JP4679917B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤチップなどの半導体発光素子を用いて構成され、照明用やディスプレイ用などの光源として用いられる半導体発光装置に関する。

従来の半導体発光装置の一例としては、図７および図８に示すものがある（たとえば、特許文献１参照）。これらの図に示された半導体発光装置Ｘは、基板９１に搭載されたＬＥＤチップ９２と、ＬＥＤチップ９２を囲うリフレクタ９３とを有している。リフレクタ９３は、枠状であり、その内部には図８に示すように、透明樹脂９６が充填されている。なお、図７においては、透明樹脂９６は省略されている。リフレクタ９３の内向き面は、反射材料により覆われた反射面９３ａとなっている。基板９１には、リード９４Ａ，９４Ｂが設けられており、これらの端部がそれぞれ面実装用の端子９４Ａｂ，９４Ｂｂとなっている。ＬＥＤチップ９２は、リード９４Ｂの一端寄りにいわゆるダイボンディングにより搭載されている。リード９４Ａの一端はボンディングパッド９４Ａａとなっており、図８に示すように、ＬＥＤチップ９２を電気的に接続するワイヤ９５のいわゆるステッチボンディングに用いられている。このような構成によれば、ＬＥＤチップ９２からその周囲に進行する光を、反射面９３ａによって反射させることにより、図８における図中上方に向けて進行させることが可能であり、ＬＥＤチップ９２から発せられる光の無駄を少なくすることができる。

しかしながら、近年、半導体発光装置Ｘに対しては、薄型化の要請が強くなっている。その一例としては、半導体発光装置Ｘにおいて端子９４Ａｂ，９４Ｂｂの形状を変更することにより、図７の図中下面を実装面として、携帯電話機に搭載される構成において、この携帯電話機の小型化、薄型化に対応する場合がある。このような用途に用いられる半導体発光装置としては、図７の図中上下方向における厚さが０．８ｍｍ程度のものがすでに実用化されているが、さらにこの厚さを０．６ｍｍあるいは０．４ｍｍ以下程度に薄くすることが求められつつある。このように薄型化を図る場合に、半導体発光装置Ｘには、以下の不具合があった。

第一に、薄型化を図るには、図７において図中上下方向の寸法を小さくする必要がある。これにより、ＬＥＤチップ９２とリフレクタ９３との間隔が小さくなる。このため、ワイヤ９５を形成するためのワイヤボンディングツールを進入させるスペースが不足する。特にボンディングパッド９４Ａａは、図８に示すように基板９１の表面付近に設けられているため、上記ボンディングツールの進入深さが深くなる。このようなことでは、上記ボンディングツールとリフレクタ９３とが干渉するおそれが大きい。したがって、薄型化を図ると上記ボンディングの作業が適切に行えないという問題があった。

第二に、半導体発光装置Ｘの薄型化を図るほど、図７に示すように、反射面９３ａのうち図中左右方向においてＬＥＤチップ９２を挟むものとＬＥＤチップ９２との距離が相対的に大きくなる。反射面９３ａがＬＥＤチップ９２から遠ざかると、この反射面９３ａにより反射される光が少なくなる。このため、図８において図中上方へと進行する光が少なくなる。したがって、半導体発光装置Ｘの光量が不足する場合があった。

特開２００５−５４３３号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、薄型化を適切に図ることが可能な半導体発光装置を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される半導体発光装置は、基板と、上記基板に搭載された半導体発光素子と、ワイヤを介して上記半導体発光素子に導通するボンディングパッドと、上記半導体発光素子を囲むリフレクタと、を備える半導体発光装置であって、上記ボンディングパッドは、上記半導体発光素子が搭載された方向に突出する突出部を含み、上記突出部は、金属製のチップであることを特徴としている。

このような構成によれば、薄型化を図りつつ、適切に製造可能な半導体発光装置とすることができる。すなわち、上記半導体発光装置の製造工程において、ワイヤボンディングする際には、上記突出部を利用していわゆるステッチボンディングを行うことができる。上記突出部は、上記基板から離間する方向に突出しているため、上記ワイヤボンディングに用いるボンディングツールの上記リフレクタへの進入深さを浅くすることが可能である。このため、上記ボンディングツールと上記リフレクタとの干渉を回避することができる。したがって、薄型化を図るのに好適である。また、高反射率の面を形成することができる。

本発明の第２の側面によって提供される半導体発光装置は、基板と、上記基板に搭載された半導体発光素子と、ワイヤを介して上記半導体発光素子に導通するボンディングパッドと、上記半導体発光素子を囲むリフレクタと、を備える半導体発光装置であって、上記ボンディングパッドは、上記半導体発光素子が搭載された方向に突出する突出部を含み、上記突出部は、Ｓｉ製の本体とこの本体を覆う導体膜とを有するチップにより形成されていることを特徴としている。このような構成によれば、上記チップは、比較的熱伝導性がよいものとなる。そうすると、この半導体発光装置の使用において、上記半導体発光素子から発生する熱を、上記チップを介して放散させやすくなる。このため、たとえば、上記リフレクタにより囲まれた領域に透明樹脂が充填された構成においては、この透明樹脂が過度に高温となることを回避可能である。したがって、上記透明樹脂の変質を防止し、出射光量が低下することを抑制することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記導体膜は、ＡｇまたはＡｌからなる。このような構成によれば、上記チップの表面を高反射率の面とすることが可能である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記突出部の表面のうち少なくとも上記半導体発光素子に対向する面は、上記基板から遠ざかるほど上記半導体発光素子から遠ざかる傾斜面とされている。このような構成によれば、上記半導体発光素子からその周囲に進行した光を、上記傾斜面により上記基板と反対側に反射させることが可能である。したがって、上記半導体発光装置の出射光量を多くして、その照度を高めることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記リフレクタの表面には、ＡｇメッキまたはＡｌメッキが形成されている。このような構成によれば、上記半導体発光素子からの光を反射するのに有利である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係る半導体発光装置の一例を示している。本実施形態の半導体発光装置Ａ１は、基板１、ＬＥＤチップ２、リフレクタ３、リード４Ａ，４Ｂ、および透明樹脂６を具備して構成されている。なお、図１においては、透明樹脂６を省略している。半導体発光装置Ａ１は、たとえば携帯電話機（図示略）に搭載されて、照明用やディスプレイ用などの光源として用いられる。半導体発光装置Ａ１は、図１における図中上下方向の厚さが、たとえば０．４ｍｍないし０．６ｍｍ程度の薄型の半導体発光装置として構成されている。

基板１は、その材質がたとえばガラスエポキシ樹脂とされた絶縁基板である。基板１は、図１に示すように、平面視長矩形状であり、かつ図２に示すように、厚肉状である。基板１には、リード４Ａ，４Ｂが設けられている。

ＬＥＤチップ２は、半導体発光素子の一例に相当し、略直方体形状である。ＬＥＤチップ２は、リード４Ｂの一端寄りにいわゆるダイボンディングにより搭載されている。また、図２に示すように、ＬＥＤチップ２の上面は、ワイヤ５を介してリード４Ａのボンディングパッド４１に導通している。リード４Ａ，４Ｂを介して電力供給がなされることにより、ＬＥＤチップ２は、図２における図中上面および側面から光を出射可能である。ＬＥＤチップ２のサイズは、たとえば０．２３ｍｍ角ないし０．３ｍｍ角程度とされる。

リード４Ａ，４Ｂは、ＣｕまたはＡｕなどの金属製である。リード４Ａの一端寄りの部分は、上述したＬＥＤチップ２に対してボンディングする際にいわゆるステッチボンディングに利用されるボンディングパッド４１となっている。ボンディングパッド４１は、チップ４２を含んでいる。チップ４２は、図１に示すように平面視正方形状であり、図２に示すように、図中上方に突出しており、本発明でいう突出部の一例に相当する。また、チップ４２は、図２において上向きとされた４つの傾斜面４２ａを有する。チップ４２は、本体４３、およびこれを覆う導体膜４４により構成されている。本体４３は、たとえばＳｉ製であり、上述したチップ４２の形状を特徴付けるものである。導体膜４４は、たとえばＡｇまたはＡｌを蒸着させた薄膜である。これにより、傾斜面４２ａは、比較的反射率の高い面となっている。図２に示すように、ワイヤ５のステッチボンディングには、チップ４２の図中上面が用いられている。チップ４２のサイズは、たとえば平面視寸法が０．２３ｍｍ角ないし０．３ｍｍ角程度、高さが０．１２ｍｍ程度とされる。

リード４Ａ，４Ｂの他端寄りの部分は、それぞれ端子４６Ａ，４６Ｂとなっている。端子４６Ａ，４６Ｂは、図１に示すように基板１の２辺に形成された溝に沿ってそれぞれ延びるように設けられている。これにより、半導体発光装置Ａ１は、図１において図中下面を実装面として、携帯電話機の回路基板（図示略）に実装可能となっている。この場合、半導体発光装置Ａ１は、上記回路基板の広がる方向に沿って光を出射する、いわゆるサイドビュータイプの半導体発光装置として使用される。

リフレクタ３は、図１に示すように枠状であり、ＬＥＤチップ２の四方を囲んでいる。リフレクタ３は、たとえば液晶ポリマまたはポリアミド系樹脂により形成されている。図２に示すように、リフレクタ３の内向き面は、いずれも上向きの傾斜面となっている。これらの傾斜面は、ＡｇメッキまたはＡｌメッキ３１が形成されることにより、反射面３ａとされている。ＡｇメッキまたはＡｌメッキ３１は、本発明でいう反射材料膜の一例に相当する。反射面３ａは、ＬＥＤチップ２から周囲に向けて発せられた光を反射させて、図中上方へと進行させるためのものである。図１において、リフレクタ３の図中上下方向に位置する部分の厚さは、たとえば０．１ｍｍ程度とされる。また、図２におけるリフレクタ３の高さは、たとえば０．３ｍｍ程度とされる。なお、反射面３ａの反射率を高くするには、ＡｇメッキまたはＡｌメッキ３１を設けることが好ましいが、このような反射材料膜を備えない構成としてもよい。たとえば、リフレクタ３の材料として、液晶ポリマにＴｉＯ₂粉末を混入した白色樹脂用いても、反射面３ａを形成することができる。

図２に示すように、リフレクタ３の内部には、透明樹脂６が充填されている。透明樹脂６は、たとえばエポキシ樹脂製であり、ＬＥＤチップ２から発せられる光に対して透光性を有する。透明樹脂６は、ＬＥＤチップ２からの光を出射させつつ、ＬＥＤチップ２やワイヤ５を保護するためのものである。透明樹脂６の形成は、たとえばリフレクタ３内に流動性をもつエポキシ樹脂を充填し、これを硬化させることによりなされる。なお、ＬＥＤチップ２として青色光を発するものを採用し、透明樹脂６に蛍光粉末を含有するものを用いれば、半導体発光装置Ａ１を白色発光が可能な構成とすることができる。

次に、半導体発光装置Ａ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、薄型化を図りつつ、ワイヤボンディングを容易に行うことができる。すなわち、図３に示すように、半導体発光装置Ａ１の製造工程において、ＬＥＤチップ２とボンディングパッド４１とをワイヤボンディングする際には、一般的にボンディングツールＴが用いられる。ＬＥＤチップ２の図中上面にいわゆるファーストボンディングした後に、ボンディングパッド４１に対していわゆるステッチボンディングを行う。ボンディングパッド４１は、チップ４２を含むことにより、図中上方に突出した形状となっている。このため、たとえば、図８に示した従来技術の例のように、ボンディングパッドが略基板表面に位置する構成と比較して、ボンディングツールＴをリフレクタ３の内部に進入させる深さを浅くすることが可能である。これにより、反射面３ａのうち図１の図中上下方向において互いに向かい合うものどうしの距離が小さくなっても、これらの反射面３ａとボンディングツールＴとの干渉を回避して、ワイヤボンディングを適切に行うことができる。したがって、半導体発光装置Ａ１の製造効率を損なうことなく、薄型化を図ることができる。

また、図２に示すように、ＬＥＤチップ２からその周囲へと発せられた光のうちチップ４２へと進行する光を、チップ４２の傾斜面４２ａにより、図中上側へと反射させることができる。この傾斜面４２ａは、たとえばリフレクタ３の反射面３ａのうち図中左側に位置する部分よりもＬＥＤチップ２との距離が近い。このため、傾斜面４２ａの方が反射面３ａよりも多くの光を図中上側へと反射させることが可能である。特に、半導体発光装置Ａ１の薄型化を図るほど、傾斜面４２ａとＬＥＤチップ２との距離は、反射面３ａとＬＥＤチップ２との距離と比べて小さくなる。したがって、半導体発光装置Ａ１の薄型化を図りつつ、照度を向上させるのに好適である。

さらに、半導体発光装置Ａ１が使用されると、ＬＥＤチップ２は、発光するとともにその発光効率に応じて発熱する。この熱が透明樹脂６へと伝達され、透明樹脂６の温度が上昇する。過度な温度上昇は、透明樹脂６を変質させ、透光性を低下させる要因となる。しかし、チップ４２の本体４３の材質であるＳｉは、比較的熱伝導率が高い。このため、透明樹脂６からチップ４２へと熱を逃がすことが可能である。これにより、透明樹脂６が過度に高温となることを回避可能である。したがって、出射光量が少なくなることを防止することができる。

図４〜図６は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図４に示す半導体発光装置Ａ２においては、チップ４２が金属により一体的に形成されている点が、上述した半導体発光装置Ａ１と異なっている。チップ４２の材質としては、たとえば、ＣｕまたはＣｕ合金などを用いればよい。

このような構成によっても、上述した半導体発光装置Ａ１と同様に、薄型化を図りつつ、その製造を容易とし、さらに照度の向上を図ることができる。また、金属製のチップ４２によっても、放熱性を高めることが可能であり、透明樹脂６の変質防止を図ることができる。

図５および図６に示す半導体発光装置Ａ３においては、ＬＥＤチップ２として図６における図中上面の２箇所に対して電力供給されるタイプのものが用いられている。これに対応して、リード４Ａ，４Ｂの両方にボンディングパッド４１が設けられている。各ボンディングパッド４１に含まれるチップ４２は、半導体発光装置Ａ１に用いられたものと同様であり、傾斜面を有するＳｉ製の本体４３にＡｇまたはＡｌ製の導体膜４４が設けられた構成となっている。

このような実施形態によっても、薄型化を図るのに適していることはもちろんである。このように、本発明は、ＬＥＤチップ２として、表裏面から電力供給するタイプのものや、その一面から電力供給するタイプのものなど、種々のタイプのＬＥＤチップ２を備える構成に適用することができる。

本発明に係る半導体発光装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

チップの形状は、上述した正方形状に限定されず、その他の多角形状または略円柱形状など、ステッチボンディングを容易としつつ、出射光量の向上に適した形状であればよい。また、チップの本体の材質も上記実施形態に限定されない。

半導体発光素子としては、ＬＥＤチップを用いれば、比較的省電力であり、かつ高輝度が得られるという利点があるが、これは一例であり、種々の半導体発光素子を用いることができるのはもちろんである。

本発明に係る半導体発光装置は、上述したいわゆるサイドビュータイプとして使用されるものに限定されず、たとえば図７および図８に示した従来技術の例のように、いわゆるトップビュータイプとして使用されるものであってもよい。

本発明に係る半導体発光装置は、携帯電話機の照明用やディスプレイ用に用いられるのに適しているが、その用途はこれらに限定されるものではない。

本発明に係る半導体発光装置の一例を示す全体平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明に係る半導体発光装置の製造工程を示す要部断面図である。 本発明に係る半導体発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明に係る半導体発光装置の他の例を示す全体平面図である。 図５のVI−VI線に沿う断面図である。 従来の半導体発光装置の一例を示す平面図である。 図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３ 半導体発光装置
１ 基板
２ ＬＥＤチップ（半導体発光素子）
３ リフレクタ
３ａ 反射面
３１ ＡｇメッキまたはＡｌメッキ（反射材料膜）
４Ａ，４Ｂ リード
５ ワイヤ
６ 透明樹脂
４１ ボンディングパッド
４２ チップ（突出部）
４３ 本体
４４ 導体膜
４６Ａ，４６Ｂ 端子

Claims (5)

1. 基板と、
   上記基板に搭載された半導体発光素子と、
   ワイヤを介して上記半導体発光素子に導通するボンディングパッドと、
   上記半導体発光素子を囲むリフレクタと、を備える半導体発光装置であって、
   上記ボンディングパッドは、上記半導体発光素子が搭載された方向に突出する突出部を含み、
   上記突出部は、金属製のチップであることを特徴とする、半導体発光装置。
2. 基板と、
   上記基板に搭載された半導体発光素子と、
   ワイヤを介して上記半導体発光素子に導通するボンディングパッドと、
   上記半導体発光素子を囲むリフレクタと、を備える半導体発光装置であって、
   上記ボンディングパッドは、上記半導体発光素子が搭載された方向に突出する突出部を含み、
   上記突出部は、Ｓｉ製の本体とこの本体を覆う導体膜とを有するチップにより形成されていることを特徴とする、半導体発光装置。
3. 上記導体膜は、ＡｇまたはＡｌからなる、請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 上記突出部の表面のうち少なくとも上記半導体発光素子に対向する面は、上記基板から遠ざかるほど上記半導体発光素子から遠ざかる傾斜面とされている、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体発光装置。
5. 上記リフレクタの表面には、ＡｇメッキまたはＡｌメッキが形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体発光装置。

Images