JP2000049382A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板用の絶縁材料からの製品取得数を増やし
て材料利用率を向上させるとともにより一層小型化が図
れる面実装型の半導体発光装置の提供。 【解決手段】 絶縁性の基板１の裏面及び表面にそれぞ
れパターン形成された裏面電極２と表面電極３と、この
表面電極３のパターンにＡｇペースト５によりｐ側及び
ｎ側４ｂ，４ａの電極を導通させて搭載する発光素子４
とを備え、基板１には裏面電極２を表面電極３側に臨ま
せる導通用孔１ａを貫通させて設け、表面電極３を導通
用孔１ａの内部に没入させて裏面電極２の表面に導通接
続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面実装型の半導体
発光装置に係り、特に半導体発光素子（以下、「ＬＥ
Ｄ」と記す）を搭載する基板に設ける電極も含めてパッ
ケージに内包して小型化できるようにした半導体発光装
置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば携帯電話やポケットベル等の小
型電子機器の画像表示部には、小型で薄型のチップ型Ｌ
ＥＤが主として利用されている。チップＬＥＤは、絶縁
性の基板の表裏両面に互いに導通し合う一対の電極を設
け、表面の一方の電極にＬＥＤの下面のたとえばｎ電極
を導通させて搭載するとともに上面のｐ電極をワイヤに
よって他方の電極にボンディングするというのがその基
本的な構成である。

【０００３】このようなチップＬＥＤとして、たとえば
特公平７−９３３３８号公報に記載のものがあり、図５
にその外観図を示す。

【０００４】図５において、絶縁性の基板５１の両端部
には、スルーホール５２ａ，５２ｂを通して表面側と裏
面側に導通展開させた表面電極５３，５４と裏面電極５
５，５６が形成されている。一方の表面電極５４は基板
５１の中央部まで延びてステージ５４ａを形成し、その
上にＬＥＤ素子５７を導通させて搭載している。他方の
表面電極５３にはステージ５４ａ側に突き出したボンデ
ィングエリア５３ａを形成し、このボンディングエリア
５３ａとＬＥＤ素子５７の表面側の電極とをワイヤ５８
によってボンディングしている。そして、ほぼ円弧状の
表面電極５３，５４部分を除いて樹脂のパッケージ５９
によって封止され、これによりチップＬＥＤが得られ
る。

【０００５】チップＬＥＤの電子機器の表示部への実装
は、表示部に備えたプリント配線基板（図示せず）の配
線パターンに対応させて裏面電極５５，５６を搭載し半
田付けによって導通固定される。そして、プリント配線
基板側の配線パターンとＬＥＤ素子５７とはスルーホー
ル５２ａ，５２ｂによって導通している表裏両面の電極
５３，５４，５５，５６によって接続され、画像信号に
基づいてＬＥＤ素子５７を点滅させることができる。

【０００６】図示のような構造を持つチップＬＥＤの製
造は、一般的には次の工程の順による。

【０００７】まず、基板５１の素材となる平板状の絶縁
材料に一定のピッチで孔を開けておき、この孔の内部と
これに連なる表裏両面に電極及びスルーホールを形成す
るための金属層をメッキ処理によって形成したものを準
備する。次いで、ステージ５４ａの上にＬＥＤ素子５７
を実装するとともにワイヤ５８を表面電極５３のボンデ
ィングエリア５３ａにボンディングする。そして、絶縁
材料の全面にＬＥＤ素子５７の実装とワイヤ５８のボン
ディングが施された後、金型を被せて樹脂を注入するこ
とによりパッケージ５９を形成する。この後、最終工程
として、絶縁材料の孔の中心を通る面と表裏両面の電極
５３〜５６を挟む面とをカット面としてダイシングする
ことによって、図５に示すチップＬＥＤが得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、絶縁材料の
孔を突っ切る方向にダイシングするときに、絶縁材料に
比べて硬い金属層を剪断するので、ダイシングソーの剪
断負荷を比較的大きくとる必要がある。このためダイシ
ングソーとしては樹脂や絶縁材料のカットの場合に比べ
ると肉厚のものを使うことになり、したがってダイシン
グによって剪断される切り幅も大きくなる。このため、
平板状の絶縁材料から最終製品を得るときに、この切り
幅によるロス分に対応して製品部数が減ることになり、
絶縁材料の利用効率の低下や生産性にも影響を及ぼす。

【０００９】また、図５の従来例において、表面電極５
３はスルーホール５２ａを介して裏面電極５５に導通さ
せる部分に加えて、ワイヤ５８接続のためのボンディン
グエリア５３ａを拡げておく必要がある。このため、ス
テージ５４ａを基板５１の中央部分まで延ばした表面電
極５４とボンディングエリア５３ａを突き出した表面電
極５３とがそれぞれ対向する方向の寸法は長くなってし
まう。

【００１０】一方、ＬＥＤ素子５７をワイヤ５８でボン
ディングする場合では、ワイヤ５８の断線の予防のため
逆Ｕ字状に立ち上げる配線とすることが多い。このため
パッケージ５９もこのワイヤ５８を納めるのに必要な高
さ寸法に制約されるので、チップＬＥＤの分野では一般
的に薄型化には限界があるとされている。

【００１１】以上のことから、従来構造では、チップＬ
ＥＤの高さ方向及び平面形状のいずれについてもその小
型化に制約を受け、搭載する携帯用の電子機器への汎用
性に影響を及ぼすことになる。

【００１２】このように、スルーホールを利用して表面
側と裏面側の電極を導通させるチップ型のＬＥＤでは基
板用の絶縁材料の有効利用や製品歩留りの点で十分では
なく、得られる最終製品の小型化にも限界があるという
問題がある。

【００１３】本発明において解決すべき課題は、基板用
の絶縁材料からの製品取得数を増やして材料利用率を向
上させるとともにより一層小型化が図れる面実装型の半
導体発光装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、絶縁性の基板と、前記基板の裏面にパターン形成さ
れた裏面電極と、前記基板の表面にパターン形成された
表面電極と、この表面電極のパターンに導電性接着剤に
よりｐ側及びｎ側の電極を導通させて搭載する発光素子
とを備え、前記基板には前記裏面電極を表面電極側に臨
ませる導通用孔を貫通させて設け、前記表面電極を前記
導通用孔の内部に没入させて前記裏面電極の表面に導通
接続してなることを特徴とする。

【００１５】この構成では、発光素子と裏面電極との間
を、導通用孔の中まで没入させる表面電極を利用して導
通させるので、従来のスルーホールとボンディングエリ
アの役目の両方を表面電極に担わせることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、絶縁性
の基板と、前記基板の裏面にパターン形成された裏面電
極と、前記基板の表面にパターン形成された表面電極
と、この表面電極のパターンに導電性接着剤によりｐ側
及びｎ側の電極を導通させて搭載する発光素子とを備
え、前記基板には前記裏面電極を表面電極側に臨ませる
導通用孔を貫通させて設け、前記表面電極を前記導通用
孔の内部に没入させて前記裏面電極の表面に導通接続し
てなるものであり、従来のスルーホールとボンディング
エリアの役目の両方を表面電極に担わせることができ、
装置全体の小型化が図れるという作用を有する。

【００１７】請求項２に記載の発明は、前記導通用孔の
中に没入する表面電極を前記導通用孔の内周面に沿う断
面形状とし、前記導通用孔の中の表面電極によって形成
される凹部を前記導電性接着剤の余剰分の溜まり部とし
てなる請求項１記載の半導体発光装置であり、導電性接
着剤の塗布量が過大になっても導通用孔部分の凹部に溜
めることでパッケージの外側への漏れを防止するという
作用を有する。

【００１８】請求項３に記載の発明は、前記発光素子と
導通用孔を含む外郭形状の樹脂のパッケージを前記基材
側と一体に成形してなる請求項１または２記載の半導体
発光装置であり、パッケージ内部に裏面側の電極との導
通部も含めてまとめて収納できるという作用を有する。

【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項３記載の
半導体発光装置の製造方法であって、裏面に裏面銅箔を
形成した絶縁性の基材に前記導通用孔を開ける工程と、
前記基材の表面側の表面銅箔を張り巡らすとともに前記
導通用孔に対応する部分をこの導入孔の中に没入させて
前記裏面銅箔に接合する工程と、前記裏面銅箔及び表面
銅箔のそれぞれをエッチング法によりパターン形成する
工程と、エッチングされた前記表面銅箔のパターン上に
発光素子を実装搭載する工程と、前記発光素子のｐ側及
びｎ側の電極を含んで充填される導電性接着剤により前
記発光素子を前記表面銅箔に導通させて前記基材側に固
定する工程と、前記発光素子を含んで前記基材の表面側
を光透過性の樹脂によって封止する工程と、前記基材と
表裏両面の銅箔を前記導通用孔よりも外側の領域をカッ
ト面としてダイシングする工程とを含む半導体発光装置
の製造方法であり、裏面側の電極との導通部を含めて樹
脂のパッケージで封止して小型化できるという作用を有
する。

【００２０】請求項５に記載の発明は、前記表面銅箔を
前記導通用孔の中に没入させて前記裏面銅箔に接合する
工程を、レーザー溶融法により実行する請求項４記載の
半導体発光装置の製造方法であり、表面及び裏面の電極
の必要な部分だけをレーザー溶融によって溶接部が形成
されるように絞り込みができるので、容易に且つ高精度
で接続できるという作用を有する。

【００２１】請求項６に記載の発明は、前記表面銅箔を
前記導通用孔の中に没入させて前記裏面銅箔に接合する
工程を、超音波圧着によるかしめ法により実行する請求
項４記載の半導体発光装置の製造方法であり、表面及び
裏面の電極の必要な部分だけを超音波圧着によって溶接
部が形成されるように絞り込みができるので、容易に且
つ高精度で接続できるという作用を有する。

【００２２】請求項７に記載の発明は、前記表面銅箔を
前記導通用孔の中に没入させて前記裏面銅箔に接合する
工程を、無電解銅メッキ法により実行する請求項４記載
の半導体発光装置の製造方法であり、レーザー溶融法や
超音波圧着の設備がなくても従来のプリント配線基板の
製造のためのめっき設備をそのまま利用して簡単に製造
できるという作用を有する。

【００２３】以下に、本発明の実施の形態の具体例につ
いて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の面実
装型の半導体発光装置の縦断面図、図２はその外観斜視
図である。

【００２４】図１において、絶縁性の基板１の底面に裏
面電極２を形成するとともに、基板１の表面側に裏面電
極２に導通接合された表面電極３が形成されている。こ
れらの裏面電極２及び表面電極３には、ＮｉまたはＡｌ
等を素材としたメッキ層２ａ，３ａを積層し、表面電極
３のメッキ層３ａの上に発光素子４を搭載している。

【００２５】発光素子４は、たとえばＧａＡｌＡｓやＧ
ａＰ等の半導体化合物を利用したもので、その結晶成長
基板の表面にｎ側電極４ａを備えるとともにｐ型層の表
面にｐ側電極４ｂを形成している。このような発光素子
４は、ＬＥＤランプに組み込む場合ではｎ側電極４ａを
リードフレームに搭載してｐ側電極４ｂを発光方向とし
てアセンブリされるが、本発明ではｎ側及びｐ側の電極
４ａ，４ｂが左右を向く姿勢として搭載する。したがっ
て、ｎ型層とｐ型層との接合域の発光層４ｃはほぼ鉛直
の姿勢の層として形成され、この発光層４ｃからの光は
図示の姿勢の発光素子４の上面から取り出される。

【００２６】表面電極３のメッキ層３ａの上に搭載され
た発光素子４は、導電性接着剤たとえば硬化性樹脂の中
にＡｇをフィラーとして混入したＡｇペースト５によっ
て固定される。このＡｇペースト５はメッキ層３ａの表
面に積層されるとともにｎ側及びｐ側の電極４ａ，４ｂ
を被覆することにより、発光素子４は裏面電極２側と導
通する。したがって、基板１を表示装置のプリント配線
基板（図示せず）の表面に実装して裏面電極２を配線パ
ターンに導通させることにより、発光素子４に画像情報
に基づく順方向の電流を流すことができる。

【００２７】更に、Ａｇペースト５によって固定された
発光素子４を含めて光透過性の樹脂を用いて封止し、こ
の樹脂封止を型製作によってパッケージ６とすることで
面実装型の半導体発光装置が得られる。

【００２８】ここで、本発明の半導体発光装置では、発
光素子４を搭載する基板１には、この発光素子４を挟ん
だ部分に一対の導通用孔１ａが設けられている。この導
通用孔１ａは、図５の従来例におけるスルーホールと同
様の役割を持たせようとしたものである。すなわち、図
１から明らかなように、表面電極３を導通用孔１ａの中
に没入させ、その下端部を裏面電極２の表面に重合して
導通させ、これによってプリント配線基板と発光素子４
とを導通させることができる。

【００２９】また、Ａｇペースト５は発光素子４の左右
両面部分に塗布される。このとき、Ａｇペースト５の塗
布量と領域は適正に制御されているが、不足すると発光
素子４が不安定となるほか電気的導通にも支障をきたす
ので、塗布量を多めにすることが好ましい。ところが、
塗布量が多すぎると、ダイシングするときにパッケージ
６のエッジからＡｇペースト５がはみ出すことがあり、
アセンブリに与える影響は大きく、プリント配線基板上
に実装して製品化するときの短絡の恐れもある。

【００３０】これに対し、本発明では基板１に導通用孔
１ａを開けているので、余剰のＡｇペースト５はこの導
通用孔１ａの中に流れ込み、基板１のエッジ側への漏れ
出しが抑えられる。したがって、パッケージ６から剥き
出しになることなく短絡が防止され、メッキ層３ａとの
接触面積も広くなるので、発光素子４の安定した固定及
び表面電極３との間の確実な導通が得られる。

【００３１】更に、発光素子４についてはワイヤレスボ
ンディングとなるので、図５の従来構造に比べると高さ
寸法を小さくできる。また、従来構造では、裏面側の電
極との導通のためのスルーホールとワイヤボンディング
のためのボンディングエリアとの両方を電極に持たせる
必要があった。これに対し、本発明では、導通用孔１ａ
に入り込んだ表面電極３とそのメッキ層３ａは、従来構
造におけるワイヤのボンディング（本発明では、Ａｇペ
ースト５の塗布）と裏面電極との導通の両方を兼ねる。
したがって、ボンディングエリアとスルーホールが占め
る嵩を大幅に小さくでき、全体の小型化が図られる。

【００３２】図３及び図４は本発明の半導体発光装置の
製造工程を順に示す概略図であって、ひとつのＬＥＤチ
ップが得られるまでを示す。

【００３３】図３の（ａ）において、ウエハー状態の絶
縁性の基材１１の底面に裏面銅箔１２を積層したものを
初期材料として準備する。そして、基材１１には製造し
ようとするチップＬＥＤの大きさに対応させた配列ピッ
チで導通用孔１１ａを貫通させる。これらの導通用孔１
１ａは基材１１のみに形成するものとし、その下端部に
位置している裏面銅箔１２はそのまま残す。なお、裏面
銅箔１２を貼る前に導通用孔１１ａを予め開けたものを
基材１１として準備してもよく、導通用孔１１ａは機械
加工によって穿つことで対応できる。

【００３４】導通用孔１１ａの形成の後には、同図の
（ｂ）において一点鎖線で示すように表面銅箔１３を被
せる。このとき、表面銅箔１３にはテンションを強くか
けないようにし、導通用孔１１ａに被さる部分では表面
銅箔１３がこの導通用孔１１ａの中に落ち込んで少し撓
んだ状態とすることが好ましい。

【００３５】次いで、同図の（ｃ）に示すように、表面
銅箔１３を全ての導通用孔１１ａの中に絞り込むように
して没入させる。この工程では、表面銅箔１３の銅の延
性を利用して導通用孔１１ａの内周面の全体からその底
部に位置している裏面銅箔１２の表面までに一様に重合
するように加工する。そして、この工程によって、表面
銅箔１３は導通用孔１１ａに没入させた部分が裏面銅箔
１２に接合され、裏面銅箔１２と表面銅箔１３とが電気
的に導通する。

【００３６】ここで、表面銅箔１３の導通用孔１１ａへ
の没入の工程は、レーザー溶融法や超音波による圧着を
利用したかしめ法を利用することができ、また無電解め
っき法によっても可能である。レーザー溶融法や超音波
による圧着を利用したかしめ法は電子部品の製造分野で
従来から利用されているが、本発明の半導体発光装置の
製造においては好適である。また、無電解めっき法は半
導体発光装置の製造において一般的に設備されているも
のなので、新たなラインを組み込む必要がない点で好ま
しいといえる。

【００３７】以上の３通りのいずれかの方法によって表
面銅箔１３を導通用孔１１ａに没入して裏面銅箔１２に
接合した後には、裏面銅箔１２と表面銅箔１３の一部を
エッチング法によって除去する。エッチングする部分
は、同図の（ｄ）に示すように、一対の導通用孔１１ａ
に挟まれた部分の中央領域である。そして、同図の
（ｅ）に示すようにこのエッチングの後には、フォトマ
スクを利用して裏面銅箔１２及び表面銅箔１３のそれぞ
れの表面にＮｉまたはＡｌを用いてメッキ層１２ａ，１
３ａを形成する。

【００３８】ここまでの工程は、ウエハー状態にある基
材１１に対する処理操作によって行われ、この後に図４
で示す発光素子の実装とダイシング工程に移る。

【００３９】図４の（ａ）は発光素子４を基材１１側に
載せる工程であり、基材１１の表面側の表面銅箔１３と
メッキ層１３ａがエッチング除去された部分を跨いで発
光素子４を搭載する。すなわち、ｎ側電極４ａは右側の
導通用孔１１ａを向き、ｐ側電極４ｂは左側の導通用孔
１１ａに臨む姿勢として発光素子４を位置決めして搭載
する。

【００４０】次いで、同図の（ｂ）に示すようにＡｇペ
ースト５をｎ側及びｐ側の電極４ａ，４ｂを含むように
して充填する。このとき、先に説明したようにＡｇペー
スト５はメッキ層１３ａの表面だけでなく、導通用孔１
１ａに没入している表面銅箔１３とそのメッキ層１３ａ
の部分にまで流れ込むが、余剰のＡｇペースト５はこの
没入部分にとどまる。これにより、発光素子４はメッキ
層１３ａを介して表面銅箔１３に導通するとともに、基
材１１に固定される。

【００４１】基材１１上の全ての発光素子４について導
通固定の工程が終えると、発光素子４の実装ステージか
ら樹脂封止のための型装置に基材１１のウエハーを移動
させる。そして、型に溶融樹脂を注入して加圧養生後に
離型することによって、同図の（ｃ）に示すように光透
過性の樹脂によるパッケージ６が成形される。

【００４２】次いで、最終工程として、同図の（ｃ）の
一点鎖線で示すカット面とこれらに直交するカット面を
ダイサーによってダイシングする。このダイシングで
は、発光素子４がパッケージ６の中心に位置するような
カット形状とすることは無論である。そして、発光素子
４を囲んでいる導通用孔１１ａの全てが同図の（ｄ）に
示すように成形されたパッケージ６に含まれるようにす
る。

【００４３】以上の工程により、図１に示した１個の面
実装型の半導体発光装置が得られる。なお、図３及び図
４で説明した基材１１と導通用孔１１ａは、図１におい
てそれぞれ基板１，導通用孔１ａとして成形され、裏面
銅箔１２，表面銅箔１３及びメッキ層１２ａ，１３ａは
それぞれ裏面電極２，表面電極３及びメッキ層２ａ，３
ａとして成形される。

【００４４】

【発明の効果】本発明では、従来のスルーホールとボン
ディングエリアを持つ電極構造のものに比べると、絶縁
性の基板に設けた導通用孔に表面電極を没入させて裏面
側の裏面電極に導通させるので、基板の平面形状を小さ
くできる。そして、発光素子もワイヤレスボンディング
として導電性接着剤によって導通固定するので、高さ寸
法も抑えることができ、したがって樹脂のパッケージも
含めて発光装置の全体を大幅に小型化できる。

【００４５】また、導通用孔によってできる凹みを余剰
の導電性接着剤の溜まり部として利用できるので、接着
剤を誤って過剰に塗布してもパッケージの外へ漏れ出る
こともなく、製品歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による半導体発光装置の
縦断面図

【図２】図１の半導体発光装置の外観を示す斜視図

【図３】本発明の製造方法であって、基材からメッキ層
の形成までの工程を順に示す概略図

【図４】図３の工程に続く工程であって発光素子の搭載
からダイシングによる製品化までを順に示す概略図

【図５】従来の面実装型の半導体発光装置の外観斜視図

【符号の説明】 １ 基板 １ａ 導通用孔 ２ 裏面電極 ２ａ メッキ層 ３ 表面電極 ３ａ メッキ層 ４ 発光素子 ４ａ ｎ側電極 ４ｂ ｐ側電極 ４ｃ 発光層 ５ Ａｇペースト ６ パッケージ １１ 基材 １１ａ 導通用孔 １２ 裏面銅箔 １２ａ メッキ層 １３ 表面銅箔 １３ａ メッキ層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性の基板と、前記基板の裏面にパタ
   ーン形成された裏面電極と、前記基板の表面にパターン
   形成された表面電極と、この表面電極のパターンに導電
   性接着剤によりｐ側及びｎ側の電極を導通させて搭載す
   る発光素子とを備え、前記基板には前記裏面電極を表面
   電極側に臨ませる導通用孔を貫通させて設け、前記表面
   電極を前記導通用孔の内部に没入させて前記裏面電極の
   表面に導通接続してなる半導体発光装置。
2. 【請求項２】 前記導通孔の中に没入する表面電極を前
   記導通用孔の内周面に沿う断面形状とし、前記導通用孔
   の中の表面電極によって形成される凹部を前記導電性接
   着剤の余剰分の溜まり部としてなる請求項１記載の半導
   体発光装置。
3. 【請求項３】 前記発光素子と導通用孔を含む外郭形状
   の樹脂のパッケージを前記基材側と一体に成形してなる
   請求項１または２記載の半導体発光装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体発光装置の製造方
   法であって、（１） 裏面に裏面銅箔を形成した絶縁性
   の基材に前記導通用孔を開ける工程と、 （２） 前記基材の表面側の表面銅箔を張り巡らすとと
   もに前記導通用孔に対応する部分をこの導入孔の中に没
   入させて前記裏面銅箔に接合する工程と、 （３） 前記裏面銅箔及び表面銅箔のそれぞれをエッチ
   ング法によりパターン形成する工程と、 （４） エッチングされた前記表面銅箔のパターン上に
   発光素子を実装搭載する工程と、 （５） 前記発光素子のｐ側及びｎ側の電極を含んで充
   填される導電性接着剤により前記発光素子を前記表面銅
   箔に導通させて前記基材側に固定する工程と、 （６） 前記発光素子を含んで前記基材の表面側を光透
   過性の樹脂によって封止する工程と、 （７） 前記基材と表裏両面の銅箔を前記導通用孔より
   も外側の領域をカット面としてダイシングする工程とを
   含む半導体発光装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記表面銅箔を前記導通用孔の中に没入
   させて前記裏面銅箔に接合する工程を、レーザー溶融法
   により実行する請求項４記載の半導体発光装置の製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記表面銅箔を前記導通用孔の中に没入
   させて前記裏面銅箔に接合する工程を、超音波圧着によ
   るかしめ法により実行する請求項４記載の半導体発光装
   置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記表面銅箔を前記導通用孔の中に没入
   させて前記裏面銅箔に接合する工程を、無電解銅メッキ
   法により実行する請求項４記載の半導体発光装置の製造
   方法。