JP2015159322A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1及び第2導電部材11、12を備えた半導体パッケージ10と、第1及び第2導電部材にそれぞれ接続された第1及び第2配線部21、22を備えた実装基板20とが接続され、半導体パッケージ10は、発光素子13と、発光素子13が載置された第1導電部材11と、第1導電部材11よりも小平面積の第2導電部材12とを備え、第1及び第2導電部材11、12の裏面が半導体パッケージ10の下面を形成し、第1及び第2配線部21、22が、幅狭部21b、22bと、これらよりも幅が広く、第1及び第2導電部材11、12から離れる方向に延長する幅広部21a、22aとを備え、かつ少なくとも幅狭部21b、22bが第1及び第2導電部材11、12に接合され、第1配線部21が、内部に凹部21cを有する発光装置。
【選択図】図1B
Description
また、実装基板の配線部の形状を変化させることにより、実装部品を所定位置に正確に半田接合し得る実装基板(例えば、特許文献2)等が提案されている。
特に、超小型の半導体パッケージでは、電極間での微細の高低差又はアライメントずれの発生によって、光の出射方向に著しい影響を及ぼすこととなる。
また、超小型化の半導体パッケージにおいても、実装した場合の放熱性を向上させることによって、性能を確保し、長寿命化を図ることが求められている。
第1導電部材及び第2導電部材を備えた半導体パッケージと、
前記第1導電部材及び第2導電部材にそれぞれ接続された第1配線部及び第2配線部を備えた実装基板とが接合部材によって接続された発光装置であって、
前記半導体パッケージは、
発光素子と、
一面に前記発光素子が載置された第1導電部材と、
該第1導電部材よりも平面積が小さい第2導電部材とを備え、
前記第1導電部材及び第2導電部材の一面とは反対側の他面が前記半導体パッケージの下面を形成しており、
前記実装基板は、
前記第1配線部及び第2配線部が、幅狭部と、前記第1及び第2導電部材から離れる方向に延長し、幅狭部よりも幅が広い幅広部とを備え、かつ少なくとも幅狭部が前記第1導電部材及び第2導電部材に接合されており、前記第1配線部が、内部に凹部を有することを特徴とする。
第1配線部に形成された凹部は、その幅方向の中央領域かつ幅狭部に近接する幅広部に形成されている。
前記半導体パッケージは、発光素子とともに、第1導電部材及び第2導電部材の一面を被覆する封止部材とを備えており、前記第1導電部材及び第2導電部材の一面及び他面が、半導体パッケージの下面でのみ封止部材から露出されている。
前記第1導電部材及び第2導電部材は、一端の一部が前記半導体パッケージの側面と一致し、前記一端の他の一部が前記半導体パッケージの側面から内側に配置するような切欠きを有する。
実装基板の第1及び第2配線部の幅狭部は、半導体パッケージの幅よりも狭い幅を有し、幅広部は、半導体パッケージの幅よりも広い幅を有する。
実装基板の第1及び第2配線部の幅狭部は、半導体パッケージの第1及び第2導電部材の幅と同じ幅か、それよりも狭い幅を有する。
実装基板の第2配線部は内部に凹部を有する。
実装基板の第1配線部の凹部の容積が、第2配線部の凹部の容積よりも大きい。
前記第1配線部内部の凹部の上方に、半導体パッケージの側面が配置されてなる。
前記第1及び第2導電部材が鍍金膜からなる。
前記第1及び第2導電部材が0.5mm以下の膜厚を有する。
前記第1配線部又は第2配線部に形成された凹部は、前記第1配線部又は第2配線部を貫通する貫通孔として形成されている。
前記第1配線部又は第2配線部に形成された凹部の底面に絶縁体層が配置されている。
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものではない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定する記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定するものではなく、単なる説明例にすぎない。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一又は同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
本発明の発光装置は、図1A及び図1Bに示すように、半導体パッケージ10と実装基板20との接続部位を含む。
半導体パッケージは、図1A、図1B及び図2A〜図1Dに示すように、発光素子13と、一面(例えば、表面)に発光素子13が載置された第1導電部材11と、第2導電部材12とを少なくとも備えて形成されている。
また、通常、発光素子13とともに、第1導電部材11及び第2導電部材12の少なくとも一面を被覆する封止部材とを備える。封止部材は、一般に、第1及び第2導電部材11、12を一体的に封止する封止樹脂14と、第1導電部材11及び第2導電部材12の一面の一部及び発光素子13を被覆する透光性被覆樹脂15とによって形成されている。
第1導電部材11は、発光素子13を載置し、発光素子13へ通電させるための電極として機能し、第2導電部材12は、第1導電部材11とは離間し、かつ対向するように配置され、発光素子へ通電させるための電極として機能するものである。
なお、さらに言い換えると、第1及び第2導電部材が、延長方向から屈曲して、封止部材の側面において、その一面及び他面(表面及び裏面)が存在していないことを意味する。
第1導電部材及び第2導電部材の形状は、例えば、平面視が略四角形、多角形、これらの形状に切り欠きを有する形状等、種々のものとすることができる。
第1導電部材11では、発光素子13を載置させる領域は、平坦な面とするのが好ましい。第1導電部材11及び第2導電部材の上面は、発光素子13を載置させる領域以外は、微細な凹凸、溝、孔等を有していてもよい。それらの下面は、半導体パッケージの外表面として、実質的に平坦な面とするのが好ましいが、微細な凹凸等が形成されていてもよい。ただし、第1及び第2導電部材11、12は、後述する封止部材の下面と略面一、つまり、半導体パッケージの下面が略面一とすることが適している。
特に、図2A〜Dに示すように、半導体パッケージ10が略四角形であり、その一対の側面(例えば、図2Dでは短手方向)において、第1導電部材及び第2導電部材11、12の側面が露出せず(図2D)、その他対の側面(例えば、図2Dでは長手方向)において、第1導電部材11及び第2導電部材12の側面の一部が露出していることが好ましい(図2B及び図2C参照)。この場合の第1及び第2導電部材11、12の形状は、他対の側面に対応する部位に、切欠き11a、12aが形成されていることが好ましい。つまり、この切欠き11a、12aは、第1導電部材及び第2導電部材における一端において、その一部が半導体パッケージの側面と一致し、その一端の他の一部(例えば、中央部分)が半導体パッケージの側面から内側に配置するように形成されている。従って、半導体パッケージの他対の側面の下側において、厚みに相当する第1及び第2導電部材の一部が、封止部材から露出している。なお、この露出は、一側面において1つでもよいが、通常、2つであることが適している(図1Bの面M参照)。
切欠きの幅及び長さは特に限定されず、第1及び第2導電部材の大きさ等によって適宜設定することができる。例えば、第1及び第2導電部材の5〜80%程度の幅、第2導電部材の10〜70%程度の長さが挙げられる。
また、後述する半導体パッケージ10の製造において、複数の半導体パッケージ10を一括して封止した後、個々の半導体パッケージ10に分割する際に、切断刃が第1及び第2導電部材自体を切断する部位を最小限にすることができるため、分割をより容易に行うことができる。
例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン等の金属又は合金(例えば、鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、Au−Sn等の共晶半田、SnAgCu、SnAgCuIn等の半田等)、酸化物導電体(例えば、ITO等)等が挙げられる。第1及び第2導電部材は、単層及び積層のいずれでもよい。
発光素子は、同一面又は異なる面に正負電極が形成された半導体層の積層体によって構成される素子であり、例えば、発光ダイオード、受光素子としても機能する素子等を包含する。
また、発光素子等を単独で又は2種以上を組み合わせて搭載されてもよいし、発光素子に加えて保護素子等が搭載されていてもよい。
封止部材の一部を構成する封止樹脂14は、発光素子13からの光を遮光可能な樹脂を含んでなり、第1導電部材11と第2導電部材12との間及び第1導電部材11及び第2導電部材の上面の外周部分に配置されている。このような位置に遮光性の封止樹脂14を設けることにより、発光素子13からの光が、半導体パッケージ10の下面側から外部に漏れ出すのを防止することができ、上面方向への光の取り出し効率を向上させることができる。また、半導体パッケージ10の下面において、第1及び第2導電部材11、12を、その外表面として露出させることができ、従来のリードフレームのように、水平方向又は裏面からのリードの突出する構造とすることなく、また突出したリードを屈曲させて下方又は側面に引き回す構造とすることなく、より小型化・軽量化を図ることができる。
特に、特開2006−156704の段落73〜81に記載されている樹脂、例えば、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂等)が好ましく、具体的には、トリグリシジルイソシアヌレート、水素化ビスフェノールAジグリシジルエーテルからなるエポキシ樹脂と、ヘキサヒドロ無水フタル酸、3−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸からなる酸無水物とを、エポキシ樹脂へ当量となるよう溶解混合した無色透明な混合物を含む固形状エポキシ樹脂組成物を用いるのが好ましい。さらに、これら混合物100重量部へ、硬化促進剤としてDBU(1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7)を0.5重量部、助触媒としてエチレングリコールを1重量部、酸化チタン顔料を10重量部、ガラス繊維を50重量部添加し、加熱により部分的に硬化反応させ、Bステージ化した固形状エポキシ樹脂組成物が好適に挙げられる。
また、酸化防止剤を用いることが好ましい。酸化防止剤としては、例えば、フェノール系、硫黄系の酸化防止剤を使用することができる。また、硬化触媒は、当該分野で公知のものを使用することができる。
なお、これらの樹脂には、必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。
透光性封止樹脂15は、着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー、波長変換材(例えば、蛍光体)等を含有していてもよい。
蛍光体としては、半導体発光素子からの光を、それより短波長に変換させるものでもよいが、光取り出し効率の観点から長波長に変換させるものが好ましい。蛍光体は、1種の蛍光体を含有する単層、2種以上の蛍光体が混合された単層、2種以上の蛍光体が別々の層に含有された2層以上の積層、2種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層の2層以上の積層のいずれであってもよい。
透光性封止樹脂15の形状は、特に限定されるものではなく、発光素子及びワイヤ等を完全に被覆する形状であればよい。また、配光特性等を考慮して、例えば、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状等としてもよいし、別個にレンズ形状の部材を併設してもよい。
本発明で用いられる半導体パッケージは、発光素子を、第1及び/又は第2の導電部材上に載置し、接続させるために、接続部材が用いられる。接続部材は、導電性接続部材及び絶縁性接続部材のいずれでもよい。例えば、発光素子の基板が絶縁基板である場合、具体的には、サファイア上に窒化物半導体層を積層させた半導体発光素子の場合、接合部材は絶縁性及び導電性のいずれでもよい。SiC基板等の導電性基板である場合は、導電性接合部材を用いることで導通を図ることができる。
また、接続部材のうち、特に透光性の接続部材を用いる場合は、その中に半導体発光素子からの光を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光部材を含有させてもよい。
本発明で用いられる半導体パッケージでは、導電性ワイヤは、発光素子の電極と、第1及び第2導電部材とを電気的に接続するものであり、通常、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いたワイヤが用いられる。特に、熱抵抗等に優れた金を用いるのが好ましい。
本発明の半導体パッケージの第1導電部材及び第2導電部材は、一般に用いられるリードフレームを利用して作成されていてもよいが、超小型化及び軽量化を実現するために、上述したように鍍金膜であることが好ましい。そのために、以下のような製造方法によって半導体パッケージ10を製造することができる。
(支持基板)
支持基板は、第1及び第2導電部材を形成するために用いられる板状又はシート状の部材であり、半導体パッケージを個片化する前に除去されるため、半導体パッケージには具備されない部材である。
支持基板としては、特に限定されず、導電性を有する基板であることが好ましい。例えば、SUS、鉄、銅、銀、コバール、ニッケル板等の金属板、ポリイミド等の絶縁性基板にスパッタ法及び蒸着法等によって導電膜を形成したもの、導電膜等を貼り付け可能な絶縁性基板等が挙げられる。
その後、エッチング剤で処理し、図3Bに示すように、開口部Kを有するレジスト31を形成する。
第1及び第2導電部材としては、例えば、支持基板30側から、Au−Cu−Ni−Agの鍍金による積層構造が挙げられる。鍍金条件は、当該分野で公知のパラメータを任意に設定して調整することができる。
続いて、支持基板上に、Au−Cu−Ni−Agの順にめっきを行う。めっきは、例えば、室温から75℃程度の範囲で行うことが適している。
Auは、支持基板の剥離後に電極として接合面になることから、実装の容易を考慮して形成する。膜厚は、例えば、0.1〜1.0μm程度が適している。なお、Auめっき前にストライク浴にて処理することで、密着性をコントロールすることができる。
Agめっきは、無光沢〜高光沢まで形成可能な浴によって、短時間で行うことが好ましい。膜厚は、2〜5μm程度が適している。
なお、各めっきの前後に、支持基板及びめっき膜を水洗及び/又は乾燥することが好ましい。
封止樹脂14の形成は、遮光性の熱硬化性樹脂を加熱して粘度を低下させた後、第1及び第2導電部材11、12が形成された支持基板30の全上面にトランスファーモールド等によって成形することにより形成することができる。加熱温度及び加熱時間は、適宜調整することができる。
封止樹脂14を構成する材料は、具体的には、充填材としてSiO2や白色顔料としてTiO2を含有したエポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物を用いることができる。成形時の金型との離型性を向上させるために、離型材を樹脂中に添加することも可能であり、金型へ離型材の噴きつけや、離型シート等を用いることもできる。
透光性被覆樹脂15は、封止樹脂14と略同一高さに設けるが、突出部材よりも低く又は高くなるよう形成してもよい。また、このように上面が平坦な面としてもよいし、中央が凹んだ又は突出したような曲面状に形成してもよい。
透光性被覆樹脂15を硬化後、図4Cに示すように支持基板30を剥離して除去する。この支持基板の剥離は、発光素子13の搭載の前に行ってもよい。
個片化の方法としては、ブレードによるダイシング、レーザ光によるダイシング等種々の公知の方法を用いることができる。
実装基板20は、通常、プリント基板、配線基板等と称されるものであり、プラスチック、セラミックス等の絶縁性の基板の表面、任意に内部に導電性パターンを配線部として備える基板であれば、当該分野で公知のもののいずれをも用いることができる。
この第1及び第2配線部21、22は、上述した半導体パッケージ10の第1及び第2導電部材11、12にそれぞれ接続されているものであり、図5Aに示したように、半導体パッケージ10の第1導電部材11に対して実装基板(図示せず)の第1配線部21が接合され、第2導電部材12に対して第2配線部22が接合されている。
例えば、第1及び第2配線部21、22の幅広部21a、22aの幅(図5C中、w2)は、半導体パッケージの幅と同程度であってもよいが、半導体パッケージの幅よりも広いことが好ましく、具体的には、半導体パッケージの幅の0〜30%程度、さらに、5〜20%程度、幅が広いことが適している。
第1及び第2配線部21、22の幅狭部21b、22bの幅(図5C中、w1)は、半導体パッケージの幅よりも狭いことが好ましい。例えば、半導体パッケージの幅の5〜20%程度、幅が狭いことが適している。半導体パッケージの第1及び第2導電部材の幅(図5B中、W)と同じであるか、それよりも狭い幅であってもよいが、第1及び第2導電部材の幅と同じであることがより好ましい。
また、第1及び第2導電部材と第1及び第2配線部との接触面積を最大限に確保することができるために、放熱性をより向上させることができる。
さらに、第1及び第2導電部材と第1及び第2配線部との接触面積を増大させることにより、上述したような水平化のみならず、実装基板表面での半導体パッケージのアライメントずれ等、つまり、図6Aの矢印方向のずれ、図6Bの矢印方向の傾斜又は回転などを防止することもできる。
なお、第1配線部21及び第2配線部22の幅狭部及び幅広部の境界部分が、半導体パッケージの側面と一致していてもよい(図7参照)。
この凹部の幅(図5D中、w13)及び長さ(図5D中、l13)は、特に限定されず適宜調整することができる。例えば、幅広部の幅の20%以上70%以下程度の幅、幅広部の長さの10%以上30%以下程度の長さが挙げられる。深さは、第1配線部を貫通してもよいし、第1配線部の厚みの50%程度以上であってもよい。
この凹部32cの幅(図5D中、w23)及び長さ(図5D中、l23)は、特に限定されず適宜調整することができる。例えば、幅広部の幅の20%以上70%以下程度の幅、幅広部の長さの10%以上30%以下程度の長さが挙げられる。深さは、第1配線部を貫通してもよいし、第1配線部の厚みの50%程度以上であってもよい。
この凹部32cは、第1配線部における凹部31cよりも、その容積が小さければよく、幅、長さ及び/又は深さが同じに設定されていてもよい。その容積の差異は、例えば、凹部31c:凹部32cが0.4〜0.7:1程度が挙げられる。
従って、凹部の深さは、配線部の厚みと同等か、それ以下であればよい。
また、凹部が窪みの形状である場合には、図8Dに示すように、幅広部61aと幅狭部61bの間に形成された凹部61cの窪みの少なくとも底面に絶縁体層61dが配置されていてもよい。
絶縁体層61dの厚みは、窪みの深さ未満であることが好ましい。つまり、窪みの深さ方向の全部に絶縁体層61dが埋め込まれていない状態であることが好ましい。
絶縁体層61は、例えば、SiO2、SiN等の酸化物及び窒化物等であってもよいし、上述した実装基板を構成するプラスチック、セラミックス等の絶縁性材料であってもよい。
特に、図5Dに示すように、幅狭部に近接して凹部を形成する場合には、上述した余剰の半田の溜め及び逃げの程度を、第1配線部でのものより緩和した状態で促進することができるために、より、半導体パッケージの水平実装を、アライメントずれなく、確保することができる。
このような配置によって、上述した余剰の半田等の接合部材の溜め及び逃げを、切欠部及び凹部を利用して、より効果的に実現することができる。
配線部の一部として又はその表面には、後述する接合部材が配置されている。この配線部及び接合部材の厚みは、特に限定されるものではなく、その材料、用途及び性能に応じて適宜設定することができる。
本発明で用いられる発光装置においては、半導体パッケージの第1及び第2導電部材と、実装基板の第1及び第2配線部とが、上述したように、接合部材によって接続されている。
このような接合部材は、半導体パッケージの放熱性を考慮して、放熱性の良好な導電性接合部材を用いることが適している。
導電性接合部材としては、銀、金、パラジウム等の導電性ペースト、Au−Sn共晶等の半田、低融点金属等のろう材等を用いることができる。
このような接合部材は、通常、上述したように、実装基板の配線部の最上面に略同一形状で配置されている。
10b 半導体パッケージ下面
11 第1導電部材
11a 切欠部
12 第2導電部材
12a 切欠部
13 発光素子
14 封止樹脂
15 透光性被覆樹脂
16 導電ワイヤ
20 実装基板
21 第1配線部
21a、31a、41a、51a、61a 幅広部
21b、31b、41b、51b、61b 幅狭部
21c、31c、41c、51c、61c 凹部
22 第2配線部
22a、32a 幅広部
22b、32b 幅狭部
32c 凹部
30 支持基板
31 第2保護膜(レジスト)
32 マスク
41 配線部
61d 絶縁体層
k 開口
X 突起部
Claims (15)
- 第1導電部材及び第2導電部材を備えた半導体パッケージと、
前記第1導電部材及び第2導電部材にそれぞれ接続された第1配線部及び第2配線部を備えた実装基板とが接合部材によって接続された発光装置であって、
前記半導体パッケージは、
発光素子と、
一面に前記発光素子が載置された第1導電部材と、
該第1導電部材よりも平面積が小さい第2導電部材とを備え、
前記第1導電部材及び第2導電部材の一面とは反対側の他面が前記半導体パッケージの下面を形成しており、
前記実装基板は、
前記第1配線部及び第2配線部が、幅狭部と、前記第1及び第2導電部材から離れる方向に延長し、幅狭部よりも幅が広い幅広部とを備え、かつ少なくとも幅狭部が前記第1導電部材及び第2導電部材に接合されており、前記第1配線部が、内部に凹部を有することを特徴とする発光装置。 - 前記第1配線部に形成された凹部は、その幅方向の中央領域かつ幅狭部に近接する幅広部に形成されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1配線部に形成された凹部は、前記第1配線部を貫通する貫通孔として形成されている請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記第1配線部に形成された凹部の底面に絶縁体層が配置されている請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記半導体パッケージは、発光素子とともに、第1導電部材及び第2導電部材の一面を被覆する封止部材とを備えており、前記第1導電部材及び第2導電部材の一面及び他面が、半導体パッケージの下面でのみ封止部材から露出されている請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1導電部材及び第2導電部材は、一端の一部が前記半導体パッケージの側面と一致し、前記一端の他の一部が前記半導体パッケージの側面から内側に配置するような切欠きを有する請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置。
- 実装基板の第1及び第2配線部の幅狭部は、半導体パッケージの幅よりも狭い幅を有し、幅広部は、半導体パッケージの幅よりも広い幅を有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置。
- 実装基板の第1及び第2配線部の幅狭部は、半導体パッケージの第1及び第2導電部材の幅と同じ幅か、それよりも狭い幅を有する請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置。
- 実装基板の第2配線部は内部に凹部を有する請求項1〜8のいずれか1つの発光装置。
- 前記第2配線部に形成された凹部は、前記第2配線部を貫通する貫通孔として形成されている請求項9に記載の発光装置。
- 前記第2配線部に形成された凹部の底面に絶縁体層が配置されている請求項9又は10に記載の発光装置。
- 実装基板の第1配線部の凹部の容積が、第2配線部の凹部の容積よりも大きい請求項9〜11のいずれか1つの発光装置。
- 前記第1配線部内部の凹部の上方に、半導体パッケージの側面が配置されてなる請求項1〜12のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1及び第2導電部材が鍍金膜からなる請求項1〜13のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1及び第2導電部材が0.5mm以下の膜厚を有する請求項1〜14のいずれか1つに記載の発光装置。
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