半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法
【課題】基板上に発光素子および電極パッドを備えた半導体発光装置において、光取り出し効率の向上と光取り出し面内における輝度むらの低減を図ることができる半導体発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体発光装置１は、素子搭載面に設けられた凹部１２１と凹部の底面に設けられた電極パッド３２ｎ，３２ｐとを有する基板１０と、基板の素子搭載面に設けられて電極パッドに電気的に接続された少なくとも１つの発光素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆと、電極パッドを覆うように凹部に充填された光反射性樹脂５０と、を有する。光反射性樹脂は、発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ頂部から凹部の側壁に至る表面が凹状面を有する。
【解決手段】半導体発光装置１は、素子搭載面に設けられた凹部１２１と凹部の底面に設けられた電極パッド３２ｎ，３２ｐとを有する基板１０と、基板の素子搭載面に設けられて電極パッドに電気的に接続された少なくとも１つの発光素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆと、電極パッドを覆うように凹部に充填された光反射性樹脂５０と、を有する。光反射性樹脂は、発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ頂部から凹部の側壁に至る表面が凹状面を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の半導体発光素子を有する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置のパッケージとしてＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）やＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics：高温同時焼成セラミックス）を用いた積層セラミックパッケージが知られている。図１は積層セラミックパッケージにより構成される半導体発光装置３００の断面図である。半導体発光装置３００は、基板３０１、基板３０１上に搭載されたＬＥＤチップ３０２、基板３０１表面に形成された電極パッド３０３、基板３０１の裏面に形成された外部接続端子３０４、電極パッド３０３とＬＥＤチップ３０２とを電気的に接続するボンディングワイヤ３０５、基板３０１上においてＬＥＤチップ３０２を囲む枠体３０６、枠体３０６の内側に充填された封止樹脂３０７により構成される。基板３０１と枠体３０６はセラミックからなり、拘束焼結されて一体的な形態をなしている。
【０００３】
一方、自動車のヘッドランプや一般照明等の比較的高い光出力が要求される用途向けに複数のＬＥＤチップをパッケージングした発光装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３５５３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示す積層セラミックパッケージにおいて、電極パッド３０３は、ボンディングワイヤ３０５との接合強度を確保する観点から最表面がＡｕで構成され得る。しかしながら、Ａｕは、ＬＥＤチップ３０２から発せられる光の発光波長に対して光吸収性を示す故、光出力が低下する。例えば、基板上に複数のＬＥＤチップを搭載し、これらのＬＥＤチップに接続される電極パッドを１箇所に集約して配置するような構成では、電極パッドの面積が比較的大きくなり、光取り出し効率の低下および光取り出し面内における明暗差（輝度むら）が顕著となる。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上に発光素子および電極パッドを備えた半導体発光装置において、光取り出し効率の向上と光取り出し面内における輝度むらの低減を図ることができる半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体発光装置は、素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部の底面に設けられた電極パッドと、を有する基板と、前記基板の前記素子搭載面に設けられて前記電極パッドに電気的に接続された少なくとも１つの発光素子と、前記電極パッドを覆うように前記凹部に充填された光反射性樹脂と、を有し、前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面を有することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部底面に設けられた電極パッドと、を有する基板を用意する工程と、前記基板の前記素子搭載面に少なくとも１つの発光素子を搭載して前記発光素子と前記電極パッドとを電気的に接続する工程と、前記電極パッドを覆うように前記凹部に光反射性樹脂を充填する工程と、を含み、前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面となるように充填されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光装置およびその製造方法によれば、電極パッドは光反射率の高い光反射性樹脂で被覆される故、半導体発光装置の光束および光度を向上させることが可能となる。また、これに伴って、光取り出し面内における明暗差（輝度むら）を低減することが可能となる。更に、光反射性樹脂は、発光素子の表面高さよりも投光方向前方に頂部を有し且つその表面が凹状面を呈する被覆形状を有する故、上記した光出力を向上させ輝度むらを低減させる効果がより顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を示す断面図、図２（ｂ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を示す上面図。
【図３】図２（ｂ）における２−２線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る半導体発光装置の等価回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る光反射性樹脂形成部における拡大断面図である。
【図６】凹部側壁の傾斜角度と光反射性樹脂の被覆形状の関係を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は光反射性樹脂の塗布方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、各図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【００１２】
図２（ａ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置１の斜視図、図２（ｂ）は半導体発光装置１の平面図である。図３は、図２（ｂ）における３−３線に沿った断面図である。
図４は、半導体発光装置１の等価回路図である。
【００１３】
半導体発光装置１は、基板１０上に６つのＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆが搭載された面実装型の発光装置である。基板１０は、電極パッド形成面を有する第１セラミック層１１と、素子搭載面を有する第２セラミック層１２とを積層して構成されるものである。また、基板１０上には第３セラミック層１３を更に積層することにより形成される枠体１３０が設けられる。枠体１３０の側壁１３２によって囲まれる空間内にはＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆを封止する封止樹脂６０が充填される。第１乃至第３セラミック層は、例えばアルミナ・セラミックスにガラス成分を混ぜることで焼成温度を９００℃程度としたＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）からなり、各セラミック層は拘束焼結されて一体的な形態をなす積層セラミックパッケージを構成している。
【００１４】
基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）には、６つのＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆが環状配列をなして搭載されている。基板１０は、素子搭載面内にＬＥＤチップの環状配列の内側に配置された円形の凹部１２１を有する。凹部１２１の底面には、第１セラミック層１１上に設けられた電極パッド３２ｎおよび３２ｐが延在している。電極パッド３２ｎおよび３２ｐは、それぞれ半円形状を有し、互いに隣接して設けられることにより略円形の電極パターンを形成している。凹部１２１の側壁は上記略円形の電極パターンを囲んでいる。電極パッド３２ｐは、ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃに共通の電極パッドであり、ボンディングワイヤ４０を介してこれらのＬＥＤチップのｐ電極に接続される。電極パッド３２ｎは、ＬＥＤチップ２０ｄ、２０ｅ、２０ｆに共通の電極パッドであり、ボンディングワイヤ４０を介してこれらのＬＥＤチップのｎ電極に接続される。
【００１５】
基板１０は、素子搭載面においてＬＥＤチップの環状配列の外側に配置された複数の円形の凹部１２２を有する。凹部１２２の底面には、第１セラミック層１１上に設けられた電極パッド３１ｎまたは３１ｐが延在している。電極パッド３１ｎおよび３１ｐは、各ＬＥＤチップ毎に独立に設けられている。電極パッド３１ｎおよび３１ｐの形状は例えば円形とすることができるが、これに限定されるものではない。電極パッド３１ｎは、それぞれ、ボンディングワイヤ４０を介してＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのｎ電極に接続される。電極パッド３１ｐは、それぞれ、ボンディングワイヤ４０を介してＬＥＤチップ２０ｄ、２０ｅ、２０ｆのｐ電極に接続される。電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐ、外部接続端子３５ｐ、３５ｎは、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕを順次積層した多層金属膜によって構成される。
【００１６】
このように、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐは、基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）に設けられた凹部１２１および１２２の底面（第１セラミック層１１の表面）に形成されており、素子搭載面よりも低位置に配置されている。
【００１７】
第１セラミック層１１の裏面には、外部接続端子３５ｎおよび３５ｐが設けられている。外部接続端子３５ｎは、コンタクトビア３６ｎ等を介して電極パッド３１ｎ、３２ｎに電気的に接続される。一方、外部接続端子３５ｐは、コンタクトビア３６ｐ等を介して電極パッド３１ｐ、３２ｐに電気的に接続される。半導体発光装置１には、外部接続端子３５ｐ、３５ｎを介して電力供給が行われ、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆが駆動される。上記の如き接続構成によってＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆは、図４に示すように、互いに並列接続される。
【００１８】
尚、基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）は光反射層およびガラス層で覆われていてもよい。光反射層は、ＬＥＤチップから発せられる光に対して光反射性を有するＡｇ等の金属により構成される。光反射層は、基板１０の素子搭載面の略全域に延在していることが好ましい。ガラス層は、光反射層の上面及び側面を覆い、光反射層の劣化に伴う反射率の低下を防止する。例えば、光反射層がＡｇからなる場合、ガラス層は、Ａｇの硫化を防止する。
【００１９】
基板１０の素子搭載面に対して凹んでいる凹部１２１内には光反射性樹脂５０が充填されている。すなわち、凹部１２１の底面に延在する電極パッド３２ｎ、３２ｐは、光反射性樹脂５０で覆われる。また、電極パッド３２ｎ、３２ｐに接続されるボンディングワイヤ４０の一部は光反射性樹脂５０内に埋設される。光反射性樹脂５０は、例えばシリコーン樹脂にアルミナ等の光散乱粒子を混合した白色の樹脂である。尚、アルミナ以外に酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛等を光散乱粒子として用いることができる。光反射性樹脂５０は電極パッド３２ｎ、３２ｐよりも高い光反射性を有する。光吸収性を持つＡｕ層を最表面に有する電極パッド３２ｎ、３２ｐが反射率の高い光反射性樹脂５０で被覆されることにより、半導体発光装置１の光出力の向上および輝度むらの低減を図ることが可能となる。光反射性樹脂５０の被覆形状等については、後述する。
【００２０】
基板１０上には、第３セラミック層１３によって構成される枠体１３０が設けられている。枠体１３０は、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆおよび電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐを囲む円形に連なる側壁１３２を形成する。側壁１３２は、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆから発せられる光を半導体発光装置１の内側に向けて反射せしめるリフレクタとして機能する。封止樹脂６０は、枠体１３０の側壁１３２で囲まれた凹状空間内に充填される。ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆ、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐ、ボンディングワイヤ４０および光反射性樹脂５０は、封止樹脂６０内に埋設される。封止樹脂６０は、例えばシリコーン樹脂等の光透過性樹脂からなる。封止樹脂６０内には、ＬＥＤチップから発せられる光の波長を変換せしめる蛍光体が分散されていてもよい。
【００２１】
以下に光反射性樹脂５０の被覆形状について詳細に説明する。図５は、光反射性樹脂５０の形成部における拡大断面図である。上記したように、光反射性樹脂５０は、基板１０の素子搭載面に設けられた凹部１２１を充填し、電極パッド３２ｎおよび３２ｐを被覆する。光反射性樹脂５０は、凹部１２１の側壁１２１ａから凹部１２１の中央に向けて反り上がった略錐状の被覆形状を有している。すなわち、光反射性樹脂５０は、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆの環状配列の中央であってＬＥＤチップの上面高さよりも高い位置（すなわち、投光方向前方）に頂部を有し、凹部１２１の側壁１２１ａから頂部を結ぶ表面が下に凸の凹状曲面を呈する略錐状の被覆形状を有する。光反射性樹脂５０がかかる被覆形状を有することにより、光反射性樹脂５０はＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆから発せられた光を光取り出し面に導くリフレクタとして有効に機能する。また、各ＬＥＤチップから光反射性樹脂５０の頂部までの距離が略同一となるように光反射性樹脂５０を成形することにより、均一な発光分布を得ることが可能となる。
【００２２】
光反射性樹脂５０の側壁１２１ａと接触する部分における高さは、素子搭載面の高さ位置よりも低くなるように光反射性樹脂５０の供給量が制御される。これにより、光反射性樹脂５０がＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆの搭載領域まで濡れ広がることを防止している。
【００２３】
封止樹脂６０の上面は、光反射性樹脂５０の頂部から距離Ｔｃをおいて離間している。これにより、発光色および発光輝度の均一性が向上する。すなわち、ＬＥＤチップ搭載領域Ａと、光反射性樹脂５０が充填される凹部領域Ｂにおける明暗差が低減され、封止樹脂６０に蛍光体を含有させる場合には発光色の混色性が向上する。
【００２４】
光反射性樹脂５０の頂部の高さ位置は、ボンディングワイヤ４０のループトップの高さ位置と概ね一致していることが好ましい。光反射性樹脂５０を設けない場合や光反射性樹脂５０の高さが低すぎる場合（例えば光反射性樹脂５０の表面高さが素子搭載面の高さに一致している場合）、ＬＥＤチップ搭載領域Ａに延在する封止樹脂６０の体積と、凹部領域Ｂに延在する封止樹脂６０の体積の差が過大となる。これにより、熱ストレス印加時において領域Ａ−Ｂ間で封止樹脂６０の厚さ方向における伸縮差が生じ、凹部領域Ｂにおいて封止樹脂６０の剥離が生じるおそれがある。本実施例のように、凹部領域Ｂに、略錐状に成形され且つその頂部の高さ位置がボンディングワイヤ４０のループトップの高さ位置と概ね一致するように光反射性樹脂５０を形成することにより、ＬＥＤチップ搭載領域Ａに延在する封止樹脂６０の体積と、凹部領域Ｂに延在する封止樹脂６０の体積とがほぼ等しくなる。これにより、熱応力による封止樹脂６０の剥離を防止することが可能となる。尚、光反射性樹脂は、光反射性を得るために高い濃度で光散乱粒子を含有（例えばシリコーン樹脂にアルミナ粒子を７０ｗｔ％で含有）しているため、光散乱粒子を含有していないものと比較して樹脂部分の体積は小さいものとなっている。
【００２５】
図６（ａ）〜（ｃ）は、凹部１２１の側壁１２１ａの傾斜角度と光反射性樹脂５０の被覆形状との関係を示す断面図である。光反射性樹脂５０をリフレクタとして有効に機能させるためには、光反射性樹脂５０がその周縁部から中央部に向けて反り上がった反り上がり形状を有していること、すなわち、光反射性樹脂５０の表面が凹状曲面を有していることが好ましい。
【００２６】
光反射性樹脂５０において反り上がり形状（凹状曲面）を再現性よく形成するためには、図６（ａ）に示すように、凹部の側壁１２１ａが凹部１２１の底面に対して垂直であることが好ましく、図６（ｂ）に示すように、側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜していること、換言すれば、光反射性樹脂５０が充填される凹部１２１の開口径が上方（素子搭載面側）に向けて広がる方向に側壁１２１ａが傾斜していることがより好ましい。その理由は、以下のとおりである。すなわち、光反射性樹脂５０は、例えば、ディスペンス法によって塗布形成され、凹部１２１の中央に配置されたディスペンサのノズルから吐出される（図９参照）。光反射性樹脂５０の被覆形状は、ノズルに吸着する方向に作用する表面張力ｈと凹部の側壁１２１ａを這い上がる方向に作用する表面張力ｇによって定まる。図６（ａ）に示すように、凹部の側壁１２１ａが凹部１２１の底面に対して垂直である場合、または図６（ｂ）に示すように、側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜している場合、表面張力ｈの作用方向と表面張力ｇの作用方向のなす角を大きくすることができる。これにより、光反射性樹脂５０と側壁１２１ａとの接触部における上端点Ｔと、光反射性樹脂５０の反り上がり開始点Ｓとの高低差が大きくなり、光反射性樹脂５０の反り上がり形状を再現性よく形成することが可能となる。図６（ｂ）に示すように、側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜している場合には、光反射性樹脂５０と側壁１２１ａとの接触部における上端点Ｔと、光反射性樹脂５０の反り上がり開始点Ｓとの高低差がより大きくなり、光反射性樹脂５０の反り上がり形状の再現性をより高めることが可能となる。
【００２７】
一方、図６（ｃ）は、凹部の側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鋭角となるように側壁１２１ａが傾斜している場合を示している。この場合、ノズルに吸着する方向に作用する表面張力ｈと凹部の側壁１２１ａを這い上がる方向に作用する表面張力ｇのなす角が図６（ａ）および図６（ｂ）の場合と比較して小さくなる。これにより、光反射性樹脂５０と側壁１２１ａとの接触部における上端点Ｔと、光反射性樹脂５０の反り上がり開始点Ｓとの高低差が小さくなり、光反射性樹脂５０の反り上がり形状を形成することが困難となる。すなわち、この場合、光反射性樹脂５０の表面が凸状曲面（ドーム状）となりやすい。光反射性樹脂５０の表面が凸状曲面となると、ＬＥＤチップから発せられた光を光取り出し面側に導く効果が損なわれ、光反射性樹脂５０によるリフレクタとしての機能が低下する。
【００２８】
以上より、光反射性樹脂５０の反り上がり形状を樹脂の充填と硬化により再現性よく形成するためには、凹部１２１の側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が直角または鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜していることが好ましい。
【００２９】
次に、上記した構成を有する半導体発光装置１の製造方法について説明する。図７（ａ）〜（ｃ）および図８（ａ）〜（ｄ）は、半導体発光装置１の製造工程におけるプロセスステップ毎の断面図である。
【００３０】
（グリーンシートの作製）
第１乃至第３セラミック層１１、１２、１３の材料であるグリーンシート１１Ａ、１２Ａ、１３Ａを作製する（図７（ａ））。具体的には、セラミック粉末とガラスを一定比率で配合し、混合する。続いて、混合された原料に有機系のバインダと溶剤を加え、均一になるまで分散させ、スラリーを得る。スラリーは、製膜装置でＰＥＴフィルム上に一定の厚さで塗布され、乾燥工程を経てシート状のグリーンシート１１Ａ、１２Ｂ、１３Ｃが形成される。
【００３１】
（グリーンシートの加工）
グリーンシート１１Ａ、１２Ａ、１３Ａを所望の大きさに切断する。続いて第１セラミック層１１の材料であるグリーンシート１１Ａにコンタクトビア３６ｎ、３６ｐを形成するための貫通孔３６ｈを形成する。また、第２セラミック層１２の材料であるグリーンシート１２Ａに凹部１２１、１２２を形成するための円形の貫通孔１２１ｈ、１２２ｈを形成する。また、枠体１３０を構成する第３セラミック層１３の材料であるグリーンシート１３Ａに円形の貫通孔１３１ｈを形成する（図７（ｂ））。
【００３２】
（電極パッド、外部接続端子の形成）
次に、グリーンシート１１Ａの表面にスクリーン印刷法によってＡｇ−Ｐｄペーストを印刷して電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐを形成する。また、グリーンシート１１Ａの裏面にスクリーン印刷法によってＡｇ−Ｐｄペーストを印刷して外部接続端子３５ｎ、３５ｐを形成する。また、貫通孔３６ｈにＡｇ−Ｐｄペーストを充填してコンタクトビア３６ｎ、３６ｐを形成する（図７（ｃ））。
【００３３】
（焼成およびめっき処理）
次に、グリーンシート１１Ａ、１２Ａ、１３Ａを位置合わせして熱と圧力を加えた状態で積層する。その後、グリーンシートに含まれる有機系バインダを飛散させながら、グリーンシート、Ａｇ−Ｐｄペーストを同時焼成する。次に、電解めっき法により、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐおよび外部接続端子３５ｎ、３５ｐにＮｉめっき処理およびＡｕめっき処理を施す。第１セラミック層１１と第２セラミック層１２が積層されることにより、素子搭載面に凹部１２１および１２２を有し、凹部１２１の底面において電極パッド３２ｎ、３２ｐが露出し、凹部１２２の底面において電極パッド３１ｎ、３１ｐが露出した基板１０が形成される。そして、第１乃至第３セラミック層の積層体である積層セラミックパッケージが完成する（図８（ａ））。
【００３４】
（チップマウントおよびワイヤーボンディング）
基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）上のＬＥＤチップ搭載位置にシリコーン樹脂等からなる接着材を塗布し、この接着剤の上にＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆをマウントする。ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆは、素子搭載面に設けられた凹部１２１を囲む環状配列をなすように配置される。その後、熱処理によって接着剤を硬化させ、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆを基板１０上に固着する。次にＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆのｎ電極およびｐ電極と、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐとをボンディングワイヤ４０で接続する（図８（ｂ））。
【００３５】
（光反射性樹脂の形成）
次に、ＬＥＤチップの環状配列の内側に配置された凹部１２１内に光反射性樹脂５０を充填して電極パッド３２ｎ、３２ｐを被覆する。光反射性樹脂５０は、シリコーン樹脂に光散乱粒子であるアルミナ粒子を含有させたものを用いることができる。アルミナ粒子の配合比率は例えば７０重量パーセント、光反射性樹脂５０の粘度は約７０Ｐａ・ｓである。光散乱粒子としてはアルミナ以外に酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛等を使用することができる（図８（ｃ））。
【００３６】
ここで、光反射性樹脂５０の被覆形状を光取り出しに有利な反り上がり形状とするための塗布方法を図９（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。尚、図９（ａ）および図９（ｃ）において、ブロック矢印はディスペンサ２００の移動方向、破線矢印はディスペンサ２００内に生ずる圧力方向を示している。
【００３７】
光反射性樹脂５０は、ディスペンス法により塗布される。光反射性樹脂５０を封入したディスペンサ２００が凹部１２１の中央上方に位置するように位置合わせを行う。次に、ディスペンサ２００に圧縮空気を供給しつつこれを降下させる。ディスペンスノズル内には下向き（吐出方向）の圧力が生じ、ディスペンスノズルの先端からは光反射性樹脂５０が吐出される（図９（ａ））。
【００３８】
ディスペンスノズルから吐出された光反射性樹脂５０が凹部１２１の底面に接触するタイミングでディスペンサ２００の降下を停止させる。ディスペンサ２００を静止状態に保持したまま光反射性樹脂５０の供給を継続する。光反射性樹脂５０は、凹部１２１の底面を濡れ広がって凹部の側壁１２１ａに達する。凹部１２１を充填する光反射性樹脂５０の供給量が所定量に達したら、圧縮空気の供給を停止して光反射性樹脂５０の供給を停止させる。光反射性樹脂５０が凹部１２１の側壁１２１ａを超えて素子搭載面にまで横溢しないように供給量が制御される。光反射性樹脂５０は、凹部１２１を充填している部分からディスペンスノズルの先端まで連なった状態となる（図９（ｂ））。
【００３９】
次に、ディスペンサ２００に負圧を印加することによりディスペンスノズル内において上向き（吸引方向）の圧力を発生させつつディスペンスノズル２００を上方に引き上げる。これにより、光反射性樹脂５０は凹部１２１を充填する部分と、ディスペンスノズル先端に付着する部分とに引き裂かれて分離する。このとき、光反射性樹脂５０には、凹部の側壁１２１ａを這い上がる方向に作用する表面張力と、ディスペンスノズルの方向に作用する表面張力によって、光反射性樹脂５０の側面は凹状曲面となる（図９（ｃ））。
【００４０】
光反射性樹脂の塗布工程において以上のような手順で光反射性樹脂５０を塗布することにより、光反射性樹脂５０の形状を光取り出しに有利な反り上がり形状とすることができる。光反射性樹脂５０の塗布が完了したら、熱処理を行って光反射性樹脂５０を硬化させる。
【００４１】
（封止樹脂の形成）
枠体１３０の側壁１３１の内側に形成された空間にシリコーン樹脂等の光透過性樹脂からなる封止樹脂６０を充填する。ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆ、ボンディングワイヤ４０および光反射性樹脂５０は封止樹脂６０内に埋設される。封止樹脂６０は、その上面の高さ位置が光反射性樹脂５０の頂部の高さ位置よりも高くなるように形成される。封止樹脂６０内には、ＬＥＤから発せられる光の波長を変換せしめる蛍光体が分散されていてもよい（図８（ｄ））。以上の各工程を経ることにより半導体発光装置１が完成する。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施例に係る半導体発光装置によれば、光吸収性を示す電極パッド３２ｎ、３２ｐは反射率の高い光反射性樹脂５０で被覆される故、半導体発光装置の光束および光度を向上させることが可能となる。また、これに伴って、光取り出し面内における明暗差（輝度むら）を低減することが可能となる。
【００４３】
更に、光反射性樹脂５０は、ＬＥＤチップの表面高さよりも投光方向前方に頂部を有し且つその表面が凹状曲面を呈する故、光反射性樹脂５０をリフレクタとして有効に機能させることが可能となる。これにより、上記した光出力を向上させ輝度むらを低減させる効果がより顕著となる。具体的には、光反射性樹脂５０の被覆形状を反り上がり形状とすることで、電極パッド３２ｎ、３２ｐを光反射性樹脂で被覆しない場合と比較して、光束および光度が５〜２０％増加した。尚、比較例として、凹部１２１内に光反射性樹脂を水平形状（すなわち、光反射性樹脂は反り上がり形状を有さず、上面が平坦）に充填した半導体発光装置を作製し、同様の評価を行ったところ、光束および光度の増加は３〜５％にとどまった。
【００４４】
また、光反射性樹脂５０が、ＬＥＤチップの上面高さよりも高い位置に頂部を有する反り上がり形状を有する故、封止樹脂６０の体積分布が均一化され、封止樹脂６０の剥離を防止することが可能となる。
【００４５】
また、光反射性樹脂５０は、基板１０に設けられた凹部１２１内に形成される故、反り上がり形状を再現性よく形成することが可能となる。
【００４６】
尚、上記した実施例においては、６つのＬＥＤチップを搭載する場合を例示したが、ＬＥＤチップの数量は適宜変更する可能である。また、上記した実施例においては、ＬＥＤチップを環状に配列し、円形の外縁を有する凹部１２１をこの環状配列の内側に配置することとしたが、ＬＥＤチップの配列形態や凹部１２１の形状および配置は適宜変更することが可能である。また、上記した実施例においては、ＬＥＤチップの環状配列の中央に光反射性樹脂５０の頂部を設ける構成としたが、光反射性樹脂５０の頂部を特定のＬＥＤチップ側に偏倚させてもよい。例えば、主にチップ側面から光を放射するタイプのＬＥＤチップと、主にチップ主面から光を放射するタイプのＬＥＤチップが混在する場合、光反射性樹脂５０の頂部を後者側に偏倚させることにより、効率よく光を取り出すことができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 半導体発光装置
１０ 基板
１１ 第１セラミック層
１２ 第２セラッミク層
１３ 第３セラミック層
２０ａ〜２０ｆ ＬＥＤチップ
３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐ 電極パッド
４０ ボンディングワイヤ
５０ 光反射性樹脂
６０ 封止樹脂
１２１、１２２ 凹部
１２１ａ 側壁
１３０ 枠体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の半導体発光素子を有する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置のパッケージとしてＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）やＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics：高温同時焼成セラミックス）を用いた積層セラミックパッケージが知られている。図１は積層セラミックパッケージにより構成される半導体発光装置３００の断面図である。半導体発光装置３００は、基板３０１、基板３０１上に搭載されたＬＥＤチップ３０２、基板３０１表面に形成された電極パッド３０３、基板３０１の裏面に形成された外部接続端子３０４、電極パッド３０３とＬＥＤチップ３０２とを電気的に接続するボンディングワイヤ３０５、基板３０１上においてＬＥＤチップ３０２を囲む枠体３０６、枠体３０６の内側に充填された封止樹脂３０７により構成される。基板３０１と枠体３０６はセラミックからなり、拘束焼結されて一体的な形態をなしている。
【０００３】
一方、自動車のヘッドランプや一般照明等の比較的高い光出力が要求される用途向けに複数のＬＥＤチップをパッケージングした発光装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３５５３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示す積層セラミックパッケージにおいて、電極パッド３０３は、ボンディングワイヤ３０５との接合強度を確保する観点から最表面がＡｕで構成され得る。しかしながら、Ａｕは、ＬＥＤチップ３０２から発せられる光の発光波長に対して光吸収性を示す故、光出力が低下する。例えば、基板上に複数のＬＥＤチップを搭載し、これらのＬＥＤチップに接続される電極パッドを１箇所に集約して配置するような構成では、電極パッドの面積が比較的大きくなり、光取り出し効率の低下および光取り出し面内における明暗差（輝度むら）が顕著となる。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上に発光素子および電極パッドを備えた半導体発光装置において、光取り出し効率の向上と光取り出し面内における輝度むらの低減を図ることができる半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体発光装置は、素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部の底面に設けられた電極パッドと、を有する基板と、前記基板の前記素子搭載面に設けられて前記電極パッドに電気的に接続された少なくとも１つの発光素子と、前記電極パッドを覆うように前記凹部に充填された光反射性樹脂と、を有し、前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面を有することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部底面に設けられた電極パッドと、を有する基板を用意する工程と、前記基板の前記素子搭載面に少なくとも１つの発光素子を搭載して前記発光素子と前記電極パッドとを電気的に接続する工程と、前記電極パッドを覆うように前記凹部に光反射性樹脂を充填する工程と、を含み、前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面となるように充填されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光装置およびその製造方法によれば、電極パッドは光反射率の高い光反射性樹脂で被覆される故、半導体発光装置の光束および光度を向上させることが可能となる。また、これに伴って、光取り出し面内における明暗差（輝度むら）を低減することが可能となる。更に、光反射性樹脂は、発光素子の表面高さよりも投光方向前方に頂部を有し且つその表面が凹状面を呈する被覆形状を有する故、上記した光出力を向上させ輝度むらを低減させる効果がより顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の半導体発光装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を示す断面図、図２（ｂ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の構成を示す上面図。
【図３】図２（ｂ）における２−２線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る半導体発光装置の等価回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る光反射性樹脂形成部における拡大断面図である。
【図６】凹部側壁の傾斜角度と光反射性樹脂の被覆形状の関係を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は光反射性樹脂の塗布方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、各図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【００１２】
図２（ａ）は本発明の実施例に係る半導体発光装置１の斜視図、図２（ｂ）は半導体発光装置１の平面図である。図３は、図２（ｂ）における３−３線に沿った断面図である。
図４は、半導体発光装置１の等価回路図である。
【００１３】
半導体発光装置１は、基板１０上に６つのＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆが搭載された面実装型の発光装置である。基板１０は、電極パッド形成面を有する第１セラミック層１１と、素子搭載面を有する第２セラミック層１２とを積層して構成されるものである。また、基板１０上には第３セラミック層１３を更に積層することにより形成される枠体１３０が設けられる。枠体１３０の側壁１３２によって囲まれる空間内にはＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆを封止する封止樹脂６０が充填される。第１乃至第３セラミック層は、例えばアルミナ・セラミックスにガラス成分を混ぜることで焼成温度を９００℃程度としたＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）からなり、各セラミック層は拘束焼結されて一体的な形態をなす積層セラミックパッケージを構成している。
【００１４】
基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）には、６つのＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆが環状配列をなして搭載されている。基板１０は、素子搭載面内にＬＥＤチップの環状配列の内側に配置された円形の凹部１２１を有する。凹部１２１の底面には、第１セラミック層１１上に設けられた電極パッド３２ｎおよび３２ｐが延在している。電極パッド３２ｎおよび３２ｐは、それぞれ半円形状を有し、互いに隣接して設けられることにより略円形の電極パターンを形成している。凹部１２１の側壁は上記略円形の電極パターンを囲んでいる。電極パッド３２ｐは、ＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃに共通の電極パッドであり、ボンディングワイヤ４０を介してこれらのＬＥＤチップのｐ電極に接続される。電極パッド３２ｎは、ＬＥＤチップ２０ｄ、２０ｅ、２０ｆに共通の電極パッドであり、ボンディングワイヤ４０を介してこれらのＬＥＤチップのｎ電極に接続される。
【００１５】
基板１０は、素子搭載面においてＬＥＤチップの環状配列の外側に配置された複数の円形の凹部１２２を有する。凹部１２２の底面には、第１セラミック層１１上に設けられた電極パッド３１ｎまたは３１ｐが延在している。電極パッド３１ｎおよび３１ｐは、各ＬＥＤチップ毎に独立に設けられている。電極パッド３１ｎおよび３１ｐの形状は例えば円形とすることができるが、これに限定されるものではない。電極パッド３１ｎは、それぞれ、ボンディングワイヤ４０を介してＬＥＤチップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのｎ電極に接続される。電極パッド３１ｐは、それぞれ、ボンディングワイヤ４０を介してＬＥＤチップ２０ｄ、２０ｅ、２０ｆのｐ電極に接続される。電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐ、外部接続端子３５ｐ、３５ｎは、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕを順次積層した多層金属膜によって構成される。
【００１６】
このように、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐは、基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）に設けられた凹部１２１および１２２の底面（第１セラミック層１１の表面）に形成されており、素子搭載面よりも低位置に配置されている。
【００１７】
第１セラミック層１１の裏面には、外部接続端子３５ｎおよび３５ｐが設けられている。外部接続端子３５ｎは、コンタクトビア３６ｎ等を介して電極パッド３１ｎ、３２ｎに電気的に接続される。一方、外部接続端子３５ｐは、コンタクトビア３６ｐ等を介して電極パッド３１ｐ、３２ｐに電気的に接続される。半導体発光装置１には、外部接続端子３５ｐ、３５ｎを介して電力供給が行われ、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆが駆動される。上記の如き接続構成によってＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆは、図４に示すように、互いに並列接続される。
【００１８】
尚、基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）は光反射層およびガラス層で覆われていてもよい。光反射層は、ＬＥＤチップから発せられる光に対して光反射性を有するＡｇ等の金属により構成される。光反射層は、基板１０の素子搭載面の略全域に延在していることが好ましい。ガラス層は、光反射層の上面及び側面を覆い、光反射層の劣化に伴う反射率の低下を防止する。例えば、光反射層がＡｇからなる場合、ガラス層は、Ａｇの硫化を防止する。
【００１９】
基板１０の素子搭載面に対して凹んでいる凹部１２１内には光反射性樹脂５０が充填されている。すなわち、凹部１２１の底面に延在する電極パッド３２ｎ、３２ｐは、光反射性樹脂５０で覆われる。また、電極パッド３２ｎ、３２ｐに接続されるボンディングワイヤ４０の一部は光反射性樹脂５０内に埋設される。光反射性樹脂５０は、例えばシリコーン樹脂にアルミナ等の光散乱粒子を混合した白色の樹脂である。尚、アルミナ以外に酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛等を光散乱粒子として用いることができる。光反射性樹脂５０は電極パッド３２ｎ、３２ｐよりも高い光反射性を有する。光吸収性を持つＡｕ層を最表面に有する電極パッド３２ｎ、３２ｐが反射率の高い光反射性樹脂５０で被覆されることにより、半導体発光装置１の光出力の向上および輝度むらの低減を図ることが可能となる。光反射性樹脂５０の被覆形状等については、後述する。
【００２０】
基板１０上には、第３セラミック層１３によって構成される枠体１３０が設けられている。枠体１３０は、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆおよび電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐを囲む円形に連なる側壁１３２を形成する。側壁１３２は、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆから発せられる光を半導体発光装置１の内側に向けて反射せしめるリフレクタとして機能する。封止樹脂６０は、枠体１３０の側壁１３２で囲まれた凹状空間内に充填される。ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆ、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐ、ボンディングワイヤ４０および光反射性樹脂５０は、封止樹脂６０内に埋設される。封止樹脂６０は、例えばシリコーン樹脂等の光透過性樹脂からなる。封止樹脂６０内には、ＬＥＤチップから発せられる光の波長を変換せしめる蛍光体が分散されていてもよい。
【００２１】
以下に光反射性樹脂５０の被覆形状について詳細に説明する。図５は、光反射性樹脂５０の形成部における拡大断面図である。上記したように、光反射性樹脂５０は、基板１０の素子搭載面に設けられた凹部１２１を充填し、電極パッド３２ｎおよび３２ｐを被覆する。光反射性樹脂５０は、凹部１２１の側壁１２１ａから凹部１２１の中央に向けて反り上がった略錐状の被覆形状を有している。すなわち、光反射性樹脂５０は、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆの環状配列の中央であってＬＥＤチップの上面高さよりも高い位置（すなわち、投光方向前方）に頂部を有し、凹部１２１の側壁１２１ａから頂部を結ぶ表面が下に凸の凹状曲面を呈する略錐状の被覆形状を有する。光反射性樹脂５０がかかる被覆形状を有することにより、光反射性樹脂５０はＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆから発せられた光を光取り出し面に導くリフレクタとして有効に機能する。また、各ＬＥＤチップから光反射性樹脂５０の頂部までの距離が略同一となるように光反射性樹脂５０を成形することにより、均一な発光分布を得ることが可能となる。
【００２２】
光反射性樹脂５０の側壁１２１ａと接触する部分における高さは、素子搭載面の高さ位置よりも低くなるように光反射性樹脂５０の供給量が制御される。これにより、光反射性樹脂５０がＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆの搭載領域まで濡れ広がることを防止している。
【００２３】
封止樹脂６０の上面は、光反射性樹脂５０の頂部から距離Ｔｃをおいて離間している。これにより、発光色および発光輝度の均一性が向上する。すなわち、ＬＥＤチップ搭載領域Ａと、光反射性樹脂５０が充填される凹部領域Ｂにおける明暗差が低減され、封止樹脂６０に蛍光体を含有させる場合には発光色の混色性が向上する。
【００２４】
光反射性樹脂５０の頂部の高さ位置は、ボンディングワイヤ４０のループトップの高さ位置と概ね一致していることが好ましい。光反射性樹脂５０を設けない場合や光反射性樹脂５０の高さが低すぎる場合（例えば光反射性樹脂５０の表面高さが素子搭載面の高さに一致している場合）、ＬＥＤチップ搭載領域Ａに延在する封止樹脂６０の体積と、凹部領域Ｂに延在する封止樹脂６０の体積の差が過大となる。これにより、熱ストレス印加時において領域Ａ−Ｂ間で封止樹脂６０の厚さ方向における伸縮差が生じ、凹部領域Ｂにおいて封止樹脂６０の剥離が生じるおそれがある。本実施例のように、凹部領域Ｂに、略錐状に成形され且つその頂部の高さ位置がボンディングワイヤ４０のループトップの高さ位置と概ね一致するように光反射性樹脂５０を形成することにより、ＬＥＤチップ搭載領域Ａに延在する封止樹脂６０の体積と、凹部領域Ｂに延在する封止樹脂６０の体積とがほぼ等しくなる。これにより、熱応力による封止樹脂６０の剥離を防止することが可能となる。尚、光反射性樹脂は、光反射性を得るために高い濃度で光散乱粒子を含有（例えばシリコーン樹脂にアルミナ粒子を７０ｗｔ％で含有）しているため、光散乱粒子を含有していないものと比較して樹脂部分の体積は小さいものとなっている。
【００２５】
図６（ａ）〜（ｃ）は、凹部１２１の側壁１２１ａの傾斜角度と光反射性樹脂５０の被覆形状との関係を示す断面図である。光反射性樹脂５０をリフレクタとして有効に機能させるためには、光反射性樹脂５０がその周縁部から中央部に向けて反り上がった反り上がり形状を有していること、すなわち、光反射性樹脂５０の表面が凹状曲面を有していることが好ましい。
【００２６】
光反射性樹脂５０において反り上がり形状（凹状曲面）を再現性よく形成するためには、図６（ａ）に示すように、凹部の側壁１２１ａが凹部１２１の底面に対して垂直であることが好ましく、図６（ｂ）に示すように、側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜していること、換言すれば、光反射性樹脂５０が充填される凹部１２１の開口径が上方（素子搭載面側）に向けて広がる方向に側壁１２１ａが傾斜していることがより好ましい。その理由は、以下のとおりである。すなわち、光反射性樹脂５０は、例えば、ディスペンス法によって塗布形成され、凹部１２１の中央に配置されたディスペンサのノズルから吐出される（図９参照）。光反射性樹脂５０の被覆形状は、ノズルに吸着する方向に作用する表面張力ｈと凹部の側壁１２１ａを這い上がる方向に作用する表面張力ｇによって定まる。図６（ａ）に示すように、凹部の側壁１２１ａが凹部１２１の底面に対して垂直である場合、または図６（ｂ）に示すように、側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜している場合、表面張力ｈの作用方向と表面張力ｇの作用方向のなす角を大きくすることができる。これにより、光反射性樹脂５０と側壁１２１ａとの接触部における上端点Ｔと、光反射性樹脂５０の反り上がり開始点Ｓとの高低差が大きくなり、光反射性樹脂５０の反り上がり形状を再現性よく形成することが可能となる。図６（ｂ）に示すように、側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜している場合には、光反射性樹脂５０と側壁１２１ａとの接触部における上端点Ｔと、光反射性樹脂５０の反り上がり開始点Ｓとの高低差がより大きくなり、光反射性樹脂５０の反り上がり形状の再現性をより高めることが可能となる。
【００２７】
一方、図６（ｃ）は、凹部の側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が鋭角となるように側壁１２１ａが傾斜している場合を示している。この場合、ノズルに吸着する方向に作用する表面張力ｈと凹部の側壁１２１ａを這い上がる方向に作用する表面張力ｇのなす角が図６（ａ）および図６（ｂ）の場合と比較して小さくなる。これにより、光反射性樹脂５０と側壁１２１ａとの接触部における上端点Ｔと、光反射性樹脂５０の反り上がり開始点Ｓとの高低差が小さくなり、光反射性樹脂５０の反り上がり形状を形成することが困難となる。すなわち、この場合、光反射性樹脂５０の表面が凸状曲面（ドーム状）となりやすい。光反射性樹脂５０の表面が凸状曲面となると、ＬＥＤチップから発せられた光を光取り出し面側に導く効果が損なわれ、光反射性樹脂５０によるリフレクタとしての機能が低下する。
【００２８】
以上より、光反射性樹脂５０の反り上がり形状を樹脂の充填と硬化により再現性よく形成するためには、凹部１２１の側壁１２１ａと凹部１２１の底面とのなす角が直角または鈍角となるように側壁１２１ａが傾斜していることが好ましい。
【００２９】
次に、上記した構成を有する半導体発光装置１の製造方法について説明する。図７（ａ）〜（ｃ）および図８（ａ）〜（ｄ）は、半導体発光装置１の製造工程におけるプロセスステップ毎の断面図である。
【００３０】
（グリーンシートの作製）
第１乃至第３セラミック層１１、１２、１３の材料であるグリーンシート１１Ａ、１２Ａ、１３Ａを作製する（図７（ａ））。具体的には、セラミック粉末とガラスを一定比率で配合し、混合する。続いて、混合された原料に有機系のバインダと溶剤を加え、均一になるまで分散させ、スラリーを得る。スラリーは、製膜装置でＰＥＴフィルム上に一定の厚さで塗布され、乾燥工程を経てシート状のグリーンシート１１Ａ、１２Ｂ、１３Ｃが形成される。
【００３１】
（グリーンシートの加工）
グリーンシート１１Ａ、１２Ａ、１３Ａを所望の大きさに切断する。続いて第１セラミック層１１の材料であるグリーンシート１１Ａにコンタクトビア３６ｎ、３６ｐを形成するための貫通孔３６ｈを形成する。また、第２セラミック層１２の材料であるグリーンシート１２Ａに凹部１２１、１２２を形成するための円形の貫通孔１２１ｈ、１２２ｈを形成する。また、枠体１３０を構成する第３セラミック層１３の材料であるグリーンシート１３Ａに円形の貫通孔１３１ｈを形成する（図７（ｂ））。
【００３２】
（電極パッド、外部接続端子の形成）
次に、グリーンシート１１Ａの表面にスクリーン印刷法によってＡｇ−Ｐｄペーストを印刷して電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐを形成する。また、グリーンシート１１Ａの裏面にスクリーン印刷法によってＡｇ−Ｐｄペーストを印刷して外部接続端子３５ｎ、３５ｐを形成する。また、貫通孔３６ｈにＡｇ−Ｐｄペーストを充填してコンタクトビア３６ｎ、３６ｐを形成する（図７（ｃ））。
【００３３】
（焼成およびめっき処理）
次に、グリーンシート１１Ａ、１２Ａ、１３Ａを位置合わせして熱と圧力を加えた状態で積層する。その後、グリーンシートに含まれる有機系バインダを飛散させながら、グリーンシート、Ａｇ−Ｐｄペーストを同時焼成する。次に、電解めっき法により、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐおよび外部接続端子３５ｎ、３５ｐにＮｉめっき処理およびＡｕめっき処理を施す。第１セラミック層１１と第２セラミック層１２が積層されることにより、素子搭載面に凹部１２１および１２２を有し、凹部１２１の底面において電極パッド３２ｎ、３２ｐが露出し、凹部１２２の底面において電極パッド３１ｎ、３１ｐが露出した基板１０が形成される。そして、第１乃至第３セラミック層の積層体である積層セラミックパッケージが完成する（図８（ａ））。
【００３４】
（チップマウントおよびワイヤーボンディング）
基板１０の素子搭載面（第２セラミック層１２の表面）上のＬＥＤチップ搭載位置にシリコーン樹脂等からなる接着材を塗布し、この接着剤の上にＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆをマウントする。ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆは、素子搭載面に設けられた凹部１２１を囲む環状配列をなすように配置される。その後、熱処理によって接着剤を硬化させ、ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆを基板１０上に固着する。次にＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆのｎ電極およびｐ電極と、電極パッド３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐとをボンディングワイヤ４０で接続する（図８（ｂ））。
【００３５】
（光反射性樹脂の形成）
次に、ＬＥＤチップの環状配列の内側に配置された凹部１２１内に光反射性樹脂５０を充填して電極パッド３２ｎ、３２ｐを被覆する。光反射性樹脂５０は、シリコーン樹脂に光散乱粒子であるアルミナ粒子を含有させたものを用いることができる。アルミナ粒子の配合比率は例えば７０重量パーセント、光反射性樹脂５０の粘度は約７０Ｐａ・ｓである。光散乱粒子としてはアルミナ以外に酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛等を使用することができる（図８（ｃ））。
【００３６】
ここで、光反射性樹脂５０の被覆形状を光取り出しに有利な反り上がり形状とするための塗布方法を図９（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。尚、図９（ａ）および図９（ｃ）において、ブロック矢印はディスペンサ２００の移動方向、破線矢印はディスペンサ２００内に生ずる圧力方向を示している。
【００３７】
光反射性樹脂５０は、ディスペンス法により塗布される。光反射性樹脂５０を封入したディスペンサ２００が凹部１２１の中央上方に位置するように位置合わせを行う。次に、ディスペンサ２００に圧縮空気を供給しつつこれを降下させる。ディスペンスノズル内には下向き（吐出方向）の圧力が生じ、ディスペンスノズルの先端からは光反射性樹脂５０が吐出される（図９（ａ））。
【００３８】
ディスペンスノズルから吐出された光反射性樹脂５０が凹部１２１の底面に接触するタイミングでディスペンサ２００の降下を停止させる。ディスペンサ２００を静止状態に保持したまま光反射性樹脂５０の供給を継続する。光反射性樹脂５０は、凹部１２１の底面を濡れ広がって凹部の側壁１２１ａに達する。凹部１２１を充填する光反射性樹脂５０の供給量が所定量に達したら、圧縮空気の供給を停止して光反射性樹脂５０の供給を停止させる。光反射性樹脂５０が凹部１２１の側壁１２１ａを超えて素子搭載面にまで横溢しないように供給量が制御される。光反射性樹脂５０は、凹部１２１を充填している部分からディスペンスノズルの先端まで連なった状態となる（図９（ｂ））。
【００３９】
次に、ディスペンサ２００に負圧を印加することによりディスペンスノズル内において上向き（吸引方向）の圧力を発生させつつディスペンスノズル２００を上方に引き上げる。これにより、光反射性樹脂５０は凹部１２１を充填する部分と、ディスペンスノズル先端に付着する部分とに引き裂かれて分離する。このとき、光反射性樹脂５０には、凹部の側壁１２１ａを這い上がる方向に作用する表面張力と、ディスペンスノズルの方向に作用する表面張力によって、光反射性樹脂５０の側面は凹状曲面となる（図９（ｃ））。
【００４０】
光反射性樹脂の塗布工程において以上のような手順で光反射性樹脂５０を塗布することにより、光反射性樹脂５０の形状を光取り出しに有利な反り上がり形状とすることができる。光反射性樹脂５０の塗布が完了したら、熱処理を行って光反射性樹脂５０を硬化させる。
【００４１】
（封止樹脂の形成）
枠体１３０の側壁１３１の内側に形成された空間にシリコーン樹脂等の光透過性樹脂からなる封止樹脂６０を充填する。ＬＥＤチップ２０ａ〜２０ｆ、ボンディングワイヤ４０および光反射性樹脂５０は封止樹脂６０内に埋設される。封止樹脂６０は、その上面の高さ位置が光反射性樹脂５０の頂部の高さ位置よりも高くなるように形成される。封止樹脂６０内には、ＬＥＤから発せられる光の波長を変換せしめる蛍光体が分散されていてもよい（図８（ｄ））。以上の各工程を経ることにより半導体発光装置１が完成する。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施例に係る半導体発光装置によれば、光吸収性を示す電極パッド３２ｎ、３２ｐは反射率の高い光反射性樹脂５０で被覆される故、半導体発光装置の光束および光度を向上させることが可能となる。また、これに伴って、光取り出し面内における明暗差（輝度むら）を低減することが可能となる。
【００４３】
更に、光反射性樹脂５０は、ＬＥＤチップの表面高さよりも投光方向前方に頂部を有し且つその表面が凹状曲面を呈する故、光反射性樹脂５０をリフレクタとして有効に機能させることが可能となる。これにより、上記した光出力を向上させ輝度むらを低減させる効果がより顕著となる。具体的には、光反射性樹脂５０の被覆形状を反り上がり形状とすることで、電極パッド３２ｎ、３２ｐを光反射性樹脂で被覆しない場合と比較して、光束および光度が５〜２０％増加した。尚、比較例として、凹部１２１内に光反射性樹脂を水平形状（すなわち、光反射性樹脂は反り上がり形状を有さず、上面が平坦）に充填した半導体発光装置を作製し、同様の評価を行ったところ、光束および光度の増加は３〜５％にとどまった。
【００４４】
また、光反射性樹脂５０が、ＬＥＤチップの上面高さよりも高い位置に頂部を有する反り上がり形状を有する故、封止樹脂６０の体積分布が均一化され、封止樹脂６０の剥離を防止することが可能となる。
【００４５】
また、光反射性樹脂５０は、基板１０に設けられた凹部１２１内に形成される故、反り上がり形状を再現性よく形成することが可能となる。
【００４６】
尚、上記した実施例においては、６つのＬＥＤチップを搭載する場合を例示したが、ＬＥＤチップの数量は適宜変更する可能である。また、上記した実施例においては、ＬＥＤチップを環状に配列し、円形の外縁を有する凹部１２１をこの環状配列の内側に配置することとしたが、ＬＥＤチップの配列形態や凹部１２１の形状および配置は適宜変更することが可能である。また、上記した実施例においては、ＬＥＤチップの環状配列の中央に光反射性樹脂５０の頂部を設ける構成としたが、光反射性樹脂５０の頂部を特定のＬＥＤチップ側に偏倚させてもよい。例えば、主にチップ側面から光を放射するタイプのＬＥＤチップと、主にチップ主面から光を放射するタイプのＬＥＤチップが混在する場合、光反射性樹脂５０の頂部を後者側に偏倚させることにより、効率よく光を取り出すことができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 半導体発光装置
１０ 基板
１１ 第１セラミック層
１２ 第２セラッミク層
１３ 第３セラミック層
２０ａ〜２０ｆ ＬＥＤチップ
３１ｎ、３１ｐ、３２ｎ、３２ｐ 電極パッド
４０ ボンディングワイヤ
５０ 光反射性樹脂
６０ 封止樹脂
１２１、１２２ 凹部
１２１ａ 側壁
１３０ 枠体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部の底面に設けられた電極パッドと、を有する基板と、
前記基板の前記素子搭載面に設けられて前記電極パッドに電気的に接続された少なくとも１つの発光素子と、
前記電極パッドを覆うように前記凹部に充填された光反射性樹脂と、を有し、
前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記素子搭載面に環状配列をなして搭載された複数の発光素子を有し、
前記凹部は前記環状配列の内側に設けら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。
【請求項３】
前記光反射性樹脂は、前記環状配列の中央に頂部を有していることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記凹部の側壁は、前記凹部の底面とのなす角が鈍角となるように傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記発光素子と前記電極パッドとはボンディングワイヤを介して接続され、
前記ボンディングワイヤの一部は、前記光反射性樹脂の内部に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記基板上に設けられて前記発光素子を囲む側壁を有する枠体と、
前記枠体の側壁の内側に充填された封止樹脂と、を更に有し、
前記発光素子および前記光反射性樹脂は、前記封止樹脂内に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部底面に設けられた電極パッドと、を有する基板を用意する工程と、
前記基板の前記素子搭載面に少なくとも１つの発光素子を搭載して前記発光素子と電極パッドとを電気的に接続する工程と、
前記電極パッドを覆うように前記凹部に光反射性樹脂を充填する工程と、を含み、
前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面となるように充填されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記光反射性樹脂を充填する工程は、
前記光反射性樹脂を封入したディスペンサを前記凹部の上方に位置合わせするステップと、
前記ディスペンサから前記光反射性樹脂を吐出させ、前記光反射性樹脂が前記凹部の側壁に接するように前記凹部内に前記光反射性樹脂を供給するステップと、
前記光反射性樹脂の供給量が所定量に達したとき前記光反射性樹脂の供給を停止させるステップと、
前記光反射性樹脂の供給を停止した後に前記ディスペンサを上方に引き上げるステップと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記ディスペンサを上方に引き上げるステップにおいて、前記ディスペンサには負圧が印加されていることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１】
素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部の底面に設けられた電極パッドと、を有する基板と、
前記基板の前記素子搭載面に設けられて前記電極パッドに電気的に接続された少なくとも１つの発光素子と、
前記電極パッドを覆うように前記凹部に充填された光反射性樹脂と、を有し、
前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記素子搭載面に環状配列をなして搭載された複数の発光素子を有し、
前記凹部は前記環状配列の内側に設けら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。
【請求項３】
前記光反射性樹脂は、前記環状配列の中央に頂部を有していることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記凹部の側壁は、前記凹部の底面とのなす角が鈍角となるように傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記発光素子と前記電極パッドとはボンディングワイヤを介して接続され、
前記ボンディングワイヤの一部は、前記光反射性樹脂の内部に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記基板上に設けられて前記発光素子を囲む側壁を有する枠体と、
前記枠体の側壁の内側に充填された封止樹脂と、を更に有し、
前記発光素子および前記光反射性樹脂は、前記封止樹脂内に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
素子搭載面に設けられた凹部と、前記凹部底面に設けられた電極パッドと、を有する基板を用意する工程と、
前記基板の前記素子搭載面に少なくとも１つの発光素子を搭載して前記発光素子と電極パッドとを電気的に接続する工程と、
前記電極パッドを覆うように前記凹部に光反射性樹脂を充填する工程と、を含み、
前記光反射性樹脂は、前記発光素子の表面よりも投光方向前方に頂部を有し且つ前記頂部から前記凹部の側壁に至る表面が凹状面となるように充填されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記光反射性樹脂を充填する工程は、
前記光反射性樹脂を封入したディスペンサを前記凹部の上方に位置合わせするステップと、
前記ディスペンサから前記光反射性樹脂を吐出させ、前記光反射性樹脂が前記凹部の側壁に接するように前記凹部内に前記光反射性樹脂を供給するステップと、
前記光反射性樹脂の供給量が所定量に達したとき前記光反射性樹脂の供給を停止させるステップと、
前記光反射性樹脂の供給を停止した後に前記ディスペンサを上方に引き上げるステップと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記ディスペンサを上方に引き上げるステップにおいて、前記ディスペンサには負圧が印加されていることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９９３７８（Ｐ２０１２−１９９３７８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２３１７（Ｐ２０１１−６２３１７）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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