) | Uv solid state output device | |
| JP2018006693A (en) | Glass lid and duv-led device using the same | |
| CN102679295B (en) | Light source module for improving heat dissipation efficiency and assembling method thereof | |
| US7897991B2 (en) | Light emitting diode and LED chip thereof | |
| TWI240433B (en) | Luminescent diode | |
| TW201205882A (en) | Manufacturing method for LED light emitting device | |
| JP2019102716A (en) | Light emitting apparatus and method of manufacturing the same | |
| CN206758466U (en) | A kind of uv-LED device | |
| JP2016162860A (en) | Led light-emitting device | |
| JP4667982B2 (en) | Light emitting element module, sterilizing lamp device, ultraviolet curable resin curing lamp device, lighting device, display device, and traffic signal device | |
| JP6249348B2 (en) | Light emitting device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180214 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181120 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181130 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190603 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190801 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191227 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200610 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200612 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201118 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201126 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6801950 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |