(57)【要約】  キャリア（４０）上に、光半導体素子（４１）が孔部（２７）内に配置されるときに、意図される導電体構造（２２）への光半導体素子（４１）の接続を可能にする孔部（２７）が形成されるようにパターニングされる絶縁スペーサ層（２６）を設ける方法が開示される。孔部（２７）は、その形状、外延及び／又は深さにより、光半導体素子（４１）に対する光学素子（４５；６１）の位置を正確に定めるように形成される。このようなパターニングされた絶縁スペーサ層を設けることにより、新しく且つ高価な製造設備の長期に及ぶ開発又は獲得を要せずに、このキャリアに基づいて、小型且つコスト効率に優れた光半導体デバイスを大量生産することが可能である。
2010514188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
当該キャリアに接続される光半導体素子に対する光学素子の正確な位置決めを可能にするキャリアを製造する方法であって：
上部キャリア層、下部キャリア層、及び前記上部キャリア層と前記下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する、導電性の多層キャリアベースシートを設ける工程；
前記上部キャリア層及び前記中間キャリア層内に上部導電体構造を形成する工程；及び
前記キャリアベースシートの上部キャリア層側に、パターニングされた絶縁スペーサ層を設ける工程；
を有し、
前記絶縁スペーサ層は、前記光半導体素子を前記上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされ、前記光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき前記孔部の深さは前記光半導体素子の高さより大きく；且つ
前記孔部は、前記光半導体素子に対する前記光学素子の位置を定めるように形成される、
方法。
【請求項２】
前記パターニングされた絶縁スペーサ層を設ける工程は：
前記キャリアベースシートの前記上部キャリア層側に絶縁スペーサ層を設ける工程；及び
前記孔部が形成されるように前記絶縁スペーサ層をパターニングする工程；
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁スペーサ層は、前記キャリアベースシートの前記上部キャリア層側にラミネートされる絶縁スペーサシートである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記絶縁スペーサ層は光で像形成可能な材料から成り、且つ
前記パターニングする工程は：
光源と前記絶縁スペーサ層との間にマスクを配置する工程；
前記光源により、前記マスクを介して前記絶縁スペーサ層を露光する工程；及び
前記露光により画成されたパターンを現像する工程；
を有する、
請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記パターニングされた絶縁スペーサ層を設ける工程は：
前記孔部が事前形成された事前パターニングされた絶縁スペーサシートを設ける工程；及び
前記事前形成された孔部の位置が、当該キャリアに接続される前記光半導体素子の意図される位置に対応するように、前記キャリアベースシートの前記上部キャリア層側に前記事前パターニングされた絶縁スペーサシートをラミネートする工程；
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記上部キャリア層と前記パターニングされた絶縁スペーサ層との間に中間絶縁層を設ける工程；
を更に有し、
前記中間絶縁層は、前記上部導電体構造と前記光半導体素子上に設けられたコネクタバンプとの間の電気接続が、前記バンプの位置が前記上部導電体構造に対応するように前記バンプを当該中間絶縁層に面するようにして前記光半導体素子が当該中間絶縁層上に配置されたときに前記光半導体素子に熱及び圧力を印加することによって、当該中間絶縁層を貫通して達成可能なように構成される、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記中間キャリア層は前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層とは異なる金属から成り、該金属は、後に塗布されるカプセル材料の固着を改善することが可能な凹部が前記上部導電体構造に形成されるように前記上部キャリア層のアンダーエッチングを実現するため、前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層を実質的に損傷せずに残すエッチャントによって前記中間キャリア層がエッチング可能なように選定される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
外部デバイスへの前記光半導体素子の電気接続を可能にする、互いに電気的に分離された複数のリードが形成されるように、前記下部キャリア層内に下部導電体構造を形成する工程；
を更に有する請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
当該光半導体デバイスに含まれる光半導体素子に対して光学素子を正確に位置決めする光半導体デバイスを製造する方法であって：
請求項１に記載の工程群を有し、且つ更に
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された前記孔部内で、前記上部導電体構造に前記光半導体素子を接続する工程；及び
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に前記光学素子を設置する工程；
を有する方法。
【請求項１０】
当該光半導体デバイスに含まれる光半導体素子に対して光学素子を正確に位置決めする光半導体デバイスを製造する方法であって：
キャリアを設ける工程であり、該キャリアは：
上部キャリア層、下部キャリア層、及び前記上部キャリア層と前記下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する導電性の多層キャリアベースシートであり、前記上部キャリア層及び前記中間キャリア層内に上部導電体構造が形成されたキャリアベースシート；及び
前記キャリアベースシートの上部キャリア層側に配置されたパターニングされた絶縁スペーサ層であり：
前記絶縁スペーサ層は、前記光半導体素子を前記上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされており、前記光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき前記孔部の深さは前記光半導体素子の高さより大きく；且つ
前記孔部は、前記光半導体素子に対する前記光学素子の位置を定めるように形成されている、
絶縁スペーサ層；
を含む、キャリアを設ける工程；
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された前記孔部内で、前記上部導電体構造に前記光半導体素子を接続する工程；及び
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により画成された前記位置に前記光学素子を設置する工程；
を有する方法。
【請求項１１】
外部デバイスへの前記光半導体素子の電気接続を可能にする、互いに電気的に分離された複数のリードが形成されるように、前記下部キャリア層内に下部導電体構造を形成する工程；
を更に有する請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記光半導体素子は、当該光半導体素子上に設けられた接続バンプを前記上部導電体構造が有するパッドと接続することによって、前記上部導電体構造に接続される、請求項９乃至１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記光学素子は、前記光半導体素子を覆うときにディフューザ等の光学素子として機能するように適応された液状の光学活性体を前記孔部に充填することによって設置される、請求項９乃至１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記光学素子を設置する工程は：
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に当該光学素子を位置付ける工程；及び
前記孔部と当該光学素子とにより画成される空間を、当該光半導体デバイス上の応力を低減する弾性光学化合物で充填する工程；
を有する、請求項９乃至１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記絶縁スペーサ層は、複数の孔部が形成されるようにパターニングされ；
前記複数の孔部の各々内の前記上部導電体構造に少なくとも１つの光半導体素子が接続され；且つ
前記複数の孔部の各々において、前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められる位置に光学素子が設置され、それにより、複数の光半導体デバイスを有するパネルが形成され；
当該方法は更に：
前記パネルを、個々の光半導体デバイス、又は複数のタイル状の光半導体デバイスに分離する工程；
を有する、請求項９乃至１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
当該キャリアに接続される光半導体素子に対する光学素子の正確な位置決めを可能にするキャリアであって：
上部キャリア層、下部キャリア層、及び前記上部キャリア層と前記下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する導電性の多層キャリアベースシートであり、前記上部キャリア層及び前記中間キャリア層内に上部導電体構造が形成されたキャリアベースシート；及び
前記キャリアベースシートの上部キャリア層側に配置されたパターニングされた絶縁スペーサ層；
を有し、
前記絶縁スペーサ層は、前記光半導体素子を前記上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされており、前記光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき前記孔部の深さは前記光半導体素子の高さより大きく；且つ
前記孔部は、前記光半導体素子に対する前記光学素子の位置を定めるように形成されている、
キャリア。
【請求項１７】
前記上部キャリア層と前記パターニングされた絶縁スペーサ層との間に配置された中間絶縁層、
を更に有し、
前記中間絶縁層は、前記光半導体素子上に設けられたコネクタバンプと前記上部導電体構造との間の電気接続が、前記バンプが当該中間絶縁層に面し且つ前記バンプの位置が前記上部導電体構造に対応するように前記光半導体素子が当該中間絶縁層上に配置されたときに前記光半導体素子に熱及び圧力を印加することによって、当該中間絶縁層を貫通して達成可能なように構成される、
請求項１６に記載のキャリア。
【請求項１８】
前記中間キャリア層は前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層とは異なる金属から成り、該金属は、前記上部導電体構造に、後に塗布されるカプセル材料の固着を改善することが可能な凹部が形成されるように前記上部キャリア層のアンダーエッチングを実現するため、前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層を実質的に損傷せずに残すエッチャントによって前記中間キャリア層がエッチング可能なように選定されている、請求項１６又は１７に記載のキャリア。
【請求項１９】
請求項１６に記載のキャリア；
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された前記孔部内で前記上部導電体構造に接続された光半導体素子；及び
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に設置された光学素子；
を有する光半導体デバイス。
【請求項２０】
前記光半導体素子は、前記上部導電体構造が有するパッドと接続された当該光半導体素子上に設けられたバンプによって、前記上部導電体構造に接続されている、請求項１９に記載の光半導体デバイス。
【請求項２１】
前記光学素子の外延が前記孔部によって決定されている、請求項１９又は２０に記載の光半導体デバイス。
【請求項２２】
前記光学素子は、前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に位置し；且つ
前記孔部と前記光学素子とにより画成された空間が、当該光半導体デバイス上の応力を低減する弾性光学化合物で充填されている、請求項１９又は２０に記載の光半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリア（担体）に接続される光半導体素子に対する光学素子の正確な位置決めを可能にするキャリア、及びそのようなキャリアの製造方法に関する。本発明は更に、そのようなキャリアに基づく光半導体デバイス、及びそのような光半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば単色又は多色のＬＥＤ等の半導体発光デバイス、例えば様々な種類のイメージセンサ等の検知デバイスを含む光半導体デバイスが、ますます、例えば移動電話、コンピュータ、自動車等の大量生産される消費者製品に組み込まれるようになっている。そのような製品に含められる如何なる部品にも要求されるコスト、サイズ及び信頼性に関する非常に厳しい要求を満たすため、光半導体デバイスの開発に多大な労力が費やされてきた。特に、そのような光半導体デバイスに含まれる光半導体素子のパッケージの開発は、開発における重点分野である。また、コストに関して、様々な種類の光半導体装置では、パッケージコストが支配的になると予想される。
【０００３】
光半導体デバイス特有の周囲との光の相互作用に関する本質的な要求により、一般的に、標準的なエレクトロニクスパッケージング技術を光半導体デバイスに用いることはできない。例えば、レンズ又はディフューザ等の光学素子は、一般的に、光半導体デバイスに含まれる光半導体素子（例えば、光源又はセンサ）に対して正確に位置決めされる必要がある。また、光半導体デバイスは、例えば温度サイクル等の様々な環境条件に対して、機能性を失うことなく耐え得るようにされるべきである。
【０００４】
特許文献１には、図１を参照するに、基板１、反射板２及びレンズ３を含む発光ダイパッケージが開示されている。発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ４を基板１上にマウントした後、基板１上に、ＬＥＤアセンブリ４を囲むように反射板２が接着される。この反射板は、レンズ３を支持するための段差５を有する。反射板２を基板１に接着した後、ＬＥＤアセンブリ４は軟らかい封止材で封止され、その後、レンズ３が段差５上に配置され、封止材に付着する。
【０００５】
ＬＥＤアセンブリに対してレンズを位置決めするための手段を備えてはいるが、特許文献１に開示された光半導体デバイスパッケージは、非常に小型でコスト効率の高い光半導体デバイスの大量生産には適していない。また、その大きい設置面積及び不自然に配置されたコネクタパッドのため、回路基板への接続が面倒である。
【０００６】
従って、改善された光半導体デバイス、特に、より小型且つ低コストの光半導体デバイスが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００４／０２３５２２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術の上述の欠点及びその他の欠点に鑑み、本発明は概して、改善された光半導体デバイスを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は更に、より小型で低コストの光半導体デバイスの生産を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様に従って、上記及びその他の課題は、キャリアに接続される光半導体素子に対する光学素子の正確な位置決めを可能にするキャリアを製造する方法によって達成される。当該方法は、上部キャリア層、下部キャリア層、及び上部キャリア層と下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する、導電性の多層キャリアベースシートを設ける工程；上部キャリア層及び中間キャリア層内に上部導電体構造を形成する工程；及びキャリアベースシートの上部キャリア層側に、パターニングされた絶縁スペーサ層を設ける工程を有する。絶縁スペーサ層は、光半導体素子を上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされ、光半導体素子がキャリアに接続されたとき孔部の深さは光半導体素子の高さより大きく；且つ孔部は、光半導体素子に対する光学素子の位置を定めるように形成される。
【００１１】
本出願において、“光学素子”は、光（赤外線（ＩＲ）、紫外線（ＵＶ）及び可視電磁放射線を含む）と相互作用する如何なる素子をも含むものとして理解される。
【００１２】
このような素子は、例えば、レンズ、コリメータ、反射器、ディフューザ、光フィルタ、キノフォーム（kinoform）、シャドウマスク、及び波長変換素子を含む。このような素子は、固体の事前形成された構造として設けられてもよいし、あるいは、光学特性を有する液体、又は当該素子が或る一定の光学特性を有するような形状にされる液体として設けられてもよい。
【００１３】
“光半導体素子”は、その機能が多少なりとも光と関係する半導体素子である。例えば、光半導体素子は、発光ダイオード若しくはレーザ等の光源、又は光に対して感度を有する検出器としてもよい。
【００１４】
導電体構造は、ここでは、一体型であってもよいし、複数の機械的且つ／或いは電気的に分離した導電体から成っていてもよい通電構造として理解される。例えば、例えば回路基板の層に典型的に見られるような導電体パターンは導電体構造である。
【００１５】
本発明は、高度に小型な従来の半導体デバイスを製造するための非常に大量生産しやすい方法は、キャリア上に、光半導体素子が孔部内に配置されるときに、意図される導電体構造への光半導体素子の接続を可能にする孔部が形成されるようにパターニングされる絶縁スペーサ層を設けることによって光半導体デバイスを製造するように適応され得るという認識に基づく。この孔部は、その形状、外延（拡がり）及び／又は深さにより、光半導体素子に対する光学素子の位置を正確に定めるように形成される。
【００１６】
このようなパターニングされた絶縁スペーサ層を設けることにより、新しく且つ高価な製造設備の長期に及ぶ開発又は獲得を要せずに、本発明に従ったキャリアに基づいて、光半導体デバイスを大量生産することが可能である。
【００１７】
また、キャリアに接続される光半導体素子に対する光学素子の位置を定めるようにパターニングされた絶縁層を設けることにより、多数のキャリアを含むパネルを製造することが容易になる。パネルに含まれる多数のキャリアに対して同時に、パターニングされた絶縁スペーサ層が設けられ得るからである。パターニングされた層を設けた後、パネルは、対応する複数の光半導体デバイスの製造に使用され得る。あるいは、パネルは、完成型の光半導体デバイスの製造者の要求に応じて、複数の個々のキャリア、又は複数のタイル状のキャリアに個片化され得る。
【００１８】
また、多層の導電性ベースキャリア基盤に基づくキャリアを作り出すことにより、光半導体デバイスが有する光学素子及び／又は光半導体素子により必要とされるより僅かに大きいのみの設置面積を有する非常に小型なパッケージを得ることができる。
【００１９】
さらに、パターニングされた絶縁層は、光学素子を正確に位置決めすることと、キャリアに安定性及び完全性（インテグリティ）をもたらすこととを可能にするという２つの機能を果たすように適応され得る。パターニングされた絶縁スペーサ層はまた、有利には、このようなキャリアに基づく個々のキャリア又は光半導体デバイスを、実質的に絶縁膜のみを切断することによって互いから分離することできるようにパターニングされる。言い換えると、プラスチックと金属とが組み合わさったものではなくプラスチックのみを切断することによって、個片化が達成され得る。斯くして、個片化に起因する光半導体デバイスへの応力が低減され得る。それにより、歩留まり及び信頼性が向上され、従来技術を用いた場合に得ることが可能なものより低いコスト及び高い品質を得ることができる。好ましくは、絶縁スペーサ層は、このキャリアに基づく光半導体デバイスが有するその他の部分の動きを吸収するように、幾らかの弾性を有する弾性材料から成る。このような動きは、例えば、温度サイクル等の環境の変化によって引き起こされ得る。
【００２０】
キャリアを製造する方法の一実施形態によれば、絶縁スペーサ層を設ける工程は、キャリアベースシートの上部キャリア層側に絶縁スペーサ層を設ける工程、及び上記の孔部（群）が形成されるように絶縁スペーサ層をパターニングする工程を有してもよい。
【００２１】
それにより、各々がキャリアの上部導電体構造に対して正確に位置決めされた多数の孔部の同時形成が可能になる。特に、この実施形態はキャリア上の既存パターンを利用することを可能にする。このような既存パターンは、例えば、導電体構造、及び／又は既存の上部導電体構造に関するパターニング工程において非常に高い耐性を得るために上部導電体構造を形成するときに使用される基準マーク等である。また、各孔部がそれぞれの対応する導電体構造に対して高精度に位置決めされるように多数のキャリアの孔部群を同時形成することには、アライメントを含め、唯一のパターニングが必要とされるのみである。
【００２２】
絶縁スペーサ層は有利には、キャリアベースシートの上部キャリア層側にラミネートされる絶縁スペーサシートとし得る。
【００２３】
代替的に、絶縁スペーサ層は、キャリア、又はキャリア群のパネル上に分配され、その後に硬化される液体材料によって形成されてもよい。このような液体材料は、有利には、従来からのスピンコーティングによって分配される。
【００２４】
また、絶縁スペーサ層は光で像形成可能な材料から成ってもよく、上記のパターニングする工程は、光源と絶縁スペーサ層との間にマスクを配置する工程、光源により、マスクを介して絶縁スペーサ層を露光する工程、及び露光により画成されたパターンを現像する工程を有してもよい。
【００２５】
例えばアクリル、デュポン社のＰｙｒａｌｕｘ（登録商標）ＰＣ１０００等のポリイミド、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の感光性スピンオン材料といった光で像形成可能な材料を選択することにより、パターニングされた絶縁スペーサ層を非常に数が少なく且つ単純な処理工程によって設けることができる。露光に関しては、材料の種類に応じて、コンタクトマスク又はシャドウマスクが用いられ得る。この工程、そしてこれ以外の工程も、当業者に周知である。
【００２６】
光で像形成可能な材料の一代替例として、絶縁スペーサ層は、後に従来のフォトレジストを塗布する工程、レジストをパターニングする工程、絶縁スペーサ層をエッチングする工程及びレジストを除去する工程を用いてパターニングされ得る非感光性材料により作られてもよい。しかしながら、光で像形成可能な材料の使用が好ましい。
【００２７】
本発明の他の一実施形態によれば、パターニングされた絶縁スペーサ層を設ける工程は、孔部が事前形成された事前パターニングされた絶縁スペーサシートを設ける工程、及び事前形成された孔部の位置が、当該キャリアに接続される光半導体素子の意図される位置に対応するように、キャリアベースシートの上部キャリア層側に事前パターニングされた絶縁スペーサシートをラミネートする工程を有してもよい。
【００２８】
また、キャリアを製造する方法は更に、上部キャリア層とパターニングされた絶縁スペーサ層との間に中間絶縁層を設ける工程を有してもよい。このとき、中間絶縁層は、上部導電体構造と光半導体素子上に設けられたコネクタバンプとの間の電気接続が、バンプが当該中間絶縁層に面し且つバンプの位置が導電体構造に対応するように光半導体素子が当該中間絶縁層上に配置されたときに光半導体素子に熱及び圧力を印加することによって、当該中間絶縁層を貫通して達成可能なように構成されてもよい。
【００２９】
熱可塑性樹脂内にこのような中間絶縁層を設けることにより、中間絶縁層は、光半導体素子のバンプと対応する導電体構造との間で加熱され且つ加圧されるとき、該バンプと導電体構造との間の位置で局所的に液化するようにされることが可能である。それにより、中間絶縁層を貫通する局所的な電気接続が可能になる。中間絶縁層の厚さは、好ましくは、該中間絶縁層が部品のアンダーフィル材として機能するようにバンプとの関係で選定される。このような中間絶縁層の追加により、キャリアの完全性が更に向上される。
【００３０】
中間絶縁層は有利には、非感光性材料の中から選択された材料から成る。
【００３１】
それにより、中間絶縁層に影響を及ぼすことなく、上に位置する絶縁スペーサ層内に１つ又は複数の孔部を容易に形成することができる。
【００３２】
中間絶縁層を設けることの一代替例として、孔部が貫通しないように、しかし、光半導体素子が対応する導電体構造に接続され得るように貫通されるのに適した厚さの層が残存するように、絶縁スペーサ層がパターニングされてもよい。
【００３３】
また、中間キャリア層は上部キャリア層及び下部キャリア層とは異なる金属から成ってもよい。この金属は、後に塗布されるカプセル材料の固着を改善することが可能な凹部が上部導電体構造に形成されるように上部キャリア層のアンダーエッチングを実現するため、上部キャリア層及び下部キャリア層を実質的に損傷せずに残すエッチャントによって中間キャリア層がエッチング可能なように選定される。
【００３４】
キャリアを製造する方法は更に、外部デバイスへの光半導体素子の電気接続を可能にする、互いに電気的に分離された複数のリードが形成されるように、下部キャリア層内に下部導電体構造を形成する工程を有してもよい。
【００３５】
本発明の第１の態様に従った方法の工程群は、光半導体デバイスに含まれる光半導体素子に対して光学素子を正確に位置決めする光半導体デバイスを製造する方法にも含まれ得る。光半導体デバイスを製造する方法は更に、パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された孔部内で、上部導電体構造に光半導体素子を接続する工程；及びパターニングされた絶縁スペーサ層により定められた位置に光学素子を設置する工程を有する。
【００３６】
この方法の更なる特徴及び利点を、本発明の第２の態様に関連付けて説明する。
【００３７】
本発明の第２の態様に従って、上記及びその他の課題は、光半導体デバイスに含まれる光半導体素子に対して光学素子を正確に位置決めする光半導体デバイスを製造する方法によって達成される。当該方法は、キャリアを設ける工程であり、該キャリアは、上部キャリア層、下部キャリア層、及び上部キャリア層と下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する導電性の多層キャリアベースシートであり、上部キャリア層及び中間キャリア層内に上部導電体構造が形成されたキャリアベースシート；及びキャリアベースシートの上部キャリア層側に配置されたパターニングされた絶縁スペーサ層であり：絶縁スペーサ層は、光半導体素子を上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされており、光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき孔部の深さは光半導体素子の高さより大きく；且つ孔部は、光半導体素子に対する光学素子の位置を定めるように形成されている、絶縁スペーサ層；を含む、キャリアを設ける工程；パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された孔部内で、上部導電体構造に光半導体素子を接続する工程；及びパターニングされた絶縁スペーサ層により画成された位置に光学素子を設置する工程を有する。
【００３８】
光半導体素子はキャリアの上部導電体構造に、例えばワイヤボンディング、テープによる自動ボンディング（ＴＡＢ）、又はフリップチップによるもの等、如何なる手段によって接続されてもよい。フリップチップ接続の場合、光半導体素子上に設けられたコネクタバンプが、通常は対応するパッドの形態で設けられた、対応する上部導電体構造に接続される。バンプは、例えば、はんだ付けによって、あるいは異方導電性としてもよい導電性接着剤による接着によって、パッドに接続され得る。
【００３９】
本発明に従った光半導体デバイスを製造する方法は更に、外部デバイスへの光半導体素子の電気接続を可能にする、互いに電気的に分離された複数のリードが形成されるように、下部キャリア層内に下部導電体構造を形成する工程を有してもよい。
【００４０】
キャリアは下部導電体構造を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。下部導電体構造を有しないキャリアは、典型的に、下部導電体構造を有するキャリアより硬い。
【００４１】
一実施形態によれば、光学素子は、光半導体素子を覆うときにディフューザ等の光学素子として機能するように適応された液状の光学活性体を孔部に充填することによって設置されてもよい。
【００４２】
代替的に、光学素子を設置する工程は、パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた位置に当該光学素子を位置付ける工程；及び孔部と当該光学素子とにより画成される空間を、温度変化による膨張及び収縮に起因し得る当該光半導体デバイス上の応力を低減する弾性光学化合物で充填する工程を有してもよい。
【００４３】
弾性光学化合物は、光学素子の位置決め後に注入されてもよいし、光学素子がその定められた位置に配置される前に孔部内に投入されてもよい。
【００４４】
本発明の第３の態様に従って、上記及びその他の課題は、キャリアに接続される光半導体素子に対する光学素子の正確な位置決めを可能にするキャリアによって達成される。当該キャリアは、上部キャリア層、下部キャリア層、及び上部キャリア層と下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する導電性の多層キャリアベースシートであり、上部キャリア層及び中間キャリア層内に上部導電体構造が形成されたキャリアベースシート；及びキャリアベースシートの上部キャリア層側に配置されたパターニングされた絶縁スペーサ層を有する。絶縁スペーサ層は、光半導体素子を上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされており、光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき孔部の深さは光半導体素子の高さより大きく；且つ孔部は、光半導体素子に対する光学素子の位置を定めるように形成されている。
【００４５】
さらに、本発明に従ったキャリアは有利には、光半導体デバイス内に含まれており、パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された孔部内の上部導電体構造に接続された半導体素子；及びパターニングされた絶縁スペーサ層により定められた位置に設置された光学素子を更に有する。
【００４６】
本発明の第３の対称の更なる特徴及び有利な効果は、概して、本発明の第１及び第２の態様に関連して説明した特徴及び効果と似通ったものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明のこれら及びその他の態様を、現段階で好適な本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、より詳細に説明する。
【図１】従来技術に係る光半導体デバイスを示す分解図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の好適な一実施形態に従ったキャリアの製造方法を概略的に示すフローチャートである。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の方法に従って製造されるキャリアを対応する方法段階後の状態で概略的に示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明に従った光半導体デバイスの第１実施形態を製造する方法を概略的に示すフローチャートである。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の方法に従って製造される光半導体デバイスを対応する方法段階後の状態で概略的に示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明に従った光半導体デバイスの第２実施形態を製造する方法を概略的に示すフローチャートである。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の方法に従って製造される光半導体デバイスを対応する方法段階後の状態で概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下の説明においては、光で像形成可能なフォイルをキャリアのベースシートにラミネートした後に、該フォイルをパターニングすることによってパターンを有する絶縁スペーサ層が設けられるキャリアを参照して、本発明を説明する。なお、これは本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、パターンを有する絶縁層を、事前にパターニングされたフォイルとして、あるいは後にパターニングされるスピンオン層として設けることをも含む。
【００４９】
また、以下にて説明するキャリア及び光半導体デバイスにおいては、キャリアのベースシートは、下部Ｃｕ層、上部Ｃｕ層、及び下部Ｃｕ層と上部Ｃｕ層との間のＮｉ層を有する多層のベースシートから成る。その後、上側及び下側の導電体構造に相当する上部及び下部のキャリア層上に、異なる更なる金属層が成長される。当業者に容易に理解されるように、これら様々な層の材料は、導電体構造を有するキャリアの形成を可能にし且つ該導電体構造とそれに接続される素子との間の良好な接続を可能にする様々なその他の材料で置き換えられ得る。
【００５０】
ここで、本発明に従ったキャリア、及びそのようなキャリアの製造方法の好適な一実施形態を、該方法を概略的に例示するフローチャートである図２（Ａ）、及びキャリアを図２（Ａ）の対応する方法段階後の状態で概略的に例示する図２（Ｂ）を参照して説明する。
【００５１】
第１の工程２０１にて、Ｎｉから成る中間キャリア層１２と、Ｃｕから成る上部キャリア層１３及び下部キャリア層１４とを有する３層のキャリアベースシート１０を設ける。
【００５２】
このベースシートは好ましくは、１つのＣｕ層から開始し、それに（例えば、堆積とその後の電気めっきとにより）Ｎｉ層を付加し、その後、第２のＣｕ層を同様にして付加するアディティブ（追加式）プロセスによって製造される。
【００５３】
続く工程２０２にて、上部キャリア層１３、下部キャリア層１４に、それぞれ、フォトレジスト層１５、１６を塗布する。フォトレジスト層１５、１６は従来からの、塗布されたフォトレジスト層のマスキング、露光及び現像によって図２（Ｂ）のｂに示されるようにパターニングされる。
【００５４】
次の工程２０３にて、パターニングされたフォトレジスト層１５、１６によって画成された開口内に、ＮｉＰｄＡｕ層１７、１８を成長させ、フォトレジストを除去する。
【００５５】
その後、工程２０４にて、上部キャリア層１３、下部キャリア層１４に、それぞれ、新たなフォトレジスト層１９、２０を塗布する。上側のフォトレジスト層１９は、上部キャリア層１３の複数の部分に成長されたＮｉＰｄＡｕ層１７を露出させるようにパターニングされ、下側のフォトレジスト層２０はパターニングされないまま残される。
【００５６】
続く工程２０５にて、上部キャリア層１３上のＮｉＰｄＡｕ層１７の頂部にＳｎ層２１を成長させる。これは、後にキャリアの上面に光半導体素子をフリップチップ実装することに備えてキャリアを準備するためである。
【００５７】
Ｓｎ層２１の適用後、工程２０６にて、上部キャリア層１３の覆われていない部分を選択性Ｃｕエッチングにより除去し、続く工程２０７にて、中間キャリア層１２の覆われていない部分を選択性Ｎｉエッチングにより除去する。
【００５８】
これら２つの選択性エッチング工程２０６、２０７により、上部キャリア層１３及び中間キャリア層１２内に、上部導電体構造２２が形成される。中間キャリア層１２と上部キャリア層１３とに、選択的にエッチング可能な相異なる金属を設けたことにより、アンダーエッチングを行うことが可能であり、その結果、図２（Ｂ）の工程ｇの描写位置に示されるように凹部２３が形成される。これらの凹部２３は、後に塗布されるカプセル材料のキャリアベース１０への固着を改善することが可能である。キャリアはこの段階では、連続したままの下部キャリア層１４によってまとめて保持されている。
【００５９】
続く工程２０８にて、キャリアの上面に、例えばポリイミド又はアクリル箔などの光で像形成可能な感光膜２４をラミネートする。感光膜２４をシャドウマスクで、あるいは、図２（Ｂ）の工程ｈに示す場合においてのようにコンタクトマスク２５でマスクする。その後、工程２０９にて、膜２４のマスクされていない部分の、この膜の材料及び厚さに適合された露光・現像パラメータを用いた露光及び現像により、膜２４をパターニングし、図２（Ｂ）の工程ｉに示すキャリアを得る。このキャリアは、上部導電体構造２２に光半導体素子を接続することが可能な孔部２７が形成された、パターニングされた絶縁スペーサ層２６を有する。この孔部は、そこに接続される光半導体素子の高さより大きい深さを有するように、且つ光半導体素子に対する光学素子の位置を定めるように形成される。
【００６０】
図２に示した工程の後、図３と図４とをそれぞれ参照して後述する２つの代替的な実施形態においてのように、上部導電体構造２２に光半導体素子を接続し、パターニングされた絶縁層２６により定められた位置に光学素子を配置することによって、光半導体デバイスを形成することができる。
【００６１】
次に、図３を参照して、本発明に従った光半導体デバイスの第１実施形態、及びそのような光半導体デバイスの製造方法を説明する。
【００６２】
先ず、図３（Ａ）と図３（Ｂ）の工程ａとを参照するに、第１の工程４０１にて、中間キャリア層１２と、上部導電体構造２２を有する上部キャリア層１３と、連続した下部キャリア層１４と、孔部２７が形成されるように当該キャリアの上面に設けられたパターニングされた絶縁スペーサ層２６と、を有する例えば図２に関連して説明したようなキャリアであるキャリア４０が設けられる。
【００６３】
続く工程４０２にて、パターニングされた絶縁スペーサ層２６内に形成された孔部２７内の上部導電体構造２２に、ここでは発光ダイオード（ＬＥＤ）４１の形態をした光半導体素子をフリップチップ接続する。より具体的には、ＬＥＤ４１上に設けられたバンプ４２を、導電体構造２２に含まれる対応するパッド４３に接続する。ＬＥＤ４１によって放出される青色光を白色光に変換するため、ＬＥＤ４１は更に色変換板４４を備えている。
【００６４】
続く工程４０３にて、パターニングされた絶縁スペーサ層２６により定められた位置に、ここではレンズ４５の形態をした光学素子を、レンズ４５がＬＥＤ４１から制御された正確な距離で位置付けられ且つレンズ４５の中心がＬＥＤ４１上に合わされるように配置する。孔部２７とレンズ４５とによって画成される空間は、その後、ここでは透明なシリコーン４６である弾性を有する光学化合物で充填される。この弾性光学化合物は、ＬＥＤ４１の封止と、光半導体デバイス５０に含まれる部品の例えば熱的に誘起される膨張及び収縮に起因する動きに由来する力の吸収と、下部キャリア層１４の覆われていない部分がエッチングをエッチングして、上部導電体構造２２から斯くして形成される下部導電体構造４７までの電気的に分離されたリードを得ることが可能なように光学半導体デバイス５０をまとめて保持することとを同時に行う。一般的にパネル上で一度に複数の光半導体デバイス５０が製造されるので、パネルは、典型的に、最終的に個々の光半導体デバイスに個片化される。この最終的な個片化すなわち分離は、有利には、パターニングされた絶縁スペーサ層を適切な位置で切断することによって行われる。それにより、結果的に、さもなければ光半導体素子への応力によって歩留まりの低下をもたらし得る金属層の切断は不要である。
【００６５】
孔部２７とレンズ４５とによって画成される空間は、充填用の穴を介して、反対側に設けられたオーバーフロー用の穴から充填剤が溢れ出るまで毛管現象によって充填され得る。
【００６６】
代替的に、先ず、孔部に過剰な液状光学化合物を注入してもよい。その後、レンズを正確に位置決めし、レンズの周囲又はオーバーフロー用の穴から過剰な光学化合物を絞り出す。
【００６７】
続いて、図４を参照して、本発明に従った光半導体デバイスの第２実施形態、及びそのような光半導体デバイスの製造方法を説明する。
【００６８】
図４に示す光半導体デバイス６０及びその製造方法は、工程６０１にて、パターニングされた絶縁スペーサ層２６内に形成された孔部２７を、ＬＥＤ４１を覆ったときに光学素子として機能するように適応された液状の光学活性体で充填することによって光学素子を設ける点で、上述のデバイス及び方法と異なる。ここで説明するケースでは、光学活性体はシリコーンであり、ＬＥＤ４１によって放出された光を拡散させるディフューザとして機能する。この場合、ディフューザ６１の位置は、パターニングされた絶縁スペーサ層２６とその内部に形成された孔部２７とによって定められる。
【００６９】
図３（Ｂ）の工程ｃに関連して説明したように、下部導電体構造４７が形成され、パターニングされた絶縁スペーサ層２６を適切な位置で切断することによってパネルが分離される。
【００７０】
当業者に認識されるように、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、パターニングされた絶縁スペーサ層は、少なくとも１つの事前形成された孔部を有する事前にパターニングされた層として設けてもよく、また、スピンコートし、その後パターニングしてもよい。また、白色又は可変色のＬＥＤ群を形成するように、１つの孔部内の上部導電体構造に、例えば異なる色のＬＥＤ等の複数の光半導体素子が接続されてもよい。さらに、本発明は、例えば光センサやレーザ等、ＬＥＤ以外の光半導体素子にも適用可能である。
【００７１】
また、例えば光流速／色センサ、ＬＥＤの閉ループ制御（ドライバ）に使用される温度センサ、及び（データを記憶する）不揮発性メモリ（ＮＶＭ）のようなその他の素子等のＬＥＤを制御するために必要なその他の部品、又はその他の関連集積ドライバ機能が、孔部内の上部導電体構造に、ＬＥＤとともに接続されてもよい。さらに、絶縁スペーサ層は、更なるコーティングの有／無にかかわらず、光を一定の方向に導く反射器として使用されるように構造化されてもよい。
【００７２】
加えて、本発明に従ったキャリアは、例えばコリメータ、反射器、ミキシングロッド等の第２の光素子の配置及び相互接続に使用される光学的及び／又は機械的な基準点を備えていてもよい。
【図１】
2010514188.tif 000003
【図２】
2010514188.tif 000004
【図３】
2010514188.tif 000005
【図４】
2010514188.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月24日(2009.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
さらに、本発明に従ったキャリアは有利には、光半導体デバイス内に含まれており、パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された孔部内の上部導電体構造に接続された半導体素子；及びパターニングされた絶縁スペーサ層により定められた位置に設置された光学素子を更に有する。
光学素子の外延は孔部によって決定されていてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
当該キャリアに接続される光半導体素子に対する光学素子の正確な位置決めを可能にするキャリアを製造する方法であって：
上部キャリア層、下部キャリア層、及び前記上部キャリア層と前記下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する、導電性の多層キャリアベースシートを設ける工程；
前記上部キャリア層及び前記中間キャリア層内に上部導電体構造を形成する工程；及び
前記キャリアベースシートの上部キャリア層側に、パターニングされた絶縁スペーサ層を設ける工程；
を有し、
前記絶縁スペーサ層は、前記光半導体素子を前記上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされ、前記光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき前記孔部の深さは前記光半導体素子の高さより大きく；且つ
前記孔部は、前記光半導体素子に対する前記光学素子の位置を定めるように形成され、
前記中間キャリア層は前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層とは異なる金属から成り、該金属は、後に塗布されるカプセル材料の固着を改善することが可能な凹部が前記上部導電体構造に形成されるように前記上部キャリア層のアンダーエッチングを実現するため、前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層を実質的に損傷せずに残すエッチャントによって前記中間キャリア層がエッチング可能なように選定される、
方法。
【請求項２】
前記上部キャリア層と前記パターニングされた絶縁スペーサ層との間に中間絶縁層を設ける工程；
を更に有し、
前記中間絶縁層は、前記上部導電体構造と前記光半導体素子上に設けられたコネクタバンプとの間の電気接続が、前記バンプの位置が前記上部導電体構造に対応するように前記バンプを当該中間絶縁層に面するようにして前記光半導体素子が当該中間絶縁層上に配置されたときに前記光半導体素子に熱及び圧力を印加することによって、当該中間絶縁層を貫通して達成可能なように構成される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
外部デバイスへの前記光半導体素子の電気接続を可能にする、互いに電気的に分離された複数のリードが形成されるように、前記下部キャリア層内に下部導電体構造を形成する工程；
を更に有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
当該光半導体デバイスに含まれる光半導体素子に対して光学素子を正確に位置決めする光半導体デバイスを製造する方法であって：
請求項１に記載の工程群を有し、且つ更に
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された前記孔部内で、前記上部導電体構造に前記光半導体素子を接続する工程；及び
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に前記光学素子を設置する工程；
を有する方法。
【請求項５】
当該光半導体デバイスに含まれる光半導体素子に対して光学素子を正確に位置決めする光半導体デバイスを製造する方法であって：
キャリアを設ける工程であり、該キャリアは：
上部キャリア層、下部キャリア層、及び前記上部キャリア層と前記下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する導電性の多層キャリアベースシートであり、前記上部キャリア層及び前記中間キャリア層内に上部導電体構造が形成されたキャリアベースシート；及び
前記キャリアベースシートの上部キャリア層側に配置されたパターニングされた絶縁スペーサ層であり：
前記絶縁スペーサ層は、前記光半導体素子を前記上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされており、前記光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき前記孔部の深さは前記光半導体素子の高さより大きく；且つ
前記孔部は、前記光半導体素子に対する前記光学素子の位置を定めるように形成されている、
絶縁スペーサ層；
を含む、キャリアを設ける工程；
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された前記孔部内で、前記上部導電体構造に前記光半導体素子を接続する工程；及び
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により画成された前記位置に前記光学素子を設置する工程；
を有し、
前記中間キャリア層は前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層とは異なる金属から成り、該金属は、後に塗布されるカプセル材料の固着を改善することが可能な凹部が前記上部導電体構造に形成されるように前記上部キャリア層のアンダーエッチングを実現するため、前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層を実質的に損傷せずに残すエッチャントによって前記中間キャリア層がエッチング可能なように選定される、
方法。
【請求項６】
外部デバイスへの前記光半導体素子の電気接続を可能にする、互いに電気的に分離された複数のリードが形成されるように、前記下部キャリア層内に下部導電体構造を形成する工程；
を更に有する請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記光半導体素子は、当該光半導体素子上に設けられた接続バンプを前記上部導電体構造が有するパッドと接続することによって、前記上部導電体構造に接続される、請求項４乃至６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記光学素子は、前記光半導体素子を覆うときにディフューザ等の光学素子として機能するように適応された液状の光学活性体を前記孔部に充填することによって設置される、請求項４乃至７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記光学素子を設置する工程は：
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に当該光学素子を位置付ける工程；及び
前記孔部と当該光学素子とにより画成される空間を、当該光半導体デバイス上の応力を低減する弾性光学化合物で充填する工程；
を有する、請求項４乃至７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記絶縁スペーサ層は、複数の孔部が形成されるようにパターニングされ；
前記複数の孔部の各々内の前記上部導電体構造に少なくとも１つの光半導体素子が接続され；且つ
前記複数の孔部の各々において、前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められる位置に光学素子が設置され、それにより、複数の光半導体デバイスを有するパネルが形成され；
当該方法は更に：
前記パネルを、個々の光半導体デバイス、又は複数のタイル状の光半導体デバイスに分離する工程；
を有する、請求項４乃至９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
当該キャリアに接続される光半導体素子に対する光学素子の正確な位置決めを可能にするキャリアであって：
上部キャリア層、下部キャリア層、及び前記上部キャリア層と前記下部キャリア層との間の中間キャリア層を有する導電性の多層キャリアベースシートであり、前記上部キャリア層及び前記中間キャリア層内に上部導電体構造が形成されたキャリアベースシート；及び
前記キャリアベースシートの上部キャリア層側に配置されたパターニングされた絶縁スペーサ層；
を有し、
前記絶縁スペーサ層は、前記光半導体素子を前記上部導電体構造に接続することが可能な少なくとも１つの孔部が形成されるようにパターニングされており、前記光半導体素子が当該キャリアに接続されたとき前記孔部の深さは前記光半導体素子の高さより大きく；且つ
前記孔部は、前記光半導体素子に対する前記光学素子の位置を定めるように形成されており、
前記中間キャリア層は前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層とは異なる金属から成り、該金属は、後に塗布されるカプセル材料の固着を改善することが可能な凹部が前記上部導電体構造に形成されるように前記上部キャリア層のアンダーエッチングを実現するため、前記上部キャリア層及び前記下部キャリア層を実質的に損傷せずに残すエッチャントによって前記中間キャリア層がエッチング可能なように選定されている、
キャリア。
【請求項１２】
前記上部キャリア層と前記パターニングされた絶縁スペーサ層との間に配置された中間絶縁層、
を更に有し、
前記中間絶縁層は、前記光半導体素子上に設けられたコネクタバンプと前記上部導電体構造との間の電気接続が、前記バンプが当該中間絶縁層に面し且つ前記バンプの位置が前記上部導電体構造に対応するように前記光半導体素子が当該中間絶縁層上に配置されたときに前記光半導体素子に熱及び圧力を印加することによって、当該中間絶縁層を貫通して達成可能なように構成される、
請求項１１に記載のキャリア。
【請求項１３】
請求項１１に記載のキャリア；
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により形成された前記孔部内で前記上部導電体構造に接続された光半導体素子；及び
前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に設置された光学素子；
を有する光半導体デバイス。
【請求項１４】
前記光半導体素子は、前記上部導電体構造が有するパッドと接続された当該光半導体素子上に設けられたバンプによって、前記上部導電体構造に接続されている、請求項１３に記載の光半導体デバイス。
【請求項１５】
前記光学素子は、前記パターニングされた絶縁スペーサ層により定められた前記位置に位置し；且つ
前記孔部と前記光学素子とにより画成された空間が、当該光半導体デバイス上の応力を低減する弾性光学化合物で充填されている、請求項１３又は１４に記載の光半導体デバイス。
【国際調査報告】
2010514188.tif 000007
2010514188.tif 000008