JP4114557B2 - Light emitting device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード用パッケージを用いた発光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、図5に示すように、サファイア基板41の厚み方向の一表面(図5における下面)側に、バッファ層42、n形半導体層43、発光層44、p形半導体層45が順次形成された発光ダイオードチップAが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。また、発光ダイオードチップAは、n形半導体層43上にn電極(パッド)48が設けられるとともに、p形半導体層45上に電流拡散膜46を介してp電極(パッド)47が設けられ、電流拡散膜46が導電性を有し且つ反射率の高い金属材料により形成されており、発光層44にて発光した光がサファイア基板41を通して外部へ放射される。要するに、発光ダイオードチップAは、サファイア基板41の厚み方向の他表面(図5における上面)からなる裏面を光取り出し面として用いられる。
【0003】
なお、図5中の矢印Eは、発光層44からn形半導体層43側へ放射されサファイア基板41の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示し、同図中の矢印Rは、電流拡散膜46にて反射されサファイア基板41の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示し、同図中の矢印Lは、サファイア基板41とバッファ層42との界面で全反射して発光層44に再吸収される光を示している。また、バッファ層42、n形半導体層43、発光層44、p形半導体層45は、それぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料(例えば、GaN、InGaNなど)により形成されている。
【0004】
ところで、上述の発光ダイオードチップAを備えた発光装置としては、例えば、図6に示す構造のものや図7に示す構造のものが提案されている。
【0005】
図6に示した構造の発光装置は、発光ダイオードチップAと、発光ダイオードチップAを収納したパッケージ(発光ダイオード用パッケージ)5と、パッケージ5を実装した金属基板20とを備えている。ここにおいて、パッケージ5は、セラミック基板50の厚み方向の一面に発光ダイオードチップAを収納する収納凹所51が形成され、収納凹所51の内底面に発光ダイオードチップAがバンプ3a,3bを介して電気的に接続されるチップ接続用電極52a,52bが形成されている。すなわち、発光ダイオードチップAはパッケージ5に対してフリップチップ実装されている。また、金属基板20は、金属板21の一表面上に絶縁層22が形成され、絶縁層22上に導電パターン23a,23bが形成されたものであって、パッケージ5と絶縁層22との間に半田からなる接着層55が介在しており、導電パターン23a,23bがボンディングワイヤ57a,57bを介してチップ接続用電極52a,52bと電気的に接続されている。この図6に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップAから放射された光が収納凹所51内に充填された封止樹脂よりなる樹脂封止部(図示せず)を通して前面側(図6における上面側)へ取り出される。なお、収納凹所51は内底面に近づくほど開口面積が小さくなるように開口されている。
【0006】
また、図7に示した構造の発光装置は、発光ダイオードチップAが金属基板20にフリップチップ実装され、発光ダイオードチップAを全周に亘って囲む枠状の枠部材6が接着材からなる接着層66を介して金属基板20に固着されている。ここにおいて、発光ダイオードチップAは、バンプ3a,3bを介して金属基板20の導電パターン23a,23bと電気的に接続されている。この図7に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップAから放射された光が枠部材6の内側に充填された封止樹脂よりなる樹脂封止部(図示せず)を通して前面側(図7における上面側)へ取り出される。ここにおいて、枠部材6は、金属基板20に近づくほど開口面積が小さくなるように開口されており、内周面に金属材料からなる反射膜64が形成されている。したがって、図7に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップAから側方へ放射された光を反射膜64にて反射させて前面側へ取り出すことができる。
【0007】
【特許文献1】
特開平11−220170号公報
【特許文献2】
特開2001−237458号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図6に示した構造の発光装置では、チップ接続用電極52a,52bにボンディングワイヤ57a,57bの一端部をボンディングする必要があるので、収納凹所51の内底面の面積を比較的大きくする必要があり、しかも、パッケージ5を実装する実装基板としての金属基板20においてボンディングワイヤ57a,57bの他端をボンディングするためのスペースを確保する必要があるので、金属基板20に対するパッケージ5の実装面積が比較的大きくなってしまうという不具合があった。
【0009】
これに対して、図7に示した構造の発光装置では、枠部材6を実装基板としての金属基板20に接着材からなる接着層66を介して固着する必要があり、接着材のはみ出しなどを考慮すると実装面積が比較的大きくなってしまうという不具合があった。
【0010】
また、図6に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップAから側方へ放射された光の一部がセラミック基板からなるパッケージ5に吸収されてしまい、図7に示した構造の発光装置では、発光ダイオードチップAから側方へ放射された光の一部が接着層66で吸収されてしまうので、いずれの発光装置においても外部への光取り出し効率の更なる向上が望まれている。
【0011】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その主目的は、実装基板に対する実装面積を小さくでき且つ外部への光取り出し効率を向上した発光装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、半導体基板の厚み方向の一面に他面に近づくほど開口面積が小さくなり発光ダイオードチップを収納する収納凹所が形成されるとともに、半導体基板の上記他面側に外部接続用電極が形成され、収納凹所の内底面にフェースダウンで対向配置される発光ダイオードチップを接続するチップ接続用電極が形成され、チップ接続用電極と外部接続用電極とを電気的に接続する配線が半導体基板における収納凹所の内底面と前記他面との間の部分からなる実装部の厚み方向に貫設され、収納凹所の内周面に金属材料からなる反射膜が形成されてなり、半導体基板における前記他面に放熱用電極が形成されるとともに、収納凹所の内底面に放熱用金属部が形成され、放熱用金属部と放熱用電極とを熱的に結合する金属材料からなる熱結合部が前記実装部の厚み方向に貫設されてなる発光ダイオード用パッケージと、裏面を光取出し面とし発光ダイオード用パッケージの前記収納凹所内で前記実装部にフリップチップ実装された発光ダイオードチップとを備え、発光ダイオードチップの表面に前記放熱用金属部と熱的に結合される金属電極が設けられてなることを特徴とする。
【0018】
の発明によれば、発光ダイオード用パッケージは発光ダイオードチップを収納する収納凹所を厚み方向の一面側に形成した半導体基板の他面側に外部接続用電極が形成されているので、実装基板に対する発光ダイオード用パッケージの実装面積を小さくすることができ、また、発光ダイオードチップから側方へ放射された光が収納凹所の内周面に形成した反射膜で反射されて外部へ取り出されることになり、発光ダイオードチップで発光した光の外部への取り出し効率を向上させることができる。しかも、発光ダイオードチップの表面に前記放熱用金属部と熱的に結合される金属電極が設けられており、発光ダイオードチップが半導体基板における前記他面側の前記放熱用電極と熱的に結合されているので、発光ダイオードチップで発生した熱を半導体基板における前記他面側の放熱用電極を通して放熱させることができ、放熱性が向上し、発光ダイオードチップの温度上昇を抑制でき、結果的に温度上昇に伴う発光ダイオードチップの発光効率の低下を抑制できる。
【0019】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記発光ダイオードチップと前記チップ接続用電極との電気的な接続に金バンプを用いてなることを特徴とする。
【0020】
この発明によれば、前記発光ダイオードチップで発生した熱を金バンプを介して放熱させることで放熱性を向上させることができる。
【0021】
請求項の発明は、請求項または請求項の発明において、金属板の一表面上に絶縁層が形成され絶縁層上に導電パターンが形成された金属基板を備え、金属基板の導電パターンに前記発光ダイオード用パッケージの前記外部接続用電極がろう材を介して電気的に接続され、前記放熱用電極が金属基板の金属板にろう材を介して熱的に結合されてなることを特徴とする。
【0022】
この発明によれば、前記放熱用電極と金属板とが熱的に結合されているので、金属板が前記発光ダイオードチップで発生した熱を外部へ放熱させる放熱部材として機能することになるから、放熱面積が広くなって放熱性をさらに向上させることができる。
請求項の発明は、請求項ないし請求項の発明において、前記収納凹所内で前記発光ダイオードチップを封止した封止樹脂部を備えることを特徴とする。
この発明によれば、前記発光ダイオードチップを封止樹脂部にて保護することができる。
請求項の発明は、請求項の発明において、前記封止樹脂部には、前記発光ダイオードチップの発光によって励起されて所望の波長の光を放射する蛍光物質が分散されていることを特徴とする。
この発明によれば、前記発光ダイオードチップから放射される光と蛍光物質から放射される光との合成光を得ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本実施形態の発光装置は、図1に示すように、発光ダイオードチップAと、発光ダイオードチップAを収納するパッケージ1と、パッケージ1が実装される実装基板たる金属基板2とを備えている。
【0024】
発光ダイオードチップAは、上述の図5に示した構成を有する青色発光ダイオードチップであり、サファイア基板41の厚み方向の一表面(図5における下面)側に、バッファ層42、n形半導体層43、発光層44、p形半導体層45が順次形成されている。また、発光ダイオードチップAは、n形半導体層43上にn電極(パッド)48が設けられるとともに、p形半導体層45上に電流拡散膜46を介してp電極(パッド)47が設けられ、電流拡散膜46が導電性を有し且つ反射率の高い金属材料により形成されており、発光層44にて発光した光がサファイア基板41を通して外部へ放射される。要するに、発光ダイオードチップAは、サファイア基板41の厚み方向の他表面(図5における上面)からなる裏面を光取り出し面としたものであって、パッケージ1にフリップチップ実装されている。なお、バッファ層42、n形半導体層43、発光層44、p形半導体層45は、それぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料(例えば、GaN、InGaNなど)により形成されている。また、本実施形態における発光ダイオードチップAはダブルへテロ構造を有しているが、発光ダイオードチップAの構造は特に限定するものではなく、上述の電流拡散膜46についても必ずしも設ける必要はない。
【0025】
一方、実装基板2は、金属材料(例えば、Al,Cuなどの高熱伝導性を有する金属材料)からなる金属板21の一表面上に絶縁性材料(例えば、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂)からなる絶縁層22が形成され、絶縁層22上に銅箔からなる導電パターン(配線パターン)23a,23bが形成されている。
【0026】
また、パッケージ1は、半導体基板たるシリコン基板10を加工することにより形成されており、厚み方向の一面側に発光ダイオードチップAを収納する収納凹所11が形成されるとともに、他面側に金属材料(例えば、Al、Ag、Rhなど)からなる外部接続用電極15a,15bおよび金属材料(例えば、Al、Ag、Rhなど)からなる放熱用電極15cが形成されている。
【0027】
ここにおいて、パッケージ1は、収納凹所11の内底面が平面状に形成されており、収納凹所11の内底面に、発光ダイオードチップAのパッド47,48を金バンプ3a,3bを介して電気的に接続する金属材料(例えば、Al、Ag、Rhなど)からなるチップ接続用電極13a,13bが形成され、チップ接続用電極13a,13bと外部接続用電極15a,15bとを電気的に接続する金属材料(例えば、W、Cu、Niなど)からなる配線16a,16bがシリコン基板10における収納凹所11の内底面と上記他面との間の薄肉の部分からなる実装部12に貫設されており、外部接続用電極15a,15bはろう材(半田など)からなる接合部31a,31bを介して金属基板2の導電パターン23a,23bと電気的に接続されている。
【0028】
また、パッケージ1は、収納凹所11の内底面にチップ接続用電極13a,13bと同じ金属材料からなる放熱用金属部13cが形成され、放熱用金属部13cと放熱用電極15cとを熱的に結合する金属材料(例えば、W、Cu、Niなど)からなる熱結合部16cが実装部12に貫設されている。なお、発光ダイオードチップAと放熱用金属部13cとは発光ダイオードチップAの表面に設けた金属電極(図示せず)と放熱用金属部13cとの間に介在させた金バンプ3cを介して熱的に結合されている。
【0029】
これに対して、金属基板2は、パッケージ1の放熱用電極15cに対向する部位の絶縁層22を開口して金属板21の上記一表面の一部を露出させてあり、放電用電極15cと金属板21の上記一表面との間にろう材(例えば、半田など)からなる接合部32を介在させてある。したがって、発光ダイオードチップAが金バンプ3c、放熱用金属部13c、熱結合部16c、放熱用電極15cおよび接合部32を介して金属板21に熱的に結合されており、金属板21が放熱部材として機能することになる(図1(b)中の一点鎖線の矢印は、発光ダイオードチップAで発生した熱の放熱経路を示している)。なお、本実施形態では、パッケージ1を実装する実装基板として金属基板20を用いているが、リードフレームを用いるようにしてもよい。
【0030】
また、パッケージ1における収納凹所11は、シリコン基板10の厚み方向において上記一面から上記内底面に近づくほど開口面積が小さくなっており(言い換えれば、パッケージ1における収納凹所11は、実装部12から離れるほど開口面積が大きくなっており)、収納凹所11の内周面には反射率の高い金属材料(例えば、Al、Ag、Rhなど)からなる反射膜18が略全面に形成されている。なお、図示していないが、発光ダイオードチップAをパッケージ1の実装部12にフェースダウンで実装した後で、発光ダイオードチップAから発光する光に対して透明な樹脂(例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂など)により収納凹所11内の発光ダイオードチップAを封止すれば、発光ダイオードチップAを封止樹脂部にて保護することができる。ここに、発光ダイオードチップAを封止する封止樹脂中に発光ダイオードチップAの発光によって励起されて所望の波長の光を放射する蛍光物質を分散させておけば、発光ダイオードチップAから放射される光と蛍光物質から放射される光との合成光を得ることができ、例えば白色光を得ることも可能となる。また、反射膜18をチップ接続用電極13a,13bと同じ金属材料により形成するようにすれば、反射膜18をチップ接続用電極13a,13bと同時に形成することができ、チップ接続用電極13a,13bを反射膜18と同じ反射率の高い金属材料により形成することで、発光ダイオードチップAから収納凹所11の内底面側へ放射された光をチップ接続用電極13a,13bで反射させて収納凹所11の外部へ取り出すことができる。
【0031】
以下、本実施形態の発光装置の製造方法について図2を参照しながら説明する。
【0032】
まず、図2(a)に示すようなシリコン基板10に対して熱酸化処理を行うことによってシリコン基板10の厚み方向の両面にシリコン酸化膜(図示せず)を形成してから、収納凹所11を形成するためにシリコン基板10の厚み方向の一面(図2(a)の上面)側のシリコン酸化膜をパターニングし、当該パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、アルカリ系溶液(例えば、KOH、TMAHなど)を用いた異方性エッチングを行うことで収納凹所11を形成し、その後、厚み方向の両面のシリコン酸化膜を除去することによって、図2(b)に示す構造を得る。なお、シリコン基板10に収納凹所11を形成することにより、シリコン基板10における収納凹所11の内底面と上記他面との間に他の部位に比べて薄肉の実装部12が形成される。
【0033】
次に、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して実装部12のうち配線16a,16bおよび熱結合部16cそれぞれの形成予定部位に貫通孔12a(図3(a)参照)を形成してから、配線16a,16bおよび熱結合部16cを形成することによって、図2(c)に示す構造を得る。なお、配線16aの形成方法についてより詳しく説明すれば、図3(a)に示すように実装部12における配線16の形成予定部位に反応性イオンエッチング(RIE)などにより貫通孔12aを形成した後、熱酸化処理を行うことで図3(b)に示すようにシリコン基板10の露出した部位および貫通孔12aの内周面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜12bを形成し、その後、配線16aの金属材料(例えば、W、Cu、Niなど)を溶融させて貫通孔12a内へ充填することで図3(c)に示すように配線16aを形成している。配線16bおよび熱結合部16cについても配線16aと同様の形成方法で配線16aと同時に形成している。
【0034】
続いて、シリコン基板10の上記他面側に外部接続用電極15a,15bおよび放熱用電極15cを例えば蒸着法やスパッタ法などを利用して形成してから、シリコン基板10における収納凹所11の内底面に金属材料(例えば、Al、Ag、Rhなど)からなるチップ接続用電極13a,13bおよび金属材料(例えば、Al、Ag、Rhなど)からなる放熱金属部13cを例えば蒸着法やスパッタ法などを利用して形成するのと同時に収納凹所11の内周面に金属材料(例えば、Alなど)からなる反射膜18を形成することによって、図2(d)に示す構造のパッケージ1を完成させる。
【0035】
次に、図4に示すように表面側に金バンプ3a,3b,3cを形成した発光ダイオードチップAを実装部12へフリップチップ実装することによって、図2(e)に示す構造を得る。なお、ここでは、発光ダイオードチップA側に金バンプ3a,3b,3cを形成したが、実装部12側にバンプ3a,3b,3cを形成するようにしてもよい。
【0036】
その後、ろう材(例えば、半田など)を用いてパッケージ1を金属基板2へ実装することによって、図2(f)に示す構造の発光装置を完成させればよい。
【0037】
以上説明した本実施形態の発光装置におけるパッケージ1では、シリコン基板10の厚み方向の一面に発光ダイオードチップAを収納する収納凹所11が形成されるとともに、厚み方向の他面に外部接続用電極15a,15bが形成されているので、実装基板たる金属基板2への実装面積を小さくすることができ、しかも、収納凹所11の内周面に反射膜18が形成されているので、発光ダイオードチップAから側方へ放射された光を反射膜18により反射させて収納凹所11の外部へ取り出すことが可能となり、発光ダイオードチップAから側方へ放射された光が図6に示した従来例のようにパッケージ5で吸収されたり図7に示した従来例のように接着層66で吸収されたりすることがなく、外部への光取り出し効率を向上可能となる。なお、図1(b)中の実線の矢印は、発光ダイオードチップAから放射された光の進行方向を示している。
【0038】
また、本実施形態の発光装置では、上述のパッケージ1の収納凹所11に収納した発光ダイオードチップAが金属基板2の金属板21に熱的に結合しているので、発光ダイオードチップAの発光時(つまり、発光ダイオードチップAへの通電時)に発生した熱が、金属板21を通して放熱されるから、従来のようにセラミック基板50を加工して形成したパッケージ5に発光ダイオードチップAを実装したものに比べて放熱性が向上し、発光ダイオードチップAの温度上昇を抑制でき、結果的に温度上昇に伴う発光ダイオードチップAの発光効率の低下を抑制できる。また、発光ダイオードチップAの温度上昇を抑制することで、発光ダイオードチップAの寿命低下、発光ダイオードチップAを封止している封止樹脂部の劣化を抑制することができ、長寿命化を図ることができる。
【0039】
【発明の効果】
請求項1ないし請求項5の発明では、発光ダイオード用パッケージは発光ダイオードチップを収納する収納凹所を厚み方向の一面側に形成した半導体基板の他面側に外部接続用電極が形成されているので、実装基板に対する発光ダイオード用パッケージの実装面積を小さくすることができるという効果があり、また、発光ダイオードチップから側方へ放射された光が収納凹所の内周面に形成した反射膜で反射されて外部へ取り出されることになり、発光ダイオードチップで発光した光の外部への取り出し効率を向上させることができるという効果があり、しかも、発光ダイオードチップの表面に前記放熱用金属部と熱的に結合される金属電極が設けられており、発光ダイオードチップが半導体基板における前記他面側の前記放熱用電極と熱的に結合されているので、発光ダイオードチップで発生した熱を半導体基板における前記他面側の放熱用電極を通して放熱させることができ、放熱性が向上し、発光ダイオードチップの温度上昇を抑制でき、結果的に温度上昇に伴う発光ダイオードチップの発光効率の低下を抑制できるという効果がある。
【0043】
また、請求項の発明では、前記発光ダイオードチップで発生した熱を金バンプを介して放熱させることで放熱性を向上させることができるという効果がある。
【0044】
また、請求項の発明では、前記放熱用電極と金属板とが熱的に結合されているので、金属板が前記発光ダイオードチップで発生した熱を外部へ放熱させる放熱部材として機能することになるから、放熱面積が広くなって放熱性をさらに向上させることができるという効果がある。
また、請求項の発明では、前記収納凹所内で前記発光ダイオードチップを封止した封止樹脂部を備えるので、前記発光ダイオードチップを封止樹脂部にて保護することができるという効果がある。
また、請求項の発明は、前記封止樹脂部には、前記発光ダイオードチップの発光によって励起されて所望の波長の光を放射する蛍光物質が分散されているので、前記発光ダイオードチップから放射される光と蛍光物質から放射される光との合成光を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態における発光装置を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A’断面図である。
【図2】同上における発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図3】同上における発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図4】同上における発光装置の製造方法の説明図である。
【図5】従来の発光ダイオードチップの一例を示す概略断面図である。
【図6】従来例を示す発光装置の概略断面図である。
【図7】他の従来例を示す発光装置の概略断面図である。
【符号の説明】
A 発光ダイオードチップ
1 パッケージ
2 金属基板
3a,3b,3c 金バンプ
10 シリコン基板
11 収納凹所
12 実装部
13a,13b チップ接続用電極
13c 放熱用金属部
16a,16b 配線
16c 熱結合部
15a,15b 外部接続用電極
15c 放熱用電極
18 反射膜
21 金属板
22 絶縁層
23a,23b 導電パターン
31a,31b 接合部
32 接合部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light-emitting device had use a package for a light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 5, a buffer layer 42, an n-type semiconductor layer 43, a light emitting layer 44, and a p-type semiconductor layer 45 are sequentially formed on one surface (lower surface in FIG. 5) in the thickness direction of the sapphire substrate 41. A light-emitting diode chip A is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). The light-emitting diode chip A includes an n-electrode (pad) 48 provided on the n-type semiconductor layer 43 and a p-electrode (pad) 47 provided on the p-type semiconductor layer 45 via a current diffusion film 46. The current diffusion film 46 is made of a metal material having conductivity and high reflectivity, and light emitted from the light emitting layer 44 is emitted to the outside through the sapphire substrate 41. In short, the light emitting diode chip A uses the back surface formed of the other surface (upper surface in FIG. 5) in the thickness direction of the sapphire substrate 41 as the light extraction surface.
[0003]
5 indicates the light emitted from the light emitting layer 44 to the n-type semiconductor layer 43 side and emitted to the outside through the light extraction surface of the sapphire substrate 41. The arrow R in FIG. The light reflected by the film 46 and emitted to the outside through the light extraction surface of the sapphire substrate 41 is shown, and an arrow L in the figure is totally reflected at the interface between the sapphire substrate 41 and the buffer layer 42 and becomes the light emitting layer 44. The light is reabsorbed. The buffer layer 42, the n-type semiconductor layer 43, the light emitting layer 44, and the p-type semiconductor layer 45 are each formed of a gallium nitride-based compound semiconductor material (for example, GaN, InGaN, etc.).
[0004]
By the way, as a light-emitting device provided with the above-mentioned light-emitting diode chip A, for example, those having the structure shown in FIG. 6 and those having the structure shown in FIG. 7 have been proposed.
[0005]
The light emitting device having the structure shown in FIG. 6 includes a light emitting diode chip A, a package (light emitting diode package) 5 containing the light emitting diode chip A, and a metal substrate 20 on which the package 5 is mounted. Here, in the package 5, a housing recess 51 for housing the light emitting diode chip A is formed on one surface in the thickness direction of the ceramic substrate 50, and the light emitting diode chip A is disposed on the inner bottom surface of the housing recess 51 via the bumps 3a and 3b. Chip connection electrodes 52a and 52b are formed so as to be electrically connected. That is, the light emitting diode chip A is flip-chip mounted on the package 5. The metal substrate 20 has an insulating layer 22 formed on one surface of the metal plate 21 and conductive patterns 23 a and 23 b formed on the insulating layer 22, and is provided between the package 5 and the insulating layer 22. The conductive layer 23a, 23b is electrically connected to the chip connection electrodes 52a, 52b via the bonding wires 57a, 57b. In the light emitting device having the structure shown in FIG. 6, the light emitted from the light emitting diode chip A is passed through a resin sealing portion (not shown) made of a sealing resin filled in the housing recess 51 (see FIG. 6). 6 on the upper surface side). The storage recess 51 is opened so that the opening area becomes smaller as it approaches the inner bottom surface.
[0006]
In the light emitting device having the structure shown in FIG. 7, the light emitting diode chip A is flip-chip mounted on the metal substrate 20, and the frame-shaped frame member 6 surrounding the light emitting diode chip A over the entire circumference is bonded with an adhesive. It is fixed to the metal substrate 20 via the layer 66. Here, the light emitting diode chip A is electrically connected to the conductive patterns 23a and 23b of the metal substrate 20 via the bumps 3a and 3b. In the light emitting device having the structure shown in FIG. 7, light emitted from the light emitting diode chip A passes through a resin sealing portion (not shown) made of a sealing resin filled inside the frame member 6 (front view side). 7 on the upper surface side). Here, the frame member 6 is opened so that the opening area becomes smaller as it approaches the metal substrate 20, and a reflective film 64 made of a metal material is formed on the inner peripheral surface. Therefore, in the light emitting device having the structure shown in FIG. 7, the light emitted from the light emitting diode chip A to the side can be reflected by the reflection film 64 and extracted to the front side.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-220170 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237458
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the light emitting device having the structure shown in FIG. 6, it is necessary to bond one end portions of the bonding wires 57a and 57b to the chip connection electrodes 52a and 52b. In addition, since it is necessary to secure a space for bonding the other ends of the bonding wires 57a and 57b in the metal substrate 20 as a mounting substrate on which the package 5 is mounted, the package 5 is mounted on the metal substrate 20. There was a problem that the area was relatively large.
[0009]
On the other hand, in the light emitting device having the structure shown in FIG. 7, it is necessary to fix the frame member 6 to the metal substrate 20 as the mounting substrate through the adhesive layer 66 made of an adhesive. Considering this, there was a problem that the mounting area was relatively large.
[0010]
In the light emitting device having the structure shown in FIG. 6, a part of the light emitted from the light emitting diode chip A to the side is absorbed by the package 5 made of the ceramic substrate, and the light emitting device having the structure shown in FIG. Then, since a part of the light emitted from the light emitting diode chip A to the side is absorbed by the adhesive layer 66, further improvement of the light extraction efficiency to the outside is desired in any light emitting device.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, the primary object is to provide a light emitting device with improved light extraction efficiency to the implementation can reduce the mounting area to the substrate and outside.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the closer to one surface of the semiconductor substrate in the thickness direction the closer to the other surface, the smaller the opening area is, and the housing recess for housing the light emitting diode chip is formed. A chip connection electrode is formed on the inner bottom surface of the housing recess to connect a light-emitting diode chip disposed face-down to face, and electrically connects the chip connection electrode and the external connection electrode. The wiring penetrates in the thickness direction of the mounting portion formed between the inner bottom surface of the housing recess and the other surface of the semiconductor substrate, and a reflective film made of a metal material is formed on the inner peripheral surface of the housing recess. A metal material for thermally connecting the heat dissipating metal part and the heat dissipating electrode, wherein the heat dissipating electrode is formed on the other surface of the semiconductor substrate, and the heat dissipating metal part is formed on the inner bottom surface of the housing recess. Consist of A light emitting diode package in which coupling portion is disposed through a thickness direction of the mounting portion, the light emitting diode chip that is flip-chip mounted on the mounting portion in the housing recess of the light emitting diode package to the back surface and the light extraction surface And a metal electrode thermally coupled to the heat radiating metal portion is provided on the surface of the light emitting diode chip .
[0018]
According to this invention, since the package is light-emitting diodes are external connection electrodes on the other surface of the semiconductor substrate formed with housing recesses for accommodating the light emitting diode chip on one side in the thickness direction is formed, mounted mounting area of the light emitting diode package to the substrate can be reduced, also, it is reflected by the reflection film from the light emitting diode chip is formed on the inner peripheral surface of the optical Scheme 13 paid recess emitted laterally by external As a result, the efficiency of taking out the light emitted from the light emitting diode chip to the outside can be improved. Moreover, the light emitting diode and the radiating metal part and thermally coupled to the metal electrode provided on the surface of the chip, the light emitting diode chip the heat radiating electrode and thermally coupled to the other side of the semi-conductor substrate because it is, the light emitting diode heat generated in the chip can be dissipated through the heat radiating electrode of the other side of the semi-conductor substrate, heat radiation can be suppressed improved and the temperature rise of the light emitting diode chip, the result In particular, it is possible to suppress a decrease in the light emission efficiency of the light emitting diode chip accompanying a temperature rise.
[0019]
The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1 , gold bumps are used for electrical connection between the light emitting diode chip and the chip connection electrode.
[0020]
According to this invention, the heat dissipation can be improved by dissipating the heat generated in the light emitting diode chip through the gold bumps.
[0021]
The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or 2 , further comprising a metal substrate having an insulating layer formed on one surface of the metal plate and a conductive pattern formed on the insulating layer, and the conductive pattern of the metal substrate. The external connection electrode of the light emitting diode package is electrically connected via a brazing material, and the heat dissipation electrode is thermally coupled to the metal plate of the metal substrate via the brazing material. And
[0022]
According to this invention, since the heat dissipation electrode and the metal plate are thermally coupled, the metal plate functions as a heat dissipation member that radiates heat generated in the light emitting diode chip to the outside. The heat dissipation area can be widened to further improve heat dissipation.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, a sealing resin portion that seals the light emitting diode chip in the housing recess is provided.
According to this invention, the light emitting diode chip can be protected by the sealing resin portion.
According to a fifth aspect of the invention, in the fourth aspect of the invention, the sealing resin portion is dispersed with a fluorescent material that is excited by light emission of the light emitting diode chip and emits light of a desired wavelength. And
According to the present invention, it is possible to obtain a combined light of the light emitted from the light emitting diode chip and the light emitted from the fluorescent material.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the light emitting device of the present embodiment includes a light emitting diode chip A, a package 1 that houses the light emitting diode chip A, and a metal substrate 2 that is a mounting substrate on which the package 1 is mounted.
[0024]
The light-emitting diode chip A is a blue light-emitting diode chip having the configuration shown in FIG. 5 described above. A buffer layer 42 and an n-type semiconductor layer 43 are formed on one surface (the lower surface in FIG. 5) of the sapphire substrate 41 in the thickness direction. The light emitting layer 44 and the p-type semiconductor layer 45 are sequentially formed. The light-emitting diode chip A includes an n-electrode (pad) 48 provided on the n-type semiconductor layer 43 and a p-electrode (pad) 47 provided on the p-type semiconductor layer 45 via a current diffusion film 46. The current diffusion film 46 is made of a metal material having conductivity and high reflectivity, and light emitted from the light emitting layer 44 is emitted to the outside through the sapphire substrate 41. In short, the light-emitting diode chip A has a back surface made of the other surface (upper surface in FIG. 5) in the thickness direction of the sapphire substrate 41 as a light extraction surface, and is flip-chip mounted on the package 1. The buffer layer 42, the n-type semiconductor layer 43, the light emitting layer 44, and the p-type semiconductor layer 45 are each formed of a gallium nitride-based compound semiconductor material (for example, GaN, InGaN, etc.). Further, although the light-emitting diode chip A in the present embodiment has a double hetero structure, the structure of the light-emitting diode chip A is not particularly limited, and the above-described current diffusion film 46 is not necessarily provided.
[0025]
On the other hand, the mounting substrate 2 has an insulating material (for example, an insulating resin such as a glass epoxy resin) on one surface of a metal plate 21 made of a metal material (for example, a metal material having high thermal conductivity such as Al or Cu). An insulating layer 22 made of copper is formed, and conductive patterns (wiring patterns) 23 a and 23 b made of copper foil are formed on the insulating layer 22.
[0026]
The package 1 is formed by processing a silicon substrate 10 which is a semiconductor substrate. A storage recess 11 for storing the light-emitting diode chip A is formed on one surface side in the thickness direction, and a metal is formed on the other surface side. External connection electrodes 15a and 15b made of a material (for example, Al, Ag, Rh, etc.) and a heat radiation electrode 15c made of a metal material (for example, Al, Ag, Rh, etc.) are formed.
[0027]
Here, in the package 1, the inner bottom surface of the housing recess 11 is formed in a flat shape, and the pads 47 and 48 of the light emitting diode chip A are placed on the inner bottom surface of the housing recess 11 via the gold bumps 3a and 3b. Chip connection electrodes 13a and 13b made of an electrically connected metal material (for example, Al, Ag, Rh, etc.) are formed, and the chip connection electrodes 13a and 13b and the external connection electrodes 15a and 15b are electrically connected. Wirings 16 a and 16 b made of a metal material to be connected (for example, W, Cu, Ni, etc.) penetrate through the mounting portion 12 made of a thin portion between the inner bottom surface of the housing recess 11 and the other surface in the silicon substrate 10. The external connection electrodes 15a and 15b are electrically connected to the conductive patterns 23a and 23b of the metal substrate 2 through joint portions 31a and 31b made of brazing material (solder or the like). To have.
[0028]
Further, in the package 1, a heat radiating metal portion 13c made of the same metal material as the chip connecting electrodes 13a and 13b is formed on the inner bottom surface of the housing recess 11, and the heat radiating metal portion 13c and the heat radiating electrode 15c are thermally connected. A thermal coupling portion 16 c made of a metal material (for example, W, Cu, Ni, etc.) that couples to the mounting portion 12 is provided through the mounting portion 12. The light emitting diode chip A and the heat radiating metal portion 13c are heated via a gold bump 3c interposed between a metal electrode (not shown) provided on the surface of the light emitting diode chip A and the heat radiating metal portion 13c. Combined.
[0029]
On the other hand, the metal substrate 2 has the insulating layer 22 at a portion facing the heat radiation electrode 15c of the package 1 opened to expose a part of the one surface of the metal plate 21, and the discharge electrode 15c and A joint portion 32 made of a brazing material (for example, solder) is interposed between the metal plate 21 and the one surface. Therefore, the light emitting diode chip A is thermally coupled to the metal plate 21 via the gold bump 3c, the heat radiating metal portion 13c, the heat coupling portion 16c, the heat radiating electrode 15c, and the joining portion 32, and the metal plate 21 radiates heat. It functions as a member (the dashed-dotted arrow in FIG. 1B indicates the heat dissipation path of the heat generated in the light-emitting diode chip A). In the present embodiment, the metal substrate 20 is used as the mounting substrate on which the package 1 is mounted. However, a lead frame may be used.
[0030]
Further, the storage recess 11 in the package 1 has a smaller opening area as it approaches the inner bottom surface from the one surface in the thickness direction of the silicon substrate 10 (in other words, the storage recess 11 in the package 1 has the mounting portion 12. The reflective area 18 made of a highly reflective metal material (for example, Al, Ag, Rh, etc.) is formed on the inner peripheral surface of the storage recess 11 on the substantially entire surface. Yes. Although not shown, after the light-emitting diode chip A is mounted face-down on the mounting portion 12 of the package 1, a resin transparent to light emitted from the light-emitting diode chip A (for example, epoxy resin or silicone resin). if seal the light-emitting diode chip a of retract and the recess 11 by, etc.), a light emitting diode chip a may be protected with a sealing resin portion. If a fluorescent material excited by light emission of the light emitting diode chip A and emitting light of a desired wavelength is dispersed in a sealing resin for sealing the light emitting diode chip A, the light emitted from the light emitting diode chip A is dispersed. For example, white light can be obtained. If the reflective film 18 is formed of the same metal material as the chip connecting electrodes 13a and 13b, the reflective film 18 can be formed simultaneously with the chip connecting electrodes 13a and 13b. 13b is formed of a metal material having the same reflectivity as that of the reflective film 18, and the light emitted from the light emitting diode chip A toward the inner bottom surface of the housing recess 11 is reflected by the chip connection electrodes 13a and 13b and stored. It can be taken out of the recess 11.
[0031]
Hereinafter, a method for manufacturing the light emitting device of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0032]
First, a silicon oxide film (not shown) is formed on both sides in the thickness direction of the silicon substrate 10 by performing thermal oxidation on the silicon substrate 10 as shown in FIG. 11 is patterned, a silicon oxide film on one surface in the thickness direction of the silicon substrate 10 (upper surface in FIG. 2A) is patterned, and an alkaline solution (for example, KOH) is formed using the patterned silicon oxide film as a mask. The storage recess 11 is formed by performing anisotropic etching using TMAH, etc., and then the silicon oxide film on both sides in the thickness direction is removed to obtain the structure shown in FIG. In addition, by forming the storage recess 11 in the silicon substrate 10, a thinner mounting portion 12 is formed between the inner bottom surface of the storage recess 11 in the silicon substrate 10 and the other surface as compared with other portions. .
[0033]
Next, through holes 12a (see FIG. 3 (a)) are formed in the portions to be formed in the wirings 16a and 16b and the thermal coupling part 16c in the mounting part 12 by using the lithography technique and the etching technique. By forming 16a, 16b and the thermal coupling part 16c, the structure shown in FIG. 2C is obtained. In more detail, the method for forming the wiring 16a will be described after the through-hole 12a is formed by reactive ion etching (RIE) or the like at the site where the wiring 16 is to be formed in the mounting portion 12 as shown in FIG. By performing thermal oxidation, an insulating film 12b made of a silicon oxide film is formed on the exposed portion of the silicon substrate 10 and the inner peripheral surface of the through hole 12a as shown in FIG. A metal material (for example, W, Cu, Ni, etc.) is melted and filled into the through hole 12a, thereby forming the wiring 16a as shown in FIG. The wiring 16b and the thermal coupling portion 16c are also formed at the same time as the wiring 16a by the same formation method as the wiring 16a.
[0034]
Subsequently, the external connection electrodes 15a and 15b and the heat radiation electrode 15c are formed on the other surface side of the silicon substrate 10 by using, for example, a vapor deposition method or a sputtering method, and then the storage recess 11 in the silicon substrate 10 is formed. Chip connection electrodes 13a and 13b made of a metal material (for example, Al, Ag, Rh, etc.) and a heat radiating metal portion 13c made of a metal material (for example, Al, Ag, Rh, etc.) are formed on the inner bottom surface by, for example, vapor deposition or sputtering. 2 is formed on the inner peripheral surface of the storage recess 11 at the same time, thereby forming the package 1 having the structure shown in FIG. Finalize.
[0035]
Next, as shown in FIG. 4, the structure shown in FIG. 2E is obtained by flip-chip mounting the light-emitting diode chip A having the gold bumps 3 a, 3 b, 3 c on the surface side to the mounting portion 12. Here, the gold bumps 3a, 3b, 3c are formed on the light emitting diode chip A side, but the bumps 3a, 3b, 3c may be formed on the mounting portion 12 side.
[0036]
Thereafter, the package 1 is mounted on the metal substrate 2 using a brazing material (for example, solder) to complete the light emitting device having the structure shown in FIG.
[0037]
In the package 1 in the light emitting device of the present embodiment described above, the housing recess 11 for housing the light emitting diode chip A is formed on one surface of the silicon substrate 10 in the thickness direction, and the external connection electrode is formed on the other surface in the thickness direction. Since 15a and 15b are formed, the mounting area on the metal substrate 2 as the mounting substrate can be reduced, and the reflection film 18 is formed on the inner peripheral surface of the housing recess 11, so that the light emitting diode The light radiated laterally from the chip A can be reflected by the reflection film 18 and taken out of the housing recess 11, and the light radiated laterally from the light emitting diode chip A is shown in FIG. It is not absorbed by the package 5 as in the example or absorbed by the adhesive layer 66 as in the conventional example shown in FIG. 7, and the light extraction efficiency to the outside can be improved. In addition, the solid line arrow in FIG.1 (b) has shown the advancing direction of the light radiated | emitted from the light emitting diode chip A. FIG.
[0038]
Further, in the light emitting device of this embodiment, the light emitting diode chip A housed in the housing recess 11 of the package 1 is thermally coupled to the metal plate 21 of the metal substrate 2, so that the light emitting diode chip A emits light. Since the heat generated at the time (that is, when the light emitting diode chip A is energized) is dissipated through the metal plate 21, the light emitting diode chip A is mounted on the package 5 formed by processing the ceramic substrate 50 as in the prior art. As compared with the above, the heat dissipation is improved, the temperature rise of the light emitting diode chip A can be suppressed, and as a result, the decrease in the light emission efficiency of the light emitting diode chip A accompanying the temperature rise can be suppressed. Moreover, by suppressing the temperature rise of the light-emitting diode chip A, the life of the light-emitting diode chip A can be reduced, and the deterioration of the sealing resin portion sealing the light-emitting diode chip A can be suppressed. Can be planned.
[0039]
【The invention's effect】
In the invention of claims 1 to 5, package light emitting diodes are formed light-emitting diode chip external connection electrodes on the other surface of the semiconductor substrate a housing concavity formed on one surface in the thickness direction for accommodating the because there, there is an effect that it is possible to reduce the mounting area of the light emitting diode package for mounting board, also the light emitted from the light emitting diode chip to the side is formed on the inner peripheral surface of the housing concavity reflection Reflected by the film and taken out to the outside, there is an effect that it is possible to improve the efficiency of taking out the light emitted from the light emitting diode chip to the outside, and the metal part for heat dissipation is provided on the surface of the light emitting diode chip. A metal electrode that is thermally coupled to the light-emitting diode chip and the heat-dissipating electrode on the other side of the semiconductor substrate. Since it is coupled, the heat generated in the light emitting diode chip can be dissipated through the heat radiation electrode on the other side of the semiconductor substrate, the heat dissipation is improved, and the temperature rise of the light emitting diode chip can be suppressed. In addition, there is an effect that it is possible to suppress a decrease in the light emission efficiency of the light emitting diode chip accompanying a temperature rise.
[0043]
Moreover, in the invention of claim 2 , there is an effect that heat dissipation can be improved by dissipating heat generated in the light emitting diode chip through the gold bumps.
[0044]
In the invention of claim 3 , since the heat radiation electrode and the metal plate are thermally coupled, the metal plate functions as a heat radiation member for radiating heat generated in the light emitting diode chip to the outside. Therefore, there is an effect that the heat dissipation area can be widened to further improve the heat dissipation.
Moreover, in the invention of claim 4 , since the sealing resin portion in which the light emitting diode chip is sealed in the housing recess is provided, there is an effect that the light emitting diode chip can be protected by the sealing resin portion. .
According to a fifth aspect of the present invention, since the fluorescent material that is excited by light emission of the light emitting diode chip and emits light of a desired wavelength is dispersed in the sealing resin portion, the light emitting diode chip emits light. The combined light of the emitted light and the light emitted from the fluorescent material can be obtained.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a light-emitting device according to an embodiment, in which FIG. 1A is a schematic plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
FIG. 2 is a main process sectional view for explaining the manufacturing method of the light emitting device according to the embodiment;
FIG. 3 is a cross-sectional view of main steps for explaining the method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing method of the light emitting device according to the above.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional light emitting diode chip.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device showing a conventional example.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
A LED chip 1 Package 2 Metal substrate 3a, 3b, 3c Gold bump 10 Silicon substrate 11 Housing recess 12 Mounting portion 13a, 13b Chip connection electrode 13c Heat dissipation metal portion 16a, 16b Wiring 16c Thermal coupling portion 15a, 15b External Connecting electrode 15c Radiating electrode 18 Reflecting film 21 Metal plate 22 Insulating layers 23a and 23b Conductive patterns 31a and 31b Joint portion 32 Joint portion

Claims (5)

半導体基板の厚み方向の一面に他面に近づくほど開口面積が小さくなり発光ダイオードチップを収納する収納凹所が形成されるとともに、半導体基板の上記他面側に外部接続用電極が形成され、収納凹所の内底面にフェースダウンで対向配置される発光ダイオードチップを接続するチップ接続用電極が形成され、チップ接続用電極と外部接続用電極とを電気的に接続する配線が半導体基板における収納凹所の内底面と前記他面との間の部分からなる実装部の厚み方向に貫設され、収納凹所の内周面に金属材料からなる反射膜が形成されてなり、半導体基板における前記他面に放熱用電極が形成されるとともに、収納凹所の内底面に放熱用金属部が形成され、放熱用金属部と放熱用電極とを熱的に結合する金属材料からなる熱結合部が前記実装部の厚み方向に貫設されてなる発光ダイオード用パッケージと、裏面を光取出し面とし発光ダイオード用パッケージの前記収納凹所内で前記実装部にフリップチップ実装された発光ダイオードチップとを備え、発光ダイオードチップの表面に前記放熱用金属部と熱的に結合される金属電極が設けられてなることを特徴とする発光装置The closer to one surface in the thickness direction of the semiconductor substrate the closer to the other surface, the smaller the opening area and the storage recess for storing the light emitting diode chip is formed, and the external connection electrode is formed and stored on the other surface side of the semiconductor substrate. A chip connection electrode is formed on the inner bottom surface of the recess to connect a light-emitting diode chip that is opposed to face-down, and a wiring that electrically connects the chip connection electrode and the external connection electrode is provided in the storage recess in the semiconductor substrate. And a reflective film made of a metal material is formed on the inner peripheral surface of the housing recess, and the other in the semiconductor substrate. The heat radiation electrode is formed on the surface, the heat radiation metal part is formed on the inner bottom surface of the housing recess, and the heat coupling part made of a metal material that thermally couples the heat radiation metal part and the heat radiation electrode Implementation Comprising a light emitting diode package in which the thickness becomes disposed through direction, and a light emitting diode chip that is flip-chip mounted on the mounting portion in the housing recess of the light emitting diode package to the back surface and the light extraction surface, the light-emitting diode chips A light-emitting device comprising a metal electrode thermally coupled to the heat-dissipating metal portion on the surface of the light-emitting device . 前記発光ダイオードチップと前記チップ接続用電極との電気的な接続に金バンプを用いてなることを特徴とする請求項1記載の発光装置。 The light emitting diode chip and emitting light device according to claim 1, wherein you characterized by using the gold bumps for electrical connection with the chip connecting electrodes. 金属板の一表面上に絶縁層が形成され絶縁層上に導電パターンが形成された金属基板を備え、金属基板の導電パターンに前記発光ダイオード用パッケージの前記外部接続用電極がろう材を介して電気的に接続され、前記放熱用電極が金属基板の金属板にろう材を介して熱的に結合されてなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の発光装置。 A metal substrate having an insulating layer formed on one surface of the metal plate and a conductive pattern formed on the insulating layer is provided, and the external connection electrode of the light emitting diode package is connected to the conductive pattern of the metal substrate via a brazing material. are electrically connected, the heat radiating electrode is emitting light device according to claim 1 or claim 2 wherein you characterized by comprising thermally coupled via a brazing material to a metal plate of the metal substrate. 前記収納凹所内で前記発光ダイオードチップを封止した封止樹脂部を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。 4. The light emitting device according to claim 1 , further comprising a sealing resin portion that seals the light emitting diode chip in the housing recess . 5. 前記封止樹脂部には、前記発光ダイオードチップの発光によって励起されて所望の波長の光を放射する蛍光物質が分散されていることを特徴とする請求項4記載の発光装置 Wherein the sealing resin portion, the light emitting diode emitting device that Motomeko 4 wherein you said fluorescent substance emits light by being excited to emit light of a desired wavelength of the chip are dispersed.
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