(57)【要約】【課題】  発光ダイオードチップからサブマウントへの伝熱のボトルネックになっている箇所がなくて放熱性の良い発光ダイオードチップ支持体、及び、該支持体を備えた発光ダイオードモジュールを提供しようとすることを目的とする。【解決手段】発光ダイオードモジュールまたは発光ダイオード装置の発光ダイオードチップを支持するための発光ダイオードチップ支持体を、サブマウントと、前記サブマウントの上面に被覆されていてそれで前記発光ダイオードチップの被搭載面と接着され、該発光ダイオードチップの工作電流を導通させる導熱性電気導通層と、前記サブマウントの上面と前記導熱性電気導通層の下面との間に介在している導熱性電気絶縁層とで形成することにより、発光ダイオードモジュールまたは発光ダイオード装置の放熱性を上げる。【選択図】図１
2008193092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクに搭載されてその上面で発光ダイオードチップを搭載し、該発光ダイオードチップと共に発光ダイオードモジュールをなす発光ダイオードチップ支持体であって、
前記ヒートシンクと共晶結合となっているサブマウントと、
前記サブマウントの上面に被覆されていてそれで前記発光ダイオードチップの被搭載面と接着され、該発光ダイオードチップの工作電流を導通させる導熱性電気導通層と、
前記サブマウントの上面と前記導熱性電気導通層の下面との間に介在している導熱性電気絶縁層とを備えており、
それにより、前記発光ダイオードチップの工作による発熱が、前記導熱性電気導通層と前記導熱性電気絶縁層と前記ヒートシンクとを経由して有効に前記サブマウントに伝熱し、放熱することができることを特徴とする発光ダイオードチップ支持体。
【請求項２】
前記サブマウントは、シリコン半導体からなっていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ支持体。
【請求項３】
サブマウントと、
前記サブマウントの上面に被覆されていてそれで前記発光ダイオードチップの被搭載面と接着され、該発光ダイオードチップの工作電流を導通させる導熱性電気導通層と、
前記サブマウントの上面と前記導熱性電気導通層の下面との間に介在している導熱性電気絶縁層とからなっている発光ダイオードチップ支持体と、
前記発光ダイオードチップ支持体における導熱性電気導通層の上面に実装されて前記絶縁層及び導通層と共に島構造となっている発光ダイオードチップとを備えたことを特徴とする発光ダイオードモジュール。
【請求項４】
前記絶縁層と前記導通層と前記発光ダイオードチップとからなった島構造を互いに分離した複数個有することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップ支持体、及び、その利用方式に関し、もっと詳しくは、放熱性の良い発光ダイオードチップ支持体、及び、該支持体を備えた発光ダイオードモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力の発光ダイオード装置がどんどん開発されてきている。このような発光ダイオード装置は、高出力で発光するとき、投入電力の増加による発熱の高まりを伴うため、高出力化を求めるには、装置全体の耐熱性や放熱性の向上も必要不可欠となって来る。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されている発光ダイオード装置は、図１２に示すように、基板１１と、半田付けにより（図中の半田材１２参照）前記基板上に接着されている半導体/ガラスサブマウント１３と、前記半導体/ガラスサブマウントにおける２の半導体部の上面にある２の半田付けエリア１４、１５においてそれぞれ半田付けにより（図中の半田ボール１６１、１６２参照）接着されている発光ダイオードチップ１６とからなっている。
【０００４】
図示のこの従来の発光ダイオード装置は、その発光ダイオードチップ１６の工作による発熱が、半田ボール１６１、１６２とサブマウント１３と半田材１２とを経由して基板１１に伝熱し、放熱する構造となっている。
【０００５】
このような構造は、過去では確かに放熱に有効であったが、前記高出力化のブームにつれて段段と不足になって来た。
【特許文献１】米国特許第６，８７６，００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点を研究に研究を重ねた結果、発明者は、前記従来の発光ダイオード装置の構造において、その、上面で発光ダイオードチップ１６を搭載し、下面で基板１１に搭載された発光ダイオードチップ支持体が、半田ボール１６１、１６２のみにより発光ダイオードチップ１６と接触し、発光ダイオードチップ１６からサブマウント１３乃至基板１１への伝熱のボトルネックになっていることを発見した。
【０００７】
前記発見に基づき、本発明は、発光ダイオードチップからサブマウントへの伝熱のボトルネックになっている箇所がなくて放熱性の良い発光ダイオードチップ支持体、及び、該支持体を備えた発光ダイオードモジュールを提供しようとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、まず、その上面で発光ダイオードチップを搭載し、該発光ダイオードチップと共に発光ダイオードモジュールをなす発光ダイオードチップ支持体であって、サブマウントと、前記サブマウントの上面に被覆されていてそれで前記発光ダイオードチップの被搭載面と接着され、該発光ダイオードチップの工作電流を導通させる導熱性電気導通層と、前記サブマウントの上面と前記導熱性電気導通層の下面との間に介在している導熱性電気絶縁層とを備えており、それにより、前記発光ダイオードチップの工作による発熱が、前記導熱性電気導通層と前記導熱性電気絶縁層とを経由して有効に前記サブマウントに伝熱し、放熱することができることを特徴とする発光ダイオードチップ支持体を提供する。
【０００９】
前記導熱性電気導通層は、前記発光ダイオードチップの被搭載面と全面的に接着することができるように配置されていることが好ましい。前記サブマウントは、シリコン半導体からなった半導体サブマウントであることが好ましい。前記導熱性電気導通層は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＳｎおよびＰｔの群から選択された少なくとも一種を含んだ金属層からなることが好ましい。
【００１０】
また、この発光ダイオードチップ支持体は、前記サブマウントを下から搭載していて前記放熱を速めるヒートシンクを更に備えていることが特に好ましい。前記ヒートシンクは、普通の、放熱を助けるヒートシンクでも良いが、平板体や他の発光ダイオード装置の基板ともなれる形状を有するものが好ましい。
【００１１】
なお、前記導熱性電気導通層及び前記導熱性電気絶縁層の被覆による半導体サブマウントの強度増加の範囲内に半導体サブマウントを通常の厚さから下げることが好ましい。これによると、半導体サブマウントによる伝熱抵抗が下がるので、前記発光ダイオードチップの工作による発熱は、前記半導体サブマウントを経由して有効に前記ヒートシンクに伝熱し、放熱することができる。
【００１２】
そして、本発明は、サブマウントと、前記サブマウントの上面に被覆されていてそれで前記発光ダイオードチップの被搭載面と接着され、該発光ダイオードチップの工作電流を導通させる導熱性電気導通層と、前記サブマウントの上面と前記導熱性電気導通層の下面との間に介在している導熱性電気絶縁層とからなっている発光ダイオードチップ支持体と、前記発光ダイオードチップ支持体における導熱性電気導通層の上面に実装されて前記絶縁層及び導通層と共に島構造となっている発光ダイオードチップとを備えた発光ダイオードモジュール、乃至、構造における絶縁層と導通層と発光ダイオードチップとからなった島構造を互いに分離した複数個有する発光ダイオードモジュールを提供する。
【００１３】
前記発光ダイオードチップは、その被搭載面で前記導熱性電気導通層の上面と全面的に接着していてその工作電流が該導熱性電気導通層により導通されることが好ましい。
【００１４】
そしてまた、本発明は、半導体製造工程でウェハを形成して半導体サブマウントとするウェハ形成工程と、前記ウェハの上面に発光ダイオードチップを実装するための区域を指定してから、順にそこに導熱性電気絶縁層と導熱性電気導通層とを形成する絶縁層/導通層形成工程と、前記導熱性電気導通層の上面に発光ダイオードチップを実装し、前記絶縁層/導通層と共に島構造を形成する発光ダイオードチップ実装工程とからなる製造方法で製造することができる。
【００１５】
前記絶縁層/導通層形成工程において、前記区域を複数指定し、前記発光ダイオードチップ実装工程において、前記複数の区域における導熱性電気導通層の上面にそれぞれ一つの発光ダイオードチップを実装し、また、前記発光ダイオードチップ実装工程の後、更に、前記ウェハをカットして前記島構造を少なくとも一つ有する発光ダイオードモジュールをそれぞれ取り出す分断工程を行うことが好ましい。
【００１６】
前記製造方法に製造された発光ダイオードモジュールを基板上に実装してから封止することにより発光ダイオード装置を製造することができる。
【００１７】
前記製造方法における発光ダイオードモジュールまたは発光ダイオードチップ支持体のヒートシンクが平板体や他の基板にもなれるものである場合、該平板体のヒートシンクを基板として使用すれば良い。
【発明の効果】
【００１８】
前記発光ダイオードチップ支持体または発光ダイオードモジュールにより、発光ダイオードチップの工作による発熱が、発光ダイオードチップの被搭載面と全面的に接触している導熱性電気導通層/導熱性電気絶縁層を経由して有効に前記サブマウント乃至ヒートシンクに伝熱し、放熱することができるので、放熱効果が良い発光ダイオード装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
まず、封止構造が省略されたが、図１及び図２に示すのは、本発明の発光ダイオード装置の第１の実施例である。
【００２１】
図１に示すように、この発光ダイオード装置は、主として発光ダイオードモジュール２００と、発光ダイオード装置の基板ともなれる平板体のヒートシンク２６とからなっている。
【００２２】
発光ダイオードモジュール２００は、シリコン半導体からなったサブマウント２１と、サブマウント２１の上面に被覆されている導熱性電気絶縁層２２と、導熱性電気絶縁層２２の上面に更に被覆されている導熱性電気導通層２３と、導熱性電気導通層２３の上面に載置されている発光ダイオードチップ２４とからなっている。
【００２３】
図示のように、導熱性電気導通層２３も、導熱性電気絶縁層２２も、連続的な平面となる上、互いにぴったりと密接しているので、発光ダイオードチップ２４はその被搭載面で下の導熱性電気導通層２３と全面的に接触している。
【００２４】
また、半導体サブマウント２１の強度は、導熱性電気導通層２３と導熱性電気絶縁層２２との被覆にも貢献されるので、半導体サブマウント２１は厚さが従来のものより薄くて伝熱しやすくなっている。
【００２５】
そして、図示のように、発光ダイオードモジュール２００は、そのサブマウント２１の下面で、導熱性銀ペースト層２５の粘着によりヒートシンク２６の上面に密接に搭載されてからそこに封止され、ヒートシンク２６乃至封止構造と共に発光ダイオード装置となっている（封止構造は図面に示されていない）。前記導熱性銀ペースト層２５の粘着の代わりに共晶結合も使用される。
【００２６】
上記から分かるように、この発光ダイオード装置の、上面で発光ダイオードチップ２４を搭載し、下面で基板（即ち前記ヒートシンク２６）に搭載された発光ダイオードチップ支持体２０の構造は、サブマウント２１と、サブマウント２１の上面に被覆されていてそれで発光ダイオードチップ２４の被搭載面と接着され、該発光ダイオードチップ２４の工作電流を導通させる導熱性電気導通層２３と、サブマウント２１の上面と導熱性電気導通層２３の下面との間に介在している導熱性電気絶縁層２２とからなっている。
【００２７】
次に、図２をも参照するように、発光ダイオードモジュール２００の上面に二対の電流の出入りをする導電ワイヤーが、それぞれの自由端が封止構造の範囲外に露出するように接着されている。
【００２８】
図示のように、この実施例では、いずれの、対になっていて電流の出入りをする２の導電ワイヤー３２、３３は、ワイヤーボンディング方式で、一つ３２が発光ダイオードチップ２４の上面に、他の一つ３３が導熱性電気導通層２３の上面の、発光ダイオードチップ２４が存在していない箇所にそれぞれ接着されている。
【００２９】
この実施例では、導熱性電気導通層２３は、ＮｉとＡｕとを順に、導熱性電気絶縁層２２の上面に積層してなったものである。また、発光ダイオードチップ２４の被搭載面と導熱性電気導通層２３との接着は、共晶結合となっているが、導熱性接着剤で接合されてなっても良い。
【００３０】
前記構成により、導電ワイヤー３２から入る工作電流は、導熱性電気導通層２３を経由して導電ワイヤー３３に導通させられることができる。また、該工作電流により生じる発熱は、導熱性電気導通層２３と導熱性電気絶縁層２２とを経由して有効に前記サブマウント２１、導熱性銀ペースト層２５、そしてヒートシンク２６に容易に伝熱し、放熱することができる。
【００３１】
前記第１の実施例では、発光ダイオードモジュール２００乃至発光ダイオード装置全体において発光ダイオードチップ２４を一つのみ有するものを挙げるが、発光ダイオードチップ２４を一つ以上有するものにも適用できる。例えば、図３における２０１は、発光ダイオードチップ２４を一つのみ有する発光ダイオードモジュールであり、２０２は発光ダイオードチップ２４を九つ有する発光ダイオードモジュールである。
【００３２】
図３に示すように、発光ダイオードモジュール２０１は、前記発光ダイオードチップ支持体２０と、前記発光ダイオードチップ支持体２０における導熱性電気導通層２３の上面に実装されて前記絶縁層２３及び導通層２２と共に島構造となっている発光ダイオードチップ２４とからなっており、発光ダイオードモジュール２０２は、前記構造における絶縁層２３と導通層２２と発光ダイオードチップとからなった島構造を互いに分離した複数個有するものである。
【００３３】
以下、図３及び図４を参照しながら本発明における発光ダイオードモジュール及び発光ダイオード装置の製造方法の実施例を説明する。
【００３４】
図示の実施例は、発光ダイオードモジュールを経由して発光ダイオード装置を製造する発光ダイオード装置の製造方法を示すものである。
【００３５】
まず、発光ダイオードモジュールまでの製造方法を説明する。
この発光ダイオードモジュールの製造方法は、基本的には、半導体製造工程で半導体材料からウェハを形成して半導体サブマウント２１とするウェハ形成工程（Ｓ１）と、前記ウェハの上面に発光ダイオードチップ２４を実装するための区域を指定してから、順にそこに導熱性電気絶縁層２２と導熱性電気導通層２３とを形成する絶縁層/導通層形成工程（Ｓ２）と、前記導熱性電気導通層２３の上面に発光ダイオードチップ２４を実装し、前記絶縁層/導通層と共に島構造を形成する発光ダイオードチップ実装工程（Ｓ３）とからなるが、この実施例では、前記絶縁層/導通層形成工程（Ｓ２）において、前記区域を複数指定し、前記発光ダイオードチップ実装工程（Ｓ３）において、前記複数の区域における導熱性電気導通層２３の上面にそれぞれ一つの発光ダイオードチップ２４を実装したので、前記発光ダイオードチップ実装工程（Ｓ３）の後、更に、必要に応じて前記ウェハをカットして前記島構造を一つしかない発光ダイオードモジュール２０１、または、複数個有する発光ダイオードモジュール、例えば図３における、九つのあるもの２０２をそれぞれ取り出す分断工程（Ｓ４）を行う。
【００３６】
前記発光ダイオードチップ実装工程（Ｓ３）において、前記発光ダイオードチップ２４の被搭載面を前記導熱性電気導通層２３の上面と全面的に接触させる上、共晶結合で接合させても、前記発光ダイオードチップ２４と前記導熱性電気導通層２３とを熱電導性接着材によって接合しても良い。
【００３７】
そして、発光ダイオードモジュールの製造に引き続いて発光ダイオード装置までの製造方法を説明する。
やはり、図３及び図４を参照するように、発光ダイオードモジュール２０１であれ、発光ダイオードモジュール２０２であれ、必要に応じて前記製造方法に製造された発光ダイオードモジュール２００を発光ダイオード装置の基板ともなれる平板体のヒートシンク２６の上面に実装し、即ち発光ダイオードモジュールのヒートシンク上への実装工程（Ｓ５）を行う。前記発光ダイオードモジュールのヒートシンク上への実装工程（Ｓ５）においては、導熱性銀ペースト層２５を介して前記発光ダイオードモジュール２００を実装するのである。
【００３８】
前記発光ダイオードモジュールのヒートシンク上への実装工程（Ｓ５）中またはその後、ワイヤーボンディング方式で前記発光ダイオードモジュール２００の上面に少なくとも一対（この実施例では二対）の電流の出入りをする導電ワイヤー３２、３３を接着し、即ちワイヤーボンディング工程（Ｓ６）を行う。
【００３９】
前記実装工程（Ｓ５）及びワイヤーボンディング工程（Ｓ６）の後、前記少なくとも一対（この実施例では二対）の導電ワイヤー３２、３３の自由端が露出するように、すべての発光ダイオードモジュール２００をヒートシンク２６の上面に封止し、即ち封止工程（Ｓ７）を行って発光ダイオード装置を製造する。
【００４０】
なお、前記発光ダイオードモジュールに前記島構造を複数有する場合（図３における２０２の九つを有するものを参照）、前記発光ダイオードモジュールのヒートシンク上への実装工程（Ｓ５）または前記ワイヤーボンディング工程（Ｓ６）において、図５に示すように、前記複数の島構造を数グループ（図示のは九つを３グループ）に分け、且つ、ワイヤーボンディング方式で各グループの島構造同士を直列に連結され、各グループに前記電流の出入りをする導電ワイヤーを少なくとも一対３２、３３（この実施例では二対）形成する。
【００４１】
次に、図６及び図７に示すのは、本発明の発光ダイオード装置の第２の実施例である。この実施例における発光ダイオード装置全体及びその製造方法、発光ダイオードモジュール及びその製造方法、並びに、発光ダイオードチップ支持体２０はすべて前記第１の実施例と同じだが、ワイヤーボンディング方式の異なることにより、その、いずれの、対になっていて電流の出入りをする２の導電ワイヤー３２、３３も、発光ダイオードチップ２４の上面に接着されている。
【００４２】
次に、図８及び図９に示すのは、本発明の発光ダイオード装置の第３の実施例である。この実施例における発光ダイオード装置全体及びその製造方法、発光ダイオードモジュール及びその製造方法、並びに、発光ダイオードチップ支持体２０はすべて前記第１の実施例と同じだが、その発光ダイオードチップ支持体２０の上面に、底面が平面となる上、内径が奥から外へと段段拡大したラッパ形の窪みＨが形成されており、且つ、その発光ダイオードチップ２４は窪みＨ内の底面の導熱性電気導通層２３のほぼ中心部に配置されているので、発光ダイオードチップ２４からの発光は、窪みＨのラッパ形の内壁面に反射されて周囲に散逸しないように前へ投光し、投光の明るさを上げることができる。
【００４３】
なお、ウェハを形成して半導体サブマウントとするウェハ形成工程（Ｓ１）において、ウェハ内にツェナーダイオード５をウェハの半導体構造を介して駆動され、且つ発光ダイオードチップ２４の工作電流を安定させることができるように形成しても良いが、これは従来の技術であるので、その詳細説明を省く。
【００４４】
次に、図１０及び図１１に示すのは、本発明の発光ダイオード装置の第４の実施例である。この実施例における発光ダイオード装置全体及びその製造方法、発光ダイオードモジュール及びその製造方法、並びに、発光ダイオードチップ支持体２０はすべて前記第３の実施例と同じだが、ワイヤーボンディング方式の異なることにより、その、いずれの、対になっていて電流の出入りをする２の導電ワイヤー３２、３３も、発光ダイオードチップ２４の上面に接着されている。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
発光ダイオードチップ支持体の構造を中心とした発光ダイオードモジュール及び発光ダイオード装置の構造により、発光ダイオードチップの工作による発熱が、発光ダイオードチップの被搭載面と全面的に接触している導熱性電気導通層、導熱性電気絶縁層、そして厚さのより薄いサブマウントを経由して有効にヒートシンクに伝熱し、放熱することができるので、放熱効果の良い、且つ使用寿命の長い発光ダイオードモジュール及び発光ダイオード装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】発光ダイオード装置の第１の実施例の、封止構造が示されていない部分構成図である。
【図２】前記実施例の部分上面図である。
【図３】前記実施例の製造方法の説明図である。
【図４】前記実施例の製造方法のブロックフローチャートである。
【図５】前記実施例の、島構造が複数ある場合のワイヤーボンディング方式を説明する上面図である。
【図６】発光ダイオード装置の第２の実施例の、封止構造が示されていない部分構成図である。
【図７】前記第２の実施例の、島構造が複数ある場合のワイヤーボンディング方式を説明する上面図である。
【図８】発光ダイオード装置の第３の実施例の、封止構造が示されていない部分構成図である。
【図９】前記第３の実施例の、島構造が複数ある場合のワイヤーボンディング方式を説明する上面図である。
【図１０】発光ダイオード装置の第４の実施例の、封止構造が示されていない部分構成図である。
【図１１】前記第４の実施例の、島構造が複数ある場合のワイヤーボンディング方式を説明する上面図である。
【図１２】発光ダイオード装置の従来例の、封止構造が示されていない部分構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｈ        窪み
２０      発光ダイオードチップ支持体
２００、２０１、２０２  発光ダイオードモジュール
２１      サブマウント
２２      導熱性電気絶縁層
２３      導熱性電気導通層
２４      発光ダイオードチップ
２５      導熱性銀ペースト層
２６      ヒートシンク
３２、３３              導電ワイヤー
Ｓ１〜Ｓ７              工程
【図１】
2008193092.tif 000003
【図２】
2008193092.tif 000004
【図３】
2008193092.tif 000005
【図４】
2008193092.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008193092.tif 000008
【図７】
2008193092.tif 000009
【図８】
2008193092.tif 000010
【図９】
2008193092.tif 000011
【図１０】
2008193092.tif 000012
【図１１】
2008193092.tif 000013
【図１２】
2008193092.tif 000014