JP2009212501A - 発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 発光素子と基体の電極との間の接合を確実なものとし、発光デバイスの信頼性を向上させる。
【解決手段】 発光素子2を被覆するコーティング材4として、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる材料を用いる。これにより、高い発光効率を確保しながら、基体と発光素子の接合の信頼性を向上させることが可能になる。また、金属アルコキシドからなる液体材料をゾルゲル法により熱硬化させると、液体→ゾル→ゲル→固体に順次変化して収縮し、固体材料であるガラスが生成される。このゲルから固体に変化するときの収縮力を製造方法に利用することにより、発光素子2と基体3の電極8,9との接合をコーティング材の硬化と同時に行える。
【選択図】 図1
【解決手段】 発光素子2を被覆するコーティング材4として、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる材料を用いる。これにより、高い発光効率を確保しながら、基体と発光素子の接合の信頼性を向上させることが可能になる。また、金属アルコキシドからなる液体材料をゾルゲル法により熱硬化させると、液体→ゾル→ゲル→固体に順次変化して収縮し、固体材料であるガラスが生成される。このゲルから固体に変化するときの収縮力を製造方法に利用することにより、発光素子2と基体3の電極8,9との接合をコーティング材の硬化と同時に行える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、発光素子を用いた発光デバイスに関し、特に、発光素子に設けたバンプとパッケージに設けた電極とが接合される発光デバイスに関する。
従来、発光デバイスを製造するために、発光素子の電極とパッケージの電極とを接続するボンディング手法として、例えば、ワイヤボンディング、ダイボンディング及びフリップチップボンディングが知られている。
図7(A)に、ワイヤボンディングにより電極を接続した発光デバイスの断面構成を模式的に示す。図示するように、基体63の上面には凹部が形成され、その凹部の底面に発光素子62が接着剤67により固着されている。基体63に設けた電極68,69は、基体63の上面に形成された凹部の底面及び基体63の下面において、互いに離間して設けられている。これらの電極68,69と発光素子62に設けた電極とは、それぞれワイヤ65,66を用いたワイヤボンディングにより接続されている。つまり、基体63に設けた電極68と発光素子62に設けた電極とはワイヤ65を介して電気的に接続され、電極69と発光素子62に設けた電極とはワイヤ66を介して電気的に接続される。図では、発光素子62に設けた電極を省略している(後述の図7(B)及び図7(C)においても同じ)。基体63の凹部には、発光素子62、ワイヤ65,66を被覆するためにコーティング材64が充填されている。
例えば、電極68,69にはAgが用いられ、基体63にはセラミック、または液晶ポリマー等からなる耐高温高熱性の樹脂が用いられる。また、コーティング材64として光透過性に優れたエポキシ樹脂が用いられる。
図7(B)は、ワイヤボンディングとダイボンディングにより電極を接続した発光デバイス72の構成を模式的に示す断面図である。ダイボンディングは、例えばエポキシ樹脂にAg粒子を混合した導電接着剤70を用いて両電極を直接接合する手法である。これにより、発光素子72上のワイヤボンディングのための接続端子が1個で済むため、発光素子の有効発光面積を広げることができ、発光効率を改善することができる。
図示するように、図7(A)に示した発光素子62と同様に、発光素子72は基体63の上面に形成された凹部の底面に搭載されている。基体63に設けた電極68,69は、基体63の上面に形成された凹部の底面及び基体63の下面で、互いに離間して設けられている。基体63に設けられた電極68と発光素子72の下面とは導電接着剤70により接続され、電極69と発光素子72の上面とはワイヤ66を用いたワイヤボンディングにより接合されている。つまり、基体63に設けた電極68と発光素子72の下面に設けた電極は直接的に接続され、電極69と発光素子72の上面に設けた電極とはワイヤ66を介して電気的に接続される。基体63の凹部には、発光素子72、ワイヤ66を被覆するためにコーティング材64が充填されている。ワイヤボンディングとダイボンディングにより電極を接続した発光デバイスの構成は、例えば、特許文献1に開示されている。
図7(C)は、フリップチップボンディングにより電極を接続した発光デバイスの構成を模式的に示す断面図である。フリップチップボンディングは、発光素子に突起形状のバンプを設け、熱、荷重及び超音波を加える等により、バンプを基体に設けた電極に接合するものである。このフリップチップボンディングによれば、発光素子82上のワイヤボンディングのための接続端子が不要になるため、発光素子の有効発光面積を更に広げることができ、発光効率を大幅に改善することができる。また、ワイヤボンディングにて必要なワイヤがなくなるため、薄型化も可能となる。
図示するように、発光素子82は、前述の発光素子62、72と同様、基体63の上面に形成された凹部の底面に搭載されている。基体63に設けた電極68,69は、基体63の上面に形成された凹部の底面及び基体63の下面において、互いに離間して設けられている。基体63に設けた電極68,69と発光素子82とはフリップチップボンディングにより接合されている。つまり、基体63に設けた電極68と発光素子82に設けた電極はバンプ75を介して電気的に接続され、電極69と発光素子82に設けた電極とはバンプ76を介して電気的に接続される。基体63の凹部には、発光素子82を被覆するコーティング材64が充填されている。また、バンプ75〜76及び電極68,69の材料としてAuが例示できる。フリップチップボンディングにより電極を接合した発光デバイスの構成は、例えば、特許文献2に開示されている。
上述した従来の発光デバイスでは、発光素子を被覆するために、樹脂系のコーティング材64が用いられているため、発光素子の発光及び発熱によって、樹脂系のコーティング材が劣化する場合があり、発光デバイスとしての信頼性が低下する可能性があった。
さらに、図7(A)に示した発光デバイスでは、基体63に設けた電極68,69及び発光素子62にワイヤ65,66をボンディングするため、実装工程が長くなり、コストが高くなるという問題があった。また、何らかの原因でワイヤが切断されてしまう可能性がある。さらに、ワイヤが電極及び発光素子と接合されるワイヤボンディング部には、一層の接続信頼性が要求される。図7(B)に示した発光デバイスについても同様である。また、発光素子62、72上にワイヤボンディングのための接続端子が必要になり、発光素子の有効発光面積が小さくなるという欠点を有している。
また、図7(C)に示した発光デバイスでは、発光素子82上にワイヤボンディングのための端子が不要なため、発光素子の有効発光面積が大きいという長所を有している。しかし、フリップチップボンディングにより、発光素子82に設けたバンプと基体63に設けた電極が接合されているため、発光素子82の発熱によって電気的接続が不安定になる場合があり、発光デバイスとしての信頼性が低下する可能性があった。
そこで、本発明の目的は、フリップチップボンディングと同等の発光効率を確保しながら、基体に設けた電極と発光素子に設けた電極やバンプの接合を確実なものとし、発光デバイスとしての信頼性を向上させることにある。
上記課題を解決するため、本発明では、基体に形成された電極に導電部材を用いて発光素子を実装した構成の発光デバイスに、実装部を保護するために設けるコーティング材として、金属アルコシキドまたはポリメタロキサンを含む原材料が硬化してなる固体材料を用いることとした。さらに、基体に凹部を形成し、この凹部の底面に発光素子を配置し、コーティング材を凹部に充填させる構成とした。
さらに、コーティング材を基体と発光素子の間隙にも供給し、コーティング材の原材料が硬化する際の収縮により基体の電極と発光素子の電極の少なくとも一方の電極と導電部材との接合を維持するようにした。
また、コーティング材として、ゾルゲル法を用いて、金属アルコキシドと水とを、加水分解及び重縮合反応させ、熱硬化により変化した固体材料を用いた。
さらに、発光素子と基体の間隙の一部分に弾力性のある絶縁性接着剤を設け、絶縁性接着剤のない部分にコーティング材を供給することとした。
さらに、発光素子を所定箇所に位置決めするためのストッパーを基体に形成した。
また、本発明では、発光素子を基体に形成された電極に導電部材を用いて接続した発光デバイスを以下のような工程で製造することとした。すなわち、基体の電極と発光素子の電極の位置を合わせて発光素子を基体に固定する第1のステップと、金属アルコキシドまたはポリメタロキサンを含むコーティング材を、発光素子と基体の間隙に供給する第2のステップと、コーティング材を硬化させて、固体のコーティング材を生成する第3のステップを有し、コーティング材の硬化時に生じる収縮により、基体の電極と発光素子の電極の少なくとも一方の電極と導電部材との接合を維持するようにした。
第3のステップで、金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンを硬化させて、固体のコーティング材を生成するようにした。
さらに、第3のステップにおいて、ゾルゲル法にて、金属アルコキシドと水とにより加水分解及び重縮合反応したポリメタロキサンを更に重縮合および熱硬化させて固体のコーティング材料を生成するようにした。
さらに、基体に発光素子を搭載するための凹部を形成するステップを有し、第2のステップは、金属アルコキシドを含むコーティング材をこの凹部に供給し、発光素子を被覆するようにした。
また、第1のステップで、発光素子を弾力性のある絶縁性接着剤により基体に固着するようにした。これにより、コーティング材の供給によって発光素子が動くことが防げる。
また、基体上に発光素子を所定箇所に位置決めするためのストッパーを形成するステップを有し、第1のステップにおいて、発光素子をこのストッパーにより基体の所定箇所に位置決めして固定するようにした。
本発明の発光デバイスによれば、高い発光効率を確保しながら、基体と発光素子の接合の信頼性を向上させることができる。
また、本発明の製造方法によれば、コーティング材を収縮させることにより、発光素子に設けたバンプと基体の電極を接合するようにした。これにより、両者の接合のためにワイヤや接着剤を用いる必要がなくなり、発光デバイスの実装工程が短縮する。また、コーティング材を収縮させることにより、発光素子の下面に対向する基体の上面において発光素子を引き込む力が生じる。これにより、発光素子に設けたバンプと基体に設けた電極との間の接合が確実になり、電気的接続の信頼性を向上させることができる。したがって、発光デバイスとしての信頼性を向上させることが可能となる。また、発光素子上にワイヤボンディングのための接続端子が不要なため、フリップチップボンディングと同等の発光効率を確保できる。
本発明の発光デバイスを図4に模式的に示す。図示するように、発光デバイスは発光素子2を基体3に実装した構成である。発光素子2には電極11,12が形成され、この電極に電圧を供給して発光させる。また、発光素子の電極は、基体3に形成された電極8,9に導電部材20により電気的に接続されている。この基体の電極8,9はパターンを持った配線であり、基体3の裏側から電気的に取り出せる構成になっている。発光素子と基体の接続を保護するために発光素子2の周囲にコーティング材4が設けられている。基体3上に実装された発光素子2を覆うようにコーティング材4を設けることもできる。そして、コーティング材4として、金属アルコシキドまたはポリメタロキサンを含む原材料が硬化してなる固体材料を用いることとした。金属アルコキシドからなる液体材料をゾルゲル法により熱硬化させると、液体→ゾル→ゲル→固体に順次変化して収縮し、固体材料であるガラスとなる。ポリメタロキサンはこのゾル状態にあたる。したがって、このコーティング材は、金属アルコシキドから生成されたポリメタロキサンが硬化した固体材料ということもできる。
したがって、基体3がガラスで作製されている場合、コーティング材4と基体3の密着力が向上する。なぜなら、基体とコーティング材がともにガラス材であるためである。また、基体に凹部を設け、この凹部の底面に発光素子を配置し、コーティング材を凹部に充填させると更に信頼性が向上する。また、基体に形成する電極は、表面に形成された薄膜電極だけではなく、基体を貫通する貫通電極でもよい。導電部材として、異方性の導電接着剤、バンプを例示できる。
さらに、発光素子と基体を接合するために発光素子と基体の間隙にも、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンを含んだコーティング材を供給する。金属アルコキシドからなる液体材料をゾルゲル法により熱硬化させると、液体→ゾル→ゲル→固体に順次変化して収縮し、固体材料であるガラスが生成される。ポリメタロキサンはこのゾル状態にあたる。本発明は、ポリメタロキサンゾルが重縮合によって湿潤ゲルになり、加熱によって乾燥ゲルを経て最終的に固体になるまでに大幅な体積減少があることに着目したものであり、このときに生じる収縮力を利用することにより、発光素子と基体との接合を実現する。このゲルから固体に変化するときの収縮力を製造方法に利用することにより、発光素子と基体の電極との接合をコーティング材の硬化と同時に行うことができる。
具体的には、電極が形成された基体に発光素子を載置し、発光素子と基体との間隙に金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる材料を充填する。この材料を供給する方法としては、間隙に充填できる方法であればどのような方法でも良いが、ポッティング(滴下)、周辺部への塗布などが例示できる。間隙に確実に充填するために、減圧下でこの材料を供給しても良い。この材料は少なくとも間隙を充填するだけの量でよいが、発光素子を被覆するように供給すると接合強度が向上する場合がある。そして、その材料を熱硬化させ、固体材料であるガラスを生成する。この固体材料であるガラスが発光素子と基体とを固定する。すなわち、この固体材料が基体の電極と発光素子の電極の少なくとも一方の電極と導電部材との接合を維持させることとなる。さらに、固体材料(固化したコーティング材)を覆うように一般的に用いられている封止剤を設けてもよい。
金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンは熱硬化する際に収縮するため、発光素子が搭載された基体の面を基準にすると、発光素子の下面から基体の面に向けた力、すなわち発光素子を引き込む力が生じる。これにより、基体または発光素子に設けた電極と導電部材との間の接合が確実になり、電気的接続の信頼性を向上させ、発光デバイスとしての信頼性を向上させることが可能となる。
また、基体に凹部を設けた構成にしてもよい。すなわち、この凹部に発光素子を載置して、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる材料を凹部に供給して、この材料を凹部表面と発光素子の間隙に充填させてもよい。そして、その材料を熱硬化させ、固体材料であるガラスを生成する。この固体材料であるガラスがコーティング材となる。このとき、固体材料だけで凹部を充満するようにしてもよいし、発光素子を覆うように固形材料を形成した後に、この固体材料の上に一般的な封止材料を供給しても良い。
また、上述の構成は、導電部材として用いるバンプを発光素子の電極上に形成した構成にも適用できる。
以上のような構成により、発光素子の電極と基体の電極と間に導電部材を介在させて行う接合が確実になり、電気的接続の信頼性を向上させ、発光デバイスとしての信頼性を向上させることが可能となる。以下、より詳細な実施例を説明する。
〔実施例1〕
図1に、本実施例1の発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。図示するように、電極11,12を有する発光素子2は、電極8,9を有する基体3の上面に形成された凹部の底面14に搭載されている。電極8,9は配線材料からなり、凹部の底面14及び基体3の下面において離間して設けられている。発光素子2と基体3の間には接着剤7が設けられており、発光素子2の載置位置が容易にずれないようになっている。発光素子2の電極と基体3の電極の間にはバンプ5、6が設けられている。また、基体3の凹部には、発光素子2を被覆するようにコーティング材4が供給されている。
〔実施例1〕
図1に、本実施例1の発光デバイス1の断面構成を模式的に示す。図示するように、電極11,12を有する発光素子2は、電極8,9を有する基体3の上面に形成された凹部の底面14に搭載されている。電極8,9は配線材料からなり、凹部の底面14及び基体3の下面において離間して設けられている。発光素子2と基体3の間には接着剤7が設けられており、発光素子2の載置位置が容易にずれないようになっている。発光素子2の電極と基体3の電極の間にはバンプ5、6が設けられている。また、基体3の凹部には、発光素子2を被覆するようにコーティング材4が供給されている。
発光素子2の上面及び側面から放出した光は、コーティング材4を通過して直接外部へ出射され、または、コーティング材4を通って基体3に形成された凹部の傾斜面13または底面14で反射して外部へ出射される。発光素子2の下面にはp型の電極11及びn型の電極12が設けられ、電極11の下面にはバンプ5が、電極12の下面にはバンプ6がそれぞれ設けられている。
尚、2個のバンプがp型の電極11の下面に設けられ、1個のバンプがn型の電極12の下面に設けられているが、本発明では、その数を限定するものではなく、少なくとも1個設けられていればよい。
発光素子2は、例えばLED素子であり、その材料として、例えばAlGaAs等の半導体材料が用いられる。バンプ5、6には、図7(C)に示したバンプ75,76と同様に、例えばAuが用いられる。
ここで、基体3の凹部底面14における電極と発光素子2に設けたバンプとは、コーティング材4がゾルゲル法によって収縮することを利用した新たな手法により接合されている。この新たな手法の詳細については後述する。そして、基体3に設けた電極8と発光素子2に設けた電極11はバンプ5により電気的に接続され、電極9と電極12はバンプ6により電気的に接続される。
基体3には、図7(A)〜図7(C)に示した基体63と同様に、例えばセラミック、液晶ポリマー等からなる対高温高熱性の樹脂が用いられる。電極8,9には、発光素子から放出した光を反射させる目的のため、反射率の高いAgが望ましいが、図7(C)に示した電極68,69と同様にAuを用いることもできる。また、基体3に形成された凹部は、上から見て略円形のすり鉢形状になっており、下に向かうほど径が小さくなり、底面14の径が最小となる。
接着剤7は、弾力性のある絶縁性接着剤であり、基体3に設けた電極8と発光素子2に設けた電極11を接着し、基体3の凹部の底面14に発光素子2を固定する。尚、接着剤7の接着面積は、発光素子2の下面の面積に対して十分に小さいものとする。
接着剤7を用いることにより、金属アルコキシドからなる液体材料を、基体3に形成された凹部に塗布しても、発光素子2は、基体3に形成された凹部の底面14上で移動することがなく、固定された状態を維持することができる。また、金属アルコキシドからなる液体材料が熱硬化して収縮しても、発光素子2は、基体3に形成された凹部の底面14に平行する方向に移動することがない。この場合、金属アルコキシドからなる液体材料の収縮に伴い、発光素子2は、接着剤7の弾力性で接着剤7が収縮することにより、下面に直交する下方向(基体3に形成された凹部の底面14方向)へ、バンプ5が電極8に接触するまで、及び、バンプ6が電極9に接触するまで移動する。
コーティング材4は、金属アルコキシドからなる液体材料を、ゾルゲル法により熱硬化させて生成したガラスである。金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンを加熱すると収縮し、最終的に固体のガラスが生成される。この収縮する性質を利用してバンプと電極を接合する原理の詳細な説明、及びゾルゲル法の詳細な説明については後述する。
〔実施例2〕
図2に、本実施例2の発光デバイスの断面構成を模式的に示す。図示するように、発光素子2を固定するためのストッパー15,16が基体3上に形成されている。
〔実施例2〕
図2に、本実施例2の発光デバイスの断面構成を模式的に示す。図示するように、発光素子2を固定するためのストッパー15,16が基体3上に形成されている。
図1に示した実施例1による発光デバイス1とこの実施例2による発光デバイスとを比較すると、両者とも、電極11,12及びバンプ5、6を有する発光素子2、電極8,9を有する基体3、及び、発光素子2を被覆するコーティング材4を備えている点で同一である。一方、実施例1では、基体3上に発光素子2を固定するために接着剤7を備えているのに対し、実施例2では、接着剤7の代わりにストッパー15,16を備えている点で相違する。
ストッパー15,16は、基体3に形成された凹部の底面14上に設けられた凸形状の突起であり、発光素子2が凹部の底面14上を移動して、バンプ5、6と電極61,62の位置ずれがおきないように、発光素子2を挟み込んでいる。発光素子2に設けたバンプと基体3の電極は接触している。つまり、ストッパー15,16は、基体3に形成された凹部の底面14に、発光素子2を固定するために設けられている。
尚、図2では、2個のストッパー15,16が発光素子2を挟み込むように設けられているが、本発明では、その数及び形状を限定するものではなく、基体3の底面14に発光素子2を固定できればよい。その形状は円柱であってもよいし、角柱であってもよい。
このように、ストッパーを用いることにより、金属アルコキシドからなる液体材料を基体3に形成された凹部に塗布しても、発光素子2は基体3の底面14上で移動することがなく、固定された状態を維持することができる。また、金属アルコキシドからなる液体材料が熱硬化して収縮しても、発光素子2が、基体3の底面14上を移動してバンプ5,6と電極8,9がずれることがない。
〔バンプと電極との接合〕
次に、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる液体材料のコーティング材4を熱硬化させて収縮させることにより、バンプ5、6と電極8,9を接合する原理について説明する。図3は、発光素子2に設けたバンプ5、6と基体3に設けた電極8,9との接合原理を説明するための断面図であり、図1及び図2に示した断面図の一部を拡大したものである。
〔バンプと電極との接合〕
次に、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる液体材料のコーティング材4を熱硬化させて収縮させることにより、バンプ5、6と電極8,9を接合する原理について説明する。図3は、発光素子2に設けたバンプ5、6と基体3に設けた電極8,9との接合原理を説明するための断面図であり、図1及び図2に示した断面図の一部を拡大したものである。
金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる液体材料のコーティング材4を、基体3に形成された凹部に塗布すると、発光素子2はコーティング材4により被覆される。この場合、発光素子2の下面と、この下面に対向する凹部の底面14との間にも、コーティング材4が隙間なく充填される。
そして、コーティング材4を熱硬化させることによりコーティング材4が収縮すると、図3に示すような矢印の力、すなわち、発光素子2の下面と凹部の底面14とが引き合う力(凹部の底面14を基準面とすると、発光素子2の下面を引き込む力)が生じる。これは、コーティング材4が基体3に形成された凹部の上面において開放されているから、その収縮力が、基体3に形成された凹部の底面14に向けて作用するからである。つまり、コーティング材4の収縮力が、基体3に形成された凹部の底面14に対して発光素子2を引き込むように作用するからである。
このように、コーティング材4が収縮して図3に示すような矢印の力が生じるために、発光素子2に設けたバンプと基体3に設けた電極とが互いに押し合うことになる。これにより、互いの接合が確実になり、電気的接続の信頼性を向上させることができる。したがって、発光デバイスとしての信頼性を向上させることが可能となる。
〔製造方法〕
次に、ゾルゲル法を用いて電極を接続する発光デバイスの製造方法について説明する。図5は、実施例1及び実施例2による発光デバイスの製造方法を示すフロー図である。ここで、発光素子2に電極11,12、バンプ5、6を設ける工程、基体3に凹部を形成する工程、電極8,9を設ける工程は省略する。金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる液体材料のコーティング材4、実施例1における接着剤7、及び、実施例2におけるストッパー15,16は、予め用意されているものとする。この製造方法における全ての工程は、製造装置を用いて実行される。
〔製造方法〕
次に、ゾルゲル法を用いて電極を接続する発光デバイスの製造方法について説明する。図5は、実施例1及び実施例2による発光デバイスの製造方法を示すフロー図である。ここで、発光素子2に電極11,12、バンプ5、6を設ける工程、基体3に凹部を形成する工程、電極8,9を設ける工程は省略する。金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる液体材料のコーティング材4、実施例1における接着剤7、及び、実施例2におけるストッパー15,16は、予め用意されているものとする。この製造方法における全ての工程は、製造装置を用いて実行される。
まず、ステップS41で基体3に形成された凹部の底面14に発光素子2を固定する。具体的には、以降の工程で発光素子2が動かないように、実施例1では接着剤7を用い、実施例2ではストッパー15,16を用いて固定する。
そして、金属アルコキシドからなる液体材料のコーティング材4を、基体3に形成された凹部に供給し、発光素子2を被覆する(ステップS42)。この場合、後述するステップS43において液体材料のコーティング材4が収縮して固体のコーティング材4が生成されたときにも、固体のコーティング材4によって発光素子2が被覆されているように、液体材料のコーティング材4を十分に塗布する必要がある。また、液体材料のコーティング材を減圧下で供給すると、基体と発光素子の間隙に容易にしかも確実に充填できるという効果がある。
そして、金属アルコキシドまたは金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンからなる液体材料のコーティング材4を熱硬化させる(ステップS43)。この熱硬化により液体材料が、体積減少しながらゲル状態を経て固体のコーティング材4であるガラスが生成される。これにより、発光素子2に設けたバンプと基体3に設けた電極との間の接合が確実になる。
〔ゾルゲル法〕
次に、図5に示したステップS43におけるゾルゲル法について詳細に説明する。図6は、ゾルゲル法を説明するフロー図である。このフロー図は、金属アルコキシドからなる液体材料のコーティング材4から、固体のコーティング材4であるガラスが生成されるまでの一連の状態変化を示している。
〔ゾルゲル法〕
次に、図5に示したステップS43におけるゾルゲル法について詳細に説明する。図6は、ゾルゲル法を説明するフロー図である。このフロー図は、金属アルコキシドからなる液体材料のコーティング材4から、固体のコーティング材4であるガラスが生成されるまでの一連の状態変化を示している。
まず、金属アルコキシドに水を加えることにより、金属アルコキシドからなる液体材料が生成される(ステップS51)。反応式は、図6のステップS51における反応式の欄に示すように、nM(OR)4+4nH2Oである。ここで、MはSi等であり、RはCH3等である。実施例は、図5のステップS51における例の欄に示すように、触媒としてNH4OH、亀裂防止剤としてDMFをそれぞれ用いている。DMFはジメチルフォルムアミド((CH3)2NCHO)である。
ステップS51にて液体が室温〜60℃で加水分解すると、金属水酸化物及びアルコールが生成される(ステップS52)。反応式は、図6のステップS52における反応式の欄に示すように、nM(OH)4+4nROH↑である。実施例は、図5のステップS52における例の欄に示すように、nSi(OH)4+4nCH3OHである。
ステップS52において液体が室温〜60℃で重合すると、ゾル状のポリメタロキサンが生成される(ステップS53)。反応式及び実施例は、それぞれ図6のステップS53における反応式の欄及び例の欄に示すとおりである。
ここで、ステップS51及びステップS52における金属アルコキシド分子からなる液体の体積を1とすると、ステップS53におけるSiO2粒子からなるゾルの体積は0.9となり、コーティング材4は液体からゾルへの状態変化に伴って収縮する。
ステップS53においてゾルが室温〜60℃で重合すると、湿潤ゲル状の金属酸化物が生成される(ステップS54)。反応式及び実施例は、それぞれ図6のステップS54における反応式の欄及び例の欄に示すとおりである。
ここで、ステップS54における凝集粒子からなる湿潤ゲルの体積は0.6〜0.7となり、コーティング材4はゾルから湿潤ゲルへの状態変化に伴って収縮する。
ステップS54における湿潤ゲルが100℃で乾燥すると、乾燥ゲル状の金属酸化物が生成される(ステップS55)。反応式及び実施例は、それぞれ図6のステップS55における反応式の欄及び例の欄に示すとおり、ステップS54の反応式及び実施例と同様である。
ここで、ステップS55における凝集粒子からなる乾燥ゲルの体積は0.5〜0.6となり、コーティング材4は湿潤ゲルから乾燥ゲルへの状態変化に伴って収縮する。
ステップS55における乾燥ゲルが300℃にて焼成すると、固体の金属酸化物、すなわちガラスが生成される(ステップS56)。反応式及び実施例は、それぞれ図6のステップS56における反応式の欄及び例の欄に示すとおり、ステップS54及びステップS55の反応式及び実施例と同様である。
ここで、ステップS56における固体の体積は0.3〜0.4となり、コーティング材4は乾燥ゲルから固体への状態変化に伴って収縮する。このように、コーティング材4は液体→ゾル→湿潤ゲル→乾燥ゲル→固体へと状態が変化し、その体積が3割から4割程度になるように収縮する。本発明の接合方法に寄与するのは、乾燥ゲル→固体のときの収縮が寄与していると考えられる。
基体へのコーティング材の供給は、液体状態であるS51からS53の間であればどの段階でも構わない。供給の方法によって選択が可能である。
以上のように、本実施例1,2の発光デバイスによれば、コーティング材4を収縮させることにより、発光素子2に設けたバンプと基体3に設けた電極とを接合できる。これにより、両者の接合のためにワイヤや接着剤を用いる必要がないから、発光デバイスの実装工程を短縮することができる。また、コーティング材4の収縮力が、基体3に形成された凹部の底面14に発光素子2を引き込むように作用するから、発光素子2に設けたバンプと基体3に設けた電極との接合が確実になり、電気的接続の信頼性を向上させることができる。また、コーティング材4はガラスであるから、樹脂系の材料に比べて、発光素子2からの光及び発熱に伴う影響を低減することができる。したがって、発光デバイスとしての信頼性を向上させることが可能となる。更に、発光素子上にワイヤボンディングのための接続端子が不要なので、フリップチップボンディングと同等の発光効率を確保できる。
以上、実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、発光素子2、基体3、バンプ、接着剤7及びストッパー15,16の形状を限定するものではない。
2 発光素子
3 基体
4 コーティング材
5、6 バンプ
8,9 電極
14 凹部の底面
15,16 ストッパー
20 導電部材
3 基体
4 コーティング材
5、6 バンプ
8,9 電極
14 凹部の底面
15,16 ストッパー
20 導電部材
Claims (14)
- 電極が形成された基体と、電極を有する発光素子と、前記基体の電極と前記発光素子の電極を電気的に接続する導電部材と、前記発光素子と前記基体の接続を保護するために設けられたコーティング材を備える発光デバイスにおいて、
前記コーティング材は、金属アルコシキドまたはポリメタロキサンを含む原材料が硬化してなる固体材料であることを特徴とする発光デバイス。 - 前記コーティング材は、金属アルコシキドから生成されたポリメタロキサンが硬化した固体材料からなることを特徴とする発光デバイス。
- 前記発光素子は前記基体に形成された凹部の底面に配置され、前記コーティング材が前記凹部に供給されることを特徴とする請求項1または2に記載の発光デバイス。
- 前記コーティング材は前記基体と前記発光素子の間隙にも配されており、前記コーティング材の原材料が硬化する際の収縮により前記基体の電極と前記発光素子の電極の少なくとも一方の電極と前記導電部材との接合を維持するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の発光デバイス。
- 前記発光素子と前記基体との間隙の一部分には弾力性のある絶縁性接着剤が設けられ、前記絶縁性接着剤のない部分に前記コーティング材が配されたことを特徴とする請求項4に記載の発光デバイス。
- 前記基体には、前記発光素子を所定箇所に位置決めするためのストッパーが形成されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記導電部材が、前記発光素子の電極上に形成されたバンプであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記基体に形成された電極は、前記基体を貫通する貫通電極であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 前記基体がガラス材料からなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光デバイス。
- 基体に形成された電極と発光素子に形成された電極が導電部材を介して電気的に接続された発光デバイスの製造方法において、
前記基体の電極と前記発光素子の電極の位置を合わせて前記発光素子を前記基体に固定する第1のステップと、
金属アルコキシドまたはポリメタロキサンを含むコーティング材を、前記発光素子と前記基体の間隙に供給する第2のステップと、
前記コーティング材を硬化させて、固体のコーティング材を生成する第3のステップを有し、
前記コーティング材の硬化時に生じる収縮により、前記基体の電極と前記発光素子の電極の少なくとも一方の電極と前記導電部材との接合を維持するようにしたことを特徴とする発光デバイスの製造方法。 - 前記第3のステップにおいて、金属アルコキシドから生成されたポリメタロキサンを硬化させて、固体のコーティング材を生成することを特徴とする請求項10に記載の発光デバイスの製造方法。
- 前記第3のステップが、ゾルゲル法にて、金属アルコキシドと水とにより加水分解及び重縮合反応したポリメタロキサンを更に重縮合および熱硬化させて固体のコーティング材料を生成するステップである請求項10に記載の発光デバイスの製造方法。
- 前記第1のステップにおいて、前記発光素子を弾力性のある絶縁性接着剤により前記基体に固着することを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載の発光デバイスの製造方法。
- 前記基体上に、前記発光素子を所定箇所に位置決めするためのストッパーを形成するステップを有し、
前記第1のステップにおいて、前記発光素子を前記ストッパーにより前記基体の所定箇所に位置決めして固定することを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載の発光デバイスの製造方法。
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