JPWO2013027413A1 - 保護素子及びこれを用いた発光装置 - Google Patents
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Abstract
保護素子１０は、半導体基板２４と、接続電極２１と、裏面電極２２と、保護回路とを備えている。接続電極２１は、半導体基板２４の、フリップチップ実装型の発光素子１０を搭載する搭載面２４１に設けられ、発光素子１０の電極と接続される。保護回路は、半導体基板２４に設けられ、接続電極２１を介して発光素子１０と接続される。裏面電極２２は、半導体基板２４の搭載面２４１と反対側の面２４２に設けられ、対応する接続電極２１と接続されており、実装用基体２の電極と接続される。
Description
本発明は、発光素子が搭載されると共に、この発光素子と並列接続されることで発光素子を静電気などの高電圧から保護する保護素子及びこれを用いた発光装置に関する。
発光素子は、電球や蛍光灯と比べて消費電流が小さく、長寿であり、小型であることから、電球や蛍光灯に代わる光源として、需要が増大している。
発光素子に逆極性で高電圧が印加されると破壊を起こすことから、発光素子には保護素子が接続されることがある。
例えば、従来の発光装置は、プリント配線基板の素子搭載面の上に、発光素子と保護素子の一例であるツェナーダイオードとを横方向に並べて搭載し、封止樹脂により発光素子とツェナーダイオードとを封止している。この発光装置では、プリント配線基板に発光素子とツェナーダイオードとを並列接続する配線パターンが設けられている。
また、特許文献１に記載された保護素子が知られている。特許文献１には、フリップチップ型の発光素子が、保護素子であるサブマウント素子（Ｓｉダイオード素子）上に、Ａｕマイクロバンプを介して導通搭載され、発光素子の周りを、蛍光物質を含有した樹脂で覆った複合発光素子が記載されている。このＳｉダイオード素子のｐ型半導体領域には、発光素子と接続し、ワイヤが接続されるボンディングパッド部が形成されたｐ電極が設けられている。Ｓｉダイオード素子のｎ型半導体領域には、発光素子と接続するｎ電極が設けられている。また、ｎ型半導体領域に接続する裏面電極が形成されている。
この複合発光素子は、絶縁性基板にリードが設けられた外部部材などに、複合発光素子を搭載することで裏面電極を介して接続され、ワイヤとボンディングパッド部を介在させて接続される。
しかし、発光素子と保護素子とをプリント配線基板の上に並べて配置した従来の発光装置では、発光素子の光の進行を保護素子が邪魔をしてしまうため、発光素子からの光を周囲に均一に照射させることができない。
また、特許文献１に記載の発光装置では、ワイヤを介在させて外部部材と接続されるため、ワイヤが発光素子からの光の進行を邪魔するため、発光素子からの光を周囲に均一に照射させることができない。また、ワイヤを保護するためにさらに樹脂にて封止する必要があり、小型化の阻害要因となるだけでなく、製造に手間を要し、コストが増大する。
そこで本開示は、発光素子を保護しつつ、発光素子からの光を周囲に均一に照射させることができ、小型化を図ることができる保護素子及びこれを用いた発光装置を提供できるようにする。
本開示に係る保護素子の一態様は、半導体基板と、半導体基板における、フリップチップ実装型の発光素子を搭載する搭載面に設けられ、発光素子の電極と接続される接続電極と、半導体基板に設けられ、接続電極を介して発光素子と接続される保護回路と、半導体基板の搭載面と反対側の面に設けられ、対応する接続電極と接続されており、実装用基体の電極と接続される裏面電極とを備えている。
本開示の保護素子によれば、ワイヤによる配線が必要ないので、配線した後に半導体基板や保護素子を含めた配線先全体を封止する必要がなく、発光素子を搭載した保護素子を１個の発光装置として扱うことができる。したがって、本開示の保護素子は、発光素子を保護しつつ、発光素子からの光を周囲に均一に照射させることができ、小型化を図ることができる。
例示の保護素子は、半導体基板と、半導体基板における、フリップチップ実装型の発光素子を搭載する搭載面に設けられ、発光素子の電極と接続される接続電極と、半導体基板に設けられ、接続電極を介して発光素子と接続される保護回路と、半導体基板の搭載面と反対側の面に設けられ、対応する接続電極と接続されており、実装用基体の電極と接続される裏面電極とを備えている。
例示の保護素子によれば、発光素子は搭載面に設けられた接続電極により、保護回路が形成された半導体基板に搭載されるので、保護回路が発光素子からの光の進行を邪魔することを防止することができる。また、底面電極により実装用基体に導通接続することができるため、ワイヤが発光素子からの光の進行を邪魔することを防止することができる。また、ワイヤによる配線が必要ないので、配線した後に配線先を含めて全体を封止する必要がないため、発光素子を搭載した保護素子を１個の発光装置として扱うことができる。
例示の保護素子は、接続電極と、底面電極とを接続するスルーホール電極をさらに備えていてもよい。
接続電極と底面電極とをスルーホール電極を介して接続する構成とすることにより、ウェハに複数の保護回路を形成した後、各保護回路に対応する接続電極、底面電極及びスルーホール電極をウェハ状態において形成して、ダイシングすることにより、保護素子を多数個取りすることができる。
例示の保護素子において、半導体基板は、シリコン基板であってもよい。
シリコン基板は、例えばセラミック基板よりも平坦性を高くすることが容易であり、発光素子を搭載したときに、光軸のずれが発生しにくい。
例示の保護素子において、保護回路は、ツェナーダイオード、ダイオード又はバリスタを含む構成とすることができる。
このようにすれば、発光素子を適切に保護することができる。
例示の発光装置は、例示の保護素子と、保護素子に搭載された発光素子と、発光素子からの光に励起されて発光する蛍光体が含有され、発光素子を封止する樹脂封止部とを備えている。
例示の発光装置によれば、発光素子からの光に励起されて発光する蛍光体を含有した樹脂封止部により発光素子を封止した発光装置とすることにより、発光素子を保護することができると共に、発光素子の発光色と蛍光体の発光色とが混色することにより様々な色の発光装置とすることができる。
（一実施形態）
一実施形態に係る保護素子及び発光装置について、図面に基づいて説明する。発光装置１は、例えば、図１に示すように、携帯電話のストロボ用の照明装置として用いることができる。発光装置１は、例えば携帯電話に内蔵される実装基板（実装用基体）２の電源供給用の配線パターン２ａ，２ｂに半田などの導電性接着材を介在させて導通搭載される。
一実施形態に係る保護素子及び発光装置について、図面に基づいて説明する。発光装置１は、例えば、図１に示すように、携帯電話のストロボ用の照明装置として用いることができる。発光装置１は、例えば携帯電話に内蔵される実装基板（実装用基体）２の電源供給用の配線パターン２ａ，２ｂに半田などの導電性接着材を介在させて導通搭載される。
図１から図３に示すように、発光装置１は、発光素子１０と、保護素子２０とを備えている。
発光素子１０は、光透過性を有する基板に半導体層が積層され、電源を供給する電極が形成されたフリップチップ実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。例えば、発光素子１０は青色光を発光するＬＥＤとすることができる。
本実施形態では、基板としてＧａＮ基板が設けられている。ＧａＮ基板上には、半導体層として、ｎ型層であるＮ−ＧａＮ層と、発光層と、ｐ型層であるＰ−ＧａＮ層とが積層されている。ＧａＮ基板とＮ−ＧａＮ層との間にバッファ層を設けてもよい。Ｎ−ＧａＮ層へのｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ又はＧｅ等を好適に用いることができる。発光層は、少なくともＧａとＮとを含み、必要に応じて適量のＩｎを含ませることで、所望の発光波長を得ることができる。また、発光層としては、１層構造とすることもできるが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることも可能である。発光層を多量子井戸構造とすることで、さらに輝度を向上させることができる。本実施形態の発光素子１０は、光導波路を有していないＬＥＤであるが、光導波路を有するレーザダイオード又はスーパールミネッセントダイオード等であってもよい。
Ｐ−ＧａＮ層は、発光層の上に直接あるいは少なくともＧａとＮを含んだ半導体層を介して積層されたものである。また、Ｐ−ＧａＮ層へのｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ等が好適に用いられる。
半導体層には、カソード電極１１とアノード電極１２とが形成されている。カソード電極１１は、Ｐ−ＧａＮ層と発光層とＮ−ＧａＮ層の一部とをエッチングしたＮ−ＧａＮ層上の領域に設けられている、ｎ電極である。カソード電極１１は、Ａｌ層とＴｉ層とＡｕ層とが積層されて形成されている。
アノード電極１２は、エッチングされた残余のＰ−ＧａＮ層上に積層されている、ｐ電極である。アノード電極１２は、Ｎｉ層とＡｇ層とを積層することで形成されている。アノード電極１２は、反射率が高いＡｇ層を含むことで反射電極として機能する。
発光素子１０は、バンプＢを介して保護素子２０に搭載されている。例えば、バンプＢはメッキバンプとすることができる。
保護素子２０は、保護回路２４３が形成された半導体基板２４を有している。半導体基板２４は、発光素子１０側の面に設けられ、発光素子１０と導通させる一対の接続電極２１と、実装用の基体側の面に設けられ、基体と導通させる一対の底面電極２２と、接続電極２１と底面電極２２とを接続するための一対のスルーホール電極２３とを有している。保護素子２０は、樹脂封止部２５により封止されている。保護素子２０は例えばツェナーダイオードである。
接続電極２１は、半導体基板２４の搭載面２４１に設けられ、発光素子１０のカソード電極１１と接続されるカソード側電極２１１とアノード電極１２と接続されるアノード側電極２１２とから構成されている。接続電極２１は、発光素子１０のカソード電極１１とアノード電極１２とに対応する位置に設けられており、発光素子１０を所定位置に搭載することにより、発光素子と導通接続することができる。
図２に示すように、カソード側電極２１１は、半導体基板２４の周縁に沿ってコ字状に形成されている。アノード側電極２１２は、コ字状に形成されたカソード側電極２１１によって空いた中央領域と周縁領域とに設けられている。カソード側電極２１１及びアノード側電極２１２の位置及び形状は、搭載する発光素子１０のカソード電極１１及びアノード電極１２の位置及び形状に応じて適宜変更すればよい。
図３に示すように、底面電極２２は、半導体基板２４の搭載面２４１とは反対側となる裏面２４２に設けられ、負極側電極２２１と正極側電極２２２とから構成されている。負極側電極２２１と正極側電極２２２とは、それぞれ長方形状に形成され、半導体基板２４の裏面２４２の一方側と他方側とに配置されている。底面電極２２の位置及び形状は、搭載される実装基板２の電極の位置及び形状に応じて適宜変更すればよい。
スルーホール電極２３は、半導体基板２４の四隅のそれぞれの角部に配置され、搭載面２４１に設けられた接続電極２１と裏面２４２に設けられた底面電極２２とを接続する。スルーホール電極２３は、カソード側電極２１１と負極側電極２２１を接続する負極側スルーホール電極２３１と、アノード側電極２１２と正極側電極２２２を接続する正極側スルーホール電極２３２とから構成されている。
半導体基板２４は、矩形状のシリコン基板により形成されている。半導体基板２４には、ｐ型半導体領域２４３２とｎ型半導体領域２４３１とが形成されており、ツェナーダイオード等を含む保護回路が構成されている。半導体基板２４は、ウェハ状態のシリコン基板に、複数のｐ型半導体領域２４３２とｎ型半導体領域２４３１とを形成して、ダイサーにより分割して個片化することにより形成すればよい。
樹脂封止部２５は、樹脂により形成され、半導体基板２４の搭載面２４１上に形成されている。樹脂封止部２５は、第１の封止部２５１と第２の封止部２５２とにより構成されている。
第１の封止部２５１は、発光素子１０全体を覆うように形成されている。第１の封止部２５１は、例えば、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂等の光透過性樹脂により形成することができる。第１の封止部２５１には、発光素子１０からの光に励起されて波長変換した光を発光する蛍光体が含有されていてもよい。
蛍光体としては、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体及び珪酸塩蛍光体等を用いことができる。蛍光体を、青色の補色となる黄色に発光するものとすれば、第１の封止部２５１を、青色と黄色とが混色した白色に発光させることができる。また白色光の演色性を高めるため、赤色蛍光体と緑色蛍光体の組み合わせ、あるいは赤色蛍光体と黄色蛍光体の組み合わせを使用することも可能である。
第２の封止部２５２は、第１の封止部２５１全体を覆うように形成されている。第２の封止部２５２は、第１の封止部２５１と同様に、例えば、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂等の光透過性樹脂により形成することができる。
第１の封止部２５１は、例えば、スクリーン印刷法により形成することができる。スクリーン印刷法により形成する場合には、あらかじめ保護回路及び各電極（接続電極２１，底面電極２２，スルーホール電極２３）を形成し、発光素子１０を搭載したウェハ状態の半導体基板２４上に、発光素子１０に対応する位置が開口した印刷版を配置して、蛍光体を含有した樹脂材を開口へ充填して成形すればよい。このようにして第１の封止部２５１を成形することにより厚さが均一な蛍光体樹脂層を形成することができる。
第１の封止部２５１を含むウェハ状態の半導体基板２４全体にコーティングを行った後、個片化することにより、第１の封止部２５１を覆う外形が略矩形状の第２の封止部２５２を形成することができる。
以上のように構成された一実施形態に係る発光装置は、発光素子１０が保護素子２０に搭載されているため、図４に示すように、発光素子１０が保護素子２０であるツェナーダイオードＺＤに並列接続された構成となっている。
本実施形態では、保護素子２０をｎ型半導体領域２４３１とｐ型半導体領域２４３２とにより形成したツェナーダイオードとした。しかし、保護回路はダイオード又はバリスタ等としてもよい。また、本実施形態では、保護素子２０は発光素子１０を搭載することで、発光素子１０とツェナーダイオードＺＤとが並列接続された回路となる例を示した。しかし、ツェナーダイオードと抵抗素子とを有し、発光素子１０を搭載すると、抵抗素子が発光素子１０に抵抗直列接続され、直列接続された発光素子１０と抵抗素子とに対してツェナーダイオードが並列に接続される構成の保護素子としてもよい。
このように実装基板２に実装される発光装置１は、保護素子２０からワイヤを配線する必要がない。このため、発光素子１０を搭載した保護素子２０を発光装置１を実装基板２に実装した後、全体を樹脂封止することなく使用することができる。したがって、ワイヤを保護するための樹脂封止が不要なため、例えば、製品の組み立て工程にて封止工程が削減できるので、工数の削減ができると共に、コストの抑制を図ることができる。
発光装置１は、保護素子２０の搭載面２４１上に発光素子１０を搭載しているので、発光素子１０からの光の進行を阻害するワイヤや他の電気部品が無い。このため、発光素子１０からの光を周囲に均一に照射させることができるので、発光装置１を小型化することができ、点光源として機能させることができる。
半導体基板２４がシリコン基板である例を示したが、半導体基板２４はシリコン基板に限らない。しかし、シリコン基板は、例えば、セラミック基板等に比べて湾曲しにくく、平坦性に優れているため、第１の封止部２５１が湾曲しにくく、第１の封止部２５１の厚さを均一にしやすい。このため、蛍光体の濃度を均一にでき、イエローリングと称する円形状の色ムラの発生を抑える効果が得られる。したがって、第１の封止部２５１における色度のばらつきを抑制することができる。
また、シリコンは、セラミック（Ａｌ2Ｏ3，ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics））等と比較して熱伝導率が高い。したがって、半導体基板２４をシリコン基板とすることにより、発光素子１０からの熱を半導体基板２４を介して底面電極２２から実装基板２に効率良く伝熱させることができる。これにより、発光素子１０の劣化を抑制する効果も得られる。
一対の接続電極２１と一対の底面電極２２とは、半導体基板２４の側面に側面電極を形成して接続することも可能である。しかし、スルーホール電極２３は、個片化する前のウェハ状態で形成することができる。このため、半導体基板２４を個片化した後にメッキ処理を行う等の工程が必要なく、製造が容易となるという利点がある。
なお、本実施の形態では、携帯電話のストロボ用の照明装置を示したが、他の照明装置にも同様に用いることができる。また、実装用基体を実装基板としたが、実装基板に代えて発光装置をリードフレーム等に搭載してもよい。
本開示は、発光素子を保護しつつ、発光素子からの光を周囲に均一に照射させることができ、小型化を図ることができるので、発光素子が搭載されると共に、この発光素子と並列接続されることで発光素子を静電気などの高電圧から保護する保護素子及びこれを用いた発光装置に好適である。
１ 発光装置
２ 実装基板
２ａ，２ｂ 配線パターン
１０ 発光素子
１１ カソード電極
１２ アノード電極
２０ 保護素子
２１ 接続電極
２２ 底面電極
２３ スルーホール電極
２４ 半導体基板
２５ 樹脂封止部
２１１ カソード側電極
２１２ アノード側電極
２２１ 負極側電極
２２２ 正極側電極
２３１ 負極側スルーホール電極
２３２ 正極側スルーホール電極
２４１ 搭載面
２４２ 裏面
２４３ 保護回路
２５１ 第１の封止部
２５２ 第２の封止部
２４３１ ｎ型半導体領域
２４３２ ｐ型半導体領域
Ｂ バンプ
ＺＤ ツェナーダイオード
２ 実装基板
２ａ，２ｂ 配線パターン
１０ 発光素子
１１ カソード電極
１２ アノード電極
２０ 保護素子
２１ 接続電極
２２ 底面電極
２３ スルーホール電極
２４ 半導体基板
２５ 樹脂封止部
２１１ カソード側電極
２１２ アノード側電極
２２１ 負極側電極
２２２ 正極側電極
２３１ 負極側スルーホール電極
２３２ 正極側スルーホール電極
２４１ 搭載面
２４２ 裏面
２４３ 保護回路
２５１ 第１の封止部
２５２ 第２の封止部
２４３１ ｎ型半導体領域
２４３２ ｐ型半導体領域
Ｂ バンプ
ＺＤ ツェナーダイオード
Claims (5)
- 半導体基板と、
前記半導体基板における、フリップチップ実装型の発光素子を搭載する搭載面に設けられ、前記発光素子の電極と接続される接続電極と、
前記半導体基板に設けられ、前記接続電極を介して前記発光素子と接続される保護回路と、
前記半導体基板の前記搭載面と反対側の面に設けられ、対応する前記接続電極と接続されており、実装用基体の電極と接続される裏面電極とを備えている、保護素子。 - 前記接続電極と、前記底面電極とを接続するスルーホール電極をさらに備えている、請求項１に記載の保護素子。
- 前記半導体基板は、シリコン基板である、請求項１又は２に記載の保護素子。
- 前記保護回路は、ツェナーダイオード、ダイオード又はバリスタを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の保護素子。
- 前記請求項１から４のいずれかの項に記載の保護素子と、
前記保護素子に搭載された発光素子と、
前記発光素子からの光に励起されて発光する蛍光体が含有され、前記発光素子を封止する樹脂封止部とを備えている、発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013529903A JPWO2013027413A1 (ja) | 2011-08-25 | 2012-08-24 | 保護素子及びこれを用いた発光装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011183273 | 2011-08-25 | ||
| JP2011183273 | 2011-08-25 | ||
| JP2013529903A JPWO2013027413A1 (ja) | 2011-08-25 | 2012-08-24 | 保護素子及びこれを用いた発光装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2013529903A Pending JPWO2013027413A1 (ja) | 2011-08-25 | 2012-08-24 | 保護素子及びこれを用いた発光装置 |
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-
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