JP3455086B2 - 発光素子およびその製造方法ならびに発光素子の接続構造 - Google Patents

発光素子およびその製造方法ならびに発光素子の接続構造

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JP3455086B2 JP29659997A JP29659997A JP3455086B2 JP 3455086 B2 JP3455086 B2 JP 3455086B2 JP 29659997 A JP29659997 A JP 29659997A JP 29659997 A JP29659997 A JP 29659997A JP 3455086 B2 JP3455086 B2 JP 3455086B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
(LED)等の発光素子およびその製造方法に関し、特
にPN接合面が基板に対して略直角になるように設置さ
れる発光素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の発光ダイオードを備えたユニット
として、ドットマトリックスLED表示装置が商品化さ
れており、LEDチップは一般的にPN接合面がユニッ
ト基板に対して水平になるようにダイボンドされ、更に
LEDチップにワイヤボンドすることによって搭載され
るが、最近、実装密度を上げるために、発光ダイオード
のPN接合面を基板に垂直になるように形成したLED
表示装置が開発されている。
【0003】図4は従来例の発光素子が基板に搭載され
た状態を示す側面図である。LEDチップ50はPN接
合面53を有し、その両端にAgペースト等によって形
成された50μm程度の厚膜電極54、55が形成され
ている。このLEDチップ50は基板56のパターン5
7、58上に導電性接着剤または異方導電性接着剤によ
って設置される。
【0004】通常、LEDチップのP型半導体層とN型
半導体層の厚みは異なっており、PN接合面は結晶の中
央ではなく、P型半導体層またはN型半導体層の側のど
ちらかにずれている。この場合P型半導体層52が狭い
ので図4(b)に示すようにLEDチップ50の搭載位
置がずれてPN接合面53がパターン58にかかってし
まい、リークが生じる怖れがある。
【0005】図5は他の従来例の発光素子を基板に搭載
した状態を示す側面図である。発光ダイオード61はP
N接合面63を有し、その両端に金を蒸着することによ
って形成された電極64、65が形成されている。65
はP型半導体に形成された電極であり、64はN型半導
体に形成された電極である。電極64、65はともにそ
の厚さは1μm以下である。
【0006】この発光ダイオード60は基板66対して
PN接合面63がほぼ垂直になるように横置きに設置さ
れている。基板66には銅箔等をパターニングして形成
したパターン67、68が形成されている。また、パタ
ーン67と、パターン68の間には絶縁性の樹脂等で形
成されたスペーサ69が形成されている。発光ダイオー
ド61はスペーサ69上に接着剤70を介して仮止めさ
れる。スペーサ69上に発光ダイオードチップ60を設
置することにより、PN接合面63がパターン68また
はパターン67と接触してPN接合面が短絡してリーク
生じるのを防いでいる。
【0007】次にパターン67と電極64とを半田71
を介して接続する。また、パターン68と電極65とを
半田72によって接続し、発光ダイオード60を基板6
6に電気的に接続する。
【0008】電極64、65は蒸着によって形成される
ため非常に薄く、また、P型半導体層62もエピタキシ
ャル成長によって形成されて非常に薄いので、電極65
とP型半導体層を合わせても数μm〜数十μm程度であ
る。このため、P型半導体層とN型半導体層とが短絡し
ないように基板66にチップを搭載するには、電極6
4、65をパターン67、68から十分な間隔をおいて
大きめの半田71、72を介在させなくてはならず、そ
のために、半田71、72がチップの側面に回り込まな
いように精度良く配置しなければならない。
【0009】また、図5(b)に示すように半田の設置
不良等で発光ダイオード51の搭載位置がずれた場合に
は、PN接合面51cがパターンと接触して短絡してし
まうことがある。また、基板に仮止めする必要があるの
で工数が増えコスト高になっていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来例の基板に対して
PN接合面が略直角になるように実装される発光素子は
PN接合面がと電極の端部との距離が近いので、PN接
合面が基板のパターンに接触して短絡し、リークを引き
起こす怖れがあった。
【0011】本発明は上述の問題を鑑みてなされたもの
であり、LEDチップ等の発光素子の実装時の短絡を確
実に防止して、信頼性の高い半導体素子およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
発光素子は、PN接合面を有し、基板に対してPN接合
面が略直角になるように実装される両端に電極を有する
発光素子において、前記電極がメッキにより厚膜化され
た金属により形成され、前記PN接合面が発光素子の略
中央にあり、前記PN接合面に近いほうの電極が他方の
電極よりも厚く形成されることを特徴とするものであ
る。
【0013】
【0014】また、本発明の請求項記載の発光素子
は、発光素子の電極の少なくとも一方が半田メッキによ
り形成されていることを特徴とするものである。
【0015】また、本発明の請求項記載の発光素子の
接続構造は、請求項1記載の発光素子の前記電極が、そ
れぞれ、基板上に間隔をおいて設置された2つのパター
ンに、該パターン上に塗布された異方導電性ペーストを
介して電気的に接続されていることを特徴とするもので
ある。
【0016】また、本発明の請求項記載の発光素子の
製造方法は、PN接合面を有する半導体基板の両面に薄
膜電極を設ける工程と、前記PN接合面が発光素子の
にあるように該薄膜電極にメッキにより金属を厚膜化
して電極を形成し、前記PN接合面に近いほうの電極を
他方の電極よりも厚く形成する工程と、前記半導体基板
を厚み方向に分割して複数の発光素子を形成する工程
と、を含むことを特徴とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施の形態であ
る発光素子の製造方法を示す部分拡大図である。また、
図2は本発明の一実施の形態である発光素子を示す斜視
図である。図1(a)において、半導体基板であるLE
Dウエハ18は約200μmのN型半導体層11上に約
50μmのP型半導体層12が形成されてなり、PN接
合面13を有している。この半導体ウエハの両面にAu
電極14、15をスパッタ法等によりを形成する。薄膜
電極であるAu電極の厚さは1μm以下である。
【0018】次に、図1(b)に示されるように、LE
Dウエハ18上のAu電極14、15の上に半田メッキ
により金属を積層し厚膜化した端子電極16、17を形
成する。使用される半田は九一半田(Sn:Pb=9:
1)が用いられる。このときLEDウエハのPN接合面
13に近い側を厚く形成する。端子電極17の厚さは2
00μm程度であり、端子電極16の厚さは50μm程
度である。
【0019】Agペーストは硬化時の収縮が大きいた
め、Agペーストで厚膜の端子電極を形成した場合、L
EDウエハに応力が加わってしまう。特にチップの両側
の端子電極が違う厚さの場合には、厚く形成した端子電
極の側が内側になるようにして反ってしまう。このた
め、LEDウエハが加工しにくくなり、LEDウエハに
応力がかかり、クラックが発生する。これに対し、半田
ペーストで形成した端子電極16、17はAgペースト
のような硬化収縮がなく、また、半田ペーストは柔らか
いので形成したウエハが反ることがない。
【0020】次に、図1(c)に示されるように、半導
体ウエハを粘着シート30に貼り付ける、次に、LED
ウエハ18をダイシングによってフルダイスカット(L
EDLEDウエハ18、端子電極16、17をともに切
断する。)を行い、LEDウエハ18を複数のLEDチ
ップ10に分割する。ダイシングピッチは0.3mm程
度であり、ダイシング溝の厚さは60μm程度である。
【0021】続いて、分割したLEDチップ10の上面
に延伸性のある粘着シート31を貼り付け、粘着シート
30を剥離してLEDチップ10を粘着シート31に移
動させた後、図1(d)に示されるように粘着シートを
延伸してLEDチップ10の間隔を広げる。チップの間
隔を広げることにより、チップテストが容易になり、ま
た、次の工程のエッチングも容易になる。
【0022】次に、図1(e)に示されるようにLED
チップ10をさらにエッチング用粘着シート32に移動
させた後、エッチング液19に浸し、LEDチップ10
の側面のエッチングを行う。エッチング液19としては
燐酸と過酸化水素を3:1の割合で含んだ60℃の溶液
が用いられる。エッチングを行うことにより、ダイシン
グによりLEDチップ10の側面に生じたクラックを取
り除く。このとき、積層した端子電極16、17はエッ
チングされない。
【0023】上述の工程により図2に示される発光素子
が形成される。LEDチップ10の半導体結晶部分は、
N型半導体層11の上にP型半導体層12を積層してな
り、PN接合面13を有している。N型半導体層11の
下面にはAu電極14が形成され、さらに半田メッキに
よって端子電極16が形成されている。一方、P型半導
体層の上面にはAu電極15が形成され、さらに半田メ
ッキによって端子電極17が形成されている。
【0024】このLEDチップ10の寸法は横幅Wが3
00〜400μm程度、縦幅Lが200〜300μm程
度である。また、厚さHは500μm程度である。N側
の端子電極16の厚さは50μm程度であり、N型半導
体層11の厚さは200μm程度であり、P型半導体層
12の厚さは50μm程度である。またP側の端子電極
17の厚さは200μm程度である。PN接合面13は
端子電極16の下面から250μmの位置にあり、LE
Dチップの略中央に位置している。なお、Au電極1
4、15の厚さは1μm以下である。
【0025】図3は図2に示される発光素子を基板に設
置した状態を示す側面図である。基板20上にはパター
ン21、22が設置されている。パターン21とパター
ン22との間隔Dは約160μmほど離れている。この
パターン21および22上に異方導電性ペースト23お
よび24をそれぞれ塗布して、LEDチップ10をチッ
プ搭載装置で設置する。つづいて150℃程度に加熱す
ることにより、異方導電性ペーストを硬化させ、基板2
0にLEDチップ10を固定する。端子電極16とパタ
ーン21は電気的に接続されており、また、端子電極1
7とパターン22は電気的に接続されている。
【0026】半田付け等によって接続しないのでチップ
に加わる熱ストレスを小さくすることができる。PN接
合面13がチップの中央にあるのでチップ搭載装置の取
付精度は±80μm未満であれば搭載後リークすること
はないが、近年のチップ搭載装置の精度は±30μm程
度であり十分対応できる。PN接合面13が略中央にあ
ることによりパターン21とパターン22との間隔をほ
ぼ取付精度の許容限界とすることができ、LEDチップ
取付の信頼性を増すことができる。
【0027】本発明では半導体ウエハの両面にメッキに
より厚膜化した端子電極を形成したが、どちらか片側だ
けでもよい。すなわちPN接合面に近いほうをメッキに
より厚膜化した端子電極を形成することにより、PN接
合面をLEDチップの中央に近い位置にすることができ
る。
【0028】また、本発明はPN接合面をもつ発光素子
としてLEDを挙げたがPN接合面をもつ他の発光素
子、例えば、半導体レーザにも用いることができる。
【0029】
【発明の効果】本発明の請求項1記載の発光素子によれ
ば、PN接合面を有し、基板に対してPN接合面が略直
角になるように実装される両端に電極を有する発光素子
であって、前記電極がメッキにより厚膜化された金属に
より形成され、前記PN接合面が発光素子の中央にある
ことにより、PN接合面と基板のパターンとの間隔を大
きくすることができ、信頼性を高めることができる。
【0030】また、本発明の請求項記載の発光素子に
よれば、前記PN接合面に近いほうの電極が他方の電極
よりも厚く形成することにより、PN接合面を発光素子
の中央に近付けることができるのでPN接合面が基板の
パターンに接触せず、信頼性を高めることができる。
【0031】また、本発明の請求項記載の発光素子に
よれば、発光素子の電極の少なくとも一方が半田メッキ
により形成されていることにより、熱ストレスに強く信
頼性の高い発光素子を得ることができる。
【0032】また、本発明の請求項記載の発光素子の
接続構造は、請求項1記載の発光素子の前記電極が、そ
れぞれ、基板上に間隔をおいて設置された2つのパター
ンに、該パターン上に塗布された異方導電性ペーストを
介して電気的に接続されていることを特徴とするもので
あり、PN接合面が基板のパターンに接触せず、信頼性
を高めることができる。
【0033】また、本発明の請求項記載の発光素子の
製造方法は、PN接合面を有する半導体基板の両面に薄
膜電極を設ける工程と、前記PN接合面が発光素子の
にあるように該薄膜電極にメッキにより金属を厚膜化
して電極を形成し、前記PN接合面に近いほうの電極を
他方の電極よりも厚く形成する工程と、前記半導体基板
を厚み方向に分割して複数の発光素子を形成する工程
と、を含むことを特徴とするものであり、基板にPN接
合面が垂直になるように実装したとき、信頼性の高い発
光素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である発光素子の製造方
法を示す部分拡大図である。
【図2】本発明の一実施の形態である発光素子を示す斜
視図である。
【図3】図2に示す発光素子を基板に設置した状態を示
す側面図である。
【図4】従来例の発光素子を基板に搭載した状態を示す
側面図である。
【図5】他の従来例の発光素子を基板に搭載した状態を
示す側面図である。
【符号の説明】
10 LEDチップ 11 N型半導体層 12 P型半導体層 13 PN接合面 14、15 Au電極 16、17 端子電極 18 LEDウエハ 20 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−326365(JP,A) 特開 昭53−31986(JP,A) 特開 昭55−3690(JP,A) 特開 平10−242528(JP,A) 特開 平10−242529(JP,A) 特開 平10−335707(JP,A) 特開 平10−242533(JP,A) 特開 平10−190062(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】PN接合面を有し、基板に対してPN接合
    面が略直角になるように実装される両端に電極を有する
    発光素子において、前記電極がメッキにより厚膜化され
    た金属により形成され、前記PN接合面が発光素子の
    央にあり、前記PN接合面に近いほうの電極が他方の電
    極よりも厚く形成されることを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項2】請求項1記載の発光素子において、発光素
    子の電極の少なくとも一方が半田メッキにより形成され
    ていることを特徴とする発光素子。
  3. 【請求項3】請求項1記載の発光素子の前記電極が、そ
    れぞれ、基板上に間隔をおいて設置された2つのパター
    ンに、該パターン上に塗布された異方導電性ペーストを
    介して電気的に接続されていることを特徴とする発光素
    子の接続構造
  4. 【請求項4】PN接合面を有する半導体基板の両面に薄
    膜電極を設ける工程と、前記PN接合面が発光素子の中
    央にあるように該薄膜電極にメッキにより金属を厚膜化
    して電極を形成し、前記PN接合面に近いほうの電極を
    他方の電極よりも厚く形成する工程と、前記半導体基板
    を厚み方向に分割して複数の発光素子を形成する工程
    と、を含む発光素子の製造方法
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