JP3974739B2 - Light emitting element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子とを対向させてその間を通過するものを検出するホトインタラプタに用いられるような発光素子に関する。さらに詳しくは、小形で安価に製造されるべく、パラボラ型反射板ではなく、平板状のアイランド上に発光素子チップをダイボンディングしながら、その正面に光を集光でき、かつ、発光素子チップのワイヤボンディング部の信頼性を向上できるように、透光性モールド樹脂によりドーム形状のパッケージが形成される発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ホトインタラプタはたとえば図4(a)に示されるように、発光素子1と受光素子2とを一定間隙を介して対向させ、非透光性の樹脂パッケージ3またはケースで固定したもので、対向した発光素子1と受光素子2との間を通過する被検出物の有無などを検出できるように構成されている。これらに用いられる発光素子1は、図4(b)に発光素子チップをリードフレームにボンディングした状態の平面説明図が示されるように、リードフレーム10により形成される第1リード11の先端部のアイランド11aに発光素子チップ(以下、LEDチップという)13がボンディングされ、金線などのワイヤ14を介して第2リード12と電気的に接続されている。
【0003】
そして、その周囲が図4(c)に側面図が示されるように、その正面側にドーム状の凸部15aが形成されるように、透光性樹脂15により1次モールドされて形成されている。この正面のみを露出させて、前述のように、受光素子2と共に非透光性樹脂によりモールドされてパッケージ3が形成されている。
【0004】
この種の発光素子1は、非常に安価に製造する必要があること、リードの延びる方向と直角方向に光を照射するように組み立てられる必要があること、などの理由により、リードフレームにより形成されたリード先端部のアイランドに直接LEDチップ13がダイボンディングされ、できるだけ正面側に光を集光できるように、透光性樹脂15によりモールドされ、その正面側にドーム状の凸部15aが形成されている。
【0005】
すなわち、従来のランプ型発光素子のように、リードの先端部にLEDチップをダイボンディングする(リードの延びる方向と平行方向に光を照射するようにダイボンディングする)構造であれば、そのリードの先端部に椀状の凹部を形成することができるが、できるだけ安価で小形にするためにはリードの折曲げなどをなくすることが好ましく、リードフレームのフレーム面をダイボンディング面とすることが好ましく、薄いリードフレームではリードフレームの打抜きの際に凹部を形成することは困難である。また、あえて成形加工を追加してダイボンディング部に凹部を形成するのはコストアップとなり好ましくない。そのため、図4(b)〜(c)に示されるように、平板状のアイランド11aに直接LEDチップ13がダイボンディングされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、小形で安価が要求される発光素子では、リードフレーム状の平板状のアイランド部に直接LEDチップがダイボンディングされる。そのため、透光性樹脂によりモールドする際にその正面側にドーム状の凸部が形成されても、充分に光を集光させることができず、LEDチップへの入力を大きくしたり、発光特性の優れたLEDチップを使用する必要が生じ、結局コストアップになるという問題がある。
【0007】
すなわち、LEDチップは上面からだけではなく、その側面からも同等の割合で発光するが、その側面側には全然光を反射させるものがなく、しかも、透光性樹脂にドーム状の凸部が形成されていても、その位置はLEDチップ13の表面からh=0.1〜0.2mm程度(リードフレーム面から凸部上面までの寸法Hは、0.5〜0.6mm程度)あり、斜め方向に出た光は、図4(c)に矢印で示されるように、凸部15aに入る前に横にそれてしまい、充分に発光する光を利用することができない。とくに、ホトインタラプタのように、外乱光によるノイズを避けるため、発光素子および受光素子がその正面に設けられる細いスリットを介してのみ受発光させる場合、中心部に光が集光されないと有効に利用することができない。
【0008】
さらに、前述のLEDチップの周囲を被覆する透光性樹脂としては、エポキシ樹脂などが用いられてトランスファモールドなどにより形成されるが、封止性や光の透過性などの光学特性の点からはエポキシ樹脂は優れている。しかし、硬化する際に働く収縮力が強く、とくにLEDチップの表面にワイヤボンディングされた部分がLEDチップの表面から抉られやすいという問題がある。
【0009】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、LEDチップ表面のワイヤボンディング部を保護しながら、安価な発光素子で、アイランド部に反射用の凹部が形成されないで平面状の場合でも、横方向に近い斜め方向に進む光を効率よく正面側のドーム状凸部に集光させることができる発光素子を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明による発光素子は、第1リードと一体に形成される平板状のアイランドと、該アイランド上にボンディングされる発光素子チップと、該発光素子チップの1つの電極がワイヤを介して接続される第2リードと、前記アイランド上に設けられ、前記発光素子チップをドーム状に被覆する透光性で、かつ、弾力性のある電気的絶縁性被覆層と、該電気的絶縁性被覆層により被覆される第1リードの先端部および前記第2リードの先端部が、前記発光素子チップの正面側にドーム状凸部が形成されるように被覆される透光性のモールド樹脂とからなり、前記発光素子チップが、前記アイランドの対向する2辺または隣接する2辺から等距離の位置になるようにダイボンディングされ、かつ、該2辺に前記電気的絶縁性被覆層の底面の外周部が一致するように前記電気的絶縁性被覆層が形成されている。
【0011】
ここで透光性で、かつ、弾力性のある電気的絶縁性被覆層とは、たとえばジャンクションコートレジン(以下、JCRという)のように、接合部を保護するのに適するように、不純物濃度を低くして弾力性をもたせたシリコーンやポリイミドなどを意味する。また、透光性とは、発光素子により発光する波長の光に対して殆ど減衰をしない性質をいい、必ずしも可視光に対して透明であることを意味するものではない。
【0012】
この構造にすることにより、LEDチップは弾力性のある電気的絶縁性被覆層により被覆されるため、その外周を被覆する透光性樹脂の収縮力が働いても、LEDチップ表面のワイヤボンディング部は、電気的絶縁性被覆層(以下、単に絶縁性被覆層または被覆層ともいう)がバッファ層となってその弾力性により保護され、直接には力がかからない。その結果、発光素子チップのワイヤボンディングの信頼性は非常に向上する。また、この絶縁性被覆層は、ドーム形状をなすように凸状に形成されており、発光素子チップから出た光は、まず絶縁性被覆層の凸状曲面により中心側に屈折し、透光性樹脂のドーム内に集光しやすい。そして、透光性樹脂のドーム状凸部によりさらに屈折し、横に近い斜め方向に出た光も有効に利用することができる。さらに前記対向する2辺または隣接する2辺に前記電気的絶縁性被覆層の底面の外周部が一致するように前記電気的絶縁性被覆層が形成されているため、絶縁性被覆層は、ドームの底面がアイランドの周辺部を外形とした凸部で形成され、絶縁性被覆層の材料をポッティングする場合に少々中心からずれた位置にポッティングされても、発光素子チップの中心軸と絶縁性被覆層のドームの中心軸とを一致させることができ、中心に光を集光させやすい。
【0013】
前記電気的絶縁性被覆層のドーム形状と前記モールド樹脂のドーム形状とがほぼ同軸になるように形成されることにより、より一層中心軸方向に光を集光することができる。ここに同軸になるとは、絶縁性被覆層と透光性樹脂のそれぞれのドーム形状の中心軸がほぼ一致することを意味する。
【0015】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の発光素子について説明をする。本発明による発光素子は、図1(a)にその一実施形態の側断面説明図が示されるように、第1リード11と一体に形成される平板状のアイランド11a上に発光素子チップ(LEDチップ)13がボンディングされている。発光素子チップ13の1つの電極は、図1(b)にリードフレームの状態でLEDチップ13がボンディングされた状態の平面説明図が示されるように、金線などのワイヤ14を介して第2リード12と接続されている。
【0016】
このLEDチップ13は、その表面からポッティングされて固められた絶縁性被覆層16により被覆されている。この絶縁性被覆層16は、たとえばJCRなどの透光性で、かつ、弾力性のある電気的絶縁性樹脂がポッティングされて硬化されることにより、その正面側が凸状となるドーム状に形成されている。そして、絶縁性被覆層16により被覆される第1リード11の先端部および第2リード12の先端部が、その正面側にドーム状凸部15aが形成されるように、透光性樹脂15によりモールド成形されている。
【0017】
リード11、12およびアイランド11aは、たとえば銅や鉄などの板状体を打ち抜くことにより形成されているもので、図1(b)にその一部の平面説明図が示されるように、アイランド11aと一体の第1リード11と、第2リード12とが連結されたリードフレーム10に形成されている。このアイランド11aは、図1(b)に一点鎖線で絶縁被覆層16の底面の形状が示されるように、底面の外周とほぼ一致するように、図1(b)で上下の辺(対向する2辺)の幅が形成されると共に、その対向する2辺からそれぞれ等距離になる位置にLEDチップ13がボンディングされている。すなわち、所望の大きさになるようにアイランド11aの幅が形成されていることにより、ポッティングする絶縁性被覆材料が少々多すぎても、その表面張力により垂れ落ちることはなく、その端部を限度とする底面形状になる。
【0018】
このように対向する2辺からほぼ等距離になる位置にボンディングする理由について説明をする。LEDチップ13の表面に被覆される絶縁性被覆層16は、通常JCRと呼ばれる樹脂をLEDチップ13の表面に垂らして(ポッティングして)硬化させることによりドーム状に形成される。すなわち、この種のJCRはある程度の粘性を有しており、その粘性と表面張力によりポッティングされても平面状にはならず、ドーム状の形状を形成して硬化する。
【0019】
しかし、図3(a)に示されるように、アイランド11aが絶縁性被覆層16の底面の径より充分に大きいと、滴下された位置を中心としてドーム状の絶縁性被覆層16が形成される。そのため、LEDチップ13の中心に滴下しないと、図3(a)に示されるように、LEDチップ13の中心軸と絶縁性被覆層16の中心軸とが一致しなくなる。この中心軸が一致しないと、図3(a)に示されるように、ワイヤボンディング部が絶縁性被覆層16から露出して、後述するエポキシ樹脂の収縮時の応力に対する保護を充分に行うことが出来ないことと、LEDチップ13からの光を充分にドーム状凸部15aの内部に向うように中心軸上に集光させることができないことなどのため好ましくない。
【0020】
また、図3(b)に示されるように、アイランド11aの大きさが、絶縁性被覆層16の底面とほぼ同じ大きさまたはそれより小さければ、そのアイランド11aの端部が絶縁性被覆層16の底面となるようにドーム形状が形成される(粘性と表面張力のため、ポッティング材料がアイランドから垂れ落ちないで、その端部を限界としたドーム形状が形成される)。そのため、絶縁性被覆層16は必ずアイランド11aの辺の端部を基準として形成され、LEDチップ13がその中心にボンディングされておれば、LEDチップ13の中心軸と絶縁性被覆層16のドーム形状の中心軸とを一致させやすい。
【0021】
このようなアイランド11aの中心部へのLEDチップ13のボンディングは、アイランド11aの4辺が絶縁性被覆層16の端部にならなくても、図1(b)に示されるように、対向する2辺が端部となり、その2辺から等距離にあれば、横方向の位置は自動機によるディスペンサの位置を合せやすいためほぼ目的を達成することができる。また、図2に示されるように、隣接する2辺の近辺にLEDチップ13がボンディングされる場合、その2辺から等距離の位置になるようにボンディングされれば、絶縁性被覆層16の底面は、その2辺に接する円形に形成されるため、その円の中心にLEDチップ13が位置し、LEDチップ13の中心軸と絶縁性被覆層16の中心軸とが一致する。
【0022】
LEDチップ13は、従来から用いられているAlGaAs系化合物半導体や、InAlGaP系化合物半導体や、GaP、GaN系化合物半導体などの所望の波長の光を発光する半導体のpn接合構造やダブルヘテロ構造により形成される。
【0023】
絶縁性被覆層16は、LEDチップ13のワイヤボンディング部を保護する目的と、LEDチップ13から発光する光をできるだけ効率よく取り出せるようにするためのもので、外力を吸収し得る弾性を有すると共に、光を内部に屈折させるドーム形状を形成しやすい材料が用いられる。JCRは、前述のように、粘性を有しており、ポッティングされることにより、ドーム状に形成される。
【0024】
透光性樹脂15は、たとえばエポキシ樹脂などからなっており、図1(b)に示されるようなリードフレーム10にダイボンディングおよびワイヤボンディングがなされ、LEDチップ13の表面側に絶縁性被覆層16が形成された状態で、モールド金型にセッティングし、透光性樹脂を流し込んで硬化させることにより、ドーム状凸部15aを有するような所望の形状に形成される。この透光性樹脂15は、LEDチップ13の発光波長に対して透光性であればよく、たとえば赤外のLEDチップの場合、可視光をカットする染料を混入した黒色系の樹脂で形成されていてもよい。
【0025】
本発明によれば、LEDチップの周囲が弾力性を有する絶縁性被覆層により被覆されているため、LEDチップのワイヤボンディング部が絶縁性被覆層により保護され、その外周を被覆する透光性樹脂の剛性さによる外力の影響を除外することができ、ワイヤボンディングの信頼性が非常に向上する。しかも、この絶縁性被覆層は、LEDチップの周囲にドーム形状をなすように形成されていると共に、その屈折率がLEDチップの屈折率と、透光性樹脂の屈折率との間の屈折率を有しているため、図1(a)に一部の光線が矢印で示されるように、斜め方向に進む光も中心側に屈折される。そして、さらにその外周を被覆する透光性樹脂のドーム状凸部がほぼ同軸に形成されているため、再度中心軸側に屈折され、2重の屈折によりその中心軸上に集光させることができる。
【0026】
このような発光素子を、前述の図4(a)に示されるように、受光素子と対向させて、発光素子および受光素子の前面にスリット状の通し孔が形成されるように、非透光性樹脂によりパッケージが形成されることにより、ホトインタラプタが形成され、その対向部分を遮るように被検査物を通過させることにより、被検査物の状態などを検出することができる。しかし、この種の発光素子は、ホトインタラプタに限らず、安価で中心軸上に集光させる必要のある発光素子に適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、湾曲状の反射壁を有しない、平板状のアイランド上にLEDチップをボンディングする安価な発光素子においても、その発光する光を効率よく中心軸方向に集光させることができ、かつ、LEDチップの表面にワイヤボンディングされる部分が、周囲を被覆するエポキシ樹脂などの剛性さにより抉られることがなく、非常に高い外部量子効率で信頼性の高い発光素子が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による発光素子の一実施形態の説明図である。
【図2】図1のLEDチップをボンディングするアイランド部の変形例を示す説明図である。
【図3】図1の構造で、絶縁性被覆層を設ける場合のLEDチップと絶縁性被覆層のドーム形状との中心軸が一致しなくなる場合の問題の説明図である。
【図4】従来のホトインタラプタおよびそれに用いられる発光素子の説明図である。
【符号の説明】
1 発光素子
11 第1リード
11a アイランド
12 第2リード
13 LEDチップ
14 ワイヤ
15 透光性樹脂
15a ドーム状凸部
16 電気的絶縁性被覆層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting element used in a photo interrupter that detects a light emitting element and a light receiving element facing each other and passing between them. More specifically, in order to be small and inexpensive to manufacture, a light emitting element chip is die-bonded on a flat island instead of a parabolic reflector, and light can be condensed on the front surface of the light emitting element chip. The present invention relates to a light emitting element in which a dome-shaped package is formed of a translucent mold resin so that the reliability of a wire bonding portion can be improved.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a photo interrupter is, for example, as shown in FIG. 4A, in which a
[0003]
Then, as shown in the side view of FIG. 4C, the periphery thereof is formed by primary molding with a
[0004]
This type of light-emitting
[0005]
That is, if the structure is such that the LED chip is die-bonded to the tip of the lead (ie, die-bonded so that light is emitted in a direction parallel to the direction in which the lead extends) as in the conventional lamp-type light emitting device. Although it is possible to form a bowl-shaped recess at the tip, it is preferable to eliminate the bending of the lead in order to make it as inexpensive and compact as possible, and the frame surface of the lead frame is preferably a die bonding surface In a thin lead frame, it is difficult to form a recess when the lead frame is punched. In addition, it is not preferable to add a molding process to form a recess in the die bonding part because of increased cost. Therefore, as shown in FIGS. 4B to 4C, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a light-emitting element that is small and inexpensive, an LED chip is directly die-bonded to a lead frame-like flat island part. Therefore, even when a dome-shaped convex part is formed on the front side when molding with a translucent resin, the light cannot be sufficiently collected, the input to the LED chip is increased, and the light emission characteristics Therefore, there is a problem in that it is necessary to use an excellent LED chip, resulting in a cost increase.
[0007]
That is, the LED chip emits light not only from the top surface but also from the side surface, but there is no light reflecting on the side surface, and the translucent resin has a dome-shaped convex portion. Even if formed, the position is about h = 0.1 to 0.2 mm from the surface of the LED chip 13 (the dimension H from the lead frame surface to the upper surface of the convex portion is about 0.5 to 0.6 mm), As shown by the arrow in FIG. 4C, the light emitted in the oblique direction is deflected sideways before entering the
[0008]
Furthermore, as the translucent resin covering the periphery of the LED chip described above, epoxy resin or the like is used and formed by transfer molding or the like, but from the viewpoint of optical characteristics such as sealing property and light transmission property. Epoxy resins are excellent. However, there is a problem in that the shrinkage force acting upon curing is strong, and in particular, the portion that is wire-bonded to the surface of the LED chip is easily scratched from the surface of the LED chip.
[0009]
The present invention has been made to solve such problems, and is an inexpensive light-emitting element that protects the wire bonding portion on the surface of the LED chip, and has a planar shape without a reflective recess formed on the island portion. Even in such a case, an object is to provide a light emitting element capable of efficiently condensing light traveling in an oblique direction close to the lateral direction onto a dome-shaped convex portion on the front side.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the light emitting device according to the present invention, a flat island formed integrally with a first lead, a light emitting device chip bonded on the island, and one electrode of the light emitting device chip are connected via a wire. a second lead provided on said island coating, with light-transmitting covering the light-emitting element chip in a dome shape, and an electrically insulating covering layer with a resilient, by the electrically insulating covering layer the distal end of the first lead of the tip portion and the second lead being found Ri Do from a translucent molding resin to be coated as a dome-shaped convex portion is formed on the front side of the light emitting device chip, The light emitting element chip is die-bonded so as to be equidistant from two opposing sides or two adjacent sides of the island, and an outer peripheral portion of the bottom surface of the electrically insulating coating layer is formed on the two sides. Wherein the match so electrically insulating covering layer is formed.
[0011]
Here, the light-transmitting and elastic electrically insulating coating layer means an impurity concentration so as to be suitable for protecting a junction, such as a junction coat resin (hereinafter referred to as JCR). It means silicone, polyimide, etc. that have low elasticity. The light-transmitting property means a property that hardly attenuates light having a wavelength emitted by the light-emitting element, and does not necessarily mean that it is transparent to visible light.
[0012]
By adopting this structure, the LED chip is covered with a resilient electrically insulating coating layer. Therefore, even if the shrinkage force of the translucent resin covering the outer periphery acts, the wire bonding portion on the LED chip surface In this case, an electrically insulating coating layer (hereinafter also simply referred to as an insulating coating layer or a coating layer) serves as a buffer layer and is protected by its elasticity, and is not directly applied. As a result, the reliability of wire bonding of the light emitting element chip is greatly improved. In addition, this insulating coating layer is formed in a convex shape so as to form a dome shape, and the light emitted from the light emitting element chip is first refracted to the center side by the convex curved surface of the insulating coating layer, and the light transmission It is easy to condense in the dome of the functional resin. And the light which refracted further by the dome-shaped convex part of translucent resin, and came out in the diagonal direction near a side can also be used effectively. Furthermore, since the electrically insulating coating layer is formed so that the outer peripheral portion of the bottom surface of the electrically insulating coating layer coincides with the two opposite sides or the two adjacent sides, the insulating coating layer is a dome. The bottom surface of the light-emitting element chip is formed with a convex portion with the outer periphery of the island as the outer shape, and even when the material of the insulating coating layer is potted, the center axis of the light-emitting element chip and the insulating coating will be The center axis of the dome of the layer can be made coincident, and light is easily collected at the center.
[0013]
By forming the dome shape of the electrically insulating coating layer and the dome shape of the mold resin so as to be substantially coaxial, light can be further condensed in the central axis direction. Here, being coaxial means that the central axes of the dome shapes of the insulating coating layer and the translucent resin substantially coincide.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. The light emitting device according to the present invention has a light emitting device chip (LED) on a
[0016]
The
[0017]
The leads 11 and 12 and the
[0018]
The reason why bonding is performed at a position that is substantially equidistant from the two opposing sides will be described. The insulating
[0019]
However, as shown in FIG. 3A, when the
[0020]
Further, as shown in FIG. 3B, if the size of the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The insulating
[0024]
The
[0025]
According to the present invention, since the periphery of the LED chip is covered with the insulating coating layer having elasticity, the wire bonding portion of the LED chip is protected by the insulating coating layer, and the translucent resin that covers the outer periphery of the LED chip is protected. The influence of external force due to the rigidity of the wire can be excluded, and the reliability of wire bonding is greatly improved. In addition, the insulating coating layer is formed to have a dome shape around the LED chip, and the refractive index is between the refractive index of the LED chip and the refractive index of the translucent resin. Therefore, the light traveling in the oblique direction is also refracted to the center side as shown in FIG. Further, since the dome-shaped convex portion of the translucent resin covering the outer periphery is formed substantially coaxially, it can be refracted again on the central axis side and condensed on the central axis by double refraction. it can.
[0026]
As shown in FIG. 4A, the light-emitting element is opposed to the light-receiving element, and a light-transmitting element and a front surface of the light-receiving element are formed with a slit-like through-hole. A photo interrupter is formed by forming the package from the conductive resin, and the state of the inspection object can be detected by passing the inspection object so as to block the opposite portion. However, this type of light-emitting element is not limited to a photointerrupter, and can be applied to a light-emitting element that is inexpensive and needs to be focused on the central axis.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even in an inexpensive light-emitting element that does not have a curved reflecting wall and bonds an LED chip on a flat island, the emitted light is efficiently collected in the central axis direction. A light emitting device that can be made to emit light and has a very high external quantum efficiency and high reliability without being damaged by the rigidity of an epoxy resin or the like covering the periphery of the LED chip surface. Can be obtained at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a light emitting device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a modification of the island part for bonding the LED chip of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of a problem in the case where the central axes of the LED chip and the dome shape of the insulating coating layer in the structure of FIG. 1 when the insulating coating layer is provided do not match.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional photo interrupter and a light emitting device used therefor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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