JP2005129641A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 比較的大きな電流を流して高輝度で発光できる半導体発光装置を小型に製造する。
【解決手段】 金属により形成され且つ底面(6)及び底面(6)から外側に向かって拡径する反射面(7)が設けられた凹部(5)を有する支持板(1)と、支持板(1)の凹部(5)内に配置された半導体発光素子(2)と、支持板(1)の上面(8)に形成された溝(9,16)内に配置されたリード(3,17)と、凹部(5)を除く支持板(1)の上面(8)と少なくとも対向する一対の側面(11,12)とを被覆する樹脂封止体(4)と、半導体発光素子(2)の電極とリード(3)のワイヤボンディング領域(19)との間に接続されたリード細線(13)とを半導体発光装置に設け、半導体発光素子の小型化を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比較的大きな電流を流して高輝度で発光でき且つ小型に製造できる半導体発光装置に関する。
近年、半導体発光素子に比較的大きな電流を流して半導体発光装置を高輝度で発光させるため、半導体発光素子を放熱性に優れる金属製の支持板上に固着し、この支持板と電気的に絶縁した状態で配線導体を配置し、支持板、半導体発光素子及び配線導体を外囲体で一体的に封止した構成を有する半導体発光装置が提案されている。
例えば、下記の特許文献１に開示される半導体発光装置としての発光ダイオード（ＬＥＤ）では、放熱性を有する金属製のスラグ（支持板）の上にＬＥＤダイ（半導体発光素子）を固着し、スラグと電気的に絶縁した状態で金属リード（配線導体）を配置し、スラグ、ＬＥＤダイ及び金属リードを樹脂製の外囲体により一体的に封止している。この発光ダイオードによれば、ＬＥＤダイの発光の際に生ずる熱をスラグを介して外部へ良好に放出できるため、ＬＥＤダイに比較的大きな電流を流して、発光ダイオードを高輝度で発光させることができる。
特開２０００−１５０９６７公報（第５頁、図２）
しかしながら、最近では電子機器等の小型化が推進され、上記の類の半導体発光装置でも外形の更なる小型化及び小面積化（省スペース化）が要求されている。上記の特許文献１に開示される半導体発光装置は、金属リード及び樹脂製の外囲体が一体的に形成されたリードフレーム組立体と、ＬＥＤダイが固着された金属製のスラグとを組み合わせて一体化する構成であるため、外形の更なる小型化及び小面積化は困難であり、この要求を十分に満足させることができなかった。
そこで、本発明の目的は、比較的大きな電流を流して高輝度で発光でき且つ小型に製造できる半導体発光装置を提供することにある。
本発明による半導体発光装置は、金属により形成され且つ底面(6)及び底面(6)から外側に向かって拡大する反射面(7)が設けられた凹部(5)を有する支持板(1)と、支持板(1)の凹部(5)内に配置された半導体発光素子(2)と、支持板(1)の上面(8)に形成された溝(9,16)内に配置されたリード(3,17)と、凹部(5)を除く支持板(1)の上面(8)と少なくとも対向する一対の側面(11,12)とを被覆する樹脂封止体(4)と、半導体発光素子(2)の電極とリード(3)のワイヤボンディング領域(19)との間に接続されたリード細線(13)とを備えている。
金属により形成される支持板(1)は、良好な放熱性と光反射性を有する。半導体発光素子(2)を金属製の支持板(1)上に固着するので、支持板(1)を通じて半導体発光素子(2)が発生した熱を良好に放出できる。このため、半導体発光素子(2)に比較的大きな電流を流して、半導体発光素子(2)を高輝度で発光させることができる。また、半導体発光素子(2)から放出される光は、反射面(7)上で所定の方向に反射されるので、半導体発光素子(2)から発生する光を一定の方向に指向させて、輝度を増加することができる。半導体発光素子(2)からの光を低い光損失で反射する所定の表面粗度を有する反射面(7)を支持板(1)のプレス成型により同時に形成することができる。また、反射面(7)を備えた支持板(1)を一体にプレス成型できるので、別途反射部材を設ける必要がなく、部品数を削減することができ、生産性にも優れる。更に、支持板(1)の上面(8)に形成された溝(9)内にリード(3)を配置して、半導体発光装置の高さを抑制して、支持板(1)にリード(3,17)を容易に取り付けられるので、小型の半導体発光装置を容易に且つ生産性良く製造することができる。また、支持板(1)の上面(8)と少なくとも対向する一対の側面(11,12)を樹脂封止体(4)により支持板(1)の表面を連続的に被覆するので、樹脂封止体(4)は、支持板(1)に対し強固に固着されると共に、支持板(1)又はリード(3,17)と外部との電気的短絡事故を防止することができる。
小型且つ高輝度の半導体発光装置を信頼性の高いチップ型又は表面実装型デバイス（ＳＭＤ）として使用できる。
以下、発光ダイオード（ＬＥＤ）装置に適用した本発明による半導体発光装置の実施の形態を図１〜図５について説明する。
本実施の形態の発光ダイオード装置は、図１〜図３に示すように、放熱性及び導電性の良好な金属から成り且つ凹部(5)が形成された支持板(1)と、支持板(1)の凹部(5)の底面(6)に固着された半導体発光素子としての発光ダイオードチップ(2)と、支持板(1)の凹部(5)から離間した位置に固定された第１のリード(3)及び第２のリード(17)と、支持板(1)の凹部(5)の上面及び第１のリード(3)上のワイヤボンディング領域(19)を除く支持板(1)の上面(8)と互いに対向する一対の側面(11,12)と第１のリード(3)及び第２のリード(17)を含む両側面(14)とを被覆する樹脂封止体(4)（図１及び図２では破線で図示）とを備えている。
支持板(1)の中央部に形成された凹部(5)は、発光ダイオードチップ(2)が固着される円形状の底面(6)と、底面(6)から外側に向かって逆円錐状に拡径する反射面(7)とを有する。反射面(7)は、発光ダイオードチップ(2)から放出される光を所定の方向に反射させ、発光ダイオードチップ(2)で発生した光を一定の方向（上方）に指向させるリフレクタ面（反射面）を構成する。支持板(1)の上面(8)及び両側面(14)には、凹部(5)を挟んで離間する第１のリード(3)及び第２のリード(17)をそれぞれ配置する第１の溝(9)及び第１の溝(9)と並行に第２の溝(16)が形成される。第１のリード(3)は、電気的絶縁性を有する樹脂製のスペーサ(10)を介して第１の溝(9)内に固定される。スペーサ(10)は、第１のリード(3)の第１の溝(9)との対向面を被覆する樹脂製フィルムを被着するか又は樹脂コーティングを施すことにより形成される。これにより、図４に示すように第１のリード(3)と支持板(1)が樹脂製のスペーサ(10)により電気的に絶縁される。第２のリード(17)は、その略中央に穿設された貫通孔(20)を第２の溝(16)内の略中央から突出して形成された突起としての固定用ピン(18)に嵌合させて固定用ピン(18)の頭部(21)を加締ることにより、第２の溝(16)内に固定され、第２のリード(17)と支持板(1)が電気的に接続される。
発光ダイオードチップ(2)の一方の電極（図示せず）と第１のリード(3)のワイヤボンディング領域(19)との間にはリード細線(13)が接続され、発光ダイオードチップ(2)の上面側の一方の電極と第１のリード(3)を電気的に接続する。発光ダイオードチップ(2)の底面側の他方の電極は半田等の導電性を有する接着材を介して支持板(1)に電気的に接続される。更に、第１のリード(3)は支持板(1)の底面(15)に当接する図示しない配線基板の配線パターンに電気的に接続され、第２のリード(17)は図示しない配線基板の他の配線パターン（例えば接地パターン）に電気的に接続される。図３に示すように、支持板(1)の底面(15)は樹脂封止体(4)により被覆されないので、支持板(1)の底面(15)を図示しない配線基板の他の配線パターン（例えば接地パターン）に電気的に接続することも可能である。なお、特に図示はしないが、実際には支持板(1)の凹部(5)及び第１のリード(3)上のワイヤボンディング領域(19)を含む樹脂封止体(4)の未被覆部分に光透過性及び電気的絶縁性を有する樹脂を充填したり、凹部(5)の開口面（上面）にレンズを形成することもできる。
次に、図５を用いて上記の構成を有する発光ダイオード装置の製造方法を説明する。
まず、例えば銅、アルミニウム又はこれらの合金等の放熱性及び導電性が良好な金属板材を用意し、プレス加工等により支持板(1)を形成する。支持板(1)は、上面(8)に形成された凹部(5)と、支持板(1)の上面(8)及び両側面(14)に第１の溝(9)及び第２の溝(16)とを備え、凹部(5)は、中心部に円形状の底面(6)と、底面(6)から外側に向かって逆円錐状に拡径する反射面(7)とを有する。第１の溝(9)及び第２の溝(16)の幅と深さは、スペーサ(10)を含む第１のリード(3)を嵌合できる幅と深さに設定される。また、第２の溝(16)の幅及び深さを第２のリード(17)の幅及び厚さと同一となるように設定してもよい。更に、第２の溝(16)を形成する際にその上面の略中央から上方に突出する固定用ピン(18)を同時にプレス加工により形成する。
続いて、支持板(1)の凹部(5)から左側に離間した位置に形成された第１の溝(9)内に樹脂製のスペーサ(10)を介して第１のリード(3)を固定する。また、第２のリード(17)の略中央に穿設された貫通孔(20)を第２の溝(16)の固定用ピン(18)に嵌合させてその頭部(21)を加締めて拡径することにより、支持板(1)の凹部(5)から右側に離間した位置に形成された第２の溝(16)内に第２のリード(17)を固定する。これにより、第１のリード(3)と支持板(1)が電気的に絶縁されると共に、第２のリード(17)と支持板(1)が電気的に接続される。
以上の工程により、支持板(1)に形成された凹部(5)を挟んで第１及び第２のリード(3,17)が装着された支持板組立体(25)は、図５に示すように上型(30a)及び下型(30b)を有する成形型としての成形金型(30)のキャビティ（空所）(31)内に収容される。即ち、成形金型(30)を構成する上型(30a)には、キャビティ(31)内に突出し且つ支持板(1)の凹部(5)と相補的な形状を有する主突起(32)と、主突起(32)に隣接し且つ第１のリード(3)のワイヤボンディング領域(19)を形成する副突起(33)とが設けられる。一方、成形金型(30)を構成する下型(30b)には、支持板(1)より若干大きな幅及び奥行きを有する拡大凹部(34)と、拡大凹部(34)の底面に形成され且つ支持板(1)の底面(15)に当接する係合凹部(35)とが設けられる。これにより、上型(30a)及び下型(30b)を閉じると、形成すべき樹脂封止体(4)の外形に合致するキャビティ（空所）(31)が成形金型(30)内に形成される。
図５に示す成形金型(30)を使用して樹脂成形する際には、まず上型(30a)の主突起(32)を支持板(1)の凹部(5)内に装着すると共に、副突起(33)を第１のリード(8)に当接させる。次に、支持板組立体(25)が装着された上型(30a)を閉じ、支持板(1)の底面(15)が下型(30b)の係合凹部(35)に当接するように支持板組立体(25)を下型(30b)の拡大凹部(34)内に配置する。なお、支持板(1)の底面(15)が下型(30b)の係合凹部(35)に当接するように支持板組立体(25)を下型(30b)の拡大凹部(34)内に配置させてから、上型(30a)を閉じて、上型(30a)の主突起(32)を支持板(1)の凹部(5)内に装着すると共に副突起(33)を第１のリード(8)に当接させても良い。その後、図示しないランナ及びゲートを通じて成形金型(30)のキャビティ(31)内に流動化したエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂又はポリイミド樹脂等の封止用樹脂を注入し、樹脂硬化後に上型(30a)及び下型(30b)を離型して支持板組立体(25)を成形金型(30)から取り出す。これにより、支持板(1)の凹部(5)の上面及び第１のリード(3)上のワイヤボンディング領域(19)を除く支持板(1)の上面(8)と、互いに対向する一対の側面(11,12)と、第１のリード(3)及び第２のリード(17)を含む両側面(14)とを被覆する樹脂封止体(4)が形成される。樹脂封止体(4)は、底面を除く支持板(1)の略全面を被覆するので、支持板(1)に対し強固に固着されると共に、支持板(1)又はリード(3,17)と外部との電気的短絡事故を防止することができる。
支持板組立体(25)の一部を樹脂封止体(4)で被覆した後、発光ダイオードチップ(2)を支持板(1)の凹部(5)の底面(6)に配置して半田等の導電性を有する接着材により固着する。これにより、発光ダイオードチップ(2)の底面側の他方の電極が半田等の導電性を有する接着材を介して支持板(1)に電気的に接続される。その後、公知のワイヤボンディング法により発光ダイオードチップ(2)の上面側の一方の電極と第１のリード(3)のワイヤボンディング領域(19)との間を金等の金属から成るリード細線(13)で接続する。これにより、発光ダイオードチップ(2)の上面側の一方の電極がリード細線(13)を介して第１のリード(3)に電気的に接続される。更に、実際には支持板(1)の凹部(5)及び第１のリード(3)上のワイヤボンディング領域(19)を含む樹脂封止体(4)の未被覆部分にメタクリル等の光透過性及び電気的絶縁性を有する樹脂を充填することにより、本実施の形態の発光ダイオード装置が完成する。
本実施の形態の発光ダイオード装置では、発光ダイオードチップ(2)を金属製の支持板(1)上に固着したので、発光ダイオードチップ(2)の発光により生じた熱を支持板(1)を通じて良好に放出できる。このため、発光ダイオードチップ(2)に比較的大きな電流を流して、発光ダイオードチップ(2)を高輝度で発光させることができる。また、発光ダイオードチップ(2)から放出される光は、逆円錐状の反射面(7)上で所定の方向に反射されるので、発光ダイオードチップ(2)から発生する光を一定の方向（上方）に指向させることにより、輝度を増加することができる。反射面(7)は、支持板(1)のプレス成型により発光ダイオードチップ(2)からの光を低い光損失で反射する所定の表面粗度で形成することができる。この場合に、反射面(7)を備えた支持板(1)を一体にプレス成型できるので、別途反射部材を設ける必要がなく、部品数を削減することができる。また、支持板(1)の上面(8)及び両側面(14)に凹部(5)を挟んで形成された第１の溝(9)及び第２の溝(16)内にそれぞれ第１のリード(3)及び第２のリード(17)を配置するので、発光ダイオード装置の高さ及び幅を抑えることができる。したがって、発光ダイオード装置を薄型化及び小面積化して小型に製造することが可能となる。更に、第１の溝(9)及び第２の溝(16)内にそれぞれ第１のリード(3)及び第２のリード(17)を配置するので、リード(3)及び第２のリード(17)の支持板(1)への取り付けが容易である。また、樹脂封止体(4)が支持板(1)の上面(8)と少なくとも対向する一対の側面(11,12)を被覆するので、樹脂封止体(4)と支持板(1)との接続強度が十分に高く得られる。
本発明の実施態様は前記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施の形態では支持板(1)の凹部(5)に円形の底面(6)とその底面(6)から外側に向かって逆円錐状に拡径する反射面(7)とを設けたが、方形の底面とその底面から外側に向かって逆角錐状に拡大する錐体面、回転放物面、回転楕円面、回転双曲面又は球面の一部から選択される反射面を設けてもよい。底面の形状は円形又は方形に限らず、楕円形、三角形又は多角形でもよい。また、不要ならば第２の溝(16)及び第２のリード(17)を省略してもよい。また、上記の実施の形態では支持板(1)の凹部(5)付近の樹脂封止体(4)の未被覆部分を方形状としたが、凹部(5)の開口部と相似な円形状としても良い。
本発明は、小型且つ薄型で高輝度の半導体発光装置に効果が顕著である。
発光ダイオード装置に適用した本発明による半導体発光装置の実施の形態を示す斜視図 図１の平面図 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図 図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図 支持板組立体を成形型のキャビティ内に収容した状態を示す断面図
符号の説明
(1)・・支持板、 (2)・・発光ダイオードチップ（半導体発光素子）、 (3)・・第１のリード（リード）、 (4)・・樹脂封止体、 (5)・・凹部、 (6,15)・・底面、 (7)・・反射面、 (8)・・上面、 (9)・・第１の溝（溝）、 (10)・・スペーサ、 (11,12,14)・・側面、 (13)・・リード細線、 (16)・・第２の溝（付加的溝）、 (17)・・第２のリード（付加的リード）、 (18)・・固定用ピン、 (19)・・ワイヤボンディング領域、 (20)・・貫通孔、 (21)・・頭部、 (25)・・支持板組立体、 (30)・・成形金型、 (30a)・・上型、 (30b)・・下型、 (31)・・キャビティ、 (32)・・主突起、 (33)・・副突起、 (34)・・拡大凹部、 (35)・・係合凹部、

Claims (5)

  1. 金属により形成され且つ底面及び該底面から外側に向かって拡大する反射面が設けられた凹部を有する支持板と、該支持板の凹部内に配置された半導体発光素子と、前記支持板の上面に形成された溝内に配置されたリードと、前記凹部を除く前記支持板の上面と少なくとも対向する一対の側面とを被覆する樹脂封止体と、前記半導体発光素子の電極と前記リードのワイヤボンディング領域との間に接続されたリード細線とを備えたことを特徴とする半導体発光装置。
  2. 前記溝は、前記支持板の上面と少なくとも１つの側面とに形成された第１の溝と第２の溝とを備え、
    前記リードは、絶縁性のスペーサを介して前記第１の溝内に配置された第１のリードと、前記第２の溝内に配置された第２のリードとを備えた請求項１に記載の半導体発光装置。
  3. 前記第２のリードは、前記第２の溝内に突出する突起に嵌合されて固定される貫通孔を備えた請求項２に記載の半導体発光装置。
  4. 前記第１の溝と第２の溝は、前記支持板の上面と、該上面と直角な一対の前記側面に形成され、前記第１のリードと第２のリードは、それぞれ前記第１の溝と第２の溝内に固定される請求項２又は３に記載の半導体発光装置。
  5. 前記反射面は、逆円錐面若しくは逆角錐面から成る逆錐体面、回転放物面、回転楕円面、回転双曲面又は球面の一部から選択される請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体発光装置。
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