JP2013187269A - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】劣化が少なく光取出効率を向上させた光半導体装置と製造方法が容易な光半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光半導体装置は、セラミックス基板２と導体３、４と保護膜５と発光素子６と蛍光体樹脂９で構成され、保護膜５は、白色ガラスとし、耐劣化性と光取出効率を向上させたものである。また、セラミック基板２に発光素子６を搭載する下部には、サーマルビアが設けられて放熱性を向上させている。また、導体と保護膜の製造方法では、スクリーン印刷を使用し、製造容易性を向上させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体装置及びその製造方法に関し、特にセラミック基板を用いた構造の光半導体装置及びその製造方法に関する。

光半導体装置は、基板に発光素子を搭載し、ワイヤ等で配線後、蛍光体樹脂で覆い完成する。近年では発光表示装置の他、種々の照明装置の光源として使用される。基板では、全属性リードフレームやガラスエポキシ基板やセラミックス基板が多く使われ、種々の構造が取られている。

発光素子が搭載され、反射機能を有する壁部が形成された回路基板と、発光素子が被覆される透光性封止部材で構成される表面実装型の光半導体装置が従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照、図１）これにより、熱硬化性樹脂をトランスファーモールドしているので、耐光性と量産性に優れた製造方法とすることができる。

特開２００８−２６３２３５号公報

一般に、光の配光性の要求は、一方方向に限定されない場合もある。

しかしながら、従来技術は、壁部に樹脂を用いるので、樹脂の光劣化により、光取出効率が低下する懸念があるという課題がある。また、回路基板にはプリント配線や金属メッキを使用するため、基板の製造方法が容易ではないという課題がある。

従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、光取出効率が低下しない、製造容易な光半導体装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の光半導体装置は、セラミックス基板と導体と保護膜と発光素子と蛍光体樹脂で構成され、保護膜は白色ガラスとし、耐劣化性と光取出効率を向上させたものである。
また、セラミック基板に発光素子を搭載する下部には、サーマルビアが設けられて放熱性を向上させている。また、導体と保護膜の製造方法では、スクリーン印刷を使用し、製造容易性を向上させたものである。

本発明は、発光素子の周辺には蛍光体樹脂のみが存在するので、劣化が少なく、光取出効率を向上させた光半導体装置を提供することができる効果を奏する。
また、導体と保護膜をスクリーン印刷で製造するので、製造方法が容易な光半導体装置の製造方法を提供することができる効果を奏する。

本発明の実施例１に係る光半導体装置の平面図と断面側面図である。 本発明の実施例１に用いるセラミックス基板の平面図と断面側面図である。 本発明の実施例１に係る光半導体装置の製造方法を説明する概略断面図である。 本発明の実施例１に係る光半導体装置の導体の平面図と下面図である。 本発明の実施例２に係る光半導体装置の断面側面図である。 本発明の変形例１に係る光半導体装置の平面図と断面側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載に何ら限定されるものではない。

以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る光半導体装置１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る光半導体装置の平面図と断面側面図である。

図１に示すように、光半導体装置１は、セラミックス基板２、導体（上）３、導体（下）４、保護膜５、発光素子６、ワイヤ７、接着材８、蛍光体樹脂９で構成されている。

セラミックス基板２は、光半導体装置の基台（ベース）となる部位である。例えば、一般的な焼成されたセラミックスであるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）でできている。例えば、板厚は０．５ｍｍである。光半導体装置の個片となった場合にコーナー部となるスルーホール１１があいている。図２参照。

導体（上）３は、セラミック基板２の一方の主面（図において上面側）に配設された電気回路パターンである。図４（ａ）参照。例えば、導体（上）３の材質は、銀導体ペーストを印刷し焼成したものを使用することができる。ここでは１０ミクロンミリ以上の厚さを形成することができる。

導体（下）４は、セラミック基板２のもう一方の主面（図において下面側）に配設された電気回路パターンであり、実装時の外部電極である。図４（ｂ）参照。例えば、導体（下）４の材質は、導体（上）３と同様に銀導体ペーストを印刷し焼成したものを使用することができる。ここでは１０ミクロンミリ以上の厚さを形成することができる。

保護膜５は、セラミック基板２の一方の主面の導体（上）３を覆うように配設された膜である。例えば、保護膜５の材質は、白色ガラスペーストを印刷し焼成したものを使用することができる。ここでは１０ミクロンミリ以上の厚さを形成することができる。また、素子搭載やワイヤボンディングするための開口部１３が設けられ、導体（上）３が露出している。図４（ａ）の破線部参照。

発光素子６は、通電により発光するものである。セラミック基板２の白色ガラスの保護膜５の開口部１３において、発光素子６の一方の主面を導体（上）３に接着剤８を用いて搭載されている。例えば、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×高さ０．２ｍｍである。また、接着材８は、シリコン樹脂接着材である。

ワイヤ７は、発光素子６のもう一方の主面に配置されている電極と、セラミック基板３の白色ガラスの保護膜５の開口部１３の導体（上）３との間を機械的電気的に接続している。例えば、金細線で２５ミクロンミリの直径である。

蛍光体樹脂９は、セラミックス基板２の一方の主面において、保護膜５と発光素子６とワイヤ７を樹脂封止したものである。この時発光素子６を中心に半球状のレンズとする。これにより、配光特性を変化させることができる。例えば、蛍光体樹脂９は、蛍光体の混入された熱硬化性のエポキシ樹脂である。

次に、図２、図３を参照して、本発明の実施例１に係る光半導体装置１の製造方法を説明する。図２は、本発明の実施例１に用いるセラミックス基板の平面図と断面側面図である。図３は、本発明の実施例１に係る光半導体装置の製造方法を説明する概略断面図である。

製造工程は、製造順に、導体印刷工程、保護膜印刷工程、チップマウント工程、ワイヤボンディング工程、樹脂封止工程、分離工程となる。

図２に示すように、まず、セラミックス基板２を準備する。セラミックス基板２は、ひとつの光半導体装置１パターンを縦横の複数にマトリクス配列させ、スルーホール１１のあいた平形状の板である。配列した交点にスルーホール１１が空いている。以下では、パターンを一つに簡略した図で説明する。

図３（ａ）は（導体印刷工程）を示している。厚膜製法として、導体ペーストをスクリーン印刷によって、セラミックス基板２の一方の主面（図中上側）に回路パターンを配置する。この面は発光素子６の搭載部とワイヤボンディングエリアをパターン化する。その後、銀導体ペーストの場合は約８５０度の温度にて焼成し、導体（上）３を硬化する。この時スルーホール１１の内面（円筒形の内部）にも導体が入り込む。

また、セラミック基板２のもう一方の主面（図中下側）にも同様にパターンを配置する。こちらの面は光半導体装置の実装面になり、外部端子となる。同様に約８５０度の温度にて焼成し、導体（下）４を硬化する。この時スルーホール１１の内面（円筒形の内部）にも導体が入り込み、表裏導体が連結される、スルーホール電極１２となる。

図３（ｂ）は（保護膜印刷工程）を示している。白色ガラスペーストをスクリーン印刷によって、セラミックス基板２の一方の主面の導体（上）３の上面に保護パターンを配置する。この面は導体（上）３に重ねるが、発光素子６の搭載部とワイヤボンディングエリアを開口し、開口部１３とする。そ の後、約８５０度にて焼成し、白色ガラスの保護膜５を硬化する。セラミック基板２のもう一方の主面には配置しない。

図３（ｃ）は（マウント工程）を示している。セラミック基板２の白色ガラスの保護膜５の開口部１３において、導体（上）３に接着剤８を用いて、マウンター装置によって、発光素子６の一方の主面をマウントする。例えば、接着材８はシリコン樹脂接着材を用いて、１７０度で硬化させる。

その後、発光素子６のもう一方の主面に配置されている電極と、セラミック基板２の白色ガラスの保護膜５の開口部１３の導体（上）３に、ワイヤボンディング装置により、ワイヤ７を接続配線する。例えば、ワイヤ７は金細線で２５ミクロンミリの直径である。

図３（ｄ）は（樹脂封止工程）を示している。セラミックス基板２の一方の主面において、トランスファーモールド装置によって、蛍光体樹脂９を樹脂封止する。例えば、樹脂成形は１５０度の温度でおこなう。

その後、図示していないが、マトリクス配列で一括樹脂封止されたものを、一般的なシンギュレーション装置によって、ダイシング分割し、光半導体装置１を個片化する。例えば、３．０ｍｍ×４．０ｍｍ×高さ２．０ｍｍである。分割位置（分割ライン）は、図２における破線部である。

以上により、図１に示す光半導体装置１が完成する。

次に、上述の実施例１に係る光半導体装置１とその製造方法の効果を説明する。

本発明の実施例１に係る光半導体装置は、蛍光体樹脂で直接発光素子を封止している。これにより、光半導体装置において、リフレクタ（壁部）を持たないため、配光性の自由度の向上及びリフレクタによる光吸収が抑制され、光取出効率を向上することが可能である。

また、白色ガラスペーストを保護膜として、導体である配線パターンに被覆している。これにより、導体の硫化による劣化が抑制され，また高反射性白色ガラスペーストの採用により，明るさを損なうことのない光半導体装置の信頼性向上が可能である。

また、本発明の実施例１に係る光半導体装置の製造方法は、配線に導体ペーストとスクリーン印刷法を用いているので、導体めっき法等に比べ、製造工程を容易にすることが可能である。さらに、導体の厚さの厚膜化が容易におこなえるので、光半導体装置の伝熱性・放熱性を向上することが可能である。

上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。

実施例２としては、セラミックス基板２の発光素子が搭載される部分に、貫通孔１４をあけ、導体等を入れた、サーマルビア１５を形成してもよい。これにより、導体からの放熱の他に、サーマルビア１５からの放熱をすることができ、さらに放熱性を向上させることが可能である。図５参照。

製造方法はセラミックス基板２を準備する時に、スルーホール１１と同時に貫通孔１４をあければよい。例えば、貫通孔１４は直径０．５ｍｍである。その後、導体のスクリーン印刷で貫通孔１４にも同時に導体ペーストが入る。これらは追加製造工程無しに製造することが可能である。

変形例として、蛍光体樹脂１０の形状は、配光特性により、円柱を縦に割ったかまぼこ形状としてもよい。図６参照。さらに、角型やレンズ成形などとすることも可能である。

上述の例では、セラミックス基板２の材質をＡｌＯ（アルミナ）としたが、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）または、ＳｉＮ（窒化珪素）としてもよい。これにより、高熱伝導性または、高強度性を向上することが可能である。

また、蛍光体樹脂９は、蛍光体を混入させたが、無色の透明樹脂であってもよい。

また、蛍光体樹脂９は熱硬化性樹脂としたが、熱可塑性樹脂としてもよい。これにより樹脂選択の範囲を広げることが可能であり、射出成形装置を使用することが可能である。

また、セラミックス基板２の導体（上）３と導体（下）４の連結配線はスルーホール１１のスルーホール電極１２により接続したが、電気基板における周知技術のビアホールにより接続してもよい。これにより、光半導体装置のコーナー部を直角形状、Ｒ形状、面取り形状とすることができ、種々の実装形状に対応することが可能である。

また、発光素子６は、一つ搭載したが、複数の発光素子６を搭載してもよい。これにより、光量を増加することが可能である。

また、発光素子６は、上面電極としたが、フリップ型素子であってもよい。これにより、ワイヤ７の接続を省略することができ、製造工程が削減することが可能である。

また、発光素子６と同時に保護ダイオードを搭載してもよい。図示せず。これにより、保護機能が加わり高信頼性の光半導体装置とすることが可能である。

また、信頼性を向上させるため、導体ペースト上に金属メッキを行ってもよい。

また、保護膜５は、白色ガラスとしたが白色レジストであってもよい。白色ガラスと同様の効果を得ることが可能である。

１、光半導体装置
２、セラミックス基板
３、導体（上）
４、導体（下）
５、保護膜
６、発光素子
７、ワイヤ
８、接着材
９、蛍光体樹脂
１０、蛍光体樹脂（変形例）
１１、スルーホール
１２、スルーホール電極
１３、開口部
１４、貫通孔
１５、サーマルビア

Claims (3)

1. セラミックス基板と導体と保護膜と発光素子と蛍光体樹脂で構成される光半導体装置において、前記保護膜は、白色ガラスであることを特徴とする光半導体装置。
   
2. 前記セラミックス基板の前記発光素子が搭載される部分にサーマルビアが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
   
3. セラミックス基板と導体と保護膜と発光素子と蛍光体樹脂で構成される光半導体装置の製造方法において、前記セラミックス基板に前記導体をスクリーン印刷する工程と、前記導体を覆うように前記保護膜をスクリーン印刷する工程と、発光素子を搭載する工程と、前記セラミックス基板を覆うように蛍光体樹脂を樹脂封止する工程と、個片に分離する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。

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