JP6066544B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
一方、反射率の高いAgを用いて反射膜を形成する場合には、理論上光取り出し効率はよくなるが、基板、特に透光性基板とAg反射膜との密着性が悪く、熱衝撃試験時に剥がれが生じるという問題があった。さらには、実装基板への放熱性が低下して電流−光出力特性が悪化し、高出力化が困難となってしまう。
第2の金属部材が、Cuを含んでなる。
リードフレームに樹脂パッケージが接合されてなる。
リードフレームが凹部を有し、前記凹部に前記発光素子が載置される。
第1の金属部材がInver又はSPCCである。
リードフレーム内において、前記第1の金属部材は、前記第2の金属部材よりも前記反射層に近い位置に配置されている。
クラッド材の上面において、前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材が露出されてなる。
クラッド材の端部が電極端子とされており、前記電極端子の端面には前記第1の金属部材が露出されない。
リードフレームの板厚方向において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが積層配置されてなる。
図1に、本発明の第1実施形態に係る発光装置100を平面図で示す。また、図2は図1のA−A線断面図であり、図3は図1の発光素子10の近傍を発光素子の側面側から見た図である。
発光装置100は、リードフレーム24に発光素子10が載置されてなる。発光素子10の周囲にリフレクタを形成するように、光反射性樹脂からなる樹脂パッケージ36がリードフレーム24に接合され、樹脂パッケージ36によりリフレクタを内側面とする凹部48が形成されている。この凹部48の底面に露出して配置されたリードフレーム24に発光素子10が6個載置されており、リードフレーム24の表面と導電ワイヤ40により電気的に接続されている。
図3では、反射層16の下にNi膜18、Rh膜20、Au膜21がこの順に形成されており、Au膜21と共晶合金22が接合されている。
例えば、電極端子として用いる部分にCuを用いることで、半田付けが容易かつ放熱性に優れた発光装置とすることができる。
また、パッケージ樹脂36との接合部分には無酸素銅を用いることで、パッケージ樹脂36とリードフレーム24との密着性が向上し、これらの剥離を抑制することができる。これは、無酸素銅が、通常用いられるCuよりも柔らかいため、加工断面が粗くなり、パッケージ樹脂との密着性が向上するためと考えられる。
(透光性基板12)
透光性基板としては、特に限定されるものではなく、例えば窒化物半導体層を成長させる基板としてサファイア、スピネル、NGO基板、LiAlO2基板、LiGaO3基板、GaN等が挙げられ、好ましくは酸化物基板であり、更に好ましくはウルツ鉱型結晶である。なかでもサファイア基板が最も有効である。これは、比較的硬質な酸化物基板、さらにはウルツ鉱型結晶の基板とAg又はAg合金の反射層との密着性が低くなる傾向にあり、特に、サファイア基板とAg又はAg合金の反射層との密着性は極端に悪いため、Ag又はAg合金の反射層を透光性基板表面に形成すると接合強度が問題となるが、本発明の構成によって、接合強度が低くても剥がれを生じさせ難くすることができるからである。
透光性基板の第1の主面上に形成される半導体層14は、少なくとも発光構造を有する。透光性基板12の第2の主面上に設けられるAg又はAg合金からなる反射層16は、可視光域における反射率の波長依存性が比較的大きく、特に、近紫外域から長波長側において、反射率が急激に増大する。よって、発光素子の発光波長は、このような好適な反射率が利用できる波長とすることが好ましい。具体的には、350nm以上、好ましくは380nm以上、更に好ましくは400nm以上の波長域(赤色まで)において、優れた発光効率の発光素子とすることができる。
透光性基板12の第2の主面上に形成されるAg又はAg合金の反射層16は、半導体層から発光された光を反射させて、光を効率的に取り出す層である。また、反射層としてAg又はAg合金を用いることにより、放熱性の良好な発光装置とすることができる。そのため、大電流を流したときの発熱を緩和することができ、素子を高出力することが可能となる。
好ましい共晶合金としては、AuとSnを主成分とする合金、AuとSiとを主成分とする合金、またはAuとGeとを主成分とする合金などが挙げられる。これらの中でも特にAu−Snの共晶合金が好ましい。Au−Snの共晶合金膜を用いると、熱圧着によるAg又はAg合金の反射層16の劣化が少なく、また、実装された際の強度も強いという利点がある。
樹脂パッケージ36は、リードフレーム24を固定する部材である。発光素子10からの光を反射可能な反射面(凹部48の側壁)を有するものが好ましい。好ましい材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの樹脂を用いることができ、具体的にはエポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物、ポリフタルアミド(PPA)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ABS樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、PBT樹脂等の樹脂であり、これら樹脂中に酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどを含有させることで、発光素子10からの光を効率よく反射させることができる。発光素子10からの光に対する反射率が60%以上であるものが好ましく、より好ましくは90%以上反射するものが好ましい。酸化チタン等の光反射性物質の充填量は、樹脂成形法や樹脂流動性などの成形条件によって、また反射率や機械強度などの特性よって適宜選択されるが、例えば、酸化チタンを用いる場合は、好ましくは20〜40wt%、より好ましくは25〜35wt%配合させるのが好ましい。
凹部48の側壁は、効率よく光を反射するために、開口側に広がるように傾斜していることが好ましいが、これに限定されない。
リードフレーム24は、発光素子10の電極32、34と電気的に接続されて電流を流す導電部材として用いられる。また、パッケージ樹脂36の外部に引き出されて外部端子としても用いられる。
リードフレーム24は、少なくとも正負の電極端子となる一対のリードフレームを有してなり、一対のリードフレームの間には、パッケージ樹脂36が埋め込まれて絶縁されている。リードフレーム24の形状は、上述の機能を持つものであれば、特に限定されないが、板状であることが好ましい。また、部分的に厚くなる又は薄くなっていてもよい。リードフレーム24は、図2に示すように、板状のものを曲げずに用いても良いし、適宜折り曲げて形成されていてもよい。
図4に、本発明の第2実施形態に係る発光装置200〜400を断面図で示す。第1実施形態と同一の要素については同じ符号を付して説明を省略する。
図4(a)は、リードフレーム24として、オーバーレイ型ではなく、エッジレイ型のクラッド材を用いた発光装置200であり、図4(b)は、インレイ型のクラッド材を用いた発光装置300であり、図4(c)はサイドレイ型のクラッド材を用いた発光装置400である。第2の金属部材28に、半田付け性及び放熱性に優れた材料(例えば、Cu)を適用する例について以下に説明する。
図5に、本発明の第3実施形態に係る発光装置500を断面図で示す。第1、第2実施形態と同一の要素については同じ符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、第1実施形態と同様に、オーバーレイ型のクラッド材を用い、リードフレームに凹部48を形成し、この凹部48に発光素子10が載置されている。図5では、厚みが均一な板状のリードフレーム24を屈曲させて凹部48を形成しているが、リードフレーム自体に厚みの差を設けることで凹部48を形成してもよい。クラッド材(リードフレーム)の表面には、凹部48の内面を被覆するように反射メッキ46が施されている。
リードフレーム24は、第1の金属部材26としてSPCCを用い、第2の金属部材28として無酸素銅を用い、Cu/SPCC/Cuの積層からなるオーバーレイ型のクラッド材とした。Cu/SPCC/Cuの厚みは、それぞれ0.1mm/0.3mm/0.1mmである。なお、本実施例のリードフレームの線膨張係数は13.8ppm、熱伝導率は109W/m・Kである
このようなリードフレームの表面にAgメッキを施し、発光素子10を接合して発光装置を作製した。発光素子10の透光性基板12としてサファイア(線膨張係数5.3ppm、熱伝導率46W/m・K)を用い、反射層16としてAgを用い、共晶合金22としてAuSnの共晶合金を用いた。
また、比較例として、リードフレーム24の材料にSPCCではなく、Cu材(線膨張係数17.6ppm、熱伝導率262W/m・K)を用い、それ以外は実施例と同じ材料からなる発光装置を作製した。
これらの実験結果より、リードフレームの線膨張は17.0ppmより小さくすることが好ましく、熱伝導率が18W/m・K以上とすることが好ましいと考えられる。
10 発光素子
12 透光性基板
14 半導体層
16 反射層
18 Ni膜
20 Rh膜
21 Au膜
22 共晶合金
24 リードフレーム
26 第1の金属部材
28 第2の金属部材
30 反射メッキ
32 正電極
34 負電極
36 樹脂パッケージ
38 封止樹脂
40 導電性ワイヤ
42 保護素子
44 レンズ
46 反射メッキ
48 凹部
Claims (7)
- 第1の主面と第2の主面とを有するサファイア基板の第1の主面上に半導体層が形成されてなる発光素子と、
前記第2の主面上に形成されたAg又はAg合金の反射層と、
前記反射層側が共晶合金により接合され、かつ、前記発光素子と電気的に接続される一対のリードフレームと、
前記リードフレームと接合されてなる樹脂パッケージと、を有し、
前記リードフレームは、Feを含む合金からなる第1の金属部材が、Cuを含んでなる第2の金属部材に挟まれるように接合されてなるオーバーレイ型のクラッド材からなり、
前記リードフレームは、前記リードフレームが屈曲した凹部を有し、前記凹部に前記発光素子が載置され、
前記発光素子が載置された直下の領域が前記樹脂パッケージから露出している発光装置。 - 前記第1の金属部材がInver又はSPCCである請求項1に記載の発光装置。
- 前記共晶合金はAuとSnを主成分とする合金である請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記反射層と前記共晶合金との間に、金属膜を有する請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記金属膜はAu膜を含み、前記Au膜と前記共晶合金とが接合されている請求項4に記載の発光装置。
- 前記リードフレームの表面に、反射メッキが施されている請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記反射メッキはAgメッキである請求項6に記載の発光装置。
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