JP6007891B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態の光半導体装置(発光装置)100を、図1A、図1Bに示す。図1Aは発光装置100の斜視図、図1Bは、図1Aに示す発光装置100のA−A’断面における断面図を示す。
本実施の形態において、基体106は、遮光性を有する各種充填材等を添加することで発光素子103からの光を遮光可能な樹脂であり、第1の導電部材101、101’と第2の導電部材102の間に設けられる。このような位置に遮光性の基体106を設けることで、発光素子103からの光が発光装置100の下面側から外部に漏れ出すのを抑制でき、上面方向への光の取り出し効率を向上させることができる。
第1及び第2の導電部材は、光半導体素子への通電させるための一対の電極として機能させるものである。本形態では、第1の導電部材は、光半導体素子(発光素子)と導電ワイヤ又はバンプ等を用いて電気的に接続されるものであり、外部から電力を供給させるための電極として機能する。また、第2の導電部材は、発光素子がその上に直接或いはサブマウント等の別部材を介して間接的に載置されるものであり、支持体として機能する。第2の導電部材が単に発光素子が載置されるのみで通電に寄与しない場合と、第2の導電部材が発光素子や保護素子への通電に寄与する場合(すなわち、電極として機能する場合)と、いずれでも良い。実施の形態1では、第2の導電部材を、導通には寄与しない支持体として用いている。
本形態において第1の導電部材101、101’は、図1Aに示すように、上面視略四角形の発光装置100の対向する2つの辺側に各1つずつ設けられている。、第1の導電部材101と第1の導電部材101’は、基体106を介して第2の導電部材102を間に挟むように設けられている。ここでは第2の導電部材102は通電に寄与せず発光素子103の支持体として用いられているため、2つの第1の導電部材101、101’で正負一対の電極となるように機能させる。
本形態において第2の導電部材102は、図1Bに示すように、発光素子103が載置される上面と、発光装置100の外表面を形成する下面とを有している。また、第2の導電部材102の側面は、本形態においては、第2の導電部材は電極として機能させていない。そのため、図1Aに示すように、その側面が全て封止部材で被覆されるように、すなわち、発光装置100の側面から離間するように設けることができる。これにより、切断によって個片化した発光装置を得る際に、切断刃が第2の導電部材と接触しないように切断できるため、切断が容易となる。また、第2の導電部材は、その一部が発光装置100の外表面を形成するよう、すなわち、発光装置100の側面に達するように設けてもよい(図示せず)。第2の導電部材は発光素子が搭載されているため、面積を大きくすることで放熱性を向上させることができる。
封止部材は、発光素子を被覆すると共に、第1の導電部材及び第2の導電部材と接するように設けられるものである。封止部材は、発光素子、受光素子、保護素子、導電性ワイヤなどの電子部品を、塵芥や水分、外力などから保護する部材である。
封止部材の材料としては、発光素子からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の、発光素子からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。また、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも1種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。さらにまた、これらの有機物に限られず、ガラス、シリカゾル等の無機物も用いることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換部材(蛍光部材)などを含有させることもできる。封止部材の充填量は、上記電子部品が被覆される量であればよい。
接合部材は、第1の導電部材や第2の導電部材上に、発光素子、受光素子、保護素子などを載置し接続させるための部材である。載置する素子の基板によって導電性接合部材又は絶縁性接合部材のいずれかを選択することができる。例えば、絶縁性基板であるサファイア上に窒化物半導体層を積層させた半導体発光素子の場合、接合部材は絶縁性でも導電性でも良い。SiC基板などの導電性基板を用いる場合は、導電性の接合部材を用いることで導通を図ることができる。絶縁性の接合部材としては、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、それらの変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を用いることができる。これらの樹脂を用いる場合は、半導体発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にAlやAg膜などの反射率の高い金属層や誘電体反射膜を設けることができる。この場合、蒸着、スパッタ、薄膜を接合させる、などの方法を用いることができる。また、導電性の接合部材としては、銀、金、パラジウムなどの導電性ペーストや、Au−Sn共晶などのはんだ、低融点金属等のろう材、などを用いることができる。さらに、これら接合部材のうち、特に透光性の接合部材を用いる場合は、その中に半導体発光素子からの光を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光部材を含有させることもできる。
発光素子の電極と、第1の導電部材、第2の導電部材とを接続する導電性ワイヤとしては、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いることができる。特に、熱抵抗などに優れた金を用いるのが好ましい。
上記封止部材中に、波長変換部材として半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。
蛍光部材としては、半導体発光素子からの光を、それより長波長に変換させるものの方が効率がよい。しかしながら、これに限らず、半導体発光素子からの光を、短波長に変換させるもの、或いは、他の蛍光部材によって変換された光を更に変換させるものなど、種々の蛍光部材を用いることができる。このような蛍光部材は、1種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、2種以上の蛍光物質等が混合された単層を形成してもよいし、1種の蛍光物質等を含有する単層を2層以上積層させてもよいし、2種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を2層以上積層させてもよい。
本発明においては、半導体素子として、同一面側に正負電極が形成された構造、或いは異なる面に正負電極が形成された構造、成長基板とは異なる基板を貼り合わせた構造等、種々の構造の半導体素子を用いることができる。それらの構造を有する半導体発光素子(単に発光素子、又は発光ダイオードともいう)や半導体受光素子(単に受光素子)を用いるのが好ましい。
支持基板は、第1及び第2の導電部材を形成するために用いる板状又はシート状部材である。支持基板は、個片化する前に除去するため、光半導体装置には具備されない。支持基板としては、SUS板などの導電性を有する金属板の他、ポリイミドなど絶縁性板にスパッタ法や蒸着法によって導電膜を形成したものを用いることができる。或いは、金属薄膜などを貼り付け可能な絶縁性の板状部材を用いることもできる。いずれにしても、支持基板は、工程の最終段階において除去する。すなわち、支持基板は、第1及び第2の導電部材や基体から剥がす必要がある。このため、支持基板としては、折り曲げ可能な部材を用いる必要があり、材料にもよるが膜厚10μm〜300μm程度の板状部材を用いるのが好ましい。支持基板としては、上記のSUS板の他、鉄、銅、銀、コバール、ニッケルなどの金属板や、金属薄膜などを貼り付け可能なポリイミドからなる樹脂シートなどが好ましい。特に、アルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系等、種々のステンレスを用いることが好ましい。特に好ましいのは、フェライト系のステンレスである。特に好ましくは、400系、300系のステンレスが良い。更に具体的には、SUS430(10.4×10−6/K)、SUS444(10.6×10−6/K)、SUS303(18.7×10−6/K)、SUS304(17.3×10−6/K)等が好適に用いられる。400系のステンレスは、鍍金の前処理として酸処理を行うと、300系に比し表面が荒れやすくなる。したがって、酸処理を行った400系のステンレスの上に鍍金層を形成すると、その鍍金層の表面も荒れやすくなる。これにより封止部材や基体を構成する樹脂との密着性を良くすることができる。また、300系は酸処理では表面が荒れにくい。このため300系のステンレスを用いれば、鍍金層の表面の光沢度を向上させやすく、これにより発光素子からの反射率を向上して光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
以下、本発明の発光装置の製造方法について、図を用いて説明する。本発明の光半導体装置の製造方法は、支持基板上に、互いに離間する第1および第2の導電部材を複数形成する第1の工程と、第1及び第2の導電部材の間に、遮光性樹脂からなる基体を設ける第2の工程と、第1及び/又は第2の導電部材上に光半導体素子を載置させる第3の工程と、光半導体素子を、透光性樹脂からなる封止部材で被覆する第4の工程と、支持基板を除去後、光半導体装置を個片化する第5の工程と、を有することを特徴とする。図1C、図1Dは、発光装置の集合体1000を形成する工程を説明する図である。この集合体1000を切断して個片化することで、実施の形態1において説明した発光装置100を得ることができる。
まず、図1C(a)に示すように、金属板などからなる支持基板1070を用意する。
この支持基板の表面に保護膜としてレジスト1080を塗布する。このレジスト1080の厚みによって後に形成される第1の導電部材や第2の導電部材の厚みを調整することができる。尚、ここでは、支持基板1070の上面(第1の導電部材等を形成する側の面)にのみレジスト1080を設けているが、更に、下面(反対側の面)に形成してもよい。その場合、反対側の面のほぼ全面にレジストを設けることで、後述の鍍金によって下面に導電部材が形成されるのを防ぐことができる。
次いで、図1D(a)に示すように、第1の導電部材1010と第2の導電部材1020との間に、発光素子からの光を反射可能な基体1060を設ける。基体は、射出成形、トランスファモールド、圧縮成型等の方法によって形成することができる。
次いで、図1D(b)に示すように、第2の導電部材1020上に発光素子1030を接合部材(図示せず)を用いて接合し、導電性ワイヤ1050を用いて第1の導電部材1010に接続する。尚、ここでは、同一面側に正負電極を有する発光素子を用いているが、正負電極が異なる面に形成されている発光素子を用いることもできる。
その後、発光素子1030、導電性ワイヤ1050を被覆するように封止部材1040をトランスファモールド、ポッティング、印刷等の方法によって形成する。尚、ここでは封止部材は1層構造としているが、組成や特性が異なる2層以上の多層構造としてもよい。
封止部材1040を硬化後に、図1D(c)に示すように支持基板1070を剥がし、除去する。
以上のような工程を経て、図1D(d)に示すような半導体装置(発光装置)の集合体1000を得ることができる。最後に図1D(d)中の破線で示す位置で切断して個片化することで、例えば図1Aに示すような、発光装置100を得ることができる。個片化の方法としては、ブレードによるダイシング、レーザ光によるダイシング等種々の方法を用いることができる。
製造方法1−2では、第1の導電部材及び第2の導電部材をエッチングにより形成する方法について説明する。
実施の形態2にかかる光半導体装置(発光装置)200を、図2A、図2Bに示す。図2Aは、本発明に係る発光装置200の内部を示す斜視図であり、図2Bは、図2Aに係る発光装置200の凹部を封止した状態のC−C’断面における断面図である。
以下、本発明の発光装置200の製造方法について、図を用いて説明する。図2Cは、発光装置の集合体2000を形成する工程を説明する図であり、この集合体2000を切断することで、実施の形態2において説明した発光装置200を得ることができる。
製造方法2では、第1の工程については、製造方法1−1、1−2と同様に行うことができる。
第2の工程では、図2C(a)に示すように、第2の工程において基体の底面部2060aを形成する際に、同時に突出部2060bを形成している。尚、ここでは同時に形成しているが、先に底面部2060aを形成し、続いて突出部2060bを形成してもよく、或いは、先に突出部2060bを形成した後に底面部2060aを形成してもよい。両者は同一の遮光性樹脂を用いるのが好ましいが、目的や用途に応じて、異なる遮光性樹脂を用いても構わない。
第3の工程では、図2C(b)に示すように、突出部2060bに囲まれた領域の第1の導電部材2010上に発光素子2030を載置させる。導電性ワイヤ2050は、同じ突出部2060bで囲まれた領域の第1及び第2の導電部材の上面に接続させる。
第4の工程では、図2C(c)に示すように、突出部2060bに囲まれて形成される凹部に透光性樹脂からなる封止部材を充填する。これによって、発光素子を封止部材で被覆する。ここでは、封止部材2040は、突出部2060bと略同一高さになるように設けられているが、これに限らず、突出部よりも低く又は高くなるよう形成してもよい。また、このように上面が平坦な面としてもよく、或いは、中央が凹んだ、又は突出したような曲面状に形成してもよい。
第5の工程では、図2C(d)に示す破線部、すなわち、突出部2060bを切断するような位置で切断することで個片化し、図2Aに示すような光半導体装置200とする。ここでは、突出部2060bを切断し、封止部材2040が切断されないような位置としていることで、光の取り出し方向を、光半導体装置(発光装置)200の上方向のみに限定することができる。これにより、上方向への光の取り出しが効率よく行われる。尚、ここでは、突出部2060を切断するようにしているが、封止部材2040を切断するような位置で切断してもよい。
図3は本発明の光半導体装置を示す斜視図であり、基体306の内部が分かるように一部を切り欠いた図である。実施の形態3では、図3に示すように、基体の突出部306に囲まれた凹部S2内に発光素子303が載置されるとともに、保護素子310が基体の突出部306に埋設されていることを特徴とする。図3は、図2Aに示すような略直方体の光半導体装置の基体306の一部の内部が見えるようにした図である。
図4Aは本発明の光半導体装置を示す斜視図であり、図4Bは図4AのC−C‘断面における断面図である。実施の形態4では、図4A、図4Bに示すように、基体406が、光半導体素子403の側面にまで達するように設けられていることを特徴とする。ここでは、第1の導電部材や第2の導電部材の上面より突出する突出部が、基体406の全体に亘って設けられている。このような構成は、第3の工程、すなわち、第1及び/又は第2の導電部材の上に光半導体素子を載置させる工程を、第2の工程、すわなち、第1及び第2の導電部材の間に光遮光性樹脂からなる基体を設ける工程の前に行うことによって得ることができる。図4A、図4Bに示すように、光半導体素子(発光素子)403と略同じ高さとなるように基体406を設けているため、発光素子の上面のみから光が放出される。これにより、より効率よく光を取り出す事ができる。
図5Aは本発明の光半導体装置を示す断面図であり、図5Bは図5Aの部分拡大図である。実施の形態5での光半導体装置は、図2Aに示す光半導体装置と同様の外観を有しているが、第1の導電部材501と第2の導電部材502の間に形成されている基体506が、第1の導電部材501及び第2の導電部材502の上面よりも高い突出部506aを有している点が異なる。発光素子503の周囲に突出部506bを側壁とする凹部が形成されている。その凹部内において、凹部の側壁となる突出部506bよりも高さの低い突出部506aが設けられている。この突出部506aは、図5Bに示すように、第1の導電部材501、第2の導電部材502の上面の一部を被覆するように形成されている。このようにすることで、製造工程内において支持基板を除去する際に、基体(突出部)506aが剥がれるのを抑制することができる。さらに、発光素子503に近い位置にある基体506aを厚くすることができるため、発光素子503からの光が底面側に漏れ出すことを抑制でき、より効率よく光を反射させることができる。このような第1の導電部材と第2の導電部材の間に設けられる基体の突出部506aは、導電ワイヤ505が接触しない程度の高さにしておくのが好ましい。また、第1の導電部材501、第2の導電部材502の両方の導電部材の上面の一部を覆うようにするのが好ましいが、どちらか一方のみでも構わない。また、その被覆する領域の大きさ、幅、位置等についても、所望に応じて形成することができる。更に、このような第1の導電部材501と第2の導電部材502の間に基体506を設ける代わりに、別部材、例えばSiからなるサブマウントなどを第1の導電部材から第2の導電部材を跨ぐように載置し、その上に発光素子を載置してもよい。これによって、発光素子からの光が底面側に漏れ出すことを抑制することができ、より効率よく光を反射させることができる。
101、101’、201、301、401・・・第1の導電部材
102、202、302、402・・・第2の導電部材
103、203、303、403・・・光半導体素子(発光素子)
104、204、304、404・・・封止部材
105、105’、205、205’、305、405・・・導電ワイヤ
106、206、306、406・・・基体
206a・・・基体の底面部
206b・・・基体の突出部
210、310・・・保護素子
1000、2000・・・光半導体装置の集合体
1010、2010・・・第1の導電部材
1020、2010・・・第2の導電部材
1030、2030・・・光半導体素子(発光素子)
1040、2040・・・封止部材
1050、2050・・・導電性ワイヤ
1060、2060・・・基体
2060a・・・基体の底部
2060b・・・基体の突出部
1070、2070・・・支持基板
1080・・・保護膜(レジスト)
1090・・・マスク
X・・・突起部
S1、S2・・・凹部
Claims (6)
- 光半導体装置であって、
光半導体素子と、
下面が前記光半導体装置の外表面を形成し、厚みが25μm〜200μmである第1の導電部材と、
前記第1の導電部材から離間し、下面が前記光半導体装置の外表面を形成し、厚みが25〜200μmである第2の導電部材と、
前記光半導体素子からの光に対する反射率が60%以上である遮光性樹脂からなり、前記第1の導電部材と前記第2の導電部材との間を遮光するように設けられた基体と、を有する光半導体装置であって、
前記光半導体素子の正電極及び負電極は、各々、前記第1の導電部材及び前記第2の導電部材に導電性ワイヤを介さずに接合しており、
前記基体には、前記遮光性樹脂からなり、前記第1の導電部材及び前記第2の導電部材の上面より突出した突出部が形成され、前記突出部は前記光半導体装置の外側面となるとともに、前記光半導体素子の側面に向かって前記光半導体素子に達するまで延びていることを特徴とする光半導体装置。 - 前記突出部の高さは、前記光半導体素子と略同じであることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。
- 前記光半導体装置の側面の少なくとも1つにおいて、前記基体と前記第1の導電部材又は第2の導電部材とが面一である請求項1又は2に記載の光半導体装置。
- 前記第1の導電部材又は前記第2の導電部材は、前記第1の導電部材又は前記第2の導電部材の側面突起部を有する請求項1から3のいずれか記載の光半導体装置。
- 前記突起部は、前記第1の導電部材又は前記第2の導電部材の下面から離間する位置に設けられている請求項4に記載の光半導体装置。
- 前記光半導体装置は、直方体である請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の光半導体装置。
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