JP2007116034A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性が高く小型の半導体発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光素子が載置された基材と、基材に連続して設けられた第一の部位および第二の部位を有する導電体と、発光素子とは別に、接着部材を介して第一の部位に載置された半導体素子と、を備え、第二の部位は、発光素子に接続された導電性ワイヤのボンディング部が設けられており、導電体は、第一の部位と第二の部位の間に、段差を有し、さらに、その導電体の面積が一方の部位から他方の部位の方向に小さくなっていることを特徴とする半導体発光装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源などに利用できる発光装置に関し、特に、接続部材によりダイボンドされた半導体発光装置に関する。

近年、半導体発光装置の高輝度化、信頼性向上等を目的として、単一のパッケージ内に複数の半導体素子をダイボンドした半導体発光装置が多く使用されるようになっている。例えば、導電体に発光素子と保護素子を同時にダイボンドした半導体発光装置が知られている。

特開平１０−２５６６１０号公報

しかしながら、単一のパッケージ内に複数の半導体素子をダイボンドする半導体発光装置の場合、ある素子のダイボンドと別の素子のワイヤーボンドを同一の導電体上で行うことが多い。そのような場合、ダイボンド樹脂が導電体を伝ってダイボンド部からワイヤーボンド部へ広がり、ブリーディングによって、ワイヤーボンドが接合不良を起こす場合が多かった。また、ワイヤーボンドが行われた場合も、接合強度が弱く、熱ストレス等によってワイヤーボンドが剥離し易いという問題もあった。特に、半導体素子同士を狭い間隔で載置する小さいサイズのパッケージの場合や、ＬＥＤチップの下方からの光の損失を抑制する目的で導電体をパッケージの底面を覆うような形に形成する場合に、その問題が顕著であった。

そこで、本発明は、接続部材によりダイボンドされた半導体発光装置において、ワイヤーボンドの接合強度を高めて、信頼性が高い、小型の半導体発光装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明に係る半導体発光装置は、発光素子が載置された基材と、前記基材に連続して設けられた第一の部位および第二の部位を有する導電体と、前記発光素子とは別に、接着部材を介して前記第一の部位に載置された半導体素子と、を備え、前記第二の部位は、前記発光素子に接続された導電性ワイヤのボンディング部が設けられており、前記導電体は、前記第一の部位と前記第二の部位の間に、段差を有し、さらに、その導電体の面積が一方の部位から他方の部位の方向に小さくなっていることを特徴とする。

前記基材は凹部を有し、前記凹部の底に前記導電体が形成され、前記凹部の開口方向から見て、前記導電体の少なくとも一部が、前記凹部の内壁に沿って設けられていることが好ましい。

前記導電体は、前記第１の部位と第２の部位の両側から、前記第１の部位と第２の部位の間に向かって小さくなることが好ましい。

前記段差から前記半導体素子の中央部までの距離が、前記段差から前記ボンディング部までの距離よりも短いことが好ましい。

前記段差は凹凸形状によって設けられていることが好ましい。

本発明は、接続部材によりダイボンドされた半導体発光装置において、ワイヤーボンドの接合強度を高めて、信頼性が高い小型の半導体発光装置を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。特に、露出させる基材の形状が図面に示される形状に限定されるものでないことは言うまでもない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。

基材上の連続した導電体上に、接着部材を用いて半導体素子がダイボンドされた部位と、導電性ワイヤが接続されるボンディング部を有する半導体発光素子において、ワイヤーボンドの接合強度を高めて、信頼性の高い小型の発光装置とするため、本発明者は種々の検討を行った。その結果、接着部材を用いて半導体素子がダイボンドされた部位と導電性ワイヤが接続されるボンディング部との間に段差を設け、さらにいずれか一方の部位から他方の部位の方向に導電体を小さくすることを特徴とすることにより、上述の課題を解決するに至った。

すなわち、導電体に段差を設けることで、ダイボンド部からボンディング部への接着部材の広がりを防止することができる。例えば、Ａｇペースト等の接着部材は、その接着部材の量と導電体の大きさにも関係するが、小型の発光装置である場合にはおおむね、表面張力により導電体に沿って広がっていく。この接着部材が、ボンディング部方面へ広がっていく箇所に段差を設けることで、その段差部で接着部材の広がりを軽減することができる。

さらに、導電体の形状をいずれか一方の部位から他方の部位の方向に導電体を小さくすることで、接着部材の広がりを段差部に向かわせることができるとともに、小さくなった部分で、接着部材を塞き止めるという効果も発生する。この段差部の形状は、接着部材の広がりを抑制できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば円柱形、円錐形、直方体などでもよい。

上述のような構成とすることにより、接着部材がボンディング部まで広がることを防止することができ、ワイヤーボンドの接合不良を防止することができる。したがって、ワイヤーボンドの接合強度が高く、信頼性の高い、小型の半導体発光装置を提供することが可能となる。

また、底部に導電体が備えられる凹部の開口方向から見て、導電体の少なくとも一部が、基材凹部の内壁に沿って設けられる構成とすることにより、導電体の面積を大きく取ることができる。この導電体は、ニッケル、金あるいは銀を材料とすることにより、導電体が反射機能を有し、ＬＥＤチップから放出された光を効率良く外部に取り出すことができ、発光効率に優れた半導体発光装置とすることができる。特に、基材を、ある程度の光を透過するような部材、例えばセラミック材料で形成する場合、ＬＥＤチップの下方における光の透過を少なくし、発光輝度の低下を、より抑制することができる。

また、導電体を、半導体素子がダイボンドされた載置部と導電性ワイヤが接続されるボンディング部の両側から、ダイボンド部とボンディング部の間に向かって小さくなるようにすることにより、導電体の面積を多く取ることができ、上述のように発光効率に優れた発光装置とすることができる。

さらに、導電体を湾曲形状にすることにより、ダイボンド部とボンディング部の距離を長く取ることができ、ダイボンド部とワイヤーボンド部の距離が極めて近い発光装置においても、接続部材がボンディング部まで広がらない構成とすることができ、より小型の発光装置とすることができる。

また、段差からダイボンド部までの距離が、段差からボンディング部までの距離よりも短い構成とすることにより、接続部材をダイボンド部に近い部分で、ボンディング部方向への広がりを抑制することができる。

また、段差は凹凸形状にすることによって、ダイボンド樹脂がより流れにくい構成とすることができる。このとき、凹凸形状は、ビアを利用して形成することができる。すなわち、基材に開けられた貫通穴であるビアを、導体ペースト等で穴埋めする際に、凹凸形状ができるように調節することにより、別途の工程を設けなくとも段差を形成することが可能である。以下、本発明の実施の形態の各構成について詳述する。

［基材］
本形態の基材は、アルミ、鉄入り銅を主な材料とするリードフレームや、そのようなリードフレームを樹脂にインサート成型させたパッケージとすることができる。

また、基材の材料には、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスを挙げることができる。特に、セラミックスを材料とすることにより、放熱性の良好な発光装置とすることができる。

セラミックスは、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などが好ましい。特に、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックスや原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸ガラス、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板などが挙げられる。

セラミックスの粉体と、バインダー樹脂を混合して得られる材料をシート状に成型して得られるセラミックスグリーンシートを積層させて焼成することにより、板状の基材とすることができる。あるいは、セラミックスグリーンシートに種々の大きさのスルーホールを形成して積層することにより、凹部を有する基材とすることができる。このような基材に配される第一の金属の下地層は、未焼成のセラミックスグリーンシートの段階で、タングステン、モリブデンのような高融点金属の微粒子を含む導体ペーストを所定のパターンに塗布したものを焼成することにより得ることができる。さらに、セラミックスグリーンシートを焼成した後、予め形成させておいた下地層に、ニッケル、金あるいは銀を順に鍍金して凹部の側面に配される金属層や導電体とすることができる。

なお、セラミックスを材料とする基材は、上述のように、導電体と絶縁部を一体的に形成する他、予め焼成されたセラミックスの板材に、導電体を配置することにより形成することもできる。

［導電体］
本形態における導電体は、樹脂にインサート成型されたリードフレームや、基材に設けられた導体配線である。

半導体素子や発光素子を、導電性ワイヤや接続部材で電気配線できる金属で被膜されていればよく、例えば、リードフレームではアルミ、鉄入り銅を主な材料とすることができ、導体配線ではタングステンの導電体表面を銀、金のような貴金属、あるいはニッケルで被膜されているものが用いられる。

さらに、これらの導電体を同時に光反射層として用いることで、効率的に光を取り出すことができる。導電体を光反射層として用いる場合は、導電体を金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウムやそれらの合金、それらの多層膜などを、メッキや蒸着することにより反射層を形成することができる。

また、少なくとも基材の一部をモールド部材で封止し、発光観測面方向から見て導電体を覆うようにモールド部材が設けられるような場合、導電体は、発光観測面方向から見て、発光素子に対し互いにほぼ対称な形状で基材素地部を露出させるように設けることが好ましい。このようにすると、モールド部材と基材との密着力が均等になり、モールド部材と基材の剥離を生じさせることなく、さらに信頼性の高い発光装置とすることができる。

［接着部材］
本形態における接着部材には、熱硬化性樹脂などを挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂などが挙げられる。また、ダイボンドすると共に電気的接続を行うには、Ａｇペースト、カーボンペーストなどを用いることができる。

［半導体素子］
本形態における半導体素子は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子、および、受光素子、およびそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子（例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー）などである。

［発光素子］
本形態における発光素子は、発光ダイオードやレーザダイオードなど、発光装置の光源となり得るものである。

本形態について、発光素子の一例として、ＬＥＤチップについて説明する。ＬＥＤチップを構成する半導体発光素子としては、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。例えば、ＬＥＤチップは、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。

［導電性ワイヤ］
本形態において、発光素子の電極と、基材上の導電体を接続する導電性ワイヤは、導電体とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ^２)(℃／ｃｍ)以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ^２)(℃／ｃｍ)以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。このような導電性ワイヤは、導電体に形成させたボンディング部と、発光素子の電極と、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

図１は、本実施例にかかる発光装置１００の模式的な上面図であり、図２は、図１に示されるＸ−Ｘにおける発光装置の断面図である。

本実施例における基材１０１はセラミックスを材料とし、基板となるセラミック素地部２０１と、開口方向に向かって広くなる形状を有するセラミック素地部２０２と、パッケージの側壁を突出させる形状を備えたセラミック素地部２０３とを有する。

この凹型のセラミックパッケージの開口部内に導電体である導体配線１０４、１０６が施されている。この導体配線は、タングステンの表面を、ニッケル、銀でメッキしている。さらに、これらの導体配線は、基材に設けられたビア２０４、２０５を介して、基材の背面側に設けられた電極まで電気的に接続されている。また、基材の凹部内壁に沿って設けられた導体配線１０６にＡｇペーストを介してダイボンドされた保護素子１０３と、保護素子が載置された導体配線とは別の導体配線１０４にダイボンドされたＬＥＤチップ１０２の電極を導電体１０６に接続するための導電性ワイヤ１０５とが備えられる。

そして、保護素子の配置された第一の部位と、同一の導体配線の第二の部位に設けられたボンディング部との間には、凸部１０７が設けられ、さらにその間の面積が発光観測面方向から見て小さくなるように形成されており、Ａｇペーストがボンディング部まで広がらない構成となっている。このセラミックスパッケージの凹状開口部に、モールド部材として蛍光体を含むシリコーン樹脂を注入して硬化させた。本実施例では青色に発光するＬＥＤチップと、黄色に発光する蛍光体を用いることにより、白色系に発光する半導体発光装置としている。

導体配線１０６は、発光観測面方向から見て、発光素子１０２に対し左右略対象に形成されている。これにより、シリコーン樹脂とセラミックスパッケージとの密着力が均等になり、シリコーン樹脂とセラミックスパッケージとの剥離を抑制し、信頼性の高い半導体発光装置とすることができる。さらに、本実施例において、凸部１０７は、ビア２０４によって設けられている。

図３は、本実施例にかかる発光装置３００の模式的な上面図である。

本実施例の発光装置３００は、実施例１と同じく基材１０１をセラミック材料で作成し、導体配線１０４、１０６を施して、ビアによって凸部１０７を設けてある。

導体配線１０６は、凹部の内壁に沿って形成され、さらに第一の部位と第二の部位の両側から、第一の部位と第二の部位の間に向かって、面積が小さくなっている。これにより、セラミックスパッケージの底面全体を導電体が覆うような形となり、この導電体に銀をメッキさせることによって、光取り出し効率を向上させ、発光効率に優れた半導体発光装置とすることができる。また、導電体上に設けられた凸部１０７は、ワイヤーボンディング部よりも保護素子１０３に近い位置にあり、ダイボンド樹脂であるＡｇペーストのブリーディングを、ダイボンド部に近い部分で止め、ワイヤーボンド部までブリーディングが広がるのを抑制することができ、信頼性の高い半導体発光装置とすることができる。

本発明は、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源などに利用できる。

本発明の一実施例にかかる半導体発光装置を示す模式的な上面図である。 本発明の一実施例にかかる半導体発光装置を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施例にかかる半導体発光装置を示す模式的な上面図である。

符号の説明

１００・・・半導体発光装置
１０１・・・基材
１０２・・・発光素子
１０３・・・保護素子
１０４・・・導体配線
１０５・・・導電性ワイヤ
１０６・・・導体配線
１０７・・・段差（凸部）
２０１・・・セラミック素地部
２０２・・・セラミック素地部
２０３・・・セラミック素地部
２０４・・・ビア
２０５・・・ビア
３００・・・半導体発光装置

Claims (5)

1. 発光素子が載置された基材と、
   前記基材に連続して設けられた第一の部位および第二の部位を有する導電体と、
   前記発光素子とは別に、接着部材を介して前記第一の部位に載置された半導体素子と、を備え、
   前記第二の部位は、前記発光素子に接続された導電性ワイヤのボンディング部が設けられており、前記導電体は、前記第一の部位と前記第二の部位の間に、段差を有し、さらに、その導電体の面積が一方の部位から他方の部位の方向に小さくなっていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記基材は凹部を有し、前記凹部の底に前記導電体が形成され、
   前記凹部の開口方向から見て、前記導電体の少なくとも一部が、前記凹部の内壁に沿って設けられている請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記導電体は、前記第１の部位と第２の部位の両側から、前記第１の部位と第２の部位の間に向かって小さくなる請求項１または請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記段差から前記半導体素子の中央部までの距離が、前記段差から前記ボンディング部までの距離よりも短い請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
5. 前記段差は凹凸形状によって設けられている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。

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