JP2011198834A

JP2011198834A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2011198834A
Application number: JP2010061364A
Authority: JP
Inventors: Masato Asahina; 正人朝比奈
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】
従来の半導体発光装置は、狭い指向特性を有する反射枠体の形成が困難で、十分な反射特性が得られなかったり、また狭い指向特性を得るためには半導体発光装置としての厚みが厚くなり、小型薄型化の妨げとなっていた。
【解決手段】
回路基板に半導体発光素子を実装し、配線電極と半導体発光素子とをワイヤーボンディングで接続し、樹脂封止してなる半導体発光装置において、カップ形状の反射面とその一部に前記ワイヤーを通すための切欠部を有する金属性の反射枠体を、前記回路基板における前記半導体発光素子の実装部分の周囲に固定し、前記半導体発光素子の電極と、前記回路基板の反射枠体の外部に設けられた配線電極とを、前記切欠部を通すワイヤーによって接続する。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤ発光素子等の半導体発光素子を備えた半導体発光装置に関するものであり、詳しくは集光特性に優れ、小型、薄型化が可能な半導体発光装置の構成に関する。

近年、ＬＥＤ発光素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においても半導体発光装置としてＬＥＤ発光装置を実施形態として説明する。

特に近年、ＬＥＤ発光装置としては、シャープな指向特性が要求されており、すなわち指向特性が狭く、出来るだけ薄型化された構成のＬＥＤ発光装置を実現する提案がなされている（例えば特許文献１、特許文献２）。

以下従来の指向特性を持つＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
図１１，図１２は特許文献１における従来のＬＥＤ発光装置の構成を示し、図１１は断面図、図１２は上面図である。図１１においてＬＥＤ発光装置１００は、回路基板１０２の上面側に配線電極１０２ａダイボンディング電極１０２ｂが、また回路基板１０２の下面側には出力電極１０２ｃが設けられ、上面側の配線電極１０２ａとダイボンディング電極１０２ｂとは、下面側の出力電極１０２ｃに対して側面電極１０２ｄによって接続されている。そして上面側に設けられたダイボンディング電極１０２ｂにはＬＥＤ１０３が実装され、ワイヤー１０４によって配線電極１０２ａに接続されている。

また、回路基板１０２の上部には樹脂成型による反射カップ体１１０が組み込まれている。この反射カップ体１１０は図１２に上面形状を示す如く、ＬＥＤ１０３が実装された部分の周囲に反射カップ部１１０ａ、ワイヤー１０４の配線領域にワイヤー溝１１０ｂが設けられた形状に樹脂成型によって構成されており、反射カップ部１１０ａの内面には反射性の金属による金属メッキ層１２０が形成され、ＬＥＤ１０３の発光を狭い指向特性で放射するようになっている。なお、図１１に示す如く反射カップ部１１０ａとワイヤー溝１１０ｂの内部には保護用、または波長変換用の透明性樹脂１３０がモールドされている。

図１３は特許文献２における従来のＬＥＤ発光装置の構成を示す断面図である。図１３に示すＬＥＤ発光装置２００は回路基板２０２にザグリ部２１２を形成し、このザグリ部２１２の内面に反射性の金属メッキ層２２０を形成することで、反射カップ部２１０ａを形成している。また金属メッキ層２２０と同時に回路基板２０２の上面側には配線電極２０２ａとダイボンディング電極２０２ｂとが、また回路基板２０２の下面側には出力電極２０２ｃが設けられ、上面側のダイボンディング電極２０ｂ及び配線電極２０２ａは、下面側の出力電極２０２ｃに対し側面電極２０２ｄによって接続されている。そして上面側に設けられたダイボンディング電極２０２ｂにはＬＥＤ１０３が実装され、ワイヤー１０４によって配線電極２０２ａに接続されている。さらにＬＥＤ１０３が実装された回路基板２０２の上面側にはレンズ形状の透明性樹脂２３０がモールドされている。

すなわち図１３に示すＬＥＤ発光装置２００は、回路基板２０２に設けたザグリ部２１２に金属メッキ層２２０を形成して反射カップ部２１０ａにしているが、薄い回路基板２０２に設けたザグリ部２１２に金属メッキ層２２０を形成した反射カップ部２１０ａでは、反射カップ部２１０ａが理想形状である非球面（曲面）に加工できないため、狭い指向特性を得るためにはレンズを併用する必要があり、このために形状の大きい樹脂レンズを透明性樹脂２３０のモールドによって設けている。

さらに図１４は他の従来例のＭＩＤタイプ（成形樹脂）のＬＥＤ発光装置の構成を示す断面図である。図１４に示すＬＥＤ発光装置３００は樹脂により一体成型されたカップ形状の樹脂基体３１０の表面に２個の電気的に分離された金属メッキ層３０２と３０３を形成している。そして金属メッキ層３０２には配線電極３０２ａと裏面側に形成された出力電極３０２ｃとが、側面電極３０２ｄによって接続されている。

また金属メッキ層３０３にはダイボンディング電極３０３ａと裏面側に形成された出力電極３０３ｃとが、側面電極３０３ｄによって接続されている。さらに金属メッキ層３０２と３０３との斜面部には反射カップ部３２０が反射面として形成されている。

そしてダイボンディング電極３０３ａにはＬＥＤ１０３が実装され、ワイヤー１０４によって配線電極３０２ａに接続されている。さらにＬＥＤ１０３が実装されたカップ形状の樹脂基体３１０の上面側には保護用、または波長変換用の透明性樹脂３３０がモールドされている。

特開平８−３２１１８号公報実開平４−１１１７６７号公報

上記特許文献１の提案では、狭い指向特性を得るためには反射カップ部の形状を深くする必要がり、成型品の肉厚との関係で反射カップ体の形状を大きくし、かつ厚みも大きくする必要があるため、製品形状が大型化する問題がある。さらに反射カップ部が樹脂成型品の場合、樹脂面へ金属メッキ層を形成した場合には反射面に若干の凹凸は生じるため、反射特性を妨げる原因となる。

また、特許文献２の提案では、基板のザグリ部に金属メッキ層を形成して反射カップ部としているため、カップ形状が理想形状である非球面（曲面）に加工できないので、狭い指向特性を確保するためには大きな球面のレンズを併用する必要があり、図１３に示す如く全体として厚みが増加する結果となる。

さらに図１４に示すＭＩＤタイプのＬＥＤ発光装置では、特許文献１の提案と同様に、狭い指向特性を得るためには反射カップ部の形状を深くする必要がある上、図１４にＨで示すＬＥＤ実装部の肉厚を０，３ｍｍ以上必要とするため、製品全体の形状が厚くなってしまうという問題があり、されに樹脂表面の形成された金属メッキ層には若干の凹凸形状が存在し、反射カップ部での反射効率の低下は避けられない。

本発明の目的は上記問題点を解決しようとするものであり、金属性の反射枠体を用いて十分に狭い指向特性を得ると共に、薄型化を可能にしたＬＥＤ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においては、配線電極を有する回路基板に半導体発光素子を実装し、前記配線電極と半導体発光素子とをワイヤーボンディングで接続し、樹脂封止してなる半導体発光装置において、カップ形状の反射面とその一部に前記ワイヤーを通すための切欠部を有する金属性の反射枠体を、前記回路基板における前記半導体発光素子の実装部分の周囲に固定し、前記半導体発光素子の電極と、前記回路基板の反射枠体の外部に設けられた配線電極とを、前記切欠部を通すワイヤーによって接続し、前記回路基板上の半導体発光素子と反射枠体とを樹脂封止したことを特徴とする。

上記構成によれば、反射性の良い金属性の反射枠体を用いて、指向特性が狭く、反射特性に優れた発光特性を得ることができると共に、ワイヤーを通すための切欠部を設けることによって、ワイヤーループの高さを低くできるため、半導体発光装置の厚さを薄くすることができる。

前記金属性の反射枠体は、金属板の絞り加工または金属の鋳造加工によって形成されていると良い。

前記金属性の反射枠体のカップ形状の反射面は鏡面仕上げ加工が施されていると良い。

前記金属性の反射枠体のカップ形状の反射面には反射性の金属皮膜層が形成されていると良い。

前記金属性の反射枠体の反射面の金属皮膜層は、ニッケル下地メッキに金メッキ層を形成しても良い。

前記金属性の反射枠体の底面には前記回路基板との固着を行うための凹部形状が形成されていると良い。

前記金属性の反射枠体に形成された前記切欠部にはワイヤーの短絡を防止するための絶縁処理がなされていると良い。

前記金属性の反射枠体に形成された前記切欠部には反射性の樹脂が埋設されていると良い。

上記の如く本発明によれば、反射性の良い金属性の反射枠体を用いて、指向特性が狭く、反射特性に優れた発光特性を得ることができると共に、ワイヤーを通すための切欠部を設けることによって、ワイヤーループの高さを低くできるため、半導体発光装置の厚さを薄くすることができる効果がある。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図１に示す反射枠体の斜視図である。図２に示す反射枠体の裏面側の斜視図である。図１に示すＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図である。本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図５に示す反射枠体の斜視図である。本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図７に示す反射枠体の斜視図である。本発明の第４実施形態における反射枠体の斜視図である。図９に示す反射枠体の裏面側の平面図である。従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。図１１に示すＬＥＤ発光装置の上面側の平面図である。従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。従来のＭＩＤタイプのＬＥＤ発光装置の断面図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示すものであり、図１はＬＥＤ発光装置の断面図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置の反射枠体の斜視図、図３は図２に示す反射枠体を裏面側から見た斜視図である。

図１においてＬＥＤ発光装置１０は、回路基板２の上面側に配線電極２ａ、ダイボンディング電極２ｂ、反射枠体固定電極２ｃが形成され、裏面側には出力電極２ｄが形成されており、回路基板２の上面側の配線電極２ａとダイボンディング電極２ｂとはスルーホール電極２ｅによって接続されている。

また、ダイボンディング電極２ｂにはＬＥＤ３が実装され、反射枠体固定電極２ｃには金属性の反射枠体５が固着されている。そしてＬＥＤ３はワイヤー４にて配線電極２ａにワイヤーボンディングされているが、ワイヤー４は後述する反射枠体５に設けられた切欠部５ｂを通して、低いループを形成している。さらにＬＥＤ３が実装された回路基板２の上面は透明または蛍光粒子を混入したモールド樹脂６でモールドされている。なお、点線は反射枠体５の外形を示している。

図２は反射枠体５の斜視図であり、反射枠体５は（黄銅等）の鋳造によって形成されており、ＬＥＤ３が実装される中心穴５ｃの周囲には反射面５ａが理想形状である非球面に形成され、その反射面５ａの一部にワイヤー４を通すための切欠部５ｂが設けられている。また、反射面５ａは反射性能を良くするために鏡面仕上げ加工が施されており、さらに反射性の良い金属皮膜層が形成されている。本実施形態では、この金属皮膜層としてはニッケル下地メッキの上に金メッキ層を形成したが、これに限定されるものではなく、例えばニッケルメッキ層やアルミメッキ層等でも良いことは当然である。

図３は図２に示す反射枠体５を裏面側から見た斜視図であり、底面５ｄには回路基板２との固着を行うための複数の凹部５ｅが設けられている。なおこの凹部５ｅは図１における反射枠体固定電極２ｃと、反射枠体５との接着強度を安定させるためのものであり、その形状及び個数等は必要に応じて決めれば良い。

次に図４によってＬＥＤ発光装置１０の組み立て手順を説明する。図４は各部材の断面図を示しており、（Ａ）は回路基板２の上面側に配線電極２ａ、ダイボンディング電極２ｂ、反射枠体固定電極２ｃが形成され、裏面側には出力電極２ｄが形成されており、回路基板２の上面側の配線電極２ａとダイボンディング電極２ｂとはスルーホール電極２ｅによって接続されている状態を示す。

（Ｂ）はダイボンディング電極２ｂにＬＥＤ３を固着し、次に回路基板２のダイボンディング電極２ｂの周囲にリング形状に設けられた反射枠体固定電極２ｃに反射枠体５を固着した状態を示す。このとき図３に示す反射枠体５の底面５ｄに形成された複数の凹部５ｅによって、溶融金属や接着材のアンカー効果を高めて固着力を安定させる。また反射枠体５の向きとしては、切欠部５ｂが回路基板２の配線電極２ａの方向に向く位置で固着する。なお回路基板２に対するＬＥＤ３の固着と、反射枠体５の固着とは、どちらを先に行っても問題ないことは当然である。

（Ｃ）はＬＥＤ３と配線電極２ａをワイヤー４によって接続した状態を示すが、この場合ワイヤー４は反射枠体５の切欠部５ｂを通して配線電極２ａにワイヤーボンディングされる。すなわち反射枠体５の内部に配置されたＬＥＤ３と反射枠体５の外部に配置された配線電極２ａとを、切欠部５ｂを通して接続することによって、反射枠体５の高さよりも低い位置でループさせることができる。このことによってＬＥＤ発光装置１０の高さを低くすることが可能となる。

（Ｄ）はモールド樹脂６で全体を封止した状態を示し、この状態において図１に示すＬＥＤ発光装置１０が完成する。

次に図１によりＬＥＤ発光装置１０の動作を説明する。回路基板２の裏面側に設けられた２個の出力電極２ｄに外部より駆動電圧を供給するとＬＥＤ３が発光する。その放射光は理想形状な非球面に形成され、かつ鏡面状態の金属皮膜層を有する反射面５ａによって、狭い範囲の鋭い指向性を有する出射光Ｐとして効率よく出射される。なおモールド樹脂６が蛍光粒子を混入させた蛍光樹脂の場合は、ＬＥＤ３からの放射光は波長変換された出射光Ｐとして出射される。

（第２実施形態）
次に図５、図６により本発明のＬＥＤ発光装置の第２実施形態を説明する。
図５は第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図、図６は図５に示す反射枠体の斜視図であり、図１、図２に示したＬＥＤ発光装置１０の断面図及び反射枠体の５の斜視図に対応しており、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施形態のＬＥＤ発光装置２０が第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、反射枠体５の切欠部５ｂに梨地模様で示す如く、絶縁膜２１が処理されていることである。すなわち金属製の反射枠体５に樹脂等の絶縁膜２１を設けることによって、図５に示す如くワイヤー４のボンディング時にワイヤー４の一部が反射枠体５の切欠部５ｂに接触したり、またはモールド樹脂６の成型圧力によってワイヤー４が押されて、反射枠体５の切欠部５ｂに接触しても電気的短絡問題が生じないので、製品歩留まりを向上させることができる。

（第３実施形態）
次に図７、図８により本発明のＬＥＤ発光装置の第３実施形態を説明する。
図７は第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図、図８は図７に示す反射枠体の斜視図であり、図１、図２に示したＬＥＤ発光装置１０の断面図及び反射枠体の５の斜視図に対応しており、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

第３実施形態のＬＥＤ発光装置３０が第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と異なるところは、反射枠体５の切欠部５ｂに梨地模様で示す如く、反射性の樹脂が充填処理されていることである。通常は図１に示す如く、この反射枠体５の切欠部５ｂにはモールド樹脂６が充填されることになるが、これだと反射枠体５の反射機能が、この切欠部５ｂの分だけ低下する。そこでＬＥＤ発光装置３０ではこの反射枠体５の切欠部５ｂに反射性の樹脂３１を充填することによって、この反射枠体５としての反射機能の低下を出来るだけ少なくして、指向性発光の性能を高めている。なお、この反射枠体５の切欠部５ｂに対する反射性の樹脂３１の充填は、図８に示す如く、ＬＥＤ３と配線電極２ａのワイヤーボンディングが行われた後に、ワイヤー４を包み込む状態で充填される。

（第４実施形態）
次に図９、図１０により本発明の第４実施形態における反射枠体について説明する。図９は反射枠体５０の斜視図、図１０は図９に示す反射枠体５０の裏面側から見た平面図である。金属基板、例えば（黄銅、りん青銅等）の絞り加工によって形成されており、図２、図３に示す反射枠体５と同様に、ＬＥＤ３が実装される中心穴５０ｃの周囲には反射面５０ａが理想形状である非球面に形成され、その反射面５０ａの一部にワイヤー４を通すための切欠部５０ｂが設けられている。また、反射面５０ａは反射性能を良くするために鏡面仕上げ加工が施されており、さらに反射性の良い反射性の良い金属皮膜層が形成されている。

また図１０に示す反射枠体５０の底面５０ｄには回路基板との固着を行うための複数の凹部５０ｅが設けられている。なおこの凹部５０ｅは図１における反射枠体固定電極２ｃと、反射枠体５０との接着強度を安定させるためのものであり、その形状及び個数等は必要に応じて決めれば良い。

２、１０２、２０２回路基板
２ａ、１０２ａ、２０２ａ、３０２ａ配線電極
２ｂ、１０２ｂ、２０２ｂ、３０３ａダイボンディング電極
２ｃ反射枠体固定電極
２ｄ、１０２ｃ、２０２ｃ、３０２ｃ、３０３ｃ出力電極
２ｅスルーホール電極
３、１０３ＬＥＤ
４、１０４ワイヤー
５反射枠体
５ａ、５０ａ反射面
５ｂ、６０ｂ切欠部
５ｃ、５０ｃ中心穴
５ｄ、５０ｄ底面
５ｅ、５０ｅ凹部
６モールド樹脂体
１０、２０、３０、１００、２００、３００ＬＥＤ発光装置
２１絶縁膜
３１反射性樹脂
１０２ｄ、２０２ｄ、３０２ｄ、３０３ｄ側面電極
１１０反射カップ体
１１０ａ、２１０ａ、３２０反射カップ部
１１０ｂワイヤー溝
１２０、２２０、３０２，３０３金属メッキ層
１３０、２３０透明性樹脂
２１２ザグリ部
３１０樹脂基体

Claims

配線電極を有する回路基板に半導体発光素子を実装し、前記配線電極と半導体発光素子とをワイヤーボンディングで接続し、樹脂封止してなる半導体発光装置において、カップ形状の反射面とその一部に前記ワイヤーを通すための切欠部を有する金属性の反射枠体を、前記回路基板における前記半導体発光素子の実装部分の周囲に固定し、前記半導体発光素子の電極と、前記回路基板の反射枠体の外部に設けられた配線電極とを、前記切欠部を通すワイヤーによって接続し、前記回路基板上の半導体発光素子と反射枠体とを樹脂封止したことを特徴とする半導体発光装置。
前記金属性の反射枠体は、金属板の絞り加工または金属の鋳造加工によって形成されている請求項１記載の半導体発光装置。
前記金属性の反射枠体のカップ形状の反射面は鏡面仕上げ加工が施されている請求項２記載に半導体発光装置。
前記金属性の反射枠体のカップ形状の反射面には反射性の金属皮膜層が形成されている請求項３記載に半導体発光装置。
前記金属性の反射枠体の反射面の金属皮膜層は、ニッケル下地メッキに金メッキ層を形成している請求項４記載に半導体発光装置。
前記金属性の反射枠体の底面には前記回路基板との固着を行うための凹部形状が形成されている請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光装置。
前記金属性の反射枠体に形成された前記切欠部にはワイヤーの短絡を防止するための絶縁処理がなされている請求項１から５のいずれかに記載の半導体発光装置。
前記金属性の反射枠体に形成された前記切欠部には反射性の樹脂が埋設されている請求項１から７のいずれかに記載の半導体発光装置。