JP6210211B2 - Method for manufacturing light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、金属間化合物を用いた発光素子と基板との接合に関する。 The present invention relates to bonding of a light emitting element using an intermetallic compound and a substrate.
従来、発光素子を基板等にはんだで接合する方法に関して、発光素子の裏面(実装面)に接合に利用される第1の金属および第2の金属を積層させ、加熱溶融により基板等に接合を行うというものがある。 Conventionally, with respect to a method of joining a light emitting element to a substrate or the like by soldering, the first metal and the second metal used for joining are laminated on the back surface (mounting surface) of the light emitting element, and the substrate is joined by heating and melting There is something to do.
このような発光素子の製造においては、発光素子が個片化されていないウエハの状態において、発光素子の裏面に接合に必要な金属層(例えば接合層、反射層、拡散防止層等)を蒸着やスパッタリング等の方法で形成している。 In the manufacture of such a light emitting device, a metal layer (for example, a bonding layer, a reflective layer, a diffusion prevention layer, etc.) necessary for bonding is deposited on the back surface of the light emitting device in a wafer state where the light emitting device is not separated. Or by sputtering.
このようなウエハ内には、通常、製品の発光素子としては使えない部分(NG部)が存在するが、従来はこのようなNG部にも金属層を複数層形成している。ウエハは発光素子の個片化工程、検査工程を経て、NG部を廃棄する。そのため、NG部の廃棄に伴って廃棄される材料が余計に使用されるという問題があった。 In such a wafer, there is usually a portion (NG portion) that cannot be used as a light emitting element of a product. Conventionally, a plurality of metal layers are also formed in such an NG portion. The wafer is subjected to the process of separating the light emitting elements and the inspection process, and the NG portion is discarded. For this reason, there has been a problem that the material discarded along with the disposal of the NG part is used excessively.
本発明は、このような課題を解決し、より安価な発光装置の製造方法を提供することである。 The present invention is to solve such problems and to provide a cheaper method for manufacturing a light emitting device.
そこで、本発明の発光装置の製造方法は、実装面に第1の金属が形成された発光素子を準備するステップと、第2の金属が形成された基板を準備するステップと、前記第1の金属および前記第2の金属を接触させ、前記第1および第2の金属の少なくともいずれかの融点より高い温度で加熱溶融させることにより、金属間化合物を形成し前記基板と前記発光素子を接合するステップと、を有する。 Therefore, the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention includes a step of preparing a light emitting element in which a first metal is formed on a mounting surface, a step of preparing a substrate on which a second metal is formed, and the first method. A metal and the second metal are brought into contact, and heated and melted at a temperature higher than at least one of the melting points of the first and second metals, thereby forming an intermetallic compound and bonding the substrate and the light emitting element. Steps.
本発明によれば、第2の金属を発光素子の裏側に形成する必要がないため、発光装置を安価に製造することができる。 According to the present invention, since it is not necessary to form the second metal on the back side of the light emitting element, the light emitting device can be manufactured at low cost.
本発明の発光装置の製造方法は、少なくとも、発光素子と、基板と、第1および第2の金属を備える。
本発明においては、発光素子側に設けた第1の金属と基板側に設けた第2の金属とを加熱溶融させて金属間化合物の接合材(接合層)とすることにより、発光素子と基板の接合を行う。
The method for manufacturing a light emitting device of the present invention includes at least a light emitting element, a substrate, and first and second metals.
In the present invention, the first metal provided on the light emitting element side and the second metal provided on the substrate side are heated and melted to form a bonding material (bonding layer) of the intermetallic compound, whereby the light emitting element and the substrate are obtained. Bonding is performed.
本発明の発光装置の製造方法は、接合材となる金属を発光素子側、基板側それぞれに設けることで、第2の金属を発光素子側に設ける必要がないため、NG部発生による余分な金属材料の使用を削減することができ、発光装置を安価に製造することが可能となる。 In the method of manufacturing the light emitting device of the present invention, since the metal as the bonding material is provided on each of the light emitting element side and the substrate side, it is not necessary to provide the second metal on the light emitting element side. The use of materials can be reduced, and a light-emitting device can be manufactured at low cost.
図1に、本実施形態の発光素子の構成の一例を示す。このように、発光素子の実装面から順に、反射層、拡散防止層、第1の金属が順に設けられている構成が好ましい。 FIG. 1 shows an example of the configuration of the light emitting element of this embodiment. Thus, the structure in which the reflective layer, the diffusion preventing layer, and the first metal are sequentially provided in order from the mounting surface of the light emitting element is preferable.
第1の金属4
第1の金属4は、後述する第2の金属11と溶融されることによって金属間化合物(共晶、はんだなど)となり接合材20を形成する第1金属元素を有して形成される。材料としては、特に限定されず、Cu、Pt、Fe、Auなどを用いることができる。また、第1の金属4は第2金属の融点よりも高いことが好ましい。その理由は、まず、第2の金属11を加熱溶融させて、第1の金属4へ順次溶け込ませることで接合材20を形成することで、安定して発光素子1の接合が可能になる。
The
第1の金属4の量または厚み(第1の金属4が層状に形成される場合)は、第1金属元素が第2金属元素と金属間化合物を形成せずに単体のまま残る量を極力少なくするため、第2の金属11と同量程度が望ましい。
The amount or thickness of the first metal 4 (when the
また、第1の金属4がウエハの状態で形成される場合、上述の通りNG部に設けられた第1の金属4は廃棄されることになるため、第2の金属11より安価な材料であることが好ましい。これにより、安価に発光装置を製造することができる。
Further, when the
第1の金属4は、スパッタ、蒸着等、公知の方法で形成することができる。第1の金属4は層状に形成されることが好ましい。これにより発光素子1を安定して実装することができる。
The
反射層2
発光素子1と第1の金属4との間に、反射層2が設けられていてもよい。反射層2は、発光素子1の実装面側であって、接合材20ないし第1の金属4より発光素子
1に近い位置に設けられ、光の取り出し効率向上の役割を果たす。材料としては、反射率の高いAlやAgなどの材料が望ましく、厚みは例えば1000〜2000Å程度とすることができる。
A
拡散防止層3
本発明において、発光素子1の実装面側であって、反射層2と接合材20ないし第1の金属4との間に拡散防止層3が設けられていてもよい。これにより、接合材20の金属が反射層2へ拡散し、反射層2の光反射率を低下することを防ぐことができる。拡散防止層3の厚みは、光の取り出し効率に影響を与えない程度の厚み(例えば、1000〜2000Å程度)が好ましい。材料としては、Au、Ni等の材料が好ましく用いられる。
In the present invention, the
発光素子1
発光素子1は、任意の波長の半導体発光素子を選択することができる。例えば、青色、緑色発光の発光素子としては、InGaN、GaN、AlGaN等の窒化物系半導体やGaPを半導体層として用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、GaAlAs、AlInGaPなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
発光素子1は、絶縁性の基板を有するものや、導電性の基板を有するものであってもよい。また、基板を有さず、半導体層のみで形成されたものであってもよい。発光素子1が基板を有する場合には、その基板の側に第1の金属4を形成することが好ましい。
As the
The
波長変換部材を有する発光装置とする場合には、その波長変換部材を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子1とすることができる。
In the case of a light-emitting device having a wavelength conversion member, a nitride semiconductor capable of emitting a short wavelength that can efficiently excite the wavelength conversion member is preferably used. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. Moreover, it can be set as the
発光素子1は、図2に示すように、基板13の光反射材31上に実装することが好ましい。これにより、発光装置の光取出し効率を向上させることができる。
The
発光素子1は、通常、発光装置に設けられる正負一対のリード(図2においては、金属部12および光反射材を兼ねる)31などの導電部材と電気的に接続される正負の電極を有している。これらの正負の電極は一面側に設けられていてもよく、発光素子1の上下両面(つまり、上面と実装面)にわかれて設けられていてもよい。導電部材との接続方法は特に限定されず、後述のワイヤ40によって接続されてもよく、フリップチップ実装によって接続されていてもよい。
The
発光素子への給電のためには、第1の金属4および第2の金属11で形成される接合材20を導電性として発光素子1の電極と接合させるほか、ワイヤ40を用いることもできる。ワイヤ40は、複数の発光素子1の間をつなぐように接続することもできる。また、図2に示すように、それぞれの発光素子1ごとにリード31を接続するように設けることもできる。
In order to supply power to the light emitting element, the
ワイヤ40の材料は、Au,Al,Cu等が好適に用いられるが、光反射率の高いAgまたはAg合金であってもよい。
The material of the
基板13
図3に、基板13の構成の一例を示す。図3に示すように、基板13は金属部12を有しており、金属部12上に第2の金属11が設けられている。
基板13は、発光素子1を支持する部材であり、その上に発光素子1が接合材20を介して接合される。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the
The
基板13の材料としては、例えば、樹脂成形体36を有しているものが挙げられる。
樹脂成形体の基材としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いることができ、特に、熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。熱硬化性樹脂としては、封止部材に用いられる樹脂に比してガス透過性の低い樹脂が好ましく、具体的にはエポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物、ウレタン樹脂、変性ウレタン樹脂組成物などをあげることができる。このような樹脂成形体の基材に、充填材(フィラー)としてTiO2、SiO2、Al2O3、MgO、MgCO3、CaCO3、Mg(OH)2、Ca(OH)2などの微粒子などを混入させることで光の透過率を調整し、発光素子からの光の約60%以上を反射するよう、より好ましくは約90%を反射するようにするのが好ましい。
Examples of the material of the
As the base material of the resin molded body, a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used, and it is particularly preferable to use a thermosetting resin. The thermosetting resin is preferably a resin having low gas permeability compared to the resin used for the sealing member, and specifically, a modified epoxy resin such as an epoxy resin composition, a silicone resin composition, or a silicone-modified epoxy resin. Examples thereof include a composition, a modified silicone resin composition such as an epoxy-modified silicone resin, a polyimide resin composition, a modified polyimide resin composition, a urethane resin, and a modified urethane resin composition. Fine particles such as TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, MgCO 3 , CaCO 3 , Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 as a filler (filler) on the base material of such a resin molded body It is preferable to adjust the light transmittance by mixing the light and the like so as to reflect about 60% or more of the light from the light emitting element, more preferably about 90%.
なお、基板13に用いられる材料は、上記のような樹脂に限られず、セラミックやガラスや金属等の無機物等形成されてもよい。これにより、劣化等が少なく、信頼性の高い発光装置とすることができる。特に、低温焼結セラミック(LTCC)を用いることで、高い光取出し効率と高信頼性を両立した発光装置を製造することができる。
The material used for the
基板13は、少なくとも金属部12を備える。この金属部12の上に第2の金属11が設けられる。
The
第2の金属11
第2の金属11は、基板13上に形成され、第1の金属4と加熱溶融されることで金属間化合物を形成する第2の金属元素をいう。材料としては、第1の金属4と金属間化合物(もしくは共晶、はんだ)を形成するものであれば特に限定されないが、低い温度により加熱処理を行うため、Snの他In、Bi等の比較的融点の低い金属が好ましい。これにより、第2金属元素を加熱溶融させて第1金属元素へ順次溶け込ませることで、接合材20を効率よく形成することができる。
The
また、第1の金属4よりも融点の低いものが好ましい。これにより、まず第2金属元素を加熱溶融させて第1金属元素へ順次溶け込ませることで、接合材20を効率よく形成することができる。特に、第2の金属11が分離されて複数設けられている場合、まず第2の金属11が溶融することで、第2の金属11が第1の金属4の略全面に広がって接する。これにより、第2の金属11の量を少なくしながら、第2の金属11が溶け込む部分を広くすることができ、接合材20を薄く均一に形成することができる。
In addition, a material having a melting point lower than that of the
第2の金属11を基板13上に設けるステップは、どのような方法であってもよいが、例えば、ディスペンサー、印刷等により、複数分離された状況で基板上に塗布することが好ましい。このように第2の金属11の使用量を調整することで、安価に発光装置を製造することができる。
The step of providing the
具体的には、使用する金属の性質にもよるが、例えば、発光素子1のサイズが平面視で800×800μmの矩形である場合には、第2の金属11は直径100μm程度の半球形で、等間隔で3×3〜4×4程度の数に分離して配置されることができる。しかしながら、第2の金属11は、基板13上にスパッタリング等により実装する部分の略全面に設けられても良い。
Specifically, depending on the nature of the metal used, for example, when the size of the light-emitting
第2の金属11は、基板13上に形成された後、発光素子1が載置される前に、加熱や加圧等によって基板13に固定されることが好ましい。これにより、第2の金属11の基板13からの脱落を防止することができる。特に、第2の金属11が複数分離されて形成されている場合には、より脱落を防止することができ、好ましい。また、加熱・加圧の際に、第2の金属11の上面を平坦とすることが好ましい。これにより、第2の金属11の上面に安定して発光素子1を配置することができる。
The
第2の金属11の形状はどのようなものでもよく、上述のような半球形状の他、層状とすることができる。層状とすることで、発光素子1を安定して載置・接触させることができる。また、平面視の形状も特に限定されず、第1の金属4と同様の形状であってもよく異なる物であってもよい。もしくは発光素子1と略同様の形状などとすることができる。これにより、発光素子1を安定して実装することができる。
The shape of the
また、基板13(より具体的には金属部12)と第2の金属11との間には、第2の金属11の酸化を低減する酸化防止層が薄膜(例えば、厚み150Å程度)で設けられていることが好ましい。この酸化防止層は、第2の金属11が加熱処理において溶融したときに接合材20中に溶け込んでもよい。このような酸化防止層の材料としては、Auなどを用いることができる。
Further, an anti-oxidation layer for reducing oxidation of the
そして、上述のような発光素子1側に設けた第1の金属4と、基板13上に設けられた第2の金属11を、加熱溶融させる。これにより、第1の金属4と第2の金属11の金属間化合物を形成して、発光素子1と基板13とを接合する。
Then, the
このステップは、具体的には、基板13上に設けた第2の金属11の上に第1の金属4が接触するように発光素子1を載置し、加熱溶融することで行われる。このような加熱溶融の方法は特に限定されず、公知のリフロー装置等を用いて行うことができる。
Specifically, this step is performed by placing the
加熱の温度は、第1の金属4と第2の金属11として用いられる材料により異なり、特に限定されないが、第1の金属4の融点より低く、第2の金属11の融点より高いことが好ましい。これにより、第1の金属4に第2の金属11を徐々に溶け込ませることができる。しかしながら、発光素子1や基板13の耐熱性を考慮し、それ以下の加熱温度である必要がある。そのため、例えば、第1の金属4にCu、第2の金属11にSn、発光素子1としてGaN系の半導体層を有するものを用いた場合、260℃〜335℃の範囲の温度であることが好ましい。
The heating temperature varies depending on the materials used as the
これと同様に、加熱時間も、第1の金属4と第2の金属11として用いられる材料により異なる。例えば第1の金属4にCu、第2の金属11にSnを用いた場合、前記加熱温度範囲で100〜200s程度であることが好ましい。
Similarly, the heating time varies depending on the materials used as the
封止部材39
本発明の発光装置30は、さらに封止部材39を備えていてもよい。封止部材を発光素子、基板、ワイヤ等の部材を被覆するよう設けることで、被覆した部材を塵芥や水分、更には外力などから保護することができ、発光装置の信頼性を高めることができる。
Sealing
The
封止部材39は、どのような形状に設けられてもよい。例えば、図2のように基板(樹脂成形体36)に凹部が形成されている場合には、凹部内を充填するよう設けられてもよいし、略半球のレンズ形状等に設けられてもよい。
The sealing
封止部材39は、発光素子1からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、フッ素樹脂組成物など、発光素子1からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。特にジメチルシリコーン、フェニル含有量の少ないフェニルシリコーン、フッ素系シリコーン樹脂などシロキサン骨格をベースに持つ樹脂を少なくとも1種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。
The sealing
封止部材39の形成方法は、特に限定されない。封止部材39が樹脂である場合には、ポッティング(滴下)法、圧縮成型法、印刷法、トランスファモールド法、ジェットディスペンス法、スプレー塗布などを用いることができる。図2のような凹部を有する基板13の場合は、ポッティング法が好ましく、平板状の基板13を用いる場合は、圧縮成型法やトランスファモールド法が好ましい。
The method for forming the sealing
封止部材39の外表面の形状については特に限定されず、発光装置30に求められる配光特性などに応じて種々選択することができる。例えば、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状、粗面などとすることで、指向特性や光取出し効率を調整することができる。
The shape of the outer surface of the sealing
封止部材39には、着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換部材などを含有させることもできる。
The sealing
波長変換部材は、発光素子1の光を波長変換させる材料である。発光素子1からの発光が青色光の場合、波長変換部材としては、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(以下、「YAG:Ce」と呼ぶ。)が好適に用いられる。YAG:Ce蛍光体は、その含有量によって発光素子からの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するため、白色系の混色光を発する高出力な発光装置を、比較的簡単に形成することができる。また、CASN、SCASN、KSF等の赤系を発する蛍光体も用いることができる。
The wavelength conversion member is a material that converts the wavelength of light from the
保護素子
発光装置30は、上記の他、種々の部材を備えることができる。例えば、保護素子41としてツェナーダイオードを搭載することができる。
Protective element The
図3に、本発明の一実施例を示す。
図3(a)に示すように、まず、第1のステップとして、基板13上に設けられた金属部12上に第2の金属11を設ける。具体的には、第2の金属11としてのSnを加熱して溶解させ、これをディスペンサー等で基板13上に略半球形状で複数配置する。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3A, first, as a first step, the
次に、図3(b)に示すように、第2のステップとして、配置した第2の金属11を基板13に固定する。具体的には、配置した第2の金属11を、ホットプレート14により加熱圧着(ホットプレス)し、基板へ固定する。このホットプレスの温度は、第2の金属11が完全に溶融しないが変形する程度であって、第2の金属11の融点よりも低い温度が好ましい。例えば、第2の金属11としてSnを使用した場合、180〜200℃程度で行うことが好ましい。
その後、第2の金属11の上へ発光素子1を仮固定するため、仮止め剤(フラックス等)を塗布する。
Next, as shown in FIG. 3B, as a second step, the arranged
Thereafter, in order to temporarily fix the
次に、図3(c)、(d)に示すように、第3のステップとして、前記実施形態で説明した発光素子1と同様の発光素子1を準備し、第1の金属4が第2の金属11と接触するよう、第2の金属11の上に載置する。第1の金属4はCuであり、発光素子1の実装面側の略全面に層状に形成されている。また、発光素子1と第1の金属4の間には、反射層2と拡散防止層3がこの順に形成されている。この発光素子1は、第1の金属4が形成された側を下にして、基板13上に配置した第2の金属11の位置に合わせて搭載される。
Next, as shown in FIGS. 3C and 3D, as a third step, a light-emitting
そして、第4のステップとして、加熱(リフロー)処理により第1の金属4と第2の金属11を溶融させ金属間化合物を形成し、接合材20を形成し、発光素子1と基板13との接合を行う。このときの加熱温度及び時間は、260℃〜335℃、100〜200秒程度で行う。
As a fourth step, the
加熱(リフロー)処理している間、まず、第2の金属11が溶融して液状となり、基板13の上に濡れ広がる。そして加熱を進めると、時間とともに第2金属元素が第1の金属4の第1金属元素層へ順次溶け込んでいく。そして、第2金属元素単体での存在がなくなるまで加熱処理を行う。その後固化して金属間化合物が接合材20として形成される。このようにして、発光素子1が基板13に実装される。
During the heating (reflow) treatment, first, the
本実施例は、第1金属元素がCu、第2金属元素がSnであるが、加熱処理によってSnがCu層へ順次溶け込んでいくことにより、Cu6Sn5の金属間化合物が形成される。 In this example, the first metal element is Cu and the second metal element is Sn. However, Sn is sequentially dissolved into the Cu layer by the heat treatment, whereby an intermetallic compound of Cu6Sn5 is formed.
1 発光素子
2 反射層
3 拡散防止層
4 第1の金属
11 第2の金属
12 金属部
13 基板
14 ホットプレート
20 接合材
30 発光装置
31 リード
36 樹脂成形体
39 封止部材
40 ワイヤ
41 保護素子
DESCRIPTION OF
Claims (9)
ディスペンサーを用いて半球形状の第2の金属が分離して複数形成された基板を準備するステップと、
前記第2の金属の上面が平坦となるように治具により加熱圧着するステップと、
前記第1の金属および前記第2の金属を接触させ、前記第1および第2の金属の少なくともいずれかの融点より高い温度で加熱溶融させることにより、金属間化合物を形成し前記基板と前記発光素子を接合するステップと、
を有することを特徴とする発光装置の製造方法。 Preparing a light emitting element having a first metal formed on the entire mounting surface;
Preparing a substrate on which a plurality of hemispherical second metals are separated and formed using a dispenser ;
Heat-pressing with a jig so that the upper surface of the second metal is flat;
The first metal and the second metal are brought into contact with each other and heated and melted at a temperature higher than at least one of the melting points of the first and second metals to form an intermetallic compound, so that the substrate and the light emission Bonding the elements;
A method for manufacturing a light-emitting device, comprising:
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