JP6099438B2 - 発光デバイス及び発光デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光デバイス及び発光デバイスの製造方法に関する。

発光デバイスには種々のものがあるが、近年、発光ダイオード等の発光素子を基板上に実装し、封止樹脂で封止したいわゆる電子部品パッケージの形態の発光デバイスが広く利用されている。特に近年、発光ダイオード照明の普及に伴い発光ダイオード（以下ＬＥＤ）を含む半導体素子を用いた光源の高電力、高輝度での使用が検討され、それに付随して高放熱性、高静電耐圧性が検討されるようになった。

特許文献１には、アルミニウム基材の上面に酸化絶縁層を、酸化絶縁層の上に配線層をそれぞれ形成した基板と、基板上の配線層と電気接続されたＬＥＤ素子を実装した半導体装置について記載されている。金属であるアルミニウムは熱伝導性が高いうえ、酸化絶縁層を基板の上下に形成することによって絶縁耐圧も有する。

特開２０１２−１９０９７２号公報（００３３段落から００３４段落、図９（Ｂ）Ｒ２参照）

しかしながら、特許文献１に記載の基板は、基板の上下面にのみ酸化絶縁層を形成し、側面は金属面がむき出しであるため、半導体装置を実装した際に、基板切断時に発生する金属のバリが半導体装置を実装された部材と接触することによって基板下面の酸化絶縁層による絶縁の効果を無意味なものとしてしまうため、静電耐圧の低下を引き起こすことがわかった。すなわち、厳密な製造管理を必要とする問題があることがわかった。
また実装後には、ほこり等によってむきだしのアルミニウム機材と半導体装置が実装された部材の間で直接導電できる環境となる場合もあり、やはり基板下面の酸化絶縁層による絶縁の効果を無意味なものとしてしまうため、静電耐圧の低下を引き起こすことがわかった。すなわち、ほこりの有無などの環境にも十分配慮する必要があり、実装の汎用性に欠ける点で問題があることがわかった。

また、上記問題への対策として基板側面を絶縁酸化させることも検討されたが、１枚の大きな機材の上に絶縁層、配線層を形成し、ＬＥＤを実装した後に切断する、所謂「集合工法」で製造した場合、ＬＥＤを実装した装置に熱酸化や陽極酸化を行うことは、発光装置として製品不良を増やすリスクを抱える。「集合工法」を用いず、基板を切断してから基板表面をすべて酸化し、その後基板１つずつに配線、ＬＥＤ実装を行うと集合工法に比べて生産に大きな手間がかかる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体発光デバイスにおいて、より製造が容易な構造によって基板側面の絶縁を確保することができる半導体発光デバイスを提供することである。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明の概要は以下のとおりである。
（１）上下面のみ酸化絶縁された金属または半導体で、上面に発光素子を備えた複数の基板を、それぞれ離間して配置する第一の工程と、複数の基板の側面の全ての面を覆うように白色の絶縁性樹脂を充填し、絶縁性樹脂を硬化して絶縁性樹脂層を形成し、複数の基板を接続する第二の工程と、絶縁性樹脂層の上端と接すると共に発光素子を覆うように、接続された複数の基板の上に透光性樹脂を充填し、透光性樹脂を硬化して透光性樹脂層を形成する第三の工程と、絶縁性樹脂層と透光性樹脂層が同一面を形成するように、絶縁性樹脂層と透光性樹脂層を切断して半導体発光デバイスを個片化する第四の工程と、を備えたことを特徴とする半導体発光デバイスの製造方法。
（２）上下面が酸化絶縁された金属または半導体からなる基板と、基板の上面に実装された発光素子と、発光素子の発光面を覆う透光性樹脂層と、を備えた半導体発光デバイスにおいて、基板の全ての側面が絶縁性樹脂層で覆われており、絶縁性樹脂層の上端は発光素子の下面よりも下に位置し、基板上面と対向する透光性樹脂層の下面は、絶縁性樹脂層の上端と接することを特徴とする半導体発光デバイス。
（３）（２）において、絶縁性樹脂層は、さらに白色顔料を含むことを特徴とする半導体発光デバイス。
（４）（２）において、絶縁性樹脂層は、さらに蛍光体を含むことを特徴とする半導体発光デバイス。
（５）（２）から（４）において、基板は、下面の端部に嵌合部をさらに形成したことを特徴とする半導体発光デバイス。
（６）（２）から（５）において、基板は、上面にさらにセラミックインク層が配置されていることを特徴とする半導体発光デバイス。

上記（１）乃至（６）によれば、半導体発光デバイスにおいて、基板側面を容易に絶縁でき、基板側面の金属表面に由来する静電耐圧低下を防止することができる。また、バリも絶縁性樹脂層によって覆い尽くすことが出来るため、バリが指に刺さる等の怪我の防止もできる。

特に上記（３）によれば、絶縁性樹脂層が白色であることによって光をロスなく上面へ反射することができるため、絶縁性樹脂層を伝って光が基板底面側へ誘導されることを防ぐことができる。

また、特に上記（４）によれば、絶縁性樹脂層に含まれる蛍光体の効果によって、色味の変更や補正が可能であるとともに、絶縁性樹脂層を伝って光が基板底面側へ誘導されることを防ぐことができる。

また、特に上記（５）によれば、切断面の面積を少なくなり、また、半導体発光デバイスが実装された部材と酸化絶縁されていない金属表面との距離が離れるため、直接伝導に対する危険をさらに低減することができる。

また、特に上記（６）によれば、セラミックインク層が基板上に配置されていることによって、より光の反射率が高まることで、さらに光をロスなく上面へ反射できることで、光の利用効率をさらに高めることができる。

本発明に係る第一の実施形態を表す断面図である。 本発明に係る第一の実施形態の製造方法を表す断面図である。 本発明に係る第二の実施形態を表す断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態を図１を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光デバイス半導体発光デバイス１０の概略断面図である。

半導体発光デバイス１０は、基板１の上面に基板電極５が形成され、ＬＥＤ素子７がかかる基板電極５上にバンプ６を介して、ＬＥＤ素子７に形成されたＬＥＤ電極１２と電気的に接続するよう実装されている構造を有している。基板の全ての側面には、全面にわたって絶縁性樹脂が配置されている。基板１の上面にはさらにセラミックインク層９が配置され、セラミックインク層９と絶縁性樹脂層８によって形成される面は、いわゆる封止樹
脂として機能する透光性樹脂層１１によって覆われている。

基板１は、金属機材２に上面酸化絶縁層３と下面酸化絶縁層４が形成されてなる。金属機材２は熱伝導性が良く、表面を酸化した際に絶縁性を有するとともに透明化し、表面で乱反射することによって白色に見えるようになるアルミニウムや、チタンが好ましい。熱伝導性が良く、ＬＥＤ素子７から発せられる熱を効果的に逃がすことができると共に、上下両面の酸化絶縁層によって絶縁耐圧の確保することができ、さらにＬＥＤ素子７のＬＥＤ電極１２側に向かい進む光線を前面側に反射することにより光線の利用効率を高める効果に寄与するからである。また、金属部材２は、金属の代わりに半導体部材を用いてもよく、面を酸化した際に絶縁性を有するとともに透明化し、表面で乱反射することによって白色に見えるようになるシリコンが好ましい。図１では基板１上にセラミックインク層９を形成することによって、さらに反射率を向上させている。セラミックインクとは、例えば無機バインダとして機能するシリカゾル、オルガノポリシロキサン等に白色無機微粒子である酸化チタン等のフィラーを分散又は混合させた、白色無機レジストを指す。

基板電極５は、金属、例えば、ニッケル上に金メッキを形成したものであり、基板１上に各種回路パターンを作成する通常の手法により形成される。この基板電極５とＬＥＤ素子７上に形成されたＬＥＤ電極１２を、バンプ６を介してフリップチップボンディングにて接続されている。その際、バンプ６は金であることが望ましい。基板電極５の金と共晶結合することが可能であるためである。

ＬＥＤ素子７は、Ｐ層、中間層、Ｎ層によって構成された半導体発光素子であり、基板１上の基板電極５からバンプ６、ＬＥＤ電極１２を介して印加された電力に応じて発光する素子である。

透光性樹脂層１１は、ＬＥＤ素子７の少なくとも発光面を覆い、ＬＥＤ素子７や基板電極５を封止する。ＬＥＤ素子７から出射した光線は、透光性樹脂層１１を通って半導体発光デバイス１０の上面側および側面側に取り出されるため、透光性樹脂層１１は光線を透過する性質を有している。なお、透光性樹脂層１１は必ずしも無色透明である必要はなく、必要に応じて、光線を散乱するための散乱構造や、ＬＥＤ素子７から出射した光線の色を変換するための色変換構造を含んでいてよい。光散乱構造としては、ガラスあるいはポリスチレン製のビーズを用いてよい。また、色変換構造としては、各種蛍光体粒子を含んでいてよい。透光性樹脂層１１自体の材質、すなわち、母材の材質は特に限定されないが、透明な合成樹脂であることが好ましく、本実施形態では、シリコン系樹脂を用いている。また、透光性樹脂層１１の一部は、少なくとも基板１の上面に配置されたセラミックインク層９、もしくはセラミックインク層９と共に同一面を形成する絶縁性樹脂層８と接している。

絶縁性樹脂層８は、基板１の側面と直接接しており、基板１の全ての側面を隙間なく覆う。これにより、基板側面すべてが絶縁性を有することとなるため、基板側面に由来する静電耐圧の低下を防ぐことができると同時に、触った際にバリが指に刺さる等の怪我の防止につながる。

絶縁性樹脂層８は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂など絶縁性を有する樹脂であればどのような樹脂を用いても構わないが、透明、もしくは白色であることが好ましい。絶縁性樹脂層８が白色であれば、ＬＥＤ素子７より発せられた光をロスなく反射することが出来るため、発光効率低下防止につながる。また、絶縁性樹脂層８が透明であれば、酸化チタン等白色粒子を混入させることで白色にすることも可能であるし、また、白色粒子の代わりに蛍光体粒子を混入させることで色味の補正や光の色に意図的に変化をつけることも可能である。

絶縁性樹脂層８の厚さは、基板の材質を考慮し、発生しうる大きさのバリを覆い尽くせる程度であって、設計上必要となる絶縁性を確保できる厚さである必要がある。

そして、透光性樹脂層１１と絶縁性樹脂層８は、可能な限り界面の親和性が高く、両者が互いに強固に接着する材質であることが望ましい。また、絶縁性樹脂層８は基板１とも強固に接着する材質であることが望ましい。これにより、透光性樹脂層８は透光性樹脂層１１と基板１の側面において強固に接着することから、透光性樹脂層１１と基板１との界面における剥離が防止される。なお、ここで言う接着強さの定義及び測定方法は特に限定されないが、例えば、ＪＩＳ Ｋ ６８４９乃至６８５６に規定される各種接着強さを用いてよい。本実施形態では、ＪＩＳ Ｋ ６８４９に規定される引張り接着強さを接着強さとして用いるものとする。

本実施形態の説明においては、発光半導体素子としてＬＥＤ素子７を用いて説明したが、ＬＥＤ素子に限らずレーザーダイオード素子や有機エレクトロルミネッセンスであってもよい。

続いて、本発明の第一の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法を説明する。

本発明に係る発光デバイスを製造するに当たっては、次にあげる工程（ステップ）が必要である。
工程Ａ：基板を用意する工程
工程Ｂ：基板を固定し、半導体発光素子を実装する工程
工程Ｃ：基板に絶縁性樹脂を充てんするための充てんスペースを形成する工程
工程Ｄ：充てんスペースに絶縁性樹脂を充てんする工程
工程Ｅ：互いに連結している各発光デバイスを分離し、個別化する工程
以下、上述の第一の実施形態に即して本発明に係る発光デバイスの具体的な製造方法を図２を用いて例示的に記述する。

まず、図２に示した工程ＳＴ１を用いて、集合基板１７を用意し、用意した集合基板１７を固定し、半導体発光素子を実装する工程を説明する。上述の工程Ａ、Ｂに相当する。集合基板１７は、大きな金属板の上下面を陽極酸化や熱酸化等の公知の方法にて絶縁酸化膜を形成し、適当な大きさに切断したものである。集合基板１２には、公知のプロセスにより、上面酸化膜３上に複数の半導体発光素子が実装できるように基板電極５が形成され、上面酸化絶縁膜３上の基板電極５以外の領域にセラミックインクを塗布し焼成することによってセラミックインク層９が形成される。その後、集合基板１７は粘着性を有するダイシングシート１３に固定し、基板電極１７上にバンプ６を形成したうえで、基板電極５と半導体発光素子であるＬＥＤ素子７をバンプ６を介してフリップチップによって接続される。なお、ダイシングシート１３は紫外線照射することによって粘着性を喪失するものを使用することが好ましく、本製造方法でも紫外線照射によって粘着性を喪失するダイシングシートを使用しているとして説明する。

次に、図２に示した工程ＳＴ２を用いて、集合基板を各基板１に分離することで充てんスペース１４を形成する工程について説明する。上述の工程Ｃに相当する。この充てんスペース１４は、例えばダイシング等を用いた機械加工によって一度各基板ごとに分断されるように切断することによって形成されるが、ダイシングシート１３までは切断しないため、それぞれ分断された基板１がバラバラになることはなく、充てんスペース１４は保持される。

次に、図２に示した工程ＳＴ３を用いて、それぞれの基板１の間に設けられた充てんス
ペース１４に絶縁性樹脂を充てんする工程と、ＬＥＤ素子を封止する工程を説明する。上述の工程Ｄに相当する。充てんスペース１４に絶縁性樹脂を充てんするために、ダイシングシート１３に固定された各基板１を、ダイシングシート１３を下にしてダイシングシート１３ごと型枠１５の底部に配置する。型枠１５は、絶縁性樹脂の充てんだけではなく透光性樹脂を用いたＬＥＤ素子７の封止にも用いることができるため、ダイシングシート１３の底面からＬＥＤ素子７の上面の高さよりも、型枠１５内部の深さが深いことが好ましい。そして、熱硬化する特性を有する絶縁性樹脂を、セラミックインク９の高さにて硬化されるように充てんして熱を加えて硬化させ、絶縁性樹脂層８を形成する。その後に、熱硬化する特性を有する透光性樹脂を、ＬＥＤ素子７を覆って硬化されるよう充てんし熱を加えて硬化させ、透光性樹脂層１１を形成する。なお、本製造方法ではＬＥＤ素子７を封止する工程まで説明を行ったが、完成した半導体発光デバイス１０の使用方法において透光性樹脂１１によるＬＥＤ素子７の封止を必要としない場合には、ＬＥＤ素子７を封止する必要はない。
最後に、図２に示した工程ＳＴ４を用いて、互いに連結している各半導体発光デバイス１０を分離し、個別化する工程について説明する。工程Ｅに相当する。型枠から取り出し、各基板１を連結している絶縁性樹脂層８を絶縁性樹脂層８の幅よりも薄い刃を持つ例えばダイシング等を用いた機械加工によって各半導体発光デバイス１０に分断されるように切断する。その際、各半導体発光デバイス１０の基板１の側面には、均等に絶縁性樹脂層８が残るように、充てんスペース作成時と同じ中心線を有するように切断することが望ましい。そして、ダイシングシート１３の基板を固定していない面方向からダイシングシートに紫外線１８を照射することによって各半導体発光デバイス１０は分離、個別化される。

次に、以下、本発明の第２の実施形態を図３を参照して説明する。

本実施形態は、第一の実施形態の構成に加え、基板１の底面端部に嵌合部１９を基板底面の全周に形成したことにある。嵌合部１９を形成することによって、表面積が大きくなるため、絶縁性樹脂層８をより剥がれ難くすることができる。また、基板１を切断した際にできる金属表面の露出する表面積を減らせると同時に、半導体発光デバイス１０を、下面酸化絶縁層４を実装面として他部材に実装した際には、金属表面の露出する領域と他部材との距離も増えるため、静電耐圧に対する信頼性がより高くなる。

続いて、第２の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法を説明する。

第一の実施形態の製造方法の工程ＳＴ１における集合基板１７の用意に加え、絶縁酸化膜を形成する前に、半導体発光素子を実装する面と反対の面に、充てんスペース作成時や最後に分離する際に切断する中心線と同一中心線となるようにハーフダイシングする。その際、充てんスペースの幅よりも広く幅を取る必要がある。その他の製造方法は第一の実施形態の製造方法と同じ方法で製造することができる。

１ 基板
２ 金属機材
３ 上面酸化絶縁層
４ 下面酸化絶縁層
５ 基板電極
６ バンプ
７ ＬＥＤ素子
８ 絶縁性樹脂
９ セラミックインク層、
１０ 半導体発光デバイス
１１ 透光性樹脂、
１２ ＬＥＤ電極
１３ ダイシングシート、
１４ 充てんスペース、
１５ 型枠、
１６ 紫外光
１７ 集合基板
１８ 紫外線
１９ 嵌合部

Claims (6)

1. 上下面のみ酸化絶縁された金属または半導体で、上面に発光素子を備えた複数の基板を、それぞれ離間して配置する第一の工程と、
   前記複数の基板の側面の全ての面を覆うように白色の絶縁性樹脂を充填し、該絶縁性樹脂を硬化して絶縁性樹脂層を形成し、前記複数の基板を接続する第二の工程と、
   前記絶縁性樹脂層の上端と接すると共に前記発光素子を覆うように、接続された前記複数の基板の上に透光性樹脂を充填し、該透光性樹脂を硬化して透光性樹脂層を形成する第三の工程と、
   前記絶縁性樹脂層と前記透光性樹脂層が同一面を形成するように、前記絶縁性樹脂層と前記透光性樹脂層を切断して半導体発光デバイスを個片化する第四の工程と、を備えたことを特徴とする半導体発光デバイスの製造方法。
2. 上下面が酸化絶縁された金属または半導体からなる基板と、
   前記基板の上面に実装された発光素子と、
   前記発光素子の発光面を覆う透光性樹脂層と、を備えた半導体発光デバイスにおいて、
   基板の全ての側面が絶縁性樹脂層で覆われており、
   前記絶縁性樹脂層の上端は前記発光素子の下面よりも下に位置し、
   前記基板上面と対向する前記透光性樹脂層の下面は、前記絶縁性樹脂層の上端と接することを特徴とする半導体発光デバイス。
3. 前記絶縁性樹脂層は、さらに白色顔料を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
4. 前記絶縁性樹脂層は、さらに蛍光体を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
5. 前記基板は、下面の端部に嵌合部をさらに形成したことを特徴とする請求項２から４の
   いずれかに記載の半導体発光デバイス。
6. 前記基板は、上面にさらにセラミックインク層が配置されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の半導体発光デバイス。

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