JP2012099737A - サイドビュー型半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

サイドビュー型半導体発光装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】小型で、配向制御が可能で、信頼性が高く、実装時に傾きを生じにくい半導体発光装置を提供する。
【解決手段】光出射基板3とストッパ基板4が、電極基板1を挟んで配置される。光出射基板3の開口3aの内部には、発光素子2が配置される。ストッパ基板4は、外部電極7の実装時の半田付け領域を露出する形状であって、電極基板1を実装基板に対して外部電極側から支持するための突起部41と、突起部41と交差する梁部42とを有する。これにより、実装時に突起部41が電極基板1の傾きを防止してマンハッタン現象を防止する。梁部42は、ボンディング時の基板1の撓みを防止し、ボンディングの信頼性を確保することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、側面から光を出射するサイドビュー型半導体発光装置に関する。
側面から横方向(実装基板に平行な方向)に光を出射する、いわゆるサイドビュー型LEDが知られている。サイドビュー型LEDは、一般に半田付けにより実装基板上に実装される。
一般にサイズの小さな電子部品等を実装基板上に半田付けした場合、溶融半田の表面張力により、部品の側面が実装基板上面に引き寄せられ、部品が実装基板上で傾斜したり、側面を下に向けて立ち上がったりする現象(いわゆるマンハッタン現象)が生じることが知られている。サイドビュー型LEDを半田付けにより実装基板上に実装した場合にも、マンハッタン現象によりLEDが傾いたり、側面を下に向けて立ち上がり、所定の方向に向けて光を出射することができなくなる現象が生じる。
この現象を解消するために、特許文献1では、立てて配置したチップ搭載用基板の両面に同形状のモールド樹脂を搭載し、片面のモールド樹脂内に発光ダイオードを埋め込んだ構造のサイドビュー型LEDを提案している。立てて配置したチップ搭載用基板の両面に同形状のモールド樹脂が搭載されているため、半田付け時に溶融半田にLEDが浮かんだ状態となった場合であっても、基板が傾かずほぼ垂直な状態を保ったまま半田を硬化させることができる。
また、特許文献2には、斜め上方に向けて光を出射するために、リードを折り曲げて、LEDチップ搭載面が約45度に傾斜するようにし、折り曲げられたリードをプラスチック材料で包み込んで成形した構造の発光装置が開示されている。プラスチック材料の形状は、リードのLEDチップ搭載面よりも、背面側に突起が生じるように成形されており、この突起により実装時の安定性を得ている。
特開平10−107326号公報 特開平2006−93359号公報
特許文献1のように、立てて配置したチップ搭載用基板の両面にモールド樹脂を搭載する構成は、チップが埋め込まれたモールド樹脂の表面全体から周囲に光が出射され、光が拡散してしまい、配向を制御することができない。
特許文献2のようにリードを折り曲げて所定の向きにLEDチップを向ける構成は、折り曲げ後のリードが立体的で複雑な形状になる。このため、予めリードを折り曲げて立体的な形状にしてからLEDチップをボンディングしようとすると、リードのチップ搭載面が水平になるようにボンディング装置に冶具等で支持しなければならない。さらに、ボンディング時には、チップをリードに押し付け固定する力(ダイボンディングフォース)や、ボンディングワイヤをリードに押しつけ変形させて固定する力(ワイヤボンディングフォース)を加える必要があり、チップ搭載面がこれらの力を受けた際に撓みを生じると、力が分散されてしまい、ダイボンディングやワイヤボンディングを信頼性高く実行することができない。リード折り曲げ後に、リードのチップ搭載面が撓みを生じないように支持するためには、リード裏面に冶具等を差し込む必要があり、複雑な冶具が必要になる。このため、リード折り曲げ後にボンディングを行うのは困難である。
一方、リード折り曲げ前に、LEDチップをボンディングし、その後リードを折り曲げる工程であれば、ボンディング時の撓みの問題は発生しないが、LEDチップを搭載後にリードを折り曲げる工程で、LEDチップおよびLEDチップのボンディング部に力が加わり、LEDチップおよびボンディング部位の電気的ショートや耐久性に問題が生じる恐れがある。特に、リードをLEDチップに近い位置で複雑な形状に折り曲げ、発光装置を小型化する場合には、折り曲げによりLEDチップおよびボンディング部に与える影響が大きくなりやすい。
本発明の目的は、小型で、配向制御が可能で、信頼性が高く、実装時に傾きを生じにくい半導体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に、本発明のサイドビュー型半導体発光装置は、少なくとも外部電極を備えた電極基板と、光を出射する開口を有する光出射基板と、電極基板を支持するためのストッパ基板とを備える。光出射基板とストッパ基板は、電極基板を挟んで配置される。ストッパ基板は、電極基板の外部電極が備えられた面側に配置される。光出射基板の開口の内部には、発光素子が配置され、ストッパ基板は、外部電極の実装時の半田付け領域を露出する形状であって、電極基板を実装基板に対して外部電極側から支持するための突起部と、突起部と交差する梁部とを有する。
上述の電極基板は、外部電極が備えられた面とは逆側の面に内部電極を備える構成とすることが可能である。この場合、発光素子は、内部電極上に搭載され、ストッパ基板の梁部は、電極基板の発光素子が搭載される領域の少なくとも一部の裏面に配置することが望ましい。
開口を横向きに配置した場合に、光出射基板の底面と、ストッパ基板の突起部の底面とは同一面上に位置することが好ましい。
ストッパ基板の突起部は、複数備えることが可能である。その場合、開口を横向きに配置した状態で、突起部が左右対称に配置されていることが望ましい。例えば、ストッパ基板は、電極基板の左右両端に配置された一対の突起部と、一対の突起部を連結する梁部とにより構成されたH字形状にすることが可能である。
また、本発明によれば、以下のような製造方法が提供される。すなわち、少なくとも外部電極を備えた電極基板の、外部電極側の面に電極基板を支持するためのストッパ基板を、電極基板の逆側の面に、光を出射する開口を有する光出射基板をそれぞれ貼り付ける第1工程と、開口の内部に発光素子を配置する第2工程と、電極基板、ストッパ基板および光出射基板を所定の位置で切断する第3工程とを有する製造方法であって、ストッパ基板として、外部電極の実装時の半田付け領域を露出する形状であって、電極基板を実装基板に対して外部電極側から支持するための突起部と、突起部と交差する梁部とを有するものを用いる。
第2工程としては、例えば、電極基板の外部電極が備えられた面の裏面に、発光素子をボンディングする工程を用いることが可能である。該工程では、電極基板のストッパ基板の梁部が配置されている領域と少なくとも一部が重なるように発光素子をボンディングする。
第3工程で切断前のストッパ基板と光出射基板は、いずれも同じ大きさの開口が同じピッチで形成された基板を用い、第1工程では、開口の位置がずれるようにストッパ基板と光出射基板とを電極基板にそれぞれ貼り付けることが可能である。これらを第3工程で切断することにより、ストッパ基板の突起部と梁部とを形成することができる。
本発明では、電極基板の外部電極の外側にストッパ基板を配置するため、電極基板がストッパ基板と光出射基板で挟まれる形状になり、実装時に電極基板がマンハッタン現象により傾斜するのを防止することができる。ストッパ基板と光出射基板としては、いずれも、大判基板に同形状の開口が同じピッチで並ぶものを用いることか可能である。これらを、開口位置をずらして電極基板に貼り付け、その後切断することによりストッパ基板と光出射基板の形状とすることができる。
実施形態のサイドビュー型半導体発光装置の、(a)発光面を上に向けた状態の斜視図、(b)発光面を下に向けた状態の斜視図、(c)発光面の上面図、(d)および(e)側面図、(f)発光面を横に向けた(実装時の)状態を背面側から見た斜視図。 サイドビュー型半導体発光装置を実装基板に半田付けした状態を示す断面図。 図1の基板1の(a)上面図、(b)断面図、(c)下面図。 (a)図1のリフレクタ基板の斜視図、(b)図1のストッパ基板の斜視図。 (a)〜(c)図1のサイドビュー型半導体発光装置の製造工程を示す上面図。
本発明の一実施の形態の半導体発光装置について図面を用いて説明する。
本実施形態のサイドビュー型半導体発光装置の形状を図1(a)〜(f)に示す。図1(a)は、半導体発光装置の発光面を上に向けた状態の斜視図、図1(b)は、発光面を下に向けた状態の斜視図、図1(c)は、発光面の上面図、図1(d)および(e)は側面図、図1(f)は、発光面を横に向けた(実装時の)状態を背面側から見た斜視図である。
図1(a)〜(e)のように、この半導体発光装置は、基板1と、基板1上に搭載された複数のLED素子2と、基板1のLED素子2搭載面に固定されたリフレクタ基板3と、基板1のLED素子2搭載面とは逆側の面に固定されたストッパ基板4とを備えている。
基板1のLED素子2搭載面には、所定の形状の内部電極パターン5が配置されている。LED素子2は、この内部電極パターン5に、ダイボンディングやボンディングワイヤ6により電気的に接続されている。
基板1のLED素子2搭載面とは逆側の面には、所定の形状の外部電極パターン7が配置されている。外部電極パターン7は、内部電極パターン5と基板1を貫通するビア(図1では不図示)により電気的に接続されている。
リフレクタ基板3は、厚さ方向に貫通した開口3aを有する。LED素子2は、この開口3aの内部から露出される内部電極パターン5に搭載されている。開口3a内には、封止樹脂8が充填されている。リフレクタ基板3の開口3a内壁には、反射率を高めるために、高反射率層を配置することも可能である。
LED素子2から出射された光は、封止樹脂8を通過して開口3a(発光面)から外部に向かって出射される。このとき、リフレクタ基板3の開口3aの内壁で光が反射されることにより、LED素子2の発した光を効率よく開口3aから外部に出射することができる。封止樹脂8には、蛍光体や拡散材を分散させることも可能である。
半導体発光装置は、図2のように、リフレクタ基板3の発光面を横向きにした実装時の状態(サイドビュー)で、外部電極パターン7が配置されている面を実装基板10の実装電極11と半田12により接続される。
ストッパ基板4は、少なくとも外部電極パターン4の下部を半田付けできるように露出する形状であって、かつ、リフレクタ基板3の下面と同じ位置で、リフレクタ基板3とは逆側に突出する面を形成する突起部41を備えている。これにより、半田付け時に溶融半田12の表面張力により、基板1が実装基板10の表面に引き寄せられても、突起部41の底面が実装基板10の表面に接触し、基板1が実装基板10に対して傾斜(転倒)するのを防止する。リフレクタ基板3の材質は、半田をはじく性質のものが望ましい。
突起部41は、1または2以上配置され、実装時の状態で、背面側(ストッパ基板4側)から基板1を見たときに左右対称に配置されていることが望ましい。本実施形態のストッパ基板4は、図1(f)のように2つの突起部41を基板1の左右両端に備えている。なお、外部電極パターン7のうち、両端に位置する電極の一部が突起部41にかかっていても構わない。
また、ストッパ基板4には、突起部41の他に、突起部41と交差する形状の梁部42が形成されている。梁部は、LED素子2のボンディング時の基板1の撓みを防止する。梁部42は、基板1のLED素子2のダイボンディングエリアおよびワイヤボンディングエリアと重なる位置に配置されていることが望ましい。これにより、ストッパ基板4を基板1に固定した後で、LED素子2をダイボンディングおよびワイヤボンディングした場合であっても、梁部42により基板1のボンディングエリアを裏面側から支持することができる。よって、基板1を撓ませることなくダイボンディングフォースおよびワイヤボンディングフォースを基板1で受け止めて、強固にボンディングを行うことができる。
本実施形態では、2つの突起部41を水平の梁部42で連結した形状の、H字状のストッパ基板4を用いている。
次に、本実施形態のサイドビュー型半導体発光装置の製造方法について説明する。
まず、基板1に内部電極パターン5および外部電極パターン7を作製する。複数の基板1が縦横に連結された形状の、大判のガラスエポキシ基板やセラミック基板を用意し、公知の手法により図3(a)〜(c)のように内部電極パターン5、ビア13、外部電極パターン7を形成する。図3(a)は、大判基板のLED素子2搭載側の面の上面図、図3(b)は側面図、図3(c)は、裏面図である。ここでは、4個の基板1が縦横に連結された形状となるように、電極パターン5,7を形成している。なお、図3(a)、(c)では、図示の都合上内部電極パターン5と外部電極パターン7のパターン形状が図1(b)、(c)と異なっているが、実際には同じパターンのものを形成する。
次に、リフレクタ基板3を作製する。大判のガラスエポキシ基板やセラミック基板を用意し、公知の手法により厚み方向に貫通した複数の開口3aをあける。開口3aの間隔は、完成時に開口3aの間の分割線3b、3cに沿って大判基板を縦横に分割することにより、4枚のリフレクタ基板3が得られるように設計する。開口3aの内壁には、高反射率膜として、白色レジスト膜やAgメッキ膜を必要に応じて成膜する。
ストッパ基板4を作製する。大判のガラスエポキシ基板やセラミック基板を用意し、公知の手法により厚み方向に貫通した複数の開口を設け、分割した際に、所定の形状の突起部41と梁部42が得られるようにする。ここでは、H字状に突起部41と梁部42が連結されたストッパ基板4を形成するため、図4のように、角を落とした長方形の形状の開口4aを形成する。開口4aの縦方向に2分割するように分割線4bに沿って分割し、横方向には開口4aの間で分割線4cにそって分割することにより、4枚のストッパ基板4が得られる。このとき、横方向に分割線4bの間隔は、リフレクタ基板3の縦方向の分割線3bの間隔と同じであるため、開口4aの形状を開口3aの形状と同じにすることにより、リフレクタ基板3とストッパ基板4とを同じ形状に形成することができる。よって、製造設備を共用することができ、製造コストを低減できる。ストッパ基板4の開口4aの内壁には高反射率膜は不要であるが、非導電性の高反射率膜であれば、ストッパ基板4の内壁に備えられていても構わない。
つぎに、図5(a)のように、基板1の内部電極パターン5側の面にリフレクタ基板3を接着剤等により貼り付ける。リフレクタ基板3の開口3aからは、内部電極パターン5のLED素子2の搭載領域およびボンディングエリアが露出される。
図5(b)のように、基板1の外部電極パターン7側の面にストッパ基板4を接着剤等により貼り付ける。このとき、ストッパ基板4の分割線4b,4cが、リフレクタ基板の分割線3b、3cと一致するように位置合わせして貼り付ける。これにより、開口4aは、開口3aと、縦方向に開口径の半分だけずれた位置に貼り付けられる。開口4aからは、外部電極パターン7が露出される。
この後、貼り合わせ後の基板1を、リフレクタ基板3の開口3aが上を向くように、ボンディング装置に搭載し、内部電極パターン5のダイボンディングエリアにLED素子2をダイボンディングし、さらに、ワイヤボンディングエリアにワイヤ6をボンディングする。このとき、基板1には、ボンディング装置から上から基板を押しつける方向に、ダイボンディングフォースおよびワイヤボンディングフォースが加えられるが、ダイボンディングエリアおよびワイヤボンディングエリアの裏面側には、ストッパ基板4の梁部42が位置するため、基板1の撓みを防止する。これにより、大きな強度で確実にボンディングを実行することができる。
図5の場合では、ダイボンディングエリアおよびワイヤボンディングエリアは外部電極側に投影させると完全に梁部42と重なるように配置されている。これに限らず、ダイボンディングエリアおよびワイヤボンディングエリアを外部電極側に投影させた領域と梁部42とが少なくとも一部重なっていれば効果は得られる。ただし、図5のように完全に重なることでより確実な効果が得られるため好ましい。
つぎに、リフレクタ基板3の開口3a内に封止樹脂8を注入し、LED素子2とワイヤ6を封止した後、所定の硬化条件で封止樹脂を硬化させる。
最後に、分割ライン3b、4bおよび分割ライン3a,4cで、大判基板1、リフレクタ基板3、ストッパ基板4を分割し、個片化する。これにより、複数のサイドビュー型半導体発光装置が製造できる。
得られたサイドビュー型半導体発光装置の実装工程を図2を用いて説明する。実装基板10には、サイドビュー型半導体発光装置の外部電極パターン7の各電極に接続される複数の実装電極11が形成されている。半田リフロー工程により半田付けを行う場合には、半田層が実装電極11上に予め配置されている。実装基板10には、サイドビュー型半導体発光装置が複数の実装電極11と外部電極パターン7が一致するように位置合わせして搭載される。半田リフロー等の半田付け工程により、実装電極11と外部電極パターン7とを半田12により半田付けする。
このとき、サイドビュー型半導体発光装置の外部電極パターン7が形成されている基板1の面には、溶融した半田12の表面張力により、実装基板10の上面に引き寄せる力が働く(マンハッタン現象)が、ストッパ基板の突起部41は、基板1が傾くのを防止する。すなわち、ストッパ基板の突起部41の底面は、基板1およびリフレクタ基板3の底面と同一面上に位置するため、ストッパ基板とリフレクタ基板3に挟まれた基板1を傾斜させる表面張力が働いた場合でも、ストッパ基板の突起部41の底面が、実装基板10の表面に接触することにより、基板1の傾斜を防止する。よって、基板1の傾斜を防止し、リフレクタ基板3の開口3a(出射面)を実装基板10の上面に垂直に保って半田付けすることができる。これにより、サイドビュー型半導体発光装置の光出射方向を精度よく基板面に平行に向けて、実装することができる。
なお、上述の製造工程では、分割による個片化工程を最終工程で行ったが、LED素子2のボンディング工程の前に行うことも可能である。
また、上記製造工程の説明では、4個のサイドビュー型半導体発光装置を製造する大きさの大判の基板1、大判のリフレクタ基板3、および、大判のストッパ基板4を図3、図4(a),(b)にそれぞれ示したが、本発明の製造工程の大判基板等の大きさは、この大きさに限定されるものではなく、多数のサイドビュー型半導体発光装置を一度に製造することのできる大判基板を用いることももちろん可能である。
本実施形態のサイドビュー型半導体発光装置によれば以下のような効果が得られる。本実施形態では、半田付けされる外部電極パターン7が形成される基板1を挟むように、リフレクタ基板3とストッパ基板4が配置されているため、半導体発光装置の重心と半田付け位置(外部電極パターン7)が近く、基板1が半田付け時に傾斜しにくい。
さらに、ストッパ基板4の突起部41の底面を、リフレクタ基板3の底面と同一平面上に配置しているため、半田付け時のマンハッタン現象により基板1が傾斜するのを、突起部41が実装基板10の上面に接触することにより防止することができる。
特に、リフレクタ基板3とストッパ基板4が、同じ厚さおよび同じ材質の大判の基板に同じ大きさ及びピッチの開口3a,4aを備える構成とすることにより、両者を同一形状に製造することができる。よって、リフレクタ基板3とストッパ基板4の製造コストを低減することができる。
また、本実施形態の製造工程では、分割線3b,4bにおける切断面が、サイドビュー型半導体発光装置の底面(実装基板10との接触面)となるが、リフレクタ基板3、基板1、ストッパ基板4を貼り合わせて集合体としてから切断するため、装置の底面が同一の平坦面となり、実装基板10に搭載した際に安定であるという効果が得られる。また、集合体としてから切断するため、電極パターン5,7のバリが発生しにくいというメリットもある。
また、ストッパ基板4とリフレクタ基板3に挟まれた位置に外部電極パターン7が位置するため、実装基板10の実装電極10が、サイドビュー型半導体発光装置の底面よりも外側に張り出す領域を低減することができ、実装面積を低減できる。特に、実装電極10の全体を、半導体発光装置の底面領域の内側に配置することも可能であり、これにより実装面積を半導体発光装置の大きさまで低減できる。
ストッパ基板4の梁部42を基板1のボンディングエリアの裏面に配置したことにより、製造時のボンディング工程のダイボンディングフォースおよびワイヤボンディングを梁部42が支持し、基板1の撓みを防止する。これにより、ボンディング不良の発生を防止することができ、製造歩留まりおよび製品の耐久性を向上させることができる。
なお、梁部42は、カソードマークやロット番号を記載する領域として利用することも可能である。
保護素子やICを内部電極パターン5上ではなく、外部電極パターン7上に配置することも可能である。
実施形態においてはリフレクタ基板を用いたが、光出射光となる開口部を有している光出射基板であればリフレクタ機能はなくても構わない。
本発明のLEDパッケージおよび発光装置は、サイドビュー型LEDパッケージが使用される用途全般、例えば、導光板と組み合わせて、液晶表示装置等の光源や、一般照明光源として好適に用いることができる。
1…基板、2…LED素子,3…リフレクタ基板、3a…リフレクタ基板の開口、3b…大判のリフレクタ基板の縦方向の分割線、3c…大判のリフレクタ基板の横方向の分割線、4…ストッパ基板、4a…ストッパ基板の開口、4b…大判のストッパ基板の縦方向の分割線、4c…大判のストッパ基板の横方向の分割線、5…内部電極パターン、6…ボンディングワイヤ、7…外部電極パターン、8…封止樹脂、10…実装基板、11…実装電極、12…半田、13…ビア、41…突起部、42…梁部。

Claims (6)

  1. 一方の面に外部電極を他方の面に内部電極を備えた電極基板と、光を出射する開口を備えた光出射基板と、前記電極基板を支持するためのストッパ基板とを有し、
    前記光出射基板と前記ストッパ基板は、前記電極基板を挟んで配置され、前記ストッパ基板は、前記電極基板の前記外部電極が備えられた面側に配置され、
    前記光出射基板の開口の内部には、前記内部電極上に発光素子が配置され、
    前記ストッパ基板は、前記外部電極の実装時の半田付け領域を露出する形状であって、前記電極基板を実装基板に対して前記外部電極側から支持するための突起部と、前記突起部と交差する梁部とを備え、
    前記ストッパ基板の前記梁部は、前記電極基板の前記発光素子が搭載される領域と少なくとも一部が重なるように、前記外部電極側の面に配置されていることを特徴とするサイドビュー型半導体発光装置。
  2. 請求項1に記載のサイドビュー型半導体発光装置において、前記開口を横向きに配置した場合に、前記光出射基板の底面と、前記ストッパ基板の前記突起部の底面とは同一面上に位置することを特徴とするサイドビュー型半導体発光装置。
  3. 請求項1または2のいずれか1項に記載のサイドビュー型半導体発光装置において、前記ストッパ基板の前記突起部は、複数であり、前記開口を横向きに配置した場合に、左右対称に配置されていることを特徴とするサイドビュー型半導体発光装置。
  4. 請求項3に記載のサイドビュー型半導体発光装置において、前記ストッパ基板は、前記電極基板の左右両端に配置された一対の突起部と、前記一対の突起部を連結する梁部とにより構成されたH字形状であることを特徴とするサイドビュー型半導体発光装置。
  5. 少なくとも外部電極を備えた電極基板の、前記外部電極側の面に前記電極基板を支持するためのストッパ基板を、前記電極基板の逆側の面に、光を出射する開口を有する光出射基板をそれぞれ貼り付ける第1工程と、
    前記開口の内部の、前記電極基板の前記外部電極が備えられた面の裏側に発光素子を配置する第2工程と、
    前記電極基板、前記ストッパ基板および前記光出射基板を所定の位置で切断する第3工程とを有し、
    前記ストッパ基板として、前記外部電極の実装時の半田付け領域を露出する形状であって、前記電極基板を実装基板に対して前記外部電極側から支持するための突起部と、前記突起部と交差する梁部とを有するものを用い、
    前記第2工程は、前記電極基板の前記ストッパ基板の前記梁部が配置されている領域と前記発光素子の少なくとも一部が重なるようにボンディングする工程であることを特徴とするサイドビュー型半導体発光装置の製造方法。
  6. 請求項5に記載のサイドビュー型半導体発光装置の製造方法であって、前記第3工程で切断前の前記ストッパ基板と前記光出射基板は、いずれも同じ大きさの開口が同じピッチで形成された基板であり、前記第1工程では、前記開口の位置がずれるように前記ストッパ基板と前記光出射基板とを前記電極基板にそれぞれ貼り付け、前記第3工程で切断することにより、前記ストッパ基板の前記突起部と前記梁部とを形成することを特徴とするサイドビュー型半導体発光装置の製造方法。
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