JP2006093626A

JP2006093626A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2006093626A
Application number: JP2004280399A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Kuzuhara; 一功葛原; Takanori Akeda; 孝典明田; Shigenari Takami; 茂成高見
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4353042B2

Abstract

【課題】放熱性を向上させ、投入電力を高めることが可能な構造の半導体発光装置を提供する。
【解決手段】
照射口４ａに向かって漸拡状に形成された照射開口部４の内周面に反射面３２を形成し、基板３上でかつ上記照射開口部４の底面にＬＥＤチップ１をフリップチップ方式で実装した半導体発光装置において、上記底面の中央部には台座部３３を形成し、その上面に上記ＬＥＤチップ１を実装している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップを用いた半導体発光装置に関するものである。

従来より、この種のＬＥＤチップを用いた半導体発光装置として、図６に示すものがある。ここに示す半導体発光装置は、ＬＥＤチップ１００の各々電極１０１、１０１に設けたバンプ２００（微小径の金属ボール）と基板３００の凹部底面に形成された接続端子３０１、３０１とを電気的に接合するフリップチップ方式で実装されており、ＬＥＤチップ１００は、電極１０１が形成される面とは反対側のサファイア基板側（光放射面）１０２から光を取り出すフェイスダウン構造を採用している。

また基板３００側の表面には光の反射層３０２を設けるとともに、配線パターンＰが形成されている。
上述のような半導体発光装置が、下記特許文献１にも開示されている。
特開２００３−１６３３７９号公報

しかしながら、このような従来の構造では光を発すると同時にＬＥＤチップ１００から熱が発生するため、この熱によりＬＥＤチップ１００の温度が上昇し、ＬＥＤチップ１００が高温になるほど発光効率が悪くなり、また温度上昇が制約となりＬＥＤチップ１００に投入できる電力が制限される等の問題があり、これらの問題を解消することが重要課題となっている。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、放熱性を向上させ、かつ投入電力を高めることが可能な構造の半導体発光装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１では、照射口に向かって漸拡状に形成された照射開口部の内周面に反射面を形成し、基板上でかつ上記照射開口部の底面にＬＥＤチップをフリップチップ方式で実装した半導体発光装置において、上記底面の中央部に台座部を形成し、その上面に上記ＬＥＤチップを実装していることを特徴とする。

請求項２では、請求項１において、上記基板の裏面で、かつ上記台座部に対応した箇所には、放熱凹部を更に形成していることを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、ＬＥＤチップは、照射開口部の底面の中央部に台座部を形成し、その上面にフリップチップ方式で実装されている。そのため、発光効率を維持しつつ、ＬＥＤチップの発熱を放射する表面積を多く確保して、基板から外部に効率よく放熱することができので、放熱性を向上させることができ、そのため投入電力を高めることができる。
また基板をエッチングにより加工可能な簡易な構造のため、加工も容易である。

請求項２では、台座部に対応する上記基板の裏面には、放熱凹部を更に形成しているので、ＬＥＤチップの発熱をより熱を逃がすことができる。また、より一層放熱性を向上させることができ、そのため投入電力を高めることができる。
さらに基板をエッチングにより加工可能な簡易な構造のため、加工成形も容易である。

以下、図とともに本発明の実施の形態について説明する。

図１（ａ）は本発明の半導体発光装置の基本構造を説明する断面図、（ｂ）はその平面図である。
本発明の半導体発光装置は表面実装タイプに適用できる。図ではフリップチップ方式による実装の例を示しているが、これに限られず、金やアルミニウム等の細線を用いて電気的に接続するワイヤボンディング方式によるものでもよい。
この半導体発光装置は、照射口４ａに向かって漸拡状に形成された照射開口部４の内周面に反射面３２を形成し、その照射開口部４の底面に、照射口４ａ側に立上がる台座部３３を形成して、その上面にＬＥＤチップ１をフリップチップ方式で実装している。

また、ＬＥＤチップ１を発光体とし、ＬＥＤチップ１の表面は電極１１ａ（アノード）、１１ｂ（カソード）を有した電極形成面１１を構成し、その裏面は透光性を備えたサファイア基板等で形成された光放射面１２を備えている。

ここではＬＥＤチップ１の裏面側から光を取り出すフェイスダウン構造を採用しており、各々の電極１１ａ、１１ｂ側に予めバンプ２を形成し、基板３上の各々の電極３１ａ、３１ｂにバンプ２を圧着し電気的に接合するフリップチップ方式で実装されている。

また基板３側に形成される配線パターンの構成は図面上に示していないが、これを表面に形成する場合は、配線パターンを配設する箇所の反射層３２を除いて形成してもよいし、反射層３２と配線パターンを兼用する構成としてもよい。基板３の裏面に配線パターンを配設した場合は、スルーホール（不図示）を形成し、配線パターンを延伸させる構成としてもよい。

以上の構造の本発明の半導体発光装置によれば、照射口４ａ側に立上げた台座部３３にＬＥＤチップ１を実装させているので、基板３を通して外部に効率よく放熱することができるので、放熱性を向上させることができる。
このように、放熱性を向上させることができれば、投入電力を高めることができ、半導体発光装置周辺の樹脂材料等の劣化を防止することができる。さらにはＬＥＤチップ１を高密度実装しても温度の上昇を抑えることが可能となる。

なお、ここで基板３はＳｉ基板の他、耐熱性の高いセラミックや窒化アルミニウム、金属リードフレーム等で形成され、各々の電極３１ａ、３１ｂは、導電率のよいＡｌの他、Ａｇ、Ｒｈでもよい。また反射層３２は光反射可能なアルミニウム、セラミック等で形成される。

図２は本発明の半導体発光装置の製造工程を示す図である。
図２の（ａ）は加工成形する前の基板３の状態、（ｂ）は、照射開口部４を形成した基板３の状態、（ｃ）は台座部３３を形成した基板３の状態、（ｄ）は加工成形した基板３上に反射面３２を設けた状態、（ｅ）はＬＥＤチップ１を台座部３３に接合した状態を夫々示す。
ここではバンプ２をＬＥＤチップ１の電極形成面１１に形成し、接合する例を示しているが、これに限られず基板３側にバンプ２を形成し接合してもよい。

図に示すように照射開口部４は、異方性エッチングにより、ＬＥＤチップ１が発する光が側周面３４に設けた反射面３２で反射され照射口４ａ側へ効率よく放射するよう、底面から照射口４ａに向かって末広がり状に拡口している。
なお、基板３の加工法は、上記異方性エッチングに限られず、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により加工してもよい。
このように本発明の半導体発光装置は、一体成形可能な構造であり、一つの基板３をエッチングにより加工可能な簡易な構造のため、加工成形が容易である。

図３は本発明の半導体発光装置の別実施形態の構造を説明する断面図である。

なお、本実施形態の構造的な特徴は上記実施例１と同様であるので、共通部分には同一の符号を付し、その説明を割愛する。
本実施形態は、台座部３３に対応する基板３の裏面側には、基板３の表面に形成した台座部３３に対応した箇所に、放熱凹部３５を更に形成していることを特徴とする。
放熱凹部３５を設けることにより、ＬＥＤチップ１が実装される直下の基板層の表面積が増大するので、より一層放熱性を向上させることができる。

その他、台座部３３にＬＥＤチップ１を実装する構成は実施例１と同様であるので、発光効率を維持しつつ、投入電力を高めることができ、半導体発光装置周辺の樹脂材料等の劣化を防止することができる。また、ＬＥＤチップ１を高密度実装しても温度の上昇を抑えることが可能となる。

ここでは図示していないが、本実施形態の製造工程は上述の図２と同様に基板３に照射開口部４を形成していき、ＬＥＤチップ１を実装する前に（図２（ｃ）参照）、基板３の台座部３３に対応する裏面側に放熱凹部３５をエッチングにより加工成形することにより形成することができる。
このように本実施形態の半導体発光装置は、一体成形可能な構造であり、一つの基板３をエッチングにより加工可能な簡易な構造のため、加工成形が容易である。

図４は本発明の半導体発光装置の別実施形態の構造を説明する断面図である。
なお、本実施形態の構造的特徴は上記実施例１と同様であるので、共通部分には同一の符号を付し、その説明を割愛する。
本実施形態は、照射開口部４の底面の台座部３３以外の周囲の領域に放熱フィン３６を更に形成していることを特徴とする。ここで放熱フィン３６は図示した形状に限られず、放熱効果があり、発光の反射の妨げにならない凹凸形状であればよい。

本実施形態によれば、放熱フィン３６を設けることにより、外部に効率よく放熱することができるので、台座部３３を形成したことによる相乗効果で、より一層放熱性を向上させることができる。

また台座部３３にＬＥＤチップ１を実装する構成は実施例１と同様であるので、発光効率を維持しつつ、投入電力を高めることができ、半導体発光装置周辺の樹脂材料等の劣化を防止することができる。また、ＬＥＤチップ１を高密度実装しても温度の上昇を抑えることが可能となる。

ここでは図示していないが、本実施形態の製造工程は上述の図２と同様に基板３に凹部を形成していき、ＬＥＤチップ１を実装する前に（図２（ｃ）参照）、照射開口部４の底面の台座部３３以外の周囲の領域に複数の放熱フィン３６をエッチングにより更に加工成形することにより形成することができる。
このように本実施形態の半導体発光装置は、一体成形可能な構造であり、一つの基板３をエッチングにより加工可能な簡易な構造のため、加工成形が容易である。

図５は本発明の半導体発光装置の別実施形態の構造を説明する断面図である。
なお、本実施形態の構造的特徴は上記と同様であるので、共通部分には同一の符号を付し、その説明を割愛する。

本実施形態は、台座部３３に対応する基板３の裏面には、基板３の表面に形成した台座部３３に対応した箇所に、放熱凹部３５を形成するとともに、照射開口部４の底面の台座部３３以外の周囲の領域に放熱フィン３６を更に形成していることを特徴とする。
本実施形態によれば、放熱凹部３５を設けることにより、ＬＥＤチップ１が実装される直下の基板層の厚みが薄くなり、放熱性を向上させる構造であるとともに、放熱フィン３６を設けることにより、外部に効率よく放熱することができるので、台座部３３を形成したことによる相乗効果で、より一層放熱性を向上させることができる。

ここでは図示していないが、本実施形態の製造工程は上述の図２と同様に基板３を形成していき、ＬＥＤチップ１を実装する前に（図２（ｃ）参照）、基板３の台座部３３に対応する裏面側に放熱凹部３５及び放熱フィン３６をエッチングにより加工成形することにより形成することができる。
このように本実施形態の半導体発光装置は、一体成形可能な構造であり、一つの基板３をエッチングにより加工可能な簡易な構造のため、加工成形が容易である。
また基板３とＬＥＤチップ１との間にアンダーフィラーを充填すれば、放熱効果を一層期待出来る。

（ａ）本発明の半導体発光装置の基本構造を説明する断面図、（ｂ）はその平面図である。本発明の半導体発光装置の製造工程を示す図である。本発明の半導体発光装置の別実施形態の構造を説明する断面図ある。本発明の半導体発光装置の別実施形態の構造を説明する断面図である。本発明の半導体発光装置の別実施形態の構造を説明する断面図である。従来の半導体発光装置の基本構造を説明する断面図である。

符号の説明

１ＬＥＤチップ
１１電極形成面
１２光放射面
２バンプ
３基板
３１電極
３２反射面
３３台座部
３４側周面
３５放熱凹部
３６放熱フィン
４照射開口部
４ａ照射口

Claims

照射口に向かって漸拡状に形成された照射開口部の内周面に反射面を形成し、基板上でかつ該照射開口部の底面にＬＥＤチップをフリップチップ方式で実装した半導体発光装置において、
上記底面の中央部に台座部を形成し、その上面に上記ＬＥＤチップを実装していることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１において、
上記基板の裏面で、かつ上記台座部に対応した箇所には、放熱凹部を更に形成していることを特徴とする半導体発光装置。