JP4846498B2 - 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を備える光半導体装置及びその光半導体装置の製造方法に関する。

光半導体装置は、照明や表示装置等の様々な装置の光源として広い分野で用いられている。この光半導体装置としては、発光素子により放射された光と、その光により励起された蛍光体により放射された光とを併せて白色光等を得る光半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この光半導体装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子と、その発光素子を収容するカップ形状の凹部を有する基体とを備えている。その凹部には、発光素子を封止する透光性部材が設けられている。なお、基体はモールド樹脂によりモールド成形されている。また、透光性部材は、粒子状の蛍光体を混合した透光性樹脂材料により形成されている。

このような光半導体装置では、発光素子から放射された光の一部は、透光性部材を通過して放出され、他の一部は、凹部の側面（側壁）により反射されて放出される。このとき、凹部の側面に入射する光は、基体により反射あるいは吸収される。なお、光の反射率は、入射する光の波長に依存し、一般に、波長が短い方が低くなる。

ここで、反射率を向上させるため、ＴｉＯ２等の反射フィラーを基体のモールド樹脂に混入させることが行われている。この場合の紫外領域の反射率は１０％以下である。そこで、紫外領域の反射率も向上させるため、基体の樹脂に部分的、すなわち凹部の側面だけに銀めっきを施した光半導体装置も提案されている。また、基体の光劣化を防止するため、基体として光劣化がほとんど生じないセラミック基板を用いることが行われている。この場合には、発光素子の放熱が考慮され、セラミック基板として窒化アルミの基板が用いられる。
特開２００５−３１１１３６号公報

しかしながら、基体の樹脂に部分的に銀めっきを施すことは、マスク等の複雑な製造工程が必要になり、コストを上昇させてしまう。さらに、窒化アルミ等のセラミック基板を用いることは、セラミック基板が高価であるため、コストを上昇させてしまう。

また、今後、発光素子の光エネルギーが発光素子の発光効率の向上や駆動電流の増加等に応じて増加すると、基体の光劣化は加速する。この基体の光劣化に伴ってその光反射率がますます低下するため、取り出される光の量が減少し、輝度が低下してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストを抑えながら、基体の光劣化による輝度の低下を防止することができる光半導体装置及びその光半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、光半導体装置において、凹部を有する基体と、前記凹部内に設けられ、光を放射する発光素子と、前記発光素子と接続部材により電気的に接続され、前記凹部の底面から前記基体の外部まで延伸されるリード部と、前記凹部の側面を覆うよう逆円錐台状に形成され、前記発光素子により放射された前記光を反射して前記凹部の側面への入射を抑える反射部材と、前記リード部材と前記反射部材との接触を阻止する絶縁体と、前記凹部内に設けられ、前記発光素子を封止する透光性部材とを備え、前記反射部材は、逆円錐台状に形成された円筒部と、この円筒部から伸びる縁部と、前記基体に埋没させた状態で前記縁部から外部に向かって水平に伸びる延伸部とから構成されることである。

本発明によれば、コストを抑えながら、基体の光劣化による輝度の低下を防止することができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１乃至図７を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置１Ａは、凹部２ａを有する基体２と、凹部２ａ内に設けられ光を放射する発光素子３と、基体２に設けられて凹部２ａの側面（側壁）を覆い、発光素子３により放射された光が凹部２ａの側面に入射することを抑える抑制部材４と、凹部２ａ内に設けられ発光素子３を封止する透光性部材５と、発光素子３にそれぞれ接続され凹部２ａの底面から外部まで延伸する一対のリード部６、７とを備えている。

基体２は、その略中央に位置付けて設けられた凹部２ａを有している。この凹部２ａは、例えば、カップ形状、すなわち逆円錐台形状に形成されており、その内部に発光素子３を収容する収容部である。この凹部２ａの側面は、凹部２ａの底面から外部に向かって広がるように傾斜している。このような基体２は、例えば、白色のモールド樹脂により形成されている。モールド樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂等の熱可塑性樹脂を用いる。

発光素子３は、凹部２ａの底面の略中央に位置付けられてリード部６上に搭載されている。この発光素子３の底面電極（図２中の下面）は、例えば銀ペースト等の接合部材（図示せず）によりリード部６に接合されて電気的に接続されている。また、発光素子３の表面電極（図２中の上面）は、例えば金ワイヤ等の接続部材８によりリード部７に電気的に接続されている。なお、発光素子３としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いる。

抑制部材４は、凹部２ａの側面を覆い発光素子３により出射された光を反射する反射部材４ａと、その反射部材４ａに固着され絶縁性を有する絶縁部材４ｂとにより構成されている。

反射部材４ａは、図３に示すように、例えばろうと型形状に形成されている。この反射部材４ａは、逆円錐台形状で円筒状に形成された円筒部Ｂ１と、その円筒部Ｂ１から伸びる縁部Ｂ２と、その縁部Ｂ２から外部に向かってそれぞれ水平に伸びる一対の延伸部Ｂ３とを有している。ここで、反射部材４ａに一対の延伸部Ｂ３を形成することによって、抑制部材４を基体２上に設ける場合、一対の延伸部Ｂ３を基体２に埋没させて抑制部材４を設けることが可能になるので、抑制部材４と基体２との結合力を向上させることができる。

このような反射部材４ａは、例えば、銅等の金属材料により形成されている。さらに、反射部材４ａは、例えば、板金部材を打ち抜き加工することにより形成されている。この反射部材４ａの表面には、例えば、銀めっきが施されている。なお、波長が３５０ｎｍである光に対する銀の反射率は、白色のモールド樹脂より遥かに高く、約８０％である。

絶縁部材４ｂは、抑制部材４が基体２に設けられた状態で、抑制部材４の反射部材４ａと一対のリード部６、７との接触を防止するように反射部材４ａに設けられている（図２参照）。これにより、抑制部材４の反射部材４ａと一対のリード部６、７との接触が防がれるので、発光素子３に対する電圧印加時に反射部材４ａに電流が流れることを防止することができる。

このような絶縁部材４ｂは、例えば、白色のモールド樹脂により形成されている。モールド樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂等を用いる。なお、絶縁部材４ｂと基体２とは、同一材料により形成されても、他の材料により形成されてもよい。

透光性部材５は、凹部２ａ内に設けられて発光素子３を封止する部材である。この透光性部材５は、発光素子３から放射された光を放出するための放出面５ａを有している（図２参照）。この放出面５ａは、外部雰囲気に接する露出面であり、発光素子３から放射された光を放出する光取り出し面として機能する。

このような透光性部材５は、例えば、粒子状の蛍光体を混合した蛍光体混合樹脂等の透光性樹脂材料により形成されている。透光性樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂等を用いる。ここで、蛍光体は、発光素子３から放射された光の波長を変換する物質であり、例えば、発光素子３の光の波長よりも長い波長を有する光を放出する。この蛍光体としては、例えば青色の光を放射する発光素子３を用いた場合、黄色光を放出する蛍光体を用いたり、あるいは、黄色光を放出する蛍光体と赤色光を放出する蛍光体の両方を用いたりする。

一対のリード部６、７は、発光素子３に外部から電力を供給するためのリードフレームである。図４に示すように、リード部６は、発光素子３が載置される平面部６ａと、その平面部６ａに連通して山型形状に屈曲する屈曲部６ｂとを有している。また、リード部７は、発光素子３から伸びる接続部材８が接合される平面部７ａと、その平面部７ａに連通して山型形状に屈曲する屈曲部７ｂとを有している。

このような一対のリード部６、７は、凹部２ａの底面から外部までそれぞれ引き出されている。これらのリード部６、７は、例えば銅等の金属材料により形成されている。さらに、一対のリード部６、７の表面には、例えば、銀めっきが施されている。

ここで、金型を用いて基体２をモールド成形する場合には、基体２を形成するためのモールド樹脂が、各リード部６、７が載置される金型の平面と各リード部６、７の屈曲部６ｂ、７ｂとの空間に流れ込む。これにより、各屈曲部６ｂ、７ｂは基体２により囲まれることになるので、各リード部６、７と基体２との結合力を向上させることができる。

次いで、このような光半導体装置１Ａの発光動作について説明する。

一対のリード部６、７に電圧が印加され、発光素子３に電力が供給されると、発光素子３は光を放射する。その光の一部は、透光性部材５を通過してそのまま放出面５ａから放出され、他の一部は、抑制部材４の反射部材４ａにより反射されて放出面５ａから放出される。また、光の一部が、透光性部材５に含有される蛍光体に入射する。これにより、蛍光体は励起されて光を放射する。その光の一部も透光性部材５を通過して放出面５ａから放出され、他の一部も、抑制部材４の反射部材４ａにより反射されて放出面５ａから放出される。このようにして、発光素子３により放射された光と、その光により励起された蛍光体により放射された光とが混合され、透光性部材５の放出面５ａから放出される。

このような発光動作において、発光素子３及び蛍光体により放射された光の一部は、抑制部材４の反射部材４ａにより、透光性部材５の放出面５ａに向けて反射される。これにより、光が基体２に入射することが抑えられるので、基体２の光劣化を防止することができる。その結果として、基体２の光劣化による輝度の低下を防止することができる。

次に、光半導体装置１Ａの製造工程について説明する。

光半導体装置１Ａの製造工程では、図５に示すように、抑制部材４を形成し、図６に示すように、形成した抑制部材４を凹部２ａの側面を覆うように位置付け、基体２を形成し、図７に示すように、形成した基体２の凹部２ａ内に発光素子３を設け、図８に示すように、発光素子３を設けた凹部２ａ内を透光性部材５により封止する。

詳述すると、図５に示すように、最初に、板金部材から打ち抜き加工により反射部材４ａを形成する。その後、絶縁部材４ｂを成形するための金型に反射部材４ａを取り付け、例えばインジェクションモールド法を用いて、白色のモールド樹脂により絶縁部材４ｂを形成しながら反射部材４ａに固着する。これにより、抑制部材４が完成する。

次いで、図６に示すように、一対のリード部７、８上の所定位置に抑制部材４を位置付けて基体２を成形するための金型に、一対のリード部７、８及び抑制部材４を取り付け、例えばインジェクションモールド法を用いて、白色のモールド樹脂により、凹部２ａを有する基体２を成形する。これにより、基体２が完成する。このとき、白色のモールド樹脂が、各リード部６、７が載置される金型の平面と各リード部６、７の屈曲部６ｂ、７ｂとの空間に流れ込む。これにより、各屈曲部６ｂ、７ｂは基体２により囲まれることになる。

その後、図７に示すように、凹部２ａの底面に位置するリード部６の平面部６ａの表面に、例えば銀ペースト等の接合部材を塗布し、その上に発光素子３を載置し、発光素子３とリード部６とを接合する。次いで、例えば金ワイヤ等の接続部材８により、発光素子３の上面電極とリード部７の平面部７ａとを電気的に接続する。これにより、発光素子３が基体２の凹部２ａ内に設けられる。

最後に、基体２の凹部２ａ内にシリコーン樹脂を充填し、発光素子３を封止する。これにより、シリコーン樹脂製の透光性部材５が基体２の凹部２ａ内に設けられ、図２に示すように、光半導体装置１Ａが完成する。

ここで、一対のリード部６、７としては、例えば、表面に厚さ２μｍの銀めっきを施した厚さ２００μｍのリード部を用いる。また、発光素子３としては、例えば大きさが９００×９００×２００μｍ^３である青色の発光ダイオードを用いる。さらに、蛍光体としては、例えば、青色光を黄色光に変換する黄色の蛍光体を用いる。また、抑制部材４の反射部材４ａの曲げ角度は４５度であり、その発光素子３側の開口部の直径は０．３ｍｍである。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、凹部２ａの側面を覆い、発光素子３から放射された光が凹部２ａの側面に入射することを抑える抑制部材４を基体２に設けることによって、基体２の凹部２ａに部分的に銀めっきを施したり、窒化アルミ等のセラミック基板を用いたりすることなく、発光素子３から放射された光が基体２に入射することが抑えられ、基体２の光劣化が防止される。これにより、コストを抑えながら、基体２の光劣化による輝度の低下を防止することができる。その結果として、低コストで高い輝度を長期間維持することができる。

さらに、抑制部材４は、発光素子３により放射された光を反射することから、透光性部材５の放出面５ａからの光取り出し効率が上昇するので、発光素子３の輝度を向上させることができる。

また、抑制部材４の一部が基体２に埋没していることから、抑制部材４と基体２との結合力が向上し、抑制部材４が基体２から取れてしまうことが防止されるので、光半導体装置１Ａの部品信頼性を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図８を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同一部分に同一符号を付し、その説明も省略する。

図８に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置１Ｂでは、抑制部材４が反射部材４ａにより構成されている。さらに、一対のリード部６、７には、絶縁性を有する絶縁層９が設けられている。また、縁部Ｂ２には、段差部Ｂ４が設けられている。

絶縁層９は、反射部材４ａに対向する位置に設けられている。つまり、絶縁層９は、反射部材４ａの発光素子３側の先端部に対向させて円環状に一対のリード部６、７上に設けられている。これにより、反射部材４ａが基体２に設けられた状態で、反射部材４ａと一対のリード部６、７との接触が防がれるので、発光素子３に対する電圧印加時に反射部材４ａに電流が流れることを防止することができる。

段差部Ｂ４は、縁部Ｂ２を凹部２ａの底面方向に屈曲させることにより円環状に形成されている。これにより、反射部材４ａを基体２上に設ける場合、段差部Ｂ４を基体２に埋没させて反射部材４ａを設けることが可能になるので、反射部材４ａと基体２との結合力を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、抑制部材４を反射部材４ａだけで構成することによって、抑制部材４の製造を簡略化することができる。また、段差部Ｂ４が基体２に埋没していることから、抑制部材４と基体２との結合力をさらに向上させることができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置の概略構成を示す斜視図である。 図１のＳ１−Ｓ１線断面図である。 図１及び図２に示す光半導体装置が備える抑制部材の概略構成を示す斜視図である。 図１及び図２に示す光半導体装置が備える一対のリード部の概略構成を示す斜視図である。 図１及び図２に示す光半導体装置の製造方法を説明する第１の工程断面図である。 第２の工程断面図である。 第３の工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ…光半導体装置、２…基体、２ａ…凹部、３…発光素子、４…抑制部材、５…透光性部材

Claims (3)

1. 凹部を有する基体と、
   前記凹部内に設けられ、光を放射する発光素子と、
   前記発光素子と接続部材により電気的に接続され、前記凹部の底面から前記基体の外部まで延伸されるリード部と、
   前記凹部の側面を覆うよう逆円錐台状に形成され、前記発光素子により放射された前記光を反射して前記凹部の側面への入射を抑える反射部材と、
   前記リード部材と前記反射部材との接触を阻止する絶縁体と、
   前記凹部内に設けられ、前記発光素子を封止する透光性部材と、
   を備え、
   前記反射部材は、逆円錐台状に形成された円筒部と、この円筒部から伸びる縁部と、前記基体に埋没させた状態で前記縁部から外部に向かって水平に伸びる延伸部とから構成されることを特徴とする半導体装置。
2. 前記縁部を前記凹部の底面方向に屈曲させることにより円環状に形成された段差部を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記絶縁体は、前記反射部材の裏面に固着された絶縁部材、又は前記リード部材上に設けられた絶縁層であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。

Images