專利名稱：芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基板上的兩端部設(shè)置有一對端子電極(包括導(dǎo)線)，在基板上設(shè)置有多個發(fā)光元件芯片(以下稱為LED芯片)的芯片型(表 面安裝型)半導(dǎo)體發(fā)光元件。更詳細(xì)地說，涉及在高電流驅(qū)動下，增 大發(fā)光面積，能夠高亮度發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，還能夠進(jìn)一步提 高光取出效率，達(dá)到高亮度的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
例如如圖5 (a)所示，現(xiàn)有的反射型的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件在 由BT樹脂等構(gòu)成的基板41的兩端部以與基板41的背面連接的方式設(shè) 置有一対'端子電極42、 43，通過在一個端子電極42上管芯焊接LED 芯片44， LED芯片44的下部電極與一個端子電極42連接，通過引線 45使LED芯片44的上部電極與另一個端子電極43電連接。其周圍利 用由液晶聚合物構(gòu)成的樹脂形成的反射殼體46包圍，使光反射在正面 側(cè)，在其內(nèi)部充填透光性樹脂，形成密封樹脂層47 (例如參照專利文 獻(xiàn)1)。另外，近年來，白色半導(dǎo)體發(fā)光元件的開發(fā)正在推進(jìn)，半導(dǎo)體發(fā) 光元件的使用涉及到照明裝置等中，這要求芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件更 加高亮度化，芯片尺寸變大，同時要求輸入變多并能夠進(jìn)行大電流驅(qū) 動。因此，因為LED芯片的發(fā)熱多，即使施加大電流，要防止由熱飽 和造成亮度降低，同時必需進(jìn)一步提高放熱特性。在這種大電流用的 所謂芯片型(表面安裝型)中，周圍具有反射殼體，具有放熱特性的 半導(dǎo)體發(fā)光元件，例如考慮圖5 (b)所示的結(jié)構(gòu)。艮l]，在圖5 (b)中，例如在A1N那樣的熱傳導(dǎo)率大的絕緣性基板 51的周圍，使反射殼體57與基板51—體化的樹脂部52，固定設(shè)置一 對導(dǎo)線53、 54。在其中一個導(dǎo)線53上安裝例如發(fā)出藍(lán)色光的芯片尺寸 大的、例如0.9mmX0.9mm的LED芯片55，與上述的例子同樣，利用
金線等的引線56，使LED芯片55的一對電極與一對引線53、 54電連 接。在LED芯片55和引線接合部分的周圍例如利用白色樹脂(例如 了乇X》PPA)形成反射殼體57，反射殼體57和樹脂部52用白色 樹脂同時地噴射(injection)成型。另外，以覆蓋由反射殼體57包圍 的LED芯片55和引線56的部分的方式，例如涂敷含有將藍(lán)色光的一 部分變換為紅色和綠色利用其混合色成為白色的熒光體的發(fā)光色變換 用樹脂，通過發(fā)光色變換用樹脂層58覆蓋。 [專利文獻(xiàn)l]:特開2001-177155號公報。發(fā)明內(nèi)容如上所述，在現(xiàn)有的高電流驅(qū)動用中，反射型的芯片型半導(dǎo)體發(fā) 光元件通過使用芯片尺寸大的LED芯片，實現(xiàn)提高亮度。然而，當(dāng)增 大芯片面積時，在芯片的中心部發(fā)光，向側(cè)方前進(jìn)的光被半導(dǎo)體層吸 收衰減，不能充分地提高亮度。另外，不管使用芯片尺寸多大的LED 芯片，其大小有界限，作為照明裝置用的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，存 在亮度還不夠充分的問題。另外，在有要求均勻地使較大面積發(fā)光的 照明裝置等中，由于即使增大芯片尺寸，發(fā)光面積為邊長0.9mm的正 方形的小的點狀，所以在照明裝置等的面發(fā)光光源中不適合。另外， 隨著亮度提高，發(fā)熱量更大，通過增大芯片尺寸，LED芯片中心部的 放熱更加惡化，存在由于熱使LED芯片破損，或者特性劣化，可靠性 降低的問題。另外，在大電流驅(qū)動用中，當(dāng)在芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板的 主要部分使用熱傳導(dǎo)率好的金屬板或A1N絕緣基板時，不僅存在加工 性或成本的問題，而且當(dāng)在搭載該芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的安裝基板 偵"不設(shè)置與芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板接觸傳熱好的材料時，即 使芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板的熱傳導(dǎo)率好，熱也不能夠充分地散 發(fā)。另外，當(dāng)利用白色樹脂在表面?zhèn)刃纬稍诖竺娣e上露出的反射殼體 時，該反射殼體的熱傳導(dǎo)率與金屬基板比較，為1/1000左右，較小， 來自該反射殼體的放熱特性非常差，存在從反射殼體的散熱不充分的 問題。另外，當(dāng)基板和反射殼體的熱膨脹率不同時，由于熱循環(huán)在兩 者間產(chǎn)生剝離，進(jìn)一步使散熱惡化。
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的。目的是提供提高光取出效率， 對于相同的輸入進(jìn)一步提高亮度，同時能夠從盡可能大的面積均勻地 發(fā)出光并能夠高亮度地發(fā)光，適合于照明裝置的反射型的芯片型半導(dǎo) 體發(fā)光元件。本發(fā)明的另一個目的為，除了上述目的外，還提供通過進(jìn)一步提 高從芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件全體的散熱，提高應(yīng)對發(fā)熱的可靠性的芯 片型半導(dǎo)體發(fā)光元件。本發(fā)明的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，由基板；在該基板的--面的相 對的兩端部電分離地設(shè)置的一對端子電極；在上述基板的一面上分離 地設(shè)置，與上述一對端子電極電連接的多個發(fā)光元件芯片；和以包圍 該多個發(fā)光元件芯片的各個的周圍的方式設(shè)置的反射壁。這里，所謂 端子電極表示以與LED芯片的電極連接、并能夠與安裝基板等連接的 方式形成的電極，包括在基板上利用金屬膜形成的電極或另外形成的 3線通過接合或者載置設(shè)置在基板上的電極等。上述反射壁的至少一部分由基于糊膏材料的涂敷的層疊體形成， 由此，在狹窄的區(qū)域中也能夠高精度地形成反射壁。此外，層疊體通 過重復(fù)涂敷、干燥最終低溫干燥處理或燒成而能夠固定。優(yōu)選，上述基板和反射壁都是由以氧化鋁燒結(jié)體為主材料的材料 形成，由此能夠提高放熱特性。這里，所謂主材料表示基板等的至少 50%以上為氧化鋁燒結(jié)體，其他材料、雜質(zhì)等多少包含有一些也可以。另外，優(yōu)選，在上述基板的上述多個發(fā)光元件芯片被設(shè)置的位置 上分別設(shè)置貫通孔，通過在該貫通孔內(nèi)埋入比上述基板的熱傳導(dǎo)率大 的材料，能干進(jìn)一步提高放熱特性。依據(jù)本發(fā)明，由于在反射型的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件中，將LED 芯片分割為多個在基板上分離地設(shè)置，由反射壁(反射器)包圍各個 LED芯片的周圍，因此與設(shè)置1個大的芯片的情況比較，芯片側(cè)面的 面積大，從各個芯片側(cè)面射出的光的總量增加，因此向上方的光量也 增加。即，在1個大面積的芯片中，在中心部發(fā)光沿側(cè)方向行進(jìn)的光 容易被活性層等半導(dǎo)體層吸收衰減，但在本發(fā)明中，由于分割成小的 芯片，所以由中心部的芯片發(fā)光沿側(cè)方向行進(jìn)的光也從其側(cè)壁向外射 出并被反射壁向上方反射，而能夠有效地利用。另外，由于不是1個LED芯片，而是被分割的小的LED芯片分散在基板的大的面積上，所 以不是點狀的光源，而是作為面狀的光源發(fā)揮作用，成為易于適合照 明裝置的光。并且，關(guān)于LED芯片內(nèi)部的發(fā)熱，由于在細(xì)分的LED 芯片附近分別設(shè)置有能夠散熱的反射壁，所以在LED芯片的每個小區(qū) 域中，能夠通過基板和反射壁散熱，因此能夠改善熱造成的劣化。另外，通過在反射壁和基板上使用熱傳導(dǎo)率較好的氧化鋁燒結(jié)體， 基板和反射壁之間的熱膨脹差不成為問題，能夠保持密合性，并且與 白色樹脂制的情況比較，能夠以大約100倍的速度傳熱。其結(jié)果是， 能夠從具有大面積的反射壁的露出面散熱，即使在從基板的散熱不充 分的情況下(不論安裝基板的放熱特性如何)，能夠從反射壁放射熱， LED的放熱特性大大提高，能夠大幅提高可靠性。并且，由于利用無 機(jī)材料形成反射壁，因此即使溫度上升也幾乎不發(fā)生變色，能夠維持 良好且穩(wěn)定的反射率。并且，通過在上述基板的上述多個發(fā)光元件芯片被設(shè)置的位置上 分別設(shè)置貫通孔，通過在該貫通孔內(nèi)埋入熱傳導(dǎo)率比上述基板大的材 料.，由于從LED芯片產(chǎn)生的熱經(jīng)由氧化鋁燒結(jié)體，再通過埋入貫通孔 內(nèi)的材料傳至安裝基板，能夠使通過基板的熱傳導(dǎo)提高，在安裝基板 側(cè)有熱傳導(dǎo)率好的材料的情況下，通過該材料能夠提高基于熱傳導(dǎo)的 放熱。


圖1為說明本發(fā)明的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個實施方式的平 面和截面的說明圖；圖2為說明本發(fā)明的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件中使用的基板的電極 圖形的平面的說明圖；圖3為說明本發(fā)明的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的另一個實施方式的 平面和截面的說明圖；圖4為說明圖1所示的LED芯片的層疊結(jié)構(gòu)的截面說明圖；圖5為表示現(xiàn)有的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的例子的截面說明圖。符號說明 1——基板2—LED芯片3——反射壁4——放熱用通孔11——第一端子電極12——第二端子電極具體實施方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件。本發(fā)明 的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，如在圖1中該一個實施方式的平面和截面 (圖1 (a)的B-B截面和C-C截面)的說明圖分別所示的那樣，在基 板1的一面(表面)的相對的兩端部電分離地設(shè)置有一對端子電極11、 12，在基板1上的一面(表面，在圖1所示的例中通過背面電極lib 與第一端子電極11電連接的多個第一焊接部lla)上，多個(在圖1 所示的例子中為9個)發(fā)光元件芯片(LED芯片)2分別分離地設(shè)置， 各個LED芯片2的一對電極分別通過第一焊接部11 a與第一端子電極 11電連接，通過電線7和第二焊接部12 a與第二端子電極12電連接， 在基板l的一面(表面)上以包圍多個LED芯片2的各自的周圍的方 式設(shè)置有反射壁3。此外，在圖1所示的例子中，如后所述，在由氧化 鋁燒結(jié)體構(gòu)成的基板1上的設(shè)置有LED芯片2的部分，分別形成第一 焊接部lla、其下的貫通孔，在該貫通孔內(nèi)形成埋入有銀等的熱傳導(dǎo)率 比基板1大的材料的放熱用通孔4，通過第一焊接部11 a、放熱用通孔 4和基板背面?zhèn)鹊谋趁骐姌Ollb， LED芯片2的下部電極與第一端子電 極11電連接。基板1使用由氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成的基板，能夠使用厚度與通常的 芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件厚度相同的基板，能夠使用厚度大約為 0.06 0.5mm的基板。該基板1例如通過燒結(jié)厚度大約為0.3mm的印制 電路基板(green sheet)得到，在該印制電路基板狀態(tài)下，通過形成后 述的第一和第二端子電極ll、 12的金屬膜或通孔la、 4等，通過燒結(jié) 能夠得到形成有金屬膜等的基板。在該燒結(jié)時，通過形成糊膏狀的氧 化鋁粉末的層疊體，同時進(jìn)行燒結(jié)，能夠利用氧化鋁形成后述的反射 壁3。作為圖1 (a)所示的發(fā)光元件的大小(外形)大約形成為縱X 橫X高為3 5mmX3 5mmX卜3mm。在該基板1的表面上，通過印制或電鍍等形成由Ag或Au等構(gòu)成 的端子電極ll、 12，利用表示基板背面和表面的圖2說明該端子電極 11、 12的圖形。如圖2 (a)的基板背面說明圖所示，在基板l的背面 形成有背面電極llb、 12b，通過利用在通孔la的內(nèi)面形成的側(cè)面電極 (圖中沒有示出)連接表面的端子電極11、 12和背面電極llb、 12b， 由此能夠在安裝基板等上形成為通過直接焊接等搭載的表面安裝型。另外，在圖1 (a)所示的例子中，表面?zhèn)鹊牡谝欢俗与姌O11和第 二端子電極12的圖形的大部分被反射壁3覆蓋，只畫出沒有被覆蓋的 部分，但是實際上，如圖2 (b)的基板表面說明圖中所示，第一端子 電極11設(shè)置在表面的4個角落中的二個角落上，LED芯片2不是直接 與第一端子電極11連接的圖形，而是通過與第一端子電極11電連接 的第一焊接部lla、通孔4和背面電極llb被連接。另一方面，第二端 子電極12設(shè)置在表面上的沒有設(shè)置第一端子電極11的剩余的二個角 落上，以到達(dá)設(shè)置有LED芯片2的位置的附近的方式具有第二焊接部 12 a。第一端子電極11和第二端子電極12不限于這種形狀，也可以不 形成在4個角落，而是在相對的兩邊各自的中央部形成通孔，以僅在 相對的二邊側(cè)延伸的方式形成端子電極11、 12。并且，端子電極ll、 12也可以不是這種金屬膜，而是直接設(shè)置有導(dǎo)線框或?qū)Ь€的結(jié)構(gòu)。第一焊接部lla，在基板表面上，在分別配置多個LED芯片2的 位置，利用與端子電極1K 12等相同的材料同時形成圖形，并通過通 孔4、背面電極llb和在設(shè)置有第一端子電極11的基板角落的通孔la 的內(nèi)面上形成的圖中沒有示出的側(cè)面電極，與第一端子電極11電連接， 其中通孔4是由第一焊接部lla正下的基板1內(nèi)設(shè)置的貫通孔內(nèi)的銀 等構(gòu)成，埋入有熱傳導(dǎo)率比基板1大的導(dǎo)電性材料的放熱用通孔。另 外，第二焊接部12a在第一焊接部lla的附近，作為第二端子電極的 一部分被設(shè)置。此外，由于LED芯片2的數(shù)目能夠根據(jù)需要適當(dāng)變更， 與其相匹配，各焊接部lla、 12a的數(shù)木或形狀也適當(dāng)?shù)刈兏２⑶?，包括圖2的第一端子電極11和第二端子電極12的電極的 圖形形狀為用于并聯(lián)連接多個芯片的一個例子，其他圖形，例如不通
過背面電極lib或放熱用通孔4而將LED芯片2焊接在第一端子電極 11上的圖形，或不設(shè)置第一焊接部lla而直接將LED芯片焊接在放熱 用通孔4上的圖形也可以。另外，在串聯(lián)連接多個芯片的情況下，能 夠自由變更端子電極的圖形，使得能夠串聯(lián)連接。在圖1所示的例子中，在設(shè)置有基板1的LED芯片2的部分，即 在第一焊接部lla正下形成有貫通孔，在該貫通孔內(nèi)形成有埋入有Ag、 Au、 Cu等金屬或者熱傳導(dǎo)率比基板大的導(dǎo)電性材料的放熱用通孔4。 設(shè)置該放熱用通孔4是由于當(dāng)在基板1中使用氧化鋁燒結(jié)體的情況下， 與金屬基板或者A1N基板相比熱傳導(dǎo)率降低，因此為了提高熱傳導(dǎo)率 而設(shè)置放熱用通孔4。另外，是為了連接設(shè)置在基板背面的背面電極 llb和設(shè)置在基板表面的第一焊接部lla的圖形，實現(xiàn)簡易地并聯(lián)連接。 該放熱用通孔4例如直徑大約為0.1 0.5mm①，各個LED芯片2被設(shè) 覽在被焊接的第一焊接部lla的正下，優(yōu)選能夠可靠地進(jìn)行各個LED 芯片2的放熱，能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏Ｍㄟ^采用這種結(jié)構(gòu)，能夠使向 基板1的熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的放熱良好，同時能夠簡單地并聯(lián)連接多個芯片。LED芯片2能夠使用各種發(fā)光色的LED。為了發(fā)白色光，例如使用發(fā)出藍(lán)色或者紫外光的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，并在其表面涂敷混 入有發(fā)光色變換物質(zhì)的透光性樹脂，這樣就能夠成為白色光。該LED 芯片2的大小，如果將現(xiàn)有的邊長為0.9mm的正方形的芯片分割為3 X3個，則成為邊長為0.3mm的正方形的芯片。上表面的引線接合的 大小必須是邊長大約為O.lmm的正方形，因為當(dāng)太大時就沒有分割的 意義了，因此優(yōu)選分割為1邊大約為0.2 0.4mm。在本實施例中，如后 述的圖4 (b)所示，形成為底面是邊長0.3mm的正方形，上表面是邊 長為0.2mm的正方形，截面為梯形。關(guān)于LED芯片2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在 后文敘述。由于反射壁3用于將從各個LED芯片2向四周放射的光集中在正 面?zhèn)?，因此，如在圖l所示的例子中，以包圍各個LED芯片2的周圍 的方式形成。具體地是，如圖1 (b)和(c)所示，以分別包圍設(shè)置有 各個LED芯片2的第一焊接部lla以及通過LED芯片2和引線等被電 連接的第二焊接部12a，并且稍微向外側(cè)擴(kuò)大的方式作為層階狀的層疊 體被設(shè)置。即，反射壁3由挖去基板1上設(shè)置有LED芯片2的部分(第
一焊接部lla和第二焊接部12a)后的格子形狀構(gòu)成，該格子部分分別 從內(nèi)部稍微擴(kuò)大地形成層階狀的層疊體。該格子形狀由四角形構(gòu)成， 同時，在芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件全體的外周(基板l的外周部)，以與 芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的外周部的形狀相符合的形狀(圖1中為四角 形狀)形成。但是，不限于這種形狀，能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兏Ａ硗猓?由于在圖1所示的例子中，LED芯片2的數(shù)目為9個，因此格子為9 個地方，格子數(shù)與LED芯片2的數(shù)目一致，能夠進(jìn)行適當(dāng)變更。在圖l所示的例子中，由于反射壁3非常小，作為反射殼體不能 預(yù)先制作粘貼，因此如后所述，由于利用絲網(wǎng)印刷層疊糊膏狀的氧化 鋁粉末(印制電路板)或樹脂而形成，所以形成為臺階狀。但是，如 圖3所示的例子那樣，外周的反射壁作為與現(xiàn)有技術(shù)同樣的反射殼體 3a能夠預(yù)先形成并粘貼。另外，該反射壁3也可以用白色樹脂等形成，從散熱的觀點來看 優(yōu)選是與基板1 一起由氧化鋁燒結(jié)體形成。當(dāng)利用氧化鋁燒結(jié)體形成 反射壁3時，通過絲網(wǎng)印刷法等在基板1上的反射壁3形成位置上涂 敷糊膏狀的氧化鋁粉末，然后進(jìn)行干燥，再在其上稍微縮小開口部， 并依次重復(fù)同樣的工序，由此將印制電路板層階狀地層疊多層形成層 疊體，此后，通過集中燒結(jié)得到。這樣，通過使基板1和反射壁3的 材料同樣都是氧化鋁燒結(jié)體，使得基板1和反射壁3的密合性良好， 氧化鋁燒結(jié)體雖然熱傳導(dǎo)率比金屬板或A1N差，但比作為現(xiàn)有的反射 殼體使用的白色樹脂的熱傳導(dǎo)率好100倍，能夠快速地將由LED芯片 2產(chǎn)生的熱從基板傳輸至反射壁3，從反射壁3的大的表面進(jìn)行放熱。另外，關(guān)于基板1，與金屬板或A1N相比熱傳導(dǎo)率低大約1個數(shù) 量級，但是從基板1向安裝基板的熱傳導(dǎo)因安裝基板而不同，不一定 能夠充分地進(jìn)行向安裝基板的熱傳導(dǎo)，但是傳遞至反射壁3的熱能夠 可靠地從較大的表面積放出，并且能夠進(jìn)行穩(wěn)定的放熱，同時以相同 的材料構(gòu)成基板1和反射壁3，由此，由于熱膨脹率相同且不會發(fā)生剝 離等，所以能夠高效率地從反射壁3放熱，總的放熱效果提升。特別 是如本發(fā)明那樣，在分別在多個芯片周圍設(shè)置反射壁3的情況下，由 于在反射壁3中的放熱很大程度地決定芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的放熱 特性，因此利用氧化鋁燒結(jié)體形成基板1和反射壁3兩者是非常有效
圖3為本發(fā)明的另一實施例的平面和截面(圖3 (a)的B-B截面 和C-C截面)的說明圖。在該例子中，設(shè)置在基板1上的周圍以外的 反射壁3利用上述的絲網(wǎng)印刷等形成，然后，僅外周部，利用玻璃膠 合劑等粘帖預(yù)先制造的反射殼體3a。此外，雖然與圖l相同的部分的 符號在此省略，但是與圖1所示的例子相同。利用這種結(jié)構(gòu)，由于設(shè) 置在LED芯片2之間的反射壁3利用沒有間隙的絲網(wǎng)印刷形成，因此 在LED芯片2之間的狹窄空間中也能夠正確地形成反射壁，同時能夠 在外周粘貼與現(xiàn)有技術(shù)同樣的具有沒有凹凸的光滑的傾斜面的反射殼 體3a。另外，由于將高的反射殼體3a安裝在外周上，因此即使利用具 有凹凸而且較低的反射壁3不能充分地反射的光也通過該反射殼體3a 完全地反射在正面而能夠有效地利用，因此能夠進(jìn)一步提高亮度。在圖1和圖3所示的例子中，使用發(fā)藍(lán)色光的LED芯片2，例如 圖4 (a)中一個例子的截面結(jié)構(gòu)例所示的那樣，作為使用氮化物半導(dǎo) 體的LED形成。但是，并不局限于該例子，也可以使用氧化鋅類(ZnO 系)化合物等。在白色發(fā)光的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的情況下，即使 在LED芯片2不是發(fā)藍(lán)色光，而是發(fā)紫外光的情況下，通過利用混合 有分別將紫外光變換為紅色、綠色、藍(lán)色的變換材料(熒光體)的樹 脂層覆蓋，由此能夠利用三原色的光的混合而成為白色。即使是這種 發(fā)紫外光的LED芯片，同樣地能夠以使用氮化物半導(dǎo)體或氧化鋅類化 合物進(jìn)行發(fā)光的方式形成。這里，所謂氮化物半導(dǎo)體是指由III族元素的Ga和V族元素的N 的化合物、或者III族元素的Ga的一部分或全部與Al、 In等其他III族 元素置換后的化合物、和/或者V族元素的N的一部分與P、 As等其 他V族元素置換后的化合物(氮化物)構(gòu)成的半導(dǎo)體。另外，氧化鋅 類化合物表示含有Zn的氧化物，作為具體例子，意味著除ZnO夕卜， 包含IIA族元素與Zn、 IIB族元素與Zn或者IIA族元素和IIB族元素 分別與Zn的各自的氧化物。LED芯片2以提高亮度為目的，例如將縱X橫X高大約為0.9mm X0.9mmX0.12mm的現(xiàn)有大小的芯片分割為9個，作成大小大約為 0.3mmX0.3mmX 0.12mm的小的LED芯片2，在這種情況下，在基板1上配置9個LED芯片2形成半導(dǎo)體發(fā)光元件?？墒?，分割的大小可 根據(jù)芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的大小或?qū)⒁O(shè)置在基板上的芯片的數(shù)目 適當(dāng)變更。此外，在這個例子中，LED芯片2的外形為縱截面形狀為 梯形(底面是邊長為0.3mm的正方形，上表面是邊長為0.2mm的正方 形)，但也可以為長方體或立方體形狀。但是，通過作成錐形形狀，光 容易照射在正面?zhèn)?。?dāng)作成這種梯形狀時，例如在由晶片作成芯片的 情況下，通過使用厚度成錐形狀的葉片，將切斷槽作成錐形狀，得到 梯形的LED芯片2。在這種情況下，如后所述，當(dāng)切割外延成長層時， 容易使半導(dǎo)體層損傷，因此優(yōu)選從基板(LED芯片厚度大的部分為基 板)側(cè)進(jìn)行切割，以基板側(cè)作為光取出面。如圖4 (a)所示，使用氮化物半導(dǎo)體的LED，例如在n形SiC基 板21上例如設(shè)置大約0.005 0.1 U m的由AlGaN類化合物(表示包含 A1的混晶比為0的情況，并包含各種情況，以下同)構(gòu)成的低溫緩沖 Jg 22。并且，在該緩沖層22上通過依次層疊例如大約1 5 y m的n形 層23、例如大約0.05 0.3 u m的活性層24和例如大約0.2 1 " m的p 形層25形成半導(dǎo)體層疊部29，其中n形層23例如由n形GaN層等形 成，活性層24例如是將大約1 3nm的InQ.13Ga。.87N構(gòu)成的勢阱層和由 10 20nrn的GaN構(gòu)成的緩沖層層疊3 8對的多重量子阱(MQW)結(jié) 構(gòu)，p形層25例如由p型GaN層等形成。并且，在p型層25的表面 上設(shè)置有例如由ZnO構(gòu)成的大約0.1~10 u m的透光性導(dǎo)電層26，在其 上的一部分上，利用Ti/Au、 Pa/Au等的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置全體厚度大約為 0.1 1 P m的p側(cè)電極27，在SiC基板1的背面，利用Ti-Al合金或者 Ti/Au的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置全體厚度大約為0.1 1 y m的n側(cè)電極28。另外， 在作成上述的梯形芯片的情況下，如圖4 (b)的概略圖所示，優(yōu)選較 小地形成n側(cè)電極28,增大p側(cè)電極27，將SiC基板21作成錐形形 狀，使得來自SiC基板21的背面?zhèn)鹊墓夥派?。在上述例子中，使用SiC基板作為基板，但不限于這種材料。能 夠使用GaN或GaAs等其他的半導(dǎo)體基板，也可以使用藍(lán)寶石基板。 如果是SiC等的半導(dǎo)體基板，則如圖4所示，能夠在基板的背面設(shè)置 一個電極，在藍(lán)寶石那樣的絕緣性基板的情況下，利用蝕刻除去層疊 的半導(dǎo)體層的一部分，露出下層的導(dǎo)電形層(在圖4 (a)的結(jié)構(gòu)中為n形層23)，在露出的部分上形成電極。此外，在使用半導(dǎo)體基板的情 況下，在上述例子中，使用n形基板在下層形成n形層，但也可以以 基板和下層作為p形層。另外，緩沖層22也不限于上述的AlGaN類 化合物，也能夠使用其他的氮化物層或其他的半導(dǎo)體層。在LED芯片 2的基板21為絕緣基板的情況下，與設(shè)置在上述基板1上的一對端子 電極ll、 12的連接方法，兩者都能夠利用引線接合形成，或通過表面 向下倒裝利用粘接劑直接與兩端子電極11、 12連接。另外，n形層23和p形層25不限于上述的GaN層，AlGaN類化 合物等也可以。另外，分別不是單層，也能夠由在活性層上容易封入 AlGaN系化合物那樣的帶隙大的載流子的材料和在與活性側(cè)相反一側(cè) 上容易增大載流子濃度的GaN層等的多層形成。另外，活性層24的 材料能夠根據(jù)所希望的發(fā)光波長選擇，而且不限于MQW結(jié)構(gòu)，也可 以山SQW或者體(bulk)層形成。并且，透光性導(dǎo)電層26也不限于 ZnO，也可以是ITO或Ni和Au的大約2~100nm的薄合金層，只要是 能夠透過光，并且使電流在芯片全體中擴(kuò)散即可。在Ni-Au層的情況 下，由于是金屬層如果較厚就沒有透光性，因此較薄地形成，但在ZnO 或ITO的情況下，由于使光透過，所以也可以較厚。但是如圖4 (b) 所示，在從基板21側(cè)取出光的情況下，不需要透光性，也能夠?qū)i-Au 層作為p側(cè)電極較厚地形成。該LED芯片2，分別管芯焊接(搭載)在例如通過導(dǎo)電性粘接劑 那樣的連接方法與第一端子電極連接的放熱用通孔4上(在圖1所示 的例子中為9個地方)的第一焊接部lla上，由此LED芯片2的上部 電極(p側(cè)電極27)與第一端子電極11電連接，LED芯片2的基板 21側(cè)的電極(n側(cè)電極28)通過金線等的引線7與第二端子電極12 的第二焊接部12a電連接，各個芯片通過第一端子電極11和第二端子 電極12的關(guān)系并聯(lián)連接。利用絲網(wǎng)印刷或玻璃膠合劑在基板1上形成上述反射壁3或反射 殼體3a，管芯焊接并引線接合多個LED芯片2后，通過以覆蓋在該反 射壁3內(nèi)露出的LED芯片2和引線7的部分的方式充填混合有發(fā)光色 變換材料(熒光體)的樹脂，由此能夠?qū)ED芯片2發(fā)出的藍(lán)色光變 換成白色光。即，作為發(fā)光色變換材料，例如能夠使用將由銪(EU)
激活的氧化釔等藍(lán)色光變換為紅色的紅色變換材料、和由二價的錳和 銪(EU)激活的堿土類鋁酸鹽熒光體等的綠色變換材料，通過將這些 發(fā)光色變換材料與硅樹脂或環(huán)氧樹脂等透光性樹脂混合并充填在反射壁3內(nèi)，形成圖中沒有示出的密封樹脂層。此外，在LED芯片2發(fā)出 紫外光的情況下，除了將紫外光變換為紅色、綠色的例如上述發(fā)光色 變換材料外，例如通過進(jìn)一步混合以鈽(Ce)、銪(EU)等作為激活 劑的鹵代磷酸鹽熒光體、鋁酸鹽熒光體等的將紫外光變換為藍(lán)色的發(fā) 光色變換材料，將紫外光作為紅綠藍(lán)的光通過它們的混合，能夠變換 為白色光。另外，在不變換發(fā)光色的情況下，利用透光性樹脂密封。接下來，說明芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的制法。首先在大約0.3mm 厚的大的印制電路基板(取多個片)上利用沖孔作出形成放熱用通孔4 的貫通孔和通孔la用的貫通孔，在其表面形成端子電極11、 12用的 金屬膜，通過將Ag等的金屬材料充填在放熱用通孔4用的貫通孔內(nèi)， 形成設(shè)置有如圖2 (b)所示的端子電極圖形的基板1。另外，印制電 路基板與在基板1的表面上形成的端子電極11、 12連接并連接有背面 電極llb、 12b。接著，例如利用絲網(wǎng)印刷法等，以分別包圍基板上的設(shè)置芯片的 位置的方式涂敷糊膏狀的氧化鋁粉末，然后干燥。利用開口稍微減小 的掩模進(jìn)一步在其上涂敷糊膏狀的氧化鋁粉末，并進(jìn)行干燥。將該過 程反復(fù)數(shù)次，層階狀地層疊向上逐漸變狹窄的反射壁3，然后通過在大 約600~700°C下進(jìn)行燒結(jié)，形成與基板1 一起由氧化鋁燒結(jié)體構(gòu)成的 格子狀的反射壁3。另外，作為其他方法，利用上述的絲網(wǎng)印刷形成芯 片型半導(dǎo)體發(fā)光元件的周圍以外的反射壁3，周圍的反射殼體3a利用 玻璃膠合劑粘貼例如由氧化鋁燒結(jié)體形成為多孔狀的反射殼體3a而形 成。通過作成多孔狀提高反射率和放熱性。該反射壁3使向著側(cè)方向 的光反射至上表面?zhèn)龋沟脤腖ED芯片2放射的光集中在上表面?zhèn)?放射。另外，在基板1和反射壁3中不使用氧化鋁燒結(jié)體而由白色樹 脂形成反射壁3的情況下，在涂敷層疊之后，通過在數(shù)百。C下進(jìn)行低 溫干燥處理，而能夠固定。然后，在絕緣性基板1的表面上的放熱用通孔4上的第一焊接部 11 a上安裝發(fā)出藍(lán)色光或者紫外光的LED芯片2，使LED芯片2的電 極(p側(cè)電極和n側(cè)電極)分別與端子電極11、 12電連接。在圖l所 示的例子中，LED芯片2的p側(cè)電極利用導(dǎo)電性粘接劑等的連接方法 與第--焊接部lla連接，并通過放熱用通孔4與第一端子電極11電連 接，n側(cè)電極(基板側(cè)電極)利用由引線7等構(gòu)成的連接單元，通過焊 接與第二端子電極12電連接。然后，以覆蓋各個LED芯片2的上表面的露出面和反射壁3的內(nèi) 面的方式，例如利用分配器等，通過涂敷混入有將藍(lán)色光變換為綠色 的綠色變換材料和將藍(lán)色光變換為紅色的紅色變換材料的樹脂，形成 使用發(fā)光色變換樹脂的密封樹脂層。作為涂敷方法即使不是利用分配 器的涂敷法，例如也能夠通過使用復(fù)制銷的復(fù)制法進(jìn)行。如以上那樣，本發(fā)明的特征為，在基板1上設(shè)置將現(xiàn)有的LED芯 片較小地分割后多個LED芯片2，在各個LED芯片2的周圍設(shè)置反射 壁3。即，由于LED芯片2從發(fā)光部向四周放射光，因此通常向上表 而放射同時也從側(cè)面放射光。并且，從側(cè)面射出的光由反射壁3反射， 而向上表面方向反射，從側(cè)面發(fā)射的光也沒有浪費而對發(fā)光有幫助。 并且在木發(fā)明中，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣使用1個較大的芯片，而是分割 成多個小的LED芯片2，并在各個LED芯片2的周圍設(shè)置反射壁3， 這樣能夠使側(cè)面的面積比現(xiàn)有技術(shù)中大，能夠增加從側(cè)面發(fā)出的光的 總量。另外，在使用一個大的芯片并在其周圍設(shè)置反射殼體的情況下， 在從芯片內(nèi)部到側(cè)面之間由于被吸收等而衰減，并且即使是從側(cè)面射 出的光，因為芯片和反射殼體的分開距離，從芯片側(cè)面射出的光，在 到達(dá)反射壁前產(chǎn)生光的損失。而且，在本發(fā)明中，將LED芯片2較小 地分割分開設(shè)置，同時在各個LED芯片2的周圍設(shè)置反射壁3，因此 LED芯片2內(nèi)的衰減小，而且芯片和反射壁3的距離縮短，光幾乎沒 有損失能夠可靠地由反射壁3向上表面方向反射。其結(jié)果是，具體地 說，與使用l個大的芯片的情況比較，能夠?qū)⒘炼忍岣呒s20。/。。另外， 通過細(xì)分LED芯片2，必需在各LED芯片上作引線接合，認(rèn)為表面通 過引線接合而覆蓋的面積大，但即使是1個大的LED芯片，為了使電 流在芯片全體上擴(kuò)散，必需從引線接合部分開始使金屬配線呈放射狀 設(shè)置，其損失沒有過多變化。
另外，由于不僅用反射殼體包圍芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件全體的周圍，而且分別在設(shè)置在基板1上的多個LED芯片2的周圍分別設(shè)置反 射壁3，所以能夠使從各個LED芯片2射出的光由LED芯片附近的反 射壁3分別向上方反射。并且，由于被該反射壁3分割的區(qū)域能夠根 據(jù)芯片的數(shù)目細(xì)分，因此使點光源在面內(nèi)分散。其結(jié)果是，在基板1 的整體較大范圍內(nèi)均勻地發(fā)光，作為全體芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，亮 度的而內(nèi)分布極小，與使用現(xiàn)有芯片尺寸的1個較大的芯片的情況比 較，面內(nèi)分布大大改善。而且，如果如現(xiàn)有技術(shù)那樣，使用芯片尺寸大的芯片，在基板周 圍設(shè)置反射殼體的結(jié)構(gòu)，則當(dāng)大電流驅(qū)動時，芯片內(nèi)的熱傳導(dǎo)差，另 外，山于從芯片至反射殼體的距離遠(yuǎn)，所以不能通過反射殼體充分地 散熱，其結(jié)果是，出現(xiàn)由于熱而使芯片劣化等可靠性差的問題。但是 在木發(fā)明中，分割為多個LED芯片2，而且分散地設(shè)置在基板1上， 在J丄:附近分別設(shè)置反射壁，因此，由LED芯片2產(chǎn)生的熱能夠立即由 反射壁3散發(fā)。另外，由于LED芯片2分散地設(shè)置在基板1上，發(fā)熱 區(qū)域也分散在基板上的較大面積上，能夠改善熱引起的劣化。在上述例子中，由于使用藍(lán)色光或紫外光的LED芯片，變成白色 光，閑此使用發(fā)光色變換用樹脂作為密封樹脂，保護(hù)引線等，但是本 發(fā)明不限于發(fā)白色光用的元件，在高亮度容易發(fā)熱的半導(dǎo)體發(fā)光元件 中可以適用。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明能夠作為液晶顯示裝置等的背燈，白色或藍(lán)色系等的各種 發(fā)光元件、照明裝置等廣大領(lǐng)域中作為光源使用。
權(quán)利要求
1、一種芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，由下列部件構(gòu)成基板；在該基板的一面的相對的兩端部電分離地設(shè)置的一對端子電極；在所述基板的一面上分離地設(shè)置，與所述一對端子電極電連接的多個發(fā)光元件芯片；和以包圍該多個發(fā)光元件芯片的各個的周圍的方式設(shè)置的反射壁。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 包圍所述發(fā)光元件芯片的所述反射壁，以該反射壁的內(nèi)周在所述發(fā)光元件芯片側(cè)變小，在離開發(fā)光元件芯片的上表面?zhèn)茸兇蟮姆绞叫?br> 3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述反射壁的至少一部分由基于糊膏材料的涂敷的層疊體形成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 通過將所述反射壁的層疊體形成為層階狀，以包圍所述發(fā)光元件芯片的所述反射壁的內(nèi)周，在該發(fā)光元件芯片側(cè)變小，在離開該發(fā)光 元件芯片的上表面?zhèn)茸兇蟮姆绞?，形成所述反射壁?br> 5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述多個發(fā)光元件芯片的相鄰二個之間的所述反射壁，由基于糊膏材料的涂敷的層疊體形成，在所述多個發(fā)光元件全體的外周，另外 形成的反射殼體固定在所述基板上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述基板和反射壁都由以氧化鋁燒結(jié)體為主材料的材料形成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 在所述基板的設(shè)置有所述發(fā)光元件芯片的位置設(shè)置貫通孔，通過 在該貫通孔內(nèi)埋入熱傳導(dǎo)率比所述基板大的材料形成放熱用通孔。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 在所述貫通孔內(nèi)埋入導(dǎo)電體，所述發(fā)光元件芯片的一個電極通過所述放熱用通孔與設(shè)置在所述基板的背面的背面電極連接，該背面電 極與所述一對端子電極的一個連接。
9、 根據(jù)利要求l所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述發(fā)光元件芯片形成為該發(fā)光元件芯片的上表面或下表面的一邊的大小為0.2 0.4mm的四邊形。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 搭載在所述基板的 一 個面上的發(fā)光元件芯片的縱截面形狀為梯形，以使所述基板側(cè)為長邊，與所述基板相反側(cè)的上表面?zhèn)葹槎踢叺?方式，在所述基板上搭載所述發(fā)光元件芯片。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述發(fā)光元件芯片以發(fā)出藍(lán)色光或紫外光的方式形成，在所述發(fā)光元件芯片上設(shè)置混入有將該發(fā)出的光變換為白色光的發(fā)光色變換材 料的透光性樹脂。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述多個發(fā)光元件芯片在所述一對端子電極間并聯(lián)連接。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于: 所述多個發(fā)光元件芯片在所述一對端子電極間串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明提供芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件。其是能夠提高光取出效率，對于相同的輸入能夠進(jìn)一步提高亮度，同時能夠盡可能從大的面積均勻地發(fā)光并且能夠高亮度發(fā)光，在照明裝置中使用的反射型的芯片型半導(dǎo)體發(fā)光元件。在基板(1)的一面(表面)的兩端部電分離地設(shè)置有一對端子電極(11)、(12)，在該基板(1)上的一個面(表面)上多個LED芯片(2)分別分離設(shè)置，各個LED芯片(2)通過第一焊接部(11a)與第一端子電極(11)電連接，通過電線(7)和第二焊接部(12a)與第二端子電極(12)電連接，在基板(1)的一個面(表面)上以分別包圍多個LDE芯片(2)的周圍的方式設(shè)置有反射壁(3)。
文檔編號H01L33/64GK101401221SQ200780008188
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者井上登美男 申請人:羅姆股份有限公司