JP2008277626A - 発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】振動又は衝撃等の外力に対する信頼性が高く、発生した熱を効率的に放熱し、容易に製造することができる発光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】サブマウント１２上に、ＬＥＤチップ１１を実装し、サブマウント電極１４ａ及び１４ｂを形成して、サブマウント部材を構成する。そして、このサブマウント部材を平面基板上に搭載することにより、発光ユニット２０を構成する。一方、リードフレームと樹脂モールド体とにより、リードフレーム電極３１ａ及び３１ｂを有するリードフレーム部材３０を構成する。これらの発光ユニット２０とリードフレーム部材３０とを、電極同士が接するように重ね合わせることにより、発光デバイスが得られる。
【選択図】図６

Description

本発明は発光デバイス及びその製造方法に関し、特に、キャビティ構造を有する発光デバイス及びその製造方法に関する。
現在の発光デバイスは、開口部から底面に向かってキャビティ内の直径が小さくなるような形状のキャビティ構造を有するものが一般的である。図７は、従来の発光デバイスを示す平面図であり、図８は、その断面図である。図７及び図８に示すように、サブマウント１２上に搭載されたＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップ１１は、樹脂モールド体３２に形成されたキャビティ１７の底面上に配置されている。また、サブマウント１２上にはＬＥＤチップ１１とともに１対のサブマウント電極１４ａ及び１４ｂが配置されている。サブマウント電極１４ａ及び１４ｂは、ＬＥＤチップ１１の電極と夫々ボンディングワイヤー１３ａ及び１３ｂにより電気的に接続されている。ボンディングワイヤー１３ａ及び１３ｂは、樹脂モールド体３２に例えばインサート成形する等の方法により形成されたリードフレーム電極５２ａ及び５２ｂと、夫々ボンディングワイヤー５１ａ及び５１ｂで電気的に接続されている。また、サブマウント１２の下には、ヒートシンク５３がリードフレーム電極５２ａ及び５２ｂと電気的に絶縁されるように配置されている。
図７及び図８に示す従来の発光デバイスの場合、発光素子（ＬＥＤチップ１１）をキャビティ１７の内側の底面に実装する必要があり、更に導電性ワイヤーを用いて配線する際に、配線用ツールと内側面の干渉を防ぐ必要があるため、困難な作業を強いられていた。
このような問題点を解決する手段として、特許文献１（特開２００６−２３７１４１号公報）には、ＬＥＤチップをシリコン（Ｓｉ）基板上に共晶接合したサブマウント基板を、リードフレームがインサート成形されたハウジング内に収納し導電性接着剤で電気的接続する技術が開示されている。
また、特許文献２（特開２００３−４６１３７号公報）では、サブマウント素子上に半導体発光素子を実装した部材と、金属メッキされた反射壁を前出部材の電極部と電気的に絶縁しながら接合する技術が開示されている。この技術はマイグレーション対策として提案されたものであるが、これによってもデバイス製造時の作業性を向上させることが可能となる。
特開２００６−２３７１４１号公報 特開２００３−４６１３７号公報
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。例えば、特許文献１に示す発光デバイスにおいては、サブマウント基板をハウジング内に収納しているため、ＬＥＤチップの放熱に寄与するＳｉ基板の面積を大きくすることが不可能である。また、サブマウント基板とリードフレームの固定方法が導電性ペーストであり、且つこのデバイスに電力を供給するために他のプリント基板へ実装する際の固定箇所はリードフレーム部である。この構造では、振動や衝撃を受けた際、発光デバイスに印加される応力は導電性ペーストに集中するため、この部分にクラック等の不具合が発生する可能性が否めない。
また、特許文献２には、リフレクタを兼ねた基板とサブマウント素子の固定方法は記載されていないが、特許文献２に開示された手段においても、特許文献１の場合と同様である。即ち、振動又は衝撃等の外力を受けた際の応力は両者の接合部に集中し、クラック等の不具合が発生する可能性が否めない。また、特許文献２の発光デバイスにおいて、発光素子の発熱量が大きい場合には、別途ＬＥＤの発熱を逃がす手段（例えばサブマウント素子と別の放熱手段を何らかの方法で熱的に接続する）を講じる必要がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、振動又は衝撃等の外力に対する信頼性が高く、発生した熱を効率的に放熱し、容易に製造することができる発光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る発光デバイスは、基板と、この基板上に配置された１又は複数個のサブマウントと、前記各サブマウントの上に配置された発光素子及びサブマウント電極と、前記基板上に重ねられ前記各サブマウントに整合する位置に前記サブマウントに対応する開口部を有する樹脂モールド体と、前記樹脂モールド体に前記開口部の内部に向けて進出するように支持され前記サブマウント電極に接触するリードフレーム電極と、を有することを特徴とする。
本発明においては、サブマウント上の発光素子側の電極とリードフレーム電極とが開口部（キャビティ）内で相互に接するように構成されている。これにより、従来のようなキャビティ内の狭いスペースで発光素子側の電極とリードフレーム電極とを導電性ワイヤーで接続する方法に比べて、配線作業における配線用ツールとキャビティ内面との干渉等の困難性が軽減される。このため、容易に配線を実施することが可能となる。また、サブマウントを、リードフレーム部材が配置できる程度の大きい基板上に設けることにより、発光素子及び配線において発生した熱が効果的に基板に伝達される。このため、発光デバイスの放熱性を向上させることができる。更に、サブマウントとリードフレーム部材とが共に基板上に設けられていることにより、振動・衝撃等の外力に対して発光素子又は配線接続部への影響が低減される。このため、外力に対して高い信頼性の発光デバイスが得られる。
この場合に、前記基板は、その前記サブマウント及び前記樹脂モールド体の搭載面が平面である金属製の金属平面基板であることが好ましい。これにより、上述の放熱性を更に高めることができる。
また、例えば、前記サブマウント電極と前記発光素子の電極とは、ボンディングワイヤにより接続されている。
更に、前記リードフレーム電極と前記サブマウント電極とは、ハンダ又はろう材により接合されていることが好ましい。これにより、電極同士の接続を更に安定させることができ、また、導電性ワイヤーによる接続方法に比べて接続が容易であるため好ましい。
前記開口部は、前記基板の表面から遠ざかるにつれて開口面積が大きくなるように、その内面が前記基板の表面に対して傾斜していることが好ましい。上述した配線の容易性は、このような、基板側（キャビティの底面側）の開口面積が小さく、その基板の反対側の開口面積が大きくなるようなキャビティ構造（例えば、すり鉢状）の場合に特に好適である。
更に、例えば、前記リードフレーム電極は前記開口部の内面から延出して前記開口部内に露出している。
更にまた、前記樹脂モールド体は、前記基板よりも小さく、前記基板における前記樹脂モールド体が設けられている部分に、取付用の孔が形成されているように構成することができる。
更にまた、前記基板の表面には、前記サブマウントが配置される位置に凹部が形成されていることが好ましい。これにより、サブマウント実装部の高さが大きい場合に、サブマウントを凹部に配置してデバイス全体の高さを小さくすることができる。
本発明に係る発光デバイスの製造方法は、サブマウント上に発光素子及びサブマウント電極を実装してサブマウント部材を得る工程と、基板上に１又は複数個の前記サブマウント部材を配置する工程と、前記サブマウント部材の配置態様に整合する位置に１又は複数個の開口部を有すると共にこの開口部の内面から前記開口部の内部に向けて進出するように支持されたリードフレーム電極を有する樹脂モールド体を前記開口部が前記サブマウント部材に整合するように前記基板上に重ねる工程と、を有することを特徴とする。
この発光デバイスの製造方法において、前記基板として、その前記サブマウント及び前記樹脂モールド体の搭載面が平面である金属製の金属平面基板を使用することが好ましい。
また、前記リードフレーム電極と前記サブマウント電極とをハンダ又はろう材により接合することが好ましい。
本発明によれば、振動又は衝撃等の外力に対する信頼性が高く、発生した熱を効率的に放熱し、容易に製造することができる発光デバイス及びその製造方法が得られる。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態に係る発光デバイスを示す平面図であり、図２は、本実施形態に係る発光デバイスを取付先機器に取り付けた状態を示す断面図である。
図１及び図２に示すように、平面基板２１上に樹脂モールド体３２が配置されている。平面基板２１は、例えば金属ベースの表面に絶縁物が形成された基板が用いられる。樹脂モールド体３２は、その平面基板２１に接する側の面積が小さく、平面基板２１の反対側の面積が大きくなるような開口部（キャビティ１７）を有している。また、樹脂モールド体３２は、インサート成形等の方法で設けられたリードフレームを内包している。このように、リードフレームと樹脂モールド体３２とで一体となって構成されたリードフレーム部材は、平面基板２１に例えばネジにより固定されている。リードフレームのうちの一部は、リードフレーム電極３１ａ及び３１ｂとしてキャビティ１７の内側に向かって露出している。なお、リードフレームのうち外部と電気的に接続される部分は、任意の位置に設けることができるが、図示は省略する。
キャビティ１７内における平面基板２１の表面上には、サブマウント１２が配置されている。サブマウント１２の上には、ＬＥＤチップ１１と、サブマウント電極１４ａ及び１４ｂが設けられている。なお、サブマウント１２は、少なくともサブマウント電極１４ａ及び１４ｂが配置されている面は電気的に絶縁されている。サブマウント電極１４ａ及び１４ｂは、ＬＥＤチップ１１と夫々ボンディングワイヤー１３ａ及び１３ｂにより電気的に接続されている。また、サブマウント電極１４ａとリードフレーム電極３１ａ、及びサブマウント電極１４ｂとリードフレーム電極３１ｂは、夫々相互に接するように配置され、電気的に接続されている。
平面基板２１には、取付穴２２ａ及び２２ｂが設けられている。図２に示すように、本実施形態の発光デバイスは、使用態様において取付穴２２ａ及び２２ｂを利用して固定用ネジ１６により取付先機器１５に固定されている。取付先機器１５は、例えば、ヒートシンク又は外部の基板等である。なお、図中２２ａ及び２２ｂで示される取付穴は、平面基板２１の任意の場所に任意の個数設けることができる。
次に本実施形態の動作について説明する。ＬＥＤチップ１１の発光に伴い発生した熱は、ＬＥＤチップ１１又はサブマウント電極１４ａ及び１４ｂからサブマウント１２、平面基板２１の順に伝達される。また、リードフレーム電極３１ｂから樹脂モールド体３２、平面基板２１の順にも同様に伝達される。本実施形態においては、平面基板２１に熱伝導率が高い金属ベースの基板を使用しているので、この平面基板２１により効率よく放熱される。また、この平面基板２１は、例えばＬＥＤチップ１１及びサブマウント電極１４ａ及び１４ｂとサブマウント１２との接触面積に比べて十分大きいため、これによっても放熱が促進される。このように、本実施形態によれば、発生した熱を効率的に放熱することができる。
また、本実施形態においては、本実施形態では、図２に示すように、サブマウント１２及び樹脂モールド体３２が共通の金属ベースの平面基板２１上に配置されている。このように構成することにより、外部（取付先機器１５）から加わる振動・衝撃等の外力は平面基板２１に伝達されるが、その外力は基板全体に分散されるため、ＬＥＤチップ１１及び配線接続部等に局部的に印加される応力は抑制される。このため、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
以下、上述の本実施形態の発光デバイスの製造方法について説明する。図３乃至６は、本実施形態の発光デバイスの製造方法をその工程順に示す図である。
最初に、図３に示すように、サブマウント部材１０を作製する。図３は、サブマウント部材１０を示す平面図である。ここでは、先ず、サブマウント１２上にＬＥＤチップ１１を実装するとともに、サブマウント電極１４ａ及び１４ｂを形成する。ＬＥＤチップ１１の実装は、例えば共晶接合等の方法により行うことができる。次に、サブマウント電極１４ａ及び１４ｂを夫々ボンディングワイヤー１３ａ及び１３ｂによりＬＥＤチップ１１と電気的に接続する。これにより、サブマウント部材１０が得られる。
次に、図４に示すように、発光ユニット２０を作製する。図４（ａ）は、複数組のサブマウント部材１０が平面基板２１上に実装され発光ユニット２０を構成している状態を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のうち１組のサブマウント部１０が実装されている状態を示す断面図である。ここでは、サブマウント部１０を平面基板２１上に実装する。平面基板２１としては、例えば金属ベースでサブマウント部１０の側の表面に絶縁層が形成されている基板が用いられる。この際、基板の任意の位置に機器やヒートシンクへの取付穴２２ａ及び２２ｂを開けておく。以上により、発光ユニット２０が得られる。
一方、図５に示すように、発光ユニット２０とは別にリードフレーム部材３０を作製する。図５（ａ）は、複数組の開口部及びリードフレーム電極３１ａ及び３１ｂがリードフレーム部材３０に形成されている状態を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のうち１組の開口部及びリードフレーム電極３１ａ及び３１ｂを示す断面図である。ここでは、リードフレームに樹脂モールドを施してリードフレーム部材３０を作製する。樹脂モールドの方法は、例えばインサート成形等の方法を適宜用いることができる。図５においては、樹脂モールド体３２に対して、図５（ｂ）の上側の面積が大きく下側の面積が小さくなるような複数の開口部を形成する。また、１つの開口部について、その内側面から内側に向かって１組のリードフレーム電極３１ａ及び３１ｂを露出させる。なお、リードフレームについて、外部電極となる部分は任意の位置・形状で設けることができるが、図示は省略する。また、樹脂モールド体３２は、上述した平面基板２１に設けられた取付穴２２ａ及び２２ｂを隠さない大きさとする。以上により、リードフレーム部材３０が得られる。
次に、図６に示すように、発光ユニット２０とリードフレーム部材３０とを重ね合わせることにより、発光デバイスを作製する。図６（ａ）は、複数組の発光デバイスが一体となって構成された状態を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のうち１組の発光デバイスを示す断面図である。ここでは、リードフレーム部材３０の開口部の面積が小さい方の面が、発光ユニット２０のＬＥＤチップ１１が搭載されている側の面に接するように、リードフレーム部材３０を発光ユニット２０上に配置する。この際、各組の発光デバイスにおいて、リードフレーム電極３１ａ及び３１ｂの先端位置が、夫々サブマウント電極１４ａ及び１４ｂに接するようにする。なお、リードフレーム部材３０は、例えばネジ止めにより平面基板２１に固定することができる。以上により、本実施形態の発光デバイスが得られる。
本実施形態においては、サブマウント部材１０が搭載された発光ユニット２０とリードフレーム部材３０とを夫々別のユニットとして作製し、これらを重ね合わせることにより、発光デバイスを作製する。この際、リードフレーム電極３１ａ及び３１ｂの先端位置が、発光ユニット２０上に搭載されたサブマウント部材１０のサブマウント電極１４ａ及び１４ｂに夫々接するようにする。これにより、リードフレーム電極３１ａ及び３１ｂとサブマウント電極１４ａ及び１４ｂとが電気的に接続される。このように、２つの部材を単純に重ね合わせることにより、サブマウント電極１４ａ及び１４ｂとリードフレーム電極３１ａ及び３１ｂとの配線が完了する。以上により、従来のようなキャビティ内の配線における困難性が解消され、サブマウント部材１０への配線工数を削減することができる。
なお、上述の本実施形態において、リードフレーム部材３０の電極（３１ａ及び３１ｂ）の先端位置と、発光ユニット２０上のサブマウント部材１０の電極部分（１４ａ及び１４ｂ）との接続の際、ハンダ等のろう材を使用することができる。これにより、電極同士の接続を更に安定させることができ、また、導電性ワイヤーによる接続方法に比べて接続が容易であるため好ましい。なお、電極同士の接続部に例えば導電性ペーストを用いることとしてもよい。
また、上述の本実施形態において、基板として平面基板２１を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、平面基板を凹状とし、この箇所にサブマウント部材１０を実装することとしてもよい。これにより、デバイス全体の厚みを小さくすることができる。
本発明の実施形態に係る発光デバイスを示す平面図である。 本発明の実施形態に係る発光デバイスを取付先機器に取り付けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る発光デバイスの製造工程を示す平面図である。 （ａ）は図３に続く製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示される複数組のサブマウント部材のうちの１つを示す断面図である。 （ａ）は図４に続く製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示される複数組のリードフレーム部材のうちの１つを示す断面図である。 （ａ）は図５に続く製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示される複数組の発光デバイスのうちの１つを示す断面図である。 従来の発光デバイスを示す平面図である。 図７に示す従来の発光デバイスの縦断面図である。
符号の説明
１０；サブマウント部材
１１；ＬＥＤチップ
１２；サブマウント
１３ａ、１３ｂ；ボンディングワイヤー
１４ａ、１４ｂ；サブマウント電極
１５；取付先機器
１６；固定用ネジ
１７；キャビティ
２０；発光ユニット
２１；平面基板
２２ａ、２２ｂ；取付穴
３０；リードフレーム部材
３１ａ、３１ｂ；リードフレーム電極
３２；樹脂モールド体
５１ａ、５１ｂ；ボンディングワイヤー
５２ａ、５２ｂ；リードフレーム電極
５３；ヒートシンク

Claims (11)

  1. 基板と、この基板上に配置された１又は複数個のサブマウントと、前記各サブマウントの上に配置された発光素子及びサブマウント電極と、前記基板上に重ねられ前記各サブマウントに整合する位置に前記サブマウントに対応する開口部を有する樹脂モールド体と、前記樹脂モールド体に前記開口部の内部に向けて進出するように支持され前記サブマウント電極に接触するリードフレーム電極と、を有することを特徴とする発光デバイス。
  2. 前記基板は、その前記サブマウント及び前記樹脂モールド体の搭載面が平面である金属製の金属平面基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記サブマウント電極と前記発光素子の電極とは、ボンディングワイヤにより接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光デバイス。
  4. 前記リードフレーム電極と前記サブマウント電極とは、ハンダ又はろう材により接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光デバイス。
  5. 前記開口部は、前記基板の表面から遠ざかるにつれて開口面積が大きくなるように、その内面が前記基板の表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光デバイス。
  6. 前記リードフレーム電極は前記開口部の内面から延出して前記開口部内に露出していることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
  7. 前記樹脂モールド体は、前記基板よりも小さく、前記基板における前記樹脂モールド体が設けられている部分に、取付用の孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光デバイス。
  8. 前記基板の表面には、前記サブマウントが配置される位置に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光デバイス。
  9. サブマウント上に発光素子及びサブマウント電極を実装してサブマウント部材を得る工程と、基板上に１又は複数個の前記サブマウント部材を配置する工程と、前記サブマウント部材の配置態様に整合する位置に１又は複数個の開口部を有すると共にこの開口部の内面から前記開口部の内部に向けて進出するように支持されたリードフレーム電極を有する樹脂モールド体を前記開口部が前記サブマウント部材に整合するように前記基板上に重ねる工程と、を有することを特徴とする発光デバイスの製造方法。
  10. 前記基板として、その前記サブマウント及び前記樹脂モールド体の搭載面が平面である金属製の金属平面基板を使用することを特徴とする請求項９に記載の発光デバイスの製造方法。
  11. 前記リードフレーム電極と前記サブマウント電極とをハンダ又はろう材により接合することを特徴とする請求項９又は１０に記載の発光デバイスの製造方法。
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