JP2005327820A - 発光ダイオード用パッケージおよびそれを用いた発光装置およびその発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】実装基板への実装面積を小さくすることができ且つ外部への光取り出し効率を向上可能で、信頼性の高い発光ダイオード用パッケージおよびそれを用いた発光装置および発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】パッケージ１は、シリコン基板１０の一面側に発光ダイオードチップＡを収納する収納凹所１１が形成されるとともに、他面側に外部接続用電極１５ａ，１５ｂが形成され、収納凹所１１の内底面にチップ接続用電極１３ａ，１３ｂが形成され、チップ接続用電極１３ａ，１３ｂと外部接続用電極１５ａ，１５ｂとを接続する配線１６ａ，１６ｂが貫設されたパッケージ本体１ａと、発光ダイオードチップＡから放射される光に対して透光性を有しシリコン基板１０の一面側において収納凹所１１を閉塞する形でパッケージ本体１ａに気密的に固着されたガラス基板からなる保護部材１ｂとで構成される。
【選択図】 図１
【解決手段】パッケージ１は、シリコン基板１０の一面側に発光ダイオードチップＡを収納する収納凹所１１が形成されるとともに、他面側に外部接続用電極１５ａ，１５ｂが形成され、収納凹所１１の内底面にチップ接続用電極１３ａ，１３ｂが形成され、チップ接続用電極１３ａ，１３ｂと外部接続用電極１５ａ，１５ｂとを接続する配線１６ａ，１６ｂが貫設されたパッケージ本体１ａと、発光ダイオードチップＡから放射される光に対して透光性を有しシリコン基板１０の一面側において収納凹所１１を閉塞する形でパッケージ本体１ａに気密的に固着されたガラス基板からなる保護部材１ｂとで構成される。
【選択図】 図１
Description
本発明は、発光ダイオード用パッケージおよびそれを用いた発光装置およびその発光装置の製造方法に関するものである。
従来から、図３に示すように、サファイア基板４１の厚み方向の一表面（図３における下面）側に、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５が順次形成された発光ダイオードチップＡが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。なお、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５は、それぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）により形成されている。
図３に示した発光ダイオードチップＡは、ｎ形半導体層４３上にｎ電極（パッド）４８が設けられるとともに、ｐ形半導体層４５上に電流拡散膜４６を介してｐ電極（パッド）４７が設けられ、電流拡散膜４６が導電性を有し且つ反射率の高い金属材料により形成されており、発光層４４にて発光した光がサファイア基板４１を通して外部へ放射される。要するに、発光ダイオードチップＡは、サファイア基板４１の厚み方向の他表面（図３における上面）からなる裏面を光取り出し面として用いられる。
なお、図３中の矢印Ｅは、発光層４４からｎ形半導体層４３側へ放射されサファイア基板４１の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示し、同図中の矢印Ｒは、電流拡散膜４６にて反射されサファイア基板４１の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示し、同図中の矢印Ｌは、サファイア基板４１とバッファ層４２との界面で全反射して発光層４４に再吸収される光を示している。
ところで、上述の発光ダイオードチップＡを備えた発光装置としては、例えば、図４に示す構造のものや図５に示す構造のものが提案されている。
図４に示した構造の発光装置は、発光ダイオードチップＡと、発光ダイオードチップＡを収納したパッケージ（発光ダイオード用パッケージ）５と、パッケージ５を実装した金属基板２０とを備えている。ここにおいて、パッケージ５は、セラミック基板５０の厚み方向の一面に発光ダイオードチップＡを収納する収納凹所５１が形成され、収納凹所５１の内底面に発光ダイオードチップＡがバンプ３ａ，３ｂを介して電気的に接続されるチップ接続用電極５２ａ，５２ｂが形成されている。すなわち、発光ダイオードチップＡはパッケージ５に対してフリップチップ実装されている。また、金属基板２０は、金属板２１の一表面上に絶縁層２２が形成され、絶縁層２２上に導電パターン２３ａ，２３ｂが形成されたものであって、パッケージ５と絶縁層２２との間に半田からなる接着層５５が介在しており、導電パターン２３ａ，２３ｂがボンディングワイヤ５７ａ，５７ｂを介してチップ接続用電極５２ａ，５２ｂと電気的に接続されている。この図４に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップＡから放射された光が収納凹所５１内に充填された封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）よりなる樹脂封止部（図示せず）を通して前面側（図４における上面側）へ取り出される。なお、収納凹所５１は内底面に近づくほど開口面積が小さくなるように開口されている。
また、図５に示した構造の発光装置は、発光ダイオードチップＡが金属基板２０にフリップチップ実装され、発光ダイオードチップＡを全周に亘って囲む枠状の枠部材６が接着材からなる接着層６６を介して金属基板２０に固着されている。ここにおいて、発光ダイオードチップＡは、バンプ３ａ，３ｂを介して金属基板２０の導電パターン２３ａ，２３ｂと電気的に接続されている。この図５に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップＡから放射された光が枠部材６の内側に充填された封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）よりなる樹脂封止部（図示せず）を通して前面側（図５における上面側）へ取り出される。ここにおいて、枠部材６は、金属基板２０に近づくほど開口面積が小さくなるように開口されており、内周面に金属材料からなる反射膜６４が形成されている。したがって、図５に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップＡから側方へ放射された光を反射膜６４にて反射させて前面側へ取り出すことができる。
また、従来の発光ダイオード用パッケージは、発光ダイオードチップを外部から保護する機能の他に、外部の電気回路との電気的接続機能および実装基板に対する実装機能を有しており、発光ダイオード用パッケージとは別途に設けた制御回路によって発光ダイオードチップへ供給される電流や電圧を制御することによって発光ダイオードチップを所望の光量で発光させることが可能となる。なお、上記特許文献２には、静電気放電（ＥＳＤ）により発光ダイオードチップが破壊されるのを防止するために、複数のツェナダイオードからなる保護回路を形成したチップに発光ダイオードチップを実装した構成が提案されている。
また、従来から、上述の樹脂封止部に用いる封止樹脂に蛍光体粒子を分散させて発光ダイオードチップを覆うように塗布した発光装置が提案されており、この種の発光装置では、封止樹脂部が発光ダイオードチップから放射された光の一部により励起されて発光ダイオードチップの光とは異なる波長の光を放射する波長変換機能を有することとなって、発光ダイオードチップの発光色とは異なる色（例えば、白色など）の光（合成光）を得ることが可能となる。
特開平１１−２２０１７０号公報
特開２００１−２３７４５８号公報
ところで、図４に示した構造の発光装置では、チップ接続用電極５２ａ，５２ｂにボンディングワイヤ５７ａ，５７ｂの一端部をボンディングする必要があるので、収納凹所５１の内底面の面積を比較的大きくする必要があり、しかも、パッケージ５を実装する実装基板としての金属基板２０においてボンディングワイヤ５７ａ，５７ｂの他端をボンディングするためのスペースを確保する必要があるので、金属基板２０に対するパッケージ５の実装面積が比較的大きくなってしまうという不具合があった。
これに対して、図５に示した構造の発光装置では、枠部材６を実装基板としての金属基板２０に接着材からなる接着層６６を介して固着する必要があり、接着材のはみ出しなどを考慮すると実装面積が比較的大きくなってしまうという不具合があった。なお、上述のような制御回路を別途に外付けした発光装置では価格が高く、低コスト化が望まれている。
また、図４に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップＡから側方へ放射された光の一部がセラミック基板からなるパッケージ５に吸収されてしまい、図５に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップＡから側方へ放射された光の一部が接着層６６で吸収されてしまうので、いずれの発光装置においても外部への光取り出し効率の更なる向上が望まれている。また、図４や図５に示した構成の発光装置では、上記封止樹脂部により発光ダイオードチップＡを外部からの機械的な破壊要因（機械的応力、振動、衝撃など）や環境的な破壊要因（汚染物質など）から保護することができるが、発光ダイオードチップＡからの光や熱、大気中からの水分などにより封止樹脂が劣化してしまうことがあり、信頼性のより一層の向上が望まれている。なお、封止樹脂中に蛍光体粒子を分散させて発光ダイオードチップＡに直接塗布した発光装置では、樹脂封止部の厚みの面内ばらつに起因して輝度の面内ばらつきが大きくなってしまう。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、請求項１〜６の発明の目的は、実装基板への実装面積を小さくすることができ且つ外部への光取り出し効率を向上可能で、信頼性の高い発光ダイオード用パッケージを提供することにあり、請求項７の発明の目的は、実装基板に対する実装面積を小さくでき且つ外部への光取り出し効率および信頼性を向上した発光装置を提供することにあり、請求項８の発明の目的は実装基板に対する実装面積を小さくでき且つ外部への光取り出し効率および信頼性を向上した発光装置の製造方法を提供することにある。
請求項１の発明は、半導体基板の厚み方向の一面に他面に近づくほど開口面積が小さくなり発光ダイオードチップを収納する収納凹所が形成されるとともに、半導体基板の前記他面側に外部接続用電極が形成され、収納凹所の内底面にフェースダウンで対向配置される発光ダイオードチップを接続するチップ接続用電極が形成され、チップ接続用電極と外部接続用電極とを電気的に接続する配線が半導体基板における収納凹所の内底面と前記他面との間の部分からなる実装部の厚み方向に貫設され、収納凹所の内周面に金属材料からなる反射膜が形成されたパッケージ本体と、発光ダイオードチップから放射される光に対して透光性を有し半導体基板の前記一面側において収納凹所を閉塞する形でパッケージ本体に気密的に固着される平板状の保護部材とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、発光ダイオードチップを収納する収納凹所を厚み方向の一面側に形成した半導体基板の他面側に外部接続用電極を形成してあるので、実装基板への実装面積を小さくすることができ、また、収納凹所の内周面に発光ダイオードチップからの光を反射する反射膜が形成されているので、発光ダイオードチップから側方へ放射された光を反射膜により反射させて収納凹所の外部へ取り出すことが可能となり、外部への光取り出し効率を向上可能となる。また、発光ダイオードチップから放射される光に対して透光性を有し半導体基板の前記一面側において収納凹所を閉塞する形でパッケージ本体に気密的に固着される平板状の保護部材を備えているので、従来のような封止樹脂を用いることなく内部に収納する発光ダイオードチップを外部からの機械的な破壊要因や環境的な破壊要因から保護することができ、信頼性を向上させることができる。また、パッケージ本体が半導体基板を用いて形成されているので、パッケージ本体に発光ダイオードチップの発光を制御する制御回路を形成することが可能となる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記保護部材は、前記厚み方向に交差する２つの表面の一方に、前記発光ダイオードチップからの光によって励起されて可視光を放射する蛍光体粒子を有する波長変換層が形成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、発光ダイオードチップの発光色と蛍光体粒子の発光色とで発光装置全体の発光色が決まることとなり、発光ダイオードチップから放射される光とは異なる色の光を得ることができ、また、波長変換層が平板状の前記保護部材の表面に形成されているので、均一な厚みの波長変換層を形成することができ、輝度の面内ばらつきを小さくすることができる（均一な光を得ることができる）。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記保護部材は、前記発光ダイオードチップからの光によって励起されて可視光を放射する蛍光体粒子を含有してなることを特徴とする。
この発明によれば、発光ダイオードチップの発光色と蛍光体粒子の発光色とで発光装置全体の発光色が決まることとなり、発光ダイオードチップから放射される光とは異なる色の光を得ることができ、また、前記保護部材が波長変換層を構成することとなって均一な厚みの波長変換層が得られるから、輝度の面内ばらつきを小さくすることができる（均一な光を得ることができる）。
請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記半導体基板をシリコン基板により構成するとともに前記保護部材をガラス基板により構成し、前記保護部材は、前記パッケージ本体と陽極接合により固着されてなることを特徴とする。
この発明によれば、接着材を用いることなく前記保護部材と前記パッケージ本体とを気密的に接合することができるとともに、発光ダイオード用パッケージの気密性を向上させることができ、信頼性をより向上させることができる。
請求項５の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記半導体基板をシリコン基板により構成するとともに前記保護部材をガラス基板により構成し、前記保護部材は、前記パッケージ本体と表面活性化接合により固着されてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記保護部材と前記パッケージ本体とを常温で接合することが可能となり、前記保護部材と前記パッケージ本体との接合工程で前記発光ダイオードチップに熱ダメージが発生するのを防止することができる。また、前記保護部材と前記パッケージ本体との熱膨張係数差に起因した気密性の低下を防止することができる。
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記半導体基板における前記収納凹所の前記内底面と前記半導体基板の前記他面との少なくとも一方に前記発光ダイオードチップを制御する制御回路を形成してなるることを特徴とする。
この発明によれば、発光装置の機能アップを図れ、また、制御回路を外付けする場合に比べて低コスト化を図れる。
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光ダイオード用パッケージと、裏面を光取り出し面とし発光ダイオード用パッケージの収納凹所内で実装部にフリップチップ実装された発光ダイオードチップとを備えることを特徴とする。
この発明によれば、発光ダイオード用パッケージの前記外部接続用電極が前記半導体基板の厚み方向における前記他面側に形成されているので、実装基板に対する発光ダイオード用パッケージの実装面積を小さくすることができ、また、発光ダイオードチップから側方へ放射された光が前記収納凹所の内周面に形成した前記反射膜で反射されて外部へ取り出されることになり、発光ダイオードチップで発光した光の外部への取り出し効率を向上させることができる。また、発光ダイオードチップから放射される光に対して透光性を有し半導体基板の前記一面側において収納凹所を閉塞する形でパッケージ本体に気密的に固着された平板状の保護部材を備えているので、従来のような封止樹脂を用いることなく発光ダイオードチップを外部からの機械的な破壊要因や環境的な破壊要因から保護することができ、信頼性を向上させることができる。
請求項８の発明は、請求項７記載の発光装置の製造方法であって、パッケージ本体を多数形成した半導体ウェハにおける各パッケージ本体それぞれに発光ダイオードチップを実装し、最終的に複数の発光装置の個片に分離することを特徴とする。
この発明によれば、実装基板への実装面積を小さくすることができ且つ外部への光取り出し効率を向上可能で信頼性が高い発光装置の生産性を高めることができる。
請求項１の発明は、実装基板への実装面積を小さくすることができ且つ外部への光取り出し効率を向上可能で、しかも、内部に収納する発光ダイオードチップを保護部材にて保護できて信頼性を高めることができるという効果がある。
請求項７の発明は、実装基板への実装面積を小さくすることができ且つ発光ダイオードチップで発光した光の外部への光取り出し効率を向上させることができ、しかも、発光ダイオードチップを確実に保護できて信頼性を高めることができるという効果がある。
請求項８の発明は、実装基板への実装面積を小さくすることができ且つ外部への光取り出し効率を向上可能で信頼性が高い発光装置の生産性を高めることができるという効果がある。
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、発光ダイオードチップＡと、発光ダイオードチップＡを収納するパッケージ（発光ダイオード用パッケージ）１とを備えており、図４や図５を参照して説明した金属基板２などの実装基板やリードフレームなどへ実装することができる。
発光ダイオードチップＡは、上述の図３に示した構成を有する青色発光ダイオードチップであり、サファイア基板４１の厚み方向の一表面（図３における下面）側に、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５が順次形成されている。また、発光ダイオードチップＡは、ｎ形半導体層４３上にｎ電極（パッド）４８が設けられるとともに、ｐ形半導体層４５上に電流拡散膜４６を介してｐ電極（パッド）４７が設けられ、電流拡散膜４６が導電性を有し且つ反射率の高い金属材料により形成されており、発光層４４にて発光した光がサファイア基板４１を通して外部へ放射される。要するに、発光ダイオードチップＡは、サファイア基板４１の厚み方向の他表面（図３における上面）からなる裏面を光取り出し面としたものであって、パッケージ１のパッケージ本体１ａにフリップチップ実装されている。なお、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５は、それぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）により形成されている。また、本実施形態における発光ダイオードチップＡはダブルへテロ構造を有しているが、発光ダイオードチップＡの構造は特に限定するものではなく、上述の電流拡散膜４６についても必ずしも設ける必要はない。
また、パッケージ１のパッケージ本体１ａは、半導体基板たるシリコン基板１０を加工することにより形成されており、厚み方向の一面側に発光ダイオードチップＡを収納する収納凹所１１が形成されるとともに、他面側に金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈなど）からなる外部接続用電極１５ａ，１５ｂが形成されている。
ここにおいて、パッケージ１は、収納凹所１１の内底面が平面状に形成されており、収納凹所１１の内底面に、発光ダイオードチップＡのパッド４７，４８を金属材料（例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、あるいはそれらを含む金合金など）からなるバンプ３ａ，３ｂを介して電気的に接続する金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈなど）からなるチップ接続用電極１３ａ，１３ｂが形成され、チップ接続用電極１３ａ，１３ｂと外部接続用電極１５ａ，１５ｂとを電気的に接続する金属材料（例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉなど）からなる配線１６ａ，１６ｂがシリコン基板１０における収納凹所１１の内底面と上記他面との間の薄肉の部分からなる実装部１２に貫設されている。
また、パッケージ本体１ａにおける収納凹所１１は、シリコン基板１０の厚み方向において上記一面から上記内底面に近づくほど開口面積が小さくなっており（言い換えれば、パッケージ本体１ａにおける収納凹所１１は、実装部１２から離れるほど開口面積が大きくなっており）、収納凹所１１の内周面には反射率の高い金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈなど）からなる反射膜１８が略全面に形成されている。
ところで、本実施形態におけるパッケージ１は、上述のパッケージ本体１ａと、発光ダイオードチップＡから放射される光に対して透光性を有しシリコン基板１０の上記一面側において収納凹所１１を閉塞する形でパッケージ本体１ａに気密的に固着された平板状のガラス基板からなる保護部材１ｂとで構成されている。ここにおいて、保護部材１ｂは、発光ダイオードチップＡをパッケージ本体１ａの実装部１２にフェースダウンで実装した後で、パッケージ本体１ａに固着されている。
以上説明した本実施形態の発光装置におけるパッケージ１では、シリコン基板１０の厚み方向の一面に発光ダイオードチップＡを収納する収納凹所１１が形成されるとともに、厚み方向の他面に外部接続用電極１５ａ，１５ｂが形成されているので、実装基板への実装面積を小さくすることができ、しかも、収納凹所１１の内周面に反射膜１８が形成されているので、発光ダイオードチップＡから側方へ放射された光を反射膜１８により反射させて収納凹所１１の外部へ取り出すことが可能となり、発光ダイオードチップＡから側方へ放射された光が図４に示した従来例のようにパッケージ５で吸収されたり図５に示した従来例のように接着層６６で吸収されたりすることがなく、外部への光取り出し効率を向上可能となる。また、発光ダイオードチップＡから放射される光に対して透光性を有しシリコン基板１０の上記一面側において収納凹所１１を閉塞する形でパッケージ本体１ａに気密的に固着される平板状の保護部材１ｂを備えているので、従来のような封止樹脂を用いることなく内部に収納する発光ダイオードチップＡを外部からの機械的な破壊要因や環境的な破壊要因から保護することができ、信頼性を向上させることができる。また、パッケージ本体１ａがシリコン基板１０を用いて形成されているので、パッケージ本体１ａに発光ダイオードチップの発光を制御する制御回路を形成することが可能となり、例えば、半導体基板１０における収納凹所１１の内底面とシリコン基板１０の上記他面との少なくとも一方に発光ダイオードチップＡを制御する制御回路を形成しておけば、発光装置の機能アップを図れ、また、制御回路を外付けする場合に比べて低コスト化を図れる。また、反射膜１８をチップ接続用電極１３ａ，１３ｂと同じ金属材料により形成するようにすれば、反射膜１８をチップ接続用電極１３ａ，１３ｂと同時に形成することができ、チップ接続用電極１３ａ，１３ｂを反射膜１８と同じ反射率の高い金属材料により形成することで、発光ダイオードチップＡから収納凹所１１の内底面側へ放射された光をチップ接続用電極１３ａ，１３ｂで反射させて収納凹所１１の外部へ取り出すことができる。
ここにおいて、保護部材１ｂの厚み方向に交差する２つの表面（厚み方向の両面）の一方（例えば、保護部材１ｂにおける収納凹所１１の内底面との対向面）に、発光ダイオードチップＡからの光によって励起されて可視光を放射する蛍光体粒子を有する波長変換層を形成しておけば、発光ダイオードチップＡの発光色と蛍光体粒子の発光色とで発光装置全体の発光色が決まることとなり、発光ダイオードチップＡから放射される光とは異なる色の光を得ることができ、また、波長変換層が平板状の保護部材１ｂの表面に形成されているので、均一な厚みの波長変換層を形成することができ、輝度の面内ばらつきを小さくすることができる（均一な光を得ることができる）。また、保護部材１ｂ中に発光ダイオードチップＡの発光によって励起されて所望の波長の可視光を放射する蛍光体粒子を含有させておけば、発光ダイオードチップＡから放射される光と蛍光体粒子から放射される光との合成光を得ることができ、例えば白色光を得ることも可能となり、しかも、保護部材１ｂが波長変換層を構成することとなって均一な厚みの波長変換層が得られるから、輝度の面内ばらつきを小さくすることができる（均一な光を得ることができる）。
以下、本実施形態の発光装置の製造方法について図２を参照しながら説明する。
まず、単結晶のシリコン基板１０の厚み方向の上記一面に収納凹所１１を形成することにより、シリコン基板１０における収納凹所１１の内底面と上記他面との間に他の部位に比べて薄肉の実装部１２を形成してから、実装部１２のうち配線１６ａ，１６ｂそれぞれの形成予定部位に厚み方向に貫通する貫通孔（スルーホール）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成し、必要に応じて上記制御回路を形成した後、配線１６ａ，１６ｂ、外部接続用電極１５ａ，１５ｂ、チップ接続用電極１３ａ，１３ｂ、反射膜１８を形成することによって、図２（ａ）に示す構造を得る。なお、上記収納凹所１１を形成するにあたっては、例えば、シリコン基板１０の厚み方向の両面にシリコン酸化膜を形成してから、上記一面側のシリコン酸化膜をパターニングし、当該パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、アルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨなど）を用いた異方性エッチングを行うことで収納凹所１１を形成し、その後、厚み方向の両面のシリコン酸化膜を除去すればよい。
その後、チップ接続用電極１３ａ，１３ｂにおいて発光ダイオードチップＡの各電極４７，４８それぞれに対応する部位にバンプ３ａ，３ｂを形成し、続いて、パッケージ本体１ａに形成されたバンプ３ａ，３ｂに発光ダイオードチップＡの各電極４７，７８の位置が合うようにパッケージ本体１ａに対する発光ダイオードチップＡの位置合わせを行ってから、加熱をしながら加圧することで各バンプ３ａ，３ｂと各電極４７，４８とを接合する（つまり、発光ダイオードチップＡをパッケージ本体１ａの実装部１２へフリップチップ実装する）ことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。なお、バンプ３ａ，３ｂの形成にあたっては、例えば、線径が５μｍ〜５０μｍの金属細線の先端部を溶融させてボールを形成し、当該ボールを形成予定部位（ここでは、パッケージ本体１ａにおける各チップ接合用電極１３ａ，１３ｂ）に接合して形成する所謂スタッドバンプ法を採用してもよいし、バンプ３ａ，３ｂの形成予定部位以外をレジスト層により覆ってから、めっき法により金属を析出させることで所望の形状のバンプ３ａ，３ｂを形成し、レジスト層を除去する方法などを採用すればよい。また、発光ダイオードチップＡの各電極４７，４８と各バンプ３ａ，３ｂとを接合する接合工程では、例えば、パッケージ本体１ａおよび発光ダイオードチップＡの加熱温度を３５０℃以上として各バンプ３ａ，３ｂそれぞれの加圧を数十グラム程度とすればよいが、接合時に超音波（例えば、周波数が２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度の超音波）を印加することで加熱温度を１００℃前後まで低温化することも可能である。
次に、ガラス基板からなる保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを気密的に固着する結合工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。なお、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを固着する結合工程では、例えば保護部材１ｂの周部とパッケージ本体１ａの周部とを接着材を用いて固着するようにしてもよいし、陽極接合により固着するようにしてもよいし、表面活性化接合により固着するようにしてもよい。ここにおいて、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを陽極接合により固着する場合には、例えば、ガラス基板からなる保護部材１ｂの周部とシリコン基板を用いて形成されたパッケージ本体１ａの周部との接合部を加圧（例えば、数百グラム程度）するとともに加熱（例えば、３００℃〜４００℃）した状態で、保護部材１ｂがパッケージ本体１ａに対して低電位側となるような負電圧（例えば、２００〜４００Ｖ）を印加すればよく、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを表面活性化接合により固着する場合には、保護部材１ｂの周部とパッケージ本体１ａの周部との互いの対向面に金属材料（例えば、金、銅など）からなる金属膜を形成し、各金属膜の表面にアルゴン等のプラズマを照射することで各金属膜の表面を活性化させてから保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを重ね合わて加圧することにより、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを常温で接合することができる。また、保護部材１ｂに上述の波長変換層を付加する場合には、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを接合する前に、ガラス基板の表面に例えば印刷法などによって蛍光体層からなる波長変換層を形成しておけばよく、保護部材１ｂに上述の蛍光体粒子を含有させた構造を採用する場合には、あらかじめ所望の発光色が得られる蛍光体粒子を含有させたガラス基板を用意しておけばよい。
ところで、本実施形態の発光装置の製造方法では、以上説明した工程までをウェハの状態で行っており、図２（ａ）の左側に示したパッケージ本体１ａは図２（ａ）の右側に示したシリコンウェハからなる半導体ウェハ１００に多数形成され、図２（ｂ）の左側に示したパッケージ本体１ａ中の発光ダイオードチップＡは図２（ｂ）の右側に示した半導体ウェハ１００における各パッケージ本体１ａ毎に実装され、図２（ｃ）の左側に示した発光装置におけるパッケージ本体１ａは図２（ｃ）の右側に示した半導体ウェハ１００に多数形成され、図２（ｃ）の左側に示した発光装置における保護部材１ｂは図２（ｃ）の右側に示したガラスウェハ２００に多数形成されている。すなわち、本実施形態の発光装置の製造方法ではパッケージ本体１ａと保護部材１ｂとを接合する結合工程が終了するまでは発光ダイオードチップＡ以外をウェハの状態で取り扱うことになる。
そして、本実施形態の発光装置の製造方法では、上述の結合工程が終了した後、最終的に半導体ウェハ１００とガラスウェハ２００との積層物からなるウェハを図２（ｄ）に示すようにダイシングソー４などにより個々の発光装置の個片Ｂに分離する分離工程を行うようにしている。
以上説明した発光装置の製造方法によれば、パッケージ本体１ａを多数形成した半導体ウェハ１００における各パッケージ本体１ａそれぞれに発光ダイオードチップＡを実装し、最終的に複数の発光装置の個片Ｂに分離するので、発光装置の生産性を高めることができる。ここに、上述のように、半導体基板をシリコン基板１０により構成するとともに保護部材１ｂをガラス基板により構成し、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを陽極接合により固着するようにすれば、接着材を用いることなく保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを気密的に接合することができるとともに、発光ダイオード用パッケージ１の気密性を向上させることができ、信頼性をより向上させることができる。また、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａと表面活性化接合により固着するようにすれば、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとを常温で接合することが可能となり、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとの接合工程で発光ダイオードチップＡに熱ダメージが発生するのを防止することができ、しかも、保護部材１ｂとパッケージ本体１ａとの熱膨張係数差に起因した気密性の低下や接合強度の低下を防止することができる。
Ａ 発光ダイオードチップ
１ パッケージ
１ａ パッケージ本体
１ｂ 保護部材
３ａ，３ｂ バンプ
１０ シリコン基板
１１ 収納凹所
１２ 実装部
１３ａ，１３ｂ チップ接続用電極
１５ａ，１５ｂ 外部接続用電極
１６ａ，１６ｂ 配線
１８ 反射膜
１ パッケージ
１ａ パッケージ本体
１ｂ 保護部材
３ａ，３ｂ バンプ
１０ シリコン基板
１１ 収納凹所
１２ 実装部
１３ａ，１３ｂ チップ接続用電極
１５ａ，１５ｂ 外部接続用電極
１６ａ，１６ｂ 配線
１８ 反射膜
Claims (8)
- 半導体基板の厚み方向の一面に他面に近づくほど開口面積が小さくなり発光ダイオードチップを収納する収納凹所が形成されるとともに、半導体基板の前記他面側に外部接続用電極が形成され、収納凹所の内底面にフェースダウンで対向配置される発光ダイオードチップを接続するチップ接続用電極が形成され、チップ接続用電極と外部接続用電極とを電気的に接続する配線が半導体基板における収納凹所の内底面と前記他面との間の部分からなる実装部の厚み方向に貫設され、収納凹所の内周面に金属材料からなる反射膜が形成されたパッケージ本体と、発光ダイオードチップから放射される光に対して透光性を有し半導体基板の前記一面側において収納凹所を閉塞する形でパッケージ本体に気密的に固着される平板状の保護部材とを備えることを特徴とする発光ダイオード用パッケージ。
- 前記保護部材は、前記厚み方向に交差する２つの表面の一方に、前記発光ダイオードチップからの光によって励起されて可視光を放射する蛍光体粒子を有する波長変換層が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード用パッケージ。
- 前記保護部材は、前記発光ダイオードチップからの光によって励起されて可視光を放射する蛍光体粒子を含有してなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光ダイオード用パッケージ。
- 前記半導体基板をシリコン基板により構成するとともに前記保護部材をガラス基板により構成し、前記保護部材は、前記パッケージ本体と陽極接合により固着されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の発光ダイオード用パッケージ。
- 前記半導体基板をシリコン基板により構成するとともに前記保護部材をガラス基板により構成し、前記保護部材は、前記パッケージ本体と表面活性化接合により固着されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の発光ダイオード用パッケージ。
- 前記半導体基板における前記収納凹所の前記内底面と前記半導体基板の前記他面との少なくとも一方に前記発光ダイオードチップを制御する制御回路を形成してなるることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発光ダイオード用パッケージ。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光ダイオード用パッケージと、裏面を光取り出し面とし発光ダイオード用パッケージの収納凹所内で実装部にフリップチップ実装された発光ダイオードチップとを備えることを特徴とする発光装置。
- 請求項７記載の発光装置の製造方法であって、パッケージ本体を多数形成した半導体ウェハにおける各パッケージ本体それぞれに発光ダイオードチップを実装し、最終的に複数の発光装置の個片に分離することを特徴とする発光装置の製造方法。
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