(57)【要約】  固体放射トランスデューサ（ＳＳＲＴ）素子およびＳＳＲＴ素子の製造方法および使用方法が本明細書において開示される。ＳＳＲＴ素子の一実施形態は、放射トランスデューサ（例えば、発光ダイオード）と、変換材を含む透過型支持部材などの透過型支持部材を含む透過型支持アセンブリとを含む。リード線は、透過型支持部材の裏側に配置され得る。放射トランスデューサは、透過型支持アセンブリにフリップチップ実装され得る。例えば、はんだ接続部は、放射トランスデューサの接点と、透過型支持アセンブリのリード線との間に存在し得る。【選択図】図１
2014525675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体材料と、第２の半導体材料と、前記第１の半導体材料と前記第２の半導体材料との間の活性領域とを含む放射トランスデューサと、
前記放射トランスデューサに取り付けられた透過型支持アセンブリであって、裏側を有する透過型支持部材を含み、前記放射トランスデューサへの放射光、または前記放射トランスデューサからの放射光が前記透過型支持アセンブリを前記透過型支持部材の前記裏側において通過するように配置され、そして前記放射トランスデューサの接点に電気的に接続されたリード線を含む透過型支持アセンブリと、
を含む、固体放射トランスデューサ（ＳＳＲＴ）素子。
【請求項２】
前記透過型支持部材が、テクスチャ加工した側面を有する、請求項１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項３】
前記透過型支持部材の側面の少なくとも一部分が凸形である、請求項１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項４】
前記放射トランスデューサが、前記透過型支持アセンブリ上にフリップチップ実装される、請求項１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項５】
前記放射トランスデューサと前記透過型支持アセンブリとの間に実質的に光透過性のアンダーフィル材料をさらに備える、請求項１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項６】
第１のはんだ接続部と第２のはんだ接続部とをさらに備え、前記リード線が第１のリード線であり、前記接点が第１の接点であり、前記透過型支持アセンブリが、第２のリード線をさらに含み、前記放射トランスデューサが、第２の接点をさらに含み、前記第１のはんだ接続部が、前記放射トランスデューサの前記第１の接点を前記透過型支持アセンブリの前記第１のリード線に接続し、前記第２のはんだ接続部が、前記放射トランスデューサの前記第２の接点を前記透過型支持アセンブリ前記第２のリード線に接続し、前記第１のはんだ接続部と前記第１のリード線との間の界面が、前記第２のはんだ接続部と前記第２のリード線との間の界面と実質的に同一平面上にある、請求項１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項７】
前記透過型支持部材が、第１の透過型支持部材であり、前記透過型支持アセンブリが、前記第１の透過型支持部材と前記放射トランスデューサとの間に配置された第２の透過型支持部材を含み、前記第１の透過型支持部材が、変換材を含み、前記第２の透過型支持部材が、前記放射トランスデューサの屈折率と前記第１の透過型支持部材の屈折率との間の屈折率を有する、請求項１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項８】
前記第２の透過型支持部材が、約１．６から約１．９の屈折率を有する、請求項７に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項９】
前記透過型支持部材が、マトリクス内に変換材を含む、請求項１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項１０】
前記透過型支持部材が、第１の変換材濃度を有する第１の部分と、第２の変換材濃度を有する第２の部分とを含み、前記第１の変換材濃度が前記第２の変換材濃度よりも高い、請求項９に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項１１】
透過型支持アセンブリにフリップチップ実装された放射トランスデューサであって、第１の半導体材料と、第２の半導体材料と、前記第１の半導体材料と前記第２の半導体材料との間の活性領域と、前記第１の半導体材料に電気的に接続され、前記透過型支持アセンブリのリード線に表面実装された接点とを有する放射トランスデューサを含む、固体放射トランスデューサ（ＳＳＲＴ）素子。
【請求項１２】
前記透過型支持アセンブリが、前記放射トランスデューサへの放射、または前記放射トランスデューサからの放射に対して透明である、請求項１１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項１３】
前記透過型支持アセンブリが変換材を含む、請求項１１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項１４】
前記放射トランスデューサが発光ダイオードである、請求項１１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項１５】
前記放射トランスデューサが光電池である、請求項１１に記載のＳＳＲＴ素子。
【請求項１６】
放射トランスデューサを透過型支持アセンブリ上にフリップチップ実装して、前記放射トランスデューサの活性側が、前記透過型支持アセンブリの透過型支持部材の裏側に面するように、前記放射トランスデューサの接点が、前記透過型支持部材の前記裏側のリード線に電気的に接合されるようにすることを含む、固体放射トランスデューサ素子の製作方法。
【請求項１７】
前記放射トランスデューサと前記透過型支持部材との間に実質的に光透過性のアンダーフィル材料を配置することをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記透過型支持部材が、第１の透過型支持部材であり、前記透過型支持アセンブリが、第２の透過型支持部材を含み、前記第１の透過型支持部材が、変換材を含み、前記第２の透過型支持部材が、前記放射トランスデューサの屈折率と前記第１の透過型支持部材の屈折率との間の屈折率を有し、前記放射トランスデューサを前記透過型支持アセンブリ上にフリップチップ実装することが、前記放射トランスデューサを前記透過型支持アセンブリ上にフリップチップ実装して、前記第２の透過型支持部材が前記放射トランスデューサと前記第１の透過型支持部材との間に配置されるようにすることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記透過型支持部材を形成することをさらに備え、前記透過型支持部材を形成することが、マトリクス材料と前記マトリクス材料内に変換材とを含む前駆材料を基板上にスピンコートすることと、前記前駆材料を硬化することとを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記透過型支持部材を形成することをさらに備え、前記透過型支持部材を形成することが、前記透過型支持部材の側面をテクスチャ加工することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記透過型支持部材を形成することをさらに備え、前記透過型支持部材を形成することが、マトリクス材料と前記マトリクス材料内の変換材とを含む前駆材料を成形することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記前駆材料を成形することが、前記前駆材料を型に導入することを含み、前記型がテクスチャ加工した表面を含み、前記透過型支持部材が前記型の前記テクスチャ加工した表面に対応するテクスチャ加工した表面を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記前駆材料を成形することが、前記前駆材料を型に導入することを含み、前記型が陥凹面を含み、前記透過型支持部材が前記型の前記陥凹面に対応する凸面を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記前駆材料を硬化することと、前記前駆材料を硬化することにより前に前記変換材を濃縮させることとをさらに備え、前記変換材を濃縮させることが、重力によって前記マトリクス材料内の前記前駆材料を沈ませること、または、前記前駆材料に力を加えて、前記マトリクス材料内の前記前駆材料を移動させることを含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体放射トランスデューサ素子および固体放射トランスデューサ素子の製造方法に関する。具体的には、本技術は、フリップチップ実装された固体放射トランスデューサを有する固体放射トランスデューサ素子ならびに関連するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの携帯電子機器（例えば、携帯電話、携帯情報端末、デジタルカメラ、およびＭＰ３プレーヤ）およびその他の機器（例えば、テレビ、コンピュータ用モニタ、および自動車）は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）、ポリマー発光ダイオード（「ＰＬＥＤ」）、およびその他の固体放射トランスデューサ（「ＳＳＲＴ」）をバックライト用に利用している。ＳＳＲＴはまた、看板、室内照明、屋外照明、およびその他の種類の全般照明にも使用されている。そのような用途で機能するには、ＳＳＲＴは一般に、その他の部品とともにパッケージ化されて、ＳＳＲＴ素子として形成される必要がある。従来型のＳＳＲＴ素子は、例えば、ＳＳＲＴの裏側支持体（例えば、マウント）、放熱板、素子のリード線、ＳＳＲＴを素子のリード線に接続するワイヤ、光学部品（例えば、蛍光体）、および封止材を含み得る。これらの部品のそれぞれは、（１）ＳＳＲＴを支持すること、（２）ＳＳＲＴを保護すること、（３）ＳＳＲＴの動作中の熱を放散すること、（４）ＳＳＲＴから放出光を変化させること（例えば、ＳＳＲＴの放出光の色を変えること）、および（５）ＳＳＲＴを外部システムの電気回路に組み込むことを含む、いくつかの機能のうちの１つまたは２つ以上として働くことができる。
【０００３】
従来型のフリップチップ実装方法では、一般に、ワイヤボンドまたはその他のワイヤを用いることなしに、固体素子をその他の素子部品に接続する。通常、これらの方法では、処理装置は、はんだバンプを固体部品の接点の上に堆積し、はんだバンプをその他の素子部品の電極と合わせ、はんだバンプをその他の素子部品の対応する電極の上に配置し、そして、はんだバンプをリフローする。アンダーフィル材料は、しばしば、実装された固体部品とその他の素子部品との間の空間に配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイヤボンディングは、フリップチップ実装とは異なり、従来型のＳＳＲＴをその他の素子部品に接続するために使用される。しかしながら、ワイヤボンディングにはいくつかの欠点がある。例えば、ワイヤボンドは、物理的な空間を大量に要する。小型化された用途において、また複数のＳＳＲＴが密集する用途において問題になり得る。加えて、ワイヤボンド形成は、高価な機器において時間を要する複雑なプロセスである。一旦形成されると、ワイヤボンドは、ＳＳＲＴパッケージングにおいて最も信頼できない部分の１つとなる。例えば、ワイヤとＳＳＲＴとの熱膨張の差は、徐々にワイヤにストレスを加え、最終的に故障につながり得る。これらおよび従来型のＳＳＲＴ素子のその他の不具合の両方、またはいずれか一方を考慮し、当技術分野における革新の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照することによって、より良く理解され得る。図面における部品は、必ずしも原寸に比例していない。その代わり、本開示の原理を明確に説明することに力を注いでいる。図面において、いくつかの図面にわたって、類似の参照番号は対応する部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図２】図１に示されているＳＳＲＴ素子内の放射トランスデューサの概略断面図である。
【図３】主要要素の外部システムマウント上の図１に示されているＳＳＲＴ素子を含むシステムの概略断面図である。
【図４】本技術の別の実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図５】本技術の別の実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図６】本技術の別の実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図７】本技術の別の実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図８】本技術の別の実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図９】本技術の別の実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図１０】本技術の別の実施形態によるＳＳＲＴ素子の概略断面図である。
【図１１Ａ】本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子を形成するプロセスを示す概略断面図である。
【図１１Ｂ】本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子を形成するプロセスを示す概略断面図である。
【図１１Ｃ】本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子を形成するプロセスを示す概略断面図である。
【図１１Ｄ】本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子を形成するプロセスを示す概略断面図である。
【図１１Ｅ】本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子を形成するプロセスを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
固体トランスデューサ（「ＳＳＲＴ」）素子ならびに関連するシステムおよび方法のいくつかの実施形態の具体的な詳細を以下に説明する。「ＳＳＲＴ」および「放射トランスデューサ」の語は、概して、活性媒体として半導体材料を含んで、電気エネルギーを、可視光、または紫外、または赤外、またはその他のスペクトル、またはこれらの組み合わせの電磁放射に変換するダイまたはその他の構造を指す。例えば、ＳＳＲＴは、固体発光体（例えば、ＬＥＤ、レーザダイオードなど）、および／または、電気フィラメント、プラズマ、もしくは気体以外のその他の放出源を含む。ＳＳＲＴは、もう一つの方法として、電磁放射を電気に変換する固体素子を含み得る。また、それが使用される文脈に応じて、「基板」の語は、ウエハレベルの基板を指すこともあるし、単一化された素子レベルの基板を指すこともある。さらに、関連分野の当業者であれば、本技術が追加的な実施形態を有し得ること、そして、図１から図１１を参照して以下に説明する実施形態の詳細のいくつかが無くても、本技術が実施され得ることが理解されよう。
【０００８】
特定の用途では、従来型のＳＳＲＴパッケージの多くの機能が不要である。例えば、一部の従来型のＳＳＲＴ素子は、適切な支持、保護、および熱放散のための部品を有するシステムに組み込まれ、その結果、従来型のＳＳＲＴパッケージのそのような部品が冗長になる。さらに、従来型のＳＳＲＴパッケージの特定の部品は、信頼性問題を引き起こし得る。例えば、ＳＳＲＴは高温で動作し、ＳＳＲＴの異なる部品の異なる伸縮は、ＳＳＲＴと、ＳＳＲＴを素子のリード線に接続するために従来使用されてきたワイヤとの間における接続の不具合を引き起こし得る。本技術のいくつかの実施形態は、フリップチップ実装の形態で完全な機能を保ちながら、ワイヤボンドおよび不要なパッケージング要素を排除する。
【０００９】
図１は、本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子１００の概略断面図である。１つの実施形態では、ＳＳＲＴ素子１００は、図２により詳細に図示される放射トランスデューサ１０２と、フリップチップ実装の形態により電気的かつ機械的に放射トランスデューサに連結される透過型支持アセンブリ１０４とを含む。透過型支持アセンブリ１０４の少なくとも一部分は、放射トランスデューサ１０２が生成する、または受ける放射を十分に透過する。透過型支持アセンブリ１０４はまた、十分に硬質である、または取扱いおよび実装の間、放射トランスデューサ１０２を保護し支持するような機械的強度である。従来型の放射トランスデューサおよびその他の固体部品は、しばしば、不透明な支持構造上において、リード線にフリップチップ実装される。対照的に、図１に示されるように、本技術の実施形態は、例えば、透過型支持アセンブリ１０４のような少なくとも部分的に透明な構造にフリップチップ実装される放射トランスデューサ１０２を含み得る。この構成は、光の調節および外部システムの電気回路との適合性をなおも提供しながら、ワイヤボンディングおよび裏側支持体の両方、またはいずれか一方の必要性を排除できる。
【００１０】
図２に示されるように、放射トランスデューサ１０２は、第１の半導体材料１０８と、活性領域１１０と、第２の半導体材料１１２とを有するトランスデューサ構造１０６を含む。第１の半導体材料１０８は、Ｐ型窒化ガリウム（「Ｐ−ＧａＮ」）などのＰ型半導体材料であり得る。第２の半導体材料１１２は、Ｎ型窒化ガリウム（「Ｎ−ＧａＮ」）などのＮ型半導体材料であり得る。第１および第２の半導体材料１０８、１１２は個別に、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、またはアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、またはガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、またはガリウム（ＩＩＩ）リン（ＧａＰ）、またはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、および／またはＮ−ＧａＮの代わりのもしくはＮ−ＧａＮに加えるその他の適切な半導体材料の少なくとも１つを含み得る。活性領域１１０は、単一量子井戸（「ＳＱＷ」）、または多重量子井戸（「ＭＱＷ」）、および／またはバルク半導体材料を含み得る。「バルク半導体材料」の語は、一般に、厚さが約１０ ナノメートルから約５００ナノメートルである単一結晶粒半導体材料（例えば、窒化インジウムガリウム（「ＩｎＧａＮ」））を指す。特定の実施形態では、活性領域１１０は、ＩｎＧａＮのＳＱＷ、ＭＱＷ、または窒化ガリウム／窒化インジウムガリウム（ＧａＮ／ＩｎＧａＮ）バルク材料を含み得る。その他の実施形態では、活性領域１１０は、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、または窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）、および／またはその他の適切な材料もしくは構成を含み得る。
【００１１】
図２の放射トランスデューサ１０２は、横型であり、第１および第２の半導体材料１０８、１１２にそれぞれ接続される第１および第２の接点１１４、１１６を含む。第１および第２の接点１１４、１１６は、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびタングステン（Ｗ）などの金属を含み得る。誘電材料１１８は、第２の接点１１６を、第１の半導体材料１０８と活性領域１１０とから絶縁する。誘電材料１１８は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および／または窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含み得る。放射トランスデューサ１０２はまた、第２の半導体材料１１２にキャリア基板１２０を含み得る。キャリア基板１２０は、例えば、金属（例えば、ニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ））、ケイ素、窒化アルミニウム、またはサファイアであり得る。放射トランスデューサ１０２は、活性側１２２と裏側１２４とを有する。キャリア基板１２０が反射性を有しない場合、活性側１２２からの放出を向上させるために、第２の半導体材料１１２とキャリア基板１２０との間に、金属（例えば、ニッケル（Ｎｉ）または金（Ａｕ））を含む反射体などの反射体を配置させることもできる。
【００１２】
図２の特定の放射トランスデューサ１０２に関連して説明したが、開示される技術の実施形態は、様々な接点構造を有する放射トランスデューサ（例えば、縦型および横型の放射トランスデューサ）、および、様々な寸法および形状を有する放射トランスデューサを含む事実上あらゆる放射トランスデューサ１０２で使用できる。本技術の実施形態はまた、単一の放射トランスデューサ、または複数の放射トランスデューサ（例えば、放射トランスデューサの１つまたは２つ以上のアレイ）のいずれかで使用され得る。キャリア基板１２０もまた自由選択の余地がある。存在するときは、一般に、キャリア基板１２０は放射トランスデューサ１０２の裏側１２４に（図２の放射トランスデューサのように）存在するが、場合によっては、キャリア基板は、放射トランスデューサの活性側１２２に存在し得る。放射トランスデューサ１０２の活性側１２２に配置される場合、キャリア基板１２０は、サファイアなどの透明な材料で作られ得る。
【００１３】
本技術のいくつかの実施形態では、放射トランスデューサ１０２の裏側１２４は、ＳＳＲＴ素子１００の外部表面である。これは、ＳＳＲＴが完全にパッケージ内に封入される従来型のＳＳＲＴ素子とは異なる。これを考えれば、耐食性および耐久性を有する材料などの外部システムに直接露出するのに適切な材料から作られるキャリア基板１２０を有するＳＳＲＴ１００を組み込むことは有用であり得る。また、熱放散を高めるために、キャリア基板１２０が熱伝導率の高い材料を含むことも有用であり得る。キャリア基板１２０用の特に適切な材料の例には、金（Ａｕ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が含まれる。
【００１４】
再び図１を参照すると、図示のＳＳＲＴ素子１００の実施形態は、アンダーフィル１２６を放射トランスデューサ１０２と透過型支持アセンブリ１０４との間にさらに含む。透過型支持アセンブリ１０４は、透過型支持部材１２８と、端部反射体１３０とを含む。透過型支持部材１２８は、ポリマー材料などのマトリクス材料１３２と、光ルミネッセンス下で緑色から黄色まで、また赤色までの様々な範囲の色を発光するための特定のマトリクス材料内濃度のセリウム（ＩＩＩ）添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）などの変換材１３４とを含み得る。その他の実施形態では、変換材１３４は、ネオジム添加ＹＡＧ、ネオジム−クロム共添加ＹＡＧ、エルビウム添加ＹＡＧ、イッテルビウム添加ＹＡＧ、ネオジム−セリウム共添加ＹＡＧ、ホルミウム−クロム−ツリウム三重添加ＹＡＧ、ツリウム添加ＹＡＧ、クロム（ＩＶ）添加ＹＡＧ、ジスプロシウム添加ＹＡＧ、サマリウム添加ＹＡＧ、テルビウム添加ＹＡＧ、および／またはその他の適切な波長変換材を含み得る。トランスデューサ構造１０６（図２）から放出されるもの（例えば、光）は、変換材１３４を照射し得、照射された変換材は、ある品質（例えば、色、熱感、強度など）の光を放出し得る。端部反射体１３０は、透過型支持アセンブリ１０４の端部を通るライトパイピングおよび放出損失を防止または軽減する。端部反射体１３０用の適切な材料は、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）を含む。
【００１５】
図１のＳＳＲＴ素子１００の実施形態では、透過型支持アセンブリ１０４は、単一の透過型支持部材１２８と、透過型支持部材内に単一の種類の変換材１３４とを含む。その他の実施形態では、透過型支持アセンブリ１０４内に２つ以上の透過型支持部材１２８を有し得る。各透過型支持部材１２８は、変換材１３４を持たなくてもよいし、１つの変換材を有していてもよいし、あるいは複数の変換材を有していてもよい。例えば、本技術のいくつかの実施形態は、赤−白−緑−青（「ＲＷＧＢ」）素子として構成され得る。このような実施形態の透過型支持アセンブリ１０４は、３つの変換材１３４を含み得る。第１の変換材１３４は、トランスデューサ構造１０６から放出された青色光と混ざって、白色ピクセルを形成する黄色蛍光体であり得る。第２および第３の変換材１３４は、それぞれ赤色および緑色蛍光体であり得、これは、トランスデューサ構造からの青色光を完全に変換して、対応する赤色および緑色のピクセルを形成する。トランスデューサ構造１０６は、変換なしで青色の放出光を生成し得る。ＲＷＧＢ素子は、ディスプレイ、またはモニタ、またはテレビ、またはその他の適切な多色用途、またはこれらの組み合わせに使用され得る。
【００１６】
透過型支持アセンブリ１０４はまた、透過型支持部材１２８上にパターニングさせた複数のリード線１３６を含む導通経路を含み得る。リード線１３６は、例えば、透過型支持部材１２８の裏側１３８上に光パターニングされたパッドを有する銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）配線であり得る。いくつかの実施形態では、リード線はそれぞれ、はんだバンプを受ける寸法２つ以上のパッドと、パッド間にトレース（ｔｒａｃｅ）を含む。透過型支持アセンブリ１０４は、リード線１３６および透過型支持部材１２８の裏側１３８の上に、リード線１３６のパッド上に開口部を有するようにパターニングされたはんだマスク１４０をさらに含み得る。はんだマスク１４０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、または窒化ケイ素（ＳｉＮ）、またはその他の適切な誘電材料、またはこれらの組み合わせなどの誘電材料を含み得る。
【００１７】
放射トランスデューサ１０２は、透過型支持アセンブリ１０４上に事実上パッケージ化される。例えば、ＳＳＲＴ素子１００は、放射トランスデューサ１０２の活性側１２２上の接着パッド（図示せず）と透過型支持部材１２８の裏側１３８上のリード線１３６との間にはんだ接続部１４２と、はんだマスク１４０の開口部内で部分的に絶縁された外部はんだバンプ１４４とを含み得る。図示の実施形態では、外部はんだバンプ１４４は、ＳＳＲＴ素子１００の外部電極だけである。その他の実施形態は、追加の外部電極や、別の電極構成を有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、放射トランスデューサ１０２は、縦型素子であり、放射トランスデューサの裏側１２４は、追加の外部電極を含む。これらの実施形態は、放射トランスデューサ１０２の裏側１２４上に追加のはんだを含んで、放射トランスデューサの裏側の外部システムへの電気的接続を容易にし得る。
【００１８】
はんだ接続部１４２および外部はんだバンプ１４４は、半導体製造技術分野で知られる任意のはんだ材料を含み得る。いくつかの実施形態では、はんだ接続部１４２および外部はんだバンプ１４４は、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、および／またはその他の適切な導電性材料を含む。はんだ接続部１４２および外部はんだバンプ１４４はまた、導電性ポリマー（例えば、ポリアセチレン、ポリピロール、またはポリアニリン）を含み得る。はんだ接続部１４２およびリード線１３６が放射トランスデューサ１０２の活性側１２２上に配置されることから、ＳＳＲＴ素子１００の出力は、透明な導体材料を用いることにより改善される可能性がある。例えば、はんだ接続部１４２およびリード線１３６の両方、またはいずれか一方は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含み得る。
【００１９】
アンダーフィル１２６は、はんだ接続部１４２を取り囲み、放射トランスデューサ１０２と透過型支持アセンブリ１０４との間の残りの空間を占める。アンダーフィル１２６は、例えば、放射トランスデューサ１０２と透過型支持アセンブリ１０４との熱的な伸縮の差により生じた応力を吸収し得る。このことは、そのような伸縮によりはんだ接続部１４２が損傷される、ひいては素子の故障をもたらすのを防ぐ。アンダーフィル１２６用の適切な材料は、実質的に光学的に透明なケイ素または実質的に光学的に透明なエポキシなどの実質的に光学的に透明な材料を含む。いくつかの実施形態では、アンダーフィル材料は、透過型支持アセンブリ１０４の１つまたは２つ以上の透過型支持部材１２８のマトリクス材料１３２と同じである。
【００２０】
図３は、基本要素１４７（例えば、照明、電気器具、車両またはＳＳＲＴ素子１００が組み込まれ得るその他の製品）の外部システムマウント１４６の一例に接続されたＳＳＲＴ素子１００を示す。外部システムマウント１４６は、基板１４８と、マウント１５０と、２つのシステム電極１５２とを含む。ＳＳＲＴ素子１００を外部システムマウント１４６に接続するには、ＳＳＲＴ素子は、外部はんだバンプ１４４がシステム電極１５２と一致するように外部システムマウント上に配置され得る。次いで、外部はんだバンプ１４４はリフローされ得る。放射トランスデューサ１０２は、マウント１５０の上に載ってもよいし、マウントに（例えば、接着剤で）接合されてもよいし、マウント付近に吊り下げられていてもよい。一部の外部システムマウント１４６では、マウント１５０は、放射トランスデューサ１０２を支持するためのクレードルまたはその他の凹部を含む。外部システムマウント１４６はまた、マウント１５０をなんら含まなくともよく、外部はんだバンプ１４４をリフローして形成されるはんだ接合が、ＳＳＲＴ素子１００のための機械的な支持を提供してもよい。
【００２１】
横型の放射トランスデューサ１０２を有する図示のＳＳＲＴ素子１００では、外部はんだバンプ１４４の一方は、Ｐ型接続であり、外部はんだバンプの他方は、Ｎ型接続である。図３に示されるように、これらの外部はんだバンプ１４４は、それぞれＰ型（＋）およびＮ型（−）のシステム電極に接続されている。放射トランスデューサ１０２が裏側接点を含む実施形態では、マウント１５０は、追加のシステム電極を含み得る。例えば、縦型の放射トランスデューサ１０２を含む実施形態では、放射トランスデューサの裏側接点は、マウント１５０上、またはマウント１５０の代わりにシステム電極にはんだ付けされ得る。このような実施形態では、放射トランスデューサ１０２の裏側１２４に接続されるシステム電極が、Ｐ型であり、他方の電極がＮ型であり得る、あるいは、放射トランスデューサの裏側に接続されるシステム電極がＮ型であり、他方の電極がＰ型であり得る。
【００２２】
図２の放射トランスデューサ１０２の第１および第２の接点１１４、１１６は、放射トランスデューサの活性側１２２上の実質的に同一平面上にある。この構成は、フリップチップ実装を容易にする。それは、実質的に同じ寸法のはんだ接続部１４２が使用されて、１つの表面上の２つまたは３つ以上の実質的に同一平面上の接点を、別の表面上の２つまたは３つ以上の実質的に同一平面上のリード線に接続し得るためである。しかしながら、この特徴は必須ではない。いくつかの実施形態は、同一平面上にない接点を活性側１２２上に有する放射トランスデューサ１０２を含む。これらの実施形態では、放射トランスデューサ１０２と、透過型支持アセンブリ１０４のリード線１３６との間に異なる寸法のはんだ接続部１４２が存在し得る。代替的に、ＳＳＲＴ素子１００のその他の部分は、非対称に形成されて、放射トランスデューサ１０２上の様々な接点位置に対応し得る。例えば、リード線１３６は、様々な厚さを有し得る、または、１つまたは２つ以上のスペーサ層上に配置され得る。
【００２３】
ＳＳＲＴ素子１００の外部はんだバンプ１４４は、実質的に対称であり、透過型支持アセンブリ１０４から離れる方向に、放射トランスデューサ１０２の裏側１２４と実質的に同じ高さの平面まで延在する。この構成は、ＳＳＲＴ素子１００を、図３の外部システムマウント１４６のようなマウント１５０とシステム電極１５２とが実質的に同一平面上にある外部システムマウント１４６に接続するのに適する。異なる構成を有する外部システムマウント１４６への接続では、外部はんだバンプ１４４は、放射トランスデューサ１０２の裏側１２４に対して様々な垂直位置まで延在するなど別の寸法にされ得る。ＳＳＲＴ素子１００のその他の部分もまた、上述したものなどの形態とは異なって構成されて、異なる垂直方向の位置を有する放射トランスデューサ１０２の接点に適合し得る。外部はんだバンプ１４４の水平方向の位置は、例えば、リード線１３６を延長したり短縮したりすることによって容易に変更され得る。汎用性を高めるために、外部はんだバンプ１４４はまた、ワイヤなどのその他の電気的接続方式で置き換えられてもよい。外部はんだバンプ１４４の代わりに使用されるワイヤは、ＳＳＲＴをその他の素子部品に接続する従来型のＳＳＲＴ素子において使用されるワイヤよりも、より信頼性が高くなり得る。外部はんだバンプ１４４の代わりに使用されるワイヤは、例えば、リード線１３６と組成的に類似していてよく、したがって、熱膨張の差による応力の影響を受けない。
【００２４】
本技術のいくつかの実施形態では、透過型支持アセンブリ１０４は、放射トランスデューサ１０２とは別個に形成される。対照的に、多くの従来型のＳＳＲＴ素子の透過型部品は、放射トランスデューサ上に直接形成される（例えば、材料を放射トランスデューサの表面上に堆積する）。成形などの特定の形成プロセスは放射トランスデューサの表面上で直接行うことが困難であることから、透過型支持アセンブリ１０４を別個に形成することは有利である。特に成形は、様々な有用な形状および表面特性を有する図１の透過型支持部材１２８などの透過型支持アセンブリ１０４の部分を形成するために使用され得る。放射トランスデューサ上に直接形成される透過型部品は、従来型の設計では寸法および形状において制限され得る。対照的に、本技術の実施形態は、放射トランスデューサ１０２の寸法および形状、またはアレイ中の放射トランスデューサの数と関係なく、寸法および形状が決定される透過型支持部材１２８を含み得る。したがって、これらの実施形態の透過型支持部材１２８は、しばしば、補助的な光学的要素またはＳＳＲＴ素子１００が組み込まれる外部システムのその他の構造の仕様に沿った寸法および形状にされ得る。例えば、一部の外部システムは、ＳＳＲＴ素子１００からの放出光を変える反射キャビティ、フレネルレンズ、および／またはピローレンズを含む。本技術のいくつかの実施形態の透過型支持部材１２８は、このような構造体の仕様に沿った寸法および形状にされて、ＳＳＲＴ素子１００がこのような構造に効果的に組み込まれるようにし得る。本技術のいくつかの実施形態の透過型支持部材１２８は、特定の補助的な光学的要素などの外部システムの特定の部品を支持する、またはその中に収まるような寸法および形状にされる。
【００２５】
例えば、図１に示されるように、透過型支持アセンブリ１０４は、間の空間におけるはんだ接続部１４２およびアンダーフィル材料１２６によって放射トランスデューサ１０２から離間して配置され得る。この方法で透過型支持部材１２８を放射トランスデューサ１０２から離間して配置するのは有利であり得る。例えば、このような部品を放射トランスデューサの表面上に直接形成する場合、比較的厚い、寸法が一様、および／または変換材濃度が一様な透過型部品を形成するのは困難であり得る。アレイ状の複数の放射トランスデューサはまた、放射トランスデューサアレイから離間して配置される透過型支持部材１２８に実装され得る。さらに、特定のポリマーなどの透過型部品に有用な一部の材料は、動作中の放射トランスデューサと直接接触することによる熱によって、黒くなったり、その他の損傷を受けたりすることがある。これらの材料を放射トランスデューサから離しておくことにより、そのような損傷が起こるのを防ぐことができる。
【００２６】
図４は、実質的に半球状で、実質的にＳＳＲＴ素子の全表面を覆って延在する透過型支持部材２０４を有する透過型支持アセンブリ２０２を含むＳＳＲＴ素子２００を示す。図５は、端部付近で実質的に平坦であり、ＳＳＲＴ素子の中央部分上で実質的に半球状である透過型支持部材２５４を有する透過型支持アセンブリ２５２を含むＳＳＲＴ素子２５０を示す。
【００２７】
図４および図５のＳＳＲＴ素子２００、２５０では、透過型支持部材２０４、２５４は、変換材１３４の実質的一様分布を含んでいる。その他の実施形態では、透過型支持部材における変換材１３４の分布は不均一であり得る。図６は、図４のＳＳＲＴ素子２００と類似するが、透過型支持アセンブリ３０２が、変換材１３４の分布が一様でない透過型支持部材３０４を有するＳＳＲＴ素子３００を示す。図７は、図５のＳＳＲＴ素子２５０と類似するが、透過型支持アセンブリ３５２が、変換材１３４の分布が一様でない透過型支持部材３５４を有するＳＳＲＴ素子３５０を示す。図６の透過型支持部材３０４は、低い変換材１３４濃度を有する、または変換材の存在しない第１の部分３０６と、比較的高い変換材濃度を有する第２の部分３０８とを含む。同様に、図７の透過型支持部材３５４は、低い変換材１３４濃度を有する、または変換材の存在しない第１の部分３５６と、比較的高い変換材濃度を有する第２の部分３５８とを含む。図６および７では、透過型支持部材３０８、３５８の第１の部分３０６、３５６と、透過型支持部材３０４、３５４の第２の部分３０８、３５８との間の境界線は、第１および第２の部分が同じ透過型支持部材の中に存在することから、破線で示されている。その他の実施形態は、図６および図７の透過型支持部材３０４、３５４の第１の部分３０６、３５６および第２の部分３０８、３５８に類似している別個の透過型支持部材などの異なる変換材濃度を有する別個の透過型支持部材を含み得る。
【００２８】
図８は、第１の透過型支持部材４０４と第２の透過型支持部材４０６とを含む透過型支持アセンブリ４０２を有するＳＳＲＴ素子４００を示す。第１の透過型支持部材４０４は、変換材１３４を含む。第２の透過型支持部材４０６は、放射トランスデューサ１０２と第１の透過型支持部材４０４との間に配置される遷移層である。その他の実施形態では、唯一の透過型支持部材としての遷移層、透過型支持アセンブリ内の異なる位置の遷移層、または透過型支持アセンブリ内の複数の遷移層を含み得る。第２の透過型支持部材４０６は、放射トランスデューサ１０２のトランスデューサ構造１０６の屈折率と、放射トランスデューサから第２の透過型支持部材よりも遠方に配置される第１の透過型支持部材４０４の屈折率との間の屈折率を有する材料から作られ得る。いくつかの実施形態では、遷移層である透過型支持部材は、約１．６から約１．９の屈折率を有する。一般に、このような材料を介して放射トランスデューサ１０２から放射光を通すことは、屈折および関連の後方反射を低減することによって、ＳＳＲＴ素子４００の出力を改善する。第２の透過型支持部材４０６用の適切な材料の例には、ガラス、トリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、およびポリカーボネートが含まれる。
【００２９】
本技術のいくつかの実施形態では、透過型支持アセンブリの外面または内部の界面は、粗化および／またはテクスチャ加工をなされ得る。図９は、テクスチャ加工した表面４５６を有する透過型支持部材４５４を備える透過型支持アセンブリ４５２を有するＳＳＲＴ素子４５０を示す。テクスチャ加工した表面４５６などのテクスチャ加工した表面含むことは、例えば、透過型支持アセンブリ４５２内における全反射を低減することによって、ＳＳＲＴ素子４５０からの出力を改善し得る。テクスチャ加工は、規則的なパターニング、不規則なパターニング、マイクロパターニング、および／またはマクロパターニングを含み得る。テクスチャ加工方法は、光リソグラフィ、エッチング、および透過型支持部材形成後における摩耗を含む。成形はまた、以下により詳しく説明するが、本技術の実施形態における透過型支持部材の表面特性を変えるために使用され得る。
【００３０】
図１０は、ＳＳＲＴ素子の裏側の大部分の周囲に封止材５０２を含むＳＳＲＴ素子５００を示す。封止材５０２は、放射トランスデューサ１０２およびＳＳＲＴ素子５００のその他の部分を保護し、また、動作中の放射トランスデューサから熱を放散し得る。封止材５０２用の適切な材料には、透明および不透明のエポキシなどのポリマー材料が含まれる。外部はんだバンプ５０４は、封止材５０２の外面を越えて延在するために、図１および図３から図９の外部はんだバンプ１４４よりも大きい。ＳＳＲＴ素子５００を外部システムマウント１４６に接続する場合、封止材５０２の底面は、マウント１５０の上に載ってもよいし、マウントに（例えば、接着剤で）接合されてもよいし、マウント付近に吊り下げられていてもよい。放射トランスデューサ１０２が裏側接点を含む場合、電極は、接続のために封止材５０２を抜けて外部電極まで延在し得る。
【００３１】
図１１Ａから図１１Ｅは、本技術のある実施形態によるＳＳＲＴ素子１００を形成するプロセスを示している。図１１Ａは、透過型支持部材１２８が形成基板５５０上に形成された後のプロセスの段階を示している。形成基板５５０は、透過型支持部材１２８を支持するのに十分に硬質な、または十分な機械的強度の任意の基板であり得る。例えば、形成基板５５０は、シリコンウエハ、ポリマー、ガラスまたはその他の種類のウエハもしくはシートであり得る。透過型支持部材１２８は、成形、インクジェット、スピンコート、化学蒸着（「ＣＶＤ」）、または物理蒸着（「ＰＶＤ」）などの技法によって形成基板５５０上に形成され得る。例外はあるが、成形は、通常、約１５０ミクロン超の厚さの透過型支持部材などのより厚い透過型支持部材１２８を製作するのによく適している。スピンコートおよびその他の堆積プロセスは、通常、約１５０ミクロン未満の厚さのものなどの透過型支持部材１２８を製作するのに適している。変換材１３４を有するより厚い透過型支持部材１２８は、通常、低い変換材濃度を有するより薄い透過型支持部材と同水準の変換を達成し得る。このように、より薄い透過型支持部材が飽和水準を超える変換材濃度を必要とする場合、変換材１３４を有するより厚い透過型支持部材１２８は、有用であり得る。変換材１３４を有する透過型支持部材１２８を製作することに変わる手段として、信越化学工業株式会社（日本国、東京）からなどの既製の変換材を有する透過型支持部材が購入できる。
【００３２】
本技術のいくつかの実施形態では、前駆材料が形成基板５５０上に形成され、次いで（例えば、超音波または熱によって）硬化されて、透過型支持アセンブリ１０４の１つまたは２つ以上の透過型支持部材１２８を形成する。適切な前駆材料は、液体および／または粉末ならびに、ポリマーおよび／または非ポリマーの材料を含む。変換材１３４を有する透過型支持部材１２８用の適切な前駆材料は、蛍光体粒子を含有するエポキシ樹脂を含む。単純な堆積ではなく、前駆材料はまた、射出成形などで成形され得る。成形を用いる場合、形成基板５５０は、型の一部分となり得る。成形により、図１および図４から図８の透過型支持部材１２８、２０４、２５４、３０４、３５４、４０４、４０６などの様々な形状および寸法を有する透過型支持部材形成が可能となる。成形はまた、テクスチャ加工した表面４５６を有する図９の透過型支持部材４５４などの様々な表面特性を有する透過型支持部材を形成するのに使用され得る。テクスチャパターンは、例えば、型の一部分に組み込まれ得る。
【００３３】
一部の成形技法は、図６および図７の透過型支持部材３０４、３５４などの様々な変換材１３４濃度の様々な部分を有する透過型支持部材を形成するのに使用され得る。例えば、前駆材料は、成形され、次いで硬化前のある期間そのままの状態にされ、その間に重力が変換材１３４の粒子を沈ませる。重力を用いて、硬化前の期間における重力の向きに対する成形された前駆材料の向きは、最終的な透過型支持部材の構成を決定する。代替的に、成形された前駆材料は、遠心分離機に設置され得、硬化前の期間における遠心力の方向に対する成形された前駆材料の向きは、最終的な透過型支持部材の構成を決定する。本技術の実施形態用の透過型支持部材を成形するための適切な機械は、ＴＯＷＡ株式会社（日本国、京都）の型式ＬＣＭ１０１０およびＦＦＴ１０３０Ｗを含む。
【００３４】
図１１Ｂは、リード線１３６が透過型支持部材１２８上に形成された後のプロセスにおける段階を示し、図１１Ｃは、はんだマスク１４０がリード線１３６上に形成された後の段階を示している。リード線１３６およびはんだマスク１４０は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、または原子層堆積（「ＡＬＤ」）などの半導体製造技術分野で知られる任意の堆積およびパターニング技法を用いた後、光リソグラフィにより形成され得る。
【００３５】
図１１Ａから図１１Ｃの段階とは別に、はんだボールは、放射トランスデューサ１０２の活性側１２２上の接点上に堆積される。次いで、放射トランスデューサ１０２は裏返しにされ、放射トランスデューサのはんだボールがリード線１３６と一致する状態で図１１Ｃの構造上に配置される。次いで、はんだは（例えば、超音波または熱により）リフローされ、図１１Ｄのはんだ接続部１４２を有する構造が得られる。代替的に、はんだボールは、リード線１３６上に配置され、放射トランスデューサ１０２がはんだボール上に配置され得る。図１１Ｅに示されるように、次いで、アンダーフィル１２６は、透過型支持部材１２８と放射トランスデューサ１０２との間の領域内に導入される。例えば、これは、加熱したアンダーフィル材料を図１１Ｄの構造の側面から注入した後、マイクロ波放射などによりアンダーフィル材料を硬化することによりなされ得る。次いで、外部はんだバンプ１４４は、はんだマスク１４０の開口部に堆積される。最後に、形成基板５５０は、透過型支持部材１２８から分離されて、図１のＳＳＲＴ素子１００を形成する。図１１Ａから図１１Ｅには示されていないが、例えば、ＳＳＲＴ素子のアレイ内の個々のＳＳＲＴ素子の間および周囲にトレンチをエッチング加工し、はんだマスク１４０を形成する前に反射性材料（例えば、銀（Ａｇ））をトレンチ内に堆積することにより、端部反射体１３０は形成され得る。一旦完成したならば、ＳＳＲＴ素子のアレイは、トレンチの中心に沿ってダイシングされて、反射性材料の一部分が各ＳＳＲＴ素子の端部上に残るようにし得る。
【００３６】
本技術の実施形態によるＳＳＲＴ素子１００は、図１１Ａから図１１Ｅを参照して説明したプロセス以外の様々なプロセスを用いて製作され得る。例えば、いくつかの実施形態では、形成基板５５０を用いない。代わりに、ＳＳＲＴ素子１００は、予め形成された、自立する透過型支持部材１２８（例えば、変換材１３４を含む透過型支持部材または遷移層である透過型支持部材）上に形成され得る。形成基板５５０が使用される場合、形成基板は、プロセス中、何度も取り外され得る。例えば、透過型支持アセンブリ１０４は、形成基板５５０上に形成され、次いで、放射トランスデューサ１０２を実装する前に、形成基板から除去され得る。さらに、放射トランスデューサ１０２は、透過型支持アセンブリ１０４に実装され得る、あるいは、透過型支持アセンブリは、放射トランスデューサに実装され得る。
【００３７】
上記より、当然のことながら、本技術の特定の実施形態は、説明を目的として本明細書において説明されてきたが、本技術から逸脱することなしに様々な変更がなされてもよい。例えば、図１から図１１に示される実施形態は、２つのはんだ接続部１４２を含む。本技術のその他の実施形態は、１、３、４、５、または６以上のはんだ接続部１４２を含み得る。特定の実施形態に関して説明された本技術の特定の態様は、その他の実施形態では、組み合わせられたり、排除されたりしてもよい。例えば、図１の実施形態の透過型支持アセンブリ１０４は、図８の実施形態の第２の透過型支持部材４０６を含み得る。さらに、本技術の特定の実施形態に関連する利点をその実施形態に関して説明してきたが、その他の実施形態もまたそのような利点を示してもよいし、本技術の範囲内にあるために、必ずしもすべての実施形態がそのような利点を示す必要はない。したがって、本開示および関連する技術は、本明細書において明確に図示されたり説明されたりしていないその他の実施形態を包含する。
【図１】
2014525675.tif 000003
【図２】
2014525675.tif 000004
【図３】
2014525675.tif 000005
【図４】
2014525675.tif 000006
【図５】
2014525675.tif 000007
【図６】
2014525675.tif 000008
【図７】
2014525675.tif 000009
【図８】
2014525675.tif 000010
【図９】
2014525675.tif 000011
【図１０】
2014525675.tif 000012
【図１１Ａ】
2014525675.tif 000013
【図１１Ｂ】
2014525675.tif 000014
【図１１Ｃ】
2014525675.tif 000015
【図１１Ｄ】
2014525675.tif 000016
【図１１Ｅ】
2014525675.tif 000017
【国際調査報告】
2014525675.tif 000018
2014525675.tif 000019