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JP5368982B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、携帯電話機やドットマトリクス式の画像表示器等における光源として用いられる半導体発光装置に関する。
図４は、従来の半導体発光装置の一例を示している（下記の特許文献１参照）。同図に示された半導体発光装置Ｘは、基板９１や、この基板に形成された１対の電極９２Ａ，９２Ｂ、および、電極９２ＡにボンディングされたＬＥＤチップ９４を備えている。ＬＥＤチップ９４およびボンディングワイヤ９６は、樹脂パッケージ９５によって覆われている。一方の電極９２Ａは、ボンディングパッド９２Ａａを含んでおり、ＬＥＤチップ９４は、Ａｇペースト９３を用いてこのボンディングパッド９２Ａａに接続されている。他方の電極９２Ｂは、ボンディングワイヤ９４を固定するためのボンディングパッド９２Ｂａを有している。
特開２００１−１９６６４１号公報
上記構成を有する半導体発光装置Ｘは、たとえば携帯電話機の光源として用いられる。近年、携帯電話機の小型化が強く指向されているが、これに応じて半導体発光装置Ｘに対しても小型化が求められる。しかしながら、以下で説明するように、上記従来の構成では、半導体発光装置Ｘの小型化に一定の限度がある。すなわち、樹脂パッケージ９５は、ＬＥＤチップ９４およびワイヤ９６を適切に覆うべく、所定の大きさとする必要がある。一方、図には示されていないが、基板９１の端部には、各電極９２Ａ，９２Ｂを基板９１の表裏面に一体的に形成するためのスルーホールを形成しておく必要がある。このスルーホールを樹脂パッケージ９５に重なる位置に設けてしまうと、スルーホールから樹脂パッケージ９５を形成するための樹脂材料が漏れてしまう。このような不具合を避けるために、基板９１のサイズを、樹脂パッケージ９５よりもさらに大きいものとせざるを得ず、これにより、半導体発光装置Ｘの小型化が阻害されてしまう。
半導体発光装置Ｘの小型化を実現する一手法として、ＬＥＤチップ９４を小型化することが考えられる。しかしながら、ＬＥＤチップ９４を小さくすると、当該チップとボンディングパッド９２Ａａとの接合面積が小さくなり、Ａｇペースト９３による接合力が弱くなる。この対策としてはＡｇペースト９３の使用量を増やすとよいが、この場合には、ＬＥＤチップ９４からＡｇペースト９３がはみ出し、ＬＥＤチップ９４を囲うように広がりやすい。この余分なＡｇペースト９３は、ＬＥＤチップ９４から出射された光を吸収し、半導体発光装置Ｘの輝度を低下させる。
上記半導体発光装置Ｘは、携帯電話機以外にも、ドットマトリクス式の画像表示器における光源として用いることも可能である。この場合、複数の半導体発光装置Ｘが一つの回路基板に面実装される。しかしながら、従来の構成では、半導体発光装置Ｘを回路基板にハンダ付けすると、基板９１の両端側面からハンダフィレットが広がる状態となる。このため、隣接する半導体発光装置Ｘの実装ピッチをハンダフィレットの干渉が生じない程度に大きくすることが必要となるが、これは画像表示器全体の小型化や表示画像の高品質化を妨げる一因となる。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。そこで本発明は、小型化、高密度実装化、および高輝度化を図るのに適した半導体発光装置を提供することをその課題とする。
本発明により提供される半導体発光装置は、上面および底面を有し且つ透光性を有する樹脂パッケージと、上記樹脂パッケージの上記上面に対向し且つ上記樹脂パッケージに覆われた半導体発光素子と、上記半導体発光素子を支持するためのボンディングパッドを含む第１のリードと、上記第１のリードから離間し且つ上記半導体発光素子に電気的に接続された第２のリードと、を備えている。上記各リードは、上記樹脂パッケージの上記底面から露出する実装端子を有している。各実装端子は、上記樹脂パッケージの厚さ方向（すなわち、樹脂パッケージの上記上面および上記底面が相互に離間する方向）に直交する面内方向において、上記樹脂パッケージによって囲まれた状態とされている。
このような構成によれば、上記樹脂パッケージを形成する際に、たとえば基板に設けられたスルーホールから樹脂材料が漏れるなどの問題が生じない。このため、半導体発光装置の寸法を樹脂パッケージの寸法とほぼ同じとすることが可能であり、半導体発光装置の小型化を図ることができる。また、半導体発光装置を面実装した状態においては、ハンダが実装端子からほとんどはみ出ない。このため、半導体発光装置の高密度実装化を図ることができる。
好ましくは、本発明の半導体発光装置は、上記ボンディングパッドを覆うＡｇメッキ層をさらに備える。このような構成によれば、半導体発光素子から下方に出射された光をＡｇメッキ層により上方に反射することができる。これにより、半導体発光装置の高輝度化を図ることができる。
好ましくは、本発明の半導体発光装置は、上記半導体発光素子および上記Ａｇメッキ層を相互に結合する金属結合層をさらに備える。この金属結合層は、Ａｕを含有する合金から形成することができる。このような構成によれば、上記半導体発光素子と上記Ａｇメッキ層とを共晶状態で強固に結合することが可能である。また、上記金属結合層は、上記半導体発光素子からほとんどはみ出さない程度の大きさとすることができる。したがって、上記半導体発光素子からの光が上記金属結合層によって吸収されることがなく、半導体発光装置の高輝度化に有利である。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明に基づく半導体発光装置を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の半導体発光装置の底面図である。 従来の半導体発光装置の一例を示す断面図である。
図１〜図３は、本発明に基づく半導体発光装置の一例を示している。図示された半導体発光装置Ａは、１対のリード１Ａ，１Ｂ、Ａｇメッキ層２Ａ，２Ｂ、金属結合層３、ＬＥＤチップ４、および樹脂パッケージ５を備えている。図１から理解されるように、本実施例において、樹脂パッケージ５は直方体状であり、厚さ方向に相互に離間した上面および底面を有している。さらに樹脂パッケージ５は、これら上面および底面の間を延びる一対の端面および一対の側面を有している。一対の端面は、樹脂パッケージ５の長手方向（リード１Ａおよび１Ｂが相互に離間した方向）に相互に離間した面であり、一対の側面は、樹脂パッケージ５の幅方向（上記厚さ方向および長手方向の双方に直交する方向）に相互に離間した面である。半導体発光装置Ａは、長さが０．６ｍｍ、幅が０．３ｍｍ、厚さが０．２ｍｍ程度とされている。
１対のリード１Ａ，１Ｂは、ＬＥＤチップ４を支持するとともに、ＬＥＤチップ４に電力供給をするためのものである。１対のリード１Ａ，１Ｂは、たとえばＣｕ（またはＣｕを含有する合金）からなり、その厚さが０．１ｍｍ弱程度とされている。リード１Ａは、ボンディングパッド１１Ａ、３つの延出部１２Ａ、および実装端子１３Ａを有している。リード１Ｂは、ボンディングパッド１１Ｂ、３つの延出部１２Ｂ、および実装端子１３Ｂを有している。
ボンディングパッド１１Ａは、ＬＥＤチップ４をダイボンディングするための部分であり、たとえば０．２７ｍｍ×０．２４ｍｍ程度のサイズとされている。ボンディングパッド１１Ｂは、ワイヤ６をボンディングするためのものであり、０．１９ｍｍ×０．２４ｍｍ程度のサイズとされている。ボンディングパッド１１Ａおよびボンディングパッド１１Ｂは、いずれも樹脂パッケージ５によって覆われている。
延出部１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、ボンディングパッド１１Ａおよびボンディングパッド１１Ｂから水平方向に延びている。各延出部１２Ａ，１２Ｂは、樹脂パッケージ５の側面あるいは端面から露出する端面を有している。このような延出部１２Ａ，１２Ｂは、半導体発光装置Ａの製作時において、リードフレームの一部を切断することにより、各リード１Ａ，１Ｂを支持フレームから分離した結果、生じたものである。
実装端子１３Ａ，１３Ｂは、半導体発光装置Ａをプリント基板等に面実装するために用いられる。図２に示すように、リード１Ａ，１Ｂはそれぞれ、ボンディングパッド１１Ａおよびボンディングパッド１１Ｂから、ＬＥＤチップ４がある側とは反対側に（同図では下方に）膨出した部位を有している。実装端子１３Ａ，１３Ｂは、これら膨出部位のうち樹脂パッケージ５の底面から露出した部分である。図３から理解されるように、各実装端子１３Ａ，１３Ｂは、樹脂パッケージ５の底面における周縁から離間した位置に設けられている。このため、各実装端子１３Ａ，１３Ｂは、面内方向（各リード１Ａ，１Ｂの厚さ方向と直角であり、樹脂パッケージ５の底面に平行な方向）においては、樹脂パッケージ５の枠部５１Ａ，５１Ｂによって囲まれた様相を呈している。図３に示すように、本実施例において、実装端子１３Ａおよび１３Ｂの実装主面は、同じ大きさの矩形状であり、たとえば０．１９ｍｍ×０．２７ｍｍ程度のサイズとされている。
Ａｇメッキ層２Ａ，２Ｂは、Ａｇをメッキすることによって形成された層であり、ボンディングパッド１１Ａおよび１１Ｂを覆っている。本実施例においては、Ａｇメッキ層２Ａのサイズが、０．２５ｍｍ×０．２１ｍｍ程度、Ａｇメッキ層２Ｂのサイズが、０．１３ｍｍ×０．２ｍｍ程度とされている。
金属結合層３は、ＬＥＤチップ４とＡｇメッキ層２Ａとを結合するためのものであり、Ｓｎ、Ｓｉ、ＧｅのいずれかとＡｕとの合金からなる。金属結合層３による結合は、たとえばＬＥＤチップ４を金属結合層３を介してＡｇメッキ層２Ａに押し付けた状態で、雰囲気温度を２００〜３５０℃程度とし、さらに超音波によってＬＥＤチップ４を振動させることによって行う。これにより、金属結合層３は、Ａｇメッキ層２ＡおよびＬＥＤチップ４の双方と共晶状態を形成する。この結合により、ＬＥＤチップ４は、ボンディングパッド１１Ａに対して強固に固定されることとなる。金属結合層３の厚さは、たとえば１μｍ以下とされる。
ＬＥＤチップ４は、半導体発光装置Ａの光源であり、たとえばｎ型半導体層およびｐ型半導体層と、これらに挟まれた活性層とが積層された構造とされている。ＬＥＤチップ４は、たとえばＡｌＧａＩｎＮ系半導体からなる場合、青色光を発光可能である。ＬＥＤチップ４は、平面視のサイズが０．１ｍｍ×０．１ｍｍ程度であり、その厚さが５０μｍ程度とされる。ＬＥＤチップ４の上面は、樹脂パッケージ５の上面に対向しており、且つ、ワイヤ６を介してボンディングパッド１１ＢのＡｇメッキ層２Ｂに接続されている。
樹脂パッケージ５は、ＬＥＤチップ４およびボンディングワイヤ６を保護するためのものである。樹脂パッケージ５は、ＬＥＤチップ４からの光を透過させるべく、たとえばエポキシ樹脂を用いて形成される。樹脂パッケージ５には、所定の蛍光材料を混入してもよい。たとえば、青色光によって励起されることにより黄色光を発する蛍光材料を混入することにより、半導体発光装置Ａを白色光の光源として使用することが可能となる。樹脂パッケージ５の一部は、上述したとおり、実装端子１３Ａ，１３Ｂを囲う枠部５１Ａ，５１Ｂとなっている。本実施例においては、樹脂パッケージ５は、平面視寸法が０．６ｍｍ×０．３ｍｍ程度、厚さが０．２ｍｍ弱程度とされている。
次に、半導体発光装置Ａの作用について説明する。
上記実施例によれば、図４の従来技術における樹脂材料漏れの問題について何ら考慮する必要はない。したがって、半導体発光装置Ａ全体のサイズを樹脂パッケージ５のサイズとほぼ同一とすることにより、半導体発光装置Ａの小型化を図ることができる。
また、樹脂パッケージ５の材料であるエポキシ樹脂は、ハンダの濡れ性が悪いという特性を有している。このため、図２に示すように、実装端子１３Ａ，１３Ｂを回路基板Ｂに形成されたパッドＰにハンダ付けした場合に、ハンダＳは、樹脂パッケージ５の枠部５１Ａ，５１Ｂによってせき止められる格好となり、実装端子１３Ａ，１３Ｂからほとんどはみ出さない。これにより、複数の半導体発光装置Ａを同一の回路基板Ｂに密に実装しても、ハンダＳどうしが干渉するおそれが無く、延いては、ドットマトリクス表示器の高精細化に適している。
Ａｇメッキ層２Ａは、反射率が高い反射面を形成する。このため、ＬＥＤチップ４からボンディングパッド１１Ａに向かって下方に発せられた光は、効率よく上方に反射される。これにより、半導体発光装置Ａの高輝度化を図ることができる。特に、ＬＥＤチップ４から青色光が発せられる場合、Ａｇメッキ層２Ａはこの青色光を反射するのに好適である。また、ボンディングパッド１１Ｂを覆うＡｇメッキ層２Ｂを設けることも、ＬＥＤチップ４から出射された光をより多く所定の方向に反射することに資する。さらには、ＬＥＤチップ４が発光するときに生じた熱を、ボンディングパッド１１Ａおよび実装端子１３Ａを介して回路基板へと効率よく放熱することが可能である。これは、半導体発光装置Ａの高輝度化を図るのに有利である。
上述のとおり、金属結合層３によれば、ＬＥＤチップ４とＡｇメッキ層２Ａとを共晶状態で強固に結合させることが可能である。このため、ＬＥＤチップ４を小型のものとしても、当該チップをＡｇメッキ層２Ａ（延いてはボンディングパッド１１Ａ）に適切に固定することができる。また、ＬＥＤチップ４の結合力が十分得られるため、金属結合層３の量は、ＬＥＤチップ４から水平方向にはみ出すほど多くする必要が無い。このため、ＬＥＤチップ４から出射された光が金属結合層３によって吸収されるおそれが無く、半導体発光装置Ａの高輝度化をさらに促進することができる。
本発明に基づく半導体発光装置は、上述した実施例に限定されるものではない。たとえば、実装端子１３Ａ，１３Ｂにおける実装主面の形状は、矩形状に限定されず、別の多角形状や円形状であってもよい。ＬＥＤチップ４は、青色光を発するものに限定されず、赤色光、緑色光など様々な波長の光を発するものであってもよい。樹脂パッケージ５に混入する蛍光材料は、ＬＥＤチップ４から発せられる光に応じて適宜選択すればよい。あるいは、樹脂パッケージ５を、蛍光材料を含まない無色透明なものとしてもよい。ＬＥＤチップ４とＡｇメッキ層２Ａとの結合には、金属結合層３を用いることが、結合力の向上および高輝度化に好ましいが、本発明はこれに限定されない。たとえば、金属結合層３に代えてＡｇペーストを用いてもよい。金属結合層３の材質は、上述したものに限定されず、ＬＥＤチップ４とＡｇメッキ層２Ａとを共晶状態で結合させることが可能な他の合金を用いてもよい。

Claims (4)

  1. 上面および底面を有し且つ透光性を有する樹脂パッケージと、
    上記樹脂パッケージの上記上面に対向し且つ上記樹脂パッケージに覆われた半導体発光素子と、
    上記半導体発光素子を支持するためのボンディングパッドを含む第１のリードと、
    上記第１のリードから離間し且つ上記半導体発光素子に電気的に接続された第２のリードと、を備えており、
    上記各リードは、上記樹脂パッケージの上記底面から露出する実装端子を有しており、この実装端子は、上記樹脂パッケージの上記上面および上記底面が相互に離間する厚さ方向に直交する面内方向において、上記樹脂パッケージによって囲まれているとともに、
    上記第１のリードは、上記ボンディングパッドから上記面内方向に延びるとともに、上記樹脂パッケージの底面には露出せず、かつ上記樹脂パッケージの上記厚さ方向に沿う側面あるいは端面に露出する端面を有する延出部を有している、半導体発光装置。
  2. 上記第２のリードは、一端が上記半導体発光素子に接続されたワイヤの他端が接続されたボンディングパッドと、このボンディングパッドから上記面内方向に延びるとともに、上記樹脂パッケージの底面には露出せず、かつ上記樹脂パッケージの上記厚さ方向に沿う側面あるいは端面に露出する端面を有する延出部を有している、請求項１に記載の半導体発光装置。
  3. 上記ボンディングパッドを覆うＡｇメッキ層をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
  4. 上記半導体発光素子および上記Ａｇメッキ層を相互に結合する金属結合層をさらに備えており、この金属結合層は、Ａｕを含有する合金からなる、請求項３に記載の半導体発光素子。
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