JP6308025B2 - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
半導体発光素子を用いた発光装置は、大別すると、半導体発光素子にパッド電極を設ける面が、実装基板と反対側の面であるフェイスアップ型と、実装基板と対向する面である半導体発光素子の下面に電極を設けたフェイスダウン型の2種類がある。
これにより、発光装置のサイズ(とりわけ実装基板に垂直な方向から平面視したサイズ)を発光素子のチップに近いレベルまで小型化したCSP(Chip Size Package又はChip Scale Package)を実現することができる。
このため、半導体発光素子を形成した後に、成長基板を除去した発光装置又は成長基板の厚さを薄くした発光装置では、例えば、特許文献1に示されるように、半導体発光素子を支持するために電極側(実装基板と対向する側)に樹脂層を設けるとともに、この樹脂層を貫くように金属ピラーや他の配線からなる内部配線を形成して、電極と外部端子とを電気的に接続するように構成している。
そして、この内部配線を含む樹脂層を有することで発光装置は十分な強度を確保することができる。
そこで、本発明は、実装時に溶融した半田などの接着部材が半導体発光素子まで這い上がることを防止して、信頼性の高い実装が可能な発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、第1樹脂層と第2樹脂層との間に第2露出部を有する前記した構成の発光装置を容易に製造することができる。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、斜視図、平面図、断面図の間において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
まず、図1〜図5を参照して、本発明の実施形態に係る発光装置の構成について説明する。
なお、図1(b)に示す断面図は、図1(a)に示す平面図のI−I線における断面を模式的に示したものである。図1(a)に示したI−I線上の位置A1〜A6と、図1(b)に矢印で示した位置A1〜A6とが、対応しているが、断面構造を分かりやすく示すために、図1(b)の断面図における距離間隔は、図1(a)の平面図における距離間隔(部材の長さ)を適宜に伸長又は短縮して示しているため、両図面における距離間隔は一致していない。また、後記する他の断面図についても、特に断らない限り図1(b)と同様に、図1(a)に示す平面図のI−I線に相当する断面を示すものである。
また、図3〜図5は、本実施形態に係る発光装置100の積層構造を説明するために、層ごとに平面視での配置領域をハッチングを施して示すものである。
発光素子1は、平面視で略正方形をした板状の形状を有しており、一方の面側にn側電極13及びp側電極15を備えたフェイスダウン型のLEDチップである。
なお、第1露出部12b及び第2露出部12cは、完成した発光装置100においては、層間絶縁膜16、第1樹脂層21及び第2樹脂層22などによって全部又は一部が被覆されているが、便宜的に「露出部」と呼ぶ。
なお、層間絶縁膜16は、第2露出部12cにおいては開口部を有さずに、n型半導体層12nの上面を端部まで被覆するようにしてもよい。
また、発光素子1のn側のパッド電極であるn側電極13が、開口部16nにおいてn型半導体層12nと電気的に接続されるとともに、層間絶縁膜16を介して、第1露出部12bの底面及び側面、p側電極15が設けられた領域及びその近傍を除くカバー電極14bの上面及び側面及び第2露出部12cの側面及び底面に延在するように設けられている。
すなわち、発光素子1は、半導体積層体12の一方の面側に、n側電極13及びp側電極15の両方が設けられている。
また、このように、n側電極13又は/及びp側電極15を、発光素子1の上面及び側面に広範囲に設けることにより、後記する支持体3の樹脂層31に対して効率的に熱を伝導させる、発光装置100の放熱性を向上させることがきる。
光反射電極14aは、p型半導体層12pの上面の略全面を覆うように設けられる。また、光反射電極14aの上面及び側面の全体を被覆するように、カバー電極14bが設けられている。光反射電極14aは、カバー電極14b及びカバー電極14bの上面の一部に設けられたp側電極15を介して供給される電流を、p型半導体層12pの全面に均一に拡散するための層である。また、光反射電極14aは良好な光反射性を有し、発光素子1が発光する光を、光取り出し面である下方向に反射する層としても機能する。
カバー電極14bとしては、良好な導電性とバリア性とを有する金属材料を用いることができ、例えば、Al、Ti、W、Au、AlCu合金などを用いることができる。また、カバー電極14bは、これらの金属材料を単層で、又は積層したものが利用できる。
なお、図1において、カバー電極14bの平面視での配置領域を、便宜的にp型半導体層12pの配置領域と一致するように記載しているが、カバー電極14bはp型半導体層12pよりも僅かに内側に設けられる。後記する製造工程図においても同様である。
また、p側電極15は、カバー電極14bの上面の10カ所に設けられた層間絶縁膜16の開口部16pにおいて、カバー電極14bと電気的に接続されている。
図5(a)に示すように、n側電極13の上面には、10個の第1金属層31nがn側電極13と電気的に接続されるように設けられ、p側電極15の上面には、10個の第1金属層31pがp側電極15と電気的に接続されるように設けられている。
なお、図1に示した発光装置100は、平面視において、支持体2が発光素子1に内包されるように構成されているが、平面視で重なるように構成されてもよく、支持体2が発光素子1を内包するように構成されてもよい。
また、第1樹脂層21の側面は、平面視において下部が上部に内包されるように段差21bが形成されており、半導体積層体12(特に、n型半導体層12n)から外部に出射された光が、第1樹脂層21に遮光されるのを軽減することができる。
また、第2樹脂層22は、内部配線として、厚さ方向に貫通するように、1個の第2金属層32nと、1個の第2金属層32pとを有している。
例えば、補強部材としての観点からは第1樹脂層21及び第2樹脂層22を合わせた厚さが30μm程度以上とすることが好ましく、90μm程度以上とすることが更に好ましい。
また、第1樹脂層21及び第2樹脂層22における金属の体積の割合と発光素子1の発熱量とを勘案して、十分な放熱性が得られるように、第1樹脂層21及び第2樹脂層22を合わせた厚さの上限を定めることができ、例えば150μm程度以下が好ましく、120μm程度以下とすることが更に好ましい。
本実施形態では、発光装置100の左半分の領域におけるn側電極13(図4(b)参照)上に、図5(a)に示すように、5個ずつ2列に配列した10個の第1金属層31n(図5(a)において、右上がりの斜線のハッチングを施した領域)が設けられている。
本実施形態では、発光装置100の右半分の領域におけるp側電極15(図4(b)参照)上に、図5(a)に示すように、5個ずつ2列に配列した10個の第1金属層31p(図5(a)において、右下がりの斜線のハッチングを施した領域)が設けられている。
図5(a)及び図5(b)に示すように、本実施形態では、発光装置100の左半分の領域に1個の第2金属層32nが設けられ、第2金属層32nの下面には、10個の第1金属層31nの上面が電気的に接続されている。
図5(a)及び図5(b)に示すように、本実施形態では、発光装置100の右半分の領域に1個の第2金属層32pが設けられ、第2金属層32pの下面には、10個の第1金属層31pの上面が電気的に接続されている。
また、接着部材としてSn−CuやSn−Sg−Cuなどの半田を用いることもできる。その場合は、第2金属層32n,32pの最上層を、用いる接着部材と良好な密着性が得られる材料で構成することが好ましい。
第1金属層31n,31p及び第2金属層32n,32pは、電解メッキ法により形成することができる。第1金属層31n,31p及び第2金属層32n,32pの形成方法の詳細については後記する。
次に、図6を参照して、発光装置100を実装基板に実装する際の、半田の這い上がりの防止について説明する。
図6に示すように、発光装置100は、配線パターン92が設けられた実装基板91の実装面と、支持体2が設けられた側の面、すなわち第2金属層32n,32pの第2樹脂層22からの露出面とが対向するようにしてフェイスダウン実装される。従って、図6における発光装置100は、図1(b)とは上下が逆になっている。
発光装置100の実装基板91への実装は、Au−Sn共晶半田などの接着部材93を用いて、リフロー法によって行われる。
図1に示すように、第1樹脂層21と第2樹脂層22との間の段差23の間隔をdとすると、間隔dは、1μm以上10μm以下程度とすることが好ましく、1μm以上5μm以下程度とすることが更に好ましい。これによって、より効果的に半田の這い上がりを防止することができる。
このように、第1樹脂層21及び第2樹脂層22からなる樹脂層の側面に段差23を設けることにより、好ましくは更に段差21bを設けることにより、接着部材93の這い上がりを阻止し、半田が半導体積層体12の露出した側面にまで到達することを防止することができる。
次に、図1及び図6を参照して、発光装置100の動作について説明する。
発光装置100は、外部との接続用の正負電極である第2金属層32n,32pに、実装基板91を介して外部電源が接続されると、第1金属層31n,31pを介して、発光素子1のn側電極13及びp側電極15間に電流が供給される。そして、n側電極13及びp側電極15間に電流が供給されると、発光素子1の活性層12aが発光する。
なお、発光素子1内を上方向(図6においては下方向)に伝播する光は、光反射電極14aによって反射され、発光素子1の下面(図6においては上面)から出射して、外部に取り出される。
次に、図7を参照して、図1に示した発光装置100の製造方法について説明する。
図7に示すように、発光装置100の製造方法は、半導体積層体形成工程S101と、光反射電極形成工程S102と、カバー電極形成工程S103と、n型半導体層露出工程S104と、層間絶縁膜形成工程S105と、パッド電極形成工程S106と、マスク形成工程S107と、第1樹脂層形成工程S108と、第1金属層形成工程S109と、第2樹脂層形成工程S110と、第2金属層形成工程S111と、マスク除去工程S112と、パッド電極分離工程S113と、成長基板除去工程S114と、個片化工程S115と、を含み、この順で各工程が行われる。
また、半導体積層体形成工程S101〜パッド電極形成工程S106が、ウエハ状態の発光素子1を準備するウエハ準備工程として含まれ、光反射電極形成工程S102及びカバー電極形成工程S103が、全面電極形成工程として含まれる。
また、ウエハレベルでの発光装置100の製造工程において、多数の発光素子が2次元配列した状態で各工程が行われる。図8〜図14では、多数の発光素子の配列の内で、断面図においては2個の発光素子について、平面図においては2×2=4個の発光素子について示したものである。
また、図8〜図14に示した断面図は、図1(b)に示した断面図と同様に、図1(a)のI−I線に相当し、発光素子が2個分の断面を示したものである。
なお、ドライエッチングの際のエッチングマスク(不図示)は、フォトリソグラフィ法により、カバー電極14bを被覆するように形成される。このため、図8(d)において、便宜的にカバー電極14bの端部とp型半導体層12pの端部(すなわち、第1露出部12b及び第2露出部12cの端部)とが一致するように記載しているが、カバー電極14bの側面に設けられたエッチングマスクの厚さ分だけ、p型半導体層12pは、カバー電極14b配置領域よりも広い範囲まで残される。
また、層間絶縁膜16は、ウエハ全面にスパッタリング法などにより絶縁膜を形成した後に、前記した所定領域に開口を有するレジストパターンを形成し、絶縁膜をエッチングすることによってパターニングすることができる。
金属層50は、発光素子1としてのパッド電極であるn側電極13及びp側電極15となるものである。そのため、金属層50は、n側電極13となる領域(図9において、右下がり斜線のハッチングを施した領域)に設けられている層間絶縁膜16の開口部16nで、n型半導体層12nと接続されている。また、金属層50は、p側電極15となる領域(図9において、右上がり斜線のハッチングを施した領域)に設けられている層間絶縁膜16の開口部16pで、カバー電極14bと接続されている。
金属層50は、後工程である第1金属層形成工程S109において第1金属層31n,31pを電解メッキ法で形成する際のシード層として用いられるとともに、第2金属層形成工程S111において第2金属層32n,32pを電解メッキ法で形成する際のシード層、すなわち電流経路としても用いられる。本実施形態では、パッド電極であるn側電極13及びp側電極15となる金属層50が、電解メッキのシード層を兼ねるように形成されるため、製造工程を簡略化することができる。
なお、マスク33は、マスク除去工程S112において、第1樹脂層21及び第2樹脂層22を残したまま選択的に除去できるように、第1樹脂層21及び第2樹脂層22とは異なる材料で形成される。
また、マスク33は、次の第1樹脂層形成工程S108で形成される第1樹脂層21(図11(a)参照)の上面よりも低い高さで、かつ、第1樹脂層21の開口部21a(図11(a)参照)よりも広い幅で形成することが好ましい。これによって、第1樹脂層21の側面に段差21b(図12(b)参照)を形成することができる。
また、本工程において、境界線40に沿った領域である第2露出部12c(図10(b)参照)において、第1樹脂層21は開口しているが、マスク33によって金属層50が被覆されているため、メッキ成長はしない。これによって、境界領域に厚膜のメッキ層が形成されないため、後工程であるパッド電極分離工程S113において、容易に不要な金属層50を除去することができる。
また、境界線40に沿った領域、すなわち、完成後の発光装置100の外縁部において、第2樹脂層22の側面が第1樹脂層21の側面よりも、平面視で内側となるように間隔dの段差23が形成される。
マスク33を除去することで、境界線40に沿った領域に形成された金属層50が、第1樹脂層21の開口部21aの底面に露出する。また、マスク33を除去することによって、第1樹脂層21の下部側面に段差21bが形成される。
なお、成長基板除去工程S114は必須の工程ではなく、成長基板11を剥離しないようにしてもよい。また、成長基板11の剥離に代えて、成長基板11の下面側を研磨して薄肉化するようにしてもよい。
また、成長基板11の剥離後に、半導体積層体12の下面をウェットエッチングして凹凸形状を形成するようにしてもよい。
更にまた、成長基板11の剥離後に、又は成長基板11を剥離せずに、発光装置100の光取り出し面となる下面側に、発光素子1が発光する光の波長を変換する蛍光体を含有する蛍光体層を設けるようにしてもよい。
なお、第1樹脂層21及び第2樹脂層22は、それぞれ境界線40に沿った領域に開口部21a及び開口部22aを有するように、発光装置100ごとに分離して形成されているため、半導体積層体12を割断するだけで、容易に個片化することができる。
次に、図15を参照して、発光装置の変形例について説明する。
[発光装置の構成]
図15に示すように、本変形例に係る発光装置100Aは、図1に示した発光装置100において、支持体2に代えて、支持体2Aを備える。また、支持体2Aは、支持体2において、第2樹脂層22及び第2金属層32n,32pに代えて、側面が傾斜して形成された第2樹脂層22A及び第2金属層32An,32Apを備える。
なお、発光装置100Aの動作も、発光装置100と同様であるから、説明は省略する。
変形例に係る発光装置100Aは、図7に示した発光装置100の製造方法の第2樹脂層形成工程S110において、感光性樹脂材料であるフォトレジストとして、ネガ型のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法により、側面が逆テーパ形状に傾斜した第2樹脂層22Aを形成することができる。
他の工程は、発光装置100を製造する工程と同様に行うことで、発光装置100Aを製造することができるため、説明は省略する。
この工程では、まず、ネガ型フォトレジストを、ウエハ表面全体に塗布する。次に、露光パターンが形成されたフォトマスクを用いて、フォトレジストを除去しない箇所を露光する。このとき、フォトレジストによって光が吸収されるため、下層部ほど露光量が少なくなる。また、露光される光線は、フォトレジストの表面に垂直な方向に伝播するだけでなく、横方向にも若干の広がりを有する。このため、フォトマスクの開口部の直下領域であって、当該開口部の端部近傍の下層部では、フォトマスクの遮光領域(非開口部)に照射される光線の広がり成分がないため、フォトマスクの開口部の中央付近の下層部と比較して露光量が不足する。
第2樹脂層22Aは、このようにネガ型のフォトレジストを用いて形成することができる。
11 成長基板
12 半導体積層体
12n n型半導体層
12a 活性層
12p p型半導体層
12b 第1露出部
12c 第2露出部
13 n側電極
14 全面電極
14a 光反射電極
14b カバー電極
15 p側電極
16 層間絶縁膜(絶縁膜)
2 支持体
21 第1樹脂層
21a 開口部
21b 段差
21n 開口部
21p 開口部
22 第2樹脂層
22a 開口部
22n 開口部
22p 開口部
23 段差
31n 第1金属層(n側第1金属層)
31p 第1金属層(p側第1金属層)
32n 第2金属層(n側第2金属層)
32p 第2金属層(p側第2金属層)
33 マスク
40 境界線
50 金属層
91 実装基板
92 配線パターン
93 接着部材
100 発光装置
Claims (9)
- 半導体積層体と、前記半導体積層体の一方の面に設けられる電極と、を有する半導体発光素子と、
前記半導体積層体の前記一方の面側に設けられる第1樹脂層と、
前記第1樹脂層上に設けられる第2樹脂層と、を備え、
前記第1樹脂層は、内部に前記電極と電気的に接続される第1金属層を有し、
前記第2樹脂層は、内部に前記第1金属層と電気的に接続される第2金属層を有し、
前記第2金属層の上面が、前記第2樹脂層から露出するとともに、
平面視において、前記第2樹脂層の側面が、前記第1樹脂層の側面よりも内側となるように設けられ、
前記第2樹脂層の側面は、前記第2金属層の上面側に向かって外側に傾斜することを特徴とする発光装置。 - 半導体積層体と、前記半導体積層体の一方の面に設けられる電極と、を有する半導体発光素子と、
前記半導体積層体の前記一方の面側に設けられる第1樹脂層と、
前記第1樹脂層上に設けられる第2樹脂層と、を備え、
前記第1樹脂層は、内部に前記電極と電気的に接続される第1金属層を有し、
前記第2樹脂層は、内部に前記第1金属層と電気的に接続される第2金属層を有し、
前記第2金属層の上面が、前記第2樹脂層から露出するとともに、
平面視において、前記第2樹脂層の側面が、前記第1樹脂層の側面よりも内側となるように設けられ、
前記第1樹脂層の側面は、前記半導体積層体側が前記第2樹脂層側よりも内側となるように段差が設けられていることを特徴とする発光装置。 - 前記第1樹脂層の側面は、前記半導体積層体側が前記第2樹脂層側よりも内側となるように段差が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記半導体積層体は、その側面の一部が露出していることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の発光装置。
- 半導体積層体と、前記半導体積層体の一方の面に設けられる電極とを有する半導体発光素子を備える発光装置の製造方法であって、
複数の前記半導体発光素子が配列して形成されたウエハを準備するウエハ準備工程と、
前記半導体積層体の一方の面側に、前記電極が設けられた領域の一部に開口を有する第1樹脂層を形成する第1樹脂層形成工程と、
前記第1樹脂層の開口内に第1金属層を形成する第1金属層形成工程と、
前記第1樹脂層上に感光性樹脂材料を設けた後、フォトリソグラフィ法によって、前記第1金属層が形成された領域に開口を有し、かつ平面視において前記第1樹脂層の側面よりも内側に配置される第2樹脂層を、前記感光性樹脂材料から形成する第2樹脂層形成工程と、
前記第2樹脂層の開口内に第2金属層を形成する第2金属層形成工程と、
前記ウエハを前記半導体発光素子の境界線に沿って切断することで、複数の前記半導体発光素子に個片化する個片化工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記ウエハ準備工程は、サブ工程として、
成長基板上にn型半導体層とp型半導体層とを積層することで前記半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、
前記p型半導体層上の、前記半導体発光素子の境界線に沿った所定幅の領域である境界領域と前記境界領域よりも内側の所定の領域とを除く領域に、全面電極を形成する全面電極形成工程と、
前記全面電極が設けられていない領域について、前記p型半導体層を除去することで、前記n型半導体層を露出させるn型半導体層露出工程と、
前記n型半導体層の露出した面の一部、及び前記全面電極の上面の一部に開口を有する絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記電極として、前記n型半導体層の露出した面の一部と電気的に接続するn側電極と、前記全面電極の上面の一部と電気的に接続するp側電極とを形成する電極形成工程と、を含むことを特徴とする請求項5に記載の発光装置の製造方法。 - 前記電極形成工程において、前記n側電極と前記p側電極とは、前記境界領域で短絡するように形成され、
前記第1金属層形成工程において、前記第1金属層は、前記n側電極及び前記p側電極をシード層とする電解メッキ法によって形成され、
前記第2金属形成工程において、前記第2金属層は、前記n側電極及び前記p側電極と電気的に接続された前記第1金属層とをシード層とする電解メッキ法によって形成されることを特徴とする請求項6に記載の発光装置の製造方法。 - 前記電極形成工程の後、前記境界領域上の前記n側電極及び前記p側電極を被覆する絶縁性のマスクを形成するマスク形成工程を行い、
前記第1樹脂層形成工程において、前記第1樹脂層は、前記境界線に沿って前記マスクの上面の一部が露出するように、前記半導体発光素子ごとに分離して形成され、
前記第2金属層形成工程の後に、前記マスクを除去するマスク除去工程を行い、
前記マスクから露出した前記境界領域の前記n側電極及び前記p側電極を除去することにより、前記n側電極及び前記p側電極を電気的に分離する電極分離工程を行うことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1樹脂層形成工程において、前記第1樹脂層は、フォトリソグラフィ法によって感光性樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする請求項5乃至請求項8の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
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