JP2013258241A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を実装する実装基板にＥＳＤ保護機能を持たせた発光装置において、発光効率の低下を防ぐ。
【解決手段】発光装置１０は、非透明電極である素子端子電極２３Ａを備える、発光素子２と、発光素子２が実装される第１の面１１Ａを有し、平面視した際に素子端子電極２３Ａによって全体が覆われるように第１の面１１Ａ側に設けられ、発光素子２と接続されている、半導体素子部１５を備える、実装基板１１と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光素子と、発光素子が実装される実装基板と、を備える発光装置に関する。

近年、消費電力が少なく長寿命な発光装置である半導体発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）装置を用いた照明装置の普及が進んでいる。照明装置などに用いられるＬＥＤ装置は、発光素子であるＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子が実装される実装基板と、を備えている。実装基板は、アルミナなどのセラミックからなる。このようなＬＥＤ装置は、照明装置を構成している回路基板に実装される。

従来のＬＥＤ装置は、ＬＥＤ素子が静電気により破壊されることを防ぐため、ＬＥＤ素子を静電気から保護する静電気放電（以下、ＥＳＤ：ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）保護素子を備えている。ＥＳＤ保護素子としては、バリスタやツェナーダイオードなどが用いられる。従来のＬＥＤ装置では、ＥＳＤ保護素子は、ＬＥＤ素子とともに実装基板の１つの面に実装される。

しかし、上記のような従来のＬＥＤ装置では、ＬＥＤ素子とＥＳＤ保護素子とが実装基板の１つの面に並べて実装されるため実装基板の面積が大きく、ＬＥＤ装置の小型化が困難である。そこで、実装基板の第１の面にＬＥＤ素子を実装し、第１の面と対向する第２の面にＥＳＤ保護素子を実装したＬＥＤ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、特許文献１を参考にした発光装置の構成について説明する。図８（Ａ）は、特許文献１を参考にした発光装置１０１の模式図である。図８（Ａ）に示すように、発光装置１０１は、ＬＥＤ素子１０２と、ＥＳＤ保護素子１０６と、実装基板１１０と、を備えている。

ＬＥＤ素子１０２は、実装基板１１０の第１の面に実装されている。ＬＥＤ素子１０２は、ワイヤ１０４によって実装基板１１０の電極と電気的に接続されている。実装基板１１０の第１の面には、ＬＥＤ素子１０２の周りに空間を形成するように、壁部１２０が設けられている。壁部１２０によって形成されたＬＥＤ素子１０２の周りの空間は、透明封止体１３０により封止されている。透明封止体１３０は、ＬＥＤ素子１０２から発生する紫外線を吸収する紫外線吸収剤や単色光を白色光に変換させる蛍光体などを含有している。ＥＳＤ保護素子１０６は、実装基板１１０の第１の面と対向する第２の面に実装されている。ＥＳＤ保護素子１０６は、ワイヤ１０８によって実装基板１１０の電極と電気的に接続されている。実装基板１１０の第２の面には、ＥＳＤ保護素子１０６の周りに空間を形成するように、開口部を有する第２基板１４０が設けられている。第２基板１４０によって形成されたＥＳＤ保護素子１０６の周りの空間は、封止体１５０により封止されている。発光装置１０１は、側面型ＬＥＤ装置である。

発光装置１０１では、ＬＥＤ素子１０２で発生する熱によって、ＬＥＤ素子１０２の発光効率が低下したり、透明封止体１３０に含有されている蛍光体などが劣化したりすることがある。そのため、ＬＥＤ素子１０２で発生する熱を、外部に効率的に放出することが望まれる。しかしながら、発光装置１０１では、ＥＳＤ保護素子１０６、第２基板１４０、封止体１５０が実装基板１１０の第２の面に設けられているため、ＬＥＤ素子１０２で発生する熱を実装基板１１０の第２の面から直接放出することができない。よって、発光装置１０１では、放熱性が低くならざるをえない。実装基板１１０や第２基板１４０を貫通するサーマルビアを設けることで放熱性を改善することはできるが、サーマルビアが設けられる領域の分だけ実装基板１１０の面積が大きくなるためＬＥＤ装置の小型化が困難になると共に、構造や製造方法が複雑化するため製造コストが高くなる。また、発光装置１０１では、実装基板１１０の互いに対向する２つの面にＬＥＤ素子１０２とＥＳＤ保護素子１０６とがそれぞれ実装されるため、低背化が困難であるという問題もある。

そこで、アルミナなどのセラミックよりも熱伝導率が高いシリコンからなる実装基板を用い、ＥＳＤ保護素子であるツェナーダイオードが実装基板に内蔵されているＬＥＤ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ここで、特許文献２を参考にした発光装置の構成について説明する。図８（Ｂ）は、特許文献２を参考にした発光装置２０１の模式図である。図８（Ｂ）に示すように、発光装置２０１は、発光素子２１１と、ツェナーダイオード２２１と、を備えている。

発光素子２１１は、サファイア基板２１２と、半導体化合物層２１３と、ｎ側電極２１４と、ｐ側電極２１５と、を備えている。半導体化合物層２１３は、サファイア基板２１２に形成されており、発光層であるＩｎＧａＮ活性層を含む複数の層からなる。そして、半導体化合物層２１３のサファイア基板２１２側の面と対向している面には、ｎ側電極２１４とｐ側電極２１５とが設けられている。ｎ側電極２１４は、半導体化合物層２１３の中の一つの層として形成されるｎ型層に設けられている。ｐ側電極２１５は、半導体化合物層２１３の中の一つの層として形成されるｐ型層に設けられている。ｎ側電極２１４にはマイクロバンプ２１６が接合されており、ｐ側電極２１５にはマイクロバンプ２１７が接合されている。

ツェナーダイオード２２１は、ｎ型シリコン基板２２２を基材とした実装基板として構成されている。ｎ型シリコン基板２２２の底面には、ｎ側電極２２３が設けられている。ｎ型シリコン基板２２２の上面には、ｎ型シリコン基板２２２の表面の一部の領域を被覆する酸化膜２２４が設けられている。ｎ型シリコン基板２２２の表面における酸化膜２２４によって覆われていない領域には、ｐ型半導体領域２２５とｎ側電極２２７とがそれぞれ設けられている。ｐ型半導体領域２２５の上面には、ｐ側電極２２６が設けられている。ツェナーダイオード２２１では、ｐ型半導体領域２２５とｎ型シリコン基板２２２とがｐｎ接合を構成している。

ツェナーダイオード２２１は、導電性のＡｇペースト２３２により、外部の回路基板であるマウント部２３１上に実装されている。発光素子２１１は、マイクロバンプ２１６，２１７により、ツェナーダイオード２２１上に実装されている。また、ワイヤ２３３がｐ側電極２２６に接続されている。

発光装置２０１は、実装基板であるツェナーダイオード２２１が、アルミナなどのセラミックよりも熱伝導率が高いシリコンからなるｎ型シリコン基板２２２を基材としているため、発光素子２１１で発生する熱を効率的に放出することができる。また、ツェナーダイオード２２１は、ＥＳＤ保護素子として機能するため、別途ＥＳＤ保護素子を設ける必要が無く、発光装置２０１の小型化を実現することができる。

特開２００７−３６２３８号公報 特開平１１−２５１６４４号公報

発光装置２０１では、ＥＳＤ保護素子であるツェナーダイオード２２１が発光素子２１１から発せられる光や周囲の環境光に晒されると、ツェナーダイオード２２１におけるリーク電流が増加し、発光素子２１１の発光効率が低下してしまう恐れがある。

そこで、本発明の目的は、実装基板にＥＳＤ保護素子を内蔵する構成でも、発光素子の発光効率の低下を防ぐことができる、発光装置を実現することにある。

本発明に係る発光装置は、発光素子と、実装基板と、を備えている。発光素子は、非透明電極である素子端子電極を備える。実装基板は、発光素子が実装される第１の面を有する。実装基板は、半導体静電気放電保護素子部を備える。半導体静電気放電保護素子部は、平面視した際に素子端子電極によって全体が覆われるように第１の面側に設けられ、発光素子と接続されている。

上述の発光装置において、平面視した際に、半導体静電気放電保護素子部の端縁部は素子端子電極の端縁部の内側に離れて位置していると好適である。

上述の発光装置において、発光素子は、素子端子電極がアノードとカソードである半導体発光ダイオード素子であり、半導体静電気放電保護素子部は、アノードとカソードとを備えるツェナーダイオードを構成しており、半導体発光ダイオード素子とツェナーダイオードとは並列に接続されており、半導体発光ダイオード素子のカソードはツェナーダイオードのアノードと接続されており、半導体発光ダイオード素子のアノードはツェナーダイオードのカソードと接続されていると好適である。

上述の発光装置において、実装基板は、半導体静電気放電保護素子部を覆う絶縁膜をさらに備えると好適である。

本発明によれば、半導体静電気放電保護素子部は、平面視した際に素子端子電極によって全体が覆われるように第１の面側に設けられているので、発光素子から発せられる光や周囲の環境光は素子端子電極によって遮られる。このため、半導体静電気放電保護素子部がこれらの光に晒されることが少なくなり、発光素子から発せられる光や周囲の環境光の影響で半導体静電気放電保護素子部におけるリーク電流が増加することが起こりにくく、発光素子の発光効率が高い状態を維持することができる。このように、本発明では、素子端子電極によってこれらの光を遮ることができるため、新たな部材を設けることなく半導体静電気放電保護素子部がこれらの光に晒されることを防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置の等価回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光装置の半導体素子部の構造について説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係る発光装置の構成を説明する図である。 本発明の第４の実施形態に係る発光装置の構成を説明する図である。 本発明の第５の実施形態に係る発光装置の構成を説明する図である。 従来の発光装置の構成例について説明する図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る発光装置について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置１０の等価回路図である。

本実施形態に係る発光装置１０は、発光素子であるＬＥＤ素子２と、実装基板１１と、を備えている。実装基板１１は、ツェナーダイオード３を内蔵している。ＬＥＤ素子２は、実装基板１１に実装されており、ツェナーダイオード３と並列接続されている。ここで、ＬＥＤ素子２のカソードはツェナーダイオード３のアノードと接続されており、ＬＥＤ素子２のアノードはツェナーダイオード３のカソードと接続されている。ツェナーダイオード３は、ＬＥＤ素子２を静電気から保護する。すなわち、ツェナーダイオード３は、半導体静電気放電保護素子部である。

図２は、本実施形態に係る発光装置１０の構成を説明する模式図である。図２（Ａ）には、実装基板１１の断面と、ＬＥＤ素子２の側面とを示している。図２（Ｂ）には、ＬＥＤ素子２を透視して発光装置１０を平面視した状態を示している。図２（Ｂ）では、ＬＥＤ素子２の外形を破線で示している。

ＬＥＤ素子２は、サファイア基板２１と、半導体化合物層２２と、第１の素子端子電極２３Ａと、第２の素子端子電極２３Ｂと、を備えている。

半導体化合物層２２は、サファイア基板２１に設けられている。半導体化合物層２２は、発光層であるＩｎＧａＮ活性層（不図示）、ｐ型半導体層（不図示）、ｎ型半導体層（不図示）を含む複数の層からなる。ｐ型半導体層（不図示）とｎ型半導体層（不図示）とは、半導体化合物層２２におけるサファイア基板２１側の面と対向している面に露出するように設けられている。第１の素子端子電極２３Ａは、半導体化合物層２２におけるサファイア基板２１側の面と対向している面に露出しているｎ型半導体層（不図示）に設けられている。第２の素子端子電極２３Ｂは、半導体化合物層２２におけるサファイア基板２１側の面と対向している面に露出しているｐ型半導体層（不図示）に設けられている。第１の素子端子電極２３Ａは、ＬＥＤ素子２のアノードとして機能するものであり、バンプ３１が接合されている。第２の素子端子電極２３Ｂは、ＬＥＤ素子２のカソードとして機能するものであり、バンプ３２が接合されている。なお、ここでは、第１，第２の素子端子電極２３Ａ，２３Ｂは、有色の金属からなる非透明金属電極である。第１，第２の素子端子電極２３Ａ，２３Ｂは、例えば、金膜とニッケル膜とチタン膜と銅膜とが順に積層されてなる積層電極である。また、バンプ３１，３２も、有色の金属からなる。

実装基板１１は、第１の端子電極１２Ａと、第２の端子電極１２Ｂと、絶縁膜１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、シリコン基部１４と、半導体素子部１５と、第１の実装電極１６Ａと、第２の実装電極１６Ｂと、第１の接続電極１７Ａと、第２の接続電極１７Ｂと、を備えている。実装基板１１は、第１の面１１Ａと、第１の面１１Ａに対向する第２の面１１Ｂとを有する。ＬＥＤ素子２は、実装基板１１の第１の面１１Ａに実装されている。

シリコン基部１４は、平面視して矩形の平板状であり、高抵抗単結晶シリコンからなる。実装基板１１を構成するシリコン基部１４が単結晶シリコンからなるため、実装基板１１の熱伝導率は高い。このため、発光装置１０では、ＬＥＤ素子２で発生する熱を外部に効率的に放出することができ、ＬＥＤ素子２の発光効率の低下やＬＥＤ素子２に設けられる蛍光体（不図示）の劣化が起こりにくい。シリコン基部１４は、貫通孔１４Ａ，１４Ｂを有する。

絶縁膜１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、ガラスなどの絶縁体からなる。絶縁膜１３Ａは、実装基板１１の第１の面１１Ａ側において、シリコン基部１４における貫通孔１４Ａ，１４Ｂと詳細を後述する第１，第２の拡散領域１５Ａ，１５Ｂとを除く部分を覆うように設けられている。絶縁膜１３Ｂは、実装基板１１の第２の面１１Ｂ側において、シリコン基部１４における貫通孔１４Ａ，１４Ｂを除く部分を覆うように設けられている。絶縁膜１３Ｃは、貫通孔１４Ａ，１４Ｂの内周面の全面を覆うように設けられている。

第１の接続電極１７Ａは、貫通孔１４Ａの内部を充填するように設けられており、第１の端子電極１２Ａと第１の実装電極１６Ａとを電気的に接続している。第２の接続電極１７Ｂは、貫通孔１４Ｂの内部を充填するように設けられており、第２の端子電極１２Ｂと第２の実装電極１６Ｂとを電気的に接続している。第１，第２の接続電極１７Ａ，１７Ｂは、貫通孔１４Ａ，１４Ｂの内周面を覆うように膜状に設けられたものであってもよい。その場合には、貫通孔１４Ａ，１４Ｂの内部を充填するように樹脂をさらに設けてもよい。

第１の端子電極１２Ａは、実装基板１１の第２の面１１Ｂ側において、絶縁膜１３Ｂの一部と、第１の接続電極１７Ａ全体とを覆うように設けられている。このため、第１の端子電極１２Ａは、第１の接続電極１７Ａと接続されている。第２の端子電極１２Ｂは、実装基板１１の第２の面１１Ｂ側において、絶縁膜１３Ｂの一部と、第２の接続電極１７Ｂ全体とを覆うように設けられている。このため、第２の端子電極１２Ｂは、第２の接続電極１７Ｂと接続されている。第１，第２の端子電極１２Ａ，１２Ｂは、発光装置１０が搭載される回路基板の電極と接続される。第１，第２の端子電極１２Ａ，１２Ｂは、例えば、金膜とニッケル膜と銅膜とが順に積層されてなる積層電極である。

第１，第２の実装電極１６Ａ，１６Ｂは、ＬＥＤ素子２を実装するために設けられている。第１の実装電極１６Ａは、実装基板１１の第１の面１１Ａ側において第１の接続電極１７Ａと第１の拡散領域１５Ａとを覆うように設けられており、第１の接続電極１７Ａと第１の拡散領域１５Ａとに接続されている。第１の実装電極１６Ａは、バンプ３１により第１の素子端子電極２３Ａと電気的に接続されている。第２の実装電極１６Ｂは、実装基板１１の第１の面１１Ａ側において第２の接続電極１７Ｂと第２の拡散領域１５Ｂとを覆うように設けられており、第２の接続電極１７Ｂと第２の拡散領域１５Ｂとに接続されている。第２の実装電極１６Ｂは、バンプ３２により第２の素子端子電極２３Ｂと電気的に接続されている。

なお、ここでは、第１，第２の実装電極１６Ａ，１６Ｂは、有色の金属からなる非透明金属電極である。第１，第２の実装電極１６Ａ，１６Ｂは、例えば、金膜とニッケル膜とチタン膜と銅膜とが順に積層されてなる積層電極である。

半導体素子部１５は、半導体静電気放電保護素子部であるツェナーダイオード３を構成するものである。半導体素子部１５は、実装基板１１の第１の面１１Ａ側に設けられており、第１の拡散領域１５Ａと第２の拡散領域１５Ｂとを備えている。

ここで、半導体素子部１５の構成例について説明する。

図３は、本実施形態に係る発光装置１０の半導体素子部１５の構造について説明する図である。

半導体素子部１５は、不純物濃度の低いｎ型半導体領域（ｎ−）を備えている。第１，第２の拡散領域１５Ａ，１５Ｂは、ｎ型半導体領域（ｎ−）の表面近傍の部分に不純物をドープすることで形成されている。第１の拡散領域１５Ａは、不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ＋）である。第２の拡散領域１５Ｂは、不純物濃度の高いｐ型半導体領域（ｐ＋）である。そして、第１の拡散領域１５Ａと第２の拡散領域１５Ｂとは、間隔を隔てて配置されている。半導体素子部１５では、ｐ型半導体領域（ｐ＋）である第２の拡散領域１５Ｂと、絶縁体層であるｎ型半導体領域（ｎ−）における第１の拡散領域１５Ａと第２の拡散領域１５Ｂとの間に位置する部分と、ｎ型半導体領域（ｎ＋）である第１の拡散領域１５Ａとにより、ツェナーダイオード３がＰＩＮダイオードとして構成されている。そのため、第２の拡散領域１５Ｂがツェナーダイオード３のアノードとなり、第１の拡散領域１５Ａがツェナーダイオード３のカソードとなっている。

なお、半導体素子部１５において、第１の拡散領域１５Ａと第２の拡散領域１５Ｂとは、絶縁体層により間隔を隔てることなく、互いに隣接するように構成してもよい。その場合、半導体素子部１５では、ｐ型半導体領域（ｐ＋）である第２の拡散領域１５Ｂと、ｎ型半導体領域（ｎ＋）である第１の拡散領域１５Ａとにより、ツェナーダイオード３がＰＮダイオードとして構成されることになる。

また、半導体素子部１５において、絶縁体層の極性を反転させたり、第１の拡散領域１５Ａと第２の拡散領域１５Ｂとで極性を入れ替えたりしてもよい。第１の拡散領域１５Ａと第２の拡散領域１５Ｂとで極性を入れ替える場合には、ツェナーダイオード３のアノードとカソードとが入れ替わるため、ＬＥＤ素子２におけるアノードとカソードとを入れ替えるように構成するとよい。

図２（Ａ）に示すように、第１の拡散領域１５Ａは、第１の実装電極１６Ａと第１の接続電極１７Ａとを介して第１の端子電極１２Ａに接続されている。第１の実装電極１６Ａは、ＬＥＤ素子２のアノードにあたる第１の素子端子電極２３Ａとバンプ３１を介して接続されている。

また、第２の拡散領域１５Ｂは、第２の実装電極１６Ｂと第２の接続電極１７Ｂとを介して第２の端子電極１２Ｂに接続されている。第２の実装電極１６Ｂは、ＬＥＤ素子２のカソードにあたる第２の素子端子電極２３Ｂとバンプ３２を介して接続されている。

第１の実装電極１６Ａと第１の接続電極１７Ａと第１の端子電極１２Ａとは、第１の配線部を構成している。ＬＥＤ素子２のアノードである第１の素子端子電極２３Ａとツェナーダイオード３のカソードである第１の拡散領域１５Ａとは、第１の配線部によって接続されている。第２の実装電極１６Ｂと第２の接続電極１７Ｂと第２の端子電極１２Ｂとは、第２の配線部を構成している。ＬＥＤ素子２のカソードである第２の素子端子電極２３Ｂとツェナーダイオード３のアノードである第２の拡散領域１５Ｂとは、第２の配線部によって接続されている。したがって、ＬＥＤ素子２と半導体素子部１５からなるツェナーダイオード３とは、カソードとアノードとの向きを互いに逆向きにして並列接続されており、図１で示した回路構成が実現されている。この回路構成では、半導体素子部１５が、ＬＥＤ素子２に対するＥＳＤ保護回路として機能するツェナーダイオード３を構成しているため、静電気耐性が良好なものになる。

また、図２（Ｂ）に示すように、発光装置１０を平面視すると、第１の素子端子電極２３Ａによって半導体素子部１５の全体が覆われており、半導体素子部１５の端縁部は第１の素子端子電極２３Ａの端縁部の内側に離れて位置している。このため、ＬＥＤ素子２から発せられる光や周囲の環境光は第１の素子端子電極２３Ａによって遮られるため、半導体素子部１５がこれらの光に晒されることが少なくなる。よって、発光装置１０では、ＬＥＤ素子２から発せられる光や周囲の環境光の影響で半導体素子部１５からなるツェナーダイオード３におけるリーク電流が増加することが起こりにくく、ＬＥＤ素子２の発光効率が高い状態を維持することができる。このように、発光装置１０では、第１の素子端子電極２３Ａによってこれらの光を遮ることができるため、新たな部材を設けることなく半導体素子部１５がこれらの光に晒されることを防ぐことができる。

第１の素子端子電極２３ＡがＩＴＯなどによる透明電極である場合、ＬＥＤ素子２から発せられる光や周囲の環境光の波長によっては、これらの光を完全に遮ることができない可能性がある。本実施形態のように、第１の素子端子電極２３Ａが有色の金属からなる非透明金属電極である場合には、これらの光の波長にかかわらず、これらの光をより確実に遮ることができる。第１の素子端子電極２３Ａは、導電性樹脂などの非金属からなるものであってもよいが、金属や合金からなる方がこれらの光をより確実に遮ることができるため好ましい。第１の素子端子電極２３Ａを構成する材料や構造などは、ＬＥＤ素子２から発せられる光や周囲の環境光の波長を考慮し、これらの光をより確実に遮ることができるように選定される。

本実施形態では、ＬＥＤ素子２とツェナーダイオード３とを並列接続する回路構成について説明したが、実装基板１１の第２の面１１Ｂに、グランド接続用の端子電極を設け、グランド接続用の端子電極にツェナーダイオードの一端を接続するように構成してもよい。本実施形態では、半導体素子部１５がツェナーダイオード３を構成しているが、半導体素子部１５がバリスタを構成するものであってもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る発光装置４０について説明する。

本実施形態に係る発光装置４０は、第１の実施形態に係る発光装置１０と同じ回路構成であるが、絶縁膜４２をさらに備える点が異なる。このため、発光装置４０は、発光装置１０の実装基板１１と構成が異なる実装基板４１を備えているが、その他の構成はほぼ同じである。

図４は、本実施形態に係る発光装置４０の構成を説明する模式断面図であり、実装基板４１の断面と、ＬＥＤ素子２の側面とを示している。

本実施形態に係る発光装置４０は、ＬＥＤ素子２と、実装基板４１と、を備えている。実装基板４１は、第１の面４１Ａと、第１の面４１Ａに対向する第２の面４１Ｂとを有する。

実装基板４１は、第１の端子電極１２Ａと、第２の端子電極１２Ｂと、絶縁膜１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、シリコン基部１４と、半導体素子部１５と、第１の実装電極１６Ａと、第２の実装電極１６Ｂと、第１の接続電極１７Ａと、第２の接続電極１７Ｂと、絶縁膜４２と、を備えている。絶縁膜４２は、第１の面４１Ａ側に設けられている。具体的には、絶縁膜４２は、第１の実装電極１６Ａの端縁部を含む領域と、第２の実装電極１６Ｂの第１の素子端子電極２３Ａと対向している領域と、絶縁膜１３Ａの第１の実装電極１６Ａと第２の実装電極１６Ｂの間に位置し、半導体素子部１５を覆っている領域とを覆うように設けられている。本実施形態では、バンプ３１は、第１の実装電極１６Ａだけでなく絶縁膜４２にも接合されている。

発光装置４０では、実装基板４１におけるバンプ３１と接触している部分の面積が広いため、ＬＥＤ素子２で発生する熱を外部により効率的に放出することができ、ＬＥＤ素子２の発光効率の低下やＬＥＤ素子２に設けられる蛍光体（不図示）の劣化がより起こりにくい。また、発光装置４０では、実装基板４１におけるバンプ３１と接触している部分の面積が広いため、ＬＥＤ素子２と実装基板４１との接合強度が高くなる。

また、発光装置４０では、第１の素子端子電極２３Ａだけではなく、絶縁膜４２およびバンプ３１も、半導体素子部１５を覆うように設けられているため、ＬＥＤ素子２から発せられる光や周囲の環境光が、第１の素子端子電極２３Ａと絶縁膜４２とバンプ３１によって遮られるため、半導体素子部１５がこれらの光に晒されることがより少なくなる。よって、発光装置４０では、ＬＥＤ素子２から発せられる光や周囲の環境光の影響で半導体素子部１５からなるツェナーダイオード３におけるリーク電流が増加することがより起こりにくく、ＬＥＤ素子２の発光効率が高い状態を維持することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る発光装置５０について説明する。

本実施形態に係る発光装置５０は、第２の実施形態に係る発光装置４０と同じ回路構成であるが、半導体素子部と第１，第２の実装電極の構成が異なる。このため、発光装置５０は、発光装置４０の実装基板４１と構成が異なる実装基板５１を備えているが、その他の構成はほぼ同じである。

本実施形態に係る発光装置５０は、ＬＥＤ素子と、実装基板５１と、を備えている。図５は、本実施形態に係る発光装置５０において、ＬＥＤ素子を透視して平面視した平面図である。図５では、ＬＥＤ素子の図示を省略している。実装基板５１は、絶縁膜５２と、半導体素子部５５と、第１の実装電極５６Ａと、第２の実装電極５６Ｂとを備えている。

第２の実施形態に係る発光装置４０の半導体素子部１５が第１，第２の拡散領域１５Ａ，１５Ｂを備えているのに対して、半導体素子部５５は第１の拡散領域５５Ａと第２の拡散領域５５Ｂと第３の拡散領域５５Ｃを備えている。第１〜第３の拡散領域５５Ａ〜５５Ｃは、それぞれ平面視して長方形状であり、互いに間隔を隔てて並べて配置されている。半導体素子部５５は、不純物濃度の低いｎ型半導体領域（ｎ−）を備えている。第１〜第３の拡散領域５５Ａ〜５５Ｃは、ｎ型半導体領域（ｎ−）の表面近傍の部分に不純物をドープすることで形成されている。中央に位置する第２の拡散領域５５Ｂは、不純物濃度の高いｎ型半導体領域（ｎ＋）である。第２の拡散領域５５Ｂの両脇に位置する第１，第３の拡散領域５５Ａ，５５Ｃは、不純物濃度の高いｐ型半導体領域（ｐ＋）である。ｎ型半導体領域（ｎ−）における、第１の拡散領域５５Ａと第２の拡散領域５５Ｂとの間に位置する部分と、第２の拡散領域５５Ｂと第３の拡散領域５５Ｃとの間に位置する部分とは、絶縁体層である。半導体素子部５５では、ｐ型半導体領域（ｐ＋）である第１の拡散領域５５Ａと、ｎ型半導体領域（ｎ−）における第１の拡散領域５５Ａと第２の拡散領域５５Ｂとの間に位置する部分と、ｎ型半導体領域（ｎ＋）である第２の拡散領域５５Ｂとにより、第１のＰＩＮダイオードが構成されており、ｐ型半導体領域（ｐ＋）である第３の拡散領域５５Ｃと、ｎ型半導体領域（ｎ−）における第３の拡散領域５５Ｃと第２の拡散領域５５Ｂとの間に位置する部分と、ｎ型半導体領域（ｎ＋）である第２の拡散領域５５Ｂとにより、第２のＰＩＮダイオードが構成されている。第１，第２のＰＩＮダイオードは、ツェナーダイオードを構成している。

第２の実施形態に係る発光装置４０の第１，第２の実装電極１６Ａ，１６Ｂが平面視して長方形状であるのに対して、第１，第２の実装電極５６Ａ，５６Ｂは櫛歯状の部分を有する形状である。第１の実装電極５６Ａは、平面視して長方形状である接合部５８Ａと、櫛歯電極５９Ｂとを備えている。接合部５８Ａには、バンプが接合される。櫛歯電極５９Ｂは、平面視して長方形状であり、接合部５８Ａから突出するように設けられている。櫛歯電極５９Ｂは、第２の拡散領域５５Ｂを覆うように設けられており、第２の拡散領域５５Ｂと接続されている。

第２の実装電極５６Ｂは、平面視して長方形状である接合部５８Ｂと、櫛歯電極５９Ａ，５９Ｃとを備えている。接合部５８Ｂには、バンプが接合される。櫛歯電極５９Ａ，５９Ｃはそれぞれ、平面視して長方形状であり、接合部５８Ｂから突出するように設けられている。櫛歯電極５９Ａは、第１の拡散領域５５Ａを覆うように設けられており、第１の拡散領域５５Ａと接続されている。櫛歯電極５９Ｃは、第３の拡散領域５５Ｃを覆うように設けられており、第３の拡散領域５５Ｃと接続されている。

絶縁膜５２は、第１の実装電極５６Ａの接合部５８Ａの端縁部と櫛歯電極５９Ｂとを含む領域と、第２の実装電極５６Ｂの接合部５８Ｂの端縁部と櫛歯電極５９Ａ，５９Ｃとを含む領域と、絶縁膜１３Ａの第１の実装電極５６Ａと第２の実装電極５６Ｂの間に位置し、半導体素子部５５を覆っている領域とを覆うように設けられている。発光装置５０では、平面視した際に、ＬＥＤ素子の第１の素子端子電極が、絶縁膜５２と第１の実装電極５６Ａとを覆うように配置されている。

発光装置５０では、半導体素子部５５に２つのＰＩＮダイオードを構成することにより、半導体素子部５５が構成するツェナーダイオードの電流容量を大きくすることができ、ツェナーダイオードに多くの電流が流れても、電流によってツェナーダイオードが破壊されることを防ぐことができる。

なお、本実施形態では半導体素子部に２つのＰＩＮダイオードを構成する例を示しているが、より多くの櫛歯電極と拡散領域とを設けて多数のＰＩＮダイオードやＰＮダイオードを構成することもできる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る発光装置６０について説明する。

本実施形態に係る発光装置６０は、第１の実施形態に係る発光装置１０と同じ回路構成であるが、実装基板の電極の構成が異なる。このため、発光装置６０は、発光装置１０の実装基板１１と構成が異なる実装基板６１を備えているが、その他の構成はほぼ同じである。

図６は、本実施形態に係る発光装置６０の構成を説明する模式断面図であり、実装基板６１の断面と、ＬＥＤ素子２の側面とを示している。

本実施形態に係る発光装置６０は、ＬＥＤ素子２と、実装基板６１とを備えている。実装基板６１は、第１の面６１Ａと、第１の面６１Ａに対向する第２の面６１Ｂとを有する。

実装基板６１は、第１の端子電極６２Ａと、第２の端子電極６２Ｂと、絶縁膜６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃと、シリコン基部６４と、半導体素子部６５と、第１の実装電極６６Ａと、第２の実装電極６６Ｂと、第１の接続電極６７Ａと、第２の接続電極６７Ｂと、を備えている。

半導体素子部６５は、第１の実施形態に係る発光装置１０の半導体素子部１５と同様に構成されており、半導体静電気放電保護素子部であるツェナーダイオードを構成するものであって、第１の拡散領域６５Ａと第２の拡散領域６５Ｂとを備えている。第１，第２の実装電極６６Ａ，６６Ｂは、第１の実施形態に係る発光装置１０の第１，第２の実装電極１６Ａ，１６Ｂと同様に構成されており、ＬＥＤ素子２を実装するために設けられている。第１の実装電極６６Ａは、実装基板６１の第１の面６１Ａ側において第１の接続電極６７Ａと第１の拡散領域６５Ａとを覆うように設けられており、第１の接続電極６７Ａと第１の拡散領域６５Ａとに接続されている。第１の実装電極６６Ａは、バンプ３１により第１の素子端子電極２３Ａと電気的に接続されている。第２の実装電極６６Ｂは、実装基板６１の第１の面６１Ａ側において第２の接続電極６７Ｂと第２の拡散領域６５Ｂとを覆うように設けられており、第２の接続電極６７Ｂと第２の拡散領域６５Ｂとに接続されている。第２の実装電極６６Ｂは、バンプ３２により第２の素子端子電極２３Ｂと電気的に接続されている。

シリコン基部６４は、平面視して矩形の平板状であり、高抵抗単結晶シリコンからなる。第１の実施形態に係る発光装置１０のシリコン基部１４が貫通孔１４Ａ，１４Ｂを有するのに対して、シリコン基部６４は貫通孔を有していない。

絶縁膜６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは、ガラスなどの絶縁体からなる。絶縁膜６３Ａは、実装基板６１の第１の面６１Ａ側において、第１，第２の拡散領域６５Ａ，６５Ｂを除く部分を覆うように設けられている。絶縁膜６３Ｂは、実装基板６１の第２の面６１Ｂ側において、シリコン基部６４の表面を覆うように設けられている。絶縁膜６３Ｃは、シリコン基部６４の側面を覆うように設けられている。

第１の接続電極６７Ａは、実装基板６１の側面側において絶縁膜６３Ｃを覆うように設けられており、第１の端子電極６２Ａと第１の実装電極６６Ａとを電気的に接続している。第２の接続電極６７Ｂは、実装基板６１の側面側において絶縁膜６３Ｃを覆うように設けられており、第２の端子電極６２Ｂと第２の実装電極６６Ｂとを電気的に接続している。

第１の端子電極６２Ａは、実装基板６１の第２の面６１Ｂ側において、絶縁膜６３Ｂの一部と、第１の接続電極６７Ａ全体とを覆うように設けられている。このため、第１の端子電極６２Ａは、第１の接続電極６７Ａと接続されている。第２の端子電極６２Ｂは、実装基板６１の第２の面６１Ｂ側において、絶縁膜６３Ｂの一部と、第２の接続電極６７Ｂ全体とを覆うように設けられている。このため、第２の端子電極６２Ｂは、第２の接続電極６７Ｂと接続されている。第１，第２の端子電極６２Ａ，６２Ｂは、発光装置６０が搭載される回路基板の電極と接続される。

発光装置６０では、第１，第２の接続電極６７Ａ，６７Ｂは実装基板６１の側面側に設けられている。第１，第２の接続電極６７Ａ，６７Ｂは、シリコン基部６４がウェハ状態のときに、ダイシング、エッチング、サンドブラストなどの工法を用いて溝を形成し、溝の内部にメッキ法などにより金属を充填するなどして形成される。このため、第１の実施形態のように第１，第２の接続電極がシリコン基部に貫通孔を設けられた貫通孔に設けられている構成と比べて、第１，第２の接続電極を容易に形成することができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る発光装置７０について説明する。

本実施形態に係る発光装置７０は、第１の実施形態に係る発光装置１０と同じ回路構成であるが、実装基板の構成が異なる。このため、発光装置７０は、発光装置１０の実装基板１１と構成が異なる実装基板７１を備えているが、その他の構成はほぼ同じである。

図７は、本実施形態に係る発光装置７０の構成を説明する模式断面図であり、実装基板７１の断面と、ＬＥＤ素子２の側面とを示している。

本実施形態に係る発光装置７０は、ＬＥＤ素子２と、実装基板７１とを備えている。実装基板７１は、第１の面７１Ａと、第１の面７１Ａに対向する第２の面７１Ｂとを有する。実装基板７１は、第１の端子電極７２Ａと、第２の端子電極７２Ｂと、絶縁膜７３と、シリコン基部７４と、半導体素子部７５と、第１の実装電極７６Ａと、第２の実装電極７６Ｂと、を備えている。絶縁膜７３は、ガラスなどの絶縁体からなる。絶縁膜７３は、実装基板７１の側面の全ての部分と、実装基板７１の第１の面７１Ａ側におけるシリコン基部７４の第１，第２の拡散領域７５Ａ，７５Ｂとを除く部分などを覆うように設けられている。

半導体素子部７５は、第１の実施形態に係る発光装置１０の半導体素子部１５と同様に構成されており、半導体静電気放電保護素子部であるツェナーダイオードを構成するものであって、第１の拡散領域７５Ａと第２の拡散領域７５Ｂとを備えている。シリコン基部７４は、平面視して矩形の平板状であり、低抵抗単結晶シリコンからなる第１の半導体基部７４Ａと、低抵抗単結晶シリコンからなる第２の半導体基部７４Ｂと、ガラスなどの絶縁体からなる絶縁体部７４Ｃと、を備えている。絶縁体部７４Ｃは、第１の半導体基部７４Ａと第２の半導体基部７４Ｂとの間に配置されていて、第１の半導体基部７４Ａと第２の半導体基部７４Ｂとを絶縁している。第１の半導体基部７４Ａには、半導体素子部７５が設けられている。第１の半導体基部７４Ａは、第１の端子電極７２Ａと第１の実装電極７６Ａとを電気的に接続する第１の接続電極として機能する。第２の半導体基部７４Ｂは、第２の端子電極７２Ｂと第２の実装電極７６Ｂとを電気的に接続する第２の接続電極として機能する。

第１の端子電極７２Ａは、実装基板７１の第２の面７１Ｂ側において、第１の半導体基部７４Ａを覆うように設けられている。このため、第１の端子電極７２Ａは、第１の半導体基部７４Ａと接続されている。第２の端子電極７２Ｂは、実装基板７１の第２の面７１Ｂ側において、第２の半導体基部７４Ｂを覆うように設けられている。このため、第２の端子電極７２Ｂは、第２の半導体基部７４Ｂと接続されている。第１，第２の端子電極７２Ａ，７２Ｂは、発光装置７０が搭載される回路基板の電極と接続される。第１，第２の実装電極７６Ａ，７６Ｂは、ＬＥＤ素子２を実装するために設けられている。第１の実装電極７６Ａは、実装基板７１の第１の面７１Ａ側において第１の半導体基部７４Ａの一部と第１の拡散領域７５Ａとを覆うように設けられており、第１の半導体基部７４Ａと第１の拡散領域７５Ａとに接続されている。第１の実装電極７６Ａは、バンプ３１により第１の素子端子電極２３Ａと電気的に接続されている。第２の実装電極７６Ｂは、実装基板７１の第１の面７１Ａ側において第２の半導体基部７４Ｂの一部と第２の拡散領域７５Ｂとを覆うように設けられており、第２の半導体基部７４Ｂと第２の拡散領域７５Ｂとに接続されている。第２の実装電極７６Ｂは、バンプ３２により第２の素子端子電極２３Ｂと電気的に接続されている。

第１の実装電極７６Ａと第１の半導体基部７４Ａと第１の端子電極７２Ａとは、第１の配線部を構成している。ＬＥＤ素子２のアノードである第１の素子端子電極２３Ａとツェナーダイオードのカソードである第１の拡散領域７５Ａとは、第１の配線部によって接続されている。第２の実装電極７６Ｂと第２の半導体基部７４Ｂと第２の端子電極７２Ｂとは、第２の配線部を構成している。ＬＥＤ素子２のカソードである第２の素子端子電極２３Ｂとツェナーダイオードのアノードである第２の拡散領域７５Ｂとは、第２の配線部によって接続されている。

本実施形態では、シリコン基部７４が低抵抗単結晶シリコンからなり、第１，第２の半導体基部７４Ａ，７４Ｂが接続電極として機能する。このような構成は、低抵抗単結晶シリコン基板にダイシング、ウェットエッチング、サンドブラストなどの工法などを用いて溝を形成し、溝内部にポリシリコン、ガラス、樹脂などの絶縁材料を充填することで絶縁体部を形成するなどして実現することができる。本実施形態ではドライエッチングやドリルなどを用いる必要がないため、第１の実施形態のようにシリコン基部に貫通孔を設ける場合に比べ、製造コストを低くすることができる。

以上に説明したように本発明は実施できるが、実施形態の記載はあくまで例示であり、本発明の作用効果は特許請求の範囲に記載した範囲であれば、どのような発光装置であっても得ることができる。

１０，４０，５０，６０，７０…発光装置
２…ＬＥＤ素子（半導体発光ダイオード素子）
２１…サファイア基板
２２…半導体化合物層
２３Ａ，２３Ｂ…素子端子電極
３１，３２…バンプ
３…ツェナーダイオード
１１，４１，５１，６１，７１…実装基板
１２Ａ，１２Ｂ，６２Ａ，６２Ｂ，７２Ａ，７２Ｂ…端子電極
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，４２，５２，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，７３…絶縁膜
１４，６４，７４…シリコン基部
１４Ａ，１４Ｂ…貫通孔
１５，５５，６５，７５…半導体素子部
１５Ａ，１５Ｂ，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，６５Ａ，６５Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ…拡散領域
１６Ａ，１６Ｂ，５６Ａ，５６Ｂ，６６Ａ，６６Ｂ，７６Ａ，７６Ｂ…実装電極
１７Ａ，１７Ｂ，６７Ａ，６７Ｂ…接続電極
５８Ａ，５８Ｂ…接合部
５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ…櫛歯電極
７４Ａ，７４Ｂ…半導体基部
７４Ｃ…絶縁体部

Claims (4)

1. 非透明電極である素子端子電極を備える、発光素子と、
   前記発光素子が実装される第１の面を有し、平面視した際に前記素子端子電極によって全体が覆われるように前記第１の面側に設けられ、前記発光素子と接続されている、半導体静電気放電保護素子部を備える、実装基板と、
   を備える発光装置。
2. 平面視した際に、前記半導体静電気放電保護素子部の端縁部は前記素子端子電極の端縁部の内側に離れて位置している、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光素子は、前記素子端子電極がアノードとカソードである半導体発光ダイオード素子であり、
   前記半導体静電気放電保護素子部は、アノードとカソードとを備えるツェナーダイオードを構成しており、
   前記半導体発光ダイオード素子と前記ツェナーダイオードとは並列に接続されており、
   前記半導体発光ダイオード素子のカソードはツェナーダイオードのアノードと接続されており、前記半導体発光ダイオード素子のアノードはツェナーダイオードのカソードと接続されている、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 前記実装基板は、前記半導体静電気放電保護素子部を覆う絶縁膜をさらに備える、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光装置。