半導体発光装置及びその製造方法
【課題】ＬＥＤ素子の周りに蛍光体を偏在させ方位角による色ムラを軽減したＬＥＤ装置がある。このようなＬＥＤ装置を長寿命化しとようとしたとき、これまで知られているガラス封止構造は製造しづらかった。
【解決手段】底部が平坦な凹部３１ａを有するガラス３１を備え、凹部３１の底部と側部に間隙を有するようにＬＥＤ素子３６を配置し、この間隙に蛍光体３２が充填されている。蛍光体３２の大部分がガラス３１により封止され長寿命化する。さらに蛍光体層３２の下面とともにガラス３１下面にガスバリア層３７を形成する。
【解決手段】底部が平坦な凹部３１ａを有するガラス３１を備え、凹部３１の底部と側部に間隙を有するようにＬＥＤ素子３６を配置し、この間隙に蛍光体３２が充填されている。蛍光体３２の大部分がガラス３１により封止され長寿命化する。さらに蛍光体層３２の下面とともにガラス３１下面にガスバリア層３７を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の周囲に蛍光体が偏在した半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（以後とくに断らない限りＬＥＤ素子と呼ぶ）をパッケージ化するとき、ＬＥＤ素子の周囲の直近に蛍光体を偏在させ方位角にともなって変化する色ムラを低減させる半導体発光装置（以後とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）がある。
【０００３】
このＬＥＤ装置の製造方法としては、回路基板にＬＥＤ素子を実装してから電気泳動法、電着法、スプレイ法等で蛍光体をＬＥＤ素子に付着するものが知られている。電気泳動法はＬＥＤ素子の光出射面や側面に蛍光体付着用の電極を設けなければならず煩瑣である。またＬＥＤ装置は発光色を一定にするため蛍光体の量を精度良く制御しなければならないが、電気泳動法、電着法、スプレイ法は蛍光体が電界や慣性により空間を移動するため蛍光体粒子径のバラツキを狭い範囲に収めなければならない。もっと手軽な製造方法としては蛍光体粒子径への制限が少ない機械的加工を採用するものがある（例えば特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の図１の一部を図１１に示し、ＬＥＤ素子の構造と加工例を説明する。図１１において、（ｇ）は発光ダイオード１（ＬＥＤ素子）の断面図、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｆ）が加工工程の説明図である。（ｇ）に示すように発光ダイオード１は、サファイア基板１０の上面と側面に蛍光体層１４が形成されている。サファイア基板１０の下面は電極面１５となっており、発光層１９、ｐ電極７とｎ電極８がある。（ｂ）の工程では切削具２１で複数の発光ダイオードが配列されているウェハー状態のサファイア基板１０に溝１２を形成する。（ｃ）の工程ではウェハー上面に蛍光体ペースト１３を塗布しスキージ２６で平坦化する。（ｄ）の工程では目的の厚みとするため研磨具２２で蛍光体層１４を研磨する。（ｆ）の工程ではダイシングテープ２４上にウェハーを置き切断具２５で溝の中央を切断する。以上の工程で周囲に蛍光体層１４を備えた発光ダイオード１が個片化される。
【０００５】
特許文献１の方法など自分自身の周りに蛍光体を偏在させるようにしたＬＥＤ素子（発光ダイオード１）は、ふつう樹脂やセラミック、金属からなる回路基板上にフリップチップ実装され、回路基板上面とともに樹脂で封止されることが多い。
【０００６】
簡単にＬＥＤ素子周りだけに蛍光体を配置させることが可能で、さらに蛍光体とともにＬＥＤ素子や回路基板上面を樹脂で封止することができる方法が、特許文献２の図１に示されている。特許文献２の図１に示された製造方法は、まず予め凹部４ａを形成しておいたシート４の凹部４ａに、蛍光体６を混合した樹脂５ａを所定量注入する。次に実装基板１（回路基板）にフリップチップ実装したＬＥＤチップ２（ＬＥＤ素子）を樹脂５ａに浸潤し、最後に接着材８で実装基板とシート４を接着している。
【０００７】
しかしながら樹脂による封止は、樹脂が水蒸気など気体成分を通し易いため、反応し易い蛍光体が使えないという課題がある。これに対しＬＥＤ素子周りに蛍光体を偏在させながら、蛍光体の長期信頼性を高める手法として、蛍光体やＬＥＤ素子をガラスで封止する発光装置（ＬＥＤ装置）が特許文献３の図１０に示されている。特許文献３の図１０に示された発光装置１は、基板３上にフリップチップ実装したＬＥＤ素子２の周囲を蛍光体層１５がとり囲み、基板２上面とともに蛍光体層１５をガラス封止部６で封止している。こ
の発光素子１は、周囲に蛍光体層６を備え、基板３上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子２を基板３ごとガラスのホットプレス加工により封止したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３９７８５１４号公報 （図１）
【特許文献２】特開２００８−６０１６６号公報 （図１）
【特許文献３】特許第４６３７１６０号公報 （図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の図１で示されたＬＥＤ装置は、樹脂封止であるため長期的な信頼性を欠くという課題があるばかりでなく、凹部４ａに注入しなければならない樹脂５ａを正確に決めなくてはならない。つまり、ＬＥＤ素子やその突起電極の厚さがばらつくため、ＬＥＤ素子毎に注入量を制御する必要がある。しかしながら特許文献２にはこの課題に関する記載がない。またこれらの課題はないとしても、特許文献３の図１０に示されたＬＥＤ装置は予めＬＥＤ素子の周辺部に蛍光体を偏在させておかなければならい点が課題となる。なお特許文献３の図１０に対する説明の中にはどのようにして蛍光体を偏在させたか記載がない。いずれにしろ予めＬＥＤ素子の周りに蛍光体を偏在させておくことは煩瑣である。
【００１０】
そこで本発明は、これらの課題に鑑みて為されたものであり、半導体発光素子の周りだけに蛍光体を備える構造を維持したまま、長寿命化が可能で製造し易い半導体発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、
透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置において、
凹部を有するガラスと、
前記半導体層に突起電極が接続し、前記凹部の底部及び側部との間に間隙を有するように配置された半導体発光素子と、
前記間隙に充填された蛍光体と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体を被覆するガスバリア層とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記蛍光体がスペーサを含有していることが好ましい。
【００１３】
前記ガラスの前記凹部を有する側の面であって前記突起電極が占める以外の領域に白色反射部材を備えることが好ましい。
【００１４】
前記ガラスの底面に金属反射層を備え、前記ガスバリア層が該金属反射層を被覆しても良い。
【００１５】
前記金属反射層がスリットで分割されていても良い。
【００１６】
前記突起電極と接続し、メッキ法により形成した接続電極を設けると良い。
【００１７】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置の製造方法は、透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置の製造方法において、
突起電極を備える半導体発光素子と大判のガラスを準備する準備工程と、
該ガラスに複数の凹部を形成する凹部形成工程と、
該凹部に硬化前の蛍光体を滴下する蛍光体滴下工程と、
該凹部の底部と側部に間隙を有するように前記半導体発光素子を配置する半導体発光素子配置工程と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体をガスバリア層で被覆するガスバリア層形成工程と
前記ガラスを個別の前記半導体発光装置に個片化する個片化工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
前記凹部形成工程においてエッチング法により底部が平坦な凹部を形成しても良い。
【００１９】
前記準備工程において準備する前記ガラスが底面に金属反射層を備えていても良い。
【００２０】
前記ガスバリア層から露出した前記パンプ電極に接続する接続電極を電解メッキ法で形成しても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体発光装置において蛍光体の大部分は、ガス透過性が著しく低いガラスと半導体発光素子により外気から遮断されている。またガラスと半導体発光素子の間隙から露出する蛍光体層はガスバリア層が被覆する。このようにして蛍光体が外気から遮断されるため超寿命化が達成される。また凹部の深さ、半導体発光素子の厚さなどさまざまな変動要因により、間隙における蛍光体の高さがばらついても、このガスバリア層が蛍光体露出部を被覆するので、この間隙に充填される蛍光体の量に対する許容値が広くなり、長寿命化とともに製造の容易化が達成される。以上のように本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子の周りに蛍光体を備える構造を維持したまま、長寿命化が可能で製造し易い構造になる。
【００２２】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、突起電極を有する半導体発光素子とともに大判ガラスを準備し、凹部形成工程、蛍光体滴下工程、半導体発光素子配置工程、及びガスバリア層形成工程を含む途中工程を大判ガラスで進め、最後に大判ガラスを個片化し個別の半導体発光装置を得る集合工法である。この工程により前述の構造の半導体発光装置が得られるため、本発明の半導体発光装置の製造方法は、半導体発光素子の周りに蛍光体を備える構造でありながら、ガラス及びガスバリア層による封止で長寿命化が達成され、集合工法により効率よく製造できるとともにガスバリア層が蛍光体滴下量の許容範囲を大きくし製造を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図２】図１のＬＥＤ装置の底面図。
【図３】図１のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図４】図１のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図６】本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図７】本発明の第４実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図８】図７のＬＥＤ装置の底面図。
【図９】図７のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図１０】図７のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図１１】従来のＬＥＤ素子の断面図とその製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図１〜１０を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。さらに特許請求の範囲に記載した発明特定事項との関係をカッコ内に記載している。
（第１実施形態）
【００２５】
図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置３０（半導体発光装置）の断面図である。ガラス３１の下面には箱形の凹部３１ａがあり、凹部３１ａ内に蛍光体３２とＬＥＤ素子３６が配置されている。凹部３１ａの上部（底部）及び側部とＬＥＤ素子３６との間には間隙があり、この間隙に蛍光体３２が充填されている。上部の間隙と側部の間隙の厚さは概ね等しい。なおＬＥＤ素子３６は、サファイア基板３３（透明基板）の下に半導体層３４を備え、半導体層３４の下面にアノード用及びカソード用のバンプ電極３５（突起電極）が付着している。
【００２６】
ガラス３１の下面、ガラス３１下面及びＬＥＤ素子３６から露出する蛍光体３２、及びバンプ電極３５が占める領域以外のＬＥＤ素子３６下面は、ガスバリア層３７で被覆されている。さらにガスバリア層３７の下面には白色反射部材３８がある。白色反射部材３８の下面とバンプ電極３５の下面は高さが一致している。白色反射部材３８及びバンプ電極３５の下面にはアノード及びカソードとして機能する接続電極３９が形成されている。なお図１ではガラス３１の底面と蛍光体３２の底面の高さも一致させているが、それぞれの高さが多少ずれてもガスバリア層は凹凸に沿って形成され蛍光体３２の底面を封止できるので問題ない（以下同様）。
【００２７】
またＬＥＤ素子３６は、サファイア基板３３に半導体層３４を備えるＬＥＤ素子３６の周りに蛍光体３２が偏在し、蛍光体３２とともにＬＥＤ素子３６がガラス３１、ガスバリア層３７及び白色反射部材３８で封止されている。
【００２８】
蛍光体３２は、珪酸塩系（又は窒化物系）の緑色蛍光粒子及び窒化物系の赤色蛍粒子に加えビーズスペーサを含み、シリコーン樹脂をバインダとしている。なお凹部３１ａの底部における蛍光体３２の厚みは７０〜１００μｍでビーズスペーサの直径で決まる。半導体層３４から出射した青色光と、この青色光で励起された蛍光体３２による緑色光及び赤色光とが混色し白色光が得られる。蛍光体３２がＬＥＤ素子３６の周囲に偏在すると出射方向（方位角）によって変化する色ムラ（白色光の色度変化）が軽減する。シリコーン樹脂の代わりにオルガノポリシロキサンなど焼結するとガラス質になるバインダを使っても良い。このバインダは無機質であるため耐光性が良好なためＬＥＤ装置３０の長寿命化にとって好ましい。
【００２９】
ＬＥＤ素子３６のサファイア基板３３は厚さが８０〜１２０μｍであるが、さらに薄くすればサファイア基板３３の側面から出射する光が減り、上方へ向かう光が増える。半導体層３４は厚さが７μｍ程度であり、ｐ型半導体層とｎ型半導体層を含む青色発光ダイオードである。半導体層３４の下面にはｐ型半導体層及びｎ型半導体層の露出部があり、それぞれの露出部にバンプ電極３５が形成され、バンプ電極３５はアノード及びカソード電極となる。バンプ電極３５は電解メッキ法で形成し、厚さが１０〜３０μｍ程度になる。なおｎ型半導体層の露出部だけにｎ側のバンプ電極３５を形成するのではなく、層間絶縁膜と金属配線を追加し、ｐ型半導体層上にもｎ側のバンプ電極３５を積層させるようにすると、ｐ側及びｎ側のバンプ電極形状を決めるときに自由度が増すためＬＥＤ装置３０の電極設計が楽になる。
【００３０】
ガスバリア層３７は厚さが１００〜３００ｎｍのＳｉＯ２膜である。ＳｉＯ２等の無機
膜は数１０ｎｍで高いガスバリア性を示すため、蛍光体３２の下端から侵入しようとする水分等を強く阻止する。白色反射部材３８は、二酸化チタン等の反射性微粒子、前述のシリコーン樹脂やオルガノポリシロキサンなどのバインダ、溶媒及び触媒とを混練したペーストを１５０℃程度で焼結したものである。白色反射部材３８は下方に向かう光を上方に反射させることでＬＥＤ装置３０の発光効率を改善している。なお高度な長寿命化が不要な場合はガスバリア層３７を無くすこともできる。また接続電極３９はメッキ用共通電極であるＴｉＷ層と、電解メッキ法で作成したＣｕ層、Ｎｉ層及びＡｕ層とを有し、総厚が１０μｍ程度である。
【００３１】
図２によりＬＥＤ装置３０の電極面（底面）を説明する。図２は蛍光体３２の形状を説明するために描いたＬＥＤ装置３０の電極面の底面図である。底面の構造を説明するため接続電極３９は点線で示し、ガスバリア層３７，白色反射部材３８は省略した。ガラス３１は長方形の凹部３１ａを備え、その内側に蛍光体３２がある。蛍光体３２はＬＥＤ素子３６を枠上に取り囲んでいる。ＬＥＤ素子３６の下面には２個のバンプ電極３５があり、バンプ電極３５以外の領域から半導体層３４がみえる。蛍光体３２の厚さは前述と同様に７０〜１００μｍ程度であるが、この値は凹部３１ａの外形やＬＥＤ素子３６の配置精度により決まる。なおＬＥＤ素子３６の横方向に出射する光線が利用しづらいことと、方位角の大きな領域では色ズレに対する許容量が大きいことから、図１におけるＬＥＤ素子３６の上部における蛍光体３２の厚さに比べ、ＬＥＤ素子３６の側部の蛍光体３２は厚さがばらついても実害は少ない。
【００３２】
図３及び図４により図１のＬＥＤ装置３０の製造方法を説明する。図３及び図４はＬＥＤ装置３０を製造するための工程説明図である。（ａ）はバンプ電極３５を備えるＬＥＤ素子３６と大判のガラス３１を準備する準備工程を示している。なお（ａ）ではＬＥＤ素子３６について図示していない。
【００３３】
（ｂ）は、ガラス３１に底部が平坦な複数の凹部３１ａをエッチング法で形成する凹部形成工程を示している。エッチング液にはフッ化アンモニウムを使用し、凹部３１ａを形成しない領域をマスクして凹部３１ａをエッチングで形成する。なお凹部３１ａを形成するのにマスクを用いたサンドブラスト法も適用できるが、この場合は底部が平坦でなく湾曲する。
【００３４】
（ｃ）は、凹部３１ａに硬化前の蛍光体３２を滴下する蛍光体滴下工程を示している。ディスペンサを使い各凹部３１ａに適量の蛍光体３２を滴下していく。硬化前の蛍光体３２は溶媒を含みペースト状であり、流動性及びタック性をもっている。滴下後、蛍光体３２の流動性を調整するため加熱して仮硬化しても良い。
【００３５】
（ｄ）は、凹部３１ａの底部と側部に間隙を有するようにＬＥＤ素子３６を配置する半導体発光素子配置工程を示している。ＬＥＤ素子３６のバンプ電極３５を上側にしてソーターにより各凹部３１ａにＬＥＤ素子３６を一個ずつ配置する。また予め図示していない粘着シート上にＬＥＤ素子３６を凹部３１ａのピッチで配列し、この粘着シートをガラス３１に重ね一括してＬＥＤ素子を凹部３１ａに配置しても良い。いずれにしてもＬＥＤ素子３６を配置するとき、蛍光体３２に含まれるビーズスペーサによりＬＥＤ素子３６のサファイア基板３３面とガラス３１との間隙は所望の値に設定される。
【００３６】
（ｅ）は、蛍光体３２を硬化させる硬化工程を示している。約１５０℃で焼成し蛍光体３２に含まれるバインダを硬化させる。なお他の工程の熱処理で蛍光体３２を硬化させられる場合は本工程を省略できる。
【００３７】
（ｆ）は、ガスバリア層３７を形成するガスバリア層形成工程を示している。スパッタ
法によりガラス３１の上面全体にＳｉＯ２膜を形成する。このときバンプ電極３５上にもＳｉＯ２膜が形成されるが、後述するように研磨で除去する。
【００３８】
（ｇ）は、硬化前の白色反射部材３８の塗布工程を示している。バンプ電極３５の上面が埋まる程度に白色反射部材３８をガラス３１上に配置しスキージで平坦化する。その後１５０℃程度で焼成しバインダを硬化させる。
【００３９】
（ｈ）は、白色反射部材３８の研磨工程を示している。研磨材や刃で白色反射部材３８の表面を削りバンプ電極３５の上面を露出させる。このとき前述のＳｉＯ２膜も除去する。
【００４０】
（ｉ）は、接続電極３９を形成する接続電極形成工程を示している。先ず白色反射部材３８及びバンプ電極３５上面全体にスパッタ法でＴｉＷ等からなるメッキ用共通電極を形成する。次にホトリソグラフィ法により、接続電極３９を形成する領域が開口したメッキ用マスクを形成する。続いて電解メッキ法で開口部にＣｕ層を形成し、その後Ｎｉ層とＡｕ層を形成する。メッキ用マスクを除去したら最後に接続電極３９をマスクとして接続電極３９間のメッキ用共通電極をエッチングする。以上のようにして白色反射部材３８上にバンプ電極３５と接続する接続電極３９が形成される。
【００４１】
（ｊ）は、大判のガラス３１をＬＥＤ装置３０に個片化する個片化工程を示している。ダイシング装置を使って、ガスバリア層３７、白色反射部材３８ごとガラス３１を切断し単個のＬＥＤ装置３０を分離する。
【００４２】
本実施形態のＬＥＤ装置３０はリードフレームや回路基板を備えていない。しかしながらガラス３１が硬質であるため実装に際し充分な強度を確保することができる。本実施形態の製造方法においてはＬＥＤ素子３６とガラス３１の間隙を所望の値に設定するためにビーズスペーサを使っていた。しかしながらスペーサを使わず、ＬＥＤ素子３６の加圧量を調整してＬＥＤ素子３６とガラス３１の間隙を調整しても良い。この場合、加圧したまま蛍光体３２を硬化させると良い。またＬＥＤ装置３０は白色反射部材３８を備えていたが、白色反射部材３８の代わりに透明樹脂層を形成し、接続電極３９の反射を利用してもよい。この場合はメッキ用共通電極を高反射アルミとするのが好ましい。
（第２実施形態）
【００４３】
図５により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置４０を説明する。図５はＬＥＤ装置４０の断面図である。ＬＥＤ装置４０は、第１実施形態におけるＬＥＤ装置３０から接続電極３９を取り除いた状態のものを、回路基板４７にフリップチップ実装したものである。ガラス３１と回路基板４７の外郭は等しい。
【００４４】
回路基板４７は板材４３、上電極４４、下電極４６及びスルーホール４５を備え、上下の電極４４，４６はスルーホール４５で接続している。板材４３は、厚さが数１００μｍで、熱伝導性を考慮して樹脂、セラミック、金属から選ぶ。上下の電極４４，４６は、例えば２０μｍ程度の銅箔上にニッケル層と金層を積層したものである。板材４３が樹脂の場合、スルーホール４５は熱伝導性をよくするため内部を金属ペーストで埋めておくと良い。
【００４５】
バンプ電極３５と上電極４４とは接合用金属４２で接続している。接合用金属４２は、半田でも良いが、本実施形態ではＡｕＳｎ共晶合金とした。ＡｕＳｎ共晶接合は、融点を３００℃前後に設定できるため、ＬＥＤ装置４０をマザーボードに実装するとき、２６０℃程度のリフロー温度が掛かっても接合部が固体であり続けられるので有利である。
【００４６】
ＬＥＤ装置４０は白色反射部材３８と回路基板４７の間に樹脂層４１が充填されている。この樹脂層４１は水分などの侵入を防いでいる。樹脂層４１を形成するため、個片化したガラス３１（ＬＥＤ素子３６等を含む）を、回路基板４７が連結した大判の集合基板に実装し、そのあと集合基板とガラス３１間に樹脂を充填する。また樹脂層４１の代わりにガラス３１の周辺部でＡｕＳｎ共晶合金を使って回路基板４７とガラス３１（白色反射部材３８は除去しておく）を接合しても良い。この場合は大判のガラス３１（ＬＥＤ素子３６等を含む）と集合基板を直接貼りあわせ、バンプ電極３５とともにガラス３１も共晶接合する。そして最後にＬＥＤ装置４０に個片化すると良い。
（第３実施形態）
【００４７】
図６により本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ装置５０を説明する。図６はＬＥＤ装置５０の断面図である。ＬＥＤ装置５０は、第１実施形態におけるＬＥＤ装置３０に対しガラス５１の左右両端に切りかき部３１ｂを追加したものである。切りかき部３１ｂは、ＬＥＤ装置５０の周辺部全体に形成されており、平面的には枠状になっている。切りかき部３１ｂはガスバリア層５７と白色反射部材５８を備え、この白色反射部材５８でＬＥＤ素子３６及び蛍光体３２から横方向に発した光線を上方に向けＬＥＤ装置５０の発光効率を向上させている。
【００４８】
切りかき部３１ｂは、図３に示した蛍光体の硬化工程の後、サンドブラスト法でガラス５１に網目状の凹部を形成する。その後、図３、４の（ｆ）〜（ｊ）の工程を進めるとＬＥＤ装置５０が得られる。
（第４実施形態）
【００４９】
図１，５，６で示した第１〜３実施形態におけるＬＥＤ装置３０，４０，５０は、ガラス３１，５１の底部に白色反射部材３８，５８を備えていた。反射部材としては白色反射部材に限られず金属反射層であっても良い。金属反射層を備えるＬＥＤ装置として図７〜１０を用いて本発明の第４実施形態を説明する。なおＬＥＤ３６は図１，５，６で示したものと共通である。
【００５０】
図７は第４実施形態におけるＬＥＤ装置６０（半導体発光装置）の断面図である。ガラス６１の下面には箱形の凹部６１ａがあり、凹部６１ａ内に蛍光体６２とＬＥＤ素子３６が配置されている。なお本実施形態では、図１等に比べ凹部６１が深く掘られており、ＬＥＤ素子３６も深く浸潤させているためＬＥＤ素子３６の底面はバンプ電極３５の占める領域を除いて蛍光体６２で覆われている。凹部６１ａの上部及び側部とＬＥＤ素子３６との間には間隙があり、この間隙に蛍光体６２が充填されている。上部の間隙と側部の間隙の厚さは概ね等しい。
【００５１】
ガラス６１の下面には金属反射層６８が形成されている。金属反射層６８は、反射率からＡｇが好ましく、Ａｌであっても良い。また金属反射層６８、ガラス３１の下面、及び蛍光体６２の下面は、ガスバリア層６７で被覆されている。ガスバリア層６７の下面にはバンプ電極３５と接続し、アノード及びカソードとして機能する接続電極６９が形成されている。
【００５２】
以上のようにして本実施形態におけるＬＥＤ装置６０では、ＬＥＤ素子３６の周りにのみ蛍光体６２が存在し、ガラス６１とガスバリア層６７が蛍光体６２を封止している。またガスバリア層６７はガラス６１の底面に形成された金属反射層６８も被覆し、金属反射層６８の硫化や酸化を防いでいる。
【００５３】
蛍光体６２、ガスバリア層６７及び接続電極６９の材質は、第１〜３実施形態における蛍光体３２、ガスバリア層３７，５７及び接続電極３９と同等である。金属反射層６８は
白色反射部材３８，５８と同様に下方に向かう光を上方に反射させることでＬＥＤ装置６０の発光効率を改善している。
【００５４】
図８によりＬＥＤ装置６０の電極面（底面）を説明する。図８は、説明のため接続電極６９を剥がしとった状態で図７に示したＬＥＤ装置６０を底面側から眺めた底面図である。なお接続電極６９は点線で示した。ガラス６１の内側にはスリット６８で２分割された金属反射層６８がある。このスリット６８ａは、接続電極６９と金属反射層６８とが短絡しても、接続電極６９同士は短絡しないようにしているものである。中央部にある長方形の領域は、バンプ電極３５を除いた部分が蛍光体６２である。
【００５５】
図９及び図１０により図７のＬＥＤ装置６０の製造方法を説明する。図９及び図１０はＬＥＤ装置６０を製造するための工程説明図である。なお滴下など重力を使う工程なので、図７とは上下倒置して描いている。
【００５６】
（ａ）で示した準備工程では、（ｅ）で示すバンプ電極３５を備えたＬＥＤ素子３６とともに大判のガラス６１を準備する。
【００５７】
（ｂ）は、ガラス６１の上面に金属反射層６８を形成する工程を示している。金属反射層６８は、マスクを使ってスパッタ法により形成する。
【００５８】
（ｃ）はガラス６１に凹部６１ａを形成する凹部形成工程を示している。凹部６１ａ以外を被覆し、エッチングにより凹部６１ａを形成する。
【００５９】
（ｄ）は、凹部６１ａに硬化前の蛍光体６２を滴下する蛍光体滴下工程、（ｅ）は、凹部６１ａの底部と側部に間隙を有するようにＬＥＤ素子３６を配置する半導体発光素子配置工程を示し、図３（ｃ），（ｄ）に対応する。なお半導体発光素子配置工程や後述するガスバリア層形成工程における熱処理で蛍光体６２が硬化するので、図３（ｅ）の硬化工程に相当する工程は図示していない。
【００６０】
（ｆ）と（ｇ）はガスバリア層形成工程を示している。まずスパッタ法でガラス上部全体にＳｉＯ２膜を形成する（ｆ）。このときバンプ電極３５上にもＳｉＯ２膜ができる。次にバンプ電極３５の上面を削り表面を露出させる（ｇ）。なおガスバリア層６７が１００ｎｍ程度であるのに対し、バンプ電極は１０〜３０μｍあるが、見易いように同じ厚さで図示している。
【００６１】
（ｈ），（ｉ）は、接続電極６９を形成する接続電極形成工程、及び大判のガラス６１をＬＥＤ装置６０に個片化する個片化工程を示している。この工程は、図４（ｉ）、（ｊ）で示したものと同等である。
【符号の説明】
【００６２】
３０，４０，５０，６０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
３１，５１，６１…ガラス、
３１ａ，６１ａ…凹部、
３１ｂ…切りかき部、
３２，６２…蛍光体、
３３…サファイア基板、
３４…半導体層、
３５…バンプ電極、
３６…ＬＥＤ素子（半導体発光素子）、
３７，５７，６７…ガスバリア層、
３８，５８…白色反射部材、
３９，６９…接続電極、
４１…樹脂層、
４２…接合用金属、
４３…板材、
４４…上電極、
４５…スルーホール、
４６…下電極、
４７…回路基板、
６８…金属反射層、
６８…スリット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の周囲に蛍光体が偏在した半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（以後とくに断らない限りＬＥＤ素子と呼ぶ）をパッケージ化するとき、ＬＥＤ素子の周囲の直近に蛍光体を偏在させ方位角にともなって変化する色ムラを低減させる半導体発光装置（以後とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）がある。
【０００３】
このＬＥＤ装置の製造方法としては、回路基板にＬＥＤ素子を実装してから電気泳動法、電着法、スプレイ法等で蛍光体をＬＥＤ素子に付着するものが知られている。電気泳動法はＬＥＤ素子の光出射面や側面に蛍光体付着用の電極を設けなければならず煩瑣である。またＬＥＤ装置は発光色を一定にするため蛍光体の量を精度良く制御しなければならないが、電気泳動法、電着法、スプレイ法は蛍光体が電界や慣性により空間を移動するため蛍光体粒子径のバラツキを狭い範囲に収めなければならない。もっと手軽な製造方法としては蛍光体粒子径への制限が少ない機械的加工を採用するものがある（例えば特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の図１の一部を図１１に示し、ＬＥＤ素子の構造と加工例を説明する。図１１において、（ｇ）は発光ダイオード１（ＬＥＤ素子）の断面図、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｆ）が加工工程の説明図である。（ｇ）に示すように発光ダイオード１は、サファイア基板１０の上面と側面に蛍光体層１４が形成されている。サファイア基板１０の下面は電極面１５となっており、発光層１９、ｐ電極７とｎ電極８がある。（ｂ）の工程では切削具２１で複数の発光ダイオードが配列されているウェハー状態のサファイア基板１０に溝１２を形成する。（ｃ）の工程ではウェハー上面に蛍光体ペースト１３を塗布しスキージ２６で平坦化する。（ｄ）の工程では目的の厚みとするため研磨具２２で蛍光体層１４を研磨する。（ｆ）の工程ではダイシングテープ２４上にウェハーを置き切断具２５で溝の中央を切断する。以上の工程で周囲に蛍光体層１４を備えた発光ダイオード１が個片化される。
【０００５】
特許文献１の方法など自分自身の周りに蛍光体を偏在させるようにしたＬＥＤ素子（発光ダイオード１）は、ふつう樹脂やセラミック、金属からなる回路基板上にフリップチップ実装され、回路基板上面とともに樹脂で封止されることが多い。
【０００６】
簡単にＬＥＤ素子周りだけに蛍光体を配置させることが可能で、さらに蛍光体とともにＬＥＤ素子や回路基板上面を樹脂で封止することができる方法が、特許文献２の図１に示されている。特許文献２の図１に示された製造方法は、まず予め凹部４ａを形成しておいたシート４の凹部４ａに、蛍光体６を混合した樹脂５ａを所定量注入する。次に実装基板１（回路基板）にフリップチップ実装したＬＥＤチップ２（ＬＥＤ素子）を樹脂５ａに浸潤し、最後に接着材８で実装基板とシート４を接着している。
【０００７】
しかしながら樹脂による封止は、樹脂が水蒸気など気体成分を通し易いため、反応し易い蛍光体が使えないという課題がある。これに対しＬＥＤ素子周りに蛍光体を偏在させながら、蛍光体の長期信頼性を高める手法として、蛍光体やＬＥＤ素子をガラスで封止する発光装置（ＬＥＤ装置）が特許文献３の図１０に示されている。特許文献３の図１０に示された発光装置１は、基板３上にフリップチップ実装したＬＥＤ素子２の周囲を蛍光体層１５がとり囲み、基板２上面とともに蛍光体層１５をガラス封止部６で封止している。こ
の発光素子１は、周囲に蛍光体層６を備え、基板３上にフリップチップ実装されたＬＥＤ素子２を基板３ごとガラスのホットプレス加工により封止したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３９７８５１４号公報 （図１）
【特許文献２】特開２００８−６０１６６号公報 （図１）
【特許文献３】特許第４６３７１６０号公報 （図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の図１で示されたＬＥＤ装置は、樹脂封止であるため長期的な信頼性を欠くという課題があるばかりでなく、凹部４ａに注入しなければならない樹脂５ａを正確に決めなくてはならない。つまり、ＬＥＤ素子やその突起電極の厚さがばらつくため、ＬＥＤ素子毎に注入量を制御する必要がある。しかしながら特許文献２にはこの課題に関する記載がない。またこれらの課題はないとしても、特許文献３の図１０に示されたＬＥＤ装置は予めＬＥＤ素子の周辺部に蛍光体を偏在させておかなければならい点が課題となる。なお特許文献３の図１０に対する説明の中にはどのようにして蛍光体を偏在させたか記載がない。いずれにしろ予めＬＥＤ素子の周りに蛍光体を偏在させておくことは煩瑣である。
【００１０】
そこで本発明は、これらの課題に鑑みて為されたものであり、半導体発光素子の周りだけに蛍光体を備える構造を維持したまま、長寿命化が可能で製造し易い半導体発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、
透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置において、
凹部を有するガラスと、
前記半導体層に突起電極が接続し、前記凹部の底部及び側部との間に間隙を有するように配置された半導体発光素子と、
前記間隙に充填された蛍光体と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体を被覆するガスバリア層とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記蛍光体がスペーサを含有していることが好ましい。
【００１３】
前記ガラスの前記凹部を有する側の面であって前記突起電極が占める以外の領域に白色反射部材を備えることが好ましい。
【００１４】
前記ガラスの底面に金属反射層を備え、前記ガスバリア層が該金属反射層を被覆しても良い。
【００１５】
前記金属反射層がスリットで分割されていても良い。
【００１６】
前記突起電極と接続し、メッキ法により形成した接続電極を設けると良い。
【００１７】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置の製造方法は、透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置の製造方法において、
突起電極を備える半導体発光素子と大判のガラスを準備する準備工程と、
該ガラスに複数の凹部を形成する凹部形成工程と、
該凹部に硬化前の蛍光体を滴下する蛍光体滴下工程と、
該凹部の底部と側部に間隙を有するように前記半導体発光素子を配置する半導体発光素子配置工程と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体をガスバリア層で被覆するガスバリア層形成工程と
前記ガラスを個別の前記半導体発光装置に個片化する個片化工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
前記凹部形成工程においてエッチング法により底部が平坦な凹部を形成しても良い。
【００１９】
前記準備工程において準備する前記ガラスが底面に金属反射層を備えていても良い。
【００２０】
前記ガスバリア層から露出した前記パンプ電極に接続する接続電極を電解メッキ法で形成しても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体発光装置において蛍光体の大部分は、ガス透過性が著しく低いガラスと半導体発光素子により外気から遮断されている。またガラスと半導体発光素子の間隙から露出する蛍光体層はガスバリア層が被覆する。このようにして蛍光体が外気から遮断されるため超寿命化が達成される。また凹部の深さ、半導体発光素子の厚さなどさまざまな変動要因により、間隙における蛍光体の高さがばらついても、このガスバリア層が蛍光体露出部を被覆するので、この間隙に充填される蛍光体の量に対する許容値が広くなり、長寿命化とともに製造の容易化が達成される。以上のように本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子の周りに蛍光体を備える構造を維持したまま、長寿命化が可能で製造し易い構造になる。
【００２２】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、突起電極を有する半導体発光素子とともに大判ガラスを準備し、凹部形成工程、蛍光体滴下工程、半導体発光素子配置工程、及びガスバリア層形成工程を含む途中工程を大判ガラスで進め、最後に大判ガラスを個片化し個別の半導体発光装置を得る集合工法である。この工程により前述の構造の半導体発光装置が得られるため、本発明の半導体発光装置の製造方法は、半導体発光素子の周りに蛍光体を備える構造でありながら、ガラス及びガスバリア層による封止で長寿命化が達成され、集合工法により効率よく製造できるとともにガスバリア層が蛍光体滴下量の許容範囲を大きくし製造を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図２】図１のＬＥＤ装置の底面図。
【図３】図１のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図４】図１のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図６】本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図７】本発明の第４実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図８】図７のＬＥＤ装置の底面図。
【図９】図７のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図１０】図７のＬＥＤ装置を製造するための工程説明図。
【図１１】従来のＬＥＤ素子の断面図とその製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図１〜１０を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。さらに特許請求の範囲に記載した発明特定事項との関係をカッコ内に記載している。
（第１実施形態）
【００２５】
図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置３０（半導体発光装置）の断面図である。ガラス３１の下面には箱形の凹部３１ａがあり、凹部３１ａ内に蛍光体３２とＬＥＤ素子３６が配置されている。凹部３１ａの上部（底部）及び側部とＬＥＤ素子３６との間には間隙があり、この間隙に蛍光体３２が充填されている。上部の間隙と側部の間隙の厚さは概ね等しい。なおＬＥＤ素子３６は、サファイア基板３３（透明基板）の下に半導体層３４を備え、半導体層３４の下面にアノード用及びカソード用のバンプ電極３５（突起電極）が付着している。
【００２６】
ガラス３１の下面、ガラス３１下面及びＬＥＤ素子３６から露出する蛍光体３２、及びバンプ電極３５が占める領域以外のＬＥＤ素子３６下面は、ガスバリア層３７で被覆されている。さらにガスバリア層３７の下面には白色反射部材３８がある。白色反射部材３８の下面とバンプ電極３５の下面は高さが一致している。白色反射部材３８及びバンプ電極３５の下面にはアノード及びカソードとして機能する接続電極３９が形成されている。なお図１ではガラス３１の底面と蛍光体３２の底面の高さも一致させているが、それぞれの高さが多少ずれてもガスバリア層は凹凸に沿って形成され蛍光体３２の底面を封止できるので問題ない（以下同様）。
【００２７】
またＬＥＤ素子３６は、サファイア基板３３に半導体層３４を備えるＬＥＤ素子３６の周りに蛍光体３２が偏在し、蛍光体３２とともにＬＥＤ素子３６がガラス３１、ガスバリア層３７及び白色反射部材３８で封止されている。
【００２８】
蛍光体３２は、珪酸塩系（又は窒化物系）の緑色蛍光粒子及び窒化物系の赤色蛍粒子に加えビーズスペーサを含み、シリコーン樹脂をバインダとしている。なお凹部３１ａの底部における蛍光体３２の厚みは７０〜１００μｍでビーズスペーサの直径で決まる。半導体層３４から出射した青色光と、この青色光で励起された蛍光体３２による緑色光及び赤色光とが混色し白色光が得られる。蛍光体３２がＬＥＤ素子３６の周囲に偏在すると出射方向（方位角）によって変化する色ムラ（白色光の色度変化）が軽減する。シリコーン樹脂の代わりにオルガノポリシロキサンなど焼結するとガラス質になるバインダを使っても良い。このバインダは無機質であるため耐光性が良好なためＬＥＤ装置３０の長寿命化にとって好ましい。
【００２９】
ＬＥＤ素子３６のサファイア基板３３は厚さが８０〜１２０μｍであるが、さらに薄くすればサファイア基板３３の側面から出射する光が減り、上方へ向かう光が増える。半導体層３４は厚さが７μｍ程度であり、ｐ型半導体層とｎ型半導体層を含む青色発光ダイオードである。半導体層３４の下面にはｐ型半導体層及びｎ型半導体層の露出部があり、それぞれの露出部にバンプ電極３５が形成され、バンプ電極３５はアノード及びカソード電極となる。バンプ電極３５は電解メッキ法で形成し、厚さが１０〜３０μｍ程度になる。なおｎ型半導体層の露出部だけにｎ側のバンプ電極３５を形成するのではなく、層間絶縁膜と金属配線を追加し、ｐ型半導体層上にもｎ側のバンプ電極３５を積層させるようにすると、ｐ側及びｎ側のバンプ電極形状を決めるときに自由度が増すためＬＥＤ装置３０の電極設計が楽になる。
【００３０】
ガスバリア層３７は厚さが１００〜３００ｎｍのＳｉＯ２膜である。ＳｉＯ２等の無機
膜は数１０ｎｍで高いガスバリア性を示すため、蛍光体３２の下端から侵入しようとする水分等を強く阻止する。白色反射部材３８は、二酸化チタン等の反射性微粒子、前述のシリコーン樹脂やオルガノポリシロキサンなどのバインダ、溶媒及び触媒とを混練したペーストを１５０℃程度で焼結したものである。白色反射部材３８は下方に向かう光を上方に反射させることでＬＥＤ装置３０の発光効率を改善している。なお高度な長寿命化が不要な場合はガスバリア層３７を無くすこともできる。また接続電極３９はメッキ用共通電極であるＴｉＷ層と、電解メッキ法で作成したＣｕ層、Ｎｉ層及びＡｕ層とを有し、総厚が１０μｍ程度である。
【００３１】
図２によりＬＥＤ装置３０の電極面（底面）を説明する。図２は蛍光体３２の形状を説明するために描いたＬＥＤ装置３０の電極面の底面図である。底面の構造を説明するため接続電極３９は点線で示し、ガスバリア層３７，白色反射部材３８は省略した。ガラス３１は長方形の凹部３１ａを備え、その内側に蛍光体３２がある。蛍光体３２はＬＥＤ素子３６を枠上に取り囲んでいる。ＬＥＤ素子３６の下面には２個のバンプ電極３５があり、バンプ電極３５以外の領域から半導体層３４がみえる。蛍光体３２の厚さは前述と同様に７０〜１００μｍ程度であるが、この値は凹部３１ａの外形やＬＥＤ素子３６の配置精度により決まる。なおＬＥＤ素子３６の横方向に出射する光線が利用しづらいことと、方位角の大きな領域では色ズレに対する許容量が大きいことから、図１におけるＬＥＤ素子３６の上部における蛍光体３２の厚さに比べ、ＬＥＤ素子３６の側部の蛍光体３２は厚さがばらついても実害は少ない。
【００３２】
図３及び図４により図１のＬＥＤ装置３０の製造方法を説明する。図３及び図４はＬＥＤ装置３０を製造するための工程説明図である。（ａ）はバンプ電極３５を備えるＬＥＤ素子３６と大判のガラス３１を準備する準備工程を示している。なお（ａ）ではＬＥＤ素子３６について図示していない。
【００３３】
（ｂ）は、ガラス３１に底部が平坦な複数の凹部３１ａをエッチング法で形成する凹部形成工程を示している。エッチング液にはフッ化アンモニウムを使用し、凹部３１ａを形成しない領域をマスクして凹部３１ａをエッチングで形成する。なお凹部３１ａを形成するのにマスクを用いたサンドブラスト法も適用できるが、この場合は底部が平坦でなく湾曲する。
【００３４】
（ｃ）は、凹部３１ａに硬化前の蛍光体３２を滴下する蛍光体滴下工程を示している。ディスペンサを使い各凹部３１ａに適量の蛍光体３２を滴下していく。硬化前の蛍光体３２は溶媒を含みペースト状であり、流動性及びタック性をもっている。滴下後、蛍光体３２の流動性を調整するため加熱して仮硬化しても良い。
【００３５】
（ｄ）は、凹部３１ａの底部と側部に間隙を有するようにＬＥＤ素子３６を配置する半導体発光素子配置工程を示している。ＬＥＤ素子３６のバンプ電極３５を上側にしてソーターにより各凹部３１ａにＬＥＤ素子３６を一個ずつ配置する。また予め図示していない粘着シート上にＬＥＤ素子３６を凹部３１ａのピッチで配列し、この粘着シートをガラス３１に重ね一括してＬＥＤ素子を凹部３１ａに配置しても良い。いずれにしてもＬＥＤ素子３６を配置するとき、蛍光体３２に含まれるビーズスペーサによりＬＥＤ素子３６のサファイア基板３３面とガラス３１との間隙は所望の値に設定される。
【００３６】
（ｅ）は、蛍光体３２を硬化させる硬化工程を示している。約１５０℃で焼成し蛍光体３２に含まれるバインダを硬化させる。なお他の工程の熱処理で蛍光体３２を硬化させられる場合は本工程を省略できる。
【００３７】
（ｆ）は、ガスバリア層３７を形成するガスバリア層形成工程を示している。スパッタ
法によりガラス３１の上面全体にＳｉＯ２膜を形成する。このときバンプ電極３５上にもＳｉＯ２膜が形成されるが、後述するように研磨で除去する。
【００３８】
（ｇ）は、硬化前の白色反射部材３８の塗布工程を示している。バンプ電極３５の上面が埋まる程度に白色反射部材３８をガラス３１上に配置しスキージで平坦化する。その後１５０℃程度で焼成しバインダを硬化させる。
【００３９】
（ｈ）は、白色反射部材３８の研磨工程を示している。研磨材や刃で白色反射部材３８の表面を削りバンプ電極３５の上面を露出させる。このとき前述のＳｉＯ２膜も除去する。
【００４０】
（ｉ）は、接続電極３９を形成する接続電極形成工程を示している。先ず白色反射部材３８及びバンプ電極３５上面全体にスパッタ法でＴｉＷ等からなるメッキ用共通電極を形成する。次にホトリソグラフィ法により、接続電極３９を形成する領域が開口したメッキ用マスクを形成する。続いて電解メッキ法で開口部にＣｕ層を形成し、その後Ｎｉ層とＡｕ層を形成する。メッキ用マスクを除去したら最後に接続電極３９をマスクとして接続電極３９間のメッキ用共通電極をエッチングする。以上のようにして白色反射部材３８上にバンプ電極３５と接続する接続電極３９が形成される。
【００４１】
（ｊ）は、大判のガラス３１をＬＥＤ装置３０に個片化する個片化工程を示している。ダイシング装置を使って、ガスバリア層３７、白色反射部材３８ごとガラス３１を切断し単個のＬＥＤ装置３０を分離する。
【００４２】
本実施形態のＬＥＤ装置３０はリードフレームや回路基板を備えていない。しかしながらガラス３１が硬質であるため実装に際し充分な強度を確保することができる。本実施形態の製造方法においてはＬＥＤ素子３６とガラス３１の間隙を所望の値に設定するためにビーズスペーサを使っていた。しかしながらスペーサを使わず、ＬＥＤ素子３６の加圧量を調整してＬＥＤ素子３６とガラス３１の間隙を調整しても良い。この場合、加圧したまま蛍光体３２を硬化させると良い。またＬＥＤ装置３０は白色反射部材３８を備えていたが、白色反射部材３８の代わりに透明樹脂層を形成し、接続電極３９の反射を利用してもよい。この場合はメッキ用共通電極を高反射アルミとするのが好ましい。
（第２実施形態）
【００４３】
図５により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置４０を説明する。図５はＬＥＤ装置４０の断面図である。ＬＥＤ装置４０は、第１実施形態におけるＬＥＤ装置３０から接続電極３９を取り除いた状態のものを、回路基板４７にフリップチップ実装したものである。ガラス３１と回路基板４７の外郭は等しい。
【００４４】
回路基板４７は板材４３、上電極４４、下電極４６及びスルーホール４５を備え、上下の電極４４，４６はスルーホール４５で接続している。板材４３は、厚さが数１００μｍで、熱伝導性を考慮して樹脂、セラミック、金属から選ぶ。上下の電極４４，４６は、例えば２０μｍ程度の銅箔上にニッケル層と金層を積層したものである。板材４３が樹脂の場合、スルーホール４５は熱伝導性をよくするため内部を金属ペーストで埋めておくと良い。
【００４５】
バンプ電極３５と上電極４４とは接合用金属４２で接続している。接合用金属４２は、半田でも良いが、本実施形態ではＡｕＳｎ共晶合金とした。ＡｕＳｎ共晶接合は、融点を３００℃前後に設定できるため、ＬＥＤ装置４０をマザーボードに実装するとき、２６０℃程度のリフロー温度が掛かっても接合部が固体であり続けられるので有利である。
【００４６】
ＬＥＤ装置４０は白色反射部材３８と回路基板４７の間に樹脂層４１が充填されている。この樹脂層４１は水分などの侵入を防いでいる。樹脂層４１を形成するため、個片化したガラス３１（ＬＥＤ素子３６等を含む）を、回路基板４７が連結した大判の集合基板に実装し、そのあと集合基板とガラス３１間に樹脂を充填する。また樹脂層４１の代わりにガラス３１の周辺部でＡｕＳｎ共晶合金を使って回路基板４７とガラス３１（白色反射部材３８は除去しておく）を接合しても良い。この場合は大判のガラス３１（ＬＥＤ素子３６等を含む）と集合基板を直接貼りあわせ、バンプ電極３５とともにガラス３１も共晶接合する。そして最後にＬＥＤ装置４０に個片化すると良い。
（第３実施形態）
【００４７】
図６により本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ装置５０を説明する。図６はＬＥＤ装置５０の断面図である。ＬＥＤ装置５０は、第１実施形態におけるＬＥＤ装置３０に対しガラス５１の左右両端に切りかき部３１ｂを追加したものである。切りかき部３１ｂは、ＬＥＤ装置５０の周辺部全体に形成されており、平面的には枠状になっている。切りかき部３１ｂはガスバリア層５７と白色反射部材５８を備え、この白色反射部材５８でＬＥＤ素子３６及び蛍光体３２から横方向に発した光線を上方に向けＬＥＤ装置５０の発光効率を向上させている。
【００４８】
切りかき部３１ｂは、図３に示した蛍光体の硬化工程の後、サンドブラスト法でガラス５１に網目状の凹部を形成する。その後、図３、４の（ｆ）〜（ｊ）の工程を進めるとＬＥＤ装置５０が得られる。
（第４実施形態）
【００４９】
図１，５，６で示した第１〜３実施形態におけるＬＥＤ装置３０，４０，５０は、ガラス３１，５１の底部に白色反射部材３８，５８を備えていた。反射部材としては白色反射部材に限られず金属反射層であっても良い。金属反射層を備えるＬＥＤ装置として図７〜１０を用いて本発明の第４実施形態を説明する。なおＬＥＤ３６は図１，５，６で示したものと共通である。
【００５０】
図７は第４実施形態におけるＬＥＤ装置６０（半導体発光装置）の断面図である。ガラス６１の下面には箱形の凹部６１ａがあり、凹部６１ａ内に蛍光体６２とＬＥＤ素子３６が配置されている。なお本実施形態では、図１等に比べ凹部６１が深く掘られており、ＬＥＤ素子３６も深く浸潤させているためＬＥＤ素子３６の底面はバンプ電極３５の占める領域を除いて蛍光体６２で覆われている。凹部６１ａの上部及び側部とＬＥＤ素子３６との間には間隙があり、この間隙に蛍光体６２が充填されている。上部の間隙と側部の間隙の厚さは概ね等しい。
【００５１】
ガラス６１の下面には金属反射層６８が形成されている。金属反射層６８は、反射率からＡｇが好ましく、Ａｌであっても良い。また金属反射層６８、ガラス３１の下面、及び蛍光体６２の下面は、ガスバリア層６７で被覆されている。ガスバリア層６７の下面にはバンプ電極３５と接続し、アノード及びカソードとして機能する接続電極６９が形成されている。
【００５２】
以上のようにして本実施形態におけるＬＥＤ装置６０では、ＬＥＤ素子３６の周りにのみ蛍光体６２が存在し、ガラス６１とガスバリア層６７が蛍光体６２を封止している。またガスバリア層６７はガラス６１の底面に形成された金属反射層６８も被覆し、金属反射層６８の硫化や酸化を防いでいる。
【００５３】
蛍光体６２、ガスバリア層６７及び接続電極６９の材質は、第１〜３実施形態における蛍光体３２、ガスバリア層３７，５７及び接続電極３９と同等である。金属反射層６８は
白色反射部材３８，５８と同様に下方に向かう光を上方に反射させることでＬＥＤ装置６０の発光効率を改善している。
【００５４】
図８によりＬＥＤ装置６０の電極面（底面）を説明する。図８は、説明のため接続電極６９を剥がしとった状態で図７に示したＬＥＤ装置６０を底面側から眺めた底面図である。なお接続電極６９は点線で示した。ガラス６１の内側にはスリット６８で２分割された金属反射層６８がある。このスリット６８ａは、接続電極６９と金属反射層６８とが短絡しても、接続電極６９同士は短絡しないようにしているものである。中央部にある長方形の領域は、バンプ電極３５を除いた部分が蛍光体６２である。
【００５５】
図９及び図１０により図７のＬＥＤ装置６０の製造方法を説明する。図９及び図１０はＬＥＤ装置６０を製造するための工程説明図である。なお滴下など重力を使う工程なので、図７とは上下倒置して描いている。
【００５６】
（ａ）で示した準備工程では、（ｅ）で示すバンプ電極３５を備えたＬＥＤ素子３６とともに大判のガラス６１を準備する。
【００５７】
（ｂ）は、ガラス６１の上面に金属反射層６８を形成する工程を示している。金属反射層６８は、マスクを使ってスパッタ法により形成する。
【００５８】
（ｃ）はガラス６１に凹部６１ａを形成する凹部形成工程を示している。凹部６１ａ以外を被覆し、エッチングにより凹部６１ａを形成する。
【００５９】
（ｄ）は、凹部６１ａに硬化前の蛍光体６２を滴下する蛍光体滴下工程、（ｅ）は、凹部６１ａの底部と側部に間隙を有するようにＬＥＤ素子３６を配置する半導体発光素子配置工程を示し、図３（ｃ），（ｄ）に対応する。なお半導体発光素子配置工程や後述するガスバリア層形成工程における熱処理で蛍光体６２が硬化するので、図３（ｅ）の硬化工程に相当する工程は図示していない。
【００６０】
（ｆ）と（ｇ）はガスバリア層形成工程を示している。まずスパッタ法でガラス上部全体にＳｉＯ２膜を形成する（ｆ）。このときバンプ電極３５上にもＳｉＯ２膜ができる。次にバンプ電極３５の上面を削り表面を露出させる（ｇ）。なおガスバリア層６７が１００ｎｍ程度であるのに対し、バンプ電極は１０〜３０μｍあるが、見易いように同じ厚さで図示している。
【００６１】
（ｈ），（ｉ）は、接続電極６９を形成する接続電極形成工程、及び大判のガラス６１をＬＥＤ装置６０に個片化する個片化工程を示している。この工程は、図４（ｉ）、（ｊ）で示したものと同等である。
【符号の説明】
【００６２】
３０，４０，５０，６０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
３１，５１，６１…ガラス、
３１ａ，６１ａ…凹部、
３１ｂ…切りかき部、
３２，６２…蛍光体、
３３…サファイア基板、
３４…半導体層、
３５…バンプ電極、
３６…ＬＥＤ素子（半導体発光素子）、
３７，５７，６７…ガスバリア層、
３８，５８…白色反射部材、
３９，６９…接続電極、
４１…樹脂層、
４２…接合用金属、
４３…板材、
４４…上電極、
４５…スルーホール、
４６…下電極、
４７…回路基板、
６８…金属反射層、
６８…スリット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置において、
凹部を有するガラスと、
前記半導体層に突起電極が接続し、前記凹部の底部及び側部との間に間隙を有するように配置された半導体発光素子と、
前記間隙に充填された蛍光体と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体を被覆するガスバリア層とを備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体がスペーサを含有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記ガラスの前記凹部を有する側の面であって前記突起電極が占める以外の領域に白色反射部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記ガラスの底面に金属反射層を備え、前記ガスバリア層が該金属反射層を被覆することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記金属反射層がスリットで分割されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記突起電極と接続し、メッキ法により形成した接続電極を設けることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置の製造方法において、
突起電極を備える半導体発光素子と大判のガラスを準備する準備工程と、
該ガラスに複数の凹部を形成する凹部形成工程と、
該凹部に硬化前の蛍光体を滴下する蛍光体滴下工程と、
該凹部の底部と側部に間隙を有するように前記半導体発光素子を配置する半導体発光素子配置工程と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体をガスバリア層で被覆するガスバリア層形成工程と
前記ガラスを個別の前記半導体発光装置に個片化する個片化工程とを備えることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記凹部形成工程においてエッチング法により底部が平坦な凹部を形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記準備工程において準備する前記ガラスが底面に金属反射層を備えていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ガスバリア層から露出した前記パンプ電極に接続する接続電極を電解メッキ法で形成することを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１】
透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置において、
凹部を有するガラスと、
前記半導体層に突起電極が接続し、前記凹部の底部及び側部との間に間隙を有するように配置された半導体発光素子と、
前記間隙に充填された蛍光体と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体を被覆するガスバリア層とを備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体がスペーサを含有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記ガラスの前記凹部を有する側の面であって前記突起電極が占める以外の領域に白色反射部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記ガラスの底面に金属反射層を備え、前記ガスバリア層が該金属反射層を被覆することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記金属反射層がスリットで分割されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記突起電極と接続し、メッキ法により形成した接続電極を設けることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
透明基板上に半導体層を備える半導体発光素子の周囲直近に蛍光体が偏在し、該蛍光体とともに前記半導体発光素子が封止される半導体発光装置の製造方法において、
突起電極を備える半導体発光素子と大判のガラスを準備する準備工程と、
該ガラスに複数の凹部を形成する凹部形成工程と、
該凹部に硬化前の蛍光体を滴下する蛍光体滴下工程と、
該凹部の底部と側部に間隙を有するように前記半導体発光素子を配置する半導体発光素子配置工程と、
前記ガラスの底面とともに前記間隙から露出する前記蛍光体をガスバリア層で被覆するガスバリア層形成工程と
前記ガラスを個別の前記半導体発光装置に個片化する個片化工程とを備えることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記凹部形成工程においてエッチング法により底部が平坦な凹部を形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記準備工程において準備する前記ガラスが底面に金属反射層を備えていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ガスバリア層から露出した前記パンプ電極に接続する接続電極を電解メッキ法で形成することを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４６９４２（Ｐ２０１２−１４６９４２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４０８８（Ｐ２０１１−１０４０８８）
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【Ｆターム（参考）】
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