JP4846506B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオードを発光素子として備えた発光装置およびその製造方法に関し、特に、発光素子の保護および給電を目的とする構造を改善した発光装置およびその製造方法に関する。
照明装置への応用が期待される窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電流を多く流すことによって、より明るい光を発する。しかしながら、このＧａＮ系のＬＥＤは、２０ｍＡ以上の電流を流すと、発光に伴う温度の上昇によって、発光効率が低下することが知られている。また、ＬＥＤの温度の上昇は、ＬＥＤの寿命が短くなる原因となる。
従来、ＬＥＤを実装するために用いられているナイロン基板は、放熱性が悪いため、ＬＥＤをより高輝度にするために、放熱性に優れる基板が求められている。
このような放熱性に優れる基板としてアルミニウム基板を用いることによって、放熱性を向上した発光装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この発光装置では、ＬＥＤの電極の少なくとも一方と配線基板とをワイヤによって接続する必要があるので、このワイヤを配線基板に囲まれていない部分に露出させるか、配線を保護するために配線保護用のカップを設けるなど、本質的には不要な部分を設ける必要があった。
従来、ＬＥＤを実装するために用いられているナイロン基板は、放熱性が悪いため、ＬＥＤをより高輝度にするために、放熱性に優れる基板が求められている。
このような放熱性に優れる基板としてアルミニウム基板を用いることによって、放熱性を向上した発光装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この発光装置では、ＬＥＤの電極の少なくとも一方と配線基板とをワイヤによって接続する必要があるので、このワイヤを配線基板に囲まれていない部分に露出させるか、配線を保護するために配線保護用のカップを設けるなど、本質的には不要な部分を設ける必要があった。
また、ＬＥＤを搭載する基台部をシリコンカーバイド／シリコン／アルミニウムの複合材料で形成し、放熱性を向上させた発光装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、この発光装置では、各部品は様々な組成に調合された材料からなる上に、各部品は成形後に焼結するなどして個別に作製されるため、電極などの配線なども個別に施さなければならなかった。
しかしながら、この発光装置では、各部品は様々な組成に調合された材料からなる上に、各部品は成形後に焼結するなどして個別に作製されるため、電極などの配線なども個別に施さなければならなかった。
また、良好な放熱効果の得られるＬＥＤの実装構造として、金属基板を樹脂で分断する構造が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、このＬＥＤの実装構造は、絶縁を取るために、正極と負極の間を樹脂で繋ぐ構造をなしているから、強度の点で明らかに問題があり、実用的ではなかった。
しかしながら、このＬＥＤの実装構造は、絶縁を取るために、正極と負極の間を樹脂で繋ぐ構造をなしているから、強度の点で明らかに問題があり、実用的ではなかった。
また、異方性エッチングにより基板に形成された凹部内にＬＥＤを実装した発光装置が開示されている（例えば、特許文献４、特許文献５参照）。
この発光装置のように、あらかじめ異方性エッチングにより凹部が形成された基板に回路を形成する場合、レジスト形成が困難であることから、印刷法により回路を形成しなければならなかった。しかしながら、印刷法により、基板上に形成された凸部に回路を形成することは容易であるが、基板に形成された凹部内に微細な回路パターンを形成することは困難であった。また、印刷法では、インクの斑などが原因となり、形成された回路の高さにばらつきが生じる。そのため、基板のＬＥＤの実装面に形成された電極にも凹凸が生じるので、自動機により基板にＬＥＤを実装することが困難であった。
この発光装置のように、あらかじめ異方性エッチングにより凹部が形成された基板に回路を形成する場合、レジスト形成が困難であることから、印刷法により回路を形成しなければならなかった。しかしながら、印刷法により、基板上に形成された凸部に回路を形成することは容易であるが、基板に形成された凹部内に微細な回路パターンを形成することは困難であった。また、印刷法では、インクの斑などが原因となり、形成された回路の高さにばらつきが生じる。そのため、基板のＬＥＤの実装面に形成された電極にも凹凸が生じるので、自動機により基板にＬＥＤを実装することが困難であった。
さらに、ＬＥＤを搭載するための搭載部を有する略平板状のセラミック基板の上面に、ＬＥＤを収容するための貫通穴を有するセラミック窓枠を積層して成る発光素子収納用パッケージが開示されている（例えば、特許文献６参照）。
しかしながら、セラミック基板を寸法精度良く製造あるいは加工することは難しく、一般的にセラミック基板は、その表面に凹凸がある。しかも、自動機により基板にＬＥＤを実装するためには、基板の表面全体の凹凸のばらつきは１００μｍ以下であることが必要であり、５０μｍ以下であることが好ましいことから、自動機によるＬＥＤの実装では、不良が発生することは避けられなかった。
特開２００３−１５２２２５号公報
特開２００５−１３６１３７号公報
特開２００４−１１９９８１号公報
特開２００１−３４５５０８号公報
特開２００５−３２７８２０号公報
特開２００２−２３２０１７号公報
しかしながら、セラミック基板を寸法精度良く製造あるいは加工することは難しく、一般的にセラミック基板は、その表面に凹凸がある。しかも、自動機により基板にＬＥＤを実装するためには、基板の表面全体の凹凸のばらつきは１００μｍ以下であることが必要であり、５０μｍ以下であることが好ましいことから、自動機によるＬＥＤの実装では、不良が発生することは避けられなかった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、放熱性、発光効率および寸法精度に優れた発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置であって、前記絶縁基板はシリコン単結晶基板またはセラミックス基板からなり、前記絶縁基板を厚み方向に貫通し、前記絶縁基板の表面および裏面に形成された金属配線を接続する貫通配線が設けられ、前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂が充填されている発光装置を提供する。
前記絶縁基板における前記金属配線が形成された面の中心線平均粗さＲａは１．０μｍ以下であることが好ましい。
前記絶縁基板の表面および裏面に形成された金属配線からなる１つの組に対して、これらを接続する複数の貫通配線が設けられたことが好ましい。
前記絶縁基板の裏面に形成された金属配線の１つに対して、複数のはんだバンプが設けられたことが好ましい。
前記絶縁基板の裏面において、前記金属配線が設けられていない部分にはんだバンプが設けられたことが好ましい。
本発明は、金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法であって、前記絶縁基板の一方の面に、ウエハプロセスにより多数の金属配線を形成する工程と、前記絶縁基板の他方の面から前記金属配線に至る貫通孔を形成する工程と、前記反射板に前記反射面を有する多数の貫通孔を形成する工程と、前記金属配線の前記発光素子を実装する部分が前記貫通孔の中央部に配されるように、前記絶縁基板と前記反射板とを接合する工程と、前記絶縁基板の他方の面に金属配線を形成するとともに、前記絶縁基板に形成された貫通孔内に貫通配線を形成する工程と、前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂を充填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を提供する。
本発明の発光装置は、金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置であって、前記絶縁基板はシリコン単結晶基板またはセラミックス基板からなるので、窒化ガリウム系の発光素子で問題となる、発光に伴う発光素子の温度上昇を抑制することができる。また、貫通配線により、絶縁基板の両面に形成された金属配線を接続した構成とすれば、発光装置に必要とされる全ての配線を、絶縁基板内で完結することができるから、発光素子と金属配線を接続する金ワイヤを、絶縁基板と反射板の反射面からなる凹部内に収納することができる。
本発明の発光装置の製造方法は、金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法であって、前記絶縁基板の一方の面に、ウエハプロセスにより多数の金属配線を形成する工程と、前記反射板に前記反射面を有する多数の貫通孔を形成する工程と、前記金属配線の前記発光素子を実装する部分が前記貫通孔の中央部に配されるように、前記絶縁基板と前記反射板とを接合する工程とを有するので、１０００個以上の金属配線を一括して形成し、それぞれの金属配線に発光素子を実装することにより、１枚のウエハから１０００個以上の発光装置を製造することができる。ゆえに、発光装置の製造コストを低減することができる。また、１０００個以上の発光素子を一工程でシリコン基板に実装できるから、発光素子の実装後、任意の個数ずつ、発光装置を切り出せるため、実装コストを低減できる。さらに、発光装置を切り出す際、必要とされる光束や形状に応じて、発光装置を縦ｍ個×横ｎ個（ｍ、ｎは自然数）の正方形、あるいは、長方形のアレー状に切り出すことができるから、実装コストを低減できる。
以下、本発明を詳細に説明する。
（１）第一の実施形態
図１は、本発明の発光装置の第一の実施形態を示す概略断面図である。
図１中、符号１０は発光装置、１１は絶縁基板、１２は発光素子、１３は反射板、１４は封止樹脂、１５は金属配線、１６は金ワイヤ、１７は絶縁膜、１８は金属酸化膜、１９は絶縁樹脂、２０は貫通孔封止樹脂、２１は貫通孔、２２は貫通配線、２３ははんだバンプ、２４は接着剤、２５は反射面、２６は実装面、２７は凹部、２８は金属配線、２９は接合部をそれぞれ示している。
この実施形態の発光装置１０は、金属配線１５が形成された絶縁基板１１と、絶縁基板１１に実装された発光素子１２と、絶縁基板１１上に接着剤２４により接着され、かつ、発光素子１２が実装された面（以下、「実装面２６」と称する。）から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面２５が形成された反射板１３と、発光素子１２を封止する封止樹脂１４とから概略構成されている。
図１は、本発明の発光装置の第一の実施形態を示す概略断面図である。
図１中、符号１０は発光装置、１１は絶縁基板、１２は発光素子、１３は反射板、１４は封止樹脂、１５は金属配線、１６は金ワイヤ、１７は絶縁膜、１８は金属酸化膜、１９は絶縁樹脂、２０は貫通孔封止樹脂、２１は貫通孔、２２は貫通配線、２３ははんだバンプ、２４は接着剤、２５は反射面、２６は実装面、２７は凹部、２８は金属配線、２９は接合部をそれぞれ示している。
この実施形態の発光装置１０は、金属配線１５が形成された絶縁基板１１と、絶縁基板１１に実装された発光素子１２と、絶縁基板１１上に接着剤２４により接着され、かつ、発光素子１２が実装された面（以下、「実装面２６」と称する。）から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面２５が形成された反射板１３と、発光素子１２を封止する封止樹脂１４とから概略構成されている。
発光素子１２は、絶縁基板１１の実装面２６と、反射板１３の反射面２５とから形成される凹部２７内に配されている。さらに、発光素子１２は、凹部２７内の金属配線１５Ａ上に配され、ダイボンドを介して金属配線１５Ａと電気的に接続され、金ワイヤ１６により凹部２７内の金属配線１５Ｂと電気的に接続されている。そして、発光素子１２が配された凹部２７内に充填された封止樹脂１４により、発光素子１２が封止されている。
絶縁基板１１には、その厚み方向に貫通する貫通孔２１が形成されている。また、絶縁基板１１の両面および貫通孔２１の内面には、絶縁基板１１の両面（一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂ）から貫通孔２１の内面に連続する絶縁膜１７が設けられている。
また、絶縁基板１１の一方の面（表面）１１ａに絶縁膜１７を介して金属配線１５が形成され、絶縁基板１１の他方の面（裏面）１１ｂに絶縁膜１７を介して金属配線２８が形成されている。さらに、貫通孔２１内には絶縁膜１７を介して、絶縁基板１１を厚み方向に貫通し、絶縁基板１１の一方の面１１ａに形成された金属配線１５と、他方の面１１ｂに形成された金属配線２８とを電気的に接続する貫通配線２２が設けられている。
また、絶縁基板１１の一方の面（表面）１１ａに絶縁膜１７を介して金属配線１５が形成され、絶縁基板１１の他方の面（裏面）１１ｂに絶縁膜１７を介して金属配線２８が形成されている。さらに、貫通孔２１内には絶縁膜１７を介して、絶縁基板１１を厚み方向に貫通し、絶縁基板１１の一方の面１１ａに形成された金属配線１５と、他方の面１１ｂに形成された金属配線２８とを電気的に接続する貫通配線２２が設けられている。
また、貫通孔２１には、貫通配線２２の中心線部分の空隙を埋めるために、貫通孔封止樹脂２０が充填されている。
絶縁基板１１の他方の面１１ｂ側に形成された金属配線２８は、はんだバンプ２３を設けるための接合部２９を除いて、絶縁樹脂１９に覆われている。
絶縁基板１１の他方の面１１ｂ側に形成された金属配線２８は、はんだバンプ２３を設けるための接合部２９を除いて、絶縁樹脂１９に覆われている。
反射板１３には、絶縁基板１１と接合する側の面（以下、「接合面」と称する。）１３ａ、この接合面１３ａとは反対の面１３ｂ、および、反射面２５に、金属酸化膜１８が形成されている。
また、絶縁基板１１における金属配線１５，２８が形成された面、すなわち、一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂの中心線平均粗さＲａは１．０μｍ以下であることが好ましい。
絶縁基板１１の一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂの中心線平均粗さＲａが１．０μｍを超えると、ウエハプロセスにより、絶縁基板１１の一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂに、所定の厚みおよび形状の金属配線１５，２８を形成することができない。
絶縁基板１１の一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂの中心線平均粗さＲａが１．０μｍを超えると、ウエハプロセスにより、絶縁基板１１の一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂに、所定の厚みおよび形状の金属配線１５，２８を形成することができない。
さらに、絶縁基板１１の他方の面１１ｂに形成された金属配線２８の１つに対して、２つのはんだバンプ２３が設けられている。このはんだバンプ２３は、金属配線２８の接合部２９に設けられている。
絶縁基板１１としては、熱伝導率が高い材質からなるものが用いられ、例えば、ウエハプロセスで用いられるシリコン単結晶基板、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウムなどからなるセラミックス基板などが挙げられる。これらの基板の中でも、発光装置１０の製造において、半導体プロセスを適用できることから、シリコン単結晶基板が好ましい。
発光素子１２としては、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光ダイードなどが用いられる。
発光素子１２としては、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光ダイードなどが用いられる。
反射板１３としては、可視光に対して高い反射率を有するアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などの金属からなる基板が用いられる。
封止樹脂１４としては、熱硬化性の透明樹脂が用いられ、このような透明樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。この封止樹脂１４には、発光素子１２から発せられた光の少なくとも一部を吸収して発光する顔料または蛍光体などの蛍光物質が添加されていてもよい。
封止樹脂１４としては、熱硬化性の透明樹脂が用いられ、このような透明樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。この封止樹脂１４には、発光素子１２から発せられた光の少なくとも一部を吸収して発光する顔料または蛍光体などの蛍光物質が添加されていてもよい。
金属配線１５をなす金属としては、酸およびアルカリに対する耐性があり、かつ、可視光に対して高い反射率を有するアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などの金属からなるものが用いられる。金属配線１５の反射率が高いと、発光素子１２から絶縁基板１１側に漏れる光が金属配線１５により反射され、発光装置１０の輝度を高めることができる。
絶縁膜１７としては、絶縁基板１１を熱酸化することにより、絶縁基板１１の表面に形成される二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる膜や、プラズマＣＶＤにより、絶縁基板１１の表面に形成される窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる膜が挙げられる。
なお、絶縁基板１１がセラミックス基板からなる場合、絶縁膜１７は設けなくてもよい。
なお、絶縁基板１１がセラミックス基板からなる場合、絶縁膜１７は設けなくてもよい。
金属酸化膜１８としては、プラズマＣＶＤ法などにより、反射板１３の表面に形成される二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの金属酸化物の群から選択された１種からなる膜が挙げられる。反射板１３の表面に金属酸化膜１８を設けることにより、反射板１３はウエハプロセスで用いられる酸およびアルカリに対する耐性が向上する。金属酸化膜１８を形成する金属酸化物の中でも、ウエハプロセスとの親和性に優れることから、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が好ましい。
絶縁樹脂１９としては、一般的なソルダレジストが用いられる。金属配線２８における接合部２９を除く部分を、絶縁樹脂１９で覆うことにより、接合部２９以外の部分に、はんだバンプ２３が付かないようにする。
貫通孔封止樹脂２０は、ソルダレジストを真空チャンバ内で形成した後、大気開放することにより、貫通孔２１内に樹脂層を形成する方法が用いられる。この貫通孔封止樹脂２０は、貫通孔２１内に貫通配線２２を形成した後、貫通配線２２の中心線部分に空隙が存在する場合、強度の低下を防止するなどの目的で、貫通配線２２の空隙内に充填される。
貫通孔封止樹脂２０は、ソルダレジストを真空チャンバ内で形成した後、大気開放することにより、貫通孔２１内に樹脂層を形成する方法が用いられる。この貫通孔封止樹脂２０は、貫通孔２１内に貫通配線２２を形成した後、貫通配線２２の中心線部分に空隙が存在する場合、強度の低下を防止するなどの目的で、貫通配線２２の空隙内に充填される。
接着剤２４としては、感光性接着剤が用いられ、貼り合わせる基板の開口部分を露光、現像することにより取り除く。
金属配線２８は、高い反射率を必要としないので、貫通孔２１内にメッキで形成することが容易な銅が用いられる。
金属配線２８は、高い反射率を必要としないので、貫通孔２１内にメッキで形成することが容易な銅が用いられる。
この実施形態の発光装置１０は、絶縁基板１１と反射基板１３とは別体からなり、絶縁基板１１は、熱伝導率が高い（放熱性が高い）シリコン単結晶基板またはセラミックス基板からなるから、特に窒化ガリウム系の発光素子で問題となる、発光に伴う発光素子１２の温度上昇を抑制することができる。また、絶縁基板１１と反射基板１３が接着剤２４を介して接合されているので、より発光素子１２の温度上昇を抑制する効果に優れる。
また、貫通配線２２により、絶縁基板１１の一方の面１１ａに形成された金属配線１５と、他方の面１１ｂに形成された金属配線２８とが接続されているので、発光装置１０に必要とされる全ての配線を、絶縁基板１１内で完結することができるから、金ワイヤ１６を凹部２７内に収納することができる。さらに、貫通配線２２は、絶縁基板１１の外面に配されていないから、１枚のウエハに一括して製造された多数の発光装置１０から、その１つを切り出す際、貫通配線２２に切断機の刃が当たらないため、貫通配線２２に不要な力が加わるのを防止することができる。したがって、発光装置１０の製造工程において、製品の不良が発生せず、歩留まりが向上する。
さらに、絶縁基板１１の他方の面１１ｂに形成された金属配線２８の１つに対して、２つのはんだバンプ２３が設けられているので、少なくとも１つのはんだバンプ２３が通電していれば、発光素子１２に電力を供給することができる。したがって、発光装置１０を他の装置に実装する場合に、接続不良を防止することができる。
また、貫通配線２２により、絶縁基板１１の一方の面１１ａに形成された金属配線１５と、他方の面１１ｂに形成された金属配線２８とが接続されているので、発光装置１０に必要とされる全ての配線を、絶縁基板１１内で完結することができるから、金ワイヤ１６を凹部２７内に収納することができる。さらに、貫通配線２２は、絶縁基板１１の外面に配されていないから、１枚のウエハに一括して製造された多数の発光装置１０から、その１つを切り出す際、貫通配線２２に切断機の刃が当たらないため、貫通配線２２に不要な力が加わるのを防止することができる。したがって、発光装置１０の製造工程において、製品の不良が発生せず、歩留まりが向上する。
さらに、絶縁基板１１の他方の面１１ｂに形成された金属配線２８の１つに対して、２つのはんだバンプ２３が設けられているので、少なくとも１つのはんだバンプ２３が通電していれば、発光素子１２に電力を供給することができる。したがって、発光装置１０を他の装置に実装する場合に、接続不良を防止することができる。
なお、この実施形態では、絶縁基板１１の他方の面１１ｂに形成された金属配線２８の１つに対して、２つのはんだバンプ２３が設けられた発光装置１０を例示したが、本発明の発光装置はこれに限定されない。本発明の発光装置にあっては、絶縁基板の裏面に形成された金属配線の１つに対して、少なくとも１つのはんだバンプが設けられていればよい。また、本発明の発光装置にあっては、絶縁基板の裏面に形成された金属配線の１つに対して、３つ以上のはんだバンプが設けられていてもよい。
次に、図１〜図３を参照して、この実施形態の発光装置の製造方法を説明する。
絶縁基板１１として、例えば、シリコン単結晶基板を用いた場合、この絶縁基板１１を熱酸化して、絶縁基板１１の一方の面１１ａに二酸化ケイ素からなる絶縁膜１７を形成する。
なお、絶縁基板１１としては、一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂの中心線平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものを用いる。
次いで、図２に示すように、絶縁基板１１の絶縁膜１７上に所定の配置で等間隔に、多数の金属配線１５を形成する。なお、金属配線１５は、絶縁基板１１に実装される１つの発光素子１２に対応するように、間隔を置いて対向するように配された金属配線１５Ａと金属配線１５Ｂが１つのブロックをなしている。金属配線１５を形成する方法としては、メッキ法、真空蒸着法、所望のパターンに加工した銅箔を絶縁基板１１の絶縁膜１７に貼り合わせる方法、絶縁基板１１の絶縁膜１７上に銅ペーストや銀ペーストを印刷して加熱硬化させる方法など、一般的にウエハプロセスに使用される方法が用いられる。
次いで、金属配線１５の一部を、絶縁基板１１の他方の面１１ｂから露出するように、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）などのドライエッチングによって、絶縁基板１１の他方の面１１ｂから金属配線１５に至る貫通孔２１を形成する。
絶縁基板１１として、例えば、シリコン単結晶基板を用いた場合、この絶縁基板１１を熱酸化して、絶縁基板１１の一方の面１１ａに二酸化ケイ素からなる絶縁膜１７を形成する。
なお、絶縁基板１１としては、一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂの中心線平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものを用いる。
次いで、図２に示すように、絶縁基板１１の絶縁膜１７上に所定の配置で等間隔に、多数の金属配線１５を形成する。なお、金属配線１５は、絶縁基板１１に実装される１つの発光素子１２に対応するように、間隔を置いて対向するように配された金属配線１５Ａと金属配線１５Ｂが１つのブロックをなしている。金属配線１５を形成する方法としては、メッキ法、真空蒸着法、所望のパターンに加工した銅箔を絶縁基板１１の絶縁膜１７に貼り合わせる方法、絶縁基板１１の絶縁膜１７上に銅ペーストや銀ペーストを印刷して加熱硬化させる方法など、一般的にウエハプロセスに使用される方法が用いられる。
次いで、金属配線１５の一部を、絶縁基板１１の他方の面１１ｂから露出するように、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）などのドライエッチングによって、絶縁基板１１の他方の面１１ｂから金属配線１５に至る貫通孔２１を形成する。
また、上述の工程とは別に、反射板１３にプレスなどの機械加工法により、所定の配置で等間隔に、図３に示すような所定の角度θをなす斜面２５を有し、反射板１３の厚み方向に貫通する貫通孔３０を多数形成する。あるいは、ダイカスト法により、図３に示すような所定の角度θをなす斜面２５を有する貫通孔３０が、所定の配置で等間隔に多数設けられた反射板１３を形成する。
なお、図３に示す反射板１３の斜面２５と、反射板１３の接合面１３ａとのなす角度θは、上述の絶縁基板１１の実装面２６と、反射板１３の反射面２５とのなす角度θと同一である。
次いで、プラズマＣＶＤ法などにより、反射板１３の表面に金属酸化膜１８を形成する。
なお、図３に示す反射板１３の斜面２５と、反射板１３の接合面１３ａとのなす角度θは、上述の絶縁基板１１の実装面２６と、反射板１３の反射面２５とのなす角度θと同一である。
次いで、プラズマＣＶＤ法などにより、反射板１３の表面に金属酸化膜１８を形成する。
次いで、接着剤２４により、この反射板１３の接合面１３ａと、金属配線１５が形成された絶縁基板１１の一方の面１１ａとを接合する。
このとき、金属配線１５の発光素子１２を実装する部分が反射板１３の貫通孔３０の中央部に配されるようにするとともに、反射板１３の貫通孔３０と、絶縁基板１１の金属配線１５との組み合わせが最大数となるようにする。
このとき、金属配線１５の発光素子１２を実装する部分が反射板１３の貫通孔３０の中央部に配されるようにするとともに、反射板１３の貫通孔３０と、絶縁基板１１の金属配線１５との組み合わせが最大数となるようにする。
次いで、反射板１３と一体化した絶縁基板１１を、所定の厚みとなるように研磨する。このとき、絶縁基板１１を、その他方の面１１ｂ側から研磨する。
絶縁基板１１の研磨を終了した後、プラズマＣＶＤにより、絶縁基板１１の他方の面１１ｂおよび貫通孔２１の内面に、二酸化ケイ素などからなる絶縁膜１７を形成する。
次いで、エッチングにより、貫通孔２１内の金属配線１５の表面に形成された絶縁膜を除去し、貫通孔２１内に金属配線１５の一部を露出させる。
次いで、エッチングにより、貫通孔２１内の金属配線１５の表面に形成された絶縁膜を除去し、貫通孔２１内に金属配線１５の一部を露出させる。
次いで、メッキ法などにより、絶縁基板１１の他方の面１１ｂに金属配線２８を形成するとともに、貫通孔２１内に貫通配線２２を形成する。
貫通配線２２を形成した後、貫通配線２２の中心線部分に空隙が存在する場合、貫通配線２２の空隙内に、貫通孔封止樹脂２０を充填する。
次いで、金属配線２８における接合部２９を除く部分を、一般的なソルダレジストなどの絶縁樹脂１９によって覆う。
次いで、金属配線２８の接合部２９に、はんだバンプ２３を形成する。
貫通配線２２を形成した後、貫通配線２２の中心線部分に空隙が存在する場合、貫通配線２２の空隙内に、貫通孔封止樹脂２０を充填する。
次いで、金属配線２８における接合部２９を除く部分を、一般的なソルダレジストなどの絶縁樹脂１９によって覆う。
次いで、金属配線２８の接合部２９に、はんだバンプ２３を形成する。
次いで、絶縁基板１１の実装面２６と、反射板１３の反射面２５とから形成される凹部２７内に、発光素子１２を実装する。このとき、ダイボンドにより絶縁基板１１の実装面２６に形成された金属配線１５Ａ上に発光素子１２を固定して、発光素子１２の電極と、金属配線１５Ｂとを、金ワイヤ１６によるワイヤボンディングによって電気的に接続する。
次いで、発光素子１２が実装された凹部２７内に、封止樹脂１４を充填した後、この封止樹脂１４を硬化させる。
最後に、絶縁基板１１、反射板１３、発光素子１２、封止樹脂１４などからなる構造物を、所定の大きさや形状に切り出すことにより、図１に示すような構造の発光装置１０を得る。
次いで、発光素子１２が実装された凹部２７内に、封止樹脂１４を充填した後、この封止樹脂１４を硬化させる。
最後に、絶縁基板１１、反射板１３、発光素子１２、封止樹脂１４などからなる構造物を、所定の大きさや形状に切り出すことにより、図１に示すような構造の発光装置１０を得る。
この実施形態の発光装置の製造方法によれば、ウエハプロセスにより多数の金属配線１５が形成された絶縁基板１１と、反射面２５を有する貫通孔３０が多数形成された反射板１３とを接合し、絶縁基板１１の実装面２６と、反射板１３の反射面２５とから構成される凹部２７内に発光素子１２を実装するので、多数の発光装置１０を一括して製造することができる。したがって、例えば、絶縁基板１１として、８インチウエハを使用した場合、金属配線１５の大きさによって異なるものの、１０００個から１００００個（ブロック）程度の金属配線１５を一括して形成し、それぞれの金属配線１５に発光素子１２を実装することにより、１枚のウエハから１０００個から１００００個程度の発光装置１０を製造することができる。ゆえに、この実施形態の発光装置の製造方法によれば、発光装置の製造コストを低減することができる。
また、１０００個以上の発光素子１２を一工程で絶縁基板１１に実装できる上に、貫通配線２２を介して金属配線１５と電気的に接続する金属配線２８を、絶縁基板１１の他方の面１１ｂに形成していることから、発光素子１２の実装後、必要とされる光束や形状に応じて、発光装置１０を縦ｍ個×横ｎ個（ｍ、ｎは自然数）の正方形、あるいは、長方形のアレー状に切り出すことができるから、実装コストを低減できる。
また、エッチングにより絶縁基板１１に貫通孔２１を形成し、メッキ法により貫通孔２１内に貫通配線２２を形成するので、従来用いられていた銅配線の取り出し部分に加えられていた機械的な曲げの力が加えられないから、貫通配線２２の曲がり部分に発生する応力に起因する絶縁基板１１の割れや欠けなどの損傷を防止することができる。
さらに、絶縁基板１１としては、一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂの中心線平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものを用いるので、所定の厚みおよび形状の金属配線１５，２８を形成することができるから、この実施形態の発光装置の製造方法は、自動機による発光素子１２の実装が可能であり、量産に適している。
また、エッチングにより絶縁基板１１に貫通孔２１を形成し、メッキ法により貫通孔２１内に貫通配線２２を形成するので、従来用いられていた銅配線の取り出し部分に加えられていた機械的な曲げの力が加えられないから、貫通配線２２の曲がり部分に発生する応力に起因する絶縁基板１１の割れや欠けなどの損傷を防止することができる。
さらに、絶縁基板１１としては、一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂの中心線平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものを用いるので、所定の厚みおよび形状の金属配線１５，２８を形成することができるから、この実施形態の発光装置の製造方法は、自動機による発光素子１２の実装が可能であり、量産に適している。
（２）第二の実施形態
図４は、本発明の発光装置の第二の実施形態を示す概略断面図である。
図４において、図１に示した発光装置１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置４０が、上述の発光装置１０と異なる点は、貫通孔２１内に貫通配線２２のみが形成されている点である。
図４は、本発明の発光装置の第二の実施形態を示す概略断面図である。
図４において、図１に示した発光装置１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置４０が、上述の発光装置１０と異なる点は、貫通孔２１内に貫通配線２２のみが形成されている点である。
（３）第三の実施形態
図５は、本発明の発光装置の第三の実施形態を示す概略断面図である。
図５において、図１に示した発光装置１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置５０が、上述の発光装置１０と異なる点は、金属配線１５Ａと金属配線２８とが２つの貫通配線２２Ａ，２２Ｂを介して電気的に接続され、金属配線１５Ｂと金属配線２８とが２つの貫通配線２２Ｃ，２２Ｄを介して電気的に接続されている点、並びに、絶縁基板１１の他方の面１１ｂにおいて、金属配線２８が設けられていない部分に、応力緩和用のはんだバンプ５１を設けた点である。
図５は、本発明の発光装置の第三の実施形態を示す概略断面図である。
図５において、図１に示した発光装置１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置５０が、上述の発光装置１０と異なる点は、金属配線１５Ａと金属配線２８とが２つの貫通配線２２Ａ，２２Ｂを介して電気的に接続され、金属配線１５Ｂと金属配線２８とが２つの貫通配線２２Ｃ，２２Ｄを介して電気的に接続されている点、並びに、絶縁基板１１の他方の面１１ｂにおいて、金属配線２８が設けられていない部分に、応力緩和用のはんだバンプ５１を設けた点である。
この実施形態の発光装置５０は、金属配線１５Ａと金属配線２８とが２つの貫通配線２２Ａ，２２Ｂを介して電気的に接続されているので、２つの貫通配線２２Ａ，２２Ｂのうちの一方が断線しても、発光素子１２に電力を供給することができるから、歩留まりが向上する。
また、絶縁基板１１の他方の面１１ｂにおいて、金属配線２８が設けられていない部分に、電力の供給に関係ない応力緩和用のはんだバンプ５１を設けたので、１つのはんだバンプ２３に対して加えられる、発光素子１２の発光による絶縁基板１１と発光装置１０の熱膨張によって生じる応力の大きさを緩和することができる。
また、絶縁基板１１の他方の面１１ｂにおいて、金属配線２８が設けられていない部分に、電力の供給に関係ない応力緩和用のはんだバンプ５１を設けたので、１つのはんだバンプ２３に対して加えられる、発光素子１２の発光による絶縁基板１１と発光装置１０の熱膨張によって生じる応力の大きさを緩和することができる。
なお、この実施形態では、金属配線１５Ａと金属配線２８とを電気的に接続するために、２つの貫通配線２２Ａ，２２Ｂが設けられ、かつ、金属配線１５Ｂと金属配線２８とを電気的に接続するために、２つの貫通配線２２Ｃ，２２Ｄが設けられた発光装置５０を例示したが、本発明の発光装置はこれに限定されない。本発明の発光装置にあっては、絶縁基板の表面に形成された金属配線と、裏面に形成された金属配線とからなる１つの組を電気的に接続するために、３つ以上の貫通配線を設けてもよい。
（４）第四の実施形態
図６は、本発明の発光装置の第四の実施形態を示す概略断面図である。
図６において、図１に示した発光装置１０および図５に示した発光装置５０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置６０が、上述の発光装置５０と異なる点は、貫通孔２１内に貫通配線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのみが形成されている点である。
図６は、本発明の発光装置の第四の実施形態を示す概略断面図である。
図６において、図１に示した発光装置１０および図５に示した発光装置５０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置６０が、上述の発光装置５０と異なる点は、貫通孔２１内に貫通配線２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのみが形成されている点である。
１０，４０，５０，６０・・・発光装置、１１・・・絶縁基板、１２・・・発光素子、１３・・・反射板、１４・・・封止樹脂、１５・・・金属配線、１６・・・金ワイヤ、１７・・・絶縁膜、１８・・・金属酸化膜、１９・・・絶縁樹脂、２０・・・貫通孔封止樹脂、２１・・・貫通孔、２２・・・貫通配線、２３，５１・・・はんだバンプ、２４・・・接着剤、２５・・・反射面、２６・・・実装面、２７・・・凹部、２８・・・金属配線、２９・・・接合部、３０・・・貫通孔。
Claims (6)
- 金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置であって、
前記絶縁基板はシリコン単結晶基板またはセラミックス基板からなり、
前記絶縁基板を厚み方向に貫通し、前記絶縁基板の表面および裏面に形成された金属配線を接続する貫通配線が設けられ、
前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂が充填されていることを特徴とする発光装置。 - 前記絶縁基板における前記金属配線が形成された面の中心線平均粗さＲａは１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記絶縁基板の表面および裏面に形成された金属配線からなる１つの組に対して、これらを接続する複数の貫通配線が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
- 前記絶縁基板の裏面に形成された金属配線の１つに対して、複数のはんだバンプが設けられたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記絶縁基板の裏面において、前記金属配線が設けられていない部分にはんだバンプを設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置。
- 金属配線が形成された絶縁基板と、該絶縁基板に実装された発光素子と、前記絶縁基板に接合され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された反射板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法であって、
前記絶縁基板の一方の面に、ウエハプロセスにより多数の金属配線を形成する工程と、前記絶縁基板の他方の面から前記金属配線に至る貫通孔を形成する工程と、前記反射板に前記反射面を有する多数の貫通孔を形成する工程と、前記金属配線の前記発光素子を実装する部分が前記貫通孔の中央部に配されるように、前記絶縁基板と前記反射板とを接合する工程と、前記絶縁基板の他方の面に金属配線を形成するとともに、前記絶縁基板に形成された貫通孔内に貫通配線を形成する工程と、前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂を充填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。
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