(57)【要約】  【課題】  配光分布が良好で、照度むらの生じない半導体発光装置を提供する。  【解決手段】  半導体発光装置１は、パターン１１が形成された基板１０と、基板１０上に配設されて電極２２を備えるサブマウント２０と、サブマウント２０上に配設されて電極２２と電気的に接続されたＬＥＤ素子３０とを備えている。パターン１１と電極２２とは、Ａｕワイヤ５０によって電気的に接続されている。  ここで、電極２２との接合部におけるＡｕワイヤ５０の方向と、基板１０の法線ｎ１とのなす角αは、パターン１１との接合部におけるＡｕワイヤ５０の方向と、基板１０の法線ｎ２とのなす角βよりも大きくなるようにＡｕワイヤ５０が接合されており、Ａｕワイヤ５０の基板１０からの高さＨ１は、ＬＥＤ素子３０の基板１０からの高さＨ２よりも低くなっている。  【選択図】  図５
2006203080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導体パターンが形成された基板と、
前記基板上に配設され、第２の導体パターンが形成されたサブマウントと、
前記サブマウント上に配設され、前記第２の導体パターンと電気的に接続された半導体発光素子とを備え、
前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとは、金属ワイヤによって電気的に接続されている半導体発光装置であって、
前記金属ワイヤのうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さは、前記半導体発光素子のうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さよりも低いこと
を特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
第１の導体パターンが形成された基板と、
前記基板上に配設され、第２の導体パターンが形成されたサブマウントと、
前記サブマウント上に配設され、前記第２の導体パターンと電気的に接続された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆うように前記サブマウント上に配設され、前記半導体発光素子の発光波長を他の波長に変換する蛍光物質含有樹脂とを備え、
前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとは、金属ワイヤによって電気的に接続されている発光装置であって、
前記金属ワイヤのうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さは、前記蛍光物質含有樹脂のうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板面からの高さよりも低いこと
を特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
前記金属ワイヤのうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板面からの高さは、前記半導体発光素子のうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さよりも低いこと
を特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記第２の導体パターンとの接合部における前記金属ワイヤの方向と、前記基板の法線とのなす角は、前記第１の導体パターンとの接合部における前記金属ワイヤの方向と、前記基板の法線とのなす角よりも大きいこと
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記金属ワイヤの一端にはイニシャルボールが形成されており、当該イニシャルボールと第１の導体パターンとが接合されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記金属ワイヤは、前記第１の導体パターンとの接合部を起点として、前記サブマウントから一旦遠ざかるように湾曲して立ち上がっていること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
第１の導体パターンが形成された基板と、
前記基板上に配設され、第２の導体パターンが形成されたサブマウントと、
前記サブマウント上に配設され、前記第２の導体パターンと電気的に接続された半導体発光素子とを備え、
前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとは、金属ワイヤによって電気的に接続されている半導体発光装置を製造する半導体発光装置の製造方法であって、
金属ワイヤの一端にイニシャルボールを形成する形成ステップと、
前記第１の導体パターンに、前記金属ワイヤの一端の前記イニシャルボールを接合する第１の接合ステップと、
前記第２の導体パターンに、前記金属ワイヤの他端を接合する第２の接合ステップとを含み、
前記第２の接合ステップは、前記第１の接合ステップが行われた後に実行されること
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、半導体発光装置に関し、特に配光分布を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、「ＬＥＤ」と表記する。）素子を搭載した半導体発光装置の形態として、例えば、図７に示すように、ＬＥＤ素子をサブマウント上にフリップチップ実装したサブマウント方式のものがある（例えば、特許文献１参照）。
フリップチップ実装は、実装領域を小さくすることができるので、装置の小型化をはかることができる。
【０００３】
ここで、図７に示す半導体発光装置の構成について簡潔に説明する。ＬＥＤ素子１３０は、サブマウント１２０上の電極１２２、１２３と金属バンプによって電気的に接続されることにより、サブマウント１２０上にフリップチップ実装されている。また、サブマウント上の電極１２２と、基板１１０に形成された配線パターン１１１とは、金属ワイヤ１５０によって電気的に接続されている。
【０００４】
ここで、フリップチップ実装は、実装領域を小さくできるものの、ＬＥＤ素子１３０の電極と、サブマウント１２０上の電極１２２、１２３とを金属バンプによって正確に接続することが少々困難であるという欠点を有している。
そこで、図７に示すようなサブマウント方式とすることによって、基板１１０にＬＥＤ素子１３０を搭載したサブマウント１２０を実装する前に、ＬＥＤ素子１３０がサブマウントに確実にフリップチップ実装がされているか否かを検査し、当該検査に合格したもののみを基板１１０に実装することができるので、半導体発光装置の製造歩留まりを向上させることができるとともに、質の高い半導体発光装置を提供することができる。
【特許文献１】特開２００１−１５８１７号公報：図９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、サブマウント方式においては、図７に示すように、サブマウント１２０上の電極１２２と、基板１１０に形成された配線パターン１１１とを、ワイヤボンディングによって金属ワイヤ１５０で電気的に接続する必要がある。
このとき、ＬＥＤ素子１３０から光が放射される主領域に金属ワイヤ１５０が存在することになるので、ＬＥＤ素子１３０から発せられた光が金属ワイヤ１５０によって遮られて、配光分布が不均一になり、照度むらが生じるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、配光分布の優れた半導体発光装置、及び当該半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置は、第１の導体パターンが形成された基板と、前記基板上に配設され、第２の導体パターンが形成されたサブマウントと、前記サブマウント上に配設され、前記第２の導体パターンと電気的に接続された半導体発光素子とを備え、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとは、金属ワイヤによって電気的に接続されている半導体発光装置であって、前記金属ワイヤのうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さは、前記半導体発光素子のうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さよりも低いことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成とすることにより、金属ワイヤのうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さは、半導体発光素子のうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さよりも低く、半導体発光素子から発せられた光が金属ワイヤによってほとんど遮られないので、配光分布の優れた半導体発光装置を提供することができる。
上記目的を達成するために、本発明に係る他の半導体発光装置は、第１の導体パターンが形成された基板と、前記基板上に配設され、第２の導体パターンが形成されたサブマウントと、前記サブマウント上に配設され、前記第２の導体パターンと電気的に接続された半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆うように前記サブマウント上に配設され、前記半導体発光素子の発光波長を他の波長に変換する蛍光物質含有樹脂とを備え、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとは、金属ワイヤによって電気的に接続されている発光装置であって、前記金属ワイヤのうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さは、前記蛍光物質含有樹脂のうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板面からの高さよりも低いことを特徴としている。
【０００９】
これにより、金属ワイヤのうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さは、蛍光物質含有樹脂のうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さよりも低く、蛍光物質含有樹脂から放射された光が、金属ワイヤによって遮られることを少なくすることができるので、配光分布の良好な半導体発光装置を提供することができる。
上記の他の半導体発光装置において、前記金属ワイヤのうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板面からの高さは、前記半導体発光素子のうち前記基板から最も距離が離れている部分の前記基板からの高さよりも低いことが望ましい。
【００１０】
これにより、金属ワイヤのうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さは、半導体発光素子のうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さよりも低く、半導体発光素子から発せられた光が金属ワイヤによってほとんど遮られないので、配光分布の優れた半導体発光装置を提供することができる。
上記構成において、前記第２の導体パターンとの接合部における前記金属ワイヤの方向と、前記基板の法線とのなす角は、前記第１の導体パターンとの接合部における前記金属ワイヤの方向と、前記基板の法線とのなす角よりも大きいことが望ましい。なお、「金属ワイヤの方向と、基板の法線とのなす角」は、金属ワイヤの方向と基板の法線とによってなされる角のうち、小さい方の角をさすものとする。
【００１１】
このように金属ワイヤの形状を調整することにより、金属ワイヤのうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さを容易に低くすることができる。
また、  前記金属ワイヤの一端にはイニシャルボールが形成されており、当該イニシャルボールと第１の導体パターンとが接合されていることが望ましい。
詳細については後述するが、製造工程において、金属ワイヤのイニシャルボール（金属塊）を接合した後は、接合面に対してある程度の長さだけ金属ワイヤを垂直に延伸させる必要があり、そのため、金属ワイヤの湾曲部は接合面に対して、所定の高さを必ず有することになる。ここで、イニシャルボールが半導体発光素子側にあると、金属ワイヤのうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さが、半導体発光素子のうち最も基板から距離が離れている部分の基板からの高さよりも高くなりやすいので、イニシャルボールは基板側に接合されていることが好適である。
【００１２】
ここで、前記金属ワイヤは、前記第１の導体パターンとの接合部を起点として、前記サブマウントから一旦遠ざかるように湾曲して立ち上がっていることが望ましい。
金属ワイヤをこのような形状にすることによって、金属ワイヤとサブマウントとが、接合部以外で接触しにくくなるとともに、金属ワイヤの耐性を高めることができる。
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、第１の導体パターンが形成された基板と、前記基板上に配設され、第２の導体パターンが形成されたサブマウントと、前記サブマウント上に配設され、前記第２の導体パターンと電気的に接続された半導体発光素子とを備え、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとは、金属ワイヤによって電気的に接続されている半導体発光装置を製造する半導体発光装置の製造方法であって、金属ワイヤの一端にイニシャルボールを形成する形成ステップと、前記第１の導体パターンに、前記金属ワイヤの一端の前記イニシャルボールを接合する第１の接合ステップと、前記第２の導体パターンに、前記金属ワイヤの他端を接合する第２の接合ステップとを含み、前記第２の接合ステップは、前記第１の接合ステップが行われた後に実行されることを特徴としている。
【００１３】
この方法によって製造することにより、金属ワイヤのうち最も基板から距離が離れている部分の基板からの高さを低くすることができるので、配光分布の優れ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】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る半導体発光装置について説明する。
＜第１の実施の形態＞
１−１．（ＬＥＤ装置の構成）
図１を参照しながら、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置１の構成を示す図である。
【００１５】
ＬＥＤ装置１は、基板１０と、サブマウント２０と、ＬＥＤ素子３０とを備えている。
基板１０は、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性材料からなり、Ｃｕからなるパターン１１、１２が形成されている。
図２を参照しながら、サブマウント２０の構成について説明する。図２は、サブマウント２０の構成を示す図であって、図２（ａ）はサブマウント２０の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）においてＱ方向からサブマウント２０を見たときの側面図である。
【００１６】
サブマウント２０は、主として、ｎ型のシリコン基板２１からなる。シリコン基板２１の上面にはパターンニングによってＡｌからなるｐ側電極２２、及びＡｌからなるｎ側電極２３が形成されており、ｐ側電極２２の表面には、ボンディングパット２６が形成されている。また、サブマウント２０の下面には、Ａｕ、Ｓｂ、Ｎｉからなる裏面電極２５が形成されている。ｎ型のシリコン基板２１のうち、図中の破線で示すｐ側電極２２の近傍の表層部には、選択的に不純物イオンの注入を行うことにより、ｐ型半導体領域２４が拡散形成されている。詳細については後述するが、これによりサブマウント２０は、電気回路において、逆方向ブレイクダウン電圧が１０Ｖのツェナーダイオードとして機能している。
【００１７】
つぎに、図３を参照しながら、ＬＥＤ素子３０の構成について説明する。図３は、ＬＥＤ素子３０の構成を示す図であって、図３（ａ）はＬＥＤ素子３０の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）においてＲ方向からＬＥＤ素子３０を見たときの側面図である。
ＬＥＤ素子３０は、サファイア基板３１と、半導体積層部３２と、ｐ側電極３３と、ｎ側電極３４とを備えている。
【００１８】
半導体積層部３２は段差を有しており、上段部３０Ｕと下段部３０Ｌとが形成されている。
半導体積層部３２では、サファイア基板３１上に、ＡｌＮバッファ層３１Ａを介して、ｎ型ＧａＮ層３２１が積層されている。下段部３０Ｌにおいては、ｎ型ＧａＮ層３２Ａの表面にＡｌからなるｎ側電極３４が形成されている。上段部３０Ｕにおいては、ｎ型ＧａＮ層３２１の上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層３２２と、ＩｎＧａＮ及びＧａＮからなる青色の光を発するＭＱＷ層３２３と、ｐ型ＡｌＧａＮ層３２４と、ｐ型ＧａＮ層３２５とが順に積層されている。そして、ｐ型ＧａＮ層３２５の上面には、Ａｇ、Ｔｉ、Ａｕからなるｐ側電極３３が形成されている。
【００１９】
図１に戻って、ＬＥＤ装置１は、基板１０の上にサブマウント２０が配設され、サブマウント２０の上にＬＥＤ素子３０がフリップチップ実装されている。基板１０に形成されたパターン１２とサブマウント２０の裏面電極２５とは、銀ペースト４０によって固着されており、電気的に接続されている。
ＬＥＤ素子３０は、ｐ側電極３３、ｎ側電極３４がそれぞれ、サブマウント２０のｎ側電極２３、ｐ側電極２２、と対向するように配設され、金属バンプ４１、４２によって電気的に接続されている。
【００２０】
また、サブマウント２０のｐ側電極２２と、基板１０に形成されたパターン１１とは、Ａｕワイヤ５０によってワイヤボンディングされて、電気的に接続されている。なお、Ａｕワイヤ５０の詳細については後述する。
図４は、ＬＥＤ装置１の等価回路を示す回路図である。
図４に示すように、ＬＥＤ装置１は、ツェナーダイオードとして機能するサブマウント２０（以下、「ツェナーダイオード２０」とも表記する。）とＬＥＤ素子３０とを逆極性の関係で並列に接続、つまり互いのｐ側電極とｎ側電極とのうち逆極性の電極同士を接続している。ＬＥＤ素子３０に外部から高電圧が印加されない構成となっている。また、ＬＥＤ素子３０のｐ側には、ツェナーダイオード２０のｎ型シリコン基板２１の抵抗性分が直列につながり、小さな値であるが保護抵抗Ｒとして働く。
【００２１】
この場合、ツェナーダイオード２０の順方向動作電圧は約０．９Ｖであるので、ＬＥＤ素子３０に印加される逆方向の電圧は０．９Ｖでカットオフされる。また、サブマウント２０の逆方向ブレイクダウン電圧（ツェナー電圧）は１０Ｖ近傍に設定されているので、ＬＥＤ素子３０に印加される順方向電圧も保護抵抗Ｒとツェナー電圧の働きで保護される。上述のように、ＬＥＤ素子３０の順方向破壊電圧値は１００Ｖ程度であり、逆方向破壊電圧値は３０Ｖ程度であるので、このような構成により、静電気等の高電圧の印加によるＬＥＤ素子３０の破壊を確実に防ぐことができる。
【００２２】
つまり、ＬＥＤ素子３０の順方向破壊電圧、逆方向破壊電圧をそれぞれＶｆ１、Ｖｂ１とし、ツェナーダイオード２０の順方向動作電圧、逆方向ブレイクダウン電圧をそれぞれＶｆ２、Ｖｂ２とし、ＬＥＤ素子３０の動作電圧をＶＦとすると、Ｖｆ２＜Ｖｂ１、Ｖｂ２＜Ｖｆ１、Ｖｂ２＞ＶＦの関係が成立していれば、静電気等の高電圧の印加によるＬＥＤ素子３０の破壊を確実に防ぐことができる。
【００２３】
１−２．（Ａｕワイヤ５０について）
つぎに図５を参照しながら、Ａｕワイヤ５０の形態について説明する。図５は、ＬＥＤ装置１の構成を示す図であって、特に、Ａｕワイヤ５０の形態を説明するための図である。
Ａｕワイヤ５０は、パターン１１との接合部１１Ｂにおいて、基板１０に対して略垂直に立ち上がり、サブマウント２０の基板１０からの高さよりも高い位置で湾曲して、ｐ側電極２２との接合部に直線的に降りていく形状で接続されている。
【００２４】
本実施の形態では、Ａｕワイヤ５０のうち基板１０から最も距離が離れている部分の基板１０面からの高さＨ１は、ＬＥＤ素子３０うち基板１０から最も距離が離れている部分の基板１０の表面からの高さＨ２よりも低くなっている。
これにより、ＬＥＤ素子３０から発せられる光が、Ａｕワイヤ５０によって遮光されないので、ＬＥＤ装置１の配光分布が改善される。
【００２５】
ここで、ｐ側電極２２との接合部２２ＢにおけるＡｕワイヤ５０の方向と、基板１０の法線ｎ１とのなす角αが、パターン１１との接合部１１ＢにおけるＡｕワイヤの方向と、基板１０の法線ｎ２とのなす角β（角βの大きさは約０度）よりも大きくなるように、Ａｕワイヤ５０を配設することが好適である。このように角α、βの大きさを調整することにより、Ａｕワイヤ５０の高さＨ１を、ＬＥＤ素子３０の基板１０の表面からの高さＨ２よりも低くすることができる。なお、角αの大きさは、ＬＥＤ素子３０から発せられた光をＡｕワイヤ５０によって遮らないようする観点からは、できる限り大きい方が好適である。
【００２６】
なお、図７に示す従来構成のＬＥＤ装置１００では、角αの大きさは約０度であり、角αは角βよりも非常に小さくなっており、本実施の形態に係るＬＥＤ装置１とは大きく相違する。
また、図５に示すように、Ａｕワイヤ５０の一端には、後述するイニシャルボール５１が形成されており、イニシャルボール５１とパターン１１とが接合されていることが好適である。後述するワイヤボンディング工程において、Ａｕワイヤのイニシャルボールを接合した後は、接合面に対してある程度の長さだけＡｕワイヤを垂直に延伸させる必要があり、そのため、Ａｕワイヤの湾曲部は接合面に対して、所定の高さを必ず有することになる。ここで、イニシャルボールがサブマウント２０上にあると、Ａｕワイヤのうち基板から最も距離が離れている部分の基板からの高さが、ＬＥＤ素子３０のうち最も基板から距離が離れている部分の基板からの高さよりも高くなりやすいので、イニシャルボール５１はパターン１１と接合されて、基板側に位置していることが好適である。
【００２７】
１−３．（ＬＥＤ装置の製造方法）
つづいて、ＬＥＤ装置１の製造方法について説明する。なお、ＬＥＤ装置１は、Ａｕワイヤ５０をボンディングする工程に特徴があるので、他の工程については簡潔に説明することとし、当該ボンディング工程について詳細に説明する。
はじめに図１に示すように、ＬＥＤ素子３０を、サブマウント２０上にフリップチップ実装する。まず、サブマウント２０のｐ側電極２２とｎ側電極２３との所定箇所に、バンプを配置する。当該バンプ上に、ＬＥＤ素子３０のｎ側電極３４とｐ側電極３３とが対向するように位置を合わせて配設する。ここで、ＬＥＤ素子３０を押圧しながら超音波を加えることにより、ＬＥＤ素子３０のｐ側電極３３とサブマウント２０のｎ側電極２３とがバンプ４１によって接合され、ＬＥＤ素子３０のｎ側電極３４とサブマウント２０のｐ側電極２２とがバンプ４２によって接合される。
【００２８】
ここで、サブマウント２０に、ＬＥＤ素子３０が正確に実装されているかを確認するために、通電によりＬＥＤ素子３０が正常に点灯するか等の検査をおこなう。
当該検査において、ＬＥＤ素子３０がサブマウント２０に正確に実装されているものを用いて、サブマウント２０の裏面電極２５と、基板１０に形成されているパターン１２とを銀ペースト４０によって接合する。
【００２９】
つぎに、図６を参照しながら、基板１０に形成されているパターン１１と、サブマウント２０のｐ側電極２２とをＡｕワイヤ５０によってワイヤボンディングする工程について説明する。図６は、Ａｕワイヤ５０をボンディングする工程を説明するための模式図である。
ワイヤボンディングを実施するにあたって、キャピラリ６０を用いる。このキャピラリ６０は、先端からＡｕワイヤ５５を送り出す機能を有すると共に、送り出したＡｕワイヤ５５に高電圧や超音波を印加したり、Ａｕワイヤ５５を切断したりする機能も有する。
【００３０】
先ず、キャピラリ６０の先端から、Ａｕワイヤ５５を所定長さ送り出す。Ａｕワイヤ５５を送り出した状態で、このＡｕワイヤ５５に高電圧を印加して放電を発生させる。この放電により、キャピラリ６０から送り出されているＡｕワイヤ５５が、図６（ａ）に示すような球形状となり、いわゆるイニシャルボール５１が形成される。
つぎに図６（ｂ）に示すように、このイニシャルボール５１と基板１０に形成されたパターン１１とを当接させて、キャピラリ６０によってＡｕワイヤ５５に超音波を印加しながらイニシャルボール５１を押圧する。これにより、超音波による振動によって、イニシャルボール５１とパターン１１との界面が金属結合して、イニシャルボール５１とパターン１１とが接合される。
【００３１】
つづいて図６（ｃ）に示すように、Ａｕワイヤ５５を送りだしながら、キャピラリ６０を基板１０面に対して垂直方向に上げる。そして、図６（ｄ）に示すように、Ａｕワイヤ５５の基板１０からの高さが、サブマウント２０の基板１０からの高さよりも高くなったら、Ａｕワイヤ５５がサブマウント２０方向へ湾曲するようにキャピラリ６０を移動させる。そして、Ａｕワイヤ５０が直線的にサブマウント２０のｐ側電極（不図示）に向かうようにキャピラリ６０を移動させるとともに、キャピラリ６０によりＡｕワイヤ５５をサブマウント２０上のｐ側電極に当接する。
【００３２】
このとき、湾曲部から降りてくるＡｕワイヤ５５の直線部の方向と、サブマウント２０面とのなす角ができるだけ小さく、かつ、Ａｕワイヤ５５が当接部以外でサブマウント２０と接しないように、Ａｕワイヤ５５の形状をキャピラリ６０の動作軌道によって調整する。なお、サブマウント２０はシリコンからなり脆いので、Ａｕワイヤ５５をサブマウント２０に当接させる際には、サブマウント２０にできるだけ衝撃を与えないように、キャピラリ６０をゆっくりと移動させる必要がある。
【００３３】
つづいて、当接部において、キャピラリ６０によってＡｕワイヤ５５を押圧するとともに、超音波を印加する。このとき超音波は、サブマウント２０にダメージを与えないように、通常のワイヤボンディングをする際よりも、パワーを小さくして長い時間印加する必要がある。具体的には、通常のワイヤボンディングは、約１５０℃の雰囲気中において、超音波のパワーを約１００（任意単位）、印加時間を約１０ｍＳとするのに対し、本実施の形態では、約１５０℃の雰囲気中において、超音波のパワーを約５０（任意単位）、印加時間を約２０ｍＳとする。すなわち、印加するパワーと印加時間との積分値が、通常の形態と本実施の形態とでほぼ等しくなるようにする。このように超音波のパワーを低くして印加時間を長くすることにより、ワイヤボンディングによるサブマウント２０へのダメージを極力抑えることができるとともに、確実にＡｕワイヤ５５とｐ側電極とを金属結合させることができる。
【００３４】
そして、図６（ｅ）に示すように、Ａｕワイヤ５５を押圧しながら、キャピラリ６０によってＡｕワイヤ５５を切断することにより、ワイヤボンディング工程が終了する。
以上の工程により、Ａｕワイヤがボンディングされて、サブマウント２０のｐ側電極と、基板１０のパターン１１とが電気的に接続され、Ａｕワイヤ５０のうち最も基板から距離が離れている部分の基板１０からの高さを、ＬＥＤ素子３０のうち最も基板から距離が離れている部分の基板１０からの高さよりも低くすることができる。
【００３５】
従来は、通常、はじめに半導体素子側のパターンにＡｕワイヤのイニシャルボールを接合して、つぎに基板側のパターンにＡｕワイヤの他端を接合していた。
ワイヤボンディングは生産性を上げるために、高速で実施される。短時間で超音波を印加する必要があるので、印加する超音波のパワーを大きくしなければならない。
ところで、基板と比較して、半導体素子は脆弱であるため超音波に対する耐性が弱い。そのために、従来は、半導体素子側に、イニシャルボールを介して超音波を伝導することによって、半導体素子にできる限りダメージを与えないようにしていた。
【００３６】
以上のような理由により、従来は、はじめに半導体素子側のパターンにＡｕワイヤのイニシャルボールを接合して、つぎに基板側のパターンにＡｕワイヤの他端を接合することが慣例となっていた。
ここで、接合したイニシャルボールの直上近傍でＡｕワイヤを曲げると、いわゆるネック切れが生じるおそれがあるので、キャピラリによってイニシャルボールを接合した後は、接合面に対してある程度の長さだけＡｕワイヤを垂直に延伸させる必要がある。すなわち、Ａｕワイヤの湾曲部は接合面に対して、所定の高さを必ず有することになる。そのため、半導体素子側にイニシャルボールを接合すると、図７に示すように、Ａｕワイヤがサブマウントから略垂直に立ち上がり、半導体素子の最上部よりも高くなりやすい。
【００３７】
従来の製造方法は、半導体素子がＬＳＩ等の非発光素子である場合は特に問題にはならないが、半導体素子がＬＥＤ等の発光素子である場合には、発光素子から発せられた光がＡｕワイヤによって遮られて配光分布が不均一になるという問題が生じるのである。
本発明者らは、この点に着眼して鋭意研究を重ねることにより、上述したような方法によって、Ａｕワイヤのうち最も基板から距離が離れている部分の基板からの高さを低くできることを導き出した。
【００３８】
１−４．（実施例）
以下、実施例に基づいて、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置１が奏する効果について説明する。実施例として、図５に示す上述したＬＥＤ装置１を用い、比較例として、図７に示す従来構成のＬＥＤ装置１００を用いて、それぞれを光源としたときの配光分布を測定した。
【００３９】
図８は、実施例及び比較例の配光曲線を示したグラフであって、縦軸が発光強度（任意単位）で、横軸が角度（度）である。なお、配光分布は、日本電球工業会規格によって規定されている方法に従って測定した。グラフは、実線が実施例で、破線が比較例のデータである。
なお、配光曲線が０度近傍でへこむのは、ＬＥＤ素子３０の特性によるものであると考えられている。ちなみに、後述する第２の実施の形態のように、ＬＥＤ素子３０を蛍光物質含有樹脂で覆うと、配光曲線において０度近傍で凹部が生じないことが知られている。
【００４０】
図８からわかるように、実施例では、０度を中心にして配光曲線が左右対称になっているのに対し、比較例では、特に−６０度から−１００度の位置でいびつな形状をしており、配光曲線は左右が非対称になっている。これは、図７を参照するとわかるように、比較例では、ＬＥＤ素子１３０よりも高いところにＡｕワイヤ１５０の一部が位置しているので、ＬＥＤ素子１３０から発せられた光がこのＡｕワイヤ１５０によって遮られるからである。
【００４１】
比較例では、配光分布が非対称になるため、対象物を照射した場合に、一部がわずかに暗くなる照度むらが生じるという問題が確認された。
それに対して、実施例では、図４に示すように、ＬＥＤ素子３０の最上部よりも高いところにＡｕワイヤ５０が位置しておらず、ＬＥＤ素子３０から発せられた光がＡｕワイヤ５０によって遮られることがないので、配光分布が左右対称になると結論付けることができる。この結果から推察されるように、実施例によって対象物を照射した場合でも照度むらが生じることはなかった。以上より、ＬＥＤ装置を実施例の構成とすることにより、従来構成のＬＥＤ装置で生じる配光分布の問題を改善できることが確認された。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
つぎに、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置について説明する。
２−１．（ＬＥＤ装置２の構造）
はじめに、図９を参照しながら、第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置２の構成について説明する。なお、図９に示す第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置２は、図１に示す第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置１に対して、ＬＥＤ素子３０を蛍光物質含有樹脂７０で覆い、さらに、蛍光物質含有樹脂７０、サブマウント２０、及びＡｕワイヤ５０をエポキシ樹脂７２でモールドした点が異なり、他は同じであるので、重複する説明は省略する。
【００４３】
ＬＥＤ装置２では、ＬＥＤ素子３０は、ＬＥＤ素子３０から発せられた青色の光を、補色に変換する蛍光物質を含有している蛍光物質含有樹脂７０で覆われている。これにより、青色のままで蛍光物質含有樹脂７０を透過した光と、蛍光物質で青色の補色に変換された光とが混ざりあって、白色の光が得られる。蛍光物質含有樹脂７０は、例えば、公知のスクリーン印刷で塗布することにより形成することができる。
【００４４】
そして、同図に示すように、蛍光物質含有樹脂７０、サブマウント２０、及びＡｕワイヤ５０は、エポキシ樹脂７２でモールドされている。エポキシ樹脂７２でこれらをモールドするのは、外部からの直接の接触及び衝撃による応力、並びに水分の浸入などからＬＥＤ素子及びワイヤ等を保護するとともに、その屈折率（約１．５）により配光制御を行うためである。
【００４５】
Ａｕワイヤ５０は、第１の実施の形態と同様に、基板１０のパターン１１とサブマウント２０のｐ側電極２２とを電気的に接続している。
ここで、Ａｕワイヤ５０のうち最も基板から距離が離れている部分の基板１０からの高さＨ１は、蛍光物質含有樹脂７０のうち最も基板から距離が離れている部分の基板１０からの高さＨ３よりも低くなっている。これにより、蛍光物質含有樹脂７０から放射された光が、Ａｕワイヤ５０によって遮られることを少なくすることができるので、配光分布を良好にすることができる。
【００４６】
さらに好ましくは、高さＨ１は、ＬＥＤ素子３０のうち最も基板から距離が離れている部分の基板１０からの高さＨ２よりも低いことが望ましい。ＬＥＤ素子３０から発せられる光は、蛍光物質含有樹脂７０の上面のみならず、側面からも放射されるので、この光をＡｕワイヤ５０によってできる限り遮ることのない形態にすることが好適だからである。
このように、高さＨ１を低くすることができたのは、角α、βの大きさをα＞βの関係となるように、Ａｕワイヤ５０の形状を調整したからである。なお、蛍光物質含有樹脂７０から放射された光をＡｕワイヤ５０によって遮らないようする観点からは、角αの大きさをできる限り大きくすることが好適である。
【００４７】
これにより、蛍光物質含有樹脂７０から放射される光は、Ａｕワイヤ５０によってほとんど遮られないので、ＬＥＤ装置２では良好な配光分布が得られる。なお、Ａｕワイヤ５０を形成する工程は、第１の実施の形態における製造方法と同じである。
つぎに、Ａｕワイヤ５０の他の形状について述べる。Ａｕワイヤ５０は、図１０に示すように、パターン１１との接合部１１Ｂを起点として、サブマウント２０から一旦遠ざかるように湾曲して立ち上がっていてもよい。このような形状にするのは、以下の２つの理由による。
【００４８】
１つめは、ワイヤボンディング工程において、Ａｕワイヤがショートカットする恐れがあるからである。図９に示すような形状にしようと、ワイヤボンディング工程においてキャピラリを移動させても、Ａｕワイヤがショートカットして所望する軌跡とは異なる形状になる場合があり、このとき、Ａｕワイヤとサブマウント２０の上面が接触すると、電気的に短絡する恐れがあるからである。そこで、一旦サブマウント２０から遠ざかるようにキャピラリを移動させてから、Ａｕワイヤをサブマウント２０の方へ曲げることによって、Ａｕワイヤがショートカットしにくくなるので、Ａｕワイヤとサブマウントとの距離を保つことができる。
【００４９】
２つめの理由は、エポキシ樹脂７２の膨張・収縮に起因するものである。ＬＥＤ素子３０の発光・点灯にともなう発熱量の変化により、エポキシ樹脂が膨張収縮するが、これによりＡｕワイヤに応力がかかる。この応力によって、Ａｕワイヤが変形したり、さらには断線することさえもある。図１０に示すようにパターン１１との接合部１１Ｂを起点として、サブマウント２０から一旦遠ざかるように湾曲して立ち上がっている形状とするのは、この形状が信頼性評価試験で、一番応力の影響を受けにくいと確かめられているからである。
【００５０】
本発明者らはさらに、図１０に示すＡｕワイヤ５０のループ形状を最適化するための試験を実施した。具体的には、Ａｕワイヤ５０のループ形状を変化させて、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０との接触の有無を調べる試験とともに、いわゆるワイヤプルテストを実施した。
図１０に示すように、Ａｕワイヤ５０のうち最も基板１０から離間している部分の基板１０からの距離をＡとし、Ａｕワイヤ５０のうち最もサブマウント２０から離間している部分の接合部１１Ｂからの距離をＢとする。サブマウントの幅Ｔ１は６００μｍ、高さＴ２は１５０μｍである。なお、Ａｕワイヤは、太さが２５μｍのものを用いた。
【００５１】
サブマウント２０の側面から接合部１１Ｂまでの距離Ｌ１は、１００μｍとしている。これは、ＬＥＤ装置２を小型化する観点からは、距離Ｌ１をできるだけ小さくして、接合部１１Ｂの位置をサブマウント２０に近接させることが望まれるが、ワイヤボンディング工程で用いられるキャピラリの寸法より、距離Ｌ１を１００μｍ未満とすることが物理的に困難だからである。
【００５２】
ここで、距離Ａを１８０μｍで固定して、距離Ｂを０〜１６０μｍまで変化させた。図１１は、試験の結果を示す表である。はじめに、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０との接触について検討する。図１１の表が示すように、距離Ｂが０μｍから４０μｍのときには、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０とが途中で接触するおそれがあるため不適であるが、距離Ｂが１８０μｍから４８０μｍのときには、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０とが途中で接触することがなかったので好適である。
【００５３】
つぎに、Ａｕワイヤ５０のワイヤプルテストについて検討する。ワイヤプルテストは、Ａｕワイヤ５０にフックを掛けて引っ張る破壊試験である。ワイヤプルテストではワイヤが断線することが最も良好な結果であり、イニシャルボール５１の直上部分が切れる、いわゆるネック切れは望ましくない。ネック切れが生じるのは、Ａｕワイヤ５０を湾曲させたために、Ａｕワイヤ５０のうちイニシャルボール５１の直上部分に負荷がかかって、当該部分の力学的耐性が弱まっているからである。
【００５４】
図１１より、距離Ｂが０μｍから１００μｍのときには、ワイヤプルテストの結果は、ワイヤが断線して良好であるが、距離Ｂが１２０μｍから１６０μｍのときには、ワイヤプルテストの結果は「ネック切れ」となり不良となった。
上記に説明した２つの結果より距離Ｂは９０μｍから１５０μｍの範囲にあることが好適である。以上より、距離Ｌ１＝１００μｍ、Ｔ２：Ａ＝１５０：１８０＝５：６のときには、１．５Ｂ≦Ａ≦３Ｂの関係となる形状とすれば、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０とが接触しないとともに、Ａｕワイヤの力学的耐性を高められると推定される。
【００５５】
２−２．（実施例）
以下、実施例に基づいて、第２実施の形態に係るＬＥＤ装置２が奏する効果について説明する。実施例として、図１０に示す上述したＬＥＤ装置２を用い、比較例として、図１２に示す従来構成のＬＥＤ装置２００を用いて、それぞれを光源としたときの配光特性を測定した。
【００５６】
図１３は、実施例及び比較例の配光曲線を示したグラフであって、縦軸が発光強度（任意単位）で、横軸が角度（度）である。なお、配光特性は、日本電球工業会規格によって規定されている方法に従って測定した。グラフは、実線が実施例で、破線が比較例のデータである。
図１３からわかるように、実施例では、０度を中心にして配光曲線が左右対称になっているのに対し、比較例では、特に−４０度から−１００度の位置でいびつな形状をしており、配光曲線は左右が非対称になっている。これは、図１２を参照するとわかるように、比較例では、ＬＥＤ素子１３０よりも高いところにＡｕワイヤ１５０の一部が位置しているので、ＬＥＤ素子１３０から発せられた光がこのＡｕワイヤ１５０によって遮られるからである。
【００５７】
比較例では、配光分布が非対称になるため、対象物を照射した場合に、一部がわずかに暗くなる照度むらが生じるという問題が確認された。
それに対して、実施例では、図１０に示すように、ＬＥＤ素子３０の最上部よりも高いところにＡｕワイヤ５０が位置しておらず、ＬＥＤ素子３０から発せられた光がＡｕワイヤ５０によって遮られることがないので、配光分布が左右対称になると結論付けることができる。この結果から推察されるように、実施例によって対象物を照射した場合でも照度むらが生じることはなかった。以上より、ＬＥＤ装置を実施例の構成とすることにより、従来構成のＬＥＤ装置で生じる配光分布の問題を改善できることが確認された。
【００５８】
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上記においては、サブマウントは、一部にｐ型半導体領域を形成したｎ型のシリコン基板からなるものについて説明したが、例えば図１４に示すように、サブマウントは他の構成のものであってもよい。図１４は、ＬＥＤ装置の変形例を示す斜視図である。ＬＥＤ素子３０は、上記の形態のものと同様であるので、説明は省略する。
【００５９】
図１３に示す構成では、基板１０にはＡｌからなるパターン１３、１４が形成されている。
サブマウント８０は、例えば、セラミックからなるものが用いられている。サブマウント８０の上面には、Ａｌからなるパターン８１、８２が形成されており、下面には、実施の形態とは異なり裏面電極は形成されていない。
【００６０】
サブマウント８０は、パターン１４の基板１０上に配設され、サブマウント８０の裏面は、パターン１４上において、例えば、Ａｇペースト等の接着剤によって固着されている。
サブマウント８０の上には、ＬＥＤ素子３０が配設され、ＬＥＤ素子のｎ側電極（不図示）とパターン８１とがバンプ４２によって電気的に接続され、ｐ側電極（不図示）とパターン８２とがバンプ４１によって電気的に接続されている。
【００６１】
そして、サブマウント８０に形成されたパターン８１と、基板１０に形成されたパターン１３とは、Ａｕワイヤ５０Ａによって電気的に接続され、サブマウント８０に形成されたパターン８２と、基板１０に形成されたパターン１３とは、Ａｕワイヤ５０Ｂによって電気的に接続されている。
ここで、上述したのと同様な工程によってＡｕワイヤ５０Ａ、５０Ｂを形成することによって、Ａｕワイヤ５０Ａ、５０Ｂのうち基板１０から最も距離が離れている部分の基板１０面からの高さは、ＬＥＤ素子３０最上部の基板１０面からの高さよりも低くなっている。
【００６２】
これにより、ＬＥＤ素子３０から発せられた光が、Ａｕワイヤ５０Ａ、５０Ｂによって遮られないので、配光分布が良好であり、照度むらがほとんど生じないＬＥＤ装置３を提供することができる。
（２）上記においては、サブマウント２０へのＡｕワイヤ５０のボンディングは、図１に示すように、Ａｕワイヤ５０は、サブマウント２０に対して、図２（ａ）において示されるＪ方向からボンディングされているが、図１５に示すように、Ａｕワイヤ５０は、サブマウント２０に対して、図２（ａ）において示されるＫ方向からボンディングされていてもよい。
【００６３】
図１５は、変形例に係るＬＥＤ装置３を示す模式図である。なお図１５は、模式図であって、他の図のものと縮尺・寸法比率は異なる。
ここで、本発明者らは、Ａｕワイヤ５０をサブマウント２０上に取り付ける位置について検討した。以下、図１５を参照しながら、その検討内容について説明する。
図１５に示されるサブマウント２０は、幅Ｔ１は６００μｍ、高さＴ２は１５０μｍである。Ａｕワイヤ５０のイニシャルボール５１は、サブマウント２０から距離Ｌ２；２５０μｍ離れた位置に配されている。Ａｕワイヤ５０のうち最も基板１０から距離が離れている部分の基板１０からの高さＨ１は１８０μｍとした。なお、Ａｕワイヤ５０の太さは２５μｍである。
【００６４】
そして、サブマウント２０の端部から、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０上の電極との接合部５２までの距離Ｌ３を変化させて、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０とが、接合部５２以外の箇所で接触するか否かを判定する試験を実施した。
図１６はその試験結果を示した表である。距離Ｌ２が１００μｍから３００μｍのときには、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０との接触は確認されなかった。距離Ｌ２が３５０μｍから５００μｍのときには、Ａｕワイヤ５０がたるんで、サブマウント２０と接触することが確認された。
【００６５】
サブマウントの幅Ｔ１が、５２０μｍのものについても同様な試験を実施したが、距離Ｌ３が２６０μｍ以下のときには、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０とが接合部５２以外の箇所で接触することは確認されなかった。
以上より、距離Ｌ３を長くすると、Ａｕワイヤ５０がたるんで、Ａｕワイヤ５０とサブマウント２０とが接合部５２以外の箇所で接触するおそれがあるので、距離Ｌ３をできるだけ短くすることが好適である。
【００６６】
また、ＬＥＤ素子３０から発せられる光がＡｕワイヤ５０によって遮られる割合を低くする観点より、距離Ｌ３はＬ３≦（Ｔ１）／２の関係を満たしていることが好適である。
（３）上記においては、Ａｕワイヤとサブマウント２０上の電極とは、接合部においてＡｕワイヤ５０と電極との接触面しか金属結合されておらず、その接触面積が小さいので接合強度が弱い。そこで、当該接合部にＡｕからなるバンプを形成して、接合部を補強する構成としてもよい。具体的には、図６（ｄ）による工程が済んだ後の図６（ｅ）において、キャピラリ６０でイニシャルボールを形成し、当該イニシャルボールを接合部に当接させて、超音波を印加して金属結合させる。そして、Ａｕワイヤをイニシャルボールの直上で切断してバンプを形成することにより、接合部を補強すること構成としてもよい。
【００６７】
（４）上記において、金属ワイヤとして、金からなるＡｕワイヤを用いたが、Ａｕワイヤの代わりに、例えばＡｌ、Ｃｕ等からなる金属ワイヤを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、ＬＥＤ素子をサブマウントに搭載する、いわゆるサブマウント方式の半導体発光装置において広く適用することができる。また、本発明は、半導体発光装置の配光分布を改善して、照度むらを抑えることができるので、その産業的利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置１の構成を示す図である。
【図２】サブマウント２０の構成を示す図であって、図２（ａ）はサブマウント２０の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）においてＱ方向からサブマウント２０を見たときの側面図である。
【図３】ＬＥＤ素子３０の構成を示す図であって、図３（ａ）はＬＥＤ素子３０の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）においてＲ方向からＬＥＤ素子３０を見たときの側面図である。
【図４】ＬＥＤ装置１の等価回路を示す回路図である。
【図５】ＬＥＤ装置１の構成を示す図であって、特に、Ａｕワイヤ５０の形態を説明するための図である。
【図６】Ａｕワイヤ５０をボンディングする工程を説明するための模式図である。
【図７】従来のＬＥＤ装置１００の構成を示す図である。
【図８】第１の実施の形態に係る実施例及び比較例の配光曲線を示したグラフである。
【図９】第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置２の構成を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置２の構成を示す図であって、Ａｕワイヤ５０の他の形状について説明するための図である。
【図１１】試験の結果を示す表である。
【図１２】従来構成のＬＥＤ装置２００の構成を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る実施例及び比較例の配光曲線を示すグラフである。
【図１４】ＬＥＤ装置の変形例を示す斜視図である。
【図１５】変形例に係るＬＥＤ装置３を示す模式図である。
【図１６】試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００７０】
１、２、３            ＬＥＤ装置
１０                  基板
１１、１２            パターン
２０                  サブマウント
２１                  シリコン基板
２２                  ｐ側電極
２４                  ｐ型半導体領域
２５                  裏面電極
３０                  ＬＥＤ素子
３１                  サファイア基板
３２                  半導体積層部
３３                  ｐ側電極
３４                  ｎ側電極
５０                  Ａｕワイヤ
５１                  イニシャルボール
６０                  キャピラリ
７０                  蛍光物質含有樹脂
７２                  エポキシ樹脂
【図１】
2006203080.tif 000003
【図２】
2006203080.tif 000004
【図３】
2006203080.tif 000005
【図４】
2006203080.tif 000006
【図５】
2006203080.tif 000007
【図６】
2006203080.tif 000008
【図７】
2006203080.tif 000009
【図８】
2006203080.tif 000010
【図９】
2006203080.tif 000011
【図１０】
2006203080.tif 000012
【図１１】
2006203080.tif 000013
【図１２】
2006203080.tif 000014
【図１３】
2006203080.tif 000015
【図１４】
2006203080.tif 000016
【図１５】
2006203080.tif 000017
【図１６】
2006203080.tif 000018