JPH11177131A - 半導体発光素子チップおよびそのマウント方法 - Google Patents

半導体発光素子チップおよびそのマウント方法

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JPH11177131A
JPH11177131A JP33863597A JP33863597A JPH11177131A JP H11177131 A JPH11177131 A JP H11177131A JP 33863597 A JP33863597 A JP 33863597A JP 33863597 A JP33863597 A JP 33863597A JP H11177131 A JPH11177131 A JP H11177131A
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light emitting
emitting element
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tray
element chip
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Hiromoto Ishinaga
宏基 石長
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小形のLEDチップの極性を簡単に識別する
ことができると共に、自動的にマウントし得るLEDチ
ップを提供する。 【解決手段】 発光層を形成すべくn形半導体層1およ
びp形半導体層2が設けられる発光層形成部12と、n
形半導体層1およびp形半導体層2にそれぞれ電気的に
接続して設けられるn側電極4およびp側電極5とを有
している。そして、n側電極4およびp側電極5が前記
発光層形成部12の両端面側に設けられ、かつ、n側電
極4およびp側電極5が異なる外形形状に形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤボンディン
グをしないで発光素子チップの電極をハンダや導電性接
着剤などにより基板の接続部に直接接着することができ
る半導体発光素子チップおよびそのマウント方法に関す
る。さらに詳しくは、n側電極とp側電極を簡単に識別
することができ、自動機により自動的にマウントして組
み立てることができる半導体発光素子チップおよびその
マウント方法に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話機やPHSなどの携帯機器の小
形化に伴い、それらに用いられる発光素子なども軽薄短
小化が要求され、とくに高さが低い薄型の半導体発光素
子が要求されている。
【0003】この種の小形で薄型のチップ型発光素子は
図6(a)に示されるように、基板21の両端部に端子
電極22、23が形成され、一方の端子電極22と接続
され端子電極の一部となる電極上に発光ダイオード(以
下、LEDという)チップ40がボンディングされてそ
の下部電極が端子電極22と直接接続され、その上部電
極が金線27により他方の端子電極23とワイヤボンデ
ィングされて、それぞれ電気的に接続されている。LE
Dチップ40は、たとえば図6(b)に示されるよう
に、GaAsやGaPなどからなるn形半導体層41と
p形半導体層42との接合によるpn接合面(発光層)
43が形成され、その両面に電極44、45が設けられ
ることにより構成されている。この基板1の表面側に
は、透明または乳白色のエポキシ樹脂などからなる樹脂
によりLEDチップ40や金線27を被覆して保護する
パッケージ25が形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
チップ型発光素子は、必要な発光層の面積からLEDチ
ップの大きさが下限の状態にあるが、金線などによるワ
イヤボンディングをしているため、その厚さが大きくな
り、さらなる小形化を行えない。しかし、一方で携帯電
話機やPHSなどの携帯機器の発展および小形化に伴
い、電子部品の小形化の要請が一層高まり、チップ型発
光素子においてはとくに薄型のものが要求されている。
しかも、前述の金線などのワイヤを使用すると、熱スト
レスが加わった場合にその周囲を覆うエポキシ樹脂の伸
縮によりワイヤに疲労断線が生じるという問題もある。
【0005】このような問題を解決するために、本発明
者はLEDチップを直方体形状にして発光層の面積を確
保すると共に、両電極を両端部に設ける構造とすること
により、ワイヤボンディングをしないで直接マウント基
板などに導電性接着剤などにより接続する構造の半導体
発光素子を、たとえば特願平8−304810号などに
より開示している。この構造は、たとえば図5にウェハ
から切断したLEDチップの一部断面斜視図が示される
ように、n形半導体層1とp形半導体層2とからなる発
光層形成部12およびその上下両端面にn側およびp側
の電極4、5が設けられた構造になっている。なお、6
はpn接合部を保護するために、ウェハの状態でメサエ
ッチングをしてSiO2 やポリイミドなどを埋め込んだ
保護層である。このLEDチップは、半導体層が積層さ
れた半導体ウェハを、平面形状で長方形になるようにダ
イシングをすることにより形成されているため、両面の
電極4、5共に真空蒸着などにより平面的に形成されて
いる。そのため、LEDチップが外形的には対称形状で
n側電極4およびp側電極5の判別をつけにくく、自動
化できないと共に、人間が作業をしてもその判別に時間
がかかるという問題がある。
【0006】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、小形のLEDチップの極性を簡単に
識別することができると共に、自動的にマウントし得る
LEDチップを提供することを目的とする。
【0007】本発明の他の目的は、ワイヤレスにするこ
とができる小形で直方体形状のLEDチップをマウント
台に自動的にマウントすることができるLEDチップの
マウント方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子チップは、発光層を形成すべくn形半導体層および
p形半導体層が設けられる発光層形成部と、該n形半導
体層およびp形半導体層にそれぞれ電気的に接続して設
けられるn側電極およびp側電極とを有し、前記n側電
極およびp側電極が前記発光層形成部の両面側に設けら
れ、かつ、該n側電極およびp側電極が異なる外形形状
に形成されている。
【0009】ここに発光層とは、p形半導体層(単にp
形層ということもある)とn形半導体層(単にn形層と
いうこともある)とが直接接するpn接合面の近傍やp
形層とn形層とにより挟持される活性層などの電子と正
孔の再結合により光を発生させる領域を意味し、発光層
形成部とは、その発光層を形成するためのp形層および
n形層、または活性層とその活性層を挟持するn形層お
よびp形層をそれぞれ少なくとも含む半導体層部を意味
する。
【0010】本発明のLEDチップのマウント方法は、
発光素子チップをマウント基板上にマウントし、該発光
素子チップの両電極を導電性材料により直接マウント基
板に接着する発光素子チップのマウント方法であって、
前記発光素子チップの両電極を異なる外形形状に形成
し、該発光素子チップの外形とほぼ相似形の凹部を有す
るトレイを準備し、該トレイを振動させながら発光素子
チップを該トレイの凹部内に整列させ、該整列した発光
素子チップを真空吸引によりマウント基板にマウントす
ることを特徴とする。
【0011】ここにほぼ相似形とは、LEDチップを一
定方向にすれば凹部に挿入することができ、LEDチッ
プを逆向きにした場合には凹部に挿入できない程度に、
前記一定方向のLEDチップの形状と似通っていること
を意味する。
【0012】本発明のLEDチップのマウント方法の他
の形態は、発光素子チップをマウント基板上にマウント
し、該発光素子チップの両電極を導電性材料により直接
マウント基板に接着する発光素子チップのマウント方法
であって、前記発光素子チップの両電極を異なる外形形
状に形成し、該発光素子チップの外形とほぼ相似形の凹
部をマウント基板上にマウントする位置と面対称の位置
に合せて形成したトレイを準備し、該トレイを振動させ
ながら発光素子チップを該トレイの凹部内に整列させ、
該凹部内に発光素子チップが整列したトレイを裏面側か
ら真空吸引しながら裏返し、発光素子チップがマウント
基板のマウント部に合うように前記トレイを位置合せし
て前記真空吸引を解除することにより発光素子チップを
マウント基板にマウントすることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子チップおよびそのマウント方法につ
いて説明をする。
【0014】本発明の半導体発光素子チップ10は、た
とえば図1(a)〜(b)にその一実施形態の斜視およ
び断面の説明図が示されるような構造になっている。す
なわち、たとえばn形のGaAsからなる半導体基板か
らなるn形半導体層1と、そのn形半導体層1上に発光
層を形成すべくpn接合を形成するための、たとえばp
形GaAsからなるp形半導体層2が設けられる発光層
形成部12と、n形半導体層1およびp形半導体層2に
それぞれ電気的に接続して設けられるn側電極4および
p側電極5とを有している。そして、n側電極4および
p側電極5が発光層形成部12の両面側に設けられ、か
つ、n側電極4およびp側電極4が異なる外形形状に形
成されていることに特徴がある。図1に示される例で
は、発光層形成部12の外形が直方体形状に形成される
と共に、発光層形成部12の外周に絶縁性透明樹脂から
なる被覆層3が設けられてpn接合部を保護すると共
に、p側電極5が凸形状に形成されることにより、両電
極4、5の外形形状を異ならせている。
【0015】発光層形成部12は、この例のように、n
形半導体層1である半導体基板上にその半導体基板の導
電型と異なる導電型のp形半導体層2を設けることによ
りpn接合を形成したり、半導体基板上にさらにn形層
およびp形層をエピタキシャル成長などにより設けるこ
とによりpn接合を形成したり、基板上にn形およびp
形の両クラッド層により活性層が挟持される半導体積層
部を設けることによりダブルヘテロ接合構造を形成する
ことなどにより形成され得る。また、pn接合は一方の
半導体層をエピタキシャル成長ではなく拡散などにより
形成することもできる。この発光層形成部12は、基板
が半導体基板であれば、その裏面側の電極を直接電気的
に接続することができるため好ましいが、絶縁性の基板
でもその基板にコンタクトホールを設けることなどによ
り、その裏面側に電極が設けられれば使用できる。たと
えばサファイア基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体
層を積層してLEDチップを形成する青色系のLEDチ
ップの場合でも、コンタクトホールなどを介してその基
板の裏面側に一方の電極が設けられればよい。
【0016】被覆層3は、たとえば発光層形成部12で
発光する光を吸収しないエポキシ樹脂などの絶縁性透明
樹脂からなっており、発光層形成部12の半導体層の周
囲を被覆している。すなわち、図1に示されるLEDチ
ップが基板上に横倒しにしてボンディングされる際に発
光層形成部12のp形層2とn形層1とをショートさせ
ないように保護するためのものである。この被覆層3
は、発光層形成部12のショートを防止すると共に、L
EDチップの側面から放射される光を外部に取り出す光
として利用するため、たとえばエポキシ樹脂のような光
を透過する絶縁性透明材料のものが用いられる。なお、
図5に示されるようなpn接合部のみを保護するため、
半導体ウェハの状態でメサエッチングをしてSiO2
ポリイミドのような絶縁物を埋め込む保護膜を設けても
よい。
【0017】電極4、5は、用いられる半導体層とのオ
ーミック接触を得やすい材料、たとえばGaAsに対し
てAuやAlなどが真空蒸着などにより設けられる。本
発明では、一方の電極であるp側電極5が凸形状に形成
されている。このような凸形状の電極5を形成するに
は、電極金属を薄く蒸着した後にハンダを付けて溶融す
ることにより、表面張力により図1に示されるような凸
形状になる。このような球面状などの後述するトレイへ
の整列が容易な凸形状に形成することが好ましい。
【0018】本発明のLEDチップ10によれば、p側
電極とn側電極とが異なる形状に形成されているため、
一目でn側かp側かを識別することができ、極性を間違
えることがなく、作業をしやすいと共に歩留りを向上さ
せることができる。また、n側とp側とで形状が異なる
ために、その形状に合せた凹部を有するトレイを作製
し、振動などによりLEDチップ10をその凹部内に収
納することにより、LEDチップ10の極性の方向を自
動的に揃えて整列させることができ、自動機によりマウ
ントすることができる。
【0019】つぎに、前述の形状にしたLEDチップを
自動的にマウント台にマウントする方法について説明を
する。
【0020】図2(a)に示されるように、たとえばア
ルミニウム板にLEDチップ10と相似形(LEDチッ
プ10の一定方向の向きには入るが逆向きには入らない
程度に似た形状を意味する)の凹部18が、たとえばマ
トリクス状に整列して形成されたトレイ17を準備す
る。この凹部18は、直方体のLEDチップ10をその
電極4、5がそれぞれ横方向に対向するように横倒しに
した状態で、幅広面が平面形状になるように形成され
る。その結果、安定してLEDチップ10が凹部18に
入りやすいと共に、マウント台16にそのまま移動して
マウントしたときに幅広面から光を取り出すことがで
き、大きな輝度を得やすい。また、凹部18の中心部に
は真空吸引をすることができるように、バキューム孔1
8aが形成されており、真空吸引することにより、凹部
18の上にきたLEDチップ10を凹部18内に引っ張
り込む働きをする。
【0021】このような構造のトレイ17の上に、図1
に示されるような一方の電極形状を他方と異ならせたL
EDチップ10を複数個載置し、トレイ17を振動させ
る。その結果、LEDチップ10の向きが凹部18の向
きと異なるときは、図2(b)〜(c)に斜視図および
(b)のC−C断面図がそれぞれ示されるように、n側
電極4の方が凹部18の先端部まで行かないため、いく
ら振動を加えても凹部18内に収納されず、片方が浮き
上がって振動によりはじかれる。一方、LEDチップ1
0と凹部18との向きが一致しているときは、図2
(d)〜(e)に斜視図および(d)のE−E線断面図
がそれぞれ示されるように、真空吸引にも助けられてL
EDチップ10が凹部18内に収納される。その結果、
振動を一定時間続けることにより、逆向きで凹部18内
に収納されないLEDチップ10ははじかれて振動する
うちに向きが修正されて凹部18内に収納され、トレイ
17の凹部18内にLEDチップ10が整列される。
【0022】つぎに、図3に示されるように、マトリク
ス状に整列されたLEDチップ10を1個づつ真空吸引
するコレット15により吸引して、マウント台16のマ
ウントすべきところに移動させて装着する。たとえばL
EDチップ10をマトリクス状に並べてドットマトリク
スの表示装置を形成する場合など、沢山のLEDチップ
10を同じマウント台16にマウントする場合、マウン
ト台16の電極との接続部にハンダペースト19または
熱硬化性接着剤などを塗布しておいて、マウント台16
の上につぎつぎとLEDチップ10をマウントした後
に、リフロー炉または加熱炉に入れて熱硬化させること
により、一度に複数個のLEDチップ10をマウントし
て各電極を電気的接続しながら接着することができる。
【0023】この方法によれば、LEDチップ10が一
定の極性の向きに整列されているため、自動的に吸引し
て移動するだけでマウントすることができる。その結
果、LEDチップ10の極性を一々確認する必要もな
く、自動機で淡々と行うことができると共に、極性間違
いによる不良も発生しない。
【0024】図4は他のマウント方法を示す説明図であ
る。この方法は、トレイ17に形成する凹部18を、予
めマウント台16のLEDチップをマウントする位置と
面対称になるように合せて形成しておく。前述のよう
に、マウント台16にLEDチップ10をマトリクス状
にマウントする場合には、トレイ17の凹部18も同じ
ピッチでマトリクス状に設けておく。そして、前述の図
2(a)に示されるように、トレイ17上にLEDチッ
プ10を載置して振動させ、凹部18内に整列させる。
その後、図4(a)に示されるように、バキューム孔1
8aを介して排気パイプ14によりLEDチップ10を
吸引しながらトレイ17を反転させる(図4(b)参
照)。
【0025】一方、マウント台16には、LEDチップ
10の電極接続部にハンダペースト19またはたとえば
熱硬化性の導電性ペーストを塗布しておき(図4(c)
参照)、前述の反転したトレイ17をマウントするLE
Dチップ10の位置がマウント台16のLEDチップ1
0をマウントする場所と一致するように位置合せをし
て、真空吸引を止める。そうすると、LEDチップ10
がトレイ17から落下し、マウント台16の所定の場所
にマウントされる。その後、前述と同様に、リフロー炉
または加熱炉に入れてハンダペーストまたは熱硬化性ペ
ーストを溶融固化または熱硬化させる(図4(d)参
照)。
【0026】この方法によれば、1個1個コレットによ
り吸引して搬送しなくても、沢山のLEDチップを一度
に自動的にマウントすることができるため、一層能率的
にマウントすることができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、LEDチップを大量に
マウントする発光装置を製造する場合でも、その極性を
簡単に識別することができ、確実にしかも自動的にマウ
ントすることができる。その結果、製造工数を大幅に減
少させることができると共に、歩留りが向上してコスト
ダウンを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のLEDチップの一実施形態の斜視およ
び断面の説明図である。
【図2】図1のLEDチップをトレイに整列するときの
説明図である。
【図3】図1のLEDチップをマウントする方法の一実
施形態の説明図である。
【図4】図1のLEDチップをマウントする方法の他の
実施形態の説明図である。
【図5】ワイヤボンディングをしないで電極を接続する
LEDチップの構造例を示す図である。
【図6】従来のチップ型発光素子の説明図である。
【符号の説明】
1 n形半導体層 2 p形半導体層 4 n側電極 5 p側電極 10 LEDチップ 12 発光層形成部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光層を形成すべくn形半導体層および
    p形半導体層が設けられる発光層形成部と、該n形半導
    体層およびp形半導体層にそれぞれ電気的に接続して設
    けられるn側電極およびp側電極とを有し、前記n側電
    極およびp側電極が前記発光層形成部の両端面側に設け
    られ、かつ、該n側電極およびp側電極が異なる外形形
    状に形成されてなる半導体発光素子チップ。
  2. 【請求項2】 発光素子チップをマウント基板上にマウ
    ントし、該発光素子チップの両電極を導電性材料により
    直接マウント基板に接着する発光素子チップのマウント
    方法であって、前記発光素子チップの両電極を異なる外
    形形状に形成し、該発光素子チップの外形とほぼ相似形
    の凹部を有するトレイを準備し、該トレイを振動させな
    がら発光素子チップを該トレイの凹部内に整列させ、該
    整列した発光素子チップを真空吸引によりマウント基板
    にマウントする発光素子チップのマウント方法。
  3. 【請求項3】 発光素子チップをマウント基板上にマウ
    ントし、該発光素子チップの両電極を導電性材料により
    直接マウント基板に接着する発光素子チップのマウント
    方法であって、前記発光素子チップの両電極を異なる外
    形形状に形成し、該発光素子チップの外形とほぼ相似形
    の凹部をマウント基板上にマウントする位置と面対称の
    位置に合せて形成したトレイを準備し、該トレイを振動
    させながら発光素子チップを該トレイの凹部内に整列さ
    せ、該凹部内に発光素子チップが整列したトレイを裏面
    側から真空吸引しながら裏返し、発光素子チップがマウ
    ント基板のマウント部に合うように前記トレイを位置合
    せして、前記真空吸引を解除することにより発光素子チ
    ップをマウント基板にマウントする発光素子チップのマ
    ウント方法。
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