(57)【要約】【課題】従来のＬＥＤ素子の構成では全体構成も大型であり、且つ、外部に取出される光のビームも太くそれ程先鋭でないので、例えばスキャンを行う際に鮮明な読み取りができない問題点を生じていた。【解決手段】下部シリコンケース２と上部シリコンケース３とをシリコン基板１０を素材とする微細加工技術で形成し、内部にＬＥＤチップ４を封止した状態で陽極接合で接合し、同様な微細加工技術で上部シリコンケース３に形成した光取り出し穴３ｂから外部に光を取り出す極小光源用ＬＥＤ素子１としたことで、素子全体の小型化と放出される光ビームの先鋭化を可能として課題を解決するものである。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部シリコンケースと上部シリコンケースとＬＥＤチップとから成り、前記下部シリコンケースまたは上部シリコンケースの少なくとも一方には前記ＬＥＤチップを収納する凹部を設けると共に、前記下部シリコンケースには前記ＬＥＤチップがマウントされる下側搭載部から前記上部シリコンケースとの接合面にかけてベース端子を敷設し、前記上部シリコンケースには前記下部シリコンケースの下側搭載部に相対する位置に上側搭載部を設け、前記上側搭載部には前記ＬＥＤチップの発光面に対応する位置に光取出し穴を設けると共に、前記ＬＥＤチップの前記発光面側に設けられるリード端子に対応する位置にリード配線穴を設け、前記上部ケースには前記ベース端子の前記接合面に延設された位置に対応する位置にベース配線穴を設けて、この上部シリコンケースを前記下部シリコンケースに被着し陽極接合し、前記光取出し穴をレンズ若しくは透明部材で封止し、前記リード配線穴と前記ベース配線穴とには導電性部材が注入されて封止と電気的接続が行われる工程としたことを特徴とする極小光源用ＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項２】
下部シリコンケースと上部シリコンケースとＬＥＤチップとから成り、前記下部シリコンケースまたは上部シリコンケースの少なくとも一方には前記ＬＥＤチップを収納する凹部が設けられると共に、前記下部シリコンケースには前記ＬＥＤチップがマウントされる下側搭載部から前記上部シリコンケースとの接合面にかけてベース端子を敷設し、前記下部シリコンケースの下側搭載部に相対する位置には上側搭載部と前記ＬＥＤチップの発光面に対応する位置に光取出し穴と前記ＬＥＤチップの前記発光面側に設けられるリード端子に対応する位置に設けられるリード配線穴と前記ベース端子の前記接合面に延設された位置に対応するベース配線穴とが設けられた上部シリコンケースが被着され陽極接合で接合され前記光取出し穴はレンズ若しくは透明部材で封止され、前記リード配線穴と前記ベース配線穴とには導電性部材が注入されて封止と電気的接続が行われていることを特徴とする極小光源用ＬＥＤ素子。
【請求項３】
前記下部シリコンケースには前記ＬＥＤチップ用の集積回路が形成されており、該集積回路に対する配線穴も前記リード配線穴、ベース配線穴と同様な手段で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の極小光源用ＬＥＤ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードとも称されているＬＥＤ素子に関するものであり、詳細には高精度な位置検出、或いは、信号の読みとりなどを可能とするべく、発光面積を微細化すると共に、発光ビームの放射角も狭く設定し、それに伴い、製品寸法も微細化したＬＥＤ素子の構成に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のＬＥＤ素子の構成としては、例えばガラス−エポキシ基材としたプリント基板で、取付端子、素子取付パッド、配線パッドなどを形成したＬＥＤ基板を形成しておき、前記素子取付パッド上にＬＥＤチップをマウントし、このＬＥＤチップと配線パッド間を金線でワイヤーボンドした後に、前記ＬＥＤチップを透明エポキシ樹脂のケースで覆い密閉したものがある。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２１６４４０号公報（図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＬＥＤ素子においては、ＬＥＤチップそのものが比較的に広い角度で光を放射するものであるので、前記した透明エポキシ樹脂のケースから外部に放出される時点では既に広い範囲に放散され、例えばバーコードの読み取り用光源として採用する際にはコントラストの低下などを生じやすく、これによりバーコードの一層の微細化を図るときには、読み取り精度が不足する、若しくは、読み取り不能となるなどの問題点を生じるものとなっていた。また、位置制御用エンコーダーとして採用する際においても、この光源と同一平面上に隣接して設置される受光素子に光モレを生じるものとなって、Ｓ／Ｎ比を低下させ、測定精度が低下するなどの問題点も生じている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、下部シリコンケースと上部シリコンケースとＬＥＤチップとから成り、前記下部シリコンケースまたは上部シリコンケースの少なくとも一方には前記ＬＥＤチップを収納する凹部が設けられると共に、前記下部シリコンケースには前記ＬＥＤチップがマウントされる下側搭載部から前記上部シリコンケースとの接合面にかけてベース端子を敷設し、前記下部シリコンケースの下側搭載部に相対する位置には上側搭載部と前記ＬＥＤチップの発光面に対応する位置に光取出し穴と前記ＬＥＤチップの前記発光面側に設けられるリード端子に対応する位置に設けられるリード配線穴と前記ベース端子の前記接合面に延設された位置に対応するベース配線穴とが設けられた上部シリコンケースが被着され陽極接合で接合され前記光取出し穴はレンズ若しくは透明部材で封止され、前記リード配線穴と前記ベース配線穴とには導電性部材が注入されて封止と電気的接続が行われていることを特徴とする極小光源用ＬＥＤ素子およびその製造方法を提供することで課題を解決するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１〜図２に符号１で示すものは本発明に係る極小光源用ＬＥＤ素子であり、この極小光源用ＬＥＤ素子１は、下部シリコンケース２と、上部シリコンケース３と、底面と上面とに電極を有するＬＥＤチップ４とからで構成されている。尚、前記ＬＥＤチップ４においては発光色などの設定は自在である。
【０００７】
前記下部シリコンケース２、および、上部シリコンケース３の形成に当たっては、ホトリソ法など、トランジスタ、ＩＣなどをシリコン基板上に形成するときと同様な微細加工技術を採用するものであり、例えば、前記下部シリコンケース２の形成に当たっては、前記したシリコン基板へのレジスト膜の形成と、弗酸などによるエッチングとが行われ、図１に示すように下側凹部２ａが形成されている。この下側凹部２ａはＬＥＤチップ４がマウントされる下側搭載部となるものである。
【０００８】
前記下側凹部２ａが形成された後には、この下側凹部２ａの底面から下部シリコンケース２の上面に渡りアルミ電極２ｂが設けられ、更に、このアルミ電極２ｂの電気的接触が行われる部分を除いては酸化シリコン（ＳｉＯ２）などによる絶縁膜２ｃがＣＶＤ法などにより２０００〜３０００Åの膜厚に設けられ、例えば、後に説明する上部シリコンケース３との接合時に電気的に漏洩が生じるのを防止している。
【０００９】
そして、前記下側凹部２ａの底面に敷設されたアルミ電極２ｂ上には、銀ペーストなどによりＬＥＤチップ４がダイボンディングされている。このときに、前記ＬＥＤチップ４の上面側の電極にはハンダなどによりバンプ４ａが形成され、後に説明する上部シリコンケース３の取り付けに備えられている。
【００１０】
前記上部シリコンケース３は、前記下部シリコンケース２と同様に、シリコン基板により形成されるものであり、その形成されるときの手法も下部シリコンケース２と同様にホトリソ法など、半導体を形成するときとほぼ同様な微細加工技術が採用される。
【００１１】
前記上部シリコンケース３には、下部シリコンケース２の下側凹部２ａに対応する位置に上側凹部３ａが設けられ、この上側凹部３ａも下側凹部２ａと同様にホトリソ法、エッチング法などにより形成され、加えて、この上部シリコンケース３に対しては、光取り出し穴３ｂ、ＬＥＤ下面電極接続穴３ｃ、ＬＥＤ上面電極接続穴３ｄが設けられている。なお、上側凹部３ａは前記ＬＥＤチップ４がマウントされる下側搭載部に相対する位置に設けられる上側搭載部となるものである。
【００１２】
前記光取り出し穴３ｂ、ＬＥＤ下面電極接続穴３ｃ、ＬＥＤ上面電極接続穴３ｄも、下側凹部２ａ、上側凹部３ａなどと同様な微細加工技術で形成されるものであり、図２にも示すように、前記光取り出し穴３ｂは下側凹部２ａ内にダイマウントされたＬＥＤチップ４の、発光を行う部位に対応する位置に設けられている。
【００１３】
また、前記ＬＥＤ下面電極接続穴３ｃは、前記下部シリコンケース２の上面に敷設されているアルミ電極２ｂの絶縁膜２ｃが設けられていない部分に対応して設けられ、前記ＬＥＤ上面電極接続穴３ｄは、前記ＬＥＤチップ４のバンプ４ａの位置に対応して設けられている。
【００１４】
このようにして、各部が加工された前記上部シリコンケース３は前記下部シリコンケース２に所定位置として重ね合わされ（図３参照）、例えば３００〜５００℃に加熱し、両シリコンケース２、３に１ｋＶ程度の電圧を印可したときの静電引力で界面結合させる陽極接合で接合が行われる。しかる後に、前記光取り出し穴にはレンズ５が貼着など適宜な手段により取付けられ、ＬＥＤチップ４からの光を、例えば平行光などとして外部に取り出す。
【００１５】
また、前記ＬＥＤ下面電極接続穴３ｃとＬＥＤ上面電極接続穴３ｄとには、例えば銀ペースト６が充填され、更に、前記銀ペースト６中にはリード線７が埋め込まれて、下部シリコンケース２と上部シリコンケース３とで密閉されたＬＥＤチップ４に外部から給電可能としている。
【００１６】
図４は、前記上部シリコンケース３をシリコン基板１０により形成するときの工程の例を示すものであり、まず、上記にも説明したように上側凹部３ａをホトリソ法、ドライエッチング法などによりシリコン基板１０上にマトリックス状の配置などとして複数を形成する。
【００１７】
その後に、前記上側凹部３ａに対し適正となる位置に、前記光取り出し穴３ｂ、ＬＥＤ下面電極接続穴３ｃ、ＬＥＤ上面電極接続穴３ｄを上記と同様にホトリソ法、ドライエッチング法などにより形成し、その後にダイシングマシンなどにより切断し、個別に分離を行えば、所望の構成とした上部シリコンケース３が得られるものとなる。
【００１８】
次いで、上記の構成とした本発明の極小光源用ＬＥＤ素子１の作用、効果について説明する。本発明によりＬＥＤチップ４を収納するケースを下部シリコンケース２、上部シリコンケース３のようにシリコン基板１０に対する微細加工技術で形成したことで、ＬＥＤチップ４の寸法に極めて近い寸法のケースの形成を可能とし、更に、光取り出し穴３ｂにおいても、高精度で且つ小径のものの実現を可能とするものである。
【００１９】
よって、ＬＥＤ素子全体の寸法が小型化すると共に、光取り出し穴３ｂ、および、レンズ５を介して得られる光線もビーム径の細いものとすることができ、例えばバーコードの読みとり、或いは、原稿の走査などの用途においても一層に精細な精度が得られるものとなる。
【００２０】
なお、上記実施形態においては、下部シリコンケース２と上部シリコンケース３の双方に凹部を設けてＬＥＤチップ４を収納する構成としたが、本発明はこれを限定するものではなく、何れか一方のケースにのみ凹部を設け、他方のケースを平板状とすることも可能である。この場合、凹部に相対する平坦な位置は搭載部とされるものであり、この搭載部に相当する下部シリコンケース２、或いは、上部シリコンケース３には、上記に説明した実施形態の下側凹部２ａに設けられていたアルミ電極２ｂ、或いは、上側凹部３ａに設けられていた光取り出し穴３ｂ、ＬＥＤ下面電極接続穴３ｃなどが形成されて同様な構成とされている。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、下部シリコンケースと上部シリコンケースとＬＥＤチップとから成り、前記下部シリコンケースまたは上部シリコンケースの少なくとも一方には前記ＬＥＤチップを収納する凹部が設けられると共に、前記下部シリコンケースには前記ＬＥＤチップがマウントされる下部搭載部から前記上部シリコンケースとの接合面にかけてベース端子を敷設し、前記下部シリコンケースの下側搭載部に相対する位置には上側搭載部と前記ＬＥＤチップの発光面に対応する位置に光取出し穴と前記ＬＥＤチップの前記発光面側に設けられるリード端子に対応するリード端子に対応する位置に設けられるリード配線穴と前記ベース端子の前記接合面に延設された位置に対応するベース配線穴とが設けられた上部シリコンケースが被着され陽極接合で接合され前記光取出し穴はレンズ若しくは透明部材で封止され、前記リード配線穴と前記ベース配線穴とには導電性部材が注入されて封止と電気的接合とが行われている極小光源用ＬＥＤ素子としたことで、ＬＥＤ素子全体が小型化されると共に、得られる光のビームも細かく先鋭で且つ、横方向への光モレのない光源とできるので、バーコードリーダやエンコーダとしての読み取り精度を格段に向上させるという極めて優れた効果を奏するものとなる。更に、完全に封止された構造とできるので、湿度、有害ガスなどの外部環境に対する耐性も向上し信頼性も確保できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る極小光源用ＬＥＤ素子のケース取り付けに係る製造工程を示す説明図である。
【図２】同じく本発明に係る極小光源用ＬＥＤ素子を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】上部シリコンケースの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１……極小光源用ＬＥＤ素子
２……下部シリコンケース
２ａ……下側凹部（下側搭載部）
２ｂ……アルミ電極
２ｃ……絶縁膜
３……上部シリコンケース
３ａ……上側凹部（上側搭載部）
３ｂ……光取り出し穴
３ｃ……ＬＥＤ下面電極接続穴
３ｄ……ＬＥＤ上面電極接続穴
４……ＬＥＤチップ
４ａ……バンプ
５……レンズ
６……銀ペースト
７……リード線
１０……シリコン基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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