(57)【要約】【課題】  高出力発光ダイオード装置の製造コストの低減を図る【解決手段】  半導体発光装置に組み込まれる発光素子及びこの発光素子に逆バイアス状態で並列接続される保護ダイオードを有する半導体発光モジュールであり、発光素子が形成され表面が光放射面となり裏面に発光素子のｐ電極及びｎ電極を有する半導体チップと、保護ダイオードが形成され、半導体チップのｎ電極に接続されかつ保護ダイオードのｐ電極を形成する電極を表面に有し、保護ダイオードのｎ電極を形成する電極を裏面に有する保護ダイオードチップと、半導体チップのｐ電極に接続される電極を表面に有し、裏面に他の電極を有する導体からなる支持チップとを有し、保護ダイオードチップの表面のｐ電極はその一部がワイヤを接続するワイヤ接続部を形成している。【選択図】        図１
2006108204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及びこの発光素子に逆バイアス状態で並列接続される保護ダイオードを有する半導体モジュールであって、
前記発光素子が形成され、表面が光放射面となり、前記表面の反対面となる裏面に前記発光素子のｐ電極及びｎ電極を有する半導体チップと、
前記保護ダイオードが形成され、前記半導体チップの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの一方の電極に接続されかつ前記保護ダイオードの一方の電極を形成する電極を表面に有し、前記保護ダイオードの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの他方の電極を形成する電極を前記表面の反対面となる裏面に有する保護ダイオードチップと、
前記半導体チップの前記他方の電極に接続される電極を表面に有し、前記表面の反対面となる裏面に他の電極を有する導体からなる支持チップとを有し、
前記保護ダイオードチップの表面の前記電極はその一部がワイヤを接続するワイヤ接続部を形成していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記保護ダイオードチップ及び前記支持チップは細長形状となり、前記保護ダイオードチップは前記半導体チップの対面する一対の側部の一方を支持し、前記支持チップは前記半導体チップの対面する前記一対の側部の他方を支持していることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
回路素子が形成された半導体チップと、
前記半導体チップの下面に接続され、前記半導体チップを支持する複数のチップとを有し、
前記複数のチップのうち少なくともいくつかは前記半導体チップに形成された前記回路素子に電気的に接続され、かつ外部との電気的に接続に供される電極を有し、
前記電極を有する前記複数のチップのうち少なくともいくつかには回路素子が形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
透明な樹脂で形成される封止体と、
前記封止体の内外に亘って延在する第１及び第２のリードと、
前記第１のリードの前記封止体内に位置する支持部分に搭載され、前記第１及び第２のリードにそれぞれ電極が電気的に接続され、かつ前記封止体の所定外方向に光を放射する発光素子及びこの発光素子に逆バイアス状態で並列接続される保護ダイオードを有する半導体モジュールとを有し、
前記半導体モジュールは、
前記発光素子が形成され、表面が光放射面となり、前記表面の反対面となる裏面に前記発光素子のｐ電極及びｎ電極を有する半導体チップと、
前記保護ダイオードが形成され、前記半導体チップの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの一方の電極に接続されかつ前記保護ダイオードの一方の電極を形成する電極を表面に有し、前記保護ダイオードの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの他方の電極を形成する電極を前記表面の反対面となる裏面に有する保護ダイオードチップと、
前記半導体チップの前記他方の電極に接続される電極を表面に有し、前記表面の反対面となる裏面に他の電極を有する導体からなる支持チップと、
前記保護ダイオードチップ表面の前記電極の一部で形成されるワイヤ接続部とを有し、
前記ワイヤ接続部と前記第２リードは前記封止体内で導電性のワイヤで接続されていることを特徴とする電子装置。
【請求項５】
前記第１のリードの前記封止体内に位置する内端部分は前記半導体モジュールを表面に載置する金属からなる支持部分を有し、
前記支持部分の周縁には前記表面に対して傾斜し、前記発光素子から側方に放射された光を前記封止体の前記所定方向に反射させる光反射面を有することを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体モジュール（半導体発光モジュール）及びその半導体発光モジュールを組み込んだ電子装置（半導体発光装置）に係わり、特に発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を組み込んだＬＥＤランプ（電子装置）に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードの外来サージに起因する破壊を防止するために、保護ダイオードとしてツェナーダイオードを付加している（例えば、非特許文献１）。非特許文献１には、サファイア基板を使用した白、青、緑色のＬＥＤはＥＳＤ（electrostatic discharge ）サージ耐量が低いことが記載されている。また、ＬＥＤチップ構造としては、サファイア基板の主面側、即ち、発光層を含む化合物半導体層を形成した面側にアノード電極とカソード電極を形成した構造が記載されている。
【０００３】
一方、ＧａＮ系ＬＥＤ素子をＳｉダイオード素子が形成されたシリコン基板にフェイスダウン状態で搭載した半導体発光装置（ＬＥＤランプ）が知られている。ＧａＮ系ＬＥＤ素子のｐ電極とＳｉダイオード素子のｎ電極はＡｕマイクロバンプで接続され、ＧａＮ系ＬＥＤ素子のｎ電極とＳｉダイオード素子のｐ電極はＡｕマイクロバンプで接続されている。Ｓｉダイオード素子は静電破壊からＬＥＤ素子を守る働きをする。Ｓｉダイオード素子の裏面電極はリードフレームに接続され、Ｓｉダイオード素子のｐ電極のボンディングパッド部はＡｕワイヤーを介して他のリードフレームに接続されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、高出力ＬＥＤを搭載した機器の開発・製品化が進み、例えば、自動車用灯具のヘッド・ランプやストップ・ランプに高出力ＬＥＤを使う例が知られている（例えば、非特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ９８／３４２８５号パンフレット
【非特許文献１】株式会社ルネサステクノロジ  ホームページ（http://www.renesas.com/jpn/products/discrete/diode/surgeabsort/ledprotection.html 2004/05/15)
【非特許文献２】日経ＢＰ社発行「日経エレクトロニクス」2003年３月31日号、pp116 −pp118
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤランプにおいて、外来サージに起因する破壊を防止するために保護ダイオード（ツェナーダイオード）を付加する場合、ＬＥＤチップと保護ダイオードチップを並べて配置する構造ではＬＥＤランプが大型化する。そこで、特許文献１に示すように、Ｓｉダイオード素子を形成したシリコン基板（ダイオードチップ）上にＬＥＤチップをフェイスダウン状態で搭載することによってＬＥＤランプの小型化を図っている。
【０００７】
一方、ＬＥＤランプもさらなる高出力化が図られ、例えば、自動車の前照灯（ヘッド・ランプ）として使用されようとしている。保護ダイオードを形成した半導体基板上にＬＥＤチップをフリップ・チップ接続によって搭載する構造では、ＬＥＤチップのサイズの大型化によってＬＥＤチップを搭載する半導体基板のサイズも大きくなる。この結果、ＬＥＤランプの製造コストも上昇する。
本発明の目的は、高出力半導体発光装置に組み込む半導体発光モジュールの製造コストの低減を図ることにある。
本発明の他の目的は、高出力半導体発光装置の製造コストの低減を図ることにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）半導体発光装置（電子装置）に組み込まれる発光素子及びこの発光素子に逆バイアス状態で並列接続される保護ダイオード（ツェナーダイオード）を有する半導体発光モジュール（半導体モジュール）であって、
前記発光素子が形成され、表面が光放射面となり、前記表面の反対面となる裏面に前記発光素子のｐ電極及びｎ電極を有する半導体チップと、
前記保護ダイオードが形成され、前記半導体チップの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの一方の電極に接続されかつ前記保護ダイオードの一方の電極を形成する電極を表面に有し、前記保護ダイオードの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの他方の電極を形成する電極を前記表面の反対面となる裏面に有する保護ダイオードチップと、
前記半導体チップの前記他方の電極に接続される電極を表面に有し、前記表面の反対面となる裏面に他の電極を有する導体からなる支持チップとを有し、
前記保護ダイオードチップの表面の前記電極はその一部がワイヤを接続するワイヤ接続部を形成していることを特徴とする。
【００１０】
また、前記保護ダイオードチップ及び前記支持チップは細長形状となり、前記保護ダイオードチップは前記半導体チップの対面する一対の側部の一方を支持し、前記支持チップは前記半導体チップの対面する前記一対の側部の他方を支持している。
【００１１】
このような半導体発光モジュールを組み込んだ半導体発光装置は以下の構成となる。
【００１２】
先端が半球面となる透明な樹脂で形成される封止体と、
前記封止体の内外に亘って延在する第１及び第２のリードと、
前記第１のリードの前記封止体内に位置する支持部分に搭載され、前記第１及び第２のリードにそれぞれ電極が電気的に接続され、かつ前記封止体の所定外方向に光を放射する発光素子及びこの発光素子に逆バイアス状態で並列接続される保護ダイオードを有する半導体発光モジュールとを有し、
前記半導体発光モジュールは、
前記発光素子が形成され、表面が光放射面となり、前記表面の反対面となる裏面に前記発光素子のｐ電極及びｎ電極を有する半導体チップと、
前記保護ダイオードが形成され、前記半導体チップの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの一方の電極（ｎ電極）に接続されかつ前記保護ダイオードの一方の電極（ｐ電極）を形成する電極を表面に有し、前記保護ダイオードの前記ｐ電極及びｎ電極のうちの他方の電極（ｐ電極）を形成する電極を前記表面の反対面となる裏面に有する保護ダイオードチップと、
前記半導体チップの前記他方の電極（ｐ電極）に接続される電極を表面に有し、前記表面の反対面となる裏面に他の電極を有する導体からなる支持チップと、
前記保護ダイオードチップ表面の前記電極の一部で形成されるワイヤ接続部とを有し、  前記ワイヤ接続部と前記第２リードは前記封止体内で導電性のワイヤで接続されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記第１のリードの前記封止体内に位置する内端部分は前記半導体発光モジュールを表面に載置する金属からなる支持部分を有し、
前記支持部分の周縁には前記表面に対して傾斜し、前記発光素子から側方に放射された光を前記封止体の前記所定方向に反射させる光反射面を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
前記（１）の手段によれば、（ａ）半導体発光モジュールは、発光ダイオードのｐ電極及びｎ電極を有する半導体チップと、半導体チップのｎ電極にツェナーダイオードのｐ電極が接続される保護ダイオードチップと、半導体チップのｐ電極に接続される支持チップとからなっている。そして、保護ダイオードチップ及び支持チップはその裏面が電極面となっている。このため、先に半導体発光モジュールを組み立てておき、その後の半導体発光装置の製造において、支持部分の表面に半導体発光モジュールを接続することが可能となり、半導体発光装置の組立が容易になり、作業コストの低減が図れる。
【００１５】
（ｂ）ツェナーダイオードを形成する保護ダイオードチップ全体で半導体チップを支持しようとすると、保護ダイオードチップは半導体チップと同じ程度の寸法かあるいはそれ以上大きくなってしまい材料費が高くなる。しかし、本発明のように、保護ダイオードチップ及び支持チップを細長い形状とし、半導体チップの対面する一対の側部を保護ダイオードチップ及び支持チップで支持することにより、材料費を大幅に低減でき、半導体発光モジュールの製造コスト低減が可能になる。従って、半導体発光装置のコストの低減を図ることができる。
【００１６】
（ｃ）発光ダイオードの光出力（光効率）の増大に伴い、発光面積も大きくなり、半導体チップ寸法も大きくなる。このため、自動車のヘッドライト等光効率が１０〜１５０ルーメン／Ｗと大きいＬＥＤランプの製造において、ツェナーダイオードを内蔵するシリコンからなるチップの大きさは半導体チップに比較して十分小さくできるため、ツェナーダイオードを組み込む半導体発光モジュール及びＬＥＤランプの製造コストの低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１８】
本実施例１の半導体発光装置１は、外観的には透明な樹脂で形成される封止体２と、この封止体２の一面（裏面）から突出する金属製の２本のリード３，４とからなっている。封止体２は円柱状となり、円柱状の先端は半球状（ドーム状）の半球面（ドーム面）５となり、先端の反対面は平坦な裏面６となっている。図１では、半導体発光装置１はドーム面５が上面となり、裏面６が下面となる姿勢にある。
【００１９】
２本のリード３，４のうちの第１のリード３の内端部分は封止体２内に位置するとともに、その内端である先端面には金属板からなる支持部分（支持板）７が溶接等導電性の接合材によって重ねて固定されている。従って、支持板７は第１のリード３と等電位になる。支持板７の上面には半導体発光モジュール１５が搭載されている。半導体発光モジュール１５は、回路素子として発光素子（例えば、発光ダイオード：ＬＥＤ）が形成された半導体チップ２５と、半導体チップ２５の一方の電極に接続される発光ダイオードを保護する回路素子としての保護ダイオード（例えば、ツェナーダイオード）が形成された保護ダイオードチップ３５と、半導体チップ２５の他方の電極に接続される支持チップ４５とからなっている。
【００２０】
発光ダイオードは所定の電圧下でｐｎ接合面（発光部）から光を発生する。発光ダイオードから放射された光は封止体２内を通過し、ドーム面５から半導体発光装置１の前方（図１では上方）に向けて放射される。ドーム面５の曲率を所定の曲率とすることによって、発光ダイオードから発光された光を封止体２の前方に所定の光強度分布を持って放射させることができる。
【００２１】
また、支持板７の周辺部分は支持板７の表面（図１では上面）に対して所定角度で傾斜する光反射面８を有している。この光反射面８は半導体発光モジュール１５を囲むように円形に設けられ、半導体発光モジュール１５の側方に放射された光を受け、かつその光を反射させて反射光を封止体２のドーム面５側に向かわせるようになっている。光反射面８は、例えば、円形の支持板７の周辺部分を絞り加工あるいはプレス成形加工によって形成することができる。
【００２２】
また、支持板７の表面は半導体発光モジュール１５が搭載されることから、図示はしないが必要に応じて所定のめっき膜が形成される。また、光反射面８は光の反射を効率的に行うため、図示はしないが必要に応じてめっき膜が形成される。
【００２３】
２本のリード３，４のうちの第２のリード４の内端部分は封止体２の中に位置するが、この内端部分は前記支持板７（光反射板８）に接触してショートしないように所定箇所で屈曲して支持板７の側方上部に先端を位置させている。この第２のリード４の内端先端部分にはワイヤ接続部９が形成されている。ワイヤ接続部９は、例えば、第２のリード４の内端面に金属板を溶接等導電性の接合材によって接続することによって形成する。このワイヤ接続部９は第２のリード４と等電位になる。このワイヤ接続部９は、第２のリード４の内端部分を折り曲げ、かつ折り曲げた部分を押し潰して平坦化して形成するなど他の構造でもよい。
【００２４】
半導体発光モジュール１５は、発光ダイオード２０を形成した半導体チップ２５と、前記半導体チップ２５の対面する一対の側部の一方の側部（図１では左側）の裏面に固定される保護ダイオードチップ３５と、前記半導体チップ２５の対面する一対の側部の他方の側部（図１では右側）の裏面に固定される支持チップ４５とからなっている。保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５はシリコン半導体で形成されている。保護ダイオードチップ３５の裏面（下面）は導電性の接着剤４２（例えば、Ａｇペースト）を介して支持板７の表面（上面）に固定され、支持チップ４５の裏面（下面）は導電性の接着剤５０を介して支持板７の表面に固定されている。また、保護ダイオードチップ３５の表面の電極４０の一部であるワイヤ接続部３９とワイヤ接続部９は導電性のワイヤ５５で接続されている。これにより、図２に示すように、半導体発光装置１は２本のリード３，４を外部端子（ピン）とする等価回路を構成することになる。
【００２５】
図２の等価回路図に示すように、半導体発光装置１は、発光ダイオード（発光素子）２０に発光ダイオードを保護するための保護ダイオード（ツェナーダイオード）２１を逆バイアス状態で並列接続した構造になっている。発光ダイオード２０とツェナーダイオード２１の接続は各素子の電極が逆となる極性同士が接続される構造（逆バイアスによる並列接続）になっている。即ち、発光ダイオード２０のｐ電極側にツェナーダイオード２１のｎ電極が接続され、発光ダイオード２０のｎ電極側にツェナーダイオード２１のｐ電極が接続されている。これにより、発光ダイオード２０に印加される逆方向の電圧はツェナーダイオード２１の順方向動作電圧の電圧値でカットされ、発光ダイオード２０の順方向電極はツェナーダイオード２１の逆方向ブレークダウン電圧の電圧値でカットされ、発光ダイオード２０に過大の電流が流れないようになっている。従って、発光ダイオード２０を保護するためには、所定の順方向動作電圧を有し、所定の逆方向ブレークダウン電圧を有するツェナーダイオード２１を選択すればよい。
【００２６】
ここで半導体発光モジュール１５及びその構成部品について、図３乃至図７を参照しながら説明する。半導体発光モジュール１５は、図３及び図４に示す構造になっている。図３は半導体発光モジュール１５の平面図、図４は半導体発光モジュール１５の模式的断面図である。半導体発光モジュール１５は、発光ダイオード２０を形成した半導体チップ２５と、ツェナーダイオード２１を形成した保護ダイオードチップ３５と、支持チップ４５とを有している。図５は半導体チップ２５の断面図であり、図６は保護ダイオードチップ３５の断面図であり、図７は支持チップ４５の断面図である。
【００２７】
半導体チップ２５は、図３に示すように矩形状（四角形状）になっている。また、半導体チップ２５は、図５に示すように、絶縁性のサファイア基板２６の主面（図５では上面）に、ｎ型のＧａＮ系化合物半導体層２７と、発光層２８と、ｐ型のＧａＮ系化合物半導体層２９が順次積層されてダブルヘテロ構造となっている。そして、最上層のｐ型のＧａＮ系化合物半導体層２９の上面にはｐ電極３０が形成されている。また、積層膜は部分的に除去されてｎ型のＧａＮ系化合物半導体層２７が一部露出するようになっている。そして、ｎ型のＧａＮ系化合物半導体層２７の露出した部分上にはｎ電極３１が形成されている。また、ｐ電極３０及びｎ電極３１上にはそれぞれバンプ電極３０ａ，３１ａが形成されている。例えば、バンプ電極３０ａ，３１ａは、図とは異なるが、金ワイヤをネイルヘッドボンディングによって接続した後、接続部近傍で切断して形成するいわゆる金スタッドバンプで形成されている。バンプ電極３０ａ，３１ａは金スタッドバンプに限定されるものではなく、他のバンプ構造でもよい。
【００２８】
半導体チップ２５はｐ電極３０及びｎ電極３１を有する面を下面として搭載されることから、搭載面が略所定の高さで一致するようにバンプ電極３１ａはバンプ電極３０ａよりも厚くなっている。本明細書では、広義には、前記バンプ電極３０ａ，３１ａをも含めてｐ電極，ｎ電極と呼称する場合がある。実際の半導体チップ２５は、主面側表面は保護膜である絶縁膜で保護され、一部の保護膜が開口され、この開口部分に前記ｐ電極３０及びｎ電極３１が形成されている構造になっている。
【００２９】
保護ダイオードチップ３５は、図６に示すように、ｎ型のシリコン基板３６と、このｎ型のシリコン基板３６の表面（図６では上面）の表層部分に選択的に形成したｐ型領域３７とを有している。ｎ型のシリコン基板３６の表層部分にｐ型領域３７を形成することによってツェナーダイオード２１が形成される。保護ダイオードチップ３５は、図３に示すように、半導体チップ２５の対面する一対の側部の一方（左辺部分）を支持するように細長矩形体に形成されている。
【００３０】
前記ｎ型のシリコン基板３６の表面（各図において上面）は絶縁膜３８で覆われている。また、絶縁膜３８は選択的に除去されてｐ型領域３７上に開口部が設けられている。そして、この開口部分にはｐ電極４０が形成されている。また、ｎ型のシリコン基板３６の裏面（図６では下面）には、ｎ型のシリコン基板３６に接触するｎ電極４１が形成されている。このｎ電極４１は保護ダイオードチップ３５が支持板７の表面に導電性接着剤を介して接続した際、ｎ型のシリコン基板３６と第１のリード３を電気的に接続するために設けられる。ｐ電極４０とリード４のワイヤ接続部９はワイヤ５５によって接続されている。なお、ワイヤ５５をｐ電極４０に接続する際、ワイヤ５５を保持するワイヤボンディングツールが半導体チップ２５に接触しないように、ｐ型領域３７及びｐ電極４０は長く形成されている。
【００３１】
支持チップ４５は、図７に示すように、ｎ型のシリコン基板４６からなり、シリコン基板４６の上面に電極（導体層）４７、下面に電極（導体層）４８を有している。支持チップ４５の上面の導体層４７は、図４に示すように、支持チップ４５に半導体チップ２５を接続する際半導体チップ２５のバンプ電極３０ａに接続される。また、支持チップ４５の下面の導体層４８は、図１に示すように、支持チップ４５を支持板７に接続する際、導電性の接着剤５０によって支持板７に接続される。支持チップ４５は、図３に示すように、半導体チップ２５の対面する一対の側部の他方（右辺部分）を支持するように細長矩形体に形成されている。支持チップ４５は保護ダイオードチップ３５と対となって半導体チップ２５を支持するとともに、発光ダイオード２０のｐ電極３０とリード３を電気的に接続する役割を果たす。
【００３２】
ここで、寸法の一例を挙げるならば、半導体チップ２５は１辺が１ｍｍとなる正方形である。保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５は略同じ寸法であり、短辺が０．２ｍｍとなり、長辺が１．１ｍｍとなる長方形である。
【００３３】
半導体チップ２５を一枚のチップで支持すると支持するチップは広い面積を有するものとなる。しかし、本実施例１のように、半導体チップ２５の対面する一対の側部を保護ダイオードチップ３５と支持チップ４５で支持することによって半導体チップ２５を支持するチップを小さくでき、半導体発光モジュール１５の材料費低減が達成できる。
【００３４】
半導体発光モジュール１５の組み立て（製造）は、例えば、以下の手順で行う。即ち、図示しない治具上に保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５を位置決め載置する。つぎに、図示しない真空吸着工具でバンプ電極３０ａ，３１ａが下面になる状態で半導体チップ２５を保持して保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５上に供給する。この際、半導体チップ２５のバンプ電極３１ａが保護ダイオードチップ３５のｐ電極４０上に載り、半導体チップ２５のバンプ電極３０ａが支持チップ４５の電極４７上に載るように供給する。その後、バンプ電極３０ａ，３１ａをリフローして溶融させてｎ電極３１とｐ電極４０の接続及びｐ電極３０と電極４７の電気的接続を図る。
【００３５】
半導体発光モジュール１５においては、保護ダイオードチップ３５のｐ電極４０の一部、即ち半導体チップ２５のバンプ電極３１ａが接続された領域から遠くなる部分がワイヤ接続部３９となる。そして、前記ワイヤ接続部３９、保護ダイオードチップ３５の下面のｎ電極４１及び支持チップ４５の下面の電極４８が半導体発光モジュール１５における外部電極端子となる。
【００３６】
つぎに、本実施例１の半導体発光モジュール１５を使用する半導体発光装置１の製造方法（組立方法）について説明する。最初に、図８に示すように、一対のリード３，４が用意される。リード３，４は図示しない治具にクランプされて、図８に示すように、林立状態で支持される。なお、以降の説明においてもリード３，４を支持する治具は省略する。リード（第１のリード）３及びリード（第２のリード）４については既に説明済であることからその形状及び構造については省略する。
【００３７】
つぎに、図９に示すように、第１のリード３の支持板７の表面（上面）に半導体発光モジュール１５を搭載する。半導体発光モジュール１５の保護ダイオードチップ３５の裏面を導電性の接着剤４２で支持板７の表面に固定するとともに、半導体発光モジュール１５の支持チップ４５の裏面を絶縁性の接着剤５０で支持板７の表面に固定する。
【００３８】
つぎに、図１０に示すように、保護ダイオードチップ３５の表面（上面）のｐ電極４０のワイヤ接続部３９と第２のリード４のワイヤ接続部９を導電性のワイヤ５５で接続する。
【００３９】
つぎに、支持板７、半導体発光モジュール１５及びワイヤ５５を含むリード３，４の上部を透明な封止体２で封止することによって、図１に示す半導体発光装置１を製造することができる。封止体２は透明なエポキシ樹脂で形成され、先端はドーム面５とされる。
【００４０】
本実施例１によれば、以下の効果を有する。
（１）半導体発光モジュール１５は、発光ダイオード２０のｐ電極３０及びｎ電極３１を有する半導体チップ２５と、半導体チップ２５のｎ電極３１にツェナーダイオード２１のｐ電極３０が接続される保護ダイオードチップ３５と、半導体チップ２５のｐ電極３０に接続される支持チップ４５とからなっている。そして、保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５はその裏面が電極面となっている。このため、先に半導体発光モジュール１５を組み立てておき、その後の半導体発光装置１の製造において、支持部分７の表面に半導体発光モジュール１５を接続することが可能となり、半導体発光装置１の組立が容易になり、作業コストの低減が図れる。
【００４１】
（２）ツェナーダイオード２１を形成する保護ダイオードチップ３５の全体で半導体チップ２５を支持しようとすると、保護ダイオードチップ３５は半導体チップ２５と同じ程度の寸法かあるいはそれ以上大きくなってしまい材料費が高くなる。しかし、本実施例のように、保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５を細長い形状とし、半導体チップ２５の対面する一対の側部を保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５で支持することにより、材料費を大幅に低減でき、半導体発光モジュール１５の製造コスト低減が可能になる。従って、結果的に半導体発光装置１のコストの低減を図ることができる。
【００４２】
（３）発光ダイオード２０の光出力（光効率）の増大に伴い、発光面積も大きくなり、半導体チップ寸法も大きくなる。このため、自動車のヘッドライト等光効率が１０〜１５０ルーメン／Ｗと大きいＬＥＤランプ（半導体発光装置１）の製造において、ツェナーダイオード２１を内蔵するシリコンからなるチップの大きさは半導体チップに比較して十分小さくできるため、ツェナーダイオード２１を組み込む半導体発光モジュール１５及びＬＥＤランプの製造コストの低減が図れる。
【実施例２】
【００４３】
図１１及び図１２は本発明の実施例２である半導体発光モジュールに係わる図である。図１１は半導体発光モジュールの平面図、図１２は半導体発光モジュールの断面図である。本実施例２の半導体発光モジュール１５ａは、半導体チップ２５を支持する保護ダイオードチップ３５ａ及び支持チップ４５ａをさらに小型（小面積）として材料低減を図るものである。保護ダイオードチップ３５ａ及び支持チップ４５ａはその構造は実施例１と同一である。
【００４４】
本実施例２の半導体発光モジュール１５ａの保護ダイオードチップ３５ａ及び支持チップ４５ａは、図１１に示すように、正方形に近似した小型になっている。即ち、実施例１においては、保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５は、半導体チップ２５の１辺と略同じ長辺を有する長方形（矩形）となっているが、本実施例２の場合はこの長方形の長辺を短くした寸法になっている。保護ダイオードチップ３５ａ及び支持チップ４５ａは正方形でもよい。そして、この小型の保護ダイオードチップ３５ａ及び支持チップ４５ａで半導体チップ２５の対面する角部（隅部）、即ち、四角形の半導体チップ２５の一つの対角線上に位置する対面する角部（隅部）をそれぞれ支持する構造になっている。これにより、半導体チップ２５を支持するチップの材料費低減が可能になる。
【００４５】
実施例２の半導体発光モジュールは、回路素子が形成された半導体チップを複数のチップで支持する構造である。実施例２では四角形の半導体チップ２５の二つの角部（隅部）をそれぞれチップ（保護ダイオードチップ３５，支持チップ４５）で支持するが、四角形の半導体チップの四隅をそれぞれチップで支持する構造であってもよい。この場合、二隅は保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５で支持するが、残りの二隅は半導体発光モジュールの回路構成に関係のないチップ構造となっている。即ち、このチップは接着剤との接着性が良好な基板である場合には、保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５と同じ厚さの基板で形成される。そして、基板の表面（上面）が接着剤によって半導体チップ２５の下面に接着される。接着剤との接着性が良好でない基板の場合には表裏面に接着性を良好とする層を形成しておけばよい。
【００４６】
このモジュール構成は、半導体チップが発光素子に限定されるものではなく、他の回路素子が形成された半導体チップによる半導体モジュールであっても同様に適用できる。
【００４７】
また、前記説明においては、半導体チップの各角部をチップで支持するとしたが、これに限定されるものではなく、チップによって半導体チップを支持する位置は角部を外れた位置であってもよい。
【実施例３】
【００４８】
図１３は本実施例３である半導体発光装置の断面図である。本実施例３の半導体発光装置１は、半導体発光モジュール１５ｂの支持チップ４５ｂを導体で形成したものである。導体は、例えば銅等の金属板５１で形成したものである。そして、この金属板の表裏面にそれぞれめっき膜を形成して、実施例１と同様に電極（導体層）４７，４８を形成したものである。本実施例３の半導体発光装置１は、支持チップ４５ｂが金属板と、この金属板の表裏面に形成されためっき膜からなる以外は他の部分は実施例１の半導体発光装置１と同様な構造になっている。
【００４９】
実施例１では、支持チップ４５はシリコンチップ（半導体チップ）を主体として形成されるが、本実施例３では支持チップ４５ｂは金属板を主体として形成されている。金属板はシリコン基板に比較して熱伝達特性が良好であることから、半導体チップ２５で発生した熱を速やかに支持板７に伝達できるため、半導体チップ２５に形成される発光ダイオード２０の安定動作が達成できる。従って、半導体発光装置１の安定動作と長寿命化が達成できる。
【００５０】
また、金属板はシリコン基板に比較して安価であることから、半導体発光モジュール１５ｂのコスト低減、半導体発光装置１のコスト低減が可能になる。
【００５１】
なお、支持チップ４５を接着剤を介して支持板７やバンプ電極３０ａに接続できる金属の場合は、電極４７及び電極４８は省略できる。
【実施例４】
【００５２】
図１４乃至図１６は本発明の実施例４である半導体発光装置に係わる図である。図１４は半導体発光モジュールの断面図、図１５は半導体発光モジュールの平面図、図１６は半導体発光装置の断面図である。
【００５３】
本実施例４の半導体発光モジュール１５ｃは、実施例１の半導体発光モジュール１５の裏面（下面）を導体板７０に固定した構造になっている。即ち、半導体発光モジュール１５ｃの保護ダイオードチップ３５の裏面（下面）は導電性の接着剤７１を介して導体板７０の表面（上面）に固定されている。また、半導体発光モジュール１５ｃの支持チップ４５の裏面（下面）は導電性の接着剤７２を介して導体板７０の表面（上面）に固定されている。
【００５４】
このような半導体発光モジュール１５ｃは、図１６に示すように、導体板７０の裏面（下面）を導電性の接着剤７３を介して支持板７の表面（上面）に固定することによって半導体発光装置１を製造することができる。半導体発光モジュール１５ｃでは、導体板７０の下面及び保護ダイオードチップ３５のｐ電極４０の一部であるワイヤ接続部４９が外部電極端子となる。従って、半導体発光モジュール１５ｃの実装のため必要に応じて導体板７０の下面に所望材料からなる電極を形成する。
【００５５】
本実施例４では、半導体チップ２５の裏面にそれぞれ固定される保護ダイオードチップ３５及び支持チップ４５は導体板７０に固定されることから、その取り扱い時に他のものに接触して保護ダイオードチップ３５や支持チップ４５が脱落する事故を防止することができ、半導体発光装置の組立作業性を向上させることができるとともに、歩留り向上が可能になる。
【実施例５】
【００５６】
図１７及び図１８は本発明の実施例５である半導体発光装置に係わる図である。図１７は半導体発光装置の構成部品の一つである半導体発光モジュールの断面図、図１８は半導体発光装置の等価回路図である。
【００５７】
本実施例５は、半導体発光装置に組み込む発光ダイオードに逆バイアス状態及び順バイアス状態で並列接続される二つの保護ダイオード（ツェナーダイオード）を有する構造に係わるものである。実施例５の半導体発光装置は、図１８の等価回路図に示すように、第１のリード３と第２のリード４との間に接続される発光ダイオード２０に、実施例１と同様に逆バイアス状態で第１の保護ダイオード（ツェナーダイオード）２１を並列接続している。また、順バイアス状態で発光ダイオード２０に第２の保護ダイオード（ツェナーダイオード）２２を並列接続している。これらツェナーダイオード２１，２２によって、発光ダイオード２０を流れようとする過大の電流をカットすることができる。
【００５８】
つぎに、図１７を参照しながら実施例５の半導体発光装置に組み込む半導体発光モジュール１５ｄの構造について説明する。本実施例５の半導体発光モジュール１５ｄは、実施例１の半導体発光モジュール１５においては、半導体チップ２５のｎ電極３１に接続する保護ダイオードチップ３５（第１の保護ダイオードチップ）は実施例１と同様である。しかし、半導体チップ２５のｐ電極３０に接続するチップは、実施例１とは異なり、発光ダイオード２０に順バイアス状態で並列に接続されるツェナーダイオード２２が形成された保護ダイオードチップ（第２の保護ダイオードチップ）８０となっている。なお、本実施例５の半導体発光モジュール１５ｄは実施例４の導体板７０を接続した例で説明する。
【００５９】
第２の保護ダイオードチップ、即ち、保護ダイオードチップ８０は、図１７に示すように、ｎ型のシリコン基板８１と、このｎ型のシリコン基板８１の表面（図１７では上面）の表層部分に選択的に形成したｐ型領域８２とを有している。シリコン基板８１の表層部分にｐ型領域８２を形成することによってツェナーダイオード２２が形成される。
【００６０】
前記シリコン基板８１の表面は絶縁膜８３で覆われている。また、絶縁膜８３は選択的に除去されてｐ型領域８２及びｎ型のシリコン基板８１の一部は部分的に露出している。前記露出部分であるｎ型のシリコン基板部分上にはｎ電極８４が形成され、ｐ型領域８２上にはｐ電極８５が形成されている。また、ｎ型のシリコン基板８１の裏面（図１７では下面）には電極（導体層）８６が形成されている。そして、保護ダイオードチップ３５の下面及び保護ダイオードチップ８０の下面は導電性の接着剤７１，７２を介して導体板７０の表面（上面）に固定されている。
【００６１】
半導体発光モジュール１５ｃでは、導体板７０の下面、保護ダイオードチップ３５のｐ電極４０の一部であるワイヤ接続部４９及びｐ電極８５が外部電極端子となる。
【００６２】
この半導体発光モジュール１５ｄを使用して半導体発光装置１を製造する場合、図１８の等価回路を形成するために、半導体発光モジュール１５ｄは導電性の接着剤を介して支持板７（図９参照）に接続される。その後の組立はワイヤボンディング箇所が一箇所増える以外は実施例１と同様である。
【００６３】
本実施例５の半導体発光モジュール１５ｄ及びこの半導体発光モジュール１５ｄを組み込んだ半導体発光装置１においては、実施例１乃至実施例４による効果に加えて、発光ダイオード２０のサージ破壊をツェナーダイオード２１，２２によって回避することができる。
【００６４】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６５】
実施例では発光素子が発光ダイオードであるものについて説明したが、本発明は他の発光素子の場合にも同様に適用でき同様の効果を得ることができる。また、発光ダイオードは他の材料系によるものでもよい。また、発光素子及び保護ダイオードの構造において、基板はｎ型としたが、ｐ型であってもよい。
【００６６】
また、実施例では２本のリードの先端側に半導体発光モジュールを取り付けた砲弾型のＬＥＤランプに本発明を適用したが、封止構造はこれに限定されるものではない。例えば、平面的に配置される複数のリードの上面側に半導体発光モジュールを取り付け、この半導体発光モジュールを覆うように封止体を形成する構造としてもよく、前記実施例と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１である半導体発光装置の断面図である。
【図２】実施例１の半導体発光装置の等価回路図である。
【図３】実施例１の半導体発光装置における半導体チップ等を示す平面図である。
【図４】前記半導体チップ等を示す断面図である。
【図５】前記半導体チップの断面図である。
【図６】前記半導体チップに接続される保護ダイオードチップの断面図である。
【図７】前記半導体チップに接続される支持チップの断面図である。
【図８】本実施例１の半導体発光装置の製造で使用するリードを示す断面図である。
【図９】本実施例１の半導体発光装置の製造において、前記リードの支持板の表面に半導体発光モジュールを固定した状態を示す断面図である。
【図１０】本実施例１の半導体発光装置の製造において、前記半導体発光モジュールの各電極とリードをワイヤで接続した状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例２である半導体発光モジュールの平面図である。
【図１２】本実施例２である半導体発光モジュールの断面図である。
【図１３】本実施例３である半導体発光装置の断面図である。
【図１４】本実施例４である半導体発光モジュールの断面図である。
【図１５】本実施例４である半導体発光モジュールの平面図である。
【図１６】本実施例４である半導体発光装置の断面図である。
【図１７】本実施例５である半導体発光モジュールの断面図である。
【図１８】本実施例５である半導体発光モジュールを組み込んだ半導体発光装置の等価回路図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…半導体発光装置、２…封止体、３…リード（第１のリード）、４…リード（第２のリード）、５…半球面（ドーム面）、６…裏面、７…支持部分（支持板）、８…光反射面、９…ワイヤ接続部、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…半導体発光モジュール、２０…発光ダイオード（発光素子）、２１，２２…保護ダイオード（ツェナーダイオード）、２５…半導体チップ、２６…サファイア基板、２７…ｎ型のＧａＮ系化合物半導体層、２８…発光層、２９…ｐ型のＧａＮ系化合物半導体層、３０…ｐ電極、３０ａ…バンプ電極、３１…ｎ電極、３１ａ…バンプ電極、３５…保護ダイオードチップ、３５ａ…保護ダイオード（ツェナーダイオード）、３６…ｎ型のシリコン基板、３７…ｐ型領域、３８…絶縁膜、３９…ワイヤ接続部、４０…ｐ電極、４１…ｎ電極、４２…接着剤、４５，４５ａ，４５ｂ…支持チップ、４６…ｎ型のシリコン基板、４７，４８…導体層、５０…接着剤、５１…金属板、５５…ワイヤ、７０…導体板、７１，７２，７３…接着剤、８０…保護ダイオードチップ、８１…シリコン基板、８２…ｐ型領域、８３…絶縁膜、８４…ｎ電極、８５…ｐ電極、８６…電極。
【図１】
2006108204.tif 000003
【図２】
2006108204.tif 000004
【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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