(57)【要約】【課題】輝度を維持しつつ、伝熱性を向上させることができ、基体からのバンプ高さがｐ側電極およびｎ側電極のそれぞれの位置に応じて調整することができることで、接触信頼性を向上させることができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１０は、半導体層と、ｐ型層に形成されたｐ側電極と、ｐ型層、発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されたｎ側電極とを備えた発光素子３０がプリント配線基板２０に搭載されている。アノード端子２２のｐ側バンプ形成領域と、ｐ側バンプ形成領域より面積が広く、ｎ側電極３４の輪郭より外側にはみ出させたカソード端子２３のｎ側バンプ形成領域に、ｐ側電極３３と導通接続するｐ側バンプＢ１と、ｎ側電極３４と導通接続するｎ側バンプＢ２とを電解めっき法により形成することで、ｎ側バンプＢ２の接合面Ｓ２を、ｎ側電極３４より広い輪郭に形成して伝熱性、接触信頼性を向上させている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型層、発光層およびｐ型層を含む半導体層と、前記ｐ型層に形成されたｐ側電極と、前記ｐ型層、前記発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されたｎ側電極とを備えたフリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置において、
前記基体には、前記ｐ側電極とｐ側バンプを介して接続されるアノード端子と、前記ｎ側電極とｎ側バンプを介して接続されるカソード端子とが形成され、
前記ｎ側バンプの接合面は、前記ｎ側電極より広い輪郭に形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ｎ側バンプの接合面は、前記ｎ側電極の輪郭より外側にはみ出している請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
ｎ型層、発光層およびｐ型層を含む半導体層と、前記ｐ型層に形成されたｐ側電極と、前記ｐ型層、前記発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されたｎ側電極とを備えたフリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置の製造方法において、
前記基体に形成されたアノード端子のｐ側バンプ形成領域と、前記ｐ側バンプ形成領域より面積が広いカソード端子のｎ側バンプ形成領域とに、前記ｐ側電極と導通接続するｐ側バンプと、前記ｎ側電極と導通接続するｎ側バンプとを電解めっき法により形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記ｐ側バンプと前記ｎ側バンプとを形成する際に、前記ｐ側バンプ形成領域と前記ｎ側バンプ形成領域とを露出させたレジスト層を形成して、電解めっき法により形成する請求項３記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記ｎ側バンプ形成領域を前記ｎ側電極の輪郭より外側にはみ出させて、前記ｎ側バンプを形成する請求項３または４記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光素子として、基板の一方に発光層を形成し、発光層を形成した同じ側にｐ側電極とｎ側電極を形成した、フリップチップ型と称されるものが知られている。このフリップチップ型の発光素子は、ｐ側電極とｎ側電極とを基体に向けて実装されて、発光装置とされる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ｎ側電極を基板の角部または縁に沿った一定の長さを有する形状とし、ｎ側電極から基板への電流を分散させ、ｎ側電極近傍での発熱を回避する半導体発光素子およびそれを用いた半導体発光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／５７３１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の半導体発光装置では、ｐ側電極とｎ側電極とが、シリコンツェナーダイオードなどとしたサブマウントに、バンプを介して実装される。発光素子が発光することによる発熱は、空中に放熱する以外にバンプを介してサブマウントに伝熱する。
【０００６】
しかし、ｐ側電極がｐ型層上に形成され、ｎ側電極がｐ型層、発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されるため、ｐ側電極に比べｎ側電極は面積が狭くなる。このｐ側電極とｎ側電極との面積に対応させてバンプを均等配置すると、ｐ側電極に比べｎ側電極と接触するバンプの数は少ないため、伝熱量が不足するおそれがある。
【０００７】
ｎ側電極の面積を広くすると、発光層の面積が減少してしまうため、輝度が低下してしまう。
【０００８】
そこで本発明は、輝度を維持しつつ、伝熱性を向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、ｐ側電極とｎ側電極との層厚を同じに積層すれば、ｎ側電極は低く、ｐ側電極は高く形成される。従って、基体上にｐ側バンプとｎ側バンプとを同じ高さに配置すれば、ｐ側電極にｐ側バンプが接触できても、バンプのばらつきによってはｎ側電極と接触できない場合が発生して接触不良となるおそれがある。
【００１０】
特に、バンプが電解めっき法により形成されるめっきバンプである場合には、バンプの形状や、レイアウトにおいて設計の自由度が高い反面、バンプ高さのばらつきの制御がし難いため、スタッドバンプと比較して、接触不良が発生しやすい。
【００１１】
そこで本発明は、基体からのバンプ高さがｐ側電極およびｎ側電極のそれぞれの位置に応じて調整することができることで、接触信頼性を向上させることができる発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の発光装置は、ｎ型層、発光層およびｐ型層を含む半導体層と、前記ｐ型層に形成されたｐ側電極と、前記ｐ型層、前記発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されたｎ側電極とを備えたフリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置において、前記基体には、前記ｐ側電極とｐ側バンプを介して接続されるアノード端子と、前記ｎ側電極とｎ側バンプを介して接続されるカソード端子とが形成され、前記ｎ側バンプの接合面は、前記ｎ側電極より広い輪郭に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の発光装置の製造方法は、ｎ型層、発光層およびｐ型層を含む半導体層と、前記ｐ型層に形成されたｐ側電極と、前記ｐ型層、前記発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されたｎ側電極とを備えたフリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置の製造方法において、前記基体に形成されたアノード端子のｐ側バンプ形成領域と、前記ｐ側バンプ形成領域より面積が広いカソード端子のｎ側バンプ形成領域とに、前記ｐ側電極と導通接続するｐ側バンプと、前記ｎ側電極と導通接続するｎ側バンプとを電解めっき法により形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の発光素子によれば、ｎ側電極と導通接続するｎ側バンプとを電解めっき法により形成することで、ｎ側バンプの接合面を、ｎ側電極より広い輪郭に形成して伝熱性、接触信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光装置を示す断面図
【図２】（Ａ）は図１に示す発光装置のプリント配線基板の搭載面の平面図、（Ｂ）はプリント配線基板にｐ側バンプおよびｎ側バンプを形成し、発光素子を搭載した状態を示す図
【図３】図１に示す発光装置の発光素子の構成を説明するための断面図
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示す発光装置の製造方法を説明するための各工程を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願の第１の発明は、ｎ型層、発光層およびｐ型層を含む半導体層と、ｐ型層に形成されたｐ側電極と、ｐ型層、発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されたｎ側電極とを備えたフリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置において、基体には、ｐ側電極とｐ側バンプを介して接続されるアノード端子と、ｎ側電極とｎ側バンプを介して接続されるカソード端子とが形成され、ｎ側バンプの接合面は、ｎ側電極より広い輪郭に形成されていることを特徴とした発光装置である。
【００１７】
第１の発明によれば、ｐ側バンプの接合面より、ｎ側バンプの接合面の方が広いため、ｎ側バンプの方がｐ側バンプより大きく、表面積が広い。従って、ｎ側電極から伝わった熱を効率よくｎ側バンプから基体へ伝えることができるので、ｎ側電極の面積を増大させて発光層の面積を減少させることなく、ｎ側電極からｎ側バンプへ伝熱性を高めることができる。
【００１８】
本願の第２の発明は、第１の発明において、ｎ側バンプの接合面は、ｎ側電極の輪郭より外側にはみ出していることを特徴とした発光装置である。
【００１９】
第２の発明によれば、ｎ側バンプの接合面がｎ側電極の輪郭より外側にはみ出しているので、ｎ側電極を広く確保しなくても、ｎ側バンプを大きく形成することができる。従って、本発明の発光装置は、輝度低下させずに伝熱性を向上させることができる。
【００２０】
本願の第３の発明は、ｎ型層、発光層およびｐ型層を含む半導体層と、ｐ型層に形成されたｐ側電極と、ｐ型層、発光層およびｎ型層の一部をエッチングにより露出させたｎ型層に形成されたｎ側電極とを備えたフリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置の製造方法において、基体に形成されたアノード端子のｐ側バンプ形成領域と、ｐ側バンプ形成領域より面積が広いカソード端子のｎ側バンプ形成領域とに、ｐ側電極と導通接続するｐ側バンプと、ｎ側電極と導通接続するｎ側バンプとを電解めっき法により形成することを特徴とした発光装置の製造方法である。
【００２１】
第３の発明によれば、電解めっき法により、カソード端子上に成長するｎ側バンプをｐ側バンプよりも早く積層させ、高さを高くすることで、ｐ側電極と比べて基体から発光素子の電極面までの隙間が広くなるｎ側電極であっても、確実にｐ側バンプをｐ側電極に、ｎ側バンプをｎ側電極に接触させることができるので、接触性を向上させることができる。
【００２２】
本願の第４の発明は、第３の発明において、ｐ側バンプとｎ側バンプとを形成する際に、ｐ側バンプ形成領域とｎ側バンプ形成領域とを露出させたレジスト層を形成して、電解めっき法により形成することを特徴とした発光装置の製造方法である。
【００２３】
第４の発明によれば、ｐ側バンプ形成領域とｎ側バンプ形成領域とをレジスト層により露出させることにより、それぞれの面積の調整が容易である。
【００２４】
本願の第５の発明は、第３の発明または第４の発明において、ｎ側バンプ形成領域をｎ側電極の輪郭より外側にはみ出させて、ｎ側バンプを形成することを特徴とした発光装置の製造方法である。
【００２５】
第５の発明によれば、ｎ側バンプ形成領域をｎ側電極の輪郭より外側にはみ出させて、ｎ側バンプを形成することで、ｎ側バンプの接合面をｎ側電極の輪郭より外側にはみ出させることができる。従って、ｎ側電極を広く確保しなくても、ｎ側バンプを大きく形成することができるので、輝度低下させずに伝熱性を向上させることができる。
【００２６】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発光装置について、図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１に示す発光装置１０は、基体であるプリント配線基板２０と、発光素子３０と、反射層４０と、封止層５０とを備えている。
【００２８】
プリント配線基板２０は、輪郭が矩形状に形成された絶縁性基板２１に、金属薄膜による配線パターン（端子）が形成されたものである。絶縁性基板２１としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン樹脂系の熱硬化樹脂）、セラミックなどを採用することができる。配線パターンとしては、発光素子３０が搭載されて導通接続するアノード端子２２およびカソード端子２３が形成されている。
【００２９】
アノード端子２２は、図２（Ａ）に示すように、後述する発光素子３０のｐ側電極３３に対応する４つの角部が切り欠かれた略矩形状の領域２２ａと、領域２２ａの一側から絶縁性基板２１の端部まで延び、領域２２ａより幅狭の矩形状の領域２２ｂとから形成されている。
【００３０】
カソード端子２３は、絶縁性基板２１の発光素子３０の搭載面のうち、アノード端子２２とギャップ２４とを除いた残余の領域に形成されている。
【００３１】
アノード端子２２およびカソード端子２３とは、図１および図２（Ｂ）に示すように、発光素子３０のｐ側電極３３およびｎ側電極３４と、柱状のバンプ（ｐ側バンプＢ１，ｎ側バンプＢ２）を介して導通接続されている。
【００３２】
ｐ側バンプＢ１は、アノード端子２２上に縦列および横列に並べられている。ｎ側バンプＢ２は、カソード端子２３に対応させて配置されている。
【００３３】
ｐ側バンプＢ１およびｎ側バンプＢ２は、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｓｎの中から、一種あるいは複数で組成される金属化合物から構成され、電解めっきにより形成された金属バンプである。ｐ側バンプＢ１およびｎ側バンプＢ２は、金属接合性の改善を目的として、電解めっきにより成長させた後に、バンプ表面に、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄのいずれかで、電解めっき、無電解めっき、あるいは蒸着などで表面に接合層を形成することもできる。
【００３４】
ｎ側バンプＢ２の接合面Ｓ２は、ｐ側バンプＢ１の接合面Ｓ１に比べて、広い輪郭に形成されていることで、面積が広くなっている。また、ｎ側バンプＢ２の接合面Ｓ２がｎ側電極３４の輪郭より外側へ一部がはみ出して形成されている。
【００３５】
発光素子３０は、フリップチップタイプの発光ダイオードで、平面視が矩形状に形成されている。発光素子３０は、プリント配線基板２０の中心位置に合わせると共に、角部をプリント配線基板２０の角部に合わせて配置されている。
【００３６】
発光素子３０は、図３に示すように、基板３１と、半導体層３２と、ｐ側電極３３と、ｎ側電極３４とを備えている。基板３１は、半導体層３２を保持する役目を負う。材質としては、絶縁性のサファイアやＧａＮ、ＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮなどを採用することができる。半導体層３２は、ｎ型層３２ａと、発光層３２ｂと、ｐ型層３２ｃとを基板上に順次積層したものである。これらの半導体層３２の材質は、窒化ガリウム系化合物であれば好ましい。具体的には、それぞれ、ｎ型層３２ａをＧａＮ、発光層３２ｂをＩｎＧａＮ、ｐ型層３２ｃをＧａＮとするなどである。なお、ｎ型層３２ａやｐ型層３２ｃとしては、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮを用いることもできる。また、ｎ型層３２ａと基板３１との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで形成したバッファ層を形成することも可能である。更に、例えば、発光層３２ｂは、ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層構造（量子井戸構造）とすることもできる。
【００３７】
ｐ側電極３３は、ｐ型層３２ｃ上に形成されている。ｐ側電極３３は、発光層３２ｂで発した光を基板の側に反射するために反射率の高いＡｇやＡｌ、Ｒｈ等により形成された端子である。ｎ側電極３４は、基板３１上に積層したｎ型層３２ａと発光層３２ｂとｐ型層３２ｃの一部から、発光層３２ｂとｐ型層３２ｃを除去し、ｎ型層３２ａを露出させ、この露出させたｎ型層３２ａ上に形成されている。
【００３８】
ｎ側電極３４は、図２（Ｂ）に示すように、矩形状の輪郭のそれぞれの角部に４つ形成されている。ｐ側電極３３は、ｎ側電極３４が形成された領域の残余に形成されている。
【００３９】
図１に示すように、反射層４０は、発光素子３０の周囲を囲うように形成され、発光素子３０の発光面を露出させる高さ（基板の高さ）に形成されている。反射層４０は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの樹脂もしくはガラスといった主材である透明媒体中に発光素子３０からの光を反射する粒状体の反射材を分散させたものである。反射層４０は、光を反射する反射材として酸化チタンの粒子と分散剤とを液状樹脂に含有させたものを硬化させることで形成することができる。反射層４０を、粉体状の酸化チタンと分散剤とを液状樹脂に含有させたものを硬化させて形成することで、絶縁性を保ちつつ、反射機能を備えたものとすることができる。また、反射層４０を形成する際に、流動性を高めることを目的として、液状樹脂にチキソトロピー付与剤を添加してもよい。チキソトロピー付与剤としては、例えば、微粉末シリカ等が使用できる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、反射材として酸化チタンを使用しているが、酸化アルミや二酸化ケイ素、窒化ホウ素なども反射材として使用することが可能である。つまり、反射材は、絶縁性を有すると共に、反射機能を有する金属酸化物であれば、使用することが可能である。
【００４１】
封止層５０は、発光素子３０および反射層４０を覆うように天面が矩形状に形成され、プリント配線基板２０の両端部のアノード端子２２およびカソード端子２３のワイヤ配線される領域を露出させるように形成されている。封止層５０には、樹脂もしくはガラスといった主材である透明媒体中に、発光素子３０からの青色光に励起されて補色となる黄色光に波長を変換する蛍光体を含有させることができる。黄色光を発光する蛍光体を封止層５０に含有させることで、発光素子３０からの青色光と蛍光体からの黄色光とが混色するので、白色光とすることができる。蛍光体としては、珪酸塩蛍光体やＹＡＧ系蛍光体を使用することができる。
【００４２】
透明媒体としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂や、ゾルゲル法で作製されるガラス材料を用いることもできる。ガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや端子各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。
【００４３】
以上のように構成された発光装置の製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００４４】
まず、図４（Ａ）に示すように、プリント配線基板２０のアノード端子２２にｐ側バンプＢ１と、カソード端子２３にｎ側バンプＢ２を形成する。
【００４５】
ｐ側バンプＢ１およびｎ側バンプＢ２の形成は、まず、アノード端子２２のｐ側バンプＢ１を形成するためのｐ側バンプ形成領域Ａ１を露出すると共に、カソード端子２３のｎ側バンプ形成領域Ａ２を露出させるレジスト層（図示せず）を、プリント配線基板２０上に形成する。
【００４６】
そして、アノード端子２２に形成されるｐ側バンプＢ１と、カソード端子２３に形成されるｎ側バンプＢ２とを、電解めっき法により形成する。このとき、カソード端子２３上に成長するｎ側バンプＢ２を、アノード端子２２に成長するｐ側バンプＢ１よりも、高く積層させる。
【００４７】
ｐ側バンプＢ１とｎ側バンプＢ２とを電解めっきにより形成した後に、バンプ表面に、電解めっき、無電解めっき、あるいは蒸着などで表面に接合層を形成する。ｐ側バンプＢ１とｎ側バンプＢ２とを形成した後、レジスト層を除去する。
【００４８】
図４（Ｂ）に示すように、ｐ側バンプＢ１とｎ側バンプＢ２とに、ｐ側電極３３とｎ側電極３４との位置を合わせて発光素子３０を載置した後、ｐ側バンプＢ１とｎ側バンプＢ２を溶融させながら発光素子３０をプリント配線基板２０に固定する。例えば、発光素子３０の基板を加熱し、超音波を印加しながら押圧荷重により圧着することで、発光素子３０をプリント配線基板２０に接合することができる。
【００４９】
ｐ側バンプＢ１の高さＨ１よりｎ側バンプＢ２の高さＨ２の方が高く形成されることにより、ｐ側電極３３と比べてプリント配線基板２０から発光素子３０の電極面までの隙間が広くなるｎ側電極３４であっても、確実に、ｐ側バンプＢ１をｐ側電極３３に、ｎ側バンプＢ２をｎ側電極３４に接触させることができるので、接触性を向上させることができる。よって、発光装置１０は、プリント配線基板２０からのバンプ高さがｐ側電極３３およびｎ側電極３４のそれぞれの位置に応じて、電極の面積によって調整することができるので、接触信頼性を向上させることができる。
【００５０】
また、ｐ側バンプ形成領域Ａ１とｎ側バンプ形成領域Ａ２とをレジスト層により露出させることにより、それぞれの面積の調整が容易である。
【００５１】
また、ｐ側バンプＢ１の接合面Ｓ１より、ｎ側バンプＢ２の接合面Ｓ２の方が広く形成されるため、ｎ側バンプＢ２の方がｐ側バンプＢ１より大きく、表面積が広い。従って、ｎ側電極３４から伝わった熱を効率よくｎ側バンプＢ２からプリント配線基板２０へ伝えることができる。従って、ｎ側電極３４の面積を増大させて発光層３２ｂの面積を減少させることなく、ｎ側電極３４からｎ側バンプＢ２へ伝熱性を高めることができる。
【００５２】
更に、図４（Ｂ）に示すように、ｎ側バンプＢ２の接合面Ｓ２がｎ側電極３４の輪郭より外側にはみ出しているので、ｎ側電極３４を広く確保しなくても、ｎ側バンプＢ２を大きく形成することができる。従って、発光装置１０は、輝度低下させずに伝熱性を向上させることができる。
【００５３】
図４（Ｃ）に示すように、発光素子３０をプリント配線基板２０に接合すれば、反射材を含有した樹脂をポッティングなどにより発光素子３０の周囲に充填して硬化させることで、反射層４０を形成する。
【００５４】
そして、図４（Ｄ）に示すように、蛍光体を含有した樹脂をトランスファー法や印刷法などにより、発光素子３０、反射層４０を被覆するようにして封止し、硬化させることで、封止層５０を形成する。このようにして、発光装置１０を製造することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、発光素子が搭載される基体としてプリント配線基板２０を例に説明したが、基体はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）やリードフレームなどとすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、輝度を維持しつつ、伝熱性を向上させることができ、基体からのバンプ高さがｐ側電極およびｎ側電極のそれぞれの位置に応じて調整することができることで、接触信頼性を向上させることができるので、フリップチップ型の発光素子が基体に搭載された発光装置およびその製造方法に好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  発光装置
２０  プリント配線基板
２１  絶縁性基板
２２  アノード端子
２２ａ，２２ｂ  領域
２３  カソード端子
２４  ギャップ
３０  発光素子
３１  基板
３２  半導体層
３２ａ  ｎ型層
３２ｂ  発光層
３２ｃ  ｐ型層
３３  ｐ側電極
３４  ｎ側電極
４０  反射層
５０  封止層
Ａ１  ｐ側バンプ形成領域
Ａ２  ｎ側バンプ形成領域
Ｂ１  ｐ側バンプ
Ｂ２  ｎ側バンプ
Ｈ１  ｐ側バンプの高さ
Ｈ２  ｎ側バンプの高さ
【図１】
2014036080.tif 000003
【図２】
2014036080.tif 000004
【図３】
2014036080.tif 000005
【図４】
2014036080.tif 000006