JP6123215B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
このような実装基板を用いた発光装置として、例えば特許文献1には、電子部品(発光素子)の下面の電極を、Snを含有する導電部材を介して配線基板(実装基板)上の補助パッドに電気的に接続した発光装置が開示されている。
従来技術に記載の配線基板(実装基板)は、発光素子を補助パッド(電極)に接合する際に用いられる導電部材(接合部材)の成分であるSnが、接合時の熱に起因して電極を介して絶縁層と実装用パッド(第1金属層)との界面まで拡散する。これにより、絶縁層が第1金属層から剥離する恐れがある。さらにはSnが第1金属層と実装基板の基材との界面まで拡散することによって、第1金属層が基材から剥離する懸念もある。
また、このような構成によれば、実装基板は、第2金属層および第3金属層が絶縁層の端部を挟みこむように配置されるため、絶縁層の剥離がさらに防止される。また、絶縁層と第2金属層との界面や、第3金属層の下部へのSnの拡散がより抑制されるため、絶縁層と第1金属層との界面や、第1金属層と基材との界面へのSnの拡散がさらに抑制される。
このような構成によれば、実装基板が第2金属層よりも反射率の高い第4金属層を備えることで、光反射の効率が向上する。また、第4金属層が所定の金属を含むことで、光反射の効率がさらに向上する。
また、実装基板は、絶縁層と第2金属層との間に第4金属層を備えることで、光反射の効率を向上させることができる。
本発明は、半導体発光素子と、当該半導体発光素子を、Snを含有する接合部材を介して実装する実装基板と、を有する発光装置に係るものである。
まず、実装基板について説明した後、この実装基板に半導体発光素子が実装された発光装置について説明する。
図1、2に示すように、実装基板100は、基材1と、基材1上に設けられた第1金属層2a,2bと、第1金属層2a,2b上に設けられた第2金属層3a,3bと、第2金属層3a,3b上の所定位置に設けられた電極4a,4bと、電極4a,4bが設置された部位以外の第2金属層3a,3b上に設けられた絶縁層5a,5bと、電極4a,4bと絶縁層5a,5bとの間に設けられた第3金属層6a,6bと、を主に備える。なお、ここでは、基材1上の第1金属層2aと第1金属層2bとの間に絶縁層5cが設けられている。
以下、各構成について説明する。
図1〜3に示すように、基材1は、発光素子10等の電子部品を配置するためのものである。基材1は、図1(a)に示すように、矩形平板状に形成することができる。なお、基材1のサイズや形状は特に限定されず、発光素子10の数や配列間隔等、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
第1金属層2a,2bは、外部と、発光素子10(半導体発光素子10)等の電子部品とを電気的に接続し、これら電子部品に、外部からの電流(電力)を供給するための部材(導電部材)である。すなわち、外部から通電させるための電極またはその一部としての役割を担うものである。
第2金属層3a,3bは、発光素子10を実装する際に用いる接合部材の成分であるSnが第1金属層2a,2bに拡散するのを防止する部材である。第2金属層3a,3bは、それぞれ、第1金属層2a,2bを被覆するように設けられる。すなわち、第2金属層3aは、第1金属層2a上に設けられ、第2金属層3bは、第1金属層2b上に設けられる。第2金属層3a,3bは、それぞれ、第1金属層2a,2bの表面(上面)すべてを被覆するように設けることが好ましいが、Snの拡散を防止することができれば、一部、被覆されない部位があってもよい。第2金属層3a,3bの膜厚は特に規定されるものではないが、0.1μm以上10μm以下が好ましい。
すなわち、第2金属層3a,3bは、Pt,Rh,Ru,Ta,W,Mo,Ti,Cr,Niのいずれかの金属を含む層である。ここで、「いずれかの金属を含む層」とは、これらの金属の少なくとも1種を含む合金を含む層であってもよく、前記金属からなる層、あるいは、前記合金からなる層であってもよいことを意味する。
また、第2金属層3a,3bは、前記した金属を含む層が複数積層された構造であってもよい。すなわち、積層構造を構成する複数の層が、それぞれ前記した金属のうち同種の金属を含む層であってもよいし、それぞれ異なる金属を含む層であってもよい。なお、前記と同様に、各々の層は、前記金属や合金を含む層でもよく、前記金属からなる層、あるいは、前記合金からなる層であってもよい。
電極4a,4bは、外部と、発光素子10等の電子部品とを電気的に接続し、これら電子部品に、第1金属層2a,2bを通じて外部からの電流(電力)を供給するための部材(導電部材)である。
絶縁層5a,5b,5cは、実装基板を保護する部材である。絶縁層5a,5bは、電極4a,4bが設置された部位以外の第2金属層3a,3b上に設けられている。すなわち、絶縁層5aは、電極4aが設置された部位以外の第2金属層3a上に設けられ、絶縁層5bは、電極4bが設置された部位以外の第2金属層3b上に設けられている。また、絶縁層5cは、第1金属層2aおよび第2金属層3aと、第1金属層2bおよび第2金属層3bとの間の基材1上に設けられている。さらに絶縁層5cは、電極4aと電極4bとの間の第2金属層3a,3b上に設けられている。
第3金属層6a,6bは、発光素子10を実装する際に用いる接合部材の成分であるSnが絶縁層5a,5b,5cに拡散するのを防止する部材である。
第3金属層6a,6bは、電極4a,4bと絶縁層5a,5bとの間に設けられる。具体的には、絶縁層5a,5bの開口端部50a,50bを第3金属層6a,6bが覆うように形成される。すなわち、絶縁層5aの開口端部50aを第3金属層6aが覆い、絶縁層5bの開口端部50bを第3金属層6bが覆うように形成される。
また、ここでは、第3金属層6aは、電極4aと第2金属層3aとの間に設けられ、かつ絶縁層5aの開口端部50aを覆うように設けられている。また、第3金属層6bは、電極4bと第2金属層3bとの間に設けられ、かつ絶縁層5bの開口端部50bを覆うように設けられている。これにより、第2金属層3a,3bおよび第3金属層6a,6bが絶縁層5a,5b,5cの開口端部50a,50b,50c1,50c2を挟みこむように配置されるため、絶縁層5a,5b,5cの剥離を防止する効果が高まる。また、Snの第1金属層2a,2bへの拡散を防止する効果が高まる。
そして、図3に示すように、本発明の実装基板100は、発光素子10が実装されることで、発光装置200となる。
図3に示すように、発光装置200は、発光素子10と、発光素子10を、Snを含有する接合部材20を介して実装する実装基板100と、を有する。なお、発光装置200は、図示しない封止部材を備えてもよい。
発光素子10は、具体的にはLEDチップであり、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば青色(波長430nm〜490nmの光)、緑色(波長490nm〜570nmの光)の発光素子10としては、窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いることができる。ただし、発光素子10としては、本発明の発光装置200に適用できるものであれば、どのようなものであってもよい。
次に、本発明に係る発光装置の製造方法について、適宜、図1〜3を参照しながら説明する。
発光装置200の製造方法は、第1金属層形成工程と、第2金属層形成工程と、絶縁層形成工程と、第3金属層形成工程と、電極形成工程と、ダイボンディング工程と、を含む。
以下、各工程について説明する。なお、発光装置の各部材の詳細については、前記説明したとおりであるので、ここでは、適宜説明を省略する。
第1金属層形成工程は、基材1上に第1金属層2a,2bを形成する工程である。第1金属層2a,2bの形成は従来公知の方法で行えばよく、例えば、めっきまたは蒸着等によって形成する。
第2金属層形成工程は、第1金属層2a,2b上に、第2金属層3a,3bを形成する工程である。第2金属層3a,3bの形成は従来公知の方法で行えばよく、例えば、スパッタリング、蒸着、またはめっき等によって形成する。
絶縁層形成工程は、電極4a,4bが設置される部位以外の第2金属層3a,3b上に絶縁層5a,5bを形成する工程である。また、第1金属層2aおよび第2金属層3aと、第1金属層2bおよび第2金属層3bとの間の基材1上、かつ電極4aと電極4bとの間の第2金属層3a,3b上に絶縁層5cを形成する工程である。絶縁層5a,5b,5cの形成は従来公知の方法で行えばよく、例えば、蒸着法、スパッタ法等によって形成する。すなわち、まず、第2金属層3a,3b上に絶縁層を形成するとともに、第1金属層2aおよび第2金属層3aと、第1金属層2bおよび第2金属層3bとの間の基材1上に絶縁層を形成する。その後、エッチング等により、電極4a,4bを載置するための領域に、第2金属層3a,3bを露出させる。これにより、電極4a,4bが設置される部位以外の第2金属層3a,3b上に絶縁層5a,5bを形成する。
第3金属層形成工程は、絶縁層5a,5b,5cの開口端部50a,50b,50c1,50c2に第3金属層6a,6bを形成する工程である。すなわち、第2金属層3a,3bと第3金属層6a,6bとで、絶縁層5a,5b,5cの開口端部50a,50b,50c1,50c2を挟み、開口端部50a,50b,50c1,50c2を金属層で塞ぐように第3金属層6a,6bを絶縁層5a,5b,5cの開口端部50a,50b,50c1,50c2に被覆する。第3金属層6a,6bの形成は従来公知の方法で行えばよく、例えば、スパッタリング、蒸着またはめっき等によって形成する。
電極形成工程は、第2金属層3a,3b上の所定位置に電極4a,4bを設ける工程である。ここでは、電極4a,4bは、第3金属層6a,6bを介して第2金属層3a,3b上の所定位置に設置されている。これにより、電極4a,4bと絶縁層5a,5b,5cとの間に第3金属層6a,6bが設けられた構成となる。電極4a,4bの形成は従来公知の方法で行えばよく、例えば、めっきまたは蒸着等によって形成する。
ダイボンディング工程は、電極4a,4b上に、接合部材20を介して発光素子10を実装する工程である。発光素子10の実装においては、発光素子10のp側電極11およびn側電極12を、例えばAuSn等の半田ペーストである接合部材20により、それぞれ、電極4a,4bに接合する。
その他については、前記した発光装置の項目で説明したとおりである。
すなわち、前記に示す発光装置の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は、発光装置を前記の形態に限定するものではない。また、特許請求の範囲に示される部材等を、実施の形態の部材に特定するものではない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
以下、本発明の実施形態に係る発光装置の変形例について図4〜6を参照して説明する。なお、前記した発光装置200および実装基板100と同一の部材等については、同一の符号を付して詳細説明を適宜省略する。
図4〜6に示すように、本発明に係る発光装置200Aおよび実装基板100Aは、絶縁層5a,5bと第2金属層3a,3bとの間に、第2金属層3a,3bよりも発光素子10からの光に対して反射率の高い第4金属層7a,7bを備える。すなわち、絶縁層5aと第2金属層3aとの間に第4金属層7aを備え、絶縁層5bと第2金属層3bとの間に、第4金属層7bを備える。なお、第4金属層7a,7bは、ここでは、第2金属層3a,3b上の所定位置に設けられている。つまり、第4金属層7a,7bは、絶縁層5a,5bが電極4a,4bの側面を覆うために第2金属層3a,3b上に設けられた部位以外の第2金属層3a,3b上に設けられている。第4金属層7a,7bを備えることで、光反射の効率を向上させることができる。
第4金属層7a,7bを設ける方法としては、めっき法、スパッタ法、蒸着法、薄膜を接合させる方法等を用いることができる。めっき法を用いる場合、電解めっき、無電解めっきのいずれの方法でも用いることができる。例えば、第2金属層3a,3b上の該当部位を電気的に接続した上で、電解めっき法を用いるのが最も簡便である。また、無電解めっき法やスパッタ法、蒸着法を用いる場合は、フォトリソグラフィ法により、第2金属層3a,3b上のみに設けることができる。なお、パターン形成されていない第2金属層3a,3b上に第4金属層7a,7bを設けた後、第2金属層3a,3bと第4金属層7a,7bを所定の形状にパターニングしてもよい。また、エッチング等により、絶縁層5a,5bや第3金属層6a,6bを設置するための第2金属層3a,3bの所定領域を露出させればよい。
まず、AlN基板上に第1金属層として、「Ti/Rh/Ti」(100nm/1200nm/100nm)を形成し、この上に第2金属層として、Ti(100nm)を形成した。次に、第2金属層の上に第4金属層として「Ti/AuCu/SiO2」(100nm/1000nm/500nm)を形成し、この上に、絶縁層としてSiO2(500nm)を形成した。また、第1金属層および第2金属層が被覆されていない基材上にも絶縁層としてSiO2を形成した。なお、「AuCu」はAuとCuとの合金を意味する。
第2実施例では、第2金属層および第3金属層に用いる材料のバリア性について検討した。
まず、鏡面サファイア基板上に第1金属層として、「Ti/Pt」(1.5nm/200nm)を形成し、この上に第2金属層および第3金属層に用いる金属層として、後記する種々の材料からなる層(200nm)を形成した。次に、電極として「Pt/Au」(200nm/200nm)を形成した。なお、これらの膜はベタ膜として形成した。
第2金属層および第3金属層に用いる金属層としては、Mo,Rh,Ru,Ta,W,Ni,Ti,「Ru/Cr/Ru」を用いた。
そして、ほとんど拡散しなかったものを「◎」、わずかに拡散したものを「○」、「○」よりもさらに拡散したものを「△」と評価した。この結果を表1に示す。また、金属層の材料としてTiを用いた場合の耐腐食性の結果を図7に示す。
なお、本実験は厳しい条件で行っているため、Ru,Ni,Crも、実用レベルでは使用することができるといえる。
2a,2b 第1金属層
3a,3b 第2金属層
4a,4b 電極
5a,5b,5c 絶縁層
6a,6b 第3金属層
7a,7b 第4金属層
10 半導体発光素子(発光素子)
11 p側電極
12 n側電極
20 接合部材
50a,50b,50c1,50c2 開口端部
100,100A 実装基板
200,200A 発光装置
Claims (9)
- 半導体発光素子と、当該半導体発光素子を、Snを含有する接合部材を介して実装する実装基板と、を有する発光装置であって、
前記実装基板は、基材と、当該基材上に設けられた第1金属層と、当該第1金属層上に設けられた第2金属層と、当該第2金属層上の所定位置に設けられた電極と、当該電極が設置された部位以外の前記第2金属層上に設けられた絶縁層と、前記電極と前記絶縁層との間に設けられた第3金属層と、を備え、
前記第2金属層および第3金属層は、それぞれRh,Ta,W,Mo,Tiのいずれかの金属を含む層であり、
前記第3金属層は、前記第2金属層と前記電極との間に設けられ、かつ前記絶縁層の端部を覆うことを特徴とする発光装置。 - 半導体発光素子と、当該半導体発光素子を、Snを含有する接合部材を介して実装する実装基板と、を有する発光装置であって、
前記実装基板は、基材と、当該基材上に設けられた第1金属層と、当該第1金属層上に設けられた第2金属層と、当該第2金属層上の所定位置に設けられた電極と、当該電極が設置された部位以外の前記第2金属層上に設けられた絶縁層と、前記電極と前記絶縁層との間に設けられた第3金属層と、を備え、
前記第2金属層および第3金属層は、それぞれRh,Ta,W,Mo,Tiのいずれかの金属を含む層であり、
前記第3金属層は、一部が前記第2金属層に接して設けられており、
前記第2金属層と前記第3金属層とが接する部分は、それぞれ同一の金属を含むことを特徴とする発光装置。 - 半導体発光素子と、当該半導体発光素子を、Snを含有する接合部材を介して実装する実装基板と、を有する発光装置であって、
前記実装基板は、基材と、当該基材上に設けられた第1金属層と、当該第1金属層上に設けられた第2金属層と、当該第2金属層上の所定位置に設けられた電極と、当該電極が設置された部位以外の前記第2金属層上に設けられた絶縁層と、前記電極と前記絶縁層との間に設けられた第3金属層と、を備え、
前記第2金属層および第3金属層は、それぞれRh,Ta,W,Mo,Tiのいずれかの金属を含む層が複数積層された構造であることを特徴とする発光装置。 - 半導体発光素子と、当該半導体発光素子を、Snを含有する接合部材を介して実装する実装基板と、を有する発光装置であって、
前記実装基板は、基材と、当該基材上に設けられた第1金属層と、当該第1金属層上に設けられた第2金属層と、当該第2金属層上の所定位置に設けられた電極と、当該電極が設置された部位以外の前記第2金属層上に設けられた絶縁層と、前記電極と前記絶縁層との間に設けられた第3金属層と、を備え、
前記第2金属層および第3金属層は、それぞれRh,Ta,W,Mo,Tiのいずれかの金属を含む層であり、
前記絶縁層と前記第2金属層との間に、前記第2金属層よりも前記半導体発光素子からの光に対して反射率の高い第4金属層を備えることを特徴とする発光装置。 - 前記第3金属層は、前記第2金属層と前記電極との間に設けられ、かつ前記絶縁層の端部を覆うことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第3金属層は、一部が前記第2金属層に接して設けられており、
前記第2金属層と前記第3金属層とが接する部分は、それぞれ同一の金属を含むことを特徴とする請求項1、請求項3、または請求項4に記載の発光装置。 - 前記第2金属層および前記第3金属層は、それぞれRh,Ta,W,Mo,Tiのいずれかの金属を含む層が複数積層された構造であることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項4に記載の発光装置。
- 前記絶縁層と前記第2金属層との間に、前記第2金属層よりも前記半導体発光素子からの光に対して反射率の高い第4金属層を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第4金属層は、Ag,Al,Pt,Rh,Ruのいずれかの金属を含むことを特徴とする請求項4または請求項8に記載の発光装置。
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