JP2012064841A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板がフレキシブルプリント基板からなるＬＥＤ装置は、両面に金属パターンを備えていたため、回路基板の構造が複雑になり製造し難かった。
【解決手段】フレキシブルプリント基板４は、ポリイミドフィルム１８と、そのポリイミドフィルム１８の下面にのみ形成された第１及び第２金属パターン１１，１２と、第１及び第２の凹部１，２とを備えている。第１の凹部１から露出した第１金属パターン１１にＬＥＤ素子３をダイボンディングする。第２の凹部２から露出した第２金属パターン１２とＬＥＤ素子３の電極とをワイヤ１４で接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は回路基板に半導体発光素子を実装した半導体発光装置に関する。

半導体発光素子（以下とくに断らない限りＬＥＤ素子と呼ぶ）を回路基板に実装しパッケージ化した半導体発光装置（以下とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）において、精度がよく薄型の面実装型ＬＥＤ装置を低コストで提供するため、回路基板をフレキシブルプリント基板とし、そのフレキシブルプリント基板にＬＥＤ素子を実装したＬＥＤ装置が知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１の図１を図４に示す。図４は、両面にＣｕ箔２が接着されたポリイミドフィルム１Ａのキャビティー３Ａ（凹部）に発光素子６（ＬＥＤ素子）を実装した面実装型ＬＥＤ（ＬＥＤ装置）の断面図である。キャビティー３Ａはエキシマレーザー加工により形成されたもので、底部にはメッキ層４を備えたＣｕ箔２が露出している。このＣｕ箔２は一方の電極となり、ここに発光素子６が導電性樹脂７で固着している。発光素子６の上面電極８とポリイミドフィルム１Ａの上面に形成された他方の電極とはボンディングワイヤ９で接続している。なお他方の電極の一部はポリイミドフィルム１Ａの下面にも存在する。発光素子６はエポキシ樹脂１０で封止され、一方の電極の一部は絶縁性樹脂層５で覆われている。

特開平８−２６４８４１号公報 （図１）

特許文献１のＬＥＤ装置は、ポリイミドフィルム１Ａの上面と下面それぞれに電極用の金属パターンを形成する必要がある。また上面と下面の金属パターンをポリイミドフィルム１Ａの側面を使って接続している（特に前記他方の電極で必須）。このようにポリイミドフィルムの上下の面に金属パターンがあるため構造が複雑になり製造工程が増えている。そこで本発明の目的は、金属パターンを片面にだけ備えた回路基板を採用することで、回路基板を簡単化し製造し易くした半導体発光装置を提供することである。

上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、回路基板に半導体発光素子を実装した半導体発光装置において、
前記回路基板は、板材と、該板材の下面にのみ形成された第１及び第２金属パターンと、第１及び第２の凹部とを備え、
該第１及び第２の凹部は前記板材に設けられた貫通孔と、該貫通孔の下面の開口部を塞ぐように積層された前記第１及び第２金属パターンの一部からなり、
前記第１の凹部から露出した前記第１金属パターンに前記半導体発光素子をダイボンディングし、
前記第２の凹部から露出した前記第２金属パターンと前記半導体発光素子の電極とをワイヤで接続することを特徴とする。

前記板材がポリイミドフィルムであっても良い。

前記ワイヤは二本であっても良い。

前記ワイヤは一本であっても良い。

前記第１の金属パターン上面には反射層を備えるのが好ましい。

前記反射層は銀からなるのが良い。

本発明の半導体発光装置は、薄い板材を備えた回路基板に２個の凹部を形成し、一方の凹部から露出した一方の金属パターン（一方の電極）にＬＥＤ素子を実装し、他方の凹部から露出した他方の金属パターン（他方の電極）とＬＥＤ素子の電極とをワイヤで接続している。この構造にすることで金属パターン（電極）の元となる金属層が板材の下面のみにあれば済むことになる。すなわち本発明の半導体発光装置は、回路基板を簡単化し製造し易くすることが可能となる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。 従来のＬＥＤ装置の断面図。

以下、添付図１〜３を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
（第１実施形態）

図１は本発明の第１実施形態のＬＥＤ装置１０（半導体発光装置）の断面図である。ＬＥＤ装置１０はフレキシブルプリント基板４（回路基板）にＬＥＤ素子３（半導体発光素子）を実装し、ＬＥＤ素子３をシリコーン樹脂１７で封止している。フレキシブルプリント基板４は、ポリイミドフィルム１８（板材）と、第１金属パターン１１及び第２金属パターン１２とからなり、第１の凹部１及び第２の凹部２を備えている。第１及び第２の凹部１，２はポリイミドフィルム１８に設けられた貫通孔と、その貫通孔の下面の開口部を塞ぐように積層された第１及び第２金属パターン１１，１２の一部からなり、低部からそれぞれ第１及び第２金属パターン１１，１２が露出している。ＬＥＤ素子３はサファイア基板１６と半導体層１５からなり、サファイア基板１６上に半導体層１５が積層している。サファイア基板１６は第１の凹部１から露出した第１金属パターン１１にダイボンディングされている。半導体層１５にはアノードとカソードに相当する電極（図示せず）があり、アノードは第１の凹部１から露出した第１金属パターン１１にワイヤ１３で接続し、カソードは第２の凹部２から露出した第２金属パターン１２とワイヤ１４で接続している。

フレキシブルプリント基板４は、ポリイミドフィルムの片面に銅箔を備えた大判基板から同時に複数個作成される。まず第１及び第２金属パターン１１，１２にあわせてフォトリソグラフィ法により銅箔をパターニングし、第１および第２金属パターン１１，１２（メッキ処理前）を形成する。次にヒドラジン等のエッチング液でポリイミドフィルム１８をエッチングし、第１及び第２の凹部１，２を形成する。このエッチング液はポリイミドのみ除去するので、第１及び第２の凹部１，２から第１及び第２金属パターン１１，１２の銅箔表面が露出する。最後に第１及び第２金属パターン１１，１２にニッケルと金を順
にメッキする。なおポリイミドフィルム１８をエッチングすると自然に第１及び第２の凹部の側壁は斜めになる。大判基板の処理が終わったらＬＥＤ素子３のダイボンディング、電極間のワイヤボンディング、及びシリコーン樹脂１７による封止を経て、大判基板を切断し単個のＬＥＤ装置１０を得る。

ポリイミドフィルム１８は厚さが２０〜３０μｍ、第１及び第２金属パターン１１，１２の銅箔は厚さが１０〜２０μｍ、第１及び第２金属パターン１１，１２のメッキは厚さが約６μｍである。ＬＥＤ素子３は、青色発光ダイオードであり、厚さが１００μｍ程度のサファイア基板１６に半導体層１５が形成されている。半導体層１５は厚さが１０μｍ弱で発光層を備え、上面にアノードとカソードがある。ダイボンディングはダイ（ＬＥＤ素子３）を樹脂（図示せず）で固定するものである。ワイヤ１３，１４によるワイヤボンディングは最初にＬＥＤ素子３のアノード及びカソードに金ボール（図示せず）を超音波接合し、次に金ボールに接続する金線を第１及び第２金属パターン１１，１２に押し当て超音波接合する。シリコーン樹脂１７は厚さが５００μｍ程度で蛍光体を含有している。

以上のように本実施形態のＬＥＤ装置１０は、単純な構造で加工が容易な単層のフレキシブルプリント基板４を使用しているというばかりでなく、マザー基板への実装用電極でもある第１金属パターン１１にＬＥＤ素子３が直接実装（ダイボンディング）されているので、ＬＥＤ素子３からマザー基板までの熱抵抗が小さく高い効率で放熱が実現できる。またフレキシブルプリント基板４が薄いことに加え、大判基板から切断することにより個片化するため、ＬＥＤ装置１０は製造がいっそう容易になり簡単に小型化できる。なおシリコーン樹脂１７は硬化時に収縮するため、フィラー等でフレキシブルプリント基板４が反らないように収縮率を調整しておくことが好ましい。第１及び第２金属パターン１１，１２の裏面にマザー基板との接続部を制限するための絶縁層を設けても良い。
（第２実施形態）

図２は本発明の第２実施形態のＬＥＤ装置２０（半導体発光装置）の断面図である。図１と同じ番号で示した部材及び凹部は同等のものであることを示している。図１の第１実施形態との違いは、第１の凹部１が銀層を含む反射層２１を備え、その反射層２１上にＬＥＤ素子３がダイボンドされ、ＬＥＤ素子３のアノードと反射層２１がワイヤボンディングで接続されていることである。

この反射層２１はＬＥＤ素子３の半導体層１５が発する光のうちサファイア基板１６に向かい、サファイア基板１６の側面及び底面から出射した光を上方に向かわせるものである。反射層２１は反射率の高い銀層を備えている。銀層は厚さが１〜２μｍとなり、硫化による黒色化を防止するためＬＥＤ素子３およびワイヤ１３ごと透明な保護膜で被覆されている。反射層２１の銀層は蒸着法又はスパッタリング法とリフトオフ法を組み合わせて形成している。なお銀のメッキ液は強アルカリなのでポリイミドフィルム１８にダメージを与えるため、反射層２１の銀層形成に電解メッキ法は好ましくない。

以上のように本実施形態のＬＥＤ装置２０は反射層２１により発光効率が向上する。また反射層２１は実施形態１と同様に大判基板状態で形成されるので製造効率が高い。
（第３実施形態）

図３は本発明の第３実施形態のＬＥＤ装置３０（半導体発光装置）の断面図である。図１，２と同じ番号で示した部材及び凹部は同等のものであることを示している。図３において図２の第２実施形態との外観上の違いは、第１の凹部１にダイボンディングしたＬＥＤ素子３３の下面が導電ペースト３４を介して反射層２１と電気的及び機械的に接続していることと、ＬＥＤ素子３３の上部に接続するワイヤ３２が一本になっていることである。なおＬＥＤ素子３３は下面がカソート、上面がアノードとなる発光ダイオード素子であ
り、例えばＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）で発光ダイオードを構成し黄色を発光させる。

導電ペースト３４は、エポキシ等の樹脂に銀等の金属粒子を混練したものである。ＬＥＤ素子３３はカソード側に反射膜を備えていることが多いので、この様なときには反射層２１はＬＥＤ素子３３の側面から出射した光だけに効果がある。シリコーン樹脂３１は第１及び２実施形態とは異なり蛍光体を含有していない。この結果ＬＥＤ装置３０はＬＥＤ素子３３の発光色で発光する。

第１〜３実施形態において回路基板の板材はポリイミドフィルム１８であった。しかしながら本発明のＬＥＤ装置は板材がポリイミドフィルムに限定されない。たとえば薄いＢＴレジン（三菱瓦斯化学の商標名であり、ビスマレイミドトリアジン樹脂等からなる熱硬化性樹脂）等の樹脂であっても良い。凹部形成には、エッチング以外にドリルを使う方法やレーザー加工もあり、板材の材質で適宜選べる。

１…第１の凹部、
２…第２の凹部、
３，３３…ＬＥＤ素子（半導体発光素子）、
４…フレキシブルプリント基板（回路基板）、
１０，２０，３０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
１１…第１金属パターン、
１２…第２金属パターン、
１３，１４，３２…ワイヤ、
１５…半導体層、
１６…サファイア基板、
１７，３１…シリコーン樹脂、
１８…ポリイミドフィルム（板材）、
２１…反射層、
３４…導電ペースト。

Claims (6)

1. 回路基板に半導体発光素子を実装した半導体発光装置において、
   前記回路基板は、板材と、該板材の下面にのみ形成された第１及び第２金属パターンと、第１及び第２の凹部とを備え、
   該第１及び第２の凹部は前記板材に設けられた貫通孔と、該貫通孔の下面の開口部を塞ぐように積層された前記第１及び第２金属パターンの一部からなり、
   前記第１の凹部から露出した前記第１金属パターンに前記半導体発光素子をダイボンディングし、
   前記第２の凹部から露出した前記第２金属パターンと前記半導体発光素子の電極とをワイヤで接続することを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記板材がポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記ワイヤは二本であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 前記ワイヤは一本であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
5. 前記第１の金属パターン上面には反射層を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
6. 前記反射層は銀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。
   

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