JP2007096044A

JP2007096044A - 半導体素子、半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2007096044A
Application number: JP2005284289A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Aya; 洋一郎綾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】モジュール基板への多数の半導体素子の実装が効率的に行える半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】この半導体装置210は、素子基板111の上面に半導体層102が貼り合わせられた半導体素子であって、素子基板の底面側が水平断面積が下方ほど漸次小さくなる形状に加工された半導体素子120と、素子基板120の底面側の形状に合致する形状の凹部204が形成され、当該凹部に半導体素子の素子基板111が実装されたモジュール基板200とから構成され、ＦＳＡ法又は加振法にて多数の半導体素子120をモジュール基板200の多数の凹部204のすべてに実装することにより製造したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子、この半導体素子を実装した半導体装置及びその半導体装置の製造方法に関する。

従来、例えばＬＥＤのような半導体装置は図１９に示す方法にて製造している。つまり、同図（ａ）に示すように半導体成長が可能な基板の表面に適宜の成長方法によって発光部となる半導体層を形成し、このウェハ４００から所定のサイズのＬＥＤチップ４０１に切り出す。そして、同図（ｂ）に示すようにリードフレーム４０３の台座４０２の上にＬＥＤチップ４０１を接着剤あるいはハンダによって固定する。そして、同図（ｃ）に示すようにワイヤー４０５をＬＥＤチップ４０１のｐ電極、ｎ電極とリードフレーム４０３，４０４とに接続し、さらに同図（ｄ）に示すようにその全体を透光性樹脂４０６にてモールドする工程によっていた。

しかしながら、このようなチップタイプのＬＥＤで三原色それぞれを発光するＬＥＤを多数マトリクス配列してカラー表示装置を形成したり、あるいは白色発光のチップタイプのＬＥＤを多数マトリクス配列して液晶バックライトパネルを形成したりする場合、そのような集積型発光装置には多数のＬＥＤを必要とするため、上述した方法で作製されるチップタイプＬＥＤを採用するのでは、個々にＬＥＤを作製しなければならないために作業効率が良くない問題点があった。

このようなチップタイプＬＥＤを集積型発光装置に採用する場合の問題点を解決し、実装工程を短時間で、効率的に行える半導体装置の製造方法として、液体自己実装（ＦＳＡ：ＦｌｕｉｄＳｅｆｌ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）法を用いた半導体レーザーの実装方法が米国特許第５５４５２９１号公報（特許文献１）、特開２００４−３３５７２９号公報（特許文献２）、特開２００４−２２８４６号公報（特許文献３）によって知られている。このＦＳＡ法による半導体装置の製造方法は、図２０、図２１に示すようなものである。すなわち、図２０（ａ）に示すように、半導体基板３０１の表面に機能半導体層３０２を成長させ、その後、半導体層３０２をエッチング等によって所定の立体形状の多数の半導体チップ３０３に分離し、かつ基板３０１から剥離させることで多数の半導体チップ３０３を作製する。そして、図２１（ａ）に示すように、この半導体チップ３０３の多数をその形状と合致する形状の多数の凹部が形成されたモジュール基板３０４にＦＳＡ法によって実装し、同図（ｂ）に示すような半導体素子３０３の多数がモジュール基板３０４の表面に所定の配置で実装された半導体装置を得るのである。

しかしながら、このような従来の半導体の製造方法では、半導体素子を特異な形状に加工するためにエッチングガス等を用いてエッチングする際にその化学的作用によって半導体素子に大きなダメージが加わること、また、そのようなダメージを残した半導体素子をモジュール基板の凹部に実装する際に、ＦＳＡ法で液体中で実装するといっても半導体素子自体がモジュール基板の凹部の壁に当たり機械的歪みを受けやすく、実装された多数の半導体素子の中で本来の機能が損なわれたものが発生しやすい。そしてこの結果として、半導体装置としての生産性が期待したほどには改善されない問題点があった。
米国特許第５５４５２９１号公報特開２００４−３３５７２９号公報特開２００４−２２８４６号公報

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、モジュール基板への多数の素子の実装が効率的に行え、したがってモジュール型の半導体装置の効率的な製造を可能にする半導体素子、そしてこの半導体素子を実装することによって効率的に製造できる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係わる半導体素子は、底面側が、その水平断面積が下方ほど漸次小さくなる形状に加工された素子基板と、前記素子基板の上面に貼り合わせられた半導体層とを備えたものである。

また、前記素子基板は、その上の半導体層よりも比重が大きく、かつ、重量も大きいものであることを特徴とするものである。

また、その形状が、垂直な１８０°回転対称軸を有する形状であることを特徴とするものである。

あるいは、その形状が、垂直な回転対称軸を持たない形状であることを特徴とするものである。

さらには、前記半導体素子は、ＬＥＤチップであることを特徴とするものである。

本発明に係わる半導体装置は、素子基板の上面に半導体層が貼り合わせられた半導体素子であって、前記素子基板の底面側が水平断面積が下方ほど漸次小さくなる形状に加工された半導体素子と、前記素子基板の底面側の形状に合致する形状の凹部が形成され、当該凹部に前記半導体素子の素子基板が実装されたモジュール基板とを備えたものである。

また、前記半導体素子の素子基板は、その上の半導体層よりも比重が大きく、かつ、重量も大きいものであることを特徴とするものである。

また、前記半導体素子は、垂直な１８０°回転対称軸を有する形状であることを特徴とするものである。

あるいは、前記半導体素子は、垂直な回転対称軸を持たない形状であることを特徴とするものである。

本発明に係わる半導体装置の製造方法は、底面側が水平断面積が下方ほど漸次小さくなる形状に加工された素子基板の表面に半導体層を貼り合わせて半導体素子を複数個作製する工程と、平板状のモジュール基板の表面に、前記素子基板の底面側の形状に合致する形状の凹部を複数個形成する工程と、前記モジュール基板の表面に形成された複数個の前記凹部に自己整合的に実装する工程とを有するものである。

本発明によれば、先に底面側に必要な形状にするための加工を施した素子基板に対して、その表面側に半導体層を貼り合わせる作製工程が採用でき、そのため、素子基板には所定の形状への加工が容易で、残留歪みの少ない金属その他の材料を採用することができ、ＦＳＡ法あるいは加振法にて多数の半導体素子をモジュール基板上の多数の凹部に実装する際に、半導体素子がモジュール基板や他の半導体素子と接触しても損傷を受けることが少なく、その結果、半導体装置の製造の製品歩留まりを向上させることができる。

また本発明によれば、半導体素子の素子基板として半導体層よりも比重が大きく、重量も大きいものを採用することで、半導体装置の凹部への実装にＦＳＡ法や加振法を採用する場合、半導体素子自身が重力によって正立姿勢を自己保持しやすく、効率の良い実装が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１、図２は本発明の第１の実施の形態の半導体装置及びその製造方法として、モジュール型ＬＥＤ２１０及びその製造方法を示している。尚、図１では単一の半導体素子をモジュール基板２００の単一の凹部２０４に実装する方法を示しているが、実際には後述するように多数個の半導体素子を多数の凹部それぞれに例えばＦＳＡ法や加振法のような自己実装法にて実装するものである。

第１の実施の形態は、半導体素子としてのＬＥＤチップ１２０をモジュール基板２００の凹部２０４に実装する製造方法及びそれにて製造された半導体装置としてのモジュール型ＬＥＤ２１０である。

ＬＥＤチップ１２０は、貼り替え基板型の基板１１１の上に半導体発光部１０２が接着され、その半導体発光部１０２の上に電極１０５が形成された構造である。図１、図２に示すように、ＬＥＤチップ１２０の基板１１１の形状は、逆台形柱であり、かつ水平断面は短辺と長辺とを持つ長方形である。ＬＥＤチップ１２０の半導体発光部１０２とその上の電極１０５とは基板１１１の外形と相似の外形を持つ直方体であり、チップ１２０の重心を通る垂直線にすべて重心、そして中心が揃えられている。ただし、貼り替え基板１１１の形状はその全体がモジュール基板２００の凹部２０４に収納される形状であれば制限はなく、水平断面形状や垂直断面形状が円形、楕円形、三角形、多角形、あるいはこれらの混合した形状であってもよい。ただし、ＬＥＤチップ２１の実装姿勢に向きがある場合、貼り替え基板１１１の形状またそれに対応する凹部２０４の形状は、垂直な回転対称軸を持たない形状に設定する必要がある。また図示のように１８０°回転対称である場合には、垂直な１８０°回転対称な形状に設定する必要がある。

ＬＥＤチップ１２０の基板１１１は、半導体発光部１０２よりも比重の大きい材料であり、かつ、半導体発光部１０２と同等あるいはより大きい寸法にして、自由状態でこの基板１１１側が下方に来る姿勢になるようにして、モジュール基板２００に実装する際に、モジュール基板２００の凹部２０４に自然に入りやすくしている。ＬＥＤチップ１２０の基板１１１の具体的な材料としては、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、銅とタングステンとの合金、さらには鉄（Ｆｅ）、鉄と銅との合金等、導電性で比重の大きい材料である。また、基板１１１の材料としては熱伝導率の高い材料が好ましく、熱膨張係数が半導体発光部１０２と近い材料が好ましい。ただし、基板１１１に用い得る材料は、貼り替え基板として半導体発光部１０２に貼り合わせる際の温度よりも融点が高いことが必要である。

モジュール基板２００の凹部２０４はＬＥＤチップ１２０の基板１１１の外形と合致する形状に形成されている。モジュール基板２００の上面にはＬＥＤチップ１２０側の電極１０５、そして基板１１１とワイヤー２０７，２０８にて接続するための配線パターン２０５，２０６が形成してある。このモジュール基板２００の形成は、薬品や活性ガスによる湿式や乾式のエッチング法、メッキ法、スタンプ法、印刷法などの方法による。

図１（ａ）、（ｂ）に示すようにＬＥＤチップ１２０をモジュール基板２００の凹部２０４へ充填するには、ＦＳＡ法、あるいはモジュール基板２００を振動させる加振法を採用して行う。そして、貼り替え基板１１１へのＬＥＤチップ１２０の固定には、低融点金属を用いた貼り合わせ法、導電性有機接着剤による接着法を用いる。また、ＬＥＤチップ１２０がその上面の発光部側にｎ電極、ｐ電極が共に形成されたプレーナ型であれは、絶縁性の接着剤にて接着固定することもできる。図１（ｂ）に示すようにＬＥＤチップ１２０をモジュール基板２００の凹部２０４に固定した後、図１（ｃ）、また図２に示すように、金線のようなワイヤー２０７，２０８にてチップ側の電極１０５及び基板１１１をモジュール基板２００側の上面に形成されている配線パターン２０５，２０６に接続して、本実施の形態のモジュール型ＬＥＤ２１０が完成する。

上記の実施の形態に採用した貼り替え基板型のＬＥＤチップ１２０は、次のようにして作製されたものである。まず図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板のような成長用基板１０１に対して半導体発光部１０２を所定の配置で多数、同時に形成する。この半導体発光部１０２を構成する半導体材料としては、ＧａＮ系半導体材料、ＧａＩｎＮ系半導体材料、ＩｎＮ系半導体材料、ＺｎＯ系半導体材料等種々の半導体材料を用いることができる。この半導体発光部１０２の形成方法には、例えば、ＭＯＭＢＥ（Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＭＢＥ）法、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法等を目的とする半導体に応じて採用する。

そして図４（ａ）に示すように、予め裏面側がＬＥＤチップ１２０の基板１１１に相当する形状が多数並ぶように加工した貼り合わせ側基板１１０を用意し、その貼り合わせ面に予め接着層１１２を形成し、この接着層１１２を成長用基板１０１と半導体発光部１０２とが一体になった部材１００と対向させ、両部材１００，１１０を加圧加熱し、図４（ｂ）に示すように接着層１１２にて半導体発光部１０２を貼り合わせ側基板１１０にも接着する。尚、直接接着法のように接着層１１２を用いない方法を用いて半導体発光部１０２を貼り合わせ側基板１１０に接着するようにしてもよい。

この接着の後、図４（ｃ）に示すように、例えばＹＡＧレーザーのようなレーザースポット光ＬＢを成長用基板１０１と半導体発光部１０２との接着面に照射し走査することでその接着面から成長用基板１０１を剥離させる。尚、レーザを用いて成長用基板を剥離する以外に、研磨やエッチング法等を用いて成長用基板を除去するようにしてもよい。

この後、図４（ｄ）に示すように、貼り合わせ側基板１１０を切断することで、多数個の貼り替え基板型のＬＥＤチップ１２０を得る。尚、貼り合わせ側基板１１０は平板状のまま上記のように接着層１１２にて成長用基板１０１側と接着し、その接着状態において貼り合わせ側基板１１０の裏面側に対して加工を施し、ＬＥＤチップ１２０の基板１１１に相当する台柱体を形成する方法を採用することもできる。

貼り合わせ側基板１１０をその底面側から見たのが図５である。本実施の形態の場合、ＬＥＤチップ１２０の貼り替え基板１１１に相当する部分は、この貼り替え基板１１１と同じ台柱体形状に予め加工されている。加工には、エッチング法を用いることができる。

次に、凹部２０４付きのモジュール基板２００の形成方法について説明する。図６の平面図、図７の断面図に示すように、任意寸法の模擬基板２０１の表面に、目的とする凹部２０４の形状に合致する形状の模擬チップ２０２を目的とする実装配列、例えば、マトリクスに配列して固定する。そして、図８に示すように、この模擬チップ２０２の固定された模擬基板２０１に対して、模擬チップ２０２の固定されている面に光または熱硬化性の透明な有機接着剤２０９を模擬チップ２０２が十分埋もれる厚みで塗布し、その上に透明ガラス基板２０３を配置する。そして、この合体物に対して有機接着剤２０９の部分に光照射し、あるいはオーブンにて加熱することで硬化させる。そして、模擬基板２０１側を剥がすことで、図９に示すような凹部２０４付きのモジュール基板２００が得られる。

このようにして得られたＬＥＤチップ１２０と凹部２０４付きのモジュール基板２００を用い、上述したようにＦＡＳ法あるいは加振法によってモジュール基板２００の多数の凹部２０４にＬＥＤチップ１２０を所期の姿勢にて充填し、接着固定することで、モジュール型ＬＥＤ２１０を得る。

尚、上記実施の形態では半導体素子としてＬＥＤチップ１２０を、そして半導体装置としてモジュール型ＬＥＤ２１０を例示したが、本発明はこれに限定されることはなく、広く張り替え型基板を備えた半導体素子、そしてそれを実装する半導体装置に適用できる。

本実施の形態のモジュール型ＬＥＤ、そしてこれに用いるＬＥＤチップでは、ＬＥＤチップが貼り替え基板型で比重の大きい基板を備え、これを加工して所定の形状にしてモジュール基板の凹部にＦＳＡ法や加振法によって充填し、固定したものであり、ＬＥＤチップはその基板が重いために自由状態で重力によって自然に正立姿勢になる特性を持っているので、ＦＳＡ法や加振法を用いて多数のＬＥＤチップをモジュール基板の多数の凹部それぞれに効率的に充填し固定することができ、生産性を高めることができる。

また本実施の形態によれば、ＬＥＤチップが貼り替え基板型であるためその貼り替え基板に対する加工がしやすく、それだけ所定の形状を出すために加わる歪みや残留する歪みが小さく抑えられ、上述のＦＡＳ法や加振法によってモジュール基板の凹部に充填する際にモジュール基板や他のチップとの接触によって容易に損傷することがなく、製品歩留まりの向上が図れる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の半導体装置及びその製造方法について、図１０〜図１２を用いて説明する。第２の実施の形態の半導体装置は、半導体素子としての貼り替え基板型のＬＥＤチップ１２０Ａをモジュール基板２００Ａに実装したモジュール型ＬＥＤ２１０Ａである。ＬＥＤチップ１２０Ａは、その貼り替え基板１１１Ａの形状が第１の実施の形態とは異なり、平板部１１１−１とその底面中央に突出するように形成された凸部１１１−２を有している。この凸部１１１−２は逆４角台柱形で、水平断面形状が長方形、垂直断面形状が逆台形である。そしてＬＥＤチップ１２０Ａには、この貼り替え基板１１１Ａの上に半導体発光部１０２、電極１０５が設けてある。ＬＥＤチップ１２０Ａの貼り替え基板１１１Ａの素材は第１の実施の形態と同様であり、その作製方法も同様である。また、ＬＥＤチップ１２０Ａの全体の形状に応じて、凸部１１１−２の形状も垂直な回転対称軸を持たない形状にしたり、１８０°回転対称な形状にしたりすることができる。

モジュール基板２００Ａには所定配置で必要数の凹部２０４Ａが形成してある。この凹部２０４Ａの形状は、ＬＥＤチップ１２０Ａの基板凸部１１１−２に合致するものである。このモジュール基板２００Ａも、第１の実施の形態と同様の材料を用いて、また同様の作製方法によって作製されるものである。

尚、図１０〜図１２に示す第２の実施の形態にあっては、ＬＥＤチップ１２０Ａやモジュール基板２００Ａにおけるその他の構成要素は第１の実施の形態と共通であり、その共通する要素には同一の符号を付して示してある。

上記ＬＥＤチップ１２０Ａの多数をモジュール基板２００Ａの多数の凹部２０４Ａに充填して固定する実装工程には、第１の実施の形態と同様、ＦＳＡ法あるいは加振法を採用する。本実施の形態の半導体装置であるモジュール型ＬＥＤ２１０Ａの製造では、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ＦＳＡ法あるいは加振法にてＬＥＤチップ１２０Ａをモジュール基板２００Ａの凹部２０４Ａに充填する。このとき、ＬＥＤチップ１２０Ａの貼り替え基板１１１Ａは比重が大きく、また体積も大きいので自由状態では重力によって図１０（ａ）に示す正立姿勢になり、その凸部１１１−２が凹部２０４Ａ内に落ち込みやすくなり、モジュール基板２００Ａの凹部２０４Ａへ効率良く充填できる。そして、多数のＬＥＤチップ１２０Ａをモジュール基板２００Ａの多数の凹部２０４Ａすべてに充填し終えると、ＬＥＤチップ１２０Ａを凹部２０４Ａ内に接着して固定する。

この後、図１０（ｃ）に示すように、すべてのＬＥＤチップ１２０Ａに対して、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤチップ１２０Ａ側の貼り替え基板１１１Ａとモジュール基板２００Ａ上の配線パターン２０５、またＬＥＤチップ１２０Ａ側の電極１０５とモジュール基板２００Ａ側の配線パターン２０６の間をワイヤー２０７，２０８にて接続する。

このようにして得られる本実施の形態の半導体装置としてのモジュール型ＬＥＤでは、第１の実施の形態と同様の作用、効果を奏し、加えて、あるＬＥＤチップがモジュール基板の凹部に不完全な姿勢で充填されていたり、電気的な接続が不完全であったりして発光不良となり、その交換が必要となった場合に、ＬＥＤチップの貼り替え基板の平板部１１１−１がモジュール基板の表面よりも高い位置に出ているために不良ＬＥＤチップを容易に摘んで取り出すことができ、修理、交換作業がしやすく、それだけ製品歩留まりの向上が図れる利点がある。

（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の半導体装置及びその製造方法について、図１３〜図１５を用いて説明する。第３の実施の形態の半導体装置も、半導体素子としての貼り替え基板型のＬＥＤチップ１２０Ｂをモジュール基板２００Ｂに実装したモジュール型ＬＥＤ２１０Ｂである。ＬＥＤチップ１２０Ｂは、電極１０５が垂直中心線上からずれた位置に形成され、垂直な対称軸がない形状である。本実施の形態は、このような形状のＬＥＤチップ１２０Ｂを正しい回転位置にてモジュール基板２００Ｂの凹部２０４Ｂへ充填することを特徴とするものである。

本実施の形態のＬＥＤチップ１２０Ｂは方向性を持つ形状であるので、貼り替え基板１１１Ｂの形状が第１、第２の実施の形態それぞれとは異なり、逆三角台柱形にしている。そしてＬＥＤチップ１２０Ｂには、上記貼り替え基板１１１Ｂ上に半導体発光部１０２を形成し、そしてその半導体発光部１０２上の中心からずれた位置に電極１０５が設けてある。ＬＥＤチップ１２０Ｂの貼り替え基板１１１Ｂの素材は第１の実施の形態と同様であり、その作製方法も同様である。

モジュール基板２００Ｂには所定配置で必要数の凹部２０４Ｂが形成してある。この凹部２０４Ｂの形状は、ＬＥＤチップ１２０Ｂの貼り替え基板１１１Ｂの外形に合致するものである。そして、凹部２０４Ｂの位置は、ＬＥＤチップ１２０Ｂを正しい回転位置にて凹部２０４Ｂに充填した状態でその電極１０５が配線パターン２０６に近接できるように設定してある。このモジュール基板２００Ｂも、第１の実施の形態と同様の材料を用いて、また同様の作製方法によって作製されるものである。

尚、図１３〜図１５に示す第３の実施の形態にあっても、ＬＥＤチップ１２０Ｂやモジュール基板２００Ｂにおけるその他の構成要素は第１の実施の形態と共通であり、その共通する要素には同一の符号を付して示してある。

多数のＬＥＤチップ１２０Ｂをモジュール基板２００Ｂの多数の凹部２０４Ｂに充填して固定する実装工程には、第１の実施の形態と同様、ＦＳＡ法あるいは加振法を採用する。本実施の形態の半導体装置であるモジュール型ＬＥＤ２１０Ｂの製造では、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＦＳＡ法あるいは加振法にてＬＥＤチップ１２０Ｂをモジュール基板２００Ｂの凹部２０４Ｂに充填する。このとき、ＬＥＤチップ１２０Ｂの貼り替え基板１１１Ｂは比重が大きく、また体積も大きいので自由状態では重力によって図１３（ａ）に示す正立姿勢になり、基板１１１Ｂが下側に来て凹部２０４Ｂ内に落ち込みやすくなり、効率良くモジュール基板２００Ｂの凹部２０４Ｂに充填できる。そして、多数のＬＥＤチップ１２０Ｂをモジュール基板２００Ｂの多数の凹部２０４Ｂすべてに充填し終えると、ＬＥＤチップ１２０Ｂそれぞれを凹部２０４Ｂそれぞれの中に接着して固定する。

この後、図１３（ｃ）に示すように、すべてのＬＥＤチップ１２０Ｂに対して、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤチップ１２０Ｂ側の貼り替え基板１１１Ｂとモジュール基板２００Ｂ上の配線パターン２０５、またＬＥＤチップ１２０Ｂ側の電極１０５とモジュール基板２００Ｂ側の配線パターン２０６の間をワイヤー２０７，２０８にて接続する。

このようにして得られる本実施の形態のモジュール型ＬＥＤ２１０Ｂでは、第１の実施の形態と同様の作用、効果を奏する。

尚、本発明は、上記の実施の形態に限らず、広く貼り替え基板を採用する半導体素子をモジュール基板の凹部に充填して得る半導体装置及びその製造方法に適用されるものである。また、半導体素子が垂直な１８０°回転対称軸を有する形状である場合、半導体素子の貼り替え基板の形状は、モジュール基板の凹部に充填するときに１８０°水平回転した状態でも電気的な特性が変化するものではないので、貼り替え基板の形状はその水平断面が長方形のものや楕円形のものであっても採用できる。また、上記各実施の形態では半導体素子の貼り替え基板の垂直断面形状を台形状にしているが、その形状は円形その他、凹部に落ち込みやすい形状にすることができる。他方、半導体素子が垂直な回転対称軸を持たない形状である場合、半導体素子の貼り替え基板の形状は、モジュール基板の凹部に充填するときに１つの向きでしか凹部に充填できない立体形状を採用する。

本発明の実施例を説明する。図１、図２に示すＬＥＤチップ１２０を樹脂製のモジュール基板２００の凹部２０４に加振法にて充填する実験を行った。

貼り替え基板型のＬＥＤチップ１２０は、次のようにして作製されたものである。まず図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板のような成長用基板１０１に対して半導体発光部１０２を所定の配置で多数、同時に形成する。この半導体発光部１０２の形成方法は、ＭＯＭＢＥ法を採用した。半導体発光部１０２のサイズは、長辺１ｍｍ、短辺０．８ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、隣接する半導体発光部１０２同士の間隔は０．２ｍｍにした。そして図４（ａ）に示すように、予め裏面側がＬＥＤチップ１２０の基板１１１に相当する形状が多数並ぶように予め加工した銅製の貼り合わせ側基板１１０を用意し、その貼り合わせ面に予めＡｕとＳｎの合金の０．１ｍｍ厚の接着層１１２を形成し、この接着面１１２を成長用基板１０１と半導体発光部１０２とが一体になった部材１００と対向させ、両部材１００，１１０を０．５ｋｇ／ｃｍ^２に加圧しつつ約３００℃で約３０分間加熱し、図４（ｂ）に示すように接着層１１２にて半導体発光部１０２を貼り合わせ側基板１１０にも接着した。貼り替え基板１１１を図示の形状に加工するには、エッチング法を用いた。これにより、図４（ｃ）に示す状態から同図（ｄ）に示す状態に破断する部位を可能な限り薄くし、破断時に加工歪みを可能な限り小さくできるためである。

上記の接着の後、図４（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザーのスポット光を成長用基板１０１と半導体発光部１０２との接着面に走査速度１０ｃｍ／ｓで照射しながら走査することでその接着面から成長用基板１０１を剥離させた。このときの光出力は１００ｍＪであった。この後、図４（ｄ）に示すように、貼り合わせ側基板１１０を切断分離させることで、多数個の貼り替え基板型のＬＥＤチップ１２０を得た。

凹部２０４付きのモジュール基板２００は次のようにして作製したものである。１０ｃｍ×１０ｃｍのＳＵＳ製模擬基板２０１の一面に、高さ０．６ｍｍでＬＥＤチップ１２０の貼り替え基板１１１とほぼ同形の模擬チップ２０２を間隔５ｍｍずつあけて縦横１０列ずつ、合計１００個の模擬チップ２０２をマトリクス配置して貼り付けておいた。そして、図８に示すように、この模擬基板２０１に対して、模擬チップ２０２の固定されている面に熱硬化性の透明な有機接着剤２０９を５ｍｍの厚さに塗布し、その上に１ｍｍ厚の透明ガラス基板２０３を配置した。そして、この合体物をオーブンにて加熱することで熱硬化性の接着剤を熱硬化させ、その後、模擬基板２０１側を剥がすことで、図９に示すような凹部２０４付きのモジュール基板２００を得た。

このようにして得られたＬＥＤチップ１２０と凹部２０４付きのモジュール基板２００を用い、加振法によってモジュール基板２００の多数の凹部２０４にＬＥＤチップ１２０を所期の姿勢にて充填し、固定する実験を行った。加振装置は下記のものを用いた。

Ｘ軸とＹ軸の振動周期については、モーターのスピードをコントロールすることによって、また、振動幅は回転するギアの歯の高さを変更することによって制御した。また、素子の分散方式としては面内に均一となるように予め分散させておいた。尚、今回の実験では、同じ歯の高さの歯車を用い、ＸＹが９０°の周期ずれする条件で振動実験を行った。

図１６に歯車の歯の高さとチップ１２０の付着率の関係を示してある。歯車の歯の高さに対してチップ１２０の凹部２０４への付着率は極大値を持ち、その値が約０．５ｍｍであることが判った。

そこで、歯車の歯の高さを最も好ましい０．５ｍｍに設定し、振動数の付着率に及ぼす効果について測定した。その結果は図１７に示すグラフのようになった。振動数が８Ｈｚ程度で付着率は極大値を示すことが判った。しかしながら、この極大値のところでも付着率は９０％程度であり、付着率のさらなる改善が必要であることも判った。そこで、歯車の歯の高さを０．５ｍｍに設定し、振動数を８Ｈｚに設定し、加振時間によって付着率がどのように変化するかを測定した。その結果は、図１８に示すものであり、加振時間を長くすると付着率が向上し、約１分の加振時間ですべての凹部２０４にＬＥＤチップ１２０が付着することを確認できた。

このような１００個の凹部２０４のすべてにＬＥＤチップ１２０を挿入する作業を人手により行った場合は、１個のチップを挿入して固定するのに約１秒要し、１００個全部の実装には少なくとも１００秒（１分４０秒）必要であった。しかもこの作業時間は、作業開始初期の測定によるものであり、人が長時間この単純な作業を繰り返すとなると、作業能率は低下するため、実装作業時間はさらに長くなり得る。このことから、本発明の半導体素子をモジュール基板の凹部に充填し固定して半導体装置を製造する製造方法によれば、モジュール型の半導体装置の製造が効率的に行えることが確認できた。

本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造工程の断面図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの平面図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造方法におけるＬＥＤチップの製造工程において、成長用基板とその表面に形成された半導体発光部とを示す断面図及び平面図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造方法におけるＬＥＤチップの製造工程において、ＬＥＤチップを成長用基板から貼り合わせ側基板に張り替える工程とＬＥＤチップを分離する工程の説明図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造方法におけるＬＥＤチップの製造工程にて用いる貼り合わせ側基板の底面図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造方法におけるモジュール基板の製造工程において、模擬基板上にマトリクス配置で模擬チップを配置した状態の平面図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造方法におけるモジュール基板の製造工程において、模擬基板上にマトリクス配置で模擬チップを配置した状態の断面図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造方法におけるモジュール基板の製造工程において、模擬基板上に有機接着剤を塗布し、ガラス板を被せた状態の断面図。本発明の第１の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造方法におけるモジュール基板の製造工程において、得られたモジュール基板の断面図。本発明の第２の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造工程の断面図。本発明の第２の実施の形態のモジュール型ＬＥＤにおいて、ＬＥＤチップの半導体発光部以上の部分を除き、貼り替え基板の面から見た平面図。本発明の第２の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの平面図。本発明の第３の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの製造工程の断面図。本発明の第３の実施の形態のモジュール型ＬＥＤにおいて、ＬＥＤチップの半導体発光部以上の部分を除き、貼り替え基板の面から見た平面図。本発明の第３の実施の形態のモジュール型ＬＥＤの平面図。本発明の実施例において、加振装置を用いた加振法による歯車の高さとチップ付着率との関係を測定したグラフ。本発明の実施例において、加振装置を用いた加振法による振動数とチップ付着率との関係を測定したグラフ。本発明の実施例において、加振装置を用いた加振法による加振時間とチップ付着率との関係を測定したグラフ。従来のチップタイプＬＥＤの製造工程の説明図。従来のＦＳＡ法による半導体発光装置の製造工程の説明図（１）。従来のＦＳＡ法による半導体発光装置の製造工程の説明図（２）。

符号の説明

１０２…半導体発光部、１０５…電極、１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ…貼り替え基板、２００，２００Ａ，２００Ｂ…モジュール基板、２０４，２０４Ａ，２０４Ｂ…凹部、２０５…配線パターン、２０６…配線パターン、２０７…ワイヤー、２０８…ワイヤー、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ…モジュール型ＬＥＤ。

Claims

底面側が、その水平断面積が下方ほど漸次小さくなる形状に加工された素子基板と、
前記素子基板の上面に貼り合わせられた半導体層とを備えた半導体素子。
前記素子基板は、その上の半導体層よりも比重が大きく、かつ、重量も大きいものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
その形状が、垂直な１８０°回転対称軸を有する形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
その形状が、垂直な回転対称軸を持たない形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
前記半導体素子は、ＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子。
素子基板の上面に半導体層が貼り合わせられた半導体素子であって、前記素子基板の底面側が水平断面積が下方ほど漸次小さくなる形状に加工された半導体素子と、
前記素子基板の底面側の形状に合致する形状の凹部が形成され、当該凹部に前記半導体素子の素子基板が実装されたモジュール基板とを備えた半導体装置。
前記半導体素子の素子基板は、その上の半導体層よりも比重が大きく、かつ、重量も大きいものであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
前記半導体素子は、垂直な１８０°回転対称軸を有する形状であることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。
前記半導体素子は、垂直な回転対称軸を持たない形状であることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。
前記半導体素子は、ＬＥＤチップであることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体装置。
底面側が水平断面積が下方ほど漸次小さくなる形状に加工された素子基板の表面に半導体層を貼り合わせて半導体素子を複数個作製する工程と、
平板状のモジュール基板の表面に、前記素子基板の底面側の形状に合致する形状の凹部を複数個形成する工程と、
前記複数個の半導体素子を、前記モジュール基板の表面に形成された複数個の前記凹部に自己整合的に実装する工程とを有する半導体装置の製造方法。
前記半導体素子の素子基板は、その上の半導体層よりも比重が大きく、かつ、重量も大きいものであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体素子は、垂直な１８０°回転対称軸を有する形状であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体素子は、垂直な回転対称軸を持たない形状であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体素子は、ＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。