JP5914006B2

JP5914006B2 - 半導体発光装置

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Publication number: JP5914006B2
Application number: JP2012010132A
Authority: JP
Inventors: 真代盛本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: JP2013149843A

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１６（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、下部基板と、前記下部基板上に配置された、貫通孔を有する上部基板と、前記貫通孔内の前記下部基板上にダイボンディングされた半導体発光素子と、前記貫通孔内に充填された第１の樹脂と、前記第１の樹脂及び前記上部基板の上面を覆う第２の樹脂を備え、前記上部基板は、上面に前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から該貫通孔の外側に向かって前記貫通孔の上縁を囲むように環状に形成された導体パターンと、前記導電パターンと離間して形成された受電用パターンと、前記半導体発光素子の電極と前記受電用パターンとを接続する導電ワイヤを備え、前記導体パターンは、前記貫通孔の内側面と前記半導体発光素子の各側面とで挟まれた領域における前記第１の樹脂の樹脂量が多い方向、で且つ、前記導電ワイヤが配線されている方向以外の方向の少なくとも一方向に、前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から外縁までの幅が他の部分よりも広い領域を有し、前記第１の樹脂は、前記導電パターンと接し、前記導電パターンは、外縁全体が前記第２の樹脂に覆わ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、下部基板と、前記下部基板上に配置された、貫通孔を有する上部基板と、前記貫通孔内の前記下部基板上にダイボンディングされた半導体発光素子と、前記貫通孔内に充填された第１の樹脂と、前記第１の樹脂及び前記上部基板の上面を覆う第２の樹脂を備え、前記上部基板は、上面に前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から該貫通孔の外側に向かって外縁が曲線状に形成された導体パターンと、前記導電パターンと離間して形成された受電用パターンと、前記半導体発光素子の電極と前記受電用パターンとを接続する導電ワイヤを備え、前記導体パターンは、前記貫通孔の内側面と前記半導体発光素子の各側面とで挟まれた領域における前記第１の樹脂の樹脂量が多い方向、で且つ、前記導電ワイヤが配線されている方向以外の方向の少なくとも一方向に、前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から外縁までの幅が他の部分よりも広い領域を有し、前記第１の樹脂は、前記導電パターンと接し、前記導電パターンは、外縁全体が前記第２の樹脂に覆わ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。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記第１の樹脂は波長変換部材を含有してなることを特徴とするものである。

本発明の半導体発光装置は、貫通孔と該貫通孔の上縁或いは上縁近傍から外側に向かう金属パターンを有する上部基板を実装基板上に配置し、該貫通孔内にダイボンディングした半導体発光素子を貫通孔内に充填した第１の樹脂で覆い、第１の樹脂よりも熱膨張係数が小さい第２の樹脂で第１の樹脂全体及び金属パターン全体を覆った。

その結果、半導体発光装置の基板実装時の半田リフロー工程において、半田溶融熱の高温雰囲気中における第１の樹脂の熱膨張による膨張応力が金属パターン部で緩和され、上方に位置する第２の樹脂に対するクラックの発生が抑制される。

実施形態の半導体発光装置の上面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。実施形態の半導体発光装置の斜視図である。半導体発光装置の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。同じく、製造工程の説明図である。他の実施形態を説明する上面図である。環状金属パターンの説明図である。他の実施形態の説明図である。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１５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は本発明に係わる実施形態の上面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は斜視図である。

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行う。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。

凹部１１内には、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が環状金属パターン１２ａの上面とほぼ面一となるように充填され、凹部１１内にダイボンディングされた半導体発光素子３全体が蛍光体含有樹脂５によって覆われている。なお、蛍光体含有樹脂５の上面は、後述する図１５ｂに示すように、凹部１１内から盛り上がるように形成されてもよい。ここで、蛍光体含有樹脂５は、凹部の上縁あるいは上縁近傍から凹部の外側に向かって形成されている、環状金属パターン１２ａあるいは環状金属パターンに連続して形成されている凹面金属パターン１２ｅに接するように充填される。なお、環状金属パターン１２ａは、上部基板１０の貫通孔１１の上縁の上に必ずしも形成されなくてもよく、該上縁より外側に形成されてもよいが、この場合には、蛍光体含有樹脂５は、環状金属パターン１２ａに接するように充填する。さらに、凹面金属パターン１２ｅは、任意に形成することができるが、蛍光体含有樹脂５を凹部１１の上面まで充填しない場合には、環状金属パターン１２ａに連続した凹面金属パターン１２ｅを形成し、蛍光体含有樹脂５を凹面金属パターン１２ｅに接するように充填する。

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封止樹脂部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が形成されている。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全体を含む表側縁部金属パターン１２ｃの一部を覆っている。

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。

なお、図１〜図３からわかるように、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は、その幅が均一ではなく、凹部１１に対してボンディングワイヤ４が配線された側と反対側に向かって幅広となっており、換言すると、表側縁部金属パターン１２ｂの方向に延長された幅広延長部１２ａａを有する形状となっている。

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内に充填された熱膨張係数が大きい蛍光体含有樹脂５が熱膨張によってその上に位置する、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に上向きの膨張応力を加える。

すると、封止樹脂部６の、蛍光体含有樹脂５が充填された凹部１１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１１の上部から放射状に広がってその周辺にまで及ぶ。

このとき、半導体発光装置が、「背景技術」で説明した従来構造の半導体発光装置であると、上述したように、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。

また、剥離箇所を起点としてパッケージ８８内にクラックを発生させることもある。それにより、半導体発光素子の破損やボンディングワイヤの切断等の機械的な損傷を受ける恐れもある。

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（図１６参照）。

それに対し、本発明の半導体発光装置１は、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がその全体を封止樹脂部６によって覆われており、封止樹脂部６外までは延びていない。

そのため、凹部１１内に充填された蛍光体含有樹脂５が半田リフロー工程における半田溶融熱によって熱膨張すると、熱膨張による膨張応力が封止樹脂部６の、蛍光体含有樹脂５が充填された凹部１１上に位置する部分に加わり、その部分が上方に押し上げられる。すると、その押し上げ力は封止樹脂部６の、凹部１１の上部から放射状に広がり、凹部１１上縁を囲むように環状に位置する環状金属パターン１２ａ上の部分にも加わる。

その結果、押し上げ力を受けた封止樹脂部６は、環状金属パターン１２ａとの接着力により、蛍光体含有樹脂５との接着力が強いため、環状金属パターン１２ａと封止樹脂部６との間で界面剥離が生じ、該界面剥離が生じることによって蛍光体含有樹脂５で発生した膨張応力の大部分は緩和されることになり、封止樹脂部６におけるクラックの発生が抑制される。この界面剥離は、凹部の上縁あるいは上縁近傍から凹部の外側に向かって形成されている、環状金属パターン１２ａ上あるいは環状金属パターンに連続して形成されている凹面金属パターン１２ｅ上における、封止樹脂部６に覆われた端部（つまり、蛍光体含有樹脂５に覆われた端部との境）を起点として、凹部１１の外側方向へ生じる。

更に、環状金属パターン１２ａはその形状が、環状全周に亘って均一な幅で形成されているものではなく、凹部１１に対してボンディングワイヤ４が配線された側と反対側に向かって幅広となっており、表側縁部金属パターン１２ｂの方向に延長された幅広延長部１２ａａを有する形状となっている。

この環状金属パターン１２ａの幅広延長部１２ａａの延長方向は、円柱状の凹部１１の内側面と該凹部１１内にダイボンディングされた略正方形状の半導体発光素子３の各側面との間の距離が長い方向の少なくとも一つとされる。換言すると、凹部１１の内側面と半導体発光素子３の各側面とで挟まれた領域における体積の大きい方向の少なくとも一つとされ、その領域は充填された蛍光体含有樹脂５の樹脂量が多い方向でもある。

これにより、半田リフロー工程における半田溶融熱によって熱膨張する凹部１１内の蛍光体含有樹脂５は、充填樹脂量の多い領域が熱膨張による膨張応力が最も大きい領域となり、この方向に環状金属パターン１２ａの幅広延長部１２ａａが形成されている。

その結果、蛍光体含有樹脂５の熱膨張による強い膨張応力が、環状金属パターン１２ａの面積の大きい部分である幅広延長部１２ａａに加わることになる。すると、強い膨張応力は環状金属パターン１２ａの他の部分よりも面積の大きい幅広延長部１２ａａに封止樹脂６との間の界面剥離を発生させ、蛍光体含有樹脂５による膨張応力の大部分はこの幅広延長部１２ａａで緩和されることになり、封止樹脂部６におけるクラックの発生が抑制される。

このように、ダイボンディングした半導体発光素子３を覆うように蛍光体含有樹脂５が充填されてなる凹部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全体を封止樹脂部６によって覆うことにより、基板実装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おける蛍光体含有樹脂５の熱膨張による膨張応力が、封止樹脂部６の、環状金属パターン１２ａ上の部分にも加わり、環状金属パターン１２ａと封止樹脂部６との間で界面剥離が生じ、該界面剥離が生じることによって蛍光体含有樹脂５で発生した膨張応力の大部分は緩和されることになり、封止樹脂部６におけるクラックの発生が抑制される。そして、環状金属パターン１２ａは表側縁部金属パターン１２ｂ、１２ｃと離間して形成され、かつ、環状金属パターン１２ａの外縁は封止樹脂部６の内部に納まるように形成されているため、界面剥離は、最大でも環状金属パターン１２ａ上での発生に留まり、封止樹脂部６の外まで通じることがない。

その上、環状金属パターン１２ａの形状を、環状全周に亘って均一な幅で形成するのではなく、凹部１１の内側面と半導体発光素子３の各側面とで挟まれた領域における蛍光体含有樹脂５の樹脂量が多い方向に、面積の広い幅広延長部１２ａａを設けることにより、蛍光体含有樹脂５の膨張応力は環状金属パターン１２ａの他の部分よりも面積の大きい幅広延長部１２ａａにも封止樹脂６との界面剥離を発生させ、蛍光体含有樹脂５による膨張応力の大部分はこの幅広延長部１２ａａで緩和されることになり、封止樹脂部６におけるクラックの発生が更に確実に抑制される。そして、封止樹脂部に発生するクラックは、金属パターンと封止樹脂部との界面における界面剥離部分が起点となる傾向があるが、ワイヤ側から遠い位置に幅広延長部１２ａａを設けることにより、ワイヤ近傍でのクラック発生率を低減することができ、ワイヤの断線を抑制することができる。

更に、封止樹脂部に発生するクラックは、一般的に金属パターンと封止樹脂部との界面における界面剥離部分を起点として発生する傾向がある。そのため、実施形態の環状金属パターン１２ａの外縁を直線部分のない曲線状に形成することにより、クラックの発生を抑制している。

しかも、上記、環状金属パターン１２ａと封止樹脂部６との間の界面剥離は、半導体発光装置の照射光の光学特性に何ら影響を及ぼすものではなく、且つ半導体発光素子に対して損傷を与えたりボンディングワイヤを破断したりすることはない。したがって、光学的及び機械的な信頼性を損なうものとはならない。

なお、本実施例において、環状金属パターン１２ａの幅広延長部１２ａａを表側縁部金属パターン１２ｂの方向（凹部１１を挟んだワイヤボンディングパッド１２ｄと反対方向）にのみ設けたのは、ワイヤボンディングパッド１２ｄ方向には該ワイヤボンディングパッドが延成されており、凹部１１を挟んだ両側に夫々幅広延長部１２ａａとワイヤボンディングパッド１２ｄを設けることにより半導体発光素子３がダイボンディングされた凹部１１を半導体発光装置１の中央部に位置させることができると共に半導体発光装置１を小型化することが可能となるためである。

同様に、本実施例では、小型化を阻害することがないように、ワイヤボンディングパッド１２ｄと環状金属パターン１２ａの幅広延長部１２ａａとを結ぶ方向に垂直な方向にも幅広延長部を設けていない。

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４〜図１２を参照して説明する。なお、図４〜図６、図１２は上面図、図７〜図１１は断面図を示している。

まず、図４の上部基板１０（図４（ａ））と下部基板２０（図４（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５の上部基板１０（図５（ａ））と下部基板２０（図５（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となる略楕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、略楕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間の中間位置よりも表側縁部金属パターン１２ｂ側に位置している。

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６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の中心は貫通孔１１の中心よりも表側縁部金属パターン１２ｂ側に位置している。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、その幅が均一ではなく、貫通孔１１に対して表側縁部金属パターン１２ｂ側に向かって幅広となっており、表側縁部金属パターン１２ｂの方向に延長された幅広延長部１２ａａを有する形状となっている。

次に、図７の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８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、夫々凹部金属パターン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９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１０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内に環状金属パターン１２ａの上面とほぼ面一となるように充填し、凹部１１内にダイボンディングされた半導体発光素子３全体を蛍光体含有樹脂５によって覆う。

次に、図１１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全体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から発せられて蛍光体含有樹脂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。

最後に、図１２のダイシング工程において、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３３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。

ところで上述の実施形態は、半導体発光素子を略正方形の形状としたが、目的や用途等によって必ずしも正方形に限られるものではなく、例えば、長方形の形状のものも考えられる。

その場合、基板実装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封止樹脂部６のクラックを効果的に抑制できる環状金属パターン１２ａの最適形状が、図１３（他の実施形態を説明する上面図）に示されている。図１３に示す実施形態では、半導体発光素子３としてフリップチップ実装型のものを用いた場合を示している。そのため、ベース基板３０の表側面上にワイヤボンディング用の導電パターンを設ける必要がない。

封止樹脂部６のクラックを効果的に抑制できる環状金属パターンの形成条件は、上述のように、凹部１１の内側面と半導体発光素子３の各側面とで挟まれた領域における蛍光体含有樹脂５の樹脂量が多い方向に、面積の広い幅広延長部１２ａａを設けることにより、蛍光体含有樹脂５の膨張応力は環状金属パターン１２ａの他の部分よりも面積の大きい幅広延長部１２ａａにも封止樹脂６との界面剥離を発生させ、蛍光体含有樹脂５による膨張応力の大部分はこの幅広延長部１２ａａで緩和されることになり、封止樹脂部６におけるクラックの発生が抑制されることになる。

この条件を、長方形の半導体発光素子３を用いた場合に適用すると、半導体発光素子３の長辺側の側面と凹部１１の内側面とで挟まれた領域（Ａ）が、半導体発光素子３の短辺側の側面と凹部１１の内側面とで挟まれた領域（Ｂ）や半導体発光素子３の角側面と凹部１１の内側面とで挟まれた領域（Ｃ）などと比較して、蛍光体含有樹脂５の樹脂量が多い部分であり、したがって、環状金属パターン１２ａを領域（Ａ）の方向に幅広延長部１２ａａを設けた形状とすることにより、膨張応力を効率的に緩和して、封止樹脂部６におけるクラック発生の抑制効果が高い。

また、例えば、図１４（環状金属パターンの説明図）に示すように、環状金属パターン１２ａを半導体発光素子３の各側面側の４方向に幅広延長部１２ａａを設けた略十字形状とすることができる。

これにより、蛍光体含有樹脂５の熱膨張による膨張応力が４箇所の幅広延長部１２ａａで緩和されることになり、封止樹脂部６におけるクラックの発生を確実に抑制することが可能となる。

また、上述の実施形態は、上部基板１０と下部基板２０とを絶縁接着部材で貼り合わせてなる２層構造のベース基板３０を用いたが、必ずしも２層構造に限られるものではなく、例えば図１５（ａ（他の実施形態を説明する上面図）、ｂ（ａのＢ−Ｂ断面図））に示すように、上部基板１０と下部基板２０との間に中間基板４０を設けた３層構造のベース基板５０とすることも可能である。更には、上部基板１０と金属パターン２１に代えて、金属薄板などを用いることにより、実質的に一層構造のベース基板とすることも可能である。

３層構造のベース基板５０とする場合、上部基板１０と中間基板４０を貫通する貫通部４５ａと上部基板１０のみを貫通する貫通部４５ｂとからなる凹部４５を有し、貫通部４５ａの底面を下部基板２０の表側金属パターン２１で形成し、貫通部４５ｂの底面を中間基板４０の表側金属パターン４１で形成する。そして、下部基板２０の表側金属パターン２１上に導電性接合部材を介して半導体発光素子３をダイボンディングし、中間基板４０の表側金属パターン４１上に一方の端部を半導体発光素子３の電極に接続されたボンディングワイヤ４の他方の端部をワイヤボンディングする。

そして、凹部４５内に蛍光体含有樹脂５を充填し、ベース基板５０の表側面上に光透過性樹脂による封止樹脂部６を形成して、凹部４５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の全体及び表側縁部金属パターン１２ｂ、１２ｃの夫々の一部を覆うのは上記実施形態と同様である。

なお、環状金属パターン１２ａの幅広延長部２１ａａを設ける方向も、上記実施例と同様に、凹部４５に対してボンディングワイヤ４が配線された側と反対側に向かって設けられている。幅広延長部２１ａａによる膨張応力の緩和効果は実施形態と同様である。

この場合の金属パターンの接続は、少なくとも、上部基板１０の表側縁部金属パターン１２ｂ、下部基板２０の表側金属パターン２１及び下部基板２０の裏側縁部金属パターン２２ｂが側面金属パターン５１ｂを介して接続され、上部基板１０の表側縁部金属パターン１２ｃ、中間基板４０の表側金属パターン４１及び下部基板２０の裏側縁部金属パターン２２ｃが側面金属パターン５１ｃを介して接続されている。

但し、凹部４５の内側面には金属パターンが設けられておらず、環状金属パターン１２ａはベース基板５０の表側面上に分離独立して形成されている。この状態においても、幅広延長部２１ａａを有する環状金属パターン１２ａによる膨張応力の緩和効果は確実に確保できる。

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
６… 封止樹脂部
６ａ… レンズ部
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… 幅広延長部
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
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
３３… ダイシングライン
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

下部基板と、
前記下部基板上に配置された、貫通孔を有する上部基板と、
前記貫通孔内の前記下部基板上にダイボンディングされた半導体発光素子と、
前記貫通孔内に充填された第１の樹脂と、
前記第１の樹脂及び前記上部基板の上面を覆う第２の樹脂を備え、
前記上部基板は、上面に前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から該貫通孔の外側に向かって前記貫通孔の上縁を囲むように環状に形成された導体パターンと、
前記導電パターンと離間して形成された受電用パターンと、
前記半導体発光素子の電極と前記受電用パターンとを接続する導電ワイヤを備え、
前記導体パターンは、前記貫通孔の内側面と前記半導体発光素子の各側面とで挟まれた
領域における前記第１の樹脂の樹脂量が多い方向、で且つ、前記導電ワイヤが配線されている方向以外の方向の少なくとも一方向に、前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から外縁までの幅が他の部分よりも広い領域を有し、
前記第１の樹脂は、前記導電パターンと接し、
前記導電パターンは、外縁全体が前記第２の樹脂に覆われていることを特徴とする半導体発光装置。
下部基板と、
前記下部基板上に配置された、貫通孔を有する上部基板と、
前記貫通孔内の前記下部基板上にダイボンディングされた半導体発光素子と、
前記貫通孔内に充填された第１の樹脂と、
前記第１の樹脂及び前記上部基板の上面を覆う第２の樹脂を備え、
前記上部基板は、上面に前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から該貫通孔の外側に向かって外縁が曲線状に形成された導体パターンと、
前記導電パターンと離間して形成された受電用パターンと、
前記半導体発光素子の電極と前記受電用パターンとを接続する導電ワイヤを備え、
前記導体パターンは、前記貫通孔の内側面と前記半導体発光素子の各側面とで挟まれた
領域における前記第１の樹脂の樹脂量が多い方向、で且つ、前記導電ワイヤが配線されている方向以外の方向の少なくとも一方向に、前記貫通孔の上縁或いは上縁近傍から外縁までの幅が他の部分よりも広い領域を有し、
前記第１の樹脂は、前記導電パターンと接し、
前記導電パターンは、外縁全体が前記第２の樹脂に覆われていることを特徴とする半導体発光装置。
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。
前記第１の樹脂は波長変換部材を含有してなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光装置。