JP5891133B2 - 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ものであり、詳しくは、基板実装時の半田リフロー工程において、半導体発光素子を封止する封止樹脂にクラックを生じないような構成とした半導体発光装置に関する。
従来、半導体発光装置としては、図１７（ａ（平面図）、ｂ（ａのＡ−Ａ断面図））に示す構成のものが提案されている。
それは、貫通孔を有する上部基板８０と下部基板８１とを貼り合わせて発光素子実装基板８２を形成し、（貫通孔による）凹部８３の（下部基板の上面による）底面から凹部８３の内側面及び上部基板８０の上面を経て発光素子実装基板８２の側面及び下部基板８１の下面に回り込む第１電極８４と、上部基板８０の上面を経て発光素子実装基板８２の側面及び下部基板８１の下面に回り込む第２電極８５とが、互いに分離独立して形成されている。
そして、凹部８３底面に位置する第１電極８４上に発光素子８６をダイボンディングして発光素子８６の下部電極と第１電極８４との電気的導通を図ると共に、第２電極８５と発光素子８６の上部電極とをボンディングワイヤ８７でワイヤボンディングして発光素子８６の上部電極と第２電極８５との電気的導通を図っている。
さらに、凹部８３内を埋めると共に上部基板８０の上面に位置する第１電極８４及び第２電極８５の夫々の一部を覆うようにエポキシ樹脂等の光透過性樹脂からなるパッケージ８８が形成され、該パッケージ８８によって発光素子８６及びボンディングワイヤ８７が樹脂封止されている（参考文献１参照）。
特開２００１−１２７３４５号公報
ところで、半導体発光装置は近年、車両用灯具や家庭用照明器具等の光源として用いられ、その場合、白色光を出射する白色半導体発光装置が求められる。
そこで、上記半導体発光装置を基本構成として白色半導体発光装置を実現するためには、例えば、発光素子に青色光を発光する青色発光素子を用い、凹部８３内に光透過性樹脂に蛍光体を含有してなる蛍光体含有樹脂８９を充填することにより該青色発光素子を蛍光体含有樹脂で樹脂封止するものである。
この場合、例えば、蛍光体は、青色光で励起されて黄色光に波長変換する黄色蛍光体、或いは青色光で励起されて赤色光に波長変換する赤色蛍光体と青色光で励起されて緑色光に波長変換する緑色蛍光体との混合蛍光体が用いられる。但し、蛍光体の種類及び混合数はこれに限られるものではなく、求められる光色を実現するための最適な選択が行われる。
そして、凹部８３内に充填された蛍光体含有樹脂８９及び上部基板８０の上面に位置する第１電極８４及び第２電極８５の夫々の一部を覆うようにエポキシ樹脂等の光透過性樹脂からなるパッケージ８８が形成される。
ところで、蛍光体を含有する光透過性樹脂がパッケージを形成するエポキシ樹脂よりも熱膨張係数が大きい場合、具体的にはシリコーン樹脂の場合、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂とでは熱膨張係数が大きく異なる。
そこで、半導体発光装置を半田リフローによって基板実装すると、半田リフロー時の半田溶融熱によって凹部８３内の蛍光体含有樹脂８９が熱膨張し、該蛍光体含有樹脂８９の上に位置する、蛍光体を含有する光透過性樹脂よりも熱膨張係数が小さいエポキシ樹脂からなるパッケージ８８に上向きの膨張応力が加わる。
そのため、パッケージ８８の、蛍光体含有樹脂８９が充填された凹部８３上に位置する部分が上方に押し上げられ、その押し上げ力は凹部８３の上部から放射状に広がってその周辺にまで及ぶ。その結果、第１電極８４の、凹部８３上縁を囲むように環状に位置する部分（環状部）８４ａであって蛍光体含有樹脂８９で覆われていない領域とパッケージ８８との界面で剥離が生じ、その剥離は、第１電極８４の環状部８４ａからパッケージ８８外まで延長されたランド部８４ｂに沿ってパッケージ８８の外周まで進行する。
すると、半田リフロー工程を経て基板実装された半導体発光装置は、使用環境下において存在する水分、塩分や塵埃等が第１電極８４のランド部８４ｂ及び環状部８４ａに沿って形成された剥離空間内をパッケージ８８の中央部に向かって進入し、最終的には発光素子８６に至る。
その結果、発光素子８６の劣化が促進されて光度低下あるいは不点灯等による光学性能の低下を招くと共に、素子寿命を短縮することにも繋がる。換言すると、半導体発光装置の信頼性を損なうものとなる。
このような問題は、特に、融点が２００℃付近の鉛半田に対して融点がそれよりも高い２６０℃付近の鉛フリー半田においては顕著に現れ深刻な問題となる。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、基板搭載時の半田リフロー工程における半田溶融熱の高温雰囲気中にあっても、信頼性を損なうような不具合を生じることのないような半導体発光装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、凹部内にダイボンディングされた半導体発光素子と、一端部が前記半導体発光素子の上部電極に接合されて他端部が前記凹部外に形成されたワイヤボンディングパッドに接合されたボンディングワイヤと、前記凹部内に充填されて前記半導体発光素子全体及び前記ボンディングワイヤの一部を封止する第１の樹脂と、前記凹部を覆うように前記第１の樹脂の上方に設けられた第２の樹脂を備え、前記ボンディングワイヤは、前記半導体発光素子の上部電極の接合部から前記第１の樹脂の上面までは該上面に向かって延設され、前記第１の樹脂の上面は、前記ボンディングワイヤと接する部分が該ボンディングワイヤに沿って前記第２の樹脂の方向に這い上がって前記ボンディングワイヤとの交点を頂点とする略円錐状に形成されると共に前記交点において前記第２の樹脂の下面と接触し、前記交点は前記凹部の中心又は該中心を中心とした同一円上で互いに等角度間隔の位置に位置し、且つ、前記交点以外では前記第１の樹脂の上面と前記第２の樹脂の下面との間に間隙が形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、凹部内にダイボンディングされた複数の半導体発光素子と、一端部が前記複数の半導体発光素子の夫々の上部電極に接合されて他端部が前記凹部外に形成されたワイヤボンディングパッドに接合された複数のボンディングワイヤと、前記凹部内に充填されて前記複数の半導体発光素子全体及び前記複数のボンディングワイヤの夫々の一部を封止する第１の樹脂と、前記凹部を覆うように前記第１の樹脂の上方に設けられた第２の樹脂を備え、前記複数のボンディングワイヤはいずれも、前記複数の半導体発光素子の夫々の上部電極の接合部から前記第１の樹脂の上面までは該上面に向かって延設され、前記第１の樹脂の上面は、前記複数のボンディングワイヤの夫々と接する部分が該ボンディングワイヤに沿って前記第２の樹脂の方向に這い上がって前記ボンディングワイヤの夫々との交点を頂点とする略円錐状に形成されると共に前記交点において前記第２の樹脂の下面と接触し、前記交点は前記凹部の中心を中心とした同一円上で互いに等角度間隔の位置に位置し、且つ、前記交点以外では前記第１の樹脂の上面と前記第２の樹脂の下面との間に間隙が形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記第１の樹脂は前記第２の樹脂よりも熱膨張係数が大きいこと特徴とするものである。
本発明の半導体発光装置は、凹部内にダイボンディングされた半導体発光素子の上部電極にボンディングワイヤの一端部を接続し、凹部内に第１の樹脂を充填して半導体発光素子全体とボンディングワイヤの一部を樹脂封止すると共に、第１の樹脂の上方に凹部を覆うように第２の樹脂を備えた。このとき、第１の樹脂と第２の樹脂は夫々のボンディングワイヤとの交点で互いに接触し、接触交点以外の部分では第１の樹脂と第２の樹脂の間に間隙を形成するものとした。
その結果、第１の樹脂と第２の樹脂が異なる熱膨張係数を有するものであっても、高温雰囲気中の作業において信頼性を損なうような不具合を生じることがなく、同時に光利用効率の高効率化及び集光性の向上を図ることが可能な光学系を実現することができた。
となる。
第１の実施形態の上面説明図である。 図１のＡ−Ａ断面説明図である。 図２のＡ部拡大説明図である。 実施例の光線追跡図である。 比較例の光線追跡図である。 実施例と比較例の光線追跡図を重ねて表示した図である。 製造工程の説明図である。 同じく、製造工程の説明図である。 同じく、製造工程の説明図である。 同じく、製造工程の説明図である。 同じく、製造工程の説明図である。 同じく、製造工程の説明図である。 同じく、製造工程の説明図である。 同じく、製造工程の説明図である。 第２の実施形態の縦断面説明図である。 実施例と比較例の光線追跡図を重ねて表示した図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１６を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。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、これらの実施形態に限られるものではない。
図１は本発明の半導体発光装置に係わる第１の実施形態の上面説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面説明図、図３は図２のＡ部拡大説明図である。
半導体発光装置１は、貫通孔１１を有すると共に一方の面（表側面）に金属パターン（表側金属パターン１２）を形成した略長方形状の上部基板１０と、両面（表側面及び裏側面）の夫々に金属パターン（表側金属パターン２１及び裏側金属パターン２２）を形成した略長方形状の下部基板２０の２枚の基板で構成され、上部基板１０の裏側面と下部基板２０の表側面が絶縁接着剤あるいは絶縁接着シート等の絶縁接着部材で貼り合わされた２層構造を有しており、この２層構造によってベース基板３０が構成されている。
そのうち、上部基板１０の表側金属パターン１２は、円柱状の貫通孔（ベース基板３０としては円柱状の凹部）１１の上縁を囲むように環状に形成された環状金属パターン１２ａと、上部基板１０の互いに対向する両縁から内側に向けて形成された一対の表側縁部金属パターン１２ｂ、１２ｃと、表側縁部金属パターン１２ｃから内側に突出して延成されたワイヤボンディングパッド１２ｄとからなっている。環状金属パターン１２ａと、表側縁部金属パターン１２ｂ、１２ｃとは、上部基板１０上において離間して形成されている。
また、下部基板２０の表側金属パターン２１は、上部基板１０と下部基板２０とで挟まれた位置にあり、凹部１１の底面をなすように形成されている。
一方、下部基板２０の裏側金属パターン２２は、上方に位置する上部基板１０の表側縁部金属パターン１２ｂ、１２ｃと同様に、下部基板２０の互いに対向する両縁から内側に向けて形成された一対の裏側縁部金属パターン２２ｂ、２２ｃからなり、表側縁部金属パターン１２ｂと裏側縁部金属パターン２２ｂ、及び、表側縁部金属パターン１２ｃと裏側縁部金属パターン２２ｃは、互いに上下方向の対向する位置に位置している。
なお、裏側縁部金属パターン２２ｂと裏側縁部金属パターン２２ｃは、半導体発光装置１を基板に実装するときに、基板に形成された電極パターンに接合されて該半導体発光装置１を基板に固定支持する固定支持部の働き及び外部からの電力を半導体発光装置１に取り込む受電電極の働きを担う。つまり、裏側縁部金属パターン２２ｂと裏側縁部金属パターン２２ｃが、はんだリフロー工程などにより、はんだを介して回路基板等の基板上に接合される。
凹部１１は、内側面に金属パターン（凹面金属パターン１２ｅ）が形成されており、凹部１１の上縁を囲む環状金属パターン１２ａと凹部１１の底面となる表側金属パターン２１が凹面金属パターン１２ｅを介して接続されている。
更に、表側縁部金属パターン１２ｂと表側金属パターン２１と裏側縁部金属パターン２２ｂとが、ベース基板３０の側面に形成された側面金属パターン３１ｂを介して接続され、表側縁部金属パターン１２ｃと裏側縁部金属パターン２２ｃとが、側面金属パターン３１ｂが形成された側面に対向する側面に形成された側面金属パターン３１ｃを介して接続されている。
つまり、ベース基板３０は、環状金属パターン１２ａ、凹面金属パターン１２ｅ、表側金属パターン２１、表側縁部金属パターン１２ｂ、裏側縁部金属パターン２２ｂ及び側面金属パターン３１ｂが接続状態にあり、表側縁部金属パターン１２ｃ、裏側縁部金属パターン２２ｃ及び側面金属パターン３１ｃが接続状態にある。
そして、凹部１１の底面に位置する表側金属パターン２１上に１つの半導体発光素子３をダイボンディングして半導体発光素子３の下部電極と表側金属パターン２１との電気的導通を図ると共に、表側縁部金属パターン１２ｃから延成されたワイヤボンディングパッド１２ｄと半導体発光素子３の上部電極とを１本のボンディングワイヤ４でワイヤボンディングして半導体発光素子３の上部電極と表側縁部金属パターン１２ｃとの電気的導通を図っている。
このとき、半導体発光素子３は凹部１１内の中央部（中心部）にダイボンディングされることが好ましいが、必ずしも中央部（中心部）に限られるものではない。ボンディングワイヤ４は半導体発光素子３の上面の接合部から後述する第１の樹脂の上面までの間（Ｂ部）は該上面に向かって延設されている。この場合、ボンディングワイヤ４のＢ部は半導体発光素子３上面の投影上に位置することが好ましいが、必ずしも投影上に限られるものではない。
凹部１１内には、光透過性樹脂に蛍光体を含有してなる第１の樹脂（以下、「蛍光体含有樹脂」と呼称する）５が充填されて、凹部１１内にダイボンディングされた半導体発光素子３全体及び半導体発光素子３の接合部から延設されたボンディングワイヤ４の一部（Ｂ部）が樹脂封止されている。
凹部１１内に充填された蛍光体含有樹脂５はその上面５ａが、凹部１１の周縁部側においては環状金属パターン１２ａの上面縁部１２ａａとほぼ面一となるように位置すると共に凹部１１の中央部が後述する蛍光体含有樹脂５の充填工程においてボンディングワイヤ４と接する部分の表面張力によって上方に盛り上がって形成される、ボンディングワイヤ４との交点５ｂを頂点とする略円錐状を呈している。
なお、上述した、ボンディングワイヤ４の半導体発光素子３の上面の接合部から蛍光体含有樹脂５の上面に向かって延設されるＢ部の長さは、半導体発光素子３の上面の接合部から蛍光体含有樹脂５の略円錐状の頂点との交点５ｂの位置までの長さに設定される。
そこで、上記半導体発光装置１を白色光を照射する白色半導体発光装置とすると、半導体発光素子３に例えば、青色光を発光する青色半導体発光素子を用い、蛍光体含有樹脂５を構成する蛍光体に例えば、青色半導体発光素子から発せられた青色光で励起されて黄色光に波長変換する黄色蛍光体、或いは青色光で励起されて赤色光に波長変換する赤色蛍光体と青色光で励起されて緑色光に波長変換する緑色蛍光体との混合蛍光体が用いられる。但し、蛍光体の種類及び混合数はこれに限られるものではなく、半導体発光装置１に求められる光色を実現するために最適な選択が行われる。
上部基板１０（ベース基板３０）の表側面上には、光透過性樹脂による第２の樹脂（以下、「封止樹脂部」と呼称する）６が形成され、中央部の半導体発光素子３上に凸状のレンズ部６ａが形成されると共に下面６ｂの凹部１１上方は後述する樹脂封止工程において加熱硬化時の体積収縮でレンズ部６ａ側に引っ張られるように変形したレンズ部６ａ側に凹状の湾曲面が形成されている。
これにより、封止樹脂部６は、凹部１１内に充填された蛍光体含有樹脂５の表面全体、環状金属パターン１２ａの全体、表側縁部金属パターン１２ｂの一部及びワイヤボンディングパッド１２ｄの一部を含む表側縁部金属パターン１２ｃの一部を覆っている。
また、蛍光体含有樹脂５と封止樹脂部６は、蛍光体含有樹脂５の略円錐状の頂点とボンディングワイヤ４との交点５ｂの位置のみで接触した状態となっている。換言すると、封止樹脂部６の下面６ｂは、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂが互いにボンディングワイヤ４と交差する部分(交差部)１４のみの部分で接触している。
この交差部１４は、凹部１１の中心に位置している。この実施形態において半導体発光素子３は凹部１１内の中央部にダイボンディングされ、ボンディングワイヤ４は半導体発光素子３の中心から光軸（Ｘ）に沿う形で交差部１４まで延びている。このように交差部１４においてボンディングワイヤ４は光軸（Ｘ）に沿う形で延びていることが好ましい。
ボンディングワイヤ４の、交差部１４から延長されて封止樹脂部６内に位置する部分は図１〜図３にあるように、ワイヤボンディングパッド１２ｄに向かうようにループ部Ｃが形成されている。
上記、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂの１箇所の接触部（交差部１４）以外は、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂで囲まれた間隙１３が形成されている。間隙１３の形状は、光軸（Ｘ）上に配置された交差部１４に対して略対称である。
なお、封止樹脂部６を形成する光透過性樹脂と蛍光体含有樹脂５を構成する光透過性樹脂は異なる素材が用いられ、蛍光体含有樹脂５を構成する光透過性樹脂の方が封止樹脂部６を形成する光透過性樹脂よりも熱膨張係数が大きい素材が用いられる。具体的には、例えば、蛍光体含有樹脂５を構成する光透過性樹脂の素材にシリコーン樹脂が用いられ、封止樹脂部６を形成する光透過性樹脂の素材にエポキシ樹脂が用いられる。
本実施形態においては、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂の熱膨張係数は夫々、３００ｐｐｍ／℃及び６７ｐｐｍ／℃であった。
このような構成の半導体発光装置１を、基板実装のために半田リフロー工程の高温雰囲気（鉛フリー半田を用いた場合は２６０℃付近の温度）中に投入すると、凹部１１内に充填された蛍光体含有樹脂５と該蛍光体含有樹脂５を覆うようにその上方に形成された封止樹脂部６の夫々が高温による熱膨張によって体積が増大し、蛍光体含有樹脂５の上面５ａが封止樹脂部６側に移動すると共に封止樹脂部６の下面６ｂが蛍光体含有樹脂５側に移動する。
そのとき、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂとの間には予め間隙１３が設けられている。そのため、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂが熱膨張によって対向する互いの方向に移動しても、両面５ａ、６ｂの合計移動距離が隙間よりも短い場合は両面５ａ、６ｂが接触することはなく、半田リフロー後に蛍光体含有樹脂５と封止樹脂部６のいずれにも膨張収縮応力が残留することがない。
もし、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂの合計移動距離が間隙１３よりも長く、蛍光体含有樹脂５の上面５ａが該蛍光体含有樹脂５よりも熱膨張係数が小さい封止樹脂部６の下面６ｂに接触した状態になったとしても、蛍光体含有樹脂５によって封止樹脂部６が受ける応力は、蛍光体含有樹脂５の上面５ａが封止樹脂部６の下面６ｂに到達するまでに間隙１３によってその大部分が緩和され、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂが直接接触して接触界面を形成した場合に比べて極めて小さいものとなる。
換言すると、高温雰囲気中において、互いに異なる熱膨張係数を有する２種類の樹脂は、直接接触して接触界面を形成した場合に生じる熱膨張収縮応力に比べて、その間に間隙を設けた場合の熱膨張収縮応力の方が極めて小さいものとなる。
したがって、いずれの場合でも、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂとの間に予め間隙１３を設けたことにより、封止樹脂部６に対する該封止樹脂部６よりも熱膨張係数の大きい蛍光体含有樹脂５の熱膨張によるクラック等の不具合の発生を抑制することが可能となる。
しかも、半導体発光装置１を、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂとの間に間隙１３を設けた構造とすることにより、隙間１３が半導体発光装置１の照射光の光学特性に対して有効な働きを奏するものとなる。そして、間隙１３が光軸（Ｘ）上に配置された交差部１４に対して略対称であるため、半導体発光装置は、光軸（Ｘ）に対称な指向特性を得ることができる。
以下に、半導体発光装置１の光学特性について、従来構造の半導体発光装置と比較しながら図４〜図６の光線追跡図を参照して説明する。なお、ボンディングワイヤは図中に省略している。
図４は実施例（第１の実施形態）の半導体発光装置１において、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線の光線追跡図であり、そのうち図４（ａ）は半導体発光素子３から出射した光線が蛍光体含有樹脂５内を導光されて間隙１３を通過するまでの光線追跡図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の間隙１３通過後の光線が封止樹脂部６内を導光されてレンズ部６ａから外部に向けて出射されるまでの光線追跡図である。
図５は、比較例（従来構造）の半導体発光装置において、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線の光線追跡図であり、そのうち図５（ａ）は半導体発光素子３から出射した光線が蛍光体含有樹脂５内を導光されて間隙１３′を通過するまでの光線追跡図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の間隙１３′通過後の光線が封止樹脂部６内を導光されてレンズ部６ａから外部に向けて出射されるまでの光線追跡図である。
図６は、実施例の光線追跡図と比較例の光線追跡図を重ねて表示したものであり、そのうち、図６（ａ）は実施例の図４（ａ）と比較例の図５（ａ）を重ねて表示したもの、図６（ｂ）は実施例の図４（ｂ）と比較例の図５（ｂ）を重ねて表示したものである。図６において、直線は実施例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａ及び光線を表し、破線は比較例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′及び光線を表している。
なお、比較例の半導体発光装置は、封止樹脂部６の下面６ｂは実施例の封止樹脂部６の下面６ｂと同様の形状であるが、蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′は実施例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａとは異なる形状を有しており、上方の封止樹脂部６側に凸状の湾曲面を呈している。
実施例及び比較例の夫々において、半導体発光素子３の上面中央部から出射して蛍光体含有樹脂５の上面５ａ、５ａ′に至るまでの光線（半導体発光素子３の光軸（Ｘ）に対して半導体発光素子３からの出射角が小さい方から）Ｌ１〜Ｌ８は同一の光路を辿るものとする。
図４より実施例においては、半導体発光素子３の上面中央部から出射して蛍光体含有樹脂５の上面５ａに至った光線（Ｌ１〜Ｌ８）のうち、Ｌ１〜Ｌ５及びＬ８の６本の光線は蛍光体含有樹脂５の上面５ａ及び封止樹脂部６の下面６ｂで屈折されながら間隙１３を通過して封止樹脂部６内に入射し、光線Ｌ６及びＬ７は蛍光体含有樹脂５の上面５ａで内部反射（全反射）して蛍光体含有樹脂５内に戻る（図４（ａ）参照）。そして、封止樹脂部６内に入射した光線Ｌ１ａ〜Ｌ５ａ及びＬ８ａは封止樹脂部６内を導光されてレンズ部６ａで該レンズ部の軸（Ｘ）方向に屈折されて封止樹脂部６外に照射される（図４（ｂ）参照）。
一方、図５より比較例においては、半導体発光素子３の上面中央部から出射して蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′に至った光線（Ｌ１〜Ｌ８）のうち、Ｌ１〜Ｌ４及びＬ８の５本の光線は蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′及び封止樹脂部６の下面６ｂで屈折されながら間隙１３′を通過して封止樹脂部６内に入射し、光線Ｌ５〜Ｌ７は蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′で内部反射（全反射）して蛍光体含有樹脂５内に戻る（図５（ａ）参照）。そして、封止樹脂部６内に入射した光線Ｌ１ｂ〜Ｌ４ｂ及びＬ８ｂは封止樹脂部６内を導光されてレンズ部６ａで該レンズ部の軸（Ｘ）方向に屈折されて封止樹脂部６外に照射される（図５（ｂ）参照）。
したがって、実施例の図４（ａ）と比較例の図５（ａ）を重ねて表示した図６（ａ）より、実施例と比較例を比較した場合、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線Ｌ１〜Ｌ８は、実施例においては光線Ｌ１ａ〜Ｌ５ａ及びＬ８ａの６本、比較例においては光線Ｌ１ｂ〜Ｌ４ｂ及びＬ８ｂの５本を半導体発光装置の照射光として使用できることがわかる。つまり、比較例よりも実施例の方が光の利用効率が高い構造を有していることがわかる。
また、実施例の図４（ｂ）と比較例の図５（ｂ）を重ねて表示した図６（ｂ）より、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線Ｌ１〜Ｌ４において、実施例の間隙１３を通過して封止樹脂部６のレンズ部６ａから封止樹脂部６外に照射される光線Ｌ１ａ〜Ｌ４ａの夫々は、比較例の間隙１３′を通過して封止樹脂部６のレンズ部６ａから封止樹脂部６外に照射される光線Ｌ１ｂ〜Ｌ４ｂの夫々よりも半導体発光素子３の光軸（Ｘ）に近づく方向に進行する。つまり、実施例の方が比較例よりも集光性に優れた構造を有していることが分かる。
上記実施例を光の利用効率を高めると共に集光性に優れたものとする構造は、蛍光体含有樹脂５の上面５ａの形状に係わるものであり、比較例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′の形状が上方の封止樹脂部６側に凹状の湾曲面を呈しているのに対し、実施例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａの形状は、上述したように、ボンディングワイヤ４と接する部分の表面張力によってボンディングワイヤ４に沿って這い上がって上方に盛り上がって形成される、ボンディングワイヤ４との交点５ｂを頂点とする略円錐状を呈している。
そのため、実施例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａの形状と比較例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′の形状を光学的に比較すると、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線が実施例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａに到達する到達点における法線と光線とのなす角（入射角）と、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線が比較例の蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′に到達する到達点における法線と光線とのなす角（入射角）を比較すると、実施例の入射角の方が小さい。
つまり、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線が蛍光体含有樹脂５の上面に臨界角以内の角度で到達するときの、半導体発光素子３からの出射光の出射角度の範囲は、比較例よりも実施例の方が広い。そのため、実施例は比較例に対して広範囲に出射した光線を上方の封止樹脂部６に導光することが可能となり、光体含有樹脂５の上面５ａにおける内部反射光が低減した分だけ光の利用効率が高まることになる。
また、半導体発光素子３の上面中央部から出射した光線が蛍光体含有樹脂５の上面に到達した到達点における法線に対する光線のなす角は、比較例よりも実施例の方が小さい。そのため、蛍光体含有樹脂５の上面において屈折された光線は比較例よりも実施例の方が半導体発光素子３の光軸（Ｘ）に近づく方向に進む。その結果、実施例の方が比較例に比べて集光性が高いものとなる。
次に、上記構成の半導体発光装置１の製造方法について、図７〜図１４を参照して説明する。なお、図７〜図９は上面図、図１０〜図１４は断面図を示している。
まず、図７の上部基板１０（図７（ａ））と下部基板２０（図７（ｂ））の準備工程において、片側の面（表側面）の全面に表側金属層１５が形成された多数個取りの上部基板１０と、両側の面（表側面と裏側面）の夫々の全面に表側金属層２５と裏側金属層２６が形成された多数個取りの下部基板２０の両基板の同一の位置に、夫々所定の幅の複数の貫通溝１６、２７を所定の間隔で平行に並設する。上部基板１０及び下部基板２０には、例えばガラスエポキシ基板などの絶縁基板を用いることができる。
次に、図８の上部基板１０（図８（ａ））と下部基板２０（図８（ｂ））の金属パターン形成工程において、上部基板１０の表側金属層１５の不要な部分をエッチングにより除去して所望の表側金属パターン１２を形成し、同様に、下部基板２０の表側金属層２５及び裏側金属層２６の夫々の不要な部分をエッチングにより除去して所望の表側金属パターン２１及び裏側金属パターン２２を形成する。
このとき、上部基板１０の表側金属パターン１２は、隣接する貫通溝１６で挟まれた領域の中央部に、後に環状金属パターン１２ａとなる略円状の複数の中央金属パターン１７が所定の間隔で分離独立して直線状に形成され、その両側に後の表側縁部金属パターン１２ｂ、１２ｃが夫々繋がった状態で形成されている。また、表側縁部金属パターン１２ｃからは各中央金属パターン１７に向かうワイヤボンディングパッド１２ｄが突出して延成されている。
なお、略円状の中央金属パターン１７はその中心が、対向する貫通溝１６間の中央位置に位置している。
一方、下部基板２０の表側金属パターン２１は、一方の貫通溝２７から対向する他方の貫通孔２７に向かって所定の幅及び所定の長さで所定の間隔をもって複数個形成されている。また、下部基板２０の裏側金属パターン２２は、後の裏側縁部金属パターン２２ｂ、２２ｃが、対向する夫々の貫通溝２７から所定の幅で該貫通溝２７に沿って繋がった状態で形成されている。
次に、図９の上部基板の貫通孔形成工程において、上部基板１０の、対向する貫通溝１６間の中間位置に、各中央金属パターン１７が環状に残るように該中央金属パターン１７及び上部基板１０を貫通する貫通孔１１を形成する。
このとき、中央金属パターン１７の中心と貫通孔１１の中心は同一位置にあり、換言すると中央金属パターン１７と貫通孔１１は同心円状にある。そのため、貫通孔１１の上縁を囲むように環状に残った環状金属パターン１２ａは、その幅が全周に亘って均一な形状となっている。
次に、図１０の基板貼り合わせ工程において、上部基板１０と下部基板２０を互いの貫通溝１６、２７同士が重なり合うように縁接着材あるいは絶縁接着シート等の絶縁接着部材で貼り合わせ、２枚の基板１０、２０からなり貫通溝１６、２７を貫通する貫通溝３２を有する２層構造のベース基板３０を作製する。
このとき、下部基板２０の表側金属パターン２１は、上部基板１０と下部基板２０とで挟まれた位置に位置し、上方に位置する上部基板１０の表側縁部金属パターン１２ｂ側に位置する貫通溝３２から対向する他方の貫通孔３２に向かって上部基板１０の貫通孔１１の下部位置よりも先方まで延成されており、これにより貫通孔１１の底面をなしている。
次に、図１１のメッキ工程において、上部基板１０と下部基板２０が貼り合わされたベース基板３０の各凹部（貫通孔）１１の内側面及び、上部基板１０の貫通溝１６と下部基板２０の貫通溝２７とで構成された、ベース基板３０の貫通溝３２の内側面に無電解メッキによる金属パターンを形成し、夫々凹面金属パターン１２ｅ及び側面金属パターン３１ｂ、３１ｃを設ける。
これにより、ベース基板３０は、環状金属パターン１２ａ、凹面金属パターン１２ｅ、表側金属パターン２１、表側縁部金属パターン１２ｂ、裏側縁部金属パターン２２ｂ及び側面金属パターン３１ｂが接続状態になり、表側縁部金属パターン１２ｃ、裏側縁部金属パターン２２ｃ及び側面金属パターン３１ｃが接続状態になる。
次に、図１２のボンディング工程において、凹部１１の底面に位置する表側金属パターン２１上に半導体発光素子３を導電接合部材を介してダイボンディングし、半導体発光素子３の下部電極と表側金属パターン２１との電気的導通を図る。その後、表側縁部金属パターン１２ｃから延成されたワイヤボンディングパッド１２ｄと半導体発光素子３の上部電極とをボンディングワイヤ４でワイヤボンディングして半導体発光素子３の上部電極と表側縁部金属パターン１２ｃとの電気的導通を図る。
次に、図１３の蛍光体含有樹脂の充填工程において、シリコーン樹脂等の光透過性樹脂に蛍光体を含有してなる蛍光体含有樹脂５を凹部１１内にポッティングによって充填し、凹部１１内にダイボンディングされた半導体発光素子３全体及び半導体発光素子３の接合部から延設されたボンディングワイヤ４の一部を蛍光体含有樹脂５によって樹脂封止を行う。
このとき、凹部１１内に充填された蛍光体含有樹脂５は上面５ａが、凹部１１の周縁部側においては環状金属パターン１２ａの上面縁部１２ａａとほぼ面一となるように位置し、凹部１１の中心部はボンディングワイヤ４と接する部分が表面張力によってボンディングワイヤ４に沿って上方に這い上がって盛り上がり、ボンディングワイヤ４との交点５ｂを頂点とする略円錐状に形成される。
その後、蛍光体含有樹脂５を加熱硬化する。
次に、図１４の樹脂封止工程において、ベース基板３０の表側面上にエポキシ樹脂等の光透過性樹脂による封止樹脂部６をトランスファ成形等により形成し、凹部１１内に充填された蛍光体含有樹脂５の表面全体、環状金属パターン１２ａの全体、表側縁部金属パターン１２ｂの一部及びワイヤボンディングパッド１２ｄの一部を含む表側縁部金属パターン１２ｃの一部を覆う。
このとき、封止樹脂部６は、各凹部１１の上方に凸状のレンズ部６ａが形成され、それにより半導体発光素子３から出射して蛍光体含有樹脂５を通過した光の光路制御を行って所望の配光特性を得るようにしている。
その後、封止樹脂部６を加熱硬化する。すると、蛍光体含有樹脂５の上面５ａとの界面を形成していた封止樹脂部６の下面６ｂが封止樹脂部６の加熱硬化時の体積収縮によって上方のレンズ部６ａ側に引っ張られるように変形し、蛍光体含有樹脂５の上面５ａとの界面剥離が生じて該蛍光体含有樹脂５の上面５ａとの間に間隙１３が形成される。
それと同時に、蛍光体含有樹脂５と封止樹脂部６は、蛍光体含有樹脂５の上面５ａの略円錐状の頂点と封止樹脂部６の下面６ｂが互いにボンディングワイヤ４と交差する部分(交差部)１４の１箇所のみの部分で接触している。
蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂで形成される間隙１３は、凹部１１内に充填される蛍光体含有樹脂５の充填量や封止樹脂部６のトランスファ成形等の成形温度などの製造条件を一定に管理することにより、形状寸法を再現性良く制御することができる。
また、蛍光体含有樹脂５と封止樹脂部６は、互いに離撥性が高い（接着性及びタック性が低い）樹脂を用いることにより、間隙１３を良好に形成することができる。
最後に、図示しないが、ベース基板３０と封止樹脂部６を所定の間隔のダイシンググラインに沿って一括して切断し、複数の半導体発光装置１に個片化する。これにより、半導体発光装置の製造工程が終了して所望の半導体発光装置１が完成する。
図１５は、本発明の半導体発光装置に係わる第２の実施形態の縦断面説明図である。
第２の実施形態は上述の第１の実施形態に対して、２つの上部電極を有する半導体発光素子３を用いたものであり、凹部１１内にダイボンディングされた半導体発光素子３の２つの上部電極の夫々に接合された２本のボンディングワイヤ４を有し、夫々のボンディングワイヤ４は上記第１の実施形態と同様に、半導体発光素子３の上面の接合部から蛍光体含有樹脂５の略円錐状の上面５ａの頂点と封止樹脂部６の下面６ｂが互いにボンディングワイヤ４と交差する部分(交差部)１４までの間(Ｂ部)は、半導体発光素子３の上面の接合部から蛍光体含有樹脂５の上面に向かって延設されている。
したがって、蛍光体含有樹脂５と封止樹脂部６は、蛍光体含有樹脂５の略円錐状の上面５ａの頂点と封止樹脂部６の下面６ｂとボンディングワイヤ４との２箇所の交差部１４のみで接触した状態となっている。この交差部１４は、凹部１１の中心を通る線上の該中心から等距離の位置に位置している。言い換えると、１つの半導体発光素子３に複数のボンディングワイヤ４が接合されている場合は、交差部１４は凹部の中心を中心とした同心円上で互いに等角度間隔の位置に位置している。この場合も、各ボンディングワイヤ４の、交差部１４から延長されて封止樹脂部６内に位置する部分は図１〜図３と同様に、ワイヤボンディングパッド１２ｄに向かうようにループ部Ｃが形成されている。
そして、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂの２箇所の接触部（交差部１４）以外は、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂで囲まれた間隙１３が形成されている。
そのため、上記第１の実施形態と同様に、蛍光体含有樹脂５の上面５ａと封止樹脂部６の下面６ｂとの間に予め間隙１３を設けたことにより、封止樹脂部６に対する該封止樹脂部６よりも熱膨張係数の高い蛍光体含有樹脂５の熱膨張によるクラック等の不具合の発生を抑制することが可能となる。
以下に、上記第２の半導体発光装置の光学特性について、従来構造の半導体発光装置と比較しながら図１６の光線追跡図を参照して説明する。なお、ボンディングワイヤは図中に省略している。
図１６（ａ）は実施例（第２の実施形態）の半導体発光装置１と比較例（従来構造）のの半導体発光装置において、２本のボンディングワイヤ４の夫々が接合された位置の近傍となる半導体発光素子３の上面端部から出射した光線が蛍光体含有樹脂５内を導光されて間隙（実施例の符号は１３、比較例の符号は１３′）を通過するまでの光線追跡図を重ねて表示したものであり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の間隙（実施例の符号は１３、比較例の符号は１３′）通過後の光線が封止樹脂部６内を導光されてレンズ部６ａから外部に向けて出射されるまでの光線追跡図を重ねて表示したものであ。
図１６（ａ）より、半導体発光素子３の上面端部から出射して蛍光体含有樹脂５の上面（実施例の符号は５ａ、比較例の符号は５ａ′）に至るまでの６本の光線（半導体発光素子３の光軸（Ｘ）に対して半導体発光素子３からの出射角が小さい方から）Ｌ９〜Ｌ１４は同一の光路を辿り、その後実施例はそのうちＬ９〜Ｌ１３の５本の光線は蛍光体含有樹脂５の上面５ａ及び封止樹脂部６の下面６ｂで屈折されながら間隙１３を通過して封止樹脂部６内に光線Ｌ９ａ〜Ｌ１３ａとして入射し、光線Ｌ１４の１本の光線は蛍光体含有樹脂５の上面５ａで内部反射（全反射）して蛍光体含有樹脂５内に戻る。
一方、比較例は光線Ｌ９〜Ｌ１４のうちＬ９〜Ｌ１２の４本の光線は蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′及び封止樹脂部６の下面６ｂで屈折されながら間隙１３′を通過して封止樹脂部６内に光線Ｌ９ｂ〜Ｌ１２ｂとして入射し、光線Ｌ１３及びＬ１４の２本の光線は蛍光体含有樹脂５の上面５ａ′で内部反射（全反射）して蛍光体含有樹脂５内に戻る。
したがって、実施例と比較例を比較した場合、半導体発光素子３の上面端部から出射した光線Ｌ９〜Ｌ１４は、実施例においては光線Ｌ９ａ〜Ｌ１３ａの５本、比較例においては光線Ｌ９ｂ〜Ｌ１２ｂの４本を半導体発光装置の照射光として使用できることがわかる。つまり、比較例よりも実施例の方が光の利用効率が高い構造を有していることがわかる。
また図１６（ｂ）より、半導体発光素子３の上面端部から出射した光線Ｌ９〜Ｌ１２において、実施例の間隙１３を通過して封止樹脂部６のレンズ部６ａから封止樹脂部６外に照射される光線Ｌ９ａ〜Ｌ１２ａの夫々は、比較例の間隙１３′を通過して封止樹脂部６のレンズ部６ａから封止樹脂部６外に照射される光線Ｌ９ｂ〜Ｌ１２ｂの夫々よりも半導体発光素子３の光軸（Ｘ）に近づく方向に進行する。つまり、実施例の方が比較例よりも集光性に優れた構造を有していることが分かる。
以上のように、第２の実施形態は、光学系における光利用効率の高効率化と集光性の向上及び高温雰囲気中の作業における信頼性の確保について、上記第１の実施形態と同様に優れた結果を得ることができる。
なお、上記実施例１及び実施例２はいずれも１つの半導体発光素子を用いたものであるが、半導体発光素子の数は必ずしも１つに限られるものではない。複数の半導体発光素子を用いる場合は、凹部内の中央を中心とした同一円上で互いに等角度間隔の位置に半導体発光素子をダイボンディングすることが好ましいが、必ずしもこの配置に限られるものではない。そして、夫々の半導体発光素子の上部電極に接合されたボンディングワイヤを、蛍光体含有樹脂の上面の略円錐状の頂点と封止樹脂部の下面が互いに該ボンディングワイヤと交差する部分(交差部)までの間は、蛍光体含有樹脂の上面に向かって延設する。この場合、ボンディングワイヤの半導体発光素子の接合部から交差部の間は半導体発光素子の上面の投影上に位置することが好ましいが、必ずしも投影上に限られるものではない。
なお、半導体発光素子の数が複数の場合の交差部は、夫々の半導体発光素子に接合されたボンディングワイヤの数が１本であっても複数本であっても、凹部の中心を中心とした同心円上で互いに等角度間隔の位置に位置している。この場合も、各ボンディングワイヤ４の、交差部１４から延長されて封止樹脂部６内に位置する部分は図１〜図３と同様に、ワイヤボンディングパッド１２ｄに向かうようにループ部Ｃが形成されている。
これにより、蛍光体含有樹脂と封止樹脂部が交差部のみで接触し、それ以外の部分は蛍光体含有樹脂と封止樹脂部との間に間隙が形成される。このように蛍光体含有樹脂と封止樹脂部との間に間隙を設け、交差部を凹部内の中央を中心とした同一円上で互いに等角度間隔に配置させることにより、複数の半導体発光素子を用いた場合でも１つの半導体発光素子を用いたときと同様に、光学系における光利用効率の高効率化と対称性且つ集光性の向上及び高温雰囲気中の作業における信頼性の確保について、優れた結果を得ることができる。
１… 半導体発光装置
３… 半導体発光素子
４… ボンディングワイヤ
５… 蛍光体含有樹脂
５ａ… 上面
５ｂ… 交点
６… 封止樹脂部
６ａ… レンズ部
６ｂ… 下面
１０… 上部基板
１１… 貫通孔（凹部）
１２… 表側金属パターン
１２ａ… 環状金属パターン
１２ａａ… 上面縁部
１２ｂ… 表側縁部金属パターン
１２ｃ… 表側縁部金属パターン
１２ｄ… ワイヤボンディングパッド
１２ｅ… 凹面金属パターン
１３… 間隙
１４… 交差部
１５… 表側金属層
１６… 貫通溝
１７… 中央金属パターン
２０… 下部基板
２１… 表側金属パターン
２２… 裏側金属パターン
２２ｂ… 裏側縁部金属パターン
２２ｃ… 裏側縁部金属パターン
２５… 表側金属層
２６… 裏側金属層
２７… 貫通溝
３０… ベース基板
３１ｂ… 側面金属パターン
３１ｃ… 側面金属パターン
３２… 貫通溝
４０… 中間基板
４１… 表側金属パターン
４５… 凹部
４５ａ… 貫通部
４５ｂ… 貫通部
５０… ベース基板
５１ｂ… 側面金属パターン
５１ｃ… 側面金属パターン

Claims (3)

  1. 凹部内にダイボンディングされた半導体発光素子と、
    一端部が前記半導体発光素子の上部電極に接合されて他端部が前記凹部外に形成されたワイヤボンディングパッドに接合されたボンディングワイヤと、
    前記凹部内に充填されて前記半導体発光素子全体及び前記ボンディングワイヤの一部を封止する第１の樹脂と、
    前記凹部を覆うように前記第１の樹脂の上方に設けられた第２の樹脂を備え、
    前記ボンディングワイヤは、前記半導体発光素子の上部電極の接合部から前記第１の樹脂の上面までは該上面に向かって延設され、
    前記第１の樹脂の上面は、前記ボンディングワイヤと接する部分が該ボンディングワイヤに沿って前記第２の樹脂の方向に這い上がって前記ボンディングワイヤとの交点を頂点とする略円錐状に形成されると共に前記交点において前記第２の樹脂の下面と接触し、
    前記交点は前記凹部の中心又は該中心を中心とした同一円上で互いに等角度間隔の位置に位置し、且つ、前記交点以外では前記第１の樹脂の上面と前記第２の樹脂の下面との間に間隙が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
  2. 凹部内にダイボンディングされた複数の半導体発光素子と、
    一端部が前記複数の半導体発光素子の夫々の上部電極に接合されて他端部が前記凹部外に形成されたワイヤボンディングパッドに接合された複数のボンディングワイヤと、
    前記凹部内に充填されて前記複数の半導体発光素子全体及び前記複数のボンディングワイヤの夫々の一部を封止する第１の樹脂と、
    前記凹部を覆うように前記第１の樹脂の上方に設けられた第２の樹脂を備え、
    前記複数のボンディングワイヤはいずれも、前記複数の半導体発光素子の夫々の上部電極の接合部から前記第１の樹脂の上面までは該上面に向かって延設され、
    前記第１の樹脂の上面は、前記複数のボンディングワイヤの夫々と接する部分が該ボンディングワイヤに沿って前記第２の樹脂の方向に這い上がって前記ボンディングワイヤの夫々との交点を頂点とする略円錐状に形成されると共に前記交点において前記第２の樹脂の下面と接触し、
    前記交点は前記凹部の中心を中心とした同一円上で互いに等角度間隔の位置に位置し、且つ、前記交点以外では前記第１の樹脂の上面と前記第２の樹脂の下面との間に間隙が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
  3. 前記第１の樹脂は前記第２の樹脂よりも熱膨張係数が大きいこと特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光装置。
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