JP2012084622A - Semiconductor light-emitting element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上面にだけ蛍光体層を備えるフリップチップ用の半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a flip-chip semiconductor light emitting device having a phosphor layer only on an upper surface.
半導体発光装置(以後とくに断らない限りLED装置と呼ぶ)の回路基板に実装する半導体発光素子(以後とくに断らない限りLED素子と呼ぶ)のなかで、透明基板の一方の面に発光層と接続用電極を備え、他方の面に蛍光体層が形成されたLED素子がある(例えば特許文献1の図4)。 Among semiconductor light emitting devices (hereinafter referred to as LED elements unless otherwise specified) mounted on a circuit board of a semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as an LED device unless otherwise specified), a light emitting layer is connected to one surface of a transparent substrate. There is an LED element including an electrode and having a phosphor layer formed on the other surface (for example, FIG. 4 of Patent Document 1).
特許文献1の図4を図5に示す。図5はチップ2(LED素子)の射出面上に蛍光層3を備える従来例の発光ダイオード1(LED装置)の断面図である。リードフレーム4上にチップ2がフリップチップ実装され、チップ2は透明樹脂からなるケース5で封止されている。
FIG. 5 of Patent Document 1 is shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional light emitting diode 1 (LED device) having a fluorescent layer 3 on the emission surface of a chip 2 (LED element). The
このようなLED素子の製造方法は、例えば特許文献1の図1〜図3に示されている。特許文献1の図1には、ウエハー2Aの一方の面においてP層の拡散が行われ、発光部2aが形成されるとともに正電極2bと負電極2cが設けられた様子が示されている。図2では、ウエハー2Aに蛍光物質3aを含有する蛍光層3を成膜する工程が示されている。蛍光層3は前述の一方の面とは表裏関係となる他方の面、即ち、光の射出面2dに設けられている。蛍光層3を設ける手段としては、スプレー塗装、スピンコート、若しくは真空蒸着などでよい。最後に蛍光層3が形成されたウエハー2Aを切断し個別のチップ2を得る(図3)。
A method for manufacturing such an LED element is shown in FIGS. FIG. 1 of Patent Document 1 shows a state in which the P layer is diffused on one surface of the
LED素子の半導体層が発する光のピーク波長(以後とくに断らない限り「ピーク波長」はLED素子の半導体層が発する光のピーク波長を示す)付近で変換効率が大きく変動する蛍光体がある。多数のLED素子が配列するウェハー上では、個々のLED素子のピーク波長が数nmの範囲で異なった値をとるため、厚さが均一な蛍光体層をウェハーに形成すると、個々のLED素子間で発光色がばらつくという課題が生じる。 There are phosphors whose conversion efficiency varies greatly in the vicinity of the peak wavelength of light emitted from the semiconductor layer of the LED element (hereinafter, unless otherwise specified, “peak wavelength” indicates the peak wavelength of light emitted from the semiconductor layer of the LED element). On a wafer on which a large number of LED elements are arranged, the peak wavelength of each LED element takes a different value within a range of several nm. Therefore, when a phosphor layer having a uniform thickness is formed on a wafer, the distance between the individual LED elements is reduced. This causes the problem that the emission color varies.
そこで本発明は、この課題を解決するため、LED素子に含まれる半導体層が配列したウェハーに蛍光体層を形成する際、蛍光体層に含まれる蛍光体がピーク波長の影響を受けやすい場合であっても、LED素子間の色度ばらつきを抑えることが可能な半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve this problem, the present invention provides a case where the phosphor contained in the phosphor layer is easily affected by the peak wavelength when the phosphor layer is formed on the wafer on which the semiconductor layers contained in the LED element are arranged. Even if it exists, it aims at providing the manufacturing method of the semiconductor light-emitting element which can suppress the chromaticity dispersion | variation between LED elements.
上記課題を解決するため本発明の半導体発光素子の製造方法は、一方の面に発光層と接続電極を備え、他方の面に蛍光体層を有するウェハーを個片化して得られる半導体発光素子の製造方法において、
前記蛍光体層を形成する前のウェハーを準備するウェハー準備工程と、
該ウェハーの特性分布を得る特性測定工程と、
該ウェハーの前記他方の面に前記特性分布にもとづいて厚さを調整しながら蛍光体を形成する蛍光体層形成工程と、
該ウェハーを切断して前記半導体発光素子を個片化する個片化工程と
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the present invention is a semiconductor light-emitting device obtained by separating a wafer having a light-emitting layer and a connection electrode on one surface and a phosphor layer on the other surface. In the manufacturing method,
A wafer preparation step of preparing a wafer before forming the phosphor layer;
A characteristic measuring step for obtaining a characteristic distribution of the wafer;
A phosphor layer forming step of forming a phosphor on the other surface of the wafer while adjusting the thickness based on the characteristic distribution;
And a singulation step of cutting the wafer into pieces of the semiconductor light emitting elements.
ウェハーの面内において各LED素子領域のピーク波長は滑らかに分布することが知られている。これは半導体層を形成する際、エピタキシャル成長がウェハー全体に亘って均一とはいえないまでも急激には変化しないからである。本発明ではピーク波長の滑らかな分布に合うように蛍光体層の厚さを調整しているので、ウェハーのどの部分から個片化したかに係わらず個別のLED光素子の色度のばらつきを狭い範囲に納めることが可能となる。以上、本発明の半導体発光素子の製造方法は、LED素子に含まれる半導体層が配列したウェハーに蛍光体層を形成する際、蛍光体層に含まれる蛍光体がLED素子のピーク波長の影響を受けやすい場合であっても、LED素子間の色度ばらつきを抑えることが可能となる。 It is known that the peak wavelength of each LED element region is smoothly distributed in the plane of the wafer. This is because when the semiconductor layer is formed, the epitaxial growth does not change abruptly even if it is not uniform over the entire wafer. In the present invention, since the thickness of the phosphor layer is adjusted to match the smooth distribution of the peak wavelength, the chromaticity variation of individual LED light elements can be reduced regardless of where the wafer is separated. It is possible to fit in a narrow range. As described above, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, when the phosphor layer is formed on the wafer on which the semiconductor layers included in the LED element are arranged, the phosphor included in the phosphor layer affects the peak wavelength of the LED element. Even if it is easy to receive, it becomes possible to suppress the chromaticity dispersion | variation between LED elements.
以下、添付図1〜4を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. For the sake of explanation, the scale of the members is changed as appropriate.
図1は本実施形態の方法で製造したLED素子21(半導体発光素子)を回路基板22に実装したLED装置10(半導体発光装置)の断面図である。LED装置10は、回路基板22上にLED素子21をフリップチップ実装している。回路基板22において板材20上面に形成された電極17はスルーホール18を介して板材20の下面に形成された電極19と接続している。LED素子21はサファイア基板12(透明基板)の下面に半導体層13、上面に蛍光体層15が形成されている。半導体層13は、発光層を備えたダイオードであり、付着している2個のバンプ14はそれぞれアノードとカソードに相当する。バンプ14は金属共晶接合により電極17と接続している。回路基板22上面及びLED素子21は樹脂層11で封止されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED device 10 (semiconductor light emitting device) in which an LED element 21 (semiconductor light emitting device) manufactured by the method of this embodiment is mounted on a
LED素子21の半導体層13は青色発光ダイオードであり、蛍光体層15は珪酸塩系の緑色蛍光体と窒化物系の赤色蛍光体を含んでいる。半導体層13から出射した青色光により蛍光層15は緑色光及び赤色光を発光する。この結果、半導体層13の青色光と蛍光体層15からの緑色光、赤色光が混色し白色光が得られる。この緑色蛍光体は青色光のピーク波長(正確には発光スペクトル)で発光効率が大きく変化する。このためピーク波長に応じて緑色蛍光体の量(蛍光体層15の厚さ)が微調されている。
The
樹脂層11は散乱材等を含む透明なシリコーン樹脂からなり厚さが数100μmである。蛍光体層15は厚さが100μm〜150μmの範囲で微調されている。サファイア基板12は厚さが80〜120μmであるが、さらに薄くすればサファイア基板12の側面から出射する光が減り、上方へ向かう光が増え波長変換効率や発光効率が良くなる。半導体層13は厚さが7μm程度であり、バンプ14は電解メッキ法で形成すれば厚さが10
〜30μm程度になる。板材20は、厚さが数100μmで、熱伝導性を考慮して樹脂、セラミック、金属から選ぶ。電極17,19は、例えば20μm程度の銅箔上にニッケル層と金層を積層したものである。板材20が樹脂の場合、スルーホール18は熱伝導性をよくするため内部を金属ペーストで埋めておくと良い。
The
˜30 μm. The
図2は本実施形態で用いる多数のLED素子21(蛍光体層15は備えていない)が配列したウェハー23のピーク波長分布を示す特性分布図である。ウェハー23の外周部にある点線は波長がλ1となるLED素子21をつなぎ合わせたものであり、等高線のようなものである。同様にその内側の点線及び最も内側の点線は、それぞれ波長がλ2,λ3となるLED素子21をつなぎ合わせたものである。一枚のウェハーではピーク波長の広がりが概ね数nmの範囲になるので、例えば波長λ1は445nm、波長λ2は446nm、波長λ3は447nmという値になる。また波長λ1と波長λ2の間などでは波長が滑らかに変化する分布となる。
FIG. 2 is a characteristic distribution diagram showing a peak wavelength distribution of the
図3はLED素子21を製造する工程の説明図である。(a)は蛍光体層15を形成する前のウェハー23を準備するウェハー準備工程である。サファイア基板12を基部とするウェハー23の下面には複数の半導体層13が形成され、各LED素子領域の半導体層13にはバンプ14が付着している。なおウェハー23の上面には蛍光体を塗布するためのノズル31を図示した。またウェハー23の状態で予め各LED素子21に含まれる半導体層13は、リークなど良否判定に係わる検査が実施されており、このなかでのピーク波長などの発光特性も測定される。すなわちこの検査工程(特性測定工程)においてウェハー23の特性分布を測定する。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a process for manufacturing the
(b)はウェハー23の上面に前述の特性分布にもとづいて塗布量(厚さ)を調整しながら蛍光体を塗布(形成)する蛍光体層形成工程である。蛍光体層15は図の右から3番目の半導体層13上がもっとも厚くなっている。これは図2の波長λ3程度のLED素子21が存在する領域に対応する。つまりLED素子21のピーク波長が長くなると緑色蛍光体の発光効率が低下するため、これを補償するため蛍光体層15を厚くしている。蛍光体層15の厚さ調整はノズル31から吐出するインク(蛍光体を含有する)の量で決まり、前述のようにピーク波長が滑らかに分布することに対応して蛍光体層15の厚みも徐々に変化している。吐出量の制御は、インクジェット印刷法に準じる(例えば特開平11−46019号公報参照)。蛍光体層15はLED素子21を回路基板22に実装するときに加わる温度(約300℃)に耐えられる必要があるので、オルガノポリシロキサン等の焼結するとガラス質(無機質)になり前述の高温に耐えられるバインダと、粒径が数μmの蛍光体と、触媒とを溶媒に混ぜたインクを使用する。インクを塗布したら150℃で焼結する。
(B) is a phosphor layer forming step of applying (forming) the phosphor on the upper surface of the
(c)はウェハー23を切断してLED素子21(以降、LED素子21は蛍光体層15を備えるものとなる)を個片化する個片化工程である。ウェハー23をダイシング用シートに貼りつけダイシング装置で切断し、このダイシング用シートを拡張すると各LED素子21がピックアップ出来るようになる。各LED素子21はピーク波長に合わせて蛍光体層15の厚さが調整されているので色度ばらつきが小さくなっている。
(C) is a singulation process for cutting the
図4はLED素子21を回路基板22に実装したLED装置10の製造方法の説明図である。(a)は回路基板22が連結した集合基板22aにLED素子21をフリップチップ実装する実装工程である。集合基板22aは大判の板材20(図1参照)に多数の回路基板領域を備え、各回路基板領域には電極17(図1参照)、スルーホール18(図1参照)、及び電極19(図1参照)が形成されている。LED素子21は、一個ずつ集合基板22a上に配置しても良いし、予め集合基板22aの電極ピッチにあわせて粘着シート上にLED素子21を配列させ、この粘着シートを集合基板22aに重ね、多数のLED
素子21を一括して集合基板22aに配置しても良い。LED素子21の配置が完了したらLED素子21を加圧及び加熱し電極17に接合する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the
The
(b)は透明樹脂を塗布する透明樹脂塗布工程である。シリコーン樹脂からなる樹脂層11を塗布したら150℃程度で加熱硬化させる。(c)は集合基板22aからLED装置10を単個に分離するLED装置の個片化工程である。集合基板22aをダイシング装置により切断しLED装置10を個片化する。
(B) is a transparent resin coating step of coating a transparent resin. When the
本実施形態において蛍光体層形成工程では塗布により蛍光体層15を形成していた。蛍光体層の形成方法としては、いったん平坦で厚めに蛍光体層を形成し、この蛍光体層を研磨若しくは研削により厚さを調整しても良い。
In the present embodiment, the
10…LED装置(半導体発光装置)、
11…樹脂層、
12…サファイア基板(透明基板)、
13…半導体層、
14…バンプ、
15…蛍光体層、
17,19…電極、
18…スルーホール、
20…板材、
21…LED素子(半導体発光素子)、
22…回路基板、
22a…集合基板、
23…ウェハー、
31…ノズル。
10 ... LED device (semiconductor light-emitting device),
11 ... resin layer,
12 ... Sapphire substrate (transparent substrate),
13 ... semiconductor layer,
14 ... Bump,
15 ... phosphor layer,
17, 19 ... electrodes,
18 ... Through hole,
20 ... plate material,
21 ... LED element (semiconductor light emitting element),
22 ... circuit board,
22a ... collective board,
23 ... wafer,
31 ... Nozzle.
Claims (1)
前記蛍光体層を形成する前のウェハーを準備するウェハー準備工程と、
該ウェハーの特性分布を得る特性測定工程と、
該ウェハーの前記他方の面に前記特性分布にもとづいて厚さを調整しながら蛍光体を形成する蛍光体層形成工程と、
該ウェハーを切断して前記半導体発光素子を個片化する個片化工程と
を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor light emitting device obtained by separating a wafer having a light emitting layer and a connection electrode on one surface and a phosphor layer on the other surface,
A wafer preparation step of preparing a wafer before forming the phosphor layer;
A characteristic measuring step for obtaining a characteristic distribution of the wafer;
A phosphor layer forming step of forming a phosphor on the other surface of the wafer while adjusting the thickness based on the characteristic distribution;
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: a step of cutting the wafer into pieces to separate the semiconductor light emitting devices.
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CN111628062A (en) * | 2013-04-11 | 2020-09-04 | 亮锐控股有限公司 | Top-emitting semiconductor light-emitting device |
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