特開 2023-130989 半導体発光装置、その製造方法、および、車両用乗員検知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023130989

(43)【公開日】2023-09-21

(54)【発明の名称】半導体発光装置、その製造方法、および、車両用乗員検知システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/54 20100101AFI20230913BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20230913BHJP

【ＦＩ】

H01L33/54

H01L33/62

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022035618

(22)【出願日】2022-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】弁理士法人山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仁平 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】藤井 孝明

【テーマコード（参考）】

5F142

【Ｆターム（参考）】

5F142AA86

5F142BA02

5F142BA32

5F142CA03

5F142CD02

5F142CD16

5F142CD44

5F142CD47

5F142CD49

5F142CF03

5F142CG03

5F142CG23

5F142CG32

5F142CG45

5F142DB24

5F142FA12

(57)【要約】

【課題】発光素子の周囲にポッティングにより凸レンズ形状の封止部材を成形する。
【解決手段】基板上に搭載された発光素子を取り囲むように、環状金属パターン３を配置する。環状金属パターン３は、環状部３０と、所定の大きさの１以上の延在部３１～３４と、環状部３０の内周と延在部３１～３４とを接続するネック形状部３１ａ～３４ａを含む。ネック形状部３１ａ～３４ａは、環状部３０の周方向の幅が、延在部３１～３４の幅よりも狭められている。これにより、樹脂を塗布すると、延在部３１～３４を覆い、樹脂の外周の縁は、環状部３０の内周に沿った形状または、または、環状部の外周に沿った形状になる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板上に搭載された発光素子と、前記発光素子を取り囲むように前記基板上に配置された環状金属パターンと、前記発光素子の周囲の空間に充填する樹脂製の封止部材とを有し、
前記環状金属パターンは、内周と外周とを有する環状部と、所定の大きさの１以上の延在部と、前記環状部の内周と前記延在部とを接続するネック形状部とを含み、
前記ネック形状部は、前記環状部の周方向の幅が、前記延在部の幅よりも狭められており、
前記封止部材の表面は、凸レンズ形状であり、前記封止部材の前記基板に接触する基底面は、前記延在部を覆い、前記基底面の外周の縁は、前記環状部の内周に沿っているか、または、前記環状部の外周に沿っていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体発光装置であって、前記延在部は、複数個設けられ、前記環状部を所定の角度で等分した領域ごとに一つの前記延在部が配置されていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項3】

請求項２に記載の半導体発光装置であって、前記領域の前記所定の角度は、１２０°以下であることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記延在部は複数であり、隣り合う前記延在部のそれぞれと、前記環状部の中心とを結ぶ線がなす角度は、２０°以上であることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記ネック形状部の前記環状部の周方向の両端のそれぞれと、前記環状部の中心とを結ぶ線がなす角度θnは、３°以上２４°以下であることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項6】

請求項５に記載の半導体発光装置であって、前記延在部の前記環状部の周方向の幅が最大の部分の両端のそれぞれと、前記環状部の中心とを結ぶ線がなす角度θeは、前記角度θnより大きく４０°以下であることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
前記環状金属パターンの１以上の前記延在部と前記発光素子とは、ボンディングワイヤで接続され、
前記環状金属パターンの少なくとも前記延在部は、前記発光素子に電力を供給する配線を兼用していることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記基板の前記発光素子が搭載されている領域には、前記発光素子に電力を供給する金属製の載置部が配置され、前記載置部は、前記環状金属パターンとは離間していることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項9】

請求項８に記載の半導体発光装置であって、前記載置部の直下の前記基板には、前記基板を貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔内には、金属コアが配置され、前記基板の下面には、前記金属コアに接触するように配線パターンが設けられていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記延在部は複数であり、そのうちの一つの延在部の直下の前記基板には、金属で充填されたビアが設けられ、前記基板の下面には、前記ビアに接触するように配線パターンが設けられ、前記環状金属パターンは、前記ビアおよび前記延在部を介して、前記配線パターンと電気的に接続されていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項11】

請求項８に記載の半導体発光装置であって、前記延在部は複数であり、そのうちの一つの延在部には、保護用電気回路素子が搭載され、前記保護用電気回路素子は、ボンディングワイヤにより、前記載置部に接続されていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項12】

請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記発光素子の光軸は、前記封止部材の中心軸と一致していることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項13】

請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記封止部材は、前記発光素子の発する光を透過することを特徴とする半導体発光装置。

【請求項14】

環状部と、所定の大きさの１以上の延在部と、前記環状部の内周と前記延在部とを接続するネック形状部とを含む環状金属パターンが備えられた基板の、前記環状金属パターンの内側に、発光素子を搭載する工程と、
前記発光素子の上から前記発光素子の周囲の空間に未硬化の樹脂を注入する工程と、
前記注入した樹脂を硬化させる工程とを有し、
前記注入する工程では、前記注入する樹脂の量を、予め求めておいた第一適正量、および、前記第一適正量よりも多い第二適正量、のうちいずれかを選択し、
前記第一適正量は、前記樹脂が外側に濡れ広がって、前記樹脂の縁が前記環状部の内周に到達して表面張力により濡れ広がりが止まるとともに、前記樹脂が、前記延在部を取り囲み、前記延在部の上に這い上がって濡れ広がって前記ネック形状部と前記環状部の間で濡れ広がりが停止する量であり、
前記第二適正量は、前記樹脂が前記延在部の上に這い上がって濡れ広がった後、前記樹脂が前記延在部の上から前記ネック形状部を通って、前記環状部の上の全体に濡れ広がり、前記環状部の外周において表面張力により濡れ広がりが止まる量である
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。

【請求項15】

車両内の１以上の乗員に向かって光を照射する光源と、前記乗員からの反射光を検出するセンサーまたはカメラと、前記センサーまたはカメラの検出結果から前記乗員の状態を判定する判定部とを備えた車両用乗員検知システムであって、
前記光源は、請求項１ないし１３のいずれか１項の半導体発光装置であることを特徴とする車両用乗員検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光素子の周囲を樹脂で充填した半導体発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体発光素子の周囲を樹脂で充填し、樹脂の表面形状をレンズ形状に成形した半導体パッケージが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、リードフレーム１３に搭載されたＬＥＤの周囲に、内周に階段状のリング状の枠体１４を固定し、枠体１４内に凸レンズ形状の透光性樹脂（透光性部材１６）を配置した光半導体パッケージが開示されている（特許文献１の図１参照）。この凸レンズ形状の透光性部材１６は、鋳型を枠体１４の上に配置して、鋳型内に透光性樹脂を流し込むことにより成形されている。または、透光性部材１６は、予め凸レンズ形状に成形しておいた透光性樹脂の成形体を枠体１４に配置し、ＬＥＤとの間を透光性樹脂で充填することにより形成されている。

【0004】

また、特許文献２の図５～図１０には、基板３１の上に固定した反射枠２１の中に発光ダイオード素子１５を実装し、反射枠２１内を第1の樹脂２５で充填した後、基板３１の縁に金型３６を配置して第２の樹脂２７を平坦に流し込んで硬化させ、さらに、表面に凹面が形成された金型３７を用いて、第２の樹脂２７の上に、表面が凸レンズ形状の第３の樹脂２９の層を形成した発光装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１－１８５７６３号公報

【特許文献2】特開２０００－２６１０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の特許文献１の半導体パッケージは、専用の立体構造の樹脂製の枠体１４を設けることによって透光性部材１６のレンズ高さを高くする構造であるため、部品点数が多い。また、特許文献２の発光装置は、第２の樹脂２７に加えて、表面が凸レンズ形状の第３の樹脂２８を配置する必要があり、発光装置を構成する部材が多い。さらに、特許文献１，２の技術はいずれも、樹脂を凸レンズ形状に形成するために、鋳型や金型を用いているため、予め鋳型や金型を製造しておく必要があり、コストがかかる。また、製品の仕様変更にともない凸レンズ形状が変わるたびに、鋳型や金型を作り直す必要がある。

【0007】

近年、少量多品種の半導体発光装置を低コストで製造することが望まれている。金型を用いず、樹脂を盛り上げて塗布するポッティング技術により、所望のレンズ形状に樹脂を成形することができれば、少量で多品種の半導体発光装置を低コストで製造することが可能になる。

【0008】

しかしながら、ポッティング技術において、基板上での樹脂の濡れ広がりの範囲を制御し、しかも、３６０度均等な形状に濡れ広がらせて、表面が所望の曲面の凸レンズを形成することは容易ではない。

【0009】

本発明の目的は、発光素子の周囲にポッティングにより成形した凸レンズ形状の封止部材を備えた半導体発光装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の半導体発光装置は、基板と、基板上に搭載された発光素子と、発光素子を取り囲むように基板上に配置された環状金属パターンと、発光素子の周囲の空間に充填する樹脂製の封止部材とを有する。環状金属パターンは、内周と外周とを有する環状部と、所定の大きさの１以上の延在部と、環状部の内周と延在部とを接続するネック形状部とを含む。ネック形状部は、環状部の周方向の幅が、延在部の幅よりも狭められている。封止部材の表面は、凸レンズ形状である。封止部材の基板に接触する基底面は、延在部を覆い、基底面の外周の縁は、環状部の内周に沿っているか、または、環状部の外周に沿っている。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、発光素子の周囲にポッティングにより成形した凸レンズ形状の封止部材を備えた半導体発光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態の半導体発光装置の（ａ）封止部材を取り外した状態の上面図、（ｂ）封止部材を備えた状態のＡ－Ａ断面図。

【図2】（ａ）～（ｅ）実施形態の半導体発光装置の製造工程において、ポッティング技術により塗布した樹脂が濡れ広がる過程を示す上面図。

【図3】（ａ）封止部材（樹脂４）をポッティングする前の実施形態の半導体発光装置の上面図、（ｂ）実施形態の半導体発光装置の下面図。

【図4】環状部３０の内周に外縁が沿った封止部材４ａを備えた実施形態の半導体発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図、（ｃ）Ｃ－Ｃ断面図。

【図5】環状部３０の外周に外縁が沿った封止部材４ｂを備えた実施形態の半導体発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｄ－Ｄ断面図、（ｃ）Ｅ－Ｅ断面図。

【図6】実施形態の半導体発光装置のネック形状部３１ａの周方向の幅と、隣合う延在部の間隔を示す説明図。

【図7】実施形態の半導体発光装置の発光素子の（ａ）上面図、（ｂ）Ｆ－Ｆ断面図。

【図8】（ａ）～（ｇ）実施形態の半導体発光装置の製造工程を説明する図。

【図9】（ａ）～（ｃ）実施形態の半導体発光装置の製造工程を説明する図。

【図10】実施形態の半導体発光装置の製造工程の一部を説明するフロー。

【図11】（ａ）～（ｃ）実施形態の半導体発光装置の製造工程を説明する図。

【図12】比較例１の半導体発光装置の（ａ）封止部材を取り外した状態の上面図、（ｂ）延在部と環状部の接続部の周方向の幅を示す説明図。

【図13】比較例２の半導体発光装置の封止部材を取り外した状態の上面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施形態の半導体発光装置について以下に説明する。

【0014】

＜＜実施形態＞＞
実施形態の半導体発光装置の構成について図１から図１１を用いて説明する。なお、本実施形態の図面においては、断面図ではない図面においても、部材の違いを明確にするため、ハッチングを付している。

【0015】

＜概要＞
図１（ａ），（ｂ）に実施形態の半導体発光装置の封止部材を取り外した状態の上面図と、封止部材を備えた状態の断面図を示す。実施形態の半導体発光装置は、図１（ａ）に示すように、発光素子１を搭載する基板２の発光素子１の周囲に環状金属パターン３を備える。この環状金属パターン３の形状の作用により、ポッティングにより発光素子１の周囲に注入（塗布）された未硬化の樹脂の濡れ広がりを制御する。

【0016】

具体的には、環状金属パターン３は、環状部３０を含み、環状部３０の内側に１以上の延在部３１～３４が配置されている。延在部３１～３４は、環状部３０の内周に対して、ネック形状部３１ａ～３４ａにより接続されている。ネック形状部３１ａ～３４ａは、環状部３０の周方向の幅が延在部３１～３４の幅よりも狭められ、ネック形状部３１ａ～３４ａを形成している。注入された樹脂４は外側に濡れ広がって、樹脂４の縁が環状部３０の内周３０－１に到達すると表面張力により濡れ広がりが止まるとともに、ネック形状部３１ａ～３４ａに周囲にも到達し、樹脂４は延在部３１～３４と環状部３０との間にも入り込んだ状態となる（図２（ａ）参照）。よって、延在部３１～３４は、細いネック形状部３１ａ～３４ａとの接続部を除き、樹脂４によって周囲を取り囲まれた状態となり、樹脂４が、表面張力の均衡を破って、基板２と環状部３０の段差を這い上がって環状部３０の上に濡れ広がろうとする圧力よりも、基板２と延在部３１～３４の段差を這い上がって、延在部３１～３４の上に濡れ広がろうとする圧力の方が大きくなる。このため、環状部３０の上よりも先に、延在部３１～３４上に樹脂４が濡れ広がり、環状部３０の内周の内側と延在部３１～３４上が一様に樹脂４で覆われた状態となり、環状部３０の内周で生じる表面張力の作用により、ネック形状部３１ａ～３４ａと環状部３０との境界で濡れ広がりが一旦停止する（図２（ｂ）および図１（ｂ）の封止部材４ａ参照）。

【0017】

塗布された樹脂４の量が多い場合には、延在部３１～３４はネック形状部３１ａ～３４ａにより環状部３０に直接つながっているため、延在部３１～３４の上の樹脂４がネック形状部３１ａ～３４ａを通って環状部３０の上に流れ込み濡れ広がる。これにより、環状部３０の上に樹脂４が一様に濡れ広がる（図２（ｃ）～（ｄ））。環状部３０の外周３０－２に樹脂４が到達すると、環状部３０の外周と基板２の段差において生じる表面張力の作用により、濡れ広がりが停止する（図２（ｅ）および図１（ｂ）の封止部材４ｂ参照）。

【0018】

このように、本実施形態では、環状金属パターン３の形状を工夫したことにより、樹脂４が基板２上で濡れ広がる領域の順番を制御することができる。これにより、樹脂４を発光素子の周囲に３６０°均一に濡れ広がらせて盛り上げることができ、歪みのない凸レンズ形状の封止部材（樹脂４）を形成することができる。

【0019】

しかも、供給する樹脂４の量を調整することにより、樹脂４を濡れ広がらせる範囲を、環状金属パターンの内周までにとどめるか、または、外周まで濡れ広がらせるか選択することができる。よって、樹脂４の量を予め定めおいた第１適正量または第２適正量のいずれかを選択することにより、ポッティング技術により、２種類の異なる径の凸レンズ形状の封止部材４ａまたは４ｂを選択的に精度よく成形することができる。

【0020】

また、本実施形態の環状金属パターン３を用いることにより、封止部材（樹脂４）の高さＨを、レンズ半径Ｒより大きくすることが可能である。すなわち、第１適正量または第２適正量にはそれぞれの値に幅があるので、それを予め求めておき、各適正量の範囲内で樹脂４の量を制御することで封止部材（樹脂４）の凸レンズ形状の高さを制御できる。これにより、焦点距離の異なる凸レンズ形状の封止部材をポッティング技術により成形できる。詳細な高さ制御方法につては製造方法で述べる。

【0021】

さらに、本実施形態では、環状金属パターン３の形状の作用により、樹脂４の濡れ広がりの範囲と順番を制御できるため、塗布した樹脂４が、一部の領域には濡れ広がらなかったり、逆に、意図しない領域まで濡れ広がることを防止でき、封止部材の形状がいびつになる現象を防ぐことができる。よって、凸レンズ形状の封止部材（樹脂４）を精度よく、しかも、製造歩留まりよく製造することができる。

【0022】

＜構成＞
以下、実施形態の半導体発光装置の構成について図面を用いてさらに詳しく説明する。

【0023】

図３（ａ）は、封止部材（樹脂４）をポッティングする前の半導体発光装置の上面図であり、図３（ｂ）は、半導体発光装置の下面図である。図４（ａ）～（ｃ）は、外周の縁が、環状部３０の内周と一致した封止部材４ａを備えた半導体発光装置の上面図と断面図である。図５（ａ）～（ｃ）は、外周の縁が、環状部３０の外周と一致した封止部材４ｂを備えた半導体発光装置の上面図と断面図である。

【0024】

実施形態の半導体発光装置は、図３（ａ）のように、基板２と、発光素子１と、発光素子１を取り囲むように基板２上に配置された環状金属パターン３を備えている。発光素子１の周囲の空間には樹脂４が充填され、樹脂製の封止部材４ａまたは４ｂが配置されている（図４（ａ）～（ｃ）、図５（ａ）～（ｃ）参照）。すなわち、本実施形態の半導体発光装置は、直径が小さい封止部材４ａを備えたものと、直径が大きい封止部材４ｂを備えたものの２パターンがある。

【0025】

環状金属パターン３は、環状部３０と、延在部３１～３４と、延在部３１～３４を環状部３０の内周に接続するネック形状部３１ａ～３４ａを含む。これにより、延在部３１～３４は、環状部３０の内側に突出した形状となっている。

【0026】

ネック形状部３１ａ～３４ａの周方向の幅Wnは、延在部３１～３４の周方向の幅Weよりも狭められた形状である（図３（ａ）参照）。

【0027】

封止部材４ａ，４ｂの上面は、凸レンズ形状、すなわちドーム形状である。封止部材４ａ，４ｂの基板２に接触する基底面は、延在部３１～３４を覆っている。封止部材４ａの基底面の外周の縁は、環状部３０の内周３０－１に沿っている。一方、封止部材４ｂの基底面の外周の縁は、環状部３０の外周３０－２に沿っている。

【0028】

延在部３１～３４は、複数個（図１および図３では４個）設けられている。延在部３１～３４は、環状部３０を所定の角度で等分した領域ごとに一つずつ配置されている。この所定の角度は、１２０°以下であることが好ましく、９０°以下であることがさらに好ましい。図１および図３の例では、環状部３０を４等分した９０°の角度範囲の領域ごとに、延在部３１～３４が一つずつ配置されている。

【0029】

また、隣り合う延在部３１～３４が接近しすぎると、樹脂４の濡れ広がりに偏りが生じて、封止部材４ａ，４ｂの外形に歪みが生じやすくなる。その結果、封止部材４ａまたは４ｂの光軸が、環状部３０の中心からずれたり、発光素子１の光軸に対して傾斜することが生じ得る。そのため、隣り合う延在部３１～３４は接近しすぎないことが望ましい。例えば、図６のように、延在部３１～３４のうち隣り合う延在部と、環状部３０の中心Ｏとを結ぶ線がなす角θdは、２０°以上であることが望ましく、３０°以上であるとさらに望ましい。

【0030】

ネック形状部３１ａ～３４ａは、周方向の両端のそれぞれと環状部３０の中心Ｏとを結ぶ線のなす角θnが、３°以上２４°以下であることが望ましく、１０°以上１８°以下であることがさらに望ましい。θnが２４°を超えると、ネック形状部３１ａ～３４ａが太すぎ、ネック形状部３１ａ～３４ａの上面と封止樹脂４ａまたは４ｂの円弧状でない境界線がレンズ形状を歪ませることがある。また、延在部３１～３４に樹脂４が這い上がろうとする圧力と、環状部３０の内周から環状部３０に這い上がろうとする圧力差が小さくなるため、封止部材４ａまたは４ｂが円環部３０の内周３０－１を越境したり（内周基準レンズ）、円環部３０の外周３０－２を越境する（外周基準レンズ）ことがありレンズ形状を歪ませることがある。この結果、光軸がズレることがある。逆に、ネック形状部３１ａ～３４ａの角θｎが、３°未満では、ネック形状部３１ａ～３４ｂが細すぎ、封止部材４ａまたは４ｂが、ネック形状部３１ａ～３４ｂを断線させることがある。後述するように、延在部３１～３４は、電極パッドや配線としての機能も有するため、環状部３０と延在部３１～３４との間のネック形状部３１ａ～３４ａに断線を生じると、電気的に不良品となる。よって、ネック形状部３１ａ～３４ａの角θｎが、３°以上であることが好ましい。角θｎは、１０°以上１８°以下の場合、ネック形状部３１ａ～３４ａが断線することもなく、また封止部材４ａ，４ｂの光軸がズレることを抑制できるため好ましい。

【0031】

また、延在部３１～３４の周方向の幅Weが最大部の両端と、環状部３０の中心Ｏと結ぶ線がなす角θeはθnより大きく且つ４０°以下であることが望ましい。例えば、図６のように、角θeを３６°に設定することができる。

【0032】

環状金属パターン３の延在部３１、３３は、ボンディング用の電極パッドである。発光素子１は、図７（ａ）に示したように、上面に２つの電極（いずれもｎ側電極パッド７９，８０）を備えており、ｎ側電極パッド７９，８０は、ボンディングワイヤ６，７により、延在部３１、３３と接続されている。これにより、環状金属パターン３の延在部３１、３３から、ボンディングワイヤ６、７を介して、発光素子１に電力を供給することができる。すなわち、発光素子１の電極パッドが多数ある場合には、延在部のボンディング用の電極パッドを増やす、又は１箇所のボンディング用の電極に複数のボンディングワイを接続するようにすることもできる。

【0033】

また、基板２の発光素子１が搭載されている領域には、発光素子１に電力を供給する金属製の載置部５が配置されている。発光素子１は、図７（ａ），（ｂ）に構造を示したように、基板２側の面（下面）に支持基板電極（アノード）７１を備えている。支持基板電極（アノード）７１は、共晶はんだ等の導電性接続部材（図示せず）により載置部５と電気的に接続されている。載置部５は、環状金属パターン３とは離間している。図４（ｂ）、（ｃ）および図５（ｂ）、（ｃ）に示したように、載置部５の直下の基板２には、基板２を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、貫通孔内には、熱伝導率の高い、例えば例えば熱伝導率が（１００Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の金属コア２１が配置されている。基板２の下面には、金属コア２１に接触する配線パターン２２と、配線パターン２２に接続部２４ａで接続された配線パターン２４が設けられている。これにより、発光素子１の発する熱を基板裏面の配線パターン２２，２４から効率よく放熱することができる。

【0034】

延在部３２の直下の基板２には、金属で充填された導通ビア２５が設けられている。基板２の下面には、導通ビア２５に接触する配線パターン２３が設けられている。環状金属パターン３は、導通ビア２５および延在部３２を介して、配線パターン２３と電気的に接続されている。

【0035】

また、延在部３４には、保護用電気回路素子（ツェナーダイオード）３５が搭載されている。保護用電気回路素子３５は、ボンディングワイヤ３６により、載置部５に接続されている。

【0036】

＜発光素子１＞
発光素子１は、上面から発光するものであればどのような構造のものであってもよい。ここでは、赤外光を発光する発光素子１を用いる。その一例の構造について図７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

【0037】

発光素子１は、支持基板７２の上に、光反射性のｐ側電極層７３により、発光構造の半導体積層体をメタルボンディングした構造である。半導体積層体は、ｐ側電極層７３側から順に、ｐ型半導体層７４と、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光層７５と、ｎ型半導体層７６とを積層した構造である。半導体積層体は、ＧａＡｓＰ系半導体（ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ等）であり、支持基板７２とは異なる成長用半導体基板（例えばＧａＡｓ基板等）上に成長させた後、成長用半導体基板を取り外し、ｐ側電極層７３をメタルボンディング層として、支持基板７２上に固定される。支持基板７２の下面には、支持基板電極（アノード）７１が配置されている。ｎ型半導体層７６の上には、複数のライン状のｎ側電極７７が配置され、その上にｎ側電極パッド（カソード）７９、８０が配置されている。これにより、ｎ側電極パッド（カソード）７９、８０から供給された電力を、複数のライン状のｎ側電極７７により、ｎ型半導体層７６の全面に均一に供給することができる。半導体積層体の上面及び側面は、ｎ側電極パッド７９の上面を除き、保護膜（ＳｉＯ_２）７８で覆われている。

【0038】

＜製造方法＞
本実施形態の半導体発光装置の製造方法と、各部の材質の一例について説明する。

【0039】

まず、環状金属パターン３を備えた基板２の製造工程について図８（ａ）～（ｇ）、図９（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。

【0040】

図８（ａ）、（ｂ）のように、基板２となるガラス繊維強化エポキシ板に、金属コア２１を挿入するための貫通孔４０１を切削等により形成する。

【0041】

一方、図８（ｃ）、（ｄ）のように、銅板４０２にレジストを塗布し、レジストをパターニングした後、エッチングする。これにより、金属コア２１となる部分を残し、環状金属パターン３および載置部５の厚さ（例えば、数十μｍ）まで銅板をエッチングする。

【0042】

図８（ｅ）、（ｄ）のように、銅板４０２の金属コア２１を、基板２の上面から貫通孔４０１に挿入し、接着剤４０６として、例えばプリプレグ（硬化前のエポキシ樹脂シート）を用いて両者を接着する。加熱圧着によりプリプレグを軟化させた後硬化させることにより、銅板４０２を基板２に固定する。

【0043】

図８（ｇ）のように、基板２に、ビア孔４０３を例えばスポットレーザを照射することにより形成する。

【0044】

図９（ａ）のように、基板２の裏面に、銅層４０４を形成する。銅層４０４は、例えば、第１ステップとして、無電解Ｃｕメッキにより薄膜銅層を形成した後、第２ステップとして、電解Ｃｕメッキにより、無電界Ｃｕメッキの薄膜銅層上に厚膜のＣｕメッキ層を形成することにより形成する。この時、ビア孔４０３にもＣｕがメッキされて、ビア孔４０３を充填し、導通ビア２５が形成される。

【0045】

図９（ｂ）のように、基板２の上面の銅板４０２と裏面の銅層４０４をパターニングし、上面の環状金属パターン３と載置部５、および、裏面の配線パターン２２～２４を形成する。具体的にはまず、銅板４０２と銅層４０４にフォトリソグラフィーにてレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンから露出した銅板４０２と銅層４０４をエッチングにより除去し、上面の環状金属パターン３と載置部５、および、裏面の配線パターン２２～２４を形成する。

【0046】

図９（ｃ）のように、環状金属パターン３、載置部５、および、配線パターン２２～２４の表面に、腐食防止層４０５を形成する。腐食防止層４０５は、電界メッキにて、厚さ数μｍのニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層を順に積層し、Ｎｉ／Ａｕ層（ここで、／は、積層を示す）を形成する。Ｎｉ／Ａｕ層は、Ｃｕの腐食（酸化）を防止する。また、腐食しない性質を持つＡｕ層によって、載置部５および延在部３４上にそれぞれ発光素子１および保護用電気回路素子３５を後述のように実装する際、はんだ（Ａｕ-Ｓｎ共晶を含むはんだ（ここで、－は、合金を示す））が接合し易くなる。

【0047】

以上により、基板２を製造することができる。

【0048】

つぎに、図１０、図１１（ａ）、（ｂ）を用いて基板２に、発光素子１等を実装し、さらに封止部材４ａまたは４ｂを形成する工程について説明する。

【0049】

まず、図１０のフローのステップＳ１において、上記図９（ｃ）の工程で完成させた基板２の載置部５および延在部３４上に、はんだ（例えば、微粒子のＡｕ-Ｓｎ共晶を含むはんだペースト）を塗布する。載置部５および延在部３４のはんだペースト上に発光素子１及び保護用電気回路素子３５をそれぞれ搭載する。基板２を、例えばリフロー炉で３００℃に加熱することにより、Ａｕ－Ｓｎ共晶を溶融させた後、固化させ、発光素子１と保護用電気回路素子３５を載置部５および延在部３４に接合する（図１１（ａ））。

【0050】

ステップＳ２において、発光素子１の一対のｎ側電極パッド７９上にバンプボンディング等によりバンプをそれぞれ形成する。ワイヤボンディング装置により、ワイヤ６を基板２の延在部３１にファースト（１ｓｔ）ボンドし、発光素子１のｎ側電極パッド７９のバンプ上にセカンド（２ｎｄ）ボンドすることにより接続する。同様に、ワイヤ７を基板２の延在部３３にファーストボンドし、発光素子１のｎ側電極パッド８０のバンプ上にセカンドボンドすることにより接続する（図１１（ｂ））。

【0051】

ステップＳ３において、発光素子１の発する光（ここでは例えば赤外光）を透過する特性の未硬化の樹脂４を、注入ノズルを用いて、発光素子１の上部から発光素子１の周囲の空間に注入（塗布）する（ポッティング）。このとき、注入した樹脂４は、図２（ａ）～（ｅ）を用いてすでに説明したように、図２（ａ）～（ｅ）の順番に濡れ広がるので、注入量（第1適正量または第２適正量）を選択し、注入流量、注入ノズル上昇速度を調整することにより、樹脂４の外周の縁を、環状金属パターン３の環状部３０の内周または外周のいずれかで選択的に停止させることができる、かつ、樹脂４の高さを調整することができる。例えば、環状部３０の内周３０－１を基準とした樹脂レンズ（凸レンズ形状の封止部材４ａ）を形成する場合、内周３０－１の半径Ｒに相当する高さに注入ノズルをセットし、所定の速度で未硬化の樹脂４を注入する。樹脂が内周３０－１に沿った形状になったら、樹脂４の注入量を１／３～１／１０まで減少し、樹脂４の注入量と内周３０－１の半径Ｒ（レンズ半径）を基準とする柱の体積が等価になるように注入ノズルを上昇する。最後に、所望する高さになったら樹脂４の注入を止め、樹脂４からノズルを離間する。このような操作でレンズ半径Ｒよりも高さが高いレンズを形成することができる。また、Ｈ／Ｒ比（Ｈ：レンズ高さ、Ｒレンズ半径）に応じて、未硬化の樹脂４にチクソトロピー剤を添加することで安定したレンズ形成が可能になる。その後、所定の温度（例えば、１５０℃）で所定時間（例えば６０分）加熱硬化して封止部材４ａまたは４ｂを形成する。

【0052】

これにより、中心軸が発光素子１の光軸と中心軸と一致した所望のレンズ形状の封止部材４ａまたは４ｂをポッティングで成形することができる。

【0053】

以上により、本実施形態の半導体発光装置を製造する。

【0054】

＜半導体発光装置の動作＞
本実施形態の半導体発光装置の基板２の裏面側の配線パターン（カソード）２３は、導通ビア２５により環状金属パターン３の延在部３２に接続されている。よって、配線パターン（カソード）２３は、環状金属パターン３、延在部３１，３３およびワイヤ６，７を介して、発光素子１のｎ側電極パッド（カソード）７９、８０に電気的に接続されている。また、基板２の裏面の配線パターン（アノード）２４は、接続部２４ａ、配線パターン２２、金属コア２１および載置部５を介して、発光素子１の裏面の支持基板電極（アノード）７１に電気的に接続されている。

【0055】

よって、配線パターン（カソード）２３と配線パターン２４（アノード）間に電力を供給することにより、発光素子１に電力が供給され、発光層７５が発光する。

【0056】

発光層７５から発せられた光は、直接、または光反射性のｐ側電極層７３により反射されて、発光素子１の上面から上方に向かって出射される。発光素子１から出射された光は、凸レンズ形状の封止部材４ａまたは４ｂに入射し、封止部材４ａまたは４ｂの上面から出射され、レンズ形状に準じた所定の配光を形成する。

【0057】

以上により、本実施形態の発光装置は、基板２に備えた環状金属パターン３によって、発光素子１の周囲にポッティングで成形した凸レンズを、所望の曲面の凸レンズ形状になる封止部材を備えた半導体発光装置を提供することを可能とした。

【0058】

＜本実施形態の半導体発光装置を適用した装置＞
本実施形態の半導体発光装置は、樹脂製の封止部材４ａまたは４ｂにより発光素子１を封止し、しかも出射光をレンズ（封止部材４ａまたは４ｂ）により集光することができ、金属コア２１で発光素子１の熱を効率よく放熱することでき、かつ、保護用電気回路素子３５も搭載できるため、環境の変化への耐性、小さなスポット径、および、大光量が要求される可視から赤外の波長域の半導体発光装置として、特に好適に用いることができる。

【0059】

例えば、保護用電気回路素子３５を搭載するハイパワー赤外LED全般に適用でき、特に、車両に搭載して用いられるセンサーの光源として好適である。具体例としては、車両内の１以上の乗員に向かって光を照射する光源と、乗員からの反射光を検出するセンサーまたはカメラと、センサーまたはカメラの検出結果から乗員の状態を判定する判定部とを備えた車両用乗員検知システム（ドライバーモニタリングシステム（ＤＭＳ））の光源として好適に用いることができる。このシステムは、車両に乗り込んでいる１以上の乗員に対して光源光を照射し、その反射光をセンサーまたはカメラで検出または撮像し、検出結果又は検出画像から乗員の状態を判定部が検知することで、乗員に対して警告等を発することができる。この光源として、本実施形態の半導体発光装置を用いることにより、配光特性を封止部材４ａ、４ｂの形状により異ならせることができるため、前方のみならず後部座席の乗員に対しても集光して大光量の光を照射できる。

【0060】

＜＜比較例１＞＞
比較例１の半導体発光装置について図１２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

【0061】

比較例１の半導体発光装置は、本実施形態の半導体発光装置と同様の構造であるが、環状金属パターン３の延在部１３１～１３４の形状が実施形態とは異なる。比較例１の延在部１３１～１３４は、環状部３０の内周部に直接接続され、ネック形状部が形成されていない。そのため、延在部１３１と環状部３０との接続部の周方向の両端が、環状部３０の中心Ｏに対してなす角θnは、３２°である。

【0062】

比較例１の基板２に樹脂４をポッティングした場合、ネック形状部がないため、図２（ａ）とは異なり、樹脂４は、環状部３０と延在部１３１～１３４との間には入り込むことはできない。よって、樹脂４が延在部１３１～１３４の上に這い上がって濡れ広がろうとする圧力の方が、環状部３０の上に這い上がって濡れ広がろうとする圧力よりも大きくならず、環状部３０よりも先に延在部１３１～１３４上に樹脂４が濡れ広がるとは限らない。

【0063】

よって、樹脂４で覆われない延在部１３１～１３４が生じ得、封止部材４ａまたは４ｂは、周方向に一様な円形にならず、いびつな形状になりうる。いびつな形状の封止部材４ａまたは４ｂは、光軸が発光素子１の光軸に対してずれるため、発光素子１の出射光を精度よく所望の位置に集光させることができない。

【0064】

＜＜比較例２＞＞
比較例２の半導体発光装置について図１３を用いて説明する。

【0065】

比較例２の半導体発光装置は、本実施形態の半導体発光装置と同様の構造であるが、環状部３０の一部が切り欠かれている。また、延在部３４を備えていない。他の延在部３１～３３と、ネック形状部３１ａ～３３ａは実施形態１と同様に備えている。なお、図１３において、保護用電気回路素子１３５は、載置部５側に搭載され、環状部３０とワイヤボンディングにより接続されている。保護用電気回路素子１３５は、実施形態の保護用電気回路素子１３５とは極性が逆の素子である。

【0066】

比較例２の基板２に樹脂４をポッティングした場合、環状部３０の一部が切り欠かれているため、樹脂４の量が第１適正量（環状部３０の内周まで濡れ広がる量）の場合、環状部３０を切り欠いた部分で樹脂４がくぼむ。そのため、形成される封止部材４ａの形状が歪み、半導体発光装置の指向特性が悪化する。

【0067】

一方、樹脂４の量が第２適正量（環状部３０の外周まで濡れ広がる量）の場合、環状部３０を切り欠いた部分から、環状部３０よりも外側に樹脂４が流出する。そのため、形成される封止部材（レンズ）の形状が歪み、半導体発光装置の指向特性が悪化する。

【0068】

以上、本発明の実施形態について実施例を基に説明したが、本発明の主旨の範囲において構造、製造方法等は適宜変更することができる。例えば、環状金属パターン３内に発光素子１を複数配置することもできる。また、発光素子１として可視光から紫外光を放射するものを選択することもできる。また、樹脂４に拡散剤や着色材を加えることもできる。また、基板２の基材として光反射性または光吸収性のセラミックとすることもできる。

【0069】

また、例えば、環状金属パターン３の環状部３０の幅内の内周部と外周部に段差を設けることもできる。このようにすることで、レンズ径Ｒを細かく設定できるようになる。

【0070】

また、環状金属パターン３の外側に離間した環状金属パターンを設けることもできる。この場合、外側に設けた環状金属パターンの内周側にはネック部を有する延在部を設けておくことで、上述した作用・効果により、樹脂４によって大きな半径Ｒのレンズを歪みなく形成することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 発光素子
２ 基板
３ 環状金属パターン
４ 樹脂
４ａ 封止部材
４ｂ 封止部材
５ 載置部
６ ワイヤ
７ ワイヤ
Ｏ 中心
２１ 金属コア
２２ 配線パターン
２３ 配線パターン
２４ 配線パターン
２４ａ 接続部
２５ 導通ビア
３０ 環状部
３１ 延在部
３１ａ ネック形状部
３２ 延在部
３２ａ ネック形状部
３３ 延在部
３３ａ ネック形状部
３４ 延在部
３４ａ ネック形状部
３５ 保護用電気回路素子
７１ 支持基板電極（アノード）
７２ 支持基板
７３ ｐ側電極層
７４ ｐ型半導体層
７５ 発光層
７６ ｎ型半導体層
７７ ｎ側電極
７８ 保護膜
７９ ｎ側電極パッド
８０ ｎ側電極パッド
１３１ 延在部
１３２ 延在部
１３３ 延在部
１３４ 延在部
１３５ 保護用電気回路素子
４０１ 貫通孔
４０２ 銅板
４０３ ビア孔
４０４ 銅層
４０５ 腐食防止層
４０６ 接着剤
We 幅
Wn 幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】