WO2013183706A1 - 光半導体装置 - Google Patents

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WO2013183706A1
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plating layer
semiconductor device
peripheral surface
optical semiconductor
transparent sealing
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智子 東内
高根　信明
格 山浦
麻希 稲田
弘 横田
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日立化成株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical semiconductor device in which a light emitting diode is bonded.
  • Patent Document 1 As an optical semiconductor device on which an LED (Light Emitting Diode) is mounted, the one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the optical semiconductor device described in Patent Document 1 is formed by bonding a blue LED to a molded body, raising the molded body so as to surround the blue LED, and reflecting the light emitted from the blue LED.
  • the blue LED is sealed by filling a transparent sealing portion containing a body.
  • thermoplastic resin has been adopted as the reflecting plate, and since the yellowing rate of the reflecting plate was faster than the sulfiding rate of the silver plating layer, the decrease in illuminance due to the sulfidation of the silver plating layer was not noticeable.
  • thermosetting resin has been adopted as a reflection plate, and the yellowing rate of the reflection plate has become slower than the sulfidation rate of the silver plating layer. It has come to stand out.
  • the LED illumination is made high-powered, the heat generation temperature of the blue LED is increased and the temperature of the silver plating layer is increased, so that the sulfidation of the silver plating layer is promoted.
  • the present inventors have conducted intensive studies and found that the silver plating layer was effectively sulfidized by covering the silver plating layer with a clay film, rather than improving the gas permeability of the transparent sealing portion. It was found that it can be suppressed.
  • the present inventors manufactured an optical semiconductor device based on such knowledge, since a clay film is interposed between the silver plating layer and the transparent sealing portion, the transparent sealing portion for the optical semiconductor device is provided. From the viewpoint of preventing the peeling of the optical semiconductor device, the inventors have found that there is room for optimizing the configuration of the optical semiconductor device.
  • an object of the present invention is to provide an optical semiconductor device capable of suppressing peeling of a transparent sealing portion while suppressing sulfidation of a silver plating layer.
  • An optical semiconductor device includes a substrate having a silver plating layer formed on a surface thereof, a light emitting diode bonded to the silver plating layer, a light reflecting portion surrounding the light emitting diode, and a light reflecting portion.
  • the transparent sealing portion that seals the light emitting diode and the clay film that covers the silver plating layer are joined, and the transparent sealing portion and the light reflecting portion are joined.
  • the sulfidation of the silver plating layer can be suppressed.
  • the illumination intensity fall of the optical semiconductor device by a silver plating layer blackening can be suppressed significantly.
  • the clay film is interposed between the transparent sealing portion and the silver plating layer, but since the transparent sealing portion and the light reflecting portion are joined, it is transparent. It can suppress that a sealing part peels.
  • the light reflecting portion includes an inner peripheral surface that rises from the substrate so as to surround the light emitting diode and forms an inner space that accommodates the light emitting diode, and the clay film is a part of the inner peripheral surface.
  • the transparent sealing portion may be joined to the non-covered portion that is not covered with the clay film on the inner peripheral surface.
  • the clay film is coated on the silver plating layer by, for example, diluting clay with a solvent to produce a clay diluted solution, dropping or spraying the clay diluted solution on the inner space of the light reflecting portion, and then drying the solvent. Can be performed.
  • the inner space of the light reflecting portion is small, it is difficult to drop or spread the clay diluent only on the silver plating layer by adjusting the dripping amount or spreading amount of the clay diluent. Therefore, by allowing the clay film to cover the inner peripheral surface of the light reflecting portion, it is possible to easily cover the silver plating layer with the clay film.
  • the transparent sealing portion and the non-covering portion on the inner peripheral surface of the light reflecting portion are joined, it is possible to suppress the peeling of the transparent sealing portion.
  • the light emitting diode may be a blue light emitting diode that generates blue light.
  • the inner peripheral surface of the light reflecting part reflects the light generated from the light emitting diode and outputs it from the optical semiconductor device, but the clay film has the effect of amplifying the frequency band of blue light, so the clay film reflects light.
  • the reflection efficiency of the blue light generated from the blue light emitting diode can be increased.
  • the area of the non-covering portion may be 1% or more of the area of the inner peripheral surface.
  • the bonding strength between the translucent resin portion and the light reflecting portion can be ensured by setting the area of the non-covering portion to 1% or more of the inner peripheral surface of the light reflecting portion.
  • the area of the non-covering portion can be 99% or less of the area of the inner peripheral surface.
  • the area of the non-covering portion 99% or less of the inner peripheral surface of the light reflecting portion, it is possible to more easily cover the silver plating layer with the clay film.
  • the light reflecting portion rises from the substrate so as to surround the light emitting diode and forms an inner space that accommodates the light emitting diode, and an outer surface of the inner space adjacent to the inner peripheral surface.
  • the clay film covers the inner peripheral surface, and the transparent sealing portion is joined to the top surface.
  • the clay film is coated on the silver plating layer by, for example, diluting clay with a solvent to produce a clay diluted solution, dropping or spraying the clay diluted solution on the inner space of the light reflecting portion, and then drying the solvent. Can be performed.
  • the inner space of the light reflecting portion is small, it is difficult to drop or spread the clay diluent only on the silver plating layer by adjusting the dripping amount or spreading amount of the clay diluent. Therefore, by allowing the clay film to cover the entire inner peripheral surface of the light reflecting portion, it is possible to more easily cover the silver plating layer with the clay film.
  • the transparent sealing portion and the top surface of the light reflecting portion are joined, it is possible to suppress the peeling of the transparent sealing portion.
  • the junction between the transparent sealing portion and the top surface of the light reflecting portion is, for example, dripping or spreading the clay diluted solution in the inner space of the light reflecting portion so that the clay diluted solution overflows from the inner space of the light reflecting portion, Then, it can carry out by drying a solvent.
  • an optical semiconductor device capable of suppressing peeling of the transparent sealing portion while suppressing sulfidation of the silver plating layer.
  • FIG. 2 is a plan view of the optical semiconductor device shown in FIG. 1. It is a figure for demonstrating the coating method of a clay film. It is a figure for demonstrating the coating method of a clay film. It is a figure for demonstrating the coating method of a clay film. It is a figure for demonstrating the coating method of a clay film. It is a figure for demonstrating the coating method of a clay film.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device filled with a transparent sealing resin in the case of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device filled with a transparent sealing resin in the case of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device filled with a transparent sealing resin in the case of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device filled with a transparent sealing resin in the case of FIG. 6. It is a conceptual diagram for demonstrating the structure of the clay film using a montmorillonite
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the optical semiconductor device shown in FIG.
  • the optical semiconductor device 1 according to the embodiment is generally classified as a “surface mount type”.
  • the optical semiconductor device 1 includes a substrate 10, a blue LED 30 bonded to the surface of the substrate 10, a reflector 20 provided on the surface of the substrate 10 so as to surround the blue LED 30, and the reflector 20 filled with the blue LED 30.
  • a transparent sealing resin 40 for sealing for sealing.
  • illustration of the transparent sealing resin 40 is abbreviate
  • a copper plating plate 14 is wired on the surface of an insulating base 12, and a silver plating layer 16 is formed on the surface of the copper plating plate 14.
  • the silver plating layer 16 is an electrode that is disposed on the surface of the substrate 10 and is electrically connected to the blue LED 30.
  • the silver plating layer 16 may have any composition as long as it is a plating layer containing silver.
  • the silver plating layer 16 may be formed by plating only silver, or the silver plating layer 16 may be formed by plating nickel and silver in this order.
  • the copper plating plate 14 and the silver plating layer 16 are insulated on the anode side and the cathode side.
  • the insulation between the copper plating plate 14 and the silver plating layer 16 on the anode side and the copper plating plate 14 and the silver plating layer 16 on the cathode side is, for example, the copper plating plate 14 and the silver plating layer 16 on the anode side and the cathode side.
  • the copper plating plate 14 and the silver plating layer 16 can be separated from each other, and an insulating layer such as a resin and ceramic can be appropriately inserted therebetween.
  • the blue LED 30 is die-bonded to one of the silver plating layer 16 on the anode side and the cathode side, and is electrically connected to the silver plating layer 16 through the die bonding material 32.
  • the blue LED 30 is wire-bonded to the silver plating layer 16 on either the anode side or the cathode side, and is electrically connected to the silver plating layer 16 via the bonding wire 34.
  • the reflector 20 fills the transparent sealing resin 40 for sealing the blue LED 30 and reflects the light emitted from the blue LED 30 to the surface side of the optical semiconductor device 1.
  • the reflector 20 is erected from the surface of the substrate 10 so as to surround the blue LED 30. That is, the reflector 20 is formed with an inner space 22 that rises from the surface 10a of the substrate 10 so as to surround the blue LED 30 and accommodates the blue LED 30 inside, and has an inner circumference formed in a circle in plan view (see FIG. 2).
  • the shapes of the inner peripheral surface 20 a and the outer peripheral surface 20 c are not particularly limited, but from the viewpoint of improving the illuminance of the optical semiconductor device 1, the inner peripheral surface 20 a has a truncated cone shape (funnel) whose diameter increases as the distance from the substrate 10 increases.
  • the outer peripheral surface 20 c is preferably formed in a rectangular shape perpendicular to the substrate 10 from the viewpoint of improving the degree of integration of the optical semiconductor device 1.
  • the inner peripheral surface 20a As an example of forming the inner peripheral surface 20a, the lower part located on the substrate 10 side is perpendicular to the substrate 10, and the upper part located on the opposite side of the substrate 10 is separated from the substrate 10. An enlarged diameter is shown.
  • the reflector 20 is made of a cured product of a thermosetting resin composition containing a white pigment.
  • the thermosetting resin composition is preferably one that can be pressure-molded at room temperature (25 ° C.) before thermosetting.
  • thermosetting resin contained in the thermosetting resin composition various resins such as an epoxy resin, a silicone resin, a urethane resin, and a cyanate resin can be used.
  • an epoxy resin is preferable because of its excellent adhesion to various materials.
  • the white pigment alumina, magnesium oxide, antimony oxide, titanium oxide, zirconium oxide or the like can be used. Among these, titanium oxide is preferable from the viewpoint of light reflectivity.
  • Inorganic hollow particles may be used as the white pigment. Specific examples of the inorganic hollow particles include sodium silicate glass, aluminum silicate glass, borosilicate soda glass, and shirasu.
  • the transparent sealing resin 40 is filled in the inner space 22 formed by the inner peripheral surface 20a of the reflector 20, and seals the blue LED 30.
  • the transparent sealing resin 40 is made of a transparent sealing resin having translucency.
  • the transparent sealing resin includes a translucent resin as well as a completely transparent resin.
  • the transparent sealing resin preferably has an elastic modulus of 1 MPa or less at room temperature (25 ° C.). In particular, it is preferable to employ a silicone resin or an acrylic resin from the viewpoint of transparency.
  • the transparent sealing resin may further contain an inorganic filler that diffuses light and a phosphor 42 that emits white light using blue light emitted from the blue LED 30 as an excitation source.
  • the silver plating layer 16 is covered with the clay film 50, and the transparent sealing resin 40 and the reflector 20 are joined.
  • the clay film 50 suppresses sulfidation of the silver plating layer 16 by covering the silver plating layer 16.
  • any of natural clay and synthetic clay can be used.
  • any one or more of stevensite, hectorite, saponite, montmorillonite and beidellite can be used.
  • natural clay montmorillonite as shown in FIG. 11, has a high aspect ratio such as a thickness H of 1 nm or less and a length L of 10 nm or more and 400 nm or less, and has a long gas path route.
  • the film thickness of the clay film 50 is preferably 0.01 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, more preferably 0.03 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, further preferably 0.05 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and 0.05 ⁇ m or more.
  • the thickness is more preferably 10 ⁇ m or less, and further preferably 0.05 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • this effect can be further improved by setting the film thickness of the clay film 50 to 0.03 ⁇ m to 500 ⁇ m, 0.05 ⁇ m to 100 ⁇ m, 0.05 ⁇ m to 10 ⁇ m, 0.05 ⁇ m to 1 ⁇ m. it can.
  • FIGS. 3 to 6 are diagrams for explaining a method of coating a clay film.
  • 7 to 10 are cross-sectional views of an optical semiconductor device filled with a transparent sealing resin.
  • a clay diluted solution in which clay is diluted with a solvent is generated.
  • the clay diluted solution L is dropped or spread on the inner space 22 of the reflector 20.
  • the dripping amount or the spraying amount of the clay diluent L is adjusted so that at least the entire silver plating layer 16 is covered with the clay diluent L.
  • the solvent of the clay diluent L is dried.
  • a clay film 50 in which the dried clay is laminated over the entire range covered with the clay diluent L is formed.
  • the clay film 50 is formed over the entire range in which the clay diluent L is dropped or sprayed in this way, in order to cover only the silver plating layer 16 with the clay film 50, the clay film 50 is formed on the silver plating layer 16. Only clay dilution L needs to be dripped or sprayed. However, since the inner space 22 is very small, it is difficult to drop or spread the clay diluent L only on the silver plating layer 16 by adjusting the dripping amount or spreading amount of the clay diluent L.
  • the clay film 50 formed to have a film thickness of 0.01 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less using the clay described above has sufficient translucency, even if the clay film 50 is formed on the inner peripheral surface 20 a of the reflector 20.
  • the reflection characteristics of the reflector 20 are not greatly affected.
  • the thin film of montmorillonite, which is natural clay has an action of amplifying the frequency band of blue light
  • the clay film 50 using montmorillonite, which is natural clay is formed on the reflector 20, and is emitted from the blue LED 30. The reflection efficiency of blue light can be increased.
  • the clay diluent L is dropped or spread on the inner space 22 so that a part of the inner peripheral surface 20a of the reflector 20 is covered with the clay diluent. Then, as shown in FIG. 4B, the clay diluent L is dried to form a clay film 50 on a part of the inner peripheral surface 20 a of the reflector 20.
  • the clay diluent L may be dropped or dispersed in the inner space 22 so that the entire inner peripheral surface 20a of the reflector 20 is covered with the clay diluent.
  • FIG. 5B when the solvent of the clay diluent L is dried, a clay film 50 is formed on the entire inner peripheral surface 20a of the reflector 20.
  • the clay dilution liquid L is dripped or spread
  • the clay film 50 is formed up to the top surface 20b of the reflector 20.
  • the inner space 22 formed by the inner peripheral surface 20a of the reflector 20 is filled with the transparent sealing resin 40 containing the phosphor 42, and the filled transparent sealing resin 40 is filled. Then, the blue LED 30 is sealed.
  • the area of the uncovered portion U is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, and further preferably 10% or more of the area of the inner peripheral surface 20a.
  • the area of the uncovered portion U is preferably 99% or less of the area of the inner peripheral surface 20a, more preferably 95% or less, and still more preferably 90% or less.
  • the clay film 50 can be easily covered. Furthermore, this effect can be further improved by setting the ratio of the uncovered portion U to 95% or less, and further to 90% or less.
  • the clay film 50 is formed on the entire inner peripheral surface 20a of the reflector 20, as shown in FIG.
  • the inner space 22 is filled with the transparent sealing resin 40 containing the phosphor 42 from the top to the top surface 20b, and the filled transparent sealing resin 40 is brought into close contact with the top surface 20b of the reflector 20.
  • the optical semiconductor device 1 in which the top surface 20b of the reflector 20 and the transparent sealing resin 40 are joined is obtained.
  • the clay film 50 is formed up to the top surface 20b of the reflector 20, as shown in FIG. 10, first, the clay film formed on the top surface 20b is formed. 50 is removed. Thereafter, the transparent sealing resin 40 containing the phosphor 42 is filled into the inner space 22 until the transparent sealing resin 40 overflows from the inner space 22 to the top surface 20b, and the top surface 20b of the reflector 20 is filled. The transparent sealing resin 40 is adhered. Thereby, the optical semiconductor device 1 in which the top surface 20b of the reflector 20 and the transparent sealing resin 40 are joined is obtained.
  • the silver plating layer 16 is covered with the clay film 50, the sulfidation of the silver plating layer 16 can be suppressed. Thereby, the illumination intensity fall of the optical semiconductor device 1 by the silver plating layer 16 blackening can be suppressed significantly. Moreover, since the transparent sealing resin 40 and the reflector 20 are bonded, it is possible to suppress the transparent sealing resin 40 from being peeled off from the optical semiconductor device 1.
  • the clay film 50 can be easily coated on the silver plating layer 16.
  • the clay film 50 has an action of amplifying the frequency band of blue light, the reflection efficiency of the blue light generated from the blue LED 30 is increased by forming the clay film 50 on the inner peripheral surface 20a of the reflector 20. Can be made.
  • the reflector 20 is described as being formed only of resin, but a light reflecting layer such as silver may be formed on the inner peripheral surface 20a of the reflector 20.
  • the transparent sealing resin 40 can be bonded to the inner peripheral surface 20a or the top surface 20b of the reflector 20 on which the light reflecting layer is not formed.
  • the base 12 and the reflector 20 have been described as separate members, but may be formed integrally.
  • a square silver plating layer having a side of 2 mm is formed on a resin plate serving as a light reflecting portion, and a circular transparent sealing portion having a diameter of 1 mm is formed across the silver plating layer and the resin. It formed in five places.
  • Polyphthalamide (Amodel A4122 as a commercial product, manufactured by Solvay Advanced Polymers Co., Ltd.) is used as the material for the resin plate, and methylsilicone (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. as a commercial product) is used as the material for the transparent sealing portion. -2600 A / B) was used.
  • a square silver plating layer having a side of 2 mm is formed on the resin to be the light reflecting portion, and circular transparent sealing portions having a diameter of 1 mm are formed only on the silver plating layer at five locations. Formed.
  • the same material as that used in the example was used for the resin plate and the transparent sealing portion.
  • the adhesive tape was peeled off from the Example and the comparative example.
  • the transparent sealing part of the comparative example peeled, the transparent sealing part of the Example did not peel. From this, it can be inferred that, in the optical semiconductor device, it is possible to prevent the transparent sealing portion from being peeled off by joining the transparent sealing portion and the light reflecting portion.
  • SYMBOLS 1 Optical semiconductor device, 10 ... Board

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Abstract

　表面に銀めっき層が形成された基板と、前記銀めっき層にボンディングされた発光ダイオードと、前記発光ダイオードを取り囲む光反射部と、前記光反射部に充填されて前記発光ダイオードを封止する透明封止部と、前記銀めっき層を被覆する粘土膜と、を有し、前記透明封止部と前記光反射部とが接合されている、光半導体装置。

Description

光半導体装置
　本発明は、発光ダイオードがボンディングされた光半導体装置に関する。
　ＬＥＤ（発光ダイオード：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）が搭載された光半導体装置として、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１に記載の光半導体装置は、成型体に青色ＬＥＤをボンディングし、青色ＬＥＤを取り囲むように成型体を立ち上げて青色ＬＥＤから発せられた光を反射する反射板とし、その中に蛍光体を含有する透明封止部を充填して青色ＬＥＤを封止したものである。
国際公開第２００７／０１５４２６号パンフレット
　近年、このような光半導体装置が、照明や街灯等のＬＥＤ照明として採用されるようになってきた。しかしながら、実際に使用してみると、ＬＥＤの保証時間よりも短時間でＬＥＤ照明の照度が低下してしまう。これは、光半導体装置の電極に銀めっき層を形成しており、この銀めっき層が変色することに起因するものである。すなわち、透明封止部には、一般的にガスや水分の透過性が高い樹脂が使用されているため、透明封止部を透過したガスや水分により銀めっき層が腐食して変色する。特に、硫化水素ガスにより銀めっき層が硫化すると、電極が黒色に変色するため、照度の低下が顕著に表れる。
　また、従来は、反射板として熱可塑性樹脂が採用されており、銀めっき層の硫化速度よりも反射板の黄変速度の方が速かったため、銀めっき層の硫化による照度低下は目立たなかった。しかしながら、最近は、反射板として熱硬化性樹脂が採用されるようになり、銀めっき層の硫化速度よりも反射板の黄変速度の方が遅くなったため、銀めっき層の硫化による照度低下が目立つようになってきた。しかも、ＬＥＤ照明がハイパワー化されると、青色ＬＥＤの発熱温度が高くなって銀めっき層の温度が上昇するため、銀めっき層の硫化が促進されてしまう。
　更には、このような銀めっき層の硫化に伴う問題に鑑み、ＬＥＤ照明に採用する光半導体装置の耐硫化水素ガスの評価を規格化する動きもある。
　そこで、本発明者らは、鋭意検討を行ったところ、透明封止部のガス透過性を改良するのではなく、銀めっき層を粘土膜で被覆することで、銀めっき層の硫化を効果的に抑制することができるとの知見を得た。
　更に、本発明者らは、このような知見に基づいて光半導体装置を製造したところ、銀めっき層と透明封止部との間に粘土膜が介されるため、光半導体装置に対する透明封止部の剥離抑止の観点から、光半導体装置の構成を最適化する余地があるとの課題を見出した。
　そこで、本発明は、銀めっき層の硫化を抑制しつつ、透明封止部の剥離を抑制することができる光半導体装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る光半導体装置は、表面に銀めっき層が形成された基板と、銀めっき層にボンディングされた発光ダイオードと、発光ダイオードを取り囲む光反射部と、光反射部に充填されて発光ダイオードを封止する透明封止部と、銀めっき層を被覆する粘土膜と、を有し、透明封止部と光反射部とが接合されている。
　本発明の一側面に係る光半導体装置によれば、銀めっき層が粘土膜で被覆されているため、銀めっき層の硫化を抑制することができる。これにより、銀めっき層が黒色化することによる光半導体装置の照度低下を大幅に抑制することができる。しかも、銀めっき層を粘土膜で被覆することで、透明封止部と銀めっき層との間に粘土膜が介されるが、透明封止部と光反射部とが接合されているため、透明封止部が剥離するのを抑制することができる。
　また、本発明の一側面は、光反射部が、発光ダイオードを取り囲むように基板から立ち上がって発光ダイオードを収容する内側空間を形成する内周面を備え、粘土膜が、内周面の一部を被覆し、透明封止部が、内周面の粘土膜で被覆されていない非被覆部と接合されているものとすることができる。
　銀めっき層に対する粘土膜の被覆は、例えば、粘土を溶媒で希釈して粘土希釈液を生成し、この粘土希釈液を光反射部の内側空間に滴下又は散布し、その後、溶媒を乾燥させることにより行うことができる。しかしながら、光反射部の内側空間は小さいため、粘土希釈液の滴下量又は散布量を調節して銀めっき層のみに粘土希釈液を滴下又は散布することは難しい。そこで、粘土膜が光反射部の内周面を被覆することを許容することで、銀めっき層に対する粘土膜の被覆を容易に行うことができる。しかも、この場合であっても、透明封止部と光反射部の内周面の非被覆部とが接合されているため、透明封止部が剥離するのを抑制することができる。
　また、本発明の一側面は、発光ダイオードが、青色光を発生する青色発光ダイオードであるものとすることができる。
　光反射部の内周面は、発光ダイオードから発生された光を反射して光半導体装置から出力するが、粘土膜は、青色光の周波数帯を増幅する作用があるため、粘土膜を光反射部の内周面に形成することで、青色発光ダイオードから発生された青色光の反射効率を増大させることができる。
　また、本発明の一側面は、非被覆部の面積が、内周面の面積の１％以上であるものとすることができる。このように、非被覆部の面積を光反射部の内周面の１％以上とすることで、透光性樹脂部と光反射部との接合強度を確保することができる。
　また、本発明の一側面は、非被覆部の面積が、内周面の面積の９９％以下であるものとすることができる。このように、非被覆部の面積を光反射部の内周面の９９％以下とすることで、銀めっき層に対する粘土膜の被覆を更に容易に行うことができる。
　また、本発明の一側面は、光反射部が、発光ダイオードを取り囲むように基板から立ち上がって発光ダイオードを収容する内側空間を形成する内周面と、内周面に隣接して内側空間の外側に位置する頂面と、を備え、粘土膜が、内周面を被覆し、透明封止部が、頂面と接合されているものとすることができる。
　銀めっき層に対する粘土膜の被覆は、例えば、粘土を溶媒で希釈して粘土希釈液を生成し、この粘土希釈液を光反射部の内側空間に滴下又は散布し、その後、溶媒を乾燥させることにより行うことができる。しかしながら、光反射部の内側空間は小さいため、粘土希釈液の滴下量又は散布量を調節して銀めっき層のみに粘土希釈液を滴下又は散布することは難しい。そこで、粘土膜が光反射部の内周面の全体を被覆することを許容することで、銀めっき層に対する粘土膜の被覆を更に容易に行うことができる。しかも、この場合であっても、透明封止部と光反射部の頂面とが接合されているため、透明封止部が剥離するのを抑制することができる。なお、透明封止部と光反射部の頂面との接合は、例えば、粘土希釈液が光反射部の内側空間から溢れるように粘土希釈液を光反射部の内側空間に滴下又は散布し、その後、溶媒を乾燥させることにより行うことができる。
　本発明によれば、銀めっき層の硫化を抑制しつつ、透明封止部の剥離を抑制することができる光半導体装置を提供することができる。
実施形態に係る光半導体装置の断面図である。 図１に示す光半導体装置の平面図である。 粘土膜の被覆方法を説明するための図である。 粘土膜の被覆方法を説明するための図である。 粘土膜の被覆方法を説明するための図である。 粘土膜の被覆方法を説明するための図である。 図３の場合において透明封止樹脂を充填した光半導体装置の断面図である。 図４の場合において透明封止樹脂を充填した光半導体装置の断面図である。 図５の場合において透明封止樹脂を充填した光半導体装置の断面図である。 図６の場合において透明封止樹脂を充填した光半導体装置の断面図である。 モンモリロナイトを用いた粘土膜の構成を説明するための概念図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一側面に係る光半導体装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。
　図１は、実施形態に係る光半導体装置の断面図である。図２は、図１に示す光半導体装置の平面図である。図１及び図２に示すように、実施形態に係る光半導体装置１は、一般に「表面実装型」に分類されるものである。この光半導体装置１は、基板１０と、基板１０の表面にボンディングされた青色ＬＥＤ３０と、青色ＬＥＤ３０を取り囲むように基板１０の表面に設けられたリフレクタ２０と、リフレクタ２０に充填されて青色ＬＥＤ３０を封止する透明封止樹脂４０と、を備えている。なお、図２では、透明封止樹脂４０の図示を省略している。
　基板１０は、絶縁性の基体１２の表面に銅めっき板１４が配線されており、銅めっき板１４の表面に銀めっき層１６が形成されている。銀めっき層１６は、基板１０の表面に配置されて青色ＬＥＤ３０と導通される電極となっている。なお、銀めっき層１６は、銀を含むめっき層であれば如何なる組成であってもよい。例えば、銀のみをめっきすることにより銀めっき層１６を形成してもよく、ニッケル及び銀をこの順でめっきすることにより銀めっき層１６を形成してもよい。銅めっき板１４及び銀めっき層１６は、アノード側とカソード側とに絶縁されている。アノード側の銅めっき板１４及び銀めっき層１６とカソード側の銅めっき板１４及び銀めっき層１６との間の絶縁は、例えば、アノード側の銅めっき板１４及び銀めっき層１６とカソード側の銅めっき板１４及び銀めっき層１６とを離間させ、適宜、その間に樹脂及びセラミック等の絶縁層を挿入することにより行うことができる。
　青色ＬＥＤ３０は、アノード側及びカソード側の何れか一方の銀めっき層１６にダイボンドされており、ダイボンド材３２を介して当該銀めっき層１６と導通されている。また、青色ＬＥＤ３０は、アノード側及びカソード側の何れか他方の銀めっき層１６にワイヤボンドされており、ボンディングワイヤ３４を介して当該銀めっき層１６と導通されている。
　リフレクタ２０は、青色ＬＥＤ３０を封止するための透明封止樹脂４０を充填させるとともに、青色ＬＥＤ３０から発せられた光を光半導体装置１の表面側に反射させるものである。リフレクタ２０は、青色ＬＥＤ３０を取り囲むように基板１０の表面から立設されている。すなわち、リフレクタ２０には、青色ＬＥＤ３０を取り囲むように基板１０の表面１０ａから立ち上がって内側に青色ＬＥＤ３０を収容する内側空間２２を形成し、平面視（図２参照）において円形に形成された内周面２０ａと、内周面２０ａに隣接して内側空間２２の外側に位置し、内周面２０ａの表側端縁から内側空間２２の反対側に向けて広がる頂面２０ｂと、基板１０の表面１０ａから頂面２０ｂの外側端縁に立ち上がり、平面視（図２参照）において矩形に形成された外周面２０ｃと、を備えている。内周面２０ａ及び外周面２０ｃの形状は特に限定されるものではないが、光半導体装置１の照度向上の観点から、内周面２０ａは、基板１０から離れるに従い拡径する円錐台形状（漏斗状）に形成することが好ましく、光半導体装置１の集積度向上の観点から、外周面２０ｃは、基板１０に対して垂直な四角形状に形成することが好ましい。なお、図面では、内周面２０ａの形成例として、基板１０側に位置する下部分が基板１０に対して垂直となっており、基板１０の反対側に位置する上部分が基板１０から離れるに従い拡径しているものを図示している。
　リフレクタ２０は、白色顔料が含有された熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなっている。熱硬化性樹脂組成物は、リフレクタ２０の形成容易性の観点から、熱硬化前においては室温（２５℃）で加圧成型可能なものが好ましい。
　熱硬化性樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂等種々のものを用いることができる。特に、エポキシ樹脂は、種々の材料に対する接着性が優れるため好ましい。
　白色顔料としては、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化チタン又は酸化ジルコニウム等を使用することができる。これらの中でも光反射性の点から酸化チタンが好ましい。白色顔料として無機中空粒子を使用してもよい。無機中空粒子の具体例として、珪酸ソーダガラス、アルミ珪酸ガラス、硼珪酸ソーダガラス、シラス等が挙げられる。
　透明封止樹脂４０は、リフレクタ２０の内周面２０ａにより形成される内側空間２２に充填されて、青色ＬＥＤ３０を封止するものである。この透明封止樹脂４０は、透光性を有する透明封止樹脂からなる。透明封止樹脂には、完全に透明な樹脂の他、半透明な樹脂も含まれる。透明封止樹脂としては、弾性率が室温（２５℃）において１ＭＰａ以下のものが好ましい。特に、透明性の点からシリコーン樹脂又はアクリル樹脂を採用することが好ましい。透明封止樹脂は、光を拡散する無機充填材や青色ＬＥＤ３０から発せられる青色光を励起源として白色光とする蛍光体４２を更に含有してもよい。
　そして、本実施形態に係る光半導体装置１は、銀めっき層１６が粘土膜５０により被覆されており、透明封止樹脂４０とリフレクタ２０とが接合されている。
　粘土膜５０は、銀めっき層１６を被覆することにより銀めっき層１６の硫化を抑制するものである。粘土膜５０を構成する粘土としては、天然粘土及び合成粘土の何れも使用することができ、例えば、スチーブンサイト、ヘクトサイト、サポナイト、モンモリロナイト及びバイデライトのうち何れか１種以上を使用することができる。特に、天然粘土のモンモリロナイトは、図１１に示すように、厚さＨが１ｎｍ以下、長さＬが１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とアスペクト比が高く、ガスのパスルートが長くなるため、ガスバリア性に優れる。
　粘土膜５０の膜厚は、０．０１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、０．０３μｍ以上５００μｍ以下であることが更に好ましく、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが更に好ましく、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが更に好ましく、０．０５μｍ以上１μｍ以下であることが更に好ましい。粘土膜５０の膜厚を０．０１μｍ以上１０００μｍ以下とすることで、銀めっき層１６に対するガスバリア性と粘土膜５０の透明性とを両立させることができる。この場合、粘土膜５０の膜厚を０．０３μｍ以上５００μｍ以下、０．０５μｍ以上１００μｍ以下、０．０５μｍ以上１０μｍ以下、０．０５μｍ以上１μｍ以下にすることで、この効果を更に向上させることができる。
　ここで、図３～６を参照して、粘土膜５０の被覆方法について説明し、図７～１０を参照して、透明封止樹脂４０の充填方法について説明する。図３～図６は、粘土膜の被覆方法を説明するための図である。図７～１０は、透明封止樹脂を充填した光半導体装置の断面図である。
　まず、粘土を溶媒で希釈した粘土希釈液を生成する。次に、図３の（ａ）に示すように、この粘土希釈液Ｌをリフレクタ２０の内側空間２２に滴下又は散布する。このとき、少なくとも銀めっき層１６の全てが粘土希釈液Ｌで覆われるように、粘土希釈液Ｌの滴下量又は散布量を調節する。その後、粘土希釈液Ｌの溶媒を乾燥させる。すると、図３の（ｂ）に示すように、粘土希釈液Ｌで覆われた範囲全体に、乾燥した粘土が積層された粘土膜５０が形成される。
　ところで、このように、粘土膜５０は、粘土希釈液Ｌが滴下又は散布された範囲全体に形成されるため、銀めっき層１６のみを粘土膜５０で被覆するためには、銀めっき層１６にのみ粘土希釈液Ｌを滴下又は散布する必要がある。しかしながら、内側空間２２は微小であるため、粘土希釈液Ｌの滴下量又は散布量を調節して銀めっき層１６のみに粘土希釈液Ｌを滴下又は散布することは難しい。
　一方、上述した粘土を使用して０．０１μｍ以上１０００μｍ以下の膜厚に形成した粘土膜５０は十分な透光性を有するため、粘土膜５０をリフレクタ２０の内周面２０ａに形成しても、リフレクタ２０の反射特性に大きく影響しない。しかも、天然粘土であるモンモリロナイトの薄膜は、青色光の周波数帯を増幅する作用があるため、天然粘土であるモンモリロナイトを使用した粘土膜５０をリフレクタ２０に形成することで、青色ＬＥＤ３０から発せられた青色光の反射効率の増大を図ることができる。
　そこで、図４の（ａ）に示すように、リフレクタ２０の内周面２０ａの一部が粘土希釈液に覆われるように、粘土希釈液Ｌを内側空間２２に滴下又は散布する。そして、図４の（ｂ）に示すように、粘土希釈液Ｌの溶媒を乾燥させて、リフレクタ２０の内周面２０ａの一部に粘土膜５０を形成する。
　また、図５の（ａ）に示すように、リフレクタ２０の内周面２０ａの全体が粘土希釈液に覆われるように、粘土希釈液Ｌを内側空間２２に滴下又は散布してもよい。この場合、図５の（ｂ）に示すように、粘土希釈液Ｌの溶媒を乾燥させると、リフレクタ２０の内周面２０ａの全体に粘土膜５０が形成される。
　また、図６の（ａ）に示すように、リフレクタ２０の内周面２０ａを超えた頂面２０ｂまでが粘土希釈液に覆われるように、粘土希釈液Ｌを内側空間２２に滴下又は散布してもよい。この場合、図６の（ｂ）に示すように、粘土希釈液Ｌの溶媒を乾燥させると、リフレクタ２０の頂面２０ｂにまで粘土膜５０が形成される。
　そして、粘土膜５０が形成されると、リフレクタ２０の内周面２０ａにより形成される内側空間２２に蛍光体４２が含まれた透明封止樹脂４０を充填し、この充填した透明封止樹脂４０で青色ＬＥＤ３０を封止する。
　このとき、図３の（ｂ）に示すように、リフレクタ２０の内周面２０ａに粘土膜５０が形成されていない場合は、図７に示すように、蛍光体４２が含まれた透明封止樹脂４０を内側空間２２に充填し、リフレクタ２０の内周面２０ａ全体に、充填した透明封止樹脂４０を密着させる。これにより、リフレクタ２０の内周面２０ａ全体と透明封止樹脂４０とが接合された光半導体装置１が得られる。
　また、図４の（ｂ）に示すように、リフレクタ２０の内周面２０ａの一部に粘土膜５０が形成されている場合は、図８に示すように、蛍光体４２が含まれた透明封止樹脂４０を内側空間２２に充填し、リフレクタ２０の内周面２０ａのうち粘土膜５０が被覆されていない非被覆部Ｕに、充填した透明封止樹脂４０を密着させる。これにより、リフレクタ２０の内周面２０ａの一部である非被覆部Ｕと透明封止樹脂４０とが接合された光半導体装置１が得られる。
　このとき、非被覆部Ｕの面積は、内周面２０ａの面積の１％以上とすることが好ましく、５％以上とすることが更に好ましく、１０％以上とすることが更に好ましい。非被覆部Ｕの面積を内周面２０ａの面積の１％以上とすることで、リフレクタ２０の内周面２０ａと透明封止樹脂４０との接合強度を確保することができる。更に、非被覆部Ｕの割合を５％以上とし、更には１０％以上とすることで、この効果を更に向上させることができる。
　一方、非被覆部Ｕの面積は、内周面２０ａの面積の９９％以下とすることが好ましく、９５％以下とすることが更に好ましく、９０％以下とすることが更に好ましい。非被覆部Ｕの面積を内周面２０ａの面積の９９％以下とすることで、粘土膜５０の被覆を容易に行うことができる。更に、非被覆部Ｕの割合を９５％以下とし、更には９０％以下とすることで、この効果を更に向上させることができる。
　また、図５の（ｂ）に示すように、リフレクタ２０の内周面２０ａの全体に粘土膜５０が形成されている場合は、図９に示すように、透明封止樹脂４０が内側空間２２から溢れて頂面２０ｂに至るまで蛍光体４２が含まれた透明封止樹脂４０を内側空間２２に充填し、リフレクタ２０の頂面２０ｂに、充填した透明封止樹脂４０を密着させる。これにより、リフレクタ２０の頂面２０ｂと透明封止樹脂４０とが接合された光半導体装置１が得られる。
　また、図６の（ｂ）に示すように、リフレクタ２０の頂面２０ｂにまで粘土膜５０が形成されている場合は、図１０に示すように、まず、頂面２０ｂに形成された粘土膜５０を除去する。その後、透明封止樹脂４０が内側空間２２から溢れて頂面２０ｂに至るまで蛍光体４２が含まれた透明封止樹脂４０を内側空間２２に充填し、リフレクタ２０の頂面２０ｂに、充填した透明封止樹脂４０を密着させる。これにより、リフレクタ２０の頂面２０ｂと透明封止樹脂４０とが接合された光半導体装置１が得られる。
　このように、本実施形態に係る光半導体装置によれば、銀めっき層１６が粘土膜５０で被覆されているため、銀めっき層１６の硫化を抑制することができる。これにより、銀めっき層１６が黒色化することによる光半導体装置１の照度低下を大幅に抑制することができる。しかも、透明封止樹脂４０とリフレクタ２０とが接合されているため、透明封止樹脂４０が光半導体装置１から剥離するのを抑制することができる。
　また、粘土膜５０がリフレクタ２０の内周面２０ａを被覆することを許容することで、銀めっき層１６に対する粘土膜５０の被覆を容易に行うことができる。しかも、粘土膜５０は、青色光の周波数帯を増幅する作用があるため、粘土膜５０をリフレクタ２０の内周面２０ａに形成することで、青色ＬＥＤ３０から発生された青色光の反射効率を増大させることができる。
　以上、本発明の一側面の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態では、リフレクタ２０が樹脂のみで形成されるものとして説明したが、リフレクタ２０の内周面２０ａに、銀等の光反射層を形成してもよい。この場合、光反射層が形成されていないリフレクタ２０の内周面２０ａ又は頂面２０ｂに透明封止樹脂４０を接合させることができる。
　また、上記実施形態では、基体１２とリフレクタ２０とは別部材であるものとして説明したが、一体的に形成してもよい。
　また、上記実施形態では、光半導体装置１にボンディングする発光ダイオードとして、青色の光を発生する青色ＬＥＤ３０を採用するものとして説明したが、青色以外の光を発生する発光ダイオードを採用するものとしてもよい。
　次に、本発明の一側面の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
　実施例では、光反射部となる樹脂板の上に一辺が２ｍｍの正方形の銀めっき層を形成し、この銀めっき層と樹脂とに亘って、直径が１ｍｍの円状の透明封止部を５箇所に形成した。樹脂板の素材として、ポリフタルアミド（市販品としてアモデルＡ４１２２、ソルベイアドバンストポリマーズ（株）製）を使用し、透明封止部の素材として、メチルシリコーン（市販品として信越化学工業（株）製　ＫＥＲ－２６００Ａ／Ｂ）を使用した。
　比較例では、光反射部となる樹脂の上に一辺が２ｍｍの正方形の銀めっき層を形成し、この銀めっき層の上にのみ、直径が１ｍｍの円状の透明封止部を５箇所に形成した。樹脂板及び透明封止部の素材は実施例と同じものを使用した。
　そして、接着テープを実施例及び比較例に接着させた後、実施例及び比較例から接着テープを引き剥がした。その結果、比較例の透明封止部は剥離したが、実施例の透明封止部は剥離しなかった。このことから、光半導装置においても、透明封止部と光反射部とを接合させることで、透明封止部が剥離するのを防止できることが推認できた。
　１…光半導体装置、１０…基板、１０ａ…基板の表面、１２…基体、１４…銅めっき板、１６…銀めっき層、２０…リフレクタ（光反射部）、２０ａ…内周面、２０ｂ…頂面、２０ｃ…外周面、２２…内側空間、３０…青色ＬＥＤ（青色発光ダイオード）、３２…ダイボンド材、３４…ボンディングワイヤ、４０…透明封止樹脂（透明封止部）、４２…蛍光体、５０…粘土膜、Ｌ…粘土希釈液、Ｕ…非被覆部。

Claims (6)

  1. 　表面に銀めっき層が形成された基板と、
    　前記銀めっき層にボンディングされた発光ダイオードと、
    　前記発光ダイオードを取り囲む光反射部と、
    　前記光反射部に充填されて前記発光ダイオードを封止する透明封止部と、
    　前記銀めっき層を被覆する粘土膜と、
    を有し、
    　前記透明封止部と前記光反射部とが接合されている、
    光半導体装置。
  2. 　前記光反射部が、前記発光ダイオードを取り囲むように前記基板から立ち上がって前記発光ダイオードを収容する内側空間を形成する内周面を備え、
    　前記粘土膜が、前記内周面の一部を被覆し、
    　前記透明封止部が、前記内周面の粘土膜で被覆されていない非被覆部と接合されている、
    請求項１に記載の光半導体装置。
  3. 　前記発光ダイオードは、青色光を発生する青色発光ダイオードである、
    請求項２に記載の光半導体装置。
  4. 　前記非被覆部の面積が、前記内周面の面積の１％以上である、
    請求項２又は３に記載の光半導体装置。
  5. 　前記非被覆部の面積が、前記内周面の面積の９９％以下である、
    請求項２～４の何れか一項に記載の光半導体装置。
  6. 　前記光反射部が、前記発光ダイオードを取り囲むように前記基板から立ち上がって前記発光ダイオードを収容する内側空間を形成する内周面と、前記内周面に隣接して前記内側空間の外側に位置する頂面と、を備え、
    　前記粘土膜が、前記内周面を被覆し、
    　前記透明封止部が、前記頂面と接合されている、
    請求項１に記載の光半導体装置。
     
PCT/JP2013/065688 2012-06-06 2013-06-06 光半導体装置 WO2013183706A1 (ja)

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