TW202201816A - 半導體發光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明所欲解決的問題在於提供一種在回流等加熱步驟中的耐性提高、可靠性高並且發射高輸出的紫外線的半導體發光裝置。本發明的解決問題的技術手段為半導體發光裝置1，其具備：發射紫外線的半導體發光元件2；安裝基板，其上安裝有半導體發光元件2；凸塊材料4，將半導體發光元件2電性連接至安裝基板；第一密封構件，密封藉由凸塊材料4連接半導體發光元件2與安裝基板的連接區域；及，第二密封構件，設置在第一密封構件上並且密封半導體發光元件2。
Description
本發明關於半導體發光裝置，特定而言，關於發射紫外線的半導體發光裝置。
傳統上，提供了一種樹脂密封型的半導體發光裝置，其中由例如矽氧樹脂等密封樹脂來密封發光二極體（LED）（參照專利文獻1）。
在專利文獻1所述的半導體發光裝置中，為了防止光散射，將具有沉降性質的光透射填充材料混入密封樹脂中。此填充材料從密封樹脂的頂部沉降至半導體發光元件的周圍部分。此外，在密封樹脂的密封期間，填充材料具有在半導體發光元件周圍沉降的粒徑。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開平5-29663號公報
[發明所欲解決的問題]
根據專利文獻1所述的樹脂密封方法，由於填充材料沉降至半導體發光元件的頂部的發光表面，因此當應用於發射紫外線的紫外線半導體發光元件時，可能導致光輸出降低。此外，當填充材料具有能在半導體發光元件的周圍沉澱的大小時，變得難以填充在半導體發光元件的下方形成的間隙部分，不能充分抑制在間隙部分中的樹脂的熱膨脹，可能降低在回流等加熱步驟中的耐性並且降低可靠性。
因此，鑑於上述問題而提出本發明，並且本發明的目的為提供一種在回流等加熱步驟中的耐性提高、可靠性高並且發射高輸出的紫外線的半導體發光裝置。
[用以解決問題的手段]
本發明的目的為解決上述問題，提供一種半導體發光裝置，其具備：發射紫外線的半導體發光元件；安裝基板，其上安裝有前述半導體發光元件；凸塊材料，將前述半導體發光元件電性連接至前述安裝基板；第一密封構件，密封藉由前述凸塊材料連接前述半導體發光元件與前述安裝基板的連接區域；及，第二密封構件，設置在前述第一密封構件上並且密封前述半導體發光元件。
[發明的功效]
根據本發明，可提供一種在回流等加熱步驟中的耐性提高、可靠性高並且發射高輸出的紫外線的半導體發光裝置。
[實施方式]
以下將參照附圖說明本發明的實施方式。應注意，以下所說明的實施方式作為用於實施本發明的較佳的具體例而表示出，有些部分具體地示例各種技術上優選的技術事項，但本發明的技術範圍並不限於此具體的態樣。
第1圖為示意性地說明根據本發明的一個實施方式的半導體發光裝置的剖視圖。此半導體發光裝置1具備：發射紫外線的半導體發光元件2；封裝基板3，其上安裝有半導體發光元件2；凸塊材料4，將半導體發光元件2電性連接至封裝基板3；含有填充材料的樹脂5，密封藉由凸塊材料4連接半導體發光元件2與封裝基板3的連接區域；及，密封半導體發光元件2的密封樹脂6。以下將詳細說明每個構件。封裝基板3為安裝基板的一個示例。含有填充材料的樹脂5為第一密封構件的一個示例。密封樹脂6為第二密封構件的一個示例。
(半導體發光元件2)
第2圖為說明半導體發光元件的堆疊結構的一個示例的說明圖。半導體發光元件2由發射波長360 nm以下的紫外線（包含深紫外線）的紫外線發光二極體（Light Emitting Device: LED）構成。如第2圖所示，半導體發光元件2具有由藍寶石形成的生長基板21、在生長基板21上形成的基於AlGaN的氮化物半導體層22以及電極23。
在本實施方式中，氮化物半導體層22為從生長基板21側開始如下依序形成而構成：由AlN製成的緩衝層22a、由n型AlGaN製成的n包覆層22b、包含AlGaN的發光層22c、由p型AlGaN製成的p包覆層22d以及由p型GaN製成的接觸層22e。
電極23具有在接觸層22e上形成的陽極側電極（p電極）23a與在n包覆層22b上形成的陰極側電極（n電極）23b。
(封裝基板3)
封裝基板3為包含陶瓷的無機材料基板。具體地，封裝基板3由例如高溫共燒多層陶瓷基板（HTCC，High Temperature Co-fired Ceramic）形成。
封裝基板3形成為大致長方體形狀，並且在其一個表面（以下亦稱為「上表面」；參照第1圖圖示的+Z方向）上形成用於容納半導體發光元件2的凹部30。
如上所述，半導體發光元件2容納在封裝基板3的凹部30中，並且被安裝在凹部30的底面30a上。亦即，底面30a形成安裝表面，其上安裝有半導體發光元件2。在底面30a上設置有用於電性連接半導體發光元件2的電極（以下亦稱為「基板側電極」）32（參照第3圖）。
半導體發光元件2覆晶安裝在封裝基板3上，其中生長基板21作為上側（凹部30的開口側），而氮化物半導體層22作為下側（凹部30的底面30a側、封裝基板3側）。電極23a及23b經由凸塊材料4電性連接至設置在封裝基板3上的基板側電極32。
在本實施方式中，由發光層22c發射的紫外線穿過生長基板21被導向半導體發光元件2的外部。因此，在本實施方式中，生長基板21的表面（與氮化物半導體層22相反的表面）成為半導體發光元件2的發光表面2a。
(凸塊材料4)
凸塊材料4將半導體發光元件2電性連接至封裝基板3的凹部30的底面30a上形成的基板側電極32。凸塊材料4為例如由金形成並且具有圓盤狀形狀的柱形凸塊。
(含有填充材料的樹脂5)
含有填充材料的樹脂5為添加有填充材料的樹脂。在本實施方式中，含有填充材料的樹脂5將半導體發光元件2與封裝基板3的凹部30的底面30a之間形成的間隙部分S密封。
第3圖為說明間隙部分S的寬度的圖，並且為第1圖所示的半導體發光裝置1的底部的放大視圖。間隙部分S的寬度為柱形凸塊的高度與基板側電極32的高度之和，柱形凸塊的高度為約5 μm至30 μm，通常約20 μm，基板側電極32的高度為約5 μm至120 μm，並且間隙部分S的寬度為10 μm以上且150 μm以下。而在本實施方式中，柱形凸塊的高度為約20 μm，基板側電極32的高度為約5至10 μm，並且間隙部分S的寬度為約25至30 μm。
使用線膨脹係數為1×10-4
/K以下的樹脂作為含有填充材料的樹脂5。這是為了減少例如回流等加熱步驟期間的膨脹，並且抑制半導體發光元件2從封裝基板3解離。
含有填充材料的樹脂5的基底材料（以下，亦稱為「基質」）由例如對於發射光的波長（在此，指360 nm以下的紫外線區域內的波長。以下，將省略相同的說明）具有75%以上的透射率的樹脂形成。較佳地，此基質對於發射光的波長的透射率為85%以上。具體地，作為此基質，可使用包含矽氧樹脂作為主要成分的樹脂。
此外，作為含有填充材料的樹脂5中添加的填充材料，期望使用含有以在發射光的波長範圍內沒有光吸收邊緣的無機材料作為主要成分的無機填充材料。具體地，填充材料的類型包含二氧化矽、石英、氧化鋁、鑽石、氧化鉿、氧化鋯、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼等。
此外，填充材料較佳地由多孔結構製成。其原因為，藉由多孔結構增強填充材料與含有填充材料的樹脂5的基質之間的接合，由此使得含有填充材料的樹脂5的線膨脹係數減小。填充材料中形成的多孔的孔的直徑（平均值、眾數）稱為孔隙直徑，在本實施方式中，使用具有100~1000 nm的孔隙直徑的多孔結構製成的微孔隙填充材料。在此情況下，可獲得線性膨脹係數值為1×10-4
/K以下的含有填充材料的樹脂5。而當即使使用具有2~50 nm的孔隙直徑的中孔填充材料，亦可同樣地獲得線性膨脹係數為1×10-4
/K以下的含有填充材料的樹脂5。
此外，填充材料具有比間隙部分S的寬度小的尺寸，使得可填充在半導體發光元件2與底面30a之間形成的間隙部分S。具體而言，填充材料的直徑較佳為25 μm以下，更較佳為10 μm以下。填充材料的形狀不限於球形，亦可為在球形表面上具有突起的形狀、多面體形狀等，在這種情況下，直徑意指圍繞填充材料的球形的直徑。此外，由於填充材料的粒徑存在分佈，因此上述直徑的值為由平均值、眾數等表示的值。為了由填充材料均勻地填充間隙部分S，填充材料的直徑較佳為10 μm以下，但另一方面，隨著填充材料的直徑減小，樹脂5的黏度增大並且流動性降低，並且變得難以藉由樹脂5來密封間隙部分S。在這種情況下，例如，藉由使用添加有例如直徑為10 μm以下的填充材料與直徑為25 μm以下的填充材料等直徑不同的兩種以上的填充材料的樹脂，提高了流動性並且可藉由填充材料來均勻地填充間隙部分S。
含有填充材料的樹脂5中的填充材料的重量百分比為10重量%濃度（以下亦稱為「wt%」）以上，更較佳為50 wt%以上而75 wt%以下。此外，含有填充材料的樹脂5中的填充材料的體積百分比為5體積%濃度（以下亦稱為「vol%」）以上，較佳為25 vol%以上。當填充材料的直徑為約10 μm時，當填充材料的重量百分比為約50 wt%時，可達成足以使填充材料均勻地填充間隙部分S的填充材料的濃度與樹脂5的流動性這兩者。
在本實施方式中，含有填充材料的樹脂5僅密封半導體發光元件2的發光表面2a的下方的區域（底面30a側，即第1圖所示的-Z方向側）。亦即，將含有填充材料的樹脂5填充至比半導體發光元件2的發光表面2a低的位置。換句話說，含有填充材料的樹脂5的上表面5a（指與密封樹脂6的邊界表面）位於比半導體發光元件2的發光表面2a低的位置。這是為了抑制由於在半導體發光元件2的發光表面2a上填充材料沉澱而導致的光輸出的降低。
而且，只要不使含有填充材料的樹脂5填充為在半導體發光元件2的發光表面2a上溢出即可，並且如第1圖所示，可將含有填充材料的樹脂5填充至比半導體發光元件2的發光表面2a略低的位置，或可填充至與半導體發光元件2的發光表面2a相同的高度的位置。
(密封樹脂6)
密封樹脂6經設置用以覆蓋整個半導體發光元件2。具體地，將密封樹脂6填充在封裝基板3的凹部30中的含有填充材料的樹脂5上，並且進一步設置為在封裝基板3的上方膨脹。
此外，密封樹脂6形成為其上表面6a具有平滑的彎曲表面形狀（例如，半球形或半橢圓球形）。藉此，例如與當上表面為平坦的表面時相比，可抑制在密封樹脂6與空氣之間的邊界處的全反射，而可提高光提取效率。
此外，密封樹脂6進一步具有控制紫外線的照射方向的透鏡的作用。此外，期望使用具有介於構成半導體發光元件2的發光表面2a的部件（在此為藍寶石）的折射率與空氣的折射率之間的折射率的密封樹脂6。藉此，提高了從半導體發光元件2的發光表面2a提取紫外線的效率，而有助於提高發光強度。
作為密封樹脂6，期望使用對於由半導體發光元件2發射的紫外線的透射率盡可能高的樹脂，並且密封樹脂6對於發射光的波長的透射率為75%以上。密封樹脂6對於發射光的波長的透射率更較佳為85%以上。
此外，作為密封樹脂6，期望使用不容易因紫外線而劣化的樹脂。具體地，作為密封樹脂6，可使用以矽氧樹脂為主要成分的樹脂。
(變型例1)
第4圖為示意性地表示根據本發明的一個變形例的半導體發光裝置1的剖視圖。在上述實施方式中，將含有填充材料的樹脂5填充至半導體發光元件2的發光表面2a（半導體發光元件2的上表面）的附近，但不一定必須填充至一定的高度。為了達成抑制間隙部分S中的樹脂的熱膨脹的目的，含有填充材料的樹脂5至少填充間隙部分S並且能夠密封凸塊材料4的周圍即可，例如，如第4圖所示，可僅密封半導體發光元件2的下側。間隙部分S及凸塊材料4的周圍為連接區域的一個示例。
(變型例2)
在上述實施方式中，作為封裝基板3，以形成有凹部30的空腔形狀的封裝基板3為例作說明，但封裝基板3不一定限於具有空腔形狀的封裝基板，例如，其可具有平板形狀，亦可具有圓盤狀形狀。
(實施方式的摘要)
接下來，將參照實施方式中的元件符號等來描述關於從以上說明的實施方式所掌握的技術思想。然而，在以下的描述中，各個元件符號等並非將申請專利範圍中的構成要件限制成實施方式中具體示出的構件等。
[1] 一種半導體發光裝置(1)，具備：發射紫外線的半導體發光元件(2)；安裝基板，其上安裝有前述半導體發光元件(2)；凸塊材料(4)，將前述半導體發光元件(2)電性連接至前述安裝基板；第一密封構件，密封藉由前述凸塊材料(4)連接前述半導體發光元件(2)與前述安裝基板的連接區域；及，第二密封構件，設置在前述第一密封構件上並且密封前述半導體發光元件(2)。
[2] 如前述[1]所述之半導體發光裝置(1)，其中前述連接區域的寬度為10 μm以上且150 μm以下。
[3] 如前述[1]或[2]所述之半導體發光裝置(1)，其中前述第一密封構件被填充至比前述半導體發光元件(2)的發光表面低的位置。
[4] 如前述[1]至[3]中任一項所述之半導體發光裝置(1)，其中前述第一密封構件由對於前述紫外線具有75%以上的透射率的樹脂作為基底材料所形成。
[5] 如前述[4]所述之半導體發光裝置(1)，其中前述基底材料為包含矽氧樹脂作為主要成分的樹脂。
[6] 如前述[1]至[5]中任一項所述之半導體發光裝置(1)，其中前述第一密封構件由添加有填充材料的樹脂所形成。
[7] 如前述[6]所述之半導體發光裝置(1)，其中前述填充材料為無機填充材料。
[8] 如前述[7]所述之半導體發光裝置(1)，其中前述無機填充材料為二氧化矽、石英、氧化鋁、鑽石、氧化鉿、氧化鋯、氧化鎂、氮化鋁或氮化硼。
儘管以上已說明了本發明的實施方式，但以上描述的實施方式並非對於根據申請專利範圍的本發明的限制。還應注意，並非實施方式中說明的特徵的所有組合對於為了解決發明的問題的手段皆為必須的。此外，在不脫離本發明的宗旨的範圍下，可適當地修改及實施本發明。
1:半導體發光裝置
2:半導體發光元件
2a:發光表面
3:封裝基板
4:凸塊材料
5:含有填充材料的樹脂
5a:上表面
6:密封樹脂
6a:上表面
21:生長基板
22:氮化物半導體層
22a:緩衝層
22b:包覆層
22c:發光層
22d:包覆層
22e:接觸層
23:電極
23a:陽極側電極（p電極）
23b:陰極側電極（n電極）
30:凹部
30a:底面
32:基板側電極
S:間隙部分
第1圖為示意性地表示根據本發明的一個實施方式的半導體發光裝置的剖視圖。
第2圖為說明半導體發光元件的堆疊結構的一個示例的說明圖。
第3圖為說明間隙部分的寬度的圖。
第4圖為示意性地表示根據本發明的一個變形例的半導體發光裝置的剖視圖。
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4:凸塊材料
5:含有填充材料的樹脂
5a:上表面
6:密封樹脂
6a:上表面
30:凹部
30a:底面
32:基板側電極
S:間隙部分
Claims (8)
- 一種半導體發光裝置，具備： 發射紫外線的半導體發光元件； 安裝基板，其上安裝有前述半導體發光元件； 凸塊材料，將前述半導體發光元件電性連接至前述安裝基板； 第一密封構件，密封藉由前述凸塊材料連接前述半導體發光元件與前述安裝基板的連接區域；及 第二密封構件，設置在前述第一密封構件上並且密封前述半導體發光元件。
- 如請求項1所述之半導體發光裝置，其中前述連接區域的寬度為10 μm以上且150 μm以下。
- 如請求項1或2所述之半導體發光裝置，其中前述第一密封構件被填充至比前述半導體發光元件的發光表面低的位置。
- 如請求項1至3中任一項所述之半導體發光裝置，其中前述第一密封構件由對於前述紫外線具有75%以上的透射率的樹脂作為基底材料所形成。
- 如請求項4所述之半導體發光裝置，其中前述基底材料為包含矽氧樹脂作為主要成分的樹脂。
- 如請求項1至5中任一項所述之半導體發光裝置，其中前述第一密封構件由添加有填充材料的樹脂所形成。
- 如請求項6所述之半導體發光裝置，其中前述填充材料為無機填充材料。
- 如請求項7所述之半導體發光裝置，其中前述無機填充材料為二氧化矽、石英、氧化鋁、鑽石、氧化鉿、氧化鋯、氧化鎂、氮化鋁或氮化硼。
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