JP4877239B2 - Method for manufacturing light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオードチップ(LEDチップ)を用いた発光装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device using a light emitting diode chip (LED chip).
従来から、LEDと、LEDを駆動する駆動回路部と、LEDの光出力を検出する光検出素子と、光検出素子の出力が予め設定された目標値に保たれるように駆動回路部からLEDへ流れる電流をフィードバック制御する制御回路部とを備えた照明装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an LED, a drive circuit unit that drives the LED, a light detection element that detects the light output of the LED, and an LED from the drive circuit unit so that the output of the light detection element is maintained at a preset target value. There has been proposed an illuminating device including a control circuit unit that feedback-controls a current flowing in the direction (for example, see Patent Document 1).
ここにおいて、上記特許文献1には、図11に示すように、発光色の異なる複数種のLED101a,101b,101cを実装基板(ベース部材)102の一表面に形成した収納凹所102aの内底面に実装するとともに、実装基板102の上記一表面側に各LED101a,101b,101cを覆う形で各LED101a,101b,101cを封止する透明樹脂層103を設け、透明樹脂層103の側方に各LED101a,101b,101cから放射された光を検出するフォトダイオードからなる光検出素子104a,104b,104cが形成された光検出素子形成基板106を配置した発光装置が開示されている。
Here, in
図11に示した構成の発光装置では、透明樹脂層103が、各LED101a,101b,101cから放射された光の一部を光検出素子104a,104b,104c側へ導光する機能を有するように透明樹脂層103の厚さ寸法を設定してある。また、図11に示した構成の発光装置では、各LED101a,101b,101cそれぞれの発光色の波長域の光を選択的に透過させる3つの分光フィルタ105a,105b,105cを各光検出素子104a,104b,104cの受光面側に択一的に設けてあり、各LED101a,101b,101cそれぞれの発光色の波長域の光を3つの光検出素子104a,104b,104cで同時かつ各別に検出することができるようになっている。したがって、図11に示した構成の発光装置を備えた照明装置では、制御回路部によって駆動回路部から各LED101a,101b,101cへ流れる電流それぞれをフィードバック制御することにより、各発光色ごとのLED101a,101b,101cの光出力の経時変化の違いなどによらず所望の光色や色温度の混色光(例えば、LED101aの発光色が赤色、LED101bの発光色が緑色、LED101cの発光色が青色であれば、白色光)を得ることができる。
In the light emitting device having the configuration shown in FIG. 11, the
また、上記特許文献1には、LED101aが発光する期間とLED101bが発光する期間とLED101cが発光する期間とが時系列的に現れるように、制御回路部によって駆動回路部を制御することにより、発光色の異なる複数種のLED101a,101b,101cの光出力を1つの光検出素子により各別に検出する技術も開示されている。
Further, in
また、上記特許文献1には、図12に示すように、実装基板102の一表面に形成された各収納凹所102aの内底面に発光色が同じLED101を実装するとともに、実装基板102の上記一表面に光検出素子104を実装し、透明樹脂層103によって各LED101および光検出素子104を覆った構成の発光装置も提案されている。
しかしながら、図12のように、一表面にLED101を収納する収納凹所102aが形成された実装基板102の上記一表面上に光検出素子104を実装し、透明樹脂層103によってLED101および光検出素子104を覆うようにした構成の発光装置では、実装基板102の上記一表面に光検出素子104を配置するためのスペースを別途に確保する必要があり、実装基板102の平面サイズが大きくなってしまい、プリント基板などの回路基板への実装面積が大きくなってしまう。
However, as shown in FIG. 12, the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光検出素子を実装基板に設けながらも小型化が可能な発光装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light-emitting device that can be downsized while providing a light detection element on a mounting substrate.
請求項1の発明は、LEDチップと、少なくともLEDチップを収納する収納凹所が一表面に形成された実装基板により構成されるパッケージとを備え、実装基板が収納凹所の周部から内方へ突出する突出部を有し、当該突出部にLEDチップから放射された光を検出する光検出素子が設けられてなるものであり、実装基板が、第1のシリコン基板を用いて形成されてなりLEDチップが一表面側に搭載されたLED搭載用基板と、第2のシリコン基板を用いて形成されてなりLED搭載用基板の前記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともに光検出素子が形成された光検出素子形成基板と、第3のシリコン基板を用いて形成されてなりLED搭載用基板と光検出素子形成基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成され開口窓の内側面がLEDチップから放射された光を光検出素子へ導くミラーとなる中間層基板とで構成され、LED搭載用基板と中間層基板と光検出素子形成基板とで囲まれた空間が前記収納凹所を構成してなる発光装置の製造方法であって、光検出素子が形成された第2のシリコン基板と中間層基板とを接合する第1の接合工程と、第1の接合工程の後で第2のシリコン基板を所望の厚さまで研磨する研磨工程と、研磨工程の後で第2のシリコン基板に光取出窓を形成する光取出窓形成工程と、光取出窓形成工程の後でLEDチップが実装されたLED搭載用基板と中間層基板とを接合する第2の接合工程とを備えることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、光検出素子を実装基板に設けながらも小型化が可能な発光装置を提供することができる。また、この発明によれば、中間層基板におけるミラーと光検出素子形成基板における光検出素子との相対的な位置精度を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light emitting device that can be miniaturized while providing the light detection element on the mounting substrate. Moreover, according to this invention, the relative positional accuracy of the mirror in an intermediate | middle layer board | substrate and the photon detection element in a photon detection element formation board | substrate can be improved.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記第1の接合工程および前記第2の接合工程では、接合前に互いの接合表面の活性化を行ってから接合表面同士を接触させ常温接合することを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、前記第2の接合工程で前記LEDチップのジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えるのを防止することができる。 According to this invention, it is possible to prevent the junction temperature of the LED chip from exceeding the maximum junction temperature in the second bonding step.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記中間層基板に、前記光検出素子に電気的に接続される貫通孔配線が形成され、前記LED搭載用基板に、前記LEDチップに電気的に接続される貫通孔配線および前記中間層基板の貫通孔配線と電気的に接続される貫通孔配線が形成され、前記中間層基板および前記光検出素子形成基板が前記LED搭載用基板と同じ外形寸法に形成されてなり、前記第1の接合工程では、前記第2のシリコン基板と前記中間層基板との活性化された接合用金属層同士および活性化された導体パターン同士を常温接合するようにし、導体パターン同士の接合部位を、前記中間層基板に形成された前記貫通孔配線に重なる領域からずらしてあり、前記第2の接合工程では、前記LED搭載用基板と前記中間層基板との活性化された接合用金属層同士および活性化された導体パターン同士を常温接合するようにし、導体パターン同士の接合部位を、前記LED搭載用基板に形成された前記貫通孔配線に重なる領域および前記中間層形成基板に形成された前記貫通孔配線に重なる領域からずらしてあることを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, in the invention of the second aspect, a through-hole wiring electrically connected to the photodetecting element is formed in the intermediate layer substrate, and the LED chip is electrically connected to the LED mounting substrate. Connected through hole wiring and through hole wiring electrically connected to the through hole wiring of the intermediate layer substrate are formed, and the intermediate layer substrate and the light detection element forming substrate are the same as the LED mounting substrate In the first bonding step, the activated bonding metal layers and the activated conductor patterns of the second silicon substrate and the intermediate layer substrate are bonded at room temperature in the first bonding step. In the second bonding step, the bonding portion between the conductor patterns is shifted from the region overlapping the through-hole wiring formed in the intermediate layer substrate. The activated bonding metal layers and the activated conductor patterns are bonded to each other at room temperature, and the bonding portion between the conductor patterns overlaps the through-hole wiring formed on the LED mounting substrate. And it has shifted from the area | region which overlaps with the said through-hole wiring formed in the said intermediate | middle layer formation board | substrate.
この発明によれば、前記第1の接合工程において導体パターン同士の接合表面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができ、また、前記第2の接合工程において導体パターン同士の接合表面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。 According to the present invention, the flatness of the bonding surfaces of the conductor patterns can be increased in the first bonding step, the bonding yield can be increased, and the bonding reliability can be increased. In this bonding step, the flatness of the bonding surfaces of the conductor patterns can be increased, the bonding yield can be increased, and the bonding reliability can be increased.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、前記各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から前記発光装置に分割するダイシング工程を備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, a wafer level package structure is formed by performing each of the steps at a wafer level, and the light emitting device is formed from the wafer level package structure. A dicing process for dividing is provided.
この発明によれば、前記LED搭載用基板と前記中間層基板と前記光検出素子形成基板とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。 According to the present invention, the LED mounting substrate, the intermediate layer substrate, and the photodetecting element forming substrate have the same outer size, so that a small package can be realized and manufacturing is facilitated.
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記第2の接合工程と前記ダイシング工程との間に、前記実装基板の前記収納凹所に封止樹脂を充填して前記LEDチップを封止する封止部を形成する封止部形成工程を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, between the second bonding step and the dicing step, the housing recess of the mounting substrate is filled with a sealing resin to seal the LED chip. A sealing portion forming step for forming a sealing portion to be stopped is provided.
この発明によれば、前記ダイシング工程の前に前記LEDチップを封止することができる。 According to this invention, the LED chip can be sealed before the dicing step.
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記パッケージが、前記実装基板と前記実装基板の前記一表面側において前記収納凹所を閉塞する形で前記実装基板に接合された透光性部材とで構成され、前記封止部形成工程と前記ダイシング工程との間に、前記実装基板と透光性部材とを接合する第3の接合工程を備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention of the fifth aspect, the package is joined to the mounting substrate so as to close the housing recess on the mounting substrate and the one surface side of the mounting substrate. And a third joining step for joining the mounting substrate and the translucent member between the sealing portion forming step and the dicing step.
この発明によれば、透光性部材が前記LED搭載用基板と同じ外形サイズとなり、小型のパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。 According to the present invention, the translucent member has the same outer size as the LED mounting substrate, so that a small package can be realized and manufacture is facilitated.
請求項1の発明では、光検出素子を実装基板に設けながらも小型化が可能な発光装置を提供することができるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to provide a light emitting device that can be downsized while providing the light detection element on the mounting substrate.
以下、本実施形態の発光装置について図1〜図10に基づいて説明する。 Hereinafter, the light-emitting device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態の発光装置は、図2に示すように、可視光(例えば、赤色光、緑色光、青色光など)を放射する1つのLEDチップ1と、LEDチップ1を収納する収納凹所2aが一表面に形成され収納凹所2aの内底面にLEDチップ1が実装された実装基板2と、実装基板2の上記一表面側において収納凹所2aを閉塞する形で実装基板2に固着された透光性部材3と、実装基板2に設けられLEDチップ1から放射された光を検出する光検出素子4と、実装基板2の収納凹所2aに充填された透光性の封止樹脂(例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂など)からなりLEDチップ1および当該LEDチップ1に接続されたボンディングワイヤ14(図3参照)を封止した封止部5と備えている。ここで、実装基板2は、上記一表面側において収納凹所2aの周部から内方へ突出した庇状の突出部2cを有しており、当該突出部2cに光検出素子4が設けられている。なお、本実施形態では、実装基板2と透光性部材3とでパッケージを構成しているが、透光性部材3は、必ずしも設けなくてもよく、必要に応じて適宜設ければよい。
As shown in FIG. 2, the light emitting device of the present embodiment includes one
実装基板2は、図2〜図4に示すように、LEDチップ1が一表面側に搭載される矩形板状のLED搭載用基板20と、LED搭載用基板20の上記一表面側に対向配置され円形状の光取出窓41が形成されるとともに光検出素子4が形成された光検出素子形成基板40と、LED搭載用基板20と光検出素子形成基板40との間に介在し光取出窓41に連通する矩形状の開口窓31が形成された中間層基板30とで構成されており、LED搭載用基板20と中間層基板30と光検出素子形成基板40とで囲まれた空間が上記収納凹所2aを構成している。ここにおいて、LED搭載用基板20および中間層基板30および光検出素子形成基板40の外周形状は矩形状であり、中間層基板30および光検出素子形成基板40はLED搭載用基板20と同じ外形寸法に形成されている。また、光検出素子形成基板40の厚み寸法はLED搭載用基板20および中間層基板30の厚み寸法に比べて小さく設定されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
本実施形態では、LEDチップ1がLEDを構成し、LED搭載用基板20が、LEDが実装されるLED実装部を構成し、中間層基板30と光検出素子形成基板40とが、LED実装部においてLEDが実装される領域の周部に設けられた壁部2bを構成し、光検出素子形成基板40において中間層基板30の開口窓31上に張り出した部位が、壁部2bの先端部から内方へ突出する突出部2cを構成している。
In the present embodiment, the
上述のLED搭載用基板20、中間層基板30、光検出素子形成基板40は、それぞれ、導電形がn形で主表面が(100)面のシリコン基板20a,30a,40aを用いて形成してあり、中間層基板30の内側面が、アルカリ系溶液(例えば、TMAH溶液、KOH溶液など)を用いた異方性エッチングにより形成された(111)面により構成されており(つまり、中間層基板30は、開口窓31の開口面積がLED搭載用基板20から離れるにつれて徐々に大きくなっており)、LEDチップ1から放射された光を前方へ反射するミラー2dを構成している。要するに、本実施形態では、中間層基板30がLEDチップ1から側方へ放射された光を前方へ反射させる枠状のリフレクタを兼ねている。
The
LED搭載用基板20は、図5および図6に示すように、シリコン基板20aの一表面側(図5(c)における左面側)に、LEDチップ1の両電極それぞれと電気的に接続される2つの導体パターン25a,25aが形成されるとともに、中間層基板30に形成された後述の2つの貫通孔配線34,34を介して光検出素子4と電気的に接続される2つの導体パターン25b,25bが形成されており、各導体パターン25a,25a,25b,25bとシリコン基板20aの他表面側(図5(c)における右面側)に形成された4つの外部接続用電極27a,27a,27b,27bとがそれぞれ貫通孔配線24を介して電気的に接続されている。また、LED搭載用基板20は、シリコン基板20aの上記一表面側に、中間層基板30と接合するための接合用金属層29も形成されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
本実施形態におけるLEDチップ1は、結晶成長用基板として導電性基板を用い厚み方向の両面に電極(図示せず)が形成された可視光LEDチップである。そこで、LED搭載用基板20は、LEDチップ1が電気的に接続される2つの導体パターン25a,25aのうちの一方の導体パターン25aを、LEDチップ1がダイボンディングされる矩形状のダイパッド部25aaと、ダイパッド部25aaに連続一体に形成され貫通孔配線24との接続部位となる引き出し配線部25abとで構成してある。要するに、LEDチップ1は、上記一方の導体パターン25aのダイパッド部25aaにダイボンディングされており、ダイパッド部25aa側の電極がダイパッド部25aaに接合されて電気的に接続され、光取り出し面側の電極がボンディングワイヤ14を介して他方の導体パターン25aと電気的に接続されている。
The
また、LED搭載用基板20は、シリコン基板20aの上記他表面側に、シリコン基板20aよりも熱伝導率の高い金属材料からなる矩形状の放熱用パッド部28が形成されており、ダイパッド部25aaと放熱用パッド部28とがシリコン基板20aよりも熱伝導率の高い金属材料(例えば、Cuなど)からなる複数(本実施形態では、9つ)の円柱状のサーマルビア26を介して熱的に結合されており、LEDチップ1で発生した熱が各サーマルビア26および放熱用パッド部28を介して放熱されるようになっている。
The
ところで、LED搭載用基板20は、シリコン基板20aに、上述の4つの貫通孔配線24それぞれが内側に形成される4つの貫通孔22aと、上述の9つのサーマルビア26それぞれが内側に形成される9つの貫通孔22bとが厚み方向に貫設され、シリコン基板20aの上記一表面および上記他表面と各貫通孔22a,22bの内面とに跨って熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成されており、各導体パターン25a,25a,25b,25b、接合用金属層29、各外部接続用電極27a,27a,27b,27b、放熱用パッド部28、各貫通孔配線24および各サーマルビア26がシリコン基板20aと電気的に絶縁されている。
By the way, the
ここにおいて、各導体パターン25a,25a,25b,25b、接合用金属層29、各外部接続用電極27a,27a,27b,27b、放熱用パッド部28は、絶縁膜23上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜23上のTi膜の膜厚を15〜50nm、Ti膜上のAu膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Au膜と絶縁膜23との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。また、貫通孔配線24およびサーマルビア26の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。
Here, each
中間層基板30は、図7および図8に示すように、シリコン基板30aの一表面側(図7(c)における右面側)に、LED搭載用基板20の2つの導体パターン27b,27bと接合されて電気的に接続される2つの導体パターン35,35が形成されるとともに、LED搭載用基板20の接合用金属層29と接合される接合用金属層36が形成されている。また、中間層基板30は、シリコン基板30aの他表面側(図7(c)における左面側)に、貫通孔配線34,34を介して導体パターン35,35と電気的に接続される導体パターン37,37が形成されるとともに、光検出素子形成基板40と接合するための接合用金属層38が形成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
また、中間層基板30は、上述の2つの貫通孔配線34それぞれが内側に形成される2つの貫通孔32がシリコン基板30aの厚み方向に貫設され、シリコン基板30aの上記一表面および上記他表面と各貫通孔32の内面とに跨って熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜33が形成されており、各導体パターン35,35,37,37および各接合用金属層36,38がシリコン基板30aと電気的に絶縁されている。ここにおいて、各導体パターン35,35,37,37および各接合用金属層36,38は、絶縁膜33上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜33上のTi膜の膜厚を15〜50nm、Ti膜上のAu膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Au膜と絶縁膜33との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。また、貫通孔配線34の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。
Further, the
光検出素子形成基板40は、図9および図10に示すように、シリコン基板40aの一表面側(図9(c)における右面側)に、中間層基板30の2つの導体パターン37,37と接合されて電気的に接続される2つの導体パターン47a,47bが形成されるとともに、中間層基板30の接合用金属層38と接合される接合用金属層48が形成されている。ここにおいて、光検出素子4は、フォトダイオードにより構成されており、光検出素子形成基板40に形成された2つの導体パターン47a,47bの一方の導体パターン47a(図10における上側の導体パターン47a)は、光検出素子4を構成するフォトダイオードのp形領域4aに電気的に接続され、他方の導体パターン47b(図10における下側の導体パターン47b)は、上記フォトダイオードのn形領域4bを構成するシリコン基板40aに電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the photodetecting
また、光検出素子形成基板40は、シリコン基板40aの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜43が形成されており、当該絶縁膜43がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検出素子形成基板40は、上記一方の導体パターン47aが、絶縁膜43に形成したコンタクトホール43aを通してp形領域4aと電気的に接続され、上記他方の導体パターン47bが絶縁膜43に形成したコンタクトホール43bを通してn形領域4bと電気的に接続されている。ここにおいて、各導体パターン47a,47bおよび接合用金属層48は、絶縁膜43上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜43上のTi膜の膜厚を15〜50nm、Ti膜上のAu膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Au膜と絶縁膜43との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。
Further, in the photodetecting
上述の実装基板2の形成にあたっては、例えば図1に示すように、光検出素子4、絶縁膜43、各導体パターン47a,47b、および接合用金属層48が形成されたシリコン基板40aと中間層基板30とを低温での直接接合が可能な常温接合法などにより接合する第1の接合工程を行った後、シリコン基板40aを所望の厚みまで研磨する研磨工程を行い、その後、誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置などを用いてシリコン基板40aに光取出窓41を形成する光取出窓形成工程を行うことで光検出素子形成基板40を完成させてから、LEDチップ1が実装されボンディングワイヤ14の結線が行われたLED搭載用基板20と中間層基板30とを常温接合法などにより接合する第2の接合工程を行うようにすればよい。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。なお、本実施形態では、シリコン基板20aが第1のシリコン基板を構成し、シリコン基板40aが第2のシリコン基板を構成し、シリコン基板30aが第3のシリコン基板を構成している。
In the formation of the mounting
上述の第1の接合工程では、シリコン基板40aの接合用金属層48と中間層基板30の接合用金属層38とが接合されるとともに、シリコン基板40aの導体パターン47a,47bと中間層基板30の導体パターン37,37とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン47a,47bと導体パターン37,37との接合部位は、貫通孔配線34に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン47a,47bと導体パターン37,37との互いの接合面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、第2の接合工程では、LED搭載用基板20の接合用金属層29と中間層基板30の接合用金属層36とが接合されるとともに、LED搭載用基板20の導体パターン25b,25bと中間層基板30の導体パターン35,35とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン25b,25bと導体パターン35,35との接合部位は、貫通孔配線24に重なる領域および貫通孔配線34に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン25b,25bと導体パターン35,35との互いの接合面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。
In the first bonding step, the
また、上述の透光性部材3は、透光性材料(例えば、シリコーン、アクリル樹脂、ガラスなど)からなる透光性基板を用いて形成してある。ここで、透光性部材3は、実装基板2と同じ外周形状の矩形板状に形成されており、実装基板2側とは反対の光取り出し面に、LEDチップ1から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されている。ここにおいて、透光性部材3の光取り出し面に形成する微細凹凸構造は、多数の微細な凹部が2次元周期構造を有するように形成されている。なお、上述の微細凹凸構造は、例えば、レーザ加工技術やエッチング技術やインプリントリソグラフィ技術などを利用して形成すればよい。また、微細凹凸構造の周期は、LEDチップ1の発光ピーク波長の1/4〜100倍程度の範囲で適宜設定すればよい。
Moreover, the above-mentioned
本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述の各シリコン基板20a,30a,40aとして、それぞれLED搭載用基板20、中間層基板30、光検出素子形成基板40を多数形成可能なシリコンウェハを用いるとともに、上述の透光性基板として透光性部材3を多数形成可能なウェハ状のもの(透光性ウェハ)を用い、上述の第1の接合工程、研磨工程、光取出窓形成工程、第2の接合工程、実装基板2の収納凹所2aに封止樹脂を充填して封止部5を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後で実装基板2と透光性部材3とを接合する第3の接合工程などの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程により実装基板2のサイズに分割されている。したがって、LED搭載用基板20と中間層基板30と光検出素子形成基板40と透光性部材3とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。また、中間層基板30におけるミラー2dと光検出素子形成基板40における光検出素子4との相対的な位置精度を高めることができ、LEDチップ1から側方へ放射された光がミラー2dにより反射されて光検出素子4へ導かれる。
In manufacturing the light emitting device of this embodiment, a silicon wafer capable of forming a large number of
以上説明した本実施形態の発光装置では、LEDチップ1を収納する収納凹所2aが一表面に形成され当該収納凹所2aの内底面にLEDチップ1が実装される実装基板2が、収納凹所2aの周部から内方へ突出する突出部2cを有し、当該突出部2cにLEDチップ1から放射された光を検出する光検出素子4が設けられているので、実装基板2の一表面側において収納凹所2aの周囲に光検出素子4を配置するためのスペースを別途に確保する必要がなく、光検出素子4を実装基板2に設けながらも小型化が可能になる。
In the light emitting device of the present embodiment described above, the
また、本実施形態の発光装置では、実装基板2に、当該実装基板2の他表面側の外部接続用電極27aとLEDチップ1とを電気的に接続する貫通孔配線24が形成されているので、実装基板2の一表面側においてLEDチップ1と電気的に接続される配線を引き回す場合に比べて、実装基板2の小型化を図れる。また、本実施形態では、実装基板2を複数のシリコン基板20a,30a,40aを用いて形成しているので、フォトダイオードのような光検出素子4を実装基板2中に容易に形成することが可能となり、低コスト化を図れる。
Further, in the light emitting device of this embodiment, the through
また、本実施形態の発光装置は、実装基板2に光検出素子4が設けられているので、例えば、LEDチップ1として赤色LEDチップを採用した発光装置と、LEDチップ1として緑色LEDチップを採用した発光装置と、LEDチップ1として青色LEDチップを採用した発光装置とを同一の回路基板上に近接して配置して、当該回路基板に各発光装置のLEDチップ1を駆動する駆動回路部と、各光検出素子4により検出される光強度がそれぞれの目標値に保たれるように駆動回路部から各発光色のLEDチップ1に流れる電流をフィードバック制御する制御回路部などを設けておくことにより、各光検出素子4それぞれの出力に基づいて各発光色のLEDチップ1の光出力を各別に制御することができ、各発光色ごとのLEDチップ1の光出力の経時変化の違いなどによらず混色光(ここでは、白色光)の光色や色温度の精度を向上することができる。要するに、所望の混色光を安定して得ることができる。
In the light emitting device of the present embodiment, since the
また、本実施形態の発光装置では、光検出素子4の受光面へ外乱光が入射するのを防止することができ、光検出素子4の出力のS/N比をより高めることが可能になる。
Further, in the light emitting device of the present embodiment, disturbance light can be prevented from entering the light receiving surface of the
また、図12に示した従来構成では、透明樹脂層103と空気との界面でLED101からの光の一部を全反射させる必要があるのに対して、本実施形態の発光装置では、透光性部材3の光取り出し面に、LEDチップ1から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されているので、透光性部材3における実装基板2側とは反対に存在する媒質(空気)と透光性部材3との屈折率差に起因した光の全反射を抑制することができ、光取り出し効率を高めることができる。
In the conventional configuration shown in FIG. 12, it is necessary to totally reflect a part of the light from the
また、本実施形態では、実装基板2の形成にあたって上述の各接合工程において、低温での直接接合が可能な常温接合法を採用しているので、各接合工程でLEDチップ1のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えるのを防止することができる。
Further, in the present embodiment, since the room temperature bonding method capable of direct bonding at a low temperature is adopted in each of the above-described bonding processes in forming the mounting
また、本実施形態の発光装置では、実装基板2のLED搭載用基板20にLEDチップ1と熱結合するサーマルビア26を設けてあるので、LEDチップ1で発生した熱を効率よく外部へ逃がすことができ、LEDチップ1のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。
Further, in the light emitting device of the present embodiment, the thermal via 26 that is thermally coupled to the
なお、本実施形態では、実装基板2の収納凹所2aの内底面に1つのLEDチップ1を実装してあるが、LEDチップ1の数は特に限定するものではなく、発光色が同じ複数のLEDチップ1を収納凹所2aの内底面に実装するようにしてもよい。
In the present embodiment, one
1 LEDチップ
2 実装基板
2a 収納凹所
2c 突出部
4 光検出素子
20 LED搭載用基板
20a シリコン基板(第1のシリコン基板)
24 貫通孔配線
30 中間層基板
30a シリコン基板(第3のシリコン基板)
31 開口窓
34 貫通孔配線
40 光検出素子形成基板
40a シリコン基板(第2のシリコン基板)
41 光取出窓
DESCRIPTION OF
24 Through-
31
41 Light extraction window
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