JP4539284B2 - 発光素子実装構造体および発光素子実装構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ素子を基板に実装してなる発光素子実装構造体および発光素子実装構造体の製造方法に関するものである。

近年ＬＥＤ（発光ダイオード）が照明用や表示用の光源装置として広く用いられるようになっている。この光源装置においては、ＬＥＤは光照射面側を表側にした姿勢で基板にフリップチップ実装される。ＬＥＤは構造上外部接続用の２つの電極間に段差が存在するため、ＬＥＤのフリップチップ実装においては、従来より２つの電極にそれぞれ異なる高さのバンプを形成する実装構造例が知られている（例えば特許文献１，２参照）。
特開２００１−１２７３４８号公報 特開２００３−１６８８２９号公報

ところで、ＬＥＤを用いて高い発光効率の照明装置を実現するためには、ＬＥＤの放熱効率を向上させることが求められる。したがって、ＬＥＤの電極を基板の回路電極に電気的に接続するとともにＬＥＤ自体を基板に固着する発光素子実装構造体において、これら電極の接合部を極力広い接触面積で且つ極力薄い接合厚さで構成することが望ましい。しかしながら上述の特許文献例においてはいずれもＬＥＤの電極に形成されたバンプを介して基板の電極に接合する構成を採用していたことから、上述の要件に則した望ましい形態の接合部を、安定した信頼性で得ることが困難で、放熱性の向上には限界があった。

そこで本発明は、安定した信頼性で放熱性の向上を実現することができる発光素子実装構造体および発光素子実装構造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発光素子実装構造体は、透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であって前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装体であって、前記第２電極の金属メッキ層を前記第２端子に接合し、前記第１電極を金属ナノ粒子ペーストによって所定厚みに形成された導体層を介して前記第１端子に接続し、または前記第２電極の金属メッキ層を金属ナノ粒子ペーストによって形成された第２導体層を介して前記第２端子に接合し、前記第１電極を金属ナノ粒子ペーストによって前記第２導体層よりも厚く形成された第１導体層を介して前記第１端子に接続した。

本発明の発光素子実装構造体の製造方法は、透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であって前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装構造体を製造する発光素子実装構造体の製造方法
であって、
前記第１電極もしくは第１端子のいずれか、または第１電極および第２電極もしくは第１端子および第２端子の表面に金属ナノ粒子ペーストを塗布する塗布工程と、前記金属ナノ粒子ペーストを加熱して導体層を形成するキュア工程と、前記発光素子をフェイスダウン姿勢にした状態で前記第１電極と第２電極とを前記基板の第１端子と第２端子とにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含む。

本発明によれば、第１電極と第２電極とを第１端子および第２端子と電気的に接続する構成において、第１電極と第２電極との段差を、金属ナノ粒子ペーストによって所定厚みに形成された導体層によって補正することにより、接合部の接触面積を極力大きく確保するとともに接合部の厚みを極力薄くすることができ、安定した信頼性で放熱性の向上を実現することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の分解斜視図、図２，図３，図４は本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図、図５は本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法において用いられる金属ナノ粒子ペースト印刷装置の斜視図、図６，図７は本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図である。

図１を参照して、ＬＥＤ１（発光素子）を基板７に実装した発光素子実装構造体について説明する。図１は、ＬＥＤ１を基板７との接続用の電極形成面を上向きにしたフェイスアップ姿勢で示しており、ＬＥＤ１を基板７に実装する際には、図１に示す状態を上下反転して電極形成面を下向きにしたフェイスダウン姿勢で搭載される。

まずＬＥＤ１の構造を説明する。透明基板であるサファイア基板２上には第１半導体層としてのＮ型半導体３がサファイア基板２の全面を覆って形成されており、Ｎ型半導体３の上面には、第１電極であるＮ型部電極４および第２半導体層であるＰ型半導体５が形成され、さらにＰ型半導体５の上面には第２電極であるＰ型部電極６が形成されている。ここでＮ型半導体３の上面には、第１領域と第１領域よりも広い第２領域が設定されており、第１領域にはＮ型部電極４が、また第２領域にはＰ型半導体５がそれぞれ形成されている。Ｎ型部電極４およびＰ型部電極６の表面には、それぞれ金属メッキ層４ａ、６ａが同一メッキ工程にて形成されている。

基板７には、第１回路電極８ａ、第２回路電極８ｂが形成されており、第１回路電極８ａ、第２回路電極８ｂに導通して、第１端子９ａ、第２端子９ｂがＬＥＤ１との接続用として設けられている。ここで、第１端子９ａ、第２端子９ｂは銅などで形成されたパッドの表面を金メッキなどの金属メッキ層で覆って構成され、ＬＥＤ１における第１領域、第２領域にそれぞれ対応した形状となっている。図１に示す姿勢のＬＥＤ１を上下反転して基板７に実装する際には、Ｎ型部電極４が第１端子９ａに、またＰ型部電極６が第２端子９ｂにそれぞれ金属接合される。

次に、図２，図３，図４を参照して、図１に示す発光素子実装構造体の製造方法について説明する。図２（ａ）は、個片に分割される前のウェハ状態のＬＥＤ１を示しており、複数のＬＥＤ１が作り込まれた半導体ウェハ１Ａは、サファイア基板層２Ａの上面を覆ってＮ型半導体層３Ａを全面に形成し、Ｎ型半導体層３Ａの上面に、各ＬＥＤ１に対応してＮ型部電極４およびＰ型部電極６を形成した構成となっている。Ｎ型部電極４、Ｐ型部電極６の表面には、それぞれ金メッキによる金属メッキ膜４ａ、６ａが形成されている。こ
こで、Ｎ型部電極４とＰ型部電極６の上面はＰ型半導体５の厚み分だけ高さが異なっており、これらの電極間には段差ｄが存在している。

次いでこれらの段差ｄを埋めるための導体層形成が半導体ウェハ１Ａを対象として行われる。すなわち図２（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１Ａは図５に示すインクジェット方式の印刷装置１０（プリンタ）に送られ、印刷装置１０を用いてＮ型部電極４の表面に後述する金属ナノ粒子ペースト２２が塗布される。ここで、図５を参照して、インクジェット方式の印刷装置１０（プリンタ）の構造および機能について説明する。

図５において、基板保持部１２の上面には複数のＬＥＤ１が作り込まれた半導体ウェハ１Ａが保持されている。基板保持部１２の上方には、印刷ヘッド駆動部１５によって駆動される印刷ヘッド１４がＹ方向に移動自在に配設されている。印刷ヘッド１４は下面に金属ナノペースト２２を吐出する吐出ノズル（図示省略）を多数等間隔で備えており、制御部２１によって印刷ヘッド駆動部１５を制御することにより、印刷ヘッド１４をＹ方向の任意位置に移動させるとともに、各吐出口からの金属ナノ粒子ペースト２２の吐出量を制御できるようになっている。

印刷ヘッド１４が基板保持部１２に保持された半導体ウェハ１Ａの上方に移動し、各吐出ノズルを半導体ウェハ１Ａに設けられたＮ型部電極４上で停止または通過する各吐出ノズルから金属ナノ粒子ペースト２２を吐出することにより、Ｎ型部電極４の表面には所定塗布量の金属ナノ粒子ペースト２２が塗布される。

ここで用いられる金属ナノ粒子ペースト２２は、金属ナノ粒子、すなわちＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの導電金属を１０ｎｍ程度の粒径に細粒化した導電微粒子を、テトラデカンなどの溶剤に含有させたものである。金属ナノ粒子ペースト２２の塗布後にキュア工程に送り加熱することにより、金属ナノ粒子ペースト２２中の溶剤が蒸発し、金属ナノ粒子ペースト中の導電微粒子が固体化した導体層が形成される。

印刷ヘッド１４の側方には、カメラ１７および高さ計測ヘッド１８を備えた計測ヘッド１６が、ＸＹ方向に移動自在に配設されている。基板保持部１２に保持された半導体ウェハ１Ａの上方に計測ヘッド１６を移動させ、カメラ１７によって半導体ウェハ１Ａを撮像して取得した画像を、位置認識部１９によって認識処理することにより、半導体ウェハ１ＡにおけるＮ型部電極４の位置が認識される。位置認識結果は制御部２１に伝達される。

また計測ヘッド１６を半導体ウェハ１Ａの上方に移動させ、高さ計測ヘッド１８を計測対象面に位置合わせしてレーザ光による測距動作を行わせることにより、計測対象面の高さが計測される。ここでは、印刷ヘッド１４の吐出ノズルによって金属ナノ粒子ペースト２２が塗布される前の塗布面が計測対象面となっている。高さ計測部２０による高さ計測結果は、制御部２１に伝達される。導体層形成のための印刷ヘッド１４による塗布に際しては、制御部２１は高さ計測部２０によって求めたＮ型部電極４の表面の高さ計測結果、すなわち金属ナノ粒子ペースト２２が塗布される塗布面の高さ情報より、それぞれの塗布面ごとに必要なペースト塗布量を計算する。そして、制御部２１がこのペースト塗布量に基づいて印刷ヘッド駆動部１５を制御することにより、印刷ヘッド１４は吐出ノズルによって半導体ウェハ１Ａの各Ｎ型部電極４に対して所定厚みの導体層形成に必要な塗布量の金属ナノ粒子ペースト２２を吐出する。

このようにしてＮ型部電極４上に金属ナノ粒子ペースト２２が塗布された半導体ウェハ１Ａはキュア装置に送られ、ここで所定の加熱条件で加熱される。これにより、図２（ｃ）に示すように、金属ナノ粒子ペースト２２中の溶剤成分が蒸発し、導電微粒子が凝結することによって金属状の固体となって導体層２２ａが形成される（キュア工程）。ここで
は導体層２２ａは、図２（ａ）に示す段差ｄに相当する所定厚みに形成される。

この後、キュア工程後の半導体ウェハ１Ａはプラズマ洗浄工程に送られる。すなわち図３（ａ）に示すように、半導体ウェハ１Ａはプラズマ処理装置２３の真空チャンバ２４内に配置された下部電極２５上に載置される。そして下部電極２５と対向した上部電極２６との間でプラズマ放電を発生させることにより、半導体ウェハ１Ａの表面をプラズマ洗浄する。これにより、導体層２２ａの表面に残留する分散剤の残渣などの有機物層が除去され、表面が清浄な導体層２２ａが得られる（有機物除去工程）。

この後、半導体ウェハ１Ａはダイシング工程に送られ、図３（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１Ａは個片のＬＥＤ１に分割される。これにより、図１に示すＬＥＤ１において、Ｎ型部電極４の上面にＰ型部電極６との間の段差ｄが導体層２２ａによって補正された状態のＬＥＤ１が完成する。

この後、個片状態のＬＥＤ１は搭載工程に送られ、ここでＬＥＤ１は加熱装置と超音波振動付与装置とを備えた圧着装置によって基板７に熱と荷重および超音波振動によって圧着される。すなわち、図４（ａ）に示すように、ＬＥＤ１は電極形成面を下向きにしたフェイスダウン姿勢で吸着孔２７ａを備えたボンディングツール２７によって吸着保持され、導体層２２ａを第１端子９ａに、Ｐ型部電極６を第２端子９ｂにそれぞれ合わせて、位置合わせされる。

次いで図４（ｂ）に示すように、ボンディングツール２７を基板７に対して下降させて、導体層２２ａを第１端子９ａに、Ｐ型部電極６を第２端子９ｂにそれぞれ当接させ、当接面に熱・荷重および超音波振動を所定時間作用させる。これにより、導体層２２ａ、Ｐ型電極部６は、それぞれ第１端子９ａ、第２端子９ｂと、金属メッキ層を介して金属接合によりボンディングされる（ボンディング工程）。そしてこの後ボンディングツール２７を上昇させることにより、図４（ｃ）に示すように、基板７にＬＥＤ１を実装した発光素子実装構造体が完成する。

上述の発光素子実装構造体は、発光素子、すなわちサファイア基板２上に形成されたＮ型半導体３と、Ｎ型半導体３の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層４ａで覆われた外部接続用のＮ型部電極４と、Ｎ型半導体３の表面であって第１領域よりも広い第２領域に形成されたＰ型半導体５と、Ｐ型半導体５の表面に形成され表面が金属メッキ層４ａと同一工程で形成された金属メッキ層６ａにて覆われたＰ型部電極６とを有するＬＥＤ１を、Ｎ型部電極４と電気的に接続される第１端子９ａと、Ｐ型部電極６と電気的に接続される第２端子９ｂとが設けられた基板７に実装した発光素子実装構造体であって、Ｐ型部電極６の金属メッキ層６ａを第２端子９ｂに接合し、第１端子９ａを金属ナノ粒子ペーストによって所定厚みに形成された導体層２２ａを介して第１端子９ａに接続した構造となっている。

このような構造を採用することにより、Ｎ型部電極４と第１端子９ａおよびＰ型部電極６と第２端子９ｂとを、極力広い接触面積で且つ極力薄い接合厚さで接続することができ、ＬＥＤ１によって発生した熱を基板７へ効率よく放熱することができ、安定した信頼性で高い発光効率を実現することができる。

そしてこの発光素子実装構造体を製造する製造方法は、Ｎ型部電極４の表面に金属ナノ粒子ペースト２２を塗布する塗布工程と、塗布された金属ナノ粒子ペースト２２を加熱して導体層２２ａを形成するキュア工程と、ＬＥＤ１をフェイスダウン姿勢にした状態でＮ型部電極４とＰ型部電極６とを基板７の第１端子９ａと第２端子９ｂとにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含む形態となっており、塗布工程を、Ｌ
ＥＤ１が個片に分割される前の半導体ウェハ１Ａの状態で、インクジェット方式の印刷装置１０によって行う形態となっている。そしてキュア工程の後であってボンディング工程の前には、導体層の表面に残留する有機物層をプラズマ処理によって除去する有機物除去工程をさらに含む形態となっている。

なお上記実施例では、Ｎ型部電極４にのみ導体層２２ａを形成する例を示したが、Ｐ型部電極６にも同様に金属ナノ粒子ペースト２２による導体層を形成するようにしてもよい。すなわち、図６（ｂ）に示すように、塗布ヘッド１４によって金属ナノ粒子ペースト２２を塗布する際に、Ｎ型部電極４のみならず、Ｐ型部電極６の上面にも金属ナノ粒子ペースト２２を塗布し、図６（ｃ）に示すように、半導体ウェハ１Ａをキュア装置に送ることにより、Ｎ型部電極４およびＰ型部電極６の上面に、それぞれ導体層２２ａ（第１導体層）、導体層２２ｂ（第２導体層）を形成する（キュア工程）。このとき、形成された導体層２２ａ、２２ｂの上面が同じ高さになるように、金属ナノ粒子ペースト２２の塗布量を制御する。そしてキュア工程後には、図３（ａ）と同様にプラズマ処理による有機物除去が行われ、次いでダイシング工程によって半導体ウェハ１Ａを個片のＬＥＤ１に分割する。

この後、個片状態のＬＥＤ１は搭載工程に送られ、ここでＬＥＤ１は加熱装置と超音波振動付与装置とを備えた圧着装置によって、基板７に熱と荷重および超音波振動によって圧着される。すなわち、図７（ａ）に示すように、ＬＥＤ１は電極形成面を下向きにしたフェイスダウン姿勢で吸着孔２７ａを備えたボンディングツール２７によって吸着保持され、導体層２２ａを第１端子９ａに、第２導体層２２ｂを第２端子９ｂにそれぞれ合わせて、位置合わせされる。

次いで図７（ｂ）に示すように、ボンディングツール２７を基板７に対して下降させて、導体層２２ａを第１端子９ａに、導体層２２ｂを第２端子９ｂにそれぞれ当接させ、当接面に熱・荷重および超音波振動を所定時間作用させる。これにより、導体層２２ａ、２２ｂは、それぞれ第１端子９ａ、第２端子９ｂと、金属メッキ層を介して金属接合によりボンディングされる（ボンディング工程）。そしてこの後ボンディングツール２７を上昇させることにより、図７（ｃ）に示すように、基板７にＬＥＤ１を実装した発光素子実装構造体が完成する。

この発光素子実装構造体は、前述構成のＬＥＤ１を基板７に実装した発光素子実装構造体であって、Ｐ型部電極６の金属メッキ膜６ａを導体層２２ｂ（第２導体層）を介して第２端子９ｂに接合し、Ｎ型部電極４の金属メッキ膜４ａを金属ナノ粒子ペースト２２によって導体層２２ｂもよりも厚く形成された導体層２２ａ（第１導体層）を介して第１端子９ａに接続した構造となっている。

上記実施例においては、Ｎ型部電極４とＰ型部電極６の表面に金属ナノ粒子ペースト２２を塗布する塗布工程と、塗布された金属ナノ粒子ペースト２２を加熱して導体層２２ａ、２２ｂを形成するキュア工程と、ＬＥＤ１をフェイスダウン姿勢にした状態でＮ型部電極４とＰ型部電極６とを基板７の第１端子９ａと第２端子９ｂとにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含む形態となっており、塗布工程を、ＬＥＤ１が個片に分割される前の半導体ウェハ１Ａの状態で、インクジェット方式の印刷装置１０によって行う形態となっている。そしてキュア工程の後であってボンディング工程の前には、導体層の表面に残留する有機物層をプラズマ処理によって除去する有機物除去工程をさらに含む形態となっている。

このような構成を採用することにより、前述のように放熱性に優れた特性とともに、搭載時のボンディングにおいてはＮ型部電極４およびＰ型部電極６は、金属メッキ層との接
合性に優れた導体層２２ａ、２２ｂを介して金属接合によって接続される形態となり、安定した接続品質が確保される。

（実施の形態２）
図８、図９、図１０，図１１は本発明の実施の形態２の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図である。本実施の形態２は、ＬＥＤ１におけるＮ型部電極４とＰ型部電極６の電極間の段差ｄを金属ナノ粒子ペースト２２による導体層で補正する構成において、ＬＥＤ１に導体層を形成する代わりに基板７に導体層を形成するようにしている。

図８（ａ）において、基板７の上面の第１回路電極８ａ、第２回路電極８ｂには、第１端子９ａ、第２端子９ｂが導通して形成されている。第１端子９ａ上には、図２（ａ）と同様に、導体層形成のための金属ナノ粒子ペースト２２が印刷装置１０の印刷ヘッド１４によって塗布される（塗布工程）。この後、基板７をキュア装置に送り加熱することにより、実施の形態１に示す例と同様に金属ナノ粒子ペースト２２が凝集して、図８（ｂ）に示すように、第１端子９ａ上に導体層２２ｃが形成される（キュア工程）。このとき、導体層２２ｃの厚みが図２（ａ）に示す段差ｄに等しくなるように、塗布ヘッド１４による塗布量が制御される。

この後、基板７は図３（ａ）に示すプラズマ処理装置によってプラズマ処理が行われ、導体層２２ｃの上面の分散剤の残渣などの有機物層を除去して（有機物除去工程）清浄化した後、基板７はボンディング装置に送られ、ここで基板７に対して実施の形態１と同様にＬＥＤ１が実装される。

すなわち、図９（ａ）に示すように、ＬＥＤ１は電極形成面を下向きにしたフェイスダウン姿勢で吸着孔２７ａを備えたボンディングツール２７によって吸着保持され、Ｐ型部電極６を第１端子９ａに、Ｎ型部電極４を導体層２２ｃにそれぞれ合わせて、位置合わせされる。

次いで図４（ｂ）に示すように、ボンディングツール２７を基板７に対して下降させて、Ｎ型部電極４を導体層２２ｃに、Ｐ型部電極６を第２端子９ｂにそれぞれ当接させ、当接面に熱・荷重および超音波振動を所定時間作用させる。これにより、Ｎ型部電極４、Ｐ型部電極６は、それぞれ導体層２２ｃ、第２端子９ｂと金属メッキ層を介して金属接合によりボンディングされる（ボンディング工程）。そしてこの後ボンディングツール２７を上昇させることにより、基板７にＬＥＤ１を実装した発光素子実装構造体が完成する。

そしてこの発光素子実装構造体を製造する製造方法は、基板７の第１端子９ａの表面に金属ナノ粒子ペースト２２を塗布する塗布工程と、金属ナノ粒子ペースト２２を加熱して導体層２２ｃを形成するキュア工程と、ＬＥＤ１をフェイスダウン姿勢にした状態でＮ型部電極４とＰ型部電極６とを基板７の第１端子９ａと第２端子９ｂとにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含む形態となっており、塗布工程を、ＬＥＤ１が個片に分割される前の半導体ウェハ１Ａの状態で、インクジェット方式の印刷装置１０によって行う形態となっている。そしてキュア工程の後であってボンディング工程の前には、導体層２２ｃの表面に残留する有機物層をプラズマ処理によって除去する有機物除去工程をさらに含む形態となっている。この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお上記実施例では、第１端子９ａにのみ導体層２２ｃを形成する例を示したが、第２端子９ｂにも同様の金属ナノ粒子ペーストによる導体層を形成するようにしてもよい。すなわち、図１０（ａ）に示すように、塗布ヘッド１４によって金属ナノ粒子ペースト２２を塗布する際に、第１端子９ａのみならず、第２端子９ｂの表面にも金属ナノ粒子ペース
ト２２を塗布し（塗布工程）、図１０（ｂ）に示すように、基板７をキュア装置に送って加熱することにより、第１端子９ａおよび第２端子９ｂの上面に、それぞれ導体層２２ｃ、導体層２２ｄを形成する（キュア工程）。このとき、形成された導体層２２ｃ、導体層２２ｄの厚み差が、図２（ａ）に示す段差ｄと等しくなるように、金属ナノ粒子ペースト２２の塗布量を制御する。

この後、基板７は図３（ａ）に示すプラズマ処理装置によってプラズマ処理が行われ、導体層２２ｃ、導体層２２ｄの上面の分散剤の残渣などの有機物層を除去して（有機物除去工程）清浄化した後、基板７はボンディング装置に送られ、ここで基板７に対して実施の形態１と同様にＬＥＤ１が実装される。

すなわち、図１１（ａ）に示すように、ＬＥＤ１は電極形成面を下向きにしたフェイスダウン姿勢で吸着孔２７ａを備えたボンディングツール２７によって吸着保持され、Ｐ型部電極６を導体層２２ｄに、Ｎ型部電極４を導体層２２ｃにそれぞれ合わせて、位置合わせされる。

次いで図１２（ｂ）に示すように、ボンディングツール２７を基板７に対して下降させて、Ｐ型部電極６を導体層２２ｄに、Ｎ型部電極４を導体層２２ｃにそれぞれ当接させ、当接面に熱・荷重および超音波振動を所定時間作用させる。これにより、Ｎ型部電極４、Ｐ型部電極６は、それぞれ導体層２２ｃ、２２ｄと金属メッキ層を介して金属接合によりボンディングされる（ボンディング工程）。そしてこの後ボンディングツール２７を上昇させることにより、基板７にＬＥＤ１を実装した発光素子実装構造体が完成する。

すなわち上記実施例は、基板７の第１端子９ａの表面と第２端子９ｂの表面に金属ナノ粒子ペースト２２を塗布する塗布工程と、塗布された金属ナノ粒子ペースト２２を加熱して導体層２２ｃ、２２ｄを形成するキュア工程と、ＬＥＤ１をフェイスダウン姿勢にした状態でＮ型部電極４とＰ型部電極６とを基板７の第１端子９ａと第２端子９ｂとにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含む形態となっており、塗布工程を、ＬＥＤ１が個片に分割される前の半導体ウェハ１Ａの状態で、インクジェット方式の印刷装置１０によって行う形態となっている。そしてキュア工程の後であってボンディング工程の前には、導体層２２ｃの表面に残留する有機物層をプラズマ処理によって除去する有機物除去工程をさらに含む形態となっている。

このような構成を採用することにより、放熱性に優れた特性とともに、搭載時のボンディングにおいてはＮ型部電極４およびＰ型部電極６は、金属メッキ層との接合性に優れた導体層２２ｃ、２２ｄを介して金属接合によって接続される形態となり、安定した接続品質が確保される。

本発明の発光素子実装構造体は、接合部の接触面積を極力大きく確保するとともに接合部の厚みを極力薄くすることができ、安定した信頼性で放熱性の向上を実現することができるという効果を有し、ＬＥＤ素子を基板に実装してなる発光素子実装構造体に有用である。

本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の分解斜視図 本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法において用いられる金属ナノ粒子ペースト印刷装置の斜視図 本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態１の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態２の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態２の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態２の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図 本発明の実施の形態２の発光素子実装構造体の製造方法の工程説明図

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ サファイア基板
３ Ｎ型半導体
４ Ｎ型部電極
４ａ 金属メッキ層
５ Ｐ型半導体
６ Ｐ型部電極
６ａ 金属メッキ層
７ 基板
９ａ 第１端子
９ｂ 第２端子
２２ 金属ナノ粒子ペースト
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 導体層

Claims (16)

1. 透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であって前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装構造体であって、
   前記第２電極の金属メッキ層を前記第２端子に接合し、前記第１電極を金属ナノ粒子ペーストによって所定厚みに形成された導体層を介して前記第１端子に接続したことを特徴とする発光素子実装構造体。
2. 透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であって前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装構造体であって、
   前記第２電極の金属メッキ層を金属ナノ粒子ペーストによって形成された第２導体層を介して前記第２端子に接合し、前記第１電極を金属ナノ粒子ペーストによって前記第２導体層よりも厚く形成された第１導体層を介して前記第１端子に接続したことを特徴とする発光素子実装構造体。
3. 透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であって前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装構造体を製造する発光素子実装構造体の製造方法であって、
   前記第１電極の表面に金属ナノ粒子ペーストを塗布する塗布工程と、前記金属ナノ粒子ペーストを加熱して導体層を形成するキュア工程と、前記発光素子をフェイスダウン姿勢にした状態で前記第１電極と第２電極とを前記基板の第１端子と第２端子とにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含むことを特徴とする発光素子実装構造体の製造方法。
4. 前記塗布工程を、発光素子が個片に分割される前のウェハ状態で行うことを特徴とする請求項３記載の発光素子実装構造体の製造方法。
5. 前記塗布工程を、インクジェット方式のプリンタで行うことを特徴とする請求項４記載の発光素子実装構造体の製造方法。
6. 前記キュア工程の後であってボンディング工程の前に実行され、前記導体層の表面に残留する有機物層を除去する有機物除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の発光素子実装構造体の製造方法。
7. 透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であ
   って前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装構造体を製造する発光素子実装構造体の製造方法であって、
   前記第１電極の表面と前記第２電極の表面に金属ナノ粒子ペーストを塗布する塗布工程と、前記金属ナノ粒子ペーストを加熱して導体層を形成するキュア工程と、前記発光素子をフェイスダウン姿勢にした状態で前記第１電極と第２電極とを前記基板の第１端子と第２端子とにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含むことを特徴とする発光素子実装構造体の製造方法。
8. 前記塗布工程を、インクジェット方式のプリンタで行うことを特徴とする請求項７記載の発光素子実装構造体の製造方法。
9. 前記キュア工程の後であってボンディング工程の前に実行され、前記導体層の表面に残留する有機物層を除去する有機物除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の発光素子実装構造体の製造方法。
10. 透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であって前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装構造体を製造する発光素子実装構造体の製造方法であって、
    前記第１端子の表面に金属ナノ粒子ペーストを塗布する塗布工程と、前記金属ナノ粒子ペーストを加熱して導体層を形成するキュア工程と、前記発光素子をフェイスダウン姿勢にした状態で前記第１電極と第２電極とを前記基板の第１端子と第２端子とにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含むことを特徴とする発光素子実装構造体の製造方法。
11. 前記塗布工程を、発光素子が個片に分割される前のウェハ状態で行うことを特徴とする請求項１０記載の発光素子実装構造体の製造方法。
12. 前記塗布工程を、インクジェット方式のプリンタで行うことを特徴とする請求項１１記載の発光素子実装構造体の製造方法。
13. 前記キュア工程の後であってボンディング工程の前に実行され、前記導体層の表面に残留する有機物層を除去する有機物除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の発光素子実装構造体の製造方法。
14. 透明基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層の表面の第１領域に形成され表面が金属メッキ層で覆われた外部接続用の第１電極と、前記第１半導体層の表面であって前記第１領域よりも広い第２領域に形成された第２半導体層と、前記第２半導体層の表面に形成され表面が前記金属メッキ層と同一工程で形成された金属メッキ層にて覆われた第２電極とを有する発光素子を、前記第１電極と電気的に接続される第１端子と、前記第２電極と電気的に接続される第２端子とが設けられた基板に実装した発光素子実装構造体を製造する発光素子実装構造体の製造方法であって、
    前記第１端子の表面と第２端子の表面に金属ナノ粒子ペーストを塗布する塗布工程と、前記金属ナノ粒子ペーストを加熱して導体層を形成するキュア工程と、前記発光素子をフ
    ェイスダウン姿勢にした状態で前記第１電極と第２電極とを前記基板の第１端子と第２端子とにそれぞれ位置合わせしてボンディングするボンディング工程とを含むことを特徴とする発光素子実装構造体の製造方法。
15. 前記塗布工程を、インクジェット方式のプリンタで行うことを特徴とする請求項１４記載の発光素子実装構造体の製造方法。
16. 前記キュア工程の後であってボンディング工程の前に実行され、前記導体層の表面に残留する有機物層を除去する有機物除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４または１５のいずれかに記載の発光素子実装構造体の製造方法。
    

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