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JP2012114120A - Led device and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2012114120A
JP2012114120A JP2010259405A JP2010259405A JP2012114120A JP 2012114120 A JP2012114120 A JP 2012114120A JP 2010259405 A JP2010259405 A JP 2010259405A JP 2010259405 A JP2010259405 A JP 2010259405A JP 2012114120 A JP2012114120 A JP 2012114120A
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led
internal electrode
main surface
semiconductor layer
type semiconductor
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Adria Roh
エイドリア ロー
Mitsuru Kinouchi
充 木ノ内
Matahiro Nakae
亦鴻 中江
Akio Nakamura
暁生 中村
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TDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED device which can ensure electrical and thermal conduction of a support substrate in the vertical direction without using a so-called through hole conductor, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: An LED device 1 comprises a submount substrate 10, and an LED die 20 mounted on the upper surface of the submount substrate 10. The submount substrate 10 has a sandwich structure where an internal electrode layer 11 and an insulation layer 12 are arranged alternately in one direction parallel with the main surface of the submount substrate. Each internal electrode layer 11 penetrates the submount substrate 10 in the vertical direction, at least a part of the internal electrode layer 11 on the upper surface side is exposed to the upper surface of the submount substrate 10 and connected with contact pads 13a, 13b, and at least a part of the internal electrode layer 11 on the bottom face side is exposed to the bottom face of the submount substrate 10 and connected with terminal electrodes 14a, 14b.

Description

本発明は、LED装置及びその製造方法に関し、特に、LEDダイが搭載されるサブマウント基板の構造及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an LED device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure of a submount substrate on which an LED die is mounted and a manufacturing method thereof.

発光素子の一つであるLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)は、その低消費電力や高寿命といった素子の特徴から、多くの電子機器や制御機器に搭載されている。   An LED (Light Emitting Diode), which is one of the light emitting elements, is mounted on many electronic devices and control devices due to the characteristics of the elements such as low power consumption and long life.

従来のLED装置としては、支持基板上にLEDチップを実装してパッケージングしたものがよく知られている(例えば特許文献1、2参照)。LEDの一対の電極(アノード/カソード電極)がチップの上面にある場合、それらの電極はボンディングワイヤを介して支持基板の表面のコンタクトパッドに接続される。また、LEDの一対の電極がチップの底面にある場合、それらの電極はバンプを介して支持基板の表面のコンタクトパッドにフリップチップ接続される。支持基板には表裏面を貫通するスルーホール導体が設けられており、支持基板の表面に形成されたコンタクトパッドは、スルーホール導体を介して支持基板の底面に形成された外部端子電極に接続される。この場合のスルーホール導体は、支持基板の表面から裏面までを一気に貫通するタイプ、或いは平面方向の位置を層ごとに変えながら最終的に表裏面を電気的に接続するタイプである。   As a conventional LED device, one in which an LED chip is mounted on a support substrate and packaged is well known (for example, see Patent Documents 1 and 2). When a pair of electrodes (anode / cathode electrodes) of the LED are on the upper surface of the chip, these electrodes are connected to contact pads on the surface of the support substrate via bonding wires. Further, when the pair of electrodes of the LED are on the bottom surface of the chip, these electrodes are flip-chip connected to the contact pads on the surface of the support substrate via the bumps. The support substrate is provided with through-hole conductors that penetrate the front and back surfaces, and the contact pads formed on the surface of the support substrate are connected to external terminal electrodes formed on the bottom surface of the support substrate via the through-hole conductors. The The through-hole conductor in this case is a type that penetrates from the front surface to the back surface of the support substrate at once, or a type that finally connects the front and back surfaces while changing the position in the plane direction for each layer.

また、特許文献1には、LEDチップをESD(Electro-Static Discharge:静電気放電)から保護するバリスタ機能を備えたLED装置が開示されている。支持基板としてのセラミック基板の内部にはZnO等の金属酸化物からなる一又は二以上の層が形成されており、これがバリスタとして機能する。バリスタでLEDのESD保護対策を行うことによりそのESD耐性を高めることができ、大きなESD保護効果を得ることができる。   Patent Document 1 discloses an LED device having a varistor function for protecting an LED chip from ESD (Electro-Static Discharge). One or more layers made of a metal oxide such as ZnO are formed inside a ceramic substrate as a support substrate, and this functions as a varistor. By taking ESD protection measures for LEDs with a varistor, the ESD resistance can be increased, and a large ESD protection effect can be obtained.

米国特許公開公報2007/297108US Patent Publication No. 2007/297108 特開2000−216439号公報JP 2000-216439 A

しかしながら、支持基板を貫通する上下方向の導電線路としてスルーホール導体を用いた場合には、支持基板の所定の位置に貫通孔を形成するための加工が必要となるため、製造工程が複雑になるという問題がある。また、LEDは発熱する素子であり、放熱性が悪いとその寿命が低下するが、上述した従来のLED装置では、支持基板の上下方向を貫通する導体がスルーホール導体のみであることから、放熱性が十分でないという問題がある。   However, when a through-hole conductor is used as a vertical conductive line that penetrates the support substrate, a process for forming a through hole at a predetermined position of the support substrate is required, which complicates the manufacturing process. There is a problem. In addition, the LED is an element that generates heat. If the heat dissipation is poor, the life of the LED is reduced. However, in the conventional LED device described above, the only conductor that passes through the support substrate in the vertical direction is the through-hole conductor. There is a problem that sex is not enough.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、支持基板にいわゆるスルーホール導体を用いることなく上下方向の電気的及び熱的な導通を確保することができ、低コスト且つ放熱性に優れたLED装置及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and the object of the present invention is to ensure vertical and vertical electrical and thermal conduction without using a so-called through-hole conductor for the support substrate. An object of the present invention is to provide a low-cost and excellent heat dissipation LED device and a manufacturing method thereof.

本発明によるLED装置は、サブマウント基板と、前記サブマウント基板の第1の主面に実装された少なくとも一つのLEDダイとを備え、前記サブマウント基板は、前記第1の主面に形成されたコンタクトパッドと、前記第1の主面と対向する第2の主面に形成された端子電極を含み、前記サブマウント基板は、複数の内部電極層と複数の絶縁層とが前記第1の主面と平行な第1の方向に沿って交互に配置されたサンドイッチ構造を含み、前記内部電極層は、前記第1の主面と平行且つ前記前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる帯状パターンであると共に、前記サブマウント基板の前記第1の主面から前記第2の主面まで貫通しており、前記内部電極層の前記第1の主面側の少なくとも一部は、前記サブマウント基板の前記第1の主面に露出して前記コンタクトパッドに接続されており、前記内部電極層の前記第2の主面側の少なくとも一部は、前記サブマウント基板の前記第2の主面に露出して前記端子電極に接続されていることを特徴とする。   The LED device according to the present invention includes a submount substrate and at least one LED die mounted on the first main surface of the submount substrate, and the submount substrate is formed on the first main surface. A contact pad and a terminal electrode formed on a second main surface opposite to the first main surface, wherein the submount substrate includes a plurality of internal electrode layers and a plurality of insulating layers. A second structure including a sandwich structure alternately arranged along a first direction parallel to the main surface, wherein the internal electrode layer is parallel to the first main surface and perpendicular to the first direction; And extending from the first main surface of the submount substrate to the second main surface, and at least a part of the internal electrode layer on the first main surface side is: The first of the submount substrate; The terminal electrode is exposed to the surface and connected to the contact pad, and at least a part of the internal electrode layer on the second main surface side is exposed to the second main surface of the submount substrate. It is characterized by being connected to.

本発明によれば、サブマウント基板内のサンドイッチ構造の電極パターンが基板の上下間の導通線路となるので、スルーホールのような個別の導通線路を形成する必要がない。したがって、導通線路の確保が容易であり、導通線路を形成するための工数が少なく、スルーホールの形成による基板の損傷を回避することができ、電気的及び熱的な特性に優れたLED装置を提供することができる。   According to the present invention, since the electrode pattern of the sandwich structure in the submount substrate becomes a conductive line between the upper and lower sides of the substrate, it is not necessary to form individual conductive lines such as through holes. Therefore, it is easy to secure the conductive line, the number of steps for forming the conductive line is small, the damage of the substrate due to the formation of the through hole can be avoided, and the LED device having excellent electrical and thermal characteristics can be obtained. Can be provided.

本発明において、前記LEDダイは、n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層と前記p型半導体層に挟まれた発光層を含み、前記コンタクトパッドは、前記第1及び第2のコンタクトパッドを含み、前記複数の内部電極層は、前記第1のコンタクトパッドに接続され且つ前記第2のコンタクトパッドから絶縁された複数の第1の内部電極層と、前記第2のコンタクトパッドに接続され且つ前記第1のコンタクトパッドから絶縁された複数の第2の内部電極層を含み、前記第1の内部電極層と前記第2の内部電極層は、前記第1の方向に沿って交互に配置されており、前記LEDダイの前記n型半導体層は、前記第1のコンタクトパッドを介して前記複数の第1の内部電極層に並列接続されており、前記LEDダイの前記p型半導体層は、前記第2のコンタクトパッドを介して前記複数の第2の内部電極層に並列接続されていることが好ましい。この構成によれば、多数の内部電極層を対応するコンタクトパッドに接続することができ、直流抵抗が低く放熱性が高い導通線路を提供することができる。   In the present invention, the LED die includes an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a light emitting layer sandwiched between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, and the contact pad includes the first and second contact layers. A plurality of internal electrode layers including a second contact pad, wherein the plurality of internal electrode layers are connected to the first contact pad and insulated from the second contact pad; A plurality of second internal electrode layers connected to a contact pad and insulated from the first contact pad, wherein the first internal electrode layer and the second internal electrode layer are arranged in the first direction; The n-type semiconductor layers of the LED die are connected in parallel to the plurality of first internal electrode layers via the first contact pads, and the LED die p-type semiconductor Layers are preferably connected in parallel to the second internal electrode layers of the plurality via said second contact pad. According to this configuration, a large number of internal electrode layers can be connected to the corresponding contact pads, and a conductive line with low DC resistance and high heat dissipation can be provided.

本発明において、前記絶縁層は非線形抵抗特性を有するセラミック層であり、前記サブマウント基板はバリスタとして機能することが好ましい。この構成によれば、サブマウント基板をバリスタとして使用することができ、LEDに対する静電気対策を施すことができる。   In the present invention, it is preferable that the insulating layer is a ceramic layer having nonlinear resistance characteristics, and the submount substrate functions as a varistor. According to this configuration, the submount substrate can be used as a varistor, and a countermeasure against static electricity can be applied to the LED.

本発明において、前記LEDダイは、前記n型半導体層に電気的に接続された第1の電極と、前記p型半導体層に電気的に接続された第2の電極とを備え、前記第1及び第2の電極の電極面は当該LEDダイの同じ側に形成され且つ同じ方向を向いており、前記第1の電極は前記第1のコンタクトパッドに接続されており、前記第2の電極は前記第2のコンタクトパッドに接続されていることが好ましい。この構成によれば、ウェーハ上に形成された複数のLEDダイとサブマウントウェーハとの張り合わせによって両者の接続が可能である。   In the present invention, the LED die includes a first electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer and a second electrode electrically connected to the p-type semiconductor layer. And the electrode surface of the second electrode is formed on the same side of the LED die and facing the same direction, the first electrode is connected to the first contact pad, and the second electrode is It is preferable to be connected to the second contact pad. According to this configuration, the plurality of LED dies formed on the wafer and the submount wafer can be connected to each other by bonding.

本発明において、前記第1及び第2の電極は合金材料からなり、前記第1の電極は前記n型半導体層に直接接続されており、前記第2の電極は前記p型半導体層に直接接続されていることが好ましい。この構成によれば、LEDダイの半導体層に予め電極を形成する必要がなく、LEDダイの半導体層とサブマウントウェーハとを直接接続することができる。   In the present invention, the first and second electrodes are made of an alloy material, the first electrode is directly connected to the n-type semiconductor layer, and the second electrode is directly connected to the p-type semiconductor layer. It is preferable that According to this configuration, it is not necessary to previously form an electrode on the semiconductor layer of the LED die, and the semiconductor layer of the LED die and the submount wafer can be directly connected.

本発明において、前記LEDダイの前記n型半導体層の第1の主面は、当該n型半導体層の成長基板が除去された開放面であり、前記n型半導体層の前記第1の主面と対向する第2の主面は、前記発光層と接していることが好ましい。この構成によれば、LED装置を製造する際、サブマウントウェーハ上にLEDウェーハを張り合わせ、LEDウェーハから成長基板を剥離した後にウェーハをダイシングすることができるので、ウェーハを容易に加工することができる。   In the present invention, the first main surface of the n-type semiconductor layer of the LED die is an open surface from which the growth substrate of the n-type semiconductor layer is removed, and the first main surface of the n-type semiconductor layer. It is preferable that the 2nd main surface which opposes is in contact with the said light emitting layer. According to this configuration, when manufacturing the LED device, the wafer can be diced after the LED wafer is bonded onto the submount wafer and the growth substrate is peeled off from the LED wafer, so that the wafer can be easily processed. .

本発明において、前記LEDダイの前記n型半導体層の前記開放面が粗面化されていることが好ましい。この構成によれば、LEDの発光効率を向上させることができる。   In the present invention, the open surface of the n-type semiconductor layer of the LED die is preferably roughened. According to this configuration, the light emission efficiency of the LED can be improved.

本発明において、前記サブマウント基板と前記LEDダイとの間にアンダーフィルが充填されていることが好ましい。この構成によれば、LEDダイの機械的強度を向上させることができ、特に、LEDダイから成長基板を剥離する際に問題となるLEDダイの機械的強度を確保することができる。   In the present invention, an underfill is preferably filled between the submount substrate and the LED die. According to this configuration, the mechanical strength of the LED die can be improved, and in particular, the mechanical strength of the LED die that becomes a problem when the growth substrate is peeled from the LED die can be ensured.

本発明によるLED装置の製造方法は、内部電極パターンが形成された複数の絶縁シートを積層してなる積層体を形成する工程と、前記積層体をその積層方向と平行にスライスすることにより、複数の内部電極パターンと複数の絶縁シートとが前記積層方向と平行な第1の方向に沿って交互に配置されたサンドイッチ構造を有するサブマウントウェーハを作製する工程と、前記サブマウントウェーハの第1の主面に露出する前記内部電極パターンの第1の端面の少なくとも一部を覆うコンタクトパッドを形成する工程と、前記サブマウントウェーハの第2の主面に露出する前記内部電極パターンの第2の端面の少なくとも一部を覆う端子電極を形成する工程と、成長基板、n型半導体層、発光層、p型半導体層をこの順に積層してなるLEDウェーハを用意し、前記p型半導体層をサブマウントウェーハ側に向けて前記LEDウェーハの前記サブマウントウェーハに張り合わせる工程と、前記サブマウントウェーハをダイシングして個々のLEDチップに分割する工程とを備えることを特徴とする。   The LED device manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a laminate formed by laminating a plurality of insulating sheets on which internal electrode patterns are formed, and slicing the laminate in parallel with the laminating direction. Manufacturing a submount wafer having a sandwich structure in which internal electrode patterns and a plurality of insulating sheets are alternately arranged along a first direction parallel to the stacking direction; and a first of the submount wafers Forming a contact pad covering at least a part of the first end surface of the internal electrode pattern exposed on the main surface; and a second end surface of the internal electrode pattern exposed on the second main surface of the submount wafer. A step of forming a terminal electrode covering at least a part of the LED, and a growth substrate, an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer stacked in this order Preparing a wafer and bonding the p-type semiconductor layer to the submount wafer of the LED wafer with the p-type semiconductor layer facing the submount wafer, and dicing the submount wafer to divide it into individual LED chips. It is characterized by providing.

本発明によれば、絶縁層の表面に電極パターンを形成し、この絶縁層を複数枚用意し、絶縁層を張り合わせた後、基板面に対して垂直に切断することにより、サブマウント基板を形成し、予め設けた電極パターンが基板の上下間の導通線路となるので、スルーホールのような個別の導通線路を形成する工程を省略することができる。したがって、工数が少なく、導通線路の形成が容易であり、スルーホールの形成によるセラミック基板の損傷を回避することができ、電気的及び熱的な特性に優れたLED装置の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, an electrode pattern is formed on the surface of the insulating layer, a plurality of the insulating layers are prepared, the insulating layers are bonded together, and then the submount substrate is formed by cutting perpendicularly to the substrate surface. In addition, since the electrode pattern provided in advance serves as a conductive line between the upper and lower sides of the substrate, the step of forming individual conductive lines such as through holes can be omitted. Accordingly, it is possible to provide a method for manufacturing an LED device that has fewer man-hours, can easily form a conductive line, can avoid damage to the ceramic substrate due to formation of a through hole, and has excellent electrical and thermal characteristics. Can do.

本発明において、絶縁シートの積層体を形成する工程は、第1の内部電極パターンが形成された第1の絶縁シートと、前記第1の内部電極パターンと異なる第2の内部電極パターンが形成された第2の絶縁シートとを順に積層する工程を含み、前記コンタクトパッドを形成する工程は、前記第1の内部電極パターンの前記第1の主面側の露出位置に第1のコンタクトパッドを形成すると共に、前記第2の内部電極パターンの前記第1の主面側の露出位置に前記第2のコンタクトパッドを形成する工程を含み、前記端子電極を形成する工程は、前記第1の内部電極パターンの前記第2の主面側の露出位置に第1の端子電極を形成すると共に、前記第2の内部電極パターンの前記第2の主面側の露出位置に第2の端子電極を形成する工程を含むことが好ましい。この方法によれば、第1及び第2のコンタクトパッドの各々に多数の内部電極パターンを接続することができ、LEDの放熱性を高めることができる。   In the present invention, the step of forming a laminate of insulating sheets includes forming a first insulating sheet on which a first internal electrode pattern is formed, and a second internal electrode pattern different from the first internal electrode pattern. And the step of forming the contact pad includes forming a first contact pad at an exposed position on the first main surface side of the first internal electrode pattern. And forming the second contact pad at an exposed position on the first main surface side of the second internal electrode pattern, and the step of forming the terminal electrode includes the step of forming the first internal electrode. A first terminal electrode is formed at an exposed position on the second main surface side of the pattern, and a second terminal electrode is formed at an exposed position on the second main surface side of the second internal electrode pattern. Including processes It is preferred. According to this method, a large number of internal electrode patterns can be connected to each of the first and second contact pads, and the heat dissipation of the LED can be enhanced.

本発明において、前記LEDウェーハを前記サブマウントウェーハに張り合わせる工程は、前記サブマウントウェーハの前記コンタクトパットと前記LEDウェーハの半導体層との接続を2種類の金属の合金反応により行う工程を含むことが好ましい。この方法によれば、LEDウェーハの半導体層の表面に予め電極を形成しておく必要が無く、LEDの半導体層とサブマウントウェーハのコンタクトパッドとを直接接続することができる。これにより、ウェーハレベルでの接合を容易且つ確実に行うことができる。   In the present invention, the step of bonding the LED wafer to the submount wafer includes a step of connecting the contact pad of the submount wafer and the semiconductor layer of the LED wafer by an alloy reaction of two kinds of metals. Is preferred. According to this method, it is not necessary to previously form an electrode on the surface of the semiconductor layer of the LED wafer, and the LED semiconductor layer and the contact pad of the submount wafer can be directly connected. Thereby, joining at a wafer level can be performed easily and reliably.

本発明によるLED装置の製造方法は、前記絶縁シートの材料として、非線形抵抗特性を有するセラミック材料を用いることが好ましい。絶縁シートに非線形抵抗材料を用いた場合には、サブマウントウェーハをバリスタとして構成することができ、LEDのESD保護対策を実現することができる。   In the LED device manufacturing method according to the present invention, it is preferable to use a ceramic material having nonlinear resistance characteristics as the material of the insulating sheet. When a non-linear resistance material is used for the insulating sheet, the submount wafer can be configured as a varistor, and an ESD protection measure for the LED can be realized.

本発明によるLED装置の製造方法は、前記サブマウントウェーハ上の前記LEDウェーハから前記成長基板を剥離して前記n型半導体層の一方の主面を開放面にする工程をさらに備えることが好ましい。この工程によれば、ウェーハのダイシングが容易となる。また、LEDの発光特性を向上させることが可能となる。   The method for manufacturing an LED device according to the present invention preferably further comprises a step of peeling the growth substrate from the LED wafer on the submount wafer to open one main surface of the n-type semiconductor layer. This process facilitates wafer dicing. Further, the light emission characteristics of the LED can be improved.

本発明によるLED装置の製造方法は、前記LEDウェーハの前記n型半導体層の前記一方の主面を粗面化する工程をさらに備えることが好ましい。この工程によれば、LEDの発光特性を向上させることができる。   The LED device manufacturing method according to the present invention preferably further comprises a step of roughening the one main surface of the n-type semiconductor layer of the LED wafer. According to this step, the light emission characteristics of the LED can be improved.

本発明によるLED装置の製造方法は、前記LEDウェーハを前記サブマウントウェーハに張り合わせる前に、前記サブマウント基板と前記LEDウェーハとの間にアンダーフィルを充填する工程をさらに備えることが好ましい。この工程によれば、LEDダイの機械的強度を向上させることができ、特に、LEDダイから成長基板を剥離する際に問題となるLEDダイの機械的強度を確保することができる。   Preferably, the LED device manufacturing method according to the present invention further includes a step of filling an underfill between the submount substrate and the LED wafer before the LED wafer is bonded to the submount wafer. According to this step, the mechanical strength of the LED die can be improved, and in particular, the mechanical strength of the LED die that becomes a problem when the growth substrate is peeled from the LED die can be ensured.

本発明によれば、いわゆるスルーホール導体を用いることなく支持基板の上下方向の電気的及び熱的な導通を確保することができ、低コスト且つ放熱性に優れたLED装置及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided an LED device that can ensure electrical and thermal conduction in the vertical direction of a support substrate without using a so-called through-hole conductor, and has low cost and excellent heat dissipation, and a method for manufacturing the LED device. can do.

図1は、本発明の好ましい実施の形態によるLED装置の構成を示す略外観斜視図である。FIG. 1 is a schematic external perspective view showing a configuration of an LED device according to a preferred embodiment of the present invention. 図2は、図1に示すLED装置の側面断面図であって、(a)は図1のA−A線に沿った側面断面図、(b)はB−B線に沿った側面断面図である。2 is a side cross-sectional view of the LED device shown in FIG. 1, wherein (a) is a side cross-sectional view along the line AA in FIG. 1, and (b) is a side cross-sectional view along the line BB. It is. 図3は、図1のX方向を積層方向とするサブマウント基板10の層構造を示す略分解斜視図である。FIG. 3 is a schematic exploded perspective view showing the layer structure of the submount substrate 10 in which the X direction in FIG. 図4は、サブマウント基板の略平面図であって、(a)は上面側、(b)は底面側をそれぞれ示している。4A and 4B are schematic plan views of the submount substrate, in which FIG. 4A shows the upper surface side and FIG. 4B shows the bottom surface side. 図5は、LEDダイの略平面図であって、特に電極パターンを示すものである。FIG. 5 is a schematic plan view of an LED die, particularly showing an electrode pattern. 図6は、LED装置の製造工程の全体的な流れを示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the overall flow of the manufacturing process of the LED device. 図7は、サブマウントウェーハにLEDウェーハを張り合わせた状態を示す略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state where an LED wafer is bonded to a submount wafer. 図8は、サブマウントウェーハにLEDウェーハを張り合わせた状態の他の例を示す略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing another example of a state in which an LED wafer is bonded to a submount wafer. 図9は、LEDウェーハのボンディング方法について説明するための略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for bonding an LED wafer. 図10は、LEDウェーハの他のボンディング方法を示す略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing another bonding method of the LED wafer. 図11は、LED装置の他の製造工程の全体的な流れを示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an overall flow of another manufacturing process of the LED device. 図12は、図11に示したスリット加工の応用例について説明するための略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view for explaining an application example of the slit machining shown in FIG. 図13は、本発明の他の好ましい実施の形態によるLED装置の構成を示す略平面図であって、(a)はLEDダイが搭載された状態、(b)はLEDダイが搭載されていない状態をそれぞれ示している。FIG. 13 is a schematic plan view showing the configuration of an LED device according to another preferred embodiment of the present invention, where (a) shows a state in which an LED die is mounted, and (b) shows a state in which no LED die is mounted. Each state is shown.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の好ましい実施の形態によるLED装置の構成を示す略外観斜視図である。   FIG. 1 is a schematic external perspective view showing a configuration of an LED device according to a preferred embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態によるLED装置1は、サブマウント基板10と、サブマウント基板10の一方の主面(上面)に搭載されたLEDダイ20とを備えている。LEDダイ20はその主発光面が上方を向いた状態で搭載され、サブマウント基板10の上面10aにフェースダウンボンディングされている。   As shown in FIG. 1, the LED device 1 according to the present embodiment includes a submount substrate 10 and an LED die 20 mounted on one main surface (upper surface) of the submount substrate 10. The LED die 20 is mounted with its main light emitting surface facing upward, and is face-down bonded to the upper surface 10 a of the submount substrate 10.

図2は、図1に示すLED装置1の側面断面図であって、(a)は図1のA−A線に沿った側面断面図、(b)はB−B線に沿った側面断面図である。また、図3は、図1のX方向を積層方向とするサブマウント基板10の層構造を示す略分解斜視図である。   2 is a side sectional view of the LED device 1 shown in FIG. 1, wherein (a) is a side sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and (b) is a side sectional view taken along the line BB. FIG. 3 is a schematic exploded perspective view showing the layer structure of the submount substrate 10 in which the X direction in FIG.

図2(a)及び(b)に示すように、サブマウント基板10は複数の内部電極層11を内蔵している。各内部電極層11はサブマウント基板10の上下方向(Z方向)に延びる導電膜である。各内部電極層11は図示のX方向に等間隔に配置されており、その主面はサブマウント基板10の上面(一方の主面)10a及び底面(他方の主面)10bと直交している。各内部電極層11はYZ平面と平行な主面を有する矩形パターンである。内部電極層11の面積はできるだけ広いほうが好ましい。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the submount substrate 10 includes a plurality of internal electrode layers 11. Each internal electrode layer 11 is a conductive film extending in the vertical direction (Z direction) of the submount substrate 10. The internal electrode layers 11 are arranged at equal intervals in the X direction shown in the figure, and their main surfaces are orthogonal to the upper surface (one main surface) 10a and the bottom surface (the other main surface) 10b of the submount substrate 10. . Each internal electrode layer 11 is a rectangular pattern having a main surface parallel to the YZ plane. The area of the internal electrode layer 11 is preferably as large as possible.

サブマウント基板10の上面10aには、LEDダイ20を電気的且つ機械的に接続するための第1及び第2のコンタクトパッド13a,13bが形成されており、サブマウント基板10の底面10bには、LED装置1自身をプリント基板上に実装するための第1及び第2の外部端子電極14a,14bが形成されている。サブマウント基板10のサイズは例えば1.6×1.2×0.3mmである。   First and second contact pads 13a and 13b for electrically and mechanically connecting the LED die 20 are formed on the top surface 10a of the submount substrate 10, and the bottom surface 10b of the submount substrate 10 is formed on the bottom surface 10b. First and second external terminal electrodes 14a and 14b for mounting the LED device 1 itself on the printed circuit board are formed. The size of the submount substrate 10 is, for example, 1.6 × 1.2 × 0.3 mm.

本実施形態において、複数の内部電極層11は、第1のコンタクトパッド13aに接続される複数の第1の内部電極層11aと、第2のコンタクトパッド13bに接続される複数の第2の内部電極層11bに区別される。第1及び第2のコンタクトパッド13a,13bはX方向に対して交互に配置されており、両者の間には絶縁層12が介在している。このようなサブマウント基板10は、図3に示すように、第1の内部電極層11aが形成された絶縁層12と、第2の内部電極層11bが形成された絶縁層12とがX方向に交互に繰り返し積層することにより実現される。つまり、本実施形態によるサブマウント基板10の層構造の積層方向は基板の主面と平行なX方向であり、基板の主面と垂直なZ方向に積み上げられる通常の層構造ではない。   In the present embodiment, the plurality of internal electrode layers 11 includes a plurality of first internal electrode layers 11a connected to the first contact pads 13a and a plurality of second internal electrodes connected to the second contact pads 13b. A distinction is made between the electrode layers 11b. The first and second contact pads 13a and 13b are alternately arranged in the X direction, and the insulating layer 12 is interposed between them. As shown in FIG. 3, the submount substrate 10 has an insulating layer 12 on which the first internal electrode layer 11a is formed and an insulating layer 12 on which the second internal electrode layer 11b is formed in the X direction. This is realized by alternately and repeatedly laminating. That is, the stacking direction of the layer structure of the submount substrate 10 according to the present embodiment is the X direction parallel to the main surface of the substrate, and is not a normal layer structure stacked in the Z direction perpendicular to the main surface of the substrate.

図2(b)に示すように、第1の内部電極層11aの上端の一部は、サブマウント基板10の上面10aに露出しており、第1のコンタクトパッド13aに接続されている。また、第1の内部電極層11aの下端の一部は、サブマウント基板10の底面10bに露出しており、第1の外部端子電極14aに接続されている。したがって、第1のコンタクトパッド13aは複数の第1の内部電極層11aを通じて第1の外部端子電極14aに電気的且つ熱的に接続されている。   As shown in FIG. 2B, a part of the upper end of the first internal electrode layer 11a is exposed on the upper surface 10a of the submount substrate 10 and is connected to the first contact pad 13a. Further, a part of the lower end of the first internal electrode layer 11a is exposed at the bottom surface 10b of the submount substrate 10 and is connected to the first external terminal electrode 14a. Therefore, the first contact pad 13a is electrically and thermally connected to the first external terminal electrode 14a through the plurality of first internal electrode layers 11a.

第2の内部電極層11bの上端の一部は、サブマウント基板10の上面10a露出しており、第1のコンタクトパッド13aに接続されている。また、第2の内部電極層11bの下端の一部は、サブマウント基板10の底面10bに露出しており、第2の外部端子電極14bに接続されている。したがって、第2のコンタクトパッド13bは複数の第2の内部電極層11bを通じて第2の外部端子電極14bに電気的且つ熱的に接続されている。   A part of the upper end of the second internal electrode layer 11b is exposed from the upper surface 10a of the submount substrate 10 and is connected to the first contact pad 13a. Further, a part of the lower end of the second internal electrode layer 11b is exposed on the bottom surface 10b of the submount substrate 10 and is connected to the second external terminal electrode 14b. Therefore, the second contact pad 13b is electrically and thermally connected to the second external terminal electrode 14b through the plurality of second internal electrode layers 11b.

本実施形態によるサブマウント基板10は、好ましくはバリスタとして機能する。図3に示したように、サブマウント基板10は第1の内部電極層11aと第2の内部電極層11bとが交互に積層されたサンドイッチ構造を有しているが、第1の内部電極層11aと第2の内部電極層11bとの間に酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物からなる絶縁層12が介在することによりバリスタ素子が実現される。本実施形態によるバリスタは、ZnO等の金属酸化物からなる絶縁層12によって絶縁分離された第1の内部電極層11aと第2の内部電極層11bとを交互に重ねて配置した構造であるため、複数のバリスタ素子の並列接続を構成している。各絶縁層12の厚さは3〜60μmであることが好ましい。ただし一つのサブマウント基板10内のすべての絶縁層12が同じ厚さである必要はない。   The submount substrate 10 according to the present embodiment preferably functions as a varistor. As shown in FIG. 3, the submount substrate 10 has a sandwich structure in which the first internal electrode layers 11a and the second internal electrode layers 11b are alternately stacked. A varistor element is realized by interposing an insulating layer 12 made of a metal oxide such as zinc oxide (ZnO) between 11a and the second internal electrode layer 11b. The varistor according to the present embodiment has a structure in which the first internal electrode layers 11a and the second internal electrode layers 11b that are insulated and separated by the insulating layer 12 made of a metal oxide such as ZnO are alternately stacked. A plurality of varistor elements are connected in parallel. The thickness of each insulating layer 12 is preferably 3 to 60 μm. However, it is not necessary that all the insulating layers 12 in one submount substrate 10 have the same thickness.

バリスタはゼナーダイオード同士を逆接続したものと同様に機能し、高電圧のスパイク又はパワーサージがLEDの端子間に印加されたとき、その端子間と並列な低抵抗の電流経路を生成し、静電エネルギーを迂回させてLEDをダメージから保護する。これにより、LEDに対するESD保護機能を提供することができる。バリスタとしての性能を高めるためには、第1及び第2の内部電極層11a,11bの対向面積ができるだけ広いほうが好ましい。   The varistor functions in the same way as reversely connecting Zener diodes, and when a high voltage spike or power surge is applied between the terminals of the LED, it generates a low resistance current path in parallel with the terminals, Protects the LED from damage by diverting electrostatic energy. Thereby, the ESD protection function with respect to LED can be provided. In order to improve the performance as a varistor, it is preferable that the opposing areas of the first and second internal electrode layers 11a and 11b be as large as possible.

LEDダイ20は例えば窒化ガリウム系LEDであり、サファイヤ成長基板上に成長させたLED層21からサファイヤ成長基板を除去したものであって、n型半導体層22と、p型半導体層24と、n型半導体層22とp型半導体層24との間に挟まれたInGaNからなる発光層23(活性層)とを備えている。LED層21は、GaNやAlN等からなる低温成長バッファ層(不図示)を介して成長基板上に形成される。   The LED die 20 is, for example, a gallium nitride-based LED, in which the sapphire growth substrate is removed from the LED layer 21 grown on the sapphire growth substrate, and includes an n-type semiconductor layer 22, a p-type semiconductor layer 24, A light emitting layer 23 (active layer) made of InGaN sandwiched between the p-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 24 is provided. The LED layer 21 is formed on the growth substrate via a low-temperature growth buffer layer (not shown) made of GaN, AlN, or the like.

LEDダイ20は、n型半導体層22と電気的に接続されたカソード電極(n側電極)25aと、p型半導体層24と電気的に接続されたアノード電極(p側電極)25bとを備えており、n型半導体層22はカソード電極25aを介してサブマウント基板10側の第1のコンタクトパッド13aに接続されており、p型半導体層24はアノード電極25bを介してサブマウント基板10側の第2のコンタクトパッド13bに接続されている。詳細は後述するが、カソード電極25a及びアノード電極25bは、LEDダイ20とサブマウント基板10とを張り合わせる際に、n型半導体層22及びp型半導体層24の表面にそれぞれ直接接合される。   The LED die 20 includes a cathode electrode (n-side electrode) 25a electrically connected to the n-type semiconductor layer 22 and an anode electrode (p-side electrode) 25b electrically connected to the p-type semiconductor layer 24. The n-type semiconductor layer 22 is connected to the first contact pad 13a on the submount substrate 10 side through the cathode electrode 25a, and the p-type semiconductor layer 24 is on the submount substrate 10 side through the anode electrode 25b. Is connected to the second contact pad 13b. Although details will be described later, the cathode electrode 25 a and the anode electrode 25 b are directly bonded to the surfaces of the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 24 when the LED die 20 and the submount substrate 10 are bonded to each other.

LEDダイ20は、n型半導体層22、発光層23、p型半導体層24を成長基板上で順にエピタキシャル成長させることによって形成される。エピタキシャル工程は主に、一層又は二層以上のn型半導体層22を成長基板上に形成する工程と、一層又は二層以上の発光層23をn型半導体層22上のアクティブ領域内に形成する工程と、一層又は二層以上のp型半導体層24を前記発光層23上に有機金属気相成長法(MOCVD)又はMBE法によって形成する工程を含む。n型半導体層22及びp型半導体層24のために使用されるドーパントの一例はそれぞれSi及びMgである。電気的な接続のためのコンタクトはSiドープn型半導体層22の領域及びMgドープp型半導体層24の領域にそれぞれ形成される。電気的及び機械的な保護とスプリアス効果を最小限に抑えるため、薄膜LEDダイ20のn型半導体層22及びp型半導体層24の露出部分を覆う保護層を形成してもよい。   The LED die 20 is formed by epitaxially growing an n-type semiconductor layer 22, a light emitting layer 23, and a p-type semiconductor layer 24 in order on a growth substrate. The epitaxial step mainly includes a step of forming one or more n-type semiconductor layers 22 on the growth substrate, and a step of forming one or more light-emitting layers 23 in the active region on the n-type semiconductor layer 22. And a step of forming one or more p-type semiconductor layers 24 on the light emitting layer 23 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or MBE. An example of dopants used for the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 24 are Si and Mg, respectively. Contacts for electrical connection are formed in the region of the Si-doped n-type semiconductor layer 22 and the region of the Mg-doped p-type semiconductor layer 24, respectively. In order to minimize electrical and mechanical protection and spurious effects, a protective layer covering the exposed portions of the n-type semiconductor layer 22 and the p-type semiconductor layer 24 of the thin-film LED die 20 may be formed.

LEDダイ20のn型半導体層22の一方の主面22aは、サファイヤ成長基板が除去された開放面であり、一方、反対側の主面は発光層23と接している。サファイヤ成長基板を除去してLED素子を薄膜化することにより、LEDの光学特性を向上させることができ、またLED層への電気的なアクセスを容易にすることができる。さらに、LEDダイ20のウェーハレベルでの貼り合わせを可能にすると共に、その後のチップ分割を容易に行うことができる。   One main surface 22 a of the n-type semiconductor layer 22 of the LED die 20 is an open surface from which the sapphire growth substrate is removed, while the opposite main surface is in contact with the light emitting layer 23. By removing the sapphire growth substrate and thinning the LED element, the optical characteristics of the LED can be improved, and electrical access to the LED layer can be facilitated. Further, the LED die 20 can be bonded at the wafer level, and the subsequent chip division can be easily performed.

本実施形態において、n型半導体層22の開放面22aは粗面化されていることが好ましい。この構成によれば、LEDの発光効率を向上させることができる。n型半導体層22を選択的にエッチングする方法としては、水酸化カリウム(KOH)を用いた光電気化学法(Photo Electrochemical technique)を挙げることができる。この方法は、光の吸収を低減するためにn型半導体層22をさらに薄くするための方法としても便利である。発光面の粗面化処理の代わりに、マイクロ又はナノスケールのドライエッチパターンを発光面上に形成する方法を採用して発光を強化することも可能である。   In the present embodiment, the open surface 22a of the n-type semiconductor layer 22 is preferably roughened. According to this configuration, the light emission efficiency of the LED can be improved. As a method for selectively etching the n-type semiconductor layer 22, a photoelectrochemical technique using potassium hydroxide (KOH) can be used. This method is also convenient as a method for making the n-type semiconductor layer 22 thinner in order to reduce light absorption. Instead of roughening the light emitting surface, it is possible to enhance the light emission by adopting a method of forming a dry etching pattern of micro or nano scale on the light emitting surface.

図4(a)及び(b)は、サブマウント基板10の略平面図であって、(a)は上面側、(b)は底面側をそれぞれ示している。   4A and 4B are schematic plan views of the submount substrate 10, where FIG. 4A shows the upper surface side and FIG. 4B shows the bottom surface side.

図4(a)に示すように、サブマウント基板10の上面10aには、LEDダイ20を電気的且つ機械的に接続するための第1及び第2のコンタクトパッド13a,13bがそれぞれ形成されている。サブマウント基板10の上面10a側から見たとき、内部電極層11はY方向に延びる直線パターンがX方向に略等間隔に配列された縞状パターンを構成している。   As shown in FIG. 4A, first and second contact pads 13a and 13b for electrically and mechanically connecting the LED die 20 are formed on the upper surface 10a of the submount substrate 10, respectively. Yes. When viewed from the upper surface 10a side of the submount substrate 10, the internal electrode layer 11 forms a striped pattern in which linear patterns extending in the Y direction are arranged at substantially equal intervals in the X direction.

コンタクトパッド13a,13bの位置及び形状はLEDダイ20側の電極の位置及び形状に基づいて設定される。本実施形態においては、第2のコンタクトパッド13bの面積が第1のコンタクトパッド13aの面積よりも大きく設定されている。第1の内部電極層11aの上面側の露出端面11kは、共通のコンタクトパッド13aに接続されている。また、第2の内部電極層11bの上面側の露出端面11kは、共通のコンタクトパッド13bに接続されている。   The positions and shapes of the contact pads 13a and 13b are set based on the positions and shapes of the electrodes on the LED die 20 side. In the present embodiment, the area of the second contact pad 13b is set larger than the area of the first contact pad 13a. The exposed end surface 11k on the upper surface side of the first internal electrode layer 11a is connected to a common contact pad 13a. The exposed end surface 11k on the upper surface side of the second internal electrode layer 11b is connected to a common contact pad 13b.

一方、図4(b)に示すように、サブマウント基板10の底面10bには、第1及び第2の外部端子電極14a,14bがそれぞれ形成されている。第1及び第2の外部端子電極14a,14bの位置及び形状は、表面実装部品として半田実装しやすい位置及び形状であることが好ましく、そのため底面のY方向の両端部にそれぞれ同一面積にて形成されている。第1の内部電極層11aの下面側の露出端面11kは、共通の第1の外部端子電極14aに接続されている。また、第2の内部電極層11bの下面側の露出端面11kは、共通の第2の外部端子電極14bに共通接続されている。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, the first and second external terminal electrodes 14a and 14b are formed on the bottom surface 10b of the submount substrate 10, respectively. The positions and shapes of the first and second external terminal electrodes 14a and 14b are preferably positions and shapes that can be easily solder-mounted as surface-mounted components. Has been. The exposed end surface 11k on the lower surface side of the first internal electrode layer 11a is connected to the common first external terminal electrode 14a. The exposed end surface 11k on the lower surface side of the second internal electrode layer 11b is commonly connected to a common second external terminal electrode 14b.

図5(a)乃至(c)は、LEDダイ20の略平面図であって、特に電極パターンを示すものである。   5 (a) to 5 (c) are schematic plan views of the LED die 20, and particularly show an electrode pattern.

図5(a)に示すLEDダイ20は、n型半導体層22の表面の大部分に発光層23が設けられ、発光層23の表面の略全面にp型半導体層24が設けられており、p型半導体層24の表面に1つの大きなアノード電極25bが設けられている。このアノード電極25bはp型半導体層24の略全面を覆っている。一方、カソード電極25aは、発光層23及びp型半導体層24に覆われていない領域に設けられており、細長い帯状パターンを形成している。このように、図5(a)に示すLEDダイ20は、カソード電極25aとアノード電極25bとを1つずつ備えている。なお図4(a)に示した一対のコンタクトパッドの形状は、図5(a)に示すLEDダイ20の電極形状に対応するものである。   In the LED die 20 shown in FIG. 5A, a light emitting layer 23 is provided over most of the surface of the n-type semiconductor layer 22, and a p-type semiconductor layer 24 is provided over substantially the entire surface of the light emitting layer 23. One large anode electrode 25 b is provided on the surface of the p-type semiconductor layer 24. This anode electrode 25 b covers substantially the entire surface of the p-type semiconductor layer 24. On the other hand, the cathode electrode 25 a is provided in a region not covered with the light emitting layer 23 and the p-type semiconductor layer 24, and forms an elongated strip pattern. As described above, the LED die 20 shown in FIG. 5A includes one cathode electrode 25a and one anode electrode 25b. The shape of the pair of contact pads shown in FIG. 4 (a) corresponds to the electrode shape of the LED die 20 shown in FIG. 5 (a).

一方、図5(b)及び(c)に示すLEDダイ20は、n型半導体層22上の発光層23及びp型半導体層24の形成領域(活性領域)が4分割されており、発光層23及びp型半導体層24が形成されていない所定の領域に6つの円形のカソード電極25aが設けられている。また、4つのp型半導体層24の上面にアノード電極25bが設けられている。図5(b)と図5(c)の違いは、図5(b)では1つのp型半導体層24の上面に1つの大きなアノード電極25bが設けられているのに対し、図5(c)では1つのp型半導体層24の上面に2つの分割されたアノード電極25b,25bが設けられている点にある。   On the other hand, in the LED die 20 shown in FIGS. 5B and 5C, the formation region (active region) of the light-emitting layer 23 and the p-type semiconductor layer 24 on the n-type semiconductor layer 22 is divided into four parts. 23 and six circular cathode electrodes 25a are provided in a predetermined region where the p-type semiconductor layer 24 is not formed. An anode electrode 25 b is provided on the upper surfaces of the four p-type semiconductor layers 24. The difference between FIG. 5B and FIG. 5C is that in FIG. 5B, one large anode electrode 25b is provided on the upper surface of one p-type semiconductor layer 24, whereas FIG. ) In that two divided anode electrodes 25 b and 25 b are provided on the upper surface of one p-type semiconductor layer 24.

以上のように、LEDダイ20のパターンレイアウトは自由であり、活性領域及びアノード/カソード電極25aを複数に分割して設けることができる。この場合、図4(a)に示した一対のコンタクトパッドの形状を、図5(b)及び図5(c)の電極形状に合わせる必要があることは言うまでもない。   As described above, the pattern layout of the LED die 20 is arbitrary, and the active region and the anode / cathode electrode 25a can be divided and provided. In this case, it is needless to say that the shape of the pair of contact pads shown in FIG. 4A needs to be matched with the electrode shape of FIGS. 5B and 5C.

次に、LED装置1の製造方法について詳細に説明する。本実施形態によるLED装置1は、LEDダイ20とサブマウント基板10とをウェーハレベルで張り合わせることによって製造することができる。   Next, the manufacturing method of the LED device 1 will be described in detail. The LED device 1 according to the present embodiment can be manufactured by bonding the LED die 20 and the submount substrate 10 at the wafer level.

図6は、LED装置1の製造工程の全体的な流れを示す模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the overall flow of the manufacturing process of the LED device 1.

図6に示すように、LED装置1の製造では、まず複数枚のセラミックグリーンシート30を用意し(図6(a))、各セラミックグリーンシートの表面に内部電極層11となる電極パターン(内部電極パターン)31を形成する(図6(b))。セラミックグリーンシートはZnOの粉体、ドーパント、及び有機バインダーを適切な割合で混合したスラリーを用いてドクターブレード法により形成することができる。特に限定されるものではないが、内部電極パターンが印刷される大面積のセラミックグリーンシートは一辺が2〜4インチの正方形又は長方形であり、3〜60μmの厚さを有している。電極パターンは金属ペーストのスクリーン印刷によって形成することができる。金属ペーストは、Pd、Ag又はそれらの合金の粉体と、有機バインダーと、有機溶剤とを混合したものを用いることができる。   As shown in FIG. 6, in the manufacture of the LED device 1, first, a plurality of ceramic green sheets 30 are prepared (FIG. 6A), and an electrode pattern (internal electrode layer 11) is formed on the surface of each ceramic green sheet. Electrode pattern) 31 is formed (FIG. 6B). The ceramic green sheet can be formed by a doctor blade method using a slurry in which ZnO powder, a dopant, and an organic binder are mixed at an appropriate ratio. Although not particularly limited, the large-area ceramic green sheet on which the internal electrode pattern is printed is a square or a rectangle having a side of 2 to 4 inches, and has a thickness of 3 to 60 μm. The electrode pattern can be formed by screen printing of a metal paste. As the metal paste, a mixture of Pd, Ag, or an alloy thereof, an organic binder, and an organic solvent can be used.

次に、電極パターン31が形成された複数枚のセラミックグリーンシート31Aを位置合わせしながら順に積層して張り合わせた後(図6(c))、所定の温度及び圧力条件下で焼成し、多層セラミックブロック32を作製する(図6(d))。このとき、第1の内部電極層11aとなる電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートと、第2の内部電極層11bとなる電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートが交互に積層される。   Next, a plurality of ceramic green sheets 31A on which the electrode pattern 31 is formed are laminated and bonded in order while being aligned (FIG. 6C), and then fired under predetermined temperature and pressure conditions to produce a multilayer ceramic A block 32 is produced (FIG. 6D). At this time, the ceramic green sheet on which the electrode pattern to be the first internal electrode layer 11a is formed and the ceramic green sheet on which the electrode pattern to be the second internal electrode layer 11b is formed are alternately stacked.

次に、多層セラミックブロック32をその積層方向と平行、すなわち図中の破線で示すように積層面に対して垂直に切断し、サブマウントウェーハ33を得る(図6(e))。サブマウントウェーハ33の厚さは20〜1000μmであることが好ましく、30〜100μmであることがより好ましい。   Next, the multilayer ceramic block 32 is cut in parallel to the stacking direction, that is, perpendicularly to the stacking surface as indicated by the broken line in the drawing to obtain the submount wafer 33 (FIG. 6E). The thickness of the submount wafer 33 is preferably 20 to 1000 μm, and more preferably 30 to 100 μm.

次に、サブマウントウェーハ33の表裏面を研磨して平坦化した後(図6(f))、サブマウントウェーハ33の上面をメタライズして第1及び第2のコンタクトパッド13a,13bのための電極パターン34を形成すると共に、サブマウントウェーハ33の底面もメタライズして第1及び第2の外部端子電極14a,14bのための電極パターンを形成する(図6(g))。電極パターンの形成のためのメタライズには例えばTi/Cu/Ni/Au、あるいは、AlCu/Ni/Auの多層膜を用いることができる。   Next, the front and back surfaces of the submount wafer 33 are polished and flattened (FIG. 6F), and then the upper surface of the submount wafer 33 is metalized to be used for the first and second contact pads 13a and 13b. In addition to forming the electrode pattern 34, the bottom surface of the submount wafer 33 is also metallized to form electrode patterns for the first and second external terminal electrodes 14a and 14b (FIG. 6G). For metallization for forming the electrode pattern, for example, a multilayer film of Ti / Cu / Ni / Au or AlCu / Ni / Au can be used.

次に、加工済みLEDウェーハ35をサブマウントウェーハ33に対して位置合わせしながら張り合わせた後(図4(h))、LEDウェーハ35をボンディングする(図4(h))。   Next, the processed LED wafer 35 is bonded to the submount wafer 33 while being aligned (FIG. 4 (h)), and then the LED wafer 35 is bonded (FIG. 4 (h)).

図7は、サブマウントウェーハ33にLEDウェーハ35を張り合わせた状態を示す略断面図である。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the LED wafer 35 is bonded to the submount wafer 33.

図7に示すように、サブマウントウェーハ33の内部には、個々のサブマウント基板10に対応する内部電極層11a,11bが形成されている。また、LEDウェーハ35には、共通のサファイヤ成長基板35a上において、個々のLEDチップに対応するLED層35bが分離して形成されている。これらは互いに位置合わせされ、金属接合材料(メタルボンド)25mによって接続される。金属接合材料25mはカソード電極25a及びアノード電極25bとして機能する。   As shown in FIG. 7, internal electrode layers 11 a and 11 b corresponding to individual submount substrates 10 are formed inside the submount wafer 33. The LED wafer 35 is formed with LED layers 35b corresponding to individual LED chips separately on a common sapphire growth substrate 35a. These are aligned with each other and connected by a metal bonding material (metal bond) 25m. The metal bonding material 25m functions as a cathode electrode 25a and an anode electrode 25b.

図8は、サブマウントウェーハ33にLEDウェーハ35を張り合わせた状態の他の例を示す略断面図である。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing another example of the state in which the LED wafer 35 is bonded to the submount wafer 33.

図8に示すように、サブマウントウェーハ33とLEDウェーハ35との間にはアンダーフィル36が設けられている。アンダーフィル36はサブマウントウェーハ33にLEDウェーハ33を張り合わせる前に充填される。アンダーフィル36の材料としてはエポキシ樹脂を用いることができる。このように、アンダーフィル36を予め設けることにより、後述するサファイヤ成長基板35aの剥離工程においてLEDウェーハ33の機械的強度を確保することができ、また金属接合材料の剥離等を防止することができる。   As shown in FIG. 8, an underfill 36 is provided between the submount wafer 33 and the LED wafer 35. The underfill 36 is filled before the LED wafer 33 is bonded to the submount wafer 33. An epoxy resin can be used as the material for the underfill 36. Thus, by providing the underfill 36 in advance, the mechanical strength of the LED wafer 33 can be ensured in the peeling process of the sapphire growth substrate 35a described later, and peeling of the metal bonding material can be prevented. .

次に、サブマウントウェーハ33上のLEDウェーハ35からサファイヤ成長基板35aを剥離する(図6(j))。この剥離工程は、レーザーリフトオフと呼ばれるレーザ照射技術によって実現することができる。レーザービームのエネルギーはサファイヤ成長基板35aと接する窒化ガリウム材料を溶融するので、サファイヤ成長基板35aのみを剥離することが可能である。   Next, the sapphire growth substrate 35a is peeled from the LED wafer 35 on the submount wafer 33 (FIG. 6 (j)). This peeling process can be realized by a laser irradiation technique called laser lift-off. Since the energy of the laser beam melts the gallium nitride material in contact with the sapphire growth substrate 35a, only the sapphire growth substrate 35a can be peeled off.

次に、サファイヤ成長基板35aが除去されたサブマウントウェーハ33上のLEDウェーハ35の表面の粗面化処理を行う(図6(k))。この処理は、LEDの光出力の特性向上のために行われる。なお、ここにいう粗面化処理には、不規則な凹凸形状が形成される通常の粗面化処理の他、規則的な凹凸形状が形成されるマイクロレベル又はナノレベルでのパターニング処理も含まれる。   Next, the surface of the LED wafer 35 on the submount wafer 33 from which the sapphire growth substrate 35a has been removed is roughened (FIG. 6 (k)). This process is performed to improve the light output characteristics of the LED. In addition, the roughening process here includes not only a normal roughening process in which irregular irregularities are formed, but also a patterning process in micro level or nano level in which regular irregularities are formed. It is.

次に、LEDウェーハ35が搭載されたサブマウントウェーハ33をダイシングし、ウェーハ上の個々のLED素子を個片化する(図4(l))。サファイヤ成長基板35aが既に除去されているので、ダイシングには一般的なダイシングソーを用いることができ、加工は用意である。以上により、図1に示したチップデバイスとしてのLED装置1が完成する。このようなLED装置1は、プリント基板上に直接半田実装されてもよく、通常の表面実装デバイス或いは他の接続手段を介してプリント基板上に実装されてもよく、さらには光成形部品に接続されてもよい。   Next, the submount wafer 33 on which the LED wafer 35 is mounted is diced, and individual LED elements on the wafer are separated into individual pieces (FIG. 4L). Since the sapphire growth substrate 35a has already been removed, a general dicing saw can be used for dicing, and processing is ready. Thus, the LED device 1 as the chip device shown in FIG. 1 is completed. Such an LED device 1 may be directly solder-mounted on a printed board, may be mounted on a printed board via a normal surface-mount device or other connection means, and further connected to a light-molded component. May be.

図9は、LEDウェーハのボンディング方法について説明するための略断面図である。   FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for bonding an LED wafer.

図9に示すように、LEDウェーハのボンディングは、異なる2種類の金属の合金反応によって接続することができる。つまり、サブマウントウェーハ33とLEDウェーハ35との間のウェーハレベルでのボンディング工程をTLP(Transient liquid phase)技術によって実現するものである。ボンディングのための接合材料としては、インジウム(In)、パラジウム(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、ビスマス(Bi)、スズ(Sn)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、及びカドミウム(Cd)から選択された少なくとも2種類の金属の組み合わせを用いることができる。   As shown in FIG. 9, the bonding of LED wafers can be connected by an alloy reaction of two different kinds of metals. That is, the bonding process at the wafer level between the submount wafer 33 and the LED wafer 35 is realized by TLP (Transient liquid phase) technology. As bonding materials for bonding, indium (In), palladium (Pd), gold (Au), silver (Ag), bismuth (Bi), tin (Sn), gallium (Ga), zinc (Zn), nickel A combination of at least two metals selected from (Ni), lead (Pb), and cadmium (Cd) can be used.

接合材料は1〜12μmの範囲内の厚さを有する薄膜として形成され、LEDウェーハ35及びサブマウントウェーハ33上に真空法及び/又はプレーティング法によって形成される。接合材料はまた、半導体層又はサブマウント上の所望の位置に印刷されたペーストフォームに含まれる形で、微細な粉体として導入されてもよい。この場合、接合材料の粒子は、数百nm〜20μmの範囲内の粒子径を有することが好ましい。   The bonding material is formed as a thin film having a thickness in the range of 1 to 12 μm, and is formed on the LED wafer 35 and the submount wafer 33 by a vacuum method and / or a plating method. The bonding material may also be introduced as a fine powder in a form contained in a paste form printed at a desired location on the semiconductor layer or submount. In this case, it is preferable that the particles of the bonding material have a particle size in the range of several hundred nm to 20 μm.

本実施形態によるボンディングでは、サブマウントウェーハ33側に第1及び第2の金属41,42を順に形成しておき、LEDウェーハ側に第1の金属41を形成しておく。そして、LEDウェーハ35側の第1の金属41とサブマウントウェーハ33側の第2の金属42とを接触させた後、所定の温度T1で熱処理することにより両者は接合される。接合材料として選択された金属成分は、ボンディング工程の間、温度T1まで高められて合金プロセスを経るが、その結果として得られる合金は、前記温度T1よりも高い温度T2の融点を有している。   In the bonding according to the present embodiment, the first and second metals 41 and 42 are sequentially formed on the submount wafer 33 side, and the first metal 41 is formed on the LED wafer side. Then, after bringing the first metal 41 on the LED wafer 35 side into contact with the second metal 42 on the submount wafer 33 side, they are bonded together by heat treatment at a predetermined temperature T1. The metal component selected as the bonding material is raised to a temperature T1 during the bonding process and undergoes an alloy process, but the resulting alloy has a melting point at a temperature T2 higher than the temperature T1. .

図10は、LEDウェーハの他のボンディング方法を示す略断面図である。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing another bonding method of the LED wafer.

図10に示すように、このボンディング方法では、2種類の金属の混合材料のペーストを用いる。この接合材料43は、半導体層又はサブマウント上の所望の位置に印刷されたペーストフォームに含まれる形で、微細な粉体として導入される。この場合、接合材料の粒子は、数百nm〜20μmの範囲内の粒子径を有することが好ましい。   As shown in FIG. 10, this bonding method uses a paste of a mixed material of two kinds of metals. This bonding material 43 is introduced as a fine powder in a form contained in a paste form printed at a desired position on the semiconductor layer or submount. In this case, it is preferable that the particles of the bonding material have a particle size in the range of several hundred nm to 20 μm.

本実施形態によるボンディングでは、サブマウントウェーハ33側に接合材料43を形成しておき、LEDウェーハ側には接合材料43を形成しない。このとき、アノード/カソード電極25aを省略することができる。そして、サブマウント基板10側の接合材料43をLEDウェーハ20側の半導体層に直接接触させた後、所定の温度T1で熱処理することにより両者は接合される。接合材料として選択された金属成分は、ボンディング工程の間、所定の温度T1まで高められて合金プロセスを経るが、その結果として得られる合金は、前記温度T1よりも高い温度T2の融点を有している。   In the bonding according to the present embodiment, the bonding material 43 is formed on the submount wafer 33 side, and the bonding material 43 is not formed on the LED wafer side. At this time, the anode / cathode electrode 25a can be omitted. Then, the bonding material 43 on the submount substrate 10 side is brought into direct contact with the semiconductor layer on the LED wafer 20 side, and then the two are bonded by heat treatment at a predetermined temperature T1. The metal component selected as the bonding material is raised to a predetermined temperature T1 during the bonding process and undergoes an alloy process, but the resulting alloy has a melting point of temperature T2 higher than the temperature T1. ing.

以上説明したように、本実施形態によるLED装置1は、単層の絶縁層12の表面に電極パターンを形成し、この絶縁層12を複数枚用意し、絶縁層12を張り合わせた後、基板面に対して垂直に切断することにより、サブマウント基板10を形成し、予め設けた電極パターンが基板の上下間の導通線路となるので、スルーホールのような個別の導通線路を形成する必要がない。したがって、工数が少なくなる上、導通線路の形成が容易であり、スルーホールの形成によるセラミック基板の損傷を回避することができ、電気的及び熱的な特性に優れたLED装置1を提供することができる。   As described above, in the LED device 1 according to the present embodiment, the electrode pattern is formed on the surface of the single insulating layer 12, a plurality of the insulating layers 12 are prepared, the insulating layers 12 are bonded together, and then the substrate surface The submount substrate 10 is formed by cutting the substrate vertically, and the electrode pattern provided in advance becomes a conductive line between the upper and lower sides of the substrate, so that it is not necessary to form individual conductive lines such as through holes. . Accordingly, it is possible to provide an LED device 1 that has fewer man-hours, can easily form a conductive line, can avoid damage to the ceramic substrate due to the formation of a through hole, and has excellent electrical and thermal characteristics. Can do.

図11は、LED装置1の他の製造工程の全体的な流れを示す模式図である。   FIG. 11 is a schematic diagram showing an overall flow of another manufacturing process of the LED device 1.

図11に示すように、本実施形態による製造方法では、複数のスリット(又はスロット)が形成されたセラミックグリーンシート30を使用することを特徴としている(図11(a))。このとき、各スリットはシートを貫通しており、その形成位置は図11(e)の破線で示すスライス位置と一致している。その後の工程は、図6の場合と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。このようなスリットを設けた場合には、セラミックシートの熱勾配を小さくすることができ、シート全面にわたって均一な焼成を促進することができる。すなわち、より均一な分布の熱プロファイルを与えることができ、焼成工程の間、積層されたセラミックシートと直交する方向に対する焼成の均一性を向上させることができる。   As shown in FIG. 11, the manufacturing method according to the present embodiment is characterized by using a ceramic green sheet 30 in which a plurality of slits (or slots) are formed (FIG. 11A). At this time, each slit penetrates the sheet, and the formation position thereof coincides with the slice position indicated by the broken line in FIG. Since the subsequent steps are substantially the same as those in FIG. 6, detailed description thereof is omitted. When such a slit is provided, the thermal gradient of the ceramic sheet can be reduced, and uniform firing can be promoted over the entire surface of the sheet. That is, a more uniform distribution of the thermal profile can be provided, and the firing uniformity in the direction orthogonal to the laminated ceramic sheets can be improved during the firing process.

図12は、図11に示したスリット加工の応用例について説明するための略断面図である。   12 is a schematic cross-sectional view for explaining an application example of the slit machining shown in FIG.

図12に示すように、本実施形態による製造方法では、セラミックグリーンシート30上に非貫通の浅溝30gを形成し、この上に内部電極層11となる電極パターン(内部電極パターン)31を形成する(図11(a),(b)参照)。上記のように、電極パターン31は金属ペーストのスクリーン印刷によって形成することができ、浅溝30gの内部は埋められ、上面は平坦化されるので、浅溝部分の電極の厚さは周囲よりも厚くなる。このようなセラミックグリーンシートを用いてサブマウント基板10を作製することにより、内部電極層11a,11bの直流抵抗を低減することができ、また放熱性を向上させることができる。   As shown in FIG. 12, in the manufacturing method according to the present embodiment, a non-penetrating shallow groove 30g is formed on the ceramic green sheet 30, and an electrode pattern (internal electrode pattern) 31 to be the internal electrode layer 11 is formed thereon. (See FIGS. 11A and 11B). As described above, the electrode pattern 31 can be formed by screen printing of a metal paste, and since the inside of the shallow groove 30g is filled and the upper surface is flattened, the thickness of the electrode in the shallow groove portion is larger than the surrounding area. Become thicker. By producing the submount substrate 10 using such a ceramic green sheet, the DC resistance of the internal electrode layers 11a and 11b can be reduced, and the heat dissipation can be improved.

図13は、本発明の他の好ましい実施の形態によるLED装置2の構成を示す略平面図であって、(a)はLEDダイ20が搭載された状態、(b)はLEDダイ20が搭載されていない状態をそれぞれ示している。   FIG. 13 is a schematic plan view showing the configuration of an LED device 2 according to another preferred embodiment of the present invention, where (a) shows a state in which the LED die 20 is mounted, and (b) shows a state in which the LED die 20 is mounted. Each state is not shown.

図13(a)に示すように、このLED装置2の特徴は、1つのサブマウント基板10上に4つのLEDダイ20A〜20Dが搭載されており、個々のLEDダイ20A〜20Dは個別にオン/オフ制御される。また、1つのLEDダイ20Bには、出射光を他の波長に変換するため蛍光材料29が成膜されている。この蛍光材料29は、スクリーン印刷又は電気泳動析出法によって形成することができる。   As shown in FIG. 13A, the LED device 2 is characterized in that four LED dies 20A to 20D are mounted on one submount substrate 10, and each LED die 20A to 20D is individually turned on. / Off controlled. In addition, a fluorescent material 29 is formed on one LED die 20B in order to convert emitted light to another wavelength. The fluorescent material 29 can be formed by screen printing or electrophoretic deposition.

図13(b)に示すように、このLED装置2に使用されるサブマウント基板10の上面10aには、第1〜第8のコンタクトパッド13a〜13hが形成されている。また、サブマウント基板10は、第1〜第8のコンタクトパッド13a〜13hにそれぞれ接続される第1〜第8の内部電極層11a〜11hを有している。第1及び第2の内部電極層11a,11bは第1のLEDダイ20Aに対応して設けられており、第3及び第4の内部電極層11c,11dは第2のLEDダイ20Aに対応して設けられている。また、第5及び第6の内部電極層11e,11fは第3のLEDダイ20Cに設けられており、第7及び第8の内部電極層11g,11hは第4のLEDダイ20Dに対応して設けられている。   As shown in FIG. 13B, first to eighth contact pads 13 a to 13 h are formed on the upper surface 10 a of the submount substrate 10 used in the LED device 2. Further, the submount substrate 10 has first to eighth internal electrode layers 11a to 11h connected to the first to eighth contact pads 13a to 13h, respectively. The first and second internal electrode layers 11a and 11b are provided corresponding to the first LED die 20A, and the third and fourth internal electrode layers 11c and 11d correspond to the second LED die 20A. Is provided. The fifth and sixth internal electrode layers 11e and 11f are provided on the third LED die 20C, and the seventh and eighth internal electrode layers 11g and 11h correspond to the fourth LED die 20D. Is provided.

第1の内部電極層11aの上面側の露出端面11kは第1のコンタクトパッド13aに接続されており、第2の内部電極層11bの上面側の露出端面11kは第2のコンタクトパッド13bに接続されている。また、第3の内部電極層11cの上面側の露出端面11kは第3のコンタクトパッド13cに接続されており、第4の内部電極層11dの上面側の露出端面11kは第4のコンタクトパッド13dに接続されている。以下、第5〜第8の内部電極層11e〜11hについても同様である。   The exposed end surface 11k on the upper surface side of the first internal electrode layer 11a is connected to the first contact pad 13a, and the exposed end surface 11k on the upper surface side of the second internal electrode layer 11b is connected to the second contact pad 13b. Has been. The exposed end surface 11k on the upper surface side of the third internal electrode layer 11c is connected to the third contact pad 13c, and the exposed end surface 11k on the upper surface side of the fourth internal electrode layer 11d is connected to the fourth contact pad 13d. It is connected to the. The same applies to the fifth to eighth internal electrode layers 11e to 11h.

本実施形態においては、第5の内部電極層11dと第6の内部電極層との間に不使用のダミー電極層11iが設けられている。このように、複数のLEDダイのレイアウトの関係上、コンタクトパッドと接続することができない内部電極層についてはダミー電極層11iとすることができる。   In the present embodiment, an unused dummy electrode layer 11i is provided between the fifth internal electrode layer 11d and the sixth internal electrode layer. Thus, the internal electrode layer that cannot be connected to the contact pad due to the layout of the plurality of LED dies can be the dummy electrode layer 11i.

以上のように、本実施形態によるLED装置2は、1つのサブマウント基板10上に複数のLEDダイ20を搭載したものであるため、非常にコンパクトで高機能なLEDパッケージを提供することができる。   As described above, since the LED device 2 according to the present embodiment has a plurality of LED dies 20 mounted on one submount substrate 10, a very compact and highly functional LED package can be provided. .

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

例えば、上記実施形態においては、サファイヤ成長基板上に成長させたLEDを用いた場合について説明したが、成長基板の材料はサファイヤに限定されず、他の材料を用いてもよい。成長基板の他の材料としては、例えば、シリコンカーバイド(SiC)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ガリウム(GaN)を挙げることができる。サファイヤ基板以外の材料を成長基板として用いた場合には、成長基板をLED層から剥離する方法として、ドライエッチングや機械的研磨を採用してもよい。   For example, in the above-described embodiment, the case where an LED grown on a sapphire growth substrate is used has been described, but the material of the growth substrate is not limited to sapphire, and other materials may be used. Examples of other materials for the growth substrate include silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), and gallium nitride (GaN). When a material other than the sapphire substrate is used as the growth substrate, dry etching or mechanical polishing may be employed as a method for peeling the growth substrate from the LED layer.

また、上記実施形態において、サブマウント基板10は、内部電極層11と絶縁層12とが第1の主面と平行な第1の方向に沿って交互に配置されたサンドイッチ構造を有するが、X方向の全体に亘って常に交互に配置される必要はなく、内部電極層11が部分的に省略された構造であってもよい。すなわち、絶縁層12が連続する積層構造を部分的に含んでいてもよい。   In the above embodiment, the submount substrate 10 has a sandwich structure in which the internal electrode layers 11 and the insulating layers 12 are alternately arranged along the first direction parallel to the first main surface. It is not always necessary to alternately arrange the entire direction, and the internal electrode layer 11 may be partially omitted. In other words, the insulating layer 12 may partially include a stacked structure.

10 サブマウント基板
10a サブマウント基板の上面(第1の主面)
10b サブマウント基板の底面(第2の主面)
11,11a〜11h 内部電極層
11i ダミー電極層
11k 内部電極層の露出端面
12 絶縁層
13a〜13h コンタクトパッド
14a,14b 外部端子電極
14a,14b 端子電極
14b 外部端子電極
20,20A〜20D LEDダイ
21 LED層
22 n型半導体層
22a n型半導体層の一方の主面(開放面)
23 発光層
24 p型半導体層
25a カソード電極(n側電極)
25b アノード電極(p側電極)
25m 金属接合材料(メタルボンド)
29 蛍光材料
30 セラミックグリーンシート
30g 浅溝
31 電極パターン
31A セラミックグリーンシート
32 多層セラミックブロック
33 サブマウントウェーハ
34 電極パターン
35 LEDウェーハ
35a サファイヤ成長基板
35b LED層
36 アンダーフィル
41〜43 金属(接合材料)
10 Submount substrate 10a Upper surface (first main surface) of the submount substrate
10b Bottom surface of submount substrate (second main surface)
11, 11a-11h Internal electrode layer 11i Dummy electrode layer 11k Exposed end face 12 of internal electrode layer Insulating layers 13a-13h Contact pads 14a, 14b External terminal electrodes 14a, 14b Terminal electrodes 14b External terminal electrodes 20, 20A-20D LED die 21 LED layer 22 n-type semiconductor layer 22a One main surface (open surface) of n-type semiconductor layer
23 light emitting layer 24 p-type semiconductor layer 25a cathode electrode (n-side electrode)
25b Anode electrode (p-side electrode)
25m metal bonding material (metal bond)
29 Fluorescent material 30 Ceramic green sheet 30 g Shallow groove 31 Electrode pattern 31 A Ceramic green sheet 32 Multilayer ceramic block 33 Submount wafer 34 Electrode pattern 35 LED wafer 35 a Sapphire growth substrate 35 b LED layer 36 Underfill 41 to 43 Metal (bonding material)

Claims (15)

サブマウント基板と、
前記サブマウント基板の第1の主面に実装された少なくとも一つのLEDダイとを備え、
前記サブマウント基板は、前記第1の主面に形成されたコンタクトパッドと、前記第1の主面と対向する第2の主面に形成された端子電極を含み、
前記サブマウント基板は、複数の内部電極層と複数の絶縁層とが前記第1の主面と平行な第1の方向に沿って交互に配置されたサンドイッチ構造を含み、
前記内部電極層は、前記第1の主面と平行且つ前記前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる帯状パターンであると共に、前記サブマウント基板の前記第1の主面から前記第2の主面まで貫通しており、
前記内部電極層の前記第1の主面側の少なくとも一部は、前記サブマウント基板の前記第1の主面に露出して前記コンタクトパッドに接続されており、
前記内部電極層の前記第2の主面側の少なくとも一部は、前記サブマウント基板の前記第2の主面に露出して前記端子電極に接続されていることを特徴とするLED装置。
A submount substrate,
And at least one LED die mounted on the first main surface of the submount substrate,
The submount substrate includes a contact pad formed on the first main surface and a terminal electrode formed on a second main surface opposite to the first main surface,
The submount substrate includes a sandwich structure in which a plurality of internal electrode layers and a plurality of insulating layers are alternately arranged along a first direction parallel to the first main surface,
The internal electrode layer is a belt-like pattern extending in a second direction parallel to the first main surface and perpendicular to the first direction, and from the first main surface of the submount substrate to the first main surface. Through to the main surface of 2,
At least a part of the internal electrode layer on the first main surface side is exposed to the first main surface of the submount substrate and connected to the contact pad;
At least a part of the internal electrode layer on the second main surface side is exposed to the second main surface of the submount substrate and connected to the terminal electrode.
前記LEDダイは、n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層と前記p型半導体層に挟まれた発光層を含み、
前記コンタクトパッドは、前記第1及び第2のコンタクトパッドを含み、
前記複数の内部電極層は、前記第1のコンタクトパッドに接続され且つ前記第2のコンタクトパッドから絶縁された複数の第1の内部電極層と、前記第2のコンタクトパッドに接続され且つ前記第1のコンタクトパッドから絶縁された複数の第2の内部電極層を含み、
前記第1の内部電極層と前記第2の内部電極層は、前記第1の方向に沿って交互に配置されており、
前記LEDダイの前記n型半導体層は、前記第1のコンタクトパッドを介して前記複数の第1の内部電極層に並列接続されており、
前記LEDダイの前記p型半導体層は、前記第2のコンタクトパッドを介して前記複数の第2の内部電極層に並列接続されていることを特徴とする請求項1に記載のLED装置。
The LED die includes an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a light emitting layer sandwiched between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer,
The contact pad includes the first and second contact pads,
The plurality of internal electrode layers are connected to the first contact pad and insulated from the second contact pad, and are connected to the second contact pad and the first contact pad. A plurality of second internal electrode layers insulated from one contact pad;
The first internal electrode layers and the second internal electrode layers are alternately arranged along the first direction,
The n-type semiconductor layer of the LED die is connected in parallel to the plurality of first internal electrode layers via the first contact pad,
2. The LED device according to claim 1, wherein the p-type semiconductor layer of the LED die is connected in parallel to the plurality of second internal electrode layers via the second contact pad.
前記絶縁層が非線形抵抗特性を有するセラミック層であり、前記サブマウント基板はバリスタとして機能することを特徴とする請求項1又は2に記載のLED装置。   The LED device according to claim 1, wherein the insulating layer is a ceramic layer having nonlinear resistance characteristics, and the submount substrate functions as a varistor. 前記LEDダイは、
前記n型半導体層に電気的に接続された第1の電極と、
前記p型半導体層に電気的に接続された第2の電極とを備え、
前記第1及び第2の電極の電極面は当該LEDダイの同じ側に形成され且つ同じ方向を向いており、
前記第1の電極は前記第1のコンタクトパッドに接続されており、
前記第2の電極は前記第2のコンタクトパッドに接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のLED装置。
The LED die is
A first electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the p-type semiconductor layer,
The electrode surfaces of the first and second electrodes are formed on the same side of the LED die and face the same direction,
The first electrode is connected to the first contact pad;
The LED device according to claim 1, wherein the second electrode is connected to the second contact pad.
前記第1及び第2の電極は合金材料からなり、前記第1の電極は前記n型半導体層に直接接続されており、前記第2の電極は前記p型半導体層に直接接続されていることを特徴とする請求項4に記載のLED装置。   The first and second electrodes are made of an alloy material, the first electrode is directly connected to the n-type semiconductor layer, and the second electrode is directly connected to the p-type semiconductor layer. The LED device according to claim 4. 前記LEDダイの前記n型半導体層の第1の主面は、当該n型半導体層の成長基板が除去された開放面であり、前記n型半導体層の前記第1の主面と対向する第2の主面は、前記発光層と接していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のLED装置。   The first main surface of the n-type semiconductor layer of the LED die is an open surface from which the growth substrate of the n-type semiconductor layer has been removed, and the first main surface of the n-type semiconductor layer faces the first main surface of the n-type semiconductor layer. The LED device according to claim 1, wherein the main surface of 2 is in contact with the light emitting layer. 前記LEDダイの前記n型半導体層の前記開放面が粗面化されていることを特徴とする請求項6に記載のLED装置。   The LED device according to claim 6, wherein the open surface of the n-type semiconductor layer of the LED die is roughened. 前記サブマウント基板と前記LEDダイとの間にアンダーフィルが充填されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のLED装置。   The LED device according to any one of claims 1 to 7, wherein an underfill is filled between the submount substrate and the LED die. 内部電極パターンが形成された複数の絶縁シートを積層してなる積層体を形成する工程と、
前記積層体をその積層方向と平行にスライスすることにより、複数の内部電極パターンと複数の絶縁シートとが前記積層方向と平行な第1の方向に沿って交互に配置されたサンドイッチ構造を有するサブマウントウェーハを作製する工程と、
前記サブマウントウェーハの第1の主面に露出する前記内部電極パターンの第1の端面の少なくとも一部を覆うコンタクトパッドを形成する工程と、
前記サブマウントウェーハの第2の主面に露出する前記内部電極パターンの第2の端面の少なくとも一部を覆う端子電極を形成する工程と、
成長基板、n型半導体層、発光層、p型半導体層をこの順に積層してなるLEDウェーハを用意し、前記p型半導体層をサブマウントウェーハ側に向けて前記LEDウェーハの前記サブマウントウェーハに張り合わせる工程と、
前記サブマウントウェーハをダイシングして個々のLEDチップに分割する工程とを備えることを特徴とするLED装置の製造方法。
Forming a laminate formed by laminating a plurality of insulating sheets on which internal electrode patterns are formed;
A sub-structure having a sandwich structure in which a plurality of internal electrode patterns and a plurality of insulating sheets are alternately arranged along a first direction parallel to the stacking direction by slicing the stack in parallel with the stacking direction. A process for producing a mount wafer;
Forming a contact pad covering at least a part of the first end surface of the internal electrode pattern exposed on the first main surface of the submount wafer;
Forming a terminal electrode covering at least a part of the second end surface of the internal electrode pattern exposed on the second main surface of the submount wafer;
An LED wafer is prepared by laminating a growth substrate, an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer in this order, and the p-type semiconductor layer is directed to the submount wafer side to the submount wafer of the LED wafer. The pasting process,
And a step of dicing the submount wafer to divide the wafer into individual LED chips.
絶縁シートの積層体を形成する工程は、
第1の内部電極パターンが形成された第1の絶縁シートと、
前記第1の内部電極パターンと異なる第2の内部電極パターンが形成された第2の絶縁シートとを順に積層する工程を含み、
前記コンタクトパッドを形成する工程は、前記第1の内部電極パターンの前記第1の主面側の露出位置に第1のコンタクトパッドを形成すると共に、前記第2の内部電極パターンの前記第1の主面側の露出位置に前記第2のコンタクトパッドを形成する工程を含み、
前記端子電極を形成する工程は、前記第1の内部電極パターンの前記第2の主面側の露出位置に第1の端子電極を形成すると共に、前記第2の内部電極パターンの前記第2の主面側の露出位置に第2の端子電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項9に記載のLED装置の製造方法。
The step of forming a laminate of insulating sheets includes:
A first insulating sheet on which a first internal electrode pattern is formed;
Including sequentially stacking a second insulating sheet on which a second internal electrode pattern different from the first internal electrode pattern is formed,
The step of forming the contact pad includes forming a first contact pad at an exposed position on the first main surface side of the first internal electrode pattern, and the first internal electrode pattern. Forming the second contact pad at an exposed position on the main surface side,
The step of forming the terminal electrode includes forming the first terminal electrode at an exposed position on the second main surface side of the first internal electrode pattern, and the second internal electrode pattern. The method for manufacturing the LED device according to claim 9, further comprising forming a second terminal electrode at an exposed position on the main surface side.
前記LEDウェーハを前記サブマウントウェーハに張り合わせる工程は、前記サブマウントウェーハの前記コンタクトパットと前記LEDウェーハの半導体層との接続を2種類の金属の合金反応により行う工程を含むことを特徴とする請求項9又は10に記載のLED装置の製造方法。   The step of bonding the LED wafer to the submount wafer includes a step of connecting the contact pad of the submount wafer and a semiconductor layer of the LED wafer by an alloy reaction of two kinds of metals. The manufacturing method of the LED device of Claim 9 or 10. 前記絶縁シートの材料として、非線形抵抗特性を有するセラミック材料を用いることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一項に記載のLED装置の製造方法。   The method for manufacturing an LED device according to any one of claims 9 to 11, wherein a ceramic material having nonlinear resistance characteristics is used as a material of the insulating sheet. 前記サブマウントウェーハ上の前記LEDウェーハから前記成長基板を剥離して前記n型半導体層の一方の主面を開放する工程をさらに備えることを特徴とする請求項9乃至12のいずれか一項に記載のLED装置の製造方法。   13. The method according to claim 9, further comprising a step of peeling the growth substrate from the LED wafer on the submount wafer to open one main surface of the n-type semiconductor layer. The manufacturing method of the LED device of description. 前記LEDウェーハの前記n型半導体層の前記一方の主面を粗面化する工程をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載のLED装置。   The LED device according to claim 13, further comprising a step of roughening the one main surface of the n-type semiconductor layer of the LED wafer. 前記LEDウェーハを前記サブマウントウェーハに張り合わせる前に、前記サブマウント基板と前記LEDウェーハとの間にアンダーフィルを充填する工程をさらに備えることを特徴とする請求項13又は14に記載のLED装置。   The LED device according to claim 13, further comprising a step of filling an underfill between the submount substrate and the LED wafer before the LED wafer is bonded to the submount wafer. .
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