JP2013179273A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の発光素子11a、11bと、発光素子が搭載された複数のリードフレーム12a、12b及び、樹脂によって成形され、開口13aを備え、リードフレームの一部がその内部に埋設されかつ他の一部が前記開口13aの底面で露出するパッケージ13を含み、パッケージ13の開口13a底面に、樹脂を露出した樹脂底面13eが存在し、開口内の発光素子間に開口底面から突出する壁部13bを有し、発光素子は壁部13bを跨いでワイヤが接続されている発光装置。
【選択図】図1A
Description
また、これら銀又は銀合金の硫化を防止するために、発光素子を封止するための樹脂及びパッケージ材料について種々提案されている(例えば、特許文献3及び4等)。
しかも、銀の硫化を顕著に抑制することができる組成の樹脂を用いても、このような硫化は、樹脂と樹脂又は樹脂とリードフレーム等の極わずかな隙間から侵入する気体又は液体等によって開始され、拡大するため、結局、有効な硫化抑制が実現されていないのが現状である。
〔1〕複数の発光素子と、
該発光素子が搭載された複数のリードフレーム及び、
樹脂によって成形され、開口を備え、前記リードフレームの一部がその内部に埋設されかつ他の一部が前記開口の底面で露出するパッケージを含んでなり、
該パッケージの開口の底面に、前記樹脂を露出した樹脂底面が存在し、
前記開口内の発光素子間に、前記開口の底面から突出する壁部を有し、
前記発光素子は、前記壁部を跨いでワイヤが接続されていることを特徴とする発光装置。
〔2〕前記パッケージは長手方向及び短手方向に沿って設けられ、前記樹脂底面は、長手方向で幅が異なる〔1〕に記載の発光装置。
〔3〕前記樹脂底面は、壁部に近づくにつれて幅狭となる〔1〕又は〔2〕に記載の発光装置。
〔4〕前記壁部は、搭載された発光素子の高さと同等又はそれよりも低い〔1〕〜〔3〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔5〕前記パッケージは長手方向に延びる形状を有し、前記開口は、長手方向に沿って設けられた長側面を有しており、前記樹脂底面は、長側面に隣接して配置されている〔1〕〜〔4〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔6〕前記壁部は、長手方向に延びるパッケージに配置された開口における長手方向に沿って設けられた一対の長側面に連結され、かつ底面に近づくにつれて、該長手方向に幅広である〔1〕〜〔5〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔7〕前記パッケージの開口の底面であって、前記壁部に隣接する部位は、前記リードフレームの露出面で占められている〔1〕〜〔6〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔8〕前記壁部は、リードフレーム間に配置されている〔1〕〜〔7〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔9〕前記壁部は、リードフレーム間からリードフレーム上に配置されている〔1〕〜〔8〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔10〕前記開口は、透光性樹脂が埋設されており、該透光性樹脂は、弾性率が10MPa以下である〔1〕〜〔9〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔11〕前記一方の発光素子は、外周に近接する第1のワイヤボンディング点を有し、他方の発光素子は、発光領域の内側に偏在した第2ワイヤボンディング点を有し、前記第1のワイヤボンディング点が、壁部に隣接し、該壁部を跨いで、前記第2のワイヤボンディング点とボンディングされ、かつ、ワイヤの最高部位が、第1のワイヤボンディング点にボンディングされた発光素子側に偏在している〔1〕〜〔10〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔12〕前記一方の発光素子は、外周に近接する第1のワイヤボンディング点を有し、他方の発光素子は、発光領域の内側に偏在した第2ワイヤボンディング点を有し、前記第1のワイヤボンディング点が、壁部に隣接し、該壁部を跨いで、前記第2のワイヤボンディング点とボンディングされ、かつ、ワイヤの最高部位が、第2のワイヤボンディング点にボンディングされた発光素子側に偏在している〔1〕〜〔10〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔13〕前記ワイヤが、銀又は銀合金からなる〔1〕〜〔12〕のいずれか1つに記載の発光装置。
〔14〕前記パッケージは長手方向及び短手方向に延び、前記開口は、短手方向に沿って設けられた短側面を有しており、
前記壁部は、長手方向に延設されたパッケージに配置された開口における長手方向に沿って設けられた一対の長側面に連結され、かつ前記パッケージの短手方向に面する側面を有しており、
前記開口の短側面は、前記壁部の側面よりも大きな傾斜角度で傾斜している〔1〕〜〔13〕のいずれか1つに記載の発光装置。
発光素子は、通常、半導体発光素子であり、特に、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であればどのようなものでもよい。例えば、基板上に、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の窒化物半導体、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、活性層を含む積層構造が形成されたものが挙げられる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合、PN接合などのホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造、多重量子井戸構造としてもよい。活性層には、Si、Ge等のドナー不純物及び/又はZn、Mg等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。得られる発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、活性層のInGaNのIn含有量、活性層にドープする不純物の種類を変化させるなどによって、紫外領域から赤色まで変化させることができる。
なお、発光素子は、フェイスアップ実装及びフリップチップ実装等によって発光装置に搭載されるが、フェイスアップ実装、つまり、発光素子の基板(又は半導体層)に対して同じ面側に一対の電極が形成され、その電極が形成された面を、光出射面に向けて実装するタイプのものが好ましい。
この場合、通常、発光素子は、一対の電極にワイヤボンディングするために、これらの電極に対応するパッド電極が形成されている。パッド電極は、一方が発光素子の外周に近接して、他方が発光素子の内側に偏在したものが好ましい。このようなパッド電極の配置により、発光素子から出射される光のワイヤによる吸収を最小限に止めながら、発光素子を構成する半導体層への均一な電力供給を図ることができる。
また、パッド電極は、ワイヤとのボンディング性を考慮して、その最表面を、金、白金、アルミニウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、銀またはこれらの合金などで形成することが好ましく、金、白金、アルミニウムまたはこれらの合金で形成することがさらに好ましい。
リードフレームは、発光素子を搭載するための部材である。また、発光素子と電気的に接続される電極及びリード端子としての役割も果たす。そのために、リードフレームは、その一部が後述するパッケージ内部に埋設されて固定され、別の一部が発光素子を載置し、電気的な接続をとるためにパッケージの開口内(その底面)で露出し、さらに他の一部がパッケージ内から外に突出している。リードフレームの開口底面における一部表面の露出により、発光素子からの光を反射させ、効率よく正面方向へと取り出すことができる。
なお、複数のリードフレームは、上述した発光素子の電極との電気的な接続以外、実質的に電気的に分離されてパッケージ内に配置されている。
パッケージは、発光素子を保護するとともにリードフレームを一体的に固定し、発光素子及びリードフレームに対して絶縁性を確保するための部材である。
そのために、パッケージは、これらの機能を確保することができるものであれば、どのような材料で形成されていてもよい。例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂、セラミックス等が挙げられる。樹脂としては、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ABS樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、PBT樹脂、当該分野でパッケージ材料として利用されている樹脂(例えば、特開2011−256326号、特開2011−178983号等に記載の樹脂)等が挙げられる。また、これらの材料には、着色剤又は光拡散剤として、種々の染料又は顔料等を混合して用いてもよい。これにより、パッケージに吸収される発光素子から出射される光を最小限に止め又は反射率の高い白色パッケージを構成することができる。着色剤としては、Cr2O3、MnO2、Fe2O3、カーボンブラック等が挙げられる。光拡散剤としては、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等が挙げられる。
パッケージには、通常、後述する開口に透光性樹脂が埋め込まれるため、発光素子等から生じた熱の影響を受けた場合のパッケージと透光性樹脂との密着性等を考慮して、これらの熱膨張係数の差の小さいものを選択することが好ましい。
ただし、パッケージの表面には、開口が形成されており、この開口は、発光素子を搭載し、発光素子からの光を取り出すために形成されている。この開口の形状は特に限定されるものではなく、円、楕円、三角形、四角形もしくは多角形柱、ドーム状、碗状等又はこれらに近似する形状等いずれでもよい。なかでも、長手方向に延びる形状が好ましく、特に、長手方向に延長する、平面視が四角形、四角形に近似する多角形又は近似する形状であることがより好ましい。
また、開口が長手方向に沿って設けられている場合、その幅は、長手方向において異なっていてもよいし、略同程度でもよい。
パッケージは、開口内であって、搭載された発光素子間に、開口の底面から突出する壁部を有している。壁部は、発光素子の数に応じて、1つ又は複数あってもよい。開口が壁部を有することにより、開口を構成する空間が分断されることとなり、後述するように、通常、開口内に埋め込まれる透光性樹脂の熱膨張又は収縮をより狭い空間により効果的に抑えることが可能となる。
壁部は、搭載された発光素子の高さと同等又はそれよりも低いことが好ましい。開口の深さを大きくすることなく、かつワイヤを安定に形成した上で、開口を構成する空間が分断され易くなるためである。
また、壁部は、底面に近づくにつれて幅広であることが好ましい。この場合の幅広とは、上述したように、壁部が長側面に連結されている場合には、長手方向において幅が広くなることが好ましい。なお、壁部は、その高さ方向の全体が長側面に連結されていることが好ましいが、開口の底面及びその近傍において又は壁部高さの下方の一部において、長側面に連結されていてもよい。この場合には、壁部は、底面に近づくにつれて、一対の長側面を連結する方向(例えば、長側面の延長方向に対して交差する方向)に対して幅広となっていてもよい。
例えば、壁部の大きさは、用いる発光装置の大きさ等によって適宜調整することができるが、上面部において0.05〜0.2mm程度の幅、底面部において0.3〜0.5mm程度の幅、0.1〜0.17mm程度の高さが挙げられる。
開口の底面は、リードフレームの一部表面に加え、樹脂を露出した樹脂底面を有している。樹脂底面は、長側面に隣接して又は長側面に沿って配置されていることが好ましい。樹脂底面は、長側面の長さの30〜100%程度の長さを有していればよく、40〜90%程度が好ましく、50〜80%程度がより好ましい。このような樹脂底面が配置されていることにより、パッケージ樹脂を、後述する透光性樹脂とより密着させることが可能となる。特に、樹脂が開口底面まで露出している場合には、パッケージを構成する樹脂と、リードフレームと後述する透光性樹脂との3つの境界をエッジ部分に存在させることがなくなるために、パッケージを構成する樹脂と透光性樹脂との間の剥がれ又は微細な隙間が生じた場合においても、そのような隙間を通じて侵入し得る湿気、ガス、塵芥の、リードフレームへの接触を有効に防止することが可能となり、極めて有効に銀の硫化問題を回避することができる。
特に、樹脂底面は、長手方向の末端の部位から、後述する開口の底面から突出する壁部に向かって、幅が異なることが好ましく、幅が、壁部に近づくにつれて幅狭となることがより好ましい。
長側面に隣接又は長側面に沿う樹脂底面は、長手方向において、2以上に分断されていてもよい。壁部の存在により、壁部近傍においては、パッケージを構成する樹脂と透光性樹脂との剥がれを有効に防止することができるためである。つまり、透光性樹脂は一般に、後述するように、パッケージを構成する樹脂に比較して熱膨張又は収縮しやすい傾向があるが、壁部近傍では、このような透光性樹脂を三方向から画定することができるために、剥がれを招くほどの熱膨張及び収縮を抑制することができる。
パッケージは、その外表面の一部において凹部が形成されていることが好ましい。ここでの凹部は、パッケージの壁の内表面(開口)にまで及んで、内表面(開口)に凸部が形成されるように、形成されていてもよい。このような凹部によって、発光装置内に存在するスペース(例えば、デッドスペース)をより有効に利用することができ、さらなる発光装置の小型化を図ることができる。
本発明の発光装置では、発光素子が載置された開口内に、透光性樹脂が埋め込まれていることが好ましい。
透光性樹脂は、発光素子やワイヤ、導電部材の一部を、封止して、塵芥や水分、外力などから保護する部材である。透光性樹脂の母材は、発光素子から出射される光を透過可能な材料(好ましくは透過率70%以上)で形成されていることが好ましい。
具体的には、付加又は縮合型のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ABS樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフタルアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリマー、またはこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂が挙げられる。
例えば、燐酸エステルまたは燐酸の亜鉛塩、燐酸エステルまたは燐酸の亜鉛塩の酸あるいはエステルを配位子として有する亜鉛錯体を含むものが挙げられる。
具体的には、亜鉛ビスアセチルアセトネート、亜鉛ビス2−エチルヘキサノエート、亜鉛(メタ)アクリレート、亜鉛ネオデカネート等のカルボン酸塩、亜鉛華、スズ酸亜鉛などを含むことが好ましい。
このような透光性樹脂を用いることにより、硫黄含有ガスが、リードフレームまたはリードフレーム表面の鍍金あるいはワイヤとして用いられる銀または銀合金へ到達して、これらが硫化することを劇的に抑制することができる。
透光性樹脂としては、例えば、特開2011−256326、特開2011−137140、特開2011−178983等に記載されたものを利用することができる。
本発明の発光装置では、発光素子に形成された一対の電極が、発光素子への電力供給のために、ワイヤによって、リードフレーム及び/又は隣接する発光素子の電極と電気的に接続されている。
ワイヤの材料及び直径などは、特に限定されるものではなく、当該分野で通常使用されているものを利用することができる。特に、発光素子の電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。
ワイヤの直径は、特に限定されるものではないが、10μm〜70μm程度が挙げられ、15〜50μm程度が好ましく、18〜30μm程度がより好ましい。
ワイヤの熱伝導率は、0.01cal/S・cm2・℃/cm程度以上が好ましく、さらに0.5cal/S・cm2・℃/cm程度以上がより好ましい。
実施形態1
図1A、1B及び図2に示すように、この実施形態の発光装置10は、主として、複数の発光素子11a、11bと、リードフレーム12a、12bと、パッケージ13とから構成され、サイドビュー型に構成されている。
リードフレーム12a、12bは、発光素子を搭載し、発光素子と電気的に接続される領域と、パッケージ13内に埋設されて固定される領域と、その領域からパッケージの外部に突出してリード端子として機能する領域とを備えている。リードフレーム12a、12bは、鉄入り銅の合金からなる板状体で形成されており、その表面には、搭載される発光素子からの光を効率よく取り出すために、銀メッキが施されている。
リード端子として機能するリードフレーム12a、12bは、パッケージ外部において、パッケージの長手方向の末端に存在する凹部13f内に収容されるように屈曲加工されている。
リードフレーム12a、12bは、それぞれ、パッケージを構成する樹脂を介して互いに、後述する壁部によって分離されている。
また、開口13cは、その底面から突出した壁部13bを備えている。
開口13cの深さは、例えば、0.32〜0.35mm程度であり、壁部13bの高さは0.12〜0.15mm程度である。
壁部13bは、開口13cの長側面13dの略中央付近で、一対の長側面13dに連結されている。壁部13bは、長手方向において、底面に近づくにつれて幅広となっている(図1B及び図3の13b参照)。例えば、壁部13bの上面は0.1mm程度の幅、底面で0.4mm程度の幅に設定されている。
リードフレーム12a、12bは、壁部13bに隣接する部位においては、開口13aの底面の幅と同じ幅で露出しており、壁部13bから長手方向の末端部に向かって2段階でその幅を異ならせており、つまり、長手方向の末端部に向かって、幅狭になっている。例えば、0.4mm程度から、0.37mm程度、さらに0.3mm程度に幅狭になっている。
一方、樹脂底面13eは、長手方向の末端部から壁部13bに向かってその幅を異ならせており、つまり、壁部13bに向かって、幅狭になっており、壁部13bに近接する開口13cの底面では、樹脂底面13eは存在せず、リードフレーム12a、12bのみが露出している。例えば、0.05mm程度から0.015mm程度に幅狭になっている。
また、開口内に壁部を設けることにより、開口内の空間を分断することができるために、開口内に埋め込まれる透光性樹脂の熱膨張又は収縮等に起因するワイヤ又は発光素子等に対する応力を効果的に緩和することができる。
3 p側パッド電極
10 発光装置
11a、11b 発光素子
12a、12b リードフレーム
13 パッケージ
13a 開口
13b 壁部
13c 短側面
13d 長側面
13e 樹脂底面
13f 凹部
14 ワイヤ
Claims (13)
- 複数の発光素子と、
該発光素子が搭載された複数のリードフレーム及び、
樹脂によって成形され、開口を備え、前記リードフレームの一部がその内部に埋設されかつ他の一部が前記開口の底面で露出するパッケージを含んでなり、
該パッケージの開口の底面に、前記樹脂を露出した樹脂底面が存在し、
前記開口内の発光素子間に、前記開口の底面から突出する壁部を有し、
前記発光素子は、前記壁部を跨いでワイヤが接続されていることを特徴とする発光装置。 - 前記パッケージは長手方向及び短手方向に沿って設けられ、前記樹脂底面は、長手方向で幅が異なる請求項1に記載の発光装置。
- 前記樹脂底面は、壁部に近づくにつれて幅狭となる請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記壁部は、搭載された発光素子の高さと同等又はそれよりも低い請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記パッケージは長手方向に延びる形状を有し、前記開口は、長手方向に沿って設けられた長側面を有しており、前記樹脂底面は、長側面に隣接して配置されている請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記壁部は、長手方向に延びるパッケージに配置された開口における長手方向に沿って設けられた一対の長側面に連結され、かつ底面に近づくにつれて、該長手方向に幅広である請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記パッケージの開口の底面であって、前記壁部に隣接する部位は、前記リードフレームの露出面で占められている請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記壁部は、リードフレーム間に配置されている請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記壁部は、リードフレーム間からリードフレーム上に配置されている請求項1〜8のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記開口は、透光性樹脂が埋設されており、該透光性樹脂は、弾性率が10MPa以下である請求項1〜9のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記一方の発光素子は、外周に近接する第1のワイヤボンディング点を有し、他方の発光素子は、発光領域の内側に偏在した第2ワイヤボンディング点を有し、前記第1のワイヤボンディング点が、壁部に隣接し、該壁部を跨いで、前記第2のワイヤボンディング点とボンディングされ、かつ、ワイヤの最高部位が、第1のワイヤボンディング点にボンディングされた発光素子側に偏在している請求項1〜10のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記一方の発光素子は、外周に近接する第1のワイヤボンディング点を有し、他方の発光素子は、発光領域の内側に偏在した第2ワイヤボンディング点を有し、前記第1のワイヤボンディング点が、壁部に隣接し、該壁部を跨いで、前記第2のワイヤボンディング点とボンディングされ、かつ、ワイヤの最高部位が、第2のワイヤボンディング点にボンディングされた発光素子側に偏在している請求項1〜10のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記ワイヤが、銀又は銀合金からなる請求項1〜12のいずれか1つに記載の発光装置。
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