JP2006024645A

JP2006024645A - 半導体発光装置

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Publication number: JP2006024645A
Application number: JP2004199731A
Authority: JP
Inventors: Tomio Inoue; 登美男井上
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】ＬＥＤチップから出射される光を効率よく正面側に反射させて明るい輝度を得ることができると共に、樹脂成形体からの出っ張りを無くして非常に小形化することができる、サイドビュー型の半導体発光装置を提供する。
【解決手段】板状体から形成され、先端部に椀状の凹部１ａが設けられる第１のリード１と、第２のリード２とが並設され、第１のリード１の先端部の一部が板状体の面と平行に変位して第１の実装面１ｂとされ、第２のリード２の先端部も板状体の面と平行に変位して第２の実装面２ｂとされている。凹部１ａ内には、ＬＥＤチップ３がマウントされ、その２つの電極は第１および第２のリード１、２と接続手段４により電気的に接続されている。そして、第１および第２の実装面１ｂ、２ｂ並びにリードの切断面を除いて全面が樹脂成形体５により被覆されている。
【選択図】図１

Description

本発明は基板などに搭載する面である実装面と平行方向に光を照射するサイドビュー型半導体発光装置に関する。さらに詳しくは、たとえば携帯電話機の表示部におけるバックライトのように、非常に小型で薄型の電子機器のバックライトとして導光板の側面から光を照射するのに適した非常に小形のサイドビュー型半導体発光装置に関する。

従来、液晶表示装置などのバックライトとして、導光板の側面または裏面側から入射させる光源としては、蛍光管や半導体発光装置が用いられ、半導体発光装置としては、リードの先端部に発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）をマウントしてドーム状の樹脂で被覆したランプ型（いわゆる砲弾型）や、絶縁基板上にＬＥＤチップをマウントして樹脂で被覆したチップ型や、ＬＥＤチップを直接導光板の裏面側または側面に設ける構造のものが用いられている。ランプ型の半導体発光装置は、たとえば図３に示されるような構造になっている。図３において、板状体から形成された第１のリード２１の先端部に板状体の側面から形成された凹部２１ａ内にＬＥＤチップ２３がボンディングされ、その一方の電極は第１のリード２１と電気的に接続され、他方の電極が、同様に板状体から形成された第２のリード２２の先端部とワイヤ２４により電気的に接続されて、その周囲が透光性樹脂２５により被覆される構造になっている（たとえば特許文献１参照）。このランプ型発光装置は、樹脂２５から露出したリード部分をプリント基板のスルーホールなどに挿入してハンダ付などにより固定すると共に電気的に接続して使用される。

一方、携帯電話機などの小さな表示パネルで、軽薄短小化が要求される電子機器のバックライト用光源としては、とくにバックライトの光源部分は面積を小さく、コンパクトに形成することが要求され、発光面と反対側にリードが延びたり、接続部が延びたりすることのないように光の照射方向と平行な面を実装面とするサイドビュー型半導体発光装置が要求されている。このようなサイドビュー型半導体発光装置は、たとえば図４に平面説明図およびそのＢ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図がそれぞれ示されるような構造で形成されている。

すなわち、板状の第１および第２のリード３１、３２がその先端部を対向させて設けられ、第１のリード３１の先端部側のフレーム面にＬＥＤチップ３３がボンディングされ、その両電極がワイヤ３４により第１および第２のリード３１、３２と電気的に接続されている。なお、この例は、ＬＥＤチップ３３の裏面に一方の電極が導出されていない構造であるため、両電極共にワイヤボンディングにより電気的に接続されている。そして、両リード３１、３２の先端部を固定するため、ＬＥＤチップ３３の周囲が凹部３６ａ内に配設されるように、光を透過させない、たとえば白色の樹脂成形体３６で固着され、凹部３６ａ内は透光性樹脂３５により被覆される構造になっている。そして、樹脂成形体３６から露出する第１および第２のリード３１、３２の一部３１ｂ、３２ｂがラインＡで折り曲げられて、その折り曲げられた部分を回路基板などに接続して実装する構成になっている。
特開平１１−１０３０９７号公報

前述のように、サイドビュー型の半導体発光装置は、リードフレームにより形成された第１のリードの表面上にＬＥＤチップ３３がマウントされ、その周囲に反射性樹脂成形体が形成され、その反射性樹脂成形体の凹部内で反射させることにより、ＬＥＤチップ３３で発光した光を取り出す構造になっている。しかし、この構造では、樹脂成形体の凹部３６ａは、ワイヤボンディングのスペースを確保した大きさに形成されるため、ＬＥＤチップからの凹部壁面が遠く、充分に発光する光を表面側に反射させることができない。さらに、樹脂成形体を白色樹脂で形成してもその反射率を充分に高くすることができず、また、樹脂であるため、反射率を高くするための銀メッキなどを施すこともできない。そのため、ＬＥＤチップで発光する光を充分に外部に取り出すことができないという問題がある。

さらに、樹脂成形体の外側に延出されたリードを曲げて実装面を形成しているため、樹脂成形体のすぐ外側でリードが折り曲げられて実装面が形成されているとはいえども、その出っ張り分大きくなり、小形化の要求に充分には応えられていない。また、従来構造では、樹脂成形後にリードを折り曲げなければならないため、リードの厚さが厚くなるとリードの折曲げが困難になること、および折り曲げられたリードの厚さも含めた発光装置の厚さ（図４（ａ）のｔ₁参照）が大きくなることなどの理由のため、リードの厚さを０.１５ｍｍ程度の薄いものしか使用することができず熱伝導が非常に低下し、しかも実装面はＬＥＤチップがマウントされるリードの端部側と反対側端部となるため、より一層熱伝導が悪く、非常に放熱性が低下し、ＬＥＤチップの温度が上昇して特性の低下につながりやすいという問題がある。

本発明はこのような問題を解決し、ＬＥＤチップから出射される光を効率よく正面側に反射させて明るい輝度を得ることができると共に、樹脂成形体からの出っ張りを無くして非常に小形化することができ、さらに、リードの厚さを厚くすることにより、放熱性も良くすることができる構造のサイドビュー型の半導体発光装置を提供することを目的とする。

本発明による半導体発光装置は、板状体から形成され、先端部に凹部が設けられる第１のリードと、該第１のリードと並設され、板状体から形成される第２のリードと、前記第１のリードの凹部内にマウントされる発光素子チップと、該発光素子チップの２つの電極が前記第１および第２のリードと電気的に接続される接続手段と、前記発光素子チップおよび接続手段の部分を被覆する樹脂成形体とを有し、前記第１のリードの先端部が幅広に形成され、該幅広に形成された一部に前記凹部が形成されると共に、他の一部が前記板状体の面と平行に変位して前記樹脂成形体の側面で第１の実装面として露出するように変形され、前記第２のリードの先端部も前記板状体の面と平行に変位して前記樹脂成形体の側面で第２の実装面として露出するように変形されている。

前記第１および第２の実装面、および前記第１および第２のリード下端の切断面以外の前記第１および第２のリード、発光素子チップならびに前記接続手段がすべて前記樹脂成形体で被覆されていることにより、リードが樹脂成形体から突出することなく、樹脂成形体の大きさに収まるため、小形化することができて好ましい。

前記発光素子チップが青色または紫外線の発光素子チップからなり、該発光素子チップの周囲に色変換部材が塗布されることにより白色発光とされ、該色変換部材の上に前記樹脂成形体が形成されていることにより、１個で白色の発光装置とすることができ、小形の白色光光源とすることができる。

前記凹部内に銀メッキが施されることにより、発光素子チップのすぐ近くで大きな反射率で正面側に反射させることができるため、同じ発光素子チップを使用しても、明るい発光装置とすることができて好ましい。

本発明によれば、板状のリードフレームにより形成された先端部が幅広のリードの一部にたとえば椀状の凹部が形成され、先端部の他の部分がリードフレームの面を平行移動するように変形されて樹脂成形体の側部に露出するように形成されているため、その露出部分で回路基板などの実装基板に直接電気的に接続しながら固定することができる。そのため、リードの他端部側を樹脂成形体から導出して、実装基板と接続する必要がなく、非常に小形の半導体発光装置とすることができる。また、リードの厚さを厚くしても、外形寸法に何ら影響しないため、厚くすることにより放熱性も良くなる。

さらに、リードの先端部に形成された凹部内にＬＥＤチップがボンディングされているため、ＬＥＤチップの周囲の近くに反射板が形成され、その凹部を椀状に形成することにより、ＬＥＤチップから照射される光を非常に有効に正面側に反射させやすい。しかも、金属で凹部が形成されているため、さらに反射率の高い銀めっきなどを簡単に施すことができ、より一層光の利用効率を高くすることができる。

つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光装置について説明をする。本発明によるサイドビュー型の半導体発光装置の平面説明図が図１（ａ）に、図１（ａ）の樹脂成形体を透して見たＢ視およびＣ視の側面図（（ｂ）の発光素子チップ（ＬＥＤチップ）３部分は断面図）が図１（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示されるように、板状体から形成され、先端部に椀状の凹部１ａが設けられる第１のリード１と、第２のリード２とが並設されている。この第１のリード１の先端部は幅広に形成され、その幅広に形成された一部に椀状の凹部１ａが形成されると共に、他の一部が板状体の面と平行に変位して後述する樹脂成形体５の側面で第１の実装面１ｂとして露出するように変形され、第２のリード２の先端部も板状体の面と平行に変位して樹脂成形体５の側面で第２の実装面２ｂとして露出するように変形されている。

第１のリード１に形成される椀状の凹部１ａ内には、ＬＥＤチップ３がマウントされ、その２つの電極は第１および第２のリード１、２と接続手段４により電気的に接続されている。図１に示される例は、ＬＥＤチップ３の裏面に一方の電極が形成され、接続手段４としての導電性接着剤４ａにより直接第１のリード１と電気的に接続され、ＬＥＤチップ３の表面に他方の電極が形成されて、接続手段４としての金線などのワイヤ４ｂにより第２のリード２と電気的に接続されている。そして、第１および第２の実装面１ｂ、２ｂ並びにリードの切断面を除いて全面が樹脂成形体５により被覆されている。

第１および第２のリード１、２は、従来のランプ型発光装置と同様に、０.３〜０.５ｍｍ（たとえば０.４ｍｍ）厚程度の、たとえば銅などからなる金属板を成形金型により打ち抜くことにより、板状体のリードフレームにより形成されている。そのため、第１のリード１の先端部を幅広に形成することは、金型の打抜き部の形状だけで簡単に自在の形状に形成することができる。金型で第１および第２のリード１、２の形状に打ち抜かれた後に、リードフレームを縦向きにして、第１のリード１の幅広部における一部の上端面からスタンピングにより凹部１ａが形成され、さらに、幅広部の他の一部を突出部が形成された金型でリードフレームの両面から挟み付けることにより、フレーム面に対して平行に変位させ、樹脂成形体５から露出する第１および第２の実装面１ｂ、２ｂが形成（フォーミング）されている。このように、金型でフォーミングすることができるため、リードの厚さが厚くても容易にフォーミングすることができる。なお、図示されていないが、この金型で打ち抜かれたリードフレームの状態では、第１および第２のリード１、２並びに複数個分のリードが全てサイドレールで連結されており、後述する樹脂成形体５で両リード１、２が固定された後に各リードが切断分離される。

この板状体が打ち抜かれ、スタンピングやフォーミングされたリードフレームの状態で、たとえば銀メッキが２〜５μｍ程度の厚さ施されることにより、凹部１ａ内での光の反射率が向上して外部への光の取出し効率である外部量子効率が向上すると共に、実装面１ｂ、２ｂでのハンダ付け性などが向上して実装を確実に行うことができる。なお、リードの材料は銅に限定されるものではなく、その他に鉄に銅メッキをした板材などを用いることもできるが、銅系材料を用いることにより、熱伝導が良好であるため、ＬＥＤチップの信頼性を向上させることができる。

図１に示される例では、白色光の発光装置の例が示されており、青色または紫外光をＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体や３波長蛍光体などの色変換部材により白色にする例が示されている。そのため、ＬＥＤチップ３は、たとえば図２に一例の断面構成例が示されるように、窒化物半導体を用いたＬＥＤとして形成されている。しかし、発光装置は白色光に限らず、赤色、緑色など任意の色のＬＥＤチップを用いることができるし、また、白色光にする場合でも、このような光変換部材を用いないで、赤、緑、青の３原色のＬＥＤチップを内蔵して白色光にすることもできる。

ここに窒化物半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物またはIII 族元素のＧａの一部または全部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物(窒化物)からなる半導体をいう。

窒化物半導体を用いたＬＥＤは、図２に示されるように、たとえばｎ形ＳｉＣ基板１１上に、たとえばＡｌＧａＮ系化合物（Ａｌの混晶比が０の場合も含み、種々のものを含むことを意味する、以下同じ）からなる低温バッファ層１２が０.００５〜０.１μｍ程度設けられている。そして、このバッファ層１２上に、たとえばｎ形ＧａＮ層などにより形成されるｎ形層１３が１〜５μｍ程度、たとえば１〜３ｎｍ程度のＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ｎからなるウェル層と１０〜２０ｎｍのＧａＮからなるバリア層とが３〜８ペア積層される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１４が０.０５〜０.３μｍ程度、たとえばｐ形ＧａＮ層などにより形成されるｐ形層１５が０.２〜１μｍ程度の厚さに順次積層されされることにより半導体積層部１９が形成されている。そして、ｐ形層１５の表面に、たとえばＺｎＯからなる透光性導電層１６が０.１〜１０μｍ程度設けられ、その上の一部に、Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕなどの積層構造により、全体として０.１〜１μｍ程度の厚さのｐ側電極１７が、ＳｉＣ基板１の裏面にＴｉ-Ａｌ合金またはＴｉ／Ａｕの積層構造などで、全体として０.１〜１μｍ程度の厚さのｎ側電極１８がそれぞれ設けられることにより形成されている。

前述の例では、基板としてＳｉＣ基板を用いたが、この材料に限らず、ＧａＮやＧａＡｓなど他の半導体基板を用いることもできるし、サファイア基板を用いることもできる。ＳｉＣなどの半導体基板であれば、図２に示されるように、一方の電極を基板の裏面に設けることができるが、サファイアのような絶縁性の基板の場合には、積層された半導体層の一部をエッチングで除去して下層の導電形層（図２の構成ではｎ形層１３）を露出させて、その露出部分に電極が形成される。なお、半導体基板を用いる場合、前述の例ではｎ形基板を用いて下層にｎ形層を形成しているが、基板および下層をｐ形層にすることも可能である。また、バッファ層１２も前述のＡｌＧａＮ系化合物には限定されず、他の窒化物層を用いることもできる。

さらに、ｎ形層１３およびｐ形層１５は、前述のＧａＮ層に限らず、ＡｌＧａＮ系化合物などでもよく、また、それぞれが単層ではなく、活性層側にＡｌＧａＮ系化合物のようなバンドギャップが大きくキャリアを閉じ込めやすい材料と、活性層と反対側にキャリア濃度を大きくしやすいＧａＮ層などとの複層で形成することもできる。また、活性層１４は、所望の発光波長に応じて、その材料は選択され、また、ＭＱＷ構造に限らず、ＳＱＷまたはバルク層で形成されてもよい。さらに、透光性導電層１６もＺｎＯに限定されるものではなく、ＩＴＯまたはＮｉとＡｕとの２〜１００ｎｍ程度の薄い合金層でもよく、光を透過させながら、電流をチップ全体に拡散することができるものであればよい。Ｎｉ-Ａｕ層の場合、金属層であることから厚くすると透光性でなくなるため、薄く形成されるが、ＺｎＯやＩＴＯの場合は光を透過させるため、厚くても構わない。

このＬＥＤチップ３が、第１のリード１に形成される、たとえば椀状の凹部１ａ内に導電性接着剤４ａを介してダイボンディングされることにより基板側の電極（ｎ側電極１８）が第１のリード１と電気的に接続され、上部電極（ｐ側電極１７）が金線などのワイヤ４ｂにより第２のリード２と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ３が絶縁基板上に窒化物半導体層を積層して形成される場合には、両電極ともワイヤにより電気的に接続される。ＬＥＤチップ３がダイボンディングおよびワイヤボンディングされた後に、凹部１ａ内に、たとえばＹＡＧ蛍光体などの色変換部材６をポッティングなどにより塗布する。ＹＡＧ蛍光体は、ＬＥＤチップ３から発光する青色光を吸収して黄色に変換し、その黄色の光がＬＥＤチップ３から発せられる青色光と混色して白色にするものであるが、ＹＡＧ蛍光体でなくても、たとえば近紫外光を発するＬＥＤチップと、近紫外光によって励起されて赤色、橙色、青色、緑色にそれぞれ発光する蛍光体とを設けて白色に変換する構成でもよく、ＬＥＤチップの光を白色に変換する色変換部材を用いることができる。

このＬＥＤチップ３がダイボンディングされ、さらにワイヤボンディングされ、色変換部材６が塗布された部分が透光性樹脂によりモールド成形されることにより、樹脂成形体５が形成されている。透光性樹脂とは、透明である必要はなく、ＬＥＤチップ３で発光して色変換部材６により変換された色の光を透過させるものであればよく、たとえば白色光を発光させる場合には、白色の樹脂でも白色光を通せば構わないという意味である。この成形体は、トランスファモールドまたはインジェクションモールドなどにより金型内にリードフレームをセッティングして樹脂を注入することにより行われる。この際、実装面１ｂ、２ｂが金型の空洞壁面に接触するようにリードフレームが形成されているが、樹脂注入の際に樹脂が実装面１ｂ、２ｂに付着しないように、たとえば実装面１ｂ、２ｂにテーピングなどを施しておくことにより、実装面１ｂ、２ｂに樹脂の付着などが生じてハンダ付けなどの障害となることを防止することができる。

この樹脂成形体５は、図１に示されるように、第１のリード１の幅広部を完全に被覆する部分まで覆われ、樹脂成形体５が形成された後に、その樹脂成形体５から露出する第１および第２のリード１、２の部分が切断されることにより、リードフレームから分離される。その結果、第１および第２のリード１、２の切断部および実装面１ｂ、２ｂ以外の部分がすべて樹脂成形体５の内部に被覆されたサイドビュー型半導体発光装置が得られる。

このような構造にすることにより、厚さｔが０.８ｍｍまたは０.６ｍｍ程度の薄さで、幅ｗが３.４ｍｍ程度、高さｈが１.４５ｍｍ程度の非常に小形のサイドビュー型半導体発光装置が得られた。なお、厚さｔはさらに小さく、０.５ｍｍ程度のものを作製することが可能である。因みに、図１に示される例では、凹部１ａの長さＬは１.２４ｍｍである。

以上のように、本発明によれば、樹脂成形体から導出されたリードを折り曲げて実装面を形成することなく、樹脂成形体の側面の一部に実装面が形成され、非常に小形のサイドビュー型の半導体発光装置が得られる。しかも、ＬＥＤチップを囲む凹部は、リードの先端部に形成されているため、ＬＥＤチップから発せられる光を無駄なく有効に正面側に反射させることができ、外部量子効率を向上させることができる。凹部内に銀メッキを施すことにより、さらに反射効率を向上させることができる。その結果、同じ入力に対しても大きな輝度の発光装置とすることができる。

さらに、本発明によれば、厚さｔが０.６ｍｍ程度のものにする場合でも、リードフレームの厚さを０.４ｍｍ程度にすることができ、従来の樹脂成形体により凹部を形成する構造よりリードの厚さを非常に厚くすることができる。その結果、熱伝導が非常に良好になり、また、実装面が、ＬＥＤチップがマウントされる場所と非常に近い部分に形成されるため、実装基板などに熱を逃がしやすく、ＬＥＤチップの信頼性を向上させることができる。

本発明による半導体発光素子の一実施形態を示す平面および側面の説明図である。本発明の半導体発光装置に用いるＬＥＤの一例の断面説明図である。従来のランプ型発光装置の一例を示す図である。従来のサイドビュー型発光装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

１第１のリード
１ａ凹部
１ｂ第１の実装面
２第２のリード
２ｂ第２の実装面
３ＬＥＤチップ
４接続手段
５樹脂成形体
６色変換部材

Claims

板状体から形成され、先端部に凹部が設けられる第１のリードと、該第１のリードと並設され、板状体から形成される第２のリードと、前記第１のリードの凹部内にマウントされる発光素子チップと、該発光素子チップの２つの電極が前記第１および第２のリードと電気的に接続される接続手段と、前記発光素子チップおよび接続手段の部分を被覆する樹脂成形体とを有し、前記第１のリードの先端部が幅広に形成され、該幅広に形成された一部に前記凹部が形成されると共に、他の一部が前記板状体の面と平行に変位して前記樹脂成形体の側面で第１の実装面として露出するように変形され、前記第２のリードの先端部も前記板状体の面と平行に変位して前記樹脂成形体の側面で第２の実装面として露出するように変形されてなる半導体発光装置。
前記第１および第２の実装面、および前記第１および第２のリード下端の切断面以外の前記第１および第２のリード、発光素子チップならびに前記接続手段がすべて前記樹脂成形体で被覆されてなる請求項１記載の半導体発光装置。
前記発光素子チップが青色または紫外線の発光素子チップからなり、該発光素子チップの周囲に色変換部材が塗布されることにより白色発光とされ、該色変換部材の上に前記樹脂成形体が形成されてなる請求項１または２記載の半導体発光装置。
前記凹部内に銀メッキが施されてなる請求項１ないし３のいずれか１項記載の半導体発光装置。