(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミックス基板のクラックの発生を抑制する半導体発光装置を提供する。【解決手段】上下方向に開放された取り付け用のねじ穴を備え表面に電極が形成されたセラミックス基板と、セラミックス基板の表面に電極と電気的に接続された半導体発光素子とを有する。セラミックス基板の裏面に、複数のねじ穴の周囲に電極と電気的に分離された金属膜が形成される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に開放された取り付け用のねじ穴を備え表面に電極が形成されたセラミックス基板と、該セラミックス基板の表面に前記電極と電気的に接続された半導体発光素子とを有する半導体発光装置において、
前記セラミックス基板の裏面に、前記複数のねじ穴の周囲に前記電極と電気的に分離された金属膜が形成される半導体発光装置。
【請求項２】
前記金属膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ又はＮｉである請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記セラミックス基板は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は低温焼結セラミックスからなる請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記金属膜の形状は、前記ねじ穴の形状の開口部を有する矩形、円形、楕円形のいずれかからなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関し、特にセラミックス基板上に半導体発光素子が実装された半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の発光装置には、セラミックスの基板にねじによって他の装置へ固定するための取り付け部を有することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３４４８７号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
複数のグリーンシートを積層し焼成して形成されるセラミックス基板は、基板材料と各層に設けられた配線パターンの材料との熱膨張係数差による応力がかかることで反りを有する。また、反りを有するセラミックス基板上に、半導体発光素子を実装し、ねじによって他の装置に取り付けると、ねじ部に負荷がかかり、セラミックス基板にねじ部を起点とするクラックが発生しやすくなる。
そこで本願では、セラミックス基板のクラックの発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態の半導体発光装置は、上下方向に開放された取り付け用のねじ穴を備え表面に電極が形成されたセラミックス基板と、該セラミックス基板の表面に前記電極と電気的に接続された半導体発光素子とを有する半導体発光装置において、前記セラミックス基板の裏面に、前記複数のねじ穴の周囲に前記電極と電気的に分離された金属膜が形成されるものである。
【考案の効果】
【０００６】
本願の半導体発光装置によれば、セラミックス基板のクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態にかかる半導体発光装置の構造を説明するための概略斜視図である。
【図２】実施形態にかかる半導体発光装置の構造を説明するための概略平面図である。
【図３】実施形態にかかる半導体発光装置の構造を説明するための概略断面図である。
【図４】実施形態にかかる半導体発光装置の構造を説明するための概略平面図である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照しながら実施形態を説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光装置を例示するものであって、本発明が、これらに限定されるものではない。
【０００９】
図１は半導体発光装置の斜視図であり、図２は半導体発光装置を発光面側から見た平面図であり、図３は図２中のＸ１−Ｘ１における断面図であり、図４は半導体発光装置をセラミックス基板の裏面側から見た平面図である。
【００１０】
図１に示す半導体発光装置１は、ねじ穴８Ａ及び８Ｂが設けられているセラミックス基板５上に、半導体発光素子２と電極９Ａ及び９Ｂとを備えている。また、セラミックス基板の裏面には金属膜７が設けられている。また、セラミックス基板上の半導体発光素子２の周囲には、枠体６が設けられ、枠体内には封止部材１３が充填されている。なお、説明の便宜上、図１及び図２では封止部材１３を透過させて図示している。
【００１１】
以下、実施形態の各構成について説明する。
（セラミックス基板）
セラミックス基板５は、半導体発光素子２を配置するためのものである。その形状やサイズは特に限定されず、半導体発光素子２の数や配列間隔等、半導体発光装置の用途に応じて適宜選択することができる。セラミックス基板の形状としては、例えば図１に示すように、角部を面取りした略矩形で平板状に形成することができる。矩形の他には円形、楕円形等が挙げられる。また、セラミックス基板の厚みは、０．５〜２．０μｍ程度であることが好ましい。
セラミックス基板５は白色系の部材であることが好ましく、具体的な材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。また、酸化アルミニウムにガラス系材料を加えたいわゆる低温焼結セラミックスを用いてもよい。このような材料で形成されることによって、複数の半導体発光素子を実装した場合にも放熱性を良好にすることができるため好ましい。
また、セラミックス基板はその表面及び内部に配線パターン（図示しない）を備えており、半導体発光素子は配線パターンを介して素子同士あるいは電極と電気的に接続されている。
【００１２】
セラミックス基板は、焼成前の母材であるグリーンシート段階での加工により種々の形状をとるように形成することができる。セラミックス基板を得る方法としてはまず、焼成前のグリーンシートに、所望の配線パターンや後述するねじ穴が得られるように貫通孔や溝部等の加工を施し、場合によっては多層に貼り合わせる。次に、タングステン、モリブデン、銀、銅などの金属を樹脂バインダーに含有させたペースト状の材料を用いて、スクリーン印刷などの方法により配線パターンを形成する。このように加工された母材を焼成することにより、セラミックス基板５を得ることができる。
【００１３】
（ねじ穴）
セラミックス基板に設けられるねじ穴は、照明装置等の器具に取り付けるために設けられるものであり、セラミックス基板の上下方向に開放されている。形状としては、図１に示すような円形が挙げられる。ねじ穴は円形には限定されず、セラミックス基板の端部とねじ穴の間の基板材料が除去されることによってねじ穴の一部が開放されたような形状の切り欠きを設けてもよい。セラミックス基板はねじにより固定されるか、あるいは裏面にねじ穴形状に対応する突起部を有するようなカバー部材で押さえ込むことによって器具に固定してもよい。
ねじ穴は、半導体発光装置を器具に取り付けた際の安定性の観点から複数設けられていることが好ましい。また、ねじ穴の形成される位置は、セラミックス基板の角部近傍であることが好ましい。その配置の一例としては、図１に示すような略矩形状のセラミックス基板において、対角線上に形成されるものであり、このような配置とすることで、少ない数のねじでセラミックス基板を固定することができるので、ねじ穴を起点とするクラックの発生を抑制することができる。
またねじ穴の大きさは、固定するためのねじの大きさ、あるいはセラミックス基板の大きさに応じて適宜選択することができる。具体的には、２．２〜３．５ｍｍ程度の直径のものが挙げられる。
【００１４】
（金属膜）
本実施形態の半導体発光装置は、セラミックス基板の裏面の少なくともねじ穴の周囲に電極と電気的に分離された金属膜７が設けられている。これによって、ねじ穴を起点とするクラックの発生を抑制することができる。
上述したように、セラミックス基板は、主材料であるセラミックスと、配線パターンである金属材料を含んで構成される。セラミックスと金属材料では、異なる熱膨張係数を有するため、グリーンシートの貼り合わせや焼成工程などを経ることで反りを持った状態となる。内部の配線パターンやグリーンシートの積層数等により表面側あるいは裏面側が凹むいずれかの反りを持ったセラミックス基板を用いた半導体発光装置をねじ等により固定しようとすると、ねじ穴の周囲を起点としてセラミックス基板にクラックが発生する。
そこで、本実施形態の半導体発光装置のように、少なくとも基板裏面のねじ穴の周囲に電極と電気的に分離された金属膜を設けておくことで、固定時にセラミックス基板と取り付け部の間で緩衝材の役割を果たす。あるいはねじ穴の周囲のセラミックス基板を補強する機能を果たす。そうすると、器具への固定時にねじ穴の周辺部が加圧されセラミックス基板へ負荷がかかることを軽減でき、セラミックス基板のクラックの発生を抑制することができる。
【００１５】
金属膜の膜厚としては、１０〜３０μｍ程度であることが好ましい。この程度の膜厚とすることでより効果的にクラックの発生を抑制することができる。また、器具取り付け時の加圧によって、金属膜をセラミックス基板の反りに沿って変形させることができ、金属膜と器具の取り付け面との接触面積を増加させることができ、放熱性を向上させることができる。
金属膜の材料としては、器具への固定によるねじ穴の周囲にかかる負荷を好適に緩和することのできる材料であることが好ましく、具体的には、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｉ等が挙げられる。このような金属を用いることにより、効果的にクラックの発生を抑制することができる。あるいは、Ａｇ、ＣｕＷ又はＭｏ上に、ＡｕめっきやＮｉめっきからなる金属膜を形成してもよい。
【００１６】
金属膜のパターンとしては、基板裏面において少なくともねじ穴の周囲を囲むように連続して形成されることが好ましい。具体的には、ねじ穴の端部から少なくとも１ｍｍ以上の大きさでねじ穴の周囲を取り囲むことが好ましい。金属膜のパターンについて図４に例示する。金属膜の形状は、例えば図４（ａ）に示すようなねじ穴の形状の開口部を有する矩形でもいいし、図４（ｂ）に示すようなねじ穴の形状の開口部を有する円形でもいいし、図４（ｃ）に示すようなねじ穴の形状の開口部を有する楕円形でもいい。もちろんこれらの形状に限定されず、セラミックス基板や発光領域及びねじ穴等の形状に応じて任意に形状を決定することができる。図４（ａ）または（ｃ）のように、後述する発光領域に対応するセラミックス基板の裏面に金属膜を形成することで、半導体発光装置の放熱性を向上させることができ好ましい。また、半導体発光装置の放熱性を向上させる観点からは、ねじ穴形状の開口部を有する基板形状のパターンで形成されることが好ましい。
【００１７】
このような金属膜は、例えばめっき法を用いて形成することができる。電解めっきまたは無電解めっきで形成されることが好ましい。
【００１８】
（半導体発光素子）
半導体発光素子２は、電圧を印加することで自発光するものであり、セラミックス基板５上に複数配置されることが好ましい。本実施形態の半導体発光素子２の一例としては、半導体材料として窒化物半導体が用いられ、平面視が矩形状であり、一方の表面にｐ電極及びｎ電極が設けられているものである。
また、半導体発光素子は、ｐ電極及びｎ電極をセラミックス基板の表面に設けられた配線パターンと接触させるようにフェイスダウンで実装されている。本実施形態では、複数の半導体発光素子２は各電極の向きを揃えてセラミックス基板上に配列され、円状に配置されている。そして、半導体発光素子２は、基板表面及び内部に設けられた配線パターンにより電気的に接続され、接続回路の正極端と負極端はそれぞれ正極側電極９Ａ、負極側電極９Ｂに電気的に接続される。なお、半導体発光素子２は公知のダイボンディング方法によりセラミックス基板に実装することができる。
また、半導体発光素子２を、上面にｐ電極及びｎ電極が設けられるようにフェイスアップ実装し、素子同士や素子と電極とをワイヤ（例えば、Ａｕ，Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属線）で接続することもできる。また、両面にｐ電極、ｎ電極がそれぞれ設けられた対向電極構造の素子を用いることもできる。
【００１９】
本実施形態では、セラミックス基板の表面に枠体６が形成されており、この枠体に区画される領域内に半導体発光素子が配置され発光領域となっている。図１では、セラミックス基板５の中央にほぼ真円形の領域として発光領域が充てられている。本実施形態では、発光領域のサイズは特に限定されず、半導体発光素子２の数や配列間隔等、目的および用途に応じて適宜選択することができる。また、半導体発光素子２からの光の反射効率を高める目的で発光領域内に反射膜を形成し、この反射膜の形成領域を発光領域に充ててもよい。
【００２０】
（電極）
本実施形態の半導体発光装置は、半導体発光素子と電気的に接続された電極９Ａ及び９Ｂが導電性のワイヤ（図示しない）によって外部電源と接続される。
電極９Ａ及び９Ｂは、例えば図１に示すようにセラミックス基板の対角部近傍に形成することができる。
電極９Ａ及び９Ｂは例えばめっきにより形成され、材質としてはＡｕであることが好ましい。勿論、めっき以外の方法、例えば導体ペーストを塗布して焼成する方法でも差し支えない。なお、符合１０は電極９Ａが正極であることを示すアノードマーク、符合１１は電極９Ｂが負極であることを示すカソードマークであり、これらもめっき等により形成される。
【００２１】
その他の構成について説明する。
実施形態の半導体発光装置には、セラミックス基板上に枠体６が形成されていてもよい。枠体６は、発光領域を囲むように環状に形成され、半導体発光素子２からの光を透過又は反射する。枠体の形状は環状のみならず、半導体発光素子２の数や配列間隔等、目的および用途に応じて任意の形状を適宜選択することができる。
枠体６としては、絶縁材料を用いることが好ましく、光の透過に優れた透明の材料が好ましい。また、枠体６は、ある程度の強度を確保するために、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡやシリコーン樹脂などが挙げられる。
また、枠体としては、光の反射率に優れた白色系の材料を用いてもよい。上記した母体となる樹脂に、半導体発光素子２からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対する屈折率差の大きい反射部材（例えばＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ）等の粉末を分散することで効率良く光を反射させる構造としてもよい。
【００２２】
枠体６は、発光領域を囲む形状に成形した部材をセラミックス基板に接着して形成することができる。例えば公知の透光性材料のシートを所望の形状にくり抜き、セラミックス基板上に貼り付けることで設けることができる。あるいは、ディスペンサにより吐出、形成された後、硬化処理をすることで形成することもできる。
【００２３】
また、発光領域は封止部材１３によって封止されていてもよい。封止部材１３は、半導体発光素子２等を塵芥、水分、外力等から保護するための部材である。封止部材１３は、セラミックス基板５上において、枠体６により囲った発光領域内に樹脂を充填することで形成される。封止部材１３の材料は、半導体発光素子２からの光を透過可能な透光性を有するものであり、具体的な材料としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。また、封止部材１３は、このような材料に加えて着色剤、光拡散剤、フィラー、蛍光剤等を含有させることもできる。
【００２４】
また、発光領域の中心に矩形状の保護素子３が配置されていてもよい。保護素子３は過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から半導体発光素子２を保護するためのものであり、セラミックス基板表面に設けられた配線パターンにより接続されている。
【００２５】
以下に、実施例の窒化物半導体発光素子について説明する。なお、本願は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示したような窒化物半導体発光装置１は、以下のようにして製造することができる。
まず、一辺が約１．７ｃｍの正方形で、角部が面取りされている低温焼結セラミックスからなるセラミックス基板５を準備する。セラミックス基板は、対角に配置される１組の角部の近傍に直径２．７ｍｍの貫通孔８Ａ及び８Ｂをねじ穴として有している。基板表面のもう１組の角部の近傍には、Ａｕで形成された一対の電極９Ａ及び９Ｂを有する。また、基板の表面には半導体発光素子２及び保護素子３を実装するための配線パターンを有している。このセラミックス基板の裏面に、電解めっき法により、図４（ａ）に示すようなねじ穴形状の開口部を有する基板形状のパターンでＡｇとＡｕめっきからなる金属膜７を２０μｍの膜厚で形成する。
次に、セラミックス基板の中央に保護素子３を、保護素子の周囲を囲むように半導体発光素子２を円状に６個配列し実装する。続いて、基板表面にシリコーン樹脂からなる枠体６を形成し、発光領域に蛍光体を含有する樹脂を封止部材１３として充填して半導体発光装置１を得る。
得られた半導体発光装置をねじを用いて器具に実装したところ、セラミックス基板のクラックの発生は起こらず固定することができる。
【００２６】
また、比較のため、基板裏面に金属膜７を形成していない以外は同様の半導体発光装置を作製する。それについて同様に実装したところ、セラミックス基板にクラックが発生することが確認される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置など広範囲の用途に利用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１          発光装置
２          半導体発光素子
３          保護素子
５          基板
６          枠体
７          金属膜
８Ａ、８Ｂ  ねじ穴
９Ａ        正極側電極
９Ｂ        負極側電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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