特開 2023-133730 半導体発光装置

(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】P2023133730

(43)【公開日】2023-09-27

(54)【発明の名称】半導体発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/54 20100101AFI20230920BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20230920BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20230920BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20230920BHJP

【ＦＩ】

H01L33/54

H01L33/62

H01L33/58

H01L33/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022038876

(22)【出願日】2022-03-14

(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】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】山岸 翔一

【テーマコード（参考）】

5F142

【Ｆターム（参考）】

5F142AA04

5F142AA12

5F142BA24

5F142CA02

5F142CB22

5F142CE03

5F142CE16

5F142CE32

5F142CG03

5F142CG24

5F142CG26

5F142CG32

5F142CG43

5F142DA12

5F142DB17

5F142DB24

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体発光素子の上面への這い上がりが無く、かつ素子側面全体を覆うとともに滑らかな曲面形状の表面を有する樹脂部を有し、効率が高く、良好な配光特性の出射光が得られる半導体発光装置を提供する。
【解決手段】板状の複数のリードと、複数のリードと一体的に形成され、複数のリードが露出する第１の開口部を有する枠体１２と、第１の開口部から露出するリード上に実装された半導体発光素子３１と、半導体発光素子の側面を覆う樹脂部２１と、を有している。枠体は、半導体発光素子とは間隔を開けて離間し、半導体発光素子を囲むように第１の開口部の底部に設けられた段差部１２Ｄと、段差部から半導体発光素子の光出射方向に開口面が拡がる傾斜面１２Ｒとを有し、樹脂部は、半導体発光素子の側面と段差部との側面との間の空間内に充填されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の複数のリードと、
前記複数のリードと一体的に形成され、前記複数のリードが露出する第１の開口部を有する枠体と、
前記第１の開口部から露出する前記リード上に実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の側面を覆う樹脂部と、を有し、
前記枠体は、前記半導体発光素子とは間隔を開けて離間し、前記半導体発光素子を囲むように前記第１の開口部の底部に設けられた段差部と、前記段差部から前記半導体発光素子の光出射方向に開口面が拡がる傾斜面とを有し、
前記樹脂部は、前記半導体発光素子の側面と前記段差部との側面との間の空間内に充填されている、半導体発光装置。

【請求項2】

前記枠体は、前記リードが露出する第２の開口部を有し、
前記第２の開口部から露出する前記リード上に半導体集積回路素子が実装され、
前記リードの表面からの前記半導体集積回路素子の高さは前記半導体発光素子の高さよりも大きい、請求項１に記載の半導体発光装置。

【請求項3】

前記樹脂部は、前記半導体発光素子の側面の上端縁部に達して前記側面全体を覆っている請求項１又は２に記載の半導体発光装置。

【請求項4】

前記樹脂部は滑らかな曲面形状を有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項5】

前記樹脂部は遮光性の樹脂からなる請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項6】

前記第１の開口部は透光性の樹脂によって充填されている請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項7】

前記透光性の樹脂は蛍光体粒子を含む請求項１ないし６のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光装置、特にリードフレームに発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子が実装された半導体発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、インサート成形によって樹脂体をリードフレームに設け、ダイサーで切断して形成される発光装置が知られている。一般的に、このような発光装置においては、樹脂体の凹部内に樹脂を充填し、凹部の底部に載置された発光素子を封止することが行われる。

【0003】

例えば、特許文献１には、パッケージの凹部の底面に載置された発光素子と、凹部の側面を被覆する第１反射層と発光素子の側面および第１反射層に当接し、第１反射層から露出する凹部の底面全てを被覆する第２反射層と第２反射層および発光素子上に配置された光透過層と、を備えた発光装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－６２２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、パッケージの凹部内に載置された発光素子の側面からの出射光を遮光等するために、素子側面を樹脂で覆う場合、当該樹脂が素子の出射面である上面に這い上がるなどの不都合が生じやすく、また、当該樹脂で湾曲面を形成する場合など樹脂注入の制御が難しいという問題があった。特に、凹部の深さが深い場合に、樹脂を制御性よく注入することが困難であるという問題があった。

【0006】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子の上面への這い上がりが無く、かつ素子側面全体を覆うとともに滑らかな曲面形状の表面を有する樹脂部を有し、効率が高く、良好な配光特性の出射光が得られる半導体発光装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１実施形態による発光装置は、
板状の複数のリードと、
前記複数のリードと一体的に形成され、前記複数のリードが露出する第１の開口部を有する枠体と、
前記第１の開口部から露出する前記リード上に実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の側面を覆う樹脂部と、を有し、
前記枠体は、前記半導体発光素子とは間隔を開けて離間し、前記半導体発光素子を囲むように前記第１の開口部の底部に設けられた段差部と、前記段差部から前記半導体発光素子の光出射方向に開口面が拡がる傾斜面とを有し、
前記樹脂部は、前記半導体発光素子の側面と前記段差部との側面との間の空間内に充填されている、半導体発光装置である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本発明の第１の実施形態による発光装置１０を上方から見た場合の平面図である。

【図1B】封止樹脂が充填された状態の発光装置１０の上面を示す平面図である。

【図2】図１Ｂの線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図である。

【図3】図１Ｂの線Ｂ－Ｂに沿った断面を示す断面図である。

【図4】半導体発光素子３１を収容する凹部１１Ａの断面の詳細を示す図である。

【図5A】本発明の第２の実施形態による発光装置５０を上方から見た場合の平面図である。

【図5B】図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図である。

【図6】本発明の第３の実施形態による発光装置６０の断面を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。

【0010】

［第１の実施形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０を上方から見た場合の平面図である。なお、図１Ａには、封止樹脂が充填されておらず、内部構造が模式的に示されている。また、図１Ｂは、封止樹脂が充填された状態の発光装置１０の上面を示す平面図である。

【0011】

また、図２は、図１Ｂの線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図であり、図３は、図１Ｂの線Ｂ－Ｂに沿った断面を示す断面図である。

【0012】

図１Ａに示すように、半導体発光装置（以下、単に発光装置という。）１０は、樹脂パッケージ１１と、樹脂パッケージ１１内に載置された半導体発光素子３１及び半導体集積回路素子（以下、ＩＣ素子という。）３２とを有している。

【0013】

半導体発光素子３１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び発光ダイオード（ＬＤ）等の発光素子である。また、ＩＣ素子３２は、半導体発光素子３１を駆動又は制御するための半導体電子素子である。

【0014】

図２及び図３に示すように、樹脂パッケージ１１は、樹脂枠体１２と板状の複数のリードからなるリードフレーム１４を有する。また、樹脂パッケージ１１は、樹脂枠体１２の開口部である凹部１１Ａ（第１の凹部）及び凹部１１Ｂ（第２の凹部）を有している。

【0015】

より詳細には、樹脂枠体１２がリードフレーム１４と一体的に形成され、樹脂パッケージ１１が形成されている。具体的には、樹脂パッケージ１１は、枠体樹脂のインサート成形により形成されている。すなわち、リードフレーム１４を上金型及び下金型で挟み込み、熱硬化性樹脂を注入して樹脂成形体として形成されている。

【0016】

樹脂枠体１２は、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂等の樹脂で形成され、酸化チタン粒子等の光反射性粒子が含まれている（いわゆる白樹脂）。また、樹脂枠体１２には、カーボンブラック等の光吸収材が含まれていてもよい。すなわち、樹脂枠体１２は、光反射性又は光吸収性を有する遮光性の樹脂であることが好適である。また、樹脂枠体１２は、着色樹脂等の樹脂からなるなど、後述する封止樹脂２２と異なる樹脂であってもよい。

【0017】

樹脂パッケージ１１の凹部１１Ａ及び凹部１１Ｂの底部にはリードフレーム１４のリードが露出している。半導体発光素子３１は、凹部１１Ａの底部に露出するリード１４Ｃ上に載置され、リード１４Ａ（第１電極）及びリード１４Ｂ（第２電極）にボンディングワイヤＢＷによって電気的に接続されている。リード１４Ａ及びリード１４Ｂ間に電圧が印加されることで半導体発光素子３１から出射光ＬＥが出射される。

【0018】

ＩＣ素子３２は、凹部１１Ｂの底部に露出するリード１４Ｑ上に載置され、複数のリード１４Ｐに電気的に接続されている。また、複数のリード１４Ｐのいずれかがリード１４Ａ又はリード１４Ｂに電気的に接続され、半導体発光素子３１が駆動又は制御される。

【0019】

リードフレーム１４の複数のリードは、例えばＣｕ（銅）からなり、表面にはニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）等のめっきが施されている。当該複数のリードは、は略同一面上に、離間部（スリット）によって互いに離間して形成されている。

【0020】

図１Ｂに示すように、樹脂パッケージ１１の凹部１１Ａ及び凹部１１Ｂにはそれぞれ封止樹脂２２及び封止樹脂２３が充填され、封止されている。

【0021】

本実施形態において、凹部１１Ａに充填される封止樹脂２２は透光性の樹脂、例えば透明樹脂又は蛍光体粒子（フィラー）を含む透明樹脂からなる。また、凹部１１Ｂに充填される封止樹脂２３は遮光性の樹脂、例えば白色樹脂又は黒色樹脂である。

【0022】

図２に示すように、リードフレーム１４の表面からのＩＣ素子３２の高さＨ２は、半導体発光素子３１の高さＨ１よりも大きい（Ｈ２＞Ｈ１）。例示すれば、半導体発光素子３１の高さＨ１は、１００μｍ～２００μｍ程度である。

【0023】

一方、ＩＣ素子３２の高さＨ２は、半導体発光素子３１の高さＨ１の数倍程度であり、典型的には３００μｍ～４００μｍ程度である。なお、図２及び図３に示すように、樹脂枠体１２は樹脂パッケージ１１の表面全体において略同一の高さＨを有している。

【0024】

半導体発光素子３１が実装された凹部１１Ａを囲む樹脂枠体１２は、リードフレーム１４の表面からの高さがＨＤである段差部１２Ｄと、段差部１２Ｄから半導体発光素子３１からの出射光ＬＥの出射方向（リードフレーム１４の垂直方向）に開口面が拡がる傾斜面である内側面１２Ｒとを有する。

【0025】

半導体発光素子３１が実装された凹部１１Ａを囲む樹脂枠体１２は、凹部１１Ａの底部にリードフレーム１４の表面からの高さがＨＤである段差部１２Ｄを有している。段差部１２Ｄは半導体発光素子３１とは間隔を開けて離間し、半導体発光素子３１を囲むように形成されている。また、段差部１２Ｄは、上面視において一定の幅を有するように形成されていることが好適である。

【0026】

また、樹脂枠体１２の凹部１１Ａは、段差部１２Ｄから半導体発光素子３１の出射光ＬＥの出射方向（すなわち、リードフレーム１４の垂直方向）に開口面が拡がる傾斜面である内側面１２Ｒを有する。

【0027】

また、凹部１１Ａを囲む樹脂枠体１２の内側面１２Ｒは半導体発光素子３１からの出射光ＬＥを反射する反射面として機能する。

【0028】

図２及び図３に示すように、半導体発光素子３１の側面と段差部１２Ｄの側面との間には反射性の白樹脂からなる樹脂部２１が設けられている。また、半導体発光素子３１及び樹脂部２１の上には透光性の樹脂からなり、凹部１１Ａを充填する封止樹脂２２が形成されている。

【0029】

上記したように、半導体発光素子３１とＩＣ素子３２との高さの差は大きい。このように、深い凹部の底部に実装された半導体発光素子の場合、半導体発光素子の上面に樹脂が這い上がらないように半導体発光素子の側面を覆う樹脂部を形成することは困難であった。

【0030】

本実施形態の半導体発光素子３１においては、樹脂部２１は、半導体発光素子３１の上端部（縁部）に達するものの、上面（出射面）への這い上がりは無く、側面全体を覆うように形成されている。また、樹脂枠体１２の段差部１２Ｄについても同様であり、樹脂部２１は、段差部１２Ｄの上端部に達するものの、上面への這い上がりは無く、側面全体を覆うように形成されている。すなわち、樹脂部２１は、半導体発光素子３１の側面と段差部１２Ｄの側面との間の空間内に充填されている。

【0031】

これは、樹脂枠体１２の段差部１２Ｄの高さＨＤが半導体発光素子３１の高さＨ１よりも高さがＤだけ小さく（ＨＤ＜Ｈ１、Ｈ１－ＨＤ＝Ｄ）形成されているためである。すなわち、樹脂部２１の樹脂の注入時に樹脂が側面全体を覆いつつも半導体発光素子３１の上面に這い上がることが防止されている。すなわち、半導体発光素子３１の上端部のアンカー効果によって注入樹脂の這い上りが防止されている。

【0032】

また、樹脂部２１の表面（上面）は滑らかな凹面形状を有している。したがって、半導体発光素子３１からの出射光の凹部１１Ａ内での乱反射、及び乱反射による出射光強度の低下及び配光特性への悪影響が防止される。

【0033】

したがって、半導体発光素子３１の側面から出射される光を発光装置１０の表面から効率よく取り出すことができる。また、封止樹脂２２内での反射光は樹脂部２１の滑らかな表面によって反射されるので、効率が高く、良好な配光特性の出射光が得られる。

【0034】

図４は、半導体発光素子３１を収容する凹部１１Ａの断面の詳細を示す図である。本実施形態において、樹脂パッケージ１１の凹部１１Ａは、半導体発光素子３１からの出射光を遮らないように、指向半値角θ以上の開口が得られるように形成されていることが好ましい。

【0035】

図４において、半導体発光素子３１は指向半値角が１２０°であり、出射方向に１２０°の開口が形成されている。半導体発光素子３１の指向特性に合わせ、少なくとも９０°であるように形成されていることが好ましい。

【0036】

［第２の実施形態］
図５Ａは、本発明の第２の実施形態による発光装置５０を上方から見た場合の平面図である。なお、図１Ａには、封止樹脂が充填されていない場合の内部構造が模式的に示されている。また、図５Ｂは、図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図である。

【0037】

本実施形態の発光装置５０は、半導体発光素子３１を搭載する装置として構成され、ＩＣ素子３２を搭載していない点において第１の実施形態による発光装置１０とは異なっている。

【0038】

より詳細には、発光装置５０は、樹脂パッケージ５１と、樹脂パッケージ５１の凹部５１Ａ内に載置された半導体発光素子３１を有する。樹脂パッケージ５１は、樹脂枠体５２と複数のリードからなるリードフレーム５４を有する。

【0039】

発光装置５０においては、半導体発光素子３１は、樹脂パッケージ５１の凹部５１Ａの底部に露出するリード５４Ｃ上に載置されている。半導体発光素子３１は、リード５４Ａ（第１電極）及びリード５４Ｂ（第２電極）にボンディングワイヤＢＷによって電気的に接続されている。リード５４Ａ及びリード５４Ｂ間に電圧が印加されることで半導体発光素子３１から出射光ＬＥが出射される。

【0040】

図５Ｂに示すように、リードフレーム５４の表面からの半導体発光素子３１の高さはＨ１であり、凹部５１Ａ内の樹脂枠体５２の段差部５２Ｄは高さＨＤを有し、ＨＤ＜Ｈ１である。また、凹部５１Ａを囲む樹脂枠体５２の高さはＨである。

【0041】

したがって、半導体発光素子３１の側面と段差部５２Ｄとの間の樹脂部２１は半導体発光素子３１の側面全体を覆いつつも半導体発光素子３１の上面に這い上がっていない。また、樹脂部２１の表面（上面）は滑らかな曲面形状（凹面形状）を有している。また、樹脂枠体１２の段差部５２Ｄについても同様である。

【0042】

樹脂枠体５２の高さＨは、半導体発光素子３１の高さＨ１の２倍以上であることが好ましい。例示すれば、半導体発光素子３１の高さＨ１は、１００μｍ～２００μｍ程度である。

【0043】

発光装置５０は、第１の実施形態のような半導体発光素子３１よりも高さの高い素子を有しないが、半導体発光素子３１は指向半値角が１２０°であり、樹脂パッケージ５１の凹部５１Ａは出射方向に１２０°の開口として形成されている。

【0044】

すなわち、樹脂パッケージ５１の高さが高く（凹部５１Ａが深く）形成されている場合であっても、半導体発光素子３１からの１２０°（±６０°）以上の出射光は凹部５１Ａの内側面５２Ｒによって光軸方向に反射されるので、出射光強度を大きくすることができる。

【0045】

本実施形態によれば、上記した実施形態と同様な利点を有する発光装置を提供することができる。また、本実施形態の発光装置によれば、半導体発光素子３１からの出射角の大きな光は凹部５１Ａの内側面５２Ｒによって光軸方向に反射されるので、効率が高く、良好な配光特性の出射光が得られる。

【0046】

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態による発光装置６０の断面を模式的に示す断面図である。本実施形態においては、複数の半導体発光素子６５がリードフレーム６４上に並置されて実装されている点において上記した実施形態による発光装置とは異なっている。

【0047】

本実施形態の発光装置においても、リードフレーム６４の表面からの半導体発光素子６５の高さはＨ１であり、凹部６１Ａ内の樹脂枠体６２の段差部６２Ｄは高さＨＤを有し、ＨＤ＜Ｈ１である。また、凹部６１Ａを囲む樹脂枠体５２の高さはＨである。

【0048】

したがって、半導体発光素子６５の側面と段差部６２Ｄとの間の樹脂部２１は半導体発光素子６５の側面全体を覆いつつも半導体発光素子６５の上面に這い上がっていない。また、樹脂部２１の表面は滑らかな凹面形状を有している。また、樹脂枠体１２の段差部１２Ｄについても同様である。

【0049】

また、当該複数の半導体発光素子６５間においても、注入樹脂の流れが隣接する半導体発光素子６５によって抑制されるので、半導体発光素子６５間の樹脂部２１Ａは半導体発光素子６５の側面全体を覆いつつも半導体発光素子６５の上面に這い上がることが防止されている。また、樹脂部２１Ａの表面は滑らかな凹面形状を有している。

【0050】

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、半導体発光素子の上面への這い上がりが無く、かつ側面全体を覆うとともに滑らかな曲面形状を有する樹脂部を有し、効率が高く、良好な配光特性の出射光が得られる半導体発光装置を提供することができる。

【符号の説明】

【0051】

１０，５０，６０：発光装置、１１：樹脂パッケージ、１１Ａ，５１Ａ，６１Ａ：第１の凹部（開口部）、１１Ｂ：第２の凹部、１２，５２，６２：枠体、１２Ｒ．５２Ｒ，６２Ｒ：凹部の内側面、１４，５４，６４：リードフレーム、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｐ，１４Ｑ、５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ：リード、２１，２１Ａ：樹脂部、２２：封止樹脂、２３：封止樹脂、３１，６５：半導体発光素子、３２：ＩＣ素子

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】