JP2023140834A - Light-emitting device and method for manufacturing light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子を含む発光装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting device including a semiconductor light emitting element and a method for manufacturing the same.
従来から、基板と、当該基板上に実装された半導体発光層を有する発光素子と、発光素子から放出された光の波長を変換する波長変換体と、波長変換体の光出光面を除く部分を封止しかつ発光素子及び波長変換体からの光を反射する光反射体を含む発光装置が知られている。 Conventionally, a substrate, a light emitting element having a semiconductor light emitting layer mounted on the substrate, a wavelength converter that converts the wavelength of light emitted from the light emitting element, and a portion of the wavelength converter excluding the light emitting surface have been described. 2. Description of the Related Art A light-emitting device is known that includes a light reflector that is sealed and reflects light from a light-emitting element and a wavelength converter.
例えば、特許文献1には、基板と、当該基板に搭載された発光素子と、発光素子の上面上に配された光透過部材と、発光素子の上面と光透過部材の下面との間に介在しかつ発光素子からの出射光を光透過部材に導光する樹脂材料からなる導光部材と、を有する発光装置が開示されている。
For example,
特許文献1に記載の発光装置においては、導光部材が発光素子の上面から側面に至る領域にまで形成されている。このような導光部材を、例えばシリコンからなる支持基板を用いた発光素子に適用した場合、発光素子からの放射光が導光部材によって当該支持基板の側面に導光されてしまう。支持基板の側面に放射光が導光されると、当該放射光が支持基板によって吸光されてしまい、発光装置の光取り出し効率が低下してしまうという問題があった。
In the light emitting device described in
また、導光部材を発光素子の上面上にのみ形成する場合、製造時に光透過部材が発光素子の上面に対して傾いた状態で搭載されると、導光部材の樹脂材料が発光素子の上面から当該発光素子の側面に漏れ出す不具合を起こす可能性がある。 In addition, if the light guide member is formed only on the top surface of the light emitting element, if the light transmitting member is mounted at an angle with respect to the top surface of the light emitting element during manufacturing, the resin material of the light guide member may be formed on the top surface of the light emitting element. There is a possibility that a problem may occur in which the liquid leaks from the side surface of the light emitting element.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、樹脂材料の支持基板側面への漏れ出しによる不具合を抑制しつつ発光装置の光取り出し効率を向上させることが可能な発光装置及び発光装置の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a light emitting device and a light emitting device that can improve the light extraction efficiency of the light emitting device while suppressing problems caused by leakage of resin material to the side surface of the support substrate. The purpose is to provide a manufacturing method for.
本発明に係る発光装置は、1の主面上に配線電極を備える搭載基板と、前記搭載基板の前記1の主面上に配されかつ矩形状の上面形状を有する支持基板、前記支持基板の上面の1の辺に沿った1の領域に亘って延在している電極パッド、及び前記支持基板の上面の他の領域に形成されかつ発光層を含む半導体構造層を有する発光素子と、前記電極パッド上の前記支持基板の前記1の辺に沿った方向に離間して配された金属バンプと、前記配線電極と前記金属バンプの各々とに接続された金属ワイヤと、蛍光体粒子及び前記蛍光体粒子よりも大きな粒径を有する透光性のスペーサ粒子を含みかつ透光性の樹脂を母材とし、前記支持基板上において前記半導体構造層を覆いかつ前記電極パッド上まで延在する波長変換層と、前記波長変換層上に配され、前記半導体構造層の上面を覆いかつ前記金属バンプ上まで延在する透光部材と、を有することを特徴としている。 A light emitting device according to the present invention includes: a mounting substrate having a wiring electrode on one main surface; a supporting substrate disposed on the one main surface of the mounting substrate and having a rectangular top surface shape; a light emitting element having an electrode pad extending over one region along one side of the upper surface, and a semiconductor structure layer formed on another region of the upper surface of the support substrate and including a light emitting layer; metal bumps spaced apart in a direction along the first side of the support substrate on the electrode pad; metal wires connected to each of the wiring electrodes and the metal bumps; phosphor particles and the metal bumps; A wavelength that includes light-transparent spacer particles having a larger particle size than the phosphor particles and is made of a light-transparent resin as a base material, covers the semiconductor structure layer on the support substrate, and extends to above the electrode pad. It is characterized by comprising a conversion layer, and a light-transmitting member disposed on the wavelength conversion layer, covering the upper surface of the semiconductor structure layer, and extending to above the metal bumps.
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。 Examples of the present invention will be described in detail below. In the following description and accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.
図1~図3を参照しつつ、実施例1に係る発光装置100の構成について説明する。図1は、実施例1に係る発光装置100の上面図である。また、図2は、図1に示した発光装置100のA-A線に沿った断面図である。また、図3は、図1に示した発光装置100のB-B線に沿った断面図である。
The configuration of a
(発光装置100)
発光装置100は、上面に凹部を有する基板構造体10と、基板構造体10の凹部底面に配された発光素子20と、発光素子20の上面に波長変換層40を介して配された透光部材50と、を有する。また、発光装置100は、それぞれが基板構造体10の凹部の底面に形成された第1の搭載電極15、第2の搭載電極16、第1の配線電極17、第2の配線電極18及び第3の配線電極19、並びに基板構造体10の凹部底面に配された保護素子30と、を有する。
(Light emitting device 100)
The
また、発光素子20は矩形状の上面形状を有しかつ1の辺である辺21Eを有する支持基板21と、支持基板21の上面上に互いに離間して配された矩形状の上面形状を有する半導体構造層22及び電極パッド23と、を備える。
Further, the
以下の説明において、基板構造体10の凹部が開口する側の方向を上方として説明を行う。
In the following description, the direction on the side where the recessed portion of the
なお、図1に示すB-B線は、上面視において発光素子20の半導体構造層22の上面の中心点を通りかつ辺21Eに対して垂直な方向の直線である。また、図1に示すB-Bに直交する一点鎖線は、発光素子20の半導体構造層22の上面の中心点を通りかつ辺21Eに対して平行な方向の直線である。
Note that the line BB shown in FIG. 1 is a straight line passing through the center point of the upper surface of the
また、図1~図3に示す中心軸Oは、B-B線と一点鎖線とが交差する点、すなわち半導体構造層22の上面の中心点を通りかつ半導体構造層22の上面に対して垂直な軸線である。
Further, the central axis O shown in FIGS. 1 to 3 passes through the point where the line BB intersects with the dashed line, that is, the center point of the upper surface of the
(基板構造体10)
搭載基板としての基板構造体10は、上面形状が矩形でありかつ上面に凹部を有する絶縁性材料からなる構造体である。基板構造体10は、図2及び図3に示すように、平板上の平板部11及び平板部11の上面上に配された枠状の枠体部13からなる。
(Substrate structure 10)
The
平板部11は、上面形状が矩形の絶縁基板である。枠体部13は、平板部11の上面上において、平板部11の上面の中央の領域が露出するように開口されている枠形状を有する部材である。すなわち、枠体部13は、平板部11の上面の外縁部の領域において上方に突出し、平板部11の上面の中央部を囲む壁部として機能する。従って、基板構造体10には、枠体部13の開口部の内側面及び平板部11の上面によって、上方に開放された凹部が形成されている。
The
平板部11及び枠体部13には、例えば、基材として窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックを用いることができる。本実施例においては、絶縁性を有しかつ高い熱伝導性を有するAlNを基材とした平板部11及び枠体部13を用いた。また、本実施例においては、平板部11及び枠体部13を別個に形成し、枠体部13を平板部11の上面に図示しない接着剤を用いて接合し、基板構造体10とした。なお、平板部11及び枠体部13が一体成型された基板構造体10を用いることもできる。
For the
第1の搭載電極15、第2の搭載電極16、第1の配線電極17、第2の配線電極18及び第3の配線電極19は、それぞれ平板部11の上面に導電性の金属で形成されている。第1、第2の搭載電極15、16及び第1、第2、第3の配線電極17、18、19の各々は、基板構造体10の凹部の底面にそれぞれ露出している。第1、第2の搭載電極15、16及び第1、第2、第3の配線電極17、18、19は、例えば、銅(Cu)からなる金属が平板部11の上面にパターン形成され、その表面にニッケル(Ni)及び金(Au)が順に積層されている。
The
第1の搭載電極15は、その上面上に発光素子20が載置される素子載置電極である。また、第2の搭載電極16は、その上面上に保護素子30が載置される素子載置電極である。
The first mounting
第1、第2、第3の配線電極17、18、19は、第1、第2及び第3の接続ワイヤ25、27及び37によって、発光素子20及び保護素子30の上面にそれぞれ設けられた電極パッドと電気的に接続されるボンディングパッドとして機能する。すなわち、平板部11は、1の主面である上面に第1、第2の搭載電極15、16及び第1、第2、第3の配線電極17、18、19を備え、発光素子20及び保護素子30を搭載する搭載基板として機能する。
The first, second and
本実施例においては、第1、第2及び第3の配線電極17、18及び19の各々は、例えば、平板部11の上面、平板部11の上面と枠体部13の下面との間、又は平板部11の上面と下面の間に設けられた図示しない配線パターンによって電気的に導通するように形成されている。また、第1、第2、第3の配線電極17、18、19は、平板部11の上面から下面まで貫通する貫通電極(図示せず)又は平板部11の側面の一部において平板部11の上面から下面まで形成された側面配線(図示せず)を介して、基板構造体10の下面に形成された第1の外部電極と電気的に接続される。
In this embodiment, each of the first, second, and
また、同様に、第1の搭載電極15と第2の搭載電極16も電気的に接続されており、貫通電極又は側面配線によって第1の外部電極と離間された第2の外部電極と電気的に接続されている。
Similarly, the first mounting
(発光素子20)
発光素子20は、基板構造体10の第1の搭載電極15上に、導電性の素子接合層60を介して配された発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等の半導体発光素子である。本実施例においては、発光素子20として、青色の光を放射するLED素子を用いた。
(Light emitting element 20)
The
発光素子20は、導電性のシリコン(Si)からなり、1の辺である辺21Eを有する矩形の上面形状を有する支持基板21を備えている。また、発光素子20は、矩形の上面形状を有し、かつ反射電極層を介してp型半導体層、量子井戸構造を有する発光層、n型半導体層が順に積層された構造を有する半導体構造層22が支持基板21の上面上に貼り合わされている。
The
また、発光素子20は、支持基板21の上面上に、半導体構造層22と所定の間隔で離間して形成され、かつ支持基板21の辺21Eに沿った領域に延在するように形成された矩形の上面形状を有する電極パッド23を備える。また、電極パッド23は、最表面に金(Au)からなる導電性の光反射性の金属膜を有している。
Further, the
本実施例においては、支持基板21は、1の辺である辺21Eを短辺とする長方形の上面形状を有する。また、半導体構造層22は、支持基板21の上面上に、支持基板21の短辺よりも小さい長さの辺を有する正方形の上面形状を有する。また、電極パッド23は、辺21Eに沿ってかつかつ半導体構造層22の上面の辺と略同等の長さの辺を長辺する長方形の上面形状を有する。
In this embodiment, the
すなわち、本実施例の発光素子20は、支持基板21の上面上に、辺21Eに沿った1の領域に亘って延在するように形成された電極パッド23及び電極パッド23と所定の間隔で離間した他の領域に形成された半導体構造層22が配列されている。なお、本実施例で用いた発光素子20は、上面視における半導体構造層22の領域面積が約4/5であり、電極パッド23の面積の面積が約1/10である。
That is, the
発光素子20は、支持基板21の半導体構造層22及び電極パッド23が設けられた上面が基板構造体10の平板部11の上面に対して上方に向く方向で素子接合層60を介して第1の搭載電極15上に配されている。すなわち、発光素子20は、支持基板21の下面(発光素子20の裏面)が第1の搭載電極15に対向する向きで、第1の搭載電極15上に接合されている。
The
発光素子20は、半導体構造層22のn型半導体層と支持基板21とが電気的に接続され、半導体構造層22のp型半導体層と電極パッド23とが電気的に接続されている。従って、発光素子20において、n型半導体層と電気的に接続された支持基板21が発光素子20のカソードとして機能し、p型半導体層と電気的に接続された電極パッド23がアノードとして機能する。
In the
また、発光素子20は、例えば、支持基板21の下面に金(Au)等の金属層を含む下面電極(図示せず)を有しており、当該下面電極と第1の搭載電極15とが導電性の素子接合層60を介して接合している。
Further, the
素子接合層60は、導電性を有し、基板構造体10の第1の搭載電極15と発光素子20の下面電極とを接合する接合層である。本実施例においては、素子接合層60に金錫(AuSn)の共晶層を用いて発光素子20の接合している。
The
(保護素子30)
保護素子30は、例えば、ツェナーダイオード等の逆電圧保護素子である。保護素子30は、発光素子20に外部から過電圧が印加された場合(例えば、静電気等)に、発光素子20を保護するように動作する。保護素子30は、下面にアノード電極である接合電極(図示せず)を備えており、素子接合層60を介して、第2の搭載電極16に接合及び電気的に接続されている。また、保護素子30は、上面にカソード電極である電極パッド33を備えている。
(Protective element 30)
The
また、保護素子30は、発光素子20と互いに極性が逆となるように接続されている。
Further, the
(接続ワイヤ)
第1の接続ワイヤ25は、電極パッド23と第1の配線電極17とを接続するボンディングワイヤである。第1の接続ワイヤ25は、一方の端が電極パッド23上に形成された金属バンプ26を介して電極パッド23に接合されており、他端が第1の配線電極17に接続されている。
(connection wire)
The
第2の接続ワイヤ27は、電極パッド23と第2の配線電極18とを接続するボンディングワイヤである。第2の接続ワイヤ27は、一方の端が電極パッド23上に形成された金属バンプ28を介して電極パッド23に接合されており、他端が第2の配線電極18に接続されている。
The
従って、発光素子20は、半導体構造層22のカソードが支持基板21を介して第1の搭載電極15と接続され、半導体構造層22のアノードが電極パッド23及び第1の接続ワイヤ25及び第2の接続ワイヤ27を介して第1の配線電極17及び第2の配線電極18のそれぞれと接続されている。
Therefore, in the
金属バンプ26及び金属バンプ28は、発光素子20の電極パッド23の上面に、支持基板21の辺21Eに沿った方向に互いに離間して設けられている。具体的には、金属バンプ26及び28の各々は、図2に示すように、電極パッド23上において、支持基板21の辺21Eに沿った方向の両端部から距離BAの範囲の領域にそれぞれ設けられている。
The metal bumps 26 and the metal bumps 28 are provided on the upper surface of the
距離BAは、電極パッド23の端部から支持基板21の辺21Eに沿った方向の長さPWの1/4の以下(BA≦PW/4)であることが好ましい。好適には、1/5以下(BA≦PW/5)が良い。
It is preferable that the distance BA is 1/4 or less of the length PW in the direction from the end of the
また、電極パッド23領域内の第1及び第2の接続ワイヤ25及び27は、図1及び図2に示すように、発光素子20の上面視及び水平視において、延伸方向が支持基板21の辺21Eと略平行となるように配している。また、第1及び第2の接続ワイヤ25及び27は、水平視において、電極パッド23及び透光部材50と離間するように配されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the first and
このように、第1及び第2の接続ワイヤ25及び27を電極パッド23の端部に設けること、また辺21Eに略平行に設けることにより、製造時に波長変換層40の前駆体樹脂が漏れ出すことを防止できる(詳細は後述する)。
In this way, by providing the first and
第3の接続ワイヤ37は、電極パッド33と第3の配線電極19とを接続するボンディングワイヤである。第3の接続ワイヤ37は、一方の端が電極パッド33上に形成された金属バンプ38を介して電極パッド33に接合されており、他端が第3の配線電極19に接続されている。
The
本実施例では、各々の金属バンプ及び各々の接続ワイヤ材に金(Au)を用い、金属バンプ26、28、38の高さを約20μm、第1、第2、第3の接続ワイヤ25、27、37の外径を30μmとしている。すなわち、各々の金属バンプの下面から接続ワイヤの頂部までの高さは約50μmである。
In this embodiment, gold (Au) is used for each metal bump and each connection wire material, the height of the metal bumps 26, 28, and 38 is approximately 20 μm, and the first, second, and
(波長変換層40)
波長変換層40は、入光した光をより波長の長い光に変換して出光する波長変換部である。波長変換層40は、透光性を有する樹脂材と、当該樹脂材中に分散された蛍光体粒子及びスペーサ粒子45からなる。
(Wavelength conversion layer 40)
The
なお、以下の説明では、波長変換層40内において、蛍光体粒子を含む樹脂材を波長変換樹脂43として説明を行う。すなわち、波長変換層40は、蛍光体粒子を含む波長変換樹脂43にスペーサ粒子45が分散されている層である。
In the following description, the resin material containing phosphor particles in the
波長変換樹脂43は、発光素子20の上面上において、支持基板21の上面上の半導体構造層22及び電極パッド23の上面を覆うように配されている。また、波長変換樹脂43は、発光素子20の上面と波長変換層40の上面上に配される透光部材50の下面とを光学的に結合すると共に接着する接着剤としても機能する。
The
スペーサ粒子45は、例えば、透光性を有しかつ軟質ガラス又は樹脂からなる球状粒子である。スペーサ粒子45は、波長変換層40内において、発光素子20の半導体構造層22の上面内に収まるように分散されている。また、スペーサ粒子45は、半導体構造層22の上面及び半導体構造層22の上面に対向する透光部材50の下面の双方に接している。これにより、スペーサ粒子45は、半導体構造層22の上面と透光部材50の下面との間を、スペーサ粒子45の外径に応じた所定の間隔にかつ略平行とすることができる。
The
本実施例においては、樹脂材として熱硬化性のシリコーン樹脂を用いた。また、本実施例においては、蛍光体粒子として粒径5μm~30μmのセリウム(Ce)をドープしたイットリウムアルミニウムガーネット(YAG:Ce、Y3Al5O12:Ce)の粒子を用いた。また、本実施例において、波長変換樹脂43は、発光素子20が放射する青色光の一部を黄色光に波長変換し、白色光を放射するように蛍光体粒子の含有率が調整されている。
In this example, thermosetting silicone resin was used as the resin material. Further, in this example, particles of yttrium aluminum garnet (YAG:Ce, Y 3 Al 5 O 12 :Ce) doped with cerium (Ce) and having a particle size of 5 μm to 30 μm were used as the phosphor particles. In addition, in this embodiment, the content of phosphor particles in the
また、本実施例においては、スペーサ粒子45として、外径が約70μmで形成された軟質ガラスを用いた。よって、蛍光体粒子を波長変換層40内に浮遊でき、また第1、第2の接続ワイヤ25、27を発光素子20の上面及び透光部材50の下面から離間することができる。
Further, in this example, soft glass having an outer diameter of approximately 70 μm was used as the
(透光部材50)
透光部材50は、板状の形状を有し、発光素子20の上面上に波長変換層40を介して配されている。透光部材50は、例えば、ガラス又はアルミナ(Al2O3)からなり、下面から入光した発光素子20の放射光及び波長変換層40の蛍光を当該透光部材50から上面から出光させる非散乱性かつ透光性の部材である。すなわち、透光部材50の上面は発光装置100の出光である。
(Transparent member 50)
The light-transmitting
透光部材50は、上面視において、発光素子20の上面と対向する下面の形状が、半導体構造層22の上面を覆いかつ電極パッド23の上面上まで延伸した形状を有している。言い換えれば、透光部材50は、波長変換層40上に配され、半導体構造層22の上面を覆いかつ電極パッド23上の金属バンプ26及び28の上方まで延在している。
The light-transmitting
本実施例においては、ガラス製の透光部材50が矩形の断面形状を有しかつ上面視における外形形状が発光素子20の上面と略同等の形状を有するように形成されている。
In this embodiment, the
(被覆部材70)
被覆部材70は、波長変換層40及び透光部材50の側方に向かう光を反射する光反射部材である。被覆部材70は、基板構造体10の凹部である平板部11の上面、発光素子20の側面、波長変換層40の側面及び透光部材50の側面を覆い、また透光部材50の上面を露出するように枠体部13の内側面に囲まれた領域内に配置している。
(Coating member 70)
The covering
被覆部材70は、例えば、光散乱性の粒子を含み、発光素子20及び波長変換層40から出光する光を反射する光反射性を有する樹脂材料である。本実施例においては、光散乱性粒子である酸化チタン(TiO2)粒子が分散された熱硬化性のシリコーン樹脂を用いた。
The covering
(発光装置100の製造方法)
次に、図4~図11を用いて、本実施例の発光装置100の製造方法について説明する。
(Method for manufacturing light emitting device 100)
Next, a method for manufacturing the
図4は、本発明の実施例1に係る発光装置100の製造フローを示す図である。また、図5及び図6は、波長変換層40の前駆体樹脂43Mの塗布位置を示す図である。なお、図5、図8及び図11においては、図1に示したA-A線に沿った断面を示している。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing flow of the
(ステップS11)
まず、図1~図3に示すような、上面に第1、第2の搭載電極15、16並びに第1、第2、第3の配線電極17、18、19を備えた平板部11、及び平板部11の上面に配されかつ平板部11の上面を露出するように開口された枠体部13からなる基板構造体10を準備する工程を行う(ステップS11、基板準備工程)。本ステップにおいては、AlNからなる平板部11に各々の搭載電極、配線電極のパターンとなるようにCu、Ni、Auの順にめっきを施して平板部11とした。また、平板部11の各々の搭載電極及び配線電極が形成された上面にAlNからなる枠体部13を接着して基板構造体10を形成した。
(Step S11)
First, as shown in FIGS. 1 to 3, a
(ステップS12)
次に、図1~図3に示すように、基板構造体10の上面上に発光素子20及び保護素子30を接合する工程を行う(ステップS12、素子接合工程)。本ステップにおいては、まず、素子接合層60の原料である、AuSn粒子とフラックスが混合されたペーストを第1の搭載電極15及び第2の搭載電極16の上面上に塗布する。次に、発光素子20及び保護素子30のそれぞれの下面が対応する搭載電極上に塗布されたそれぞれのペーストに接するように、発光素子20及び保護素子30を第1の搭載電極15及び第2の搭載電極16の上面上に載置する。
(Step S12)
Next, as shown in FIGS. 1 to 3, a step of bonding the
その後、この状態の基板構造体10をリフロー炉にて約300℃に加熱してペーストに含まれるAuSn粒子を溶融及び固化させて、発光素子20と第1の搭載電極15と、及び保護素子30と第2の搭載電極16と、をそれぞれ接合する素子接合層60を形成する。
Thereafter, the
(ステップS13)
次に、図1~図3に示すように、発光素子20及び保護素子30のそれぞれの上面上に形成された電極パッドと対応する各々の配線電極とを接続する各々の接続ワイヤを形成する工程を行う(ステップS13、ワイヤボンディング工程)。本ステップにおいては、基板構造体10をボンディング装置にセットし、各々の接続ワイヤを形成する。
(Step S13)
Next, as shown in FIGS. 1 to 3, a step of forming connection wires connecting the electrode pads formed on the upper surfaces of the
第1の接続ワイヤ25において、まず、金属線の先端にフリーエアボール形成し、発光素子20の電極パッド23の上面の支持基板21の辺21Eに沿った方向の一方の端部領域に圧着する。その後、圧着したフリーエアボールの金属線を切断して金属バンプ26を形成する。
In the
次に、金属線の先端に再度フリーエアボールを形成し、第1の配線電極17の上面に圧着し、金属線を第1の接続ワイヤ25の形状となるように引き回した後、当該金属線を金属バンプ26上に圧着する。その後金属線を切断して第1の接続ワイヤ25を形成する。
Next, a free air ball is again formed at the tip of the metal wire, and the metal wire is crimped onto the upper surface of the
続けて、同様の手法にて第2の接続ワイヤ27及び第3の接続ワイヤ37を形成する。
Subsequently, the
なお、第2の接続ワイヤ27においては、金属バンプ28を、電極パッド23の上面の第1の接続ワイヤ25の金属バンプ26が形成された端部領域と対向する他方の端部領域に形成する。
In addition, in the
(ステップS14)
次に、図5及び図6に示すように、発光素子20の半導体構造層22の上面上に波長変換樹脂43の前駆体である前駆体樹脂43Mにスペーサ粒子45を含む樹脂ペーストを塗布する工程を行う(ステップS14、波長変換樹脂塗布工程)。樹脂ペーストは、蛍光体粒子が混合された未硬化のシリコーン樹脂である前駆体樹脂43Mに軟質ガラスからなるスペーサ粒子45が分散されている。本ステップにおいては、図6に示すように、上面視において、上記の樹脂ペーストを中心軸Oが通る半導体構造層22の上面の中心点に塗布を行う。また、樹脂ペースト塗布後、前駆体樹脂43M内でスペーサ粒子45が沈降するまで静置する。
(Step S14)
Next, as shown in FIGS. 5 and 6, a step of applying a resin paste containing
(ステップS15)
次に、図2及び図3に示すように、発光素子20の半導体構造層22の上面上に塗布された樹脂ペースト上に透光部材50を載置する工程を行う(ステップS15、透光部材載置工程)。本ステップにおいては、保持具によって上面が保持された透光部材50の下面で樹脂ペーストを押圧して前駆体樹脂43Mを発光素子20の上面上に塗り広げる。
(Step S15)
Next, as shown in FIGS. 2 and 3, a step of placing the light-transmitting
前駆体樹脂43Mにはスペーサ粒子45を含んでいるので、発光素子20の上面と透光部材50の下面は一定の間隔で止まる。押圧前にスペーサ粒子45を沈降させているので半導体構造層22の領域から外方に移動することはない。
Since the
その後、基板構造体10を170℃で10分加熱を行い、前駆体樹脂43Mの仮硬化を行う。なお、前駆体樹脂43Mは、本ステップで完全硬化させて波長変換層40を形成してもよいし、未硬化のままとして、後述の被覆部材70の形成時に同時に完全硬化を行ってもよい。
Thereafter, the
次に、図7~図11を用いて、ステップS15における前駆体樹脂43Mの濡れ広がりの挙動と第1、第2の接続ワイヤ25、27を電極パッド23の端部に配置した効果について説明する。
Next, the behavior of wetting and spreading of the
図7~図11は、透光部材50を発光素子20上に載置する際の前駆体樹脂43Mの濡れ広がりの挙動を示す模式図である。図7、図9及び図10においては、発光素子20及び透光部材50の拡大上面視である。また、図8及び図11においては、図1に示したA-A線に沿った断面を示している。なお、図7~図11においては、発光素子20及び発光素子20上の構成のみを図示し、他の構成の図示を省略している。
7 to 11 are schematic diagrams showing the behavior of the
まず、上面を保持具であるコレットCTによって保持しつつ、透光部材50を下面が発光素子20の上面と対向するような方向で発光素子20及び樹脂ペーストと離間した上方位置に透光部材50を移動させる。
First, the light-transmitting
続いて、透光部材50を上記の状態で保持しつつ、コレットCTを発光素子20の上面に垂直な方向で下向きに、すなわち中心軸Oに沿った方向に降下させる。従って、図8に示すように、コレットCTの降下に伴って透光部材50の下面と前駆体樹脂43Mとが接する。さらに、コレットCTの中心軸Oに沿った方向に降下させ、透光部材50の下面で前駆体樹脂43Mを押圧する。
Subsequently, while holding the
この操作により、図9に示すように、前駆体樹脂43Mは、同心円状に押し出されるように塗れ広がる。この時、前駆体樹脂43Mの濡れ広がりの端部は、支持基板21の辺21Eと異なる他の3辺に先に到達する。その後、辺21Eの方向に向かって濡れ広がる。
By this operation, as shown in FIG. 9, the
すなわち、電極パッド23上の金属バンプ26及び28の各々が形成されている発光素子20の上面の角部の領域、すなわち支持基板21の辺21Eの両端部の角部の領域は、前駆体樹脂43Mの濡れ広がりの端部の到達が最も遅い角部領域である。
That is, the corner regions of the upper surface of the
本実施例の発光装置100は、図9に示すように、金属バンプ26、28が電極パッド23上において、支持基板21の辺21Eに沿った方向の両端部の領域にそれぞれ形成されている。また、本実施例の発光装置100においては、図9に示すように、上面視において第1、第2の接続ワイヤ25、27が支持基板21の辺21Eに沿った方向に延伸している。
In the
これにより、本実施例の発光装置100は、前駆体樹脂43Mの濡れ広がり時において、当該濡れ広がりの端部が第1、第2の接続ワイヤ25、27及び金属バンプ26、28に到達することを遅らせることができる。また、本実施例の発光装置100は、図9に示すように、第1、第2の接続ワイヤ25、27が、上面視において透光部材50の押圧による前駆体樹脂43Mの押し出し方向に対して垂直な方向に延伸しているため、前駆体樹脂43Mを各々の金属ワイヤに伝わりにくくすることができる。
As a result, in the
従って、本実施例の発光装置100の製造方法によれば、発光素子20の側面に前駆体樹脂43Mが垂れる不具合を抑制することが可能となる。
Therefore, according to the method for manufacturing the
例えば、各々の金属バンプが電極パッド23上の中央の領域にそれぞれ形成され、そこから第1、第2の接続ワイヤ25、27が辺21Eに交差するように形成されている場合、辺21Eに到達した前駆体樹脂43Mが各々の金属バンプ又は接続ワイヤによって発光素子20の側面に垂れる不具合を発生することがある。本発明によれば、このような不具合を防止できる。
For example, if each metal bump is formed in a central area on the
(ステップS16)
次に、図2及び図3に示すように、平板部11の上面及び枠体部13の内側面からなる凹部に被覆部材70を形成する工程を行う(ステップS16、被覆部材形成工程)。本ステップにおいては、TiO2粒子を分散させた未硬化のシリコーン樹脂からなる被覆部材70の前駆体樹脂を基板構造体10の凹部内に充填する。前駆体樹脂は、当該凹部内において、透光部材50の上面を露出しかつ、透光部材50の側面、平板部11の上面及び枠体部13の内側面をそれぞれ覆うように充填される。
(Step S16)
Next, as shown in FIGS. 2 and 3, a step of forming the covering
その後、この状態の基板構造体10を100℃で30分加熱後、150℃で60分加熱を行い、シリコーン樹脂を硬化させて波長変換層40及び被覆部材70を形成する。
Thereafter, the
以上のステップS11~ステップS16の工程を行うことにより、本実施例の発光装置100を製造する。
By performing the above steps S11 to S16, the
(ワイヤヒゲ発生時の挙動)
次に、本実施例によるワイヤヒゲ発生時の不具合抑制挙動について説明する。具体的には、上述の発光装置100の製造方法のステップS13(ワイヤボンディング工程)において、金属バンプ26、28又は第1、第2の接続ワイヤ25、27形成時における金属線の切断不良により、金属バンプ26、28又は第1、第2の接続ワイヤ25、27上に突起状のワイヤヒゲWが発生する場合がある。
(Behavior when wire whiskers occur)
Next, a description will be given of behavior for suppressing defects when wire whiskers occur according to this embodiment. Specifically, in step S13 (wire bonding step) of the method for manufacturing the
本実施例によればワイヤヒゲWがスペーサ粒子45の上端よりも高い位置に頂部を有する場合であっても、透光部材50の傾きを抑え、透光部材50の下面と発光素子20の上面とが近接する領域から前駆体樹脂43Mが漏れ出すことを防止することができる。
According to this embodiment, even if the wire whisker W has the top at a position higher than the upper end of the
図12及び図13は、ワイヤヒゲWが発生していた場合のステップS15における透光部材50の傾きを示す図である。図13においては、図1に示したA-A線に沿った断面を示している。
12 and 13 are diagrams showing the inclination of the light-transmitting
なお、以下の説明においては、金属バンプ26及び28を電極パッド23の支持基板21の辺21Eに沿った方向の両端部の領域にそれぞれ形成した場合と、金属バンプ26及び28を電極パッド23の中央の領域にそれぞれ形成した場合とについて説明する。
In the following description, the metal bumps 26 and 28 are formed at both ends of the
また、以下の説明においては、第1の接続ワイヤ25並びに金属バンプ26及び第2の接続ワイヤ27並びに金属バンプ28のうち、第2の接続ワイヤ27にのみワイヤヒゲWが発生した場合として説明する。すなわち、第1及び第2の接続ワイヤ25及び27を電極パッド23の両端部の領域にそれぞれ形成した際に第2の接続ワイヤ27にワイヤヒゲW1が発生し、第1及び第2の接続ワイヤ25及び27を電極パッド23の中央の領域にそれぞれ形成した際に第2の接続ワイヤ27にワイヤヒゲW2が発生したものとする。なお、ワイヤヒゲW1及びW2の頂部は、電極パッド23の上面から同等の高さを有しかつスペーサ粒子45の上端よりも高いものとする。
Furthermore, in the following description, a case will be described in which wire whiskers W occur only in the
図12及び図13においては、金属バンプ26及び28を電極パッド23の支持基板21の辺21Eに沿った方向の両端部の領域にそれぞれ形成した場合の金属バンプ26、28第1、第2の接続ワイヤ25、27、ワイヤヒゲW1及び透光部材50を実線で示している。また、図12及び図13においては、金属バンプ26及び28を電極パッド23の中央の領域にそれぞれ形成した場合の金属バンプ26、28第1、第2の接続ワイヤ25、27、ワイヤヒゲW2及び透光部材50を破線にて示している。
12 and 13, the first and second metal bumps 26 and 28 are formed in the regions of both ends of the
なお、図12及び図13においては、前駆体樹脂43M及びコレットCTの図示を省略している。
Note that in FIGS. 12 and 13, illustration of the
また、図12及び図13に示したX軸は、上面視における半導体構造層22の上面の中心点を通り、かつ半導体構造層22の上面及び支持基板21の辺21Eに平行な方向の軸線である。また、Y軸は、上面視における半導体構造層22の上面の中心点を通り、半導体構造層22の上面に平行でありかつ支持基板21の辺21Eに垂直な方向の軸線である。
Further, the X axis shown in FIGS. 12 and 13 is an axis passing through the center point of the upper surface of the
透光部材50は、ステップS15開始時において、当該透光部材50の下面が発光素子20の上面(支持基板21の上面及び半導体構造層22の上面)と略平行となるように、上面の中心軸Oの位置でコレットCTによって保持されている。
The light-transmitting
コレットCTを透光部材50の上面を保持しつつ中心軸Oに沿って降下させると、まず、透光部材50の下面とワイヤヒゲW1又はW2とが接触する。そして、コレットCTがさらに降下すると、透光部材50は、ワイヤヒゲW1又はW2に支持されるように傾く。その後、透光部材50の下面は、上面視におけるワイヤヒゲW1又はW2の中心軸Oに対して点対称となる領域にあるいずれかのスペーサ粒子45の上端に接触する。この時、透光部材50は、その下面がワイヤヒゲW1又はW2の頂部とスペーサ粒子45の上端を通る直線に沿った角度で傾く。
When the collet CT is lowered along the central axis O while holding the upper surface of the light-transmitting
その後、コレットCTの降下による押圧によってワイヤヒゲW1又はW2は透光部材50の下面で押し潰されて、透光部材50は複数のスペーサ粒子45に支持されて所定の位置に配置される。
Thereafter, the wire whisker W1 or W2 is crushed by the lower surface of the light-transmitting
上述の傾き状態は、図13に示すように、透光部材50の下面がワイヤヒゲW1に接触した場合は、ワイヤヒゲW2に接触した場合より透光部材50のY軸周りの傾きを小さくできる。
In the above-described tilted state, as shown in FIG. 13, when the lower surface of the light-transmitting
従って、本実施例の発光装置100によれば、金属バンプ26及び28を電極パッド23の支持基板21の辺21Eに沿った方向の両端部の領域にそれぞれ形成することによって、前駆体樹脂43Mの漏れ出しによる不具合を抑制することが可能となる。
Therefore, according to the
(比較例)
次に、比較例の発光装置について説明する。図14は、比較例としての発光装置200の上面図である。また、図15は、図14に示した発光装置200のC-C線に対応する位置の断面図である。
(Comparative example)
Next, a light emitting device of a comparative example will be described. FIG. 14 is a top view of a
比較例の発光装置200は、波長変換層40A及び透光部材50Aを除く他の構成において、本実施例の発光装置100と同様の構成を有している。また、比較例の発光装置200における波長変換層40A及び透光部材50Aは、本実施例の発光装置100の波長変換層40及び透光部材50と同様の材料からなる。
The
比較例の波長変換層40A及び透光部材50Aは、発光素子20の半導体構造層22のみを覆うように形成されている。すなわち、比較例の発光装置200の波長変換層40Aの形成領域及び透光部材50Aの面積は、本実施例の発光装置100より面積が小さい。すなわち、比較例の波長変換層40Aは、発光素子20の支持基板21の上面上において、半導体構造層22の表面のみを覆うように形成されている。
The
よって、図14及び図15に示すように、比較例の発光装置200において、発光素子20の電極パッド23、第1、第2の接続ワイヤ25、27及び金属バンプ26、28は、波長変換層40A及び透光部材50Aから露出されており、上面視においても互いに重なり合わない領域に配されている。
Therefore, as shown in FIGS. 14 and 15, in the
具体的には、比較例の発光装置200における透光部材50Aの上面である光取り出し面の面積は、実施例の発光装置100の透光部材50と比較して約4/5となっている。
Specifically, the area of the light extraction surface, which is the upper surface of the light-transmitting
なお、比較例の発光装置200の製造方法は、実施例の発光装置100の製造方法と同様である。
Note that the method of manufacturing the
比較例の発光装置200の製造方法は、ステップS14(波長変換樹脂塗布工程)において、透光部材50Aの大きさに合わせて未硬化のシリコーン樹脂である前駆体樹脂43Mに軟質ガラスからなるスペーサ粒子45を分散された樹脂ペーストの量を減らしたのみである。
In the manufacturing method of the
(実施例と比較例の光学特性の比較)
次に実施例の発光装置100と、比較例の発光装置200の出光特性について説明する。
(Comparison of optical properties between Examples and Comparative Examples)
Next, the light emission characteristics of the
図16は、実施例の発光装置100及び比較例の発光装置200の上面視における発光輝度分布を示す図である。なお、図16においては、実施例の発光装置100の輝度分布を実線で示し、比較例の発光装置200の輝度分布を破線で示している。
FIG. 16 is a diagram showing the emission luminance distribution of the
図16の横軸は中心軸Oを原点とした測定位置であり、縦軸は相対輝度である。具体的に横軸の測定位置は、実施例の発光装置100においては図1に示したB-B線であり、比較例の発光装置200においては図14に示したC-C線である。また縦軸の相対強度は、各々の発光装置の最大輝度を100%として表した値である。
The horizontal axis in FIG. 16 is the measurement position with the central axis O as the origin, and the vertical axis is the relative brightness. Specifically, the measurement position on the horizontal axis is the line BB shown in FIG. 1 in the
また、図16の横軸において、発光領域、パッド領域、及び枠体領域を2点鎖線で区切って示している。記載のない部分は被覆部材70の領域である。なお、発光領域の輝度低下部分はスペーサ粒子45の存在箇所である。
Further, on the horizontal axis of FIG. 16, the light emitting region, the pad region, and the frame region are shown separated by two-dot chain lines. The portion not described is the area of the covering
本実施例の発光装置100の輝度分布は、発光領域において100%を維持し、パッド領域において30~50%であり、それ以外の領域(被覆部材70の形成領域)では急速に減少してノイズレベル(0.5%以下)となっている。
The luminance distribution of the
対して、比較例の発光装置200の輝度分布は、発光領域において100%を維持し、発光領域外(被覆部材70の形成領域)で急速に減少してノイズレベルに至っている。
On the other hand, the luminance distribution of the light-emitting
この結果から明らかなように、本実施例の発光装置100においては、電極パッド23の上面領域にまで、波長変換層40及び透光部材50を設けた構造により、出光面を増加させることを可能としている。
As is clear from this result, in the
次に、全光束の結果について述べる。なお全光束値は比較例の発光装置200の全光束値で規格化した値(百分率)で説明する。実施例の発光装置100の全光束値は104%~105%であり、比較例の発光装置200の全光束値は100%であった。すなわち、実施例の発光装置100の全光束値が4%~5%向上することを確認した。
Next, we will discuss the results of the total luminous flux. Note that the total luminous flux value will be described as a value (percentage) normalized by the total luminous flux value of the
このように、実施例1の発光装置100においては、電極パッド23の上に波長変換層40及び透光部材50設けた構造により、電極パッド23上にまで出光面を拡大することを可能とし、また全光束の向上を可能にしている。
As described above, in the
(発光装置100の光の放射態様について)
次に、図17を用いて本実施例の発光装置100の光の放射態様について説明する。
(About the light emission mode of the light emitting device 100)
Next, the light emission mode of the
図17は、本実施例の発光装置100の電極パッド23周辺の拡大断面図である。なお、図17は、図1に示したB-B線における断面を示している。
FIG. 17 is an enlarged sectional view of the area around the
図中のLM1及びLM2は、主に非散乱性かつ透光性の透光部材50内を導光して電極パッド23の領域に来た光であり、光LM1は電極パッド23の表面で反射されて上方へ向かう様子を示し、光LM2は、例えば第1の接続ワイヤ25で反射されて上方へ向かう様子を示している。
LM1 and LM2 in the figure are lights that have mainly been guided through the non-scattering and transparent light-transmitting
本実施例の発光装置100は、蛍光体を含有した波長変換層40上に非散乱性の透光性の透光部材50(ガラス)を備えているので、透光部材50の表面で全反射した光が容易に透光部材50の側面に至ることができる。そこで、発光素子20の半導体構造層22の外周部の1の辺である21Eに沿った光反射性の電極パッド23の上面にまで波長変換層40と透光部材50を設けることで、全光束を向上させた発光装置の提供を可能とした。
Since the light-emitting
また、発光素子20の半導体構造層22の外周部の1辺である21Eに沿った光反射性の電極パッド23の両端に第1及び第2の接続ワイヤ25及び27を設けることで、製造工程において前駆体樹脂43Mが発光素子20の電極パッド23から側面への漏れ出しを抑制することを可能とした。
In addition, by providing the first and
なお、本明細書に記載の実施例は発明の範囲を限定することは意図していない。記載の実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Note that the examples described in this specification are not intended to limit the scope of the invention. The described embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention.
例えば、発光素子20の電極パッド23は、対向した2辺に沿った領域に設けること、直交する2辺に沿った領域に設けること、又は全周に沿った領域に設けることもできる。
For example, the
上述したような変形例も、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The above-mentioned modifications are also included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
100 発光装置
10 基板
11 平板部
13 枠体
15 第1の搭載電極
16 第2の搭載電極
17 第1の配線電極
18 第2の配線電極
19 第3の配線電極
20 発光素子
21 支持基板
22 半導体構造層
23 電極パッド
25 第1の接続ワイヤ
26 金属バンプ
27 第2の接続ワイヤ
28 金属バンプ
30 保護素子
33 電極パッド
37 第3の接続ワイヤ
38 金属バンプ
40 波長変換層
43 波長変換樹脂
45 スペーサ粒子
50 透光部材
60 素子接合層
70 被覆部材
100
Claims (11)
前記搭載基板の前記1の主面上に配されかつ矩形状の上面形状を有する支持基板、前記支持基板の上面の1の辺に沿った1の領域に亘って延在している電極パッド、及び前記支持基板の上面の他の領域に形成されかつ発光層を含む半導体構造層を有する発光素子と、
前記電極パッド上の前記支持基板の前記1の辺に沿った方向に離間して配された金属バンプと、
前記配線電極と前記金属バンプの各々とに接続された金属ワイヤと、
蛍光体粒子及び前記蛍光体粒子よりも大きな粒径を有する透光性のスペーサ粒子を含みかつ透光性の樹脂を母材とし、前記支持基板上において前記半導体構造層を覆いかつ前記電極パッド上まで延在する波長変換層と、
前記波長変換層上に配され、前記半導体構造層の上面を覆いかつ前記金属バンプ上まで延在する透光部材と、を有することを特徴とする発光装置。 a mounting board having wiring electrodes on the main surface of the board;
a support substrate disposed on the first main surface of the mounting substrate and having a rectangular top surface shape; an electrode pad extending over one area along one side of the top surface of the support substrate; and a light emitting element having a semiconductor structure layer formed in another region of the upper surface of the support substrate and including a light emitting layer;
metal bumps spaced apart in a direction along the first side of the support substrate on the electrode pad;
a metal wire connected to each of the wiring electrode and the metal bump;
The base material includes phosphor particles and translucent spacer particles having a particle size larger than the phosphor particles, and has a translucent resin as a base material, covers the semiconductor structure layer on the support substrate, and is on the electrode pad. a wavelength conversion layer extending to
A light-emitting device comprising: a light-transmitting member disposed on the wavelength conversion layer, covering the upper surface of the semiconductor structure layer and extending to above the metal bumps.
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