JP5010203B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

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。

従来から、図１５に示すように、ＬＥＤチップ１’と、シリコン基板２０ａ’を用いて形成されＬＥＤチップ１’が実装された実装基板（パッケージ）２’とを備え、ＬＥＤチップ１’への給電路の一部となる複数の貫通孔配線２４’およびＬＥＤチップ１’で発生した熱の放熱路となる複数のサーマルビア２６’が実装基板２’の厚み方向に貫設された発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、図１５に示した構成の発光装置は、ＬＥＤチップ１’の一表面側に形成された各電極（図示せず）がＡｕバンプ１３ａ’，１３ａ’を介して実装基板２’の導体パターン２５ａ’，２５ａ’と電気的に接続されるとともに、各導体パターン２５ａ’，２５ａ’それぞれが複数（図示例では、３つ）の貫通孔配線２４’を介して外部接続用電極２７ａ’，２７ａ’と電気的に接続されている。また、この発光装置は、実装基板２’におけるＬＥＤチップ１’との対向面にＬＥＤチップ１’のチップサイズよりも小さな放熱用金属部２１’が形成されており、ＬＥＤチップ１’と放熱用金属部２１’とが複数のＡｕバンプ１３ｃ’を介して熱結合されるとともに、放熱用金属部２１’が複数のサーマルビア２６’を介して放熱用パッド部２８’と熱結合されている。

なお、図１５に示した構成の発光装置は、各貫通孔配線２４’および各サーマルビア２６’の形成にあたって、シリコン基板２０ａ’に貫通孔配線２４’用の貫通孔およびサーマルビア２６’用の貫通孔を同時に形成してから、熱酸化によりシリコン酸化膜からなる絶縁膜（図示せず）を形成し、その後、めっき法などによって貫通孔配線２４’とサーマルビア２６’とを同時に形成している。
特開２００５−１９６０９号公報

図１５に示した構成の発光装置では、ＬＥＤチップ１’の各電極と電気的に接続された導体パターン２５ａ’，２５ａ’が貫通孔配線２４’，２４’を介して外部接続用電極２７ａ’，２７ａ’と電気的に接続されているので、実装基板２’の平面サイズの小型化を図れるとともに、回路基板などへの実装面積を小さくすることができる。しかしながら、図１５に示した構成の発光装置では、ＬＥＤチップ１’と放熱用金属部２１’とが複数のＡｕバンプ１３ｃ’により熱結合されており、しかも、放熱用金属部２１’の平面サイズがＬＥＤチップ１’のチップサイズよりも小さいので、ＬＥＤチップ１’で発生した熱の放熱路の熱抵抗が比較的大きく、しかも、放熱用金属部２１’の平面サイズによりサーマルビア２６’の数が制限されるので、放熱性の向上が望まれていた。

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、放熱性を高めることが可能な発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、半導体基板を用いて形成されＬＥＤチップが実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップへの給電路の一部となる複数の貫通孔配線およびＬＥＤチップで発生した熱の放熱路となる複数のサーマルビアが実装基板の厚み方向に貫設された発光装置であって、実装基板は、前記厚み方向に直交する断面における各サーマルビアの断面積が各貫通孔配線の断面積よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップの一面全体が接合されＬＥＤチップと複数のサーマルビアとを熱結合する均熱板部を有してなり、当該実装基板は、ＬＥＤチップが実装されるＬＥＤ実装部と、ＬＥＤ実装部においてＬＥＤチップが実装される領域の周部に設けられた壁部と、壁部から張り出した張出部とを有し、張出部に、ＬＥＤチップから放射された光を検出する光検出素子が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、実装基板は、当該実装基板の厚み方向に直交する断面における各サーマルビアの断面積が各貫通孔配線の断面積よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップの一面全体が接合されＬＥＤチップと複数のサーマルビアとを熱結合する均熱板部を有しているので、ＬＥＤチップで発生した熱の放熱路のうちＬＥＤチップから各サーマルビアまでの間に放熱路の断面積がＬＥＤチップのチップサイズよりも小さくなる区間が存在しないことにより、熱抵抗を低減することができて放熱性を高めることが可能となり、しかも、実装基板の厚み方向に直交する断面における各サーマルビアの断面積を小さくすることなくサーマルビアの数を増やすことが可能となるから、放熱性をより一層高めることが可能となる。また、この発明によれば、実装基板は、ＬＥＤチップが実装されるＬＥＤ実装部と、ＬＥＤ実装部においてＬＥＤチップが実装される領域の周部に設けられた壁部と、壁部から張り出した張出部とを有し、張出部に、ＬＥＤチップから放射された光を検出する光検出素子が設けられてなるので、ＬＥＤチップから放射された光を検出することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板は、前記各貫通孔配線と接続される複数の導体部が前記均熱板部の周辺に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記実装基板の厚み方向において前記ＬＥＤチップと前記貫通孔配線とが重複している場合に比べて、前記サーマルビアの数を増やすことが可能となるから、放熱性を高めることが可能となる。

請求項１の発明では、放熱性を高めることが可能になるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図１０に基づいて説明する。

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が実装された実装基板２と、実装基板２の上記一表面側において収納凹所２ａを閉塞する形で実装基板２に固着された透光性部材３と、実装基板２に設けられＬＥＤチップ１から放射された光を検出する光検出素子４（図３参照）と、実装基板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、アクリル樹脂など）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と備えている。ここで、実装基板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に光検出素子４が設けられている。なお、本実施形態では、実装基板２と透光性部材３とでパッケージを構成しているが、透光性部材３は、必ずしも設けなくてもよく、必要に応じて適宜設ければよい。

実装基板２は、図１〜図３に示すように、ＬＥＤチップ１が一表面側に搭載される矩形板状のＬＥＤ搭載用基板２０と、ＬＥＤ搭載用基板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光検出素子４が形成された光検出素子形成基板４０と、ＬＥＤ搭載用基板２０と光検出素子形成基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する矩形状の開口窓３１が形成された中間層基板３０とで構成されており、ＬＥＤ搭載用基板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、ＬＥＤ搭載用基板２０および中間層基板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はＬＥＤ搭載用基板２０と同じ外形寸法に形成されている。また、光検出素子形成基板４０の厚み寸法はＬＥＤ搭載用基板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、ＬＥＤ搭載用基板２０が、ＬＥＤチップ１が実装されるＬＥＤ実装部を構成し、中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とが、ＬＥＤ実装部において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。

上述のＬＥＤ搭載用基板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、本実施形態では、実装基板２が３枚の半導体基板を用いて形成されている。

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ＬＥＤ搭載用基板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。

ＬＥＤ搭載用基板２０は、図４および図５に示すように、シリコン基板２０ａの一表面側（図４（ｃ）における左面側）に、ＬＥＤチップ１の両電極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が形成されるとともに、中間層基板３０に形成された後述の２つの貫通孔配線３４，３４を介して光検出素子４と電気的に接続される２つの導体パターン２５ｂ，２５ｂが形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂとシリコン基板２０ａの他表面側（図４（ｃ）における右面側）に形成された４つの外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂとがそれぞれ貫通孔配線２４を介して電気的に接続されている。また、ＬＥＤ搭載用基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、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。

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（図示せず）が形成された可視光ＬＥＤチップである。そこで、ＬＥＤ搭載用基板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を、ＬＥＤチップ１がダイボンディングされる矩形状のダイパッド部２５ａａと、ダイパッド部２５ａａに連続一体に形成され貫通孔配線２４との接続部位となる引き出し配線部２５ａｂとで構成してある。要するに、ＬＥＤチップ１は、上記一方の導体パターン２５ａのダイパッド部２５ａａにダイボンディングされており、ダイパッド部２５ａａ側の電極がダイパッド部２５ａａに接合されて電気的に接続され、光取り出し面側の電極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およびダイパッド部２５ａａの平面視における外周形状を矩形状（図示例では、正方形状）としてあり、ダイパッド部２５ａａの平面サイズをＬＥＤチップ１の平面サイズよりもやや大きく設定してある。

また、ＬＥＤ搭載用基板２０は、シリコン基板２０ａの上記他表面側に、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矩形状の放熱用パッド部２８が形成されており、ダイパッド部２５ａａ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（本実施形態では、９つ）の円柱状のサーマルビア２６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２６および放熱用パッド部２８を介して放熱されるようになっている。

ところで、ＬＥＤ搭載用基板２０は、シリコン基板２０ａに、上述の４つの貫通孔配線２４それぞれが内側に形成される４つの貫通孔２２ａと、上述の９つのサーマルビア２６それぞれが内側に形成される９つの貫通孔２２ｂとが厚み方向に貫設され、シリコン基板２０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔２２ａ，２２ｂ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２３が形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８、各貫通孔配線２４および各サーマルビア２６がシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。ここで、本実施形態では、各サーマルビア２６用の貫通孔２２ｂの開口形状および各貫通孔配線２４用の貫通孔２２ａの開口形状を円形状としてあるが、サーマルビア２６用の貫通孔２２ｂの内径寸法を貫通孔配線２４用の貫通孔２２ａの内径よりも大きく設定してあり、シリコン基板２０ａの厚み方向に直交する断面におけるサーマルビア２６の断面積が貫通孔配線２４の断面積よりも大きくなっている。

また、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８は、絶縁膜２３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、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂと接合用金属層２９とが同時に形成され、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂと放熱用パッド部２８とが同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜２３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膜と絶縁膜２３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２４およびサーマルビア２６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。

ここにおいて、本実施形態では、上記一方の導体パターン２５ａのダイパッド部２５ａａが、ＬＥＤチップ１の一面全体が接合されＬＥＤチップ１と複数のサーマルビア２６とを熱結合する均熱板部を構成し、上記一方の導体パターン２５の引き出し配線部２５ａｂおよび上記他方の導体パターン２５が、均熱板部の周辺において貫通孔配線２４と接続される導体部を構成している。なお、本実施形態では、均熱板部と導体部とが同一材料により形成され、均熱板部と一方の導体部とが連続一体に形成されているが、均熱板部と導体部とは別材料により形成してもよい。また、ＬＥＤチップ１の結晶成長用基板が絶縁性基板や半絶縁性基板であって当該結晶成長用基板を均熱板部に接合する場合には、均熱板部の材料は必ずしも導電性材料に限らず、熱伝導率の高い材料（例えば、ＡｌＮなど）であればよい。

中間層基板３０は、図６および図７に示すように、シリコン基板３０ａの一表面側（図６（ｃ）における右面側）に、ＬＥＤ搭載用基板２０の２つの導体パターン２７ｂ，２７ｂと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン３５，３５が形成されるとともに、ＬＥＤ搭載用基板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（図６（ｃ）における左面側）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。

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の上記一表面および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および各接合用金属層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。

光検出素子形成基板４０は、図８および図９に示すように、シリコン基板４０ａの一表面側（図８（ｃ）における右面側）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（図９における上側の導体パターン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（図９における下側の導体パターン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。

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４３ａを通してｐ形領域４３ａ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４３ｂ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。

上述の実装基板２の形成にあたっては、例えば図１０に示すように、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が実装されボンディングワイヤ１４の結線が行われたＬＥＤ搭載用基板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、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。

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との接合部位は、貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、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、ＬＥＤ搭載用基板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、ＬＥＤ搭載用基板２０の導体パターン２５ｂ，２５ｂ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２５ｂ，２５ｂと導体パターン３５，３５との接合部位は、貫通孔配線２４に重なる領域および貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン２５ｂ，２５ｂ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、上述の透光性部材３は、透光性材料（例えば、シリコーン、アクリル樹脂、ガラスなど）からなる透光性基板を用いて形成してある。ここで、透光性部材３は、実装基板２と同じ外周形状の矩形板状に形成されており、実装基板２側とは反対の光取り出し面に、ＬＥＤチップ１から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されている。ここにおいて、透光性部材３の光取り出し面に形成する微細凹凸構造は、多数の微細な凹部が２次元周期構造を有するように形成されている。なお、上述の微細凹凸構造は、例えば、レーザ加工技術やエッチング技術やインプリントリソグラフィ技術などを利用して形成すればよい。また、微細凹凸構造の周期は、ＬＥＤチップ１の発光ピーク波長の１／４〜１００倍程度の範囲で適宜設定すればよい。

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ＬＥＤ搭載用基板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、第２の接合工程、光取出窓形成工程、第２の接合工程、実装基板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実装基板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実装基板２のサイズに分割されている。したがって、ＬＥＤ搭載用基板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、実装基板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。

以上説明した本実施形態の発光装置では、実装基板２は、当該実装基板２の厚み方向に直交する断面における各サーマルビア２６の断面積が各貫通孔配線２４の断面積よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップ１の一面全体が接合されＬＥＤチップ１と複数のサーマルビア２６とを熱結合する均熱板部として機能するダイパッド部２５ａａを有しているので、ＬＥＤチップ１で発生した熱の放熱路のうちＬＥＤチップ１から各サーマルビア２６までの間に放熱路の断面積がＬＥＤチップ１のチップサイズよりも小さくなる区間が存在しないことにより、熱抵抗を低減することができて放熱性を高めることが可能となり、しかも、実装基板２の厚み方向に直交する断面における各サーマルビア２６の断面積を小さくすることなくサーマルビア２６の数を増やすことが可能となるから、放熱性をより一層高めることが可能となる。したがって、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１で発生した熱を効率よく外部へ逃がすことができ、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２は、各貫通孔配線２４と接続される複数の導体部が均熱板部たるダイパッド部２５ａａの周辺に形成されているので、実装基板２の厚み方向においてＬＥＤチップ１と貫通孔配線２４とが重複している場合に比べて、サーマルビア２６の数を増やすことが可能となるから、放熱性を高めることが可能となる。

ところで、図１５に示した従来構成の発光装置では、ＬＥＤチップ１から放射された光を検出することができないが、本実施形態の発光装置では、実装基板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上に近接して配置して、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。要するに、本実施形態の発光装置では、所望の混色光を安定して得ることが可能となる。

なお、本実施形態では、実装基板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。

（実施形態２）
以下、本実施形態の発光装置について図１１〜図１４に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、実装基板２の収納凹所２ａの内底面に互いに発光色の異なる複数（図示例では、４つ）のＬＥＤチップ１が実装され、光検出素子形成基板４０に、各発光色のＬＥＤチップ１それぞれから放射された光を各別に検出する複数の光検出素子４（図示例では、４つ）が設けられている点などが相違する。ここにおいて、本実施形態では、４つのＬＥＤチップ１として、発光色が赤色のＬＥＤチップ１ａと、発光色が緑色のＬＥＤチップ１ｂと、発光色が青色のＬＥＤチップ１ｃと、発光色が黄色のＬＥＤチップ１ｄとを採用しており、赤色光と緑色光と青色光と黄色光の混色光として白色光を得ることができる。ただし、各ＬＥＤチップ１の発光色は特に限定するものではなく、所望の混色光に応じて適宜選択すればよい。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。

本実施形態の発光装置は、各光検出素子４において対応するＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射された光のみを選択的に検出可能とするために、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれから放射される光の放射範囲を制限する十字状の遮光壁３９を中間層基板３０に連続一体に形成してある。要するに、本実施形態の発光装置では、中間層基板３０の開口窓３１が遮光壁３９によって４つの小空間３１ａに分けられている。ここにおいて、本実施形態では、中間層基板３０における遮光壁３９がアルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより開口窓３１と同時に形成されており、遮光壁３９の各側面が開口窓３１の内側面と同様に（１１１）面となっているので、遮光壁３９の各側面がＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射された光を前方へ反射するミラーとして機能する。

しかして、本実施形態の発光装置では、各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから同時に放射された光を各光検出素子４にて各別に精度良く検出することができ、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１ａ〜１ｄの光出力を各別に制御することが可能となり、所望の混色光を安定して得ることが可能となる。すなわち、本実施形態の発光装置を実装する回路基板などに、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄを駆動する駆動回路部、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ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄ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１ａ〜１ｄ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１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ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。

ところで、上記各実施形態１，２では、実装基板２を３枚の半導体基板を用いて形成してあるが、実装基板２の基礎とする半導体基板の数は特に限定するものではなく、例えば、図１５に示した従来例と同様に１枚の半導体基板を用いて形成してもよいし、２枚の半導体基板を用いて形成してもよい。

実施形態１の発光装置の概略断面図である。 同上の発光装置の概略分解斜視図である。 同上における実装基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。 同上におけるＬＥＤ搭載用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。 同上におけるＬＥＤ搭載用基板の概略下面図である。 同上における中間層基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。 同上における中間層基板の概略下面図である。 同上における光検出素子形成基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。 同上における光検出素子形成基板の概略下面図である。 同上における実装基板の形成方法の説明図である。 実施形態２の発光装置の概略断面図である。 同上の発光装置の要部概略平面図である。 同上の発光装置の概略分解斜視図である。 同上の発光装置における光検出素子形成基板の概略下面図である。 従来例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
２０ａ，３０ａ，４０ａ シリコン基板（半導体基板）
２２ａ 貫通孔
２２ｂ 貫通孔
２３ 絶縁膜
２４ 貫通孔配線
２５ａ 導体パターン
２５ａａ ダイパッド部（均熱板部）
２５ａｂ 引き出し配線部（導体部）
２６ サーマルビア
２７ａ 外部接続用電極
２８ 放熱用パッド部

Claims (2)

1. ＬＥＤチップと、半導体基板を用いて形成されＬＥＤチップが実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップへの給電路の一部となる複数の貫通孔配線およびＬＥＤチップで発生した熱の放熱路となる複数のサーマルビアが実装基板の厚み方向に貫設された発光装置であって、実装基板は、前記厚み方向に直交する断面における各サーマルビアの断面積が各貫通孔配線の断面積よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップの一面全体が接合されＬＥＤチップと複数のサーマルビアとを熱結合する均熱板部を有してなり、当該実装基板は、ＬＥＤチップが実装されるＬＥＤ実装部と、ＬＥＤ実装部においてＬＥＤチップが実装される領域の周部に設けられた壁部と、壁部から張り出した張出部とを有し、張出部に、ＬＥＤチップから放射された光を検出する光検出素子が設けられてなることを特徴とする発光装置。
2. 前記実装基板は、前記各貫通孔配線と接続される複数の導体部が前記均熱板部の周辺に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。

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