(57)【要約】【課題】フリップチップ実装した半導体素子の接合状態の非破壊検査として熱伝導を使う方法が知られている。この手法を樹脂封止層を備えるＬＥＤ装置に適用すると接合状態が判定しづらくなり生産効率も向上しない。【解決手段】回路基板１２に半導体発光素子１３をフリップチップ実装したＬＥＤ装置１０の製造方法は、ＬＥＤ素子１３が実装された集合基板５１を準備する基板準備工程と、集合基板５１を加熱し、半導体発光素子１３の裏面の温度をサーモグラフィ５２で測定し、接合状態の良否判定を検査部５３で行う接合判定工程と、集合基板５１を蛍光体を含有する樹脂層１１で封止する封止工程と、集合基板５１を切断し個片化した半導体発光装置１０を得る個片化工程とを備える。この結果、ＬＥＤ素子１３の裏面が露出した状態で温度測定をするので接合状態の良否判定が精度良く行え、ＬＥＤ素子１３が密集した集合基板で検査するので製造効率が良くなる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に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の製造方法において、
複数の前記半導体素子をフリップチップ実装した集合基板を準備する基板準備工程と、
前記集合基板を加熱し、前記半導体発光素子の裏面の温度を測定し、接合状態の良否判定を行う接合判定工程と、
前記集合基板上に実装された前記半導体発光素子を封止する封止工程と、
前記集合基板を切断し個片化した半導体発光装置を得る個片化工程と
を備えることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記接合判定工程において同時に複数の前記半導体発光素子の温度を測定することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記接合判定工程において前記集合基板の加熱を開始してから熱平衡に達するまでの間に温度測定す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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）が知られている。このＬＥＤ装置は、しばしば放熱特性、実装面積効率及び生産性が優れたフリップチップ実装が採用される。ところがフリップチップ実装は回路基板が不透明であると回路基板の電極とＬＥＤ素子の電極の接合部が見えないため、接合用金属（半田等）のフィレット形状や反射など光を使った非破壊検査では接合状態の良否が判断できない。
【０００３】
非破壊でフリップチップ実装時の接合状態を知る方法として熱伝導を利用する方法が知られている。例えば特許文献１の図１には、先ず回路パターンが形成された基板２（回路基板）に複数のバンプ３を介してフリップチップ実装された半導体素子１に、半導体装置４を固定するステージ５と外部の電源（加熱手段６）を用いて電流を印加し、次に半導体素子１の自己発熱による裏面温度分布を測定（測定手段７）してから、その温度分布に基づいてバンプ３の接合状態の良否を判断（判定手段８）する検査装置が示されている。
【０００４】
特許文献１の図１の検査装置は半導体素子１の自己発熱により半導体素子１を加熱し、熱がバンプ３を介して基板２へと伝達することにより生ずる温度分布を利用して半導体素子１の接合状態を判定していた。しかしながらＬＥＤ素子の場合、発光層と重なるバンプ（ふつうｐ側バンプ）が主な放熱経路となっているため、発光層と重ならないバンプ（ふつうｎ側バンプ）及びその周囲は放熱による熱分布がはっきり現れず接合状態が判定しづらい。また外部に電流印加用回路を設け、電気的接続用のプローブも準備しなければならない。
【０００５】
以上のように電流印加による自己発熱から接合状態を知る手法をＬＥＤ素子に適用しようとすると、前述のように電極の種類により判定精度が異なったり、周辺装置が多くなったりする。そこでＬＥＤ素子を受動的に加熱し良否判定できることが望ましい。特許文献２の図１には、半導体チップ２２の裏面２２Ｂ（電極面とは反対側の面）の中央部に所定時間、所定パワーのレーザ光を照射し、熱が中央から周辺部に放射状に伝わることを利用して、パッド２６とランド２７の接合状態を検査する検査システムが示されている。ここでは半導体チップ２２の裏面２２Ｂの温度分布をサーモグラフィ２４で測定し、得られた測定結果にもとづいて検査部２５において接合状態を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４５４２号公報  （図１）
【特許文献２】特開平１１−２０１９２６号公報  （図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の図１の検査システムは、回路基板上の電子部品を加熱し、その温度分布測定から接合状態を判定していた。しかしながらＬＥＤ装置の場合、回路基板上にＬＥＤ素子（ダイ、ウェハーから切り出した素子）が実装され、そのＬＥＤ素子を樹脂等の封止部材が覆っている。このような構造のＬＥＤ装置の裏面側を加熱して裏面の温度分布を観察
すると、封止部材の影響で温度分布がぼやけてしまいＬＥＤ素子の接合状態が判定しづらくなる。すなわち接続に係わる品質保証が不可能となる。特殊なケースとしてＬＥＤ素子の裏面が露出している場合でも、ＬＥＤ装置を一個づつ検査するとなると生産効率が向上しない。そこで本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、回路基板に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対し、接続部の品質が保証でき生産効率の良い製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、回路基板に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の製造方法において、
複数の前記半導体素子をフリップチップ実装した集合基板を準備する基板準備工程と、
前記集合基板を加熱し、前記半導体発光素子の裏面の温度を測定し、接合状態の良否判定を行う接合判定工程と、
前記集合基板上に実装された前記半導体発光素子を封止する封止工程と、
前記集合基板を切断し個片化した半導体発光装置を得る個片化工程と
を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記接合判定工程において同時に複数の前記半導体発光素子の温度を測定することが好ましい。
【００１０】
前記接合判定工程において前記集合基板の加熱を開始してから熱平衡に達するまでの間に温度測定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、基板準備工程で準備される集合基板上にフリップチップ実装された半導体発光素子は保護用の樹脂などで封止されてはいない。この状態、すなわち封止工程の前にＬＥＤ素子の実装面とは反対側の面（以後裏面と呼ぶ）の温度測定をするので接合状態の良否判定が精度良く行える。その後の樹脂等で集合基板を封止する工程や、個片化する工程は接合に大きな影響を与えないので、接合判定工程における接合検査でＬＥＤ装置の接合品質が保証できるようになる。また複数の回路基板が一体化した集合基板で各回路基板に実装されたＬＥＤ素子の接合状態を判定するので、検査装置へのセッティング工数が大幅に削減され製造効率が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるＬＥＤ装置の斜視図。
【図２】図１のＬＥＤ装置の斜視図。
【図３】図２のＬＥＤ素子をバンプ面から見た平面図。
【図４】図１のＬＥＤ装置の断面図。
【図５】図１のＬＥＤ装置を製造するための説明図。
【図６】図５のＬＥＤ素子の接合状態を判定するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図１〜６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。
【００１４】
図１は本実施形態のＬＥＤ装置（半導体発光装置）の外観を説明するために描いたＬＥＤ装置１０の斜視図である。ＬＥＤ装置１０において、回路基板１２上に蛍光体を含有した樹脂層１１が積層している。樹脂層１１は蛍光体を含有するシリコーン樹脂からなる。
【００１５】
図２により図１のＬＥＤ装置１０に実装されたＬＥＤ素子１３の実装状況を説明する。図２は図１のＬＥＤ装置１０から樹脂層１１を剥がしとった状態のＬＥＤ装置１０の斜視図である。図２に示すように回路基板１２は、板材１６と、板材１６上に形成された−電極１４と＋電極１５を含んでいる。回路基板１２上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子１３は、ｎ側バンプ（カソード、図示せず）及びｐ側バンプ（アノード、図示せず）がそれぞれ−電極１４と＋電極１５に接続している。
【００１６】
図３によりＬＥＤ素子１３のバンプ面を説明する。図３はＬＥＤ素子１３をバンプ面側から眺めた平面図である。ｎ型半導体層２１は、上層にあるｐ型半導体層２２から一部分が露出している。このｎ型半導体層２１の露出部にｎ側バンプ２３があり、ｐ型半導体層２２上にｐ側バンプ２４がある。ｎ側バンプ２３はｐ側バンプ２４より平面積が小さく、ｎ側バンプ２３およびｐ側バンプ２４は電解メッキ法で形成した金バンプである。なお保護膜は図示していない。
【００１７】
図４によりＬＥＤ装置１０の断面を説明する。図４は図２のA−Ａ線に沿ったＬＥＤ装置１０の断面図である。なおｎ側及びｐ側バンプ２３，２４を同時に示すため図２においてＡ−Ａ線を屈曲させている。
【００１８】
先ずＬＥＤ素子１３から説明する。図４に示すように、サファイア基板２５の下にｎ型半導体層２１があり、さらにｎ型半導体層２１の下面にはｐ型半導体層２２が形成されている。このｎ型半導体層２１及びｐ型半導体層２２はそれぞれｎ側バンプ２３及びｐ側バンプ２４と接続している。サファイア基板２５は厚さが１００〜３００μｍ、ｎ型半導体層２１は厚さが５μｍ程度である。ｐ型半導体層２２は総厚が１μｍ程度であり、厚みが１００〜２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層を含んでいる。ｎ側バンプ及びｐ側バンプ２３，２４は厚さが１０〜３０μｍである。発光層（図示せず）は、ｎ型半導体層２１とｐ型半導体層２２の境界部にあり、平面的な形状は概ねｐ型半導体層２２に等しい。
【００１９】
次に回路基板側を説明する。回路基板１２は板材１６と−及び＋電極１４，１５、スルーホール１４ａ，１５ａ、出力電極１４ｂ，１５ｂからなっている。板材１６の上面に形成された−電極１４及び＋電極１５は、マザー基板（図示せず）の電極と接続するため板材１６の下面に形成した出力電極１４ｂ，１５ｂとそれぞれスルーホール１４ａ，１５ａで接続している。−及び＋電極１４，１５はそれぞれｎ側バンプ２３及びｐ側バンプ２４と接続している。蛍光体を含有した樹脂層１１は回路基板１２の上面とＬＥＤ素子１３を覆っている。回路基板１２の板材１６は厚さが３００μｍでアルミナからなる。−及び＋電極１４，１５と出力電極１４ｂ，１５ｂは厚さが１０〜３０μｍでニッケルと金を積層した銅箔である。スルーホール１４ａ，１５ａは直径が２００μｍで銅ペーストが充填されている。樹脂層１１は厚さが４００μｍ程度でシリコーンからなる。
【００２０】
図５によりＬＥＤ装置１０の製造工程を説明する。図５はＬＥＤ装置１０を製造するための説明図である。
【００２１】
（ａ）は基板準備工程である。複数のＬＥＤ素子１３をフリップチップ実装した集合基板５１を準備する。この集合基板５１は、個片化すると図２に示した回路基板１２（或いは樹脂層１１が着いていないＬＥＤ装置１０）になる。このとき一枚の集合基板５１には電気的特性の揃ったＬＥＤ素子１３を実装するのが好ましい。こうすると色度のばらつきをおさえ込み易い。
【００２２】
（ｂ）は接合判工程である。集合基板５１を加熱し、ＬＥＤ素子１３の裏面の温度を測定し、接合状態の良否判定を行う。まず加熱台５４を所定の温度に設定する。加熱台５４に集合基板５１を近接（或いは接触）させた瞬間から温度測定を開始する。サーモグラフィ
５２の時間分解能は２５μ秒であり、数１ｍ秒で測定を終了させる。サーモグラフィ５２は測定データを検査部５３に送り、検査部５３はＬＥＤ素子１３の裏面の温度上昇に基づいて接合の良否判断を行う。なおサーモグラフィ５２は、視野と精度がトレードオフになるが、一回に複数チップ同時に測定する（図では２個同時測定をイメージして描いた）。集合基板５１上の全てのＬＥＤ素子１３が良否判断されるまでこのサイクルを繰り返す。
【００２３】
（ｃ）は封止工程である。集合基板５１上に実装されたＬＥＤ素子１３を樹脂層１１で封止する。例えば、型に集合基板５１を収納し、蛍光体を含有したシリコーン樹脂で樹脂層１１を形成しても良い。
【００２４】
（ｄ）は個片化工程である。樹脂層１１を備えた集合基板５１をダイシング装置等で切断し、個片化したＬＥＤ装置１０を得る。この工程で検査部５３から送られてくるデータにもとづき接合不良と判定されたＬＥＤ装置を除去する。なお接合判定工程において接合不良と判定したＬＥＤ素子１３を電気的に破壊するようなマーキングを実施すれば、電気特性をチェックする工程（図示せず）において、接合が不良なＬＥＤ装置１０を除去できる。
【００２５】
図６により接合状態を判定する方法をさらに詳しく説明する。図６はＬＥＤ素子１３の接合状態を判定するための説明図であり、（ａ）が集合基板５１上に実装したＬＥＤ素子１３とその周辺部を示す平面図、（ｂ）がＬＥＤ素子１３の裏面の温度上昇を示すグラフである。
【００２６】
図６（ａ）においてＬＥＤ素子１３の下面のバンプを点線で示した。ＬＥＤ素子１３の裏面の温度を測定する測定点６１はほぼチップの中央にある。また同時に集合基板５１の温度を測定点６２で測る。
【００２７】
図６（ｂ）は横軸が時間、縦軸が温度であり、接続が良好な場合は測定点６１の温度上昇カーブ６３となり、接続が不良な場合は温度上昇カーブ６４となる。接合が良好な場合、ＬＥＤ素子１３の測定点６１の温度は急激に上昇する。これに対し接合が不良の場合、ＬＥＤ素子１３の測定点６１の温度はゆっくりと上昇する。この違いから接合状態の良否判定が可能となる。集合基板５１は加熱台５４に接触させると集合基板５１の温度ムラが生じやすいので、ｔ＝０において集合基板５１と加熱台５４（図示せず）を数十μｍで近接させた。また各温度上昇カーブ６３，６４は、測定点６２を使って集合基板５１の温度上昇の影響を取り除くよう補正している。温度測定の時間間隔は約２５μ秒であり、各温度上昇カーブ６３，６４は１ｍ秒以内に飽和する。
【００２８】
測定点６１の温度上昇はほとんどｐ側バンプ２４の熱伝導によって起こされているので、図６はｐ側バンプ２４の接合状態を判定していると言ってよい。ｎ側バンプ２３の接合状態を知る必要がある場合は、ｎ側バンプ２３上に測定点を配置すれば良い。
【００２９】
本実施形態では接合判定工程において同時に複数のＬＥＤ素子１３の温度を測定し製造効率を高くしていた。しかしながら本発明の製造方法は、一回の温度測定で一個づつＬＥＤ素子１３を処理しても、個片化前のＬＥＤ装置１０が密集した集合基板５１を対象に判定処理しているため、検査装置に一個づつＬＥＤ装置を搭載してから検査する手法や、マザー基板に離散的に配置された半導体素子について接合判定を行う方法に対し生産効率が高い。
【００３０】
本実施形態では接合判定工程において集合基板の加熱開始から短時間で温度測定を完了させていた。これは熱伝導の過渡的状態を観察するものである。ＬＥＤ素子１３が熱平衡に達してから温度分布を測定しても良いが、一方の端子の接合が良好で他方の端子の接合
が不良である場合、熱平行に達すると一方の端子を伝わってきた熱が他方の端子に向かって拡散するので温度分布がぼやけてしまう。このため過渡的状態で温度測定することがより好ましい。また本実施形態では測定点６１の温度上層を計測していたが、ＬＥＤ素子１３の裏面の温度分布についてパターン認識しても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
１１…樹脂層、
１２…回路基板、
１３…ＬＥＤ素子（半導体発光素子）、
１４…−電極、
１４ａ，１５ａ…スルーホール、
１４ｂ，１５ｂ…出力電極、
１５…＋電極、
１６…板材、
２１…ｎ型半導体層、
２２…ｐ型半導体層、
２３…ｎ側バンプ、
２４…ｐ側バンプ、
２５…サファイア基板、
５１…集合基板、
５２…サーモグラフィ、
５３…検査部、
５４…加熱台、
６１，６２…測定点
６３，６４…温度上昇カーブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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