JP2007201420A - 半導体発光装置、半導体発光素子、および半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

半導体発光装置、半導体発光素子、および半導体発光装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体発光素子が接合面へ確実に接合されている、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することのできる、高品位な半導体発光装置を実現する。
【解決手段】Ｃｕ配線パターン１６には前記半導体発光素子からの光を反射する反射層１７が形成され、ＬＥＤチップ１０の電極が接続されるＣｕ配線パターン１６上の発光素子搭載領域には、反射層１７上に半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部２０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば小型照明器具、液晶バックライト、カメラ用フラッシュ等に用いられるＬＥＤを用いた半導体発光装置に関するものである。
従来から、小型照明器具等に用いられる半導体発光装置として、図８（ａ）に示すように、半導体発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）チップ１０の横への発光を上方に反射するように、ＬＥＤチップ１０の周囲に反射壁を形成した、半導体発光装置１００がある。図８（ｂ）は、図８（ａ）の半導体発光装置１００のＣ−Ｃ’矢視断面図である。
図８（ａ），（ｂ）に示すように、従来の半導体発光装置１００では、ＬＥＤチップ１０が第１絶縁性樹脂層１１上のＣｕ配線パターン（接合面）１６上に搭載されている。Ｃｕ配線パターン１６上にはＡｇメッキにより反射層１７が設けられている。この反射層１７は、ＬＥＤチップからの光を反射させるためのものである。
このような半導体発光装置１００を形成するとき、ＬＥＤチップ１０を接合面に接合（ダイボンド）する際に、図９に示すように、ＬＥＤチップ１０のＰＮ接合がダイボンド面に近い場合、Ａｇペースト１０１などでの接合ではリークを生じる。そのため、ＡｕＳｎなどの半田を予め薄くＬＥＤチップ１０のダイボンド側電極２３に付けておいてダイボンドする。この場合、ＬＥＤチップ１０がダイボンドされる側の材料としては、ダイボンドの容易性や信頼性の点でＡｕが一般的であった。
しかし、白色発光をさせるために、可視光全域で反射率の高いＡｇを用いることが必要となり、例えば特許文献１に記されるように、半導体発光装置のＬＥＤ発光光反射面にＡｇを用いるようになった。しかしＡｇへのＬＥＤチップの半田付けは、Ａｇ表面酸化膜に起因して困難である。そのため、特許文献１のようにダイボンド面ではＡｇによる反射を諦めるか、もしくはダイボンド面をＡｇメッキして高い反射率を得るため、Ａｇ酸化膜上へのダイボンドが可能となるようフラックスを用いたダイボンドが行われるようになった。
ここで、フラックスの担う役割は以下の（１）〜（３）の３つである。
（１）表面清浄作用：金属表面の酸化膜を化学的に除去し（還元作用）、半田付け可能な清浄面とする。
（２）界面張力の低下作用：溶融した半田の表面張力を小さくし、半田の濡れを助ける。
（３）再酸化防止作用：半田付け時に金属表面を覆い、空気との
接触を遮断して加熱による再酸化を防止する。
フラックスを用いた従来のダイボンドについて説明する。従来の方法で、ＰＮ接合がダイボンド面に近いＬＥＤチップを用いて、かつダイボンド面でのＡｇによる高い反射率を得るには、まず、図１０（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１０のダイボンド側電極２３にＡｕＳｎ半田層２４を形成する。そして、図１０（ｂ）に示すように、予めＡｇメッキ上にフラックス１０２を塗布したところにＬＥＤチップ１０を搭載し、リフローによってＡｕＳｎとＡｇとを接合させる。
特開２００３−４６１３７号公報（２００３年２月１４日公開） 特開２００４−３１１８５７号公報（２００４年１１月４日公開）
しかしならが、上記従来の方法では、ＬＥＤチップ１０を、フラックスを用いてＡｇにダイボンドするため、フラックスの塗布・フラックスの洗浄の工程が必要であった。フラックスの洗浄は手間がかかるだけでなく、入り組んだ部分の洗浄は困難である。特に半田によって封じ込められた部分のフラックス残渣を洗浄することは無理であり、半導体発光装置の信頼性の大きな制約となっていた。
またフラックスを用いた場合は、その温度プロファイルによってフラックスの反応と半田の融解とのタイミングを制御する必要がある。従って非常に微妙な温度コントロールが必要となるだけでなく、フラックス残渣による接合不全という問題もあった。また、図１０（ｃ）に示すように、ＬＥＤチップ１０周辺のフラックスの流動性が低下して、ＬＥＤチップ１０中央近傍のフラックスから発生したガスが逃げ場を失い、結果として本来半田接合させたかった領域に、ボイド１０３が発生することがある。この場合にも、ＬＥＤチップ１０の接合不全が生じるという問題が起きてしまう。
また、従来では、フラックスレスでダイボンドする際には、全面Ａｕメッキへのダイボンドを行うため、光がＡｕで反射されることになる。よって、Ａｕの可視光短波長域での反射率の低さに起因して色調が悪くなっていた。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体発光素子が接合面へ確実に接合されている、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することのできる半導体発光装置、およびその製造方法を実現することにある。
本発明に係る半導体発光装置は、上記課題を解決するために、接合面上に半導体発光素子が搭載された半導体発光装置において、前記接合面には前記半導体発光素子からの光を反射する反射層が形成され、前記接合面上の発光素子搭載領域には、前記反射層上に前記半導体発光素子の電極とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部が形成されていることを特徴としている。
上記構成によると、半導体発光素子と光を反射する反射層が形成された接合面とは、半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部で半田付けが行われているため、フラックスに起因した接合不良や信頼性不具合を回避することができる。
ここで、白色あるいはフルカラーの半導体発光装置においては、ＬＥＤチップ等の半導体発光素子を接合する接合面（サブマウント、フレーム、基板等）は、半導体発光素子から出た光を反射させるため、可視光波長全域で高い反射率であることが好ましい。しかし、従来は、フラックスレスでダイボンドするために、接合面全面にＡｕメッキしてダイボンドを行っていた。よって、光がＡｕで反射されることになり、Ａｕの可視光短波長域での反射率の低さに起因して色調が悪くなっていた。あるいは色調をある程度保つようにすると光度を犠牲にするため、暗くなってしまっていた。
本発明の上記構成によると、接合部のみが半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料から形成されているが、それ以外の領域は半導体発光素子からの光を反射させる反射層のままである。そのため、半導体発光素子からの光は反射層で反射されるので、色調が悪くなることはない。
よって、上記構成により、半導体発光素子が不具合無く確実に接合面に接合されている、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができる半導体発光装置を提供することができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、前記反射層は、銀により形成され、前記接合部は、金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、プラチナ、白色金合金のいずれか１つにより形成されていてもよい。
上記構成によると、半導体発光素子からの光を反射層で効率よく反射させることができる。また、接合部において、フラックスレスで半導体発光素子が接合面に半田付けされた半導体発光装置を提供することができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、前記半導体発光素子に面する前記接合部の面の形状は、接合部に面する前記電極の面の形状より大きく形成されていてもよい。
上記構成によると、半導体発光素子に面する接合部の面の形状は、接合部に面する電極の面の形状より大きく形成されているので、半導体発光素子の電極の全面を接合部に接合させることができる。よって、確実に電極が半田付けされた半導体発光装置をなすことができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、前記半導体発光素子に面する前記接合部の面の形状は、接合部に面する前記半導体発光素子の面の形状より小さく形成されていてもよい。
上記構成によると、半導体発光素子に面する接合部の面の形状は、接合部に面する半導体発光素子の面の形状より小さく形成されているので、接続部を、半導体発光素子により、光を取り出す方向から隠すことができる。よって、接合部での光の反射を避けることができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、前記接合面は金属膜からなり、当該金属膜は、第１の絶縁性樹脂層に張り合わされて一体の基板をなし、かつ前記発光素子搭載領域は前記金属膜をパターンニングして形成されていてもよい。
上記構成によると、第１の絶縁性樹脂層に張り合わされて一体の基板となっている金属膜の配線パターンが形成された基板上に、フラックスレスで、半導体発光素子を半田付けすることができる。よって、基板型の半導体発光装置を、半導体発光素子が確実に金属膜からなる接合面に接合されているもの、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができるものとすることができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、上記基板は、上記第１の絶縁性樹脂層の代わりに、セラミック基板を用いて形成されていてもよい。セラミックは熱膨張率の均一性に優れるため、特にパターニング精度を必要とする場合に有利となる。具体的に説明すると、セラミック基板は、ガラエポ基板などの絶縁性基板とは違い、面内での熱膨張係数の均一性がよいので、プロセス中の温度履歴の影響があっても、寸法精度が要求される電極パターンを容易に形成することができる。
ここで、上記セラミック基板が熱伝導率に優れていると、半導体発光素子が発熱素子である場合でも好適に用いることができる。例えば、セラミック基板の熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上のものであるのが好ましく、１００Ｗ／ｍＫ以上であるのがより好ましい。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、前記基板の金属膜側にて、前記発光素子搭載領域に開口を設けた第２の絶縁性樹脂層が前記基板と貼り合せられていてもよい。
上記構成によると、発光体素子搭載領域の周囲に第２の絶縁性樹脂層を貼り付けることで、基板の強度を強化することができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、前記接合面はパターンニングされた金属薄板から形成され、前記発光素子搭載領域を囲み、かつ、前記金属薄板を固定する樹脂を備え、前記樹脂により自装置が一体化されていてもよい。
上記構成によると、樹脂上の金属薄板上にフラックスレスで、半導体発光素子を半田付けすることができる。よって、樹脂により一体型となった半導体発光装置を、半導体発光素子が確実に接合面に接合されているもの、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができるものとすることができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、前記接合面はリードフレームとなっており、前記半導体発光素子は前記リードフレーム上に形成されたカップの底部に配置されていてもよい。
上記構成によると、リードフレーム上にフラックスレスで、半導体発光素子を半田付けすることができる。よって、例えば、ＬＥＤランプとして用いられる半導体発光装置を、半導体発光素子が確実に接合面に接合されている、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができる半導体発光装置をとすることができる。
本発明に係る半導体発光装置では、上記構成に加え、外部端子と接続する外部端子接続部を備え、前記外部端子接続部の表面が、前記接合面の発光素子搭載領域と垂直に配置されていてもよい。
上記構成によると、外部端子接続部の表面と接合面の発光素子搭載領域とが垂直に配置されているので、外部接続部表面と同一の面を照らすことができる。よって、上記構成の半導体発光装置を、例えば、液晶ディスプレイのバックライトに用いると、上記構成の半導体発光装置により照らされた外部接続部表面と同一の面から、液晶パネルを照射することができる。外部接続部表面と同一の面において、光の取り出し密度が均一となるような工夫がされていれば、液晶ディスプレイの４辺の内の１辺に上記構成の半導体発光装置を取り付けることにより、液晶ディスプレイ全体を均一に光らせることができる。また、外部接続部表面と同一の面を照らすことができるので、半導体発光装置の全体の厚みを薄く抑えることが可能となる。このように、サイド発光型の半導体発光装置として利用することができる。サイド発光型の半導体発光装置を、半導体発光素子が確実に接合面に接合されているもの、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができるものとすることができる。
本発明の半導体発光素子は、上記課題を解決するために、上記何れかの半導体発光装置に用いられる半導体発光素子であって、前記電極の前記接合部に面する面に、ＡｕＳｎ合金膜が形成されていてもよい。
上記構成の半導体発光素子を、上記何れかの半導体発光装置に使用することできる。電極にＡｕＳｎ合金膜が形成されていることにより、接合面の接合部に半田付けすることができる。
本発明の半導体発光素子では、上記構成に加え、前記接合部に面する前記電極の面の形状が、当該電極に面する前記接合部の面の形状よりも小さく、かつ、前記接合部に面する半導体発光素子自身の周縁部が、半導体発光素子自身に面する前記接合部の面よりも外側に、形成されていてもよい。
上記構成によると、半導発光体素子の登載位置精度が多少狂っても、電極全域で接合部に接合できる。かつ、電極に接合した接続部を、半導体発光素子により、光を取り出す方向から隠すことができる。よって、接合部での光の反射を避けることができる。
なお、接合部と面する半導体発光素子の面の形状は、接合部の形状と同様であってもかまわない。
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、上記課題を解決するために、接合面上に半導体発光素子が搭載された半導体発光装置の製造方法において、前記接合面に前記半導体発光素子からの光を反射する反射層を形成するステップと、前記半導体発光素子の電極が接続される前記接合面上の発光素子搭載領域の、前記反射層上に前記半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部を形成するステップと、を含むことを特徴としている。
上記方法によると、発光素子搭載領域の、反射層上に前記半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部を形成するので、半導体発光素子と接合面とを接合する際、上記接合部にてフラックスレスで半田付を行うことができる。フラックス洗浄は、処理工程に非常に長時間必要とし、廃液処理の設備が必要となる。しかし、上記方法によると、コストを削減して半導体発光装置を製造することができる。また、上記方法によると、フラックスの洗浄工程が省略できるだけでなく、フラックスに起因した接合不良や信頼性不具合を回避することができる。
また、上記方法によると、接合部のみを半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料から形成するが、それ以外の領域は半導体発光素子からの光を反射させる反射層のままにしてある。つまり、半導体発光素子は、接合面に面し光の反射に寄与しない箇所で、フラックスレスで半田付けされる。
よって、上記方法により、半導体発光素子を不具合無く確実に接合面に接合することができ、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができる半導体発光装置を製造することができる。このように、高品位の半導体発光装置を製造することができる。
なお、上記接合部を形成するステップは、前記接合面における外部端子接続部に行うメッキと同時に行ってもよい。このようにすると、効率よく接合部を形成することができる。
本発明に係る半導体発光装置は、以上のように、前記接合面には前記半導体発光素子からの光を反射する反射層が形成され、前記半導体発光素子の電極が接続される前記接合面上の発光素子搭載領域には、前記反射層上に前記半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部が形成されている。
上記構成によると、半導体発光素子と接合面との接合では、半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部で半田付けが行われているため、フラックスに起因した接合不良や信頼性不具合を回避することができる。
また、上記構成によると、接合部のみが半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料から形成されており、それ以外の領域は半導体発光素子からの光を反射させる反射層のままである。つまり、半導体発光素子は、接合面に面し光の反射に寄与しない箇所で、フラックスレスで半田付けされている。
よって、上記構成により、半導体発光素子が不具合無く確実に接合面に接合されている、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができる半導体発光装置を提供することができる。
本発明の一実施形態について図１（ａ），（ｂ）〜図７に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明は以下に説明するものに限定されるものではない。また説明の便宜上、以下の実施形態においては、接合面から半導体発光素子に向かう方向を上に向かう方向として説明する。また、本実施形態では、半導体発光素子であるＬＥＤチップの電極の最表面がＡｕＳｎ半田層であって、このＬＥＤチップを、サブマウントを介さず直接基板（配線パターン）にダイボンドする場合について説明する。尚、ＡｕＳｎの酸化防止を目的としてＡｕＳｎより更に表面側に薄膜のＡｕを成膜している場合も同様である。
本実施の形態の半導体発光装置１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、半導体発光素子１０が第１絶縁性樹脂層１１上のＣｕ配線パターン（接合面）１６上に搭載されている。本実施形態では、半導体発光素子１０としてＬＥＤチップが用いられるため、以後ＬＥＤチップ１０とする。なお、上記第１絶縁性樹脂１１の代わりに、熱伝導率のよいセラミック基板を用いてもよい。ここで、セラミック基板の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍＫ以上であるのが好ましく、１００Ｗ／ｍＫ以上であるのがより好ましい。
Ｃｕ配線パターン１６上にはＡｇメッキにより反射層１７が設けられている。この反射層１７は、ＬＥＤチップ１０からの光を反射させるためのものである。
また、半導体発光装置１では、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤチップ１０搭載領域において透光性樹脂１４に覆われて封止されている。さらに透光性樹脂１４の周りを第２絶縁性樹脂層１２が囲んでいる。ここで、透光性樹脂１４は開口内で、第２絶縁性樹脂１２の開口部の側面の一部も覆っていてもよい。
また、半導体発光装置１では、第１絶縁性樹脂層１１のＣｕ配線パターン１６に覆われた面に対して反対面にＣｕからなる金属層が設けられ、スルーホール１９を介して、Ｃｕ配線パターン１６とＣｕからなる金属層とが電気的に接続している。なお、このスルーホール１９にはＡｕメッキがなされている。また、半導体発光装置１では、Ｃｕ配線パターン１６における外部端子接続部に、Ａｕメッキが施されている。
なお、本実施形態の半導体発光装置１は、複数のＬＥＤチップ１０を搭載していてもよい（図１（ａ）では４つ）。また、複数のＬＥＤチップ１０の少なくとも１つは、ＬＥＤチップ１０から放射される光を吸収して、より長い波長の光を放出する蛍光体を含む透光性樹脂１３によって覆われていてもよい。
以上の構成は従来の半導体発光装置と同様であり、公知の方法により形成される。
次に、本実施形態の半導体発光装置１の特徴的構成について説明する。
半導体発光装置１では、Ｃｕ配線パターン１６上のＬＥＤチップ１０搭載領域（発光素子搭載領域）には、ＬＥＤチップ１０とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部２０が設けられており、ＬＥＤチップ１０のダイボンド側電極（電極）２３と半田層２４にて接合している。なお、接合面（ダイボンディング面）側の電極と反対側の電極２２は、金線によりワイヤボンディングしている。本実施形態では、接合部２０はＡｕメッキにより形成されている。
ＬＥＤチップ１０は、フラックスレスで半田付けされるため、フラックスに起因した接合不良や信頼性不具合を回避することができる。
また、接合部のみが半導体発光素子とフラックスレスで半田付けできる材料から形成されており、それ以外の領域は半導体発光素子からの光を反射させる反射層１７のままである。よって、半導体発光装置１では、半導体発光素子が不具合無く確実に接合面に接合している。かつ、半導体発光装置１は、光度低下および色調ずれを低減させて発光することができる。
次に半導体発光装置１の製造方法を説明する。
Ｃｕ配線パターン１６には、従来と同様、反射層１７を形成するためにＡｇメッキを施す。ここで、白色あるいはフルカラーの半導体発光装置においては、ＬＥＤチップ１０を接合する接合面（サブマウント、フレーム、基板等）は、ＬＥＤチップ１０から出た光を反射させるため、可視光波長全域で高い反射率であることが好ましい。このことから、ＬＥＤチップ１０を接合するエリアには、Ａｇが好適に用いられる。そのため、本実施形態では、反射層１７にＡｇを用いるが、例えば、ニッケル、プラチナ等を用いてもよく、光の反射特性が高いものを使用することが好ましい。ここで、Ａｇメッキの好適な厚みは１〜５μｍが好適であるが、この数値に限定されない。
このように、反射層１７を形成することによって、ＬＥＤチップ１０からの光を反射し、ＬＥＤチップ１０からの光を効率良く外部（図１（ｂ）上方向）に取り出すことが可能となる。よって、半導体発光装置１を高い光度を持った装置とすることが可能となる。
Ａｇメッキ後、図２（ａ），（ｂ）に示すように端子部分以外にマスキングをして端子部のＡｕメッキを行う。図２（ａ）は半導体発光装置１の基板２５が複数並べられて形成されている状態（一つ一つの装置に分断される前）であり、図２（ｂ）は、同図（ａ）の複数の半導体発光装置の基板２５うちの一つを拡大した図である。本実施形態の半導体発光装置１の製造方法では、このＡｕメッキを行う際に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１０を搭載する領域に窓開けして、Ａｕメッキする。このようにすることで、端子部分のＡｕメッキと同時に、ＬＥＤチップ１０搭載領域に接合部２０を形成することが可能となる。なお、Ａｕメッキの厚みは０．１〜１μｍが好適であるが、この数値に限定されない。図２（ａ），（ｂ）と同様、図３（ａ）は半導体発光装置が複数並べられて形成されている状態（一つ一つの装置に分断される前）であり、図３（ｂ）は、同図（ａ）の複数の半導体発光装置のうちの一つを拡大した図である。
ここで、ＡｇメッキとＡｕメッキとの間の密着性を挙げるために、ＡｇメッキとＡｕメッキとの間に、少なくとも一つの別金属もしくは金属化合物を挟んでもよい。ここでは、例えば、Ｎｉを好適に用いることができるが、別の材料であってもよい。また、間に挟む別金属もしくは金属化合物の厚みは０．１〜１μｍが好適であるが、この数値に限定されない。
Ａｕメッキにより接合部２０を形成した後に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１０を接合（ダイボンド）する。図４（ａ）は、ダイボンド前の図であり、図４（ｂ）は、ダイボンド後の図である。ＬＥＤチップ１０ではＰＮ接合２１がダイボンド面に近くなっている。ダイボンドの際には、図４（ａ）に示すようにＬＥＤチップ１０の位置を合わせてＬＥＤチップ１０を矢印方向に移動させ、図４（ｂ）に示すように、加熱して電極２３最表面のＡｕＳｎ半田層２４を融解させ、接合部２０と接合させる。
ここで、図４（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１０は通常、最大外形が、電極の外形よりも大きい（上から見ると電極が見えない）。従って好ましくは、図４（ｂ）のようにダイボンド後に、ＬＥＤチップ１０が接合部２０を完全に覆い、かつ、ＬＥＤチップ１０の電極２３が完全に接合部２０内に収まるようになっているのが好ましい。
以上は、ＬＥＤチップ１０の外形とＬＥＤチップ１０の電極２３のサイズ差が、Ａｕパターン位置精度（接合部位置精度）とダイボンド精度との合計よりも大きい場合に好適に当てはまる。ここで、接合部位置精度とは、本来の接合部があるべき位置からのズレである。ＡｕパターンとＡｇパターンとの位置関係を計測し、本来の設計値とのズレから求めることができる。また、ダイボンド精度とは、本来のＬＥＤチップ１０があるべき位置からのズレである。ＬＥＤチップ１０とＡｇパターンの位置関係を計測することにより求められる。このダイボンド精度とは、ダイボンドにおいて、ＬＥＤチップ１０を置く際の精度（狙ったところにどれだけ近く置けるか）を示す。
ＬＥＤチップ１０の外形とＬＥＤチップ１０の電極２３のサイズ差が、Ａｕパターン位置精度とダイボンド精度との合計よりも小さい場合は、接合部２０での反射と接合面積のどちらを優先するかによって、接合部２０（Ａｕパターン）の寸法を決定する。すなわち、接合部２０での反射をどうしても避ける必要があれば、必要なだけ接合部２０（Ａｕパターン）を小さくする。これにより電極２３の一部が半田接合に寄与しなくなるが、電極２３全面が接合されている必要がなければ問題は無い。もし、電極２３全面を接合させる必要がある場合は、必要なだけ接合部２０であるＡｕパターンを大きくする。これによりＬＥＤチップ１０外形から接合部２０がはみ出るが、半導体発光装置１の色調に与える影響が無視し得れば問題は無い。
以上のように、本実施形態では、接合部２０としてＡｕを使用している。しかし、ＬＥＤチップ外形とＬＥＤの電極とのサイズ差が、Ａｕパターン位置精度とダイボンド精度との合計よりも小さい場合であって、Ａｕでの反射をどうしても避ける必要があり、かつＬＥＤチップの電極全面を接合させる必要がある場合は、Ａｕの代わりに銀白色の材料を接合部２０としてメッキしてもよい。このような材料として、例えば、ロジウムメッキ又はパラジウムメッキ又はルテニウムメッキ又はプラチナメッキ又は白色Ａｕ合金等が挙げられる。これらは、何れも価格や半田濡れ性の点でＡｕに劣るが、Ａｇとは異なりフラックスレスでＡｕＳｎと半田接合が可能である。
もちろん、本発明に係る半導体発光装置は、上記した実施形態の構成、形状に限定されることはない。例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すようなメタルフレームに樹脂をインサート成形した半導体発光装置でも、図６（ａ），（ｂ）に示すようなサイド発光型の半導体発光装置でも、また図７に示すようなランプ形の半導体発光装置であっても、同様の効果を奏する。すなわち、半導体発光素子が確実に接合面に接合し、光度低下および色調ずれを低減させて発光できる半導体発光装置、とすることができる。
なお、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’矢視断面図である。図５（ａ）,（ｂ）に示す半導体発光装置では、Ｃｕからなるメタルフレームに絶縁性樹脂がインサート形成されている。絶縁性樹脂は、ＬＥＤチップ搭載領域を囲み、かつ、メタルフレームを固定しており、この樹脂により装置が一体化されている。また、Ｃｕは、反射層を成す第１のメッキであるＡｇによりメッキされおり、また、半導体素子搭載領域と外部端子接続部にＡｕがメッキされている。なお、メタルフレームを固定する絶縁性樹脂の外側に、メッキされた外部端子接続部が形成されていてもよい。
また、図６（ａ）はサイド発光型の半導体発光装置の斜視図であり、図６（ｂ）はサイド発光型の半導体発光装置の断面図である。図６（ａ），（ｂ）のサイド発光型の半導体発光装置では、ＬＥＤチップ１０は絶縁性樹脂４９により囲まれており、ＬＥＤチップ１０を囲む面は透光性樹脂４３となっている。また、Ａｇメッキされた外部端子接続端子（外部端子接続部）４５の表面が、発光素子搭載領域と垂直に形成されている。また、ＬＥＤチップ１０は、金線４４によりワイヤボンディングしている。また、接合面にはＡｕからなる接合部２０が設けられており、ＬＥＤチップ１０のダイボンド側電極２３と半田層２４にて接合している。
また、図７に示すランプ形の半導体発光装置では、ＬＥＤチップ１０が、リードフレーム５１上に搭載されている。ＬＥＤチップ１０はリードフレーム５１上に形成されたカップの底部に形成されている。また、ＬＥＤチップ１０は、金線４４によりワイヤボンディングしている。また、接合面にはＡｕからなる接合部２０が設けられており、ＬＥＤチップ１０のダイボンド側電極２３と半田層２４にて接合している。
また、Ｃｕ配線パターン１６が完全に反射層１７であるＡｇメッキに覆われている場合は、第１絶縁性樹脂１１が露出している部分に、Ｃｕ配線パターン１６が反射層１７であるＡｇメッキから露出している場合はその露出部に、あるいは金属層以外のＬＥＤチップ１０搭載面に白色又は銀色の樹脂を塗布してもよい。このように白色又は銀色の樹脂を塗布することにより、ＬＥＤチップ１０が発光した光の外部取り出し効率を向上することができる。ＬＥＤチップ１０及び上記カップを覆い、先端が球面状に形成された透光性樹脂が形成され、この透光性樹脂の外部のリードフレームに、メッキされた外部端子接続部が形成されていてもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
また、本発明に係る半導体発光装置は、次のように表現することもできる。すなわち、金属からなる平面上に半導体発光素子を搭載した半導体発光装置において、前記平面内における前記金属面に第１のメッキを形成し、前記平面の前記半導体発光素子搭載部に前記第１のメッキの上に第２のメッキを形成した半導体発光装置、と表現しもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属の外部電極と接続される端子部に第３のメッキを形成した半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記第１のメッキは、Agメッキであり、前記第2のメッキは、Auメッキ又はロジウムメッキ又はパラジウムメッキ又はルテニウムメッキ又はプラチナメッキ又は白色Au合金メッキである半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記第３のメッキはAuメッキである半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属は金属層であり、第１の絶縁性樹脂層を前記金属層に張り合わせて基板とし、前記半導体発光素子搭載部は前記金属層をパターンニングして形成した半導体発光装置、と表現してもよい。ここで、上記第１の絶縁性樹脂層の代わりに、熱伝導率のよいセラミック基板を用いてもよい。このセラミック基板の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍＫ以上であるのが好ましく、１００Ｗ／ｍＫ以上であるのがより好ましい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属層側の前記半導体発光素子搭載部に開口を設けた第２の絶縁性樹脂を貼り合せた半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属層側で、パターンニングされた金属層表面の一部あるいは金属層以外の表面に白色又は銀色の樹脂を塗布した半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記半導体発光素子搭載部を複数設けた半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記複数の半導体発光素子搭載部に搭載した半導体発光素子のうちの少なくとも一つは半導体発光素子から放射される光を吸収して、より長い波長の光を放出する蛍光体を含む透光性樹脂によって覆った半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記複数の半導体発光素子搭載部に搭載した半導体発光素子は前記搭載部で透光性樹脂で封止されて一体とされた半導体発光装置と、表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記透光性樹脂は開口内で、前記第２の絶縁性樹脂の開口部の側面の一部も覆った半導体発光装置と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記第１の絶縁性樹脂層と張り合わされた金属層を第１の金属層とし、前記第１の絶縁性樹脂層の前記第１の金属層を張った面に対し反対側に第２の金属層を設け、スルーホールを介して前記第１の金属層と前記第２の金属層とが電気的に接続され、前記第２の金属層表面に前記第３のメッキを形成した半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属層は複数の領域にパターンニングされた金属薄板であり、前記半導体発光素子搭載部を囲み、前記パターンニングされた金属薄板を固定する樹脂により一体化されている半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属薄板の、前記金属薄板を固定する樹脂の外側に前記第３のメッキを設けた半導体発光装置と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属層は金属からなる第１のリードであり、前記半導体発光素子は前記第１のリード上に形成されたカップの底部である半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記半導体発光素子及び前記カップを覆い、先端が球面状に形成された透光性樹脂を形成し、前記第１および第２のリードの前記透光性樹脂の外部に前記第３のメッキを設けた半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光装置は、上記構成に加え、前記金属層の半導体発光素子搭載部表面と外部端子接続部表面とは互いに垂直な平面である半導体発光装置、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光素子は、次のように表現してもよい。すなわち、本発明に係る半導体発光素子は、上記のいずれかの半導体発光装置に用いられる半導体発光素子であって、半導体発光素子の搭載面側の最表面に、AuSn合金膜を形成した半導体発光素子、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記構成に加え、前記AuSn合金膜からなる電極形成部は、第２のメッキ形成部よりも狭く、半導体発光素子の搭載面側表面の周縁部よりも内側に形成された半導体発光素子、と表現してもよい。
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記構成に加え、前記半導体発光素子の搭載面側表面は、第２のメッキと同じ大きさである半導体発光素子、と表現してもよい。
本発明により、半導体発光素子が接合面へ確実に接合し、さらに、光度低下および色調ずれを低減させて発光することのできる、高品位な半導体発光装置を提供することができる。本発明は、例えば、小型照明器具、液晶バックライト、カメラ用フラッシュ等へ適用することができる。
（ａ）は本発明の一実施形態にかかる半導体発光装置の上面図であり、（ｂ）は同図（ａ）の矢視断面図である。 （ａ）は、上記半導体発光装置にＡｕメッキを行うためにマスキングを行った図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の拡大図である。 （ａ）は、上記半導体発光装置に、外部端子接続部のメッキと接合部の形成とを同時にするため、ＬＥＤチップ搭載領域に窓明けを行った図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の拡大図である。 上記半導体発光装置において、ＬＥＤチップをダイボンドした場合の説明図であり、（ａ）はダイボンド前、（ｂ）はダイボンド後を表す図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態にかかるメタルフレームに樹脂をインサート成形した半導体発光装置の上面図であり、（ｂ）は同図（ａ）の断面図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態にかかるサイド発光型の半導体発光装置の斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の断面図である。 本発明の他の実施形態にかかるランプ型半導体発光装置の断面図である。 （ａ）は従来の半導体発光装置の上面図であり、（ｂ）は同図（ａ）の矢視断面図である。 従来の半導体発光装置において、Ａｇペーストを用いてダイボンドした場合の説明図である。 従来の半導体発光装置において、フラックスを用いてダイボンドした場合の説明図であり、（ａ）はダイボンド前、（ｂ）はダイボンド中、（ｃ）はダイボンド後を表す図である。
符号の説明
１ 半導体発光装置
１０ 半導体発光素子
１１ 第１絶縁性樹脂（第１の絶縁性樹脂層）
１２ 第２絶縁性樹脂（第２の絶縁性樹脂層）
１３ 透光性樹脂
１４ 蛍光体を含む透光性樹脂
１６ Ｃｕ配線パターン（接合面）
１７ 反射層
１８ 外部端子接続部
１９ スルーホール
２０ 接合部
２１ ＬＥＤチップのＰＮ接合
２３ ダイボンド側電極（電極）
２４ 電極最表面のＡｕＳｎ半田層

Claims (16)

  1. 接合面上に半導体発光素子が搭載された半導体発光装置において、
    前記接合面には前記半導体発光素子からの光を反射する反射層が形成され、
    前記接合面上の発光素子搭載領域には、前記反射層上に前記半導体発光素子の電極とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
  2. 前記反射層は、銀により形成され、前記接合部は、金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、プラチナ、白色金合金の何れか１つにより形成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。
  3. 前記半導体発光素子に面する前記接合部の面の形状は、前記接合部に面する前記電極の面の形状より大きく形成され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。
  4. 前記半導体発光素子に面する前記接合部の面の形状は、前記接合部に面する前記半導体発光素子の面の形状より小さく形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体発光装置。
  5. 前記接合面は金属膜からなり、当該金属膜は、第１の絶縁性樹脂層に張り合わされて一体の基板をなし、かつ前記発光素子搭載領域は前記金属膜をパターンニングして形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  6. 上記基板は、上記第１の絶縁性樹脂層の代わりに、セラミック基板を用いて形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
  7. 上記セラミック基板は、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上のものであることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置。
  8. 前記基板の金属膜側にて、前記発光素子搭載領域に開口を設けた第２の絶縁性樹脂層が前記基板と貼り合せられていることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の半導体発光装置。
  9. 前記接合面はパターンニングされた金属薄板から形成され、
    前記発光素子搭載領域を囲み、かつ、前記金属薄板を固定する樹脂を備え、
    前記樹脂により自装置が一体化されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  10. 前記接合面はリードフレームとなっており、前記半導体発光素子は前記リードフレーム上に形成されたカップの底部に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  11. 外部端子と接続する外部端子接続部を備え、
    前記外部端子接続部の表面が、前記接合面の発光素子搭載領域と垂直に配置されていること特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の半導体発光装置に用いられる半導体発光素子であって、
    当該半導体発光素子の電極の前記接合部に面する面に、ＡｕＳｎ合金膜が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
  13. 前記接合部に面する前記電極の面の形状が、当該電極に面する前記接合部の面の形状よりも小さく、かつ、
    前記接合部に面する半導体発光素子自身の周縁部が、半導体発光素子自身に面する前記接合部の面よりも外側に、形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子。
  14. 前記接合部に面する半導体発光素子自身の面の形状は、半導体発光素子自身に面する前記接合部の面の形状と同様であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体発光素子。
  15. 接合面上に半導体発光素子が搭載された半導体発光装置の製造方法において、
    前記接合面に前記半導体発光素子からの光を反射する反射層を形成するステップと、
    前記接合面上の発光素子搭載領域の、前記反射層上に前記半導体発光素子の電極とフラックスレスで半田付けできる材料からなる接合部を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
  16. 上記接合部を形成するステップでは、前記接合面における外部端子接続部に行うメッキと同時に行うことを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光装置の製造方法。
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