WO2010092707A1

WO2010092707A1 - 半導体発光装置

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Publication number: WO2010092707A1
Application number: PCT/JP2009/067766
Authority: WO
Inventors: 乃一　拓也; 勇一岡田; 孝仁三木
Original assignee: 日亜化学工業株式会社
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2010-08-19
Also published as: EP2398072A4; US20110291154A1; RU2473152C1; US8759867B2; JP4780203B2; JP2010186814A; TWI440229B; CA2751818A1; CA2751818C; EP2398072A1; CN102308395A; CN102308395B; TW201031031A; EP2398072B1

Abstract

　高発光効率化を実現することができる半導体発光装置を提供することを目的とする。少なくとも、第１絶縁層と、第２絶縁層と、前記第１絶縁層の表面に形成された導電配線１４ａ、１４ｂと、前記第１絶縁層と第２絶縁層との間に配置された内層配線とを含むパッケージ１１、パッケージ１１の第１絶縁層上に載置された半導体発光素子１２及び半導体発光素子１２を被覆するようにパッケージ１１上に設けられた封止部材１３を含む半導体発光装置１０であって、前記内層配線が、前記半導体発光素子１２の外周領域の直下領域を回避して配線されている半導体発光装置。

Description

半導体発光装置

　本発明は、半導体発光素子を搭載した半導体発光装置に関し、より詳細には、光取り出し効率を向上させた半導体発光装置に関する。

　近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）の高出力化に伴い、支持基板として、耐熱性及び耐光性に優れたセラミックスを主原料とするパッケージが好適に利用されている（例えば、ＷＯ２００６／０４６６５５号を参照）。
　このようなパッケージの導電配線は、通常、発光素子の載置部を含む表面の導電配線と、パッケージを実装する基板に施された導電配線と接続するため、パッケージ裏面の導電配線と、セラミックスの内部に埋設されて、表面の導電配線と裏面の導電配線とを結ぶ内層配線とから構成されている。
　一般に、これら配線の原材料は黒色又はそれに近い色であるため、配線によって発光素子からの光が吸収されることがある。そこで、パッケージから露出した配線には、光の吸収を抑制するために金や銀などの金属により電解メッキが施されているが、パッケージに埋設された内層配線は電解メッキを施すことができず、黒色のままである。また、セラミックスは、一般に、多孔質で、光透過性のある材料であるため、発光ダイオードから出射された光の一部がセラミックスを透過し、セラミックスに埋設された内層配線によって吸収されることもある。その結果、発光装置の光取り出し効率が低下するという課題があった。

　本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高発光効率化を実現することができる半導体発光装置を提供することを目的とする。

　本発明の半導体発光装置は、上面に正負一対の導電配線が形成された第１絶縁層と、その第１絶縁層の下の内層配線と、その内層配線の下の第２絶縁層とが積層されて構成されたパッケージと、
　同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極を前記導電配線に対向して配置された半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子を被覆する封止部材とを備えた半導体発光装置であって、
　前記導電配線の一部が、前記第１絶縁層の上面において、前記半導体発光素子の直下から前記封止部材の外縁まで延長されて形成され、さらに前記パッケージの厚み方向に配置された導電配線を介して前記内層配線に接続されており、
　前記パッケージを前記第１絶縁層の上面側から透過して見て、前記内層配線が、前記半導体発光素子の外周から間隔を空けて配置されていることを特徴とする。

　このような半導体発光装置では、前記内層配線が、前記封止部材の外縁の外側に配置されていることが好ましい。
　また、前記第１絶縁層の上面にマークが形成されており、該マークは、前記半導体発光素子の外周から間隔を空けて配置されていることが好ましい。
　前記パッケージは、半導体発光素子の直下に熱伝導性部材を備えていることが好ましい。
　前記熱伝導性部材は、前記半導体発光素子の直下から前記パッケージの裏面に向かって広がる形状を有することが好ましい。
　前記熱伝導性部材は、前記半導体発光素子の直下の第１熱伝導層と、その下の絶縁層と、その絶縁層の下の第２熱伝導層とから構成されていることが好ましい。
　前記絶縁層がセラミックスからなる層であることが好ましい。
　前記熱伝導性部材または熱伝導層が、ＣｕＷまたはＣｕＭｏを材料としていることが好ましい。

　本発明によれば、半導体発光素子から出射した光が内層配線に吸収されることを抑制することができるので、半導体発光装置の高発光効率化を実現することができる。

本発明の一形態の半導体発光装置における第１絶縁層の上面を示す概略平面図である。本発明の半導体発光装置の第１絶縁層のｘ－ｘ方向の断面を示す断面図である。本発明の半導体発光装置の別の第１絶縁層のｘ－ｘ方向の断面を示す断面図である。本発明の一形態の半導体発光装置を示す斜視図である。図２の半導体発光装置を構成するパッケージの第１絶縁層の上面を示す平面図である。図３Ａのｙ－ｙ線方向の断面図（ただし、半分に一部側面図を示す。）である。図３Ａのｘ－ｘ線方向の断面図である。図２の半導体発光装置を構成するパッケージの第２絶縁層の上面を示す平面図である。図２の半導体発光装置を構成するパッケージの第３絶縁層の上面を示す平面図である。図２の半導体発光装置を構成するパッケージの第３絶縁層の裏面を示す裏面図である。本発明の半導体発光装置との比較を行うための半導体発光装置の第１絶縁層の上面を示す平面図である。本発明の半導体発光装置との比較を行うための半導体発光装置の第２絶縁層の上面を示す平面図である。本発明の別の形態の半導体発光装置を示す斜視図である。図８に示される半導体発光装置を構成するパッケージの第１絶縁層の上面を示す平面図である。図９Ａのｙ－ｙ線方向の断面図（ただし、左半分に一部側面図を示す。）である。図９Ａのｘ－ｘ線方向の断面図である。図８に示される半導体発光装置を構成するパッケージの第２絶縁層の上面を示す平面図である。図８に示される半導体発光装置を構成するパッケージの第３絶縁層の上面を示す平面図である。図８に示される半導体発光装置を構成するパッケージの第４絶縁層の上面を示す平面図である。

　本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光装置を例示するものであって、本発明は、半導体発光装置を以下に限定するものではない。
　また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものではない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定の記載がない限り、本発明の請求の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明の半導体発光装置を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

　上面に正負一対の導電配線が形成された第１絶縁層と、その第１絶縁層の下の内層配線と、その内層配線の下の第２絶縁層とが積層されて構成されたパッケージと、同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極を導電配線に対向して配置された半導体発光素子と、半導体発光素子を被覆する封止部材と、を備えた半導体発光装置について内層配線による光の吸収を抑制するため、本発明者らは種々の検討を行った。
　その結果、上記導電配線の一部を、上記第１絶縁層の上面において、上記半導体発光素子の直下から上記封止部材の外縁方向に延長して形成し、上記パッケージの厚み方向に配置された導電配線を介して上記内層配線に接続する。さらに、上記パッケージを上記第１絶縁層の上面側から透過して見て、上記内層配線を、上記半導体発光素子の外周から間隔を空けて配置させることを特徴とすることにより課題を解決するに至った。以下、本発明にかかる半導体発光装置の一形態について詳述する。

　本発明の半導体発光装置は、主として、パッケージと、半導体発光素子と、封止部材とを備える。パッケージは、この種の半導体発光装置を製造するために一般に用いられる形態であれば特に限定されないが、少なくとも、第１絶縁層及び第２絶縁層の２層の絶縁層と、第１絶縁層の上面に形成された導電配線と、第１絶縁層及び第２絶縁層の間に配置された内層配線とを含む。

　第１絶縁層及び第２絶縁層は、耐熱性及び適度な強度を有する絶縁体であればどのような材料から形成されていてもよく、特に、セラミックスからなることが好ましい。
　セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ガラスセラミックス、窒化物系（例えば、ＡｌＮ）、炭化物系（例えば、ＳｉＣ）等が挙げられる。なかでも、アルミナからなる又はアルミナを主成分とするセラミックスが好ましい。

　第１絶縁層及び第２絶縁層の厚みは特に限定されないが、第１絶縁層は、例えば、０．０５ｍｍ以上、さらに０．１ｍｍ以上が適しており、０．１７５ｍｍ以上が好ましく、０．２２５ｍｍ以上がより好ましく、さらに０．２７５ｍｍ以上が好ましく、０．３５ｍｍ以上がより好ましい。また、１ｍｍ以下が適しており、さらに０．８ｍｍ以下が好ましい。つまり、第１絶縁層と第２絶縁層との間に配置される内層配線の深さ、第１絶縁層の上面（パッケージの上面）からの深さを、上述した範囲とすることを意味する。よって、第１絶縁層を、このような厚みとすることにより、第１絶縁層の上面に形成された導電配線と、第１絶縁層の下に形成された内層配線とを確実に絶縁することができる。また、第１絶縁層の厚みと、後述する内層配線の配線パターンと相まって、半導体発光素子から出射される光又は後述する封止部材の内部を伝播する光が内層配線によって吸収されることを防止することができ、より光の取り出し効率を向上させることができる。

　パッケージを構成する絶縁層は、例えば、第１絶縁層と、第２絶縁層とによる二層構造に限定されることなく、それ以上積層されていてもよい。パッケージがこのように多層によって構成されている場合には、配線の引き回しの自由度が向上し、反りが少なく、平坦度を確保することができ、耐半田クラック性を実現することができる。
　パッケージには、セラミックス以外の絶縁性材料からなる絶縁層をその一部に有していてもよい。このような材料としては、例えば、ＢＴレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等が挙げられる。

　第１絶縁層及び第２絶縁層の上面、特に、パッケージの上面を構成する第１絶縁層の上面は、略平坦であることが好ましい。これによって後述する半導体発光素子から出射された光を遮断することなく、外部に取り出すことができる。ただし、各絶縁層には、保護素子を搭載するための凹部が形成されていてもよい。

　第１絶縁層の上面には、導電配線が形成されている。導電配線は、半導体発光素子の載置部を有するパッケージ上面において、半導体発光素子の正負の各電極と接続される正負一対の各電極として機能する。
　また、第１絶縁層と第２絶縁層との間には内層配線が配置されている。内層配線は、第１絶縁層と第２絶縁層との間に埋設されており、パッケージの上面側から裏面側にわたって貫通して形成される導電配線と接続することにより、パッケージの上面における導体配線およびパッケージの裏面における裏面配線に接続する配線として機能する。

　これらの導電配線は、通常、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ等を主成分とする金属又は合金層の単層又は複数層等によって形成される。また、内層配線は、Ｍｏ、Ｗ等を主成分とする金属又は合金層の単層又は複数層等によって形成される。この導電配線及び内層配線の形成方法は特に限定されるものではなく、当該分野で公知の方法を採用することができる。例えば、導電配線は、パッケージ表面において、蒸着又はスパッタ法とフォトリソグラフィー工程とにより、印刷法、電解めっき等により、あるいはこれらの組み合わせにより形成することができる。特に、メッキをする場合には、反射率の高い材料、例えば、金、銀等を用いることが好ましい。

　また、内層配線は、第１絶縁層および第２絶縁層を形成するためのセラミックスのグリーンシートの表面に、例えば、Ｗ、Ｍｏ等を含む導電ペーストを、印刷し、各グリーンシートを積層することによって形成することができる。
　導電配線及び内層配線の厚み及び幅等は、特に限定されるものではなく、その意図する機能を効果的に発揮することができるように、適宜調整することができる。

　内層配線は、後述する半導体発光素子の外周から間隔を空けて、後述する封止部材の外縁の外側に配置されている。つまり、この内層配線は、第１絶縁層と第２絶縁層との間において、半導体発光素子の外周領域に対応する領域の直下には実質的に配置されていないことが適している。特に、半導体発光素子の外周領域では、発光素子最大輝度の５～２０％又はそれ以上の光は、パッケージ表面にも照射されているが、このような配線パターンとすることにより、たとえ第１絶縁層が透光性を有する材料であっても、半導体発光素子から出射された光や、後述する封止部材の内部を伝播する光を、半導体発光素子の外周からある一定の距離の範囲（本件明細書中では「外周領域」と呼ぶ。）において、内層配線によって吸収されることを回避することができ、光損失を防止し、より光の取り出し効率を向上させることができる。

　図１Ａを参照して説明すると、半導体発光素子１２の外周領域１２ｂとは、半導体発光素子１２の外縁１２ａから所定幅Ａを有する領域である。従って、第１絶縁層と第２絶縁層とを含むパッケージ１１では、外周領域１２ｂ内であって、外周領域の直下に位置する領域（かつ第１絶縁層と第２絶縁層との間に存在する領域）には、パッケージを第１絶縁層の上面側から透過して見て、実質的に内層配線が存在しない。このような外周領域は、例えば、半導体発光素子１２の外縁１２ａから少なくとも０．２ｍｍ程度の幅Ａを有することが適しており、少なくとも０．３ｍｍ程度、さらに、少なくとも０．４ｍｍ程度を有することが好ましい。さらに、外周領域は、後述する封止部材１３の外縁１３ａの内側の領域であることがより好ましい。すなわち、封止部材の外縁１３ａの外側に、内層配線が配置されていることが好ましい。

　パッケージの裏面、例えば、第２絶縁層の裏面には、通常、上述した導電配線又は内層配線と電気的に接続された裏面配線が形成されている。これにより、実装基板や回路基板への電気的接続を、外部端子として裏面の導電配線によって実現することができる。
　絶縁層を３層以上含む場合には、任意の絶縁層の間に、内層配線を配置していてもよい。第１絶縁層と第２絶縁層との間以外の内層配線は、パッケージのいずれの領域において配線されていてもよい。

　パッケージは、さらに、半導体発光素子の載置領域の下に熱伝導性部材を備えていることが好ましい。ここで、載置領域の下とは、図１Ａにおける半導体発光素子１２の外縁１２ａのほぼ内側であって、半導体発光素子の下方の領域である。この場合には、通常、熱伝導性部材は、絶縁層でその表面が被覆され、その絶縁層の上面に半導体発光素子の電極と接続する導電配線が配置されている。絶縁層は、第１絶縁層それ自体であってもよいし（図１Ｂ中、符号２１を参照）、第１絶縁層の一部が熱導電性部材の表面を被覆していることが適している（図１Ｃを参照）。

　例えば、第１絶縁層は、図１Ｃの断面図に示したように、第１絶縁層２１がその内側に熱導電性部材収容用の凹部２１ｃを備えるために、層２１ａ、層２１ｂが一体的に成形され、その一方の層２１ａが熱導電性部材の表面を被覆するものが挙げられる。熱導電性部材は、パッケージの内部に埋設されるように配置されていることが好ましい。ここで、埋設とは、熱伝導性部材の全体が、ほぼ完全に絶縁層に被覆される状態を指す。

　具体的には、熱伝導性部材は、半導体発光素子の載置面を形成する絶縁層（第１絶縁層であってもよい）を介して、導電配線の下方に配置されている。この場合の絶縁層の厚みは、０．１ｍｍ以下、好ましくは０．０９ｍｍ以下、より好ましくは０．０８ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０５ｍｍ程度である。このように薄膜とすることにより、半導体発光素子を熱伝導性部材に直接載置するのと同程度に、熱伝導性部材による放熱性を十分確保することが可能となるとともに、絶縁性を確実にしながら、半導体発光素子の電極と接続するための電極となる導電配線と、熱伝導性部材とをオーバーラップさせることにより半導体発光装置の小型化を実現することができる。

　熱伝導性部材は、パッケージの裏面、つまり、実装基板又は回路基板への実装面では、絶縁層を介して、導電配線の下方に配置されている。この場合の絶縁層は、上述したものが例示され、その厚みは０．１ｍｍ以下、好ましくは０．０９ｍｍ以下、より好ましくは０．０８ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０５ｍｍ程度である。このように薄膜とすることにより、熱伝導性部材による裏面からの放熱性を十分確保することが可能となる。さらに、絶縁性を確実にしながら、外部端子となる裏面側の裏面配線と、熱伝導性部材とをオーバーラップさせることができる。これにより、半導体発光装置の小型化を実現しながら、外部端子の表面積を稼いで、回路基板との接触面積を増加させて、半田クラック等による影響を最小限にとどめ、密着性を向上させることが可能となる。

　熱伝導性部材としては、パッケージを構成する第１絶縁層及び第２絶縁層よりも熱伝導率が大きいもの、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上、好ましくは２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有しているものが挙げられる。例えば、窒化アルミニウムのようなセラミックス、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄－ニッケル合金、燐青銅、鉄入り銅、ＣｕＷあるいはこれらの表面に銀、アルミニウム、銅、金等の金属メッキ膜が施されたもの等によって形成することができ、なかでも、ＣｕＷが好ましい。これにより、パッケージのグリーンシートの形成又は積層、焼成等によって、パッケージと同時に形成することができる。

　熱伝導性部材は、放熱性及びパッケージの小型化を考慮して、例えば、０．０５ｍｍ以上の厚みであることが適しており、０．１７５ｍｍ以上であることが好ましい。また、０．５ｍｍ以下の厚みであることが適している。熱伝導性部材の形状は、特に限定されないが、半導体発光素子の直下からパッケージの裏面に向かって広がる形状、つまり、平面形状が大きくなるような形状を有することが好ましい。これにより、放熱性を向上させることができる。

　熱伝導性部材は、例えば、半導体発光素子の直下に配置される第１熱伝導層と、その下に配置される絶縁層と、その絶縁層の下に配置される第２熱伝導層とから構成されていることが好ましい。これにより、絶縁層により、内層配線と熱伝導層との接触を回避することができるので、短絡を防ぎ、信頼性の高い半導体発光装置とすることができる。
　ここでの絶縁層の膜厚は特に限定されるものではなく、第１及び第２熱伝導層の材料、膜厚、発光素子の種類、パッケージの大きさ及び厚み等によって適宜調整することができる。この絶縁層は、上述したセラミックスからなる層であることが好ましい。

　パッケージには、さらに、第１絶縁層の表面に、導電配線以外に、導電配線と同様の材料又は異なる材料で形成されたマークを別途有していてもよい。ただし、このマークは、半導体発光素子の外周から間隔を空けて配置されている。つまり、半導体発光素子の外縁より外側に設けられていることが適している。このようなマークとしては、絶縁層等と同様の材料で形成された凹凸等によるマーク、導電配線と同程度の膜厚及び同様の材料で形成されたアライメントマーク等の識別／認識マークなどが挙げられる。マークが、内層配線と同様の材料で形成され、導電性パターンと電気的に接続していない場合には、マークの表面には銀のような光反射率が高い金属が鍍金されないので、マークは黒色系のままである。このように、マークが外周領域外に形成されていることにより、マークに起因する光の吸収を防止することができる。

　パッケージは、その形状及び大きさが特に限定されるものではないが、例えば、上述した熱伝導性部材の埋設や、半導体発光装置を配線基板に実装した後の熱サイクルによる信頼性等を考慮して、平面（光取り出し面）の一辺が０．５ｍｍ程度以上、５ｍｍ程度以下、好ましくは、１ｍｍ程度以上、３．５ｍｍ程度以下の直方体又はそれに近似した形状が例示される。また、例えば、上述した熱伝導性部材の埋設、熱伝導性部材との絶縁性等を考慮して、合計０．０５ｍｍ以上の厚みであることが適しており、０．１７５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以下の厚みであることが適しており、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

　半導体発光素子は、通常、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であることが好ましい。例えば、基板上に、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III-Ｖ族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、活性層を含む積層構造が形成されたものが挙げられる。なかでも、窒化物半導体からなる青色系の光を発する活性層を有するものが好ましい。得られる発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、活性層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、活性層にドープする不純物の種類を変化させるなどによって、紫外領域から赤色まで変化させることができる。
　本形態の半導体発光素子は、活性層に対して同じ側に正負一対の電極を有する。

　半導体発光素子は、パッケージの導電配線に載置される。例えば、Ａｕ－Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等を用いて、半導体発光素子をパッケージの所定領域にダイボンディングすることができる。

　また、半導体発光素子に形成された電極は、パッケージにおける導電配線と接続される。同一面側に正及び負電極を有する半導体発光素子の正電極とパッケージの正電極（導電配線）、半導体発光素子の負電極とパッケージの負電極（導電配線）とを半田やバンプで接続する。

　半導体発光装置には、半導体発光素子は、１つのみならず、複数個搭載されていてもよい。この場合には、同じ発光色の光を発する半導体発光素子を複数個組み合わせてもよいし、Ｒ（赤色系の光）Ｇ（緑色系の光）Ｂ（青色系の光）に対応するように、発光色の異なる半導体発光素子を複数個組み合わせてもよい。半導体発光素子が複数個搭載される場合、半導体発光素子は、並列及び直列等のいずれの接続関係となるようにパッケージの電極と電気的に接続してもよい。

　また、本発明の半導体発光装置では、パッケージに搭載された半導体発光素子が、通常、封止部材によって被覆されている。この封止部材は、パッケージに搭載された半導体発光素子が、その正及び負電極とともに、その全体が、外気に曝されないように被覆する部材である。封止部材は、発光素子からの光を、正面方向に集光させるための凸レンズ形状など、光学特性を考慮した種々の形状とすることができる。
　封止部材の材料としては、透光性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂等の１種又は２種以上等の樹脂、液晶ポリマー等、当該分野で通常用いられる材料から選択することができる。なかでも、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂、特に、耐光性の高いシリコーン樹脂が適している。封止部材は、これらの材料を使用して、圧縮成型、トランスファーモールドまたは射出成型によりパッケージに対してあるいはパッケージとして個片化する前の集合基板に対して形成することができる。

　ここで、透光性を有するとは、半導体発光素子からの光を、封止部材を通して観察できる程度に光を透過させるものであればよい。
　このような材料には、例えば、蛍光体又は顔料、フィラー又は拡散材等の追加の成分が含有されていてもよい。これら追加の成分は、特に限定されず、例えば、ＷＯ２００６／０３８５０２号、特開２００６－２２９０５５号に記載の蛍光体又は顔料、フィラー又は拡散材等が挙げられる。　

　また、本発明の半導体発光装置には、保護素子が搭載されていてもよい。保護素子は、１つでもよいし、複数個でもよい。また、半導体発光素子からの光を保護素子が遮光しないように、パッケージの内部に形成されていてもよいし、保護素子を収納する凹部を設けたパッケージとしてもよい。凹部を設ける位置は、半導体発光素子からの光が遮断されるのを回避することを考慮して、例えば、封止部材の外縁の外側あるいはその近傍とすることが適している。
　保護素子は、特に限定されるものではなく、光半導体装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、過熱、過電圧、過電流等に対する保護回路用の素子（例えば、静電保護素子）等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオードや、トランジスタが利用できる。

　以下に、本発明の半導体発光装置を図面に基づいて、具体的に説明する。実施例１
　本実施例の半導体発光装置１０は、図２に示されるように、パッケージ１１と、そのパッケージ１１に配置された半導体発光素子１２（ＬＥＤチップ）と、その半導体発光素子１２を被覆する封止部材１３とを備えた半導体発光装置である。
　図３Ｂおよび図３Ｃの断面図に示されるように、パッケージ１１は、上面に正負一対の導電配線が形成された第１絶縁層２１と、その第一絶縁層２１の下の内層配線２３と、その内層配線２３の下の第２絶縁層２２と、が積層されて構成されている。
　半導体発光素子１２は、同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極を正負一対の導電配線１４ａ、１４ｂに向けて配置されている。

　図３Ａおよび図３Ｃに示されるように、正負一対の導電配線１４ａ、１４ｂの一部は、パッケージ１１を構成する第一の絶縁層２１の上面において、半導体発光素子１２の直下から封止部材１３の外周方向に延長されて形成されており、さらにパッケージ１１の厚み方向に配置された別の導電配線を介して内層配線２３に接続されている。
　図３Ａおよび図４に示されるように、この内層配線２３は、パッケージ１１を第１絶縁層２１の上面側から透過して見て、半導体発光素子１２ａの外周から間隔を空けて配置されている。また、同様にして見て、封止部材１３の外縁１３ａの外側に内層配線２３が配置されている。以下、本実施例の半導体装置について詳述する。

　半導体発光装置１０は、外形が略直方体形状（平面形状の一辺約３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）のアルミナを材料とするセラミックスからなる絶縁性のパッケージ１１の上面に、導電配線１４ａ、１４ｂが形成されており、その導電配線１４ａ、１４ｂの一部上に、半導体発光素子１２としてＬＥＤチップが搭載されている。

　パッケージ１１は、図３Ａから３Ｃに示されるように、上面に正負一対の導電配線１４ａ、１４ｂが形成された第１絶縁層２１と、その第１絶縁層２１の下の内層配線２３と、その内層配線２３の下の第２絶縁層２２とが積層されている。また、第２絶縁層２２の下には、第３絶縁層２５が積層されている。

　第１絶縁層２１は、図３Ａに示したように、第１絶縁層２１（厚み：０．１７５ｍｍ）上面に形成された導電配線１４ａ、１４ｂ及びアライメントマーク１８、導電配線１４ａ、１４ｂ直下であって、第１絶縁層２１内を貫通するように埋め込まれた導電配線（図３Ｃ参照）を備えている。
　導電配線１４ａ、１４ｂの一部は、パッケージ１１を構成する第１絶縁層２１の上面において、半導体発光素子１２の直下から封止部材１３の外縁１３ａの方向（ｘ－ｘ方向）に延長されて形成され、さらに図３Ｃに示されるように、パッケージ１１の厚み方向に配置された別の導電配線を介して内層配線２３に接続されている。

　第２絶縁層２２（厚み：０．１７５ｍｍ）は、図４に示したように、上面に形成された内層配線２３と、内層配線２３に接続して、第２絶縁層２２の内部を厚み方向に貫通するように埋め込まれた導電配線（図示せず）を備えている。
　内層配線２３は、パッケージ１１を第１絶縁層２１の上面側から透過して見て、半導体発光素子１２の外周から間隔を空けて配置されている。言い換えると、この内層配線２３は、第１絶縁層２１と第２絶縁層２２との間において、半導体発光素子１２の外周領域に対応する領域の直下には実質的に配置されていない。
　この実施例では、第１絶縁層２１及び第２絶縁層２２間に配置された内層配線２３は、ＬＥＤチップの外縁１２ａから０．７ｍｍ程度の最短距離ａで離間されている。

　第３絶縁層（厚み：０．０５ｍｍ）には、図５に示したように、第２絶縁層２２に埋め込まれた導電配線に接続される導電配線２６が、その内部を貫通するように埋め込まれている。裏面には、図６に示したように、裏面配線パターン２４が形成されている。

　これら、第１絶縁層２１、第２絶縁層２２、第３絶縁層２５、導電配線、内層配線２３及び裏面配線パターン２４は、一体的にセラミックスグリーンシートから焼成により形成されている。
　導電配線１４ａ、１４ｂ及び内層配線２３は、銅、モリブデン、タングステン粉末を混合した導電性ペーストを、パッケージを構成するセラミックスと同時に焼成して形成したものである。さらに、導電配線１４ａ、１４ｂは、その表面にＡｕによって電解メッキが施されている。

　なお、図３Ａ及び図４には、理解しやすいため、半導体発光素子１２であるＬＥＤチップの外縁１２ａ及び封止部材１３の外縁１３ａを併せて示している。

　半導体発光素子１２は、同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極を導電配線１４ａ、１４ｂに対向させて配置されている。
　パッケージ１１上には、パッケージ１１の上面の形状に略対応して、少なくとも導電配線１４ａ、１４ｂ及び半導体発光素子１２の全面を被覆する部材が形成されている。この部材は、シリコーン樹脂の圧縮成型により形成されており、半導体発光素子１２の上方にて、凸レンズ形状の封止部材１３と、その封止部材１３の外縁に接続して形成されパッケージ１１の上面のアライメントマーク１８を被覆する鍔部１５とから構成されている。鍔部１５の上面は、パッケージ１１の上面に平行な、ほぼ平坦な面であり、鍔部１５の大きさ（体積）は、封止部材１３全体の大きさと比較して十分に小さい。例えば、本実施例の封止部材１３は、半径が１．２０～１．５０ｍｍ程度の略半球状の凸レンズであり、鍔部１５は、その厚さが５０～１００μｍ程度の薄膜である。そのため、鍔部１５を伝播する光の量はごくわずかである。また、パッケージの上面側から第１の絶縁層を透過して見て、封止部材１３の外縁（すなわち、封止部材１３と鍔部１５との境界線）の外側に内層配線２３が配置されている。そのため、本実施例による半導体発光装置は、内層配線２３による光の吸収が少なくてすむ。

　パッケージ１１の上面には、封止部材１３の外縁の外側にアライメントマーク１８が形成されている。このアライメントマーク１８は、封止部材１３の成型位置ズレを判定したり、集合体からパッケージ１１を個片化する際の目印としたりするものである。

　なお、この半導体発光装置１０には、図３Ｂおよび図３Ｃに示したように、熱伝導性部材５５が、第２絶縁層２２を厚み方向に貫通するように、半導体発光素子１２よりもやや大きい形状で配置されており、熱伝導性部材５５の上面及び裏面が、第１絶縁層２１及び第３絶縁層２５で被覆されている。

　比較のために、図７Ａ及び図７Ｂに示したように、同様の材料を用いて、第１絶縁層３１の上面に導電配線３４ａ、３４ｂ及び半導体発光素子１２の外縁１２ａから０．１５ｍｍ程度の距離ｂだけ離間されたアライメントマーク２８、第２絶縁層３２の表面に、半導体発光素子１２の外縁１２ａから０．１５ｍｍ程度の距離ｂだけ離間された内層配線３３からなるパッケージを形成し、上述した半導体発光装置１０と同様に組み立てた。

　得られた半導体発光装置の双方について光束をそれぞれ測定した。その結果、実施例１の半導体発光装置１０は、比較例に対して６％光束が向上していることを確認した。すなわち、半導体発光素子の外周から内層配線までの距離が大きいほうが、半導体発光装置から取り出される光の量が大きくなることが確認された。

　この実施例の半導体発光装置によれば、パッケージの内部であって、ＬＥＤチップの下方に熱伝導性部材が埋設されることにより、半導体発光素子を熱伝導性部材に直接載置するのと同程度に、熱伝導性部材による放熱性を十分確保することが可能となり、発光素子からの発熱を効率的に逃がすことができる。また、導電配線と熱伝導性部材との間に絶縁層を介しているので、絶縁性を確実にして、導電配線、回路基板等における配線又は電極等との短絡を確実に防止しながら、導電配線と熱伝導性部材とのオーバーラップが可能になるために、半導体発光装置の小型化、薄膜化を実現することができる。さらに、電極加工等の構造上の制約を最小限にとどめて、発光素子の設計において自由度を確保することが可能となる。

実施例２
　この実施例の半導体発光装置４０は、図８示したように、パッケージ４１表面の封止部材１３の外縁近傍に凹部４２を設け、その凹部４２内に保護素子４３が搭載されていること、ＬＥＤチップ１２の直下に、２段構造の熱伝導性部材が埋め込まれていること以外は、実質的に実施例１の半導体発光装置１０と同様に、導電配線１４ａ、１４ｂ、アライメントマーク１８等が形成され、半導体発光素子１２が搭載されている。

　つまり、パッケージ４１は、図９Ａに示す第１絶縁層５１（厚み：０．０５ｍｍ）、図１０に示す第２絶縁層５２（厚み：０．１７５ｍｍ）、図１１に示す第３絶縁層５３（厚み：０．１７５ｍｍ）、図１２に示す第４絶縁層５４（厚み：０．０５ｍｍ）が積層され、焼成されることによって形成されている。これらの絶縁層は、アルミナを材料とするセラミックスグリーンシートから形成されている。

　このような半導体発光装置４０を構成するパッケージ４１は、図９Ａに示すように、第１絶縁層５１の上面に、実施例１と同様に、導電配線１４ａ、１４ｂ及びアライメントマーク１８が形成されている。封止部材１３の外縁１３ａに相当する位置に開口４２ａが形成されている。
　また、図９Ｃに示すように、導電配線１４ａ、１４ｂの直下であって、第１絶縁層５１内を貫通するように埋め込まれた導電配線（図示せず）が形成されている。

　図１０に示すように、第２絶縁層５２の表面には、内層配線２３と、内層配線２３直下であって、第２絶縁層５２内を厚み方向に貫通するように埋め込まれた導体配線（図示せず）が形成されている。また、封止部材１３の外縁１３ａに相当する位置に開口４２ｂが形成されている。さらに、図９Ｂ及び図９Ｃに示されるように、第２絶縁層５２の中央には、貫通孔が設けられ、その貫通孔のＬＥＤチップ１２の直下に相当する位置に、直径１．２ｍｍ程度の円盤状のＣｕＷからなる熱伝導性部材５５ａ（厚み約０．１７５ｍｍ）が嵌め込まれている。

　図１１に示すように、第３絶縁層５３の表面には、保護素子４３用の配線パターン５６が、その一部が第１絶縁層５１の開口４２ａ（図９Ａを参照。）及び第２絶縁層５２の開口４２ｂ（図１０を参照。）から露出するように、それ以外の部分が第２絶縁層５２と第３絶縁層５３との間に配置されるように、形成されている。また、図９Ｂ及び図９Ｃに示されるように、第３絶縁層５３の中央には、貫通孔が設けられ、その貫通孔のＬＥＤチップ１２の直下に相当する位置に、直径１．６ｍｍ程度の円盤状のＣｕＷからなる熱伝導性部材５５ｂ（厚み約０．１７５ｍｍ）が嵌め込まれている。

　図１２に示すように、第４絶縁層５４の上面には配線パターンは形成されておらず、裏面には、図６と同様に、裏面配線パターンが形成されている。この第４絶縁層５４によって、熱伝導性部材５５ｂの裏面側を完全に被覆することができる。

　この実施例の半導体発光装置によれば、実施例１の効果に加え、特に、第３絶縁層５３に嵌め込まれている熱伝導性部材５５ｂの直径が、第２絶縁層５２に嵌め込まれている熱伝導性部材５５ａの直径よりも大きい。これにより、熱伝導性部材５５ａおよび熱伝導性部材５５ｂにより形成された熱伝導性部材全体の形状の側面に段差を形成している。つまり、熱伝導性部材は、半導体発光素子の直下からパッケージの背面に向かって広がる形状とされている。このような形状とすることにより、ＬＥＤチップ直下での熱伝導性部材による光吸収を最小限に抑えることができる。

　さらに、この効果を向上させるために、ＬＥＤチップ直下の第２絶縁層に嵌め込まれる熱伝導性部材の水平方向の面積を、ＬＥＤチップの水平方向の面積とほぼ同じ大きさとすることが好ましい。
　また、パッケージの裏面の側で、熱伝導性部材が広く形成されているので、半導体発光素子からパッケージの裏面へかけての放熱も良好に行うことができる。

　なお、この実施例では、図示していないが、第２絶縁層５２と第３絶縁層５３とに嵌め込まれた各熱伝導性部材の間に、絶縁層を配置することが好ましい。つまり、熱伝導性部材は、半導体発光素子の直下の第１熱伝導層と、その下の絶縁層と、その絶縁層の下の第二の熱伝導層とから構成されていることが好ましい。さらに、その絶縁層の面積は、その絶縁層の下に配置された第２熱伝導層の上面の面積より大きいことが好ましい。例えば、上述した第２絶縁層に嵌め込まれた円盤状の第１熱伝導層と第２絶縁層に嵌め込まれた円盤状の第２熱伝導層との間に配置させる絶縁層について、第２絶縁層に嵌め込まれた円盤状の第１熱伝導層よりも大きく、かつ、第３絶縁層に嵌め込まれた円盤状の第２熱伝導層の面積よりも大きい面積を有する絶縁層とする。第一の熱伝導層と第二の熱伝導層の間に配置される絶縁層の厚さは、熱伝導性部材の放熱性を低下させることなく、絶縁性を確保することができる程度の厚さとされる。
　このような絶縁層を配置することによって、パッケージの内層配線と、絶縁層の下の熱伝導部材との接触を防止して短絡を防ぐことができるので、信頼性の高い発光装置とすることができる。

　本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子を搭載する、種々の装置、具体的には、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等における画像読取装置に利用される照明装置のみならず、懐中電灯、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等の種々の照明装置に利用することができる半導体発光装置を製造する際に、より高精度に、簡便かつ容易に利用することができる。

Claims

　上面に正負一対の導電配線が形成された第１絶縁層と、その第１絶縁層の下の内層配線と、その内層配線の下の第２絶縁層とが積層されて構成されたパッケージと、
　同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極を前記導電配線に対向して配置された半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子を被覆する封止部材と、を備えた半導体発光装置であって、
　前記導電配線の一部が、前記第１絶縁層の上面において、前記半導体発光素子の直下から前記封止部材の外縁方向に延長されて形成され、さらに前記パッケージの厚み方向に配置された導電配線を介して前記内層配線に接続されており、
　前記パッケージを前記第１絶縁層の上面側から透過して見て、前記内層配線が、前記半導体発光素子の外周から間隔を空けて配置されていることを特徴とする半導体発光装置。
　前記内層配線が、前記封止部材の外縁の外側に配置されている請求項１に記載の半導体発光装置。
　前記第１絶縁層の上面にマークが形成されており、該マークは、前記半導体発光素子の外周から間隔を空けて配置されている請求項１または２に記載の半導体発光装置。
　前記パッケージは、前記半導体発光素子の直下に熱伝導性部材を備える請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
　前記熱伝導性部材は、前記半導体発光素子の下から前記パッケージの裏面に向かって広がる形状を有する請求項４に記載の半導体発光装置。
　前記熱伝導性部材は、前記半導体発光素子の下の第１熱伝導層と、その下の絶縁層と、その絶縁層の下の第２熱伝導層とから構成されている請求項４または５に記載の半導体発光装置。
　前記パッケージは、前記第１絶縁層の上面に開口する凹部を有し、前記凹部は、前記封止部材の外縁の外側に配置されている請求項２または３に記載の半導体発光装置。
　前記絶縁層がセラミックスからなる層である請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
　前記熱伝導性部材または熱伝導層が、ＣｕＷまたはＣｕＭｏを材料としている請求項４から６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
　前記内層配線は、前記半導体発光素子の外周から０．２ｍｍ以上の間隔を空けて配置されている請求項１から９のいずれか一つに記載の半導体発光装置。