JP4884074B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
即ち、特許文献1によれば、図8に示すように、上面にリフレクタを構成する光反射キャビティ1aを備えた基体(ステム)1に、リードフレーム2a,2bがインサート成形されている。ここで、上記リードフレーム2a,2bは、それぞれ上記光反射キャビティ1a内にてその底面に露出している。
その後、上記光反射キャビティ1a内にて、LEDチップ3を覆うように、封止樹脂(光透過性樹脂)5が充填され、さらにその上に、砲弾状に上方に突出する光透過性樹脂から成る光学レンズ6が配置される。
その際、基体1から側方に突出する各リードフレーム2a,2bが上記ケース型7の上縁に当接することにより、ストッパとして作用する。これにより、上記気体がケース型7内にて所定位置に位置決めされることになり、この状態にて、上記光透過性樹脂を硬化させて、光学レンズ6を形成する。
最後に、上記ケース型7内から基体1を取り出して、リードフレーム2a,2bの余分な部分を切除することにより、LEDが完成するようになっている。
一般的に、LEDの動作環境温度は、−20℃から+80℃以上までとなり、特に車載用途の場合には、−40℃から+100℃の間で変化することになり、このような温度においても、安定した動作が要求されることになる。
特に、例えばLEDをリフロー処理した場合やヒートショック試験等においては、これらの界面にてしばしば剥離が発生する。
特に、硬度の高い材料同士の場合に、このような剥離が発生しやすくなっている。
また、リードフレーム2a,2bを利用して、ケース型7に対する位置決めを行なっているが、このような位置決め方法では、水平方向における位置決めを正確に行なうことができず、光軸ずれが発生しやすかった。
特許文献2においては、熱膨張係数の大きい緩衝用樹脂(封止樹脂)に対して、剰余分の収納部を設けることにより、低温時には熱収縮により体積が不足する緩衝用樹脂を上記収納部から補給して剥離を防止し、高温時には熱膨張により過剰となった緩衝用樹脂を上記収納部に収納して、パッケージ内圧の上昇を防止するようにした、LEDが開示されている。
。
さらに、上記構成により、上記光学レンズは、封止層に対して確実に保持され得ることになり、上述した熱応力が作用しても、上記光学レンズの封止層からの剥離がより一層抑制され得ることになる。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1及び図2は、本発明による半導体発光装置としてのLEDの第一の実施形態を示している。
図1及び図2において、LED10は、チップ実装部11aを有する基板11と、このチップ実装部11aを包囲するように基板11の上面に設けられたハウジング12と、このハウジング12のキャビティ12a内に露出する上記チップ実装部11a上に実装されたLEDチップ13と、上記ハウジング12のキャビティ12a内に充填された波長変換剤(例えば蛍光体)を混入した波長変換層14と、上記キャビティ12a内にて上記波長変換層14の上に配置された封止層15と、この封止層15の上方に配置された光学レンズ16と、から構成されている。
上記基板11は、その表面に電極パターンが形成されており、この電極パターンにより、ほぼ中央付近のチップ実装部11aを備えている。また、この電極パターンは、上記基板11の上面または下面に引き回されることにより、上面または下面にて電気的接続が行なわれ得るようになっている。
上記ハウジング12は、その内側に上下に貫通する。また、上記チップ実装部11aを露出させるキャビティ12aを備えている。
ここで、上記段部12dは、ハウジング12の下面、即ち基板11の上面から所定の高さ位置に配置されている。
尚、上記ハウジング12は、基板11と一体に構成されていてもよい。この場合、チップ実装部11aを含む電極パターンは、例えばリードフレームから構成され、所謂インサート成形され得る。
ここで、上記波長変換剤14aは、LEDチップ13からの青色光が入射することにより励起され、例えば黄色光を発生させるような材料が選択されており、これらの混色による白色光が外部に出射するようになっている。
尚、上記封止層15を構成する透光性樹脂材料は、後述するように、未硬化の状態で上記キャビティ12aの上部12c内に充填された後、光学レンズ16の下端部分が封止層15内にて位置決めされた後に、熱硬化等により硬化されるようになっている。
また、封止層15は、上記光学レンズ16より柔らかい材料もしくは同一の硬さの材料とされる。
さらに、上記光学レンズ16は、図3に示すように、下縁から互いに水平方向反対側に突出する一対のフランジ部16aを備えている。また、図面上下方向においては、フランジ部を備えていない。すなわち、図2に示したようにフランジ部16aは、上記ハウジング12のキャビティ12aの円筒状下部12bに載置可能な大きさとし、光学レンズ16の図面上下方向においては、上記円筒状下部12b上に上記光学レンズ16が直接に載置しない円筒状下部12bの内径より小さな幅とし、図面左右方向において上記円筒状下部12bの内径より大きな幅とした反対側に突出する一対のフランジ部16aを備えている。また、フランジ部16aはLEDチップ13の厚みと同程度、厚くとも2倍よりも薄く形成すると良い。
尚、このフランジ部16aは、光学レンズ16と一体成形されており、金型により容易に製造可能である。また、円筒状下部12bの内径より小さな幅であれば上記図面上下方向においてもフランジ部を備えることも可能である。
また、フランジ部16aの先端面にて上記キャビティの段部に隣接するほぼ垂直な立ち壁12eに当接している。これにより、上記光学レンズ16を水平方向の位置決めを行なっている。
即ち、まず基板11に対してハウジング12が取り付けられる。また、このハウジング12のキャビティ12a内に露出しているチップ実装部11a上に、LEDチップ13が接合され、さらにワイヤボンディングにより電極パターンに対して電気的に接続される。
次に、上記ハウジング12のキャビティ12aの上部12c内にて、上記波長変換層14の上に、封止層15の材料が充填される。
その際、上記光学レンズ16の下縁が、上記封止層15の材料中に進入し、そのフランジ部16aが、上記キャビティ12aの段部12dに対して上方から当接することにより、上記光学レンズ16が上下方向に関して位置決めされることになる。
これに伴って、上記封止層15の材料は、図2のフランジ部16aを設けていない箇所を通って光学レンズ16のフランジ部16aの上方まで回り込んで、上記キャビティ12a内に完全に満たされる。
最後に、上記封止層15を加熱・硬化し、上記光学レンズ16のフランジ部16aは、封止層15中に埋設され、上記封止層15と一体化されることになる。
LEDチップ13から出射する青色光の一部が、波長変換層14に混入された波長変換剤14aに入射することにより、波長変換剤14aが励起されて、黄色光の蛍光を発生させる。
この黄色光が、LEDチップ13からの青色光と混色されることにより、白色光となって、波長変換層14を通って、封止層15を介して、光学レンズ16に入射し、この光学レンズ16の光学作用により所定の配光特性を付与されて外部に出射することになる。
これにより、外部環境温度の変化等により封止層15と光学レンズ16の界面に熱応力が発生したとしても、光学レンズ16のフランジ部16aのキャビティ12aの段部12dに対する接触点を支点として、上記光学レンズ16が上下方向に移動、またはフランジ部16aが変形することにより、この熱応力は、吸収または緩和されることになる。
これにより、光学レンズ16が封止層15から剥離してしまうようなことがなく、半導体発光装置としてのLED10の信頼性が向上することになる。
図5は、本発明による半導体発光装置としてのLEDの第二の実施形態を示している。
図5において、LED20は、図1に示したLED10とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記LED20は、図1に示したLED10とは、上記光学レンズ16が、各フランジ部16aの先端付近に下方に突出する凸部16bを備えている点でのみ異なる構成になっている。
ここで、上記凸部16bは、光学レンズ16そしてフランジ部16aと一体成形されている。
図6は上記凸部16bの配設例を示す。(a)図は、凸部16bをフランジ部16aの先端に沿う形で帯状に形成した例、(b)図は、突起形状の凸部16bを各隅部に形成した例、(c)図は、突起形状の複数個の凸部16bを放射状に並べて形成した例である。また、(d)図は、フランジ部16aの先端部にも凸部を設けた例である。
また、上記凸部16bを放射状もしくは隅部に配置すると、封止層15内に埋設する際に封止層の材料の上方への回りこみの際に障害となり難く好適である。また、フランジ部16aの先端部にも凸部を設けた場合には、下方および側方の双方において点接触となり応力緩衝台座として作用するものとなり、より一層熱応力の吸収または緩和することができるようになっている。
図7は、本発明による半導体発光装置としてのLEDの第三の実施形態を示している。
図7において、LED30は、図1に示したLED10とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記LED30は、図1に示したLED10とは、光学レンズ16のフランジ部16aが、光学レンズ16の下端ではなく、下端から僅かに上方の高さ位置に配置されている。
また、フランジ部16a下方の周縁部16cを傾斜面とし、光学レンズ16のLEDチップ13側の中央付近が周縁部16cよりLEDチップ側に深く封止層15内に埋設される構成とされており、これらの点でのみ異なる構成となっている。
また、フランジ部16a下方の周縁部16cよりLEDチップ13側の中央付近が封止層15内に深く進入して埋設されるため、封止層15内に進入した際に気泡の入り込みを抑止することもでき、これにより、光学レンズ16の封止層15からの剥離がより一層低減されることになる。
ここで、波長変換層14に混入された波長変換剤14aは、青色光を黄色光に変換するようになっているが、これに限らず、LEDチップを含む半導体発光素子の出射光の発光色に対応して、この発光色を適宜の色の光に波長変換するようなものが選択され得る。
この場合、LEDチップ13から出射した光は、そのまま封止樹脂及び封止層15,光学レンズ16を介して外部に出射することになる。
11 基板(セラミック基板)
11a チップ実装部
12 ハウジング
12a キャビティ
12b 下部
12c 上部
12d 段部
12e 立ち壁
13 LEDチップ(半導体発光素子)
14 波長変換層(封止樹脂)
14a 波長変換剤
15 封止層
16 光学レンズ
16a フランジ部
16b 凸部
16c 周縁部
Claims (4)
- 表面にチップ実装部を有する板と、このチップ実装部を包囲するように形成された基板上面に設けられたハウジングと、このハウジングのキャビティ内に露出するチップ実装部上に実装された半導体発光素子と、上記キャビティ内にて半導体発光素子を覆う高さまで充填された微粒子を含む透光性樹脂層と、さらに上記キャビティ内にてハウジングの上面の高さまで充填された封止層と、この封止層の上方に配置された光学レンズと、を含む半導体発光装置であって、
上記ハウジングが、内側のキャビティ壁面の所定高さ位置に段部と当該段部に隣接するほぼ垂直な立ち壁を備えており、
上記光学レンズが、底部付近から互いに水平方向反対側に突出し、上記キャビティの段部の内径よりも大きな外形の、弾性を有する一対のフランジ部を備えていて、
上記光学レンズのフランジ部がハウジングキャビティ内の段部に上方から当接した状態で、上記封止層内に埋設されて、
前記封止層と前記光学レンズとの界面に熱応力が発生した際に、上記光学レンズのフランジ部がハウジングキャビティ内に当接した場所を支点として変形することを特徴とする、半導体発光装置。 - 上記フランジ部が、上記光学レンズの下面と同じ高さもしくはレンズ下面より僅かに上方の高さに配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光装置。
- 上記フランジ部が、上記光学レンズの下方に突出する凸部を備えていることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体発光装置。
- 上記フランジ部が、その先端面にて、ハウジングの段部に隣接する壁面に当接していることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載の半導体発光装置。
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