JP2006093711A - 半導体発光素子ユニット - Google Patents

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健源 王
Ren-Shuei Wang
仁水 王
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嘉芬 蔡
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Abstract

【課題】複合基板とフレキシブル接着剤を含む半導体発光素子ユニットを提供する
【解決手段】
半導体発光素子ユニットは、複合基板と、配線レイアウトキャリヤと、接続構造と、凹部と、半導体発光素子とを含む。接続構造は、複合基板と配線レイアウトキャリヤとを結合するために使用される。凹部は、配線レイアウトキャリヤにより形成され、複合基板に延伸する。半導体発光素子は、凹部に設けられ、配線レイアウトキャリヤと電気的に接続される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、半導体発光素子のパッケージに関し、具体的に、複合基板とフレキシブル接着剤を含む半導体発光素子ユニットに関する。
米国特許第6,501,103号は、発光ダイオード（Light Emitting Diode：LED）１と、回路基板２と、放熱基板３とを含むLEDユニットを開示している。LED１は、放熱板１０に固定されるダイ１２と、プリント配線板１３と電気的に接続されるパッドとを含む。LED１は、回路基板２と放熱基板３に固定される。
前述の技術には、一般的に機械方法またははんだ付け方法を用いてプリント配線板１３と放熱板１０とを接続する。機械方法は、例えば、ねじで締める方法とバックルで留まる方法は、係る機械装置を設置するために大きなスペースが必要であるので、微細化小型の電子素子にとっては不利である。一方、はんだ付け方法は、異なる二つの材料を接続するために、一般的に450℃以上の高い温度ではんだを溶かす必要がある。通常、放熱板１０の材料は金属であり、例えば、熱膨張係数が約12×10−６／℃である銅などである。しかし、LED１２の材料の熱膨張係数は、一般的に12×10−６／℃より小さい、或いは、４×10−６／℃と8×10−６／℃との間にある。熱膨張係数の差により、高温を受ける放熱板１０とLED１２との間に変形と疲労が生じることがあるので、放熱板１０とLED１２を含む部品の信頼性が低くなる。二つの材料の熱膨張係数の差を小さくするために、従来には、低い熱膨張係数を持つセラミック材料、例えば窒化アルミニウム（AIN）を採用し、放熱板１０を形成する。しかし、AINのようなセラミック材料が高価なものであるので、部品の製造コストが高くなる。
ゆえに、本発明は、有効な放熱を実現し、且つ、異なる材料の熱膨張係数による悪影響を減らす部品を提供する。
本発明の目的は、LEDにおける効率的な放熱を実現し、且つ、異なる材料の熱膨張係数による悪影響を抑えることができる半導体発光素子ユニットを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の半導体発光素子ユニットは、熱膨張係数が12×10−６／℃以下である、且つ、熱伝導係数が150W／ｍK以上である複合基板と、配線レイアウトキャリヤと、複合基板と配線レイアウトキャリヤとを接続する接続構造と、配線レイアウトキャリヤに形成され、複合基板に延伸する凹部と、凹部において複合基板の片サイドに設置され、配線レイアウトキャリヤと電気的に接続される半導体発光素子とを含む。
更に、半導体発光素子ユニットは、フリップチップ構造であり、凹部表面の少なくとも一部に形成される電気接点は、半導体発光素子及び配線レイアウトキャリヤと電気的に接続される。
複合基板の材料は、金属基複合材料（Metal Matrix Composite：MMC）、高分子基複合材料（Polymer Matrix Composite：PMC）、セラミック基複合材料（Ceramic Matrix Composite：CMC）、或いはそれらの相当物または組み合わせ物である。
ところで、半導体発光素子の熱膨張係数と複合基板の熱膨張係数との差が、10×10−６／℃以下である。
配線レイアウトキャリヤは、半導体基板、プリント配線板（Printed Circuit Board：PCB）、フレキシブルプリント回路（Flexible Printed Circuit：FPC）、シリコン基板、セラミック基板、或いはそれらの相当物または組み合わせ物である。
本発明における半導体発光素子ユニットにおいて、接続構造は、フレキシブル接着層を含む。フレキシブル接着層の材料は、樹脂（Benzocyclobutene：BCB）、エポキシ、ポリイミド、SOG（Spin On Glass）材料、シリコン、はんだ、或いはそれらの相当物または組み合わせ物であることが好ましい。
本発明における半導体発光素子ユニットにおいて、接続構造は、半導体発光素子を半導体基板に共晶結合で接続する複数の金属層を含む。
本発明における半導体発光素子ユニットにおいて、接続構造は、複合基板と配線レイアウトキャリヤとの間の結合強度を強化するフレキシブル接着層の片サイドに形成される反応層を更に含み、この反応層の材料は、窒化ケイ素（SiNx）、エポキシ、チタニウム（Si）、クロミウム（Cr）、或いはそれらの相当物または組み合わせ物である。
本発明における半導体発光素子ユニットにおいて、凹部はテーパー状に生成され、或いは、漏斗状である。ところで、凹部は、光束の射出効率を促す反射層をさらに含む。
本発明における半導体発光素子ユニットは、凹部を覆う光束透過部材、例えば光学レンズを含む。
本発明における半導体発光素子ユニットは、半導体発光素子の上に配置され、半導体発光素子からの光波長を変換する波長変換材料を含み、この波長変換材料は、蛍光粉、カラーフィルター、或いはそれらの相当物または組み合わせ物である。
本発明における半導体発光素子ユニットは、複合基板と接続構造との間に形成される平坦化層を含み、この平坦化層は、ニッケル（Ni）或いは接続構造に接着できる他の材料を含む。
また、前述の半導体発光素子は、発光ダイオード（LED）、レーザダイオード（LD）、或いはそれらの相当物または組み合わせ物である。
本発明における半導体発光素子ユニットは、複合基板と組み立てられ、複合基板の放熱を促す対流式熱交換装置を更に含む。
本発明は、LEDにおける有効な放熱を実現し、且つ、異なる材料の熱膨張係数による悪影響を減らすことができる半導体発光素子ユニットを提供する。
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
第一の実施例
図１Aと図１Bは、第一の実施例における半導体発光素子ユニット１の構造を示す図である。
凹部１３は、配線レイアウトキャリヤ１１に形成され、配線レイアウトキャリヤ１１は、接続構造１２により複合基板１０と接続される。半導体発光素子１４は、凹部１３に固定され、導線１７は、配線レイアウトキャリヤ１１に形成される電気接点２０と半導体発光素子１４とを接続するために使用される。半導体発光素子１４と複合基板１０の熱膨張係数の差は実質的に10×10−６／℃以下であるので、半導体発光素子１４と複合基板１０との間の熱応力は小さくなる。複合基板１０は、半導体発光素子ユニット１のサポートベースであるのみならず、半導体発光素子１４の放熱媒体でもある。
半導体発光素子１４は、例えば、LEDまたはLDである。本発明の半導体発光素子１４は、基本的にダイであり、パッケージされていないダイであることが好ましい。よって、ダイより生成された熱が比較的短い距離で複合基板１０に伝達されることできる。半導体発光素子１４としてのダイの熱膨張係数は、1×10−６／℃と10×10−６／℃との間の値である。例えば、GaNの熱膨張係数は、5.4×10−６／℃であり、InPの熱膨張係数は、4.6×10−６／℃であり、GaPの熱膨張係数は、5.3×10−６／℃である。
半導体発光素子１４の熱膨張係数とマッチングし、半導体発光素子１４とそのコンタクト材料との間に生じる余分な熱応力を抑えるために、本発明は、複合基板１０を半導体発光素子ユニット１のサポートベースとして使用する。配線レイアウトキャリヤ１１と半導体発光素子１４をサポートする他に、複合基板１０は、放熱媒体としても使用される。複合基板１０の材料は、半導体発光素子１４と複合基板１０の熱膨張係数の差を10×10−６／℃以下にするために適切に選択される。これにより、半導体発光素子１４と複合基板１０との間における熱応力による影響が小さくなる。
上記の複合材料は、一般的に二つ以上の材料からなり、この二つ以上の材料は、他の分子や原子構造を形成しない。一般的に言えば、この複合材料は、それぞれの材料の利点を組み合わせ、元の材料より良い物理的な性能を得ることができる。この複合材料は、一般的に軽量、高強度、優れた熱特性などの利点を有する。この複合材料は、金属基複合材料（Metal Matrix Composite：MMC）、高分子基複合材料（Polymer Matrix Composite：PMC）、セラミック基複合材料（Ceramic Matrix Composite：CMC）から選択される。これらの複合材料は、それぞれ炭素ファイバーまたはセラミックファイバーを金属、高分子及びセラミックと混合することにより生成される。半導体発光素子１４により生成された熱を伝達するために、熱伝導係数が１５０W／ｍK以上である、且つ、熱膨張係数が10×10−６／℃以下である金属基複合材料、例えば、アルミニウム基複合材料（熱伝導係数が約１００〜６４０W／ｍKであり、熱膨張係数が5〜10×10−６／℃である）を使用し、複合基板１０を形成することが望ましい。勿論、高分子基複合材料とセラミック基複合材料は、実際の要求に応じて使用されても良い。
配線レイアウトキャリヤ１１は、例えば、プリント配線板、フレキシブルプリント回路、シリコン基板或いはセラミック基板などである。半導体基板は、各種の半導体加工プロセス、例えばエッチングやスパッタリングなどを使用し、半導体基板に所望の回路を形成する。また、これらのプロセスは、半導体発光素子１４を形成するプロセスと統合されてもよい。シリコン基板の熱伝導係数と熱膨張係数は、それぞれ１５０W／ｍKと4×10−６／℃であり、複合基板１０、特に金属基複合材料の基板の熱伝導係数と熱膨張係数と近い。シリコン基板と複合基板１０の熱特性が近いため、シリコン基板と複合基板１０との間における熱応力が有効に抑えられ、熱伝導効率が向上される。勿論、プリント配線板とフレキシブルプリント回路は、実際の要求に応じて使用されても良い。
配線レイアウトキャリヤ１１は、接続構造１２により複合基板１０と結合される。接続構造１２は接着材料から生成され、好ましくは、フレキシブル接着層であり、更に好ましくは、室温或いは中低温で接着状態を保つことができるフレキシブル接着層である。フレキシブル接着層の材料が、樹脂（Benzocyclobutene：BCB）、エポキシ、ポリイミド、SOG（Spin On Glass）材料、シリコン、はんだ、或いはそれら相当する材料、または、それらの組み合わせである。これらのフレキシブル接着材料は、比較的低い温度（一般的に300℃以下）で硬化することができるので、これによって、複合基板１０と半導体発光素子１４との間に、或いは、複合基板１０と配線レイアウトキャリヤ１１との間に高温により生じる熱応力を抑えることができ、また、高温による半導体発光素子１４への損傷をも抑えることができる。
前述のフレキシブル接着層の他に、金属層を複合基板１０の上に、或いは、複合基板１０と半導体発光素子１４の上に形成してもよい。金属はんだ層、例えばAuSnが、金属層と半導体発光素子１４との間に、或いは、複合基板１０と半導体発光素子１４に形成された二つの金属層の間に形成され、これにより、金属はんだ層と金属層との間に共晶反応が発生し、半導体発光素子１４を複合基板１０に結合させる。
更に、ダイに生成された熱を比較的短い距離で複合基板１０に伝達するために、凹部１３、例えば、貫通穴やブラインドホールを配線レイアウトキャリヤ１１に形成し、半導体発光素子１４を収容する。凹部１３を複合基板１０に向う方向に沿って延伸し配線レイアウトキャリヤ１１に生成することが好ましい。便利に加工できるために、凹部１３は、配線レイアウトキャリヤ１１が複合基板１０に結合された後に形成されることが好ましい。配線レイアウトキャリヤ１１はプリント配線板である場合、凹部１３は機械的な方法、例えばドリリングやバンチングなどにより形成され、配線レイアウトキャリヤ１１は半導体基板である場合、凹部１３は従来の半導体加工プロセス、例えば化学エッチングやプラズマエッチングなどにより形成される。
複合基板１０は導電性である。半導体発光素子１４の陽極と陰極は同じサイドにあれば、且つ、半導体発光素子１４のエピタキシャル構造は導電体であれば、図１Aに示すように、複合基板１０と半導体発光素子１４とを絶縁させることで、電流漏れを防止でき、また、ESD機能を強化できる。または、接続構造１２は絶縁体であれば、半導体発光素子１４が複合基板１０と直接接触することを防止するために、凹部１３は、接続構造１２に延伸しても良い。または、図１Bに示すように、半導体発光素子１４は、絶縁材料２１により複合基板１０から分離されても良い。よって、凹部１３は複合基板１０に延伸し、半導体発光素子１４と複合基板１０との間の熱伝達経路が短くなる。しかし、実際の要求により、絶縁材料２１を用いて、半導体発光素子１４を複合基板１０から分離しても良い。逆に、半導体発光素子１４のエピタキシャル構造は絶縁体であり、或いは、能動層に対して絶縁され、半導体発光素子１４は、複合基板１０と直接接触し、或いは、他の材料、例えば、シルバー接着剤、絶縁材、或いははんだなどにより複合基板１０に固定されてもよい。
第二の実施例
図２は、第二の実施例における半導体発光素子ユニット１の構造を示す図である。
第一の実施例に説明したように、本発明の半導体発光素子１４は、接続構造１２により配線レイアウトキャリヤ１１と結合される。図２に示すように、接続構造１２は、フレキシブル接着層１２０１と、反応層１２０２と、或いは接続構造１２の接着を強化する反応層１２０３とを含む。フレキシブル接着層１２０１は、第一の実施例に説明した材料から形成されることができる。反応層１２０２は、フレキシブル接着層１２０１と配線レイアウトキャリヤ１１との間に形成され、反応層１２０３は、フレキシブル接着層１２０１と複合基板１０との間に形成され、フレキシブル接着層１２０１と配線レイアウトキャリヤ１１との間またはフレキシブル接着層１２０１と複合基板１０との間の接着を強化する。反応層１２０２或いは１２０３の材料は、例えば、窒化ケイ素（SiNx）、エポキシ、チタニウム（Si）、クロミウム（Cr）、或いは組み合わせ物である。反応層１２０２と１２０３は、先に物理的気相成長法（PVD）或いは化学的気相成長法（CVD）により、配線レイアウトキャリヤ１１と複合基板１０に形成されることができる。それから、フレキシブル接着層１２０１は、配線レイアウトキャリヤ１１及び／或いは複合基板１０の片サイドに形成される。次に、配線レイアウトキャリヤ１１は、適切な圧力及び／或いは温度により複合基板１０に固定され、結合される。
また、複合基板１０の表面は粗い場合、平坦化層１６は、複合基板１０の粗い表面を滑らかにするために複合基板１０の表面に形成される。よって、接続構造１２は、複合基板１０に接着されることができる。平坦化層１６の材料は、例えばニッケル（Ni）或いは接続構造１２に接着できる他の材料である。更に、半導体発光素子１４の陽極と陰極は同じサイドにある場合、半導体発光素子１４のエピタキシャル構造は、導電体であり、凹部１３は、平坦化層１６、接続構造１２或いは複合基板１０に延伸することができるので、半導体発光素子１４は、平坦化層１６、接続構造１２或いは複合基板１０に直接設置されることができる。
半導体発光素子１４の発光効率を高めるために、反射層１５は、半導体発光素子からの光束を同じ方向に反射と導向するために、凹部１３に形成される。反射層１５の材料は、光の反射材料、例えば金、シルバー、アルミニウム、錫などからなる。反射層１５は、各種の膜蒸着法により、凹部１３の内表面の一部或いは全部に形成される。更に、反射層１５は導電体である場合、半導体発光素子と反射層１５との間の絶縁を保つために、反射層１５は、半導体発光素子が複合基板１０を覆う領域に形成されないことが好ましい。また、反射層１５による反射効率を更に高めるために、凹部１３は、テーパー状に生成されることが好ましい。即ち、凹部１３の内壁は、漏斗状のスペースを形成する傾斜面である。
第三の実施例
図３Aから図３Hは、第三の実施例における半導体発光素子の組み立て構造を示す図である。前述の実施例に説明したように、半導体発光素子１４の陽極と陰極は、同じサイドにあり、導線１７は、陽極と陰極を電気接点２０に接続するために使用される。しかし、本発明の半導体発光素子１４は、フリッピチップ構造でも良い。即ち、陽極と陰極は、複合基板１０に対向する同じサイドにある。よって、半導体発光素子１４はフリップチップ構造である場合、導線１７は必要がない。また、図３Aから図３Dに示すように、電気接点２０aは、半導体発光素子１４の陽極と陰極とそれぞれ接続するために、凹部１３の内部に延伸する必要がある。
半導体発光素子１４と凹部１３に設けられる他の要素を保護するために、光束透過部材１８は、半導体発光素子１４の上の領域を覆う。また、半導体発光素子１４を保護する他に、導線１７、反射層１５及び光束透過部材１８は、半導体発光素子１４の発光効率を高めるために、或いは、半導体発光素子１４からの元の光束と異なる光パターンを提供するために適度に設計されることができる。光束透過部材１８は、光学レンズ、例えば凹面レンズ、散乱レンズなどであることが好ましい。
光束透過部材１８の材料は、例えば、エポキシ、アクリル樹脂、シクロオレフィン共重合体（COC）、ポリメチルメタクリレー（PMMA）、ポリカーボネート（PC）、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、シリコン或いはこれらの組み合わせ物、または光の透過を阻止できる他の材料である。
また、充填材料１８aは、光束透過部材１８により生成される応力集中を避けるために、光束透過部材１８と半導体発光素子１４との間に充填される。充填材料１８aは、例えばシリコンなどである。
波長変換材料１９を通過した半導体発光素子１４からの光束は、元の光束の波長と異なる波長を持つ光束に変換される。波長変換材料１９は、例えば、蛍光粉、カラーフィルター、或いはこれらの相当物または組み合わせ物である。
波長変換材料１９は、使用される場合、半導体発光素子14の上の領域を覆うために設置される。それから、光束透過部材１８は、図３Bに示すように、波長変換材料１９を限定と保護するために設けられる。
その代わりに、波長変換材料１９と光束透過部材１８は接着材料、例えばエポキシに混合されても良く、それから、図３Cに示すように、半導体発光素子１４の上の領域に設けられる。波長変換材料19は、光束透過部材１８或いは接着材料と混合せず、半導体発光素子の上の領域を堆積の形で覆うことが好ましい。波長変換材料19は堆積の形になる場合、図３Bに示すように、光束透過部材１８は、波長変換材料１９を保護するために波長変換材料１９の上に設けられることができる。
波長変換材料１９はカラーフィルターである場合、波長変換は、図３Dに示すように、半導体発光素子１４の光路にカラーフィルターを設置することにより実現されることができる。或いは、充填材料18aは、半導体発光素子１４を保護するために、且つ、光束透過にとって有利な屈折率勾配を形成するために、カラーフィルターの下に充填される。
図３Eから図３Gに示すように、波状の配列１８Bは、光束透過部材１８に形成される。波状の配列１８Bは、固定の波の伝搬方向、即ち、波状の配列１８Bの配列方向或いは波面方向を持つ波状の表面を有する。波状の配列１８Bに形成される波状の構造は、複数のマイクロレンズである。このマイクロレンズを通過した光は、各種の角度に屈折され、ぼやける。波状の配列１８Bによる光束の散乱効果を高めるために、各々のマイクロレンズの直径は、約５０〜６０μｍである。波状の配列１８Bの波は、連続的に設置される場合、二つの連続な波の頂点の間の距離は、１００μｍ〜１２０μｍである。
複数の半導体発光素子１４の配列方向は、波状の配列１８Bの配列方向、即ち、波面方向と平行する場合、波状の配列１８Bを通過した光束は、波状の配列１８Bの波面方向と平行する光パターンに変換される。よって、半導体発光素子１４と波状の配列１８Bの配列方向は共に直線状パターンに配列される場合、光束は、直線状パターンのように分布され、半導体発光素子１４と波状の配列１８Bの配列方向は共に曲線状パターン或いは放射状パターンに配列される場合、光束は、曲線状パターン或いは放射状パターンのように分布される。それにより、半導体発光素子１４の配列方向は、波状の配列１８Bの波面方向と平行またはほぼ平行すれば、半導体発光素子１４からの光束は、波面方向に沿って延伸する光パターンのように分布されることができる。
図３Hに示すように、光束透過部材１８は、翼状の突出の形状に形成され、翼状の突出部１８０１、凹状の開口１８０２及び光束の入射面１８０３を含む。凹状の開口１８０２は、光束の入射面１８０３から離れる位置に設置され、また、光束の入射面１８０３の向かい側のサイドに設置されることが好ましい。翼状の突出部１８０１は、凹状の開口１８０２から、凹状の開口１８０２の対向する二つのサイドに延伸し、翼の先端は、鋭い形に限られず、曲線状や平面であっても良い。光束透過部材１８は、縦方向に延伸し、また、翼状の突出部１８０１が延伸する方向と垂直する方向に延伸することが好ましい。
半導体発光素子１４からの光束の一部は、光束の入射面１８０３に入射し、凹状の開口１８０２により、凹状の開口１８０２の両サイドへ全反射され、翼状の突出部１８０１へ導向される。一方、半導体発光素子１４からの光束の他の部分は、光束の入射面１８０３を通過し、光束透過部材１８と周囲の光学媒体との間の屈折率差に適用されるスネルの法則に基づいて屈折される。よって、光束の一部は全反射されるので、凹状の開口１８０２から直接射出する光束が減少し、半導体発光素子１４からの光束が光束透過部材１８に局所光点を形成することを避ける。凹状の開口１８０２の形状は、V状或いはU状であり、また、それらの頂点は光束の入射面１８０３或いは半導体発光素子１４からの光束の射出方向に向かせる。
翼状の突出部１８０１に直接或いは間接入射する光束は、反射または屈折により翼状の突出部１８０１から射出し、或いは、翼状の突出部１８０１内における数回の内部反射が行われた後に、徐々にミックスされる。
また、波状の配列１８Bは、翼状の突出部１８０１、凹状の開口１８０２及び／または光束の入射面１８０３に形成されることができる。半導体発光素子１４の配列方向は、波状の配列１８Bの波面方向と、或いは、光束透過部材１８の縦方向と平行或いはほぼ平行する場合、前述のように、光束は、波面方向或いは縦方向に沿って分布する。
半導体発光素子１４は、例えば可視光或いは不可視光を発するLEDである。半導体発光素子１４は不可視光を発する場合、波長変換材料19は、不可視光により励起されることができ、可視光を生成できる材料である。
半導体発光素子14からの光束の波長は、紫外線（UV）、即ち１０〜４２０nm、好ましくは、２００〜４２０nmをカバーする場合、カラー光、例えば、赤、青、または緑光は、選択された、UV光により励起されることができる波長変換材料19により発されることができる。UV光により励起されることができ、赤光を発する波長変換材料１９は、例えば、Y2O2S:Eu,Bi、Y2O3S:Eu,Bi及び3.5MgO.0.5MgF2.GeO2:Mn＋４であり、それらの励起される波長は、330nm〜420mmである。UV光により励起されることができ、青光を発する波長変換材料１９は、例えば、BaMg2Al16O27:Eu、（SaBaCa）5（PO4）3Cl:Eu及びSr4Al14O25であり、それらの励起される波長は、220nm〜330mmである。UV光により励起されることができ、緑光を発する波長変換材料１９は、例えば、アルカリン・アース・シリケート・ホスホ（Alkaline Earth Silicate Phosphor）であり、好ましくは、ユウロピウム・アルカリン・アース・シリケート・ホスホ（Europium−Alkaline Earth Silicate Phosphor）であり、それらの励起される波長は、200nm〜420nmであり、好ましくは、360nm〜400nmであり、また、狭い波幅、例えば、35nmより小さいFWHM（Full Width Half Maximum）及びInGaN LEDにより発される緑光のFWHMを有するそれらの相当物、例えば、（SrBaMg）2SiO4:Euでも良い。
UV光により励起されることができ、緑光を発する他のホスホ（Phosphor）は、例えば、（Ba1-x-y-zCaxSryEuz）2（Mg1-wZnw）Si2O7（x＋y＋z＝１、0.05＞ｚ＞０及びｗ＜０．０５）、Ca8Mg（SiO4）Cl2:Eu,Mn、Ba2SiO4:Eu、Ba2MgSi2O7:Eu、BaAl2O4:Eu、SrAl2O4:Eu、或いはBaMg2Al16O27:Euなどであり、それらの励起される波長は、330nm〜420nmである。
波長変換材料19は、半導体発光素子ユニット１を形成するための、半導体発光素子14をパッケージ化するプロセスにおいて、半導体発光素子１４に形成されることができ、或いは、チップ製造プロセスにおいて、チップに直接形成されることができる。しかし、この場合、波長変換材料19を光束透過部材１８に、或いは、光束透過部材１８と半導体発光素子１４との間に設置することを避ける。波長変換材料１９をチップに直接形成する方法は、前述の実施例に説明したように、波長変更材料19の形成に適用されることができる。
また、本実施例はフリップチップ型の半導体発光素子14を例として説明しても、本発明はそれに限られない。前述の第二の実施例に示された半導体発光素子14は、ここで使用されることができる。
第四の実施例
図４Aと図４Bは、第四の実施例における半導体発光素子ユニット１の構造を示す図である。
半導体発光素子14の陽極と陰極は、異なるサイドにあり、即ち、一つは、複合基板１０から離れる領域にあり、もう一つは、複合基板に対向する領域にあり、且つ、導線１７により電気接点２０と簡単に接続されることができなく、同時に、複合基板１０は、導電体である場合、半導体発光素子14の一つの電極は、複合基板10と直接接続されることができる。この場合、図４Aと図４Bに示すように、複合基板１０は電気接点として使用され、或いは、底部電気接点23は、接続の接点として複合基板１０に設けられる。その代わりに、穴（図示せず）に貫通する導線は、半導体発光素子14を底部電気接点23に電気的に接続するために、複合基板10に形成されることができる。
また、放熱機能を強化するために、対流式熱交換装置22は、複合基板１０に設けられる。対流式熱交換装置22は、例えば、放熱フィン、多孔質セラミック材料、多孔質複合材料などであり、周囲の液体と自然或いは強制対流により、半導体発光素子１４から複合基板１０に伝達された熱を抑える。また、高い熱伝導係数により、熱が複合基板10において均一に分布されるので、複合基板の熱集中が、対流式伝熱装置22により減少されることができる。対流式熱交換装置22は、図４Aに示すように、複合基板１０と一体化として形成されることができ、或いは、図４Bに示すように、独立な要素として複合基板１０に付着されることができる。
前述の実施例に示された凹部13は、本発明の必需品ではない。言い換えれば、半導体発光素子１４は、凹部13が設けられない配線レイアウトキャリヤ11に設置されることができる。光束透過部材18及び／或いは波長変換材料１９は、半導体発光素子14を覆うために設置される。ここでは、光束透過部材18及び／或いは波長変換材料１９の形成手順は、図３Aから図３Dに示され、また、他の配置や処理も前述の実施例と同様である。
更に、本発明の半導体発光素子ユニット１は、図５に示すように、配列の形になっても良い。複数の凹部１３は、配線レイアウトキャリヤ１１に形成され、一つ以上の半導体発光素子１４は、各々の凹部１３に設置され、パラレル或いはシリーズでそれらの凹部１３と電気的に接続される。或いは、複数の半導体発光素子１４は、凹部１３の無い複合基板１０に設置されることもできる。配列の形になる半導体発光素子ユニットにおける構造は、前述の実施例とほぼ同じであるため、ここでは、説明を省略する。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
本発明の第一の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第一の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第二の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第三の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第四の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第四の実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の他の好適な実施例における半導体発光素子ユニットの構造を示す図である。
符号の説明
１ 半導体発光素子ユニット
１０ 複合基板
１１ 配線レイアウトキャリヤ
１２ 接続構造
１３ 凹部
１４ 半導体発光素子
１２０１ フレキシブル接着層
１２０２、１２０３ 反応層
１５ 反射層
１６ 平坦化層
１７ 導線
１８ 光束透過部材
１８a 充填材料
１８b 波状の配列
１８０１ 翼状の突出部
１８０２ 凹状の開口
１８０３ 光束の入射面
１９ 波長変換材料
２０ 電気接点
２０a 電気接点
２１ 絶縁材料
２２ 対流式伝熱装置
２３ 底部電気接点

Claims (33)

  1. 熱膨張係数が実質的に12×10−６／℃以下であり、熱伝導係数が実質的に150W／ｍK以上である複合基板と、
    配線レイアウトキャリヤと、
    前記複合基板と前記配線レイアウトキャリヤとを結合する接続構造と、
    前記複合基板の片側に設けられ、前記配線レイアウトキャリヤと電気的に接続される半導体発光素子と、
    を有する、
    半導体発光素子ユニット。
  2. 前記配線レイアウトキャリヤに形成され、前記複合基板に延伸する凹部を有し、
    前記半導体発光素子が前記凹部に設けられる、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  3. 前記複合基板の材料は、金属基複合材料、高分子基複合材料、セラミック基複合材料、または、それらの組み合わせを含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  4. 前記半導体発光素子の熱膨張係数と前記複合基板の熱膨張係数との差が、実質的に10×10−６／℃以下である、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  5. 前記配線レイアウトキャリヤは、半導体基板、プリント配線板、フレキシブルプリント回路、シリコン基板、セラミック基板、または、それらの組み合わせを含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  6. 前記接続構造は、フレキシブル接着層を含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  7. 前記フレキシブル接着層の材料は、樹脂、エポキシ、ポリイミド、SOG材料、シリコン、はんだ、或いはそれらの組み合わせを含む、
    請求項６に記載の半導体発光素子ユニット。
  8. 前記接続構造は、前記フレキシブル接着層の片側に形成された反応層を含む、
    請求項６に記載の半導体発光素子ユニット。
  9. 前記反応層の材料は、窒化ケイ素、エポキシ、チタニウム、クロミウム、或いはそれらの組み合わせを含む、
    請求項８に記載の半導体発光素子ユニット。
  10. 前記接続構造は、共晶接合により前記半導体発光素子と前記半導体基板とを接続する複数の金属層を含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  11. 前記凹部は、テーパー状に形成される、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  12. 前記凹部は、反射層を更に含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  13. 前記凹部を覆う光束透過部材を更に含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  14. 前記光束透過部材に形成され、波面方向を有する波状の配列を含む、
    請求項１３に記載の半導体発光素子ユニット。
  15. 前記半導体発光素子は、実質的に前記波面方向に沿って配列される、
    請求項１４に記載の半導体発光素子ユニット。
  16. 前記光束透過部材は、光学レンズである、
    請求項１３に記載の半導体発光素子ユニット。
  17. 前記光束透過部材は、
    前記半導体発光素子に対向する光入射面と、
    埋め込み開口と、
    前記埋め込み開口から前記埋め込み開口の反対する両側に延伸する翼状突出部と、
    を有する
    請求項１３に記載の半導体発光素子ユニット。
  18. 前記埋め込み開口は、前記光入射面に向いている頂点を有する、
    請求項１７に記載の半導体発光素子ユニット。
  19. 前記半導体発光素子の上に設けられ、光波長を変換するための波長変換材料を更に含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  20. 前記波長変換材料は、蛍光粉、カラーフィルター、または、それらの組み合わせを含む、
    請求項１９に記載の半導体発光素子ユニット。
  21. 前記複合基板と前記接続構造との間に形成される平坦化層を更に含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  22. 前記平坦化層は、ニッケルまたは前記接続構造に接着可能な材料を含む、
    請求項２１に記載の半導体発光素子ユニット。
  23. 前記半導体発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード、または、それらの組み合わせを含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  24. 前記半導体発光素子は、フリップチップの構造を有する、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  25. 前記凹部の表面の少なくとも一部に形成され、前記半導体発光素子及び前記配線レイアウトキャリヤと電気的に接続される電気接点を更に含む、
    請求項２４に記載の半導体発光素子ユニット。
  26. 前記複合基板と接続され、熱対流により前記複合基板を冷却するための対流式伝熱装置を更に含む、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  27. 前記対流式伝熱装置は、放熱フィン、多孔質セラミック材料、多孔質複合材料、または、それらの組み合わせを含む、
    請求項２６に記載の半導体発光素子ユニット。
  28. 前記半導体発光素子は、前記複合基板と電気的に接続される、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  29. 前記半導体発光素子は、前記複合基板の他の側に設けられる底部電気接点と電気的に接続される、
    請求項２８に記載の半導体発光素子ユニット。
  30. 前記複合基板に、前記半導体発光素子と電気的に接続するための導電性貫通穴が形成される、
    請求項２８に記載の半導体発光素子ユニット。
  31. 前記半導体発光素子は、
    紫外線発光体と、
    前記紫外線発光体により照射され、可視光を発する波長変換材料と、
    を有する、
    請求項１に記載の半導体発光素子ユニット。
  32. 前記波長変換材料は、ユウロピウム活性化アルカリ土類珪酸塩を含む、
    請求項３１に記載の半導体発光素子ユニット。
  33. 前記波長変換材料は、（SrBaMg）2SiO4：Ｅｕ、（Ba1-x-y-zCaxSryEuz）2（Mg1-wZnw）Si2O7（ここで、x＋y＋z＝１、0.05＞ｚ＞０及びｗ＜０．０５）、Ca8Mg（SiO4）４Cl2:Eu、Mn、Ba2SiO4:Eu、Ba2MgSi2O7:Eu、BaAl2O4:Eu、SrAl2O4:Eu、或いはBaMg2Al16O27:Euを含む、
    請求項３１に記載の半導体発光素子ユニット。
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