JP2005045079A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に白色光源として照明装置或いは液晶のバックライト等に用いられる、発光素子を使用した半導体発光装置の分野において、導電ペーストに代えて、薄肉化が可能な他のろう材を用いることにより這い上がりを抑制することができる半導体発光装置を提供する。
【解決手段】表面に金属製電極１ｆが設けられた一つのサブマウント１ｂ上に、３つの発光素子１ｃ、１ｅ、１ｇがＩｎまたはＡｕＳｎの金属材料からなるろう材によりダイボンドされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に白色光源として照明装置或いは液晶のバックライト等に用いられる、発光素子を使用した半導体発光装置に関する。

上述した従来の半導体発光装置として、同一のベース上に複数の発光素子が近付けてダイボンドされる場合に、発光素子の相対向する側面が平行とならないように取付けたものが知られている（特許文献１等参照）。このような取付け状態にする理由は、発光素子の側面同士の間を導電ペーストが這い上がるのを防ぐことができる十分な距離を側面同士の間に確保するためである。
特許第３２４００６０号（特開平４−２８３９７４号）公報

しかしながら、従来技術による場合には、側面同士が平行で無いために、素子間が一番近付いた部分でも、平行の場合において這い上がりを防ぐのに必要な距離と同程度の距離を確保しなければならないので、発光素子間が離れた部分ではさらに距離が離れてしまうことになる。そのため、発光素子の中心間の距離は若干長くなり、平行な状態であって十分に距離を離した場合と同程度になってしまうので効果は小さい。ただ、導電ペースト量の多い少ないや塗布位置のバラツキによる影響は少なくなる。このように、導電ペーストの這い上がりが少なからず有るために素子の側面から放射された光を遮ることになる。これは、素子間が近づき過ぎても同様に起こる。従って、異なる波長の発光素子が近接にダイボンドされていないと混色性が悪くなり、白色表示ができなくなる。

また、発光素子同士が近づき過ぎると、発光素子側面から放射される光は、隣の素子壁面と多重反射を繰り返して、その光の多くが素子自身に吸収されることになり、全体の発光効率が悪くなる。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、導電ペーストに代えて、薄肉化が可能な他のろう材を用いることにより這い上がりを抑制することができる半導体発光装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の半導体発光装置は、表面に金属製電極が設けられた一つのサブマウント上に、複数の発光素子がＩｎまたはＡｕＳｎの金属材料からなるろう材によりダイボンドされていることを特徴とする。

この半導体発光装置にあっては、導電ペーストの代わりに、薄肉化が可能なろう材としてＩｎやＡｕＳｎを使用する。このようなろう材を用いる場合には、ろう材の厚みが薄くなるので、その結果として這い上がりを抑制すること及び発光素子同士を近付けることが可能となる。また、金属材料からなるろう材を使用するので、先に発光素子のダイボンドをサブマウントと行い、その後、サブマウントを低温硬化のＡｇペースト等でリードフレームにダイボンドを行なう。そのため、樹脂に埋められたリードフレームに発光素子を直接ダイボンドする場合と異なり、高温で発光素子のダイボンドを行なうことが可能となる。更に、ろう材に高温のものを使用するので、近年の高輝度化のために大電流を流す場合のように、発光素子部の温度が非常に高くなっても、ダイボンド剥がれ等の劣化が少なく、信頼性の高いものとなる。更にまた、サブマウントとして、Ｓｉサブマウントを用いる場合には、非常に熱伝導性が良く十分な体積もあるので、発光素子からの熱を効率良く外部へ逃がすことが可能となる。

請求項２の発明の半導体発光装置は、請求項１に記載の半導体発光装置において、前記電極が各素子毎に分離しかつ各素子に応じた形状で複数形成され、複数の電極それぞれの上に、該当する電極の外形に基づいた位置決めにより素子がダイボンドされていることを特徴とする。

この半導体発光装置にあっては、電極の外形を、例えば光学的に検出してダイボンドの位置決めを行うことで、同一のサブマウント上に精度良く複数の発光素子をダイボンドすることが可能になる。これに伴い、発光素子同士を近付けることができ、混色性が向上することとなる。

請求項３の発明の半導体発光装置は、請求項２に記載の半導体発光装置において、前記複数の電極の間が、一定の場合に、配線で接続されていることを特徴とする。

この半導体発光装置にあっては、発光素子間のワイヤボンドや外部のリードピンの本数を減らす効果が得られる。

請求項４の発明の半導体発光装置は、請求項２または３に記載の半導体発光装置において、前記素子のそれぞれが角形であり、前記素子のそれぞれが角形であり、相互に隣り合う素子の近接する側面どうしが、傾いている状態（平行とならない状態）で各素子がダイボンドされていることを特徴とする。

ここで、平行とならない状態とは、三次元空間のいずれの方向において非平行である状態は勿論のこと、或る１方向において平行であっても、他の１方向において非平行である状態も含むことを言う。

この半導体発光装置にあっては、発光素子の側面が隣り合う他の発光素子の側面と平行とならないように各発光素子をダイボンドしているので、素子側面からの放射光を効率良く取り出すことが可能になる。

請求項１の発明による場合には、導電ペーストの代わりに、薄肉化が可能なろう材としてＩｎやＡｕＳｎを使用する。このようなろう材を用いる場合には、ろう材の厚みが薄くなるので、その結果として這い上がりを抑制すること及び発光素子同士を近付けることが可能となる。また、金属材料からなるろう材を使用するので、先に発光素子のダイボンドをサブマウントと行い、その後、サブマウントを低温硬化のＡｇペースト等でリードフレームにダイボンドを行なう。そのため、樹脂に埋められたリードフレームに発光素子を直接ダイボンドする場合と異なり、高温で発光素子のダイボンドを行なうことが可能となる。更に、ろう材に高温のものを使用するので、近年の高輝度化のために大電流を流す場合のように、発光素子部の温度が非常に高くなっても、ダイボンド剥がれ等の劣化が少なく、信頼性の高いものとなる。更にまた、サブマウントとして、Ｓｉサブマウントを用いる場合には、非常に熱伝導性が良く十分な体積もあるので、発光素子からの熱を効率良く外部へ逃がすことが可能となる。

また、請求項２の発明による場合には、電極の外形を、例えば光学的に検出してダイボンドの位置決めを行うことで、同一のサブマウント上に精度良く複数の発光素子をダイボンドすることが可能になる。これに伴い、発光素子同士を近付けることができ、混色性が向上することとなる。

また、請求項３の発明による場合には、発光素子間のワイヤボンドや外部のリードピンの本数を減らす効果が得られる。

また、請求項４の発明による場合には、発光素子の側面が隣り合う他の発光素子の側面と平行とならないように各発光素子をダイボンドしているので、素子側面からの放射光を効率良く取り出すことが可能になる。

以下に、本発明を具体的に説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図、図１（ｂ）はその模式的正面断面図である。なお、図１（ｂ）においては、ハッチングを省略している。

この半導体発光装置は、リードフレーム１ｄの上に形成されたＳｉサブマウント１ｂの上面に、Ａｌ，Ｔｉ及びＡｕ等のうちの１または２以上で形成された金属製の電極１ｆが一つ設けられている。リードフレーム１ｄ上のＳｉサブマウント１ｂは、従来の導電ペーストによってリードフレーム１ｄに固定されている。

上記電極１ｆの上には、赤、緑、青色と波長の異なる３個の発光素子１ｃ、１ｅ、１ｇがダイボンドされている。赤色発光素子１ｃ、緑色発光素子１ｅ及び青色発光素子１ｇは、本実施形態ではそれぞれ発光ダイオード素子が用いられているが、いずれか１以上または全部に半導体レーザ素子を用いてもよい。また、赤色発光素子１ｃとリードフレーム１ｄＡの間、緑色発光素子１ｅとリードフレーム１ｄＢの間、青色発光素子１ｇとリードフレーム１ｄＣの間及び電極１ｆとリードフレーム１ｄの間は、それぞれＡｕ線１ｈによって電気的に接続される。

上記３個の発光素子１ｃ〜１ｇは、電極１ｆの外形、特にエッジ部分を光学的に検出しその検出結果に基づいてダイボンドの位置決めを行い、その位置決めした位置に、ＩｎまたはＡｕＳｎの金属材料からなるろう材によってダイボンドされている。

また、３個の発光素子１ｃ〜１ｇからなる発光部の周囲には、円環状の反射板１ａが設けられている。この反射板１ａは、内周側が低く、外周側が高く形成されており、各発光素子１ｃ〜１ｇから放射された各色の光を混色して上方に向けて出力する。なお、図１中の１ｉは、外部との接続用の電気端子である。

したがって、このように構成された第１実施形態の半導体発光装置による場合には、導電ペーストの代わりに、薄肉化が可能なろう材としてＩｎ又はＡｕＳｎを使用しているので、ろう材の厚みが薄くなる結果、這い上がりを殆ど無くすることができる。また、這い上がりの抑制により、発光素子１ｃ〜１ｇ同士を近付けることが可能となる。

また、第１実施形態においては、ＩｎまたはＡｕＳｎの金属材料からなるろう材を使用するので、先に発光素子のダイボンドをサブマウントと行い、その後、サブマウントを低温硬化のＡｇペースト等でリードフレームにダイボンドを行なう。そのため、樹脂に埋められたリードフレームに発光素子を直接ダイボンドする場合と異なり、高温で発光素子のダイボンドを行なうことが可能となる。更に、ろう材にＩｎまたはＡｕＳｎの高温のものを使用するので、近年の高輝度化のために大電流を流す場合のように、発光素子部の温度が非常に高くなっても、ダイボンド剥がれ等の劣化が少なく、信頼性の高いものとなる。更にまた、サブマウントとして、Ｓｉサブマウント１ｂを用いているため、非常に熱伝導性が良く十分な体積もあるので、発光素子１ｃ〜１ｇからの熱を効率良く外部へ逃がすことが可能となる。

更に、第１実施形態においては、電極１ｆの外形を、光学的に検出してダイボンドの位置決めを行っているので、同一のサブマウント１ｂ上に精度良く複数の発光素子１ｃ〜１ｇをダイボンドすることが可能になる。これに伴い、発光素子１ｃ〜１ｇ同士を近付けることができ、混色性が向上することとなる。

（第２実施形態）
図２、図３および図４は、それぞれ本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置のサブマウント上の電極及び発光素子の配置を示す平面図である。

図２の半導体発光装置においては、Ｓｉサブマウント２ａの上に、矩形状をした３つの金属製電極２ｃ、２ｅおよび２ｇが形成され、電極２ｃの上には赤色発光素子２ｂが、電極２ｅの上には緑色発光素子２ｄが、電極２ｇの上には青色発光素子２ｆが形成されている。

上記３つの発光素子２ｂ〜２ｆは、第１実施形態と同様に、電極２ｃ〜２ｇの外形のうちのエッジを光学的に検出してダイボンドの位置決めを行い、その後、ろう材にＩｎまたはＡｕＳｎの高温のものを使用してダイボンドしている。

この図２の半導体発光装置においては、矩形状をした３つの電極２ｃ、２ｅおよび２ｇは、各電極２ｃ、２ｅおよび２ｇの対角線が一つの点を通るように形成されている。そして、相互に隣り合う電極２ｃと２ｅの近接する側面２ｃ１と２ｅ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極２ｃと２ｇの近接する側面２ｃ２と２ｇ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極２ｅと２ｇの近接する側面２ｅ２と２ｇ２どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされて形成されている。

一方、この状態の電極の外形に基づいて形成された発光素子２ｂ〜２ｆについても、同様となっている。具体的には、矩形状をした３つの発光素子２ｂ〜２ｆは、各発光素子２ｂ〜２ｆの対角線が一つの点を通るように形成されている。そして、相互に隣り合う発光素子２ｂと２ｄの近接する側面２ｄ１と２ｄ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極２ｂと２ｆの近接する側面２ｂ２と２ｆ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極２ｄと２ｆの近接する側面２ｄ２と２ｆ２どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされて形成されている。

図３の半導体発光装置においては、Ｓｉサブマウント３ａの上に、矩形状をした３つの金属製電極３ｃ、３ｅおよび３ｇが形成され、電極３ｃの上には赤色発光素子３ｂが、電極３ｅの上には緑色発光素子３ｄが、電極３ｇの上には青色発光素子３ｆが形成されている。これら発光素子３ｂ〜３ｆは、図２のものと同様に、電極３ｃ〜３ｇの外形のうちのエッジを光学的に検出してダイボンドの位置決めを行い、その後、ろう材にＩｎまたはＡｕＳｎの高温のものを使用してダイボンドしている。

この図３の半導体発光装置においては、矩形状をした３つの電極３ｃ、３ｅおよび３ｇは、２つの電極３ｃと３ｅにおける対向する２辺の各中心を通る線が一つの点で交わり、この交点を、残りの電極３ｇにおける対角線が通るように形成されている。加えて、相互に隣り合う電極３ｃと３ｅの近接する側面３ｃ１と３ｅ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極３ｃと３ｇの近接する側面３ｃ１と３ｇ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極３ｅと３ｇの近接する側面３ｅ１と３ｇ２どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされて形成されている。

一方、この状態の電極の外形に基づいて形成された発光素子３ｂ〜３ｆについても、同様となっている。具体的には、矩形状をした３つの発光素子３ｂ〜３ｆは、２つの発光素子３ｂと３ｄにおける対向する２辺の各中心を通る線が一つの点で交わり、この交点を、残りの発光素子３ｆにおける対角線が通るように形成されている。加えて、相互に隣り合う発光素子３ｂと３ｄの近接する側面３ｂ１と３ｄ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う発光素子３ｂと３ｆの近接する側面３ｂ１と３ｆ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極３ｄと３ｆの近接する側面３ｄ１と３ｆ２どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされて形成されている。

図４の半導体発光装置においては、Ｓｉサブマウント４ａの上に、矩形状をした３つの金属製電極４ｃ、４ｅおよび４ｇが形成され、電極４ｃの上には赤色発光素子４ｂが、電極４ｅの上には緑色発光素子４ｄが、電極４ｇの上には青色発光素子４ｆが形成されている。これら発光素子４ｂ〜４ｆは、図２のものと同様に、電極４ｃ〜４ｇの外形のうちのエッジを光学的に検出してダイボンドの位置決めを行い、その後、ろう材にＩｎまたはＡｕＳｎの高温のものを使用してダイボンドしている。

この図４の半導体発光装置においては、矩形状をした３つの電極４ｃ、４ｅおよび４ｇは、それぞれの対向する２辺の各中心を通る線が一つの点で交わるように形成されている。加えて、相互に隣り合う電極４ｃと４ｅの近接する側面４ｃ１と４ｅ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極４ｃと４ｇの近接する側面４ｃ１と４ｇ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極４ｅと４ｇの近接する側面４ｅ１と４ｇ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされて形成されている。

一方、この状態の電極の外形に基づいて形成された発光素子４ｂ〜４ｆについても、同様となっている。具体的には、矩形状をした３つの発光素子４ｂ〜４ｆは、それぞれの対向する２辺の各中心を通る線が一つの点で交わるように形成されている。加えて、相互に隣り合う発光素子４ｂと４ｄの近接する側面４ｂ１と４ｄ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極４ｂと４ｆの近接する側面４ｂ１と４ｆ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされ、また、相互に隣り合う電極４ｄと４ｆの近接する側面４ｄ１と４ｆ１どうしが平面視で傾いた平行とならない状態とされて形成されている。

したがって、このように各発光素子４ｂ〜４ｆが、平面視で傾いた平行とならない状態とされて形成されているので、各発光素子の側面からの放射光を効率良く取り出すことが可能になる。

なお、上記赤色発光素子２ｂ〜４ｂ、緑色発光素子２ｄ〜４ｄ及び青色発光素子２ｆ〜４ｆは、本実施形態ではそれぞれ発光ダイオード素子が用いられているが、いずれか１以上または全部に半導体レーザ素子を用いてもよい。また、それぞれの電極２ｃ〜４ｃ、２ｅ〜４ｅおよび２ｇ〜４ｇは、発光素子間のワイヤボンドや外部のリードピンの本数を減らす場合において配線を介して電気的に接続される。

また、上述した第２実施形態において図示した図２〜図４は一例であり、本発明はこれらに限らない。要は、各発光素子が平面視で傾いた平行とならない状態に形成されていれば、どのような形態でもよい。

（第３実施形態）
この第３実施形態は、平面視で平行とならない状態にするのではなく、正面視で平行とならない状態にする例である。

図５および図６は、それぞれ本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置のサブマウント上の電極及び発光素子の配置を示す図であり、各（ａ）は平面図で、各（ｂ）は平面図である。

図５の半導体発光装置は、Ｓｉサブマウント５ａの上に、横長の金属製電極５ｂが形成され、電極５ｂの上には青色発光素子５ｃ、緑色発光素子５ｄ及び赤色発光素子５ｅが横一列で形成されている。これら発光素子５ｃ〜５ｆは、電極５ｂの外形のうちのエッジを光学的に検出してダイボンドの位置決めを行い、その後、ろう材にＩｎまたはＡｕＳｎの高温のものを使用してダイボンドしている。

上記横一列に配された３つの発光素子５ｃ、５ｄ及び５ｅは、相互に隣り合う発光素子５ｃと５ｄの近接する側面５ｃ１と５ｄ１どうしが平面視で平行となっているが、側面５ｄ１が斜めに傾斜した状態に形成されることで、正面視で傾いた平行とならない状態とされている。また、相互に隣り合う発光素子５ｄと５ｅの近接する側面５ｄ２と５ｅ１どうしが平面視で平行となっているが、側面５ｄ２が斜めに傾斜した状態に形成されることで、正面視で傾いた平行とならない状態とされている。

図６の半導体発光装置は、Ｓｉサブマウント６ａの上に、３つの金属製電極６ｂ、６ｇ及び６ｆが形成され、電極６ｂの上には青色発光素子６ｃが、電極６ｇの上には緑色発光素子６ｄが、電極６ｆの上には赤色発光素子６ｅが形成されている。これら発光素子６ｃ〜６ｅは、図２のものと同様に、電極６ｂ、６ｇ、６ｆの外形のうちのエッジを光学的に検出してダイボンドの位置決めを行い、その後、ろう材にＩｎまたはＡｕＳｎの高温のものを使用してダイボンドしている。

上記Ｓｉサブマウント６ａは、中央の電極６ｇの形成部分６ａ１を水平に、左側の電極６ｂの形成部分６ａ２を左下がりの斜面に、右側の電極６ｆの形成部分６ａ３を右下がりの主面に形成されている。よって、各発光素子６ｃ〜６ｅが四角柱状であっても、相互に隣り合う発光素子６ｃと６ｄの近接する側面６ｃ１と６ｄ１どうし、同じく相互に隣り合う発光素子６ｄと６ｅの近接する側面６ｄ２と６ｅ１どうしが共に、正面視で傾いた平行とならない状態とされている。

したがって、図５及び図６に示すような半導体発光装置においても、隣り合う発光素子の側面どうしが正面視で平行とならない状態に形成されているので、各発光素子の側面からの放射光を効率良く取り出すことが可能になる。

なお、上述した第３実施形態では、相互に隣り合う発光素子の近接する側面どうしが平面視又は正面視で平行とならない状態としているが、本発明はこれに限らない。要は、三次元空間のいずれの方向において非平行である状態は勿論のこと、或る１方向において平行であっても、他の１方向において非平行である状態であってもよい。

また、上述した第３実施形態における各発光素子は、明言していないが発光ダイオード素子を用いている。但し、発光ダイオード素子に代えて半導体レーザ素子を用いてもよい。また、図６の場合、３つの電極は、発光素子間のワイヤボンドや外部のリードピンの本数を減らす場合において配線を介して電気的に接続するようにしてもよい。

また、上述した第１〜第３実施形態において発光部に３つの発光素子を有するものに適用しているが、本発明はこれに限らず、発光部に２または４以上の発光素子を有するものに同様に適用することができる。

主に白色光源として照明装置或いは液晶のバックライト等に用いられる、発光素子を使用した半導体発光装置の分野において、導電ペーストに代えて、薄肉化が可能な他のろう材を用いることにより這い上がりを抑制し、混色性の良い半導体発光装置とすることができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図、（ｂ）はその模式的正面断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置のサブマウント上の電極及び発光素子の配置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置のサブマウント上の電極及び発光素子の配置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置のサブマウント上の電極及び発光素子の配置を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置のサブマウント上の電極及び発光素子の配置を示す図であり、（ａ）は平面図で、（ｂ）は平面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置のサブマウント上の電極及び発光素子の配置を示す図であり、（ａ）は平面図で、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１ａ 反射板
１ｂ Ｓｉサブマウント
１ｃ 赤色発光素子
１ｄ リードフレーム
１ｅ 緑色発光素子
１ｆ 電極
１ｇ 青色発光素子
１ｈ Ａｕ線
１ｉ 電気端子
２ａ Ｓｉサブマウント
２ｂ 赤色発光素子
２ｃ 電極
２ｄ 緑色発光素子
２ｅ 電極
２ｆ 青色発光素子
２ｇ 電極
３ａ Ｓｉサブマウント
３ｂ 赤色発光素子
３ｃ 電極
３ｄ 緑色発光素子
３ｅ 電極
３ｆ 青色発光素子
３ｇ 電極
４ａ Ｓｉサブマウント
４ｂ 赤色発光素子
４ｃ 電極
４ｄ 緑色発光素子
４ｅ 電極
４ｆ 青色発光素子
４ｇ 電極
５ａ Ｓｉサブマウント
５ｂ 電極
５ｃ 青色発光素子
５ｄ 緑色発光素子
５ｅ 赤色発光素子
６ａ Ｓｉサブマウント
６ｂ 電極
６ｃ 青色発光素子
６ｄ 緑色発光素子
６ｅ 赤色発光素子
６ｆ 電極
６ｇ 電極

Claims (4)

1. 表面に金属製電極が設けられた一つのサブマウント上に、複数の発光素子がＩｎまたはＡｕＳｎの金属材料からなるろう材によりダイボンドされていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 請求項１に記載の半導体発光装置において、
   前記電極が各素子毎に分離しかつ各素子に応じた形状で複数形成され、複数の電極それぞれの上に、該当する電極の外形エッジに基づいた位置決めにより素子がダイボンドされていることを特徴とする半導体発光装置。
3. 請求項２に記載の半導体発光装置において、
   前記複数の電極の間が、一定の場合に、配線で接続されていることを特徴とする半導体発光装置。
4. 請求項２または３に記載の半導体発光装置において、
   前記素子のそれぞれが角形であり、相互に隣り合う素子の近接する側面どうしが、傾いている状態で各素子がダイボンドされていることを特徴とする半導体発光装置。

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