JP2000077711A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置全体を小型化できるとともに発光素子固
定用の接着剤を最適化してそのアセンブリの安定性の向
上を図った半導体発光装置の提供。 【解決手段】 絶縁性の基板１の両端のそれぞれ表裏両
面に形成され且つ実装する表示装置等の配線パターンに
導通可能な第１の電極２及び第２の電極３と、基板１の
表面に搭載されるＧａＮ系化合物半導体の発光素子４
と、この発光素子の電極４ａ，４ｂににそれぞれボンデ
ィングするワイヤ６，７と、これらのワイヤ６，７を含
んで封止する樹脂のパッケージ８とを備え、発光素子４
を基板１に固定する接着剤５を、高温接着強度が高い特
性を持つ異方導電性接着剤とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面実装型の半導体
発光装置に係り、特に青色発光のＧａＮ系化合物半導体
を利用した発光素子を短絡の発生がなくしかも高温接着
強度を保って安定したアセンブリが得られるようにした
半導体発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば携帯電話やポケットベル等の小
型電子機器の画像表示部には、小型で薄型のチップＬＥ
Ｄが主として利用されている。チップＬＥＤは、絶縁性
の基板の表裏両面に互いに導通し合う一対の電極を設
け、表面の一方の電極にＬＥＤの下面のたとえばｎ電極
を導通させて搭載するとともに上面のｐ電極をワイヤに
よって他方の電極にボンディングするというのがその基
本的な構成である。このようなチップＬＥＤとして、た
とえば特公平７−９３３３８号公報に記載のものがあ
り、これはスルーホールを利用して基板の表裏両面に電
極を形成する例の典型である。

【０００３】このようなスルーホールによる電極形成に
代えて、たとえば図４に示す表面実装型のチップＬＥＤ
も既に開発されている。これは、絶縁基板にスリットを
切開しておきこのスリット部分に電極用の金属をメッキ
によって形成し、発光素子の実装及び樹脂パッケージの
形成後にダイシングによってチップＬＥＤの単体を得る
というものである。

【０００４】図４において、絶縁性の基板５１の両端部
には表面側から裏面側に導通展開させた第１の電極５２
と第２の電極５３がそれぞれ形成され、第１の電極５２
には基板５１の中央部まで延びるステージ５２ａを形成
し、その上にＬＥＤ素子５４を導通させて搭載してい
る。第２の電極５３にはステージ５２ａ側に突き出した
ボンディングエリア５３ａを形成し、このボンディング
エリア５３ａとＬＥＤ素子５４の表面側の電極とをワイ
ヤ５５によってボンディングしている。そして、第１，
第２の電極５２，５３の端部を除いて樹脂のパッケージ
５６によって封止されている。

【０００５】図示の例においては、発光素子５４はＧａ
Ｐ系やＧａＡｓＰ系及びＡｌＧａＡｓ系の緑色から赤色
発光のものであり、下面にｎ側電極及び上面にｐ側電極
がそれぞれ形成される。したがって、ＬＥＤ素子５４を
ステージ５２ａの上に搭載して導電性の接着剤５７によ
って固定すれば、ＬＥＤ素子５４の導通が得られる。

【０００６】一方、図５は青色発光のためのＧａＮ系化
合物半導体発光素子を利用したＬＥＤ素子５８の例であ
り、同図の（ａ）は外観斜視図、同図の（ｂ）は平面図
である。なお、電極等の構成については図４の例と同じ
部材に共通の符号を付して示している。

【０００７】ＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ素子５８で
は、その結晶基板として絶縁性のサファイアを使用し、
このサファイア基板の上にｎ型ＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ
層が積層形成される。そして、ｐ型ＧａＮ層の表面にｐ
側電極５８ａを形成し、ｐ型ＧａＮ層の一部をエッチン
グして表面に剥き出したｎ型ＧａＮ層の表面にｎ側電極
５８ｂが形成される。

【０００８】このようにＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ
素子５８では、素子基板と反対側の同一面にｐ側及びｎ
側の電極５８ａ，５８ｂが形成される。したがって、第
１，第２の電極５２，５３への実装は、接着剤５９によ
ってＬＥＤ素子５８をステージ５２ａに固定し、２本の
ワイヤ６１，６２を用いてｐ側及びｎ側の電極５８ａ，
５８ｂをそれぞれ第２及び第１の電極５３，５２にボン
ディングすることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような２本のワイ
ヤ６１，６２によるボンディングでは、ＬＥＤ素子５８
から互いに逆向きにこれらのワイヤ６１，６２が突き出
る。この場合、たとえば第１，第２の電極５２，５３が
図４のパターンと同じものであれば、ボンディングエリ
ア５３ａに対するワイヤ６１のボンディングにはさほど
支障はない。

【００１０】ところが、ｎ側電極５８ｂのワイヤ６２に
ついては、第１電極５２側にボンディングエリアを広く
とれないので、ワイヤ６２の上側へのＵ字状の立ち上が
りに余裕を持たせることができず、断線の恐れがある。
また、この断線を防止するためには、第１電極５２への
ボンディング位置をこの第１電極５２の端部側にずらせ
ばよいが、パッケージ５６による被覆からはみ出す可能
性があり、短絡を引き起こすことにもなる。

【００１１】したがって、このような断線や短絡を防止
するためには、基板５１を第１，第２の電極５２，５３
の配置方向に長くすることが有効である。しかしなが
ら、発光装置の小型化に大きく影響し、携帯用機器への
アセンブリへの対応性に支障を生じる。

【００１２】また、ＬＥＤ素子５８のサファイア基板は
絶縁性なので、接着剤５９は絶縁性のものでも導電性の
ものでもよく、導電性の接着剤として液状樹脂の中にフ
ィラーとしてＡｇを混入したＡｇペーストが一般に用い
られる。

【００１３】Ａｇペースト等の導電性接着剤を用いる場
合では、サファイア基板だけを被覆するようなアセンブ
リであれば、ｎ型，ｐ型のＧａＮ層と第１の電極５２と
の間の導通は防止できる。ところが、このようなアセン
ブリとするためには、導電性接着剤の塗布量や塗布範囲
を厳しくコントロールすることが必要である。たとえ
ば、導電性接着剤の塗布量が多いとＡｇペーストも広が
ってしまい、パターン間に短絡を引き起こすなど製品歩
留りの向上にも限界がある。

【００１４】これに対し、接着剤５９として絶縁性のも
のを用いれば短絡の発生はなくなるので、工程管理及び
製品歩留りの両面では好ましいといえる。ところが、絶
縁性接着剤は一般的に光の透過率が低いので、たとえば
従来のＬＥＤランプ等のように、ＬＥＤ素子５８から側
方に漏れる光をステージ５２ａの表面から反射させて発
光輝度を向上させようとしても、その効果は薄い。

【００１５】このようにＧａＮ系化合物半導体を利用す
るＬＥＤ素子を用いる面実装型の発光装置では、ワイヤ
ボンディングによって全体の嵩が大きくなる傾向にあ
り、ＬＥＤ素子を固定するための接着剤についてもその
最適化が図られていない。

【００１６】本発明において解決すべき課題は、２本の
ワイヤボンディングが必要であって全体を小型化できる
とともにＬＥＤ素子固定用の接着剤を最適化してそのア
センブリの安定性と発光輝度の向上を図ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性の基板
と、この基板の両端のそれぞれ表裏両面に形成され且つ
実装する表示装置等の配線パターンに導通可能な第１の
電極及び第２の電極と、前記基板の表面に搭載されるＧ
ａＮ系化合物半導体の発光素子と、前記発光素子の表面
のｎ側及びｐ側の電極を前記第１及び第２の電極にそれ
ぞれボンディングするワイヤと、これらのワイヤを含ん
で封止する樹脂のパッケージとからなる面実装型の半導
体発光装置であって、前記発光素子を基板に固定する接
着剤を、高温接着強度が高い特性を持つ異方導電性接着
剤としてなることを特徴とする。

【００１８】この構成では、発光素子を基板に接着剤に
よって固定した後に、高温雰囲気の中でワイヤのボンデ
ィングやパッケージの樹脂封止をしても、異方導電性接
着剤は高温でも接着強度が高く維持されるので、発光素
子を安定して固定保持できるアセンブリが得られる。ま
た、異方導電性接着剤の塗布量が多くなっても素子搭載
方向のみに導電性を持つだけなので、向かい合うボンデ
ィングエリアどうしの間の短絡も防止できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、絶縁性
の基板と、この基板の両端のそれぞれ表裏両面に形成さ
れ且つ実装する表示装置等の配線パターンに導通可能な
第１の電極及び第２の電極と、前記基板の表面に搭載さ
れるＧａＮ系化合物半導体の発光素子と、前記発光素子
の表面のｎ側及びｐ側の電極を前記第１及び第２の電極
にそれぞれボンディングするワイヤと、これらのワイヤ
を含んで封止する樹脂のパッケージとからなる面実装型
の半導体発光装置であって、前記発光素子を基板に固定
する接着剤を、高温接着強度が高い特性を持つ異方導電
性接着剤としてなるものであり、高温雰囲気に晒される
工程が繰り返されても異方導電性の接着剤によって発光
素子の安定保持ができ、異方導電性接着剤の塗布量が多
くなっても横方向には導電性がないため発光素子と電極
のワイヤボンディングエリアとの間の短絡を防止すると
いう作用を有する。

【００２０】請求項２に記載の発明は、前記発光素子を
前記第１及び第２の電極どうしの間であって前記基板の
ほぼ中央域に搭載し、前記第１及び第２の電極のそれぞ
れに前記ワイヤをボンディングするためのエリアを、前
記ワイヤの平面視の長さが大きくなるように前記発光素
子の芯からずらして形成してなる請求項１記載の半導体
発光装置であり、２本のワイヤによるボンディングが必
要なアセンブリであっても、全体の嵩を小型化できると
いう作用を有する。

【００２１】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。図１は本発明の面実装型の
半導体発光装置の外観斜視図、図２の（ａ）及び（ｂ）
はそれぞれ平面図及び縦断面図である。

【００２２】図１において、絶縁性の基板１の両端に第
１の電極２と第２の電極３がそれぞれ形成されている。
これらの第１及び第２の電極２，３は、従来技術の項で
述べたように、基板材料に切開したスリット部分に金属
メッキを施し最終工程のダイシングによって図示のよう
に基板１の表裏両面に展開されたものである。そして、
第１及び第２の電極２，３の下面部分をプリント配線基
板（図示せず）の配線に対応させて搭載することによっ
て、ＬＥＤ素子への導通回路を構成する。

【００２３】第１及び第２の電極２，３には、図２の
（ａ）に示すように、それぞれの位置を基板１の互いに
ずらしたボンディングエリア２ａ，３ａを一体に設け
る。そして、これらのボンディングエリア２ａ，３ａの
中心部分を結ぶ線分上であって基板１の長手方向の中央
にセンターを合わせるようにして発光素子４がマウント
されている。

【００２４】発光素子４は青色発光のものであって、図
５の従来例で示したように、ＧａＮ系化合物半導体をサ
ファイアの結晶基板の表面に積層してｎ型ＧａＮ層及び
ｐ型ＧａＮ層を形成し、これらの層の表面にそれぞれｎ
側電極４ａ及びｐ側電極４ｂを形成したものである。こ
れらのｎ側及びｐ側の電極４ａ，４ｂは、ｎ型ＧａＮ層
及びｐ型ＧａＮ層の間のｐ−ｎ接合域の電流拡散を促す
ことを一つの目的として、ほぼ正方形状の平面形状を持
つ発光素子４の表面に対角線上であってコーナ部に近い
位置に配置され、相互の間の距離を大きくしている。

【００２５】発光素子４は、図２の（ａ）に示すよう
に、ｎ側及びｐ側の電極４ａ，４ｂを結ぶ線分がボンデ
ィングエリア２ａ，３ａを結ぶ線分とほぼ直交する関係
として基板１の中央部に搭載され、異方導電性の接着剤
５によって固定される。そして、ｎ側電極４ａとワイヤ
ボンディングエリア２ａ及びｐ側電極４ｂと他方のボン
ディングエリア３ａとの間はそれぞれワイヤ６，７によ
ってボンディングされ、これらのボンディング部分を含
めてエポキシ樹脂によるパッケージ８によって封止して
いる。

【００２６】このように、本発明においては、ボンディ
ングエリア２ａ，３ａと発光素子４を一直線上に配置す
るのに代えて、互いにずらした関係であってボンディン
グエリア２ａ，３ａと相手のｎ側及びｐ側の電極４ａ，
４ｂとの間の距離も長くしている。このため、ワイヤ
６，７のそれぞれを十分に余裕のある逆Ｕ字状に曲げた
形状としてボンディングできるので、ワイヤ６，７の断
線が防止される。また、ワイヤ６，７が基板１の長手方
向に対して斜めの姿勢となるので、ボンディングエリア
２ａ，３ａどうしの間隔も長くとれる。したがって、パ
ッケージ８からワイヤ６，７のボンディング部分がはみ
出ることがなく、ボンディングエリア２ａ，３ａを基板
１の長手方向に発光素子４と一直線上に配列する場合に
比べると、全体の長さが短くなりパッケージ８自身の小
型化も可能となる。

【００２７】ここで、本発明においては、発光素子４を
基板１に固定する接着剤５は異方導電性のものを用い
る。異方導電性の接着剤５は、たとえばビーズにＮｉ／
Ａｕメッキをしたフィラー等をエポキシ樹脂に分散させ
た異方導電性フィルムを素材としたものや、インクタイ
プのものが利用できる。

【００２８】異方導電性の接着剤５は、異方導電性樹脂
と同様に、所定の圧力以上で加圧した部分のみに導電性
が得られ、加圧が作用しない部分は絶縁性のままである
という性質を持つ。すなわち、加圧力が負荷されない限
りは絶縁性の樹脂と変わりはなく、電気的に導通させる
必要がある一部を加圧すれば、この加圧部分だけが導電
性を持つものに変化する。したがって、発光素子４を搭
載する位置の基板１の表面に接着剤５を塗布しておきそ
の上に発光素子４を搭載して加圧すれば、この発光素子
４によって押圧された部分だけが電気的に導通し、発光
素子４の側面からはみ出している部分は絶縁状態のまま
である。

【００２９】一方、ＧａＮ系化合物半導体の発光素子４
の場合では、その結晶基板として絶縁性のサファイアが
一般に用いられるので、発光素子４のサファイア基板周
りに限っては、接着剤５は導電性でも絶縁性でも構わな
い。これに対し、接着剤５の塗布量が多すぎたような場
合にサファイア基板の上のｎ型ＧａＮ層やｐ型ＧａＮ層
までが接着剤５によって被覆されると、この接着剤５が
導電性であれば第１，第２の電極２，３との間及びボン
ディングエリア２ａ，３ａどうしの間での短絡の恐れが
ある。更に、ボンディングエリア２ａ，３ａの間に塗布
された接着剤５がダイスボンドにより広がり、ダイスボ
ンドエリアのパターン間においても同様に短絡の発生の
恐れあがる。

【００３０】これに対し、異方導電性の接着剤５であれ
ば、先に述べたように発光素子４によって押圧されない
部分は絶縁状態にあるので、第１，第２の電極２，３及
びボンディングエリア２ａ，３ａに接着剤５が広がって
塗布されたとしても、短絡が確実に防止される。

【００３１】このように、異方導電性の接着剤５を用い
ることで、発光素子４とボンディングエリア２ａ，３ａ
を近接配置したアセンブリとしても支障はない。したが
って、先のようにボンディングエリア２ａ，３ａの位置
をずらすことによる嵩の低減に加えて、発光素子４の搭
載領域とワイヤ６，７のボンディングのためのボンディ
ングエリア２ａ，３ａの領域とを含む面積も小さくでき
るので、発光装置の全体を更に小型化できる。

【００３２】ここで、本発明者等は、異方導電性の接着
剤は、一般に利用されている絶縁性の接着剤やＡｇペー
スト等の導電性接着剤に比べると、発光素子４の固定に
おいて高温接着強度が高いことを知見によって得た。

【００３３】すなわち、発光素子４を絶縁性の基板１の
上に直に搭載するアセンブリの場合、ワイヤ６，７のボ
ンディングやパッケージ８の型製作による溶融樹脂の成
形のとき、２００℃程度の温度雰囲気に晒される。この
ため、前工程において発光素子４が接着剤５によって基
板１の表面に固定されていても、熱影響によって接着剤
５の接着強度が低下すれば発光素子４の基板１上への安
定固定が損なわれてしまう。そこで、絶縁性接着及びＡ
ｇペーストを用いた導電性接着剤に加えて異方導電性の
接着剤のそれぞれについて高温接着強度を比較検討した
ところ、異方導電性の接着剤が高温接着強度に最も優れ
ることが判明した。このことを実験結果によって得られ
た図３に基づいて説明する。

【００３４】図１及び図２に示す実施形態において、発
光素子４を基板１に固定する接着剤５として、異方導電
性ペースト，絶縁ペースト及び導電性Ａｇペーストを用
い、これらの各接着剤について、低温及び高温域でのダ
イスボンド接着強度を測定した。このときの測定方法
は、ダイスボンドエリアをくり抜いた樹脂製配線基板に
接着剤サンプルを塗布して発光素子を搭載し、ホットプ
レート上でそれぞれの接着剤サンプルを硬化させ、テン
ションゲージによって基板と発光素子との接着強度を測
定するというものである。

【００３５】このダイスボンド接着強度の測定にした試
料は、以下の試料１〜試料４であり、それぞれの加熱温
度と加熱時間とともに示す。

【００３６】試料１：異方導電性ペースト（ビスフェノ
ールＦ型エポキシ樹脂）（加熱温度：１６５〜１７５℃
加熱時間：１０分間） 試料２：絶縁ペースト（ビスフェノールＡ型５０％プラ
スＦ型５０％エポキシ樹脂）（加熱温度：１１５〜１２
５℃ 加熱時間：１０分間） 試料３：絶縁ペースト（マレイミド系樹脂）（加熱温
度：１９５〜２０５℃ 加熱時間：１０分間） 試料４：Ａｇペースト（フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂）（加熱温度：１６０〜１６５℃ 加熱時間：６
０分間） 図３は各試料１〜４について雰囲気中の温度Ｔａ（測定
時のホットプレート上の温度に相当）が２５℃及び２０
０℃のときの接着強度を測定した結果であり、実線のプ
ロットがＴａ＝２５℃及び破線のプロットがＴａ＝２０
０℃である。また、測定結果は他の接着剤と比較して表
す相対接着強度として示す。

【００３７】各試料１〜４のＴａ＝２５℃のときの接着
強度は、試料４のＡｇペーストが比較的低いだけで、他
の試料１〜３についてはいずれも相対接着強度１００以
上であることが判る。したがって、異方導電性ペースト
は低温接着強度については絶縁ペーストと同様の特性を
持つといえる。

【００３８】一方、Ｔａ＝２００℃の場合では、試料１
では相対接着強度を１００以上に維持しているのに対
し、試料２の絶縁ペーストでは６０まで低下する傾向が
みられる。特に、マレイミド系樹脂を使用した試料３の
絶縁ペーストでは６０以下にまで低下し、高温接着強度
が大幅に落ち込んでいる。そして、試料４のＡｇペース
トにおいても８０以下の相対接着強度に下がっている。

【００３９】このように、異方導電性ペーストは、絶縁
性ペースト及び導電性のＡｇペーストのいずれと比較し
ても高温接着強度が高いことが判る。

【００４０】以上のことから、異方導電性の接着剤５を
用いることにより、発光素子４を基板１に固定した後
の、高温雰囲気でワイヤ６，７のボンディングや溶融樹
脂によるパッケージ８の型成形の工程を踏んでも、接着
剤５の高温劣化を伴うことはない。したがって、基板１
に対する発光素子４の安定した固定が維持され、製品歩
留りの向上が図られる。

【００４１】

【発明の効果】本発明では、発光素子を固定するための
接着剤として異方導電性のものを使用することで、その
高温接着強度を高く維持できるので、ボンディングやパ
ッケージ封止の工程で高温に晒されても発光素子の安定
が維持され、良好なアセンブリが得られる。

【００４２】また、２本のワイヤをボンディングするも
のであっても、ボンディング用のエリアの位置を発光素
子に対してずらす関係とすることで、封止用のパッケー
ジを含めて更に小型化でき、携帯用の機器への対応性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による半導体発光装置の
外観斜視図

【図２】図１の半導体発光装置であって、 （ａ）はその平面図 （ｂ）は縦断面図

【図３】異方導電性ペースト，絶縁性ペースト，Ａｇペ
ーストの各接着剤についての低温及び高温時の装着接着
強度を測定によって得たデータを示す図

【図４】１本のワイヤによってボンディングする発光素
子を備えた面実装型の半導体発光装置の従来例を示す斜
視図

【図５】ＧａＮ系化合物半導体の発光素子を備える従来
の面実装型の半導体発光素子であって、 （ａ）は外観斜視図 （ｂ）平面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１の電極 ２ａ ボンディングエリア ３ 第２の電極 ３ａ ボンディングエリア ４ 発光素子 ４ａ ｎ側電極 ４ｂ ｐ側電極 ５ 接着剤 ６ ワイヤ ７ ワイヤ ８ パッケージ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性の基板と、この基板の両端のそれ
   ぞれ表裏両面に形成され且つ実装する表示装置等の配線
   パターンに導通可能な第１の電極及び第２の電極と、前
   記基板の表面に搭載されるＧａＮ系化合物半導体の発光
   素子と、前記発光素子の表面のｎ側及びｐ側の電極を前
   記第１及び第２の電極にそれぞれボンディングするワイ
   ヤと、これらのワイヤを含んで封止する樹脂のパッケー
   ジとからなる面実装型の半導体発光装置であって、前記
   発光素子を基板に固定する接着剤を、高温接着強度が高
   い特性を持つ異方導電性接着剤としてなる半導体発光装
   置。
2. 【請求項２】 前記発光素子を前記第１及び第２の電極
   どうしの間であって前記基板のほぼ中央域に搭載し、前
   記第１及び第２の電極のそれぞれに前記ワイヤをボンデ
   ィングするためのエリアを、前記ワイヤの平面視の長さ
   が大きくなるように前記発光素子の芯からずらして形成
   してなる請求項１記載の半導体発光装置。