JP4125848B2 - ケース付チップ型発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はケース付チップ型発光装置に関し、特にたとえば電極が表面に形成された基板にＬＥＤチップをボンディングし、截頭円錐形の内周面を有するケースで基板上のＬＥＤチップを囲み、その内周面内に封止体となる樹脂を充填した、ケース付チップ型発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のケース付チップ型発光装置の一例が、平成１１年８月１０日付で出願公開された特開平１１−２２０７１７８号［Ｈ０１Ｌ ３３／００］公報に開示されている。図４に示すように、この半導体発光装置１は第２の白色基板２を含み、第２の白色基板２に形成された凹部２ａ内にＬＥＤ素子３が収納される。また、ＬＥＤ素子３は、第１の白色基板４上にダイボンディングされる。さらに、ＬＥＤ素子３は、凹部２ａに充填された光透過性合成樹脂モールド部５によって、全面を覆われて封止される。この半導体発光装置１では、ＬＥＤ素子３から側面方向および発光面とは逆の底面の方向に光が出力された場合であっても、第１の白色基板４および第２の白色基板４で光を反射させて発光面に放射させることにより、発光効率を改善していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術では、第１の白色基板４および第２の白色基板２によって光を反射させているが、凹部２ａの内面形状等については何ら考慮されていないため、十分に反射効率が改善されていなかった。すなわち、発光効率は依然として十分でなかった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、発光効率を高くすることができる、ケース付チップ型発光装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、電極が表面に形成された基板にＬＥＤチップをボンディングし、樹脂からなり、下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、内周面上に銅層が形成され、銅層上に厚みが５〜１０μｍのニッケル層が形成されたケースで基板上のＬＥＤチップを囲み、ケースの内周面で囲まれた孔内に透明樹脂を充填して封止体を形成し、透明樹脂を硬化収縮させて内周面と封止体との間に空隙を形成することによってＬＥＤチップから出力される光を封止体表面で全反射する、ケース付チップ型発光装置。である。
第２の発明は、樹脂からなるケースと封止体との間に空隙が形成されたケース付チップ型発光装置の製造方法において、（ａ）電極が表面に形成された基板を準備し、（ｂ）基板にＬＥＤチップをボンディングし、（ｃ）下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、内周面上に形成された銅層および銅層上に形成された厚みが５〜１０μｍのニッケル層を有するケースによってＬＥＤチップを囲み、（ｄ）ケースの内周面で囲まれた孔内に透明樹脂を充填し、（ｅ）透明樹脂を硬化収縮させることによって、封止体を形成すると同時に、内周面と封止体との間に空隙を形成することを特徴とする、ケース付チップ型発光装置の製造方法である。
【０００６】
【作用】
このケース付チップ型発光装置では、基板の表面に電極が形成され、その電極にＬＥＤチップがボンディングされる。また、下から上に向けて拡径した截頭円錐型の内周面を有し、樹脂からなるケースが、ＬＥＤチップを囲み、その内周面に封止体となる透明樹脂が充填される。透明樹脂が硬化すると、透明樹脂自身が硬化収縮し、内周面と透明樹脂（封止体）との間に空隙が形成される。この内周面上には、銅層が形成され、その銅層上にはさらに厚みが５〜１０μｍのニッケル層が形成される。ニッケル層の厚みが５〜１０μｍであればその表面の平滑度を高くすることができる。また銅層は、ケースを構成する樹脂およびニッケル層のいずれとも密着力が強いため、ケースの内周面とニッケル層との間に銅層を形成することにより、ニッケル層をケースにしっかり密着させることができる。この結果、ケースの内周面内に充填された透明樹脂を硬化収縮させるとき、内周面に接して形成された封止体の表面の平滑度を高くできるとともに、封止体をニッケル層から容易に剥離させることができる。このため、ＬＥＤチップから出力された光を効率よく反射することができる。
【０００７】
このケース付チップ型発光装置の製造方法では、まず電極が表面に形成された基板にＬＥＤチップをボンディングする。次に、樹脂からなるケースによってＬＥＤチップを囲む。このケースは下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、その内周面上には銅層が形成され、その銅層上にはさらに厚みが５〜１０μｍのニッケル層が形成されている。次に、ケースの内周面内に透明樹脂を充填した後、透明樹脂を硬化収縮させることによって、封止体を形成すると同時に、内周面と封止体との間に空隙を形成する。ニッケル層の厚みが５〜１０μｍであれば、その表面の平滑度を高くすることができる。また銅層は、ケースを構成する樹脂およびニッケル層のいずれとも密着力が強いため、ケースの内周面とニッケル層との間に銅層を形成することにより、ニッケル層をケースにしっかり密着させることができる。したがって、ニッケル層の表面と接する封止体の表面の平滑度を高くすることができるとともに、封止体をニッケル層から容易に剥離させることができる。このため、ＬＥＤチップから出力される光を効率よく反射することができるケース付チップ型発光装置を製造することができる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、ＬＥＤチップから出力される光が封止体の内面で全反射するので、効率よく反射することができる。このため、発光効率を高くすることができる。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
図１を参照して、この実施例のケース付チップ型発光装置（以下、単に「発光装置」という。）１０は半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１２を含み、ＬＥＤチップ１２は基板１４の表面に形成された電極（リード）１６ａにたとえば銀ペーストによってダイボンディングされる。また、ＬＥＤチップ１２の上部に設けられたボンディングパッド１２ａおよび他のリード１６ｂとを接続するための金線などの金属細線（ボンディングワイヤ）１８がワイヤボンディングされる。なお、分かり易く説明するために、リード１６ａおよび１６ｂは、厚みをつけて図示しているが、実際には薄膜状に形成される。また、リード１６ａおよび１６ｂは、リソグラフィ処理およびエッチング処理によって基板１４の表面にパターニングされ形成される。さらに、リード１６ａおよび１６ｂは、互いに電気的に絶縁され、基板１４の一方主面（上面）から側面のほぼ中央の一部（スルーホール）を経由して他方主面（裏面）まで延びて形成される。
【００１３】
また、発光装置１０はたとえば液晶ポリマからなるケース２０を含み、ケース２０はＬＥＤチップ１２を囲むように基板１４の上面に配置される。つまり、ケース２０のほぼ中央に孔２２が形成される。ケース２０はまた、図１におけるII−II断面図である図２から分かるように、上述のような液晶ポリマ（不透明樹脂２０ａ）および含浸阻止層２０ｂを含む。孔２２は、下から上に向かって径大となる截頭円錐形の内周面２２ａを有する。この内周面２２ａ上に、含浸阻止層２０ｂが形成される。この含浸阻止層２０ｂは、後述する透明樹脂２４がケース２０へ含浸するのを阻止するためのメッキ層である。具体的には、含浸阻止層２０ｂは、銅（Ｃｕ）メッキ層およびそのＣｕメッキ層上に積層的に形成されたニッケル（Ｎｉ）メッキ層を含む。また、この実施例では、Ｃｕメッキ層はほぼ３μｍの厚みであり、Ｎｉメッキ層は５〜１０μｍの厚みである。このように、Ｎｉメッキ層を比較的肉厚に形成するため、孔２２の内周面２２ａの平滑度が高くされる。
【００１４】
なお、この実施例では、Ｃｕメッキ層上にＮｉメッキ層を形成するようにしているが、Ｃｕメッキ層の代わりにＳｉ（シリコン）の層を形成してもよい。このＳｉの層は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法によって不透明樹脂２０ａの表面に成形される。
【００１５】
このようなケース２０に形成された孔２２の内周面２２ａ内には、封止体となるエポキシ樹脂のような透明樹脂２４が充填される。透明樹脂２４が硬化すると、封止体が形成される。このとき、透明樹脂２４自身が硬化収縮し、したがって内周面２２ａと透明樹脂２４（封止体）との間には空隙２６が形成される。つまり、ケース２０の内周面に含浸阻止層２０ｂが形成されるので、硬化時に透明樹脂すなわち封止体２４が内周面２２ａから極めて容易に剥離する。したがって、封止体２４と内周面２２ａとの間に、空隙２６が形成される。
【００１６】
なお、発明者等の実験によれば、空隙２６は５〜１０μｍの厚みで形成される。また、透明樹脂２４は、内周面２２ａ内に充填されるときに、平滑度が高い内周面２２ａ（Ｎｉメッキ層）に密着するため、透明樹脂すなわち封止体２４の表面（内面）２４ａも平滑にされる。つまり、反射率を向上することができる。
【００１７】
このように、空隙２６が形成されるため、図３に示すように、ＬＥＤチップ１２から出力された光が透明樹脂２４すなわち封止体の内面２４ａで全反射される。そのためんい、この例では、封止体２４の内面２４ａすなわち内周面２２ａの傾斜角θを、ＬＥＤチップ１２から出力された光を全反射できる角度に決定している。具体的には、内面２４ａの傾斜角θとして、光路Ｑを用いて説明すると、内面２４ａに対して法線Ｎを引いた場合に、光路Ｑと法線Ｎとの間の鋭角αが４０°より小さくなるような角度を決定する。なお、「１８０°−θ」が５０°より小さくなるように、傾斜角θを決定してもよい。
【００１８】
全反射された光は、光路ＰおよびＱで示すように、基板１４の上面に対してほぼ垂直に発光装置１０から出力される。なお、内面２４ａで反射されない光はそのまま発光装置１０から出力される。また、図３においては、分かり易くするために、透明樹脂２４のハッチングは省略してある。
【００１９】
この実施例によれば、孔の内周面と封止体との間に空隙を設け、ＬＥＤチップから出力される光を封止体の内面で全反射させるので、効率よく光を反射することができる。したがって、発光効率を高くし、輝度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１実施例に示すケース付チップ型発光装置の断面図である。
【図３】図１実施例に示すケース付チップ型発光装置の断面図である。
【図４】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ …ケース付チップ型発光装置
１６ …ＬＥＤチップ
２０ …ケース
２０ａ …不透明樹脂
２０ｂ …メッキ層
２２ …孔
２４ …透明樹脂（封止体）
２６ …空隙
【産業上の利用分野】
この発明はケース付チップ型発光装置に関し、特にたとえば電極が表面に形成された基板にＬＥＤチップをボンディングし、截頭円錐形の内周面を有するケースで基板上のＬＥＤチップを囲み、その内周面内に封止体となる樹脂を充填した、ケース付チップ型発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のケース付チップ型発光装置の一例が、平成１１年８月１０日付で出願公開された特開平１１−２２０７１７８号［Ｈ０１Ｌ ３３／００］公報に開示されている。図４に示すように、この半導体発光装置１は第２の白色基板２を含み、第２の白色基板２に形成された凹部２ａ内にＬＥＤ素子３が収納される。また、ＬＥＤ素子３は、第１の白色基板４上にダイボンディングされる。さらに、ＬＥＤ素子３は、凹部２ａに充填された光透過性合成樹脂モールド部５によって、全面を覆われて封止される。この半導体発光装置１では、ＬＥＤ素子３から側面方向および発光面とは逆の底面の方向に光が出力された場合であっても、第１の白色基板４および第２の白色基板４で光を反射させて発光面に放射させることにより、発光効率を改善していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術では、第１の白色基板４および第２の白色基板２によって光を反射させているが、凹部２ａの内面形状等については何ら考慮されていないため、十分に反射効率が改善されていなかった。すなわち、発光効率は依然として十分でなかった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、発光効率を高くすることができる、ケース付チップ型発光装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、電極が表面に形成された基板にＬＥＤチップをボンディングし、樹脂からなり、下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、内周面上に銅層が形成され、銅層上に厚みが５〜１０μｍのニッケル層が形成されたケースで基板上のＬＥＤチップを囲み、ケースの内周面で囲まれた孔内に透明樹脂を充填して封止体を形成し、透明樹脂を硬化収縮させて内周面と封止体との間に空隙を形成することによってＬＥＤチップから出力される光を封止体表面で全反射する、ケース付チップ型発光装置。である。
第２の発明は、樹脂からなるケースと封止体との間に空隙が形成されたケース付チップ型発光装置の製造方法において、（ａ）電極が表面に形成された基板を準備し、（ｂ）基板にＬＥＤチップをボンディングし、（ｃ）下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、内周面上に形成された銅層および銅層上に形成された厚みが５〜１０μｍのニッケル層を有するケースによってＬＥＤチップを囲み、（ｄ）ケースの内周面で囲まれた孔内に透明樹脂を充填し、（ｅ）透明樹脂を硬化収縮させることによって、封止体を形成すると同時に、内周面と封止体との間に空隙を形成することを特徴とする、ケース付チップ型発光装置の製造方法である。
【０００６】
【作用】
このケース付チップ型発光装置では、基板の表面に電極が形成され、その電極にＬＥＤチップがボンディングされる。また、下から上に向けて拡径した截頭円錐型の内周面を有し、樹脂からなるケースが、ＬＥＤチップを囲み、その内周面に封止体となる透明樹脂が充填される。透明樹脂が硬化すると、透明樹脂自身が硬化収縮し、内周面と透明樹脂（封止体）との間に空隙が形成される。この内周面上には、銅層が形成され、その銅層上にはさらに厚みが５〜１０μｍのニッケル層が形成される。ニッケル層の厚みが５〜１０μｍであればその表面の平滑度を高くすることができる。また銅層は、ケースを構成する樹脂およびニッケル層のいずれとも密着力が強いため、ケースの内周面とニッケル層との間に銅層を形成することにより、ニッケル層をケースにしっかり密着させることができる。この結果、ケースの内周面内に充填された透明樹脂を硬化収縮させるとき、内周面に接して形成された封止体の表面の平滑度を高くできるとともに、封止体をニッケル層から容易に剥離させることができる。このため、ＬＥＤチップから出力された光を効率よく反射することができる。
【０００７】
このケース付チップ型発光装置の製造方法では、まず電極が表面に形成された基板にＬＥＤチップをボンディングする。次に、樹脂からなるケースによってＬＥＤチップを囲む。このケースは下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、その内周面上には銅層が形成され、その銅層上にはさらに厚みが５〜１０μｍのニッケル層が形成されている。次に、ケースの内周面内に透明樹脂を充填した後、透明樹脂を硬化収縮させることによって、封止体を形成すると同時に、内周面と封止体との間に空隙を形成する。ニッケル層の厚みが５〜１０μｍであれば、その表面の平滑度を高くすることができる。また銅層は、ケースを構成する樹脂およびニッケル層のいずれとも密着力が強いため、ケースの内周面とニッケル層との間に銅層を形成することにより、ニッケル層をケースにしっかり密着させることができる。したがって、ニッケル層の表面と接する封止体の表面の平滑度を高くすることができるとともに、封止体をニッケル層から容易に剥離させることができる。このため、ＬＥＤチップから出力される光を効率よく反射することができるケース付チップ型発光装置を製造することができる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、ＬＥＤチップから出力される光が封止体の内面で全反射するので、効率よく反射することができる。このため、発光効率を高くすることができる。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
図１を参照して、この実施例のケース付チップ型発光装置（以下、単に「発光装置」という。）１０は半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１２を含み、ＬＥＤチップ１２は基板１４の表面に形成された電極（リード）１６ａにたとえば銀ペーストによってダイボンディングされる。また、ＬＥＤチップ１２の上部に設けられたボンディングパッド１２ａおよび他のリード１６ｂとを接続するための金線などの金属細線（ボンディングワイヤ）１８がワイヤボンディングされる。なお、分かり易く説明するために、リード１６ａおよび１６ｂは、厚みをつけて図示しているが、実際には薄膜状に形成される。また、リード１６ａおよび１６ｂは、リソグラフィ処理およびエッチング処理によって基板１４の表面にパターニングされ形成される。さらに、リード１６ａおよび１６ｂは、互いに電気的に絶縁され、基板１４の一方主面（上面）から側面のほぼ中央の一部（スルーホール）を経由して他方主面（裏面）まで延びて形成される。
【００１３】
また、発光装置１０はたとえば液晶ポリマからなるケース２０を含み、ケース２０はＬＥＤチップ１２を囲むように基板１４の上面に配置される。つまり、ケース２０のほぼ中央に孔２２が形成される。ケース２０はまた、図１におけるII−II断面図である図２から分かるように、上述のような液晶ポリマ（不透明樹脂２０ａ）および含浸阻止層２０ｂを含む。孔２２は、下から上に向かって径大となる截頭円錐形の内周面２２ａを有する。この内周面２２ａ上に、含浸阻止層２０ｂが形成される。この含浸阻止層２０ｂは、後述する透明樹脂２４がケース２０へ含浸するのを阻止するためのメッキ層である。具体的には、含浸阻止層２０ｂは、銅（Ｃｕ）メッキ層およびそのＣｕメッキ層上に積層的に形成されたニッケル（Ｎｉ）メッキ層を含む。また、この実施例では、Ｃｕメッキ層はほぼ３μｍの厚みであり、Ｎｉメッキ層は５〜１０μｍの厚みである。このように、Ｎｉメッキ層を比較的肉厚に形成するため、孔２２の内周面２２ａの平滑度が高くされる。
【００１４】
なお、この実施例では、Ｃｕメッキ層上にＮｉメッキ層を形成するようにしているが、Ｃｕメッキ層の代わりにＳｉ（シリコン）の層を形成してもよい。このＳｉの層は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法によって不透明樹脂２０ａの表面に成形される。
【００１５】
このようなケース２０に形成された孔２２の内周面２２ａ内には、封止体となるエポキシ樹脂のような透明樹脂２４が充填される。透明樹脂２４が硬化すると、封止体が形成される。このとき、透明樹脂２４自身が硬化収縮し、したがって内周面２２ａと透明樹脂２４（封止体）との間には空隙２６が形成される。つまり、ケース２０の内周面に含浸阻止層２０ｂが形成されるので、硬化時に透明樹脂すなわち封止体２４が内周面２２ａから極めて容易に剥離する。したがって、封止体２４と内周面２２ａとの間に、空隙２６が形成される。
【００１６】
なお、発明者等の実験によれば、空隙２６は５〜１０μｍの厚みで形成される。また、透明樹脂２４は、内周面２２ａ内に充填されるときに、平滑度が高い内周面２２ａ（Ｎｉメッキ層）に密着するため、透明樹脂すなわち封止体２４の表面（内面）２４ａも平滑にされる。つまり、反射率を向上することができる。
【００１７】
このように、空隙２６が形成されるため、図３に示すように、ＬＥＤチップ１２から出力された光が透明樹脂２４すなわち封止体の内面２４ａで全反射される。そのためんい、この例では、封止体２４の内面２４ａすなわち内周面２２ａの傾斜角θを、ＬＥＤチップ１２から出力された光を全反射できる角度に決定している。具体的には、内面２４ａの傾斜角θとして、光路Ｑを用いて説明すると、内面２４ａに対して法線Ｎを引いた場合に、光路Ｑと法線Ｎとの間の鋭角αが４０°より小さくなるような角度を決定する。なお、「１８０°−θ」が５０°より小さくなるように、傾斜角θを決定してもよい。
【００１８】
全反射された光は、光路ＰおよびＱで示すように、基板１４の上面に対してほぼ垂直に発光装置１０から出力される。なお、内面２４ａで反射されない光はそのまま発光装置１０から出力される。また、図３においては、分かり易くするために、透明樹脂２４のハッチングは省略してある。
【００１９】
この実施例によれば、孔の内周面と封止体との間に空隙を設け、ＬＥＤチップから出力される光を封止体の内面で全反射させるので、効率よく光を反射することができる。したがって、発光効率を高くし、輝度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１実施例に示すケース付チップ型発光装置の断面図である。
【図３】図１実施例に示すケース付チップ型発光装置の断面図である。
【図４】従来の半導体発光装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ …ケース付チップ型発光装置
１６ …ＬＥＤチップ
２０ …ケース
２０ａ …不透明樹脂
２０ｂ …メッキ層
２２ …孔
２４ …透明樹脂（封止体）
２６ …空隙
Claims (2)
- 電極が表面に形成された基板にＬＥＤチップをボンディングし、樹脂からなり、下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、前記内周面上に銅層が形成され、前記銅層上に厚みが５〜１０μｍのニッケル層が形成されたケースで前記基板上の前記ＬＥＤチップを囲み、前記ケースの前記内周面で囲まれた孔内に透明樹脂を充填して封止体を形成し、前記透明樹脂を硬化収縮させて前記内周面と前記封止体との間に空隙を形成することによって前記ＬＥＤチップから出力される光を前記封止体表面で全反射する、ケース付チップ型発光装置。
- 樹脂からなるケースと封止体との間に空隙が形成されたケース付チップ型発光装置の製造方法において、
（ａ）電極が表面に形成された基板を準備し、
（ｂ）前記基板にＬＥＤチップをボンディングし、
（ｃ）下から上に向かって拡径した截頭円錐形の内周面を有し、前記内周面上に形成された銅層および前記銅層上に形成された厚みが５〜１０μｍのニッケル層を有する前記ケースによって前記ＬＥＤチップを囲み、
（ｄ）前記ケースの前記内周面で囲まれた孔内に透明樹脂を充填し、
（ｅ）前記透明樹脂を硬化収縮させることによって、前記封止体を形成すると同時に、前記内周面と前記封止体との間に空隙を形成することを特徴とする、ケース付チップ型発光装置の製造方法。
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