JP4572312B2 - Led及びその製造方法 - Google Patents
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Description
即ち、図28において、LED1は、熱伝導率の高い銅等から成る導電性基板2上に、凹陥部によるホーン2aを形成して、このホーン2aの底面に直接にLEDチップ3をマウントした後、ホーン2a内に蛍光体(図示せず)を配置すると共に、導電性基板2の周囲及び表面に樹脂,セラミック等の絶縁体4を被嵌することにより、構成されている。
図23において、LED6は、セラミック,樹脂等の絶縁体基板7上に、凹陥部によるホーン7aを形成して、このホーン7a内に印刷,メッキ,蒸着等により電極7bをパターニングした後、この電極7b上にLEDチップ3をマウントし、さらにホーン7a内に蛍光体(図示せず)を配置することにより、構成されている。
尚、上記ホーン7aは、図31に示すように、薄い絶縁体基板を積層させることによって、構成されてもよい。
図32において、LED8は、図30に示したLED6と同様の構成であって、ホーン7a内に複数個(図示の場合、二個)のLEDチップ3がマウントされている点でのみ異なる構成になっている。
これに対して、熱伝導率の高い絶縁体として、例えばAlNセラミック等のセラミック材料も開発されてきているが、材料自体が高価であると共に、加工性が悪いという問題があった。
さらに、上方から取り出される光の輝度分布は、各LEDチップ3間の距離及び上述したLEDチップ3の光吸収に依存して、バラツキが生ずることになってしまう。
これに対して、各LEDチップ3の間に不透光性材料から成る仕切りを設けることによって、LEDチップ3相互の光吸収は排除され得るが、機械加工や樹脂成形により仕切りを設けた場合、各LEDチップ3の間隔が拡ってしまうことから、配光特性の劣化や輝度ムラが発生してしまうことになる。
従って、これらのボンディングワイヤまたはリード線の接合強度や絶縁性が不十分であることから、これらを保護するために、樹脂をモールドしたり、別のパッケージで覆う必要があり、LED自体のパッケージの小型化・薄型化の利点を十分に生かすことができない。
(1)シリコン基板加工過程において、ドライプロセスを使用する必要がなく、(2)電極パターニング工程にレーザートリミング工程の必要がなく、スプレー法や電着法でコンタクトを形成することが可能であり、あえて裏側にパターンを形成する必要がなく、
(3)電極パターンはシリコンパッケージのLED載置側のみで形成可能であり、あえて裏側にパターンを形成する必要がなく、
(4)シリコンパッケージ裏側に放熱用ダミーパターンの形成が可能である、
点において、上記の従来例と異なるものである。
(数式1) 熱抵抗(℃/W)=
基板の厚み(m)
熱伝導率(W/m・K)×電熱断面積(m2)
従って、LEDチップの温度上昇が抑制されることになり、各LEDチップの発光効率が熱によって低下することを大幅に抑制できる。これにより、各LEDチップの発熱によって出射光束が減少したり、寿命が低下するようなことはない。
そして、LEDチップに対する電気的接続のための電極がパターニングによって形成されるので、マルチチップ化した場合に、各LEDチップを互いに直列接続することが可能である。
この場合、ホーンのエッチング加工の際の時間管理によって、ホーン底部におけるシリコン基板の厚さを制御することができるので、LEDチップに対するシリコン基板の熱抵抗を低減することができる。
なお、この場合の具体的な厚さとしては、熱抵抗と剛性的な兼ね合いから、0.1〜0.5mmが好ましい。
また、(100)を表面とする基板でも、エッチング液にEDPを用い、且つ、マスクパターンの直線部分をオリエンテーションフラットに対して45度の角度をなすようにした場合、傾斜面として45度の面が現れる。また、同じ条件でエッチング液にKOHを用いれば、90度、即ち直角の側壁が現れる。実施例においては(100)のみ取り上げて示したが、使用目的によって適宜シリコン基板の結晶方位、マスクパターンやエッチング液を変えることで、自在なデバイス作製が可能である。
この場合、上記コンタクトホールは、シリコン基板にホーンを形成する際に同時に形成することができるので、半導体プロセスによって容易に且つ大量に処理することができる。
この場合、上記コンタクトエッジは、ウェハ上にて各シリコン基板にホーンを形成する際に同時にコンタクトホールを形成して、各シリコン基板をダイシングにより切断する際に、同時にコンタクトホールを切断することにより、容易に形成することができるので、半導体プロセスによって容易に且つ大量に処理することができる。
そして、各LEDチップがマウントされる基板が、熱伝導率の高いシリコン基板から構成されているので、駆動時に各LEDチップから発生する熱が効率良く基板を介して放熱されることになる。従って、各LEDチップの温度上昇が抑制されることになり、各LEDチップの発光効率が低下するようなことはない。これにより、各LEDチップの発熱によって出射光束が減少したり、寿命が低下するようなことはない。
この場合、このようなホーンを備えたシリコン基板は、既存の半導体製造装置を利用して容易に製造することができるので、本LEDは、比較的容易に、且つ比較的低コストで製造され得ることになる。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1において、LED10は、シリコン基板11と、このシリコン基板11の凹陥部として形成されたホーン11a内にマウントされたLEDチップ12と、ホーン11a内に充填された樹脂材料から成る樹脂モールド13と、から構成されている。
そして、上記シリコン基板11は、表面から底面まで貫通しない厚さまでの凹陥部により形成されたホーン11aを備えている。
このホーン11aは、例えばTMAHによる液相の結晶異方性エッチングによって、その側面が(111)面となるように形成されている。
尚、上記ホーン11aの側面は、(111)面であることから、底面に対する傾斜角度が54.7度に選定されている。
この場合、ホーン11aは、エッチング工程の時間管理に基づいて、適宜の深さとなるように加工されており、ホーン11aの底面をできるだけシリコン基板11の底面に近づける、即ちホーン11aの底面におけるシリコン基板11の厚さをできるだけ薄くすることができ、これにより熱抵抗を低減することが可能である。
これらの電極14,15は、例えばホーン11aを形成したシリコン基板11の表面に金属薄膜を形成した後、この金属薄膜のパターンエッチングにより形成されるようになっている。
ここで、一方の電極14は、上記ホーン11aの底面の中央領域に配置されたチップ実装部14aを備え、またこの実装部14aのパターンは取り付けられるLEDチップ12の端子部と同一形状もしくは外形線の一部に同一形状を含む形状とし浮遊するLEDチップ12を溶融しているハンダの表面張力でパターンと端子とが一致するように移動させるセルフアライメントが行なわれ得るものとし、他方の電極15は、上記ホーン11aの底面にて、このチップ実装部14aに隣接する接続部15aを備えている。
従って、樹脂モールド13は、上記シリコン基板11のホーン11a内に充填され、硬化された後、内部に粒状の蛍光体13aが分散することになる。
ここで、上記粒状の蛍光体13aは、LEDチップ12の発光色に対応して例えば黄色の励起光を発生する蛍光体である。これにより、LEDチップ12からの青色光に励起されて、蛍光体13aが黄色の励起光を発生させ、この黄色の励起光がLEDチップ12からの青色光と混色されて、外部に白色光が出射するようになっている。
即ち、まず、平坦なシリコン基板11の(100)面である表面に対して、液相の結晶異方性エッチングによりホーン11aが形成される。この場合、エッチング剤としては、例えばTMAH(テトラメチル水酸化アンモニウム)が使用される。
このTMAHは、エッチングによるアンダーカットが比較的大きく、寸法制御が困難であるが、マスクのダメージが少なく、酸化膜マスクが使用可能であると共に、CMOSとの整合性が良好であるという利点を有している。これに対して、例えばKOHをエッチング剤として使用すると、アンダーカットは小さいが、CMOSとの整合性が悪い。
尚、このようなエッチングにより形成されるホーン11aは、その側面が(111)面として、傾斜角54.7度の斜面となる。
そして、エッチング時間を適宜に管理することによって、所望の深さのホーン11aが形成され得ることになる。
次工程の電極を形成する前に、例えばスパッタ法、CVD法、熱酸化法等で、Si表面を薄いSiO2層やSi3N4層で覆い、絶縁化する。
続いて、一方の電極14のチップ実装部14aに対して、LEDチップ12をマウントし、ダイボンディングすると共に、LEDチップ12の表面の電極部をボンディングワイヤ12aにより他方の電極15の接続部15aに対してワイヤボンディングする。
そして、LEDチップ12から出射する光Lが、直接に、あるいはシリコン基板11のホーン11aの底面または側面で電極14,15のミラー面として形成された表面で高い反射率で反射されて、樹脂モールド13内の蛍光体13aに当たって、蛍光体13aを励起する。これにより、蛍光体13aから励起光が発生して、LEDチップ12からの青色光と混色され、白色光として、樹脂モールド13を介して上方に出射する。
従って、LEDチップ12の温度上昇が抑制されることになり、LEDチップ12の発光効率が熱によって低下せず、これによりLEDチップの発熱によって出射光束が減少したり、寿命が低下するようなことはない。
また、LEDチップ12に対する電気的接続のための電極14,15がパターニングによって形成されるので、マルチチップ化した場合に、各LEDチップ12を互いに直列接続することが可能であり、Vfの低いLEDチップ12に電流が集中するようなこともない。
さらに、上記ホーン11aの側面が(111)面から構成されていることによって、このホーン11aの側面が、通常の加工、例えば金属材料の切削加工,ポンチ加工や樹脂成形では得られないような優れたミラー面として形成されることになる。
また、上記LED10は、既設の半導体製造装置を利用して容易に製造され得るので、特別の設備投資も必要なく、比較的低コストで製造され得ることになる。
図2において、LED20は、図1に示したLED10とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、LED20は、シリコン基板21と、このシリコン基板21の凹陥部として形成されたホーン21a内にマウントされたLEDチップ12と、ホーン21a内に充填された樹脂材料から成る樹脂モールド13と、から構成されている。
即ち、上記シリコン基板21は、下方の第一の基板22と、上方の第二の基板23と、から構成されている。
上記第一の基板22は、平坦なシリコン基板から構成されており、その表面に金属薄膜のパターニングによって、電極14,15が形成されている。この場合、電極14,15は、第一の基板22の表面に沿って、即ちシリコン基板21の内部を通って側方まで延びている。
これに対して、第二の基板23は、その表面が(100)面となるように平坦に形成されており、上下に貫通するように形成されたホーン21aを備えている。
このホーン21aは、前述したLED10におけるホーン11aと同様に、例えばTMAHによる液相の結晶異方性エッチングによって、その側面が(111)面となるように形成されており、その側面全体がミラー面を備えている。このミラー面は、公知の如く、ホーン11aの表面に対して反射率の高い材料の薄膜を蒸着,メッキ等により形成することにより、得られる。
即ち、まず、第一の基板22となるシリコン基板の表面に金属薄膜のパターンエッチングによって、電極14,15を形成する。
これと並行して、第二の基板23となるシリコン基板の(100)面である表面に対して、液相の結晶異方性エッチングによりホーン21aが形成される。この場合、ホーン21aが第二の基板23を上下に貫通していることから、ホーン21aの深さをあまり高精度に設定する必要がないことから、エッチング工程の時間管理が容易になる。
続いて、上記ホーン21aの底面に露出している一方の電極14のチップ実装部14aに対して、LEDチップ12をマウントし、ダイボンディングすると共に、LEDチップ12の表面の電極部をボンディングワイヤ12aにより他方の電極15の接続部15aに対してワイヤボンディングする。
以上で、本LED20が完成する。
図3において、LED30は、図2に示したLED20と同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記LED30は、第一の基板22の上面中央付近にて、電極14,15が互いに間隔をあけて突き合わせられたチップ実装部14b,15bを備えるように形成されている。
そして、これらのチップ実装部14b,15bの上に、所謂フリップチップタイプのLEDチップ31が、その下面の両側縁に設けられた電極部を載置するように、マウントされ、電気的に接続されるようになっている。
このような構成のLED30によれば、図2に示したLED20と同様に作用することになる。
図4において、LED40は、例えば図1によるLED10に対して、シリコン基板11上にて、ホーン11aに隣接して、アクチュエータとして熱電バイモルフアクチュエータ41が構成されている。
この熱電バイモルフアクチュエータ41は、それ自体公知の構成であって、シリコン基板11上に半導体製造工程にて所謂MEMS技術を利用して、エッチングにより構成されるものである。
そして、上記熱電バイモルフアクチュエータ41は、図示しない電極を介して通電されることにより、図5に示すように、半導体基板11上にて変位して、ホーン11aの上面の一部を覆うようになっている。
尚、このようなホーン11aの上端の開口部による発光部の形状変更は、シリコン基板11上に構成され得る他の型式のアクチュエータによっても実現することができる。
図6において、LED50は、例えば図1によるLED10に対して、シリコン基板11上にて、ホーン11aに隣接して、アクチュエータとして垂直櫛歯型静電アクチュエータ51が構成されている。
この垂直櫛歯型静電アクチュエータ51は、それ自体「Vertical Comb」として公知の構成であって、シリコン基板11上に半導体製造工程にて所謂MEMS技術を利用して、エッチングにより構成されるものである。
そして、上記垂直櫛歯型静電アクチュエータ51は、図示しない電極を介して通電されることにより、図6にて矢印Aで示すように、半導体基板11上にて揺動して、ホーン11aの上面から出射する光束の一部を遮断するようになっている。
尚、このようなホーン11aの上端の開口部による発光部の形状変更は、シリコン基板11上に構成され得る他の型式のアクチュエータによっても実現することができる。
図7において、LED60は、図1に示したLED10とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、LED60は、シリコン基板11と、このシリコン基板11の凹陥部として並んで形成された二つのホーン11a,11b内にそれぞれマウントされた二つのLEDチップ12と、ホーン11a,11b内にそれぞれ充填された樹脂材料から成る樹脂モールド13と、から構成されている。
これらのホーン11a,11bは、前述したLED10におけるホーン11aと同様に、例えばTMAHによる液相の結晶異方性エッチングによって、その側面が(111)面となるように形成されている。
この仕切り壁11cは、シリコン基板11の上面と同じ高さを有していると共に、その上面が平坦に形成されている。尚、この上面の幅は、例えば数μm乃至数10μm程度に選定される。
尚、この仕切り壁11cは、図8に示すように、上端が稜線を有するように尖って形成されていてもよい。これにより、仕切り壁11cの高さを変えることなく、各LEDチップ12の間隔を小さくすることができる。
これらの電極は、例えばホーン11aを形成したシリコン基板11の表面に例えば銀等の金属薄膜を形成した後、この金属薄膜のパターンエッチングにより形成されるようになっている。
即ち、まず、(100)面の表面が光学研磨処理により平坦化されている厚さ525μmの単結晶シリコンウェハを使用し、図9(A)に示すように、シリコン基板11の表面に拡散炉により厚さ500nmの熱酸化シリコン膜11dが形成される。
そして、図9(B)に示すように、平坦なシリコン基板11の表面に対して、フォトリソグラフィ法によりレジストパターンが形成された後、バッファードフッ酸(BHF)により熱酸化シリコン膜11dがエッチング除去され、熱酸化シリコン膜11dのパターンが形成される。
次に、図9(D)に示すように、再び拡散炉によってホーン11a,11bを含むシリコン基板11の表面全体に、厚さ500nmの熱酸化シリコン膜11eが形成され、基板全体が絶縁化された後、スパッタ法により、電極膜11fが成膜される。この電極膜11fは、例えば順次に成膜された厚さ20nmのTi及び厚さ200nmのCuから構成されている。
その後、図9(F)に示すように、上記レジストパターン11gをマスクとして、上記電極膜11fがウェットエッチングされ、電極パターン11hが形成される。尚、この場合、電極パターン11hは、双方のLEDチップ12を直列に接続するように、形成されている。
続いて、図9(H)に示すように、各ホーン11a,11bの底部に形成された一方の電極を構成する電極膜パターン11f上に対して、LEDチップ12をマウントし、ハンダまたは共晶接合によってダイボンディングすると共に、LEDチップ12の表面の電極部をボンディングワイヤ12aにより他方の電極を構成する電極膜パターン11fに対してワイヤボンディングする。
その後、ホーン11a,11b内に、粒状の蛍光体13aを混入した樹脂材料を充填し、硬化させる。これにより、ホーン11a内に樹脂モールド13が形成される。以上で、本LED60が完成する。
例えば単独で3V,350mAのバイアス印加によって120mWの光出力が得られるLEDチップ12を二個使用して、6V,350mAのバイアスを印加したところ、二倍の240mWの光出力が得られた。これは、仕切り壁11cの作用によって、LEDチップ12間の光吸収が抑制されたことによるものと推察される。
図10において、LED70は、図7に示したLED60とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、LED70は、シリコン基板11と、このシリコン基板11の凹陥部として並んで形成された二つのホーン11a,11b内にそれぞれマウントされた二つのLEDチップ12と、ホーン11a,11b内にそれぞれ充填された樹脂材料から成る樹脂モールド13と、から構成されている。
この場合、仕切り壁11cは、その高さがシリコン基板11の上面より低い稜線を構成している点でのみ、図7に示したLED60とは異なる構成になっている。
即ち、まず図11(A)に示すように、シリコン基板11の表面に拡散炉により厚さ500nmの熱酸化シリコン膜11dが形成される。
そして、図11(B)に示すように、平坦なシリコン基板11の表面に対して、フォトリソグラフィ法によりレジストパターンが形成された後、BHF溶液により熱酸化シリコン膜11dがエッチング除去され、熱酸化シリコン膜11dのパターンが形成される。
続いて、図11(D)に示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストマスク(図示せず)を使用して、熱リン酸処理またはプラズマエッチング処理により、上記窒化シリコン膜11jがパターニングされる。
次に、図11(E)に示すように、例えばTMAH溶液による異方性エッチングによって、浅いホーン11a,11bが同時に形成された後、図11(F)に示すように、洗浄してから熱リン酸処理またはプラズマエッチング処理によって、すべての残っている窒化シリコン膜11jが除去された後、再びTMAH溶液による液相の結晶異方性エッチングにより、仕切り壁11cにより分離されたホーン11a,11bを含む一つの大きなホーンが形成されることになる。
その後、熱酸化シリコン膜11dが除去された後、図11(G)に示すように、再び拡散炉によってホーン11a,11bを含むシリコン基板11の表面全体に、厚さ500nmの熱酸化シリコン膜11eが形成され、基板全体が絶縁化される。
以上で、本LED70が完成する。
このLED70について、前記LED60と同様に発光特性の評価を行なったところ、同様に二倍の光出力が得られると共に、各LEDチップ12の間隔が短縮されたことにより、点光源に近い発光特性が得られた。
尚、図13(B)の場合、エッチングの制御によって、仕切り壁11cの高さを適宜に設定することも可能である。
このような仕切り壁11cの各種形状によって、LEDチップ12から出射した光の仕切り壁11cの側面による反射を制御することが可能であり、この反射の制御によって、所望の輝度分布や配光特性を実現することが可能である。
また、仕切り壁11cの形状に基づいて、LEDチップ12の間隔を適宜に設定することができるので、特にシリコン基板11の上面より低い仕切り壁11cの場合には、LEDチップ12の間隔がより一層小さくされ得るので、実質的に点光源と同様の配光特性が得られると共に、各LEDチップ12からの光の混色を行なわせる場合には、各LEDチップ12からの光の光束のミキシング効果が高められることになる。
また、上記LED60,70においては、二個のLEDチップ12が搭載されているが、これに限らず、三個以上のLEDチップが搭載されていてもよく、特に光の三原色である例えば赤,緑,青のLEDチップが搭載されている場合、各LEDチップからの光の光束のミキシング効果が高められることによって、演色性の良好な白色光が得られることになる。
図14において、LED80は、図1に示したLED10とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、LED80は、シリコン基板81と、このシリコン基板81の凹陥部として形成されたホーン81a内にマウントされたLEDチップ12と、ホーン81a内に充填された樹脂材料から成る樹脂モールド13と、から構成されている。
これらのコンタクトホール81b,81cは、ホーン81aと同様に、例えばTMAHによる液相の結晶異方性エッチングによって、その側面が(111)面となるように形成されている。
これらの電極82,83は、例えばホーン81a及びコンタクトホール81b,81cを形成したシリコン基板81の表面に金属薄膜を形成した後、この金属薄膜のパターンエッチングにより形成されるようになっている。
ここで、一方の電極82は、上記ホーン81aの底面の中央領域に配置されたチップ実装部82aを備えており、他方の電極83は、上記ホーン81aの底面にて、このチップ実装部82aに隣接する接続部83aを備えている。
即ち、まず(100)面の表面が光学研磨処理により平坦化されている厚さ525μmの単結晶シリコンウェハを使用し、図15(A)に示すように、シリコン基板81の表面に拡散炉により厚さ500nmの熱酸化シリコン膜81dが形成される。
そして、図15(B)に示すように、平坦なシリコン基板81の表面に対して、フォトリソグラフィ法によりレジストパターンが形成された後、BHF溶液により熱酸化シリコン膜11dがエッチング除去され、熱酸化シリコン膜11dのパターン(コンタクトホール形成用)が形成される。
次に、図15(E)に示すように、再びTMAH溶液による異方性エッチングによって、ホーン81a及びコンタクトホール81b,81cが形成された後、シリコン基板81がTMAH溶液から引き上げられる。
続いて、図15(F)に示すように、BHF溶液により、すべての残っている熱酸化シリコン膜81dが除去され、再び拡散炉によってシリコン基板81の表面全体に、厚さ500nmの熱酸化シリコン膜81gが形成され、基板表面が絶縁化される。
その後、電着レジストまたはスプレーレジストコーティングによって、シリコン基板81の表面全体に、レジストが塗布され、フォトリソグラフィ法によりレジストのパターンニングが行なわれ、このレジストパターンをマスクとして、上記電極層及び反射膜がウェットエッチングされ、図15(H)に示すように、電極パターン81h(電極82,83)が形成される。この後、例えば電気メッキ等によりNi2μm、Ag3μmの膜を形成し、電極/反射膜を形成することができる。
その後、ホーン81a内に、粒状の蛍光体13aを混入した樹脂材料を充填し、硬化させる。これにより、図15(J)に示すように、ホーン81a内に樹脂モールド13が形成される。
以上で、本LED80が完成する。
これにより、LED90の実装が完了する。
図16において、LED90は、図14に示したLED80とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、LED90は、コンタクトホール81b,81cの代わりに、シリコン基板81の両端縁にコンタクトエッジ81i,81jを備えている点でのみ異なる構成になっている。
ここで、上記コンタクトエッジ81i,81jは、それぞれシリコン基板81の両端縁にて、ちょうど前記コンタクトホール81b,81cを中心で半分に分割した形状を有している。
これらのコンタクトエッジ81i,81jは、ホーン81aと同様に、例えばTMAHによる液相の結晶異方性エッチングによって、その側面が(111)面となるように形成されている。
即ち、図14に示したLED70の場合と同様に、図15(A)〜(H)に示すように、シリコン基板81の表面にホーン81a及びコンタクトホール81b,81cが形成されると共に、電極パターン81hが形成される。
その際、電極パターン81h(電極82,83)は、ホーン81aからシリコン基板81の上面を介して、各コンタクトホール81b,81c内にて、その下縁まで延びるようになっている。
その後、図17(B)に示すように、ホーン81aの底部に形成された一方の電極82を構成する電極パターン81h上に対して、LEDチップ12をマウントし、ハンダリフロー法,共晶接合,銀ペースト等によってダイボンディングすると共に、LEDチップ12の表面の電極部をボンディングワイヤ12aにより他方の電極83を構成する電極パターン81hに対してワイヤボンディングする。
その後、ホーン81a内に、粒状の蛍光体13aを混入した樹脂材料を充填し、硬化させる。これにより、図17(C)に示すように、ホーン81a内に樹脂モールド13が形成される。
以上で、本LED90が完成する。
これにより、LED90の実装が完了する。
この場合、コンタクトホールの代わりに、コンタクトエッジ81i,81jが設けられていることによって、実装の際に、コンタクトエッジ81i,81jに対するクリームハンダのポッティングが容易に行なわれ得ることになり、作業性が向上する。
図18において、LED100は、図14に示したLED80とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、LED100は、シリコン基板81の下面のホーン81aに対応する領域に、金属薄膜101を備えている点でのみ異なる構成になっている。
ここで、上記金属薄膜101は、例えばAuまたはAgから構成されており、スパッタ法により成膜され、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチングを用いてパターンニングされる。
これにより、LED100の実装が完了する。
この場合、シリコン基板81の下面に備えられた金属薄膜101が、実装基板84上の放熱用導電パターン部84cに当接することによって、LEDチップ12から発生する熱が、シリコン基板81から金属薄膜101を介して、実装基板84の放熱用導電パターン部84cに伝達されることにより、LEDチップ12から発生する熱が効果的に放熱され得ることになる。
図19において、LED110は、図18によるLED100の変形例であって、シリコン基板81の下面の金属薄膜101が形成される領域にて、熱酸化シリコン膜81gが除去されている点でのみ異なる構成になっている。
これにより、LED110の実装が完了する。
この場合、シリコン基板81の下面に備えられた金属薄膜101が、シリコン基板81の下面に直接に接触すると共に、熱伝導性シート112を介してヒートシンク111に接触することにより、LEDチップ12からの熱がシリコン基板81,熱伝導性シート112を介してヒートシンク111に対して伝達されることにより、例えば2℃/Wという非常に小さな熱抵抗となり、より一層放熱効果が向上することになる。
図21において、図1に示したLEDと同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、このLEDは、シリコン基板11と、シリコン基板11の凹陥部として形成されたホーン11aと、その中央にマウントされたLEDチップ12と、ホーン11a内に充填された樹脂材料からなる樹脂モールド13と、レンズ200から構成されている。
このレンズ200は、ホーン11aに樹脂モールド13を充填後、未硬化のうちに、ホーン上部に配置し、その後硬化することによって固定される。特に、ホーンに隣接してレンズ位置決め用の凹部201を形成することにより、レンズ取り付けの際に正確且つ簡易に取り付けることができ、好適である。この凹部201はホーン形成時の液相エッチングによって同時に形成することが可能であるため、事実上マスクの精度ををそのままレンズの位置決めに持ち込むことができる。
なお、図21においては凹部201は長方形のものを2箇所形成しているが、3箇所以上や、ホーンを囲むような略円形、略多角形であってもよい。また、図22にあるように、ホーンを2段階として、そのうちの上段を位置決め用の凹部として用いても同じ効果が得られる。
図23において、図1に示したLEDと同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、このLEDは、シリコン基板11と、シリコン基板11の凹陥部として形成されたホーン11aと、その中央にマウントされたLEDチップ12と、ホーン11a内に充填された樹脂材料からなる樹脂モールド13と、球形レンズ200から構成されている。
この球形レンズ200は、ホーン11aに樹脂モールド13を充填後、未硬化のうちに、ホーン上部に配置し、その後硬化することによって固定される。特に、ホーンの形状を正方形とすれば、固定の際には球形レンズ200をホーンの縁に押し付けるように固定することで、レンズの位置を一義的に決めることが可能であり、光軸のずれが起きにくいという利点を有する。レンズ自体の材質はガラスや樹脂材料など、光透過性材料であれば良いが、モールド樹脂によって接着、固定されるため、当該樹脂と密着性の良いものであればより好適である。
図24において、図16に示したLEDと同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、このLEDは、シリコン基板と、シリコン基板の凹陥部として形成されたホーンと、その中央にマウントされた複数のLEDチップと、ホーン内に充填された樹脂材料からなる樹脂モールドと、コンタクトエッジから構成されている。
ここでコンタクトエッジは矩形の四隅にそれぞれ形成し、LEDチップへ給電できるような構成としている。これによって、例えば赤色LEDと緑色LEDを同じホーン内にマウントして、外部の回路を通じて個別に発光を制御できる。なお図24では4つの電極を形成して2つのLEDを個別に電気的に接続し、駆動できるものとしたが、更にシリコン基板の辺にコンタクトエッジを形成して3つ以上のLEDを電気的に接続できるようにしても良い。
図25において、図16に示したLEDと同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、このLEDは、シリコン基板と、シリコン基板の凹陥部として形成されたホーンと、その中央にマウントされた複数のLEDチップと、ホーン内に充填された樹脂材料からなる樹脂モールドと、コンタクトエッジから構成されている。
ここで、コンタクトエッジは四隅のうち相隣り合う2箇所に形成されており、この素子はLEDチップがマウントされたホーンが基板に対して平行な方向を向いて実装されている。即ち、本実施形態はサイドビュー型表面実装LEDの形態である。
図26において、図1に示したLEDと同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
即ち、このLEDは、シリコン基板と、シリコン基板の凹陥部として形成されたホーンと、その中央にマウントされた複数のLEDチップと、ホーン内に充填された樹脂材料からなる樹脂モールドと、リードフレーム17a,17bから構成されている。 図1と違う点は、シリコン基板の左右に電極と電気的に接続されたリードフレーム17a,17bが左右に取り付けられている点である。このようにすることで実装に好適な薄型の表面実装素子を製造することができ、好適である。
このようなLEDを製造する際、シリコン基板にリードフレームの位置決めのための浅い凹部16a,16bを形成しておくと、より好適である。このような凹部16a,16bは液相エッチングでホーンを作る際に同時に形成できるため、余分な工程は必要ない。
リードフレームをシリコン基板上の電極配線部に接続するために導電性ペースト等を用い、電気的接触を取る。より好適には共晶またはレーザー融着を用いるのが良い。この場合、リードフレームとシリコン基板の間の接合の機械的強度が高く、実装時に取扱いやすくなる。
また、図27には、リードフレームを取り付けたシリコン基板を樹脂により一体成型した素子が記載されている。このようにした場合、リードフレームとシリコン基板の間に樹脂が入るため、シリコン基板側面とリードフレームとの間の短絡を防ぐことができ、より信頼性が高くなる。また、リードフレームが樹脂によって固定されるため、より機械的強度が増し取り扱いに好適である。
シリコン基板裏側のLEDチップの裏側にあたる部分に金属薄膜を形成し、リードフレームと金属薄膜部分をハンダフロー工程で配線基板に固定することもできる。このようにすると、LEDチップの直下がハンダを介して配線基板に直に接触するため、放熱性が非常に良くなり好ましい。
また、上述した実施形態においては、シリコン基板上には、LEDチップ12のみがマウントされているが、これに限らず、シリコン基板上に半導体製造工程により他の半導体デバイスが一体に形成されるようにしてもよいことは明らかである。
さらに、上述した実施形態においては、シリコン基板上のホーンの側壁にミラー面が備えられているが、これに限らず、ミラー面が備えられていなくてもよいことは明らかである。
11 シリコン基板
11a,11b ホーン
11c 仕切り壁
12 LEDチップ
12a ボンディングワイヤ
13 樹脂モールド
13a 蛍光体
14,15 電極
14a,14b,15b チップ実装部
15a 接続部
20 LED
21 シリコン基板
21a ホーン
22 第一の基板
23 第二の基板
30 LED
31 LEDチップ(フリップチップ)
40 LED
41 熱電バイモルフアクチュエータ
50 LED
51 垂直櫛歯型静電アクチュエータ
60,70,80 LED
81 シリコン基板
81a ホーン
81b,81c コンタクトホール
81i,81j コンタクトエッジ
82,83 電極
90,100,110 LED
101 金属薄膜
111 ヒートシンク
112 熱伝導性シート
113,114 リードフレーム
Claims (10)
- シリコン基板と、
前記基板に、液相エッチングによって形成されたホーンと、
前記基板に、液相エッチングによって形成された少なくとも二つのコンタクトホールと、
前記ホーン内から前記コンタクトホール下縁まで延びている少なくとも二つの電極と、
前記ホーン内にマウントされ且つ前記二つの電極に電気的に接続された少なくとも一つのLEDチップと、
を含んでいることを特徴とする、LED。 - シリコン基板と、
前記基板に、液相エッチングによって形成されたホーンと、
前記基板に、液相エッチングによって形成された少なくとも二つのコンタクトエッジと、
前記ホーン内から前記コンタクトエッジ下縁まで延びている少なくとも二つの電極と、
前記ホーン内にマウントされ且つ前記二つの電極に電気的に接続された少なくとも一つのLEDチップと、
を含んでいることを特徴とする、LED。 - 前記シリコン基板をLEDチップをマウントした側から見た形状が、矩形の四隅の少なくとも一箇所に前記コンタクトエッジを形成したものであることを特徴とする、請求項2に記載のLED。
- 前記シリコン基板が、少なくともホーンの領域にて前記シリコン基板の下面に金属薄膜を備えていて、前記金属薄膜を介して放熱部材に設置されている、ことを特徴とする、請求項1または2に記載のLED。
- 前記ホーン上に、レンズが配置されていることを特徴とする、請求項1から4に記載のLED。
- 前記シリコン基板のホーン周囲に前記レンズのための位置合わせ用窪みが形成されていることを特徴とする、請求項5に記載のLED。
- シリコン基板表面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜に対してコンタクトホールとなる部分を露出するようにパターニングする工程と、
前記シリコン基板に液相エッチングによってコンタクトホールとなる部分に浅い窪みを形成する工程と、
前記酸化膜に対してホーンとなる部分を露出するようにパターニングする工程と、
前記シリコン基板に液相エッチングによってホーンとコンタクトホールを形成する工程と、
前記シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン基板表面に、前記ホーン底面から前記コンタクトホール下縁まで延びている電極パターンを形成する工程と、
前記ホーン内にLEDチップをダイボンドし、かつ、前記電極パターンに電気的に接続する工程と、
前記シリコン基板を分割する工程と
を、含むことを特徴とする、LEDの製造方法。 - シリコン基板表面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜に対して貫通孔となる部分を露出するようにパターニングする工程と、
前記シリコン基板に液相エッチングによって貫通孔となる部分に浅い窪みを形成する工程と、
前記酸化膜に対してホーンとなる部分を露出するようにパターニングする工程と、
前記シリコン基板に液相エッチングによってホーンと貫通孔を形成する工程と、
前記シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン基板表面に、前記ホーン底面から前記貫通孔下縁まで延びている電極パターンを形成する工程と、
前記ホーン内にLEDチップをダイボンドし、かつ、前記電極パターンに電気的に接続する工程と、
前記シリコン基板を、貫通孔を横切るようにしてコンタクトエッジを形成しつつ分割する工程と
を、含むことを特徴とする、LEDの製造方法。 - 第一の基板に電極を形成する工程と、
第二の基板にシリコン基板を用意し、前記シリコン基板を上下に貫通するように液相エッチングによってホーンを形成する工程と、
前記第一の基板と前記第二の基板を、前記貫通孔底部に前記電極が見えるように張り合わせる工程と、
前記電極にLEDチップをダイボンドする工程と、
を、含むことを特徴とする、LEDの製造方法。 - 更に、前記ホーンにミラー面を形成する工程及び/又は樹脂モールドを行う工程及び/又はシリコン基板表面を酸化膜で絶縁化する工程と
を、含むことを特徴とする、請求項9に記載のLEDの製造方法。
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