(57)【要約】【課題】樹脂が反射面まで這い上がることによる反射面の集光効果の低下を防ぐこと。【解決手段】光半導体素子２３が設けられるとともに光半導体素子２３に対して外部から電力を伝達するためのリード２０と、リード２０を保持するとともに、光半導体素子２３がボンディングされた領域が露出するように凹部が形成された外囲器３０とを具備し、前記外囲器は前記光半導体素子及び光学樹脂材料を収容する第１の凹部５０と、第１の凹部５０を囲むように配置され第１の凹部５０から発せられた光を反射させる反射面６１を有する第２の凹部６０と、第１の凹部５０と第２の凹部６０との間に形成され、光学樹脂材料を第１の凹部５０に充填する際に第２の凹部６０に光学樹脂材料が濡れ上がることを防止する突条部７０が形成されている。【選択図】      図１
2005197369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子と、
この光半導体素子が設けられるとともに前記光半導体素子に対して外部から電力を伝達するためのリードと、
このリードを保持するとともに、少なくとも前記光半導体素子がボンディングされた領域が露出するように凹部が形成された外囲器とを具備し、
前記凹部は、
少なくとも前記光半導体素子を含む第１の開口部と、
この第１の開口部の外縁部に設けられた突条部と、
前記第１の開口部及び前記突条部とを含む第２の開口部とを具備することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
光半導体素子と、
この光半導体素子が設けられるとともに前記光半導体素子に対して外部から電力を伝達するためのリードと、
このリードを保持するとともに、少なくとも前記光半導体素子がボンディングされた領域が露出するように凹部が形成された外囲器とを具備し、
前記外囲器は前記光半導体素子及び光学樹脂材料を収容する第１の凹部と、
前記第１の凹部を囲むように配置され前記第１の凹部から発せられた光を反射させる反射壁を有する第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に形成された突条部が形成されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
光半導体素子と、
この光半導体素子が設けられるとともに前記光半導体素子に対して外部から電力を伝達するためのリードと、
このリードを保持するとともに、少なくとも前記光半導体素子がボンディングされた領域が露出するように凹部が形成された外囲器とを具備し、
前記外囲器は前記光半導体素子及び光学樹脂材料を収容する第１の凹部と、
前記第１の凹部を囲むように配置され前記第１の凹部から発せられた光を反射させる反射壁を有する第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に形成され、前記光学樹脂材料を前記第１の凹部に充填する際に前記第２の凹部に前記光学樹脂材料が濡れ上がることを防止する突条部が形成されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
前記突条部は、前記リードがなす面の法線方向に向けて凸となるように延設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記光学樹脂材料は、熱硬化性樹脂に蛍光体が混入されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リード上にボンディングされた光半導体素子を光学樹脂材料により樹脂封止して形成された光半導体装置に関し、特に光学樹脂材料からなる透光樹脂部とは別に反射面を有するものであって、優れた光学的特性と高い生産性を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装用ＬＥＤ等の光半導体装置のパッケージとして、リードを熱可塑性樹脂によってインサート成形して製造されるものが知られている（例えば特許文献１参照）。図５は、このような光半導体装置の１つである光半導体パッケージ１００を示す図である。光半導体パッケージ１００は、リード１０１と、このリード１０１の下面１０１ａ側及び上面側１０１ｂに形成された熱可塑性樹脂製のベース部１０２と、このベース部１０２に形成された凹部１０２ａに充填され、後述する発光素子１０４からの光を吸収しない透光性樹脂からなる透光樹脂部１０３と、リード１０１上に搭載された発光素子１０４とを備えている。なお、図５中１０５は発光素子１０４の端子とリード１０１を導通させる金製のワイヤを示している。
【０００３】
光半導体パッケージ１００は、次のような工程で製造される。すなわち、リード１０１を金型内部にインサートし、射出成形によって熱可塑性樹脂を充填しベース部１０２になる部分を製造する。この後、リード１０１の一方の電極上にマウントペーストを塗布した後、発光素子１０４を搭載し、他方の電極にワイヤ１０５をボンディングして導通可能にする。この後に、透光性樹脂を空隙にポッティングし所定の硬化条件で硬化させて透光樹脂部１０３を形成し、完成する。
【０００４】
光半導体パッケージ１００では、発光素子１０４から発光される光は、透光樹脂部１０３を透過して取り出され、約１００°から１２０°程度の広い指向角で出射される。このように、光半導体パッケージ１００から取り出された光はレンズや反射面部を設けない限り集光しないため、前方部分の特定範囲を明るく照らすといった用途には不向きである。
【０００５】
このため、封止樹脂充填部とは別に光を反射させて指向性を制御する反射面部を設ける構造を採用したものがある。図６はこのような構造を有する光半導体装置の一例である光半導体パッケージ２００を示す縦断面図である。光半導体パッケージ２００は、リード２０１と、このリード２０１を封止する外囲器２０２とを備えている。外囲器２０２は、第１の凹部２０２ａと、この第１の凹部２０２ａを囲む位置に配置された第２の凹部２０２ｂとを備えている。第１の凹部２０２ａには、蛍光体混合シリコン樹脂製が充填されて透光樹脂部２０３が形成され、第２の凹部２０２ｂの内壁面には反射面２０４が形成されている。さらに、リード２０１上には、発光素子２０５が搭載されており、この発光素子２０５の端子とリード２０１の電極とは金製のワイヤ２０６により導通されている。なお、図６中Ｑは透光樹脂部２０３から出射された光の出射方向を示している。
【特許文献１】特開２０００−１８３４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来の封止樹脂ポッティング部と反射面部を有するパッケージ構造からなる光半導体装置であると、次のような問題があった。すなわち、蛍光体混合シリコン樹脂を流し込み、所定の硬化条件にて硬化させる工程で、図７に示すように蛍光体混合シリコン樹脂が反射面部にまで這い上がってきてしまい、反射面の実質的な面積が縮小したり、光源となる光学樹脂材料の表面形状が設計値と異なってしまうことから反射の効果が十分に得られない場合がある。また、透光樹脂部２０３が凹み形状となるために、透光樹脂部２０３の中央付近では発光素子２０５から発光された光が透光樹脂部２０３内を通る距離が短いのに対し、透光樹脂部２０３の外周部付近ではその距離が長くなることから、中央部と外周部では蛍光体の励起・発光状態が異なり、色調がばらつくという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、透光性樹脂が反射面まで這い上がることによる反射面の集光効果の低下を防ぐことにより、簡易な構成で光の取り出し効率を向上させることができる光半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の光半導体装置は次のように構成されている。
【０００９】
光半導体素子と、この光半導体素子が設けられるとともに前記光半導体素子に対して外部から電力を伝達するためのリードと、このリードを保持するとともに、少なくとも前記光半導体素子がボンディングされた領域が露出するように凹部が形成された外囲器とを具備し、前記凹部は、少なくとも前記光半導体素子を含む第１の開口部と、この第１の開口部の外縁部に設けられた突条部と、前記第１の開口部及び前記突条部とを含む第２の開口部とを具備することを特徴とする。
【００１０】
上記光半導体装置であって、前記突条部は、前記リードがなす面の法線方向に向けて凸となるように延設されていることを特徴とする。
【００１１】
上記光半導体装置であって、前記光学樹脂材料は、熱硬化性樹脂に蛍光体が混入されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構成で光の取り出し効率を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】
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光半導体装置１０を示す縦断面図、図２は光半導体装置１０を構成する外囲器３０を示す縦断面図、図３は製造工程において用いる金型８０を示す縦断面図である。
【００１４】
光半導体装置１０は、リード２０と、外囲器３０とを備えている。リード２０は、銅材製で、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＡｕが所定の厚みで銅表面からＮｉ、Ｐｄ、Ａｕの順でメッキされており、フレーム表面はＡｕが露出している。リード２０は、第１のリード２１と第２のリード２２とを備えており、これらのリード２１，２２上にはそれぞれ電極２１ａ，２２ａが設けられている。
【００１５】
電極２１ａ上には紫外線を発する発光素子２３が取り付けられている。また、発光素子２３の電極は金製のワイヤ２４により電極２２ａに接合されている。
【００１６】
外囲器３０は、白色の熱可塑性樹脂からなるベース部４０を備えている。ベース部４０は、第１の凹部５０と、この第１の凹部５０の外周側に設けられた第２の凹部６０とが設けられ、第１の凹部５０と第２の凹部６０との間には、突条部７０が形成されている。
【００１７】
第１の凹部５０には、蛍光体混合シリコン樹脂からなる蛍光体樹脂部（透光樹脂部）５１が形成されている。蛍光体混合シリコン樹脂は、熱硬化性樹脂であるシリコン樹脂に発光素子２３が発する紫外光に反応して可視光を発光する蛍光体を混合したものである。第２の凹部６０には、反射面６１が形成されている。
【００１８】
突条部７０は、図１中矢印Ｖ方向へ、すなわちリード２０の面の法線方向に凸となるように第１の凹部５０の底部側から開口部側へ延設されており、その高さＨは例えば、０．１ｍｍ、幅Ｗ０．０５ｍｍである。
【００１９】
このように構成された光半導体装置１０は、次のような工程で製造される。すなわち、射出成形用金型８０内にリード２０を配置する。
【００２０】
射出成形用金型８０は、外囲器３０の外形を形成するための第１の金型８１と、第１の凹部５０、第２の凹部６０、突条部７０を形成するための第２の金型８２とを用い、キャビティの材質は、例えば、ＨＰＭ−３８（プリハードン鋼）に熱処理でＨＲＣ（ロックウェル硬さ）５３〜５５としたものを用いる。第２の金型８２は、円筒形状の反射面部金型（スリーブ）８３内に、封止樹脂充填部金型（コアピン）８４を通した構造である。このような構造を採用した理由について説明する。
【００２１】
一体ものの金型で射出成形で小さな突条部を作る場合には、金型側に溝を掘ることになるが、微小の段付き部に溝加工を施すのは非常に困難であり、また表面形状の変曲点に意図しない加工Ｒが付くため、上述した組合せ型の第２の金型８２を用いることが好ましい。
【００２２】
反射面部金型（スリーブ）８３の内径側に突条部７０にあたる段付き部を設けておけば、封止樹脂充填部金型（コアピン）８４と組み合わせることにより、微小の溝８５を容易に形成することができる。すなわち、スリーブ構造とすることによって、溝掘り込み加工の如く加工Ｒがつく虞も無く、エッジ形状の突条部７０を形成することができる。なお、突条部７０の先端、すなわち図１中二点鎖線Ｅで囲んだ部分はＲ形状よりもエッジが立っていた方が樹脂漏れ防止の観点から好ましい。
【００２３】
射出成形用金型８０を用いて、例えば、金型温度１３０℃、樹脂溶融粘度３３０℃、ゲート通過時の樹脂の見かけの粘度３００Ｐａ・ｓ、保圧：１２０ＭＰａの成形条件で射出成形した。使用した樹脂はＰＰＡ（ポリフタルアミド）を用いた。樹脂中には重量比５％以上の酸化チタンが添加されている。
【００２４】
成形後、第２の金型８２を図３中上方に抜く。そして、一方のフレーム電極２１ａに銀フレークを含んだマウントペーストを塗布し発光素子２３を搭載して、もう一方の電極２２ａにワイヤ２４によりワイヤボンディングして電気的導通を得る。
【００２５】
その後、第１の凹部５０に蛍光体混合シリコン樹脂（透光樹脂）をポッティングする。この際、蛍光体混合シリコン樹脂の一部が第２の凹部６０に這い上がろうとするが、突条部７０によってその這い上がりが規制されるため、反射面６１に蛍光体混合シリコン樹脂は這い上がることは無い。
【００２６】
ポッティングした蛍光体混合シリコン樹脂は所定の効果条件、例えば１００℃で２時間、次に１４５℃で４時間、１８０℃で４時間で硬化され、蛍光体樹脂部５１が形成される。
【００２７】
このように構成された光半導体装置１０では、発光素子２３で発した紫外光に蛍光体樹脂部５１内の蛍光体が反応し可視光を発する。この可視光は蛍光体樹脂部５１からの出射すると、反射面６１によって反射され、図１中上方に出射される。出射方向は、反射面６１の材質や、面粗さ、角度を適宜設計することで調整が可能である。
【００２８】
なお、光半導体装置１０の製造工程において、第１の凹部５０へ蛍光体混合シリコン樹脂を充填する際、蛍光体混合シリコン樹脂の第２の凹部６０への這い上がりが突条部７０によって規制されるため、反射面６１の表面に蛍光体混合シリコン樹脂が濡れ広がることがなく、反射面６１が蛍光体混合シリコン樹脂で覆われず、設計通りの反射効果が発揮できる。また蛍光体混合シリコン樹脂が第２の凹部６０へ這い上がることによって蛍光体樹脂部５１の中央部が凹み、色調のばらつきが生じることも低減される。また、蛍光体混合シリコン樹脂のポッティング量のばらつきが多少生じても突条部７０がダム構造となっているため蛍光体混合シリコン樹脂が表面張力により第２の凹部６０側へ溢れ出すことも無い。このため、製造工程においてポッティング量制御に幅を持たすことができ、生産性を向上させることができる。
【００２９】
突条部７０はその高さは０．１ｍｍ以上、幅０．０５ｍｍ以上であると、蛍光体混合シリコン樹脂が溢れ出すことを有効に阻止することができるがわかった。したがって、突条部７０の高さＨは０．１ｍｍ以上、幅Ｗ０．０５ｍｍ以上としておくことが好ましい。さらに、第１の凹部５０と反射面６１の段幅Ｄが１．３ｍｍ以上である。
【００３０】
上述したように、本実施の形態に係る光半導体装置１０によれば、第１の凹部５０と第２の凹部６０との境界に、突条部７０を設けたことにより、蛍光体混合シリコン樹脂が反射面６１まで這い上がることを防止でき、反射面６１の集光効果の低下を防ぐことが可能となる。また、製造工程におけるポッティング量制御に幅を持たすことができ、生産性を向上させることができる。
【００３１】
図４は本発明の第２の実施の形態に係る光半導体装置９０を示す縦断面図である。図４において図１と同一機能部分には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３２】
上述した光半導体装置１０では、蛍光体樹脂部５１の表面が硬化後にフラットになるようにポッティング量を調整していた。蛍光体混合シリコン樹脂により演色する方式では無く、発光素子そのものの色を用いる光半導体発光装置９０では、透明シリコン樹脂をポッティングすることとなるが、その場合に、表面張力によりダム構造から透明シリコン樹脂が漏れ出さない程度にポッティング量を多めにし、パッケージを反転した状態で硬化させて透光樹脂部９１を形成する。これにより、透光樹脂部９１は凸形状となり、簡易的なレンズ効果を示すことが可能となる。
【００３３】
本実施の形態に係る光半導体装置９０においても上述した半導体装置１０と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる光半導体装置を示す縦断面図。
【図２】同光半導体装置に組み込まれたリードと外囲器を示す縦断面図。
【図３】同光半導体装置を製作するキャビティを示す縦断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わる光半導体装置を示す縦断面図。
【図５】従来の光半導体パッケージの一例を示す縦断面図。
【図６】従来の反射面部を有する光半導体パッケージの一例を示す縦断面図。
【図７】同光半導体パッケージの問題点を示す説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１０,９０…光半導体装置、２０…リード、２３…発光素子、３０…外囲器、４０…ベース部、５０…第１の凹部、５１…蛍光体樹脂部（透光樹脂部）、６０…第２の凹部、６１…反射面、７０…突条部、８０…金型。
【図１】
2005197369.tif 000003
【図２】
2005197369.tif 000004
【図３】
2005197369.tif 000005
【図４】
2005197369.tif 000006
【図５】
2005197369.tif 000007
【図６】
2005197369.tif 000008
【図７】
2005197369.tif 000009