JP2000216439A - チップ型発光素子およびその製造方法 - Google Patents
チップ型発光素子およびその製造方法Info
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- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
Abstract
り、かつ高輝度化および小型化が可能なチップ型発光素
子およびその製造方法を提供することである。 【解決手段】 アルミナ基板10は第1層アルミナシー
ト11および第2層アルミナシート12の2層構造を有
する。第2層アルミナシート12の上面に一対の電極パ
ッド13が形成され、第1層アルミナシート11の裏面
に一対の裏面引出し電極14が形成される。電極パッド
13と裏面引出し電極14との間に相当する第1層アル
ミナシート11および第2層アルミナシート12の位置
に複数のスルーホール15が設けられ、スルーホール1
5内にAgが埋め込まれる。LEDチップ20のp電極
25およびn電極26が積層型アルミナ基板10の一対
の電極パッド13にAuバンプ30および銀ペースト3
1を介してそれぞれ接合され、積層型アルミナ基板10
上にLEDチップ20が貼り合わされる。
Description
型発光素子およびその製造方法に関する。
社会において、電子機器には小型化、薄型化および軽量
化が要求されている。この要求に応じて、これらの電子
機器に搭載されるLSI(大規模集積回路)を始めとし
てチップコンデンサに至るまでの電子部品において軽量
化およびコンパクト化が進められ、実装密度の向上が図
られている。
電力および高寿命といった素子の特徴から、多くの電子
機器や各種制御機器に搭載され、昨今はフルカラー可能
な表示機器にも実用化が進められている。
子の一例を示す斜視図である。図14のチップ型発光素
子200においては、LED作製のためのプロセス終了
後のウエハから素子単位でLEDチップ210が分離さ
れ、そのLEDチップ210がセラミックパッケージ2
20の凹部内に配置される。LEDチップ210の一対
の電極は、ボンディングワイヤ230により引出し電極
240に接続されている。セラミックパッケージ220
の凹部内のLEDチップ210は、透光性樹脂240で
モールドされている。このチップ型発光素子200は、
例えば特開平10−151794号公報に開示されてい
る。
子の他の例を示す斜視図である。図15のチップ型発光
素子300においては、LEDチップ310が平坦なセ
ラミック基板320上に配置され、LEDチップ310
の一対の電極がボンディングワイヤ(図示せず)により
引出し電極330に接続されている。セラミック基板3
20上のLEDチップ310は透光性樹脂340でモー
ルドされている。
プ型発光素子200,300の製造の際には、ウエハか
ら素子単位で個々のLEDチップ210,310を分離
した後、個々のLEDチップ210,310をセラミッ
クパッケージ220または平坦なセラミック基板320
に組み込む工程が必要となる。そのため、工程数が多く
なり、製造時間が長くなる。また、チップボンダ、ワイ
ヤボンダ等の高価な組み立て設備が必要となる。
00を製造するためには、少なくともLEDチップ21
0,310のサイズよりも大きなサイズのセラミックパ
ッケージ220またはセラミック基板320が必要とな
る、そのため、完成したチップ型発光素子200,30
0のサイズが大きくなり、小さなスペースに高密度に実
装することが困難になる。
300においては、LEDチップ210,310の光の
出射方向に電極が配置されているため、LEDチップ2
10,310の発光層から出射された光がボンディング
パッドおよびボンディングワイヤにより遮断されるとと
もに、発光層の全面を覆う透明電極により減衰される。
それにより、高効率の光の出射が妨げられ、高輝度化が
困難となる。
スト化が可能であり、かつ高輝度化および小型化が可能
なチップ型発光素子およびその製造方法を提供すること
である。
に係るチップ型発光素子は、支持部材と、支持部材上に
配置された発光素子チップとを備え、支持部材は、絶縁
基板と、絶縁基板の上面に形成された一対の第1の導電
膜と、絶縁基板の裏面に形成された一対の第2の導電膜
と、一対の第1の導電膜と一対の第2の導電膜とをそれ
ぞれ電気的に接続する少なくとも一対の接続部とを有
し、発光素子チップは、透光性基板と、透光性基板上に
形成された半導体発光層と、半導体発光層上に形成され
た一対の電極とを有し、支持部材の一対の第1の導電膜
に発光素子チップの一対の電極が接合された状態で支持
部材上に発光素子チップが貼り合わされたものである。
は、絶縁基板の上面の一対の第1の導電膜に発光素子チ
ップの一対の電極が接合された状態で支持部材上に発光
素子チップが貼り合わされ、かつ一対の第1の導電膜が
絶縁基板の裏面の一対の第2の導電膜に接続部で電気的
に接続されている。したがって、薄型化、小型化および
コンパクト化が可能となる。
発生した光は透光性基板を通して外部に出射される。こ
の場合、一対の電極は透光性基板と反対側の半導体発光
層上に形成されているので、光が一対の電極で遮断され
ない。したがって、高輝度化が可能となる。
光素子チップを形成するとともに、複数の発光素子チッ
プに対応する支持部材を形成し、支持部材上にウエハを
貼り合わせた後に、ウエハを複数の発光素子チップに分
離することができる。したがって、工程数および製造時
間が低減され、低コスト化が可能となる。
との間に相当する絶縁基板の位置にそれぞれ貫通孔が形
成され、接続部は、貫通孔内に埋め込まれた導電性材料
であってもよい。
導電膜と裏面の一対の第2の導電膜とが貫通孔内の導電
性材料を介して電気的に接続される。それにより、支持
部材の小型化を妨げることなく、第1の導電膜と第2の
導電膜との電気的接続を確保することができる。また、
支持部材の熱伝導性および耐熱特性が良好となる。
絶縁シート上に積層された第2の絶縁シートとを含み、
第1の絶縁シートの両端部に切欠きが形成され、切欠き
の側面に導電膜が形成されてもよい。
る際に半田が絶縁基板の裏面の一対の第2の導電膜から
切欠きの側面の導電膜に回り込むことができる。それに
より、面実装時の信頼性が向上する。
が充填されてもよい。これにより、支持部材と発光素子
チップとの接合の機械的強度および耐環境特性が向上す
る。
チップの一対の電極とが導電性バンプを介して接合され
てもよい。この場合、フリップチップ方式により良好な
電気的接続および高い機械的強度が確保される。
ミニウムおよびインジウムの少なくとも1つを含む窒化
物系半導体からなり、透光性基板はサファイアからなっ
てもよい。この場合、高輝度の青色発光が可能なチップ
型発光素子が実現する。
法は、透光性基板上に半導体発光層を形成するとともに
半導体発光層上に複数対の電極を形成することにより発
光素子ウエハを形成する工程と、絶縁基板の上面に複数
対の第1の導電膜を形成するとともに絶縁基板の裏面に
複数対の第2の導電膜を形成し、複数対の第1の導電膜
と複数対の第2の導電膜とをそれぞれ電気的に接続する
接続部を絶縁基板に形成することにより支持部材を形成
する工程と、発光素子ウエハの複数対の電極を支持部材
の複数対の第1の導電膜にそれぞれ接合した状態で支持
部材上に発光素子ウエハを貼り合わせる工程と、発光素
子ウエハを支持部材とともに複数の発光素子チップに分
割することにより複数のチップ型発光素子を形成する工
程とを備えたものである。
においては、複数の発光素子チップを含む発光素子ウエ
ハを形成するとともに、複数の発光素子チップに対応す
る支持部材を形成し、支持部材上に発光素子ウエハを貼
り合わせた後に、発光素子ウエハを支持部材とともに複
数の発光素子チップに分割することにより複数のチップ
型発光素子を形成する。これにより、同時に複数のチッ
プ型発光素子を製造することが可能となる。したがっ
て、工程数および製造時間が低減され、低コスト化が図
られる。
たチップ型発光素子においては、半導体発光層上の一対
の電極が絶縁基板の上面の一対の第1の導電膜に接合さ
れた状態で支持部材上に発光素子チップが貼り合わさ
れ、一対の第1の導電膜が絶縁基板の裏面の一対の第2
の導電膜に接続部で電気的に接続されている。したがっ
て、薄型化、小型化およびコンパクト化が可能となる。
発生した光は透光性基板を通して外部に出射される。こ
の場合、一対の電極は透光性基板と反対側の半導体発光
層上に形成されているので、光が一対の電極で遮断され
ない。したがって、高輝度化が可能となる。
の導電膜と複数対の第2の導電膜との間に相当する絶縁
基板の位置にそれぞれ貫通孔を形成する工程と、貫通孔
内に導電性材料を埋め込むことにより接続部を形成する
工程とを含んでもよい。
導電膜と裏面の一対の第2の導電膜とが貫通孔内の導電
性材料を介して電気的に接続される。それにより、支持
部材の小型化を妨げることなく、第1の導電膜と第2の
導電膜との電気的接続を確保することができる。また、
支持部材の熱伝導性および耐熱特性が良好となる。
持部材と発光素子ウエハとの間隙に樹脂を注入する工程
をさらに備えてもよい。これにより、支持部材と発光素
子ウエハとの接合の機械的強度および耐環境特性が向上
する。
持基板上に発光素子ウエハを貼り合わせる前に、発光素
子ウエハの半導体発光層上に異方性導電フィルムを貼着
する工程をさらに備えてもよい。これにより、支持部材
と発光素子チップとの接合の機械的強度および耐環境特
性が向上する。また、製造方法の簡略化を図ることがで
きる。
支持部材上に発光素子ウエハを貼り合わせた後に、発光
素子ウエハの透光性基板を薄層化する工程をさらに備え
てもよい。
ともに複数の発光素子チップに容易に分割することがで
きる。この場合、支持部材上に発光素子ウエハを貼り合
わせた後に発光素子ウエハの透光性基板を薄層化するの
で、透光性基板の割れまたは反りの問題が生じない。
る工程は、発光素子ウエハの複数対の電極上にそれぞれ
導電性バンプを形成する工程と、複数対の電極上に形成
された導電性バンプを支持部材の複数対の第1の導電膜
にそれぞれ接合する工程とを含んでもよい。この場合、
フリップチップ方式により良好な電気的接続および高い
機械的強度が確保される。
る工程は、複数対の電極上に形成された導電性バンプの
高さを均一化する工程をさらに含んでもよい。これによ
り、半導体発光層上の複数対の電極に段差がある場合で
も、電極の段差が導電性バンプで吸収される。
ート上に第2の絶縁シートを積層することにより絶縁基
板を形成する工程を含んでもよい。これにより積層型絶
縁基板が得られる。
ートに所定間隔で複数の孔部を形成する工程と、複数の
孔部の側面に導電膜を形成する工程とをさらに含み、複
数のチップ型発光素子を形成する工程は、絶縁基板を複
数の孔部の箇所で分割する工程を含んでもよい。
ともに複数の発光素子チップに分割することにより複数
のチップ型発光素子を形成した後に、各チップ型発光素
子の絶縁基板を構成する第1の絶縁シートの両端部に切
欠きが形成され、切欠きの側面に導電膜が残る。その結
果、チップ型発光素子を面実装する際に半田が絶縁基板
の裏面の一対の第2導電膜から切欠きの側面の導電膜に
回り込むことができる。したがって、面実装の信頼性が
向上する。
ける面実装用のチップ型発光素子の模式的断面図であ
る。
アルミナ基板10上に発光ダイオードチップ(以下、L
EDチップと呼ぶ)20が接合されてなる。
ナシート11および第2層アルミナシート12の2層構
造を有する。後述するように、第2層アルミナシート1
2の上面には金属膜からなる一対の電極パッド13が形
成され、第1層アルミナシート11の裏面には金属膜か
らなる一対の裏面引出し電極14が形成されている。第
1層アルミナシート11および第2層アルミナシート1
2を貫通するように複数のスルーホール15が設けら
れ、各スルーホール15内にAg(銀)が埋め込まれて
いる。また、第1層アルミナシート11の一対の端面に
はそれぞれ金属膜16がコーティングされている。
ァイア基板21上にLED発光層28が形成されてな
る。LED発光層28上にはp電極25およびn電極2
6が形成されている。
板21を上に向けてLEDチップ20が貼り合わされ、
LEDチップ20のp電極25およびn電極26が、A
u(金)バンプ30および銀ペースト31によりそれぞ
れ積層型アルミナ基板10の電極パッド13に接合され
ている。積層型アルミナ基板10とLEDチップ20と
の間にはアンダーフィル樹脂32が充填されている。そ
れにより、積層型アルミナ基板10上にLEDチップ2
0が固定されている。
ば0.6mm×0.3mmであるが、実装技術の進展に
追従してさらなる微小化も可能である。また、チップ型
発光素子100の厚みは、0.35mm程度である。
プ型発光素子100に用いられる積層型アルミナ基板1
0のそれぞれ模式的平面図、模式的断面図および模式的
底面図である。
0の第2層アルミナシート12の上面には、金属膜から
なる一対の矩形形状の電極パッド13が形成されてい
る。電極パッド13はLEDチップ20のp電極25お
よびn電極26との位置合わせの許容性を高めるために
広い面積に形成される。また、積層型アルミナ基板10
の第1層アルミナシート11の裏面には、電極パッド1
3に対応する位置に金属膜からなる一対の裏面引出し電
極14が形成されている。
電極14との間に相当する第1層アルミナシート11お
よび第2層アルミナシート12の位置に複数のスルーホ
ール15が形成され、各スルーホール15内にAgが埋
め込まれている。これにより、対向する電極パッド13
と裏面引出し電極14とが電気的に接続されるととも
に、Agの良好な熱伝導性により放熱特性が高められて
いる。この結果、積層型アルミナ基板10は良好な熱伝
導性および良好な耐熱特性を有する。
半円形の切欠き16aが形成されており、各切欠き16
aの側面に金属膜16がコーティングされている。
工程に耐え得る強度を保持し、かつ第1層アルミナシー
ト11と張り合わせた状態で個々のチップに簡単に分割
可能となるように、本実施例では0.15mmに設定す
る。
プ型発光素子100に用いられるLEDチップ20のそ
れぞれ模式的平面図および模式的断面図である。
ァイア基板21上に、GaN(窒化ガリウム)系化合物
半導体からなるバッファ層22、n型半導体層23およ
びp型半導体層24が順に形成されている。p型半導体
層24の一部領域が除去され、n型半導体層23が露出
している。バッファ層22、n型半導体層23およびp
型半導体層24がLED発光層28を構成する。このL
ED発光層28は、B(ホウ素)、Ga(ガリウム)、
Al(アルミニウム)およびIn(インジウム)の少な
くとも1つを含む他の窒化物系半導体により形成しても
よい。
されている。p電極25の全面には、可視光に対して反
射率の高いPd/Al等からなる反射膜(図示せず)が
蒸着法等により形成されている。それにより、LED発
光層28から出射した光が反射膜でサファイア基板21
の側に反射される。その反射膜上および露出したn型半
導体層23上には、n電極26が露出するようにSiO
2 、SiN等からなる絶縁保護膜27が形成されてい
る。
29が設けられ、p電極25の一部が窓29内に露出し
ている。それにより、実質的にp電極25とn電極26
との間の距離が隔てられ、短絡等による不良が防止され
る。また、このLEDチップ20のp電極25およびn
電極26と積層型アルミナ基板10の電極パッド13と
の接合に半田ボールを用いた際に、窓29が半田留めと
して作用し、半田ボールの形状の維持および半田ボール
のセルフアライメントが可能となる。
6との間には数μm程度の段差が形成されている。この
段差は、後述する製造工程により吸収される。
100の製造方法を示す模式的工程断面図である。
の透光性のサファイア基板21上に、図3に示した構造
を有するGaN系化合物半導体からなるLED発光層2
8を形成し、電流供給のための電極形成プロセスにより
p電極25およびn電極26を形成する。それにより、
LEDウエハ20aが形成される。
エハ20aのp電極25およびn電極26上にそれぞれ
Auバンプ30を形成する。このAuバンプ30は、例
えばワイヤボンダ装置を利用して形成し、ネック部30
aの長さのばらつきを低減するために、バンプ専用ワイ
ヤを用いる。このバンプ専用ワイヤは、ワイヤ先端への
アーク放電等による溶製化後にボール(球状部)直上の
再結晶脆弱部が短くなるように材料が設計されている。
て、通常の金ワイヤを用い、セカンドボンドをボール肩
部に行うスタッドバンプボンディング法を用いてもよ
い。また、レジストによりパターニングを行い、電界メ
ッキ法または無電界メッキ法によりAuバンプ30を形
成してもよい。
プ30の直上に一定厚さの銀ペースト31を転写する。
これにより、LEDウエハ20aのp電極25とn電極
26との段差が吸収される。この銀ペースト31は、熱
硬化性樹脂に銀粒子を混入させたものであり、硬化させ
ることにより粒子間の接合が行われ、導電性が得られ
る。この場合、予め平坦面に一定厚さで銀ペーストを塗
布し、塗布された銀ペースト上にAuバンプ30が形成
されたLEDウエハ20aを反転させて押しつけること
により、LEDウエハ20aの全域のAuバンプ30上
に銀ペースト31の均一な転写を行うことができる。
0上に銀ペースト31を転写する方法を用いているが、
積層型アルミナ基板10においてAuバンプ30に対向
する位置に選択的にスクリーン印刷法またはディスペン
サ等を用いて銀ペーストを塗布してもよい。
アルミナ基板10上にLEDウエハ20aをAuバンプ
30を下にして張り合わせて固定する。この場合、Au
バンプ30上の銀ペースト31を積層型アルミナ基板1
0の電極パッド13に位置合わせする。この場合、図2
に示した積層型アルミナ基板10においては、電極パッ
ド13の面積が広いため、位置合わせの許容性が高くな
っている。
0aのp電極25およびn電極26を除いてサファイア
基板21およびLED発光層28は透光性を有するの
で、積層型アルミナ基板10上にLEDウエハ20aを
張り合わせた後も、LEDウエハ20a側から積層型ア
ルミナ基板10の電極パッド13を視認することができ
る。このため、両面アライナ等の複雑な装置を用いるこ
となく位置合わせを容易に行うことができる。
EDウエハ20aに所定の温度を加え、銀ペースト31
を硬化させる。
アルミナ基板10とLEDウエハ20aとの接合の機械
的強度を高め、かつ熱応力、湿度等に対する耐環境特性
を高めるために、積層型アルミナ基板10とLEDウエ
ハ20aとの間にアンダーフィル樹脂32を注入する。
アンダーフィル樹脂32としては、絶縁性を有し、流動
性を保持し、かつアルミナおよびGaN系化合物半導体
の線膨張係数を考慮したエポキシ樹脂等の材料を用い
る。
を容易にするために、サファイア基板21を50μm以
下の厚みに薄く研磨する。本実施例では、LEDチップ
20aの厚みを20μmにし、所望位置でのチップ化を
容易にしている。
イバ装置を用いてサファイア基板21の所望位置の切断
線に罫書き線を形成するか、またはダイシング装置を用
いてダイシング溝33を形成する。作業性の点からは、
鋭利なダイアモンドポイントを切断線に押しつけて罫書
き線を形成するスクライバ装置を用いることが好まし
い。罫書き線またはダイシング溝33を形成した後、切
断線を支点にしてブレーカ装置により加圧してLEDウ
エハ20aを押し割り、図1に示した個々のチップ型発
光素子100に順次分割する。
ミナシート11の長辺方向および短辺方向には、同基板
作成時にくさび切り込みが形成されており、それらのく
さび切り込みの位置で分割する。
0の状態では、第1層アルミナシート11の切断線上に
ほぼ円形のスルーホール16bが形成されており、この
スルーホール16bの内面にも金属膜がコーティングさ
れている。そして、図5(g)の工程で積層型アルミナ
基板10を切断線で分割することにより、図2に示した
ように、第1層アルミナシート11の両端面にほぼ半円
形の切欠き16aが形成され、切欠き16aの側面に金
属膜16が残る。これにより、面実装時に、半田が金属
膜16上にも流動し、半田接合の容易性および高信頼性
が得られる。
の工程で積層型アルミナ基板10とLEDウエハ20a
との間に注入されるアンダーフィル樹脂32が第1層ア
ルミナシート11のスルーホール16bから漏れ出すこ
とを防止する。
化合物半導体からなるLED発光層28は、ともにモー
ス硬度9と非常に硬い。また、六方晶系結晶構造を有す
るLEDウエハ20aは一方向にへき開性がないため、
ウエハからのチップ化が非常に困難となっている。この
ため、従来のプロセスでは、一般的に電極形成後にサフ
ァイア基板を厚み100μm程度に薄く研磨した後に、
ダイシング装置、スクライバ装置等を用いてLEDチッ
プに分離している。
ァイア基板は所望する位置以外の位置で割れることが多
く、また分割後の形状が長方形とならずに歪んだ形状に
なることがある。これを改善するためにはさらに薄いサ
ファイア基板を用いることが必要であるが、研磨または
その後の取り扱い中における割れを回避するとともに、
サファイア基板と電極を含むLED発光層との間の線膨
張係数の違いにより生じるサファイア基板の反りを許容
範囲内に維持するためには、サファイア基板の厚みは8
0μm程度が限界である。
方法においては、図4(d)および図5(e)の工程で
積層型アルミナ基板10にLEDウエハ20を接合した
後に図5(f)の工程でサファイア基板21の研磨を行
い、図5(g)の工程でチップ化を行っているので、L
EDウエハ20aのサファイア基板21における割れお
よび反りに対する耐性が高められている。したがって、
サファイア基板1およびLED発光層28を含むLED
ウエハ20aを研磨して厚み50μm以下に薄くして
も、サファイア基板1の割れおよび反りが生じない。
ては、LEDチップ20と同一サイズの積層型アルミナ
基板10上にLEDチップ20が貼り合わされ、積層型
アルミナ基板10の上面の一対の電極パッド13にLE
Dチップ20のp電極25およびn電極26がフリップ
チップ方式により接合され、かつ一対の電極パッド13
がスルーホール15内に埋め込まれたAgを介して積層
型アルミナ基板10の裏面の一対の裏面引出し電極14
に電気的に接続されている。したがって、薄型化、小型
化およびコンパクト化が可能となる。
透光性のサファイア基板21を通して外部に出射され
る。この場合、p電極25およびn電極26はサファイ
ア基板21と反対側のLED発光層28上に形成されて
いるので、光がp電極25およびn電極26で遮断され
ない。したがって、高輝度化が可能となる。
上にLED発光層28および複数のLEDチップ20に
対応する複数組のp電極25およびn電極26を形成す
るとともに、複数のLEDチップ20に対応する積層型
アルミナ基板10を形成し、積層型アルミナ基板10上
にLEDウエハ20aを貼り合わせた後に、LEDウエ
ハ20aを積層型アルミナ基板10とともに複数のLE
Dチップ20に分割することができる。それにより、工
程数および製造時間が低減され、低コスト化が可能とな
る。
装用のチップ型発光素子の模式的断面図である。
ップ型発光素子100と異なるのは次の点である。後述
するように、積層型アルミナ基板10の構造が図1の積
層型アルミナ基板10の構造と異なる。本実施例の積層
型アルミナ基板10においては、LEDチップ20のp
電極25およびn電極26に対向する第2層アルミナシ
ート12の上面の位置に金属膜からなる一対の電極パッ
ド13が形成されている。
した構造を有するLEDチップ20が貼り合わされてい
る。LEDチップ20のp電極25およびn電極26
は、共晶半田バンプにより形成される半田ボール41を
介してそれぞれ積層型アルミナ基板10の一対の電極パ
ッド13に接合されている。積層型アルミナ基板10と
LEDチップ20との間にはアンダーフィル樹脂42が
充填されている。それにより、積層型アルミナ基板10
上にLEDチップ20が固定されている。
プ型発光素子100に用いられる積層型アルミナ基板1
0のそれぞれ模式的平面図、模式的断面図および模式的
底面図である。
0の第2層アルミナシート12の上面には、LEDチッ
プ20のp電極25およびn電極26に対応する位置に
金属膜からなる一対の円形の電極パッド13が形成され
ている。この電極パッド13のサイズは半田ボール41
のサイズにほぼ等しく設定される。また、積層型アルミ
ナ基板10の第1層アルミナシート11の裏面には、図
2の積層型アルミナ基板10と同様に、金属膜からなる
一対の裏面引出し電極14が形成されている。
電極14との間に相当する第1層アルミナシート11お
よび第2層アルミナシート12の位置にそれぞれスルー
ホール15が形成され、各スルーホール15内にAgが
埋め込まれている。これにより、対向する電極パッド1
3と裏面引出し電極14とが電気的に接続されるととも
に、Agの良好な熱伝導性により放熱性が高められてい
る。この結果、積層型アルミナ基板10は良好な熱伝導
性および良好な耐熱特性を有する。
も、第1層アルミナシート11の両端面にほぼ半円形の
切欠き16aが形成されており、各切欠き16aの側面
に金属膜16がコーティングされている。
10においては、LEDチップ20に形成されたp電極
25およびn電極26に対向する位置に半田ボール41
とほぼ同じサイズの電極パッド13が形成されているの
で、積層型アルミナ基板10上へのLEDウエハ20a
の接合後における半田ボール41の溶解および再結晶時
に、半田ボール41の高さを一定に保ちつつ半田ボール
41のセルフアラインメント機能が働く。
100の製造方法を示す模式的工程断面図である。
(a)の工程と同様に、透光性のサファイア基板21上
に、LED発光層28を形成し、LED発光層28にp
電極25およびn電極26を形成する。それにより、L
EDウエハ20aが形成される。
エハ20aのp電極25およびn電極26上にそれぞれ
共晶半田バンプ40を形成する。この共晶半田バンプ4
0は、第1の実施例と同様に、ワイヤボンダ装置を用い
て形成する。
りパターニングを行い、電界メッキ法または無電界メッ
キ法により半田共晶バンプ40を形成してもよい。ま
た、半田合金の蒸着法、半田ペーストのスクリーン印刷
法等を用いてもよい。
バンプ40にロジン系非活性フラックスを加え、不活性
ガス雰囲気で加熱することにより半田ボール(球状バン
プ)41を形成する。これにより、LEDウエハ20a
のp電極25とn電極26との段差が吸収される。この
場合、図4(c)の工程における銀ペーストの転写と同
様にして、フラックスを平坦面に塗布し、塗布されたフ
ラックス上に共晶半田バンプ40が形成されたLEDウ
エハ20aを反転させて押しつけることにより、LED
ウエハ20aの全域の共晶半田バンプ40上にフラック
スの均一な転写を行うことができる。その後、LEDウ
エハ20aを所定の温度に設定されたリフロー炉に通す
ことにより、半田ボール41が形成される。
電極25およびn電極26の最表層にはAuからなる酸
化防止層を用い、その酸化防止層の下地層にNi(ニッ
ケル)またはCu(銅)を用いることにより、共晶半田
バンプ40との接合層を形成する。それにより、金属の
共晶半田バンプ40内への合金取り込みによるLED発
光層28への影響を回避する。
ルミナ基板10に形成された半田ボール41にLEDウ
エハ20aのp電極25およびn電極26を位置合わせ
し、積層型アルミナ基板10上にLEDウエハ20aを
貼り合わせる。そして、N2等の不活性ガス雰囲気中ま
たはN2 /H2 混合ガス等のフォーミングガス雰囲気中
で所定の温度で加熱して半田ボール41を溶解させる。
それにより、積層型アルミナ基板10の電極パッド13
とLEDチップ20aのp電極25およびn電極26と
が合金化により接続される。
スの粘着力で積層型アルミナ基板10上に接着されてい
る状態にし、半田が溶解したときの粘性によるセルフア
ラインメント効果でLEDウエハ20aに多少の位置ず
れがあってもその位置ずれが自動的に修正されるよう
に、LEDウエハ20aの自重以外の力を加えずに水平
に保持する。
アルミナ基板10とLEDウエハ20aとの間にアンダ
ーフィル樹脂42を注入する。次に、図9(f)に示す
ように、サファイア基板21を研磨し、LEDウエハ2
0aの厚みを20μm程度に薄くする。さらに、図9
(g)に示すように、スクライバ装置を用いて罫書き線
を形成するかまたはダイシング装置を用いてダイシング
溝43を形成した後、ブレーカ装置により加圧してLE
Dウエハ20aを押し割り、図6に示した個々のチップ
型発光素子100に順次分割する。
ても、第1の実施例のチップ型発光素子100と同様
に、LEDチップ20と同一サイズの積層型アルミナ基
板10上にLEDチップ20が貼り合わされ、積層型ア
ルミナ基板10の上面の一対の電極パッド13にLED
チップ20のp電極25およびn電極26がフリップチ
ップ方式により接合され、かつ一対の電極パッド13が
スルーホール15内に埋め込まれたAgを介して積層型
アルミナ基板10の裏面の一対の裏面引出し電極14に
電気的に接続されている。したがって、薄型化、小型化
およびコンパクト化が可能となる。
透光性のサファイア基板21を通して外部に出射され
る。この場合、p電極25およびn電極26はサファイ
ア基板21と反対側のLED発光層28上に形成されて
いるので、光がp電極25およびn電極26で遮断され
ない。したがって、高輝度化が可能となる。
上にLED発光層28および複数のLEDチップ20に
対応する複数組のp電極25およびn電極26を形成す
るとともに、複数のLEDチップ20に対応する積層型
アルミナ基板10を形成し、積層型アルミナ基板10上
にLEDウエハ20aを貼り合わせた後に、LEDウエ
ハ20aを積層型アルミナ基板10とともに複数のLE
Dチップ20に分割することができる。それにより、工
程数および製造時間が低減され、低コスト化が可能とな
る。
例におけるチップ型発光素子100の製造方法を示す模
式的工程断面図である。
製造方法は、以下の点を除いて第1の実施例のチップ型
発光素子100の製造方法と同様である。図10
(a),(b)の工程は、図4(a),(b)の工程と
同様である。
電極26上にAuバンプ30を形成した後、図10
(c)に示すようにLEDウエハ20aのAuバンプ3
0を下に向けてLEDウエハ20aを平坦面に平行に対
向させ、所定の圧力で押しつける。これにより、Auバ
ンプ30の高さが容易に均一化される。これにより、L
EDウエハ20aのp電極25とn電極26との段差が
吸収される。
ウエハ20aのAuバンプ30側の面に異方性導電フィ
ルム50を仮圧着する。異方性導電フィルム50として
は、接着剤としての熱硬化性樹脂中に硬質の金属粒子ま
たは金属薄層がメッキ形成されたプラスチック粒子を混
入させた異方性導電材を用いる。本実施例では、前者の
熱硬化性樹脂中に金属粒子を混入した異方性導電材を用
いる。
タと熱硬化性樹脂との2層構造を有する。平坦面上で異
方性導電フィルム50上にLEDウエハ20aを押し当
てて加熱圧着することによりLEDウエハ20aの全面
に熱硬化性樹脂を転写させ、セパレータフィルムから熱
硬化性樹脂を遊離させる。
ウエハ20aのAuバンプ30を積層型アルミナ基板1
0の電極パッド13に位置合わせし、積層型アルミナ基
板10上にLEDウエハ20aを貼り合わせて、所定の
加熱および加圧を行い、両者を電気的にかつ機械的に接
合する。
化性樹脂に混入された金属粒子が、LEDウエハ20a
のp電極25およびn電極26と積層型アルミナ基板1
0の電極パッド13との双方の表面酸化膜を突き破って
それぞれp電極25およびn電極26の金属および電極
パッド13の金属中に食い込む。それにより、電気的に
安定した接続が行われる。同時に、一時的に低流動化し
た熱硬化性樹脂が積層型アルミナ基板10とLEDウエ
ハ20aとの間隙を埋めて両者を接着する。
ド13およびLEDウエハ20aのp電極25およびn
電極26以外の領域には所定の圧力が加わらないため、
金属粒子は熱硬化性樹脂で覆われ、絶縁性が保たれてい
る。
ップ型発光素子100の製造に適用してもよい。
び第2の実施例と同様に、薄型化、小型化、コンパクト
化、高輝度化および低コスト化が図られたチップ型発光
素子100が得られる。
れば、サファイア基板21上へのLED発光層28なら
びにp電極25およびn電極26のパターニングといっ
たウエハプロセスから半田材料を用いた面実装可能なチ
ップ型発光素子100の形成までを一貫してウエハ状態
で行うことにより、同時に数千個のチップ型発光素子1
00を作製することが可能となる。
チップ型発光素子100を用いたLEDランプの一例を
示すそれぞれ模式的平面図および模式的断面図である。
00は透光性樹脂からなる透光性基板110内に透光性
樹脂接着剤で固定されている。透光性基板110上には
透光性樹脂からなるドーム型レンズ120が設けられて
いる。透光性基板110およびドーム型レンズ120は
透光性樹脂成形体により構成される。
子110を用いたLEDランプの他の例を示す模式的斜
視図である。
ベース基板130上に複数のチップ型発光素子100が
一列に配置され、複数のチップ型発光素子100上に透
光性樹脂からなる半円柱状の集光レンズ140が設けら
れている。
光素子100は、サイズ0.6mm×0.3mmおよび
厚み0.35mmと非常に小型であるため、大きな実装
面積を必要としない。したがって、図13に示すように
コンパクトな棒状のLEDランプが実現される。
が設けられているが、図13のLEDランプを広視野が
要求されるバックライト、表示装置等に用いる場合に
は、集光レンズ140を設けなくてよい。
子の模式的断面図である。
ルミナ基板の模式的平面図、模式的断面図および模式的
底面図である。
ップの模式的平面図および模式的断面図である。
的工程断面図である。
的工程断面図である。
子の模式的断面図である。
ルミナ基板の模式的平面図、模式的断面図および模式的
底面図である。
的工程断面図である。
的工程断面図である。
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
LEDランプの一例を示す模式的平面図および模式的断
面図である。
LEDランプの他の例を示す模式的斜視図である。
斜視図である。
的斜視図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 支持部材と、前記支持部材上に配置され
た発光素子チップとを備え、 前記支持部材は、絶縁基板と、前記絶縁基板の上面に形
成された一対の第1の導電膜と、前記絶縁基板の裏面に
形成された一対の第2の導電膜と、前記一対の第1の導
電膜と前記一対の第2の導電膜とをそれぞれ電気的に接
続する少なくとも一対の接続部とを有し、 前記発光素子チップは、透光性基板と、前記透光性基板
上に形成された半導体発光層と、前記半導体発光層上に
形成された一対の電極とを有し、 前記支持部材の前記一対の第1の導電膜に前記発光素子
チップの前記一対の電極が接合された状態で前記支持部
材上に前記発光素子チップが貼り合わされたことを特徴
とするチップ型発光素子。 - 【請求項2】 前記一対の第1の導電膜と前記一対の第
2の導電膜との間に相当する前記絶縁基板の位置にそれ
ぞれ貫通孔が形成され、 前記接続部は、前記貫通孔内に埋め込まれた導電性材料
であることを特徴とする請求項1記載のチップ型発光素
子。 - 【請求項3】 前記絶縁基板は、第1の絶縁シートと、
前記第1の絶縁シート上に積層された第2の絶縁シート
とを含み、 前記第1の絶縁シートの両端部に切欠きが形成され、前
記切欠きの側面に導電膜が形成されたことを特徴とする
請求項1または2記載のチップ型発光素子。 - 【請求項4】 前記支持部材と前記発光素子チップとの
間隙に樹脂が充填されたことを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載のチップ型発光素子。 - 【請求項5】 前記支持部材の前記一対の第1の導電膜
と前記発光素子チップの前記一対の電極とが導電性バン
プを介して接合されたことを特徴とする請求項1〜4の
いずれかに記載のチップ型発光素子。 - 【請求項6】 前記半導体発光層は、ホウ素、ガリウ
ム、アルミニウムおよびインジウムの少なくとも1つを
含む窒化物系半導体からなり、 前記透光性基板はサファイアからなることを特徴とする
請求項1〜5のいずれかに記載のチップ型発光素子。 - 【請求項7】 透光性基板上に半導体発光層を形成する
とともに前記半導体発光層上に複数対の電極を形成する
ことにより発光素子ウエハを形成する工程と、 絶縁基板の上面に複数対の第1の導電膜を形成するとと
もに前記絶縁基板の裏面に複数対の第2の導電膜を形成
し、前記複数対の第1の導電膜と前記複数対の第2の導
電膜とをそれぞれ電気的に接続する複数の接続部を前記
絶縁基板に形成することにより支持部材を形成する工程
と、 前記発光素子ウエハの前記複数対の電極を前記支持部材
の前記複数対の第1の導電膜にそれぞれ接合した状態で
前記支持部材上に前記発光素子ウエハを貼り合わせる工
程と、 前記発光素子ウエハを前記支持部材とともに複数の発光
素子チップに分割することにより複数のチップ型発光素
子を形成する工程とを備えたことを特徴とするチップ型
発光素子の製造方法。 - 【請求項8】 前記支持部材を形成する工程は、 前記複数対の第1の導電膜と前記複数対の第2の導電膜
との間に相当する前記絶縁基板の位置にそれぞれ貫通孔
を形成する工程と、 前記貫通孔内に導電性材料を埋め込むことにより前記接
続部を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項7
記載のチップ型発光素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記支持基板と前記発光素子ウエハとの
間隙に樹脂を注入する工程をさらに備えたことを特徴と
する請求項7または8記載のチップ型発光素子の製造方
法。 - 【請求項10】 前記支持部材上に前記発光素子ウエハ
を貼り合わせる前に、前記発光素子ウエハの前記半導体
発光層上に異方性導電フィルムを貼着する工程をさらに
備えたことを特徴とする請求項7または8記載のチップ
型発光素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記支持部材上に前記発光素子ウエハ
を貼り合わせた後に、前記発光素子ウエハの前記透光性
基板を薄層化する工程をさらに備えたことを特徴とする
請求項7〜10のいずれかに記載のチップ型発光素子の
製造方法。 - 【請求項12】 前記支持部材上に前記発光素子ウエハ
を貼り合わせる工程は、 前記発光素子ウエハの前記複数対の電極上にそれぞれ導
電性バンプを形成する工程と、 前記複数対の電極上に形成された前記導電性バンプを前
記支持部材の前記複数対の第1の導電膜にそれぞれ接合
する工程とを含むことを特徴とする請求項7〜11のい
ずれかに記載のチップ型発光素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記支持部材上に前記発光素子ウエハ
を貼り合わせる工程は、前記複数の電極上に形成された
前記導電性バンプの高さを均一化する工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項12記載のチップ型発光素子の
製造方法。 - 【請求項14】 前記支持部材を形成する工程は、 第1の絶縁シート上に第2の絶縁シートを積層すること
により前記絶縁基板を形成する工程を含むことを特徴と
する請求項7〜13のいずれかに記載のチップ型発光素
子の製造方法。 - 【請求項15】 前記絶縁基板を形成する工程は、 前記第1の絶縁シートに所定間隔で複数の孔部を形成す
る工程と、 前記複数の孔部の側面に導電膜を形成する工程とをさら
に含み、 前記複数のチップ型発光素子を形成する工程は、前記絶
縁基板を前記複数の孔部の箇所で分割する工程を含むこ
とを特徴とする請求項14記載のチップ型発光素子の製
造方法。
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