JP2016086111A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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また、特許文献1に記載されるように、半導体発光素子を、外部から流入した静電気による静電放電から防止するために、ツェナーダイオードに代表される保護素子が半導体発光素子とともに実装基板に装着されて用いられる。
また、本開示に係る発光装置の製造方法によれば、前記した構成の発光装置を、ウエハレベルプロセスによっても製造することができる。
なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
[発光装置の構成]
まず、図1A、図1B及び図2を参照して、第1実施形態に係る発光装置の構成について説明する。
第1実施形態に係る発光装置100は、図1A及び図1Bに示すように、外形が平面視で略正方形をしており、LED(発光ダイオード)構造を有するフェイスダウン型の実装に適した半導体発光素子1(以下、適宜に「発光素子」と呼ぶ)と、保護素子2と、正負の外部接続用端子3n,3pと、樹脂層4と、正負の拡張端子5n,5pと、絶縁性樹脂層6と、透光性樹脂部材7と、波長変換層8と、光学部材9と、を備えて構成されるCSPである。より詳細には、樹脂層4や正負の拡張端子5n,5pなどが、平面視で発光素子1よりも外側の領域にまで設けられたFO(以下、Fan Outを略してFOと呼ぶ。)型のCSPである。
なお、詳細は後記するが、発光装置100は、ウエハレベルで作製されるWLCSP(ウエハレベルプロセスによるCSP)である。
発光素子(半導体発光素子)1は、図1Aに示すように、平面視で略正方形の板状の形状を有しており、図1Bに示すように、半導体積層体12の一方の面側にn側電極13及びp側電極15を備えたフェイスダウン型の実装に適したLEDチップである。
発光素子1は、成長基板11と半導体積層体12とn側電極13及びp側電極15とが積層して構成されており、半導体積層体12のn側電極13及びp側電極15が設けられた面と反対側の面が光取り出し面である。従って、発光装置100において、発光素子1は、半導体積層体12に対して、成長基板11が設けられた面を上方に向け、n側電極13及びp側電極15が設けられた面を下方に向けて配置されている。
また、発光素子1の側面には、外側面が上方ほど外側となるように逆傾斜した透光性樹脂部材7が設けられ、発光素子1の側面から出射する光を上方に反射することで外部に取り出しやすくなるように構成されている。
また、発光素子1の下面及び側面には、直接に又は透光性樹脂部材7を介して、支持部材である樹脂層4が設けられている。更に、発光素子1の光取り出し面である上面には、波長変換層8が設けられている。
図2に示すように、発光素子1は、n型半導体層12nとp型半導体層12pとが積層された半導体積層体12を備えている。半導体積層体12は、n側電極13及びp側電極15間に電流を通電することにより発光するようになっており、n型半導体層12nとp型半導体層12pとの間に活性層12aを備えることが好ましい。
なお、段差部12bは、半導体積層体12の外縁部に限らず、内側の領域に設けてもよい。
n側電極13は、段差部12bの底面における絶縁膜16の開口部16nで、n型半導体層12nと電気的に接続され、絶縁膜16を介して、半導体積層体12の上面の右半分の広範囲な領域に延在するように設けられている。
また、p側電極15は、全面電極14の上面において、絶縁膜16の開口部16p内に設けられ、絶縁膜16を介して、半導体積層体12の上面の左半分の広範囲な領域に延在するように設けられている。
このように、n側電極13及びp側電極15を、半導体積層体12上に広範囲に設けることにより、後記する樹脂層4に対して効率的に熱を伝導させることができるため、発光素子1の放熱性を向上させることがきる。
また、n側電極13及びp側電極15には、図1Bに示すように、下面(図2においては上面)に、正負の外部接続用端子3n,3pが接続される。
保護素子2は、2つの電極21,21が、それぞれ発光素子1のn側電極13及びp側電極15と、半田などの接合部材を用いて接合され、発光素子1を静電放電から保護する素子である。保護素子2は、外部電源に対して発光素子1と並列に接続される。保護素子2としては、好ましくはツェナーダイオードが用いられ、発光素子1と逆極性となるように接続される。また、保護素子2として、バリスタ、抵抗、キャパシタなどを用いることもできる。
また、保護素子2は、平面視で発光素子1の領域内に配置され、全体が樹脂層4に埋設されるように、下面が正負の外部接続用端子3n,3pの下面よりも高くなるように配置されている。
なお、正負の外部接続用端子3n,3pの下面には、正負の拡張端子5n,5pが設けられている。
また、樹脂層4は、内部配線として正負の外部接続用端子3n,3pを内在し、保護素子2を埋設するように設けられている。また、樹脂層4の下面には、正負の外部接続用端子3n,3pの下面と接合した正負の拡張端子5n,5pが延在しており、更に、正負の拡張端子5n,5pの間及びこれらの外縁部に、絶縁性樹脂層6が設けられている。
樹脂層4に白色樹脂を用いて反射膜として機能させることにより、発光素子1の上面及び側面側、並びに透光性樹脂部材7の外側面から漏出する光を反射して、これらの部材内に戻すことができるため、発光装置100の光取り出し面である上面側からの光取り出し効率を向上させることができる。
すなわち、正負の拡張端子5n,5pは、樹脂層4の下面側に設けられた絶縁性樹脂層6の開口部6n,6pから露出した領域が、外部との接合領域となる。
なお、正負の拡張端子5n,5pを設けずに、正負の外部接続用端子3n,3pの下面を外部との接合領域として用いるようにしてもよい。
また、正負の拡張端子5n,5pが互いに対向する領域以外は、絶縁性樹脂層6を設けなくともよいが、正負の拡張端子5n,5pの外縁を取り囲むように設けることが好ましい。これによって、接合部材の接合領域からのはみ出しを、より効果的に防止することができる。
絶縁性樹脂層6に用いる樹脂材料としては、絶縁性を有していれば特に限定されるものではないが、樹脂層4と密着性の良好な材料が好ましい。また、接合部材として半田などを用いる場合は、半田の溶融温度よりも高い耐熱性を有する樹脂材料、例えば、ポリイミドなどを用いることが好ましい。
また、透光性樹脂部材7は、液状又はペースト状の樹脂材料を、例えば、ディスペンサを用いて発光素子1の側面に供給し、その後に硬化させることで形成することができる。
このような樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、又はこれらの樹脂を少なくとも1種以上含むハイブリッド樹脂を挙げることができる。
光学部材9は、透光性の樹脂材料を用いて、例えば、金型を用いた成形法、ポッティング法、各種の印刷法などにより形成することができる。
次に、図1A及び図1Bを参照して、発光装置100の動作について説明する。なお、説明の便宜上、発光素子1は青色光を発光し、波長変換層8は黄色光を発光するものとして説明する。
なお、発光素子1内を下方向に伝播する光は、全面電極14によって上方向に反射され、発光素子1の上面から出射する。
そして、発光装置100の外部に取り出された黄色光及び青色光が混色することにより、白色光が生成される。
次に、図3、図4A及び図4Bを参照して、図1A及び図1Bに示した発光装置100の製造方法について説明する。
図3に示すように、発光装置100の製造方法は、保護素子付き発光素子準備工程S101と、支持体準備工程S102と、半導体発光素子配置工程S103と、透光性樹脂部材形成工程S104と、樹脂層形成工程S105と、外部接続用端子露出工程S106と、拡張端子形成工程S107と、絶縁性樹脂層形成工程S108と、シート貼付工程S109と、支持体除去工程S110と、波長変換層形成工程S111と、光学部材形成工程S112と、個片化工程S113と、を有している。
ここで、ウエハ準備工程S201と、保護素子準備工程S202と、保護素子実装工程S203とで、保護素子2が実装された発光素子1が複数配列されたウエハ(第1ウエハ)を準備する半導体発光素子準備工程が構成されている。
前記したように、本工程には、図4Aに示した5つのサブ工程が含まれる。これらのサブ工程について、順次に説明する。
なお、図5Aなどにおいて、各発光素子1が区画される領域を、境界線BD1によって示している。
まず、サファイアなどからなる成長基板11の上面に、例えば、GaN系化合物半導体からなる半導体積層体12を形成する。次に、半導体積層体12の表面の一部について、エッチングによりn型半導体層12nを露出させることで段差部12bを形成する。次に、半導体積層体12の最上層であるp型半導体層12pの上面の略全面に、全面電極14を形成する。次に、段差部12bの底面の一部及び全面電極14の上面の一部に開口部16n,16pを有する絶縁膜16を形成する。そして、開口部16n,16p内及び絶縁膜16の上面に延在するように、n側電極13及びp側電極15を形成する。
なお、発光素子1の製造に代えて、市販の発光素子1のウエハ又はチップを手配して用いるようにしてもよい。
保護素子2の種類によって製造方法は異なるが、それぞれ公知の方法により製造することができるため、製造方法の説明は省略する。
なお、保護素子2の製造に代えて、市販の保護素子2のチップを手配して用いるようにしてもよい。
また、ウエハ準備工程S201と保護素子準備工程S202とは、何れを先に行うようにしてもよく、並行して行うようにしてもよい。
これによって、保護素子2が実装された発光素子1が、複数配列されたウエハ(第1ウエハ)が形成される。
そして、発光素子1の電極上に実装後に、LLO(レーザ・リフト・オフ)法でツェナーダイオードのサファイア基板を剥離することで、ツェナーダイオードチップの薄肉化(小型化)ができて、実装容積が低減される。
このようにして、ウエハ状態の、保護素子付き発光素子10が形成される。
電解メッキ法によって正負の外部接続用端子3n,3pを形成する場合は、外部接続用端子形成工程S204には、前記したように、図4Bに示した4つのサブ工程が含まれる。これらのサブ工程について、図4B及び図6A〜図6Dを参照して順次に説明する。
なお、図5Cにおいては、正負の外部接続用端子3n,3pの詳細な構造(シード層31及びメッキ層32)は図示を省略している。
次の個片化工程S205において、図5Dに示すように、境界線BD1に沿って、ダイシング法などにより切断する。これによって、第1ウエハが個片化され、保護素子付き発光素子10のチップが形成される。
次の支持体準備工程S102において、図7Aに示すように、粘着性を有するシート102が上面に貼付された支持体101を準備する。支持体101は、例えば、セラミックスや金属などからなる板状部材を用いることができる。また、支持体101は、下面(裏面)側に、保護素子付き発光素子10を配列したり各種部材を形成したりするときの位置決めのためのマーク(例えば、「+」「■」などの図形や文字など)を有することが好ましい。下面側に位置決めのためのマークを設けることにより、各工程において上面側に形成される部材の影響を受けることなく、適切に位置を認識することができる。
また、保護素子付き発光素子10が互いに離間して配置され、平面視で発光素子1の外側にまで拡張されるように樹脂層4などが設けられるため、FO型のCSPとして発光装置100が形成される。
なお、図7Bなどにおいて、各発光装置100が区画される領域を、境界線BD2によって示している。
また、正負の拡張端子5n,5pのパターニングは、フォトリソグラフィ法により正負の拡張端子5n,5pを配置する領域に開口部を有するレジストパターンを形成し、エッチング法やリフトオフ法により行うことができる。
なお、絶縁性樹脂層6を形成するための印刷法は、シルクスクリーン印刷法などの孔版印刷法を好適に用いることができるが、インクジェット法のような無版印刷法を用いてもよい。
このとき、シート102の発光素子1側の粘着材料として紫外線硬化型の樹脂を用いている場合は、支持体101を除去する前に、シート102に紫外線を照射して粘着材料を硬化させ、粘着性を消失させることで、支持体101をシート102とともに、発光素子1側から容易に剥離することができる。
波長変換層8は、例えば、溶剤に樹脂及び蛍光体粒子を含有させたスラリーを、ウエハの上面にスプレー法などによって塗布した後、硬化させることで形成することができる。
なお、光学部材9の形成方法は、形状に応じて、ポッティング法、印刷法など適宜な方法用いることができる。
次に、図10A及び図10Bを参照(適宜、図1A、図1B及び図3参照)して、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例について説明する。
本変形例に係る発光装置の製法方法は、図3に示した製造方法において波長変換層形成工程S111を省略し、半導体発光素子配置工程S103において、波長変換層8の形成を保護素子付き発光素子10の配置と同時に行うものである。
そのために、本変形例においては、支持体準備工程S102において、図10Aに示すように、支持体101上に、波長変換層8を形成する。
また、図7Aに示した支持体準備工程S102において、粘着性を有するシート102に代えて、上面に波長変換層8が設けられた支持体101を準備する。
また、波長変換層8は、半導体発光素子配置工程S103において、発光素子1の成長基板11と透光性を有する接着剤を用いて強固に接着される。このため、支持体除去工程S110において、支持体101を容易に除去できるように、支持体101と波長変換層8との間を剥離可能な程度の密着性で貼付しておく。例えば、波長変換層8を予め板状部材として形成しておき、当該板状の波長変換層8を紫外線硬化樹脂を粘着剤として支持体101に貼付することができる。
次の支持体除去工程S110において、図10Bに示すように、波長変換層8と支持体101の間の界面で剥離することで、支持体101を除去する。ここで、本変形例では、波長変換層8は既に形成されているため、波長変換層形成工程S111は省略される。
次の光学部材形成工程S112及び個片化工程S113は、第1実施形態と同様に行われる。
以上の工程により、図1A及び図1Bに示した発光装置100が形成される。
次に、図11を参照して、第2実施形態に係る発光装置について説明する。
図11に示すように、第2実施形態に係る発光装置100Aは、図1A及び図1Bに示した第1実施形態に係る発光装置100に対して、拡張端子5n,5pを有さずに、内部配線である正負の外部接続用端子3n,3pの端面を、外部との接合領域とするものである。
絶縁性樹脂層6Aは、第1実施形態における絶縁性樹脂層6と同様に、正負の外部接続用端子3n,3pの外部との接合領域が、所定の距離(例えば、200μm)以上離間させるためのものである。正負の外部接続用端子3n,3pの樹脂層4からの露出領域が所定の距離以上離間して配置されている場合は、絶縁性樹脂層61を省略するようにしてもよい。
また、拡張端子形成工程S107が省略される以外は、他の工程が、図3に示した第1実施形態の製造方法と同様に行われるため、他の工程についての説明は省略する。
なお、前記した各実施形態に係る発光装置おいて、透光性樹脂部材7、波長変換層8及び光学部材9は、これらの内の一部又は全部が省略されてもよい。その場合は、発光装置の製造方法において、省略された部材についての製造工程が省略される。
また、前記した各実施形態では、ウエハレベルプロセスによる製造方法について説明したが、発光素子1のチップごとに製造することもできる。
10 保護素子付き発光素子
11 成長基板(基板)
12 半導体積層体
12n n型半導体層
12a 活性層
12p p型半導体層
12b 段差部
13 n側電極(負電極)
14 全面電極
15 p側電極(正電極)
16 絶縁膜
16n,16p 開口部
2 保護素子
21 電極
3n 負極の外部接続用端子
3p 正極の外部接続用端子
31 シード層
32 メッキ層
4 樹脂層
41 切削線
5n 負極の拡張端子
5p 正極の拡張端子
6 絶縁性樹脂層
6n,6p 開口部
6A 絶縁性樹脂層
6An,6Ap 開口部
7 透光性樹脂部材
8 波長変換層
9 光学部材
100,100A 発光装置
101 支持体
102 シート
103 シート
BD1,BD2 境界線
RP レジストパターン
RPn,RPp 開口部
Claims (15)
- 半導体積層体と、前記半導体積層体の一方の面側に設けられる正負の電極とを有する半導体発光素子と、
前記半導体積層体の一方の面側に設けられ、前記正負の電極に向かい合って接続される電極を有する保護素子と、
前記正負の電極と電気的に接続され、前記正負の電極上に前記保護素子から離間して設けられる正負の外部接続用端子と、
前記半導体積層体の一方の面側に、前記保護素子が埋設されるように設けられる樹脂層と、を備え、
前記正負の外部接続用端子の上面が前記樹脂層から露出している発光装置。 - 前記正負の外部接続用端子は、平面視で、互いに向かい合うC字形状を有し、前記C字形状が前記保護素子を包囲する請求項1に記載の発光装置。
- 前記保護素子はツェナーダイオードであり、前記半導体発光素子の前記正負の電極と逆極性に接続される請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 平面視で、前記正負の外部接続用端子間に絶縁性樹脂層が設けられている請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記樹脂層の上面に、前記正負の外部接続用端子と電気的に接続され、平面視で、前記正負の外部接続用端子よりも面積が広く、かつ前記半導体発光素子よりも外側まで延在するように設けられた正負の拡張端子を備える請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の発光装置。
- 平面視で、前記正負の拡張端子間に絶縁性樹脂層が設けられている請求項5に記載の発光装置。
- 前記半導体発光素子の側面を被覆するように設けられ、外側面が上方ほど平面視で外側となるように傾斜した透光性樹脂部材を備える請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の発光装置。
- 半導体積層体と、前記半導体積層体の一方の面側に設けられる正負の電極と、前記半導体積層体の一方の面側に設けられ、前記正負の電極に向かい合って接続される電極を有する保護素子と、を有する半導体発光素子を準備する半導体発光素子準備工程と、
前記正負の電極上に、前記保護素子と離間して正負の外部接続用端子をメッキで形成する外部接続用端子形成工程と、
前記半導体発光素子上に、前記保護素子が埋設されるように樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層を上面側から除去することで前記正負の外部接続用端子の上面を露出させる外部接続用端子露出工程と、
を順に行う発光装置の製造方法。 - 前記半導体発光素子準備工程において、複数の前記半導体発光素子が形成された第1ウエハが準備され、
前記外部接続用端子形成工程の後に、
前記第1ウエハを切断して、前記半導体発光素子を個片化する個片化工程と、
前記個片化した複数の半導体発光素子を支持体上に互いに離間して配置することで第2ウエハを形成する半導体発光素子配置工程と、を行い、
前記樹脂層形成工程において、前記第2ウエハ上に前記保護素子が埋設されるように前記樹脂層を形成し、
前記外部接続用端子露出工程の後に、
前記支持体を除去する支持体除去工程を行う請求項8に記載の発光装置の製造方法。 - 前記樹脂層形成工程において、前記樹脂層が前記半導体発光素子の側面を被覆するように形成される請求項8又は請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記外部接続用端子形成工程の後に、前記正負の外部接続用端子間に絶縁性を有する樹脂を塗布することで絶縁性樹脂層を形成する絶縁性樹脂層形成工程を含む請求項8乃至請求項10の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記外部接続用端子露出工程の後に、前記正負の外部接続用端子の上面と電気的に接続され、前記樹脂層の上面に延在するように、正負の拡張端子を形成する拡張端子形成工程を含む請求項8乃至請求項11の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記拡張端子形成工程の後に、前記正負の拡張端子間に絶縁性を有する樹脂を塗布することで絶縁性樹脂層を形成する絶縁性樹脂層形成工程を含む請求項12に記載の発光装置の製造方法。
- 前記半導体発光素子配置工程と前記樹脂層形成工程との間に、前記半導体発光素子の側面を被覆するように設けられ、外側面が上方ほど平面視で外側となるように傾斜した透光性樹脂部材を形成する透光性樹脂部材成工程を含む請求項9又は請求項9を引用する請求項10乃至請求項13の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記外部接続用端子形成工程において、
前記正負の外部接続用端子は、平面視で、互いに向かい合うC字形状を有し、前記C字形状が前記保護素子を包囲するように形成される請求項8乃至請求項14の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
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