JP5496072B2 - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

回路基板と反射部材と半導体発光素子を備え、その回路基板上に反射部材を配置し半導体発光素子をフリップチップ実装した半導体発光装置及びその製造方法に関する。

半導体発光素子（以後とくに断らない限りＬＥＤ素子と呼ぶ）を回路基板に実装しパッケージ化した半導体発光装置（以後とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）のなかで、発光効率を改善するため回路基板表面に白色の反射部材を備えたＬＥＤ装置が知られている。

例えば特許文献１の図２２には基板１（回路基板）上に白色レジスト層６（反射部材）を備え、発光ダイオードのチップ４（ＬＥＤ素子）がフリップチップ実装された光源装置２９（ＬＥＤ装置）が示されている。なおフリップチップ実装は実装面積が小さく放熱特性が良好であるという特徴がある。

この図２２を図５に再掲示し、さらに詳しく説明する。図５はこの従来のＬＥＤ装置の断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。基板１上には一対の電極２，３が形成されている。発光ダイオードのチップ４はバンプ９を介して電極２，３にフリップチップ実装され、ドーム状の透明樹脂７に封止されている。電極２，３の大部分は白色レジスト層６で覆われ、白色レジスト層６の開口部の内壁６Ａがチップ４の下に入り込んでいる。白色レジスト層６の上面のうち透明樹脂７で覆われていない領域は白色マーク材８で覆われている。

一般的にＬＥＤ装置はＬＥＤ素子からの発光を効率良く取り出すよう様々な手段が盛り込まれている。図５のＬＥＤ装置におけるひとつの手段は、白色レジスト層６を厚くして反射率を向上させることである。しかしながら単純に白色レジスト層６を厚くすると様々な問題が生じる。例えば、白色レジスト層６の下部まで露光光が届きにくくなり白色レジスト層６が硬化しにくくなる。そこで特許文献１の図３には２層の白色レジスト層６１，６２を備えた光源装置１２が示されている。特許文献１の図３の説明には、２層のレジスト層６１，６２により厚い白色レジスト層６が得られたとともに、各レジスト層６１，６２を早く硬化させることができた、と記載されている。

特開２００７−２４３２２６号公報 （図２２、図３）

図５に示した特許文献１のＬＥＤ装置（光源装置２９）は、白色レジスト層６がチップ４と平面的に重り電極２，３を隠蔽しているため、電極２，３による反射ロスや色度シフトがないという特徴がある。しかしながら特許文献１において光源装置２９の製造に係わる説明のなかには、チップ４の実装方法の説明があるだけで電極２，３の表面処理に関する記載がない。一般的にフリップチップ実装を行うとき実装部にメッキ処理するが、特許文献１の説明では、電極２，３にメッキ処理しているのかいないのか、メッキ処理しているとして白色レジスト層６を形成する前にメッキ処理するのか、後にメッキ処理するのかまったく分からない。

そこで本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、白色反射部材を備えた回路基
板に半導体発光素子をフリップチップ実装しても、回路基板の高い反射率を維持しながら電極表面を効率よく処理できる半導体発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、回路基板と反射部材と半導体発光素子とを備え、前記回路基板上に前記反射部材を配置し前記半導体発光素子をフリップチップ実装した半導体発光装置において、
前記反射部材は少なくとも第１の白色反射層と第２の白色反射層を備え、
該第１の白色反射層に該第２の白色反射層が積層し、
該第１の白色反射層は白色メッキレジストからなり、開口部を有し、少なくとも前記半導体発光素子の下部では前記開口部を除き前記回路基板を覆い、
前記開口部の全面にメッキ層が形成され、
該メッキ層に前記半導体発光素子の電極が接続する
ことを特徴とする。

本発明の半導体発光装置に含まれる回路基板は白色反射部材を備え、この白色反射部材は第１と第２の反射層からなる二層構造になっている。下層の第１の白色反射層は、白色メッキレジストからなり、その開口部にはメッキ層が形成される。半導体発光素子のフリップチップ実装に際しこのメッキ層に半導体発光素子の電極が接続される。この構造では、第１の白色反射層がメッキレジストと反射層を兼ねているため、メッキ処理のあとにメッキレジストを剥離し新たに反射層を形成するという工程が不要となり、メッキ処理後すぐに上層の第２の白色反射層を形成できる。また反射部材は、第１と第２の白色反射層が積層しているため厚くなり高い反射率を維持する。

前記第２の白色反射層は、硬化するとガラス質となる無機バインダと反射性微粒子を含むことが好ましい。

前記回路基板の板材は樹脂であっても良い。

上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置の製造方法は、回路基板と反射部材と半導体発光素子とを備え、前記回路基板上に前記反射部材を配置し前記半導体発光素子をフリップチップ実装する半導体発光装置の製造方法において、
前記回路基板となる複数の領域が連結した集合基板であって、該領域には電極が形成されている該集合基板を準備する準備工程と、
該集合基板に白色メッキレジストからなり開口部を有する第１の白色反射層を形成するレジスト工程と、
該開口部の全面にメッキ層を形成するメッキ工程と、
前記第１の白色反射層を残したまま、前記第１の白色反射層上に第２の白色反射層を印刷する印刷工程と、
前記半導体発光素子の電極と前記メッキ層が接続するようにして該半導体発光素子をフリップチップ実装する実装工程と、
前記集合基板を前記半導体発光装置に個片化する工程と
を備えることを特徴とする。

本発明の半導体発光装置の製造方法は、まず回路基板となる複数の領域が連結した集合基板を準備する。この集合基板の各回路基板となる領域には電極が形成されている。次に集合基板上に開口部を有する第１の白色反射層を形成する。この第１の白色反射層は白色メッキレジストであり、その開口部にメッキ層を形成する。さらに第１の白色反射層上に第２の白色反射層を印刷し、半導体発光素子の電極とメッキ層が接続するようにして半導体発光素子をフリップチップ実装する。最後に集合基板を半導体発光装置に個片化する。この製造方法では、第１の白色反射層がメッキレジストと反射層を兼ねているため、メッ
キによる電極の表面処理をしたら直ぐに上層の第２の白色反射層を形成できる。

前記メッキ工程において電解メッキ法を採用することが好ましい。

前記印刷工程において硬化するとガラス質となる無機バインダと反射性微粒子を含むペーストを印刷しても良い。

以上のように本発明の半導体発光装置及びその製造方法は、第１の白色反射層がメッキレジストと反射層を兼ねており、メッキによる電極の表面処理をしたら直ぐに上層の第２の白色反射層を形成できるため、回路基板上に反射率の良好な白色反射部材を備えながら半導体発光素子をフリップチップ実装しても、回路基板の電極表面を効率よく処理できる構造及び製造方法となる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。 図１に示すＬＥＤ装置の製造方法の説明図。 図１に示すＬＥＤ装置の製造方法の説明図。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。 従来のＬＥＤ装置の断面図と平面図。

以下、添付図１〜４を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。さらに特許請求の範囲に記載した発明特定事項との関係をカッコ内に記載している。
（第１実施形態）

図１により本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置１０の構造を説明する。図１は本実施形態におけるＬＥＤ装置１０の断面図である。回路基板２２は、板材２０の上下面にそれぞれ電極１７，１９が形成され、電極１７，１９はスルーホール１８で接続している。電極１７上には白色メッキレジスト１６（第１の白色反射層）が積層しており、その開口部にはメッキ層２３がある。白色メッキレジスト１６とメッキ層２３の一部を白色セラミックインク１５（第２の白色反射層）が覆っている。白色メッキレジスト１６と白色セラミックインク１５の積層物が白色反射部材２５となる。また電極１９の下面にもメッキ層２４を備えている。なお白色メッキレジスト１６とメッキ層２３の上面の高さは概ね等しい。

ＬＥＤ素子２１（半導体発光素子）はサファイア基板１２の下面に半導体層１３を備え、半導体層１３にはアノードとカソードに対応するバンプ１４（半導体発光素子の電極）が付着している。ＬＥＤ素子２１は回路基板２２にフリップチップ実装され、バンプ１４とメッキ層２３が接続する。ＬＥＤ素子２１を含む回路基板２２の上部は樹脂層１１で封止されている。

回路基板２２の板材２０はＢＴレジン（三菱瓦斯化学の商品名であり、ビスマレイミドトリアジン樹脂等からなる熱硬化性樹脂）等の樹脂であるが、セラミック、金属であっても良い。なお板材２０の表面は、白色メッキレジスト１６とメッキ層２３により完全に覆われているので、板材２０が樹脂であってもＬＥＤ素子２１から照射される光による劣化が軽減され寿命を延ばすことが可能となる。

スルーホール１８は、内壁に厚さが１２μｍの銅層が形成され（スルーホールメッキ）、さらに金属ペーストを充填した状態で厚さが１５μｍの銅で蓋をする（蓋メッキ）。電極１７，１９は、下地となる厚さが５μｍの銅箔上にスルーホールメッキと蓋メッキによる銅層が積層するので、総厚が約３０μｍの銅層になっている。ＬＥＤ素子２１のサファイア基板１２は厚さが８０〜１５０μｍ、半導体層１３は発光層を含み厚さが約７μｍ、バンプ１４は金バンプからなり厚さが２０〜３０μｍである。樹脂層１１はシリコーン樹脂にＹＡＧ等の蛍光体を混錬した蛍光樹脂である。

白色メッキレジスト１６は二酸化チタン等の反射性微粒子を混錬した感光性樹脂を硬化させたものであり、厚さは１０μｍ程度である。白色セラミックインク１５は、オルガノポリシロキサン等のバインダ中に触媒や溶媒とともに二酸化チタン等の反射性微粒子を混練した混合物を焼結したものであり、厚さは１５〜２０μｍである。焼結後の白色セラミックインク１５はガラス質（無機質）となる。

図２及び図３によりＬＥＤ装置１０の製造方法を説明する。図２及び図３はＬＥＤ装置１０の製造方法の説明図である。（ａ）は、回路基板２２（図１参照）となる領域が連結した集合基板３０を準備する工程である。なお集合基板３０には回路基板２２となる領域が数百から数千個配列しているが、図２及び図３では簡単のため３個にしている。すでに各領域には板材２０の上下の面に電極１７，１９及びスルーホール１８が形成され、電極１７，１９はスルーホール１８で接続している。

（ｂ）と（ｃ）は集合基板３０に開口部３１を有する白色メッキレジスト１６を形成するレジスト工程を示している。まず硬化前の白色メッキレジスト１６をコーター又はスクリーン印刷を使って集合基板３０の上面に塗布する（ｂ）。次に白色メッキレジスト１６を８０℃（約３０分間）で仮硬化する。さらにフォトマスクを使って開口させる領域（開口部３１）以外を露光し、現像して開口部３１を形成する。最後に１５０℃（約１時間）で白色メッキレジスト１６を硬化させる。

（ｄ）は開口部３１にメッキ層２３を形成するメッキ工程を示している。電解メッキ法で厚さが１０μｍ程度のＮｉ層を形成し、その上面に厚さが０．５μｍ程度のＡｕ層を形成する。Ａｕ層は反射率が問題になる場合はＡｇとすることもある。なおメッキ層２３の形成と同時に電極１９の下面にもメッキ層２４が形成される。集合基板３０上の全ての電極１７，１９は図示していない共通メッキ電極で電気的に接続しており、その共通メッキ電極は集合基板３０を個片化するときに切断される。

（ｅ）は白色メッキレジスト１６上に白色セラミックインク１５を印刷法で積層する印刷工程を示している。スクリーン印刷法により硬化前の白色セラミックインク１５を白色メッキレジスト１６上に塗布する。このとき白色セラミックインク１５はメッキ層２３の一部も覆っている。印刷後、１５０℃で白色セラミックインク１５を硬化させる。

（ｆ）はＬＥＤ素子２１をフリップチップ実装する実装工程を示している。このときＬＥＤ素子２１の電極（バンプ１４、図１参照）とメッキ層２３を接続させる。ＬＥＤ素子２１を集合基板３０に一個づつ実装しても良いが、集合基板３０の電極１７のピッチで粘着シート（図示せず）上にＬＥＤ素子２１を配列し、この多数のＬＥＤ素子２１を同時に加圧加熱して集合基板３０の電極１７に接合する製造方式（一括接続方式）の方が生産効率が良い。ＬＥＤ素子２１のバンプ１４の下面には予め金錫共晶層を形成しておき、バンプ１４と電極１７を金錫共晶で接合させると良い。金錫共晶接合は融点が約３００℃に設定できるため回路基板２２をマザー基板（図示せず）に半田リフロー（約２６０℃）するとき接合部が固体のままであるという特徴がある。

（ｇ）はＬＥＤ素子２１を封止する工程を示している。集合基板３０を金型に装填してから、ＹＡＧ等の蛍光体を混練したシリコーン樹脂を金型に充填し、シリコーン樹脂を約１５０℃で加熱硬化させ樹脂層１１を形成する。

（ｈ）は集合基板３０をＬＥＤ装置１０に個片化する個片化工程を示している。ダイサー（図示せず）で樹脂層１１を備えた集合基板３０を切断し、個片化したＬＥＤ装置１０を得る。

本実施形態のＬＥＤ装置１０は、白色セラミックインク１５がメッキ層２３の一部を覆っていた。このためＬＥＤ素子２１直下を除き白色メッキレジスト１６が白色セラミックインク１５に被覆されているため、この部分の白色メッキレジスト１６はＬＥＤ素子２１からの出射光による光劣化が著しく軽減されている。なお白色セラミックインク１５はバインダーが無機質であるため耐光性が高い。また板材２０が樹脂である回路基板２２と白色セラミックインク１５は熱膨張率が大きく異なるのに対し、樹脂がバインダーとなっている白色メッキレジスト１６がバッファ層となって白色セラミックインク１５の剥がれを防止している。

また本実施形態のＬＥＤ装置１０は、樹脂層１１の側面からも光が出射するのでＬＥＤ装置１０の外周に反射枠を設け配光を調整しても良い。
（第２実施形態）

図４により本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置４０の断面図である。図１と共通する部材には同じ番号を付している。図１に示した第１実施形態のＬＥＤ装置１０と、図２に示した本実施形態のＬＥＤ装置４０との差違は、図４における白色メッキレジスト４６及びメッキ層４３の断面形状だけである。白色メッキレジスト４６と白色セラミックインク１５の積層物が白色反射部材４５となる。

図１のメッキ層２３に対し図４のメッキ層４３は幅が小さい。この結果、図４において白色セラミックインク１５の端部から白色メッキレジスト４６がはみ出している。さらに白色メッキレジスト４６がＬＥＤ素子２１に下に割り込んでいる。このようにするとメッキ層４３による反射率低下を軽減でき、ＬＥＤ装置４０の発光効率を向上させることができる。前述したように図１のメッキ層２３の低い反射率を改善するのに表面に銀メッキすることも考えられるが、銀メッキは硫化による黒色化を防止するための表面処理が必要となることと比べると、本実施形態は簡単に反射率を改善できるという特徴を備えている。

１０，４０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
１１…樹脂層、
１２…サファイア基板、
１３…半導体層、
１４…バンプ（半導体発光素子の電極）、
１５…白色セラミックインク（第２の白色反射層）、
１６，４６…白色メッキレジスト（第１の白色反射層）、
１７、１９…電極、
１８…スルーホール、
２０…板材、
２１…ＬＥＤ素子（半導体発光素子）、
２２…回路基板、
２３，２４，４３…メッキ層、
２５，４５…白色反射部材、
３０…集合基板、
３１…開口部。

Claims (6)

1. 回路基板と反射部材と半導体発光素子とを備え、前記回路基板上に前記反射部材を配置し前記半導体発光素子をフリップチップ実装した半導体発光装置において、
   前記反射部材は少なくとも第１の白色反射層と第２の白色反射層を備え、
   該第１の白色反射層に該第２の白色反射層が積層し、
   該第１の白色反射層は白色メッキレジストからなり、開口部を有し、少なくとも前記半導体発光素子の下部では前記開口部を除き前記回路基板を覆い、
   前記開口部の全面にメッキ層が形成され、
   該メッキ層に前記半導体発光素子の電極が接続する
   ことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記第２の白色反射層は、硬化するとガラス質となる無機バインダと反射性微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記回路基板の板材は樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 回路基板と反射部材と半導体発光素子とを備え、前記回路基板上に前記反射部材を配置し前記半導体発光素子をフリップチップ実装する半導体発光装置の製造方法において、
   前記回路基板となる複数の領域が連結した集合基板であって、該領域には電極が形成されている該集合基板を準備する準備工程と、
   該集合基板に白色メッキレジストからなり開口部を有する第１の白色反射層を形成するレジスト工程と、
   該開口部の全面にメッキ層を形成するメッキ工程と、
   前記第１の白色反射層を残したまま、前記第１の白色反射層上に第２の白色反射層を印刷する印刷工程と、
   前記半導体発光素子の電極と前記メッキ層が接続するようにして該半導体発光素子をフリップチップ実装する実装工程と、
   前記集合基板を前記半導体発光装置に個片化する工程と
   を備えることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
5. 前記メッキ工程において電解メッキ法を採用することを特徴とする請求項４に記載の半
   導体発光装置の製造方法。
6. 前記印刷工程において硬化するとガラス質となる無機バインダと反射性微粒子を含むペーストを印刷することを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体発光装置の製造方法。

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