(57)【要約】  一実施例において、フリップチップＬＥＤは、自身のｎ型層及びｐ型層の底面から延在している高密度の金のポストを備えて形成されている。前記金のポストは、サブマウント電極に結合されている。次いで、アンダーフィル材料が、前記ＬＥＤの底部と前記サブマウントとの間のボイドを充填するように成形される。前記アンダーフィルは、シリコーン成形コンパウンドベースと約７０―８０重量％のアルミナ（又は他の適切な材料）とを有する。アルミナは、典型的なシリコーンアンダーフィルの熱伝導率の約２５倍良好である熱伝導率を有し、大部分は、二酸化ケイ素である。前記アルミナは、白色の粉体である。前記アンダーフィルは、反射性を向上させるために約５―１０重量のＴｉＯ２を有しても良い。ＬＥＤの光は、この反射性のアンダーフィルによって上方に反射され、前記アンダーフィルは、熱を前記サブマウントへ効率的に導く。前記アンダーフィルは、前記光散乱をランダム化し、光抽出を改良する。分配された前記金のポスト及びアンダーフィルは、成長基板のリフトオフ処理においてＬＥＤ層を支持する。
2013510422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記ＬＥＤダイが取り付けられるサブマウントであって、前記ＬＥＤダイと前記サブマウントとの間に間隙が設けられている、前記サブマウントと、
を有する発光装置であって、
前記ＬＥＤダイは、前記底面に電気的に接続されている複数の金属ポストを有し、前記ＬＥＤダイによって下方に発された光が金属ポスト間を通過するように、前記ＬＥＤダイの底面に沿って前記金属ポスト間の実質的に透明な領域が設けられており、
実質的に反射性のアンダーフィル材料が、前記ＬＥＤダイの底面と前記サブマウントとの間のボイドを充填しており、前記アンダーフィル材料は、２０Ｗ／ｍ／Ｋより大きい熱伝導率を有する反射性粉体及びシリコーンを有し、前記アンダーフィル材料は、前記ＬＥＤダイからの光を概ね上方へ反射し、前記ＬＥＤダイと前記サブマウントとの間で熱を伝達する、
発光装置。
【請求項２】
前記アンダーフィル材料は、ＴｉＯ２を注入されているシリコーンを更に有し、前記ＴｉＯ２は、前記アンダーフィル材料中で、約５重量％よりも多い、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤダイがフリップチップである、請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射性粉体が、前記アンダーフィル材料中で、少なくとも７０重量％であるアルミナを有している、請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記アンダーフィル材料が、可視光に対して、少なくとも９０％の反射性を有し、少なくとも約２０Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導率を有する、請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記金属ポストが、５０ミクロン未満の間隔をあけられている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤダイは、前記サブマウントに面しているｐ型層を有している、請求項１に記載の発光装置であって、前記ｐ型層上、及び前記ｐ型層と前記金属ポストとの間に、非半導体の実質的に透明な伝導層を更に有する、請求項１に記載の発光装置。
【請求項８】
前記ＬＥＤダイが、前記サブマウントに面しているｐ型層を有しており、前記金属ポストは、前記ｐ型層上にメッキされる金のポストである、請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤダイが、前記サブマウントに面しているｐ型層を有している、請求項１に記載の発光装置であって、
前記ｐ型層上の非半導体の実質的に透明な伝導層と、
前記実質的に透明な伝導層上に堆積されている金属パッドと、
を更に有し、
前記金属ポストは、前記金属パッド上にメッキされている金のポストを有する、
発光装置。
【請求項１０】
前記金属ポストは、３―７ミクロンの間の長さである、請求項１に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記ＬＥＤダイ内のｐ型層に電気的に接触している金のポストの１つの集合と、前記ＬＥＤダイ内のｎ型層に電気的に接触している金のポストの他の集合とを更に有する、請求項１に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記金属ポストは、１０―２０ミクロンの間の厚さを有し、５０ミクロン未満の間隔をあけられている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記反射アンダーフィル材料が前記ＬＥＤダイからの光を拡散的に反射する、請求項１に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記ＬＥＤダイのための成長基板が除去されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項１５】
底面を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと、
前記ＬＥＤダイが取り付けられるサブマウントであって、前記ＬＥＤダイと前記サブマウント間に間隙が設けられている、前記サブマウントと、
前記ＬＥＤダイの底面と前記サブマウントとの間のボイドを充填するアンダーフィル材料であって、室温未満のガラス転移温度を有するシリコーン成形コンパウンドを有するアンダーフィル材料と、
を有する発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、詳細には、ＬＥＤと取付表面との間の反射性かつ熱伝導性のアンダーフィルの提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、典型的には、個々のＬＥＤ／サブマウントを分離するように後でダイシングされるサブマウントウェハ上に取り付けられる。このウェハの各サブマウント部分は、例えば、超音波ボンディングによって、ＬＥＤ上の電極に結合される上部電極を有する。次いで、アンダーフィル材料（例えば、エポキシ又はシリコーン）が、力学的な支持を提供すると共にＬＥＤを汚染物質から保護するように、前記ＬＥＤの下に注入される。
【０００３】
前記サブマウントは、更に、金属パターンによって、前記ＬＥＤ電極に電気的に接続されている一組の更に堅牢な電極を有しており、これらは、典型的には、従来のはんだリフロー又は他の手段を使用して（前記サブマウントウェハがダイシングされた後に）プリント回路基板に結合される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記ＬＥＤ活性層によって下方に発される光が、前記サブマウントにより吸収されるよりもむしろ、上方へ反射されるように、ＬＥＤの底面上に大きい反射金属電極（例えば、銀）を設けることが、知られている。このような反射性の金属電極を形成することは、複雑になり得る。半導体表面の準備、前記銀ミラーの堆積及びパターニング（pattering）、並びに金属の混在又はコンタミネーションを防止するためのガードシートによるカプセル化は、厳密に監視されなければならない非常に複雑で難しい処理であり得る。
【０００５】
前記ＬＥＤは多くの熱を生成することができ、前記熱は、前記サブマウントを介してヒートシンクへと伝導されることができる。熱の殆どは、ＬＥＤ金属電極を介してサブマウントへ伝導されることができる。シリコーン及びエポキシアンダーフィル材料は、熱に関して劣った伝導体である。
【０００６】
必要とされているのは、サブマウントの表面から上方に光を反射すると共に、前記ＬＥＤからの熱の除去を増大させるための良好な仕方である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術は、前記ＬＥＤと前記サブマウントとの間に良好な熱伝導率を提供する反射性アンダーフィルによって、フリップチップＬＥＤを形成するように、本願明細書において記載されている。
【０００８】
前記ＬＥＤ自体を形成するために、従来のＧａＮベースの層（ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を含む）又はＡｌＩｎＧａＰ層が、成長基板上で成長される。
【０００９】
次いで、上部のｐ型層があまり伝導性を有さないＧａＮベースのＬＥＤの場合、例えば、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯ、ＭＺＯ、ＧＺＯ、ＡＭＺＯ、ＺＩＯ又はＧＭＺＯの透明な伝導性酸化物（ＴＣＯ）層が、拡散電流を助けるようにｐ型層の上面に堆積されることができる。金の透明層も、使用されることができる。次いで、ＴＣＯ層、ｐ型層及び活性層の部分は、ｎ型層の分配された部分を露出するようにエッチングされる。開口は、ｎ型層への電気的接触を作るために、例えば、アルミニウム、Ｐｔ又はＴｉにより充填され得る。次いで、金のポストが、ｎ型電極の最終的な厚さが、同じ高さにおいて、５ミクロンのような、最終的なｐ型電極の厚さ（後述）とほぼ同じ高さを有するように、金属のｎ型コンタクト（例えば、アルミニウム）上において、電気メッキを施される。
【００１０】
次いで、銀又はＰｔの反射性パッドが、例えば、ｐ型層の上のＴＣＯ層でパターンニングされ、前記パッドは、前記アルミニウム上の前記金のポストと同じ高さを持つ金のポストの高密度のアレイを形成するように、金による電気メッキを施される。前記金のポストは、約５０ミクロン又はこれ未満の隔離を有し得て、１０ミクロン以上のオーダにおける直径を有し得る。幾つかの実施例において、前記金のポストは、３０ミクロン以下の分離を有することができて、１０ミクロンより大きい直径を有することができる。
【００１１】
次いで、前記ＬＥＤは、前記ウェハから単体化されて、次いで、サブマウントウェハの金属電極上に取り付けられる。前記サブマウント電極は、金のパッドであり、前記ＬＥＤは、超音波溶接によって、前記金のポストを前記サブマウントの陽極及び陰極の金パッドに溶接することによって、取り付けられることが可能である。
【００１２】
シリコーンベースのアンダーフィルが、準備される。従来のシリコーン成形コンパウンド（ＳＭＣ）は、強さのために、約８０（重量）％の二酸化ケイ素を含んでいる。本発明の一実施例において、二酸化ケイ素（又は二酸化ケイ素の一部）は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と置換される。ここで、前記アルミナは、前記アルミナ粉体を、白色光の下で白色にするために、よく知られている処理を使用して準備される。このようなアルミナは、商業的に入手可能である。シリコーン及び二酸化ケイ素は、低い熱伝導率を有するのに対し、アルミナは、非常に良好な熱伝導率を有する。約７０―８０（重量）％のアルミナを充填されているシリコーンは、良好な熱伝導率を有する。少量（例えば、５―１０重量％）のＳＭＣ含有量は、９６％と同じ程度まで反射率を向上させるチタン酸化物（ＴｉＯ２）（明るい白色の粉体）であり得る。アルミナ及びＴｉＯ２を含んでいるＳＭＣは、光を反射するのみでなく、従来技術の銀ミラーの電極よりも大きい程度まで反射をランダム化する。
【００１３】
前記ＳＭＣは、適切な反射特性及び熱伝導率を有する持つ他の材料により充填されることができる。この反射特性は、前記材料が、白色である又は比較的高い屈折率を有するというものであり得る。このような適切な高い屈折率は、シリコーンの屈折率よりも大きい（例えば１．５よりも大きい）。９０％を超えるアンダーフィルの全体的な反射率が、好ましい。前記アンダーフィルの適切な熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ／Ｋよりも大きい。
【００１４】
次いで、前記サブマウントウェハに取り付けられたＬＥＤは、成形工程にさらされ、前記ＳＭＣにはアルミナが含まれており、オプションとして、ＴｉＯ２が、圧力下で前記ＬＥＤと前記サブマウントとの間のボイドを充填するように強制される。次いで、ＳＭＣが硬化され、前記サブマウントウェハは、前記型から取り除かれる。次いで、過剰なＳＭＣが、例えば、成長基板上から除去される。
【００１５】
次いで、前記成長基板は、例えば、レーザーリフトオフにより除去されることができる一方で、前記アンダーフィル及び金のポストは、薄いＬＥＤ層に対する力学的な支持を提供する。
【００１６】
次いで、光抽出を増大させるように粗くするために、露出されたｎ型層表面がエッチングされることができる。
【００１７】
次いで、前記サブマウントウェハは、個々のＬＥＤ／サブマウントを分離するためにダイシングされる。
【００１８】
多くの分配された金のポストは、ＴＣＯ層と連動して、ｐ型層の後方表面全体にわたって電流を分配する。ＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤの場合、ＴＣＯ層は、オプションであり、金のポストは、ｐ型層における拡散された金属領域にわたってメッキされることができる。前記ポスト間の空間は、反射性ＳＭＣにより充填されているので、前記活性層からの下方への如何なる光も、上方へ反射され、増大された光抽出のためにランダム化される。これらのポストの上部も、上方へ光を反射する。増大された熱伝導率ＳＭＣは、多くの金のポストと協働して、前記ＬＥＤと前記サブマウントとの間の良好な熱伝導率の経路を提供する。
【００１９】
上述は、単に本発明の一実施例であり、他の材料も使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この上でＬＥＤ層が成長される従来技術のウェハの小さい部分を示している断面図である。
【図２】ＧａＮ ＬＥＤの場合にｐ型層上に堆積されるＩＴＯ層を示している。
【図３】ｎ型層を通って下方へエッチングされた開口であって、絶縁材料により被覆されている開口を示している。
【図４】アルミニウム（又は他の適切な金属）により充填されている開口を示している。
【図５】例えば、約５ミクロンの高さを有するポストを形成するために、金でメッキされているアルミニウムの領域を示している。
【図６】ＩＴＯ層上でパターニングされる銀のパッドを示している。
【図７】おおよそアルミニウム上の金のポストも備えるように銀のパッド上にメッキされる金のポストを示している。
【図８】ダイシングされサブマウントウェハに取り付けられた後のＬＥＤの部分を示している。
【図９】良好な反射性及び熱伝導率を有する粉体（例えば、アルミナ粉体）と、オプションとしての前記ＬＥＤとサブマウントウェハとの間のボイドを充填するためのアンダーフィルを圧縮形成するためのＴｉＯ２粉末とを含んでいるシリコーン成形コンパウンド（ＳＭＣ）内に浸漬されているサブマウントウェハ上の３つのＬＥＤの簡易的な模式図である。
【図１０】前記成長基板がレーザーリフトオフにより除去されている際の完全なＬＥＤをより詳細に示しており、成形されたアンダーフィル及び金のポストは、前記レーザーリフトオフの間にＬＥＤ層を支持している。
【図１１】ｎ型層及びｐ型層に接触している金のポストのパターンを示している図１０のＬＥＤの底面図である。
【図１２】図１０の構造を形成するための過程において使用される或るステップを識別するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
同じ又は等価である要素は、同じ符号を付されている。
【００２２】
予備的事項として、従来のＬＥＤは、成長基板上に形成される。使用される例において、前記ＬＥＤは、青色乃至緑色光を生成するための、ＧａＮベースのＬＥＤ（例えばＡｌＩｎＧａＮ又はＩｎＧａＮ ＬＥＤ）である。本発明において使用されることができる他の種類のＬＥＤは、赤色から黄色の範囲における光を生成することができるＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤを含んでいる。
【００２３】
図１に示すように、典型的なＧａＮ ＬＥＤの場合、比較的厚いｎ型ＧａＮ層１０（ｎ型層１０）は、従来技術を使用してサファイア成長基板１２上で成長される。比較的厚いｎ型層１０は、典型的には、低温核生成層と、ｎ型クラッディング層及び活性層のための低欠陥格子構造を提供するための１つ以上の更なる層とを含んでいる。次いで、１つ以上のｎ型クラッディング層（ｎ型層１０内に含まれて示されている）は、厚いｎ型層上に形成され、活性層１４、１つ以上のｐ型クラッディング層１６及び（金属オームコンタクトの形成を助けるための）更に多量にドーピングされたｐ型コンタクト層１８が後続する。これらの材料の伝導率は、逆転されても良い。
【００２４】
前記ＬＥＤの成長は、図１２におけるステップ１０１として示されている。
【００２５】
次いで、前記ＬＥＤは、ｐ型層の伝導率を増大させるためにｐ型ドーパントを活性化させるようにアニールされることができる（ステップ１０２）。
【００２６】
図２に示されているように、薄い伝導性のインジウムチタン酸化物（ＩＴＯ）層２０（又は他のＴＣＯ層）は、コンタクト層１８上の拡散電流を助けるためにコンタクト層１８上に堆積される（図１２のステップ１０３）。前記厚さは、おそらく４０ｎｍ―１００ｎｍのオーダにおけるものであるが、広範囲の厚さが許容可能である。ＩＴＯ層の堆積は、よく知られている。他の種類の透明な伝導層も、代わりに使用されることができる。ＩＴＯ層２０は、典型的には、４００ｎｍ周辺の波長に関してＩＴＯ層に接触するＬＥＤ光の２％未満を吸収し、４０ｎｍ厚さに関して約５０オーム／平方のシート抵抗を有する。対照的に、ＧａＮのｎ型層１０のシート抵抗は、約２５オーム／平方である。このＩＴＯ堆積ステップは、ＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤの場合、ｐ型層がより高い伝導性を有するので、オプションである。このＩＴＯ堆積は、更に、ｐ型層が電極間の隔離に対して十分な伝導性を有する場合、ＧａＮベースのＬＥＤに対してオプションであり得る。
【００２７】
次いで、ＩＴＯ層２０は、必要に応じて、アニールされる（ステップ１０４）。
【００２８】
図３に示されているように、ＬＥＤをフリップチップにするために、ＩＴＯ層２０、ｐ型層１８／１６及び活性層１４の領域２２は、例えば、メタライゼーション（ステップ１０５）のためにｎ型層１０の部分を露出させるように反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して選択的にエッチング除去される。このようにして、ｐ型コンタクト及びｎ型コンタクトは、チップの同じ側にあり、サブマウントのコンタクトパッドに直接的に電気的に取り付けられる。示されている構成のフリップチップにおいて、ｎ型金属コンタクトからの電流は、最初にｎ型層内を横に流れる。
【００２９】
次いで、絶縁層２４（例えば、シリコン酸化物又は窒化ケイ素）が、ｐ型層及び活性層から前記金属を電機的に絶縁するための開口の壁上に堆積される。前記絶縁層は、前記アルミニウムがｐ型層及び活性層との側部接触を回避するようにエッチングされることができる場合、オプションである。
【００３０】
次いで、図４に示されているように、アルミニウム２６（又はＡｌ合金）が、ｎ型層１０に接触するように前記開口内にスパッタされ、過剰なアルミニウムは、よく知られている技術を使用して取り除かれる（ステップ１０６）。他の適切な金属も、使用されることができる。
【００３１】
図５に示されているように、ＬＥＤの上部が選択的にマスキングされ、このＬＥＤウェハは、金の電極を備える電気メッキ溶液内に浸漬され、
前記アルミニウムは、約５ミクロンの高さを有する金のポスト２８が形成されるまで露出されたアルミニウムを金でメッキするように（ｎ型層１０を介して）電気的にバイアスをかけられる（ステップ１０７）。他の高さも、適切である。金によるアルミニウムのメッキは、よく知られている処理である。Ａｌと金との間の適切な障壁層が、使用されることができる。図１１は、後述されるように、ＬＥＤの底面上の金のポスト２８の１つの適切なパターンを示している。一実施例において、前記ｎ型層に電気的に接触している金のポスト２８間の空間は、２００ミクロン未満でなければならない。
【００３２】
図６に示されているように、銀のパッド３０は、ｐ型コンタクト層１８のための金のポストが形成されるべきであるＩＴＯ層２０の領域にわたって形成されている（ステップ１０８）。銀のパッド３０の形成は、マスキング及びエッチング処理が後続する銀のスパッタリングによって、なされることができ、又は、マスキング及びリフトオフ処理が、使用されることができる。他の技術も、使用されることができる。銀のパッド３０は、約５０ミクロンよりも小さく（例えば、約３０ミクロン）距離をおかれており、約１０―２０ミクロンの幅を有し得る。銀は、最大の反射性のために使用され、他の反射性でない金属も、使用されることができる。
【００３３】
図７に示されているように、ＩＴＯ層２０及び銀のパッド３０は、電気的にバイアスをかけられている一方で、銀のパッド３０は、金の電気メッキを施され（ステップ１０７と類似）金のポスト２８の高さにおおよそ等しい高さまで金のポスト３２を形成する（ステップ１０９）。この銀と金との間の障壁層（例えばＴｉＷ又はＴｉＷＮ）が、使用されることができる。前記金のポスト３２の間隔は、ｐ型コンタクト層１８にわたる電流拡散抵抗を比較的低くするように選択される。高い密度の金のポスト３２が、ＩＴＯ層２０と併せて、従来技術からの大きい銀の金属コンタクトに取って替わることを目的とすることができるからである。ｐ型コンタクト層１８の上部にわたる拡散抵抗は、ｎ型層１０の拡散抵抗の３分の１未満でなければならない。
【００３４】
前記ＬＥＤが、ＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤである場合、Ａｕ／Ｚｎ拡散によるｐ型層への直接的な金属コンタクトは、ＩＴＯ層を伴うことなく使用されることができ、次いで、Ａｕ／Ｚｎ領域が、金のポスト３２を形成するように金によってメッキされることができきる。このようにして、ＩＴＯ層による少量の光吸収が、回避される。
【００３５】
図８に示されているように、ＬＥＤウェハは、個々のＬＥＤを分離するように単体化され（ステップ１１０）、ＬＥＤは、サブマウントウェハ４０上に取り付けられる（ステップ１１１）。サブマウントウェハ４０は、典型的にはセラミックウェハである。サブマウントウェハ４０上の金属電極４２及び４４は、ウェハ（バイアは破線の輪郭において示されている）を通って延在することができ、回路基板へのはんだ付けのための底部コンタクトパッド４６において終端されている。一実施例において、金属電極４２及び４４は、金であり、ＬＥＤの金のポスト２８及び３２は、電極４２及び４４に超音波で溶接される。
【００３６】
新規なシリコーンベースのアンダーフィルは、反射性であり、良好な熱伝導率を有する。
【００３７】
熱伝導率は、定常状態の条件におけるユニットの温度勾配のために、ユニットの領域の表面に垂直な方向におけるユニットの厚さを通って伝達される熱量として規定される。ワット／メートル／ケルビン（Ｗ／ｍ／Ｋ）指定の使用は、熱伝導率を表現するための一般的な仕方であり、殆どの材料の熱伝導率は、参考文献から容易に利用可能である。
【００３８】
従来のシリコーン成形コンパウンド（ＳＭＣ）は、強度のために約８０（重量）％の二酸化ケイ素粉体を含んでいる。本発明の一実施例において、この二酸化ケイ素（又はこの一部）は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と置換され、前記アルミナは、アルミナ粉体を白色の光の下で白色にするために、既知の処理を使用して準備される。このようなアルミナ粉体は、商業的に入手可能である。シリコーン及び二酸化ケイ素は、低い熱伝導率（例えばｍ１Ｗ／ｍ／Ｋ）を有する一方で、アルミナは、良好な熱伝導率（例えば２５Ｗ／ｍ／Ｋ以上）を有する。約８０（重量）％のアルミナが含まれている前記シリコーンは、約２０Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導率を有する。
少量の前記アルミナの小さい量（例えば、５―１０重量％）は、９６％と同じ程度まで反射率を増大させるために、チタン酸化物（ＴｉＯ２）（明るい白色の粉体）と置換されても良い。約９０％よりも大きいＳＭＣの反射率は、十分である。前記アルミナを含んでいるＳＭＣ及びＴｉＯ２は、前記光を反射するだけでなく、前記反射をランダム化する。付着促進剤及び溶媒が、硬化特性及び粘性性を変更するために、前記ＳＭＣに加えられることもできる。前記ＳＭＣの熱膨張係数は、前記ＬＥＤの熱膨張係数に近いものであることができ、この結果、最悪の場合の条件における（例えば、ＡｕＳｎ又はＡｇＳｎはんだリフローの間における）前記ＳＭＣ及びダイの熱膨張率の違いは殆どない。
【００３９】
大きい熱伝導率を有するアルミナ以外の他の粉体が、使用されることもできる。反射特性は、前記材料が白色であるか又は比較的高い屈折率を有することであり得る。このような適切なより高い屈折率は、シリコーンの屈折率よりも大きい（例えば、１．５よりも大きい）。材料の適切な熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ／Ｋよりも大きい。適切な材料は、例えば、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、硫化バリウム、チタン酸バリウム、チタン酸アルミニウム、立方の酸化ジルコニウム、ＧＧＧ、ＰＬＺＴ、ＰＺＴ、ＳｉＡｌＯＮ、ダイアモンド、シリコンカーバイド、サファイア、重金属酸化物を含んでいる特定のガラス、ＳｉＯＮ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸化物、ＹＡＧ、亜鉛セレン化物、硫化亜鉛、亜鉛テルル化物、及びこれらの組み合わせを含み得る。平均粒径は、５ミクロン以下のオーダのものであり得て、ナノ粒子を含む。
【００４０】
本発明者の知識の限りでは、シリコーン成形コンパウンド（ＳＭＣ）は、（本発明者以外によって）ＬＥＤにおけるアンダーフィルとして以前は使用されていない又はＬＥＤのアンダーフィルとして公に開示されていない。好ましい実施例において、ＳＭＣは、以下の理由のために前記アンダーフィルとして使用される。ＳＭＣは、基板上のＬＥＤのウェハレベルのアンダーフィルのための成形工程（圧縮又はトランスファー成形）において、特に適している。前記ＳＭＣは、最初に（前記成形工程の前に）アンダーフィル成形処理のための粉体又はタブレット形態において、使用されることができる固体材料であり、前記材料の取扱いを単純化する。ＳＭＣの標準的な充填剤は、ＳｉＯ２であり、ここでは、約８０―９０重量％として形成されている。ＳＭＣの組成は、高い反射性の白色を得るために充填剤（ＳｉＯ２）の一部をＴｉＯ２に置換される、又はＡｌ２Ｏ３、ダイアモンド・グラファイト、並びに熱伝導率及び／又は反射性を改良するためのこのような他の材料と置換される、又は同時に両方を改善する何らかの組み合わせにおいて調整されることができる。
【００４１】
ＳＭＣは、他の一般的に使用されるアンダーフィル材料に勝る少なくとも４つの主な有利な点を有する。第１に、ＳＭＣは、低いヤング率を有し、熱膨張の間、前記ＬＥＤダイに対する低い均一な応力を生成する。第２には、ＳＭＣは、熱膨張率（ＣＴＥ）を、銅及び金のような一般の金属の熱膨張率の近くまで低下させるために、固体材料を非常に大量に含み得て、前記ダイ全体の熱循環の間の差分応力（differential stress）を低下させる。第３に、ＳＭＣは、高輝度の青色ＬＥＤ光と高温度との組み合わせに関して、経時的に非常に安定である。第４には、ＳＭＣは、非常に低いガラス転移温度（室温未満）を有しており、ＬＥＤ光のための典型的な動作範囲にわたってＣＴＥが変化しないことを意味する。
【００４２】
何らかのエポキシ又はエポキシ成形コンパウンドと比較すると、ＳＭＣは、非常に低いガラス転移温度（Ｔｇ＝−１０Ｃ）を有する。エポキシ成形コンパウンドの最良のサンプルのＴｇは、Ｔｇ＝２１０Ｃ周辺であり、液体エポキシの場合には、１５０Ｃ―１７０Ｃ周辺である。通常、ＬＥＤパッケージは、或るリフロー温度において、はんだペーストを使用することにより回路基板に取り付けられる。リフロー温度は、無鉛はんだの場合、２５０Ｃから３２０Ｃまで変化し得る。はんだリフローにおいて、非ＳＭＣアンダーフィル材料は、Ｔｇ未満からＴｇよりも高くなる。このリフロー温度がＴｇよりも高くなる場合、前記ポリマは、固体から塑性段階まで変化し、熱膨張係数（ＣＴＥ）の上昇をもたらし、結果として、アンダーフィルとしてこのような非ＳＭＣ材料を使用している前記ＬＥＤは、著しい変形を経る。この変形は、前記ダイ及び何らかの金属付属品のような、ＬＥＤ構成要素を塑性変形させるのに十分な大きさであり得る。この塑性変形は、前記ＬＥＤが室温に戻った後に元の状態に戻らず、前記ＬＥＤを動作の信頼性が低下するというリスクにさらす。このことは、特に、アンダーフィルの熱膨張に非常に感度が高い薄膜ＬＥＤ（全体の装置厚さは、約５ｕｍ）の場合に当てはまる。前記アンダーフィルの熱膨張は、前記薄膜ＬＥＤへの致命的な損傷（クラック）を生じ得るからである。前記ＳＭＣのＴｇが−１０Ｃ未満である場合、固体負荷ＳＭＣ（solid loaded SMC）は、低いＣＴＥを有し、前記ＳＭＣのアンダーフィルは、リフロー温度よりも高くなる場合に、自身の熱特性を大幅には変化させない（リフローの間、Ｔｇより低くから高くまでの遷移は生じない）。結果として、前記ＳＭＣのアンダーフィルは、アンダーフィルされているＬＥＤ構造の如何なる大幅な変化も生じない。
【００４３】
上述に要約されたＳＭＣの有利な点を詳しく述べると、ＳＭＣの使用の第１の有利な点は、硬化された材料の比較的低いヤング率及びバルク弾性率であり、前記ＳＭＣがタイル上のＬＥＤにわたって成形された後のＬＥＤ周辺において、非常に速い材料の除去を可能にし、熱膨張及び収縮の間における、前記ＬＥＤに対する応力を非常に小さいものにすることも可能にする。
【００４４】
ＳＭＣの第２の有利な点は、低い粘性、及び多くの充填剤材料との互換性である。アルミナ、二酸化ケイ素、ダイアモンド及びグラファイトのような、充填材料が、ＣＴＥを低下させると共に、反射率及び色のような付加的な特性を加えるために、前記シリコーンに加えられる。白色の材料は、白色オフ状態のＬＥＤの色が望まれているシステム及び／又は充填材料がシステムの効率を増大させることができるシステムにおいて、使用される。黒色の材料は、前記ＬＥＤと周囲の領域との間のコントラストが重要であり、他の色がオフ状態の美学又は他のために使用されることができる場合に、使用される。
【００４５】
第３の有利な点は、ＬＥＤのためのアンダーフィルとしてＳＭＣを使用する場合における、青色ＬＥＤにより発される青色フォトンと、ＬＥＤがしばしばさらされる高い温度との組み合わせに対する極めて高い安定性である。アンダーフィル材料の如何なる他のグループも、高いエネルギの青色フォトンに対してＳＭＣほどに安定ではない。通常、エポキシアンダーフィルを使用する場合、（薄膜ＬＥＤを含んでいる）ＬＥＤの周辺部において、著しいポリマの劣化が生じる。ＬＥＤの主要な有利な点の１つは、長い寿命であり、前記アンダーフィルは、これまで、特に、フリップチップＬＥＤの信頼性において臨界的な最も弱い接続の１つであった。ＳＭＣは、フリップチップＬＥＤに、高温動作及び高電流動作を可能にする完全に新しい信頼性のレベルをもたらす。高温動作及び高い電流動作の何れも、ドル・メートル当たりのＬＥＤのルーメンを劇的に改善する。
【００４６】
第４の有利な点は、ＳＭＣの低いガラス転移温度が、このダイに対する非常に安定で均一な圧力を与え、薄膜ＬＥＤに関して最も高い信頼性のリスクであるクラッキングを防止することにある。
【００４７】
従って、ＬＥＤのためのアンダーフィルとしてのＳＭＣの使用は、ＴｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を含んでいるか否かにかかわらず、新規であり、明らかなものではないと考えられる。
【００４８】
図９は、（アルミナ、及びオプションとしてＴｉＯ２を含んでいる）ＳＭＣ５２によってＬＥＤ５０とサブマウントウェハ４０との間のボイドを充填するための（ステップ１１２）圧縮形成処理を経ている３つのＬＥＤ５０を示しているサブマウントウェハ４０の一部の簡略的で模式的な図である。ＳＭＣ５２は、液体又は乾燥した粉体として、型５４の凹み内に堆積されることができる。乾燥した粉体が使用される場合、型５４は、前記粉体を溶解させるように加熱される。次いで、サブマウントウェハ４０が、型５４に対して持ち込まれ、ＳＭＣ５２が前記ＬＥＤの下の全てのボイドを充填し全ての空気を押し出すようにＳＭＣ５２を圧縮するように押下される。典型的には、封止が、前記型／ウェハの周辺部に設けられる。圧縮形成の代わりに、射出成形が使用されることもできる。但し、射出成形は前記精巧な金のポスト上のより大きい力を作用させることができる。
【００４９】
次いで、ＳＭＣ５２は、使用されるシリコーンの種類に応じて、例えば、冷却、加熱又は紫外光により硬化され（硬質にされ）、サブマウントウェハ４０は、型５４から取り除かれる。次いで、例えば、成長基板１２上の、過剰なＳＭＣ５２は、マイクロビーズブラストによって、取り除かれることができる（ステップ１１３）。
【００５０】
図１０は、成長基板１２を除去するためのオプションのレーザーリフトオフ処理（ステップ１１４）を経るサブマウントウェハ４０上の１つの完全なＬＥＤ５５を示している。レーザーリフトオフ処理において、エキシマレーザエネルギ５６は、ｎ型層１０の表面におけるＧａＮ結合を破壊し、解放されるガス圧力が、ｎ型層１０から成長基板１２を押し外す。レーザーリフトオフの間、前記ＬＥＤ層に対する高い圧力が存在し、分配された金のポスト２８／３２及びＳＭＣ５２が、前記ＬＥＤ層を機械的に支持する。前記ＬＥＤ層は、典型的には、５０ミクロンよりも薄い厚さである。次いで、層間剥離される（delaminated）成長基板１２は、例えば、接着シートにより除去される（ステップ１１５）。
【００５１】
次いで、露出したｎ型層１０は、何らかの表面損傷を取り除くようにエッチングされ、オプションとして、光抽出を増大させるために粗くされる。
【００５２】
光線５８が、ＬＥＤ５５の活性層１４により発され、ＳＭＣ５２内のアルミナ及び／又はＴｉＯ２粒子による散乱角において概ね上方に反射されるのが示されている。この光は、アルミナ及びＴｉＯ２粉体によって、十分に反射される前の幾らかの短い距離においてＳＭＣ５２に実際に入射することができる。金のポスト３２の上部も、光を反射する。ＬＥＤ５５により生成される熱は、サブマウントウェハ４０に、ＳＭＣ５２、金のポスト２８／３２及びサブマウント電極４２／４４を介して効率的に結合される。
【００５３】
上述で与えられた例において、ＳＭＣ５２は、約５つのミクロン厚であり、結果として、ＬＥＤ５５とサブマウント電極４２／４４との間にもたらす熱抵抗は、わずか０．２５Ｋ／Ｗである。ＬＥＤ５５は、１ｍｍ２のオーダにおける底面積を有する。
【００５４】
他のウェハ―レベルの処理も、ＬＥＤアレイに対して実行されることができると共に、サブマウントウェハ４０上に取り付けられることが可能である（例えば、レンズのウェハスケールの成形）。蛍光体が、青色ＬＥＤ光を白色の光に変換するためにＬＥＤ上に堆積されることもできる。
【００５５】
次いで、サブマウントウェハ４０が、個々のＬＥＤ／サブマウントを分離するためにダイシングされる（ステップ１１６）。図１０は、分離されたＬＥＤ／サブマウントの例示となり得る。次いで、底部サブマウント電極４６が、金属核ヒートシンク回路基板にはんだ付けされることができる。
【００５６】
図１１は、エッチング除去された領域を示している単一のＬＥＤ５５の背面図であり、前記領域において、ｎ型層１０への電気的接触が、金のポスト２８及びアルミニウムを介してなされている。中央領域では、ＩＴＯ層２０がｐ型コンタクト層１８上に形成され、金のポスト３２がＩＴＯ層２０上に分配されている。サブマウントの表面上の金属電極４２／４４は、露出されたｎ型層１０及びｐ型コンタクト層１８の形状と概ね一致する。前記層の伝導率は、逆転されても良い。
【００５７】
前記装置は、フリップチップである必要がなくて、開示されたアンダーフィルによって、前記サブマウントに相互接続されていると共に底部のｎ型又はｐ型層に接触している金属ポストを有する（及び上部電極を有する）垂直型装置であっても良い。前記ダイの上部電極への電気的なコンタクトは、ワイヤ又はリボン結合によってなされることができる。
【００５８】
図１２のステップの多くは、オプションであるか又は例のみである。
【００５９】
本発明の特定の実施例が示され記載されたが、当業者にとって、変形及び変更が、より広い見地において、本発明を逸脱することなくなされることができることは明らかであり、従って、添付の請求項は、これらの範囲内に、本発明の真の精神及び範囲内にあるような全ての変形及び変更を包含するものである。
【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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【図１１】
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【図１２】
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