(57)【要約】【課題】    金属反射体を備え、鉛フリー半田実装工程の温度に耐えうる半導体発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】    電極パターンを有する絶縁基板と、前記絶縁基板の上に設けられ貫通穴を有する金属反射体と、前記絶縁基板と前記金属反射体との間に設けられた接着層と、前記貫通穴の中において、前記絶縁基板の上に設けられた半導体発光素子と、前記半導体発光素子を封止する樹脂と、を備え、前記貫通穴の内壁は傾斜した光反射面を有し、前記半導体発光素子から放射された光の少なくとも一部は前記光反射面により反射されて前記貫通穴から放出されることを特徴とする半導体発光装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極パターンを有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の上に設けられ貫通穴を有する金属反射体と、
前記絶縁基板と前記金属反射体との間に設けられた接着層と、
前記貫通穴の中において、前記絶縁基板の上に設けられた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を封止する樹脂と、
を備え、
前記貫通穴の内壁は傾斜した光反射面を有し、前記半導体発光素子から放射された光の少なくとも一部は前記光反射面により反射されて前記貫通穴から放出されることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記金属反射体は、前記絶縁基板との対向面の周囲に前記絶縁基板から離間した離間部を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記接着層は、前記金属反射体と前記絶縁基板とを電気的に絶縁してなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記金属反射体は、接続手段を介して前記電極パターンに接続されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記金属反射体は、純度が９９．９パーセント以上のアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
電極パターンを有する絶縁基板の上に半導体発光素子をマウントする工程と、
前記半導体発光素子を樹脂により封止する工程と、
貫通穴を有する金属反射体の前記貫通穴が前記樹脂を内包するように前記金属反射体と前記絶縁基板とを接着する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に関し、特に、金属反射体により指向特性が制御された半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体に関するプロセス技術の進展と蛍光体の技術進展とにより、半導体発光素子（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）の応用分野は飛躍的に拡大している。特に、紫外光から可視光までの波長帯の光を放射できるＬＥＤと適正な蛍光体の組み合わせた半導体発光装置は、演色性に優れた白色光が得られる。このため、液晶ディスプレイのバックライト、ボタン照明、自動車の各種照明などへの応用が益々増加している。またさらに、懐中電灯やカメラのフラッシュなどの光源として用いる高出力型の半導体発光装置の開発も進められている。
【０００３】
これらの用途においては、高密度実装や良好な放熱性が要求されるために、いわゆる表面実装型（ＳＭＤ：Surface Mount Device）の半導体発光装置が使われる。そして、実装基板への実装においては、鉛フリー半田を用いたリフロー工程が用いられる。従来のＳＭＤ型半導体発光装置においては、ＬＥＤからの発光をより高い外部取り出し効率とするために、ＬＥＤの周囲を樹脂で取り囲み、ＬＥＤの側面からの放射光を樹脂の内壁面に設けられた反射膜で上方に反射させていた（例えば、特許文献１）。すなわち、射出成型で形成された傾斜を有する樹脂表面に、アルミニウム（Ａｌ）などの高い反射率を有する金属の蒸着膜を設けることにより、反射面が形成されていた。
【０００４】
しかしながら、鉛フリー半田の融点は、従来の鉛半田よりも高く、２５０〜２６０℃となる場合が多い。このために、リフロー工程後に、Ａｌ蒸着膜の表面に微細クラックや凹凸が生じることがある。このような反射面の変形は、反射率の低下や指向特性変化を招くので、重大な欠陥である。特に、携帯電話やディジタルカメラのフラッシュ光源などの用途においては、鋭い指向特性が要求されるので、実装工程で指向特性が劣化することは好ましくない。
【特許文献１】特開２００２−２９９６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、金属反射体を備え、鉛フリー半田実装工程の温度に耐えうる半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
電極パターンを有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の上に設けられ貫通穴を有する金属反射体と、
前記絶縁基板と前記金属反射体との間に設けられた接着層と、
前記貫通穴の中において、前記絶縁基板の上に設けられた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を封止する樹脂と、
を備え、
前記貫通穴の内壁は傾斜した光反射面を有し、前記半導体発光素子から放射された光の少なくとも一部は前記光反射面により反射されて前記貫通穴から放出されることを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、
電極パターンを有する絶縁基板の上に半導体発光素子をマウントする工程と、
前記半導体発光素子を樹脂により封止する工程と、
貫通穴を有する金属反射体の前記貫通穴が前記樹脂を内包するように前記金属反射体と前記絶縁基板とを接着する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属反射体を備え、鉛フリー半田実装工程の温度に耐えうる半導体発光装置及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。  
紫外光から可視光の波長帯の光を放射する半導体発光素子（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）１０は、絶縁基板１１の上に設けられた第１の電極パターン１２の上に、例えば金スズ（ＡｕＳｎ）共晶半田２０６（融点約２８０℃）などでマウントされている。また、ＬＥＤ１０の上面に設けられた電極と絶縁基板１１上に設けられた第２の電極パターン１４とは、ボンディングワイヤ１３で接続される。ＬＥＤ１０及びボンディングワイヤ１３は、封止樹脂２０４により、封止されている。なお、絶縁基板としては、放熱性に優れる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナなどのセラミックや、金属放熱体が圧入されたプリント基板などが好ましい。
【００１１】
また、ＬＥＤ１０として、例えば、サファイアなどの絶縁性基板の上に形成されたものを用いることもできる。この場合には、ＬＥＤ１０の上面に２つの電極が形成される。そして、これらＬＥＤ１０の２つの電極と、絶縁基板１１の上に設けられた第１及び第２の電極パターン１２、１４とをワイアなどでそれぞれ接続すればよい。
【００１２】
再び図１に戻って説明を続けると、貫通穴４０３を有した金属反射体１５が、封止樹脂２０４を貫通穴４０３の内部に配置するように、絶縁基板１１上に設けられている。金属反射体１５と絶縁基板１１とは、例えばエポキシ系の樹脂シートの両面に接着剤が塗布された絶縁接着シートなどによる接着層２０７を介して、加圧加熱、硬化工程を経て接着される。なお、絶縁接着シートではなく、例えば絶縁接着剤を用いても、接着層２０７を形成できる。この接着層２０７は、２６０℃のリフロー工程に充分耐えうる。金属反射体１５の貫通穴４０３の内側面には傾斜部が設けられ、ＬＥＤからの放射光のうち、横方向に広がる光１７を上方に反射する反射面１６が設けられている。この傾斜した反射面１６により、反射された光１８は、ＬＥＤから直接上方へ向かう光と合成される。なお、図１における反射面１６の断面形状は直線状であるが、本発明はこれに限定されず、後に詳述するように曲面状の反射面を設けてもよい。また、反射面１６の表面は鏡面状とすることが望ましい。
【００１３】
反射面１６の断面形状を変化させることにより、指向特性の制御が可能となる。また、金属反射体１５の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金メッキした銅（Ｃｕ）などがあるが、耐久性・加工性・価格の点でアルミニウムが好ましい。
【００１４】
本具体例においては、ＬＥＤ１０からの放射光を吸収して、波長変換された光を放射する蛍光体との組み合わせにより、白色光などが得られる。例えば、ＬＥＤ１０として窒化ガリウム系の青色発光型のＬＥＤを用い、蛍光体２０５（この場合は黄色蛍光体）を封止樹脂２０４中に分散配置する。こうすると、ＬＥＤ１０からの放射光である青色光と、蛍光体２０５により波長変換された黄色光との混合色として、フラッシュ用に適した白色光が得られる。このほか、ＬＥＤ１０からの紫外光をＲＧＢ蛍光体に照射しても白色光が得られる。
【００１５】
封止樹脂２０４としては、エポキシ系樹脂でもよいが、紫外光〜青色光に対して安定性の優れるシリコーン樹脂（屈折率約１．４）が、より望ましい。
【００１６】
次に、本発明者が、本発明に至る過程において検討した比較例について説明する。  
図２は、比較例の半導体発光装置を模式的に例示する断面図である。同図については、図１と同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。  
本比較例においては、ＬＥＤ１０が、プリント基板２の上に設けられた第１電極パターン３に、Ａｇペースト２０３によってマウントされている。ＬＥＤ１０の上面の電極は、ボンディングワイヤ１３により、プリント板上の第２電極パターン５と接続されている。ＬＥＤ１０とボンディングワイヤ１３は、封止樹脂２０４により封止されている。
【００１７】
また、封止樹脂２０４を取り囲むように、樹脂成型部品６が設けられており、この貫通穴４０３の内側面にはアルミニウム蒸着膜が形成されて、反射面７とされている。この樹脂成型部品６の材料としては、例えば、ポリフタルアミドなどの白樹脂があるが、その熱膨張率は約１００ｐｐｍ／℃である。一方、アルミニウムの熱膨張率は約２０ｐｐｍ／℃である。これに対して、実装基板のリフロー温度範囲は、従来は２３０〜２４０℃であったが、鉛フリー半田の採用に伴い２５０〜２６０℃に上昇している。この結果、樹脂の表面に形成されたアルミニウム蒸着膜に微細なクラックや表面凹凸が発生し、反射率が変化する場合がある。
【００１８】
図３（ａ）は、本発明の具体例と比較例の半導体発光装置の指向特性を表すグラフ図である。この指向特性は、図３（ｂ）に表した平面図においてＡ−Ａに沿って得られたものである。
【００１９】
比較例の場合、リフロー工程前の指向特性は同図に符号Ｅで表した如くであり、その半値全角は、フラッシュ光源に要求される指向特性の半値全角の初期値は約５０°（θ１）である。ところが、比較例の半導体発光装置において１回のリフロー工程を実施すると、その指向特性は同図に符号Ｃで表したように変化し、半値全角は約７０°（θ２）に広がった。ここで、半値全角θ１、θ２は、光度が軸上光度の５０％となる角度で定義される。また、比較例においては、反射率も低下するので、軸上光度が、リフロー工程により、約３０％低下する。
【００２０】
これに対して、比較例と同一構造を有するＬＥＤ１０を用いた本発明の第１の具体例の半導体発光装置の場合、リフロー工程を実施した後においても、指向特性は同図に符号Ｅで表した如くである。すなわち、半値全角は約５０°（θ１）のままであり、２５０〜２６０℃のリフロー工程前後において変化を生じない。これは、本発明の具体例の場合、異種材料の熱膨張率差による反射面の表面状態の変化を生じないからであると考えられる。
【００２１】
本比較例において用いる樹脂成型部品６は、射出成型により形成されるが、これに必要な金型製作には、数ヶ月の期間が必要である。製品交代の早い携帯電話のカメラ用フラッシュなど用途では、この期間は長すぎる。
【００２２】
また、本比較例におけるプリント基板２の熱伝導率は、１．５℃／ｍＫであり、熱抵抗が高い。この結果、駆動電流を２０ｍＡ程度まで上げると、１０ｍＡ動作時よりも効率（光度／電流）が約２０％低下する。これに対して、本発明の第１の具体例においては、セラミック基板を用いた場合、２０ｍＡ駆動において効率の低下はなく、３０ｍＡ駆動においても効率低下は５％以下であった。すなわち、本具体例においては、熱抵抗が低いため、光出力−駆動電流の直線性が改良され、大電流駆動が可能になるからであると考えられる。この結果として、高出力の半導体発光装置を実現できる。
【００２３】
また、本比較例においては、Ａｇペースト（熱伝導率：２〜４０℃／ｍＫ）によってＬＥＤ１０がマウントされているのに対して、第１具体例においては、より高温の実装工程に耐えうるＡｕＳｎ共晶半田（熱伝導率：３００℃／ｍＫ）が用いられる。そして、ＡｕＳｎ半田がＡｇペーストよりも高い熱伝導率を有しているために、半導体発光装置の熱抵抗が低減され、動作温度範囲を広げることができる。なお、絶縁基板上に設けられる電極パターンの材料として金（Ａｕ）が用いられる場合には、ＡｕＳｎの共晶組成（スズが２０％）を得るためには、ＡｕＳｎ半田におけるスズ（Ｓｎ）の組成比を３０％程度としたＡｕＳｎ半田を用いるとよい。
【００２４】
次に、図１の具体例にかかる半導体発光装置の組立工程について説明する。
【００２５】
金属反射体１５は、プレス成形、精密切削加工、および金属射出成形などの工程を経て形成することができる。この場合、組み立て工程においても、いわゆる多数個取り基板を用いると効率が良い。
【００２６】
図４は、多数個取り用絶縁基板４０１と多数個取り用Ａｌ金属反射体４０５との組み合わせを説明するための模式図である。  
また、図５は、本具体例の半導体発光装置の組み立て工程を例示するフローチャートである。
【００２７】
まず、多数個取り用絶縁基板４０１にＬＥＤ１０をマウントし（ステップＳ１０）、ワイヤボンディングを行い（ステップＳ１２）、封止樹脂２０４を塗布・硬化する（ステップＳ１４）。一方、多数個取りＡｌ金属反射体４０５には、傾斜内側面を有する貫通穴が多数設けられている。また、各貫通穴４０３に合わせた孔を有する接着シート４０４が、金属反射体４０５に貼り付けられている。Ａｌ金属反射体厚みは、０．５〜３ｍｍ程度、好ましくは０．７〜１．５ｍｍである。
【００２８】
ＬＥＤ１０などを封止した封止樹脂２０４を多数個設けた絶縁基板４０１と、金属反射体４０５とを位置合わせをして、接着シート４０４をはさんで貼り合わせる。接着シートとしては、例えば、エポキシ系接着シートが用いられる。貼り合わせ後、加圧加熱・硬化工程を経て、厚みは０．０５ｍｍ程度になる。硬化条件は例えば、１５０℃で３０分程度のキュアとすることができる。そして、集合体７９が完成する（ステップＳ１６）。
【００２９】
図６は、ダイシングの工程を表す模式図である。  
すなわち、集合体７９はダイサーのプレート上に固定され、同図に例示したように、ダイシングブレード８０により分割される（ステップＳ１８）。金属反射体４０５と絶縁基板４０１が一体で切断されるので、製品の外形寸法精度は高いという長所がある。
【００３０】
図７及び図８は、集合体７９に予め溝を設けた場合のダイシング工程を説明するための模式図である。  
すなわち、図７は、Ａｌ金属反射体４０５に、予め溝８１を設けた場合を表す。例えば、Ａｌ金属反射体４０５の厚みが約１．２ｍｍあると、ダイシング時間が長くなるが、予め溝８１を設けることによりダイシング時間を短縮でき、生産効率が上がる。
【００３１】
また、図８に例示した絶縁基板ダイシング工程にも同様のことが言える。すなわち、絶縁基板４０１に溝８５を予め設けておくことにより、ダイシング時間を短縮できる。
【００３２】
図９は、絶縁基板４０１のみを多数個取りとする場合の組み立て工程のフローチャートである。  
ＬＥＤチップマウント（ステップＳ２０）、ワイヤボンディング（ステップＳ２２），封止樹脂塗布及び硬化（ステップＳ２４）までは、図５に表したフローチャートと同様である。金属反射体は多数個取りとせず、生産効率の良いプレス成形や高速精密切削加工で個別に製作する。この個別金属反射体９０を多数個取り絶縁基板４０１の所定の位置に接着し、接着シートの加圧加熱、硬化工程（ステップＳ２６）を行う。位置あわせは自動化できるので金属反射体を個別とすることによる生産性の低下はない。
【００３３】
ダイシング（ステップＳ２８）の際には、金属反射体９０がない領域４０９にブレード８０を入れれば、Ａｌ削りシロが発生しないので、高品質が保てる。  
図１０は、金属反射体９０の側からブレード８０を入れるダイシング工程の模式図である。  
また、図１１は、絶縁基板４０１の側からブレード８０を入れるダイシング工程の模式図である。  
これらいずれの場合も、金属反射体９０にブレードが触れないようにすることが望ましい。
【００３４】
また、図１２は、金属反射体９０の裏面側に「逃げ」を設けて、ブレードへの接触を防止する構造を例示する断面図である。すなわち、金属反射体９０の絶縁基板４０１と対向する面の周囲に、絶縁基板４０１から離間した離間部８８が設けられている。この離間部８８は、例えば、金属反射体９０の裏面側すなわち絶縁基板４０１に対向する面の周囲を斜めに面取りしたり、あるいは溝状にえぐることにより設けることができる。このような離間部８８を設けることにより、絶縁基板４１０の裏側から切断する時にブレード８０が金属反射体９０に接触することを防止できる。  
また、特に、絶縁基板として大型セラミック基板を使う場合には、セラミック焼結後の収縮により生じる寸法誤差を考慮しなければならない。図９に例示した工程によれば、セラミック寸法誤差が生じても、金属反射体９０の接着時に個々に修正することが可能である。
【００３５】
次に、金属反射体１５の加工方法について詳細に説明する。  
図１３は、金属反射体１５をプレス成形で形成する工程を例示する工程断面図である。  まず、金属板１９が、穴加工用ダイ２０と穴加工用ストリッパ２１によって固定される（図１３（ａ））。次に、穴加工用パンチ２２が降下し、せん断力により穴を形成し、中央の一部２３がパンチ２２により除去される（図１３（ｂ））。穴加工用パンチ２２は上昇し（図１３（ｃ））、ダイ２０及びストリッパ２１が金属板１９から離れる（図１３（ｄ））。
【００３６】
金属板１９は、反射面成形用ダイ２４と反射面成形用ストリッパ２５とによって固定される（図１３（ｅ））。反射面成形用パンチ２６が降下して、金属板１９を塑性変形させる。このとき、金属板１９の反射面には、予め鏡面に整えられた形成用パンチ２６の表面形状が転写される。（図１３（ｆ））。反射面成形用パンチ２６が上昇し（図１３（ｇ））、反射面成形用ダイ２４と反射面成形用ストリッパ２５が金属板１９から離れる（図１３（ｈ））。  
ここで、穴加工用ダイ２０、穴加工用ストリッパ２１、穴加工用パンチ、反射面成形用ダイ２４、反射面成形用ストリッパ２５、反射面成形用パンチ２６の材料には、主として、超硬合金が用いられる。
【００３７】
図１４は、金属反射体１５の反射面を精密切削加工で形成する方法のうち、旋削加工によるに２例が模式的に例示した断面図である。  
すなわち、同図（ａ）に表した具体例の場合、加工機の主軸２７にチャックされた金属体２８が回転し、加工機のテーブルに固定された単結晶ダイアモンドなどを切れ刃とするバイト２９が反射面３０の断面形状に沿って移動することにより、切れ刃の形状と軌跡が反射面３０に転写される。  
または、バイト３２の切れ刃形状が反射面の断面形状３３に等しい場合は、図１４（ｂ）に表したように、バイト３２の移動軌跡を反射面の断面形状に沿わせる必要はなく、その他の軌跡を取ることができる。
【００３８】
図１５は、フライス加工による具体例を表す模式断面図である。  
すなわち、加工機の主軸３６にチャックされた単結晶のダイアモンドなどを切れ刃とするエンドミル３７が回転し、加工機のテーブル３８にチャックされた金属板３９の反射面４０の中心に沿って移動することにより、切れ刃形状の回転軌跡が反射面４０に転写される。  
以上図１３乃至図１５に関して前述した方法の他にも、例えば、金属射出成形によっても面精度の優れた金属反射体１５の成形が可能である。
【００３９】
一般に、金属反射体の反射面の表面が粗いと、光が散乱し、指向特性が設計通りとならない。ＬＥＤの場合、反射面の面粗度がＲＺ＝１００ｎｍ以下で半値全角が５０度の場合でも、同じ傾斜角に対して、面粗度ＲＺ＝３００ｎｍとなると半値全角は約６５度となり、軸上光度も約３０％低下する。これに対して、図１３乃至図１５に関して前述した加工法を用いることにより、表面反射率は要求を満たすことができる。
【００４０】
次に、アルミニウム金属反射体の長期信頼性について説明する。  
アルミニウムからなる反射面を、高温高湿環境（８５℃、８５％ＲＨ）で長時間保存すると、アルミニウムの表面に微小クラックが発生し、白濁することがある。これらは、反射率低下や指向特性の変化を引き起こす。アルミニウム純度を９９．９以上とすると、この問題は改善できる。
【００４１】
具体的には、本発明者の試作実験の結果によれば、金属反射体１５の材料としてＡ５０５６合金（アルミニウム９４．６％、マグネシウム４．７％、その他０．７％）を用いた場合、１６８時間の高温高湿環境（８５℃、８５％ＲＨ）試験の後に発光輝度が初期値から約２０％低下した。これに対して、純度９９．９％のアルミニウムからなる金属反射体１５を用いた場合には、同様の高温高湿試験を経ても、発光輝度は初期値のままであり低下は見られなかった。  
また、他の耐湿性改善策としては、緻密なアルミニウム酸化膜を形成したり、ＴｉＯ２や有機透明膜を形成する方法などが有効である。
【００４２】
次に、第１の具体例の変形例の半導体発光装置について説明する。  
図１６は、反射面断面が非直線形状を有する半導体発光装置の模式断面図である。  
同図については、図１乃至図１５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
図１６（ａ）に表した変形例の場合、金属反射体１５の反射面４１は、断面が曲線となる曲面により構成されている。曲線状の反射面４１は、下部（すなわち、ＬＥＤ１０に近い領域）においてその接線がＬＥＤマウント面となす角度が小さいが、上部（すなわち光取り出し側）に近づくにしたがって、この角度が大きくなる。このような曲線としては、例えば、放物線などを挙げることができる。このように角度が適正に選択されると、下部で反射された光４２と、上部で反射された光４３を、ＬＥＤ１０から直接上方に放射される光の方向に近づけることができ、指向特性を、カメラフラッシュ用に必要な、例えば５０°と狭くできる。
【００４４】
また、図 １６（ｂ）に例示した如く、反射面５０の断面が直線の集合となるように形成してもよい。  
図１６（ａ）及び（ｂ）のいずれの反射面の断面においても、曲線あるいは集合直線群の包絡線が、上に向かって凹となるように形成すれば、指向特性を絞ることができる。
【００４５】
封止樹脂２０４は、金属反射体貫通穴４０３より小さくするほうが、指向特性における半値全角を小さくしやすい。ただし、指向特性が仕様を満たせば、貫通穴４０３の内部を充填するように封止樹脂２０４を形成しても良い。また、高輝度とするために、複数個のＬＥＤチップを封止してもよい。
【００４６】
さらに、本変型例においても、第１の具体例と同様に、ＬＥＤ１０として窒化ガリウム系青色ＬＥＤを用い、青色を黄色に波長変換する蛍光体２０５を封止樹脂２０４に分散配置することにより、フラッシュ光源に適した白色光が得られる。なお、これは以下説明する各具体例及び変型例においても同様である。
【００４７】
図１７は、本発明の第２の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。  
絶縁性接着シート２０７で絶縁性基板１１に接着された金属反射体１５は、実装工程において、静電気による帯電を生ずることがある。一般に、ＬＥＤは、ＥＳＤ（Electro Static Discharge）耐量が、シリコン半導体素子などと比べると小さい。これに対して、金属バンプ７３により、金属反射体１５と基板上に設けられた電極パターン１２または１４とを、電気的に接続してグラウンド（ＧＮＤ）電位とすることにより、ＥＳＤによる劣化を低減できる。金属バンプ７３としては、比較的柔らかく、バンプ形成が容易な金（Ａｕ）ボールまたは半田バンプが望ましい。その他材料としては、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）や、それらを含む合金などを用いることもできる。
【００４８】
バンプを用いる場合、本具体例のように、接着シート２０７と併用すれば、圧着により、導電は維持される。バンプ７３を除く部分に接着剤を使用する場合も、フリップチップボンディングにおけるアンダーフィル充填のように、必ずしもバンプと上下金属とが、金属間拡散結合していなくても、接続は維持される。その場合、接着シートは、金属バンプ部分にも、穴を持ち、導通を妨げない。第２の具体例においては、実装工程における静電気による不良発生を大幅に低減できて、信頼性の高い半導体発光装置が提供できる。
【００４９】
図１８は、本発明の第３の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。  
本具体例においては、絶縁基板として、セラミックではなく、プリント基板２が用いられている。プリント基板の両面には、電極パターン３、５となる導電膜が設けられている。中央部付近に、金属放熱体６４が圧入されており、ＬＥＤ１０はその上にマウントされている。金属反射体１５は、プリント基板２上に接着層２０７を介して接着される。金属放熱体６４を設けることにより、放熱性が改善され、動作電流範囲が広がり、高輝度の半導体発光装置を提供できる。  
図１９に、本発明の第４の具体例にかかる半導体発光装置の模式図である。  
本具体例においては、金属反射体９３の材料としては、アルミニウムの代わりに、加工の容易な真鍮が用いられている。反射面９４の反射率を上げるために、アルミニウム層を形成することが望ましいがアルミニウムのメッキは容易ではない。これに対して、真鍮の表面にイオンプレーティング、蒸着、スパッタリングなどにより、光沢を有するアルミニウム層を形成することは可能である。
【００５０】
図２０は、本発明の第５の具体例にかかる半導体発光装置の模式図である。  
本具体例においては、ＡｕＳｎやＡｇペーストの代わりに、Ａｕバンプ７２を用いて、ＬＥＤ１０がフリップチップボンディングされている。このようにフリップチップボンディングすることによっても、熱抵抗を改善できる。
【００５１】
図２１は、本発明の第６の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。  
本具体例においては、金属反射体１５とセラミックなどからなる絶縁基板１１との間に設けられた接着層は、絶縁スペーサ５２６を混合した絶縁接着剤５２４である。図２２は、図２１のＦの部分拡大断面図である。金属反射体１５と絶縁基板１１との距離Ｔは、絶縁スペーサ５２６の高さでほぼ決まる。絶縁スペーサ５２６の材料は、例えばプラスチック粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子などを使うことができる。これら粒子の形状がほぼ球形であり、粒度分布も小さいのが最も好ましい。しかし本発明者らの検討の結果、球形に限らずとも、極端な縦横比がなければ、ほぼ一定の距離Ｔが維持できた。また、粒度分布が大きい場合には、メッシュを通すなどにより、大粒度側をふるいにかければ所定の距離Ｔが維持できた。
【００５２】
図２３は、外部へ取り出しうる光の相対光度の間隙Ｄ依存性である。ここで、間隙Ｄは、半導体発光素子１０内の発光層５４０の厚みを２分する水平面と金属反射体１５の下面との垂直距離を表わすものとする。間隙Ｄがゼロのときの相対光度を１００とすると、間隙Ｄが１００マイクロメータを越えると相対光強度が急激に低下する。これは、半導体発光素子１０および蛍光体２０５から放射される光の水平成分のうち、反射面１６に入射しない光が増加するために、有効に外部へ光が取り出せないためである。従って、Ｄ≧０の場合には、間隙Ｄは小さいほうが好ましいことになる。
【００５３】
また、発光層５４０の厚みを２分する水平面と絶縁基板１１の表面との距離をＨとすると、金属反射体１５と絶縁基板１１の垂直距離をＴは、Ｔ＝Ｄ＋Ｈと表わせる。半導体発光素子１０の発光層５４０が、金属反射体１５の底面より上方に位置していれば、Ｈ＞Ｔとなり、Ｄ＜０となる。この場合は、図２３に例示されるグラフ図によらず、半導体発光素子１０及び蛍光体２０５からの放射光がより有効に外部に取り出せる。
【００５４】
一方、金属反射体１５と絶縁基板１１との距離Ｔが小さすぎると、接着剤表面の沿面距離が小さくなり、高湿環境下において、電流リークを生じるなどにより絶縁耐圧が低下する。また、金属反射体１５の加工精度をも考慮すると、距離Ｔは５０マイクロメータ以上が望ましい。本発明者の検討結果によれば、このとき絶縁抵抗はメガオーム以上とできたので、１８ボルト以上であるユーザ絶縁耐圧要求を満たすことが可能であった。以上の結果より、金属反射体１５と絶縁基板１１との垂直距離Ｔ（マイクロメータ）の範囲は、５０≦Ｔ≦（１００＋Ｈ）が好ましいことになる。
【００５５】
次に、本具体例の半導体発光装置の組み立て工程を説明する。  
図２４は、組み立て工程を表わすフローチャートである。  
また、図２５は、半導体発光素子１０が、絶縁基板１１上にマウントされた模式平面図である。  
まず、青色光を放射する窒化ガリウム系発光層５４０が設けられた半導体発光素子１０が４個、ＡｕＳｂ共晶半田（図示せず）などで絶縁基板１１上に形成された第３メタライズ部５０４、第４メタライズ部５０６、第７メタライズ部５１２、第８メタライズ部５１４上にそれぞれマウントされている（ステップＳ２０）。このように、複数個の半導体発光素子１０を用いると、高輝度が可能となる。特に、半導体発光素子１０に窒化ガリウム系材料を用い、蛍光体２０５に黄色蛍光体を用いることにより、高輝度白色半導体発光装置が実現できる。なお、図２５中のＡ−Ａに沿った断面図が、図２１である。
【００５６】
このあと、それぞれの半導体発光素子１０に設けられた上部電極（図示せず）と、第１メタライズ部５００、第２メタライズ部５０２、第５メタライズ部５０８、第６メタライズ部５１０とが、それぞれボンディングワイヤ１３で接続される（ステップＳ２２）。
【００５７】
続いて、半導体発光素子１０及びボンディングワイヤ１３を覆って、蛍光体２０５を含んだ、例えばエポキシ系の液状封止樹脂２０４が塗布され、熱硬化される（ステップＳ２４）。ここまでの工程は、接着シートを用いる第１の具体例と同様である。さらに、絶縁スペーサ５２６を液状の絶縁接着剤５２４に混合させる（ステップＳ３４）。スタンピングなどにより、この混合液を絶縁基板１１上の金属反射体１５を接着すべき部分に塗布する（Ｓ３６）。
【００５８】
金属反射体１５を、絶縁基板１１に対して位置合わせを行って、液状接着剤５２４を熱硬化する。硬化条件としては、例えば、１５０℃で約３０分の加熱とすることができる（ステップＳ３８）。最後に、絶縁基板１１を個々の半導体発光装置に分離する（ステップＳ４０）。分離の方法としては、例えば、ダイシングを用いる方法や、基板に予め溝を形成しておき、この溝に沿ってブレーキングする方法などを挙げることができる。液状接着剤の塗布や熱硬化は、簡素かつ生産性に優れており、金属反射体１５と絶縁基板１１の接着に適した方法である。
【００５９】
図２６は、分離された半導体発光装置の模式底面図である。  
実装基板への表面実装が容易となるように、上面のそれぞれのメタライズ部に接続される底面メタライズ部が設けられている。  
また、図２７は、絶縁基板１１の模式側面図である。  
絶縁基板１１の上面メタライズ部と底面メタライズ部とは、図示されるような側面メタライズ部で、それぞれに接続される。本具体例の特徴は、絶縁スペーサ５２６を混合した絶縁接着剤５２４を塗布し、熱硬化を行うという簡素な工程を用いて、金属反射体１５を備え、鉛フリー半田実装工程の温度に耐える半導体発光装置が実現できることである。
【００６０】
次に、本発明の第７の具体例にかかる半導体発光装置につき説明する。  
図２８は、金属反射体５３０の模式断面図であり、図２９は、その模式底面図である。  金属反射体５３０の底面には、突起部５３２が、４箇所に設けられている。突起部の高さＴＴは、図２２に例示される第６の具体例における距離Ｔにほぼ相当する。  
図３０は、半導体発光素子１０が４個マウントされ、ワイヤがボンディングされた絶縁基板１１の模式平面図である。  
絶縁基板１１上のメタライズが施されていない表面に破線丸印で表した接触部５３４は、金属反射体５３０に設けられた突起部５３２が、絶縁基板１１上で接触する箇所を表わす。
【００６１】
図３１は、図３０におけるＡ−Ａに沿った本具体例の模式断面図である。なお、図３０及び図３１において、図２５及び図２１と同様の要素には同一の番号を付して、詳細な説明を省略する。  
絶縁基板１１と金属反射体５３０とは、突起部５３２により、絶縁されている。さらに、金属反射体５３０と絶縁基板１１との間の接着層は、絶縁接着剤５２４である。図２４のフローチャートに例示される絶縁接着剤５２４に絶縁スペーサを混合させる工程（Ｓ３４）は不要となる。それ以外の組み立て工程は、図２４と同様である。本具体例の特徴は、絶縁接着剤５２４を塗布し、熱硬化を行うという簡素な工程を用いて、金属反射体１５を備え、鉛フリー半田実装工程の温度に耐える半導体発光装置が実現できることである。
【００６２】
以上、第１乃至第７の具体例を挙げつつ説明したように、プレス成形、精密切削加工、金属射出成形などにより製作される、高い面精度を有する金属反射体を設けることにより、２５０〜２６０℃のリフロー工程温度においても、表面劣化のない半導体発光装置を提供できる。この結果として、鉛フリー半田のリフロー実装工程で劣化せず、半値全角が小さく絞られた光を安定して放射できる半導体発光装置が可能となる。また、反射面の形状を調節することにより、指向特性の制御が可能となる。さらに、絶縁基板にセラミックを用いたり、金属放熱体を埋め込むことにより、熱抵抗を低減でき、大電流駆動が可能となる。
【００６３】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。  
例えば、ＬＥＤチップとして用いることができるものは、窒化ガリウム系に限定されず、その他、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＧａＡｌＡｓ系、をはじめとする各種のIII−Ｖ族化合物半導体やII−ＶI族化合物半導体などを用いたものであっても良い。  
また、ＬＥＤから放射される光についても、紫外光や青色光ばかりでなく、広く可視光帯であってよい。蛍光体に関しても、白色光以外を生じる組成であってよい。 
その他、半導体発光装置を構成するＬＥＤ，絶縁基板、封止樹脂、蛍光体、金属反射体などの各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
【００６４】
なお、本明細書において「窒化ガリウム系」の半導体とは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化ガリウム系」の半導体に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。
【図２】比較例の半導体発光装置を模式的に例示する断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の具体例と比較例の半導体発光装置の指向特性を表すグラフ図であり、この指向特性は、（ｂ）に表した平面図においてＡ−Ａに沿って得られたものである。
【図４】多数個取り用絶縁基板４０１と多数個取り用Ａｌ金属反射体４０５との組み合わせを説明するための模式図である。
【図５】本発明の具体例の半導体発光装置の組み立て工程を例示するフローチャートである。
【図６】ダイシングの工程を表す模式図である。
【図７】集合体７９に予め溝を設けた場合のダイシング工程を説明するための模式図である。
【図８】集合体７９に予め溝を設けた場合のダイシング工程を説明するための模式図である。
【図９】絶縁基板４０１のみを多数個取りとする場合の組み立て工程のフローチャートである。
【図１０】金属反射体９０の側からブレード８０を入れるダイシング工程の模式図である。
【図１１】絶縁基板４０１の側からブレード８０を入れるダイシング工程の模式図である。
【図１２】金属反射体９０に「逃げ」８８を設けて、ブレードへの接触を防止する構造を
【図１３】金属反射体１５をプレス成形で形成する工程を例示する工程断面図である。
【図１４】金属反射体１５の反射面を精密切削加工で形成する方法のうち、旋削加工によるに２例が模式的に例示した断面図である。
【図１５】フライス加工による具体例を表す模式断面図である。
【図１６】反射面断面が非直線形状を有する半導体発光装置の模式断面図である。
【図１７】本発明の第２の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。
【図１８】本発明の第３の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。
【図１９】本発明の第４の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。
【図２０】本発明の第５の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。
【図２１】本発明の第６の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。
【図２２】図２１におけるFの部分拡大断面図である。
【図２３】金属反射体と発光層との間隙と相対光度との関係を表わすグラフ図である。
【図２４】本発明の第６の具体例の組み立て工程のフローチャートである。
【図２５】半導体発光素子４個が絶縁基板にマウントおよびワイヤボンディングされた絶縁基板の模式平面図である。
【図２６】本発明の第６の具体例にかかる半導体発光装置の模式底面図である。
【図２７】本発明の第６の具体例にかかる半導体発光装置の模式側面図である。
【図２８】本発明の第７の具体例にかかる半導体発光装置の金属反射体の模式断面図である。
【図２９】図２８に例示した金属反射体の模式底面図である。
【図３０】半導体発光素子４個が絶縁基板にマウント及びワイヤボンディングされた絶縁基板の模式平面図である。
【図３１】本発明の第７の具体例にかかる半導体装置の模式断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
２      プリント基板
３      第１の電極パターン
５      第２の電極パターン
６      樹脂成形部品
７      反射面
１０    半導体発光素子（ＬＥＤ）
１１    絶縁基板
１２    第１の電極パターン
１３    ボンディングワイヤ
１４    第２の電極パターン
１５    金属反射体
１６    反射面
１９    金属板
８８    離間部
２０３  Ａｇペースト
２０４  封止樹脂
２０５  蛍光体
２０６  ＡｕＳｎ共晶半田
２０７  接着層
４０３  貫通穴
５００    第１メタライズ部
５０２    第２メタライズ部
５０４    第３メタライズ部
５０６    第４メタライズ部
５０８    第５メタライズ部
５１０    第６メタライズ部
５１２    第７メタライズ部
５１４    第８メタライズ部
５２４    絶縁接着剤
５２６    絶縁スペーサ
５３０    金属反射体
５３２    突起部
５３４    突起部との接触部
５４０    発光層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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