JP4846505B2 - Light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオードを発光素子として備えた発光装置およびその製造方法に関し、特に、発光素子の保護および給電を目的とする構造を改善した発光装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a light-emitting device including a light-emitting diode as a light-emitting element and a method for manufacturing the light-emitting device, and more particularly to a light-emitting device having an improved structure for protecting and supplying power to the light-emitting element.
発光素子として、窒化ガリウム(GaN)系の発光ダイオード(LED)を用いた発光装置では、発光素子1個当たりの光量が少ない。したがって、このような発光装置を照明装置に適用する場合には、数100個単位の発光装置を、1つの照明装置に実装して、必要な光量を確保している。例えば、信号機などでは、砲弾型と呼ばれる発光装置を数100個使用している。
また、各種の機器に取り付けるための発光装置としては、例えば、絶縁基板上に一括して発光素子を実装したものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、このような発光装置では、発光素子から発せられた光の出射する角度が、発光素子上に塗布された樹脂と空気との屈折率から決まる臨界角を超える場合、この臨界角を超える光は空気中に取り出すことができない。そのため、発光素子から発せられた光の一部(出射する角度が臨界角を超える光)は、発光装置から取り出すことができずに、発光装置内で横方向に伝搬してしまう。
In a light emitting device using a gallium nitride (GaN) light emitting diode (LED) as a light emitting element, the amount of light per light emitting element is small. Therefore, when such a light-emitting device is applied to a lighting device, several hundreds of light-emitting devices are mounted on one lighting device to secure a necessary amount of light. For example, a traffic light or the like uses several hundred light emitting devices called a shell type.
Moreover, as a light-emitting device to be attached to various devices, for example, a device in which light-emitting elements are collectively mounted on an insulating substrate is disclosed (for example, see Patent Document 1).
However, in such a light emitting device, when the angle at which the light emitted from the light emitting element is emitted exceeds a critical angle determined by the refractive index between the resin applied on the light emitting element and air, the light exceeding this critical angle is used. Cannot be taken out into the air. For this reason, part of the light emitted from the light emitting element (light whose outgoing angle exceeds the critical angle) cannot be extracted from the light emitting device and propagates in the lateral direction in the light emitting device.
発光素子から発せられた光の臨界角をθcとし、樹脂の屈折率をnc、空気の屈折率をnaとすると、臨界角θcは、下記の式(1)で表される。
θc=arcsin(na/nc) (1)
例えば、屈折率が1.5程度の樹脂を用い、発光素子としてLEDを用いた場合、空気の屈折率は実質的に1であるので、LEDから樹脂面に垂直に入射した光とその光の軌跡を0°とした場合、この樹脂面に垂直に入射した光に対して±40°以内の角度で、樹脂面に入射した光は、樹脂と空気との界面で全反射することなく、樹脂から外部に出射する。一方、樹脂面に垂直に入射した光に対して40°〜90°の角度で、樹脂面に入射した光は、全ての樹脂面で全反射し、樹脂の上面から外部に出射することができない。樹脂面で全反射した光は、絶縁基板に吸収されるか、あるいは、樹脂面に平行な面から樹脂の外部に出射する。そのため、このような絶縁基板上に一括して発光素子を実装した発光装置では、特異な照度分布となり、一般的な照明装置としては使用し難かった。
The critical angle of light emitted from the light emitting element and .theta.c, and the refractive index n c of the resin, the refractive index of air and n a, the critical angle .theta.c is expressed by the following equation (1).
θc = arcsin (n a / n c ) (1)
For example, when a resin having a refractive index of about 1.5 is used and an LED is used as a light-emitting element, the refractive index of air is substantially 1, so that the light vertically incident on the resin surface from the LED and the light When the trajectory is 0 °, the light incident on the resin surface at an angle within ± 40 ° with respect to the light incident perpendicular to the resin surface is not totally reflected at the interface between the resin and air. To the outside. On the other hand, light incident on the resin surface at an angle of 40 ° to 90 ° with respect to the light incident perpendicularly to the resin surface is totally reflected on all the resin surfaces and cannot be emitted to the outside from the upper surface of the resin. . The light totally reflected on the resin surface is absorbed by the insulating substrate or is emitted to the outside of the resin from a surface parallel to the resin surface. Therefore, a light emitting device in which light emitting elements are collectively mounted on such an insulating substrate has a specific illuminance distribution and is difficult to use as a general lighting device.
そこで、このような問題を解決するために、LEDが実装された絶縁基板の底面から、前方に近づくに従って、LEDが実装されている凹部断面の幅が広がるよう外側へ傾斜した反射面を有する反射板が設けられた発光装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
例えば、特許文献2には、反射板の反射面の形状としては、絶縁基板におけるLEDが実装された面から一定の角度で凹部の開口径が広くなる形状が開示されている。
しかしながら、樹脂の屈折率が1.5の場合、LEDから出射した光が、反射面で反射して、樹脂の外部に出射するようにするためには、反射面の角度は65°以下である必要がある。特許文献2に開示されているような形状の反射面を有する発光装置では、絶縁基板におけるLEDが実装された面近傍の角度θが最も大きくなる。LEDから出射した光は、電球から出射した光などと比較すると、より前方に光の強度が分布していることから、このような反射面の形状は光の取り出し効率という点では不利であり、結果的にLEDの反射面としては不適当であった。
Therefore, in order to solve such a problem, the reflection having a reflective surface inclined outward so that the width of the concave section where the LED is mounted widens as it approaches the front from the bottom surface of the insulating substrate on which the LED is mounted. A light emitting device provided with a plate is disclosed (for example, see Patent Document 2).
For example, Patent Document 2 discloses a shape of the reflecting surface of the reflecting plate in which the opening diameter of the concave portion is widened at a certain angle from the surface of the insulating substrate on which the LED is mounted.
However, when the refractive index of the resin is 1.5, the angle of the reflection surface is 65 ° or less so that the light emitted from the LED is reflected by the reflection surface and emitted to the outside of the resin. There is a need. In a light emitting device having a reflective surface having a shape as disclosed in Patent Document 2, the angle θ in the vicinity of the surface of the insulating substrate on which the LED is mounted is the largest. The light emitted from the LED is more disadvantageous in terms of light extraction efficiency because the light intensity is distributed more forward than the light emitted from the bulb, etc. As a result, it was unsuitable as a reflective surface of LED.
また、LEDから出射した光を反射するための反射面を、異方性エッチングにより形成したシリコン基板を用いた発光装置が開示されている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。一般的に、シリコン基板に異方性エッチングを施すと、最もエッチング速度が遅い(111)面に囲まれた四角錐状の凹部が形成される。そのため、四角錐をなす面の境目の部分が暗くなり、この四角錐状の凹部内にLEDを実装すると、LEDに平行な面において明るさに分布が生じるから、点光源としては好ましくない。
例えば、窒化ガリウム系のLEDを用いた照明装置では、窒化ガリウムから出射する青色光を黄色、緑色、赤色などの蛍光体を混ぜた樹脂中を透過させることにより白色光を得ている。そのため、青色光が樹脂中を透過した距離によって、照明装置から出射する光の色が異なることが知られている。したがって、四角錐状の凹部内に窒化ガリウム系のLEDを実装して、照明装置を作製すると、四角錐の稜部分で反射する光と、四角錐の平面の中心線部分で反射する光では色が異なり、この照明装置を白色光源として使用することは難しいという問題があった。
For example, in a lighting device using a gallium nitride LED, white light is obtained by transmitting blue light emitted from gallium nitride through a resin mixed with phosphors such as yellow, green, and red. For this reason, it is known that the color of light emitted from the illumination device differs depending on the distance that blue light has passed through the resin. Therefore, when a gallium nitride-based LED is mounted in a quadrangular pyramid-shaped recess to produce a lighting device, the light reflected by the ridge part of the square pyramid and the light reflected by the center line part of the square pyramid plane are colored. However, there is a problem that it is difficult to use this illumination device as a white light source.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、発光素子から発せられた光の出射効率に優れ、光の明るさが均一な発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light emitting device that is excellent in emission efficiency of light emitted from a light emitting element and has uniform light brightness, and a method for manufacturing the same.
本発明は、金属配線が形成されたシリコン基板と、該シリコン基板に実装された発光素子と、前記シリコン基板上に配され、かつ、前記発光素子を囲み、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された金属板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置であって、前記シリコン基板の前記発光素子側の面と、前記反射面とのなす角度をθ、前記封止樹脂の屈折率をnc、空気の屈折率をnaとすると、前記θはθ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たし、前記シリコン基板を厚み方向に貫通し、前記シリコン基板の表面および裏面に形成された金属配線を接続する貫通配線が設けられ、前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂が充填されている発光装置を提供する。 The present invention relates to a silicon substrate on which metal wiring is formed, a light emitting element mounted on the silicon substrate, and a surface disposed on the silicon substrate, surrounding the light emitting element, and from the surface on which the light emitting element is mounted. A light emitting device comprising: a metal plate having a reflective surface inclined outward so as to gradually widen; and a sealing resin for sealing the light emitting element, the surface of the silicon substrate facing the light emitting element When the angle between the reflecting surface theta, a refractive index n c of the sealing resin, and the refractive index of air and n a, wherein theta is θ <(90 ° + arcsin ( n a / n c)) / 2 to satisfy the relationship, the silicon substrate through the thickness direction, the through wiring is provided to connect the metal wiring formed on the surface and the back surface of the silicon substrate, the gap of the center line portion of the through wiring Is filled with through-hole sealing resin To provide a light emitting device.
前記θは、40°≦θ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たすことが好ましい。 The θ preferably satisfies the relationship of 40 ° ≦ θ <(90 ° + arcsin (n a / n c )) / 2.
前記金属配線および/または前記金属板はアルミニウム、ニッケル、銀、スズ、白金、パラジウムの群から選択された1種であることが好ましい。 The metal wiring and / or the metal plate is preferably one selected from the group consisting of aluminum, nickel, silver, tin, platinum and palladium.
前記反射面に二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウムの群から選択された1種からなる金属酸化膜が形成されていることが好ましい。 It is preferable that a metal oxide film made of one selected from the group consisting of silicon dioxide, titanium dioxide and aluminum oxide is formed on the reflecting surface.
本発明は、金属配線が形成されたシリコン基板と、該シリコン基板に実装された発光素子と、前記シリコン基板上に接合され、かつ、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された金属板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法であって、前記シリコン基板の一方の面に、ウエハプロセスにより多数の金属配線を形成する工程と、前記シリコン基板の他方の面から前記金属配線に至る貫通孔を形成する工程と、前記金属板に前記反射面を有する多数の貫通孔を形成する工程と、前記金属配線の前記発光素子を実装する部分が前記貫通孔の中央部に配されるように、前記シリコン基板と前記金属板とを接合する工程と、前記シリコン基板の他方の面に金属配線を形成するとともに、前記シリコン基板に形成された貫通孔内に貫通配線を形成する工程と、前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂を充填する工程とを有する発光装置の製造方法を提供する。 The present invention provides a silicon substrate on which metal wiring is formed, a light emitting element mounted on the silicon substrate, and a width that gradually increases from the surface on which the light emitting element is bonded to the silicon substrate. A method of manufacturing a light emitting device comprising a metal plate having a reflecting surface inclined outward and a sealing resin for sealing the light emitting element, wherein a large number of wafers are formed on one surface of the silicon substrate by a wafer process. Forming the metal wiring, forming a through hole from the other surface of the silicon substrate to the metal wiring, forming a plurality of through holes having the reflective surface in the metal plate, A step of bonding the silicon substrate and the metal plate so that a portion of the metal wiring on which the light emitting element is mounted is arranged at a central portion of the through hole, and a metal wiring is formed on the other surface of the silicon substrate You And a method of manufacturing a light-emitting device, comprising: forming a through-wiring in a through-hole formed in the silicon substrate; and filling a through-hole sealing resin in a gap in a central line portion of the through-wiring. Provide .
前記シリコン基板と前記金属板とを接合する工程の後に、前記金属板を支持体として、前記シリコン基板を研磨する工程を有することが好ましい。 Preferably, after the step of bonding the silicon substrate and the metal plate, there is a step of polishing the silicon substrate using the metal plate as a support .
本発明の発光装置は、金属配線が形成されたシリコン基板と、該シリコン基板に実装された発光素子と、前記シリコン基板上に接合され、かつ、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された金属板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置であって、前記シリコン基板の前記発光素子側の面と、前記反射面とのなす角度をθ、前記封止樹脂の屈折率をnc、空気の屈折率をnaとすると、前記θはθ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たすので、発光素子から発せられた光を効率的に封止樹脂の外部に出射することができる。また、発光素子を実装する金属配線を設ける基板として、放熱性の高いシリコン基板を用いているので、特に窒化ガリウム系の発光素子で問題となる、発光に伴う発光素子の温度上昇を抑制することができる。 The light-emitting device of the present invention has a silicon substrate on which metal wiring is formed, a light-emitting element mounted on the silicon substrate, and a width gradually increased from the surface on which the light-emitting element is mounted and bonded to the silicon substrate. A light emitting device comprising a metal plate having a reflecting surface inclined outward so as to spread, and a sealing resin for sealing the light emitting element, the light emitting element side surface of the silicon substrate, an angle between the reflecting surface theta, and the refractive index of the sealing resin to n c, the refractive index of air and n a, wherein theta is θ <(90 ° + arcsin ( n a / n c)) / 2 of Since the relationship is satisfied, the light emitted from the light emitting element can be efficiently emitted outside the sealing resin. In addition, since a silicon substrate with high heat dissipation is used as the substrate on which the metal wiring for mounting the light emitting element is provided, the temperature rise of the light emitting element due to light emission, which is a problem particularly in a gallium nitride-based light emitting element, is suppressed. Can do.
本発明の発光装置の製造方法は、金属配線が形成されたシリコン基板と、該シリコン基板に実装された発光素子と、前記シリコン基板上に接合され、かつ、前記発光素子が実装された面から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面が形成された金属板と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法であって、前記シリコン基板の一方の面に、ウエハプロセスにより多数の金属配線を形成する工程と、前記金属板に前記反射面を有する多数の貫通孔を形成する工程と、前記金属配線の前記発光素子を実装する部分が前記貫通孔の中央部に配されるように、前記シリコン基板と前記金属板とを接合する工程とを有するので、1000個以上の金属配線を一括して形成し、それぞれの金属配線に発光素子を実装することにより、1枚のウエハから1000個以上の発光装置を製造することができる。ゆえに、発光装置の製造コストを低減することができる。また、1000個以上の発光素子を一工程でシリコン基板に実装できるから、発光素子の実装後、任意の個数ずつ、発光装置を切り出せるため、実装コストを低減できる。さらに、発光装置を切り出す際、任意の形状に切り出せるため、所望の大きさの発光装置を得ることができる。 The method for manufacturing a light emitting device according to the present invention includes a silicon substrate on which metal wiring is formed, a light emitting element mounted on the silicon substrate, a surface bonded to the silicon substrate, and the surface on which the light emitting element is mounted. A method of manufacturing a light emitting device, comprising: a metal plate having a reflective surface inclined outward so as to gradually widen; and a sealing resin for sealing the light emitting element, wherein one surface of the silicon substrate A step of forming a large number of metal wirings by a wafer process, a step of forming a large number of through holes having the reflecting surface in the metal plate, and a portion of the metal wirings on which the light emitting element is mounted is formed of the through holes. Since there is a step of joining the silicon substrate and the metal plate so as to be arranged in the central part, 1000 or more metal wirings are collectively formed and a light emitting element is mounted on each metal wiring. More, it is possible to produce more than 1000 light-emitting device from a wafer. Therefore, the manufacturing cost of the light emitting device can be reduced. In addition, since 1000 or more light emitting elements can be mounted on the silicon substrate in one step, after the light emitting elements are mounted, any number of light emitting devices can be cut out, so that the mounting cost can be reduced. Furthermore, since the light emitting device can be cut into an arbitrary shape when the light emitting device is cut out, a light emitting device having a desired size can be obtained.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(1)第一の実施形態
図1は、本発明の発光装置の第一の実施形態を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のXで示す領域を拡大した図、(c)は(b)のA−A線に沿う断面図である。
図1中、符号10は発光装置、11はシリコン基板、12は発光素子、13は金属板、14は封止樹脂、15は金属配線、16は金ワイヤ、17は絶縁膜、18は金属酸化膜、19は絶縁樹脂、20は貫通孔封止樹脂、21は貫通孔、22は貫通配線、23ははんだバンプ、24は接着剤、25は反射面、26は実装面、27は凹部、28は金属配線、29は接合部をそれぞれ示している。
この実施形態の発光装置10は、金属配線15が形成されたシリコン基板11と、シリコン基板11に実装された発光素子12と、シリコン基板11上に接着剤24により接着され、かつ、発光素子12が実装された面(以下、「実装面26」と称する。)から次第に幅が広がるように外側へ傾斜した反射面25が形成された金属板13と、発光素子12を封止する封止樹脂14とから概略構成されている。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of the light emitting device of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a region indicated by X in (a). An enlarged view, (c), is a cross-sectional view taken along line AA of (b).
In FIG. 1, 10 is a light emitting device, 11 is a silicon substrate, 12 is a light emitting element, 13 is a metal plate, 14 is a sealing resin, 15 is a metal wiring, 16 is a gold wire, 17 is an insulating film, and 18 is a metal oxide. Membrane, 19 is insulating resin, 20 is a through hole sealing resin, 21 is a through hole, 22 is a through wiring, 23 is a solder bump, 24 is an adhesive, 25 is a reflective surface, 26 is a mounting surface, 27 is a recess, 28 Indicates a metal wiring, and 29 indicates a joint.
The
発光素子12は、シリコン基板11の実装面26と、金属板13の反射面25とから形成される凹部27内に配されている。さらに、発光素子12は、凹部27内の金属配線15A上に配され、ダイボンドを介して金属配線15Aと電気的に接続され、金ワイヤ16により凹部27内の金属配線15Bと電気的に接続されている。そして、発光素子12が配された凹部27内に充填された封止樹脂14により、発光素子12が封止されている。
そして、シリコン基板11の実装面26と、金属板13の反射面25とのなす角度をθ、封止樹脂14の屈折率をnc、空気の屈折率をnaとすると、θはθ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たしており、θは40°≦θ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たすことがより好ましく、θは45°以上、60°以下であることが最も好ましい。
θがθ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たしていれば、金属板13の反射面25は発光素子12から発せられた光を反射して、この光を効率的に封止樹脂14の外部に出射することができる。角度θが45°以上、60°以下であれば、最も効率的に発光素子12から発せられた光を封止樹脂14の外部に出射することができる。
The
Then, the mounting
If θ satisfies the relationship θ <(90 ° + arcsin (n a / n c )) / 2, the reflecting
シリコン基板11には、その厚み方向に貫通する貫通孔21が形成されている。また、シリコン基板11の両面および貫通孔21の内面には、シリコン基板11の両面から貫通孔21の内面に連続する絶縁膜17が設けられている。
シリコン基板11の一方の面11aに絶縁膜17を介して金属配線15が形成され、シリコン基板11の他方の面11bに絶縁膜17を介して金属配線28が形成されている。さらに、貫通孔21内には絶縁膜17を介して、シリコン基板11を厚み方向に貫通し、シリコン基板11の一方の面11aに形成された金属配線15と、他方の面11bに形成された金属配線28とを電気的に接続する貫通配線22が設けられている。
A through-
A
また、貫通孔21には、貫通配線22の中心線部分の空隙を埋めるために、貫通孔封止樹脂20が充填されている。
シリコン基板11の他方の面11b側に形成された金属配線28は、はんだバンプ23を設けるための接合部29を除いて、絶縁樹脂19に覆われている。
Further, the through
The
金属板13には、シリコン基板11と接合する側の面(以下、「接合面」と称する。)13a、この接合面13aとは反対の面13b、および、反射面25に、金属酸化膜18が形成されている。
The
シリコン基板11としては、ウエハプロセスで用いられるシリコン単結晶基板などが用いられる。
発光素子12としては、例えば、窒化ガリウム(GaN)系の発光ダイードなどが用いられる。
As the
As the
金属板13としては、可視光に対して高い反射率を有するアルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、スズ(Sn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)などの金属からなるものが用いられる。
封止樹脂14としては、熱硬化性の透明樹脂が用いられ、このような透明樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。この封止樹脂14には、発光素子12から発せられた光の少なくとも一部を吸収して発光する顔料または蛍光体などの蛍光物質が添加されていてもよい。
The
As the sealing
金属配線15をなす金属としては、酸およびアルカリに対する耐性があり、かつ、可視光に対して高い反射率を有するアルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、スズ(Sn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)などの金属からなるものが用いられる。金属配線15の反射率が高いと、発光素子12からシリコン基板11側に漏れる光が金属配線15により反射され、発光装置10の輝度を高めることができる。
As the metal forming the
絶縁膜17としては、シリコン基板11を熱酸化することにより、その表面に形成される二酸化ケイ素(SiO2)からなる膜が挙げられる。
金属酸化膜18としては、プラズマCVD法などにより、金属板13の表面に形成される二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)などの金属酸化物の群から選択された1種からなる膜が挙げられる。金属板13の表面に金属酸化膜18を設けることにより、金属板13はウエハプロセスで用いられる酸およびアルカリに対する耐性が向上する。金属酸化膜18を形成する金属酸化物の中でも、ウエハプロセスとの親和性に優れることから、二酸化ケイ素(SiO2)が好ましい。
Examples of the insulating
As the
絶縁樹脂19としては、一般的なソルダレジストが用いられる。金属配線28における接合部29を除く部分を、絶縁樹脂19で覆うことにより、接合部29以外の部分に、はんだバンプ23が付かないようにする。
貫通孔封止樹脂20としては、ソルダレジストを真空チャンバ内で形成後、大気開放することにより、貫通孔21内に樹脂層を形成する方法が用いられる。この貫通孔封止樹脂20は、貫通孔21内に貫通配線22を形成した後、貫通配線22の中心線部分に空隙が存在する場合、強度の低下を防止するなどの目的で、貫通配線22の空隙内に充填される。
As the insulating
As the through
接着剤24としては、感光性樹脂が用いられ、反射層を形成した基板の開口部分に合わせて、露光、現像により取り除く。
金属配線28をなす金属としては、高い反射率を必要としないので、貫通孔21内へのメッキ形成が容易な銅が用いられる。
As the adhesive 24, a photosensitive resin is used, and is removed by exposure and development according to the opening of the substrate on which the reflective layer is formed.
The metal forming the
この実施形態の発光装置10は、シリコン基板11の実装面26と、金属板13の反射面25とのなす角度をθとすると、この角度θが、封止樹脂14の屈折率をnc、空気の屈折率をnaとすると、θ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たすので、発光素子12から発せられた光を効率的に封止樹脂14の外部に出射することができる。また、発光素子12を実装する金属配線15を設ける基板として、放熱性が高いシリコン基板11を用いているので、特に窒化ガリウム系の発光素子で問題となる、発光に伴う発光素子の温度上昇を抑制することができる。
The
次に、図1〜図3を参照して、この実施形態の発光装置の製造方法を説明する。
シリコン基板11を熱酸化して、シリコン基板11の一方の面11aに二酸化ケイ素からなる絶縁膜17を形成する。
次いで、図2に示すように、シリコン基板11の絶縁膜17上に所定の配置で等間隔に、多数の金属配線15を形成する。なお、金属配線15は、シリコン基板11に実装される1つの発光素子12に対応するように、間隔を置いて対向するように配された金属配線15Aと金属配線15Bが1つのブロックをなしている。金属配線15を形成する方法としては、メッキ法、真空蒸着法、所望のパターンに加工した銅箔をシリコン基板11の絶縁膜17に貼り合わせる方法、シリコン基板11の絶縁膜17上に銅ペーストや銀ペーストを印刷して加熱硬化させる方法などが用いられる。
次いで、金属配線15の一部を、シリコン基板11の他方の面11bから露出するように、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching、RIE)などのドライエッチングによって、シリコン基板11の他方の面11bから金属配線15に至る貫通孔21を形成する。
Next, with reference to FIGS. 1-3, the manufacturing method of the light-emitting device of this embodiment is demonstrated.
The
Next, as shown in FIG. 2, a large number of
Next, a part of the
また、上述の工程とは別に、金属板13にプレスなどの機械加工法により、所定の配置で等間隔に、図3に示すような所定の角度θをなす反射面25を有し、金属板13の厚み方向に貫通する貫通孔30を多数形成する。あるいは、ダイカスト法により、図3に示すような所定の角度θをなす反射面25を有する貫通孔30が、所定の配置で等間隔に多数設けられた金属板13を形成する。
なお、図3に示す金属板13の反射面25と、金属板13の接合面13aとのなす角度θは、上述のシリコン基板11の実装面26と、金属板13の反射面25とのなす角度θと同一である。
次いで、プラズマCVD法などにより、金属板13の表面に金属酸化膜18を形成する。
In addition to the steps described above, the
3 is formed between the mounting
Next, a
次いで、接着剤24により、この金属板13の接合面13aと、金属配線15が形成されたシリコン基板11の一方の面11aとを接合する。
このとき、金属配線15の発光素子12を実装する部分が金属板13の貫通孔30の中央部に配されるようにするとともに、金属板13の貫通孔30と、シリコン基板11の金属配線15との組み合わせが最大数となるようにする。
Next, the
At this time, the portion of the
次いで、金属板13と一体化したシリコン基板11を、所定の厚みとなるように研磨する。このとき、シリコン基板11を、その他方の面11b側から研磨する。
シリコン基板11を研磨する際、金属板11はシリコン基板11の支持体として、シリコン基板11の欠けや割れを防止する手段としての役割を果たす。
Next, the
When polishing the
シリコン基板11の研磨を終了した後、プラズマCVDにより、シリコン基板11の他方の面11bおよび貫通孔21の内面に、二酸化ケイ素などからなる絶縁膜17を形成する。
次いで、エッチングにより、貫通孔21内の金属配線15の表面に形成された絶縁膜を除去し、貫通孔21内に金属配線15の一部を露出させる。
After the polishing of the
Next, the insulating film formed on the surface of the
次いで、メッキ法などにより、シリコン基板11の他方の面11bに金属配線28を形成するとともに、貫通孔21内に貫通配線22を形成する。
貫通配線22を形成した後、貫通配線22の中心線部分に空隙が存在する場合、貫通配線22の空隙内に、貫通孔封止樹脂20を充填する。
次いで、金属配線28における接合部29を除く部分を、一般的なソルダレジストなどの絶縁樹脂19によって覆う。
次いで、金属配線28の接合部29に、はんだバンプ23を形成する。
Next, the
After the through
Next, a portion of the
Next, solder bumps 23 are formed on the
次いで、シリコン基板11の実装面26と、金属板13の反射面25とから形成される凹部27内に、発光素子12を実装する。このとき、ダイボンドによりシリコン基板11の実装面26に形成された金属配線15A上に発光素子12を固定して、発光素子12の電極と、金属配線15Bとを、金ワイヤ16によるワイヤボンディングによって電気的に接続する。
次いで、発光素子12が実装された凹部27内に、封止樹脂14を充填した後、この封止樹脂14を硬化させる。
最後に、シリコン基板11、金属板13、発光素子12、封止樹脂14などからなる構造物を、所定の大きさや形状に切り出すことにより、図1に示すような構造の発光装置10を得る。
Next, the
Next, after the sealing
Finally, a structure composed of the
この実施形態の発光装置の製造方法によれば、ウエハプロセスにより多数の金属配線15が形成されたシリコン基板11と、反射面25を有する貫通孔30が多数形成された金属板13とを接合し、シリコン基板11の実装面26と、金属板13の反射面25とから構成される凹部27内に発光素子12を実装するので、多数の発光装置10を一括して製造することができる。したがって、例えば、シリコン基板11として、8インチウエハを使用した場合、金属配線15の大きさによって異なるものの、1000個から10000個(ブロック)程度の金属配線15を一括して形成し、それぞれの金属配線15に発光素子12を実装することにより、1枚のウエハから1000個から10000個程度の発光装置10を製造することができる。ゆえに、この実施形態の発光装置の製造方法によれば、発光装置の製造コストを低減することができる。
According to the method for manufacturing a light emitting device of this embodiment, the
また、金属板13の反射面25に金属酸化膜18を形成することにより、シリコン基板11と金属板13とを接合した後、これらに酸やアルカリ溶液を用いた半導体プロセスによる処理を施しても、金属板13が酸やアルカリ溶液に侵されることがないので、1000個以上の発光装置10を1つのウエハ上に作製することができる。ゆえに、この実施形態の発光装置の製造方法によれば、発光装置の製造コストを低減することができる。
また、金属板13と一体化したシリコン基板11を、所定の厚みとなるように研磨する際、金属板11はシリコン基板11の支持体としての役割を果たすので、シリコン基板11の欠けや割れを防止することができるから、歩留まりを向上することができる。
さらに、1000個以上の発光素子12を一工程でシリコン基板11に実装できる上に、貫通配線22を介して金属配線15と電気的に接続する金属配線28を、シリコン基板11の他方の面11bに形成していることから、発光素子12の実装後、任意の個数ずつ、発光装置10を切り出せるため、実装コストを低減できる。また、発光装置10を切り出す際、任意の形状に切り出せるため、所望の大きさの発光装置を得ることができる。
In addition, by forming the
Further, when the
Furthermore, 1000 or more
(2)第二の実施形態
図4は、本発明の発光装置の第二の実施形態を示す概略断面図である。
図4において、図1に示した発光装置10と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の発光装置40が、上述の発光装置10と異なる点は、貫通孔21内には貫通配線22のみが形成されている点である。
(2) Second Embodiment FIG. 4 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the light emitting device of the present invention.
In FIG. 4, the same components as those of the
The
10,40・・・発光装置、11・・・シリコン基板、12・・・発光素子、13・・・金属板、14・・・封止樹脂、15・・・金属配線、16・・・金ワイヤ、17・・・絶縁膜、18・・・金属酸化膜、19・・・絶縁樹脂、20・・・貫通孔封止樹脂、21・・・貫通孔、22・・・貫通配線、23・・・はんだバンプ、24・・・接着剤、25・・・反射面、26・・・実装面、27・・・凹部、28・・・金属配線、29・・・接合部、30・・・貫通孔。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記シリコン基板の前記発光素子側の面と、前記反射面とのなす角度をθ、前記封止樹脂の屈折率をnc、空気の屈折率をnaとすると、前記θはθ<(90°+arcsin(na/nc))/2の関係を満たし、
前記シリコン基板を厚み方向に貫通し、前記シリコン基板の表面および裏面に形成された金属配線を接続する貫通配線が設けられ、
前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂が充填されていることを特徴とする発光装置。 A silicon substrate on which metal wiring is formed, a light-emitting element mounted on the silicon substrate, and is disposed on the silicon substrate, surrounds the light-emitting element, and gradually increases in width from the surface on which the light-emitting element is mounted. A light emitting device comprising a metal plate having a reflective surface inclined outward and a sealing resin for sealing the light emitting element,
And the surface of the light emitting element side of the silicon substrate, the angle between the reflecting surface theta, a refractive index n c of the sealing resin, and the refractive index of air and n a, wherein theta is theta <(90 ° + arcsin (n a / n c)) / 2 of meet the relationship,
A through wiring that penetrates the silicon substrate in the thickness direction and connects the metal wiring formed on the front surface and the back surface of the silicon substrate is provided,
A light emitting device, wherein a through hole sealing resin is filled in a gap in a center line portion of the through wiring .
前記シリコン基板の一方の面に、ウエハプロセスにより多数の金属配線を形成する工程と、前記シリコン基板の他方の面から前記金属配線に至る貫通孔を形成する工程と、前記金属板に前記反射面を有する多数の貫通孔を形成する工程と、前記金属配線の前記発光素子を実装する部分が前記貫通孔の中央部に配されるように、前記シリコン基板と前記金属板とを接合する工程と、前記シリコン基板の他方の面に金属配線を形成するとともに、前記シリコン基板に形成された貫通孔内に貫通配線を形成する工程と、前記貫通配線の中心線部分の空隙内に貫通孔封止樹脂を充填する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。 A silicon substrate on which metal wiring is formed, a light emitting element mounted on the silicon substrate, and a surface that is bonded to the silicon substrate and is inclined outward so that the width gradually increases from the surface on which the light emitting element is mounted. A method of manufacturing a light emitting device comprising a metal plate on which a reflecting surface is formed and a sealing resin for sealing the light emitting element,
Forming a plurality of metal wirings on one surface of the silicon substrate by a wafer process; forming a through hole from the other surface of the silicon substrate to the metal wiring; and reflecting the surface on the metal plate. A step of forming a plurality of through-holes, and a step of bonding the silicon substrate and the metal plate such that a portion of the metal wiring on which the light-emitting element is mounted is disposed at a central portion of the through-hole. Forming a metal wiring on the other surface of the silicon substrate, forming a through wiring in the through hole formed in the silicon substrate, and sealing the through hole in the gap in the central line portion of the through wiring And a step of filling a resin .
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