JP2000150969A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
効率的に回収できるとともに放熱を促進して発光特性を
安定化し得るフリップチップ型の発光素子を備える半導
体発光装置の提供。 【解決手段】 フリップチップ型の半導体発光素子2を
静電気保護用のツェナーダイオード6に導通搭載して複
合素子化したものをリードフレーム5のマウント部5c
に導通搭載し、半導体発光素子2の主光取出し面を除い
て複合素子周りを絶縁性ペースト4によって充填し、こ
の絶縁性ペースト4に混入した高熱伝導性及び光反射性
のフィラーを利用して、半導体発光素子2の発熱をリー
ドフレーム5側へ熱伝達するとともに漏れる光を主光取
出し面側に反射させて発光輝度を高める。
Description
化合物半導体を利用した青色発光の発光素子をリードフ
レームに搭載して樹脂封止するLEDランプ型の半導体
発光装置に係り、特に発光素子からの熱伝導を促すとと
もに搭載面側に漏れる光を回収して発光輝度を向上し得
るアセンブリとした半導体発光装置に関する。
nAlGaN等のGaN系化合物半導体を利用した青色
発光の発光素子は、結晶成長のための基板として現在で
はサファイアが最も一般的なものとして利用されてい
る。この絶縁性のサファイアを基板とする発光素子で
は、p側及びn側の両方の電極は基板と反対側の面であ
って半導体の積層膜の表面に形成される。このようにp
側及びn側の電極が同一面にあることを利用して、これ
らの電極のそれぞれにバンプ電極を形成し、基板側が発
光方向を向く姿勢としたフリップチップ型のアセンブリ
とするものが従来から知られている。
フレームに搭載するものでは、ワイヤによるリードフレ
ーム側とのボンディングが不要となる。このため、たと
えばリードフレームのマウント部も含めて樹脂封止する
LEDランプ型では、ランプの小型化が図れる。したが
って、LED表示器に多数配列して画像表示するもので
は、画素数を増やすことができ、高品質の画像が得られ
ることになる。
光素子では、活性層からの光はサファイア等の光透過性
の基板を抜けて発光方向に出射されるほか、半導体積層
膜を抜けて搭載面側や側方に漏れる成分を含む。このた
め、リードフレームのマウント部をすり鉢状としてその
内面を金属光沢面やメッキ面とすることで、漏れた光を
発光方向に反射させることが有効とされている。
マウント部に直に搭載して半導体積層膜の表面側を主光
取出し面とする場合でも、活性層からの光は主光取出し
面へ抜けるだけでなく側方に漏れる成分が含まれる。
するものでも上下反転させてフリップチップ型とする場
合のいずれでも、活性層からの光が側方に抜けることに
変わりはなく、マウント部を光反射面とすることで発光
強度の向上が可能である。
ームのマウント部に発光素子を搭載した後に全体がエポ
キシ等の樹脂によって封止される。一方、フリップチッ
プ型の発光素子では、マウント部の表面と短絡しないよ
うにするため、バンプ電極を利用してp側及びn側の電
極を形成した面とマウント部の表面との間に隙間を持た
せたアセンブリとなる。したがって、樹脂は発光素子の
周囲だけでなくマウント部の表面との間の下面側にも入
り込み、マウント部の反射面へ向かう光はこの樹脂の層
を抜けた後に反射される。
ント部の反射面を利用して回収する場合でも、発光素子
と封止樹脂との間には屈折率の差があるので、これに起
因して反射回収率が低下してしまう。
には、発光素子自体が熱を持つようになるほか封止樹脂
も加熱されて高温となる。したがって、発光素子の発光
特性への熱影響は無視できず、発光輝度の低下を招くの
で、放熱性を高めることが必要とされている。たとえ
ば、フリップチップ型の発光素子ではバンプ電極によっ
てリードフレームに接合されているので、リードフレー
ム側へ熱伝達して放熱することが一つの手段となる。
とバンプ電極は格段に小さく、発光素子からリードフレ
ーム側への熱伝達量は多くを期待できない。したがっ
て、発光素子周りの高温化が避けられず、その発光輝度
が低下するだけでなく発光色も微妙に変わってしまう。
また、サファイアの基板をマウント部に直に搭載するタ
イプでも、基板とマウント部との間での熱伝達しか得ら
れないので、放熱の促進にも限界があり、発光輝度及び
発光色への影響は無視できない。
素子を用いてLEDランプ型の発光装置とするもので
は、リードフレーム等のマウント部を反射面として形成
していても封止樹脂の介在によって反射効率の低下があ
るほか、放熱性に劣るため発光特性の変動を招くという
問題がある。また、サファイアの基板をマウント部に直
に搭載するタイプの発光素子においても、特に放熱性の
面で改善すべき問題が残っている。
出し面以外から漏れる光を発光方向に効率的に回収でき
るとともに放熱を促進して発光特性を安定化し得る発光
素子を備える半導体発光装置を提供することにある。
板の上に半導体薄膜層を積層するとともにこの積層膜の
表面側にp側及びn側の電極をそれぞれ形成した半導体
発光素子を、前記基板を発光方向としてリードフレーム
等のマウント部に導通搭載し、前記半導体発光素子及び
その周りの導通部を含めて樹脂封止する半導体発光装置
であって、少なくとも発光方向に臨んでいる面を除く前
記半導体発光素子の周りを被覆し且つ前記マウント部の
表面に接触する絶縁性のペーストを充填し、前記絶縁性
のペーストには、前記半導体発光素子から前記マウント
部側への熱伝達及び前記発光方向への光反射のためのフ
ィラーを混入してなることを特徴とする。
素子を半導体発光素子とともに複合素子化するもので
は、半導体発光素子及び機能素子の周りを絶縁性のペー
ストによって被覆した構成としてもよい。そして、基板
を直にリードフレーム等のマウント部に搭載するもので
も、半導体発光素子の周りに絶縁性ペーストを充填する
ことで素子の固定と熱伝達の促進を促す構成とすること
ができる。
性の基板の上に半導体薄膜層を積層するとともにこの積
層膜の表面側にp側及びn側の電極をそれぞれ形成した
半導体発光素子を、前記基板を発光方向としてリードフ
レーム等のマウント部に導通搭載し、前記半導体発光素
子及びその周りの導通部を含めて樹脂封止する半導体発
光装置であって、少なくとも発光方向に臨んでいる面を
除く前記半導体発光素子の周りを被覆し且つ前記マウン
ト部の表面に接触する絶縁性のペーストを充填し、前記
絶縁性のペーストには、前記半導体発光素子から前記マ
ウント部側への熱伝達及び前記発光方向への光反射のた
めのフィラーを混入してなる半導体発光装置であり、絶
縁性ペーストに混入したフィラーにより、半導体発光素
子からリードフレーム側への熱伝達と、発光方向への光
の反射が得られるという作用を有する。
の上に半導体薄膜層を積層するとともにこの積層膜の表
面側にp側及びn側の電極をそれぞれ形成した半導体発
光素子と、前記基板を発光方向に向けた姿勢として前記
半導体発光素子を導通搭載して複合素子とする機能素子
とを備え、前記機能素子をリードフレーム等のマウント
部に導通搭載し、前記複合素子及びその周りの導通部を
含めて樹脂封止する半導体発光装置であって、少なくと
も発光方向に臨んでいる面を除く前記半導体発光素子及
び機能素子の周りを被覆し且つ前記マウント部の表面に
接触する絶縁性のペーストを充填し、前記絶縁性のペー
ストには、前記半導体発光素子から前記マウント部側へ
の熱伝達及び前記発光方向への光反射のためのフィラー
を混入してなる半導体発光装置であり、絶縁性ペースト
に混入したフィラーにより、半導体発光素子からリード
フレーム側への熱伝達と、発光方向への光の反射が得ら
れるとともに、機能素子が熱伝導性の低いものであって
も絶縁性ペーストからリードフレーム側への直接的な熱
伝達により放熱が得られるという作用を有する。
の上に半導体薄膜層を積層するとともにこの積層膜の表
面側にp側及びn側の電極をそれぞれ形成した半導体発
光素子を、前記基板をリードフレーム等のマウント部に
搭載する姿勢として実装し、前記半導体発光素子及びそ
の周りの導通部を含めて樹脂封止する半導体発光装置で
あって、少なくとも発光方向に臨んでいる面を除く前記
半導体発光素子の周りを被覆し且つ前記マウント部の表
面に接触する絶縁性のペーストを充填し、前記絶縁性の
ペーストには、前記半導体発光素子から前記マウント部
側への熱伝達及び前記発光方向への光反射のためのフィ
ラーを混入してなる半導体発光装置であり、絶縁性ペー
ストに混入したフィラーにより、半導体発光素子からリ
ードフレーム側への熱伝達と、発光方向への光の反射が
得られるという作用を有する。
面を参照しながら説明する。図1は請求項1に係る発明
の実施の形態であって半導体発光装置の概略を示す縦断
面図、図2は要部の拡大縦断面図である。
ず)に導通固定されるリードフレーム1の一対のリード
1a,1bのそれぞれの上端にマウント部1c,1dが
形成され、これらのマウント部1c,1dに半導体発光
素子2を跨がせて搭載するとともに、全体をエポキシ樹
脂を用いた樹脂ヘッド20によって封止している。
を利用した青色発光のもので、図2に示すように、絶縁
性であって光透過性のサファイアを利用した基板2aを
発光面側に向けた姿勢としたフリップチップ型の素子で
ある。基板2aにはGaNのn型層2b及びp型層2c
を順に積層してこれらの層の間を活性層とし、n型層2
bの表面にはn側電極パッド2d及びp型層2cの表面
にはp側電極パッド2eを金属蒸着法によって形成して
いる。そして、n側及びp側の電極パッド2d,2eに
はバンプ電極3a,3bがそれぞれ形成されている。
bをマウント部1d,1cの上に載せて超音波圧着と加
熱圧着を加えることで接合され、リード1b,1aにそ
れぞれ導通固定される。そして、従来技術の項でも説明
したように、活性層からの光は基板2aを抜けて図2に
おいて上向きに発光され、この基板2aの上端面を主光
取出し面とする。
bどうしの間の部分にかけて、熱伝導性が高くて光反射
率も高い絶縁性ペースト4を充填する。この絶縁性ペー
スト4は半導体発光素子2をリードフレーム1に実装し
た後に注入されるもので、リード1a,1bの間にギャ
ップ部分があっても固化するまでの時間を見越して注入
量を制御することで、下に垂れ落ちることのない充填が
可能である。そして、マウント部1c,1d内への充填
量は、図2から明らかなように、基板2aの上端よりも
少し低いものとして半導体発光素子2の主光取出し面に
は被さらないようにする。
脂系やアクリル樹脂系またはシリコーン樹脂系の樹脂を
生地として、AlN,Al2O3,TiO2等の絶縁性の
微粒子をフィラーとして混入したものが利用できる。こ
れらのAlN,Al2O3,TiO2を含むことによって
樹脂を生地としていても、微粒子を分布させることで熱
伝導性を高め、その表面の白色光沢によって光の反射率
も高めることができる。また、AlとSiO2,Agと
SiO2との組合せをフィラーとしてもよく、SiO2の
成分比を適切にすることによって、熱伝導性の向上と光
の反射性が得られる。
上し得るフィラーを混入した絶縁性ペースト4を充填し
た後には、図1に示すようにエポキシ樹脂によって全体
を封止して樹脂ヘッド20を形成した最終製品とする。
その基板2aの上面の主光取出し面を除いて絶縁性ペー
スト4によって封止されているので、活性層から側方及
び下に抜ける光は、この絶縁性ペースト4に含まれた金
属微粒子のフィラーによって反射される。この場合、絶
縁性ペースト4の中で金属微粒子はランダムに浮遊して
いる状態となっているので、反射方向は主光取出し面側
を全て向くとは限らないが、金属微粒子自身が発光する
ように見える。したがって、マウント部1c,1d側へ
向けて出射された光は絶縁性ペースト4の中で回収さ
れ、発光輝度を高めることができる。
ィラーとして含むことで、熱伝導性が高くなるので、バ
ンプ電極3a,3bだけでなく絶縁性ペースト4がリー
ド1a,1bと接触している全面を伝熱面積としてリー
ドフレーム1側への放熱が促される。そして、リードフ
レーム1側だけでなく絶縁性ペースト4の上面であって
樹脂ヘッド20との界面も伝熱面として熱を樹脂ヘッド
20側に伝えるので、これによっても放熱が促される。
したがって、従来構造に比べると、絶縁性ペースト4を
伝熱層として有効に利用でき、半導体発光素子2の高温
化を抑えてその発光特性の変動が防止される。
あって、半導体発光素子を静電気保護素子に搭載して複
合素子化した例の概略を示す縦断面図である。なお、半
導体発光素子及びこれに形成するバンプ電極は図2の例
と同様であり、同じ構成部材については共通の符号で指
示し、その詳細な説明は省略する。
リード5aの上端にパラボラ状のマウント部5cを形成
し、このマウント部5cの上にツェナー電圧Vzを10
V程度に設定された静電気保護用のツェナーダイオード
6を機能素子として搭載し、更にこのツェナーダイオー
ド6の上面に半導体発光素子2を搭載している。そし
て、ツェナーダイオード6のp側の電極とリード5bと
の間にワイヤ21をボンディングするとともに、エポキ
シ樹脂を用いた樹脂ヘッド20により封止されている。
板6aを素材とし、上面側から不純物イオンを部分的に
注入してp型半導体領域6bを形成したものである。そ
して、n型半導体領域に相当する部分にn側電極6c及
びp型半導体領域6bに相当する部分にp側電極6dを
それぞれ形成し、更に下面にはリード5aと電気的に導
通させるためのn電極6eを設けている。ここで、ツェ
ナーダイオード6のn型シリコン基板6aの抵抗成分
は、n側電極6cとn電極6eとの間の抵抗である。
半導体発光素子2のp側電極パッド2eにバンプ電極3
bを介して接続され、p側電極6dはn側電極パッド2
dにバンプ電極3aを介して接続され、半導体発光素子
2とツェナーダイオード6とは逆極性によって接続され
ている。そして、p側電極6dの一部はリード5bとの
間に接続するワイヤ21のボンディングパッドとし、p
側電極6dとリード5bとの間が導通接続される。
5a,5bに高電圧による過電流が印加されたときに
は、半導体発光素子2に印加される逆方向電圧はツェナ
ーダイオード6の抵抗成分による電圧降下分と順方向電
圧付近すなわち0.9Vでバイパスが開くことによっ
て、半導体発光素子2に印加される順方向電圧はツェナ
ーダイオード6の抵抗成分による電圧降下分とツェナー
電圧Vz付近すなわちこの場合では10Vでバイパスが
開くことにより、それぞれ過電流が流される。したがっ
て、静電気による半導体発光素子2の破壊を確実に防ぐ
ことができる。
との複合化素子の周りは、半導体発光素子2の基板2a
の上端面を除いて絶縁性ペースト4によって封止されて
いる。この絶縁性ペースト4は図2に示したものと同様
であり、熱伝導性と光反射性を高くしたものである。
ード6と組み合わせた場合でも、半導体発光素子2から
下方及び側方の漏れ出る光を絶縁性ペースト4に含ませ
た金属微粒子に反射させて発光輝度の向上が図れるとと
もに、マウント部5cへの伝熱が促される。
が低いn型シリコン基板6aが主体であって、バンプ電
極3a,3bからリード5a側への伝熱が抑制される傾
向にある。これに対し、絶縁性ペースト4を充填したこ
とによって、マウント部5cの表面へ熱伝達することが
できるので、バンプ電極3a,3bによる熱伝達ができ
なくても半導体発光素子2からの放熱が得られ、その発
光特性の安定化を図ることができる。
あって、これは図2で示した半導体発光素子と同様のも
のを用いてその基板を下向きとしてマウント部に実装し
た例である。
7a,7bの一方のリード7aに形成したマウント部7
cに半導体発光素子8が搭載されている。この半導体発
光素子8は、図2の例と同様に、サファイアを用いた基
板8aとその表面に積層したGaNのn型層8b及びp
型層8cとから構成され、これらのn型層8b,p型層
8cの表面にn側電極パッド8d,p側電極パッド8e
を形成している。そして、n側電極パッド8dとリード
7aとの間及びp側電極パッド8eとリード7bとの間
にそれぞれワイヤ9a,9bがボンディングされてい
る。
の組成を持つ絶縁性ペースト10が充填され、リードフ
レーム7を含めてエポキシ樹脂を利用した樹脂ヘッド1
1によって封止されている。絶縁性ペースト10はn型
層8bとp型層8cとの間の活性層を含む高さまで充填
され、半導体発光素子8はマウント部7cに安定状態に
固定される。
ーム7への搭載構造においても、絶縁性ペースト10は
AlN,Al2O3,TiO2等の微粒子を含むので、活
性層から側方に抜ける光の成分を発光方向に反射させる
ことができる。また、絶縁性ペースト10の熱伝導性に
よって半導体発光素子8の発熱をリード7a側に速やか
に熱伝達するので、高温化による発光特性の低下も免れ
る。
性で光反射性のフィラーを混入して半導体発光素子や機
能素子の周りに充填してマウントするので、主光取出し
面と反対側の搭載面側や側方に向かう光を反射させるこ
とができ、発光輝度の向上が可能となる。また、半導体
発光素子からの熱伝達が促されるので、その発光特性を
安定させることができ、特に熱伝導性の低い機能素子と
複合素子化したものでも、絶縁性ペーストを介してマウ
ント部側に放熱できるので、発光特性を損なうことがな
い。
Dランプ型の半導体発光装置の概略を示す縦断面図
びその周りに充填する絶縁性ペーストの分布を示す要部
の拡大縦断面図
体発光素子を静電気保護用のツェナーダイオードに搭載
して複合化素子とした例を示す縦断面図
をリードフレームのマウント部に直に搭載したLEDラ
ンプ型の半導体発光装置の概略縦断面図
Claims (3)
- 【請求項1】 光透過性の基板の上に半導体薄膜層を積
層するとともにこの積層膜の表面側にp側及びn側の電
極をそれぞれ形成した半導体発光素子を、前記基板を発
光方向としてリードフレーム等のマウント部に導通搭載
し、前記半導体発光素子及びその周りの導通部を含めて
樹脂封止する半導体発光装置であって、少なくとも発光
方向に臨んでいる面を除く前記半導体発光素子の周りを
被覆し且つ前記マウント部の表面に接触する絶縁性のペ
ーストを充填し、前記絶縁性のペーストには、前記半導
体発光素子から前記マウント部側への熱伝達及び前記発
光方向への光反射のためのフィラーを混入してなる半導
体発光装置。 - 【請求項2】 光透過性の基板の上に半導体薄膜層を積
層するとともにこの積層膜の表面側にp側及びn側の電
極をそれぞれ形成した半導体発光素子と、前記基板を発
光方向に向けた姿勢として前記半導体発光素子を導通搭
載して複合素子とする機能素子とを備え、前記機能素子
をリードフレーム等のマウント部に導通搭載し、前記複
合素子及びその周りの導通部を含めて樹脂封止する半導
体発光装置であって、少なくとも発光方向に臨んでいる
面を除く前記半導体発光素子及び機能素子の周りを被覆
し且つ前記マウント部の表面に接触する絶縁性のペース
トを充填し、前記絶縁性のペーストには、前記半導体発
光素子から前記マウント部側への熱伝達及び前記発光方
向への光反射のためのフィラーを混入してなる半導体発
光装置。 - 【請求項3】 光透過性の基板の上に半導体薄膜層を積
層するとともにこの積層膜の表面側にp側及びn側の電
極をそれぞれ形成した半導体発光素子を、前記基板をリ
ードフレーム等のマウント部に搭載する姿勢として実装
し、前記半導体発光素子及びその周りの導通部を含めて
樹脂封止する半導体発光装置であって、少なくとも発光
方向に臨んでいる面を除く前記半導体発光素子の周りを
被覆し且つ前記マウント部の表面に接触する絶縁性のペ
ーストを充填し、前記絶縁性のペーストには、前記半導
体発光素子から前記マウント部側への熱伝達及び前記発
光方向への光反射のためのフィラーを混入してなる半導
体発光装置。
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Publication Number | Publication Date |
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