JP5351620B2

JP5351620B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5351620B2
Application number: JP2009137541A
Authority: JP
Inventors: 威中筋; 佳治佐名川; 孝昌酒井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-06-08
Also published as: JP2010283291A

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を用いた発光装置に関するものである。

従来から、一表面側にＬＥＤチップが搭載される１層目の基板（セラミック基板）と、当該１層目の基板の上記一表面側に接合されＬＥＤチップから放射される光の配光を出射するための開口窓を有する２層目の基板（金属基板）と、２層目の基板に接合されＬＥＤチップから放射される光の配光を出射するための開口窓を有する３層目の基板（セラミック基板）との積層構造を有する実装基板により構成されるパッケージを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１に開示された発光装置では、ＬＥＤチップの光出力の経時変化をモニタリングすることができない。

これに対し、図６および図７に示すように、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１が実装されるとともにＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出素子４が設けられた実装基板２’とを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ここにおいて、実装基板２’は、第１のシリコン基板２０ａ’を用いて形成されＬＥＤチップ１が一表面側に実装される基板（以下、ベース基板とも称する）２０’と、第２のシリコン基板３０ａ’を用いて形成されＬＥＤチップ１から放射される光を出射するための開口窓（以下、第１の開口窓と称する）３１’が形成されベース基板２０’の上記一表面側に接合された基板（以下、配光用基板とも称する）３０’と、第３のシリコン基板４０ａ’を用いて形成されＬＥＤチップ１から放射される光を出射するための開口窓（以下、第２の開口窓と称する）４１’が形成されるとともに光検出素子４が形成された基板（以下、光検出素子形成基板とも称する）４０’とで構成されている。要するに、実装基板２’は、３枚の基板２０’，３０’，４０’の積層構造を有している。なお、この発光装置では、実装基板２’が、ＬＥＤチップ１を収納するパッケージを構成している。

ここにおいて、ベース基板２０’は、上記一表面に、ＬＥＤチップ１をダイボンドするダイパッド部２５ｂａ’が形成され、他表面側に、ＬＥＤチップ１の各電極（図示せず）および光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃそれぞれに当該ベース基板２０’の厚み方向に沿って設けた貫通孔配線２４を介して電気的に接続される４つの外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｃが形成され、配光用基板３０’は、光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃとベース基板２０’において光検出素子４に対応付けられた２つの貫通孔配線２４とをそれぞれ電気的に接続する２つの貫通孔配線３４が形成されている。

また、ベース基板２０’は、図６〜図８に示すように、上記一表面側に、ダイパッド部２５ｂａ’と連続一体に形成されＬＥＤチップ１に対応付けられた貫通孔配線２４が電気的に接続される引出配線部２５ｂｂ’と、ＬＥＤチップ１におけるベース基板２０’側とは反対側に設けられた電極に一端部が接合されるボンディングワイヤ１４’の他端部が接合されるパッド２５ａ’とが形成されており、当該パッド２５ａ’とＬＥＤチップ１に対応付けられた貫通孔配線２４とが電気的に接続されている。なお、ベース基板２０’は、ダイパッド部２５ｂａ’直下に、複数のサーマルビア２６を設けることで、ＬＥＤチップ１で発生する熱を効率的に放熱させることが可能となっている。

上述の発光装置は、実装基板２’により構成されるパッケージの内部空間がＬＥＤチップ１およびボンディングワイヤ１４’を封止する透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部５により充実されている。

光検出素子形成基板４０’は、第２の開口窓４１’の開口面積が、配光用基板３０’における光検出素子形成基板４０’側の表面での第１の開口窓３１’の開口面積よりも小さく設定されており、第２の開口窓４１’の周部に光検出素子４の受光部４ａが形成されている。

また、上述の発光装置は、光検出素子形成基板４０’における配光用基板３０’側とは反対側に、第２の開口窓４１’を閉塞する透光性部材３’が固着されている。

上述の実装基板２’の形成にあたっては、例えば図９に示すように、光検出素子４などが形成された第３のシリコン基板４０ａ’と配光用基板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、第３のシリコン基板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第３のシリコン基板４０ａ’に第２の開口窓４１’を形成する第２の開口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がダイパッド部２５ｂａ’にダイボンドされボンディングワイヤ１４’の結線が行われたベース基板２０’と配光用基板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している。

なお、上記特許文献１には、１つの実装基板に、互いに発光色の異なる複数のＬＥＤチップを実装するとともに各ＬＥＤチップそれぞれに対応する複数の光検出素子を設けた発光装置も提案されている。

特許第４２６１９２５号公報特開２００７−２９４８３４号公報

ところで、上記特許文献２に開示された発光装置では、実装基板２’において、ＬＥＤチップ１の電極に一端部が接合されるボンディングワイヤ１４’の他端部が接合されるパッド２５ａ’をベース基板２０’の上記一表面側に露設させ、当該パッド２５ａ’にボンディングワイヤ１４’の上記他端部を接合する際にキャピラリなどのワイヤボンディングツールがＬＥＤチップ１に当たらないようにパッド２５ａ’をダイパッド部２５ｂａ’から離す必要があり、配光用基板３０’の第１の開口窓３１’の開口面積の縮小化が制限されるので、発光装置の平面サイズを決める実装基板２’の平面サイズの小型化が制限されてしまう。なお、上記特許文献１に開示された発光装置においても、１層目の基板においてダイパッド部の周囲に、ＬＥＤチップの電極とボンディングワイヤを介して電気的に接続されるパッドが形成されているので、上記特許文献２に記載の発光装置と同様、パッケージを構成する実装基板の平面サイズの小型化が制限される。

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、ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出することが可能であり且つ平面サイズの小型化が可能な発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ベース基板、配光用基板および光検出素子形成基板の積層構造を有し前記ＬＥＤチップが実装されるとともに前記ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出する光検出素子が設けられた実装基板とを備え、前記実装基板は、前記ベース基板の一表面側に、前記ＬＥＤチップをダイボンドするダイパッド部が形成されるとともに、前記ベース基板の他表面側に、前記ＬＥＤチップの各電極および前記光検出素子の各電極それぞれに少なくとも前記ベース基板の厚み方向に沿って設けた第１の貫通孔配線を介して電気的に接続される複数の外部接続用電極が形成され、前記配光用基板、前記光検出素子形成基板には、前記ＬＥＤチップから放射される光を出射するための第１の開口窓、第２の開口窓がそれぞれ形成されてなり、前記配光用基板は、前記第１の開口窓の開口面積が前記ベース基板から離れるにつれて徐々に大きくなっており、枠状のリフレクタを兼ねており、前記ＬＥＤチップの電極に一端部が接合されるボンディングワイヤの他端部が接合されるパッドが前記ベース基板側とは反対側の表面側に露設され、当該パッドと前記ＬＥＤチップに対応付けられた前記第１の貫通孔配線とを電気的に接続する第２の貫通孔配線および前記光検出素子の各電極と前記光検出素子に対応付けられた前記第１の貫通孔配線とを電気的に接続する第３の貫通孔配線が形成されており、前記光検出素子形成基板は、前記第２の開口窓の開口面積が、前記配光用基板の前記表面での前記第１の開口窓の開口面積よりも小さく、前記第２の開口窓の周部に前記光検出素子の受光部が形成されており、前記配光用基板の前記表面側に積層され、前記パッドを露出させる切欠部が前記第２の開口窓に連通する形で形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、実装基板は、ベース基板、配光用基板および光検出素子形成基板の積層構造を有し、前記ベース基板の一表面側に、ＬＥＤチップをダイボンドするダイパッド部が形成されるとともに、前記ベース基板の他表面側に、前記ＬＥＤチップの各電極および光検出素子の各電極それぞれに少なくとも前記ベース基板の厚み方向に沿って設けた第１の貫通孔配線を介して電気的に接続される複数の外部接続用電極が形成され、前記配光用基板、前記光検出素子形成基板には、前記ＬＥＤチップから放射される光を出射するための第１の開口窓、第２の開口窓がそれぞれ形成されてなり、前記配光用基板は、前記ＬＥＤチップの電極に一端部が接合されるボンディングワイヤの他端部が接合されるパッドが前記ベース基板側とは反対側の表面側に露設され、当該パッドと前記ＬＥＤチップに対応付けられた第１の貫通孔配線とを電気的に接続する第２の貫通孔配線および前記光検出素子の各電極と前記光検出素子に対応付けられた前記第１の貫通孔配線とを電気的に接続する第３の貫通孔配線が形成されているので、前記ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出することが可能であり、しかも、前記ＬＥＤチップの電極に一端部が接合されるボンディングワイヤの他端部が接合されるパッドを前記ベース基板に設ける必要がなく、前記ＬＥＤチップと前記第１の開口窓、前記第２の開口窓の内側面との距離が、当該パッドの大きさに左右されることがなく、前記第１の開口窓、前記第２の開口窓の開口面積の縮小化を図れるから、前記実装基板の平面サイズの小型化が可能となり、発光装置の平面サイズの小型化が可能となる。

また、この発明によれば、前記光検出素子形成基板は、前記第２の開口窓の開口面積が、前記配光用基板の前記表面での前記第１の開口窓の開口面積よりも小さく、前記第２の開口窓の周部に前記光検出素子の受光部が形成されており、前記配光用基板の前記表面側に積層され、前記パッドを露出させる切欠部が前記第２の開口窓に連通する形で形成されているので、多数個の前記実装基板を有する構造体を形成してから前記実装基板の個片にダイシングするような製造方法を採用する際に切削粉が前記実装基板の内部空間に入るのを防止することが可能となる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ベース基板、前記配光用基板および前記光検出素子形成基板が、第１のシリコン基板、第２のシリコン基板および第３のシリコン基板それぞれを用いて形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明では、ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出することが可能であり且つ平面サイズの小型化が可能になるという効果がある。

実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。同上の発光装置の概略分解斜視図である。同上の発光装置における実装基板の形成方法の説明図である。実施形態２の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。実施形態３の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。従来例の発光装置の概略断面図である。同上の発光装置の概略分解斜視図である。同上の発光装置におけるベース基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。同上の発光装置における実装基板の形成方法の説明図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１および図２に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１が実装されるとともにＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出素子４が設けられた実装基板２とを備えている。

ここにおいて、実装基板２は、第１のシリコン基板２０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１が一表面側に実装される基板（以下、ベース基板とも称する）２０と、第２のシリコン基板３０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１から放射される光を出射するための開口窓（以下、第１の開口窓と称する）３１が形成されベース基板２０の上記一表面側に接合された基板（以下、配光用基板とも称する）３０と、第３のシリコン基板４０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１から放射される光を出射するための開口窓（以下、第２の開口窓と称する）４１が形成されるとともに光検出素子４が形成された基板（以下、光検出素子形成基板とも称する）４０とで構成されている。要するに、実装基板２は、３枚の基板２０，３０，４０の積層構造を有している。なお、本実施形態の発光装置では、実装基板２が、ＬＥＤチップ１を収納するパッケージを構成している。

ここにおいて、光検出素子形成基板４０は、第２の開口窓４１の開口面積が、配光用基板３０における光検出素子形成基板４０側の表面での第１の開口窓３１の開口面積よりも小さく設定されており、第２の開口窓４１の周部に光検出素子４の受光部４ａが形成されている。ここで、光検出素子４の受光部４ａは、光検出素子形成基板４０におけるベース基板２０との対向面側に形成されている。

また、本実施形態の発光装置は、実装基板２により構成されるパッケージの内部空間がＬＥＤチップ１および当該ＬＥＤチップ１に電気的に接続されたボンディングワイヤ１４を封止する透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部５により充実されている。また、本実施形態の発光装置は、光検出素子形成基板４０における配光用基板３０側とは反対側に、第２の開口窓４１を閉塞する透光性部材（図示せず）を固着してもよい。

上述のベース基板２０、配光用基板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、配光用基板３０および光検出素子形成基板４０はベース基板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、ベース基板２０および配光用基板３０の厚み寸法に比べて小さく設定されている。

また、ベース基板２０の基礎となる第１のシリコン基板２０ａ、配光用基板３０の基礎となる第２のシリコン基板３０ａ、光検出素子形成基板４０の基礎となる第３のシリコン基板４０ａとしては、導電形がｎ形で一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いており、配光用基板３０の開口窓３１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、ＬＥＤチップ１から放射された光を前方へ反射するミラーを構成している。要するに、本実施形態では、配光用基板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。

ところで、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１として、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１２ａ，１２ｂが形成された可視光ＬＥＤチップ（例えば、青色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップなど）を用いており、光検出素子４をフォトダイオードにより構成している。なお、ＬＥＤチップ１の構造や発光色などは特に限定するものではなく、紫外線ＬＥＤチップでもよい。

一方、ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの上記一表面側（つまり、ベース基板２０の上記一表面側）に、ＬＥＤチップ１をダイボンドするダイパッド部２５ｂａ、ダイパッド部２５ｂａと連続一体に形成されＬＥＤチップ１の電極１２ｂに対応付けられた第１の貫通孔配線２４と電気的に接続された引き出し配線部２５ｂｂ、配光用基板３０の第２の貫通孔配線３４ａを介して後述のパッド３７ａと電気的に接続される導体パターン２５ａ、配光用基板３０の第３の貫通孔配線３４ｃ，３４ｃを介して光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃと電気的に接続される導体パターン２５ｃ，２５ｃなどが形成され、第１のシリコン基板２０ａの他表面側（つまり、ベース基板２０の他表面側）に、ＬＥＤチップ１の各電極１２ａ，１２ｂおよび光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃそれぞれに第１のシリコン基板２０ａの厚み方向（つまり、ベース基板２０の厚み方向）に沿って設けた第１の貫通孔配線２４を介して電気的に接続される複数の外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｃが形成されている。

また、配光用基板３０は、ＬＥＤチップ１におけるダイパッド部２５ｂａ側とは反対側の電極１２ａに一端部が接合されるボンディングワイヤ１４の他端部が接合される上述のパッド３７ａがベース基板２０側とは反対側の表面側に露設され、当該パッド３７ａとＬＥＤチップ１の電極１２ａに対応付けられた第１の貫通孔配線２４とを電気的に接続する第２の貫通孔配線３４ａおよび光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃと光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃに対応付けられた第１の貫通孔配線２４，２４とを電気的に接続する第３の貫通孔配線３４ｃ，３４ｃが形成されている。ここで、本実施形態では、配光用基板３０が、パッド形成基板を構成している。なお、ＬＥＤチップ１としては、厚み方向の一面側に両電極１２ａ，１２ｂが形成されたものを用いてもよく、この場合は、パッド形成基板を構成する配光用基板３０に、ＬＥＤチップ１の各電極１２ａ，１２ｂそれぞれがボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続されるパッド３７ａを形成するとともに各パッド３７ａそれぞれに電気的に接続される第２の貫通孔配線３４ａを形成すればよい。

上述のベース基板２０の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の電極１２ｂがダイボンドされて電気的に接続されるダイパッド部２５ｂａは、矩形状に形成されており、上述のように第１の貫通孔配線２４との接続部位となる引き出し配線部２５ｂｂが連続一体に形成されている。ここにおいて、本実施形態の発光装置では、配光用基板３０のベース基板２０側の表面における第１の開口窓３１の開口サイズをダイパッド部２５ｂａのサイズよりもやや大きく設定してあり、引き出し配線部２５ｂｂの一部が、平面視において配光用基板３０における第１の開口窓３１の周部に重なる位置に配置されている。また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの上記一表面側に、配光用基板３０と接合するための接合用金属層２９も形成されている。

また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの上記他表面側に、第１のシリコン基板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、ダイパッド部２５ｂａと放熱用パッド部２８とが第１のシリコン基板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。

ところで、ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａに、上述の４つの第１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、第１のシリコン基板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）からなる第１の絶縁膜２３が形成されており、ダイパッド部２５ｂａ、引き出し配線部２５ｂｂ、各導体パターン２５ｃ，２５ｃ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｃ、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が第１のシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。

ここにおいて、ダイパッド部２５ｂａ、引き出し配線部２５ｂｂ、各導体パターン２５ｃ，２５ｃ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｃ、放熱用パッド部２８は、第１の絶縁膜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、第１のシリコン基板２０ａの上記一表面側のダイパッド部２５ｂａ、引き出し配線部２５ｂｂ、各導体パターン２５ｃ，２５ｃ、接合用金属層２９を同時に形成し、第１のシリコン基板２０ａの上記他表面側の各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｃ、放熱用パッド部２８を同時に形成してある。なお、本実施形態では、第１の絶縁膜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膜と第１の絶縁膜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、第１の貫通孔配線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。

配光用基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの一表面側に、ベース基板２０の３つの導体パターン２５ａ，２５ｃ，２５ｃと接合されて電気的に接続される３つの導体パターン３５ａ，３５ｃ，３５ｃが形成されるとともに、ベース基板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、配光用基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの他表面側に、導体パターン３５ａに第２の貫通孔配線３４ａを介して電気的に接続されるパッド３７ａが形成され、導体パターン３５ｃ，３５ｃに第３の貫通孔配線３４ｃ，３４ｃを介して電気的に接続される導体パターン３７ｃ，３７ｃ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。

また、配光用基板３０は、第２のシリコン基板３０ａに、上述の３つの貫通孔配線３４ａ，３４ｃ，３４ｃが内側に形成される３つの貫通孔３２が厚み方向に貫設され、第２のシリコン基板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）からなる第２の絶縁膜３３が形成されており、パッド３７ａ、各導体パターン３５ａ，３５ｃ，３５ｃ，３７ｃ，３７ｃおよび各接合用金属層３６，３８および各貫通孔配線３４ａ，３４ｃ，３４ｃが第２のシリコン基板３０ａと電気的に絶縁されている。ここにおいて、パッド３７ａ、各導体パターン３５ａ，３５ｃ，３５ｃ，３７ｃ，３７ｃおよび各接合用金属層３６，３８は、第２の絶縁膜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、第２のシリコン基板３０ａの上記一表面側の導体パターン３５ａ，３５ｃ，３５ｃ、接合用金属層３６を同時に形成し、第２のシリコン基板３０ａの上記他表面側のパッド３７ａ、導体パターン３７ｃ，３７ｃ、接合用金属層３８を同時に形成してある。なお、本実施形態では、第２の絶縁膜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膜と第２の絶縁膜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、各貫通孔配線３４ａ，３４ｃ，３４ｃ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。

光検出素子形成基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの一表面側に、配光用基板３０の導体パターン３７ｃ，３７ｃと接合されて電気的に接続される光検出素子４の電極４７ｃ，４７ｃが形成されるとともに、配光用基板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、光検出素子形成基板４０は、第２の開口窓４１のみに連通して配光用基板３０のパッド３７ａを露出させる切欠部４４が形成されている。また、光検出素子形成基板４０に形成された光検出素子４は、フォトダイオードであり、当該フォトダイオードのｐ形領域４ａおよびｎ形領域４ｂ（本実施形態では、第３のシリコン基板４０ａ）それぞれと電極４７ｃ，４７ｃとが後述の第３の絶縁膜４３に形成したコンタクトホール（図示せず）を通して電気的に接続されている。

また、光検出素子形成基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜４３が形成されており、当該第３の絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、各電極４７ｃ，４７ｃおよび接合用金属層４８は、第３の絶縁膜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、第３の絶縁膜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膜と第３の絶縁膜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。

封止部５は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成されベース基板２０の上記一表面側において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を封止している。ここにおいて、封止部５の透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどを採用してもよい。

また、上記透光性部材は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、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、上記透光性部材は、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、上記透光性部材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。

本実施形態の発光装置の製造にあたっては、例えば、図３に示すように、光検出素子４および接合用金属層４８が形成された第３のシリコン基板４０ａと配光用基板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、第３のシリコン基板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第３のシリコン基板４０ａに第２の開口窓４１を形成する第２開口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がダイパッド部２５ｂａにダイボンドされたベース基板２０と配光用基板３０とを常温接合法などにより接合する第２の接合工程を行い、続いて、ＬＥＤチップ１の電極１２ａと配光用基板３０のパッド３７ａとをボンディングワイヤ１４により電気的に接続するワイヤボンディング工程を行い、その後、封止部５を形成する封止部形成工程を行い、上記透光性部材を実装基板２に固着する透光性部材固着工程を行うようにすればよい。ここにおいて、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。本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述の第１の接合工程および第２の接合工程において、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、各接合工程で光検出素子４や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、光検出素子４やＬＥＤチップ１に熱ダメージが生じるのを防止することができる。なお、上述の各接合工程で採用している常温接合法では、各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、常温下で適宜の荷重を印加しいているが、常温下に限らず、例えば、光検出素子４およびＬＥＤチップ１へ熱ダメージが生じない温度（光検出素子４およびＬＥＤチップ１それぞれ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ない温度）であれば、加熱条件下（例えば、８０℃〜１００℃程度に加熱した条件下）において適宜の荷重を印加するようにしてもよく、加熱条件下において適宜の荷重を印加して接合することで、接合信頼性をより一層高めることが可能となる。

上述の第１の接合工程では、第３のシリコン基板４０ａの接合用金属層４８と配光用基板３０の接合用金属層３８とが接合されるとともに、第３のシリコン基板４０ａの電極４７ｃ，４７ｃと配光用基板３０の導体パターン３７ｃ，３７ｃとが接合され電気的に接続される。ここで、電極４７ｃ，４７ｃと導体パターン３７ｃ，３７ｃとの接合部位は、第３の貫通孔配線３４ｃ，３４ｃに重なる領域からずらしておけば、電極４７ｃ，４７ｃと導体パターン３７ｃ，３７ｃ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、ベース基板２０の接合用金属層２９と配光用基板３０の接合用金属層３６とが接合されるとともに、ベース基板２０の導体パターン２５ａ，２５ｃ，２５ｃと配光用基板３０の導体パターン３５ａ，３５ｃ，３５ｃとが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン２５ａ，２５ｃ，２５ｃと導体パターン３５ａ，３５ｃ，３５ｃとの接合部位は、第１の貫通孔配線２４，２４，２４に重なる領域および第２の貫通孔配線３４ａ、第３の貫通孔配線３４ｃ，３４ｃに重なる領域からずらしておけば、導体パターン２５ａ，２５ｃ，２５ｃと導体パターン３５ａ，３５ｃ，３５ｃ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、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、それぞれベース基板２０、配光用基板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上記透光性部材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、第２の接合工程、光取出窓形成工程、第２の接合工程、実装基板２により構成されるパッケージの内部空間に透光性材料を充填して封止部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と上記透光性部材とを接合する第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のサイズに分割するようにすれば、ベース基板２０と配光用基板３０と光検出素子形成基板４０と上記透光性部材とが同じ外形サイズとなり、小型化が図れるとともに、製造が容易になる。

以上説明した本実施形態の発光装置では、複数の基板２０，３０，４０の積層構造を有する実装基板２は、１層目の基板（ベース基板）２０の上記一表面側に、ＬＥＤチップ１をダイボンドするダイパッド部２５ｂａが形成されるとともに、当該１層目の基板２０の上記他表面側に、ＬＥＤチップ１の各電極１２ａ，１２ｂおよび光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃそれぞれに少なくとも当該１層目の基板２０の厚み方向に沿って設けた第１の貫通孔配線２４を介して電気的に接続される複数の外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｃが形成され、１層目以外の基板３０，４０には、ＬＥＤチップ１から放射される光を出射するための開口窓３１，４１が形成されてなり、１層目以外の基板（配光用基板）３０として、少なくとも、ＬＥＤチップ１の電極１２ａに一端部が接合されるボンディングワイヤ１４の他端部が接合されるパッド３７ａが１層目の基板２０側とは反対側の表面側に露設され、当該パッド３７ａとＬＥＤチップ１に対応付けられた第１の貫通孔配線２４とを電気的に接続する第２の貫通孔配線３４ａおよび光検出素子４の各電極４７ｃ，４７ｃと光検出素子４に対応付けられた第１の貫通孔配線２４，２４とを電気的に接続する第３の貫通孔配線３４ｃ，３４ｃが形成されたパッド形成基板を備えているので、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出することが可能であり、しかも、ＬＥＤチップ１の電極１２ａに一端部が接合されるボンディングワイヤ１４の他端部が接合されるパッド３７ａを１層目の基板２０に設ける必要がなく、ＬＥＤチップ１と１層目以外の基板３０，４０の開口窓３１，４１の内側面との距離が、当該パッド３７ａの大きさに左右されることがなく、１層目以外の基板３０，４０の開口窓３１，４１の開口面積の縮小化を図れるから、実装基板２の平面サイズの小型化が可能となり、発光装置の平面サイズの小型化が可能となる。なお、ＬＥＤチップ１の電極１２ａにボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続されるパッド３７ａを、３層目の基板（光検出素子形成基板）４０における１層目の基板２０側とは反対側の表面に設けて、３層目の基板４０に当該パッド３７ａに電気的に接続される貫通孔配線を設けるようにしてもよい。

また、本実施形態の発光装置では、実装基板２が、１層目以外の基板３０，４０として、パッド形成基板である配光用基板３０の他に、配光用基板３０の上記表面側に積層されパッド３７ａを露出させる切欠部４４が第２の開口窓４１のみに連通する形で形成された基板（光検出素子形成基板）４０を有しているので、多数個の実装基板２を有する構造体を形成してから実装基板２の個片にダイシングするような製造方法を採用する際に切削粉がパッケージの内部空間に入るのを防止することが可能となる。

ところで、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を検出する光検出素子４を備えているので、例えば、ＬＥＤチップ１として赤色光を放射する赤色ＬＥＤチップを用いた発光装置と、ＬＥＤチップ１として緑色光を放射する緑色ＬＥＤチップを用いた発光装置と、ＬＥＤチップ１として青色光を放射する青色ＬＥＤチップを用いた発光装置とを同一の回路基板上に実装するとともに、当該回路基板に各発光装置のＬＥＤチップ１へ駆動電流を供給する駆動回路部と、各光検出素子４の出力が目標値に保たれるように駆動回路部から各発光装置へ供給する駆動電流を制御する制御回路部とを設けた照明装置を構成すれば、各発光色ごとのＬＥＤチップ１の温度特性や寿命特性の違いによらず所望の光色や色温度の白色光を得ることが可能となる。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、１層目の基板（ベース基板）２０に複数（ここでは、４つ）のＬＥＤチップ１が搭載されるとともに、３層目の基板（光検出素子形成基板）４０に各ＬＥＤチップ１それぞれから放射される光の一部を各別に検出する複数（ここでは、４つ）の光検出素子４が設けられている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

また、本実施形態の発光装置では、各ＬＥＤチップ１として互いに発光色の異なる可視光ＬＥＤチップを用いており、各ＬＥＤチップ１それぞれが互いに異なるダイパッド部２５ｂａにダイボンドされており、各ＬＥＤチップ１の電極１２ａがボンディングワイヤ１４を介して２層目の基板（配光用基板）３０の互いに異なるパッド３７ａに各別に接続されている。ここにおいて、本実施形態では、４つのＬＥＤチップ１として、赤色ＬＥＤチップと、緑色ＬＥＤチップと、青色ＬＥＤチップと、黄色ＬＥＤチップとを採用しており、赤色光と緑色光と青色光と黄色光との混色光として白色光を得ることができる。ただし、各ＬＥＤチップ１の発光色は特に限定するものではなく、所望の混色光に応じて適宜選択すればよい。

ところで、本実施形態の発光装置では、複数のＬＥＤチップ１が１つのベース基板２０に搭載されているのに対して、配光用基板３０の第１の開口窓３１および光検出素子形成基板４０の第２の開口窓４１を１つずつとしてあるので、各光検出素子４の検出精度を高めるために、第１の開口窓３１を各ＬＥＤチップ１の収納空間に区分する遮光壁を設けてもよいし、あるいは、各光検出素子４を、例えば、可視光域全域に分光感度を有するフォトダイオードとＬＥＤチップ１の発光色の波長域の光を選択的に透過させるフィルタとで構成するようにしてもよく、後者の方が、発光装置の平面サイズのより一層の小型化を図れる。なお、この種のフィルタとしては、例えば、屈折率が互いに異なる２種類の誘電体膜（例えば、ＴｉＯ_２膜とＳｉＯ_２膜）が周期的に積層された構造を採用すればよい。また、発光色が異なる複数種のＬＥＤチップ１に対して光検出素子４を１つだけ設け、各発光色のＬＥＤチップ１をサイクリックに点灯するように制御回路部が駆動回路部を制御するようにすれば、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１の光を１つの光検出素子４により各別に検出することもできる。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、３層目の基板（光検出素子形成基板）４０の切欠部４４が、平面視において第２の開口窓４１だけでなく光検出素子形成基板４０の外側の空間とも連通している点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発光装置では、実施形態１の発光装置に比べて、光検出素子形成基板４０における第２の開口窓４１の周部の幅を狭くすることが可能となり、平面サイズのより一層の小型化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態の発光装置を実施形態１と同様の製造方法により製造する場合には、ダイシング工程において、切削粉が発生しにくいダイシング技術を適用することが好ましい。

ところで、上記各実施形態では、実装基板２を３枚の基板２０，３０，４０により構成してあるが、３枚に限らず、例えば、２枚や４枚でもよい。ここで、２枚の場合には、基板３０と基板４０とを合わせたものと同様の形状・機能を有する基板を１層目の基板２０に積層すればよい。

１ＬＥＤチップ
２実装基板
４光検出素子
１２ａ，１２ｂ電極
１４ボンディングワイヤ
２０基板（ベース基板）
２４第１の貫通孔配線
２５ｂａダイパッド部
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｃ外部接続用電極
３０基板（配光用基板，パッド形成基板）
３４ａ第２の貫通孔配線
３４ｃ第３の貫通孔配線
３７ａパッド
４０基板（光検出素子形成基板）
４４切欠部
４７ｃ，４７ｃ電極

Claims

ＬＥＤチップと、ベース基板、配光用基板および光検出素子形成基板の積層構造を有し前記ＬＥＤチップが実装されるとともに前記ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出する光検出素子が設けられた実装基板とを備え、前記実装基板は、前記ベース基板の一表面側に、前記ＬＥＤチップをダイボンドするダイパッド部が形成されるとともに、前記ベース基板の他表面側に、前記ＬＥＤチップの各電極および前記光検出素子の各電極それぞれに少なくとも前記ベース基板の厚み方向に沿って設けた第１の貫通孔配線を介して電気的に接続される複数の外部接続用電極が形成され、前記配光用基板、前記光検出素子形成基板には、前記ＬＥＤチップから放射される光を出射するための第１の開口窓、第２の開口窓がそれぞれ形成されてなり、前記配光用基板は、前記第１の開口窓の開口面積が前記ベース基板から離れるにつれて徐々に大きくなっており、枠状のリフレクタを兼ねており、前記ＬＥＤチップの電極に一端部が接合されるボンディングワイヤの他端部が接合されるパッドが前記ベース基板側とは反対側の表面側に露設され、当該パッドと前記ＬＥＤチップに対応付けられた前記第１の貫通孔配線とを電気的に接続する第２の貫通孔配線および前記光検出素子の各電極と前記光検出素子に対応付けられた前記第１の貫通孔配線とを電気的に接続する第３の貫通孔配線が形成されており、前記光検出素子形成基板は、前記第２の開口窓の開口面積が、前記配光用基板の前記表面での前記第１の開口窓の開口面積よりも小さく、前記第２の開口窓の周部に前記光検出素子の受光部が形成されており、前記配光用基板の前記表面側に積層され、前記パッドを露出させる切欠部が前記第２の開口窓に連通する形で形成されていることを特徴とする発光装置。
前記ベース基板、前記配光用基板および前記光検出素子形成基板が、第１のシリコン基板、第２のシリコン基板および第３のシリコン基板それぞれを用いて形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。