(57)【要約】【課題】  安価な構成で、ＬＥＤ素子３と貫通電極７の接続信頼性を向上させる。【解決手段】  基板の貫通孔に導電材料を充填して形成された貫通電極７上に、ナノ金属粒子を付着させて接続用電極９を形成した。そして、ＬＥＤ素子３はこの接続用電極９を介して貫通電極７と電気的に接続されている。ナノ金属粒子は、インクジェット法やディスペンサー法により所望の形状で塗布できるので、安価で電気的に接続信頼性の高い発光デバイス１が実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成された基板と、
前記貫通孔に充填された導電材料により形成された貫通電極と、
前記基板上に搭載され、前記貫通電極と電気的に接続された発光素子と、
前記発光素子を封止するために前記発光素子を覆うように供給された封止材と、を備える発光デバイスにおいて、
前記貫通電極が前記基板から露出する表面には、ナノ金属粒子を付着させて形成した接続用電極が設けられており、前記発光素子は前記接続用電極を介して前記貫通電極に電気的に接続されたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記ナノ金属粒子が、ナノ銀粒子、ナノ金粒子、ナノ銅粒子、または、これらの粒子の少なくとも二つの粒子の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記接続用電極は、前記貫通電極が前記基板から露出した表面と該表面の周囲の表面領域を含む範囲に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記発光素子と前記接続用電極を接続するワイヤーを備えるとともに、前記ワイヤーが前記表面領域に接合されたことを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記発光素子が電圧を印加するための一対の印加電極を備えるとともに、前記一対の印加電極に対応して、前記貫通電極と前記接続用電極は一対ずつ存在し、
前記一対の印加電極の一方の印加電極が前記一対の接続用電極の一方の接続用電極と導電材で接続され、前記一対の印加電極の他方の印加電極が前記一対の接続用電極の他方の接続用電極とワイヤーにより電気的に接続されたことを特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記発光素子が電圧を印加するための一対の印加電極を備えるとともに、前記一対の印加電極に対応して、前記貫通電極と前記接続用電極は一対ずつ存在し、
前記一対の印加電極の一方の印加電極と前記一対の接続用電極の一方の接続用電極がＡｕ・Ｓｎ共晶接合し、前記一対の印加電極の他方の印加電極と前記一対の接続用電極の他方の接続用電極がワイヤーにより電気的に接続されたことを特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記発光素子と前記接続用電極がフリップチップボンディング法により接続されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記基板の表面には該表面より低い凹部が設けられ、前記貫通電極は前記凹部で露出しており、前記接続用電極は前記凹部内に設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記基板は窪みを持つ形状であり、前記貫通電極は前記窪みに形成され、前記発光素子は前記窪みの底面に載置され、前記封止材が前記窪みに供給されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通電極が形成された基板に発光素子をパッケージ実装した発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光素子、特に低電圧、低消費電力で駆動できるＬＥＤ素子は、発光輝度や発光寿命が改善されたことから室内灯や自動車照明、液晶表示素子のバックライト用などの幅広い分野で使用されている。近年、ＬＥＤ素子を実装する基板材料にガラス材料が用いられている。ガラス材料は、外部から浸入する水分や汚染物質を防げ、気密性が高い。また、ガラス材料は、ＬＥＤ素子を形成するシリコン基板と熱膨張係数が近似するので、実装面や接合面の信頼性が高い。また、ガラス材料は安価であることから、製品のコスト上昇を抑制することができる。しかし、ガラス材料は放熱性能が低いので、ＬＥＤ素子自身の発熱により加熱されると、ＬＥＤ素子の発光効率が低下する。そのため、効果的に放熱できる構造を採用する必要がある。
【０００３】
そこで、ガラス基板に貫通電極を設け、この貫通電極上にＬＥＤ素子を実装する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。図５は、ガラス基板２に２つのＬＥＤ素子を実装した発光装置を模式的に示す断面図であり、特許文献１の図１に相当する。フラットなガラス基板１４には３つの貫通電極７が形成されている。貫通電極７の上には電極メタライズ１３が設けられ、２つの貫通電極７の電極メタライズ１３の上にそれぞれＬＥＤ素子３が実装されている。ＬＥＤ素子３の下面の印加電極は電極メタライズ１３を介して貫通電極と電気的に接続され、ＬＥＤ素子３の上面の印加電極はワイヤー４と電極メタライズ１３を介してＬＥＤ素子３が実装されていない貫通電極と電気的に接続されている。ガラス基板１４の下面には端子電極８が貫通電極７と電気的に接続するように形成されている。従って、ＬＥＤ素子３には、下面に形成した一対の端子電極から電力を供給することができる。
【０００４】
フラットなガラス基板１４の上面には、開口部６が形成されたＳｉ基板１５が、ＬＥＤ素子３を囲むように設置されている。Ｓｉ基板１５はガラス基板１４の表面に陽極接合されている。Ｓｉ基板１５の内壁面は傾斜し、表面には反射膜が形成されている。ＬＥＤ素子の発光は反射膜で反射して、上方向に指向性のある光として出射される。ＬＥＤ素子で生成される熱は、貫通電極７と端子電極８を介して外部へ放熱される。
【０００５】
ここで、特許文献１では、フラットなガラス基板１４に貫通電極７を形成し、その表面に複数の金属層からなる電極メタライズ１３を形成している。電極メタライズ１３は、ガラス基板上に複数の金属層をスパッタ法や蒸着法などで形成してから、フォトレジストを用いてエッチングするフォトリソプロセス、あるいは、リフトオフプロセスを用いて所望の形状としている。その後、開口部６が形成されたＳｉ基板１５をガラス基板１４に接合する。そして、ＬＥＤ素子３を実装し、開口部６に封止材５を充填する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−４２７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、上述したように、電極メタライズは複数の金属をスパッタ法や蒸着法などで成膜しているため、プロセス費用が高価であった。また、フォトリソプロセスやリフトオフプロセスでは基板表面が平坦である必要があり、ガラス基板の上面に電極メタライズを形成した後からでなければ、開口部を持つＳｉ基板をガラス基板に貼り合せることができなかった。そのため、基板表面に形成された窪みの底部に貫通電極がある構成ではメタライズが形成できず、貫通電極の露出表面にワイヤーを直接に接合することしかできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、本発明の発光デバイスは、貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔に充填された導電材料により形成された貫通電極と、前記基板上に搭載され、前記貫通電極と電気的に接続された発光素子と、前記発光素子を封止するために前記発光素子を覆うように供給された封止材と、を備える発光デバイスであって、前記貫通電極が前記基板から露出する表面には、ナノ金属粒子を付着させて形成した接続用電極が形成されており、前記発光素子は前記接続用電極を介して前記貫通電極に電気的に接続された構成である。ナノ金属粒子として、ナノ銀粒子、ナノ金粒子、ナノ銅粒子、または、これらの粒子の少なくとも二つの粒子の混合物を用いることとした。
【０００９】
さらに、接続用電極を、貫通電極が基板から露出した表面と該表面の周囲の表面領域を含む範囲に形成することとした。さらに、発光素子と接続用電極を接続するワイヤーを備え、このワイヤーが表面領域に接合されることとした。
【００１０】
また、基板の表面には該表面より低い凹部が設けられ、貫通電極はこの凹部で露出しており、接続用電極がこの凹部内に設けられることとした。
【００１１】
さらに、基板は窪みを持つ形状であり、貫通電極はこの窪みに形成され、発光素子はこの窪みの底面に載置され、封止材が窪みに供給されることとした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による発光デバイスは、貫通電極上にナノ金属粒子を付着させて形成した接続用電極が形成され、この接続用電極を介して発光素子が貫通電極に電気的に接続される。これにより、接続用電極が容易に形成することが可能になり、直接発光素子が直接に貫通電極に電気的に接続される構成よりも接続信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施例の発光デバイスを表す模式図である。
【図２】本発明に係る実施例の発光デバイスの断面構成を表す模式図である。
【図３】本発明に係る実施例の発光デバイスを表す模式図である。
【図４】本発明に係る実施例の発光デバイスを表す模式図である。
【図５】従来の発光デバイスの断面構成を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による発光デバイスは、貫通孔が形成された基板と、貫通孔に充填された導電材料により形成された貫通電極と、基板上に搭載され、貫通電極と電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆うように供給された封止材を備えている。そして、貫通電極が基板から露出する表面には、ナノ金属粒子を付着させて形成した接続用電極が設けられ、発光素子はこの接続用電極を介して貫通電極と電気的に接続されている。ナノ金属粒子には、ナノ銀粒子、ナノ金粒子、ナノ銅粒子、または、これらの粒子の少なくとも二つの粒子の混合物を例示できる。インクジェット法やディスペンサー法でナノ金属粒子を付着させることが可能なので、パターニング法を用いずに所望の形状の接続用電極が形成できる。このような安価な方法で、真空製膜とフォトリソ法という高価な方法による金属膜と同等の信頼性が得られる。また、インクジェット法やディスペンサー法が用いられるので、凹凸表面の基板に対しても接続用電極の形成が容易に可能である。
【００１５】
さらに、接続用電極は、貫通電極が基板から露出した表面と該表面の周囲の表面領域を含む範囲に形成されている。したがって、接続用電極の面積は貫通電極の露出面積より大きくなっている。また、基板の表面には該表面より低い凹部が設けられ、貫通電極の表面は凹部で露出しており、接続用電極はこの凹部内に設けられている。したがって、凹部の面積が、基板の凹部で露出した貫通電極の面積よりも大きくなっている。
【００１６】
また、基板は窪みを持つ形状であり、この窪みに貫通電極が形成され、発光素子は窪みの底面に配置され、封止材が窪みに供給される。窪みを持つ基板として、ガラス材料を用いて一体的に形成されたガラス基板が例示できる。あるいは、異なる材料を接合して一体的に構成してもよい。また、ナノ金属粒子は比較的低い熱処理温度で下地に対する密着力が向上するので、基板材料の選択の幅が拡大する。例えば、ガラス材料の他にセラミックス材料、窒化アルミニウム材料、金属材料又は樹脂材料を使用することができる。
【００１７】
以下に、本発明に係る実施例を詳細に説明する。以下の実施例では、発光素子としてＬＥＤを、基板として窪みが形成されたガラスパッケージを使用した。
【００１８】
（実施例１）
図１に、本実施例に係る発光デバイス１を模式的に示す。図１（ａ）は縦断面構成を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）はこの俯瞰図である。発光デバイス１は、ガラスパッケージ２の中央部の窪み６の底部に、ダイボンディング材（図示しない）を介してＬＥＤ素子３が実装された構成である。更に、窪み６の底面からガラスパッケージ２の裏面に貫通する貫通電極７ａ、７ｂが形成され、貫通電極７ａ、７ｂと電気的に接続する端子電極８ａ、８ｂがガラスパッケージ２の裏面に形成されている。窪み６の底面では、貫通電極７ａ、７ｂが露出した部位を含む領域に、ナノ金属粒子を付着させて接続用電極９ａ、９ｂが形成されている。すなわち、接続用電極９ａ、９ｂは、貫通電極７ａ、７ｂが基板から露出した表面とこの貫通電極露出面の周囲の表面領域を含む範囲に形成されている。そのため、接続用電極のそれぞれの面積は貫通電極の面積より大きくなっている。なお、本来は発光デバイス１を俯瞰したとき、貫通電極７ａ、７ｂは接続用電極９ａ、９ｂの下にあるため直視できないが、説明の都合上、表記している。
【００１９】
また、ＬＥＤ素子３の上部には、図示しない一対の電極パッドが形成され、これらの電極パッドと接続用電極９ａ、９ｂはワイヤー４ａ、４ｂにより電気的に接続されている。このとき、ワイヤーは貫通電極の直上ではなく、貫通電極露出面の周囲の表面領域に接合されている。このような構成により、端子電極間に電圧を供給してＬＥＤ素子を発光させることができる。
【００２０】
ここでナノ金属粒子とは、直径が数ｎｍから数十ｎｍの金属粒子をいう。例えば、ナノ銀粒子をバインダー樹脂に分散させ、例えばインクジェット印刷法により印刷する。インクジェット印刷機のノズルから溶媒に分散したナノ銀粒子を噴射する。ノズルは多数配列されており、ガラスパッケージ２に対して相対的に移動する。そのため、面状に印刷することができる。ノズルから噴射する液滴は、極めて微量で弾丸のように噴出する。ノズルの先端と印刷面との間隙を２ｍｍ〜３ｍｍに固定して印刷することができる。そのため、凹凸がある表面に印刷する場合でも、所定の高精細なパターンを印刷することが可能となる。印刷後に１００℃〜５００℃の熱処理を施す。これにより、ガラスパッケージや貫通電極と密着性の良好な接続用電極を形成することができる。通常の銀粒子を印刷してメタライズする場合は１０００℃以上の熱処理を施す必要があるが、ナノ銀粒子を使用した場合には、粒子の表面積が大きく、反応性が高いので、低温度の熱処理で良好な密着性を得ることができる。また、フォトプロセスによるパターニングが必要ないので、製造プロセスを簡素化することができ、発光デバイス１の製造コストを低減することができる。
【００２１】
本実施例では、ガラスパッケージ２は板状のガラス材料を使用し、成形加工により窪み６及び貫通電極用の孔を形成した。ガラスパッケージ２は一体的に形成され、異なる材料による接合部が無いので、耐久性が向上する。また、窪み６や貫通電極用の孔を成形加工により形成したが、これに代えて、サンドブラスト法やエッチング法により形成してもよい。また、ガラスパッケージ２の窪み６の壁面及び底面に、ＬＥＤ素子３から発光した光を反射させるため、光反射膜を形成しても良い。
【００２２】
貫通電極は、ガラスパッケージ２の窪み６の底部に設けた貫通孔にＡｇを含有する導電ペーストを充填・固化させて形成することができる。また、導電ペーストに代えて、又は導電ペーストとともにコバール、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属材料を充填し、加熱固化させて形成することができる。また、金属芯材を挿入して接着固定することができる。また、溶融した半田を充填して冷却固化して形成することができる。
【００２３】
ＬＥＤ素子３は図示しないダイボンディング材を介してガラスパッケージ２の上に実装されている。また、ＬＥＤ素子３の表面に形成した図示しない電極パッドと貫通電極７ｂとはＡｕからなるワイヤー４ａ、４ｂにより電気的に接続されている。ＬＥＤ素子３及びワイヤー４ａ、４ｂは封止材５により封止されている。封止材５としては透明樹脂材料を使用することができる。あるいは、金属アルコキシド又は金属アルコキシドから形成されたポリメタロキサンを重合・焼成した金属酸化物を用いてもよい。特に、金属アルコキシド又はポリメタロキサンから形成した金属酸化物を封止材５とした場合には、ガラスからなるパッケージ２もシリコン酸化物であることから、熱膨張係数が近似し、良好な接着性及び封止性を得ることができる。
【００２４】
端子電極８ａ、８ｂは、金属の蒸着法やスパッタリング法、或いは導電材料の印刷法により形成できる。印刷法によれば、導電膜の堆積とそのパターニングが同時に行われるので、製造プロセスの簡素化を図ることができる。また、ガラスパッケージ２に金属の蒸着やスパッタリング法により端子電極を形成する場合には、密着性を向上させるためにＴｉ層、その上にバリア層、その上にＰｔ層、或いはＮｉ層、さらに表面酸化を防止するためにＡｕ層を形成するとよい。また、先に感光性樹脂、例えばレジスト等により電極パターンを形成しておき、その上に金属膜を堆積して、レジストを除去するリフトオフ法により形成することもできる。また、リードフレームを用いて形成してもよい。
【００２５】
（実施例２）
図２に、本実施例の発光デバイス１の縦断面構成を模式的に示す。実施例１と異なる部分は、ＬＥＤ素子３と接続用電極９ａ、９ｂがフリップチップボンディング法で接続している点であり、その他は実施例１と同様なので、重複する説明は適宜省略する。
【００２６】
ガラスパッケージ２の窪み６の底部に、窪み６の底面からガラスパッケージ２の裏面に貫通する貫通電極７ａ、７ｂが形成されている。貫通電極７ａ、７ｂが窪み６の底面で露出した部分にナノ金属粒子を付着させ、接続用電極９ａ、９ｂを形成している。ＬＥＤ素子に形成された電極パッドは接続用電極と接続されている。また、貫通電極７ａ、７ｂと電気的に接続する端子電極８ａ、８ｂがガラスパッケージ２の裏面に設けられている。
【００２７】
（実施例３）
図３に、本実施例の発光デバイス１の縦断面構成を模式的に示す。実施例１と異なる部分は、ＬＥＤ素子３の端子パッドと接続用電極９ａ、９ｂが一方はフェイスダウンで、他方はワイヤーで接続している点であり、その他は実施例１と同様なので、重複する説明は適宜省略する。
【００２８】
図３（ａ）は発光デバイス１の構成を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）はＬＥＤ素子３を実装する前の俯瞰図である。ガラスパッケージ２の中央部の窪み６には、窪み６の底面からガラスパッケージ２の裏面に貫通する貫通電極７ａ、７ｂが形成されている。貫通電極７ａ、７ｂが露出した部位を含む領域に、ナノ金属粒子を付着させて接続用電極９ａ、９ｂが形成されている。すなわち、接続用電極９ａ、９ｂは、貫通電極７ａ、７ｂが基板から露出した表面とこの貫通電極露出面の周囲の表面領域とを含む範囲に形成されている。そのため、それぞれの接続用電極の面積は、貫通電極の面積より大きくなっている。また、ＬＥＤ素子３には一対の電極パッド（図示しない）が形成され、一方の電極パッドは導電材１０により接続用電極９ａに接続され、他方の電極パッドはワイヤー４により接続用電極９ｂと電気的に接続されている。このとき、ワイヤー４を貫通電極７ｂの直上ではなく、貫通電極露出面の周囲の表面領域に接合する。
【００２９】
一方の電極パッドと接続用電極９ａを接続する方法として、導電材１０ではなくＡｕ・Ｓｎ共晶接合を用いてもよい。
【００３０】
（実施例４）
図４に、本実施例の発光デバイス１の構成を模式的に示す。接続用電極９ａ、９ｂが、ガラスパッケージ２の窪み６に形成された凹部に設けられた、という点で実施例３と異なっている。その以外は実施例３と同様の構成なので、重複する説明は適宜省略する。図４（ａ）は発光デバイス１の構成を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は発光素子３を実装する前の俯瞰図である。図示するように、ガラスパッケージ２の窪み６の底面には凹部が形成されている。すなわち、凹部の底面は窪み６の底面より低い位置となっている。この凹部内に貫通電極と接続用電極が形成されている。貫通電極７ａは凹部１２ａの底面で露出するように形成されている。そして、この凹部内に接続用電極９ａが設けられている。ＬＥＤ素子３は導電材１０により接続用電極９ａに接続されている。凹部１２ａの面積は貫通電極７ａの露出面積より大きく、凹部１２ａはＬＥＤ素子３より大きくなっている。また、貫通電極７ｂは凹部１２ｂの底面から露出するように形成され、この凹部１２ｂ内に接続用電極９ｂが設けられている。凹部１２ｂの面積は貫通電極７ｂの露出面積より大きくなっている。ＬＥＤ素子３の上面に形成された電極パッド（図示しない）はワイヤー４により接続用電極９ｂと電気的に接続されている。このとき、ワイヤー４は、貫通電極７ｂの直上ではない部分の接続用電極９ｂに接合される。
【００３１】
記述の通り、接続用電極９ａ、９ｂは凹部１２ａ、１２ｂの内側に、インクジェット法やディスペンサー法を用いてナノ金属粒子を塗布させることで形成できる。予め塗布部を凹部で区画することにより、塗布位置精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  発光デバイス
２  ガラスパッケージ
３  ＬＥＤ素子
４  ワイヤー
５  封止材
６  窪み
７  貫通電極
８  端子電極
９  接続用電極
【図１】
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【図２】
2011181699.tif 000004
【図３】
2011181699.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011181699.tif 000007