JP7397687B2 - 深紫外光を発する発光装置及びそれを用いた水殺菌装置 - Google Patents
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Description
実施形態1の発光装置10は、図1(a)、(b)に示すように、電力供給用の電極が形成されたパッケージ基板(以下、単に基板ともいう)3と、基板3上に搭載され深紫外光を発する発光素子1と、発光素子1を含む空間Sを気密状態で覆うドーム状のカバー部材2とを備えている。カバー部材2は、その外周の端部が基板3に固着されている。またカバー部材2は、外周端部の周囲の少なくとも一部に、発光素子1から発せられた深紫外光を遮光する遮光部8を有している。カバー部材2の端部は、接合材の層(金属層)4により基板3に接合されている。
発光素子1は、波長210nm以上310nm以下の深紫外波長領域の光を放射する深紫外発光素子(DUV-LED)である。発光素子1は、既知の構造(例えば、窒化アルミニウム(AlN)やサファイア等の単結晶基板上に、AlN層をテンプレート層として深紫外発光をする発光層や電極等を積層した構造)を有する半導体発光素子である。発光素子1の基板としてAlNの単結晶基板を用いた場合、転位密度が104(個/cm2)オーダーと少なく、高品質になるため、発光素子1は、より短い波長の深紫外光を出射することができる。発光素子1の発光層は、たとえばAlGaN系材料で構成される。
基板3には発光素子1に電力を供給する電極として、図1(a)~(c)に示すように、基板3の上面側の電極パッド5と、基板3の下面側の裏面電極7と、基板3を貫通し電極パッド5及び裏面電極7を接続する貫通電極6とが形成されている。電極パッド5上には、発光素子1に対して電気的に並列に接続され発光素子1を逆電圧から保護するツェナーダイオード9が接続されている。また基板3の下面には、裏面電極7に接続し電極パッド5に給電するための不図示の配線が設けられている。
カバー部材2は、上に凸となる曲面を上下両面に有するドーム状部20と、ドーム状部20の下端部から外周に向けて広がる鍔部22とを備えている。カバー部材2を上面側から見た形状は、ドーム状部20が円形であり、鍔部22が矩形である。
金属層4は、上述したようにカバー部材2と基板3とを気密に接合するための層であり、基板3の上面とカバー部材2の鍔部22の下面との間で、発光素子1の配置された空間Sの全周を囲むように、枠状に形成されている。金属層4は、例えば図2(a)に示すように、カバー部材2に接合されたメタライズ層4aと、基板3に接合されたパッド層4bと、メタライズ層4aおよびとパッド層4bの間に配置された接合層4cとを備える構成とすることができる。
遮光部8は、発光素子1からの光をカバー部材2の側面から出射されるのを防止するための手段であり、本実施形態では、鍔部22の外側面に形成されている。遮光部8は、カバー部材2からの深紫外光を遮光できるものであれば限定されず、遮光可能な材料及び部材を用いることができる。本実施形態では、カバー部材2の表面に形成された金属膜である。
発光素子1が基板3に対して金属層11により実装されている場合、金属層11は、基板3上の電極パッド5に対して接続層(例えばAuSn)を介して接続されている。電極パッド5及び金属層11は、それぞれ単層であっても、図2(c)に示すように多層構造であってもよい。電極パッド5の材質には、例えば、Ni、Au、Cu、Pt、Ti、およびNiCrのうちの1以上を用いることができ、金属層11の材質には、例えば、Ni、Au、Ti、および Alのうちの1以上を用いることができる。
貫通電極6の材料には、発光素子1が発光時に出す熱を放熱する作用を有している材料を用いることが好ましく、例えばCu、Wを用いることができる。裏面電極7にはNiCr、Au、Nを用いることができる。
以下、実施形態1の発光装置10の製造方法の一例を、図4、5を参照して説明する。
発光素子1と基板3を用意し、発光素子1を基板3上に配置する。
具体的には、深紫外光を発光する発光素子1を既知の手法により、全体の厚さが数百μm程度となるように製造する。発光素子1は例えば、AlN単結晶の基板上に深紫外発光をする発光層や電極等を積層して形成する。発光素子1の下面であってp側電極およびn側電極がある部分には金属層11の材料を形成する。
基板3上の配線パターンに、金属層11と電極パッド5とを接合する接合材(AnSn合金ペースト)を塗布し、その上にツェナーダイオード9を配置する。
発光素子1及びツェナーダイオード9を配置した基板3を、170℃で60秒間プリヒートし、共晶炉にて315℃で30秒間加熱(リフロ-)する。これにより接合材が溶融する。その後、基板3を冷却して、AuSn共晶合金により、発光素子1と基板3、ツェナーダイオードと基板3が、それぞれ接合する。以上の工程801~803により、発光素子1が基板3にフリップチップ実装される。
必要に応じ、基板3を洗浄して、接合材に含まれるフラックスの残渣を除去する。
遮光部8が形成されたカバー部材2を、図5(a)~(e)に示すように基板3に接合する。
完成した各発光装置について、加圧He雰囲気内に一定時間放置して後述する気密試験(リークチェック)を行い、気密性が担保されているものについて合格とする。
工程806でリークチェックに合格した製品を出荷可能品と判定する。以上の工程により、発光装置10を製造することができる。
以下、実施形態2の発光装置10Bについて説明する。発光装置10Bは、図6(a)、(b)に示すように、上述した実施形態1の発光装置10と同様に、発光素子1、カバー部材2、基板3、金属層4、及び遮光部8を備えている。
実施形態2の発光装置10Bの製造方法は、実施形態1の発光装置10の製造方法とほぼ同じであるが、工程805の遮光部8をカバー部材2に形成する工程(図5(a))がわずかに異なるため、その異なる点について説明する。
変形例1の発光装置は、図7(a)に示すように、カバー部材2の鍔部22の端部に、外周面に向かって曲面が形成されている以外は、実施形態2と同様の構成であり、実施形態2と同様の方法により製造することができる。この発光装置は、鍔部22の端部に曲面が形成されていることにより、実施形態2の発光装置10Bのように遮光部8を鍔部22の下面に配置しなくても、金属層4が遮光部8に沿って鍔部22の下面から外周面にかけて這い上がるような構造となる。なお図示しないが、金属層4が実施形態2のように鍔部22の下面に配置され、かつ鍔部22の外周面が変形例1のように曲面を有している場合、金属層4の這い上がり構造はより形成されやすくなる。
変形例2の発光装置では、図7(b)に示すように、基板3の外周全周に渡って立ち上がった壁部30が形成されている。金属層4は、カバー部材2の鍔部22の下面と壁部30の上面との間に配置されている。
変形例3の発光装置は、図7(c)に示すように、遮光部8が鍔部22の外側面ではなく内側面に配置されている以外は、実施形態1と同様の構成である。
変形例4の発光装置は、図7(d)に示すように、カバー部材2に鍔部が形成されておらず、ドーム状部20の下端部と基板3とが金属層4により接合されている。遮光部8はドーム状部20の下部の外周面に配置されている。またドーム状部20は上面から見た形状が他の例の発光装置と同様に円形であり(図1(a)参照)、金属層4は上面から見て円形となるように配置されている。変形例4のこれら以外の構成は、実施形態1と同じ構成である。
以上で説明した発光装置は、殺菌装置、脱臭用装置、樹脂硬化用装置等、深紫外光を出射する装置に適用することができる。以下、発光装置が備えられた水殺菌装置100の構成及び使用例について説明する。
[方法]
実施例として、実施形態2の発光装置を製造した。また、比較例として、カバー部材に遮光部を配置しなかった以外は実施形態1の発光装置と同じ構成の発光装置を製造した。これら実施例及び比較例の各発光装置について熱衝撃試験を行った後、気密性の評価を行った。各発光装置のサンプル数はそれぞれ50個とし、各サンプルについて、-40℃/15分~85℃/15分を1サイクル(計30分)とする、200サイクル及び1000サイクルの熱衝撃試験を行った。
実施例の発光装置について、いずれのサンプルもリークがみられなかった。一方、比較例の発光装置では、Heのリークレートが3.0×10-10Pam3/sを超えたサンプルがそれぞれ5個(割合:10%)存在した。この結果から、遮光部8に這い上がり構造を有する発光装置では、カバー部材とパッケージ本体との密着性が向上し、気密性より高くなることがわかった。
Claims (10)
- 電力供給用の電極が形成された基板と、該基板の上に搭載され、深紫外光を発する発光素子と、外周の端部が前記基板に固着され、前記発光素子を含む空間を気密状態で覆うドーム状のカバー部材とを有し、
前記カバー部材は、前記外周の端部に、底面が前記基板に固着された鍔部が形成されており、前記鍔部の端面は、外周に向かって曲面が形成されており、
前記カバー部材は、
前記発光素子から発せられた深紫外光を遮光する金属膜からなる遮光部と、
前記鍔部と前記基板とを接合する接合材の層と、を有し、
前記遮光部は、前記鍔部の端面に形成されており、前記接合材と接する領域を含み、
前記接合材の層は、前記基板と前記カバー部材との接合部を跨いで、前記遮光部に沿って前記鍔部の底面から端面にかけて這い上がり、前記遮光部の少なくとも一部を覆う接合材の領域を有する
ことを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記金属膜は、Al、Ag、Ni、Ti、Cu、Au、Cr、Mo及びTaのうち1以上を用いた単層または複層であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記接合材として、AuSnを用いていること特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記接合材として、Ni、Au、Ti、およびAlのうちの1以上を用いていること特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記遮光部は、前記発光素子が搭載された基板の上面からの高さが、前記基板の上面からの前記発光素子の上面までの高さより高いことを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記発光素子の中心を含む垂直方向断面において、前記発光素子の上面の中心と前記遮光部の最上部とを結ぶ線の、前記発光素子の上面に対する角度が20度以下であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記鍔部の底面には、前記遮光部は配置されていないことを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記遮光部に沿って前記鍔部の底面から端面にかけて這い上がった前記接合材は、前記遮光部と前記接合材の層との接合境界を覆うことを特徴とする発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置であって、
前記接合材の層は、前記カバー部材側のメタライズ層と、前記基板側のパッド層とに挟まれており、
さらに、前記メタライズ層または前記パッド層の前記接合材の層側の面であって、前記カバー部材の内周側には、前記接合材に対して濡れ性が低い材料を用いたことを特徴とする発光装置。 - 水を供給する供給路付近に配置され、供給路を流れる水に深紫外光を照射する発光装置と、その駆動回路とを備えた水殺菌装置であって、前記発光装置として、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の発光装置を用いたことを特徴とする水殺菌装置。
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