(57)【要約】【課題】実施形態は、高出力で信頼性の高い半導体発光装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体発光装置は、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、を有し、前記第１の主面および前記第２の主面のいずれかに溝が設けられた基板と、前記基板の前記第１の主面に実装された複数の半導体光源と、を備える。前記複数の半導体光源のそれぞれは、第１のリードフレームと、前記第１のリードフレームの上面に固着された半導体発光素子と、前記第１のリードフレームに並設され、金属ワイヤを介して前記半導体素子に電気的に接続された第２のリードフレームと、前記第１のリードフレームと前記半導体発光素子と前記第２のリードフレームとを封止した透明樹脂と、を有する。【選択図】図１
2013197119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、を有し、前記第１の主面および前記第２の主面のいずれかにＶ溝が設けられた基板と、
前記基板の前記第１の主面に実装された複数の半導体光源と、
を備え、
前記複数の半導体光源のそれぞれは、
第１のリードフレームと、
前記第１のリードフレームの上面に固着された半導体発光素子と、
前記第１のリードフレームに並設され、金属ワイヤを介して前記半導体素子に電気的に接続された第２のリードフレームと、
前記第１のリードフレームと、前記半導体発光素子と、前記第２のリードフレームと、を封止し、前記半導体発光素子の放射光で励起される蛍光体を含む透明樹脂と、
を有する半導体発光装置。
【請求項２】
第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、を有し、前記第１の主面および前記第２の主面のいずれかに溝が設けられた基板と、
前記基板の前記第１の主面に実装された複数の半導体光源と、
を備え、
前記複数の半導体光源のそれぞれは、
第１のリードフレームと、
前記第１のリードフレームの上面に固着された半導体発光素子と、
前記第１のリードフレームに並設され、金属ワイヤを介して前記半導体素子に電気的に接続された第２のリードフレームと、
前記第１のリードフレームと、前記半導体発光素子と、前記第２のリードフレームと、を封止した透明樹脂と、
を有する半導体発光装置。
【請求項３】
前記透明樹脂は、前記半導体発光素子の放射光で励起される蛍光体を含む請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記溝は、その延在方向に垂直な断面においてＶ字形状である請求項２または３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記溝は、前記第２の主面側に設けられた請求項２〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記基板は、前記第２の主面を有する金属ベースと、前記第１主面側であって前記金属ベースの上面に設けられた絶縁層と、を含む請求項２〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記基板は、セラミックを含む請求項２〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）に代表される半導体光源は、低消費電力、長寿命であり、蛍光灯や電球に代わる光源として普及しつつある。例えば、ＬＥＤは小型で扱い易い光源であるが、単体の光出力は十分とは言えない。このため、基板上に複数のＬＥＤを実装した半導体発光装置の開発が進められている。
【０００３】
一方、ＬＥＤは、チップを封止する透明樹脂と、それを取り囲む外囲器と、を組み合わせた樹脂パッケージに収容されるものが多い。ＬＥＤの放射光を反射する外囲器により配光を制御し、光出力を向上させることができるからである。
【０００４】
しかしながら、外囲器に多用されるポリアミド系熱可塑性樹脂は、熱および光に対する耐性に問題がある。すなわち、複数のＬＥＤを実装した場合、それらの放射する光と熱により外囲器が劣化し、光出力が低下する場合がある。そこで、高出力で信頼性の高い半導体発光装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態は、高出力で信頼性の高い半導体発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る半導体発光装置は、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、を有し、前記第１の主面および前記第２の主面のいずれかに溝が設けられた基板と、前記基板の前記第１の主面に実装された複数の半導体光源と、を備える。前記複数の半導体光源のそれぞれは、第１のリードフレームと、前記第１のリードフレームの上面に固着された半導体発光素子と、前記第１のリードフレームに並設され、金属ワイヤを介して前記半導体素子に電気的に接続された第２のリードフレームと、前記第１のリードフレームと前記半導体発光素子と前記第２のリードフレームとを封止した透明樹脂と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る半導体発光装置を模式的に表す斜視図である。
【図２】実施形態に係る半導体光源を模式的に表す透視図である。
【図３】実施形態に係る半導体発光装置を模式的に表す部分断面図である。
【図４】実施形態に係る半導体発光装置の製造過程を表すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る半導体発光装置の実装過程を表す模式断面図である。
【図６】実施形態の変形例に係る半導体発光装置を表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る半導体発光装置１００を模式的に表す斜視図である。半導体発光装置１００は、基板１０と、基板１０に実装された複数の半導体光源２０と、を備え、例えば、照明器具の発光部として使用される。
【００１１】
基板１０は、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａとは反対側の第２の主面１０ｂと、を有する。そして、図１（ａ）に示すように、第１の主面１０ａの上に、複数の半導体光源２０を実装する。基板１０の外縁には、４つの凹部１３が設けられ、例えば、照明器具の筐体にネジ固定することができる。
【００１２】
図１（ｂ）は、基板１０の第２の主面１０ｂを示す斜視図である。同図に示すように、第２の主面１０ｂには、溝１５が設けられ、例えば、半導体光源２０の発熱に起因する反りを緩和する。
【００１３】
本実施形態では、９つの半導体光源２０が基板１０に実装されるが、例えば、数１０個、もしくは、１００個を越える半導体光源２０を実装する場合がある。半導体光源２０の数が多くなれば、基板１０の面積も大きくなり、また、厚くなる。そして、半導体光源２０が多くなればその発熱量も大きくなり、基板１０に反りが発生し易くなる。そこで、溝１５を設けることにより反りを吸収し、その応力を低減することが可能となるまた、反りを生じた基板の矯正も容易になる。
【００１４】
本実施形態では、第２の主面１０ｂに溝１５を設けているが、第１の主面１０ａに設けても良い。また、溝１５は、第１の主面１０ａおよび第２の主面１０ｂのいずれか一方に設けることが望ましい。
【００１５】
図２は、実施形態に係る半導体光源２０を模式的に表す透視図である。図２（ａ）は、上方（発光面側）から見た構造を示し、図２（ｂ）は、側方から見た構造を示している。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、半導体光源２０は、第１のリードフレーム２１と、第２のリードフレーム２３と、を含む（以下、リードフレーム２１および２３）。リードフレーム２１と、リードフレーム２３とは、同一面に並設される。リードフレーム２１の上面には、半導体発光素子であるＬＥＤチップ２５と、ＬＥＤチップ２７と、がマウントされている。ＬＥＤチップ２５および２７は、例えば、銀（Ａｇ）ペースト３１を介してリードフレーム２１の表面に固着される。
【００１７】
ＬＥＤチップ２５および２７は、例えば、サファイア基板上に形成された窒化物半導体を材料とする青色ＬＥＤであり、その上面にｐ電極とｎ電極とを有する（図示しない）。そして、例えば、金属ワイヤ３３および３９を介して、それぞれのｐ電極と、リードフレーム２３と、を電気的に接続する。また、それぞれのｎ電極は、金属ワイヤ３４および３５を介してリードフレーム２１に電気的に接続される。
【００１８】
さらに、リードフレーム２３の上面には、保護ダイオード２９が設けられる。保護ダイオード２９は、例えば、ツェナーダイオードであり、金属ワイヤ３７を介してリードフレーム２１に電気的に接続される。保護ダイオード２９は、サージ等に起因する過電流からＬＥＤチップ２５および２７を保護する。
【００１９】
リードフレーム２１の上面には、接着剤の流れ止めの溝４１および４２が設けられている。溝４１および４２は、ＬＥＤチップ２５および２７を固着する接着剤、例えば、Ａｇペーストが、金属ワイヤ３４、３５および３７のボンディング領域に広がるのを防ぎ、各金属ワイヤのボンディング強度を確保する。
【００２０】
さらに、リードフレーム２１および２３の外周には、吊りピン４３および４５が設けられている。吊りピン４３および４５は、図示しないリードフレームシートから個々の半導体光源２０を分離する際に切断される。
【００２１】
リードフレーム２１、２３、および、それぞれの上に実装されたＬＥＤチップは、透明樹脂４０により封止される。透明樹脂４０は、ＬＥＤチップ２５および２７から放射される光により励起され、例えば、黄色の蛍光を発する蛍光体を含む。これにより、半導体光源２０は、ＬＥＤチップ２５および２７の青色光と、蛍光体の黄色光と、を合成した白色光を放射する。
【００２２】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、透明樹脂４０は直方体に形成され、例えば、その上面４０ａが発光面である。そして、透明樹脂４０の裏面４０ｂには、リードフレーム２１の裏面２１ｂおよびリードフレーム２３の裏面２３ｂが露出する。
【００２３】
このように、半導体光源２０は、ＬＥＤチップ２５および２７を実装したリードフレーム２１および２３を透明樹脂４０で封止した簡易な構造を有する。このため、小型化が容易であり、リードフレーム２１の裏面２１ｂを介してＬＥＤチップ２５および２７の発熱を効率良く放出することができる。これにより、外囲器を有するＬＥＤ光源に比べて、高密度に実装することが可能であり、高い光出力と信頼性とを実現することができる。
【００２４】
図３は、実施形態に係る半導体発光装置１００を模式的に表す部分断面図である。図３（ａ）は、絶縁性の基板１０を用いた例を示し、図３（ｂ）は、導電性の基板６０を用いた例を示す。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、基板１０は、絶縁性の基材５１と、基材５１の上に設けられた配線５３、５４を有する。基材５１には、例えば、樹脂またはセラミックを用いることができる。
【００２６】
セラミックは、樹脂よりも熱伝導率が高く、放熱性および絶縁耐圧を向上させることができる。樹脂基材は、セラミックに比べて安価であり加工性に優れ、低コスト化に有利である。
【００２７】
半導体光源２０は、第１の主面１０ａに設けられた配線５３および５４の上にマウントされる。透明樹脂４０の裏面側に露出するリードフレーム２１が、配線５５に接続され、リードフレーム２３が配線５７に接続される。リードフレーム２１および２３と、配線５５および５７と、のボンディングには、例えば、Ａｇペーストなどの導電性ペースト、または、ハンダが用いられる。
【００２８】
さらに、配線５５および５７の表面には、例えば、Ａｇメッキが施され、半導体光源２０が放射する光を反射する。このため、配線５５および５７ｎ上に、レジスト５９が設けられる。これにより、配線５５および５７の表面を外気から保護し、反射率の低下を抑制することができる。
【００２９】
基板１０の裏面側には、溝１５が設けられる。図３（ａ）に示すように、溝１５は、例えば、その延在方向に垂直な断面においてＶ字形状である。また、溝１５の断面は、Ｕ字形状、もしくは、方形であっても良い。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、導電性の基材６１を含む基板６０を用いることができる。基板６０は、基材６１と、その上面に設けられた絶縁層６５と、を含む。基材６１は、例えば、アルミニウムまたはステンレス等の金属ベースであり、第２の主面６０ｂを有する。第２の主面６０ｂには、溝１５が設けられる。溝１５の形状は、例えば、Ｖ字形状でも良いし、Ｕ字形状または方形であっても良い。
【００３１】
絶縁層６５の上面は、第１の主面６０ａであり、配線５５および５７が設けられる。配線５５および５７の上には、半導体光源２０がマウントされる。
【００３２】
基材６１として金属ベースを用いることにより、半導体光源２０の熱を薄い絶縁層６５を介して効率良く放熱することができる。これにより、半導体光源２０の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
次に、図４を参照して、半導体発光装置１００の製造方法を説明する。図４は、実施形態に係る半導体発光装置の製造過程を表すフローチャートである。
【００３４】
まず、リードフレーム２１および２３を準備する（Ｓ０１）。リードフレーム２１および２３は、例えば、銅または銅合金のシートを選択的にエッチングすることにより形成される。すなわち、複数のリードフレーム２１および２３を含むリードフレームシートが設けられる。そして、複数のリードフレーム２１および２３は、吊りピン４３および４５を介してつながった状態に形成される。さらに、リードフレームシートの表面には、Ａｇメッキが施される。
【００３５】
次に、リードフレーム２１の上にＬＥＤチップ２５および２７をマウントし、リードフレーム２３の上に保護ダイオード２９をマウントする（Ｓ０２）。ＬＥＤチップ２５および２７のダイマウント材として、例えば、導電ペースト（Ａｇペースト）または絶縁ペーストを用いることができる。保護ダイオード２９のダイマウント材には、例えば、導電ペーストを用いる。また、ＬＥＤチップ２５および２７、保護ダイオード２９のダイマウントには、半田および共晶半田を用いても良い。
【００３６】
続いて、ダイマウント材をキュアし、ＬＥＤチップ２５および２７、保護ダイオード２９をそれぞれリードフレーム２１および２３に固着させる（Ｓ０３）。
【００３７】
次に、ワイヤボンディングを行い、ＬＥＤチップ２５および２７を、それぞれリードフレーム２１および２３に接続する（Ｓ０４）。また、保護ダイオード２９をリードフレーム２１に接続する。
【００３８】
次に、ＬＥＤチップ２５および２７、保護ダイオード２９をぞれぞれ固着したリードフレームシートの上面に透明樹脂４０をモールドする（Ｓ０５）。例えば、真空成型法を用いて、リードフレームシートの上に均一に透明樹脂４０をモールドする。続いて、透明樹脂４０をキュアして硬化させる（０６）。
【００３９】
透明樹脂４０は、例えば、シリコーンであり、蛍光体を分散する。蛍光体は、ＬＥＤ２５および２７の放射する青色光により励起され、黄色の蛍光を発するもの、または、赤色光を発する蛍光体と、緑色光を発する蛍光体と、を混合して分散しても良い。また、青、緑、赤の３色の光をそれぞれ放射する３つのＬＥＤチップを用いる場合には、透明樹脂４０は蛍光体を含まず、光の散乱材を分散しても良い。
【００４０】
次に、透明樹脂４０およびリードフレームシートをダイシングし、個々の半導体光源２０に分離する。例えば、ダイシングブレードを用いて透明樹脂４０を直方体の形状に切断する（Ｓ０７）。
【００４１】
次に、半導体光源２０の特性を検査し、所定の基準を充足するものを良品として選別する（Ｓ０８）。続いて、基板１０の上に、複数の半導体光源２０を実装する（Ｓ０９）。例えば、導電性ペーストを用いてマウントしても良いし、半田リフローを用いても良い。
【００４２】
上記の通り、半導体光源２０は、リードフレームへの発光素子の実装と、１回の樹脂モールドにより形成される。このため、半導体光源２０では、樹脂パッケージの小型化が容易であり、基板１０に高密度実装することが可能である。また、外囲器を有するＬＥＤに比べて製造過程が簡略化されるため、製造コストを低減することができる。
【００４３】
図５は、実施形態に係る半導体発光装置１００の実装過程を例示する模式断面図である。半導体発光装置１００は、例えば、ネジ７１を用いて照明器具の筐体７０に実装される。
【００４４】
半導体発光装置１００は、図５（ａ）に示すように、実装前に基板１０に反りが生じたとしても、図５（ｂ）に示すように、筐体７０に密着した状態に実装することができる。すなわち、基板１０の第２の主面１０ｂに設けた溝１５が反りを緩和し、基板１０を筐体７０の上面に密着させる。
【００４５】
また、図５（ｂ）に示すように、半導体発光装置１００を筐体７０に実装した状態において、半導体光源２０の発熱により基板１０に生じる応力を、溝１５により低減することができる。そして、基板１０の反りを抑制し、筐体７０に密着した状態を維持することができる。これにより、半導体光源２０の熱を効率よく放散することが可能となり、半導体発光装置１００の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
図６は、実施形態の変形例に係る半導体発光装置を表す平面図である。基板１０の第２の主面１０ｂに形成される溝１５は、図１（ｂ）に示す例に限らず、例えば、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すパターンに形成しても良い。
【００４７】
図６（ａ）では、溝１５ａは、同図の上下および左右にそれぞれ複数設けられる。また、図６（ｂ）に示すように、基板１０の中央から放射状に溝１５ｂを設けても良い。さらに、図６（ｃ）に示すように、基板１０の中央を中心とする同心円状に溝１５ｃを設けても良い。
【００４８】
上記の通り、実施形態は、外囲器を設けない単純な構成の樹脂パッケージを有する半導体光源２０を高密度実装し、高出力の半導体発光装置を実現する。そして、耐熱性および耐光性の高い樹脂を用いて半導体発光素子をモールドすることにより、半導体光源の信頼度を向上させる。さらに、基板に溝を設けることにより反りを緩和し放熱を向上させる。これにより、高出力で信頼性の高い半導体発光装置を実現する。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０、６０・・・基板、  １０ａ、６０ａ・・・第１の主面、  １０ｂ、６０ｂ・・・第２の主面、  １３・・・凹部、  １５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・溝、  ２０・・・半導体光源、  ２１、２３・・・リードフレーム、  ２１ｂ、２３ｂ・・・裏面、  ２５、２７・・・ＬＥＤチップ、  ２９・・・保護ダイオード、  ３１・・・Ａｇペースト、  ３３、３４、３７、３９・・・金属ワイヤ、  ４０・・・透明樹脂、  ４０ａ・・・上面、  ４０ｂ・・・裏面、  ４１、４２・・・溝、  ４３、４５・・・吊りピン、  ５１、６１・・・基材、  ５３、５５、５７・・・配線、  ５９・・・レジスト、  ６５・・・絶縁層、  ７０・・・筐体、  ７１・・・ネジ、  １００・・・半導体発光装置
【図１】
2013197119.tif 000003
【図２】
2013197119.tif 000004
【図３】
2013197119.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013197119.tif 000007
【図６】
2013197119.tif 000008