JP2018029199A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性および配列性を向上できる半導体発光装置を提供する。【解決手段】外部リード５０は、キャップ４０の貫通孔４１ｂに取り付けられ、外部リード５０の一端は、キャップ４０の内側で内部リード６０と電気的に接続され、外部リード５０の他端は、キャップ４０の外側に配置される。外部リード５０は、取付面３０ａの法線方向からみて、基体３０の外形線３０ｃよりも内側の領域Ｚ１に位置している。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置およびその製造方法に関する。

従来、半導体発光装置としては、例えば、特開２０１１−１８８００号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この半導体発光装置は、互いに反対側に位置する取付面と放熱面とを有する基体と、基体の取付面側に取り付けられる半導体発光素子と、半導体発光素子を覆うように基体に取り付けられるキャップとを備えていた。

前記半導体発光素子は、リード部と電気的に接続され、リード部の一端は、キャップの内側に配置され、リード部の他端は、キャップの外側に配置されていた。リード部は、取付面の法線方向に基体を貫通し、または、リード部は、基体の側壁を貫通していた。

特開２０１１−１８８００号公報

前記従来の半導体発光装置では、前記リード部が、鉛直方向に突出している場合、リード部は、基体の放熱面を貫通することになる。このため、基体の放熱面のうちリード部が貫通する部分を除いた残りの部分のみから放熱する。

また、前記リード部が、水平方向に突出している場合、複数の半導体発光装置を水平方向に近接して並べようとすると、隣接する２つの半導体発光装置において、一方の半導体発光装置の外部リードが、他方の半導体発光装置に接触するおそれがある。このため、複数の半導体発光装置を水平方向に近接して並べることができない。

そこで、本発明の課題は、放熱性および配列性を向上できる半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の半導体発光装置は、
取付面と前記取付面の反対側に位置する放熱面とを有する基体と、
前記基体の前記取付面側に取り付けられる半導体発光素子と、
前記基体の前記取付面側に取り付けられ、前記半導体発光素子と電気的に接続される内部リードと、
前記半導体発光素子および前記内部リードを覆うように前記基体の前記取付面に取り付けられ、貫通孔が設けられたキャップと、
前記キャップの前記貫通孔に取り付けられ、一端が前記キャップの内側で前記内部リードと電気的に接続され、他端が前記キャップの外側に配置される外部リードと
を備え、
前記外部リードは、前記取付面の法線方向からみて、前記基体の外形線よりも内側の領域に位置していることを特徴としている。

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、
互いに反対側に位置する取付面および放熱面を含む基体と、前記基体の前記取付面側に取り付けられた内部リードと、前記基体の前記取付面側に取り付けられ、前記内部リードと電気的に接続された半導体発光素子とを有する第１構成部材を準備する第１構成部材準備工程と、
貫通孔が設けられたキャップと、前記キャップの前記貫通孔に取り付けられ、一端が前記キャップの内側に配置され、他端が前記キャップの外側に配置された外部リードとを有する第２構成部材を準備する第２構成部材準備工程と、
前記半導体発光素子および前記内部リードを前記キャップで覆い、前記キャップの内側で前記外部リードと前記内部リードとを電気的に接続するキャップ被覆工程と、
前記キャップと前記基体の前記取付面とを接着するキャップ接着工程と
を備え、
前記キャップ被覆工程において、前記外部リードは、前記基体の前記取付面の法線方向からみて、前記基体の外形線よりも内側の領域に位置している。

本発明の半導体発光装置およびその製造方法によれば、放熱性及び配列性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態の半導体発光装置を示す断面図である。 半導体発光装置の製造方法を説明する説明図である。 図２ＡのＡ部の拡大図である。 半導体発光装置アレイを示す背面図である。 本発明の第２実施形態の半導体発光装置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態の半導体発光装置を示す正面図である。 本発明の第２実施形態の半導体発光装置を示す側面図である。 図４ＢのＸ−Ｘ線における断面図である。 半導体発光装置アレイを示す平面図である。 半導体発光装置アレイを示す側方からみた図である。 本発明の第３実施形態の半導体発光装置を示す断面図である。 本発明の第４実施形態の半導体発光装置を示す断面図である。

以下、図面を用いて各実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の半導体発光装置１００を示す断面図である。

図１に示すように、半導体発光装置１００は、取付面３０ａと取付面３０ａの反対側に位置する放熱面３０ｂとを有する基体３０と、基体３０の取付面３０ａ側に取り付けられる半導体発光素子１０と、基体３０の取付面３０ａ側に取り付けられ、半導体発光素子１０と電気的に接続される内部リード６０と、半導体発光素子１０および内部リード６０を覆うように取付面３０ａに取り付けられ、貫通孔４１ｂが設けられたキャップ４０と、キャップ４０の貫通孔４１ｂに取り付けられ、一端がキャップ４０の内側で内部リード６０と電気的に接続され、他端がキャップ４０の外側に配置される外部リード５０と、を備える。特に、外部リード５０は、取付面３０ａの法線方向からみて、基体３０の外形線３０ｃよりも内側の領域Ｚ１に位置している。なお、基体３０の外形線はキャップ４０の外形線と重なるか、又は基体３０の外形線はキャップ４０の外形線よりも外側にある。

前記半導体発光装置１００では、外部リード５０は、基体３０を貫通しないで、キャップ４０を貫通する。つまり、基体３０の放熱面３０ｂ側に外部リード５０が存在しない。このため、基体３０の放熱面３０ｂ側に外部リードが存在する場合と比較して、基体３０の放熱面３０ｂの面積を大きくすることができる。これにより、放熱性が向上する。

ここで、基体３０の下面全面を放熱面３０ｂとする構造において、仮に、外部リードが水平方向に突出して基体の外形線よりも外側に配置されると、水平方向に複数の半導体発光装置を近接配置しにくくなる。つまり、隣接する２つの半導体発光装置において、一方の半導体発光装置の外部リードが他方の半導体発光装置に接触してしまうため、近接して配置しにくくなる。そこで、前記実施形態の半導体発光装置１００では、キャップ４０の外側に配置される外部リード５０を外形線３０ｃよりも内側の領域Ｚ１に位置するよう配置した。こうすることで、図３に示すように、複数の半導体発光装置１００を近接して配置する際に、隣接する２つの半導体発光装置１００において、一方の半導体発光装置１００の外部リード５０が、他方の半導体発光装置１００に接触し難くなる。したがって、複数の半導体発光装置１００を近接して並べることができる。これにより、小さな面積で高出力な半導体発光装置アレイ１を構成することができる。

前記半導体発光装置１００の製造方法は、第１構成部材準備工程と第２構成部材準備工程とキャップ被覆工程とキャップ接着工程とを備える。

第１構成部材準備工程は、互いに反対側に位置する取付面３０ａおよび放熱面３０ｂを含む基体３０と、前記基体３０の前記取付面３０ａ側に取り付けられた内部リード６０と、前記基体３０の前記取付面３０ａ側に取り付けられ、前記内部リード６０と電気的に接続された半導体発光素子１０とを有する第１構成部材を準備する。第２構成部材準備工程は、貫通孔４１ｂが設けられたキャップ４０と、前記キャップ４０の前記貫通孔４１ｂに取り付けられ、一端が前記キャップ４０の内側に配置され、他端が前記キャップ４０の外側に配置された外部リード５０とを有する第２構成部材を準備する。キャップ被覆工程は、前記半導体発光素子１０および前記内部リード６０を前記キャップ４０で覆い、前記キャップ４０の内側で前記外部リード５０と前記内部リード６０とを電気的に接続する。キャップ接着工程は、前記キャップ４０と前記基体３０の前記取付面３０ａとを接着する。キャップ被覆工程において、外部リード５０は、取付面３０ａの法線方向からみて、基体３０の外形線３０ｃよりも内側の領域Ｚ１に位置している。なお、第１構成部材準備工程と第２構成部材準備工程とは、どちらが先であってもかまわない。

したがって、上述したように、外部リード５０は、基体３０を貫通しないで、キャップ４０を貫通する。つまり、基体３０の放熱面３０ｂ側に外部リードが存在しないため、基体３０の下面全面から放熱でき、放熱性が向上する半導体発光装置１００を構成できる。また、外部リード５０は、取付面３０ａの法線方向からみて、基体３０の外形線３０ｃよりも内側の領域Ｚ１に位置しているので、複数の半導体発光装置１００を近接して並べることができて、配列性が向上する半導体発光装置１００を構成できる。

以下に、半導体発光装置１００に用いられる主な部材について詳しく説明する。なお、各部材については少なくとも１つあればよく、複数個あってもよいものとする。

（基体３０）
基体３０は、取付面３０ａと、前記取付面３０ａの反対側に位置する放熱面３０ｂとを少なくとも有する。基体３０の放熱面３０ｂは平坦とするのが好ましい。こうすることで、基体３０の下面全面を放熱面３０ｂとできるため、排熱しやすくなる。取付面３０ａは平坦であってもよいし、凸部３１が設けられていてもよく、本実施形態において、取付面３０ａは、凸部３１を有している。つまり、取付面３０ａの外周部を平坦部とし、取付面３０ａの内部を平坦部よりも高い位置にある凸部３１としている。こうすることで、凸部３１とキャップ４０をはめ合わせると内部リード６０と外部リード５０とが接続されることになるため、内部リード６０と外部リード５０との位置合わせがキャップ４０をはめ合わせると同時に行えることとなる。なお、本明細書における「取付面」とは、基体３０のうちキャップ４０及び半導体発光素子が取り付けられる側の面であり、基体３０の放熱面を下面としたときに、反対側の面が取付面である。

前記基体３０は、例えば、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｆｅクラッド材の表面にニッケルめっきと金めっきを順次施して、構成される。なお、基体３０の構成材料としては、金属、セラミック等、あるいは、それらの組合せであってもよい。

前記基体３０の形状は、上面視において矩形であるが、この形状に限定されず、例えば、円形等とすることもできる。また、基体３０の四隅には、図示しない取付用孔（図４Ａの取付用孔３５と同じ）が設けられている。取付用孔は、放熱部材を取り付けるための孔である。

（ヒートシンク２０）
基体３０には、ヒートシンク２０を取り付けることができる。本実施形態においては、ヒートシンク２０は、取付面３０ａの凸部３１に取り付けられている。ヒートシンク２０は、例えば、銅あるいはアルミニウムなどの放熱性の良好な部材から構成される。ヒートシンク２０が、銅から構成される場合、ヒートシンク２０は、例えば、銀ろうにより基体３０に接着される。また、基体３０のヒートシンク２０を接着する領域において、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｆｅクラッド材から構成される基体３０のＦｅ層を、予め、機械加工あるいは化学的エッチングにより、除去しておくことが好ましい。こうすることで、ヒートシンク２０の基体３０へのろう付け精度、および、ヒートシンク２０と基体３０との熱伝導性を高めることができる。

ヒートシンク２０は、用途に合わせて様々な形状とすることができる。半導体発光装置１００では、ヒートシンク２０の上面に、搭載面２０ａ、傾斜面２０ｂ及び平坦面２０ｃを有する。ヒートシンク２０の半導体発光素子（半導体発光装置１００では、Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅチップ（ＬＤチップ））１０を搭載する搭載面２０ａは、取付面３０ａに対して、平行である。つまり、ＬＤチップ１０は、ヒートシンク２０に平置きされている。平坦面２０ｃは、搭載面２０ａと平行であり、搭載面２０ａよりも、取付面３０ａから離れた高い位置にある。傾斜面２０ｂは、搭載面２０ａに対して傾斜しており、搭載面２０ａと平坦面２０ｃとの間に接続される。傾斜面２０ｂには、フォトダイオード１５が取り付けられ、平坦面２０ｃには、内部リード６０が取り付けられている。

（ＬＤチップ１０）
ＬＤチップ１０は、サブマウント７０を介して、ヒートシンク２０の搭載面２０ａに取り付けられる。ＬＤチップ１０としては、窒化物半導体素子を用いることができる。ＬＤチップ１０は、端面発光型であり、搭載面２０ａと平行な方向にレーザ光２００を出射する。サブマウント７０は、例えば、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどからなるセラミック基板等の絶縁性の部材に、所定の金属薄膜パターンを設けたものである。

（内部リード６０）
内部リード６０は、例えば、絶縁材８０を介して、ヒートシンク２０に取り付けられ、キャップ４０の内側に配置される。絶縁材８０は、例えば、アルミナセラミックを用いることができる。絶縁材８０は、例えば銀ろうによりヒートシンク２０に接着され、内部リード６０の表面には、例えば、ニッケルめっきと金めっきが、順次施される。

前記内部リード６０の一端（外部リード側の端部）は内部端子６４を有し、外部リード５０と接続される。また、内部リード６０の他端は、例えば銀ろうを介して絶縁材８０に接着され、ワイヤ６２を介してＬＤチップ１０に電気的に接続される。このとき、キャップによりワイヤが保護されるため半導体発光装置の取り扱い時にワイヤ断線の懸念がなくなる。キャップは樹脂で封止する場合に比べて半導体発光装置の駆動中にワイヤへ負荷をかけることがないので、キャップで被覆するのがよい。

（キャップ４０）
キャップ４０は、ＬＤチップ１０、及び内部リード６０を覆うように、取付面３０ａに取り付けられる。キャップ４０は、例えば、金属、セラミック等を含む部材を用いることができる。

前記キャップ４０は、ＬＤチップ１０等を収納するための凹みが設けられた本体部４１と、本体部４１の端から外側に伸びる外鍔部４２とを有する。本実施形態において、本体部４１は箱型であり、ＬＤチップ１０およびヒートシンク２０を覆う。

前記外鍔部４２は、プロジェクション溶接により、取付面３０ａに接着することができる。プロジェクション溶接では、外鍔部４２は部分的に突起４３（図２Ｂ参照）を有し、突起４３と基体３０とが接着される。キャップ４０と基体３０とは、プロジェクション溶接で接着することにより、キャップ内部の気密性を確保しながら、キャップ４０と基体３０との溶接の作業時間を短縮して製造コストを低減できる。

また、前記キャップ４０の本体部４１には、貫通孔４１ｂが設けられている。半導体発光装置１００においては、本体部４１の天井部（キャップ４０Ａのうち基体３０の取付面３０ａと向かい合う面）に貫通孔４１ｂが設けられ、この貫通孔４１ｂに外部リード５０が取り付けられる。前記貫通孔４１ｂは、前記キャップ４０の前記外鍔部４２よりも内側の領域Ｚ２に位置し、キャップ４０に貫通した状態で外部リード５０が取り付けられる。貫通孔は、直線的でなく、曲がっていてもよい。直線的であれば製造容易である。曲がっていると、取付面の法線方向の外部リードへの外力に対し、外部リードが抜けにくくなる。

本体部４１の側面部に窓部４１ａが設けられ、この窓部４１ａに窓体４６が取り付けられる。本体部４１は、基体３０の凸部３１に嵌合する。外鍔部４２は、取付面３０ａの平坦部に接着される。

（外部リード５０）
外部リード５０は、例えば、キャップ４０の貫通孔４１ｂに、絶縁材５２を介して固定される。外部リード５０の表面には、例えば、ニッケルめっきと金めっきが、順次施される。絶縁材５２は、例えば、ホウケイ酸ガラス又はソーダーバリウム系軟質ガラスなどからなる。

前記外部リード５０の一端（内部リード側の端部）は外部端子５４を有する。外部端子５４としてはバネを用いることができ、前記内部リード６０の内部端子６４としてはバネ受け皿を用いることができる。半導体発光装置１００では、外部端子５４は、コイルバネであり、前記内部リード６０の内部端子６４は、バネ受け皿である。コイルバネである外部端子５４は、圧縮した状態で、バネ受け皿である内部端子６４に接触している。このように、外部端子５４は、圧縮した状態で、内部端子６４に接触しているので、外部端子５４は、縮み代を有する。これにより、ＬＤチップ１０および内部リード６０をキャップ４０で覆う際、基体３０とキャップ４０を接触させる前に、内部端子６４と外部端子５４を接触せることができる。また、内部リード６０と外部リード５０とを圧縮した状態で接続するので、内部リード６０と外部リード５０とを確実に接続できる。したがって、内部リード６０と外部リード５０との電気的接続の不良を防止できる。

前記外部リード５０の他端は、図示しない外部配線と電気的に接続される。これにより、外部からの電力を、外部リード５０と内部リード６０を介して、ＬＤチップ１０へ供給することができる。

前記外部リード５０は、前記基体３０の前記取付面３０ａの法線方向からみて、基体３０の外形線３０ｃよりも内側の領域Ｚ１に位置している。基体３０の外形線３０ｃは、取付面３０ａの法線方向からみて、基体３０の最も外側に位置する輪郭線である。こうすることで、複数の発光装置１００を近接して配置することができる。この実施形態では、基体３０の外形線３０ｃは、取付面３０ａの輪郭線に一致しており、基体３０の外形線３０ｃの形状は、矩形である。

また、外部リード５０は取付面３０ａと垂直な方向へと設けることができる。つまり、外部リード５０のキャップ４０の外側に配置される部分は、キャップ４０の外鍔部４２の法線方向からみて、外鍔部４２よりも内側の領域Ｚ２に位置する。このとき、前記外部リード５０のキャップ４０の外側に配置される部分は、前記基体３０の前記取付面３０ａに対して交差する方向に延在している。こうすることで、後述するように、キャップ４０と基体３０とをプロジェクション溶接を用いて接着することができるため、製造コストやタクトタイムを削減することができる。

次に、前記半導体発光装置１００の製造方法について詳細に説明する。

（半導体発光装置１００の製造方法）
まず、図１を参照して、基体３０と内部リード６０とＬＤチップ１０とを有する第１構成部材を準備する（第１構成部材準備工程）。第１構成部材準備工程では、基体３０にヒートシンク２０を取り付けて、ヒートシンク２０にＬＤチップ１０を取り付ける。基体３０にヒートシンク２０を取り付けて、ヒートシンク２０に内部リード６０を取り付ける。ＬＤチップ１０と内部リード６０とを電気的に接続する。なお、このとき、基体３０には、ＬＤチップ１０又は内部リード６０のどちらを先に取り付けてもよい。

そして、キャップ４０と外部リード５０とを有する第２構成部材を準備する（第２構成部材準備工程）。第２構成部材準備工程では、外部リード５０の一端がキャップ４０の内側に配置されキャップ４０の他端がキャップ４０の外側に配置されるように、外部リード５０をキャップ４０の貫通孔４１ｂに取り付ける。このとき、外部リード５０のキャップ４０の外側に配置される部分が、キャップ４０の外鍔部４２に対して法線方向からみて、外鍔部４２よりも内側の領域Ｚ２に位置するように、外部リード５０をキャップ４０に取り付ける。

そして、ＬＤチップ１０および内部リード６０をキャップ４０で覆い、キャップ４０の内側で、外部リード５０と内部リード６０とを電気的に接続する（キャップ被覆工程）。

このとき、外部リード５０の外部端子５４であるコイルバネと、内部リード６０の内部端子６４であるバネ受け皿とが圧縮した状態で接触して接続される。このように、外部端子５４は、圧縮した状態で、内部端子６４に接触しているので、外部端子５４は、縮み代を有する。これにより、ＬＤチップ１０および内部リード６０をキャップ４０で覆う際、基体３０とキャップ４０を接触させる前に、内部端子６４と外部端子５４を接触せることができる。また、内部リード６０と外部リード５０とを圧縮した状態で接続するので、内部リード６０と外部リード５０とを強固に接続できる。したがって、内部リード６０と外部リード５０との電気的接続の不良を防止できる。

また、キャップ４０の側面に外部リードがないことにより、キャップ４０を真空吸着する際に外部リード５０の外側に配置される部分が真空吸着コレットに接触しにくくなるため、真空吸着しやすくなる。さらに、キャップ４０の外側面に嵌合する真空吸着コレットを用いてキャップを搬送することができるので、キャップ４０を基体３０に配置する際に位置決めしやすい。

そして、キャップ４０の外鍔部４２と取付面３０ａとを接着する（キャップ接着工程）。

前記構成の半導体発光装置１００の製造方法によれば、放熱性および配列性を向上できる半導体発光装置を作製することができる。

前記キャップ被覆工程では、基体３０の凸部３１に、キャップ４０の内側を嵌合して、キャップ４０を、取付面３０ａに接触させる。したがって、基体３０に設けられた凸部３１に、キャップ４０の内側を嵌合して、キャップ４０を取付面３０ａに接触させるので、キャップ４０を基体３０に取り付けやすくなる。

前記キャップ接着工程では、図２Ａに示すように、プロジェクション溶接機３００を用いて、キャップ４０と基体３０とをプロジェクション溶接により接着する。プロジェクション溶接機３００は、第１電極としての筒状の上部電極３１０と、第２電極としての筒状の下部電極３２０とを有する。キャップ４０の外鍔部４２と基体３０とを、上部電極３１０と下部電極３２０によって、外鍔部４２の法線方向から挟む。このとき、外部リード５０のキャップ４０の外側に配置される部分は、前記外鍔部４２よりも内側の領域Ｚ２に位置するので、外部リード５０は、上部電極３１０の中央の孔に配置することになり、外部リード５０は、上部電極３１０と下部電極３２０に接触しない。

そして、上部電極３１０と下部電極３２０によって、キャップ４０の外鍔部４２に通電する。このとき、図２Ｂに示すように、外鍔部４２は、取付面３０ａに接着される側に、突起４３を有しており、この突起４３が、取付面３０ａに接着される。

比較として、リード部が、取付面に対して平行な方向に延在している場合、キャップと基体とをプロジェクション溶接により接着しようとする場合を考える。キャップと基体とを、上部電極と下部電極によって、取付面の法線方向から挟むときに、外部リードは、上部電極と下部電極に接触する。このため、キャップと基体との溶接に、プロジェクション溶接を用いることはできず、気密封止が可能な他の接着手段、例えば抵抗シーム溶接を用いらなければならない。しかしながら、例えば抵抗シーム溶接であれば、プロジェクション溶接に比べて、作業時間が長くなり、この結果、製造コストが増大する。これに対して、本実施形態では、プロジェクション溶接を用いることができるため、抵抗シーム溶接等の他の溶接方法に比べて、作業時間が短くなり、この結果、製造コストを低減できる。

次に、前記半導体発光装置１００の応用例について説明する。

（半導体発光装置アレイ１）
図３は、半導体発光装置アレイ１の背面図である。半導体発光装置アレイ１は、放熱部材２と、放熱部材２に取り付けられた複数の半導体発光装置１００とを有する。放熱部材２は、平板状の基台２ａと、基台２ａの一面に取り付けられたフィン部２ｂとを有する。複数の半導体発光装置１００は、基台２ａの他面に取り付けられている。

隣接する半導体発光装置１００の外部リード５０は、配線部材３を介して、電気的に接続される。例えば、半導体発光装置１００は、アノード側の外部リード５０とカソード側の外部リード５０とを有する。隣接する半導体発光装置１００において、一方の半導体発光装置１００のアノード側の外部リード５０と、他方の半導体発光装置１００のカソード側の外部リード５０とが、配線部材３を介して、電気的に接続され、複数の半導体発光装置１００が、配線部材３を介して、直列接続されている。

配線部材３は、例えば半田により外部リード５０と接続できる。このとき、外部リード５０を基体３０に取り付けていないので、外部リード５０と基体３０との間で熱が伝わりにくくなる。また、基体の放熱面側に熱容量の大きな治具を取り付けることにより、リフロー炉に入れたときの基体３０（および半導体発光素子１０）の温度上昇を抑制しつつ、外部リード５０は半田付けに十分な温度とすることができる。このため、他の電子部品と同時にリフロー炉を用いて半田付けができ、半導体発光装置１００を配線部材３に半田で取り付ける工程の生産性が向上する。また、半田ごてを用いて半田付けする際にも、半田付けする外部リードから半導体発光素子まで距離があるので、半導体発光素子が熱で劣化しにくくなる。この場合、キャップ４０は、基体３０よりも薄く、熱伝導率が低い材料を用いることができる。例えば、プラスチック等が挙げられる。

前記半導体発光装置アレイ１によれば、前記半導体発光装置１００を有するので、複数の半導体発光装置１００を近接して並べることができ、小さな面積で高出力な半導体発光装置アレイ１を構成することができる。

（第２の実施形態）
図４Ａは、本発明の第２実施形態の半導体発光装置１００Ａを示す平面図である。図４Ｂは、半導体発光装置の正面図である。図４Ｃは、半導体発光装置の側面図である。図４Ｄは、図４ＢのＸ−Ｘ線における断面図である。この第２の実施形態は、前記第１の実施形態とは、基体、ヒートシンク、キャップ、外部リードおよび内部リードの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第２の実施形態において、前記第１の実施形態と同一の符号は、前記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図４Ｄに示すように、第２の実施形態の半導体発光装置１００Ａにおいて、基体３０Ａの取付面３０ａと放熱面３０ｂとは、それぞれ平坦であり、且つ、平行である。こうすることで、放熱フィンや水冷ヒートシンクなどの放熱部材を放熱面に取り付けやすくなる。

発光装置１００Ａにおいて、前記ヒートシンク２０Ａの形状は、図４ＢのＸ−Ｘ線における断面視において三角形である。つまり、搭載面２０ａは、取付面３０ａに対して、傾斜している。このように、搭載面２０ａが、取付面３０ａに対して傾斜することで、同じ体積の直方体形状のものと比較して、搭載面２０ａに搭載されるＬＤチップ１０と基体３０Ａとの距離を短くできる。したがって、ＬＤチップ１０からヒートシンク２０Ａを介して基体３０Ａに達するまでの熱経路を短くでき、放熱性を向上することができる。

搭載面２０ａが基体３０Ａの取付面３０ａに対して傾斜する面である場合、前記搭載面２０ａと前記取付面３０ａとのなす角度αは、好ましくは、４０°以上でかつ８０°以下であり、さらに好ましくは、４０°以上でかつ６０°以下である。角度αが上限値よりも大きくなると、ヒートシンク２０Ａが大型化してしまうところ、一定以下の角度とすることでヒートシンクを大型化しなくてすむ。また、角度αが下限値よりも小さくなるとＬＤチップ１０が取付面３０ａに接近するため窓体４６も取付面３０ａの近くに配置する必要があり、窓体４６を支持するキャップ４０Ａの強度が低下するところ、一定以上の角度とすることでキャップ４０Ａの強度を保持することができる。また、ＬＤチップを用いる場合は、一定以下の角度とすると光が基体３０等に当たりやすくなるため、反射して干渉縞が発生するおそれがあるところ、一定以上の角度とすることでＬＤ光が基体３０等に当たるのを防止することができる。

前記本体部４１Ａは、ＬＤチップ１０から出射されるレーザ光２００を取り出すための窓部４１ａを有する。窓部４１ａには、窓体４６が、無鉛低融点ガラス４８を介して、接着される。窓体４６は、例えば、両面に反射防止膜をコートした硬質ガラスからなる。窓体４６は、ＬＤチップ１０のレーザ光２００の光軸と垂直となるように配置するのが好ましい。こうすることで、窓体４６による非点隔差の発生が、抑制できる。

前記外部リード５０Ａの一端は、キャップ４０Ａの内側に配置され、外部リード５０Ａの他端は、キャップ４０Ａの外側に配置される。外部リード５０Ａの一端（内部リード側の端部）は、外部端子５４Ａを有する。外部端子５４Ａは、雌型端子である。また、内部リードの一端（外部リード側の端部）は、内部端子を有し、内部端子は例えば雄型端子である。

前記外部リード５０Ａは、キャップ４０Ａの内側で、内部リード６０Ａに電気的に接続される。具体的に述べると、雄型の内部端子６４Ａと雌型の外部端子５４Ａとは、重なり代を有しており、互いに重なり合って嵌合する。これにより、ＬＤチップ１０および内部リード６０Ａをキャップ４０Ａで覆う際、基体３０Ａとキャップ４０Ａを接触させる前に、内部端子６４Ａと外部端子５４Ａを嵌合させることができる。また、内部リード６０Ａと外部リード５０Ａとを互いに嵌合して接続するので、内部リード６０Ａと外部リード５０Ａとを確実に接続できる。したがって、内部リード６０Ａと外部リード５０Ａとの電気的接続の不良を防止できる。

次に、前記半導体発光装置１００Ａの製造方法について説明する。この製造方法は、第１構成部材準備工程、第２構成部材準備工程、キャップ被覆工程およびキャップ接着工程を有する。第１構成部材準備工程、第２構成部材準備工程およびキャップ接着工程は、前記第１実施形態の第１構成部材準備工程、第２構成部材準備工程およびキャップ接着工程と同様である。

次に、前記半導体発光装置１００Ａの応用例について説明する。

図５Ａと図５Ｂは、半導体発光装置アレイ１Ａを示す。半導体発光装置アレイ１Ａは、放熱部材２Ａと、放熱部材２Ａに取り付けられた複数の半導体発光装置１００Ａとを有する。放熱部材２Ａは、基台２ａと、基台２ａの一面に取り付けられたフィン部２ｂとを有する。基台２ａは、連続した山形に形成されている。基台２ａの他面に、複数の半導体発光装置１００Ａが、窓体４６が略同一面に並ぶように取り付けられている。

連続して形成された２つの基台２ａにおいて、各基台２ａの他面間の角度を、角度βとする。角度βは、図４Ｄに示す搭載面２０ａと取付面３０ａとのなす角度αの２倍に設定される。こうすることで、一方の各基台２ａに搭載された半導体発光装置１００ＡのＬＤチップ１０の光軸を平行にできる。つまり、複数の半導体発光装置１００Ａを、窓体４６が略同一面に並ぶように配置することができる。

本実施形態の半導体発光装置１００Ａは、キャップ４０Ａの窓部４１ａが配置された面と外部リード５０Ａが設けられた面が異なるため、外部リード５０Ａが設けられた面を向かい合わせて配置することで、窓体４６が略同一面に並ぶように複数の半導体発光装置１００Ａを配置することができる。このとき、キャップ４０Ａの外部リード５０Ａが設けられた面が、キャップ４０の窓部４１ａが配置された面に対して垂直な面であると、向かい合わせて配置しやすい。前記外部リード５０Ａのキャップ４０Ａの外側に配置される部分は、内側に折り曲げられて、配線部材３に取り付けられる。隣接する半導体発光装置１００Ａの外部リード５０Ａは、配線部材３（基板３ａに設けられた配線３ｂ）を介して、電気的に接続される。例えば、図５Ａに示す例では、配線部材３を挟んで半導体発光装置１００Ａが互い違いに配置されており、図中の上から左右交互に半導体発光装置１００Ａのアノードとカソードが電気的に接続され、直列接続されている。具体的には、左上の半導体発光装置１００Ａのアノード側の外部リード５０Ａが、右下の半導体発光装置１００Ａのカソード側の外部リード５０Ａと電気的に接続され、さらに、その半導体発光装置１００Ａのアノード側の外部リード５０Ａが、左下の半導体発光装置１００Ａのカソード側の外部リード５０Ａと電気的に接続されている。

前記半導体発光装置アレイ１Ａによれば、前記半導体発光装置１００Ａを有するので、複数の半導体発光装置１００Ａを近接して並べることができ、小さな面積で高出力な半導体発光装置アレイ１Ａを提供できる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の半導体発光装置を示す断面図である。この第３の実施形態は、前記第２の実施形態とは、基体、ヒートシンクおよびキャップの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第３の実施形態において、前記第２の実施形態と同一の符号は、前記第２の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図６に示すように、第３の実施形態の半導体発光装置１００Ｂにおいて、ヒートシンク２０ＢのＬＤチップ１０を搭載する搭載面２０ａは、取付面３０ａに対して、平行である。ＬＤチップ１０は、搭載面２０ａおよび取付面３０ａと平行な方向に、レーザ光２００を出射する。つまり、ＬＤチップ１０は、ヒートシンク２０Ｂに平置きされている。このように、平置きタイプの装置にも、本発明を適用することができる。搭載面２０ａには、内部リード６０が取り付けられている。

発光装置１００Ｂにおいて、基体３０は第１実施形態と同様に凸部を有する。このとき、凸部の高さｈ１と、外部端子５４Ａと内部端子６４Ａとのはめ合わせ長さｈ２との関係は、内部端子６４Ａが外部端子５４Ａと接触する範囲においてｈ１≧ｈ２の関係になるのが好ましい。こうすることで、凸部３１とキャップ４０Ｂとを嵌合させると、必然的に外部リード５０Ａと内部リード６０とが接続されることとなるため、内部リード６０Ａと外部リード５０Ａとの接続が確実に行える。

キャップ４０Ｂは、箱型の本体部４１Ｂと、本体部４１Ｂの開口端から外側に伸びる外鍔部４２Ｂとを有する。本体部４１Ｂに貫通孔４１ｂが設けられ、この貫通孔４１ｂに外部リード５０が取り付けられる。本体部４１Ｂの天井部（キャップ４０Ａのうち基体３０の取付面３０ａと向かい合う面であり、発光装置１００Ｂでは貫通孔４１ｂが設けられた面と同一面）に窓部４１ａが設けられ、この窓部４１ａに窓体４６が取り付けられる。外鍔部４２Ｂは、取付面３０ａに接着される。

基体３０には、ＬＤチップ１０から出射されたレーザ光２００を窓体４６へと反射するための反射プリズム９０が取り付けられている。こうすることで、光を反射させて効率よく取り出すことができる。

次に、前記半導体発光装置１００Ｂの製造方法について説明する。この製造方法は、前記第１実施形態と同様である、第１構成部材準備工程、第２構成部材準備工程、キャップ被覆工程およびキャップ接着工程を有する。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態の半導体発光装置を示す断面図である。この第４の実施形態は、第１の実施形態とは、基体およびキャップの構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の符号は、第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

第４の実施形態の半導体発光装置１００Ｃにおいて、基体３０Ｃは、底部３５と底部３５の外周部に設けられた側壁３３とを有する。底部３５と側壁３３とに囲まれた空間が、凹部３２を構成する。底部３５の内側の面が、取付面３０ａであり、底部３５の外側の面が、放熱面３０ｂである。基体３０Ｃは、側壁３３のうち取付面３０ａと反対側の端部から外側に伸びる外鍔部３４を有する。キャップ４０Ｃは、板状に形成されている。キャップ４０Ｃは、基体３０Ｃの開口を塞ぐ。こうすることで、ＬＤチップ１０と窓体３６との位置関係がキャップ４０Ｃの組立精度と無関係になり、窓体３６が光学素子（レンズ、回折格子、光ファイバー等を含む）機能を備える場合に特に光の取り出し効率が安定する。

基体３０Ｃの凹部３２内にＬＤチップ１０および内部リード６０が収納されている。側壁３３には、窓部３３ａが設けられ、この窓部３３ａには窓体３６が取り付けられる。基体３０Ｃの外鍔部３４は、キャップ４０Ｃの下面に接着される。外鍔部３４の外周面は、基体３０の外形線３０ｃに相当する。外部リード５０は、基体３０の外形線３０ｃよりも内側の領域Ｚ１に位置している。

キャップ４０Ｃは、基体３０Ｃの開口を塞ぐように設けられている。本実施形態では、キャップ４０Ｃは、板状であり、外部リード５０は、キャップ４０Ｃのうち基体３０Ｃの外鍔部３４と接続される部分４９よりも内側の領域Ｚ３に設けられる。なお、第１の実施形態では、基体３０に凸部３１を設けてキャップ４０と嵌合させたが、第４の実施形態において、キャップ４０Ｃに凸部３１設け、この凸部３１を基体３０Ｃの凹部３２と嵌合してもよい。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、前記第１から前記第４の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

前記第１から前記第４の実施形態では、外部リードのキャップの外側に配置される部分は、キャップの外鍔部と取付面とが接着された後も、外鍔部より内側の領域に位置しているが、外部リードのキャップの外側に配置される部分は、キャップの外鍔部と取付面とが接着された後に、折り曲げられて、外鍔部より外側に出てもよい。要するに、外部リードのキャップの外側に配置される部分は、キャップの外鍔部と基体の取付面とが接着される時点で、外鍔部より内側の領域に位置していればよい。

前記第１から前記第４の実施形態では、外部リードのキャップの外側に配置される部分は、基体の取付面に対して交差する方向に延在していたが、基体の外形線よりも内側の領域に位置していれば、基体の取付面に対して平行に延在していてもよい。

前記第１から前記第４の実施形態では、半導体発光素子として、端面発光型のＬＤチップを用いたが、表面発光型のＬＤチップ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード、発光トランジスタ、発光サイリスタ等を用いることができる。好ましくはＬＤチップを用いる。半導体発光素子の数量は、１個に限らず、複数個でもよい。

前記第１から前記第４の実施形態では、ＬＤチップを、ヒートシンクを介して、基体に取り付けたが、ヒートシンクを省略して、ＬＤチップを、基体に直接的に取り付けるようにしてもよい。または、基体の取付面が部分的に突出した凸部を有しており、この凸部にＬＤチップを直接的に取り付けてもよい。

前記第１から前記第４の実施形態では、第１構成部材準備工程を行った後に、第２構成部材準備工程を行ったが、第１構成部材準備工程を行う前に、第２構成部材準備工程を行うようにしてもよい。

前記第１と前記第４の実施形態では、内部リードの内部端子を雄型端子とし、外部リードの外部端子を雌型端子としたが、内部端子を雌型端子とし、外部端子を雄型端子としてもよい。

前記第１実施形態では、内部リードの内部端子をバネ受け皿とし、外部リードの外部端子をコイルバネとしたが、内部端子をコイルバネとし、外部端子をバネ受け皿としてもよい。また、内部端子又は外部端子としてコイルバネの他に、板バネを用いることもできる。

第３の実施形態では、板状の基体に、凹部が設けられたキャップを載置するようにしているが、第４の実施形態のように、基体に凹部を形成し、キャップを板状にすることもできる。

本発明の半導体発光装置では、基体、キャップ、内部リード、外部リード、ヒートシンクなどの構成部材の材料や数量は、設計変更可能である。

本発明の半導体発光装置は、光ディスクシステム、光投射装置（レーザーマーカー、レーザープロジェクター、レーザープリンター、ヘッドライト等）、露光装置などに用いられる半導体発光装置への適用が可能である。

１，１Ａ 半導体発光装置アレイ
２，２Ａ 放熱部材
３ 配線部材
３ａ 基板
３ｂ 配線
１０ ＬＤチップ（半導体発光素子）
２０，２０Ａ，２０Ｂ ヒートシンク
２０ａ 搭載面
３０，３０Ａ，３０Ｃ 基体
３０ａ 取付面
３０ｂ 放熱面
３０ｃ 外形線
３１ 凸部
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ キャップ
４１，４１Ａ，４１Ｂ 本体部
４１ｂ 貫通孔
４２，４２Ａ，４２Ｂ 外鍔部
５０，５０Ａ 外部リード
５４，５４Ａ 外部端子
６０，６０Ａ 内部リード
６４，６４Ａ 内部端子
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 半導体発光装置
３００ プロジェクション溶接機
３１０ 上部電極
３２０ 下部電極
Ｚ１ 基体の外形線よりも内側の領域
Ｚ２ キャップの外鍔部よりも内側の領域
Ｚ３ キャップのうち基体と接続される部分よりも内側の領域

Claims (11)

1. 取付面と前記取付面の反対側に位置する放熱面とを有する基体と、
   前記基体の前記取付面側に取り付けられる半導体発光素子と、
   前記基体の前記取付面側に取り付けられ、前記半導体発光素子と電気的に接続される内部リードと、
   前記半導体発光素子および前記内部リードを覆うように前記基体の前記取付面に取り付けられ、貫通孔が設けられたキャップと、
   前記キャップの前記貫通孔に取り付けられ、一端が前記キャップの内側で前記内部リードと電気的に接続され、他端が前記キャップの外側に配置される外部リードと
   を備え、
   前記外部リードは、前記基体の前記取付面の法線方向からみて、前記基体の外形線よりも内側の領域に位置していることを特徴とする半導体発光装置。
2. 請求項１に記載の半導体発光装置において、
   前記キャップは、外鍔部を有し、
   前記キャップの前記貫通孔は、前記外鍔部よりも内側の領域に位置することを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体発光装置において、
   前記基体の前記放熱面は、平坦であることを特徴とする半導体発光装置。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の半導体発光装置において、
   前記基体の前記取付面に取り付けられるヒートシンクを備え、
   前記半導体発光素子は、前記ヒートシンクに搭載され、
   前記ヒートシンクの前記半導体発光素子を搭載する搭載面は、前記基体の前記取付面に対して、傾斜していることを特徴とする半導体発光装置。
5. 請求項１から３の何れか一つに記載の半導体発光装置において、
   前記基体の前記取付面に取り付けられるヒートシンクを備え、
   前記半導体発光素子は、前記ヒートシンクに搭載され、
   前記ヒートシンクの前記半導体発光素子を搭載する搭載面は、前記基体の前記取付面に対して、平行であることを特徴とする半導体発光装置。
6. 請求項１から５の何れか一つに記載の半導体発光装置を複数並べていることを特徴とする半導体発光装置アレイ。
7. 互いに反対側に位置する取付面および放熱面を含む基体と、前記基体の前記取付面側に取り付けられた内部リードと、前記基体の前記取付面側に取り付けられ、前記内部リードと電気的に接続された半導体発光素子とを有する第１構成部材を準備する第１構成部材準備工程と、
   貫通孔が設けられたキャップと、前記キャップの前記貫通孔に取り付けられ、一端が前記キャップの内側に配置され、他端が前記キャップの外側に配置された外部リードとを有する第２構成部材を準備する第２構成部材準備工程と、
   前記半導体発光素子および前記内部リードを前記キャップで覆い、前記キャップの内側で前記外部リードと前記内部リードとを電気的に接続するキャップ被覆工程と、
   前記キャップと前記基体の前記取付面とを接着するキャップ接着工程と
   を備え、
   前記キャップ被覆工程において、前記外部リードは、前記基体の前記取付面の法線方向からみて、前記基体の外形線よりも内側の領域に位置していることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
8. 請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法において、
   前記キャップは、外鍔部を有し、
   前記キャップの前記貫通孔は、前記外鍔部よりも内側の領域に位置し、
   前記キャップの接着工程において、前記キャップの前記外鍔部と前記基体の前記取付面とをプロジェクション溶接により接着することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
9. 請求項７または８に記載の半導体発光装置の製造方法において、
   前記基体は、前記取付面に、凸部を有し、
   前記キャップ被覆工程において、前記基体の前記凸部に、前記キャップの内側を嵌合して、前記キャップを前記基体の前記取付面に接触させることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
10. 請求項７から９の何れか一つに記載の半導体発光装置の製造方法において、
    前記内部リードは、前記外部リード側の端部に取り付けられた雄型端子または雌型端子のうちの一方を有し、
    前記外部リードは、前記内部リード側の端部に取り付けられた雄型端子または雌型端子のうちの他方を有し、
    前記キャップ被覆工程において、前記雄型端子と前記雌型端子とは、嵌合して接続されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
11. 請求項７から９の何れか一つに記載の半導体発光装置において、
    前記内部リードは、前記外部リード側の端部に取り付けられたバネまたはバネ受け皿のうちの一方を有し、
    前記外部リードは、前記内部リード側の端部に取り付けられたバネまたはバネ受け皿のうちの他方を有し、
    前記キャップ被覆工程において、前記バネは、前記バネ受け皿に接触して接続されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。

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