JP4255015B2 - Optical semiconductor package - Google Patents
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本発明は、半導体チップをフリップチップ方式によって接続するための光半導体パッケージに係り、特にLED等の光半導体チップを実装した場合に、光漏れによる光量の損失を低減させるための構造を備えた光半導体パッケージに関するものである。 The present invention relates to an optical semiconductor package for connecting semiconductor chips by a flip-chip method, and more particularly, to an optical semiconductor package having a structure for reducing light loss due to light leakage when an optical semiconductor chip such as an LED is mounted. The present invention relates to a semiconductor package.
近年、電子機器の小型化及び高機能化により、プリント配線板上への電子部品の実装密度の向上が要求されてきている。特に、半導体チップの実装形態にあっては、表面実装部品から、基板に直接半導体チップを実装するベアチップ実装に変わってきており、その中でも最も実装密度の向上が図られるフリップチップ実装(FC実装)が注目されてきている。このFC実装は、バンプと呼ばれる突起を介してチップ電極と基板電極を対向させ、フェースダウンして一括接続させる方法で、実装後にアンダーフィル(封止剤)を半導体チップと基板間に流し込んで形成する。 In recent years, due to the downsizing and higher functionality of electronic devices, it has been required to improve the mounting density of electronic components on a printed wiring board. In particular, the mounting form of semiconductor chips has changed from surface mounting components to bare chip mounting in which semiconductor chips are mounted directly on a substrate, and among them, flip chip mounting (FC mounting) that can achieve the highest improvement in mounting density. Has been attracting attention. This FC mounting is a method in which chip electrodes and substrate electrodes are opposed to each other through protrusions called bumps, and face-down is used to collectively connect them. After mounting, an underfill (sealing agent) is poured between the semiconductor chip and the substrate. To do.
図8は、光半導体チップ(LED3)をFC実装するための、従来の光半導体パッケージ2の断面構造を示したものである。このFC実装方式で使用されるベース基板4には、ポリイミド、ガラスエポキシ、BTレジン等の樹脂が使用され、その表面には前記LED3のチップ電極部5(アノード電極及びカソード電極)に対応した一対の基板電極部6がパターン形成される。そして、LED3は、前記一対の基板電極部6を絶縁するためのスペースであるベース基板4の露出表面(隙間8)を跨ぐようにしてバンプ7を介して接続される。
しかしながら、上記構造の光半導体パッケージ2にあっては、前記LED3が実装される直下の隙間8がポリイミド等の露出した樹脂面となるため、LED3の下方から発せられる光が前記隙間8に吸収されてしまうといった問題がある。このようなベース基板4内に吸収される光があるため、LED3から全方向に出射される光量のうちの約10〜20%程度が損失され、全体の発光輝度の低下を引き起こす。
However, in the
そこで、本発明の目的は、LEDから発せられる光をベース基板内に吸収されるのを防止することで発光損失を抑え、全体の輝度の向上を図ることのできる光半導体パッケージを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor package capable of suppressing light emission loss by preventing the light emitted from the LED from being absorbed into the base substrate and improving the overall luminance. is there.
上記課題を解決するために、本発明の光半導体パッケージは、ベース基板と、このベース基板上に設けられ、光半導体チップのチップ電極部が配置される基板電極部とを有する光半導体パッケージにおいて、前記ベース基板には、配置された光半導体チップの真下部分からベース基板の裏面まで達する孔部が開設され、この孔部に対応するベース基板の裏面側に前記光半導体チップの下面から出射した光を反射する光反射部を設けてなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical semiconductor package of the present invention includes a base substrate and a substrate electrode portion provided on the base substrate and on which a chip electrode portion of the optical semiconductor chip is disposed. The base substrate is provided with a hole extending from a portion immediately below the arranged optical semiconductor chip to the back surface of the base substrate, and light emitted from the lower surface of the optical semiconductor chip on the back surface side of the base substrate corresponding to the hole portion. It is characterized in that a light reflecting portion for reflecting the light is provided.
この発明によれば、LED等の光半導体チップをベース基板上に実装した場合に、前記光半導体チップの裏面側から発せられる光が孔部を通って光反射部で反射されるため、光漏れを効果的に防止すると同時に、ベース基板の上面に向けて戻すことができる。したがって、本発明の光半導体パッケージを使用することによって、光損失のない高輝度発光型の光デバイスの形成が可能となる。 According to the present invention, when an optical semiconductor chip such as an LED is mounted on a base substrate, light emitted from the back surface side of the optical semiconductor chip is reflected by the light reflecting portion through the hole portion. Can be effectively prevented and returned to the upper surface of the base substrate. Therefore, by using the optical semiconductor package of the present invention, it is possible to form a high-luminance light-emitting optical device without optical loss.
前記光反射部は、基板電極部と同様にベース基板面に形成した銅箔膜を所定の形状にエッチングして形成することができる。また、ベース基板に開設した孔部から露出する銅箔膜上またはこの銅箔膜上及び前記孔部の内周面に金または銀によるメッキ層を形成することで、より高い光反射効果を得ることができる。 The light reflecting portion can be formed by etching a copper foil film formed on the base substrate surface into a predetermined shape in the same manner as the substrate electrode portion. Further, a higher light reflection effect can be obtained by forming a plated layer of gold or silver on the copper foil film exposed from the hole formed in the base substrate or on the inner surface of the copper foil film and the hole. be able to.
前記孔部は、光半導体チップの裏面(実装面)と略同じ形状及び広さに形成することで、前記光半導体チップの裏面側から発せられる光を有効にベース基板の上面に向けて反射させることができる。 The hole is formed to have substantially the same shape and width as the back surface (mounting surface) of the optical semiconductor chip, so that light emitted from the back surface side of the optical semiconductor chip is effectively reflected toward the top surface of the base substrate. be able to.
上記構成の光半導体パッケージにLED等の光半導体チップを実装し、その上を透明な樹脂で封止することによって、高輝度発光型の光デバイスを形成することができる。また、前記光半導体チップの周囲に反射カップを備えた構成にすることで指向性のある発光デバイスを形成することができる。 A high-luminance light-emitting optical device can be formed by mounting an optical semiconductor chip such as an LED on the optical semiconductor package having the above-described configuration and sealing it with a transparent resin. In addition, a light emitting device having directivity can be formed by providing a reflective cup around the optical semiconductor chip.
前記光半導体チップを窒化ガリウムによって形成することで、青色発光させることができる。また、前記光半導体チップを封止する樹脂材に蛍光剤及び光拡散剤の少なくとも一方を含有させることで、輝度が高く且つ発光ムラのない青色発光デバイスの実現が可能である。 By forming the optical semiconductor chip with gallium nitride, blue light can be emitted. In addition, by including at least one of a fluorescent agent and a light diffusing agent in the resin material for sealing the optical semiconductor chip, it is possible to realize a blue light emitting device with high luminance and no uneven light emission.
本発明に係る光半導体パッケージによれば、LED等の光半導体チップを直接ベース基板にフリップチップ接続した場合に、ベース基板内へ漏れる光量が抑えられ、逆にベース基板の表面に向けて反射される光量が増える。このため、発光損失が少ない高輝度発光型の光デバイスの形成に適した光半導体パッケージとなる。 According to the optical semiconductor package of the present invention, when an optical semiconductor chip such as an LED is directly flip-chip connected to the base substrate, the amount of light leaking into the base substrate is suppressed, and conversely reflected toward the surface of the base substrate. The amount of light increases. Therefore, the optical semiconductor package is suitable for forming a high-luminance light-emitting optical device with little light emission loss.
以下、添付図面に基づいて本発明に係る光半導体パッケージの実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る光半導体パッケージの斜視図、図2は前記光半導体パッケージの断面図である。 Embodiments of an optical semiconductor package according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of an optical semiconductor package according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical semiconductor package.
本発明の光半導体パッケージ12は、図1及び図2に示すように、カソード電極とアノード電極を有する発光素子(LED13)の実装用に形成されたもので、ポリイミド、ガラスエポキシあるいはBTレジン等の樹脂で形成された絶縁性のベース基板14と、このベース基板14の表面から裏面にかけて形成される一対の基板電極部16と、LED13の載置面と反対側の面に形成される光反射部20と、前記一対の基板電極部16が対向する絶縁部18をベース基板14の厚み方向に開設した孔部19と、この孔部19から露出する光反射部20の表面に形成される金または銀によるメッキ層21とによって構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記基板電極部16は、ベース基板14の表面の中央部で左右に二分され、一方がLED13のカソード電極が接続されるカソード電極部で、他方がLED13のアノード電極が接続されるアノード電極部となっている。また、ベース基板14の裏面に設けられ、前記基板電極部16と導通する電極は、図示しないマザーボード等の装置基板に実装する接続電極部22である。
The
前記基板電極部16、接続電極部22及び光反射部20は、ベース基板14の表裏両面に形成された銅箔膜を所定のパターンにエッチングして形成される。
The
前記ベース基板14の中央部の表面には、図1及び図2に示されるように、絶縁部18を挟んで基板電極部16が対向して形成されている。ベース基板14の裏面の中央部に設けられる光反射部20は、前述したように、基板電極部16と同じ銅箔膜で形成され、開設された孔部19を塞ぐことで、光を反射させる効果を有している。前記光反射部20を設けることによって、光漏れを防止すると共に、上方への反射によって輝度の低下を最小限に抑えることができる。また、前記孔部19から露出する部分に光反射率の高い金または銀によるメッキ21層を形成することで、より大きな光反射効果を得ることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
前記孔部19は、LED13の裏面に接している絶縁部18をベース基板14の厚み方向に切削して形成されたもので、前記光反射部20に達する深さを有している。この孔部19は、図3に示すように、実装したLED13の裏面が隠れる絶縁部18の領域に開設される。このような孔部19を設けることによって、ベース基板14の裏面に形成されている光反射部20が表れ、LED13の下方から発せられる光を逆に上方に反射させることができる。また、孔部19の深さは、ベース基板14の厚みによって異なるが、光反射部20の表面が完全に露出するように設けられる。この孔部19を開設するに際しては、前記基板電極部16のピッチ幅やベース基板14自体が薄いため、精度の高い微細加工が必要である。このため、レーザビームを照射することによって孔部19を加工するのが好ましい。このようなレーザビームによれば、複雑に入り組んだ絶縁部も精度よく且つきれいに切削することができる。
The
前記孔部19及び光反射部20は、図3に示したような形状に限定されず、実装する光半導体チップに備わるチップ電極部の位置や光半導体チップの形状やサイズに応じて形成されるが、前記光半導体チップの裏面に接する絶縁部18全域をカバーするように形成することによって、反射効果を最大限に引き出すことができる。
The
本実施形態の光半導体パッケージ12に実装されるLED13は、下面に一対のチップ電極部15(カソード電極,アノード電極)を有し、それぞれにバンプ17が形成されている。そして、このバンプ17を前記基板電極部16に載置した後、リフロー処理を行うことで導通接続が図られる。
The
図4及び図5は、第2実施形態の光半導体パッケージの構造を示したものである。この光半導体パッケージ32の基板電極部は、図5に示されるように、略中央部で左右に二分されたカソード電極36aとアノード電極36bとで構成され、これらカソード電極36aとアノード電極36bとが向かい合う中央部には、LED33がバンプ37を介して接続される突起部31a,31bが形成される。この実施形態の光半導体パッケージ32に開設する孔部39は、LED33のチップ電極部が載置される突起部31a,31bを避けて、可能な限り広くするために、図に示したように略S字型になっている。前記孔部39及び光反射部40は、上記形状に限定されず、実装する光半導体チップに備わるチップ電極部の位置や光半導体チップの形状、あるいはサイズに応じて形成されるが、実装する光半導体チップの裏面に隠れる絶縁部18を可能な限り広く設定することによって、反射効果を最大限に引き出すことができる。また、前記光反射部40の露出面の他に、孔部39の内周面にも金または銀によるメッキ層41を形成することで、反射効果をより高めることができる。
4 and 5 show the structure of the optical semiconductor package of the second embodiment. As shown in FIG. 5, the substrate electrode portion of the
図6は、上記光半導体パッケージ12にLED13をフリップチップ実装し、その上に透光性を有する樹脂封止体23を形成した発光ダイオード11を示したものである。この実施形態の光半導体パッケージ12では、反射効率を高めるために、メッキ層21を光反射部20の露出面と孔部19の内周面の両方に設けている。また、図7に示す発光ダイオード51は、上記光半導体パッケージ12上にLED13と、このLED13の周囲を取り囲むように配設され、前記LED13から出射した光の指向性をコントロールする反射カップ52と、この反射カップ52の裏面側に配置されて、反射カップ52を支持するための枠体53とを備えたものである。前記LED13の周囲を取り囲むように配設される反射カップ52は、カップ形状に保持されたフィルム体と、このフィルム体の表面に成膜された金属膜とを備えて構成されている。前記LED13を封止するための樹脂封止体54は、反射カップ52内において、LED13の上部だけを被覆している。この樹脂封止体54は凸レンズ形状に形成されている。そのために、LED13から出射した光は、反射カップ52による指向と同一方向で集光されるので、より狭指向性の強い反射光が得られることになる。このような構成の発光ダイオード51にあっては、LED13から出射した光は、反射カップ52によって上方への指向性が付与されるが、反射カップ52の表面での光の散乱を抑えることができるので、予め設定した指向性のコントロールが容易となる。また、前記樹脂封止体23,54に蛍光剤や光拡散剤を含有させることによって、ムラのない高輝度の発光を得ることができる。なお、上記発光ダイオード11,51を形成する際、ベース基板14に設けた孔部19内に樹脂封止体23,54が充填されるが、透光性を有しているので、反射効率が低下することはない。
FIG. 6 shows a
上記構成からなる発光ダイオード11,51にあっては、実装したLED13の上面及び側面から出射される光はそのまま樹脂封止体23,54内を直進して外部に放射され、LED13の下面から出射される光は基板電極部16に反射されるか、孔部19から漏れてきた光を光反射部20及び反射効率の高い金や銀等のメッキ層21によって、LED13の裏面に向けて反射させることができる。その結果、従来のように、LED13から出射した光のうち、ベース基板14面で吸収される光の損失を抑えることができるので、全体的な発光輝度の向上効果が図られる。また、LED13を実装する基板電極部16、接続電極部22及び光反射部20によって、LED13で発生した熱を図示しないマザーボード等の外部基板や筐体に効率よく逃すことができるので、熱抵抗値を低く抑えることが可能である。その結果、温度変化による劣化が少なく、長寿命化が図られる。
In the
なお、上記発光ダイオード11,51を青色発光させる場合は、実装するLED13に窒化ガリウム(GaN)系の半導体素子を採用することによって可能となる。また、前記LED13を封止する樹脂材に蛍光剤や光拡散剤を混入することで、ムラのない高輝度の青色発光を得ることができる。
In addition, when the said
12 光半導体パッケージ
13 LED(光半導体チップ)
14 ベース基板
15 チップ電極部
16 基板電極部
17 バンプ
18 絶縁部
19 孔部
20 光反射部
21 メッキ層
12
14
Claims (7)
前記ベース基板には、配置された光半導体チップの真下部分からベース基板の裏面まで達する孔部が開設され、この孔部に対応するベース基板の裏面側に前記光半導体チップの下面から出射した光を反射する光反射部を設けてなることを特徴とする光半導体パッケージ。 In an optical semiconductor package having a base substrate and a substrate electrode portion provided on the base substrate and provided with a chip electrode portion of the optical semiconductor chip,
The base substrate is provided with a hole extending from a portion directly below the arranged optical semiconductor chip to the back surface of the base substrate, and light emitted from the bottom surface of the optical semiconductor chip on the back surface side of the base substrate corresponding to the hole portion. An optical semiconductor package comprising a light reflecting portion for reflecting light.
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