JP2009212281A

JP2009212281A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2009212281A
Application number: JP2008053173A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Ueno; 康晴上野; Hiroyuki Naito; 浩幸内藤; Noriyasu Tanimoto; 憲保谷本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】蛍光体の発熱に起因する光学的特性の低下の生じにくい半導体発光装置を提供すること。
【解決手段】半導体発光装置である表面実装型白色ＬＥＤパッケージ１０は、基台１２と、基台１２に実装された半導体発光素子であるＬＥＤチップ１４と、基台１２と対向させＬＥＤチップ１４を覆うように配された透光性プレート１６とを有し、透光性プレート１６はセラミックスからなると共に、その少なくとも一方の主面の少なくとも一部に、波長変換膜である蛍光体膜１８が被着されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置に関し、特に、半導体発光素子と当該半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換物質とを有する半導体発光装置に関する。

半導体発光素子の一種である発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う。）チップを光源とした、半導体発光装置の一種であるＬＥＤパッケージが、近年、蛍光灯等の従来の照明器具に代替するものとして広く用いられるようになってきた。

基台にＬＥＤチップが実装されてなるＬＥＤパッケージにおいて、フリップチップ構造のＬＥＤチップを用いると、発光層からの光は、専ら結晶成長基板を介してＬＥＤチップから放出されることとなるため、光取り出し効率等の点で不利である。

そこで、多くの場合、フェイスアップ構造のＬＥＤチップが用いられる。フェイスアップ構造のＬＥＤチップを基台に実装する場合、一般的には、チップ上面のオーミック電極と基台上面の配線パターンとは、金（Ａｕ）線等のボンディングワイヤーによって接続される。そして、ＬＥＤチップには、波長変換物質である蛍光体を混入した樹脂がポッティングされてボンディングワイヤーごとモールドされる。

しかし、上記構成のＬＥＤパッケージでは、樹脂のポッティングの際、ボンディングワイヤーに無理な外力が加わり、これが原因で、最悪の場合に断線をしてしまうといった事態が生じる。さらに、ポッティングにより形成された蛍光体含有樹脂の厚みは、比較的不均一なため、色むらの原因となる。

そこで、ボンディングワイヤーを用いることなくＬＥＤチップに給電ができ、かつ、厚みの不均一に起因する色むらを解消できる技術として以下のものが知られている。すなわち、片面に配線パターンが形成されてなる蛍光体含有樹脂シートを用い、これを基台に実装されたＬＥＤチップに被せて、オーミック電極とこれに対応する配線パターンとを電気的に接続することにより、ＬＥＤパッケージを構成するものである。これによれば、ボンディングワイヤーによることなく、蛍光体含有樹脂シートの片面に形成された配線パターンによって給電することが可能となり、また、蛍光体は樹脂シートに含有されているため、その厚みも比較的均一なものとなる。
特開昭６３−１６４４８２号公報特開平３−２１９８３号公報特開２００４−１７２５７８号公報

ところで、近年におけるＬＥＤの高輝度化に伴い、ＬＥＤチップから放出される光のエネルギーが増大している。この結果、当該光の波長を異なる波長の光に変換する波長変換物質である蛍光体におけるエネルギーロスも多くなり、蛍光体含有樹脂シートにおける発熱量が増大している。そして、これが原因で、当該樹脂シートが、例えば波を打つようにゆがんでＬＥＤパッケージにおける光学的特性が損なわれるといった問題が生じている。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、波長変換物質の発熱が原因では光学的特性が損なわれにくい半導体発光装置を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明に係る半導体発光装置は、基台と、前記基台に実装された半導体発光素子と、前記基台と対向させ前記半導体発光素子を覆うように配された透光性プレートとを有し、前記透光性プレートはセラミックスからなると共に、その少なくとも一方の主面の少なくとも一部に波長変換膜が被着されるか、若しくは透光性プレート自身が波長変換物質を含有していることを特徴とする。

また、前記セラミックスは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化クロム（ＣｒＯ_３）酸化ガリウム(Ｇａ_２Ｏ_３)、酸化ハフニウム(ＨｆＯ_２)、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化インジウムスズ(Ｉｎ_２Ｏ_３+ＳｎＯ_２)、五酸化ニオブ(Ｎｂ_２Ｏ_５)、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、一酸化チタン（ＴｉＯ）、五酸化チタン（Ｔｉ_３Ｏ_５）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化セリウム（ＣｅＦ_３）、フッ化ランタン（ＬａＦ_３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ_３）、フッ化サマリウム（ＳｍＦ_３）、フッ化イッテルビウム（ＹｂＦ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）、フッ化ガドリウム（ＧｄＦ_３）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ_３系、およびガラスの内のいずれか一つであることを特徴とする。

さらに、前記基台は、底面に第１給電端子および第２給電端子を、上面側に実装パッドを有し、前記半導体発光素子は、第１電極と第２電極とが半導体層の両面に分かれて形成されてなり、前記実装パッドに第２電極が接合されており、前記透光性プレートは、前記基台と対向する主面に配線パターンが形成されていて、前記基台の上面の一部には、前記第１給電端子と電気的に接続された導体パターンが形成されており、前記第１電極と前記配線パターン、および前記配線パターンと前記導体パターンとが、それぞれに対応する導電性接合部材で接合されていることを特徴とする。

あるいは、前記基台は、底面に第１給電端子および第２給電端子を、上面側に実装パッドを有し、前記半導体発光素子は、第１電極と第２電極の両方が半導体層の一方の面に形成されてなり、前記実装パッドに他方の面側が接合されており、前記透光性プレートは、前記基台と対向する主面に第１配線パターンと第２配線パターンとが形成されていて、前記基台の上面の一部には、前記第１給電端子と電気的に接続された第１導体パターンと、前記第２給電端子と電気的に接続された第２導体パターンとが形成されており、第１電極と第１配線パターン、第１配線パターンと第１導体パターン、第２電極と第２配線パターン、および第２配線パターンと第２導体パターンとが、それぞれに対応する導電性接合部材で接合されていることを特徴とする。

また、前記導電性接合部材の各々が、前記半導体発光装置の使用中において前記透光性プレートと前記半導体発光素子との間で生じる熱膨張による伸びの差を吸収し得る弾性を有することを特徴とする。

また、前記導電性接合部材が、クリーム半田の硬化体と金バンプとからなることを特徴とする。
また、前記導電性接合部材が、樹脂に金属粒子を混入したペーストの硬化体と金バンプとからなることを特徴とする。

また、前記導電性接合部材が、溶剤に金属粒子を分散させたペーストの硬化体と金バンプとからなることを特徴とする。
さらに、前記基台と前記透光性プレートの一方または両方が、対向面に凹部を有しており、前記半導体発光素子は、当該凹部に収納されていて、当該凹部の残余の空間に、前記半導体層と前記透光性プレートの中間の屈折率を有する透光性樹脂が充填されていることを特徴とする。

上記の通り本発明に係る半導体発光装置では、波長変換膜が被着された透光性プレートまたは波長変換物質を含有する透光性プレートが、セラミックスからなる。よって、波長変換膜または波長変換物質における発熱に起因して、透光性プレートと基台または半導体発光装置との間に熱膨張による熱ひずみ（伸び）の差が生じたとしても、当該セラミックスはヤング率が高いため剛性が高いので、透光性プレート内に発生する熱応力に起因する変形が生じにくい。したがって、透光性プレートが波打つように変形することがなく、半導体発光装置における光学的特性が損なわれにくい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係る半導体発光装置の実施の形態の一例として示す、表面実装型白色ＬＥＤパッケージ１０（以下、単に「ＬＥＤパッケージ１０」と言う。）の概略構成を表した断面図である。なお、当該断面図は、図２（ａ）に平面図を示す後述する基台１２において、Ａ・Ａ線に相当する位置で切断し、その切断面のみを表した図である。図１の断面図においては、煩雑さを避けるため、前記切断面の先方に見える実線は省略した。また、図１を含む全ての図において各部材間の縮尺は統一していない。

ＬＥＤパッケージ１０は、基台１２と、基台１２の上面に実装された半導体発光素子であるＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）１４と、ＬＥＤチップ１４を間にして基台１２と対向させＬＥＤチップ１４を覆うように配された、片面に波長変換膜である蛍光体膜１８が被着された透光性プレート１６とを基本構成に有する。

基台１２の平面図を図２（ａ）に、底面図を図２（ｂ）に、図２（ａ）におけるＡ・Ａ線断面を図２（ｃ）にそれぞれ示す。なお、図２（ｃ）においては、原則通り切断面の先方に見える実線を描いている。

基台１２は、絶縁材料であるセラミックス、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）からなる本体２０を有する。窒化アルミの線膨張率は４．４×１０^−６/℃である。本体２０は、全体的に方形板状をしており、そのサイズは１.６[ｍｍ]〜３.０[ｍｍ]角である。本体２０上面の中央部は、略方形に凹んでいて、当該凹部２０Ａの底面には、ＬＥＤチップ１４を実装するためのパッド２２が形成されている。パッド２２は、金属膜の一例として示す金（Ａｕ）膜からなる。

なお、本体２０は、窒化アルミに限らず、例えば、酸化アルミニウム（線膨張率：７．２×１０^−６/℃）で形成しても構わない。
凹部２０Ａを創出する方形枠状をした側壁２０Ｂの平坦な頂部２０Ｃには、同じく略方形枠状に導体パターン２４が形成されている。導体パターン２４は、例えば、金（Ａｕ）メッキで形成される。

本体２０の下面（底面）には、給電端子であるアノード端子２６とカソード端子２８とが形成されている。アノード端子２６およびカソード端子２８も金属膜の一例として示す金（Ａｕ）膜からなる。

アノード端子２６とパッド２２とは、本体２０に設けられた導電部材の一例として示すスルーホール３０によって電気的に接続されている。カソード端子２８と導体パターン２４とは、同じく、本体２０に設けられた導電部材の一例として示すスルーホール３２によって電気的に接続されている。スルーホール３０，３２は、本体２０に対しその厚み方向に開設した孔にめっきによって銅（Ｃｕ）を充填してなる導電部材である。

また、導体パターン２４上面には、複数個（本例では１２個）のバンプ３４が形成されている。バンプ３４は、金（Ａｕ）からなる。
図３（ａ）にＬＥＤチップ１４の平面図を、図３（ｂ）に、図３（ａ）におけるＢ・Ｂ線断面図をそれぞれ示す。ＬＥＤチップ１４は、ＩnＧaＮ系のＬＥＤチップであり、発光層を含む半導体層３６Ａと半導体基台３６Ｂとを張り合わせたチップ本体３６を有する。ＬＥＤチップ１４は両面電極タイプであり、半導体層３６Ａの上面の２箇所にオーミック電極であるＮ側電極３８，４０が設けられており、半導体基台３６Ｂの下面に同じくオーミック電極であるＰ側電極４２が設けられている。ＬＥＤチップ１４は、１[ｍｍ]角サイズで、厚みは０.１[ｍｍ]である。Ｐ側電極４２は金錫（Ａｕ/Ｓｎ）合金からなる。半導体基台３６Ｂは珪素（Ｓｉ）からなり、その線膨張率は２．６×１０^−６/℃である。

図３（ｃ）に、透光性プレート１６の平面図を示す。透光性プレート１６は、厚み以外は、基台１２と同じサイズの方形板状をしている。透光性プレート１６は、透光性を有するセラミックスからなる。この明細書で「セラミックス」は、「基本的成分あるいはその大部分が無機の非金属物質から構成されている固体材料」と定義されている範疇のものを指す。よって、セラミックスの中には、ガラスなどの伝統的セラミックスや人工あるいは合成材料からなるニューセラミックスが含まれる。

実施の形態で使用可能なセラミックスは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化クロム（ＣｒＯ_３）酸化ガリウム(Ｇａ_２Ｏ_３)、酸化ハフニウム(ＨｆＯ_２)、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化インジウムスズ(Ｉｎ_２Ｏ_３+ＳｎＯ_２)、五酸化ニオブ(Ｎｂ_２Ｏ_５)、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、一酸化チタン（ＴｉＯ）、五酸化チタン（Ｔｉ_３Ｏ_５）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化セリウム（ＣｅＦ_３）、フッ化ランタン（ＬａＦ_３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ_３）、フッ化サマリウム（ＳｍＦ_３）、フッ化イッテルビウム（ＹｂＦ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）、フッ化ガドリウム（ＧｄＦ_３）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ_３系、ガラスである。

これらの材料は、ヤング率（縦弾性係数）が１００[ＭＰａ]〜１０５０[ＧＰａ]の範囲にあり、樹脂シートや樹脂フィルムに使用されるような材料と比較して、（熱）応力によって変形しにくい材料である。また、熱伝導率が１[Ｗ／(ｍ・Ｋ)]〜２０００[Ｗ／(ｍ・Ｋ)]の範囲にあり、樹脂シートや樹脂フィルムに使用されるような材料と比較して、良熱伝導性の材料でもある。

透光性プレート１６の上面には、蛍光体膜１８が被着されている。蛍光体膜１８は、ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋）からなる波長変換物質である蛍光体を含み、ＬＥＤチップ１４から発せられる青色光を黄色光に波長変換する。

なお、蛍光体は上記したものに限らず、例えば、（Ｂａ,Sr）_２ＳｉＯ₄：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_１．５Ａｌ_３Ｓｉ_９Ｎ_１６：Ｅｕ^２＋、Ｃａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｙｂ^２＋、β-Ｓｉ_３Ｎ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ_２−ｘＳｉ_ｘＯ_４−ｘＮ_ｘ：Ｅｕ^２＋（0＜ｘ＜2）、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、Ca_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ₄：Ｅｕ^２＋、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｃａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_２ＳｉＯ₄：Ｅｕ^２＋、Ｃａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ^２＋、（Ｃａ、Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_５-ｘＡｌ_ｘＯ_ｘＮ_８-ｘ：Ｅｕ^２+（０≦ｘ≦１）でも良い。あるいは、蛍光体の代わりに金属錯体，染料，顔料などの波長変換物質でも良い。

透光性プレート１６の下面には、配線パターン４４が形成されている。配線パターン４４は、例えば、金（Ａｕ）メッキで形成される。
また、ＬＥＤパッケージ１０（図１）の組み立て工程において、配線パターン４４表面の一部にクリーム半田が印刷によって膜状に付着される。クリーム半田は、配線パターン４４と導体パターン２４(図２（ａ）)、配線パターン４４とＮ側電極３８，４０（図３（ａ））をそれぞれ電気的に接続し、機械的に接合するために用いられる。クリーム半田は、錫（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）の粒子を溶剤とフラックスで練ったクリーム状の半田である。これらのクリーム半田は、言うまでも無く常温で軟性を有するものであり、リフローの際に溶けた後、硬化する。硬化後における半田のヤング率（縦弾性係数）は１５[ＧＰａ]〜３０[ＧＰａ]の範囲にある。図１０において符号４６で指し示す、硬化後のクリーム半田を「半田硬化体」と称することとする。なお、クリーム半田の成分は上記したものに限らず、例えば、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む成分でも良い。

バンプ３４と半田硬化体４６とで、Ｎ側電極３８，４０と配線パターン４４、または、配線パターン４４と導体パターン２４とを接合する導電性接合部材４８が構成される（図１参照）。金（Ａｕ）からなるバンプ３４のヤング率（縦弾性係数）は７０[ＧＰａ]〜８０[ＧＰａ]の範囲にある。なお、バンプはアルミニウム（Ａｌ）でも良く、そのヤング率（縦弾性係数）は６５[ＧＰａ]〜７５[ＧＰａ]の範囲にある。

上記の構成からなる基台１２、ＬＥＤチップ１４、および透光性プレート１６は、以下のようにして組み立てられる。
先ず、基台１２にＬＥＤチップ１４を実装する。当該実装は、パッド２２とＰ側電極４２とを金−錫共晶接合することにより行う。

次に、ＬＥＤチップ１４が実装された基台１２に、前記クリーム半田が塗布された透光性プレート１６を重ねた状態でリフローによって接合する。この場合に、導電性接合部材としてクリーム半田のみを用いた場合、リフローの際、当該クリーム半田が導体パターン２４から流れ落ちてしまう。これに対し、実施の形態のように、導体パターン２４にバンプ３４を形成しているため、クリーム半田が導体パターン２４から流れ落ちてしまうのを防止できる。

なお、導電性接合部材４８は、クリーム半田を用いずに、バンプ３４のみでも構わない。この場合は、バンプ３４と配線パターン４４とは、超音波接合法により接合する。ただ、ＬＥＤチップ１４の厚みや基台１２の側壁２０Ｂの高さにばらつきが生じた場合は、若干、接合性に悪影響が及ぶ場合がある。これに対し、クリーム半田も用いる場合は、当該厚みや高さのばらつきがあったとしても、当該ばらつきはクリーム半田の塗布膜の厚みで吸収されてしまうため、接合性は良好なものとなる。

図１に戻り、上記構成からなるＬＥＤパッケージ１０は、例えば、図示しないプリント配線板等に複数個実装されて照明器具または照明装置を構成する。
ＬＥＤパッケージ１０において、アノード端子２６とカソード端子２８から給電すると、半導体層３６Ａの発光層から青色光が放射される。当該青色光は、透光性プレート１６を透過し、その一部が蛍光体膜１８内の蛍光体によって黄色光に波長変換される。波長変換されずに蛍光体膜１８を通過した青色光と前記黄色光とが混色されて全体として白色光となり、被照射体が照射される。

ここで、ＬＥＤパッケージ１０の使用中、すなわち、ＬＥＤチップ１４の発光中（点灯中）においては、ＬＥＤチップ１４のみならず蛍光体膜１８が発熱する。上述した通り、ＬＥＤチップ１４の高輝度化に伴って、蛍光体膜１８における発熱が問題となっている。

ＬＥＤパッケージ１０では、蛍光体膜１８が形成された透光性プレート１６が、上記したセラミックスで形成されているため、合成樹脂で形成した場合よりも、格段に剛性が高い。よって、透光性プレート１６とＬＥＤチップ１４との間や透光性プレート１６と基台１２との間に生じる熱ひずみ（伸び）の差に起因して透光性プレート１６内に発生する熱応力による変形が生じにくいため、透光性プレート１６が波打つように変形することがなく、ＬＥＤパッケージ１０における光学的特性が損なわれることもない。

ただし、透光性プレート１６の剛性が高い分、すなわち、透光性プレート１６が変形しにくい分、透光性プレート１６とＬＥＤチップ１４および基台１２との間の接合部分（導電性接合部材４８）に負荷がかかることになる。ＬＥＤパッケージ１０では、導電性接合部材４８に上記したヤング率の範囲のものを使用することによって、透光性プレート１６とＬＥＤチップ１４との間や、透光性プレート１６と基台１２との間に生じる熱ひずみ（伸び）の差を、導電性接合部材４８の弾性変形によって吸収することとしている。このため、前記負荷により導電性接合部材４８が配線パターン４４や導体パターン２４から剥離するといった事態が回避されることとなり、接合性や電気導電性に関する信頼性が確保されることとなる。

さらに、透光性プレート１６は、上記したセラミックスで形成されているため、合成樹脂で形成した場合よりも熱伝導性が良い。このため、蛍光体膜１８で発生した熱は、透光性プレート１６を介し、導電性接合部材４８を経由して基台２０へと伝導され、さらには不図示のプリント配線板へと放熱されることとなって、透光性プレート１６における温度上昇が抑制されることとなる。その結果、上記した蛍光体膜１８での発熱に起因する問題が生じにくくなる。
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、ＬＥＤチップとして半導体層の両面に分かれてＰ側電極とＮ側電極とが形成されてなるものを用いてＬＥＤパッケージを構成した。これに対し、実施の形態２では、ＬＥＤチップとして半導体層の一方の面側にＰ側電極とＮ側電極の両方が形成されてなるものを用いてＬＥＤパッケージを構成することとした。

図４は、実施の形態２に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ１００（以下、単に「ＬＥＤパッケージ１００」と言う。）の概略構成を示す断面図である。なお、当該断面図は、図５（ａ）に平面図を示す後述する基台１１２において、Ｃ・Ｃ線に相当する位置で切断し、その切断面のみを表した図である。図４の断面図においては、煩雑さを避けるため、前記切断面の先方に見える実線は省略した。

ＬＥＤパッケージ１００は、基台１１２と、基台１１２の上面に実装された半導体発光素子であるＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）１１４と、ＬＥＤチップ１１４を間にして基台１１２と対向させＬＥＤチップ１１４を覆うように配された透光性プレート１１６とを基本構成に有する。透光性プレート１１６の片面には、蛍光体膜１１８が被着されている。なお、実施の形態２において、ＬＥＤチップ１１４は、基台１１２の後述するパッド１２２に耐熱性接着剤、例えば、シリコーン樹脂系の接着剤（不図示）により接合されている。

基台１１２の平面図を図５（ａ）に、底面図を図５（ｂ）に、図５（ａ）におけるＣ・Ｃ線断面を図５（ｃ）にそれぞれ示す。なお、図５（ｃ）においては、原則通り切断面の先方に見える実線を描いている。

基台１１２は、実施の形態１の本体２０と同様の材料で形成された本体１２０を有する。本体１２０の全体的な形状およびサイズも実施の形態１の本体２０と略同様である。本体１２０の凹部１２０Ａの底面にも、ＬＥＤチップ１１４を実装するためのパッド１２２が形成されている。パッド１２２は、金属膜の一例として示す金（Ａｕ）膜からなる。

凹部１２０Ａを創出する方形枠状をした側壁１２０Ｂの平坦な頂部１２０Ｃには、「コ」字状をした第１導体パターン１２３と第２導体パターン１２４とが形成されている。第１および第２導体パターン１２３，１２４は、例えば、金（Ａｕ）メッキで形成される。

本体１２０の下面（底面）には、給電端子であるアノード端子１２６とカソード端子１２８とが形成されている。アノード端子１２６およびカソード端子１２８も金属膜の一例として示す金（Ａｕ）膜からなる。

アノード端子１２６と第１導電パターン１２３とは、本体１２０に設けられた導電部材の一例として示すスルーホール１３１によって電気的に接続されている。カソード端子１２８と導体パターン１２４とは、同じく、本体１２０に設けられた導電部材の一例として示すスルーホール１３２によって電気的に接続されている。スルーホール１３１，１３２は、本体１２０に対しその厚み方向に開設した孔にめっきによって銅（Ｃｕ）を充填してなる導電部材である。

また、第１導体パターン１２３および第２導体パターン１２４の各々上面には、複数個（本例では６個ずつ）のバンプ１３４が形成されている。バンプ１３４は、金（Ａｕ）からなる。

図６（ａ）にＬＥＤチップ１１４の平面図を、図６（ｂ）に、図６（ｂ）におけるＤ・Ｄ線断面図をそれぞれ示す。ＬＥＤチップ１１４は、ＩnＧaＮ系のＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ１１４は、上記した通り片面電極タイプであり、発光層を含む半導体層１３６の上面にオーミック電極であるＰ側電極１３９とＮ側電極１４１とが設けられている。ＬＥＤチップ１１４のサイズと厚みは、実施の形態１のＬＥＤチップ１４と略同様である。

図６（ｃ）に、透光性プレート１１６の平面図を示す。透光性プレート１１６の形状および材質は、実施の形態１の透光性プレート１６と同様である。
透光性プレート１１６の上面には、実施の形態１の蛍光体膜１８と同様の材料からなる蛍光体膜１１８が被着されている。

透光性プレート１１６の下面には、第１配線パターン１４３および第２配線パターン１４４が形成されている。第１および第２配線パターン１４３，１４４は、例えば、金（Ａｕ）メッキで形成される。

また、ＬＥＤパッケージ１００（図４）の組み立て工程において、第１配線パターン１４３表面および第２配線パターン１４４表面の各々の一部にクリーム半田が印刷によって膜状に付着される。クリーム半田は、第１導体パターン１２３と第１配線パターン１４３、第１配線パターン１４３とＰ側電極１３９、第２導電パターン１２４と第２配線パターン１４４、第２配線パターン１４４とＮ側電極とをそれぞれ電気的に接続し、機械的に接合するために用いられる。クリーム半田は、実施の形態１と同じ種類のものを用いることができる。また、クリーム半田を用いた、透光性プレート１１６と基台１１２との接合方法は、実施の形態１の場合と同様なので、その説明については省略する。

ここで、実施の形態２では、硬化後のクリーム半田を半田硬化体１４６として図中に表し、半田硬化体とバンプ１３４とからなる導電性接合部材を符号１４８で図中に指し示すこととする。なお、導電性接合部材を、クリーム半田を用いずに、バンプ１３４のみで構成しても構わないのは、実施の形態１と同様である。

図４に戻り、上記構成からなるＬＥＤパッケージ１００も、例えば、図示しないプリント配線板等に複数個実装されて照明器具または照明装置を構成する。
ＬＥＤパッケージ１００において、アノード端子１２６とＰ側電極１３９とは、スルーホール１３１、第１導電パターン１２３、導電性接合部材１４８（バンプ１３４、半田硬化体１４６）、第１配線パターン１４３、および導電性接合部材１４８（バンプ１３４、半田硬化体１４６）を介して電気的に接続されている。また、カソード端子１２８とＮ側電極１４１とは、スルーホール１３２、第２導電パターン１４４、導電性接合部材１４８（バンプ１３４、半田硬化体１４６）、第２配線パターン１４４、および導電性接合部材１４８（バンプ１３４、半田硬化体１４６）を介して電気的に接続されている。

よって、アノード端子１２６とカソード端子１２８から給電すると、半導体層１３６の発光層から青色光が放射される。当該青色光は、透光性プレート１１６を透過し、その一部が蛍光体膜１１８内の蛍光体によって黄色光に波長変換される。波長変換されずに蛍光体膜１１８を通過した青色光と前記黄色光とが混色されて全体として白色光となり、被照射体が照射される。

ここで、透光性プレート１１６を上記した材質で形成したことによる作用および効果、導電性接合部材１４８に上記したヤング率を有する材料を用いたことによる作用および効果は、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージ１０の場合と同様なので、その説明については省略する。
＜実施の形態３＞
実施の形態１のＬＥＤパッケージ１０では、透光性プレートは１枚であったが、実施の形態３では、さらに２枚重ねて、合計３枚の透光性プレートを用いることとした。

図７に、実施の形態３に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ２００（以下、単に「ＬＥＤパッケージ２００」と言う。）の概略構成を示す断面図を示す。当該断面図は、図１と同様に描いたものである。

ＬＥＤパッケージ２００は、透光性プレートをさらに２枚重ねる分、実施の形態１のＬＥＤパッケージ１０の基台１２を一回りサイズ拡張し、当該拡張した部分を階段状にして、当該階段部分に透光性プレート２枚を設けた以外は、実施の形態１のＬＥＤパッケージ１０と同様の構成である。よって、図７において、ＬＥＤパッケージ１０と実質的に同様の構成部分には、同じ符号を付して、その説明については省略する。

ＬＥＤパッケージ２００の基台２１２の本体２１０の中央部は、３段に段差が設けられた階段状に形成されている。階段のいわゆるステップ部分は平面視で方形枠状をしている。

第１ステップ部分（２０Ｃ）に、透光性プレート１６が設けられている。第２ステップ部分２１０Ｄには、透光性プレート２５０が、第３ステップ部分２１０Ｅには、透光性プレート２５２が設けられている。透光性プレート２５０，２５２は、透光性プレート１６と同じ材質のものを用いることができる。

透光性プレート２５０，２５２と本体２１０とは、第２ステップ部分２１０Ｄ、第３ステップ部分２１０Ｅの全周に渡って塗布された耐熱性接着剤２５４，２５６によって接合されている。

また、透光性プレート２５０上面には蛍光体膜２５８が、透光性プレート２５２上面には蛍光体膜２６０がそれぞれ被着されている。蛍光体膜２５８と蛍光体膜２６０を構成する蛍光体の種類は、蛍光体膜１８のものと同じであっても良いし、あるいは異なっていても構わない。

上記のように、蛍光体膜を独立した３層で構成することにより、これを１層で構成する場合と比較して、１層当たりの発熱量を低減することができる。また、蛍光体膜毎に透光性プレートが設けられているため、伝熱経路が十分確保されることとなり、上記した蛍光体膜の発熱に伴う問題も低減される。

さらに、各蛍光体膜の種類を異ならせることにより、ＬＥＤパッケージにおいて、多彩な発光色を実現することができる。
なお、透光性プレートの枚数は、１枚や３枚に限らず、２枚、あるいは４枚以上でも構わない。
＜実施の形態４＞
実施の形態１では、蛍光体膜は透光性プレートの上面に被着した。これに対し、実施の形態４では、蛍光体膜を透光性プレートとは別途に設けるのではなく、透光性プレート自身に波長変換物質を含有させて透光性プレートを構成した。

図８は、実施の形態４に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ３００（以下、単に「ＬＥＤパッケージ３００」と言う。）の概略構成を示す断面図であり、実施の形態１の図１に倣った図である。実施の形態４のＬＥＤパッケージ３００は、実施の形態１のＬＥＤパッケージ１０(図１)とは、透光性プレートの構成が異なる以外は、実質的に同様の構成である。よって、図８において、ＬＥＤパッケージ１０と実質的に同様に構成部分には、同じ符号を付して、その説明については省略する。

ＬＥＤパッケージ３００の透光性プレート３１６は、透光性プレート自身が波長変換物質を含有するものである。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限られないことは勿論であり、例えば、以下のような形態とすることもできる。
（１）上記実施の形態１〜３では、蛍光体膜は透光性プレートの上面に被着したが、これに限らず、下面に被着しても構わない。あるいは、上下両面に被着しても構わない。

また、実施の形態１に対する実施の形態４のように、実施の形態２，３においても、蛍光体膜が被着された透光性プレートに代えて、透光性プレート自身が波長変換物質を含む透光性プレートを用いても構わない。
（２）上記実施の形態１，２では、基台１２（１１２）の本体２０（１２０）の凹部２０Ａ（１２０Ａ）を設け、凹部２０Ａ（１２０Ａ）内にＬＥＤチップ１４（１１４）を収納することとしたが、これに限らず、透光性プレート１６（１１６）に凹部を形成し、当該凹部空間にＬＥＤチップ１４（１１４）を収納することとしても構わない。あるいは、本体２０（１２０）と透光性プレート１６（１１６）の両方に凹部を設け、両方の凹部で形成される空間にＬＥＤチップ１４（１１４）を収納することとしても構わない。
（３）上記実施の形態では、導電性接合部材をクリーム半田の硬化体と金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）のバンプとで構成したが、導電接合部材において、バンプと組み合わせる硬化体は、これに限らず、以下のものとすることもできる。

（i）樹脂に金属粒子を混入してなるペーストの硬化体
この場合、樹脂としては、エポキシ、ポリイミド、ウレタン、塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、アクリルウレタン、フェーノール等を用いることができる。

また、金属粒子の金属材料としては、銀、金、銅、金と錫の合金等を用いることができる。
硬化後におけるペーストのヤング率（縦弾性係数）は、０．１[ＧＰａ]〜１０[ＧＰａ]の範囲にある。

（ii）溶剤に金属粒子を分散させてなるペーストの硬化体
この場合、溶剤には、揮発性の有機溶剤を用いることができる。
また、金属粒子の金属材料としては、銀、金、銅、金と錫の合金等を用いることができる。

硬化後におけるペーストのヤング率（縦弾性係数）は、３０[ＧＰａ]〜１３０[ＧＰａ]の範囲にある。
（４）また、ＬＥＤチップが収納される前記凹部の残余の空間に、ＬＥＤチップの半導体層と空気の中間の屈折率を有する透光性樹脂を充填することとしても構わない。こうすることにより、ＬＥＤパッケージからの光の取り出し効率が向上する。この透光性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。
（５）上記実施の形態では、アノード端子またはカソード端子と導電パターンとは、基台内部に設けたスルーホールによって電気的に接続したが、当該接続に用いる導電性部材はスルーホールに限らない。例えば、基台の周面（側壁）に這設した配線によっても構わない。
（６）上記実施の形態では白色ＬＥＤパッケージを例にとって説明したが、発光色は白色に限らないことは言うまでもない。ＬＥＤチップと蛍光体との組み合わせを適宜選択することにより、可能な範囲での発光色とすることができる。

本発明に係る半導体発光装置は、例えば、自動車に搭載される各種照明装置（ヘッドライト、フォグランプ、インパネバックライト、車内灯など）の光源、カメラ用フラッシュ、液晶モニター用バックライトユニットなどの光源として好適に利用可能である。

実施の形態１に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。上記ＬＥＤパッケージを構成する基台の、（ａ）は平面図を、（ｂ）は底面図を、（ｃ）は（ａ）におけるＡ・Ａ線断面をそれぞれ示す。上記ＬＥＤパッケージを構成するＬＥＤチップの、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＢ・Ｂ線断面図をそれぞれ示す。（ｃ）は、上記ＬＥＤパッケージを構成する透光性プレートの平面図である。実施の形態２に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。上記ＬＥＤパッケージを構成する基台の、（ａ）は平面図を、（ｂ）は底面図を、（ｃ）は（ａ）におけるＣ・Ｃ線断面をそれぞれ示す。上記ＬＥＤパッケージを構成するＬＥＤチップの、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＤ・Ｄ線断面図をそれぞれ示す。（ｃ）は、上記ＬＥＤパッケージを構成する透光性プレートの平面図である。実施の形態３に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。実施の形態４に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０，１００，２００，３００表面実装型白色ＬＥＤパッケージ
１２，１１２，２１２基台
１４，１１４ＬＥＤチップ
１６，１１６，２５０，２５２，３１６透光性プレート
１８，１１８，２５８，２６０蛍光体膜

Claims

基台と、
前記基台に実装された半導体発光素子と、
前記基台と対向させ前記半導体発光素子を覆うように配された透光性プレートと、
を有し、
前記透光性プレートはセラミックスからなると共に、その少なくとも一方の主面の少なくとも一部に波長変換膜が被着されるか、若しくは透光性プレート自身が波長変換物質を含有していることを特徴とする半導体発光装置。
前記セラミックスは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化クロム（ＣｒＯ_３）酸化ガリウム(Ｇａ_２Ｏ_３)、酸化ハフニウム(ＨｆＯ_２)、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化インジウムスズ(Ｉｎ_２Ｏ_３+ＳｎＯ_２)、五酸化ニオブ(Ｎｂ_２Ｏ_５)、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、一酸化チタン（ＴｉＯ）、五酸化チタン（Ｔｉ_３Ｏ_５）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化セリウム（ＣｅＦ_３）、フッ化ランタン（ＬａＦ_３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ_３）、フッ化サマリウム（ＳｍＦ_３）、フッ化イッテルビウム（ＹｂＦ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）、フッ化ガドリウム（ＧｄＦ_３）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ_３系、およびガラスの内のいずれか一つであることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
前記基台は、底面に第１給電端子および第２給電端子を、上面側に実装パッドを有し、
前記半導体発光素子は、第１電極と第２電極とが半導体層の両面に分かれて形成されてなり、前記実装パッドに第２電極が接合されており、
前記透光性プレートは、前記基台と対向する主面に配線パターンが形成されていて、
前記基台の上面の一部には、前記第１給電端子と電気的に接続された導体パターンが形成されており、
前記第１電極と前記配線パターン、および前記配線パターンと前記導体パターンとが、それぞれに対応する導電性接合部材で接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
前記基台は、底面に第１給電端子および第２給電端子を、上面側に実装パッドを有し、
前記半導体発光素子は、第１電極と第２電極の両方が半導体層の一方の面に形成されてなり、前記実装パッドに他方の面側が接合されており、
前記透光性プレートは、前記基台と対向する主面に第１配線パターンと第２配線パターンとが形成されていて、
前記基台の上面の一部には、前記第１給電端子と電気的に接続された第１導体パターンと、前記第２給電端子と電気的に接続された第２導体パターンとが形成されており、
第１電極と第１配線パターン、第１配線パターンと第１導体パターン、第２電極と第２配線パターン、および第２配線パターンと第２導体パターンとが、それぞれに対応する導電性接合部材で接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
前記導電性接合部材の各々が、前記半導体発光装置の使用中において前記透光性プレートと前記半導体発光素子との間で生じる熱膨張による伸びの差を吸収し得る弾性を有することを特徴とする請求項３または４に記載の半導体発光装置。
前記導電性接合部材が、クリーム半田の硬化体と金バンプとからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
前記導電性接合部材が、樹脂に金属粒子を混入したペーストの硬化体と金バンプとからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
前記導電性接合部材が、溶剤に金属粒子を分散させたペーストの硬化体と金バンプとからなることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
前記基台と前記透光性プレートの一方または両方が、対向面に凹部を有しており、前記半導体発光素子は、当該凹部に収納されていて、当該凹部の残余の空間に、前記半導体層と前記透光性プレートの中間の屈折率を有する透光性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。