(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子を実装するための配線パターンを備える実装基板と、を備える発光装置の製造方法であって、
前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間に、導電性粒子と、組成にＡｕを含まないＳｎ系の半田粒子と、を含有する異方性導電接合部材を挟んで熱圧着することで前記発光素子と前記実装基板とを接合する接合工程を含み、
前記電極は、前記配線パターンと対向する面側にＡｕ含有層を有し、
前記配線パターンの表面は、Ａｌを主成分とし、
前記熱圧着によって、前記Ａｕ含有層と前記半田粒子とで、前記電極と前記配線パターンとを接続するＡｕ−Ｓｎ系の合金層を形成する発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記合金層の組成は、Ａｕが２質量％以上１２質量％以下である請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記熱圧着において、前記電極及び前記半田粒子の接触部が、Ａｕ−Ｓｎ合金の低温側の共晶温度である２１７℃以上となるように加熱される請求項１又は請求項２に記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記熱圧着において、前記電極及び前記半田粒子が、２６０℃以下となるように加熱される請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ａｕ含有層は、膜厚が３００ｎｍ以上である請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記半田粒子は、粒径が１μｍ以上２５μｍ以下である請求項５に記載の発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記半田粒子の粒径は、前記導電性粒子の粒径の８５％以上１２０％以下である請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記実装基板は、フレキシブル基板である請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記半田粒子は、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８２：２００６で規定される鉛フリー半田である請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１０】
発光素子と、
前記発光素子を実装するための配線パターンを備える実装基板と、
前記発光素子と前記実装基板とを接合する異方性導電接合部材と、を有し、
前記配線パターンの表面は、Ａｌを主成分とし、
前記異方性導電接合部材は、前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間に前記発光素子の電極と前記配線パターンとを接続するＡｕ−Ｓｎ系の合金層を有し、前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間以外の部分においてＡｕを含まないＳｎ系の半田粒子を有し、
前記発光素子の電極は、前記配線パターンと対向する面側の少なくとも一部の領域に、前記合金層よりもＡｕ含有率が高いＡｕ含有層を有する、発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光素子を備えた発光装置及び発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子を実装した発光装置においては、発光装置を安価にするため、発光装置に用いられる部材に安価な材料が求められている。このため、実装基板の配線パターンは、特にフレキシブル基板の配線パターンの材料として、Ｃｕなどに比べて安価であり、また軽量で可撓性に優れるＡｌが用いられることがある。
【０００３】
一方、ＬＥＤなどの発光素子を実装基板に実装する方法として、発光素子の電極と実装基板の配線パターンとを、それらの間に異方性導電接着剤を介して対向させ、熱圧着させることで接着及び電気的接続をする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
異方性導電接着剤は、絶縁性のバインダ樹脂中に導電性粒子を分散させることで、異方性を有する導電性を付与されたものである。また、導電性粒子は、弾性を有する樹脂コアの表面にＡｕなどの金属被膜を設けることにより形成される。
このような異方性導電接着剤を発光素子の実装に用いることにより、半田などを用いる場合と比較して、低温で接着を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、異方性導電接着剤は、バインダ樹脂を含むために熱伝導率が比較的低く、発光素子から発生する熱を実装基板側に十分に逃がすことは困難である。発光素子は、活性層の温度が、特に１００℃以上になると発光効率が著しく低下し、また寿命も短くなり、信頼性が低下する。従って、発光素子が発生する熱を効率よく逃がすことが重要である。
【０００７】
そこで、本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、実装基板と発光素子との間の熱抵抗を低減でき、安価な発光装置を製造する製造方法を提供することを課題とする。
また、本開示の実施形態に係る発光装置は、安価であり、実装基板と発光素子との間の熱抵抗が低減され、信頼性の高い発光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、発光素子と、前記発光素子を実装するための配線パターンを備える実装基板と、を備える発光装置の製造方法であって、前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間に、導電性粒子と、組成にＡｕを含まないＳｎ系の半田粒子と、を含有する異方性導電接合部材を挟んで熱圧着することで前記発光素子と前記実装基板とを接合する接合工程を含み、前記電極は、前記配線パターンと対向する面側にＡｕ含有層を有し、前記配線パターンの表面は、Ａｌを主成分とし、前記熱圧着によって、前記Ａｕ含有層と前記半田粒子とで、前記電極と前記配線パターンとを接続するＡｕ−Ｓｎ系の合金層を形成するように構成される。
【０００９】
また、本開示の実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子を実装するための配線パターンを備える実装基板と、前記発光素子と前記実装基板とを接合する異方性導電接合部材と、を有し、前記配線パターンの表面は、Ａｌを主成分とし、前記異方性導電接合部材は、前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間に前記発光素子の電極と前記配線パターンとを接続するＡｕ−Ｓｎ系の合金層を有し、前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間以外の部分においてＡｕを含まないＳｎ系の半田粒子を有し、前記発光素子の電極は、前記配線パターンと対向する面側の少なくとも一部の領域に、前記合金層よりもＡｕ含有率が高いＡｕ含有層を有するように構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、安価で、信頼性の高い発光装置を製造することができる。
また、本開示の実施形態に係る発光装置によれば、安価で、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】実施形態に係る発光装置に用いられる異方性導電接合部材に含有される導電性粒子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】実施形態に係る発光装置において、合金層の構造の例を模式的に示す断面図である。
【図２Ｂ】実施形態に係る発光装置において、合金層の構造の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】Ａｕ−Ｓｎ系合金の状態図である。
【図５】実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図６Ａ】実施形態に係る発光装置の製造方法において、接合部材配置工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】実施形態に係る発光装置の製造方法において、発光素子載置工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ｃ】実施形態に係る発光装置の製造方法において、熱圧着工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態に係る発光装置及び発光装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材のサイズや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。更に以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【００１３】
＜実施形態＞
［発光装置の構成］
本実施形態に係る発光装置は、少なくとも、発光素子と、前記発光素子を実装するための配線パターンを備える実装基板と、前記発光素子と前記実装基板とを接合する異方性導電接合部材と、を有し、前記異方性導電接合部材は、前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間においてＡｕ−Ｓｎ系の合金層を有し、前記発光素子の電極と前記配線パターンとの間以外の部分において前記合金層よりもＡｕの割合が低いか又はＡｕを含まないＳｎ系の半田粒子を備える。
【００１４】
発光素子の電極の外部と接続するための部位に酸化や劣化などに強い安定した材料であるＡｕを用い、実装基板の配線パターンに安価なＡｌを用い、これらの間を接続する異方性導電接合部材中に含有させる半田として環境に悪影響が少ない鉛フリーのＳｎ系半田を用いた場合、発光素子側の電極であるＡｕとＳｎ系半田とは良好に合金を形成して半田結合するが、実装基板側のＡｌとＳｎ系半田とは、Ａｌがその表面に酸化膜を形成するため、一般的には半田結合することが困難である。そのため、実装基板の配線パターンにＡｌが用いられている場合は、異方性導電接合部材に半田が含有されていたとしても、半田と実装基板の配線パターンとの間の熱抵抗を十分に下げることができないという問題がある。
そこで、本実施形態のように、発光素子の電極のＡｕ含有層と異方性導電接合部材に含有されるＳｎ系の半田粒子とが合金層を形成することで、発光素子の電極と実装基板の配線パターンとの間の熱抵抗を低減でき、放熱性が向上して発光素子の温度上昇を抑制することができる。これにより、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００１５】
本実施形態に係る発光装置の構成について、図１Ａ〜図２Ｂを参照して説明する。
なお、図１Ａにおいて、発光素子１は細部構造を省略して示しているが、図３に示すように、ｎ側電極１３は半導体積層体１２のｎ型半導体層１２ｎと電気的に接続され、ｐ側電極１５は全面電極１４を介してｐ型半導体層１２ｐと電気的に接続されている。後記する図６Ａ〜図６Ｃに示した発光素子１についても同様である。
また、図２Ａ及び図２Ｂは、ｎ側電極１３と配線パターン２２との間に形成される合金層３４による接合状態を拡大して示すものである。ｐ側電極１５と配線パターン２２との間に形成される合金層３４による接合状態もこれと同様である。
【００１６】
発光装置１００は、発光素子１が実装基板２上に、異方性導電接合部材３を用いてフリップチップ実装されて構成されている。なお、実装基板２に実装される発光素子１の個数は１個に限定されず、２個以上であってもよい。
以下、各構成について順次に詳細に説明する。
【００１７】
発光素子１は、下面側に一対の電極であるｎ側電極１３及びｐ側電極１５を有し、異方性導電接合部材３を用いて、実装基板２の上面にフリップチップ実装されている。
ここで、発光素子１の構成例について、図３を参照して説明する。なお、図３において、発光素子１は、図１Ａに示した発光装置１００においてフリップチップ実装された発光素子１とは、説明の便宜上、上下が逆になるように示している。すなわち、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５が設けられた面が上方になるように示している。
【００１８】
発光素子１は、ＬＥＤなどの半導体発光素子を好適に用いることができる。本実施形態における発光素子１は、基板１１と、半導体積層体１２と、ｎ側電極１３と、全面電極１４と、ｐ側電極１５と、保護膜１６とを備えて構成されている。また、本実施形態における発光素子１は、基板１１の一方の主面上に、半導体積層体１２を備え、更に半導体積層体１２上にｎ側電極１３及びｐ側電極１５とを備え、フリップチップ実装に適した構造を有している。
【００１９】
基板１１は、半導体積層体１２を支持する部材である。具体的な材料としては、サファイアやＳｉＣなどを用いることができる。例えば、半導体積層体１２をＧａＮ（窒化ガリウム）などの窒化物半導体を用いて形成する場合には、基板１１としてサファイアを好適に用いることができる。
【００２０】
半導体積層体１２は、基板１１の上面である一方の主面上に、ｎ型半導体層１２ｎ、活性層１２ａ及びｐ型半導体層１２ｐが積層されてなり、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５間に電流を通電することにより発光するように構成されている。
半導体積層体１２には、ｐ型半導体層１２ｐ及び活性層１２ａが部分的に存在しない領域、すなわちｎ型半導体層１２ｎが露出した領域１２ｂを有する。当該ｎ型半導体層１２ｎが露出した領域１２ｂにはｎ側電極１３が設けられ、ｎ型半導体層１２ｎと電気的に接続されている。
また、ｐ型半導体層１２ｐの上面の略全面には、全面電極１４が設けられ、更に全面電極１４の上面の一部にｐ側電極１５が設けられている。
【００２１】
ｎ側電極１３は、発光素子１に外部からの電流を供給するための負極側のパッド電極である。本実施形態においては、ｎ側電極１３は、第１層１３ａと第２層１３ｂとが積層された多層構造を有している。
【００２２】
第１層１３ａは、ｎ側電極１３とｎ型半導体層１２ｎとを良好に密着させるための密着層であり、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔなどを好適に用いることができる。また、第１層１３ａは、前記した金属材料を積層して用いるようにしてもよい。金属材料を積層する場合は、ｎ型半導体層１２ｎ側から順に、例えば、Ｎｉ（２０ｎｍ）／Ｔｉ（２００ｎｍ）、Ｔｉ（２００ｎｍ）／Ｐｔ（３００ｎｍ）などとすることができる。また、第１層１３ａは、単一層でもよく、３層以上を積層してもよい。
なお、これらの金属材料は、半田粒子３３とは合金を形成しないものが好ましい。
【００２３】
第２層１３ｂは、ｎ側電極１３の最表面に設けられ、異方性導電接合部材３中に含有される導電性粒子３２を介して配線パターン２２と良好に電気的に接続するために、Ａｕからなる層である。第２層１３ｂは、Ａｕ含有率が９９質量％以上であることが好ましく、不回避的に含有される不純物を除き、Ａｕ含有率が１００質量％であることがより好ましい。また、第２層１３ｂの膜厚は、３００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。これにより、異方性導電接合部材３に含有されるＳｎ系の半田粒子３３と、比較的低温（例えば、２６０℃以下程度）に加熱することで溶融して均質な合金層３４を形成することができる。例えば、半田粒子３３と、Ａｕ含有率が２質量％以上１２質量％以下となる組成の、比較的低融点（例えば、２３０℃以下程度）の合金層３４とすることができる。
なお、第２層１３ｂと半田粒子３３とによる合金層３４の形成を阻害しない材料や厚みであれば、第２層１３ｂの表面に更に別の層が設けられてもよい。
【００２４】
全面電極１４は、ｐ型半導体層１２ｐの上面の略全面を被覆するように設けられており、パッド電極であるｐ側電極１５を介して外部から供給される電流をｐ型半導体層１２ｐの全面に拡散するための電流拡散層として機能するものである。また、全面電極１４に光反射性の高い材料を用いると、発光素子１が発光する光を、光取り出し面である発光素子１の基板１１の方向（図１Ａにおいては上方向）に反射させる光反射膜としても機能させることができる。
全面電極１４は、良好な導電性と光反射性とを有する金属材料を用いることができる。特に可視光領域で良好な光反射性を有する金属材料としては、Ａｇ、Ａｌ又はこれらの金属を主成分とする合金を単層で、又は積層して用いることができる。
【００２５】
ｐ側電極１５は、全面電極１４の上面の一部に設けられ、外部の電極と接続するためのパッド電極である。ｐ側電極１５は、第１層１５ａと第２層１５ｂとが積層して構成されている。第１層１５ａは、全面電極１４及び第２層１５ｂとのオーミック性及び密着性の良好な材料が用いられ、第２層１５ｂは、Ａｕが用いられる。
なお、本実施形態においては、ｐ側電極１５の第１層１５ａ及び第２層１５ｂは、それぞれ、前記したｎ側電極１３の第１層１３ａ及び第２層１３ｂと同様の構成を有するものであるから、詳細な説明は省略する。また、ｐ側電極１５とｎ側電極１３との構成は互いに異なっていてもよい。例えば、膜厚や材料などが異なっていてもよい。
【００２６】
保護膜１６は、透光性及び絶縁性を有し、基板１１の側面及び下面を除き、発光素子１の上面及び側面の略全体を被覆する膜である。また、保護膜１６は、外部と接続するための領域であるｎ側電極１３の上面及びｐ側電極１５の上面に、それぞれ開口部を有している。保護膜１６としては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＮなどの窒化物、ＭｇＦ２などのフッ化物を好適に用いることができる。
【００２７】
なお、発光素子１において、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５の配置領域や形状、層構造などは、本実施形態に限定されるものではなく、適宜に定めることができる。
【００２８】
図１Ａ〜図２Ｂに戻って、本実施形態に係る発光装置１００の構成について説明を続ける。
実装基板２は、発光素子１などの電子部品が実装される基板であり、例えば、板状又はフィルム状の基体２１と、基体２１の上面に設けられた配線パターン２２とを備えている。
【００２９】
基体２１は、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子１から放出される光や外光などが透過しにくい材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなど）、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン（bismaleimide triazine resin）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）などの樹脂が挙げられる。また、基体２１の上面は、少なくとも発光素子１を実装する領域及びその周辺は良好な光反射性を有することが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌなどの金属や、白色顔料を含有した白色樹脂などを用いた光反射層を設けることが好ましい。
【００３０】
本実施形態においては、異方性導電接合部材３を用いているため、発光素子１を実装基板２に比較的低温で実装することができる。このため、基体２１の材料として、セラミックスなどと比べて耐熱性の低い樹脂材料、例えば、ポリイミド樹脂を用いることができる。
実装基板２がフレキシブル基板である場合、基体２１は可撓性を有することが好ましい。具体的な材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。この場合の基体２１の厚さは、例えば、５０μｍ〜５００μｍ程度とすることができる。
【００３１】
配線パターン２２は、発光素子１のｎ側電極１３及びｐ側電極１５と接合するために、それぞれの極性の電極に対応した接合領域を有している。
本実施形態では、配線パターン２２として、フレキシブル基板の配線として好適で、価格が比較的安価なＡｌが用いられる。
【００３２】
異方性導電接合部材３は、樹脂３１に、導電性粒子３２とＳｎ系の半田粒子３３とを分散してなる接着剤であり、実装時に上方から荷重を印加（加圧）し、更に加熱することによって、発光素子１と実装基板２とを接合（熱圧着）するものである。異方性導電接合部材３としては、ペースト状のＡＣＰ（異方性導電ペースト）又はフィルム状のＡＣＦ（異方性導電フィルム）の何れの形態のものでも用いることができる。また、異方性導電接合部材３は、溶剤の量やＳｉＯ２などのフィラーの添加量を加減して、適度な粘度に調整することができる。
【００３３】
異方性を有する異方性導電接合部材３は、実装基板２の配線パターン２２と発光素子１のｎ側電極１３及びｐ側電極１５との間を導電性粒子３２によって縦方向（外部との接続面である実装面に垂直な方向）に電気的に接続している。一方で、実装基板２の配線パターン２２の間及び発光素子１のｎ側電極１３とｐ側電極１５との間の横方向（実装面に平行な方向）においては、導電性粒子３２同士が互いに連続して接触しないように、適度な量の導電性粒子３２が樹脂３１に分散されている。
【００３４】
樹脂３１は、各種粒子のバインダ及び発光素子１と実装基板２との接着強度を得る接合材として用いられる。樹脂３１は、透光性を有し、耐光性及び耐熱性に優れるものが好ましい。樹脂３１が、熱硬化性樹脂である場合には硬化温度が２５０℃程度以下、熱可塑性樹脂である場合には融点が２５０℃程度以下のものが好ましい。このような樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの樹脂を１種類以上含むハイブリッド樹脂などの樹脂材料を用いることができる。なかでも、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂が好ましく、特に耐光性及び耐熱性に優れるシリコーン樹脂がより好ましい。
【００３５】
導電性粒子３２は、樹脂などの絶縁材料からなり球形状で弾性を有するコア部材３２ａと、当該コア部材３２ａの表面を被覆する金属被膜３２ｂとから構成されている。導電性粒子３２はこれに限定されるものではなく、他の構成を有するものであってもよい。
コア部材３２ａとしては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂などの樹脂材料を用いることができる。このような樹脂材料は、導電性粒子３２のコア部材３２ａとして好適に用いられるが、材料の熱抵抗が金属よりも高いため、導電性粒子３２のみで接合すると、発光素子１から実装基板２への放熱性を高めるのが困難である。そこで、本実施形態のように、半田粒子３３と発光素子１の電極１３，１５のＡｕ含有層である第２層１３ｂ，１５ｂとで合金層３４を形成することにより、発光素子１と実装基板２との間の熱抵抗を低減することができる。
金属被膜３２ｂとしては、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｎなどの金属材料を好適に用いることができる。
導電性粒子３２の粒径（Ｄ５０）は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下程度とすることが好ましく、２μｍ以上６μｍ以下程度とすることがより好ましい。また、導電性粒子３２の含有量は、バインダである樹脂３１に対して１体積％以上３０体積％以下程度とすることが好ましい。
【００３６】
半田粒子３３は、Ｓｎ系の半田からなる粒子であり、発光素子１のｎ側電極１３及びｐ側電極１５と、実装基板２の配線パターン２２との間を接合することで、主としてこれらの間の熱抵抗を低減するために異方性導電接合部材３に含有されるものである。Ｓｎ系の半田としては、例えば、ＪＩＳ  Ｚ  ３２８２：２００６に規定されるＳｎ系の鉛フリー半田を好適に用いることができる。半田粒子３３の具体的な材料としては、Ｓｎがあり、その他には、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕを含み、Ｐｂ分が０．１０質量％以下のＳｎ系半田がある。
半田粒子３３の含有量は、樹脂３１に対して１体積％以上３０体積％以下程度とすることが好ましい。半田粒子３３の含有量を１体積％以上とすることで、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２との間を接合して効果的に熱抵抗を低減することができる。また、半田粒子３３の含有量を３０体積％以下程度とすることで、導電性を有する半田粒子３３を含有しても、異方性導電接合部材３が前記した異方性を維持することができる。
【００３７】
また、半田粒子３３の粒径（Ｄ５０）は、１μｍ以上２５μｍ以下程度とすることが好ましく、４μｍ以上１０μｍ以下程度とすることがより好ましい。また、半田粒子３３の粒径は、導電性粒子３２の粒径の８５％以上１２０％以下程度とすることが好ましい。半田粒子３３の粒径をこの範囲とすることで、熱圧着を行う際に、発光素子１のｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２との間において、導電性粒子３２が扁平に変形するとともに、半田粒子３３がｎ側電極１３及びｐ側電極１５と十分に接触することができる。これによって、半田粒子３３とｎ側電極１３及びｐ側電極１５の第２層１３ｂ，１５ｂを構成するＡｕとを溶融して合金を形成し易くすることができる。
【００３８】
前記したように、発光素子１のｎ側電極１３及びｐ側電極１５の実装面側である第２層１３ｂ，１５ｂは、Ａｕを用いて構成される。また、第２層１３ｂ，１５ｂが所定の厚さ以上の膜厚（例えば、３００ｎｍ）で形成されていることで、図２Ａに示すように、異方性導電接合部材３を用いて発光素子１と実装基板２とを熱圧着する際に、第２層１３ｂ，１５ｂのＡｕと、異方性導電接合部材３に含有されるＳｎ系の半田粒子３３とが溶融して略均質な組成のＡｕ−Ｓｎ合金を主とする合金層３４が形成される。半田粒子３３は、Ａｌからなる配線パターン２２とは半田結合を形成しないが、Ａｕと半田粒子３３との合金層３４が配線パターン２２と密着するように形成される。このように構成されることによって、合金層３４は、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と実装基板２の配線パターン２２との間を接続して熱伝導経路となることで、発光素子１と実装基板２との間の熱抵抗を低減することができる。熱抵抗を効果的に低減するために、合金層３４は、なるべく広い平面積で設けられることが好ましく、例えば、ｐ側電極１５及びｎ側電極１３の平面積の５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは８０％以上の大きさで設けられることが好ましい。このような平面積の広い合金層３４は、熱圧着の際に半田粒子３３を加圧し、横方向に押し広げることによって形成することができる。
【００３９】
なお、第２層１３ｂ，１５ｂのＡｕの膜厚が薄過ぎると、ＡｕとＳｎ系半田とが十分に合金化せず、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２との間に形成される接合層において、ＡｕとＳｎ系半田とが互いに分離した粒界が形成される。このように粒界ができた接合層は、完全に溶融した接合層である合金層３４に比べて熱伝導性が低いものの、発光素子１からＡｌの配線パターン２２へ熱が伝導する部分を増やすことができるため、熱抵抗を多少下げることができる。
【００４０】
ここで、合金層３４の組成は、Ａｕ−Ｓｎ系合金の低温側の共晶温度である２１７℃の融点を有する共晶組成（Ａｕ：１０質量％）又はその近傍であることが好ましい。図４の状態図に示すように、合金の組成を、Ａｕが２質量％〜１２質量％程度のものとすることで、当該合金の融点を２３０℃程度以下とすることができる。これによって、熱圧着時により低温（例えば、２６０℃以下程度）に加熱することでＡｕとＳｎ系半田との間で合金を形成することができる。これによって、ＰＥＴなどの耐熱性の比較的低い材料を、発光装置１００の材料（例えば基体２１の材料）として用いることができる。
なお、半田粒子３３は、ＡｕとＳｎとが合金層３４を形成できるものであればよく、Ｓｎの割合が１００％であってもよいし、Ｓｎの他にＡｕ以外の材料が僅かに（例えば、５質量％以下程度）含有されていてもよい。例えば、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕなどの、その他の金属が含まれていてもよい。
【００４１】
また、図２Ｂに示すように、Ａｕ含有層である第２層１３ｂの膜厚が厚い場合には、第２層１３ｂの表層側のＡｕと半田粒子３３とが溶融して均質な組成の合金層３４を形成し、合金層３４と半導体積層体１２との間にＡｕ含有層が残った状態とすることができる。このため、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２との間の熱抵抗を十分に低減することができる。従って、第２層１３ｂの膜厚の上限は特に制限がなく、電極の材料コストや電極形成のスループットなどの量産性を考慮して定めることができる。なお、ここではｎ側電極１３の第２層１３ｂを例にして示したが、ｐ側電極１５の第２層１５ｂにおいてもこれと同様である。
【００４２】
発光素子１と実装基板２との接合には、前記した通り、熱伝導性の高いＡｕ−Ｓｎ系の合金が好適に用いられる。しかし、Ａｕ−Ｓｎ系の合金材料は、通常、Ａｕを含まないＳｎに比べて、光の吸収率が高い。そこで、本実施形態に係る発光装置１００のように、異方性導電接合部材３中にＳｎ系の半田粒子を混合させておき、この半田粒子と発光素子１の電極１３，１５に設けられた第２層１３ｂ、１５ｂのＡｕとで、Ａｕ−Ｓｎ合金を形成して発光素子１と実装基板２とを接合することで、Ａｕ−Ｓｎ系合金の半田粒子３３を異方性導電接合部材３の全体に含有させる場合よりも、発光素子１から発せられた光の異方性導電接合部材３による吸収を低減することができる。これによって、発光装置１００の発光効率を高めることができる。
【００４３】
また、異方性導電接合部材３は、更に光反射性物質の粒子を含有するようにしてもよい。これによって、発光素子１の実装面側に伝播する光を光取り出し方向に反射させて、光取り出し効率を向上させることができる。
光反射性物質としては、例えば、ＴｉＯ２（酸化チタン）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）などを用いることができる。また、光拡散性物質の粒子の粒径は、熱圧着の際に、導電性粒子３２及び半田粒子３３が、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２とに良好に接触できるように、これらの粒子よりも小さいことが好ましい。
【００４４】
［発光装置の動作］
次に、発光装置１００の動作について、図１Ａ、図１Ｂ及び図３を参照して説明する。
実装基板２の配線パターン２２に外部電源を接続することで、主として異方性導電接合部材３の導電性粒子３２を介して発光素子１に電力が供給されて発光する。発光素子１から上方に出射される光は、主として基板１１側から外部に取り出される。
また、発光素子１の発光に伴って発生する熱が、発光素子１の電極の第１層１３ａ，１５ａと連続したＡｕ−Ｓｎ系の合金層３４を介して実装基板２側に効率的に伝達されることで、発光素子１の温度上昇が抑制される。
【００４５】
［発光装置の製造方法］
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について、図５〜図６Ｃを参照して説明する。本実施形態に係る発光装置の製造方法は、発光素子準備工程Ｓ１０１と、実装基板準備工程Ｓ１０２と、接合工程Ｓ１０３とが含まれている。
また、接合工程Ｓ１０３は、サブ工程として、接合部材配置工程Ｓ１０３ａと、発光素子載置工程Ｓ１０３ｂと、熱圧着工程Ｓ１０３ｃとを含んでいる。
【００４６】
発光素子準備工程Ｓ１０１は、図３に示したような構成の、個片化された発光素子１を準備する工程である。以下に、ウエハレベルプロセスで発光素子１を製造する工程例について説明するが、これに限定されるものではない。
【００４７】
具体的には、まず、サファイアなどの基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法などにより、窒化物半導体などの半導体材料を用いて、ｎ型半導体層１２ｎ、活性層１２ａ及びｐ型半導体層１２ｐを順次積層した半導体積層体１２を形成する。その後、ｐ型半導体層１２ｐにｐ型化アニール処理をする。次に、半導体積層体１２の表面の一部の領域について、上面側からｐ型半導体層１２ｐ及び活性層１２ａの全部、並びにｎ型半導体層１２ｎの一部をエッチングにより除去してｎ型半導体層１２ｎが底面に露出した領域１２ｂを形成する。
【００４８】
その後、ｐ型半導体層１２ｐの上面の略全面を覆うように、スパッタリング法などにより、Ａｇ、Ａｌなどの金属材料を用いて全面電極１４を形成する。更に、全面電極１４の上面の一部に、スパッタリング法などにより、Ｎｉ，Ｔｉなどの金属材料を用いて第１層１５ａを、更にＡｕを用いて第２層１５ｂを積層することで、ｐ側電極１５を形成する。また、領域１２ｂにおいて、スパッタリング法などにより、ｎ型半導体層１２ｎの上面に、ｐ側電極１５の第１層１５ａ及び第２層１５ｂと同様にして、第１層１３ａ及び第２層１３ｂを積層することで、ｎ側電極１３を形成する。なお、ｎ側電極１３とｐ側電極１５とは、何れを先に形成してもよく、同じ材料を用いる場合は同じ工程で形成するようにしてもよい。
【００４９】
次に、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５の上面の外部と接続するための領域に開口部を有するように、スパッタリング法などにより、ＳｉＯ２などの透光性の絶縁材料を用いて、ウエハ全体を被覆する保護膜１６を形成する。
なお、ｎ側電極１３、全面電極１４、ｐ側電極１５及び保護膜１６は、フォトリソグラフィ法により適宜な形状のマスクを形成し、当該マスクを利用したエッチング法やリフトオフ法によりパターニングすることができる。
【００５０】
次に、ダイシング法やスクライブ法を用いてウエハを切断することで、発光素子１を個片化する。
【００５１】
実装基板準備工程Ｓ１０２は、絶縁性の基体２１の上面にＡｌを用いた配線パターン２２が形成された実装基板２を準備する工程である。配線パターン２２は、基体２１の上面全体に金属膜を形成し、当該金属膜上に配線パターンとして残す領域を被覆するマスクを設け、露出した金属膜をエッチングすることで成形する、サブトラクティブ法で形成することができる。また、配線パターン２２は、基体２１の上面に、パターンを設けない領域を被覆するマスクを設け、基体２１の上面が露出した領域に電解メッキ法や無電解メッキ法によって金属膜を形成するアディティブ法によっても形成することができる。
なお、発光素子準備工程Ｓ１０１と実装基板準備工程Ｓ１０２とは、何れの工程を先に行ってもよく、並行して行うようにしてもよい。
【００５２】
接合工程Ｓ１０３は、異方性導電接合部材３を用いて、発光素子１を実装基板２にフリップチップ実装する工程である。前記したように、この工程には、３つのサブ工程が含まれる。
【００５３】
まず、図６Ａに示すように、接合部材配置工程Ｓ１０３ａにおいて、ポッティング法や印刷法などにより、実装基板２の上面の発光素子１が配置される予定の領域に、異方性導電接合部材３を配置する。
なお、本実施形態で用いられる異方性導電接合部材３は、樹脂３１に、導電性粒子３２とＳｎ系の半田粒子３３とを含有して構成されている。
【００５４】
次に、図６Ｂに示すように、発光素子載置工程Ｓ１０３ｂにおいて、例えば、コレットなどを用いて、発光素子１を実装基板２の上面の所定の位置に、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５が、それぞれ対応する極性の配線パターン２２と対向するように、異方性導電接合部材３を介して載置する。
【００５５】
次に、図６Ｃに示すように、熱圧着工程Ｓ１０３ｃにおいて、熱圧着装置を用いて、例えば、発光素子１の上面側から荷重を印加することで、発光素子１と実装基板２とを圧着して、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２との間に挟まれた導電性粒子３２を扁平変形させる。これによって、当該導電性粒子３２をｎ側電極１３、ｐ側電極１５及び配線パターン２２に密着させて電気的に接続することができる。
なお、荷重の印加は、発光素子１の上面側から行われてもよく、実装基板２の下面側から行われてもよい。また、発光素子１の上面側と実装基板２の下面側の両方から荷重を印加してもよい。
更に、圧着状態を維持したまま、異方性導電接合部材３を加熱して樹脂３１を硬化させることで、発光素子１と実装基板２とを接合する。
【００５６】
発光装置を構成する部材として用いられる樹脂や蛍光体などは、耐熱性が比較的低いものが多い。このため、用いることができる材料の選択肢を広くするために、熱圧着の際の加熱温度は、２６０℃程度以下とすることが好ましい。従って、樹脂３１の硬化温度及び半田粒子３３とＡｕとの合金層３４の融点が、当該加熱温度よりも低くなるようにこれらの材料が選択される。
なお、前記したように、発光素子１の上面側と実装基板２の下面側の両方から加圧・加熱する場合、加熱温度は発光素子１の上面側と実装基板２の下面側とで同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、実装基板２の材料として耐熱性の低い樹脂を用いる場合には、実装基板２側からの加熱温度を発光素子１側の温度よりも低くすることで、熱による実装基板２の劣化を低減することができる。
【００５７】
また、加熱の際に、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２との間に挟まれたＳｎ系の半田粒子３３は、接触しているｎ側電極１３の第２層１３ｂ又はｐ側電極１５の第２層１５ｂのＡｕと溶融して均質な組成の合金層３４を形成する。均質な組成の合金層３４が発光素子１の電極の第１層１３ａ，１５ａと配線パターン２２との間に連続的に形成されることによって、ｎ側電極１３及びｐ側電極１５と配線パターン２２との間の熱抵抗が低減される。
【００５８】
次に、必要に応じて、発光素子１、実装基板２の表面を被覆する透光性の封止部材を設ける。この封止部材の材料に樹脂を用いた場合、封止部材が発光素子１から発せられた熱で劣化し、光の透過率が低下するなどして、発光装置の出力が低下するおそれがある。しかし、本実施形態においては、発光素子１からの熱を効率よく実装基板２に放熱できるため、封止部材の熱による劣化を低減することができる。これにより、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００５９】
以上の工程を行うことによって、発光装置１００が製造される。
【実施例】
【００６０】
本実施形態に係る発光装置の製造方法の効果を確認するために、ｎ側電極及びｐ側電極の第２層であるＡｕ含有層の膜厚を変えて作製した発光素子を用いて、Ｓｎ系の半田粒子を含有した異方性導電接合部材を用いて実装基板のＡｌの配線パターンと接合した発光装置を製造した。そして、ｎ側電極及びｐ側電極と配線パターンとの間の熱抵抗を測定した。
【００６１】
［製造条件］
（実施例）
・第２層（Ａｕ含有層：Ａｕ含有率が１００質量％）の膜厚：３００ｎｍ
（比較例）
・第２層（Ａｕ含有層：Ａｕ含有率が１００質量％）の膜厚：５０ｎｍ
（実施例及び比較例に共通）：
・第１層：Ｔｉ（２００ｎｍ）／Ｐｔ（３００ｎｍ）
・半田粒子の組成：Ｓｎ：９６．５質量％、Ａｇ：３質量％、Ｃｕ：０．５質量％
・半田粒子の粒径：５μｍ
・配線パターンの材質：Ａｌ
【００６２】
［熱抵抗の測定結果］
測定した接合部（第２層−配線パターン間）の熱抵抗値を次に示す。
なお、熱抵抗値は、ＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Council）のＪＥＳＤ５１−１４規格に準拠した過渡熱測定によって求めている。この測定方法は、発光素子などのデバイスのジャンクション温度と電圧との相関関係によって、その電圧変化から温度変化を算出する手法である。
（実施例）：  ８［℃／Ｗ］
（比較例）：１６［℃／Ｗ］
この値が小さいほど熱抵抗が低いことを示しており、この熱抵抗値を発光素子の消費電力１Ｗ当たりの発光素子の温度上昇率で換算すると、比較例が１６℃上昇するのに対して、実施例は８℃の上昇となる。つまり、同じ消費電力を発光素子に投入した場合に、この接合部によって温度上昇を半分に抑えていることを示す。
【００６３】
このように、本実施形態により、温度上昇率が比較例の約半分に抑えられ、言い換えれば、熱抵抗が約半分に低減できることが確認できた。
【００６４】
以上、本発明に係る発光装置の製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示の実施形態において製造される発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告や行き先案内などの各種表示装置、更には、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナなどにおける画像読取装置、プロジェクタ装置など、種々の光源に利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１      発光素子
１１    基板
１２    半導体積層体
１２ｎ  ｎ型半導体層
１２ａ  活性層
１２ｐ  ｐ型半導体層
１２ｂ  ｎ型半導体層が露出した領域
１３    ｎ側電極
１３ａ  ｎ側電極の第１層
１３ｂ  ｎ側電極の第２層（Ａｕ含有層）
１４    全面電極
１５    ｐ側電極
１５ａ  ｐ側電極の第１層
１５ｂ  ｐ側電極の第２層（Ａｕ含有層）
１６    保護膜
２      実装基板
２１    基体
２２    配線パターン
３      異方性導電接合部材
３１    樹脂
３２    導電性粒子
３２ａ  コア部材
３２ｂ  金属被膜
３３    半田粒子
３４    合金層
１００  発光装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
0006519407.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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