JP6123215B2 - 発光装置 - Google Patents

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本発明は、半導体発光素子を、Snを含有する接合部材を介して実装した発光装置に関する。
一般に、半導体発光素子(以下、適宜、発光素子という)を用いた発光装置は、小型で電力効率がよく、鮮やかな色を発光することで知られている。この発光装置に係る発光素子は半導体素子であるため、球切れ等の心配が少ないだけでなく、初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)、レーザーダイオード(LD:Laser Diode)等の発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。
発光装置は、主に、基材上に導電配線を設けた実装基板に半導体発光素子を配置し、半導体発光素子と導電配線とを電気的に接続することで形成される。
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。
特開2010−232616号公報
しかしながら、従来の発光装置に用いる実装基板においては、以下に示す問題があった。
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。
本発明はかかる問題に鑑み、実装基板において、絶縁層の第1金属層からの剥離、および、第1金属層の基材からの剥離を防止することができる発光装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、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。
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、それぞれSnの拡散に対するバリア性を有する金属材料を含み、第1金属層上に第2金属層が設けられるとともに、電極と絶縁層との間に第3金属層が設けられている。そのため、半導体発光素子を電極に接合する際に、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の拡散が防止される。これにより、絶縁層の第1金属層からの剥離、および、第1金属層の基材からの剥離が防止される。
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。
本発明に係る発光装置は、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、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が、それぞれ同一の金属を含むことを特徴とする
このような構成によれば、第3金属層が、一部が第2金属層に接して設けられ、第2金属層と第3金属層とが接する部分が、それぞれ同一の金属を含むことで、第2金属層と第3金属層との密着性が向上し、単に絶縁層の剥離が抑制されるのに加え、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。
本発明に係る発光装置は、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、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
本発明に係る発光装置は、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。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が好ましい。
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。
本発明に係る発光装置によれば、Snを含有する接合部材で発光素子を接合する際に、実装基板において、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の拡散が防止される。これにより、絶縁層の第1金属層からの剥離、および、第1金属層の基材からの剥離を防止することができる。
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。
本発明に係る発光装置に用いる実装基板の一例を示す概略模式図であり、(a)は発光面側から見た平面図、(b)は(a)に示す破線A1の範囲の拡大斜視図である。 図1(a)に示す実装基板のX1−X1断面における電極近傍を含む一部を示す断面図である。 本発明に係る発光装置の一例を示す概略模式図であり、図2に示す実装基板において、半導体発光素子を実装した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る実装基板の一例を示す概略模式図であり、(a)は発光面側から見た平面図、(b)は(a)に示す破線A2の範囲の拡大斜視図である。 図4(a)に示す実装基板のX2−X2断面における電極近傍を含む一部を示す断面図である。 本発明に係る発光装置の一例を示す概略模式図であり、図5に示す実装基板において、半導体発光素子を実装した状態を示す断面図である。 第2実施例の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示す画像である。
以下、本発明に係る発光装置および実装基板の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
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。
≪実装基板≫
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。
[基材]
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。
基材1の材料としては、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子10から放出される光や外光等が透過しにくい材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、セラミックス(Al、AlN等)、あるいはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン(bismaleimide triazine resin)、ポリフタルアミド(PPA)等の樹脂が挙げられる。また、金属板の表面に絶縁層を設けた部材を基材1の材料として用いることもできる。
[第1金属層]
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。
また、ここでは、第1金属層2a,2bが、正の電極と、負の電極と、を有しており、これらの電極が基材1上で離間して設けられている。すなわち、第1金属層2a,2bは、正の電極(アノード)としての第1金属層2aと、負の電極(カソード)としての第1金属層2bとに、基材1上に水平に(横方向に)分別されて設けられている。
第1金属層2a,2bの材料は、基材1として用いられる材料や、発光装置の製造方法等によって適宜選択することができる。例えば、基材1の材料としてセラミックを用いる場合は、第1金属層2a,2bの材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する材料が好ましく、例えば、タングステン、モリブデンのような高融点の金属を用いるのが好ましい。また、チタン、ルテニウム、白金等を用いてもよい。
また、基材1の材料としてガラスエポキシ樹脂等を用いる場合は、第1金属層2a,2bの材料は、加工し易い材料が好ましく、また、基材1の材料として射出成型されたエポキシ樹脂を用いる場合は、第1金属層2a,2bの材料は、打ち抜き加工、エッチング加工、屈曲加工等の加工がし易く、かつ、比較的大きい機械的強度を有する部材が好ましい。具体例としては、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、または、鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、モリブデン等が挙げられる。第1金属層2a,2bは、積層構造でもよく、例えば、Ti、Rh、Tiの順に積層された構造(「Ti/Rh/Ti」と記載する。以下同じ)とすることができる。第1金属層2a,2bの膜厚は特に規定されるものではないが、シート抵抗を考慮して0.1μm以上とするのが好ましく、製造コストや時間を考慮して100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは10μm以下である。
[第2金属層]
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。
第2金属層3a,3bは、Snの拡散に対するバリア性を有する金属材料を含む。バリア性を有する金属材料としては、具体的には、Pt,Rh,Ru,Ta等の白金系金属や、W,Mo,Ti,Cr,Ni等の超硬系金属が挙げられる。
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。
第2金属層3a,3bの材料としてこれらの金属を用いることで、例えば、接合部材としてはんだ等のSnを含有する部材を用いた場合に、Snの拡散をより防止することがでる。そのため、第2金属層3a,3bは、前記金属のうち、よりバリア性に優れたMo,W,Ti,Rh,Taを用いることが好ましく、さらにバリア性に優れたMo,W,Tiを用いることがより好ましい。そして、この中でも特に、耐蝕性にも優れたTiを用いることが好ましい。
また、図2に示すように、第3金属層6a,6bの一部が第2金属層3a,3bに接して設けられている場合、第2金属層3a,3bと第3金属層6a,6bとが接する部分は、それぞれ同一の金属を含むことが好ましい。これにより、第2金属層3a,3bと第3金属層6a,6bとの密着性が向上し、単に絶縁層5a,5b,5cの剥離が抑制されるのに加え、絶縁層5a,5b,5cと第1金属層2a,2bとの界面や、第1金属層2a,2bと基材1との界面へのSnの拡散がさらに抑制される。
[電極]
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。
電極4a,4bは、第2金属層3a,3b上の所定位置に設けられている。ここで、所定位置とは、図3に示すように、発光素子10を実装する際に、発光素子10のp側電極11およびn側電極12が電気的に接続される領域である。なお、この所定位置は、発光装置の構成等に応じて適宜調整すればよい。
また、ここでは、第1金属層2a,2bと同様に、電極4a,4bが、正の電極と、負の電極と、を有しており、これらの電極が、第1金属層2a,2bの正の電極と、負の電極と、にそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、電極4aは、第2金属層3aおよび第3金属層6aを介して第1金属層2a上に設けられ、電極4bは、第2金属層3bおよび第3金属層6bを介して第1金属層2b上に設けられている。このようにして、電極4a,4bは、正の電極(アノード)としての電極4aと、負の電極(カソード)としての電極4bとに、基材1上に、第1金属層2a,2b、第2金属層3a,3bおよび第3金属層6a,6bを介して、水平に(横方向に)分別されて設けられている。
電極4a,4bの材料としては、前記した第1金属層2a,2bの材料と同様のものを用いることができる。なお、電極4a,4bの材料は、第1金属層2a,2bの材料と同一の材料としてもよいし、異なる材料としてもよい。電極4a,4bは、積層構造でもよく、例えば、「Pt/Au」とすることができる。電極4a,4bの膜厚は特に規定されるものではないが、第1金属層2a,2bと同様にシート抵抗を考慮して0.1μm以上とするのが好ましく、製造コストや時間を考慮して100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは10μm以下である。
[絶縁層]
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。
絶縁層5a,5b,5cは透光性の絶縁膜であるSi,Ti,Ta等の酸化物からなり、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができる。絶縁層5a,5b,5cの膜厚は特に限定するものではないが、絶縁層5a,5bは0.1μm以上100μm以下、絶縁層5cは0.1μm以上10μm以下とすることが好ましい。
[第3金属層]
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。
さらに、第3金属層6a,6bは、電極4a,4bと絶縁層5cとの間に設けられる。具体的には、絶縁層5cの開口端部50c1,50c2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5cの開口端部50c1を第3金属層6aが覆い、絶縁層5cの開口端部50c2を第3金属層6bが覆うように形成される。
ここで、絶縁層5a,5b,5cの開口端部50a,50b,50c1,50c2とは、電極4a,4bを実装するためにエッチング等により形成された、絶縁層5a,5b,5cにおける電極4a,4bと対面する部位の近傍(すなわち端部)である。すなわち、電極4a,4bおよび第3金属層6a,6bが設けられる前において、これらを設けるための開口部(絶縁層がエッチング等がされた部位)に対面する部位の近傍(すなわち端部)である。
第3金属層6aは、電極4aと絶縁層5a,5cとの間に設けられ、第3金属層6bは、電極4bと絶縁層5b,5cとの間に設けられている。
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。
このように、電極4a,4bと絶縁層5a,5b,5cとの間に第3金属層6a,6bを備えることで、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を金属層で塞ぐことができる。すなわち、開口端部50a,50b,50c1,50c2を金属層で狭設することができる。これにより、発光素子10を実装する際に、絶縁層5a,5b,5cの第1金属層2a,2bからの剥離、および、第1金属層2a,2bの基材1からの剥離を防止することができる。
第3金属層6a,6bの材料等、その他については、第2金属層3a,3bと同様である。すなわち、第2金属層3a,3bおよび第3金属層6a,6bは、それぞれPt,Rh,Ru,Ta,W,Mo,Ti,Cr,Niのいずれかの金属を含む層である。また、第2金属層3a,3bおよび第3金属層6a,6bは、Pt,Rh,Ru,Ta,W,Mo,Ti,Cr,Niのいずれかの金属を含む層が複数積層された構造であってもよい。また、第3金属層6a,6bの一部が第2金属層3a,3bに接して設けられている場合、第2金属層3a,3bと第3金属層6a,6bとが接する部分は、それぞれ同一の金属を含むことが好ましい。第3金属層6a,6b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。
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。
≪発光装置≫
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(InAlGa1−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。
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が、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に接合される。すなわち、p側電極11が電極4aに接合され、n側電極12が電極4bに接合される。この接合の際には、例えば共晶接合等を利用することができる。この共晶接合の際の熱により、従来の実装基板では、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にまで、Snが拡散しやすくなる。しかしながら、本発明の発光装置200における実装基板100は、Snの拡散に対するバリア性を有する金属材料を含む第3金属層6a,6bが、電極4a,4bと絶縁層5a,5bとの間に設けられている。具体的には、Snの拡散に対するバリア性を有する金属材料を含む第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を金属層で塞いでいる。そのため、絶縁層5a,5b,5cと第1金属層2a,2bとの界面や、第1金属層2a,2bと基材1との界面へのSnの拡散を防止することができる。これにより、絶縁層5a,5b,5cの第1金属層2a,2bからの剥離、および、第1金属層2a,2bの基材1からの剥離を防止することができる。
このように、本発明の発光装置200は、その製造の際に、絶縁層5a,5b,5cの第1金属層2a,2bからの剥離、および、第1金属層2a,2bの基材1からの剥離が防止される。また、製造の際に剥離が生じなかった場合においても、発光装置200の使用によって、これらの剥離が生じることが防止される。
≪発光装置の製造方法≫
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>
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>
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>
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>
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>
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>
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。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
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。
[変形例]
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の材料としては、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、チタンや、これらの合金、あるいは、二酸化珪素(SiO)等を用いることができる。さらには、これらの材料を用いた層を複数積層した構造(積層構造)等を用いることができる。好ましくは、第4金属層7a,7bは、Ag,Al,Pt,Rh,Ruのいずれかの金属を含むことが好ましい。このような金属を含有すれば、光反射の効率がさらに向上する。また、熱伝導率等に優れた金を単体で用いることもできる。また、第4金属層7a,7bの膜厚は特に限定するものではないが、0.01μm以上100μm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは0.1μm以上10μm以下であり、積層構造とする場合は、層全体の厚さをこの範囲内とするのが好ましい。
第4金属層7a,7bを設ける場合は、前記した発光装置の製造方法において、第2金属層形成工程の後、かつ絶縁層形成工程の前に、第4金属層形成工程を行う。
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。
その他、基材については、前記した実施形態では、板状の基材について説明したが、凹部を有する基材を用いてもよい。また、ツェナーダイオード等の保護素子等を設けてもよい。さらに、前記した実施形態では、1つの発光素子を備える構成としたが、発光素子は、2つ以上設けられていてもよい。また、発光装置に搭載される発光素子が2以上の複数個である場合には、各発光素子の発光波長は異なるものであってもよい。例えば、RGBの3原色を発光する3つの発光素子を搭載する発光装置である。
発光装置の製造方法においては、本発明を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、前記した工程以外の工程を含めてもよい。例えば、基材を洗浄する基材洗浄工程や、ごみ等の不要物を除去する不要物除去工程や、発光素子の載置位置を調整する載置位置調整工程等、他の工程を含めてもよい。
次に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
[第1実施例]
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/SiO」(100nm/1000nm/500nm)を形成し、この上に、絶縁層としてSiO(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SiOを形成した。なお、「AuCu」はAuとCuとの合金を意味する。
次に、絶縁層の開口端部を覆うように第3金属層としてTi(100nm)を形成し、この上に、電極として「Pt/Au」(200nm/600nm)を形成した。このようにして、図5に示す構造の実装基板(サンプルNo.1)を作製した。
また、前記と同様の方法で、第2金属層、および第3金属層を設けない構造の実装基板(サンプルNo.2)を作製した。
このようにして作製したサンプルNo.1、サンプルNo.2の電極に、接合部材としてAuSnペーストを塗布し、発光素子を載置した。そして、リフロー炉にて270℃で加熱して発光素子を接着させた。
その結果、サンプルNo.1では、絶縁層の第1金属層からの剥離、および、第1金属層の基材からの剥離が発生しなかった。一方、サンプルNo.2では、絶縁層の第1金属層からの剥離、および、第1金属層の基材からの剥離が発生した。
[第2実施例]
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。
このようにして作製した各サンプルの電極上に、接合部材としてAuSnペーストを塗布し、リフロー炉にて270℃で保管した。そして、この各サンプルについて、10時間、15時間、20時間、44時間ごとに、AuSnペーストの拡散状態を裏面から目視にて観察した。
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。
この結果、Snの拡散に対するバリア性に優れたMo,Rh,Ta,W,Tiを用いることが好ましく、Mo,W,Tiを用いることがより好ましいことがわかった。そして、この中でも特に、耐蝕性にも優れたTiを用いることが好ましいといえる。
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。
1 基材
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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、または請求項に記載の発光装置。
  7. 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。
  8. 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から請求項のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 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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