半导体发光元件芯片集成装置及其制造方法与流程

本发明涉及一种半导体发光元件芯片集成装置及其制造方法，例如，适宜应用于将微小化而成的纵型(或者垂直型)或者横型微型发光二极管(led)芯片大批集成于基板上的微型led显示器。

背景技术：

1、当前，薄型电视、智能手机等显示装置(显示器)的主流是液晶显示器(lcd)和有机el显示器(oled)。在当中的lcd的情况下，伴随着像素的微细化，所输出的光量是背景灯的光量的10分之一左右。oled虽然理论上的电力效率高，但实际产品也停留于与lcd等同的水准。

2、作为远胜于lcd和oled的高亮度、高效率(低功耗)的显示器，微型led显示器受到关注。直接发光的微型led显示器是高效率的，但为了实现微型led显示器，需要使几千万个几μm至几十μm量级的尺寸的微型led芯片排列于安装基板上。

3、作为这样使大量的微型led芯片排列于安装基板上的方法，以往，提出了使用芯片分选器的方法、使用多芯片转印装置的方法(参照专利文献1、2)、通过激光照射实施的利用芯片喷出和液体的芯片排列方法(参照专利文献3)、利用磁性体膜的元件(芯片)的排列方法(参照专利文献4、5)等。

4、然而，通过在专利文献1～5中提出的方法，难以以低成本实现微型led显示器。

5、在上述背景之下，本发明人提出了能够以低成本实现微型led显示器的半导体芯片集成装置的制造方法(参照专利文献6)。在专利文献6中，将使例如构成为p侧电极侧与n侧电极侧相比被磁场更强烈地吸引的微型led芯片分散于液体而得到的墨水喷出到基板的主面的芯片结合部，从基板的下方施加外部磁场，从而使微型led芯片的p侧电极侧结合到芯片结合部，从而制造微型led显示器。

6、另一方面，出于进行led显示器的修理的目的，提出了一种能够将多个led芯片安装到1个子像素内的具备冗余布局的面板构造(参照专利文献7)。另外，提出了一种将粒子状发光二极管散布于像素，关于不良像素的修复方法而具有由于过电流而阻断导通的熔断器部的显示装置(参照专利文献8)。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特表2017-531915号公报

10、专利文献2：日本特表2017-500757号公报

11、专利文献3：日本特开2005-174979号公报

12、专利文献4：日本特开2003-216052号公报

13、专利文献5：日本特开2016-25205号公报

14、专利文献6：专利第6694222号公报

15、专利文献7：日本特表2016-512347号公报

16、专利文献8：日本特开2010-87452号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、根据专利文献6记载的微型led显示器的制造方法，能够以低成本实现微型led显示器，但在通过检查发现了微型led芯片的不良状况的情况下，不一定容易进行该修理，存在改善的余地。

3、另外，在专利文献7所记载的方法中，伴随着通过采用冗余布局而led芯片材料费大幅上升，阻碍低成本化。另外，专利文献8所记载的方法难以控制对粒子状发光二极管的半导体层进行蚀刻的工序，难以实用化。

4、因此，本发明所要解决的课题是提供一种不仅能够使用多芯片转印方式等以低成本制造以微型led显示器为主的各种半导体发光元件芯片集成装置、当在将微型led芯片等半导体发光元件芯片安装于基板上之后半导体发光元件芯片存在泄漏不良状况等不良状况的情况下能够容易地进行该修理的半导体发光元件芯片集成装置及其制造方法。

5、用于解决课题的技术方案

6、为了解决上述课题，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置，其中，具有：

7、基板，在一个主面具有下部电极；

8、芯片结合部，由上述下部电极的上表面的一部分或者在上述下部电极的上表面的一部分设置的凸部或凹部构成；

9、纵型的半导体发光元件芯片，结合到上述芯片结合部，在上下具有多个p侧电极和一个n侧电极；以及

10、作为上述半导体发光元件芯片的上层的上部电极，具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接或者相互直接连接，

11、上述半导体发光元件芯片以使上述n侧电极朝向上述芯片结合部的方式结合到上述芯片结合部，上述n侧电极与上述下部电极相互电连接，上述半导体发光元件芯片的至少一个上述p侧电极与上述上部电极的上述支线部相互电连接。

12、基板(或者安装基板)没有特别限定，例如是si基板、玻璃基板、玻璃环氧基板、树脂膜、印刷基板等。基板既可以是刚体，也可以是柔性的，进一步地，也可以是透明、半透明、不透明，适当地选择。在设置于基板的一个主面的下部电极的上表面设置的芯片结合部的排列图案、大小、平面形状、间隔等根据所要安装的半导体发光元件芯片的大小和平面形状、半导体发光元件芯片集成装置的用途、所要求的功能等，以半导体发光元件芯片能够结合的方式适当选择。如果列举基板的芯片结合部的排列图案的一个例子，则按二维阵列状地设置芯片结合部。下部电极成为用于对结合到芯片结合部的半导体发光元件芯片之间进行电连接的布线。下部电极按规定的图案、配置、间隔设置。

13、半导体发光元件芯片的半导体发光元件除了发光二极管(led)之外，还可以是激光二极管(ld)(特别是垂直共振器面发光激光器(vcsel))、有机el元件等。半导体发光元件是algainn系半导体发光元件、algainp系半导体发光元件等，但不限定于此。algainn系半导体发光元件在得到从蓝紫、蓝色到绿色的波段(波长390nm～550nm)的发光的情况下使用，algainp系半导体发光元件在得到红色的波段(波长600nm～650nm)的发光的情况下使用。为了得到蓝色、绿色、红色的波段，也可以将algainn系半导体发光元件与荧光体组合来实现。半导体发光元件芯片的p侧电极和n侧电极由以往公知的材料形成，根据需要来选择。半导体发光元件芯片在一个典型的例子中是氮化镓(gan)系发光二极管。

14、典型地说，半导体发光元件芯片具有的多个p侧电极设置成一列或者多列，但不限定于此，一部分或者全部p侧电极也可以按不规则的配置来设置。p侧电极的数量或者在将p侧电极设置成一列或者多列的情况下的列数和各列的个数根据需要来选择。例如，在将p侧电极设置成一列或者多列的情况下，如果将芯片尺寸设为相同，如果考虑发生了半导体发光元件芯片相对于芯片结合部的位置偏移的情况，则一般来说，在可靠地进行半导体发光元件芯片的p侧电极与上部电极的支线部的电连接这方面，相比一列，更期望多列，更期望各列的个数多。

15、典型地说，半导体发光元件芯片的形状是长方形，但不限定于此。芯片尺寸根据需要来选择，一般来说，选择为(30～100)μm×(10～50)μm以下。另外，半导体发光元件芯片的厚度也根据需要来选择，一般来说是100μm以下。半导体发光元件芯片期望是当在基板上进行构成半导体发光元件的半导体层的晶体生长之后将基板从半导体层分离而成的，在该情况下的厚度例如是20μm以下。

16、作为半导体发光元件芯片的上层而形成的上部电极具有多个支线部，该多个支线部相对于一个芯片结合部，以跨过该芯片结合部的方式，适宜的是，在该芯片结合部的区域的大致整个区域范围内延伸。关于这些多个支线部，典型地说，各支线部的宽度是5～20μm，支线部之间的间隙的宽度是1～10μm，支线部的根数是3～10根，但这些数值能够与包含结合到芯片结合部的半导体发光元件芯片的一个电路单元或者像素的大小、芯片结合部的区域的面积、形状、芯片尺寸等相匹配地适当设计。典型地说，这些多个支线部在芯片结合部上相互平行地设置，这些支线部与干线部垂直地设置，但不限定于此。一般来说，这些多个支线部分别与在结合到芯片结合部的半导体发光元件芯片中包含的至少一个p侧电极电连接。典型地说，干线部沿着多个芯片结合部延伸地设置。

17、将干线部与多个支线部相互连接的薄膜熔断器以能够通过对与半导体发光元件芯片的p侧电极连接的上部电极的支线部与下部电极之间施加修理用的电压并使规定电流流过上述支线部与上述下部电极之间而熔化并切断的方式，选择材料、宽度、厚度、形状等。在为了切断薄膜熔断器而需要过多的电流的情况下，由于在该处产生的焦耳热的影响，有可能对周围的电路造成热损伤。如果考虑对电路周边的热影响，则薄膜熔断器期望通过几百μa至几ma左右的电流而切断。作为为此的条件，薄膜熔断器的截面积(宽度×厚度)的最小值期望是0.5μm2以下，但不限定于此。薄膜熔断器由典型地说具有350℃以下的熔点、典型地说具有150℃以上的熔点的金属构成。关于这样的金属，作为金属单质，可列举in、sn等，作为合金(共晶合金)，可列举insn、insnag、agsn、agsn等，但不限定于此。在将干线部与多个支线部相互直接连接的情况下，例如通过以使p侧电极变成高于n侧电极的电位的方式施加检查用的电压而使电流穿过在各半导体发光元件芯片中包含的p侧电极而流过，对各半导体发光元件芯片的发光进行图像解析，确定由于半导体发光元件芯片的泄漏不良状况而存在光量不良状况的支线部。然后，通过激光束的照射等来切断这样确定的存在光量不良状况的支线部，从而得到与薄膜熔断器的切断相同的结果。

18、典型地说，基板具有能够相互独立驱动的多个电路单元，分别对这些多个电路单元设置上述下部电极和上部电极。

19、特别是在半导体发光元件芯片集成装置是彩色显示器的情况下，典型地说，由包含相互邻接的3个以上的电路单元的区域构成1个像素。该1个像素的面积根据需要来选择。典型地说，1个像素的面积选择为500μm×500μm左右，但既可以大于也可以小于500μm×500μm。在该情况下，能够由3个以上的电路单元进行红色、绿色、蓝色这三色的发光。

20、在将半导体发光元件芯片集成装置用于液晶显示器的背景灯的情况下，能够进行非常精确的局部调光(local dimming)，但在该情况下，也可以将1个电路单元形成于几mm见方以上的区域。

21、半导体发光元件芯片集成装置基本上可以是任何形式，根据半导体发光元件芯片的种类来适当设计。半导体发光元件芯片集成装置不仅是将一种半导体发光元件芯片集成而成的装置，也可以是将两种以上的半导体发光元件芯片集成而成的装置、与荧光体组合而成的装置。半导体发光元件芯片集成装置例如是发光二极管照明装置、发光二极管背景灯、发光二极管显示器等，但不限定于此。半导体发光元件芯片集成装置的大小、平面形状等根据半导体发光元件芯片集成装置的用途、半导体发光元件芯片集成装置所要求的功能等来适当选择。

22、来自该半导体发光元件芯片集成装置的光的取出存在各种方法。例如，p侧电极和上部电极的支线部分别由透明电极构成，从半导体发光元件芯片发出的光透过p侧电极和上部电极的支线部而被取出。或者，n侧电极和下部电极中的与芯片结合部对应的部分分别由透明电极构成，基板是透明的，从半导体发光元件芯片发出的光透过n侧电极、下部电极中的与芯片结合部对应的部分及基板而被取出。

23、典型地说，半导体发光元件芯片是氮化镓系的半导体发光元件芯片。半导体发光元件芯片也可以是algainp系的半导体发光元件芯片。

24、另外，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置，其中，具有：

25、基板，在一个主面具有下部电极，该下部电极具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接；

26、芯片结合部，由包含上述下部电极的各个上述支线部的上表面的至少一部分在内的区域构成；

27、纵型的半导体发光元件芯片，结合到上述芯片结合部，在上下具有多个p侧电极和一个n侧电极；以及

28、上述半导体发光元件芯片的上层的上部电极，

29、上述半导体发光元件芯片以使上述p侧电极朝向上述芯片结合部的方式结合到上述芯片结合部，至少一个上述p侧电极与上述下部电极的上述支线部相互电连接，上述半导体发光元件芯片的上述n侧电极与上述上部电极相互电连接。

30、来自该半导体发光元件芯片集成装置的光的取出存在各种方法。例如，n侧电极和上部电极中的至少在半导体发光元件芯片的上方延伸的部分分别由透明电极构成，从半导体发光元件芯片发出的光透过n侧电极和上部电极的至少在半导体发光元件芯片的上方延伸的部分而被取出。或者，p侧电极和下部电极的支线部分别由透明电极构成，基板是透明的，从半导体发光元件芯片发出的光透过p侧电极、下部电极的支线部及基板而被取出。

31、在该半导体发光元件芯片集成装置的发明中，关于上述以外的内容，只要没有特别违背其性质，则与上述半导体发光元件芯片集成装置的发明相关联地说明的内容成立。

32、另外，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置，其中，具有：

33、基板，在一个主面具有下部电极，该下部电极具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接；

34、上述下部电极的上层的上部电极；

35、芯片结合部，由包含上述下部电极的各个上述支线部的上表面的至少一部分和上述上部电极的上表面的一部分在内的区域构成；以及

36、横型的半导体发光元件芯片，结合到上述芯片结合部，在一个面侧具有多个p侧电极和一个n侧电极，

37、上述半导体发光元件芯片以使上述p侧电极和上述n侧电极朝向上述芯片结合部的方式结合到上述芯片结合部，至少一个上述p侧电极与上述下部电极的上述支线部相互电连接，上述半导体发光元件芯片的上述n侧电极与上述上部电极相互电连接。

38、来自该半导体发光元件芯片集成装置的光的取出存在各种方法。例如，从半导体发光元件芯片发出的光在与基板相反的一侧被取出。或者，p侧电极和下部电极的支线部分别由透明电极构成，基板是透明的，从半导体发光元件芯片发出的光透过p侧电极、下部电极的支线部及基板而被取出。

39、另外，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置，其中，具有：

40、基板，在一个主面具有下部电极；

41、作为上述下部电极的上层的上部电极，具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接或者相互直接连接；

42、芯片结合部，由包含上述下部电极的上表面的一部分和上述上部电极的各个上述支线部的上表面的至少一部分在内的区域构成；以及

43、横型的半导体发光元件芯片，结合到上述芯片结合部，在一个面侧具有多个p侧电极和一个n侧电极，

44、上述半导体发光元件芯片以使上述p侧电极和上述n侧电极朝向上述芯片结合部的方式结合到上述芯片结合部，至少一个上述p侧电极与上述上部电极的上述支线部相互电连接，上述半导体发光元件芯片的上述n侧电极与上述下部电极相互电连接。

45、另外，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置的制造方法，其中，具有以下工序：

46、将纵型的半导体发光元件芯片以使n侧电极朝向芯片结合部的方式结合到该芯片结合部，并将上述n侧电极与下部电极相互电连接，上述纵型的半导体发光元件芯片在上下具有多个p侧电极和一个上述n侧电极，上述芯片结合部由在一个主面具有上述下部电极的基板的上述下部电极的上表面的一部分或者在上述下部电极的上表面的一部分设置的凸部或凹部构成；以及

47、作为上述半导体发光元件芯片的上层而将上部电极形成为，上述半导体发光元件芯片的至少一个上述p侧电极与上述上部电极的支线部相互电连接，上述上部电极具有干线部和多个上述支线部，上述干线部与多个上述支线部通过薄膜熔断器相互连接或者相互直接连接。

48、典型地说，该半导体发光元件芯片集成装置的制造方法还具有以下工序：在形成上部电极之后，对支线部与干线部之间施加修理用的电压而使电流流过上述支线部与上述干线部之间。通过这样，能够切断与由于p侧电极部的缺陷等而产生了泄漏不良状况等的半导体发光元件芯片的该p侧电极连接的支线部与干线部之间的薄膜熔断器，或者切断该支线部的一部分，所以，能够排除该不良状况的影响，能够进行修理。在半导体发光元件芯片不存在不良状况的情况下，不切断薄膜熔断器，或者不切断支线部的一部分，这自不待言。

49、典型地说，通过多芯片转印方式，将半导体发光元件芯片结合到芯片结合部，但不限定于此。

50、在该半导体发光元件芯片集成装置的制造方法的发明中，关于上述以外的内容，只要没有特别违背其性质，则与上述半导体发光元件芯片集成装置的发明相关联地说明的内容成立。

51、另外，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置的制造方法，其中，具有以下工序：

52、将纵型的半导体发光元件芯片以使p侧电极朝向芯片结合部的方式结合到该芯片结合部，并将至少一个上述p侧电极与下部电极的支线部相互电连接，上述纵型的半导体发光元件芯片在上下具有多个上述p侧电极和一个n侧电极，上述芯片结合部由包含在一个主面具有上述下部电极的基板的上述下部电极的各个上述支线部的上表面的至少一部分在内的区域构成，上述下部电极具有干线部和多个上述支线部，上述干线部与多个上述支线部通过薄膜熔断器相互连接；以及

53、作为上述半导体发光元件芯片的上层而将上部电极形成为，上述半导体发光元件芯片的上述n侧电极与上述上部电极相互电连接。

54、在该半导体发光元件芯片集成装置的制造方法的发明中，将下部电极而不是上部电极形成为具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接，这方面与上述半导体发光元件芯片集成装置的制造方法的发明不同。根据需要，上部电极也可以与下部电极同样地，具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接。在该半导体发光元件芯片集成装置的制造方法的发明中，只要没有特别违背其性质，则与上述半导体发光元件芯片集成装置的发明相关联地说明的内容成立。

55、另外，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置的制造方法，其中，具有以下工序：

56、在基板的一个主面形成下部电极和作为该下部电极的上层的上部电极，上述下部电极具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接；以及

57、将横型的半导体发光元件芯片以使p侧电极和n侧电极朝向芯片结合部的方式结合到该芯片结合部，将至少一个上述p侧电极与上述下部电极的上述支线部相互电连接，并且将上述n侧电极与上述上部电极相互电连接，上述横型的半导体发光元件芯片在一个面侧具有多个上述p侧电极和一个上述n侧电极，上述芯片结合部由包含上述下部电极的各个上述支线部的上表面的至少一部分和上述上部电极的上表面的一部分在内的区域构成。

58、典型地说，该半导体发光元件芯片集成装置的制造方法还具有以下工序：将半导体发光元件芯片结合到芯片结合部，将至少一个p侧电极与下部电极的支线部相互电连接，并且将n侧电极与上部电极相互电连接，然后对支线部与干线部之间施加修理用的电压而使电流流过上述支线部与上述干线部之间。

59、在该半导体发光元件芯片集成装置的制造方法的发明中，只要没有特别违背其性质，则与上述半导体发光元件芯片集成装置及其制造方法的各发明相关联地说明的内容成立。

60、另外，本发明是一种半导体发光元件芯片集成装置的制造方法，其中，具有以下工序：

61、在基板的一个主面形成下部电极和作为该下部电极的上层的上部电极，上述上部电极具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接或者相互直接连接；以及

62、将横型的半导体发光元件芯片以使p侧电极和n侧电极朝向芯片结合部的方式结合到该芯片结合部，将上述n侧电极与上述下部电极相互电连接，并且将至少一个上述p侧电极与上述上部电极的上述支线部相互电连接，上述横型的半导体发光元件芯片在一个面侧具有多个上述p侧电极和一个上述n侧电极，上述芯片结合部由包含上述下部电极的上表面的一部分和上述上部电极的各个上述支线部的上表面的至少一部分在内的区域构成。

63、在该半导体发光元件芯片集成装置的制造方法的发明中，只要没有特别违背其性质，则与上述半导体发光元件芯片集成装置及其制造方法的各发明相关联地说明的内容成立。

64、发明效果

65、根据本发明，将纵型或者横型的半导体发光元件芯片结合到在上部电极或者下部电极的多个支线部的上表面等处设置的芯片结合部，将半导体发光元件芯片连接于上部电极与下部电极之间，上述纵型或者横型的半导体发光元件芯片在上下或者一个面侧具有多个p侧电极和一个n侧电极，上述上部电极或者上述下部电极具有干线部和多个支线部，该干线部与该多个支线部通过薄膜熔断器相互连接或者相互直接连接，所以，通过对这些支线部与干线部之间施加修理用的电压并使电流流过这些支线部与干线部之间，来切断与p侧电极部等产生了某些不良状况的半导体发光元件芯片的该p侧电极连接的支线部与干线部之间的薄膜熔断器，或者，通过激光束的照射等来切断通过检查确定了与不良状况相关的支线部，将该支线部从干线部隔离，从而能够容易地进行修理，能够实现维修作业的简化以及半导体发光元件芯片集成装置的高成品率化。根据该方法，例如在发光二极管显示器等的情况下，当在像素中存在泄漏不良状况的半导体发光元件芯片的情况下，也通过将连接有引起该泄漏不良状况的p侧电极的支线部隔离，能够使用连接于剩余的支线部的p侧电极的区域的发光元件，所以，不需要采用用于维修的不良芯片的替换、冗余构造，还存在抑制材料费上升这样的优点。以往，一个半导体发光元件芯片的p侧电极和n侧电极各有一个，所以，当在芯片处产生了泄漏不良状况等不良状况的情况下，芯片整体变得无法使用。在本方式中，通过将p侧电极分割成多个，从而将1个芯片内的不良部分分离，能够使用正常部分。另外，在使用使用粘附性印模的多芯片转印方式来使半导体发光元件芯片结合到芯片结合部的情况下，由于存在芯片尺寸越小则转印成品率越下降的倾向，所以，如果考虑工序的稳定性，则期望芯片尺寸是几十μm见方以上。能够以几μm见方将多个p侧电极形成于几十μm见方以上的半导体发光元件芯片。即使是本来有泄漏不良状况的芯片，通过分割p侧电极，也能够使用泄漏部的电极以外的部分。在多芯片转印方式中，如何维修芯片不良状况是个大课题，但通过采用本方式，能够使包含不良状况的芯片的更换等维修作业大幅减少，例如，能够以低成本容易地实现发光二极管照明装置、大面积的发光二极管背景灯、大画面的发光二极管显示器等。