JP2006521699A - Ｌｅｄパワー・パッケージ - Google Patents

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Abstract

表面マウントの発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージは、各々が発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ（２４）を含む。複数の開口部アレイを、電気絶縁サブマウント・ウェーハ（１０）内に穿孔する。金属を穿孔開口部に塗布して、複数のビア・アレイ（１２）を生成する。ＬＥＤダイス（２４）をサブマウント・ウェーハ（１０）の前側（１６）にフリップ・チップ結合する。各々がフリップ・チップ結合されたＬＥＤ（２４）のｐ型及びｎ型コンタクトは、ビア・アレイ（１２）を通してサブマウント・ウェーハ（１０）のはんだ付け可能な後側（１８）と電気的に連通する。熱伝導路（１０、１２）を設けて、熱をフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイス（２４）からサブマウント・ウェーハ（１０）のはんだ付け可能な後側（１８）に熱伝導する。フリップ・チップ結合の後に、サブマウント・ウェーハ（１０）を分離して、表面マウントのＬＥＤパッケージを生成する。

Description

本発明は、照明の技術分野に関する。本発明は、特に、高輝度の窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）及びＬＥＤアレイの製造に適用可能であり、それに特に関連して記述される。しかしながら、本発明はさらに、他のタイプのＬＥＤと関連し、他のＬＥＤ用途における用途をも見出すものである。
ＬＥＤ、特に窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）並びにそれらの種々の合金及び層の組み合わせから製造されたものは、紫外及び青色の波長帯の照明用途に適している。さらに、波長変換蛍光体で被覆されたＧａＮベースのＬＥＤは、照明用の白色又は選択可能な色の光を生成するのに適している。このようなＬＥＤは、コンパクト性、低作動電圧及び高い信頼性を含めて、他のタイプの照明器を上回る多数の利点を有する。
しかしながら、照明用途のＧａＮベースのパワーＬＥＤは、発光出力が低いのが欠点である。最新のＧａＮベースのＬＥＤは、現在のところ、約１００ルーメンを生成しながら、約５ワットを消費する。これとは対照的に、典型的な白熱光源は、光出力の約１０００ルーメンを生成しながら、約６０ワットを消費する。熱放散は、パワーＬＥＤの発光出力及び信頼性における制限要因である。ヒート・シンクがＬＥＤベースの照明システムにおける熱の除去を行うが、ＬＥＤダイスの活性領域からヒート・シンクへの改善された熱の除去に対する必要性が依然として存在する。
通常のＧａＮベースのＬＥＤパッケージにおいて、活性ＧａＮ層は、フリップ・チップ配向のサファイア又は他の透明な基板上に配置され、そこで該活性ＧａＮ層は、リード・フレーム若しくはプリント回路基板上に支持されるシリコン又は他の熱伝導性のサブマウントに接合される。シリコン・サブマウントは、絶縁されており、フリップ・チップ結合の際にＬＥＤダイスの電極と接続する接合パッドを含む。シリコン・サブマウントの接合パッドは、ワイヤ・ボンディングによりリード・フレーム又はプリント回路基板のトレースと電気的に接続される。ＧａＮ層により発せられる光は、透明なＬＥＤ基板を通して透過させられ、一方、該ＧａＮ層により生成される熱は、リード・フレーム又はプリント回路基板内に組み込まれるか又はそれに組み合わされるヒート・シンクにシリコン・サブマウントを通して伝導される。
通常のＧａＮベースのＬＥＤパッケージは、多数の不利点を欠点としてもつ。パッケージングは、ＧａＮ層をサブマウントに接合し、該サブマウントを関連する支持体に接合し、接合パッドをリード・フレームにワイヤ・ボンディングする別個のステップのため、複雑である。パッケージは、生産処理能力及び歩留まりに影響を与える、エレクトロニクス業界の他の領域で通常用いられるウェーハ・レベルの処理と適合性がない。ある程度のウェーハ・レベルの処理は、ダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）の前にエピタキシャルＧａＮウェーハ上で実行できるが、ダイスのカプセル化等の特定の処理は、ダイシングの前には実行できない。シリコン・サブマウントを用いることによって改善された状態の熱伝導率は、依然として理想的なものではない。パッケージ全体では、かさばったものとなる。
本発明は、上述の制限その他を打開する改善された装置及びそれを形成するための方法を検討したものである。
一態様によれば、複数の表面マウントの発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを製造する方法を提供する。複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスを製造する。各々のＬＥＤダイスは、光透過性基板上に配置された発光半導体層と、該光透過性基板の反対側の半導体層上に配置された前側のｐ型及びｎ型コンタクトとを含む。複数の開口部アレイを電気絶縁サブマウント・ウェーハ内に穿孔する。金属を穿孔開口部に塗布して、複数のビア・アレイを形成する。サブマウント・ウェーハの前側にＬＥＤダイスをフリップ・チップ結合する。各々がフリップ・チップ結合されたＬＥＤのｐ型及びｎ型コンタクトは、ビア・アレイを通してサブマウント・ウェーハのはんだ付け可能な後側と電気的に連通する。熱伝導路を設けて、熱をフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスからサブマウント・ウェーハのはんだ付け可能な後側に熱伝導する。フリップ・チップ結合の後に、サブマウント・ウェーハを分離して、各々が少なくとも１つのＬＥＤダイスを含む表面マウントのＬＥＤパッケージを生成する。
別の態様によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを開示する。ＬＥＤは、一対の電気的コンタクトが配置された第１の側面と、第２の側面とを有する。サブマウントは、ＬＥＤの第１の側面が結合された第１の側面と、第２の側面とを有する。前述のサブマウントは、サブマウントの第２の側面からサブマウントの第１の側面まで延び、サブマウントの第２の側面からＬＥＤに電力を給送することができるようにＬＥＤの電気的コンタクトに接続された複数の電気伝導路と、サブマウントの第１の側面からサブマウントの第２の側面まで延び、ＬＥＤによって生成された熱をサブマウントの第２の側面から除去できるようにする１つ又はそれ以上の熱伝導路とを備える。
さらに別の態様によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを開示する。ＬＥＤは、表面上に配置された電気的コンタクトを含む。電気絶縁サブマウントは、（ｉ）ＬＥＤ電気的コンタクトと接触するプリント回路を含む前側と、（ｉｉ）電気的コンタクト・パッドを含む後側と、（ｉｉｉ）絶縁サブマウントを貫通して延び、前側のプリント回路を後側の電気的コンタクト・パッドに接続して、後側のサブマウント・コンタクト・パッドからＬＥＤに電力を給送する電気伝導路とを有する。
またさらに別の態様によれば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを構成する方法を提供する。複数のＬＥＤを電気絶縁サブマウント・ウェーハの前側にフリップ・チップ結合する。サブマウント・ウェーハは、フリップ・チップ結合の際にＬＥＤの電極を電気的に接触させる前側のコンタクトと、サブマウント・ウェーハの後側に配置されたはんだ付け可能なコンタクト・パッドと該前側のコンタクトを電気的に接続する電気伝導路とを含む。少なくとも１つのウェーハ・レベルの処理動作は、ＬＥＤがそれにフリップ・チップ結合された状態のサブマウント・ウェーハ上で実行される。サブマウント・ウェーハを分離して、複数のＬＥＤパッケージを生成する。各々のＬＥＤパッケージが、複数のＬＥＤの少なくとも１つを含む。
本発明の多数の利点及び利益は、以下の詳細な説明を読み、理解したときに、当業者には明らかとなるであろう。
本発明は、種々のコンポーネント及びコンポーネント構成、並びに種々のステップ及びステップ構成の形をとることができる。図面は、好ましい実施形態を示す目的のために過ぎず、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。さらに、ＬＥＤの図面が縮尺するためのものでないことを理解すべきである。
図１Ａから図１Ｅまでを参照すると、複数の表面マウントの発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージは、サブマウント・ウェーハ１０の前側１６からサブマウント・ウェーハ１０の後側１８を通る電気的導電性ビア１４のアレイ１２を含む一般的なサブマウント・ウェーハ１０を用いて製造される。
ＬＥＤダイス２４の各々は、通電すると光を発する発光ｐ／ｎダイオード構造を形成するために、ｐ型及びｎ型の半導体層３４が堆積された光透過性基板３２を含む。金属性、ポリマー性又は別のタイプのｐ型及びｎ型電極４０を半導体層３４上に形成して、ＬＥＤダイス２４に通電する。１つの好ましい実施形態において、ＬＥＤダイス２４は、半導体層３４が光透過サファイア又はＳｉＣ基板上に堆積されるＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ又はそれらの合金からなる多層スタックのＧａＮベースのＬＥＤである。２つの半導体層３４が示されるが、ｎオンｐか又はｐオンｎのいずれかの構成のより複雑な半導体多層スタックを採用することができることを理解すべきである。例えば、多層スタックは、ＡｌＮ又はＡｌＧａＮエピタキシャル・バッファ、光クラッド、ＩｎＮ又はＩｎＧａＮ量子井戸等を含むことができる。さらに、半導体層３４は、窒化物層以外とすることができ、該基板３４は、光透過半導体基板の、大きなバンドギャップ上のリン化物ベースの半導体層を含むＬＥＤダイス等の他の材料から作ることができる。
ＬＥＤダイス２４をサブマウント・ウェーハ１０の前側１６にフリップ・チップ結合して、ビア・アレイ１２を電気的に接触させる。具体的には、各々のＬＥＤダイス２４の電極４０は、導電性ビア１４の前側の端部又はビア１４と電気的に連通するプリント回路５０上に配置された結合バンプ４４にサーモソニック・ボンディングされる。導電性ビア１４の後側の端部は、ＬＥＤパッケージを表面マウントのＬＥＤパッケージとしてプリント回路基板又は他の支持体にはんだ付けするのに適したはんだ付け可能なコンタクト・パッド４６と電気的に連通する。コンタクト・パッド４６に印加された電力は、ビア１４及び結合バンプ４４によりＬＥＤダイス２４の電極４０に伝導される。
ＬＥＤダイス２４をフリップ・チップ結合した後に、サブマウント・ウェーハ１０を分離平面４８（図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃ内の点線として示される）に沿って分離して、各々がフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイス２４とビア・アレイ１２とを含む、分離した表面マウントのＬＥＤパッケージを製造することが好ましい。
任意的に、１つより多いＬＥＤダイス２４は、各々の分離したＬＥＤパッケージ内に含まれる。例えば、図１Ｅの２つのＬＥＤダイス２４は、単一のパッケージ内に含まれる。この場合、電気的に接続するプリント回路５０は、サブマウント・ウェーハ１０の前側１６上に付着できる。（プリント回路５０は、図１Ａ及び図１Ｃでは省略されていることに注意されたい。）或いは、プリント回路５０を省略し、多数のＬＥＤダイス・パッケージの各々のビア・アレイ１２の後側のコンタクト・パッド４６を別途電気的に接触させて、複数のＬＥＤダイスに通電することもできる。
引き続き図１Ａから図１Ｅまでを参照しながら、さらに図２を参照すると、ＬＥＤダイス２４を製造する適切な方法６０は、ＬＥＤデバイスの半導体層を光透過性基板ウェーハ３２上に堆積させること６２を含む。ＧａＮベースのＬＥＤダイス製造の場合は、堆積６２は、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）又は別のエピタキシャル成長技術により適切に行われる。フォトリソグラフィ、ウェット化学エッチング、プラズマ・エッチング等によるウェーハ・レベルの処理６４を行って、デバイス・メサを形成し、埋め込まれた半導体層を露光すること等を行う。金属化領域のリソグラフィ画定と関連して行われたウェーハ・レベルの金属化６６を用いて、電極４０を形成する。１つの好ましい実施形態において、電極４０は、主として金であり、任意的にチタン接着層及び／又はニッケル拡散障壁層上に付着させられる。ウェーハをダイスカットして６８、個々のＬＥＤダイス２４を分離する。
引き続き図１Ａから図２までを参照すると、ビア・アレイ１２を含むサブマウント・ウェーハ１０を製造する適切な方法８０は、適切な電気絶縁ウェーハ８２から始まる。電気絶縁サブマウント材料は、アルミナ、ＢｅＯ、ＡｌＮ等のようなセラミック、又はＡｌＳｉＣ、グラファイト充填ポリマー等のような複合材から選択できる。ビア１４用の開口部は、機械的に、レーザ穿孔、フォトリソグラフィ・ウェット化学エッチング等により穿孔される８４。ビアは、開口部を電気的導電性材料、好ましくは銅で充填することによって形成される８６。充填は、マスクされた電気メッキ若しくは他の高速蒸着を用いて、又はプログラムされたステップアンドリピート注入ノズルを用いることによって行われ得る。適切なビア材料は、銀、銅、金、アルミニウム、白金、パラジウム、タングステン、それらの合金等のような金属を含む。任意的に、開口部を充填するのではなくて、ビア材料を開口部の側壁上に電気メッキするか又は他の方法で堆積させることができる。
金属化処理８８、９０において、はんだ付け可能な後部コンタクト・パッド４６及び任意的な前側のプリント回路５０が、フォトリソグラフィによって形成され、適用される。ウェーハ８２が電気的に絶縁されているため、これらの金属化物を直接ウェーハ８２上に堆積させることができる。任意的に、まず、窒化シリコン又は他の絶縁層をウェーハ８２上に堆積させて、さらなる電気絶縁を施す。
結合バンプ４４を、電気的導電性ビア１４の前側の端部又はプリント回路５０上に形成する９２。一実施形態において、はんだバンプが採用される。しかしながら、フリップ・チップ結合のための典型的なはんだは、約２５−６０Ｗ／ｍＫの熱伝導率と、１ミル（２５ミクロン）より大きいバンプの高さとを有する。大きな高さ及び比較的低い熱伝導率が、はんだ結合バンプによる熱ヒート・シンクを制限する。
従って、好ましい実施形態においては、結合バンプ４４は、主に銅から作られ、サーモソニック・フリップ・チップ結合が用いられる。典型的な銅の熱伝導率は、約４００Ｗ／ｍＫであり、０．５ミル（１３ミクロン）より小さい銅のバンプの高さが得られる。増加した熱伝導率と、はんだバンプと比べて低いバンプの高さにより、熱インピーダンスが減少する。しかしながら、典型的には、より高い結合バンプの高さは信頼性を高め、一方、より低い結合バンプの高さはバンプの熱抵抗を減少させるという点でトレードオフが存在する。１つの好ましい実施形態において、約１ミル（２５ミクロン）の銅のバンプが用いられる。示された実施形態においては、結合バンプ４４は、プリント回路５０上に形成される。しかしながら、代替的に、サーモソニック・ボンディングの場合の結合バンプは、発光ダイオード上に形成できる。
結合バンプ４４を形成する１つの好ましい手法では、ビア１４の前側の端部又は結合バンプが形成されることになるプリント回路５０を薄いチタン層で終端させる。表面を準備するため、この終端チタン層をバンプ形成９２の直前に部分的に又は完全にエッチング除去する。２０ｎｍチタン／１５０ｎｍ銅等の薄いシード層を堆積させ、銅のバンプ位置をフォトリソグラフィによって規定する。銅のバンプをシード層の露出領域に電気メッキする。フォトリソグラフィ・マスクを除去し、薄いシード層をエッチング除去する。
銅のバンプを金でリソグラフィによって被覆して、サーモソニック・ボンディングを高めることが好ましい。任意的に、金コーティングを施して金の付着を高める前に、チタン層を銅のバンプに堆積させる。結合バンプ４４と電極４０との間の金と金のサーモソニック結合は、結合バンプ４４が発光ダイオード２４の電極４０の対応する金の表面に接触する状態で基板１０を約１５０℃に加熱することによって形成される。超音波エネルギーを加えたときに、サーモソニック結合が形成される。有利なことに、このサーモソニック結合は、約１５０℃で形成されるが、その後、最高約６００℃までは熱的に安定であるダイス・アタッチメントを形成する。
図１Ａから図１Ｅまでのサブマウント１０のビア・アレイ１２は、各々が第１の（ｐ型又はｎ型）電極４０に接触する電気的導電性ビア１４の第１のビア・サブアレイ１２1と、第２の（ｎ型又はｐ型）電極４０に接触する電気的導電性ビア１４の第２のビア・サブアレイ１２2とを含む。サブアレイ１２1、１２2の電気的導電性ビア１４を通してヒート・シンクが行われる。ビア１４を各々のサブアレイ１２1、１２2内で空間的に分散して、取り付けられたＬＥＤダイス２４のほぼ均一なヒート・シンクを与える。サブマウント１０が熱伝導性材料から形成される場合には、該サブマウント１０により、代替的又は付加的なヒート・シンクを与えることができる。例えば、ＡｌＮは、ヒート・シンクのためのかなりの熱伝導を与える。
図３を参照して、サブマウントによる指定されたヒート・シンク・ビアを有するＬＥＤパッケージを説明する。図３のＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、１００だけ補われた参照番号によって示され、例えば、図３のＬＥＤダイス１２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図３のＬＥＤパッケージは、制限されたヒート・シンクを与えるビア・サブアレイ１１２1、１１２2と接続された、より小さな電気接触領域を有する。ビア・サブアレイ１１２1、１１２2と組み合わされたサブマウント１１０は、ＬＥＤダイス１２４のための十分な且つ実質的に均一なヒート・シンクを与えるのに十分なほどの熱伝導性がない。
付加的なヒート・シンクを与えるため、指定されたヒート・シンク・ビアの第３のビア・サブアレイ１１２3を設ける。第３のビア・サブアレイ１１２3のビアは、ＬＥＤダイス１２４を電気的に接触させるものではなく、ＬＥＤダイス１２４の通電に寄与するものでもない。第３のビア・サブアレイ１１２3のビアは熱伝導性であるが、導電性とすることもできるし、或いは電気絶縁性とすることもできる。ビア・サブアレイ１１２3は、電気ビアを形成する工程作業８４、８６と同様に適切に形成される。熱ビア・サブアレイ１１２3の前側の端部は、ＬＥＤダイス１２４とサブマウント１００との間に堆積した熱伝導性アンダーフィル材料１６０と熱的に連通して、ＬＥＤダイス１２４と指定された熱ビア・サブアレイ１１２3との間の熱接触を与える。熱ビア・サブアレイ１１２3の後側の端部に接触する熱伝導性パッド１６２は、プリント回路基板又は表面マウントのＬＥＤパッケージが配置される他の支持体との熱接触を与える。
引き続き図１Ａから図２までを参照しながら、さらに図４を参照して、例示的な工程６０により形成されたＬＥＤダイス２４を例示的な工程８０により形成されたサブマウント・ウェーハ１０と組み合わせる適切な方法２００を説明する。ＬＥＤダイス２４をサブマウント１０にフリップ・チップ結合する２０２。銅の結合バンプ４４を採用する好ましい実施形態においては、サーモソニック・ボンディングを採用することが好ましい。サーモソニック・ボンディングは、約１５０℃の低いウェーハ温度で有利に接合を行い、該サーモソニック・ボンディングは、その後、最高６００℃まで熱的に安定する。或いは、標準的なはんだ付け法を用いることもできる。
ＬＥＤダイス２４をサブマウント１０に取り付ける場合は、光コーティングの塗布、後側の基板処理、ＬＥＤダイスのカプセル材料のステップアンドリピート塗布等のような、サブマウント・ウェーハ・レベルのダイス処理２０６を任意的に行う。サブマウント・ウェーハ・レベルの処理は、同時に又は便利なステップアンドリピート構成でダイス２４のすべてを処理することが有益である。さらに、サブマウント・ウェーハは、ダイスカットされていないＬＥＤ基板ウェーハ３２を受け入れ、取り扱うことができない通常の自動シリコン処理システムにより受け入れられ、処理される大きさにすることができる。その上、ＬＥＤダイスのカプセル化等のある工程は、ダイスを取り付ける前には実行できない。任意的なサブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６の後に、サブマウント・ウェーハを切るか、ダイスカットするか、又は他の方法で分離平面４８に沿って切断して、分離した表面マウントのＬＥＤパッケージ２１０を製造する。分離は、機械切断、レーザ切断、劈開又は他の適切な技術を採用することができる。
引き続き図４を参照しながら、さらに図５を参照して、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６により塗布された個々のＬＥＤカプセル材料３６０を含むＬＥＤパッケージを説明する。図５のＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、３００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図５のＬＥＤダイス３２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図５のＬＥＤパッケージを製造する場合は、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６中に、個々のＬＥＤカプセル材料３６０を各々のＬＥＤダイス３２４及びサブマウント３１０の前面３１６の周囲部分に塗布して、ＬＥＤダイス３２４をハーメチック・シールする。個々のカプセル材料３６０は、自動シリコン・デバイス処理に用いられるようなステップアンドリピート装置を用いて適切に塗布される。成形されたカプセル材料３６０は、エポキシ又はＬＥＤ基板３３２と適合する良好な屈折率を与える他のカプセル材料から作られることが好ましく、照明出力の選択されたレンジングを生成する形状にされることも好ましい。
引き続き図４を参照しながら、さらに図６を参照して、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６により塗布された個々のＬＥＤアンダーフィル材料４６０を含むＬＥＤパッケージを説明する。図６のＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、４００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図６のＬＥＤダイス４２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図６のＬＥＤパッケージを製造する場合は、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６中に、個々のＬＥＤアンダーフィル材料４６０を各々のＬＥＤダイス４２４のフリップ・チップ結合インタフェースに塗布して、半導体層４３４及び電極４４０等のＬＥＤダイス４２４の重要なコンポーネントをハーメチック・シールする。アンダーフィル材料４６０は、ヒート・シンクに寄与するために熱伝導性であることが好ましい。アンダーフィル材料４６０は、各々がフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイス４２４を逐次的に処理するステップアンドリピート装置を用いて適切に塗布される。
引き続き図４を参照しながら、さらに図７を参照して、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６により施された光フィルム５６０を含むＬＥＤパッケージを説明する。図７のＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、５００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図７のＬＥＤダイス５２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図７のＬＥＤパッケージを製造する場合は、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６中に、光コーティング５６０をＬＥＤダイス５２４の光透過性基板に施す。光コーティング５６０は、反射防止コーティング、屈折率整合コーティング、蛍光体層等とすることができる。光コーティング５６０は、サブマウント・ウェーハ５１０にフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスの各々を逐次的に処理するステップアンドリピート装置を用いて適切に施すことができる。或いは、光コーティング５６０は、ＬＥＤダイス５２４を含むサブマウント・ウェーハの前側５１６に施すことができる。この後者の手法では、コーティングの化学的性質が、該コーティングがサブマウント・ウェーハ５１０に付着しないものである限り、コーティング５６０は、サブマウント・ウェーハ５１０をも被覆する。
引き続き図４を参照しながら、さらに図８を参照すると、ＬＥＤパッケージは、選択された光屈折効果をもたらす形付けられた屈折面６６０を含む。形付けられた屈折面６６０は、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６により形成される。図８のＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、６００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図８のＬＥＤダイス６２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図８のＬＥＤパッケージを製造する場合は、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６中に、フォトリソグラフィによって又は光学的に規定された表面の形付けパターンは、適切なプラズマ・エッチング、ウェット化学エッチング等によりＬＥＤダイス６２４の透明な基板に形成される。形付けされた屈折面６６０は、光屈折のプリズム形態、フレネル・レンズのパターン又は他の選択された光屈折外形を含むことができる。
図９を参照しながら、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６により塗布された横方向に連続するカプセル材料フィルム並びにＬＥＤダイスの側面領域の外側に配置されたビアを含むＬＥＤパッケージを説明する。図９のＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、７００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図９のＬＥＤダイス７２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図９のＬＥＤパッケージを製造する場合は、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６中に、横方向に連続するエポキシ・フィルム又は他のカプセル化フィルム７６０が、サブマウント・ウェーハ７１０に施される。カプセル材料のフィルム７６０は、単一のフィルム堆積工程においてサブマウント・ウェーハ７１０にフリップ・チップ結合されるＬＥＤダイス７２４のすべてをカプセル化する。サブマウント・ウェーハが図４のサブマウント分離工程２０８において分離平面７４８に沿って分離されるときに、該分離により、分離した表面マウントのＬＥＤパッケージ毎にカプセル材料７６０の側縁が規定される。
引き続き図９を参照すると、そこに示されたＬＥＤパッケージはさらに、ＬＥＤダイス７２４の側面領域の外側に配置された電気ビア７１４を含む。結合バンプ７４４は、図２の回路プリント工程９０において形成されたプリント回路７５０上に配置され、該プリント回路７５０が、該結合バンプ７４４をビア７１４に接続する。次に、ビア７１４が、サブマウント・ウェーハ７１０の後側７１８上に配置されたコンタクト・パッド７４６に接続される。このような配置では、サブマウント７１０が、主要ヒート・シンク経路をＬＥＤダイス７２４に与えることが好ましい。好適な熱伝導性サブマウント材料はＡｌＮである。ビア７１４がＬＥＤダイス７２４の側面領域の外側にある配置により、あるタイプのダイス取り付け工程には重要となり得る平滑な表面が、フリップ・チップ結合に与えられることが有利である。
図１０を参照しながら、横方向に連続するカプセル材料のフィルムと、分離したＬＥＤパッケージの側壁として配置されたビアとを含むＬＥＤパッケージを説明する。図１０のＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、８００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図１０のＬＥＤダイス８２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図８のカプセル材料のフィルム７６０と実質的に同様のウェーハ・レベルのカプセル材料のフィルム８６０は、サブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６中に、横方向に連続するフィルムとして施される。
ビア８１４は、プリント回路８５０が結合バンプ８４４をビア８１４に電気的に接続した状態で、ＬＥＤダイス８２４の側面領域の外側に配置される。図４のＬＥＤパッケージの分離工程２０８中に、個々の表面マウントのＬＥＤパッケージは、ビア８１４の中心軸と実質的に一致する分離平面に沿って分離される。従って、ビア８１４は、分離したＬＥＤパッケージの側壁８６２上に配置される。分離を容易にするために、図２のビア形成工程８６は、電気的導電性ビア材料を穿孔開口部の側壁上に堆積することに制限されることが好ましい。ビア８１４が分離したＬＥＤパッケージの側壁上にある配置により、分離した表面マウントのＬＥＤパッケージ内のサブマウントを通るビアを含む他の実施形態と比較して、分離した表面マウントのＬＥＤパッケージの構造的信頼性が向上することが有益である。ＡｌＮ又は他の熱伝導性サブマウント材料を採用して、主要ヒート・シンクを与えることが好ましい。
図９及び図１０のＬＥＤパッケージは、図４のサブマウント・ウェーハ・レベルの処理２０６中にサブマウント・ウェーハ７１０、８１０の前側７１６、８１６にわたって施されるカプセル化フィルム７６０、８６０を含む。分離した表面マウントＬＥＤパッケージ毎のカプセル材料の側方縁部又は側壁は、図９及び図１０のＬＥＤパッケージにおいては、前面７１６、８１６に直角な分離平面７４８により規定される。
図１１を参照して、垂直でない分離平面を有する表面マウントのＬＥＤパッケージを説明する。図１０の表面マウントのＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントが、９００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図１１のＬＥＤダイス９２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図１１に示されるＬＥＤパッケージは、サブマウント９１０にフリップ・チップ結合された透明な基板９３２を有するＬＥＤダイス９２４を含み、該サブマウントは、はんだ付け可能な接合パッド９４６がサブマウントの後側９１８にある状態でサブマウントの前側９１６にプリント回路９５０を電気的に接続するビア・アレイ９１２を有する。平坦なカプセル材料のフィルム９６０が、図９及び図１０の平坦なフィルム７６０、８６０と同様に施される。
しかしながら、図１Ａから図１Ｅまでを参照して説明されたＬＥＤパッケージに用いられた垂直な分離平面４８ではなくて、図１１のＬＥＤパッケージは、サブマウント・ウェーハの後側９１８から切断された「Ｖ」字形状の溝９７０を用いて分離される。「Ｖ」字形状の溝９７０を形成した後であるがＬＥＤパッケージを分離する前に、反射性材料を後側９１８上に堆積させて、リフレクタ・カップを規定する、カプセル材料９６０の角度が付けられた側面上に反射コーティング９７４を形成する。次に、残りのサブマウント材料を破断して、表面マウントのＬＥＤパッケージを分離する。任意的に、移送成形レンズ９７６を各々の表面マウントのＬＥＤパッケージ上に堆積させて、さらに光抽出を高める。
図１２及び図１３を参照して、リフレクタ・キャビティがキャビティ・ウェーハにより規定された状態の表面マウントのＬＥＤパッケージを説明する。図１２の表面マウントのＬＥＤパッケージにおいて、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤパッケージの実質的に同様のコンポーネントに対応するコンポーネントは、１０００だけ補われた参照番号により示され、例えば、図１２のＬＥＤダイス１０２４は、図１Ａから図１ＥまでのＬＥＤダイス２４に対応する。図１２に示されたＬＥＤパッケージは、はんだ付け可能な接合パッド１０４６がサブマウントの後側１０１８にある状態でサブマウントの前側１０１６にＬＥＤダイス１０２４を電気的に接続するビア１０１４を有するサブマウント１０１０にフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイス１０２４を含む。
引き続き図１２及び図１３を参照しながら、さらに図１４を参照すると、リフレクタ・キャビティを規定するキャビティ・ウェーハ１０７８（図１３に示される前側）は、サブマウント・ウェーハ１０１０の前側１０１６に接合される。キャビティ・ウェーハ１０７８は、各々が切断円錐の形状を有するキャビティ１０８０を含む（すなわち、キャビティが円錐台の形状を有する）。１つの適切な実施形態において、キャビティ・ウェーハ１０７８は、シリコン・ウェーハであり、キャビティ１０８０の傾斜した側面は、穿孔により選択された角度で形成され１１００、続いて異方性エッチングが行われる。反射性材料をキャビティ・ウェーハ１０７８の前側に塗布して１１０２、リフレクタ・カップを規定するキャビティ１０８０の傾斜した側面上に反射層１０８２を形成する。反射コーティング１０８２の代わりに、光コーティングをもたない白色セラミックのキャビティ・ウェーハを用いることができる。
ＬＥＤダイス１０２４とリフレクタ・キャビティ１０８０が形成されたキャビティ・ウェーハ１０７８とをサブマウント・ウェーハ１０１０に接合し１１１０、フリップ・チップ結合されたＬＥＤダイス１０２４及びキャビティ・ウェーハ１０７８は、各々のリフレクタ・キャビティ１０８０が１つのＬＥＤダイス１０２４を受け入れるように相対的に位置決めされる。適切なカプセル化工程１１１２において、カプセル材料を接合されたキャビティ・ウェーハ１０７８の上部に分配し、スポンジ、スクイジ等を用いてキャビティ１０８０内に押圧して、カプセル化充填物を形成する１０６０。或いは、自動ステップアンドリピート・カプセル材料アプリケータを用いることができる。任意的に、蛍光体コーティング１０８４をキャビティ・ウェーハ１０７８の表面及びカプセル化充填物１０６０に施して１１１４、青色又は紫外線ＧａＮのＬＥＤ光等のＬＥＤ光を白色光等の選択された照明に変換する。個々の表面マウントのＬＥＤパッケージ１１２０は、垂直分離平面１０４８に沿ってサブマウント・ウェーハ１０１０と接合されたキャビティ・ウェーハ１０７８とを挽き切るか又は切断することによって分離される１１１６。
結果として得られたＬＥＤパッケージ１１２０はロバストである。キャビティ１０８０においてカプセル化充填物１０６０に凹部を作るため、シリコンのような軟質材料をカプセル材料として用いることができる。キャビティ１０８０により形成されたリフレクタ・カップにより、光抽出が高められ、蛍光体層１０８４のサブマウント・ウェーハ・レベルの蒸着により、リンを含有させた個々のＬＥＤダイスと比較して安定した蛍光体の厚さ及び均一性がもたらされ、方向と実質的に無関係な色の一貫性の改善が与えられる。任意的に、分離する１１１６前に、自動ステップアンドリピート・アプリケータを用いてレンズ・アレイ（図示せず）に適用して、さらに光抽出を高める。
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明された。これまでの詳細な説明を読み、理解したときに、修正及び代替技術が第三者には思い浮かぶであろうことは明らかである。本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内に入る程度のそうした修正及び代替技術のすべてを含むものとして解釈されることが意図される。
複数の電気ビア・アレイを含むサブマウント・ウェーハの正面図及び個々のＬＥＤパッケージを分離する分離平面を示す点線を示す。 はんだ付け可能なコンタクト・パッドを含む図１Ａのサブマウント・ウェーハの背面図及び個々のＬＥＤパッケージを分離する分離平面を示す点線を示す。 点線がＬＥＤパッケージを分離する分離平面を示す電気ビア・アレイの１つの正面図を示す。 フリップ・チップが図１Ｃのビア・アレイに接合するＬＥＤダイスの（透明な基板を通して見た）背面図を示す。ＬＥＤダイスの前側の電極が、想像線で示される。 図１Ｃに示されたタイプの２つのビア・アレイにフリップ・チップ結合された、図１Ｄに示されたタイプの２つのＬＥＤダイスの側面図を示す。 ＬＥＤダイスと、ビア・アレイがそこに形成された状態のサブマウント・ウェーハとを製造する適切な処理フロー図を示す。 熱伝導性ビアと呼ばれるビアの第３のサブアレイを含むＬＥＤパッケージの側面図を示す。 図２の処理に従って製造されたＬＥＤダイスとサブマウント・ウェーハ・コンポーネントとを組み合わせて、分離したＬＥＤパッケージを生成する適切な方法を示す。 成形材料がステップアンドリピート法で各々のＬＥＤダイスに塗布された状態の２つのビア・アレイにフリップ・チップ結合された２つのＬＥＤダイスの側面図を示す。 アンダーフィル材料がステップアンドリピート法で各々のＬＥＤダイスに塗布された状態の２つのビア・アレイにフリップ・チップ結合された２つのＬＥＤダイスの側面図を示す。 ビア・アレイにフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスの側面図であり、ウェーハ・レベルの処理中に、ＬＥＤがフリップ・チップ結合された状態でサブマウント・ウェーハに接合されたＬＥＤダイスに光コーティングが施された状態を示す。 ウェーハ・レベルのプロセスを用いてＬＥＤダイス基板上でエッチングされた形付けられた屈折表面を、ＬＥＤをそれにフリップ・チップ結合した状態のサブマウント・ウェーハに施した状態の、ビア・アレイにフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスの側面図を示す。 ダイスをカプセル化するエポキシが個々のＬＥＤパッケージの分離前にウェーハ・レベルのプロセスで塗布された状態の、ＬＥＤダイスの側面領域の外側に配置されたビア・アレイにフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスの側面図を示す。 ＬＥＤパッケージをビア・アレイを通して切断することによって分離して、導電性側壁を生成する、ＬＥＤダイスの側面領域の外側に配置されたビア・アレイにフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスの斜視図を示す。ダイスをカプセル化するエポキシは、個々のＬＥＤパッケージの分離前にウェーハ・レベルのプロセスで塗布される。 ＬＥＤダイスの側面領域の外側に配置されたビア・アレイにフリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスの側面図を示す。ダイスをカプセル化するエポキシは、ウェーハ・レベルのプロセスで塗布され、続いて移送成形レンズが、ステップアンドリピート接合され、ＬＥＤパッケージが、Ｖ字形状の溝に沿って分離される。 キャビティ・ウェーハがサブマウント・ウェーハに接合された状態の、ビア・アレイにフリップ・チップ結合された２つのＬＥＤダイスの側面図を示す。キャビティ・ウェーハは、そこに形成された屈折キャビティがＬＥＤダイスを受け入れるようにサブマウント・ウェーハ上に配置され、各々のキャビティが、カプセル材料でステップアンドリピート法で充填される。 サブマウント・ウェーハ上に接合する前に、キャビティがそこに製造された状態の、図１２のキャビティ・ウェーハの正面図を示す。 図１２及び図１３のキャビティ・ウェーハを製造し、キャビティ・ウェーハをＬＥＤダイス及び図２の処理に従って製造されたサブマウント・ウェーハ・コンポーネントと組み合わせて、分離したＬＥＤパッケージを生成する適切な方法を示す。

Claims (1)

  1. 複数の表面マウント型発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを製造する方法であって、
    各々が、光透過性基板上に配置された発光半導体層と、前記光透過性基板の反対側の前記半導体層上に配置された、前側のｐ型及びｎ型コンタクトとを含む複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスを製造し、
    複数の開口部アレイを電気絶縁サブマウント・ウェーハ内に穿孔し、
    金属を前記穿孔開口部に塗布して、複数のビア・アレイを形成し、
    各々のｐ型及びｎ型コンタクトがビア・アレイを通して前記サブマウント・ウェーハのはんだ付け可能な後側と電気的に連通する状態で、前記ＬＥＤダイスを前記サブマウント・ウェーハの前側にフリップ・チップ結合し、
    熱伝導路を設けて、熱を前記フリップ・チップ結合されたＬＥＤダイスから前記サブマウント・ウェーハの前記はんだ付け可能な後側に熱伝導し、
    前記フリップ・チップ結合の後に、前記サブマウント・ウェーハを分離して、各々が少なくとも１つのＬＥＤダイスを含む表面マウント型ＬＥＤパッケージを製造する、
    ことを含む方法。
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