(57)【要約】      （修正有）【課題】発光素子が高密度で実装される場合であっても、製造時に発光素子のパッド電極と保護膜との剥離が生じにくい構造を有する発光装置を提供する。【解決手段】板状のセラミックからなる基材１１の表面に配線電極１２が形成された配線基板１０と、配線電極１２にフェイスダウン実装された複数の発光素子２０と、を有する発光装置１であって、発光素子２０が、サファイア基板２１と、サファイア基板２１上のエピタキシャル層２２と、エピタキシャル層２２の表面を覆う絶縁性の保護膜２３と、保護膜２３上に形成され、エピタキシャル層２２に電気的に接続された、発光素子２０を配線電極１２に電気的に接続するためのパッド電極２４と、を有し、基材１１の厚さが３８０μｍ以下である、発光装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のセラミックからなる基材の表面に配線電極が形成された配線基板と、前記配線電極にフェイスダウン実装された複数の発光素子と、を有する発光装置であって、
前記発光素子が、サファイア基板と、前記サファイア基板上のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層の表面を覆う絶縁性の保護膜と、前記保護膜上に露出するように形成され、前記エピタキシャル層に電気的に接続された、前記発光素子を前記配線電極に電気的に接続するためのパッド電極と、を有し、
前記基材の厚さが３８０μｍ以下である、
発光装置。
【請求項２】
前記サファイア基板の厚さが１５０μｍ以下である、
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記配線電極の厚さが５μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記複数の発光素子の実装間隔が１００μｍ以上かつ２００μｍ以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子の平面視での長手方向の長さが６００μｍ以上かつ１．１４ｍｍ以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記配線電極の角が前記発光素子の直下の領域の外側に位置する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記基材の面積Ｓｓに対する前記複数の発光素子の前記サファイア基板の総面積Ｓｅの比の値Ｓｅ／Ｓｓが、０．８５以下である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フリップチップ型の発光素子が実装されたチップオンボード型（ＦＣ−ＣＯＢ型）の発光装置において、大光量化のため、発光素子を高密度で実装することが求められている。一方で、発光素子が高密度実装される場合、大電流・大光量の発光装置では、駆動時の発熱量が多くなるため、放熱性を向上させることが求められる。
【０００３】
従来、発光装置の放熱性を高めるために、発光素子を実装する基板の厚さを大きくする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。引用文献１によれば、発光装置の放熱性を高めるために、半導体素子の主面の長辺方向の長さＬと基板の上面と底面との距離Ｈの比Ｌ／Ｈが０．３以上であることが規定されている。この規定によれば、例えば、半導体素子のチップサイズが１ｍｍ×１ｍｍである場合、基板の厚さは３ｍｍ以上になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４００１１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、発光素子を実装する基板が厚い場合、発光素子をフリップチップ実装する際の熱処理後の冷却の際に、各部の線膨張係数の差に起因して応力が発生し、発光素子のパッド電極とその下の保護膜とが剥離するという問題が生じるおそれがある。
【０００６】
発光素子のパッド電極と保護膜とが剥離すると、例えば、剥離したパッド電極と保護膜との界面にアンダーフィル材が入り込み、そのアンダーフィル材が発光素子の動作時の温度上昇によって膨張して、フリッカー現象を引き起こす。
【０００７】
また、一般に安価に販売されている基板の厚さは、０．４μｍ、０．４５μｍなどであるが、これらの厚さの基板に発光素子を高密度実装した場合も、上述の発光素子のパッド電極と保護膜との剥離が生じ、フリッカー現象を引き起こすおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、発光素子が高密度で実装される場合であっても、製造時に発光素子のパッド電極と保護膜との剥離が生じにくい構造を有する発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［７］の発光装置を提供する。
【００１０】
［１］板状のセラミックからなる基材の表面に配線電極が形成された配線基板と、前記配線電極にフェイスダウン実装された複数の発光素子と、を有する発光装置であって、前記発光素子が、サファイア基板と、前記サファイア基板上のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層の表面を覆う絶縁性の保護膜と、前記保護膜上に形成され、前記エピタキシャル層に電気的に接続された、前記発光素子を前記配線電極に電気的に接続するためのパッド電極と、を有し、前記基材の厚さが３８０μｍ以下である、発光装置。
【００１１】
［２］前記サファイア基板の厚さが１５０μｍ以下である、上記［１］に記載の発光装置。
【００１２】
［３］前記配線電極の厚さが５μｍ以下である、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。
【００１３】
［４］前記複数の発光素子の実装間隔が１００μｍ以上かつ２００μｍ以下である、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発光装置。
【００１４】
［５］前記サファイア基板の長手方向の長さが６００μｍ以上かつ１．１４μｍ以下である、上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の発光装置。
【００１５】
［６］前記配線電極の角が前記発光素子の直下の領域の外側にある、上記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発光装置。
【００１６】
［７］前記基材の面積Ｓｓに対する前記複数の発光素子の前記サファイア基板の総面積Ｓｅの比の値Ｓｅ／Ｓｓが、０．８５以下である、上記［１］〜［６］のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、発光素子が高密度で実装される場合であっても、製造時に発光素子のパッド電極と保護膜との剥離が生じにくい構造を有する発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態に係る発光装置の一部の垂直断面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る発光装置における配線電極と発光装置の位置関係を示す平面図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る発光装置の一部の上面図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る発光装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１は、実施の形態に係る発光装置１の一部の垂直断面図である。発光装置１は、板状のセラミックからなる基材１１の表面に配線電極１２が形成された配線基板１０と、配線基板１０の配線電極１２にフリップチップ実装等のフェイスダウン実装された複数の発光素子２０と、を有する。発光素子２０は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ又はＬＤ（Laser Diode）チップである。
【００２０】
発光素子２０は、サファイア基板２１と、サファイア基板２１上のエピタキシャル層２２と、エピタキシャル層２２の表面を覆う絶縁性の保護膜２３と、保護膜２３上に露出するように形成され、エピタキシャル層２２に電気的に接続された、発光素子２０を配線電極１２に電気的に接続するためのパッド電極２４とを有する。
【００２１】
配線電極１２とパッド電極２４とは、Ａｇペースト等の導電ペースト１３を介して接続される。
【００２２】
配線基板１０の基材１１は、ＡｌＮ等のセラミックからなる。ＡｌＮの線膨張係数は、およそ４．６×１０−６／℃である。基材１１の厚さＴ１は、保護膜２３とパッド電極２４との剥離を抑えるため、３８０μｍ以下である。
【００２３】
本実施の形態における「保護膜２３とパッド電極２４との剥離」とは、発光素子２０を配線電極１２にフェイスダウン実装する際の熱処理後の冷却の際に生じる保護膜２３とパッド電極２４との剥離であって、発光装置１を構成する各部材の線膨張係数の差に起因して発生する応力により生じるものを意味する。
【００２４】
発光装置１においては、パッド電極２４及び配線電極１２の線膨張係数が、サファイア基板２１、エピタキシャル層２２、保護膜２３、及び基材１１の線膨張係数よりも高い。このような部材間の線膨張係数の差が、応力を発生させ、保護膜２３とパッド電極２４との剥離を生じさせる原因となり得る。発光装置１において保護膜２３とパッド電極２４との剥離が抑えられているか否かを検査する方法については、後述する。
【００２５】
配線電極１２は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ等の導電材料からなる。Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉの線膨張係数は、それぞれおよそ１４．２×１０−６／℃、１３．４×１０−６／℃、１６．５×１０−６／℃、８．５×１０−６／℃である。配線電極１２の厚さＴ２は、保護膜２３とパッド電極２４との剥離を抑えるため、５μｍ以下であることが好ましく、製造可能な限り薄いほうが好ましい。
【００２６】
本発明者らは、基材１１として厚さ３８０μｍのＡｌＮ基板を用いて、サファイア基板２１の厚さが１５０μｍである場合に、配線電極１２の厚さが５０μｍのときには保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じ、配線電極１２の厚さが５μｍのときには保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じないことを確認した。
【００２７】
図２（ａ）、（ｂ）は、発光装置１における配線電極１２と発光素子２０の位置関係を示す平面図である。図２（ａ）に示される例と図２（ｂ）に示される例では、配線電極のパターン形状が異なる。
【００２８】
図２（ａ）に示される配線電極１２は、従来一般的に用いられている形状を有し、角１５が発光素子２０の直下の領域内に位置している。一方で、図２（ｂ）に示される配線電極１２は、角１５が発光素子２０の直下の領域内に位置しておらず、発光素子２０の直下の領域の外側に位置している。
【００２９】
配線電極１２の角１５には応力が集中しやすいため、角１５が発光素子２０に近い位置にあると、発光装置１中に応力が発生したときに保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じやすい。このため、図２（ｂ）に示されるように、配線電極１２の角１５は、発光素子２０の直下の領域の外側にあることが好ましい。
【００３０】
発光素子２０のサファイア基板２１を構成するサファイアの線膨張係数は、およそ７×１０−６〜８×１０−６／℃である。サファイア基板２１の厚さＴ３は、保護膜２３とパッド電極２４との剥離を抑えるため、１５０μｍ以下であることが好ましく、発光素子２０を製造可能な限り薄いほうが好ましい。
【００３１】
本発明者らは、基材１１として厚さ３８０μｍのＡｌＮ基板を用いて、配線電極１２として厚さ５μｍのＣｕ電極を用いた場合に、サファイア基板２１の厚さが２００μｍのときには保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じ、サファイア基板２１の厚さが１５０μｍのときには保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じないことを確認した。
【００３２】
エピタキシャル層２２は、サファイア基板２１上にエピタキシャル成長により形成されるIII族窒化物半導体等からなる層である。エピタキシャル層２２は、発光層と、発光層を挟むｎ型半導体層とｐ型半導体層を含む。例えば、典型的なIII族窒化物半導体であるＧａＮの線膨張係数は、およそ３×１０−６〜６×１０−６／℃である。
【００３３】
保護膜２３は、ＳｉＯ２等の絶縁材料からなる。ＳｉＯ２の線膨張係数は、およそ０．５×１０−６／℃である。保護膜２３は、反射膜や配線等の他の部材を含んでいてもよい。この場合、保護膜２３の層数が多くなるので、保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じやすくなる。このため、保護膜２３が反射膜や配線等の他の部材を含む場合には、本実施の形態の保護膜２３とパッド電極２４との剥離を抑える効果はより重要となる。
【００３４】
パッド電極２４は、ＡｕＳｎ等の導電材料からなる。２つのパッド電極２４の一方は、エピタキシャル層２２のｎ型半導体層に電気的に接続され、他方は、エピタキシャル層２２のｐ型半導体層に電気的に接続される。パッド電極２４は、保護膜２３中に設けられた配線を介してエピタキシャル層２２に接続されてもよい。ＡｕＳｎの線膨張係数は、およそ１６．２×１０−６／℃である。
【００３５】
図３は、実施の形態に係る発光装置１の一部の上面図である。複数の発光素子２０は、実装間隔が大きいほど、応力の強さが抑えられ、保護膜２３とパッド電極２４との剥離を生じ難くすることができるが、一方で、実装間隔が大きいほど実装密度が低下して所望の光量を得ることが困難になる。このため、複数の発光素子２０の実装間隔Ｄ１、Ｄ２は、１００μｍ以上かつ２００μｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
また、発光素子２０は、サイズが小さいほど応力の強さが抑えられ、保護膜２３とパッド電極２４との剥離を生じ難くすることができるが、一方で、サイズが小さいほど所望の光量を得るための発光素子２０の実装個数が増え、発光装置１全体のサイズが増加してしまう。このため、発光素子２０の平面視での長手方向の長さが６００μｍ以上かつ１．１４ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
図３に示される例では、発光素子２０の平面視での形状が正方形であり、一辺の長さＬ１とＬ２が等しいため、Ｌ１及びＬ２が６００μｍ以上かつ１．１４μｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
また、基材１１の面積Ｓｓに対する複数の発光素子２０の総面積Ｓｅの比の値Ｓｅ／Ｓｓは、保護膜２３とパッド電極２４との剥離を抑えるため、０．８５以下であることが好ましい。なお、発光装置１における発光素子２０の実装個数は、例えば、１６〜３６個である。
【００３９】
また、発光装置１は、配線基板１０と発光素子２０の間の空間を埋めるように形成され、配線基板１０と発光素子２０の接合部分を保護するアンダーフィル材１４を含むことが好ましい。
【００４０】
アンダーフィル材１４は、剥離したパッド電極２４と保護膜２３との界面に入り込み、発光素子２０の動作時の温度上昇によって膨張して、フリッカー現象を引き起こすおそれがある。このため、発光装置１がアンダーフィル材１４を含む場合には、本実施の形態の保護膜２３とパッド電極２４との剥離を抑える効果はより重要となる。
【００４１】
（発光装置の製造方法）
図４は、実施の形態に係る発光装置１の製造工程の一例を示すフローチャートである。以下、図４のフローチャートに沿って発光装置１の製造工程を説明する。
【００４２】
まず、配線基板１０上に導電ペースト１３を形成する（ステップＳ１）。導電ペースト１３は、例えば、スクリーン印刷により形成される。
【００４３】
次に、導電ペースト１３を介して、発光素子２０を配線基板１０の配線電極１２に実装する（ステップＳ２）。
【００４４】
次に、熱処理により導電ペースト１３を硬化させ、発光素子２０を配線基板１０に接合させる（ステップＳ３）。この熱処理は、例えば、２９０〜３２０℃で５〜３０秒間実施される。
【００４５】
この導電ペースト１３を硬化させるための熱処理後、室温程度（例えば２５℃）になるまで自然冷却等による冷却を行う（ステップＳ４）。この冷却の際に、発光装置１を構成する各部材の線膨張係数の差に起因して応力が発生する。しかしながら、発光装置１においては、この応力による保護膜２３とパッド電極２４との剥離を抑えることができる。なお、このステップにおいて、自然冷却でなく強制的に冷却を行ってもよいが、より応力が発生しやすくなるため、自然冷却が好ましい。
【００４６】
次に、アンダーフィル材１４を形成する（ステップＳ５）。アンダーフィル材１４は、例えば、スクリーン印刷により形成される。
【００４７】
次に、アンダーフィル材１４の脱泡を実施する（ステップＳ６）。アンダーフィル材１４の脱泡は、例えば、真空脱泡により実施される。
【００４８】
次に、アンダーフィル材１４を硬化させる（ステップＳ７）。アンダーフィル材１４の硬化は、例えば、恒温槽を用いて実施される。
【００４９】
その後、必要に応じて、発光素子２０上に設けられる蛍光体層、複数の発光素子２０を囲むダム枠材、ダム枠材の内側に充填される封止樹脂等を形成することができる。また、１枚のウエハ上に複数の発光装置１を形成した場合は、これらをダイシング等により分割する。
【００５０】
（発光装置の検査方法）
以下、発光装置１において保護膜２３とパッド電極２４との剥離が抑えられているか否かを検査する方法について説明する。
【００５１】
まず、１度目の検査として、上述のステップＳ４の冷却の後、１ｍＡの電流を流して、発光素子２０の点灯状態を目視により確認する。
【００５２】
次に、２度目の検査として、発光装置１の完成後、１ｍＡの電流を流して行う発光素子２０の点灯状態の目視による確認と、２００℃、１０秒間の熱処理を３回繰り返す。この熱処理の条件は、発光装置１を外部基板へはんだ実装する際の熱処理の条件と同等である。
【００５３】
次に、３度目の検査として、発光装置１を外部基板にはんだ実装した後、１ｍＡの電流を流して行う発光素子２０の点灯状態の目視による確認と、１５０℃、１０分間の熱処理を３回繰り返す。
【００５４】
最後に、４度目の検査として、発光素子２０の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じているか否かを確認する。
【００５５】
以上の４度の検査を経て、発光素子２０の不灯や、フリッカー現象が確認されず、かつ、保護膜２３とパッド電極２４との剥離が確認されなかった場合に、保護膜２３とパッド電極２４との剥離が生じなかったものと判定する。
【００５６】
（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、発光素子が高密度で実装される場合であっても、製造時に発光素子のパッド電極と保護膜との剥離が生じにくい構造を有する発光装置を提供することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００５８】
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００５９】
１          発光装置
１０        配線基板
１１        基材
１２        配線電極
１３        導電ペースト
１４        アンダーフィル
１５        角
【図１】
2019047059.tif 000003
【図２】
2019047059.tif 000004
【図３】
2019047059.tif 000005
【図４】
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