JP4358713B2 - 固体素子デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、固体素子をガラス材料で封止した固体素子デバイスに関し、特に、耐湿性に優れ、失透を生じにくくした固体素子デバイスに関する。
従来、発光ダイオード等の固体素子をエポキシ樹脂等の透光性樹脂材料で封止した固体素子デバイスがある。このような固体素子デバイスにおいて、透光性樹脂が光によって劣化を生じることが知られている。特に、短波長光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子を用いる場合には、当該素子から放出される高エネルギーの光と素子自体の発熱によって素子近傍の透光性樹脂が黄変し、そのことにより光取り出し効率が無視できないほどに低下することがある。
このような封止部材の劣化を防止するものとして、封止部材に低融点ガラスを用いた発光デバイスが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
特許文献１に記載された発光デバイスは、ＬＥＤ素子、ワイヤボンディング部、およびリード部の上端の周囲を低融点ガラスからなる透明の封止体で覆って構成されている。低融点ガラスには、例えば、セレン、タリウム、ヒ素、硫黄等を加えて融点を摂氏１３０〜３５０度としたものが使用される。この場合、好ましくは、融点が摂氏２００度以下（より好ましくは１５０度以下）の低融点ガラスが使用される。
特許文献１に記載される発光デバイスによれば、エポキシ系樹脂等の透光性樹脂材料の紫外線に対する悪特性あるいは弱特性に起因して、時間経過とともにその封止体が光劣化するといった不具合を回避できる。
また、特許文献２に記載された発光デバイスは、ＬＥＤ発光素子を覆う封止体として、ＧａＮ系ＬＥＤ発光素子の屈折率２．３程度に近い屈折率２程度の低融点ガラスを用いている。
特許文献２に記載された発光デバイスによれば、ＧａＮ系ＬＥＤ発光素子の屈折率に近い低融点ガラスでＬＥＤ発光素子を封止することによって、ＬＥＤ発光素子と低融点ガラスとの界面で全反射される光が少なくなり、ＬＥＤ発光素子から外部放射されて低融点ガラスに入射する光の量が多くなる。その結果、発光効率は、ＬＥＤ発光素子をエポキシ樹脂で封止している従来のものよりも高くなる。
特開平８−１０２５５３号公報
特開平１１−１７７１２９号公報
しかし、従来の低融点ガラスを封止部材に用いた固体素子デバイスによると、低融点ガラスとはいえ高温加工を行う必要があり、かつガラスが硬質材料であるため、樹脂封止加工の延長ではデバイスを具現化することができないという問題があった。
従って、本発明の目的は、無機材料封止加工を具現化するための課題を抽出、解決し、ガラス封止を行うことで期待できる効果を実際に得ることができ、さらに耐湿性に優れ、ガラス封止時における失透、特性評価時における白濁を生じにくくした固体素子デバイスを提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、固体素子と、前記固体素子に対して電力の受供給を行うセラミック基板と、前記固体素子を封止し、Ｐ２Ｏ５を４５〜５０ｗｔ％、ＺｎＯを１５〜３５ｗｔ％含有するＰ２Ｏ５−ＺｎＯ系からなりガラス転位温度が３５０〜４００℃の低融点ガラスによって設けられるガラス封止部とを有し、前記低融点ガラスは、Ｐ ２ Ｏ ５ ：４５〜５０ｗｔ％、Ｌｉ ２ Ｏ：３〜６ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜３．５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜１５ｗｔ％、ＢａＯ：０〜３０ｗｔ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｗｔ％、ＺｒＯ ２ ：０〜１ｗｔ％、Ｎｂ ２ Ｏ ５ ：０〜１．５ｗｔ％、およびＡｌ ２ Ｏ ３ ：０〜５ｗｔ％の範囲からなり、ＲＯ（Ｒ：Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）の合計が３８〜４９ｗｔ％であり、前記セラミック基板と前記ガラス封止部につき、熱膨張率が高い方の部材に対する低い方の部材の熱膨張率の比が０．８５以上であることを特徴とする固体素子デバイスを提供する。
本発明の固体素子デバイスによると、無機材料封止加工を具現化するための課題を抽出、解決し、ガラス封止を行うことで期待できる効果を実際に得ることができ、さらに耐湿性に優れ、ガラス封止時における失透、特性評価時における白濁を生じないようにすることができる。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る固体素子デバイスとしての発光装置を示し、同図中、（ａ）は発光装置の縦断面図、（ｂ）は光源であるＧａＮ系ＬＥＤ素子の側面図である。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る固体素子デバイスとしての発光装置を示し、同図中、（ａ）は発光装置の縦断面図、（ｂ）は光源であるＧａＮ系ＬＥＤ素子の側面図である。
この発光装置１は、図１（ａ）に示すようにフリップチップ型のＧａＮ系ＬＥＤ素子２と、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２を搭載する無機材料基板としてのガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３と、タングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）で構成されてガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３に形成される回路パターン４と、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２と回路パターン４とを電気的に接続するＡｕスタッドバンプ５と、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２を封止するとともにガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３と接着されるＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−Ｌｉ２Ｏ系の透明な無機封止部であるガラス封止部６とを有する。本実施の形態において、ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３および回路パターン４は、電力受供給部を形成している。
ＧａＮ系ＬＥＤ素子２は、図１（ｂ）に示すように、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる基板２０の表面に、バッファ層２１と、ｎ型層２２と、発光する層を含む層２３と、ｐ型層２４とを順次結晶成長させることによって形成されている。更に、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２は、ｐ型層２４の表面に設けられるｐ電極２５と、ｐ型層２４からｎ型層２２の一部にかけてエッチングすることにより除去して露出したｎ型層２２に形成されるｎ電極２６とを有する。このＧａＮ系ＬＥＤ素子２は、７００℃以上でエピタキシャル成長され、その耐熱温度は６００℃以上であり、後述する低融点ガラスを用いた封止加工における加工温度に対して安定である。
また、ｐ電極２５は、発光する層を含む層２３から発せられる光を基板２０の方向に反射する光反射層として機能する。本実施の形態において、ｐ電極２５のサイズは０．３４ｍｍ×０．３４ｍｍ×厚さ０．０９ｍｍである。
ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３は、熱膨張率が１２．３×１０−６／℃であり、複数のビアホール３Ａを有する。このビアホール３Ａは、基板の表面および裏面にメタライズされた回路パターン４を導通させている。回路パターン４は、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２をマウントする側に設けられる第１の導電パターンと、その裏面側に設けられる第２の導電パターンと、その両側を電気的に接続するＷ（タングステン）からなる第３の導電パターンとを有する。
ガラス封止部６は、Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ−Ｌｉ２Ｏ系の低融点ガラス（ガラス転移温度Ｔｇ：３８０℃、屈伏点Ａｔ：４０７℃、熱膨張率α：１２．２×１０−６／℃、屈折率ｎｄ：１．６０、内部透過率：９９％（４７０ｎｍ））によって形成されており、金型によるホットプレス加工によってガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３と接着された後、上面６Ａおよびダイサー(dicer)でカットされることに基づいて形成される側面６Ｂを有する矩形状に形成されている。
低融点ガラスは、一般に、樹脂において高粘度といわれるレベルより、桁違いに高い粘度で加工される。また、ガラスの場合には、屈伏点を数十℃超えても粘度が一般の樹脂封止レベルまで低くはならない。また、一般の樹脂成型時レベルの粘度にしようとすると、ＬＥＤ素子の結晶成長温度を超える温度を要するもの、あるいは金型に付着するものとなり、封止・成形加工が困難になる。このため、１０４ポアズ以上で加工するのが好ましい。
（発光装置の製造方法）
この発光装置１の製造方法について、以下に説明する。まず、ビアホール３Ａを有したガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３を用意し、ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３の表面に回路パターンに応じてＷペーストをスクリーン印刷する。
この発光装置１の製造方法について、以下に説明する。まず、ビアホール３Ａを有したガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３を用意し、ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３の表面に回路パターンに応じてＷペーストをスクリーン印刷する。
次に、Ｗペーストを印刷されたガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３を１０００℃余で熱処理することによりＷを基板３に焼き付け、さらに、Ｗ上にＮｉめっき、Ａｕめっきを施すことで回路パターン４を形成する。
次に、ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３の回路パターン４（表面側）にＧａＮ系ＬＥＤ素子２をＡｕスタッドバンプ５によって電気的に接合する。
次に、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２をマウントしたガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３に対して板状のＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−Ｌｉ２Ｏ系の低融点ガラスを平行にセットし、窒素雰囲気中でホットプレス加工を行う。この条件での低融点ガラスの粘度は１０８〜１０９ポアズであり、低融点ガラスはガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３とそれらに含まれる酸化物を介して接着される。
次に、低融点ガラスと一体化されたガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３をダイサーにセットしてダイシングすることにより、発光装置１を個別に分離する。
なお、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２は、スクライブ加工に基づいて形成したものを使用することができる。この場合、スクライブ加工により形成されたＧａＮ系ＬＥＤ素子２は、切断部である側面に尖った凹凸を有することがあり、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２の側面を素子コート材でコーティングすることが望ましい。この素子コート材として、例えば、光透過性を有するＳｉＯ２系コート材を用いることができる。素子コート材を用いることにより、クラックやボイド発生を防止することができる。
以下に、本発明で用いる低融点ガラスについて具体的に説明する。ガラス封止部６のＰ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＲＯ、Ｎｂ２Ｏ５、およびＡｌ２Ｏ３の各組成を変えて、第１〜第３の３つの試料を作製した。また、比較検討のために、試料と同じ組成による比較例を作製した。試料１〜３、および比較例を表１に示す。表１において、ｎＦ−ｎＣは主分散である。
次に、試料１〜３、および比較例について、失透の有無について評価を実施したところ、表２に示す実施結果を得た。この評価は６０℃、Ｒｈ９０％、１０００ｈと、８５℃、Ｒｈ８５％、１０００ｈの条件で行った。
表２から明らかなように、試料１〜３は、いずれも失透を生じることがなく、透明であった。これに対し、比較例では８５℃、Ｒｈ８５％、１０００ｈで白濁が生じた。ガラス封止部６がＰ２Ｏ５：４５〜５０ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：３〜６ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜３．５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜１５ｗｔ％、ＢａＯ：０〜３０ｗｔ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｗｔ％、ＺｒＯ２：０〜１ｗｔ％、ＲＯ（Ｒ：Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）の合計：３８〜４９ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：０〜１．５ｗｔ％、およびＡｌ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％の組成範囲であれば、８５℃、Ｒｈ８５％、１０００ｈで白濁が生じないものとできる。
Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ−Ｌｉ２Ｏ系の低融点ガラスとしては、本発明者らの検討によると、Ｐ２Ｏ５：４５〜５０ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：３〜６ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜３．５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜１５ｗｔ％、ＢａＯ：０〜３０ｗｔ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｗｔ％、ＺｒＯ２：０〜１ｗｔ％、ＲＯ（Ｒ：Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）の合計：３８〜４９ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：０〜１．５ｗｔ％、およびＡｌ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％の組成が、本実施の形態におけるガラス封止部６として好ましい特性を示すことを確認している。なお、この組成範囲とすることで、ガラス封止部６の特性は、Ｔｇ：３５０〜４００℃、Ａｔ：３７５〜４５０℃、α：１０．０〜１４．０（×１０−６）、ｎｄ：１．５８〜１．６２、アッベ数νｄ：５９．０〜６４．０となる。
（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）Ｐ２Ｏ５−ＺｎＯ−Ｌｉ２Ｏ系による低融点ガラスをガラス封止部６に用い、高粘度状態でホットプレス加工を行うことで、結晶成長温度に対して充分に低い加工が可能になる。
（２）ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３とガラス封止部６とが酸化物を介した化学結合に基づいて接着することにより強固な封着強度が得られる。そのため、接合面積が小さい小形パッケージであっても具現化できる。
（３）ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３とガラス封止部６とは熱膨張率が同等であるため、高温で接着された後、常温あるいは低温状態としても剥離、クラック等の接着不良が生じにくい。しかも、ガラスは引っ張り応力にはクラックが生じ易いが、圧縮応力にはクラックは生じにくく、ガラス封止部６はガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３に対しやや熱膨張率が小さいものとしてある。発明者の確認では、−４０℃←→１００℃の液相冷熱衝激試験１０００サイクルでも剥離、クラックは生じていない。また５ｍｍ×５ｍｍサイズのガラス片のセラミック基板への接合基礎確認として、ガラス、セラミック基板とも種々の熱膨張率の組み合わせで実験を行った結果では、熱膨張率が高い方の部材に対する低い方の部材の熱膨張率の比が０．８５以上ではクラックを生じない接合を行うことができた。部材の剛性やサイズ等にも依存するが、熱膨張率が同等というのは、この程度の範囲を示す。
（４）フリップチップ接合によりワイヤを不要できるので、高粘度状態での加工に対しても電極の不具合を生じない。封止加工時の低融点ガラスの粘度は１０８から１０９ポアズと硬く、熱硬化処理前のエポキシ樹脂が５ポアズ程度の液状であることと比較して物性が大きく異なるため、素子表面の電極とリード等の給電部材とをワイヤで電気的に接続するフェイスアップ型のＬＥＤ素子を封止する場合、ガラス封止加工時にワイヤが押し潰されたり変形するが、これを防げる。また、素子表面の電極を金（Ａｕ）等のバンプを介してリード等の給電部材にフリップチップ接合するフリップチップ型のＬＥＤ素子を封止する場合、ガラスの粘度に基づいてＬＥＤ素子に給電部材方向への圧力が付加され、そのことによるバンプの潰れやバンプ間での短絡が生じるが、これも防ぐことができる。
（５）低融点ガラスとガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３とを平行にセットし、高粘度状態でホットプレス加工することで、低融点ガラスがガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３の表面に平行移動して密着し、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２を封止するためにボイドが生じない。
（６）ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３の配線用回路パターン４はビアホール３Ａにて裏面に引き出されるため、ガラスが不必要な箇所へ入り込むことや、電気端子が覆われること等への特別な対策をとることなく板状の低融点ガラスを複数デバイスに対して一括封止加工するだけで、ダイサーカットに基づいて複数の発光装置１を容易に量産することができる。なお、低融点ガラスは高粘度状態で加工されるため、樹脂のように充分な対策をとる必要はなくビアホールによらなくても外部端子が裏面に引き出されていれば充分に量産対応可能である。
（７）ＧａＮ系ＬＥＤ素子２をフリップ実装とすることで、ガラス封止を具現化するにあたっての問題点を克服するとともに０．５ｍｍ角といった超小型の発光装置１を具現化できるという効果もある。これは、ワイヤのボンディングスペースが不要で、かつ、ガラス封止部６とガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板３とは同等の熱膨張率部材が選択されるとともに、化学結合に基づく強固な接合によって、わずかなスペースでの接着でも界面剥離が生じないことによる。
（８）さらに、ガラス封止部６のＰ２Ｏ５比を５０％以下としたことにより、高湿度の環境においても安定した耐湿性を有し、白濁を生じにくくすることができる。
（９）さらに、ガラス封止部６にＬｉ２Ｏを加えることで、耐候性の改善、低融点化、ガラスの安定化を図ることができる。
なお、第１の実施の形態では、ＬＥＤ素子としてＧａＮ系ＬＥＤ素子２を用いた発光装置１を説明したが、ガラス封止の適用可能なＬＥＤ素子はＧａＮ系ＬＥＤ素子２に限定されず、他の半導体材料からなる半導体発光素子であっても良い。
また、第１の実施の形態で用いたＰ２Ｏ５−ＺｎＯ−Ｌｉ２Ｏ系の低融点ガラスに蛍光体を含有し、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２から放射された光で励起されることにより生じる励起光を、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２から放射される光と混合することにより波長変換を行う波長変換型の発光装置１とすることもできる。
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る固体素子デバイスとしての発光装置を示し、同図中、（ａ）は発光装置の平面図、（ｂ）は（ａ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）は下部ガラスの斜視図である。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る固体素子デバイスとしての発光装置を示し、同図中、（ａ）は発光装置の平面図、（ｂ）は（ａ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）は下部ガラスの斜視図である。
発光装置１は、フェイスアップ型のＧａＮ系ＬＥＤ素子２と、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２をマウントするリードカップ部１９Ｂを有した電力受供給部としてのリード１９と、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２とリード１９とを電気的に接続するワイヤ１０と、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２およびワイヤ１０を覆って保護するシリコン樹脂コート３５とを備え、プレフォームされた上部ガラス６０Ａおよび下部ガラス６０ＢによってＧａＮ系ＬＥＤ素子２およびリード１９をＰ２Ｏ５−Ｆ系のガラス封止部６で一体的に封止して構成されている。
ガラス封止部６は、酸化物基準の重量％でＰ２Ｏ５：４３ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：４．３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：１８．９ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：１０．７ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：２３．５ｗｔ％、およびＦ：１１ｗｔの組成、そしてＴｇ：３２６℃、Ａｔ：３５４℃、α：１８．０×１０−６、ｎｄ：１．５０、νｄ：６９．８の特性のものを用いる。
リードカップ部１９Ｂは、傾斜面１９０および底面１９１によってすり鉢状に形成されており、（ｃ）に示す下部ガラス６０Ｂのリード収容溝６０Ｃに収容される。リード収容溝６０Ｃは、下部ガラス６０Ｂを図示しない金型でプレフォームする際に形成される。
（発光装置の製造方法）
次に、第２の実施の形態における発光装置１の製造方法について説明する。まず、銅を材料とし、表面に銀めっき処理が施された一対のリード１９を備えた図示しないリードフレームを用意する。次に、リード１９のリードカップ部１９ＢにＧａＮ系ＬＥＤ素子２をマウントする。ＧａＮ系ＬＥＤ素子２は、無機透明接着剤によってリードカップ部１９Ｂの底面１９１に接着される。次に、一対のリード１９とＧａＮ系ＬＥＤ素子２の電極とを、ワイヤ１０で電気的に接続する。
次に、第２の実施の形態における発光装置１の製造方法について説明する。まず、銅を材料とし、表面に銀めっき処理が施された一対のリード１９を備えた図示しないリードフレームを用意する。次に、リード１９のリードカップ部１９ＢにＧａＮ系ＬＥＤ素子２をマウントする。ＧａＮ系ＬＥＤ素子２は、無機透明接着剤によってリードカップ部１９Ｂの底面１９１に接着される。次に、一対のリード１９とＧａＮ系ＬＥＤ素子２の電極とを、ワイヤ１０で電気的に接続する。
次に、一対のリード１９とＧａＮ系ＬＥＤ素子２とが電気的に接続された状態で、予めプレフォームされた下部ガラス６０Ｂのリード収容溝６０Ｃに収容する。次に、一対のリード１９とＧａＮ系ＬＥＤ素子２とが覆われるように、シリコン樹脂コート３５をポッティングする。次に、上部ガラス６０Ａを用意し、ホットプレス加工に基づいて下部ガラス６０Ｂと一体化する。次に、リードフレームから発光装置１を切り離す。
（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
上記した第２の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）第１の実施の形態の発光装置と同様に、Ｐ２Ｏ５−Ｆ系による低融点ガラスをガラス封止部６に用いたことにより、高湿度の環境においても安定した耐湿性を有し、白濁を生じにくくすることができる。また、フッ素による撥水効果により、８５℃、Ｒｈ８５％、１０００ｈでも全く変化を生じないものとすることができる。
（２）シリコン樹脂はおよそ４００℃以上で、熱によって分子結合が切れ、ガスが発生するが、シリコン樹脂コート３５を熱分解しない３６０℃での加工が可能になるので、ガラス封止加工時の熱をシリコン樹脂で吸収し、応力を緩和することができる。
（３）リードカップ部１９Ｂを収容するプレフォームされた下部ガラス６０Ｂを用いることで、一対のリード１９を安定してガラス封止することができる。
（４）リードフレームに対してホットプレス加工を行い、リードへ個別にガラス封止するとともにリードフレームからタイバーカットすることで、一括的な製造が可能になり、生産性を向上させることができる。
（５）Ｃｕ等の軟金属によって形成された一対のリード１９はガラス材と比べて弾性に富むことから、仮に、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２に対して熱膨張率の差が１５０％から５００％の範囲であれば、ガラス材との良好な接着性を維持しながら熱収縮差に基づく応力を構造的に吸収することができる。このことから、一対のリード１９をガラス材で挟み込んで封止する場合でもクラック等の不良を生じることはない。
Ｐ２Ｏ５−Ｆ系の低融点ガラスとしては、本発明者らの検討によると、酸化物基準の重量％でＰ２Ｏ５：３４〜５０ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：２〜９ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：７〜２８ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：３〜２７ｗｔ％、但し、Ｒ２Ｏの合量が１７〜４１％（Ｒ：Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）、Ａｌ２Ｏ３：６．５〜３０ｗｔ％、およびＦ：１．５〜３２ｗｔの組成が、本実施の形態におけるガラス封止部６として好ましい特性を示すことを確認している。
なお、上記した組成範囲とすることで、Ｔｇ：２３０〜３５０℃、Ａｔ：２６０〜３９０℃、α：１５．０〜２８．０×１０−６、ｎｄ：１．４３〜１．５５となる。また、この組成範囲とすれば、耐湿性に加え、約４００℃以下のガラス封止が可能になるが、耐湿性のみが求められる場合には、酸化物基準の重量％で６〜５０ｗｔ％のＰ２Ｏ５と１〜４５ｗｔ％のＦとを含む低融点ガラスであれば良い。
また、他のＰ２Ｏ５−Ｆ系低融点ガラスとして、モル％でＰ２Ｏ５：３．０〜８．０ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３：０．１〜２．０ｍｏｌ％、ＢａＯ：１．０〜７．０ｍｏｌ％、ＡｌＦ３：３５．５〜４１．０ｍｏｌ％、ＭｇＦ２：８．０〜１３．０ｗｔ％、ＣａＦ２：１６．０〜２６．０ｍｏｌ％、ＳｒＦ２：１５．０〜２１．０ｍｏｌ％、ＢａＦ２：３．５〜１０．０ｍｏｌ％、ＮａＦ２：１．０〜６．０ｍｏｌ％の範囲からなるものであっても良い。
また、更に他のＰ２Ｏ５−Ｆ系低融点ガラスとして、Ａｌ（ＰＯ３）２：１５〜３２ｗｔ％、Ｂａ（ＰＯ３）２：０〜１０ｗｔ％、Ｓｒ（ＰＯ３）２：０〜１０ｗｔ％、Ｃａ（ＰＯ３）２：０〜１０ｗｔ％、Ｍｇ（ＰＯ３）２：０〜１０ｗｔ％、メタ燐酸塩合量で２０〜３２ｗｔ％、ＢａＦ２：２０〜７０ｗｔ％、ＳｒＦ２：５〜４０ｗｔ％、ＣａＦ２：０〜１５ｗｔ％、ＭｇＦ２：０〜１０ｗｔ％、ＡｌＦ３：０〜５ｗｔ％、ＧｄＦ３：０〜５ｗｔ％、フッ化物合量で５５〜７５ｗｔ％、Ｇｄ２Ｏ３：５〜２２ｗｔ％、Ｌａ２Ｏ３：０〜７ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３：０〜１０ｗｔ％、Ｙｂ２Ｏ３：０〜１０ｗｔ％、希土類合量で５〜２２ｗｔ％の範囲からなるものであっても良い。
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、ガラス封止部６の表面に耐湿性、耐酸・アルカリ性向上用の表面処理（コーティング）を施しても良い。この場合、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等の表面処理が有効である。また、反射防止多層膜等により界面反射を減じる処理でも良い。この場合、ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２多層コートが有効である。
また、第１の実施の形態において、ガラス封止部６の表面の全体をエポキシ樹脂からなる半球状等のオーバーモールド部をトランスファーモールド法等によって設け、耐湿性を更に向上させることもできる。このオーバーモールド部は、エポキシ樹脂以外の他の樹脂材料、例えば、シリコン樹脂によって形成されても良く、トランスファーモールド法以外のポッティングモールド法等の成型手法を適用することも可能である。
また、オーバーモールド部は、アクリル、ポリカーボネート等の樹脂材料を用いてインジェクション法によって形成することも可能であり、この場合には生産性を向上させることができる。更に、オーバーモールド部に蛍光体を含有させても良い。蛍光体としては、ＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体、珪酸塩蛍光体、あるいはこれらを所定の割合で混合したもの等であっても良い。
また、固体素子としては、上記したＬＥＤ素子の他に、例えば、受光素子、太陽電池等の他の光学素子であってもよい。
１、発光装置 ２、ＧａＮ系ＬＥＤ素子 ３、ガラス含有Ａｌ２Ｏ３基板
３Ａ、ビアホール ４、回路パターン ５、スタッドバンプ
６、ガラス封止部 ６Ａ、上面 ６Ｂ、側面 ７、封止体 １０、ワイヤ
１９、リード １９Ｂ、リードカップ部 ２０、基板 ２１、バッファ層
２２、ｎ型層 ２３、発光する素子を含む層 ２４、ｐ型層 ２５、ｐ電極
２６、ｎ電極 ３５、シリコン樹脂コート ６０Ａ、上部ガラス ６０Ｂ、下部ガラス
６０Ｃ、リード収容溝 １９０、傾斜面 １９１、底面
３Ａ、ビアホール ４、回路パターン ５、スタッドバンプ
６、ガラス封止部 ６Ａ、上面 ６Ｂ、側面 ７、封止体 １０、ワイヤ
１９、リード １９Ｂ、リードカップ部 ２０、基板 ２１、バッファ層
２２、ｎ型層 ２３、発光する素子を含む層 ２４、ｐ型層 ２５、ｐ電極
２６、ｎ電極 ３５、シリコン樹脂コート ６０Ａ、上部ガラス ６０Ｂ、下部ガラス
６０Ｃ、リード収容溝 １９０、傾斜面 １９１、底面
Claims (12)
- 固体素子と、
前記固体素子に対して電力の受供給を行うセラミック基板と、
前記固体素子を封止し、Ｐ２Ｏ５を４５〜５０ｗｔ％、ＺｎＯを１５〜３５ｗｔ％含有するＰ２Ｏ５−ＺｎＯ系からなりガラス転位温度が３５０〜４００℃の低融点ガラスによって設けられるガラス封止部とを有し、
前記低融点ガラスは、Ｐ ２ Ｏ ５ ：４５〜５０ｗｔ％、Ｌｉ ２ Ｏ：３〜６ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜３．５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜１５ｗｔ％、ＢａＯ：０〜３０ｗｔ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｗｔ％、ＺｒＯ ２ ：０〜１ｗｔ％、Ｎｂ ２ Ｏ ５ ：０〜１．５ｗｔ％、およびＡｌ ２ Ｏ ３ ：０〜５ｗｔ％の範囲からなり、ＲＯ（Ｒ：Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）の合計が３８〜４９ｗｔ％であり、
前記セラミック基板と前記ガラス封止部につき、熱膨張率が高い方の部材に対する低い方の部材の熱膨張率の比が０．８５以上であることを特徴とする固体素子デバイス。 - 前記低融点ガラスは、屈伏点が３７５〜４５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の固体素子デバイス。
- 前記低融点ガラスは、熱膨張率が１０．０〜１４．０×１０−６／℃であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体素子デバイス。
- 前記低融点ガラスは、アッベ数が５９．０〜６４．０であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
- 前記低融点ガラスは、屈折率が１．５８〜１．６２であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
- 前記固体素子は、フリップ実装されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
- 前記セラミック基板は、前記固体素子をマウントする側に設けられる第１の導電パターンと、その裏面側に設けられる第２の導電パターンと、およびその両側を電気的に接続する第３の導電パターンとを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
- 前記ガラス封止部は、表面に耐湿、耐酸、耐アルカリ性を付与するコーティング処理が施されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
- 前記固体素子は、光学素子であり、かつ、前記ガラス封止部は透光性材料であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
- 前記光学素子は、発光素子であることを特徴とする請求項９に記載の固体素子デバイス。
- 前記光学素子は、受光素子であることを特徴とする請求項９に記載の固体素子デバイス。
- 前記ガラス封止部は、表面を樹脂でオーバーモールドされていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
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