JPWO2013187318A1 - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
実装基板にESD保護素子を内蔵する構成でも、発光素子の発光効率の低下を防ぐことができるとともに、発光素子の実装不良の発生を防止することができる。発光装置(10)は、発光素子(2)と、発光素子(2)が実装される第1の面(11A)と、第1の面(11A)と対向する第2の面(11B)とを有し、第2の面(11B)側に設けられ、発光素子(2)と接続されている、半導体静電気放電保護素子部(15)を備える、実装基板(11)と、を備える。
Description
本発明は、発光素子と、発光素子が実装される実装基板と、を備える発光装置に関する。
近年、消費電力が少なく長寿命な発光装置である半導体発光ダイオード(以下、LED:LightEmitting Diode)装置を用いた照明装置の普及が進んでいる。照明装置などに用いられるLED装置は、発光素子であるLED素子と、LED素子が実装される実装基板と、を備えている。実装基板は、アルミナなどのセラミックからなる。このようなLED装置は、照明装置を構成している回路基板に実装される。
従来のLED装置は、LED素子が静電気により破壊されることを防ぐため、LED素子を静電気から保護する静電気放電(以下、ESD:ElectroStaticDischarge)保護素子を備えている。ESD保護素子としては、バリスタやツェナーダイオードなどが用いられる。従来のLED装置では、ESD保護素子は、LED素子とともに実装基板の1つの面に実装される。
しかし、上記のような従来のLED装置では、LED素子とESD保護素子とが実装基板の1つの面に並べて実装されるため実装基板の面積が大きくなり、LED装置の小型化が困難である。そこで、実装基板の第1の面にLED素子を実装し、第1の面と対向する第2の面にESD保護素子を実装したLED装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
ここで、特許文献1を参考にした発光装置の構成について説明する。図8(A)は、特許文献1を参考にした発光装置101の模式図である。図8(A)に示すように、発光装置101は、LED素子102と、ESD保護素子106と、実装基板110と、を備えている。
LED素子102は、実装基板110の第1の面に実装されている。LED素子102は、ワイヤ104によって実装基板110の電極と電気的に接続されている。実装基板110の第1の面には、LED素子102の周りに空間を形成するように、壁部120が設けられている。壁部120によって形成されたLED素子102の周りの空間は、透明封止体130により封止されている。透明封止体130は、LED素子102から発生する紫外線を吸収する紫外線吸収剤や単色光を白色光に変換させる蛍光体などを含有している。ESD保護素子106は、実装基板110の第1の面と対向する第2の面に実装されている。ESD保護素子106は、ワイヤ108によって実装基板110の電極と電気的に接続されている。実装基板110の第2の面には、ESD保護素子106の周りに空間を形成するように、開口部を有する第2基板140が設けられている。第2基板140によって形成されたESD保護素子106の周りの空間は、封止体150により封止されている。発光装置101は、側面型LED装置である。
発光装置101では、LED素子102で発生する熱によって、LED素子102の発光効率が低下したり、透明封止体130に含有されている蛍光体などが劣化したりすることがある。そのため、LED素子102で発生する熱を、外部に効率的に放出することが望まれる。しかしながら、発光装置101では、ESD保護素子106、第2基板140、封止体150が実装基板110の第2の面に設けられているため、LED素子102で発生する熱を実装基板110の第2の面から直接放出することができない。よって、発光装置101では、放熱性が低くならざるをえない。また、発光装置101では、実装基板110の互いに対向する2つの面にLED素子102とESD保護素子106とがそれぞれ実装されるため、低背化が困難であるという問題もある。
そこで、実装基板を貫通するサーマルビアが設けられており、ESD保護素子であるバリスタが実装基板に設けられている、LED装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
ここで、特許文献2を参考にした発光装置の構成について説明する。図8(B)は、特許文献2を参考にした発光装置201の模式図である。図8(B)に示すように、発光装置201は、発光ダイオード素子220と、セラミック基板212と、バリスタ部210と、を備えている。セラミック基板212は、実装基板であり、実装電極213A,213Bと、熱伝導体部215と、端子電極216A,216Bと、外部熱伝導体部217と、接続電極219A,219Bと、を備えている。
発光ダイオード素子220は、セラミック基板212の第1の面に実装されている。バリスタ部210は、ESD保護素子を構成しており、セラミック基板212の第1の面における発光ダイオード素子220が実装されている領域を取り囲むように設けられている。ガラスセラミック層214が、バリスタ部210の上に設けられている。
実装電極213A,213Bは、セラミック基板212の第1の面側に設けられており、導電性接着剤222により発光ダイオード素子220の電極と接続されている。端子電極216A,216Bは、セラミック基板212の第1の面に対向する第2の面に設けられており、接続電極219A,219Bにより実装電極213A,213Bに接続されている。熱伝導体部215は、セラミック基板212を貫通するように設けられており、導電性接着剤222により発光ダイオード素子220と接続されている。すなわち、熱伝導体部215は、サーマルビアである。外部熱伝導体部217は、セラミック基板212の第2の面に設けられており、熱伝導体部215と接続されている。
発光装置201では、発光ダイオード素子220で発生する熱を熱伝導体部215を介して外部熱伝導体部217から外部に放出することができるため、放熱性を高くすることができる。また、バリスタ部210はセラミック基板212の第1の面における発光ダイオード素子220が実装されている領域を取り囲むように設けられているため、発光装置201では小型化と低背化とを実現することができる。
発光装置201では、外部からの静電気は外部熱伝導体部217及び熱伝導体部215を介してバリスタ部210に流入することになる。このとき、熱伝導体部215の上端や下端の近傍に電界が集中し、熱伝導体部215に金属鎔断が発生し易いという問題がある。このような電界の集中による熱伝導体部の金属鎔断の発生を防ぐために、複数の熱伝導体部を設けることや熱伝導体部を大きくすることが考えられるが、この場合には発光装置の小型化が困難となる。
そこで、アルミナなどのセラミックよりも熱伝導率が高いシリコンからなる実装基板を用い、ESD保護素子であるツェナーダイオードが実装基板に内蔵されているLED装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
ここで、特許文献3を参考にした発光装置の構成について説明する。図8(C)は、特許文献3を参考にした発光装置301の模式図である。図8(C)に示すように、発光装置301は、発光素子311と、ツェナーダイオード321と、を備えている。
発光素子311は、サファイア基板312と、半導体化合物層313と、n側電極314と、p側電極315と、を備えている。半導体化合物層313は、サファイア基板312に形成されており、発光層であるInGaN活性層を含む複数の層からなる。そして、半導体化合物層313のサファイア基板312側の面と対向している面には、n側電極314とp側電極315とが設けられている。n側電極314は、半導体化合物層313の中の一つの層として形成されるn型層に設けられている。p側電極315は、半導体化合物層313の中の一つの層として形成されるp型層に設けられている。n側電極314にはマイクロバンプ316が接合されており、p側電極315にはマイクロバンプ317が接合されている。
ツェナーダイオード321は、n型シリコン基板322を基材とした実装基板として構成されている。n型シリコン基板322の底面には、n側電極323が設けられている。n型シリコン基板322の上面には、n型シリコン基板322の表面の一部の領域を被覆する酸化膜324が設けられている。n型シリコン基板322の表面における酸化膜324によって覆われていない領域には、p型半導体領域325とn側電極327とがそれぞれ設けられている。p型半導体領域325の上面には、p側電極326が設けられている。ツェナーダイオード321では、p型半導体領域325とn型シリコン基板322とがpn接合を構成している。
ツェナーダイオード321は、導電性のAgペースト332により、外部の回路基板であるマウント部331上に実装されている。発光素子311は、マイクロバンプ316,317により、ツェナーダイオード321上に実装されている。また、ワイヤ333がp側電極326に接続されている。
発光装置301は、実装基板であるツェナーダイオード321が、アルミナなどのセラミックよりも熱伝導率が高いシリコンからなるn型シリコン基板322を基材としているため、発光素子311で発生する熱を効率的に放出することができる。また、ツェナーダイオード321は、ESD保護素子として機能するため、別途ESD保護素子を設ける必要が無く、発光装置の小型化を実現することができる。
発光装置201,301のようにESD保護素子がバリスタ部やツェナーダイオードからなる発光装置では、ESD保護素子が発光素子の近傍に設けられている場合、発光素子で発生する熱によってESD保護素子の温度が上昇し、リーク電流が増大することがある。ESD保護素子のリーク電流が増大すると、発光素子の発光効率が低下する恐れがある。
また、発光装置301では、ESD保護素子であるツェナーダイオード321が発光素子311から発せられる光や周囲の環境光に晒されると、ツェナーダイオード321におけるリーク電流が増加し、これによっても発光素子311の発光効率が低下する恐れがある。
さらに、発光素子が実装基板にフリップチップ実装される場合、実装不良の発生を防止するために、実装基板の実装面には数μm以下の平坦性が要求される。しかしながら、発光装置201のように実装基板がセラミックからなる場合、実装基板の実装面の平坦性は低く、実装不良が発生しやすい。特に、発光装置201のように、熱伝導体部215のようなサーマルビアが設けられている場合には、実装基板の実装面の平坦性はさらに低くなる。また、発光装置301のように実装基板の発光素子が実装される側の面にESD保護素子が設けられている場合も、実装基板の実装面の平坦性は低く、実装不良が発生しやすい。実装基板の実装面の平坦性を高くするために、化学機械研磨などにより実装基板の実装面を平坦化することができるが、製造プロセスの複雑化する、製造コストが高くなるなどの問題がある。
そこで、本発明の目的は、実装基板にESD保護素子を内蔵する構成でも、発光素子の発光効率の低下を防ぐことができるとともに、発光素子の実装不良の発生を防止することができる、発光装置を実現することにある。
本発明に係る発光装置は、発光素子と、実装基板と、を備える。実装基板は、発光素子が実装される第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面とを有する。実装基板は、第2の面側に設けられ、発光素子と接続されている、半導体静電気放電保護素子部を備える。
本発明に係る発光装置において、発光素子は、アノードとカソードとを備える半導体発光ダイオード素子であり、半導体静電気放電保護素子部は、アノードとカソードとを備えるツェナーダイオードを構成しており、半導体発光ダイオード素子とツェナーダイオードとは並列に接続されており、半導体発光ダイオード素子のカソードはツェナーダイオードのアノードと接続されており、半導体発光ダイオード素子のアノードはツェナーダイオードのカソードと接続されていてもよい。
本発明に係る発光装置において、発光素子は、アノードとカソードとを備える半導体発光ダイオード素子であり、半導体静電気放電保護素子部は、バリスタを構成しており、半導体発光ダイオード素子とバリスタとは並列に接続されていてもよい。
本発明によれば、半導体静電気放電保護素子部は、実装基板の第2の面側に設けられているため、発光素子から十分に離されている。このため、半導体静電気放電保護素子部は発光素子で生じる熱の影響を受けにくく、半導体静電気放電保護素子部におけるリーク電流が増加することが起こりにくい。発光素子から発せられる光や周囲の環境光は実装基板によって遮られるため、半導体静電気放電保護素子部がこれらの光に晒されることが少なくなる。よって、発光素子から発せられる光や周囲の環境光の影響で半導体静電気放電保護素子部におけるリーク電流が増加することが起こりにくい。よって、発光素子の発光効率が高い状態を維持することができる。また、半導体静電気放電保護素子部が実装基板の第1の面側に設けられていないことから、第1の面の平坦性が高い。このため、発光素子と実装基板との接合強度を高くすることができ、発光素子の実装不良の発生を防止することができる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る発光装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る発光装置10の等価回路図である。
本実施形態に係る発光装置10は、発光素子であるLED素子2と、実装基板11と、を備えている。実装基板11は、ツェナーダイオード3を内蔵している。LED素子2は、実装基板11に実装されており、ツェナーダイオード3と並列接続されている。ここで、LED素子2のカソードはツェナーダイオード3のアノードと接続されており、LED素子2のアノードはツェナーダイオード3のカソードと接続されている。ツェナーダイオード3は、LED素子2を静電気から保護する。すなわち、ツェナーダイオード3は、半導体静電気放電保護素子部である。
図2は、本実施形態に係る発光装置10の構成を説明する模式図である。図2には、実装基板11の断面と、LED素子2の側面とを示している。
LED素子2は、サファイア基板21と、半導体化合物層22と、第1の素子端子電極23Aと、第2の素子端子電極23Bと、を備えている。
半導体化合物層22は、サファイア基板21に設けられている。半導体化合物層22は、発光層であるInGaN活性層(不図示)、p型半導体層(不図示)、n型半導体層(不図示)を含む複数の層からなる。p型半導体層(不図示)とn型半導体層(不図示)とは、半導体化合物層22におけるサファイア基板21側の面と対向している面に露出するように設けられている。第1の素子端子電極23Aは、半導体化合物層22におけるサファイア基板21側の面と対向している面に露出しているp型半導体層(不図示)に設けられている。第2の素子端子電極23Bは、半導体化合物層22におけるサファイア基板21側の面と対向している面に露出しているn型半導体層(不図示)に設けられている。
第1の素子端子電極23Aは、LED素子2のアノードとして機能するものであり、バンプ31が接合されている。第2の素子端子電極23Bは、LED素子2のカソードとして機能するものであり、バンプ32が接合されている。第1,第2の素子端子電極23A,23Bは、例えば、金膜とニッケル膜とチタン膜と銅膜とが順に積層されてなる積層電極である。
実装基板11は、第1の端子電極12Aと、第2の端子電極12Bと、絶縁膜13A,13B,13C,13Dと、シリコン基部14と、半導体素子部15と、第1の実装電極16Aと、第2の実装電極16Bと、第1の接続電極17Aと、第2の接続電極17Bと、第1の配線電極18Aと、第2の配線電極18Bと、を備えている。
実装基板11は、第1の面11Aと、第1の面11Aに対向する第2の面11Bとを有する。LED素子2は、実装基板11の第1の面11Aに実装されている。
シリコン基部14は、平面視して矩形の平板状であり、高抵抗単結晶シリコンからなる。実装基板11を構成するシリコン基部14が単結晶シリコンからなるため、実装基板11の熱伝導率は高い。このため、発光装置10では、LED素子2で発生する熱を外部に効率的に放出することができ、LED素子2の発光効率の低下やLED素子2に設けられる蛍光体(不図示)の劣化が起こりにくい。シリコン基部14は、貫通孔14A,14Bを有する。
絶縁膜13A,13B,13C,13Dは、ガラスなどの絶縁体からなる。絶縁膜13Aは、実装基板11の第1の面11A側において、シリコン基部14における貫通孔14A,14Bを除く部分を覆うように設けられている。絶縁膜13Bは、実装基板11の第2の面11B側において、シリコン基部14における貫通孔14A,14Bと詳細を後述する第1,第2の拡散領域15A,15Bとを除く部分を覆うように設けられている。絶縁膜13Cは、貫通孔14A,14Bの内周面の全面を覆うように設けられている。絶縁膜13Dは、実装基板11の第2の面11B側において、絶縁膜13Bの一部と、第1,第2の配線電極18A,18Bの一部とを覆うように設けられている。
第1の接続電極17Aは、貫通孔14Aの内部を充填するように設けられており、第1の実装電極16Aと第1の配線電極18Aとを電気的に接続している。第2の接続電極17Bは、貫通孔14Bの内部を充填するように設けられており、第2の実装電極16Bと第2の配線電極18Bとを電気的に接続している。
第1,第2の接続電極17A,17Bは、貫通孔14A,14Bの内周面を覆うように膜状に設けられたものであってもよい。その場合には、貫通孔14A,14Bの内部を充填するように樹脂をさらに設けてもよい。
第1の端子電極12Aは、実装基板11の第2の面11B側において、第1の配線電極18Aの一部を覆うように設けられており、第1の配線電極18Aに接続されている。第2の端子電極12Bは、実装基板11の第2の面11B側において、第2の配線電極18Bの一部を覆うように設けられており、第2の配線電極18Bに接続されている。第1,第2の端子電極12A,12Bは、発光装置10が搭載される回路基板の電極と接続される。第1,第2の端子電極12A,12Bは、例えば、金膜とニッケル膜と銅膜とが順に積層されてなる積層電極である。
第1,第2の実装電極16A,16Bは、LED素子2を実装するために設けられている。第1の実装電極16Aは、実装基板11の第1の面11A側において、絶縁膜13Aの一部と、第1の接続電極17A全体とを覆うように設けられている。このため、第1の実装電極16Aは、第1の接続電極17Aと接続されている。第1の実装電極16Aは、バンプ31により第1の素子端子電極23Aと電気的に接続されている。第2の実装電極16Bは、実装基板11の第1の面11A側において、絶縁膜13Aの一部と、第2の接続電極17B全体とを覆うように設けられている。このため、第2の実装電極16Bは、第2の接続電極17Bと接続されている。第2の実装電極16Bは、バンプ32により第2の素子端子電極23Bと電気的に接続されている。第1,第2の実装電極16A,16Bは、例えば、金膜とニッケル膜とチタン膜と銅膜とが順に積層されてなる積層電極である。
第1の配線電極18Aは、実装基板11の第2の面11B側において第1の接続電極17Aと第1の拡散領域15Aとを覆うように設けられており、第1の接続電極17Aと第1の拡散領域15Aとに接続されている。
第2の配線電極18Bは、実装基板11の第2の面11B側において第2の接続電極17Bと第2の拡散領域15Bとを覆うように設けられており、第2の接続電極17Bと第2の拡散領域15Bとに接続されている。
半導体素子部15は、半導体静電気放電保護素子部であるツェナーダイオード3を構成するものである。半導体素子部15は、実装基板11の第2の面11B側に設けられており、第1の拡散領域15Aと第2の拡散領域15Bとを備えている。
ここで、半導体素子部15の構成例について説明する。
図3は、本実施形態に係る発光装置10の半導体素子部15の構造について説明する図である。
半導体素子部15は、不純物濃度の低いn型半導体領域(n−)を備えている。第1,第2の拡散領域15A,15Bは、n型半導体領域(n−)の表面近傍の部分に不純物をドープすることで形成されている。第1の拡散領域15Aは、不純物濃度の高いn型半導体領域(n+)である。第2の拡散領域15Bは、不純物濃度の高いp型半導体領域(p+)である。そして、第1の拡散領域15Aと第2の拡散領域15Bとは、間隔を隔てて配置されている。半導体素子部15では、p型半導体領域(p+)である第2の拡散領域15Bと、絶縁体層であるn型半導体領域(n−)における第1の拡散領域15Aと第2の拡散領域15Bとの間に位置する部分と、n型半導体領域(n+)である第1の拡散領域15Aとにより、ツェナーダイオード3がPINダイオードとして構成されている。そのため、第2の拡散領域15Bがツェナーダイオード3のアノードとなり、第1の拡散領域15Aがツェナーダイオード3のカソードとなっている。
なお、半導体素子部15において、第1の拡散領域15Aと第2の拡散領域15Bとは、絶縁体層により間隔を隔てることなく、互いに隣接するように構成してもよい。その場合、半導体素子部15では、p型半導体領域(p+)である第2の拡散領域15Bと、n型半導体領域(n+)である第1の拡散領域15Aとにより、ツェナーダイオード3がPNダイオードとして構成されることになる。
また、半導体素子部15において、絶縁体層の極性を反転させたり、第1の拡散領域15Aと第2の拡散領域15Bとで極性を入れ替えたりしてもよい。第1の拡散領域15Aと第2の拡散領域15Bとで極性を入れ替える場合には、ツェナーダイオード3のアノードとカソードとが入れ替わるため、LED素子2におけるアノードとカソードとを入れ替えるように構成するとよい。
図2に示すように、第1の拡散領域15Aは、第1の配線電極18Aを介して第1の端子電極12Aに接続されている。また、第1の拡散領域15Aは、第1の配線電極18Aと第1の接続電極17Aとを介して第1の実装電極16Aに接続されている。第1の実装電極16Aと第1の配線電極18Aと第1の接続電極17Aと第1の端子電極12Aとは、第1の配線部を構成している。LED素子2のアノードである第1の素子端子電極23Aとツェナーダイオードのカソードである第1の拡散領域15Aとは、第1の配線部によって接続されている。
図2に示すように、第2の拡散領域15Bは、第2の配線電極18Bを介して第2の端子電極12Bに接続されている。また、第2の拡散領域15Bは、第2の配線電極18Bと第2の接続電極17Bとを介して第2の実装電極16Bに接続されている。第2の実装電極16Bと第2の配線電極18Bと第2の接続電極17Bと第2の端子電極12Bとは、第2の配線部を構成している。LED素子2のカソードである第2の素子端子電極23Bとツェナーダイオードのアノードである第2の拡散領域15Bとは、第2の配線部によって接続されている。
したがって、LED素子2と半導体素子部15からなるツェナーダイオード3とは、カソードとアノードとの向きを互いに逆向きにして並列接続されており、図1で示した回路構成が実現されている。この回路構成では、半導体素子部15が、LED素子2に対するESD保護回路として機能するツェナーダイオード3を構成しているため、静電気耐性が良好なものになる。
発光装置10では、半導体素子部15は、実装基板11の第2の面11B側に設けられており、LED素子2から十分に離されている。このため、半導体素子部15はLED素子2で生じる熱の影響を受けにくく、半導体素子部15からなるツェナーダイオード3におけるリーク電流が増加することが起こりにくい。LED素子2から発せられる光や周囲の環境光は実装基板11によって遮られるため、半導体素子部15がこれらの光に晒されることが少なくなる。よって、発光装置10では、LED素子2から発せられる光や周囲の環境光の影響で半導体素子部15からなるツェナーダイオード3におけるリーク電流が増加することが起こりにくい。よって、LED素子2の発光効率が高い状態を維持することができる。
また、発光装置10では、半導体素子部15が実装基板11の第1の面11A側に設けられていないことから、第1の面11Aの平坦性が高い。このため、LED素子2と実装基板11との接合強度を高くすることができ、LED素子2の実装不良の発生を防止することができる。
本実施形態では、LED素子2とツェナーダイオード3とを並列接続する回路構成について説明したが、実装基板11の第2の面11Bに、グランド接続用の端子電極を設け、グランド接続用の端子電極にツェナーダイオードの一端を接続するように構成してもよい。
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光装置40について説明する。
第1の実施形態に係る発光装置10では半導体素子部15がツェナーダイオード3を構成していたが、本実施形態に係る発光装置では、半導体素子部がバリスタを構成している。
図4(A)は、本発明の第2の実施形態に係る発光装置40の等価回路図である。
本実施形態に係る発光装置40は、発光素子であるLED素子2と、実装基板41と、を備えている。実装基板41は、バリスタ4を内蔵している。LED素子2は、実装基板41に実装されており、バリスタ4と並列接続されている。バリスタ4は、LED素子2を静電気から保護する。すなわち、バリスタ4は、半導体静電気放電保護素子部である。
図4(B)は、本実施形態に係る発光装置40における、実装基板41の断面と、LED素子2の側面とを示している。
実装基板41は、第1の端子電極42Aと、第2の端子電極42Bと、絶縁膜43A,43B,43C,43Dと、セラミック基部44と、半導体素子部45と、第1の実装電極46Aと、第2の実装電極46Bと、第1の接続電極47Aと、第2の接続電極47Bと、第1の配線電極48Aと、第2の配線電極48Bと、を備えている。実装基板41は、第1の実施形態に係る発光装置10の実装基板11とは、セラミック基部44と半導体素子部45との構成のみが異なる。よって、第1の端子電極42Aと、第2の端子電極42Bと、絶縁膜43A,43B,43C,43Dと、第1の実装電極46Aと、第2の実装電極46Bと、第1の接続電極47Aと、第2の接続電極47Bと、第1の配線電極48Aと、第2の配線電極48Bとは、第1の実施形態と同様に構成されている。
セラミック基部44は、平面視して矩形の平板状であり、アルミナなどのセラミックスからなる。セラミック基部44は、貫通孔44A,44Bを有する。半導体素子部45は、半導体静電気放電保護素子部であるバリスタ4を構成するものである。半導体素子部45は、実装基板41の第2の面41B側に設けられており、第1のバリスタ電極45Aと、第2のバリスタ電極45Bと、バリスタ層45Cとを備えている。バリスタ層45Cは、酸化亜鉛やチタン酸ストロンチウムなどのバリスタ材料からなり、第1のバリスタ電極45Aと第2のバリスタ電極45Bとの間に設けられている。
第1のバリスタ電極45Aは、第1の配線電極48Aを介して第1の端子電極42Aに接続されている。また、第1のバリスタ電極45Aは、第1の配線電極48Aと第1の接続電極47Aとを介して第1の実装電極46Aに接続されている。第1の実装電極46Aと第1の配線電極48Aと第1の接続電極47Aと第1の端子電極42Aとは、第1の配線部を構成している。LED素子2のアノードである第1の素子端子電極23Aと第1のバリスタ電極45Aとは、第1の配線部によって接続されている。
第2のバリスタ電極45Bは、第2の配線電極48Bを介して第2の端子電極42Bに接続されている。また、第2のバリスタ電極45Bは、第2の配線電極48Bと第2の接続電極47Bとを介して第2の実装電極46Bに接続されている。第2の実装電極46Bと第2の配線電極48Bと第2の接続電極47Bと第2の端子電極42Bとは、第2の配線部を構成している。LED素子2のカソードである第2の素子端子電極23Bと第2のバリスタ電極45Bとは、第2の配線部によって接続されている。
したがって、LED素子2と半導体素子部45からなるバリスタ4とは並列接続されており、図4(A)で示した回路構成が実現されている。この回路構成では、半導体素子部45が、LED素子2に対するESD保護回路として機能するバリスタ4を構成しているため、静電気耐性が良好なものになる。
本実施形態のように、半導体素子部はバリスタを構成するものであってもよい。
なお、本実施形態では、LED素子2と半導体素子部45からなるバリスタ4とは並列接続されているが、実装基板41の第2の面41Bにグランド接続用の端子電極を設け、グランド接続用の端子電極に第1のバリスタ電極45Aまたは第2のバリスタ電極45Bを接続するように構成してもよい。また、2つのバリスタを用意し、各バリスタの一端をLED素子2の第1の素子端子電極23Aと第2の素子端子電極23Bにそれぞれ接続し、各バリスタの他端を実装基板41の第2の面41Bに設けられたグランド接続用の端子電極に接続するように構成してもよい。
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光装置50について説明する。
本実施形態に係る発光装置50は、第1の実施形態に係る発光装置10と同じ回路構成であるが、半導体素子部と第1,第2の配線電極の構成が異なる。このため、発光装置50は、発光装置10の実装基板11と構成が異なる実装基板51を備えているが、その他の構成はほぼ同じである。
本実施形態に係る発光装置50は、LED素子と、実装基板51と、を備えている。実装基板51は、第1の実施形態に係る発光装置10の実装基板11と同様に、LED素子を実装するために設けられている第1,第2の実装電極を備えている。図5は、本実施形態に係る発光装置50において、LED素子と第1,第2の実装電極とを透視して平面視した平面図である。図5では、LED素子と第1,第2の実装電極との図示を省略している。実装基板51は、半導体素子部55を備えている。
第1の実施形態に係る発光装置10の半導体素子部15が第1,第2の拡散領域15A,15Bを備えているのに対して、半導体素子部55は第1の拡散領域55Aと第2の拡散領域55Bと第3の拡散領域55Cを備えている。第1〜第3の拡散領域55A〜55Cは、それぞれ平面視して長方形状であり、互いに間隔を隔てて並べて配置されている。半導体素子部55は、不純物濃度の低いn型半導体領域(n−)を備えている。第1〜第3の拡散領域55A〜55Cは、n型半導体領域(n−)の表面近傍の部分に不純物をドープすることで形成されている。中央に位置する第2の拡散領域55Bは、不純物濃度の高いn型半導体領域(n+)である。第2の拡散領域55Bの両脇に位置する第1,第3の拡散領域55A,55Cは、不純物濃度の高いp型半導体領域(p+)である。n型半導体領域(n−)における、第1の拡散領域55Aと第2の拡散領域55Bとの間に位置する部分と、第2の拡散領域55Bと第3の拡散領域55Cとの間に位置する部分とは、絶縁体層である。半導体素子部55では、p型半導体領域(p+)である第1の拡散領域55Aと、n型半導体領域(n−)における第1の拡散領域55Aと第2の拡散領域55Bとの間に位置する部分と、n型半導体領域(n+)である第2の拡散領域55Bとにより、第1のPINダイオードが構成されており、p型半導体領域(p+)である第3の拡散領域55Cと、n型半導体領域(n−)における第3の拡散領域55Cと第2の拡散領域55Bとの間に位置する部分と、n型半導体領域(n+)である第2の拡散領域55Bとにより、第2のPINダイオードが構成されている。第1,第2のPINダイオードは、ツェナーダイオードを構成している。
第1,第2の配線電極58A,58Bは櫛歯状の部分を有する形状である。第1の配線電極58Aは、櫛歯電極58A1を備えている。櫛歯電極58A1は、平面視して長方形状であり、第1の配線電極58Aの一部から突出するように設けられている。櫛歯電極58A1は、第2の拡散領域55Bを覆うように設けられており、第2の拡散領域55Bと接続されている。
第2の配線電極58Bは、櫛歯電極58B1,58B2を備えている。櫛歯電極58B1,58B2は、平面視して長方形状であり、第2の配線電極58Bの一部から突出するように設けられている。櫛歯電極58B1は、第1の拡散領域55Aを覆うように設けられており、第1の拡散領域55Aと接続されている。櫛歯電極58B2は、第3の拡散領域55Cを覆うように設けられており、第3の拡散領域55Cと接続されている。
発光装置50では、半導体素子部55に2つのPINダイオードを構成することにより、半導体素子部55が構成するツェナーダイオードの電流容量を大きくすることができ、ツェナーダイオードに多くの電流が流れても、電流によってツェナーダイオードが破壊されることを防ぐことができる。
なお、本実施形態では半導体素子部に2つのPINダイオードを構成する例を示しているが、より多くの櫛歯電極と拡散領域とを設けて多数のPINダイオードやPNダイオードを構成することもできる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る発光装置60について説明する。
本実施形態に係る発光装置60は、第1の実施形態に係る発光装置10と同じ回路構成であるが、実装基板の電極の構成が異なる。このため、発光装置60は、発光装置10の実装基板11と構成が異なる実装基板61を備えているが、その他の構成はほぼ同じである。
図6は、本実施形態に係る発光装置60の構成を説明する模式断面図であり、実装基板61の断面と、LED素子2の側面とを示している。
本実施形態に係る発光装置60は、LED素子2と、実装基板61とを備えている。実装基板61は、第1の面61Aと、第1の面61Aに対向する第2の面61Bとを有する。実装基板61は、第1の端子電極62Aと、第2の端子電極62Bと、絶縁膜63A,63B,63C,63Dと、シリコン基部64と、半導体素子部65と、第1の実装電極66Aと、第2の実装電極66Bと、第1の接続電極67Aと、第2の接続電極67Bと、第1の配線電極68Aと、第2の配線電極68Bと、を備えている。
半導体素子部65は、第1の実施形態に係る発光装置10の半導体素子部15と同様に構成されており、半導体静電気放電保護素子部であるツェナーダイオードを構成するものであって、第1の拡散領域65Aと第2の拡散領域65Bとを備えている。シリコン基部64は、平面視して矩形の平板状であり、高抵抗単結晶シリコンからなる。第1の実施形態に係る発光装置10のシリコン基部14が貫通孔14A,14Bを有するのに対して、シリコン基部64は貫通孔を有していない。
絶縁膜63A,63B,63C,63Dは、ガラスなどの絶縁体からなる。絶縁膜63Aは、実装基板61の第1の面61A側において、シリコン基部64の表面を覆うように設けられている。絶縁膜63Bは、実装基板61の第2の面61B側において、第1,第2の拡散領域65A,65Bを除く部分を覆うように設けられている。絶縁膜63Cは、シリコン基部64の側面を覆うように設けられている。絶縁膜63Dは、実装基板61の第2の面61B側において、絶縁膜63Bの一部と、第1,第2の配線電極68A,68Bの一部とを覆うように設けられている。
第1,第2の実装電極66A,66Bは、第1の実施形態に係る発光装置10の第1,第2の実装電極16A,16Bと同様に構成されており、LED素子2を実装するために設けられている。第1の実装電極66Aは、実装基板61の第1の面61A側において、絶縁膜63Aの一部と、第1の接続電極67Aとを覆うように設けられている。このため、第1の実装電極66Aは、第1の接続電極67Aと接続されている。第1の実装電極66Aは、バンプ31により第1の素子端子電極23Aと電気的に接続されている。第2の実装電極66Bは、実装基板61の第1の面61A側において、絶縁膜63Aの一部と、第2の接続電極67Bとを覆うように設けられている。このため、第2の実装電極66Bは、第2の接続電極67Bと接続されている。第2の実装電極66Bは、バンプ32により第2の素子端子電極23Bと電気的に接続されている。
第1の接続電極67Aは、実装基板61の側面側において絶縁膜63Cを覆うように設けられており、第1の実装電極66Aと第1の配線電極68Aとを電気的に接続している。第2の接続電極67Bは、実装基板61の側面側において絶縁膜63Cを覆うように設けられており、第2の実装電極66Bと第2の配線電極68Bとを電気的に接続している。第1の配線電極68Aは、実装基板61の第2の面61B側において第1の接続電極67Aと第1の拡散領域65Aとを覆うように設けられており、第1の接続電極67Aと第1の拡散領域65Aとに接続されている。第2の配線電極68Bは、実装基板61の第2の面61B側において第2の接続電極67Bと第2の拡散領域65Bとを覆うように設けられており、第2の接続電極67Bと第2の拡散領域65Bとに接続されている。
第1の端子電極62Aは、実装基板61の第2の面61B側において、第1の配線電極68Aの一部を覆うように設けられており、第1の配線電極68Aに接続されている。第2の端子電極62Bは、実装基板61の第2の面61B側において、第2の配線電極68Bの一部を覆うように設けられており、第2の配線電極68Bに接続されている。第1,第2の端子電極62A,62Bは、発光装置60が搭載される回路基板の電極と接続される。
発光装置60では、第1,第2の接続電極67A,67Bは実装基板61の側面に設けられている。第1,第2の接続電極67A,67Bは、シリコン基部64がウェハ状態のときに、ダイシング、エッチング、サンドブラストなどの工法を用いて溝を形成し、溝の内部にメッキ法などにより金属を充填するなどして形成される。このため、第1の実施形態のように第1,第2の接続電極がシリコン基部の貫通孔に設けられている構成と比べて、第1,第2の接続電極を容易に形成することができる。
次に、本発明の第5の実施形態に係る発光装置70について説明する。
本実施形態に係る発光装置70は、第1の実施形態に係る発光装置10と同じ回路構成であるが、実装基板の構成が異なる。このため、発光装置70は、発光装置10の実装基板11と構成が異なる実装基板71を備えているが、その他の構成はほぼ同じである。
図7は、本実施形態に係る発光装置70の構成を説明する模式断面図であり、実装基板71の断面と、LED素子2の側面とを示している。本実施形態に係る発光装置70は、LED素子2と、実装基板71とを備えている。実装基板71は、第1の面71Aと、第1の面71Aに対向する第2の面71Bとを有する。実装基板71は、第1の端子電極72Aと、第2の端子電極72Bと、絶縁膜73A,73Bと、シリコン基部74と、半導体素子部75と、第1の実装電極76Aと、第2の実装電極76Bと、第1の配線電極78Aと、第2の配線電極78Bと、を備えている。
絶縁膜73A,73Bは、ガラスなどの絶縁体からなる。絶縁膜73Aは、実装基板71の側面の全ての部分と、実装基板71の第2の面71B側におけるシリコン基部74の第1,第2の拡散領域75A,75Bとを除く部分などを覆うように設けられている。絶縁膜73Bは、実装基板71の第2の面71B側において、絶縁膜73Aの一部と、第1,第2の配線電極78A,78Bの一部とを覆うように設けられている。
半導体素子部75は、第1の実施形態に係る発光装置10の半導体素子部15と同様に構成されており、半導体静電気放電保護素子部であるツェナーダイオードを構成するものであって、第1の拡散領域75Aと第2の拡散領域75Bとを備えている。シリコン基部74は、平面視して矩形の平板状であり、低抵抗単結晶シリコンからなる第1の半導体基部74Aと、低抵抗単結晶シリコンからなる第2の半導体基部74Bと、ガラスなどの絶縁体からなる絶縁体部74Cと、を備えている。絶縁体部74Cは、第1の半導体基部74Aと第2の半導体基部74Bとの間に配置されていて、第1の半導体基部74Aと第2の半導体基部74Bとを絶縁している。第1の半導体基部74Aには、半導体素子部75が設けられている。第1の半導体基部74Aは、第1の実装電極76Aと第1の配線電極78Aとを電気的に接続する第1の接続電極として機能する。第2の半導体基部74Bは、第2の実装電極76Bと第2の配線電極78Bとを電気的に接続する第2の接続電極として機能する。
第1の端子電極72Aは、実装基板71の第2の面71B側において、第1の配線電極78Aの一部を覆うように設けられており、第1の配線電極78Aに接続されている。第2の端子電極72Bは、実装基板71の第2の面71B側において、第2の配線電極78Bの一部を覆うように設けられており、第2の配線電極78Bに接続されている。第1,第2の端子電極72A,72Bは、発光装置70が搭載される回路基板の電極と接続される。第1,第2の実装電極76A,76Bは、LED素子2を実装するために設けられている。第1の実装電極76Aは、実装基板71の第1の面71A側において、第1の半導体基部74Aを覆うように設けられている。このため、第1の実装電極76Aは、第1の半導体基部74Aと接続されている。第1の実装電極76Aは、バンプ31により第1の素子端子電極23Aと電気的に接続されている。第2の実装電極76Bは、実装基板71の第1の面71A側において、第2の半導体基部74Bを覆うように設けられている。このため、第2の実装電極76Bは、第2の半導体基部74Bと接続されている。第2の実装電極76Bは、バンプ32により第2の素子端子電極23Bと電気的に接続されている。第1の配線電極78Aは、実装基板71の第2の面71B側において第1の半導体基部74Aの一部と第1の拡散領域75Aとを覆うように設けられており、第1の半導体基部74Aと第1の拡散領域75Aとに接続されている。第2の配線電極78Bは、実装基板71の第2の面71B側において第2の半導体基部74Bの一部と第2の拡散領域75Bとを覆うように設けられており、第2の半導体基部74Bと第2の拡散領域75Bとに接続されている。
第1の実装電極76Aと第1の半導体基部74Aと第1の配線電極78Aと第1の端子電極72Aとは、第1の配線部を構成している。LED素子2のアノードである第1の素子端子電極23Aとツェナーダイオードのカソードである第1の拡散領域75Aとは、第1の配線部によって接続されている。第2の実装電極76Bと第2の半導体基部74Bと第2の配線電極78Bと第2の端子電極72Bとは、第2の配線部を構成している。LED素子2のカソードである第2の素子端子電極23Bとツェナーダイオードのアノードである第2の拡散領域75Bとは、第2の配線部によって接続されている。
本実施形態では、シリコン基部74が低抵抗単結晶シリコンからなり、第1,第2の半導体基部74A,74Bが接続電極として機能する。このような構成は、低抵抗単結晶シリコン基板にダイシング、ウェットエッチング、サンドブラストなどの工法などを用いて溝を形成し、溝内部にポリシリコン、ガラス、樹脂などの絶縁材料を充填することで絶縁体部を形成するなどして実現することができる。本実施形態ではドライエッチングやドリルなどを用いる必要がないため、第1の実施形態のようにシリコン基部に貫通孔を設ける場合に比べ、製造コストを低くすることができる。
以上に説明したように本発明は実施できるが、実施形態の記載はあくまで例示であり、本発明の作用効果は特許請求の範囲に記載した範囲であれば、どのような発光素子装置であっても得ることができる。
10,40,50,60,70…発光装置
2…LED素子(半導体発光ダイオード素子)
21…サファイア基板
22…半導体化合物層
23A,23B…素子端子電極
31,32…バンプ
3…ツェナーダイオード
4…バリスタ
11,41,51,61,71…実装基板
12A,12B,42A,42B,62A,62B,72A,72B…端子電極
13A,13B,13C,13D,43A,43B,43C,43D,63A,63B,63C,63D,73A,73B…絶縁膜
14,64,74…シリコン基部
14A,14B,44A,44B…貫通孔
15,45,55,65,75…半導体素子部
15A,15B,55A,55B,55C,65A,65B,75A,75B…拡散領域
16A,16B,46A,46B,66A,66B,76A,76B…実装電極
17A,17B,47A,47B,67A,67B…接続電極
18A,18B,48A,48B,58A,58B,68A,68B,78A,78B…配線電極
44…セラミック基部
45A,45B…バリスタ電極
45C…バリスタ層
58A1,58B1,58B2…櫛歯電極
74A,74B…半導体基部
74C…絶縁体部
2…LED素子(半導体発光ダイオード素子)
21…サファイア基板
22…半導体化合物層
23A,23B…素子端子電極
31,32…バンプ
3…ツェナーダイオード
4…バリスタ
11,41,51,61,71…実装基板
12A,12B,42A,42B,62A,62B,72A,72B…端子電極
13A,13B,13C,13D,43A,43B,43C,43D,63A,63B,63C,63D,73A,73B…絶縁膜
14,64,74…シリコン基部
14A,14B,44A,44B…貫通孔
15,45,55,65,75…半導体素子部
15A,15B,55A,55B,55C,65A,65B,75A,75B…拡散領域
16A,16B,46A,46B,66A,66B,76A,76B…実装電極
17A,17B,47A,47B,67A,67B…接続電極
18A,18B,48A,48B,58A,58B,68A,68B,78A,78B…配線電極
44…セラミック基部
45A,45B…バリスタ電極
45C…バリスタ層
58A1,58B1,58B2…櫛歯電極
74A,74B…半導体基部
74C…絶縁体部
次に、参考例としての第4の実施形態に係る発光装置60について説明する。
次に、参考例としての第5の実施形態に係る発光装置70について説明する。
Claims (3)
- 発光素子と、
前記発光素子が実装される第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面とを有し、前記第2の面側に設けられ、前記発光素子と接続されている、半導体静電気放電保護素子部を備える、実装基板と、
を備える発光装置。 - 前記発光素子は、アノードとカソードとを備える半導体発光ダイオード素子であり、
前記半導体静電気放電保護素子部は、アノードとカソードとを備えるツェナーダイオードを構成しており、
前記半導体発光ダイオード素子と前記ツェナーダイオードとは並列に接続されており、
前記半導体発光ダイオード素子のカソードは前記ツェナーダイオードのアノードと接続されており、前記半導体発光ダイオード素子のアノードは前記ツェナーダイオードのカソードと接続されている、請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、アノードとカソードとを備える半導体発光ダイオード素子であり、
前記半導体静電気放電保護素子部は、バリスタを構成しており、
前記半導体発光ダイオード素子と前記バリスタとは並列に接続されている、請求項1に記載の発光装置。
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