JP2014116475A - 半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化を図るとともに、信頼性を維持し得る半導体発光装置及びこの半導体発光装置の製造方法を提案する。
【解決手段】上層に配置される発光素子と、下層に配置されるボンディング部材と、発光素子とボンディング部材とを電気的に接続する接続部材と、発光素子、ボンディング部材及び接続部材を封止する封止部材とを備え、ボンディング部材の上面には、発光素子が配置され、ボンディング部材の下面に製造過程において配置される金属部材は、除去され、金属部材が除去されることにより、金属部材分だけ薄型化されて構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を用いた半導体発光装置が普及している。半導体発光装置は、生産コストが低く、耐衝撃性に優れ、更には長寿命であるという利点がある。半導体発光装置を用いた民生用製品には、例えば照明用ＬＥＤ、車載用ＬＥＤ、液晶パネル用ＬＥＤなどがある。これらの民生用製品に用いられる半導体発光装置は、一般にＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を収容する半導体パッケージと、半導体パッケージに収容したＬＥＤ素子を被覆する封止樹脂とから構成される。

図６は、従来の半導体発光装置１００の断面構成を示す。従来の半導体発光装置１００は、ＬＥＤ素子１０１と、ＬＥＤ素子１０１の直下に設置されるボンディング鍍金１０２と、ＬＥＤ素子１０１とボンディング鍍金１０２とを電気的に接続するボンディングワイヤ１０３と、これらＬＥＤ素子１０１、ボンディング鍍金１０２及びボンディングワイヤ１０３を封止する封止樹脂１０４と、封止樹脂１０４により封止したこれらの部材１０１〜１０４の直下に設置される銅箔１０５及び支持基板１０６とから構成される。なお銅箔１０５及び支持基板１０６は、ＬＥＤ素子１０１を収容及び支持固定する半導体パッケージである。

この半導体発光装置１００を民生用製品に複数組み込む場合、民生用製品自体の小型化を図るため、半導体発光装置１００について薄型化が要求される。半導体発光装置１００の厚みＷを抑制する技術は、例えば以下の特許文献１に開示されている。

特許文献１には、キャビティ層とベース層とが積層して構成される半導体発光装置が開示されている。キャビティ層は、開口により形成されたキャビティ部を有する。この特許文献１の半導体発光装置によれば、キャビティ部の高さを封止樹脂がほとんど飛び出さない高さに形成することができるため、封止樹脂をモールドして半導体発光装置を形成した場合、全体としての厚みを抑制できるとしている。

特開２０１０−１０３５１７号公報

しかし、この特許文献１に開示された半導体発光装置は、全体としての厚みを抑制するだけのものであって、更なる薄型化を実現するものではない。例えばＬＥＤ素子を収容するベース層（半導体パッケージ）に用いる材料には、セラミック系の無機材料又はガラスエポキシなどの樹脂系材料が用いられる。セラミック系の無機材料を用いた場合、少なくとも０．３ｍｍ程度の厚さが増加する。またガラスエポキシなどの樹脂系材料を用いた場合、少なくとも０．１ｍｍ程度の厚さが増加する。

半導体発光装置全体の厚みを薄型化しようとするのであれば、キャビティ層の材料としてセラミック系の無機材料を用いるよりも、ガラスエポキシなどの樹脂系材料を用いる方がよい。しかしガラスエポキシなどの樹脂系材料を用いる場合、セラミック系の無機材料を用いる場合よりも、熱抵抗が高くなるため信頼性が低下する。

従って半導体発光装置全体の厚みを小さくようとした場合、少なくとも０．１ｍｍ程度の半導体パッケージ分の厚さによって薄型化が阻害されるという問題がある。またガラスエポキシなどの樹脂系材料を用いて可能な限り薄型化を図ろうとすると、熱抵抗が高くなり信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、薄型化を図るとともに、信頼性を維持し得る半導体発光装置及びこの半導体発光装置の製造方法を提案することを目的とする。

かかる課題を解決するために、本発明における半導体発光装置は、上層に配置される発光素子と、下層に配置されるボンディング部材と、発光素子とボンディング部材とを電気的に接続する接続部材と、発光素子、ボンディング部材及び接続部材を封止する封止部材とを備え、ボンディング部材の上面には、発光素子が配置され、ボンディング部材の下面に製造過程において配置される金属部材は、除去され、金属部材が除去されることにより、金属部材分だけ薄型化されて構成されることを特徴とする。

またかかる課題を解決するために、本発明における半導体発光装置の製造方法は、金属部材の上層にボンディング鍍金を施す第１の工程と、ボンディング鍍金の上層に発光素子を配置するとともに、発光素子とボンディング鍍金とを電気的に接続する接続部材を配置する第２の工程と、発光素子、ボンディング部材及び接続部材を封止樹脂により封止する第３の工程と、金属部材だけを除去する第４の工程と、金属部材だけを除去した薄型板を個片化する第５の工程とを備えて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、薄型化を図るとともに、信頼性を維持することができる。

半導体発光装置の断面構成を示す図である。 半導体発光装置の上面構成を示す図である。 他の半導体発光装置の断面構成を示す図である。 他の半導体発光装置の上面構成を示す図である。 半導体発光装置の製造工程を示す図である。 従来の半導体発光装置の断面構成を示す図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

図１は、本実施の形態における半導体発光装置１の断面構成を示す。半導体発光装置１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子１１と、ＬＥＤ素子１１の直下に設置されるボンディング鍍金１２と、ＬＥＤ素子１１とボンディング鍍金１２とを電気的に接続するボンディングワイヤ１３と、これらの部材１１〜１３を封止する封止樹脂１４とから構成される。

ＬＥＤ素子１１は、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子である。このＬＥＤ素子１１は、ダイとも呼ばれる。ボンディング鍍金１２は、ＬＥＤ素子１１を支持固定するダイパッド及び外部配線と接続するリード（図示省略）などから構成される。このボンディング鍍金１２は、材料としては例えばＡｇ／Ｎｉ／Ａｇ、Ａｕ／Ｎｉ／Ａｇ、Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｕ／Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕなどの鍍金が用いられ、形状としては薄型の平面形状である。またボンディング鍍金１２の厚さは、例えば０．０１ｍｍ〜０１ｍｍ程度である。

ボンディングワイヤ１３は、ＬＥＤ発光素子１１とボンディング鍍金１２とを電気的に接続する。このボンディングワイヤ１３は、材料としてはＡｕ又はＡｇが用いられ、形状としては超極細形状である。図１に示す半導体発光装置１は、ボンディングワイヤ１３により電気的に接続されていることから、特にワイヤボンディングタイプと呼ばれる。

封止樹脂１４は、熱可逆性樹脂及び熱硬化性樹脂から構成される。例えば封止樹脂１４の材料としては、透明のエポキシ樹脂やシリコン樹脂などが用いられる。また封止樹脂１４として、これらエポキシ樹脂やシリコン樹脂などに加えて、応力緩和及び反射率向上のためのフィラー（ＳｉＯ２又はＴｉＯ２など）、拡散剤、顔料又は蛍光体などを混合してもよい。

また図１に示すように、半導体発光装置１の厚みＷは、図６に示す従来の発光装置１００の厚みＷと比較して、銅箔１０５及び支持基板１０６から構成される半導体パッケージの厚み分だけ薄型化されていることが示されている。

図２は、本実施の形態における半導体発光装置１の上面構成を示す。半導体発光装置１を構成する各部１１〜１４については上述した通りであるため、ここでの説明は省略する。

図３は、本実施の形態における他の半導体発光装置２の断面構成を示す。半導体発光装置２は、ＬＥＤ素子２１と、ＬＥＤ素子２１の直下に設置されるボンディング鍍金２２と、ＬＥＤ素子２１とボンディング鍍金２２とを電気的に接続するバンプ２３と、これらの部材２１〜２３を封止する封止樹脂２４とを備えて構成される。

ＬＥＤ素子２１、ボンディング鍍金２２及び封止樹脂２４については、図１において説明したＬＥＤ素子１１、ボンディング鍍金１１及び封止樹脂１４と同様の機能及び構成であるため、ここでの説明は省略する。

バンプ２３は、ＬＥＤ素子２１とボンディング鍍金２２とを電気的に接続する。このバンプ２３は、材料としては金が用いられ、形状としては球状又は半球状である。図３に示す半導体発光装置２は、ＬＥＤ素子２１の電極面をひっくり返してバンプ２３により電気的に接続する構成を採用していることから、特にフリップチップボンディングタイプと呼ばれる。

図４は、本実施の形態における半導体発光装置２の上面構成を示す。半導体発光装置２を構成する各部２１〜２４については上述した通りであるため、ここでの説明は省略する。

図５は、本実施の形態における半導体発光装置１の製造工程を示す。
第１の工程は、銅板１５の表面にボンディング鍍金１２を施す鍍金工程である。ボンディング鍍金１２を施す銅板１５の形状は、ここでは短冊状が図示されているが、必ずしもこれに限らず、例えば直径が２インチ〜１２インチの円盤状のウェハーであってもよい。また銅板１５の厚みは、０．０６ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。またボンディング鍍金１２の厚さは、上述したように０．０１ｍｍ〜０１ｍｍ程度である。この第１の工程により、銅板１５上にボンディング鍍金１２が形成される。

第２の工程は、鍍金面にＬＥＤ素子１１及びボンディングワイヤ１３をボンディングするボンディング工程である。ダイボンディングにおいては、エポキシ又はシリコンなどの透明又は白色の接着剤を用いて、ＬＥＤ発光素子１１とボンディング鍍金１２とを接着する。或いはＡｕＳｎなどの共晶はんだにより、ＬＥＤ発光素子１１とボンディング鍍金１２とを接着する。ワイヤボンディングにおいては、ボンディングワイヤ１３の一端をＬＥＤ素子１１のｐ電極又はｎ電極に接続し、他端をボンディング鍍金１２に接続する。この第２の工程により、銅板１５及びボンディング鍍金１２上にＬＥＤ素子１１及びボンディングワイヤ１３が形成される。

第３の工程は、封止樹脂１４を注入して各部材１１〜１３を封止する封止工程である。封止樹脂１４を封止するための封止工法には、例えばインジェクション成形法、トランスファー成形法、コンプレッション成形法又は印刷法などを用いる。この第３の工程により、ＬＥＤ発光素子１１、ボンディング鍍金１２及びボンディングワイヤ１３が封止樹脂１４により封止される。

第４の工程は、アルカリ溶液を用いて銅板１５を除去するアルカリエッチング工程である。このアルカリエッチング工程においては、銅板１５のみを除去し、その他の部材は残存するようにエッチングする。よってこの第４工程により、銅板１５のみが除去され、ＬＥＤ素子１１、ボンディング鍍金１２、ボンディングワイヤ１３及び封止樹脂１４から構成される薄型板が形成される。

第５の工程は、１つの薄型板から製品としての大きさに個片化する個片化工程である。個片化工程においては、ブレード又はレーザなどを用いて１つの薄型板から複数の半導体発光装置１を個片化する。この第５の工程により、製品としてのサイズに形成された半導体発光装置１が作製される。

なお上述してきた第１〜第５の工程においては、一例としてワイヤボンディングタイプの半導体発光装置１の製造工程について説明してきたが、フリップチップボンディングタイプの半導体発光装置２の製造工程についても同様である。すなわちフリップチップボンディングタイプの半導体発光装置２の製造工程においても、第１〜第５の製造工程を経て半導体発光装置２が作製される。特に第４の工程において、銅板１５のみが除去されるアルカリエッチング工程が行われることにより、銅板１５のみが除去され、ＬＥＤ２１、ボンディング鍍金２２、バンプ２３及び封止樹脂２４から構成される半導体発光装置２が作製される。

以上のように、本実施の形態による半導体発光装置の製造方法によれば、アルカリエッチング工程を行うことで、銅板のみを除去した半導体発光装置を作製することができる。よって本実施の形態による半導体発光装置によれば、銅板分の厚さを削減することができるため、更なる薄型化を図ることができる。また薄型化した半導体発光装置によれば、銅板分の熱抵抗がなくなるため、低熱抵抗化を図ることができる。

更に本実施の形態による半導体発光装置によれば、銅板を除去して構成されることにより、従来の半導体発光装置と比較して、軽量化を図ることができる。また銅板分のコスト削減を図ることもできる。

１、２、１００ 半導体発光装置
１１、２１、１０１ ＬＥＤ素子
１２、２２、１０２ ボンディング鍍金
１３、１０３ ボンディングワイヤ
２３ バンプ
１４、２４、１０４ 封止樹脂
１５ 銅板
１０５ 銅箔
１０６ 支持基板

Claims (6)

1. 上層に配置される発光素子と、
   下層に配置されるボンディング部材と、
   前記発光素子と前記ボンディング部材とを電気的に接続する接続部材と、
   前記発光素子、前記ボンディング部材及び前記接続部材を封止する封止部材と
   を備え、
   前記ボンディング部材の上面には、前記発光素子が配置され、
   前記ボンディング部材の下面に製造過程において配置される金属部材は、除去され、
   前記金属部材が除去されることにより、前記金属部材分だけ薄型化されて構成される
   ことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記接続部材は、
   前記発光素子と前記ボンディング部材とをワイヤにより電気的に接続する
   ことを特徴とする半導体発光装置。
3. 前記接続部材は、
   前記発光素子と前記ボンディング部材とをバンプにより電気的に接続する
   ことを特徴とする半導体発光装置。
4. 前記金属部材は、
   銅板であり、アルカリエッチング工程により除去される
   ことを特徴とする半導体発光装置。
5. 金属部材の上層にボンディング鍍金を施す第１の工程と、
   前記ボンディング鍍金の上層に発光素子を配置するとともに、前記発光素子と前記ボンディング鍍金とを電気的に接続する接続部材を配置する第２の工程と、
   前記発光素子、前記ボンディング部材及び前記接続部材を封止樹脂により封止する第３の工程と、
   前記金属部材だけを除去する第４の工程と、
   前記金属部材だけを除去した薄型板を個片化する第５の工程と
   を備えて構成される半導体発光装置の製造方法。
6. 前記金属部材は、銅板であり、
   前記第４の工程において、アルカリ溶液を用いて前記金属部材だけを除去する
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置の製造方法。
   

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