(57)【要約】【課題】  十分な放熱特性が得られる半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置を提供する。【解決手段】  外周側面に螺旋状の第１溝２１が形成され、内部に第１貫通孔２０が形成された筒状の第１導電体１１と、第１貫通孔２０に絶縁部材１３、１４を介して嵌合され、一端部が第１伝導体１１から露呈された第２導電体１２とを具備するパッケージと、内周側面に螺旋状の第２溝２８が形成された第２貫通孔２７を有し、且つ第１導電体１１に螺合された第３導電体１６と、第３導電体１６の下面に絶縁部材１８を介して接合され、且つ第２導電体１２の露呈端部と接触する第４導電体１７とを具備するソケット体１９とを有する。導電体１２の主面に半導体発光素子２３を固着し、接続導体２４を介して導電体１１に電気的接続した後、気密封止する。【選択図】  図１
2006060050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周側面に螺旋状の第１溝が形成され、内部に第１貫通孔が形成された筒状の第１導電体と、前記第１貫通孔に絶縁部材を介して嵌合され、一端部が前記第１導電体から露呈された第２導電体とを具備するパッケージと、
内周側面に螺旋状の第２溝が形成された第２貫通孔を有し、且つ前記第１導電体に螺合された第３導電体と、前記第３導電体に絶縁部材を介して接合され、且つ前記第２導電体の露呈端部と接触する第４導電体とを具備するソケット体と
を有することを特徴とする半導体発光素子の接続装置。
【請求項２】
外周側面に螺旋状の第１溝が形成され、内部に第１貫通孔が形成された筒状の第１導電体と、前記第１貫通孔に絶縁部材を介して嵌合され、一端部が前記第１導電体から露呈された第２導電体とを具備するパッケージと、
内周側面に螺旋状の第２溝が形成された第２貫通孔を有し、且つ前記第１導電体に螺合された第３導電体と、前記第３導電体に絶縁部材を介して接合され、且つ前記第２導電体の露呈端部と接触する第４導電体とを具備するソケット体と、
前記パッケージの前記第２導電体の主面に固着された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を前記第１導電体に電気的接続するための接続導体と、
前記半導体発光素子および前記接続導体を気密封止する手段と
を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
外周側面に螺旋状の第１溝が形成され、内部に第１貫通孔が形成された筒状の第１導電体と、前記第１貫通孔に絶縁部材を介して嵌合され、一端部が前記第１導電体から露呈された第２導電体とを具備する複数のパッケージと、
内周側面に螺旋状の第２溝が形成された多数の第２貫通孔を有し、且つ前記各第２貫通孔に前記各パッケージの前記第１導電体がそれぞれ螺合された第３導電体と、前記第３導電体の主面と反対の面に絶縁部材を介して接合され、且つ前記各第２導電体の露呈端部とそれぞれ接触する第４導電体とを具備するソケット体と、
前記各パッケージの前記第２導電体の主面にそれぞれ固着された半導体発光素子と、
前記各半導体発光素子を前記各第１導電体にそれぞれ電気的接続する接続導体と、
前記各半導体発光素子および前記各接続導体をそれぞれ気密封止する手段と
を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項４】
前記第１貫通孔の内周側面に、前記第２導電体の主面が前記絶縁部材を介して当接する凸部が更に形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第１導電体の主面側の外周側面が断面多角形状に形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置に係り、特に十分な放熱特性を得るのに好適な構造を備えた半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子、なかでも発光ダイオード（ＬＥＤ）は、フルカラーディスプレイ、交通・信号機器、車載用途などに幅広く用いられているが、この用途においては、特に光出力が高いものが要求されている。
【０００３】
近年、数百ｍＡを超える大電流で駆動することにより高い光出力が得られる高光束ＬＥＤが注目されているが、大電流を流すことによる半導体発光素子の発熱をいかに放散するかが問題になっている。
【０００４】
従来、ＬＥＤを一体に具備するパッケージをソケット体に押し込んで嵌合した半導体発光装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に開示された半導体発光装置では、同心状の内部導電体と外部導電体が絶縁フィルムを介してしまりばめ（press fit）によって固定されたパッケージと、このパッケージが押し込みにより挿入される放熱翼を具備したソケット体とを有している。
【０００６】
内部導電体は電気接続端と、この電機接続端の反対側に実装表面端面を有している。電気接続端にＬＥＤチップが固定され、ＬＥＤチップはボンディングワイヤを介して外部導体に接続されている。
【０００７】
然しながら、特許文献１に開示された半導体発光装置では、パッケージがソケット体に押し込まれているだけなので、パッケージおよびソケット体の寸法誤差によっては必ずしも十分な接触が得られないという問題がある。
【０００８】
従って、大電流駆動による半導体発光素子の発熱を放散するだけの十分な放熱特性が得られない恐れがある。
【０００９】
また、ＬＥＤを具備するパッケージをソケット体にネジ込んで嵌合した別の半導体発光装置が知られている（例えば特許文献２参照。）。
【００１０】
特許文献２に開示された半導体発光装置では、絶縁基板上に載置されたＬＥＤチップを収納する鍔部と、この鍔部の一端に嵌合された発光波長にたいして透明な保護カバーと、この鍔部の他端に嵌合した口金とを有するパッケージと、この口金をネジ込むソケット体を有している。
【００１１】
ＬＥＤチップの一方の電極は配線を介して口金の外周側面のネジ状部に接続され、他方の電極は配線を介して口金の底部の電極に電気的接続されている。
【００１２】
然しながら、特許文献２に開示された半導体発光装置では、所謂白熱電球の形状をしているので、パッケージとソケット体との接触面積が少なく、大電流駆動による半導体発光素子の発熱を放散するだけの十分な放熱特性が得られない問題がある。
【特許文献１】特開２００１−２５７３０１号公報（３−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１７３７０３号公報（３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、十分な放熱特性が得られる半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様の半導体発光素子の接続装置では、外周側面に螺旋状の第１溝が形成され、内部に第１貫通孔が形成された第１導電体と、前記第１貫通孔に絶縁部材を介して嵌合され、一端部が前記第1導電体から露呈された第２導電体とを具備するパッケージと、内周側面に螺旋状の第２溝が形成された第２貫通孔を有し、且つ前記第1導電体に螺合された第３導電体と、前記第３導電体に絶縁部材を介して接合され、且つ前記第２導電体の露呈端部と接触する第４導電体とを具備するソケット体と、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の別の一態様の半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置では、外周側面に螺旋状の第１溝が形成され、内部に第１貫通孔が形成された筒状の第１導電体と、前記第１貫通孔に絶縁部材を介して嵌合され、一端部が前記第１導電体か露呈された第２導電体とを具備する複数のパッケージと、内周側面に螺旋状の第２溝が形成された多数の第２貫通孔を有し、且つ前記各第２貫通孔に前記各パッケージの前記１導電体がそれぞれ螺合された第３導電体と、前記第３導電体に絶縁部材を介して接合され、且つ前記各第２導電体の露呈端部とそれぞれ接触する第４導電体とを具備するソケット体と、前記各パッケージの前記第２導電体の主面にそれぞれ固着された半導体発光素子と、前記各半導体発光素子を前記各第１導電体にそれぞれ電気的接続するための接続導体と、前記各半導体発光素子および前記各接続導体をそれぞれ気密封止する手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、十分な放熱特性が得られる半導体発光素子の接続装置およびそれを用いた半導体発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の構造を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図、図２は半導体発光装置の組み立て方法を工程順に示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施例の半導体発光装置１０は、第１導電体１１と第２導電体１２が絶縁部材１３、１４を介して嵌合されたパッケージ１５と、第３導電体１６と第４導電体１７が絶縁部材１８を介して接合されたソケット体１９とを有している。
【００２０】
パッケージ１５の第１導電体１１は、円形の第１貫通孔２０を有する筒状に形成され、その主面、例えば上面側の外周側面が多角形状、例えば六角形状に形成され、残部の外周側面が円形状に形成されている。また、第1導電体１１の残部の外周側面には、螺旋状の第１溝２１、例えば雄ネジが形成され、上面側の第１貫通孔２０の内周側面には、筒軸方向に突出する凸部２２が形成されている。
【００２１】
凸部２２の主面、例えば上面には、半導体発光素子２３を外部に電気的接続するための接続導体２４、例えば金ワイヤを接続するための接続パッド２５が形成されている。
【００２２】
パッケージ１５の第２導電体１２は、第１導電体１１の第１貫通孔２０の断面と同じ円形状で、且つ第１貫通孔２０の内径より若干小さい外径を有する円柱状に形成されている。
【００２３】
また、第２導電体１２は、その主面、例えば上面に凹部２６を有している。この凹部２６は、第2導電体１２の上面側に末広がり状、例えば逆台形状の断面構造に形成され、その内面が傾斜面や放物線状の湾曲面をなして、底面に導電性接着剤、または共晶接合により固着される半導体発光素子２３から放射される光を第２導電体１２の上面側へ導出するようになっている。
【００２４】
第１および第２導電体１１、１２は、例えばニッケルおよび銀がメッキされた銅であり、絶縁部材１３、１４は、例えば熱伝導性シリコン樹脂、更には、熱伝導性シリコン樹脂に熱伝導性グリースを塗布したものが望ましい。
【００２５】
そして、第２導電体１２は、筒状の絶縁部材１３およびワッシャー状の絶縁部材１４を介して第１導電体１１の第１貫通孔２０に嵌合されてなり、第２導電体１２の外周側面は絶縁部材１３を介して第１導電体１１の内周側面に内接し、且つ第２導電体の上面は絶縁部材１４を介して凸部２２の主面と反対の下面に当接している。
【００２６】
ソケット体１９の第３導電体１６は円形の第２貫通孔２７を有し、第２貫通孔２７の内周側面に第２導電体１２の第１溝２１と螺合する螺旋状の第２溝２８、例えば雌ネジを有している。
【００２７】
ソケット体１９の第４導電体１７は板状に形成され、第３および第４導電体１６、１７は、例えばニッケルおよび銀がメッキされた銅からなる。
【００２８】
ソケット体１９の絶縁部材１８は、例えば両面に銀ロウがコーティングされたアルミナ板からなり、中央部に第２貫通孔２７より大きい円形の第３貫通孔２９を有している。
【００２９】
そして、第４導電体１７上に絶縁部材１８を介して第３導電体１６を載置し、且つ第３導電体１６の第２貫通孔２７と絶縁部材１８の第３貫通孔２９とを同心状に配置し、銀ロウが溶解する温度、例えば７００℃に加熱して徐冷することにより、第４導電体１７上に絶縁部材１８を介して第３導電体１６が接合されてなる。
【００３０】
図２に示すように、半導体発光装置１０の組み立ては、最初に第２導電体１２の凹部２６の底面に半導体発光素子２３を導電性接着剤、または共晶接合により固着する。次に、第２導電体１２を筒状の絶縁部材１３に挿入し、第２導電体１２の上面にワッシャー状の絶縁部材１４を載置した後、第２導電体１２を第１導電体１１の第１貫通孔２０に挿入する。
【００３１】
これにより、第２導電体１２は、筒状の絶縁部材１３を介して第１導電体１１の内周側面に内接し、ワッシャー状の絶縁部材１４を介して凸部２２の下面に当接し、第１導電体１１に電気的絶縁されて嵌合される。このとき、第２導電体１２の下端部は第１導電体１１の下端部より突出して露呈される。
【００３２】
次に、半導体発光素子２３を接続導体（図示せず）を介して接続パッド２５に接続した後、凹部２６内および凹部２６の上方の第１貫通孔２０内に発光波長に対して透明な樹脂（図示せず）を充填し、半導体発光素子２３および接続導体（図示せず）を気密封止する。
【００３３】
次に、第１導電体１１の上面に半導体発光素子２３から放射された光を一方向へ集光するレンズ３０を接着材により冠着して半導体発光素子２３を一体に内蔵したパッケージ１５を得る。
【００３４】
次に、パッケージ１５の第１溝２１をソケット体１９の第２溝２８にあてがい、締め付け工具でパッケージ１５の六角形状部を回転させることにより、パッケージ１５をソケット体１９にネジ込む。
【００３５】
第２導電体１２の下面が第４導電体１７に当接すると、凸部２２がストッパーとなり第２導電体１２の上面が凸部２２により押圧されるので、パッケージ１５がソケット体１９にネジ止めされる。
【００３６】
これにより、第１導電体１１と第３導電体１６が第１溝２１および第２溝２８を介して電気的接続され、第２導電体１２と第４導電体１７が当接により電気的接続され、半導体発光装置４０が完成する。
【００３７】
即ち、第１導電体１１はそれ自身で一方の配線をなし、第３導電体１６を介して外部に電気的接続される。同様に、第２導電体１２はそれ自信で他方の配線をなし、第４導電体１７を介して外部に電気的接続される。
【００３８】
従って、第１導電体１１と第３導電体１６の十分な接触面積が得られるので、第３導電体１６および第４導電体１７が放熱板として機能する。  
その結果、半導体発光素子２３の発熱が、第３導電体１６および第４導電体１７を介して外部に放散するので、十分な放熱特性を得ることが可能である。
【００３９】
図３は、半導体発光素子の接続装置を用いた集合半導体発光装置の構成を示す図で、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【００４０】
図３に示すように、本実施例の集合半導体発光装置４０では、ソケット体４１は矩形板状の第３導電体４２を有し、この第３導電体４２には、所定の間隔を置いて多数の第２貫通孔４７が形成されている。この第２貫通孔４７の内周側面には、パッケージ１５の第２導電体１２の第１溝２１と螺合する螺旋状の第２溝４８、例えば雌ネジが形成されている。
【００４１】
また、ソケット体４１は、第３導電体４２と同形状の矩形状に形成された絶縁部材４４を有し、この絶縁部材４４には第３導電体４２の第２貫通孔４７と対応する位置に第２貫通孔４７より大きな円形の第３貫通孔４９が形成されている。そして、この絶縁部材４４は、第３導電体４２の下面に接合されている。
【００４２】
また、ソケット体４１は、第３導電体４２と同形状の矩形状に形成された板状の第４導電体４３を有し、この第４導電体４３は、絶縁部材４４を介して第３導電体４２の下面に接合されている。
【００４３】
そして、ソケット体４１の各第２貫通孔４７に各パッケージ１５をそれぞれネジ止めすることにより、多数のパッケージ１５の半導体発光素子２３の一方の電極は第３導電体４２に共通接続され、他方の電極は第４導電体４３に共通接続される。
【００４４】
これにより、第３導電体４２および第４導電体４３は共通カソード配線及び共通アノード配線としてだけでなく、放熱板として機能するので、十分な放熱特性を有する集合半導体発光装置４０を得ることが可能である。
【００４５】
図４は、図３に示した集合半導体発光装置４０の等価回路を示す図である。図４に示すように、複数の半導体発光素子２３のカソードＫが第４導電体４３を共通カソード配線とし、アノードＡが第３導電体４２を共通アノード配線としてそれぞれ並列接続され、抵抗４５を介して電源４６に接続されている。
【００４６】
更に、複数の集合半導体発光装置４０を直列または並列接続すれば、より大型の集合半導体発光装置を容易に構成することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例によれば、外周側面に螺旋状の第１溝２１を形成したパッケージ１５を内周側面に螺旋状の第２溝４８を形成したソケット体４１に嵌合しているので、パッケージ１５とソケット体４１の十分な接触面積が得られる。
【００４８】
その結果、十分な放熱特性が得られるため、大電流で動作し、信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。
【００４９】
ここでは、多数のソケット体４１を一体形成した場合について説明したが、多数のソケット体を所定の間隔で基板に載置して、各ソケット体を互いに配線を介して電気的接続しても構わない。
【００５０】
また、第３導電体と第４導電体が絶縁部材として銀ロウをコーティングしたアルミナ板で接合された場合について説明したが、必要な放熱特性が得られる範囲内で有機系の絶縁性接着剤、例えばエポキシ系接着剤で接合しても構わない。これによれば、接合時の熱処理温度を下げることができるので、接合工程が簡略化できる利点がある。
【００５１】
更に、絶縁部材が熱伝導性シリコン樹脂からなる場合について説明したが、絶縁部材は誘電体フィルムやセラミックスなどでも構わない。
【実施例２】
【００５２】
図５は本発明の実施例２に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の構成を示す図で、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印の方向から眺めた断面図である。
【００５３】
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００５４】
本実施例が実施例１と異なる点は、第２導電体１２の上面に絶縁部材を介して接続パッドを形成したことにある。
【００５５】
即ち、図５に示すように、半導体発光装置５０は、第１導電体１１の凸部５４の下面と第２導電体１２の上面との電気的絶縁のためのワッシャー状の絶縁部材５３の主面、例えば上面に導電膜５１を形成し、この導電膜５１上の一部に接続パッド５２を形成している。そして、第１導電体１１の内周側面の凸部５４は、接続パッド５２を露呈し、接続パッド５２に接続される接続導体２４のボンディングボールを押し潰さないような大きさに形成している。
【００５６】
導電膜５１は、例えば無電界メッキ法により形成された銅で、更に、ニッケルおよび銀をメッキしておくことが望ましい。
【００５７】
第１導電体１１の第１貫通孔２０に絶縁部材１３、５３を介して第２導電体１２を嵌合することにより、導電膜５１は凸部５４の下面に当接し、半導体発光素子２３は第１導電体１１と電気的接続される。
【００５８】
これにより、パッケージ１５をソケット体１９にネジ止めする場合に、第１導電体１１と第２導電体１２の位置関係が捩れても、接続導体２４が引っ張られて断線する恐れがない利点がある。
【００５９】
絶縁部材５３を第２導電体１２の上面に、例えば絶縁性接着剤を用いて固着し、半導体発光素子２３が接続導体２４を介して接続パッド５２に予め接続されていれば、半導体発光装置５０の組み立て工程が簡略化され、また、組み立て後に、第２導電体１２を自由に着脱できる利点がある。
【００６０】
以上説明したように、本実施例によれば、第１導電体１１と第２導電体１２が導電膜５１介して電気的接続されるようにしたので、第１導電体１１と第２導電体１２の位置関係が捩れた場合でも、接続導体２４が引っ張られて断線する恐れがなく、信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。
【００６１】
上述した実施例においては、絶縁部材１３が筒状で、絶縁部材１４、５３がワッシャー状の場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、絶縁部材１３、１４あるいは絶縁部材１３、５３を一体化した絶縁部材、例えば、底部に凹部２６が露出するような孔を有する有底筒状の絶縁部材であっても構わない。
【００６２】
また、第２導電体１２が円柱状の場合について説明したが、例えば図６に示すように角柱状の導電体であっても構わない。これによれば、第１導電体１１と第２導電体１２の位置関係が捻れることがないので、接続導体２４が引っ張られて断線する恐れがない。
【００６３】
更に、第１導電体１１の主面側の外周側面が断面六角形状の場合について説明したが、締め付け工具によりパッケージ１５をソケット体１９にネジ込める形状であれば特に限定されず、外周側面にローレット加工を施しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の構造を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の製造工程を順に示す図。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の接続装置を用いた集合半導体発光装置を示す図で、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の接続装置を用いた集合半導体発光装置の等価回路を示す図。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の構造を示す図で、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る半導体発光素子の接続装置を用いた半導体発光装置の他の構造を示す平面図。
【符号の説明】
【００６５】
１０、５０、６０  半導体発光装置
１１  第１導電体
１２  第２導電体
１３、１４、１７、４４、５３、６３  絶縁部材
１５  パッケージ
１６、４２  第３導電体
１８、４３  第４導電体
１９、４１  ソケット体
２０  第１貫通孔
２１  第１溝
２２、５４、６４  凸部
２３  半導体発光素子
２４  接続導体
２５、５２、６２  接続パッド
２６  凹部
２７、４７  第２貫通孔
２８、４８  第２溝
２９、４９  第３貫通孔
３０  レンズ
４０  集合半導体発光装置
４５  抵抗
４６  電源
５１、６１  導電膜
【図１】
2006060050.tif 000003
【図２】
2006060050.tif 000004
【図３】
2006060050.tif 000005
【図４】
2006060050.tif 000006
【図５】
2006060050.tif 000007
【図６】
2006060050.tif 000008