JP3296310B2 - 光半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバックライト光源、
ディスプレイなど各種光源や光センサに利用される光半
導体装置に係わり、特に、信頼性及び生産性に優れた光
半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】今日、高輝度、高出力な半導体発光素子や
小型且つ高感度な光半導体センサが開発され種々の分野
に利用されている。このような光半導体素子は小型、低
消費電力や軽量などの特徴を生かして、例えば、光プリ
ンターヘッドの光源、液晶バックライト光源、各種メー
タの光源や各種読み取りセンサーなどに利用されてい
る。

【０００３】このような光半導体装置の一例として図３
に示す如き発光ダイオード及び図４に示す如き面状発光
光源が挙げられる。面状発光光源は、発光ダイオード４
００が発光した光を導光板４０１の端面から導入する。
導光板に設けられた反射板４０２と対向する導光板の主
面上から発光ダイオードの光を放出させる構成とさせて
ある。発光ダイオード４００はパッケージ３０５表面に
形成された凹部底面に光半導体素子としてのＬＥＤチッ
プ３０２をエポキシ樹脂３０１などによりダイボンドす
ると共にＬＥＤチップの各電極３００とパッケージ３０
５に設けられたリード電極３０４とを金線３０３などに
より電気的に接続させる。凹部内に配置されたＬＥＤチ
ップ３０２を透光性のモールド樹脂３０７によって封止
させた構成とさせてある。これにより、パッケージ３０
５内部に配置されたＬＥＤチップ３０２やワイヤ３０３
などは水分、外力など外部環境から保護され極めて信頼
性の高い光半導体装置として構成することができる。

【０００４】近年、このような光半導体装置の利用分野
の広がりから、より厳しい環境条件での使用が行われ始
めている。航空機や車載用に利用される光半導体装置で
は、例えば外気温により−２０以下＋８０℃以上にまで
変化する場合もある。また、外気圧、熱衝撃などと同時
に振動もある。このような場合、モールド樹脂３０７等
の膨張や収縮によりＬＥＤチップ３０２がダイボンド樹
脂３０１から剥離し、放出される光の強度や指向特性が
変化する。ひどい場合にはワイヤ３０３切れなどを生じ
全く発光しない場合があるという問題を生ずる。本発明
の目的は、このような問題を解決するためになされたも
のであって、使用環境によらず初期光学的、電気的特性
が安定した量産性に優れた光半導体素子を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面に開口を
有するパッケージ１０５と、該開口底面上にダイボンド
部材によってダイボンドされた矩形状の光半導体素子１
０２と、該光半導体素子の同一面側の隅部に対向配置さ
れた一対の電極２００と前記パッケージに設けられた一
対のリード電極１０４とをそれぞれ接続させる導電性ワ
イヤ１０３と、少なくとも光半導体素子を被覆するモー
ルド部材２０７とを有する光半導体装置である。

【０００６】特に、発光観測面側から見た前記開口部は
光半導体素子の一対の電極間と略平行方向が垂直方向よ
りも長く、且つ前記ダイボンド部材が光半導体素子の一
対の電極間と略垂直方向の開口部側壁と光半導体素子の
側面を被覆している光半導体装置である。これにより、
光半導体素子をダイボンド部材により比較的簡単に強固
に密着させることができると共にダイボンド樹脂が光半
導体素子を構成する電極を覆うことが極めて少なくワイ
ヤの密着強度を向上させることができる。そのため、結
果的に信頼性と量産性とを極めて簡単な構造によって達
成することができるものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明者は種々実験の結果、光半
導体素子をダイボンド部材によって固定する場合、光半
導体素子の配置とダイボンド部材とを特定の関係とする
ことにより量産性よく信頼性の高い光半導体装置とする
ことができることを見いだし本発明をなすに至った。

【０００８】即ち、光半導体素子を封止するモールド部
材は、外部環境の影響などにより熱膨張、伸縮を生じ光
半導体素子などに応力がかかる。このような応力は光半
導体素子をダイボンドするダイボンド部材にもかかると
見られ、ダイボンド部材と光半導体素子との界面で剥離
する傾向が強いと考えられる。光半導体素子がＬＥＤチ
ップの場合、ＬＥＤチップから放出された光が剥離によ
り生ずる界面で屈折、反射などを生じ光学特性が初期設
定から狂うことになると考えられる。同様に、剥離の程
度が大きければ、光半導体素子を接続させる導電性ワイ
ヤの断線、光半導体素子の損傷等が考えられる。

【０００９】このような剥離はダイボンド部材と光半導
体素子及びパッケージとの密着面積を増やすことにより
緩和することができる。具体的には本願発明の開口部断
面を示す図２（Ａ）の如く開口部を狭くし、開口部の側
面と光半導体素子の側面とがダイボンド樹脂で接する程
度にまで設ける。これによりダイボンド部材と光半導体
素子との密着表面積が増大するためと考えられ比較的簡
単な構成で密着性を向上させることができる。

【００１０】しかし、光半導体素子や開口部側面に形成
されるダイボンド部材の形状をダイボンド部材の量によ
りある程度制御することができるものの、側面に形成さ
れるダイボンド部材の量を制御することは極めて難しく
光半導体素子の表面側にまでダイボンド部材の一部が回
り込みフィレット状に付着することがある。光半導体素
子の表面に回り込み付着したダイボンド部材２１１はさ
らなる密着性向上に寄与するものの、同一面側の縁側に
電極が設けられた光半導体素子２０２ではダイボンド部
材１０１により電極表面が覆われることとなる。そのた
め、後に光半導体素子の電極上にワイヤボンディングす
る場合、ワイヤボンドが正常に行われずワイヤの密着性
が低下することとなる、或いは全くワイヤボンディング
されないという新たな問題が生ずることとなる。即ち、
ダイボンド部材の量を少なくすると密着性が低下し、光
半導体素子とダイボンド部材との密着性を向上させよう
とするとワイヤと光半導体素子の電極との密着性が低下
することとなる。

【００１１】同様に、同様に、携帯電話などより小型、
軽量が求められる現在においては導光板及びその端面に
設けられる発光ダイオードの厚みも極めて薄くなる傾向
が強い。この場合、光半導体素子が配置される開口部の
形状も厚み方向に狭くなる。そのため、光半導体素子を
収容するパッケージ開口部の幅方向の側面は斜面とする
ことが出来ず、底面と垂直な面となる。即ち、上述と同
様の問題が生ずることとなる。

【００１２】このため本発明は、光半導体素子の表面に
ダイボンド部材が付着しやすい箇所と付着しにくい箇所
とを積極的に形成し、ダイボンド部材が付着しにくい箇
所に光半導体素子の電極を形成する。ダイボンド部材に
より光半導体素子２０２と開口部側壁２０８とを強固に
密着させる。仮にダイボンド部材がフィレット状に光半
導体素子の表面に現れたとしてもその部位には光半導体
素子の電極２００が配置されておらず、量産性よく信頼
性の高い光半導体装置とすることができるものである。
以下、本発明の具体的実施例にもとづいて詳述するがこ
れのみに限られないことは言うまでもない。

【００１３】

【実施例】（実施例１） 図１に示す発光ダイオード１
００を形成させた。発光ダイオード１００はリード電極
１０４、１１４となる鉄入り銅の平板を打ち抜き加工に
より形成させる。打ち抜き加工された平板を金型内に配
置させて液晶ポリマー樹脂によりインサート成形させ
た。

【００１４】冷却後、金型から成型物であるパッケージ
を取り出した。パッケージの表面側には図１のＹＹ方向
である長手方向の辺が約３．２ｍｍ、図１のＸＸ方向で
ある短手方向の辺が約０．６ｍｍの縁なし長方形の開口
部が２個形成されていた。開口部の底面には一対のリー
ド電極１０４表面が一部露出している。

【００１５】パッケージの開口部となる凹部内は、開口
部の長手方向側面で光半導体素子よりの光取り出しを向
上させるべく外部に向かって開いた斜側面２１８となっ
ている。また、短手方向側面はパッケージの幅の寸法を
狭できるように、凹部底面にほぼ垂直な側面２０８とし
て形成させてある。

【００１６】このようなパッケージは、光半導体素子を
保護可能であると共に絶縁性に優れていることが好まし
い。具体的パッケージ材料としては液晶ポリマー、ＰＢ
Ｔ、ナイロンやメラミン樹脂等種々の樹脂やセラミック
などを好適に用いることができる。また、パッケージに
形成されたリード電極としては、りん青銅、鉄−銅合金
等の母材表面に銀、パラジウム、金等のメッキが施され
た金属や合金を好適に利用することができる。また、パ
ッケージの開口部は縁なしの長方形の他、単なる長方
形、楕円形、放物線をそれぞれ組み合わせた形状など種
々の形状を利用することができる。いずれにしても、本
発明のパッケージに設けられる開口部は一方の開口部側
壁がダイボンド部材によって光半導体素子と接している
と共に他方は、実質的に側壁にまでダイボンド部材が到
達しない形状とさせてある。

【００１７】続いて、形成されたパッケージ１０５の一
方のリード電極１０４上に、先端にエポキシ樹脂を付け
たピン（不示図）を押しつけダイボンド部材１０１を配
置させる。次にコレットで吸着させた光半導体素子であ
るＬＥＤチップ１０２をダイボンド部材上に押しつけ
る。この押しつけにより、パッケージ１０５の開口部の
凹部内の短手方向側面とＬＥＤチップの側面とがダイボ
ンド樹脂により連続して連なった状態となる。他方、パ
ッケージ開口部内の長手方向側面までの距離は、ＬＥＤ
チップ端面から遠い。そのためダイボンド部材はＬＥＤ
チップの押しつけにも関わらず、図３の如きパッケージ
開口部内の長手方向側面に付着していない。なお、ＬＥ
Ｄチップ１０２をリード電極１０４上に配置させるとリ
ード電極を介して放熱性を向上させるために半導体特性
を安定化させることができる。

【００１８】ＬＥＤチップはサファイア基板上にＧａＮ
のバッファ層、ｎ型アンドープＧａＮ層、ｎ型電極を形
成させるコンタクト層となるＳｉドープのｎ型ＧａＮ
層、ｎ型アンドープＧａＮ層、活性層となるＧａＮとＩ
ｎＧａＮの量子井戸構造を有する活性層、Ｍｇがドープ
されｐ型クラッド層となるＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープ
されｐ型コンタクト層となるＧａＮ層が順に形成された
半導体層としてある。半導体層の部分的エッチングによ
りｎ型及びｐ型コンタクト層を露出させてそれぞれ電極
を形成させることにより同一平面側に一対の電極を形成
させた青色が発光可能なＬＥＤチップとしてある。ま
た、電極の形成は発光面積を最も大きくできるよう発光
観測面側から見て一辺が約３５０μｍ角の矩形状ＬＥＤ
チップの対角線となる隅部に設けてある。

【００１９】本発明においては開口部に配置させたＬＥ
Ｄチップの配置を開口部の形状とＬＥＤチップに設けら
れた電極間によって規定してある。即ち、開口部の長手
方向（ＹＹ方向）がＬＥＤチップの同一平面側に設けら
れた一対の電極間２００と略平行方向とさせてある。こ
のため、ダイボンド部材が最も回り込みやすいＬＥＤチ
ップの表面上には電極が配置されないこととなる。

【００２０】次に、ＬＥＤチップの各電極２００とリー
ド電極１０４とをそれぞれ直径３５μｍの金線２０３に
よってワイヤボンディングさせた。ワイヤボンディング
後、パッケージ開口部を透光性のシリコーンゴムによっ
て封止させモールド部材２０７を形成させた。このよう
なモールド部材としてはエポキシ樹脂、シリコン樹脂、
変性アクリル、ウレタン樹脂やイミド樹脂など光透過性
や成形性に優れたものが好ましい。なお、モールド部材
には所望に応じてＬＥＤチップからの発光を所望にカッ
トする着色剤やＬＥＤチップからの光を所望に拡散させ
る拡散剤を含有させることができる。同様に、ＬＥＤチ
ップからの光を他の波長に変換させるため波長変換部材
を含有させることもできる。このような波長変換部材と
しては青色が発光可能なＬＥＤチップからの光を黄色に
変換可能なセリウムで付活されたイットリウム・アルミ
ニウム・ガーネット系蛍光体やペリレン系誘導体を利用
することができる。ＬＥＤチップから放出される光と補
色関係の光が放出できる蛍光物質を利用することにより
発光ダイオードからは白色光を発光させることができ
る。

【００２１】モールド部材を硬化して本発明の発光ダイ
オードを形成させることができる。形成された発光ダイ
オードから露出したリード電極１１４に電流を流すこと
によってＬＥＤを発光させることができる。形成された
発光ダイオードを発光観測面側から観測したところ、パ
ッケージの開口部短手方向では、ＬＥＤチップと開口部
側壁の隙間が小さいためダイボンド部材の一部がＬＥＤ
チップの上面周縁部に付着しフィレット状の這い上がり
部を形成してあるものがあった。他方、開口部の長手方
向の側壁にはダイボンド部材は付着していなかった。

【００２２】（比較例１）開口部の長手方向にＬＥＤチ
ップの一辺が平行となるように以外は実施例１と同様に
して１００個の発光ダイオードを形成させた。実施例１
と比較例１の発光ダイオードを共に熱衝撃試験にかけ調
べた。熱衝撃試験は、−４０℃×１５分と１００℃×１
５分を１０００サイクルの条件で行った。試験の結果、
実施例１の発光ダイオードは不灯となったものが０個で
あるのに対し、比較例１の発光ダイオードは不灯となっ
たものが３個発生した。また、光度が低下したものが２
個あった。この不灯品を調べて見ると光半導体素子電極
上のワイヤボンディング接合部が剥離或いは剥離しかけ
ていた。なお、光半導体素子としてＬＥＤチップについ
てのみ記載させたが光センサーについても同様の効果を
奏することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は比較的簡単な構成によって量産
性と信頼性とを極めて高いレベルで満たした光半導体装
置を形成することができる。即ち、モールド部材のによ
る光半導体素子の剥離を防止すると共にワイヤの密着強
度をも向上しうるものである。例えば、狭幅型の光半導
体装置を形成する場合、狭幅方向にて光半導体素子と光
半導体素子収容部側面の隙間が小さくなり、また側面自
体もテーパが取れず光半導体素子搭載面と垂直に近い面
となる。

【００２４】ダイボンド部材を多く塗布すると、光半導
体素子上面の狭幅方向側壁に対向した部分の周縁部にダ
イボンド部材が付着し易く、この付着部付近に光半導体
素子の電極を配したものでは、光半導体素子の電極にワ
イヤが充分に接合することが困難となり、信頼性が乏し
くなる傾向にある。他方、ダイボンド部材の塗布量を減
らすと光半導体素子の固着強度が低下し易い。

【００２５】しかし、本発明では光半導体素子の電極を
狭幅部と最も離れた部分に配置したため光半導体素子の
側面全周にフィレット状の接着部が形成される量のダイ
ボンド接着剤を塗布しても、ダイボンド部材の光半導体
素子上面周縁部への付着部は電極に達することはない。
従ってワイヤボンディング接合は良好に行われ、極めて
信頼性に優れかつ狭幅型の光半導体装置を形成可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の光半導体装置である発光ダイ
オードの模式的平面図である。

【図２】 図２（Ａ）は図１の発光ダイオードのＸ−Ｘ
断面における部分的な模式図であり、図２（Ｂ）は図１
の発光ダイオードのＹ−Ｙ断面における部分的な模式図
である。

【図３】 図３（Ａ）は本発明と比較のために示す発光
ダイオードの模式的平面図であり、図３（Ｂ）は図３
（Ａ）の発光ダイオードのＸ−Ｘ断面における部分的な
模式図である。

【図４】 図４は図３の発光ダイオードを利用したバッ
クライトの模式的斜視図である。

【符号の説明】

１００・・・発光ダイオード １０１・・・ダイボンド部材 １０２・・・光半導体素子であるＬＥＤチップ １０３・・・導電性ワイヤ １０４・・・リード電極 １０５・・・パッケージ １０６・・・導光板と固定させるための固定手段 １１４・・・発光ダイオードから露出したリード電極 ２００・・・ＬＥＤチップの各電極 ２０１・・・ＬＥＤチップの側面及びパッケージの開口
部側壁の一部を被覆したダイボンド部材 ２０２・・・ＬＥＤチップ ２０３・・・導電性ワイヤ ２０４・・・リード電極 ２０７・・・モールド部材 ２０８・・・パッケージに設けられた凹部底面にほぼ垂
直な側面 ２１１・・・ＬＥＤチップの表面に回り込み付着したダ
イボンド部材 ２１２・・・凹部側面を被覆していないダイボンド部材 ２１８・・・凹部側面を形成する外部に向かって開いた
斜側面 ３００・・・ＬＥＤチップの各電極 ３０１・・・ダイボンド部材 ３０２・・・ＬＥＤチップ ３０３・・・ワイヤ ３０４・・・リード電極 ３０５・・・パッケージ ３０７・・・モールド部材 ３０８・・・凹部を形成する側壁 ４００・・・発光ダイオード ４０１・・・導光板 ４０２・・・反射板 ４０３・・・発光ダイオードを導光板に固定させる突起 ４１４・・・リード電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に開口を有するパッケージ（１０
   ５）と、該開口底面上にダイボンド部材（１０１）によ
   ってダイボンドされた矩形状の光半導体素子（１０２）
   と、該光半導体素子の同一面側の隅部に対向配置された
   一対の電極と前記パッケージに設けられた一対のリード
   電極（１０４）とをそれぞれ接続させる導電性ワイヤ
   （１０３）と、少なくとも光半導体素子を被覆するモー
   ルド部材（２０７）とを有する光半導体装置（１００）
   であって、 発光観測面側から見た前記開口部は光半導体素子の一対
   の電極間と略平行方向が垂直方向よりも長く、且つ前記
   ダイボンド部材（１０１）が光半導体素子の一対の電極
   （２００）間と略垂直方向の開口部側壁（２０８）と光
   半導体素子（２０２）の側面を被覆していることを特徴
   とする光半導体装置。