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東芝が業界最小サイズの照明用白色LEDを開発、0.65mm角をウエハーレベルCSPで実現

大下 淳一=日経テクノロジーオンライン
2014/03/25 10:00
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発光するCSP-LED。左が白色光(色温度5000K)、右が電球色(同2700K)のタイプ
発光するCSP-LED。左が白色光(色温度5000K)、右が電球色(同2700K)のタイプ
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0.65mm角を実現
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CSP-LEDのコンセプト
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ウエハーレベル・プロセスの概要
ウエハーレベル・プロセスの概要
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 東芝は、業界最小サイズをうたう0.65mm角の照明用白色LED「CSP-LED」を開発した。ウエハーレベルのチップ・スケール・パッケージ(chip scale package:CSP)技術を使うことで、競合他社品に比べて実装面積を50%以上低減した。光源を非常に小さくできることから、「照明設計の自由度が増すことに加え、これまで光源を実装できなかったスペースも使えるようになる」(同社)。東芝は開発品のサンプル出荷を2014年4月下旬に開始する。

 東芝はかねて、口径200mmのSiウエハー上にGaN層を形成するGaN-on-Si技術を用いた白色LEDを量産してきた。サファイア基板を使うタイプに比べて安価に製造できることが特徴だ。現行の量産個数は月産5000万~1億個に達しているという。

半導体部門のコア技術を生かす

 今回同社は「半導体部門に共通するコア技術であるパッケージ技術やCu多層配線技術などを白色LEDに展開した」(東芝 セミコンダクター&ストレージ社 ディスクリート半導体事業部 白色LED応用技術部 白色LED応用技術第一担当 グループ長の松尾英孝氏)。具体的には、RFデバイスの実装などに使うウエハーレベルCSP技術を白色LEDに適用した。同技術は、ウエハー状態のまま配線や端子形成、樹脂封止を行い、最後に個片化する手法。この手法を白色LEDに適用するために、ワイヤーボンディングを使わずに、発光層の裏面から直接Cu電極を引き出すデバイス構造を新たに開発した。

 ウエハーレベルCSPプロセスの概要は以下の通りである。まず、白色LEDを形成した200mmウエハー上にめっきでCu電極を形成し、樹脂封止する。次に、ウエハーの上下を反転してSi基板を除去する。最後に蛍光体層をウエハー全面に形成し、個片化することで封止品が完成する。「蛍光体層の成膜条件など、各工程に独自のノウハウを投入している」(東芝 セミコンダクター&ストレージ社 ディスクリート半導体事業部 白色LED応用技術部 白色LED応用技術第一担当 主務の曽我部寿氏)。

 東芝によれば、照明用白色LEDの寸法は従来、小さいものでも1mm角程度だった。今回の開発品はこれに比べて実装面積を50%以上削減した。同社従来品比では、実装面積を約90%低減している。この結果、細い線状の基板など、これまでLEDを実装することが難しかった形状や寸法の基板にも実装可能になるという。

 東芝は今回の技術を、まずは投入電力0.2~0.6Wの製品に適用する。白色光(色温度5000K)と電球色(同2700K)のタイプのサンプル出荷を2014年4月下旬、それ以外のタイプのサンプル出荷を同年5月に開始する。サンプル価格は20円程度。同社はウエハーレベルCSP適用品を「白色LEDのラインナップの柱としていく」(松尾氏)考えで、今後は投入電力1Wクラスの製品にも適用する計画である。

 同社は今回の開発品を、2014年3月30日からフランクフルトで開催される照明関連の展示会「light+building」に出展する。

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