JP5036287B2 - 発光素子パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子パッケージに関するもので、詳しくは、発光素子から均一な照度の光を放出させ、この発光素子を用いて均一な明るさを持たせる発光素子パッケージに関するものである。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させる公知の半導体発光素子であり、１９６２年にＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤが商品化されて以来、ＧａＰ:Ｎ系列の緑色ＬＥＤと共に、情報通信機器を初めとする電子装置の表示画像用光源として用いられてきた。
上記のようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤ製造に用いられる半導体材料によっている。これは、放出された光の波長が、価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）電子と伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）電子との間のエネルギー差を示す半導体材料のバンドギャップによることに起因する。
窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＧａＮ）化合物半導体は、高い熱的安全性及び幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）により、高出力電子素子開発分野で多くの注目を受けてきた。その理由の一つは、ＧａＮが他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）など）と組み合わされ、緑色、青色及び白色光を放出する半導体層を製造できるためである。
上記のように放出波長を調節できるため、特定装置の特性に合わせてＬＣＤの材料が適切に決定される。例えば、ＧａＮを用いると、光記録に有益な青色ＬＥＤと、白熱灯の代わりとなりえる白色ＬＥＤとを製造できる。
また、従来の緑色ＬＥＤの場合、最初はＧａＰを用いて製造されていた。しかし、ＧａＰは、間接遷移型材料として効率低下を引き起こすので、ＧａＰを用いた緑色ＬＥＤでは、実用的な純緑色発光を得ることができなかった。一方、ＩｎＧａＮ薄膜成長が成功することで、高輝度の緑色ＬＥＤが実現可能になった。
上記のような利点及び他の利点によって、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場が急速に成長しつつある。したがって、１９９４年にＧａＮ系列のＬＥＤが商業的に導入されて以来、ＧａＮ系列の光電子装置技術も急激に発達した。
ＧａＮ発光ダイオードの効率は、白熱灯の効率を凌駕し、現在、蛍光灯の効率に匹敵するものとなっている。そのため、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場は、急速に成長し続けることと予想される。
上記のようなＬＥＤ素子は、個々の素子が製造された後、パッケージされて用いられる。図１及び図２では、ＬＥＤパッケージの一例を示している。
前記ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ１がマウンティングされるシリコンサブマウント２と、アルミニウムスラグ３と、金属配線を備えたＰＣＢ基板４と、アルミニウム放熱基板５とから構成される。
前記シリコンサブマウント２は、平坦なシリコン表面に、ＬＥＤ１との電気的な連結のための金属配線が備わる。
前記ＬＥＤ１は、前記サブマウント２にフリップチップボンディング（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ ｂｏｎｄｉｎｇ）され、このサブマウント２は、ミラー面を備えたアルミニウムスラグ３に接着剤を用いて接合される。
このとき、パッケージボディー６によって固定されたリード６ａは、サブマウント２の電極メタルと導電性ワイヤー７を通して電気的に連結される。
また、前記リード６ａは、パッケージボディー６と接着剤を用いて接合されたＰＣＢ基板４の金属配線４ａと、溶接によって接合される。また、前記ＰＣＢ基板４は、熱を放出するためのアルミニウム放熱基板５に付着される。
しかしながら、上記のような構造のＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ駆動時に発生する熱が、熱伝逹速度の遅いプラスチックのパッケージボディー６及びＰＣＢ基板４を通して伝えられるので、放熱効果及びＬＥＤの光特性が低下するという問題点があった。
特に、ＬＥＤを配列してバックライトなどの照明装置として用いる場合、その大きさ、光均一性、費用問題などによって、パッケージ形態のＬＥＤを用いて照明装置を実現することが困難である。さらに、精密なワイヤーボンディングが必要となるので、収率及び信頼性が低下するという問題点があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、発光素子から均一な照度の光を放出させ、この発光素子を用いて均一な明るさを持たせる発光素子パッケージを提供することにある。
上記目的を達成するための第１観点として、本発明は、基板に発光素子が装着される装着部に貫通ホールを形成する段階と、前記基板の両側面に前記貫通ホールによって互いに連結される電極を形成する段階と、前記電極を分離させる段階と、を含んで構成されることが好ましい。
前記貫通ホールを形成する段階以後には、前記装着部を含む基板に絶縁層を形成する段階をさらに含む。
また、前記発光素子を電極に連結させるための開口部を含む反射膜を形成する段階をさらに含む。
そして、前記開口部を通して前記電極に発光素子を結合する段階と、前記発光素子が結合された装着部に充填材を塗布する段階と、前記充填材上にレンズを接合する段階と、をさらに含む。
前記基板の両側面を同時にエッチングすることで、前記装着部を形成する段階と、前記貫通ホールを形成する段階とが同時に行われる。
前記結合金属と電極とを分離させる段階では、前記基板の切削単位位置に形成された前記結合金属及び電極を同時に分離させることが好ましい。
前記電極を形成する段階は、前記結合金属上に接着層を形成する段階と、前記接着層上に電極金属を形成する段階と、を含んで構成される。
このとき、前記接着層は、Ｔｉ、Ｃｒ及びＴａのうち少なくとも何れか一つ以上を用いて形成され、前記電極金属は、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｌのうち少なくとも何れか一つ以上を用いて形成される。
前記接着層を形成する段階と、前記電極金属を形成する段階との間には、拡散防止層を形成する段階がさらに含まれ、この拡散防止層は、Ｐｔ及びＮｉのうち少なくとも何れか一つ以上を用いて形成することが好ましい。
前記結合金属は、Ａｕ、Ｃｕ及びＡlのうち少なくとも何れか一つ以上を用いて形成され、前記反射膜は、ＡｌまたはＡｇを用いて形成される。
一方、前記結合金属と電極とを分離させる段階は、メッキ後、エッチングまたはリフトオフのうち少なくとも一つの方法によって行われる。
また、前記装着部または貫通ホールを形成する段階は、湿式エッチング、乾式エッチング及びレーザードリリングのうち何れか一つの方法で形成され、特に、前記乾式エッチングは、ディープ反応性イオンエッチング法（ｄｅｅｐ ＲＩＥ）を用いることが好ましい。
上記目的を達成するための第２観点として、本発明は、発光素子実装用サブマウントにおいて、前記基板の上部に形成され、発光素子が装着される多数の装着部と、前記各装着部の両側に形成される貫通ホールと、前記装着部の内部面及び前記貫通ホールを通して前記基板の下部に延長形成される電極と、前記装着部の電極上に位置し、前記発光子が結合される開口部を備えた反射膜と、を含んで構成されることが好ましい。
上記目的を達成するための第３観点として、本発明は、発光素子パッケージにおいて、前記発光素子装着部に貫通ホールが形成されたパッケージボディーと、前記パッケージボディーに形成された電極と、前記パッケージボディーの上側面電極上に位置し、前記発光素子が結合される開口部を備えた反射膜と、を含んで構成されることが好ましい。
前記パッケージボディーは、Ｓｉ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＡｌＯｘ、ＰＳＧ（ｐｈｏｔｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ）、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ及びＰＣＢ基板のうち何れか一つからなり、このようなパッケージボディーには、絶縁層が被覆される。
前記電極は、前記結合金属と結合され、Ｔｉ、Ｃｒ及びＴａのうち少なくとも何れか一つ以上によって形成された接着層と、前記接着層上に位置し、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｌのうち少なくとも何れか一つ以上によって形成された電極金属と、を含んで構成されることが好ましい。
また、前記接着層と電極金属との間には、Ｐｔ及びＮｉのうち少なくとも何れか一つ以上によって形成された拡散防止層がさらに含まれる。
一方、前記結合金属は、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｌのうち少なくとも何れか一つ以上によって形成されることが好ましい。
前記装着部の上側には、側方向に発光素子の光を放出させるための側面反射体がさらに含まれる。
前記側面反射体は、一側が開口され、前記装着部に連通される溝を備えた本体と、前記溝に傾斜して位置する傾斜面と、を含んで構成されることが好ましい。
本発明によると、発光素子から均一な照度の光を放出させ、この発光素子を用いて均一な明るさを持たせる発光素子パッケージを提供できるという効果がある。
本発明は、多様な修正及び変形が可能であり、以下、その特定の実施形態が添付の図面に基づいて詳細に説明される。しかし、本発明は、開示された特別な形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義された本発明の思想と合致する全ての修正、均等及び代用を含んでいる。
図中、同一の図面符号は、同一の要素を示している。各図面において、各層及び領域の寸法は、明瞭性のために誇張されている。また、ここで説明する各実施形態は、相補的な導電型の実施形態を含む。
層、領域または基板などの要素が他の構成要素“上（ｏｎ）”に存在すると表現される場合、層、領域または基板などの要素が直接的に他の要素上に存在したり、または、その間に中間要素が存在するものとして理解できる。また、表面などの構成要素の一部が‘内部（ｉｎｎｅｒ）'と表現される場合、表面などの構成要素の一部が、その要素の他の部分よりも素子の外側から一層遠くにあることを意味するものと理解できる。
さらに、‘下（ｂｅｎｅａｔｈ）’または‘重畳（ｏｖｅｒｌｉｅｓ）’などの相対的な用語は、図面に示すように、基板または基準層と関連して、一つの層または領域と他の層または領域に対する一つの層または領域の関係を説明するために用いられる。
上記のような用語は、図面によって描写された方向に加えて、素子の他の方向も含む意図を持つものとして理解できる。最後に、‘直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）'という用語は、中間に介入する要素が全くないことを意味する。ここで用いられる‘及び／または'という用語は、記録された関連項目の一つまたはそれ以上の何れかの組み合わせ、及び全ての組み合わせを含んでいる。
第１及び第２などの用語は、多様な要素、成分、領域、層及び／または地域を説明するために用いられるが、これら要素、成分、領域、層及び／または地域は、これら用語によって限定されてはならない。
これら用語は、他の領域、層または地域から何れか一つの要素、成分、領域、層または地域を区分するために用いられる。したがって、下記で論議された第１領域、層または地域は、第２領域、層または地域という名称にもなり得る。
以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
＜装着部及び貫通ホールの形成段階>
まず、発光素子が装着される装着部１１及び貫通ホール１２，１３の形成過程を、図３乃至図６に基づいて説明する。
まず、図３に示すように基板１０を準備し、この基板１０上にフォトレジストなどのマスク層２０を形成する。または、既にマスク層２０が形成された基板１０を用いて、図４に示すように、発光素子の装着領域、すなわち、装着部１１及び貫通ホール１２，１３の形成領域に対するバルクエッチングに必要なマスクパターニングを形成する。
その後、図５に示すように、前記マスク層２０のパターンを用いて前記基板１０をバルクエッチング（バルクマイクロマシニング）し、発光素子の装着部１１及び貫通ホール１２，１３を形成する。
前記基板１０としては、シリコン基板と、アルミニウム、窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ：ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ：ＡｌＯｘ）、ＰＳＧ（ｐｈｏｔｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ）、Ａｌ２Ｏ３及びＢｅＯなどからなる基板と、ＰＣＢ基板などが用いられる。
また、前記バルクエッチング方法としては、湿式エッチング方法、乾式エッチング方法及びレーザードリリング方法などが用いられ、このバルクエッチング方法によって前記溝形態の装着部１１または貫通ホール１２，１３を形成できる。
前記乾式エッチング方法の代表的な方法としては、ディープ反応性イオンエッチング（ｄｅｅｐ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）方法がある。
本実施形態では、［１００］オリエンテーションを有する単結晶シリコン基板を基板１０として用いた状態で、ＫＯＨ溶液またはＴＭＡＨ及びＥＤＰなどの異方性湿式エッチング溶液を用いて発光素子の装着部１１及び貫通ホール１２，１３を基板１０に形成した。
上記の方法で形成される装着部１１は、理想的には５４．７４°の傾斜角を有し、この傾斜角は、実質的に５０°と６０°との間の角度である。
また、発光素子の装着部１１の幅及び深さは、発光素子の大きさや厚さによって異なっており、発光素子の側面から発光される光を最大限効率的に用いることを可能にする。
前記発光素子の装着部１１及び貫通ホール１２，１３を形成するための湿式エッチング方法としては、次のような二つの方法が用いられる。
第一の方法は、前記発光素子の装着領域２１及び貫通ホール１２，１３の形成領域２２をマスクパターニングした後、これら発光素子の装着領域２１及び貫通ホール１２，１３の形成領域２２を同時に異方性湿式エッチングして形成する方法である。
また、シリコンバルクマイクロマシニング工程を行って、貫通ホール１２，１３及び装着部１１を形成することもできる。
第二の方法は、発光素子の装着領域２１及び貫通ホールの形成領域２２のうち何れか一つの領域を先にマスクパターニングした後、一次的にエッチングする。その後、一次的にエッチングする間、他の一つの領域をパターニングして二次的にエッチングすることで、発光素子の装着部１１の深さと貫通ホール１２，１３深さとの間の比を調節する方法である。
そして、装着部１１を形成するためのエッチング工程では、必ずエッチングする部分とエッチングから保護すべき部分とを区分するためにマスク層２０が必要である。このときに用いるマスク層２０は、湿式エッチングをするとき、長時間の間マスクとして使用可能な物質でなければならなく、一般的に、その優れた特性によってシリコン窒化膜やシリコン酸化膜が多く用いられている。
また、貫通ホール１２，１３は、前記装着部１１に形成される前面電極と、その反対面に形成される後面電極とを電気的に連結するために形成する。また、貫通ホール１２，１３は、二つの極性の電極を分離するために、正電極用第１貫通ホール１２と、負電極用第２貫通ホール１３とに区分して形成することが好ましい。
＜電極及び反射膜の形成段階>
その後、図７に示すように、基板１０の電気的絶縁のための絶縁層３０を、装着部１１及び貫通ホール１２，１３を含む基板１０の全面に形成する。
前記絶縁層３０を形成するために、図６に示すように、前記装着部１１及び貫通ホール１２，１３形成のために用いられたマスク層２０を除去し、熱酸化方法によって絶縁特性に優れたシリコン酸化膜を基板１０の全面に形成する。
上記の方法以外の絶縁層形成方法としては、ＬＰＣＶＤ方法またはＰＥＣＶＤ方法などが用いられ、これら方法によってシリコン窒化膜を蒸着して絶縁層３０を形成する。
前記絶縁層３０は、窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ:ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ:ＡｌＯｘ）などの絶縁体を基板１０として用いる場合は省略してもよい。
上記のように、発光素子の装着部１１及び貫通ホール１２，１３が形成された３次元構造物を備えた基板１０に、図１０に示すように、前面電極５０ａ及び後面電極５０ｂを含む電極５０をパターニングして形成する。
前記電極５０のパターニングによって電極メタルを形成する方法としては、次のような三つの方法が用いられる。
第一の方法は、電気メッキによる方法である。
まず、前記発光素子の装着部１１及び貫通ホール１２，１３の形成後、絶縁層３０が形成された３次元構造物を備える基板１０の後面及び前面に、図８に示すように、結合金属（ｓｅｅｄ ｍｅｔａｌ）４０を蒸着する。このとき、前記結合金属４０は、貫通ホール１２，１３に蒸着されてもよい。
前記結合金属４０には、電気メッキまたは無電解メッキ方法で前面電極５０ａ及び後面電極５０ｂを含む電極５０を形成する。
その後、フォトレジストを塗布、露光及び現像し、前記電極５０が分離溝５１によって正電極と負電極とに互いに分離されるようにエッチングし、前面電極５０ａ及び後面電極５０ｂが貫通ホール１２，１３を通して互いに連結されるようにパターニングすることで、図１０のように電極を形成する。
また、電極５０の形成前にフォトレジストをパターニングし、メッキ方法で電極５０を形成した後、前記フォトレジストを除去し、結合金属４０をエッチングすることで、正電極と負電極とを互いに分離する方法で電極を形成することもできる。
このとき、各パッケージの切削単位（点線部分）部分５２にもエッチングを行うことで、切削を容易にするとともに、各パッケージの切削後に発生する漏電を防止することができる。
第二の方法は、リフト-オフによる方法である。
まず、基板１０の前面及び後面の両面に、図９のようにフォトレジスト２１を塗布し、露光及び現像することで、正電極と負電極及びパッケージ切削単位を互いに分離させる。
その後、スパッタリング方法またはＥ−ｂｅａｍ蒸着方法などで前面、後面及び貫通ホールに電極５０メタルを蒸着すると、図９のような状態になる。
このとき、前記フォトレジスト２１を除去（ｌｉｆｔ-ｏｆｆ）すると、このフォトレジスト２１に蒸着された電極５０物質が除去され、図１１に示すように、正電極と負電極及びパッケージ切削単位が互いに分離される。
金属電極５０の厚さを増加させるためには、電気メッキまたは無電解メッキ方法で追加的な金属層を電極５０に形成する。
第三の方法は、リフトオフと電気メッキとの混合方法である。
まず、基板１０の前面または後面に、上述したリフトオフ方法で前面電極５０ａまたは後面電極５０ｂを形成する。
その後、上記のようにリフトオフ方法で形成された電極の反対面に、電気メッキまたは無電解メッキ方法で電極を形成し、前記前面電極５０ａ及び後面電極５０ｂが貫通ホールを通して電気的に連結されるように形成する。
前記電極５０メタルは、優れた電気的特性のみならず、絶縁層との優れた接着力も備えるべきで、電極メタルの接着層としては、一般的に絶縁層として用いられるシリコン酸化膜との接着力に優れたチタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）などが用いられる。
また、電気的特性に優れていながら、半導体工程で容易に蒸着できる電極メタルの代表的な物質である金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。
このとき、電極メタルは、後工程中、モジュールの部品を結合するときに高温に露出されるため、接着層であるＴｉやＣｒがＡｕに拡散されてＡｕの電気的特性が減少する。よって、これを防止するために、Ｔｉ、Ｃｒの接着層とＡｕとの間に白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）などの拡散防止層が用いられる。
したがって、前記電極５０は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｎｉ／ＡｕまたはＣｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕの構造を有する。
前記電気メッキ方法によって電極５０メタルを形成するためには、必ず結合金属４０が必要であるが、この結合金属４０は、前記電極５０メタルと同様に、優れた電気的特性のみならず、絶縁層３０との優れた接着力も備えるべきである。
したがって、チタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）などを接着層として用い、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）を結合金属として用いることで、Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｔｉ／Ｃｕなどの構造をなしている。
この場合、前記電極５０は、結合金属４０を含んで、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ／ＡｕまたはＣｒ／Ａｕ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕなどの構造をなしている。
その後、図１２に示すように前記電極５０を形成した後、発光素子から放出される光の効率を向上させるために、発光素子の装着部１１の底面及び傾斜面に反射膜６０を形成する。
前記反射膜６０物質としては、反射度に優れたアルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）が用いられる。
前記反射膜６０は、基板１０の全面にフォトレジストをコーティングし、露光及び現像によって、発光素子が装着される底面または傾斜面が露出されるようにパターニングし、スパッタリング方法またはＥ−ｂｅａｍ蒸着方法で反射膜６０層を蒸着し、リフトオフして形成できる。
また、基板１０の全面に反射膜６０層を蒸着し、パターニングした後、不要な部分をエッチングして反射膜６０を形成できる。
このとき、前記反射膜６０をなす金属は、前記電極５０ａ，５０ｂの正電極及び負電極に同時に連結されるか重ならないように形成し、電気的ショットを防止すべきである。また、反射膜６０を発光素子の電極メタルと接合するために、電極メタル上にソルダリング（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）またはＡｕスタッド７１（図１３を参考）が形成される領域６１には反射膜６０金属が存在しないことが好ましい。
＜ＬＥＤボンディング及びパッケージング段階>
その後、図１３に示すように、伝導性ソルダリングまたはＡｕスタッド７１ボンディングなどの方法によって、前記前面電極５０ａ上に発光素子７０を電気的に連結されるように接合した後、蛍光体、シリコンジェルや投光性に優れたエポキシなどの物質で、発光素子７０が装着された装着部１１を充填する充填材８０を形成する。
すなわち、前記基板１０に発光素子７０がボンディングされた後、前記発光素子実装用基板１０にトランスファーモールディングを行うと、前記発光素子７０を取り囲む充填材８０が基板１０の上部に形成される。
前記トランスファーモールディング工程を行うとき、絶縁物質が電極５０に付いて汚染されることを防止するために、前記基板１０の下部にテープを接着させた後でモールディング工程を行う。
上述したように、前記充填材８０は、モールディング用複合樹脂に蛍光体パウダーが分散された状態で形成すると、発光素子７０から放出される光の波長を転換できるようになる。
例えば、発光素子７０から放出される光が青色光で、前記蛍光体パウダーが緑色蛍光体及び赤色蛍光体パウダーである場合、発光素子７０から放出された青色光は、充填材８０に分散された緑色蛍光体及び赤色蛍光体に入射されると、緑色光及び赤色光に波長が転換されて外部に放出され、蛍光体に入射されていない青色光は、そのまま外部に放出される。その結果、青色光、緑色光及び赤色光が合せられた白色光が外部に放出される。
したがって、白色光源を初めとする、多様な波長の光を放出する発光源を実現できる。
よって、前記蛍光体パウダーは、青色蛍光体パウダー、緑色蛍光体パウダー、赤色蛍光体パウダー及び黄色蛍光体パウダーのうち何れか一つまたは二つ以上であることが好ましい。
前記工程は、構造物基板１０をサブマウント単位で切削した後、発光素子７０の充填材８０を充填するか、または、構造物基板１０単位で発光素子７０を接合し、充填材８０を充填した後、サブマウント単位で基板１０を切削してパッケージすることができる。
前記発光素子７０を接合するためのソルダリング物質は、ＡｕＳｎ、ＰｂＳｎ及びインジウム（Ｉｎ）などを用いてＥ−ｂｅａｍ蒸着法で形成できる。
その後、必要によって、図１４に示すように、発光素子７０から放出された光の分布を制御するために、所定形状を有するレンズシートを基板１０に接合または形成してレンズ８１を形成できる。
この場合、充填材８０は、スクリーンプリンティング方法によって、蛍光体が含まれたシリコンジェルまたは投光性に優れたエポキシを用いて、レンズ８１が形成された面の反対面にあるレンズシートの所望の領域または全面に形成する。よって、レンズ８１は、一方面にレンズ構造を有し、他方面に蛍光体が含まれた充填材８０を有するレンズシートを用いて製作できる。
その後、ラミネート工法を用いて前記レンズシートを発光素子７０が接合されたサブマウント基板１０に接合し、単位パッケージ単位で切削して用いることもできる。
以下、本発明の他の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態で説明されていない部分は、前記第１実施形態と同一の部分と見なされる。
＜第２実施形態>
図１５は、図１４の場合とは異なり、ワイヤー７３を用いたワイヤーボンディングで、発光素子７２が基板１０に接合された実施形態を示している。
特に、電極が発光素子の上下部に位置する垂直型発光素子７２の場合、下部電極は、前面電極５０ａの一側にボンディングされ、上部電極は、前記一側の前面電極５０ａと異なる極性を有する他側の前面電極５０ａとワイヤー７３によってボンディングされる。
その他の製造工程及び構造は、上記の第１実施形態と同一である。
＜第３実施形態>
図１６は、発光素子７０の装着部１１または貫通ホール１２，１３が垂直面を有して形成された構造を示している。
前記装着部１１または貫通ホール１２，１３は、レーザードリリング方法やディープ反応性イオンエッチング法などによって、傾斜面でない垂直面を有するように形成できる。
また、［１１０］方向を有するシリコン基板を基板１０として用いる場合も、湿式エッチング方法によって垂直面を有する装着部１１または貫通ホール１２，１３を形成できる。
上記のような垂直面を有する貫通ホール１２，１３を形成すると、これら貫通ホール１２，１３を通して前面電極５０ａと後面電極５０ｂとが一層容易に接触できる。
＜第４実施形態>
図１７は、一つの発光素子パッケージのみならず、赤色、緑色及び青色などの一つ以上の発光素子チップを含む発光素子パッケージを示している。
上記のように、発光素子７０，７２が装着される部分の電極５０、結合金属４０及び反射膜６０を多くの部分に形成し、多数の発光素子７０，７２が基板１０にボンディングされるようにする。
このとき、赤色、緑色及び青色発光素子を一つのパッケージに装着すると、白色発光素子パッケージを構成できる。
また、上記のような赤色、緑色及び青色発光素子のうち何れか一つの色を発光する発光素子は、一つ以上備わることもある。
＜第５実施形態>
図１８は、基板１０に発光素子７０の装着部を形成せず、貫通ホール１２，１３のみを形成し、上述した発光素子パッケージを構成した実施形態を示している。
上記のように、装着部を形成しない場合、工程が大いに簡素化される。
さらに、発光素子パッケージの全体厚さが減少し、このとき、リフトオフ法で前記電極５０ａ，５０ｂを形成すると、結合金属４０を形成する必要がなくなる。
＜第６実施形態>
図１９に示すように、貫通ホールが、基板の上部や発光素子７０の装着部内部でない、基板の側壁に沿って形成される構造にすることもできる。
すなわち、各パッケージの切削単位部分に貫通ホール１４を形成し、３次元形態のパッケージを構成できる。
上記のようなパッケージは、切削単位部分に貫通ホール１４が形成されるので、パッケージの製作後にそれぞれのパッケージに分離するとき、一層容易な分離が可能になる。
このとき、電極５０は、前記貫通ホール１４を通して互いに連結される構造をなしている。
＜第７実施形態>
図２０に示すように、シリコン基板を基板１０として用いる場合、ツェナーダイオード９０を基板１０に内蔵できる。
前記ツェナーダイオード９０を形成するための方法には、次のような方法がある。
第一の方法は、Ｎ―型の基板１０に、ホウ素（Ｂｏｒｏｎ）などのＰ−型ドーパントイオンを注入する方法である。
第二の方法は、Ｐ−型の基板１０に、ＰｏＣｌ３などのＮ−型ドパントイオンを注入する方法である。
例えば、前記第一の方法によると、Ｎ−型電極とＰ−型電極とが接触する基板１０上にホウ素をドーピングし、Ｎ−型電極とＰ−型電極とを電気的に連結させることで、半導体ＰＮＰ接合構造をなすようになる。
上記のようなツェナーダイオード９０の構造により、発光素子７０に静電気などによって過電圧が印加される場合、前記ツェナーダイオード９０によって電流がバイパスされ、発光素子７０の損傷を防止できる。
前記ツェナーダイオード９０を形成するためのシリコン基板１０は、０．０１〜１．０Oｈｍ／ｃｍの抵抗を有することが好ましい。
図２１は、前記ツェナーダイオード９０を内蔵した発光素子パッケージの回路図である。
以上のように各実施形態によって製作された発光素子パッケージ１００は、図２２に示すように、発光素子７０に電源供給のための電極配線２１０が形成されたシステムに、前記発光素子７０が接合されたサブマウント型パッケージ１００を接合し、多様な用途の発光素子を用いた照明装置を製作できる。
図２２は、一つのパッケージ１００に多数の発光素子７０が結合された状態を示している。
すなわち、赤色、緑色及び青色の発光素子７０を組み合せて一つのパッケージ１００に構成することで、白色または多様な色を発光する照明装置として用いることができる。
＜第８実施形態>
図２３は、基板１０に発光素子７０が結合された状態を示している。
すなわち、装着部１１が形成された基板１０に発光素子７０が結合され、前記装着部１１の両側に形成された貫通ホール１２，１３が傾斜構造を有するパッケージの例を示している。
一方、図２４に示すように、前記装着部１１の側壁のうち少なくとも何れか一側の側壁１１ａは、開口して形成される。
上記のように、開口された側壁１１ａを有する装着部１１は、側面発光のためのパッケージに用いられる。
上記のような発光素子パッケージの側面発光の効率を向上させるために、図２５に示した側面反射体３００が備わる。
すなわち、前記側面反射体３００は、発光素子７０から放出される光をパッケージの側面に引き出すためのもので、一側面３０１に溝３１０が形成され、下部面３０２の一部は前記装着部１１に連通されるように開放される。
前記溝３１０は、その一面に傾斜面３２０が形成されることで、発光素子７０から放出される光が効率的に側面に出射される。前記傾斜面３２０の角度は、４５°であることが好ましい。
前記傾斜面には、ミラーコーティングなどの方法で反射面が形成されることもある。
図２６は、発光素子パッケージの上部に図２５の側面反射体３００が結合された状態を示した斜視図で、発光素子パッケージの基板１０の装着部１１と前記側面反射体３００の溝３１０とが連通して結合された状態を示している。
前記側面反射体３００によって、パッケージに実装されている発光素子７０から放出された光は、パッケージの側面に一層効率的に出射される。
図２７は、本発明において、各側面反射体３００を有する多数個の発光素子パッケージがマトリックス状に配列された状態を示している。
上記のように、側面反射体３００を発光素子が実装された基板１０に結合して用いる場合、側面に光を出射させるパッケージを実現できる。
以上説明した各実施形態は、本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例であり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、多様な形態に変形可能である。また、このような技術的思想の多様な実施形態は、全て本発明の保護範囲に属して当然である。
従来の発光素子のパッケージの一例を示した斜視図である。 従来の発光素子のパッケージの一例を示した断面図である。 本発明の第１実施形態におけるマスク層の形成段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態におけるマスク層のパターニング段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における装着部及び貫通ホールの形成段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態におけるマスク層の除去状態を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における絶縁層の形成段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における結合金属の形成段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における電極形成の一例を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における電極の形成段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における電極の分離状態を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における反射膜の形成段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における充填材の形成段階を示した断面図である。 本発明の第１実施形態におけるレンズの形成段階を示した断面図である。 本発明の第２実施形態を示した断面図である。 本発明の第３実施形態を示した断面図である。 本発明の第４実施形態を示した断面図である。 本発明の第５実施形態を示した断面図である。 本発明の第６実施形態を示した断面図である。 本発明の第７実施形態を示した断面図である。 本発明の第７実施形態を示した回路図である。 本発明を用いた照明装置の一例を示した斜視図である。 本発明の発光素子パッケージの一例を示した斜視図である。 本発明の発光素子パッケージの他の例を示した斜視図である。 本発明の第８実施形態における側面反射体の一例を示した斜視図である。 本発明の側面反射体を発光素子パッケージに設置した状態を示した斜視図である。 本発明の側面反射体を用いた照明装置の一例を示した斜視図である。
符号の説明
１０ 基板
１１ 装着部
１２，１３ 貫通ホール
２０ マスク層
３０ 絶縁層
４０ 結合金属
５０ 電極

Claims (13)

  1. 発光素子パッケージにおいて、
    第１の表面と第２の表面を有し、貫通ホールを備えるパッケージボディーと、
    前記第１の表面に配置された第１の電極と、
    前記第２の表面に配置され、前記貫通ホールを介して前記第１の電極と電気的に接続されている第２の電極と、
    前記第１の表面と前記第１の電極の間、及び、前記第２の表面と前記第２の電極の間に配置された結合金属であって、前記第１の電極と前記結合金属との間、前記第２の電極と 前記結合金属との間、の両方あるいは何れかに拡散防止層が配置された結合金属と、
    前記第１の電極上に配置され、開口部を有する反射膜と、
    前記第１の電極上に配置される発光素子と、を備え、
    前記結合金属は、その材料が前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくとも１ つに拡散されることが前記拡散防止層によって防止されることを特徴とする発光素子パッケージ。
  2. 前記反射膜は、ＡｌまたはＡｇからなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  3. 前記結合金属は、前記貫通ホールに配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  4. 前記結合金属は、前記パッケージボディー上に前記第１の電極と前記第２の電極とを形成することを補助するために構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  5. 前記結合金属は、Ａｕ、Ｃｕ、及びＡｌのうち何れか１つ以上からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  6. 前記拡散防止層は、Ｐｔ及びＮｉのうち何れか１つ以上からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  7. 前記パッケージボディーは、Ｓｉ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＡｌＯｘ、ＰＳＧ（ｐｈｏｔｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ）、Ａｌ２Ｏ３、及びＢｅＯのうち何れか１つ以上からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  8. 前記パッケージボディーには、絶縁層が配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  9. 前記第１の電極と前記第２の電極の両方あるいは何れかは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕ、Ｃｕ、及びＡｌのうち何れか１つ以上からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  10. 前記第１の電極と前記第２の電極の両方あるいは何れかは、接着層を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  11. 前記発光素子の上側に充填材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  12. 前記充填材は、蛍光体、シリコンジェル、エポキシ樹脂のうち何れか１つ以上からなることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子パッケージ。
  13. 前記発光素子の上側にレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
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