JP5269468B2

JP5269468B2 - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP5269468B2
Application number: JP2008114124A
Authority: JP
Inventors: 晴志渡辺
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: JP2009267041A

Description

本発明は、半導体発光装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、表面実装型発光ダイオードが示されている。図１は従来の表面実装型発光ダイオードを示す図である。図１を参照すると、この表面実装型発光ダイオードは、基板（樹脂基板）１上に第１および第２の電極パターン（導電パターン）２，３が形成されており、第１の電極パターン２上にはＡｇペーストなどの導電性接着剤４を介して発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）５が載置され、また、第２の電極パターン３と発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）５とがボンディングワイヤ（金線）６によって電気的に接続された状態で、基板１上を封止樹脂７が覆っている。

より具体的に、封止樹脂７は、第１の電極パターン２上に載置された発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）５のみならず、第１の電極パターン２のうち発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）５が載置されない部分も覆っている。
特開平１１−４６０１８号公報

ところで、図１に示す従来の表面実装型発光ダイオードでは、第１の電極パターン２上にＡｇペーストなどの導電性接着剤４を介して発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）５を載置し、第２の電極パターン３と発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）５とをボンディングワイヤ（金線）６によって電気的に接続した状態で、基板１上を封止樹脂７が覆っている。このような表面実装型発光ダイオードをリフロー方式のはんだ付けで回路基板等へ実装するとき、リフロー時の熱により、封止樹脂７が膨張して、発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）５とＡｇペーストなどの樹脂を基材とした導電性接着剤４を上方向に持ち上げ、結果的に、図２に示すように、第１の電極パターン２からＡｇペーストなどの導電性接着剤４が剥離し、同時に、第１の電極パターン２から封止樹脂７も剥離する場合が生じていた（図２において、第１の電極パターン２からの導電性接着剤４および封止樹脂７の剥離部は、黒塗りで図示されている）。ここで、第１の電極パターン２からＡｇペーストなどの導電性接着剤４が剥離すると、導通の不具合が生ずるという問題があった。

本発明は、リフロー時の熱等の高温環境により、第１の電極パターンから樹脂を基材とした接着剤が剥離するのを防止することの可能な半導体発光装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板上に第１および第２の電極パターンが形成されており、前記第１の電極パターン上に樹脂を基材とした接着剤を介して半導体発光素子が載置され、前記第２の電極パターンと前記半導体発光素子とが導電ワイヤを介して電気的に接続され、前記基板上を封止樹脂が覆う半導体発光装置であって、
前記第１および第２の電極パターンは、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面とその反対側に側面を通じて形成されており、
前記封止樹脂は、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面において前記半導体発光素子および、前記第１および第２の電極パターンの一部を覆い、
前記封止樹脂で覆われている前記第１の電極パターンには、カップリング剤からなる接着処理層が部分的に形成され、
前記半導体発光素子は、前記接着処理層上に前記接着剤を介して載置されており、
前記封止樹脂で覆われている第１電極パターンの接着処理層を形成した部分と、接着処理層の形成されていない部分は同程度の面積を有し、その境界が前記第２の電極パターンより前記半導体発光素子に近い位置とされており、
前記封止樹脂で覆われている第１の電極パターンの接着処理層の形成されていない部分および前記第２の電極パターンは、前記封止樹脂との界面を備える、ことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体発光装置において、前記封止樹脂で覆われている第１の電極パターンの前記接着処理層が形成されていない部分において、第１の電極パターンと封止樹脂とが剥離していることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の半導体発光装置において、前記カップリング剤は、シランカップリング剤、その加水分解物および該加水分解物の縮合物から選ばれることを特徴としている。

請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、基板上に第１および第２の電極パターンが形成されており、前記第１の電極パターン上に樹脂を基材とした接着剤を介して半導体発光素子が載置され、前記第２の電極パターンと前記半導体発光素子とが導電ワイヤを介して電気的に接続され、前記基板上を封止樹脂が覆う半導体発光装置であって、
前記第１および第２の電極パターンは、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面とその反対側に側面を通じて形成されており、
前記封止樹脂は、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面において前記半導体発光素子および、前記第１および第２の電極パターンの一部を覆い、
前記封止樹脂で覆われている前記第１の電極パターンには、カップリング剤からなる接着処理層が部分的に形成され、
前記半導体発光素子は、前記接着処理層上に前記接着剤を介して載置されており、
前記封止樹脂で覆われている第１電極パターンの接着処理層を形成した部分と、接着処理層の形成されていない部分は同程度の面積を有し、その境界が前記第２の電極パターンより前記半導体発光素子に近い位置とされており、
前記封止樹脂で覆われている第１の電極パターンの接着処理層の形成されていない部分および前記第２の電極パターンは、前記封止樹脂との界面を備えるので、リフロー工程等の高温環境によっても、第１の電極パターンから前記接着剤が剥離するのを防止するとともに、封止樹脂の熱膨張による内部応力を緩和した信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図３は本発明の半導体発光装置の構成例を示す図である。なお、図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付している。図３を参照すると、この半導体発光装置（例えば、表面実装型発光ダイオード等）は、ガラスエポキシ基板などの基板１上に第１および第２の電極パターン２，３が形成されており、第１の電極パターン２上にはＡｇペーストなどの、樹脂中に導電性粒子を分散させた導電性接着剤４を介して半導体発光素子（例えば、ＬＥＤ素子）５が載置され、第２の電極パターン３と半導体発光素子５とが導電ワイヤ（例えば金線）６を介して電気的に接続され、基板１上を封止樹脂７が覆っている。なお、封止樹脂７には、透明な樹脂が用いられる。具体的に、封止樹脂７には、例えばエポキシ樹脂等を用いることができる。

封止樹脂７は、第１の電極パターン２上に載置された半導体発光素子５および第１および第２の電極パターン２，３の一部を（第１の電極パターン２のうち半導体発光素子５が載置されない部分も）覆っている。このとき、本発明の半導体発光装置では、封止樹脂７で覆われている第１の電極パターン２に、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されている部分２ａと、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されていない部分２ｂとが設けられている。カップリング剤からなる接着処理層９が形成されている部分２ａには導電性接着剤４を介して半導体発光素子５が載置されている。ここで、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されている部分２ａでは、接着処理層９により、第１の電極パターン２と封止樹脂７との界面、および、第１の電極パターン２と導電性接着剤４との界面における接着性が向上している。そのため、リフロー時の熱によっても、第１の電極パターン２から導電性接着剤４が剥離せず、第１の電極パターン２と半導体発光素子５とは導電性接着剤４を介して接着が維持され、第１の電極パターン２と半導体発光素子５とは導電性接着剤４を介して電気的接続が維持される。一方、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されていない部分２ｂは、電極パターン２と封止樹脂７との接着性が、接着処理層９の形成されている部分２ａより低い。そのため、リフロー工程による封止樹脂の内部応力の影響を受けて封止樹脂と電極パターンとを剥離させる方向で、この内部応力を緩和することができる。

図３において、封止樹脂７で覆われている第１の電極パターン２のうち、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されている部分２ａは、ハッチングで図示されている。また、図３において、封止樹脂７で覆われている第１の電極パターン２のうち、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されていない部分２ｂは、黒塗りで図示されている。電極パターン２、３は、基板１の半導体発光素子５の取り付けられる面とは反対側の底面に側面を通じて形成されており、基板１の底面には、回路基板等へはんだ付け等により実装を行うための端子部２ｃ、３ｃを有している。底面に形成された端子部２ｃ、３ｃは、後述のように、半導体発光装置を回路基板上の回路パターンへリフロー方式ではんだ付けして発光装置を作製する場合に好適に用いることができる。ここで、発光装置とは、半導体発光装置を回路基板上の回路パターンにはんだではんだ付けしたものとする。

また、カップリング剤には、相互になじみの悪い無機材料と有機材料の両者と化学結合できる官能基をもつ有機ケイ素化合物として使用されている公知のシランカップリング剤が制限なく使用できる。また、カップリング剤は、シランカップリング剤そのままの状態でもよいし、加水分解した状態或いは加水分解後一部が縮合した状態でもよく、これらのいずれかから選択されるのが好ましい。接着処理層９は、カップリング剤と適宜な溶剤との混合溶液を電極パターン上の所定範囲に塗布し、加熱して溶剤を揮発するなど適宜な方法により形成することができる。

このように、本発明では、封止樹脂７で覆われている第１の電極パターン２に、カップリング剤からなる接着処理層９を部分的に形成し、接着処理層９の形成されていない部分２ｂを設けることにより、封止樹脂や導電性接着剤との接着性の高い部分と低い部分を設ける。このような構成とすることで、高温環境下においても第１の電極パターン２から導電性接着剤４が剥離するのを防止できるとともに、封止樹脂７の熱膨張による内部応力を緩和した信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。カップリング剤からなる接着処理層９が形成されていない接着性の低い部分は、電極パターンと封止樹脂界面で封止樹脂の熱膨張による内部応力の緩和を誘発する箇所の役割をはたしており、程度によっては、電極パターンと封止樹脂との界面での剥離を生じさせて内部応力を緩和するものとなっている。

尚、封止樹脂７で覆われている第１の電極パターン２の全体に接着処理層９を設けた場合には、リフロー工程等の高温環境下における封止樹脂７の熱膨張による内部応力が緩和されずに、封止樹脂７にクラックが発生する場合があるが、本発明では、第１の電極パターン２には、接着処理層９が部分的に形成されるので、上述したように、第１の電極パターン２から導電性接着剤４が剥離するのを防止したことによって発生する内部応力を緩和し、封止樹脂７にクラックが生じるのを防止することができる。

また、本構成例において、第２の電極パターン３の封止樹脂で覆われている部分には、接着処理層９は形成されていない。これは、カップリング剤が導電ワイヤ６との結線領域に及んで導電ワイヤ６と第２の電極パターン３との接合を阻害するのを避けるためである。そのため、第２の電極パターン３上で剥離が起こる可能性もあるが、第２の電極パターン３上での剥離は、導電ワイヤの第２の電極パターン３への接合へ影響すると考えられるため、避けることが望ましい。そこで、第２の電極パターン３上での剥離を避けるため、第１の電極パターン２の接着処理層９の形成されていない部分２ｂが、第２の電極パターン３よりも、第１の電極パターン２の接着処理層９の形成されている部分２ａに近い位置に配置されている。つまり、第１の電極パターン２上の２ａと２ｂとの境界が第２の電極パターン３より半導体発光素子５に近い位置となるよう構成されている。

すなわち、導電ワイヤ６が結線される第２の電極パターン３上には接着処理層９を設けないのが好ましく、この場合には、第１の電極パターン２上の接着処理層９非形成領域が、第２の電極パターン３より第１の電極パターン２上の接着処理層９形成領域に近い位置となるように配置されることがさらに好ましい。

また、封止樹脂７で覆われている第１の電極パターン２のうち、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されていない部分２ｂは、カップリング剤からなる接着処理層９の近傍に、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されている部分２ａと同程度の大きさ（面積）を有するよう、電極パターン２および接着処理層９を配置することが好ましい。このように配置することで、導電性接着剤４の剥離や封止樹脂７のクラックをより確実に防止することができる。

図４を用いて本発明の半導体発光装置の製造工程を説明する。まず、基板１上に第１および第２の電極パターン２，３を形成する。
次いで、図４に示すように、第１の電極パターン２のうち、半導体発光素子５が載置される部分２ａには、カップリング剤からなる接着処理層９を形成し、半導体発光素子５が載置されない部分のうちの少なくとも一部（図４の例では、２ｂで示す部分）には、カップリング剤からなる接着処理層９を形成しないでおく。
しかる後、第１の電極パターン２の接着処理層９が形成されている部分２ａにＡｇペーストなどの導電性接着剤４を介して半導体発光素子５を載置するとともに、第２の電極パターン３と半導体発光素子５とを金線などの導電ワイヤ６によって電気的に接続する。
次いで、第１の電極パターン２上に載置された半導体発光素子５、第１および第２の電極パターン２、３の一部を覆うエポキシ樹脂からなる封止樹脂７をトランスファ成形により形成する。

図５は、回路パターン１１を備えた回路基板１０等へ半導体発光装置をはんだ付け実装して構成される発光装置を示す図である。上記工程で製造された半導体発光装置は、その端子部が回路基板等へはんだ１２により固定されて実装されて使用される。リフロー方式によるはんだ付け実装工程で、図５に示すように、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されている部分２ａでは、リフロー時の熱（２４０〜２６０℃）によっても第１の電極パターン２から導電性接着剤４が剥離するのを防止できる。さらに、カップリング剤からなる接着処理層９が形成されていない部分２ｂでは、第１の電極パターン２と封止樹脂７との接着性が、接着処理層９が形成されている部分２ａよりも低いことにより、第１の電極パターン２から導電性接着剤４が剥離するのを防止したことによって発生する内部応力を緩和し、封止樹脂７にクラックが生じるのを防止することができる。

上記構成例においては、導電性接着剤４としてＡｇペーストを用いたが、導電性接着剤４としては、Ａｇペーストに限らず、樹脂中に導電性粒子を分散したものを適宜選択することができる。なお、ここで、導電性粒子としては、Ａｕ、Ｃｕの粒子、樹脂の周りに金属めっきを施したものが用いられ、樹脂としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。また、導電性接着剤４としては、ペースト状に限らず、シート状のものを用いることもできる。

また、上記構成例においては、半導体発光素子５として、一対の電極が半導体発光素子の上面と底面に配置されたものを用いたが、半導体発光素子５としては、一対の電極が半導体発光素子の上面のみに配置されたもの、あるいは、底面のみに配置されたものを用いることができる。一対の電極が半導体発光素子の上面のみに配置された場合には、各電極パターン２，３との電気的接続は、導電ワイヤを介して行うことができ、半導体発光素子底面に供給される接着剤は導電性のものでなくてもよい。

また、上記構成例においては、カップリング剤からなる接着処理層９は第１の電極パターン２上の半導体発光素子載置領域の１箇所のみに形成されているが、さらに接着処理層非形成領域を挟んだ位置に形成するなど、複数箇所に形成することもできる。

本発明は、単色ＬＥＤ、蛍光体励起型白色ＬＥＤ（一般照明，ストロボ，バックライトなど）、ＲＧＢ混色型白色ＬＥＤ、調光回路搭載ＬＥＤ、受発光一体型フォトセンサ，フォトインターラプタ，フォトカプラなどに利用可能である。

従来の表面実装型発光ダイオードを示す図である。従来の表面実装型発光ダイオードの問題点を説明するための図である。本発明に係る半導体発光装置の構成例を示す図である。本発明に係る半導体発光装置の製造工程を示す図である。回路パターンを備えた回路基板等へ半導体発光装置をはんだ付け実装して構成される発光装置を示す図である。

符号の説明

１基板
２第１の電極パターン
３第２の電極パターン
４導電性接着剤
５半導体発光素子
６導電ワイヤ
７封止樹脂
９接着処理層
１０回路基板
１１回路パターン
１２はんだ

Claims

基板上に第１および第２の電極パターンが形成されており、前記第１の電極パターン上に樹脂を基材とした接着剤を介して半導体発光素子が載置され、前記第２の電極パターンと前記半導体発光素子とが導電ワイヤを介して電気的に接続され、前記基板上を封止樹脂が覆う半導体発光装置であって、
前記第１および第２の電極パターンは、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面とその反対側に側面を通じて形成されており、
前記封止樹脂は、前記基板の前記半導体発光素子が搭載される面において前記半導体発光素子および、前記第１および第２の電極パターンの一部を覆い、
前記封止樹脂で覆われている前記第１の電極パターンには、カップリング剤からなる接着処理層が部分的に形成され、
前記半導体発光素子は、前記接着処理層上に前記接着剤を介して載置されており、
前記封止樹脂で覆われている第１電極パターンの接着処理層を形成した部分と、接着処理層の形成されていない部分は同程度の面積を有し、その境界が前記第２の電極パターンより前記半導体発光素子に近い位置とされており、
前記封止樹脂で覆われている第１の電極パターンの接着処理層の形成されていない部分および前記第２の電極パターンは、前記封止樹脂との界面を備える、
ことを特徴とする半導体発光装置。
請求項１記載の半導体発光装置において、前記封止樹脂で覆われている第１の電極パターンの前記接着処理層が形成されていない部分において、第１の電極パターンと封止樹脂とが剥離していることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１または請求項２記載の半導体発光装置において、前記カップリング剤は、シランカップリング剤、その加水分解物および該加水分解物の縮合物から選ばれることを特徴とする半導体発光装置。