JP5057371B2 - 表面実装型発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、表面実装型発光ダイオードに関し、特に、放熱性、信頼性および生産性を重視する表面実装型発光ダイオードおよびその製造方法に関する。

半導体発光素子はＡｌＩｎＧａＰやＧａＮなどの化合物半導体ウエハ上にＰＮ接合を形成し、これに順方向電流を通じて可視光または近赤外光の発光を得るものであり、近年、表示をはじめ、通信、計測、制御などに広く応用されている。さらに、特に放熱性・信頼性が重視される車載用分野にも適用範囲が拡大している。表面実装型発光ダイオードにもこうした要求に応えるものが開発されている。

図１０は、従来の表面実装型発光ダイオードの構成の例を示す断面模式図である。図１０に示すように、表面実装型発光ダイオード１００は、電極１０２を有する基体１０１に半導体発光素子１０３をマウントし、ワイヤボンディングにより導電性ワイヤ１０４で半導体発光素子１０３の各電極を基体１０１の各電極１０２に接続し、基体１０１内にモールド部材１０５を設ける構造になっている。

表面実装型発光ダイオードに搭載されている半導体発光素子（ＬＥＤチップ）が発光する際には熱が発生するが、ＬＥＤチップに流れる電流が大きいほど、熱の発生量が大きくなる。また一般的に、ＬＥＤチップの温度が高くなるほど、ＬＥＤチップの発光効率は下がり、また光劣化が著しくなる。すなわち、大きな電流を流しても効果的に明るくならなくなり、またＬＥＤチップの寿命が短くなる。そこで、ＬＥＤチップから発生する熱を効果的に外部へ逃がし、その温度を下げることにより、高電流でも発光効率の良好な、また、寿命特性の良好なＬＥＤチップを提供することができる。

上記のような、放熱効果の向上が図られた従来の半導体発光装置については、たとえば、特許文献１〜５などに記載されている。特許文献１および２においては、リードフレームの表面積を大きくすることで、また、特許文献３〜５においては、基板の材質を樹脂よりも熱伝導性の大きい金属とすることで、放熱性の向上を図っている。
特開平１１−４６０１８号公報 特開２００２−２２２９９８号公報 特開２０００−５８９２４号公報 特開２０００−７７７２５号公報 特開２０００−２１６４４３号公報

しかしながら、図１０に示す従来の表面実装型発光ダイオード１００においては、半導体発光素子１０３からの放熱を電極１０２でしか受け取れないために、放熱性が十分ではない。また、車載用などの耐環境性（温度や振動など）の厳しい条件のもとでは、信頼性が不十分であった。また、半導体発光素子１０３が発生する光を反射させるためのリフレクタ内に蛍光体（物質）を配置するためには、半導体発光素子１０３を覆うモールド部材１０５に蛍光体を含有させる必要がある。しかし、蛍光体を含有する樹脂は半導体発光素子１０３近傍において、半導体発光素子の発熱による高温に晒されると劣化するので、光源としての寿命が短くなる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、放熱性、信頼性および生産性に優れた表面実装型発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。

この発明に係る表面実装型発光ダイオードは、平坦な表面と、表面と反対側の反対面と、少なくとも一つ以上の凸部が形成されている外周面とを有する、金属製のベース部材を備える。また、ベース部材の表面上に裏面が接着固定された半導体発光素子を備える。また、半導体発光素子を囲むようにベース部材の表面上に接着シートを介在させて接合され、少なくとも一つ以上の凸形状部が形成されている外周面を有する、金属製のリフレクタを備える。凸部は、ベース部材の外周面の幅よりも小さい幅を有し、反対面から離れて形成されている。凸形状部は、リフレクタの外周面の幅よりも小さい幅を有する。ベース部材の外周面とリフレクタの外周面とは同一面上にある。凸部の先端と凸形状部の先端とは同一面上にある。

この場合は、半導体発光素子から発生した熱は、ベース部材上に直接に半導体発光素子が接着固定されているために、ベース部材へ直接伝導され、ベース部材を通して外部へ放熱される。また一部の熱は、接着シートを通ってリフレクタへ伝導され、リフレクタから外部へ放熱される。ベース部材およびリフレクタが共に金属製のため、半導体発光素子から発生した熱を外部に効率よく放熱することができ、また、半導体発光素子から発生した光を外部に効率よく放出することができる。

ベース部材およびリフレクタは、たとえば金属材料の表面に他の金属がメッキ加工により積層されるなど、複数の金属が組み合わされて形成されてもよいが、一体物として形成すれば容易に製造が可能であり生産性を向上できるために、より好ましい。また、ベース部材およびリフレクタが金属製の一体物であれば、正電極と負電極との絶縁のための、反射率の低い絶縁部材からなる仕切りや分離溝が形成されていないこととなり、半導体発光素子から発生した光の反射率の低下を回避できるために好ましい。金属製の一体物として形成される場合、ベース部材およびリフレクタの材料は、単体の金属に限られず合金であってもよい。

このとき、ベース部材は金属製であるため、肉厚に設けられるとダイシングが困難となる。そこで、ベース部材を板材から成形する工程において、切りしろとして板材の厚みよりも薄い領域を設け、当該切りしろに沿ってダイシングすれば、より容易にダイシングすることができる。そのため、表面実装型発光ダイオードの歩留まりを低下させることがなく、生産性を向上させることができる。ダイシング後における切りしろは、ベース部材の外周面において、ベース部材の厚み方向の寸法よりも当該方向の寸法の小さい、凸部となる。凸部が形成されていればベース部材の表面積が増大するため、より効率よく放熱することができる。

複数の凸部がベース部材に形成されていれば、ベース部材の表面積がより増大するため、一層効率よく放熱することができる。

リフレクタは、ベース部材と同様に金属製であるため、肉厚に設けられるとダイシングが困難となる。そこで、リフレクタを板材から成形する工程において、切りしろとして板材の厚みよりも薄い領域を設け、当該切りしろに沿ってダイシングすれば、より容易にダイシングすることができる。そのため、表面実装型発光ダイオードの生産性を向上させることができる。ダイシング後における切りしろは、リフレクタの外周面において、リフレクタの厚み方向の寸法（すなわち、リフレクタの外周面の幅）よりも当該方向の寸法の小さい、凸形状部となる。凸形状部が形成されていればリフレクタの表面積が増大するため、より効率よく放熱することができる。複数の凸形状部がリフレクタに形成されていれば、リフレクタの表面積がより増大するため、一層効率よく放熱することができる。

また、ベース部材は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇの少なくともいずれか一つ以上またはそれらの複合体からなることが望ましい。これらの材料は熱伝導率が高いため、半導体発光素子から発生する熱の外部への放熱性のよいベース部材とすることができる。また、これらの材料は加工性もよいため、製作が容易である。さらに、半導体発光素子から発生する光の一部がベース部材によって反射され、効率よく外部へ放出されるので、ベース部材の下部方向へ漏れる光を極めて少なくすることができる。

また、リフレクタは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇの少なくともいずれか一つ以上またはそれらの複合体からなることが望ましい。これらの材料は熱伝導率が高いため、半導体発光素子から発生する熱の外部への放熱性のよいリフレクタとすることができる。また、これらの材料は加工性もよいため、製作が容易である。さらに、半導体発光素子から発生する光をリフレクタによって反射し、効率よく外部へ放出することができる。

また、接着シートは、熱伝導性シリコーン、熱伝導性アクリル、熱伝導性エポキシの少なくともいずれか一つ以上またはそれらを層状に積み重ねてなる複合体（多層体）からなることが望ましい。これらの材料は、一つの物質内での熱の伝わり易さを表す値である熱伝導率が比較的高い（たとえば１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）。そのため、半導体発光素子から発生しベース部材に伝導された熱がリフレクタに伝導されやすくなり、一層効率よく放熱することができる。また、リフレクタを熱伝導性接着シートによってベース部材へ接着することができるので、表面実装型発光ダイオードの作製が容易となる。ここで、熱伝導性接着シートは、熱伝導性フィラーが充填され、充填材として熱伝導の良い酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどを用いる構成とすることができる。また、熱伝導性接着シートとして、熱伝導粘着材、アルミ箔および熱伝導粘着材を順に積層させた構成や、熱伝導粘着材、熱伝導性コンパウンドおよび熱伝導粘着材を順に積層させた構成も考えられる。

また、リフレクタの内周面は、円錐面、球面、放物面のいずれかの一部であるように形成されていることが望ましい。この場合は、半導体発光素子から発生する光を効率よく放出することができる。

また、ベース部材は、少なくとも、半導体発光素子が接着固定されている表面において、金メッキまたは銀メッキの表面処理が施されていることが望ましい。この場合は、半導体発光素子をベース部材に接着固定するボンディングが良好となる。また銀メッキは、光反射率が高く、半導体発光素子からベース部材に放射された光の外部取り出し効率が向上する。

また、リフレクタ上のベース部材と接合されていない面において、導体層が、絶縁層を介在させて形成されていることが望ましい。この場合は、導体層の変質を抑制することができる。また、導電線によって半導体発光素子と電気的に接続される電極がリフレクタの内周面にない場合は、半導体発光素子が発生する光は、リフレクタの内周面およびベース部材の上面において一方向に反射されやすくなる。そのため、光を外部へ放射する光放射効率を向上させることができる。

また、上記導体層は、半導体発光素子と電気的に接続されていることが望ましい。この場合は、リフレクタの寸法を小さくすることができる。リフレクタの寸法が小さければ、リフレクタの内周面と半導体発光素子との距離が短くなるため、半導体発光素子が発生する光が有効に上面方向に反射されやすくなり、より効率よく光を外部へ放出することができ、光反射効率を向上させることができる。また、輝点発光の形状が容易に作製でき、輝点発光が必要な用途に適している。また、リフレクタが小型化されれば、半導体発光素子が発生する熱がリフレクタへ伝導されやすくなり、熱がリフレクタから外部へ放出されやすくなり、放熱性が向上する。

また、リフレクタ上のベース部材と接合されていない面において、金メッキまたは銀メッキの表面処理が施されて、外部接続端子部を形成していることが望ましい。この場合は、外部接続端子部の変質を抑制することができる。

また、ベース部材上に、半導体発光素子を覆うように透光性樹脂が設けられていることが望ましい。この場合は、透光性樹脂によって、半導体発光素子を覆って外気から遮断し回路を保護することができる。

また、上記透光性樹脂は、リフレクタと接触しないように設けられていることが望ましい。この場合は、半導体発光素子から透光性樹脂への熱伝導に伴って、透光性樹脂の膨張および収縮が生じてリフレクタから透光性樹脂が剥がれるという問題が発生することがなく、また、ベース部材の膨張および収縮が生じてリフレクタから透光性樹脂が剥がれるという問題が発生することがないため、表面実装型発光ダイオードの故障率を低減させ信頼性を向上させることができる。また、ベース部材とリフレクタとを熱膨張係数の異なる材料で構成することができる。

また、透光性樹脂は、半導体発光素子が発光する光により励起されると、半導体発光素子が発光する光よりも長波長の光を発する蛍光体を含有していることが望ましい。たとえば、半導体発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体から成る青色系半導体発光素子であり、透光性樹脂は、青色系半導体発光素子が発光する光により励起されると黄色系の光を発する蛍光体を含有していることが望ましい。この構成によれば、白色光源を得ることができる。なお、半導体発光素子はＺｎＯ（酸化亜鉛）系化合物半導体でもよく、近紫外系色を発光する半導体発光素子でもよい。

この発明に係る表面実装型発光ダイオードの製造方法は、金属製のリフレクタ素材に複数の貫通孔部と、切断用の溝とを形成する工程を備える。また、リフレクタ素材の表面の一部に、絶縁層と導体層とを順に積層形成する工程を備える。また、金属製のベース部材集合体の表面および裏面に、リフレクタ素材に形成された溝と同一の平面形状の凹部を形成する工程を備える。また、複数の半導体発光素子を、ベース部材集合体の表面に接着固定する工程を備える。また、ベース部材集合体の表面に、熱伝導性接着シートを介在させて、複数の半導体発光素子が複数の貫通孔部の内側に配置されるように、かつ、溝と凹部とが重なるように、リフレクタを接合する工程を備える。また、半導体発光素子と導体層とを電気的に接続する工程を備える。また、溝に沿ってリフレクタ素材およびベース部材集合体を厚み方向に切断して、外周面に凸部の形成されたベース部材および外周面に凸形状部の形成されたリフレクタを有する単個の表面実装型発光ダイオードに分割する工程を備える。

この製造方法によれば、外周面に凸部の形成されたベース部材および外周面に凸形状部の形成されたリフレクタが金属製のため、半導体発光素子から発生した熱を外部に効率よく放熱することができ、また、半導体発光素子から発生した光を外部に効率よく放出することができる。金属製のベース部材およびリフレクタは、肉厚に設けられると厚み方向に切断が困難となるが、ベース部材に凹部が形成され、リフレクタ素材に切断用の溝が形成されることにより、厚み方向に切断が容易となる。そのため、表面実装型発光ダイオードの歩留まりを低下させることがなく、生産性を向上させることができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係る表面実装型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面構造を示す模式図である。図１および図２に示すように、表面実装型発光ダイオード２０は、半導体発光素子１、凸部１０を有するベース部材２、絶縁層３、導体層４、熱伝導性接着シート５、凸部９を有するリフレクタ６、蛍光体含有透光性樹脂７、導電線８、外部接続端子部８１、８２より構成されている。

ベース部材２は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇなどの熱伝導率の高い金属からなり、板状に形成されている。半導体発光素子１は、その裏面がベース部材２上に接着固定されている。ベース部材２は、外周面において、ダイシングを容易にするために用いられた切りしろ残りである、凸部１０を有する。凸部１０は、ベース部材２の外周面の幅よりも小さい幅を有する。上記幅とは、ベース部材２の上面（半導体発光素子１が接着固定されている表面）に垂直な方向（すなわちベース部材２の厚み方向）における寸法を示す。つまりベース部材２の断面において、図２に示すように、ベース部材２の厚み方向（図２の上下方向）における凸部１０の寸法は、ベース部材２の厚みよりも小さくなっている。

ベース部材２の上面の一部領域に、熱伝導性接着シート５が積層され、熱伝導性接着シート５上にリフレクタ６が設けられる。つまりリフレクタ６は、図２に示すように、ベース部材２の上面に、半導体発光素子１を囲むように、熱伝導性接着シート５を介在させて、接合されている。

リフレクタ６は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇなどの熱伝導率の高い金属からなり、たとえば最小内径２ｍｍ程度、最大内径３ｍｍ程度のすり鉢型に形成されている。またリフレクタ６は、外周面において、ダイシングを容易にするために用いられた切りしろ残りである、凸部９を有する。凸部９は、リフレクタ６の外周面の幅よりも小さい幅を有する。上記幅とは、リフレクタ６の厚み方向における寸法を示す。つまりリフレクタ６の断面において、図２に示すように、リフレクタ６の厚み方向（図２の上下方向）における凸部９の寸法は、リフレクタ６の厚みよりも小さくなっている。

また、リフレクタ６の内周壁は鏡面仕上げされている。ここでリフレクタ６の内周面とは、リフレクタ６によって囲まれている半導体発光素子１と対向している、リフレクタ６の表面である。リフレクタ６がすり鉢型であり、その内周壁が鏡面仕上げされているために、半導体発光素子１から発生した光はリフレクタ６によって反射され、外部に効率よく放出される。半導体発光素子１から発生した光の一部はベース部材２に向かって発光されるが、ベース部材２もまた金属製であることから、ベース部材２の上面において光が反射され、光は外部に効率よく放出される。つまり、ベース部材２の下面側から光が漏れる量は極めて少ない。

リフレクタ６の表面の、ベース部材２と接合されていない面である上面において、絶縁層３が積層されている。絶縁層３の表面に、金属配線パターン導体となる導体層４が積層されている。リフレクタ６と導体層４とは（つまり、半導体発光素子１が接着固定されているベース部材２と導体層４とは）、絶縁層３によって電気的に絶縁されている。半導体発光素子１の電極は、導電線８によって導体層４と電気的に接続されている。

導体層４は、たとえば上記上面において、外部接続端子部８１、８２と接続して外部から半導体発光素子１に電流を供給するように機能すれば、表面実装型発光ダイオード２０を発光させるための回路を形成することができる。導体層４および外部接続端子部８１、８２は、表面が銀被膜で被覆されており、そのために導体層４および外部接続端子部８１、８２の変質が抑制される。

また、ベース部材２の上面のリフレクタ６よりも内側には、光が材料内部を進むことができる性質を有する樹脂材料である透光性樹脂７として、シリコーン樹脂が充填され、半導体発光素子１は透光性樹脂７により覆われている。透光性樹脂７は、半導体発光素子１からの光で励起されると黄色系の光を発する蛍光体を含有し分散保持する。ここで蛍光体とは、ある特定の波長の電磁波（たとえば可視光線、紫外線、Ｘ線、電子線など）を照射することにより、別の波長の可視光線を放出（発光）する物質である。

半導体発光素子１は、窒化ガリウム系化合物半導体より成る青色系の半導体発光素子であり、Ｐ、Ｎ電極を同一面（この場合、ベース部材２に接着された裏面と反対側の表面であって、図２に示す上面側）に有するチップ状に形成されている。半導体発光素子１が発光すると、青色系の光を発する。このとき、透光性樹脂７に分散保持された蛍光体に青色系の光が吸収されて得られる黄色系の光と、蛍光体に吸収されなかった青色系の光との混色によって、白色系の発光が得られる。上記半導体発光素子１がベース部材２に複数接着固定されて実装されていれば、より高出力の光源を得ることができる。透光性樹脂７の形状は、ベース部材２の表面から遠ざかる側に向けて盛り上がる凸レンズ状に形成されていてもよい。ここで、青色系の光とは、発光のピーク波長が３５０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である光をいう。また黄色系の光とは、発光のピーク波長が５５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である、上記青色系の光よりも長波長な光をいう。

ここで、透光性樹脂７とリフレクタ６とは接触していない。したがって、半導体発光素子１から発生する熱によって透光性樹脂７の膨張および収縮が生じ、リフレクタ６から透光性樹脂７が剥がれるという問題が発生することがなく、表面実装型発光ダイオード２０の故障率を低減させ信頼性を向上させることができる。また、ベース部材２とリフレクタ６とを熱膨張係数の異なる材料で構成することができる。

図３は、半導体発光素子が発生する熱の伝導を示す模式図である。図３において、矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、熱の伝導を示す。図３に示すように、半導体発光素子１が発生した熱は、ベース部材２上に直接に半導体発光素子１が接着固定されているために、矢印ａ、ｂのようにベース部材２へ直接伝導される。ベース部材２へ伝導された熱は、一部が矢印ｅ、ｆのようにベース部材２の凸部１０を通して外部へ放熱され、また一部の熱は矢印ｂ、ｃのように熱伝導性接着シート５を通ってリフレクタ６へ伝導される。リフレクタ６へ伝導された熱は、矢印ｄのように、凸部９から外部へ放熱される。

ベース部材２およびリフレクタ６が、共に熱伝導率が高い金属製のため、半導体発光素子１から発生した熱を外部に効率よく放熱することができる、放熱性のよい表面実装型発光ダイオード２０を構成することができる。ベース部材２には凸部１０が形成されており、リフレクタ６には凸部９が形成されており、ベース部材２およびリフレクタ６の表面積が増大している。そのため、より効率よく放熱することができる。

また、リフレクタ６が熱伝導性接着シート５を介在させてベース部材２と接合されているので、リフレクタ６に熱が伝導されやすく、半導体発光素子１から発生した熱をより効率よく外部に放熱することができる。熱伝導性接着シート５は熱伝導性のよいものを使用することは言うまでもなく、たとえば、熱伝導性接着シート５として熱伝導性シリコーン、熱伝導性アクリル、熱伝導性エポキシのいずれか、またはそれらを層状に積み重ねてなる複合体（多層体）などを使用することができる。

半導体発光素子１から発生した熱を外部に効率よく放熱することができるので、半導体発光素子１の温度が低くなり、半導体発光素子１を覆う透光性樹脂７の温度も低く保たれる。そのため、透光性樹脂７に分散保持される蛍光体が半導体発光素子１の高温に晒されることによる劣化が抑制される。これにより、表面実装型発光ダイオード２０の寿命を延ばすことが可能になる。また、表面実装型発光ダイオード２０から発生する色のバラツキを抑えることができる。

透光性樹脂７に分散保持される蛍光体としては、ガドリニウムおよびセリウムが添加された、ＹＡＧ系（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＢＯＳ系（Barium Ortho-Silicate）、ＴＡＧ系（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）の少なくとも１種を含んでいる。なお、白色光を得るためには透光性樹脂７に蛍光体を含有させることが必要であるが、表面実装型発光ダイオード２０としては、蛍光体を含有しない透光性樹脂７のみで半導体発光素子１を封止する構成でもよいことは言うまでもない。透光性樹脂７は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン変形エポキシ系樹脂などの少なくとも１種以上あるいはその複合体であることが望ましい。半導体発光素子１から発生する熱の一部は、透光性樹脂７を通じて外部へ放熱されるので、放熱性のよい（たとえば熱伝導率０．３Ｗ／ｍＫ以上）透光性樹脂７であればより好ましい。

また、半導体発光素子１から発生した光は、リフレクタ６が金属製であるために効率よく外部に放射される。リフレクタ６が金属製の一体物であって、リフレクタ６において光を反射する面となる内周面に、反射層として反射率を上げるためのＡｌ蒸着、金属メッキなどを必要としないため、作製が容易となる。また、ベース部材２とリフレクタ６とを熱伝導性接着シート５で接着するだけで作製しているため、作製が容易となる。

次に、図１および図２に示す表面実装型発光ダイオード２０の製造手順を説明する。図４は、表面実装型発光ダイオードの製造工程を示す流れ図である。図５は、図４で示す表面実装型発光ダイオードの製造方法の各工程を説明するための図である。図４に示すように、まず、工程（Ｓ１０）において、ベース部材集合体として、厚さ１ｍｍの金属板を準備する。次に工程（Ｓ２０）において、ベース部材集合体を、エンボス型を使用して上方から押し潰す方向にエンボス成形する方法で、後工程で半導体発光素子が接着固定される表面である上面と、上面と反対側の下面とに、凹部１４を成形する。凹部１４は、ベース部材集合体の表面の直交する二方向に沿って形成される。凹部１４は、ベース部材集合体の上下面において、深さ０．３ｍｍとなるように形成される。ここでベース部材集合体とは、ダイシング（切断）されることによってベース部材２に成形される素材であって、後述するように、半導体発光素子１の接着固定・ワイヤボンディングおよび樹脂封止の各工程を経た後に、個々のベース部材２に切断・分離される。

次に工程（Ｓ３０）において、図５（ａ）に示すように、ベース部材集合体の上面に、半導体発光素子１を透明樹脂としてのシリコーン樹脂で接着固定（マウント）する。上記透明樹脂はたとえば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂であってもよい。次に工程（Ｓ４０）において、図５（ａ）に示すように、ベース部材集合体の上面側に、熱伝導性接着シート５としてのシート状の熱伝導性アクリル（厚さ０．１ｍｍ）を貼付する。

一方、工程（Ｓ１１０）〜（Ｓ１５０）において、リフレクタ素材を形成する。まず工程（Ｓ１１０）において、厚さ０．８ｍｍの金属製の板材を準備する。次に工程（Ｓ１２０）において、エンボス型を使用して上方から押し潰す方向に両面エンボス成形する方法によって、板材に貫通孔部１３と切断用の溝１２とを形成する。切断用の溝１２は、リフレクタ素材の表面の直交する二方向に沿って形成される。ここで貫通孔部１３は、円錐面の一部であるように形成されており、図５（ａ）に示す断面において、貫通孔部１３の径は図の上側から下側に向かって、小さくなっている。切断用の溝１２は、板材１１よりも厚みの薄い領域となる。切断用の溝１２は、板材の上下面において、深さ０．３ｍｍとなるように形成される。

次に工程（Ｓ１３０）において、リフレクタ素材の上面に、絶縁層３としての二酸化シリコン層（厚さ０．０５ｍｍ）を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、面状に積層する。絶縁層３は、たとえばスパッタリング法によっても形成することができる。続いて工程（Ｓ１４０）において、絶縁層３の表面に、電気メッキを用いて形成された金属配線パターン導体としての銅薄膜（厚さ０．０３５ｍｍ）と、さらに銀メッキ法を用いて銀薄膜（厚さ０．００５ｍｍ）とからなる、導体層４を積層する。金属配線パターン導体は、たとえばＣＶＤ法、スパッタリング法または熱酸化法によっても形成することができる。導体層４の表面が銀メッキされ銀薄膜で被覆されるので、導体層４の変質が抑制される。また、導体層４の積層と同時に、外部接続端子部８１、８２もリフレクタ素材の上面に形成される。このようにして、工程（Ｓ１５０）において、板状のリフレクタ素材が完成する。リフレクタ素材は、図５（ａ）の紙面と垂直方向にも延在している板状であり、後の工程でダイシングされることによってリフレクタ６に形成される部材が、複数個結合されたものである。

次に工程（Ｓ５０）において、図５（ｂ）に示すように、熱伝導性接着シート５上にリフレクタ素材を接合させる。このとき、切断用の溝１２と凹部１４とが重なるように、リフレクタ素材が配置される。かつ、円錐面の一部形状として形成された貫通孔部１３の内側に半導体発光素子１が配置されるように、リフレクタ素材がベース部材集合体に接合される。よって、当該円錐面の一部形状がリフレクタ６の内周面となり、そのために半導体発光素子１から発生する光を効率よく外部に放出することが可能となる。

続いて、工程（Ｓ６０）において、ワイヤボンディングにより、半導体発光素子１の各電極と、対応する導体層４のボンディングパッドとを、導電線（リード線）８を用いて接続する。この後、工程（Ｓ７０）において、ＢＯＳ系蛍光体を含有する透光性樹脂７（たとえばシリコーン樹脂）を、リフレクタ６の内部に、ディスペンサーを用いて充填する。

次に工程（Ｓ８０）において、図５（ｂ）に示すダイシングライン１５に沿って、リフレクタ素材およびベース部材集合体のダイシングを行なう。つまり、リフレクタ素材は切断用の溝１２に沿ってダイシングされ、ベース部材集合体は凹部１４に沿ってダイシングされる。そのため、リフレクタ素材およびベース部材集合体の切断幅は小さくなっており、容易にダイシングすることができる。よってダイシング工程における不良品の発生を抑制できるので、表面実装型発光ダイオード２０の歩留まりを低下させることがなく、生産性を向上させることができる。

また、ダイシングは、図５（ｂ）に示すダイシングラインと直交する方向にも行なわれる。つまり、図５（ｂ）はリフレクタ素材およびベース部材集合体の一断面を示す断面図であるから、実際にはリフレクタ素材およびベース部材集合体は、図５（ｂ）の紙面と垂直な方向にも延在している。凹部１４および切断用の溝１２は、それぞれ、ベース部材集合体およびリフレクタ素材の表面の、直交する二方向に沿って形成されている。そこで、図５（ｂ）に示すダイシングラインと、当該ダイシングラインと直交する方向との、直交する二方向のいずれの方向にもダイシングを行なうことによって、単個の表面実装型発光ダイオード２０となる。

このようにして、工程（Ｓ９０）において、単個のベース部材２およびリフレクタ６を有する、図５（ｃ）に示す単個の表面実装型発光ダイオード２０が作製される。ベース部材２には、工程（Ｓ８０）のダイシングにおいて凹部１４に沿って分断された後の切りしろ残りとしての、凸部１０が形成されている。凸部１０は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向（つまり、ベース部材２の厚み方向であって、図５（ｃ）における上下方向）の寸法が、０．４ｍｍである。また、リフレクタ６には、工程（Ｓ８０）のダイシングにおいて切断用の溝１２に沿って分断された後の切りしろ残りとしての、凸部９が形成されている。凸部９は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．２ｍｍである。

なお、実施の形態１においては、半導体発光素子１はＰ、Ｎ電極を同一面に有するチップ状に形成されていたが、この構造に限らず、Ｐ、Ｎ電極を両側に有するチップ状に形成される構造でもよい。半導体発光素子１が、ベース部材２と接触する側の裏面側に電極を有している場合、ベース部材２の当該半導体発光素子１が接着固定される表面において、金メッキまたは銀メッキの表面処理が施されていれば、半導体発光素子１をベース部材２に接着固定するボンディングが良好となる。銀メッキの場合は、光反射率が高く光外部取り出し効率が向上する。また半導体発光素子１の基板は、絶縁体、導体のいずれでもよい。半導体発光素子１は、窒化ガリウム系化合物半導体に限られず、ＺｎＯ（酸化亜鉛）系化合物半導体、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を用いてもよいことは言うまでもない。これらいずれの構造でも、半導体発光素子１をベース部材２に実装可能である。

さらに、複数個の半導体発光素子１がベース部材２に実装可能である。複数個の同色の半導体発光素子１が実装されていれば高出力光源を得ることができる。またたとえば、青色・緑色・赤色および近紫外色ＬＥＤチップなどの半導体発光素子がそれぞれ一つずつまたは同数個ずつ実装されていれば、各ＬＥＤチップへの電流配分の調整により白色などの調色が可能な光源を得ることができることは言うまでもない。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２の表面実装型発光ダイオードの断面構造の一部を示す模式図である。実施の形態２の表面実装型発光ダイオード３０と、上述した実施の形態１の表面実装型発光ダイオード２０とは、基本的に同一の構成を備えている。しかし、実施の形態２では、絶縁層３と導体層４との構造が図６に示すような構成となっている点で実施の形態３とは異なっている。

具体的には、表面実装型発光ダイオード３０を構成するベース部材２は、厚さ１．２ｍｍの銅により作製されている。リフレクタ６は、厚さ０．６ｍｍの金属製の板材から形成されている。リフレクタ６の、熱伝導性接着シート５（厚さ０．０８ｍｍ）を介在させてベース部材２と接触している面以外の表面である、リフレクタ６の上面および内周面において、絶縁層３（厚さ０．０３ｍｍ）を介在させて、導体層４（厚さ０．０５ｍｍ）が積層されている。半導体発光素子１と導体層４とは、導電線８によって、電気的に接続されている。

図６に示す表面実装型発光ダイオード３０の製造時には、ベース部材集合体に形成される凹部は、ベース部材集合体の上下面において、深さ０．３５ｍｍとなるように形成される。また、リフレクタ素材に形成される切断用の溝は、板材の上下面において、深さ０．１ｍｍとなるように形成される。このようにして、ベース部材２の凸部１０は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．５ｍｍとなるように形成される。また、リフレクタ６の凸部９は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．４ｍｍであるように形成される。

表面実装型発光ダイオード３０のその他の構成および製造手順については、実施の形態１において説明した通りであるので、その説明は繰り返さない。

（実施の形態３）
図７は、実施の形態３の表面実装型発光ダイオードの断面構造の一部を示す模式図である。実施の形態３の表面実装型発光ダイオード４０と、上述した実施の形態１の表面実装型発光ダイオード２０とは、基本的に同一の構成を備えている。しかし、実施の形態３では、半導体発光素子１および導電線８の構造が図７に示すような構成となっている点で、実施の形態１とは異なっている。

具体的には、表面実装型発光ダイオード３０を構成するリフレクタ６は、厚さ０．６ｍｍのアルミニウム板により、たとえば最小内径２ｍｍ程度、最大内径２．４ｍｍ程度のすり鉢型に形成されている。リフレクタ６は、熱伝導性接着シート５（厚さ０．１５ｍｍ）を介在させて、ベース部材２と接触している。リフレクタ６の上面において、絶縁層３（厚さ０．０４ｍｍ）を介在させて、導体層４（厚さ０．０３ｍｍ）が積層されている。

半導体発光素子１は、その両面（図７に示す上下面）にＰ、Ｎ電極を有するチップ状に形成されており、銀ペースト４１を介在させてベース部材２に接着固定されている。半導体発光素子１がベース部材２に接着固定される面と反対側の上面側の電極と、導体層４のボンディングパッドとは、導電線８によって電気的に接続されている。また、ベース部材２と、導体層４のボンディングパッドとは、導電線８によって電気的に接続されている。

図７に示す表面実装型発光ダイオード４０の製造時には、厚さ１ｍｍのベース部材集合体に形成される凹部は、ベース部材集合体の上下面において、深さ０．２５ｍｍとなるように形成される。また、リフレクタ素材に形成される切断用の溝は、板材の上下面において、深さ０．２ｍｍとなるように形成される。このようにして、ベース部材２の凸部１０は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．５ｍｍとなるように形成される。また、リフレクタ６の凸部９は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．２ｍｍであるように形成される。

表面実装型発光ダイオード４０のその他の構成および製造手順については、実施の形態１において説明した通りであるので、その説明は繰り返さない。

（実施の形態４）
図８は、実施の形態４の表面実装型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。実施の形態４の表面実装型発光ダイオード５０と、上述した実施の形態１の表面実装型発光ダイオード２０とは、基本的に同一の構成を備えている。しかし、実施の形態４では、凸部９、１０の構造が図８に示すような構成となっている点で、実施の形態１とは異なっている。

具体的には、ベース部材２に形成された凸部１０は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．５ｍｍである。また、リフレクタ６に形成された凸部９は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．３ｍｍである。凸部９、１０は、外周面が凹凸形状に形成されている。このように、凸部９、１０の外周面が凹凸形状に形成されていることにより、凸部９、１０の表面積を増大することができる。このため、凸部９、１０の放熱面積も増大するので、半導体発光素子１から発生した熱の、外部への放熱に有利となる。図８に示す凹凸形状は、たとえばレーザ加工（たとえば炭酸ガスレーザを用いる）によって金属を切断することで形成できる。レーザ加工は通常熱で溶かし切断する方法のため、切断面は凹凸形状になるためである。またたとえば、ダイシング加工において、左右（横）方向に力を加えることにより、ダイシング加工面に凹凸を形成する方法によって、凹凸形状を得ることができる。またたとえば、ハーフダイシングを行ない、半分のみダイシング溝を形成し、その後折り曲げるように機械的力を加えて切断する方法によって、凹凸形状を形成することができる。

表面実装型発光ダイオード５０のその他の構成および製造手順については、実施の形態１において説明した通りであるので、その説明は繰り返さない。

（実施の形態５）
図９は、実施の形態５の表面実装型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。実施の形態５の表面実装型発光ダイオード６０と、上述した実施の形態１の表面実装型発光ダイオード２０とは、基本的に同一の構成を備えている。しかし、実施の形態４では、凸部１０の構造が図９に示すような構成となっている点で、実施の形態１とは異なっている。

具体的には、ベース部材２に形成された凸部１０は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．３ｍｍである。また、リフレクタ６に形成された凸部９は、半導体発光素子１が搭載されたベース部材２の表面に対して垂直な方向の寸法が、０．３ｍｍである。凸部１０は、ベース部材２の外周面において、二箇所に形成されている。つまり、凸部１０が外周面に形成された２つのベース部材２が、熱伝導性接着シート５を介在させて積み重ねられて、表面実装型発光ダイオード６０を構成している。このように、凸部９および二箇所の凸部１０が形成されていることにより、凸部９、１０の表面積を増大することができる。このため、凸部９、１０の放熱面積も増大するので、半導体発光素子１から発生した熱の、外部への放熱に有利となる。

表面実装型発光ダイオード６０のその他の構成および製造手順については、実施の形態１において説明した通りであるので、その説明は繰り返さない。

なお、実施の形態１から実施の形態５の説明においては、ベース部材２およびリフレクタ６が一枚の金属の板材を原材料として作成される例を述べているが、たとえば金属材料の表面に他の金属がメッキ加工により積層されるなど、複数の金属が組み合わされて形成されてもよい。たとえば、リフレクタ６の内周面に銀メッキ、ニッケルメッキ、ニッケル−クロムメッキなどからなるメッキ層を形成することができる。上記メッキ層を形成すれば、半導体発光素子１から発生する光をより効率よくリフレクタ６の外部に放出することができる。ベース部材２およびリフレクタ６を形成する金属材料は、放熱性および加工性に優れたＡｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇなどを用いることができ、またはこれらの複合体としてもよい。ベース部材２およびリフレクタ６が一体物として形成される場合、ベース部材２およびリフレクタ６の材料は、単体の金属に限られず合金であってもよい。

ベース部材２およびリフレクタ６の形状に関しては、光反射面であるベース部材２の上面およびリフレクタ６の内周面を除く部分を凹凸形状に設け、放熱フィンのような形状とすることもできる。このようにすれば、ベース部材２およびリフレクタ６から外部への放熱がさらに促進されるために、一層放熱性を向上させることができる。またリフレクタ６の光反射面は、円錐面に限られず、たとえば球面や放物面の一部であるように、リフレクタ６が形成されてもよく、この場合半導体発光素子１から発生する光を効率よく放出することができる。

絶縁層３は、たとえば二酸化シリコン、アクリルゴム、エポキシ、シリコーン、ポリイミドなどを、熱伝導粘着材と介在させてリフレクタ６および導体層４に接着することによって構成することができる。

また、熱伝導性接着シート５が透光性樹脂７と接触している構成としてもよい。たとえば図２に示す表面実装型発光ダイオード２０において、熱伝導性接着シート５がリフレクタ６の内周壁よりも内側においても形成する構成とすれば、熱伝導性接着シート５を透光性樹脂７と接触させることができる。この場合、透光性樹脂７中に放熱された熱を、熱伝導性接着シート５を通してリフレクタ６へ伝導することができる。したがって、半導体発光素子１が発生した熱をより効率よく外部へ放熱することができる。

さらに、リフレクタ６を、熱伝導性接着シート５とリフレクタ６とが接合している面積が増大させるような形状に形成してもよい。たとえば、リフレクタ６を、熱伝導性接着シート５との接合部において、凹凸を有する形状、または、のこぎり歯状の細かい刻み目を有する形状に成形することができる。このようにすれば、熱伝導性接着シート５からリフレクタ６への熱伝導が向上する。したがって、半導体発光素子１が発生した熱をより効率よく外部へ放熱することができる。また、リフレクタ６の接合強度を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に係る表面実装型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面構造を示す模式図である。 半導体発光素子が発生する熱の伝導を示す模式図である。 表面実装型発光ダイオードの製造工程を示す流れ図である。 図４で示す表面実装型発光ダイオードの製造方法の各工程を説明するための図である。 実施の形態２の表面実装型発光ダイオードの断面構造の一部を示す模式図である。 実施の形態３の表面実装型発光ダイオードの断面構造の一部を示す模式図である。 実施の形態４の表面実装型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。 実施の形態５の表面実装型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。 従来の表面実装型発光ダイオードの構成の例を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 半導体発光素子、２ ベース部材、３ 絶縁層、４ 導体層、５ 熱伝導性接着シート、６ リフレクタ、７ 蛍光体含有透光性樹脂、８ 導電線、９，１０ 凸部、１１ 板材、１２ 切断用の溝、１３ 貫通孔部、１４ 凹部、１５ ダイシングライン、２０，３０，４０，５０，６０，１００ 表面実装型発光ダイオード、４１ 銀ペースト、８１，８２ 外部接続端子部、１０１ 基体、１０２ 電極、１０３ 半導体発光素子、１０４ 導電性ワイヤ、１０５ モールド部材。

Claims (14)

1. 平坦な表面と、前記表面と反対側の反対面と、少なくとも一つ以上の凸部が形成されている外周面とを有する、金属製のベース部材と、
   前記ベース部材の前記表面上に裏面が接着固定された半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子を囲むように前記ベース部材の前記表面上に接着シートを介在させて接合され、少なくとも一つ以上の凸形状部が形成されている外周面を有する、金属製のリフレクタとを備え、
   前記凸部は、前記ベース部材の外周面の幅よりも小さい幅を有し、前記反対面から離れて形成されており、
   前記凸形状部は、前記リフレクタの外周面の幅よりも小さい幅を有し、
   前記ベース部材の外周面と前記リフレクタの外周面とは同一面上にあり、
   前記凸部の先端と前記凸形状部の先端とは同一面上にある、表面実装型発光ダイオード。
2. 前記ベース部材は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇの少なくともいずれか一つ以上またはそれらの複合体からなる、請求項１に記載の表面実装型発光ダイオード。
3. 前記リフレクタは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇの少なくともいずれか一つ以上またはそれらの複合体からなる、請求項１に記載の表面実装型発光ダイオード。
4. 前記接着シートは、熱伝導性シリコーン、熱伝導性アクリル、熱伝導性エポキシの少なくともいずれか一つ以上またはそれらの多層体からなる、請求項１に記載の表面実装型発光ダイオード。
5. 前記リフレクタの内周面は、円錐面、球面、放物面のいずれかの一部であるように形成されている、請求項１に記載の表面実装型発光ダイオード。
6. 前記ベース部材は、少なくとも、前記半導体発光素子が接着固定されている表面において、金メッキまたは銀メッキの表面処理が施されている、請求項１に記載の表面実装型発光ダイオード。
7. 前記リフレクタ上の前記ベース部材と接合されていない面において、導体層が、絶縁層を介在させて形成されている、請求項１または請求項２のいずれかに記載の表面実装型発光ダイオード。
8. 前記導体層は、前記半導体発光素子と電気的に接続されている、請求項７に記載の表面実装型発光ダイオード。
9. 前記リフレクタ上の前記ベース部材と接合されていない面において、金メッキまたは銀メッキの表面処理が施されて、外部接続端子部を形成している、請求項７に記載の表面実装型発光ダイオード。
10. 前記ベース部材上に、前記半導体発光素子を覆うように透光性樹脂が設けられている、請求項１に記載の表面実装型発光ダイオード。
11. 前記透光性樹脂は、前記リフレクタと接触しないように設けられている、請求項１０に記載の表面実装型発光ダイオード。
12. 前記透光性樹脂は、前記半導体発光素子が発光する光により励起されると、前記半導体発光素子が発光する光よりも長波長の光を発する蛍光体を含有している、請求項１１に記載の表面実装型発光ダイオード。
13. 前記半導体発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体から成る青色系半導体発光素子であり、
    前記透光性樹脂は、前記青色系半導体発光素子が発光する光により励起されると黄色系の光を発する蛍光体を含有している、請求項１１に記載の表面実装型発光ダイオード。
14. 金属製のリフレクタ素材に複数の貫通孔部と、切断用の溝とを形成する工程と、
    前記リフレクタ素材の表面の一部に、絶縁層と導体層とを順に積層形成する工程と、
    金属製のベース部材集合体の表面および裏面に、前記リフレクタ素材に形成された前記溝と同一の平面形状の凹部を形成する工程と、
    複数の半導体発光素子を、前記ベース部材集合体の前記表面に接着固定する工程と、
    前記ベース部材集合体の前記表面に、熱伝導性接着シートを介在させて、前記複数の半導体発光素子が前記複数の貫通孔部の内側に配置されるように、かつ、前記溝と前記凹部とが重なるように、前記リフレクタを接合する工程と、
    前記半導体発光素子と前記導体層とを電気的に接続する工程と、
    前記溝に沿って前記リフレクタ素材および前記ベース部材集合体を厚み方向に切断して、外周面に凸部の形成されたベース部材および外周面に凸形状部の形成されたリフレクタを有する単個の表面実装型発光ダイオードに分割する工程とを備える、表面実装型発光ダイオードの製造方法。

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