JP2007311674A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting device capable of suppressing separation on the interface between a sealing resin and an optical lens, and capable of positioning the optical lens accurately to a semiconductor light-emitting element. <P>SOLUTION: The semiconductor light-emitting device 10 comprises: a housing 12 provided on the upper surface of a substrate, so that a chip package is surrounded on the surface of a ceramic substrate 11; the semiconductor light-emitting element 13 packaged onto the chip package exposed in the cavity of the housing; a sealing layer 15 filled up to the height of the upper surface of the housing in the cavity; and the optical lens 16 arranged at the upper portion of the sealing layer. The housing has a stage at a prescribed height position on the inner cavity wall surface and a nearly vertical upright wall adjacent to the stage. The optical lens 16 projects to an opposite side in a horizontal direction from a portion close to a bottom mutually, and has a pair of flanges 16a having an outside diameter larger than the inside one of the stage section in the cavity. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体発光素子からの光を波長変換層を介して出射させて、半導体発光素子チップからの出射光と波長変換層からの励起光とを混合して、光学レンズを介して外部に出射するようにした半導体発光装置に関する。   The present invention emits light from a semiconductor light emitting element through a wavelength conversion layer, mixes the emitted light from the semiconductor light emitting element chip and the excitation light from the wavelength conversion layer, and externally passes through the optical lens. The present invention relates to a semiconductor light emitting device that emits light.

従来、このような半導体発光装置としてのLEDは、例えば特許文献1に示すようにして製造される。
即ち、特許文献1によれば、図8に示すように、上面にリフレクタを構成する光反射キャビティ1aを備えた基体(ステム)1に、リードフレーム2a,2bがインサート成形されている。ここで、上記リードフレーム2a,2bは、それぞれ上記光反射キャビティ1a内にてその底面に露出している。
Conventionally, LED as such a semiconductor light-emitting device is manufactured as shown in Patent Document 1, for example.
That is, according to Patent Document 1, as shown in FIG. 8, lead frames 2a and 2b are insert-molded on a base body (stem) 1 having a light reflecting cavity 1a constituting a reflector on the upper surface. Here, the lead frames 2a and 2b are exposed on the bottom surfaces of the light reflecting cavities 1a, respectively.

上記光反射キャビティ1aの底部にて、リードフレーム2上にLEDチップ(半導体発光素子チップ)3が載置され、リードフレーム2aに対してダイボンディングにより、またリードフレーム2bに対してワイヤボンディングにより、それぞれ電気的に接続される。
その後、上記光反射キャビティ1a内にて、LEDチップ3を覆うように、封止樹脂(光透過性樹脂)5が充填され、さらにその上に、砲弾状に上方に突出する光透過性樹脂から成る光学レンズ6が配置される。
At the bottom of the light reflecting cavity 1a, an LED chip (semiconductor light emitting device chip) 3 is mounted on the lead frame 2, and die bonding is performed on the lead frame 2a and wire bonding is performed on the lead frame 2b. Each is electrically connected.
Thereafter, a sealing resin (light transmissive resin) 5 is filled so as to cover the LED chip 3 in the light reflecting cavity 1a, and further from the light transmissive resin protruding upward in a bullet shape. An optical lens 6 is arranged.

ここで、上記光学レンズ6を形成する場合、図9に示すように、光学レンズ用ケース型7内に、未硬化の光透過性樹脂を注入した後、上記LEDチップ3が実装され且つ光反射キャビティ1a内に封止樹脂5が充填された上記基体1を上下反転した状態で、このケース型7内に浸漬される。
その際、基体1から側方に突出する各リードフレーム2a,2bが上記ケース型7の上縁に当接することにより、ストッパとして作用する。これにより、上記気体がケース型7内にて所定位置に位置決めされることになり、この状態にて、上記光透過性樹脂を硬化させて、光学レンズ6を形成する。
最後に、上記ケース型7内から基体1を取り出して、リードフレーム2a,2bの余分な部分を切除することにより、LEDが完成するようになっている。
Here, when the optical lens 6 is formed, as shown in FIG. 9, after injecting an uncured light-transmitting resin into the optical lens case mold 7, the LED chip 3 is mounted and reflected light. The base body 1 filled with the sealing resin 5 in the cavity 1a is immersed in the case mold 7 in an upside down state.
At that time, the lead frames 2a and 2b protruding laterally from the base body 1 act as stoppers by coming into contact with the upper edge of the case mold 7. Thereby, the gas is positioned at a predetermined position in the case mold 7, and in this state, the light transmitting resin is cured to form the optical lens 6.
Finally, the base body 1 is taken out from the case mold 7, and the excess portions of the lead frames 2a and 2b are cut off to complete the LED.

このような構成のLEDによれば、半導体発光素子チップ3から出射した光が、封止樹脂5を通って、さらに光学レンズ6を通って外部に出射する。その際、外部への出射光は、光学レンズ6の光学作用によって、所定の配光特性が付与されることになる。   According to the LED having such a configuration, the light emitted from the semiconductor light emitting element chip 3 is emitted to the outside through the sealing resin 5 and further through the optical lens 6. At that time, the light emitted to the outside is given a predetermined light distribution characteristic by the optical action of the optical lens 6.

ところで、このようなLEDにおいては、上記基体1と光学レンズ6、そして上記封止樹脂5と光学レンズ6との間に、化学的結合のない界面が生ずることになる。
一般的に、LEDの動作環境温度は、−20℃から+80℃以上までとなり、特に車載用途の場合には、−40℃から+100℃の間で変化することになり、このような温度においても、安定した動作が要求されることになる。
By the way, in such LED, the interface without a chemical bond arises between the said base | substrate 1 and the optical lens 6, and the said sealing resin 5 and the optical lens 6. FIG.
In general, the operating environment temperature of the LED is from -20 ° C to + 80 ° C or more, and particularly in the case of an in-vehicle application, it will change between -40 ° C and + 100 ° C. Therefore, stable operation is required.

しかしながら、上述した構成のLEDにおいては、外部の温度変化に対して、基体1,封止樹脂5及び光学レンズ6の熱膨張,熱収縮によって、各材料の熱膨張係数の差に基づいて、化学的結合のない界面に応力が加えられ、場合によっては剥離が発生することになる。
特に、例えばLEDをリフロー処理した場合やヒートショック試験等においては、これらの界面にてしばしば剥離が発生する。
However, in the LED having the above-described configuration, the chemical expansion and thermal contraction of the substrate 1, the sealing resin 5 and the optical lens 6 with respect to the external temperature change are based on the difference in the thermal expansion coefficient of each material. Stress is applied to the interface having no mechanical bond, and peeling may occur in some cases.
In particular, for example, when the LED is subjected to reflow treatment or in a heat shock test, peeling often occurs at these interfaces.

このような剥離の発生によって、これらの界面において、光の反射が生ずることになり、外部への出射光の光度が低下してしまう。
特に、硬度の高い材料同士の場合に、このような剥離が発生しやすくなっている。
また、リードフレーム2a,2bを利用して、ケース型7に対する位置決めを行なっているが、このような位置決め方法では、水平方向における位置決めを正確に行なうことができず、光軸ずれが発生しやすかった。
Due to the occurrence of such peeling, light reflection occurs at these interfaces, and the luminous intensity of outgoing light to the outside decreases.
In particular, in the case of materials having high hardness, such peeling is likely to occur.
Further, the lead frames 2a and 2b are used for positioning with respect to the case mold 7. However, in such a positioning method, positioning in the horizontal direction cannot be performed accurately, and an optical axis shift is likely to occur. It was.

これに対して、上述した熱膨張係数の差による剥離を抑制するようにしたLEDが、特許文献2や特許文献3に開示されている。
特許文献2においては、熱膨張係数の大きい緩衝用樹脂(封止樹脂)に対して、剰余分の収納部を設けることにより、低温時には熱収縮により体積が不足する緩衝用樹脂を上記収納部から補給して剥離を防止し、高温時には熱膨張により過剰となった緩衝用樹脂を上記収納部に収納して、パッケージ内圧の上昇を防止するようにした、LEDが開示されている。
On the other hand, Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose LEDs that suppress peeling due to the difference in thermal expansion coefficient described above.
In Patent Document 2, by providing an extra storage portion for a buffer resin (sealing resin) having a large thermal expansion coefficient, a buffer resin whose volume is insufficient due to thermal contraction at low temperatures is provided from the storage portion. An LED is disclosed in which replenishment is prevented to prevent peeling, and buffer resin that has become excessive due to thermal expansion at high temperatures is housed in the housing portion to prevent an increase in package internal pressure.

また、特許文献3においては、レンズ内面に表面処理を施すことにより、封止樹脂との接着性を高め、基体と封止樹脂との接触面の一部に応力緩和部を設けて、界面で発生する応力を緩和するようにした半導体発光装置が開示されている。
特許第3492178号 特開2005−116817号 特開2005−136101号
Further, in Patent Document 3, surface treatment is performed on the inner surface of the lens to improve the adhesiveness with the sealing resin, and a stress relaxation portion is provided on a part of the contact surface between the base and the sealing resin, and at the interface. There has been disclosed a semiconductor light emitting device in which the generated stress is relieved.
Japanese Patent No. 3492178 JP-A-2005-116817 JP 2005-136101 A

しかしながら、特許文献2によるLEDにおいては、緩衝用樹脂の剰余分の収納部を設けることにより、半導体発光素子チップからの光の一部が遮断されることになり、光取出し効率が低下してしまう。さらに、上記収納部の周囲においては、温度変化に伴って、上記収納部に進入または退避する緩衝用樹脂が移動することになり、レンズとの界面において、剥離が発生しやすい。また、緩衝用樹脂の硬化の際に収縮応力が緩衝用樹脂全体に発生することにより、上記界面における剥離が発生してしまう。   However, in the LED according to Patent Document 2, a part of the light from the semiconductor light-emitting element chip is blocked by providing a surplus storage part of the buffer resin, and the light extraction efficiency is reduced. . Further, the buffer resin that enters or retracts into the storage portion moves around the storage portion as the temperature changes, and peeling is likely to occur at the interface with the lens. In addition, when the buffer resin is cured, shrinkage stress is generated in the entire buffer resin, thereby causing separation at the interface.

また、特許文献3による半導体発光装置においては、レンズ内面の表面処理によりレンズと封止樹脂との接着性が高められている。このため、この界面における剥離が抑制されることになるが、基体と封止樹脂との接触面の一部に応力緩和部が設けられていることにより、また基体の封止樹脂との接触面に発生する応力が部分的に緩和されることにより、却って他の領域における剥離が促進されることになる。   Further, in the semiconductor light emitting device according to Patent Document 3, the adhesion between the lens and the sealing resin is enhanced by the surface treatment of the lens inner surface. For this reason, peeling at this interface is suppressed, but the contact surface of the substrate with the sealing resin is provided by providing a stress relaxation portion on a part of the contact surface of the substrate and the sealing resin. In other words, the stress generated in the region is partially relieved, so that peeling in other regions is promoted.

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、封止樹脂,光学レンズの界面における剥離が抑制され得て、光学レンズの半導体発光素子に対する位置決めが正確に行なわれ得るようにした半導体発光装置を提供することを目的としている。   In view of the above, the present invention provides a semiconductor light emitting device that can suppress the peeling at the interface between the sealing resin and the optical lens with a simple configuration and can accurately position the optical lens with respect to the semiconductor light emitting element. The purpose is to provide.

上記目的は、本発明によれば、表面にチップ実装部を有する板と、このチップ実装部を包囲するように形成された基板上面に設けられたハウジングと、このハウジングのキャビティ内に露出するチップ実装部上に実装された半導体発光素子と、上記キャビティ内にて半導体発光素子を覆う高さまで充填された微粒子を含む透光性樹脂層と、さらに上記キャビティ内にてハウジングの上面の高さまで充填された封止層と、この封止層の上方に配置された光学レンズと、を含む半導体発光装置であって、上記ハウジングが、内側のキャビティ壁面の所定高さ位置に段部と当該段部に隣接するほぼ垂直な立ち壁を備えており、上記光学レンズが、底部付近から互いに水平方向反対側に突出し、上記キャビティの段部の内径よりも大きな外径の一対のフランジ部を備えていて、上記光学レンズのフランジ部がハウジングキャビティ内の段部に上方から当接した状態で、上記封止層内に埋設されていることを特徴とする、半導体発光装置により達成される。
According to the present invention, the object is to provide a plate having a chip mounting portion on the surface, a housing provided on the upper surface of the substrate formed so as to surround the chip mounting portion, and a chip exposed in the cavity of the housing. A semiconductor light emitting device mounted on the mounting portion, a translucent resin layer containing fine particles filled to a height that covers the semiconductor light emitting device in the cavity, and further filled up to the height of the upper surface of the housing in the cavity A semiconductor light emitting device including a sealing layer and an optical lens disposed above the sealing layer, wherein the housing has a step portion at a predetermined height position on the inner cavity wall surface and the step portion. The optical lens protrudes from the vicinity of the bottom to the opposite sides in the horizontal direction, and has a pair of outer diameters larger than the inner diameter of the step portion of the cavity. Achieved by a semiconductor light emitting device comprising a lung portion and embedded in the sealing layer in a state in which the flange portion of the optical lens is in contact with the step portion in the housing cavity from above Is done.
.

本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記フランジ部が、上記光学レンズの下面と同じ高さもしくはレンズ下面より僅かに上方の高さに配置されている。   In the semiconductor light emitting device according to the present invention, preferably, the flange portion is disposed at the same height as the lower surface of the optical lens or a height slightly above the lower surface of the lens.

本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記フランジ部が、上記光学レンズの下方に突出する凸部を備えている。   In the semiconductor light emitting device according to the present invention, preferably, the flange portion includes a convex portion protruding below the optical lens.

本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記フランジ部が、その先端面にて、ハウジングの段部に隣接する壁面に当接している。   In the semiconductor light emitting device according to the present invention, preferably, the flange portion is in contact with the wall surface adjacent to the step portion of the housing at the front end surface.

上記構成によれば、上記ハウジングが、内側のキャビティ壁面の所定高さ位置に段部と当該段部に隣接するほぼ垂直な立ち壁を備えており、上記光学レンズが、底部付近から互いに水平方向反対側に突出し、上記キャビティの段部の内径よりも大きな外径の一対のフランジ部を備えていて、上記光学レンズのフランジ部がハウジングキャビティ内の段部に上方から当接した状態で、上記封止層内に埋設されている上記光学レンズは、その一対のフランジ部が、それぞれハウジングのキャビティ壁面に設けられた段部に上方から当接することにより、上下方向に関して位置決めされている。これにより、セラミック基板のチップ実装部に実装された半導体発光素子と光学レンズの距離が正確に合わせられる。また、外部環境温度の変化等による熱応力が光学レンズと封止層の界面に作用したとしても、このフランジ部と封止層の比較的大きな接触面積により、上記熱応力が効果的に緩和されることになり、上記光学レンズの封止層からの剥離が抑制され得ることになる。
さらに、上記構成により、上記光学レンズは、封止層に対して確実に保持され得ることになり、上述した熱応力が作用しても、上記光学レンズの封止層からの剥離がより一層抑制され得ることになる。
According to the above configuration, the housing includes the stepped portion and a substantially vertical standing wall adjacent to the stepped portion at a predetermined height position on the inner cavity wall surface, and the optical lenses are arranged in the horizontal direction from the vicinity of the bottom portion. A pair of flange portions projecting to the opposite side and having an outer diameter larger than the inner diameter of the step portion of the cavity, and the flange portion of the optical lens is in contact with the step portion in the housing cavity from above, The optical lens embedded in the sealing layer is positioned with respect to the vertical direction by the pair of flange portions abutting from above the step portions provided on the cavity wall surface of the housing. Thereby, the distance between the semiconductor light emitting element mounted on the chip mounting portion of the ceramic substrate and the optical lens can be accurately adjusted. Even if a thermal stress due to a change in the external environmental temperature acts on the interface between the optical lens and the sealing layer, the thermal stress is effectively relieved by the relatively large contact area between the flange portion and the sealing layer. As a result, peeling of the optical lens from the sealing layer can be suppressed.
Furthermore, with the above configuration, the optical lens can be reliably held with respect to the sealing layer, and even when the above-described thermal stress is applied, peeling of the optical lens from the sealing layer is further suppressed. Will be able to.

このようにして、組立の際の光学レンズの光軸ずれ等の位置ずれが低減され得る。また、外部の温度変化による封止層と光学レンズとの界面における剥離が発生せず、信頼性の高い半導体発光装置が提供され得ることになる。   In this way, positional deviation such as optical axis deviation of the optical lens during assembly can be reduced. Further, peeling at the interface between the sealing layer and the optical lens due to an external temperature change does not occur, and a highly reliable semiconductor light emitting device can be provided.

上記フランジ部が、上記光学レンズの下面と同じ高さもしくはレンズ下面より僅かに上方の高さに配置されている場合には、光学レンズの下面とフランジ部の下面が同一平面となる。これにより、半導体発光素子から出射する光が、光学レンズの下面とフランジ部との境界付近で予期しない方向に屈折または反射することが抑制され得ることになる。   When the flange portion is disposed at the same height as the lower surface of the optical lens or slightly above the lower surface of the lens, the lower surface of the optical lens and the lower surface of the flange portion are flush with each other. As a result, light emitted from the semiconductor light emitting element can be prevented from being refracted or reflected in an unexpected direction near the boundary between the lower surface of the optical lens and the flange portion.

上記フランジ部が、上記光学レンズの下方に突出する凸部を備えている場合には、外部環境温度の変化等により熱応力が発生したとき、このフランジ部の凸部による段部への接点を支点として、上記光学レンズが上下方向に僅かに移動して、この熱応力を吸収することになる。これにより、上記熱応力がより一層緩和され、光学レンズの封止層からの剥離がより確実に回避され得ることになる。   In the case where the flange portion includes a convex portion protruding below the optical lens, when thermal stress is generated due to a change in the external environment temperature or the like, a contact to the step portion by the convex portion of the flange portion is provided. As a fulcrum, the optical lens moves slightly in the vertical direction to absorb this thermal stress. Thereby, the said thermal stress is further relieved and peeling from the sealing layer of an optical lens can be avoided more reliably.

上記フランジ部が、その先端面にて、ハウジングの段部に隣接する壁面に当接している場合には、これにより光学レンズがハウジングに対して水平方向に正確に位置決めされ得ることになり、セラミック基板のチップ実装部に実装された半導体発光素子と光学レンズの光軸が正確に合わせられ得る。   When the flange portion is in contact with the wall surface adjacent to the stepped portion of the housing at the front end surface thereof, the optical lens can be accurately positioned in the horizontal direction with respect to the housing. The optical axis of the semiconductor light emitting element mounted on the chip mounting portion of the substrate and the optical lens can be accurately aligned.

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、封止樹脂,光学レンズの界面における剥離が抑制され得る。また、光学レンズの半導体発光素子に対する位置決めが正確に行なわれ得るようにした半導体発光装置が提供され得ることになる。   Thus, according to the present invention, peeling at the interface between the sealing resin and the optical lens can be suppressed with a simple configuration. Further, it is possible to provide a semiconductor light emitting device in which the optical lens can be accurately positioned with respect to the semiconductor light emitting element.

以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図7を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The embodiments described below are preferable specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. As long as there is no description of the effect, it is not restricted to these aspects.

[実施例1]
図1及び図2は、本発明による半導体発光装置としてのLEDの第一の実施形態を示している。
図1及び図2において、LED10は、チップ実装部11aを有する基板11と、このチップ実装部11aを包囲するように基板11の上面に設けられたハウジング12と、このハウジング12のキャビティ12a内に露出する上記チップ実装部11a上に実装されたLEDチップ13と、上記ハウジング12のキャビティ12a内に充填された波長変換剤(例えば蛍光体)を混入した波長変換層14と、上記キャビティ12a内にて上記波長変換層14の上に配置された封止層15と、この封止層15の上方に配置された光学レンズ16と、から構成されている。
[Example 1]
1 and 2 show a first embodiment of an LED as a semiconductor light emitting device according to the present invention.
1 and 2, the LED 10 includes a substrate 11 having a chip mounting portion 11a, a housing 12 provided on the upper surface of the substrate 11 so as to surround the chip mounting portion 11a, and a cavity 12a of the housing 12. The LED chip 13 mounted on the exposed chip mounting portion 11a, the wavelength conversion layer 14 mixed with the wavelength conversion agent (for example, phosphor) filled in the cavity 12a of the housing 12, and the cavity 12a The sealing layer 15 disposed on the wavelength conversion layer 14 and the optical lens 16 disposed above the sealing layer 15 are configured.

上記基板11は、熱伝導性の高い材料、具体的には銅,アルミニウム等の表面に絶縁層を備えた金属板や、酸化アルミニウム,炭化ケイ素,窒化ケイ素若しくは酸化ジルコニウム等のセラミック基板、またはシリコン等から構成されている。
上記基板11は、その表面に電極パターンが形成されており、この電極パターンにより、ほぼ中央付近のチップ実装部11aを備えている。また、この電極パターンは、上記基板11の上面または下面に引き回されることにより、上面または下面にて電気的接続が行なわれ得るようになっている。
The substrate 11 is made of a material having high thermal conductivity, specifically, a metal plate having an insulating layer on the surface of copper, aluminum or the like, a ceramic substrate such as aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride or zirconium oxide, or silicon. Etc.
The substrate 11 has an electrode pattern formed on the surface thereof, and the electrode pattern includes a chip mounting portion 11a near the center. The electrode pattern is routed to the upper surface or the lower surface of the substrate 11 so that electrical connection can be made on the upper surface or the lower surface.

上記ハウジング12は、例えば不透光性樹脂材料から構成されており、上記基板11上の所定位置に、例えば接着剤等により固定されている。
上記ハウジング12は、その内側に上下に貫通する。また、上記チップ実装部11aを露出させるキャビティ12aを備えている。
The housing 12 is made of, for example, an opaque resin material, and is fixed to a predetermined position on the substrate 11 with, for example, an adhesive.
The housing 12 penetrates up and down inside thereof. Further, a cavity 12a for exposing the chip mounting portion 11a is provided.

このキャビティ12aは、図示の場合、下部12bが円筒状に、そして上部12cが上に向かって広がる円錐台状に形成されており、内面が反射面として構成されている。また、上縁付近に円環状の段部12dを備えている。
ここで、上記段部12dは、ハウジング12の下面、即ち基板11の上面から所定の高さ位置に配置されている。
尚、上記ハウジング12は、基板11と一体に構成されていてもよい。この場合、チップ実装部11aを含む電極パターンは、例えばリードフレームから構成され、所謂インサート成形され得る。
In the illustrated case, the cavity 12a is formed in the shape of a truncated cone having a lower portion 12b and an upper portion 12c extending upward, and the inner surface is configured as a reflecting surface. An annular step 12d is provided near the upper edge.
Here, the step portion 12d is disposed at a predetermined height position from the lower surface of the housing 12, that is, the upper surface of the substrate 11.
The housing 12 may be configured integrally with the substrate 11. In this case, the electrode pattern including the chip mounting portion 11a is constituted by, for example, a lead frame and can be so-called insert-molded.

上記LEDチップ13は、例えば青色LEDチップであって、上記ハウジング12のキャビティ12a内にて、上記基板11のチップ実装部11a上に接合される。また、その上面に設けられた電極が、隣接してキャビティ12a内に露出するボンディング部(図示せず)に対して金線等を使用したワイヤボンディングにより電気的に接続されるようになっている。   The LED chip 13 is, for example, a blue LED chip, and is bonded to the chip mounting portion 11 a of the substrate 11 in the cavity 12 a of the housing 12. The electrode provided on the upper surface is electrically connected to a bonding portion (not shown) adjacently exposed in the cavity 12a by wire bonding using a gold wire or the like. .

上記波長変換層14は、微粒子状の波長変換剤14aを混入した透光性樹脂から構成されており、上記キャビティ12a内にて円筒状の下部12b内に充填されている。
ここで、上記波長変換剤14aは、LEDチップ13からの青色光が入射することにより励起され、例えば黄色光を発生させるような材料が選択されており、これらの混色による白色光が外部に出射するようになっている。
The wavelength conversion layer 14 is made of a translucent resin mixed with a particulate wavelength conversion agent 14a, and is filled in a cylindrical lower portion 12b in the cavity 12a.
Here, the wavelength converting agent 14a is excited when blue light from the LED chip 13 is incident, for example, a material that generates yellow light is selected, and white light due to the mixed color is emitted to the outside. It is supposed to be.

上記封止層15は、透光性樹脂材料から構成されており、上記波長変換層14の表面全体を覆うように、上記キャビティ12aの上部12c内に充填されている。
尚、上記封止層15を構成する透光性樹脂材料は、後述するように、未硬化の状態で上記キャビティ12aの上部12c内に充填された後、光学レンズ16の下端部分が封止層15内にて位置決めされた後に、熱硬化等により硬化されるようになっている。
また、封止層15は、上記光学レンズ16より柔らかい材料もしくは同一の硬さの材料とされる。
The sealing layer 15 is made of a translucent resin material, and is filled in the upper portion 12c of the cavity 12a so as to cover the entire surface of the wavelength conversion layer 14.
As will be described later, the translucent resin material constituting the sealing layer 15 is filled in the upper portion 12c of the cavity 12a in an uncured state, and then the lower end portion of the optical lens 16 is the sealing layer. After being positioned within 15, the resin is cured by heat curing or the like.
The sealing layer 15 is made of a material softer than the optical lens 16 or a material having the same hardness.

上記光学レンズ16は、透光性材料、例えばエポキシ樹脂,シリコーン樹脂,アクリル樹脂,ポリカーボネイト樹脂等から構成され、好ましくはゴム弾性を有するシリコーン樹脂から構成されており、全体として下面が平坦に且つ上方が砲弾状に形成されている。
さらに、上記光学レンズ16は、図3に示すように、下縁から互いに水平方向反対側に突出する一対のフランジ部16aを備えている。また、図面上下方向においては、フランジ部を備えていない。すなわち、図2に示したようにフランジ部16aは、上記ハウジング12のキャビティ12aの円筒状下部12bに載置可能な大きさとし、光学レンズ16の図面上下方向においては、上記円筒状下部12b上に上記光学レンズ16が直接に載置しない円筒状下部12bの内径より小さな幅とし、図面左右方向において上記円筒状下部12bの内径より大きな幅とした反対側に突出する一対のフランジ部16aを備えている。また、フランジ部16aはLEDチップ13の厚みと同程度、厚くとも2倍よりも薄く形成すると良い。
尚、このフランジ部16aは、光学レンズ16と一体成形されており、金型により容易に製造可能である。また、円筒状下部12bの内径より小さな幅であれば上記図面上下方向においてもフランジ部を備えることも可能である。
The optical lens 16 is made of a translucent material such as an epoxy resin, a silicone resin, an acrylic resin, a polycarbonate resin, etc., and preferably made of a silicone resin having rubber elasticity. Is formed in a cannonball shape.
Further, as shown in FIG. 3, the optical lens 16 includes a pair of flange portions 16a that protrude from the lower edge to the opposite sides in the horizontal direction. Further, no flange portion is provided in the vertical direction of the drawing. That is, as shown in FIG. 2, the flange portion 16a is sized to be placed on the cylindrical lower portion 12b of the cavity 12a of the housing 12, and the optical lens 16 is positioned on the cylindrical lower portion 12b in the vertical direction of the drawing. The optical lens 16 includes a pair of flange portions 16a projecting on the opposite side having a width smaller than the inner diameter of the cylindrical lower portion 12b on which the optical lens 16 is not directly placed and having a width larger than the inner diameter of the cylindrical lower portion 12b in the horizontal direction of the drawing. Yes. Further, the flange portion 16a is preferably formed to be approximately the same as the thickness of the LED chip 13 and at least thinner than twice.
The flange portion 16a is formed integrally with the optical lens 16, and can be easily manufactured by a mold. Further, if the width is smaller than the inner diameter of the cylindrical lower portion 12b, it is possible to provide a flange portion also in the vertical direction of the drawing.

このフランジ部16aは、上記光学レンズ16がハウジング12上に載置されたとき、その下面がハウジング12のキャビティ12aに設けられた段部12dに対して上方から当接することにより、上記光学レンズ16を上下方向に関して位置決めするようになっている。
また、フランジ部16aの先端面にて上記キャビティの段部に隣接するほぼ垂直な立ち壁12eに当接している。これにより、上記光学レンズ16を水平方向の位置決めを行なっている。
When the optical lens 16 is placed on the housing 12, the flange portion 16 a comes into contact with the step portion 12 d provided on the cavity 12 a of the housing 12 from above, so that the optical lens 16. Are positioned in the vertical direction.
The front end surface of the flange portion 16a is in contact with a substantially vertical standing wall 12e adjacent to the stepped portion of the cavity. Thereby, the optical lens 16 is positioned in the horizontal direction.

本発明実施形態によるLED10は、以上のように構成されており、以下のようにして製造される。
即ち、まず基板11に対してハウジング12が取り付けられる。また、このハウジング12のキャビティ12a内に露出しているチップ実装部11a上に、LEDチップ13が接合され、さらにワイヤボンディングにより電極パターンに対して電気的に接続される。
The LED 10 according to the embodiment of the present invention is configured as described above, and is manufactured as follows.
That is, the housing 12 is first attached to the substrate 11. Further, the LED chip 13 is bonded onto the chip mounting portion 11a exposed in the cavity 12a of the housing 12, and is further electrically connected to the electrode pattern by wire bonding.

その後、上記キャビティ12aの下部12b内に、ディスペンサー装置等により、波長変換層14を構成する波長変換剤を混入した透光性樹脂材料が充填され、加熱硬化される。
次に、上記ハウジング12のキャビティ12aの上部12c内にて、上記波長変換層14の上に、封止層15の材料が充填される。
Thereafter, the lower part 12b of the cavity 12a is filled with a translucent resin material mixed with a wavelength conversion agent constituting the wavelength conversion layer 14 by a dispenser device or the like, and is cured by heating.
Next, the material of the sealing layer 15 is filled on the wavelength conversion layer 14 in the upper portion 12 c of the cavity 12 a of the housing 12.

この状態から、上方より光学レンズ16を降下させて、ハウジング12の上に載置する。
その際、上記光学レンズ16の下縁が、上記封止層15の材料中に進入し、そのフランジ部16aが、上記キャビティ12aの段部12dに対して上方から当接することにより、上記光学レンズ16が上下方向に関して位置決めされることになる。
これに伴って、上記封止層15の材料は、図2のフランジ部16aを設けていない箇所を通って光学レンズ16のフランジ部16aの上方まで回り込んで、上記キャビティ12a内に完全に満たされる。
最後に、上記封止層15を加熱・硬化し、上記光学レンズ16のフランジ部16aは、封止層15中に埋設され、上記封止層15と一体化されることになる。
From this state, the optical lens 16 is lowered from above and placed on the housing 12.
At that time, the lower edge of the optical lens 16 enters the material of the sealing layer 15, and the flange portion 16a comes into contact with the stepped portion 12d of the cavity 12a from above, whereby the optical lens. 16 will be positioned in the up-down direction.
Accordingly, the material of the sealing layer 15 passes through the portion where the flange portion 16a of FIG. 2 is not provided and wraps around the flange portion 16a of the optical lens 16 to completely fill the cavity 12a. It is.
Finally, the sealing layer 15 is heated and cured, and the flange portion 16 a of the optical lens 16 is embedded in the sealing layer 15 and integrated with the sealing layer 15.

このように製造されたLED10によれば、基板11上に形成された電極パターンを介して、LEDチップ13に駆動電圧が印加されると、LEDチップ13が発光して、青色光が出射する。
LEDチップ13から出射する青色光の一部が、波長変換層14に混入された波長変換剤14aに入射することにより、波長変換剤14aが励起されて、黄色光の蛍光を発生させる。
この黄色光が、LEDチップ13からの青色光と混色されることにより、白色光となって、波長変換層14を通って、封止層15を介して、光学レンズ16に入射し、この光学レンズ16の光学作用により所定の配光特性を付与されて外部に出射することになる。
According to the LED 10 manufactured in this way, when a driving voltage is applied to the LED chip 13 through the electrode pattern formed on the substrate 11, the LED chip 13 emits light and blue light is emitted.
A part of the blue light emitted from the LED chip 13 is incident on the wavelength conversion agent 14a mixed in the wavelength conversion layer 14, thereby exciting the wavelength conversion agent 14a and generating yellow light fluorescence.
The yellow light is mixed with blue light from the LED chip 13 to become white light, passes through the wavelength conversion layer 14 and enters the optical lens 16 through the sealing layer 15. A predetermined light distribution characteristic is given by the optical action of the lens 16 and the light is emitted to the outside.

ここで、上記光学レンズ16のフランジ部16aが、封止層15中に埋設されていることにより、上記フランジ部16aそして光学レンズ16が確実に封止層15に対して保持されている。このため、封止層15に対する光学レンズ16の密着性が良好である。
これにより、外部環境温度の変化等により封止層15と光学レンズ16の界面に熱応力が発生したとしても、光学レンズ16のフランジ部16aのキャビティ12aの段部12dに対する接触点を支点として、上記光学レンズ16が上下方向に移動、またはフランジ部16aが変形することにより、この熱応力は、吸収または緩和されることになる。
これにより、光学レンズ16が封止層15から剥離してしまうようなことがなく、半導体発光装置としてのLED10の信頼性が向上することになる。
Here, since the flange portion 16 a of the optical lens 16 is embedded in the sealing layer 15, the flange portion 16 a and the optical lens 16 are securely held to the sealing layer 15. For this reason, the adhesion of the optical lens 16 to the sealing layer 15 is good.
Thereby, even if a thermal stress is generated at the interface between the sealing layer 15 and the optical lens 16 due to a change in the external environment temperature or the like, the contact point of the flange portion 16a of the optical lens 16 with respect to the step 12d of the cavity 12a is used as a fulcrum. The thermal stress is absorbed or alleviated by moving the optical lens 16 in the vertical direction or deforming the flange portion 16a.
Thereby, the optical lens 16 does not peel from the sealing layer 15, and the reliability of the LED 10 as the semiconductor light emitting device is improved.

[実施例2]
図5は、本発明による半導体発光装置としてのLEDの第二の実施形態を示している。
図5において、LED20は、図1に示したLED10とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記LED20は、図1に示したLED10とは、上記光学レンズ16が、各フランジ部16aの先端付近に下方に突出する凸部16bを備えている点でのみ異なる構成になっている。
ここで、上記凸部16bは、光学レンズ16そしてフランジ部16aと一体成形されている。
図6は上記凸部16bの配設例を示す。(a)図は、凸部16bをフランジ部16aの先端に沿う形で帯状に形成した例、(b)図は、突起形状の凸部16bを各隅部に形成した例、(c)図は、突起形状の複数個の凸部16bを放射状に並べて形成した例である。また、(d)図は、フランジ部16aの先端部にも凸部を設けた例である。
[Example 2]
FIG. 5 shows a second embodiment of an LED as a semiconductor light emitting device according to the present invention.
5, the LED 20 has substantially the same configuration as that of the LED 10 shown in FIG. 1, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
The LED 20 differs from the LED 10 shown in FIG. 1 only in that the optical lens 16 includes a convex portion 16b that protrudes downward near the tip of each flange portion 16a.
Here, the convex portion 16b is integrally formed with the optical lens 16 and the flange portion 16a.
FIG. 6 shows an example of the arrangement of the convex portions 16b. (A) The figure shows the example which formed the convex part 16b in the shape of a band along the front-end | tip of the flange part 16a, (b) The figure shows the example which formed the convex-shaped convex part 16b in each corner, (c) figure Is an example in which a plurality of protrusion-shaped convex portions 16b are arranged radially. FIG. 4D shows an example in which a convex portion is also provided at the tip of the flange portion 16a.

このような構成のLED20によれば、図1に示したLED10と同様に作用する。また、さらに上記光学レンズ16のフランジ部16aの先端に設けられた凸部16bが、対応する上記キャビティ12aの段部12dに対して上方から当接している。このため、外部環境温度の変化等により封止層15と光学レンズ16との界面に発生する熱応力に対して、点接触により応力緩衝台座として作用し、この熱応力をより一層効果的に緩和することができるようになっている。
また、上記凸部16bを放射状もしくは隅部に配置すると、封止層15内に埋設する際に封止層の材料の上方への回りこみの際に障害となり難く好適である。また、フランジ部16aの先端部にも凸部を設けた場合には、下方および側方の双方において点接触となり応力緩衝台座として作用するものとなり、より一層熱応力の吸収または緩和することができるようになっている。
According to LED20 of such a structure, it acts similarly to LED10 shown in FIG. Further, a convex portion 16b provided at the tip of the flange portion 16a of the optical lens 16 is in contact with the corresponding step portion 12d of the cavity 12a from above. For this reason, the thermal stress generated at the interface between the sealing layer 15 and the optical lens 16 due to a change in the external environmental temperature or the like acts as a stress buffer pedestal by point contact, and this thermal stress is alleviated more effectively. Can be done.
Further, it is preferable that the convex portions 16b are arranged in a radial shape or in a corner portion because they do not easily become an obstacle when the sealing layer 15 is embedded in the sealing layer 15 when the material of the sealing layer wraps upward. Further, when a convex portion is provided also at the front end portion of the flange portion 16a, it becomes a point contact both at the lower side and the side and acts as a stress buffering pedestal, so that thermal stress can be further absorbed or alleviated. It is like that.

[実施例3]
図7は、本発明による半導体発光装置としてのLEDの第三の実施形態を示している。
図7において、LED30は、図1に示したLED10とほぼ同様の構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
上記LED30は、図1に示したLED10とは、光学レンズ16のフランジ部16aが、光学レンズ16の下端ではなく、下端から僅かに上方の高さ位置に配置されている。
また、フランジ部16a下方の周縁部16cを傾斜面とし、光学レンズ16のLEDチップ13側の中央付近が周縁部16cよりLEDチップ側に深く封止層15内に埋設される構成とされており、これらの点でのみ異なる構成となっている。
[Example 3]
FIG. 7 shows a third embodiment of an LED as a semiconductor light emitting device according to the present invention.
In FIG. 7, the LED 30 has substantially the same configuration as the LED 10 shown in FIG. 1, and thus the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The LED 30 is different from the LED 10 shown in FIG. 1 in that the flange portion 16a of the optical lens 16 is disposed not at the lower end of the optical lens 16 but at a height slightly above the lower end.
In addition, the peripheral edge 16c below the flange 16a is an inclined surface, and the vicinity of the center of the optical lens 16 on the LED chip 13 side is embedded in the sealing layer 15 deeper than the peripheral edge 16c on the LED chip side. The configuration differs only in these points.

このような構成のLED30によれば、図1に示したLED10と同様に作用する。また、上記光学レンズ16は、図1に示したLED10と比較して、封止層15内により深く進入して埋設されている。このため、封止層15に対する密着性がより一層高くなり、光学レンズ16の封止層15からの剥離がより一層低減され得ることになる。
また、フランジ部16a下方の周縁部16cよりLEDチップ13側の中央付近が封止層15内に深く進入して埋設されるため、封止層15内に進入した際に気泡の入り込みを抑止することもでき、これにより、光学レンズ16の封止層15からの剥離がより一層低減されることになる。
According to the LED 30 having such a configuration, it operates in the same manner as the LED 10 shown in FIG. In addition, the optical lens 16 is deeply embedded in the sealing layer 15 as compared with the LED 10 shown in FIG. For this reason, the adhesiveness with respect to the sealing layer 15 becomes still higher, and peeling from the sealing layer 15 of the optical lens 16 can be further reduced.
Further, since the vicinity of the center on the LED chip 13 side from the peripheral edge portion 16c below the flange portion 16a penetrates deeply into the sealing layer 15 and is embedded, it prevents air bubbles from entering when entering the sealing layer 15. In this case, the peeling of the optical lens 16 from the sealing layer 15 is further reduced.

上述した実施形態においては、半導体発光素子として青色光を出射するLEDチップ13が使用されているが、これに限らず、他の色の光を出射するLEDチップであっても、また他の構成の半導体発光素子であってもよい。
ここで、波長変換層14に混入された波長変換剤14aは、青色光を黄色光に変換するようになっているが、これに限らず、LEDチップを含む半導体発光素子の出射光の発光色に対応して、この発光色を適宜の色の光に波長変換するようなものが選択され得る。
In the above-described embodiment, the LED chip 13 that emits blue light is used as the semiconductor light emitting element. However, the present invention is not limited to this, and the LED chip that emits light of other colors may also have other configurations. The semiconductor light emitting device may be used.
Here, the wavelength conversion agent 14a mixed in the wavelength conversion layer 14 is configured to convert blue light into yellow light, but is not limited thereto, and the emission color of the emitted light of the semiconductor light emitting element including the LED chip. Corresponding to the above, it is possible to select one that converts the wavelength of the emitted color into light of an appropriate color.

さらに、上述した実施形態においては、ハウジング12のキャビティ12a内に、波長変換剤14aを含む波長変換層14が充填されているが、これに限らず、波長変換剤を含まない封止樹脂が充填されていてもよい。
この場合、LEDチップ13から出射した光は、そのまま封止樹脂及び封止層15,光学レンズ16を介して外部に出射することになる。
Further, in the above-described embodiment, the cavity 12a of the housing 12 is filled with the wavelength conversion layer 14 including the wavelength conversion agent 14a. However, the present invention is not limited thereto, and the sealing resin not including the wavelength conversion agent is filled. May be.
In this case, the light emitted from the LED chip 13 is directly emitted to the outside through the sealing resin, the sealing layer 15, and the optical lens 16.

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、封止樹脂,光学レンズの界面における剥離が抑制され得る。また、光学レンズの半導体発光素子に対する位置決めが正確に行なわれ得るようにした、極めて優れた半導体発光装置が提供され得る。   Thus, according to the present invention, peeling at the interface between the sealing resin and the optical lens can be suppressed with a simple configuration. In addition, it is possible to provide an extremely excellent semiconductor light emitting device in which the optical lens can be accurately positioned with respect to the semiconductor light emitting element.

本発明による半導体発光装置の第一の実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 1st embodiment of the semiconductor light-emitting device by this invention. 図1の半導体発光装置を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the semiconductor light emitting device of FIG. 1. 図1の半導体発光装置における光学レンズを示す平面図である。It is a top view which shows the optical lens in the semiconductor light-emitting device of FIG. 図1の半導体発光装置における製造途中の状態を示す分解断面図である。FIG. 2 is an exploded cross-sectional view showing a state during manufacture in the semiconductor light emitting device of FIG. 1. 本発明による半導体発光装置の第二の実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 2nd embodiment of the semiconductor light-emitting device by this invention. (a)〜(d)は、図5の半導体発光装置における凸部の配設例を示す平面図である。(A)-(d) is a top view which shows the example of arrangement | positioning of the convex part in the semiconductor light-emitting device of FIG. 本発明による半導体発光装置の第三の実施形態の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 3rd embodiment of the semiconductor light-emitting device by this invention. 従来の半導体発光装置の一例の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of an example of the conventional semiconductor light-emitting device. 図8の半導体発光装置における製造途中の状態を示す分解断面図である。FIG. 9 is an exploded cross-sectional view showing a state in the middle of manufacture of the semiconductor light emitting device of FIG. 8.

符号の説明Explanation of symbols

10,20,30 LED(半導体発光装置)
11 基板(セラミック基板)
11a チップ実装部
12 ハウジング
12a キャビティ
12b 下部
12c 上部
12d 段部
12e 立ち壁
13 LEDチップ(半導体発光素子)
14 波長変換層(封止樹脂)
14a 波長変換剤
15 封止層
16 光学レンズ
16a フランジ部
16b 凸部
16c 周縁部
10, 20, 30 LED (semiconductor light emitting device)
11 Substrate (ceramic substrate)
11a Chip mounting part 12 Housing 12a Cavity 12b Lower part 12c Upper part 12d Step part 12e Standing wall 13 LED chip (semiconductor light emitting element)
14 Wavelength conversion layer (sealing resin)
14a Wavelength converting agent 15 Sealing layer 16 Optical lens 16a Flange part 16b Convex part 16c Peripheral part

Claims (4)

表面にチップ実装部を有する板と、このチップ実装部を包囲するように形成された基板上面に設けられたハウジングと、このハウジングのキャビティ内に露出するチップ実装部上に実装された半導体発光素子と、上記キャビティ内にて半導体発光素子を覆う高さまで充填された微粒子を含む透光性樹脂層と、さらに上記キャビティ内にてハウジングの上面の高さまで充填された封止層と、この封止層の上方に配置された光学レンズと、を含む半導体発光装置であって、
上記ハウジングが、内側のキャビティ壁面の所定高さ位置に段部と当該段部に隣接するほぼ垂直な立ち壁を備えており、
上記光学レンズが、底部付近から互いに水平方向反対側に突出し、上記キャビティの段部の内径よりも大きな外径の一対のフランジ部を備えていて、
上記光学レンズのフランジ部がハウジングキャビティ内の段部に上方から当接した状態で、上記封止層内に埋設されていることを特徴とする、半導体発光装置。
A plate having a chip mounting portion on the surface, a housing provided on the upper surface of the substrate formed so as to surround the chip mounting portion, and a semiconductor light emitting device mounted on the chip mounting portion exposed in the cavity of the housing A translucent resin layer containing fine particles filled to a height covering the semiconductor light emitting element in the cavity, a sealing layer filled to the height of the upper surface of the housing in the cavity, and the sealing A semiconductor light emitting device including an optical lens disposed above the layer,
The housing includes a stepped portion and a substantially vertical standing wall adjacent to the stepped portion at a predetermined height position on the inner cavity wall surface,
The optical lens protrudes from the bottom near each other in the horizontal direction, and includes a pair of flange portions having an outer diameter larger than the inner diameter of the step portion of the cavity,
A semiconductor light-emitting device, wherein the flange portion of the optical lens is embedded in the sealing layer in a state in which the flange portion is in contact with the step portion in the housing cavity from above.
上記フランジ部が、上記光学レンズの下面と同じ高さもしくはレンズ下面より僅かに上方の高さに配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光装置。   2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the flange portion is disposed at the same height as the lower surface of the optical lens or at a slightly higher height than the lower surface of the lens. 上記フランジ部が、上記光学レンズの下方に突出する凸部を備え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。   The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the flange portion includes a convex portion that projects downward from the optical lens. 上記フランジ部が、その先端面にて、ハウジングの段部に隣接する壁面に当接していることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載の半導体発光装置。   4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the flange portion is in contact with a wall surface adjacent to a step portion of the housing at a front end surface thereof. 5.
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