JP2006080316A - 固体素子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 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、さらに実装性に優れ、電気接続性、放熱性に優れる固体素子デバイスを提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ素子２のｐ電極２４およびｎ電極２５の実装面が回路パターン４に対して略同一面化するようにマウントされるので、ＬＥＤ素子２と回路パターン４との間に高粘度のガラスが回り込むことがなく、ガラスの回り込みによる電極へのダメージに基づく電気接続性の低下やクラックの発生を防ぐことができる。
【選択図】 図１

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、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、さらに固体素子の実装性、封止加工性、電気接続性、放熱性に優れる固体素子デバイスに関する。

従来、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）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、光学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、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、さらに固体素子の実装性、封止加工性、電気接続性、放熱性に優れる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、フリップ実装される固体素子と、前記固体素子の実装面を素子実装面に対して略同一面化するようにマウントして電力の受供給を行う電力受供給部と、前記電力受供給部と同等の熱膨張率を有して前記固体素子を封止する無機封止材料からなる無機封止部とを有す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、光学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、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、さらに固体素子の実装性、封止加工性、電気接続性、放熱性を向上させることができる。

（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ＬＥＤを示す縦断面図である。

このＬＥＤ１は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子（熱膨張率α：５〜７×１０^−６／℃）２と、ＬＥＤ素子２をマウントする無機材料基板としてのガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３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Ａｌ_２Ｏ_３基板３に形成される回路パターン４と、ＬＥＤ素子２のｐ電極２４およびｎ電極２５と回路パターンとを電気的に接続するＡｇペーストからなる導電性接着剤５と、ＬＥＤ素子２を封止するとともにガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３と接着される透明なガラスからなるガラス封止部６とを有する。本実施の形態において、ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３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おり、ＬＥＤ素子２のｐ電極２４およびｎ電極２５の接合面は、回路パターン４の表面と略同一面化するように電気的に接続されている。

ＬＥＤ素子２は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板２０の表面に、図示しないＡｌＮバッファ層を介してｎ−ＧａＮ層２１と、発光層２２と、ｐ−ＧａＮ層２３を順次結晶成長させることによって形成されており、ｐ−ＧａＮ層２３の表面に設けられるｐ電極２４と、ｐ−ＧａＮ層２３からｎ−ＧａＮ層２１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−ＧａＮ層２１に形成されるｎ電極２５とを有し、ｐ電極２４およびｎ電極２５の形成される実装面には、電気的接続を行う部分を除いて絶縁層３０が設けられている。このＬＥＤ素子２は７００℃以上でエピタキシャル成長され、耐熱温度は６００℃以上であり、後述する低融点ガラスを用いて封止加工を行うときの温度に対して安定である。ｐ電極２４は、Ｒｈによって形成されて発光層２２から発せられる光をサファイア基板２０の方向に反射する下面反射鏡としても機能する。そして、サイズは０．３４ｍｍ０．３４ｍｍ×厚さ０．０９ｍｍである。

ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３は、熱膨張率：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、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、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−Ｌｉ_２Ｏ系の低融点ガラス（熱膨張率：１１．４×１０^−６／℃、屈伏点：４１５℃、屈折率：１．５９、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Ａｌ_２Ｏ_３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、１０^４〜１０^９ポアズで加工するのが好ましい。

（ＬＥＤ１の製造方法）
このＬＥＤ１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Ａｌ_２Ｏ_３基板３を用意し、ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３の表面に回路パターン４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Ａｌ_２Ｏ_３基板３を１０００℃余で熱処理することによりＷをガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３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Ａｌ_２Ｏ_３基板３の回路パターン４表面（素子実装面側）に導電性接着剤５として高粘度タイプのＡｇペーストをスクリーン印刷する。このＡｇペーストを印刷された回路パターン４に対してＬＥＤ素子２を位置決めし、１５０℃で加熱処理することによってＡｇペーストを硬化させる。ＬＥＤ素子２は、ｐ電極２４およびｎ電極２５の実装面が回路パターン４表面に対して略同一面化するようにマウントされる。

次に、ＬＥＤ素子２をマウントしたガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３に対して板状のＰ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−Ｌｉ_２Ｏ系の低融点ガラスを平行にセットし、窒素雰囲気中で５００℃の温度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１０^８〜１０^９ポアズであり、低融点ガラスはガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３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Ａｌ_２Ｏ_３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、ＬＥＤ１を個別に分離する。

なお、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、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ＳｉＯ_２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、樹脂オーバーモールドする際などのクラックやボイド発生を防止することができる。

（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。

（１）Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−Ｌｉ_２Ｏ系の低融点ガラスを用い、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充分に低い加工が可能になり、封止加工性が向上する。

（２）ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３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ガラス封止を具現化できる。

（３）封止ガラスとガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板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内部応力が小であり、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、封止ガラスはガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板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ところ、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ることなく接合が行えることを確認した。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１０^８から１０^９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の潰れや変形を生じることがあるが、このような問題を生じない。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Ａｌ_２Ｏ_３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Ａｌ_２Ｏ_３基板の表面に平行移動して面状に密着するので、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Ａｌ_２Ｏ_３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要することなく、製造工程を簡略化できる。また、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できるので、ダイサーカットに基づいて複数のＬＥＤ１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ＬＥＤ１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、熱膨張率部材が同等のガラス封止部６とガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板３とが選択されるとともに、化学結合に基づく強固な接着によって、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）ＬＥＤ素子２のｐ電極２４およびｎ電極２５の実装面が回路パターン４に対して略同一面化するようにマウントされるので、ＬＥＤ素子２と回路パターン４との間に高粘度のガラスが回り込むことがなく、ガラスの回り込みによる電極へのダメージに基づく電気接続性の低下やクラックの発生を防ぐことができ、実装性の向上を図ることができる。

（９）ＬＥＤ素子２の素子面積に占める実装面積が大になるので、放熱性が向上し、ＬＥＤ素子２に温度むらが生じることを防げる。また、導電面積の拡大により電気接続性が向上し、ＬＥＤ１の大光量化、高出力化に余裕をもって対応することができる。

（１０）ＬＥＤ素子２の実装面以外の部分を絶縁層３０で覆っているので、ＡｇペーストがＬＥＤ素子２の実装面以外の部分に付着しても漏電流が流れることを防げる。

なお、第１の実施の形態では、導電性接着剤５としてＡｇペーストを用いた構成を説明したが、ガラス封止時の加圧によってＬＥＤ素子２の実装性が損なわれない物性を有するものであれば、Ａｇペースト以外の他の導電性接着剤５であっても良い。

また、ＬＥＤ素子２についても、フリップ実装可能なＬＥＤ素子であれば、ＧａＮ系ＬＥＤ素子以外の他のＬＥＤ素子についても適用することができる。また、ＬＥＤ素子以外の光学素子として、例えば、受光素子であっても良い。

（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ＬＥＤを示す縦断面図である。以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については同一の引用数字を付している。

このＬＥＤ１は、第１の実施の形態で説明したＬＥＤ素子２のｎ電極２５に位置する部分に導電性接着剤５として高粘度タイプのＡｇペーストをスクリーン印刷し、ｐ電極２４についてはＡｇペーストを介さずに回路パターン４に直に密着させた構成において第１の実施の形態と相違している。

（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。

（１）ガラス加工時の高温状態ではガラスに内部応力は生じないが、ガラスが冷却されるにつれて収縮し、その結果、ＬＥＤ素子２はガラス封止部６やサファイア基板２０から圧縮応力を受けるので、ｐ電極２４の実装面が回路パターン４の素子実装面に略同一面化するように密着する。このため、Ａｇペーストを用いなくとも信頼性に優れる電気的接続性が得られる。

なお、エポキシ樹脂や、シリコン樹脂によるＡｕスタッドバンプを用いたフリップ実装では、半田リフロー炉処理等で樹脂の引張応力に起因する断線が生じることがある。樹脂硬化温度より高温の雰囲気で、ＬＥＤ素子２より熱膨張率の大きい樹脂が相対的に大きく膨張するためである。これに対し、本発明の固体素子デバイスでは、３００℃程度の鉛フリー半田のリフロー炉処理雰囲気でも、ガラス封止の加工温度より低いので、ＬＥＤ素子２へは圧縮応力がかかった状態のままであり、断線は生じない。

ここで、ＬＥＤ素子２が回路パターン４に対して位置ずれを生じることがなければ、ｎ電極２５についてもＡｇペーストで固定せず、回路パターン４上の所定の位置に配置した状態で低融点ガラスによるガラス封止を行っても良い。また、接着による位置決めを行う場合でも、実装面以外の部分を導電性接着剤でなく耐熱性接着剤によって仮止めするようにしても良い。

（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。

このＬＥＤ１は、素子側面での電気的接合および半導体層側での面実装を可能とするために、素子側面からｐコンタクト層２４０表面にかけての素子周縁に露出するように形成されたｐ電極２４およびｎ電極２５とを有するＬＥＤ素子２をＡｌ_２Ｏ_３基板（熱膨張率：７×１０^−６／℃）３００に設けられる回路パターン４にマウントし、ＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５系の低融点ガラス（熱膨張率：７×１０^−６／℃、屈折率：１．７）からなるガラス封止部６で封止した構成において第１の実施の形態と相違している。ここでいう素子周縁とは、例えば、図３に示すＬＥＤ素子２の側面、および絶縁層３１の設けられるＧａＮ系半導体層実装面の縁である。

ＬＥＤ素子２は、サファイア基板２０上にＡｌＮバッファ層２００と、ｎ−ＧａＮ層２１と、発光層２２と、ｐ−ＧａＮ層２３と、ｐ−ＧａＮ層２３に電流を拡散させるｐコンタクト層２４０とを順次積層し、ＧａＮ系半導体層の側面に光透過性を有する絶縁層３０と、ｐ−ＧａＮ層２３からｎ−ＧａＮ層２１にかけてエッチングで除去することにより露出したｎ−ＧａＮ層２１に設けられるｎ電極２５と、サファイア基板２０上のＡｌＮバッファ層２００からｐコンタクト層２４０にかけてのＧａＮ系半導体層の側面に設けられるｐ電極２５と、ｎ電極２４からｐ電極２５にかけての素子表面を覆う光透過性を有する絶縁層３１とを有する。

Ａｌ_２Ｏ_３基板３００は、回路パターン４の表面に電解めっきによって半田からなる薄膜の導電めっき層４０が形成されている。

（ＬＥＤ１の製造方法）
このＬＥＤ１の製造方法するには、まず、Ａｌ_２Ｏ_３基板３００に設けられて素子実装面となる回路パターン４の表面に半田の電解めっきによって導電めっき層４０を形成する。次に、回路パターン４の所定の位置に絶縁層３１の形成面が密着するようにＬＥＤ素子２を位置決めする。次に、ＬＥＤ素子２を位置決めされたＡｌ_２Ｏ_３基板３００をリフロー炉に入れて加熱する。この加熱に基づいて導電めっき層４０が溶融し、ｎ電極２４およびｐ電極２５の実装面が回路パターン４の素子実装面に略同一面化するように半田接合される。

次に、ＬＥＤ素子２をマウントしたＡｌ_２Ｏ_３基板３００に対して板状のＳｉＯ_２−Ｎｂ_２Ｏ_５系の低融点ガラスを平行にセットし、窒素雰囲気中で５００℃の温度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１０^８〜１０^９ポアズであり、低融点ガラスはＡｌ_２Ｏ_３基板３００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Ａｌ_２Ｏ_３基板３００をダイサーにセットしてダイシングすることにより、ＬＥＤ１を個別に分離する。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によると、以下の効果が得られる。

（１）実装面から側面にかけてｎ電極２４およびｐ電極２５が露出したＬＥＤ素子２を回路パターン４に密着するようにマウントしているので、ガラス封止時に実装面へのガラス回り込みを阻止して有効な接合面積が得られる。このことにより、発光層２２の発光に基づいて生じる熱を速やかにＡｌ_２Ｏ_３基板３００に熱伝導させることができ、放熱性を向上させることができる。

（２）ｎ電極２４およびｐ電極２５が回路パターン４に対して半田からなる導電めっき層４０を介して接合されるので、電極以外の他の部分に半田が付着することがなく、漏電流による電気的特性の低下を防ぐことができる。

（３）素子周縁に露出するように電極形成されたＬＥＤ素子２を面実装することによって、素子全体に占める発光エリアを大にでき、高輝度化を図ることができる。

（４）めっき処理により、はんだが薄膜形成されているので、ｎ電極２４とｐ電極２５との間隔を狭くでき、かつ、短絡が生じにくいものとできる。

なお、第３の実施の形態では、素子周縁に露出した電極を有するＬＥＤ素子２を面実装したＬＥＤ１を説明したが、第１の実施の形態で説明したＬＥＤ素子２を導電めっき層４０を介して回路パターン４に接合しても良い。この場合には、半田が実装面以外の部分に回り込むことがないので、漏電流による電気的特性の低下は生じない。

また、第１の実施の形態で説明したＬＥＤ素子２を用いる場合には、ｎ電極２４およびｐ電極２５の短絡を防ぐ絶縁層３０を省いたものであっても良い。

（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。

このＬＥＤ１は、発光ピーク波長３８０ｎｍ程度のＬＥＤ素子２を有するとともに、ＬＥＤ素子２のｎ電極２４およびｐ電極２５にＮｉ層４１とＡｕ層４２からなる導電めっき層４０を設けた構成において第３の実施の形態と相違している。

導電めっき層４０は、ｎ電極２４およびｐ電極２５の表面に厚さ２０μｍでＮｉ層４１を形成し、その表面にフラッシュめっきによってＡｕ層４２を形成することにより構成されている。この導電めっき層４０によると、超音波併用熱圧着によってＡｕ層４２が溶融し、ｎ電極２４およびｐ電極２５の実装面が回路パターン４の素子実装面に略同一面化するように接合される。

（第４の実施の形態の効果）
上記した第４の実施の形態によると、以下の効果が得られる。

（１）導電めっき層４０がＮｉおよびＡｕによって構成されているので、ＬＥＤ素子２のマウント時に溶融した導電めっき層４０がガラス封止時の熱によって再度溶融することがなく、一度固定されたＬＥＤ素子２がガラス封止時に位置ずれを生じることなく固定状態が安定し、封止加工性および信頼性の向上を図ることができる。

（２）ＬＥＤ素子２から放射される３８０ｎｍ程度の光に対して耐性を有するガラス封止部６で封止しているので、長期にわたって安定した発光特性を有する近紫外光ＬＥＤ１を容易に具現化することができる。

（３）ＬＥＤ素子２の実装時に仮接着ができれば、その後のガラス封止によって圧縮応力によるＬＥＤ素子２とＡｌ_２Ｏ_３基板３００との電極間の接合を図ることができる。これは、ＬＥＤ素子２に対してガラス封止部６の熱膨張率が大きい場合のみでなく、同等であっても、ＬＥＤ素子２が固体素子デバイスの中央部に位置しているという形状的効果によるものである。但し、一方で、ＬＥＤ素子２に対してガラス封止部６の熱膨張率が４倍以上あると、ＬＥＤ素子２のサイズやガラス物性にもよるが、ガラスにクラックが生じ、サンプル成立しなくなる。

（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。

このＬＥＤ１は、第４の実施の形態で説明した導電めっき層４０を回路パターン４の素子実装面に設けた構成において第５の実施の形態と相違している。

（第５の実施の形態の効果）
第５の実施の形態によると、ＬＥＤ素子２に導電めっき層４０を設けることなく、超音波併用熱圧着によって電極２４およびｐ電極２５の実装面を回路パターン４の素子実装面に略同一面化するように接合できるので、第４の実施の形態の好ましい効果に加えて既成のＬＥＤ素子２に対してめっき加工を施すことなく、安定した素子固定を実現でき、封止加工性および信頼性の向上を図ることができる。

（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。

このＬＥＤ１は、第４の実施の形態で説明したＬＥＤ１のガラス封止部６の表面に、アナターゼ構造のＴｉＯ_２からなるコーティング層１０を施したものであり、ＬＥＤ素子２から放射される３８０ｎｍ程度をピーク波長とする光によって励起されたＴｉＯ_２の光触媒作用によって空気中の有機物を捕獲して分解する構成において第４の実施の形態と相違している。

（第６の実施の形態の効果）
第６の実施の形態によると、ガラス封止部６の表面にコーティング層１０を設けているので、ＬＥＤ素子２から放射される光がコーティング層１０を構成するＴｉＯ_２に均一に照射されることにより、光触媒作用を促進させることができる。また、樹脂封止によるものでは、光触媒作用によってＬＥＤ素子２の封止樹脂自体が劣化するが、ガラス封止部６が安定な無機材料で形成されることにより、光劣化を生じることなく光触媒装置としての機能を長期にわたって安定的に発揮させることができる。

ガラス封止部６は、光に対して安定であるが、有機物の分解によって生じた水分が表面に長期間付着すると白濁を生じる材料もある。この場合、これを防ぐため、ガラス封止部６の表面に、例えば、ＭｇＦ等の光透過性を有するコーティングを施し、さらにその表面にコーティング層１０を形成しても良い。

なお、第６の実施の形態では、ＬＥＤ１の表面に光触媒部としてコーティング層１０を設ける構成を説明したが、ビーズ状のＴｉＯ_２粒子からなり、ビーズ間に通気性を有する光触媒部をＬＥＤ１の周囲に配置する構成としても良い。

上記した実施の形態では、ＬＥＤ素子２の封止材料をガラスとして説明したが、用途によってはガラスの一部が結晶化して白濁したものであっても良く、化学的に安定な無機材料で電力受供給部との良好な接合ができるものであれば、ガラス状態の材料に限るものではない。また、固体素子としてＬＥＤ素子を用いたＬＥＤを説明したが、固体素子はＬＥＤ素子に限定されず、例えば、受光素子、太陽電池等の他の光学素子であっても良い。

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ＬＥＤを示す縦断面図である。 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ＬＥＤを示す縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る固体素子デバイスとしてのＬＥＤを示す縦断面図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ、２…ＬＥＤ素子、３Ａ…ビアホール、３…ガラス含有Ａｌ_２Ｏ_３基板、４…回路パターン、５…導電性接着剤、６…ガラス封止部、６Ａ…上面、６Ｂ…側面、１０…コーティング層、２０…サファイア基板、２１…ｎ−ＧａＮ層、２２…発光層、２３…ｐ−ＧａＮ層、２４…ｐ電極、２５…ｎ電極、３０…絶縁層、３１…絶縁層、４０…導電めっき層、４１…Ｎｉ層、４２…Ａｕ層、２００…ＡｌＮバッファ層、２４０…コンタクト層、３００…Ａｌ_２Ｏ_３基板

Claims (16)

1. フリップ実装される固体素子と、
   前記固体素子の実装面を素子実装面に対して略同一面化するようにマウントして電力の受供給を行う電力受供給部と、
   前記電力受供給部と同等の熱膨張率を有して前記固体素子を封止する無機封止材料からなる無機封止部とを有することを特徴とする固体素子デバイス。
2. 前記電力受供給部は、導電パターンが形成された無機材料基板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。
3. 前記電力受供給部は、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無機材料基板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。
4. 前記無機材料基板は、前記無機封止部と化学反応接合することに基づいて前記固体素子を封止することを特徴とする請求項３に記載の固体素子デバイス。
5. 前記無機封止部は、前記無機封止材料としての低融点ガラスを１０^４〜１０^９ポアズの高粘度条件で加圧接合加工することにより設けられ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。
6. 前記固体素子は、前記実装面側に光反射性を有する電極を有す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。
7. 前記固体素子は、導電性接着剤を介して前記電力受供給部にマウントされ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。
8. 前記固体素子は、共晶材を介して前記電力受供給部にマウントされ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。
9. 前記固体素子は、前記実装面を有する電極が前記素子実装面に設けられる回路パターンに融着することに基づいて前記素子搭載基板にマウントされ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。
10. 前記無機封止部は、前記固体素子に対し同等から４倍の熱膨張率を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
11. 前記固体素子は、光学素子であり、かつ、前記無機封止材料は透光性材料であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
12. 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１１に記載の固体素子デバイス。
13. 前記発光素子は、前記無機封止部の表面に光触媒部を有することを特徴とする請求項１２項に記載の固体素子デバイス。
14. 前記光触媒部は、光透過性を有して前記無機封止部の表面を保護する保護層と、
    前記保護層の表面にＴｉＯ_２からなる光触媒層とを有することを特徴とする請求項１３に記載の固体素子デバイス。
15. 前記発光素子は、サファイア基板上に積層されたＧａＮ系半導体層を有するＧａＮ系発光素子であることを特徴とする請求項１２に記載の固体素子デバイス。
16. 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１１に記載の固体素子デバイス。

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