JP2007208061A - 半導体発光素子，その製造方法，半導体発光素子アセンブリ - Google Patents

半導体発光素子，その製造方法，半導体発光素子アセンブリ Download PDF

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Abstract

【課題】放熱性を向上させることができる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】本発明の半導体発光素子は，第１及び第２リードと，第１リード上にダイボンディングされ，第２リードにワイヤーボンディングされた半導体発光素子チップと，絶縁性接着層を介して第１及び第２リードに固着された放熱用金属体とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は，半導体発光素子，その製造方法及び半導体発光素子アセンブリに関し，より詳しくは，効率的に放熱をすることができる半導体発光素子，その製造方法及び半導体発光素子アセンブリに関する。
まず，図５を用いて，従来の半導体発光素子の一例である表面実装型発光ダイオードについて説明する（例えば，特許文献１を参照）。
この発光ダイオードは，絶縁基板５１と，絶縁基板５１の上面から側面を通って下面に延びるダイボンド電極パターン５３及びセカンド電極パターン５５と，ダイボンド電極パターン５３上に導電性接着剤５７を介して固着された発光ダイオード素子５９と，発光ダイオード素子５９とセカンド電極パターン５５とを接続するボンディングワイヤー６１と，発光ダイオード素子５９とボンディングワイヤー６１を封止する透光性樹脂体６３とを備える。この発光ダイオードの配線基板（図示せず）への実装は，電極パターン５３，５５の下面を配線基板のランドにはんだ付けすることによって行う。
発光ダイオード素子５９で発生した熱は，主に，絶縁基板５１及び電極パターン５３，５５を通って，配線基板に放出される。
特開平１１−４６０１８号公報
発光ダイオード素子５９は，その温度が高くなるほど発光効率が下がり，その寿命も短くなる。このため，さらに効率的に発光ダイオード素子５９からの熱を除去することが望まれている。このことは，半導体発光素子一般についても当てはまる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり，放熱性を向上させることができる半導体発光素子を提供するものである。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明の半導体発光素子は，第１及び第２リードと，第１リード上にダイボンディングされ，第２リードにワイヤーボンディングされた半導体発光素子チップと，絶縁性接着層を介して第１及び第２リードに固着された放熱用金属体とを有する。
本発明では，放熱用金属体が，絶縁性接着層を介して第１及び第２リードに固着されている。放熱用金属体は，通常，熱伝導度が大きいので，半導体発光素子チップから第１リードに伝わった熱は，絶縁性接着層を通って放熱用金属体に移動し，放熱用金属体全体に速やかに拡散し、外部に放出される。このように，本発明では，放熱用金属体を新たに設けることによって半導体発光素子チップから第１リードに伝わった熱が第１リードに留まることがないので，放熱性を向上させることができる。
本発明は，以下の構成の１つ又は２つ以上を組み合わせて，備えてもよい。
前記絶縁性接着層は，絶縁性接着シートからなってもよい。第１及び第２リードと放熱用金属体を確実に絶縁することができる。さらに製造時には，第１及び第２リードと放熱用金属体の間からの接着剤のはみ出しを抑制することができる。
第１及び第２リード上に固着され，前記チップからの光を反射させる反射器をさらに備えてもよい。この場合，半導体発光素子から光を効率的に取り出すことができる。
前記放熱用金属体に固着された放熱器をさらに備えてもよい。この場合，放熱性がさらに向上する。
第１及び第２リードは，それぞれの先端まで，前記チップの光出射方向に垂直な方向に延びる。この場合，開口部を有する配線基板に取り付けたときに，第１リードと配線基板との接触面積が大きくなり，放熱性が高くなる。
以下，本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面は，説明の便宜のために用いられるものであり，本発明の範囲は，図面に示す実施形態に限定されない。
１．半導体発光素子の構造
図１は，本発明の一実施形態の半導体発光素子１の構造を示す断面図である。本実施形態の半導体発光素子１は，第１及び第２リード２，５と，第１リード２上にダイボンディングされ，第２リード５にワイヤーボンディングされた半導体発光素子チップ３と，絶縁性接着層７を介して第１及び第２リード２，５に固着された放熱用金属体９とを有する。チップ３は，導電性接着層１１を介して，第１リード２上にダイボンディングされている。チップ３は，ボンディングワイヤー１３を介して第２リード５にワイヤーボンディングされている。
第１及び第２リード２，５上には，チップ３からの光を反射させる反射器１５が固着されている。反射器１５は，反射面１５ａで前記光を反射させる。反射器１５の反射面１５ａよりも内側の空間には，チップ３およびボンディングワイヤーを保護するための透明樹脂１６が充填されている。透明樹脂１６は反射器１５の反射面ａに必ずしも接触している必要は無い。第１及び第２リード２，５は，それぞれの先端２ａ，５ａまで，チップ３の光出射方向（矢印Ａ）に垂直な方向に延びている。第１及び第２リード２，５は，放熱用金属体９等に接触して短絡することが無ければ屈曲又は湾曲していてもよい。チップ３は，発光ダイオード（ＬＥＤ）チップなどからなる。絶縁性接着層７の厚さは，好ましくは５０〜１００μｍ程度であるが，絶縁性が確保できるのであればこれよりも薄くてもよい。絶縁性接着層７は，絶縁性接着シートなどからなる。放熱用金属体は，アルミなどの熱伝導度の高い金属板などからなる。
本実施形態では，放熱用金属体９が，絶縁性接着層７を介して第１及び第２リード２，５に固着されている。放熱用金属体９は，通常，熱伝導度が大きいので，チップ３から第１リード２に伝わった熱は，絶縁性接着層７を通って放熱用金属体９に移動し，放熱用金属体９全体に速やかに拡散し，外部に放出される。このように，絶縁性接着層７を介しているにもかかわらずチップ３で発生した熱がスムーズに放熱用金属体９に伝わるのは絶縁性接着層９が薄いからである。また，絶縁性接着層９を薄くできるのは絶縁性接着シートを用いているため，リード２，５と放熱用金属体９とを圧力を加えて接着しても短絡しないことによる。接着剤だけで圧着した場合，圧力が均一に加えられずに部分的に短絡する恐れがある。本実施形態では，放熱用金属体９を備えるのでチップ３から第１リード２に伝わった熱が第１リード２に留まることがないので，放熱性が高い。
２．半導体発光素子アセンブリの構造
次に，素子１を配線基板に取り付けて構成した半導体発光素子アセンブリの２つの実施形態について説明する。
２−１．第１実施形態
図２は，本発明の第１実施形態の半導体発光素子アセンブリの構造を示す断面図である。本実施形態のアセンブリは，半導体発光素子１と，放熱用金属体９を収容可能な開口部１７を有する配線基板１９とを備え，放熱用金属体９が開口部１７に収容されるように，第１及び第２リード２，５が配線基板１９に固着されている。第１及び第２リード２，５は，はんだ層２１を介して固着されている。放熱用金属体９には，放熱器２３が固着されている。放熱器２３は，冷却フィンや水冷冷却器などからなる。
本実施形態のアセンブリは，予め配線基板１９に開口部１７を形成しておき，開口部１７に放熱用金属体９を嵌め込んだ状態で第１及び第２リード２，５を配線基板１９にはんだ付けすることによって作製することができる。本実施形態では，チップ３で発生した熱は，第１リード２を経由して配線基板９に放出されるのに加えて，放熱用金属体９からも放出されるので，放熱性が高い。また，放熱用金属体９に放熱器２３が固着されることによって放熱性がさらに高められている。
さらに，第１及び第２リード２，５が矢印Ｘに垂直な方向に延びているので，第１及び第２リード２，５は，配線基板９に対向する面全体で，配線基板９に固着されている。これによって，第１リード２と配線基板９との間の接触面積が大きくなり，放熱性がさらに高くなっている。
２−２．第２実施形態
図３は，本発明の第２実施形態の半導体発光素子アセンブリの構造を示す断面図である。本実施形態のアセンブリは，半導体発光素子１と，反射器１５を収容可能な開口部２５を有する配線基板１９とを備え，反射器１５が開口部２５に収容されるように，第１及び第２リード２，５が配線基板１９に固着されている。第１及び第２リード２，５は，はんだ層２１を介して固着されている。放熱用金属体９には，放熱器２３が固着されている。放熱器２３は，冷却フィンなどからなる。
本実施形態のアセンブリは，予め配線基板１９に開口部２５を形成しておき，開口部２５に放熱用金属体９を嵌め込んだ状態で第１及び第２リード２，５を配線基板１９にはんだ付けすることによって作製することができる。本実施形態の作用効果は，第１実施形態と同じである。
３．半導体発光素子の製造方法
次に，図１に示すような半導体発光素子の製造方法の一実施形態について，図４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
３−１．反射器形成工程
まず，半導体発光素子チップ用の第１及び第２リード部２ｂ，５ｂを有するリードフレーム２７上に，反射面１５ａを有する反射器１５を形成し，図４（ａ）に示す構造を得る。反射器１５は，トランスファー成形によってテーパー上の開口部を有する樹脂層を形成し，この開口部の内面にアルミニウムや銀などの可視光に対して反射率の高い金属を蒸着して反射面１５ａを形成することによって，形成することができる。樹脂層の材料は，特に限定されないが，例えば，エポキシ樹脂にフィラ−（例えばシリカ）を混ぜたものを用いることができる。また，樹脂層の材料に酸化チタンを含んだ白色の樹脂を用いると，テーパー面をそのまま反射面とすることができるので，アルミニウムなどの蒸着工程を省略することができる。
また，トランスファー成型で反射層を作成する場合，リードと反射層をしっかりと固定するために，例えば，リードに貫通孔を設けて反射器を形成する樹脂をリードの裏側に回すと良い。該貫通孔はリードの下に放熱層が無い部分に設ければよい。
また，反射器を成型しておき，絶縁性接着シートでリードに圧着しても良い。
リードフレーム２７には，枠部２９が付いているが，枠部２９は，後工程において，一点鎖線の位置で切り離される。枠部２９の切り離し後に，第１及び第２リード部２ｂ，５ｂが，それぞれ，第１及び第２リード２，５となる。
なお，半導体発光素子チップからの光出力検出用のフォトダイオードチップを設ける場合には，反射器１５の形成前にフォトダイオードチップをリードフレーム２７にダイボンディング及びワイヤーボンディングしておくことができる。フォトダイオードチップは，反射器１５内に埋め込まれる位置にダイボンディングしてもよい。半導体発光素子チップからの光の一部は，反射面１５ａで反射されずに透過するので，フォトダイオードチップが反射器１５に埋め込まれていても，半導体発光素子チップからの光出力の検出は可能である。
本工程は，任意であり，反射器１５が不要な場合には，本工程を省略してもよい。
３−２．放熱用金属体固着工程
次に，リードフレーム２７に，絶縁性接着層７を介して放熱用金属体９を固着し，図４（ｂ）に示す構造を得る。
放熱用金属体９は，アルミなどの熱伝導度の高い金属板などからなる。放熱用金属体９とリードフレーム２７とは，絶縁性接着シートからなる絶縁性接着層７を間に挟んで，熱圧着することによって，互いに固着することができる。接着剤や溶融樹脂などで放熱用金属体９とリードフレーム２７を熱圧着すると，両者の間から接着剤や溶融樹脂がはみ出すことがあるが，絶縁性接着シートを用いると，このようなはみ出しが起こり難い。絶縁性接着シートには，例えば，ポリエステルやポリ塩化ビニル等からなる絶縁性支持層の両面に，アクリル系ポリマーなどからなる接着層を有するものを用いることができる。このように絶縁性支持層を有する絶縁性接着シートを用いると，放熱用金属体９とリードフレーム２７の間を確実に絶縁することができ，両者の間の短絡を防止することができる。両面の接着層は，互いに同一であっても異なっていてもよい。このような絶縁性接着シートは，市販されており，例えば，リンテック株式会社社製の型式LE5004や日立化成工業株式会社製の型式GF-3600を用いることができる。
３−３．ダイボンディング，ワイヤーボンディング，透明樹脂充填工程
第１リード部２ｂ上に半導体発光素子チップ３をダイボンディングし，チップ３と第２リード部５ｂをワイヤーボンディングする。ダイボンディング及びワイヤーボンディングは，それぞれ，導電性接着層１１及びボンディングワイヤー１３を介して行うことができる。
次に，反射器１５の反射面１５ａよりも内側の空間に，透明樹脂１６を充填し，図４（ｃ）に示す構造を得る。透明樹脂１６は，エポキシ樹脂などからなる。
３−４．第１及び第２リード部を切り出し工程
次に，リードフレーム２７から枠部２９を切り離すことによって，第１及び第２リード部２ｂ，５ｂを切り出して，図４（ｄ）に示す第１及び第２リード２，５を有する半導体発光素子１を得て，本実施形態を完了する。
以上の実施形態で示した種々の特徴は，互いに組み合わせることができる。１つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合，そのうちの１又は複数個の特徴を適宜抜き出して，単独で又は組み合わせて，本発明に採用することができる。
上記実施例ではチップが１つの場合について説明したが複数のチップを有する場合も同様にして実施できることは容易に理解できるであろう。
図１は，本発明の一実施形態の半導体発光素子の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の半導体発光素子アセンブリの構造を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の半導体発光素子アセンブリの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。 従来の半導体発光素子の一例を示す断面図である。
符号の説明
１：半導体発光素子 ２：第１リード ２ａ：第１リードの先端 ２ｂ：リードフレームの第１リード部 ３：半導体発光素子チップ ５：第２リード ５ａ：第２リードの先端 ５ｂ：リードフレームの第２リード部 ７：絶縁性接着層 ９：放熱用金属体 １１：導電性接着層 １３：ボンディングワイヤー １５：反射器 １５ａ：反射器の反射面 １７：配線基板の開口部 １９：配線基板 ２１：はんだ層 ２３：放熱器 ２５：配線基板の開口部 ２７：リードフレーム ２９：リードフレームの枠部 ５１：絶縁基板 ５３：ダイボンド電極パターン ５５：セカンド電極パターン ５７：導電性接着剤 ５９：発光ダイオード素子 ６１：ボンディングワイヤー ６３：透光性樹脂体

Claims (12)

  1. 第１及び第２リードと，第１リード上にダイボンディングされ，第２リードにワイヤーボンディングされた半導体発光素子チップと，絶縁性接着層を介して第１及び第２リードに固着された放熱用金属体とを有する半導体発光素子。
  2. 前記絶縁性接着層は，絶縁性接着シートからなる請求項１に記載の素子。
  3. 絶縁性接着シートは，絶縁性支持層と，絶縁性支持層の両面に接着層とを備える請求項２に記載の素子。
  4. 第１及び第２リード上に固着され，前記チップからの光を反射させる反射器をさらに備える請求項１に記載の素子。
  5. 第１及び第２リードは，それぞれの先端まで，前記チップの光出射方向に垂直な方向に延びる請求項１に記載の素子。
  6. 請求項１に記載の素子と，
    前記放熱用金属体を収容可能な開口部を有する配線基板とを備え，
    前記放熱用金属体が前記開口部に収容されるように，第１及び第２リードが前記配線基板に固着されている半導体発光素子アセンブリ。
  7. 請求項４に記載の素子と，
    前記反射器を収容可能な開口部を有する配線基板とを備え，
    前記反射器が前記開口部に収容されるように，第１及び第２リードが前記配線基板に固着されている半導体発光素子アセンブリ。
  8. 第１及び第２リードは，その前記配線基板に対向する面全体で，前記配線基板に固着されている請求項６又は７に記載のアセンブリ。
  9. 前記放熱用金属体に固着された放熱器をさらに備える請求項６又は７に記載のアセンブリ。
  10. 半導体発光素子チップ用の第１及び第２リード部を有するリードフレームに，絶縁性接着層を介して放熱用金属体を固着し，
    第１リード部上に半導体発光素子チップをダイボンディングし，
    前記チップと第２リード部をワイヤーボンディングし，
    前記リードフレームから第１及び第２リード部を切り出して，第１及び第２リードを有する半導体発光素子を得る工程を備える半導体発光素子の製造方法。
  11. 絶縁性接着層は，絶縁性接着シートからなり，放熱用金属体は，熱圧着により固着される請求項１０に記載の方法。
  12. 絶縁性接着シートは，絶縁性支持層と，絶縁性支持層の両面に接着層とを備える請求項１１に記載の方法。

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