JP2016009749A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光装置100は、半導体積層体12と、一方の面に設けられる電極13,15と、を有する半導体発光素子1と、半導体積層体12の一方の面側に、第1樹脂層21と第2樹脂層とが積層して設けられる。第1樹脂層21は、内部に電極13,15と接続される第1金属層31n,31pを有し、第2樹脂層22は、内部に第1金属層31n,31pと接続される第2金属層32n,32pを有する。第2金属層32n,32pの上面は、第2樹脂層22から露出するとともに、外部と接続するための実装面となり、第2金属層32n,32pの上面の少なくとも一部が、第2樹脂層22の上面よりも低くなるように構成される。
【選択図】図1
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2金属層の上面の少なくとも一部を第2樹脂層の上面よりも低くした前記した構成の発光装置を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。
なお、発光素子1の下面側が、光取り出し面である。
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。第2樹脂層22は、2つの極性の外部接続用電極である第2金属層32nと第2金属層32pとを区画するとともに、平面視で外縁となる領域における上面と、当該区画領域における上面とが同じ高さで形成されている。このため、発光装置100をフェイスダウン実装する際に、発光装置100を実装基板と良好に密着させることができるとともに、区画領域を構成する内壁によって第2金属層32n側において用いられる接着部材と第2金属層32p側において用いられる接着部材とが接触することを防止することができる。
なお、第2樹脂層22において、第2金属層32nと第2金属層32pとを区画する領域の幅は、200μm以上500μm以下程度とすることが好ましい。
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、第2金属層32n,32pの上面と、第2樹脂層22の上面との高さの差は、5μm以上10μm以下程度とすることが好ましい。当該高さの差を5μm程度以上とすることで、接着部材を収容して、過剰な接着部材の漏出を抑制することができる。また、当該高さの差の上限は、特に制限されるものではないが、接着部材の使用量が過度に増加しないように、10μm以下程度とすることが好ましい。
また、接着部材としてSn−CuやSn−Ag−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。
また、発光装置100は、Au−Sn共晶半田などの接着部材93を用いたリフロー法による実装に適した構成を有するものである。
また、第2金属層32n,32pの上面(図6においては下面)の少なくとも一部が、第2樹脂層22の上面(図6においては下面)よりも低くなる(図6においては高くなる)ようにすることで、第2樹脂層22の開口部22n,22p内に隙間ができ、当該隙間に、接着部材93が収容される。更にまた、第2樹脂層22が壁となり、外側への過剰な接着部材93aの漏出が防止される。
これによって、過剰な接着部材93aが支持体の側面、すなわち、第2樹脂層22及び第1樹脂層21の側面に沿って這い上がることが防止される。
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。
更にまた、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、過剰な接着部材93a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より確実に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。
更に、第1露出部12bの直上領域などを除き、平面視で第2樹脂層22の開口部22n,22pの略全領域下に、n側及びp側にそれぞれ1つの連続した第1金属層31n,31pを形成するようにしてもよい。これによって、第2金属層32n,32pの上面を更に平坦に形成することができる。
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及び図16を参照して、本発明の実施形態の変形例に係る発光装置について説明する。
[発光装置の構成]
図15及び図16に示すように、変形例に係る発光装置100Aは、図1及び図2に示した発光装置100において、第2金属層32n,32pに代えて、第2金属層32An,32Apを備え、半導体積層体12の下面側に、成長基板11を有するように構成されている。発光装置100Aの他の構成は、発光装置100と同様であるから、同じ符号を付して説明は適宜省略する。
なお、変形例に係る発光装置100Aは、成長基板11を有する構成としたが、発光装置100と同様に、成長基板11を除去した構成としてもよい。また、成長基板11に代えて半導体積層体12の下面に、又は成長基板11の下面側に、蛍光体層を設けるようにしてもよい。
なお、第2金属層32An,32Apの凸部の上端が、第2樹脂層22の上面と同じ高さか、低くなるように形成してもよい。
具体的には、図15及び図16に示すように、第2金属層32An,32Apが、略半球状の複数の凸部が隣接してなる形状である場合は、当該凸部の隣接した部分、すなわち、谷となる部分の高さが、第2樹脂層22の上面の高さよりも低くなるようにすればよい。これによって、第2金属層32An,32Apの、第2樹脂層22の上面よりも低く設けられた部分に収容された接着材料93が、第2樹脂層22によって取り囲まれるため、当該接着材料93が外部へ漏出する量を低減することができる。
また、発光装置100Aのは、発光装置100と同様にして製造することができるため、詳細な説明は省略する。
なお、第2金属層32An,32Apの上面の凹凸形状は、前記した第2金属層形成工程S111において、第1金属層31n,31pが、第2樹脂層22の開口部22n,22pの底面の複数の箇所に離散的に露出するように配置して、第1金属層31n,31pを電流経路とする電解メッキ法によってメッキ成長させることで形成される。当該電解メッキにおいて、第1金属層31n,31pの露出した上面から、等方的に、すなわち半球状にメッキ層が成長する。このため、第2金属層32An,32Apは、それぞれ第2樹脂層22の開口部22n,22p内に、第1金属層31n,31pと同数の10個のボールを押し潰しながら詰め込んだような形状に形成される。
また、第2樹脂層22の上面に対して、第2金属層32An,32Apの上面が低くなる領域は、電解メッキを行う際の、メッキ液の濃度、温度、メッキ時間などによって、調整することができる。
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,32An 第2金属層(n側第2金属層)
32p,32Ap 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
93a 過剰な接着部材
100,100A 発光装置
Claims (7)
- 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、外部と接続するための実装面であり、
前記半導体積層体からの高さは、前記第2金属層の上面の少なくとも一部が、前記第2樹脂層の上面よりも低いことを特徴とする発光装置。 - 前記第2金属層の上面が凹凸形状を有することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記凹凸形状は、略半球形状を有する複数の凸部が隣接した形状であることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 前記半導体積層体からの高さは、複数の前記凸部が隣接した部分が、前記第2樹脂層の上面よりも低いことを特徴とする請求項3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、前記第1金属層が形成された領域に開口を有する第2樹脂層を形成する第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、を含み、
前記半導体積層体からの高さは、前記第2金属層の上面の少なくとも一部が、前記第2樹脂層の上面よりも低くなるように前記第2金属層を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記第1樹脂層形成工程及び前記第2樹脂層形成工程において、前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層は、それぞれ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、複数の開口を有する前記第1樹脂層を形成した後、前記第1金属層形成工程において、前記第1樹脂層に形成された複数の開口内に、それぞれ前記第1金属層を形成し、
前記第2金属層形成工程は、複数の前記第1金属層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5又は請求項6に記載の発光装置の製造方法。
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