(57)【要約】【課題】半導体発光素子の剥離の虞の少ない半導体発光モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】凹部を有する基材２，３と、凹部の底面に設けられた半導体発光素子６と、凹部内に設けられ半導体発光素子６を覆う透明な第１樹脂封止部８と、第１樹脂封止部８の上部に設けられ、凸レンズ部９ａを有する透明な第２樹脂封止部９とを有し、第２樹脂封止部９の底面積が凹部の開口面積より小さいことを特徴とする半導体発光モジュールにより上記目的が達成される。【選択図】図２
2012049162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する基材と、
前記凹部の底面に設けられた半導体発光素子と、
前記凹部内に設けられ前記半導体発光素子を覆う透明な第１樹脂封止部と、
前記第１樹脂封止部の上部に設けられ、凸レンズ部を有する透明な第２樹脂封止部とを有し、
前記第２樹脂封止部の底面積が前記凹部の開口面積より小さいことを特徴とする半導体発光モジュール。
【請求項２】
前記基材の上面で前記半導体発光素子の外周に粗面化部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光モジュール。
【請求項３】
前記半導体発光モジュールは
前記基材に設けられたリード電極と、
前記半導体発光素子と前記リード電極とを接続する電線と、
前記リード電極上に溶着されたアンカー部材とを備え、
前記アンカー部材は前記電線と同一材料で形成されており、
前記アンカー部材は前記第１樹脂封止部に覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光モジュール。
【請求項４】
凹部を有する基材と、
前記凹部の底面に固定された半導体発光素子と、
前記基材に設けられたリード電極と、
前記半導体発光素子と前記リード電極とを接続する電線と、
前記リード電極上に溶着されたアンカー部材とを備え、
前記凹部内に設けられ、前記半導体発光素子と前記電線と前記アンカー部材とを覆う第１樹脂封止部と、
前記第１樹脂封止部の上部に設けられ、凸レンズ部を有する第２樹脂封止部と、
前記第２樹脂封止部の底面積が前記凹部の開口面積より小さく、
前記アンカー部材は前記電線と同一材料で形成されている半導体発光モジュールの製造方法であって、
前記基材に前記半導体発光素子を固定する工程と、
前記リード電極と前記半導体発光素子とを金属線で接続して前記電線を形成する工程と、
前記リード電極の上に前記金属線を溶着させて前記アンカー部材を形成する工程と、
前記半導体発光素子と前記電線とを覆うように、前記凹部内に前記第１樹脂封止部を形成する工程と、
前記第１樹脂封止部の上に、前記第２樹脂封止部の底面が前記凹部の開口面積より小さくなる金型を用いて前記第２樹脂封止部を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体発光モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記第１樹脂封止部を形成する工程と前記第２樹脂封止部を形成する工程は同時に行われ、前記第１樹脂封止部と前記第２樹脂封止部とは一体的に形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用灯具に適した半導体発光モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＬＥＤ技術の進歩により高輝度のＬＥＤが開発され、ＬＥＤを車両用灯具に搭載することが行われている。このようなＬＥＤにおいて、半導体発光素子に水分が侵入すると発光特性が劣化するので、水分の半導体発光素子への侵入を防止するために半導体発光素子を樹脂で封止することが行われている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の光半導体モジュール（半導体発光モジュール）は、図４に示すように、凹部１０１ａが形成された基板１０１と、凹部１０１ａ内に設けられた金属薄膜１０３ａ，１０３ｂと、金属薄膜１０３ａ，１０３ｂにはんだ付けされた光半導体素子（半導体発光素子）１０２と、光半導体素子１０２を覆うように凹部内を封止する第１樹脂封止部（封止部）１０５と、第１樹脂封止部１０５を覆い光半導体素子１０２の光束を収斂させるための凸部を備える第２樹脂封止部（凸レンズ部）１０６とを備えている。第２樹脂封止部１０６は、第１樹脂封止部１０５を光半導体素子とその回りの凹部１０２の内に塗布し硬化させた後、所望の外形形状の型に流し込んで硬化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７４３５０号公報
【特許文献２】実開昭６４−３６９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体発光モジュールを外部の取付基板に取り付ける際に、はんだ付け等の熱が作用して第１樹脂封止部１０５が膨張し収縮すると、基板１０１や金属薄膜１０３ａ，１０３ｂと第１樹脂封止部１０５との熱膨張率の差から、半導体発光素子１０２が基板１０１から剥離してしまう虞があった。
【０００６】
具体的には、第１樹脂封止部１０５が冷却されて収縮する際、第１樹脂封止部１０５は第２樹脂封止部６と一体的に収縮する。また、第２樹脂封止部１０６は凹部１０１ａよりも大きな面積を有して凹部１０１ａを覆っており第２樹脂封止部１０６は基材１０１の凹部１０１ａの外周の上面で支持されているので、第２樹脂封止部１０６と一体的に動く第１樹脂封止部１０５は、その下部が基材１０１から離間するように収縮する。
【０００７】
このとき、第２樹脂封止部１０６は光半導体素子１０２や光半導体素子１０２を基材１０１に固定するはんだ付け部も一緒に基材１０１から離間させるため、はんだ付け部が剥がれて半導体発光モジュールが不点灯となってしまう虞があった。
【０００８】
また、上述の例では半導体発光素子が金属薄膜１０３ａ，１０３ｂとはんだ付けされている例を挙げたが、接着剤や導電性ペースト（Ａｇペースト等）によって半導体発光素子を固定している場合にも同様の問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は半導体発光素子の剥離の虞の少ない半導体発光モジュール及びそ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】
【００１０】
本発明によれば、上記目的を達成するために以下が提供される。
（１）  凹部を有する基材と、
前記凹部の底面に設けられた半導体発光素子と、
前記凹部内に設けられ前記半導体発光素子を覆う透明な第１樹脂封止部と、
前記第１樹脂封止部の上部に設けられ、凸レンズ部を有する透明な第２樹脂封止部とを有し、
前記第２樹脂封止部の底面積が前記凹部の開口面積より小さいことを特徴とする半導体発光モジュール。
（２）  前記基材の上面で前記半導体発光素子の外周に粗面化部が設けられていることを特徴とする（１）の半導体発光モジュール。
（３）  前記半導体発光モジュールは
前記基材に設けられたリード電極と、
前記半導体発光素子と前記リード電極とを接続する電線と、
前記リード電極上に溶着されたアンカー部材とを備え、
前記アンカー部材は前記電線と同一材料で形成されており、
前記アンカー部材は前記第１樹脂封止部に覆われていることを特徴とする（１）または（２）の半導体発光モジュール。
【００１１】
また、本発明によれば、上記目的を達成するために以下が提供される。
（４）  凹部を有する基材と、
前記凹部の底面に固定された半導体発光素子と、
前記基材に設けられたリード電極と、
前記半導体発光素子と前記リード電極とを接続する電線と、
前記リード電極上に溶着されたアンカー部材とを備え、
前記凹部内に設けられ、前記半導体発光素子と前記電線と前記アンカー部材とを覆う第１樹脂封止部と、
前記第１樹脂封止部の上部に設けられ、凸レンズ部を有する第２樹脂封止部と、
前記第２樹脂封止部の底面積が前記凹部の開口面積より小さく、
前記アンカー部材は前記電線と同一材料で形成されている半導体発光モジュールの製造方法であって、
前記基材に前記半導体発光素子を固定する工程と、
前記リード電極と前記半導体発光素子とを金属線で接続して前記電線を形成する工程と、
前記リード電極の上に前記金属線を溶着させて前記アンカー部材を形成する工程と、
前記半導体発光素子と前記電線とを覆うように、前記凹部内に前記第１樹脂封止部を形成する工程と、
前記第１樹脂封止部の上に、前記第２樹脂封止部の底面が前記凹部の開口面積より小さくなる金型を用いて前記第２樹脂封止部を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体発光モジュールの製造方法。
（５）  前記第１樹脂封止部を形成する工程と前記第２樹脂封止部を形成する工程は同時に行われ、前記第１樹脂封止部と前記第２樹脂封止部とは一体的に形成されることを特徴とする（４）の半導体発光モジュールの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体発光モジュールによれば、第１樹脂封止部の上部に設けられる第２樹脂封止部の底面積が凹部の開口面積より小さいため、半導体発光モジュールが冷却される際に第２樹脂封止部の底面が凹部の内部に侵入できる。したがって、冷却時に第２樹脂封止部の底面が基材の凹部の外周縁上面と当接しないので、第２樹脂封止部が第１樹脂封止部と一体的に収縮しながら下降することができる。よって、第１樹脂封止部が半導体発光素子を基材から剥離させることがなく、半導体発光モジュールを外部基板に取り付ける際にも半導体発光素子の剥離が生じる虞が少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体発光モジュールの上面図である。
【図２】図１に示す半導体発光モジュールのＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１に示す半導体発光モジュールのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】従来例に係る半導体発光モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る半導体発光モジュールを、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
半導体発光モジュールは、図１，２に示すように、台座２と、台座２の上に設けられるケース３と、台座２の上面に取り付けられた第１リード電極４及び第２リード電極５と、第１リード電極４の上に照射軸が上向きとなるように取り付けられた半導体発光素子６とを備えている。この半導体発光モジュールは台座２の下面に設けられた取付基板１の上にはんだ付けされている。なお、図１は半導体発光モジュールを取付基板１に取り付けた状態の上面図であり、第１リード電極４及び第２リード電極５の上面にハッチングを施している。
【００１６】
第１リード電極４及び第２リード電極５は、図２に示すように、台座２の上面から台座２を回り込んで取付基板１側まで延出するように折り曲げられた導電性の金属板である。これら第１リード電極４及び第２リード電極５はそれぞれ、取付基板１上にはんだ付けされて取付基板１上に設けられた外部端子と接続されている。
【００１７】
第１リード電極４の上には、半導体発光素子６の一方の端子（底面側端子）が導電性接着剤（Ａｇペースト等）やはんだ付け等により電気的に接続されている。この半導体発光素子６の他方の端子（上面側端子）はボンディングワイヤ７を介して第２リード電極５と電気的に接続されている。なお、ボンディングワイヤ７は後述する凹部内に収まるように配線されている。
【００１８】
台座２は熱硬化性の樹脂や半導体基板等からなる板状の部材である。ケース３は台座２の上に設けられた略円筒状の部材であり、台座２と一体的に設けられて、台座２と共に基材を構成する。
【００１９】
図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図２に示すように台座２の上部には、略円筒状のケース３の内壁と台座２の上面とで囲まれる凹部が形成されている。半導体発光素子６は、半導体発光素子６からの光を凹部の開口から外部に照射可能なように、その照射軸が凹部の底面から開口に向かうように凹部の底面（台座２の上面）に配置されている。なお、本実施形態ではケース３は略円筒形状として示しているが、略角筒形状としてもよい。また、ケース３と台座２は樹脂の射出成形等で一体的に形成してもよい。
【００２０】
ケース３の内壁には半導体発光素子６からの光を反射する反射面１０が設けられており、半導体発光素子６から側方に放射された光を反射面１０で照射軸の前方に反射させて光の利用効率を高めている。このため、略円筒状のケース３の内壁は、台座２側の内径が上面側の内径よりも小さくなるように傾斜されている。なお、この反射面１０は、例えばアルミをケース３の内壁に蒸着させることで形成することができる。
【００２１】
以上の台座２とケース３とで形成される凹部には透明樹脂が充填されて第１樹脂封止部８が形成されている。この第１樹脂封止部８は、第１リード電極４、第２リード電極５、半導体発光素子６及びボンディングワイヤ７を封止し、これらの金属部材等が酸化されることを防止している。なお、第１樹脂封止部８は凹部全体を充填する必要はなく、これらの部材の酸化を防止する程度に充填されていれば充分である。
【００２２】
更に、第１樹脂封止部８の上部には透明樹脂で形成される第２樹脂封止部９が設けられている。第２樹脂封止部９は凸レンズ部９ａを備え、半導体発光素子６から発光され透明な第１樹脂封止部８を透過してきた光を集光して外部に照射する。なお、本実施形態では第２樹脂封止部９全体が凸レンズ部９ａを構成しているが、半導体発光素子６直上の一部の領域のみに凸レンズ部９ａを形成してもよい。これら第１樹脂封止部８及び第２樹脂封止部９は硬化後の光の透過性に優れた熱硬化型の液状樹脂原料から形成することができる。例えば、シリコーン系、アクリル系或いはエポキシ系の液状樹脂を例示することができる。
【００２３】
この第２樹脂封止部９は図２に示すように、その底面が凹部内に没入できるように、第２樹脂封止部９の底面積が凹部の開口面積（換言すればケース３の上端の開口面積）よりも小さく設定されている。このように第２樹脂封止部９の底面が凹部内に没入し、第２樹脂封止部９の底面がケース３の上面に接触することがないので、第１樹脂封止部８及び第２樹脂封止部９が冷却されて収縮する際、第２樹脂封止部９は第１樹脂封止部８の収縮に追随して台座２側に近接するように変形できる。
【００２４】
具体的には、第１リード電極４及び第２リード電極５を取付基板１にはんだ付けして半導体発光モジュールを取付基板１に取り付けた後、はんだ付け時に膨張していた第１樹脂封止部８及び第２樹脂封止部９が冷却されて収縮する。このとき、第２樹脂封止部９の底面積が凹部の開口面積よりも小さいので、第２樹脂封止部９の底面がケース３の上面に接触することがない。よって、第２樹脂封止部９の下方への移動が阻止されないので、第２樹脂封止部９は第１樹脂封止部８の収縮に追随して台座２側に接近するように変形する。したがって、冷却時に第１樹脂封止部８の底面が台座２の上面から剥離するような力が作用しにくいので、半導体発光素子６を第１リード電極４に接続する導電性接着剤やはんだ付け部の剥離が抑制される。
【００２５】
また、このような導電性接着剤やはんだ付け部の剥離を抑制するように、図３で示すような構成としてもよい。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。例えば図３に示すように、台座２の上面で半導体発光素子６の外周に、第１リード電極４が搭載される面よりも低い段差部（粗面化部）１１を設けてもよい。この段差部１１によって台座２の上面と第１樹脂封止部８との接触面積、及び第１，２リード電極４，５と第１樹脂封止部８との接触面積が大きくされている。したがって、第１樹脂封止部８に台座２から剥離させようとする力が作用しても、その力が大きな接触面積で分散されるので、第１樹脂封止部８が台座２や第１，２リード電極４，５から剥離しにくい。
【００２６】
また、第１樹脂封止部８が凹部の底面から剥離するときは、その周縁端から剥離が開始するので、半導体発光素子６の外周に段差部１１を設けたことで剥離が半導体発光素子６まで進展することを抑えることができ、半導体発光モジュールが不灯となることを抑制できる。
【００２７】
本実施形態では段差部１１は凹部の底面に形成された上面視円弧状の溝である。具体的には段差部１１は台座２の上面，第１リード電極４及び第２リード電極５に跨って形成されている。段差部１１は、台座２が樹脂製の場合は射出成形時に一体的に台座２の上面に形成でき、また第１リード電極４及び第２リード電極５のプレス加工時に形成することができる。
【００２８】
段差部１１は台座２或いは第１，２リード電極４，５と第１樹脂封止部８との接触面積を大きくするための部位であり、その断面形状は図示のものに限られない。例えば、段差部１１は、凸部、凹凸部、サンドペーパーによる表面粗し加工等により得られる粗面化加工面等であってもよい。また、本実施形態では段差部１１は図１に示すように上面視で円弧状の溝として形成したが、溝を複数条設けたり、半導体発光素子６の外周に設けられた矩形状の凹部、或いは半導体発光素子６の外周に点在するように設けた複数の凹部であってもよく、その形状は限られない。なお、粗面化加工面としては表面粗さの算術平均粗さＲａが、１００ｎｍ≦Ｒａ≦１０，０００ｎｍとするとよい。
【００２９】
更に、第１リード電極４及び第２リード電極５の上に金属ボール（アンカー部材）１２を形成してもよい。この金属ボール１２はワイヤボンド装置を用い、ボンディングワイヤとなる金属線の先端を第１リード電極４及び第２リード電極５上で超音波振動させて第１リード電極４及び第２リード電極５上に融着させて形成された、半導体発光素子６とは導通しない球体である。この金属ボール１２は第１リード電極４及び第２リード電極５に溶着によって固定されているので、その接続強度が高い。また、第１樹脂封止部８は金属ボール１２を囲むように形成されるのでその接触面積が大きい。したがって、第１リード電極４及び第２リード電極５と第１樹脂封止部８は金属ボール１２を介して強固に接続されることになり、第１樹脂封止部８の第１リード電極４及び第２リード電極５からの剥離が抑制される。
【００３０】
上述の如く、第１樹脂封止部８の台座２からの剥離はその外周から開始して中央の半導体発光素子６側に進展する。したがって、第１樹脂封止部８が多少剥離したとしても、半導体発光素子６と第１リード電極４との接続部であるはんだや導電性接着剤が剥離しなければ半導体発光モジュールが点灯しない事態を避けられる。そこで、金属ボール１２は凹部の底面内でかつ半導体発光素子６の外周に形成される。もっとも、この金属ボール１２は金属製なので酸化を防止するために、第１樹脂封止部８により確実に覆われて封止されるように凹部の底面の外周縁よりも内側に設けられることが好ましい。また、図示の例では金属ボール１２は４カ所に設けられているが、その数も特に限られることはない。
【００３１】
なお、本実施形態の半導体発光モジュールにおいて、半導体発光素子６は基材である台座２に取り付けられた第１リード電極４の上に導電性接着剤やはんだ付け等で固定すると同時に両者間の電気接続を確立しているが、この例に限られない。例えば、半導体発光素子６を台座２の上面に接着剤等で直接固定し、半導体発光素子６を第１リード電極４とボンディングワイヤ７で電気的に接続してもよい。この場合でも、本実施形態の半導体発光モジュールにおいては、第１樹脂封止部８が台座２や第１，２リード電極４，５から剥離することを抑制できるので、ボンディングワイヤ７の接続が不良となって不灯となったり、半導体発光素子６が凹部内で傾いて半導体発光モジュールの輝度が低下する虞がない。
【００３２】
以上のように構成される本実施形態の半導体発光モジュールは、以下の工程により製造することができる。
【００３３】
まず、台座２に第１リード電極４及び第２リード電極５を固定し、半導体発光素子６をはんだ付けや導電性接着剤の塗布によって第１リード電極４に固定する。次に、ワイヤボンダ装置で第２リード電極５と半導体発光素子６とを接続するようにボンディングワイヤ７を形成し、このボンディングワイヤ７を形成する金属線を用いてワイヤボンダ装置で第１，２リード電極４，５上に金属ボール１２を形成する。このように、金属ボール１２はボンディングワイヤ７を形成する際に用いる装置や材料を使って一連の加工工程の中で形成することができるので、既存の半導体発光モジュールの製造設備で金属ボール１２を容易に形成することができる。
【００３４】
次に、凹部内に透明液体樹脂を流し込んで半導体発光素子６、ボンディングワイヤ７、金属ボール１２を覆うように第１樹脂封止部８を形成する。更に、第２樹脂封止部９の底面が前記凹部の開口面積より小さくなる金型を用いて第１樹脂封止部８の上に更に透明液体樹脂を射出して第２樹脂封止部９を形成する。なお、第１樹脂封止部８と第２樹脂封止部９を同時に一体的に形成してもよい。以上のようにして形成された半導体発光モジュールは、第１リード電極４及び第２リード電極５を取付基板１にはんだ付けすることによって、取付基板１に固定される。
【００３５】
なお、上述の第２樹脂封止部９の底面積を凹部の開口面積よりも小さく形成すること、段差部１１を凹部の底面上に形成すること、及び金属ボール１２を第１，２リード電極４，５の上面に形成すること、の各々が第１樹脂封止部８の凹部の底面からの剥離を抑制することに効果的である。本実施形態のようにこれらの構成を組み合わせて半導体発光モジュールを構成してもよいし、単独で構成してもよい。本実施形態では、第２樹脂封止部９の底面積を凹部の開口面積よりも小さくして第１樹脂封止部８が台座２から剥離する力が作用することを防止し、更に、段差部１１及び金属ボール１２で台座２と第１樹脂封止部８との接触面積を増やして剥離する力を分散させて剥離を防止しているので確実に第１樹脂封止部８の台座２からの剥離を防止できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  取付基板
２  台座（基材）
３  ケース（基材）
４  第１リード電極
５  第２リード電極（リード電極）
６  半導体発光素子
７  ボンディングワイヤ（電線）
８  第１樹脂封止部
９  第２樹脂封止部
９ａ  凸レンズ部
１０  反射面
１１  段差部
１２  金属ボール（アンカー部材）
【図１】
2012049162.tif 000003
【図２】
2012049162.tif 000004
【図３】
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【図４】
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