Ｌｅｄ装置の製造方法

专利摘要:
ＬＥＤ装置の製造方法を提供する。本方法では、分離バッフル（１２、２７、３８）によりＬＥＤの発光面とボンディングワイヤ領域（１３、３９）とを隔て、これにより蛍光体被覆工程で蛍光体が発光面だけに被覆される。この方法はＬＥＤ装置のフリップチップ構造体又は垂直チップ構造体に適用できる。この方法は白色光ＬＥＤを直接製造でき、パッケージ工程で蛍光体を使用する必要がなく、白色光ＬＥＤの製造工程は簡単化される。
公开号:JP2011513946A
申请号:JP2010547023
申请日:2008-05-27
公开日:2011-04-28
发明作者:樊邦弘；翁新川
申请人:鶴山麗得電子實業有限公司；
IPC主号:H01L33-50

专利说明:

[0001] 本発明は、ＬＥＤ装置の製造方法、特に、製造途中のＬＥＤ装置の発光面を、ボンディングワイヤ領域等の他の領域から隔て、発光面上だけに蛍光体を被覆するＬＥＤ装置の製造方法に関する。]
背景技術

[0002] 発光ダイオード（ＬＥＤ）は、半導体材料でできた順方向バイアスされるＰＮ接合ダイオードである。ＰＮ接合ダイオードの端子間が順方向にバイアスされると、非平衡キャリア（電子‐正孔対）の再結合により発光する。この発光プロセスは、自発的な発光プロセスと概ね同じである。ＬＥＤを製造するための材料は、高濃度にドープされて、ＰＮ接合が形成され、熱平衡状態においてｎ型領域は過剰な数の自由電子を有し、ｐ型領域は過剰な数の正孔を有する。ＰＮ接合に亘って自発的に空乏領域が形成され、空乏領域は電子と正孔との再結合を防ぐ。ＰＮ接合が十分な電圧で順方向バイアスされると、この空乏領域は狭くなり、電子は空乏領域の電界に打ち勝ってＰＮ接合を通過し、ＰＮ接合のｐ型領域側に注入される。次に、電子は正孔と出会い再結合し、これにより発光する。]
[0003] 通常、従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、基板上にｎ型半導体材料層、発光層、及びｐ型半導体材料層を含む積層構造体を形成することで製造される。従来のＬＥＤは、様々な所望の波長の光を発するために様々な材料と構造とを採用する。例えば、青色と緑色のＬＥＤは通常、サファイアを基板として、ＧａＩｎＮエピタキシャル構造体を積層構造体として使用する。サファイアを基板として使用するので、従来の発光ダイオードのアノードとカソードは基板の同じ側に形成される。図１を参照すると、ｎ型ＧａＮ層５、発光層４、ｐ型ＧａＮ層３、及び透明電極層２がサファイア基板６上に順に形成される。アノード１とカソード７はそれぞれ透明電極層２とｎ型ＧａＮ層５の上に形成される。しかし、サファイア基板６は熱放散が弱く、熱伝導構造体が発光層４から離れて配置されている。従って、製造される従来のＬＥＤは、０．３ｍｍ×０．３ｍｍの面積を有し動作電流が２０ｍＡのＬＥＤ等の小面積で低出力のＬＥＤに限られている。] 図１
[0004] より高い照明効率とより良好な照度とが要求されているので、フリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置が高出力ＬＥＤ装置として、上記従来のＬＥＤ装置を徐々に置き換えている。図２を参照すると、フリップチップ８の底面が発光面として機能し、フリップチップ８の上面の電極が、熱伝導構造体として機能するシリコン基板９のヒートシンク側に取り付けられる。フリップチップ８はシリコン基板９に近接しているので、熱放散効率が向上する。従って、ＬＥＤ装置の面積を１ｍｍ×１ｍｍに増加させることが出来、動作電流は３００又は５００ｍＡに達し、ＬＥＤ装置は最大１ワットの出力を有することが出来る。] 図２
[0005] 高出力ＬＥＤ装置は白色光灯に主に適用される。白色ＬＥＤ装置の製造技術は、蛍光体をパッケージする技術を通常必要とする。しかし、白色ＬＥＤ装置の製造工程において、蛍光体被覆は制御が難しく、不均一な白色光照度が生じ放射される白色光の色温度と座標に影響し、従って、パッケージ歩留りが減少する。このようなパッケージ欠陥は特に高出力白色ＬＥＤ装置に顕著である。]
課題を解決するための手段

[0006] 本発明によれば、ＬＥＤ装置の製造方法が提供される。本発明に係る方法は分離バッフルを使用し、ＬＥＤの発光面をボンディングワイヤ領域等のその他の領域から該ボンディングワイヤ領域上の分離バッフルにより隔て、蛍光体被覆工程で該ＬＥＤの該発光面上にだけ蛍光体を被覆する。従って、パッケージ工程で蛍光体を使用する必要がない。]
[0007] 好ましくは、前記ＬＥＤ装置は高出力白色ＬＥＤ装置である。
好ましくは、前記ＬＥＤ装置は、フリップチップ構造体又は垂直チップ構造体を有する。]
[0008] 本発明によれば、フリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造方法が提供される。本発明に係る方法は、基部上に１つ以上のフリップチップ構造体を装着するステップと、該基部上にボンディングワイヤ領域を該１つ以上のフリップチップ構造体を囲うよう配置するステップと、該ボンディングワイヤ領域上に分離バッフルを配置して該フリップチップ構造体の発光面としての透明電極層の裏面を該ボンディングワイヤ領域から隔てるステップと、蛍光体の懸濁液を該透明電極層上に被覆するステップと、該懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させて、該蛍光体を固化させ、蛍光体層を形成するステップと、該分離バッフルを取り去るステップと、該基部を分割して、１つのフリップチップ構造体を有する１つ以上の単一ユニットＬＥＤ装置を形成するステップとを含む。]
[0009] 本発明によれば、垂直チップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造方法が提供される。本発明に係る方法は、基部上に１つ以上の垂直チップ構造体であって、該各垂直チップ構造体は該基部上に順に成膜されたｐ側電極、ｐ型半導体材料層、発光層、ｎ型半導体材料層、及び発光面として機能する透明電極層を含む１つ以上の垂直チップ構造体を装着し、該透明電極層の一部の上にボンディングワイヤ領域を配置するステップと、該ボンディングワイヤ領域上に分離バッフルを配置して、該ボンディングワイヤ領域を該透明電極層の残りの部分から隔てるステップと、蛍光体の懸濁液を該透明電極層上に被覆するステップと、該懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させて、該蛍光体を固化させ、蛍光体層を形成するステップと、該分離バッフルを取り去るステップと、該基部を分割して、１つの垂直チップ構造体を有する１つ以上の単一ユニットＬＥＤ装置を形成するステップとを含む。]
[0010] 本発明によれば、フリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造方法が提供される。本発明に係る方法は、基部上に金属接合層を配置し、その上に１つ以上のフリップチップ構造体を、該金属接合層の周縁部が該１つ以上のフリップチップ構造体を囲うよう装着するステップと、該金属接合層の該周縁部上に分離バッフルを配置して、該金属接合層と反対の側の該ｎ型半導体材料層を該金属接合層の該周縁部から隔てるステップと、蛍光体の懸濁液を該ｎ型半導体材料層上に被覆するステップと、該懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させて、該蛍光体を固化させ、蛍光体層を形成するステップと、該分離バッフルを取り去るステップと、該基部を分割して、１つのフリップチップ構造体を有する１つ以上の単一ユニットＬＥＤ装置を形成するステップとを含む。]
[0011] 好ましくは、発光面上の蛍光体の接着を向上させるために、粗い表面を有する粗い層が前記蛍光体層と前記フリップチップ又は垂直チップ構造体との間に配置される。]
[0012] 従って、白色ＬＥＤ装置を蛍光体パッケージ技術を使用することなく直接製造でき、このため白色ＬＥＤ装置の製造工程全体が簡単化される。]
図面の簡単な説明

[0013] 従来技術に係る青色と緑色の発光ダイオードの側面図である。
従来技術に係るフリップチップ構造体を有する従来のＬＥＤ装置の側面図である。
本発明に係る方法をフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造に適用した場合に使用される分離バッフルの平面図である。
図３の分離バッフルを有しフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造途中の側面図である。
本発明に係る方法を別のフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造に適用した場合に使用される分離バッフルの平面図である。
図５の分離バッフルを有し該別のフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造途中の側面図である。
本発明に係る方法を垂直チップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造に適用した場合に使用される分離バッフルの平面図である。
図７の分離バッフルを有し垂直チップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造途中の側面図である。] 図３ 図５ 図７
実施例

[0014] 添付の図面と実施形態により本発明を更に説明する。
本発明によれば、ＬＥＤ装置の発光面をボンディングワイヤ領域等の他の領域から隔てるために分離バッフルを使用し、蛍光体被覆工程で発光面上だけに蛍光体を被覆することで、蛍光体被覆の均一性を向上させ、パッケージ工程の蛍光体パッケージ技術を不要にできる。本発明はフリップチップ構造体又は垂直チップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造に適用できる。]
[0015] 図３は本発明に係る方法をフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造に適用した場合に使用される分離バッフルの平面図である。図４は図３の分離バッフルを有しフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造途中の側面図である。図４を参照すると、サファイアでできていてもよい透明基板８を有する１つ以上のフリップチップ構造体が、基部９上に、フリップチップ構造体の上面が基部９と対向した状態で装着される。基部９はシリコン、窒化アルミニウム、銅、窒化ガリウム、酸化亜鉛、及びこれらの組合せからなるグループから選択された材料でできていてよい。フリップチップ構造体の発光面として機能する透明電極層１０が透明基板８の裏面上に配置される。粗い表面を有する粗い層１４が透明電極層１０上に選択的に配置され、蛍光体をフリップチップ構造体に被覆した時、蛍光体の接着を向上させる。或いは、粗い層１４は省略可能である。ボンディングワイヤ領域１３がフリップチップ構造体を囲っている。分離バッフル１２がボンディングワイヤ領域１３上に配置され、発光面として機能する透明電極層１０をボンディングワイヤ領域１３から隔てる。図３は多数のフリップチップ構造体に適用された分離バッフルの平面図である。この分離バッフルはフリップチップ構造体のサイズに一致した寸法の開口を多数有している。蛍光体の懸濁液を透明電極層１０上又は粗い層１４上にスピンコート又は滴下コートにより直接被覆する。懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させると、蛍光体は固化して、蛍光体層１１を形成する。蛍光体層１１を形成した後、分離バッフル１２を取り去る。上記のステップにより、フリップチップ構造体の発光面上に蛍光体が均一に被覆され固化される。従って、蛍光体パッケージ技術をパッケージ工程で使用することを避けることが出来る。次に、基部９は分割されて、１つのフリップチップ構造体を有する単一ユニットＬＥＤ装置が得られる。] 図３ 図４
[0016] 図５は本発明に係る方法を別のフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造に適用した場合に使用される分離バッフルの平面図である。図６は図５の分離バッフルを有し該別のフリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造途中の側面図である。図６を参照すると、１つ以上のフリップチップ構造体が基部２０上に、金属接合層２１を介して装着される。基部２０はシリコン、窒化アルミニウム、銅、窒化ガリウム、酸化亜鉛、及びこれらの組合せからなるグループから選択された材料でできていてよい。フリップチップ構造体は金属接合層２１に対面した反射金属層２２と、発光積層構造体とを含む。この発光積層構造体は、反射金属層２２上に順に成膜されたｐ型半導体材料層２３、量子井戸発光層２４、及びｎ型半導体材料層２５を含む。図６のフリップチップ構造体は図４のフリップチップ構造体と透明サファイア基板が取り除かれている点で異なる。粗い表面を有する粗い層２８はｎ型半導体材料層２５上に選択的に配置され、蛍光体をフリップチップ構造体に被覆した時、蛍光体の接着を向上させる。或いは、粗い層２８は省略可能である。分離バッフル２７が金属接合層２１の周縁部上に配置され、発光面として機能するｎ型半導体材料層２５を金属接合層２１の周縁部から隔てる。分離バッフル２７はｎ型半導体材料層２５の平面サイズに一致した寸法の開口を多数有している。蛍光体の懸濁液を粗い層２８上にスピンコート又は滴下コートにより直接被覆する。懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させると、蛍光体は固化して、蛍光体層２６を形成する。蛍光体層２６を形成した後、分離バッフル２７を取り去る。次に、基部２０は分割されて、１つのフリップチップ構造体を有する単一ユニットＬＥＤ装置が得られる。上記のステップにより、フリップチップ構造体の発光面上に蛍光体が均一に被覆され固化される。従って、蛍光体パッケージ技術をパッケージ工程で使用することを避けることが出来る。] 図４ 図５ 図６
[0017] 図７は本発明に係る方法を垂直チップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造に適用した場合に使用される分離バッフルの平面図である。図８は図７の分離バッフルを有し垂直チップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造途中の側面図である。図８を参照すると、垂直チップ構造体は、基部３２上に順に成膜されたｎ側電極３３、ｐ型半導体材料層３４、発光層４１、ｎ型半導体材料層３５、及び透明電極層３６を含む。透明電極層３６は垂直チップ構造体の発光面として機能する。粗い表面を有する粗い層４０が透明電極層３６上に選択的に配置され、蛍光体を垂直チップ構造体に被覆した時、蛍光体の接着を向上させる。或いは、粗い層４０は省略可能である。ボンディングワイヤ領域３９が粗い層４０の粗い表面の一部の上に配置されている。図７は基部３２上に装着された多数の垂直チップ構造体に適用された分離バッフル３８の平面図である。分離バッフル３８は分離バッフル１２及び２７と各ボンディングワイヤ領域３９を隔てる拡張部Ａを有している点で異なる。分離バッフル３８は垂直チップ構造体の発光面と形状及びサイズが一致した開口を多数有している。蛍光体の懸濁液を発光面上にスピンコート又は滴下コートにより直接被覆する。懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させると、蛍光体は固化して、蛍光体層３７を形成する。蛍光体層３７を形成した後、分離バッフル３８を取り去る。上記のステップにより、垂直チップ構造体の発光面上に蛍光体が均一に被覆され固化される。従って、蛍光体パッケージ技術をパッケージ工程で使用することを避けることが出来る。次に、基部３２は分割されて、１つの垂直チップ構造体を有する単一ユニットＬＥＤ装置が得られる。] 図７ 図８
[0018] また、本発明を他のチップ構造体を有するＬＥＤ装置、特に蛍光体層を有する高出力ＬＥＤ装置に適用することが出来る。]
[0019] 本発明によれば、分離バッフルを使用してＬＥＤ装置の発光面をボンディングワイヤ領域等の他の領域から隔て、これにより蛍光体被覆工程で蛍光体を発光面上だけに被覆するので、蛍光体の均一性が向上する。白色ＬＥＤ装置の場合、白色光の色温度と座標の均一性を効果的に制御できる。従って、蛍光体パッケージ技術を使用することなく、白色ＬＥＤ装置を製造することが出来、このため白色ＬＥＤ装置のパッケージ工程は簡単化される。]
[0020] ８ 透明基板
９ 基部
１０透明電極層
１１蛍光体層
１２分離バッフル
１３ボンディングワイヤ領域
１４ 粗い層]

权利要求:

請求項1
ＬＥＤチップの発光面をボンディングワイヤ領域から該ボンディングワイヤ領域上の分離バッフルにより隔てるステップと、蛍光体被覆工程で該ＬＥＤチップの該発光面上に蛍光体を被覆するステップとを含むＬＥＤ装置の製造方法。
請求項2
前記ＬＥＤ装置は高出力白色ＬＥＤ装置である請求項１に記載の方法。
請求項3
前記ＬＥＤ装置は、フリップチップ構造体又は垂直構造体を有する請求項１又は２に記載の方法。
請求項4
フリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造方法であって、基部（９）上に１つ以上のフリップチップ構造体であって、該各フリップチップ構造体は透明基板（８）と、透明基板（８）の裏面に装着され該フリップチップ構造体の発光面としての透明電極層（１０）とを含む１つ以上のフリップチップ構造体を装着し、該基部（９）上にボンディングワイヤ領域（１３）を該１つ以上のフリップチップ構造体を囲うよう配置するステップと、蛍光体の懸濁液を該透明電極層（１０）上に被覆するステップと、該懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させて、該蛍光体を固化させ、蛍光体層（１１）を形成するステップと、分離バッフル（１２）を取り去るステップと、該基部（９）を分割して、１つのフリップチップ構造体を有する単一ユニットＬＥＤ装置を形成するステップとを含む製造方法。
請求項5
粗い表面を有する粗い層（１４）が前記透明電極層（１０）と前記蛍光体層（１１）との間に配置されている請求項４に記載の方法。
請求項6
前記ＬＥＤ装置は高出力白色ＬＥＤ装置である請求項４又は５に記載の方法。
請求項7
フリップチップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造方法であって、基部（２０）上に金属接合層（２１）を配置し、その上に１つ以上のフリップチップ構造体であって、該各フリップチップ構造体は該金属接合層（２１）に対面する反射金属層（２２）と、発光面としてのｎ型半導体材料層（２５）とを含む１つ以上のフリップチップ構造体を、該金属接合層の周縁部が該１つ以上のフリップチップ構造体を囲うよう装着するステップと、該金属接合層（２１）の該周縁部上に分離バッフル（２７）を配置して、該ｎ型半導体材料層（２５）を該金属接合層（２１）の該周縁部から隔てるステップと、蛍光体の懸濁液を該ｎ型半導体材料層（２５）上に直接被覆するステップと、該懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させて、該蛍光体を固化させ、蛍光体層（２６）を形成するステップと、該分離バッフル（２７）を取り去るステップと、該基部（２０）を分割して、１つのフリップチップ構造体を有する単一ユニットＬＥＤ装置を形成するステップとを含む製造方法。
請求項8
粗い表面を有する粗い層（２８）が前記ｎ型半導体材料層（２５）と前記蛍光体層（２６）との間に配置されている請求項７に記載の方法。
請求項9
前記ＬＥＤ装置は高出力白色ＬＥＤ装置である請求項７又は８に記載の方法。
請求項10
垂直チップ構造体を有するＬＥＤ装置の製造方法であって、基部（３２）上に１つ以上の垂直チップ構造体であって、該各垂直チップ構造体は順に成膜されたｎ側電極（３３）、ｎ型半導体材料層（３４）、発光層（４１）、ｐ型半導体材料層（３５）、及び該垂直チップ構造体の発光面として機能する透明電極層（３６）を含む１つ以上の垂直チップ構造体を装着し、該透明電極層（３６）の一部の上にボンディングワイヤ領域（３９）を配置するステップと、該ボンディングワイヤ領域（３９）上に分離バッフル（３８）を配置して、該ボンディングワイヤ領域（３９）を該透明電極層（３６）の残りの部分から隔てるステップと、蛍光体の懸濁液を該透明電極層（３６）上に直接被覆するステップと、該懸濁液の溶媒を加熱により蒸発させて、該蛍光体を固化させ、蛍光体層（３７）を形成するステップと、該分離バッフル（３８）を取り去るステップと、該基部（３２）を分割して、１つの垂直チップ構造体を有する単一ユニットＬＥＤ装置を形成するステップとを含む製造方法。
請求項11
粗い表面を有する粗い層（４０）が前記透明電極層（３６）と前記蛍光体層（３７）との間に配置されている請求項１０に記載の方法。
請求項12
前記ＬＥＤ装置は高出力白色ＬＥＤ装置である請求項１０又は１１に記載の方法。