JP2016129233A - 発光デバイス用キャリア - Google Patents
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Abstract
【課題】光源用のキャリア（担体）を提供する。
【解決手段】半導体発光デバイス１０が支持基板１２上にマウントされる。支持基板はキャリア１６の開口内に配置される。支持基板はセラミックタイルであり、キャリア１６は、その上にモールド形成されるか付着されるかするレンズ２２を支持するのに十分な横方向の広がりを有する低コスト材料である。セラミックタイル１２の底面の電気コンタクト２０が、ユーザのＰＣボードなどの別の構造体へのＬＥＤ１０の電気接続を可能にする。
【選択図】図２
【解決手段】半導体発光デバイス１０が支持基板１２上にマウントされる。支持基板はキャリア１６の開口内に配置される。支持基板はセラミックタイルであり、キャリア１６は、その上にモールド形成されるか付着されるかするレンズ２２を支持するのに十分な横方向の広がりを有する低コスト材料である。セラミックタイル１２の底面の電気コンタクト２０が、ユーザのＰＣボードなどの別の構造体へのＬＥＤ１０の電気接続を可能にする。
【選択図】図２
Description
本発明は、半導体発光デバイス用のキャリア（担体）に関する。
現在利用可能な最も効率的な光源の中に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型（resonant cavity）発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、縦型共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイスがある。可視スペクトルで動作可能な高輝度発光デバイスの製造において現在関心ある材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元及び四元合金を含む。典型的に、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又はその他のエピタキシャル技術により、サファイア、炭化シリコン（シリコンカーバイド）、ＩＩＩ族窒化物若しくは複合材の基板、又はその他の好適な基板の上に、異なる組成及びドーパント濃度の複数の半導体層のスタック（積層体）をエピタキシャル成長することによって製造される。スタックは、しばしば、基板上に形成された、例えばＳｉでドープされた１つ以上のｎ型層と、該１つ以上のｎ型層上に形成された活性領域内の１つ以上の発光層と、活性領域上に形成された、例えばＭｇでドープされた１つ以上のｐ型層とを含んでいる。これらｎ型領域及びｐ型領域の上には、電気コンタクトが形成される。
図１はＬＥＤを例示している。このＬＥＤは特許文献１にて更に詳細に記載されており、この特許文献をここに援用する。ＬＥＤ１０は、“金属パッド／リードを備えたセラミックサブマウント”とし得る支持基板１２上にマウントされている。ＬＥＤ１０上にレンズ２２がモールド形成されている。レンズ２２は以下のように形成され得る。レンズ２２の形状をした金型がＬＥＤ１０上に配置される。金型は焦げ付き防止膜で内側を覆われてもよい。例えばシリコーン又はエポキシなどの好適な透明熱硬化性液体レンズ材料で、金型が充填される。支持基板１２の周辺部と金型との間が真空封止され、そして、各ＬＥＤダイ１０が液体レンズ材料内に挿入され且つレンズ材料が圧縮されるように、これら２つの部品が互いに押し当てられる。その後、金型は、レンズ材料を硬化させるために或る時間にわたり約１５０℃（又はその他の好適温度）まで加熱される。そして、支持基板１２が金型から離型される。
支持基板１２は、モールド形成されたレンズを支持するために、図１に例示したように、ＬＥＤ１０より有意に大きくなければならない。そのような大きい支持構造は、デバイスのコストをかなり増加させてしまい得る。
本発明の１つの目的は、光源用のキャリア（担体）を提供することである。
本発明の実施形態において、支持基板上に半導体発光デバイスがマウントされる。支持基板はキャリアの開口内に配置される。一部の実施形態において、支持基板はセラミックタイルであり、キャリアは、当該キャリア上にモールド形成されるか付着されるかするレンズを支持するのに十分な横方向の広がりを有する低コスト材料である。
本発明の実施形態において、例えばＬＥＤなどの発光デバイスが、例えばセラミックタイルなどの支持基板上にマウントされる。セラミックタイルは、ＬＥＤを機械的に支持し、別の構造体へのＬＥＤの電気接続を提供し、且つＬＥＤからの熱を拡げる（スプレッドする）熱経路を提供する、のに必要な最小限のサイズとし得る。セラミックタイルは、キャリア内に位置付けられてキャリアに取り付けられ得る。キャリアは、ＬＥＤ及びセラミックタイルを衝撃から保護するのに十分な堅牢性を有した、低コストのモールド可能材料とし得る。キャリア材料は、セラミックタイルをキャリアに取り付けること、及びレンズ若しくはその他の構造をＬＥＤ上に形成あるいは付着させること、に必要な条件に耐えるように選択され得る。例えば、セラミックタイルは、はんだ付け、ワイヤボンディング、微細はんだ付け（マイクロソルダリング）、微細溶接（マイクロウェルディング）、例えば一組の金属バンプなどの規格準拠の接合構造、超音波ボンディング若しくは熱超音波ボンディングによって形成される金−金インターコネクト、例えば銀エポキシを用いた接合、例えばバネ力による締め付けなどの機械的クランピング、又は表面実装によってキャリアに取り付けられ得る。支持基板は、頂面又は側面を介して、あるいは、支持基板とキャリアとの上に形成あるいは付着されたレンズを介して、キャリアに機械的に取り付けられることができ、支持基板の底面は、例えばユーザにより供されるＰＣボードなどの別の構造体との電気的且つ／或いは熱的な接触を作り出すのに利用可能に残される。ＬＥＤと支持基板とキャリアとを含むデバイスは、例えばＰＣボードなどの別の構造体に取り付け可能にされ得る。好適なキャリアの例には、所望形状にスタンピング加工・屈曲され得るシートメタル、及び例えばポリフタルアミド（ＰＰＡ）などのプラスチックが含まれる。例えば、ＰＰＡ、その他の好適種類のプラスチック若しくはポリマー、又は誘電絶縁体、に貼り付けられたシートメタルなど、複数の材料が使用されてもよい。
予備的事項として、以下の例では発光デバイスはＩＩＩ族窒化物薄膜フリップチップＬＥＤであるが、例えばＩＩＩ−Ｖ族材料、ＩＩＩ族窒化物材料、ＩＩＩ族リン化物材料、ＩＩＩ族ヒ化物材料、ＩＩ−ＶＩ族材料及びＩＶ族材料などのその他の材料系から製造されるＬＥＤ又はその他の半導体デバイスを含むその他の発光デバイスが使用されてもよい。
従来のＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ１０は、先ず成長基板上に半導体構造を成長させることによって形成される。典型的に、先ずｎ型領域が成長される。このｎ型領域は、異なる組成及びドーパント濃度の複数の層を含み得る。該複数の層は、例えば、ｎ型あるいは意図的にはドープされないものとし得るバッファ層若しくは核生成層などのプリパレーション層と、後の基板の除去（リリース）若しくは基板除去後の半導体構造の薄化を容易にするように設計されるリリース層と、発光領域が効率的に光を放射するのに望ましい特定の光学特性若しくは電気特性に合わせて設計されるｎ型若しくはｐ型のデバイス層とを含む。ｎ型領域上に、発光領域又は活性領域が成長される。好適な発光領域の例には、単一の厚い、あるいは薄い発光層や、バリア層によって分離された複数の薄い、あるいは厚い量子井戸発光層を含んだマルチ量子井戸発光領域が含まれる。発光領域上に、ｐ型領域が成長される。上記ｎ型領域と同様に、このｐ型領域は、異なる組成、厚さ及びドーパント濃度の複数の層を含むことができ、意図的にはドープされていない層又はｎ型層を含んでいてもよい。
ｎ型層への電気的なアクセスを得るために様々な技術が使用される。メタライゼーションのためにｎ型層を露出させるよう、ｐ型層及び活性層の一部がエッチング除去され得る。斯くして、ｐコンタクト及びｎコンタクトは、チップの同じ側にあり、好適なマウントマウント上のコンタクトパッドに直接、電気的に取り付けられることができる。光は、デバイスの頂面（すなわち、コンタクトが形成される表面）から、あるいはデバイスの底面（すなわち、成長方向に対して裏返される少なくとも１つの反射性コンタクトを備えたデバイスであるフリップチップデバイスにおいて）から取り出され得る。フリップチップにおいて、成長基板は、半導体構造（薄膜デバイス）から除去されてもよいし、完成したデバイスの一部として残されてもよい。基板の除去後、半導体構造は薄化されてもよく、また、基板を除去することによって露出されたｎ型領域の表面が、例えば粗面加工又はフォトニック結晶構造を形成することによって、光抽出を改善するようにテクスチャ加工され得る。縦方向注入型のＬＥＤにおいては、半導体構造の一方側にｎコンタクトが形成され、半導体構造の他方側にｐコンタクトが形成される。ｐコンタクト又はｎコンタクトの一方への電気コンタクトは、典型的に、ワイヤ又は金属ブリッジを用いて為され、他方のコンタクトは、支持基板のコンタクトパッドに直接的に接合される。以下の例は薄膜フリップチップデバイスを含むものであるが、如何なる好適なデバイス構造も用いられ得る。
ＬＥＤは支持基板１２上にマウントされ得る。以下の例では支持基板１２はセラミックタイルであるが、如何なる好適な支持基板１２も用いられ得る。一部の実施形態において、支持基板は、ＩＩＩ族窒化物構造が上に成長される成長基板である。このような実施形態において、ＬＥＤはキャリアに、付加的な支持基板を用いることなく直接的に接続される。
ＬＥＤ上に、例えば蛍光体又は染料などの、１つ以上の波長変換材料が配設されてもよい。１つ以上の波長変換材料と組み合わされたＬＥＤは、白色光、又はその他の色の単色光を作り出すために使用され得る。ＬＥＤによって放出された光の全部、又は一部のみが、波長変換材料によって変換され得る。未変換の光は、そうである必要はないが、光の最終的なスペクトルの一部を為す。一般的な組み合わせの例には、黄色蛍光体と組み合わされた青色ＬＥＤ、緑色及び赤色の蛍光体と組み合わされた青色ＬＥＤ、青色及び黄色の蛍光体と組み合わされたＵＶ放出ＬＥＤ、並びに、青色、緑色及び赤色の蛍光体と組み合わされたＵＶ放出ＬＥＤが含まれる。好適な波長変換層の例には、ＬＥＤに接着あるいは接合されるプリフォームされたセラミック蛍光体層、又は、ステンシル、スクリーン印刷、スプレー塗布、蒸着、沈殿、ディスペンス、スピンコート若しくはその他の方法でＬＥＤ上に位置付けられる、例えばシリコーンなどの透明カプセル材料内に配設された粉末蛍光体が含まれる。異なる複数種類の波長変換層が用いられてもよい。複数の波長変換材料は、混合されて単一の層に形成されてもよいし、別々の層として形成されてもよい。
図１４は、本発明の実施形態に従ったデバイスを例示している。支持基板１２上にマウントされたＬＥＤの上に、波長変換材料１４が位置付けられている。支持基板はキャリア１６の開口内に位置付けられている。図１４に示したキャリアは、スタンピング加工され且つ屈曲されたシートメタルから形成され得る。
図２−４は、ＬＥＤ１０がマウントされたセラミックタイル１２の底面を通ってＬＥＤ１０への電気コンタクトが構築される、本発明の実施形態に係るデバイスを例示している。図２は、３つの、セラミックタイル１２上にマウントされたＬＥＤ１０を示している。ＬＥＤ１０は、例えばはんだ又は金などの好適なインターコネクトによって、セラミックタイル１２の頂部のコンタクトに電気的且つ物理的に接続されている。波長変換部材１４がＬＥＤ１０の頂面に配設されている。各セラミックタイル１２は、キャリア１６内に形成されたスロット（穴）内に取り付けられている。セラミックタイル１２は、当該セラミックタイル１２の側面でキャリア１６にはんだ付けされ得る。各ＬＥＤ１０上にレンズ２２がモールド形成され得る。レンズ２２は、ＬＥＤ１０と、セラミックタイル１２と、キャリア１６の全て又は一部とを覆っている。他の例では、プリフォームされたレンズが、ＬＥＤ１０を覆うようにキャリア１６に取り付けられてもよい。セラミックタイル１２の底面の電気コンタクト２０が、図２に示されていない例えばユーザのＰＣボードなどの別の構造体へのＬＥＤ１０の電気接続を可能にする。電気コンタクト２０は、例えば、セラミックタイル１２内に形成された、金属などの導電材料で充填されたビアによって、セラミックタイル１２上の頂部コンタクトに電気的に接続され得る。
図３は、ＰＣボードに接続された後の、図２のデバイスのうちの１つの上面図である。図４は、図３に示す軸に沿った、図３の構造の断面図である。ＰＣボード１７は、市販のＰＣボードとすることができ、例えばＡｌ若しくはＣｕなどのヒートスプレッディング金属コア２８と、例えば誘電体などの絶縁層２６と、絶縁層２６によって互いに電気的に分離された正側及び負側の電気配線２４ａ及び２４ｂとを含んでいる。ＬＥＤ１０、必要に応じての波長変換素子１４、セラミックタイル１２、コンタクト２０及びキャリア１６にレンズ２２を加えたものを含む構造体１５が、別個に製造されて、単一の構造体としてＰＣボード１７に取り付けられ得る。セラミックタイル１２上のｎコンタクト及びｐコンタクト２０ａ及び２０ｂが、ＰＣボード１７上の電気配線２４ａ及び２４ｂに、はんだ付け、あるいは接合され得る。他の例では、ヒートスプレッディング層２８が、ｎコンタクト又はｐコンタクト２０ａ又は２０ｂの何れかに電気的あるいは物理的に接続されて、電気配線２４ａ又は２４ｂとともに、あるいは電気配線２４ａ又は２４ｂの代わりに用いられてもよい。
図２−４に示したデバイスにおいて、熱は、ＬＥＤ１０から除かれるように、セラミックタイル１２の底面のコンタクト２０を介して導かれる。正側と負側との電気コンタクト２０間に必要な電気的アイソレーションによって、熱を導くために利用可能なセラミックタイル１２の底面の面積が小さくなり、それにより、ＬＥＤ１０から除かれるように導かれることが可能な熱量が低減されてしまい得る。
図５−８に示すデバイスにおいては、ＬＥＤ１０への電気コンタクトは、セラミックタイル１２の頂面を介して構築されており、それにより、セラミックタイル１２の底面全体が、ＬＥＤ１０から除くように熱を導くことに利用可能にされている。セラミックタイル１２は、セラミックタイル１２とキャリア１６との間の電気接続によって、セラミック１２とキャリア１６との間に配設される例えばシリコーン、はんだ若しくはエポキシなどの接着剤又は接着材によって、あるいは、セラミックタイル１２とキャリア１６との上にモールド形成あるいは付着されたレンズによって、キャリア１６に機械的に接続され得る。レンズがセラミックタイル１２をキャリア１６に接続する場合、キャリアとセラミックタイルとが互いに接触する必要はない。図５−７のデバイスは、ＰＣボードにマウントされて示されている。
図５−８に示すデバイスにおいて、キャリア１６の２つの側部１６ａ及び１６ｂは、例えば、キャリア１６の必要に応じての絶縁素子１６ｃに接続されることによって、互いに電気的に分離され得る。他の例では、セラミックタイル１２が、共に接続される複数のキャリアのシートの開口内に位置付けられ得る。そして、セラミックタイル１２とキャリア１６との間の電気接続が形成される。レンズが、キャリア１６とセラミックタイル１２との上にモールド形成されて、キャリア１６とセラミックタイル１２とを機械的に接続してもよく、あるいは、キャリア１６とセラミックタイル１２との間の機械的な接続が、電気的な接続と同じであってもよい。そして、キャリア１６の２つの側部１６ａ及び１６ｂは、これら２つの側部が分離されるように複数のキャリアのシートから個々のキャリアをスタンピング加工することによって、互いに電気的に分離される。
上述のように、ＬＥＤ１０、セラミックタイル１２、必要に応じての波長変換素子１４、キャリア１６及びレンズ２２を含む構造体１５が別個に形成され得る。構造体１５は、ユーザによって、ＰＣボード１７又はその他の好適な構造体に、単一の部品としてマウントされる。
図５のデバイスにおいて、セラミックタイル１２は、図５に示すようにワイヤボンド３０ａ及び３０ｂによって、あるいは、マイクロソルダリング、マイクロウェルディング又はフレックスフォイルによって、キャリア１６に電気的に接続される。ワイヤボンド３０ａは、ＬＥＤ１０のｎコンタクト及びｐコンタクトのうちの一方に、セラミックタイル１２の頂面のコンタクトによって電気的に接続され得る。ワイヤボンド３０ｂは、ＬＥＤ１０のｎコンタクト及びｐコンタクトのうちの他方に、セラミックタイル１２の頂面のコンタクトによって電気的に接続され得る。
支持基板１２へのワイヤボンド３０ａ及び３０ｂを介してＬＥＤに電気的に接続されるキャリア１６の側部１６ａ及び１６ｂは、例えばはんだによって、配線２４ａ及び２４ｂを介してＰＣボード１７に物理的且つ電気的に接続され得る。配線２４ａ及び２４ｂは、絶縁層２６によって互いに電気的に分離されている。セラミックタイル１２の底面は、例えばはんだなどの熱伝導材料２７によって、ＰＣボードのヒートスプレッディング層２８に直接的に接続され得る。セラミックタイル１２及び熱伝導材料２７は、ＬＥＤ１０から除くように熱を導く熱経路を形成する。ワイヤボンド３０ａ及び３０ｂがＬＥＤ１０への電気接続を提供するので、熱伝導材料２７は導電性である必要はない。
図６のデバイスにおいて、セラミックタイル１２は、当該セラミックタイル１２の側面の電気接続部３２ａ及び３２ｂによって、キャリア１６に電気的に接続される。電気接続部３２ａ及び３２ｂは、例えば、セラミックタイル１２の頂面及び側面の配線、又は導電材料で充填されたセラミックタイル１２内のビアによって、ＬＥＤ１０がマウントされるセラミックタイルの頂面のコンタクトに電気的に接続されている。電気接続部３２ａ及び３２ｂは例えばはんだとし得る。セラミックタイル１２の各側面とキャリア１６との間の接続は、単一の電気的且つ物理的な接続にて、あるいは別々の電気的接続及び物理的接続にて達成され得る。図５においてのように、キャリア１６は、配線２４ａ及び２４ｂを介してＰＣボード１７に電気的且つ物理的に接続されることができ、また、セラミックタイル１２は、熱伝導材料２７によってＰＣボード１７のヒートスプレッディング層２８に直接的に接続され得る。
図７のデバイスにおいて、セラミックタイル１２は、当該セラミックタイル１２の頂面の接続部３４ａ及び３４ｂを介して、キャリア１６に電気的に接続される。接続部３４ａ及び３４ｂは例えば、はんだとすることができ、該はんだは、キャリア１６の２つの電気的に分離された部分１６ａ及び１６ｂをセラミックタイル１２の頂面のコンタクトに直接的に接続する。図５においてのように、キャリア１６は、配線２４ａ及び２４ｂを介してＰＣボード１７に電気的且つ物理的に接続されることができ、また、セラミックタイル１２は、熱伝導材料２７によってＰＣボード１７のヒートスプレッディング層２８に直接的に接続され得る。一部の実施形態において、接続部３４ａ及び３４ｂは、支持基板１２及びキャリア１６の頂面に接触するようにＬＥＤ１０上に取り付けられるプリフォームレンズの底面に形成される。
図８のデバイスにおいて、キャリア１６は外部コンタクト３８ａ及び３８ｂを含んでいる。外部コンタクト３８ａ及び３８ｂは、例えばはんだによって、セラミックタイル１２上の頂部コンタクトに電気的に接続される。セラミックタイル１２は、例えば当該セラミックタイル１２の側面にて、外部コンタクト３８ａ及び３８ｂへの接続によって、あるいは別個の接続によって、キャリア１６に物理的に接続され得る。外部コンタクトは、例えば、ねじ、クリップ、又はフレックスフォイルによって、例えばＰＣボードなどの構造体に電気的に接続され得る。セラミックタイル１２は、ＰＣボード又はその他の好適な構造体の一部とし得るヒートスプレッディング層２８に、熱伝導材料２７によって接続される。キャリア１６は、例えばはんだ又はその他の好適接続によって、ヒートスプレッディング層２８に物理的に接続され得る。キャリア１６を適切な高さに位置付けるため、必要に応じて、ヒートスプレッディング層２８とキャリア１６との間にシム３６が配設され得る。
一部の実施形態において、図４−８に示したように、キャリアは、波長変換素子１４又はＬＥＤ１０の頂面がキャリアの頂面より高い高さ位置にあり、且つ／或いは支持基板の底面がキャリアの底面より低い高さ位置にあるのに十分な薄さにされ得る。一部の実施形態において、キャリアの底面と支持基板の底面との高低差は、例えばＰＣボードなどの構造体に適合するように選定される。例えば、図５−７に示したように、ＰＣボードは、メタルコア２８と、絶縁層２６と、配線２４ａ及び２４ｂとを含む。キャリアの底面と支持基板の底面との高低差は、支持基板がメタルコア上にありながら、あるいはメタルコアに容易に接続されながら、キャリアが配線上にあるように、あるいは例えばはんだ又はその他の好適な導電接続によって配線に容易に接続されるように選定される。
図９−１３は、本発明の実施形態に係るデバイスの形成法を例示している。図９にて、成長基板４０上にＬＥＤ１０が成長される。ウェハスケールでのＬＥＤ１０の処理、例えば、フリップチップの場合の、ｎ型領域の一部を露出させるメサを形成するエッチング、及びｎ型及びｐ型のコンタクトの形成などが、この段階で実行され得る。図９に示したウェハが個々のＬＥＤへとダイシングされ得る。
図１０にて、例えばセラミックタイルなどの支持基板１２のウェハ上に、例えばはんだ付け又は金−金インターコネクトの熱超音波ボンディングによって、ＬＥＤがマウントされる。ＬＥＤ１０を支持基板１２上にマウントする前又は後に、例えば貫通ビア又は電気コンタクトなど、支持基板１２上に必要な構造４２が形成され得る。
図１１にて、ＬＥＤ１０上に波長変換素子１４が配設される。波長変換素子１４は、例えば、ＬＥＤ１０に接着あるいは接合されるプリフォームされたセラミック蛍光体シートとし得る。あるいは、波長変換素子１４は、ＬＥＤ１０上に電気泳動的に堆積され、スプレー塗布され、沈殿され、蒸着され、あるいはスパッタリングされる粉末蛍光体、または、ＬＥＤ１０上にステンシルされ、スクリーン印刷され、スプレー塗布され、沈殿され、スピンコートされ、あるいは堆積される透明なバインダ材料と混合された粉末蛍光体とし得る。必要な場合、例えば、波長変換素子１４及びＬＥＤ１０の側面を介して逃げる光の量を低減するため、波長変換素子１４及びＬＥＤ１０に、必要に応じてのサイド（側面）コーティング４４が形成され得る。
図１０及び１１に示した支持基板１２のウェハは、その後、個々のデバイスへとダイシングされ得る。単一の支持基板上に複数のＬＥＤが形成され得る。各支持基板１２が、キャリアの１つの開口内に位置付けられる。支持基板は、必要に応じて、例えば支持基板１２の側面に配設されるはんだ又は接着剤によって、キャリアに直接的に接続され得る。単一のキャリアに複数の支持基板を接続することができる。ＬＥＤ１０への電気接続が形成される。図１２に示す電気接続はワイヤボンド３０ａ及び３０ｂであるが、例えば図２−８を参照して説明した電気接続など、如何なる好適な電気接続が用いられてもよい。
一部の実施形態において、キャリア１６を支持基板１２に取り付けるために使用される例えばシリコーンなどの接着剤が作業面に付着することを防止するため、支持基板１２は、例えばテフロン（登録商標）などの非接着性の作業面上でキャリア１６に取り付けられる。一部の実施形態において、図５−８に例示して上述したように、支持基板１２の底面をキャリア１６の底面より低い高さ位置に位置付けるため、支持基板１２と整列する刻み目（インデンテーション）が作業面に形成され得る。
図１３にて、レンズ２２がＬＥＤ１０上にモールド形成され、あるいはプリフォームされたレンズがＬＥＤ１０上に取り付けられる。レンズ２２は、例えば、先出の特許文献１に記載されるようなオーバーモールディングによって形成され得る。一部の実施形態において、オーバーモールドされたレンズが、キャリアを支持基板に取り付ける。複数のレンズが、単一のキャリア上に配置された複数のＬＥＤ上に形成され得る。レンズ２２は、好適な如何なる形状であってもよく、１つのレンズ２２が複数のＬＥＤを覆ってもよい。一部の実施形態において、レンズ２２は、ＬＥＤと当該レンズとの間に間隙（空気で充たされることが多い）が設けられるように取り付けられる。一部の実施形態においては、ＬＥＤ１０を保護するためにレンズではない構造体がＬＥＤ１０上にモールド形成あるいは付着され、あるいは、ＬＥＤ１０、支持基板１２及びキャリア１６の上に、如何なる構造体もレンズも設けられない。
一部の実施形態において、図１５に示すように、オーバーモールドされたレンズの密着性を改善する形状がキャリア１６に含められ得る。例えば、キャリア１６の頂面が、造形部４８を有するように粗面加工あるいはパターン形成され得る。キャリア１６内にアンダーカット（逃げ溝）開口４６が形成されてもよい。モールドプロセス中にレンズ材料がアンダーカット開口４６を充填し、それにより、モールド形成されたレンズをキャリア１６に固定し得る。
本発明の実施形態は、その他の光源に対して利点を有し得る。支持基板は一般的に、キャリアより高価である。本発明の実施形態においては、支持基板のサイズが縮小され、それにより、デバイスのコストが低減され得る。ＬＥＤへの電気接触が支持基板の頂面を介して為される実施形態において、支持基板の底面は、ＬＥＤから逃がすように光を導く熱経路として利用可能であり、それにより、デバイスの光出力が向上され得る。キャリア、支持基板及びＬＥＤ、並びにレンズは、後にユーザによって例えばＰＣボード上にマウントされることが可能な単一のユニットに形成される。例えばワイヤボンドなどの頂面コンタクト及びレンズは、ユーザによってではなく、しっかり制御可能な条件下で形成されることができ、それにより、コンタクトへの損傷が防止され得るとともに、ユーザが設けたレンズによって引き起こされるデバイス放出光の色バラつきが防止され得る。
本発明を詳細に説明してきたが、当業者に認識されるように、本開示を受けて、本発明には、ここで説明した独創的な概念の精神を逸脱することなく、変更が為され得る。故に、本発明の範囲は、図示して説明した具体的な実施形態に限定されるものではない。
Claims (24)
- 半導体発光デバイス；
前記半導体発光デバイスがマウントされた支持基板；及び
開口を有するキャリアであり、前記支持基板が前記開口内に配置され、且つ前記支持基板が、前記支持基板の頂面及び前記支持基板の側面のうちの少なくとも一方を介して当該キャリアに機械的に接続されている、キャリア；
を有し、
前記キャリアの底面は、前記支持基板の底面より高い高さ位置に配置されている、
構造体。 - 前記支持基板はセラミックである、請求項１に記載の構造体。
- 前記支持基板は、前記支持基板及び前記キャリアの頂面に形成されたワイヤボンドによって前記キャリアに電気的に接続されており、
前記支持基板は、前記支持基板の頂面に配設された電気接続部によって前記キャリアに電気的に接続されており、又は
前記支持基板は、前記支持基板の少なくとも１つの側面に配設された電気接続部によって前記キャリアに電気的に接続されている、
請求項１に記載の構造体。 - 前記半導体発光デバイス上に配設されたレンズを更に有し、前記レンズの底面は前記キャリアと接触している、請求項１に記載の構造体。
- 前記レンズは前記支持基板より大きい横方向の広がりを有し、
前記レンズは前記キャリアに取り付けられており、又は
前記レンズは、前記半導体発光デバイス、前記支持基板及び前記キャリアの上にモールド成形されている、
請求項４に記載の構造体。 - 前記レンズは、前記支持基板を前記キャリアに機械的に接続している、請求項５に記載の構造体。
- 前記キャリア内に更なる開口を有し、前記更なる開口は、前記キャリアの表面をアンダーカットしており、モールド処理において前記更なる開口内にレンズ材料が配設される、請求項５に記載の構造体。
- 前記支持基板は、前記半導体発光デバイスから前記支持基板の底面への熱伝導路を有するように構成されている、請求項１に記載の構造体。
- 前記開口は、前記キャリアの厚さ全体を貫通して延在している、請求項１に記載の構造体。
- 前記半導体発光デバイスに波長変換素子が取り付けられており；且つ
前記波長変換素子の頂面は、前記キャリアの頂面より高い高さ位置に配置されている；
請求項１に記載の構造体。 - 支持基板上にマウントされた半導体発光デバイスを用意し；
キャリアの開口内に前記支持基板を、前記キャリアの底面が前記支持基板の底面より高い高さ位置に配置されるように位置付け；且つ
前記支持基板の頂面及び前記支持基板の側面のうちの少なくとも一方を介して前記支持基板に前記キャリアを機械的に接続する；
ことを有する方法。 - 前記支持基板に前記キャリアを機械的に接続することは、前記支持基板に前記キャリアを接着すること、又は前記キャリアと前記支持基板との上にレンズをモールド成形することを有する、請求項１１に記載の方法。
- 半導体発光デバイス；
前記半導体発光デバイスがマウントされた支持基板；
第１の開口及び第２の開口を有するキャリアであり、
前記支持基板が前記第１の開口内に配置され、
前記支持基板が当該キャリアに接触せず、
前記第２の開口が当該キャリアの頂面をアンダーカットしている、
キャリア；及び
前記半導体発光デバイスの上及び前記第２の開口の中に配置された透明構造であり、前記支持基板の頂面を前記キャリアに機械的に接続する透明構造；
を有する構造体。 - 前記透明構造は、前記半導体発光デバイス、前記支持基板及び前記キャリアの上にモールド成形されている、請求項１３に記載の構造体。
- 前記支持基板の側面は前記キャリアに接続されていない、請求項１３に記載の構造体。
- 前記支持基板は、前記透明構造を介して以外では、前記キャリアに機械的に接続されていない、請求項１３に記載の構造体。
- 前記支持基板はセラミックである、請求項１３に記載の構造体。
- 前記半導体発光デバイスは、前記支持基板に電気的に接続され、前記キャリアには電気的に接続されていない、請求項１３に記載の構造体。
- 当該構造体は更に、ＰＣボードを有し、前記支持基板は前記ＰＣボード上にマウントされ、前記半導体発光デバイスは、前記支持基板を介して前記ＰＣボードに電気的に接続されている、請求項１３に記載の構造体。
- 前記支持基板は、頂部コンタクト及び底部コンタクトを有し、前記半導体発光デバイスは、前記支持基板に前記頂部コンタクトを介して電気的に接続され、前記頂部コンタクトは、導電材料で充填された支持基板内のビアを介して、前記底部コンタクトに接続されている、請求項１３に記載の構造体。
- 前記透明構造はレンズである、請求項１３に記載の構造体。
- 前記キャリアは、シートメタル、ポリフタルアミド、ポリマー、プラスチック、及び誘電絶縁体のうちの１つを有する、請求項１３に記載の構造体。
- ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を有する半導体構造を、成長基板上に成長させ；
前記半導体構造をエッチングして、前記ｎ型領域の一部を露出させるメサを形成し；
前記ｎ型領域上のｎコンタクトと前記ｐ型領域上のｐコンタクトとを形成し；
前記半導体構造を、支持基板ウエハ上に、はんだ付け及び熱超音波ボンディングのうちの一方によってマウントし；
前記支持基板ウエハを複数の支持基板へとダイシングし；
前記支持基板の各々をキャリアの開口内に位置付け；且つ
前記支持基板の頂面と前記キャリアの頂面とに接続された透明構造を形成することによって、前記支持基板に前記キャリアを機械的に取り付ける；
ことを有する方法。 - 支持基板上にマウントされた半導体発光デバイスを用意し；
キャリアの開口内に前記支持基板を位置付け；
前記キャリアの頂面を粗面加工及び／又はパターン形成し；且つ
前記支持基板の頂面と前記キャリアの頂面とに接続された透明構造を形成することによって、前記支持基板に前記キャリアを機械的に取り付ける；
ことを有する方法。
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