(57)【要約】【課題】圧縮成形を用いた、半導体発光デバイスをパッケージ化する方法を提供すること。【解決手段】半導体発光デバイスをパッケージ化する方法は、前面上に半導体発光デバイスを有する基板を設けるステップを含む。第１の光学要素が、前面上の半導体発光デバイスの近傍に、第１の材料から形成される。第２の光学要素が、半導体発光デバイス及び第１の光学要素を覆って、第１の材料とことなる第２の材料から形成される。第１の光学要素および／または第２の光学要素は、各光学要素を圧縮成形することにより形成される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光デバイスをパッケージ化する方法であって、
前面の上に前記半導体発光デバイスを有する基板を設けるステップと、
前記前面の上の前記半導体発光デバイスの近傍に、第１の材料から第１の光学要素を形成するステップと、
前記半導体発光デバイス及び前記第１の光学要素を覆って、前記第１の材料と異なる第２の材料から第２の光学要素を形成するステップと
を含み、
前記第１の光学要素を形成するステップ及び／又は前記第２の光学要素を形成するステップは、それぞれの光学要素を圧縮成形するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の光学要素を形成するステップは、前記前面の上に、前記第２の光学要素を圧縮成形するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の光学要素を形成するステップは、前記前面の上に、前記第１の光学要素を圧縮成形するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の光学要素を圧縮成形するステップ及び前記第２の光学要素を圧縮成形するステップは、
前記第１の光学要素を形成するように構成された第１の成形キャビティ及び前記第２の光学要素を形成するように構成された第２の成形キャビティを備える自動成形装置に、前記基板を装着するステップと、
前記基板を、前記第１の成形キャビティの方に移動するステップと、
前記第１の成形キャビティ内において、前記第１の光学要素を前記前面の上に圧縮成形するステップと、
前記第１の光学要素を有する前記基板を、前記基板を前記自動成形装置から取り外すことなく前記第２の成形キャビティの方に移動するステップと、
前記第２の成形キャビティ内において、前記第２の光学要素を圧縮成形するステップと、
前記第１の光学要素および前記第２の光学要素を有する前記基板を、前記自動成形装置から取り外すステップと
を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、前記前面の上に複数の半導体発光デバイスを備え、
前記第１の光学要素を圧縮成形するステップ及び前記第２の光学要素を圧縮成形するステップは、前記半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆って、前記前面の上に、複数の第１の光学要素を圧縮成形するステップ及び複数の第２の光学要素を圧縮成形するステップを含み、
前記第１の成形キャビティ及び前記第２の成形キャビティは、前記複数の半導体発光デバイスの対応するそれぞれの近傍に配置された、レンズ形状の複数のキャビティをそれぞれ備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の光学要素を圧縮成形するステップは、前記第２の光学要素を、前記半導体発光デバイス及び前記第１の光学要素の上を覆って圧縮成形するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の光学要素と前記第２の光学要素とは、パッケージ化された半導体発光デバイスに所望の光学特性を与えるように選択された異なる屈折率を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の光学要素および前記第２の光学要素は、パッケージ化された半導体発光デバイスに選択された視角を与えるように構成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の材料は、圧縮成形の間に前記第１の光学要素の前記基板への接着を促進するように、かつ／または、パッケージ化された前記半導体発光デバイスの熱サイクルの間に前記半導体発光デバイスおよび／または前記半導体発光デバイスに結合しているワイヤボンドに加えられる応力を制限するように選択された接着特性を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の材料および／または前記第２の材料は、蛍光体を含み、
前記第１の材料および／または前記第２の材料は、シリコーンを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板を設けるステップは、反射キャビティを伴わずに、前記前面の上に前記前面と同じ高さに前記半導体発光デバイスを備え付けるステップを含み、
前記第２の光学要素は、前記半導体発光デバイスを囲む前記基板の前記前面の領域に成形され、前記領域から延在し、かつ、前記半導体発光デバイスを覆って延在することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の光学要素を形成するステップは、圧縮成形以外のプロセスを用いて、前記第１の光学要素を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
圧縮成形以外の前記プロセスは、ディスペンシング及び／又はボンディングを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の光学要素を形成するステップは、前記半導体発光デバイスの近傍ではあるが前記半導体発光デバイスを覆わずに前記第１の光学要素を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の材料は、前記第１の材料と異なる屈折率を有し、
前記第１の光学要素は、キャビティを画定するように成形され、
前記半導体発光デバイスは、前記キャビティ内に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の材料は、圧縮成形の間に前記第２の光学要素の前記基板への接着を促進するように、かつ／または、パッケージ化された前記半導体発光デバイスの熱サイクルの間に前記発光デバイスおよび／または前記発光デバイスに結合しているワイヤボンドに加えられる応力を制限するように選択された接着特性を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板は、前記前面の上にコンタクトを備え、
前記第２の光学要素を圧縮成形するステップは、前記基板を圧縮成形して、前記半導体発光デバイスの上を覆う前記基板の前記前面の上の前記第２の光学要素と、前記基板の前記前面の上の前記コンタクトを含む領域を覆う残余コーティングとを形成するステップを含み、
前記方法は、前記コンタクトに損傷を与えることなく、前記コンタクトを覆う前記残余コーティングを取り除くステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の光学要素または前記第２の光学要素は、前記半導体発光デバイス及び前記半導体発光デバイスを前記基板に結合するワイヤボンドの上を覆って圧縮成形され、前記ワイヤボンドに直接に接触することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板は、セラミック基板、ＭＣＰＣＢ、可撓性回路基板、および／またはリードフレームを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板は、前記前面の上に複数の半導体発光デバイスを備え、
前記第１の光学要素を形成するステップおよび前記第２の光学要素を形成するステップは、前記半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆って、前記基板の前記前面の上に、複数の第１の光学要素を形成するステップおよび複数の第２の光学要素を成形するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
パッケージ化された半導体発光デバイスであって、
基板と、
前記基板の前面の上に備え付けられた半導体発光デバイスと、
前記基板の前記前面の上の前記半導体発光デバイスの近傍の第１の光学要素と、
前記基板の前記前面の上の前記半導体発光デバイス及び前記第１の光学要素を覆う第２の光学要素と
を備え、
前記第１の光学要素および／または前記第２の光学要素は、圧縮成形された光学要素を備えることを特徴とするパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２２】
前記半導体発光デバイスは、反射キャビティを伴わずに前記基板の前記前面の上に前記前面と同じ高さに備え付けられ、
前記第２の光学要素は、前記半導体発光デバイスを囲む前記基板の前記前面の領域に成形され、前記領域から延在し、かつ、前記半導体発光デバイスを覆って延在することを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２３】
前記圧縮成形された光学要素は、シリコーンレンズを備えることを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２４】
前記半導体発光デバイスは、複数の半導体発光デバイスを備え、
前記圧縮成形された光学要素は、前記半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆う複数の圧縮成形された光学要素を備えることを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２５】
前記半導体発光デバイスに電気的に結合された、前記基板の前記前面の上のコンタクトをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２６】
前記半導体発光デバイスは、複数の半導体発光デバイスを備え、
前記コンタクトは、各半導体発光デバイスに電気的に結合された、前記前面の上の複数のコンタクトを備え、
前記圧縮成形された光学要素は、前記半導体発光デバイスの対応するそれぞれを覆う複数の圧縮成形された光学要素を備えることを特徴とする請求項２５に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２７】
前記圧縮成形された光学要素は、シリコーンレンズを備えることを特徴とする請求項２６に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２８】
前記半導体発光デバイスを前記基板のコンタクト部分に電気的に結合するワイヤボンドをさらに備え、
前記圧縮成形された光学要素のうちの少なくとも１つは、前記ワイヤボンドに直接に接触することを特徴とする請求項２５に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項２９】
前記第１の光学要素と前記第２の光学要素とは、前記パッケージ化された半導体発光デバイスに所望の光学特性を与えるように選択された異なる屈折率を有することを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項３０】
前記第１の光学要素および前記第２の光学要素は、前記パッケージ化された半導体発光デバイスに選択された視角を与えるように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項３１】
前記第１の光学要素は、圧縮成形の間に前記第１の光学要素の前記基板への接着を促進するように、かつ／または、前記パッケージ化された半導体発光デバイスの熱サイクルの間に前記発光デバイスおよび／または前記発光デバイスに結合しているワイヤボンドに加えられる応力を制限するように選択された接着特性を有する第１の材料を含むことを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項３２】
前記第１の光学要素は、第１の材料を含み、
前記第２の光学要素は、第２の材料を含み、
前記第１の材料および／または前記第２の材料は、蛍光体を含み、
前記第１の材料および／または前記第２の材料は、シリコーンを含むことを特徴とする請求項２１に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイス及びその製造方法に関し、より詳細には、半導体発光デバイスのパッケージ化およびパッケージ化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザダイオード等の半導体発光デバイスは、多くの用途に広く用いられている。当業者にはよく知られているように、半導体発光デバイスは、通電するとコヒーレント光および／またはインコヒーレント光を発するように構成された、１つ又はそれ以上の半導体層を備える。半導体発光デバイスは一般的に、外部との電気的接続、ヒートシンク、レンズもしくは導波路、周囲環境からの保護、および／またはその他の機能を与えるようにパッケージ化されるということも知られている。
【０００３】
例えば、半導体発光デバイスに対して２つの部分で構成されたパッケージを設けることが知られている。ここでは、半導体発光デバイスが、アルミナ、窒化アルミニウム、および／またはその他の材料を含み電気配線を備える基板上に備え付けられ、半導体発光デバイスに外部接続が与えられる。銀メッキされた銅を含むことができる第２の基板は、例えば接着剤を用いて第１の基板の上に備え付けられ、半導体発光デバイスを取り囲む。レンズを、第２の基板上に半導体発光デバイスの上方に設置してもよい。上記で説明した２つの部分で構成されたパッケージを有する発光ダイオードは、特許文献１で説明されており、その開示は、本明細書に完全に記載されたかのようにその全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００４】
半導体発光デバイスに複数の部分で構成されたパッケージを用いると、異なる部分は典型的には異なる材料で作られる。結果として、そのようなパッケージでは熱インピーダンスが高くなる可能性があり、またパッケージ内の種々の構成要素の間に熱的な不整合が生じ、パッケージに信頼性の問題を引き起こす可能性がある。例えば、ヒートシンク又はキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）の銅と、そのようなヒートシンク又はキャビティが備え付けられるボディのプラスティックとの間に問題が生じる可能性がある。さらに、パッケージの構成部分数（ｐｉｅｃｅ ｐａｒｔ ｃｏｕｎｔ）が増すので、組み立てがより複雑になる場合がある。さらに、シートメタルの光キャビティが利用される場合には、キャビティは一般に、限られた範囲の深さおよび形の構成でしか作製できない。また、そのような複数の部分で構成されたパッケージは、より大きな光キャビティの空間を有し、使用されるカプセル封止材の増加を招き、このことは、温度サイクルの間にカプセル封止材の内部に層の剥離および／または気泡が生ずることに関連する問題を増加させる可能性がある。
【０００５】
予め成形されたレンズを接着剤によって取り付けて用いる場合は、完成品のロバスト性と信頼性に関する問題に遭遇することがある。例えば、そのようなデバイスの製造過程は、本質的に一貫したものでなく、結果として出来上がるパッケージは、ロバスト性と信頼性に関して劣る可能性がある。レンズを形成するのに用いる樹脂の粘性を利用したディスペンス法を用いてレンズを形成することも知られている。
【０００６】
いくつかの用途では、セラミック基板、メタルコアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ（ｍｅｔａｌ ｃｏｒｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ））、可撓性（フレキシブル）回路基板、および／またはリードフレーム等の基板の表面に、反射カップを用いずにＬＥＤを備え付けるのが好ましい場合がある。しかしながら、そのような構造が設けられていない場合、ＬＥＤがキャビティ内部に配置されていないときには上記で説明した種々の手法は十分には適していないので、レンズの形成および／または固定がより困難になる可能性がある。
【０００７】
ヒューレットパッカード社（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能な小型表面実装デバイス（ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）等の、ある種の低電力ＬＥＤパッケージのカプセル封止に、エポキシのトランスファ成形が用いられることも知られている。そのようなデバイスの上のエポキシは、内部のデバイスをカプセル封止するとともに、パッケージに構造上の強度を与えることができる。しかしながらエポキシは、いくつかの半導体発光デバイスによって一般に生成される青色の光の電磁エネルギによって劣化する傾向があり、結果として、光に対する透明度が劣化する可能性がある。したがって、得られるパッケージは、比較的短い期間が過ぎると不透明になってゆく可能性がある。このように、エポキシは、青色発光のデバイスのカプセル封止にはあまり魅力的な選択肢でない可能性がある。さらに、エポキシには、カプセル封止材の第１の層としてＬＥＤチップとそれらのボンドワイヤとの接合部コーティングに用いることができるシリコーンソフトジェルとの間の、熱膨張率（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ（ＣＴＥ））不整合の問題がある。
【０００８】
また、鋳込み（ｃａｓｔｉｎｇ）を使用して、エポキシでＬＥＤデバイスをカプセル封止することも知られている。このプロセスは、典型的には開口チェンバに対してのみ適用可能であり、ここでは、エポキシがカップ中に収容された状態で硬化が生じることができ、リードフレームがカップ中に挿入されてエポキシが硬化されるときに鋳込みが行われる。化学反応と体積の収縮の結果、液体エポキシのレベルは、硬化の過程に一般的に自由に自分自身で調整がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００４１２２２Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１２０，６００号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７３９，５５４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６３１，１９０号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６０４，１３５号明細書
【特許文献９】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，３３８，９４４号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，９６６，８６２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，９１８，４９７号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８Ａ１号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号明細書
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００４／００５６２６０Ａ１号明細書
【特許文献２０】米国特許６，２５２，２５４号明細書
【特許文献２１】米国特許６，０６９，４４０号明細書
【特許文献２２】米国特許５，８５８，２７８号明細書
【特許文献２３】米国特許５，８１３，７５３号明細書
【特許文献２４】米国特許５，２７７，８４０号明細書
【特許文献２５】米国特許５，９５９，３１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
別のアプローチでは、シリコーンを用いて圧縮成形（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）により形成されたレンズを用いる。圧縮成形を用いると、基板またはウェーハ上のＬＥＤチップの整合アレイ（ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｒｒａｙ）の上に圧縮成形レンズのアレイを配置することができる。しかしながら、従来のレンズの圧縮成形では、成形材料が延在し前面側コンタクトとの電気的接続の形成を制限してしまう可能性があるので、一般に基板の前面側よりはむしろ背面側での電気的コンタクトが必要である。そのような従来の圧縮成形されたレンズを形成するための圧縮成形プロセスは、日本国京都府のＴＯＷＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。
【００１１】
半導体発光デバイスのパッケージ化は、種々の操作に対して要求される精度に起因して、得られるパッケージ化されたデバイスのコストを増大させる場合がある。異なる光学特性を有するパッケージ化された発光デバイスが要求されるにつれて、コストは一般に増大する。パッケージ化された発光デバイスの形成コストを下げる可能性のある技術として圧縮成形技術が提案されているものの、この技術の恩恵はまだ十分には得られていない。例えばそのような技術は、一般に単一の材料で簡単なレンズを製造することにしか用いられてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態は、半導体発光デバイスをパッケージ化する方法を提供する。この方法は、半導体発光デバイスを前面上に有する基板を設けるステップを含む。第１の光学要素が、前面上の半導体発光デバイスの近傍に、第１の材料から形成される。第２の光学要素が、半導体発光デバイス及び第１の光学要素を覆って、第１の材料と異なる第２の材料から形成される。第１の光学要素および／または第２の光学要素は、それぞれの光学要素を圧縮成形することにより形成される。
【００１３】
他の実施形態では、第１の光学要素および第２の光学要素の圧縮成形は、第１の光学要素を形成するように構成された第１の成形キャビティ及び第２の光学要素を形成するように構成された第２の成形キャビティを備える自動成形装置に基板を装着するステップを含む。基板が、第１の成形キャビティの方に移動される。第１の光学要素は、第１の成形キャビティ内で前面上に圧縮成形される。第１の光学要素を備える基板が、自動成形装置から基板を取り外すことなく、第２の成形キャビティの方に移動される。第２の光学要素が、第２の光学キャビティ内で圧縮成形される。第１および第２の光学要素を有する基板が、自動成形装置から取り外される。
【００１４】
他の実施形態では、基板は、前面上に複数の半導体発光デバイスを備える。第１の光学要素および第２の光学要素の圧縮成形は、半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆って、複数の第１の光学要素および複数の第２の光学要素を前面上に圧縮成形するステップを含む。第１の成形キャビティ及び第２の成形キャビティは、複数の半導体発光デバイスの対応するそれぞれの近傍に配置されたレンズ形状の複数のキャビティをそれぞれ備える。
【００１５】
さらなる実施形態では、第２の光学要素の圧縮成形は、半導体発光デバイス及び第１の光学要素の上を覆って第２の光学要素を圧縮成形するステップを含む。第１の光学要素と第２の光学要素とは、パッケージ化された半導体発光デバイスに所望の光学特性を与えるように選択された異なる屈折率を有することができる。第１の光学要素および第２の光学要素は、パッケージ化された半導体発光デバイスに選択された視角を与えるように構成することができる。第１の材料は、圧縮成形の間に第１の光学要素の基板への接着を促進するように、かつ／または、パッケージ化された半導体発光デバイスの熱サイクルの間に発光デバイスおよび／または発光デバイスに結合しているワイヤボンドに加えられる応力を制限するように選択された接着特性を有する。第１の材料および／または第２の材料は、蛍光体を含むことができる。第１の材料および／または第２の材料は、シリコーンとすることができる。
【００１６】
他の実施形態では、基板を設けるステップは、反射キャビティを伴わずに、前面上に前面と同じ高さに半導体発光デバイスを備え付けるステップを含む。第２の光学要素は、半導体発光デバイスを囲む基板の前面の領域に成形され、そしてそこから延在し、かつ、半導体発光デバイスを覆って延在する。
【００１７】
さらに他の実施形態では、第１の光学要素を形成するステップは、圧縮成形以外のプロセスを使用して第１の光学要素を形成するステップを含む。圧縮成形以外のプロセスには、ディスペンシング及び／又はボンディングが含まれる。第１の光学要素を形成するステップは、半導体発光デバイスの近傍ではあるが半導体発光デバイスを覆わずに第１の光学要素を形成するステップを含む。第２の材料は、第１の材料と異なる屈折率を有することができ、第１の光学要素は、キャビティを画定するように成形することができ、半導体発光デバイスは、キャビティ内に配置することができる。第２の材料は、圧縮成形の間に第２の光学要素の基板への接着を促進するように、かつ／または、パッケージ化された半導体発光デバイスの熱サイクルの間に発光デバイスおよび／または発光デバイスに結合しているワイヤボンドに加えられる応力を制限するように選択された接着特性を有することができる。
【００１８】
他の実施形態では、基板は、前面上にコンタクトを有する。第２の光学要素の圧縮成形は、基板を圧縮成形して、半導体発光デバイスの上を覆う基板の前面上の第２の光学要素と、基板の前面上のコンタクトを含む領域を覆う残余コーティングとを形成することを含む。この方法はさらに、コンタクトに損傷を与えることなく、コンタクトを覆う残余コーティングを取り除くステップを含む。
【００１９】
さらなる実施形態では、第１の光学要素または第２の光学要素は、半導体発光デバイス及び半導体発光デバイスを基板に結合するワイヤボンドの上を覆って圧縮成形され、ワイヤボンドに直接に接触する。基板には、セラミック基板、ＭＣＰＣＢ、可撓性回路基板、および／またはリードフレームを用いることができる。基板は、前面上に複数の半導体発光デバイスを備えることができ、第１の光学要素を形成するステップ及び第２の光学要素を形成するステップは、半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆って基板の前面上に、複数の第１の光学要素を形成するステップ及び複数の第２の光学要素を形成するステップを含むことができる。
【００２０】
さらに他の実施形態では、パッケージ化された半導体発光デバイスは、基板と、基板の前面上に備え付けられた半導体発光デバイスとを備える。第１の光学要素が、基板の前面上の半導体発光デバイスの近傍にある。第２の光学要素が、半導体発光デバイス及び第１の光学要素を覆って、基板の前面上にある。第１の光学要素および／または第２の光学要素は、圧縮成形された光学要素である。半導体発光デバイスは、反射キャビティを伴わずに基板の前面上に前面と同じ高さに備え付けることができ、第２の光学要素は、半導体発光デバイスを囲む基板の前面の領域に成形され、そしてそこから延在し、かつ、半導体発光デバイスを覆って延在する。圧縮成形された光学要素は、シリコーンレンズとすることができる。半導体発光デバイスは、複数の半導体発光デバイスとすることができ、圧縮成形された光学要素は、半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆う複数の圧縮成形された光学要素とすることができる。
【００２１】
さらに他の実施形態では、半導体発光デバイスに電気的に結合されたコンタクトが、基板の前面上に設けられる。半導体発光デバイスは、複数の半導体発光デバイスとすることができ、コンタクトは、各半導体発光デバイスに電気的に結合された前面上の複数のコンタクトとすることができ、圧縮成形された光学要素は、半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆う複数の圧縮成形された光学要素とすることができる。ワイヤボンドが、半導体発光デバイスを基板のコンタクト部分に電気的に結合することができ、少なくとも１つの圧縮成形された光学要素は、ワイヤボンドに直接に接触することができる。
さらなる実施形態では、第１の光学要素と第２の光学要素とは、パッケージ化された半導体発光デバイスに所望の光学特性を与えるように選択された異なる屈折率を有することができる。第１の光学要素および第２の光学要素は、パッケージ化された半導体発光デバイスに選択された視角を与えるように構成することができる。第１の光学要素は、圧縮成形の間に第１の光学要素の基板への接着を促進するように、かつ／または、パッケージ化された半導体発光デバイスの熱サイクルの間に発光デバイスおよび／または発光デバイスに結合しているワイヤボンドに加えられる応力を制限するように選択された接着特性を有する第１の材料とすることができる。第１の光学要素は第１の材料とすることができ、第２の光学要素は第２の材料とすることができ、第１の材料および／または第２の材料は、蛍光体を含むことができる。第１の材料および／または第２の材料は、シリコーンとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のいくつかの実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスの上面図である。
【図２】本発明のさらなる実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスの上面図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスを形成する方法を示す図であって、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明のいくつかの実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスを形成する方法を示す図であって、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】本発明のいくつかの実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスを形成する方法を示す図であって、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスを形成する方法を示す図であって、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスの断面図である。
【図８】本発明のさらなる実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスの断面図である。
【図９】本発明のいくつかの実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスを形成するための操作を示すフローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスを形成するための操作を示すフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、以下でより十分に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されることが可能で、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を網羅的、かつ完璧なものとし、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供するものである。図面の中で、層および領域の大きさ、または相対的な大きさは、明確に示すために誇張されることがある。
【００２４】
ある要素または層が、別の要素または層「の上に」存在する、「に接続される」、または「に結合される」と表現されるときは、それは、他の要素または層の上に直接に存在し、直接に接続され、または直接に結合されてもよいし、または、介在要素または層があってもよいことが理解されるであろう。対照的に、ある要素が、別の要素または層「の上に直接に」存在する、「に直接に接続される」、または「に直接に結合される」と表現されるときは、それは介在要素または層が存在しないことを意味する。全般にわたり、同様の番号は同様の要素を示す。本明細書で用いられる用語「および／または」は、関連付けて列挙された項目の１つ又はそれ以上の項目の、任意または全ての組み合わせを含む。
【００２５】
本明細書では、種々の要素、コンポーネント、領域、層、および／または区域を表現するために、第１、第２等の用語が用いられる場合があるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および／または区域は、これらの用語によって限定されるべきではないということが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素、コンポーネント、領域、層、または区域を別の領域、層、または区域から区別するためにのみ用いられている。従って、下記で論じる第１の要素、コンポーネント、領域、層、または区域は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、コンポーネント、領域、層、または区域と表現できたものである。
【００２６】
「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「低位に（ｌｏｗｅｒ）」、「上方に（ａｂｏｖｅ）」、「上位に（ｕｐｐｅｒ）」等の空間的な相対性を示す用語は、図示された１つの要素または形体の、別の要素または形体との関係を説明するのに表現しやすくするために本明細書で用いられることがある。空間的な相対性を示す用語は、図示された方向付けに加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる方向付けをも包含する意図で用いられることが理解されるであろう。例えば、図中のデバイスを上下逆さまにすれば、他の要素または形体の「下方に」または「下に」描かれた要素は、他の要素または形体の「上に」位置するであろう。従って、「下に」という例示的用語は、上と下の両方の方向付けを包含することができる。デバイスは、他の態様（９０°回転する等）で方向付けることができ、本明細書で使用される空間的な相対性を示す記述子は、その方向付けに従って解釈される。
【００２７】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態だけを説明する目的で用いられ、本発明を限定することを意図していない。本明細書で用いる単数形は、文脈がそうではないと明確に示さない限り、複数形をも含むことが意図されている。さらに、本明細書中で用語「備える」または「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）が用いられる場合は、述べられた形体、整数、ステップ、操作、要素、および／またはコンポーネントの存在を明示するものであるが、１つ又はそれ以上の、他の形体、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、および／またはそれらの組み合わせの存在または追加を排除するものではないことが理解されるであろう。
【００２８】
本明細書では、本発明の実施形態が、本発明の理想的な実施形態を示す断面図を参照して説明される。従って、例えば製造技術や製造精度によって、図示された形状からの変化が予想されるであろう。このように、本発明の実施形態は、本明細書に示される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば、製造に由来する形状の変位を含むべきである。例えば、矩形として示されたエッチングされた領域は、典型的に曲線状の又は湾曲した形状であろう。従って、図面に描かれた領域は、本質的に模式的であって、それらの形状はデバイスの領域の精密な形状を描くことを意図するものではなく、本発明の範囲を限定する意図ではない。
【００２９】
本明細書で用いるすべての用語（技術用語や科学用語を含む）は、別段の定めがない限り、本発明の技術の属する分野の当業者によって共通に理解される意味と同様の意味を有する。さらに、次のことが理解されるであろう。すなわち、例えば共通に用いる辞書の中で定義されている用語は、関連技術および本明細書の文脈で用いられる意味と一貫した意味を有すると解釈されるべきであること、また、本明細書において明確に定義がなされない限り、理想化した意味または極度に形式的な意味に解釈されないであろうということである。
【００３０】
パッケージ化された半導体発光デバイスの実施形態およびその形成方法の実施形態について、図１より図９を参照して説明を行う。最初に図１を参照すると、パッケージ化された半導体発光デバイス１００が、上面図で示されている。より詳細には、図示されたデバイス１００は、基板１０５の前面１０７の上にアレイ配列（ａｒｒａｙ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）に備え付けられた複数の半導体発光デバイス１０８を有する基板１０５を備える。圧縮成形された光学要素１１０は、レンズとして示されており、基板１０５の前面１０７の上に、各半導体発光デバイス１０８の上を覆って形成される。
【００３１】
半導体発光デバイス１０８は、発光ダイオード、レーザダイオード、および／または、１つ又はそれ以上の半導体層を有することができるその他のデバイスと、基板と、１つ又はそれ以上のコンタクト層とを備えることができる。半導体層は、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、および／またはその他の半導体材料を含むことができ、基板は、サファイア、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、および／またはその他のマイクロエレクトロニック基板を含むことができ、コンタクト層は、金属、および／またはその他の導電層を含むことができる。半導体発光デバイスの設計および製造は当業者によく知られている。
【００３２】
発光デバイス１０８は、例えば、Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ ＤｕｒｈａｍのＣｒｅｅ社から製造販売されているような炭化ケイ素基板上に作製された窒化ガリウムベースのＬＥＤまたはレーザとすることができる。例えば、本発明の実施形態は、特許文献２〜１６に示されたＬＥＤおよび／またはレーザとともに用いるのが適当であろう。これらの発明の開示は、参照により、本明細書に完全に記載されたかのように本明細書に組み込む。その他の適当なＬＥＤおよび／またはレーザは、特許文献１７及び１８に説明されている。さらに、蛍光体コーティングされたＬＥＤは、例えば、特許文献１９に説明されている。これも本発明の実施形態に用いるのに適していると考えられる。これらの発明の開示は、参照により、完全に記載されたかのように本明細書に組み込む。
【００３３】
さらにその他の実施形態では、蛍光体を中に含むエポキシ等の材料が少量、半導体発光デバイスの上に置かれてもよい。蛍光体コーティングを用いたＬＥＤは、例えば、特許文献２０〜２５で説明されている。
【００３４】
また、基板１０５の前面１０７の上に、複数の電気的コンタクト１１５が示されている。例えば、コンタクト１１５は、金をメッキした電気的コンタクトパッドであってもよく、これは半導体発光デバイス１０８を、電気回路、電源等に接続する。本明細書では前面１０７の上のコンタクトだけが論じられているが、いくつかの実施形態においては、背面のコンタクトが設けられてもよいことが理解されるであろう。
【００３５】
本明細書でさらに説明されるように、本発明のある実施形態では、前面のコンタクト１１５を用いつつ、かつ、レンズ１１０を形成するのに用いる非導電性材料の残余堆積物からの干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を受けることなく前面１０７への電気的接続を可能にしつつ、基板１０５の前面１０７の上に圧縮成形されたレンズ１１０を形成することのできる方法を提供する。さらに、本発明のいくつかの実施形態では、レンズ１１０を形成するのに用いられるシリコーンの残余が、電気的コンタクトの必要でない前面１０７の表面上に残っていてもよい。
【００３６】
図１に示す構成は例示の目的であること、および、単一の半導体発光デバイス１０８を有するデバイスを含み、１つ又はそれ以上の半導体発光デバイス１０８およびコンタクト１１５の種々の異なる構成および組み合わせを本発明の種々の実施形態においてパッケージ化された半導体発光デバイス１００に含められることが理解されるであろう。同様にいくつかの実施形態においては、図１に示す構造をさらに加工して、図示されたデバイス１００から形成された複数の個別のパッケージ化された半導体発光デバイスを実現するようにその部分を分離することができることが理解されるであろう。
【００３７】
実施形態によっては、基板は電気的コンタクト１１５の間に一続き又は一群のＬＥＤを形成するための埋め込みの電気的接続を備え、個別のＬＥＤ、および／または一続き若しくは一群のＬＥＤを実現することができる。さらに、レンズを有する個別のＬＥＤは、ＬＥＤの動作を可能とするためのコンタクトをそれぞれ備えることができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態においては、半導体発光デバイス１０８は、基板１０５の上の前面１０７の上に、半導体発光デバイス１０８を囲む反射キャビティを設けることなく、前面１０７と同じ高さ（同一平面上）に備え付けてもよい。この例は図７に示されている。
【００３９】
次に、図２の略図を参照して、さらなる実施形態に従うパッケージ化された半導体発光デバイス２００の説明を行う。図２の実施形態に示すように、パッケージ化された半導体発光デバイス２００は、基板２０５と、基板２０５の前面２０７の上に前面２０７と同じ高さに備え付けられた複数の発光デバイス２０８とを備える。複数の電気的コンタクト２１５は、前面２０７の上に半導体発光デバイス２０８に近接して示されている。また、図２にはコンタクト２１５の前面側を覆うマスク２３０が示されている。図２に示されるように、マスク２３０は、コンタクト２１５の全表面を完全に覆わなくともよい。
【００４０】
半導体発光デバイス２０８は、円形を有するものとして図２に示されている。しかし、半導体発光デバイス２０８の形状は、変わってもよく、円形の表現は、本発明を説明するためであることが理解されるであろう。さらに、圧縮成形されたレンズ１１０の構造は、図２には示されていない。前面側のコンタクト２１５の発光デバイス２０８に対する相対的な配置および前面側のコンタクト２１５の数は、説明の目的であって、本発明のいくつかの実施形態に従えば他の配置も可能である。
【００４１】
次に、本発明のいくつかの実施形態に従って、図３〜図６の断面図および図９のフローチャートを参照し、パッケージ化された半導体発光デバイスを形成する方法の説明を行う。図３〜図６の断面図は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。従って、図２の説明のように、図３〜図６に示すコンタクト２１５及び発光デバイス２０８の特定の配置は、本発明を説明するための目的であって、本発明の方法は、図示されたコンポーネントの特定の構造または配置に限定されるものではないことが理解されるであろう。
【００４２】
図面を参照して説明されるように、本発明のいくつかの実施形態は、基板の上に圧縮成形されたレンズと前面の電気的コンタクトとを有するパッケージ化された半導体発光デバイスを形成するための方法を提供する。基板は、例えば、セラミック基板、ＭＣＰＣＢ、可撓性回路、および／またはリードフレームであってよい。図３〜図６の実施形態に対して、成形を行う前に、ポリイミドフィルム等のマスクまたはステンシルを基板の上のコンタクトに当てる。シリコーンレンズ等の圧縮成形されたレンズが基板に設置された後に、ホットスクリーンやその他の除去方法が、マスクまたはステンシルによって覆われている前面側コンタクトから、レンズを形成している材料を除去するのに用いられる。しかし、本発明のさらなる実施形態では、マスクまたは基板を用いずに、圧縮成形されたレンズを備えるパッケージ化された半導体発光デバイスの製造を実現することが理解されるであろう。また、レンズ形成材料の残余を除去するために、異なる種類のマスクも使い得るし、レーザ、のこぎり、ホットナイフ、ホットワイヤグリッド、および／またはワイヤメッシュ等の異なる方法を用いてもよい。
【００４３】
図３に示す実施形態に見られるように、前面２０７の上の半導体発光デバイス２０８および前面側コンタクト２１５を有する基板２０５を備えるアセンブリ２００が設けられる。上記で述べたように、図示した実施形態においては、前面側コンタクト２１５を覆うマスク２３０もまた設けられる。また図３には、圧縮鋳型（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄ）３０５が模式的に示されている。鋳型３０５には、レンズの形をしたくぼみ又はキャビティ３２０が設けられている。キャビティ３２０は、図示された複数の発光デバイス２０８のそれぞれに対して設けられる。シリコーン３１５が、鋳型３０５の上を覆って、かつくぼみの中に配置される。また図３に示すように、シリコーン３１５と鋳型３０５との間に剥離層３１０が用いられてもよい。剥離層３１０は、レンズの圧縮成形の後に、剥離層３１０のところでシリコーン３１５から鋳型３０５を除去するのを容易にすることができる。剥離層３１０は、例えば、旭硝子社から得られるアフレックス（登録商標）フィルムとすることができる。図３に見られるように、シリコーン３１５は、図示した圧縮成形プロセスにおいてキャビティ３２０を充満するが、さらにキャビティ３２０の間および周囲の領域にわたり延在し、それ故に、基板２０５の前面のコンタクト２１５を含む領域を覆って基板２０５上に残余コーティングの堆積をもたらす。本明細書で説明する本発明の実施形態におけるレンズまたは光学要素を形成するために用いる圧縮成形プロセスの性質によって、このようなシリコーン３１５の付加的被膜が生じる場合がある。
【００４４】
次に図４を参照すると、アセンブリ２００が基板２０５の圧縮成形中に鋳型３０５の中に挿入され、基板の前面上に各半導体発光デバイス２０８を覆って光学要素が形成されるのが示されている。いくつかの実施形態においては、圧縮成形された光学要素や残余コーティングの形成に用いる材料は、シリコーンプラスチックであり、圧縮成形は、温度が約１００℃から約１５０℃（またはいくつかの実施形態では約１４０℃）で、時間は、約３分から約１０分（またはいくつかの実施形態では約５分）で、圧力は、約０．１トン／平方インチから約０．６トン／平方インチで行われる。本発明のいくつかの実施形態におけるパッケージ化された半導体発光デバイスを形成するために用いられる適当なシリコーン材料の例は、有機ポリシロキサンの混合物である。
【００４５】
図５に見られるように、鋳型３０５は、圧縮成形後に剥離層のところで取り外される。従ってアセンブリ２００は、各発光デバイス２０８を覆って圧縮成形された光学要素５２０と、基板の前面のコンタクト２１５を含む領域を覆う残余コーティング５２５とを備える。言い換えれば、圧縮成形されたシリコーン層５１５は、図５に示すように鋳型３０５から除去するときに残余コーティング５２５と光学要素５２０の両方を備える。
【００４６】
図５はさらに、成形されたレンズを各発光デバイス２０８の上に残したまま、マスク２３０の上に位置するシリコーンを除去するために用いる除去方法またはプロセスを示す。図５に詳しく示されているように、除去プロセスは、残余コーティング５２５にカットされたパターンに対応したパターンを有するホットナイフ５３０又はその他のカッティング手段を用いて、残余コーティング５２５をマスク２３０に対応したパターンにカットすることを含む。いくつかの実施形態では、ホットナイフ５３０はそれ自身が対応するパターンを持ち、カッティングの操作が、第２の方向への動きを必要とせず、図５の矢印で示された方向への単一の動きで実行されることを可能にする。本発明の他のいくつかの実施形態では、カッティング装置５３０は、第２の方向および第３方向へ動き、コンタクト２１５を破損せずにコンタクト２１５の電気的コンタクト部分を望むように露出させることができる。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態による図５に示された除去操作の結果、図６に示されるパッケージ化された半導体発光デバイスの構造が得られる。図６に見られるように、基板２０５は、対応する各発光デバイス２０８の上を覆うように形成された圧縮成形レンズ６２０を有する複数の発光デバイス２０８を備える。基板２０５の前面のコンタクト２１５の領域を含む領域を覆う残余コーティング５２５は、コンタクト２１５を破損することなく取り除かれ、コンタクト２１５との電気的接続を形成することが可能となる。
【００４８】
次に、本発明のさらなる実施形態による半導体発光デバイスを形成する操作を、図９に示すフローチャートを参照して説明する。図９に描かれた実施形態で示されるように、操作は、ブロック９００で、基板の前面１０７、２０７の上にコンタクト１１５、２１５を有する基板１０５、２０５を設けることにより始まる（ブロック９００）。半導体発光デバイス１０８、２０８は、基板１０５、２０５の前面１０７、２０７の上に備え付けられる（ブロック９０５）。従って、コンタクト１１５、２１５は、基板１０５、２０５の前面１０７、２０７の上に電気的接続を形成することによって、発光デバイス１０８、２０８を他の回路と電気的に接続する手段を提供することができる。さらなる接続、またはブロック９０５で言及される接続は、各発光デバイス１０８、２０８を基板のコンタクト部分に電気的に接続するワイヤボンドを取り付けることにより形成することができる（すなわち、コンタクト部分は、複数の前面側のコンタクト１１５、２１５のうちの１つとすることができる）（ブロック９１０）。
【００４９】
種々の実施形態において、基板１０５、２０５は、セラミック基板、ＭＣＰＣＢ、可撓性回路基板、および／またはリードフレームとすることができる。さらに、本発明の異なる実施形態において、１つ又はそれ以上の発光デバイス１０８、２０８および前面側のコンタクト１１５、２１５を、それぞれ異なる配置で基板１０５、２０５の上に設けてもよい。また、本発明の種々の実施形態においては、コンタクトからの残余コーティングの除去は、必要に応じて、発光デバイスおよび前面側のコンタクトの選択された幾何形状または配置に対応するのに適当なパターンに基づいて行われてもよい。
【００５０】
図９に示すように、前面側のコンタクト１１５、２１５を覆うマスク２３０が設けられる（ブロック９１５）。マスクは、例えばポリイミドフィルムでよい。基板は圧縮成形され、それにより基板１０７、２０７の上で各半導体発光デバイス１０８、２０８を覆って光学要素１１０、６２０が形成され、基板の前面のコンタクトを含む領域を覆って残余コーティングが形成される。これは、ブロック９２０〜９４０を参照して説明される。
【００５１】
図９に示した実施形態に見られるように、圧縮成形は、複数の半導体発光デバイス１０８、２０８の対応したそれぞれに近接して位置する複数のレンズ形状のキャビティを備える鋳型３０５の表面上に剥離層３１０を設けるステップを含む（ブロック９２０）。基板は、キャビティを対応する各半導体発光デバイスに近接して配置した状態で、鋳型３０５の中に置かれる（ブロック９２５）。シリコーン層３１５が、鋳型３０５およびキャビティ３２０の中、ならびに、キャビティ３２０の間および周囲に設けられる（ブロック９３０）。レンズ６２０、１１０は、キャビティの中のシリコーンから圧縮成形される（ブロック９３５）。基板は、鋳型から分離される（ブロック９４０）。
【００５２】
次に、コンタクトを覆う残余コーティングをコンタクトに損傷を与えずに除去することに関連する操作を、本発明のいくつかの実施形態について、図９のブロック９４５及びブロック９５０を参照して説明を行う。上記のブロック９１５で説明したように設けられたマスクに対応したパターンに残余コーティングがカットされる。基板が複数の発光デバイスおよびコンタクトを前面上に備えるいくつかの実施形態では、残余コーティングをカットするステップは、ホットナイフを用いて残余コーティングをカットするステップを含む。カッティング部の基板にわたる横運動を伴うことなく、カッティングナイフの基板に向かっての前進によってカッティング操作を実現することができるように、ホットナイフは、残余コーティングにカットされたパターンに対応したパターンを有することができる。従って、除去プロセスでコンタクトの表面に何らかの損傷を与える危険性を減少させることができる。残余コーティングの上を覆っているマスクとカットは、除去されて前面のコンタクトが露出する（ブロック９５０）。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態では、発光デバイス１０８、２０８は、光学要素１１０、６２０を圧縮成形する前に、ワイヤボンドによってコンタクト部分に電気的に接続される。さらにいくつかの実施形態では、基板は圧縮成形されて、半導体発光デバイス１０８、２０８の上を覆いワイヤボンドと直接に接触する光学要素１１０、６２０が形成される。本明細書に説明する圧縮成形プロセスは、ワイヤボンドによる発光デバイスとコンタクト部分との結合への損傷を減少または回避さえしながら、このような直接の接触と、ワイヤボンド及びそれと関連付けられた発光デバイスの両方の上に光学要素を形成することとを可能にする。対照的に、このような配置のレンズを形成する他の種々の方法は、ワイヤボンドと発光デバイス及び基板の対応するコンタクト部分との接続への損傷を避けるため、追加の保護的塗布を必要とする可能性がある。
【００５４】
さらに、本明細書に説明する本発明のいくつかの実施形態では、発光デバイスを、基板の前面上に前面と同じ高さに備え付けることができ、また圧縮成形された光学要素を、発光デバイスの周囲に、発光デバイスを覆い１８０°にわたって延在するドーム状に形成することができる。従って、レンズ形成材料および任意の添加物等の選択により、発光デバイスを囲む反射材料のキャビティの使用を必要とする手法と比較して、発光デバイスからの光の抽出および供給に関してより大きな柔軟性および／または効率を得ることができる。そのような反射キャビティは一般に、発光した光の少なくとも一部を吸収するが、前面から延在して、基板の前面上に前面と同じ高さに備え付けられた発光デバイスを十分に囲むレンズ又はその他の光学要素は、種々の応用において光の抽出を改善することができる。しかし、いくつかの実施形態においては、ＬＥＤはキャビティまたは凹部の中にあってもよい。
【００５５】
これまでは、図３〜図６および図９を参照して、マスクを用いる本発明の実施形態を説明してきたが、本発明のいくつかの実施形態においては、そのようなマスクやカッティング手法を用いないことが理解されるであろう。本発明のいくつかの実施形態においては、基板は可撓性回路基板であり、残余コーティングは基板の湿式溶媒の化学洗浄によって除去され、コンタクトを覆う残余コーティングが除去される。マスクまたは湿式エッチング手法のいずれを用いても、複数のコンタクトを含む基板の前面の領域を覆う残余コーティングの除去は可能であるが、いずれの場合もコンタクトを完全に露出させる必要はないことが理解されるであろう。しかしながら、コンタクトの十分な面積を露出させて、残余コーティングが電気的接続と干渉することなく電気的接続を形成できるようにしなければならない。圧縮成形の前に行うのとは対照的に残余コーティングを形成した後に行われるマスキングの手法を、湿式溶媒の化学洗浄の手法と組み合わせて行い、これにより選択したパターンの所望の領域から残余コーティングが除去されるのを制限することができる。
【００５６】
次に、図７と図８に示した実施形態を参照して、本発明のさらなる実施形態に従ったパッケージ化された半導体発光デバイスの説明を行う。それぞれ、基板の上に形成された複数の光学要素を備え、これらは、図では第１と第２で示されている。本発明の異なる実施形態では、１つ及び／又は両方の光学要素を圧縮成形を用いて形成することができることが理解されるであろう。
【００５７】
図７に示した実施形態に見られるように、パッケージ化された半導体発光デバイス７００は、基板７０５の前面７０７の上に前面７０７と同じ高さに備え付けられた複数の半導体発光デバイス７０８を備える。第１の光学要素７４０は、それぞれの半導体発光デバイス７０８の上を覆って形成される。第２の光学要素７２０は、第１の光学要素７４０及び発光デバイス７０８の上を覆って形成される。図７の実施形態にさらに示されているように、添加物７４２を第２の光学要素中に添加して、半導体発光デバイス７０８の光の透過特性または発光特性に影響を与えてもよい。添加物７４２は、第２の光学要素７２０中ではなくて第１の光学要素７４０中に添加されてもよく、または、同じ及び／又は異なる添加物が光学要素７２０及び光学要素７４０にそれぞれ添加されてもよいことが理解されるであろう。加えて、光学要素７２０と光学要素７４０のそれぞれに対して異なる特性を選択することにより、例えば、半導体発光デバイス７０８から出力する光の行路において所望の影響を与えるために、それぞれの材料に対して異なる屈折率を選択することにより、光学特性をさらに調整することができる。光学特性に影響を与える添加物は、蛍光体、散乱剤、ルミセッセント材料、および／または発光の光学特性に影響するその他の材料とすることができる。
【００５８】
図７の実施形態においては、第１の光学要素と第２の光学要素の両方を、圧縮成形により形成することができることが理解されるであろう。しかし、さらなる実施形態では、第１の光学要素７４０を他の方法により形成することができ、第２の光学要素７２０を一般に、図３〜図６および図８において上記で説明した圧縮成形で形成することができる。
【００５９】
パッケージ化された半導体発光デバイス８００のさらなる実施形態が図８に示される。図８の実施形態に見られるように、半導体発光デバイス８０８は、基板８０５の前面上に前面と同じ高さに備え付けられる。基板８０５と半導体発光デバイス８０８との間の接続を形成するワイヤボンド８０９が示されている。図８には見られないが、発光デバイス８０８と基板８０５の前面との界面で第２の接続を形成してもよいことが理解されるであろう。
【００６０】
第１の光学要素８４０は、基板８０５の前面上の発光デバイス８０８の近傍に形成される。第２の光学要素８２０は、発光デバイス８０８、ワイヤボンド８０９および第１の光学要素８４０の上を覆って形成される。図７を参照して説明したように、光学要素８４０および光学要素８２０の片方または両方は、本明細書で先に一般的に説明したように圧縮成形を用いて形成してもよい。さらに、第１の光学要素８４０は、図８の断面図では２つの個別要素として示されているが、発光デバイス８０８及びワイヤボンド８０９の周囲に延在するトロイダル形の単一の光学要素であってもよい。
【００６１】
次に、図１０のフローチャートを参照して、パッケージ化された半導体発光デバイスを形成するための方法のさらなる実施形態を説明する。より詳細には、図１０を参照して説明される方法は、図７または図８に示されたデバイスの形成に用いることができる。図１０を説明する目的のために、両方の光学要素が自動成形装置によって圧縮成形される実施形態の説明を行う。しかし、本発明はそのような実施形態に限定されないことが理解されるであろう。さらに、圧縮成形を参照して説明される操作は、前面上にコンタクトを有する基板を用い、成形材料の残余部分の除去を行い前面のコンタクトを露出させる、本明細書で先に説明したいくつかの実施形態に用いることができることが理解されるであろう。
【００６２】
図１０に示された実施形態に関して、操作は、前面上に半導体発光デバイスを有する基板を設けることで開始される（ブロック１０００）。先に議論したように、基板は、図１および図２に示したように、その前面上に複数の半導体発光デバイスを備えることができる。さらに、半導体発光デバイスは、反射キャビティを用いずに、基板の前面上に前面と同じ高さに備え付けてもよい。基板は、例えば、セラミック基板、ＭＣＰＣＢ、可撓性回路基板、および／またはリードフレームとすることができる。しかし、発光デバイスは、反射キャビティ等の中にあってもよい。
【００６３】
次に、パッケージ化された半導体発光デバイスの第１の光学要素および第２の光学要素の形成に関する操作を、ブロック１００５〜ブロック１０３０を参照して説明する。第１の光学要素を形成するように構成された第１の成形キャビティと、第２の光学要素を形成するように構成された第２の成形キャビティとを備える自動成形装置に、基板が装着される（ブロック１００５）。第１の成形キャビティおよび第２の成形キャビティは、複数の半導体発光デバイスの対応するそれぞれの近傍に配置される複数のレンズ形状のキャビティをそれぞれ備えることができる。ここで基板は、その上に複数の半導体発光デバイスを備える。基板は、第１の成形キャビティの方に移動される（ブロック１０１０）。移動は、自動成形装置の中の、自動コンベア、ロボットアーム等によって行うことができる。
【００６４】
第１の光学要素は、第１の成形キャビティの中で、基板の前面上に圧縮成形される（ブロック１０１５）。ブロック１０１５では圧縮成形と示されているが、第１の光学要素または第２の光学要素は、ディスペンシング、および／またはボンディング等の圧縮成形とは別のプロセスを用いて形成することができることが理解されるであろう。さらに、第１の光学要素は、ブロック１０１５で、半導体発光デバイスの近傍に、しかし例えば図８の光学要素８４０によって図示されているように半導体発光デバイスを覆わない形で形成することができる。またいくつかの実施形態では、第１の光学要素は、図７の実施形態中の第１の光学要素７４０について示されているように、ブロック１０１５で、基板の前面の半導体発光デバイスを囲む領域に成形されてそこから延在し、半導体発光デバイスの上を覆って延在することができる。いくつかの実施形態では、第１の光学要素は発光デバイスの上に延在せず、第１の光学要素を、その中に半導体発光デバイスが配置されたキャビティを画定するように形成してもよい。
【００６５】
第１の光学要素を有する基板は、第２の成形キャビティの方へ移動する（ブロック１０２０）。このとき、自動成形装置から基板を取り出す必要はない。ブロック１０１０での操作を参照して説明したように、例えばコンベア、ロボットをブロック１０２０での操作にも用いることができる。
【００６６】
第２の光学要素が、第２の光学キャビティ中で圧縮成形される（ブロック１０２５）。図８に示した第１の光学要素を参照して説明したように、第２の光学要素は、成形されて基板の前面から半導体発光デバイスを囲む領域に延在し、さらに、図７の第２の光学要素７２０および図８の第２の光学要素８２０で見られるように、発光デバイスの上を覆う形に延在してもよい。第１の光学要素および第２の光学要素をその上に有する基板は、自動成形装置から取り出される（ブロック１０３０）。
【００６７】
また、図７と図８の両方に見られるように、第２の光学要素は、半導体発光デバイスおよび第１の光学要素の上を覆う形に圧縮成形されてもよい。第１の光学要素および第２の光学要素は、パッケージ化された半導体発光デバイスに所望の光学特性を与えるために選択した異なる屈折率を有することができる。第１の光学要素および第２の光学要素は、パッケージ化された半導体発光デバイスに対して選択した視角を与えるように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１の光学要素および／または第２の光学要素を形成するのに用いられる材料は、圧縮成形の間に第１の光学要素の基板への接着を促進するように、かつ／または、パッケージ化された半導体発光デバイスの熱サイクルの間に発光デバイスおよび／または発光デバイスに結合しているワイヤボンドに加えられる応力を制限するように選択された接着特性を有する。第１の光学要素の材料および／または第２の光学要素の材料は、蛍光体を含むことができる。第１の材料および／または第２の材料は、シリコーン、エポキシ、ハイブリッド・シリコーン／エポキシ（ｈｙｂｒｉｄ ｓｉｌｉｃｏｎｅ／ｅｐｏｘｙ）材料等でよい。
【００６８】
先に説明したように、本発明のいくつかの実施形態は、パッケージ化された半導体発光デバイス、および、その形成方法であって調整された光学特性を有するレンズを作製するために圧縮成形を用いる方法を提供する。例えば、圧縮成形を用いて作製されたコンポジット（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）レンズとともにパッケージ化された発光デバイスを提供することができる。いくつかの実施形態では、複数の圧縮成形を用いて圧縮成形レンズを作製することができ、ここでは、第１の光学要素および第２の光学要素を圧縮成形して、視角等の所望の光学特性を有するレンズを作製することができる。他の実施形態では、第１の光学要素がディスペンシング、ボンディング、および／または同様の手法によって作られ、第２の光学要素が圧縮成形されてもよい。従って、第１の光学要素と第２の光学要素とが、パッケージ化されたデバイスの用途の要求により調整された異なる性質（形状、組成、屈折率等）を有することもできる。いくつかの実施形態は、また、第１の光学要素および第２の光学要素に加えて、追加的な光学要素、層、および／または圧縮鋳型を備えてもよい。さらに、各光学要素の形状および組成は、互いに異なってもよく、所望のランプ動作を実現するように調整されてもよい。本発明の種々の実施形態において、改善された接着性、および／またはコンプライアント（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）な部品に対する応力の低減を実現することができる。
【００６９】
図面および明細書において、本発明の実施形態が開示された。そして、ここでは特定の用語が用いられているが、それらは一般的かつ説明的意味に用いられているだけであって、限定目的ではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年3月16日(2011.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光デバイスをパッケージ化する方法であって、
前面の上に前記半導体発光デバイスを有する基板を設けるステップと、
前記前面の上の前記半導体発光デバイスの近傍で前記半導体発光デバイスを覆わないで、第１の材料から第１の光学要素を形成するステップと、
前記半導体発光デバイス及び前記第１の光学要素を覆って、前記第１の材料と異なる第２の材料から第２の光学要素を形成するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の材料は、前記第１の材料とは異なった屈折率を有し、第１の光学要素は、キャビティを作るように形成され、前記半導体発光デバイスが前記キャビティの中に位置している請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の光学要素を形成するステップおよび/または前記第２の光学要素を形成するステップは、前記前面の上に、前記対応の光学要素を圧縮成形するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の光学要素を形成するステップおよび前記第２の光学要素を形成するステップは、前記前面の上に、前記対応の光学要素を圧縮成形するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、前記前面の上に複数の半導体発光デバイスを備え、
前記第１の光学要素を圧縮成形するステップ及び前記第２の光学要素を圧縮成形するステップは、前記半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆って、前記前面の上に、複数の第１の光学要素を圧縮成形するステップ及び複数の第２の光学要素を圧縮成形するステップを含み、
前記第１の成形キャビティ及び前記第２の成形キャビティは、前記複数の半導体発光デバイスの対応するそれぞれの近傍に配置された、レンズ形状の複数のキャビティをそれぞれ備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
パッケージ化された半導体発光デバイスであって、
基板と、
前記基板の前面の上に備え付けられた半導体発光デバイスと、
前記基板の前記前面の上の前記半導体発光デバイスの近傍にあり前記半導体発光デバイスを覆わない第１の光学要素と、
前記基板の前記前面の上にあり、前記半導体発光デバイス及び前記第１の光学要素を覆う第２の光学要素と
を備えることを特徴とするパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記半導体発光デバイスは、反射キャビティを伴わずに前記基板の前記前面の上に前記前面と同じ高さに備え付けられ、
前記第２の光学要素は、前記半導体発光デバイスを囲む前記基板の前記前面の領域に成形され、前記領域から延在し、かつ、前記半導体発光デバイスを覆って延在することを特徴とする請求項６に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項８】
第１の光学要素と第２の光学要素は、圧縮成形された光学要素であり、前記圧縮成形された光学要素は、シリコーンレンズを備えることを特徴とする請求項６に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項９】
前記半導体発光デバイスは、複数の半導体発光デバイスを備え、
前記圧縮成形された光学要素は、前記半導体発光デバイスの対応するそれぞれの上を覆う複数の圧縮成形された光学要素を備えることを特徴とする請求項８に記載のパッケージ化された半導体発光デバイス。
【請求項１０】
前記第１の光学要素と前記第２の光学要素は、異なった屈折率を有し、前記第１の光学要素は、キャビティを作るように形成され、前記半導体発光デバイスが前記キャビティの中に位置している請求項６に記載の方法。