JP2006049764A - 半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部との十分な熱的絶縁性が得られる半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置を提供する。
【解決手段】 第１導電体１１と、第１導電体１１の側面に絶縁部材１３を介して接合された第２導電体１２と、第２導電体１２の側面と第２導電体１２に相対向する第１導電体１１の側面に形成された窪み１７、１８を具備するパッケージ１４と、パッケージ１４を緩挿し、窪み１７、１８に着脱自在に嵌合してパッケージ１４を挟持する棒状の電源接続端子２３、２４を具備するソケット体１５と、を有している。
電気的接続を維持してパッケージ１４とソケット体１５との間に空間を確保する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置に係り、特に外部との十分な熱的絶縁性を得るのに好適な構造を備えた半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置に関する。

半導体発光素子、なかでも発光ダイオード（ＬＥＤ）は、フルカラーディスプレイ、交通・信号機器、車載用途などに幅広く用いられている。この用途においては、特に光出力が高いものが要求されるので、近年、数百ｍＡを超える大電流で駆動することにより高い光出力が得られる高光束ＬＥＤが注目されている。

従来、ＬＥＤを一体に具備するパッケージをソケット体に装着した半導体発光装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。

特許文献１に開示された半導体発光装置では、半導体発光素子を一体に組み付けるようになしたパッケージとパッケージを差し込んで装着するソケット体を有している。
パッケージは、板状の入力端子を備えソケット体の装着穴に嵌通する嵌着胴部と、装着穴の上面に密着する上部フランジ部を有している。ソケット体は、テープ状電源基盤の電源ラインに接続脚端子を挿通することにより接続する板状の電源接続端子を内周部に有している。

パッケージの板状の入力端子とソケット体の板状の電源接続端子とが互いに面で接触し、パッケージがソケット体に電気的接続されている。

然しながら、特許文献１に開示された半導体発光装置では、パッケージとソケット体の電源接続端子の接触面積が大きいので、外部からの熱がソケット体を通してパッケージに伝わりやすいという問題がある。

このため、日中点灯し続ける危険防止用の自動車用灯具や交通信号機が、真夏の炎天下で太陽光に曝された場合に、灯具や信号機の筐体の温度がパッケージの温度より高くなり、筐体から熱が流入してパッケージが加熱される事態が生じる。

その結果、大電流を流すことによる半導体発光素子の発熱の放散が妨げられるので、半導体発光素子の光出力が低下し、過度な温度上昇により半導体発光素子が破壊される恐れがある。
特開２００３−１４２７３３号公報（３−４頁、図１）

本発明は、外部との十分な熱的絶縁性が得られる半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置を提供する。

本発明の一態様の接続装置は、第１導電体と、前記第１導電体の側面に絶縁部材を介して接合された第２導電体と、前記第２導電体の側面と前記第２導電体に相対向する前記第１導電体の側面に形成された窪みを具備するパッケージと、前記パッケージを緩挿し、前記窪みに着脱自在に嵌合して前記パッケージを挟持する棒状の電源接続端子を具備するソケット体と、を有することを特徴としている。

また、本発明の別の一態様の半導体発光装置は、第１導電体と、前記第１導電体の側面に絶縁部材を介して接合された第２導電体と、前記第２導電体の側面と前記第２導電体に相対向する前記第１導電体の側面に形成された窪みを具備する複数のパッケージと、前記各パッケージを緩挿し、前記窪みに着脱自在に嵌合して前記パッケージを挟持する棒状の電源接続端子を具備する複数のソケット体と、複数の前記ソケット体を載置する基板と、前記各パッケージの前記第１導電体の主面にそれぞれ固着された半導体発光素子と、前記各半導体発光素子を前記各第２導電体にそれぞれ電気的接続するための接続導体と、前記半導体発光素子および前記接続導体をそれぞれ気密封止する手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、パッケージの側面に形成された窪みに着脱自在に嵌合する棒状の電源接続端子によりパッケージを挟持しているので、電気的接続を維持してパッケージとソケット体との間に隙間を確保することができる。

これにより、十分な熱的絶縁性が得られるので、外部からの熱の流入を抑制し、パッケージが加熱されるのを防止することができる。従って、大電流で動作し、信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施例１に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の構造を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。

図１に示すように、本実施例の半導体発光装置１０は、第１導電体１１と第２導電体１２が絶縁部材１３を介して接合されたパッケージ１４と、パッケージ１４を緩挿するソケット体１５とを有している。

パッケージ１４は、第１導電体１１の主面に形成された断面形状が主面側に末広がり状の凹部１６と、第２導電体１２の側面に形成された窪み１７と、第２導電体１２に相対向する第１導電体１１の側面に形成された窪み１８とを有している。

凹部１６は、第1導電体１１の主面側に末広がり状、例えば逆台形状の断面構造に形成され、その内面が傾斜面や放物線状の湾曲面をなし、底面に導電性接着剤、または共晶接合により固着される半導体発光素子１９から放射される光を第１導電体１１の主面側へ導出するようになっている。 第２導電体１２の上端面には半導体発光素子１９を外部に電気的接続するための接続導体、例えば金ワイヤ２０をボンディングするための接続パッド２１が形成されている。

第１および第２導電体１１、１２は、例えばニッケルおよび銀がメッキされた銅板であり、絶縁部材１３は、例えば両面に銀ロウがコーティングされたアルミナ板である。

第１導電体１１、絶縁部材１３および第２導電体１２をこの順に重ね、銀ロウが溶解する温度、例えば７００℃に加熱して徐冷することにより、第１導電体１１と第２導電体１２が絶縁部材１３を介して銀ロウで接合される。

ソケット体１５は、窪み１７、１８に相対向する位置に貫通孔を備えた絶縁体２２と、この貫通孔を通して窪み１７、１８に着脱自在に嵌合する棒状の電源接続端子２３、２４と、電源接続端子２３、２４を押圧するコイルバネ２５、２６と、電源接続端子２３、２４とコイルバネ２５、２６を一体に収納する筐体２７、２８を有している。

絶縁体２２は、例えば耐熱性を有する樹脂からなり、第1導電体１１と第2導電体１２で構成する矩形状パッケージ１４の径より大きな内径を有する断面矩形の筒状に形成されており、電源接続端子２３、２４は、例えばニッケルおよび銀がメッキされた銅棒で、その先端部は窪み１７、１８の形状に倣って鋭角状に加工されている。

パッケージ１４をソケット体１５に緩挿すると、パッケージ１４の側面と絶縁体２２の内壁との間に隙間を有して、パッケージ１４の角部が絶縁体２２の内壁に突出している電源接続端子２３、２４に当接し、電源接続端子２３、２４を筐体２７、２８の中へ押し込む。押し込まれた電源接続端子２３、２４はコイルバネ２５、２６の弾性力により押し出されて窪み１７、１８に嵌合し、パッケージ１４を挟持することができる。

第１導電体１１はそれ自身で一方の配線をなし、第１導電体１１の側面に形成された窪み１８に勘合する棒状の電源接続端子２４を介して外部に電気的接続される。同様に、第２導電体１２はそれ自身で他方の電極をなし、第２導電体１２の側面に形成された窪み１７に勘合する棒状の電源接続端子２３を介して外部に電気的接続される。

これにより、電気的接続を維持してパッケージ１４とソケット体１５との間に隙間が確保されるので、外部からの熱がソケット体１５を介してパッケージ１４に流入するのを防止することが可能である。

更に、半導体発光装置１０は、窪み１７、１８の上下のパッケージ１４の側面とソケット体１５の内壁との間にそれぞれシール部材３０、３１、例えばリング状のゴムを有し、パッケージ１４の揺動を防止するとともに、窪み１７、１８と電源接続端子２３、２４の嵌合部をパッケージ１４の周囲の雰囲気から遮断している。

その結果、窪み１７、１８と電源接続端子２３、２４の嵌合部はパッケージ１４の周囲の雰囲気からの汚染が防止されるので、パッケージ１４とソケット体１５の電気的接続を長期間に渡って安定に維持することが可能である。

また、半導体発光装置１０は、第１導電体１１の主面と反対の面に放熱翼２９を有しているので、大電流を流すことによる半導体発光素子１９の発熱を放熱翼２９により外部に放散することが可能である。

次に、パッケージ１４の製造方法について詳しく説明する。図２はパッケージ１４の製造方法を工程順に示す図である。

図２（ａ）に示すように、凹部１６が複数形成された金属板３５と、両面に銀ロウがコーティングされた絶縁部材３６ａ、３６ｂと、接続パッド２１が複数形成された金属基板３７ａ、３７ｂとを用意し、金属板３５の両側に絶縁部材３６ａ、３６ｂと金属基板３７ａ、３７ｂをこの順に重ねる。

次に、重ねられた金属基板３５、絶縁部材３６ａ、３６ｂおよび金属基板３７ａ、３７ｂを炉（図示せず）に収容して非酸化性雰囲気中で銀ロウが溶解する温度、例えば７００℃に加熱して徐冷する。これにより、金属基板３５と金属基板３７ａ、３７ｂが絶縁部材３６ａ、３６ｂを介して銀ロウで接合される。

次に、図２（ｂ）に示すように、接合された金属基板３８を支持基板（図示せず）、例えばガラス板に固着し、切断を開始する面に保護膜（図示せず）、例えばレジスト膜を形成した後、切断装置（図示せず）によりダイシングライン３９に沿って切断する。

次に、金属基板３８の切断面をエッチングにより平滑にした後、切断片にそれぞれ窪み１７、１８を形成し、ニッケルおよび銀を、例えばメッキ液に浸漬して無電界メッキ法により、絶縁部材３６ａ、３６ｂの両端面を除いて選択的に合わせて１〜５μｍ程度メッキする。

これにより、図１に示す第１導電体１１と第２導電体１２が絶縁部材１３を介して接合され、凹部１６と窪み１７、１８を有するパッケージ１４が完成する。

図３は、図１に示す半導体発光装置１０を複数用いた集合半導体発光装置の構成を示す図で、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。

図３に示すように、本実施例の集合半導体発光装置４０は、基板４２の複数の貫通孔４１に半導体発光装置１０の放熱翼２９がそれぞれ貫通されて半導体発光装置１０が基板４２に載置固定されている。

半導体発光素子１９の一方の電極がパッケージ１４の凹部１６の底面に導電性接着剤で固着され、他方の電極が第２接続導体１２の接続パッド２１にワイヤボンディングされている。

凹部１６には発光波長に対して透明な樹脂４３が充填され、パッケージ１４の上面に半導体発光素子１９から放射された光を一方向へ集光するレンズ４４が冠着されている。

図４は、図３に示した集合半導体発光装置４０の等価回路を示す図である。図４に示すように、集合半導体発光装置４０は隣接した半導体発光素子１９が電源接続端子２３、２４を介して数珠状に直列接続され、抵抗４７を介して電源４８に接続されている。

これにより、複数の集合半導体発光装置４０を直列または並列接続することにより、更に大型の集合半導体発光装置を構成することが容易である。

以上説明したように、本実施例によれば、パッケージ１４の側面に形成された窪み１７、１８に着脱自在に嵌合する棒状の電源接続端子２３、２４によりパッケージ１４を挟持しているので、電気的接続を維持してパッケージ１４とソケット体１５との間に空間を確保することができる。

これにより、十分な熱的絶縁性が得られるので、外部からの熱の流入を抑制し、半導体発光素子１９が加熱されるのを防止することができる。従って、大電流で動作し、信頼性の高い半導体発光装置４０を提供することができる。

ここでは、第１導電体１１と第２導電体１２が絶縁部材１３として銀ロウをコーティングしたアルミナ板で接合された場合について説明したが、必要な熱的特性および機械的特性が得られる範囲内であれば有機系の絶縁性接着剤、例えばエポキシ系接着剤で接合しても構わない。これによれば、接合時の熱処理温度を下げることができるので、接合工程が簡略化できる利点がある。

図５は本発明の実施例２に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の構成を示す図で、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印の方向から眺めた断面図である。

本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。

本実施例が実施例１と異なる点は、パッケージ内に複数の接続パッドを形成して複数の半導体発光素子を搭載できるようにしたことにある。

即ち、図５に示すように、半導体発光装置５０は、第１導電体１１、第３導電体５１および第４導電体５２が絶縁部材１３および絶縁部材５３を介して互いに接合されたパッケージ５４を有し、第３および第４導電体５２、５３の側面には窪み５５、５６が形成されている。

第３および４導電体５１、５２の上端面には半導体発光素子をそれぞれ外部に電気的接続するための接続導体、例えば金ワイヤ２０をボンディングするための接続パッド５７、５８が形成されている。

ソケット体５９は、窪み５５、５６に相対向する位置に貫通孔を備えた絶縁体６０と、絶縁体６０の貫通孔を通して窪み５５、５６に着脱自在に嵌合する棒状の電源接続端子６１、６２と、電源接続端子６１、６２を押圧するコイルバネ６３、６４と、電源接続端子６１、６２とコイルバネ６３、６４を収納する筐体６５、６６を有している。

パッケージ５４をソケット体５９に緩挿すると、パッケージ５４の側面と絶縁体６０の内壁との間に隙間を有して、パッケージ５４の角部が絶縁体６０の内壁に突出している電源接続端子２３、６１、６２に当接して筐体２８、６５、６６の中へ押し込むので、コイルバネ２６、６３、６４の弾性力により棒状の電源接続端子２４、６１、６２が窪み１８、５５、５６に嵌合し、パッケージ５４が挟持される。

第１導電体１１はそれ自身で一方の配線をなし、第１導電体１１の側面に形成された窪み１８に勘合する棒状の電源接続端子２３を介して外部に電気的接続される。同様に、第３および第４導電体５１、５２はそれ自身で他方の電極をなし、第３および第４導電体５１、５２の側面に形成された窪み５５、５６に勘合する棒状の電源接続端子６１、６２を介して外部に電気的接続される。これにより、２の半導体発光素子１９をパッケージ５４に搭載することが可能である。

以上説明したように、本実施例によれば、２の半導体発光素子１９をパッケージ５４に搭載できるので、多色半導体発光装置が得られる利点がある。

ここでは、パッケージに２の半導体発光素子を搭載する場合について説明したが、導電体を増やして２以上の半導体発光素子を搭載しても構わない。

上述した実施例においては、パッケージが方形状で凹部が円形状の場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図６（ａ）に示すように、パッケージ８０が方形状で凹部８６も方形状、あるいは、図６（ｂ）に示すように、半導体発光素子用パッケージ９０が円形状で凹部９６も円形状であっても構わない。

本発明の実施例１に係る半導体発光素子の接続装置の構造を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。 本発明の実施例１に係るパッケージの製造方法を工程順に示す断面図。 本発明の実施例１に係る集合半導体発光装置の構成を示す図で、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。 本発明の実施例１に係る集合半導体発光装置の等価回路を示す図。 本発明の実施例２に係る半導体発光素子の接続装置の構造を示す図で、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。 本発明の実施例に係る半導体発光素子用パッケージの他の構造を示す平面図。

符号の説明

１０、５０、８０、９０ 半導体発光装置
１１ 第１導電体
１２ 第２導電体
１３、３６ａ、３６ｂ、５３ 絶縁部材
１４、５４ パッケージ
１５、５９ ソケット体
１６、８６、９６ 凹部
１７、１８、５５、５６ 窪み
１９ 半導体発光素子
２０ ワイヤ
２１、５７、５８ 接続パッド
２２、６０ 絶縁体
２３、２４、６１、６２ 電源接続端子
２５、２６、６３、６４ コイルバネ
２７、２８、６５、６６ 筐体
２９ 放熱翼
３０、３１ シール材
３５、３７ａ、３７ｂ 金属基板
３９ ダイシングライン
４０ 集合半導体発光装置
４１ 貫通孔
４２ 基板
４３ 樹脂
４４ レンズ
４７ 抵抗
４８ 電源
５１ 第３導電体
５２ 第４導電体

Claims (5)

1. 第１導電体と、前記第１導電体の側面に絶縁部材を介して接合された第２導電体と、前記第２導電体の側面と前記第２導電体に相対向する前記第１導電体の側面に形成された窪みを具備するパッケージと、
   前記パッケージを緩挿し、前記窪みに着脱自在に嵌合して前記パッケージを挟持する棒状の電源接続端子を具備するソケット体と
   を有することを特徴とする半導体発光素子の接続装置。
2. 第１導電体と、前記第１導電体の側面に絶縁部材を介して接合された第２導電体と、前記第２導電体の側面と前記第２導電体に相対向する前記第１導電体の側面に形成された窪みを具備するパッケージと、
   前記パッケージを緩挿し、前記窪みに着脱自在に嵌合して前記パッケージを挟持する棒状の電源接続端子を具備するソケット体と、
   前記パッケージの前記第１導電体の主面に固着された半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子を前記第２導電体に電気的接続するための接続導体と、
   前記半導体発光素子および前記接続導体を気密封止する手段と
   を有することを特徴とする半導体発光装置。
3. 第１導電体と、前記第１導電体の側面に絶縁部材を介して接合された第２導電体と、前記第２導電体の側面と前記第２導電体に相対向する前記第１導電体の側面に形成された窪みを具備する複数のパッケージと、
   前記各パッケージを緩挿し、前記窪みに着脱自在に嵌合して前記パッケージを挟持する棒状の電源接続端子を具備する複数のソケット体と、
   複数の前記ソケット体を載置する基板と、
   前記各パッケージの前記第１導電体の主面にそれぞれ固着された半導体発光素子と、
   前記各半導体発光素子を前記各第２導電体にそれぞれ電気的接続するための接続導体と、
   前記半導体発光素子および前記接続導体をそれぞれ気密封止する手段と
   を有することを特徴とする半導体発光装置。
4. 前記第１導電体の主面と反対の面に冷却翼を更に有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記窪みの上下の前記パッケージの側面と前記ソケット体の内壁との間にそれぞれシール部材を更に有し、前記窪みと前記電源接続端子の嵌合部を前記パッケージの周囲の雰囲気から遮断することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。

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