JP4255015B2

JP4255015B2 - 光半導体パッケージ

Info

Publication number: JP4255015B2
Application number: JP2003416837A
Authority: JP
Inventors: 功裕庄
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005175387A

Description

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。

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。

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。
特開２００２−２６１１１９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に係る第１実施形態の光半導体パッケージの斜視図である。上記第１実施形態の光半導体パッケージをＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。上記第１実施形態の光半導体パッケージの要部平面図である。本発明に係る第２実施形態の光半導体パッケージの斜視図である。上記第２実施形態の光半導体パッケージの要部平面図である。上記光半導体パッケージを用いて形成された発光ダイオードの一実施形態を示す断面図である。上記光半導体パッケージを用いて形成された反射カップ付発光ダイオードの一実施形態を示す断面図である。従来の光半導体パッケージの断面図である。

符号の説明

１２光半導体パッケージ
１３ＬＥＤ（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

Claims

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光半導体パッケージ。
前記光反射部及び基板電極部は、ベース基板面に形成した銅箔膜をエッチングして形成される請求項１記載の光半導体パッケージ。
前記孔部の底部に露出する光反射部の表面または前記光反射部の表面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した請求項１または２記載の光半導体パッケージ。
前記孔部は、チップ電極部が配置される基板電極部を除いた光半導体チップの裏面と略同じ広さに形成される請求項１乃至３のいずれかに記載の光半導体パッケージ。
前記ベース基板上に光半導体チップをフリップチップ実装し、その上を透明な樹脂材で封止することによって発光デバイスが形成される請求項１乃至４のいずれかに記載の光半導体パッケージ。
前記ベース基板上に光半導体チップを取り囲む反射カップを備えた発光デバイスが形成される請求項１乃至５のいずれかに記載の光半導体パッケージ。
前記光半導体チップは窒化ガリウムで形成されると共に、前記樹脂材に蛍光剤及び光拡散剤の少なくとも一方を含む請求項１乃至６のいずれかに記載の光半導体パッケージ。