JP6201816B2 - 発光装置の製造方法及び発光素子実装用配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子が接着剤によって配線基板に実装される発光装置及び発光素子が実装される発光素子実装用配線基板に関する。

ＩＣチップなどの電子部品付きの配線基板の製造方法として、例えば特許文献１のように、配線基板上において電子部品の接続端子が接合する領域に一体の半田を設け、その半田バンプの頂部を平坦化及び粗面化してフラックスを供給し、それらの半田バンプ上にＩＣチップの接続端子を配置して加熱溶融する方法がある。このような構成とすることで、半田バンプのコプラナリティ測定値を低減でき、さらにボイドの発生を防止できる電子部品付きの配線基板を製造することができる。
また、特許文献２に開示される発光装置では、発光素子の実装部となるリードフレームに、一または同一高さの複数の凸状の実装部が形成されており、それらの実装部と発光素子とが半田等の接着剤で接着されている。このような構成とすることで、凸状の実装部の側方（高さ部分）に接着剤を配置できる空間が形成され、接着剤が発光素子の側面や上面へ回り込むことを防いでいる。

特開２００８−２０５４４６ 特開２００６−８０１４１

ところで、発光素子を実装するための接着剤としては、ＡｕやＡｇ等を含む半田がよく用いられる。しかしながら、ＡｕやＡｇはコストが高いため、使用する半田はできるだけ少量とすることが好ましい。また、発光素子を確実に実装するために接着剤の量を増やすと、接着剤によって発光素子からの出射光が吸収され、光取り出し効率が低下してしまう。特許文献１では、ＩＣチップの接続端子と接合される領域一帯に半田を配置するため、半田量を少量とすることが難しい。また、特許文献２の発光装置では、発光素子の確実な実装を考慮すれば、凸状の実装部全てを半田で被覆する必要があり、必要な半田量は増加する。以上のことから、発光素子を少量の半田によって確実に配線基板に実装することが望まれている。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、少量の半田によって、発光素子と配線基板とを確実に接合することが可能な発光装置の製造方法、及び発光素子実装用配線基板を提供する。

本発明に係る発光装置の製造方法は、発光素子が接着剤によって配線基板に実装される発光装置の製造方法であって、配線基板上に配置された複数の半田バンプの頂部を平坦化し、半田バンプの側面に凸部を形成する第１の工程と、発光素子を、複数の半田バンプ上に配置する第２の工程と、第２の工程の後、複数の半田バンプを加熱溶融し、発光素子を配線基板上に実装する第３の工程と、を含み、第３の工程において、複数の半田バンプの少なくとも一部を融合させて孔を形成することで接着剤を形成することを特徴とする。

本発明に係る発光装置の製造方法によれば、少量の半田によって、発光素子と配線基板とを確実に接着させることが可能な発光装置を製造することができる。また、同様の効果を奏する発光素子実装用配線基板を得ることができる。

図１（ａ）は、実施形態１に係る発光装置の製造方法によって製造される発光装置の構成を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示された発光装置のＡ−Ａ’断面における断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る発光装置の製造方法における第１の工程、第２の工程、第３の工程を説明する概略図である。破線の円内には、実装領域付近の部分拡大図である。 図３は、実施形態１に係る発光装置の製造方法によって製造される発光装置の構成を示す断面図である。 図４は、実施形態１に係る発光装置の実装領域及び実装領域に配置された平坦化前の複数の半田バンプを示す平面図である。 図５（ａ）は、実施形態２に係る発光装置の製造方法によって製造される発光装置の構成を示す平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された発光装置のＢ−Ｂ’断面における断面図である。 図６は、実施形態２に係る発光装置の製造方法において、半田バンプの側面に凸部を形成するためのフラッタニング治具の概略図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２に係る発光装置の製造方法において、第１の工程の平坦化により接合された半田バンプを示す平面図である。図７（ｄ）は、実施形態１の第１の工程において、平坦化により接合された半田バンプを示す平面図である。図７（ｅ）は、半田バンプの凸部を例示したものである。 図８（ａ）は、実施形態３に係る発光装置の製造方法によって製造される発光装置の構成を示す平面図である。なお、図８（ａ）では、配線が見えるように枠体は輪郭のみで示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示された発光装置のＣ−Ｃ’断面における断面図である。 図９（ａ）は、実施形態３に係る発光装置の実装領域及び実装領域に配置された平坦化前の複数の半田バンプを示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置の製造方法に特定されるものではなく、構成部品の寸法・材質・形状・相対的配置等は特定的な記載がない限りは単なる説明例にすぎず、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に誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号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。本発明を構成する各要素および実施形態は、特に排除する記載がない限り、適宜組み合わせ、変更、改変等して適用できる。

≪実施形態１≫

実施形態１の製造方法では、第１の工程において、配線基板上の所望の位置（具体的には、発光素子の実装領域）に複数の半田バンプを配置する。続いて、それらの半田バンプの頂部を平坦化し、発光素子実装用配線基板を得る。実施形態１では、半田バンプの頂部を全て略同じ高さとなるように平坦化する。ここで、発光素子実装用配線基板とは、配線基板上の発光素子の実装領域に、複数の半田バンプが形成され、それらの頂部が平坦化された状態のものを示す。したがって、発光素子実装用配線基板は、特に発光素子が実装される前の配線基板を指す場合に用いる。

次に、第１の工程で平坦化した複数の半田バンプの頂部に、フラックスを供給する。その後、第２の工程で複数の半田バンプ上に発光素子を配置し、第３の工程で複数の半田バンプを加熱溶融することで、発光素子と配線基板とを接着する。
この第３の工程の際、複数の半田バンプのうち少なくとも一部を融合させる。この融合した半田を、発光素子と配線基板とを接着する接着剤とする。実施形態１では、実装領域に形成された複数の半田バンプが一体に融合して接着剤となり、接着剤（融合した半田）は略均一な高さとなっている。

以上のように、複数の半田バンプ上に発光素子を配置後、複数の半田バンプのうち少なくとも一部が融合するように加熱溶融して接着剤とすることで、少量の半田によって、確実に発光素子と配線基板とを接着することができる。すなわち、予め発光素子の実装領域に対応する領域全体に半田を配置する場合に比べ、実装領域よりも小さい複数のバンプを設け、それらを最終的に融合して発光素子と配線基板とを接着することで、少ない半田で発光素子を配線基板へ実装することが可能である。また、配置する半田の量や形成範囲が調整しやすいことから、半田の材料コストを削減でき、さらに、発光素子からの出射光の吸収を抑制した発光装置を製造することができる。
また、複数の半田バンプを平坦化してから加熱溶融して一体の接着剤とする（つまり、２段階に分けて徐々に一体の接着剤とする）ことで、複数の半田バンプが確実に融合し、さらに発光素子が安定的に実装されやすくなる。

以下に、実施形態１の発光装置１００の各構成要素及び製造方法について図１、図２を用いて詳説する。

＜配線基板＞
まず、配線基板１０を準備する。配線基板１０は、セラミックス、ガラスエポキシ、ガラス、金属、樹脂等の各種支持基材２に、発光素子及び外部接続用の端子部と接続される配線３が設けられたものを用いることができる。支持基材は、半田バンプを配置した後に除去されていてもかまわない。配線基板１０は、発光素子６を囲む側壁４を備えていてもよいし、平板状としてもかまわない。側壁４を有する配線基板１０とすると、発光素子６の光の取り出しを向上させることができる。平板状の配線基板１０とすると、半田バンプの形成や発光素子の実装がしやすい。
配線基板１０は、第１〜３の工程で集合基板として保持されていると、各工程における製造を効率的に行うことができ好ましい。例えば、後述する半田バンプ及びフラックスの供給、発光素子の配置、半田バンプ頂部の平坦化、半田バンプの加熱溶融等をそれぞれ一括に行うことができる。

配線基板１０、特に配線基板の発光素子の実装領域１は、半田バンプを用いて発光素子を実装可能な材料で形成されていれば限定されないが、耐熱性が高く、半田との濡れ性のよい材料で形成されていると好ましい。また、光透過率の低い材料で形成されていると、配線基板１０の下方に発光素子の出射光が抜けにくく好適である。さらに、本実施形態の製造方法では半田を溶融することから、支持基材２と配線３は、熱膨張係数の差が少ない材料で形成されていると、熱負荷による剥離や破損が起こりにくく好ましい。熱応力による変形を考慮し、最も好ましい配線基板１０の形態として、支持基材２であるセラミックに配線３が形成されたものが挙げられる。また、リードフレーム（及びリードフレームと少量の耐熱性の高い樹脂）で構成される配線基板も、同様に好適に用いることができる。
なお、配線基板は、前述の発光素子実装用配線基板と区別するために、主に上面に平坦化された半田バンプが形成される前の状態のもの、又は発光素子が実装された後の状態のものを示す。しかし、本明細書中では発光素子実装用配線基板のことを広義的に配線基板と記載する場合もある。

（支持基材）
支持基材２の材料は、電気的絶縁性のものでもよいし、導電性のものであっても、絶縁膜などを介して配線３と電気的に絶縁させることで用いることができる。特に、セラミックス系材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン又はこれらの混合物を含むＬＴＣＣ等が用いられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金等が挙げられる。特に、半田を接着剤として用いる本実施形態の製造方法では、発光装置の製造工程において配線基板１０に高い熱負荷がかかるため、セラミックス系材料のように耐熱性が高く、熱膨張の少ない材料を用いることが好ましい。

樹脂としては、脂肪族ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂などの熱可塑性樹脂、ポリビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、などの熱硬化性樹脂が挙げられる。また、これらの樹脂中に、充填剤又は着色顔料として、ガラス、シリカ、酸化チタン、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、ワラストナイト、マイカ、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、酸化アンチモン、スズ酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、カーボンブラック等の粒子又は繊維を混入させることができる。樹脂の成形方法としては、インサート成形、射出成形、押出成形、トランスファ成形等を用いることができる。

配線から除去される支持基材としては、ステンレス板などの導電性を有する金属板の他、ポリイミド等の絶縁性板を用いることができ、スパッタ法や蒸着法によって配線を形成することができる。或いは、金属薄膜などを貼り付け可能な絶縁性の板状部材を用いてもよい。また、配線から剥がす必要があるため、屈曲可能な部材を用いる必要があり、材料にもよるが膜厚約１０〜３００μｍ程度の板状部材を用いるのが好ましい。このような支持基材２の材料としては、前述のステンレスの他、鉄、銅、銀、コバルト、ニッケル等の金属板や、金属薄膜等を貼り付け可能なポリイミドからなる樹脂シート等が挙げられる。

（配線）
配線３には、発光素子６に接続されて導電可能な金属を用いることができる。具体的には、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、クロム、チタン、アルミニウム、銀、金、鉄、又はこれらの合金等で形成される。配線３は、支持基材２に設けられたものでもよいし、リードフレームによるリード電極としてもかまわない。配線３は、少なくとも配線基板１０の上面に設けられており、下面（裏面）、側面、支持基材２内部に設けられていてもよい。特に、配線基板上面に露出される配線３の表面は、銀、アルミニウム、ロジウム、金、銅、又はこれらの合金等の光反射膜が設けられていてもよく、特に光反射率の高い銀で被膜されていると好ましい。これらの被膜は、鍍金、蒸着、スパッタ、印刷、塗布法等により形成することができる。

支持基材上に鍍金等で形成される配線３は、約１〜５０μｍ程度の厚みであると好ましく、配線パターンは適宜自由に選択することができる。このような配線３は、後述するリードフレーム（リード電極）と比較して熱膨張が少なく、半田の配置や溶融時にかかる熱によって配線が剥離しにくく好ましい。

リードフレーム（リード電極）は、放熱性が高く、比較的大きい機械的強度を有する材料で形成されていると好ましい。さらに、打ち抜きプレス加工、又はエッチング加工等が容易な材料で構成されると好適である。リードフレームの厚みや形状等は、所望の発光装置の大きさや形状等を考慮して適宜調整することができる。
実施形態１の配線基板１０は、図１に示されるように、リードフレームと樹脂によって構成され、配線３である正負一対のリード電極と発光素子６が電気的に接続されている。

以上、少なくとも配線を備える配線基板について説明したが、導通をとるものに限らず、実装領域に発光素子が実装できるものであれば、配線基板とすることができる。

（実装領域）
発光素子の実装領域１は、前述のような配線基板１０の上面の一部である。特に、発光素子６の絶縁性の基板側と配線３の上面とが半田バンプによって実装（フェイスアップ実装）される場合は、図２に示されるように、配線基板１０の上面において発光素子６の実装面と略等しい領域である。複数の半田バンプ５は、該実装領域１に配置される。実装領域１において、複数の半田バンプ５は比較的密集して配置されていると、ボイドの発生を抑制することができ好ましいが、適宜自由な間隔で形成することができる。配線を有する配線基板の場合、配線上に実装領域があると、発光素子６と配線基板１０とをより確実に導通させることができる。

＜発光素子＞
配線基板１０に実装される発光素子６は、少なくとも第１導電型（ｎ型）層と第２導電型（ｐ型）層により構成され、その間に活性層を有する半導体積層構造を有していると好ましい。また、発光素子６は、半田によって配線基板に実装できる構造を有している。例えば、発光素子の実装面側に金属膜が形成されていると、半田との密着性が向上し好適である。金属膜の材料としては、光反射率の高い銀等を用いることができる。電極は、絶縁性の基板上に半導体積層構造を積層し、その上面側に両極性の電極を有する同一面側電極構造、導電性の支持基材上に半導体積層構造を積層し、その積層方向である上下面に各極性の電極を有する対向電極構造とすることができ、適宜選択することができる。同一面側電極構造では、発光素子６の絶縁性の基板側と配線基板１０とを接続（フェイスアップ実装）してもよいし、発光素子６の電極形成面を配線基板１０と接続し、それに対向する絶縁性の基板側を主な光出射面とするフリップチップ実装とすることもできる。なお、絶縁性の基板は除去してもよく、さらに絶縁性の基板が除去された半導体積層構造に、例えば別の基板を接着した構造とすることもできる。基板の除去は、支持体、装置又はサブマウント等に実装又は保持して、剥離、研磨、若しくはＬＬＯ（Laser Lift Off）することで実施できる。

発光素子６は、任意の波長の光を出力するもので、半導体発光素子であると好ましい。特に発光素子構造にＧａＮ系化合物半導体を用いると、蛍光体を効率良く励起できる短波長の可視光や紫外光が発光可能である。具体的な発光ピーク波長は、約３００ｎｍ〜５６０ｎｍ、好ましくは約３８０ｎｍ〜４７０ｎｍである。なお、この他、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系等の半導体発光素子を用いてもよい。

＜半田バンプ＞
半田バンプ５は、配線基板１０上の発光素子の実装領域２１に複数配置され、第３の工程において加熱溶融されることで、発光素子６と配線基板１０とを接着するものである。材料としては、錫系、錫−銀系、錫−銅系、錫−銀−銅系、ビスマス−錫系、金−錫系、金−ケイ素系、金-ゲルマニウム系等の半田を用いることができ、各々の材料は適宜所望の割合で含有させることができる。

＜発光装置の製造方法＞
（第１の工程）
発光装置１００を製造する各工程について、図２、図３、図4を用いて説明する。
まず、複数の半田バンプ５は、準備された配線基板１０の発光素子の実装領域１に配置される。実施形態１の発光素子の実装領域１は、正負一対のいずれか一方のリード電極上の、発光素子６の実装面と略等しい領域であり、そこに複数の半田バンプ５が配置される。なお、発光素子の実装領域１はリード電極（配線）上に限定されず、図３のように無極性の放熱板４０上に発光素子を配置し、発光素子と正負のリード電極（配線）をワイヤ等で電気的に接続する場合は、放熱板上とすることもできる。
実装領域１は、前述のように発光素子６の実装面と略同一形状とすると好ましい。例えば、図４のような矩形状の他に、発光素子の実装面の形状に合わせて円形状、多角形状等とすることもできる。そうすることで、第３の工程で形成された接着剤５０が、上面視において実装領域１よりも大幅に外側へ広がることを抑制できる。実施形態１の実装領域１は、約１０００×１０００μｍの略矩形状である。

実施形態１では、まず図２（ａ）に示されるように、リード電極上の破線で囲まれた略矩形状の実装領域１に略半球状の半田バンプ５を一定間隔で格子状に配置する。複数の半田バンプ５は、例えば、所望の直径の半田バンプ５を形成できるような開口を有するマスクを配線基板上に載置し、スキージ等の治具によって半田ペーストを印刷する方法、半田ペーストをジェットディスペンサで供給し、プリリフローによりボールアップさせることで形成する方法等、従来の方法を用いることができる。その他、鍍金法、蒸着法、スタッドバンプ法等の公知の方法で配置することが可能である。半田バンプを配置する前に、配線基板上に仮止め剤等を塗布してもかまわない。

配置する各半田バンプの直径、高さ、半田量やピッチは特に限定されないが、第１の工程の平坦化によって各々が接触しない、すなわち、各半田バンプが第３の工程において初めて連結するような量と間隔で配置されていると、半田の使用量を少量とすることができ好ましい。実施形態１では、前述の材料（例えば、金−錫（Ａｕ８０／２０Ｓｎ）、錫−銀（Ｓｎ９６．５／３．５Ａｇ）、錫−銀−銅（Ｓｎ９６．５／３Ａｇ／Ｃｕ）、錫−銅（Ｓｎ９９．４５／０．５５Ｃｕ）等）を用いて、直径約７０〜２００μｍ、厚み約６０〜１５０μｍの略半球形の半田バンプ５を、約２５０μｍの間隔で１６個（４×４）配置する。各半田バンプの重量は約０．０５〜０．２ｇとすることができる。なお、複数の半田バンプ５の配列は、格子状の他、図４のように円形状等、適宜自由に選択することができる。半田バンプは、実装領域の形状に対応するように、実装領域の内側に形成されていると好ましいが、図４（ａ）のように実装領域１の外側に配置された半田バンプがあってもかまわない。少なくとも、後述の第３の工程で溶融することで、複数の半田バンプのうち少なくとも一部が融合し、発光素子６と配線基板１０を接着できるように実装領域１に複数配置されていればよい。また、半田バンプ５は、実施形態２で後述するように各々所望の形状となるように加工してもかまわない。

続いて、形成した複数の半田バンプ５の頂部を平坦化する。平坦化の手法は特に限定されないが、加熱又は／及び治具による加圧により、容易に平坦化することができる。なお、平坦化とは、複数の半田バンプ５の頂部を略平坦にすることであるが、上面視において、半田バンプ５が平坦化前と比べて広がっていれば、平坦化された状態とする。平坦化には、電熱ヒーター等を有する平坦化装置を用いることができる。例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）のようにリード電極上に形成された複数の半田バンプ５を、電気ヒーター等で所定の温度（例えば、約２００℃程度）に加熱したフラッタニング治具５００によって、上部から所定の圧力（例えば、約５０Ｎの圧力で約６０ｓｅｃ加圧）で垂直に押圧することで、複数の半田バンプの頂部を一括して平坦化することができる。このように平坦化することで、半田バンプ６０と配線基板１０の密着力が向上する。
実施形態１では、前述の条件で半田バンプを平坦化することで、各々間隔を有しつつ、直径約１００〜２５０μｍ、厚み約２０〜６０μｍに変形した複数の半田バンプ６０を有する発光素子実装用配線基板を得る。この際、頂部が平坦化された隣接する半田バンプ６０どうしの離間距離は約２０〜１８０μｍ程度となる。

確実に半田バンプ５の頂部を平坦化するためには、例えば１個のバンプあたり約０．０５〜０．８Ｎの圧力がかかるようにプレスすることができる。加圧に加えて加熱を行うと半田がより変形しやすいので、加圧のみで平坦化する場合に比べて少ない加圧で平坦化でき、配線基板に対する機械的負荷を抑えることができる。特に、配線基板に反りが生じている場合でも、加圧と加熱により機械的圧力を抑えることで、配線基板に割れを発生させることなく半田バンプを平坦化することが可能である。

平坦化の際に、各バンプの頂部の高さを揃えると、後の工程においてフラックス９や発光素子６を配置しやすく、さらに発光素子６を安定して実装可能な発光素子実装用配線基板とできる。例えば、頂部の直径を約１０〜３０μｍ以上となるように平坦化すると、フラックス９が比較的頂部にとどまりやすく好ましい。さらに、各バンプの頂部の高さが同じであると、第３の工程において半田バンプを均一に融合させやすい。なお、本実施形態では、第３の工程で半田バンプが融合するため、平坦化した時点で半田バンプ６０の頂部の高さにばらつきが生じていても、発光素子６と配線基板１０の接続不良を抑制することができる。

また、第１の工程において複数の半田バンプ５を平坦化する際、複数の半田バンプのうち少なくとも一部が接合するように平坦化してもかまわない。平坦化する際に半田バンプどうしを接合させる形態については、後述の実施形態２で詳説する。

次に、第１の工程で平坦化された半田バンプ６０の頂部にフラックス９を配置する。フラックス９を配置する方法は特に限定されず、塗布する方法や、噴霧するスプレー式の方法等が挙げられる。なお、フラックス９の種類は特に限定されないが、粘度の高いものを用いると半田バンプ６０の頂部から脱落しにくく好ましい。しかし、本実施形態では半田バンプの頂部を略平坦とするため、比較的粘度の低いフラックス９を用いることもでき、公知のものを適宜選択して使用することができる。

（第２の工程）
続いて、フラックス９を配置した複数の半田バンプ６０上に、発光素子６を配置する。発光素子６を配置する半田バンプ６０は、図２（ｂ）のように、上面視において発光素子６の外周よりも内側にあることが好ましい。一部の半田バンプ６０が発光素子６の外周よりも外側にあると、その半田バンプが、外周よりも内側にある半田バンプと溶融して一体にならず、ボール状に残留することがある。そのような場合は、発光素子の外周内（実装領域内）だけでなく、半田バンプが形成される配線基板上の領域までが、半田に対してぬれ性の良い金や銀等で被膜されていると、半田バンプがボール状のまま残留することを抑制できる。実施形態１の発光素子６は、絶縁性の基板上に半導体積層構造を積層した同一面側電極構造を有しており、発光素子の絶縁性の基板側と配線の上面とが半田バンプによって実装（フェイスアップ実装）される。従って、フラックス９が配置された複数の半田バンプ６０の頂部に、絶縁性の基板が対向するように発光素子６を配置する。

（第３の工程）
第３の工程では、第２の工程において発光素子６が配置された状態で、各半田バンプ６０を加熱溶融（リフロー）する。そうすることで、フラックス９が気化されるとともに、発光素子６と配線基板１０とが接着される。この加熱溶融の際、複数の半田バンプのうち少なくとも一部、好ましくは全部を融合することで、接着剤５０を形成する。実施形態１では、図２（ｃ）のように複数の半田バンプの全てが一体に融合している。このように接着剤５０を形成すると、融合した半田バンプ５０の厚みが略均一になりやすく、配線基板１０に対して発光素子６を水平に（安定的に）接続することができる。さらに、接着剤５０は実装領域１において一体に広がることで、半田バンプの状態よりも薄膜（例えば約２０μｍ程度）となり、発光素子からの熱を効率的に放熱することができる。また、このように実装領域１に少量の半田で小さい半田バンプ５を複数配置し、加熱溶融して融合することで、予め実装領域全体に半田を配置する場合に比べて、接着剤のボイドの発生を抑制することができる。すなわち、半田バンプ溶融時に気化するフラックス９を、効果的に空気中へ逃がすことが可能である。

なお、実施形態１では、全ての半田バンプが融合して一体の接着剤５０となっているが、一部融合していない半田バンプが存在したり、融合した半田が接着に影響を与えない程度のボイド等を有していてもよく、加熱溶融によって複数の半田バンプどうしの少なくとも一部が融合していればよい。

実施形態１では、第１の工程において、約１０００×１０００μｍの実装領域に、直径約７０〜２００μｍ、厚さ約６０〜１５０μｍ（約０．０５〜０．２ｇ）で、約２５０μｍ間隔で格子状に配置された１６個の半田バンプ５が、第３の工程を経て、最終的に約１０００×１０００μｍ、厚さ約１０〜２５μｍに変形して一体の接着剤５０となる。
実施形態１の製造方法によると、予め実装領域１全体に対して一体の半田を塗布する場合に比べて、少量の半田で確実に発光素子と配線基板とを接着することができる。さらに、図２（ｃ）のように接着剤５０を発光素子６の外周よりも内側へ配置することが可能である。そうすることで、図２（ｄ）のように半田バンプ５０が発光素子の外周よりも外側へ広がった状態（例えば、約１２０μｍのサファイア基板上にＧａＮ系化合物半導体層が積層され、実装面となるサファイア基板の裏面側が銀で被覆された発光装置を用い、実装領域が銀で被膜されている場合であって、発光素子実装後の上面視において、半田が発光素子の略外接円程度の範囲に配置された状態）の発光装置と比較すると、約５％程度の光の吸収を抑制した発光装置とすることが可能である。

続いて、ワイヤボンディングにより第３の工程で実装した発光素子６の電極とリード電極とを電気的に接続する。必要に応じ、所望の波長変換部材や光拡散材等を含有させた透光性部材８によって発光素子６及びワイヤ７を封止する。最後に個片化することで、図１に示される発光装置１００を完成させる。
≪実施形態２≫

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示される実施形態２の発光装置２００では、支持基材２２に配線２３が設けられた配線基板２０に、上面視で縦横約５００μｍの発光素子６がフリップチップ実装される。例えば、実施形態２の支持基材２２はセラミックとし、配線２３は金で形成されると好ましい。実施形態２では、発光素子６（約５００×５００μｍ）がフリップチップ実装されているので、実装領域２１は、配線基板２０の上面において発光素子６の正負一対の電極が配置される領域である。第１の工程では、実装領域２１に直径約１００〜１８０μｍ、厚さ約６０〜１５０μｍの半田バンプ５（約０．０５〜０．２ｇ）を、約１２０〜２００μｍ間隔で３個ずつ計６個形成する。半田バンプ５の数が少ないと、バンプの形成が容易である。
また、配置する複数の半田バンプ５の側面に、凸部７０を形成する。さらに、複数の半田バンプが平坦化によって接合した発光素子実装用配線基板とする。上記以外は、実施形態１の発光装置１００と実質上同様の構造および形成方法で製造されたものとし、説明は適宜省略する。以下、実施形態１の発光装置１００の構造及び形成方法と異なる点について主に詳述する。

実施形態２の配線２３は、少なくとも支持基材２２上面に形成されている。発光素子の実装領域２１は、図５（ａ）に示すように発光素子２６の各電極と接着する正負一対の各々の配線２３上であり、複数の半田バンプ５は、発光素子の各電極と略同じ形状である実装領域２１に設けられる。詳述すると、正負の各配線上の正負の配線間に近い側において、それぞれ一列に３つずつ、計６個の半田バンプ５を配置する。本実施形態では、発光素子６がフリップチップ実装されるため、正負一対の各々の配線２３上にある半田バンプどうしが一体とならないように、半田バンプを形成、平坦化、溶融する。

凸部７０は、第１の工程の半田バンプの配置と同時、平坦化と同時、平坦化前後に形成することができる。凸部７０は、半田バンプの配置又は平坦化と同時に形成されると効率的であるが、特に限定されない。例えば、図６のように、半田バンプ配置後に、所望の凸部７０を形成できるような型で半田バンプ５を押圧することで、側面の凸部形成と頂部の平坦化を同時に行うことが可能である。この場合、上述のフラッタニング治具５００は、半田バンプに対向させる側に、半田バンプの側面に所望の凸部７０を形成できるような型５０１を有していると好ましい。
例えば、型５０１は、上面視で各半田バンプ５よりも大きいと好ましい。また、前述のように上面視で各半田バンプ５よりも大きい型を有する場合は、型５０１の深さは実装領域に配置された半田バンプ５の高さよりも小さいことが好ましい。このような型５０１を有するフラッタニング治具５００とすることで、複数の半田バンプの頂部を確実に平坦化しつつ、側面に凸部７０を形成することが可能である。

凸部７０は、全ての半田バンプの側面に形成される必要はなく、凸部７０を有さない半田バンプが存在していてもよい。また、凸部７０は半田バンプの側面の少なくとも一部に形成されていれば、側面の全面に形成されていなくてもよいが、隣接する半田バンプどうしの向かい合う側面に形成されていると好ましい。凸部７０を前述のような型を用いて形成すると、凸部７０の形状や位置、凸部を形成する半田バンプを適宜自由に選択することができる。その他、半田バンプの側面に凸部７０を形成できるような開口を有するマスク（型）を用いて半田ペーストを印刷する等、適宜方法を選択して凸部を形成してもかまわない。

実施形態２では、半田バンプの頂部を平坦化する際に、複数の半田バンプのうち少なくとも一部が接合される。凸部７０は、この接合により形成されたものでもかまわない。すなわち、図７（ａ）のように、平坦化で接合した半田バンプ６０は、上面視において、隣接する半田バンプの向かい合う側面が接合して連結し、外周が複数の曲線によって形成されているが、その曲面を凸部７０とすることができる。詳述すると、実施形態２の平坦化によって形成された凸部は、上面視において上述のような型５０１で形成された凸部に比べ、比較的緩やかな孤状の曲線で形成されている。実施形態２では、３つの半田バンプの隣接する側面が全て接合するように平坦化されているが、隣接する側面が全て接合されている必要はなく、図７（ｂ）のように、隣接する半田バンプの側面の少なくとも一部が接合されていればよい。半田バンプの直径、半田量、ピッチ、側面の凸部の有無、加熱の温度又は／及び加圧の強さ等を適宜調整することで、半田バンプ５どうしを所望の形状に接合することができる。

このように、凸部７０を平坦化による半田バンプどうしの接合により形成すると、平坦化と同時に凸部７０を形成でき、さらに凸部形成用の型５００を準備する必要がないので効率的である。なお、凸部７０の形態は上記に限定されず、図７（ｃ）のように、型等によって各々の半田バンプに形成される凸部と、接合により形成される凸部の両方を備えていてもかまわない。その他、図７（ｅ）のように、適宜所望の形状に半田バンプを加工し、凸部を形成することができる。

以上のように、第１の工程において半田バンプの側面に凸部７０が形成されていると、フラックス９の配置が半田バンプ頂部からズレたり、頂部に対して供給量が多い場合でも、バンプ側面の凹凸により表面張力が働くことで、半田バンプ上にフラックス９が保持されやすく好ましい。さらに、複数の半田バンプどうしの向かい合う側面に凸部７０が形成されていると、半田バンプどうしの間隔が近くなり、平坦化の際に半田バンプどうしを接合させやすく、後の第３の工程においても、複数の半田バンプどうしが一体に融合されやすく好ましい。同様に、半田バンプの平坦化により半田バンプどうしが接合していると、第３の工程において接着剤が均一な厚みで一体になりやすく、さらに、第２の工程において発光素子２６を安定的に配置することができる。また、フラックス９が脱落する半田バンプどうしの間（距離）が減るので、ボイドの発生を抑制することも可能である。

ここで、実施形態２では配線２３には鍍金が施されていることから、配線基板２０の表面の粗さが比較的大きくなりやすい。例えば、複数の半田バンプが配置される実装領域２１の表面粗さは、Ｒａ約３．０μｍ以上となる。このように、表面の粗さが大きい実装領域に配置される複数の半田バンプ５の頂部を平坦化し、頂部の高さを略同じに揃えることで、第２の工程において発光素子２６の配置を安定的に行うことができる。

実施形態２では、前述のようにして得られた（すなわち、３つの半田バンプの頂部が平坦化され、例えば長さ約１３０〜２２０μｍ、幅約１３０〜２２０μｍ、厚み約２０〜６０μｍ、重量０．１５〜０．６ｇに接合されて側面に凸部７０を有する半田バンプ）を配線上に２つ備える発光素子実装用配線基板に対し、第２の工程において同一面側電極構造を有する発光素子の電極側と半田バンプとが接するように配置する。続いて、実施形態１と同様に第３の工程で各々の半田バンプが厚み約１５μｍ程度となるように溶融することで、発光素子３６と配線基板２０を接着する接着剤５０を形成する。
その後、実施形態１と同様に、必要に応じて発光素子及び配線基板の少なくとも一部を被覆する透光性部材２８を形成して個片化し、所望の発光装置２００（例えば縦横約３．５ｍｍの発光装置）を完成させる。実施形態２では、発光素子２６がフリップチップ実装されるので、少ない半田量で発光素子の各電極と配線基板を接着することで、正負一対の配線２３上の各々の半田バンプが一体となりにくいので、発光装置のショートを防ぐことができ特に好ましい。

なお、実施形態２では、複数の半田バンプを平坦化する際に接合することで側面に凸部７０を形成し、その凸部７０が形成された半田バンプ上に発光素子２６を配置して配線基板２０とフリップチップ実装する形態を説明したが、実施形態１のように発光素子の絶縁性の基板側と配線基板とが半田バンプによって実装（フェイスアップ実装）される場合においても、同様に凸部７０を形成してもかまわない。図７（ｄ）は、実施形態１における複数のバンプが平坦化によって接合され、孔９０及び側面に凸部７０が形成された例を示す概略図である。孔９０が形成されることで、上面視において半田バンプの凸部が形成され、表面張力によりフラックスが半田バンプ上に保持されやすくなる。また、凸部７０は、第３の工程において融合されてもよいし、保持されていてもかまわない。
≪実施形態３≫

実施形態３の発光装置３００は、図８（ａ）のようなＣＯＢ（Chip on Board）構造を有する。この発光装置３００では、セラミックの支持基材に鍍金で形成された配線を有する配線基板３０上に、複数の発光素子３６が比較的狭い間隔（狭ピッチ）で搭載される。図８（ｂ）の部分拡大図に示されるように、配線基板３０上に反射膜としてＡｇ等の被膜８０が形成されていてもかまわない。被膜８０は発光素子３６の実装面よりも大きい面積で形成されると、発光素子３６からの出射光を効果的に反射できるので好ましく、図示されるように発光素子の絶縁性の基板側が配線基板と対向するように実装される場合は、底面３９の全面に形成することができる。
枠体３４の外側には、発光素子３６の駆動電圧を外部から印加するための一対のパッド電極として、正負一対のパッド部を有し、発光素子３６の電極はパッド部と接続される。

実施形態３では、配線基板３０上に露出する上面視形状が略矩形の底面３９に、５行×６列の合計３０個の発光素子３６を一定間隔で配列し、それらの発光素子３６をワイヤ３７によってパッド部と接続する。すなわち、図９（ａ）に示されるように、枠体３４に囲まれる底面３９（約７０００×７０００μm）において、各発光素子が配置される破線で囲まれた各３０領域が実装領域３１である。したがって、実施形態３の第１の工程では、これらの各実装領域３１に半田バンプ５を少なくとも９個ずつ配置し、平坦化する。実施形態３では、１つの実装領域３１を約８００×８００μｍとし、そこに直径約１００〜２００μｍ、厚さ約６０〜１２０μｍの半田バンプ５（約０．０５〜０．３ｇ）を、約１２０〜２００μｍ間隔で配置する。半田バンプ５の配置は、各実装領域３１ごとに行ってもかまわないが、複数の実装領域に対してまとめて行うと効率的である。そして、頂部を平坦化し、頂部が平坦化された半田バンプが約２７０個形成された発光素子実装用配線基板を準備する。

以下、実施形態１と同様に、発光素子実装用配線基板に対して第２の工程、第３の工程を行い、３０個の発光素子３６と配線基板３０とを接着する。実施形態３においても、実施形態２の第１の工程と同様に半田バンプの側面に凸部７０を設けてもかまわない。続いて、ワイヤボンディングにより発光素子３６の電極とパッド部３３とを電気的に接続し、枠体３４内に適宜所望の透光性部材３８を充填して発光素子３６及びワイヤ３７を覆う。必要に応じて熱処理や光照射等の処理により透光性部材を硬化させて個片化し、発光装置３００を完成させる。なお、図８（ａ）では、配線が見えるように枠体は輪郭のみで示している。

実施形態３の発光装置３００では、半田バンプによって配線基板に発光素子の絶縁性の基板側が実装（フェイスアップ実装）される例を示したが、これに限らず、フリップチップ実装としてもかまわない。すなわち、各発光素子の実装領域に、互いに離間して露出する正負一対の配線を設け、発光素子をフリップチップ実装する。ＣＯＢ構造の発光装置において発光素子をフリップチップ実装すると、高出力で光源の小さい発光装置を提供することができる。
この場合、発光素子の正負一対の電極と、正負一対の配線とを各々接着する接着剤（半田）は、互いに短絡しないように間隔を空けて形成される。例えば、隣接する正負の配線上に配置される半田バンプどうしの間隔は、配置時において約３００〜３５０μｍ程度とすることができる。このように十分な間隔を有して配置させることで、隣接する正負の配線上に配置された半田バンプどうしを、第１の工程において接合しないように平坦化できる。さらに、第３の工程において融合しないように溶融させることが可能である。

実施形態３のように、配線基板上に複数の発光素子が搭載される発光装置では、各発光素子の実装に使用する半田量を少量とすることができれば、発光装置の材料コストを大幅に削減できる。さらに、隣接する発光素子の実装領域の半田どうしが接触する可能性が低くなり、実装後の各発光素子の高さもばらつきにくくなるので、信頼性の高い発光装置を提供することができる。

本発明の発光装置の製造方法及び発光素子実装用配線基板は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に用いられる発光装置の製造に好適に利用できる。

１００，２００，３００…発光装置
１０，２０，３０…配線基板（発光素子実装用配線基板）
１，２１，３１…実装領域
２，２２…支持基材
３，２３…配線
４，３４…側壁
４０…放熱
５…半田バンプ（配置時）
５０…接着剤
６０…半田バンプ（平坦化）
６，２６，３６…発光素子
７，３７…ワイヤ
８，２８，３８…透光性部材
３９…底面
９…フラックス
５００…フラッタニング治具
５０１…型
７０…凸部
８０…被膜
９０…孔

Claims (6)

1. 発光素子が接着剤によって配線基板に実装される発光装置の製造方法であって、
   前記配線基板上に配置された複数の半田バンプの頂部を平坦化し、前記半田バンプの側面に凸部を形成する第１の工程と、
   前記発光素子を、前記複数の半田バンプ上に配置する第２の工程と、
   前記第２の工程の後、前記複数の半田バンプを加熱溶融し、前記発光素子を前記配線基板上に実装する第３の工程と、を含み、
   前記第３の工程において、前記複数の半田バンプの少なくとも一部を融合させて孔を形成することで前記接着剤を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
2. 前記第１の工程後、前記頂部にフラックスを供給する請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記凸部は、頂部を平坦化する際に、前記複数の半田バンプのうち少なくとも一部を接合することで形成する請求項１又は請求項２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記凸部は、隣接する前記半田バンプの向かい合う側面が接合して連結することで形成された曲面である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
5. 前記凸部の形成と、前記平坦化を同時に行う、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
6. 前記複数の半田バンプのうち、凸部を有さない半田バンプを備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

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