(57)【要約】【課題】搭載基板に設けられた回路パターンの接続端子と外部雰囲気中のガスとの反応を抑制することのできる発光装置及びパッケージを提供する。【解決手段】発光装置１は、ＬＥＤ素子２を搭載する回路パターン４を設けた無機材料からなる搭載基板３と、回路パターン４の外部接続電極４４と、外部接続電極４４の露出する面の外縁を覆うように設けられ、無機材料からなる保護膜５とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が搭載され、無機材料からなる搭載基板と、
前記搭載基板の裏面に設けられる電極と、
前記電極の外縁を覆うように、前記搭載基板の裏面に設けられる無機材料からなる保護膜とを有する発光装置。
【請求項２】
前記電極と外部との電気的接続に用いられる導電接合材を有し、
前記保護膜は、前記電極のうち前記導電接合材との接合領域以外を全て覆う請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子は、無機材料からなる封止材により封止される請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の発光装置と、
前記導電接合材と接合される外部電極と、前記外部電極のうち前記導電接合材との接合領域以外を覆う無機材料からなる保護膜とを有する配線基板とを備えるパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搭載基板に設けられた電極を保護する保護膜を設けた発光装置及びパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、搭載基板に設けられた電極を保護する保護膜を設けた発光装置において、保護膜として樹脂レジスト層を形成した発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置は、セラミックの搭載基板の表裏面の少なくとも一方に設けた電極を有し、電極は、接合される半田ボールの径よりも大きく形成され、かつ電極のうち半田ボールとの接合箇所を除いた電極表面及びセラミックの搭載基板の表面のうち少なくとも電極の外縁をまたがる部分に樹脂レジストが形成されている。樹脂レジストが電極の外縁をまたがる部分に形成されているため、熱衝撃による電極の外縁部分を起点とするクラックが発生しにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４４１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の発光装置の樹脂レジストは、電極の外縁部分を保護することにより電極外縁部分を基点とするクラックの発生を抑制することができるが、有機材料であるため外部雰囲気に含まれる硫黄を含むガス等を透過させる。これにより、透過したガスが電極に至り、電極とガスが反応して劣化し、脆弱部となるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、搭載基板に設けられた電極と外部雰囲気中のガスとの反応を抑制することのできる発光装置及びパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、発光素子が搭載され、無機材料からなる搭載基板と、前記搭載基板の裏面に設けられる電極と、前記電極の外縁を覆うように、前記搭載基板の裏面に設けられる無機材料からなる保護膜とを有する発光装置が提供される。
【０００７】
上記発光装置において、前記電極と外部との電気的接続に用いられる導電接合材を有し、前記保護膜は、前記電極のうち前記導電接合材との接合領域以外を全て覆ってもよい。
【０００８】
上記発光装置において、前記発光素子は、無機材料からなる封止材により封止されてもよい。
【０００９】
上記発光装置と、前記導電接合材と接合される外部電極と、前記外部電極のうち前記導電接合材との接合領域以外を覆う無機材料からなる保護膜とを有する配線基板とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、搭載基板に設けられた電極と外部雰囲気中のガスとの反応を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の概略縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の搭載基板の裏面を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子の模式縦断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明するための概略縦断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１変形例に係る発光装置を実装したパッケージの概略縦断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の概略縦断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の搭載基板の裏面を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の概略縦断面図であり、図２は、発光装置の搭載基板の裏面を示す平面図、図３はＬＥＤ素子の模式縦断面図である。
【００１３】
図１に示すように、この発光装置１は、フリップチップ型のＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２を搭載する搭載基板３と、搭載基板３に形成されタングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）で構成される回路パターン４と、回路パターン４のうち裏面パターン４２を保護する保護膜５と、ＬＥＤ素子２を封止するとともに搭載基板３と接着されるガラス封止部６とを有する。また、ＬＥＤ素子２と搭載基板３との間には、ガラスがまわりこまない中空部７が形成されている。本実施形態においては、搭載基板３および回路パターン４が、ＬＥＤ素子２を搭載しＬＥＤ素子２へ電力を供給するための搭載基板を構成している。
【００１４】
発光素子としてのＬＥＤ素子２は、図３に示すように、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる成長基板２０の表面に、III族窒化物系半導体をエピタキシャル成長させることにより、バッファ層２１と、ｎ型層２２と、ＭＱＷ層２３と、ｐ型層２４とがこの順で形成されている。このＬＥＤ素子２は、７００℃以上でエピタキシャル成長され、その耐熱温度は６００℃以上であり、後述する低融点のガラスを用いた封止加工における加工温度に対して安定である。また、ＬＥＤ素子２は、ｐ型層２４の表面に設けられるｐ側電極２５と、ｐ側電極２５上に形成されるｐ側パッド電極２６と、を有するとともに、ｐ型層２４からｎ型層２２にわたって一部をエッチングすることにより露出したｎ型層２２に形成されるｎ側電極２７を有する。ｐ側パッド電極２６とｎ側電極２７には、それぞれＡｕバンプ２８が形成される。
【００１５】
ｐ側電極２５は、例えば銀（Ａｇ）からなり、発光層としてのＭＱＷ層２３から発せられる光を成長基板２０の方向に反射する光反射層として機能する。尚、ｐ側電極２５の材質は適宜変更が可能である。本実施形態においては、ｐ側電極２５上には２点のｐ側パッド電極２６が形成され、各ｐ側パッド電極２６にＡｕバンプ２８が形成される。尚、ｐ側パッド電極２６は例えば３点であってもよく、ｐ側電極２５上に形成するｐ側パッド電極２６の個数は適宜変更が可能である。
【００１６】
ｎ側電極２７は、同一エリアにコンタクト層とパッド層とが形成されている。図３に示すように、ｎ側電極２７は、Ａｌ層２７ａと、このＡｌ層２７ａの上面を覆う薄膜状のＮｉ層２７ｂと、Ｎｉ層２７ｂの上面を覆うＡｕ層２７ｃによって形成されている。尚、ｎ側電極２７の材質は適宜変更が可能である。本実施形態においては、平面視にて、ｎ側電極２７がＬＥＤ素子２の隅部に形成され、ｐ側電極２５がｎ側電極２７の形成領域を除いて、ほぼ全面的に形成されている。
【００１７】
ＬＥＤ素子２は、厚さ１００μｍで３４６μｍ角に形成されており、熱膨張率は７×１０−６／℃である。ここで、ＬＥＤ素子２のＧａＮ層の熱膨張率は５×１０−６／℃であるが、大部分を占めるサファイアからなる成長基板２０の熱膨張率が７×１０−６／℃であるため、ＬＥＤ素子２本体の熱膨張率は成長基板２０の熱膨張率と同等となっている。尚、各図においてはＬＥＤ素子２の各部の構成を明確にするために実寸と異なるサイズで各部を示している。
【００１８】
搭載基板としての搭載基板３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多結晶焼結材料からなり、厚さ０．２５ｍｍで１．０ｍｍ角に形成されており、熱膨張率αが７×１０−６／℃である。図１に示すように、搭載基板３の回路パターン４は、基板表面に形成されてＬＥＤ素子２と電気的に接続される表面パターン４１と、基板裏面に形成されて外部端子と接続可能な裏面パターン４２と、を有している。表面パターン４１は、ＬＥＤ素子２の電極形状に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｕ層４ｃと、を含んでいる。裏面パターン４２は、後述する外部接続電極４４に応じてパターン形成されたＷ層４ａと、Ｗ層４ａの表面を覆う薄膜状のＮｉ層４ｂと、Ｎｉ層４ｂの表面を覆う薄膜状のＡｕ層４ｃと、を含んでいる。表面パターン４１と裏面パターン４２は、搭載基板３を厚さ方向に貫通するビアホール３ａに設けられＷからなるビアパターン４３により電気的に接続されている。外部接続電極４４はアノード側とカソード側で１つずつ設けられる。各外部接続電極４４は、搭載基板３に平面視にて対角に配されている。
【００１９】
保護膜５は、ＳｉＯ２等の無機材料からなり、図２に示すように、搭載基板３の裏面上から外部接続電極４４の外縁部にかけて連続的に形成されて、外部接続電極４４の外縁部を保護する。尚、保護膜５に用いることができる無機材料は、ＳｉＯ２に限定されるものではなく、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２等でもよい。保護膜５は、外部接続電極４４を後述する導電接合材８と接続するための開口部５０を有する。
【００２０】
ガラス封止部６は、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の無機材料のガラスからなる。尚、ガラスの組成はこれに限定されるものではなく、例えば、ガラスは、高屈折率とするためＮｂ２Ｏ５を含んでもよいし、低融点化のためにＮａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等を含有していてもよい。さらに、任意成分としてＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を含んでいてもよい。このガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４９０℃で、屈伏点（Ａｔ）が５２０℃であり、ＬＥＤ素子２の発光層（本実施形態ではＭＱＷ層２３）におけるエピタキシャル成長時の形成温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が十分に低くなっている。本実施形態においては、発光層のエピタキシャル成長温度よりも、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２００℃以上低くなっている。また、ガラスの１００℃〜３００℃における熱膨張率（α）は６×１０−６／℃である。熱膨張率（α）は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を超えるとこれより大きな数値となる。これにより、ガラスは約６００℃で搭載基板３と接着し、ホットプレス加工が可能となっている。また、ガラス封止部６のガラスの屈折率は１．７である。
【００２１】
図１に示すように、ガラス封止部６は、レンズ形状面を有し、ＬＥＤ素子２及び搭載基板３を全面的に覆い、厚さが０．５ｍｍとなっている。
【００２２】
以上のように構成された発光装置１では、回路パターン４を通じてＬＥＤ素子２に電圧が印加されると、ＬＥＤ素子２から青色光が発せられる。ＬＥＤ素子２から発せられた青色光は、ガラス封止部６のレンズ形状面を通じて外部へ放射される。
【００２３】
この発光装置１は、以下の工程を経て製造される。
【００２４】
図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明するための概略縦断面図である。以下、特に搭載基板３の裏面の外部接続電極４４の製造工程について説明する。
【００２５】
まず、搭載基板３をなすグリーンシート３０を用意し、プレス型等によってビアホール３ａを形成しておく。そして、図４（ａ）に示すように、裏面に回路パターンに応じてＷペースト４０をスクリーン印刷する。次いで、図４（ｂ）に示すように、Ｗペースト４０を印刷されたグリーンシート３０を１０００℃余で熱処理することにより焼成させ、アルミナからなる搭載基板３とし、Ｗ層４ａを搭載基板３に焼き付ける。
【００２６】
さらに、図４（ｃ）に示すように、Ｗ層４ａ上にＮｉめっきを施してＮｉ層４ｂを形成し、図４（ｄ）に示すように、Ｎｉ層４ｂ上にＡｕめっきを施すことでＡｕ層４ｃを形成し、回路パターン４を形成する（パターン形成工程）。なお、Ａｕ層４ｃは、Ａｕに比べて外部雰囲気中のガスと反応性の高いＮｉ層４ｂを保護するため、Ｎｉ層４ｂの表面及び外縁部を覆うように形成することが望ましい。
【００２７】
回路パターン４を形成するにあたっては、焼成されたセラミックにＣｒ，Ｔｉ等の金属を蒸着してＮｉめっき及びＡｕめっきを施したたり、Ｃｕ箔を貼り付けた後に所定形状にエッチングしてＡｕめっきを施すようにすることができる。
【００２８】
次に、図４（ｅ）に示すように、ＳｉＯ２からなる保護膜５をゾルゲル法により形成する。保護膜５は、搭載基板３の裏面、外部接続電極４４の外縁部を保護するように形成する（保護膜形成工程）。
【００２９】
一方、ガラス成分の酸化物粉末を１２００℃に加熱し、溶融状態で撹拌する。そして、ガラスを固化した後、ガラス封止部６の厚さに対応するようスライスして封止前ガラスを球状に加工する。この後、金型を用いて封止前ガラスに、レンズ形状を有するレンズ形状面、搭載基板３と接着される接着面及び接着面に設けられたＬＥＤ素子２に対応する凹部を形成する（封止部材準備工程）。
【００３０】
次に、封止部材準備工程にて準備した封止前ガラスを、その凹部がＬＥＤ素子２に対向するように配置し、金型によって搭載基板３にホットプレス加工する。ホットプレス加工により、封止前ガラスの凹部はＬＥＤ素子２に沿うように変形するとともに、搭載基板の表面に接着され、ＬＥＤ素子２及び表面パターン４１を封止する（封止工程）。なお、封止部材準備工程及び封止工程は、保護膜形成工程の前に行っても良い。
【００３１】
第１の実施の形態によれば、外部接続電極４４の外縁部を外部雰囲気中のガス透過性が低い無機材料からなる保護膜５によって保護するとともに、ガスとの反応性が低いＡｕ層４ｃを開口部５０から露出する構成とするため、外部接続電極４４と外部雰囲気中のガスとの反応を抑制することができる。
【００３２】
また、外部接続電極４４の外縁部を保護膜５によって保護するため、外部接続電極４４の外縁部を基点とするクラックや、外部接続電極４４の剥離等の発生を抑制することができる。
【００３３】
［第１変形例］
図５は、発光装置を実装したパッケージの概略縦断面図である。第１変形例は、第１の実施の形態に係る発光素子１を配線基板９に実装したものである。
【００３４】
パッケージ１０は、上記した発光素子１と、金属微粒子を含むペーストからなる導電接合材８と、回路パターン９０を表面に設けた無機材料からなる配線基板９とを有する。また、配線基板９の回路パターン９０は、その表面のうち導電接合材８との接合面以外の領域が保護膜９１により保護される。保護膜９１は、保護膜５と同様にＳｉＯ２等を用いる。
【００３５】
導電接合材８は、発光素子１の外部接続電極４４又は配線基板９の回路パターン９０の表面の少なくともいずれか一方に設ければよい。そして、導電接合材８には、例えば、金スズ（ＡｕＳｎ）はんだ層や、金、銀、白金、パラジウム等の金属微粒子を含むペーストなどを用いればよい。
【００３６】
また、導電接合材８は、発光素子１と配線基板９とが実装されている状態において、外部接続電極４４のうち保護膜５の開口部５０に露出している領域をすべて覆うように接合される。同様に、回路パターン９０のうち保護膜９１によって保護されていない領域をすべて覆うように接合される。
【００３７】
また、導電接合材８として金属微粒子を含むペーストを使用すれば、金属微粒子間に形成される間隙が、金属微粒子及び圧着で融合した金属微粒子の移動や変形を許容することにより、発光素子１と配線基板９との間の熱膨張収縮量の違い等により生じる応力が緩和され、発光素子１の配線基板９からの剥離が防止される。
【００３８】
尚、前記導電接合材８として金属微粒子を含むペーストを使用する場合は、当該金属微粒子と同種の金属からなる金属層を、外部接続電極４４の接合面及び回路パターン９０の接合面の両方に設けることが好ましい。なぜなら、圧着時に金属微粒子の一部がそれぞれの接合面に設けた金属層に侵入することにより接合性が高まるからである。
【００３９】
第１変形例によれば、発光素子１を配線基板９に実装する場合に、それぞれ外部接続電極４４及び回路パターン９０が露出せず、無機材料の保護膜５及び保護膜９１並びに導電接合材８によって保護されるため、外部接続電極４４及び回路パターン９０と外部雰囲気中のガスとの反応を抑制したパッケージを作製することができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の概略縦断面図であり、図７は、発光装置の搭載基板の裏面を示す平面図である。第２の実施の形態は、保護膜５上にさらにＡｕ層を設けた点で第１の実施の形態と異なる。
【００４１】
外部接続電極４５は、図６及び図７に示すように、第１の実施の形態係る発光素子１のＡｕ層４ｃ及びＡｕ層４ｃの外縁を覆う保護膜５上に、開口部５０を塞ぐように、さらにＡｕめっきを施してＡｕ層５１が形成されることで設けられ、裏面パターン４２及び保護膜５を外部雰囲気から保護する。
【００４２】
第２の実施の形態によれば、裏面パターン４２及び保護膜５をＡｕ層５１によって覆い、外部雰囲気中のガスとの反応性の低いＡｕ層５１を露出する構成とするため、裏面パターン４２と外部雰囲気中のガスとの反応を抑制することができる。
【００４３】
また、保護膜５の開口部５０をＡｕ層５１によって保護するため、保護膜５の開口部５０を基点とした剥離等の発生を抑制することができる。
【００４４】
なお、発光素子１Ａを上記した配線基板９に実装する場合は、上記した導電接合材８を用いる他、外部接続電極４５の接合面と回路パターン９０の接合面の両方に金メッキ層を設けて当該両金メッキ層にプラズマを照射して活性化することにより、当該金メッキ層同士を常温で接合してもよい。
【００４５】
また、前記実施形態においては、発光素子としてＬＥＤ素子を用いた発光装置を説明したが、発光素子はＬＥＤ素子に限定されるものではない。さらに、ガラス封止部６はレンズ形状面を有しているものに限らず、複数の平面からなるものとしてもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１    発光素子１Ａ  発光素子
２    ＬＥＤ素子
３    搭載基板
３ａ  ビアホール
４    回路パターン
４ａ  Ａｕ層
４ｂ  Ｎｉ層
４ｃ  Ｗ層
５    保護膜
６    ガラス封止部
７    中空部
８    導電接合材
９    配線基板
１０  パッケージ２０  成長基板
２１  バッファ層
２２  ｎ型層
２３  ＭＱＷ層
２４  ｐ型層
２５  ｐ側電極
２６  ｐ側パッド電極
２７  ｎ側電極
２７ａ  Ａｕ層
２７ｂ  Ｎｉ層
２７ｃ  Ｗ層
２８  バンプ
３０  グリーンシート
４０  Ｗペースト
４１  表面パターン
４２  裏面パターン
４３  ビアパターン
４４  外部接続電極
４５  外部接続電極５０  開口部
５１  Ａｕ層
９０  回路パターン
９１  保護膜
【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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