JP5920143B2 - Ｌｅｄチップの実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤチップの実装方法に関する。

従来、ＬＥＤチップを配線基板上にフリップチップ実装する方法として、フラックスを用いてはんだ接続の妨げとなる接続部の酸化膜を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

フラックスには、通常、溶媒と、酸化物に対する反応性を有する活性剤が含まれる。フラックス中の活性剤を接続部上の酸化膜と反応させ、反応生成物である金属塩を溶解除去することにより、接続部上の酸化膜を除去することができる。また、フラックスは溶媒により粘性を有するため、はんだ接続前にＬＥＤチップを配線基板上に仮止めすることができる。

国際公開第９９／４８１４６号

しかしながら、はんだ接続にフラックスを用いた場合、フラックス中の活性剤と酸化膜の反応により生成された金属塩等がフラックス残渣として配線基板上に残るおそれがある。この様なフラックス残渣は配線の短絡や腐食等の原因となり、ＬＥＤデバイスの信頼性を低下させる。

このため、洗浄によるフラックス残渣の除去が必要となるが、洗浄工程の追加により工程数が増加し、また、洗浄しきれないフラックス残渣や洗浄液が配線基板上に残るおそれがある。

本発明の目的の一つは、実装後の洗浄を必要とせず、信頼性に優れたＬＥＤデバイスを製造することのできるＬＥＤチップの実装方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様において、ＬＥＤチップの、Ａｕを主成分とする表層及びその下層のはんだ層を含む接着層、及び配線基板上の、Ａｕを主成分とする表層を含む、酸化膜の発生を抑制された導電パターンの少なくともいずれか一方の表面上に、揮発性溶媒のみを塗布する工程と、前記接着層が前記導電パターンの上に位置するように前記ＬＥＤチップを前記配線基板上に載せ、前記揮発性溶媒により仮止めする工程と、前記はんだ層が溶融する温度での熱処理により、前記揮発性溶媒を揮発させつつ、前記導電パターンと前記接着層を接合する工程と、を含む、ＬＥＤチップの実装方法を提供する。

上記ＬＥＤチップの実装方法において、前記ＬＥＤチップはフリップチップ型であり、前記接着層は電極であってもよい。

上記ＬＥＤチップの実装方法において、前記はんだ層がＡｕを含むことが好ましい。

本発明によれば、実装後の洗浄を必要とせず、信頼性に優れたＬＥＤデバイスを製造することのできるＬＥＤチップの実装方法を提供することができる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係るＬＥＤチップの実装工程を示す垂直断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係るＬＥＤチップの実装工程を示す垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態においては、図１（ａ）に示されるようなフリップチップ型のＬＥＤチップ３０を配線基板１０上に実装する。

（配線基板の構成）
配線基板１０は、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム、ガラスエポキシ等の無機材料を母体としたものや、アルミニウム、銅等からなる金属材料を母体とし、必要に応じて表面に絶縁層を設けたもの、からなる基板１１と、基板１１上の導電パターン１２を含む。導電パターン１２は、表層１２ａと、その下層の導電層１２ｂを有する。

表層１２ａはＡｕを主成分とする層であり、例えば、Ａｕ層である。表層１２ａを設けることにより、導電パターン１２の表面における酸化膜の発生を抑えることができる。

導電層１２ｂは、単層構造であっても多層構造であってもよく、例えば、基板１１側から順にＣｕ層、Ｎｉ層を積層した多層構造を有する。なお、導電パターン１２は、導電層１２ｂを含まず、表層１２ａのみで構成されてもよい。

（ＬＥＤチップの構成）
ＬＥＤチップ３０は、フリップチップ型のＬＥＤチップであり、チップ基板３１、結晶層３２、及び電極３３を有する。チップ基板３１は透光性を有する基板であり、例えば、ＧａＮ基板である。結晶層３２は、例えば、基板３１上にエピタキシャル結晶成長により形成されたＧａＮ系半導体層であり、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた発光層を有する。結晶層３２の表面には、Ａｇ等からなる光反射膜が設けられてもよい。

電極３３は、結晶層３２のｎ型半導体層とｐ型半導体層にそれぞれ接続される。電極３３は、表層３３ａ、その下層のはんだ層３３ｂ、及びその下層の導電層３３ｃを有する。

表層３３ａはＡｕを主成分とする層であり、例えば、Ａｕ層である。表層３３ａを設けることにより、電極３３と導電パターン１２を接合する際に、表層３３ａ中のＡｕと表層１２ａ中のＡｕを互いに拡散させ、接合反応を促進させることができる。

はんだ層３３ｂは、はんだ材からなり、特に、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｂ等のＡｕを含むはんだ材からなることが好ましい。はんだ層３３ｂがＡｕを含むことにより、電極３３と導電パターン１２を接合する際に、はんだ層３３ｂ中のＡｕを拡散させ、接合反応をより促進させることができる。

導電層３３ｃは、単層構造であっても多層構造であってもよく、例えば、結晶層３２側から順にＮｉ層、Ａｕ層、Ｔｉ層とＮｉ層の交互層を積層した多層構造を有する。Ｔｉ層とＮｉ層の交互層の代わりにＰｔ層を用いてもよい。Ｔｉ層とＮｉ層の交互層及びＰｔ層は、はんだ層３３ｂ中の元素（例えば、ＡｕＳｎからなるはんだ層３３ｂ中のＳｎ）の結晶層３２側への拡散を防ぐ機能を有する。

以下に、本実施の形態のＬＥＤチップ３０の実装方法の一例を示す。

（ＬＥＤチップの実装方法）
図１（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係るＬＥＤチップの実装工程を示す垂直断面図である。

まず、図１（ａ）に示されるように、配線基板１０の導電パターン１２の表面、すなわち表層１２ａの表面の上に揮発性溶媒２０を塗布する。揮発性溶媒２０は、フラックスと異なり、接続部の酸化膜を除去するための活性剤等を含まず、溶媒のみからなる。揮発性溶媒２０は、揮発性の溶媒であれば特に限定されない。

なお、揮発性溶媒２０をＬＥＤチップ３０の電極３３の表面、すなわち表層３３ａの表面の上に塗布してもよく、また、導電パターン１２と電極３３の両方の表面上に塗布してもよい。

次に、図１（ｂ）に示されるように、電極３３が導電パターン１２の揮発性溶媒２０が塗布された部分の上に位置するようにＬＥＤチップ３０を配線基板１０上に載せる。これにより、揮発性溶媒２０の有する粘性のため、ＬＥＤチップ３０を配線基板１０上に仮止めすることができる。

次に、図１（ｃ）に示されるように、はんだ層３３ｂが溶融する温度での熱処理により、揮発性溶媒２０を揮発させつつ、導電パターン１２と電極３３を接合する。

このとき、導電パターン１２がＡｕを主成分とする表層１２ａを含むことにより、導電パターン１２の表面における酸化膜の発生が抑えられているため、フラックス等により酸化膜の除去を行うことなく、導電パターン１２と電極３３を接合することができる。

また、このとき、導電パターン１２の表層１２ａ中のＡｕと電極３３の表層３３ａ中のＡｕが互いに拡散し、導電パターン１２と電極３３の接合反応を促進させ、短時間で強く接合させることができる。さらに、はんだ層３３ｂにＡｕが含まれる場合は、はんだ層３３ｂ中のＡｕも拡散し、さらに接合反応が促進される。表層３３ａ中のＡｕが拡散した結果、表層３３ａとはんだ層３３ｂからＡｕを含むはんだ層３３ｄが形成される。

導電パターン１２と電極３３の接合にはフラックス等を用いていないため、接合後に残渣が生じない。このため、残渣を除去するための洗浄工程も必要ない。

以下の表１は、揮発性溶媒２０として用いる溶媒と、導電パターン１２と電極３３の接合強度との関係をシェア試験により評価した結果を示すものである。

表１の加熱条件の「プレヒート」は、はんだ層３３ｂが溶融する温度での熱処理の前に、低温（１２０℃）で一定時間行われる処理である。プレヒートを行うことにより、揮発性溶媒２０の揮発が進み、配線基板１０上の揮発性溶媒２０の量が減少すると考えられる。

表１中の○は、シェア試験の結果、接合強度が比較的高かったもの、△は比較的低かったものを示す。

導電パターン１２と電極３３の接合強度は、接合反応時の揮発性溶媒２０の残存量に影響を受けるものと思われる。接合反応時の揮発性溶媒２０の残存量が多すぎると接合の妨げとなり、少なすぎると電極３３が導電パターン１２上に固定されなくなり、うまく接合されないものと思われる。そのため、揮発性溶媒２０の沸点に対する加熱条件が適切であり、接合反応時に適切な量の揮発性溶媒２０が残存していたものが強く接合されたものと考えられる。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態においては、図２（ａ）に示されるようなフェイスアップ型のＬＥＤチップ４０を配線基板１０上に実装する。なお、配線基板１０の構成等、第１の実施の形態と同様の部分については、説明を省略又は簡略化する。

（ＬＥＤチップの構成）
ＬＥＤチップ４０は、フェイスアップ型のＬＥＤチップであり、チップ基板４１、結晶層４２、電極４３、及び接着層４４を有する。チップ基板４１は、例えば、サファイア基板である。結晶層４２は、例えば、基板４１上にエピタキシャル結晶成長により形成されたＧａＮ系半導体層であり、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた発光層を有する。

電極４３は、結晶層４２のｎ型半導体層とｐ型半導体層にそれぞれ接続される。電極４３は、後述するワイヤー４５により、配線基板１０の導電パターン１２に接続される。

接着層４４は、チップ基板４１の結晶層４２と反対側の面上に設けられ、ＬＥＤチップ４０を配線基板１０に接着するために用いられる。接着層４４は、表層４４ａと、その下層のはんだ層４４ｂと、その下層の下地層４４ｃを有する。

表層４４ａはＡｕを主成分とする層であり、例えば、Ａｕ層である。表層４４ａを設けることにより、接着層４４と導電パターン１２を接合する際に、表層４４ａ中のＡｕと表層１２ａ中のＡｕを互いに拡散させ、接合反応を促進させることができる。

はんだ層４４ｂは、はんだ材からなり、特に、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｂ等のＡｕを含むはんだ材からなることが好ましい。はんだ層４４ｂがＡｕを含むことにより、接着層４４と導電パターン１２を接合する際に、はんだ層４４ｂ中のＡｕを拡散させ、接合反応をより促進させることができる。

下地層４４ｃは、単層構造であっても多層構造であってもよく、例えば、チップ基板４１側から順にＡｌ層、Ｔｉ層とＮｉ層の交互層を積層した多層構造を有する。Ｔｉ層とＮｉ層の交互層の代わりにＰｔ層を用いてもよい。Ｔｉ層とＮｉ層の交互層及びＰｔ層は、はんだ層４４ｂ中の元素（例えば、ＡｕＳｎからなるはんだ層４４ｂ中のＳｎ）のチップ基板４１側への拡散を防ぐ機能を有する。

以下に、本実施の形態のＬＥＤチップ４０の実装方法の一例を示す。

（ＬＥＤチップの実装方法）
図２（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係るＬＥＤチップの実装工程を示す垂直断面図である。

まず、図２（ａ）に示されるように、配線基板１０の導電パターン１２の表面、すなわち表層１２ａの表面の上に揮発性溶媒２０を塗布する。なお、揮発性溶媒２０をＬＥＤチップ４０の接着層４４の表面、すなわち表層４４ａの表面の上に塗布してもよく、また、導電パターン１２と接着層４４の両方の表面上に塗布してもよい。

次に、図２（ｂ）に示されるように、接着層４４が導電パターン１２の揮発性溶媒２０が塗布された部分の上に位置するようにＬＥＤチップ４０を配線基板１０上に載せる。これにより、揮発性溶媒２０の有する粘性のため、ＬＥＤチップ４０を配線基板１０上に仮止めすることができる。

次に、図２（ｃ）に示されるように、はんだ層４４ｂが溶融する温度での熱処理により、揮発性溶媒２０を揮発させつつ、導電パターン１２と接着層４４を接合する。

このとき、導電パターン１２がＡｕを主成分とする表層１２ａを含むことにより、導電パターン１２の表面における酸化膜の発生が抑えられているため、フラックス等により酸化膜の除去を行うことなく、導電パターン１２と接着層４４を接合することができる。

また、このとき、導電パターン１２の表層１２ａ中のＡｕと接着層４４の表層４４ａ中のＡｕが互いに拡散し、導電パターン１２と接着層４４の接合反応を促進させ、短時間で強く接合させることができる。さらに、はんだ層４４ｂにＡｕが含まれる場合は、はんだ層４４ｂ中のＡｕも拡散し、さらに接合反応が促進される。表層４４ａ中のＡｕが拡散した結果、表層４４ａとはんだ層４４ｂからＡｕを含むはんだ層４４ｄが形成される。

導電パターン１２と接着層４４の接合にはフラックス等を用いていないため、接合後に残渣が生じない。このため、残渣を除去するための洗浄工程も必要ない。

（実施の形態の効果）
上記第１及び第２の実施の形態によれば、配線基板の導電パターンの表面にＡｕを主成分とする表層を設けることにより、導電パターンにおける酸化膜の発生を抑える。そして、ＬＥＤチップの配線基板へのはんだ接合による搭載にフラックスを用いず、ＬＥＤチップの仮止めのために揮発性溶媒のみを用いる。そのため、フラックス残渣による配線の短絡や腐食等の問題が生じず、信頼性に優れるＬＥＤデバイスを製造することができる。また、フラックス残渣が発生しないため、フラックス残渣を除去するための洗浄工程を省くことができる。

また、ＬＥＤチップの接着層（第１の実施の形態では電極が接着層として用いられる）の表層にＡｕを主成分とする層を用いることにより、接着層と配線基板の導電パターンの間のＡｕの拡散を利用して、接着層と導電パターンの接合反応を促進させ、より強固に接合させることができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０ 配線基板
１２ 導電パターン
１２ａ 表層
２０ 揮発性溶媒
３０、４０ ＬＥＤチップ
３３ 電極
３３ａ 表層
３３ｂ はんだ層
４４ 接着層
４４ａ 表層
４４ｂ はんだ層

Claims (3)

1. ＬＥＤチップの、Ａｕを主成分とする表層及びその下層のはんだ層を含む接着層、及び配線基板上の、Ａｕを主成分とする表層を含む、酸化膜の発生を抑制された導電パターンの少なくともいずれか一方の表面上に、揮発性溶媒のみを塗布する工程と、
   前記接着層が前記導電パターンの上に位置するように前記ＬＥＤチップを前記配線基板上に載せ、前記揮発性溶媒により仮止めする工程と、
   前記はんだ層が溶融する温度での熱処理により、前記揮発性溶媒を揮発させつつ、前記導電パターンと前記接着層を接合する工程と、
   を含む、ＬＥＤチップの実装方法。
2. 前記ＬＥＤチップはフリップチップ型であり、
   前記接着層は電極である、
   請求項１に記載のＬＥＤチップの実装方法。
3. 前記はんだ層がＡｕを含む、
   請求項１又は２に記載のＬＥＤチップの実装方法。

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