CN102194975A - 光半导体封装体及光半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种光半导体封装体及光半导体装置。仅在以基座下部(1d)包围的区域对引线(3)和金属块(2)进行树脂密封，并在成为空腔(10)底面部的金属块(2)表面不使用树脂，而由金属构件或耐变色性、耐变质性高的材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及安装以LED为主的光半导体元件的光半导体封装体及使用其的光半导体装置。
背景技术
作为用于封装发光二极管(LED)等光半导体元件的光半导体封装体，已知具有安装有光半导体元件的元件安装部、设置有用于从光半导体元件与外部电路进行电连接的引线的光半导体封装体。然后，将光半导体元件安装于该光半导体封装体的元件安装部，对光半导体元件和引线进行引线键合，以透明树脂进行密封，从而形成半导体发光装置。
图7是表示现有的光半导体封装体的外观结构的俯视图。图8是表示现有的光半导体封装体的结构的剖视图，是沿图7的C-C’线的剖视图。
对于现有的光半导体封装体中安装有光半导体元件的光半导体装置，如图7、图8所示，包括：金属块33，该金属块33在主表面的元件安装部放置有光半导体元件22，利用导电性粘接剂与光半导体元件22进行电连接；引线31，该引线31利用金属线26与光半导体元件22进行电连接；引线32，该引线32利用金属线27通过金属块33与光半导体元件22进行电连接；透光性构件16，该透光性构件16由透光性树脂形成，以覆盖光半导体元件22的方式进行配置；以及基座14。基座14由遮光性树脂形成，用遮光性树脂形成包括：底部，该底部支承引线31、32的内部引线部和金属块33；以及侧部，该侧部支承透光性构件16。此处，由基座14、内部引线部、及金属块33包围的区域成为装载有光半导体元件22的空腔区域。为了提高该空腔区域的内部引线部及金属块33表面的反射率而实施镀银。在上述现有的光半导体装置中，金属块33使得与安装有光半导体元件22的安装区域相对应的背面区域贯通基座14的底部来露出到外部作为散热区域(例如，参照日本专利特开2001-185763号公报)。
发明内容
然而，在上述的现有的光半导体封装体中，存在以下问题：即，因由遮光性树脂形成的基座14的劣化而导致反射率及机械强度的降低。
例如，在所述发光装置中，对于光半导体元件22安装部即金属块33的周边由遮光性树脂形成的基座14，会因光半导体元件22发射出的光(特别是紫外线)、和由光半导体元件22发出的经由金属块33传递的热而受到损坏。一般而言，遮光性树脂使用反射率高的白色的热可塑性树脂，但因受到热、紫外线等外部能量而导致高分子原材料成为化学性质不稳定，在树脂中产生成为变色原因的分子结构体，在大多数情况下变为黄色。另外，该遮光性树脂的变色集中发生在最直接接收到来自光半导体元件22的光和热的影响的空腔底面部。因该变色导致空腔内表面的反射率下降，发光装置的发光量下降。
而且，由于因热、紫外线等影响而产生遮光性树脂变质，基座14和其他构件的接合强度降低，遮光性树脂本身的机械强度降低，因此，由于遮光性树脂的剥离、脱落等会引起外形不良。
为了解决上述问题，本发明的光半导体封装体及光半导体装置的目的在于维持空腔底部的反射率、和机械强度。
为了达到以上目的，本发明的光半导体封装体的特征在于，包括：基座，该基座包含环状的环及形成于上述环的下部、比上述环的内径要大的环状的基座下部；引线，该引线包含成为外部电极的外部引线；块，该块设置于上述基座下部内，上部表面的一部分露出到上述环内；元件安装部，该元件安装部设置于露出到上述环内的上述块的表面，成为光半导体元件的安装区域；引线放置部，该引线放置部与上述元件安装部设置阶梯，形成于上述上部表面，成为上述引线的放置区域；密封材料，该密封材料在上述下部区域内对上述块和上述引线进行密封并保持；以及空腔，该空腔是由上述环的侧面和上述块的上部表面包围的区域，用对于波长460nm的光的反射率为83％以上的无机材料来形成上述块中的至少上述上部表面部分，在上述空腔的底部只露出上述块的上部表面。
另外，也可以用对于波长460nm的光的反射率为83％以上的无机材料形成整个上述块。
另外，最好对于上述波长460nm的光的平均反射率为83％以上的无机材料是Au-Ag合金。
另外，最好上述块的与上述上部表面相对的背面从上述密封材料露出。
另外，也可以设置多个上述块，各上述块在电学上是独立的。
另外，最好用陶瓷或玻璃陶瓷构成上述环。
另外，最好用氧化铝含有量为50～60质量％的高反射玻璃陶瓷构成上述环。
另外，最好用玻璃或热固化性树脂构成上述密封材料。
而且，本发明的光半导体装置的特征在于，包括：上述光半导体封装体；光半导体元件，该光半导体元件安装于上述元件安装部，与上述引线进行电连接；以及透光性树脂，该透光性树脂密封在上述空腔内。
附图说明
图1是表示本发明的光半导体封装体的结构例的俯视图。
图2是表示本发明的光半导体封装体的结构例的剖视图。
图3是表示本发明的光半导体封装体的结构例的仰视图。
图4是说明本发明的光半导体封装体的空腔的结构的剖视立体图。
图5A是表示本发明的光半导体装置的结构的图。
图5B是表示本发明的光半导体装置的结构的图。
图6是用于说明光半导体封装体所用的空腔材料的反射率劣化的图。
图7是表示现有的光半导体封装体的外观结构的俯视图。
图8是表示现有的光半导体封装体的结构的剖视图。
具体实施方式
图1是表示本发明的光半导体封装体的结构例的俯视图。图2是表示本发明的光半导体封装体的结构例的剖视图，是沿图1的A-A’的剖视图。图3是表示本发明的光半导体封装体的结构例的仰视图。图4是说明本发明的光半导体封装体的空腔的结构的剖视立体图。图5A、B是表示本发明的光半导体装置的结构的图，图5A是俯视图，图5B是沿图5A的A-A’的剖视图。
如图1～图3所示，光半导体封装体6(以下，简单称为封装体6)包括基座1、金属块2、及引线3。基座1包括：在背面侧有阶梯的环状的环1a、以及将金属块2和引线3进行接合的密封材料1b，都由绝缘材料构成。环1a通过设置阶梯，从而不使密封材料1b露出在空腔内表面，而形成填充密封材料1b的间隙。环1a是由反射率高、不会因光及热而变色的陶瓷、玻璃陶瓷等构成，密封材料1b是由耐热性好的玻璃或热固化性树脂构成。用于环1a的玻璃陶瓷添加有氧化铝，在氧化铝含有量为50质量％以下时则反射率降低，在60质量％以上时则机械强度降低。因而，最好用于环1a的玻璃陶瓷的氧化铝含有量为50～60质量％以上。另外，环1a并不限于是含有氧化铝的玻璃陶瓷，只要是反射率高、因光及热而变色、变质较少的材料，则也可以使用其他材料。而且，由于环1a只构成空腔的侧面，因此越是接近空腔底面越是不受到光、热的影响，因而只要在光、热的影响范围内是能够抑制变色、变质的材料即可。
金属块2包括安装光半导体元件的元件安装部2a、散热衬垫2b、及形成比元件安装部2a要低的面的阶梯部2c。金属块2由热传导特性优异的无氧铜等金属构成，设置于环1a内。
引线3由弯曲冲压加工成预定的形状，与环1a相邻设置。引线3的内引线部放置在由金属块2的阶梯部2c形成得较低的面上。形成阶梯部2c，使得将引线3设置在与元件安装部2a相同的高度以下。由此，能够防止引线3遮断来自光半导体元件的光。
由环1a的阶梯形成的间隙中设有金属块2和引线3，向环1a的间隙中填充密封材料1b以保持金属块2和引线3。引线3是由金属材料形成，用金属线连接安装于金属块2的元件安装部2a的LED元件等光半导体元件，并连接外部电路。密封材料1b固定金属块2和引线3，并实现电绝缘。密封材料1b使用热固化性树脂或玻璃材料，环1a使用玻璃陶瓷或陶瓷材料等。
然后，使用图4，详细说明空腔的结构。
空腔10是由基座1的环1a的侧面和金属块2的包含元件安装面2a的上表面构成的区域，使得从安装于空腔10内的光半导体元件射出的光在空腔10内进行反射，使光射出到空腔10外，从而提高光半导体装置的发光效率。
如图4所示，基座1由阶梯部1c分割为成为空腔10构成区域的环状的环1a和比环1a的内径要大的环状的基座下部1d。金属块2的安装有光半导体元件的面露出到空腔10内，露出的面由阶梯部2c分割为元件安装部2a、形成得比元件安装面2a要低而放置有引线3的引线放置部2d。在基座1中安装有金属块2的状态下，在阶梯部2c和引线放置部2d之间设有间隙，在该间隙中放置引线3。另外，利用密封材料1b密封由基座下部1d包围的区域内，由密封材料1b保持引线3和金属块2。通过采用以上结构，由环1a和金属基板2包围的区域成为空腔10。
此时，由于通过对基座1设置基座下部1d，从而能够将引线3在由基座下部1d包围的区域内进行密封，因此，不需要在空腔10内设置密封材料1b，在空腔10的底部仅露出金属块2。这样，由于在易受到光、热影响的空腔10底部是由不易因光、热发生变色或变质的金属形成的，因此能够抑制发光率的降低、机械强度的降低。
如图5A、B所示，向本发明的光半导体封装体的元件安装部2a安装光半导体元件4，由金属线5将光半导体元件4和引线3进行电连接，还利用透光性树脂(未图示)将空腔10内进行密封，从而形成光半导体装置。
这样，由于通过使用本发明的光半导体封装体来形成光半导体装置，从而易受到光、热影响的空腔10底部是由不易因光、热发生变色或变质的金属形成的，因此能够抑制发光率的降低、机械强度的降低。其结果在于，能够实现由空腔内表面的反射率降低所引起的发光量降低较少的具有高可靠性的光半导体封装体及光半导体装置。
一般的照明用LED中，由于转换蓝色光源来作为白色光，因此，对于460nm附近的射出光的空腔内的反射率很重要。图6是用于说明光半导体封装体所用的空腔材料的反射率劣化的图，是对用于LED封装体的空腔材料的反射率进行测定的图。
如图6所示，在历来所使用的白色树脂中，对于波长460nm的输出光，示出了在初始状态下有87％的反射率，但在温度150℃的环境试验后，因热的影响，反射率在48小时后成为84％，在120小时后成为81％，在1000小时后成为60％以下。在实际使用中，加上来自光半导体元件的热的影响，在加上因光而发生的树脂的劣化变质，反射率进一步下降。特别是在与光半导体元件相邻的空腔底面部可以观察到因显著的变色而引起的反射率降低。另外，可以观察到内部引线及对金属块表面所实施的镀银比白色树脂的反射率的降低要少。其原因是镀银的表面硫化所引起的。
另一方面，在本发明中通过改变密封材料1b的位置，从而能够用无机材料构成环1a，不会发生树脂材料那样显著的变色劣化。此处，一般的无机材料相比构成现有的半导体装置的基座的树脂材料，由于具有较高的耐变色性、耐变质性，因此，作为环1a，通过使用光反射率高、耐变色性、耐变质性也高的无机材料，能够维持光的反射率和机械强度。特别是作为无机材料，最好尽可能使用光的反射率高、耐变色性、耐变质性也高的无机材料。另外，其效果也能通过对构成空腔10底面部的金属块2实施Ag的表面处理来获得，但是若进一步实施耐变色性高的Au-Ag合金等的表面处理，则能进一步抑制反射率的下降。在初始状态下，示出了比Ag要低的88％的反射率，但在温度150℃的环境试验后，因热影响则在48小时后成为86％，在120小时后成为84％，在1000小时后仍限于降低为80％。
另外，空腔侧面部是由玻璃陶瓷材料形成的，在上述试验中几乎观察不到反射率的劣化。
此外，对于以上内容，若光半导体封装体的金属块2是具有高热传导特性和耐变质性的材料，则也可以将一般的铜、铜-铁类合金等铜合金、包含铜、铜合金的复合金属材料等作为原材料，由实施Ag-Au合金等表面处理的材料构成。
另外，对于来自光半导体元件4的散热性，对于成为元件安装部2a的金属块2，使用热传导率高的铜材，使其突出到封装体背面，从而防止光半导体元件4及空腔10底面部的温度上升。通过安装到由铝材等形成的金属基板，其效果可进一步提高。另外，最好通过使露出的金属块2与封装体背面大致在同一面，从而使其容易安装到基板。
另外，在以上说明中，对整个金属块2都是由金属构成的例子进行了说明，但也可以使用光波长460nm的反射率为83％以上、对于因光或热引起的变色、变质而具有的耐变色性、耐变质性比热可塑性树脂要高的无机材料来仅形成元件安装部2a的表面、包含引线放置部2d的上部表面的整个面，用任意材料形成其他区域。此时，若除表面以外都用热传导性高的金属或非金属材料构成，则同时也能确保散热性，因而是优选的。另外，也可以用光反射率高、对于因热、光而引起的变色、变质而具有的耐变色性、耐变质性高的非金属材料构成整个金属块2。
另外，在附图中，示出了引线沿着封装体的侧面的形态，但是也可以是在背面形成连接端子的形态或海鸥展翅(gull wing)状等，引线的形态可以是任意的。引线的数量也不限于一根或两根，能够包括任意根。另外，也可以对光半导体元件设置背面端子，在背面与金属块进行电连接，将金属块作为一个外部端子。
另外，在将多个光半导体元件4安装于一个封装体6内时，设置多个金属块2，使其分别在电学上独立，从而在电学电路结构中可确保自由度。例如，在光半导体元件的电极是形成于安装面(背面)侧及发光面(表面)的表面、背面电极类型的情况下，通过使各元件安装部2a电绝缘，从而也能串联连接多个光半导体元件4。另外，在光半导体元件4的电极是在安装面侧形成有两个电极的背面双电极类型的情况下，能通过将两个金属块2隔开间隔安装来安装光半导体元件4。
由此，能够确保高耐久性、高散热性、高电路设计自由度，从而能够提供一种比现有的光半导体封装体具有更少的发光量劣化和机械强度劣化的高可靠性的光半导体封装体及光半导体装置。
Claims (9)
1.一种光半导体封装体，其特征在于，包括：
基座，该基座包含环状的环及形成于所述环的下部、比上述环的内径要大的环状的基座下部；
引线，该引线包含成为外部电极的外部引线；
块，该块设置于所述基座下部内，上部表面的一部分露出到所述环内；
元件安装部，该元件安装部由光半导体元件的安装区域构成，该光半导体元件设置于露出到所述环内的所述块的表面；
引线放置部，该引线放置部与所述元件安装部设置阶梯，形成于所述上部表面，成为所述引线的放置区域；
密封材料，该密封材料在所述下部区域内对所述块和所述引线进行密封并保持；以及
空腔，该空腔是由所述环的侧面和所述块的上部表面包围的区域，
用对于波长460nm的光的反射率为83％以上的无机材料来形成所述块的至少所述上部表面部分，在所述空腔的底部只露出所述块的上部表面。
2.如权利要求1所述的光半导体封装体，其特征在于，
用对于所述波长460nm的光的反射率为83％以上的无机材料形成整个所述块。
3.如权利要求1所述的光半导体封装体，其特征在于，
对于所述波长460nm的光的反射率为83％以上的无机材料是Au-Ag合金。
4.如权利要求1所述的光半导体封装体，其特征在于，
所述块的与所述上部表面相对的背面从所述密封材料露出。
5.如权利要求1所述的光半导体封装体，其特征在于，
设置多个所述块，各所述块在电学上独立。
6.如权利要求1所述的光半导体封装体，其特征在于，
用陶瓷或玻璃陶瓷构成所述环。
7.如权利要求1所述的光半导体封装体，其特征在于，
用氧化铝含有量为50～60质量％的高反射玻璃陶瓷构成所述环。
8.如权利要求1所述的光半导体封装体，其特征在于，
用玻璃或热固化性树脂构成所述密封材料。
9.一种光半导体装置，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的光半导体封装体；
光半导体元件，该光半导体元件安装于所述元件安装部，与所述引线进行电连接；以及
透光性树脂，该透光性树脂密封在所述空腔内。
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