JP6546660B2 - 窒化物半導体発光素子用の基台及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物半導体発光素子、特に、発光中心波長が約365nm以下の窒化物半導体紫外線発光素子の実装に用いられるサブマウント及び配線基板等の基台及びその製造方法に関する。
従来から、LED(発光ダイオード)や半導体レーザ等の窒化物半導体発光素子は、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長により複数の窒化物半導体層からなる発光素子構造を形成したものが多数存在する(例えば、下記の非特許文献1、非特許文献2参照)。窒化物半導体層は、一般式Al1−x−yGaInN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)で表される。
発光素子構造は、n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構造(SQW:Single−Quantum−Well)或いは多重量子井戸構造(MQW:Multi−Quantum−Well)の窒化物半導体層よりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。活性層がAlGaN系半導体層の場合、AlNモル分率(Al組成比とも言う)を調整することにより、バンドギャップエネルギを、GaNとAlNが取り得るバンドギャップエネルギ(約3.4eVと約6.2eV)を夫々下限及び上限とする範囲内で調整でき、発光波長が約200nmから約365nmまでの紫外線発光素子が得られる。具体的には、p型窒化物半導体層からn型窒化物半導体層に向けて順方向電流を流すことで、活性層において上記バンドギャップエネルギに応じた発光が生じる。
窒化物半導体紫外線発光素子の実装形態として、フリップチップ実装が一般的に採用されている(例えば、下記特許文献1の図4等参照)。フリップチップ実装では、活性層からの発光が、活性層よりバンドギャップエネルギの大きいAlGaN系窒化物半導体及びサファイア基板等を透過して、素子外に取り出される。このため、フリップチップ実装では、サファイア基板が上向きになり、チップ上面側に向けて形成されたp側及びn側の各電極面が下向きになり、チップ側の各電極面とサブマウント等のパッケージ部品側の電極パッドとが、各電極面上に形成された金属バンプを介して、電気的及び物理的に接合される。
また、下記特許文献1に開示のフリップチップ実装では、1つのサブマウントに1つの窒化物半導体紫外線発光素子のベアチップが搭載されているが、1つのサブマウントまたは配線基板上に複数のベアチップを搭載し、複数の発光素子を直列、並列、或いは、直並列(直列と並列の組み合わせ)に接続するCOB(チップオンボード)形式による実装形態も、LED照明装置や液晶バックライト等において多く採用されている(例えば、下記の特許文献2及び3参照)。
更に、発光素子に限らず、電子部品を表面実装するためのプリント配線板においては、絶縁性基板上に金属等の導電性材料の配線パターンを形成し、当該配線パターン中の電子部品等を表面実装する実装箇所(パッド或いはランド等と呼ばれる)に、表面実装部品の端子或いは電極をはんだ付け等により物理的、電気的に接続することで、当該電子部品の表面実装が行われている。ここで、一般的に、当該配線パターンの形成された基板表面には、ソルダーレジスト層が形成され、当該配線パターン間のはんだによる短絡を防止することが行われている。また、発光素子を搭載するサブマウントまたは配線基板では、白色に着色されたソルダーレジストが使用され、上記短絡防止と発光特性の改善の両方が図られている(例えば、下記の特許文献4参照)。
また、窒化物半導体紫外線発光素子は、一般的に、下記特許文献5の図4,6及び7等、或いは、下記特許文献6の図2,4及び6等に開示されているように、フッ素系樹脂或いはシリコーン樹脂等の紫外線透過性の樹脂によって封止されて実用に供される。当該封止樹脂は、内部の紫外線発光素子を外部雰囲気から保護して、水分の浸入や酸化等による発光素子の劣化を防いでいる。更に、当該封止樹脂は、集光レンズと紫外線発光素子との間の屈折率差、或いは、紫外線の照射対象空間と紫外線発光素子との間の屈折率差に起因する光の反射損失を緩和して、光の取り出し効率の向上を図るための屈折率差緩和材料として設けられる場合もある。また、当該封止樹脂の表面を球面等の集光性曲面に成形して、照射効率を高めることもできる。
国際公開第2014/178288号 特開2015−023265号公報 特開2015−503840号公報 特開2007−249148号公報 特開2007−311707号公報 米国特許出願公開第2006/0138443号明細書 特開2006−348088号公報
Kentaro Nagamatsu,etal.,"High−efficiency AlGaN−based UV light−emitting diode on laterally overgrown AlN",Journal of Crystal Growth,2008,310,pp.2326−2329 Shigeaki Sumiya,etal.,"AlGaN−Based Deep Ultraviolet Light−Emitting Diodes Grown on Epitaxial AlN/Sapphire Templates",JapaneseJournal of Applied Physics,Vol.47, No.1, 2008,pp.43−46
上述のように、紫外線発光素子の封止樹脂として、フッ素系樹脂及びシリコーン樹脂等の使用が提案されているが、シリコーン樹脂は、高エネルギの紫外線を多量に被曝すると劣化が進むことが分かっている。特に、紫外線発光素子の高出力化が進められており、紫外線被曝による劣化が加速される傾向にあり、また、高出力化に伴う消費電力の増加により発熱も増加して、当該発熱による封止樹脂の劣化も問題となる。
また、フッ素系樹脂は、耐熱性に優れ、紫外線耐性も高いことが知られているが、ポリテトラフルオロエチレン等の一般的なフッ素樹脂は、不透明である。当該フッ素系樹脂は、ポリマー鎖が直線的で剛直であり、容易に結晶化するため、結晶質部分と非晶質部分が混在し、その界面で光が散乱して不透明となる。
そこで、例えば、上記特許文献7では、紫外線発光素子の封止樹脂として、非晶質のフッ素樹脂を使用することで、紫外線に対する透明性を高めることが提案されている。非晶質のフッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体(デュポン社製の商品名テフロンAF(登録商標))やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体(旭硝子社製の商品名サイトップ(登録商標))が挙げられる。後者の環化重合体のフッ素樹脂は、主鎖に環状構造を持つため非晶質となり易く、透明性が高い。
非晶質フッ素樹脂は、大別して、金属に対して結合可能な官能基を有する結合性フッ素樹脂と金属に対して難結合性の官能基を有する非結合性フッ素樹脂の2種類がある。LEDチップを搭載する基台表面及びLEDチップを覆う部分に、結合性フッ素樹脂を用いることで、基台等の金属表面とフッ素樹脂間の結合性を高めることができる。尚、本発明において、金属に対する「結合性」という用語は、金属界面との親和性を有するという意味内容を含む。同様に、金属に対する「非結合性」という用語は、金属界面との親和性を有しないという意味内容を含む。
一方、上記特許文献1では、末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性官能基を有する結合性の非晶質フッ素樹脂を、窒化物半導体の紫外線発光素子のパッド電極を被覆する箇所に使用した場合に、紫外線発光素子のp電極及びn電極に夫々接続する金属電極配線間に順方向電圧を印加して紫外線発光動作を行うと、紫外線発光素子の電気的特性に劣化の生じることが報告されている。具体的には、紫外線発光素子のp電極及びn電極間に抵抗性のリーク電流経路が形成されることが確認されている。上記特許文献1によれば、非晶質フッ素樹脂が、結合性の非晶質フッ素樹脂であると、高エネルギの紫外線が照射された当該結合性の非晶質フッ素樹脂において、光化学反応により反応性の末端官能基が分離してラジカル化し、パッド電極を構成する金属原子と配位結合を起こして、当該金属原子がパッド電極から分離すると考えられ、更に、発光動作中はパッド電極間に電界が印加される結果、当該金属原子がマイグレーションを起こして、抵抗性のリーク電流経路が形成され、紫外線発光素子のp電極及びn電極間が短絡するものと考えられている。
ところで、上述のパッド電極を構成する金属原子のマイグレーションに起因する紫外線発光素子のパッド電極間の短絡現象は、発光素子側の問題であるが、当該発光素子を搭載するサブマウント及び配線基板等の基台側の金属配線パターン間においても、高エネルギの紫外線を被曝し得る環境下では、発光素子側のパッド電極と基台側の金属配線(パッド)間を接合するはんだ材料中にスズ等の金または白金族金属よりマイグレーションし易い金属が含まれていると、当該はんだ材料を構成する金属原子のマイグレーションに起因する短絡が起こり得る。
更に、ソルダーレジストとして一般的に用いられる樹脂組成物は、エポキシ系樹脂を主成分として含有しており、高エネルギの紫外線を被曝すると炭化する。このため、紫外線発光素子を搭載するサブマウント及び配線基板等において、当該一般的なソルダーレジストが使用されていると、紫外線を被曝し得る環境下では、基台側の金属配線パターン間が当該炭化によって短絡する虞がある。また、エポキシ系樹脂は金属配線パターン面に対して結合性を有しているため、上述の結合性の非晶質フッ素樹脂における電極間の短絡現象と同様の短絡現象が、当該サブマウント及び配線基板等の金属配線パターン間においても生じ得ると考えられる。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、紫外線発光動作に伴う基台側の金属配線間の短絡を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面上に形成された互いに電気的に分離した2以上の金属膜と、を備えてなるフリップチップ実装を含むチップオンボード実装用、または、表面実装用の基台であって、
少なくとも前記絶縁性基材の前記一方の面側の表面に露出する表層部が、紫外線被曝によって劣化しない材質で構成され、
前記2以上の金属膜が、上面と側壁面が金または白金族金属で被覆され、且つ、1または複数の窒化物半導体発光素子または窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装してなる1または複数のサブマウントを搭載可能に、全体として、2以上の電極パッドを含む所定の平面視形状に形成され、
前記絶縁性基材の前記一方の面上において、前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続する前記絶縁性基材の前記露出面の隣接する2つの前記電極パッドに挟まれた第1部分と、前記第1部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面が、フッ素樹脂膜で被覆され、前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所が、前記フッ素樹脂膜で被覆されていないことを第1の特徴とする基台を提供する。
上記第1の特徴の基台によれば、2以上の金属膜の上面の内、2以上の電極パッドとなる面が、実際に、チップ状の窒化物半導体発光素子或いはチップ状の窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装してなるサブマウント(以下、説明の容易のため、便宜的に、「被実装素子等」と称する。)の端子(n側電極とp側電極)がはんだ付け等によって接続する箇所となるため、被実装素子等を搭載後には、基台の電極パッド上にはんだ材料が存在する。ここで、電極パッドとなる金属膜の側壁面がフッ素樹脂膜で被覆されていない場合では、当該はんだ材料は、当該側壁面に付着して、最悪の場合、対向する金属膜の側壁面間の絶縁性基材の露出面(第1部分に相当)にも付着する虞がある。被実装素子等を樹脂封止した場合、当該金属膜間に封止樹脂が充填される場合があり得る。仮に、当該封止樹脂が金属に対して結合性を呈する末端官能基を有する樹脂を含む場合、隣接する金属膜間が当該はんだ材料によって直接短絡していなくても、当該樹脂が窒化物半導体発光素子から出射された紫外線に被曝し、上述のはんだ材料を構成する金属原子のマイグレーションを誘起することにより、発光動作に伴う経時変化として当該隣接する金属膜間が短絡する可能性がある。
一方、はんだ材料中の金属原子の基台側のマイグレーション経路は、当該はんだ材料が隣接する金属膜の電極パッドの上面に存在する場合、各金属膜の側壁面と当該側壁面間の絶縁性基材の露出面を繋げた経路となる。各金属膜の側壁面に沿った経路では、当該側壁面上は同電位であるので、電界が生じていないため、当該側壁面に沿った経路での金属原子のマイグレーションは、当該側壁面に沿った経路が長い程、生じ難くなる。
よって、上記第1の特徴の基台によれば、上記金属膜の側壁面及び対向する金属膜の側壁面間の絶縁性基材の露出面がフッ素樹脂膜で被覆されているため、当該フッ素樹脂膜がソルダーレジストとして機能し、はんだ材料が金属膜の側壁面や対向する金属膜の側壁面間の絶縁性基材の露出面(第1部分に相当)に付着するのを未然に防止できる。つまり、はんだ材料は、金属原子のマイグレーションの生じ難い電極パッドの上面に留まるため、はんだ材料中の金属原子のマイグレーションの発生が抑制され、上記隣接する金属膜間が短絡する可能性が大幅に低下する。
また、フッ素樹脂膜は、紫外線に対する耐性が高いため、対向する金属膜の側壁面間に仮に紫外線が入射しても劣化し難いため、フッ素樹脂以外の樹脂をソルダーレジストとして使用した場合に比べて、上記第1の特徴の基台に紫外線発光素子を搭載して成る発光装置或いは発光モジュールの信頼性を高く維持できる。
更に、絶縁性基材の表層部が紫外線に対する耐性が高いため、絶縁性基材の前記一方の面に仮に紫外線が入射しても劣化し難いため、上記第1の特徴の基台に紫外線発光素子を搭載して成る発光装置或いは発光モジュールの信頼性を高く維持できる。
更に、上記第1の特徴の基台によれば、上記金属膜の上面と側壁面が、高融点でイオン化傾向の低いマイグレーションしにくい金または白金族金属で被覆されているため、金属膜を構成する金属原子のマイグレーションによって隣接する金属膜間が短絡に至る可能性も確実に低減される。
更に、上記第1の特徴の基台は、前記2以上の電極パッドの内の1対の電極パッドは、前記1または複数の窒化物半導体発光素子の内の1つの窒化物半導体発光素子または前記1または複数のサブマウントの内の1つのサブマウントのn側電極とp側電極と、各別に、電気的且つ物理的に接続するように、前記絶縁性基材の表面に形成されていることが好ましい。当該好適な態様により、基台が1つの窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装するサブマウントの場合には、当該1対の電極パッドに対応する1対の金属膜を外部接続用の端子に電気的に接続することで、1つの発光素子を実装して1つの発光装置が実現する。また、基台が複数の窒化物半導体発光素子を搭載(フリップチップ実装或いはCOB実装)するサブマウント或いは配線基板の場合には、1つの発光素子に対応する1対の電極パッドを他の発光素子に対応する1対の電極パッドを、当該発光素子同士が直列或いは並列接続するように、金属膜のパターン(平面視形状)を形成することで、当該複数の窒化物半導体発光素子を実装して、全体として当該複数の窒化物半導体発光素子が、直列、並列、或いは、直並列に接続する1つの発光装置が実現する。また、基台が複数のサブマウントを表面実装する配線基板の場合においても、同様に金属膜のパターンを形成することで、全体として当該複数の窒化物半導体発光素子が、直列、並列、或いは、直並列に接続する1つの発光装置が実現する。
更に、上記第1の特徴の基台は、前記2以上の電極パッドの内の1対の電極パッドを各別に含む1対の前記金属膜の間に露出した前記絶縁性基材の露出面の内、少なくとも、1対の前記金属膜の間の距離が前記1対の電極パッド間の離間距離の最大値以下である第2部分と、前記第2部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面が、前記フッ素樹脂膜で被覆されていることが好ましい。当該好適な態様により、はんだ付けと無関係な箇所において、隣接する金属膜間が、はんだ材料によって不用意に短絡するのを効果的に防止できる。
更に、上記第1の特徴の基台は、前記フッ素樹脂膜が、含フッ素脂肪族環構造を構造単位とする重合体または共重合体で構成される非晶質フッ素樹脂を有することが好ましい。
更に、上記第1の特徴の基台は、前記フッ素樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことが好ましい。当該好適な態様により、はんだ材料或いは金属膜中の金属原子のマイグレーションがより確実に抑制される。
更に、上記第1の特徴の基台は、前記フッ素樹脂膜が2層以上の積層膜で形成され、前記金属膜と接触する前記積層膜の1層目の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含み、前記積層膜の2層目以降の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が、金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことが好ましい。当該好適な態様により、反応性の末端官能基が金属原子のマイグレーションに及ぼす影響が抑制されつつ、フッ素樹脂膜と金属膜の側壁面との間の結合が強固となり、フッ素樹脂膜が剥離し難くなる。
更に、上記第1の特徴の基台は、前記基台の外周端縁部の上面に、前記フッ素樹脂膜の下地膜として、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含む第2のフッ素樹脂膜が形成されていることを第2の特徴とする。当該第2の特徴の基台によれば、当該下地膜が、フッ素樹脂膜と基台表面(絶縁性基材の一方の面または金属膜の表面)との間のバインダーとして機能することで、フッ素樹脂膜が基台の端部で破損する等して、形成されたフッ素樹脂膜が剥離するのを防止できる。
上記目的を達成するために、本発明は、上記第1または第2の特徴の基台をマトリクス状に複数配列してなる複数の前記基台が、1枚の板状に一体化して構成され、
前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜がマトリクス状に周期的に配列して形成され、
前記絶縁性基材板上の前記基台1個分の単位区画の隣接する同士間の境界線上に格子状の切断領域が設けられていることを特徴とする配線基板体を提供する。
上記特徴の配線基板体によれば、切断領域に沿って絶縁性基材板を切断または割断することで、複数の基台が同時に得られる。
更に、上記特徴の配線基板体は、前記切断領域に、前記フッ素樹脂膜が形成されていないことが好ましい。当該好適な態様により、切断領域に沿って絶縁性基材板を切断または割断する際に、フッ素樹脂膜の端部が破損する等して、形成されたフッ素樹脂膜が基台表面(絶縁性基材の一方の面または金属膜の表面)から剥離することが防止できる。
上記目的を達成するために、本発明は、上記第1または第2の特徴の基台の製造方法であって、
前記絶縁性基材の前記一方の面上に前記2以上の金属膜を形成する第1工程と、
前記絶縁性基材の前記一方の面上において、前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続する前記絶縁性基材の前記露出面の隣接する2つの前記電極パッドに挟まれた第1部分と、前記第1部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面を、前記フッ素樹脂膜で被覆する第2工程を備えることを第1の特徴とする製造方法を提供する。
更に、上記第1の特徴の製造方法において、前記第2工程において、前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第1マスク材料を形成し、前記第1マスク材料の形成後の前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記第1マスク材料と前記第1マスク材料上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を除去することが好ましい。特に、前記第1マスク材料はフッ素樹脂を含まない樹脂組成物で構成され、前記第2工程において、前記第1マスク材料を、前記フッ素樹脂膜を溶解しない有機溶剤により溶解して除去することが、より好ましい。
更に、上記第1の特徴の製造方法において、前記第2工程において、前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記金属膜の上面上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を研磨により除去することが好ましい。
上記第1の特徴の製造方法によれば、上記第1または第2特徴を有する基台を作製できる。
更に、上記第1の特徴の製造方法において、前記第1工程において、前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜をマトリクス状に周期的に配列して形成し、
前記第2工程において、前記絶縁性基材板上の前記基台1個分の単位区画の隣接する前記単位区画間の境界線上に設けられた格子状の切断領域に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第2マスク材料を形成し、前記第2マスク材料の形成後の前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記第2マスク材料と前記第2マスク材料上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を除去することを第2の特徴とする。
更に、上記第1の特徴の製造方法において、前記第1工程において、前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜をマトリクス状に周期的に配列して形成し、
前記第2工程において、少なくとも、前記絶縁性基材板上の前記基台1個分の単位区画の隣接する前記単位区画間の境界線上に設けられた格子状の切断領域と、前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第2マスク材料を形成し、前記第2マスク材料の形成後の前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記第2マスク材料と前記第2マスク材料上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を除去することを第3の特徴とする。
更に、上記第2または第3の特徴の製造方法において、前記第2マスク材料はフッ素樹脂を含まない樹脂組成物で構成され、前記第2工程において、前記第2マスク材料を、前記フッ素樹脂膜を溶解しない有機溶剤により溶解して除去することが好ましい。
更に、上記第1乃至第3の特徴の製造方法において、前記第1工程において、前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜をマトリクス状に周期的に配列して形成し、
前記第1工程と前記第2工程の間に、前記切断領域とその側方領域、または、前記切断領域の側方領域に、前記フッ素樹脂膜の下地膜として、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含む第2のフッ素樹脂膜を形成することを第4の特徴とする。
更に、上記第2乃至第4の特徴の製造方法において、前記第2工程の後、前記切断領域に沿って前記絶縁性基材板を切断または割断して、個々の前記基台に分割する。
上記第2乃至第4の特徴の製造方法によれば、上記特徴の配線基板体が作製でき、更に、上記第1または第2特徴を有する基台を複数同時に作製できる。特に、上記第4の特徴の製造方法によれば、上記第2の特徴を有する基台を複数同時に作製できる。
また、上記第2または第3の特徴の製造方法によれば、切断領域に沿って絶縁性基材板を切断または割断する際に、フッ素樹脂膜の端部が破損する等して、形成されたフッ素樹脂膜が基台表面(絶縁性基材の一方の面または金属膜の表面)から剥離することが防止できる。
上記特徴の基台、配線基板体、或いは、基台の製造方法によれば、当該基台、当該配線基板体を切断または割断して得られる基台、或いは、当該基台の製造方法で作製された基台上に、チップ状の窒化物半導体紫外線発光素子を実装することにより、紫外線発光動作に伴う経時変化として基台表面の隣接する金属膜間が短絡する劣化現象が抑制され、高品質、高信頼度の紫外線発光装置が実現できる。
本発明に係るサブマウントに搭載される窒化物半導体紫外線発光素子の概略の素子構造の一例を模式的に示す断面図である。 本発明に係るサブマウントに搭載される窒化物半導体紫外線発光素子の第1及び第2メッキ電極の上面視形状の一例を模式的に示す平面図である。 本発明に係るサブマウントの第1〜第3実施形態における平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図である。 本発明に係るサブマウントの第1〜第3実施形態におけるフッ素樹脂膜形成後の要部の断面構造を模式的に示す断面図である。 本発明に係るサブマウントの製造方法における第1及び第2金属電極配線、リード端子及び貫通電極の形成工程の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 本発明に係るサブマウントの製造方法における第1及び第2金属電極配線、リード端子及び貫通電極の形成工程の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 本発明に係るサブマウントの製造方法における第1及び第2金属電極配線、リード端子及び貫通電極の形成工程の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 本発明に係るサブマウントの製造方法におけるフッ素樹脂膜の形成工程の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 本発明に係るサブマウントの製造方法におけるフッ素樹脂膜の形成工程の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 本発明に係るサブマウントの製造方法におけるフッ素樹脂膜の形成工程の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 本発明に係るサブマウントの製造方法におけるフッ素樹脂膜の形成工程の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。 本発明に係るサブマウントに窒化物半導体紫外線発光素子をフリップチップ実装し、樹脂封止した状態を模式的に示す断面図である。 本発明に係るサブマウントの第3実施形態における要部の断面構造を模式的に示す断面図である。 本発明に係るサブマウントの第4実施形態における平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図である。 本発明に係るサブマウントの第4実施形態におけるフッ素樹脂膜形成後の要部の断面構造を模式的に示す断面図である。 本発明に係る配線基板の第5実施形態における平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図である。
本発明に係る基台、配線基板体、及び、基台の製造方法の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、以下の説明で使用する図面では、説明の理解の容易のために、要部を強調して発明内容を模式的に示しているため、各部の寸法比は必ずしも実物と同じ寸法比とはなっていない。以下の記載において、適宜、本発明に係る基台及びその製造方法を「本基台」及び「本製造方法」と略称し、本発明に係る配線基板体を単に「配線基板体」と称する。尚、本基台は、本明細書において、下記のサブマウント及び配線基板の両方を包含するパッケージ形態である。
本明細書において、「サブマウント」という用語は、チップ状の窒化物半導体発光素子を搭載する基板の一種であって、絶縁性基材の表面に当該発光素子の電極と電気的な接続を形成するための金属配線パターンが形成されており、当該発光素子を搭載して当該電気的接続を確立することで、発光装置或いは発光モジュールが構成されるパッケージの一形態を意味する。また、サブマウントに搭載されるチップ状の発光素子の個数は1つに限らず複数であっても良く、チップ状の発光素子に加えて、発光素子でないダイオード等の他の電気回路部品を搭載する構成であっても良い。
また、「配線基板」という用語は、日本工業規格(JIS−C−5603)で規定されている「プリント配線板」と同義であり、絶縁性基材の表面に、チップ状の窒化物半導体発光素子を含む複数の電気回路部品の各端子と電気的な接続を形成するための金属配線パターンが形成されており、当該部品を搭載して当該電気的接続を確立することで、所定の電気回路が構成されるパッケージの一形態を意味する。本実施形態では、当該電気回路部品には、チップ状の窒化物半導体発光素子、上述のチップ状の窒化物半導体発光素子を搭載したサブマウント、及び、他の電気回路部品が含まれ、当該電気回路部品として実際に搭載する部品は、これらの内の何れか1種類以上となる。
尚、本明細書において、チップ状の窒化物半導体発光素子とは、複数の窒化物半導体発光素子をマトリクス状に配列してなる窒化物半導体ウェハを個々の窒化物半導体発光素子に分割した素子、所謂ベアチップである。また、本願において、単に「窒化物半導体発光素子」と称している場合は、チップ状の窒化物半導体発光素子を意味する。また、以下の各実施形態では、窒化物半導体発光素子(以下、単に「発光素子」と称す)が、中心発光波長が365nm以下の紫外線発光ダイオードを想定して説明する。
〈第1実施形態〉
本基台の一実施形態として、1つの窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装するためのサブマウントについて説明する。
サブマウントについて説明する前に、サブマウントに搭載する発光素子について簡単に説明する。
発光素子1は、図1に示すように、テンプレート2、半導体積層部3、p電極4、n電極5、保護絶縁膜6、第1メッキ電極7、第2メッキ電極8、及び、フッ素樹脂膜9を備えて構成される。尚、図1は、図2の平面図のA−A’に沿ったテンプレート2の表面に対して垂直な断面図である。
テンプレート2は、例えば、サファイア(0001)基板上にAlN層とAlGaN層を成長して形成され、活性層からの紫外線発光を透過可能に構成されている。半導体積層部3は、テンプレート2上に形成され、n型半導体層、活性層、p型半導体層を備えたメサ部を備え、メサ部以外では、前記n型半導体層が露出している。n型半導体層は1層以上のn型AlGaN層からなり、活性層からの紫外線発光を透過可能に構成されている。活性層は、例えば、単層量子井戸構造または多重量子井戸構造で形成されている。p型半導体層は、1層以上のp型AlGaN層またはp型GaN層からなる。p電極4は、1層以上の金属膜からなり、p型半導体層の上面に形成され、p型半導体層と電気的に接続している。n電極5は、1層以上の金属膜からなり、n型半導体層の露出面上に形成され、n型半導体層と電気的に接続している。保護絶縁膜6は、半導体積層部3のメサ部の上面と側面、及び、n型半導体層の露出面を覆うように形成され、且つ、p型半導体層の上面の少なくとも一部とn型半導体層の露出面の一部を露出する開口部を有する。
第1メッキ電極7は、前記メサ部の上面及び側面と前記メサ部の外側領域の一部を、絶縁保護膜6を介して覆うとともに、保護絶縁膜6の開口部を介してp電極4と電気的に接続する。第2メッキ電極8は、前記メサ部の外側領域の他の一部において、保護絶縁膜6の開口部を介してn電極5と電気的に接続する。第1及び第2メッキ電極7,8は、一例として、銅の電解メッキで形成された本体部と、当該本体メッキ部の上面及び側面を被覆する無電解メッキで形成された最表面が金の1層以上の金属層からなる表面メッキ部からなる。第1及び第2メッキ電極7,8は、一例として、75μm以上好ましくは100μm以上、相互に離間しており、何れも上面が平坦化され、同じ高さに揃えられている。保護絶縁膜6の表面を基準とする第1及び第2メッキ電極7,8の高さは、例えば、45〜100μm程度である。図2に、第1及び第2メッキ電極7,8の上面視形状を示す。図2中、破線で示されているのは、半導体積層部3のメサ部の外周ラインである。
フッ素樹脂膜9は、第1及び第2メッキ電極7,8の側壁面と、第1及び第2メッキ電極7,8の各外側領域に露出する保護絶縁膜6の上面を被覆している。尚、発光素子1のチップ周縁部は、必ずしもフッ素樹脂膜9で被覆されていなくても良い。フッ素樹脂膜9は、サブマウント側に設けるフッ素樹脂膜と同じ機能を有し、同じ素材を使用することができる。よって、フッ素樹脂膜9については、重複する説明は割愛する。
次に、本実施形態に係るサブマウント10について説明する。図3は、サブマウント10の平面視形状を示す平面図(A)と、当該平面図(A)におけるサブマウント10の中心を通過するサブマウント10の表面に垂直な断面での断面形状を示す断面図(B)である。サブマウント10の一辺の長さは、1つの発光素子1を搭載して、その周囲に封止樹脂を形成できる余裕があれば、特定の値に限定されるものではない。一例として、平面視正方形のサブマウント10の一辺の長さは、例えば、搭載する同じく平面視正方形の発光素子1のチップサイズ(一辺の長さ)の1.5〜2倍程度以上が好ましい。尚、サブマウント10及び発光素子1の平面視形状は正方形に限定されるものではない。
サブマウント10は、絶縁性セラミックス等の絶縁材料からなる平板状の基材11(絶縁性基材に相当)を備え、基材11の表面側に、アノード側の第1金属電極配線12とカソード側の第2金属電極配線13が夫々形成されてなり、基材11の裏面側にリード端子14,15が形成されている。基材11の表面側の第1及び第2金属電極配線12,13は、上記基材11に設けられた貫通電極(図示せず)を介して、基材11の裏面側のリード端子14,15と、各別に接続している。サブマウント10を別の配線基板等の上に載置する場合に、当該配線基板上の金属配線とリード端子14,15との間で電気的な接続が形成される。また、リード端子14,15は、基材11の裏面の略全面を覆い、ヒートシンカーの機能を果たしている。第1及び第2金属電極配線12,13が金属膜に相当する。
第1及び第2金属電極配線12,13は、図3に示すように、基材11の中央部分の発光素子1が搭載される箇所及びその周囲に形成され、互いに離間して配置され、電気的に分離している。第1金属電極配線12は、第1電極パッド120とそれに接続する第1配線部121で構成される。また、第2金属電極配線13は、4つの第2電極パッド130とそれらに接続する第2配線部131で構成される。第1電極パッド120は、発光素子1の第1メッキ電極7の平面視形状より僅かに大きい平面視形状を有し、基材11の中央部分の中心に位置している。第2電極パッド130の平面視形状及び配置は、第1メッキ電極7が第1電極パッド120と対面するように発光素子1を配置した場合に、4つの第2メッキ電極8が4つの第2電極パッド130と夫々対面するように設定されている。図3(A)において、第1電極パッド120と第2電極パッド130に夫々ハッチングを付している。
本実施形態では、サブマウント10の基材11は窒化アルミニウム(AlN)等の紫外線被曝によって劣化しない絶縁材料で形成される。尚、基材11は、放熱性の点でAlNが好ましいが、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(SiN)、または、窒化ホウ素(BN)であっても良く、また、アルミナ(Al)等のセラミックスであっても良い。また、基材11は、上記絶縁材料の無垢材に限らず、シリカガラスをバインダーとして上記絶縁材料の粒子を密に結合させた焼結体でも良く、更に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜、工業用ダイヤモンド薄膜等でも良い。
尚、サブマウント10が、基材11の裏面側にリード端子14,15を設けない構成の場合、基材11は、絶縁材料だけで構成するのではなく、金属膜(例えば、Cu、Al等)と上述の絶縁材料からなる絶縁層の積層構造としても良い。
基材11の表面は、例えば、最大6μm程度の凹凸のある粗面であるのが好ましい。これは、発光素子を後述する封止樹脂で封止した際に、当該粗面により、封止樹脂と基材11の表面の間の接着性を高めるアンカー効果が期待できるからである。当該基材11の表面の粗面は、例えば、ナノインプリント等による粗面化処理を施して形成しても良く、或いは、基材11の表面が未研磨で、例えば、最大6μm程度の凹凸が残存している粗面をそのまま使用して良い。
第1及び第2金属電極配線12,13は、一例として、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面(上面及び側壁面)を被覆する1層または多層の表面金属膜で構成される。厚膜メッキ膜は、銅以外に、銅を主成分とし、鉛(Pb)、鉄(Fe)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ベリリウム(Be)等の金属を含む合金で形成しても良いが、合金とすることで熱伝導率が低下するため、銅で形成するのが好ましい。当該表面金属膜の最外層は、厚膜メッキ膜を構成する銅よりイオン化傾向の小さい金属(例えば、金(Au)または白金族金属(Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt、または、これらの内の2以上の合金)または金と白金族金属の合金)で構成される。当該表面金属膜は、一例として、下から順に、Ni/Pd/Auの3層の金属膜で構成され、周知の無電解メッキ法で成膜される。銅の厚膜メッキ膜の膜厚は、例えば、50〜100μm程度である。上記Ni/Pd/Auの各層の膜厚は、例えば、下から順に、3〜7.5μm/50〜150nm/50〜150nmである。上記一例では、第1及び第2金属電極配線12,13は、発光素子1側の第1及び第2メッキ電極7,8と、平面視形状を除き、ほぼ同じ構成(多層構造)となる。
本実施形態では、基材11の裏面側のリード端子14,15も、基材11の表面側の第1及び第2金属電極配線12,13と同様に、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面(上面及び側壁面)を被覆する1層または多層の表面金属膜で構成される。リード端子14,15の厚膜メッキ膜と表面金属膜の構成は、本実施形態では、第1及び第2金属電極配線12,13と同じであるので、重複する説明は割愛する。
本実施形態では、図4に示すように、第1及び第2金属電極配線12,13の各側壁面、及び、第1及び第2金属電極配線12,13間の間隙部の底面に露出した基材11の表面を被覆するようにフッ素樹脂膜16が形成されている。フッ素樹脂膜16は、発光素子1側に設けたフッ素樹脂膜9、及び、発光素子1をフリップチップ実装する際に、樹脂封止に使用する封止樹脂と同じ、非晶質フッ素樹脂で形成される。一般的には、非晶質のフッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体(デュポン社製の商品名テフロンAF(登録商標))やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体(旭硝子社製の商品名サイトップ(登録商標))が挙げられる。尚、本実施形態でフッ素樹脂膜16に使用する非晶質フッ素樹脂については、フッ素樹脂膜16の形成工程の説明で詳述する。
尚、フッ素樹脂膜16は、第1及び第2金属電極配線12,13の各側壁面、及び、第1及び第2金属電極配線12,13間の間隙部の底面に露出した基材11の表面の全てを被覆する必要はなく、少なくとも、上記間隙部の底面の内、第1電極パッド120と4箇所の第2電極パッド130に挟まれた箇所(第1部分に相当)と、当該第1部分を挟んで対向する第1及び第2金属電極配線12,13の側壁面を被覆するのが好ましい。更に、当該第1部分以外でも、第1及び第2金属電極配線12,13の離間距離が第1電極パッド120と4箇所の第2電極パッド130の離間距離の最大値以下である箇所(第2部分に相当)が存在する場合は、上記間隙部の底面の当該第2部分と、当該第2部分を挟んで対向する第1及び第2金属電極配線12,13の側壁面を被覆するのがより好ましい。更に、第1及び第2金属電極配線12,13の離間距離が、例えば、第1及び第2金属電極配線12,13間に印加される電圧1V当たり100μm以下の箇所(第3部分:例えば、当該印加電圧が5Vの場合は、離間距離500μm以下の箇所)が存在する場合は、上記間隙部の底面の当該第3部分と、当該第3部分を挟んで対向する第1及び第2金属電極配線12,13の側壁面を被覆するのがより好ましい。
次に、サブマウント10の製造方法(本製造方法)について、図5〜図11を参照して説明する。本実施形態では、複数のサブマウント10がマトリクス状に配列して1枚の板状に一体化された配線基板体20を先ず作製し、当該配線基板体20を切断または割断して、個々のサブマウント10を作製する。
以下の説明において、配線基板体20の基材21(絶縁性基材板に相当)は、サブマウント10の基材11に対応し、配線基板体20の第1及び第2金属電極配線22,23、リード端子24,25、及び、貫通電極27は、サブマウント10の第1及び第2金属電極配線12,13、リード端子14,15、及び、貫通電極が、基材21の表面側、裏面側、及び、内部において、マトリクス状に周期的に配列して形成されたものに相当する。また、配線基板体20のフッ素樹脂膜26は、サブマウント10のフッ素樹脂膜16が、基材21の表面側において、マトリクス状に周期的に配列して形成されたものに相当する。基材21には、配線基板体20を切断または割断して個々のサブマウント10に分割する切断領域RCが、隣接するサブマウント10間の境界線上に格子状に設定されている。切断領域RCの幅は、例えば、100〜300μm程度が好ましい。
本製造方法は、配線基板体20の主たる製造工程として、基材21の表面側の第1及び第2金属電極配線22,23、基材21の裏面側のリード端子24,25、及び、貫通電極27の製造工程(第1製造工程)と、フッ素樹脂膜26の製造工程(第2製造工程)を備える。
第1製造工程の前処理工程として、必要に応じて、例えば、上述の最大6μm程度の凹凸のある粗面を形成するために、基材21の表面側に粗面化処理を行う。基材21の表面が、既にある程度の粗面状態(例えば、上述の最大6μm程度の凹凸のある粗面)である場合、更に、基材21の表面でのアンカー効果以外に封止樹脂に対するアンカー効果が別途担保できる場合等には、上記粗面化処理は必ずしも必要ではない。
第1製造工程では、先ず、基材21の貫通電極27が形成される箇所にレーザ加工等により、第1及び第2金属電極配線12,13の夫々に対して少なくとも1箇所ずつ貫通孔28を形成する。第1及び第2金属電極配線12,13の1つ当たりの貫通孔28の個数は、搭載する発光素子1に流れる順方向電流に応じて定まる必要数以上となる。図5に示す例では、貫通孔28の開口部は基材21の表面側の方が裏面側より大きく、貫通孔28の開口径(直径)は、例えば、表面側で50〜75μm程度、裏面側で25〜50μm程度が好ましい。尚、貫通孔28の開口部は基材21の裏面側の方が表面側より大きくても構わない。また、各開口径も、上記好適範囲に限定されるものではない。引き続き、図5に示すように、電解メッキの給電用のシード膜29となる膜厚が約10〜100nmのNi膜またはTi/Cu膜を、基材21の表面側と裏面側、及び、貫通孔28の内壁面に、スパッタリング等で成膜する。尚、シード膜29は、基材21に対する接着性と、第1及び第2金属電極配線22,23及びリード端子24,25の各厚膜メッキ膜(本実施形態では銅)に対する接着性を備えた導電性材料であれば、Ni膜やTi/Cu膜に限定されるものではない。
引き続き、基材21の表面側と裏面側のシード膜29上にメッキ用の感光性シートフィルム30を貼付する。ここで、貫通孔28の基材21の表面側と裏面側の開口部は感光性シートフィルム30で遮蔽される。第1及び第2金属電極配線22,23とリード端子24,25を形成する箇所の当該フィルム30を、フォトリソグラフィ技術により露光と現像を行って除去し、シード膜29を露出させる。尚、貫通孔28の基材21の表面側と裏面側の開口部を遮蔽していた感光性シートフィルム30も除去されるため、貫通孔28の内壁面のシード膜29も露出する。
引き続き、図6に示すように、シード膜29に給電して、電解メッキ法により、基材21の表面側と裏面側及び貫通孔28内に露出したシード膜29上に、銅の厚膜メッキ膜220,230,240,250,270が形成され、夫々が、第1及び第2金属電極配線22,23の厚膜メッキ膜、リード端子24,25の厚膜メッキ膜、貫通電極27の厚膜メッキ膜に対応する。
引き続き、厚膜メッキ膜220,230,240,250,270で覆われていないシートフィルム30を有機溶剤等で除去し、厚膜メッキ膜220,230,240,250,270で覆われていないシード膜29を、ウェットエッチング等により除去する。
厚膜メッキ膜220,230,240,250の成膜直後の基材21の表面側と裏面側の各膜厚は概ね均一であるが、基材21の表面の凹凸状態や電解メッキ法でシード膜29に対して印加される電界の強さの位置による変動等に起因するバラツキがある。このため、同じサブマウント10内の第1及び第2電極パッド120,130に対応する厚膜メッキ膜220,230の膜厚に一定以上のバラツキがある場合等では、必要に応じて、厚膜メッキ膜220,230,240,250の表面に対して、CMP(化学機械研磨)法または種々の機械研磨法等の周知の研磨処理を行う。研磨処理を行う場合、研磨後の厚膜メッキ膜220,230,240,250の各膜厚が、例えば、上述の50〜100μm程度であれば良い。尚、上述のシートフィルム30とシード膜29の除去は、上記研磨処理後に行うこともできる。
厚膜メッキ膜270の成膜直後の貫通孔28の基材21の表面側と裏面側の開口部は、厚膜メッキ膜270によって閉塞しているのが好ましい。しかし、例えば、直径6〜15μm程度の開口であれば、後述する表面金属膜によって閉塞されるため、問題はない。
また、貫通孔28の基材21の表面側と裏面側の開口部は、厚膜メッキ膜270によって閉塞している場合、或いは、表面金属膜の形成後に閉塞する場合において、当該開口部が、厚膜メッキ膜220,230,240,250に対して窪みとなる場合、当該窪みが何らかの影響を及ぼす可能性がある場合等には、厚膜メッキ膜220,230,240,250の表面に対して、当該窪みを除去するように上述の研磨処理を行っても良い。
引き続き、上記厚膜メッキ膜220,230,240,250,270の成膜後、或いは、上記研磨処理を行った場合には、当該研磨処理後に、厚膜メッキ膜220,230,240,250,270の上面及び側壁面の各露出面上に、例えば、下から順に、Ni/Pd/Auの3層の金属膜からなる表面金属膜221,231,241,251,271を、湿式メッキ法である周知の無電解メッキ法で成膜する。Ni/Pd/Auの各層の膜厚は、例えば、下から順に、3〜7.5μm/50〜150nm/50〜150nmである
以上の第1製造工程により、図7に示すように、配線基板体20に対して、第1及び第2金属電極配線22,23、リード端子24,25、及び、貫通電極27が形成される。尚、図7では、上述の研磨処理を行って、第1及び第2金属電極配線22,23、リード端子24,25の各上面が平坦化されている場合を模式的に図示している。
次に、第2製造工程について説明する。先ず、図8に示すように、フッ素樹脂膜26の形成を阻止するマスク材料31を、基材21の表面側において、フッ素樹脂膜26を形成しない箇所(以下、適宜、「マスク箇所」と称す)に、インクジェット方式、ディスペンス方式、または、スクリーン印刷等により塗布する(工程A1)。本実施形態では、当該マスク箇所には、少なくとも、切断領域RCと、第1及び第2金属電極配線22,23の上面の各サブマウント10の第1及び第2電極パッド120,130が含まれる。切断領域RCを含むマスク箇所の幅は、切断領域RCより大きくても良い。また、第1及び第2電極パッド120,130を含むマスク箇所は、第1及び第2金属電極配線22,23の上面内であれば、第1及び第2電極パッド120,130より広くても良い。更に、当該マスク箇所に、第1及び第2金属電極配線22,23間の間隙部の底面に露出した基材21の表面の内、少なくとも、上記第1部分を除く箇所、好ましくは、上記第1部分と第2部分を除く箇所、または、上記第1部分と第3部分を除く箇所、より好ましくは、上記第1、第2及び第3部分を除く箇所が含まれていても良い。
マスク材料31は、フッ素樹脂を含まないバインド樹脂(アクリル樹脂、エポキシ樹脂、セルロース系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、等)と有機溶剤と必要に応じて選択される添加物を混錬して得られる樹脂組成物であり、例えば、スクリーン印刷用のインク等が使用可能である。塗布後、加熱或いは紫外線照射等により、マスク材料31を上記マスク箇所に固着させる(工程A2)。この場合、マスク材料31は、塗布時にマスク箇所でない第1及び第2金属電極配線22,23の側壁面を垂れ落ちない程度の粘度(1〜100Pa・s)であるのが好ましい。尚、マスク材料31は、塗布時に、側壁面を垂れ落ちても、側壁面の上端部を僅かに覆う程度であれば問題はない。また、マスク材料31は、顔料や染料によって着色しておくことで、上記マスク箇所にマスク材料31が正しく転写されたか否かを目視或いは光学的に検査するのに都合が良い。
引き続き、図9に示すように、マスク材料31が形成された基材21の表面側の全面に、フッ素樹脂膜26となるフッ素樹脂を溶媒で希釈した塗工液260を注入する(工程A3)。塗工液260の注入量は、第1及び第2金属電極配線22,23の上面を覆い、且つ、第1及び第2金属電極配線22,23上のマスク材料31が塗工液260で僅かに覆われるか、或いは、覆われない程度とし、塗工液260が、マスク箇所以外の第1及び第2金属電極配線22,23の上面と側壁面、及び、第1及び第2金属電極配線22,23間の間隙部の底面に露出した基材21の露出面を被覆するように注入する。尚、基材21の表面側への塗工液260の注入は、特定の方式に限定されるものではないが、例えば、インクジェット方式、ディスペンス方式、ポッティング方式、スピンコート方式等により行う。
引き続き、図10に示すように、塗工液260を徐々に加熱しながら溶媒を蒸発させて、フッ素樹脂膜26の原型となる樹脂膜261を、基材21の表面側の凹凸状態に沿って、基材21の表面側に形成する(工程A4)。この時、塗工液260中のフッ素樹脂の濃度に応じて、塗工液260の上面の高さが上記凹凸状態に沿って徐々に低下して、マスク箇所以外の第1及び第2金属電極配線22,23の上面と側壁面、第1及び第2金属電極配線22,23間の間隙部に露出した基材21の露出面を被覆するように、当該原型樹脂膜261が形成される。当該原型樹脂膜261は、マスク材料31の上面及び側面にも形成され得る。尚、当該原型樹脂膜261は、第1及び第2金属電極配線22,23の側壁面及び間隙部の底面等を密に被覆していれば十分で、膜厚を不必要に厚くする必要はなく、例えば、数原子層(10nm程度)の厚さでも良い。また、当該膜厚は、塗工液260中のフッ素樹脂の濃度及び原型樹脂膜261の形成箇所に応じて定まり、例えば、0.1〜1μm程度とするのが好ましい。
引き続き、原型樹脂膜261の形成後に、マスク材料31を、マスク材料31を溶解する有機溶媒(例えば、アセトン等)で溶解する(工程A5)。この時、当該有機溶媒は、原型樹脂膜261を構成するフッ素樹脂は溶解せず、一方で、当該フッ素樹脂を透過してマスク材料31を溶解する有機溶媒を使用する。溶解したマスク材料31を洗浄して除去すると、マスク材料31の上面を覆っていた原型樹脂膜261が同時に除去される。この結果、図11に示すように、マスク箇所以外の第1及び第2金属電極配線22,23の上面と側壁面、第1及び第2金属電極配線22,23間の間隙部に露出した基材21の露出面を被覆するフッ素樹脂膜26が形成される(工程A6)。フッ素樹脂膜26の形成箇所は、マスク材料31によって被覆されていなかった箇所となる。
フッ素樹脂膜26は、発光素子1をフリップチップ実装する際のはんだ付けにおいて、はんだ材料が、第1及び第2金属電極配線22,23間の上記第1部分、或いは、第2部分、或いは、第3部分に付着するのを防止するハンダレジスト材として使用され、はんだ材料の金属原子のマイグレーションにより両電極配線間の短絡を防止することができる。
次に、フッ素樹脂膜26の形成に使用する塗工液260について簡単に説明する。発光素子1をフリップチップ実装して得られる発光装置では、活性層から出射した紫外線は、テンプレート2を通過して、サファイア基板の裏面側から出射され、封止樹脂を通過して外部に放射される。よって、フッ素樹脂膜26の形成箇所は、当該紫外線が出射されるサファイア基板の裏面とは反対の発光素子1の上面側に位置するため、封止樹脂に使用する紫外線に対して透明なフッ素樹脂である必要性はない。
しかし、フリップチップ実装時の樹脂封止処理において、フッ素樹脂膜26の形成後に第1及び第2金属電極配線22,23の間の間隙部に残存する空隙にも、封止樹脂が充填されるため、本実施形態では、塗工液260に使用するフッ素樹脂として、封止樹脂として好適に用いられる非晶質フッ素樹脂を用いる。
非晶質フッ素樹脂は、大別して、末端官能基が金属に対して結合性を呈しない非反応性の官能基を有する非結合性フッ素樹脂(第1タイプの非晶質フッ素樹脂)と、末端官能基が金属に対して結合可能な反応性の官能基を有する結合性フッ素樹脂(第2タイプの非晶質フッ素樹脂)との2種類がある。本実施形態では、一態様例として、金属原子のマイグレーションの抑制効果の高い第1タイプの非晶質フッ素樹脂を使用する。
当該第1タイプの非晶質フッ素樹脂は、より具体的には、重合体または共重合体を構成する構造単位が含フッ素脂肪族環構造を有し、上記末端官能基がCF等のパーフルオロアルキル基である。つまり、第1タイプの非晶質フッ素樹脂は、上記金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基を有していない。一方、上記第2タイプの非晶質フッ素樹脂の当該反応性の官能基は、一例として、カルボキシル基(COOH)またはエステル基(COOR)である。但し、Rはアルキル基を表す。
また、含フッ素脂肪族環構造を有する構造単位としては、環状含フッ素単量体に基づく単位(以下、「単位A」)、または、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位(以下、「単位B」)が好ましい。尚、非晶質フッ素樹脂の組成及び構造は、本願発明の本旨ではないため、当該単位A及び単位Bに関する詳細な説明は割愛するが、当該単位A及び単位Bに関しては、本願と同じ出願人による特許文献1の段落[0031]〜[0062]に詳細に説明されているので、参照されたい。
塗工液260は、第1タイプの非晶質フッ素樹脂を、含フッ素溶媒、好ましくは、非プロトン性含フッ素溶媒に溶解して作製される。当該含フッ素溶媒についても、特許文献1の段落[0067]〜[0073]に詳細に説明されているので、参照されたい。尚、塗工液260中の第1タイプの非晶質フッ素樹脂の濃度は、フッ素樹脂膜26が上述の膜厚(0.1〜1μm程度)となるように調整される。
第1タイプの非晶質フッ素樹脂の市販品の一例として、サイトップ(旭硝子社製)等が挙げられる。尚、末端官能基がCFであるサイトップは、下記の化1に示す上記単位Bの重合体である。
Figure 0006546660
以上の工程を経て、第1及び第2金属電極配線22,23、リード端子24,25、貫通電極27、及び、フッ素樹脂膜26を備えた配線基板体20が完成する。
配線基板体20が完成した時点では、複数のサブマウント10がマトリクス状に配列して1枚の板状に一体化された状態であるので、所定の検査工程を経て、レーザ加工等の周知の切断または加工技術によって、基材21を、切断領域RCに沿って切断、または、切断領域RCに割断用の溝を形成してから割断することで、個々のサブマウント10が得られる。
尚、基材21を切断または割断する前に、発光素子1を、配線基板体20の各サブマウント10にフリップチップ実装し、封止樹脂で封止して、必要に応じて所定の検査工程を行うようにしても良い。
発光素子1は、第1及び第2メッキ電極7,8の各上面を下向きにして、第1メッキ電極7と第1電極パッド120、4つの第2メッキ電極8と4つの第2電極パッド130が、夫々対向してはんだ付けにより電気的及び物理的に接続して、基材11の中央部分上に載置され固定されている。図12に、サブマウント10に発光素子1をフリップチップ実装し、封止樹脂17で封止した状態を示す。図12では、一例として、封止樹脂17の上面は、封止樹脂17と同じフッ素樹脂製の集光性のレンズ18で覆われている。フッ素樹脂製のレンズ18は、例えば射出成形、トランスファー成形、圧縮成形等により、形成できる。当該各成形用の成形型は、金属型、シリコーン樹脂型、または、これらの組み合わせを使用できる。また、レンズ18は、フッ素樹脂製に限らず、発光素子1の発光波長に適合した紫外線透過性を有する他の材料であっても良く、好ましくは、封止樹脂17との屈折率差が小さいものが良いが、例えば、石英ガラス製でも使用できなくはない。レンズ18は、集光性レンズ以外に、使用目的に応じて光を拡散させるレンズであっても良く、また、必ずしも設ける必要はない。
〈第2実施形態〉
次に、上記第1実施形態の一変形例として、サブマウント10及び配線基板体20の別実施形態について説明する。第2実施形態に係るサブマウント10及び配線基板体20は、第1実施形態と同じ素子構造を有するが、配線基板体20の製造方法の第2製造工程(フッ素樹脂膜26の製造工程)の細部において第1実施形態と相違する。以下、第2製造工程の相違する箇所について説明する。
第1実施形態の第2製造工程では、工程A1及びA2により、基材21の表面側において、所定のマスク箇所にフッ素樹脂膜26の形成を阻止するフッ素樹脂を含まないマスク材料31を塗布したが、第2実施形態では、工程A1及びA2を実施せず、つまり、所定のマスク箇所にフッ素樹脂膜26の形成を阻止するマスク材料31を形成せずに、更に、工程A3を実施せず、つまり、基材21の表面側の全面に、塗工液260を注入せずに、フッ素樹脂膜26の形成が必要な箇所に、例えば、第1及び第2金属電極配線22,23間の上記第1部分、好ましくは、上記第1部分と第2部分、または、上記第1部分と第3部分、より好ましくは、上記第1、第2及び第3部分に、例えば、インクジェット方式により、局所的に、塗工液260を注入する(工程B3)。塗工液260の注入量は、第1及び第2金属電極配線22,23の上面を覆わずに、上記第1部分等の注入箇所の第1及び第2金属電極配線22,23の側壁面の少なくとも下端側を覆う程度とし、必ずしも、当該側壁面の上端までの全面を覆う必要はない。
工程B3により局所的に塗工液260を注入した後、第1実施形態で説明した工程A4を同じ要領で実行する。第2実施形態では、工程A5及びA6は不要である。これにより、第1及び第2金属電極配線22,23間の上記第1部分、または、上記第1部分と第2部分、または、上記第1部分と第3部分、または、上記第1、第2及び第3部分等を含む塗工液260の注入箇所の第1及び第2金属電極配線22,23の間隙部の底面、及び、当該底面を挟んで対向する第1及び第2金属電極配線2,3の側壁面の下端部を被覆するフッ素樹脂膜26が形成される。
第2実施形態では、塗工液260の注入量が局所的に増大すると当該箇所近傍において、塗工液260が、第1及び第2金属電極配線22,23の上面を被覆する可能性がある。仮に、塗工液260が、第1及び第2金属電極配線22,23の上面を被覆した場合には、工程A6の実行後に、CMP(化学機械研磨)法または種々の機械研磨法等の周知の研磨方法で、第1及び第2金属電極配線22,23の表面金属膜221,231の最外面が露出し、最外層の金属(Au)が第1及び第2金属電極配線22,23の上面に残存するように、当該上面を被覆するフッ素樹脂膜26を除去する(工程A7)。
尚、第2実施形態では、工程A7の研磨処理を行った場合は、表面金属膜221,231の最外層の金属がある程度研磨され薄膜化するため、表面金属膜221,231を無電解メッキで成膜する際に、最外層の膜厚を第1実施形態より厚くするのが好ましい。また、表面金属膜221,231の最外層の膜厚を第1実施形態より厚くする代わりに、或いは、追加して、工程A7の研磨後に、表面金属膜221,231の露出面に、最外層の金属(Au)を無電解メッキで再度成膜しても良い。
〈第3実施形態〉
次に、上記第1実施形態の一変形例として、サブマウント10及び配線基板体20の別実施形態について、図13を参照して説明する。上記第1実施形態のサブマウント10及び配線基板体20では、切断領域RCを含むマスク箇所に、マスク材料31を形成して、フッ素樹脂膜26が、少なくとも切断領域RCに形成されないようにした。これにより、配線基板体20の基材21を切断領域RCに沿って切断或いは割断した際に、分割された個々のサブマウント10の外周端部において、フッ素樹脂膜26の外周端が損傷を受けて剥離するのが未然に防止できる。
第3実施形態では、上記第1実施形態の第2製造工程において、先ず、切断領域RCとその側方領域上に、フッ素樹脂膜26の下地膜として、第1タイプの非晶質フッ素樹脂を使用するフッ素樹脂膜26より金属との結合性の高い上記第2タイプの非晶質フッ素樹脂から成る、或いは、上記第2タイプの非晶質フッ素樹脂を主として含む第2のフッ素樹脂膜32を、例えば、インクジェット方式等により形成する(工程C1)。引き続き、マスク材料31を、少なくとも切断領域RCに形成せずに、つまり、切断領域RCを含まないマスク箇所を設定して、第2製造工程の工程A1及びA2を実行する。その後、第1実施形態で説明した工程A3〜A6を実行する。第2のフッ素樹脂膜32の膜厚は、不必要に厚くする必要はなく、フッ素樹脂膜26の膜厚より薄くても良く、例えば、単層分子層の厚さでも良く、0.01〜0.5μm程度とするのが好ましい。
この結果、第3実施形態では、図13に示すように、切断領域RCとその側方領域上にも、第2のフッ素樹脂膜32を介して、フッ素樹脂膜26が形成される。しかし、配線基板体20を切断領域RCに沿って切断或いは割断した際に、分割された個々のサブマウント10の外周端部において、フッ素樹脂膜26の外周端が損傷を受けても、上記第2のフッ素樹脂膜32がバインダーとなって、配線基板体20の外周端において剥離するのが防止できる。尚、第2のフッ素樹脂膜32は、切断領域RCの側方領域上に形成されていれば、上述の剥離は抑制される。
尚、第3実施形態では、第2製造工程の工程A1及びA2を実行する際に、マスク箇所に切断領域RCが含まれない場合、つまり、切断領域RCにフッ素樹脂膜26が形成される場合を想定したが、第1実施形態と同様に、切断領域RCを含むマスク箇所に対して、第2製造工程の工程A1及びA2を実行し、フッ素樹脂膜26が、切断領域RCに形成されないようにしても良い。
また、第3実施形態は、第1または第2実施形態の一変形例として説明したが、上記第2実施形態において、工程B3における塗工液260の局所的な注入により、切断領域RCにも塗工液260が注入される場合には、工程B3の前に上記工程C1を実行するようにしても良い。
〈第4実施形態〉
次に、上記第1乃至第3実施形態の一変形例として、サブマウント10及び配線基板体20の別実施形態について、図14及び図15を参照して説明する。
上記第1乃至第3実施形態では、サブマウント10は、1つの発光素子1をフリップチップ実装するためのサブマウントであったが、第4実施形態では、複数の発光素子1を直列、並列、或いは、直並列にフリップチップ実装するためのサブマウントについて説明する。第4実施形態におけるサブマウントは、複数の発光素子1を実装することにより、当該複数の発光素子1を含む電気回路が構成されるので、上述の配線基板の一形態である。
以下の説明では、一例として、3つの発光素子1が直列に接続されるサブマウント40と、当該サブマウント40がマトリクス状に配列して1枚の板状に一体化された配線基板体50について説明する。尚、説明の便宜上、3つの発光素子1を夫々、接続順に、発光素子1a,1b,1cとし、発光素子1aのカソードと発光素子1bのアノードが接続し、発光素子1bのカソードと発光素子1cのアノードが接続する。これにより、発光素子1aのアノードと発光素子1cのカソードが、発光素子1a,1b,1cの直列回路のアノード端子、カソード端子となる。
図14は、サブマウント40の平面視形状を示す平面図(A)と、当該平面図(A)におけるサブマウント40の中心を通過し、発光素子1の直列方向に平行で、サブマウント40の表面に垂直な断面での断面形状を示す断面図(B)である。図14に示す例では、一例として、サブマウント40の短辺の長さは、サブマウント10の一辺の長さに等しく、サブマウント40の長辺の長さは、サブマウント10の一辺の長さの約3倍である。
サブマウント40は、第1実施形態の基材11と同じ絶縁材料からなる平板状の基材41(絶縁性基材に相当)を備え、基材41の表面側に、第1乃至第4金属電極配線42〜45が夫々形成され、基材41の裏面側にリード端子46,47が形成されている。基材41については、平面視形状の大きさ以外は、第1実施形態の基材11と全く同じであるので重複する説明は割愛する。
基材41の表面側の第1及び第4金属電極配線42,45は、上記基材41に設けられた貫通電極(図示せず)を介して、基材41の裏面側のリード端子46,47と、各別に接続している。サブマウント40を別の配線基板等の上に載置する場合に、当該配線基板上の金属配線とリード端子46,47との間で電気的な接続が形成される。また、リード端子46,47は、基材41の裏面の略全面を覆い、ヒートシンカーの機能を果たしている。第1乃至第4金属電極配線42〜45が金属膜に相当する。
第4実施形態では、第1金属電極配線42が発光素子1aのアノードである第1メッキ電極7と接続し、第2金属電極配線43が発光素子1aのカソードである第2メッキ電極8と発光素子1bのアノードである第1メッキ電極7と接続し、第3金属電極配線44が発光素子1bのカソードである第2メッキ電極8と発光素子1cのアノードである第1メッキ電極7と接続し、第4金属電極配線45が発光素子1cのカソードである第2メッキ電極8と接続するように、第1乃至第4金属電極配線42〜45の各平面視形状が形成されている。
具体的には、図14(A)と図3(A)を対比すると明らかなように、第1金属電極配線42は、図3(A)の第1金属電極配線12と同様の平面視形状を有し、第2金属電極配線43と第3金属電極配線44は、図3(A)の第1金属電極配線12と第2金属電極配線13を上記直列方向に連結した平面視形状を有し、第4金属電極配線45は、図3(A)の第2金属電極配線13と同様の平面視形状を有している。
更に、第1乃至第4金属電極配線42〜45は、図14(A)に示すように、第1金属電極配線42は、第1電極パッド420とそれに接続する第1配線部421で構成され、第2金属電極配線43は、5つの第2電極パッド430とそれらに接続する第2配線部431で構成され、第3金属電極配線44は、5つの第3電極パッド440とそれらに接続する第3配線部441で構成され、第4金属電極配線45は、つの第4電極パッド450とそれらに接続する第4配線部451で構成される。
また、第1乃至第4金属電極配線42〜45は、図14では図示されていないが、第1及び第2金属電極配線12,13と同様に、夫々が、一例として、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面(上面及び側壁面)を被覆する1層または多層の表面金属膜で構成されている。銅の厚膜メッキ膜と表面金属膜については、構造及びその作製方法も、第1実施形態の第1及び第2金属電極配線12,13と同じであるので、重複する説明は割愛する。
第4実施形態では、基材41の裏面側のリード端子46,47も、基材41の表面側の第1乃至第4金属電極配線42〜45と同様に、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面(上面及び側壁面)を被覆する1層または多層の表面金属膜で構成される。リード端子46,47の厚膜メッキ膜と表面金属膜については、構造及びその作製方法も、第1実施形態のリード端子14,15と同じであるので、重複する説明は割愛する。
第4実施形態では、図15に模式的に示すように、第1乃至第4金属電極配線42〜45の各側壁面、及び、第1及び第2金属電極配線42,43間、第2及び第3金属電極配線43,44間、第3及び第4金属電極配線44,45間の各間隙部の底面に露出した基材41の表面を被覆するようにフッ素樹脂膜48が形成されている。
フッ素樹脂膜48は、第1乃至第4金属電極配線42〜45の各側壁面、及び、第1及び第2金属電極配線42,43間、第2及び第3金属電極配線43,44間、第3及び第4金属電極配線44,45間の各間隙部の底面に露出した基材41の表面の全てを被覆する必要はなく、少なくとも、第1実施形態で説明した、第1部分、好ましくは、第1部分と第2部分、または、第1部分と第3部分、より好ましくは、第1、第2及び第3部分と、当該部分を挟んで対向する第1乃至第4金属電極配線42〜45の側壁面を被覆するのが好ましい。
尚、第4実施形態では、第1、第2及び第3部分は夫々、第1及び第2金属電極配線42,43間、第2及び第3金属電極配線43,44間、及び、第3及び第4金属電極配線44,45間に、第1実施形態における第1及び第2金属電極配線12,13間と同様に存在する。フッ素樹脂膜48の材質及び形成方法は、第1〜第3実施形態におけるフッ素樹脂膜16と同じであるので、重複する説明は割愛する。
更に、サブマウント40の製造方法も、第1〜第3実施形態で説明したサブマウント10の製造方法と同じであるので、重複する説明は割愛する。
〈第5実施形態〉
本基台の一実施形態として、第1実施形態で説明した発光素子1ではなく、1または複数の当該発光素子1を実装した第1実施形態で説明したサブマウント10或いは第4実施形態で説明したサブマウント40を搭載する配線基板について、図16を参照して説明する。以下の説明では、一例として、第1実施形態で説明したサブマウント10を搭載することで、3つのサブマウント10の直列回路が構成される配線基板50について説明する。尚、説明の便宜上、3つのサブマウント10を夫々、接続順に、サブマウント10a,10b,10cとする。
図16は、配線基板50の平面視形状を示す平面図(A)と、当該平面図(A)における配線基板50の中心を通過し、サブマウント10の直列方向に平行で、配線基板50の表面に垂直な断面での断面形状を示す断面図(B)である。図16に示す例では、一例として、配線基板50の短辺は、サブマウント10の一辺より長く、配線基板50の長辺は、サブマウント10の一辺の長さの3倍より長い。
配線基板50は、第1実施形態の基材11と同じ絶縁材料からなる平板状の基材51(絶縁性基材に相当)を備え、基材51の表面側に、第1乃至第4金属電極配線52〜55が夫々形成されている。第1及び第4実施形態のサブマウント10,40と異なり、基材51の裏面側にはリード端子は形成されておらず、それ故、貫通電極も備えていない。基材51については、平面視形状の大きさ以外は、第1実施形態の基材11と全く同じであるので重複する説明は割愛する。
第5実施形態では、第1金属電極配線52がサブマウント10aのアノードであるリード端子14と接続し、第2金属電極配線53がサブマウント10aのカソードであるリード端子15とサブマウント10bのアノードであるリード端子14と接続し、第3金属電極配線54がサブマウント10bのカソードであるリード端子15とサブマウント10cのアノードであるリード端子14と接続し、第4金属電極配線55がサブマウント10cのカソードであるリード端子15と接続するように、第1乃至第4金属電極配線52〜55の各平面視形状が形成されている。尚、サブマウント10のリード端子14,15の平面視形状が矩形であるので、第1乃至第4金属電極配線52〜55の各平面視形状も矩形となっている。
第1乃至第4金属電極配線52〜55は、図16では図示されていないが、第1実施形態における第1及び第2金属電極配線12,13と同様に、夫々が、一例として、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面(上面及び側壁面)を被覆する1層または多層の表面金属膜で構成されている。銅の厚膜メッキ膜と表面金属膜については、構造及びその作製方法も、第1実施形態の第1及び第2金属電極配線12,13と同じであるので、重複する説明は割愛する。
第5実施形態では、第1及び第2金属電極配線52,53間、第2及び第3金属電極配線53,54間、第3及び第4金属電極配線54,55間の各間隙部の底面に露出した基材51の表面、及び、当該表面を挟んで対向する第1乃至第4金属電極配線52〜55の各側壁面を被覆するようにフッ素樹脂膜56が形成されている。尚、フッ素樹脂膜56は、第1乃至第4金属電極配線52〜55の上面の内、サブマウント10のリード端子14,15との接続に使用されない箇所、及び、上記以外の基材51の露出面を覆うようにしても良い。フッ素樹脂膜56の材質及び形成方法は、第1〜第3実施形態におけるフッ素樹脂膜16と同じであるので、重複する説明は割愛する。
更に、配線基板50の製造方法も、リード端子と貫通電極を形成する必要がない点を除き、第1〜第3実施形態で説明したサブマウント10の製造方法と同じであるので、重複する説明は割愛する。
〈別の実施形態〉
以下に、上記第1乃至第5実施形態の変形例につき説明する。
〈1〉上記第1乃至第5実施形態では、フッ素樹脂膜16,48,56として、発光素子1をフリップチップ実装する際に、樹脂封止に使用するものと同じ、非晶質フッ素樹脂で構成される場合を説明したが、発光素子1からの紫外線発光は、サブマウント10,40及び配線基板50等の基台とは反対側に向けて出射され、フッ素樹脂膜16,48,56の形成箇所は、当該光の出射経路に位置しないため、紫外線を透過する非晶質フッ素樹脂で構成されなくても構わない。つまり、フッ素樹脂膜16,48,56は、紫外線に対して、上述の非晶質フッ素樹脂と同様の紫外線耐性を有する結晶質部分を有するフッ素樹脂で構成されても構わない。
〈2〉上記第1乃至第5実施形態では、フッ素樹脂膜16,48,56として、末端官能基が金属に対して結合性を呈しない非反応性の官能基を有する非結合性フッ素樹脂(第1タイプの非晶質フッ素樹脂)を使用する場合を説明した。しかし、フッ素樹脂膜26として、一部に、末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の官能基を有する結合性フッ素樹脂(第2タイプの非晶質フッ素樹脂)を使用しても良い。
この場合、第2タイプの非晶質フッ素樹脂の方が、第1タイプの非晶質フッ素樹脂より、金属面に対する結合性が高いため、フッ素樹脂膜16,48,56を、第2タイプの非晶質フッ素樹脂と第1タイプの非晶質フッ素樹脂の2層構造として、第1及び第2金属電極配線12,13、第1乃至第4金属電極配線42〜45,52〜55の側壁面と直接接する第1層目に、膜厚の極めて薄い第2タイプの非晶質フッ素樹脂膜を形成し、その上に重ねて、第1タイプの非晶質フッ素樹脂膜を形成するのも好ましい実施形態である。この場合、第1層目と第2層目の合計膜厚は、第1〜第5実施形態で例示したフッ素樹脂膜16,48,56と同じであれば良く、第1層目の膜厚は、数原子層の厚さ以上であれば良い。第1層目と第2層目の非晶質フッ素樹脂膜の成膜は、第1実施形態で説明した第2製造工程の工程A3及びA4を、非晶質フッ素樹脂膜の上記タイプを入れ替えて2回繰り返した後、工程A5に移行することで実現できる。尚、2回目の工程A3において、1回目の工程A4で形成した第1層目の原型樹脂膜261が一部溶解して膜厚が薄くなる可能性があるので、当該第1層目の原型樹脂膜261が全て溶解しない程度に厚めに成膜するのが好ましい。
〈3〉上記第1乃至第5実施形態では、図3(A)に第1及び第2金属電極配線12,13の平面視形状を例示し、図14(A)に第1乃至第4金属電極配線42〜45の平面視形状を例示し、図16(A)に第1乃至第4金属電極配線52〜55の平面視形状を例示したが、これらの平面視形状は、同図に例示した形状に限定されるものではない。当該平面視形状は、その上に搭載する発光素子1や他の部品の端子の配置及び形状に応じて適宜変更できる。よって、上記第1乃至第4実施形態で説明したサブマウント10,40に搭載する発光素子は、第1実施形態で図1及び図2を参照して説明した構造の発光素子に限定されるものではない。また、発光素子1の第1及び第2メッキ電極7,8の上面視形状も、図2に例示した形状に限定されない。
また、上記第1乃至第4実施形態で説明したサブマウント10,40において、封止樹脂を形成する箇所に周囲に、当該封止樹脂が当該形成箇所の外側のはみ出さないようにする樹脂ダムを、発光素子1の搭載位置の周囲に形成する場合は、第1及び第2金属電極配線12,13或いは第1乃至第4金属電極配線42〜45が、当該樹脂ダムの内側に収まるように、各平面視形状を設定するのも好ましい。
尚、上述した樹脂ダムは、紫外線により劣化しない材料で形成されていれば良い。例えば、基材11,41と同じ絶縁性材料或いは使用に適した別の絶縁性材料を用いて、発光素子1が搭載される中央部分を環状に囲むサブマウント10,40の周辺部分が、当該中央部分より厚くなるように、基材11,41を作製して、当該周辺部分を樹脂ダムとして機能させても良い。また、樹脂ダムは、上述の絶縁性材料以外の材料を使用する場合、封止樹脂の形成に使用する塗工液に対して撥液性のある材料を使用するのが好ましい。
〈4〉上記第1乃至第3実施形態では、第1製造工程において、基材21に貫通孔28を形成してから、第1及び第2金属電極配線22,23の厚膜メッキ膜220,230、リード端子24,25の厚膜メッキ膜240,250、貫通電極27の厚膜メッキ膜270を同時に形成し、更に、第1及び第2金属電極配線22,23の表面金属膜221,231、リード端子24,25の表面金属膜241,251、貫通電極27の表面金属膜271を同時に形成した。しかし、第1及び第2金属電極配線22,23とリード端子24,25を第1実施形態で説明した要領で形成する前に、貫通孔28内に、導電性材料を充填する等して、貫通電極27を形成するようにしても良い。或いは、貫通孔28の全てを当該導電性材料で充填するのではなく、貫通孔28の内奥部だけに当該導電性材料を充填して、貫通孔28を非貫通状態にした後に、上述の第1製造工程における厚膜メッキ膜及び表面金属膜の形成工程を実行するようにしても良い。尚、当該別実施形態の貫通電極27の形成手順は、第4実施形態のサブマウント40の貫通電極にも適用できる。
〈5〉上記第4実施形態のサブマウント40では、基材41の裏面側にリード端子46,47を設けたが、外部との接続用のリード端子46,47を、基材41の表面側に形成して、裏面側にリード端子46,47を設けないようにしても良い。更に、リード端子46,47に代えて、外部との接続用のコネクタ治具を基材41の端部の2箇所に設けて、第1及び第4金属電極配線42,45と各別に接続するようにしても良い。
更に、上記第5実施形態の配線基板50では、外部との接続用のリード端子を別途設けていないが、基材51の裏面側に当該リード端子を設けても良い。更に、当該リード端子に代えて、外部との接続用のコネクタ治具を基材51の端部の2箇所に設けて、第1及び第4金属電極配線52,55と各別に接続するようにしても良い。
更に、上記第4実施形態のサブマウント40または第5実施形態の配線基板50では、3つの発光素子1或いは3つのサブマウント10を搭載して、当該3つの発光素子1或いは3つのサブマウント10の直列回路が構成される場合を例示したが、搭載する発光素子1或いはサブマウント10の個数や、構成される回路の種類は、上記第4及び第5実施形態に例示したものに限定されない。また、サブマウント40または配線基板50に搭載する素子や電気回路部品は、発光素子1或いはサブマウント10に限定されない。
〈6〉上記第1乃至第3実施形態では、必要に応じて、基材21の表面側に粗面化処理を行うこと、或いは、表面が未研磨で粗面状態の基材21を使用することを例示したが、これらに加えて、或いは、代えて、基材21の表面側に、裏面側まで貫通していない穴や溝を封止樹脂に対するアンカーとして、レーザ加工等によって形成するのも好ましい。
〈7〉上記第4及び第5実施形態では、サブマウント40または配線基板50が例えばマトリクス状(一方向にのみ配列している場合を含む)に配列して1枚の板状に一体化された配線基板体を先ず作製し、当該配線基板体を切断または割断して、個々のサブマウント40または配線基板50を作製する場合を、第1実施形態におけるサブマウント10の製造方法を参照して、想定した。しかし、当該配線基板体の基材の面積に対して、サブマウント40または配線基板50の面積が大きくて、2以上配列できない場合等においては、単体のサブマウント40または配線基板50を直接作製しても良い。この場合、切断領域RCが存在しないので、第2製造工程の工程A1及びA2或いは工程B1〜B3におけるマスク箇所には、当然、切断領域RCは含まれない。
マスク箇所に切断領域RCが含まれない場合は、単体のサブマウント40または配線基板50を直接作製する場合に限らず、上述のマスク箇所は、第1乃至第4金属電極配線42〜45,52〜55の上面に限定され、マスク箇所の高さが揃っているため、第2製造工程の工程A1におけるマスク材料31の塗布方法として、例えば、サブマウント40または配線基板50より面積の大きい平板状の板材の表面にマスク材料31を塗布し、当該塗布面をサブマウント40または配線基板50の表面に押し当てて、マスク材料31を、当該板材の表面から第1乃至第4金属電極配線42〜45,52〜55の上面の各マスク箇所に転写する方法が採用できる。転写後、加熱或いは紫外線照射等により、マスク材料31を第1乃至第4金属電極配線42〜45,52〜55の上面の各マスク箇所に固着させる。この場合、マスク材料31は、転写時に第1乃至第4金属電極配線42〜45,52〜55の側壁面を垂れ落ちない程度の粘度(1〜100Pa・s)であるのが好ましい。
本発明に係る基台は、発光中心波長が約365nm以下の発光ダイオードの実装に利用可能であり、紫外線発光動作に伴う基台の電極間に充填された封止樹脂或いは他の樹脂組成物に起因する電気的特性の劣化防止に有効である。
1: 窒化物半導体紫外線発光素子
2: テンプレート
3: 半導体積層部
4: p電極
5: n電極
6: 保護絶縁膜
7: 第1メッキ電極
8: 第2メッキ電極
9: フッ素樹脂膜
10,40: サブマウント
11,21,41,51: 基材(絶縁性基材)
12: 第1金属電極配線
120: 第1電極パッド
121: 第1配線部
13: 第2金属電極配線
130: 第2電極パッド
131: 第3配線部
14,15,46,47: リード端子
16: フッ素樹脂膜
17: 封止樹脂
18: レンズ
20: 配線基板体(絶縁性基材板)
22: 第1金属電極配線
220: 第1金属電極配線の厚膜メッキ膜
221: 第1金属電極配線の表面金属膜
23: 第2金属電極配線
230: 第2金属電極配線の厚膜メッキ膜
231: 第2金属電極配線の表面金属膜
24,25: リード端子
240,250: リード端子の厚膜メッキ膜
241,251: リード端子の表面金属膜
26,48,56: フッ素樹脂膜
260: 塗工液
261: 原型樹脂膜
27: 貫通電極
270: 貫通電極の厚膜メッキ膜
271: 貫通電極の表面金属膜
28: 貫通孔
29: シード膜
30: 感光性シートフィルム
31: マスク材料
32: 第2のフッ素樹脂膜
42: 第1金属電極配線
420: 第1金属電極配線の厚膜メッキ膜
421: 第1金属電極配線の表面金属膜
43: 第2金属電極配線
430: 第2金属電極配線の厚膜メッキ膜
431: 第2金属電極配線の表面金属膜
44: 第3金属電極配線
440: 第3金属電極配線の厚膜メッキ膜
441: 第3金属電極配線の表面金属膜
45: 第4金属電極配線
450: 第4金属電極配線の厚膜メッキ膜
451: 第4金属電極配線の表面金属膜
50: 配線基板
52: 第1金属電極配線
53: 第2金属電極配線
54: 第3金属電極配線
55: 第4金属電極配線
RC: 切断領域

Claims (19)

  1. フリップチップ実装を含むチップオンボード実装用または表面実装用の基台をマトリクス状に複数配列して、1枚の板状に一体化して構成された配線基板体であって
    前記基台が、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面上に形成された互いに電気的に 分離した2以上の金属膜を備えてなり、
    少なくとも前記絶縁性基材の前記一方の面側の表面に露出する表層部が、紫外線被曝に よって劣化しない材質で構成され、
    前記2以上の金属膜は、上面と側壁面が金または白金族金属で被覆され、且つ、1また は複数の窒化物半導体発光素子または窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装してな る1または複数のサブマウントを搭載可能に、全体として、2以上の電極パッドを含む所 定の平面視形状に形成され、
    前記絶縁性基材の前記一方の面上において、前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性 基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続 する前記絶縁性基材の前記露出面の隣接する2つの前記電極パッドに挟まれた第1部分と 、前記第1部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面が、フッ素樹脂膜で被覆され、 前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所が、前記フッ素樹脂膜で 被覆されておらず、
    前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜がマトリクス状に周期的に配列して形成され、
    前記絶縁性基材板上の前記基台1個分の単位区画の隣接する同士間の境界線上に格子状の切断領域が設けられ
    前記切断領域に、前記フッ素樹脂膜が形成されていないことを特徴とする配線基板体。
  2. 前記2以上の電極パッドの内の1対の電極パッドは、前記1または複数の窒化物半導体発光素子の内の1つの窒化物半導体発光素子または前記1または複数のサブマウントの内の1つのサブマウントのn側電極とp側電極と、各別に、電気的且つ物理的に接続するように、前記絶縁性基材の表面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の配線基 板体
  3. 前記2以上の電極パッドの内の1対の電極パッドを各別に含む1対の前記金属膜の間に露出した前記絶縁性基材の露出面の内、少なくとも、1対の前記金属膜の間の距離が前記1対の電極パッド間の離間距離の最大値以下である第2部分と、前記第2部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面が、前記フッ素樹脂膜で被覆されていることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板体
  4. 前記フッ素樹脂膜が、含フッ素脂肪族環構造を構造単位とする重合体または共重合体で構成される非晶質フッ素樹脂を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の配線基板体
  5. 前記フッ素樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の配線基板体
  6. 前記フッ素樹脂膜が2層以上の積層膜で形成され、前記金属膜と接触する前記積層膜の1層目の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含み、前記積層膜の2層目以降の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が、金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の配線基板体
  7. 前記基台の外周端縁部の上面に、前記フッ素樹脂膜の下地膜として、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含む第2のフッ素樹脂膜が形成されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の配線基板体
  8. フリップチップ実装を含むチップオンボード実装用または表面実装用の基台の製造方法であって、第1工程と第2工程を備え、
    前記基台が、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面上に形成された互いに電気的に 分離した2以上の金属膜を備えてなり、
    少なくとも前記絶縁性基材の前記一方の面側の表面に露出する表層部が、紫外線被曝に よって劣化しない材質で構成され、
    前記2以上の金属膜は、上面と側壁面が金または白金族金属で被覆され、且つ、1また は複数の窒化物半導体発光素子または窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装してな る1または複数のサブマウントを搭載可能に、全体として、2以上の電極パッドを含む所 定の平面視形状に形成され、
    前記絶縁性基材の前記一方の面上において、前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性 基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続 する前記絶縁性基材の前記露出面の隣接する2つの前記電極パッドに挟まれた第1部分と 、前記第1部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面が、フッ素樹脂膜で被覆され、 前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所が、前記フッ素樹脂膜で 被覆されておらず、
    前記第1工程において、
    前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜を マトリクス状に周期的に配列して形成することにより、
    前記基台の夫々に対して、前記絶縁性基材の前記一方の面上に前記2以上の金属膜を形成し、
    前記第2工程において、
    前記絶縁性基材板上の前記基台1個分の単位区画の隣接する同士間の境界線上に設けら れた格子状の切断領域に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第2マスク材料を形成し、 前記第2マスク材料の形成後の前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜 を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、
    前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記第2マスク材料と 前記第2マスク材料上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を除去することにより、 前記基台の夫々に対して、前記絶縁性基材の前記一方の面上において、前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続する前記絶縁性基材の前記露出面の隣接する2つの前記電極パッドに挟まれた第1部分と、前記第1部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面を、前記フッ素樹脂膜で被覆することを特徴とする基台の製造方法。
  9. 前記第2工程において、
    前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第1マスク材料を形成し、
    前記第1マスク材料の形成後の前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、
    前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記第1マスク材料と前記第1マスク材料上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を除去することを特徴とする請求項に記載の基台の製造方法。
  10. 前記第1マスク材料はフッ素樹脂を含まない樹脂組成物で構成され、
    前記第2工程において、前記第1マスク材料を、前記フッ素樹脂膜を溶解しない有機溶剤により溶解して除去することを特徴とする請求項に記載の基台の製造方法。
  11. 前記第2工程において、前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、
    前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記金属膜の上面上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を研磨により除去することを特徴とする請求項記載の基台の製造方法。
  12. フリップチップ実装を含むチップオンボード実装用または表面実装用の基台の製造方法であって、第1工程と第2工程を備え、
    前記基台が、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面上に形成された互いに電気的に 分離した2以上の金属膜を備えてなり、
    少なくとも前記絶縁性基材の前記一方の面側の表面に露出する表層部が、紫外線被曝に よって劣化しない材質で構成され、
    前記2以上の金属膜は、上面と側壁面が金または白金族金属で被覆され、且つ、1また は複数の窒化物半導体発光素子または窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装してな る1または複数のサブマウントを搭載可能に、全体として、2以上の電極パッドを含む所 定の平面視形状に形成され、
    前記絶縁性基材の前記一方の面上において、前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性 基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続 する前記絶縁性基材の前記露出面の隣接する2つの前記電極パッドに挟まれた第1部分と 、前記第1部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面が、フッ素樹脂膜で被覆され、 前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを構成する箇所が、前記フッ素樹脂膜で 被覆されておらず、
    前記第1工程において、
    前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜を マトリクス状に周期的に配列して形成することにより、
    前記基台の夫々に対して、前記絶縁性基材の前記一方の面上に前記2以上の金属膜を形成し、
    前記第2工程において、
    少なくとも、前記絶縁性基材板上の前記基台1個分の単位区画の隣接する同士間の境界 線上に設けられた格子状の切断領域と、前記金属膜の上面の少なくとも前記電極パッドを 構成する箇所に、前記フッ素樹脂膜の形成を阻止する第2マスク材料を形成し、
    前記第2マスク材料の形成後の前記絶縁性基材の前記一方の面上に、前記フッ素樹脂膜 を構成するフッ素樹脂を含む塗工液を塗布し、
    前記塗工液を乾燥させて前記フッ素樹脂の被膜を形成した後に、前記第2マスク材料と 前記第2マスク材料上に形成された前記フッ素樹脂の被膜の一部を除去することにより、 前記基台の夫々に対して、前記絶縁性基材の前記一方の面上において、前記金属膜で被覆されていない前記絶縁性基材の露出面と前記金属膜の側壁面との境界線に沿って、少なくとも、前記境界線と連続する前記絶縁性基材の前記露出面の隣接する2つの前記電極パッドに挟まれた第1部分と、前記第1部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面を、前記フッ素樹脂膜で被覆することを特徴とする基台の製造方法。
  13. 前記第2マスク材料はフッ素樹脂を含まない樹脂組成物で構成され、
    前記第2工程において、前記第2マスク材料を、前記フッ素樹脂膜を溶解しない有機溶剤により溶解して除去することを特徴とする請求項8〜12の何れか1項に記載の基台の製造方法。
  14. 前記第1工程において、
    前記絶縁性基材となる絶縁性基材板上に、前記基台1個当たりの前記2以上の金属膜をマトリクス状に周期的に配列して形成し、
    前記第1工程と前記第2工程の間に、
    前記切断領域とその側方領域、または、前記切断領域の側方領域に、前記フッ素樹脂膜の下地膜として、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含む第2のフッ素樹脂膜を形成することを特徴とする請求項〜1の何れか1項に記載の基台の製造方法。
  15. 前記第2工程の後、前記切断領域に沿って前記絶縁性基材板を切断または割断して、個々の前記基台に分割することを特徴とする請求項〜1の何れか1項に記載の基台の製造方法。
  16. 前記2以上の電極パッドの内の1対の電極パッドを各別に含む1対の前記金属膜の間に露出した前記絶縁性基材の露出面の内、少なくとも、1対の前記金属膜の間の距離が前記1対の電極パッド間の離間距離の最大値以下である第2部分と、前記第2部分を挟んで対向する前記金属膜の前記側壁面が、前記フッ素樹脂膜で被覆されていることを特徴とする請求項8〜15の何れか1項に記載の基台の製造方法
  17. 前記フッ素樹脂膜が、含フッ素脂肪族環構造を構造単位とする重合体または共重合体で構成される非晶質フッ素樹脂を有することを特徴とする請求項16の何れか1項に記載の基台の製造方法
  18. 前記フッ素樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項17の何れか1項に記載の基台の製造方法
  19. 前記フッ素樹脂膜が2層以上の積層膜で形成され、前記金属膜と接触する前記積層膜の1層目の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基である第2タイプのフッ素樹脂を含み、前記積層膜の2層目以降の樹脂膜が、フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が、金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である第1タイプのフッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項18の何れか1項に記載の基台の製造方法
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