(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１リードと一体に形成される平板状のアイランドと、該アイランド上にボンディングされる発光素子チップと、該発光素子チップの１つの電極がワイヤを介して接続される第２リードと、前記アイランド上に設けられ、前記発光素子チップをドーム状に被覆する透光性で、かつ、弾力性のある電気的絶縁性被覆層と、該電気的絶縁性被覆層により被覆される第１リードの先端部および前記第２リードの先端部が、前記発光素子チップの正面側にドーム状凸部が形成されるように被覆される透光性のモールド樹脂とからなり、前記発光素子チップが、前記アイランドの対向する２辺または隣接する２辺から等距離の位置になるようにダイボンディングされ、かつ、該２辺に前記電気的絶縁性被覆層の底面の外周部が一致するように前記電気的絶縁性被覆層が形成されてなる発光素子。
【請求項２】
前記電気的絶縁性被覆層のドーム形状と前記モールド樹脂のドーム形状とがほぼ同軸になるように形成されてなる請求項１記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子とを対向させてその間を通過するものを検出するホトインタラプタに用いられるような発光素子に関する。さらに詳しくは、小形で安価に製造されるべく、パラボラ型反射板ではなく、平板状のアイランド上に発光素子チップをダイボンディングしながら、その正面に光を集光でき、かつ、発光素子チップのワイヤボンディング部の信頼性を向上できるように、透光性モールド樹脂によりドーム形状のパッケージが形成される発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ホトインタラプタはたとえば図４（ａ）に示されるように、発光素子１と受光素子２とを一定間隙を介して対向させ、非透光性の樹脂パッケージ３またはケースで固定したもので、対向した発光素子１と受光素子２との間を通過する被検出物の有無などを検出できるように構成されている。これらに用いられる発光素子１は、図４（ｂ）に発光素子チップをリードフレームにボンディングした状態の平面説明図が示されるように、リードフレーム１０により形成される第１リード１１の先端部のアイランド１１ａに発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）１３がボンディングされ、金線などのワイヤ１４を介して第２リード１２と電気的に接続されている。
【０００３】
そして、その周囲が図４（ｃ）に側面図が示されるように、その正面側にドーム状の凸部１５ａが形成されるように、透光性樹脂１５により１次モールドされて形成されている。この正面のみを露出させて、前述のように、受光素子２と共に非透光性樹脂によりモールドされてパッケージ３が形成されている。
【０００４】
この種の発光素子１は、非常に安価に製造する必要があること、リードの延びる方向と直角方向に光を照射するように組み立てられる必要があること、などの理由により、リードフレームにより形成されたリード先端部のアイランドに直接ＬＥＤチップ１３がダイボンディングされ、できるだけ正面側に光を集光できるように、透光性樹脂１５によりモールドされ、その正面側にドーム状の凸部１５ａが形成されている。
【０００５】
すなわち、従来のランプ型発光素子のように、リードの先端部にＬＥＤチップをダイボンディングする（リードの延びる方向と平行方向に光を照射するようにダイボンディングする）構造であれば、そのリードの先端部に椀状の凹部を形成することができるが、できるだけ安価で小形にするためにはリードの折曲げなどをなくすることが好ましく、リードフレームのフレーム面をダイボンディング面とすることが好ましく、薄いリードフレームではリードフレームの打抜きの際に凹部を形成することは困難である。また、あえて成形加工を追加してダイボンディング部に凹部を形成するのはコストアップとなり好ましくない。そのため、図４（ｂ）〜（ｃ）に示されるように、平板状のアイランド１１ａに直接ＬＥＤチップ１３がダイボンディングされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、小形で安価が要求される発光素子では、リードフレーム状の平板状のアイランド部に直接ＬＥＤチップがダイボンディングされる。そのため、透光性樹脂によりモールドする際にその正面側にドーム状の凸部が形成されても、充分に光を集光させることができず、ＬＥＤチップへの入力を大きくしたり、発光特性の優れたＬＥＤチップを使用する必要が生じ、結局コストアップになるという問題がある。
【０００７】
すなわち、ＬＥＤチップは上面からだけではなく、その側面からも同等の割合で発光するが、その側面側には全然光を反射させるものがなく、しかも、透光性樹脂にドーム状の凸部が形成されていても、その位置はＬＥＤチップ１３の表面からｈ＝０.１〜０.２ｍｍ程度（リードフレーム面から凸部上面までの寸法Ｈは、０.５〜０.６ｍｍ程度）あり、斜め方向に出た光は、図４（ｃ）に矢印で示されるように、凸部１５ａに入る前に横にそれてしまい、充分に発光する光を利用することができない。とくに、ホトインタラプタのように、外乱光によるノイズを避けるため、発光素子および受光素子がその正面に設けられる細いスリットを介してのみ受発光させる場合、中心部に光が集光されないと有効に利用することができない。
【０００８】
さらに、前述のＬＥＤチップの周囲を被覆する透光性樹脂としては、エポキシ樹脂などが用いられてトランスファモールドなどにより形成されるが、封止性や光の透過性などの光学特性の点からはエポキシ樹脂は優れている。しかし、硬化する際に働く収縮力が強く、とくにＬＥＤチップの表面にワイヤボンディングされた部分がＬＥＤチップの表面から抉られやすいという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ＬＥＤチップ表面のワイヤボンディング部を保護しながら、安価な発光素子で、アイランド部に反射用の凹部が形成されないで平面状の場合でも、横方向に近い斜め方向に進む光を効率よく正面側のドーム状凸部に集光させることができる発光素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による発光素子は、第１リードと一体に形成される平板状のアイランドと、該アイランド上にボンディングされる発光素子チップと、該発光素子チップの１つの電極がワイヤを介して接続される第２リードと、前記アイランド上に設けられ、前記発光素子チップをドーム状に被覆する透光性で、かつ、弾力性のある電気的絶縁性被覆層と、該電気的絶縁性被覆層により被覆される第１リードの先端部および前記第２リードの先端部が、前記発光素子チップの正面側にドーム状凸部が形成されるように被覆される透光性のモールド樹脂とからなり、前記発光素子チップが、前記アイランドの対向する２辺または隣接する２辺から等距離の位置になるようにダイボンディングされ、かつ、該２辺に前記電気的絶縁性被覆層の底面の外周部が一致するように前記電気的絶縁性被覆層が形成されている。
【００１１】
ここで透光性で、かつ、弾力性のある電気的絶縁性被覆層とは、たとえばジャンクションコートレジン（以下、ＪＣＲという）のように、接合部を保護するのに適するように、不純物濃度を低くして弾力性をもたせたシリコーンやポリイミドなどを意味する。また、透光性とは、発光素子により発光する波長の光に対して殆ど減衰をしない性質をいい、必ずしも可視光に対して透明であることを意味するものではない。
【００１２】
この構造にすることにより、ＬＥＤチップは弾力性のある電気的絶縁性被覆層により被覆されるため、その外周を被覆する透光性樹脂の収縮力が働いても、ＬＥＤチップ表面のワイヤボンディング部は、電気的絶縁性被覆層（以下、単に絶縁性被覆層または被覆層ともいう）がバッファ層となってその弾力性により保護され、直接には力がかからない。その結果、発光素子チップのワイヤボンディングの信頼性は非常に向上する。また、この絶縁性被覆層は、ドーム形状をなすように凸状に形成されており、発光素子チップから出た光は、まず絶縁性被覆層の凸状曲面により中心側に屈折し、透光性樹脂のドーム内に集光しやすい。そして、透光性樹脂のドーム状凸部によりさらに屈折し、横に近い斜め方向に出た光も有効に利用することができる。さらに前記対向する２辺または隣接する２辺に前記電気的絶縁性被覆層の底面の外周部が一致するように前記電気的絶縁性被覆層が形成されているため、絶縁性被覆層は、ドームの底面がアイランドの周辺部を外形とした凸部で形成され、絶縁性被覆層の材料をポッティングする場合に少々中心からずれた位置にポッティングされても、発光素子チップの中心軸と絶縁性被覆層のドームの中心軸とを一致させることができ、中心に光を集光させやすい。
【００１３】
前記電気的絶縁性被覆層のドーム形状と前記モールド樹脂のドーム形状とがほぼ同軸になるように形成されることにより、より一層中心軸方向に光を集光することができる。ここに同軸になるとは、絶縁性被覆層と透光性樹脂のそれぞれのドーム形状の中心軸がほぼ一致することを意味する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の発光素子について説明をする。本発明による発光素子は、図１（ａ）にその一実施形態の側断面説明図が示されるように、第１リード１１と一体に形成される平板状のアイランド１１ａ上に発光素子チップ（ＬＥＤチップ）１３がボンディングされている。発光素子チップ１３の１つの電極は、図１（ｂ）にリードフレームの状態でＬＥＤチップ１３がボンディングされた状態の平面説明図が示されるように、金線などのワイヤ１４を介して第２リード１２と接続されている。
【００１６】
このＬＥＤチップ１３は、その表面からポッティングされて固められた絶縁性被覆層１６により被覆されている。この絶縁性被覆層１６は、たとえばＪＣＲなどの透光性で、かつ、弾力性のある電気的絶縁性樹脂がポッティングされて硬化されることにより、その正面側が凸状となるドーム状に形成されている。そして、絶縁性被覆層１６により被覆される第１リード１１の先端部および第２リード１２の先端部が、その正面側にドーム状凸部１５ａが形成されるように、透光性樹脂１５によりモールド成形されている。
【００１７】
リード１１、１２およびアイランド１１ａは、たとえば銅や鉄などの板状体を打ち抜くことにより形成されているもので、図１（ｂ）にその一部の平面説明図が示されるように、アイランド１１ａと一体の第１リード１１と、第２リード１２とが連結されたリードフレーム１０に形成されている。このアイランド１１ａは、図１（ｂ）に一点鎖線で絶縁被覆層１６の底面の形状が示されるように、底面の外周とほぼ一致するように、図１（ｂ）で上下の辺（対向する２辺）の幅が形成されると共に、その対向する２辺からそれぞれ等距離になる位置にＬＥＤチップ１３がボンディングされている。すなわち、所望の大きさになるようにアイランド１１ａの幅が形成されていることにより、ポッティングする絶縁性被覆材料が少々多すぎても、その表面張力により垂れ落ちることはなく、その端部を限度とする底面形状になる。
【００１８】
このように対向する２辺からほぼ等距離になる位置にボンディングする理由について説明をする。ＬＥＤチップ１３の表面に被覆される絶縁性被覆層１６は、通常ＪＣＲと呼ばれる樹脂をＬＥＤチップ１３の表面に垂らして（ポッティングして）硬化させることによりドーム状に形成される。すなわち、この種のＪＣＲはある程度の粘性を有しており、その粘性と表面張力によりポッティングされても平面状にはならず、ドーム状の形状を形成して硬化する。
【００１９】
しかし、図３（ａ）に示されるように、アイランド１１ａが絶縁性被覆層１６の底面の径より充分に大きいと、滴下された位置を中心としてドーム状の絶縁性被覆層１６が形成される。そのため、ＬＥＤチップ１３の中心に滴下しないと、図３（ａ）に示されるように、ＬＥＤチップ１３の中心軸と絶縁性被覆層１６の中心軸とが一致しなくなる。この中心軸が一致しないと、図３（ａ）に示されるように、ワイヤボンディング部が絶縁性被覆層１６から露出して、後述するエポキシ樹脂の収縮時の応力に対する保護を充分に行うことが出来ないことと、ＬＥＤチップ１３からの光を充分にドーム状凸部１５ａの内部に向うように中心軸上に集光させることができないことなどのため好ましくない。
【００２０】
また、図３（ｂ）に示されるように、アイランド１１ａの大きさが、絶縁性被覆層１６の底面とほぼ同じ大きさまたはそれより小さければ、そのアイランド１１ａの端部が絶縁性被覆層１６の底面となるようにドーム形状が形成される（粘性と表面張力のため、ポッティング材料がアイランドから垂れ落ちないで、その端部を限界としたドーム形状が形成される）。そのため、絶縁性被覆層１６は必ずアイランド１１ａの辺の端部を基準として形成され、ＬＥＤチップ１３がその中心にボンディングされておれば、ＬＥＤチップ１３の中心軸と絶縁性被覆層１６のドーム形状の中心軸とを一致させやすい。
【００２１】
このようなアイランド１１ａの中心部へのＬＥＤチップ１３のボンディングは、アイランド１１ａの４辺が絶縁性被覆層１６の端部にならなくても、図１（ｂ）に示されるように、対向する２辺が端部となり、その２辺から等距離にあれば、横方向の位置は自動機によるディスペンサの位置を合せやすいためほぼ目的を達成することができる。また、図２に示されるように、隣接する２辺の近辺にＬＥＤチップ１３がボンディングされる場合、その２辺から等距離の位置になるようにボンディングされれば、絶縁性被覆層１６の底面は、その２辺に接する円形に形成されるため、その円の中心にＬＥＤチップ１３が位置し、ＬＥＤチップ１３の中心軸と絶縁性被覆層１６の中心軸とが一致する。
【００２２】
ＬＥＤチップ１３は、従来から用いられているＡｌＧａＡｓ系化合物半導体や、ＩｎＡｌＧａＰ系化合物半導体や、ＧａＰ、ＧａＮ系化合物半導体などの所望の波長の光を発光する半導体のｐｎ接合構造やダブルヘテロ構造により形成される。
【００２３】
絶縁性被覆層１６は、ＬＥＤチップ１３のワイヤボンディング部を保護する目的と、ＬＥＤチップ１３から発光する光をできるだけ効率よく取り出せるようにするためのもので、外力を吸収し得る弾性を有すると共に、光を内部に屈折させるドーム形状を形成しやすい材料が用いられる。ＪＣＲは、前述のように、粘性を有しており、ポッティングされることにより、ドーム状に形成される。
【００２４】
透光性樹脂１５は、たとえばエポキシ樹脂などからなっており、図１（ｂ）に示されるようなリードフレーム１０にダイボンディングおよびワイヤボンディングがなされ、ＬＥＤチップ１３の表面側に絶縁性被覆層１６が形成された状態で、モールド金型にセッティングし、透光性樹脂を流し込んで硬化させることにより、ドーム状凸部１５ａを有するような所望の形状に形成される。この透光性樹脂１５は、ＬＥＤチップ１３の発光波長に対して透光性であればよく、たとえば赤外のＬＥＤチップの場合、可視光をカットする染料を混入した黒色系の樹脂で形成されていてもよい。
【００２５】
本発明によれば、ＬＥＤチップの周囲が弾力性を有する絶縁性被覆層により被覆されているため、ＬＥＤチップのワイヤボンディング部が絶縁性被覆層により保護され、その外周を被覆する透光性樹脂の剛性さによる外力の影響を除外することができ、ワイヤボンディングの信頼性が非常に向上する。しかも、この絶縁性被覆層は、ＬＥＤチップの周囲にドーム形状をなすように形成されていると共に、その屈折率がＬＥＤチップの屈折率と、透光性樹脂の屈折率との間の屈折率を有しているため、図１（ａ）に一部の光線が矢印で示されるように、斜め方向に進む光も中心側に屈折される。そして、さらにその外周を被覆する透光性樹脂のドーム状凸部がほぼ同軸に形成されているため、再度中心軸側に屈折され、２重の屈折によりその中心軸上に集光させることができる。
【００２６】
このような発光素子を、前述の図４（ａ）に示されるように、受光素子と対向させて、発光素子および受光素子の前面にスリット状の通し孔が形成されるように、非透光性樹脂によりパッケージが形成されることにより、ホトインタラプタが形成され、その対向部分を遮るように被検査物を通過させることにより、被検査物の状態などを検出することができる。しかし、この種の発光素子は、ホトインタラプタに限らず、安価で中心軸上に集光させる必要のある発光素子に適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、湾曲状の反射壁を有しない、平板状のアイランド上にＬＥＤチップをボンディングする安価な発光素子においても、その発光する光を効率よく中心軸方向に集光させることができ、かつ、ＬＥＤチップの表面にワイヤボンディングされる部分が、周囲を被覆するエポキシ樹脂などの剛性さにより抉られることがなく、非常に高い外部量子効率で信頼性の高い発光素子が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発光素子の一実施形態の説明図である。
【図２】図１のＬＥＤチップをボンディングするアイランド部の変形例を示す説明図である。
【図３】図１の構造で、絶縁性被覆層を設ける場合のＬＥＤチップと絶縁性被覆層のドーム形状との中心軸が一致しなくなる場合の問題の説明図である。
【図４】従来のホトインタラプタおよびそれに用いられる発光素子の説明図である。
【符号の説明】
１    発光素子
１１    第１リード
１１ａ  アイランド
１２    第２リード
１３    ＬＥＤチップ
１４    ワイヤ
１５    透光性樹脂
１５ａ  ドーム状凸部
１６    電気的絶縁性被覆層
【図１】
0003974739.tif 000002
【図２】
0003974739.tif 000003
【図３】
0003974739.tif 000004
【図４】
0003974739.tif 000005