JP4280973B2 - 半導体発光装置及びその製法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置、特に支持板上に固着された半導体発光素子から照射される光を反射するリフレクタを備え、半導体発光素子のワイヤボンディングを容易に行うことができる半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線導体が形成された絶縁性基板の主面に、半導体発光素子と、この半導体発光素子を包囲するリフレクタ（光反射板）とを固着し、半導体素子及びリフレクタを光透過性樹脂から成る樹脂封止体内に埋設させた半導体発光装置は、例えば、下記の特許文献１により公知である。
【０００３】
公知の半導体発光装置（発光ダイオード）は、図１５に示すように、一方の主面(101)にアイランド配線導体（ダイパッド）(120)とターミナル配線導体（ボンディングパッド）(130)とを個別に形成した絶縁性の基板(100)と、アイランド配線導体(120)上に固着された半導体発光素子（発光ダイオードチップ）(140)と、半導体発光素子(140)の上面に形成された電極とターミナル配線導体(130)とを接続するリード細線(150)と、基板(100)の一方の主面(101)のアイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)の一部、半導体発光素子(140)及びリード細線(150)を被覆する光透過性の樹脂封止体(160)とから構成される。
【０００４】
基板(100)の一方の主面(101)に形成されたアイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)は、基板(100)の端面(103,104)に沿って下方に延び、アイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)の先端側は、基板(100)の他方の主面(102)まで延伸して接続用電極を構成する。半導体発光素子(140)の上面から放出された光は樹脂封止体(160)を通じて外部に放出される。図示の半導体発光装置は、基板(100)の底面を回路基板等の上に表面実装することができる。
【０００５】
半導体発光装置は、半導体発光素子(140)を包囲するリフレクタ(110)が絶縁性の基板(100)の一方の主面(101)に形成される。長方形の平面形状を有する基板(100)は、樹脂をガラス布に含浸させて成り、両主面が平坦な板材である。アイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)は、印刷技術によって母材の銅にニッケルと金を順次メッキして形成される。アイランド配線導体(120)は、基板(100)の一方の主面（上面）(101)に形成されたアイランド(121)と、基板(100)の一方の主面(101)の一端から一方の側面(103)を通って基板(100)の他方の主面（下面）(102)の一端まで形成されたアイランド電極部(122)と、基板(100)の一方の主面(101)に形成され且つアイランド(121)とアイランド電極部(122)とを接続する幅狭のアイランド配線部(123)とから構成される。
【０００６】
ターミナル配線導体(130)は、基板(100)の一方の主面(101)に形成されたターミナル(131)と、基板(100)の一方の主面(101)の他端から他方の側面(104)を通って基板(100)の他方の主面（下面）(102)の他端まで形成されたターミナル電極部(133)と、基板(100)の一方の主面(101)に形成され且つターミナル(131)とターミナル電極部(133)とを接続するターミナル配線部(132)とから構成される。ターミナル(131)が中心軸(108)からずれて配置され且つリング部(111)が環状に形成されるため、基板(100)の長手方向の長さを比較的小さくして、発光ダイオード装置を小型に製造することができる。
【０００７】
半導体発光素子(140)はガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム燐（ＧａＰ）、ガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）、アルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ）等のガリウム系化合物半導体素子である。半導体発光素子(140)の底面に形成された図示しない底部電極は、導電性接着剤によってアイランド(121)の略中央に固着される。また、半導体発光素子(140)の上面に形成された図示しない上部電極は、ワイヤボンディング方法によって形成されたリード細線(150)によってターミナル(131)に接続される。リード細線(150)は、リフレクタ(110)の上方を跨って形成される。
【０００８】
リフレクタ(110)は、リング部(111)と、リング部(111)の外周面の両端に設けられたフランジ部(112)とを有し、白色粉末を配合した液晶ポリマーやＡＢＳ樹脂等により構成される。リング部(111)の内周面に設けられた支持板(1)から離間する方向に向かって拡大する開口断面積を有する円錐面、球面、放物面若しくはこれらに近似する面又はこれらの組合せから成る面の傾斜面(113)の下縁部は、アイランド(121)の内側に配置される。傾斜面(113)の内側に配置された半導体発光素子(140)はリング部(111)によって包囲される。リング部(111)の高さは、半導体発光素子(140)の高さよりも大きい。また、リング部(111)はアイランド(121)の外周側とアイランド配線部(123)及びターミナル(131)の一部に重なる直径を有する。リフレクタ(110)のフランジ部(112)はリング部(111)の両端から側面(105,106)まで基板(100)の短手方向に延伸する。
【０００９】
樹脂封止体(160)は、基板(100)の一対の側面(103,104)に対して一定角度傾斜し且つ電極部(124,134)より内側に配置された一対の傾斜面(161,162)と、基板(100)の一対の側面(105,106)と略同一平面を形成する一対の直立面(163,164)と、一対の直立面(163,164)の間で直立面(163,164)に対して略直角な平面に形成された上面(165)とを有する。図１５に示すように、樹脂封止体(160)は、アイランド(121)、ターミナル(131)、アイランド配線部(123)とターミナル電極部(133)の内側部分、リフレクタ(110)、半導体発光素子(140)及びリード細線(150)を被覆するが、一対の電極部(124,134)及び配線導体(123)とターミナル電極部(133)の外側部分は樹脂封止体(160)から露出する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−３４０５１７号公報（第４頁〜第６頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示すように、従来では、リフレクタ(110)のリング部(111)を上方に乗り越えてリード細線(150)により半導体発光素子(140)とターミナル(131)とを接続したが、リフレクタ(110)で反射する光の指向性や半導体発光素子(140)の光軸方向の輝度（正面輝度）を向上するため、リフレクタ(110)の内径を小さくすると共に、基板(100)からのリフレクタ(110)の高さを増加させると、一端を半導体発光素子(140)に接続したリード細線(150)をリフレクタ(110)の上方に高く引き回してターミナル(131)にリード細線(150)の他端を接続しなければならない。このため、リード細線(150)が変形し、垂下し又は傾斜して電気的短絡事故又は断線事故の原因となる危険がある。
【００１２】
更に、近年、信号機及び自動車用テールランプ等の発光源にこの種の半導体発光装置を使用する試みがあるが、前記用途に使用する半導体発光装置は、点灯及び消灯を遠方より目視確認するため、一段と向上した光出力レベルで点灯しなければならない。この目的に対して、例えば３５０mA以上の比較的大きな電流を半導体発光素子の厚み方向に流して、大きな発光を生ずる高光出力半導体発光素子が既に開発されているが、この種の高光出力半導体発光素子には種々の問題が発生した。
【００１３】
即ち、３５０mAを超える大電流を半導体発光素子に流すと、動作時の発熱量が増大し、半導体発光素子での表面温度は１５０℃を超えることがあり、半導体発光素子を被覆する樹脂封止体は、半導体発光素子からの放熱によって強く加熱される。上述のように、半導体発光素子の発光をパッケージの外部に放出するために、半導体発光素子を被覆する樹脂封止体は光透過性の樹脂から形成される。この種の光透過性樹脂は、電力用トランジスタ等のパッケージに使用される樹脂封止体に比較して、シリカ等のコンパウンド（充填材）の含有量が少ない等の理由から、熱により劣化しやすい。このため、光透過性樹脂から成る樹脂封止体に半導体発光素子からの熱が連続的に加わると、配線導体に対する樹脂封止体の密着性が低下し又は樹脂封止体の耐環境性能が損なわれる。このため、樹脂封止体と配線導体との間に隙間等が発生し、樹脂封止体の外部から異物が隙間を通り半導体発光素子に侵入して、デバイスの信頼性が低下する。更に、配線導体と樹脂封止体との密着性低下が著しい場合には、配線導体が樹脂封止体から抜け落ちて、配線導体と半導体発光素子との電気的接続がオープン状態になることもある。
【００１４】
そこで、本発明は、支持板上に固着された半導体発光素子から照射される光を反射するリフレクタを備え、半導体発光素子のワイヤボンディングを容易に行うことができる半導体発光装置及びその製法を提供することを目的とする。また、本発明は、半導体発光素子に接続されるリード細線の変形を防止できる半導体発光装置及びその製法を提供することを目的とする。更に、本発明は、大電流で動作させても発熱による悪影響が発生せず、高輝度で発光する半導体発光装置及びその製法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光装置は、支持板(1)と、支持板(1)の主面(1a)に固定され且つ内部空洞(3a)が形成された樹脂製のリフレクタ(3)と、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に配置され且つ支持板(1)の主面(1a)に固着された半導体発光素子(2)と、支持板(1)の周囲に配置され且つ半導体発光素子(2)の電極に対し電気的に接続された複数の配線導体(4,5)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)の主面(1a)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を少なくとも封止する樹脂封止体(6)とを備え、樹脂封止体(6)は、熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂により形成される。リフレクタ(3)の内部空洞(3a)は、中空構造に形成され又は屈折率及び光透過性の高い樹脂が充填される。リフレクタ(3)内に埋設された導電性の中継部材(9)は、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出し且つリード細線(8)により半導体発光素子(2)の電極に電気的に接続された内端部(9a)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)からリフレクタ(3)の外側に露出し且つ配線導体(4,5)に電気的に接続される外端部(9b)とを備える。
【００１６】
中継部材(9)の内端部(9a)をリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出させて、半導体発光素子(2)と中継部材(9)とを互いに接近して配置できるので、ワイヤボンディングの際に短いリード細線(8)で半導体発光素子(2)の電極と中継部材(9)とを容易に接続することができる。この場合に、リード細線(8)の長さを短縮でき、また、リード細線(8)がリフレクタ(3)の上面を通らないので、リード細線(8)の変形を防止できる。
【００１７】
本発明による半導体発光装置の製法は、リフレクタ成形型(20)のリフレクタキャビティ(23)内に中継部材(9)を固定して、リフレクタキャビティ(23)内に樹脂を供給し、内部空洞(3a)を備えたリフレクタ(3)を成形する工程と、リフレクタ(3)をリードフレーム(11)の支持板(1)に固定する工程と、内部空洞(3a)内で支持板(1)に固定された半導体発光素子(2)と中継部材(9)とをリード細線(8)により接続すると共に、中継部材(9)を配線導体(4,5)に電気的に接続して、リードフレーム組立体(10)を形成する工程と、封止体成形型(24)の封止体キャビティ(27)内にリードフレーム組立体(10)を固定して、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に密着させて、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら、封止体キャビティ(27)内に流動化した熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂から成る封止樹脂を供給する工程と、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)の主面(1a)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を少なくとも封止する樹脂封止体(6)を形成して、リフレクタ(3)と支持板(1)とを結合する工程とを含む。リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に密着させて、容易に内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら樹脂封止体(6)を形成できる。従って、半導体発光素子(2)が樹脂封止体(6)により被覆されないので、樹脂封止体(6)を耐熱性の樹脂により形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、高光出力型の発光ダイオード（ＬＥＤ）に適用した本発明による半導体発光装置及びその製法の実施の形態を図１〜図１４について説明する。
図１及び図２に示すように、本発明による発光ダイオードは、支持板(1)と、支持板(1)の主面(1a)に固定され且つ内部空洞(3a)が形成された樹脂製のリフレクタ(3)と、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内で支持板(1)の主面(1a)に固着された半導体発光素子としての発光ダイオードチップ(2)と、支持板(1)の周囲に配置され且つ発光ダイオードチップ(2)の電極に対し電気的に接続された複数の配線導体(4,5)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)の主面(1a)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を少なくとも封止する耐熱性の樹脂封止体(6)とを有する。リフレクタ(3)の内部空洞(3a)は、支持板(1)から離間する方向に向かって拡大する開口断面積を有する光反射性の傾斜面(3b)と、傾斜面(3b)の上方に形成された円筒面(3c)と、傾斜面(3b)と円筒面(3c)との間に形成された平坦面(3d)とを備えている。リフレクタ(3)内に埋設された導電性の中継部材(9)は、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出し且つリード細線(8)により半導体発光素子(2)の電極に電気的に接続された内端部(9a)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)からリフレクタ(3)の外側に露出し且つ配線導体(4,5)に電気的に接続される外端部(9b)とを備える。
【００１９】
支持板(1)に固定され又は支持板(1)と一体に形成されるリフレクタ(3)は、非導電性材料により形成され、例えば、従来技術として示すリフレクタ(110)と同様に、白色粉末を配合した液晶ポリマー、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明、半透明又は不透明の樹脂により形成される。リフレクタ(3)は、図３〜図５に示すように、中央部に円錐状の内部空洞(3a)を有し且つ全体的に略立方体に形成された本体部(3i)と、本体部(3i)の底面に沿って背面から外側に延伸する固定部(3j)と、本体部(3i)の正面から外側に延伸し且つ上面から下面の方向に傾斜する係合部(3e)とを備える。本実施の形態では、図３に示すように、係合部(3e)を挟んで一対の中継部材(9)がリフレクタ(3)の本体部(3i)に固着される。中継部材(9)は、傾斜状の一角を含む略短冊状に形成され、傾斜状の一角が内端部(9a)としてリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出し、中継部材(9)の長さ方向で内端部(9a)に対して反対側の外端部(9b)がリフレクタ(3)の外周部(3g)から露出する。
【００２０】
中継部材(9)は、例えば、銅等の高導電性金属から形成され、図３に示すように、支持板(1)と並行に且つ支持板(1)から一定距離離間して、配線導体(4,5)の上方に配置される。中継部材(9)の内端部(9a)は、リフレクタ(3)の傾斜面(3b)の外側で平坦面(3d)から上方に突出して内部空洞(3a)内に配置されるので、中継部材(9)により傾斜面(3a)で反射される光を遮断しないので、発光ダイオードの輝度を向上することができる。
【００２１】
また、中継部材(9)は、図３及び図５に示すように、リフレクタ(3)を構成する樹脂が充填される貫通部(9d)を有する。貫通部(9d)内に充填される樹脂により、リフレクタ(3)からの中継部材(9)の抜脱を防止することができる。本実施の形態のリフレクタ(3)は、図３及び図４に示すように、傾斜面(3b)に傾斜面(3b)と同様の形状を有する反射板(15)を備える。反射板(15)は、アルミニウム等の金属により形成され、表面を鏡状にすることで白樹脂等の樹脂により形成されたリフレクタ(3)の傾斜面(3b)の光反射性を向上することができる。
【００２２】
樹脂封止体(6)は、シリカ等のコンパウンド（充填材）の含有率が相対的に大きく、高軟化点を有し不透明又は半透明の樹脂により形成される。本実施の形態では、光透過性樹脂に比較してコンパウンドの含有量が多く、耐熱性に優れ電力用トランジスタ等のパッケージに使用される熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂を使用して樹脂封止体(6)を形成するので、発光ダイオードチップ(2)からの熱が樹脂封止体(6)に連続的に加わっても、樹脂封止体(6)の密着性はさほど低下しない。このため、樹脂封止体(6)と配線導体(4,5)との間に隙間等が発生せず、樹脂封止体(6)の耐環境性能が長時間に渡って良好に得られ、信頼性の高い高光出力発光ダイオードが得られる。
【００２３】
また、図示しないが、本発明では、コンパウンドの含有率が相対的に小さい光透過性又は透明の樹脂から成るレンズ部をリフレクタ(3)の上面に設けてもよい。レンズ部は、樹脂封止体(6)に比較して軟化点が低いが、発光ダイオードチップ(2)から離間して配置され、直接熱的な影響を受け難いので、樹脂封止体(6)とは異なる耐熱性の低い樹脂で形成できる。しかしながら、外部に放出する光がリフレクタ(3)により十分に指向性を持てばレンズ部を必要としない。更に、図示しないが、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内は、屈折率及び光透過性の高い樹脂を充填してもよい。例えば、周知のディスペンサを使用してリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に光透過性の耐熱性シリコーン樹脂を充填する。発光ダイオードチップ(2)及びリード細線(8)をシリコーン樹脂により保護できる。レンズ部を構成する光透過性樹脂に比較して、シリコーン樹脂は、耐熱性に優れるが、流動性を有するシリコーン樹脂によりレンズ部を形成することはできない。また、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内には、光透過性を有するポリメタロキサン又はセラミック等から成るコーティング材を充填してもよい。
【００２４】
熱伝導率１９０kcal/mh℃以上の銅、アルミニウム、銅合金又はアルミニウム合金等の金属により支持板(1)を形成すると、配線導体(4,5)を通じて発光ダイオードチップ(2)に大電流を流して点灯させるときに発生する熱を熱伝導率が高い金属製の支持板(1)を通じて外部に良好に放出することができ、大電流により作動され高輝度で発光する半導体発光装置を得ることができる。従来の発光ダイオードの構造では、熱抵抗が約４００℃/Wと高く、２０mA程度の電流により駆動されていたが、金属製の支持板(1)を備えることにより、３５０mAを超える大電流により発光させることができる。
【００２５】
図１に示す発光ダイオードを製造する際に、銅若しくはアルミニウム又はこれらの合金から形成される帯状金属によりプレス成形される図６及び図７に示すリードフレーム(11)等のフレームを準備する。リードフレーム(11)は、一定の間隔で形成される開口部(11a)と、開口部(11a)内に幅方向内側に突出する複数の配線導体(4,5)と、配線導体(4,5)に対向し且つ開口部(11a)内に幅方向内側に突出する複数の支持リード(11b)と、一対の支持リード(11b)に接続された支持板(1)とを備えている。
【００２６】
リフレクタ(3)は、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂等の図示しない接着剤により支持板(1)の主面(1a)に接着され、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内には、支持板(1)の前記主面(1a)が露出する。リフレクタ(3)の内部空洞(3a)の最小内径は、発光ダイオードチップ(2)の幅（辺長）よりも大きく、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する支持板(1)の主面(1a)に発光ダイオードチップ(2)を固着したとき、リフレクタ(3)で発光ダイオードチップ(2)を包囲することができる。本実施の形態のリフレクタ(3)は、リフレクタ(3)を支持板(1)の主面(1a)に固着する際に、リフレクタ(3)の底面の面積を拡張する固定部(3j)により、支持板(1)の主面(1a)に強固に固定できる。
【００２７】
本実施の形態では、リフレクタ成形型(20)のリフレクタキャビティ(23)内に中継部材(9)を固定して、リフレクタキャビティ(23)内に樹脂を供給し、支持板(1)から離間する方向に向かって拡大する開口断面積を有する光反射性の傾斜面(3b)を形成する内部空洞(3a)が形成されたリフレクタ(3)を成形する。図８に示すように、リフレクタ成形型(20)は、リフレクタキャビティ(23)を形成する上型(21)と下型(22)とを有し、下型(22)は、上型(21)と下型(22)とを閉じたときに、上型(21)と共に中継部材(9)を狭持する段部(22a)を備える。下型(22)の段部(22a)は、リフレクタキャビティ(23)内で中継部材(9)を所定の位置に位置決めする。また、リフレクタ成形型(20)は、上型(21)に固定され且つ上型(21)と下型(22)とを閉じたときに下型(22)の内面に当接される中間型(21a)を備える。中間型(21a)は、上型(21)の方向に拡径して形成され、リフレクタキャビティ(23)内に樹脂を供給したときに、リフレクタ(3)の傾斜面(3b)を形成する。図示の例では、傾斜面(3b)は円形断面を有するが、矩形断面で傾斜面(3b)を形成することもできる。
【００２８】
リフレクタ(3)内に埋設された中継部材(9)は、銀ペースト又は半田等の導電性のろう材(17)により配線導体(4,5)に固着される。また、配線導体(4,5)に係合する突出部(3f)を備えたリフレクタ(3)により構成される位置決め手段(16)により配線導体(4,5)と、リフレクタ(3)と、中継部材(9)の外端部(9b)とを確実に接続できる。図９及び図１０に示すように、位置決め手段(16)は、リフレクタ(3)に形成された係合部(3e)と、配線導体(4)に対して幅広く且つ配線導体(4)の支持板(1)に隣接する先端部に形成された内端部(4a)により構成される。図９に示すように、係合部(3e)は、係合部(3e)の先端から下方向に突出する２本の突出部(3f)を有し、２本の突出部(3f)の離間距離Ｈ1は、配線導体(4)の幅方向の寸法ｈ1よりも大きく且つ配線導体(4)の内端部(4a)の幅方向寸法ｈ2よりも小さく設定される（ｈ1＜Ｈ1＜ｈ2）。また、図１０に示すように、突出部(3f)とリフレクタ(3)の外周部(3g)との離間距離Ｈ2は、配線導体(4)の内端部(4a)の長さ方向寸法ｈ3よりも大きく設定される（ｈ3＜Ｈ2）。リフレクタ(3)を支持板(1)の主面(1a)に固着する際に、配線導体(4)の内端部(4a)を突出部(3f)とリフレクタ(3)の外周部(3g)との間に配置し且つ配線導体(4)を２本の突出部(3f)の間に配置すると、支持板(1)及び配線導体(4,5)に対してリフレクタ(3)を位置決めすることができる。支持板(1)とリフレクタ(3)とを固着するのと同時に、リフレクタ(3)の係合部(3e)と係合される１本の配線導体(4)を除く他の４本の配線導体(5)は、導電性のろう材(17)を介して中継部材(9)の外端部(9b)の下面に固着される。
【００２９】
その後、図１１に示すように、周知のダイボンダを使用して、導電性又は絶縁性ペースト等の接着剤によりリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する支持板(1)の主面(1a)に発光ダイオードチップ(2)を固着する。本実施の形態では、樹脂封止工程（トランスファモールド工程）の前に発光ダイオードチップ(2)を固着するが、製造工程の順序は種々変更が可能である。また、リフレクタ(3)を支持板(1)に固着する前に、予め支持板(1)の主面(1a)に発光ダイオードチップ(2)を固着することも可能である。
【００３０】
図１２に示すように、内部空洞(3a)内で支持板(1)に固定された発光ダイオードチップ(2)と中継部材(9)とをリード細線(8)により接続する。リード細線(8)がリフレクタ(3)の上面を通過しないので、リフレクタ(3)の傾斜面(3b)の径又は開口断面積を小さく且つ支持板(1)からの高さを増大し、光指向性及び正面輝度を向上することができる。発光ダイオードチップ(2)は、半導体基板の主面に形成された図示しないアノード電極とカソード電極とを備え、キャピラリにより接合する周知のワイヤボンディング方法によってリード細線(8)を介してアノード電極とカソード電極とをそれぞれリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する一対の中継部材(9)の内端部(9a)に接続する。前述のように、リフレクタ(3)内を貫通する中継部材(9)の外端部(9b)は、リフレクタ(3)の外周部(3g)から露出して、配線導体(5)に接続されるので、発光ダイオードチップ(2)のアノード電極及びカソード電極は、配線導体(5)に電気的に接続される。これにより、リードフレーム組立体(10)が形成される。
【００３１】
本実施の別の形態では、発光ダイオードチップ(2)の主面に形成されたアノード電極をリード細線(8)を介してリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する中継部材(9)の内端部(9a)に接続し、発光ダイオードチップ(2)の他面に形成されたカソード電極を支持板(1)に電気的に接続してもよい。即ち、図１３に示すように、発光ダイオードチップ(2)の上面電極を、リフレクタ(3)内に埋設された単一の中継部材(9)の内端部(9a)にリード細線(8)により電気的に接続し、発光ダイオードチップ(2)の下面電極を半田又は導電性ペースト等の導電性接着剤によりリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する金属製（導電性）の支持板(1)の主面(1a)に固着することができる。
【００３２】
続いて、周知のトランスファモールド法によって、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を被覆して樹脂封止体(4)を形成する封止体成形型(24)を用意する。図１４に示すように、封止体成形型(24)は、可動型である上型(25)と、固定型である下型(26)とから構成される。上型(25)と下型(26)との閉型時に封止体成形型(24)内には樹脂封止体(6)の形状に合致する封止体キャビティ（空所）(27)が形成される。ランナ（樹脂導入路）(29)に接続されるゲート（樹脂注入孔）(28)が封止体キャビティ(27)の一方の側面に形成される。また、ゲート(28)が形成された側と反対側の封止体キャビティ(27)の他方の側面には、リードフレーム組立体(10)を構成する５本の配線導体(4,5)が配置されるリード収容溝(30)が形成される。リフレクタ(3)を固着したリードフレーム(11)を封止体成形型(24)内に配置して上型(25)と下型(26)とを閉じたとき、配線導体(4,5)は、下型(26)のリード収容溝(30)と上型(25)に狭持され、リフレクタ(3)の上面が封止体キャビティ(27)の上面に密着する。この状態で、ランナ(29)及びゲート(28)を通じて封止体キャビティ(27)内に流動化した樹脂を押圧注入するが、このとき、封止体キャビティ(27)の上面により被覆された内部空洞(3a)内に樹脂は侵入しない。
【００３３】
図示しないが、リフレクタ(3)の上部に樹脂から成るカバーを貼着してリフレクタ(3)の内部空洞(3a)を密閉してもよい。例えば、ＰＥＴ樹脂を基材とするカバーは、耐熱性に優れ樹脂圧入工程時の加熱により、リフレクタ(3)に融着しない。リフレクタ(3)の上面に貼着されたカバーは、リードフレーム組立体(10)を封止体成形型(24)から取出した後に除去される。また、弾性樹脂から成るシートを支持板(1)とリフレクタ(3)との間に配置して、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に当接させてリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に樹脂が侵入するのを防いでもよい。シートは、封止体キャビティ(27)の底面に敷いて支持板(1)と下型(26)との間に挟持させてもよい。この場合、樹脂封止体(6)の形成後にシートを除去することができる。また、リフレクタ(3)の全体又は上面側を選択的に軟質性の樹脂で構成し、リフレクタ(3)を上型(25)で押し潰し、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)に密接させて樹脂成形してもよい。図３及び図１４に示すように、ゲート(28)側のリフレクタ(3)の上面は、注入される封止樹脂の圧力による変形を防ぐために丸み(3h)が設けられる。また、樹脂成形する際に、支持板(1)の底面は、樹脂封止体(6)により被覆されてもされなくてもよい。
【００３４】
リードフレーム組立体(10)を封止体成形型(24)から取出すと、図１及び図２に示すように、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を被覆する樹脂封止体(6)が形成される。また、図１に示すように、リフレクタ(3)に一体的に形成された中継部材(9)を樹脂封止体(6)内にモールド成形するために、リフレクタ(3)は樹脂封止体(6)内に確実に保持される。本実施の他の形態では、封止体成形型(24)の封止体キャビティ(27)内にリードフレーム組立体(10)を固定して、内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら、封止体キャビティ(27)内に封止樹脂を供給し、リフレクタ(3)と支持板(1)とを結合して、樹脂封止体(6)を形成する。リフレクタ(3)と支持板(1)とは、上型(25)による加圧によりリフレクタ(3)が支持板(1)の主面(1a)に押圧されて固着されると共に、樹脂封止体(6)の被覆により固定される。よって、前述の熱硬化性エポキシ樹脂等の接着剤によりリフレクタ(3)を支持板(1)の主面(1a)に接着する工程を省いて、リフレクタ(3)と支持板(1)とを結合することも可能である。更に、中継部材(9)を成形型内に保持して、リフレクタ(3)と支持板(1)とを樹脂等の非導電性材料により一体にモールド形成してもよい。支持板(1)を樹脂等の非導電性材料により形成するので、支持板(1)による発光ダイオードの放熱効果は低下するが、リフレクタ(3)と支持板(1)とを一体に形成することにより、支持板(1)及び配線導体(4,5)に対してリフレクタ(3)の位置決定をする工程と、リフレクタ(3)を支持板(1)に固定する工程とを省略することができる。この後、リードフレーム組立体(10)から不要な部分を除去して図１に示す完成した発光ダイオードが得られる。
【００３５】
本発明の発光ダイオードでは、大電流を流して点灯させるときに発生する熱を熱伝導率が高い金属製の支持板(1)を通じて外部に良好に放出するため、高光出力の発光ダイオードが得られる。また、図１及び図２に示す実施の形態では、リフレクタ(3)内に埋設された中継部材(9)の内端部(9a)を内部空洞(3a)内に露出させて、中継部材(9)の内端部(9a)と半導体発光素子(2)の電極とをリード細線(8)により接続するので、更に下記の作用効果が得られる。
【００３６】
［１］ 互いに接近した半導体発光素子(2)と中継部材(9)とを短いリード細線(8)で接続でき、リード細線(8)の垂下による短絡事故を防止することができる。
［２］ 短いストロークでキャピラリを移動してワイヤボンディングを短時間で確実にできる。
［３］ リード細線(8)がリフレクタ(3)の上面を通らないので、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に密着させて、容易に内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら樹脂封止体(6)の形成ができる。
［４］ これにより、樹脂封止体(6)を耐熱性の黒色樹脂により形成し、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内を中空構造に又は非耐熱性の光透過性樹脂により充填することができる。
［５］ また、従来の発光ダイオードでは、製品の識別を示す捺印（マーキング）が不可能であったが、本実施の形態では、樹脂封止体(6)を黒色樹脂により形成できるので、集積回路又はトランジスタと同様に樹脂パッケージの表面にレーザー等による捺印を行うことができる。
［６］ リード細線(8)の接続を内部空洞(3a)内にのみ制限できるので、リフレクタ(3)及び支持板(1)により内部空間(3a)内を完全に密閉して、内部空洞(3a)内への外部からの異物の侵入を阻止し、発光ダイオードチップ(2)の劣化を防止することができ、半導体発光装置の寿命を延長することができる。
［７］ 発光ダイオードチップ(2)が配置されるリフレクタ(3)の内部空洞(3a)は、中空部を形成するので、発光ダイオードチップ(2)に直接接触する樹脂の熱劣化を回避することができる。
［８］ リフレクタ(3)内に埋設された中継部材(9)によりリフレクタ(3)の強固な機械的構造を形成し、樹脂封止体(6)によりリフレクタ(3)と支持板(1)とを確実に固定することができる。
［９］ 金属製の中継部材(9)により放熱作用を増進できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、リフレクタに埋設された中継部材により半導体発光素子に接続されるリード細線の変形を防止できると共に、容易にリフレクタ内が中空構造の半導体発光装置を形成できるので、樹脂封止体を耐熱性樹脂により形成して大電流で動作させても発熱による悪影響が発生しない半導体発光装置を提供できる。また、リフレクタ以外は従来の部品を使用できるので、低コストにて前記効果を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態による発光ダイオードの断面図
【図２】 本実施の形態による発光ダイオードの上面図
【図３】 本実施の形態によるリフレクタの上面図
【図４】 図３のリフレクタにおけるＢ−Ｂ断面図
【図５】 図３のリフレクタにおけるＣ−Ｃ断面図
【図６】 本実施の形態によるリードフレームの上面図
【図７】 図６のリードフレームにおけるＤ−Ｄ断面図
【図８】 トランスファモールド法により図３のリフレクタを形成する工程を示す断面図
【図９】 本実施の形態による位置決め手段を示す断面図
【図１０】 図９の位置決め手段を示す側面図
【図１１】 本実施の形態によるリードフレーム組立体の上面図
【図１２】 図３のリフレクタの内部を示す部分斜視図
【図１３】 本実施の別の形態によるリードフレーム組立体の上面図
【図１４】 トランスファモールド法により図１及び図２の発光ダイオードを形成する工程を示す断面図
【図１５】 従来の発光ダイオードの斜視図
【符号の説明】
（1)・・支持板、 （1a)・・主面、 （2)・・半導体発光素子、 （3)・・リフレクタ、 （3a)・・内部空洞、 （3b)・・傾斜面、 (3c)・・円筒面、 (3d)・・平坦面、 （3g)・・外周部、 （4,5)・・配線導体、 （4a,5a)・・内端部、 （6)・・樹脂封止体、 （8)・・リード細線、 （9)・・中継部材、（9a)・・内端部、 （9b)・・外端部、 （9d)・・貫通部、 （10)・・リードフレーム組立体、 （11)・・リードフレーム、 （16)・・位置決め手段、 （20)・・リフレクタ成形型、 （23)・・リフレクタキャビティ、 （24)・・封止体成形型、 （27)・・封止体キャビティ、
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置、特に支持板上に固着された半導体発光素子から照射される光を反射するリフレクタを備え、半導体発光素子のワイヤボンディングを容易に行うことができる半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線導体が形成された絶縁性基板の主面に、半導体発光素子と、この半導体発光素子を包囲するリフレクタ（光反射板）とを固着し、半導体素子及びリフレクタを光透過性樹脂から成る樹脂封止体内に埋設させた半導体発光装置は、例えば、下記の特許文献１により公知である。
【０００３】
公知の半導体発光装置（発光ダイオード）は、図１５に示すように、一方の主面(101)にアイランド配線導体（ダイパッド）(120)とターミナル配線導体（ボンディングパッド）(130)とを個別に形成した絶縁性の基板(100)と、アイランド配線導体(120)上に固着された半導体発光素子（発光ダイオードチップ）(140)と、半導体発光素子(140)の上面に形成された電極とターミナル配線導体(130)とを接続するリード細線(150)と、基板(100)の一方の主面(101)のアイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)の一部、半導体発光素子(140)及びリード細線(150)を被覆する光透過性の樹脂封止体(160)とから構成される。
【０００４】
基板(100)の一方の主面(101)に形成されたアイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)は、基板(100)の端面(103,104)に沿って下方に延び、アイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)の先端側は、基板(100)の他方の主面(102)まで延伸して接続用電極を構成する。半導体発光素子(140)の上面から放出された光は樹脂封止体(160)を通じて外部に放出される。図示の半導体発光装置は、基板(100)の底面を回路基板等の上に表面実装することができる。
【０００５】
半導体発光装置は、半導体発光素子(140)を包囲するリフレクタ(110)が絶縁性の基板(100)の一方の主面(101)に形成される。長方形の平面形状を有する基板(100)は、樹脂をガラス布に含浸させて成り、両主面が平坦な板材である。アイランド配線導体(120)及びターミナル配線導体(130)は、印刷技術によって母材の銅にニッケルと金を順次メッキして形成される。アイランド配線導体(120)は、基板(100)の一方の主面（上面）(101)に形成されたアイランド(121)と、基板(100)の一方の主面(101)の一端から一方の側面(103)を通って基板(100)の他方の主面（下面）(102)の一端まで形成されたアイランド電極部(122)と、基板(100)の一方の主面(101)に形成され且つアイランド(121)とアイランド電極部(122)とを接続する幅狭のアイランド配線部(123)とから構成される。
【０００６】
ターミナル配線導体(130)は、基板(100)の一方の主面(101)に形成されたターミナル(131)と、基板(100)の一方の主面(101)の他端から他方の側面(104)を通って基板(100)の他方の主面（下面）(102)の他端まで形成されたターミナル電極部(133)と、基板(100)の一方の主面(101)に形成され且つターミナル(131)とターミナル電極部(133)とを接続するターミナル配線部(132)とから構成される。ターミナル(131)が中心軸(108)からずれて配置され且つリング部(111)が環状に形成されるため、基板(100)の長手方向の長さを比較的小さくして、発光ダイオード装置を小型に製造することができる。
【０００７】
半導体発光素子(140)はガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム燐（ＧａＰ）、ガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）、アルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ）等のガリウム系化合物半導体素子である。半導体発光素子(140)の底面に形成された図示しない底部電極は、導電性接着剤によってアイランド(121)の略中央に固着される。また、半導体発光素子(140)の上面に形成された図示しない上部電極は、ワイヤボンディング方法によって形成されたリード細線(150)によってターミナル(131)に接続される。リード細線(150)は、リフレクタ(110)の上方を跨って形成される。
【０００８】
リフレクタ(110)は、リング部(111)と、リング部(111)の外周面の両端に設けられたフランジ部(112)とを有し、白色粉末を配合した液晶ポリマーやＡＢＳ樹脂等により構成される。リング部(111)の内周面に設けられた支持板(1)から離間する方向に向かって拡大する開口断面積を有する円錐面、球面、放物面若しくはこれらに近似する面又はこれらの組合せから成る面の傾斜面(113)の下縁部は、アイランド(121)の内側に配置される。傾斜面(113)の内側に配置された半導体発光素子(140)はリング部(111)によって包囲される。リング部(111)の高さは、半導体発光素子(140)の高さよりも大きい。また、リング部(111)はアイランド(121)の外周側とアイランド配線部(123)及びターミナル(131)の一部に重なる直径を有する。リフレクタ(110)のフランジ部(112)はリング部(111)の両端から側面(105,106)まで基板(100)の短手方向に延伸する。
【０００９】
樹脂封止体(160)は、基板(100)の一対の側面(103,104)に対して一定角度傾斜し且つ電極部(124,134)より内側に配置された一対の傾斜面(161,162)と、基板(100)の一対の側面(105,106)と略同一平面を形成する一対の直立面(163,164)と、一対の直立面(163,164)の間で直立面(163,164)に対して略直角な平面に形成された上面(165)とを有する。図１５に示すように、樹脂封止体(160)は、アイランド(121)、ターミナル(131)、アイランド配線部(123)とターミナル電極部(133)の内側部分、リフレクタ(110)、半導体発光素子(140)及びリード細線(150)を被覆するが、一対の電極部(124,134)及び配線導体(123)とターミナル電極部(133)の外側部分は樹脂封止体(160)から露出する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−３４０５１７号公報（第４頁〜第６頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示すように、従来では、リフレクタ(110)のリング部(111)を上方に乗り越えてリード細線(150)により半導体発光素子(140)とターミナル(131)とを接続したが、リフレクタ(110)で反射する光の指向性や半導体発光素子(140)の光軸方向の輝度（正面輝度）を向上するため、リフレクタ(110)の内径を小さくすると共に、基板(100)からのリフレクタ(110)の高さを増加させると、一端を半導体発光素子(140)に接続したリード細線(150)をリフレクタ(110)の上方に高く引き回してターミナル(131)にリード細線(150)の他端を接続しなければならない。このため、リード細線(150)が変形し、垂下し又は傾斜して電気的短絡事故又は断線事故の原因となる危険がある。
【００１２】
更に、近年、信号機及び自動車用テールランプ等の発光源にこの種の半導体発光装置を使用する試みがあるが、前記用途に使用する半導体発光装置は、点灯及び消灯を遠方より目視確認するため、一段と向上した光出力レベルで点灯しなければならない。この目的に対して、例えば３５０mA以上の比較的大きな電流を半導体発光素子の厚み方向に流して、大きな発光を生ずる高光出力半導体発光素子が既に開発されているが、この種の高光出力半導体発光素子には種々の問題が発生した。
【００１３】
即ち、３５０mAを超える大電流を半導体発光素子に流すと、動作時の発熱量が増大し、半導体発光素子での表面温度は１５０℃を超えることがあり、半導体発光素子を被覆する樹脂封止体は、半導体発光素子からの放熱によって強く加熱される。上述のように、半導体発光素子の発光をパッケージの外部に放出するために、半導体発光素子を被覆する樹脂封止体は光透過性の樹脂から形成される。この種の光透過性樹脂は、電力用トランジスタ等のパッケージに使用される樹脂封止体に比較して、シリカ等のコンパウンド（充填材）の含有量が少ない等の理由から、熱により劣化しやすい。このため、光透過性樹脂から成る樹脂封止体に半導体発光素子からの熱が連続的に加わると、配線導体に対する樹脂封止体の密着性が低下し又は樹脂封止体の耐環境性能が損なわれる。このため、樹脂封止体と配線導体との間に隙間等が発生し、樹脂封止体の外部から異物が隙間を通り半導体発光素子に侵入して、デバイスの信頼性が低下する。更に、配線導体と樹脂封止体との密着性低下が著しい場合には、配線導体が樹脂封止体から抜け落ちて、配線導体と半導体発光素子との電気的接続がオープン状態になることもある。
【００１４】
そこで、本発明は、支持板上に固着された半導体発光素子から照射される光を反射するリフレクタを備え、半導体発光素子のワイヤボンディングを容易に行うことができる半導体発光装置及びその製法を提供することを目的とする。また、本発明は、半導体発光素子に接続されるリード細線の変形を防止できる半導体発光装置及びその製法を提供することを目的とする。更に、本発明は、大電流で動作させても発熱による悪影響が発生せず、高輝度で発光する半導体発光装置及びその製法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光装置は、支持板(1)と、支持板(1)の主面(1a)に固定され且つ内部空洞(3a)が形成された樹脂製のリフレクタ(3)と、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に配置され且つ支持板(1)の主面(1a)に固着された半導体発光素子(2)と、支持板(1)の周囲に配置され且つ半導体発光素子(2)の電極に対し電気的に接続された複数の配線導体(4,5)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)の主面(1a)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を少なくとも封止する樹脂封止体(6)とを備え、樹脂封止体(6)は、熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂により形成される。リフレクタ(3)の内部空洞(3a)は、中空構造に形成され又は屈折率及び光透過性の高い樹脂が充填される。リフレクタ(3)内に埋設された導電性の中継部材(9)は、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出し且つリード細線(8)により半導体発光素子(2)の電極に電気的に接続された内端部(9a)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)からリフレクタ(3)の外側に露出し且つ配線導体(4,5)に電気的に接続される外端部(9b)とを備える。
【００１６】
中継部材(9)の内端部(9a)をリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出させて、半導体発光素子(2)と中継部材(9)とを互いに接近して配置できるので、ワイヤボンディングの際に短いリード細線(8)で半導体発光素子(2)の電極と中継部材(9)とを容易に接続することができる。この場合に、リード細線(8)の長さを短縮でき、また、リード細線(8)がリフレクタ(3)の上面を通らないので、リード細線(8)の変形を防止できる。
【００１７】
本発明による半導体発光装置の製法は、リフレクタ成形型(20)のリフレクタキャビティ(23)内に中継部材(9)を固定して、リフレクタキャビティ(23)内に樹脂を供給し、内部空洞(3a)を備えたリフレクタ(3)を成形する工程と、リフレクタ(3)をリードフレーム(11)の支持板(1)に固定する工程と、内部空洞(3a)内で支持板(1)に固定された半導体発光素子(2)と中継部材(9)とをリード細線(8)により接続すると共に、中継部材(9)を配線導体(4,5)に電気的に接続して、リードフレーム組立体(10)を形成する工程と、封止体成形型(24)の封止体キャビティ(27)内にリードフレーム組立体(10)を固定して、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に密着させて、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら、封止体キャビティ(27)内に流動化した熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂から成る封止樹脂を供給する工程と、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)の主面(1a)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を少なくとも封止する樹脂封止体(6)を形成して、リフレクタ(3)と支持板(1)とを結合する工程とを含む。リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に密着させて、容易に内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら樹脂封止体(6)を形成できる。従って、半導体発光素子(2)が樹脂封止体(6)により被覆されないので、樹脂封止体(6)を耐熱性の樹脂により形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、高光出力型の発光ダイオード（ＬＥＤ）に適用した本発明による半導体発光装置及びその製法の実施の形態を図１〜図１４について説明する。
図１及び図２に示すように、本発明による発光ダイオードは、支持板(1)と、支持板(1)の主面(1a)に固定され且つ内部空洞(3a)が形成された樹脂製のリフレクタ(3)と、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内で支持板(1)の主面(1a)に固着された半導体発光素子としての発光ダイオードチップ(2)と、支持板(1)の周囲に配置され且つ発光ダイオードチップ(2)の電極に対し電気的に接続された複数の配線導体(4,5)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)の主面(1a)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を少なくとも封止する耐熱性の樹脂封止体(6)とを有する。リフレクタ(3)の内部空洞(3a)は、支持板(1)から離間する方向に向かって拡大する開口断面積を有する光反射性の傾斜面(3b)と、傾斜面(3b)の上方に形成された円筒面(3c)と、傾斜面(3b)と円筒面(3c)との間に形成された平坦面(3d)とを備えている。リフレクタ(3)内に埋設された導電性の中継部材(9)は、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出し且つリード細線(8)により半導体発光素子(2)の電極に電気的に接続された内端部(9a)と、リフレクタ(3)の外周部(3g)からリフレクタ(3)の外側に露出し且つ配線導体(4,5)に電気的に接続される外端部(9b)とを備える。
【００１９】
支持板(1)に固定され又は支持板(1)と一体に形成されるリフレクタ(3)は、非導電性材料により形成され、例えば、従来技術として示すリフレクタ(110)と同様に、白色粉末を配合した液晶ポリマー、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明、半透明又は不透明の樹脂により形成される。リフレクタ(3)は、図３〜図５に示すように、中央部に円錐状の内部空洞(3a)を有し且つ全体的に略立方体に形成された本体部(3i)と、本体部(3i)の底面に沿って背面から外側に延伸する固定部(3j)と、本体部(3i)の正面から外側に延伸し且つ上面から下面の方向に傾斜する係合部(3e)とを備える。本実施の形態では、図３に示すように、係合部(3e)を挟んで一対の中継部材(9)がリフレクタ(3)の本体部(3i)に固着される。中継部材(9)は、傾斜状の一角を含む略短冊状に形成され、傾斜状の一角が内端部(9a)としてリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出し、中継部材(9)の長さ方向で内端部(9a)に対して反対側の外端部(9b)がリフレクタ(3)の外周部(3g)から露出する。
【００２０】
中継部材(9)は、例えば、銅等の高導電性金属から形成され、図３に示すように、支持板(1)と並行に且つ支持板(1)から一定距離離間して、配線導体(4,5)の上方に配置される。中継部材(9)の内端部(9a)は、リフレクタ(3)の傾斜面(3b)の外側で平坦面(3d)から上方に突出して内部空洞(3a)内に配置されるので、中継部材(9)により傾斜面(3a)で反射される光を遮断しないので、発光ダイオードの輝度を向上することができる。
【００２１】
また、中継部材(9)は、図３及び図５に示すように、リフレクタ(3)を構成する樹脂が充填される貫通部(9d)を有する。貫通部(9d)内に充填される樹脂により、リフレクタ(3)からの中継部材(9)の抜脱を防止することができる。本実施の形態のリフレクタ(3)は、図３及び図４に示すように、傾斜面(3b)に傾斜面(3b)と同様の形状を有する反射板(15)を備える。反射板(15)は、アルミニウム等の金属により形成され、表面を鏡状にすることで白樹脂等の樹脂により形成されたリフレクタ(3)の傾斜面(3b)の光反射性を向上することができる。
【００２２】
樹脂封止体(6)は、シリカ等のコンパウンド（充填材）の含有率が相対的に大きく、高軟化点を有し不透明又は半透明の樹脂により形成される。本実施の形態では、光透過性樹脂に比較してコンパウンドの含有量が多く、耐熱性に優れ電力用トランジスタ等のパッケージに使用される熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂を使用して樹脂封止体(6)を形成するので、発光ダイオードチップ(2)からの熱が樹脂封止体(6)に連続的に加わっても、樹脂封止体(6)の密着性はさほど低下しない。このため、樹脂封止体(6)と配線導体(4,5)との間に隙間等が発生せず、樹脂封止体(6)の耐環境性能が長時間に渡って良好に得られ、信頼性の高い高光出力発光ダイオードが得られる。
【００２３】
また、図示しないが、本発明では、コンパウンドの含有率が相対的に小さい光透過性又は透明の樹脂から成るレンズ部をリフレクタ(3)の上面に設けてもよい。レンズ部は、樹脂封止体(6)に比較して軟化点が低いが、発光ダイオードチップ(2)から離間して配置され、直接熱的な影響を受け難いので、樹脂封止体(6)とは異なる耐熱性の低い樹脂で形成できる。しかしながら、外部に放出する光がリフレクタ(3)により十分に指向性を持てばレンズ部を必要としない。更に、図示しないが、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内は、屈折率及び光透過性の高い樹脂を充填してもよい。例えば、周知のディスペンサを使用してリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に光透過性の耐熱性シリコーン樹脂を充填する。発光ダイオードチップ(2)及びリード細線(8)をシリコーン樹脂により保護できる。レンズ部を構成する光透過性樹脂に比較して、シリコーン樹脂は、耐熱性に優れるが、流動性を有するシリコーン樹脂によりレンズ部を形成することはできない。また、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内には、光透過性を有するポリメタロキサン又はセラミック等から成るコーティング材を充填してもよい。
【００２４】
熱伝導率１９０kcal/mh℃以上の銅、アルミニウム、銅合金又はアルミニウム合金等の金属により支持板(1)を形成すると、配線導体(4,5)を通じて発光ダイオードチップ(2)に大電流を流して点灯させるときに発生する熱を熱伝導率が高い金属製の支持板(1)を通じて外部に良好に放出することができ、大電流により作動され高輝度で発光する半導体発光装置を得ることができる。従来の発光ダイオードの構造では、熱抵抗が約４００℃/Wと高く、２０mA程度の電流により駆動されていたが、金属製の支持板(1)を備えることにより、３５０mAを超える大電流により発光させることができる。
【００２５】
図１に示す発光ダイオードを製造する際に、銅若しくはアルミニウム又はこれらの合金から形成される帯状金属によりプレス成形される図６及び図７に示すリードフレーム(11)等のフレームを準備する。リードフレーム(11)は、一定の間隔で形成される開口部(11a)と、開口部(11a)内に幅方向内側に突出する複数の配線導体(4,5)と、配線導体(4,5)に対向し且つ開口部(11a)内に幅方向内側に突出する複数の支持リード(11b)と、一対の支持リード(11b)に接続された支持板(1)とを備えている。
【００２６】
リフレクタ(3)は、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂等の図示しない接着剤により支持板(1)の主面(1a)に接着され、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内には、支持板(1)の前記主面(1a)が露出する。リフレクタ(3)の内部空洞(3a)の最小内径は、発光ダイオードチップ(2)の幅（辺長）よりも大きく、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する支持板(1)の主面(1a)に発光ダイオードチップ(2)を固着したとき、リフレクタ(3)で発光ダイオードチップ(2)を包囲することができる。本実施の形態のリフレクタ(3)は、リフレクタ(3)を支持板(1)の主面(1a)に固着する際に、リフレクタ(3)の底面の面積を拡張する固定部(3j)により、支持板(1)の主面(1a)に強固に固定できる。
【００２７】
本実施の形態では、リフレクタ成形型(20)のリフレクタキャビティ(23)内に中継部材(9)を固定して、リフレクタキャビティ(23)内に樹脂を供給し、支持板(1)から離間する方向に向かって拡大する開口断面積を有する光反射性の傾斜面(3b)を形成する内部空洞(3a)が形成されたリフレクタ(3)を成形する。図８に示すように、リフレクタ成形型(20)は、リフレクタキャビティ(23)を形成する上型(21)と下型(22)とを有し、下型(22)は、上型(21)と下型(22)とを閉じたときに、上型(21)と共に中継部材(9)を狭持する段部(22a)を備える。下型(22)の段部(22a)は、リフレクタキャビティ(23)内で中継部材(9)を所定の位置に位置決めする。また、リフレクタ成形型(20)は、上型(21)に固定され且つ上型(21)と下型(22)とを閉じたときに下型(22)の内面に当接される中間型(21a)を備える。中間型(21a)は、上型(21)の方向に拡径して形成され、リフレクタキャビティ(23)内に樹脂を供給したときに、リフレクタ(3)の傾斜面(3b)を形成する。図示の例では、傾斜面(3b)は円形断面を有するが、矩形断面で傾斜面(3b)を形成することもできる。
【００２８】
リフレクタ(3)内に埋設された中継部材(9)は、銀ペースト又は半田等の導電性のろう材(17)により配線導体(4,5)に固着される。また、配線導体(4,5)に係合する突出部(3f)を備えたリフレクタ(3)により構成される位置決め手段(16)により配線導体(4,5)と、リフレクタ(3)と、中継部材(9)の外端部(9b)とを確実に接続できる。図９及び図１０に示すように、位置決め手段(16)は、リフレクタ(3)に形成された係合部(3e)と、配線導体(4)に対して幅広く且つ配線導体(4)の支持板(1)に隣接する先端部に形成された内端部(4a)により構成される。図９に示すように、係合部(3e)は、係合部(3e)の先端から下方向に突出する２本の突出部(3f)を有し、２本の突出部(3f)の離間距離Ｈ1は、配線導体(4)の幅方向の寸法ｈ1よりも大きく且つ配線導体(4)の内端部(4a)の幅方向寸法ｈ2よりも小さく設定される（ｈ1＜Ｈ1＜ｈ2）。また、図１０に示すように、突出部(3f)とリフレクタ(3)の外周部(3g)との離間距離Ｈ2は、配線導体(4)の内端部(4a)の長さ方向寸法ｈ3よりも大きく設定される（ｈ3＜Ｈ2）。リフレクタ(3)を支持板(1)の主面(1a)に固着する際に、配線導体(4)の内端部(4a)を突出部(3f)とリフレクタ(3)の外周部(3g)との間に配置し且つ配線導体(4)を２本の突出部(3f)の間に配置すると、支持板(1)及び配線導体(4,5)に対してリフレクタ(3)を位置決めすることができる。支持板(1)とリフレクタ(3)とを固着するのと同時に、リフレクタ(3)の係合部(3e)と係合される１本の配線導体(4)を除く他の４本の配線導体(5)は、導電性のろう材(17)を介して中継部材(9)の外端部(9b)の下面に固着される。
【００２９】
その後、図１１に示すように、周知のダイボンダを使用して、導電性又は絶縁性ペースト等の接着剤によりリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する支持板(1)の主面(1a)に発光ダイオードチップ(2)を固着する。本実施の形態では、樹脂封止工程（トランスファモールド工程）の前に発光ダイオードチップ(2)を固着するが、製造工程の順序は種々変更が可能である。また、リフレクタ(3)を支持板(1)に固着する前に、予め支持板(1)の主面(1a)に発光ダイオードチップ(2)を固着することも可能である。
【００３０】
図１２に示すように、内部空洞(3a)内で支持板(1)に固定された発光ダイオードチップ(2)と中継部材(9)とをリード細線(8)により接続する。リード細線(8)がリフレクタ(3)の上面を通過しないので、リフレクタ(3)の傾斜面(3b)の径又は開口断面積を小さく且つ支持板(1)からの高さを増大し、光指向性及び正面輝度を向上することができる。発光ダイオードチップ(2)は、半導体基板の主面に形成された図示しないアノード電極とカソード電極とを備え、キャピラリにより接合する周知のワイヤボンディング方法によってリード細線(8)を介してアノード電極とカソード電極とをそれぞれリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する一対の中継部材(9)の内端部(9a)に接続する。前述のように、リフレクタ(3)内を貫通する中継部材(9)の外端部(9b)は、リフレクタ(3)の外周部(3g)から露出して、配線導体(5)に接続されるので、発光ダイオードチップ(2)のアノード電極及びカソード電極は、配線導体(5)に電気的に接続される。これにより、リードフレーム組立体(10)が形成される。
【００３１】
本実施の別の形態では、発光ダイオードチップ(2)の主面に形成されたアノード電極をリード細線(8)を介してリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する中継部材(9)の内端部(9a)に接続し、発光ダイオードチップ(2)の他面に形成されたカソード電極を支持板(1)に電気的に接続してもよい。即ち、図１３に示すように、発光ダイオードチップ(2)の上面電極を、リフレクタ(3)内に埋設された単一の中継部材(9)の内端部(9a)にリード細線(8)により電気的に接続し、発光ダイオードチップ(2)の下面電極を半田又は導電性ペースト等の導電性接着剤によりリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に露出する金属製（導電性）の支持板(1)の主面(1a)に固着することができる。
【００３２】
続いて、周知のトランスファモールド法によって、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を被覆して樹脂封止体(4)を形成する封止体成形型(24)を用意する。図１４に示すように、封止体成形型(24)は、可動型である上型(25)と、固定型である下型(26)とから構成される。上型(25)と下型(26)との閉型時に封止体成形型(24)内には樹脂封止体(6)の形状に合致する封止体キャビティ（空所）(27)が形成される。ランナ（樹脂導入路）(29)に接続されるゲート（樹脂注入孔）(28)が封止体キャビティ(27)の一方の側面に形成される。また、ゲート(28)が形成された側と反対側の封止体キャビティ(27)の他方の側面には、リードフレーム組立体(10)を構成する５本の配線導体(4,5)が配置されるリード収容溝(30)が形成される。リフレクタ(3)を固着したリードフレーム(11)を封止体成形型(24)内に配置して上型(25)と下型(26)とを閉じたとき、配線導体(4,5)は、下型(26)のリード収容溝(30)と上型(25)に狭持され、リフレクタ(3)の上面が封止体キャビティ(27)の上面に密着する。この状態で、ランナ(29)及びゲート(28)を通じて封止体キャビティ(27)内に流動化した樹脂を押圧注入するが、このとき、封止体キャビティ(27)の上面により被覆された内部空洞(3a)内に樹脂は侵入しない。
【００３３】
図示しないが、リフレクタ(3)の上部に樹脂から成るカバーを貼着してリフレクタ(3)の内部空洞(3a)を密閉してもよい。例えば、ＰＥＴ樹脂を基材とするカバーは、耐熱性に優れ樹脂圧入工程時の加熱により、リフレクタ(3)に融着しない。リフレクタ(3)の上面に貼着されたカバーは、リードフレーム組立体(10)を封止体成形型(24)から取出した後に除去される。また、弾性樹脂から成るシートを支持板(1)とリフレクタ(3)との間に配置して、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に当接させてリフレクタ(3)の内部空洞(3a)内に樹脂が侵入するのを防いでもよい。シートは、封止体キャビティ(27)の底面に敷いて支持板(1)と下型(26)との間に挟持させてもよい。この場合、樹脂封止体(6)の形成後にシートを除去することができる。また、リフレクタ(3)の全体又は上面側を選択的に軟質性の樹脂で構成し、リフレクタ(3)を上型(25)で押し潰し、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)に密接させて樹脂成形してもよい。図３及び図１４に示すように、ゲート(28)側のリフレクタ(3)の上面は、注入される封止樹脂の圧力による変形を防ぐために丸み(3h)が設けられる。また、樹脂成形する際に、支持板(1)の底面は、樹脂封止体(6)により被覆されてもされなくてもよい。
【００３４】
リードフレーム組立体(10)を封止体成形型(24)から取出すと、図１及び図２に示すように、リフレクタ(3)の外周部(3g)、支持板(1)、配線導体(4,5)の内端部(4a,5a)を被覆する樹脂封止体(6)が形成される。また、図１に示すように、リフレクタ(3)に一体的に形成された中継部材(9)を樹脂封止体(6)内にモールド成形するために、リフレクタ(3)は樹脂封止体(6)内に確実に保持される。本実施の他の形態では、封止体成形型(24)の封止体キャビティ(27)内にリードフレーム組立体(10)を固定して、内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら、封止体キャビティ(27)内に封止樹脂を供給し、リフレクタ(3)と支持板(1)とを結合して、樹脂封止体(6)を形成する。リフレクタ(3)と支持板(1)とは、上型(25)による加圧によりリフレクタ(3)が支持板(1)の主面(1a)に押圧されて固着されると共に、樹脂封止体(6)の被覆により固定される。よって、前述の熱硬化性エポキシ樹脂等の接着剤によりリフレクタ(3)を支持板(1)の主面(1a)に接着する工程を省いて、リフレクタ(3)と支持板(1)とを結合することも可能である。更に、中継部材(9)を成形型内に保持して、リフレクタ(3)と支持板(1)とを樹脂等の非導電性材料により一体にモールド形成してもよい。支持板(1)を樹脂等の非導電性材料により形成するので、支持板(1)による発光ダイオードの放熱効果は低下するが、リフレクタ(3)と支持板(1)とを一体に形成することにより、支持板(1)及び配線導体(4,5)に対してリフレクタ(3)の位置決定をする工程と、リフレクタ(3)を支持板(1)に固定する工程とを省略することができる。この後、リードフレーム組立体(10)から不要な部分を除去して図１に示す完成した発光ダイオードが得られる。
【００３５】
本発明の発光ダイオードでは、大電流を流して点灯させるときに発生する熱を熱伝導率が高い金属製の支持板(1)を通じて外部に良好に放出するため、高光出力の発光ダイオードが得られる。また、図１及び図２に示す実施の形態では、リフレクタ(3)内に埋設された中継部材(9)の内端部(9a)を内部空洞(3a)内に露出させて、中継部材(9)の内端部(9a)と半導体発光素子(2)の電極とをリード細線(8)により接続するので、更に下記の作用効果が得られる。
【００３６】
［１］ 互いに接近した半導体発光素子(2)と中継部材(9)とを短いリード細線(8)で接続でき、リード細線(8)の垂下による短絡事故を防止することができる。
［２］ 短いストロークでキャピラリを移動してワイヤボンディングを短時間で確実にできる。
［３］ リード細線(8)がリフレクタ(3)の上面を通らないので、リフレクタ(3)の上面を封止体キャビティ(27)の上面に密着させて、容易に内部空洞(3a)内への封止樹脂の流入を阻止しながら樹脂封止体(6)の形成ができる。
［４］ これにより、樹脂封止体(6)を耐熱性の黒色樹脂により形成し、リフレクタ(3)の内部空洞(3a)内を中空構造に又は非耐熱性の光透過性樹脂により充填することができる。
［５］ また、従来の発光ダイオードでは、製品の識別を示す捺印（マーキング）が不可能であったが、本実施の形態では、樹脂封止体(6)を黒色樹脂により形成できるので、集積回路又はトランジスタと同様に樹脂パッケージの表面にレーザー等による捺印を行うことができる。
［６］ リード細線(8)の接続を内部空洞(3a)内にのみ制限できるので、リフレクタ(3)及び支持板(1)により内部空間(3a)内を完全に密閉して、内部空洞(3a)内への外部からの異物の侵入を阻止し、発光ダイオードチップ(2)の劣化を防止することができ、半導体発光装置の寿命を延長することができる。
［７］ 発光ダイオードチップ(2)が配置されるリフレクタ(3)の内部空洞(3a)は、中空部を形成するので、発光ダイオードチップ(2)に直接接触する樹脂の熱劣化を回避することができる。
［８］ リフレクタ(3)内に埋設された中継部材(9)によりリフレクタ(3)の強固な機械的構造を形成し、樹脂封止体(6)によりリフレクタ(3)と支持板(1)とを確実に固定することができる。
［９］ 金属製の中継部材(9)により放熱作用を増進できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、リフレクタに埋設された中継部材により半導体発光素子に接続されるリード細線の変形を防止できると共に、容易にリフレクタ内が中空構造の半導体発光装置を形成できるので、樹脂封止体を耐熱性樹脂により形成して大電流で動作させても発熱による悪影響が発生しない半導体発光装置を提供できる。また、リフレクタ以外は従来の部品を使用できるので、低コストにて前記効果を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態による発光ダイオードの断面図
【図２】 本実施の形態による発光ダイオードの上面図
【図３】 本実施の形態によるリフレクタの上面図
【図４】 図３のリフレクタにおけるＢ−Ｂ断面図
【図５】 図３のリフレクタにおけるＣ−Ｃ断面図
【図６】 本実施の形態によるリードフレームの上面図
【図７】 図６のリードフレームにおけるＤ−Ｄ断面図
【図８】 トランスファモールド法により図３のリフレクタを形成する工程を示す断面図
【図９】 本実施の形態による位置決め手段を示す断面図
【図１０】 図９の位置決め手段を示す側面図
【図１１】 本実施の形態によるリードフレーム組立体の上面図
【図１２】 図３のリフレクタの内部を示す部分斜視図
【図１３】 本実施の別の形態によるリードフレーム組立体の上面図
【図１４】 トランスファモールド法により図１及び図２の発光ダイオードを形成する工程を示す断面図
【図１５】 従来の発光ダイオードの斜視図
【符号の説明】
（1)・・支持板、 （1a)・・主面、 （2)・・半導体発光素子、 （3)・・リフレクタ、 （3a)・・内部空洞、 （3b)・・傾斜面、 (3c)・・円筒面、 (3d)・・平坦面、 （3g)・・外周部、 （4,5)・・配線導体、 （4a,5a)・・内端部、 （6)・・樹脂封止体、 （8)・・リード細線、 （9)・・中継部材、（9a)・・内端部、 （9b)・・外端部、 （9d)・・貫通部、 （10)・・リードフレーム組立体、 （11)・・リードフレーム、 （16)・・位置決め手段、 （20)・・リフレクタ成形型、 （23)・・リフレクタキャビティ、 （24)・・封止体成形型、 （27)・・封止体キャビティ、
Claims (5)
- 支持板と、該支持板の主面に固定され且つ内部空洞が形成された樹脂製のリフレクタと、該リフレクタの内部空洞内に配置され且つ前記支持板の主面上に固着された半導体発光素子と、前記支持板の周囲に配置され且つ前記半導体発光素子の電極に対し電気的に接続された複数の配線導体と、前記リフレクタの外周部、前記支持板の主面、前記配線導体の内端部を少なくとも封止する樹脂封止体とを有する半導体発光装置において、
前記樹脂封止体は、熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂により形成され、
前記リフレクタの内部空洞は、中空構造に形成され又は屈折率及び光透過性の高い樹脂が充填され、
前記リフレクタ内に埋設された導電性の中継部材は、前記リフレクタの内部空洞内に露出し且つリード細線により前記半導体発光素子の電極に電気的に接続された内端部と、前記リフレクタの外周部から前記リフレクタの外側に露出し且つ前記配線導体に電気的に接続される外端部とを備えることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記リフレクタの内部空洞は、前記支持板から離間する方向に向かって拡大する開口断面積を有する光反射性の傾斜面を備え、
前記中継部材は、前記支持板と略並行に且つ前記支持板から一定距離離間して、前記配線導体の上方に配置され、
前記中継部材の内端部は、前記リフレクタの傾斜面の外側で前記内部空洞内に配置された請求項１に記載の半導体発光装置。 - 前記リフレクタの内部空洞は、光反射性の傾斜面と、該傾斜面の上方に形成された円筒面と、前記傾斜面と円筒面との間に形成された平坦面とを備え、
前記中継部材の内端部は、前記傾斜面の外側で前記平坦面から上方に突出する請求項１に記載の半導体発光装置。 - 前記配線導体に係合する前記リフレクタの突出部を有する位置決め手段により、前記リフレクタを所定の位置に保持し、
前記中継部材の外端部は、導電性のろう材により前記配線導体に固着される請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体発光装置。 - リフレクタ成形型のリフレクタキャビティ内に中継部材を固定して、該リフレクタキャビティ内に樹脂を供給し、内部空洞を備えたリフレクタを成形する工程と、
前記リフレクタをリードフレームの支持板に固定する工程と、
前記内部空洞内で前記支持板に固定された半導体発光素子と前記中継部材とをリード細線により接続すると共に、前記中継部材を配線導体に電気的に接続して、リードフレーム組立体を形成する工程と、
封止体成形型の封止体キャビティ内に前記リードフレーム組立体を固定して、前記リフレクタの上面を封止体キャビティの上面に密着させて、前記リフレクタの内部空洞内への封止樹脂の流入を阻止しながら、前記封止体キャビティ内に流動化した熱硬化型のエポキシ系黒色樹脂から成る封止樹脂を供給する工程と、
前記リフレクタの外周部、前記支持板の主面、前記配線導体の内端部を少なくとも封止する樹脂封止体を形成して、前記リフレクタと支持板とを結合する工程とを含むことを特徴とする半導体発光装置の製法。
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