JP2014067967A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体発光装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 効率良く確実に製造することが可能な半導体発光装置を提供すること。
【解決手段】 基板２００と、基板２００に支持されたＬＥＤチップ４００と、一端がＬＥＤチップ４００にボンディングされたワイヤ４５０と、基板２００に形成され、ワイヤ４５０の他端がボンディングされたパッド部３３０を有する配線パターン３００と、を備えており、パッド部３３０は、ベース金属層３１０と、このベース金属層３１０に接合されたボンディング金属層３２０と、を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光装置およびその製造方法に関する。
配線パターンが形成された基板に支持されたＬＥＤチップを備える半導体発光装置の一例が、たとえば特許文献１に開示されている。上記ＬＥＤチップは、ワイヤを介して上記配線パターンに接続されている。上記配線パターンは、Ｃｕからなるメッキ層にＮｉからなるメッキ層およびＡｕからなるメッキ層が積層されている。このような構成は、上記ワイヤがＡｕからなる場合に、上記ワイヤのボンディングを容易かつ確実に行うことが意図されている。
しかし、上記配線パターンを形成するためには、複数回のメッキ工程が強いられる。このメッキ工程を削減するために、たとえばＣｕからなるメッキ層のみよって上記配線パターンを構成すると、Ｃｕからなるメッキ層に対してＡｕからなるワイヤをボンディングする必要がある。このようなボンディングは、たとえば４００℃程度の温度において還元雰囲気で行われるため、製造工程が煩雑となる。
特開２０１２−１６９３２６号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、効率良く確実に製造することが可能な半導体発光装置およびその製造方法を提供することをその課題とする。
本発明の第１の側面によって提供される半導体発光装置は、基板と、上記基板に支持されたＬＥＤチップと、一端が上記ＬＥＤチップにボンディングされたワイヤと、上記基板に形成され、上記ワイヤの他端がボンディングされたパッド部を有する配線パターンと、を備えており、上記パッド部は、ベース金属層と、このベース金属層に接合されたボンディング金属層と、を有していることを特徴としている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、平面視において上記ベース金属層よりも小である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、振動を用いた手法によって上記ベース金属層に対して接合されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、圧痕が付された圧痕領域を有する。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ワイヤの上記他端は、上記圧痕領域にボンディングされている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ベース金属層は、平面視において上記圧痕領域に重なり、上記基板側に凹む凹部を有する。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ベース金属層は、上記凹部が形成された広幅部と、この広幅部に繋がり上記凹部とは平面視において重ならない狭幅部と、を有する。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、接合材を用いた手法によって上記ベース金属層に対して接合されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記接合材は、Ａｇを含む。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ＬＥＤチップと上記基板との間に介在し、上記ボンディング金属層と同じ材質からなるサブマウント基板を有する。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、Ａｌを含む。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、Ｓｉをさらに含む。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、Ｃｕをさらに含む。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、Ａｇを含む。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層は、Ａｕを含む。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ベース金属層は、Ｃｕからなる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ワイヤは、Ａｕからなる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ワイヤは、Ａｇからなる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ワイヤは、Ａｌからなる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板は、セラミックスからなる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板は、Ａｌからなる基材と、この基材と上記配線パターンとの間に介在する絶縁層と、を有する。
本発明の第２の側面によって提供される半導体発光装置の製造方法は、基板にベース金属層を形成する工程と、上記ベース金属層上に、ボンディング金属層を接合することにより、パッド部を有する配線パターンを形成する工程と、上記基板にＬＥＤチップを支持させる工程と、ワイヤの一端を上記ＬＥＤチップにボンディングし、かつ、上記ワイヤの他端を上記パッド部にボンディングする工程と、を備えることを特徴としている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層の接合は、振動を用いた手法によって行う。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディング金属層の接合は、接合材を用いた手法によって行う。
このような構成によれば、上記ベース金属層上にさらにメッキ層を積層させる必要がない。また、上記ボンディング金属層を設けることにより、上記ワイヤを適切かつ容易にボンディングすることができる。したがって、半導体発光装置を効率良く確実に製造することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第１実施形態に基づく半導体発光装置を示す要部断面図である。 図１の半導体発光装置の製造方法の一例を示す要部断面図である。 図１の半導体発光装置の製造方法の一例を示す要部平面図である。 図１の半導体発光装置の製造方法の一例を示す要部断面図である。 図１の半導体発光装置の製造方法の一例を示す要部断面図である。 図１の半導体発光装置の製造方法の一例を示す要部平面図である。 図１の半導体発光装置の製造方法の一例を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に基づく半導体発光装置を示す要部断面図である。 図８の半導体発光装置の製造方法の一例を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づく半導体発光装置を示す要部断面図である。 本発明の第４実施形態に基づく半導体発光装置を示す要部断面図である。 本発明に係る半導体発光装置の使用例を示す平面図である。 本発明に係る半導体発光装置を用いた画像読み取り装置の一例を示す断面図である。 本発明に係る半導体発光装置を用いたバックライト装置の一例を示す斜視図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。 ＬＥＤモジュールとして構成された本発明に係る半導体発光装置を示す斜視図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に基づく半導体発光装置を示している。本実施形態の半導体発光装置１０１は、基板２００、配線パターン３００、およびＬＥＤチップ４００を備えている。
基板２００は、半導体発光装置１０１の土台となるものであり、たとえばアルミナなどのセラミックスからなる。また、基板２００の材質としては、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料を採用できる。
配線パターン３００は、基板２００上に形成されており、ＬＥＤチップ４００に電力供給するための導通経路を構成する。配線パターン３００は、ベース金属層３１０を有している。ベース金属層３１０は、たとえば基板２００上にパターン形成されたメッキ層であり、本実施形態においては、Ｃｕからなる。ベース金属層３１０の厚さは、たとえば１０〜５０μｍである。
配線パターン３００は、パッド部３３０を有している。パッド部３３０は、ＬＥＤチップ４００と配線パターン３００とを導通させるためのワイヤ４５０がボンディングされる部位である。図示された範囲においては、２つのパッド部３３０が設けられている。
配線パターン３００は、各パッド部３３０を構成するボンディング金属層３２０を有している。ボンディング金属層３２０は、平面視においてベース金属層３１０よりも小である。ベース金属層３１０とボンディング金属層３２０とが積層された部位が、パッド部３３０である。ボンディング金属層３２０の材質は、たとえばＡｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕが挙げられる。Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕからなる場合、ボンディング金属層３２０の厚さは、たとえば薄膜の場合０．１〜２μｍである。ボンディングにより形成する場合、ワイヤ４５０と同じ程度の大きさであり、その厚さは、たとえば１０〜５０μｍである。Ａｇからなる場合、ボンディング金属層３２０の厚さは、たとえば１０〜５０μｍである。Ａｕからなる場合、ボンディング金属層３２０の厚さは、たとえば薄膜からなる場合は０．０５〜２μｍである。ボンディングにより形成する場合は、ワイヤ４５０と同じ程度の大きさであり、その厚さは、たとえば１０〜５０μｍである。
ボンディング金属層３２０は、図１および図６に示すように、圧痕領域３２１を有している。図６においては、圧痕領域３２１にハッチングを付している。圧痕領域３２１は、後述する製造方法の過程において形成されるものであり、たとえば基板２００側に若干凹んでおり、表面が粗い状態となっている。
ベース金属層３１０は、凹部３１３を有している。凹部３１３は、基板２００側に若干凹んだ部分であり、ボンディング金属層３２０の圧痕領域３２１と平面視において重なっている。また、図６に示すように、ベース金属層３１０は、広幅部３１１および狭幅部３１２を有している。広幅部３１１は、平面視においてボンディング金属層３２０のうち少なくとも圧痕領域３２１を含んでいる。また、広幅部３１１は、凹部３１３を含んでいる。狭幅部３１２は、広幅部３１１に繋がっている。本実施形態においては、広幅部３１１の両側に２つの狭幅部３１２がつながっている。狭幅部３１２は、広幅部３１１よりも幅が若干狭い。図１に示された２つのパッド部３３０においては、以上に述べた構成を共通して備えている。
ＬＥＤチップ４００は、半導体発光装置１０１の光源であり、たとえばＧａＮ系半導体からなり、たとえば青色光を発する。本実施形態においては、ＬＥＤチップ４００は、いわゆる２ワイヤタイプとして構成されており、２つのワイヤ４５０がボンディングされている。ＬＥＤチップ４００は、たとえば絶縁性の接合材、あるいは導通性の接合材を介してベース金属層３１０に接合されている。
次に、半導体発光装置１０１の製造方法の一例について、図２〜図７を参照しつつ以下に説明する。
まず、図２に示すように、基板２００にベース金属層３１０を形成する。ベース金属層３１０は、たとえばＣｕからなるメッキ層をパターン形成することによって得られる。図３は、図２において図中右側にあるベース金属層３１０の平面図である。ベース金属層３１０のうち図３に図示された部分は、たとえば帯状に形成されている。
次いで、図４に示すように、ベース金属層３１０に対して、金属製のリボン３５３の一部を接合する。リボン３５３は、図示しないリボン供給手段から供給され、ウエッジ３５１の先端に導かれている。ウエッジ３５１は、図示しない振動発生手段に連結されており、基板２００に対してリボン３５３の一部を押し付けつつ、振動を付与することができる。リボン３５３の一部をベース金属層３１０に接合した後は、カッタ３５２によってリボン３５３を切断する。この作業を適宜繰り返すことにより、図５に示すように所望の個数のボンディング金属層３２０を形成する。ベース金属層３１０とボンディング金属層３２０とが重なった部分は、パッド部３３０となる。このようなウエッジ３５１を用いた接合を行う場合、リボン３５３の材質としては、Ａｌが一般的であり、適切な接合を行いやすいが、ボンディング金属層３２０の材質として例示した他の金属材料を用いてもよい。
図４においてウエッジ３５１に押し付けられていた部分は、図５および図６に示すようにボンディング金属層３２０の圧痕領域３２１となる。また、ベース金属層３１０には、平面視において圧痕領域３２１と重なる凹部３１３が形成される。さらに、図６に示すように、ベース金属層３１０のうちウエッジ３５１からの押圧力を受けた部分は、その幅が若干広がることにより、広幅部３１１となる。また、広幅部３１１の両側には、幅が変化していない部分が残存する。この部分が、狭幅部３１２となる。
ついで、図７に示すように、ベース金属層３１０上に、ＬＥＤチップ４００を接合する。この接合は、たとえば絶縁性の接合材あるいは導通性の接合材によって行う。なお、ＬＥＤチップ４００がいわゆる１ワイヤタイプの場合、上記接合は、導電性接合材によって行う。そして、たとえばＡｕからなるワイヤ４５０の一端をＬＥＤチップ４００にボンディングし、他端をパッド部３３０にボンディングすることにより、図１に示す半導体発光装置１０１が得られる。パッド部３３０へのボンディングは、圧痕領域３２１に行うことが好ましい。
次に、半導体発光装置１０１の作用について説明する。
本実施形態によれば、ベース金属層３１０上にさらにメッキ層を積層させる必要がない。また、ボンディング金属層３２０を設けることにより、ワイヤ４５０を適切かつ容易にボンディングすることができる。したがって、半導体発光装置１０１を効率良く確実に製造することができる。
ウエッジ３５１を用いて振動を利用した接合手法を採用することにより、ベース金属層３１０とボンディング金属層３２０とを強固に接合することができる。圧痕領域３２１にワイヤ４５０をボンディングすることにより、ワイヤ４５０とボンディング金属層３２０との接合強度を高めることができる。
ベース金属層３１０、ボンディング金属層３２０、およびワイヤ４５０を上述した材質によって形成することにより、各工程においてたとえば還元雰囲気であることが強いられたり、比較的高い雰囲気温度で作業することが求められたりすることを回避することができる。
図８〜図１１は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
図８は、本発明の第２実施形態に基づく半導体発光装置を示している。本実施形態の半導体発光装置１０２は、ボンディング金属層３２０が接合材３４０を介してベース金属層３１０に接合されている。ボンディング金属層３２０は、上述した実施形態において例示した材質からなる。本実施形態においては、ボンディング金属層３２０の厚さは、たとえば１０〜５０μｍである。また、本実施形態においてはボンディング金属層３２０には圧痕領域３２１は設けられていない。また、ベース金属層３１０には、凹部３１３および広幅部３１１は形成されていない。接合材３４０は、たとえばＡｇを含んでいる。
図９は、半導体発光装置１０２の製造工程の一例を示している。図２に示した、基板２００に形成されたベース金属層３１０の適所に、たとえばＡｇペーストによってボンディング金属層３２０を接合する。このＡｇペーストが硬化することにより、図９に示す接合材３４０となる。
このような実施形態によっても、半導体発光装置１０２を効率良く確実に製造することができる。また、このような実施形態によれば、より多くの種類の金属をボンディング金属層３２０の材質として採用することができる。
図１０は、本発明の第３実施形態に基づく半導体発光装置を示している。本実施形態の半導体発光装置１０３は、ＬＥＤチップ４００とベース金属層３１０との間に介在するサブマウント基板４２０を備えている。それ以外の構成は半導体発光装置１０２と同様である。
サブマウント基板４２０は、その材質がボンディング金属層３２０と同じとされている。サブマウント基板４２０は、接合材４３０を介してベース金属層３１０に接合されている。接合材４３０は、その材質が接合材３４０と同じとされている。半導体発光装置１０３の製造方法においては、図９に示した工程において、ボンディング金属層３２０を接合材３４０となるＡｇペーストによってベース金属層３１０に接合する工程とともに、サブマウント基板４２０を接合材４３０となるＡｇペーストによってベース金属層３１０に接合する。あるいは、図９に示した工程の後に、あらかじめサブマウント基板４２０を接合したＬＥＤチップ４００をベース金属層３１０に接合する手法を採用してもよい。
このような実施形態によっても、半導体発光装置１０３を効率良く確実に製造することができる。
図１１は、本発明の第４実施形態に基づく半導体発光装置を示している。本実施形態の半導体発光装置１０４は、基板２００の構成が上述した実施形態と異なっている。基板２００以外の構成は、半導体発光装置１０１と共通する構成を記載しているが、半導体発光装置１０２，１０３の構成を適宜採用してもよい。
本実施形態においては、基板２００は、基材２０１および絶縁層２０２を有している。基材２０１は、たとえばアルミなどの金属からなる。絶縁層２０２は、基材２０１と配線パターン３００との間に介在しており、酸化アルミニウムあるいは絶縁性樹脂などの絶縁材料からなる。
このような実施形態によっても、半導体発光装置１０４を効率良く確実に製造することができる。また、ＬＥＤチップ４００からの放熱促進を図ることが可能である。
図１２〜図１６は、本発明に係る半導体発光装置が用いられた構成例を示している。
図１２および図１３は、半導体発光装置１０１〜１０４が画像読み取り装置６００に用いられた構成例を示している。半導体発光装置１０１〜１０４においては、基板２００が帯状とされており、複数のＬＥＤチップ４００が配列されている。半導体発光装置１０１には、透光カバー６０１が取り付けられている。透光カバー６０１は、たとえば乳白色の半透明な樹脂からなり、半導体発光装置１０１〜１０４を収容しうる角筒状とされている。照明光として白色光が求められる場合、ＬＥＤチップ４００を蛍光樹脂によって覆ってもよい。この蛍光樹脂は、透明なたとえばシリコーン樹脂に蛍光材料が混入されたものである。上記蛍光材料は、ＬＥＤチップ４００からの青色光によって励起されることにより、たとえば黄色光を発する。
画像読み取り装置６００においては互いに平行に配置された２つの半導体発光装置１０１〜１０４が用いられている。各半導体発光装置１０１〜１０４の背後には、たとえば金属からなるリフレクタ６１０が設けられている。半導体発光装置１０１〜１０４からの光は、副走査方向に移動させられる読取り対象物６３０に照射される。読取り対象物６３０からの反射光は、受光ＩＣ６２０によって受光される。受光ＩＣ６２０からの電気信号を図示しない制御部において信号処理することにより、読取り対象物６３０に記載された内容を表す電子データが構築される。
図１４および図１５は、半導体発光装置１０１〜１０４が液晶表示パネルなどのバックライト装置に用いられた構成例を示している。この液晶表示装置７００は、半導体発光装置１０１〜１０４、導光板７２０および液晶パネル７１０を備えている。
導光板７２０は、たとえば透明なアクリル樹脂からなる矩形板状であり、入射面７２１、反射面７２２、および出射面７２５を有する。入射面７２１は、導光板７２０の一側面であり、半導体発光装置１０１〜１０４が正面に設けられている。入射面７２１には、半導体発光装置１０１〜１０４からの光が入射する。本構成例においても、上述した蛍光樹脂を採用することにより、半導体発光装置１０１〜１０４からは白色光が出射される。反射面７２２は、入射面７２１から向かってきた光を導光板７２０の厚さ方向に向けて反射する面であり、たとえば反射を実現する複数の溝７２３が形成されている。出射面７２５は、反射面７２２とは反対側に位置する面であり、反射面７２２によって反射された光を面状光として出射する。液晶パネル７１０は、出射面７２５を覆うように設けられており、出射面７２５からの光を選択的に透過させることにより、所望の画像を形成する。
図１６は、半導体発光装置１０１〜１０４がＬＥＤモジュール８００に用いられた構成例を示している。ＬＥＤモジュール８００は、ＬＥＤチップ４００を囲むケース８１０を備えている。ケース８１０は、基板２００上に形成されており、ＬＥＤチップ４００を囲む反射面８１１を有している。反射面８１１に囲まれた空間には、上述した蛍光樹脂を充填してもよい。
本構成例においては、配線パターン３００は、基板２００のうちＬＥＤチップ４００が設けられた表面から側面を経て裏面に至る部分を有する。配線パターン３００のうち基板２００の裏面に設けられた部分は、ＬＥＤモジュール８００を面実装するための実装端子として用いられる。ＬＥＤチップ４００は、比較的小さいサイズの個片電子部品であり、たとえば携帯型電話機の各種発光部分の光源部品として用いられる。
本発明に係る半導体発光装置およびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光装置およびその製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
１０１〜１０４ 半導体発光装置
２００ 基板
２０１ 基材
２０２ 絶縁層
３００ 配線パターン
３１０ ベース金属層
３１３ 凹部
３１１ 広幅部
３１２ 狭幅部
３２０ ボンディング金属層
３２１ 圧痕領域
３３０ パッド部
３４０ 接合材
３５１ ウエッジ
３５２ カッタ
３５３ リボン
４００ ＬＥＤチップ
４５０ ワイヤ
４２０ サブマウント基板
４３０ 接合材

Claims (24)

  1. 基板と、
    上記基板に支持されたＬＥＤチップと、
    一端が上記ＬＥＤチップにボンディングされたワイヤと、
    上記基板に形成され、上記ワイヤの他端がボンディングされたパッド部を有する配線パターンと、を備えており、
    上記パッド部は、ベース金属層と、このベース金属層に接合されたボンディング金属層と、を有していることを特徴とする、半導体発光装置。
  2. 上記ボンディング金属層は、平面視において上記ベース金属層よりも小である、請求項１に記載の半導体発光装置。
  3. 上記ボンディング金属層は、振動を用いた手法によって上記ベース金属層に対して接合されている、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
  4. 上記ボンディング金属層は、圧痕が付された圧痕領域を有する、請求項３に記載の半導体発光装置。
  5. 上記ワイヤの上記他端は、上記圧痕領域にボンディングされている、請求項４に記載の半導体発光装置。
  6. 上記ベース金属層は、平面視において上記圧痕領域に重なり、上記基板側に凹む凹部を有する、請求項５に記載の半導体発光装置。
  7. 上記ベース金属層は、上記凹部が形成された広幅部と、この広幅部に繋がり上記凹部とは平面視において重ならない狭幅部と、を有する、請求項６に記載の半導体発光装置。
  8. 上記ボンディング金属層は、接合材を用いた手法によって上記ベース金属層に対して接合されている、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
  9. 上記接合材は、Ａｇを含む、請求項８に記載の半導体発光装置。
  10. 上記ＬＥＤチップと上記基板との間に介在し、上記ボンディング金属層と同じ材質からなるサブマウント基板を有する、請求項８または９に記載の半導体発光装置。
  11. 上記ボンディング金属層は、Ａｌを含む、請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体発光装置。
  12. 上記ボンディング金属層は、Ｓｉをさらに含む、請求項１１に記載の半導体発光装置。
  13. 上記ボンディング金属層は、Ｃｕをさらに含む、請求項１１または１２に記載の半導体発光装置。
  14. 上記ボンディング金属層は、Ａｇを含む、請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体発光装置。
  15. 上記ボンディング金属層は、Ａｕを含む、請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体発光装置。
  16. 上記ベース金属層は、Ｃｕからなる、請求項１ないし１５のいずれかに記載の半導体発光装置。
  17. 上記ワイヤは、Ａｕからなる、請求項１ないし１６のいずれかに記載の半導体発光装置。
  18. 上記ワイヤは、Ａｇからなる、請求項１ないし１６のいずれかに記載の半導体発光装置。
  19. 上記ワイヤは、Ａｌからなる、請求項１ないし１６のいずれかに記載の半導体発光装置。
  20. 上記基板は、セラミックスからなる、請求項１ないし１９のいずれかに記載の半導体発光装置。
  21. 上記基板は、Ａｌからなる基材と、この基材と上記配線パターンとの間に介在する絶縁層と、を有する、請求項１ないし１９のいずれかに記載の半導体発光装置。
  22. 基板にベース金属層を形成する工程と、
    上記ベース金属層上に、ボンディング金属層を接合することにより、パッド部を有する配線パターンを形成する工程と、
    上記基板にＬＥＤチップを支持させる工程と、
    ワイヤの一端を上記ＬＥＤチップにボンディングし、かつ、上記ワイヤの他端を上記パッド部にボンディングする工程と、
    を備えることを特徴とする、半導体発光装置の製造方法。
  23. 上記ボンディング金属層の接合は、振動を用いた手法によって行う、請求項２２に記載の半導体発光装置の製造方法。
  24. 上記ボンディング金属層の接合は、接合材を用いた手法によって行う、請求項２２に記載の半導体発光装置の製造方法。
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