(57)【要約】【課題】  実装基板に光半導体素子を実装し、光モジュールを構成するに、放熱性を改善し、しかも実装性を向上させる。【解決手段】  パッケージの裏面にのみ、電極を配置し、この電極に直接ベアチップ裏面を固着する。これにより放熱性を向上させる。更には、凸状のレンズの下方は、直方体形状として保持しやすい形状とした。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電電極と、前記第１の導電電極の表面に、カソード電極またはアノード電極が電気的に接続された発光素子と、前記発光素子の表面に設けられたアノード電極またはカソード電極と電気的接続手段を介して接続された第２の導電電極と、前記第１の電極、前記発光素子、前記電気的接続手段および前記第２の電極を封止し、光に対して透明な封止樹脂とを有する光半導体素子に於いて、
前記封止樹脂は、凸状のレンズ形状部と、前記レンズ形状部の下に設けられた直方体部とが同一材料で一体で成り、前記直方体部の裏面の内側にだけ、前記第１の導電電極および前記第２の導電電極が露出することを特徴とした光半導体素子。
【請求項２】
前記第１の導電電極と前記第２の導電電極は、同一面に配置される請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記第１の導電電極は、固着される前記発光素子の光を反射するためカップ状に加工されている請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項４】
第１の導電電極と、前記第１の導電電極の表面に、カソード電極またはアノード電極が電気的に接続された発光素子と、前記発光素子の表面に設けられたアノード電極またはカソード電極と電気的接続手段を介して接続された第２の導電電極と、前記第１の電極、前記発光素子、前記電気的接続手段および前記第２の電極を封止し、光に対して透明な封止樹脂とを有し、前記封止樹脂は、凸状のレンズ形状部と、前記レンズ形状部の下に設けられた直方体部とが同一材料で一体で成り、前記直方体部の裏面の内側にだけ、前記第１の導電電極および前記第２の導電電極が露出された光半導体素子を用意し、
前記直方体部の裏面に対して垂直関係の面を、実装装置の保持手段を介して保持し、前記光半導体素子が実装される実装基板に実装する事を特徴とした光照射装置の製造方法。  
【請求項５】
前記実装基板は、金属から成り、前記実装基板の電極と前記第１の導電電極が直接固着され、前記発光素子から発生する熱が、発光素子の裏面、第1の導電電極、前記実装基板の電極および前記実装基板を介して放出される請求項４に記載の光照射装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず光を大量に照射する必要がある場合、一般には電灯等が用いられている。
しかし、軽薄短小および省電力を目的として、図９の様にプリント基板１に光素子２を実装させる場合がある。
【０００３】
この光素子は、半導体で形成された発光ダイオード（Light Emitting Diode）
が主ではあるが、他に半導体レーザ等も考えられる。
【０００４】
この発光ダイオード２は、２本のリード３，４が用意され、一方のリード３には、発光ダイオードチップ５の裏面（アノード電極またはカソード電極）が半田等で固着され、他方のリード４は、前記チップ表面の電極（カソード電極またはアノード電極）と金属細線６を介して電気的に接続されている。また前記リード３，４、チップ５および金属細線６を封止する透明な樹脂封止体７がレンズも兼ねて形成されている。
【０００５】
一方、プリント基板１には、前記発光ダイオード２に電源を供給するために電極８，９が設けられ、ここに設けられたスルーホールに前記リード３、４が挿入され、半田等を介して前記発光ダイオード２が固着、実装されている。
【０００６】
例えば、特開平９−２５２６５１号公報には、この発光ダイオードを用いた光照射装置が説明されている。
【０００７】
しかしながら、前述した光半導体素子２は、樹脂封止体７、リード３，４等が組み込まれたパッケージで成るため、実装された基板１のサイズが大きく、重量が重くなる欠点があった。また基板自身の放熱性が劣るため、全体として温度上昇を来す問題があった。そのため、半導体チップ自身も温度上昇し、駆動能力が低下する問題があった。
【０００８】
また発光ダイオード５は、チップの側面からも光が発光し、基板１側にも向かう光が存在する。しかし基板１がプリント基板でなるため、全ての光を上方に発射させる効率の高い発射ができない問題もあった。
【０００９】
そのため、図１０の如き構造が考えられた。これは、特願平１１−１６２５０８号で既に出願されているものである。
【００１０】
この構造は、金属基板１１を採用することにより、実装される発光ダイオード１５の温度上昇を防止するものである。
【００１１】
そして、電極３０と電極３１との間に発光ダイオード１５…を直列接続させ、
発光ダイオード１５…に通過する電流値を一定にさせた構造である。
【００１２】
電極３０、電極３１との間には、１０枚の電極が形成され、電極３２に発光ダイオードのカソード電極（またはアノード電極）と成るチップ裏面を固着し、アノード電極（またはカソード電極）と電極３０を金属細線１７で接続している。
また電極３３に二番目の発光ダイオードのチップ裏面を固着し、チップ表面の電極と電極３２を金属細線３４で接続している。つまりカソード電極（またはアノード電極）となるチップ裏面が固着された電極は、次の発光ダイオードのアノード電極（またはカソード電極）から延在された金属細線と接続されている。この接続形態を繰り返して直列接続が実現されている。また、銅箔から成る電極を反射板とするため、表面にはＮｉが被覆され、更には基板全域を実質反射板とするために、右の電極３０から左の電極３１までの１２個の電極で実質完全に覆われるようにパターニングされている。
【００１３】
この構造によれば、発光ダイオード１５から発生する熱は、金属基板１１を介して放熱され、発光ダイオード１５の駆動電流をより大きく取れるメリットを有する。更には、金属基板１１がＮｉで被覆され、レンズ１９を形成しているため、発光ダイオード１５から発光される光を効率よく上方に発射できる特徴を有している。
【００１４】
図１１は、前記レンズの具体的構造を示すものである。レンズは、流動性のある樹脂を固化して形成するため、また凸状に形成するため、前記流れ防止手段２０をリング状に形成し、このリング状の流れ防止手段２０の中に前記樹脂を塗布して形成していた。また発光ダイオード１５からの光を効率よく集めるために、第１のレンズ２１の上に第２のレンズ２２を形成していた。
【特許文献１】特願平１１−１６２５０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前述した構成では、一枚の金属基板１１に実装される発光ダイオード１５…毎に流れ防止手段２０がディスペンサで塗布されて形成され、更にこの流れ防止手段２０の中にレンズを構成する樹脂がディスペンサで塗布されて硬化されるため、この工程に要する時間が非常に長くなる問題を有していた。
【００１６】
また発光ダイオード１５…の中の一つが故障した際、基板１１全体を取り替えなくては成らない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、前述の課題に鑑みて成され、第１に、封止樹脂は、凸状のレンズ形状部と、レンズ形状部の下に設けられた直方体部とが同一材料で一体で成り、前記直方体部の裏面の内側にだけ、第１の導電電極および第２の導電電極が露出することで解決するものである。
第２に、第１の導電電極と前記第２の導電電極は、同一面に配置されることで解決するものである。
第３に、第１の導電電極は、固着される前記発光素子の光を反射するためカップ状に加工されることで解決するものである。
第４に、第１の導電電極と、前記第１の導電電極の表面に、カソード電極またはアノード電極が電気的に接続された発光素子と、前記発光素子の表面に設けられたアノード電極またはカソード電極と電気的接続手段を介して接続された第２の導電電極と、前記第１の電極、前記発光素子、前記電気的接続手段および前記第２の電極を封止し、光に対して透明な封止樹脂とを有し、前記封止樹脂は、凸状のレンズ形状部と、前記レンズ形状部の下に設けられた直方体部とが同一材料で一体で成り、前記直方体部の裏面の内側にだけ、前記第１の導電電極および前記第２の導電電極が露出された光半導体素子を用意し、
前記直方体部の裏面に対して垂直関係の面を、実装装置の保持手段を介して保持し、前記光半導体素子が実装される実装基板に実装する事で解決するものである。
第５に、実装基板は、金属から成り、前記実装基板の電極と前記第１の導電電極が直接固着され、前記発光素子から発生する熱が、発光素子の裏面、第1の導電電極、前記実装基板の電極および前記実装基板を介して放出されることで解決するものである。
【発明の効果】
【００１８】
光半導体素子を設置した光モジュールを構成する上で、光素子の裏面が接続された第１の導電電極、そして第２の導電電極がパッケージの裏面から露出した光半導体素子を採用することにより、放熱性が向上することによる駆動能力の向上が図れ、しかも製造する上で、直方体部が存在するので、実装装置を使った作業性が向上する。更には、電極がパッケージの裏面にだけ存在するので、実装密度も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本光照射装置は、アノード電極とカソード電極を有する光半導体素子が複数個基板上に実装されたものであり、前記光半導体素子が並列接続された光照射装置と直列接続された光照射装置に大別される。
【００２０】
まず図７を参照しながら、光半導体素子である発光ダイオード１５が並列接続された光照射装置について説明する。この構造は、第１の電極１３と第２の電極１４で、混成集積回路基板１１の殆ど全域を被覆している構造であり、この２つの電極１３、１４の間に発光ダイオード１５が並列接続されている。
【００２１】
前述した混成集積回路基板１１は、Ａｌ、ＣｕまたはＦｅ等が考えられ、混成集積回路基板として前記金属材料を用いた理由は、以下の事からである。第１に、光半導体素子から発生する熱を効率良く外部に放出する事ができる点である。光半導体素子の温度上昇を防止でき、駆動能力を向上できる特徴を有する。第２に、基板の平坦性、平滑性から、上方に向かって発光される光以外の光を効率よく反射させて上方へ向かわせる事ができる点である。更に第３に、実装上のビス止め孔加工、放物面等の加工等に優れる点である。
【００２２】
本発明では、加工性、軽量性が考慮されてＡｌが採用されている。この場合、
その表面は、絶縁性向上から、陽極酸化により酸化物が形成され、この上に絶縁性樹脂１２が形成されている。また前記酸化膜は省略されても良いし、酸化物の代わりに別の無機物からなる絶縁膜で被覆されても良い。また混成集積回路基板１１は、導電性を有するため、この上に設けられる第１の電極１３、第２の電極１４との短絡を考慮し全面に絶縁性樹脂１２が被着され、スリットＳＬは、実質１ｍｍ以下で形成されている。
【００２３】
また電極１３、１４は、例えばＣｕより成り、配線、ランド、ボンデイング用のパッド、外部リード用の固着パッド等として機能している。そして、第１の電極１３と第２の電極１４の間に、本発明の個別部品として用意された発光ダイオード１５が固着される。尚、この個別部品の発光ダイオード１５については、後述する。この発光ダイオード１５の裏面は、カソードタイプとアノードタイプの２種類があり、図７は、カソードタイプである。これは直流電源の向きを変えるだけで、裏面がアノードタイプの光半導体素子も実装可能である。
【００２４】
ここで金属基板は、照射装置として機能させるため、発光ダイオード１５を複数個点在させている。
【００２５】
また発光ダイオードの駆動回路は、別の基板で実現しているが、前記駆動回路を金属基板１１に形成しても良い。この場合、基板の周辺、特に角部およびその近傍に配線、ランド、ボンデイング用のパッド、外部との電気的接続パッド等がパターニングされ、配線間はチップコンデンサ、チップ抵抗および印刷抵抗等の部品、トランジスタ、ダイオード、ＩＣ等が設けられる。ここでは、パッケージされた素子が実装されても良いが、ベアチップの方が、放熱性、実装面積の点から優れる。
【００２６】
この回路素子は半田や銀ペースト等を介して電気的に固着され、あるいは印刷抵抗がスクリーン印刷等で形成されている。また中には、前記半導体チップと配線を電気的に接続するため、チップ上の電極とボンディング用パッドとの間には金属細線が採用される。また、パッドには、必要があれば、半田を介して外部リードが電気的に接続されている。また実装上の問題から、基板の両側に少なくとも２個のビス止め孔が設けられても良い。
【００２７】
また金属基板１１上のＣｕのパターンは、絶縁性のフレキシブルシートに貼り合わされ、このフレキシブルシートを混成集積回路基板に貼り合わされても良い。
【００２８】
前述したとおり、金属基板１１の全面には絶縁性樹脂１２の膜が被着され、金属基板１１を二分するように二つの電極１３、１４が設けられ、表面にはＮｉが被着されている。Ｃｕの酸化防止、およびＣｕの酸化により光反射効率が低下するため、比較的酸化されにくく、光反射性に優れ、また金属細線とのボンディング性が考慮され、光沢性のあるＮｉが採用される。この構造により、金属基板１１全域は、光反射板として活用される。
【００２９】
よって、個別部品として用意された発光ダイオード１５に所定の電圧が加わり、発光ダイオード１５に電流が流れると、発光ダイオード１５は発光し、光反射板となる金属基板からの反射光も含めて、上方に光を放つことが可能となる。
【００３０】
以上、図７は、第１の電極１３と第２の電極１４との間に、発光ダイオード１５…が並列接続されているものである。しかし第２の電極１４表面がＮｉを採用しているため、この並列タイプは、金属細線１７のコンタクト抵抗がばらつく問題がある。従って、数ある発光ダイオード１５の内、コンタクト抵抗の少ない発光ダイオードに電流が集中し、特定の発光ダイオードが異常に明るかったり、また破壊に至ったりする問題があった。
【００３１】
そのため図８のように、直列接続構造が考えられた。電極３０と電極３１との間に個別部品である発光ダイオード１５…を直列接続させ、発光ダイオード１５…に通過する電流値を一定にさせている。
【００３２】
電極３０、電極３１との間には、１０枚の電極が形成され、電極３２に発光ダイオードのカソード電極（またはアノード電極）を電気的に接続し、アノード電極（またはカソード電極）を電極３０に電気的に接続している。また電極３３に二番目の発光ダイオードのカソード電極（またはアノード電極）を電気的に接続し、アノード電極（またはカソード電極）を電極３２に電気的に接続している。つまりカソード電極（またはアノード電極）となる個別部品裏面の電極が固着された基板上の電極は、次の発光ダイオードのアノード電極（またはカソード電極）となる個別部品の電極が接続されている。この接続形態を繰り返して直列接続が実現されている。この場合も、銅箔から成る電極を反射板とするため、表面にはＮｉが被覆され、基板全域を実質反射板とするために、右の電極３０から左の電極３１までの１２個の電極で完全に覆われるようにパターニングされている。もちろんそれぞれがパターン的に分離されるように若干の隙間（スリットＳＬ）が形成されている。
【００３３】
この構造によれば、直列接続された発光ダイオードのそれぞれに流れる電流は、理論的には同じ値を取るので、全ての発光ダイオードは、同じように光る。
【００３４】
以上、並列接続と直列接続の接続形態を説明したが、従来は、図１１で説明したように、金属基板１１の上に、流れ防止手段２０を形成した後、この流れ防止手段２０の中にレンズ２１、２２の透明樹脂を塗布して形成していた。しかし発光ダイオード１５の数が多く、しかも金属基板１１のサイズが大きいため、製造工程が非常に長くなる問題があった。
【００３５】
本発明は、この点に考慮し、図１〜図５の如き個別部品を用意することで、前記製造時間の短縮を実現した。前もって、個別部品で用意されていれば、図７、図８のように、電極１４，１５、または電極３０…が形成された金属基板の上に前記個別部品を実装すれば完了するため、光照射装置を短時間で製造することができる。
【００３６】
では、図１を説明する。尚図１ａは、平面図であり、図１ｂは、Ａ−Ａ線の断面図である。符号５０は、光半導体素子５２の裏面が固着される第１の導電電極であり、符号５３は、光半導体素子５２の表面と接続された金属細線５４が接続される第２の導電電極である。この第１の導電電極５０、第２の導電電極５３、光半導体素子５２および金属細線５４は、光半導体素子５２から発射される光を透過する樹脂５５で被覆され、個別部品の光半導体装置５６となる。この光半導体装置５６の裏面は、前記第１の導電電極５０、第２の導電電極５３の裏面が露出し、樹脂５５は、光半導体素子５２の光をできるだけ多く集光し上方に発射させるために上に凸のレンズ形状となっている。従って図１ａに示すように、上から見ると実質円形状をしている。
【００３７】
図２は、図１の樹脂５５に平面形状を持たせたものである。この平面は、金属基板に対して垂直な面で形成されており、こうすることにより、個別部品を保持する実装装置は、この面を位置認識できるため、実装基板への実装精度を高めることができる。尚、これ以外は、図１と実質同じ構成であるため、これ以降の説明は省略する。
【００３８】
図３は、実装装置の部品保持手段が保持しやすいように、金属基板に対して垂直な面を４つ設けたものである。光半導体素子５２を封止する部分は、直方体で構成され、この上に例えば半球状のレンズ５５が一体で構成されている。
【００３９】
図４は、光半導体素子５２の光を集光し、上方に発射させる目的で反射手段ＲＦを採用したものである。尚、図４ａは、平面図であり、図４ｂと図４ｃは、図４ａのＡ−Ａ線に対応する断面図であり、封止体から露出される電極が若干異なるものである。また図４ｄは、反射手段ＲＦの構造を説明する斜視図である。
【００４０】
まず反射手段ＲＦは、カップ状の形をしており、光半導体素子５２の側面から発射される光を上方に反射させるために、反射手段ＲＦの側面は傾斜している。そして反射手段ＲＦの中に前記光半導体素子５２を実装し、反射手段ＲＦを電極として活用するため、反射手段ＲＦは、第１の反射電極６０と第２の反射電極６１の２つで構成される。そして第１の反射電極６０は、光半導体素子の裏面がロウ材、導電ペースト等で電気的に固着され、前記第２の反射電極６１は、光半導体素子の表面の電極と接続された金属細線５４が電気的に接続されている。
【００４１】
この様に、第１の反射電極６０、第２の反射電極６１を電気的に分離し、全体をカップ状に構成することで、反射手段ＲＦも含めて個別部品とすることができる。
【００４２】
図４ｂは、第１の導電電極５０、第２の導電電極５３が個別部品の裏面から露出しており、第１の導電電極５０の上に第１の反射電極６０がロウ材や導電ペースト等で電気的に固着され、第２の導電電極５３の上に第２の反射電極６１が電気的に固着されている。
【００４３】
一方、図４ｃは、第１の導電電極５０と第２の導電電極５３が省略され、第１の反射電極６０と第２の反射電極６１が個別部品の裏面から露出されているものである。
【００４４】
図４では、金属細線５４の接続部分と反射面が一体で構成されているため、電気的分離をする必要があり反射面にスリットが設けられている。しかしこのスリットは、反射面として寄与しないため、発光強度が低下する問題を有する。
【００４５】
図５は、前記問題を考慮しスリットを反射面から取り除いたものである。つまり、反射手段ＲＦの底面に於いて、パッド電極７０をアイランド状に形成し、このパッド電極７０に金属細線５４を接続したものである。このようにすれば、反射手段ＲＦの反射面にはスリットが形成されないため、その分反射効率を高めることができる。
【００４６】
尚、図４、図５に於いて、反射手段ＲＦの裏面に樹脂を設けず、外部雰囲気に露出させる構造を採用すれば、反射面を介して光半導体素子の熱を放出させることができる。
【００４７】
最後に図６を用いて、実装方法を説明する。符号５６は、図３の個別部品（光
半導体装置）であり、第１の光半導体装置５６ａの第１の導電電極５０と第２の導電電極５３が、金属基板１１上の電極８０、８１に接続される。また第２の光半導体装置５６ｂの第１の導電電極５０と第２の導電電極５３が、金属基板１１上の電極８１、８２に接続される。更には、第３の光半導体装置５６ｂの第１の導電電極５０と第２の導電電極５３が、金属基板１１上の電極８２、８３に接続される。また基板上のスリットＳＬの間隔よりも第１の導電電極５０、第２の導電電極５３の間隔の方を広く形成し、短絡を防止している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の個別部品を説明する図である。
【図２】本発明の個別部品を説明する図である。
【図３】本発明の個別部品を説明する図である。
【図４】本発明の個別部品を説明する図である。
【図５】本発明の個別部品を説明する図である。
【図６】個別部品の実装構造を説明する図である。
【図７】個別部品の実装構造を説明する図である。
【図８】個別部品の実装構造を説明する図である。
【図９】従来の光照射装置を説明する図である。
【図１０】従来の光照射装置を説明する図である。
【図１１】従来の光半導体素子の実装構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１                      金属基板
１３                      第１の電極
１４                      第２の電極
１５                      発光ダイオード
１９                      レンズ
５０                      第１の導電電極
５２                      光半導体素子
５３                      第２の導電電極
６０                      第１の反射電極
６１                      第２の反射電極
７０                      パッド電極
ＲＦ                      反射手段
【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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