JP3627592B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種インジケーター、ディスプレイ、光プリンターの書き込み光源及び液晶のバックライト用光源などに利用可能な表面実装用の発光装置に係り、特に薄型化が可能で且つ発光出力が良好な発光装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
今日、ＬＥＤチップを用いた発光装置が種々の光源として広く利用されている。チップタイプの発光装置では、図５に示すように、ＬＥＤチップ４が収納されるべき凹部を有する液晶ポリマーからなるパッケージ８が用いられ、そのパッケージ８にはリード電極２，３が埋め込まれている。また、そのリード電極２，３は、ＬＥＤチップ４と接続するために、凹部の底面で露出されている。
【０００３】
このように作成されたパッケージの凹部底面に、ＬＥＤチップ４をダイボンド樹脂等で固定し、露出されたリード電極２，３とＬＥＤチップ４の電極とを例えば金属ワイヤー５によって接続した後、ＬＥＤチップ４を保護するために透光性樹脂６ａで被覆する。こうして作製されたチップタイプの発光装置は、他のチップタイプ部品と同様の方法で表面実装される。リード電極２，３を介してＬＥＤチップ４に電流が供給されてＬＥＤチップ４が発光し、発光された光はＬＥＤチップ４から直接又は凹部の側面で反射してパッケージの外部に放出される。
【０００４】
このような発光装置で発光素子として青色（４７０ｎｍ）が発光可能な窒化物半導体を発光層に持ったＬＥＤチップを用いた場合、２０ｍＡにおいて３ｍＷの発光出力が得られる。
【０００５】
しかし、低消費電力でより高い光取り出し効率が求められている今日においては、上記発光装置では十分でなく、更なる光取り出し効率の向上が求められていた。
【０００６】
このため、リード電極上にＬＥＤチップの電極を直接、Ａｇペーストや半田などにより導通固定させるフリップチップ実装を用いた発光装置が提供されている。このような発光装置は、ＬＥＤチップをこれまでと上下逆にして実装するためチップ上面に電極を設ける必要がなく、発光素子の基板側が上面になるため、基板側方面に放射する光を十分に取り出すことができ、発光効率を飛躍的に向上させることができる。また、導通をとるためにワイヤーを用いる必要がなくなり、比較的簡単な工程で比較的薄型に発光装置を形成することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光装置の利用分野の広がりと共に、より薄型化且つ十分な歩留まりが求められている現在においては、上記構成の発光装置では十分でなく、更なる改良が求められている。
【０００８】
そこで本発明は、歩留まり良く光取り出し効率の向上を達成すると共に薄型化が可能な発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の発光装置の製造方法は、発光素子と、該発光素子が電気的に接続される一対のリード電極と、該リード電極および前記発光素子とを被覆するモールド部材とを有する発光装置の製造方法において、発光素子が配置されるべき空間を有するように、一対のリード電極を対向させて支持基板に配置する第１の工程と、支持基板に発光素子を配置し、該発光素子を下方からバキュームにより固定する第２の工程と、上記発光素子とリード電極とを電気的に接続した後、該発光素子およびリード電極をモールドする第３の工程と、上記リード電極及び発光素子から前記支持基板を分離する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
このように構成することにより、リード電極を固定するためのパッケージを形成させる必要がなくなるので工程が短縮化される。また、光取り出し効率の向上を可能とする薄型の発光装置を歩留まり良く製造することが可能となる。また、パッケージ部分だけ薄型にできる。
【００１１】
また、上記第３の工程において、透明樹脂とフィラーを含有する不透明な樹脂が順に注入される。
【００１２】
これにより、発光素子のサイドからの発光を考慮した発光装置が容易に得られる。
【００１３】
また、上記発光装置において、少なくともワイヤーボンディングされるワイヤーは、フィラーを含有する不透明な樹脂に内包されている。
【００１４】
これにより、発光素子のサイドからの発光が容易に得られる。
【００１５】
上記リード電極は、モールド部材の受け皿となるようなコの字形に予め加工されている。
【００１６】
これにより、発光装置の四方に金属部分が存在するため図４に示すようにあらゆる実装パターンが可能となる。通常のＳＭＤタイプで使用可能なのはもちろん（図４−（１））、凸レンズを組み付ける場合（図４−（２））や実装する基板上に凹凸が許されない場合、特に書き込みバー光源等に使用する場合（図４−（３））などでも使用可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本願発明者は種々の実験の結果、歩留まりを低下させず薄型化と光取り出し効率の向上を実現できる発光装置を見出し本発明を成すに至った。
【００１８】
ＬＥＤチップは一片が３５０μｍ以下でＬＥＤチップ上の電極は一辺が約１００μｍ程度と極めて小さな場合がある。フリップチップ実装を行う際、このようなＬＥＤチップをダイボンド機器により精度良く配置させることは難しい。また、フリップチップ型光半導体素子は同一面側に異なる極性を持った半導体接合が露出形成されている場合、Ａｇペーストなどを介してＬＥＤチップの電極とリード電極とを接続するときＬＥＤチップの配置ズレによりＡｇペーストが半導体接合間をショートしてしまう場合がある。また、Ａｇペーストが半導体接合箇所まで這い上がり、同様に半導体接合間を短絡してしまう場合がある。短絡は発光輝度を低下させるだけでなく、発光素子の破壊を生ずる。これに対し、本発明は従来のようにワイヤーボンディングで導電を取るため生産性ははるかに良い。また、パッケージを使用せずに支持基板上に直接ＬＥＤをダイボンドすることで、支持基板を発光装置から分離後発光装置の上下を逆にすると、ＬＥＤチップのサファイア基板を上面に露出することができる。そのため、サファイア基板側方面に放射する光を十分に取り出すことができ、フリップチップ実装の場合とほぼ同様の発光効率が得られると考えられる。
【００１９】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態の発光装置（チップタイプＬＥＤ）について説明する。
【００２０】
本実施の形態の発光装置は、中央部にＬＥＤチップ４が配置されるべき空間を有する一対のリード電極２，３を用い、その中央部にＬＥＤチップ４が収納されて構成される。これら一対のリード電極２，３とＬＥＤチップ１は金属細線５でワイヤーボンディング接続される。モールド樹脂６はＬＥＤチップ４と金属細線５を覆う形でリード電極２，３内部に注入される。このモールド樹脂６によって各リード電極２，３とＬＥＤチップ４が固定される。表面実装する場合、発光装置は図４のようにＬＥＤチップ４の基板側が上面となるように配置される。
【００２１】
以下、本実施の形態における発光装置の各構成について説明する。
（リード電極２，３）
ＬＥＤチップ４に効果的に電流を注入するために、ｐ型窒化物半導体層又はｎ型窒化物半導体層と良好なオーミック接触が得られる金属をそれぞれ、リード電極２及びリード電極３として用いる。本実施の形態において、リード電極２，３は予め下面から側面、上面とモールド樹脂の受け皿の役目を果たすような形に加工して用いることが好ましい。さらに実装時にＬＥＤチップの基板側から見てＬＥＤチップの各電極の位置が把握できるように、例えばｐ型電極と接続するリード電極の面積をｎ型電極と接続するリード電極の面積よりも狭くするなどの変化を付けると実装しやすくより好ましい。
【００２２】
またリード電極は、ＬＥＤチップが配置されるべき空間を有し、電極２と電極３が対向するように形成されている。電極２と電極３の距離を極限に近づけることで更に小型化が可能となる。
【００２３】
（ＬＥＤチップ４）
本発明で用いるＬＥＤチップ４は、窒化物半導体（ＩｎXＧａYＡｌ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）を用いて構成されている。窒化物半導体はそのバンドギャップにより紫外域から可視域まで種々の電磁波を放出することができる。絶縁体のサファイア基板上には良質な窒化物半導体を成長させることができることから、窒化物半導体を用いた発光素子は、サファイア基板を用いて構成される。このサファイア基板を用いた発光素子においては、サファイア基板が絶縁体であることから、基板を介してｎ又はｐ側に電流を供給することができないので、正及び負の電極はいずれも半導体上（同一面側）に形成されることになる。このようなＬＥＤチップ４は、サファイア基板及び窒化物半導体共に硬度が高いためサファイア基板を研磨するなど約１５０μｍ以下の薄型にすることができる。より具体的には、全高が７０〜９０μｍのＬＥＤチップを利用すると、発光装置の高さを約０．３ｍｍ以下とすることができる。尚、発光した光はサファイア基板を介して取り出すことも、透光性の電極を形成することにより半導体層側から取り出すことも可能であるが、本実施の形態では、サファイア基板を介して光を取り出すように構成している。
【００２４】
さらに詳細に説明すると、ＬＥＤチップ４は、サファイア基板上に１又は２以上の層からなるｎ型窒化物半導体層、活性層、１又は２以上の層からなるｐ型窒化物半導体層が形成され、さらに正及び負の電極が以下のように形成されている。すなわち、正の電極は、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面に形成された電極と、電極の一部に形成されたパッド電極から成り、負の電極はｐ型窒化物半導体層の一部を除去して露出させたｎ型窒化物半導体層の表面に形成された電極から成る。
【００２５】
また、本実施の形態では、ｐ型窒化物半導体層を覆う電極として活性層で発光する光を反射する金属膜を用いることが好ましく、このような電極を用いると、活性層より出た光の一部は電極で反射され、前面（基板を介して）から出力される光を多くすることができる。
【００２６】
上記のように構成されたＬＥＤチップ４はリード電極２，３とそれぞれ、各電極を対応させてワイヤーボンディングされる。ワイヤーボンディングは薄型化、接続強度や量産性等を考慮すると２０〜４０μｍの導電性ワイヤー５を用いることが好ましく、導電性ワイヤー５の材料としては金、アルミニウムなど種々の特性に合わせて適宜選択することができる。
【００２７】
また導通をとる方法として、ワイヤーの先端にボールを形成させずに接続するステッチボンディング法を用いてもよい。これによりＬＥＤチップからワイヤーの最高部までのループ高さを更に低くすることが可能となり、発光装置の薄型化につながる。
【００２８】
接続後、ＬＥＤチップ４と導電性ワイヤー５を内包するようにして樹脂でモールドする。モールド部材６は外部環境や外力から保護するために充填される。また、本発明の場合、ＬＥＤチップの半導体層側から放出される光を効率よくサファイア基板側から取り出すために、光に対する隠蔽率が高く且つ可視光領域に対する反射率の高い樹脂を用いてモールド部材６を構成することが好ましい。具体的には、樹脂中にチタン酸バリウムや酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウムなどの白色顔料等を混合させた不透明樹脂を用いて反射率の高いモールド部材を構成させる。
【００２９】
このように形成された発光装置は、ＬＥＤチップ４の電極側又は端面より放出される光を光透光性が高いサファイア基板を介して効率よく光を取り出すことができ、発光輝度を向上させることができる。
【００３０】
またＬＥＤチップ４は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造等の種々の構造を有することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例の発光装置について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されるものではない。
【００３２】
［実施例１］
実施例１は、ＬＥＤチップ４として青色（４７０ｎｍ）が発光可能な窒化物半導体を発光層に持ったＬＥＤチップを用い、図１及び図２−（１）の実施の形態を同様の構成を持った発光装置の例である。
【００３３】
リード電極２，３は予めモールド樹脂の受け皿の役目を果たすように下面から側面、上面とコの字型に加工し、ＬＥＤチップが配置されるべき空間を有して電極２と電極３が対向するように配置されている。さらに実装時にＬＥＤチップの基板側から見てＬＥＤチップの各電極の位置が把握できるように、ｐ型電極と接続するリード電極３の面積をｎ型電極と接続するリード電極２の面積よりも狭くした。また、型枠底面として金属製の支持基板１を用いる。
【００３４】
まず、離型剤を噴霧した金属製支持基板１上に加工済みのリード電極２，３を配置し（図３−（１））、各リード電極間内部にＬＥＤチップ４を、その電極面側を上にして直接支持基板１上にダイボンドする（図３−（２））。ＬＥＤチップ４は下方からバキュームにより固定される。固定されたＬＥＤチップ４の電極と外部リード電極２，３とを直径約３０μｍの金線ワイヤー５を利用してワイヤーボンディングし、次にＬＥＤチップ４と金線ワイヤー５を内包するようにして不透明なエポキシ樹脂を注入する（図３−（３））。尚、不透明なエポキシ樹脂とは、エポキシ樹脂とフィラーとして白色の酸化チタン粉とを１：１の割合で混合したものであり、これによりモールド部材の表面は青色（４７０ｎｍ）の光に対して高い反射率を有し、活性層サイドから放出される光をモールド部材６で反射させ効率よく外部に放出させることができる。モールド後、支持基板１をリード電極２，３及びＬＥＤチップ４から分離する（図３−（４））。
【００３５】
こうして作製した発光装置は、ＬＥＤチップのサファイア基板側を上面にして使用する（図３−（５））。こうして、厚さが約０．７ｍｍとなる極めて薄型の発光装置を比較的簡単に形成することができる。また、２０ｍＡにおいて発光出力は４．５ｍＷであった。
【００３６】
［実施例２］
モールドする際に、高い透光性を有する透明なエポキシ樹脂を注入後実施例１と同様の不透明なエポキシ樹脂を注入するように、２段階に分けてモールドを行う以外は実施例１と同様にして発光装置を形成したところ、２０ｍＡにおいて発光出力は５ｍＷであった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、同一面上に正及び負の電極を有する発光素子チップの電極が発光素子チップの周囲に設けられた一対のリード電極とそれぞれワイヤーボンディングされた発光装置において、リード電極は発光素子チップをモールドした不透明樹脂によって固定されており、発光装置の形成後、発光素子の基板側を上面にして使用することで、歩留まりを低下させず薄型化と光取り出し効率の向上が可能な発光装置が得られる。モールドの仕方は、発光素子のサイドからの発光を考えると、透明樹脂と不透明樹脂を順に注入した２段階モールドが好ましい。
【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装置の模式的平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線についての模式的断面図であり、（１）は本発明の実施例１に記載の発光装置の模式的断面図であり、（２）は本発明の実施例２に記載の発光装置の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施例１に記載の発光装置の製造方法を説明するための模式的工程図である。
【図４】本発明の一実施の形態である発光装置の実装パターンを説明するための模式的断面図である。
【図５】従来例を示す発光装置の模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・支持基盤
２・・・ＬＥＤチップのｐ型電極と接合するリード電極
３・・・ＬＥＤチップのｎ型電極と接合するリード電極
４・・・ＬＥＤチップ
５・・・ワイヤー
６・・・モールド部材
６ａ・・・透光性樹脂
６ｂ・・・不透明樹脂
７・・・実装面

Claims (3)

  1. 発光素子と、該発光素子が電気的に接続される一対のリード電極と、該リード電極および前記発光素子とを被覆するモールド部材とを有する発光装置の製造方法において、
    発光素子が配置されるべき空間を有するように、一対のリード電極を対向させて支持基板に配置する第一の工程と、
    支持基板に発光素子を配置し、該発光素子を下方からバキュームにより固定する第二の工程と、
    前記発光素子と前記リード電極とを電気的に接続した後、該発光素子およびリード電極をモールドする第三の工程と、
    前記リード電極及び発光素子から前記支持基板を分離する第四の工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 前記第三の工程において、透明樹脂とフィラーを含有する不透明な樹脂が順に注入される請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記リード電極は、前記モールド部材の受け皿となるようなコの字形に予め加工されている請求項１または２に記載の発光装置の製造方法。
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