JP2006108621A - 固体素子デバイス - Google Patents
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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、さらに固体素子デバイスが全て低膨張率材料で構成され、光学素子の密実装やラージサイズの固体素子にも対応できる固体素子デバイスを提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ素子２とガラス封止部６の熱膨張率が同等であるので、Ａｌ２Ｏ３基板３を含めた部材の熱膨張率が同等となり、ガラス封止における高温加工においても内部応力の増大を抑えてクラックを生じることのない安定した加工性が得られる。また、内部応力を小にできるので、耐衝撃性が向上し、信頼性に優れるガラス封止型ＬＥＤとできる。
【選択図】 図１
【解決手段】 ＬＥＤ素子２とガラス封止部６の熱膨張率が同等であるので、Ａｌ２Ｏ３基板３を含めた部材の熱膨張率が同等となり、ガラス封止における高温加工においても内部応力の増大を抑えてクラックを生じることのない安定した加工性が得られる。また、内部応力を小にできるので、耐衝撃性が向上し、信頼性に優れるガラス封止型ＬＥＤとできる。
【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、さらに固体素子デバイスが全て低膨張率材料で構成され、光学素子の密実装やラージサイズの固体素子にも対応でき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、あるいは具現化に必要な物性値や組成が不明である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、さらに固体素子デバイスが全て低膨張率材料で構成され、光学素子の密実装やラージサイズの固体素子にも対応でき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、固体素子と、前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で５５ｗｔ％〜６２ｗｔ％のＰ２Ｏ５と、５ｗｔ％〜１２ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３と、２０ｗｔ％〜４０ｗｔ％のＺｎＯとを含むＰ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系低融点ガラスからなるガラス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。
また、本発明は、上記目的を達成するため、固体素子と、前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で１９ｗｔ％〜３０ｗｔ％のＢ２Ｏ３と、０．５ｗｔ％〜１５ｗｔ％のＳｉＯ２と、１．５ｗｔ％〜８ｗｔ％のＮａ２Ｏと、４４ｗｔ％〜６０ｗｔ％のＺｎＯと、９ｗｔ％〜１９ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５とを含むＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系低融点ガラスからなるガラス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。
また、本発明は、上記目的を達成するため、固体素子と、前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で１ｗｔ％〜１０ｗｔ％のＳｉＯ２と、１５ｗｔ％〜３０ｗｔ％のＢ２Ｏ３と、２５ｗｔ％〜６０ｗｔ％のＺｎＯと、１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％のＢｉ２Ｏ３とを含むＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系低融点ガラスからなるガラス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。
また、本発明は、上記目的を達成するため、固体素子と、前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％のＢ２Ｏ３と、３０ｗｔ％〜７０ｗｔ％のＰｂＯとを含むＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系低融点ガラスからなるガラス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。
また、本発明は、上記目的を達成するため、固体素子と、前記固体素子をマウントするとともに電力の受供給を行う電力受供給部と、前記固体素子および前記電力受供給部と同等の熱膨張率を有する低融点ガラスで構成されて前記固体素子を封止するガラス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、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、さらに固体素子デバイスが全て低膨張率材料で構成され、光学素子の密実装やラージサイズの固体素子にも対応することができる。
（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ＬＥＤを示し、同図中、（ａ）はＬＥＤ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ＬＥＤを示し、同図中、（ａ）はＬＥＤの縦断面図、（ｂ）は光源であるＧａＮ系ＬＥＤ素子の側面図である。
（ＬＥＤ１の構成）
このＬＥＤ１は、図１（ａ）に示すように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Ａｌ２Ｏ３基板３に形成される回路パターン４と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と接着される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、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。
このＬＥＤ１は、図１（ａ）に示すように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Ａｌ２Ｏ３基板３に形成される回路パターン４と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と接着される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、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。
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、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、ＬＥＤ素子２のサイズは０．３４ｍｍ×０．３４ｍｍ×厚さ０．０９ｍｍである。
Ａｌ２Ｏ３基板３は、熱膨張率α：７×１０−６／℃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、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系の低融点ガラス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。
（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Ａｌ２Ｏ３基板３を用意し、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Ａｌ２Ｏ３基板３を用意し、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、Ａｌ２Ｏ３基板３の回路パターン４（表面側）に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、ＬＥＤ素子２をマウントしたＡｌ２Ｏ３基板３に対して板状のＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５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。この加工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、ＬＥＤ１を個別に分離する。
（ガラス封止部６の組成）
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を構成するＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、およびＴｉＯ２の各組成について、表１に示す組成比の試料１および試料２を作製し、その物性を測定した。
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を構成するＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、およびＴｉＯ２の各組成について、表１に示す組成比の試料１および試料２を作製し、その物性を測定した。
表１に示す試料１によると、失透を生じることなく、透明で、ガラス転移温度Ｔｇ点：４８３℃、屈伏点Ａｔ：５１７℃、α：７．４×１０−６／℃、ｎｄ：１．６８の屈折率を有している。また、試料２は、Ｔｇ点：５０３℃、屈伏点Ａｔ：５３４℃、α：６．０×１０−６／℃を有するとともに耐湿性に優れる特性を有する。この試料１および試料２の組成によれば、Ａｌ２Ｏ３基板３に対して剥離やクラックを生じることなく、安定した接合強度を得ることができる。
（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。
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）Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系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ので、結晶成長温度に対して充分に低い加工が可能になる。
（２）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ので、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）Ａｌ２Ｏ３基板３とガラス封止部６の熱膨張率が同等であるので、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Ａｌ２Ｏ３基板３に対しやや熱膨張率が小さいものとしてある。さらに、一般にガラスはＴｇ点以上の温度において熱膨張率が増大する特性を有しており、Ｔｇ点以上の温度でガラス封止が行われる場合には、Ｔｇ点以下だけでなくＴｇ点以上の温度における熱膨張率も考慮することが安定したガラス封止を行うにあたり望ましい。すなわち、ガラス封止部６を構成するガラス材料は、上記したＴｇ点以上の温度における熱膨張率を含む熱膨張率と、Ａｌ２Ｏ３基板３の熱膨張率とを考慮した同等の熱膨張率とすることで、Ａｌ２Ｏ３基板３に反りを発生させる内部応力を小にでき、Ａｌ２Ｏ３基板３とガラス封止部６との接着性が得られているにもかかわらずガラスのせん断破壊が生じることを防げる。このため、Ａｌ２Ｏ３基板３やガラス封止部６のサイズを大きくとり、一括生産できる数量を大にすることができる。また、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）ＬＥＤ素子２は、フリップ実装することによりワイヤを不要とできるので、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の潰れや変形を生じることがあるが、これを防ぐことができる。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実装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）板状の低融点ガラスと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Ａｌ２Ｏ３基板３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）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ので、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）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Ａｌ２Ｏ３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）ＬＥＤ素子２とガラス封止部６の熱膨張率が同等であるので、Ａｌ２Ｏ３基板３を含めた部材の熱膨張率が同等となり、ガラス封止における高温加工と常温との温度差においても内部応力は極めて小さく、クラックを生じることのない安定した加工性が得られる。また、内部応力を小にできるので、耐衝撃性が向上し、信頼性に優れるガラス封止型ＬＥＤとできる。
（９）アルミナ基板としてＡｌ２Ｏ３基板３を用いることで、部材コストの低減を図れるとともに入手が容易であることから、量産性および装置コストの低減を実現できる。また、Ａｌ２Ｏ３は熱伝導性に優れることにより、大光量化、高出力化に対して余裕のある構成とできる。さらにＡｌ２Ｏ３基板３は光吸収が小さいことにより、光学的に有利である。
なお、Ａｔ：５５０℃以下を実現する他の組成範囲として、重量％でＢ２Ｏ３：２５ｗｔ％、ＳｉＯ２：２ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：５ｗｔ％、ＺｎＯ：５０ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：１８ｗｔ％の組成が有効であることを確認している。このときのｎｄは１．７３であった。
Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系の低融点ガラスとしては、本発明者らの検討によると、重量％でＢ２Ｏ３：１９〜３０ｗｔ％、ＳｉＯ２：０．５〜１５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：１．５〜８ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：０〜４ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜５ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜５ｗｔ％、ＢａＯ：０〜５ｗｔ％、ＺｎＯ：４４〜６０ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：９〜１９ｗｔ％、ＺｒＯ２：０〜４ｗｔ％、およびＴｉＯ２：０〜４ｗｔ％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。
また、本発明者らによれば、以下の表２に示す組成比の試料３を作成し、その耐湿性について検討を行った結果、８５℃Ｒｈ８５％２０００時間で表面に白濁等の光学的影響のないものを形成できることを確認した。
表２に示す試料３によると、失透を生じることなく、透明で、ガラス転移温度Ｔｇ点：４７２℃、屈伏点Ａｔ：５００℃、α：７．０×１０−６／℃、ｎｄ：１．６９の屈折率を有している。この試料３の組成によれば、Ａｌ２Ｏ３基板３に対して剥離やクラックを生じることなく、安定した接合強度を得ることができるとともに、長期にわたって耐湿性に優れたものとできる。
なお、第１の実施の形態では、ＬＥＤ素子としてＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子２を用いたＬＥＤ１を説明したが、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、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、オーバーモールドする際などにクラックやボイド発生を防止することができる。
また、第１の実施の形態で用いたＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５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ＬＥＤ１とすることもできる。また、ガラス封止部６の表面に薄膜状の蛍光体層を形成しても良い。
（他のＬＥＤ１の構成）
図２は、第１の実施の形態に係る固体素子デバイスとして、ＧａＮ系ＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子を用いた他のＬＥＤを示し、同図中、（ａ）はＬＥＤの縦断面図、（ｂ）は光源であるＡｌＩｎＧａＰ系ＬＥＤ素子の側面図である。
図２は、第１の実施の形態に係る固体素子デバイスとして、ＧａＮ系ＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子を用いた他のＬＥＤを示し、同図中、（ａ）はＬＥＤの縦断面図、（ｂ）は光源であるＡｌＩｎＧａＰ系ＬＥＤ素子の側面図である。
このＬＥＤ１は、図２（ａ）に示すようにＡｌＩｎＧａＰ系半導体材料からなるＬＥＤ素子２を用いたものであり、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体材料は、図２（ｂ）に示すように基板（ＧａＰ基板）２０上に熱圧着されることで接着されている。ガラス封止部６は、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系の低融点ガラスによって構成されている。なお、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。
（ガラス封止部６の組成）
以下に、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系の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を構成するＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの各組成について、表３に示す組成比の試料４を作製し、その物性を測定した。
以下に、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系の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を構成するＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの各組成について、表３に示す組成比の試料４を作製し、その物性を測定した。
表３に示す試料４によると、失透を生じることなく、透明で、ガラス転移温度Ｔｇ点：４８８℃、Ａｔ：５１９℃、α：６．２×１０−６／℃、ｎｄ：１．８１の屈折率を有している。この試料４の組成によれば、Ａｌ２Ｏ３基板３に対して剥離やクラックを生じることなく、安定した接合強度を得ることができる。
また、Ａｔ：５５０℃以下を実現する他の組成範囲として、重量％でＳｉＯ２：５ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：２０ｗｔ％、Ｌａ２Ｏ３：１０ｗｔ％、ＺｎＯ：３５〜４５ｗｔ％、Ｂｉ２Ｏ３：２０〜３０ｗｔ％の組成範囲であれば、Ａｔ：５５０℃以下で、ｎｄ：１．７７以上の特性が得られることを確認している。
Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系の低融点ガラスとしては、本発明者らの検討によると、重量％でＳｉＯ２：１〜１０ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：１５〜３０ｗｔ％、Ｌａ２Ｏ３：０〜２０ｗｔ％、Ｇｄ２Ｏ３：０〜２０ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３：０〜１０ｗｔ％、ＺｒＯ２：０〜５ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：０〜２０ｗｔ％、ＢａＯ：０〜２０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜２０ｗｔ％、ＣａＯ：０〜２０ｗｔ％、ＴｉＯ２：０〜２０ｗｔ％、ＺｎＯ：２５〜６０ｗｔ％、Ｂｉ２Ｏ３：１０〜５０ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、およびＫ２Ｏ：０〜３ｗｔ％の組成がガラス封止部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、Ａｔ：５５０℃以下、α：６〜８×１０−６／℃、ｎｄ：１．７５以上となる。
（他のＬＥＤ１の効果）
上記したＬＥＤ１によると、高屈折率（ｎ＝３．５）を有するＧａＰの基板２０と、同等の屈折率を有するＡｌＩｎＧａＰ系半導体層からなるＬＥＤ素子２をＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系低融点ガラスからなるガラス封止部６で封止することで、光取り出し効率に優れ、放熱性、実装性の良好なものとできる。エポキシ樹脂に対し高屈折率のガラスで封止することにより、開口角を立体角にして３〜４割増すことができ、これに相当したＬＥＤ素子２からの光取り出し効率の向上を図ることができる。なお、基板２０は、ＧａＰ以外の他の基板であっても良い。
上記したＬＥＤ１によると、高屈折率（ｎ＝３．５）を有するＧａＰの基板２０と、同等の屈折率を有するＡｌＩｎＧａＰ系半導体層からなるＬＥＤ素子２をＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系低融点ガラスからなるガラス封止部６で封止することで、光取り出し効率に優れ、放熱性、実装性の良好なものとできる。エポキシ樹脂に対し高屈折率のガラスで封止することにより、開口角を立体角にして３〜４割増すことができ、これに相当したＬＥＤ素子２からの光取り出し効率の向上を図ることができる。なお、基板２０は、ＧａＰ以外の他の基板であっても良い。
（ＬＥＤ１を用いた発光装置１００の構成）
図３は、第１の実施の形態のＬＥＤを用いた発光装置を示す縦断面図である。この発光装置１００は、第１の実施の形態で説明したＬＥＤ１をリードフレーム８に接合し、更に全体を覆う透明なアクリル樹脂からなる透明樹脂９を設けたものである。ＬＥＤ１は、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２をＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系の低融点ガラスからなるガラス封止部６で封止することにより形成されている。
図３は、第１の実施の形態のＬＥＤを用いた発光装置を示す縦断面図である。この発光装置１００は、第１の実施の形態で説明したＬＥＤ１をリードフレーム８に接合し、更に全体を覆う透明なアクリル樹脂からなる透明樹脂９を設けたものである。ＬＥＤ１は、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２をＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系の低融点ガラスからなるガラス封止部６で封止することにより形成されている。
透明樹脂９は、ＬＥＤ素子２を原点とする半球状の光学形状面９Ａを有して形成されており、インジェクション法によって形成される。
（発光装置１００の効果）
上記した発光装置１００によると、以下の効果が得られる。
上記した発光装置１００によると、以下の効果が得られる。
（１）ガラス封止型ＬＥＤに任意の光学形状を有する光学系をアクリル、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容易に形成することができる。Ａｌ２Ｏ３基板３は、インジェクション成形時における保圧や、樹脂注入によって付与される外力に耐えうる機械的強度を有することから、発光装置１００の用途に応じた任意の光学形状を有する透明樹脂９との組み合わせが可能になる。また、ＬＥＤ素子２がガラス封止部６で覆われているので、樹脂材料の射出速度を大にしてもＬＥＤ素子２が損傷することがない。
（２）ガラス封止されたＬＥＤ１を樹脂材料でオーバーモールドすることで、ガラス封止部６を劣化から保護するとともに耐湿性がより向上する。
（３）透明樹脂９は、ＬＥＤ素子２に対しガラス封止部６を介して配置されることにより、光劣化の点でＬＥＤ素子２を直接封止することのできない樹脂材料であっても用いることが可能であり、設計上の自由度を高めることができる。例えば、透明樹脂９を着色された光透過性樹脂材料で形成しても良い。
（４）ＬＥＤ１は最も量産が容易な直方体形状で、低コストとなる同一セラミック基板からの取り数の多い小形パッケージであるが、周囲を樹脂封止とすることで、ＬＥＤ素子２の光はＬＥＤ１の界面、透明樹脂９の界面でほとんど屈折することなしに外部放射されるとともに、光学面を形成するのに必要なサイズとすることができる。つまり、ガラスのみでこの形状、サイズとするより、容易かつ低コストで作成することができる。
なお、上記した発光装置１００では、封止樹脂としてアクリル樹脂を用いた構成を説明したが、例えば、エポキシ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やポッティングモールド法等の他の成型手法を適用することも可能である。また、光学面形状は半球に限らず、他の形状としても良い。
また、透明樹脂９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。
（第２の実施の形態）
図４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を示し、同図中、（ａ）はＬＥＤの平面図、（ｂ）はＬＥＤの縦断面図、（ｃ）はＬＥＤの底面図である。
図４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を示し、同図中、（ａ）はＬＥＤの平面図、（ｂ）はＬＥＤの縦断面図、（ｃ）はＬＥＤの底面図である。
（ＬＥＤ１の構成）
このＬＥＤ１は、図４（ａ）および（ｂ）に示すようにフリップチップ型の複数のＧａＮ系ＬＥＤ素子２と、正方形状に形成されてＬＥＤ素子２をマウントする多層構造のＡｌ２Ｏ３基板３と、Ａｌ２Ｏ３基板３の表面および層内にタングステン（Ｗ）で構成される形成される回路パターン（基板表面のパターンには、さらにＮｉ、Ａｕめっきが施される。）４と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と接着されるＰ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系の低融点ガラスからなるガラス封止部６と、Ａｌ２Ｏ３基板３の四隅において層内の中間層から露出した底面回路パターン１６Ａ（アノード）、１６Ｃ（カソード）と、ＬＥＤ素子２の発熱に基づく熱を外部へ放散する銅箔からなる放熱パターン１７とを有し、円形の外形を有するように基板表面にパターン形成される回路パターン４にＡｕスタッドバンプ５を介して３個×３個の配列で合計９個のＬＥＤ素子２（３４０μｍ角）を６００μｍ間隔となるように密実装している。
このＬＥＤ１は、図４（ａ）および（ｂ）に示すようにフリップチップ型の複数のＧａＮ系ＬＥＤ素子２と、正方形状に形成されてＬＥＤ素子２をマウントする多層構造のＡｌ２Ｏ３基板３と、Ａｌ２Ｏ３基板３の表面および層内にタングステン（Ｗ）で構成される形成される回路パターン（基板表面のパターンには、さらにＮｉ、Ａｕめっきが施される。）４と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と接着されるＰ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系の低融点ガラスからなるガラス封止部６と、Ａｌ２Ｏ３基板３の四隅において層内の中間層から露出した底面回路パターン１６Ａ（アノード）、１６Ｃ（カソード）と、ＬＥＤ素子２の発熱に基づく熱を外部へ放散する銅箔からなる放熱パターン１７とを有し、円形の外形を有するように基板表面にパターン形成される回路パターン４にＡｕスタッドバンプ５を介して３個×３個の配列で合計９個のＬＥＤ素子２（３４０μｍ角）を６００μｍ間隔となるように密実装している。
Ａｌ２Ｏ３基板３は、Ｗからなる層内配線を有した多層構造を有し、図４（ｂ）に示す列方向の３個のＬＥＤ素子２を直列に接続して素子群を形成し、図４（ｃ）に示すように素子群のアノードを底面回路パターン１６Ａのひとつに接続するとともに、素子群のカソードを底面回路パターン１６Ｃに接続して構成されている。また、カソードには他の２列について形成される素子群のカソードも接続されている。
（ガラス封止部６の組成）
以下に、第２の実施の形態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を構成するＰ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＷＯ３、およびＺｒＯ２の各組成を変えて、４つの試料５〜８を作製した。この試料５〜８を表４に示す。
以下に、第２の実施の形態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を構成するＰ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＷＯ３、およびＺｒＯ２の各組成を変えて、４つの試料５〜８を作製した。この試料５〜８を表４に示す。
表４から明らかなように、試料５〜８は、いずれも失透を生じることがなく、透明でｎｄ：１．５２以上の屈折率を有し、Ａｌ２Ｏ３基板３とほぼ同等の熱膨張率αを有している。表３に示される変動範囲の熱膨張率αであれば、Ａｌ２Ｏ３基板３に対して剥離やクラックを生じることなく、安定した接合強度を得ることができる。
Ｐ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系の低融点ガラスとしては、本発明者らの検討によると、重量％でＰ２Ｏ５：５５〜６２ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１２ｗｔ％、ＺｎＯ：２０〜４０ｗｔ％、Ｐ２Ｏ５＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｎＯ：８０〜１００ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜１０ｗｔ％、ＢａＯ：０〜２０ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：０〜２０ｗｔ％、ＴｉＯ２：０〜２０ｗｔ％、Ｂｉ２Ｏ３：０〜２０ｗｔ％、Ｇｄ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％、ＷＯ３：０〜５ｗｔ％、およびＺｒＯ２：０〜５ｗｔ％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、Ａｔ：５５０℃以下、α：６〜８×１０−６／℃、ｎｄ：１．５２以上、アッベ数νｄ：６１．１となる。
（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。
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）複数個のＬＥＤ素子２を密実装する構成であっても、ＬＥＤ素子２およびガラス封止部６の熱膨張率αが同等であるので、クラックを生じることなく信頼性に優れるＬＥＤ１が得られる。また、ガラス封止部６とＡｌ２Ｏ３基板３についても同等の熱膨張率で形成されることにより、ガラス接着強度に優れる。
（２）Ａｌ２Ｏ３基板３を用いることにより、発熱量の大なるＧａＮ系ＬＥＤ素子２を密実装する構成としても安定した放熱性が得られる。また、容易に直並列回路をパターン形成することができ、電解めっきを施す際の配線引き回しも容易に形成できる。
（３）層内の中間層から外部電気接続端子を取り出し、底面に放熱用金属パターンを設けることで、密実装された９個のＬＥＤ素子２を発光させることに基づいて生じる熱を放熱パターン１７からヒートシンク等へ速やかに熱伝導させることが可能になる。
なお、第２の実施の形態のＬＥＤ１についても、樹脂材料で透明樹脂を形成し、図３に示すような発光装置１００を形成することが可能である。この場合には、Ｐ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系低融点ガラスの耐湿性を補強することができる。
（第３の実施の形態）
図５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の縦断面図である。同図においては、ウエハー状のＡｌ２Ｏ３基板３に対してガラス封止された複数のＬＥＤ１が形成された状態を示している。
図５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の縦断面図である。同図においては、ウエハー状のＡｌ２Ｏ３基板３に対してガラス封止された複数のＬＥＤ１が形成された状態を示している。
（ＬＥＤ１の構成）
このＬＥＤ１は、ＧａＮ系半導体材料によって形成されるフリップチップ型のＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２をマウントするＡｌ２Ｏ３基板３と、Ａｌ２Ｏ３基板３に形成される回路パターン４と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と熱圧着されるＰ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系の低融点ガラスからなり、光学形状面を備えたガラス封止部６とを有する。Ｐ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系低融点ガラスは、第２の実施の形態で説明したものと同様の組成を有する。
このＬＥＤ１は、ＧａＮ系半導体材料によって形成されるフリップチップ型のＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２をマウントするＡｌ２Ｏ３基板３と、Ａｌ２Ｏ３基板３に形成される回路パターン４と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と熱圧着されるＰ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系の低融点ガラスからなり、光学形状面を備えたガラス封止部６とを有する。Ｐ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系低融点ガラスは、第２の実施の形態で説明したものと同様の組成を有する。
Ａｌ２Ｏ３基板３は、ガラス封止後の素子分断時に基板分断位置となる分割溝３Ｂが所定の間隔で形成されている。
ガラス封止部６は、プレフォーム加工によって予め光学形状面６Ｃおよび薄肉状の平坦部６Ｄを設けられたプレフォームガラスをホットプレス加工することによってＡｌ２Ｏ３基板３の表面に熱圧着されている。平坦部６Ｄは、スクライブ加工部分に荷重を加えて分断する時に隣接するＬＥＤ１にクラック等のダメージが及ぶことのない厚さで形成される。
このＬＥＤ１は、ＬＥＤ素子２を実装してガラス封止部６で封止した後、Ａｌ２Ｏ３基板３の分割溝３Ｂを分断位置として荷重を加えることにより、応力集中に基づいてＡｌ２Ｏ３基板３が破断し、同時に平坦部６Ｄでガラス封止部６が分断される。
（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。
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）一般に多く用いられているＡｌ２Ｏ３基板３を使用し、これと同等の熱膨張率のガラス封止部６でＬＥＤ素子２を封止するので、加工時の熱による内部応力を小にでき、ガラス封止加工の信頼性に優れるとともに量産性に優れる。
（２）また、Ａｌ２Ｏ３基板３は、スクライブ加工時に耐えうる機械的強度を有することにより、切り代が必要となるダイシングと比べて狭ピッチの実装が可能となり、歩留まりを大にできる。例えば、標準サイズのＬＥＤ素子（０．３ｍｍ角）２を０．５ｍｍピッチでガラス封止する小形ＬＥＤ１の場合、封止ガラスおよびセラミック基板の熱膨張率が１３×１０−６／℃程度の部材を用い、切り代なしでＬＥＤ素子２を０．５ｍｍピッチでセラミック基板上にマウントし、ガラス封止を行えば封止ガラスとＬＥＤ素子２との熱膨張率差に起因するクラックが発生する。しかし、本実施の形態では、ガラス封止部６とＬＥＤ素子２との熱膨張率差が同等であり、ガラス封止部６とＡｌ２Ｏ３基板３との接着面積が小になっても熱膨張率差が小であることにより、ガラス封止やスクライブ加工によるガラス封止部６やガラス封止部６とＡｌ２Ｏ３基板３との剥離やクラックを生じることがない。
（３）ダイシングによるＬＥＤ１の分断では、ウエハーをダイサーで切る際にガラスへの残留ひずみが発生し、ヒートショックでガラス封止部６に欠けが生じることがあるが、スクライブに基づいて分断されたＬＥＤ１では残留ひずみが小になることにより、欠け等の不良が生じにくい。
なお、スクライブ以外の他のＬＥＤ１の分断方法として、例えば、レーザ光を用いて分断することも可能である。
（第４の実施の形態）
図６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、ラージサイズ（１ｍｍ角）のＬＥＤ素子をマウントしたＬＥＤの縦断面図である。
図６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、ラージサイズ（１ｍｍ角）のＬＥＤ素子をマウントしたＬＥＤの縦断面図である。
（ＬＥＤ１の構成）
このＬＥＤ１は、ＧａＮ系半導体材料によって形成されるフリップチップ型のラージサイズＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２をマウントするＡｌ２Ｏ３基板３と、Ａｌ２Ｏ３基板３に形成される回路パターン４と、Ａｌ２Ｏ３基板３の外部接続側に銅箔等の高熱伝導性材料によって所定の面積を有して設けられる放熱用パターン４０と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と接着されるＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスからなり、光学形状面を備えたガラス封止部６とを有する。
このＬＥＤ１は、ＧａＮ系半導体材料によって形成されるフリップチップ型のラージサイズＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２をマウントするＡｌ２Ｏ３基板３と、Ａｌ２Ｏ３基板３に形成される回路パターン４と、Ａｌ２Ｏ３基板３の外部接続側に銅箔等の高熱伝導性材料によって所定の面積を有して設けられる放熱用パターン４０と、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、ＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ２Ｏ３基板３と接着されるＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスからなり、光学形状面を備えたガラス封止部６とを有する。
（ガラス封止部６の組成）
ガラス封止部６を構成するＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスは、重量％でＳｉＯ２：１５ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：１３ｗｔ％、ＰｂＯ：５６ｗｔ％、Ａｓ２Ｏ３：０．６ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：９ｗｔ％、およびＬａ２Ｏ３：２ｗｔ％の組成を有し、Ａｔ：５５０℃以下、α：６．１×１０−６／℃の特性を有する。このＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスについてもＡｌ２Ｏ３基板３とほぼ同等の熱膨張率αを有することにより、Ａｌ２Ｏ３基板３に対して剥離やクラックを生じることなく、安定した接合強度を得ることができる。
ガラス封止部６を構成するＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスは、重量％でＳｉＯ２：１５ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：１３ｗｔ％、ＰｂＯ：５６ｗｔ％、Ａｓ２Ｏ３：０．６ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：９ｗｔ％、およびＬａ２Ｏ３：２ｗｔ％の組成を有し、Ａｔ：５５０℃以下、α：６．１×１０−６／℃の特性を有する。このＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスについてもＡｌ２Ｏ３基板３とほぼ同等の熱膨張率αを有することにより、Ａｌ２Ｏ３基板３に対して剥離やクラックを生じることなく、安定した接合強度を得ることができる。
Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスとしては、本発明者らの検討によると、重量％でＢ２Ｏ３：２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、ＰｂＯ：３０ｗｔ％〜７０ｗｔ％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。
（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、Ａｌ２Ｏ３基板３とガラス封止部６との熱膨張率差に起因するクラックを生じることなく、ラージサイズＬＥＤ素子２を用いた構成においても信頼性に優れるＬＥＤ１が得られる。ガラス封止加工時の応力フリーである状態から常温に戻すことでＬＥＤ素子２のサイズに比例した応力が生じる。ガラスは樹脂と比較し硬質材料であり、特に、引っ張り応力やせん断応力によってクラックが生じやすい。しかし、本発明者らは１ｍｍ角のＬＥＤ素子２を本実施の形態のＡｌ２Ｏ３基板とガラスによってクラックなしで封止できることを確認している。
上記した第４の実施の形態によると、Ａｌ２Ｏ３基板３とガラス封止部６との熱膨張率差に起因するクラックを生じることなく、ラージサイズＬＥＤ素子２を用いた構成においても信頼性に優れるＬＥＤ１が得られる。ガラス封止加工時の応力フリーである状態から常温に戻すことでＬＥＤ素子２のサイズに比例した応力が生じる。ガラスは樹脂と比較し硬質材料であり、特に、引っ張り応力やせん断応力によってクラックが生じやすい。しかし、本発明者らは１ｍｍ角のＬＥＤ素子２を本実施の形態のＡｌ２Ｏ３基板とガラスによってクラックなしで封止できることを確認している。
なお、第４の実施の形態のＬＥＤ１についても、樹脂材料で透明樹脂を形成し、図３に示すような発光装置１００を形成することが可能である。
（第５の実施の形態）
第４の実施の形態で説明したラージサイズＬＥＤ素子２を用いて、第２の実施の形態で説明したＬＥＤ１と同様に３個×３個の配列で合計９個のＧａＮ系ＬＥＤ素子をＡｌ２Ｏ３基板にマウントし、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスからなるガラス封止部で封止したＬＥＤを作成した。
第４の実施の形態で説明したラージサイズＬＥＤ素子２を用いて、第２の実施の形態で説明したＬＥＤ１と同様に３個×３個の配列で合計９個のＧａＮ系ＬＥＤ素子をＡｌ２Ｏ３基板にマウントし、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系の低融点ガラスからなるガラス封止部で封止したＬＥＤを作成した。
（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態によると、複数のラージサイズＬＥＤ素子をマウントした構成としても、第４の実施の形態と同様に安定したガラス封止性を得ることができ、信頼性に優れるＬＥＤ１が得られる。
上記した第５の実施の形態によると、複数のラージサイズＬＥＤ素子をマウントした構成としても、第４の実施の形態と同様に安定したガラス封止性を得ることができ、信頼性に優れるＬＥＤ１が得られる。
なお、第５の実施の形態で説明したＡｌ２Ｏ３基板に代えて、より熱伝導性に優れる高熱伝導性材料からなる基板を用いることも可能である。このような高熱伝導性基板として、例えば、ＢｅＯ（熱膨張率α：７．６×１０−６／℃、熱伝導率：２５０Ｗ／（ｍ・ｋ））を用いても良い。このＢｅＯからなる基板においても、ガラス封止部と同等の熱膨張率αを有することにより良好なガラス封止性が得られる。
また、他の高熱伝導性基板として、Ｗ−Ｃｕ基板を用いても良い。このＷ−Ｃｕ基板として、Ｗ９０−Ｃｕ１０基板（熱膨張率α：６．５×１０−６／℃、熱伝導率：１８０Ｗ／（ｍ・ｋ））、Ｗ８５−Ｃｕ１５基板（熱膨張率α：７．２×１０−６／℃、熱伝導率：１９０Ｗ／（ｍ・ｋ））を用いることにより、ガラス封止部との良好な接合強度を確保しながら高い熱伝導性を付与することができ、ＬＥＤの大光量化、高出力化に余裕をもって対応することが可能になる。
上記した実施の形態では、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よい。
１…ＬＥＤ、２…ＬＥＤ素子、３Ａ…ビアホール、３Ｂ…分割溝、３…Ａｌ２Ｏ３基板、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、６Ｃ…光学形状面、６Ｄ…平坦部、８…リードフレーム、９…透明樹脂、９Ａ…光学形状面、１６Ａ…底面回路パターン、１６Ｃ…底面回路パターン、１７…放熱パターン、２０…基板、２１…バッファ層、２２…ｎ型層、２３…発光する層を含む層、２４…ｐ型層、２５…ｐ電極、２６…ｎ電極、４０…放熱用パターン、１００…発光装置
Claims (21)
- 固体素子と、
前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で５５ｗｔ％〜６２ｗｔ％のＰ２Ｏ５と、５ｗｔ％〜１２ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３と、２０ｗｔ％〜４０ｗｔ％のＺｎＯとを含むＰ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系低融点ガラスからなるガラス封止部とを有す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、重量％でＢ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜１０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜１０ｗｔ％、ＢａＯ：０〜２０ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：０〜２０ｗｔ％、ＴｉＯ２：０〜２０ｗｔ％、Ｂｉ２Ｏ３：０〜２０ｗｔ％、Ｇｄ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％、ＷＯ３：０〜５ｗｔ％、およびＺｒＯ２：０〜５ｗｔ％とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の固体素子デバイス。
- 固体素子と、
前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で１９ｗｔ％〜３０ｗｔ％のＢ２Ｏ３と、０．５ｗｔ％〜１５ｗｔ％のＳｉＯ２と、１．５ｗｔ％〜８ｗｔ％のＮａ２Ｏと、４４ｗｔ％〜６０ｗｔ％のＺｎＯと、９ｗｔ％〜１９ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５とを含むＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５系低融点ガラスからなるガラス封止部とを有す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、重量％でＡｌ２Ｏ３：０〜５ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：０〜４ｗｔ％、ＭｇＯ：０〜５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜５ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜５ｗｔ％、ＢａＯ：０〜５ｗｔ％、ＺｒＯ２：０〜４ｗｔ％、ＴｉＯ２：０〜４ｗｔ％とをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の固体素子デバイス。
- 固体素子と、
前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で１ｗｔ％〜１０ｗｔ％のＳｉＯ２と、１５ｗｔ％〜３０ｗｔ％のＢ２Ｏ３と、２５ｗｔ％〜６０ｗｔ％のＺｎＯと、１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％のＢｉ２Ｏ３とを含むＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂｉ２Ｏ３系低融点ガラスからなるガラス封止部とを有す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、重量％でＬａ２Ｏ３：０〜２０ｗｔ％、Ｇｄ２Ｏ３：０〜２０ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３：０〜１０ｗｔ％、ＺｒＯ２：０〜５ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：０〜２０ｗｔ％、ＢａＯ：０〜２０ｗｔ％、ＳｒＯ：０〜２０ｗｔ％、ＣａＯ：０〜２０ｗｔ％、ＴｉＯ２：０〜２０ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：０〜３ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：０〜３ｗｔ％とをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の固体素子デバイス。
- 固体素子と、
前記固体素子をマウントするとともに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、前記固体素子を封止する、重量％で２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％のＢ２Ｏ３と、３０ｗｔ％〜７０ｗｔ％のＰｂＯとを含むＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系低融点ガラスからなるガラス封止部とを有す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、前記固体素子と同等の熱膨張率であ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。
- 固体素子と、
前記固体素子をマウントするとともに電力の受供給を行う電力受供給部と、
前記固体素子および前記電力受供給部と同等の熱膨張率を有する低融点ガラスで構成されて前記固体素子を封止するガラス封止部とを有することを特徴とする固体素子デバイス。 - 前記固体素子は、１ｍｍ以上のサイズを有することを特徴とする請求項８または９に記載の固体素子デバイス。
- 前記固体素子は、複数の固体素子を密実装した構成を有する請求項８から１０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１１のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
- 前記電力受供給部は、前記固体素子に対して電力の受供給を行う導電パターンを形成された無機材料基板からなり、
前記ガラス封止部は、前記無機材料基板との熱膨張率が同等であ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。 - 前記無機材料基板は、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１３に記載の固体素子デバイス。
- 前記無機材料基板は、アルミナ基板であることを特徴とする請求項１３又は１４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１３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１４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１７記載の固体素子デバイス。
- 前記発光素子は、基板上にＧａＮ系半導体層を積層して形成されたＧａＮ系ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１７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１７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２０のいずれか１項に記載の固体素子デバイス。
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