特開 2023-120844 バンプの接合条件の決定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023120844

(43)【公開日】2023-08-30

(54)【発明の名称】バンプの接合条件の決定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20230823BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20230823BHJP

【ＦＩ】

H01L21/92 604T

H01L21/92 604A

H01L33/62

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022023937

(22)【出願日】2022-02-18

(71)【出願人】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】稲井 也寸志

(72)【発明者】

【氏名】北野 晃行

【テーマコード（参考）】

5F142

【Ｆターム（参考）】

5F142BA32

5F142CD02

5F142CD17

5F142CD18

5F142CD50

5F142FA30

(57)【要約】

【課題】バンプの適切な接合条件を、容易に見出すことができる。
【解決手段】
素子基板と、前記素子基板上に配置された半導体層と、前記半導体層上に配置された電極と、を備える発光素子を準備する工程と、
配線基板を準備する工程と、
前記配線基板上にバンプを形成する工程と、
前記バンプと前記素子基板とを接触させて、前記バンプ上に前記発光素子を載置する工程と、
複数の接合条件のうちの一つを選択し、前記発光素子に印加して前記バンプを変形させる工程を、各接合条件ごとに行う工程と、
前記バンプ上から前記発光素子を除去し、前記バンプの形状を観察し、前記複数の接合条件の中から適切な条件を決定する工程と、
を備えるバンプの接合条件の決定方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

素子基板と、前記素子基板上に配置された半導体層と、前記半導体層上に配置された電極と、を備える発光素子を準備する工程と、
配線基板を準備する工程と、
前記配線基板上にバンプを形成する工程と、
前記バンプと前記素子基板とを接触させて、前記バンプ上に前記発光素子を載置する工程と、
複数の接合条件のうちの一つを選択し、前記発光素子に印加して前記バンプを変形させる工程を、各接合条件ごとに行う工程と、
前記バンプ上から前記発光素子を除去し、前記バンプの形状を観察し、前記複数の接合条件の中から適切な条件を決定する工程と、
を備えるバンプの接合条件の決定方法。

【請求項2】

前記素子基板はサファイアである、請求項１に記載のバンプの接合条件の決定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、バンプの接合条件の決定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板上のバンプを介して半導体素子が接合された半導体装置が知られている。バンプが適切に形成されているか否かを検査する方法として、例えば、複数のバンプを平板で押圧した後、バンプの専有面積に基づいてバンプの体積を検査する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７－１４８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バンプの適切な接合条件を、容易に見出すことが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態は、以下の構成を含む。
素子基板と、前記素子基板上に配置された半導体層と、前記半導体層上に配置された電極と、を備える発光素子を準備する工程と、
配線基板を準備する工程と、
前記配線基板上にバンプを形成する工程と、
前記バンプと前記素子基板とを接触させて、前記バンプ上に前記発光素子を載置する工程と、
複数の接合条件のうちの一つを選択し、前記発光素子に印加して前記バンプを変形させる工程を、各接合条件ごとに行う工程と、
前記バンプ上から前記発光素子を除去し、前記バンプの形状を観察し、前記複数の接合条件の中から適切な条件を決定する工程と、
を備えるバンプの接合条件の決定方法。

【発明の効果】

【0006】

以上により、バンプの適切な接合条件を、容易に見出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】バンプ上に発光素子を載置する工程を説明する図である。

【図2】バンプ上に発光素子を載置する工程を説明する図である。

【図3】バンプ上に発光素子を載置する工程を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置の製造方法を例示するものであって、本発明は、発光装置の製造方法を以下に限定するものではない。

【0009】

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明を実施形態にのみ限定する趣旨ではない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

【0010】

図１～図３を用いて、バンプの接合条件を決めるための工程について説明する。

【0011】

（発光素子を準備する工程）
まず、発光素子１０を準備する。発光素子１０は、図１に示すように、素子基板１３と、素子基板１３上に配置された半導体層１２とを備える積層構造体１１と、半導体層１２上に配置された電極１４と、を備える。半導体層の材料としては、例えば、窒化物半導体が挙げられる。素子基板の材料としては、サファイアが挙げられる。電極の材料は、特に限定されるものではなく、公知の材料を用いることができる。

【0012】

（配線基板を準備する工程）
基材２１の上面に配線２２を備えた配線基板２０を準備する。基材の材料としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂や熱可塑性樹脂、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックスが挙げられる。配線の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、鉄－ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。

【0013】

（バンプを形成する工程）
配線基板２０の配線２２上に、バンプ３０を形成する。バンプ３０は、キャピラリの挿入孔に通されたワイヤの先端を電気放電等によって溶融させることで形成されたボール（イニシャルボール）を、配線２２上に圧着接続させた後、ボールから繋がっているワイヤを切断することで形成することができる。バンプ３０の位置は、発光素子１０の電極１４と配線２２とを実際に接合する際と同じ位置に配置させる。バンプ３０の数は、１つの電極１４に対して、１又は２以上配置させることができる。図１に示す例では、２つの電極１４のそれぞれに、１つのバンプ３０が対応するように配置されている。バンプの材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等を挙げることができ、好ましくはＡｕである。

【0014】

（バンプ上に発光素子を載置する工程）
次に、バンプ３０上に、発光素子１０を載置する。この時、素子基板１３とバンプ３０とが対向するような向きとし、素子基板１３とバンプ３０とを接触させる。

【0015】

（バンプを変形させる工程）
バンプ３０と発光素子１０の素子基板１３とが接触した状態で、超音波及び圧力を印加することでバンプ３０を変形させる。バンプ３０を変形させる接合条件をいくつか準備し、その複数の接合条件のうちの一つを選択してバンプ３０を変形させる。超音波の周波数は、例えば４０ｋＨｚ～６０ｋＨｚの間で、いくつか条件を変えて行う。また、超音波を印加する時間は、２０ｍ秒～２００ｍ秒の間で、いくつか条件を変えて行う。圧力は、例えば、１バンプあたり１Ｎ～３Ｎの間で、いくつか条件を変えて行う。

【0016】

尚、上述の複数の条件は、例えば、既に接合条件が確定している発光素子であって、接合条件を決定したい発光素子とよく似た大きさの発光素子の接合条件を参考にするなどして設定することができる。

【0017】

（接合条件を決定する工程）
変形されたバンプ３１の上から発光素子１０を取り除く。素子基板１３とバンプ３１とは超音波及び圧力を印加しても接合されないため、容易に取り除くことができる。超音波及び圧力の少なくとも一方の条件を変えた複数の接合条件のそれぞれについて、発光素子１０を取り除いた後の変形されたバンプ３１の形状を観察する。変形後のバンプ３１の幅が、変形前のバンプ３０の幅の１．２倍～１．４倍の範囲となる条件が好ましい。変形後のバンプ３１の高さが、変形前のバンプ３０の高さの０．５５倍～０．６５倍の範囲となる条件が好ましい。このような、好ましい形状にバンプを変形可能な条件を、バンプの接合条件とする。

【実施例0018】

発光素子として、サイズが１０００μｍ×１０００μｍの発光素子を６０個（１つの条件での試験数１０個×６条件）準備する。発光素子は、半導体層として窒化物半導体を備え、発光素子は素子基板としてサファイアを備える。また、発光素子は窒化物半導体層上に、正負一対の電極となる２つの電極を備える。電極は、最上面がＡｕである。配線基板として、窒化アルミニウムを基材とし、配線としてＡｕを備える配線基板を準備する。配線上に、Ａｕを主成分とするバンプを、発光素子１つにつき３０個形成する。例えば、発光素子の正電極の位置と対応する位置に９個のバンプを形成し、負電極の位置と対応する位置に２１個のバンプを形成する。。バンプの大きさは、最も幅の広い部分の外径が８４μｍ、最も高い位置の高さが３０μｍとなるようにする。

【0019】

２つのバンプ上に１つの発光素子を載せる。このとき、サファイアを下側に向けてバンプと接するようにする。発光素子は、吸着機能及び超音波発振機能を備えたダイボンダのコレットによって吸着されて、バンプ上に配置された後、超音波及び圧力が印加される。このような条件決めのためのテスト印加は、例えば、１つの条件につき１０個の発光素子を用いて行う場合、１個の発光素子と３０個のバンプを準備してテスト印加を行うことを、１０回繰り返して行うことができる。あるいは、１０個の発光素子と３００個のバンプを準備して、１０個の発光素子に対してまとめて１回でテスト印加を行うことができる。また、発光素子は、同じロットの発光素子を準備してもよく、異なるロットの発光素子を準備してもよい。特に異なるロットの発光素子を準備することで、上述のように複数の発光素子をまとめてテスト印加する際に、発光素子のロット間のバラツキも含めたテスト結果として得ることができる。これにより、より適した条件を選定することができる。

【0020】

その後、発光素子を取り除き、バンプを上から観察できる状態とする。バンプの幅および高さを測定する。表１に、条件１～６と、変形後のバンプの測定値を示す。

【0021】

【表1】

【0022】

条件１～条件６のうち、条件３が最も適した条件であることが分かる。これにより、実際に発光素子の電極をバンプと接触させて接合する際の条件は、条件３で行うことが決定される。接合条件を決定するまでにかかった時間は５時間程度である。

【産業上の利用可能性】

【0023】

本発明の実施形態に係るバンプの接合条件の決定方法は、配線基板上にバンプを介して発光素子を接合する工程を備える発光装置の製造方法に用いることができる。

【符号の説明】

【0024】

１０…発光素子
１１…積層構造体
１２…半導体層
１３…素子基板
１４…電極
２０…配線基板
２１…基材
２２…配線
３０、３１…バンプ

【図1】

【図2】

【図3】