JP2001298216A - 表面実装型の半導体発光装置 - Google Patents

表面実装型の半導体発光装置

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    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光効率が高く、しかも小型薄型化が可能な
表面実装型の半導体発光装置を提供すること。 【解決手段】 一対の外部電極１ａ，１ｂを備えた表面
実装用の実装基板１と、光透過性の基板２ａを備え、フ
リップチップ型として外部電極１ａ，１ｂに導通させて
実装基板１に固定した発光素子２と、この発光素子２の
全体を被覆し含有蛍光物質によって発光素子２の発光波
長を変換する波長変換層４と、この波長変換層４の全体
を被覆する樹脂パッケージ５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば青色発光
の発光ダイオードによる発光を波長変換して、たとえば
白色発光を得るようにした半導体発光装置に係り、特に
小型薄型化が容易で、しかも安価に製造できる表面実装
型の半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色発光の発光ダイオード（以下、「Ｌ
ＥＤ」と記す）は、近来になって、ＧａＮ，ＧａＡｌ
Ｎ，ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化合物
半導体を利用することによって、発光輝度の高い製品が
得られるようになった。そして、この青（Ｂ）のＬＥＤ
と旧来からの赤（Ｒ），緑（Ｇ）発光のＬＥＤとの組合
せにより、これらのＬＥＤの３個を１ドットとする高画
質のフルカラー画像の形成が可能となった。
【０００３】ＬＥＤの分野では、フルカラー対応には光
の三原色のＲ，Ｇ，Ｂが必要であるから、これらの発光
色のＬＥＤのより一層の開発と改良が主として行われて
いる。その一方で、たとえばＲ，Ｇ，Ｂの合成によって
しか得られない白色発光を単一のＬＥＤで達成しようと
する試みも既になされている。このような試みの一つと
して、たとえば特開平１１−４０８５８号公報に開示さ
れたものがある。これは、絶縁性の基板に一対の外部電
極を形成し、基板に搭載した発光チップの上面に形成し
たｐ側及びｎ側の電極をワイヤによって外部電極にボン
ディングし、更に沈降法によって形成した蛍光物質コー
ティング層で発光チップの上面を被膜したものである。
そして、基板の外部電極をプリント配線基板の電極に導
通させて表面実装することで、発光チップの上面からの
光については蛍光物質コーティング層による波長変換に
より白色発光が得られる。すなわち、ＧａＮ系化合物半
導体を利用した青色発光の発光チップの場合では、それ
自身の青色発光の成分と、蛍光物質コーティング層に含
まれた蛍光物質によって波長変換された黄緑色の成分と
の混色によって白色発光が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、先の公報に
記載の半導体発光装置では、発光チップの上面のみに沈
降法によって蛍光物質コーティング層を形成するので、
発光チップの上面から出る光については白色光に変換さ
れやすい。しかしながら、発光チップの側面や底面に向
かう光については波長変換の効率が悪くなり、純粋な白
色発光が得られにくい。これを防止するためには、発光
チップの側面及び底面を非光透過性のパッケージで封止
すればよい。しかしながら、そうすると活性層からの発
光成分の一部が外部発光に貢献しないことになり、発光
効率が低下してしまう。
【０００５】また、発光チップのｐ側及びｎ側の電極と
外部電極との間はワイヤでボンディングした導通構造な
ので、ワイヤの嵩を含めたモールド成形とする必要があ
る。このため、基板に搭載してモールド成形した後の製
品の高さや外部電極どうしの間の距離が大きくなり、製
品の小型薄型化にも限界がある。
【０００６】このように波長変換して白色などの発光を
得る従来の表面実装型の半導体発光装置では、発光効率
の低下を伴うとともに小型薄型化に対応できないという
問題がある。
【０００７】本発明は、発光効率が高く、しかも小型薄
型化が可能な表面実装型の半導体発光装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の表面実装型の半
導体発光装置は、一対の外部電極を備えた表面実装用の
実装基板と、光透過性の基板を備えフリップチップ型と
して前記外部電極に導通させて前記実装基板に固定した
発光素子と、前記発光素子の全体を被覆し含有蛍光物質
によって当該発光素子の発光波長を変換する波長変換層
と、前記波長変換層の全体を被覆する樹脂パッケージと
を含むことを特徴とする。なお、本発明における波長変
換層は、従来からＬＥＤランプの分野で使用されている
エポキシ樹脂にＹＡＧ系蛍光体粒子を混入したものであ
る。
【０００９】本発明によれば、発光効率が高く、しかも
小型薄型化が可能な表面実装型の半導体発光装置が得ら
れる。
【００１０】また、先の構成において、前記波長変換層
の蛍光物質の粒径をフリップチップ接続用のバンプ電極
の厚さと同等以上としたものでもよい。この構成では、
発光素子と実装基板の間すなわちバンプ電極により発生
する隙間を波長変換層の構成要素の一つであるエポキシ
樹脂成分で完全に充填でき、バンプ電極による接合の信
頼性を高めることができる。
【００１１】更に、前記波長変換層の全表面に一様な波
形状の凹凸模様を形成し、前記凹凸模様の表面を前記樹
脂パッケージとの封止界面としたものとしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、一対の
外部電極を備えた表面実装用の実装基板と、光透過性の
基板を備えフリップチップ型として前記外部電極に導通
させて前記実装基板に固定した発光素子と、前記発光素
子の全体を被覆し含有蛍光物質によって当該発光素子の
発光波長を変換する波長変換層と、前記波長変換層の全
体を被覆する樹脂パッケージとを含むことを特徴とする
表面実装型の半導体発光装置であり、小型薄型化できる
とともに波長変換した光の発光効率を高くできるという
作用を有する。
【００１３】請求項２に記載の発明は、前記波長変換層
の蛍光物質の粒径をフリップチップ接続用のバンプ電極
の厚さと同等以上としたことを特徴とする請求項１記載
の表面実装型の半導体発光装置であり、発光素子と実装
基板の間すなわちバンプ電極により発生する隙間を波長
変換層の構成要素の一つであるエポキシ樹脂成分で完全
に充填でき、バンプ電極による接合の信頼性を高めると
いう作用を有する。
【００１４】請求項３に記載の発明は、前記波長変換層
の全表面に一様な波形状の凹凸模様を形成し、前記凹凸
模様の表面を前記樹脂パッケージとの封止界面としたこ
とを特徴とする請求項１または２記載の表面実装型の半
導体発光装置であり、波長変換光をより一層一様に発光
させるとともに界面の接合強度を向上させるという作用
を有する。
【００１５】以下、本発明の実施の形態について図面に
基づき説明する。
【００１６】図１は本発明の一実施の形態による表面実
装型の半導体発光装置の概略縦断面図、図２は平面図で
ある。
【００１７】図１において、絶縁性の実装基板１の両端
に底面側から裏面側にかけて外部電極１ａ，１ｂが形成
され、これらの外部電極１ａ，１ｂに導通させてＧａＮ
系化合物半導体を利用した青色発光の発光素子２が搭載
されている。実装基板１は電子機器などのプリント配線
基板の配線パターンに外部電極１ａ，１ｂを導通させて
表面実装される。
【００１８】ＧａＮ系化合物半導体を利用した青色発光
の発光素子２は、サファイアを素材とした基板２ａの表
面に、たとえばＧａＮのｎ型層，ＩｎＧａＮの活性層及
びＧａＮのｐ型層を積層したものである。そして、従来
周知のように、ｐ型層の一部をエッチングしてｎ型層を
露出させ、この露出したｎ型層の表面にｎ側電極２ｂを
形成し、ｐ型層の表面にはｐ側電極２ｃを形成したいわ
ゆるフリップチップ型としたものである。ｎ側電極２ｂ
及びｐ側電極２ｃにはそれぞれバンプ電極３ａ，３ｂを
予め形成しておき、バキュームで発光素子２を吸着して
これらのバンプ電極３ａ，３ｂを外部電極１ａ，１ｂ上
に接合することによって導通固定される。
【００１９】発光素子２の周りはその底面部も含めて波
長変換層４によって封止し、この波長変換層４の周りを
エポキシ樹脂による樹脂パッケージ５により封止する。
波長変換層４は、発光素子２の青色発光を白色に変換す
るための蛍光物質をエポキシ樹脂に混入したものであ
る。この青色発光を白色発光に変換する蛍光物質は、発
光素子２の発光色である青色と補色の関係を持つもので
あればよく、蛍光染料，蛍光顔料，蛍光体などが利用で
き、たとえば（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ
等が好適である。
【００２０】ここで、波長変換層４は発光素子２からの
青色発光を白色発光に変換するが、その変換効率は波長
変換層４の厚さに依存する。すなわち、波長変換層４が
所定値よりも厚いと緑がかった発光色となり、所定値よ
り薄いと青みが強い発光となり、厚さが異なる部分の発
光観測面からの光は白色光から外れた色調となりやす
い。したがって、波長変換層４の厚さは発光素子２の全
方位で同じ厚さであって最適な効率で白色光に変換でき
るように設定することが好ましい。
【００２１】なお、製造方法について簡単に説明する
と、ウエハ状態の基板材料にめっき法によって外部電極
１ａ，１ｂのパターンを形成した後に発光素子２を実装
搭載し、スクリーン印刷法によって波長変換層４を形成
する。そして、モールド法によって樹脂パッケージ５を
基板材料の表面に形成し、ダイシングによって図２の平
面形状となるように成形すればよい。
【００２２】以上の構成において、発光素子２に通電さ
れるとその活性層から光が放出される。この場合、透明
のサファイアの基板２ａを用いたＧａＮ系化合物半導体
の青色発光の発光素子２では、基板２ａの上面を主光取
出し面とするものの、基板２ａに積層した半導体薄膜層
の底面や側面からも光が放出され、発光素子２の全体の
表面がほぼ一様に発光する。そして、発光素子２からの
光は蛍光物質を含む波長変換層４を抜ける間に白色に波
長変換されて外部発光する。
【００２３】発光素子２はバンプ電極３ａ，３ｂによっ
て外部電極１ａ，１ｂとの間に隙間ができるように実装
基板１の上に搭載され、この隙間にも波長変換層４の樹
脂が入り込んでいる。
【００２４】このように、発光素子２の全体を波長変換
層４で被覆することによって、発光素子２の全方位から
の出射光を白色に変換して発光させることができ、従来
例に比べて発光効率を向上させることができる。
【００２５】また、発光素子２はフリップチップ型とし
てバンプ電極３ａ，３ｂで実装基板１に外部電極１ａ，
１ｂを介して搭載されるので、ワイヤボンディングする
場合に比べると高さ方向の寸法及び外部電極１ａ，１ｂ
の間の距離も短くできる。したがって、発光素子２の小
型薄型化が図られ、電子機器への適用分野を拡大させる
ことができる。さらに、ボンディング用のワイヤを含ま
ないので、製造が簡単になるほか、発光指向特性も拡げ
ることができ、従来例に比べて高輝度の白色発光が得ら
れる。
【００２６】ところで、波長変換層４は従来からＬＥＤ
ランプの分野で使用されているエポキシ樹脂にＹＡＧ系
蛍光体粒子たとえば（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）
5Ｏ12：Ｃｅ等が混入され、なおかつスクリーン印刷に
適するようにチキソ性を持たせたペーストから構成され
ている。この波長変換層４をスクリーン印刷法で発光素
子２の周りにコーティングするとき、ＹＡＧ系蛍光体粒
子がバンプ電極３ａ，３ｂの厚さよりも小さいと、蛍光
体粒子が発光素子２と実装基板１の間に充填され、フリ
ップチップボンディングの強度を低下させることがあ
る。これは、印刷後に硬化した波長変換層４は８０％以
上が蛍光体成分となるため、発光素子２と実装基板１の
接着剤としての機能が期待できないためである。また、
発光素子２と実装基板１の間における蛍光体粒子の流動
抵抗が大きく、未充填部分が発生することがある。
【００２７】これに対して、蛍光物質の粒径をバンプ電
極３ａ，３ｂの厚さ以上とすることにより、発光素子２
と実装基板１の間の隙間を波長変換層４の構成要素の一
つであるエポキシ樹脂のみで完全に充填でき、エポキシ
樹脂の接着剤としての効果により信頼性の高いフリップ
チップ接合が得られる。
【００２８】図３は波長変換層の表面を一様な波形状と
した例であり、図１及び図２で示したものと同じ構成部
材については共通の符号で指示する。
【００２９】図３において拡大して示すように、波長変
換層４の全表面には微小な波形状の凹凸模様４ａが形成
されている。この凹凸模様４ａは図面と直交する方向に
刻み込まれたもので、波長変換層４の全表面に横縞状に
現れる。このような凹凸模様４ａを形成することによっ
て、波長変換層４を抜ける光は反射と拡散が促される。
したがって、発光素子２の周りに高精度で一様な肉厚に
波長変換層４を形成できなくても、波長変換層４の全体
から均一な白色光を出すことができ、色むらのない発光
が得られる。
【００３０】また、凹凸模様４ａを形成することによっ
て、樹脂パッケージ５の接触界面の面積を広げることが
できるので、界面の接合度をより強固にできる。このた
め、波長変換層４と樹脂パッケージ５との間での屈折率
の差を全方位で一様化でき、色度差のない発光が得られ
る。
【００３１】
【発明の効果】本発明では、発光素子をフリップチップ
型として実装基板の上に導通固定して発光素子の周りを
波長変換層で封止するので、従来のワイヤボンディング
する構造に比べると、装置の小型薄型化が可能となり、
電子機器などへの適用分野の展開が図られる。また、発
光素子の表面の全体を波長変換層が封止するので、発光
素子の光を効率よく取り出すことができ、発光輝度も向
上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による表面実装型の半導
体発光装置の概略縦断面図
【図２】図１の半導体発光装置の概略平面図
【図３】波長変換層の表面を波形状とした例の半導体発
光装置の概略縦断面図
【符号の説明】
１ 実装基板 １ａ，１ｂ 外部電極 ２ 発光素子 ２ａ 基板 ２ｂ ｎ側電極 ２ｃ ｐ側電極 ３ａ，３ｂ バンプ電極 ４ 波長変換層 ４ａ 凹凸模様 ５ 樹脂パッケージ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の外部電極を備えた表面実装用の実
    装基板と、光透過性の基板を備えフリップチップ型とし
    て前記外部電極に導通させて前記実装基板に固定した発
    光素子と、前記発光素子の全体を被覆し含有蛍光物質に
    よって当該発光素子の発光波長を変換する波長変換層
    と、前記波長変換層の全体を被覆する樹脂パッケージと
    を含むことを特徴とする表面実装型の半導体発光装置。
  2. 【請求項２】 前記波長変換層の蛍光物質の粒径をフリ
    ップチップ接続用のバンプ電極の厚さと同等以上とした
    ことを特徴とする請求項１記載の表面実装型の半導体発
    光装置。
  3. 【請求項３】 前記波長変換層の全表面に一様な波形状
    の凹凸模様を形成し、前記凹凸模様の表面を前記樹脂パ
    ッケージとの封止界面としたことを特徴とする請求項１
    または２記載の表面実装型の半導体発光装置。
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