JP2007300021A

JP2007300021A - 発光装置

Info

Publication number: JP2007300021A
Application number: JP2006128414A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kurimoto; 武夫栗本; Kazuaki Sakai; 和明酒井
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-02
Also published as: JP4923711B2

Abstract

【課題】互いに逆並列接続される発光素子と保護素子をアセンブリする際の既存の工程順序および工程数を変更せずに、量産性の低下をきたすことなく、発光素子の２ｎｄボンディング位置における接合強度を確保でき、保護素子に対するボンディング接続配線の熱衝撃疲労度を緩和し得る面実装パッケージ型の発光装置を提供する。
【解決手段】面実装パッケージ１０の上面に形成された凹部１０ａ内の底面１０ｂ上に発光素子１６と適切なツェナー電圧を持つ保護素子１７が実装され、両素子が互いに逆並列接続される。この場合、発光素子の上面のｎ側電極、ｐ側電極および保護素子の上面の電極に対して、その近傍でそれより高い段部の上面における第１の領域１１１上の導電部材１３２または第２の領域１１２上の導電部材１３３との間でそれぞれ導電性ワイヤ２０１〜２０３がボンディング接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に係り、特に紫外域から可視光まで発光可能な窒化物半導体発光素子を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）のベアチップと保護素子のベアチップがフェースアップ状態で実装されて透光性樹脂により封止された構造を有する発光装置に関する。

今日、半導体発光素子として種々の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）が開発されている。このような半導体発光素子は低電圧駆動、小型、軽量、薄型、長寿命で信頼性が高く低消費電力という長所を生かして、ディスプレイやバックライト、インジケーターなど種々の光源として電球や冷陰極管の一部を代換えしつつある。

特に、紫外域から可視光の短波長側で効率よく発光可能な発光素子として窒化物半導体を用いたものが開発されている。窒化物半導体（例えば、ＩｎＧａＮ混晶）を発光（活性）層とした量子井戸構造を有し、青色あるいは緑色領域で１０カンデラ以上の発光をするＬＥＤが開発され製品化されている。このようなＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせ、ＬＥＤチップからの光と、その光により励起された蛍光体による光との混色により、白色系を含めた混色光が発光可能な発光装置とすることができる。

ＬＥＤを用いた発光装置は小型で消費電力も少なく耐用年数も長いので、液晶のバックライトや車載用など幅広い分野で使用されている。ＬＥＤから放出される光は、赤色、緑色、青色などのように限られた単色光であり、それを異なる波長に変換するための蛍光物質を発光素子と組み合わせて使用する場合がある。この場合、ＬＥＤから直接外部に放出される光と、ＬＥＤから放出される光と蛍光物質から放出される波長変換された光とを加色混合して白色を発光する発光装置が知られている。

一方、発光層に３族窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を利用したＬＥＤは、近紫外から赤色まで高輝度に発光可能であり、小型、高効率、小電流で高出力を有する優れた特性を持つが、構造上、静電気などの電気的なショックにより素子の破壊が生じ易く、人間がショックを感じる電圧以下の静電気電圧で破壊され易いという問題がある。例えば、通常の発光層がＡｌＧａＩｎＰなどからなる赤色、赤外光が発光可能な発光ダイオードが約２ＫＶの耐電圧があるのに対し、発光層がＩｎＧａＮからなる青色、緑色、黄色などが発光可能な発光ダイオードの耐電圧は約０．５Ｖ以下にしかすぎない。特に、Ａｌが含有された紫外発光可能な窒化物半導体を用いたＬＥＤに至っては約０．２ＫＶ以下である。

そこで、本願出願人は、発光層に３族窒化物半導体を用いたＬＥＤの静電気・サージ保護対策として、ＬＥＤにツェナーダイオード（ＺＤ）を逆並列に接続し、発光素子固有の特性を損なうこと無く、静電気やサージ電圧に起因する発光素子の損傷を防止し、発光効率を向上させる構造を提案した（例えば特許文献１）。

ところで、薄型化・小型化が可能な面実装パッケージ型のＬＥＤ装置の従来の構造は、パッケージの凹部底面部でＬＥＤチップの実装面とＺＤチップの実装面とが同一面内にある。しかも、ＬＥＤチップの一方の電極に一端がボンディング接続されているＡｕ細線の他端は、ＺＤチップの実装面と同一面内でＺＤチップの近くのＡｕメッキ上にボンディング（２ｎｄボンディング）接続されている。この場合、パッケージの凹部底面部において、ＺＤチップが実装される面およびＡｕ細線がボンディング接続される部分は、金属製のリード部材の表面にＡｕメッキが施されており、ＺＤチップはＡｇペーストにより実装面に接合されている。

しかし、上記した従来の構造においては、ＡｇペーストはＺＤチップ実装面（Ａｕメッキ面）上でブリードし、このブリードがＺＤチップの近くにあるＬＥＤチップの２ｎｄボンディング位置に達することによって、２ｎｄボンディング位置に接続されたＡｕ細線とリード部材のＡｕメッキ面との接合強度が低下することを回避することが望ましい。

また、上記した従来の構造において、ＺＤチップのサイズは比較的大きく、ＺＤチップの配置設計の都合上、ＺＤチップからＺＤチップの２ｎｄボンディング位置までのＡｕ細線の長さが比較的長くなっている。このようにＡｕ細線が比較的長いと、面実装タイプのＬＥＤ製品の熱衝撃試験によるＡｕ細線の疲労度が大きくなる。

なお、特許文献２には、砲弾型（ランプ型）のＬＥＤ装置において、２本のリード間にＺＤが直接に電気的に接続され、リードフレームの先端がＬＥＤチップより高い位置にある点が開示されており、特許文献３には、配線基板の表面がＬＥＤチップより高い位置にあるＬＥＤモジュールが開示されている。
特開２００５−２００３８号公報特開２００４−１１９６３１号公報特開平１１−５４８０３号公報

前記したようなＺＤチップ接合用のＡｇペーストのブリードに起因してＬＥＤチップの２ｎｄボンディング位置におけるＡｕ細線とリード部材のＡｕメッキ面との接合強度が低下することを回避するために、アセンブリ工程の順序を、ＬＥＤチップの２ｎｄボンディングを行った後にＺＤチップの実装を行うように変更すると、工程間の移動回数が増大し、量産性の低下をきたすことになる。また、前記した問題を回避するために、ＬＥＤチップの２ｎｄボンディング位置に予めＡｕバンプを配設することで２ｎｄボンディング位置をＺＤチップ接合面より少し高くなるように段差を形成しておき、Ａｕバンプ上にＬＥＤチップの２ｎｄボンディングを行うように変更すると、Ａｕバンプを配設する工程が増大してしまう。

かかる事情に鑑みて、本発明は、互いに逆並列接続されるＬＥＤチップとＺＤチップをアセンブリする際の既存の工程順序および工程数を変更せずに、量産性の低下をきたすことなく、ＬＥＤチップの２ｎｄボンディング位置における接合強度を確保でき、しかも、ＺＤチップに対するボンディング接続配線の熱衝撃疲労度を緩和し得る面実装パッケージ型の発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置の第１の態様は、パッケージの上面に形成された凹部内の底面上に発光素子と保護素子が接合され、前記発光素子と前記保護素子が互いに逆並列接続される発光装置であって、前記凹部内の底面に前記発光素子若しくは前記保護素子より高く設けられた段部と、前記底面上で少なくとも前記保護素子の接合部に設けられた第１の導電部材と、前記段部の上面の第１の領域に設けられた第２の導電部材と、前記段部の上面の第２の領域に設けられた第３の導電部材と、前記発光素子の上面の第１の電極と前記第１の領域の第２の導電部材との間にボンディング接続された第１の導電性ワイヤと、前記発光素子の上面の第２の電極と前記第２の領域の第３の導電部材との間にボンディング接続された第２の導電性ワイヤと、前記保護素子の上面の電極と前記第２の領域の第３の導電部材との間にボンディング接続された第３の導電性ワイヤと、を具備する。

本発明の発光装置の第２の態様は、上面に素子収容用の凹部が設けられた絶縁性を有するパッケージと、前記凹部内の底面の周辺部に、前記底面に実装される発光素子若しくは保護素子より高く設けられた段部と、前記底面の上面の少なくとも一部からパッケージ側壁を貫通してパッケージの第１の側面まで引き出された第１の導電部材と、前記段部の上面における第１の領域からパッケージ側壁を貫通して前記第１の側面の第１の導電部材に連なるように引き出された第２の導電部材と、前記段部の上面における前記第１の領域とは電気的に絶縁された第２の領域からパッケージ側壁を貫通してパッケージの第２の側面まで引き出された第３の導電部材と、前記底面上にフェースアップ状態で接合された前記発光素子と、前記底面における前記第２の領域の近傍で前記第１の導電部材上に下面側電極が導電性ペーストにより接合された前記保護素子と、前記発光素子の上面の第１の電極と前記第１の領域上の第２の導電部材との間にボンディング接続された第１の導電性ワイヤと、前記発光素子の上面の第２の電極と前記第２の領域上の第３の導電部材との間にボンディング接続された第２の導電性ワイヤと、前記保護素子の上面側電極と前記第２の領域上の第３の導電部材との間にボンディング接続された第３の導電性ワイヤと、前記凹部内で前記各素子および各導電性ワイヤを封止する透光性部材とを具備し、前記発光素子と保護素子が互いに逆並列接続されている。

前記第１の導電部材または第２の導電部材は、パッケージの第１の側面の下端部まで第１の外部接続端子として引き出し、第３の導電部材はパッケージの第２の側面の下端部まで第２の外部接続端子として引き出すことが可能である。保護素子の接合位置から第２の領域までの距離は、発光素子の接合位置から第２の領域までの距離以下とし、極力短いことが望ましい。さらに、パッケージの上端面において第１の領域側の外縁付近には極性識別マークが形成されていてもよい。

保護素子がｐ基板上に形成されている場合はそのｐ側電極面が凹部底面に接合されており、発光素子は、ｎ側電極が第１の領域側に、前記ｐ側電極が前記第２の領域側に位置するように配設される。そして、発光素子のｎ側電極と第１の領域上の第２の導電部材には第１の導電性ワイヤがボンディング接続され、発光素子のｐ側電極と第２の領域上の第３の導電部材には第２の導電性ワイヤがボンディング接続され、発光素子のｎ側電極と第２の領域上の第３の導電部材には第３の導電性ワイヤがボンディング接続される。

これに対して、保護素子がｎ基板上に形成されている場合はそのｎ側電極面が凹部底面に接合されており、発光素子は、ｐ側電極が第１の領域側に、ｎ側電極が第２の領域側に位置するように配設される。そして、発光素子のｐ側電極と第１の領域上の第２の導電部材には第１の導電性ワイヤがボンディング接続され、発光素子のｎ側電極と第２の領域上の第３の導電部材には第２の導電性ワイヤがボンディング接続され、発光素子のｐ側電極と第２の領域上の第３の導電部材には第３の導電性ワイヤがボンディング接続される。

請求項１の発光装置によれば、発光素子の２ｎｄボンディング位置における接合強度を確保できる。また、発光素子の上面の一対の電極および保護素子の上面の電極に対して、それより高い段部の上面における第１の領域上の導電部材または第２の領域上の導電部材との間でそれぞれ導電性ワイヤがボンディング接続されている。したがって、発光素子の２ｎｄボンディング位置において保護素子の接合部からのブリードによる影響を受けなくなるので、発光素子の２ｎｄボンディング位置における接合強度を確保することができる。しかも、互いに逆並列接続される発光素子と保護素子をアセンブリする際の既存の工程順序および工程数を変更する必要がないので、量産性の低下をきたすことはない。

請求項２の発光装置によれば、請求項１の発光装置の具体的な構造を提供することができる。

請求項３の発光装置によれば、パッケージ凹部内底面上における保護素子の接合位置から第２の領域までの距離が、発光素子の接合位置から第２の領域までの距離以下に短く設定されることにより、保護素子の上面の電極と第２の領域上の導電部材にボンディング接続される導電性ワイヤは、短くて済む。したがって、保護素子に対するボンディング接続配線の熱衝撃疲労度を緩和することができる。

請求項４の発光装置によれば、ｐ基板上に形成された小さなサイズの保護素子を用いることにより、パッケージの凹部底面が従来品より狭くても、凹部底面で同一平面上に２つの素子（発光素子と保護素子）を容易に実装することができる。

請求項５の発光装置によれば、ｎ基板上に形成された標準的な保護素子を安価に入手することが可能であり、製造コストを抑制することができる。

請求項６の発光装置によれば、第１の導電部材または第２の導電部材は第１の側面の下端部まで第１の外部接続端子として引き出されており、第３の導電部材は第２の側面の下端部まで第２の外部接続端子として引き出されているので、面実装パッケージの薄型化・小型化が可能である。

本発明に係る発光装置は、パッケージ上面に形成された凹部内の底面上に例えば発光層に３族窒化物半導体を用いた発光素子と、この発光素子に対して適切なツェナー電圧を持つ保護素子が実装され、両素子が互いに逆並列接続される。この場合、発光素子の上面のｎ側電極、ｐ側電極および保護素子の上面の電極に対して、その近傍でそれより高い段部の上面における第１の領域の導電部材または第２の領域の導電部材との間でそれぞれ導電性ワイヤがボンディング接続されている。

以下、図面を参照して本発明の実施形態および実施例を説明するが、本発明は、これらの実施形態および実施例に限定されるものではない。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る面実装パッケージ型のＬＥＤ装置の一例を概略的に示す一部透視斜視図である。図２は、図１のＬＥＤ装置を概略的に示す一部透視平面図である。図３は図２中のＡ−Ａ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図であり、図４は図２中のＢ−Ｂ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図であり、図５は図２中のＣ−Ｃ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図であり、図６は図２中のＤ−Ｄ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図である。

図１乃至図６に示すＬＥＤ装置において、パッケージ１０は、絶縁材の上面に素子収納用の凹部１０ａが形成されており、凹部内底面１０ｂの周辺部には段部１１が存在する。この段部１１の高さは、底面１０ｂに実装される素子１６，１７より高い。そして、底面上で少なくとも保護素子の接合部からパッケージ側壁を貫通してパッケージの第１の側面１２１まで第１の導電部材１３１が引き出されている。また、段部１１の上面における第１の領域１１１からパッケージ側壁を貫通して第１の側面１２１の第１の導電部材１３１に連なるように第２の導電部材１３２が引き出されている。さらに、段部１１の上面における第２の領域１１２からパッケージ側壁を貫通してパッケージの第２の側面１２２まで連なるように第３の導電部材１３３が引き出されている。前記段部１１の上面における第１の領域１１１の導電部材１３１と第２の領域１１２の導電部材１３２は、パッケージ絶縁材により電気的に絶縁されており、ほぼ同一平面上にある。

さらに、前記第１の導電部材１３１または第２の導電部材１３２は、第１の側面１２１の下端部まで第１の外部接続端子１４１として引き出され、第３の導電部材１３３は第２の側面１２２の下端部まで第２の外部接続端子１４２として引き出されている。さらに、パッケージ上端面において、第１の領域１１１側の外縁付近には、例えば導電部材からなるバー状の極性識別マーク１５が形成されている。

前記底面１０ｂ上には、窒化ガリウム系化合物半導体である発光素子１６と、この発光素子１６を保護するために適切なツェナー電圧を持つ保護素子１７が実装されている。この場合、発光素子１６は、片面（上面）に一対の電極（ｎ側電極１６ｎとｐ側電極１６ｐ）が形成されており、他面（下面）が例えばエポキシ樹脂１８により凹部底面１０ｂに接合されている。保護素子１７は、ｎ側電極とｐ側電極が両面に分離されて形成されており、下面（一方の電極）は第２の領域１１２の近傍で凹部底面１０ｂ上の第１の導電部材（例えばＡｕメッキ面）１３１に導電性ペースト（本例ではＡｇペースト）１９により接合されている。

そして、発光素子１６の上面のｎ側電極１６ｎ、ｐ側電極１６ｐおよび保護素子１７の上面の電極に対して、段部１１の上面における第１の領域１１１の第２の導電部材１３２または第２の領域１１２の第３の導電部材１３３との間でそれぞれ導電性ワイヤ２０１〜２０３のいずれかがボンディング接続されている。この場合、第１の外部接続端子領域１４１には、発光素子１６の一方の電極と保護素子１７の下面側電極が共通に接続され、第２の外部接続端子１４２には発光素子１６の他方の電極と保護素子１７の上面側電極が共通に接続されることによって、発光素子１６に対して保護素子１７が電気的に逆並列に接続されている。

前記パッケージ凹部底面１０ｂ上における保護素子１７の接合位置から第２の領域１１２までの距離は、発光素子１６の接合位置から第２の領域１１２までの距離以下で極力短く設定されることが望ましい。これにより、保護素子１７の上面の電極と第２の領域１１２上の第３の導電部材１３３にボンディング接続される第３の導電性ワイヤ２０３は、短くて済む。従来品は、保護素子の２ｎｄボンディング用の導電性ワイヤは、発光素子の２ｎｄボンディング用の導電性ワイヤよりも長かった。

さらに、パッケージ凹部１０ａ内は、各素子１６，１７および各導電性ワイヤ２０１〜２０３を外部応力、水分および塵芥などから保護し、かつ、適切な配光特性を得るために、透光性封止部材２１（図１、図２では、図示を省略している）で封止される。この透光性封止部材２１は、例えば光透過性に優れたエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂などである。この樹脂による封止は、パッケージ凹部１０ａ内の少なくとも導電性ワイヤ２０１〜２０３が埋没するように、液状の樹脂を例えばポッティング法により滴下し、加熱硬化させることで実施できる。上記透光性部材には、発光素子からの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換する蛍光物質を混入させてもよい。さらに、蛍光物質からの光を良好に乱反射させる光拡散作用を有し、大きな粒径の蛍光物質を用いることにより生じやすい色ムラを抑制するために拡散剤を混入させてもよい。さらに、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高める作用を有し、高温下での使用においても導電性ワイヤの断線や樹脂のクラック、ＬＥＤ底面とパッケージの凹部底面との剥離等を防止することが可能になるフィラーを混入させてもよい。

上記構造を有するＬＥＤ装置を面実装する際には、パッケージ１０の底面を実装基板（図示せず）上に搭載し、パッケージの一対の対向側面１２１，１２２の下端に引き出された一対の外部接続端子１４１，１４２を例えば半田付けにより実装基板上の配線部などに固着して電気的に接続する。

上記した第１の実施形態に係るＬＥＤ装置によれば、パッケージ凹部底面１０ｂ上に発光層に３族窒化物半導体を用いた発光素子１６と、この発光素子に対して適切なツェナー電圧を持つ保護素子１７が実装され、両素子１６，１７が互いに逆並列接続されているので、静電気やサージ電圧から保護され、かつ、発光素子固有の特性を損なうことがない。

そして、発光素子１６の上面のｎ側電極１６ｎ、ｐ側電極１６ｐおよび保護素子１７の上面の電極に対して、それより高い段部１１の上面における第１の領域１１１の第１の導電部材１３１または第２の領域１１２の第２の導電部材１３２との間でそれぞれ導電性ワイヤがボンディング接続されている。

したがって、発光素子１６の２ｎｄボンディング位置において保護素子１７の接合部からのブリードによる影響を受けなくなるので、発光素子１６の２ｎｄボンディング位置における接合強度を確保することができる。しかも、発光素子１６と保護素子１７をアセンブリする際の既存の工程順序および工程数を変更する必要がないので、量産性の低下をきたすことはない。

また、発光素子１６の上面電極から第１の領域１１１または第２の領域１１２までの距離は、従来品における発光素子の上面電極からパッケージ凹部底面の２ｎｄボンディング位置までの距離より短いので、ボンディング接続される導電性ワイヤ２０２，２０３の長さが短くて済む。同様に、保護素子１７の上面電極から第２の領域１１２までの距離は、従来品における保護素子の上面電極からパッケージ凹部底面の２ｎｄボンディング位置までの距離より短いので、ボンディング接続される導電性ワイヤ２０３の長さが短くて済む。

また、前述したようにパッケージ凹部底面１０ｂ上における保護素子１７の上面電極から第２の領域１１２までの距離は、発光素子１６の上面電極から第２の領域１１２までの距離以下で極力短く設定されることが望ましい。これにより、保護素子１７の上面の電極と第２の領域１１２の第３の導電部材１３３にボンディング接続される導電性ワイヤ２０３は、短くて済む。したがって、保護素子１７に対するボンディング接続配線の熱衝撃疲労度を緩和することができる。

また、前述したように保護素子１７としてｐ基板上に形成されたものを用いる場合には、パッケージ凹部底面１０ｂが従来品より狭くても、凹部底面１０ｂで同一平面上に２つの素子１６，１７を容易に実装することができる。また、パッケージ上端面の極性識別マーク１５は、パッケージの第１の側面１２１の第１の外部接続端子１４１がＬＥＤ装置のｎ側電極側であることを示すカソードマークとして意味を有することになり、従来品のパッケージ上端面に付されている極性識別と同様の意味を有する利点がある。

以下、第１の実施形態における各構成について詳述する。

（パッケージ１０）パッケージ１０は、前述した構成に限らず、複数枚の絶縁材のうち、一部の絶縁材に導電部材として金属メッキ（例えばＡｕメッキ）が形成され、このＡｕメッキが複数枚の絶縁材の一部の層間から一対の対向側面１２，１２２に引き出されるように積層された状態で焼結された構造を有するものでもよい。この場合、パッケージ上面に素子収納用の凹部１０ａが形成され、凹部底面１０ｂの外周部には段部１１が存在するように、各絶縁材が構成されている。また、凹部底面１０ｂにはＡｕメッキが施されており、このＡｕメッキはパッケージの第１の側面１２１まで引き出されており、さらに当該側面に沿って下端まで連なり、第１の外部接続端子１４１となっている。また、段部１１の上面において、第１の外部接続端子側に近い第１の領域１１１には第１の外部接続端子１４１に連なるようにＡｕメッキが施されており、第１の領域１１１に対して反対側の第２の領域１１２にもＡｕメッキが施されている。この第２の領域１１２のＡｕメッキは、パッケージの第２の側面１２２まで引き出されており、さらに当該側面に沿って下端まで連なり、第２の外部接続端子１４２となっている。

また、パッケージ１０は、例えば銀メッキした銅製リードフレームを打ち抜きにより形成し、そのリードフレームに合成樹脂を射出成形し、パッケージ外部に引き出されたアウターリードを最適形状に切断した後に、アウターリードをパッケージ外側面および底面に沿うように折り曲げられて外部端子（表面実装時に半田付け接続される）としたものでもよい。この場合、パッケージは、材料にポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルフアイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等が用いられる。そして、溶融されたこれら材料を、複数のリード部材がインサートされて閉じられた金型内にパッケージの下面側にあるゲートから流し込み、硬化させて形成される。

また、パッケージ凹部１０ａ内に封止部材を充填する場合には、素子１６，１７から生じた熱の影響を受けた際のパッケージと封止部材との密着性を考慮して、パッケージの熱膨張係数は、封止部材のそれとの差が小さいものが好ましい。また、凹部内の表面は、エンボス加工して封止部材との接着面積を増やし、プラズマ処理して封止部材との密着性を向上させることができる。

また、素子１６，１７および導電性ワイヤ２０１〜２０３を凹部１０ａ内で封止するために、必ずしも封止部材を充填しないで、無機バインダー、Ｎ₂，Ａｒなどの不活性ガスを充填してもよく、あるいは凹部の内部を真空またはそれに近い状態にしてもよい。

（発光素子１６）発光素子１６は、アノード（ｐ電極）・カソード（ｎ電極）に対応する一対の電極を有し、パッケージ凹部底面１０ｂ上にダイボンディングにより固着され、一対の電極が一対の外部接続端子１４１，１４２に電気的に接続されている。発光素子１６は、４６０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を持つ青色発光の発光素子、４１０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を持つ青紫色発光の発光素子、３６５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を持つ紫外線発光の発光素子などを使用することができる。発光素子１６の種類は特に制限されるものではないが、例えば、ＭＯＣＶＤ法等によって基板上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体を発光層として形成させたもの、一例として、サファイア基板上にｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層とが順次に積層された構造のものを使用する。また、半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。半導体の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択できる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることができる。また、活性層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物および／またはＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。発光素子の発光波長は、その活性層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量を変えるか、または活性層にドープする不純物の種類を変えることにより、紫外領域から赤色まで変化させることができる。

白色発光の発光装置を実現する場合には、例えば青色発光の発光素子と、透光性被覆部材に含まれる蛍光物質として後述するＹＡＧ蛍光体（Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体）との組み合わせを使用することによって、発光素子による発光とＹＡＧ蛍光体による発光との混色によって白色発光が得られる。

（保護素子１７）保護素子１７とは、発光素子１６と共にパッケージ１０の凹部に収納される素子であり、他の発光素子１６を過電圧による破壊から保護するためのものである。保護素子１７は、半導体構造を有するものの他、半導体構造を有しないものも含む。

本実施の形態で用いることができる保護素子には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード(Zener diode)、パルス性の電圧を吸収するコンデンサ等がある。

（封止部材２１）パッケージ凹部１０ａ内で素子１６，１７を封止する場合は、透光性封止部材２１、例えば透光性樹脂を充填する。この透光性樹脂は、外力、水分等から発光素子を保護することができ、工程中あるいは保管中に透光性樹脂内に水分が含まれてしまった場合においては、所定温度で所定時間以上のべ−キングを行うことによって、樹脂内に含有された水分を外気へ逃がすことができるので、水蒸気爆発や、発光素子と封止部材との剥がれに起因する色調のずれ等の弊害を防ぐことができる。

また、封止部材は、発光素子１６からの光を効率よく外部に発するために、高い光の透過性が要求される。なお、発光素子の電極とパッケージ内部の導電部材とを導電性ワイヤで接続する構造においては、封止部材は導電性ワイヤを保護する機能も有する。封止部材として用いられる透光性樹脂の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やアクリル樹脂、ユリア樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどを用いると好適である。また、透光性樹脂に拡散剤を含有させることによって、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増やすこともできる。なお、封止部材に蛍光物質を含有させることにより、種々の発光色を有する発光装置を提供することが可能である。

封止部材に蛍光物質を含有させる場合、凹部内に発光素子と保護素子を実装した後、蛍光物質を含有した透光性樹脂を充填することにより、発光素子から放出される光を波長変換して外部へ放出することが可能になる。発光素子からエネルギーの高い短波長の可視光が放出される場合には、透光性樹脂に含有させる蛍光物質として、有機蛍光体であるペリレン形誘導体や、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：ＣｅやＥｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂などの無機蛍光体などを使用して好適である。

この際、白色光を得る場合には、特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を利用すると、その含有量によって、青色発光素子からの光を一部吸収して補色となる黄色系の発光が可能となり、青色発光素子との組み合わせにより白色系の発光装置を比較的簡単に信頼性良く形成できる。同様に、Ｅｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂蛍光体を利用した場合は、その含有量によって、青色発光素子からの光を一部吸収して補色となる赤色系の発光が可能となり、青色発光素子との組み合わせにより白色系の発光装置を比較的簡単に信頼性良く形成できる。

（蛍光物質）蛍光物質は、発光素子からの光を吸収して励起され、発光素子の発光色とは異なる波長（例えば補色関係を有する）の光に変換するものであり、ＹＡＧ蛍光体、窒化物蛍光体、その他の蛍光体を使用可能である。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、または、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩またはＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機および有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１つ以上であることが好ましい。これらの蛍光体は、発光素子の励起光により、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有する蛍光体を使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する蛍光体も使用することができる。これらの蛍光体を様々と組み合わせて使用することにより、様々の発光色を有する発光装置を製造することができる。

例えば、青色に発光するＧａＮ系化合物半導体を用いて、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅもしくは（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅの蛍光物質に照射し、波長変換を行うと、発光素子からの光と、蛍光物質からの光との混合色により白色に発光する発光装置を提供することができる。

例えば、緑色から黄色に発光するＣａＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ、またはＳｒＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕと、蛍光体である青色に発光する（Ｓｒ，Ｃａ）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ：Ｅｕ、赤色に発光する（Ｃａ，Ｓｒ）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕとからなる蛍光物質１４０を使用することによって、演色性の良好な白色に発光する発光装置を提供することができる。これは、色の三原色である赤・青・緑を使用しているので、第１の蛍光体および第２の蛍光体の配合比を変えることのみによって所望の白色光を実現することができる。

（導電性ワイヤ２０１〜２０３）導電性ワイヤとしては、発光素子の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性および熱伝導性が良いものが求められる。熱伝導率としては、0.01cal ／（S ）（cm²）（℃／cm）以上が好ましく、より好ましくは、0.5cal／（S ）（cm²）（℃／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10μｍ以上、45μｍ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およびそれらの合金を用いたワイヤが挙げられる。このような導電性ワイヤは、ワイヤボンディング装置によって、発光素子とパッケージ内部の導電部材との間に容易にボンディング接続させることができる。

以下、本発明の発光装置について複数の実施例を説明する。

（実施例１）図１乃至図６は、実施例１に係る発光装置を概略的に示している。この発光装置は、第１の実施形態で前述した構成と同様であり、主な構成として、パッケージ１０、発光素子１６、保護素子１７、導電性ワイヤ２０１〜２０３、透光性封止部材２１を具備し、発光素子１６はエポキシ樹脂１８により接合され、保護素子１７はＡｇペースト１９により接合されている。

パッケージ１０は、例えば４枚のセラミックス板が積層されており、そのうちの２枚のセラミックス板の片面にはＡｕメッキが形成されており、このＡｕメッキが一部の層間から一対の対向側面１２１，１２２に引き出されるように積層された状態で焼結された構造を有する。ここで、パッケージ１０上面に素子収納用の凹部１０ａが存在し、凹部底面１０ｂの外周部には段部１１が存在するように各セラミックス板が構成されている。

凹部底面１０ｂの例えば全面には導電部材１３１としてＡｕメッキが施されており、このＡｕメッキはパッケージの第１の側面１２１まで引き出されており、さらに当該側面に沿って下端まで連なり、第１の外部接続端子１４１となっている。また、段部１１の上面において、第１の外部接続端子１４１側の第１の領域１１１から第１の外部接続端子１４１に連なるように導電部材１３２としてＡｕメッキが施されている。さらに、第１の領域１１１とは反対側の第２の領域１１２からパッケージの第２の側面１２２まで導電部材１３３としてＡｕメッキが引き出されており、さらに当該側面に沿って下端まで連なり、第２の外部接続端子１４２となっている。

保護素子１７としてｐ基板上に形成されたものが用いられており、そのｐ側電極面がＡｇペースト１９により接合されている。発光素子１６は、ｎ側電極１６ｎが第１の領域１１１側に、ｐ側電極１６ｎが第２の領域１１２側に位置するように配設されている。そして、発光素子１６のｎ側電極１６ｎと段部上面の第１の領域１１１のＡｕメッキ面には第１の導電性ワイヤ２０１がボンディング接続され、発光素子１６のｐ側電極と段部上面の第２の領域１１２のＡｕメッキ面には第２の導電性ワイヤ２０２がボンディング接続され、保護素子１７の上面のｎ側電極と第２の領域１１２のＡｕメッキ面には第３の導電性ワイヤ２０３がボンディング接続される。これにより、第１の外部接続端子領域１４１には、発光素子１６のｎ側電極１６ｎと保護素子１７のｐ側電極１７ｐが共通に接続され、第２の外部接続端子１４２には発光素子１６のｐ側電極１６ｐと保護素子１７のｎ側電極１７ｎが共通に接続される。つまり、発光素子１６に対して保護素子１７が電気的に逆並列に接続される。

上記したようにｐ基板上に形成された保護素子１７は、従来例で説明したｎ基板上に形成された保護素子よりも小さいサイズで実現可能であり、パッケージ凹部底面１０ｂが従来品（凹部底面に段部がない）より狭くても、同一平面上に２つの素子（発光素子と保護素子）を容易に実装することができる。また、この場合には、パッケージ上端面の極性識別マーク１５は、パッケージの第１の側面１２１の第１の外部接続端子１４１がＬＥＤ装置のｎ側電極側であることを示すカソードマークとして意味を有する。このことは、従来品（素子と同一平面上に２ｎｄボンディング位置が存在する。）のパッケージ上端面に付されている極性識別と同様の意味を有する利点がある。

なお、段部の第２の領域１１２は、凹部内側方向へ膨らむように形成されており、第１の領域１１１よりも上面積が広くなっている。また、凹部１０ａの側壁の開口部付近において先端側の開口広さが段状に狭くなるように段差部２２が構成されている。

実施例１によれば、第１の実施形態で前述したような効果が得られる。しかも、第２の領域１１２は第１の領域１１１よりも上面積が広くなっているので、２ヶ所での２ｎｄボンディングを容易に行うことが可能になる。また、凹部側壁の開口部付近に段差部２２が設けられているので、仮に透光性封止部材２１とパッケージとの接着性が低下した場合でも、強い衝撃を受けた時に凹部１０ａ内の透光性封止部材２１が先端側へ飛び出すことを防止するストッパ部として作用することが可能になる。

（実施例２）実施例２の発光装置は、前述した実施例１の発光装置と比べて、保護素子１７としてｎ基板上に形成されたものが用いられている点が異なり、その他は第１の実施形態で前述した構成と同様である。ｎ基板上に形成された保護素子１７は、ｎ側電極面がＡｇペースト１９により接合されている。発光素子１６は、ｐ側電極１６ｐが第１の領域１１１側に、ｎ側電極１６ｎが第２の領域１１２側に位置するように配設される。そして、発光素子１６のｐ側電極１６ｐと段部上面の第１の領域１１１のＡｕメッキ面には第１の導電性ワイヤ２０１がボンディング接続され、発光素子１６のｎ側電極１６ｎと段部上面の第２の領域１１２のＡｕメッキ面には第２の導電性ワイヤ２０２がボンディング接続され、保護素子１７の上面のｐ側電極と第２の領域１１２のＡｕメッキ面には第３の導電性ワイヤ２０３がボンディング接続される。これにより、第１の外部接続端子領域１４１には発光素子１６のｐ側電極１６ｐと保護素子１７のｎ側電極が共通に接続され、第２の外部接続端子領域１４２には発光素子１６のｎ側電極１６ｎと保護素子１７のｐ側電極が共通に接続される。つまり、発光素子１６に対して保護素子１７が電気的に逆並列に接続される。

実施例２によれば、第１の実施形態で前述したような効果が得られる。しかも、ｎ基板上に形成された保護素子は、標準品として安価に入手することが可能であり、発光装置の製造コストを抑制することができる。

本発明の発光装置は、信号灯、照明、ディスプレイ、インジケーター、液晶プロジェクタ、液晶のバックライトなどの各種光学装置の光源として利用可能であり、例えば車載用のＬＥＤのように始動時にサージ電圧が加わる分野に好適である。

本発明の第１の実施形態に係る面実装パッケージ型のＬＥＤ装置の一例を概略的に示す一部透視斜視図。図１のＬＥＤ装置を概略的に示す一部透視平面図。図２中のＡ−Ａ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図。図２中のＢ−Ｂ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図。図２中のＣ−Ｃ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図。図２中のＤ−Ｄ線に沿う矢印方向の断面構造を概略的に示す断面図。

符号の説明

１０…パッケージ、１０ａ…凹部、１０ｂ…凹部底面、１１…段部、１１１…第１の領域、１１２…第２の領域、１２１…パッケージの第１の側面、１２２…パッケージの第２の側面、１３１…第１の導電部材、１３２…第２の導電部材、１３３…第３の導電部材、１４１…第１の外部接続端子、１４２…第２の外部接続端子、１５…極性識別マーク、１６…発光素子、１６ｎ…ｎ側電極、１６ｐ…ｐ側電極、１７…保護素子、１７ｎ…ｎ側電極、１８…エポキシ樹脂、１９…導電性ペースト（Ａｇペースト）、２０１〜２０３…導電性ワイヤ、２１…透光性封止部材。

Claims

パッケージの上面に形成された凹部内の底面上に発光素子と保護素子が接合され、前記発光素子と前記保護素子が互いに逆並列接続される面実装パッケージ型の発光装置であって、
前記凹部内の底面に前記発光素子若しくは前記保護素子より高く設けられた段部と、
前記底面上で少なくとも前記保護素子の接合部に設けられた第１の導電部材と、
前記段部の上面の第１の領域に設けられた第２の導電部材と、
前記段部の上面の第２の領域に設けられた第３の導電部材と、
前記発光素子の上面の第１の電極と前記第１の領域の第２の導電部材との間にボンディング接続された第１の導電性ワイヤと、
前記発光素子の上面の第２の電極と前記第２の領域の第３の導電部材との間にボンディング接続された第２の導電性ワイヤと、
前記保護素子の上面の電極と前記第２の領域の第３の導電部材との間にボンディング接続された第３の導電性ワイヤと、
を具備することを特徴とする発光装置。
上面にチップ収容用の凹部が設けられた絶縁性を有するパッケージと、
前記凹部内の底面の周辺部に、前記底面に実装される発光素子若しくは保護素子より高く設けられた段部と、
前記底面の上面の少なくとも一部からパッケージ側壁を貫通してパッケージの第１の側面まで引き出された第１の導電部材と、
前記段部の上面における第１の領域からパッケージ側壁を貫通して前記第１の側面の第１の導電部材に連なるように引き出された第２の導電部材と、
前記段部の上面における前記第１の領域とは電気的に絶縁された第２の領域からパッケージ側壁を貫通してパッケージの第２の側面まで引き出された第３の導電部材と、
前記凹部内の底面上にフェースアップ状態で接合された前記発光素子と、
前記底面における前記第２の領域の近傍で前記第１の導電部材上に下面側電極が導電性ペーストにより接合された前記保護素子と、
前記発光素子の上面の第１の電極と前記第１の領域上の第２の導電部材との間にボンディング接続された第１の導電性ワイヤと、
前記発光素子の上面の第２の電極と前記第２の領域上の第３の導電部材との間にボンディング接続された第２の導電性ワイヤと、
前記保護素子の上面側電極と前記第２の領域上の第３の導電部材との間にボンディング接続された第３の導電性ワイヤと、
前記凹部内で前記各発光素子、前記保護素子および各導電性ワイヤを封止する透光性部材と、
を具備し、前記発光素子と保護素子が互いに逆並列接続されたことを特徴とする発光装置。
前記保護素子の上面側電極から前記第２の領域までの距離は、前記発光素子の上面側電極から前記第２の領域までの距離以下であることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
前記保護素子はｐ側電極面が前記凹部内の底面に接合されており、前記発光素子は、前記ｎ側電極が前記第１の領域側に、前記ｐ側電極が前記第２の領域側に位置するように配設され、前記発光素子のｎ側電極と前記第１の領域上の導電部材との間には第１の導電性ワイヤがボンディング接続され、前記発光素子のｐ側電極と前記第２の領域上の導電部材との間には前記第２の導電性ワイヤがボンディング接続され、前記保護素子のｎ側電極と前記第２の領域上の導電部材との間には前記第３の導電性ワイヤがボンディング接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
前記保護素子はｎ側電極面が前記凹部底面に接合されており、前記発光素子は、前記ｐ側電極が前記第１の領域側に、前記ｎ側電極が前記第２の領域側に位置するように配設され、前記発光素子のｐ側電極と前記第１の領域上の導電部材には第１の導電性ワイヤがボンディング接続され、前記発光素子のｎ側電極と前記第２の領域上の導電部材には前記第２の導電性ワイヤがボンディング接続され、前記保護素子のｐ側電極と前記第２の領域上の導電部材には前記第３の導電性ワイヤがボンディング接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
前記第１の導電部材または第２の導電部材は金属メッキであり、さらに前記第１の側面の下端部まで第１の外部接続端子として引き出されており、
前記第３の導電部材は金属メッキであり、さらに前記第２の側面の下端部まで第２の外部接続端子として引き出されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発光装置。