(57)【要約】【課題】発光素子装置とその製造方法において、製造工程が簡単であり、かつ高放熱性を安価に実現できるものとする。【解決手段】発光素子装置１は、ベース体２と、ベース体２上に搭載した４個の発光素子３と、ベース体２及びベース体２に搭載された発光素子３を覆うように形成した光学的な透明性を有する透明絶縁層５と、透明絶縁層５の上に形成され各発光素子３の端子電極３１に電気的に接続された導電性回路６と、を備え、発光素子３の上面の端子電極３１は、透明絶縁層５に、レーザ光を用いて形成したビアホール５１に、ビアホール内電気接続回路６１を形成して、表面の導電性回路６と接続されている【選択図】図１
2006278511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に端子電極と発光面とを有する発光素子を少なくとも１個搭載し、その端子電極に電流を流すことによりその発光素子を発光させる発光素子装置において、
前記発光素子を搭載するためのベース体と、前記ベース体上に搭載した発光素子と、前記ベース体及び当該ベース体に搭載された発光素子を覆うように形成した光学的な透明性を有する透明絶縁層と、前記透明絶縁層上に形成され前記発光素子の端子電極の少なくとも１つに電気的に接続された導電性回路と、を備えたことを特徴とする発光素子装置。
【請求項２】
前記発光素子は、その発光面に前記端子電極を有するとともに前記発光面を上にして前記ベース体上に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子装置。
【請求項３】
前記ベース体が、導電性部材で形成されており、前記発光素子は当該ベース体上に搭載されるとともに導電性接合部材を用いて当該ベース体に電気的に接合され、当該ベース体が前記発光素子の電極端子に電流を流す導電性回路を形成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子装置。
【請求項４】
前記ベース体が、表面粗さがＲｍａｘで０．８Ｓより小とした光学的反射性の表面を有する金属からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子装置。
【請求項５】
前記ベース体が、銅、アルミニウム、珪素、ＡｌＮのうちのいずれかの材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子装置。
【請求項６】
前記ベース体が、絶縁性材料で形成されており、当該ベース体の表面に導電性膜からなる導電性回路を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子装置。
【請求項７】
前記透明絶縁層の上に形成された導電性回路が、金属ナノペーストを用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光素子装置。
【請求項８】
外面に端子電極を有する発光素子を少なくとも１個搭載し、その端子電極に電流を流すことによりその発光素子を発光させる発光素子装置の製造方法において、
ベース体上に発光素子を搭載する工程と、
前記ベース体及び当該ベース体上に搭載した発光素子を覆う透明絶縁層を形成する工程と、
前記透明絶縁層を通して前記発光素子の端子電極位置を確認して位置決めするとともに当該位置決めした端子電極位置における前記透明絶縁層にビアホールを形成する工程と、
前記発光素子の端子電極に電気を流すためのビアホール内電気接続回路及び透明絶縁層上の導電性回路の形成を同時に行う工程と、を備えたことを特徴とする発光素子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を搭載した発光素子装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードに代表される発光素子を基板やパッケージに搭載した発光素子装置において、発光素子を搭載して実装する方法にボンディングワイヤを用いる方法がある。このワイヤを用いる実装法では、例えば、図５に示すように、絶縁基板９０上のダイアタッチ用回路パターン９１上に発光素子９２を導電性接着剤９３で接合し、発光素子９２上の端子電極９４と基板９０上のボンディングパッド９４ａとをボンディングワイヤＷによって接続し、発光素子９２とボンディングワイヤＷを含む全体を透明な封止樹脂９５で覆って、発光素子装置が製造される。また、小型化を図るため発光素子をフェースダウン実装したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−４４４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した図５や特許文献１に示されるような発光素子装置において、ボンディングワイヤを用いる方法におけるボンディング作業、また、フェースダウン実装法における実装用バンプ形成作業などが、一括作業のできない、各電極端子毎に個々に行われる作業であり、製造時間や製造工程の短縮ができないという問題がある。また、上述した従来の発光素子装置において、発光素子の放熱について考慮されておらず、投入可能電力の上限が発熱によって制限されるため発光素子の発光効率を高めることができないという問題がある。発光素子を搭載する基板の放熱性をあげるため金属基板を用いるものも提案されているが、従来用いられている金属基板は値段が高いという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題を解消するものであって、製造工程が簡単であり、かつ高放熱性を安価に実現できる発光素子装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、外面に端子電極と発光面とを有する発光素子を少なくとも１個搭載し、その端子電極に電流を流すことによりその発光素子を発光させる発光素子装置において、前記発光素子を搭載するためのベース体と、前記ベース体上に搭載した発光素子と、前記ベース体及び当該ベース体に搭載された発光素子を覆うように形成した光学的な透明性を有する透明絶縁層と、前記透明絶縁層上に形成され前記発光素子の端子電極の少なくとも１つに電気的に接続された導電性回路と、を備えたものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発光素子装置において、前記発光素子は、その発光面に前記端子電極を有するとともに前記発光面を上にして前記ベース体上に搭載されているものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発光素子装置において、前記ベース体が、導電性部材で形成されており、前記発光素子は当該ベース体上に搭載されるとともに導電性接合部材を用いて当該ベース体に電気的に接合され、当該ベース体が前記発光素子の電極端子に電流を流す導電性回路を形成しているものである。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子装置において、前記ベース体が、表面粗さがＲｍａｘで０．８Ｓより小とした光学的反射性の表面を有する金属からなるものである。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発光素子装置において、前記ベース体が、銅、アルミニウム、珪素、ＡｌＮのうちのいずれかの材料を用いて形成されているものである。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発光素子装置において、前記ベース体が、絶縁性材料で形成されており、当該ベース体の表面に導電性膜からなる導電性回路を備えているものである。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光素子装置において、前記透明絶縁層の上に形成された導電性回路が、金属ナノペーストを用いて形成されているものである。
【００１２】
請求項８の発明は、外面に端子電極を有する発光素子を少なくとも１個搭載し、その端子電極に電流を流すことによりその発光素子を発光させる発光素子装置の製造方法において、ベース体上に発光素子を搭載する工程と、前記ベース体及び当該ベース体上に搭載した発光素子を覆う透明絶縁層を形成する工程と、前記透明絶縁層を通して前記発光素子の端子電極位置を確認して位置決めするとともに当該位置決めした端子電極位置における前記透明絶縁層にビアホールを形成する工程と、前記発光素子の端子電極に電気を流すためのビアホール内電気接続回路及び透明絶縁層上の導電性回路の形成を同時に行う工程と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、ベース体及び当該ベース体に搭載された発光素子を覆うように透明絶縁層を形成し、その上に発光素子の端子電極に接続された導電性回路を形成するので、透明絶縁層に、例えば、レーザ光を用いてビアホールを形成することにより、端子電極と導電性回路との電気接続を一括して容易に形成されるものであり、製造工程が簡単である。また、ベース体として熱伝導率の高い平板基板やプレス成形基板を用いることができるので、高放熱性を安価に実現できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、発光面を上にして発光素子を実装するので、通常、ワイヤボンディング実装の替わりに行われる、端子電極が形成された面と同一側に形成された発光部を光を放射する方向とは反対側にして実装するフェースダウン実装とは異なり、発光素子の発光部からの光をより直接的に外部に放射でき、光取り出し効率の良い発光素子装置が得られる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、ベース体を発光素子に電流を供給する導電性回路として共用できるので、構造及び製造工程が簡単になり、安価な発光素子装置が得られる。また、透明絶縁層上の導電性回路の面積を減らすことができるので、透明絶縁層の透光性をより高くできる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、ベース体による光吸収を減らして、効率良く発光できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、高い熱伝導率のベース体を安価に形成して、高放熱性を実現できる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、樹脂成形品などの安価な材料をベース体として用いることができる。また、セラミックスのように、耐熱信頼性や、熱伝導率特性の優れた材料をベース体として用いることができる。ベース体に高耐熱性の材料を用いる場合、製造時における高温状態での処理が可能である。ベース体が絶縁性材料からなる場合であっても、その表面に導電性回路を形成することによって、ベース体側において、発光素子の端子電極に電流を供給できる。
【００１９】
請求項７の発明によれば、金属ナノペーストを用いるので、回路パターン形成に種々の方法を用いることができ、最適の方法を選んで、安価で簡便に導電性回路を形成できる。例えば、ディスペンサを用いた描画、インクジェット方式による描画、スクリーン印刷などを用いることができる。従って、従来のフォトリソグラフィ技術を用いる回路パターン形成とは異なり、レジストやその溶剤、銅箔のエッチング液などが不要であり、廃液や廃棄物の削減の効果があり、地球環境に対する負荷の低い発光素子装置を提供できる。また、フォトリソグラフィ技術とは異なり、金属ナノペーストを用いる工程は、回路パターン形成に要する時間が短く、開発ＴＡＴや生産性に優れた発光素子装置を提供可能であり、従って、オンデマンドのもとで発光素子装置を製造できる。
【００２０】
請求項８の発明によれば、多数の発光素子を搭載した発光素子装置を、ワイヤボンディング法やボールやバンプを用いたフェースダウン実装法とは異なり、発光素子の個々の端子電極に対するボンディングやバンプ形成の作業を行うことなく、一括作業によって端子電極を電気接続して製造できる。また、このような発光素子装置をダイシングすることによって、単一又は所望の個数の発光素子を搭載した発光素子装置も容易に製造できる。また、ベース体として熱伝導率の高い平板基板やプレス成形基板を用いることができるので、高放熱性の発光素子装置を安価に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る発光素子装置とその製造方法について、図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）は、本発明の発光素子装置１を示す。この発光素子装置１は、ベース体２と、ベース体２上に搭載した４個の発光素子３と、ベース体２及びベース体２に搭載された発光素子３を覆うように形成した光学的な透明性を有する透明絶縁層５と、透明絶縁層５の上に形成され各発光素子３の端子電極３１に電気的に接続された導電性回路６と、を備えている。
【００２２】
上述のベース体２は、導電性材料、例えば、銅をプレス成形によってキャビティ２１を形成し、その内表面を鏡面仕上げにしたものである。また、各発光素子３は、例えば、発光ダイオードからなり、発光ダイオードの一方の電極は発光素子３の上面（透明絶縁層に対向する側の面）にある端子電極３１であり、他の電極（不図示）は導電性接着剤４によってベース体２に電気接続されている。透明絶縁層５は、エポキシ樹脂からなる。発光素子３の上面の端子電極３１は、透明絶縁層５に、例えばレーザ光を用いて形成したビアホール５１に、ビアホール内電気接続回路６１を形成して、表面の導電性回路６と接続されている。
【００２３】
このような発光素子装置１は、ベース体２と導電性回路６との間に電圧を印加して各発光素子３に電流を流すことにより、その発光を透明絶縁層５を透過して外部に放射する。また、このような発光素子装置１は、発光素子３を多数搭載して製造した後に、所定の個数の発光素子３を、例えば列状に、含むようにダイシングすることによって、種々の目的に応じた発光素子装置１を容易に製造できる。例えば、液晶表示パネルにおけるバックライト用の基板を容易に形成できる。
【００２４】
次に、図２（ａ）（ｂ）を参照して、他の実施形態の発光素子装置１を説明する。この発光素子装置１は、上述の発光素子装置１と同様に、ベース体２、発光素子３、導電性接着剤４、透明絶縁層５、及び、導電性回路６と、を備えている。この発光素子装置１は、上述のものとは、発光素子３が１個であり、その２つの端子電極３１が、それぞれ透明絶縁層５の上面の導電性回路６に接続されている点が異なる。このような発光素子装置１では、ベース体２を導電性回路６として用いないので、ベース体を絶縁性材料によって構成することができる。
【００２５】
次に、図３、図４を参照して、本発明の発光素子装置の製造方法を説明する。発光素子装置１を製造する製造工程は、図３に示すように、概略、ベース体を準備する工程（＃１）、ベース体２表面に反射面２２を形成する工程（＃２）、ベース体２上に発光素子３を搭載する工程（＃３）、ベース体２及びベース体２上に搭載した発光素子３を覆う透明絶縁層５を形成する工程（＃４）、透明絶縁層５を通して発光素子３の端子電極３１位置を確認して位置決めするとともに位置決めした端子電極３１位置における透明絶縁層５にビアホール５１を形成する工程（＃５）、及び、発光素子３の端子電極３１に電気を流すためのビアホール内電気接続回路６１及び透明絶縁層上の導電性回路６の形成を同時に行う工程（＃６）からなる。以下において、各製造工程を詳細説明する。
【００２６】
ベース体２を準備する工程では（＃１）、図４（ａ）に示すように、例えば、銅からなる導電性のベース体２を用意し、発光素子３を搭載する部分にキャビティ２１をプレス加工又は鍛造により形成することにより、テーパ形状の反射面を形成する。また、キャビティ２１の形成法として、ＭＩＭや切削加工など方法を用いてもよい。また、ベース体２は、キャビティ２１を形成しない平板のまま、用いることもできる。また、ベース体に高耐熱性の材料を用いる場合、製造の後工程における高温状態での処理が可能である。
【００２７】
ベース体２は、種々の材料を用いて形成することができる。ベース体２の電気伝導性に注目した場合、導電性材料と絶縁性材料のいずれをも用いることができる。導電性材料として、例えば、上述の銅の他に、アルミニウム、ステンレスなどの金属、さらには導電性樹脂等を用いることができる。導電性のベース体２の場合、ベース体２の表面に、回路パターンを形成することなく、発光素子３の端子電極を直接電気的に接続して、ベース体２そのものを、発光素子３に電流を供給するための導電性回路として用いることができる。
【００２８】
ベース体２を構成する絶縁性材料として、例えば、セラミックス、ガラス、プラスチックなどを用いることができる。絶縁性のベース体２を用いた上で、ベース体２側からも発光素子３に電流を供給する場合は、発光素子３を搭載する面に電気的導電性の膜を形成する。ベース体２の表面に、導電性のある材料、例えば、金、銀、銅、ニッケル、クロムなどの金属、さらには導電性樹脂などの導電性材料を、メッキ、コーティング、溶射、スパッタ、蒸着などの方法を用いて成膜して導電性回路を形成することができる。これらのベース体２の表面に形成される導電性回路は、光の反射率の高い材料を用いて、反射率の高い表面状態に形成するのが好ましい。
【００２９】
また、ベース体２の熱伝導性に注目した場合、より熱伝導性の高い材料を用いることにより、発光素子３からの熱を効率良く放熱することができる。ベース体２用の高熱伝導性材料として、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上の、例えば、金属であれば銅（３９８Ｗ／ｍＫ）、アルミニウム（１５６Ｗ／ｍＫ）、セラミックであれば珪素（１２５Ｗ／ｍＫ）、ＡｌＮ（２２０Ｗ／ｍＫ）などを用いることができる。
【００３０】
次の反射面２２を形成する工程では（＃２）、図４（ｂ）に示すように、ベース体２の、発光素子３を搭載する側の表面を研磨して表面粗さＲｍａｘが０．８Ｓより小さい状態になるように仕上げる。ベース体２が金属、例えば銅、アルミニウムやステンレスなどの場合、ブラスト法、バフ法、バレル法などによる研磨、工具による研磨などを用いることができる。このように、ベース体２が金属の場合、反射面２２にメッキやコーティングを施すことなく、光反射性を上げることができる。
【００３１】
次の発光素子３を搭載する工程（＃３）では、図４（ｃ）に示すように、導電性接着剤４、例えば、銀ペーストを用いて、発光素子３をキャビティ２１の底面である素子搭載面に搭載して電気的及び熱的にベース体２に接合する。すなわち、発光素子３とベース体２との間で、電気抵抗及び熱抵抗の少ない状態で接合が行われる。複数の発光素子３を、複数のキャビティ２１内に配置するには、ピックアンドプレース実装機を用いて行う。素子搭載面への銀ペーストの塗布は、ディスペンサを用いて行う。また、銀ペーストの硬化は、恒温槽の中で、例えば、１７０℃、３０分の加熱処理により行う。
【００３２】
次の透明絶縁層５を形成する工程では（＃４）、図４（ｄ）に示すように、ベース体２の周囲にダムになる枠体７を設け、その枠体７内部に枠体７の高さ位置まで、可視光に対する透過性を有する透明絶縁層形成材料、例えば、熱硬化ポリイミド樹脂をディスペンサーで流し込み、恒温槽で２２０℃、１時間の硬化処理を行って、ポリイミド樹脂を硬化させて透明絶縁層５を形成する。枠体７は、透明絶縁層５の形成後に外してもよいが、外さずに取り付けたままとしてもよい。透明絶縁層５の材料として、エポキシ、ポリイミドなどの有機樹脂や、低融点ガラスなどの高耐熱性材料を用いることができる。ベース体２が金属やセラミックスの場合、樹脂硬化のための加熱温度に対する制約が殆どなく、種々の材料を用いることができる。
【００３３】
次のビアホール５１を形成する工程では（＃５）、図４（ｅ）に示すように、例えば、レーザビームＬＢを用いて、透明絶縁層５にビアホール５１を形成する。このとき、透明絶縁層５の透明性を活かして透明絶縁層５を通して撮像したＣＣＤカメラによる画像をもとに、発光素子３の端子電極３１の位置を自動で画像認識して、ビアホール形成位置を決定する。レーザビームＬＢは、例えば、エキシマレーザを用いることができる。
【００３４】
次の電気接続回路６１と導電性回路６の形成工程では（＃６）、図４（ｆ）に示すように、これらの回路が同時に形成される。金属ナノペーストによる発光素子３のビアホール５１内への充填と、透明絶縁層５上の所定形状の回路パターン形成のための描画とが、ディスペンサを用いて行われる。金属ナノペーストによるこれらの回路パターン描画は、ディスペンサを用いる方法の他に、インクジェット法やスクリーン印刷による一括転写法等の方法を用いることができる。
【００３５】
金属ナノペーストによって充填とパターン描画が成された発光素子装置１は、恒温槽で２５０℃、６０分の加熱処理が行われて、金属ナノペーストが硬化され、所定のビアホール内電気接続回路６１と透明絶縁層上の導電性回路６が形成される。このように、金属ナノペーストの硬化は、低温３００度以下の熱処理の他に、常温環境下でのプラズマ処理などによって、比較的低温下で形成することができる。
【００３６】
上述の各工程により、導電性回路６とベース体２とに電圧を印加して電流を流すことにより発光素子３が発光する発光素子装置１が得られる。このような発光素子装置１は、従来のフォトリソグラフィ技術を用いる製造方法による発光素子装置とは異なり、レジストやその溶剤、銅箔エッチング液等を用いることなく製造することができる。従って、本発光素子装置１は、自然環境への有害廃棄物を削減した地球環境負荷の低い製造方法で製造できる。
【００３７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、ビアホール形成方法として、通常行われるフォトリソグラフィとエッチングマスクを用いたエッチングによる方法や、メタルマスクを用いたプラズマエッチング等の方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る発光素子装置についての一部透明絶縁層を除去した状態の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ線断面図。
【図２】（ａ）は本発明の他の実施形態に係る発光素子装置についての一部透明絶縁層を除去した状態の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｄ線断面図。
【図３】本発明に係る発光素子装置の製造方法を示すフローチャート。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は図３に示したフローチャートの各ステップに対応する発光素子装置の断面図。
【図５】従来の発光素子装置の主要製造段階を時系列の順に示す断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１    発光素子装置
２    ベース体
３    発光素子
４    導電性接合部材
５    透明絶縁層
６    導電性回路
５１    ビアホール
６１    ビアホール内電気接続回路
【図１】
2006278511.tif 000003
【図２】
2006278511.tif 000004
【図３】
2006278511.tif 000005
【図４】
2006278511.tif 000006
【図５】
2006278511.tif 000007