JP5590220B2 - 発光素子用台座基板およびledデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子を表面に実装して搭載するための発光素子用台座基板、および当該発光素子用台座基板を備えたLEDデバイスに関する。
現在、発光ダイオード(以下、LED:Light Emitting Diode))を用いた照明装置が各種実用化されている。特に、現在多く実用化されているLEDデバイスは、一般に次に示す構造のものがある。まず、一つの構成としては、光の三原色に近い発色を有する三色の発光素子を単一の発光素子用台座基板に搭載し、保護用の透光性封止樹脂で表面を覆う構造である。また、別の構成としては、青色もしくは近紫外の発光素子を発光素子用台座基板に搭載し、蛍光もしくは燐光物質を含む封止樹脂で発光素子を覆う構造である。
これらは、ともに発光素子用台座基板上にLED素子である発光素子を実装し、樹脂で覆う構造であり、概略的には、図1に示すような各構造からなる。図1(A),(B),(C)は、従来のLEDデバイスの代表的な構造例を示す側面断面図である。
図1(A)のLEDデバイス10PAは、発光素子900と、発光素子用台座基板100PAとを有する。発光素子用台座基板100PAは、底板と該底板の外周に沿って形成された側壁とからなる凹部を有する箱状の基体101PAを備える。基体101PAは、絶縁性セラミックスからなる。当該基体101PAの底板の凹部側の表面には、発光素子900を実装するための実装用電極102Pが形成されている。基体101PAの底板における凹部側とは反対側の表面には、外部接続用電極103Pが形成されている。基体101PAの底板には、実装用電極102Pと外部接続用電極103Pとを電気的に接続するビア電極104Pが形成されている。これら基体101PA、実装用電極102P、外部接続用電極103P、ビア電極104Pにより発光素子用台座基板100PAが構成される。発光素子900は、基体101PAの凹部内に配置され、実装用電極102Pに実装されている。この凹部には、封止樹脂901が充填されている。このため、発光素子900が封止樹脂901により覆われている。
図1(B)のLEDデバイス10PBは、発光素子900と、発光素子用台座基板100PBとを有する。発光素子用台座基板100PBは、平板状の基体101PBを備える。基体101PBの表面には、発光素子900を実装するための実装用電極102Pが形成されている。基体101PBの裏面には、外部接続用電極103Pが形成されている。基体101PBには、実装用電極102Pと外部接続用電極103Pとを電気的に接続するビア電極104Pが形成されている。これら基体101PB、実装用電極102P、外部接続用電極103P、ビア電極104Pにより発光素子用台座基板100PBが構成される。発光素子900は、基体101PBの表面に配置され、実装用電極102Pに実装されている。発光素子用台座基板100PBの表面には、発光素子900を覆うように、封止樹脂901が設けられている。
図1(C)のLEDデバイス10PCは、発光素子900と、発光素子用台座基板100PCとを有する。発光素子用台座基板100PCは、底板と該底板の外周に沿って形成された側壁とからなる凹部を有する箱状の基体101PCを備える。基体101PCは、耐熱性樹脂からなる。基体101PCの底板には、凹部側の表面と凹部側とは反対側の表面とに露出する、発光素子900を実装するための実装用電極102PCが配設されている。これら基体101PC、実装用電極102PCにより発光素子用台座基板100PCが構成される。発光素子900は、基体101PCの凹部内に配置され、実装用電極102PCに実装されている。この凹部には、封止樹脂901が充填されている。このため、発光素子900が封止樹脂901により覆われている。
これらのLEDデバイスでは、発光素子が発する熱を効果的に外部の回路基板に放熱することが必要であり、これを実現する方法として、特許文献1には、放熱特性の良好なシリコン半導体基板や金属基板を、発光素子用台座基板の基体に用いている。
また、発光素子の静電破壊を防止するために、ESD保護素子を備えるLEDデバイスもある。例えば、特許文献2では、発光素子用台座基板の基体を半導体基板で形成し、当該半導体基板内にESD保護素子を形成している。
特許文献1に示すLEDデバイスにおいて、発光素子用台座基板の基体に低抵抗シリコン基板を用いる場合には、発光素子の二端子が接続される実装用電極が絶縁されていなければならないため、低抵抗シリコン基板を二つの領域に電気的に分離しなければならない。このため、特許文献1では、低抵抗シリコン基板の中央部付近に絶縁分離用の絶縁層を直線状に形成している。具体的には、例えば低抵抗シリコン基板にシリコン酸化物層からなる絶縁層を形成する。
しかしながら、シリコンと比較してシリコン酸化物層は機械的強度が弱く、シリコンとシリコン酸化物層との界面での剥離等が生じやすく、信頼性に劣るものとなる。また、発光素子用台座基板の基体に高抵抗シリコン基板を用いる場合、発光素子を実装する実装用電極とLEDデバイスを外部回路基板へ実装する外部接続用電極とを接続するビア電極を設けなければならず、製造プロセスが増加するとともに、製造コストが高くなる可能性もある。
また、特許文献2に記載のように発光素子用台座基板の基体である半導体基板内にESD保護素子を形成する場合、半導体基板内にpn接合を形成する必要が生じ、基体の形成プロセスが増加するとともに、製造コストが高くなる可能性もある。
本発明の目的は、比較的簡素な製造工程で、放熱性に優れ、高い機械的強度を有する発光素子用台座基板、および当該発光素子用台座基板を備えたLEDデバイスを実現することにある。
この発明は、発光素子を外部回路基板へ接続するために利用する発光素子用台座基板に関する。本発明に係る発光素子用台座基板は、低抵抗の半導体基板からなる基体と、該基体をそれぞれが互いに絶縁された第1個別基体および第2個別基体に分割する絶縁層と、第1個別基体の表面に設けられた第1表面側実装用電極と、第1個別基体の裏面に設けられた第1外部接続用電極と、第2個別基体の表面に設けられた第2表面側実装用電極と、第2個別基体の裏面に設けられた第2外部接続用電極とを備える。絶縁層は、平面視して、一直線状とは異なる形状である。
この構成では、第1表面側実装用電極に発光素子の1つの端子が接続され、第2表面側実装用電極に発光素子の他の端子が接続される態様で使用される。基体が低抵抗の半導体基板からなるので、第1個別基体に形成された第1表面側実装用電極と第1外部接続用電極とが電気的に接続され、第2個別基体に形成された第2表面側実装用電極と第2外部接続用電極とが電気的に接続される。ここで、第1個別基体と第2個別基体とが絶縁層によって絶縁されているので、第1表面側実装用電極と第2表面側実装用電極とは電気的に接続されない。これにより、第1外部接続用電極、第1個別基体、第1表面側実装用電極、発光素子、第2表面側実装用電極、第2個別基体、および第2外部接続用電極の経路で電気信号が低損失で伝送される。さらに、基体に半導体基板を用いることで放熱性が高い。また、さらに、絶縁層が一直線状でなく、例えば図2に示すように、それぞれ平行でない複数の方向への延びる個別部分が連続的に接続される形状であるので、発光素子用台座基板に引っ張りや曲げの応力が加わっても、絶縁層に係る応力は、圧縮応力となる。したがって、絶縁層や絶縁層と第1個別基体および第2個別基体との界面での破断破壊の発生を防止することができる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、第1個別基体の表面に設けられている静電破壊防止層を備えることが好ましい。
この構成では、静電破壊防止層が設けられているため、発光素子用台座基板はESD保護機能を有する。さらに、この構成では、第1個別基体の表面に静電破壊防止層が設けられているため、従来のように基体内に静電破壊防止層を形成するよりも容易な製造プロセスで製造が可能になる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、第2表面側実装用電極は第1個別基体の表面に至るように設けられており、静電破壊防止層は、平面視して、第2表面側実装用電極に対して全体が重なり合うように、第2表面側実装用電極と第1個別基体の表面との間に設けられていることが好ましい。
この構成では、静電破壊防止層を外部環境から保護することができる。これにより、外部環境(継続的な光の照射等)による静電破壊防止層のESD特性劣化を防止することができる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、静電破壊防止層は、基体と逆極性の多数キャリアを有する半導体層であることが好ましい。
この構成では、静電破壊防止層の一例を示しており、例えば半導体基板として、n型のシリコン基板を用いた場合に、静電破壊防止層としてp型のシリコン層を形成する。これにより、静電破壊防止層と半導体基板との界面でpn接合が実現され、ESD保護素子として機能する。
また、この発明の発光素子用台座基板では、静電破壊防止層は、バリスタ層であることが好ましい。
この構成では、静電破壊防止層の一例を示しており、所定電圧以下では高抵抗で、所定電圧を超えると低抵抗になるバリスタ特性を有する金属酸化膜もしくは正特性サーミスタ素子などでバリスタ層を構成することができる。この構成であっても、ESD保護素子を実現できる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、静電破壊防止層は、基体と同極性で基体よりも低濃度キャリアからなる低濃度半導体層であることが好ましい。
この構成では、静電破壊防止層の一例を示しており、n型のシリコン基板を用いた場合に、静電破壊防止層としてキャリア濃度の低いn型のシリコン層である低濃度半導体層を形成する。これにより、静電破壊防止層と基体とでショットキーバリアダイオードが実現され、ESD保護素子として機能する。
また、この発明の発光素子用台座基板では、基体の外側面に設けられている側面絶縁層を備えることが好ましい。
この構成では、側面絶縁層を備えることで、結露等により基体の側面を介して第1個別基体と第2個別基体とが短絡することを防止できる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、第1表面側実装用電極および第2表面側実装用電極と基体との間には、第1表面側実装用電極および第2表面側実装用電極を形成する金属の拡散を防止するバリア層を備えることが好ましい。
この構成では、第1表面側実装用電極および前記第2表面側実装用電極を形成する金属が基体内に熱拡散することを防止でき、発光素子を発光させて使用し続けた場合の経年劣化を防止できる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、基体の表面には、第1表面側実装用電極および第2表面側実装用電極の少なくとも一部が非形成領域となる表面側絶縁層が設けられていることが好ましい。
この構成では、基体の表面における発光素子を電気的に接続する部分を除いて、絶縁層が形成されるので、結露等の外的要因や、発光素子を半導体基板へ実装する際の接合部材(ハンダ等の蝋材)による第1個別基体と第2個別基体との短絡を防止できる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、基体の裏面には、第1外部接続用電極および第2外部接続用電極の少なくとも一部が非形成領域となる裏面側絶縁層が設けられていることが好ましい。
この構成では、基体の裏面における外部回路基板へ接続する部分を除いて、絶縁層が形成されるので、結露等の外的要因や、当該発光素子用台座基板を外部回路基板へ実装する際の接合部材(ハンダ等の蝋材)による第1個別基体と第2個別基体との短絡を防止できる。
また、この発明では、上述の発光素子用台座基板と、第1表面側実装用電極と第2表面側実装用電極とにアノード電極とカソード電極がそれぞれ接続された発光素子と、を備えるLEDデバイスを実現する。
この構成では、上述の構成からなる発光素子用台座基板を用いることで、製造プロセスが容易で且つ特性や信頼性に優れるLEDデバイスを実現できる。
また、この発明は、複数の発光素子を外部回路基板へ接続するために利用する発光素子用台座基板に関する。この発光素子用台座基板は、低抵抗の半導体基板からなる基体と、該基体を、それぞれが互いに絶縁された少なくとも第1個別基体、第2個別基体、第3個別基体に分割する絶縁層と、を備える。発光素子用台座基板は、第1個別基体の表面に設けられた第1表面側実装用電極と、第1個別基体の裏面に設けられた第1外部接続用電極と、第2個別基体の表面に設けられた第2表面側実装用電極と、第2個別基体の裏面に設けられた第2外部接続用電極と、第3個別基体の表面に設けられた共通表面側実装用電極と、第3個別基体の裏面に設けられた共通外部接続用電極と、を備える。そして、この発明の発光素子用台座基板では、絶縁層における前記個別基体の間に位置する部分は、平面視して、一直線状とは異なる形状である。
この構成では、上述の単一の発光素子を外部回路基板へ接続する発光素子用台座基板の構成を、複数の発光素子を外部回路基板へ接続する発光素子用台座基板に適用したものである。このように、複数の発光素子を実装する発光素子用台座基板であっても、上述の単一の発光素子を実装する発光素子用台座基板と同様に、絶縁層や絶縁層と各個別基体との界面での破断破壊の発生を防止することができる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、第1個別基体の表面に、共通表面側実装用電極に接続されている第1静電破壊防止層を備え、第2個別基体の表面に、共通表面側実装用電極に接続されている第2静電破壊防止層を備えることが好ましい。
この構成では、上述の単一の発光素子を実装する発光素子用台座基板と同様に、実装される各発光素子の静電破壊を防止できる。
また、この発明の発光素子用台座基板では、基体の外側面に設けられている側面絶縁層を備えることが好ましい。
この構成では、上述の単一の発光素子を実装する発光素子用台座基板と同様に、結露等により基体の側面を介して各個別基体間が短絡することを防止できる。
また、この発明では、上述の発光素子用台座基板と、第1の端子が共通表面側実装用電極に接続され、第2の端子が共通表面側実装用電極以外の各表面側実装用電極に接続されている、複数の発光素子と、を備えることで、LEDデバイスを実現する。
この構成では、上述の構成からなる発光素子用台座基板を用いることで、製造プロセスが容易で且つ特性や信頼性に優れる、複数の発光素子を備えるLEDデバイスを実現できる。この際、共通の個別基体および表面側実装用電極を用いることで、LEDデバイスを小型化できる。
この発明によれば、比較的簡素な製造工程で、放熱性に優れ、高い機械的強度を有する発光素子用台座基板を実現できる。そして、当該発光素子用台座基板を用いることで、信頼性に優れるLEDデバイスを実現できる。
本発明の第1の実施形態に係るLEDデバイスおよび当該LEDデバイスに用いられる発光素子用台座基板について図を参照して説明する。
図2(A)は、本発明の第1の実施形態に係るLEDデバイス10の天面の平面図であり、図2(B)は底面の平面図である。図2(C)は、図2(A),(B)に示すA−A断面図であり、図2(D)は、図2(A),(B)に示すB−B断面図である。
LEDデバイス10は、LED素子である発光素子900と、発光素子用台座基板100とを備える。発光素子900は図示しないアノード端子とカソード端子とを備え、アノード端子とカソード端子は、当該発光素子900の筐体の両端に対向して設けられている。
発光素子用台座基板100は、低抵抗n型シリコン基板からなる基体101を備える。基体101の抵抗率は、約0.001Ω・cmである。基体101は、絶縁層105によって分離された第1個別基体111と第2個別基体112とから構成される。
絶縁層105は、SiO2を主成分とする絶縁性を有する層である。絶縁層105は、基体101の天面から底面まで連続する形状であり、対向する第1側面(図2(A)の上側の側面)から第2側面(図2(A)の下側の側面)まで連続する形状である。
絶縁層105は、平面視して、第1側面および第2側面の法線方向に延びる形状の部分と、当該法線方向に延びる形状の部分に対して平行ではなく、法線方向と所定角を成す方向に延びる形状の部分とが、交互に連続する形状からなる。これにより、絶縁層105は、平面視して、単純な一直線状(一次元的な形状)で設けられるのではなく、複数の屈曲部を有する形状(二次元的な複数方向に延びる形状)で設けられる。
このような形状とすることで、第1個別基体111および第2個別基体112は、互いに対向する側において、平面視して、凸部と凹部が繰り返される形状となる。そして、第1個別基体111の凸部が第2個別基体112の凹部に嵌り込み、第2個別基体112の凸部が第1個別基体111の凹部に嵌り込む形状となる。
なお、絶縁層105の幅(平面視した幅)は、発光素子900に与える電流、電圧において第1個別基体111、第2個別基体112間でリークが生じないように適宜設定すればよい。
絶縁層105をこのような形状とすることで、発光素子用台座基板100に曲げや引っ張り等の機械的応力が加わった場合に、絶縁層105に加わる応力が圧縮応力となる。したがって、絶縁層105自体の破壊や、絶縁層105と第1個別基体111との界面および絶縁層105と第2個別基体112との界面での破断破壊の発生を防止することができる。これにより、発光素子用台座基板100の機械的強度を向上させることができる。
第1個別基体111の表面には、所定パターン(図2では平面視して長方形)からなる実装用電極102Aが設けられている。この際、第1個別基体111と実装用電極102Aとの間には、Ti等の熱拡散しにくい金属からなるバリア層120Aが設けられている。
第1個別基体111の裏面には、実装用電極102Aに対向して、所定パターン(図2では平面視して長方形)からなる第1外部接続用電極103Aが設けられている。
このように、低抵抗n型シリコン基板からなる第1個別基体111の表面と裏面に、それぞれ実装用電極102Aと第1外部接続用電極103Aを設けることで、基体内にビア電極等を設ける必要なく、これら電極間を電気的に接続することができる。
第2個別基体112の表面には、所定パターン(図2では平面視して長方形)からなる実装用電極102Bが設けられている。この際、第2個別基体112と実装用電極102Bとの間には、Ti等の熱拡散しにくい金属からなるバリア層120Bが設けられている。
第2個別基体112の裏面には、実装用電極102Bに対向して、所定パターン(図2では平面視して長方形)からなる第2外部接続用電極103Bが設けられている。
このように、低抵抗n型シリコン基板からなる第2個別基体112の表面と裏面に、それぞれ実装用電極102Bと第2外部接続用電極103Bを設けることで、基体内にビア電極等を設ける必要なく、これら電極間を電気的に接続することができる。
第1個別基体111の表面には、p型シリコン層106が設けられている。p型シリコン層106は、基体101と逆極性の多数キャリアを有する半導体層である。このように、低抵抗n型シリコン基板からなる第1個別基体111の表面にp型シリコン層106を配設することで、第1個別基体111とp型シリコン層106とでpn接合を形成できる。このようにpn接合が形成されることで、当該箇所はダイオードとして機能させることができる。したがって、後述するように、第2個別基体112側に設けられ、発光素子900に電気的に接続されている配線電極パターンにp型シリコン層106を電気的に接続することで、p型シリコン層106を発光素子900に対する静電破壊防止層すなわちESD保護層として利用することができる。
基体101の表面には、上述の実装用電極102A,102B、p型シリコン層106が設けられている領域を除く全面に表面側絶縁層である絶縁層107Tが設けられている。
基体101の裏面には、上述の第1,第2外部接続用電極103A,103Bが設けられている領域を除く全面に裏面側絶縁層である絶縁層107Bが設けられている。このように、基体101の裏面に絶縁層107Bを設けることで、当該発光素子用台座基板100を外部回路基板(図示せず)に実装する際に、第1個別基体111と第2個別基体112とが半田などにより短絡することを防止できる。これにより、信頼性に優れる発光素子用台座基板100を実現できる。
基体101の上述の第1側面、第2側面には、側面絶縁層である絶縁層107Sが設けられている。これにより、結露等が生じて発光素子用台座基板100の側面に付着しても、第1個別基体111と第2個別基体112とが短絡することを防止できる。この構成によっても、信頼性に優れる発光素子用台座基板100を実現できる。なお、図2では、第1側面と第2側面の全面に絶縁層107Sが設けられているが、絶縁層105が露出する箇所を覆うように、所定範囲だけ絶縁層が設けられてもよい。ただし、第1側面と第2側面の全面に絶縁層107Sが設けられる方が、より信頼性の高い発光素子用台座基板100を実現できる。
発光素子用台座基板100の実装用電極102A,102B、p型シリコン層106、絶縁層107Tが設けられている部分の表面には、実装用電極102Aに電気的に接続されている第1表面側実装用電極108A、および実装用電極102Bに電気的に接続されている第2表面側実装用電極108Bが設けられている。
第1表面側実装用電極108Aは、主として実装用電極102A上に設けられており、平面視して第1個別基体111の領域内に設けられている。
第2表面側実装用電極108Bは、主として実装用電極102B上に設けられており、平面視して第2個別基体112の領域内に設けられている。ただし、第2表面側実装用電極108Bは、ESD用接続電極180を備えており、当該ESD用接続電極180は、p型シリコン層106に電気的に接続されるように設けられている。
このような第1表面側実装用電極108Aに発光素子900の一方端子(例えばアノード端子)が接続され、第2表面側実装用電極108Bに発光素子900の他方端子(例えばカソード端子)が接続される。これにより、外部回路基板から発光素子用台座基板100に与えられた電流が発光素子900に供給され、発光素子900が点灯する。
以上のように本実施形態の構成を用いれば、発光素子用台座基板にビア電極を設けなくても、外部回路基板から発光素子へ電流の供給ができ、LEDデバイスの製造プロセスを簡略化することができる。さらに、発光素子用台座基板の基体に低抵抗n型シリコン基板を用いていることで、熱伝導率を高くすることができる。例えば、シリコン半導体基板は、一般に熱伝導率が148W/mKであり、従来の絶縁性セラミックス基板であるアルミナ基板は熱伝導率が32W/mKであるので、従来よりも高い熱伝導率を実現できる。これにより、発光素子(LED素子)の発光により生じる熱を、効果的に外部回路基板へ放熱することができる。これにより、発光素子が高出力型であっても、発光素子の熱による劣化の発生を防止することができ、発光素子の長寿命化が可能になる。
また、本実施形態に示す絶縁層の構造を用いることで、上述のように、機械的強度の高い発光素子用台座基板を実現できる。これにより、発光素子(LED素子)への通電、非通電を繰り返すことによる発光素子と発光素子用台座基板の加熱冷却が生じても、これらの膨張係数の差により発光素子に印加される応力を緩和することができる。これにより、LEDデバイスとしての信頼性も向上することができる。
さらに、本実施形態の構成を用いれば、ESD保護機能を有するので、発光素子を静電気から保護することができる。さらに、ESD保護機能を有する層が、半導体基板(基体)内に設けられず、表面に設けられることで、製造プロセスが容易になる。
さらに、本実施形態の構成を用いれば、低抵抗n型シリコン基板からなる基体の外面に絶縁層が設けられることで、基体を構成する第1個別基体と第2個別基体間の外部要因による短絡(例えば実装時のハンダや結露による短絡)を防止できる。これによっても、信頼性の高いLEDデバイスを実現することができる。
また、本実施形態の構成を用いれば、バリア層が設けられていることで、発光素子の発光による熱で、実装用電極を形成する金属が、第1個別基体、第2個別基体に拡散することを防止できる。これによっても、信頼性の高いLEDデバイスを実現することができる。
なお、上述の説明で具体的な構成は示していないが、第2表面側実装用電極108Bは、平面視してp型シリコン層106の全面に重なる形状、すなわちp型シリコン層106を覆う形状で設けられている。このような形状とすることで、p型シリコン層106に発光素子900から発した光や外部環境の光が照射されることを防止でき、光による特性劣化を防止できる。また、発光素子900を実装するためのハンダがp型シリコン層106に付着することを防止できる。これによっても、信頼性の高いLEDデバイスを実現することができる。
このような構成からなる発光素子用台座基板100は、次に示す製造プロセスで製造される。図3、図4は、本実施形態に係るLEDデバイス10の発光素子用台座基板100の製造プロセスを説明するための上述のA−A断面の側面断面図である。
まず、図3(A)に示すように、絶縁層105の高さよりも厚い低抵抗n型シリコン基板のベース基体110を用意し、形成すべき絶縁層105よりも深い溝150を、RIE(Reactive Ion Etching)などにより形成する。この際、ベース基体110は、形成すべき絶縁層105の厚さ(高さ)の2倍よりも厚いことが好ましい。このような態様にすることで、溝150を形成する際のベース基体110の強度を確保することができる。なお、この際、側面の絶縁層107Sを形成するための溝(図示せず)も形成しておく。
次に、図3(B)に示すように、絶縁層105を形成するために、熱酸化やプラズマCVD等の工法を用いて絶縁材料を溝150に埋め込む。具体的には、絶縁材料としては、SiO2、SiNx、ポリシリコンを主原料として用いる。なお、絶縁層105の幅が広い場合には、溶融ガラスを溝150内に流し込む方法を用いてもよい。また、この際、側面の絶縁層107Sを形成するための溝にも絶縁材料を埋め込む。
次に、図3(C)に示すように、ベース基体110の表面および裏面を研磨し、表面および裏面の双方で絶縁層105を露出させる。また、側面に絶縁層107Sが露出するように、ベース基体110を研磨する。これにより、基体101が形成される。
次に、図4(A)に示すように、基体101の表面に、CVD等を用いて、p型シリコン層(エピタキシャル層)106を形成する。なお、p型のポリシリコンを成長させることで、p型シリコン層106を形成することもできる。なお、p型シリコン層106の厚さおよび幅は、発光素子900に対するESD保護機能を充足できる寸法に設定されている。
次に、図4(B)に示すように、基体101の表面に、スパッタリング法や蒸着法により、バリア層120A,120Bを形成する。バリア層120A,120Bは、上述のように熱拡散し難く、低抵抗n型シリコン基板に対して良好なオーミック接合を形成しやすい材料、例えばTi(チタン)等を用いる。
このように形成されたバリア層120A,120Bの表面に、PVDやメッキ法を用いて、実装用電極102A,102Bを形成する。実装用電極102A,102Bには、所定厚みのCu(銅)層を用いるとよい。これにより、発光素子900の実装時のハンダ食われ等を防止し、酸化等の外的影響を受けにくく、比較的安価な材料で実装用電極102A,102Bを形成することができる。
次に、図4(C)に示すように、基体101の裏面に、Cu等の金属材料からなる第1,第2外部接続用電極103A,103Bを形成する。当該第1,第2外部接続用電極103A,103Bの形成方法は、例えば、上述の実装用電極102A,102Bと同様の方法を用いればよい。
次に、図4(D)に示すように、基体101の表面における実装用電極102A,102B、p型シリコン層106の形成領域を除く全面に絶縁層107Tを形成する。同様に、基体101の裏面における第1,第2外部接続用電極103A,103Bの形成領域を除く全面に絶縁層107Bを形成する。なお、これらの絶縁層107T,107Bにはポリイミドを用いればよい。
次に、実装用電極102A,102B、p型シリコン層106および絶縁層107Tが形成された面の表面に、第1表面側実装用電極108Aおよび第2表面側実装用電極108Bを所定パターンで形成する。第1表面側実装用電極108Aおよび第2表面側実装用電極108Bは、10μm程度の厚みのCu(銅)層、その上層のNi(ニッケル)メッキ層、さらにその表面のAu(金)メッキ層で実現するとよい。これにより、発光素子900の実装時のハンダ食われ等を防止し、酸化等の外的影響を受けにくく、比較的安価な材料で第1表面側実装用電極108Aおよび第2表面側実装用電極108Bを形成することができる。
以上のような製造プロセスで発光素子用台座基板100を形成し、第1表面側実装用電極108Aおよび第2表面側実装用電極108Bに発光素子900を実装することで、LEDデバイス10を製造することができる。なお、上述の製造プロセスは一例であり、プロセス順序を適宜入れ替えることでも同様に、LEDデバイス10を製造することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係るLEDデバイスについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態のLEDデバイスの発光素子用台座基板100’は、第1の実施形態に示したLEDデバイス10の発光素子用台座基板100におけるp型シリコン層106に代えて、バリスタ層106Aを用いたものである。バリスタ層106Aは、バリスタ特性を有する金属酸化膜もしくは正特性サーミスタ素子により構成されている。
バリスタ層106Aを用いる場合、当該バリスタ層106Aは、第1個別基体111の表面に設けられた絶縁層107T上に設けられる。このようなバリスタ層106Aを用いれば、所定電圧までは高抵抗であり、所定電圧以上で低抵抗になるので、ESD保護素子として機能させることができる。これにより、上述の実施形態と同様に、基体内にESD保護機能が設けられることなく、発光素子に対するESD保護機能を実現することができる。
また、本実施形形態では、第1表面側実装用電極108Aおよび第2表面側実装用電極108Bを除く、全面にさらに表面側絶縁層である絶縁層171Tが設けられている。このような発光素子用台座基板101’の表面に絶縁層171Tが設けられることで、発光素子900を第1表面側実装用電極108Aおよび第2表面側実装用電極108Bに実装する際の半田などによる短絡を防止できる。これにより、より信頼性の高いLEDデバイスを実現することができる。
図5は、本実施形態に係るLEDデバイスの台座基板100’の製造プロセスを説明するための側面断面図である。なお、絶縁層105の形成工程すなわち基体101の完成までは同じであるので、図示および説明は省略する。
絶縁層105により第1個別基体111と第2個別基体112とが分離された基体101が完成すると、図5(A)に示すように、基体101の表裏面に、上述の実施形態と同様の方法により、絶縁層107T,107Bを形成する。
次に、図5(B)に示すように、印刷法等を用いて、絶縁層107Tの表面にバリスタ層106Aを形成する。具体的は、ZnO等のペーストを所定パターンで印刷し、1100°程度で焼成することで、バリスタ層106Aを形成する。
次に、図5(C)に示すように、基体101の表面に、バリア層120A,120B、実装用電極102A,102Bを形成する。この際、例えば、基体101の表面の絶縁層10Tの実装用電極102A,102B形成領域にエッチング等により開口を形成し、当該開口に、上述の実施形態と同様の方法により、順次バリア層120A,120B、実装用電極102A,102Bを形成する。
次に、図5(D)に示すように、絶縁層107Tおよび実装用電極102Bの表面に、実装用電極102Bとバリスタ層106Aとを接続する接続用電極121を形成する。この接続用電極121もCu等で形成すればよい。
次に、図5(E)に示すように、実装用電極102A,102B上に接続用ビア電極122A,122Bを形成し、当該接続用ビア電極122A,122Bを除く全面に絶縁層170Tを形成する。
次に、図5(F)に示すように、接続用ビア電極122A,122Bにそれぞれ接続される所定パターンの表面電極123A,123Bを形成し、当該表面電極123A,123Bを除く全面に絶縁層171Tを形成する。そして、表面電極123A,123Bに発光素子900(図示せず)の各端子が接続される。
次に、図5(G)に示すように、基体101の裏面の絶縁層107Bを所定パターンで開口を形成し、当該開口に第1,第2外部接続用電極103A,103Bを形成する。
このような構成及び製造プロセスを用いても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、図5に示す製造プロセスも一例であり、例えば、基体101の表面に実装用電極102A,102Bを形成する際に、裏面側に第1,第2外部接続用電極103A,103Bを形成する等、類似する他の製造プロセスを用いることもできる。
ところで、上述の各実施形態で示した絶縁層105は、次に示すような形状であってもよい。図6(A)〜(C)は、本発明の第1〜第3の変形例に係るLEDデバイス10A〜10Cの天面の平面図である。図6(A)〜(C)に示すLEDデバイス10A〜10Cは、第1の実施形態のLEDデバイス10と絶縁層の形状が異なるものであり、その他の構成は同じである。
図6(A)に示すLEDデバイス10Aの発光素子用台座基板100Aでは、絶縁層105Aは、平面視して、第1側面から第2側面に向かって第1個別基体111側から第2個別基体112側へ切り返す第1屈折部と第2個別基体112側から第1個別基体111側に切り返す第2屈折部が交互に繰り返すような形状で設けられている。言い換えれば、絶縁層105Aは、平面視して、ジグザグ形状に設けられている。
図6(B)に示すLEDデバイス10Bの発光素子用台座基板100Bでは、絶縁層105Bは、平面視して、第1側面から第2側面に向かって第1個別基体111側から第2個別基体112側へ戻る第1湾曲部と第2個別基体112側から第1個別基体111側に戻る第2湾曲部が交互に繰り返すような形状で設けられている。言い換えれば、絶縁層105Bは、平面視して、蛇行形状に設けられている。
図6(C)に示すLEDデバイス10Cの発光素子用台座基板100Cでは、絶縁層105Cは、平面視して、第1側面および第2側面の法線方向に延びる一直線状の主部と、第1側面および第2側面と平行な方向に延びる所定長さの副部とを備える。副部は、主部に直交し、主部の延びる方向に沿って、複数箇所設けられている。
絶縁層がこれら図6(A),(B),(C)に示すような形状であっても、単に1直線状の形状からなる絶縁層よりも機械的強度を向上させることができる。このように、平面視して、第1側面および第2側面の法線方向に延びる一直線状ではなく、当該法線方向とは異なる方向に延びる形状の絶縁層を備える発光素子用台座基板であれば、絶縁層が他の形状であっても、機械的強度を向上させることができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係るLEDデバイス10D,10E,10Fについて、図を参照して説明する。上述の説明では、発光素子用台座基板上に一個の発光素子を実装する場合を示したが、本実施形態では、単一の発光素子用台座基板上に複数の発光素子を実装するLEDデバイスについて説明する。図7は、本発明の第3の実施形態に係るLEDデバイスであって、単一の発光素子用台座基板上に二個の発光素子を実装したLEDデバイス10D,10Eの構成例を示す図である。図8は、本発明の第3の実施形態に係るLEDデバイスであって、単一の発光素子用台座基板上に三個の発光素子を実装したLEDデバイス10Fの構成例を示す図である。なお、図7、図8は、表面絶縁層107Tを取り除いた状態での平面図であり、バリア層120A,120B,120C,120C’,120D,120Fおよび実装用電極102A,102B,102C,102C’,102D,102Fが設けられている領域を除き、表面絶縁層107Tが設けられている。また、図示していないが、各発光素子用台座基板の裏面には、外部接続用電極および絶縁層が上述の実施形態と同様に設けられている。
図7(A)に示すLEDデバイス10Dの発光素子用台座基板100Dでは、絶縁層105Dは第1側面から第2側面側に延びる途中で二股に分離し、さらにこの二股の部分が結合して第2側面に達する形状からなる。これにより、絶縁層105Dによって第1個別基体111Dと第2個別基体112Dとの双方と絶縁された第3個別基体113Dが設けられている。
第3個別基体113Dの表面には、バリア層120C、共通実装用電極102C、共通表面側実装用電極108Cが、この順で設けられている。
共通表面側実装用電極108Cは、ESD用接続電極180A,180Bを備えている。ESD用接続電極180Aは、第1個別基体111D上に設けられたp型シリコン層106DAに電気的に接続され、平面視して当該p型シリコン層106DAを覆う形状で設けられている。ESD用接続電極180Bは、第2個別基体112D上に設けられたp型シリコン層106DBに電気的に接続され、平面視して当該p型シリコン層106DBを覆う形状で設けられている。
第3個別基体113Dの裏面には、共通外部接続用電極(図示せず)が設けられている。
発光素子900Aは、第1表面側実装用電極108Aと共通表面側実装用電極108Cに実装される。発光素子900Bは、第2表面側実装用電極108Bと共通表面側実装用電極108Cに実装される。このような構成とすることで、二個の発光素子900A,900Bを単一の発光素子用台座基板100D上に実装することができ、上述の実施形態に示したような作用効果を得ることができる。
図7(B)に示すLEDデバイス10Eの発光素子用台座基板100Eでは、絶縁層105E1,105E2が第1側面から第2側面まで亘るような形状で、所定間隔を空けて略平行に設けられている。これにより、絶縁層105E1,105E2に挟まれる領域が、絶縁層105E1,105E2によって第1個別基体111E、第2個別基体112Eとの双方と絶縁された第3個別基体113Eとして設けられる。
第3個別基体113Eの表面には、バリア層120D,共通実装用電極102D、共通表面側実装用電極108Dが、この順で設けられている。
共通表面側実装用電極108Dは、ESD用接続電極180C,180Dを備えている。ESD用接続電極180Cは、第1個別基体111E上に設けられたp型シリコン層106DCに電気的に接続され、平面視して当該p型シリコン層106DCを覆う形状で設けられている。ESD用接続電極180Dは、第2個別基体112E上に設けられたp型シリコン層106DDに電気的に接続され、平面視して当該p型シリコン層106DDを覆う形状で設けられている。
第3個別基体113Eの裏面には、共通外部接続用電極(図示せず)が設けられている。
発光素子900Aは、第1表面側実装用電極108Aと共通表面側実装用電極108Dに実装される。発光素子900Bは、第2表面側実装用電極108Bと共通表面側実装用電極108Dに実装される。このような構成とすることで、二個の発光素子900A,900Bを単一の発光素子用台座基板100E上に実装することができ、上述の実施形態に示したような作用効果を得ることができる。
図8に示すLEDデバイス10Eの発光素子用台座基板100Eでは、平面視した略中央から各側面まで達する四つの湾曲型の部分からなる絶縁層105Fにより、基体が、第1個別基体111F、第2個別基体112F、第3個別基体113F,および第4個別基体114Fの四つに分割されている。
第1個別基体111Fには、バリア層120A、実装用電極102A、第1表面側実装用電極108Aが、この順で設けられている。第2個別基体112Fには、バリア層120B、実装用電極102B、第2表面側実装用電極108Bが、この順で設けられている。
第3個別基体113Fには、バリア層120C’、共通実装用電極102C’、共通表面側実装用電極108C’が、この順で設けられている。
第4個別基体114Fには、バリア層120F、実装用電極102F、第4表面側実装用電極108Fが、この順で設けられている。
共通表面側実装用電極108C’は、ESD用接続電極180F1,180F2,180F3を備えている。ESD用接続電極180F1は、第1個別基体111F上に設けられたp型シリコン層106Eに電気的に接続され、平面視して当該p型シリコン層106Eを覆い、発光素子900Aを実装可能な面積で設けられている。ESD用接続電極180F2は、第2個別基体112F上に設けられたp型シリコン層106Fに電気的に接続され、平面視して当該p型シリコン層106Fを覆い、発光素子900Bを実装可能な面積で設けられている。
ESD用接続電極180F3は、第4個別基体114F上に設けられたp型シリコン層106Gに電気的に接続され、平面視して当該p型シリコン層106Gを覆い、発光素子900Cを実装可能な面積で設けられている。
発光素子900Aは、第1表面側実装用電極108Aと共通表面側実装用電極108C’のESD用接続電極180F1に実装される。発光素子900Bは、第2表面側実装用電極108Bと共通表面側実装用電極108C’のESD用接続電極180F2に実装される。発光素子900Cは、第4表面側実装用電極108Fと共通表面側実装用電極108C’のESD用接続電極180F3に実装される。このような構成とすることで、三個の発光素子900A,900B,900Cを単一の発光素子用台座基板100F上に実装することができ、上述の実施形態に示したような作用効果を得ることができる。
また図8のLEDデバイス10Fでは、発光素子用台座基板100Fの全側面に側面絶縁層である絶縁層107FSが設けられている。これにより、上述の実施形態と同様に信頼性の高い発光素子用台座基板を実現できる。
また、本実施形態に示すように、複数の発光素子を単一の発光素子用台座基板上に載置し、共通の個別基体上の電極に各発光素子の一方端を接続する構成とすることで、それぞれが発光素子用台座基板毎に個別に設けられるよりも小型化することができる。
なお、上述の説明では、pn接合やバリスタ層でESD保護機能を実現する例を示したが、n型シリコン基板からなる基体の表面に、当該基体よりも低濃度キャリアからなるn型シリコン層である低濃度半導体層を形成し、ショットキーバリアダイオードを形成するようにしてもよい。さらには、PINダイオードでも実現可能である。また、それらのESD保護機能の構造を基体表面に形成してもよい。
10,10A,10B,10C,10D,10E,10PA,10PB,10PC:LEDデバイス、100,100’,100A,100B,100C,100D,100E,100PA,100PB,100PC:発光素子用台座基板、101,101PA,101PB,101PC:基体、102A,102B,102C,102D,102P:実装用電極、102C:共通実装用電極、102PC:金属電極、103A,103B,103P:外部接続用電極、104P:ビア電極、105,105A,105B,105C:絶縁層、106,106DA,106DB,106DC,106DD,106E,106F,106G:p型シリコン層、106A:バリスタ層、107T,107S,107B,170T,171T:絶縁層、108A:第1表面側実装用電極、108B:第2表面側実装用電極、108C,108D:共通表面側実装用電極、110:ベース基体、111,111A,111B,111C,111D,111E,111F:第1個別基体、112,112A,112B,112C,112D,112E,112F:第2個別基体、113D,113E,113F:第3個別基体、114F:第4個別基体、120A,120B,120C,120D:バリア層、121:接続用電極、122A、122B:接続用ビア電極、150:溝、180,180A,180B,180D,180E,180F1,180F2,180F3:ESD用接続電極、900,900A,900B,900C:発光素子、901:封止樹脂
Claims (15)
- 低抵抗の半導体基板からなる基体と、
該基体を、それぞれが互いに絶縁された第1個別基体および第2個別基体に分割する絶縁層と、
前記第1個別基体の表面に設けられた第1表面側実装用電極と、
前記第1個別基体の裏面に設けられた第1外部接続用電極と、
前記第2個別基体の表面に設けられた第2表面側実装用電極と、
前記第2個別基体の裏面に設けられた第2外部接続用電極と、を備え、
前記絶縁層は、平面視して、一直線状とは異なる形状である、発光素子用台座基板。 - 請求項1に記載の発光素子用台座基板であって、
前記第1個別基体の表面に設けられている静電破壊防止層を備える、発光素子用台座基板。 - 請求項2に記載の発光素子用台座基板であって、
第2表面側実装用電極は前記第1個別基体の表面に至るように設けられており、
前記静電破壊防止層は、平面視して、前記第2表面側実装用電極に対して全体が重なり合うように、前記第2表面側実装用電極と前記第1個別基体の表面との間に設けられている、発光素子用台座基板。 - 請求項2または請求項3に記載の発光素子用台座基板であって、
前記静電破壊防止層は、前記基体と逆極性の多数キャリアを有する半導体層である、発光素子用台座基板。 - 請求項2または請求項3に記載の発光素子用台座基板であって、
前記静電破壊防止層は、バリスタ層である、発光素子用台座基板。 - 請求項2または請求項3に記載の発光素子用台座基板であって、
前記静電破壊防止層は、前記基体と同極性で前記基体よりも低濃度キャリアからなる低濃度半導体層である、発光素子用台座基板。 - 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の発光素子用台座基板であって、
前記基体の外側面に設けられている側面絶縁層を備える、発光素子用台座基板。 - 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の発光素子用台座基板であって、
前記第1表面側実装用電極および前記第2表面側実装用電極と前記基体との間には、前記第1表面側実装用電極および前記第2表面側実装用電極を形成する金属の拡散を防止するバリア層を備える、発光素子用台座基板。 - 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の発光素子用台座基板であって、
前記基体の表面には、前記第1表面側実装用電極および前記第2表面側実装用電極の少なくとも一部が非形成領域となる表面側絶縁層が設けられている、発光素子用台座基板。 - 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の発光素子用台座基板であって、
前記基体の裏面には、前記第1外部接続用電極および第2外部接続用電極の少なくとも一部が非形成領域となる裏面側絶縁層が設けられている、発光素子用台座基板。 - 請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の発光素子用台座基板と、
前記第1表面側実装用電極と前記第2表面側実装用電極とにアノード電極とカソード電極がそれぞれ接続された発光素子と、を備えるLEDデバイス。 - 低抵抗の半導体基板からなる基体と、
該基体を、
それぞれが互いに絶縁された少なくとも第1個別基体、第2個別基体、第3個別基体に分割する絶縁層と、
前記第1個別基体の表面に設けられた第1表面側実装用電極と、
前記第1個別基体の裏面に設けられた第1外部接続用電極と、
前記第2個別基体の表面に設けられた第2表面側実装用電極と、
前記第2個別基体の裏面に設けられた第2外部接続用電極と、
前記第3個別基体の表面に設けられた共通表面側実装用電極と、
前記第3個別基体の裏面に設けられた共通外部接続用電極と、を備え、
前記絶縁層における前記個別基体の間に位置する部分は、平面視して、一直線状とは異なる形状である、発光素子用台座基板。 - 請求項12に記載の発光素子用台座基板であって、
前記第1個別基体の表面に、前記共通表面側実装用電極に接続されている第1静電破壊防止層を備え、
前記第2個別基体の表面に、前記共通表面側実装用電極に接続されている第2静電破壊防止層を備える、発光素子用台座基板。 - 請求項12または請求項13に記載の発光素子用台座基板であって、
前記基体の外側面に設けられている側面絶縁層を備える、発光素子用台座基板。 - 請求項12乃至請求項14のいずれかに記載の発光素子用台座基板と、
第1の端子が前記共通表面側実装用電極に接続され、
第2の端子が前記共通表面側実装用電極以外の各表面側実装用電極に接続されている、複数の発光素子と、を備えるLEDデバイス。
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