JP2007299997A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子をガラスで被覆する際に短絡が発生するのを最小限にして、簡便に発光装置を製造することのできる方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ基板を準備した後、この上に接着剤層を介して、シート状のガラス部材を設ける。次いで、ＬＥＤ基板をガラス部材と一緒にダイシングして、複数のＬＥＤチップを形成する。そして、ＬＥＤチップを配線基板に実装した後、加熱処理によりガラス部材を溶融して、ＬＥＤチップをガラス部材で被覆する。接着剤層には、エチルセルロースまたはニトロセルロースを用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置の製造方法に関し、より詳しくは、発光素子がガラスで被覆されている発光装置の製造方法に関する。
現在、白色の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，以下、ＬＥＤと言う。）を発光素子として用いた照明機器が実用化されつつある。白色ＬＥＤを照明に使用した場合の利点としては、１）白熱灯や蛍光灯に比べて消費電力が小さくランニングコストが安い、２）寿命が長いために交換の手間が省ける、３）小型化できる、４）蛍光灯における水銀のような有害物質を使用しない、などが挙げられる。
一般的な白色ＬＥＤは、樹脂によってＬＥＤが封止された構造を有する。例えば、典型的な１チップ型白色ＬＥＤでは、ＧａＮにＩｎが添加されたＩｎＧａＮを発光層とするＬＥＤが、ＹＡＧ蛍光体を含有する樹脂によって封止されている。このＬＥＤに電流を流すと、ＬＥＤから青色光が放出される。次いで、青色光の一部によってＹＡＧ蛍光体が励起されて、この蛍光体から黄色光が放出される。青色光と黄色光は補色の関係にあるので、これらが入り混じると人間の目には白色光として認識される。
しかし、樹脂封止されたＬＥＤでは、長時間の使用により樹脂中に水分が浸入して、ＬＥＤの動作が阻害されたり、ＬＥＤから放出される光によって樹脂が変色し、樹脂の光透過率が低下したりするなどの問題があった。
また、ＬＥＤは、実装基板から発光部までの熱抵抗が小さくて耐熱温度が高いほど、高い周囲温度および大入力で使用することが可能となる。したがって、熱抵抗および耐熱性は、ＬＥＤを高出力化するためのキーポイントである。しかし、ＬＥＤの封止に樹脂を用いた場合には、樹脂の耐熱性が低いために、高出力での使用に適さないという問題があった。例えば、エポキシ樹脂の場合、１３０℃以上の温度で黄変してしまう。
こうした問題に対して、低融点ガラスで封止したＬＥＤ（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。
特許文献１には、型押し法と電気炉を用いて、ＧａＮをガラスで封止する技術が記載されている。図１８に、その実施例の１つである発光装置の断面図を示す。サブマウント２０２に搭載された発光ダイオードチップ２０１は、リード２０３に配置されている。また、発光ダイオードチップ２０１は、ボンディングワイヤ２０５によってリード２０４と接続している。そして、発光ダイオードチップ２０１は、ボンディングワイヤ２０５とともに、封止部材２０６によって封止されている。封止部材２０６は低融点ガラスであり、加熱により低融点ガラスを軟化させることによって、発光ダイオードチップ２０１、ボンディングワイヤ２０５および周辺の回路を封止している。
ＬＥＤを低融点ガラスで封止することにより、封止材を通しての吸湿性や、封止材の変色による光透過率の低下を低減できるとともに、耐熱性を向上させることが可能となる。
しかし、特許文献１のように、金型を用いてガラス封止する方法では、成型時の圧力でＬＥＤの電極部に変形が起こり、不良が発生するおそれがあった。例えば、ＬＥＤがバンプによって配線基板に接続される構成では、電極が移動したり、バンプが潰れたりして、ＬＥＤと配線基板の間に短絡が発生するなどの問題があった。
こうした問題に対しては、ＬＥＤと配線基板の間に絶縁層を設けるなどした発光装置が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２では、バンプを介してＬＥＤと配線基板を電気的に接続した後に、ＬＥＤと配線基板の間に絶縁層を充填する。次いで、金型を用いて、所定の温度で加圧することにより、ＬＥＤを低融点ガラスで封止する。この際、絶縁層によってＬＥＤの下面とバンプが固定されるので、短絡を回避することができるとされる。
また、ＬＥＤと低融点ガラスの間に緩衝層を設けることによって、バンプが潰れて短絡が発生するのを防ぐようにした発光装置も開示されている（特許文献３参照）。特許文献３によれば、ＬＥＤを緩衝層で包囲することによって、バンプの圧潰による短絡の発生を回避できるとされる。
国際公開第２００４／０８２０３６号パンフレット 特開２００６−５４２１０号公報 特開２００６−５４２０９号公報
しかしながら、特許文献２や特許文献３に記載の発光装置では、絶縁層や緩衝層を設ける工程が新たに必要となる。
特許文献２では、バンプが配線層に載るように位置決めしてＬＥＤを配設した後、ＬＥＤの下面と配線基板との間に、絶縁層を滴下または充填する工程が必要となる。また、特許文献３では、配線層に電極が載るように位置決めしてＬＥＤを配設した後に、ＬＥＤの中心部の真上から、緩衝層となる液状の樹脂を滴下する工程が必要となる。これらの工程では、絶縁層や緩衝層を滴下または充填する位置を個々のＬＥＤに対して正確に決定しなければならない。
本発明はこうした問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、発光素子をガラスで被覆する際に短絡が発生するのを最小限にして、簡便に発光装置を製造することのできる方法を提供することにある。
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
本発明の第１の態様は、基板上に発光層を有する半導体層と該半導体層に電圧を印加する電極とが備えられた発光素子基板を準備する工程と、
前記発光素子基板の上にガラス部材を設ける工程と、
前記発光素子基板を前記ガラス部材と一緒にダイシングして、複数の発光素子チップを形成する工程と、
前記発光素子チップを配線基板に実装する工程と、
加熱処理により前記ガラス部材を溶融して、前記発光素子チップを前記ガラス部材で被覆する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法い関する。
本発明の第１の態様において、前記ガラス部材を設ける工程は、前記発光素子基板の上に接着剤層を形成する工程と、
前記接着剤層の上にシート状のガラス部材を載せる工程とを有することができる。この場合、前記接着剤層は、エチルセルロースまたはニトロセルロースを主成分として含むことができる。
本発明の第１の態様において、前記ガラス部材を設ける工程は、前記発光素子基板の上にガラスペーストを設ける工程と、
前記ガラスペーストを焼成する工程とを有することができる。
本発明の第１の態様において、前記ガラス部材を設ける工程は、前記発光素子基板の上にグリーンシートを熱圧着する工程と、
前記グリーンシートを焼成する工程とを有することができる。
本発明の第２の態様は、発光層を有する半導体層が備えられた基板を準備する工程と、
前記基板の上にガラス部材を設ける工程と、
前記ガラス部材を設ける工程の後で、前記半導体層に電圧を印加する電極を前記基板に設けて発光素子基板を形成する工程と、
前記発光素子基板を前記ガラス部材と一緒にダイシングして、複数の発光素子チップを形成する工程と、
前記発光素子チップを配線基板に実装する工程と、
加熱処理により前記ガラス部材を溶融して、前記発光素子チップを前記ガラス部材で被覆する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法に関する。
本発明の第２の態様において、前記ガラス部材を設ける工程は、前記基板の上に接着剤層を形成する工程と、
前記接着剤層の上にシート状のガラス部材を載せる工程とを有することができる。この場合、前記接着剤層は、エチルセルロースまたはニトロセルロースを主成分として含むことができる。
本発明の第２の態様において、前記ガラス部材を設ける工程は、前記基板の上にガラスペーストを設ける工程と、
前記ガラスペーストを焼成する工程とを有することができる。
本発明の第２の態様において、前記ガラス部材を設ける工程は、前記基板の上にグリーンシートを熱圧着する工程と、
前記グリーンシートを焼成する工程とを有することができる。
本発明の第１の態様および第２の態様において、前記ガラス部材は、ＴｅＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＺｎＯを主成分として含むことが好ましい。
本発明の第１の態様および第２の態様において、前記発光素子は、ＬＥＤおよび半導体レーザのいずれか一方とすることができる。
本発明の第１の態様によれば、発光素子基板をガラス部材と一緒にダイシングし、得られた発光素子チップを配線基板に実装してから、加熱処理によりガラス部材を溶融して、発光素子チップをガラス部材で被覆するので、短絡の発生を最小限にして簡便に発光装置を製造することが可能となる。
本発明の第２の態様によれば、発光素子基板をガラス部材と一緒にダイシングし、得られた発光素子チップを配線基板に実装してから、加熱処理によりガラス部材を溶融して、発光素子チップをガラス部材で被覆するので、短絡の発生を最小限にして簡便に発光装置を製造することが可能となる。
また、本発明の第２の態様によれば、ガラス部材を設ける工程の後に、半導体層に電圧を印加する電極を設けて発光素子基板を形成するので、加熱処理により電極がダメージを受けるのを防ぐことができる。これは、特に、ガラスペーストまたはグリーンシートを用いてガラス部材を形成する場合に有効である。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による発光装置の製造方法を示すフローチャートである。また、図２〜図１５は、発光装置の製造方法を説明する図である。尚、これらの図において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。
まず、基板に、各ＬＥＤ素子に対応する１組の電極が縦横に配列して設けられたＬＥＤ基板を準備する（ステップ１０１）。ここで、ＬＥＤ素子は、本発明における発光素子であり、ＬＥＤ基板は、本発明における発光素子基板である。尚、本実施の形態においては、後述するガラス部材をＬＥＤ基板の上に載置した後で、上記の電極を形成することもできる。
図２は、ＬＥＤ基板の模式的な横断面図である。この図に示すように、ＬＥＤ基板１は、基板２の上に形成された半導体層３と、半導体層３の上に形成されたｐ型電極４およびｎ型電極５とを有する。半導体層３は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層を備えたエピタキシャル層である。そして、ｐ型電極４とｎ型電極５によって、半導体層３に電圧を印加することにより、ｐｎ接合（図示せず）の付近で発光が起こる。
図１２は、本実施の形態に適用可能なＬＥＤ基板の部分断面図の一例である。但し、この図では、ＬＥＤ基板に形成された１つのＬＥＤ素子についてのみ示している。
図１２の例では、ＬＥＤ基板１０１は、基板１０２と、基板１０２の上に形成されたｎ型半導体層１０３と、ｎ型半導体層１０３の上方に形成されたｐ型半導体層１０４とを備えた構造を有する。そして、ｐ型半導体層１０４の上には、ｐ型電極１０５が形成されている。また、ｐ型半導体層１０４の一部と、ｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４の間に形成された発光層１０６の一部とが除去されており、露出したｎ型半導体層１０３の上にはｎ型電極１０７が形成されている。
尚、図２において、ｐ型電極４とｎ型電極５は、基板２に対して同一の水平線上に位置している。しかし、図１２のＬＥＤ基板１０１を用いた場合、上述の通り、ｎ型電極１０７は、半導体層の一部を除去した後に形成されるので、ｐ型電極１０５とｎ型電極１０７とは、基板１０２に対して同一の水平線上には位置しなくなる。
図１２において、ｐ型電極１０５とｎ型電極１０７の間に電圧を印加すると、ｐ型半導体１０４とｎ型半導体１０３のエネルギー差が小さくなるために、ｎ型半導体１０３からｐ型半導体１０４の方へ電子が移動して正孔と結合する。この際に放出されたエネルギーがＬＥＤの発光として視認される。
ＬＥＤ基板としては、ガラスで封止する際の熱処理で劣化しないものが用いられる。一般に、バンドギャップの大きいものほど耐熱性が高くなるので、発光光が青色であるＬＥＤが好ましく用いられる。例えば、主発光ピーク波長が５００ｎｍ以下であるＬＥＤ、より詳しくは、ＧａＮおよびＩｎＧａＮなどの窒化物半導体、または、ＺｎＯおよびＺｎＳなどのII−VI族化合物半導体などを用いたＬＥＤを用いることができる。
例えば、図１２のＬＥＤ基板１０１の場合、基板１０２としてサファイア基板を、ｎ型半導体層１０３としてｎ−ＧａＮ層を、ｐ型半導体層１０４としてｐ−ＧａＮ層を、それぞれ用いることができる。また、発光層１０６には、ＩｎＧａＮ層を用いることができ、発光部の構造は、単一または多重の量子井戸構造とすることができる。この場合、発光層１０６からは、４２０ｎｍ以下の紫外線が放出される。尚、サファイア基板とｎ−ＧａＮ層の間には、ＡｌＮ層またはＧａＮ層などのバッファ層を設けることが好ましい。これは、サファイア基板とＧａＮ層とでは、格子定数および熱膨張係数が大きく異なるからである。
バッファ層を設けた場合には、アニール後の冷却過程で生じる応力によって、サファイア基板にクラック等が発生するおそれがある。これを防ぐには、サファイア基板をある程度（例えば、３００μｍ以上）の厚さとしておく必要がある。しかし、このような厚さの基板をダイシングするのは一般に困難であるので、ダイシングの前にサファイア基板を研磨して薄くしておくことが好ましい。一例として、２インチのＬＥＤ基板において、ダイシング前の厚さが６３５μｍ程度である場合には、１００μｍ程度の厚さになるまでサファイア基板を研磨してからダイシングを行う。
ｐ型電極１０５やｎ型電極１０７を形成する材料としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。この内、融点が高くて酸化等を受け難い点から、金を用いることが好ましい。尚、ＬＥＤ等の半導体デバイスにおいて、例えば、特開２００２−１５１７３７号公報、特開平１０−３０３４０７号公報および特開２００５−１３６４１５号公報などに開示されている、特定材料を備えることによって耐熱性を向上させた層構造を有する電極を適用することもできる。ＬＥＤチップをガラス部材で被覆する際には、大気中において高温下で熱処理されるため、熱で電極が変形したり、酸化したりするのを回避する必要があるからである。
本発明の発光装置は、発光素子をＬＥＤに代えて半導体レーザとした場合にも適用できる。半導体レーザとしては、ＬＥＤと同様に、ガラスで封止する際の熱処理で劣化しないものを用いる。すなわち、主発光ピーク波長が５００ｎｍ以下である半導体レーザ、より詳しくは、ＧａＮおよびＩｎＧａＮなどの窒化物半導体、または、ＺｎＯおよびＺｎＳなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などを用いた半導体レーザなどを用いることができる。
次に、図３に示すように、図２のＬＥＤ基板１の裏面、すなわち、基板２で、半導体層３、ｐ型電極４およびｎ型電極５が形成されていない方の面に接着剤層６を設ける（ステップ１０２）。後述するように、接着剤層６の上には、次工程でガラス部材７が設けられる。
接着剤層６としては、ＬＥＤ基板１とガラス部材７とを接着するのに適した材料であって、ガラス部材７の溶融温度以下で分解して気化するものを用いる。例えば、主成分としてエチルセルロースまたはニトロセルロースなどを含む材料を用い、これをＬＥＤ基板１の裏面に塗布することによって、接着剤層６を形成することができる。接着剤層６の膜厚は１００μｍ以下であることが好ましい。これより厚くなると、後工程で行う熱処理の際に、接着剤層６を完全に分解・気化することが困難となるからである。
次に、図４に示すように、接着剤層６を介して、ＬＥＤ基板１の上にガラス部材７を載せる（ステップ１０３）。
ガラス部材７としては、低融点ガラスを用いることもできるし、低融点ガラスでないガラスを用いることもできる。但し、次に示す理由から、低融点ガラスでないガラスを用いることが好ましい。尚、本明細書において、「低融点ガラス」とは、典型的なガラスと比較して、屈服点の低いガラス材料を言う。一般に、ガラス材料の膨張は、ガラス材料が一軸方向に膨張し、測定装置の検出部を押すことによって検出部が移動した距離で評価される。屈服点は、ガラス材料が軟化してしまい検出部を押すことができなくなる温度のことである。
低融点ガラスは、一般に高い熱膨張率を有する。例えば、特許文献３には、ＬＥＤの熱膨張率が５×１０−６／℃程度であるのに対して、低融点ガラスの熱膨張率は１５×１０−６／℃程度である旨が記載されている。このように、熱膨張率に大きな差があると、封止後にガラスにクラックが発生し易くなる。特許文献３によれば、緩衝層を設けることによって、熱膨張や熱収縮により生じる応力を緩衝層で吸収できるとされるが、緩衝層を設ける工程が必要となることは上述の通りである。
そこで、低融点ガラスを用いる場合には、フィラーを添加してガラスの平均線膨張係数を低下させることが好ましい。しかし、より好ましくは、下記に記載するような組成のガラスを用いるのがよい。
すなわち、ガラス部材７として、軟化点が５００℃以下、好ましくは４９０℃以下であり、温度５０℃〜３００℃における平均線膨張係数が６５×１０−７／℃〜９５×１０−７／℃であり、波長４０５ｎｍの光に対する厚さ１ｍｍでの内部透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９３％以上であり、この光に対する屈折率が１．７以上、好ましくは１．９以上、より好ましくは２．０以上であるものを用いることが好ましい。特に、軟化点が５００℃以下、温度５０℃〜３００℃における平均線膨張係数が６５×１０−７／℃〜９５×１０−７／℃、波長４０５ｎｍの光に対する厚さ１ｍｍでの内部透過率が８０％以上であって、この光に対する屈折率が１．８以上であるものが好適である。このようなガラス部材７であれば、ＬＥＤ基板１との熱膨張係数の差が小さいので、残留応力を小さくして、封止後にガラスにクラックが生じるのを防ぐことができる。また、透過率が高く、屈折率も大きいので、ＬＥＤから放出される光の取り出し効率を損なうことなくＬＥＤを封止することができる。
本実施の形態においては、ガラス部材７として、ＴｅＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＺｎＯを含むものが好ましく用いられ、この内でＴｅＯ２を１０ｍｏｌ％以上、望ましくは４０ｍｏｌ％〜５４ｍｏｌ％含むものが特に好ましく用いられる。ＴｅＯ２の含有量を多くすることによって、屈折率を高くすることができるからである。
具体的には、ＴｅＯ２およびＧｅＯ２の含有量の合計が４２ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％であり、Ｂ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３およびＢｉ２Ｏ３の含有量の合計が１５ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％であり、ＺｎＯの含有量が３ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％であり、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５の含有量の合計が１ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％であって、ＴｅＯ２およびＢ２Ｏ３の含有量の合計が７５ｍｏｌ％以下であるものを、ガラス部材７として用いることができる。
この内、ＴｅＯ２の含有量が４０ｍｏｌ％〜５３ｍｏｌ％であり、ＧｅＯ２の含有量が０ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％であり、Ｂ２Ｏ３の含有量が５ｍｏｌ％〜３０ｍｏｌ％であり、Ｇａ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％であり、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％であり、ＺｎＯの含有量が３ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％であり、Ｙ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％であり、、Ｌａ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％であり、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％であり、Ｔａ２Ｏ５の含有量が０ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％であるものが、ガラス部材７として特に好ましく用いられる。
例えば、ガラス部材７として、ＴｅＯ２（４５．０ｍｏｌ％）、ＴｉＯ２（１．０ｍｏｌ％）、ＧｅＯ２（５．０ｍｏｌ％）、Ｂ２Ｏ３（１８．０ｍｏｌ％）、Ｇａ２Ｏ３（６．０ｍｏｌ％）、Ｂｉ２Ｏ３（３．０ｍｏｌ％）、ＺｎＯ（１５ｍｏｌ％）、Ｙ２Ｏ３（０．５ｍｏｌ％）、Ｌａ２Ｏ３（０．５ｍｏｌ％）、Ｇｄ２Ｏ３（３．０ｍｏｌ％）およびＴａ２Ｏ５（３．０ｍｏｌ％）からなるものを用いることができる。この組成は、アルカリ金属を含まない上に、比較的低温で軟化し（例えば、軟化点４９０℃程度）、平均線膨張係数は８６×１０−７／℃程度である。したがって、ＬＥＤで一般に使用されるサファイア基板の平均線膨張係数（Ｃ軸に平行で６８×１０−７／℃、Ｃ軸に垂直で５２×１０−７／℃）に近い。また、波長４０５ｎｍでの屈折率が２．０１と高いので、ＬＥＤからの発光光の取り出し効率を高くするとともに、光の指向性を良好なものとすることができる。
ガラス部材７には、蛍光体が含有されていてもよい。例えば、黄色光を放出する蛍光体をガラス部材に添加すると、ＬＥＤから放出された青色光と、この青色光の一部によって蛍光体が励起されて放出された黄色光とが混ざり合うことによって、白色光を得ることができる。
ガラス部材７は、環境問題の点から鉛を実質的に含まないものであることが好ましい。さらに、ＬＥＤの電気的特性が低下するのを防ぐ点から、アルカリを実質的に含まないものであることが好ましい。
また、ガラス部材７は、ＬＥＤ基板１の上に載置可能な形状に加工しておく。本実施の形態においては、ガラス部材７をシート状に加工しておくことが好ましい。これにより、後工程において、ＬＥＤ基板１と一緒にガラス部材７をダイシングする際の作業が容易となる。また、個々のＬＥＤチップ８について、均等にガラス部材７を分割することも容易となる。尚、溶融した際にガラスに発生する泡を抑制する点からは、ガラス部材７の表面を鏡面としておくことが好ましい。例えば、適当な大きさに切り出したガラス片の表面と裏面に光学研磨を施した後、さらに、所望の大きさに精密切断して、得られたシート状のガラスをガラス部材７として使用することができる。
ＬＥＤ基板１の上に載置するガラス部材７の量は、ダイシングして得られる個々のＬＥＤチップを被覆するのに必要な量とする。ここで、１つのＬＥＤチップを被覆するのに必要なガラス部材の量は、少なくとも、可視光の波長の数倍以上、具体的には２μｍ以上の厚さで、ＬＥＤチップの光が取り出される部分、すなわち電極面以外の部分を被覆できる量である。
尚、ＬＥＤ基板として、半導体層に電圧を印加するための電極が設けられていないものを用いた場合には、ステップ１０３の後で電極を形成することができる。また、この段階では形成せずに、ＬＥＤチップを配線基板に実装する際に形成することも可能である。
次に、ＬＥＤ基板１をダイシングして、個々のＬＥＤチップ８にする（ステップ１０４）。このとき、ＬＥＤ基板１と一緒にガラス部材７も個片化する。
図１３（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤ基板１をダイシングする様子の一例を示している。尚、この図では横断面のみを示しているが、実際には、ＬＥＤ基板１を縦横に賽の目状にダイシングする。
まず、図１３（ａ）に示すように、ガラス部材７のＬＥＤ基板１に接着していない方の面に、粘着シート９を貼り付ける。次いで、各ＬＥＤ素子の境界線１０に沿って、ダイシング用のブレード（図示せず）を粘着シート９の途中まで入れる。これにより、図１３（ｂ）に示すように、個々のＬＥＤチップ８に個片化することができる。尚、ＬＥＤ基板１のガラス部材７に接着していない方の面を固定してダイシングを行ってもよいが、半導体層３や、ｐ型電極４およびｎ型電極５などを損傷するおそれを回避するためには、ガラス部材７の側を固定する方が好ましい。
本実施の形態においては、エッチングにより前もって境界線１０に沿った溝（図示せず）を形成しておき、この溝にブレードをあててダイシングしてもよい。また、幅の広いブレードで溝を形成してから、幅の狭いブレードに代えて、ダイシングを行うようにしてもよい。このようにすることによって、ダイシングが容易になるとともに、個片化されたＬＥＤチップ８の端面近傍におけるＬＥＤ素子の損傷を抑制することができる。
このように、本実施の形態においては、ガラス部材７と一緒にＬＥＤ基板１をダイシングする。ここで、ガラス部材７の硬度は、ＬＥＤ基板１の硬度に比べて小さいので、通常のＬＥＤ基板１の場合と同様にしてダイシングを行うことが可能である。
また、本実施の形態においては、接着剤層６の形成に加えて、例えば、ＬＥＤ基板１および／またはガラス部材７の接着面を粗面化するなどしてもよい。これにより、アンカー効果による接着力の向上を期待できるので、賽の目状にダイシングを行う際に、ＬＥＤ基板１とガラス部材７との間で剥離が生じるのを抑制することが可能となる。
ＬＥＤ基板１をダイシングした後は、図６に示すように、ＬＥＤチップ８を配線基板１１に実装する（ステップ１０５）。ここで、配線基板１１は、基板１２と、基板１２の上に形成された配線１３とを有する。
配線基板１１を構成する基板１２には、耐熱性のものを用いることが好ましい。これは、ＬＥＤチップ８をガラス部材７で封止する際に、ガラス部材７の溶融温度まで加熱する必要があるからである。それ故、エポキシ樹脂などからなる樹脂基板では熱劣化を起こすことが予想され好ましくない。本実施の形態に適用可能な耐熱性基板としては、例えば、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板および炭化ケイ素基板などのセラミクス基板、ガラスセラミクス基板、または、表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板（シリカコートシリコン基板）などを用いることができる。
配線１３を形成する材料（以下、配線材料と称す。）としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。この内、融点が高くて酸化等を受け難い点から、金を用いることが好ましい。ＬＥＤチップ８をガラス部材７で被覆する際には、大気中において高温下で熱処理されるため、熱で配線１３が変形したり、酸化したりするのを回避する必要があるからである。
配線基板１１は、例えば、基板１２の上に、金を主成分とする配線材料をスクリーン印刷した後に、加熱処理を行うことによって形成することができる。
配線材料には、ガラス成分が含まれていてもよい。ＬＥＤチップを封止するガラスと配線基板とが接触する構造の発光装置では、配線材料にガラス成分が含まれることによって、配線基板とガラスとを高い接着力で保持できるようになる。この場合のガラス成分としては、例えば、ＳｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｎＯおよびＢ２Ｏ３を含むものが挙げられる。また、ガラス成分は、環境問題の点から鉛を実質的に含まないものであることが好ましい。さらに、発光装置の電気的特性が低下するのを防ぐ点から、アルカリを実質的に含まないものであることが好ましい。
尚、配線材料は、上記のガラス成分以外の他の成分を含むこともできる。例えば、スクリーン印刷によって配線パターンを形成する場合には、粘度調整の目的と、金にガラス成分を均一に分散させる目的とからワニスを添加することができる。この場合、ワニスは加熱によって分解・蒸発するものであることが好ましく、具体的には、有機質ワニスなどを用いることができる。
さらに、配線基板とガラスとの接着力を向上させるために、本出願人による特願２００５−２５４１２７に記載の接着材を設けてもよい。すなわち、ＬＥＤチップの周囲を取り囲むようにして、配線基板とガラスの間に接着材を設けることにより、ガラスと配線基板の界面から水分が浸入するのを低減できるようになる。この場合、接着材はガラス成分を含むものとし、このガラス成分は、上記した配線材料に含まれるガラス成分と同じであってもよいし、異なっていてもよい。尚、環境問題の点から鉛を実質的に含まないものであることが好ましく、さらに、発光装置の電気的特性が低下するのを防ぐ点から、アルカリを実質的に含まないものであることが好ましいことは、上記と同様である。
配線基板１１へのＬＥＤチップ８の実装は、ＬＥＤチップ８に設けられたｐ型電極４とｎ型電極５とを、配線１３に電気的に接続することにより行う。接続の方法は、ワイヤボンディング法およびワイヤレスボンディング法のいずれであってもよい。本実施の形態では、フリップチップ方式によって実装する方法を例にとり述べる。すなわち、まず、ｐ型電極４とｎ型電極５の上にバンプ１４を形成し、バンプ１４を介して、これらの電極を配線１３に接続する。これにより、図６に示す構造が得られる。
バンプ１４を形成する材料としても金が好ましく用いられる。尚、高温高湿下で通電した場合、ｐ型電極４、ｎ型電極５、バンプ１４および配線１３に異種の金属を用いていると、これらに腐食が発生するおそれがある。一方、これらが全て金である場合には、こうした問題は起こらない。したがって、ｐ型電極４、ｎ型電極５、バンプ１４および配線１３の全てについて、金を用いることが好ましい。
ＬＥＤチップ８を配線基板１１に実装した後は、ガラス部材７の溶融温度以上の温度で加熱処理を行う（ステップ１０６）。これにより、ＬＥＤチップ８がガラス部材７で被覆される。すなわち、本実施の形態によれば、金型を用いることなしにＬＥＤチップをガラスで被覆することができる。したがって、成型時の圧力によって、電極部に変形が起こるなどの不良を回避することができる。
加熱処理の温度は、ＬＥＤの動作機能に支障をきたす温度以下とする必要がある。具体的には、７００℃以下とすることが好ましく、６３０℃以下とすることがより好ましい。温度が７００℃以上になると、ＬＥＤの発光機能が損なわれるおそれがあるからである。
本実施の形態においては、赤外線を用いて加熱処理を行ってもよいし、電気炉を用いて加熱処理を行ってもよい。赤外線による場合には、電気炉を用いた場合に比較して、処理時間を短縮することができるので、発光装置の生産性を向上させることができる。一方、電気炉による場合には、ガラス部材７およびＬＥＤチップ８を均一に昇温させることができる。
図１４は、両者の温度プロファイルを比較した一例である。尚、この例では、大和科学株式会社製の電気炉（製品名ＦＰ４１）または株式会社サーモ理工の赤外線加熱装置ＩＶＦ２９８Ｗ（商品名）を用いた。
電気炉による場合には、図１４で破線で示すように、室温から６１０℃まで６０分間かけて昇温し、６１０℃で１５分間保持した後に、４時間以上かけて室温まで降温している。一方、赤外線による場合には、図１４で実線で示すように、室温から６３０℃まで１５分間かけて昇温し、６３０℃で１分間保持してから、室温まで５分間かけて降温している。このように、赤外線を用いることにより、電気炉を用いた場合に比べて、昇温時間および降温時間をともに短縮することができる。
加熱処理工程では、室温から温度を上昇して行く過程で、まず、接着剤層６の分解・気化（脱バインダー）が起こる。図７は、接着剤層６が気化した後のＬＥＤチップ８を示している。例えば、接着剤層６にエチルセルロースを用いた場合、３５０℃〜４００℃程度の温度でエチルセルロースが分解して気化する。これにより、発光装置にエチルセルロースが残存しないようにすることができる。
温度をさらに上昇させると、やがて、ガラス部材７の軟化が始まる。例えば、電気炉を用いて加熱した場合には、ガラス部材７の周辺部から内部に向かって熱が伝達される結果、軟化したガラス部材７は、図８に示すように、重力によって下方に垂れ下がるようになる。そして、配線基板１１に接触した後は、ガラス部材７は、それ自身の凝集作用によって球面に近い表面形状をとる。その後、加熱を止めて冷却すると、ＬＥＤチップ８が被覆ガラス１５で被覆された構造（図９）を得ることができる。尚、本実施の形態においては、ＬＥＤチップ８を被覆した後のガラス部材７を、便宜的に被覆ガラス１５（または被覆ガラス１５′）と称して区別する。図９の発光装置１６では、被覆ガラス１５が、その表面形状に曲面である部分１５ａと平坦である部分１５ｂとを含んでいる。
また、上記の加熱処理工程では、図１０に示すように、溶融したガラス部材７が、ＬＥＤチップ８の上で球面に近い形状となってもよい。この場合、図１１に示すように、被覆ガラス１５′の回転軸とＬＥＤチップ８の回転軸とが一致した形状が自己整合的に形成される。図１１の発光装置１６′では、全体が略球状の被覆ガラス１５′の一部にＬＥＤチップ８が嵌め込まれていて、被覆ガラス１５′の曲面がＬＥＤチップ８の側面に接している。
尚、図９および図１１のいずれの形状が得られるかは、ガラス部材の種類や加熱方法などによって異なるが、ガラス部材７が載置されるＬＥＤチップ８の面に対して、ガラス部材７の容積が大きくなると、図９の形状が得られる傾向が強くなる。
上記のセルフアラインプロセスは、具体的には、次のように説明することができる。但し、説明は、溶融した後のガラス部材の変化の一例を挙げているに過ぎず、本発明におけるガラス部材の挙動を限定するものではない。
ＬＥＤチップの上でガラス部材が軟化すると、ガラス部材は、ＬＥＤチップの上面から下方に向かって溢れ出るような挙動を示す。この場合、ガラス部材は、必ずしも等方的に溢れ出るわけではなく、ガラス部材の形状や、ガラス部材を載せた位置によっては偏りが生じ易い。そして、最初に、ＬＥＤチップの一辺からガラス部材が溢れ始めた場合、溢れ出たガラス部材は、ＬＥＤチップの側壁部に沿って下方に流れ出した後に側壁部の下端で停止する。遅れて、他の辺から溢れ出したガラス部材も、同様に側壁部の下端で停止する。このとき、各辺によって、溢れ出すガラス部材の量に差があると、全体に均等となるようにガラス部材が移動する。そして、ガラス部材の回転軸とＬＥＤチップの回転軸とが一致したところで、ガラス部材は安定した形状となる。これにより、加熱前にガラス部材とＬＥＤチップとの位置合わせをせずとも、図１１の形状がセルフアライン的に得られることになる。その後、温度を下げていけば、この形状を固定することができる。
得られる発光装置の形状が、図９および図１１のいずれであっても、溶融したガラス部材から、ＬＥＤチップを被覆するガラスが形成される過程は同様である。すなわち、加熱処理によってガラス部材を溶融させると、ガラス部材は、ある温度において、その表面エネルギーと基板の濡れ性によって定まる形状（球形状）になろうとする。但し、実際には、これに自重による変形が加わることによって、図９または図１１に示すような最終的な形状、すなわち平衡状態で得られる形状が決定される。この場合、ガラス部材の重量が小さいほど、ガラスの表面形状は球面に近くなる一方で、ガラス部材の重量が大きくなると、その表面形状は扁平に近いものとなる。
ところで、上述した特許文献１では、封止部材２０６は扁平な形状となっている（図１８）。また、特許文献２や特許文献３においても、封止部材は半球に近い形状となっている。封止部材がこうした形状を有すると、ＬＥＤから出射される光の指向性は低下する。一方、光ファイバーやプロジェクタに用いられる光源などの用途では、高い指向性を有するＬＥＤに対する要求が高い。
光の指向性を高めるには、ＬＥＤをキャビティ内に載置し、ＬＥＤからの光をキャビティで反射させて、前方に光が取り出されるようにした構造が考えられる。この場合、キャビティには、一般に、アルミナなどのセラミクス材料が用いられる。しかし、こうしたキャビティを設けることは、発光装置全体のコストアップを招く。また、セラミクスは、ある程度の透光性を有するので、ＬＥＤから出射された光の一部は反射されずに透過されてしまう。
一方、ＬＥＤチップから出射される光の指向性は、ガラスが球形に近い形状であるほど高くなる。そこで、次に、ガラスの形状について述べる。
図１５は、ＬＥＤチップを封止するガラスの主軸に沿う断面図である。図において、ガラス２１の表面形状は、曲面である部分２１ａと、平坦である部分２１ｂとで構成される。また、ガラス２１の形状は、曲面である部分２１ａの水平方向の主軸に沿った寸法Ａと、その鉛直方向の主軸に沿った寸法Ｂと、平坦である部分１３ｂの寸法Ｃとの３種類のパラメータで規定される。ここで、寸法Ａ，Ｂ，Ｃの間には
Ａ＞Ｂ＞Ｃ
の関係が成立する。
尚、本実施の形態における発光装置では、平坦である部分２１ｂにＬＥＤチップの電極面が位置することになるので、上記の水平方向とは、電極面に対して水平方向を言う。また、ＬＥＤチップは、電極面を下方にして配線基板上に設けられるので、「電極面に対して水平方向」は、「配線基板に対して水平方向」と言い換えることもできる。鉛直方向についても同様である。
指向性を高くする点からは、曲面である部分２１ａは、球面または楕円体面の一部であることが好ましく、特に、球面の一部であることが好ましい。換言すると、ガラス２１が球形に近いほど好ましい。したがって、同じ大きさのガラスであれば、その形状が球に近くなるほど指向性は向上する。それ故、本実施の形態の発光装置によれば、キャビティなしに高い指向性を実現することができる。したがって、例えば、光ファイバーやプロジェクタに用いられる光源などの用途に適した発光装置とすることができる。
本実施の形態では、ＬＥＤ基板にガラス部材を接着した後にダイシングを行い、その後、ガラス部材を溶融することによってＬＥＤチップをガラスで封止している。これに対して、ＬＥＤ基板をダイシングしてＬＥＤチップを得た後に、このＬＥＤチップにガラス部材を載置して加熱処理を行い、ＬＥＤチップをガラスで封止する方法も考えられる。しかし、この方法では、個々のＬＥＤチップにガラス部材を載せなければならず、量産性を考えると煩雑な面がある。一方、本実施の形態で述べた方法によれば、ＬＥＤチップより大きなＬＥＤ基板にガラス部材を接着するので、作業が容易であり、量産に適した方法と言える。
さらに、特許文献２や特許文献３に記載の発光装置では、絶縁層や緩衝層を滴下または充填する位置を個々のＬＥＤに対して正確に決定しなければならない。しかし、本実施の形態によれば、上述の通り、個々のＬＥＤチップに対する位置決めが不要となるので、簡便に発光装置を製造することが可能となる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
例えば、本実施の形態においては、図１１に示すように、被覆ガラス１５′およびＬＥＤチップ８と、配線基板１１との間に封止樹脂１７を設けることが好ましい。これにより、外部からこれらの隙間を通じて水分が浸入するのを防ぐことができる。また、封止樹脂１７によって被覆ガラス１５′が支えられるので、被覆ガラス１５′をより安定的に保持することができる。このため、封止樹脂１７としては、吸湿性が低くて且つ機械的強度をある程度以上有するものを用いることが好ましい。尚、封止樹脂１７は、紫外線硬化型および熱硬化型のいずれの樹脂（例えば、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂など。）であってもよいが、硬化速度が速いことや、周辺部材への影響が小さいことから紫外線硬化型の樹脂を用いることが好ましい。
また、図９の発光装置１６においても、上記と同様の封止樹脂を設けることができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、シート状のガラス部材を用いてＬＥＤチップの被覆を行った。これに対して、本実施の形態では、ガラスペーストを用いてＬＥＤチップの被覆を行うことを特徴としている。
以下に、本実施の形態による発光装置の製造方法について説明する。
図１６は、本実施の形態における発光装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、基板に、各ＬＥＤ素子に対応する１組の電極が縦横に配列して設けられたＬＥＤ基板を準備する（ステップ２０１）。
ＬＥＤ基板としては、実施の形態１で説明したものと同様のものを用いることができ、後述するガラス部材をＬＥＤ基板の上に形成した後で、上記の電極を形成することも可能である。尚、ＬＥＤ素子は、本発明における発光素子であり、ＬＥＤ基板は、本発明における発光素子基板である。また、発光素子をＬＥＤに代えて半導体レーザとすることも可能である。
次に、ＬＥＤ基板の上にガラスペーストを印刷する（ステップ２０２）。
ガラスペーストは、ガラスフリットと、バインダー機能を有する樹脂と、溶剤とを主として含む。ガラスペーストをＬＥＤ基板の上に印刷した後に、焼成を行うことによって、ＬＥＤ基板の上にガラスの焼成体を形成することができる。以下、ガラスペーストを構成する成分について説明する。
ガラスフリットは、平均粒径が１μｍ〜１０μｍ程度であるガラス粉末を含む。
ガラス粉末は、ガラスの塊を粉砕することによって得られる。ここで、ガラスとしては、低融点ガラスを用いることもできるし、低融点ガラスでないガラスを用いることもできる。但し、実施の形態１と同様に、低融点ガラスを用いる場合には、フィラーを添加してガラスの平均線膨張係数を低下させることが好ましい。しかし、より好ましくは、下記に記載するような組成のガラスを用いるのがよい。
すなわち、軟化点が５００℃以下、好ましくは４９０℃以下であり、温度５０℃〜３００℃における平均線膨張係数が６５×１０−７／℃〜９５×１０−７／℃であり、波長４０５ｎｍの光に対する厚さ１ｍｍでの内部透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９３％以上であり、この光に対する屈折率が１．７以上、好ましくは１．９以上、より好ましくは２．０以上であるガラスを用いる。特に、軟化点が５００℃以下、温度５０℃〜３００℃における平均線膨張係数が６５×１０−７／℃〜９５×１０−７／℃、波長４０５ｎｍの光に対する厚さ１ｍｍでの内部透過率が８０％以上であって、この光に対する屈折率が１．８以上であるものが好適である。このようなガラスであれば、ＬＥＤ基板との熱膨張係数の差が小さいので、残留応力を小さくして、封止後にガラスにクラックが生じるのを防ぐことができる。また、透過率が高く、屈折率も大きいので、ＬＥＤから放出される光の取り出し効率を損なうことなくＬＥＤを封止することができる。
本実施の形態においては、ガラスとして、ＴｅＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＺｎＯを含むものが好ましく用いられ、この内でＴｅＯ２を１０ｍｏｌ％以上、望ましくは４０ｍｏｌ％〜５４ｍｏｌ％含むものが特に好ましく用いられる。ＴｅＯ２の含有量を多くすることによって、屈折率を高くすることができるからである。
具体的には、ＴｅＯ２およびＧｅＯ２の含有量の合計が４２ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％であり、Ｂ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３およびＢｉ２Ｏ３の含有量の合計が１５ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％であり、ＺｎＯの含有量が３ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％であり、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５の含有量の合計が１ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％であって、ＴｅＯ２およびＢ２Ｏ３の含有量の合計が７５ｍｏｌ％以下であるものを、ガラスとして用いることができる。
この内、ＴｅＯ２の含有量が４０ｍｏｌ％〜５３ｍｏｌ％であり、ＧｅＯ２の含有量が０ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％であり、Ｂ２Ｏ３の含有量が５ｍｏｌ％〜３０ｍｏｌ％であり、Ｇａ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％であり、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％であり、ＺｎＯの含有量が３ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％であり、Ｙ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％であり、、Ｌａ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜３ｍｏｌ％であり、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が０ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％であり、Ｔａ２Ｏ５の含有量が０ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％であるものが、ガラスとして特に好ましく用いられる。
例えば、ガラスとして、ＴｅＯ２（４５．０ｍｏｌ％）、ＴｉＯ２（１．０ｍｏｌ％）、ＧｅＯ２（５．０ｍｏｌ％）、Ｂ２Ｏ３（１８．０ｍｏｌ％）、Ｇａ２Ｏ３（６．０ｍｏｌ％）、Ｂｉ２Ｏ３（３．０ｍｏｌ％）、ＺｎＯ（１５ｍｏｌ％）、Ｙ２Ｏ３（０．５ｍｏｌ％）、Ｌａ２Ｏ３（０．５ｍｏｌ％）、Ｇｄ２Ｏ３（３．０ｍｏｌ％）およびＴａ２Ｏ５（３．０ｍｏｌ％）からなるものを用いることができる。この組成は、アルカリ金属を含まない上に、比較的低温で軟化し（例えば、軟化点４９０℃程度）、平均線膨張係数は８６×１０−７／℃程度である。したがって、ＬＥＤで一般に使用されるサファイア基板の平均線膨張係数（Ｃ軸に平行で６８×１０−７／℃、Ｃ軸に垂直で５２×１０−７／℃）に近い。また、波長４０５ｎｍでの屈折率が２．０１と高いので、ＬＥＤからの発光光の取り出し効率を高くするとともに、光の指向性を良好なものとすることができる。
ガラスは、環境問題の点から鉛を実質的に含まないものであることが好ましい。さらに、ＬＥＤの電気的特性が低下するのを防ぐ点から、アルカリを実質的に含まないものであることが好ましい。
ガラスフリットは、焼成体の平均線膨張係数を低下させたり、焼成体の強度を向上させるために、フィラーを含むこともできる。特に、低融点ガラスを用いた場合には、フィラーを含有させることが好ましい。フィラーとしては、例えば、融点またはガラス転移点が７００℃以上である酸化物、ホウ化物またはケイ化物などの無機物の粉末を用いることができる。より詳しくは、α―アルミナ、α―石英、ジルコン、コーディエライト、β―ユークリプタイト、フォルステライト、ムライト、ステアタイト、ホウ酸アルミニウムおよび石英ガラスよりなる群から選ばれる少なくとも１種の酸化物の粉末を用いることができる。また、フィラーの平均粒径は、０．１μｍ〜２０μｍ程度とすることができる。
また、ガラスフリットは、蛍光体を含むこともできる。例えば、黄色光を放出する蛍光体を添加すると、ＬＥＤから放出された青色光と、この青色光の一部によって蛍光体が励起されて放出された黄色光とが混ざり合うことによって、白色光を得ることができる。
ガラスペーストに含まれる樹脂は、印刷されたガラスペースト中のガラス粉末やフィラーなどを支持する役割を果たす。また、加熱により分解・気化するので、焼成体中には残存しない。主剤となる樹脂としては、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース、アクリル樹脂または酢酸ビニルなどの有機樹脂を挙げることができる。尚、印刷後の膜の強度向上を図るために、ブチラール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂またはロジン樹脂などを添加してもよい。脱バインダーが起こる温度範囲は、エチルセルロースを用いた場合で３５０℃〜４００℃、ニトロセルロースを用いた場合で２００℃〜３００℃である。
溶剤は、樹脂を溶解して、印刷に必要な粘度に調整する目的で使用される。このため、印刷の際には蒸発せずに、印刷後の乾燥工程ですばやく蒸発するものが好ましい。具体的には、沸点が２００℃〜２３０℃程度のものが好ましい。また、溶剤は、粘度、固形分比または乾燥速度などを調整する点から、複数の種類を混合して用いることができる。
溶剤としては、例えば、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールージーｎーブチルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、トリプロピレングリコールブチルエーテルおよび酢酸ブチルセルソルブなどのエーテル系溶剤、αーテルピネオール、パインオイルおよびダワノールなどのアルコール系溶剤、または、２，２，４ートリメチルー１，３ーペンタンジオールモノイソブチレートなどのエステル系などを用いることができる。この内で特に、αーテルピネオールおよび２，２，４ートリメチルー１，３ーペンタンジオールモノイソブチレートが好適である。
ガラスペーストは、上記以外の他の成分を含むこともできる。例えば、ジブチルフタレート、ジメチルフタレートおよびジオクチルフタレートなどの可塑剤を混合することができる。また、粘度調整や、ガラスフリットの分散を促進させるために、界面活性剤を使用することもできる。さらに、ガラスフリットの表面改質を目的として、シランカップリング剤を混合することも可能である。
ガラスペーストは、例えば、次のようにして調整することができる。まず、樹脂と溶剤を混合してビヒクルを形成する。ビヒクルには、界面活性剤などが含まれていてもよい。次に、ガラス粉末とビヒクルをプラネタリーミキサーなどを用いて混合した後、３本ロールなどを用いて均一に分散させる。さらに、粘度調整を行うために、混練機を用いて混練する。通常は、ガラス粉末を７０重量％〜８０重量％とし、ビヒクルを２０重量％〜３０重量％とする。
得られたガラスペーストの印刷は、例えば、スクリーン印刷機を用いて行うことができる。印刷されたガラスペーストの厚さは、スクリーン版のメッシュの粗さ、乳剤の厚さ、印刷時の押し圧およびスキージの押し込み量などによって制御することができる。
ＬＥＤ基板の上にガラスペーストを印刷した後は、加熱処理を行うことによって、ＬＥＤ基板の上にガラス部材を形成する（ステップ２０３）。
加熱処理は、低温でガラスペースト中の溶剤を蒸発させる第１の熱処理と、高温でガラスペーストを焼成する第２の熱処理とからなる。第１の熱処理と第２の熱処理は連続して行ってもよいし、第１の熱処理後に一度降温してから第２の熱処理を行ってもよい。加熱処理は、例えば、電気炉を用いて行うことができる。
上記の第２の加熱処理は、さらに、樹脂を分解・気化する脱バインダー処理と、ガラス粉末を焼結して軟化する焼成処理とに分けられる。脱バインダー処理と焼成処理とは連続して行われる。
脱バインダー処理の温度は、エチルセルロースを用いた場合で３５０℃〜４００℃、ニトロセルロースを用いた場合で２００℃〜３００℃である。この温度で、３０分〜１時間程度大気中で加熱することにより、脱バインダーを行うことができる。その後、さらに、温度を上昇させることにより、焼成処理を行うことができる。
焼成処理の温度は、ガラスの軟化温度からこれより２００℃程度高温までの温度範囲である。但し、ＬＥＤの動作機能に支障をきたす温度以下とする必要があることから、７００℃以下とすることが好ましく、６３０℃以下とすることがより好ましい。温度が７００℃以上になると、ＬＥＤの発光機能が損なわれるおそれがあるからである。さらに、焼成処理の温度によって、焼成後のガラスの内部に残存する気泡の形状や大きさに違いが生じるので、これらを勘案して適当な温度で焼成することが好ましい。
焼成を終えた後は、適当な降温速度で冷却を行う。これにより、ＬＥＤ基板の上にガラス部材を形成することができる。
このように、本実施の形態では、ガラスペーストを用いてガラス部材を形成する。ガラス部材の形成は、ガラスペーストをＬＥＤ基板の上に印刷した後に加熱処理することによって行われる。そして、ガラス部材が形成された段階で、実施の形態１で説明した図４と類似の構造を得ることができる。一方、実施の形態１では、予めシート状のガラス部材を準備し、これをＬＥＤ基板の上に載せることによって、図４の構造が得られる点で本実施の形態と相違する。
また、実施の形態１では、ＬＥＤ基板とガラス部材の間に接着材層の存在を必要とする。これに対して、本実施の形態では、焼成処理によってガラスとＬＥＤ基板との間に化学結合が生じるので、接着剤層の存在なしに、ＬＥＤ基板の上にガラス部材を設けることが可能である。
本実施の形態においても、ＬＥＤ基板の上に載置するガラス部材の量は、ダイシングして得られる個々のＬＥＤチップを被覆するのに必要な量とする。ここで、１つのＬＥＤチップを被覆するのに必要なガラス部材の量は、少なくとも、可視光の波長の数倍以上、具体的には２μｍ以上の厚さで、ＬＥＤチップの光が取り出される部分、すなわち電極面以外の部分を被覆できる量である。
実施の形態１では、所望とする厚さのシート状ガラスを準備することにより、ガラス部材の厚さを任意の値に変化させることができた。一方、本実施の形態において、１回のスクリーン印刷で得られるガラス部材の厚さは、５μｍ〜３０μｍ程度である。しかし、印刷回数を増やすことによって、印刷時にガラスペーストを積層して形成すれば、さらに厚膜のガラス部材とすることが可能である。また、スクリーン印刷法に代えて、ドクターブレード印刷法や、ダイコート印刷法などを用いることによっても、厚膜のガラス部材を形成することができる。
ＬＥＤ基板の上にガラス部材を形成した後は、実施の形態１で説明したステップ１０４〜ステップ１０６と同様の工程を行う。すなわち、ガラス部材と一緒にＬＥＤ基板をダイシングして、個々のＬＥＤチップにする（ステップ２０４）。次いで、得られたＬＥＤチップを配線基板に実装する（ステップ２０５）。その後、ガラス部材の溶融温度以上の温度で加熱処理を行う（ステップ２０６）。これにより、図９や図１１と同様の形状を有する発光装置を製造することができる。本実施の形態の発光装置によれば、キャビティなしに高い指向性を実現することができるので、光ファイバーやプロジェクタに用いられる光源などの用途に適した発光装置とすることができる。
このように、本実施の形態においても、金型を用いることなしにＬＥＤチップをガラスで被覆することができる。したがって、成型時の圧力によって、電極部に変形が起こるなどの不良を回避することができる。
また、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、ＬＥＤチップをガラスで被覆する際に、個々のＬＥＤチップに対する位置決めを不要とすることができる上に、実施の形態１におけるような接着剤層の形成工程を不要とすることができる。したがって、より簡便に発光装置を製造することが可能となる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
例えば、ガラスペーストの印刷前にＬＥＤ基板の表面を粗面化しておいてもよい。これにより、アンカー効果による接着力の向上を期待できるので、賽の目状にダイシングを行う際に、ＬＥＤ基板とガラス部材との間で剥離が生じるのを抑制することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に、被覆後のガラス部材およびＬＥＤチップと、配線基板との間に封止樹脂を設けることも可能である。これにより、外部からこれらの隙間を通じて水分が浸入するのを防ぐことができる。
さらに、本実施の形態において、ＬＥＤ基板として、半導体層に電圧を印加するための電極が設けられていないものを用いた場合には、ガラス部材を形成した後で電極を形成することができる。さらに、この段階では形成せずに、ＬＥＤチップを配線基板に実装する際に形成することも可能である。電極の形成をガラス部材を設けた後とすることによって、焼成処理で電極がダメージを受けるのを防ぐことができる。
実施の形態３．
本実施の形態では、グリーンシートを用いてガラス部材を形成することを特徴としている。
以下、本実施の形態における発光装置の製造方法について説明する。
まず、基板に、各ＬＥＤ素子に対応する１組の電極が縦横に配列して設けられたＬＥＤ基板を準備する（ステップ３０１）。
ＬＥＤ基板としては、実施の形態１で説明したものと同様のものを用いることができ、後述するガラス部材をＬＥＤ基板の上に形成した後で、上記の電極を形成することも可能である。尚、ＬＥＤ素子は、本発明における発光素子であり、ＬＥＤ基板は、本発明における発光素子基板である。また、発光素子をＬＥＤに代えて半導体レーザとすることも可能である。
次に、ＬＥＤ基板の上にグリーンシートを熱圧着する（ステップ３０２）。
グリーンシートは、次のようにして形成することができる。まず、実施の形態２で述べたガラスペーストと同様の組成物、すなわち、ガラスフリットと、バインダー機能を有する樹脂と、溶剤とを主として含む組成物を準備する。ガラスフリットには、低融点ガラスおよび低融点ガラスでないガラスのいずれをも用いることができるが、後者のガラスを用いることが好ましい。具体的には、実施の形態１や２で述べたのと同様のガラスを用いることができる。一方、低融点ガラスを用いる場合には、フィラーを添加してガラスの平均線膨張係数を低下させることが好ましい。次に、この組成物をポリエチレンテレフタレートフィルムなどの支持フィルムの上に塗布する。次いで、溶剤を蒸発させた後、フィルム状になったガラスの組成物を支持フィルムから剥がす。これにより、グリーンシートを形成することができる。
ＬＥＤ基板の上にグリーンシートを熱圧着した後は、加熱処理を行うことによって、ＬＥＤ基板の上にガラス部材を形成する（ステップ３０３）。
加熱処理は、実施の形態２における焼成処理に対応し、樹脂を分解・気化する脱バインダー処理と、ガラス粉末を焼結して軟化する焼成処理とに分けられる。これらの処理は、電気炉などを用いて連続して行われる。
脱バインダー処理の温度は、エチルセルロースを用いた場合で３５０℃〜４００℃、ニトロセルロースを用いた場合で２００℃〜３００℃である。この温度で、３０分〜１時間程度大気中で加熱することにより、脱バインダーを行うことができる。その後、さらに、温度を上昇させることにより、焼成処理を行うことができる。
焼成処理の温度は、ガラスの軟化温度からこれより２００℃程度高温までの温度範囲である。但し、ＬＥＤの動作機能に支障をきたす温度以下とする必要があることから、７００℃以下とすることが好ましく、６３０℃以下とすることがより好ましい。温度が７００℃以上になると、ＬＥＤの発光機能が損なわれるおそれがあるからである。さらに、焼成処理の温度によって、焼成後のガラスの内部に残存する気泡の形状や大きさに違いが生じるので、これらを勘案して適当な温度で焼成することが好ましい。
焼成を終えた後は、適当な降温速度で冷却を行う。これにより、ＬＥＤ基板の上にガラス部材を形成することができる。
このように、本実施の形態では、グリーンシートを用いてガラス部材を形成する。ガラス部材の形成は、グリーンシートをＬＥＤ基板の上に熱圧着した後に加熱処理することによって行われる。そして、ガラス部材が形成された段階で、実施の形態１で説明した図４と類似の構造を得ることができる。一方、実施の形態１では、予めシート状のガラス部材を準備し、これをＬＥＤ基板の上に載せることによって、図４の構造が得られる点で本実施の形態と相違する。
また、実施の形態１では、ＬＥＤ基板とガラス部材の間に接着材層の存在を必要とする。一方、本実施の形態では、実施の形態２と同様に、焼成処理によってガラスとＬＥＤ基板との間に化学結合が生じるので、接着剤層の存在なしに、ＬＥＤ基板の上にガラス部材を設けることが可能である。
グリーンシートを用いた場合には、５０μｍ〜４００μｍ程度の厚さのガラス部材を形成することができる。また、グリーンシートを積層して用いることにより、さらに厚膜のガラス部材を形成することが可能である。
ＬＥＤ基板の上にガラス部材を形成した後は、実施の形態１で説明したステップ１０４〜ステップ１０６と同様の工程を行う。すなわち、ガラス部材と一緒にＬＥＤ基板をダイシングして、個々のＬＥＤチップにする（ステップ３０４）。次いで、得られたＬＥＤチップを配線基板に実装する（ステップ３０５）。その後、ガラス部材の溶融温度以上の温度で加熱処理を行う（ステップ３０６）。これにより、図９や図１１と同様の形状を有する発光装置を製造することができる。本実施の形態の発光装置によれば、キャビティなしに高い指向性を実現することができるので、光ファイバーやプロジェクタに用いられる光源などの用途に適した発光装置とすることができる。
このように、本実施の形態においても、金型を用いることなしにＬＥＤチップをガラスで被覆することができる。したがって、成型時の圧力によって、電極部に変形が起こるなどの不良を回避することができる。
また、実施の形態１や実施の形態２と同様に、ＬＥＤチップをガラスで被覆する際に、個々のＬＥＤチップに対する位置決めを不要とすることができるので、簡便に発光装置を製造することが可能となる。
さらに、本実施の形態では、ＬＥＤ基板の上にグリーンシートを圧着して加熱するだけでガラス部材が得られる。すなわち、実施の形態１におけるような接着剤層の形成工程を不要とすることができ、また、実施の形態２におけるような、ＬＥＤ基板上でのガラスペーストの印刷工程も不要とすることができる。したがって、容易にガラス部材を形成することができるので、より簡便に発光装置を製造することが可能となる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
例えば、グリーンシートの熱圧着前にＬＥＤ基板の表面を粗面化しておいてもよい。これにより、アンカー効果による接着力の向上を期待できるので、賽の目状にダイシングを行う際に、ＬＥＤ基板とガラス部材との間で剥離が生じるのを抑制することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に、被覆後のガラス部材およびＬＥＤチップと、配線基板との間に封止樹脂を設けることも可能である。これにより、外部からこれらの隙間を通じて水分が浸入するのを防ぐことができる。
さらに、本実施の形態において、ＬＥＤ基板として、半導体層に電圧を印加するための電極が設けられていないものを用いた場合には、ガラス部材を形成した後で電極を形成することができる。さらに、この段階では形成せずに、ＬＥＤチップを配線基板に実装する際に形成することも可能である。電極の形成をガラス部材を設けた後とすることによって、焼成処理で電極がダメージを受けるのを防ぐことができる。
実施の形態１における発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を説明する図である。 実施の形態１に適用可能なＬＥＤ基板の断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施の形態１におけるダイシング工程の説明図である。 赤外線による加熱と電気炉による加熱の各温度プロファイルである。 実施の形態１において、ＬＥＤを封止するガラスの主軸に沿う断面図である。 実施の形態１における発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態１における発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 従来例における発光装置の断面図である。
符号の説明
１，１０１ ＬＥＤ基板
２，１２，１０２ 基板
３ 半導体層
４，１０５ ｐ型電極
５，１０７ ｎ型電極
６ 接着剤層
７ ガラス部材
８ ＬＥＤチップ
９ 粘着テープ
１０ 境界線
１１ 配線基板
１３ 配線
１４ バンプ
１５，１５′ 被覆ガラス
１６，１６′ 発光装置
１０３ ｎ型半導体層
１０４ ｐ型半導体層
１０６ 発光層

Claims (12)

  1. 基板上に発光層を有する半導体層と該半導体層に電圧を印加する電極とが備えられた発光素子基板を準備する工程と、
    前記発光素子基板の上にガラス部材を設ける工程と、
    前記発光素子基板を前記ガラス部材と一緒にダイシングして、複数の発光素子チップを形成する工程と、
    前記発光素子チップを配線基板に実装する工程と、
    加熱処理により前記ガラス部材を溶融して、前記発光素子チップを前記ガラス部材で被覆する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 前記ガラス部材を設ける工程は、前記発光素子基板の上に接着剤層を形成する工程と、
    前記接着剤層の上にシート状のガラス部材を載せる工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記接着剤層は、エチルセルロースまたはニトロセルロースを主成分として含むことを特徴とする請求項２に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記ガラス部材を設ける工程は、前記発光素子基板の上にガラスペーストを設ける工程と、
    前記ガラスペーストを焼成する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記ガラス部材を設ける工程は、前記発光素子基板の上にグリーンシートを熱圧着する工程と、
    前記グリーンシートを焼成する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  6. 発光層を有する半導体層が備えられた基板を準備する工程と、
    前記基板の上にガラス部材を設ける工程と、
    前記ガラス部材を設ける工程の後で、前記半導体層に電圧を印加する電極を前記基板に設けて発光素子基板を形成する工程と、
    前記発光素子基板を前記ガラス部材と一緒にダイシングして、複数の発光素子チップを形成する工程と、
    前記発光素子チップを配線基板に実装する工程と、
    加熱処理により前記ガラス部材を溶融して、前記発光素子チップを前記ガラス部材で被覆する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  7. 前記ガラス部材を設ける工程は、前記基板の上に接着剤層を形成する工程と、
    前記接着剤層の上にシート状のガラス部材を載せる工程とを有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記接着剤層は、エチルセルロースまたはニトロセルロースを主成分として含むことを特徴とする請求項７に記載の発光装置の製造方法。
  9. 前記ガラス部材を設ける工程は、前記基板の上にガラスペーストを設ける工程と、
    前記ガラスペーストを焼成する工程とを有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
  10. 前記ガラス部材を設ける工程は、前記基板の上にグリーンシートを熱圧着する工程と、
    前記グリーンシートを焼成する工程とを有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
  11. 前記ガラス部材は、ＴｅＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＺｎＯを主成分として含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  12. 前記発光素子は、ＬＥＤおよび半導体レーザのいずれか一方であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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