JP2006093672A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 樹脂から受ける応力を低減し、さらに放熱性を改善することにより、より信頼性の高い半導体発光装置を提供することにある。
【解決手段】 半導体素子をリードや支持体の凹部に収容することにより封止樹脂からの収縮・膨張応力を大幅に低減すると共に、発光素子の側面に隣接して熱伝導性の良い樹脂を設けることにより放熱性を改善し、信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光装置に関連し、特に放熱性の向上および樹脂からの応力を緩和することにより高輝度かつ高信頼性を可能にする半導体発光装置に関連する。
近年、半導体発光装置は照明やディスプレイなどの各種光源に幅広く用いられるようになって来ている。 特に緑色や青色ＬＥＤの実現により携帯電話などの液晶ディスプレイに使用されるバックライトへの用途も飛躍的に拡大している。携帯機器用途では回路基板上へ高密度実装を行うために「ＳＭＤ（Surface Mount Device）」と呼ばれる表面実装型のパッケージが不可欠である。このような要求に応えるために多様な表面実装型半導体発光装置が開発されている（例えば、特許文献１）。
表面実装型発光装置は、一対のリードと樹脂から形成されるため、全体をきわめて薄くできる。このような小型の表面実装型発光装置は量産性もよく、幅広い用途に使用されるようになった。
特開２００３−８０７７号公報
しかしながら 半導体発光装置に要求される光出力はますます高くなっている。この結果、大電流駆動が必要になり、発光素子からの放熱性のさらなる改善が必要になった。さらにより厳しい環境条件での使用も増加している。具体的には、例えば、環境温度変化に伴う封止樹脂の膨張・収縮が引き起こす発光素子チップへの応力の問題を挙げることができる。この応力に耐えきれず チップがリードフレームから剥離したり、チップにクラックが生じることがある。
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤからの放熱特性を改善し、封止樹脂からの応力を緩和しつつ、大電流駆動により高出力を得ることができ、且つ組み立ても容易で信頼性も高い半導体発光装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
凹部を有する第１のリードと、
第２のリードと、
前記凹部に収容され前記凹部と略同一の大きさを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、
前記半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
第１のリードと、
前記第１のリードの上に設けられ、凹部を有する支持体と、
第２のリードと、
前記凹部に収容され前記凹部と略同一の大きさを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、
前記半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
絶縁性材料からなり、凹部を有する支持体と、
前記支持体の表面に設けられた第１の導電性パターンと、
前記支持体の表面に設けられた第２の導電性パターンと、
前記凹部に収容され前記凹部と略同一の大きさを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と、前記第１及び第２の導電性パターンのいずれかと、を接続するワイヤと、
前記半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
本発明によれば、半導体発光素子をリードや支持体の凹部に収容し凹部の内壁と半導体発光素子との間に実質的に封止樹脂を介在させないことにより、封止樹脂からの収縮・膨張応力を低減すると共に、放熱特性を改善した半導体発光装置を提供できる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置の断面構造を例示する模式図である。
また、図１（ｂ）は、その封止樹脂４０を取り除いた状態を表す上面図である。
第１のリード１０及び第２のリード１１の少なくとも一部は、高熱伝導性樹脂２０（例えば、エポキシ系材料により形成される）に埋め込まれている。リード１０及び１１は、製造工程途中では例えばリードフレームとして連結されており、高熱伝導性樹脂２０への埋め込みは半導体発光素子５０の接着工程の前でも後でも良い。リード１０、1 1の材料

としては、銅、銅系合金、鉄系合金などが好ましい。
リード１０の上面には凹部１８が形成され、半導体発光素子５０がその中に収容されている。半導体発光素子５０は、凹部１８と略同一の大きさを有する。すなわち、本具体例の場合には、凹部１８は上方開口に向けて拡開する四角錐状の形状を有する。そして、半導体発光素子５０も、これと略同一の大きさを有し、上方に向けて各辺が拡大する四角錐状の形状を有する。
半導体発光素子５０の上面には、第１の電極７０が形成されており、第２のリード１１とＡｕ（金）線などのワイヤ３５によりボンディングされている。リード１０及び１１が埋め込まれた高熱伝導性樹脂２０の外周部には、光反射性樹脂３０が光を反射するように傾斜面をもって成形されている。この光反射性樹脂３０の一例としては、酸化チタンなどを含有したポリマー樹脂などを挙げることができる。そして、半導体発光素子５０およびボンディングワイヤ３５を保護するため、これらが封止樹脂４０により封止されている。光透過性の封止樹脂４０の例としては、エポキシ系樹脂やシリコーンなどを挙げることができる。また、封止樹脂４０に蛍光体を分散させることにより、半導体発光素子５０からの１次光を波長変換して所望の波長を有する２次光を取り出すことができる。
本実施形態によれば、このように半導体発光素子５０をリード１０の凹部１８の中に収容することにより、封止樹脂４０から負荷される応力を軽減し、半導体発光素子５０の剥離やクラックなどの問題を解消できる。
また、図１（ｂ）に表した具体例においては、ワイヤ３５は、半導体発光素子５０からみて真横方向（リード１０、１１の延在方向）ではなく、斜め方向に延ばしてリード１１にボンディングされている。このようにすると、ワイア３５を長くすることができ、ワイア３５の断線を抑制できる。例えば、樹脂２０が膨張すると、リード１０、１１が上方に傾斜し、リード１０と１１の間隔が拡大する。このような場合でも、ワイア３５を図１（ｂ）に表したように斜めに配線することにより、切断しにくくなるという効果が得られる。
図２は、本発明者が本発明に至る過程で検討した比較例の半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
このパッケージは、一対のリード１６及び１７を有しており、リード１６上に発光素子５０が導電性銀ペースト（図示せず）などで接着されている。発光素子５０上に設けられた電極７０はワイヤボンディング３５により他方のリード１７に接続されている。リード１６及び１７は熱伝導のよい樹脂２０に固定されており、さらに反射率の高い樹脂３０が設けられ光反射板を形成する。発光素子５０はワイヤボンディング後 封止樹脂４０により封止される。
しかし、この比較例の場合、半導体発光素子５０は、リード１６の上にマウントされその周囲を封止樹脂４０により封止されるため、樹脂４０の膨張や収縮に伴う応力を直接的に受けることとなる。その結果として、半導体発光素子５０の剥落やクラックなどが生ずる場合があり得る。また、半導体発光素子５０からの放熱性にも改善の余地がある。
これに対して、本実施形態によれば、半導体発光素子５０をリード１０の凹部１８の中に収容することにより、封止樹脂４０からの応力を緩和し、放熱性も改善できる。以下、この点について、さらに詳細な構造を例示しつつ説明する。
図３（ａ）は、本実施形態の半導体発光装置の第１のリード１０の一部拡大断面図である。
リード１０には、発光素子５０の形状にあわせてプレス加工またはエッチング加工などによる凹部１８が形成されている。凹部１８の形状としては、直方体、四角錐台または両者の組み合わせ形状などを挙げることができる。
図３（ｂ）は、凹部１８の底面に半導体発光素子５０が接着された状態の模式断面図である。
同図に表したように、凹部１８の側壁１９と、発光素子５０の側面と、を近接させると良い。また、発光素子５０をダイボンディング工程で接着する必要から、凹部１８は上方に向けて拡開する形状か、または垂直の側壁を有するものとすることが好ましい。凹部１８の深さは、発光素子５０の厚みと金属共晶半田または銀ペースト３７の厚みの和程度とすることが好ましい。
半導体発光素子５０は、その第１の電極７０が設けられた表面を含む垂直面で切断した縦断面の形状が、凹部１８の縦断面の形状と近似することが望ましい。つまり、半導体発光素子５０と凹部１８の側壁１９との間隔が小さいことが望ましい。
図４は、封止樹脂４０の厚みと半導体発光素子５０への応力との関係を表すグラフ図である。すなわち、同図は、半導体発光素子５０と凹部１８の側壁１９との間に介在する封止樹脂４０の厚みに対する、チップ（半導体発光素子５０）への応力の影響を表す。また、表１は、図４に表した関係をまとめた一覧表である。ここでは、封止樹脂４０としてエポキシ樹脂を用いた場合を表す。

Figure 2006093672
図４及び表１から分かるように、半導体発光素子５０と凹部１８の側壁１９との間に介在する封止樹脂４０の厚みが０．１ミリメータを下回ると、チップへの応力が急激に低下する。本明細書において「略同一の大きさ」とは、半導体発光素子５０と側壁１９との辺の長さの差異、高さの差異、間隙などが、チップへの応力が急激に低下する封止樹脂厚み範囲内にあることを意味する。つまり、半導体発光素子５０と、凹部１８の側壁１９との間に介在する封止樹脂４０の厚みは、０．１ミリメータ以下とすることが望ましい。
このようにすると半導体発光素子５０の側面に近接して凹部の側壁１９が存在するために、封止樹脂４０の膨張・収縮による応力が直接的に半導体発光素子５０に及ばない。この結果、半導体発光素子５０の剥落やクラックを防止でき、発光特性の劣化も防止できる。
また、半導体発光素子５０において生じた熱を凹部の側壁１９に向けて放散させることができ、大電流駆動によっても安定した発光特性を維持できる。
またさらに、半導体発光素子５０を凹部１８の略同一の大きさとすることにより、半導体発光素子５０のマウント位置を精密に規定することができる。つまり、凹部１８の位置がそのまま半導体発光素子５０のマウント位置に対応する。従って、レンズや光ファイバなどに対して光学的に結合する場合などにおいて、半導体発光素子５０のマウント位置ズレによる損失が生ずることはなく、常に設計通りの光学的な結合が得られるという利点もある。
さらにまた、本実施形態によれば、半導体発光素子５０から横方向または下方向に放出された光を反射させ、上方に取り出すことができる。例えば、図３（ｂ）に表した具体例の場合、半導体発光素子５０に含まれる発光層（図示せず）から放出される光のうちで、上方に放出される光は、そのまま外部に取り出すことができる。一方、半導体発光素子５０の発光層から横方向あるいは斜め横方向に放出された光は、凹部１８の側壁１９により反射させて上方に取り出すことができる。つまり、凹部１８の側壁１９を反射板として用いることにより、光の取り出し効率を上げることができる。この効果は、半導体発光素子５０に用いる基板材料が発光波長に対して不透明な場合よりも、透明な場合に、特に顕著である。例えば、発光波長が可視光の場合、半導体発光素子５０の基板としてＧａＡｓを用いると、発光波長に対して不透明となる。これに対して、基板としてＧａＰやＧａＮを用いた場合には、発光波長に対して透明となるため、側壁１９の反射による光取り出し効率の改善効果がより顕著に得られる。
なお、半導体素子５０を凹部１８内にダイボンディングする工程に際して、半導体発光素子５０と凹部１８の側壁１９との間に所定の「すきま」が必要な場合には、これを考慮して最適な間隔を決定することができる。
また、図３（ｂ）に表したように、半導体発光素子５０と凹部側壁１９との間隙に高熱伝導性樹脂１４０を充填してもよい。このようにすると、半導体発光素子５０における発熱が高熱伝導性樹脂１４０を通して凹部側壁１９に向けて放散できるので、温度特性の改善も可能となる。この結果、例えば、図２に表した比較例の構造では約１８０℃／Ｗであった熱抵抗を、約８０℃／Ｗ程度にまで改善できる。
ボンディングワイヤ３５は、封止樹脂４０に封止されているが、ループ長を十分に長くすることにより、樹脂の膨張・収縮による応力を吸収できる。
これらにより、図２に表した比較例の発光素子では、２６０℃の半田リフロー工程において生じていた１０％程度の点灯不良を１％以下にまで低減できる。
図５は、本実施形態の半導体発光装置に搭載可能な半導体発光素子の断面構造を例示する模式図である。
本具体例の場合、半導体発光素子の形状は、図１及び図３に例示したような拡開状の凹部１８の形状に合わせて、略台形錐状とされている。その内部構造について説明すると、透明基板９０の一主面に発光層８０が形成されており、その下側には高反射膜を兼ねた第２の電極６０が形成されている。また、透明基板９０の上面には第１の電極７０が形成されている。透明基板９０の側面には、誘電体膜等からなる高反射膜１００が形成されている。
図３（ｂ）に例示したように、リード１０と第２の電極６０とは銀ペーストあるいはＡｕＳｎなどの共晶半田３７等でダイボンディングされる。凹部側壁１９と発光素子５０の側面との間隙には薄い高熱伝導性の樹脂１４０が充填される。第１の電極７０はボンディングワイヤ３５でリード第２の１１に接続される。半導体発光層８０から放出された光は、透明基板９０を通過して発光素子の外部へ出る成分と、側面反射層１００で反射後外部へ出る成分と、下方の第２の電極６０により反射されて外部へ出る成分などに分かれる。なお、発光素子の側面に反射層１００がなくとも、凹部の側壁１９が高反射性を有する場合には同等の効果が得られる。
図６は、本発明の実施形態の第２の具体例を表す模式断面図である。同図については、図１乃至図５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においても、リード１０の上面に凹部１８が設けられ、半導体発光素子５０はその中に収容されている。ただし、半導体発光素子５０の上面には、２つの電極（図示せず）が設けられ、これら２つの電極とリード１１、１０とが、ワイヤ３５、３６によりそれぞれ接続されている。これは例えば、半導体発光素子５０が絶縁性の基板の上に形成された構造を有する場合などに有効な構造である。
そして、本具体例においても、凹部１８の中に半導体発光素子５０を収容し、凹部１８の内壁面と半導体発光素子５０との間隙に封止樹脂４０があまり入り込まないようにすることにより、封止樹脂４０の膨張や収縮のストレスから半導体発光素子５０を保護できる。また同時に、半導体発光素子５０からリード１０への熱の放散を促進させることにより安定した大電流駆動が可能となる。
図７は、本発明の実施形態の第３の具体例を表す模式断面図である。同図については、図１乃至図５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においても、リード１０に凹部１８が設けられ、半導体発光素子５０はその中に収容されている。半導体発光素子５０は、凹部１８と略同一の大きさを有するが、両者の形状は厳密に同一ではない。すなわち、半導体発光素子５０の側面には凹凸１２０が設けられ、素子内部における光の全反射を減少させて素子外部へ取り出せる光が増大するようにされている。外部への光取り出し効率を上げるため、リード１０の凹部側面１９の反射率は銀メッキなどにより高くすることが望ましい。本実施例においても、半導体発光素子５０の側面を凹部側面１９に近接させることにより、側面１９を介した熱の放散を促進できる。その結果として、放熱性に優れ信頼性も改善された半導体発光装置を実現できる。
図８は、本発明の実施形態の第４の具体例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその断面図であり、同図（ｂ）は、その一部拡大断面図である。
本具体例においては、発光素子５０と凹部側壁１９との間隙に、二層構造の樹脂が充填されている。この樹脂層は、フィラーを分散させた光反射性樹脂１３０と高熱伝導性樹脂１４０とから構成される。フィラーとしては、母材となる樹脂の表面の反射率を高めるために酸化チタンやチタン酸カリウムなど光反射率の高い材料が選択される。これらフィラーは、粉末あるいは粒子状などの形態で樹脂に混入される。なお、図８には、光反射性樹脂１３０が半導体発光素子５０に接し、また高熱伝導性樹脂１４０が凹部の側壁１９に接している例を表したがこの逆であってもよく、また３層以上の多層膜としてもよい。本具体例によれば、光取り出し効率と放熱性とを同時に向上できる。
またさらに、フィラーを分散させることにより、応力緩和効果も得られる。
図９は、本発明の実施形態の第５の具体例を表す模式断面図である。
本具体例においても凹部１８の中に半導体発光素子５０が収容され、両者は略同一の大きさを有する。但し、これらの形状は厳密には同一ではない。すなわち、凹部側壁１９からの反射による光取り出し効率の低下を抑えるため、凹部側壁１９は垂直または上部に向かって拡開するように傾斜させて形成されている。この時、凹部１８の側壁は、反射板機能を有するといっそう好ましい。具体的には、側壁１９の表面は例えば銀メッキなどを施し高反射とすることができる。このようにすれば、光取り出し効率の改善が図れる。
一方、半導体発光素子５０の形状は、下方に向けてやや拡開する四角錐状である。半導体発光素子５０は、これ以外にも、例えば、四角柱状や、四角柱と四角錐との組合せなどの形状であってもよい。
本具体例の場合、凹部１８の側壁と半導体発光素子５０との間には隙間が生ずる。この隙間に多量の封止樹脂４０が介在すると、図２に関して前述した如く、樹脂４０からの応力や熱伝導の点で不利になる。例えば、熱伝導について考えると、樹脂４０の熱伝導率は一般的に０．２Ｗ／ｍ℃であるのに対して、金（Ａｕ）の熱伝導率は３１５Ｗ／ｍ℃である。金なみの熱伝導率を確保するためには、凹部１８の側壁と半導体発光素子５０との間の隙間は６３０マイクロメータ程度を上限とすることが望ましい。
また、凹部側壁１９と発光素子５０との間隙には、図８に関して前述したような高熱伝導性樹脂／光反射性樹脂などの単層あるいは積層構造を充填することが好ましい。
図１０は、本発明の実施形態の第６の具体例を表す模式断面図である。
発光素子５０がダイボンディングされるリード凹部１８の構造は、図１などに表したものとほぼ同様である。そして、凹部１８を有する第１のリード１２は凹部の直下（特に発光素子がマウントされる部分）において、熱伝導性絶縁樹脂１５０を介して第２のリード１３と積層されている。この熱伝導性絶縁樹脂１５０としては、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などを用いることができる。
図１１は、本具体例の半導体発光装置における熱の放散を説明するための模式図である。半導体発光素子５０で発生した熱は、矢印Ａで表したように第１のリード１２を通してのみならず、矢印Ｂで表したように第２のリード１３を通しても伝導して、外部に放散される。またさらに、矢印Ｃで表したように、高熱伝導性樹脂２０を介した放熱も促進される。
従ってこの構造は、大電流駆動により発熱が大きい高出力発光装置に適している。
図１２は、本発明の第７の具体例を表す模式断面図である。すなわち、同図（ａ）はその全体を表す模式断面図であり、同図（ｂ）はその一部拡大断面図である。
本具体例においては、リード１４の上にサブマウント（またはチップキャリア）１１０が設けられている。発光素子５０は、リード凹部でなくサブマウント（チップキャリア）１１０に設けられた凹部１８の底面にダイボンディングされている。このサブマント１１０は、予め発光素子５０をダイボンディングした後、リード１４に銀ペーストや共晶半田３７などで接着することができる。こうするとサブマント１１０に発光素子５０を組み込み後に特性判定ができるので、不良が生じた場合など、その後の工程での無駄を排除できる。サブマウント１１０は、セラミック、ダイアモンド、窒化物、サファイヤ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＳｉＣなどで加工形成できる。
図１２（ｂ）に表したように、発光素子５０のダイボンディング側の電極と導通を取るため、例えばサブマント凹部１８の底面と、リード１４と接着されるサブマント面とはメタライズ１１２などで被覆されている。このメタライズ１１２は、Ｍｏ−Ｍｎ系の厚膜焼成、Ｎｉメッキ、金メッキなどにより形成される。なお、サブマント１１０をリード１４に接着後、発光素子５０をダイボンディングしてもよい。また、発光素子５０とサブマウント１１０との接着力は、発光素子５０とリード１４との接着力より強い。接触面積の大きいサブマント１１０をリード１４に接着すれば、発光素子５０を直接リードに接着するよりも高い接着強度が得られる。また、サブマント１１０の凹部の内壁表面を平滑にしてメタライズを施すことにより、高い光反射率が得られる。
図１３は、本発明の第８の具体例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、その全体を表す模式断面図であり、同図（ｂ）はその側面図である。
また、図１４は、本具体例の半導体発光装置の模式斜視図である。
本具体例においては、絶縁基板１６０が用いられている。絶縁基板１６０には、凹部１８が設けられている。凹部１８の底面から絶縁基板の下面（図示しない実装基板上に形成されている電極と電気的に接続される）まで絶縁基板１６０の側面を介してメタライズ１７０が設けられている。凹部１８の底面には、半導体発光素子５０が銀ペーストやＡｕＳｎなどの共晶半田などにより接着されている。また、発光素子５０の上面の電極は、ボンディングワイヤ３５でもう一方のメタライズ１８０に接続されている。このメタライズ１８０も、図示しない実装基板との電気的接続のため絶縁基板１６０の下面まで延在している。
絶縁基板１６０の上面には、凹部１８を囲むように傾斜した反射面を有する光反射性樹脂３０が形成されている。発光素子５０から放射された光の一部は、この光反射性樹脂３０で反射され、より高い取り出し効率が得られる。ボンディングワイヤ３５と発光素子５０は、封止樹脂４０により封止されている。光反射性樹脂３０は必ずしもなくとも良いが、集光性を高めたい場合などは有効に作用する。
本具体例においても、凹部１８の側面と半導体発光素子５０とを近接させることにより、封止樹脂の膨張・収縮などによる発光素子５０への応力を緩和する効果が得られる。また、凹部１８の側面と発光素子５０との間隔が小さいほど、応力低減効果および放熱効果が大きい。
またさらに、凹部１８と発光素子５０との間隙に、光反射性樹脂や高熱伝導性樹脂を充填することの効果は図８などに関して前述した通りである。絶縁基板１６０の材料としては、セラミック、ダイアモンド、窒化物、サファイヤ、ＳｉＣ，ＧａＰ，Ｓｉなどを用いることができる。セラミックの中でも、例えばＡｌＮは熱伝導率が高く加工性にも優れるので、ＡｌＮ基板を用いると、大電流動作に適した小型の表面実装型発光装置が実現できる。
図１５は、本発明の実施形態の第９の具体例を表す模式断面図である。同図については、図１乃至図１４に関して前述したものと同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具具体例においても凹部１８の中に半導体発光素子５０が収容され、両者は略同一の大きさを有する。また、半導体素子５０の形状は図１に例示される第１の具体例と同様であり、上方に向けて拡開する四角錐状である。半導体発光素子５０は、これ以外にも、例えば、四角柱状や、四角柱と四角錐との組み合わせなどの形状であってもよい。
本具体例の場合、半導体発光素子５０の上方周辺に、蛍光体１５２を混合させた封止樹脂４０が配置されている。半導体発光素子５０からの放射光が蛍光体１５２に吸収され、励起され、波長変換されて、より長い波長光を放射する。半導体発光素子５０の波長としては、紫外光〜青色光の波長帯であることが望ましく、この波長帯の１次光を吸収して、例えば、赤色、青色、黄色などの２次光を放出する蛍光体を選ぶことができる。例えば、半導体発光素子５０として、青色光を放出する窒化ガリウム系半導体発光素子を選び、この青色光を吸収して黄色光を放出する蛍光体として珪酸塩からなる蛍光体を選ぶことにより、青色光と黄色光とを混合させた白色光を得ることができる。本具体例においても、半導体発光素子５０が略同一の大きさを有する凹部１８内に配置されるために、半導体発光素子５０への応力を緩和することができる。
この場合、半導体素子５０の周りに蛍光体を塗布または堆積したのち、凹部１８に配置することも出来る。
図１６は、本発明の実施形態の第１０の具体例を表す模式断面図である。同図について
も、図１乃至図１５に関して前述したものと同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、半導体発光素子５０が配置された凹部１８の上部が、封止樹脂４０より屈折率の高い透光性材料１５４で覆われている。また、この透光性材料１５４は、封止樹脂４０よりも線膨張係数がより小さい樹脂や、フィラーを混合して応力が緩和された樹脂、シリコーンのように低硬度（「やわらかい」）樹脂などであることが望ましい。さらに、この透光性材料１５４の形状を略半球状とすることにより、集光レンズとして作用させることができる。この結果、外部に放射される光の配光角をより小さくでき、高収束性を有する指向特性を得ることができる。
また、透光性材料１５４に蛍光体を混合することにより波長変換を行い、例えば白色光などを得ることもできる。この時、透光性材料１５４の材料としてシリコーンを用いると、紫外線に対しても劣化が生じない点で有利である。すなわち、エポキシ樹脂などの場合、紫外線に晒されると、次第に変色して透光性が低下するなどの問題が生ずることがある。これに対して、本実施形態においては、透光性材料１５４の材料としてシリコーンなどを用い、この中に蛍光体を分散させて、半導体発光素子５０から放出される紫外線を可視光に波長変換させることができる。このようにすれば、封止樹脂４０の材料としてエポキシ樹脂などを用いた場合でも、その劣化を防止できる。
またさらに、透光性材料１５４にフィラーを分散させて反射率を高めることもできる。さらに、他の具体例と同様に、半導体発光素子５０と凹部１８とは略同一の大きさであるために、半導体発光素子５０への応力を緩和することができることはもちろんである。
図１７は、本発明の実施形態の第１１の具体例を表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図１６に関して前述したものと同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、半導体発光素子５０が配置された凹部１８の上部を含みさらにその周囲の広い範囲が、封止樹脂４０よりも屈折率の高い透光性材料１５６で覆われている。この透光性材料１５６の形状は、半球状、あるいは上に凸な曲面を有する構造体などであることが好ましい。この透光性材料１５６には、第１０の具体例と同様に、蛍光体を混合させることにより、白色光などを得ることができ、また封止樹脂４０の紫外線による劣化なども防ぐことが可能となる。またさらに、透光性材料１５６にフィラーを分散させることにより、光を散乱させて均一な白色光を得ることができる。
さらに本具体例においても、透光性材料１５６を集光レンズとして作用させることができ、かつ光反射性樹脂３０の反射面３１をも利用することができる。この結果、配光角の制御がより容易となり、指向性をより制御できる。なお、他の具体例と同様に、半導体発光素子５０と凹部１８とは略同一の大きさであるために、半導体素子５０への応力を緩和することができることはもちろんである。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
例えば、半導体発光素子チップとして用いることができるものは、ＩｎＧａＡｌＰ系やＧａＮ系に限定されず、その他、ＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＰ系をはじめとする各種のIII−
Ｖ族化合物半導体や、その他、II−VI族化合物半導体あるいはそれ以外の各種の半導体を用いたものであってもよい。
その他、半導体発光装置を構成する半導体発光素子チップ、リード、埋め込み樹脂、封止樹脂などの各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
例えば、図１８に表した具体例の場合、図１に例示したような光反射性樹脂３０を設けず、リード１０、１１の上面を封止樹脂４０により覆っている。このようにすると、上面の全方向に向けて光を放出でき、広角の配光特性が得られる。
また、図１９に表した具体例の場合、リード１０、１１はそれぞれストレート状に形成され、その対向部分が封止樹脂４０により封止されている。このような構造としてもよい。
さらに、図２０は、以上の具体例に共通する補足説明のための模式断面図である。
すなわち、半導体発光素子５０の上面が第１のリードに設けられた凹部１８の開口端より上部にはみ出している場合も、本明細書における「収容する」に含まれるものとする。半導体発光素子５０が封止樹脂４０の膨張・収縮により生じる応力の直接的影響を受けない範囲であれば、半導体発光素子５０が凹部１８の開口端から垂直距離Ｄだけはみ出すことは構わない。この場合にも、図４に例示される半導体発光素子５０と封止樹脂４０との間で生じる応力の関係が適用できる。従って、垂直距離Ｄとしては、０．１ミリメータ以下とすることが好ましい。
また、図１乃至図２０に関して前述した具体例の二つ以上の可能な組合せも、本発明の範囲に包含される。
本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置の断面構造を例示する模式図及びその封止樹脂４０を取り除いた状態を表す上面図である。 本発明者が本発明に至る過程で検討した比較例の半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態の半導体発光装置の第１のリード１０の一部拡大断面図であり、（ｂ）は、凹部１８の底面に半導体発光素子５０が接着された状態の模式断面図である。 封止樹脂４０の厚みと半導体発光素子５０への応力との関係を表すグラフ図である 本発明の実施形態の半導体発光装置に搭載可能な半導体発光素子の断面構造を例示する模式図である。 本発明の実施形態の第２の具体例を表す模式断面図である。 本発明の実施形態の第３の具体例を表す模式断面図である。 本発明の実施形態の第４の具体例を表す模式図である。 本発明の実施形態の第５の具体例を表す模式断面図である。 本発明の実施形態の第６の具体例を表す模式断面図である。 第５具体例の半導体発光装置における熱の放散を説明するための模式図である。 本発明の第７の具体例を表す模式断面図である。 本発明の第８の具体例を表す模式図である。 第８具体例の半導体発光装置の模式斜視図である。 第９具体例の半導体発光装置の模式断面図である。 第１０具体例の半導体発光装置の模式断面図である。 第１１具体例の半導体発光装置の模式断面図である。 第１２具体例の半導体発光装置の模式断面図である。 第１３具体例の半導体発光装置の模式断面図である。 本発明の具体例の半導体発光装置の模式断面図である。
符号の説明
１０ 第１のリード
１１ 第２のリード
１２ 第１のリード
１３ 第２のリード
１４ 第１のリード
１６ 第１のリード
１７ 第２のリード
１８ 凹部
１９ 凹部側壁
２０ 高熱伝導性樹脂
３０ 光反射性樹脂
３１ 反射面
３５ ボンディングワイヤ
３７ 金属共晶半田または銀ペースト
４０ 封止樹脂
５０ 半導体発光素子
６０ 第２の電極
７０ 第１の電極
８０ 半導体発光層
９０ 透明基板
１００ 高反射膜
１１０ サブマント
１１２ サブマウントメタライズ
１２０ 発光素子側面凹凸
１３０ 光反射性樹脂
１４０ 高熱伝導性樹脂
１５０ 高熱伝導性絶縁樹脂
１５２ 蛍光体
１５４、１５６ 透光性材料
１６０ 絶縁基板
１７０ 第１のメタライズ
１７１、１８１ 絶縁基板側面
１８０ 第２のメタライズ

Claims (6)

  1. 凹部を有する第１のリードと、
    第２のリードと、
    前記凹部に収容され前記凹部と略同一の大きさを有する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、
    前記半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
    を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
  2. 第１のリードと、
    前記第１のリードの上に設けられ、凹部を有する支持体と、
    第２のリードと、
    前記凹部に収容され前記凹部と略同一の大きさを有する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、
    前記半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
    を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
  3. 絶縁性材料からなり、凹部を有する支持体と、
    前記支持体の表面に設けられた第１の導電性パターンと、
    前記支持体の表面に設けられた第２の導電性パターンと、
    前記凹部に収容され前記凹部と略同一の大きさを有する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子と、前記第１及び第２の導電性パターンのいずれかと、を接続するワイヤと、
    前記半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
    を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
  4. 前記凹部の内側壁と前記半導体発光素子との間隙に前記封止樹脂が実質的に介在しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
  5. 前記凹部の内側壁と前記半導体発光素子との間に反射膜が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
  6. 前記凹部の内側壁と前記半導体発光素子との間に、前記封止樹脂よりも高い熱伝導率を有する材料からなる層が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

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