(57)【要約】【課題】  サイズがコンパクトなリフレクタを備えたＬＥＤ用サブマウント及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】  ＬＥＤ用サブマウントは、表面に入出力端子３ａ，３ｂを有するＳｉ製ベース基板２と、斜面付き貫通穴を有するとともに、少なくともこの斜面に反射膜５が形成されたＳｉ製リフレクタ１とからなり、Ｓｉ製ベース基板２の上にＳｉ製リフレクタ１を搭載し、接合固定されている。Ｓｉ製リフレクタ１とＳｉ製ベース基板２とは、薄膜はんだにより接合される。【選択図】図１
2006086176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に入出力端子を有するＳｉ製ベース基板と、
斜面付き貫通穴を有するとともに、少なくともこの斜面に反射膜が形成されたＳｉ製リフレクタとからなり、
前記Ｓｉ製ベース基板の上に前記Ｓｉ製リフレクタを搭載し、接合固定したことを特徴とするＬＥＤ用サブマウント。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ用サブマウントにおいて、
前記Ｓｉ製ベース基板は、その下面に形成された入出力パッドを備え、
前記入出力端子と前記入出力パッドは、前記Ｓｉベース基板に形成した貫通穴へのメタライズ処理により電気的に接続されることを特徴とするＬＥＤ用サブマウント。
【請求項３】
請求項１記載のＬＥＤ用サブマウントにおいて、
前記Ｓｉ製リフレクタとＳｉ製ベース基板とは、薄膜はんだにより接合されることを特徴とするＬＥＤ用サブマウント。
【請求項４】
請求項１記載のＬＥＤ用サブマウントにおいて、
前記反射膜は、Ａｌ薄膜であることを特徴とするＬＥＤ用サブマウント。
【請求項５】
ＬＥＤを搭載するＬＥＤ用サブマウントの製造方法であって、
Ｓｉ基板の表面に入出力端子を形成して、Ｓｉ製ベース基板を製造し、
別のＳｉ基板に斜面付き貫通穴を形成し、少なくともこの斜面に反射膜が形成してＳｉ製リフレクタを製造し、
前記Ｓｉ製ベース基板の上に前記Ｓｉ製リフレクタを搭載し、接合固定したことを特徴とするＬＥＤ用サブマウントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ用サブマウント及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光部品搭載するためのパッケージとして、特開平１１−２６５９５７号公報（特許文献１）に記載のグリーンシートにキャビティ部を打ち抜きにより形成したものを枠体、別のグリーンシートにスルーホール，メタライズ処理等を施したものを底板とし、枠体と底板を積層，熱プレス加工，還元雰囲気での焼結を行い所定の寸法に積層体を切断する手法がある。また、特開２０００−１３８３０５号公報（特許文献２）に記載の射出成形法あるいはトランスファー成形法によりエポキシ樹脂製の枠体を形成し、枠体とセラミックス基板をエポキシ樹脂接着剤により接合する手法がある。高輝度ＬＥＤランプには、リフレクタが必要である。従来、リフレクタを別材料（金属またはプラスチック等に金属薄膜をはったもの）で形成し、ＬＥＤを搭載したサブマウントをリフレクタの内部に搭載している。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６５９５７号公報
【特許文献２】特開２０００−１３８３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リフレクタを別材料（金属またはプラスチック等に金属薄膜をはったもの）で形成し、ＬＥＤを搭載したサブマウントをリフレクタの内部に搭載する方式では、リフレクタはＬＥＤから離れているため、リフレクタが大型化するという問題があった。リフレクタが大型化すると、このリフレクタの内部に蛍光体を充填した場合、蛍光体面積が大きくなる。光は蛍光体全体から発生するため、事実上大きな面積の光源になり、コンパクトなレンズ設計が困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、サイズがコンパクトなリフレクタを備えたＬＥＤ用サブマウント及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、表面に入出力端子を有するＳｉ製ベース基板と、斜面付き貫通穴を有するとともに、少なくともこの斜面に反射膜が形成されたＳｉ製リフレクタとからなり、前記Ｓｉ製ベース基板の上に前記Ｓｉ製リフレクタを搭載し、接合固定したものである。  
かかる構成により、サイズがコンパクトなリフレクタを備えたＬＥＤ用サブマウントが得られるものとなる。
【０００７】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記Ｓｉ製ベース基板は、その下面に形成された入出力パッドを備え、前記入出力端子と前記入出力パッドは、前記Ｓｉベース基板に形成した貫通穴へのメタライズ処理により電気的に接続したものである。
【０００８】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記Ｓｉ製リフレクタとＳｉ製ベース基板とは、薄膜はんだにより接合したものである。
【０００９】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記反射膜は、Ａｌ薄膜としたものである。
【００１０】
（５）上記目的を達成するために、本発明は、ＬＥＤを搭載するＬＥＤ用サブマウントの製造方法であって、Ｓｉ基板の表面に入出力端子を形成して、Ｓｉ製ベース基板を製造し、別のＳｉ基板に斜面付き貫通穴を形成し、少なくともこの斜面に反射膜が形成してＳｉ製リフレクタを製造し、前記Ｓｉ製ベース基板の上に前記Ｓｉ製リフレクタを搭載し、接合固定したものである。  
かかる方法により、サイズがコンパクトなリフレクタを備えたＬＥＤ用サブマウントが得られるものとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、サイズがコンパクトなリフレクタを備えたＬＥＤ用サブマウント及びその製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントの構成及びその製造方法について説明する。  
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態によるＬＥＤ用サブマウントの全体構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントの全体構成を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントの全体構成を示す平面図である。なお、図１と図２において、同一符号は、同一部分を示している。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態によるＬＥＤ用サブマウントは、シリコン（Ｓｉ）製ベース基板２の上に、シリコン（Ｓｉ）製リフレクタ１を薄膜はんだ９により接合した構成になっている。Ｓｉ製ベース基板２は、シリコン（Ｓｉ）基板の表面からウェットエッチングすることにより形成される。Ｓｉ製リフレクタ１も、シリコン（Ｓｉ）基板の表裏面からウェットエッチングすることにより形成される。つまり、ＬＥＤ用サブマウントのＳｉ製ベース基板２にＳｉ製のリフレクタ１を搭載している。
【００１４】
Ｓｉ製ベース基板２の上面には、入出力端子３ａ及び入出力端子３ｂが形成され、Ｓｉ製ベース基板２の下面には、入出力パッド４ａ及び入出力パッド４ｂが形成されている。これらは、ウェットエッチングにより形成した貫通穴７を介して電気的に接続されている。すなわち、入出力端子３ａと入出力パッド４ａとは、ウェットエッチングにより形成した貫通穴７により電気的に接続され、入出力端子３ｂと入出力パッド４ｂとは、ウェットエッチングにより形成した貫通穴７により電気的に接続されている。なお、図２に示すように、入出力端子３ａは本例では２個形成され、入出力端子３ｂは２３個形成されている。さらに、図１に示すように、Ｓｉ製ベース基板２の上面には、ＬＥＤの反射用のＡｌ薄膜６が形成されている。
【００１５】
Ｓｉ製ベース基板２に形成される入出力端子３ａ，入出力端子３ｂ，入出力パッド４ａ，入出力パッド４ｂは、面状態が平滑なＳｉ基板を用いているため、高精度のパターニングが可能である。ベース基板をＳｉ製にすることで、端子のパターニング精度が向上する。
【００１６】
Ｓｉ製リフレクタ１は、結晶面（１００）のＳｉ基板にウェットエッチングを表面から実施することにより形成され、斜面の結晶面は（１１１）面、すなわち平坦面とのなす角は結晶学的に５４.７４°となる。この斜面に酸化膜１０を介してＡｌ薄膜５をマスク蒸着等により形成することにより、光の反射特性を向上させている。
【００１７】
ＬＥＤ用サブマウントのＳｉ製ベース基板２にＳｉ製リフレクタ１を搭載するために、Ｓｉ製ベース基板２の上面とＳｉ製のリフレクタ１の下面にそれぞれメタライズ１３を形成し、両メタライズ１３の間を薄膜はんだ９により接合する。なお、Ｓｉ製リフレクタ１の斜面にＡｌ薄膜５を形成した後に、Ｓｉ製リフレクタ１とＳｉ製ベース基板２を接合するため、斜面のＡｌ薄膜５はＳｉ製ベース基板２に接触することはないものである。
【００１８】
以上のように、ＬＥＤ用サブマウントのＳｉ製ベース基板２に、斜面を有するＳｉ製リフレクタ１を搭載する構造とすることで、Ｓｉ製リフレクタ１を小型化でき、ＬＥＤ用サブマウントのサイズをコンパクトにすることができる。したがって、リフレクタの内部に蛍光体を充填した場合、蛍光体面積を小さくでき、光源の面積を小さくできることから、コンパクトなレンズ設計が可能となる。
【００１９】
具体的一例を挙げると、従来構造のもの（リフレクタの内部にＬＥＤを搭載したサブマウントを搭載したもの）では、縦１４．２ｍｍ×横１０．０ｍｍ×高さ５．８ｍｍであったものが、図１に示した本実施形態のもの（Ｓｉ製ベース基板２の上に、Ｓｉ製リフレクタ１を搭載したもの）では、縦３．４ｍｍ×横３．４ｍｍ×高さ１．２ｍｍと、体積で、約２／１００までコンパクト化することができる。また、光源の大きさの観点では、従来構造のものでは、リフレクタの上部の開口部の寸法が縦横それぞれ８ｍｍであったものが、本実施形態では、縦横それぞれ２．５ｍｍとできるため、光源の面積で約１／１０まで小型化することができる。
【００２０】
また、ＬＥＤ用サブマウントのＳｉ製ベース基板２に、斜面を有するＳｉ製リフレクタ１を搭載する構造とすることで、構造を簡素化でき、さらに、斜面を有するＳｉ製のリフレクタ１の製造工程を簡単化できる。
【００２１】
さらに、リフレクタ及びサブマウントを同じ材料として接合しているので、熱による夫々の部位の膨張などが生じても膨張度合いが同等であるので、接合部に過大な負荷が生じず、接合部の信頼性が向上する。
【００２２】
また、リフレクタ及びサブマウントの両者にＳｉを用いているので放熱性がよく、ＬＥＤの発熱を効率よく放散させることができる。
【００２３】
さらに、リフレクタ１及びサブマウント２を同じＳｉ製とすることのより、夫々の機能の兼用が可能となり、構造の簡素化，コンパクト化が図れる。また、リフレクタの上にサブマウントを設置する必要がなく、そのサブマウントの機能をＳｉ製ベース基板に持たせることができる。また、電気接合の配線等も簡略化が可能な構造とすることができる。
【００２４】
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態によるＬＥＤ用サブマウントの製造方法について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントのＳｉ製サブマウントの製造工程を示す工程図である。図４は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントに搭載するＳｉ製リフレクタの製造工程を示す工程図である。図５は、本発明の一実施形態によるＳｉ製サブマウントにＳｉ製リフレクタを搭載する製造工程を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００２５】
最初に、図３を用いて、Ｓｉ製サブマウント２の製造工程について説明する。
【００２６】
最初に、図３（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１を準備する。
【００２７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１１の表裏面（図面上で上下面）にホト加工を施した後、Ｓｉ基板１１を水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液に浸漬し、エッチングにより貫通穴７を形成して、貫通穴付きＳｉ基板１１′を形成する。
【００２８】
次に、図３（Ｃ）に示すように、貫通穴付きＳｉ基板１１′の上下面及び貫通穴７の内面に酸化膜８を成膜する。
【００２９】
次に、図３（Ｄ）に示すように、貫通穴付きＳｉ基板１１′の上面に入出力端子３ａ，３ｂを形成し、また、下面に入出力パッド４ａ、４ｂを形成する。この時に貫通穴付きＳｉ基板１１′の上面に、メタライズ１３も同時に形成される。
【００３０】
次に、図３（Ｅ）に示すように、貫通穴付きＳｉ基板１１′の上面にＬＥＤの反射用のＡｌ薄膜６を形成する。
【００３１】
最後に、図３（Ｆ）に示すように、貫通穴付きＳｉ基板１１′の上面に、メタライズ１３を形成した後、Ｓｉ製リフレクタ１との接合に用いる薄膜はんだ９を形成する。
【００３２】
次に、図４を用いて、Ｓｉ製リフレクタ１の製造工程について説明する。
【００３３】
最初に、図４（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２を準備する。
【００３４】
次に、図４（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１２の表面にホト加工を施した後、Ｓｉ基板１２を水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液に浸漬し、貫通穴を形成し、貫通穴付きＳｉ基板１２′を形成する。Ｓｉ基板１２は、結晶面（１００）のＳｉ基板であり、ウェットエッチングを表面から実施することにより形成される斜面の結晶面は（１１１）面、すなわち平坦面とのなす角は結晶学的に５４.７４°となる。
【００３５】
次に、図４（Ｃ）に示すように、貫通穴付きＳｉ基板１２′に酸化膜１０を成膜する。
【００３６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、貫通穴付きＳｉ基板１２′の下面にメタライズ１３を形成する。このメタライズ１３の形成の目的は、薄膜はんだ９との接合用である。
【００３７】
次に、図４（Ｅ）に示すように、貫通穴付きＳｉ基板１２′の斜面にＬＥＤの反射用のＡｌ薄膜５を蒸着等により形成する。薄膜の形成は、マスクなどを用いて斜面内のみに形成しても良いし、Ｓｉ基板上面から全面に形成しても良いものである。
【００３８】
次に、図５を用いて、Ｓｉ製サブマウントにＳｉ製リフレクタを搭載する製造工程について説明する。
【００３９】
Ｓｉ製サブマウントとＳｉ製リフレクタの接合工程では、貫通穴付きＳｉ基板１１′と貫通穴付きＳｉ基板１２′を薄膜はんだ９を介して接合する。薄膜はんだ９の融点よりも２０〜５０℃程度高い温度に設定したヒーターの上に貫通穴付きＳｉ基板１１′と貫通穴付きＳｉ基板１２′を載せ、貫通穴付きＳｉ基板１２′の上方から加圧することにより基板同士の接合を実施する。
【００４０】
最終工程では、貫通穴付きＳｉ基板１１′と貫通穴付きＳｉ基板１２′を接合した積層体を所定の外形寸法（図示の線２０）に切断することにより、図１に示すＳｉ製ベース基板２の上にＳｉ製リフレクタ１を載せた構造のＬＥＤ用サブマウントが完成する。
【００４１】
以上の製造工程により、Ｓｉ製ベース基板とＳｉ製リフレクタとを接合した構造のＬＥＤ用サブマウントを、経済性に優れた簡易な工程で、容易に製造できる。よって、経済性に優れた高品質のＬＥＤ用サブマウントが提供できる。
【００４２】
次に、図６を用いて、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントを用いたＬＥＤ光源の構成について説明する。  
図６は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントを用いたＬＥＤ光源の構成を示す断面図である。なお、図１と、同一符号は、同一部分を示している。
【００４３】
図６は、図５に示した工程で製造したＬＥＤ用サブマウントに、ＬＥＤ１４や蛍光体１６を組み込んだ状態を示している。ＬＥＤ１４は、Ａｕバンプ１５を用いて、入出力端子３ａ，３ｂに接続され、固定される。リフレクタ１の断面形状が逆台形状の窪みには、蛍光体１６が充填される。
【００４４】
ＬＥＤ１４から発せられた光は、その上部に充填されている蛍光体１６に吸収され、蛍光を発する。この蛍光は、リフレクタ１のＡｌ薄膜５及びＡｌ薄膜６による反射面によって反射され、外部に出射する。ＬＥＤ１４からの発熱は、Ｓｉ製ベース基板２から効果的に放散される。
【００４５】
次に、図７を用いて、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントを多数同時に製造時の構成について説明する。  
図７は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントを多数同時に製造時の基板状態のＬＥＤサブマウントの構成を示す平面図である。なお、図１と、同一符号は、同一部分を示している。
【００４６】
図７に示すように、ウエハのような大型Ｓｉ基板に数百〜数千個のＳｉ製ベース基板を製造し、その上に、同じく大型Ｓｉ基板に同数製造されたＳｉ製リフレクタを搭載して固定する。その後、所定寸法に切断することで、多数のＬＥＤ用サブマウントを製造できる。さらに、ＬＥＤの組み込みや、蛍光体の充填を行い、個々のＬＥＤ光源を製造することができる。
【００４７】
本実施形態によるＬＥＤ用サブマウントは、以下に示す製品としての優位性を有する。ここで、リフレクタを別材料（金属またはプラスチック等に金属薄膜をはったもの）で形成し、このリフレクタの内部の窪みにＬＥＤ用サブマウントと搭載したものと比較して説明する。
【００４８】
（１）リフレクタ側のベース基板をＳｉ製とし、ＬＥＤをＬＥＤ用サブマウントに直接搭載できて構造を簡略化でき、従来のサブマウント厚みの距離が無いので、リフレクタとＬＥＤの距離が近く、蛍光体を充填した場合、蛍光体面積を小さくすることができる。光は蛍光体全体から発生するため事実上小さな面積の光源になり、コンパクトなレンズ設計が可能となる。
【００４９】
従来は、リフレクタが通常金属または金属薄膜をはった構造になっているため、ワイヤボンディングを行う際、リフレクタとは別途に電気端子をリフレクタ−サブマウント間に設ける必要があり、さらにリフレクタサイズを大きくなっていた。
【００５０】
（２）Ｓｉ製ベース基板とＳｉ製リフレクタが同一材料であるため、熱履歴に対する接合信頼性が極めて良い。このため図２に示す１個のＬＥＤを搭載する小さなＬＥＤ用サブマウントだけでなく、図７に示すような数百〜数千個のＬＥＤを同時に搭載する基板状態のＬＥＤ用サブマウントを作製することも容易である。従い、本実施例は多数のＬＥＤを搭載する場合に製作性が優れている。
【００５１】
従来は、サブマウントとリフレクタが別材料であるため、リフローなどの熱負荷が加わると、夫々の材料の熱膨張差からクラックや剥れの発生する可能性があった。
【００５２】
（３）ベース基板とリフレクタとをＳｉ製としたので、Ｓｉの熱伝導が１４５Ｗ／ｍ・Ｋと良好であり、ＬＥＤからの発熱を容易に効率よく放散させることが可能であり、ＬＥＤの温度上昇による特性劣化を抑えることが容易である。
【００５３】
従来のように、リフレクタの材質をプラスチック等で製作した場合は、高輝度ＬＥＤランプのように大電流が流れる場合は、放熱が十分でないため、温度上昇によるＬＥＤの特性劣化が生じ、ランプの熱信頼性が低下する。
【００５４】
（４）Ｓｉ基板の状態で作製するため、ホトリソグラフィー等の半導体プロセスをそのまま適用することができ、経済的に優れたＬＥＤ用サブマウントを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントの全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントの全体構成を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントのＳｉ製サブマウントの製造工程を示す工程図である。
【図４】本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントに搭載するＳｉ製リフレクタの製造工程を示す工程図である。
【図５】本発明の一実施形態によるＳｉ製サブマウントにＳｉ製リフレクタを搭載する製造工程を示す工程図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントを用いたＬＥＤ光源の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＬＥＤ用サブマウントを多数同時に製造時の基板状態のＬＥＤサブマウントの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…Ｓｉ製リフレクタ
２…Ｓｉ製ベース基板
３ａ，３ｂ…入出力端子
４ａ，４ｂ…入出力パッド
５，６…Ａｌ薄膜
７…貫通穴
８，１０…酸化膜
９…薄膜はんだ
１１，１２…Ｓｉ基板
１１′，１２′…貫通穴付きＳｉ基板
１３…メタライズ
１４…ＬＥＤ
１５…Ａｕバンプ
１６…蛍光体
１７…基板状態のＬＥＤ用サブマウント
【図１】
2006086176.tif 000003
【図２】
2006086176.tif 000004
【図３】
2006086176.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006086176.tif 000007
【図６】
2006086176.tif 000008
【図７】
2006086176.tif 000009