JP2006278934A - 半導体発光装置及びその製造方法並びに半導体発光ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】 ＬＥＤ自体の放熱特性を改善し、かつ実装基板に対しても放熱性よく取り付け可能な半導体発光装置およびそれを用いた半導体発光ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】 厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第１のリードと、厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第２のリードと、第１及び第２のリードのそれぞれの前記第２の部分の少なくとも一部を埋め込む埋込樹脂と、前記埋込樹脂の上面に設けられた凹部の中に露出した前記第１のリードの前記第２の部分にマウントされた半導体発光素子と、前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、前記凹部の中に設けられた半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、前記第１のリードの前記第２の部分に設けられた固定用孔と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】 厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第１のリードと、厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第２のリードと、第１及び第２のリードのそれぞれの前記第２の部分の少なくとも一部を埋め込む埋込樹脂と、前記埋込樹脂の上面に設けられた凹部の中に露出した前記第１のリードの前記第２の部分にマウントされた半導体発光素子と、前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、前記凹部の中に設けられた半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、前記第１のリードの前記第２の部分に設けられた固定用孔と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置を提供する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体発光装置及び半導体発光ユニットに関し、特に照明や液晶ディスプレイのバックライトに用いられるために、大電流高輝度発光が必要とされる半導体発光装置及び半導体ユニットに関連する。
近年、半導体発光装置は、蛍光体紫外光励起などによる白色発光型ＬＥＤの進歩に代表されるように、技術の進展がめざましい。この結果、照明・液晶ディスプレイのバックライト・交通信号・携帯機器ディスプレイなどの用途がますます拡大している。
また、同時に装置小型化や高密度実装が求められており、表面実装型（Surface Mount Device：SMD）もますます要求されるようになった。しかし、表面実装型は従来小電流駆動が主であったため、放熱の改善が必要になっている（例えば、特許文献１）。
近年、半導体発光装置なかでもＬＥＤは、蛍光体の紫外光励起を応用した白色発光型ＬＥＤなども含めて技術の進展が著しい。ＣＩＥ（国際照明協会）座標上のあらゆる表示色の発光が可能となったため、車載用途（ストップランプ、テールランプ、ダッシュボードなど）、信号機、携帯機器を含めた各種ＬＥＤディスプレイ、液晶ディスプレイバックライトなど新しい用途がますます拡大している。これらの用途においては、大電流駆動による高輝度発光の要求が高まっており、低熱抵抗半導体発光装置及びこれと整合性の良い半導体発光ユニットが求められている。また同時に、装置の小型化や高密度実装が要求されるので表面実装型（Surface Mount Device：ＳＭＤ）が有利である（例えば、特許文献１）。
表面実装型は従来小電流駆動が主であったため、放熱の改善が必要になっている。
しかしながら、従来の半導体発光装置において大電流駆動による高輝度発光を実現するためには、金属材料からなるヒートシンク部材を樹脂枠に成型した、複雑な構造が必要であった。
しかしながら、従来の半導体発光装置において大電流駆動による高輝度発光を実現するためには、金属材料からなるヒートシンク部材を樹脂枠に成型した、複雑な構造が必要であった。
このような構造の第１の問題点は、ヒートシンクが外部端子と一緒に樹脂枠に埋め込まれるため、一体構造とはならない。このため、放熱性に劣り大電流駆動が出来ない。第２の問題点は、ヒートシンクと外部端子を樹脂枠にて一体化する際に、成型金型に２個以上の金属部品を位置決めする必要がある。この工程は生産性が悪くかつコスト高となる。第３の問題点は樹脂枠の外形部に、樹脂漏れ・樹脂バリなどを生じやすいことである。
一方、従来の表面実装型半導体発光装置は熱抵抗が高いため、その駆動電流の上限は５０ｍＡ程度であり、大電流駆動は不可能であった。また、表面実装型は放熱性に劣る基板の上にリフロー半田などを用いて接着されることが一般的であるため、放熱をよくするための取り付け方法および低熱抵抗半導体発光装置構造に関する方策はほとんど無かった。
特開２００３−６０２４０号公報
本発明は、ＬＥＤ自体の放熱特性を改善し、かつ実装基板に対しても放熱性よく取り付け可能な半導体発光装置およびそれを用いた半導体発光ユニットを提供する。
本発明の一態様によれば、
厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第１のリードと、
厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第２のリードと、
第１及び第２のリードのそれぞれの前記第２の部分の少なくとも一部を埋め込む埋込樹脂と、
前記埋込樹脂の上面に設けられた凹部の中に露出した前記第１のリードの前記第２の部分にマウントされた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、
前記凹部の中に設けられた半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
前記第１のリードの前記第２の部分に設けられた固定用孔と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第１のリードと、
厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第２のリードと、
第１及び第２のリードのそれぞれの前記第２の部分の少なくとも一部を埋め込む埋込樹脂と、
前記埋込樹脂の上面に設けられた凹部の中に露出した前記第１のリードの前記第２の部分にマウントされた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、
前記凹部の中に設けられた半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
前記第１のリードの前記第２の部分に設けられた固定用孔と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
導電パターン及び開口を有する実装基板と、
凸部を有する金属板と、
上記の半導体発光装置と、
を備え、
前記凸部が前記開口にはめこまれるように前記実装基板と前記金属板とが配置され、かつ前記半導体発光装置の前記第１のリードの前記第２の部分の下面と前記金属板の前記凸部の上面とが、前記固定用孔を介して固定部材により固定されてなることを特徴とする半導体発光ユニットが提供される。
導電パターン及び開口を有する実装基板と、
凸部を有する金属板と、
上記の半導体発光装置と、
を備え、
前記凸部が前記開口にはめこまれるように前記実装基板と前記金属板とが配置され、かつ前記半導体発光装置の前記第１のリードの前記第２の部分の下面と前記金属板の前記凸部の上面とが、前記固定用孔を介して固定部材により固定されてなることを特徴とする半導体発光ユニットが提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
取り付け孔が設けられた凸部を有する金属板と、
前記凸部に対応した開口が設けられ前記金属板上に固定された実装基板と、
表面実装型半導体発光装置と、
を備え、
前記表面実装型半導体発光装置のいずれかのリードは、厚みが小なる第１の部分と厚みが大なる第２の部分とを有し、前記第２の部分には固定用孔がリード厚み方向に設けられ、前記第２の部分の裏面と前記凸部の上面とは前記固定用孔及び前記取り付け孔を通した固定部材により固定されてなることを特徴とする半導体発光ユニットが提供される。
取り付け孔が設けられた凸部を有する金属板と、
前記凸部に対応した開口が設けられ前記金属板上に固定された実装基板と、
表面実装型半導体発光装置と、
を備え、
前記表面実装型半導体発光装置のいずれかのリードは、厚みが小なる第１の部分と厚みが大なる第２の部分とを有し、前記第２の部分には固定用孔がリード厚み方向に設けられ、前記第２の部分の裏面と前記凸部の上面とは前記固定用孔及び前記取り付け孔を通した固定部材により固定されてなることを特徴とする半導体発光ユニットが提供される。
本発明によれば、インナーリード部の厚みをアウターリードより大きくすることにより、ヒートシンク効果を大きくするとともに、インナーリード部に装置固定用孔を設ける。インナーリード下面は露出しており、外部ヒートシンクと機械的に固定できるため、大電流駆動・高輝度発光型半導体発光装置及び半導体発光ユニットが可能となる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施例の形態にかかる半導体発光装置の模式断面図であり、図１（ｂ）は、その平面図である。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施例の形態にかかる半導体発光装置の模式断面図であり、図１（ｂ）は、その平面図である。
すなわち、本実施形態の半導体発光装置は、表面実装型（ＳＭＤ）であり、一対のリード２０、３０と、これらリード２０、３０の一部を包み込むように形成された埋込樹脂４０と、を有する。リード２０、３０は、それぞれ厚みが小なる第１の部分２０Ａ、３０Ａと、厚みが大なる第２の部分２０Ｂ、３０Ｂと、を有する。リード２０の第２の部分２０Ｂには、半導体発光素子１０（以下、「ＬＥＤチップ」という）が接着されている。
まず、リードについて以下に詳細に説明する。
本実施形態においては、ＬＥＤチップ１０が接着されている第２の部分２０Ｂの厚みＴ２は、第１の部分２０Ａの厚みＴ３より厚い。こうすると、ヒートシンクとしての効果が大きく放熱性が改善される。一方、第１の部分２０Ａ、３０Ａの先端部（特に３０Ａ）は、図示しないリードフレームから切り離すリードカット工程や、実装基板への接着を考慮すると、従来以上に厚くしないことが望ましい。
なお、リード３０の第２の部分３０Ｂの厚みは、必ずしもリード２０の第２の部分２０Ｂの厚みＴ１と同じである必要はないが、同一厚みとするとボンディングワイヤ６０が同一の高さにできる利点がある。
さらに、本実施形態においては、リード２０の第２の部分２０Ｂに固定用孔（貫通孔）２５が設けられている。後に詳述するように、この固定用孔２５は、半導体発光装置を実装基板のヒートシンク（すなわち金属板）などに取り付けるために設けられている。例えば、ヒートシンクにねじとナットで取り付ける場合は、固定用孔２５は貫通孔でよい。一方、固定用孔２５の内壁面２５Ｓに雌ねじを設ければ、ねじで直接取り付けができる。
リード２０のうちの第１の部分２０Ａではなく、第２の部分２０Ｂに固定用孔２５を設けることにより、半導体発光装置８０を図示しない実装部材に確実に取り付けることができ、熱の放散性も良好にできる。なぜなら、第２の部分２０Ｂの厚みＴ１は、第１の部分２０Ａの厚みＴ３よりも厚く形成されている。従って、この肉厚の部分に固定用孔２５を設けてねじなどで固定することにより、「たわみ」や「変形」を抑えて物理的に強固に固定し、良好な熱接触を形成することが可能となる。また一方、固定用孔２５にねじ溝を設ける場合にも、厚みＴ１がある程度あるために、必要な数のねじ溝を形成することができる。その結果として、機械的に確実にねじ止めできる。
第２の部分２０Ｂ、３０Ｂの厚みＴ１は、例えば２ミリメータ、ＬＥＤチップ１０が接着される部分の厚みＴ２は、例えば１．５ミリメータ、第１の部分２０Ａ、３０Ａの厚みＴ３は、例えば０．５ミリメータ程度とすることができる。固定用孔（貫通孔）２５の内壁面２５Ｓにねじを設けない場合は、第１の部分の厚みＴ１は例えば、１．２ミリメータ程度に薄くすることができる。
リード２０及び３０は、製造工程中は、リードフレームに多数連結されている。このようにして一体的に形成しておくと、部品点数を減らして製造が容易となる。
図２（ａ）は、本発明の第１の実施例の形態にかかる半導体発光装置をリードフレームに接続した製造途中の平面構造を表す模式図であり、図２（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
一対のリード２０、３０の材料として、例えば銅系の合金を用いると、熱伝導率が高いので放熱に有利である。また、その表面にメッキなどによるコーティングを施すと、ＬＥＤチップ１０からの光をＬＥＤチップ１０に面した傾斜面で反射させることができる。また、リード２０、３０を半田接着する際の強度を増すことができる。コーティングの例としては、銀などの単層構造や、ニッケル／パラジウム／金などの積層構造を挙げることができる。
図２（ａ）は、本発明の第１の実施例の形態にかかる半導体発光装置をリードフレームに接続した製造途中の平面構造を表す模式図であり、図２（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
一対のリード２０、３０の材料として、例えば銅系の合金を用いると、熱伝導率が高いので放熱に有利である。また、その表面にメッキなどによるコーティングを施すと、ＬＥＤチップ１０からの光をＬＥＤチップ１０に面した傾斜面で反射させることができる。また、リード２０、３０を半田接着する際の強度を増すことができる。コーティングの例としては、銀などの単層構造や、ニッケル／パラジウム／金などの積層構造を挙げることができる。
次に、埋込樹脂４０について説明をする。
埋込樹脂４０の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。一例としては、ポリフタルアミドのようなナイロン系樹脂を挙げることができる。埋込樹脂４０の外寸は、例えば長さを７ミリメータ、幅を５ミリメータ、高さを２．５ミリメータ程度とすることができる。
埋込樹脂４０の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。一例としては、ポリフタルアミドのようなナイロン系樹脂を挙げることができる。埋込樹脂４０の外寸は、例えば長さを７ミリメータ、幅を５ミリメータ、高さを２．５ミリメータ程度とすることができる。
図３（ａ）は、埋込樹脂によりインサート成形された状態のリードフレームの平面構造を例示する模式図であり、同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
リードフレーム状であるため、２個のリード（１個はヒートシンク機能を有する）は放熱性の良い熱可塑樹脂に一体となって埋めこまれている。この結果、ＬＥＤチップ１０からの放熱性は良好であり、また成型時の位置決め精度も良好で生産性に優れている。
リードフレーム状であるため、２個のリード（１個はヒートシンク機能を有する）は放熱性の良い熱可塑樹脂に一体となって埋めこまれている。この結果、ＬＥＤチップ１０からの放熱性は良好であり、また成型時の位置決め精度も良好で生産性に優れている。
なお、放熱性改善のため、リード２０の底面２０Ｄは、外部ヒートシンクと直接接触させるとよい。このため、リード２０の底面は埋込樹脂４０に埋めこむこと無く、埋込樹脂４０の底面に露出させている。
次に、図１を参照しつつ、本実施形態の半導体発光装置の各部の構成についてさらに詳しく説明する。
次に、図１を参照しつつ、本実施形態の半導体発光装置の各部の構成についてさらに詳しく説明する。
リード２０の第２の部分２０Ｂには、カップ状の凹部２０Ｃが設けられている。凹部２０Ｃの底面には、ＬＥＤチップ１０がダイボンディングされている。ダイボンディングの接着剤としては、共晶半田や導電性ペーストなどを用いることができる。ＬＥＤチップ１０の電極は、ボンディングワイヤ６０により、もう一方のリード３０の第２部分３０Ｂに接続されている。
カップ状の凹部２０Ｃには傾斜した側壁が設けられ、ＬＥＤチップ１０から放射される光に対して反射機能を有する。また、埋込樹脂４０にも凹部４０Ｃを設けて、その側壁に反射機能を持たせることができる。このようにすると、光取り出し効率を向上できる。さらに、凹部２０Ｃの側壁を曲面状とすれば、指向特性を制御でき、より高い光取り効率が可能となる。
ここで、表面実装型の半導体発光装置におけるリードと埋込樹脂との接合強度につき説明を加える。
本実施形態において、リード２０、３０の下面が埋込樹脂４０の底面に露出する構造とする際には、これらリード２０、３０と埋込樹脂４０とが剥離しないように接合強度を上げる構造を採用することが望ましい。
図４は、リード２０、３０と樹脂４０との接合強度を増強する構造を例示する模式図である。すなわち、図４（ａ）は、その縦断面図であり、図４（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
リード２０を貫通するアンカーホール１８０を設け、埋込樹脂４０がこのアンカーホール１８０の内部に充填されるようにすると、リード２０とインジェクション成形体の「ぶれ」を抑制し、密着強度および接触面積を増加させてリード２０と樹脂４０との剥離を抑制できる。なお、リード３０にも同様のアンカーホールを設けて埋込樹脂４０との接合強度を増強することができる。
一方、リード２０、３０のインナーリード側の先端に図示した如く凹凸を設けることにより、樹脂４０との「食いつき」が向上し、接合強度を増強できる。
またさらに、図４（ｂ）にＡ−Ａ線断面図として表したように、リード２０（３０）の側面に、裏面に向けてその幅が縮小するテーパー部あるいは段差部を設けてもよい。このようにすると、これらテーパー部においてリード２０（３０）は樹脂４０によって斜め下方から支持されることとなり、樹脂４０の剥離を抑制できる。
リード２０を貫通するアンカーホール１８０を設け、埋込樹脂４０がこのアンカーホール１８０の内部に充填されるようにすると、リード２０とインジェクション成形体の「ぶれ」を抑制し、密着強度および接触面積を増加させてリード２０と樹脂４０との剥離を抑制できる。なお、リード３０にも同様のアンカーホールを設けて埋込樹脂４０との接合強度を増強することができる。
一方、リード２０、３０のインナーリード側の先端に図示した如く凹凸を設けることにより、樹脂４０との「食いつき」が向上し、接合強度を増強できる。
またさらに、図４（ｂ）にＡ−Ａ線断面図として表したように、リード２０（３０）の側面に、裏面に向けてその幅が縮小するテーパー部あるいは段差部を設けてもよい。このようにすると、これらテーパー部においてリード２０（３０）は樹脂４０によって斜め下方から支持されることとなり、樹脂４０の剥離を抑制できる。
以上説明したアンカーホール１８０や、凹凸、テーパー部は、リード２０、３０をプレス金型により打ち抜き加工することにより形成できる。そして、これらを設けることにより、リードとインジェクション成形体の「ぶれ」を抑制し、密着強度および接触面積を増加させてリードと樹脂４０との剥離を抑制できる。
一方、本実施形態においては、ＬＥＤチップ１０を凹部２０Ｃの中に収容することにより、埋込樹脂４０によるインサート成形工程において鋳型がＬＥＤチップ１０に接触することを防止できる。つまり、リード２０にＬＥＤチップ１０をマウントした後に、埋込樹脂４０にインサート成形できる。このようにすると、ＬＥＤチップ１０のボンディング接着剤として、融点の高い共晶半田（融点：２８０〜４２０℃）などを使用できるので、半導体発光装置の信頼性を改善できる。
ＬＥＤチップ１０としては、可視光はもとより、紫外線光、青色などの光を発光するチップを用いることができる。特に、紫外線光を蛍光体により波長変換すると、白色光が得られ、幅広い用途に用いることが可能となる。
図５は、本発明者が本発明に至る過程で検討した比較例の半導体発光装置の斜視断面図である。金属材料からなるバルク状のヒートシンク２０１と、同じく金属材料からなる薄体状の外部端子２０２とは、もともと別体として形成された後に接続されている。また、これら部材には、金属メッキが施されている。ヒートシンク２０１は、樹脂成形により樹脂枠２０５と一体的に成形されている。ヒートシンク２０１上には、半導体発光素子（すなわちＬＥＤ）２０３が導電性接着剤（例えば銀ペースト）により接着されている。半導体発光素子２０３上の一電極と外部端子２０２とは、ワイヤ２０７によって電気的に接続されている。半導体発光素子２０３とワイヤ２０７は、透明樹脂２０６で封止されている。図示した如く、この上に樹脂レンズ２０４を取り付けても良い。
このような構造の半導体発光装置が有する第１の問題点は、ヒートシンク２０１と外部端子２０２とが別体として形成され、組み立ての際に接続される点にある。このため、接続部において放熱性に劣り、大電流駆動ができない。第２の問題点は、組み立ての際に、ヒートシンク２０１と外部端子２０２とがリードフレームにより接続されていないので、これら部材を樹脂枠２０５にて一体化する際に、成型金型に２個以上の金属部品を位置決めする必要がある。このため、生産性が悪くかつコスト高となる。第３の問題点は、樹脂枠２０５と、ヒートシンク２０１や外部端子２０２との境界部分において、樹脂剥がれ、樹脂漏れ・樹脂バリなどを生じやすいことである。
次に、本発明者が本発明に至る過程で検討した第２の比較例について説明する。
図６は、第２の比較例の半導体発光装置を表す模式図であり、同図（ａ）はその模式断面図、（ｂ）はその斜視図である。同図については、図１乃至図５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本比較例においては、リード２０に固定用孔（貫通孔）が設けられていない。このような半導体発光装置を基板に取り付けるためには、半田付けを用いる必要がある。
次に、本発明者が本発明に至る過程で検討した第２の比較例について説明する。
図６は、第２の比較例の半導体発光装置を表す模式図であり、同図（ａ）はその模式断面図、（ｂ）はその斜視図である。同図については、図１乃至図５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本比較例においては、リード２０に固定用孔（貫通孔）が設けられていない。このような半導体発光装置を基板に取り付けるためには、半田付けを用いる必要がある。
図７は、本比較例の半導体発光装置を基板上に実装した半導体発光ユニットの模式断面図である。
すなわち、本比較例においては、リード２０の下面の露出部の一部が基板１９０の導電パターン上に半田１８２で接着されている。この半導体発光装置８０は、従来の表面実装型の半導体発光装置に比べれば、リード２０の第２の部分２０Ｂが厚いため、ヒートシンク効果により、駆動電流を比較的大きくできる。しかしながら、基板１９０に取り付ける際に半田付けを用いた場合、半田１８２、１８１をリード２０、３０の裏面の全面に亘って均一に形成することは容易ではない。その結果として、図７に例示した如く、半田１８１、１８２は、リード２０、３０の裏面に部分的にのみ形成され、それ以外の部分には、基板１９０との間に「隙間」が生じてしまうことがある。このような「隙間」は熱抵抗が極めて高く、放熱の妨げとなる。
すなわち、本比較例においては、リード２０の下面の露出部の一部が基板１９０の導電パターン上に半田１８２で接着されている。この半導体発光装置８０は、従来の表面実装型の半導体発光装置に比べれば、リード２０の第２の部分２０Ｂが厚いため、ヒートシンク効果により、駆動電流を比較的大きくできる。しかしながら、基板１９０に取り付ける際に半田付けを用いた場合、半田１８２、１８１をリード２０、３０の裏面の全面に亘って均一に形成することは容易ではない。その結果として、図７に例示した如く、半田１８１、１８２は、リード２０、３０の裏面に部分的にのみ形成され、それ以外の部分には、基板１９０との間に「隙間」が生じてしまうことがある。このような「隙間」は熱抵抗が極めて高く、放熱の妨げとなる。
ＬＥＤチップ１０の裏面側に半田１８２が部分的に形成された場合、同図に矢印で例示したように、熱の放散経路が形成される。しかし、その両側は熱抵抗が極めて高い「隙間」であり、熱の放散性には改善の余地がある。
これに対して、本実施形態の半導体発光装置によれば、以下に説明するように、比較例において生ずる問題点を解消することができる。
以下、本実施形態に係る半導体発光装置を用いた半導体発光ユニットについて説明する。
図８は、本実施形態の半導体発光装置８０を基板に実装した半導体発光ユニットの模式断面図である。
すなわち、本実施形態の半導体発光ユニットは、ガラスエポキシ樹脂などからなる基板１０２と、放熱性の良い金属（例えば、アルミニウム、銅系合金など）製のヒートシンク１００と、図１乃至図４に関して前述した半導体発光装置８０と、を有する。またさらに、必要に応じて、図示しない電源回路などを設けてもよい。ヒートシンク１００の厚みは、実用的な物理的強度を得るためには０．５ミリメータ以上であることが望ましく、放熱性を高めるには、２ミリメータ以上であることが望ましい。
ガラスエポキシ樹脂などからなる基板１０２には、半導体発光装置８０の底面２０Ｄに対応する部分に開口が設けられている。ヒートシンク１００には、この開口部分に挿入される凸部１０１が設けられている。この凸部１０１の上面は、半導体発光装置８０の底面２０Ｄと接触し、ねじ１０８などにより機械的に固定される。図８に表した具体例の場合は、半導体発光装置８０の固定用孔２５の内側面に雌ねじが設けられている。このようにすると、ＬＤＥチップ１０からの発熱は、図８に矢印Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３で例示した経路に沿ってヒートシンク１００を介して効率良く外部へ取り出される。
また、もう一つのリード３０は半田１０６などで、ガラスエポキシ樹脂基板１０２上の導電パターン１０４に接続される。この場合の半田付けは、半田リフローなどでも良い。
図９には、本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置を用いた照明や車載ディスプレイ用途などの半導体発光ユニットの構造を例示する平面図である。
また、図１０は、図９のＡ−Ａ線断面図である。
また、図１１は、本具体例の半導体発光ユニットを裏面側から眺めた平面図（底面図）である。
また、図１０は、図９のＡ−Ａ線断面図である。
また、図１１は、本具体例の半導体発光ユニットを裏面側から眺めた平面図（底面図）である。
本具体例においては、半導体発光装置８０が、基板１０２とヒートシンク１００により構成される実装基板上に多数配置されている。基板１０２は、ガラスエポキシ樹脂などからなり、ヒートシンク１００は金属からなる。照明用途や車載ディスプレイ用途などにおいては、高輝度を得るために、それぞれのＬＥＤチップは５００ミリアンペアを超えた大電流駆動される場合もある。これに対して、本具体例においては、半導体発光装置８０の熱放散性が良好であり、さらに、この半導体発光装置８０がヒートシンク１００に対して、ねじなどで機械的に固定されてているので、放熱性を良好にすることができる。その結果として、大電流駆動でも発熱を効率的に放散させ、安定した動作が可能となる。
図１２は、半導体発光装置８０が支持部材１１０で固定された半導体発光ユニットの具体例を表す平面図である。
また、図１３は、図１２のＡ−Ａ線断面図である。
また、図１４は、本具体例の半導体発光ユニットを裏面側から眺めた平面図（底面図）である。
また、図１５は、固定部材１１０の斜視図である。
また、図１３は、図１２のＡ−Ａ線断面図である。
また、図１４は、本具体例の半導体発光ユニットを裏面側から眺めた平面図（底面図）である。
また、図１５は、固定部材１１０の斜視図である。
固定部材１１０は、図１５に表したように、所定の間隔で配置された複数のねじ部１１２を有する。このねじ部１１２の間隔は、半導体発光装置８０の配列ピッチと同一である。そして、図１３に表したように、ねじ部１１２を半導体発光装置８０の固定用孔２５に挿入して一体的に固定することが可能となる。この時、固定部材１１０を図１３に表したようにヒートシンク側から挿入してもよいし、またはこれとは逆に半導体発光装置８０の側から挿入しても良い。そして、図１２に表したように、固定部材１１０のねじ部１１２をナット１７０で固定してもよいし、孔が設けられた別の固定部材（図示せず）で押さえてもよい。支持部材１１０の材質としては、銅系合金やアルミニウムが好ましいが、ヒートシンク１００が別に設けられているので、放熱性がやや劣る真鍮やステンレスなどを用いてもよく、または、絶縁材料などを用いてもよい。
以上説明したように、複数の半導体発光装置８０が並置される場合は、個々の半導体発光装置の発光の指向特性は比較的狭くても良い。表面実装型の半導体発光装置の指向特性は、ＬＥＤチップをマウントするリードの凹部２０Ｃの形状や、埋込樹脂４０に形成する凹部４０Ｃの形状などを調節することにより、適正に制御できる。
図１６は、本発明の実施の形態にかかかる半導体発光装置の変型例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその模式断面図であり、（ｂ）は平面図である。
本変型例においては、リード２０に設けられているのは貫通孔ではなく、雌ねじ部７０Ｓを有する固定用孔７０である。本変型例の場合も、ねじを用いて半導体発光装置８０をヒートシンクに固定できるので放熱性が改善できる。また、半導体発光装置８０の発光面側にネジやナットを突出させない構造であるため、光の放射特性に影響を与えることがなく、外観もすっきりとさせることができる。
本変型例においては、リード２０に設けられているのは貫通孔ではなく、雌ねじ部７０Ｓを有する固定用孔７０である。本変型例の場合も、ねじを用いて半導体発光装置８０をヒートシンクに固定できるので放熱性が改善できる。また、半導体発光装置８０の発光面側にネジやナットを突出させない構造であるため、光の放射特性に影響を与えることがなく、外観もすっきりとさせることができる。
図１７は、本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置のさらに他の変形例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその模式断面図であり、（ｂ）は平面図である。
本変型例においては、埋込樹脂４０は、第１のリード２０の第２の部分２０Ｂを全て覆い、さらに第１の部分２０Ａの一部も覆うように設けられている。そして、埋込樹脂４０に埋め込まれた第２の部分２０Ｂに固定用孔７０が設けられている。固定用孔７０には、雌ねじ部７０Ｓが形成され、裏面側からねじ止めが可能とされている。
固定用孔７０も埋込樹脂４０の下方に埋め込んでしまえば、半導体発光装置８０のサイズを小さくできる。このような、コンパクトな半導体発光装置を高密度に配置すると、極めて輝度が高い半導体発光ユニットを実現できる。そして、本発明によれば、このように高密度実装させた場合でも、ＬＥＤチップ１０からの熱の放散を効率的に行い、安定した動作が可能となる。
本変型例においては、埋込樹脂４０は、第１のリード２０の第２の部分２０Ｂを全て覆い、さらに第１の部分２０Ａの一部も覆うように設けられている。そして、埋込樹脂４０に埋め込まれた第２の部分２０Ｂに固定用孔７０が設けられている。固定用孔７０には、雌ねじ部７０Ｓが形成され、裏面側からねじ止めが可能とされている。
固定用孔７０も埋込樹脂４０の下方に埋め込んでしまえば、半導体発光装置８０のサイズを小さくできる。このような、コンパクトな半導体発光装置を高密度に配置すると、極めて輝度が高い半導体発光ユニットを実現できる。そして、本発明によれば、このように高密度実装させた場合でも、ＬＥＤチップ１０からの熱の放散を効率的に行い、安定した動作が可能となる。
図１８は。本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置のさらに他の変形例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその模式断面図であり、（ｂ）は平面図である。
本変型例においては、埋込樹脂４０は、リード２０の上面よりも高く設けられない。また、ワイヤ６０がリード２０の上面の高さを越えないように、リード３０の上面の高さはＬＥＤチップ１０のマウント面の程度に形成されている。このようにすると、封止樹脂５０の上面はリード２０の上面の高さを越えないようにできる。その結果として、半導体発光装置８０の全体の厚み（高さ）を極めて薄く（低く）することができ、ごく薄型の半導体発光ユニットを実現できる。また、固定用孔２５を用いて半導体発光装置８０を固定する際に、ねじやナットが樹脂４０、５０などと干渉しないので、取り付けが容易になる。
本変型例においては、埋込樹脂４０は、リード２０の上面よりも高く設けられない。また、ワイヤ６０がリード２０の上面の高さを越えないように、リード３０の上面の高さはＬＥＤチップ１０のマウント面の程度に形成されている。このようにすると、封止樹脂５０の上面はリード２０の上面の高さを越えないようにできる。その結果として、半導体発光装置８０の全体の厚み（高さ）を極めて薄く（低く）することができ、ごく薄型の半導体発光ユニットを実現できる。また、固定用孔２５を用いて半導体発光装置８０を固定する際に、ねじやナットが樹脂４０、５０などと干渉しないので、取り付けが容易になる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
例えば、ＬＥＤチップとして用いることができるものは、ＩｎＧａＡｌＰ系やＧａＮ系に限定されず、その他、ＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＰ系をはじめとする各種のIII−Ｖ族化合物半導体や、その他、II−VI族化合物半導体あるいはそれ以外の各種の半導体を用いたものであってもよい。
その他、半導体発光装置を構成するＬＥＤチップ、リード、埋込樹脂、封止樹脂などの各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
例えば、ＬＥＤチップとして用いることができるものは、ＩｎＧａＡｌＰ系やＧａＮ系に限定されず、その他、ＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＰ系をはじめとする各種のIII−Ｖ族化合物半導体や、その他、II−VI族化合物半導体あるいはそれ以外の各種の半導体を用いたものであってもよい。
その他、半導体発光装置を構成するＬＥＤチップ、リード、埋込樹脂、封止樹脂などの各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
１０ 半導体発光素子（ＬＥＤチップ）
２０ 第一のリード
２０Ａ 第一のリードの第１の部分
２０Ｂ 第一のリードの第２の部分
２０Ｃ 第一のリードに設けられた凹部
２０Ｄ 第一のリードの底面
２０Ｔ テーパー部
２５ 固定用孔（貫通孔）
２５Ｓ 固定用孔内壁面
３０ 第二のリード
３０Ａ 第二のリードの第１の部分
３０Ｂ 第二のリードの第２の部分
４０ 埋め込み樹脂
５０ 透明樹脂
６０ ボンディングワイヤ
７０ 固定用孔
７０Ｓ 雌ねじ部
８０ 半導体発光装置
１００ ヒートシンク
１０１ ヒートシンク凸部
１０２ ガラスエポキシ樹脂などからなる基板
１０４ 導電パターン部
１０６ 半田
１０８ ねじ
１１０ 固定部材
１８０ アンカー部
２０ 第一のリード
２０Ａ 第一のリードの第１の部分
２０Ｂ 第一のリードの第２の部分
２０Ｃ 第一のリードに設けられた凹部
２０Ｄ 第一のリードの底面
２０Ｔ テーパー部
２５ 固定用孔（貫通孔）
２５Ｓ 固定用孔内壁面
３０ 第二のリード
３０Ａ 第二のリードの第１の部分
３０Ｂ 第二のリードの第２の部分
４０ 埋め込み樹脂
５０ 透明樹脂
６０ ボンディングワイヤ
７０ 固定用孔
７０Ｓ 雌ねじ部
８０ 半導体発光装置
１００ ヒートシンク
１０１ ヒートシンク凸部
１０２ ガラスエポキシ樹脂などからなる基板
１０４ 導電パターン部
１０６ 半田
１０８ ねじ
１１０ 固定部材
１８０ アンカー部
Claims (6)
- 厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第１のリードと、
厚みが小なる第１の部分と、厚みが大なる第２の部分と、を有する第２のリードと、
第１及び第２のリードのそれぞれの前記第２の部分の少なくとも一部を埋め込む埋込樹脂と、
前記埋込樹脂の上面に設けられた凹部の中に露出した前記第１のリードの前記第２の部分にマウントされた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と前記第２のリードとを接続するワイヤと、
前記凹部の中に設けられた半導体発光素子及び前記ワイヤを封止する封止樹脂と、
前記第１のリードの前記第２の部分に設けられた固定用孔と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記固定用孔の内壁面に雌ねじが形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記固定用孔は、前記第２の部分のうちの前記埋込樹脂に埋め込まれていない部分に設けられ、前記第１のリードの前記第２の部分の厚み方向に貫通して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
- 前記第１のリードの前記第２の部分の裏面は、前記埋込樹脂により覆われず露出してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 導電パターン及び開口を有する実装基板と、
凸部を有する金属板と、
請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置と、
を備え、
前記凸部が前記開口にはめこまれるように前記実装基板と前記金属板とが配置され、かつ前記半導体発光装置の前記第１のリードの前記第２の部分の下面と前記金属板の前記凸部の上面とが、前記固定用孔を介して固定部材により固定されてなることを特徴とする半導体発光ユニット。 - 取り付け孔が設けられた凸部を有する金属板と、
前記凸部に対応した開口が設けられ前記金属板上に固定された実装基板と、
表面実装型半導体発光装置と、
を備え、
前記表面実装型半導体発光装置のいずれかのリードは、厚みが小なる第１の部分と厚みが大なる第２の部分とを有し、前記第２の部分には固定用孔がリード厚み方向に設けられ、前記第２の部分の裏面と前記凸部の上面とは前記固定用孔及び前記取り付け孔を通した固定部材により固定されてなることを特徴とする半導体発光ユニット。
Priority Applications (4)
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