JP6960268B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
このUVC−LEDは発熱し易いため、電流印加時に発生する熱の放熱が重要となっている。そのため、例えば、放熱性を向上する目的で、半導体チップと、半導体チップ側に形成された電極と導通される接続基板との間に、充填材を充填して発光装置本体を形成し、この発光装置本体を、その全体を覆うパッケージに収納することで、半導体チップの発熱を、充填材を介して接続基板へ放熱するようにした方法(例えば、特許文献1参照)、また、半導体チップの一方の電極をパッケージ電極と接触させ、もう一方の電極をワイヤーを介して電気的にパッケージ電極とつなげる構造により、半導体チップの発熱を抑制し、半導体チップと同程度の大きさの電極を介して、パッケージに伝達させ、放熱性を向上させる方法(例えば、非特許文献1参照)等も提案されている。
半導体発光装置1は、深紫外線を発光するUVC−LEDを含む発光装置であって、パッケージ基板(基板)2を有し、パッケージ基板2の一方の面には、金属層で構成される第一配線としてのp側配線3及び金属層で構成される第二配線としてのn側配線4が形成されている。パッケージ基板2の一方の面には、紫外線発光素子を含む半導体チップ5及びツェナーダイオード6が実装されている。半導体チップ5は、パッケージ基板2の略中央部に配置され、p側配線3の一部及びn側配線4の一部と接続される。また、半導体発光装置1には、パッケージ基板2上に形成されたp側配線3及びn側配線4、また半導体チップ5及びツェナーダイオード6それぞれの上部を覆うためのパッケージ等は設けられておらず、パッケージ基板2上に配置された各部は開放された状態、つまり、露出した状態となっている。ツェナーダイオード6を設けることによって、p側配線3及びn側配線4間の熱伝導があり、放熱バランスがよくなる。
パッケージ基板2の厚みは放熱特性上0.5mm以下が好ましく0.4mm以下がより好ましい。パッケージ基板2が曲がったりすることなく、容易に製造するため、パッケージ基板2の厚みは、0.05mm以上が好ましく0.1mm以上がより好ましい。また、パッケージ基板2は、温度差によって局所応力や反りを生じる可能性があるため、パッケージ基板2の放熱性は、50W/mK以上であることが好ましく、パッケージ基板2側を加熱して実装した場合の熱の影響を小さくするため、300W/mK以下が好ましい。
そのため、図3に示すように、p側配線3の面積とn側配線4の面積を同等程度とすることにより、p側配線3及びn側配線4のいずれかに偏ることなく、p側配線3からの放熱及びn側配線4からの放熱が均等となるように放熱することができる。そのため、半導体発光装置1において、局所的な温度上昇を防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。
n側配線4は、パッケージ基板2の辺と平行な三つの辺のうち向かい合う二つの辺が、パッケージ基板2の対向する辺の1/2程度の長さとなる矩形部4aと、矩形部4aと連続して形成され、p側配線3側に突出した第一突出部4b、第二突出部4c及び第三突出部4dとを備える。
平面視でp側電極11とp側配線3とが重なる位置にはビア14及び15が形成され、n側電極12とn側配線4とが重なる位置にはビア16及び17が形成され、これらビア14〜17は、それぞれパッケージ基板2の四隅寄りの位置に配置される。さらに、平面視で、半導体チップ5と重なる位置に放熱用のサーマルパッド13が形成され、p側電極11、n側電極12及びサーマルパッド13は互いに接触しないように間隔を開けて形成される。
また、図4に示すように、p側配線3は、平面視で半導体チップ5の下部の領域である下部領域31と、平面視で半導体チップ5と重ならない引出し領域32と、下部領域31と引出し領域32との間に設けられ、下部領域31と引出し領域32とに連続する中間領域33と、を備える。引出し領域32は、中間領域33の下部領域31側の端部よりも広い幅を有する。中間領域33は、図4に示すように、下部領域31から遠ざかるにつれて中間領域32の幅がより広くなるように形成される。
なお、半導体チップ5の発熱は、半導体チップ5のn側電極5b側でも同様に、金ボール5c、パッケージ基板2のn側配線4の経路で伝達されて半導体チップ5と重ならない領域まで伝達されて放熱される。半導体チップ5の下部では、n側配線4はp側配線3の外側に配置されているため、半導体チップ5とパッケージ基板2との間の隙間から放熱することができる。n側配線4に囲まれている分、p側配線3では、半導体チップ5とパッケージ基板2との間の隙間からの放熱効果が小さいが、その分、引出し領域33での放熱効果を高めることができるため、結果的に、p側配線3及びn側配線4による放熱が偏らないようにすることができ、局所的に高温となることを回避することができる。
また、半導体チップ5の下部において、p側配線3をn側配線4で囲み、半導体チップ5の下部のp側配線3を、一方向または複数方向に、半導体チップ5と重ならない領域まで引き出すようになっている場合であっても適用することができる。
また、上記実施形態においては、p側配線3を半導体チップ5の下部から一方向に引き出す場合について説明したが、複数方向に引き出すことも可能である。
本実施形態は、以下の効果(1)〜(4)を奏する。
(1)本発明の一実施形態に係る半導体発光装置1は、p側配線3において、下部領域31から遠ざかるほど中間領域33の幅が、より広くなるようにしている。そのため、p側配線3に伝達された半導体チップ5による発熱を、引出し領域32全体に効率よく拡散させることができ、すなわち放熱効果を向上させることができる。
また、半導体チップ5やp側配線3、n側配線4はそれぞれその上部はパッケージにより覆われておらず開放した状態であるため、パッケージ内に収容されている場合に比較して、放熱効果を得ることができる。特に図1に示すように、p側配線3をn側配線4で囲むようにした場合、p側配線3やn側配線4の半導体チップ5の下部の部分は、半導体チップ5の発熱が伝達されやすく、また、半導体チップ5のp側電極5aの方がn側電極5bに比較して発熱しやすい。さらに、p側配線3はn側配線4に囲まれているため、半導体チップ5の下部の部分における放熱効果は、n側配線4に比較して平面視でその内側に配置されているp側配線3の方が放熱しにくい。そのため、図1に示すように、p側配線3において、下部領域31から遠ざかるほど中間領域33の幅をより広くし放熱効果を向上させることによって、p側配線3がn側配線4によって囲まれていることに起因する放熱効果の低減を補うことができ、半導体チップ5の下部のp側配線3及びn側配線4部分での温度が偏ることなく温度上昇を均等に抑制することができる。つまり、n側配線4での放熱を優先させ、半導体チップ5の下部におけるn側配線4を半導体チップ5の縁側寄りに配置し、p側配線3の半導体チップ5の下部における放熱が期待できないような場合であっても、p側配線3の形状を調整することによって放熱効果を高めることができる。
(4)平面視で半導体チップ5の下部のp側配線3及びn側配線4を櫛形に形成し、p側配線3及びn側配線4のうちの一方の凹字状部と他方の突出部とが対向するように配置することによって、パッケージ基板2と半導体チップ5との接合部を有効に形成することができ、より狭い範囲で十分に導通させることができる。つまり、p側配線3及びn側配線4を効率よく配置することができるため、半導体チップ5のパッケージ基板2と対向する側の面の面積が小さい場合であっても、半導体チップ5とパッケージ基板2とを導通するための金属バンプ等の接合部を、効率よく配置することができ、半導体チップ5とパッケージ基板2とを効率よく導通することができる。
2 パッケージ基板
3 p側配線
4 n側配線
5 半導体チップ
11 p側電極
12 n側電極
13 サーマルパッド
14〜17 ビア
Claims (18)
- 基板と、
前記基板に形成された第一配線と、
前記第一配線と絶縁されて前記基板に形成された第二配線と、
前記第一配線及び第二配線と導通する半導体発光素子と、
を備え、
前記基板の、平面視で前記半導体発光素子と重なる領域に形成された前記第一配線は、凹の字形状の部分を有し、平面視で前記半導体発光素子と重なる領域に形成された前記第二配線は、前記凹の字形状の部分で囲まれる領域の外に形成され、
前記第一配線は、
平面視で前記半導体発光素子と重なる領域である下部領域と、
平面視で前記半導体発光素子と重ならない領域である引出し領域と、
平面視で前記半導体発光素子と重ならない領域であり、且つ前記下部領域と前記引出し領域との間に設けられて前記下部領域及び前記引出し領域に連続する中間領域と、を有し、
平面視において、前記下部領域は、一部が前記中間領域に向かう方向に歯が連なる櫛歯状の領域を前記凹の字形状の部分として有し、前記櫛歯状の領域から前記中間領域に至る間は前記歯の先端よりも根元寄りの位置に収まる矩形領域であり、
前記中間領域の幅は、前記矩形領域から遠ざかるにつれて広くなり、
前記第一配線のうちの前記櫛歯状をなす部分は、前記第二配線が前記凹の字形状の部分で囲まれる領域の外に形成されることで前記第二配線と隣り合う半導体発光装置。 - 前記基板は矩形を有し、
前記下部領域は前記基板の略中央に形成され、
前記第二配線は前記下部領域の周囲に形成される請求項1に記載の半導体発光装置。 - 前記引出し領域は、前記下部領域の前後左右の四方向のうちの一方向にのみ形成され、
前記下部領域の周囲のうち前記中間領域を除く領域には、前記第二配線が形成されている請求項1又は請求項2に記載の半導体発光装置。 - 前記第一配線は前記半導体発光素子のp側電極と導通し、前記第二配線は前記半導体発光素子のn側電極と導通する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記基板はパッケージ基板であって、前記第一配線、前記第二配線及び前記半導体発光素子それぞれの上部は開放されている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- フラットパッケージ型に形成されている請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記基板はパッケージ基板であって、前記パッケージ基板の厚みが0.5 mm以下であり、且つ前記パッケージ基板の放熱性が50w/mk以上であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体発光素子は紫外線発光素子である請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 平面視で前記半導体発光素子と重なる領域に形成された前記第一配線及び前記第二配線はそれぞれ櫛歯状に形成されている請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記第一配線及び前記第二配線それぞれの、平面視で前記半導体発光素子と重なる領域は、それぞれ櫛歯状に形成されている請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記第一配線の前記下部領域は、平面視で、王の字形状又はHの字形状である請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体発光素子は前記第一配線と導通する第一電極と前記第二配線と導通する第二電極とを有し、
平面視で、前記第一電極は前記第一配線と重なる相似形状を有し、前記第二電極は前記第二配線と重なる相似形状を有する請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 - 前記第一配線及び前記第二配線と前記半導体発光素子とは、金属バンプを介して導通されている請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記金属バンプは金を含む請求項13に記載の半導体発光装置。
- 前記第一配線と前記第二配線とに跨がってツェナーダイオードが導通されている請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記基板の前記半導体発光素子が配置された面とは反対側の面の、平面視で前記半導体発光素子と重なる領域に、放熱用の金属層を備える請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記中間領域は、前記下部領域から遠ざかるにつれて幅が広くなるように二次曲線状に変化する形状を有する請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記中間領域は、前記下部領域から遠ざかるにつれて幅が広くなるように直線的に変化する形状を有する請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
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