JP2007287713A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】更なる高輝度化及び省電力化を可能とした発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電極パッド９，１０が設けられた発光素子２と、電極リード１１，１２が設けられたリードフレーム３とを備え、電極パッド９，１０と電極リード１１，１２とがボンディングワイヤー１４，１５を介して電気的に接続された発光装置であって、発光素子２は、リードフレーム３との間に間隔Ｈを設けて配置されている。これにより、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子２が発する光の利用効率を更に高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの発光素子を用いた発光装置及びその製造方法に関する。
従来より、ＬＥＤチップなどの発光素子を用いた発光装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。このような発光装置は、パッケージ内に配置されたＬＥＤチップがリードフレーム上にペーストを用いてダイボンディングにより固定されると共に、ＬＥＤチップ側の電極パッドとリードフレーム側の電極リードとがボンディングワイヤーを用いてワイヤーボンディングにより電気的に接続された構造となっている。
特開平９−３０７１４５号公報
ところで、上述した発光装置では、パッケージ内に配置されたＬＥＤチップが発する光の利用効率を高めることによって、更なる高輝度化が可能である。また、ＬＥＤチップが発する光の利用効率を高めることができれば、同じ明るさを得るのに必要な電力を少なくすることができ、その結果、更なる省電力化も可能となる。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発光素子が発する光の利用効率を高めることによって、更なる高輝度化及び省電力化を可能とした発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、従来はリードフレーム上に発光素子をペーストにより接着していたため、この発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光を有効に利用していないことがわかった。そこで、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光をリードフレーム側で大きく反射させることによって、この発光素子が発する光の利用効率を更に高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の手段を提供する。
（１） 電極パッドが設けられた発光素子と、電極リードが設けられたリードフレームとを備え、前記電極パッドと前記電極リードとがボンディングワイヤーを介して電気的に接続された発光装置であって、前記発光素子は、前記リードフレームとの間に間隔を設けて配置されていることを特徴とする発光装置。
（２） 前記間隔が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内であることを特徴とする前項（１）に記載の発光装置。
（３） 前記ボンディングワイヤーが前記発光素子を前記リードフレームから浮かせた状態で支持していることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の発光装置。
（４） 前記発光素子と前記リードフレームとの間に前記発光素子が発する光を透過させるスペーサが配置されていることを特徴とする前項（１）〜（３）の何れか一項に記載の発光装置。
（５） 前記発光素子が取り付けられた前記リードフレームを保持するパッケージを備え、
前記パッケージに形成された凹部から前記発光素子及び前記リードフレームの一部が露出していることを特徴とする前項（１）〜（４）の何れか一項に記載の発光装置。
（６） 前記発光素子は、基板上にｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順で積層されてなる化合物半導体を有し、且つ、前記ｎ型半導体層に接続される第１の電極パッドと、前記ｐ型半導体層に接続される第２の電極パッドとが、それぞれ前記リードフレームと対向する面とは反対側に位置して設けられていることを特徴とする前項（１）〜（５）の何れか一項に記載の発光装置。
（７） 前記リードフレームは、第１の電極リードと第２の電極リードとを有し、前記第１の電極パッドと前記第１の電極リードとが第１のボンディングワイヤーを介して電気的に接続されると共に、前記第２の電極パッドと前記第２の電極リードとが第２のボンディングワイヤーを介して電気的に接続されており、前記第１のボンディングワイヤーが前記第１の電極パッドとの接点から前記第１の電極リードとの接点まで引き延ばされる方向と、前記第２のボンディングワイヤーが前記第２の電極パッドとの接点から前記第２の電極リードとの接点まで引き延ばされる方向とが互いに反対の方向を向いていることを特徴とする前項（６）に記載の発光装置。
（８） 電極パッドが設けられた発光素子と、電極リードが設けられたリードフレームとを備え、前記電極パッドと前記電極リードとがボンディングワイヤーを介して電気的に接続された発光装置の製造方法であって、前記リードフレーム上に前記発光素子を固定し、前記ボンディングワイヤーを用いて前記電極パッドと前記電極リードとをワイヤーボンディングした後に、前記固定された発光素子を前記リードフレームから外すことを特徴とする発光装置の製造方法。
（９） 前記発光素子を前記リードフレームから外した後に、前記ボンディングワイヤーによって支持された前記発光素子を所定の高さまで持ち上げることを特徴とする前項（８）に記載の発光装置の製造方法。
（１０） 電極パッドが設けられた発光素子と、電極リードが設けられたリードフレームとを備え、前記電極パッドと前記電極リードとがボンディングワイヤーを介して電気的に接続された発光装置の製造方法であって、前記リードフレーム上に前記発光素子が発する光を透過させるスペーサを配置し、該スペーサ上に前記発光素子を固定した後に、前記ボンディングワイヤーを用いて前記電極パッドと前記電極リードとをワイヤーボンディングすることを特徴とする発光装置の製造方法。
以上のように、本発明に係る発光装置では、発光素子とリードフレームとの間に間隔を設けることで、この発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光をリードフレーム側で大きく反射させることができる。したがって、この発光装置では、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子が発する光の利用効率を更に高めることが可能なことから、更なる高輝度化及び省電力化を図ることが可能である。
また、本発明に係る発光装置では、ボンディングワイヤーが発光素子をリードフレームから浮かせた状態で支持することで、発光素子とリードフレームとの間に間隔を設けることができる。これにより、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光をリードフレーム側で大きく反射させることができる。
また、この間隔は、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光をリードフレーム側で反射させるのに最も効率の良い高さに設定するため、発光素子の厚みと同じか発光素子の厚み以上に設定することが好ましく、具体的には、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内であることが好ましい。
また、本発明に係る発光装置では、発光素子とリードフレームとの間に発光素子が発する光を透過させるスペーサを配置することで、発光素子とリードフレームとの間に間隔を設けることができる。また、スペーサが発光素子が発する光を透過させることから、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光を遮断することなくリードフレーム側で大きく反射させることができる。
また、本発明に係る発光装置では、発光素子が取り付けられたリードフレームを保持するパッケージを備え、このパッケージに形成された開口部から発光素子及びリードフレームの一部を露出させることによって、発光素子が発する光をリードフレームと対向する面とは反対側から効率良く取り出すことができる。
また、本発明に係る発光装置において、発光素子は、基板上にｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順で積層されてなる化合物半導体を有し、且つ、ｎ型半導体層に接続される第１の電極パッドと、ｐ型半導体層に接続される第２の電極パッドとが、それぞれリードフレームと対向する面とは反対側に位置して設けられた構成とすることによって、いわゆるフェイスアップ方式としてワイヤーボンディングによる実装が可能となる。
また、本発明に係る発光装置では、リードフレームが第１の電極リードと第２の電極リードとを有し、第１の電極パッドと第１の電極リードとが第１のボンディングワイヤーを介して電気的に接続されると共に、第２の電極パッドと第２の電極リードとが第２のボンディングワイヤーを介して電気的に接続され、且つ、第１のボンディングワイヤーが第１の電極パッドとの接点から第１の電極リードとの接点まで引き延ばされる方向と、第２のボンディングワイヤーが第２の電極パッドとの接点から第２の電極リードとの接点まで引き延ばされる方向とが互いに反対の方向を向いていることが好ましい。
この場合、第１のボンディングワイヤー及び第２のボンディングワイヤーによって発光素子をリードフレームから浮かせた状態で安定的に支持することができる。
一方、本発明に係る発光装置の製造方法では、リードフレーム上に発光素子を固定し、ボンディングワイヤーを用いて電極パッドと電極リードとをワイヤーボンディングした後に、固定された発光素子をリードフレームから外すことによって、発光素子をリードフレームと対向する面とリードフレームとの間に間隔を設けて配置することができる。
したがって、この製造方法によれば、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光を遮断することなくリードフレーム側で大きく反射させることが可能な発光装置を作製することができる。また、この製造方法によって作製された発光装置では、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子が発する光の利用効率を更に高めることが可能なことから、更なる高輝度化及び省電力化を図ることが可能である。
また、本発明に係る発光装置の製造方法では、発光素子をリードフレームから外した後に、ボンディングワイヤーによって支持された発光素子を所定の高さまで持ち上げることもできる。
ここで、所定の高さとは、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光をリードフレーム側で反射させるのに最も効率の良い高さのことであり、発光素子のリードフレームと対向する面とリードフレームとの間に設けた間隔のことを言う。この間隔（高さ）は、発光素子の厚みと同じか発光素子の厚み以上に設定することが好ましく、具体的には、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
このように、ボンディングワイヤーによって支持された発光素子を持ち上げることによって、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光をリードフレーム側で反射させるのに最も効率の良い高さに設定することができる。
また、本発明に係る発光装置の製造方法では、リードフレーム上に発光素子が発する光を透過させるスペーサを配置し、該スペーサ上に発光素子を固定した後に、ボンディングワイヤーを用いて電極パッドと電極リードとをワイヤーボンディングすることによって、発光素子とリードフレームとの間に間隔を設けることができる。
したがって、この製造方法によれば、スペーサが発光素子が発する光を透過させることから、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光を遮断することなくリードフレーム側で大きく反射させることが可能な発光装置を作製することができる。また、この製造方法によって作製された発光装置では、発光素子のリードフレームと対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子が発する光の利用効率を更に高めることが可能なことから、更なる高輝度化及び省電力化を図ることが可能である。
以下、本発明を適用した発光装置及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
（第１の実施の形態）
先ず、第１の実施の形態として図１及び図２に示す発光装置１について説明する。
この発光装置１は、光源となる発光素子２と、この発光素子２が取り付けられたリードフレーム３とを備え、これらがパッケージ４内に配置された構造を有している。
発光素子２は、図３に示すように、基板５上にｎ型半導体層６、発光層７及びｐ型半導体層８がこの順で積層されてなる化合物半導体によって形成されたＬＥＤチップである。このうち、基板５には、例えばサファイアやＳｉＣ、ＧａＰなどの透光性基板材料を用いることができる。一方、ｎ型半導体層６、発光層７及びｐ型半導体層８としては、上述した基板５上に、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）や、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）などを用いて、例えばＧａＮや、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｌＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣなどを積層した化合物半導体を用いることができる。そして、これらの化合物半導体の組み合わせにより、さまざまな波長（色）のＬＥＤランプを作り出すことができる。
また、化合物半導体の構造としては、ＰＮ接合やＰＩＮ接合、ＭＩＳ接合などのホモ接合構造或いはヘテロ接合構造を用いることができ、さらに、発光効率を上げるため、ダブルへテロ接合構造や量子井戸接合構造などを用いてもよい。
この発光素子２には、正極としてｎ型半導体層６に接続される第１の電極パッド９と、負極としてｐ型半導体層８に接続される第２の電極パッド１０とが、それぞれリードフレーム３と対向する面（基板５）とは反対側に位置して設けられている。
具体的に、第１の電極パッド９は、ｐ型半導体層８上に配置され、一方、第２の電極パッド１０は、発光層７及びｐ型半導体層８の一部を除去してｎ型半導体層６を露出させた部分に配置されている。これにより、発光素子２は、いわゆるフェイスアップ方式による実装が可能となっている。また、これら第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０は、図１に示すように、矩形状にカッティングされた発光素子２の相対する二辺の中間位置に対向配置されている。なお、第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０は、発光素子２の相対する角部に対向配置させてもよい。
第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０としては、例えばＣｒやＴｉ、Ａｕなどを用いることができる。
リードフレーム３は、図１及び図２に示すように、上述した発光素子２に外部からの電力を供給するためのものであり、第１の電極パッド９と接続される第１の電極リード１１と、第２の電極パッド１０と接続される第２の電極リード１２とを有している。
このリードフレーム３には、例えばＦｅ等の不純物を含むＣｕ合金などを用いることができる。
第１の電極リード１１は、その一端がパッケージ４の内側に臨む内側端子部１１ａと、その他端がパッケージ４の外側に臨む外側端子部１１ｂとを形成している。同様に、第２の電極リード１２は、その一端がパッケージ４の内側に臨む内側端子部１２ａと、その他端がパッケージ４の外側に臨む外側端子部１２ｂとを形成している。
このうち、第１の電極リード１１の内側端子部１１ａ及び第２の電極リード１２の内側端子部１２ａは、後述するパッケージ４の中央部に形成された凹部４ａの底面部において、絶縁領域１３を挟んで相対して配置されている。また、第１の電極リード１１の内側端子部１１ａは、発光素子２が配置されるマウント部１１ｃを形成しており、このマウント部１１ｃは、凹部４ａの底面部中央おいて、内側端子部１１ａの一部が他の部分よりも第２の電極リード１２側に張り出した部分を形成している。
一方、第１の電極リード１１の外側端子部１１ｂ及び第２の電極リード１２の外側端子部１２ｂは、それぞれパッケージ４の相対する側面から外側に延長されると共に、パッケージ４の外形に沿って、このパッケージ４の側面部から底面部まで折り返されている。
そして、この発光装置１では、マウント１１ｃ上に発光素子２が配置されると共に、第１の電極パッド９と第１の電極リード１１の内側端子部１１ａとが第１のボンディングワイヤー１４を介して電気的に接続されると共に、第２の電極パッド１０と第２の電極リード１２とが第２のボンディングワイヤー１５を介して電気的に接続されている。
これら第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５には、例えばＡｕ線や、Ａｌ線、Ｃｕ線などを用いることができる。
パッケージ４は、発光素子２が取り付けられたリードフレーム３を保持し、このパッケージ４内に配置された発光素子２を保護するためのものである。
具体的に、このパッケージ４は、リードフレーム３と共にモールド成形やインサート成形された樹脂やガラスなどからなる。このパッケージ４には、例えばポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（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、ガラスエポキシ樹脂、ポリフタルアミド樹脂などの熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。
パッケージ４は、全体が略直方体状に形成されており、その上面中央部には、筒状の凹部４ａが設けられている。この凹部４ａからは、上述した発光素子２及び第１の電極リード１１の内側端子部１１ａ及び第２の電極リード１２の内側端子部１２ａが露出している。また、この凹部４ａは、発光素子２が発する光をリードフレーム３と対向する面とは反対側から効率良く取り出すため、その底面部から上面の開口部に向かって拡径されたリフレクター（放射面）形状を有している。
また、パッケージ４の凹部４ａ内には、この凹部４ａから露出する発光素子２及びリードフレーム３を外部環境から保護するため、透光性の封止樹脂１６が埋め込まれている。この封止樹脂１６には、例えばシリコン樹脂やエポキシ樹脂、アリル樹脂、ポリアクリレート樹脂などの発光素子２が発する光を透過させる透明樹脂を用いることができる。また、封止樹脂１６には、ガラスや石英などの絶縁材料を用いることができる。
さらに、この発光装置１では、上述した封止樹脂１６に蛍光体を含有させることによって、発光素子２が発する光とは異なる色の光を発光させることもできる。例えば青色ＬＥＤと黄色の蛍光体との組み合わせによって白色光を得ることができる。
ところで、本発明を適用した発光装置１では、図２に示すように、発光素子２がリードフレーム３と対向する面とリードフレーム３との間に間隔Ｈを設けて配置されている。具体的に、この発光装置１では、第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５が発光素子２をリードフレーム３から所定の高さＨまで浮かせた状態で支持している。
ここで、発光素子２とリードフレーム３との間隔Ｈは、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光をリードフレーム３側で反射させるのに最も効率の良い高さ寸法に設定されている。具体的に、この間隔Ｈは、発光素子２の厚みと同じか発光素子２の厚み以上に設定することが好ましい。また、パッケージ４の凹部４ａに対して半分以上の高さが好ましく、上述したパッケージ４の凹部４ａが形成する放射面の焦点に発光素子２を配置することが好ましい。なお、間隔Ｈの上限については、発光素子２がパッケージ４の凹部４ａからはみ出さない程度とすることが好ましい。具体的に、この間隔Ｈは、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内であることが好ましい。
従来、リードフレーム３上に発光素子２をペーストにより接着していたため、発光素子２とリードフレーム３との間隔Ｈは、ペーストの厚み程度である。この場合、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光をリードフレーム３側で大きく反射させることは困難である。
これに対して、本発明を適用した発光装置１では、発光素子２とリードフレーム３との間隔Ｈを発光素子２の厚みと同じか発光素子２の厚み以上に設定する。これにより、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光をリードフレーム３側で大きく反射させることができる。したがって、この発光装置１では、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子２が発する光の利用効率を更に高めることが可能なことから、更なる高輝度化及び省電力化を図ることが可能である。
また、本発明を適用した発光装置１では、第１のボンディングワイヤー１４が第１の電極パッド９との接点から第１の電極リード１１との接点まで引き延ばされる方向と、第２のボンディングワイヤー１５が第２の電極パッド１０との接点から第２の電極リード１２との接点まで引き延ばされる方向とが互いに反対の方向を向いていることが好ましい。
この場合、第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５によって発光素子２をリードフレーム３から浮かせた状態で安定的に支持することができる。
また、本発明を適用した発光装置１では、この発光素子２が配置されたパッケージ４の凹部４ａを封止樹脂１６により封止することで、最終的に発光素子２をパッケージ４内に強固に固定することができる。
次に、上記発光装置１の製造方法について説明する。
上記発光装置１を作製する際は、先ず、上記発光素子２を用意する。具体的に、この発光素子２は、上述した基板５上に、ｎ型半導体層６、発光層７及びｐ型半導体層８を、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）や、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）などを用いて順次積層した化合物半導体を作製した後に、ｎ型半導体層６及びｐ型半導体層８上に、例えばフォトリソグラフィー技術やリフトオフ技術を用いて、第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０を形成することによって作製することができる。
また、上記発光装置１を作製する際は、図４及び図５に示すように、上記リードフレーム３となる部分３Ａがマトリクス状に複数配列されたフレーム板金２０を用意する。具体的に、このフレーム板金２０は、上記第１の電極リード１１及び上記第２の電極リード１２となる部分の周囲を打ち抜くことによって、上記リードフレーム３となる部分３Ａが複数連結された形状を有している。
次に、図６及び図７に示すように、このフレーム板金２０の上記リードフレーム３となる部分３Ａに、それぞれ樹脂をモールド成形し、中央部に凹部４ａを有するパッケージ４を形成する。また、このパッケージ４を成形した後に、上記第１の電極リード１１の外側端子部１１ｂとなる部分及び上記第２の電極リード１２の外側端子部１２ｂとなる部分を、それぞれパッケージ４の外形に沿って、このパッケージ４の側面部から底面部まで折り返す。
次に、図８中に仮想線で示すように、上述した発光素子２をフレーム板金２０の各マウント部１１ｃとなる上にダイボンディングにより固定する。このダイボンディングには、接着剤（ペースト）として、例えばシリコーン樹脂や、エポキシ樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができ、この中でも、後述する発光素子２をリードフレーム３のマウント部１１ｃから引き剥がし易くするため、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。また、銀フィラーやシリカなどの無機物又は有機物フィラーを含有した接着剤を用いてもよい。さらに、ガラスなどを用いて発光素子２をマウント部１１ｃに固定してもよい。なお、接着剤は、硬化後にワイヤーボンディングに影響を与えない程度の硬さを有することが好ましい。
そして、この発光素子２がマウント部１１ｃ上に固定された状態から、ワイヤーボンディングにより上記第１のボンディングワイヤー１４の一端を第１の電極パッド９に接合すると共に、第１のボンディングワイヤーの他端を第１の電極リード１１の内側端子部１１ａに接合する。同様に、上記第２のボンディングワイヤー１５の一端を第２の電極パッド１０に接合すると共に、第２のボンディングワイヤー１５の他端を第２の電極リード１２の内側端子部１２ａに接合する。
これにより、第１の電極パッド９と第１の電極リード１１の内側端子部１１ａとが第１のボンディングワイヤー１４を介して電気的に接続されると共に、第２の電極パッド１０と第２の電極リード１２とが第２のボンディングワイヤー１５を介して電気的に接続された状態となる。
次に、図８中に実線で示すように、固定された発光素子２をリードフレーム３のマウント部１１ｃから外した後に、第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５によって支持された発光素子２を所定の高さＨまで持ち上げる。
具体的には、例えばヘラ状の板材を用いて発光素子２の側面を押し、この発光素子２をペーストから引き剥がすことによって、発光素子２をリードフレーム３のマウント部１１ｃから外すことができる。また、発光素子２は、例えば鉤状のツールを用いて第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５を引き上げることによって、所定の高さＨまで持ち上げることができる。
このように、第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５によって支持された発光素子２を持ち上げることによって、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光をリードフレーム３側で反射させるのに最も効率の良い高さＨに設定することができる。
ここで、所定の高さＨとは、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光をリードフレーム３側で反射させるのに最も効率の良い高さのことであり、上述した図２に示す発光素子２とリードフレーム３との間に設けた間隔Ｈのことを言う。この間隔Ｈは、上述したように発光素子２の厚みと同じか発光素子２の厚み以上に設定することが好ましく、具体的には、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
次に、パッケージ４の凹部４ａ内に封止樹脂１６を充填する。これにより、発光素子２をパッケージ４内に強固に固定することができる。最後に、フレーム板金２０を切断して個々の発光装置１とする。以上のような工程を経ることによって、複数の発光装置１を一括して製造することができる。
本発明を適用した発光装置１の製造方法では、上述したように、リードフレーム３上に発光素子２をダイボンディングにより固定し、第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５を用いて第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０と第１の電極リード１１及び第２の電極リード１２とをワイヤーボンディングした後に、固定された発光素子２をリードフレーム３から外すことによって、発光素子２をリードフレーム３と対向する面とリードフレームとの間に間隔Ｈを設けて配置することができる。
したがって、この製造方法によれば、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を遮断することなくリードフレーム３側で大きく反射させることが可能な発光装置１を作製することができる。また、この製造方法によって作製された発光装置１では、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子２が発する光の利用効率を更に高めることが可能なことから、更なる高輝度化及び省電力化を図ることが可能である。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態として図９に示す発光装置３０について説明する。
なお、以下の説明では、上記発光装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
この発光装置３０は、第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５によって支持された発光素子２を所定の高さＨまで持ち上げる代わりに、この発光素子２とリードフレーム３との間にスペーサ３１を配置した構成となっている。
このスペーサ３１は、発光素子２が発する光を透過させる部材からなり、このような部材として、例えばガラスや、石英、サファイア、ＳｉＣなどを用いることができる。また、これら部材の中で、スペーサ３１の屈折率が発光素子２の屈折率に近づくものを選定することが好ましい。
また、スペーサ３１の厚みＨは、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光をリードフレーム３側で反射させるのに最も効率の良い高さ寸法に設定されている。具体的に、この厚みＨは、発光素子２の厚みと同じか発光素子２の厚み以上に設定することが好ましい。また、パッケージ４の凹部４ａに対して半分以上の高さが好ましく、上述したパッケージ４の凹部４ａが形成する放射面の焦点に発光素子２を配置することが好ましい。なお、間隔Ｈの上限については、発光素子２がパッケージ４の凹部４ａからはみ出さない程度とすることが好ましい。具体的に、この間隔Ｈは、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内であることが好ましい。
また、スペーサ３１の平面形状は、発光素子２と同じかそれよりも大きい形状とすることができる。また、このスペーサ３１には、発光素子２が発する光を拡散させるための加工を施してもよい。
さらに、この発光装置３０では、スペーサ３１に蛍光体を含有させることによって、発光素子２が発する光とは異なる色の光を発光させることもできる。例えば青色ＬＥＤと黄色の蛍光体との組み合わせによって白色光を得ることができる。
本発明を適用した発光装置３０では、このようなスペーサ３１を発光素子２とリードフレーム３との間に配置することで、発光素子２をリードフレーム３と対向する面とリードフレームとの間に間隔Ｈを設けて配置することができる。また、スペーサ３１が発光素子２が発する光を透過させることから、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を遮断することなくリードフレーム３側で大きく反射させることができる。
したがって、この発光装置３０では、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子２が発する光の利用効率を更に高めることが可能なことから、更なる高輝度化及び省電力化を図ることが可能である。
次に、上記発光装置３０の製造方法について説明する。
なお、上記発光装置１の製造方法と同様の部分については説明を省略するものとする。
上記発光装置３０の製造方法では、上述した図６及び図７に示す工程の後に、フレーム板金２０の各マウント部１１ｃとなる上に上記スペーサ３１を接着により固定する。具体的には、マウント部１１ｃにディスペンサーなどにより接着剤（ペースト）を塗布した後に、この上にマウンターなどを用いてスペーサ３１を配置し、接着剤を硬化させることによって、上記スペーサ３１をリードフレーム３のマウント部１１ｃ上に固定することができる。接着剤（ペースト）としては、例えばシリコーン樹脂や、エポキシ樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。
次に、上述した発光素子２をスペーサ３１上にダイボンディングにより固定する。このダイボンディングには、接着剤（ペースト）として、例えばシリーコン樹脂や、エポキシ樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。また、銀フィラーやシリカなどの無機物又は有機物フィラーを含有した接着剤を用いてもよい。さらに、ガラスなどを用いて発光素子２をスペーサ３１上に固定してもよい。なお、接着剤は、硬化後にワイヤーボンディングに影響を与えない程度の硬さを有することが好ましい。
そして、この発光素子２がスペーサ３１上に固定された状態から、ワイヤーボンディングにより上記第１のボンディングワイヤー１４の一端を第１の電極パッド９に接合すると共に、第１のボンディングワイヤーの他端を第１の電極リード１１の内側端子部１１ａに接合する。同様に、上記第２のボンディングワイヤー１５の一端を第２の電極パッド１０に接合すると共に、第２のボンディングワイヤー１５の他端を第２の電極リード１２の内側端子部１２ａに接合する。
これにより、第１の電極パッド９と第１の電極リード１１の内側端子部１１ａとが第１のボンディングワイヤー１４を介して電気的に接続されると共に、第２の電極パッド１０と第２の電極リード１２とが第２のボンディングワイヤー１５を介して電気的に接続された状態となる。
本発明を適用した発光装置３０の製造方法では、上述したように、リードフレーム３上に発光素子２が発する光を透過させるスペーサ３１を配置し、このスペーサ３１上に発光素子２をダイボンディングにより固定した後に、第１のボンディングワイヤー１４及び第２のボンディングワイヤー１５を用いて第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０と第１の電極リード１１及び第２の電極リード１２とをワイヤーボンディングする。これにより、発光素子２をリードフレーム３と対向する面とリードフレーム３との間に間隔Ｈを設けて配置することができる。
したがって、この製造方法によれば、スペーサ３１が発光素子２が発する光を透過させることから、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を遮断することなくリードフレーム３側で大きく反射させることが可能な発光装置３０を作製することができる。また、この製造方法によって作製された発光装置３０では、発光素子２のリードフレーム３と対向する面側から放出される光を有効に利用し、この発光素子２が発する光の利用効率を更に高めることが可能なことから、更なる高輝度化及び省電力化を図ることが可能である。
なお、本発明を適用した発光装置は、上述した発光素子２がパッケージ４内に配置されたチップ型に限らず、例えば発光素子２全体が樹脂によって封止された砲弾型であってもよく、また、複数の発光素子２が搭載された構成であってもよい。
以下、実施例により本発明の効果を明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
（実施例１）
実施例１では、発光素子として、サファイア基板上に、ＧａＮからなるｎ型半導体層、ＩｎＧａＮからなる発光層、ＡｌＧａＮからなるｐ型半導体層を、ＭＯＣＶＤ法を用いて順次積層してなる青色ＬＥＤチップを用いた。
そして、フレーム板金を用意し、このフレーム板金のリードフレームとなる部分に、それぞれポリフタルアミド樹脂をモールド成形してパッケージを形成した。
次に、リードフレーム上に青色ＬＥＤチップをシリコーン樹脂からなる接着剤を用いてダイボンディングにより固定した後に、この青色ＬＥＤチップ側の電極パッドとリードフレーム側の電極リードとをＡｕ線からなるボンディングワイヤーを用いてワイヤーボンディングした。
次に、固定された青色ＬＥＤチップをリードフレームから外した後に、ボンディングワイヤーによって支持された青色ＬＥＤチップを０．１５ｍｍの高さまで持ち上げた。
次に、パッケージの青色ＬＥＤチップが配置された凹部内をシリコーンからなる封止樹脂で封止し、最後に、フレーム板金を切断することによって、本発明の発光装置を得た。なお、作製された発光装置の大きさは、例えば３．５ｍｍ×２．８ｍｍ×１．８ｍｍである。
（比較例１）
比較例１では、発光素子として、実施例１と同じ青色ＬＥＤチップを用いた。
そして、実施例１と同様のフレーム板金を用意し、このフレーム板金のリードフレームとなる部分に、それぞれポリフタルアミド樹脂をモールド成形して、パッケージを形成した。
次に、リードフレーム上に青色ＬＥＤチップをシリコーン樹脂からなる接着剤を用いてダイボンディングにより固定した後に、この青色ＬＥＤチップ側の電極パッドとリードフレーム側の電極リードとをＡｕ線からなるボンディングワイヤーを用いてワイヤーボンディングした。
次に、パッケージの青色ＬＥＤチップが配置された凹部内をシリコーンからなる封止樹脂で封止し、最後に、フレーム板金を切断することによって、従来の発光装置を得た。なお、作製された発光装置の大きさは、例えば３．５ｍｍ×２．８ｍｍ×１．８ｍｍである。
そして、これら実施例１及び比較例１の発光装置について、同じ出力で実際に発光させた拡大写真を図１０及び図１１に示す。
図１０及び図１１に示す拡大写真から、図１０に示す実施例１の発光装置は、図１１に示す比較例１の発光装置よりも明るく、青色ＬＥＤチップが発する光を有効に利用していることがわかる。これは、青色ＬＥＤチップが発する光に対して透明なサファイア基板を用いているものの、基板が薄いために、比較例１の発光装置の場合、リードフレーム上に固定された青色ＬＥＤチップの発光中心が凹部の放射面の焦点に対して低く、青色ＬＥＤチップが発する光をリードフレームと対向する面とは反対側に効率良く集光させることができないためである。これに対して、実施例１の発光装置では、リードフレームから青色ＬＥＤチップを浮かせることによって、青色ＬＥＤチップの発光中心と凹部の放射面の焦点とを一致させることができ、この青色ＬＥＤチップが発する光をリードフレームと対向する面とは反対側に効率良く集光させることができる。
以上のことから、本発明の発光装置では、同じ明るさを得るのに必要な電力を少なくすることが可能であり、その結果、更なる省電力化が可能であることが明らかとなった。
図１は、第１の実施の形態として示す発光装置の平面図である。 図２は、図１に示す発光装置の線分Ａ−Ａ’に沿った断面図である。 図３は、発光素子の構成を示す断面図である。 図４は、フレーム板金を示す平面図である。 図５は、図４に示すフレーム板金の一部を拡大した平面図である。 図６は、パッケージが配置されたフレーム板金を示す平面図である。 図７は、図６に示すフレーム板金の一部を拡大した平面図である。 図８は、ワイヤーボンディングされた発光素子を持ち上げた状態を示す断面図である。 図９は、第２の実施の形態として示す発光装置の断面図である。 図１０は、実施例１の発光装置の発光状態を示す拡大写真である。 図１１は、比較例１の発光装置の発光状態を示す拡大写真である。
符号の説明
１…発光装置 ２…発光素子 ３…リードフーレム ４…パッケージ ５…基板 ６…ｎ型半導体層 ７…発光層 ８…ｐ型半導体層 ９…第１の電極パッド １０…第２の電極パッド １１…第１の電極リード １２…第２の電極リード １３…絶縁領域 １４…第１のボンディングワイヤー １５…第２のボンディングワイヤー １６…封止樹脂 ２０…フレーム板金 ３０…発光装置 ３１…スペーサ

Claims (10)

  1. 電極パッドが設けられた発光素子と、電極リードが設けられたリードフレームとを備え、前記電極パッドと前記電極リードとがボンディングワイヤーを介して電気的に接続された発光装置であって、
    前記発光素子は、前記リードフレームとの間に間隔を設けて配置されていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記間隔が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記ボンディングワイヤーが前記発光素子を前記リードフレームから浮かせた状態で支持していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記発光素子と前記リードフレームとの間に前記発光素子が発する光を透過させるスペーサが配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の発光装置。
  5. 前記発光素子が取り付けられた前記リードフレームを保持するパッケージを備え、
    前記パッケージに形成された凹部から前記発光素子及び前記リードフレームの一部が露出していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の発光装置。
  6. 前記発光素子は、基板上にｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順で積層されてなる化合物半導体を有し、且つ、前記ｎ型半導体層に接続される第１の電極パッドと、前記ｐ型半導体層に接続される第２の電極パッドとが、それぞれ前記リードフレームと対向する面とは反対側に位置して設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の発光装置。
  7. 前記リードフレームは、第１の電極リードと第２の電極リードとを有し、
    前記第１の電極パッドと前記第１の電極リードとが第１のボンディングワイヤーを介して電気的に接続されると共に、前記第２の電極パッドと前記第２の電極リードとが第２のボンディングワイヤーを介して電気的に接続されており、
    前記第１のボンディングワイヤーが前記第１の電極パッドとの接点から前記第１の電極リードとの接点まで引き延ばされる方向と、前記第２のボンディングワイヤーが前記第２の電極パッドとの接点から前記第２の電極リードとの接点まで引き延ばされる方向とが互いに反対の方向を向いていることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
  8. 電極パッドが設けられた発光素子と、電極リードが設けられたリードフレームとを備え、前記電極パッドと前記電極リードとがボンディングワイヤーを介して電気的に接続された発光装置の製造方法であって、
    前記リードフレーム上に前記発光素子を固定し、前記ボンディングワイヤーを用いて前記電極パッドと前記電極リードとをワイヤーボンディングした後に、前記固定された発光素子を前記リードフレームから外すことを特徴とする発光装置の製造方法。
  9. 前記発光素子を前記リードフレームから外した後に、前記ボンディングワイヤーによって支持された前記発光素子を所定の高さまで持ち上げることを特徴とする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
  10. 電極パッドが設けられた発光素子と、電極リードが設けられたリードフレームとを備え、前記電極パッドと前記電極リードとがボンディングワイヤーを介して電気的に接続された発光装置の製造方法であって、
    前記リードフレーム上に前記発光素子が発する光を透過させるスペーサを配置し、該スペーサ上に前記発光素子を固定した後に、前記ボンディングワイヤーを用いて前記電極パッドと前記電極リードとをワイヤーボンディングすることを特徴とする発光装置の製造方法。
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