(57)【要約】【課題】回路基板を薄くしてＬＥＤ装置の薄型化を図ろうとすると両面ＦＰＣにせざるを得なかった。そこで片面ＦＰＣと同等の構造で両面に電極を備えるＬＥＤ装置の回路基板を提供する。【解決手段】回路基板１２は、貫通孔２６を有するフィルム基材１４と、フィルム基材１４の上面に配置され貫通孔２６を塞ぐ金属パターン２３と、金属パターン２３の上部に形成されたメッキ層２２と、貫通孔２６を埋めるようにして金属パターン２３の下部に形成されたメッキ層２４とを備える。メッキ層２２がＬＥＤ素子２１用の実装電極になり、メッキ層２４が外部回路用の接続電極になる。【選択図】図２
2013045943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子を実装する回路基板と、前記半導体発光素子及び前記回路基板の上面を被覆する被覆層とを備えた半導体発光装置において、
前記回路基板が
貫通孔を有するフィルム基材と、
該フィルム基材の上面に配置され前記貫通孔を塞ぐ金属パターンと、
該金属パターンの上部に形成されたメッキ層と、
前記貫通孔を埋めるようにして前記金属パターンの下部に形成されたメッキ層と
を含み、
前記金属パターンの上部に形成されたメッキ層が前記半導体発光素子と接続するための実装電極となり、
前記金属パターンの下部に形成されたメッキ層が外部回路と接続するための接続電極となることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子が前記回路基板にフリップチップ実装されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記金属パターンの下部に形成されたメッキ層の下面が前記フィルム基材の下面と同じ高さであるか、又は前記フィルム基材の下面から突出してい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。
【請求項４】
前記フィルム基材の下面に反射層を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記反射層が銀からなり、該反射層を無機絶縁膜で被覆することことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記反射層がアルミニウムからなり、該反射層を陽極酸化膜で被覆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。
【請求項７】
前記反射層にスリットが入っていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
半導体発光素子と、該半導体発光素子を実装する回路基板と、前記半導体発光素子及び前記回路基板の上面を被覆する被覆層とを備えた半導体発光装置の製造方法において、
貫通孔を有するフィルム基材と該フィルム基材の上面を覆う金属層を備えるフィルムを準備する準備工程と、
前記金属層をパターニングし金属パターンを形成するパターニング工程と、
前記金属パターンの上下にメッキ層を形成するメッキ工程と、
前記金属パターンの上部に形成したメッキ層に前記半導体発光素子を実装する実装工程と、
該半導体発光素子とともに前記フィルム上面を被覆材で被覆する被覆工程と、
前記フィルムを切断し前記半導体発光装置に個片化する個片化工程と
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９】
前記実装工程において前記半導体発光素子をフリップチップ実装することを特徴とする請求項８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】
本発明はフィルム状の回路基板に半導体発光素子を実装した半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハーから切り出した半導体発光素子（以下とくに断らない限りＬＥＤダイと呼ぶ）を実装用の回路基板に配置した半導体発光装置（以下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装置を薄型化するには、ＬＥＤダイ自身を薄くする方法、ＬＥＤダイをフリップチップ実装し接続用ワイヤをなくす方法、回路基板を薄くする方法等がある。
【０００３】
これらの薄型化手法のなかで回路基板を薄くするものとして、例えば特許文献１の図４に、フレキシブル基板１００（回路基板）上にＬＥＤ１０２（ＬＥＤダイ）をフリップチップ実装した半導体発光素子（ＬＥＤ装置）が示されている。特許文献１の図５には、さらにフレキシブル基板１００の詳細な構造として、上面にＬＥＤ１０２の電極と接続するためのパッド２０４、並びに下面にマザー基板等と接続するための金属コンタクト２３４を備え、パッド２０４と金属コンタクト２３４がビア２３６で接続している様子が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２２９３７号公報（図４、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の図５に示されたように、フレキシブル基板１００（回路基板）にＬＥＤ１０２（ＬＥＤダイ）をフリップチップ実装したＬＥＤ装置は、フレキシブル基板１００のＬＥＤ１０２を実装する面、並びにマザー基板などの外部回路と接続する面の両方に電極を必要としている。このため両面フレキシブル基板を使用せざるを得ず、このことが回路基板の薄型化を制限し、コストアップも招いていた。
【０００６】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回路基板の薄型化により半導体発光装置を薄型化し、さらにコストダウンを図るため、回路基板が両面フレキシブル基板を使用しなくてもＬＥＤダイの実装側の電極、並びに外部回路との接続側の電極を確保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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、該半導体発光素子を実装する回路基板と、前記半導体発光素子及び前記回路基板の上面を被覆する被覆層とを備えた半導体発光装置において、
前記回路基板が
貫通孔を有するフィルム基材と、
該フィルム基材の上面に配置され前記貫通孔を塞ぐ金属パターンと、
該金属パターンの上部に形成されたメッキ層と、
前記貫通孔を埋めるようにして前記金属パターンの下部に形成されたメッキ層と
を含み、
前記金属パターンの上部に形成されたメッキ層が前記半導体発光素子と接続するための
実装電極となり、
前記金属パターンの下部に形成されたメッキ層が外部回路と接続するための接続電極となることを特徴とする。
【０００８】
（作用）
本発明の半導体発光装置は、回路基板の基材をフィルムとすることで薄型化を図っている。フィルム基材には貫通孔があり、その貫通孔を金属パターンが覆っている。この金属パターンをメッキ電極として電解メッキ法を適用すると、金属パターンの上部にメッキ層が形成されるのと同時に、貫通孔内を埋めるように下に向かってメッキ層が成長する。上側のメッキ層は半導体発光素子を実装する側の実装電極となり、下側のメッキ層は外部回路と接続するための接続電極となる。このようにすることで片面フレキシブル基板と同等の構造でありながら上下の面に電極を備えた回路基板を得ることができる。
【０００９】
前記半導体発光素子が前記回路基板にフリップチップ実装されることが好ましい。
【００１０】
前記金属パターンの下部に形成されたメッキ層の下面が前記フィルム基材の下面と同じ高さであるか、又は前記フィルム基材の下面から突出していることが好ましい。
【００１１】
前記フィルム基材の下面に反射層を備えていることが好ましい。
【００１２】
前記反射層が銀からなり、該反射層を無機絶縁膜で被覆することが好ましい。
【００１３】
前記反射層がアルミニウムからなり、該反射層を陽極酸化膜で被覆することが好ましい。
【００１４】
前記反射層にスリットが入っていても良い。
【００１５】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、半導体発光素子と、該半導体発光素子を実装する回路基板と、前記半導体発光素子及び前記回路基板の上面を被覆する被覆層とを備えた半導体発光装置の製造方法において、
貫通孔を有するフィルム基材と該フィルム基材の上面を覆う金属層を備えるフィルムを準備する準備工程と、
前記金属層をパターニングし金属パターンを形成するパターニング工程と、
前記金属パターンの上下にメッキ層を形成するメッキ工程と、
前記金属パターンの上部に形成したメッキ層に前記半導体発光素子を実装する実装工程と、
該半導体発光素子とともに前記フィルム上面を被覆材で被覆する被覆工程と、
前記フィルムを切断し前記半導体発光装置に個片化する個片化工程と
を備えることを特徴とする。
【００１６】
（作用）
本発明の半導体発光装置の製造方法は、まず貫通孔を有するフィルム基材とそのフィルム基材の上面を覆う金属層を備えるフィルムを準備する。次にこの金属層をパターニングし金属パターンを形成する。続いて金属パターンをメッキ電極として電解メッキ法により金属パターンの上部にメッキ層を形成し、同時に金属パターンの下部にも貫通孔を埋めるようにしてメッキ層を形成する。さらに金属パターンの上部に形成したメッキ層に半導体発光素子を実装する。最後に半導体発光素子とともにフィルム上面を被覆材で被覆し、被覆材とともにフィルムを切断し半導体発光装置に個片化する。なお下部に形成したメッキ層は外部回路との接続電極として使用する。
【００１７】
前記実装工程において前記半導体発光素子をフリップチップ実装することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明の半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法は、フィルム基材の貫通孔を埋めるようにして形成したメッキ層を接続電極としているので、回路基板が一層フレキシブル基板と同等の構造であるにもかかわらずＬＥＤダイの実装電極、並びに外部回路との接続電極を確保できるため、回路基板を薄くして半導体発光装置装置を薄型化し、コストダウンも達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態におけるＬＥＤ装置の外形を示す図。
【図２】図１に示すＬＥＤ装置の断面図。
【図３】図１に示すＬＥＤ装置の製造方法の説明図。
【図４】図１に示すＬＥＤ装置の製造方法の説明図。
【図５】図１に示すＬＥＤ装置の製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図１〜５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。
【００２１】
図１により本実施形態におけるＬＥＤ装置１０の外形を説明する。図１はＬＥＤ装置１０の外形を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が下面図である。ＬＥＤ装置１０を上から見ると被覆材１１が見える（ａ）。ＬＥＤ装置１０を正面から見ると被覆材１１の下に回路基板１２が見る（ｂ）。ＬＥＤ装置１０の底面には、接続電極１３と、接続電極１３を囲む反射層１５とがある（ｃ）。接続電極１３と反射層１５の隙間並びに反射層１５のスリット１６からはフィルム基材１４が見える。
【００２２】
次に図２によりＬＥＤ装置１０の内部構造を説明する。図２は図１（ａ）のＡＡ線に沿って描いたＬＥＤ装置１０の断面図である。フィルム基材１４上には２つの金属パターン２３が積層しており、さらに各金属パターン２３上に上側メッキ層２２が積層している。上側メッキ層２２上にはＬＥＤダイ２１がフリップチップ実装されている。フィルム基材１４の上面、金属パターン２３の側面、上側メッキ層２２の側面と上面、並びにＬＥＤダイ２１は被覆材１１で被覆されている。
【００２３】
またフィルム基材１４には二つの貫通孔２６があり、貫通孔２６の上部を金属パターン２３が塞いでいる。貫通孔２６は下側メッキ層２４で埋められ、この下側メッキ層２４は金属パターン２３と接続している。フィルム基材１４の下面には反射層１５が貼り付いており、この反射層１５を無機保護膜２５が被覆している。なお金属パターン２３の上部に形成された上側メッキ層２２がＬＥＤダイ２１の突起電極２１ａ，２１ｂと接続するための実装電極となり、金属パターン２３の下部に形成された下側メッキ層２４が外部回路と接続するための接続電極１３（図１参照）となる。
【００２４】
ＬＥＤダイ２１は青色発光又は近紫外線発光する発光ダイオードであり、突起電極２１ａ，２１ｂ上に半導体層２１ｃ及びサファイア基板２１ｄが積層した構造になっている。突起電極２１ａ，２１ｂはそれぞれアノードとカソードであり、金または銅をコアとするバンプである。半導体層２１ｃは厚さが６μｍ程度のＧａＮ層で発光層を含んでいる。サファイア基板２１ｄは、厚さが８０〜１２０μｍ程度の透明絶縁基板である。被覆材１１は、ＬＥＤダイ２１が発する光を波長変換する蛍光体を含有するシリコーン樹脂である。
【００２５】
次に回路基板１２について更に詳しく説明する。回路基板１２は、上側メッキ層２２、金属パターン２３、下側メッキ層２４、フィルム基材１４、反射層１５並びに無機保護膜２５を含む。
【００２６】
上側メッキ層２２は、金属パターン２３をメッキ電極として電解メッキ法により形成したもので、Ｃｕ層、Ｎｉ層及びＡｕ層又はＡｇ層が積層している。このときＣｕ層は厚さが９〜１８μｍ、Ｎｉ層は厚さ５μｍ程度、Ａｕ層又はＡｇ層は厚さが１μｍ程度である。金属パターン２３は、フィルム基材１４に貼りつけたＣｕ箔をパターニングしたもので、厚さを９〜１８μｍ程度にすることが多い。下側メッキ層２４は、上側メッキ層２２と同時に形成したもので、このため金属パターン２３側から下に向かって厚さが９〜１８μｍのＣｕ層、厚さが５μｍ程度のＮｉ層、並びに厚さが１μｍ程度のＡｕ又はＡｇ層が積層している。また下側メッキ層２４は、フィルム基材１４の貫通孔２６内で成長し、その下面がフィルム基材１４の下面と略一致するかフィルム基材１４の下面からやや突き出している。
【００２７】
フィルム基材１４は、ＬＥＤダイ２１のフリップチップ実装時に加わる温度に耐えられる材料として厚さが６〜２５μｍ程度のポリイミドを使う。なお厚さは上下のメッキ層２２，２４と揃える。また、フィルム基材１４は透明で耐熱性があれば良く、例えば無機セグメントと有機高分子セグメントを構成要素とする有機−無機共重合体であるシルプラス（登録商標）等であっても良い。反射層１５は、Ａｇ層からなり厚さは１０〜１００ｎｍである。なおＡｇは硫化により黒くなりやすいので反射層１５を無機保護膜２５で被覆する。無機保護膜２５は、例えばＳｉＯ２からなり、数十ｎｍの厚さで高いガスバリア性を備えるものから選ぶ。なお反射層１５はスリット１６を備えている。このスリット１６は、下側メッキ層２４と反射層１５がピンホールなどでショートしたとしても、ＬＥＤ装置１０としては二つの接続電極（アノードとカソード）をショートさせないようにするものである。
【００２８】
次に図３〜５によりＬＥＤ装置１０の製造方法を説明する。図３はＬＥＤ装置１０の製造工程のうち準備工程を説明するための図であり、（ａ）が準備工程において準備するフィルム３０の上面図、（ｂ）が（ａ）のＢＢ線に沿って描いたフィルム３０の断面図、（ｃ）がフィルム３０の下面図である。
【００２９】
準備工程ではフィルム３０を準備する。このフィルム３０は、貫通孔３２を有するフィルム基材３３の上面を金属層３１が覆ったものである（ｂ）。このフィルム３０を上から眺めると一面に金属層３１が見える（ａ）。ここで貫通孔３２を点線で示した。フィルム３０を下から眺めると、パターニングされた反射層３４と、貫通孔３２から露出する金属層３１、貫通孔３２と反射層３４の隙間及び反射層３４のスリット３５から露出するフィルム基材３３が見える。なお図３は説明のため４個の回路基板１２（図２参照）が連結して配列しているように描いているが、実際のフィルムでは多数の回路基板１２が連結している。また、反射層３４を被覆する無機保護膜２５（図２参照）は図示していない（以下同様）。
【００３０】
フィルム基材３３には予めプレスやレーザー、ケミカルエッチング等で貫通孔３２を形成し、次にＣｕ箔（金属層３１）を貼付けフィルム３０を完成する。なおフィルム基材３３にＣｕ箔を貼りつけてからレーザーで貫通孔３２を形成しても良い。なお反射層３４は、貫通孔３２を形成する前に貫通孔３２及びスリット３５となる領域を除きスパッタ法等で形成する。このとき反射層３４を形成しない領域として、マスクを使っても良いし、全面に反射層を形成しその後エッチングにより部分的に反射層を除去しても良い。続いてフィルム基材３３の裏面全体に無機保護膜２５をスパッタ法で形成しておく。
【００３１】
図４はＬＥＤ装置１０の製造工程のうちパターニング工程を説明するための図であり、（ａ）が金属層３１（図３参照）をパターニングし金属パターン３６を形成したフィルム３０の上面図、（ｂ）が図３（ｂ）と同様にして描いたフィルム３０の断面図である。金属層３１のパターニングはホトリソグラフィとＣｕのエッチングを組合せて行う。このとき金属パターン３６同士を接続する配線３７、並びに全ての配線３７及び金属パターン３６がフィルム端部で接続するようにしたメッキ用共通電極３８も形成しておく。なお配線３７は後述する個片化工程においてフィルム３０を切断すると金属パターン３６間のショートがなくなるようにしてある。またメッキ用共通電極３８も個片化工程で切り取られる。
【００３２】
図５はＬＥＤ装置１０に係る製造工程のうちパターニング工程以降の工程を示し、（ａ）が金属パターン３６の上下にメッキ層５１，５２を形成するメッキ工程、（ｂ）が金属パターン３６の上部に形成した上側メッキ層５１にＬＥＤダイ２１をフリップチップ実装する実装工程、（ｃ）がＬＥＤダイ２１とともにフィルム３０の上面を被覆材１１で被覆する被覆工程、（ｄ）がフィルム３０を切断しＬＥＤ装置１０に個片化する個片化工程を示している。
【００３３】
（ａ）のメッキ工程では、Ｃｕメッキ液にフィルム３０全体を浸し共通電極３８（図４参照）を陰極として電解メッキ法により上側及び下側メッキ層５１，５２を成長させる。続いてメッキ液を変えＮｉ層及びＡｇ又はＡｕ層を形成する。
【００３４】
（ｂ）の実装工程では上側メッキ層５１にＬＥＤダイ２１をフリップチップ実装する。ＬＥＤダイ２１の突起電極２１ａ，２１ｂ（図２参照）の下面にはＡｕ−Ｓｎ合金層があり、上側メッキ層５１とはＡｕ−Ｓｎ共晶で接続する。Ａｕ−Ｓｎ共晶接続は融点を半田リフロー温度（２６０℃程度）より高くできる（３００℃程度）ので、半田リフローによる外部回路との接合時に、突起電極２１ａ，２１ｂの接続部を固体の状態にしておけるため有利な接合法である。
【００３５】
（ｃ）の被覆工程ではＬＥＤダイ２１とともにフィルム３０の上面を被覆材１１で被覆する。蛍光体を含有したシリコーン樹脂をスキージや金型などによりフィルム３０上に配置し、１５０℃程度で硬化させる。なお上側メッキ層５１の上面にＡｇ層がある場合、硫化を防止するため被覆材１１を配置する前にＬＥＤダイ２１とともにフィルム３０上面にＳｉＯ２等の無機保護膜を形成しても良い。
【００３６】
（ｄ）の個片化工程では被覆材１１とともにフィルム３０をダイサー又は金型で切断し、回路基板１２（図１参照）が連結していたフィルム３０をＬＥＤ装置１０に個片化する。前述のように配線３７（図４参照）の切断及びメッキ用共通電極３８（図４参照）の除去により金属パターン３６間のショートは解消する。
【００３７】
本実施形態では回路基板１２にＬＥＤダイ２１をフリップチップ実装していた。しかしながら回路基板を薄くしてＬＥＤ装置を薄型化する場合、ＬＥＤダイの実装方法はフリップチップ実装に限られず、よく知られたワイヤボンディングを使用するファイスアップ実装でも良い。なおフリップ実装は、前述のようにワイヤがないためＬＥＤ装置１０の薄型化を促進するばかりでなく、実装面積が小さく発光効率や放熱効率も良いという特徴がある。つまりフリップチップ実装は、接続用のワイヤが不必要であるため実装面積が小さく、ワイヤやワイヤボンディグ部のように影になる部分がないため発光効率も良い。さらに発熱源となる発光層が半導体層２１ｃに含まれるｐ型半導体層並びにｐ型半導体層と隣接する突起電極２１ａ（アノード）を介して直接的に回路基板１２と接続するため熱伝導効率が良い。
【００３８】
本実施形態では接続電極１３である下側メッキ層２４の下面がフィルム基材１４の下面とほぼ同じ高さになっていた。なお図２では下側メッキ層２４の下面が無機保護膜２５の下面と同じ高さであるように描いていたが、反射層１５の厚さが数１００ｎｍであり、無機保護膜の厚さが数１０ｎｍであるため、下側メッキ層２４の下面がフィルム基材１４の下面とほぼ同じ高さになっていると言える。このように接続電極１３（下側メッキ層２４）の下面が回路基板１２の下面とほぼ同じ高さか少し突起していると、マザー基板など外部回路に接続する際の歩留りが向上することを確認している。
【００３９】
本実施形態のＬＥＤ装置１０はフィルム基材１４の下面に反射層を備えていた。しかしながら反射層を形成する位置はフィルム基材の下面に限られず、フィルム基材の上面に形成しても良い。なお、構造及び製造工程を簡単にするため電極と反射層のショートを防止する層間絶縁膜を省略する場合、電極と反射層を平面的に離す必要がある。このときフィルム基材１４の下面の方が広い反射層を形成できるため、反射層をフィルム基材１４の下面に形成した方が反射効率を高くできる。
【００４０】
本実施形態のＬＥＤ装置１０において、回路基板１２の下面に形成する反射層１５はＡｇ層であった。しかしながら反射層はＡｇ層に限られず、反射率が高く利用しやすい金属であるＡｌであっても良い。反射層がＡｌである場合は、保護膜として陽極酸化膜が利用できる。陽極酸化とは、金属を陽極として通電し酸化させる処理のことで、Ａｌの場合ではアルマイトとして知られている。金属膜のスパッタ処理とＳｉＯ２等の化合物のスパッタ処理は別々の装置を使うことが多いのに対し、陽極酸化は大気中で処理できるため化合物のスパッタ処理が不要となり手軽に保護膜を形成できる。
【００４１】
フィルム状の回路基板は、薄型化に有効なばかりでなく、フィルム基材の柔軟性により熱膨張率の不均一などで生じる応力集中を軽減する。さらに実装電極と接続電極が直接的に接続しているためＬＥＤダイの発する熱を効率よくマザー基板に伝達する。とくにＬＥＤダイをフリップチップ実装している場合は放熱効率が良い。
【００４２】
本実施形態では回路基板１２に較べＬＥＤダイ２１の平面サイズがある程度小さい場合を想定して図示していた。最近ではＬＥＤダイの平面サイズが大きくなり１ｍｍ角程度のものも入手できるようになっており、回路基板の平面サイズがＬＥＤダイの平面サイズと略等しくなることがある（チップサイズパッケージ或いはＣＳＰと呼ばれる）。この場合でも本発明のＬＥＤ装置及びその製造方法は薄型化やコストダウンに有効である。また本発明で示したＬＥＤ装置の回路基板は、金属パターンと貫通孔形状を最適化することで、ＬＥＤダイの電極配置をマザー基板に接続しやすい電極配置に変換するインターポーザとして活用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
１１…被覆材、
１２…回路基板、
１３…接続電極、
１４，３３…フィルム基材、
１５，３４…反射層、
１６，３５…スリット、
２１…ＬＥＤダイ（半導体発光素子）、
２１ａ，２１ｂ…突起電極、
２１ｃ…半導体層、
２１ｄ…サファイア基板、
２２，５１…上側メッキ層、
２３，３６…金属パターン、
２４，５２…下側メッキ層、
２５…無機保護膜、
２６、３２…貫通孔、
３０…フィルム、
３１…金属層。
【図１】
2013045943.tif 000003
【図２】
2013045943.tif 000004
【図３】
2013045943.tif 000005
【図４】
2013045943.tif 000006
【図５】
2013045943.tif 000007