(57)【要約】【課題】ＬＥＤチップ等の半導体チップの発熱を効率良く放熱することができる半導体素子を実現。【解決手段】ＬＥＤ本体12、絶縁性枠部材14、導電性放熱部材15を一体化したＬＥＤ（半導体素子）10であり、ＬＥＤ本体12は、枠体18と、枠体底面18ａの略全面を覆う先端部20ａを有するリードフレーム20と、リードフレーム先端部20ａに配置されるＬＥＤチップ24を有し、放熱部材15は本体部30と切欠部32を有し、枠部材14は、ＬＥＤ本体12の枠体側周面18ｂを囲繞する本体部34と、切欠部32形成位置の放熱部材本体部30の側周面30ａを覆う垂下部36と、本体部34の上端から垂下部36の下端に至るまで形成された切欠部38を有すると共に、垂下部36にはＬＥＤ本体12を載置する段部40が形成され、ＬＥＤ本体12のリードフレーム先端部20ａと放熱部材15とが高熱伝導性絶縁接着材42を介して接続されている。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子本体と、絶縁材料より成る枠部材と、熱伝導性が良好な導電材料より成る放熱部材を一体化して成る半導体素子であって、
上記半導体素子本体は、孔が形成された枠体と、該枠体の底面の略全面を覆う先端部と枠体の外方に取り出される後端部を有するリードフレームと、該リードフレームの先端部に配置される半導体チップを有し、また、
上記放熱部材は、本体部と、上記リードフレームの枠体からの取出箇所と対応する位置に形成された切欠部を有し、さらに、
上記枠部材は、上記半導体素子本体の枠体の側周面を囲繞する本体部と、該本体部の下端に形成され、上記放熱部材の切欠部形成位置の放熱部材本体部の側周面を覆う垂下部と、上記リードフレームの枠体からの取出箇所と対応する位置における本体部の上端から垂下部の下端に至るまで形成された切欠部を有すると共に、上記垂下部には、上記半導体素子本体を載置する段部が形成され、
上記放熱部材と上記枠部材との嵌合により、放熱部材の切欠部形成位置の本体部側周面が、枠部材の垂下部で覆われており、また、
上記半導体素子本体を、上記枠部材の垂下部の段部上へ載置することにより、半導体素子本体の枠体の側周面が、枠部材の本体部で囲繞されており、さらに、
上記半導体素子本体のリードフレーム先端部と上記放熱部材とが高熱伝導性絶縁材を介して接続されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
上記枠部材の垂下部の段部上に載置された半導体素子本体のリードフレーム先端部と、放熱部材との間に所定の間隙が形成されることを特徴とす請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
上記枠部材の切欠部の幅が、半導体素子本体のリードフレームの幅と略同一と成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
上記高熱伝導性絶縁材が、熱伝導性が良好な金属粉末を樹脂中に混合して成る高熱伝導性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体素子。
【請求項５】
上記高熱伝導性絶縁材の厚さが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導体素子。  
【請求項６】
上記放熱部材の本体部は、底面及び側周面を有しており、該底面及び／又は側周面を、他の放熱部材に接触させることにより、上記半導体チップの発熱を放熱可能と成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の半導体素子。
【請求項７】
上記半導体チップが、発光ダイオードチップ、レーザーダイオードチップの何れかであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の半導体素子。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）、レーザーダイオードチップ等の半導体チップの発熱を効率良く放熱することができる放熱特性に優れた半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１６は、従来の半導体素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）を示すものであり、このＬＥＤ60は、絶縁基板62の表面に、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ64を形成して成る。
【０００３】
上記絶縁基板62の表面には、第１の導体パターン66と第２の導体パターン68とが相互に絶縁状態で被着形成されており、上記リフレクタ64の底面において、半導体チップとしてのＬＥＤチップ70を第１の導体パターン66にダイボンドすることにより、上記第１の導体パターン66と、ＬＥＤチップ66底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２の導体パターン68と、上記ＬＥＤチップ70上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ72を介して電気的に接続して成る。
【０００４】
上記第１の導体パターン66には第１のリードフレーム74が接続され、第２の導体パターン68には第２のリードフレーム76が接続されている。第１のリードフレーム74及び第２のリードフレーム76は、絶縁基板62の表面から側面を通って絶縁基板62の外方へ延設されている。
また、上記絶縁基板62の表面は、先端に凸レンズ部78を有する透光性の蓋部材80によって封止されている。
【０００５】
而して、上記第１のリードフレーム74及び第２のリードフレーム76を介してＬＥＤチップ70に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ70から所定波長の光が発光し、蓋部材80の凸レンズ部78によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来のＬＥＤ60にあっては、ＬＥＤ60を長時間駆動させたり、発光輝度を高めるために高電流駆動させた場合には、ＬＥＤチップ70が著しく発熱して高温状態となり、ＬＥＤチップ70の熱劣化を生じていた。
【０００７】
本考案は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤチップ等の半導体チップの発熱を効率良く放熱することができる放熱特性に優れた半導体素子を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本考案に係る半導体素子は、
半導体素子本体と、絶縁材料より成る枠部材と、熱伝導性が良好な導電材料より成る放熱部材を一体化して成る半導体素子であって、
上記半導体素子本体は、孔が形成された枠体と、該枠体の底面の略全面を覆う先端部と枠体の外方に取り出される後端部を有するリードフレームと、該リードフレームの先端部に配置される半導体チップを有し、また、
上記放熱部材は、本体部と、上記リードフレームの枠体からの取出箇所と対応する位置に形成された切欠部を有し、さらに、
上記枠部材は、上記半導体素子本体の枠体の側周面を囲繞する本体部と、該本体部の下端に形成され、上記放熱部材の切欠部形成位置の放熱部材本体部の側周面を覆う垂下部と、上記リードフレームの枠体からの取出箇所と対応する位置における本体部の上端から垂下部の下端に至るまで形成された切欠部を有すると共に、上記垂下部には、上記半導体素子本体を載置する段部が形成され、
上記放熱部材と上記枠部材との嵌合により、放熱部材の切欠部形成位置の本体部側周面が、枠部材の垂下部で覆われており、また、
上記半導体素子本体を、上記枠部材の垂下部の段部上へ載置することにより、半導体素子本体の枠体の側周面が、枠部材の本体部で囲繞されており、さらに、
上記半導体素子本体のリードフレーム先端部と上記放熱部材とが高熱伝導性絶縁材を介して接続されていることを特徴とする。
【０００９】
上記枠部材の垂下部の段部上に載置された半導体素子本体のリードフレーム先端部と、放熱部材との間に所定の間隙が形成されるのが好ましい。
【００１０】
上記枠部材の切欠部の幅を、半導体素子本体のリードフレームの幅と略同一と成すのが好ましい。
【００１１】
上記高熱伝導性絶縁材としては、熱伝導性が良好な金属粉末を樹脂中に混合して成る高熱伝導性樹脂が該当する。
また、上記高熱伝導性絶縁材の厚さは１００μｍ以下とするのが適当である。
【００１２】
上記放熱部材の本体部が、底面及び側周面を有する構造と成し、該底面及び／又は側周面を、他の放熱部材に接触させることにより、上記半導体チップの発熱を放熱可能と成しても良い。
上記半導体チップとしては、例えば、発光ダイオードチップ、レーザーダイオードチップ等が該当する。
【考案の効果】
【００１３】
本考案の半導体素子にあっては、半導体チップが配置されたリードフレームの先端部が、高熱伝導性絶縁接着材を介して放熱部材と接続されているので、半導体チップの発熱は、リードフレーム及び高熱伝導性絶縁材を介して放熱部材へと伝導し、半導体素子外部へ効率良く放熱することができる。
しかも、上記半導体素子本体において、半導体チップが配置されたリードフレームの先端部は、枠体底面の略全面を覆う形状と成されているので、放熱面積を大きく確保することができ、放熱効果が高くなっている。
【００１４】
また、枠部材及び放熱部材に、リードフレームの枠体からの取出箇所と対応する位置に形成された切欠部を設けたので、切欠部内において、リードフレームを屈曲させて所望の方向へ取出すことができる。
尚、例えばリードフレームを、枠部材及び放熱部材の切欠部内において下方に屈曲させた場合、放熱部材の切欠部形成位置の本体部側周面は、絶縁性の枠部材の垂下部で覆われているので、リードフレームと放熱部材との物理的な接触が阻止され絶縁性が確保される。
而して、導電材料で構成された放熱部材と、半導体素子本体のリードフレームとの絶縁性を確保する必要するのは、本考案に係る半導体素子を、他の導電性の放熱部材上に多数個表面実装して使用する場合等、複数個の半導体素子を同一の導電部材上に配置して使用する場合があるためである。
【００１５】
上記枠部材の垂下部の段部上に載置された半導体素子本体のリードフレーム先端部と、放熱部材との間に所定の間隙が形成されよう構成した場合には、半導体素子本体のリードフレーム先端部と放熱部材との物理的な接触が阻止され絶縁性が確保される。
【００１６】
枠部材の切欠部の幅を、半導体素子本体のリードフレームの幅と略同一と成した場合には、リードフレームを上記切欠部内に挿通することにより、半導体素子本体と枠部材との嵌合時の位置決めを容易に行うことができると共に、半導体素子本体のリードフレームが切欠部内でガタツキを生じることがなく、半導体素子本体と枠部材とを強固に固定できる。
【００１７】
高熱伝導性絶縁材の厚さが大きいと、熱伝導性を阻害するため、上記の通り１００μｍ以下の厚さとするのが適当である。
【００１８】
上記放熱部材の本体部が、底面及び側周面を有する構造と成した場合に、該底面及び／又は側周面を、他の放熱部材に接触させることにより、上記半導体チップの発熱を、更に他の放熱部材へと放熱することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本考案に係る半導体素子の実施形態を説明する。
図１は、本考案に係る半導体素子としてのＬＥＤ10を模式的に示す平面図、図２は、本考案に係るＬＥＤ10を模式的に示す概略断面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。本考案のＬＥＤ10は、半導体素子本体としてのＬＥＤ本体12と、枠部材14と、放熱部材15を備え、これらを一体化して構成されている。図１において、42は、高熱伝導性絶縁材の一例としての高熱伝導性絶縁接着材42であり、該高熱伝導性絶縁接着材42を介してＬＥＤ本体12と放熱部材15とが接続されている。該高熱伝導性絶縁接着材42の厚さは２０〜３０μｍと成されている。
【００２０】
ＬＥＤ本体12は、図４及び図５に示すように、樹脂より成り、孔16が形成された略リング状の枠体18と、第１のリードフレーム20及び第２のリードフレーム22を有している。これらリードフレーム20，22の板厚は０．３mm程度と成されている。
第１のリードフレーム20は、上記枠体18の底面18ａの略全面を覆う略円板状の先端部20ａと、枠体18を貫通して外方へ向かって水平方向に取り出される後端部20ｂを有している。第１のリードフレーム20の先端部20ａの一部は上記孔16内に露出しており、該孔16内に露出した第１のリードフレーム20の先端部20ａに、半導体チップとしてのＬＥＤチップ24をダイボンドすることにより、第１のリードフレーム20とＬＥＤチップ24底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。
また、第２のリードフレーム22は、上記枠体18を貫通して孔16内に露出する先端部22ａと、枠体18の外方へ向かって水平方向に取り出されている後端部22ｂを有しており、第２のリードフレーム22の先端部22ａと、上記ＬＥＤチップ24上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ26を介して電気的に接続して成る。
【００２１】
上記第１のリードフレーム20の先端部20ａと、第２のリードフレーム22の先端部22ａは、上下方向に所定の間隙を設けて対向配置されることにより、相互に絶縁されている。
而して、本考案にあっては、第１のリードフレーム20の先端部20ａと、第２のリードフレーム22の先端部22ａを同一平面上に配置せず、上下方向に所定の間隙を設けて対向配置したことにより、第１のリードフレーム20の先端部20で枠体18の底面18ａの略全面を覆っても、第１のリードフレーム20と第２のリードフレーム22間の絶縁性を確保できるのである。
【００２２】
上記ＬＥＤチップ24は、電圧が印加されると所定波長の光を発光し、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶で構成されている。
また、上記枠体18の孔16内には、エポキシ樹脂等より成る透光性のコーティング材28を充填してＬＥＤチップ24を封止して成る。
【００２３】
而して、上記第１のリードフレーム20及び第２のリードフレーム22を介してＬＥＤチップ24に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ24から所定波長の光が発光し、コーティング材28を透過して外部へ放射されるようになっている。
【００２４】
図６〜図９は、放熱部材15を示すものであり、図６は正面図、図７は平面図、図８は側面図、図９は図７のＢ−Ｂ断面図である。
放熱部材15は、熱伝導性が良好なアルミニウム等の導電材料で構成されており、本体部30と、一対の切欠部32（図７）を有している。    
【００２５】
図１０〜図１２は、枠部材14を示すものであり、図１０は平面図、図１１は側面図、図１２は図１０のＣ−Ｃ断面図である。
枠部材14は、樹脂等の絶縁材料で構成されており、導電材料で構成された上記放熱部材15と、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム20、第２のリードフレーム22との絶縁性を確保するために用いられるものである。
【００２６】
上記枠部材14は、上記ＬＥＤ本体12の枠体18の側周面18ｂ（図４参照）に当接して囲繞する略リング状の本体部34と、該本体部34の下端に形成され、上記放熱部材15の切欠部32形成位置の本体部の側周面30ａ（図７参照）に当接して覆う一対の垂下部36と、本体部34上端から垂下部36下端に至るまで形成された一対の切欠部38を有している。  また、上記垂下部36には、ＬＥＤ本体12を載置する段部40が形成されており、該段部40にＬＥＤ本体12を載置した際、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム先端部20ａと放熱部材15との間に２０〜３０μｍの間隙が形成されるよう設計されている。
さらに、上記切欠部38の幅は、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム20及び第２のリードフレーム22の幅と略同一と成されている。
【００２７】
上記ＬＥＤ本体12、枠部材14、放熱部材15は、図１３に示す要領で一体化される。すなわち、表面に高熱伝導性絶縁接着材42を２０〜３０μｍの厚さで被着した放熱部材15に枠部材14を嵌合し、以て、放熱部材15の切欠部32形成位置の本体部側周面30ａを、枠部材14の垂下部36で覆う。
次に、ＬＥＤ本体12を、枠部材14の垂下部36の段部40上に載置し、ＬＥＤ本体12の枠体18の側周面18ｂを、枠部材14の本体部34で囲繞することにより、ＬＥＤ本体12と枠部材14との嵌合を行う。
この結果、ＬＥＤ本体12の枠体底面の18ａの略全面を覆う第１のリードフレーム先端部20ａと放熱部材15とが高熱伝導性絶縁接着材42を介して接続され、図１〜図３に示す本考案のＬＥＤ10が完成する。
【００２８】
上記の通り、枠部材14の切欠部38の幅が、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム20及び第２のリードフレーム22の幅と略同一と成されているので、第１のリードフレーム20及び第２のリードフレーム22を上記切欠部38内に挿通することにより、ＬＥＤ本体12と枠部材14との嵌合時の位置決めを容易に行うことができると共に、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム20及び第２のリードフレーム22が切欠部38内でガタツキを生じることがなく、ＬＥＤ本体12と枠部材14とを強固に固定できる。
【００２９】
上記高熱伝導性絶縁接着材42としては、例えば、熱伝導性が良好な金属粉末を、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂中に混合して成る高熱伝導性樹脂が該当する。
尚、高熱伝導性絶縁接着材42の厚さが大きいと、熱伝導性を阻害するため、１００μｍ以下の厚さとするのが適当であり、より好ましくは、上記の通り２０〜３０μｍの厚さとするのが良い。
【００３０】
上記した本考案のＬＥＤ10にあっては、ＬＥＤチップ24が配置された第１のリードフレーム20の先端部20ａが、高熱伝導性絶縁接着材42を介して放熱部材15と接続されているので、ＬＥＤチップ24の発熱は、第１のリードフレーム20及び高熱伝導性絶縁接着材42を介して放熱部材15へと伝導し、ＬＥＤ10外部へ効率良く放熱することができる。
しかも、上記ＬＥＤ本体12において、ＬＥＤチップ24が配置された第１のリードフレーム20の先端部20ａは、枠体底面18ａの略全面を覆う形状と成されているので、放熱面積を大きく確保することができ、放熱効果が高くなっている。上記第１のリードフレーム20は、熱伝導性が良好な導電材料である銅合金で構成することができる。      
【００３１】
本考案のＬＥＤ10において、枠部材14及び放熱部材15に、それぞれ一対の切欠部38，32を形成したのは、ＬＥＤチップ24に接続されたリードフレーム20，22の取出し方向の自由度を高めるためである。
すなわち、枠部材14及び放熱部材15の切欠部38，32は、リードフレーム20，22の枠体18からの取出箇所と対応する位置に形成されると共に、枠部材14の切欠部38の幅はリードフレーム20，22の幅と略同一、放熱部材15の切欠部32の幅はリードフレーム20，22より幅広と成されていることから、切欠部38，32内において、リードフレーム20，22を屈曲させて所望の方向へ取出すことができる。
【００３２】
例えば、図１４に示すように、リードフレーム20，22を、枠部材14及び放熱部材15の切欠部38，32内において、枠部材14の垂下部36の外面36ａに沿うよう下方に屈曲させた後、放熱部材15の本体部底面30ｂと略面一となるよう放熱部材15外方へ９０度屈曲させれば、リードフレーム20，22を回路基板等（図示せず）へ表面実装することが可能となる。
また、放熱部材15の本体部底面30ｂを、他の放熱部材（図示省略）上に表面実装することにより、本体部底面30ｂを他の放熱部材に接触させれば、ＬＥＤチップ24の発熱を、放熱部材15を介して、更に他の放熱部材へと効率良く放熱することができる。
【００３３】
また、図１５に示すように、リードフレーム20，22を、枠部材14及び放熱部材15の切欠部38，32内において、枠部材14の垂下部36の外面36ａに沿うよう屈曲させて垂直下方向に取り出せば、放熱パイプ50（他の放熱部材）の筒状体52内部に収納して使用することができる。
この場合、枠部材14の垂下部36で覆われいない放熱部材15の本体部30の側周面30ａを、放熱パイプ50の筒状体52の内周面と接触させることにより、ＬＥＤチップ24の発熱を、放熱部材15を介して、更に放熱パイプ50へと効率良く放熱することができる。
【００３４】
尚、上記した通り、絶縁材料で構成された枠部材14は、導電材料で構成された放熱部材15と、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム20、第２のリードフレーム22との絶縁性を確保するために用いられるものである。
すなわち、ＬＥＤ本体12を枠部材14の垂下部36の段部40上に載置した際、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム先端部20ａと放熱部材15間に２０〜３０μｍの間隙が形成されるので、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム先端部20ａと放熱部材15との物理的な接触が阻止され絶縁性が確保される。
【００３５】
また、図１４及び図１５に示すように、リードフレーム20，22を、枠部材14及び放熱部材15の切欠部38，32内において、枠部材14の垂下部36の外面36ａに沿うよう下方に屈曲させた場合においても、放熱部材15の切欠部32形成位置の本体部側周面30ａが枠部材14の垂下部36で覆われているので、リードフレーム20，22と放熱部材15との物理的な接触が阻止され絶縁性が確保される。
【００３６】
而して、導電材料で構成された放熱部材15と、ＬＥＤ本体12の第１のリードフレーム20、第２のリードフレーム22との絶縁性を確保するのは、例えば、図１４に示した構造の表面実装用のＬＥＤ10を、他の導電性の放熱部材（図示省略）上に多数個配置して使用する場合等、複数個のＬＥＤ10を同一の導電部材上に配置して使用する場合があるためである。
【００３７】
上記においては、半導体チップとしてＬＥＤチップ24、半導体素子としてＬＥＤ10を例示したが、これに限定されるものではなく、半導体チップとしてレーザーダイオードチップ等、半導体素子としてレーザーダイオード等を用いることもできる。
【００３８】
また、上記においては、第１のリードフレーム20の上方に、所定の間隙を設けて対向配置される第２のリードフレーム22が１本の場合を例示したが、これに限定されるものではなく、第２のリードフレーム22は複数本あっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本考案に係る発光ダイオード（半導体素子）を模式的に示す平面図である。
【図２】本考案に係る発光ダイオード（半導体素子）を模式的に示す概略断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ概略断面図である。
【図４】ＬＥＤ本体を模式的に示す概略断面図である。
【図５】ＬＥＤ本体を模式的に示す平面図である。
【図６】本考案に係る放熱部材を模式的に示す正面図である。
【図７】本考案に係る放熱部材を模式的に示す平面図である。
【図８】本考案に係る放熱部材を模式的に示す側面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ概略断面図である。
【図１０】本考案に係る枠部材を模式的に示す平面図である。
【図１１】本考案に係る枠部材を模式的に示す側面図である。
【図１２】図１０のＣ−Ｃ概略断面図である。
【図１３】本考案に係るＬＥＤ本体、枠部材、放熱部材の一体化の方法を示す説明図である。
【図１４】本考案に係る発光ダイオード（半導体素子）のリードフレームの取出し方向を変化させた状態を模式的に示す概略断面図である。
【図１５】本考案に係る発光ダイオード（半導体素子）のリードフレームの取出し方向を変化させた状態を模式的に示す概略断面図である。
【図１６】従来の発光ダイオード（半導体素子）を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
10  発光ダイオード
12  ＬＥＤ本体
14  枠部材
15  放熱部材
16  孔
18  枠体
18ａ枠体の底面
18ｂ枠体の側周面
20  第１のリードフレーム
20ａ第１のリードフレームの先端部
20ｂ第１のリードフレームの後端部
22  第２のリードフレーム
22ａ第２のリードフレームの先端部
22ｂ第２のリードフレームの後端部
24  ＬＥＤチップ
26  ボンディングワイヤ
28  コーティング材
30  放熱部材の本体部
30ａ本体部の側周面
30ｂ本体部の底面
32  放熱部材の切欠部
34  枠部材の本体部
36  枠部材の垂下部
36ａ垂下部の外面
38  枠部材の切欠部
40  段部
42  高熱伝導性絶縁接着材
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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