(57)【要約】【課題】ＬＥＤチップおよび光検出素子の温度上昇を抑制できる発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤチップ１と、一表面側にＬＥＤチップ１が実装され放熱板を兼ねる実装基板２０と、実装基板２０の上記一表面側に対向配置され光取出窓４１が形成されるとともにＬＥＤチップ１から放射される光の一部を光電変換する光検出素子４が形成された光検出素子形成基板４０と、実装基板２０と光検出素子形成基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する開口窓３１が形成された中間層基板３０とを備え、ＬＥＤチップ１への電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび光検出素子４の信号出力用電極２７ｂ，２７ｂを実装基板２０の上記一表面上に設け露出させてある。【選択図】図１
2009010045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、一表面側にＬＥＤチップが実装され放熱板を兼ねる実装基板と、実装基板の前記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともにＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光検出素子が形成された光検出素子形成基板と、実装基板と光検出素子形成基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成された中間層基板とを備え、ＬＥＤチップへの電力供給用電極および光検出素子の信号出力用電極を実装基板の前記一表面上に設け露出させてあることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤチップと前記実装基板の前記他表面との間の熱抵抗に比べて前記実装基板と前記光検出素子形成基板との間の熱抵抗が大きいことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記実装基板は、少なくとも前記ＬＥＤチップの直下に厚み方向に沿った複数のサーマルビアが形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記実装基板は、前記厚み方向において前記ＬＥＤチップから離れるほど広い範囲に前記サーマルビアが形成されてなることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
前記実装基板は、前記サーマルビアと同じ材料により形成され隣り合う前記サーマルビア同士を熱結合する熱結合部を有することを特徴とする請求項３または請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記実装基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮの群から選択される材料により形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を用いた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図５に示すように、発光色の異なる複数種のＬＥＤ（例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ）１００ａ，１００ｂ，１００ｃを実装した配線基板１１０と、一面開口した箱状に形成され配線基板１１０などが収納された器具本体１２０と、器具本体１２０の開口面を閉塞する形で配設された平板状の光拡散部材１３０と、配線基板１１０における各ＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの実装面側に配置される光学部材とを備えたＬＥＤ照明器具が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、図５に示した構成のＬＥＤ照明器具は、各発光色ごとのＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの光出力の経時変化や温度依存性の違いなどによらず所望の光色や色温度の混色光（例えば、白色光）を維持するために、全てのＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの光出力を検出するフォトダイオード１４０と、各ＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃから放射された光をフォトダイオード１４０の受光面へ導光するための光ファイバ１５０と、フォトダイオード１４０により検出された各発光色ごとのＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの光出力が予め設定された目標値に保たれるように駆動回路部（図示せず）を介して各発光色ごとにＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃへの順方向電流の通電量をフィードバック制御する制御部１６０とを備えている。なお、上記特許文献１に開示されたＬＥＤ照明器具では、赤色ＬＥＤ１００ａ群の光出力と緑色ＬＥＤ１００ｂ群の光出力と青色ＬＥＤ１００ｃ群の光出力とを１つのフォトダイオード１４０により各別に測定するために、赤色ＬＥＤ１００ａ群のみが点灯する期間と緑色ＬＥＤ１００ｂ群のみを点灯させる期間と青色ＬＥＤ１００ｃ群のみを点灯させる期間とが時系列的に現れるように、制御部１６０が上記駆動回路部を制御するようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたＬＥＤ照明器具では、各ＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃから放射された光を１本の光ファイバ１５０を介して伝搬させるように構成されているので、全てのＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃの光をフォトダイオード１４０により安定して検出することが難しく、照明器具全体として得られる混色光の光色や色温度の精度が低くなってしまう。
【０００５】
これに対して、図６に示すように、ＬＥＤチップ２０１と、ＬＥＤチップ２０１がフリップチップ実装された実装基板２０２と、実装基板２０２におけるＬＥＤチップ２０１との対向面側に形成されＬＥＤチップ２０１から放射された光の一部を光電変換する光検出素子２０３とを備えた発光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、図６に示した構成の発光装置を図５に示したＬＥＤ照明器具における各ＬＥＤ１００ａ，１００ｂ，１００ｃのような砲弾型ＬＥＤの代わりに採用すれば、上述のような光ファイバ１５０が不要となり、各ＬＥＤチップ２０１から放射された光を発光装置ごとで検出することができ、混色光の均一性を高めることが可能となる。
【特許文献１】特表２００２−５３３８７０号公報
【特許文献２】特開２００３−８０８３号公報（段落〔００６５〕，〔００６６〕および図２８Ｂ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図６に示した構成の発光装置は、ＬＥＤチップ２０１で発生した熱がバンプ２０４を介して実装基板２０２へ伝熱され、光検出素子２０３にも伝熱されるので、光検出素子２０３の温度が上昇し、検出精度が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＬＥＤチップおよび光検出素子の温度上昇を抑制できる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、一表面側にＬＥＤチップが実装され放熱板を兼ねる実装基板と、実装基板の前記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともにＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光検出素子が形成された光検出素子形成基板と、実装基板と光検出素子形成基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成された中間層基板とを備え、ＬＥＤチップへの電力供給用電極および光検出素子の信号出力用電極を実装基板の前記一表面上に設け露出させてあることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、一表面側にＬＥＤチップが実装され放熱板を兼ねる実装基板と、実装基板の前記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともにＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光検出素子が形成された光検出素子形成基板と、実装基板と光検出素子形成基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成された中間層基板とを備え、ＬＥＤチップへの電力供給用電極および光検出素子の信号出力用電極を実装基板の前記一表面上に設け露出させてあるので、ＬＥＤチップで発生した熱を実装基板の他表面側から効率的に放熱させることができ、しかも、ＬＥＤチップで発生した熱が光検出素子へ伝熱されるのを抑制できるから、ＬＥＤチップおよび光検出素子の温度上昇を抑制できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ＬＥＤチップと前記実装基板の前記他表面との間の熱抵抗に比べて前記実装基板と前記光検出素子形成基板との間の熱抵抗が大きいことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップで発生した熱が前記光検出素子へ伝熱されるのを抑制でき、光検出素子の検出精度の向上および安定化を図れる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記実装基板は、少なくとも前記ＬＥＤチップの直下に厚み方向に沿った複数のサーマルビアが形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップで発生した熱をより効率的に放熱させることが可能となり、前記ＬＥＤチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記実装基板は、前記厚み方向において前記ＬＥＤチップから離れるほど広い範囲に前記サーマルビアが形成されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、放熱性を向上させることができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、前記実装基板は、前記サーマルビアと同じ材料により形成され隣り合う前記サーマルビア同士を熱結合する熱結合部を有することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、放熱性を更に向上させることができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記実装基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮの群から選択される材料により形成されてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記実装基板の材料が例えばガラスエポキシ樹脂などの有機材料である場合に比べて放熱性が向上し、前記ＬＥＤチップへの投入電力の増大による光出力の高出力化が可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、ＬＥＤチップおよび光検出素子の温度上昇を抑制できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１に基づいて説明する。
【００２３】
本実施形態の発光装置は、可視光（例えば、赤色光、緑色光、青色光など）を放射する１つのＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１を収納する収納凹所２ａが一表面に形成され収納凹所２ａの内底面にＬＥＤチップ１が実装されたパッケージ２と、パッケージ２の上記一表面側において収納凹所２ａを閉塞する形でパッケージ２に固着された透光性部材３と、パッケージ２の収納凹所２ａに充填された透光性の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）からなりＬＥＤチップ１および当該ＬＥＤチップ１に接続されたボンディングワイヤ１４を封止した封止部５とを備えている。ここで、パッケージ２は、上記一表面側において収納凹所２ａの周部から内方へ突出した庇状の張出部２ｃを有しており、当該張出部２ｃにＬＥＤチップ１から放射される光の一部を光電変換する光検出素子４が設けられている。
【００２４】
パッケージ２は、上記一表面側にＬＥＤチップ１が実装され放熱板を兼ねる実装基板２０と、実装基板２０の上記一表面側に対向配置され円形状の光取出窓４１が形成されるとともにＬＥＤチップ１から放射される光の一部を光電変換する光検出素子４が形成された光検出素子形成基板４０と、実装基板２０と光検出素子形成基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する開口窓３１が形成された中間層基板３０とで構成されている。
【００２５】
本実施形態では、実装基板２０と中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ａを構成している。ここにおいて、実装基板２０、中間層基板３０および光検出素子形成基板４０の外周形状は矩形状であり、中間層基板３０および光検出素子形成基板４０の四隅には、実装基板２０の上記一表面上に設けられた４つの電極２７それぞれを露出させるための４つの切欠部が形成され、外周形状が矩形状である上述の透光性部材３の四隅にも、切欠部が形成されている。ここにおいて、４つの電極２７のうちの２つの電極２７（２７ａ）は、ＬＥＤチップ１への電力供給用電極を構成し、他の２つの電極２７（２７ｂ）は、光検出素子４の信号出力用電極を構成している。要するに、実装基板２０は、ＬＥＤチップ１への電力供給用電極２７ａおよび光検出素子４の信号出力用電極２７ｂを実装基板２０の上記一表面上に設け露出させてある。
【００２６】
また、光検出素子形成基板４０の厚み寸法は実装基板２０および中間層基板３０の厚み寸法に比べて小さく設定されている。なお、本実施形態では、中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とが、実装基板２０においてＬＥＤチップ１が実装される領域の周部に設けられた壁部２ｂを構成し、光検出素子形成基板４０において中間層基板３０の開口窓３１上に張り出した部位が、張出部２ｃを構成している。
【００２７】
上述の実装基板２０、中間層基板３０、光検出素子形成基板４０は、それぞれ、導電形がｎ形で主表面が（１００）面のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成してある。ここにおいて、本実施形態では、各シリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａそれぞれが半導体基板を構成している。要するに、本実施形態におけるパッケージ２は、３枚の半導体基板を用いて形成されている。
【００２８】
また、本実施形態では、中間層基板３０の内側面が、アルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液など）を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面により構成されており（つまり、中間層基板３０は、開口窓３１の開口面積が実装基板２０から離れるにつれて徐々に大きくなっており）、ＬＥＤチップ１から放射された光を前方へ反射するミラー２ｄを構成している。要するに、本実施形態では、中間層基板３０がＬＥＤチップ１から側方へ放射された光を前方へ反射させる枠状のリフレクタを兼ねている。
【００２９】
上述の実装基板２０は、シリコン基板２０ａの一表面側にシリコン酸化膜２１ａが形成されるとともに他表面側にシリコン酸化膜２１ｂが形成されており、シリコン基板２０ａの上記一表面側のシリコン酸化膜２１ａ上に、ＬＥＤチップ１の両電極１１，１１それぞれと電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａが形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａと電力供給用電極２７ａ，２７ａとが配線パターン２６ａ，２６ａを介して電気的に接続されている。
【００３０】
また、実装基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側のシリコン酸化膜２１ａ上に、中間層基板３０に形成された２つの貫通孔配線３４を介して光検出素子４と電気的に接続される２つの配線パターン２６ｂ，２６ｂが形成されており、各配線パターン２６ｂ，２６ｂと信号出力用電極２７ｂ，２７ｂと電気的に接続されている。また、実装基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側のシリコン酸化膜２１ａ上に、中間層基板３０と接合するための接合用金属層２９も形成されている。
【００３１】
本実施形態におけるＬＥＤチップ１は、結晶成長用基板として導電性基板を用い厚み方向の両面に電極１１，１１が形成された可視光ＬＥＤチップである。そこで、実装基板２０は、ＬＥＤチップ１が電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａのうちの一方の導体パターン２５ａが、ＬＥＤチップ１をダイボンディングするダイパッド部として兼用している。要するに、ＬＥＤチップ１は、上記一方の導体パターン２５ａにダイボンディングされており、上記一方の導体パターン２５ａ側の電極１１が上記一方の導体パターン２５ａに接合されて電気的に接続され、反対側の電極１１がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２５ａと電気的に接続されている。ここで、本実施形態では、ＬＥＤチップ１および上記一方の導体パターン２５ａの平面視における外周形状を矩形状としたあり、上記一方の導体パターン２５ａの平面サイズをＬＥＤチップ１の平面サイズ（チップサイズ）よりもやや大きく設定してある。
【００３２】
また、導体パターン２５ａ，２５ａ、接合用金属層２９、電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび信号出力用電極２７ｂ，２７ｂは、シリコン酸化膜２１ａ上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同一レベル面上に同一厚さで同時に形成してある。なお、本実施形態では、シリコン酸化膜２１ａ上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜とシリコン酸化膜２１ａとの間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。
【００３３】
また、実装基板２０は、シリコン基板２０ａの上記他表面側の全面に、シリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料からなる放熱用パッド部２８が形成されている。なお、放熱用パッド部２８は、シリコン酸化膜２１ｂ上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。
【００３４】
中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの一表面側に、実装基板２０の接合用金属層２９と接合される接合用金属層３６が形成されている。また、中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの他表面側に、貫通孔配線３４，３４を介して導体パターン３５，３５と電気的に接続される導体パターン３７，３７が形成されるとともに、光検出素子形成基板４０と接合するための接合用金属層３８が形成されている。
【００３５】
また、中間層基板３０は、上述の２つの貫通孔配線３４それぞれが内側に形成される２つの貫通孔３２がシリコン基板３０ａの厚み方向に貫設され、シリコン基板３０ａの上記一表面と上記他表面と各貫通孔３２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜３３が形成されており、各導体パターン３５，３５，３７，３７、各接合用金属層３６，３８および各貫通孔配線３４がシリコン基板３０ａと電気的に絶縁されている。ここにおいて、各導体パターン３５，３５，３７，３７および各接合用金属層３６，３８は、絶縁膜３３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、導体パターン３５，３５と接合用金属層３６とが同時に形成され、導体パターン３７，３７と接合用金属層３８とが同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜３３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜３３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、貫通孔配線３４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。
【００３６】
光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａの一表面側に、中間層基板３０の２つの導体パターン３７，３７と接合されて電気的に接続される２つの導体パターン４７ａ，４７ｂが形成されるとともに、中間層基板３０の接合用金属層３８と接合される接合用金属層４８が形成されている。ここにおいて、光検出素子４は、フォトダイオードにより構成されており、光検出素子形成基板４０に形成された２つの導体パターン４７ａ，４７ｂの一方の導体パターン４７ａは、光検出素子４を構成するフォトダイオードのｐ形領域４ａに電気的に接続され、他方の導体パターン４７ｂは、上記フォトダイオードのｎ形領域４ｂを構成するシリコン基板４０ａに電気的に接続されている。
【００３７】
また、光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜４３が形成されており、当該絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検出素子形成基板４０は、上記一方の導体パターン４７ａが、絶縁膜４３に形成したコンタクトホールを通してｐ形領域４ａと電気的に接続され、上記他方の導体パターン４７ｂが絶縁膜４３に形成したコンタクトホールを通してｎ形領域４ｂと電気的に接続されている。ここにおいて、各導体パターン４７ａ，４７ｂおよび接合用金属層４８は、絶縁膜４３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜４３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜４３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。
【００３８】
上述の実装基板２の形成にあたっては、例えば、光検出素子４、絶縁膜４３、各導体パターン４７ａ，４７ｂ、および接合用金属層４８が形成されたシリコン基板４０ａと中間層基板３０とを低温での直接接合が可能な常温接合法などにより接合する第１の接合工程を行った後、シリコン基板４０ａを所望の厚みまで研磨する研磨工程を行い、その後、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置などを用いてシリコン基板４０ａに光取出窓４１を形成する光取出窓形成工程を行うことで光検出素子形成基板４０を完成させてから、ＬＥＤチップ１が搭載されボンディングワイヤ１４の結線が行われた実装基板２０と中間層基板３０とを常温接合法などにより接合する第２の接合工程を行うようにすればよい。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、常温下で接合表面同士を接触させ適宜の荷重を印加して直接接合する。
【００３９】
上述の第１の接合工程では、シリコン基板４０ａの接合用金属層４８と中間層基板３０の接合用金属層３８とが接合されるとともに、シリコン基板４０ａの導体パターン４７ａ，４７ｂと中間層基板３０の導体パターン３７，３７とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン４７ａ，４７ｂと導体パターン３７，３７との接合部位を、貫通孔配線３４に重なる領域からずらすようにすれば、導体パターン４７ａ，４７ｂと導体パターン３７，３７との互いの接合面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、第２の接合工程では、実装基板２０の接合用金属層２９と中間層基板３０の接合用金属層３６とが接合されるとともに、実装基板２０の導体パターン２６ｂ，２６ｂと中間層基板３０の導体パターン３５，３５とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン２６ｂ，２６ｂと導体パターン３５，３５との接合部位を、貫通孔配線３４に重なる領域からずらすようにすれば、導体パターン２６ｂ，２６ｂと導体パターン３５，３５との互いの接合面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、上述のように常温接合法では、各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、常温下で適宜の荷重を印加しいているが、常温下に限らず、例えば、ＬＥＤチップ１へ熱ダメージが生じない温度（ＬＥＤチップ１のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えない温度）であれば、加熱条件下（例えば、８０℃〜１００℃程度に加熱した条件下）において適宜の荷重を印加するようにしてもよく、加熱条件下において適宜の荷重を印加して接合することで接合信頼性をより一層高めることが可能となる。
【００４０】
また、上述の透光性部材３は、透光性材料（例えば、ガラス、ポリマーなど）からなる透光性基板を用いて形成されている。ここで、透光性部材３は、ＬＥＤチップ１から斜め方向へ放射された光を全反射しないように設計した凸レンズ部３ａを一体に形成してあり、外部への光取り出し効率を高めることができる。なお、本実施形態の発光装置では、凸レンズ部３ａの光出射面を、ＬＥＤチップ１の対角の端を焦点とする楕球面の一部により形成してある。
【００４１】
本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述の各シリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａとして、それぞれ実装基板２０、中間層基板３０、光検出素子形成基板４０を多数形成可能なシリコンウェハを用いるとともに、上述の透光性基板として透光性部材３を多数形成可能なウェハ状のもの（透光性ウェハ）を用い、上述の第１の接合工程、研磨工程、光取出窓形成工程、第２の接合工程、パッケージ２の収納凹所２ａに封止樹脂を充填して封止部５を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後でパッケージ２と透光性部材３とを接合する第３の接合工程などの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程によりパッケージ２のサイズに分割されている。したがって、実装基板２０と中間層基板３０と光検出素子形成基板４０と透光性部材３とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。また、パッケージ２の形成にあたって上述の各接合工程において、低温での直接接合が可能な常温接合法などを採用しているので、各接合工程でＬＥＤチップ１のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えるのを防止することができる。
【００４２】
本実施形態の発光装置は、上述のように、パッケージ２における収納凹所２ａの周部から内方へ突出する張出部２ｃにＬＥＤチップ１から放射された光を検出する光検出素子４が設けられているので、ＬＥＤチップ１から放射された光を検出することができる。したがって、例えば、ＬＥＤチップ１として赤色ＬＥＤチップを採用した発光装置と、ＬＥＤチップ１として緑色ＬＥＤチップを採用した発光装置と、ＬＥＤチップ１として青色ＬＥＤチップを採用した発光装置とを同一の回路基板（配線基板）上に互いに近接する形で実装するとともに、当該回路基板に各発光装置のＬＥＤチップ１を駆動する駆動回路部と、各光検出素子４により検出される光強度がそれぞれの目標値に保たれるように駆動回路部から各発光色のＬＥＤチップ１に流れる電流をフィードバック制御する制御回路部などを設けておくことにより、各光検出素子４それぞれの出力に基づいて各発光色のＬＥＤチップ１の光出力を各別に制御することができ、各発光色ごとのＬＥＤチップ１の光出力の経時変化の違いなどによらず混色光（ここでは、白色光）の光色や色温度の精度を向上することができる。なお、本実施形態では、パッケージ２の収納凹所２ａの内底面に１つのＬＥＤチップ１を実装してあるが、ＬＥＤチップ１の数は特に限定するものではなく、発光色が同じ複数のＬＥＤチップ１を収納凹所２ａの内底面に実装するようにしてもよい。
【００４３】
以上説明した本実施形態の発光装置では、上記一表面側にＬＥＤチップ１が実装され放熱板を兼ねる実装基板２０と、実装基板２０の上記一表面側に対向配置され光取出窓４１が形成されるとともにＬＥＤチップ１から放射される光の一部を光電変換する光検出素子４が形成された光検出素子形成基板４０と、実装基板２０と光検出素子形成基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する開口窓３１が形成された中間層基板３０とを備え、ＬＥＤチップ１への電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび光検出素子４の信号出力用電極２７ｂ，２７ｂを実装基板２０の上記一表面上に設け露出させてあるので、ＬＥＤチップ１で発生した熱を実装基板２０の上記他表面側から効率的に放熱させることができ、しかも、ＬＥＤチップ１で発生した熱が光検出素子４へ伝熱されるのを抑制できるから、ＬＥＤチップ１および光検出素子４の温度上昇を抑制できる。
【００４４】
ここにおいて、本実施形態の発光装置を回路基板などに実装する場合には、回路基板として、例えば、Ａｌ板からなる金属板上の絶縁層上に回路パターンが形成された金属ベース基板（金属ベースプリント配線板）を採用し、パッケージ２の裏面の全体（実装基板２０の上記他表面の全体）に形成されている放熱用パッド部２８を半田などのろう材からなる接合部を介して金属ベース基板と接合して熱結合させ、パッケージ２の各電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび各信号出力用電極２７ｂ，２７ｂそれぞれを金属ベース基板の回路パターンとボンディングワイヤを介して適宜接続すればよい。このような構成を採用することにより、ＬＥＤチップ１で発生した熱を放熱用パッド部２８および回路基板を通して放熱することが可能となるので、ＬＥＤチップ１の温度上昇を抑制することができる。また、パッケージ２の裏面に、各電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび各信号出力用電極２７ｂ，２７ｂを設けていないので、放熱用パッド部２８の面積を大きくでき放熱性を向上できるとともに接合信頼性を向上できる。また、パッケージ２の裏面に、各電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび各信号出力用電極２７ｂ，２７ｂを設けた場合には、パッケージ２と回路基板との線膨張係数差に起因して各電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび各信号出力用電極２７ｂ，２７ｂそれぞれと回路パターンとの接合部に応力が発生し断線してしまう可能性があるが、本実施形態の発光装置では、上述のようにパッケージ２の裏面に各電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび各信号出力用電極２７ｂ，２７ｂを設けずに、実装基板２０の上記一表面上に設けてあるので、電気的接続の信頼性を高めることができる。なお、本実施形態の発光装置を接合する部材は回路基板に限らず、例えば、照明器具において熱伝導性材料（例えば、Ａｌ、Ｃｕなど）により形成された器具本体に対して、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化するとともに流動性が高くなるＢステージ状態の樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）や半田などを用いて接合するようにしてもよい。この場合には、ＬＥＤチップ１から器具本体までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。
【００４５】
ところで、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１と実装基板２０の上記他表面との間の熱抵抗に比べて実装基板２０と光検出素子形成基板４０との間の熱抵抗が大きくなっており、ＬＥＤチップ１で発生した熱が光検出素子４へ伝熱されるのを抑制でき、光検出素子４の検出精度の向上および安定化を図れる。なお、ＬＥＤチップ１で発生した熱が光検出素子４へ伝熱されるのを抑制するために、実装基板２０と中間層基板３０との間に熱抵抗の高い部材を断熱層として介在させるようにしてもよい。
【００４６】
なお、本実施形態では、パッケージ２が３枚のシリコン基板（Ｓｉ基板）を用いて形成されているが、パッケージ２の材料は、Ｓｉに限らず、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮなどを採用してもよく、特に実装基板２０としてＳｉＣ基板やＡｌＮ基板やＳｉＮ基板を採用すれば、ＬＥＤチップ１で発生した熱をより効率的に放熱させることが可能となり、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れ、しかも、ＬＥＤチップ１と実装基板２０の上記他表面との間の熱抵抗を、実装基板２０と光検出素子形成基板４０との間の熱抵抗に比べて、より小さくすることができる。
【００４７】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図２に示すように、実装基板２０においてＬＥＤチップ１を搭載する導体パターン２５ａと放熱用パッド部２８とがシリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数の円柱状のサーマルビア２４を介して熱的に結合されており、ＬＥＤチップ１で発生した熱が各サーマルビア２４を通して効率良く放熱用パッド部２８へ伝熱されるようになっている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
実装基板２０は、ＬＥＤチップ１の直下の領域とその周辺領域とにサーマルビア２４が当該実装基板２０の厚み方向に沿って形成されている。ここにおいて、サーマルビア２４は、実装基板２０の上記一表面側のシリコン酸化膜２１ａおよび上記他表面側のシリコン酸化膜２１ｂと連続して各ビアホール２３の内面に形成されたシリコン酸化膜２１ｃによりシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。なお、本実施形態では、サーマルビア２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌ、Ａｕなどを採用してもよい。
【００４９】
しかして、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１で発生した熱をより効率的に放熱させることが可能となり、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。また、本実施形態の発光装置では、実装基板２０にサーマルビア２４が形成されていることにより、実装基板２０自体の温度上昇も抑制することができ、熱応力を低減できるので、接合信頼性を更に向上することが可能となる。
【００５０】
（実施形態３）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態２と略同じであって、図３に示すように、実装基板２０の構造が相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
実装基板２０は、当該実装基板２０の厚み方向においてＬＥＤチップ１から離れるほど広い範囲にサーマルビア２４が形成されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１直下のサーマルビア２４は、実装基板２０の厚み方向に貫通し一端が放熱用パッド部２８に接し他端が導体パターン２５ａに接しているが、周辺のサーマルビア２４は実装基板２０の他表面から実装基板２０の厚み方向の途中まで形成され、一端が放熱用パッド部２８に接し、他端が実装基板２０のビア穴の内底面に接している。なお、本実施形態の実装基板２０はセラミックス（例えば、ＡｌＮ、ＳｉＮなど）のグリーンシートを積層した多層セラミック基板２０ｂにより形成されており、当該多層セラミック基板２０ｂの一表面上に、ＬＥＤチップ１への電力供給用電極２７ａ，２７ａおよび光検出素子４の信号出力用電極２７ｂ，２７ｂを設け露出させてあり、他表面上に放熱用パッド部２８を形成してある。
【００５２】
しかして、本実施形態の発光装置では、実装基板２０の厚み方向においてＬＥＤチップ１から離れるほど広い範囲にサーマルビア２４が形成されているので、実施形態２に比べて実装基板２０の厚み方向に直交する横方向（面内方向）に熱が広がりやすくなり、パッケージ２の裏面（実装基板２０の上記他表面）での温度むらが小さくなって全体的に温度を低くすることができ、ＬＥＤチップ１の温度とパッケージ２の温度との温度差、パッケージ２の温度と回路基板の温度との温度差を小さくすることができ、放熱性を向上させることができる。なお、実装基板２０は、多層セラミック基板に限らず、例えば、Ｓｉ基板やＳｉＣ基板などを用いて形成してもよい。
【００５３】
（実施形態４）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態３と略同じであって、図４に示すように、実装基板２０が、サーマルビア２４と同じ材料（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕなどの熱伝導性材料）により形成され隣り合うサーマルビア２４同士を熱結合する熱結合部２２を有する点が相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態３に比べて、パッケージ２の裏面（実装基板２０の上記他表面）での温度むらを小さくできて全体的に温度を低くすることができ、放熱性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】実施形態２を示す概略断面図である。
【図３】実施形態３を示す概略断面図である。
【図４】実施形態４を示す概略断面図である。
【図５】従来例を示す概略断面図である。
【図６】他の従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  ＬＥＤチップ
２  パッケージ
２ａ  収納凹所
３  透光性部材
４  光検出素子
２０  実装基板
２２  熱結合部
２４  サーマルビア
２７ａ  電極（電力供給用電極）
２７ｂ  電極（信号出力用電極）
３０  中間層基板
３１  開口窓
４０  光検出素子形成基板
４１  光取出窓
【図１】
2009010045.tif 000003
【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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