JP6786781B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光素子を用いたLEDなどの発光装置の製造方法に関する。
発光装置の製造方法において、接合部材を用いてダイパッド部上に発光素子を接合する方法が知られている。
発光素子の接合方法は、まず、基板上のダイパッド部に接合部材を設け、その接合部材の上に発光素子を実装する。詳細には、ウエハシート上に載置された発光素子を、実装装置に備えられたコレットを用いて真空吸着した後、そのコレットを上述の接合部材上に移動し、真空を解除することによって、ダイパッド部に発光素子が実装される。その後、例えば、オーブン又はリフローにより加熱することで接合部材が硬化される。このとき、接合部材として、フラックスを用いる方法が一般的に知られているが、フラックスの代わりに、アルコール類を用いて仮固定を行った後、加熱により本接合を行う方法が知られている(例えば特許文献1)。
また、はんだとメタライズの一部を拡散、又は溶解させて仮固定させた後、さらにメタライズを拡散、又は溶解させて仮固定を解除して接合する方法が知られている(特許文献2)。
特開平6−326449号公報 特開2002−111191号公報
しかしながら、特許文献1の方法では、あらかじめコントロールされた量のアルコールを供給したとしても、アルコールの流動性が高くて所定の位置に留まりにくい場合がある。また、特許文献2の方法では、発光素子の下面、及び、ダイパッド部の構造が複雑であり、両者の形状をそれぞれ立体的に安定して形成しなければならず、歩留が低下するおそれがある。
本実施形態は、以下の構成を含む。
下面に電極を備えた発光素子を準備する工程と、
上面に素子載置部を備えた基板であって、前記素子載置部上に設けられる導電部材である第一接合部材と、前記素子載置部を囲むように設けられる第一堰き止め部であって、当該素子載置部の内周及び前記発光素子の下面の外周と一致する内周を有するとともに保持部材を堰き止めるための第一堰き止め部と、を備えた基板を準備する工程と、
前記第一堰き止め部に囲まれた領域に、有機溶剤、又は、揮発性の高い樹脂材料を含む保持部材を設ける工程と、
前記素子載置部内の前記保持部材上に前記発光素子を載置し、前記第一堰き止め部の内周と前記発光素子の下面の外周とが一致するようにセルフアライメントさせる工程と、
前記保持部材の少なくとも一部を除去し、前記第一接合部材を介して前記基板と発光素子の電極とを接合する工程と、
を備える発光装置の製造方法。
上記により、発光装置の製造方法で使用する接合部材を、接合に必要な量に留めることができる。つまり、過剰な量の接合部材を用いなくても、適切にセルフアライメントを行うことができる。
図1Aは、一実施形態に係る発光装置の概略上面図である。 図1Bは、図1AのA−A線における概略断面図である。 図1Cは、図1Bの部分拡大図である。 図2Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図2Bは、図2AのB−B線における概略断面図である。 図3Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図3Bは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図3Cは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図3Dは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図3Eは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図3Fは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図3Gは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図3Hは、一実施形態に係る発光装置の製造方法の変形例を示す概略上面図である。 図4Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図4Bは、図4AのC−C線における概略断面図である。 図5Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図5Bは、図5AのD−D線における概略断面図である。 図5Bは、図5AのD−D線における概略断面図である。 図6Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図6Bは、図6AのE−E線における概略断面図である。 図7Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図7Bは、図7AのF−F線における概略断面図である。 図8Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図8Bは、図8AのG−G線における概略断面図である。 図9は、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図10Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図10Bは、図10AのH−H線における概略断面図である。 図11Aは、一実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する概略上面図である。 図11Bは、図11AのI−I線における概略断面図である。 図12Aは、一実施形態に関わる発光装置の概略断面図である。 図12Bは、図12AのJ−J線における概略断面図である。 図12Aは、一実施形態に関わる発光装置の概略断面図である。 図12Bは、図13AのK−K線における概略断面図である。
以下、本発明の実施形態に係る発光装置について説明する。
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、平面図、断面図の間において、各部材のスケール、厚み、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。
図1A、図1B、図1Cは、実施形態に係る発光装置100の一例を示すものである。図1Aは発光装置100の概略上面図、図1Bは図1AのA−A線における概略断面図、図1Cは、図1Bの部分拡大図である。発光装置100は、基板110と、基板110上の素子載置部101に第一接合部材102を介して接合される発光素子200と、を備える。基板110は、基板の母材107と、その上面に配置された配線108と、を備え、その配線108の一部にダイパッド部(発光素子の電極と接合される部分)109を備える。また、発光素子200の周囲には、第一堰き止め部105が発光素子200を取り囲むように配置されている。さらに、その他の構成として、発光素子200を被覆する被覆部材111が、接着剤112を介して基板の母材107に接着されている。
このような発光装置100の製造方法について、以下詳説する。
(実施形態1)
実施形態1に係る発光装置の製造方法は、
(1−1)上面に素子載置部を備えた基板であって、素子載置部上に設けられる第一接合部材と、前記素子載置部を囲むように設けられる第一堰き止め部と、を備えた基板を準備する工程と、
(1−2)第一堰き止め部で囲まれた領域に、保持部材を設ける工程と、
(1−3)保持部材上に、発光素子を載置し、セルフアライメントさせる工程と
(1−4)保持部材の少なくとも一部を除去し、第一接合部材と発光素子とを接合する工程と、
を備える。
さらに、
(1−5)基板上に被覆部材を設ける工程、
を備えることができる。
以下、各工程について詳説する。
(1−1:基板を準備する工程)
図2Aは、基板110の概略上面図、図2Bは図2AのB−B線における概略断面図を示す。基板110は、上面に素子載置部101を備え、更に、素子載置部101に第一接合部材102と、素子載置部101を囲むように第一堰き止め部105と、が設けられている。
ここで「素子載置部」は、例えば、図2Aにおいて破線で囲まれた領域を指しており、基板110の上面のうち、発光素子の下面(基板の上面と対向する面)の直下に位置する領域を指す。つまり、素子載置部101の形状は、発光素子の下面と略同じ形状である。また、素子載置部は、発光素子が載置されていない状態であって、後に発光素子が載置された際に発光素子の下面と対向する面(すなわち、素子載置予定部)も含む。
基板を準備する工程は、以下の(1a)〜(1e)いずれかの工程とすることができる。
(1a)上面に、素子載置部と第一接合部材と第一堰き止め部とがあらかじめ備えられた基板を準備する工程。
(1b)上面に、素子載置部と第一接合部材があらかじめ備えられた基板を準備し、素子載置部を囲むように第一堰き止め部を形成する工程を行って、これらの部材を備えた基板を準備する工程。
(1c)上面に、素子載置部と第一堰き止め部があらかじめ備えられた基板を準備し、素子載置部上に第一接合部材を形成する工程を行って、これらの部材を備えた基板を準備する工程。
(1d)上面に、素子載置部を備えた基板を準備し、素子載置部上に、第一接合部材を形成する工程を行い、次いで、前記素子載置部を囲むように第一堰き止め部を形成する工程を行って、これらの部材をそなえた基板を準備する工程。
(1e)上面に、素子載置部を備えた基板を準備し、素子載置部を囲むように第一堰き止め部を形成する工程を行い、次いで、素子載置部上に第一接合部材を形成する工程を行って、これらの部材をそなえた基板を準備する工程。
上記の(1a)については、説明を省略する。(1b)〜(1e)について、以下説明する。まず、(1−1)基板を準備する工程(1b)、(1d)、(1e)に含まれる第一堰き止め部を形成する方法について説明する。
第一堰き止め部は、例えば、後述の保持部材をはじく性質を備えた撥水部材とすることができる。すなわち、化学的性質を利用して、素子載置部に保持部材を留める(堰き止める)ことが可能な部材を用いることができる。撥水部材は、その厚みを薄くできるため、発光素子からの光を吸収する材料を用いたとしても、その影響を少なくすることができる。
第一堰き止め部として、撥水部材を用いる場合、基板上に形成する前は液体であり、第一堰き止め部で囲まれた領域に保持部材を設ける際には固体となっている材料が好ましい。あるいは、基板上に形成した後、第一堰き止め部と基板との位置関係が変化しない材料、例えば、高粘度の第一堰き止め部を用いることができる。撥水部材としては、例えば、テフロン(登録商標)等を用いることができる。
第一堰き止め部として、撥水部材を用いる場合は、素子載置部をレジスト等のマスクで覆った後に、印刷、スプレー、真空蒸着、圧縮成形、ポッティング、転写等によって撥水部材を形成した後、マスク(及びその上に形成された撥水部材)を除去することで、素子載置部の周囲に第一堰き止め部を形成することができる。あるいは、素子載置部をマスクすることなく、シート貼り付け、描画、転写等の方法で素子載置部を囲む領域のみ第一堰き止め部を形成することができる。また、スプレー、真空蒸着、圧縮成型、ポッティング、転写、等の方法で素子載置部を含む基板上に撥水部材を形成した後、素子載置部を囲む領域をマスクなどで覆い、素子載置部に形成された撥水部材をブラスト等で除去することで、素子載置部を囲むように第一堰き止め部を形成することができる。また、(1d)のように、第一接合部材が先に形成されている場合は、第一接合部材の少なくとも一部、または全部を覆わないように、第一堰き止め部を設けることが好ましい。
また、第一堰き止め部は、基板上に形成された凸部、又は凹部(溝部)とすることができる。すなわち、物理的性質を利用して、素子載置部に保持部材を留める(堰き止める)ことが可能な部材を用いることができる。ここで、凹部のうち、特に、上面視において長尺に形成されている凹部を溝部としており、溝部は凹部に含まれる。また、凸部は、保持部材として高いチクソ性を示すような部材を用いる際に適しており、凹部は、保持部材として低いチクソ性を示すような部材を用いる際に適している。
凸部の場合は、素子載置部を取り囲む枠状とすることが好ましく、この枠の上面の外端において後述の保持部材の端部を止めることができる。これにより、凸部の外側面よりも外側に保持部材を流出させないようにすることができる。これは、「濡れのピン止め効果」と呼ばれる現象によるものである。詳細には、液体(液滴)が固体の角張ったへりに達した際に、その液体の本来の接触角(Θ)と、そのへりに連続する外向面の下り角度(上面からの傾斜角度)αとの和(Θ+α)に達するまでへりを乗り越えることができない現象であり、これにより保持部材の流出を抑制することができる。
また、凹部(溝部)の場合は、その内端において、保持部材の端部を止めることができる(濡れのピン止め効果)。これにより、凹部(溝部)の内側面よりも外側に保持部材を流出させないようにすることができる。そのため、凹部(溝部)の場合は、外側面の位置は特に限定されない。すなわち、溝部の幅は特に限られない。
第一堰き止め部を凸部又は凹部(溝部)とする場合、これらは導電部材、又は絶縁部材のいずれにより構成されていてもよく、あるいは、両方で構成されていてもよい。両方で構成されている場合は、例えば、絶縁部材である基板の母材の上の凸部と、導電部材である配線の上の凸部とで構成される凸部とすることができる。
尚、撥水部材を凸状に設けることで、その形状をも利用して物理的性質を利用して保持部材を堰き止める場合もある。そのため、堰き止め部材は、化学的性質及び物理的性質の両方によって保持部材を堰き止めてもよい。
第一堰き止め部が、凸部、又は凹部(溝部)である場合は、基板(母材、もしくは、配線)を加工して凸部、又は凹部(溝部)とすることができる。例えば、基板として、セラミックを母材とし配線を備えたセラミック基板の場合、第一堰き止め部に相当する形状のグリーンシートを最上層に積層させて焼成することで、セラミックの凸部を備えたセラミック基板とすることができる。凹部(溝部)とする場合は、第一堰き止め部に相当する形状の貫通孔を設けたグリーンシートを最上層に積層して焼成することで、凹部(溝部)を備えたセラミック基板とすることができる。凸部の高さは、例えば数nm〜数百μm程度とすることができる。セラミックとしては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等を用いることができる。
また、セラミック基板の上面に、配線として設けられる金属層(メッキ層)の厚みを高くして、凸部としてもよい。この場合、第一堰き止め部に相当する位置に開口部を備えたレジストマスクを基板上面に配置した状態でメッキすることで、メッキの凸部を備えたセラミック基板とすることができる。あるいは、基板上面の第一堰き止め部に相当する位置にレジストマスクを配置した状態でメッキすることで、メッキの凹部(溝部)を備えたセラミック基板とすることができる。メッキとしては、Au、Ag、Al、Ni、Pg等を用いることができる。特に発光素子からの光を反射し易いものが好ましく、例えば、Agが好ましい。
また、基板(母材、配線)とは別に、撥水性を備えていない部材(親水部材)を用いて凸状の第一堰き止め部材としてもよい。このような親水部材については、前述の撥水部材と同様の方法を用いて形成することができる。親水部材としては、例えば、SiO、カーボン、TiO等を挙げることができる。その中でも、特にTiOは、光触媒として使用することで、より親水性を示すことも可能であるため、親水部材として好ましい。
第一堰き止め部は、素子載置部の周囲であって、素子載置部を取り囲むように設けられる。換言すれば、第一堰き止め部は、開口部を備えた枠状に形成されており、その開口部内に素子載置部の少なくとも一部が配置される。ここで、「取り囲む」とは、例えば、連続した1つの第一堰き止め部、又は、2以上の第一堰き止め部によって、素子載置部を連続的に、あるいは、不連続であって実質的に取り囲むことを指す。不連続とは、例えば、破線状、点線状、一点鎖線状等を指す。また、2以上の第一堰き止め部とする場合は、それぞれが互いに離間していてもよく、あるいは、一部が繋がっていてもよい。
第一堰き止め部の開口部の形状(内周形状)は、素子載置部の外周形状(発光素子の下面の外周形状)と一致していることが好ましい。ただし、第一堰き止め部の内周形状と素子載置部の外周形状とは、必ずしも一致していなくてもよい。例えば、第一堰き止め部の開口部の内周よりも、素子載置部の外周がやや大きくてもよく、あるいはやや小さくてもよい。例えば、第1堰き止め部で囲まれた領域の面積に対して、発光素子の下面の面積(素子載置部の面積)が50%〜110%の範囲とすることができる。
また、第一堰き止め部の外縁(外周)の形状については特に限定されないが、例えば、開口部の内周形状と相似形の外縁形状としてもよい。具体的には、略同じ幅の線状の第一堰き止め部を、四角い枠状に設けるなどとすることができる。
第一堰き止め部の形状(上面視形状)は、例えば具体例としては、図3A〜図3Hに示すような形状があげられる。以下の例では、基板の母材107と、その上面の配線108と、を備えた基板110と、その上面の素子載置部とが同じ形状であり、第一堰き止め部105の形状の変形例の一例をあげている。光素子の底面及び素子載置部101が四角形(正方形)である場合について例示しているが、素子載置部の形状はこれに限らない。
第一堰き止め部105は、図3A、図3Bに示すように、素子載置部101の全周囲を連続して取り囲む枠状(環状)とすることができる。図3Aでは、第一堰き止め部105の内周は、素子載置部101の外周よりも大きく形成されており、図3Bでは、第一堰き止め部105の内周と、素子載置部101の内周とは、略一致している。これにより、後述の保持部材を素子載置部101内に保持し易く、セルフアライメント効果を得られやすい。
また、このような素子載置部101の全周囲において連続する1つの第一堰き止め部とする場合、その一部が途切れた形状(切り欠かれた形状)であってもよい。この場合、後述するような複数個の第一堰き止め部ではなく、連続する1つの第一堰き止め部である点において図3A及び図3Bと類似している。第一堰き止め部のうち、途切れた部分は、素子載置部101の1辺の長さ以下であることが好ましく、より好ましくは、素子載置部101の1辺の長さの1/2以下である。
また、第一堰き止め部105は、図3C〜図3Hに示すように、素子載置部101の周囲において、2以上の複数個に分かれた第一堰き止め部105として設けられていてもよい。そして、複数の第一堰き止め部105の内周が、素子載置部の外周と対応するようにする。このような第一堰き止め部105は、1つのみでは素子載置部101を囲むことはできないが、複数個を組み合わせることで、素子載置部101を取り囲むことができるものである。例えば、素子載置部の外周が四角形の場合、第一堰き止め部105の内周が、それぞれ素子載置部の外周と一致又は近似するように形成されることで、全体として素子載置部101を擬似的に取り囲んだようにすることができる。
このように、複数の第一堰き止め部105を設ける場合、素子載置部101の外周に対して、第一堰き止め部105の合計長さは30%以上であることが好ましく、さらに、50%以上であることが好ましい。また、複数の第一堰き止め部105のいずれかが、素子載置部101の各辺(四角形の場合4辺)の全ての辺に対向するように設けられる。換言すると、第一堰き止め部105が対向していない素子載置部101の辺が存在しないようにする。つまり、第一堰き止め部の端部と最も近い第一堰き止め部の端部との距離は、素子載置部101の1辺の長さよりも短く、1/2以下の長さがより好ましい。例えば、発光素子の下面形状が四角形の場合、第一堰き止め部は、対向する少なくとも2つの角に対応して、L字状などの第一堰き止め部を設けることができる。図1Aでは、L字状の第一堰き止め部105を、2組の対向する2つの角、すなわち4角に設けた例を示している。
このように、断続的に素子載置部101を囲む堰き止め部105を設ける場合は、後述の保持部材が堰き止め部よりも外側に流出する経路が存在することになるため、保持部材の粘度等に応じて、作業時間(保持部材を形成した後、その上に発光素子を載置するまでの時間)を短くすることが好ましい。
複数の第一堰き止め部105の変形例を、図3C〜図3Hに例示しているが、変形例はこれらに限られるものではない。
図3Cには、素子載置部101の4つの角部のそれぞれと対向するL字状の4個の第一堰き止め部105を示している。L字の縦線及び横線の長さは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、4つの第一堰き止め部105は、全てが同じ形状であってもよく、あるいは、異なる形状でもよい。
図3Dには、素子載置部101の4辺にそれぞれ対向する4つの直線状(長方形状)の第一堰き止め部105を示している。4つの長方形状の第1堰き止め部105は、長辺長さ、短辺長さが、それぞれ4つとも同じもの、あるいは、異なるものでもよい。
図3Eには、素子載置部101のうち、対向する2つの辺に接すると共に、それらの辺よりも長い長さで設けられる2つの第一堰き止め部105を示している。そして、この対向する2つの辺と直交する方向で対応している2辺においては、両端に2つの第一堰き止め部105がそれぞれ対向するように設けられる。この形状は、図3Cで示した4つのL字状の第一堰き止め部のうちの2つが繋がった形状ともいえる。図3Eに示す第一堰き止め部105は、4つの角に対向している点に加え、2つの対向する辺の全てと対向していることで、図3Cに示す例に比して、セルフアライメント効果を得られやすい。
図3Fには、素子載置部101のうち、隣接する2つの角とそれぞれ対向するL字状の第一堰き止め部105が2つと、その2つの角と異なる2つの角の間の1辺と対向する長方形状の第堰き止め部105が1つと、の合計3つで構成される第一堰き止め部105を示している。このように異なる形状の第一堰き止め部105としてもよく、その場合は、線対称形に配置させることが好ましい。
図3Gには、素子載置部101の周囲に設けられた6つの第一堰き止め部105を示している。4つの角と対向する位置であって、各角と連なる1辺のみに対向するように配置させた4つの第一堰き止め部105と、それらから離間し、素子載置部101のうち、2つの対向する辺に対向する2つの第一堰き止め部105と、を備えている。このように、第一堰き止め部105を、辺の数よりも多い数で設けることで、保持部材が流出する経路を分散させることができ、セルフアライメントさせやすくすることができる。
図3Hには、素子載置部101の4つの角部のそれぞれと対向する十字状の4個の第一堰き止め部105を示している。十字の縦線及び横線の長さは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、4つの第一堰き止め部105は、全てが同じ形状であってもよく、あるいは、異なる形状でもよい。図3Hに示す十字状の第一堰き止め部105は、図3Cに示すL字状の第一堰き止め部105の、縦線及び横線を外側に延長させたものであり、実質的に図3Cと同様の効果を得ることができる。
次に、基板を準備する工程(1c)、(1d)、(1e)に含まれる第一接合部材を設ける方法について説明する。第一接合部材は、金属又は金属を主成分として含む導電部材であり、基板と発光素子とを接合させると共に、導通させる部材である。例えば、Sn、Bi系の金属材料があげられる。第一接合部材は、基板の上面の、素子載置部に設けられる。詳細には、第一接合部材は、素子載置部の全面、又は一部に設けられる。詳細には、素子載置部に含まれるダイパッド部の上面の全面、又は少なくとも一部上に設けられる。発光素子をフリップチップ実装する場合は、ダイパッド部を少なくとも2つ(正極、負極)備えており、その場合は、両方の上面に第一接合部材を備える。本実施形態においては、第一接合部材は、接合に必要な量であればよいため、好ましくは、ダイパッド部上に、例えば、高さ約1μm〜10μm程度の第一接合部材を設ける。例えば、基板のダイパッド部が1mm×1mmの金(Au)であり、発光素子の電極が1mm×1mmの金(Au)である場合、第一接合部材の厚みは約8μmとすることができる。
第一接合部材は、ダイパッド部以外をレジスト等のマスクで覆った後に、スパッタ、蒸着、CVD、印刷、メッキなどの方法で形成し、その後マスクを除去することで形成することができる。あるいは、ダイパッド部以外をマスクすることなく、転写、ポッティング、描画、接合部材箔の貼り付け等の方法で形成することができる。また、スパッタ、蒸着、CVD、印刷、メッキなどの方法で、第一接合部材を基板の上面の全面に形成した後、ダイパッド部をマスクなどで覆い、ブラスト等によってマスクで覆われていない第一接合部材を除去することで、素子載置部上のダイパッド部のみ第一接合部材を設けることができる。また、(1e)のように、第一堰き止め部が先に形成されている場合は、第一堰き止め部の少なくとも一部、または全部を覆わないように、第一接合部材を設けることが好ましい。
第一接合部材は、例えば、図2Aに示すように、1つの素子載置部101に4つ設けることができる。第一接合部材102を設ける位置は、基板上のダイパッド部、すなわち、発光素子の電極と対向する位置であればよい。第一接合部材102の大きさ及び上面視形状は、発光素子の電極の大きさ及び上面視形状と一致させてもよい。あるいは、第一接合部材102の大きさ及び上面視形状は、発光素子の電極の大きさと異なる大きさ又は、発光素子の電極の上面視形状と異なる上面視形状としてもよい。あるいは、発光素子の電極1つに対して、2以上の第2接合部材としてもよい(例えば図2A)。第一接合部材と、発光素子の電極との接触面積が大きい程、放熱性がよくなり好ましい。
基板を準備する工程(1b)〜(1e)では、第一堰き止め部及び第一接合部材のいずれも備えていない基板、もしくは、そのいずれかを備えた基板を準備する。すなわち、少なくとも発光素子を載置可能な上面(素子載置部)を備えた基板を準備する。
基板は、発光装置の基台となる部材であり、絶縁性部材(母材)と、その上面に形成された導電性部材(配線)と、を備える。基板の上面の素子載置部は、絶縁性部材(母材)及び/又は導電性部材(配線)から構成される。
(1−2:保持部材を設ける工程)
図4Aは、基板110上の第一堰き止め部105で囲まれた領域に保持部材104を設けた状態を示す概略上面図、図4Bは、図4AのC−C線における概略断面図を示す。
保持部材104は、発光素子をセルフアライメントさせるための部材である。すなわち、発光素子を載置する工程において、発光素子を載置可能な粘度を備えており、発光素子載置後、セルフアライメントを利用できる粘度を備えている。大気圧下で発光素子を載置する場合、例えば、粘度が4Pa・s〜18Pa・sの範囲である部材が好ましい。尚、保持部材の材料や、作業環境等に応じて、必ずしも上記粘度でなくてもよく、発光素子が載置可能な粘度であれば、特に問題はない。
また、別の観点から、保持部材104は、常温で気化しにくく、加熱により気化量が増加する材料であることが好ましい。詳細には、常温での気化量が0mg/minに近いほど好ましく、加熱時の気化量が0.1mg/min以上であることが好ましい。さらに別の観点から、保持部材は、気化温度は約50℃から揮発し始め、且つ、約130℃で最大気化量となるような材料であることが好ましい。
保持部材104としては、例えば、アルコールなどの有機溶剤、揮発性の高い樹脂材料等を用いることができる。これらの材料は、単独で、あるいは複数を混合させて用いることができる。例えば、粘度が異なる部材、あるいは、揮発性の異なる部材等を混合することで、所望の粘度あるいは揮発性を備えた保持部材とすることができる。具体的には、アルコールと樹脂とを混合させるなどにより、アルコールの揮発性を活かしつつ、発光素子を保持する保持力を樹脂で補うなど、作業環境等に適した材料を種々選択することができる。また、保持部材104は、ピン転写、エア圧を利用するポッティングやディスペンス、インクジェット、スプレーなどの方法で形成することができ、使用する保持部材の粘度に合わせて適宜選択することができる。また、保持部材104は、第一堰き止め部105で囲まれた領域の一部又は全ての領域に設けられる。また、好ましくは、第一堰き止め部105で囲まれた領域の全てに設けられる。また、第一接合部材102の上、又は近傍に設けることが好ましい。
例えば、第一接合部材として、Sn、Bi系の金属を用いる場合、これらの融点が140℃程度であるため、保持部材としては、気化温度は約50℃から揮発(気化)し始める材料が好ましく、さらに、約130℃で最大気化量となるような材料であることが好ましい。また、最も高い部分の高さが、例えば、15μm以上の体積となるような量で設けることが好ましい。また、第一接合部材の上面の少なくとも一部を覆うように設けることが好ましい。また、第一堰き止め部の厚みよりも薄くてもよく、厚くてもよい。保持部材は、半球状などで設けることが好ましい。尚、保持部材の量は、第一堰き止め部の厚みや、基板の表面状態、載置する発光素子の下面の面積に応じて、適宜選択することができる。
(1−3:セルフアライメントさせる工程)
図5Aは、保持部材104上に、発光素子200を載置した状態を示す概略上面図、図5Bは、図5AのD−D線における概略断面図を示す。図5Cは、保持部材上の発光素子が、素子載置部からずれた状態で載置された状態、すなわち、セルフアライメントする前の状態を示す概略断面図である。
発光素子は、ウエハシート上に載置された発光素子を、実装装置に備えられたコレットを用いて真空吸着し、そのコレットを基板の保持部材上に移動し、真空引きを解除することで、保持部材上に載置することができる。
保持部材104上に載置された発光素子200の電極208は、第一接合部材102とは接しない状態であり、素子載置部101上に配置される場合もあるが、図5Cに示すように、素子載置部101上からずれた位置に配置される場合もある。保持部材104の表面張力により、発光素子200の下面の外周と、素子載置部101を囲むように形成された第一堰き止め部105の、内周とを合致させる力が働く。これにより、図5Bに示すように、セルフアライメントすることができる。
発光素子200の下面には、1又は2以上の電極208を備えている。素子載置部101の内周と、発光素子200の下面の外周とが一致させるためには、発光素子200の下面の電極208と基板上の第一接合部材102が、近接していることが好ましい。
セルフアライメントは、保持部材上に発光素子を載置した直後から開始、すなわち、発光素子の移動が開始され、発光素子の移動が停止することで完了する。そして、次工程である、保持部材の除去工程は、セルフアライメント完了後、つまり発光素子の移動が停止した後に行うことが好ましい。セルフアライメント開始から完了までに掛かる時間は、第一接合部材の粘度により異なり、例えば、粘度4Pa・S〜18Pa・Sの保持部材であれば、数秒〜十数秒である。
保持部材104によるセルフアライメントの際、発光素子200と素子載置部101との間に、ゴミなどが混入することによりに、セルフアライメントの効果が小さくなる。そのため、基板及び発光素子は、プラズマ、エアブローなどの異物除去工程をあらかじめ設けてもよい。
(1−4:基板と発光素子を接合させる工程)
図6Aは、保持部材を除去した状態を示す概略上面図であり、図6Bは、図6AのE−E線における概略断面図である。図5A、図5Bにおいて保持部材104上でセルフアライメントされた発光素子200は、加熱、又は減圧することで、保持部材104の一部、あるいは全部が除去されることで、図6A、図6Bに示すように発光素子200の電極208と、第一接合部材102とを接触させることができる。
そして、第一接合部材102の溶融温度以上の温度に加熱することで、図7A及び図7Bに示すように、発光素子200の電極208と基板の配線108(ダイパッド部)とを、第一接合部材102によって接合させることができる。第一接合部材102は、溶融されることで広がるため、その厚みが薄くなり、図6Bで示す第一接合部材102の厚みよりも薄い厚みとなっている。
保持部材104の一部、あるいは全部を、加熱により除去する場合は、オーブン、リフロー、などにより行うことができる。また、保持部材の一部、あるいは全部を、減圧により除去する場合は、密閉可能な容器を用い、真空ポンプで容器内を減圧する減圧装置などの装置で除去することができる。保持部材を減圧して除去する際は、大気圧以下で行うことが好ましく、減圧時の圧力と、大気圧との差が大きいほど、保持部材が気化しやすく、短時間で処理を行うことができる。あるいは、加熱と減圧を両方実施することで、それぞれ単体で処理するより効率よく、保持部材を気化させることができる。
保持部材を除去した後、基板のダイパッド部と、発光素子の電極とを、第一接合部材を介して接合させる方法としては、オーブン、リフローなどの加熱装置で行う方法があげられる。
保持部材の除去と、第一接合部材を介した基板(ダイパッド部)と発光素子の接合は、同じ装置内でも行うことができ、さらに連続して行うことが好ましい。より好ましくは、第一接合部材を加熱する際の、昇温時に、保持部材の除去を行う。または、保持部材の除去後、異なる装置で基板と発光素子の接合を行ってもよい。
(1−5:被覆部材を設ける工程)
基板の上面に第一接合部材を介して発光素子が載置された発光装置は、更に、発光素子を保護するための被覆部材を備えることができる。被覆部材としては、樹脂、ガラスなどがあげられる。
被覆部材として樹脂を用いる場合は、印刷、スプレー、真空蒸着、圧縮成型、ポッティング、転写等、の方法で形成することできる。あるいは、シート貼り付け、描画などの方法でも設けることが可能である。被覆部材としてガラスを用いる場合は、板状のガラスを、接着剤を介して基板の上面に接合させることができる。あるいは、板状のガラスの縁に金属の枠を設け、金属の枠にスパッタ、蒸着、CVD、プラズマ、印刷、メッキなどの方法で接着剤を設け、基板上面に、接着剤を設けた面が対向するように載置し、オーブン又はリフローなどにより加熱することで、被覆部材を設けることができる。
実施形態1は、上述のように、基板上面に第一接合部材と第一堰き止め部材と保持部材とが形成された状態で、発光素子を載置するため、組み立てし易い。
(実施形態2)
実施形態2に係る発光装置の製造方法は、
(2−1)上面に素子載置部を備えた基板であって、前記素子載置部を囲むように設けられる第一堰き止め部を備えた発光装置を準備する工程と、
(2−2)下面に電極を備えた発光素子であって、前記電極上に第二接合部材を備えた発光素子を準備する工程と
(2−3)前記第一堰き止め部で囲まれた領域に、保持部材を設ける工程と、
(2−4)前記保持部材上に、前記発光素子の電極を対向させて載置し、セルフアライメントさせる工程と
(2−5)前記保持部材の少なくとも一部を除去し、前記第二接合部材と前記発光素子とを接合する工程と、
を備える。
さらに、
(2−6)基板上に被覆部材を設ける工程、を備えることができる。
実施形態1では、基板と発光素子とを接合させる接合部材(第一接合部材)が基板に備えられているのに対し、実施形態2では、接合部材(第二接合部材)が発光素子に備えられている点において異なる。従って、実施形態1と同様の工程については適宜離省略する。
(2−1:基板を準備する工程)
図8Aは、基板110の概略上面図、図8Bは図8AのF−F線における概略断面図を示す。基板110は、上面に素子載置部101を備え、更に、素子載置部101を囲むように第一堰き止め部105、が設けられている。
基板を準備する工程は、以下の(2−1a)(2−1b)のいずれかの工程とすることができる。
(2−1a)上面に、素子載置部と第一堰き止め部とがあらかじめ備えられた基板を準備する工程、
(2−1b)上面に、素子載置部があらかじめ備えられた基板を準備し、素子載置部を囲むように第一堰き止め部を形成する工程を行って、これらの部材を備えた基板を準備する工程、
のうち、いずれかの工程とすることができる。
上記の(2−1b)に含まれる第一堰き止め部を形成する方法は、実施形態1の工程(1−1)に記載した方法と同様に行うことができる。
(2−2:発光素子を準備する工程)
発光素子を準備する工程は、以下のいずれかの方法とすることができる。
(2−2a)発光素子の電極に、あらかじめ第二接合部材が備えられた発光素子を準備する工程。
(2−2b)発光素子の電極に、第二接合部材を形成することで発光素子を準備する工程。
図9は、第二接合部材202を備えた発光素子200の概略断面図である。図9において、発光素子200は、半導体層206の上面に電極208を備える。この電極208が形成された上面は、基板上に発光素子を載置する際、基板と対向するように配置される。
第二接合部材202は、実施形態1の第一接合部材と同様に、金属又は金属を主成分として含む導電部材であり、基板と発光素子の電極と接合させると共に、導通させる部材である。例えば、Sn、Bi系の金属材料があげられる。
第二接合部材202を形成する工程は、まず、ウエハ状態の発光素子(個片化する前の発光素子)の半導体層面に電極が形成されたものを準備する。次いで、電極以外をレジスト等マスクで覆った後に、スパッタ、蒸着、CVD、プラズマ、印刷、メッキなどの方法で、第二接合部材を形成する。あるいは電極以外をマスクすることなく、転写、ポッティング、描画、接合部材箔の貼り付け等の方法で第二接合部材を形成することができる。また、スパッタ、蒸着CVD、プラズマ、印刷、メッキなどの方法で、第二接合部材を全面に形成した後、電極をマスクなどで覆い、ブラスト等で第二接合部材を除去することで、電極上に第二接合部材を設けることができる。
(2−3:保持部材を設ける工程)
図10Aは、第一堰き止め部105で囲まれた素子載置部101に保持部材104を設けた状態を示す概略断面図であり、図10Bは、図10AのH−H線における断面図である。この工程は、実施形態1の(1−2)と同様に行うことができる。
(2−4:セルフアライメントさせる工程)
図11Aは、保持部材104上に、発光素子200を載置した状態を示す概略上面図、図11Bは、図11AのI−I線における概略断面図を示す。
(2−5:基板と発光素子を接合させる工程)
保持部材上に発光素子を載置し、セルフアライメントさせた後、加熱又は減圧することで、保持部材の一部、あるいは全部を除去することがでる。さらに、保持部材を除去後、加熱を行い第二接合部材の溶融温度以上の環境で保持することで、前記発光素子と、前記基板上のダイパッドとを接合することができる。
実施形態1では、保持部材を除去する前は、発光素子の電極と、基板のダイパッド部上に設けられた第一接合部材とが、離間するように配置される。これに対し、実施形態2では、保持部材を除去する前は、発光素子の電極に設けられた第二接合部材と、基板のダイパッド部とが離間しているように配置される。いずれの場合も、保持部材を除去することで、発光素子の電極と、基板とのダイパッド部とが、第一接合部材又は第二接合部材とを介して接触させることができ、更に加熱によって第一接合部材又は第二接合部材を溶融して、接合させることができる。
(2−6:被覆部材を設ける工程)
この工程は、実施形態1の(1−5)と同様に行うことができる。
(実施形態3)
実施形態3に係る発光装置の製造方法は、実施形態1の(1−3)保持部材上に発光素子を載置し、セルフアライメントさせる工程において、用いる発光素子が、電極を取り囲むように第二堰き止め部材を備えた発光素子であるほかは、実施形態1と同様に行うことができる。
第二堰き止め部は、基板に設けられる第一堰き止め部と同様に、保持部材を留める(堰き止める)ものである。例えば、発光素子の電極を取り囲むように、第二堰き止め部を設けることができる。第二堰き止め部は、第一堰き止め部と同様に、撥水部材、凸部、凹部等として設けることができる。撥水部材としては、第一堰き止め部と同様の材料を用いることができる。
第二堰き止め部として、撥水部材を設ける場合、ウエハを個片化する前の状態(すなわちウエハ状)、又は、ウエハを個片化して得た発光素子をウエハシートに貼り付けた状態にいずれかに、撥水部材を設けることができる。例えば、電極をレジスト等マスクで覆った後に、印刷、スプレー、真空蒸着、圧縮成形、ポッティング、転写等、の方法で形成することができる。あるいは、電極をマスクすることなく、シート貼り付け、描画、転写等の方法で電極を囲む領域のみ第二堰き止め部を形成することができる。または、スプレー、真空蒸着、圧縮成型、ポッティング、転写、等の方法で、発光素子(ウエハ含む)の全面に撥水部材を形成した後、電極を囲む領域のみをマスクなどで覆い、電極上の撥水部材をブラスト等で除去することで、電極を囲むように第二堰き止め部を形成することができる。
このように、基板側に第一堰き止め部を設け、発光素子側に第二堰き止め部を設けることで、発光素子の形状に関わらず、セルフアライメントし易くすることができる。例えば、発光素子の下面(電極形成面)が六角形である場合、基板の素子載置部も六角形となる。六角形の場合、四角形に比べて、整合しようとする辺の選択肢が増える。そのため、セルフアライメントさせる際に、意図した辺同士が整合し難い場合がある。
発光素子の下面(電極形成面)の形状が六角形の場合、開口部が四角形の第二堰き止め部を設けることで、基板に設けられる保持部材と発光素子とを接触させた際に、その四角形の第二堰き止め部によって、保持部材が発光素子の6つの辺に達することを抑制することができる。すなわち、保持部材と発光素子との接触面を四角形とすることができる。この場合、基板に設けられる第一堰き止め部も、四角形の開口部となるように設けておく。このようにすることで、擬似的に四角形の底面を備えた発光素子とすることができる。これにより、六角形の発光素子を、正しい位置にセルフアライメントし易くすることができる。
(実施形態4)
実施形態4に係る発光装置の製造方法は、実施形態2の(2−2)電極上に第二接合部材を備えた発光素子を準備する工程において、用いる発光素子が、電極を取り囲むように第二堰き止め部を備えた発光素子であるほかは、実施形態2と同様に行うことができる。
実施形態4に関わる発光装置の基板、及び発光素子についての一例として、図12A、図12B、図13A、図13Bが挙げられる。
図12Aは、基板110の概略上面図、図12Bは図12AのJ−J線における概略断面図を示す。基板110は、上面にダイパッド部109を備えている。前記ダイパッド部上には、素子載置部101を囲むように、第一堰き止め部105が設けられている。
図13Aは、発光素子200の概略上図、図13Bは図13AのK−K線における概略断面図を示す。発光素子200は、下面に電極208と素子載置部101と相似形となるような形状の第二堰き止め部205が設けられている。
前記基板上のダイパッド部109及び発光素子200の形状は、正方形ではなく、多角形形状である。前記形状は、一般的な発光素子形状である正方形形状に比べ、セルフアライメントの際、ダイパッド部及び発光素子がパターンを一致させることが可能な角度が小さい。
しかし、図12A、図12B、図13A、図13Bで示すように、基板の上面、及び、発光素子下面に、相似形となるパターン(ここでは正方形)の第一堰き止め部105、第二堰き止め部205を設けることで、セルフアライメント可能な角度を大きくすることが可能となる。詳細には、基板上のダイパッド部109の中(ダイパッド部の内側)に、四角形の第一堰き止め部105を設ける。また、このダイパッド部109と略同一形状で略同一大きさの六角形の底面を有する半導体層206を備えた発光素子200の下面に、第一堰き止め部105と対向するように四角形の第二堰き止め部205を設ける。発光素子200の下面の電極208は、図13Bに示すように中央に設けられるp電極208pと、それを取り囲むように設けられるn電極208nとを備えており、第二堰き止め部205は、n電極208nの上に四角形の枠状に設けられている。このように、発光素子の形状に関わらず、第一堰き止め部材と第二堰き止め部材との形状とを略同じにすることで、セルフアライメントをし易くすることができる。
発光素子を準備する工程としては、以下の(4a)〜(4e)のいずれかの工程とすることができる。
(4a)電極に、第二堰き止め部と、第二接合部材を備えた発光素子を準備する工程。
(4b)電極を備えた発光素子を準備し、電極を囲むように第二堰き止め部を形成後、発光素子の電極上に第二接合部材を形成する工程を行って、これらの部材を備えた発光素子を準備する工程。
(4c)電極を備えた発光素子を準備し、発光素子の電極上に第二接合部材を形成後、発光素子の電極を囲むように第二堰き止め部を形成する工程を行って、これらの部材を備えた発光素子を準備する工程。
(4d)電極と第二堰き止め部とを備えた発光素子を準備し、発光素子の電極上に第二接合部材を形成する工程を行って、これらの部材を備えた発光素子を準備する工程。
(4e)電極と第二接合部材を備えた発光素子を準備し、発光素子の電極部を囲むように第一堰き止め部を形成する工程を行って、これらの部材を備えた発光素子を準備する工程。
尚、(4b)(4c)(4e)に含まれる第一堰き止め部を形成する工程は、実施形態3と同様に行うことができる。
(4b)、(4c)、(4d)に含まれる第二接合部材を形成する工程は、ウエハを個片化する前の状態(すなわちウエハ状)、又は、ウエハを個片化して得た発光素子をウエハシートに貼り付けた状態にいずれかにおいて、電極以外をレジスト等マスクで覆った後に、スパッタ、蒸着、CVD、プラズマ、印刷、メッキなどの方法で形成することができる。あるいは、電極以外をマスクすることなく、転写、ポッティング、描画、接合部材箔の貼り付け等の方法で形成することができる。また、スパッタ、蒸着CVD、プラズマ、印刷、メッキなどの方法で、第二接合部材を、電極を含む発光素子の下面全面上に形成した後、電極をマスクなどで覆い、覆われていない部分をブラスト等で除去することで、素子載置部上の電極部のみ第一接合部材を設けることが出来る。また、(4e)のように、第二堰き止め部が先に形成されている場合は、第二堰き止め部の少なくとも一部、または全部を覆わないように、第二接合部材を設けることが好ましい。
本開示の発光装置は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレター、などの光源に使用することができる。また、光源用途以外でも、半導体部品、電子部品などの、比較的小さい工業製品に使用させることができる。
100 発光装置
101 素子載置部
102 第一接合部材
104 保持部材
105 第一堰き止め部
107 基板の母材
108 配線
109 ダイパッド部
110 基板
111 被覆部材
112 接着剤
200 発光素子
202 第二接合部材
205 第二堰き止め部
206 半導体層
208 電極
208p p電極
208n n電極

Claims (7)

  1. 下面に電極を備えた発光素子を準備する工程と、
    上面に素子載置部を備えた基板であって、前記素子載置部上に設けられる導電部材である第一接合部材と、前記素子載置部を囲むように設けられる第一堰き止め部であって、当該素子載置部の内周及び前記発光素子の下面の外周と一致する内周を有するとともに保持部材を堰き止めるための第一堰き止め部と、を備えた基板を準備する工程と、
    前記第一堰き止め部に囲まれた領域に、有機溶剤、又は、揮発性の高い樹脂材料を含む保持部材を設ける工程と、
    前記素子載置部内の前記保持部材上に前記発光素子を載置し、前記第一堰き止め部の内周と前記発光素子の下面の外周とが一致するようにセルフアライメントさせる工程と、
    前記保持部材の少なくとも一部を除去し、前記第一接合部材を介して前記基板と発光素子の電極とを接合する工程と、
    を備える発光装置の製造方法。
  2. 下面に電極を備えた発光素子であって、前記電極上に第二接合部材を備えた発光素子を
    準備する工程と、
    上面に素子載置部を備えた基板であって、前記素子載置部を囲むように設けられる第一
    堰き止め部であって前記素子載置部の内周及び前記発光素子の下面の外周と一致する内周を有する第一堰き止め部を備えた基板を準備する工程と、
    前記第一堰き止め部で囲まれた領域に、有機溶剤、又は、揮発性の高い樹脂材料を含む保持部材を設ける工程と、
    前記素子載置部内の前記保持部材上に、前記発光素子の電極を対向させて載置し、前記第一堰き止め部の内周と前記発光素子の下面の外周とが一致するようにセルフアライメントさせ
    る工程と、
    前記保持部材の少なくとも一部を除去し、前記第二接合部材を介して前記基板と前記発光素子とを接合する工程と、
    を備える発光装置の製造方法。
  3. 前記発光素子の下面に、素子載置部と相似形となるような形状の第二堰き止め部材を設
    ける請求項1又は請求項2記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記第一堰き止め部材は、前記素子載置部の全周囲において連続して設けられる請求項
    1〜請求項3のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記発光素子の下面形状は四角形であり、前記第一堰き止め部は、前記素子載置部の四
    角形の対向する少なくとも2つの角に対応して設けられる請求項1〜請求項4のいずれか
    一項に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記第一堰き止め部の内周形状は、前記発光素子の底面の外周と同じ形状である請求項
    1〜請求項5のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記第一堰き止め部は、前記保持部材をはじく性質を備えている、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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