JP2015220392A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基体、発光素子及び封止部材を備える発光装置の製造方法であって、一対の接続端子を備える基体を準備し、基板と、該基板上に積層された半導体積層体と、該半導体積層体の表面に形成された一対の電極とを含む発光素子を準備し、前記基体の前記接続端子に、前記発光素子の電極を接合し、前記発光素子を封止部材で被覆し、前記基体とは反対側の表面から、前記封止部材と前記基板とを除去する発光装置の製造方法。
【選択図】図2
Description
このような発光装置は、パッケージを構成する集合基板に、発光素子がフリップチップ実装され、蛍光体層等で被覆された後、発光素子毎に分割される。これにより、略チップスケールの小型の発光装置として製造される(例えば、特許文献1)。
基体、発光素子及び封止部材を備える発光装置の製造方法であって、
一対の接続端子を備える前記基体を準備し、
基板と、該基板上に積層された半導体積層体と、該半導体積層体の表面に形成された一対の電極とを含む前記発光素子を準備し、
前記基体の前記接続端子に、前記発光素子の電極を接合し、
前記発光素子を前記封止部材で被覆し、
前記基体とは反対側の表面から、前記封止部材と前記基板とを除去する発光装置の製造方法が提供される。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
(a)基体を準備し、
(b)発光素子を準備し、
(c)基体に発光素子を搭載し、
(d)発光素子を封止部材で被覆し、
(e)封止部材と基板の一部を除去する工程を含む。
この製造方法では、さらに、透光性部材を形成してもよいし、基板を除去した後、発光素子にさらに表面処理してもよい。
まず、一対の接続端子を備える基体を準備する。
基体は、例えば、母材と、少なくとも母材の第1主面に正負に対応する一対の接続端子を備える。基体の厚みは、例えば、最も厚膜の部位の厚みは、500μm程度以下が好ましく、300μm程度以下がより好ましく、200μm程度以下がさらに好ましい。また、40μm程度以上が好ましい。
母材は、例えば、金属、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス、これらの複合材料(例えば、複合樹脂)、あるいはこれら材料と導電材料(例えば、金属、カーボン等)との複合材料等が挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金を含むものが挙げられる。セラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン又はこれらの混合物を含むものが挙げられる。複合樹脂としては、ガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。
また、線膨張係数の比較的低いガラスエポキシ、ガラスシリコーン、ガラス変性シリコーンのプリプレグ基板を用いることが好ましい。例えば、半導体用BGA実装の分野で使用されるガラスクロス及びフィラーを高充填して、線膨張係数を1〜15ppm前後に調整した低線膨張ガラスエポキシ基板を好適に用いることができる。そのような母材に導電性の配線パターンを形成したものを基体として用いることができる。
また、このようなプリプレグ基板の材料として放熱性の高いガラスクロス又はフィラーを用いることにより、発光装置の放熱性を改善することができる。さらに、多層基板として内部に部品を内蔵して、保護素子等の機能をもたせることもできる。
本発明では、線膨張係数は、TMA法で測定した値を意味する。α1及びα2のいずれかがこの値を満たしていればよいが、両方で満たすことがより好ましい。
母材の厚みは、用いる材料、載置する発光素子の種類及び構造等にもよるが、例えば、470μm程度以下が好ましい。強度等を考慮すると、20μm程度以上が好ましい。母材の曲げ強度は、基体全体の強度を確保するために、上述した基体の強度と同等が好ましい。
一対の接続端子は、基体の少なくとも発光素子が実装される面(第1主面)上に形成されていればよい。この場合、接続端子の縁部の少なくとも一部は、基体の第1主面の縁部の一部に一致するように形成することが好ましい。これにより、発光装置を実装基板に実装する際に、実装基板と接続端子の端面とを接触(又は限りなく近接)させることができる。その結果、発光装置の実装性を向上させることができる。
接続端子には、それぞれ発光素子の第1電極及び第2電極と接合される突起部を形成してもよい。これにより、封止部材を発光素子と基体の間に充填しやすくなり、発光素子からの発光が基体側への透過を低減できる。また、発光素子と基体とを強固に接合することができ、基板及び封止部材の除去時に発光素子が破損するおそれを低減できる。さらに、製造後の発光装置の信頼性を高めることができる。
突起部の上面の形状は、それぞれ、接合される発光素子の電極の形状と略同一であることが好ましい。これにより、セルフアライメント効果によって、基体の発光素子への実装を容易にすることができる。
突起部は、平坦な接続端子の上にバンプを設けること、接続端子の下方の母材の厚みを異ならせること、平坦な母材の上に形成された接続端子の厚みを異ならせること及びこれらの組み合わせ等によって形成することができる。
基体は、母材と接続端子とを備えるものに限られず、例えば、接続端子となる金属膜又は金属板のみで形成することもできる。成型樹脂と金属のリードが一体に成形されたものであってもよい。
発光素子は、基板と、基板上に積層された半導体積層体と、半導体積層体の表面に形成された一対の電極とを含む。
半導体積層体は、同一面側(例えば、第2半導体層側の面、表面)に、第1半導体層に電気的に接続される第1電極(正又は負)と、第2半導体層に電気的に接続される第2電極(負又は正)との双方を有する。
第1電極及び第2電極は、半導体積層体の同一面側(基板が存在する場合にはその反対側の面)に形成されていることが好ましい。これにより、基体の正負の接続端子と発光素子の第1電極と第2電極を対向させて接合するフリップチップ実装を行うことができる。
第1電極及び第2電極の上面には、それぞれ、基体の接続端子と接続される部分に突起部を形成してもよい。これにより、封止部材を発光素子と基体の間に充填しやすくなり、発光素子からの発光が基体へ透過することを低減できる。また、発光素子と基体とを強固に接合することができるようになるため、基板及び封止部材の除去時に発光素子が破損するおそれを低減できる。さらに、製造後の発光装置の信頼性を高めることができる。
発光素子の電極に設けられた突起部の上面形状と接続端子の発光素子の実装される部分の平面形状が、略同一であることが好ましい。これにより、セルフアライメント効果によって、基体の発光素子への実装を容易にすることができる。
このような突起部は、突起部が形成された電極の上面から任意の高さで設けられ、例えば数μm〜100μm程度の高さで設けられることが好ましい。
発光素子を、基体上に搭載する。特に、発光素子を、基体にフリップチップ実装する。具体的には、基体の接続端子に発光素子の基板と反対側に設けられた第1電極及び第2電極を接合する。
接合は、当該分野で公知の材料の接合部材を用いて行うことができる。例えば、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田(具体的には、AgとCuとSnとを主成分とする合金、CuとSnとを主成分とする合金、BiとSnとを主成分とする合金等)、共晶合金(AuとSnとを主成分とする合金、AuとSiとを主成分とする合金、AuとGeとを主成分とする合金等)銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、バンプ、異方性導電材、低融点金属などのろう材等が挙げられる。なかでも、半田を用いることにより、上述した接続端子に高精度のセルフアライメント効果を発揮させることができる。よって、発光素子を適所に実装することが容易となり、量産性を向上させ、より小型の発光装置を製造することができる。
例えば、接合部材は、2〜50μm程度の厚みが好ましい。
接合方法は、例えば、基体の接続端子上に接合部材と溶融助剤(フラックス)を配置し、その上に発光素子を配置した後、300℃程度に加熱してリフローさせる方法などが挙げられる。
発光素子を基体上に搭載した後、発光素子を封止部材で被覆する。
封止部材は、少なくとも発光素子を被覆、固定又は封止する機能を有する部材である。その材料は特に限定されるものではなく、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス又はこれらの複合材料等が挙げられる。なかでも、任意の形状に容易に成形することができ、後述する除去も容易であるという観点から、樹脂が好ましい。
そのために、上述した材料、例えば、樹脂に、二酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、硫酸バリウム、各種希土類酸化物(例えば、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム)などの光反射材、光散乱材又はカーボンブラック等の着色材等を含有させることが好ましい。
これらの添加物は、例えば、封止部材の全重量に対して、10〜95重量%程度含有させることが好ましい。
封止部材は、実装された発光素子と基体との間を充填するよう設けられることが好ましい。これにより、発光装置の強度を高めることができる。発光素子と基体との間に配置される封止部材は、発光素子の上面及び側面を被覆する材料と異なる材料であってもよい。これによって、発光素子の上面及び側面に配置される封止部材と、発光素子と基体との間に配置される部材との間で、それぞれ適切な機能を付与することができる。
例えば、発光素子の側面に配置される封止部材は反射率が高い材料、発光素子と基体との間に配置される部材は両者の密着性を強固とする材料とすることができる。
封止部材の厚み(光取り出し面側から見た場合の発光素子の端面から封止部材の最外形までの幅又は発光素子の側面における封止部材の最小幅ともいう)は、例えば、0〜100μm程度が挙げられ、5〜80μm程度、10〜50μm程度が好ましい。
封止部材は、封止部材の上面が、発光素子の上面(つまり、基板の上面)を完全に被覆する高さとしてもよいし、発光素子の上面と略同一の高さとしてもよい。
封止部材は、基体の発光素子が搭載された側の面の略全面を被覆していてもよい。つまり、平面視において、封止部材の外形と基体の外形が略同一であってもよい。これにより、発光装置を小型にすることができる。
封止部材で発光素子を被覆した後、発光素子の基板を除去する。基板は、厚み方向の一部のみ又は全てを除去してもよい。
この時、発光素子(より詳細には基板の周囲)被覆していた封止部材も除去する。これら基板及び封止部材は、同時に除去することが好ましい。ここで、同時とは、単一の除去作業において基板と封止部材との双方を除去することを意味する。
基板及び/又は封止部材は、基体とは反対側の表面から除去する。このような除去により、得られる発光装置自体の全高さ/厚みを低減させることができ、より小型及び薄型の発光装置を製造することができる。また、発光素子の光取り出し面における基板を除去するために、基板による光吸収を回避することができ、より一層光取り出し効率を向上させた発光装置を製造することができる。一方、基板の除去の際には、封止部材によって基体に搭載した発光素子を強固に固定、保護しているため、基板及び封止部材の除去を確実に、かつ高精度、効率的に行うことができる。
レーザの照射範囲は、基板を除去する発光素子の上面の外形よりそれぞれ1〜50μm、20μm〜30μm程度大きい範囲とすることができる。
レーザリフトオフを用いる場合、封止部材に含有させる光反射材には、酸化ジルコニウムや酸化イットリウム等を用いることが好ましい。
さらに、封止部材及び基板の除去後、表面処理する工程を備えることが好ましい。例えば、基板の上面を、上面視において格子状又は複数の線状の凹凸、複数の多角形状の凹凸、レンズ形状等に加工してもよい。これにより、基板からの光取り出し効率を向上させることができる。
HCl、HNO3などの酸、NaOH、TMAHなどの強アルカリ等又はこれらを組み合わせた液体で封止部材又は基板(基板を完全に除去した場合には半導体積層体)の表面をエッチングすると、基板や封止部材の表面に残存するごみ等を効果的に除去することができる。
このような表面処理の際には、封止部材が変質してしまうおそれがあるため、基板の表面のみを処理することが好ましい。このような表面処理は、レーザを利用して行うことができる。
基板及び封止部材を除去した後、必要に応じて、追加の加工を行ってもよい。例えば、封止部材の除去の際にできたバリを取り除く、レーザリフトオフや上述の基板の表面処理の等際に封止部材が変質している場合には、その変質部を取り除く加工等を行ってもよい。
封止部材及び基板を除去した後、基板上又は基板及び封止部材上、つまり、発光装置の光取り出し面に透光性部材を形成してもよい。これにより、基板を除去した後で強度が落ちた発光素子を効果的に保護できる。
発光素子が遮光性の封止部材で被覆されている場合には、透光性部材は、封止部材の上面を被覆していることが好ましい。透光性部材は、その端面が封止部材で被覆されていてもよいが、被覆されていなくてもよい。
蛍光体は、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット(LAG)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al2O3−SiO2)系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)系蛍光体、βサイアロン蛍光体、CASN系又はSCASN系蛍光体等の窒化物系蛍光体、KSF系蛍光体(K2SiF6:Mn)、硫化物系蛍光体などが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば、白色系)を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。
蛍光体は、例えば、中心粒径が30μm以下であるものが好ましい。中心粒径は、市販の粒子測定器又は粒度分布測定器等によって測定及び算出することができる。また、蛍光体は、例えば、いわゆるナノクリスタル、量子ドットと称される発光物質でもよい。
蛍光体は、透光性部材中に含有されることに限られず、例えば、発光装置から離れた位置に別の部材として設けられてもよい。
なかでも、スプレー法、特に、パルス状、すなわち間欠的にスプレーを噴射するパルススプレー方式が好ましい。これにより、蛍光体の分布の偏りを抑制することができ、均一に波長変換した光を出射されることができ、発光素子の色むら等の発生を回避することができる。
この封止部材及び基体の分割は、例えば、ブレード、レーザを用いた分割/加工等、当該分野で公知の方法を利用することができる。
複合基体を用いて発光装置を製造することで、生産効率を高めることができる。例えば、複合基体に複数の発光装置を搭載した後、基体が個々の発光装置に分割される前に基板および封止部材の除去を行うことで、除去工程の効率を高めることができる。個片化された後の小さい基体よりも比較的大きな複合基体の状態で除去工程を行う場合、安定して封止部材を除去することができるため(特に、研磨、研削、ブラスト等の場合)、好ましい。
それぞれ発光素子が搭載された複数の基体を封止部材で一体に連結させた後、複数の発光素子の基板および封止部材を除去してもよい。これにより、複合基体を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
発光素子の基板及び封止部材が除去される場合、発光素子の発光層と発光装置の上面の距離が非常に近い。このような発光装置をサイドビュータイプの発光装置として用いると、発光装置からの光を入光させる導光板と、発光素子の発光層との距離を非常に短くすることができる。これにより、導光板への入光効率を高めることができる。
以下に本発明の発光装置の製造方法の実施形態を、図面に基づいて具体的に説明する。
この実施形態で製造する発光装置10は、図1A及び1Bに示すように、基体11、発光素子12及び封止部材13を備える。また、この発光装置10は、発光素子12及び封止部材13を被覆する透光性部材14を備える。
なお、基体は、図1Cに示すように、接続端子15a、16aが、母材11bに形成されたビアホール11cを通して上面から下面に及んでいてもよい。
発光素子12は、例えば、長手方向の長さが1100μm、短手方向の幅が230、厚さが100μmの直方体状の青色発光(発光中心波長455nm)のLEDチップである。
封止部材13の上面は、発光素子12の上面と略一致している。
透光性部材14は、封止部材13の上面を被覆している。透光性部材14の端面は、封止部材13の端面と一致している。
まず、図2Aに示したように、上述した一対の接続端子15、16を備える基体11を準備する。この基体11に、図2Bに示すように、接続端子15、16の上に、発光素子の電極を接合するための接合部材21の半田バンプを形成する。
次いで、上述した、基板17上に半導体積層体18と、この半導体積層体18の表面に形成された一対の電極19、20とを備える発光素子12を準備する。そして、図2Cに示すように、この発光素子12の一対の電極19、20をそれぞれ接続端子15、16上の接合部材21に対向するように、フリップチップで配置し、250℃で加熱し、接合部材21をリフローし、放冷して、基体11上に発光素子を接合する。
次に、図2Fに示すように、封止部材13を取り囲むようなマスクMを利用して、封止部材13と発光素子12の基板17との表面に透光性部材14をパルススプレー法によって被覆する。
発光素子12と又は発光素子12及び封止部材13と、平面視において略同じ形状の板状の透光性部材を発光素子これらの上面に接着してもよい。
最後に、マスクMを除去して、発光装置を完成することができる。
実施形態2における発行装置10Aの製造方法では、実施形態1における図2Eに示すシリコーン樹脂に酸化チタンが含有された封止部材13Aとサファイアである発光素子12の基板17との除去を、封止部材13の樹脂が削れやすく、基板17が削れにくい砥石を用いてグライディングする。これによって、図3Aに示すように、封止部材13Aの上面が、発光素子12の基板17の上面よりも若干(例えば、5μm程度)低くなるように除去することができる。
その後、実施形態1と同様に、透光性部材14を形成する。その結果、封止部材13Aの上方の透光性部材14の上面を、発光素子12の上方の透光性部材14の上面よりも低く形成することができる。
実施形態3における発行装置10Bの製造方法では、実施形態1における図2Eに示す封止部材13Bと発光素子12の基板17との除去を、実施形態1と同様に行い、封止部材13Bの樹脂と基板17をグライディングする。
その後、基板17と発光素子12の半導体積層体との間に、基板側から波長248nmのKrFエキシマレーザを照射し、半導体積層体を構成する半導体層にエネルギーを吸収させ、アブレーションさせ、基板17を剥離する。これによって、図3Bに示すように、封止部材13Bの上面が、発光素子12の基板17の上面よりも若干(例えば、5μm程度)高くなるように除去することができる。
その後、実施形態1と同様に、透光性部材14を形成する。その結果、封止部材13の上方の透光性部材14の上面を、発光素子12の上方の透光性部材14の上面よりも低く形成することができる。
上述した図2Aに示す基体を準備する際、図4A及び4Bに示すように、母材24aに複合接続端子22が形成された複合基体24を用いて、発光装置を製造することができる。この複合基体24は、1単位の発光装置の基体となるものが複数個連なって構成されている。
図4Aでは、18個の発光装置を得る複合基体24を表しているが、生産効率を考慮して、より多数(数百〜数千個)の発光装置を得る複合基体24とすることができる。
そして、このような複合基体24の複合接続端子22上に、18個の発光素子をそれぞれ搭載し、図4A及び4Bにおいて、点線で示すように封止部材13で、複数の発光素子を一体的に被覆する。
続いて、封止部材13から露出している複合基体24の上面をマスクして、上記と同様に、封止部材13の上面から露出した発光素子12の基板17の上面及び封止部材13の上面を、例えば、パルススプレー法によって、透光性部材14で被覆する。
この方法では、比較的少ない工数で個片化した発光装置を製造することができる。
この実施形態で製造される発光装置40は、図5に示すように、1つの発光装置に1つの発光素子を搭載するための複合基体24(図4A)に代えて、1つの発光装置40に複数、例えば、5つの発光素子12を搭載する複合接続端子45、45a、46を備えた複合基体44を用いることによって製造することができる。
封止部材13は、5つの発光素子12をまとめて封止している。また発光素子12の基板及び封止部材13の除去は、一括で(すなわち同時に)行われる。そして、封止部材13と5つの発光素子12の除去面を一括して被覆する透光性部材14を備える。
実施形態1及び4と同様に各工程を行うことにより、図5に示す発光装置40を製造することができる。
本実施形態の発光装置50は、図6A及び図6Bに示すように、接続端子83、第2の接続端子83eを有する母材82からなる基体に、2つの発光素子5を載置し、2つの発光素子を封止する封止部材7を形成している。本実施形態の発光装置50は、実質的に実施形態1または4と同様の方法で製造することができる。
より詳細には、本実施形態の接続端子83および第2の接続端子83eは、凸部83aを有している。接続端子83eは、基体の第1主面において、一対の接続端子83の間に配置されており、2つの発光素子5のそれぞれの1つの電極と接合している。そして、第1主面側から母材82に形成されたスルーホール82aを介して、基体の第2主面側にも設けられている。基体の第2主面には、接続端子83と分離された補強端子83bが配置されている。この基体の第2主面に設けられた接続端子83eおよび補強端子83bは放熱用の端子としても機能する。
発光素子5の搭載時に、凸部83aによってセルフアライメント効果を有効に発揮させ、発光素子5の実装精度を高めることができる。
本実施形態においては、除去された封止部材の上面は、基板が薄くされた2つの発光素子の除去面と略面一である。
11 基体
11a、11b、82 母材
11c ビアホール
5、12 発光素子
7、13、13a、13A、13B 封止部材
14 透光性部材
15、15a、16、16a、83 接続端子
17 基板
18 半導体積層体
19、20 電極
21 接合部材
22 複合接続端子
24 複合基体
24a 母材
25 スリット
44 複合基体
45、45a、46 複合接続端子
82d スルーホール
83a 凸部
83b 補強端子
83e 第2の接続端子
Claims (13)
- 基体、発光素子及び封止部材を備える発光装置の製造方法であって、
一対の接続端子を備える前記基体を準備し、
基板と、該基板上に積層された半導体積層体と、該半導体積層体の表面に形成された一対の電極とを含む前記発光素子を準備し、
前記基体の前記接続端子に、前記発光素子の電極を接合し、
前記発光素子を前記封止部材で被覆し、
前記基体とは反対側の表面から、前記封止部材と前記基板とを除去する発光装置の製造方法。 - 前記封止部材と前記基板とを同時に除去する請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記除去により、前記基板の厚みを1μm以上50μm以下とする請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
- さらに、前記封止部材と前記発光素子の前記基板とを除去した表面に、蛍光体を含有する透光性部材を形成する請求項1から3のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記透光性部材をスプレー法により形成する請求項4に記載の発光装置の製造方法。
- 前記透光性部材を、5μm〜100μmの厚みで形成する請求項4又は5に記載の発光装置の製造方法。
- 前記封止部材を、遮光性材料によって形成する請求項1から6のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記封止部材を、前記発光素子の側面に接触して被覆する請求項1から7のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記封止部材を、前記発光素子の前記基板と面一になるように除去する請求項1から8のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記封止部材を、前記発光素子の基板よりも低くなるように除去する請求項1から8のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記封止部材の上方の前記透光性部材の上面を、前記発光素子の上方の前記透光性部材の上面よりも低く形成する請求項10に記載の発光装置の製造方法。
- 前記基板を除去した後の前記発光素子を、さらに表面処理する請求項1から11のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子を複数準備し、
該複数の発光素子を1つの前記基体の前記接続端子にそれぞれ接合し、
前記複数の発光素子を前記封止部材で一体的に被覆し、
前記封止部材と前記複数の発光素子の基板とを除去し、
前記封止部材及び前記基体を分割して複数の発光装置を製造する請求項1から12のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
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