CN109935673A - 通用安装基板、用其的半导体发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通用安装基板、用其的半导体发光装置及其制造方法，不存在LED芯片的位置偏移、多余的接合材料扩散的问题，能够对应到不同大小的LED芯片的通用的安装基板。通用安装基板形成有用于接合大小不同的多个半导体发光元件中的任一个半导体发光元件的安装焊盘。该安装焊盘具有第一区域及位于该第一区域的内侧的第二区域，在第一区域与第二区域之间形成有段差。通过段差而确定区域，从而防止LED芯片的位置偏移，并且防止多余的接合材料扩散到基板侧。

Description

通用安装基板、用其的半导体发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及将发光二极管(LED：Light Emitting Diode)等半导体发光元件安装到元件安装用的基板(以下，称为安装基板)的半导体发光装置及其制造方法。
背景技术
作为半导体发光装置，广泛使用在形成于绝缘基板的正面的由金属膜构成的元件安装用的焊盘(安装焊盘)上通过接合材料而接合半导体发光元件(以下，还称为LED芯片)，并将LED芯片正面的电极引线键合之后，通过树脂模具而封装化的发光装置。根据该类型的发光装置，将由LED芯片产生的热有效地扩散到基板侧，因此优选通过接合材料而将LED芯片接合到安装焊盘的整个面，但当供给到LED芯片与安装焊盘之间的接合材料的量多时，回流时熔融的接合材料扩散到LED芯片的周边或在LED芯片的周边环绕。为了解决该问题，例如提出了在接合有安装焊盘的LED芯片的部分的外侧设置突出部(专利文献1)、设置槽的方案(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2009-76524号公报
专利文献2日本特开2012-109352号公报
LED芯片有1mm见方、0.7mm见方、0.5mm见方等大小不同的芯片，在上述的以往的技术中，设置于安装焊盘的突出部、槽根据LED芯片的尺寸而决定，因此需要针对不同的大小的各个LED芯片准备安装基板。另一方面，通过使用对应于最大的LED芯片的设有较大面积的安装焊盘的安装基板，从而能够对应到任何大小的LED芯片，而在这样的较大的安装焊盘接合较小的LED芯片的情况下，在回流时熔融的接合材料流动化，从而导致LED芯片从本应该固定的位置偏移或旋转的情况。当在该状态下将接合材料固化时，LED芯片会以位置偏移的状态被接合。当将这样的发光装置适用于照明等的光源时，导致光源的位置偏移，因此存在难以进行光学设计的问题。
发明内容
本发明的课题在于提供一种不存在LED芯片的位置偏移、多余的接合材料扩散的问题，并且能够对应到不同的大小的LED芯片的通用的安装基板，并且提供一种在这样的安装基板上安装了LED芯片的半导体发光装置。
为了解决上述课题，本发明的半导体发光装置，其安装基板的安装焊盘具备对应于多个LED芯片的大小的多个安装区域。多个安装区域的厚度不同，在与相邻的区域之间的边界形成有段差。
即，本发明的半导体发光装置包括具备由金属膜构成的安装焊盘的安装基板及介由接合材料接合到所述安装焊盘的半导体发光元件，所述安装焊盘具备第一区域及位于该第一区域的内侧的第二区域，在所述第一区域与所述第二区域之间的边界，在所述安装焊盘的厚度方向上具有段差。
另外，半导体发光元件为大小不同的多个发光元件中的任意发光元件，所述第二区域的外周小于所述多个发光元件中的最大发光元件的外周且大于或等于所述多个发光元件中的第二大发光元件的外周。
根据本发明，多个安装区域通过段差而被划分，因此例如在安装比安装焊盘的外周小的LED芯片的情况下，即便接合材料在回流时熔融而变成流动状态，LED芯片的移动范围被限制在通过段差而划分的内侧，因此不存在位置偏移的问题。另外，将接合材料仅供给到放置了较小的LED芯片的区域，从而能够防止接合材料扩散到安装焊盘的外侧。在安装与安装焊盘的外周相同程度的大小的LED芯片的情况下，通过熔融的接合材料的、残留于安装焊盘正面的力(表面张力)，LED芯片被定位在沿着安装焊盘的外周的位置，因此不会导致位置偏移。
附图说明
图1是表示半导体发光装置的一实施方式的侧截面图。
图2是表示第一实施方式的通用安装基板的图，图2的(A)是从上面观察的图，图2的(B)是(A)的A-A线截面图。
图3是对第一实施方式的半导体发光装置的制造方法进行说明的工序图。
图4的(A)～(C)是表示将小芯片安装到第一实施方式的通用安装基板的顺序的图。
图5的(A)～(C)是表示将大芯片安装到第一实施方式的通用安装基板的顺序的图。
图6是表示第一实施方式的通用安装基板的变形例1的图，图6的(A)是安装焊盘部分的截面图，图6的(B)是表示将小芯片安装到安装焊盘的安装状态的图，图6的(C)是表示将大芯片安装到安装焊盘的安装状态的图。
图7是表示第一实施方式的通用安装基板的变形例2的图，图7的(A)是从上面观察的图，图7的(B)是图7的(A)的B-B线截面图。
图8是表示第二实施方式的通用安装基板的一例的图，图8的(A)是从上面观察的图，图8的(B)是图8的(A)的C-C线截面图。
图9是表示第二实施方式的通用安装基板的另一例的图，图9的(A)是从上面观察的图，图9的(B)是图9的(A)的D-D线截面图。
(符号说明)
10：安装基板，11：导体布线，13：安装焊盘，20：接合材料，30：LED芯片(半导体发光元件)，30L：大芯片，30S：小芯片，31：电极(金属膜)，40：线材，50：密封树脂，60：壁材，130：安装焊盘，130A：安装焊盘，130B：安装焊盘，131：第一区域，132：第二区域，133：第三区域，137：狭缝，138：槽，1300：安装焊盘
具体实施方式
下面，对本发明的半导体发光装置的实施方式进行说明。
图1表示本发明的半导体发光装置的一实施方式。该半导体发光装置具备安装基板10及通过接合材料20而接合到安装基板10的LED芯片30。进而，通常LED芯片30通过透光性树脂、含有荧光体的树脂等的密封树脂而被密封。在通过密封树脂50密封的情况下，能够将用于注入未硬化的密封树脂50的筒状的壁部件60、内面为倒圆锥体形状的反射部件等沿着安装基板10的外周而进行配置。
安装基板10由玻璃环氧基板、陶瓷多层基板等绝缘基板构成，并形成有用于向LED芯片30供电的由Au、Cu等金属构成的导体布线11，在该导体布线11的端部形成有用于将LED芯片30接合的安装焊盘13。安装焊盘13具备能够安装多个尺寸的LED芯片中的任意尺寸的LED芯片的形状，而并不是安装特定尺寸的LED芯片30的形状。关于安装焊盘的具体的形状，将后述。此外，导体布线11及安装焊盘13除了金属的单层膜之外，也可以是由不同的金属构成的多层膜，并且根据其结构，可通过光刻、溅射、蒸镀等任意的方法而形成在绝缘基板上。
接合材料20作为将金属的安装焊盘13和LED芯片30的电极面接合的材料，可使用在比较低融点熔融的金属材料，例如SnPb系、SnAgCu系、AuSn系、SnZn系、ZnCu系等合金。这样的金属材料在熔融时(融点)，对由金属构成的安装焊盘13的润湿性优异，并且对绝缘基板的润湿性低，因此当滴落到安装焊盘13时，不会从安装焊盘13的外缘向作为其外侧的绝缘基板扩散，而是残留在安装焊盘13上，由此抑制放置于其上的LED芯片30的移动。
LED芯片30具备将p型半导体和n型半导体接合的结构，具有在单面形成有两个电极的单面型和在正面和背面分别形成有电极的双面型。在本实施方式中，可采用任何类型的芯片，在采用在上表面形成有两个电极的单面型的情况下，优选在背面侧形成有金属膜。在图1中示出使用了在背面侧配置n电极，在上面侧的中央配置p电极的双面型的芯片的例子，将形成有n电极的背面通过接合材料20而接合到安装基板10的安装焊盘13，将p电极通过Ag等的线材40而引线键合到安装基板10的导体布线11(电极焊盘)。此外，作为半导体，不作限定，例如使用GaAs、GaP、AlGaInP、InGaN等化合物半导体。另外，电极由Al、Ag、Au、Pd等单层膜或层叠膜构成。
关于LED芯片30的形状，不作特别限定，但通常多使用从上面观察的形状为四边形的芯片，因此可使用这样的芯片。另外，关于LED芯片30的大小，作为从上面观察的四边形的尺寸，具有1mm见方、0.7mm见方、0.5mm见方等。本实施方式的半导体发光装置作为安装基板而使用对应于多个尺寸的LED芯片的安装基板，不限于特定的尺寸，可使用多个尺寸的LED芯片中的任意的LED芯片。
接下来，对使用于上述的半导体发光装置的安装基板10的实施方式进行说明。在此，作为一例，对具备对应于尺寸不同的两个LED芯片、大芯片30L及小芯片30S的安装焊盘的安装基板的具体例进行说明。
<第一实施方式>
图2表示第一实施方式的安装基板10的安装焊盘部分。在图中，(A)为安装焊盘13的俯视图，(B)为(A)的A-A线截面图。如图所示，本实施方式的安装焊盘13的从其上面观察的形状为与所安装的LED的形状相同的形状(在图示的例子中为四边形)，并且该安装焊盘13形成有自基板正面的厚度为规定的厚度t1的第一区域131及位于第一区域131的内侧，且与第一区域131厚度不同的第二区域132。即在第一区域131与第二区域132之间形成有厚度的段差13D。在本实施方式中，第二区域132的厚度t2比第一区域的厚度t1薄，因此第二区域作为凹部而形成。
第二区域132的外周小于大芯片30L的外周，且小于或等于小芯片30S的外周。例如，在图2所示的纵向的宽度中，当将大芯片的宽度设为w30L，将小芯片的宽度设为w30S时，第一区域的宽度W1和第二区域的宽度W2优选满足如下的关系：
W1≥w30L>W2≥w30S
例如，W1选择为W2的√2倍至2倍的宽度。关于横向的宽度也是相同的。
具备这样的安装焊盘的安装基板10既可以例如通过印刷、光刻、蒸镀等手法而在绝缘基板上形成金属膜，并在制作导体布线11和安装焊盘13时，以成为第二区域的厚度t2的方式将安装焊盘13的全部面积的金属膜成膜，然后在掩盖第二区域的状态下在其周围进一步形成厚度(t1-t2)的金属膜，也可以在以构成第一区域的厚度t1的方式形成安装焊盘13的全部面积的金属膜之后，将第二区域蚀刻，从而形成深度为(t1-t2)的凹部。
接下来，参照图3～图5，对使用本实施方式的安装基板的半导体发光装置的制造方法进行说明。
首先，作为安装基板10，准备形成有具备规定的导体布线11和上述的凹部(第二区域)132的安装焊盘13的安装基板(S301)。与所安装的LED芯片的尺寸对应地，向凹部132供给规定的量的接合材料(S302)。在该状态下，接合材料20为除了AuSn等金属材料之外，还包括粘合剂、焊剂等的膏状，可通过塗布、浇注而供给。如图4的(A)所示，在小芯片30S的情况下，所供给的接合材料的量为能够覆盖凹部132的底面且比凹部132的容积稍微小的程度。如图5的(A)所示，在大芯片30L的情况下，接合材料的量为在填充到凹部132之后，进而能够覆盖第一区域131的程度。关于这样的接合材料的量，可通过凹部132的大小和LED芯片的尺寸而根据经验来得知，因此根据那些经验值而适当地供给。
此外，在大芯片30L的情况下，根据必要，不仅向凹部132供给接合材料，并且也可向凹部132的周围(第一区域131)供给接合材料。但优选为，在向第一区域供给接合材料时分为多处而供给，以在向凹部132供给的接合材料与向第一区域供给的接合材料之间不形成空气的层，从而确保空气的排放通道。
接着，在安装焊盘13上配置LED芯片30(S303)。在小芯片30S的情况下，在凹部132内配置LED芯片30(图4的(B))，在大芯片30L的情况下，沿着第一区域131的外侧的轮廓放置LED芯片而进行按压(图5的(B))。在通过接合材料20而将LED芯片30临时固定在安装基板上的状态下，将安装基板10放入回流炉，并在加热规定时间之后，使接合材料20硬化而将LED芯片30接合(S304)。通过回流时的加热，膏状的接合材料20进行熔融并具备流动性，但在小芯片30S的情况下，由于配置在安装焊盘13的凹部132内，因此在防止了位置偏移的状态下，随着接合材料20的硬化，固定并接合到第二区域132上(图4的(C)，图5的(C))。
之后，关于将设置于LED芯片的上侧的电极(不图示)引线键合到安装基板10的电极焊盘的情况(S305)、根据必要而由透光性树脂来密封引线键合之后的LED芯片的情况(S306)，与以往的半导体发光装置的制造情况相同。
根据本实施方式，通过将用于安装安装基板的小芯片的区域构成为凹部，从而在通过接合材料而安装小芯片时，即便接合材料熔融而具备流动性，小芯片的移动通过段差而被限制，因此不会发生位置偏移。另外，即便接合材料从作为凹部的第二区域扩散，也会残留于第一区域，接合材料不会蔓延到引线键合部。在安装大芯片的情况下，和与芯片的大小对应的、形成有不具备凹部的安装焊盘的以往的安装基板相同，通过使用适当的量的接合材料，从而能够保持将大芯片与接合材料配置的状态即安装焊盘的四边与芯片的四边对齐的状态。另外，通过对构成安装焊盘的金属与绝缘基板的接合材料的润湿性的不同，防止接合材料向外侧扩散。
并且，通过使用该安装基板，能够提供如下结构的半导体发光装置：不发生LED芯片的位置偏移，并且在任何尺寸的芯片的情况下，也能够将其整个背面介由接合材料而接合到安装焊盘，因此对于LED芯片所发出的热容易散热。
此外，在以上说明的实施方式中，对作为LED芯片而使用在背面设置一个电极，并在上表面设置另一个电极的双面型的芯片的情况进行了说明，但在上表面配置了两个电极的LED芯片的情况下也同样可适用。
另外，在以上的实施方式中，对在绝缘基板上安装单一的LED芯片的情况进行了说明，但是所安装的LED芯片的数量可以是多个。在该情况下，准备在绝缘基板上形成有多个安装焊盘的安装基板。多个安装焊盘中的至少一个安装焊盘为上述的通用安装焊盘的情况也包括在本实施方式中。
<第一实施方式的变形例1>
在第一实施方式的安装基板中，安装焊盘的与小芯片对应的第二区域为厚度薄的凹部，但也可以将第二区域形成为比第一区域厚度厚的凸部。
在图6的(A)～(C)中分别示出本变形例的安装基板的安装焊盘130和在该安装焊盘130上通过接合材料而接合小芯片30S、大芯片30L的状态。该变形例的安装焊盘也与第一实施方式相同地将成膜分成2个阶段而进行或将成膜和蚀刻组合，从而能够在区域之间形成具备段差13D的安装焊盘。
在使用了本变形例的安装基板的半导体发光装置的制造方法中，通过图3的顺序而进行的步骤与第一实施方式相同，但在接合大芯片的情况下(图3的S302)，将接合材料不仅供给到作为凸部的第二区域132，并且还供给到第一区域131，例如沿着四边而供给或供给到四角的多处。从而，能够在比第二区域132段差低的第一区域131的整个区域涂布接合材料20，介由接合材料而将大芯片的整个背面接合到安装焊盘，能够得到导热良好的半导体发光装置。
在本变形例中，在接合小芯片时，通过配置到与其尺寸相应的第二区域，从而在熔融接合材料时，通过其表面张力，小芯片的移动被限制在接合材料所在的第二区域之上，因此能够防止位置偏移，由此获得与第一实施方式相同的效果。
<第一实施方式的变形例2>
在第一实施方式中，对用于安装小芯片和大芯片的尺寸不同的2种LED芯片的安装基板进行了说明，但通过设置多个段差，从而能够对应于3种以上的LED芯片。
图7示出对应于3种以上的LED芯片的安装基板的安装焊盘1300的一例。在图示的例子中，从安装焊盘1300的外侧依次形成有第一区域131、比该第一区域131厚度薄的第二区域132、厚度更薄的第三区域133。即具备在第一区域131的内侧形成有凹部，并在其凹部的内侧进一步形成有凹部的结构。关于这些第一～第三区域的宽度(任意的方向的宽度)W1、W2、W3，当将大小不同的3种LED芯片、大芯片、中芯片及小芯片的相同方向的宽度分别设为w30L、w30M、w30S(w30L>w30M>w30S)时，优选构成如下的关系。
W1≥w30L>W2≥w30M>W3≥w30S
在本变形例中，通过划分第二区域132的凹部及划分第三区域133的凹部，从而能够将中芯片及小芯片分别不发生位置偏移地接合到安装基板上。
此外，在本变形例中，将第二区域及第三区域对第一区域而以镶套状构成了凹部，但也可以将第二区域及第三区域依次构成厚度厚的凸部，也可以将任一个区域设为凹部，将另一个区域设为凸部，由此也能够获得相同的效果。
<第二实施方式>
在第一实施方式和其变形例中，利用段差而划分了设置在安装焊盘的多个区域，但作为划分区域的手段，还可以追加段差以外的手段。下面，以对应于大小不同的3种LED芯片、大芯片、中芯片及小芯片的安装基板为例对本实施方式进行说明。
图8及图9所示的安装焊盘均为除了段差之外还形成了狭缝或槽的安装焊盘。在图8所示的安装焊盘130A中，在位于对应于大芯片的大小的最外侧的第一区域131的内侧以形成段差的方式形成有对应于中芯片的第二区域132，进而在构成第二区域132的外周的四边的内侧与四边平行地形成有狭缝137。由4个狭缝137包围的区域为对应于小芯片的第三区域133。
另外，图9所示的安装焊盘130B在第一区域131的内侧以形成段差的方式形成有对应于小芯片的第三区域133，在第一区域131的内侧形成有4个L字状的槽138，由4个槽138包围的区域(除了第三区域之外)为对应于中芯片的第二区域132。此外，也可以不是槽138，也可以是狭缝。
在两个图中，各个区域的宽度与各个LED芯片的宽度的关系与第一实施方式的变形例2相同。此外，在图8中例示了直线状的狭缝，图9中例示了L字状的槽，但狭缝或槽的形状也可以是与图8和图9中的形状相反的形状，还可以是适当组合的形状。也可以将狭缝和槽替换。另外，直线状的狭缝也可以是将1条狭缝分割成多条的狭缝。
在本实施方式中，通过将区域和区域隔开的段差而防止配置于其内侧的LED芯片的位置偏移的情况与第一实施方式相同。另一方面，狭缝或槽利用安装焊盘的材质(金属膜)和形成有安装焊盘的基板面的材质(玻璃环氧、陶瓷等)对接合材料的润湿性的不同，将接合材料所移动的范围限制在安装焊盘内，从而限制LED芯片的移动。由此，例如，配置在由狭缝137包围的区域的LED芯片即便在接合材料熔融而流动化的情况下，与接合材料一起残留于其区域，并且在接合材料硬化时，在未发生位置偏移的情况下接合到安装焊盘上。
这样根据本实施方式，通过将段差和狭缝或槽并用，从而能够提供可对应于尺寸不同的3种以上的LED芯片的任何芯片的安装基板，另外通过利用该安装基板，从而在安装了哪个尺寸的LED芯片的情况下，也能够得到未发生位置偏移且抑制了接合材料的多余的扩散的半导体发光装置。
以上，对本发明的半导体发光装置及在其中使用的安装基板的实施方式进行了说明，但在各个实施方式的说明中使用的附图为一例，半导体发光装置的结构、LED芯片的类型、形状等不限于这些附图，本发明可适用于公知的结构、类型。

Claims (10)

1.一种半导体发光装置，其特征在于，
该半导体发光装置包括：安装基板，其具备由金属膜构成的安装焊盘；以及半导体发光元件，其介由接合材料接合到所述安装焊盘上，
所述安装焊盘具备第一区域及位于该第一区域的内侧的第二区域，在所述第一区域与所述第二区域之间的边界，在所述安装焊盘的厚度方向上具有段差。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述半导体发光元件为大小不同的多个发光元件中的任意的发光元件，所述第二区域的外周小于所述多个发光元件中的最大发光元件的外周且大于或等于所述多个发光元件中的第二大发光元件的外周。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于，
在所述安装焊盘中，所述第二区域的膜厚比所述第一区域的膜厚厚。
4.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于，
在所述安装焊盘中，所述第二区域的膜厚比所述第一区域的膜厚薄。
5.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于，
在所述安装焊盘中，在所述第一区域的外周与所述第二区域的边界之间具备未形成有所述金属膜的狭缝部或槽部。
6.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述接合材料设置在所述第二区域的内侧，
所述半导体发光元件小于或等于所述第二区域的外周。
7.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
以扩散到所述第一区域及所述第二区域为止的方式设置有所述接合材料，
所述半导体发光元件比所述第二区域的外周大且小于或等于所述第一区域的外周。
8.一种通用安装基板，其形成有安装焊盘，该安装焊盘由金属膜构成且用于接合大小不同的多个半导体发光元件中的任意的半导体发光元件，
该通用安装基板的特征在于，
所述安装焊盘具有第一区域及位于该第一区域的内侧的第二区域，在所述第一区域与所述第二区域之间的边界，在所述安装焊盘的厚度方向上具有段差，
所述第二区域的外周小于所述多个发光元件中的最大发光元件的外周且大于或等于所述多个发光元件中的第二大发光元件的外周。
9.一种半导体发光装置的制造方法，通过接合材料将半导体发光元件接合到在正面形成有安装焊盘的安装基板的所述安装焊盘上，从而制造出半导体发光装置，
该制造方法包括如下步骤：
作为所述安装基板，准备权利要求8所述的通用安装基板；
仅向所述安装焊盘的所述第二区域供给所述接合材料，将外周小于或等于所述第二区域的外周的半导体发光元件放置到所述安装焊盘上；以及
通过接合材料接合所述半导体发光元件和所述安装焊盘。
10.一种半导体发光装置的制造方法，通过接合材料将半导体发光元件接合到在正面形成有安装焊盘的安装基板的所述安装焊盘上，从而制造出半导体发光装置，
该制造方法包括如下步骤：
作为所述安装基板，准备权利要求8所述的通用安装基板；
向所述安装焊盘的所述第二区域供给所述接合材料，将外周小于或等于所述第一区域的外周且大于所述第二区域的外周的半导体发光元件放置到所述安装焊盘上；以及
通过接合材料接合所述半导体发光元件和所述安装焊盘。
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