(57)【要約】【課題】電子回路部品とともに実装された場合であっても、効率よく放熱することのできる表面実装型の光半導体装置を提供する。【解決手段】発光素子１０を搭載する凹部１３と、実装基板２１に接続される一対の電極端子部１４、１８とを備えるリードフレーム１１と、凹部の周囲を封止する樹脂封止部１２とを有する。凹部１３の底部２０は、一対の電極端子部１４，１８の実装基板２１への接続面から、予め定めた間隔Ｌだけ離れた位置に配置され、かつ、封止樹脂部１２の底面２２から露出している。これにより、凹部１３の底面２０を空冷することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子を搭載する凹部と、実装基板に接続される一対の電極端子部とを備えるリードフレームと、
前記凹部の周囲を封止する樹脂封止部とを有し、
前記凹部の底部は、前記一対の電極端子部の前記実装基板への接続面から、予め定めた間隔だけ離れた位置に配置され、かつ、前記封止樹脂部の底面から露出していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光半導体装置において、前記封止樹脂部の底面は、前記凹部の底部と同等もしくはそれ以上に前記接続面から離れた位置に配置されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光半導体装置において、前記封止樹脂部の底面の少なくとも一部は、前記凹部の底部から離れるほど前記封止樹脂部の底面と前記接続面との間隔が広がるように傾斜していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光半導体装置において、前記凹部の底部は、前記接続面と対向する側の面が、前記接続面に対して突出形状もしくは凹凸形状であり、その表面積が、前記凹部内側の前記発光素子を搭載する側の面の表面積よりも大きいことを特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
実装基板と、前記実装基板に搭載された複数の電気回路部品および光半導体装置を有する電気回路装置において、
前記光半導体装置として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光半導体装置を用いたことを特徴とする電気回路装置。
【請求項６】
実装基板と、前記実装基板に搭載された複数の電気回路部品と、光半導体装置とを有する電気回路装置において、
前記光半導体装置は、発光素子と、前記発光素子を搭載する凹部および実装基板に接続される一対の電極端子部とを備えるリードフレームと、前記凹部の周囲を封止する樹脂封止部とを有し、前記電気回路部品の複数と同一実装面に搭載され、
前記リードフレームは、前記凹部底面および前記封止樹脂部の底面が前記実装基板への接続面から、離れた位置に配置されるように実装基板側に突出または屈曲して形成され、
前記実装基板表面と前記半導体装置の凹部底面との間には流動空気層が設けられていることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装型の光半導体装置に関し、特に、放熱特性に優れ、他の電気回路部品とともに実装基板上に搭載するのに適した光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型の発光素子として、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の発光素子は、放熱特性を向上させるために、発光素子チップの発熱を、短い経路で実装基板へ直接的に伝導させる構造を開示している。具体的には、リードフレームに設けた凹部内に発光素子チップを配置し、凹部の最下面をリードフレームの電極端子と同じ高さに配置している。凹部の最下面は、発光素子チップおよびその周囲を封止する樹脂部から露出している。これにより、特許文献１の発光素子は、実装基板に搭載し、電極端子を実装基板の配線パターンに半田等により接続すると、発光素子チップを搭載した凹部の最下面が実装基板に接触するため、発光素子チップの発熱は、凹部の最下面から実装基板へ熱伝導により放熱される。
【０００３】
同様に、特許文献２には、リードフレームのチップを搭載する凹部の最下面を、電極端子と同じ高さに配置した発光素子が開示されている。この発光素子は、電極端子を内側（凹部側）に折り込むことにより、リードフレームの強度を向上させているため、樹脂部を凹部の上側にのみ配置することを可能にしている。
【特許文献１】特開２００２−２５２３７３号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１および２に記載の発光素子は、いずれもチップを搭載した凹部を実装基板に直接接触させ、熱伝導により実装基板に放熱する構成である。しかしながら、近年のデジタルカメラやカメラ付き携帯電話機、携帯情報端末等のような小型電子回路装置では、実装基板には、発光素子のみならず、発熱量の多いＩＣチップやコイル等の他の電気回路部品も高密度で搭載される。これら電気回路部品の発熱で実装基板の温度が７０〜８０℃にも達することがある。このような温度では、発光素子の実装基板への放熱効率が低下するだけでなく、実装基板の熱が発光素子側に逆流し、発光素子の発光特性に悪影響を与える恐れも生じる。
【０００５】
本発明の目的は、電子回路部品とともに実装された場合であっても、効率よく放熱することのできる表面実装型の光半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明によれば、以下のような光半導体装置が提供される。
【０００７】
すなわち、発光素子と、発光素子を搭載する凹部と、実装基板に接続される一対の電極端子部とを備えるリードフレームと、凹部の周囲を封止する樹脂封止部とを有し、凹部の底部は、一対の電極端子部の前記実装基板への接続面から、予め定めた間隔だけ離れた位置に配置され、かつ、前記封止樹脂部の底面から露出していることを特徴とする光半導体装置が提供される。
【０００８】
上述の封止樹脂部の底面は、凹部の底部と同等もしくはそれ以上に接続面から離れた位置に配置することができる。
【０００９】
上記封止樹脂部の底面の少なくとも一部は、凹部の底部から離れるほど封止樹脂部の底面と接続面との間隔が広がるように傾斜した構造にすることもできる。また、凹部の底部は、接続面と対向する面が、接続面に対して突出形状もしくは凹凸形状にすることが可能であり、その表面積が、凹部内側の発光素子の搭載面の表面積よりも大きくなるため、放熱効率を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明によれば、以下のような電気回路装置が提供される。すなわち、実装基板と、実装基板に搭載された複数の電気回路部品および光半導体装置を有する電気回路装置であり、光半導体装置として、上述の光半導体装置を用いる。
【００１１】
また、本発明により別の態様の電気回路装置が提供される。すなわち、実装基板と、実装基板に搭載された複数の電気回路部品と、光半導体装置とを有する電気回路装置であり、
光半導体装置は、発光素子と、発光素子を搭載する凹部および実装基板に接続される一対の電極端子部とを備えるリードフレームと、凹部の周囲を封止する樹脂封止部とを有し、電気回路部品の複数と同一実装面に搭載される。リードフレームは、凹部底面および封止樹脂部の底面が実装基板への接続面から、離れた位置に配置されるように実装基板側に突出または屈曲して形成されている。実装基板表面と半導体装置の凹部底面との間には流動空気層が設けられている。これにより、流動空気層により、凹部底面を効果的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施の形態の表面実装型光半導体装置について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の表面実装型光半導体装置の上面図を図１（ａ）に、正面図を図１（ｂ）に、Ａ−Ａ’断面図を図１（ｃ）に、側面図を図１（ｄ）に、Ｂ−Ｂ’断面図を図１（ｅ）にそれぞれ示す。この光半導体装置は、発光素子１０と、リードフレーム１１と、発光素子１０の周囲を封止する封止樹脂部１２とを含む。発光素子１０として、ここではＬＥＤ素子を用いている。
【００１３】
リードフレーム１１は、図１（ａ）のように第１リードフレーム１１ａと第２リードフレーム１１ｂとに分割されている。第１リードフレーム１１ａは、発光素子１０を搭載するための凹部１３と、第１電極端子部１４と、これらを連結する接続部１５とを備えている。一方、第２リードフレーム１１ｂは、金ワイヤ１６で発光素子１０と接続されるワイヤ接続部１７と、第２電極端子部１８と、これらを連結する接続部１９とを備えている。
【００１４】
発光素子１０は、底面と上面にそれぞれ電極を有し、底面電極は、凹部１３の底面に共晶はんだや銀ペースト等によりダイボンディングされる。上面電極は、金ワイヤ１６により、ワイヤ接続部１７と接続される。
【００１５】
第１リードフレーム１１ａの接続部１５は、図１（ｂ）のように屈曲した形状であり、凹部１３の底面（最下面）２０を、第１電極端子１４から所定の高さＬの位置に支持している。第２リードフレーム１１ｂの接続部１９も屈曲した形状であり、ボンディングベース部１７を凹部１３の上面と同じ高さに支持している。
【００１６】
封止樹脂部１２は、外形が直方体形状であり、第１および第２リードフレーム１１ａ、１１ｂの凹部１３およびワイヤ接続部１７の周囲を封止している。封止樹脂部１２の底面２２は、凹部１３の底面２０と同じ高さになるように形成され、凹部１３の底面２０は、封止樹脂部１２の底面２２から露出されている。なお、発光素子１０の発する光を波長変換する場合には、凹部１３の内部の封止樹脂１２に蛍光体等の波長変換材料を混入させることができる。
【００１７】
つぎに、表面実装型光半導体装置の動作について説明する。
上述の光半導体装置は、実装基板２１に搭載され、第１および第２電極端子１４がはんだ付け等により、実装基板２１上面の一対の電極にそれぞれ接続される。凹部１３の底面（実装基板２１との対向面）２０および封止樹脂部１２の底面２２は、実装基板２１の上面から高さＬの位置に位置し、底面２０と実装基板２１との間には流動空気層が存在する。
【００１８】
発光素子１０は、第１および第２電極端子１４を介して、実装基板２１の電極から電力の供給を受け、発光する。発せられた光は、凹部１３の開口から封止樹脂部１２を通過し、封止樹脂部１２の上面から出射される。
【００１９】
発光素子１０は発光に伴い発熱し、熱はリードフレーム１１ａの凹部１３に伝導する。ここで凹部１３の底面２０は、封止樹脂部１２の底面２２から露出され、実装基板２１との間には厚さＬの流動空気層が存在するため、凹部１３の底面２０の熱は流動空気層に伝導する。温められた空気は、図１（ｂ）のように冷たい空気よりも上側に位置し、封止樹脂部１２の端部から上方に逃げ、入れ替わりに周囲の冷たい空気が封止樹脂部１２の下に入り込む。これにより、凹部１３を効率よく冷却することができる。
【００２０】
また、実装基板２１上の空気を循環させて冷却するファンが備えられている場合には、ファンが形成した空気の流れが、封止樹脂部１２と実装基板２１との間の空隙を通過する流動空気層となることにより、凹部１３の底面２０から熱を奪い、強制冷却する。
【００２１】
このように本実施の形態の表面実装型光半導体装置は、実装基板２１と凹部１３との間に高さＬの間隙が存在するように構成したことにより、凹部１３の底面２０を空冷することができる。実装基板２１は、同時に実装されている多数の電気回路素子等の発熱により、場合によっては７０〜８０℃程度にも達し、熱的に飽和していることがあるが、本実施の形態の光半導体装置は、この様な場合であっても、凹部１３の底面２０から発光素子１０の熱を放熱することができる。また、凹部１３が実装基板２１から離れているため、実装基板２１の熱が凹部および発光素子１０に逆流しにくい。これらの効果によって、本実施の形態の表面実装型光半導体装置は、発光素子１０の発光特性を安定に保つことができる。
【００２２】
つぎに、第１の実施の形態の光半導体装置の製造方法について図２（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
まず、凹部１３が形成されたリードフレーム１１を用意し、凹部１３内に発光素子１０を配置し、発光素子１０の下面電極を共晶はんだ１２１または銀ペースト等と用いて凹部１３にダイボンディングする（図２（ａ））。
【００２３】
発光素子１０の上面電極と、リードフレーム１１のワイヤ接続部１７とを金ワイヤ１６によりボンディング接続する（図２（ｂ））。また、発光素子１０の発光を波長変換する構成の光半導体装置を製造する場合には、この段階で凹部１３内に、蛍光体等の波長変換材料と樹脂（エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等）との混合物を充填する。
【００２４】
リードフレームを屈曲させ、接続部１５，１９を形成する（図２（ｃ））。樹脂型１２２に透明樹脂材料（エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等）１２３を注入後、図２（ｃ）のリードフレームを挿入する。このとき樹脂の液面から凹部１３の底面２０が露出するようにする。この後、加熱処理等により、透明樹脂材料を硬化させ、樹脂型１２２から取り出す。その後、リードフレーム１１の不要部分を切断し、光半導体装置を完成させる。
【００２５】
上記図２（ａ）から（ｅ）の工程により、封止樹脂部１２によって発光素子１０の周囲が封止され、凹部１３の底面２０が封止樹脂１２から露出した光半導体装置が製造できる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、凹部１３の底面２０の高さを封止樹脂部１２の底面２２の高さと一致させているが、これに限られず、図３のように、封止樹脂部１２の底面２２を凹部１３の底面２０底面よりも高い位置に配置することも可能である。
【００２７】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の表面実装型光半導体装置の上面図を図４（ａ）に、正面図を図４（ｂ）に、Ｃ−Ｃ’断面図を図４（ｃ）に、側面図を図４（ｄ）に、Ｂ−Ｂ’断面図を図４（ｄ）にそれぞれ示す。
【００２８】
図４（ａ）〜（ｅ）の光半導体装置において、第１の実施の形態の図１の光半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付している。図４（ａ）〜（ｅ）の光半導体装置は、図１の光半導体装置とほぼ同様の構造であるが、封止樹脂部１２の底面２２に傾斜を付け、凹部１３の底面２０から離れるほど、封止樹脂部１２の底面と実装基板２１との間隔が広くなるように形成している。
【００２９】
すなわち、封止樹脂部１２の底面２２の形状を傾斜させることにより、封止樹脂部１２の底面２２形状は、凹部１３の底面２０を中心に実装基板２１に向かって凸型となるように傾斜している。これにより、封止樹脂部１２と実装基板２１との間の間隔において、凹部１３の底面２０によって温められた空気は、上方へ移動する性質により、封止樹脂部１２の底面２２の傾斜に沿って封止樹脂部１２の端部まで到達し、端部から上方へと逃げる。したがって、封止樹脂部１２と実装基板２１との間隙において、温められた空気と周囲の冷たい空気との入れ替えが容易になり、放熱効率を高めることができる。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｅ）では、封止樹脂部１２の底面２２の全体を傾斜させているが、図５（ａ）〜（ｅ）に示したように、凹部１３の径と同等の幅の縦横の領域３０、３１の部分のみに傾斜を付け、他の領域には傾斜をつけない構造にすることも可能である。図５（ａ）〜（ｅ）の構造においても、凹部１３の底面２０によって温められた空気は、傾斜領域３０，３１に沿って上方へと逃げやすく、放熱効率を高める効果が得られる。
【００３１】
図４（ａ）〜（ｅ）および図５（ａ）〜（ｅ）の光半導体装置を製造する方法について説明する。
まず、第１の実施の形態の図２（ａ）〜（ｂ）の製造工程と同様に、リードフレーム１１に発光素子１０を搭載する。図２（ｂ）の状態または図２（ｃ）の状態のリードフレームを図６（ａ）のように上下に２分割された樹脂型６１、６２で挟む。この樹脂型は、凹部１３の底面２２側に傾斜を形成するための内面形状を有する。樹脂を樹脂型の注入口から注入し、加熱して硬化させる。樹脂型を外し、必要に応じてリードフレームを適切な位置で屈曲させた後、リードフレームの不要部を切断し、完成させる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
つぎに、第３の実施の形態として、第１または第２の実施の形態の光半導体装置を搭載した電子回路装置を図７を用いて説明する。
本電子回路装置は、携帯用情報端末であり、複数の実装回路基板と、液晶表示パネルと、操作スイッチとを有し、実装回路基板のうちの１つ（実装基板２１）には、図７のように、光半導体装置７０、ＩＣチップ７１、複数の抵抗素子７２、複数のコンデンサ７３、トランジスタ７４、複数のジャンパー７５が密集して搭載されている。この携帯用情報端末の筐体７９には、外気を取り込むファン７７と、排気口７８とが設けられている。
【００３３】
図７の光半導体装置７０として、第１および第２の実施の形態の光半導体装置７０のいずれかを搭載することにより、発光素子１０を搭載した凹部１３と実装基板２１との間に間隙が存在する。よって、発光素子１０の発熱を凹部１３の底面２０から、間隙の空気に放出して空冷することができる。特に、図７の構造ではファン７７を備えているため、間隙にはファン７７からの送風が通過し、強制的に空冷することができるため、発光素子１０の発熱をさらに効率よく排気口７８から外部に放出することができる。なお、図７の装置は、ファン７７と排気口７８を備えているが、これらは必須ではなく、ファン７７と排気口７８が存在しなくても、本実施の形態の光半導体装置７０では空冷による放熱が可能である。
【００３４】
また、実装基板２１には、図７のように多数の電子回路部品（７１〜７５）が搭載され、その熱が伝導しているが、光半導体装置７０は、凹部１３の底面２０が実装基板２１には、直接接触していないため、発光素子１０には、実装基板２１の熱が逆流しにくく、安定した発光を維持することができる。
【００３５】
なお、第１および第２の実施の形態で説明した光半導体装置は、発光素子１０を１つのみ搭載する構造であったが、２以上の発光素子１０を搭載する光半導体装置を構成することも可能である。図８（ａ）、（ｂ）に、２つの発光素子１０を搭載した光半導体装置の上面図、Ｇ−Ｇ’断面図をそれぞれ示す。図８（ａ），（ｂ）において、図１（ａ）〜（ｂ）と対応する部分には同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。図８（ａ），（ｂ）のように、このように２以上の発光素子１０を搭載する光半導体装置であっても、凹部１３の底面２０が封止樹脂１２の底面２２から露出する構成にし、かつ、底面２０を実装基板２１から高さＬの位置する構成にすることが可能であり、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、図８（ａ），（ｂ）の構成において、第２の実施の形態のように、封止樹脂部１２の底面２２の形状を傾斜させることも可能である。
【００３６】
また、第１ないし第３の実施の形態で説明した光半導体装置は、凹部底面２０が平面形状であったが、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）のように凹部底面２０を実装基板２１側に突出させた形状または凹凸形状とし、その表面積が、凹部１３内側底の発光素子１０搭載面の表面積よりも大きくなるようにすることも可能である。このように凹部底面２０に凹凸を設け、その表面積を広げることにより、放熱効果をより向上させることができる。具体的には、図９（ａ）は、凹部底面２０の外部側表面に段差状の凸部を設けた例を、図９（ｂ）は、凹部底面２０の外部側表面に放熱フィン形状の凹凸を設けた例を示している。また、図９（ｃ）のように、凹部底面２０の外部側表面を粗面にすることも可能である。
【００３７】
また、第１ないし第３の実施の形態で説明した光半導体装置は、リードフレーム１１の接続部１５，１９を封止樹脂部１２の底面２２から引き出し、凹部１３の底面２０を実装基板２１から所定の高さＬの位置に支持する構造としたが、接続部１５，１９を封止樹脂部１２から引き出す位置を、封止樹脂部１２の側面にすることも可能である。側面から引き出した場合であっても、接続部１５、１９を屈曲させることにより、封止樹脂部１２の底面２２および凹部底面１３を実装基板２１から所定の高さに配置することができる。
【００３８】
なお、リードフレーム１１から接続部１５、１９を引き出す位置が底面であっても側面であっても、一対の接続部１５，１６を封止樹脂部１２から引き出す位置は、図１、図４、図５のように封止樹脂部１２を挟んで向かい合っていることが望ましい。このように、一対の接続部１５，１６を向かい合わせに配置することにより、その間の空間を流動空気層の流路として確保することができ、接続部１５，１６が流動空気層の流れの障害にならない。封止樹脂部１２の下部で温められた空気は、封止樹脂部１２の接続部１５、１６が配置されていない端面方向から外部に放出され、冷却効率が向上する。
【００３９】
上述してきたように、本実施の形態によれば、電子回路部品とともに実装された場合であっても、効率よく放熱することのできる表面実装型の光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の実施の形態の光半導体装置の（ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）Ａ−Ａ’断面図、（ｄ）側面図、（ｅ）Ｂ−Ｂ’断面図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）第１の実施の形態の光半導体装置の製造工程を示す説明図。
【図３】第１の実施の形態において、凹部１３の底面２０と実装基板２１との距離よりも封止樹脂１２と実装基板２１との距離を広くした構造を示す断面図。
【図４】第２の実施の形態の底面全体を傾斜させた光半導体装置の（ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）Ｃ−Ｃ’断面図、（ｄ）側面図、（ｅ）Ｄ−Ｄ’断面図。
【図５】第２の実施の形態の底面領域３０，３１のみを傾斜させた光半導体装置の（ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）Ｅ−Ｅ’断面図、（ｄ）側面図、（ｅ）Ｆ−Ｆ’断面図。
【図６】（ａ）〜（ｂ）第２の実施の形態の光半導体装置の製造工程を示す説明図。
【図７】第３の実施の形態の電子回路装置の断面図。
【図８】本実施の形態の発光素子１０を２個搭載した光半導体装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｇ−Ｇ’断面図。
【図９】本実施の形態の光半導体装置の凹部底面２０に（ａ）凸部を設けた場合の断面図、（ｂ）放熱フィンを設けた場合の断面図、（ｃ）粗面にした場合の断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・発光素子、１１・・・リードフレーム、１１ａ・・・第１リードフレーム、１１ｂ・・・第２リードフレーム、１２・・・封止樹脂部、１３・・・凹部、１４・・・第１電極端子部、１５・・・接続部、１６・・・金ワイヤ、１７・・・ワイヤ接続部、１８・・・第２電極端子部、１９・・・接続部、２０・・・凹部の底面、２１・・・実装基板、２２・・・封止樹脂の底面、７７・・・ファン、７８・・・排気口、７９・・・筐体。
【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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