JP4516337B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光装置に関する。
半導体発光装置である発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ＡｌＩｎＧａＰやＧａＮなどの化合物半導体ウエハ上にＰＮ接合を形成し、これに順方向電流を通じて可視光又は近赤外光の発光を得るものであり、近年、表示をはじめ、通信、計測、制御などの機器に広く応用されている。一方、近年の電子機器は、高性能化・多機能化と共に、小型化・軽量化を追求している。更に、特に放熱性・信頼性が重視される分野にも適用範囲が拡大している。そのために電子機器に使用される電子部品は、プリント配線基板上に表面実装できる部品（ＳＭＤ）としたものが多い。そしてこのような電子部品は、一般的に略立方体形状をしており、プリント配線基板上の配線パターンにリフロー半田付けなどの固着手段で実装される。ＬＥＤにもこうした要求に応えるものが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような従来のＬＥＤについて、図面に基づいてその概要を説明する。図２１は従来のＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図である。図２１において、１００は略立方体形状のＳＭＤ型ＬＥＤである。１０１は両面プリント配線基板である。１０２は、接続電極１０２ａから側面電極を経由して下面の端子電極１０２ｂに至る一方の配線パターンであり、１０３は同じく接続電極１０３ａから側面電極を経由して下面の端子電極１０３ｂに至る他方の配線パターンである。
１０４は基板１０１上に接合された半導体発光素子としての青色ＬＥＤ素子であり、１０５はＡｕ線などより成るワイヤであり、ワイヤ１０５を用いてＬＥＤ素子１０４の電極と接続電極１０２ａと１０３ａとがワイヤボンディング接続されている。１０６は、ＬＥＤ素子１０４の表面に塗布された蛍光体入り樹脂である。１０７はＬＥＤ素子１０４及びワイヤ１０５などの保護と、ＬＥＤ素子１０４の発光を効果的にすることのために封止している、透光性のエポキシ樹脂などから成る封止樹脂である。１０８はダイボンド用接着剤である。
図２２は他の従来のＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図である。図２２において、１１０は略立方体形状のＳＭＤ型ＬＥＤであり、１１１は両面プリント配線基板である。ＬＥＤ１００と異なるのはＬＥＤ素子１０４が基板１０４の中央部にまで延長されて形成された一方の接続電極１０３ａ上にダイボンディングされているところだけである。他の構成はＬＥＤ１００と同じであるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを用いて説明を省略する。ＬＥＤ１１０はＬＥＤ１００より放熱性が向上する効果がある。
図２３は更に他の従来のＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図である。図２３において、１２０は略立方体形状のＳＭＤ型ＬＥＤであり、ＬＥＤ１１０と異なるのは蛍光体入り樹脂１０６でＬＥＤ素子１０４が封止されているところだけであり、他の構成はＬＥＤ１１０と同じであるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを用いて説明を省略する。
図２４は更にまた他の従来のＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図である。このＬＥＤは特許文献１の図１に示されているものと同様なものである。図２４において、１３０は略立方体形状のＳＭＤ型ＬＥＤであり、１３１は両面プリント配線基板であり、中央に凹部１３１ａが形成されている。ＬＥＤ素子１０４は凹部１３１ａ内に接着剤により固定されている。１０９は基板１上に接合された反射カップである。反射カップ１０９は傾斜した内面を有する枠状樹脂成形品であり、樹脂が白色であるか、又は光沢銀メッキなどが施されている。その他の構成は他の従来例と同じであるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを用いて説明を省略する。
特開２００１−２１０８７２号公報（図１、段落番号００２３〜００２７）
しかしながら、従来のＬＥＤ１００、１１０では、ＬＥＤ素子１０４の周りを蛍光体入り樹脂１０６で覆う工程において、均一に薄く被覆することが難しく、輝度バラツキの原因になっていた。特に側面では樹脂がたれるので、蛍光体の密度は上部が薄く下部が濃くなったりして、輝度バラツキの原因になっていた。また、ＬＥＤ１２０では、蛍光体の分散バラツキや蛍光体の沈殿などがあり、輝度バラツキの原因になっていた。また、ＬＥＤ１３０では、蛍光体の沈殿などがあり、輝度バラツキの原因になっていた。更に、何れのＬＥＤの場合も発光素子１０４は周囲を蛍光体入り樹脂１０６で覆われているので、ジャンクション部分から発生した光が蛍光体に当たって励起され、励起された白色光のうち素子内部へ向かった光がもう一度別の面にある蛍光体に当たることになる。一度励起された白色光が蛍光体に当たっても殆ど励起されず、蛍光体が白色光を遮蔽することになるので、光の変換効率がよくない。
上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、輝度バラツキが少なく、輝度が向上した半導体発光装置を提供することである。
前述した目的を達成するための本発明の手段は、一面に接続電極を形成し他の一面にこの接続電極と導通する端子電極を形成した両面プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子の光がジャンクション面と平行な何れか一方の面である出光面だけから出るように、前記出光面以外の全ての面を白色系の樹脂又は酸化チタンなど白色で拡散反射効果が高くなるフィラーを混ぜた樹脂の何れかである拡散反射効果のある樹脂で被覆し、前記出光面及びその周囲の前記拡散反射効果のある樹脂の上を蛍光体入り樹脂により平面状態で塗布し所定の厚さで覆った半導体発光装置において、前記発光素子は中央に貫通穴と下面側に段部が形成された両面プリント配線基板の貫通穴内にワイヤ実装され、貫通穴及び段部側には前記拡散反射効果のある樹脂が充填されていることを特徴とする。
また、前記両面プリント配線基板上の前記発光素子の前記出光面を覆うように透光性樹脂で封止したことを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、一面に接続電極を形成し他の一面にこの接続電極と導通する端子電極を形成した両面プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子を樹脂封止して成る半導体発光装置において、前記発光素子は光が出光面だけから出るように、前記出光面以外の全ての面を拡散反射効果のある樹脂で被覆し、前記出光面を蛍光体入り樹脂で覆ったので、輝度のバラツキが少ない半導体発光装置が得られた。また、反射カップを設けることで正面輝度の大幅アップ、反射カップがない場合には、均一な指向性が得られた。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図２は同じく斜視図である。図１、図２において、１５は略立方体形状の外形をもつ半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。１１は平板状の両面プリント配線基板であり、基板１１中央に断面が四角の貫通穴１１ａが形成されている。２は基板１１の接続電極２ａから下面の端子電極２ｂにスルーホールなどで接続された配線パターンである。３は同様に接続電極３ａから端子電極３ｂにかけて形成された配線パターンである。
４は略立方体形状の半導体発光素子である青色ＬＥＤ素子であり、ＬＥＤ素子４のＰＮジャンクション面に平行な出光面である電極面４ａを上（フェイスアップ）にして貫通穴１１ａ内に後述の樹脂７を介して固定されている。５はＬＥＤ素子４の電極と接続電極２ａ及び３ａとを接続している金線などのボンディングワイヤである。６はＹＡＧ系などの蛍光体を均一に分散させた蛍光体入り樹脂であり、貫通穴１１ａを含んでＬＥＤ素子４の電極面４ａである出光面を所定の厚さで覆っている。７は拡散反射効果のある樹脂である白色系の樹脂又は酸化チタンなど白色で拡散反射効果が高くなるフィラーを混ぜた樹脂の何れかであり、出光面４ａを除くＬＥＤ素子４の周囲を覆っている。ここで拡散反射とは、光源からの光が光沢の少ないざらざらした面に当たって全ての方向に均一に乱反射することをいう。９は基板上を封止している透明樹脂である。
次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。図３は本発明の第二の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図４は同じく斜視図である。図３、図４において、２０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。２１は拡散反射効果のある材料である白色系の樹脂基板の素地、白色系のセラミックス基板の素地、表面を粗面化したアルミニウム及び銀などの金属基板の素地、並びに表面を粗面化したメッキ面の何れかより成る両面プリント配線基板であり、基板２１中央に四角い凹部２１ａが形成されている。８は拡散反射効果のある白色系のダイボンド用接着剤である。ＬＥＤ素子４は、出光面である電極面４ａの反対面４ｂが凹部２１ａの底面に接着剤８で接合され、電極面４ａ及びその反対面４ｂを除く周囲を白色系樹脂７で覆われて凹部２１ａに埋設されている。ここで、ＬＥＤ素子４の接着面である凹部２１ｂの底面だけが鏡面反射効果のある鏡面メッキされた基板又は鏡面加工された金属基板であってもよく、その場合には接着剤に透光性の接着剤を使用する。
ここで、鏡面反射とは、光源からの光が光沢のある面に入射して入射角と反対側の反射角の方向に強く反射することをいう。鏡面反射効果のある部材は、上記のものの他例えば、光沢のあるアルミニウムや銀などの金属又は光沢銀メッキを施した材料などでもよい。その他の構成はＬＥＤ１５と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第三の実施の形態について説明する。図７は本発明の第三の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図８は同じく斜視図である。図７、図８において、３０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。３１は両面プリント配線基板であり、基板３１の中央には貫通穴３１ａが、下面側には段部３１ｂが形成されている。配線パターン２及び３は段部３１ｂ上に形成された接続電極２ａ及び３ａから下面の端子電極２ｂ及び３ｂを経て上面にまで配設されている。ＬＥＤ素子４は貫通穴３１ａ内にワイヤ実装され、貫通穴３１ａ及び段部３１ｂ側には白色系樹脂７が充填され、ＬＥＤ素子４のジャンクション面と平行な面である電極面４ａの反対面４ｂが出光面となっており、この出光面及びその周囲の白色系樹脂７の上は蛍光体入り樹脂６により所定の厚さで覆われている。その他の構成はＬＥＤ１５と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第四の実施の形態について説明する。図９は本発明の第四の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図１０は同じく斜視図である。図９、図１０において、４０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。１０は内壁に傾斜した反射面を有する枠状部材である反射カップである。反射カップ１０は白色系の樹脂又はセラミックスの成形品又は内面を鏡面加工した金属枠などである。ＬＥＤ４０がＬＥＤ３０と異なるのは透明樹脂９の代わりに反射カップ１０が発光素子４を囲むように基板３１上に接合されているところである。その他の構成はＬＥＤ３０と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第五の実施の形態について説明する。図１１は本発明の第五の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図１２は同じく斜視図である。図１１、図１２において、５０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。４１はＬＥＤ２０と同じ基板材料から成る両面プリント配線基板であり、基板４１上面にＬＥＤ素子４が接着剤８で接合されている。なお、基板４１に拡散反射効果がある場合には、接着剤８に透明なダイボンド用接着剤を使用してもよい。ＬＥＤ素子４の出光面である電極面４ａ及び反対面４ｂを除く周囲は白色系樹脂７で覆われている。出光面及びその外側の白色系樹脂７の上は所定の厚さの蛍光体入り樹脂６で覆われている。他の構成は本発明の第二の実施の形態であるＬＥＤ２０と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを用いて詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第六の実施の形態について説明する。図１３は本発明の第六の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図１４は同じく斜視図である。図１３、図１４において、６０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。５１は両面プリント配線基板であり、１２はＬＥＤ素子４の電極面４ａに形成されたバンプであり、ＬＥＤ素子４はバンプ１２を介して接続電極２ａ及び３ａにフェースダウンボンディングされている。ＬＥＤ素子４の電極面４ａの反対面４ｂが出光面となっており、出光面を除く側面並びに基板５１との隙間には白色系樹脂７が充填されている。蛍光体入り樹脂６は出光面及びこれと同じレベルの白色系樹脂７の上をも覆っている。その他の構成はＬＥＤ５０と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第七の実施の形態について説明する。図１５は本発明の第七の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図１６は同じく斜視図である。図１５、図１６において、７０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。ＬＥＤ７０がＬＥＤ６０と異なるところは、ＬＥＤ素子４の周囲を透明樹脂９の代わりに反射カップ１０が覆っているところである。その他の構成はＬＥＤ６０と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを用いて詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第八の実施の形態について説明する。図１７は本発明の第八の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図１８は同じく斜視図である。図１７、図１８において、８０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。６１は両面プリント配線基板であり、中央に凹部６１ａが形成されている。凹部６１ａ底面の接続電極２ａ及び３ａから基板６１の側面を経由して下面の端子電極２ｂ及び３ｂに接続するように配線パターン２及び３が形成されている。
ＬＥＤ素子４はバンプ１２を介して凹部６１ａ内の接続電極２ａ及び３ａにフェースダウンボンディングされている。ＬＥＤ素子４と凹部６１ａとの隙間には白色系樹脂７が充填されている。その他の構成はＬＥＤ６０と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
次に、本発明の第九の実施の形態について説明する。図１９は本発明の第九の実施の形態であるＳＭＤ型ＬＥＤの縦断面図であり、図２０は同じく斜視図である。図１９、図２０において、９０は略立方体形状の半導体発光装置としてのＳＭＤ型ＬＥＤである。ＬＥＤ９０がＬＥＤ８０と異なるところは、透明樹脂９の代わりに反射カップ１０が接合されているところである。その他の構成はＬＥＤ８０と同様であるから、同じ構成要素には同じ符号と名称とを付して詳細な説明を省略する。
次に、以上説明した各実施の形態の作用効果について説明する。ＬＥＤ素子４のジャンクション部分から出た光のうち、蛍光体入り樹脂６で覆われた出光面に直接届いた光はその時点で励起されるし、蛍光体のない方向に向かった光はＬＥＤ素子４の下面や側面で反射され、出光面に戻ってきた時点で励起されるので、出光面でのみ効率よく白色光に変換される。また、蛍光体入り樹脂６は、ＬＥＤ素子４の出光面となる一面にのみ平面状態で塗布されるので、蛍光体入り樹脂６の粘度を高くしても塗布でき、そのために、蛍光体の分散のバラツキや沈殿などを抑制することができる。したがって、出射光の輝度のバラツキを抑えることがでる。また、発光部分が平面であるから、ＬＥＤ４０、ＬＥＤ７０及びＬＥＤ９０のように反射カップ１０を設けたものでは正面輝度の大幅な向上が達成される。
なお、本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、図５、図６は透明樹脂９の他の形態例を示す斜視図であり、ＬＥＤ１５、ＬＥＤ２０、ＬＥＤ３０、ＬＥＤ５０及びＬＥＤ８０において、透明樹脂９の封止部の形状は図５にすように、基板の外形より小さな立方体形状であってもよく、図６に示すようにドーム状であってもよい。また、透明樹脂９による封止も反射カップ１０も省いて完成体とする場合もある。また、ＬＥＤ４０、ＬＥＤ７０及びＬＥＤ９０において、反射カップ１０の外形は基板外形と同じか、より小さくてもよい。反射カップ１０の内面を略多角錐形状、略円錐形状、略球面形状、若しくは略放物面形状などに形成してもよい。これらの形状を採用することで、ＬＥＤの出射光の正面輝度の向上及び指向性を調整できる。
本発明の半導体発光装置であるＬＥＤは、表示をはじめ、通信、計測、制御などの機器に広く応用される。
本発明の第一の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第一の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第二の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の他の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の他の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第三の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第三の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第四の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第四の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第五の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第五の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第六の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第六の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第七の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第七の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第八の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第八の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 本発明の第九の実施の形態であるＬＥＤの縦断面図である。 本発明の第九の実施の形態であるＬＥＤの斜視図である。 従来のＬＥＤの縦断面図である。 従来の他のＬＥＤの縦断面図である。 従来の更に他のＬＥＤの縦断面図である。 従来のまた更に他のＬＥＤの縦断面図である。
符号の説明
２ａ 接続電極
３ａ 端子電極
４ ＬＥＤ素子
４ａ 電極面
４ｂ 反対面
６ 蛍光体入り樹脂
７ 白色系樹脂
８ 接着剤
９ 透明樹脂
１０ 反射カップ
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 基板
１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０ ＬＥＤ

Claims (2)

  1. 一面に接続電極を形成し他の一面にこの接続電極と導通する端子電極を形成した両面プリント配線基板に発光素子を搭載して、この発光素子の光がジャンクション面と平行な何れか一方の面である出光面だけから出るように、前記出光面以外の全ての面を白色系の樹脂又は酸化チタンなど白色で拡散反射効果が高くなるフィラーを混ぜた樹脂の何れかである拡散反射効果のある樹脂で被覆し、前記出光面及びその周囲の前記拡散反射効果のある樹脂の上を蛍光体入り樹脂により平面状態で塗布し所定の厚さで覆った半導体発光装置において、前記発光素子は中央に貫通穴と下面側に段部が形成された両面プリント配線基板の貫通穴内にワイヤ実装され、貫通穴及び段部側には前記拡散反射効果のある樹脂が充填されていることを特徴とする半導体発光装置。
  2. 前記両面プリント配線基板上の前記発光素子の前記出光面を覆うように透光性樹脂で封止したことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
JP2004090690A 2004-03-25 2004-03-25 半導体発光装置 Expired - Fee Related JP4516337B2 (ja)

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