JP2022074783A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子を基板に接合する際に接合用の金属部材による不具合の発生を抑えることが可能な発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】発光装置１０は、搭載基板としての基板１１と、基板１１上に配された金属からなる素子載置部１３と、金属からなる素子接合層２４を有し、素子載置部１３の上面上に素子接合層２４を介して接合された支持基板２１並びに支持基板２１上に形成された半導体発光層を含む半導体層を有する発光素子２０と、を含み、発光素子２０は、上面視において、支持基板２１の下面が前記素子載置部１３の上面に対して１の向きに偏倚しており、支持基板２１の下面が素子載置部１３の上面の外縁よりも１の向きに突出するように接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。
従来から、端子及び配線などの導電パターンが設けられた基板と、当該基板の導電パターン上に金属材を介して接合された発光素子を含む発光装置が知られている。
例えば、特許文献１には、実装基板上に設けられた金錫（ＡｕＳｎ）合金からなる接合用層上に発光素子を載置し、加熱しつつ発光素子を上方から押圧して当該接合用層のＡｕＳｎを溶融させ、当該溶融したＡｕＳｎを横方向に押し広げた後冷却凝固させて接合させる技術が開示されている。
特開２０１６－１２７２５４号公報
しかしながら、特許文献１のように、実装基板に対して発光素子を押圧した状態で加熱を行い金属を溶融させて発光素子を接合する場合、当該溶融した金属の一部が接合部分からはみ出して球状に凝固されたはんだボールが形成される可能性がある。はんだボールが他の電極又は配線に接触してしまうと、発光装置内部で短絡等の不具合が発生する可能性がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発光素子を基板に接合する際に接合用の金属部材による不具合の発生を抑えることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
本発明に係る発光装置は、搭載基板と、前記搭載基板上に配された金属からなる素子載置部と、金属からなる素子接合層を有し、前記素子載置部の上面上に前記素子接合層を介して接合された支持基板並びに前記支持基板上に形成された半導体発光層を含む半導体層を有する発光素子と、を含み、前記発光素子は、上面視において、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面に対して１の向きに偏倚しており、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面の外縁よりも前記１の向きに突出するように接合されていることを特徴としている。
また、本発明に係る発光装置の製造方法は、金属からなる素子載置部を上面に有する搭載基板を用意する基板準備工程と、金属からなる素子接合層を有する発光素子を、前記素子載置部上に、前記素子載置部の上面と前記素子接合層とが接するように載置する素子載置工程と、前記発光素子を保持しつつ上方から押圧しつつ加熱及び冷却を行い前記素子接合層が前記素子載置部と前記発光素子とを接合する素子接合工程と、を含み、前記素子載置工程において、前記発光素子は、上面視において、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面に対して１の向きに偏倚され、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面の外縁よりも前記１の向きに突出するように保持されることを特徴としている。
本発明の実施例１に係る発光装置の斜視図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の上面図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の素子載置面の断面拡大図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の製造フローを示す図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の製造フローを示す図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の接合プロファイルである。 本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。 本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。 本発明の実施例２に係る発光装置の断面図である。 本発明の実施例２に係る発光装置の素子載置面の断面拡大図である。 本発明の実施例３に係る発光装置の上面図である。
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。なお、以下の説明において、「材料１／材料２」との記載は、材料１の上に材料２が積層された積層構造を示す。
図１は、実施例１に係る発光装置１０の斜視図である。発光装置１０は、基板１１と、基板１１上に配列されるように形成された素子載置部１３と、素子載置部１３の各々の上面上に載置された発光素子２０と、を有する。実施例１においては、発光装置１０は、基板１１上に並置された３つの発光素子２０を有する。
搭載基板としての基板１１は、例えば、絶縁性を有する基材からなる平板形状を有する基板である。基板１１は、例えば、高い熱伝導性を有するＡｌＮ等の基材からなる。また、基板１１は、上面上に１の方向である長辺方向に沿った方向に互いに離間して配列されるように素子載置部１３及びボンディング部１５が形成されている。なお、実施例１においては、素子載置部１３及びボンディング部１５が形成されている基板１１の上面が素子載置面として機能し、基板１１の下面が実装基板への実装面として機能する。
素子載置部１３及びボンディング部１５は、例えば、基板１１の上面から銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／パラジウム（Ｐｄ）／金（Ａｕ）の順で積層された金属からなる配線電極である。実施例１においては、素子載置部１３及びボンディング部１５が基板１１の上面からＣｕ／Ｎｉ／Ａｕの順で積層されている場合について説明する。なお、ＰｄをＮｉ上に積層することにより、ＮｉのＡｕ表面への析出を抑制してＡｕ層を薄くすることができる。すなわち、素子載置部１３は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ又はＣｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕの金属層がこの順番で積層されて形成されている。
また、基板１１は、上面と下面との間を貫通する図示しない貫通電極を有している。当該貫通電極を介して、素子載置部１３及びボンディング部１５はそれぞれ基板１１の下面に形成されたアノード及びカソードとしてそれぞれ機能する図示しない実装電極に接続されている。なお、素子載置部１３は、各々の上面形状の大きさ及び形状が発光素子２０の底面と略同一の形状及び大きさで形成されている。
発光素子２０は、基板１１の素子載置部１３上に載置された、例えば、発光ダイオードなどの半導体発光素子である。発光素子２０は、例えば、シリコンを主材料とする支持基板２１上に積層された半導体発光層としての発光部２２有する半導体発光素子である。発光部２２は、例えば、ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層を積層させた構造からなる。また、ｎ型半導体層の上面は、発光部２２の各々の上面であり、発光素子２０における光取り出し面として機能する。本実施例においては、ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等を主材料とする窒化物半導体であり、多重量子井戸構造を有する発光層から青色の光を放射する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
また、発光素子２０は、支持基板２１上に発光部２２と離間するように形成された電極パッド２３を有する。電極パッド２３は、発光部２２のｐ型半導体層と電気的に接続されており、発光素子２０のアノード電極として機能する。電極パッド２３は、例えば、Ａｕからなる導電性のボンディングワイヤＢＷを介して基板１１のボンディング部１５と電気的に接続されている。
また、発光素子２０は、下面に素子接合層２４が形成されている。素子接合層２４は、例えば、ＡｕＳｎ合金からなる金属層である。発光素子２０は、素子接合層２４が溶融され素子載置部１３の上面と固着することにより、素子載置部１３上に接合される。また、発光素子２０の支持基板２１は、発光部２２のｎ型半導体層と電気的に接続されており、発光素子２０の下面がカソード電極として機能する。発光素子２０の下面であるカソード電極は、素子接合層２４を介して基板１１の素子載置部１３と電気的に接続されている。
なお、本実施例においては、発光素子２０の各々における発光部２２は、矩形の上面形状を有する。また、基板１１上においては、発光部２２の各々が１列に整列するように配置され且つ、電極パッド２３の各々が発光部２２の配列方向に沿って１列に整列するように配置されている。
上記の通り、発光装置１０は、基板１１と、基板１１上に配された金属からなる素子載置部１３と、金属からなる素子接合層２４を有し、素子載置部１３の上面上に素子接合層２４を介して接合された支持基板２１並びに支持基板２１上に形成された半導体発光層を含む発光部２２を有する発光素子２０と、を含む。
波長変換体３０は、発光素子２０の発光部２２上に図示しない透光性の接着樹脂を介して配されている。また、波長変換体３０は、発光素子２０の各々の発光部２２に亘って一体的に形成されている。波長変換体３０は、発光素子２０の各々からの放出光に対して波長変換を行う。波長変換体３０は、例えば、セリウム（Ｃｅ）をドープしたＹＡＧを主材料とする蛍光体粒子と、ガラス又はアルミナ等のセラミックのバインダとを含む板状の部材を含む。本実施例においては、波長変換体３０は、発光素子２０が放射する青色の光の波長変換を行い、白色の光を放射する波長変換体である。
被覆部材４０は、基板１１上に形成され、発光素子２０の各々を封止し、かつ波長変換体３０の側面を覆う光反射性の部材である。なお、図１においては、発光装置１０の被覆部材４０の内側の構造を図示するため、被覆部材４０の外縁のみを破線で示し、その図示を省略している。
被覆部材４０は、発光素子２０から放出される光及び波長変換体３０から出射される光に対して反射性を有する。被覆部材４０は、例えば、酸化チタン粒子等の光散乱性の粒子を含有する白色の熱硬化性樹脂である。被覆部材４０は、波長変換体３０の上面を露出させるように、基板１１上に形成されている。すなわち、波長変換体３０の上面である被覆部材４０から露出した表面は、発光装置１０における光取り出し面として機能する。
なお、波長変換体３０の上面は、発光装置としての光の出射方向を一様にするために、実装面である基板１１の下面と平行であることが好ましい。また、波長変換体３０の上面からの光の色ムラや輝度ムラを低減するために、波長変換体３０の下面は、複数の発光素子２０の各々の光取り出し面である発光部２２の上面と同一の距離でかつ平行に接着されていることが好ましい。従って、複数の発光素子２０の各々の発光部２２の上面は、実装面である基板１１の下面に対して極力同じ取り付け高さでありかつ互いに平行面とする必要がある。
また、本実施例においては、矩形の断面形状を有する波長変換体３０を用いる場合について説明したが、波長変換体３０の形状はこれに限定されない。例えば、波長変換体３０は、光取り出し面である上面が光入射面である下面よりも小さいサイズとなるように形成されていてもよい。これにより、波長変換体３０の下面から入射されて上面に向かう光を集光することができ、高輝度な光を出射させることが可能となる。
図２は、発光装置１０の上面図を示している。また、図３は、発光装置１０の断面図を示している。なお、図３は、図２におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。なお、図２においては、発光装置１０の波長変換体３０及び被覆部材４０の内側の構造を図示するため、その図示を省略している。
上述の通り、基板１１の上面上には、１の方向に配列されかつ互いに離間するように形成された複数の素子載置部１３及びボンディング部１５が形成されている。素子載置部１３の各々は、例えば、基板１１の短辺方向に沿った辺の長さが約１．１６ｍｍ、基板１１の長辺方向に沿った辺の長さが約０．９９ｍｍで形成されている。また、互いに隣接する素子載置部１３は、例えば、約１００μｍの距離で離間するように形成されている。
また、素子載置部１３の各々の上面上には、複数の発光素子２０がそれぞれ配されている。発光素子２０の各々は、例えば、基板１１の短辺方向に沿った辺の長さが約１．１８ｍｍ、基板１１の長辺方向に沿った辺の長さが約１．０１ｍｍで形成されている。
また、複数の発光素子２０の各々は、素子載置部１３の上面の中心位置に対して、それぞれが１の方向である基板１１の長辺方向に沿った方向にオフセット（辺が並行して端部がずれる）されるように配されている。発光素子２０の各々の１の方向に沿った方向にオフセット量は、例えば、約４０μｍである。
図２においては、発光素子２０は素子載置部１３に対して図中左方向にオフセットされている。発光素子２０は、素子載置部１３への載置時において、オフセットされた方向の側の辺（図中左辺）が素子載置部１３の外縁から突出している。また、発光素子２０は、当該オフセットされた方向の側の辺と対向する辺（図中右辺）が素子載置部１３の内縁に位置している。
すなわち、図２に示す通り、素子載置部１３の上面位置及び発光素子２０が載置される位置においては、発光素子２０が素子載置部１３の端部から突出して発光素子２０の下面から露出しているオーバーハング領域ＯＨと、発光素子２０の下面と素子載置部１３の上面が重なり合う接合領域ＪＣと、素子載置部１３の上面から露出している露出領域ＥＸが形成されている。
また、発光素子２０の各々は、発光素子２０の下面に形成された素子接合層２４を介して素子載置部１３と接合されている。素子接合層２４は、ＡｕＳｎからなる合金であり、発光素子２０を素子載置部１３に載置した後、押圧しつつ加熱溶融、冷却凝固を行うことで、上記のオフセットされた位置に接合される。
言い換えれば、発光素子２０は、上面視において、支持基板２１の下面が素子載置部１３の上面に対して１の向きに偏倚しており、支持基板２１の下面が素子載置部１３の上面の外縁よりも前記１の向きに突出するように接合されている。また、さらに言い換えれば、発光装置１０の素子載置部１３は、基板１１上に１の方向に複数配列されており、発光素子２０の各々は、上面視において、支持基板２１の各々の下面が素子載置部１３の各々の上面に対して１の向きに偏倚しており、支持基板２１の各々の下面が素子載置部１３の各々の上面の外縁よりも１の向きに突出するように接合されている。
発光素子２０を押圧しつつ素子接合層２４を加熱溶融させる際、接合領域ＪＣ内の溶融した余剰の素子接合層２４は接合領域ＪＣの外側へ押し出される。
これにより、図３に示す通り、オーバーハング領域ＯＨにおいて、溶融し押し出された素子接合層２４が支持基板２１の下面に貯留される。これにより溶融し押し出された素子接合層２４が貯留することによってはんだボールの発生を抑えることが可能となる。
なお、上述の通り、発光装置１０は、波長変換体３０の上面からの光の出射方向の統一及び色ムラ、輝度ムラの低減を行うために、複数の発光素子２０の各々の発光部２２の上面が実装面である基板１１の下面と平行とする必要がある。それ故、本発明においては、発光素子２０を素子載置部１３に接合する際に発光素子２０を上方から押圧しつつ接合することにより、それぞれの発光素子２０の発光部２２の上面を基板１１の上面及び下面に対して同じ取り付け高さでありかつ互いに平行面とするようにしている。
また、発光素子２０を押圧しつつ接合を行うため、素子接合層２４を加熱溶融させる際、溶融した素子接合層２４は発光素子２０の支持基板２１と素子載置部１３との接合面の外側へ押し出される。そこで、本発明においては、上記のようにはんだボールの発生を抑えるために発光素子２０を素子載置部１３の上面の中心位置からオフセットさせた位置に接合させている。
仮に、押圧させずに発光素子２０と素子載置部１３を接合させると、上述の取り付け高さの影響に加え、溶融した素子接合層２４の表面張力によるセルフアライメントが生じてしまい発光素子２０の載置位置がずれてしまう。そのため、発光素子２０を素子載置部１３の上面の中心位置からオフセットさせた位置に接合させるためには、押圧しつつ接合を行う必要がある。
ここで、図４を用いて、素子載置部１３の詳細な構造と素子接合層２４の濡れ広がりの挙動を説明する。
図４は、図３の互いに隣接する素子載置部１３、支持基板２１及び素子接合層２４の間のキャビティを示すＢＴ部の拡大断面図である。
素子載置部１３は、基板１１の上面から第１の金属層１３Ａと、第２の金属層１３Ｂと、第３の金属層１３Ｃとが順に積層された矩形の断面上を有する構造で形成されている。第１の金属層１３Ａは、例えば、Ｃｕからなる金属層であり、基板１１の上面上から約５０μｍの厚さで形成されている。また、第２の金属層１３Ｂは、例えば、Ｎｉからなる金属層であり、第１の金属層１３Ａの上面上から約５μｍの厚さで形成されている。また、第３の金属層１３Ｃは、例えば、Ａｕからなる金属層であり、第２の金属層１３Ｂの上面上から約１μｍの厚さで形成されている。また、素子載置部１３の各々は、上記の通り、基板１１の長辺方向に沿った辺の長さが約０．９９ｍｍで形成されている。また、互いに隣接する素子載置部１３は、例えば、約１００μｍの距離で離間するように形成されている。
また、発光素子２０の各々は、上記の通り、発光素子２０の各々の中心位置が素子載置部１３の各々の中心位置に対して、基板１１の長辺方向に沿った方向にオフセットされた位置に素子載置部１３と接合される。また、上記の通り、発光素子２０の各々は、基板１１の長辺方向に沿った辺の長さが約１．０１ｍｍで形成されている。また、発光素子２０の各々の基板１１の長辺方向に沿った方向にオフセット量は、例えば、約４０μｍである。
また、発光素子２０の素子載置部１３への接合前の状態において、発光素子２０の下面には予め薄膜状の素子接合層２４が約２～３μｍの厚さで形成されている。素子接合層２４は、上記の通り、発光素子２０の素子載置部１３への接合時において、発光素子２０が押圧された状態で加熱溶融、冷却凝固され、支持基板２１と素子載置部１３とを接合する。
素子接合層２４は、発光素子２０が押圧された状態で溶融されることによって接合領域ＪＣ内の素子接合層２４が押し広げられ、露出領域ＥＸ及びオーバーハング領域ＯＨに押し出される。
この時、露出領域ＥＸにおいては、押し出された素子接合層２４が素子載置部１３の上面上に濡れ広がる。また、露出領域ＥＸに濡れ広がった素子接合層２４の一部は支持基板２１の側面に這い上がり、素子載置部１３の上面端部から支持基板２１の側面にかけて凹状の表面形状を有するフィレット部としてのフィレットＦＬが形成される。言い換えれば、支持基板２１の素子載置部１３の上面の１の向きと反対の向きを向いた側面には、素子接合層２４が溶出してなるフィレットＦＬが形成されている。
露出領域ＥＸにおいて、素子接合層２４が支持基板２１の側面まで這い上がったフィレットＦＬが形成されることにより、支持基板２１と素子載置部１３との接合強度を向上させることが可能となる。
また、オーバーハング領域ＯＨにおいては、素子載置部１３の上面端部から支持基板２１の下面端部にかけて、押し出された素子接合層２４が表面張力によって凸状の曲面の表面形状を有する金属溜まりとしての貯留部ＰＬが形成される。言い換えれば、支持基板２１の素子載置部１３の上面の外縁よりも１の向きに突出している下面には、素子接合層２４が溶出してなる貯留部ＰＬが形成されている。
なお、素子載置部１３において、素子接合層２４であるＡｕＳｎとの濡れ性が良好な金属層は、Ａｕである第３の金属層１３Ｃのみである。第１の金属層１３ＡであるＣｕ及び第２の金属層１３ＢであるＮｉは、露出されている金属層の表面の各々が酸化膜に覆われており、当該酸化膜はＡｕＳｎとの濡れ性がＡｕよりも乏しい。よって、素子載置部１３は、接合領域ＪＣ内の余剰の素子接合層２４が多量な場合であっても、貯留部ＰＬに貯留された素子接合層２４が第３の金属層１３Ｃよりも下方の側面へ垂れることを抑制することが可能となる。つまり、溶出したＡｕＳｎ層の端部は、素子載置部１３の側面の途中で留まる。
上記のように、発光装置１０によれば、フィレットＦＬ及び貯留部ＰＬは、発光素子２０と素子載置部１３との接合時に接合領域ＪＣ内から押し出された余剰の素子接合層２４を貯留することにより、はんだボールの発生を抑えることが可能となる。
なお、実施例１においては、発光素子２０を素子載置部１３の中心位置から基板１１の長辺方向に沿った方向に約４０μｍオフセットさせて接合させている。すなわち、上面視において発光素子２０と素子載置部１３の重なり合う部分の面積は、発光素子２０及び素子載置部１３の中心位置を合わせて接合させた場合と比較して約４％減少する。しかし、露出領域ＥＸに素子接合層２４のフィレットＦＬが形成されることによって、発光素子２０と素子載置部１３との接合強度は保たれている。
次に、図５及び図６～１１を用いて、本願の実施例に係る発光装置１０の製造手順について説明する。図５は、本願の実施例１に係る発光装置１０の製造手順を示す製造フローである。また、図６～図８及び図１０、１１は、図５に示す製造手順の各ステップにおける発光装置１０の断面図である。また、図９は、発光素子２０と素子載置部１３との接合時における温度と印加荷重のプロファイルを示す図である。
まず、基板準備工程として、図６に示すように、上面上に１の方向に沿って互いに離間して配列されるように形成された素子載置部１３及びボンディング部１５を有する基板１１を用意する（ステップＳ１１）。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、金属からなる素子載置部１３を上面に有する基板１１を用意する基板準備工程を含む。なお、素子載置部１３及びボンディング部１５は、例えば、無電解めっきを実施してシード層を形成した基板１１上にマスクを施し、電界めっきによってＣｕ、Ｎｉ、Ａｕの順で金属層を積層させた後にマスク及びシード層を除去して形成される。
次に、素子載置工程として、図７に示すように、基板１１をダイボンド装置にセットし、素子載置部１３の各々の上面上に発光素子２０を載置する（ステップＳ１２）。上述の通り、発光素子２０の下面には、予め素子接合層２４が形成されている。本ステップにおいては、ダイボンド装置は、素子載置部１３の上面と素子接合層２４とが接するように発光素子２０を載置する。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、金属からなる素子接合層２４を有する発光素子２０を、素子載置部１３上に、素子載置部１３の上面と素子接合層２４とが接するように載置する素子載置工程を含む。また、基板１１は、ダイボンド装置内の加熱ステージＳＴ上に配置されてから発光素子２０が載置されるまでの間、予備加熱が行われている。また、発光素子２０の各々は、加熱可能な吸着ピックアップツール又は吸着コレット等のツールＴＬによって一括的に保持されて素子載置部１３上に載置される。また、上述の通り、発光素子２０の各々は、素子載置部１３の中心位置から１の方向にオフセットされた位置に載置される。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、素子載置工程において、発光素子２０は、上面視において、支持基板２１の下面が素子載置部１３の上面に対して１の向きに偏倚され、支持基板２１の下面が素子載置部１３の上面の外縁よりも１の向きに突出するように保持される。なお、本ステップ終了時においてもツールＴＬの発光素子２０の保持は継続して行われる。
次に、素子接合工程として、図８に示す通り、ダイボンド装置は、ツールＴＬで発光素子２０を保持したまま下方への荷重の印加、加熱及び冷却を行い素子接合層２４を溶融させて支持基板２１と素子載置部１３とを接合する（ステップＳ１３）。言い換えれば、発光装置１０の製造方法は、発光素子２０を保持しつつ上方から押圧しつつ加熱及び冷却を行い素子接合層２４が素子載置部１３と発光素子２０とを接合する素子接合工程を含む。なお、本ステップにおいては上述の通り、発光素子２０に荷重を印加しつつ接合を行っているため、溶融した素子接合層２４の表面張力によって発光素子２０の載置位置が素子載置部１３の中心位置にセルフアライメントされることはない。
図９は、ステップＳ１２及びＳ１３における加熱ステージＳＴ並びにツールＴＬの温度及びツールＴＬが印加する荷重のプロファイルを示す図である。横軸は時間を示しており、左縦軸は加熱ステージＳＴ並びにツールＴＬの温度を示しており、右縦軸はツールＴＬが印加する荷重を示している。
時間Ｔ０～Ｔ１までの間の時間がステップＳ１２の基板１１が加熱ステージＳＴ上に載置されてから、ツールＴＬが素子載置部１３の各々の上面上に発光素子２０を載置した時までの時間を示す。また、時間Ｔ０～Ｔ５までの間の時間がステップＳ１３における加熱ステージＳＴ並びにツールＴＬの温度及びツールＴＬが印加する荷重のプロファイルである。
まず、時間Ｔ０において、基板１１は、ダイボンド装置にセットされ、予めＡｕＳｎの溶融温度以上の所定の温度に加熱された加熱ステージＳＴに載置されて基板１１が予備加熱される。当該予備加熱の間に、ツールＴＬは、例えば、ダイシングシート上でダイシングされた複数の発光素子２０をピックアップする。
次に、時間Ｔ１において、予めＡｕＳｎの溶融温度以下まで冷却されたツールＴＬがピックアップした複数の発光素子２０の下面に形成された素子接合層２４を素子載置部１３の上面に接触させて載置する。
次に時間Ｔ１から時間Ｔ２にかけて、ツールＴＬは、発光素子２０を上方から荷重を印加して所定の荷重値となるまで押圧する。
時間Ｔ２において、ダイボンド装置がツールＴＬの印加荷重が所定の荷重値となったことを検知すると、時間Ｔ２から時間Ｔ３にかけてダイボンド装置はツールＴＬをＡｕＳｎの溶融温度以上の所定の温度になるまで加熱を行う。
時間Ｔ３において、ダイボンド装置がツールＴＬの温度が所定の温度まで加熱されたことを検知すると、ダイボンド装置はツールＴＬを所定の温度、荷重のまま時間Ｔ４までこれを保持する。なお、時間Ｔ３から時間Ｔ４までの間の時間で素子接合層２４は、加熱によって溶融し、素子載置部１３の第３の金属層１３ＣであるＡｕと共晶反応を起こす。
時間Ｔ４において、素子接合層２４と素子載置部１３の第３の金属層１３Ｃとの共晶反応が終了するまで加熱ステージＳＴ並びにツールＴＬの温度及びツールＴＬの荷重が保持された後、ダイボンド装置は時間Ｔ４から時間Ｔ５にかけて加熱ステージＳＴ及びツールＴＬを所定の温度となるまで冷却する。
時間Ｔ５において、ダイボンド装置が素子接合層２４が完全に凝固された所定の温度となるまで冷却されたことを検知すると、ダイボンド装置は時間Ｔ５から時間Ｔ６にかけてツールＴＬが発光素子２０に印加している荷重を減少させていく。
時間Ｔ６において、ダイボンド装置がツールＴＬの発光素子２０に印加している荷重を開放させると、ダイボンド装置はツールＴＬの発光素子２０の吸着を開放し、素子接合工程が終了する。
以上の時間Ｔ０～時間Ｔ６までの間の加熱ステージＳＴ並びにツールＴＬの温度及びツールＴＬが印加する荷重のプロファイルによって、発光素子２０は上述の素子載置部１３に対して１の方向にオフセットされた位置に接合される。
次に、素子載置部１３上に発光素子２０が接合された基板１１をボンディング装置にセットし、電極パッド２３とボンディング部１５とをボンディングワイヤＢＷにて接続する（ステップＳ１４）。なお、ボンディングワイヤＢＷでの接続方法は、電極パッド２３上に圧着ボールを形成してボンディング部１５をステッチ接続する順ボンディングの態様、又は、ボンディング部１５に圧着ボールを形成し予め電極パッド２３上に形成したバンプ上にステッチ接続する逆ボンディングの態様のどちらでもよい。
次に、図１０に示すように、発光素子２０の発光部２２の上面上に波長変換体３０を接着する（ステップＳ１５）。波長変換体３０は、上述の通り、発光素子２０の発光部２２上に図示しない透光性の接着樹脂を介して配され接着される。また、波長変換体３０は、発光素子２０の各々の発光部２２の上面を覆うような位置に配される。
次に、図１１に示すように、基板１１上に発光素子２０の各々を封止し、かつ波長変換体３０の側面を覆うように被覆部材４０を形成する（ステップＳ１６）。被覆部材４０は、原料となる光散乱性の粒子を含有する熱硬化性樹脂を基板１１に塗布し、これを加熱することで形成される。
以上の製造工程を処理することにより、発光装置１０を製造する。
実施例１によれば、発光装置１０は、基板１１と、基板１１上に形成された素子載置部１３と、素子載置部１３上に配された発光素子２０と、を含む。また、発光素子２０は、上面視において、素子載置部１３の中心位置から１の方向にオフセットされた位置に接合される。また、発光装置１０は、上面視において、発光素子２０が素子載置部１３の端部から突出して発光素子２０の下面が露出しているオーバーハング領域ＯＨと、発光素子２０の下面と素子載置部１３の上面が重なり合う接合領域ＪＣと、素子載置部１３の上面が露出している露出領域ＥＸと、を有する。また、発光素子２０と素子載置部１３との接合時において、接合領域ＪＣ内の余剰の素子接合層２４がオーバーハング領域ＯＨ及び露出領域ＥＸに押し出され、貯留部ＰＬ及びフィレットＦＬを形成することにより、はんだボールの発生を抑えることができる。これにより、発光装置１０によれば、発光素子２０を基板１１の素子載置部１３に接合する際に接合用の金属部材による不具合の発生を抑えることが可能となる。
なお、実施例１においては、発光素子２０を１の方向にオフセットさせて接合する際、１の方向を基板１１の長辺方向としたが、当該１の方向はこれに限定されない。すなわち、１の方向は基板１１の短辺方向としてもよい。また、素子配列方向に沿ってボンディング部１５が配列している場合、１の方向は、素子配列方向に沿うことが好ましい。
なお、実施例１においては、素子載置部１３が矩形の断面形状を有するように形成されている場合について説明したが、素子載置部１３の断面形状は、これに限定されない。
図１２は、実施例２に係る発光装置１０Ａの断面図である。図１２に示す断面図は、図３と同様に、図２のＡ－Ａ線に相当する位置における断面を示している。
発光装置１０Ａは、実施例１の発光装置１０と基本的に同様の構成であり、同様の外観を有する。しかし、発光装置１０Ａは、素子載置部６０が柱状の本体部６１と本体部６１の上面上に形成された底面が本体部６１の上面端から側方に突出している錐台部６２とからなる点について異なる。言い換えれば、発光装置１０Ａの素子載置部６０は、柱状の本体部６１と、本体部６１の上面上に形成された底面が本体部６１の上面端から側方に突出している錐台部６２と、を有する。
錐台部６２の上面の面積は、対応する発光素子２０の下面の面積よりも小さい面積に形成されている。また、錐台部６２の底面の外縁は、実施例１の素子載置部１３の上面形状と同様に、基板１１の短辺方向に沿った辺の長さが約１．１６ｍｍ、基板１１の長辺方向に沿った辺の長さが約０．９９ｍｍで形成されている。また、互いに隣接する素子載置部６０の錐台部６２の底面は、例えば、約１００μｍの距離で離間するように形成されている。
発光素子２０は、実施例１と同様に、素子載置部６０の中心位置から１の方向にオフセットされた位置に接合される。この時、オーバーハング領域ＯＨ、接合領域ＪＣ及び露出領域ＥＸを画定する端部は、錐台部６２の底面の端部となる。
図１３は、図１２の互いに隣接する素子載置部６０、支持基板２１及び素子接合層２４の間のキャビティを示すＢＴ部の拡大断面図である。
錐台部６２は、本体部６１の上面から第１の金属層６２Ａと、第２の金属層６２Ｂと、第３の金属層６２Ｃとが順に積層された構造を有する。第１の金属層６２Ａは、本体部６１と同一の材料からなり、例えば、Ｃｕ等の金属からなる。また、本体部６１及び第１の金属層６２Ａは、例えば、電界めっきによって一体的に形成される。また、基板１１の上面から第１の金属層６２Ａの上面までの高さは、約５０μｍの高さで形成されている。
第２の金属層６２Ｂは、例えば、電界めっきによって形成されたＮｉからなる金属層であり、第１の金属層６２Ａの上面及び側面を覆うように約５μｍの厚さで形成されている。また、第３の金属層６２Ｃは、例えば、電界めっきによって形成されたＡｕからなる金属層であり、第２の金属層６２Ｂの上面及び側面を覆うように約１μｍの厚さで形成されている。
上記の通り、発光素子２０は、素子載置部６０の中心位置から１の方向に約４０μｍオフセットされた位置に接合される。また、この接合においては、実施例１と同様に、発光素子２０を上方から押圧しつつ加熱、冷却を行うことで素子接合層２４と第３の金属層６２Ｃとを共晶接合する。
発光素子２０と素子載置部６０との接合時、素子接合層２４は、発光素子２０が押圧されつつ溶融されることによって接合領域ＪＣ内の余剰の素子接合層２４が押し広げられ、露出領域ＥＸ及びオーバーハング領域ＯＨに押し出される。
この時、溶融し押し出された素子接合層２４は、接合領域ＪＣのオーバーハング領域ＯＨに面している錐台部６２の側面部に濡れ広がる。当該錐台部６２の側面は、その側面上に溶融した素子接合層２４を貯留することによって、接合領域ＪＣの接合時に余剰の素子接合層２４の量を低減することが可能となる。
また、露出領域ＥＸにおいては、溶融して押し出された素子接合層２４が第３の金属層６２Ｃと共晶反応しつつ錐台部６２の側面の下端まで濡れ広がる。また、露出領域ＥＸに濡れ広がった素子接合層２４の一部は、支持基板２１の側面に這い上がり、錐台部６２の側面の下端から支持基板２１の側面にかけてフィレットＦＬを形成する。素子接合層２４が錐台部６２の側面の下端まで濡れ広がりかつフィレットＦＬを形成することによって、露出領域ＥＸはより多くの余剰の素子接合層２４を貯留することが可能となる。
また、オーバーハング領域ＯＨにおいては、錐台部６２の側面の下端から支持基板２１の下面端部にかけて、押し出された素子接合層２４が表面張力によって凸状の曲面の表面形状を有する貯留部ＰＬが形成される。錐台部６２の側面まで素子接合層２４が濡れ広がることによって、オーバーハング領域ＯＨはより多くの余剰の素子接合層２４を貯留することが可能となる。すなわち、発光装置１０Ａの素子接合層２４は、錐台部６２の上面及び側面に亘って延在している。
また、実施例２の発光装置１０Ａの素子接合層２４と素子載置部６０の接する面積は、実施例１の発光装置１０の素子接合層２４と素子載置部１３の接する面積よりも大きい。これにより、発光素子２０と素子載置部６０の接合強度をより高くすることが可能となる。
また、実施例２の発光装置１０Ａは、素子接合層２４が錐台部６２の側面の下端まで濡れ広がることによって、素子接合層２４が錐台部６２を挟み込むような形状で接合されている。これにより、発光素子２０が駆動して発熱を繰り返す場合において、素子接合層２４と素子載置部６０とが剥離しにくくなり、長期信頼性を向上させることが可能となる。
実施例２によれば、発光装置１０Ａは、素子載置部６０が柱状の本体部６１と本体部６１の上面上に形成された底面が本体部６１の上面端から側方に突出している錐台部６２とからなる。また、素子接合層２４が錐台部６２の側面の下端まで濡れ広がることにより、素子載置部６０上により多くの余剰の素子接合層２４を貯留することが可能となる。
実施例２の発光装置１０Ａによれば、接合領域ＪＣ、オーバーハング領域ＯＨ及び露出領域ＥＸは、より多くの余剰の素子接合層２４を貯留することができ、より確実にはんだボールの発生を抑えることが可能となる。
また、実施例１においては、発光素子２０を素子載置部１３の中心位置から１の方向にオフセットされた位置に接合する場合について説明したが、発光素子２０のオフセット方向は、複数の方向であってもよい。
図１４は、実施例３に係る発光装置１０Ｂの上面図である。発光装置１０Ｂは、実施例１の発光装置１０と基本的に同様の構成であるが、発光素子２０を載置する際に素子載置部１３の中心位置からオフセットさせる方向を基板１１の長辺方向及び短辺方向の両方とする点について異なる。
実施例１の発光装置１０は、発光素子２０の載置位置のオフセット方向が１の方向のみであるため、フィレットＦＬは発光素子２０の側面のうち１の側面に形成される。
実施例３の発光装置１０Ｂにおいては、発光素子２０を素子載置部１３の中心位置から基板１１の長辺方向及び短辺方向の両方にオフセットして素子載置部１３と接合する。すなわち、基板１１の長辺方向に沿った断面方向において、オーバーハング領域ＯＨ１、接合領域ＪＣ１及び露出領域ＥＸ１が形成される。また、基板１１の短辺方向に沿った断面方向において、オーバーハング領域ＯＨ２、接合領域ＪＣ２及び露出領域ＥＸ２が形成される。言い換えれば、発光素子２０は、上面視において、支持基板２１の下面が素子載置部１３の上面に対して１の向き及び１の向きと異なる向きの他の向きに偏倚しており、支持基板２１の下面が素子載置部１３の上面の外縁よりも１の向き及び他の向きに突出するように接合されている。これにより、発光装置１０Ｂによれば、フィレットＦＬは発光素子２０の側面のうち２の側面に形成されるので、発光素子２０と素子載置部１３との接合強度をより向上させることが可能となる。
なお、発光素子２０のオフセット量は、はんだボールの発生と発光素子２０と素子載置部１３との接合強度を考慮して適宜設定すればよい。具体的には、発光素子２０のオフセット量は、接合領域の面積減少率が実施例１と同様に４％となるように長辺方向及び短辺方向において調整してもよい。これにより、発光装置１０Ｂは、実施例１と同等にはんだボールの発生を抑えることが可能となり、さらに発光素子２０と素子載置部１３との接合強度を向上させることが可能となる。
また、発光素子２０のオフセット量は、例えば、基板１１の長辺方向においては実施例１と同様に約４０μｍの距離とした上で、短辺方向においてさらに増やしてもよい。これにより、発光装置１０Ｂは、実施例１よりもさらにはんだボールの発生を抑えることが可能となる。
なお、上述した実施例の各々においては、基板１１上に基板１１の長辺に沿った方向に複数の発光素子２０が配列された発光装置である場合について説明した。しかし、基板１１に搭載される発光素子２０の数量は単数であってもよい。例えば、上面に金属からなる配線パターンが形成されている基板を用いる場合等において、発光素子を接合する接合用の金属部材による不具合の発生を抑えることが可能となる。
また、上述した実施例の各々においては、平板形状の基板１１を用いる場合について説明したが、基板１１は、上面の外縁部に上方に向かって伸長する枠体を備えていてもよい。具体的には、基板１１の当該枠体に囲まれた領域に素子載置部１３、ボンディング部１５、発光素子２０、波長変換体３０を配し、被覆部材４０の原料を充填するようにしてもよい。この場合、基板１１の上面から枠体の上面までの高さは、波長変換体３０の上面の取り付け高さと同等以下の高さが好ましい。
なお、上記に示した実施例の各々は、一例に過ぎない。例えば、上記した種々の実施例は組み合わせることができる。例えば、実施例２の素子載置部６０に対して、実施例３のように発光素子２０の載置位置を素子載置部１３の中心位置から基板１１の長辺方向及び短辺方向の両方にオフセットさせてもよい。
１０ 発光装置
１１ 基板
１３ 素子載置部
１５ ボンディング部
２０ 発光素子
２１ 支持基板
２２ 発光部
２３ 電極パッド
２４ 素子接合層
３０ 波長変換体
４０ 被覆部材
６０ 素子載置部
６１ 本体部
６２ 錐台部

Claims (8)

  1. 搭載基板と、
    前記搭載基板上に配された金属からなる素子載置部と、
    金属からなる素子接合層を有し、前記素子載置部の上面上に前記素子接合層を介して接合された支持基板並びに前記支持基板上に形成された半導体発光層を含む半導体層を有する発光素子と、を含み、
    前記発光素子は、上面視において、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面に対して１の向きに偏倚しており、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面の外縁よりも前記１の向きに突出するように接合されていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記素子載置部は、柱状の本体部と、前記本体部の上面上に形成された底面が前記本体部の上面端から側方に突出している錐台部と、を有し、
    前記素子接合層が溶出してなる金属層が、前記錐台部の上面及び側面に亘って延在していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記支持基板の前記素子載置部の上面の外縁よりも前記１の向きに突出している下面には、前記素子接合層が溶出してなる金属溜まりが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記支持基板の前記素子載置部の上面の前記１の向きと反対の向きを向いた側面には、前記素子接合層が溶出してなるフィレット部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  5. 前記素子載置部は前記搭載基板上に１の方向に複数配列されており、前記発光素子は当該複数配列された前記素子載置部の各々の上面上に配され、前記発光素子の各々は、上面視において、前記支持基板の各々の下面が前記素子載置部の各々の上面に対して１の向きに偏倚しており、前記支持基板の各々の下面が前記素子載置部の各々の上面の外縁よりも前記１の向きに突出するように接合されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 前記発光素子は、上面視において、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面に対して前記１の向き及び前記１の向きと異なる向きの他の向きに偏倚しており、前記支持基板の下面が前記素子載置部の上面の外縁よりも前記１の向き及び前記他の向きに突出するように接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 前記素子載置部は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ又はＣｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕの金属層がこの順で前記搭載基板上に積層されて形成されており、前記素子接合層は金錫合金からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。
  8. 発光装置の製造方法であって、
    金属からなる素子載置部を上面に有する搭載基板を用意する基板準備工程と、
    金属からなる素子接合層を有する発光素子を、前記素子載置部上に、前記素子載置部の上面と前記素子接合層とが接するように載置する素子載置工程と、
    前記発光素子を保持しつつ上方から押圧しつつ加熱及び冷却を行い前記素子接合層が前記素子載置部と前記発光素子とを接合する素子接合工程と、を含み、
    前記素子接合工程において、前記発光素子は、上面視において、前記発光素子の下面が前記素子載置部の上面に対して１の向きに偏倚され、前記発光素子の下面が前記素子載置部の上面の外縁よりも前記１の向きに突出するように保持されることを特徴とする発光装置の製造方法。
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