半導体発光装置
【課題】光源からの光の取り出し効率が高く、且つ照射光の配光特性の精度及び再現性が良好な半導体発光装置を提供することにある。
【解決手段】表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子と前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続した半導体発光装置。
【解決手段】表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子と前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続した半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を発光源とする半導体発光装置に関するものであり、特に、表面実装型と称される半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体発光装置は、大別して２種類の構造のものが実用化されている。一つは、基板上に半導体発光素子を実装し、トランスファーモールドによって該半導体発光素子を透光性樹脂で樹脂封止した構造のものである。他の一つは、半導体発光素子を実装する基板上に窓孔（キャビティ）を有する反射枠を設けてパッケージを形成し、該パッケージの窓孔内の基板上に半導体発光素子を実装し、更に窓孔内を透光性樹脂によって樹脂封止した構造のものである。
【０００３】
前者と後者とを比較すると、前者は反射枠がない分、後者よりも小型化が容易であり、一方、後者は反射枠がある分、前者よりも光取り出し効率を高くすることができる。そのため、光源として小型化よりも光取り出し効率の高効率化が求められる場合は、後者の構造を有する半導体発光装置が用いられる。
【０００４】
基板と反射枠とが一体に形成されたパッケージを用いた半導体発光装置の具体的な例としては、例えば図１６に示す構造の半導体発光装置が提案されている。
【０００５】
それは、基板表面に上面から側面を経て下面まで延びる導電性パターン１０１ａ、１０１ｂを形成したセラミック基板（第１セラミック基板）１００と窓孔を有するセラミック反射枠（第２セラミック基板）１０２とからなり、セラミック基板１００とセラミック反射枠１０２とは、導電性パターン１０１ａ、１０１ｂを挟んで貼り合わされてパッケージ１０３を形成している。
【０００６】
セラミック反射枠１０２の窓孔内のセラミック基板１００上には、複数の半導体発光素子（以下、ＬＥＤ素子とも称することもある）１０４ａ〜１０４ｄを載置する。そして、隣接するＬＥＤ素子の電極同士をボンディングワイヤ１０５を介して電気的に接続すると共に、両端の電極と導電性パターン１０１ａ、１０１ｂとをそれぞれボンディングワイヤ１０５を介して電気的に接続する。
【０００７】
更に、窓孔内には、ＬＥＤ素子１０４ａ〜１０４ｄを囲繞するように金属反射板１０６を配置すると共に、透光性樹脂を充填してＬＥＤ素子１０４ａ〜１０４ｄ、ボンディングワイヤ１０５、及び金属反射板１０６を樹脂封止する。
【０００８】
このような構造を有する半導体発光装置は、発光源のＬＥＤ素子を複数用いること、及びＬＥＤ素子を実装する基板にセラミック基板を用いることにより光学的及び熱的な不具合の発生を抑制している。
【０００９】
半導体発光装置に複数のＬＥＤ素子を用いる目的は、発光色の異なる複数種のＬＥＤ素子を用いて加法混色でいずれの光源光とも異なる色調の光（例えば、白色光）を得るため、或いは発光色が同一のＬＥＤ素子を複数用いて各光源光の混合によって高輝度化を図るためである。
【００１０】
このうち、半導体発光装置の高輝度化に際しては、発光面積の大きい大サイズのＬＥＤ素子を実装することも可能であるが、発光面積の小さい小サイズのＬＥＤ素子を複数実装する方が点灯時に発生する熱の拡散が効率良く行われ、ＬＥＤ素子の温度上昇を抑制することができる。その結果、ＬＥＤ素子の良好な発光効率を確保することが可能となる。
【００１１】
また、小サイズのＬＥＤ素子は、大サイズのＬＥＤ素子と比較して単位発光面積当たりの価格が廉価であるため、小サイズのＬＥＤ素子を用いることにより半導体発光装置を低価格化できる。
【００１２】
更に、セラミック基板は樹脂基板と比較して耐熱性が高く、基板上に形成した導電性パターンにＬＥＤ素子をはんだ接合する際、接合温度の高い無鉛はんだを使用することができる。
【００１３】
また、セラミック基板は樹脂基板と比較して熱伝導率が高く、ＬＥＤ素子の点灯時に発生する熱の拡散が効率良く行われ、ＬＥＤ素子の温度上昇を抑制することができる。その結果、上述した小サイズのＬＥＤ素子を複数実装することとの相乗効果によって、更なる発光効率の高効率化が可能となる（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１９７９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上記構造の半導体発光装置はそのまま光源として用いることもあるが、所望の配光特性を得るために更に配光制御用の光学レンズを取り付けた状態で用いることも多い。
【００１６】
所望の配光特性を精度良く且つ再現性良く実現するためには、複数のＬＥＤ素子と配光制御用の光学レンズとの位置関係を精度良く且つ再現性よく確保することが必要である。その点、上記従来例の半導体発光装置は、セラミック基板（第１セラミック基板）に反射枠（第２セラミック基板）を貼り合わせた構造であり、配光制御用の光学レンズを取り付けるとすれば、例えば反射枠の窓孔に取り付けることになる。この場合、貼り合わせ時のセラミック基板に対する反射枠の位置ずれや、反射枠の焼成時の収縮によって、セラミック基板上のＬＥＤ素子の実装位置と反射枠の窓孔の位置関係が必ずしも一定とはならない。そのため、配光制御用の光学レンズを取り付けたとしても配光特性を精度良く且つ再現性良く確保することは難しい。
【００１７】
また、セラミック基板に廉価なアルミナセラミックを使用した場合には、表面の光反射率が良くない。従って、ＬＥＤ素子から放出された光の取り出し効率を高めるために、図１６のように反射枠１０２の窓孔内にＬＥＤ素子１０４ａ〜１０４ｄを囲繞するように金属反射板１０６を配置したり、セラミック基板１００上の導電性パターン１０１ａ、１０１ｂを広範囲に設けたりして、反射光の有効利用を図る。
【００１８】
そのうち、導電性パターンをＬＥＤ素子から放出された光の反射に利用する方法は、特別な部品及び特別な製造工程を必要とせず極めて廉価な方法である。但し、その場合、反射効率を高めるために、導電性パターンの表面にＡｇ（銀）又はＡｕ（金）のメッキ層を設ける場合が多い。
【００１９】
Ａｇメッキ層は、反射率が非常に高く且つ可視光の全波長領域に亘って略均一な反射率を有しているが、周囲環境の影響による硫化や塩化等の変質で変色し、反射効率が低下することがある。一方、Ａｕメッキ層は、周囲環境の影響に対して安定しているため反射率が低下することはないが、反射率の波長依存性がある。例えば、Ａｕメッキ層は、５５０ｎｍより長波長領域の光に対して高い反射率を有するが、５２０ｎｍ付近の光では急激に反射率が低下し、それ以下の短波長領域においては光反射率が低くなる。
【００２０】
そのため、Ａｕメッキ層は、赤、橙、黄、黄緑といった長波長領域の光に対しては反射率が高いが、青緑、青といった短波長領域の光に対しては反射率が低い。よって、従来の青色ＬＥＤ素子を発光源とする青色半導体発光装置や、青色光の混合光を照射光とする半導体発光装置（例えば、白色半導体発光装置）においては、光取り出し効率の高効率化は困難であった。
【００２１】
本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的は、光取り出し効率が高く、且つ照射光の配光特性の精度及び再現性が良好な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】
【００２２】
本願の第１の発明は、表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に一箇所以上貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子と前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２３】
また本願の第２の発明は、上記第１に発明において、前記反射枠の光反射率が、前記基板の光反射率より高いことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２４】
また本願の第３の発明は、上記本願の第１又は第２の発明において、前記貫通孔内を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２５】
また本願の第４の発明は、上記本願の第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記反射枠の凹部内の半導体発光素子を載置する領域を、前記凹部内の底面より上方に突出する突出部に設け、前記凹部内の前記半導体発光素子を載置する面よりも低い部分を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２６】
また本願の第５の発明は、上記本願の第３又は第４の発明において、前記反射枠の貫通孔内に、前記コーティング樹脂で封止された静電気放電保護素子（以下、ＥＳＤ保護素子と称する）が搭載されたことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２７】
また本願の第６の発明は、上記本願の第３〜第５の発明において、前記コーティング樹脂中の前記粉末の含有量が、０．３〜５０重量％であることを特徴とする半導体発光装置である。
【００２８】
また本願の第７の発明は、上記本願の第１〜第６の発明において、さらに前記反射枠の凹部内を、透光性樹脂、又は蛍光体を含有する透光性樹脂で充填したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２９】
また本願の第８の発明は、上記本願の第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記半導体発光素子を、前記反射枠の凹部底面の中心軸を中心とする同一円に沿って等間隔で配置したことを特徴とする半導体発光装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子を前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続した半導体発光装置に関するものである。
【００３１】
その結果、基板及び導体パターンに起因する光学的な不具合が最低限にまで抑制されると共に、半導体発光素子から放出された光の取り出し効率が高められ、半導体発光装置の高輝度化及び安定した輝度、色調を維持できる。
【００３２】
また、本発明における半導体発光装置に配光制御用の光学レンズを用いる場合、光学レンズは半導体発光素子を載置する反射枠に取り付けるため、半導体発光素子と光学レンズとの位置関係はほとんど半導体発光素子の載置精度のみによって決まる。
【００３３】
そのため、半導体発光素子と光学レンズとの位置関係を、高精度に且つ再現性良く確保することができ、照射光の配光特性の精度及び再現性を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るパッケージの分解図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るパッケージの組立図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るパッケージの説明図である。
【図４】同じく、本発明の一実施形態に係るパッケージの説明図である。
【図５】同じく、本発明の一実施形態に係るパッケージの説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の上面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態の説明図である。
【図９】本発明の光学レンズを用いた場合の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態の説明図である。
【図１１】同じく、本発明の他の実施形態の説明図である。
【図１２】同じく、本発明の他の実施形態の説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態における半導体発光素子の実装に係る説明図である。
【図１４】同じく、本発明の他の実施形態における半導体発光素子の実装に係る説明図である。
【図１５】同じく、本発明の他の実施形態における半導体発光素子の実装に係る説明図である。
【図１６】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１５を参照しながら詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明を説明するものであり、本発明は何らこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
図１に示すように、本発明の半導体発光装置におけるパッケージ２は、基板１０、反射枠２０及び接着部材３０の３つの部分によって構成されている。
【００３７】
パッケージ２を構成する基板１０は、廉価なアルミナセラミックからなるセラミック製の基板を用いることができる。該基板１０には、上面から側面に延びる独立した２つの導体パターン１１ａ、１１ｂが形成されており、導体パターン１１ａ、１１ｂの表面にはＡｇ（銀）又はＡｕ（金）のメッキ層が設けられている。この導体パターン１１ａ、１１ｂは外部接続端子及び回路配線等の機能を有している。
【００３８】
反射枠２０は、ガラスフリットとアルミナとの混合物からなるセラミック製の反射枠を用いることができる。このセラミック製反射枠２０はセラミック製基板１０よりも高い光反射率を有することが好ましい。また、反射枠２０は凹部２１を有し、凹部２１の平板状の底部２２には所定の形状で底部２２を貫通する貫通孔２３が設けられている。
【００３９】
なお、基板１０と反射枠２０とはその形状及び光学機能の違いから作製方法が異なる。基板１０はグリーンシートを焼成してその焼成体上に導体パターン１１ａ、１１ｂを形成するものであり、反射枠２０はセラミックの原料粉末をプレス成形してその成形品を焼成して焼成体を得るものである。
【００４０】
そして、基板１０と反射枠２０とを、接着部材３０を用いて貼着することにより、図２に示すようなパッケージ２を形成する。このとき、接着部材３０としては、両面接着テープなどのシート状の部材を用いても良く、あるいは基板１０にペースト状の接着剤を印刷した接着剤層を用いてもよい。
【００４１】
ところで、反射枠２０において、凹部２１の底部２２の下面（基板１０側の面）と接着部材３０が貼着される面との上下方向の位置関係は、図３のように、底部２２の下面２２ａと接着部材３０が貼着される面２２ｂが面一にある状態が好ましい。あるいは図４のように、接着部材３０を貼着する面２２ｂに対して、底部２２の下面２２ａが上方（基板１０と反対側の方向）にある状態が好ましい。つまり、底部２２の下面２２ａは、接着部材３０が貼着される面２２ｂより基板１０側に突出しない状態にあることが好ましい。
【００４２】
但し、図５のように、底部２２の下面２２ａが、接着部材３０が貼着される面２２ｂより基板１０側に突出した場合は、接着部材３０を用いて基板１０と反射枠２０とを貼り合わせたときに、底部２２の下面２２ａが基板１０の表面１０ａに当接するか、あるいは下面２２ａが表面１０ａから浮いた状態となるように、下面２２ａの突出する高さ又は接着部材３０の厚みを調整すればよい。これにより、基板１０と反射枠２０とを貼りあわせたときに、底部２２の突出部に起因する接着力の低下が防止され、基板１０と反射枠２０との強固な貼着状態が確保できる。
【００４３】
図６及び図７は、上記構成のパッケージを用いて組み立てた半導体発光装置の構造を示している。図６は上面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図である。
【００４４】
なお、本実施形態は、発光源となる半導体発光素子３（具体例としてＬＥＤ素子が挙げられ、以下、ＬＥＤ素子と称する）を６個使用し、すべてのＬＥＤ素子３のアノード電極同士及びカソード電極同士を電気的に接続した並列接続の回路構成の場合を示した。
【００４５】
発光源となる６個のＬＥＤ素子３は、反射枠２０の凹部２１内の所望の位置に接着層（図示せず）を介して載置する。
【００４６】
前記ＬＥＤ素子３は、素子の下部（反射枠２０の凹部２１内の底部２２に接着層を介して固定される側の部分）が絶縁性のサファイア基板であり活性層がＩｎＧａＮのものを用いることができる。また、素子のアノード電極及びカソード電極が、いずれも素子の上部に形成されたものを用いることができる。その具体例として青色発光ＬＥＤ素子が挙げられる。
【００４７】
すべてのＬＥＤ素子３のアノード電極及びカソード電極は、凹部２１の底部２２を貫通する貫通孔２３を挿通するボンディングワイヤ４を介して導体パターン１１ａ又は１１ｂに、並列回路を構成するように電気的に接続する。
【００４８】
そして、凹部２１内に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂を充填して、凹部２１内、搭載されたすべてのＬＥＤ素子３及びすべてのボンディングワイヤ４を樹脂封止する。なお、ＬＥＤ素子の光源光と異なる色調の光が必要とされる場合には、透光性樹脂５に所望の色調の蛍光を発する一種又は複数種の蛍光体を適宜混合させた透光性樹脂５を用いることもできる。
【００４９】
以上のように、本発明の半導体発光装置１は、ＬＥＤ素子３を凹部２１内の底部２２に載置し、ＬＥＤ素子３の各電極と基板１０の導体パターン１１ａ、１１ｂとを、凹部２１内の底部２２に設けられた貫通孔２３を挿通するボンディングワイヤ４を介して接続する。
【００５０】
従って、図８のように、この貫通孔２３の大きさを、ワイヤボンディング時の作業領域とボンディングワイヤ４の挿通領域とを兼ねる必要最小限の大きさにすることにより、基板１０の表面１０ａ、及び基板１０に形成された導体パターン１１ａ、１１ｂの多くの部分を、底部２２で覆い隠すことができる。これにより、基板表面、導体パターン、及び導体パターン表面のメッキ層による光学的な悪影響を最低限に抑制することができる。
【００５１】
それと同時に、基板１０より良好な光反射率を有するセラミック材料からなる凹部２１の底部２２が最大限の広さに確保されるため、ＬＥＤ素子３から放出された光が底部２２によって効率よく反射されて有効に活用される。よって、ＬＥＤ素子３から放出された光の取り出し効率が高くなり、半導体発光装置１を高輝度化できる。
【００５２】
つまり、半導体発光装置を上述した構造とすることにより、光の取り出し効率が高く高輝度で、且つ照射光量、輝度及び色調の経時変化が少ない半導体発光装置が実現できる。
【００５３】
なお、上述した半導体発光装置はそのままでも光源として使用できるが、例えば、高光度化を図るために集光用の光学レンズを取り付けて狭指向性の照射光を得ることもできる。
【００５４】
その場合は、図９（ａ）のように、まず個別に作製した半導体発光装置１と光学レンズ４０を準備する。光学レンズ４０は、所望の配光特性が得られるように、半導体発光装置１側の光入射面４１及び照射方向側の光出射面４２のそれぞれを適切な形状にする。また、半導体発光装置１及び光学レンズ４０には、それぞれ互いに嵌合及び位置合わせのための嵌合部６、４３を設けることができる。
【００５５】
その後、図９（ｂ）のように、半導体発光装置１の嵌合部６と光学レンズ４０の嵌合部４３とを嵌着して、所望の配光特性を有する半導体発光装置を提供する。
【００５６】
このとき、ＬＥＤ素子３と光学レンズ４０との位置ずれは、底部２２上におけるＬＥＤ素子３の載置精度のみによって決まる。すなわち、光学レンズ４０はＬＥＤ素子３を実装した反射枠２０に取り付けるため、基板１０と反射枠２０との貼着位置精度に影響されない。
【００５７】
そのため、ＬＥＤ素子３を凹部２１内の底部２２に載置する際、例えば画像認識によって、反射枠２０の所定の位置を基準とするＬＥＤ素子３の位置決めを行うことにより、底部２２上の所定の位置に高精度で載置でき、ＬＥＤ素子３と光学レンズ４０との位置関係を高精度に且つ再現性良く確保できる。
【００５８】
次に、上述した半導体発光装置を基本構成とする他の実施形態について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【００５９】
図１０を実施形態とする半導体発光装置１は、凹部２１内の底部２２のＬＥＤ素子を載置した面より低い部分をコーティング樹脂７で充填している。前記コーティング樹脂７は、光反射性及び電気絶縁性を有する粉末を透光性樹脂に混合したものである。
【００６０】
基板１０及び基板１０の表面に形成された導体パターン（図示せず）をコーティング樹脂７で被覆することにより、これらの部分の光反射率を向上できる。また、導体パターン表面にメッキ層を設けた場合においても、メッキ層の変色や波長依存性による光取り出し効率の低下を防止できる。従って、コーティング樹脂７は、硬化後の光反射率が、基板１０、導体パターン、及び導体パターン表面のメッキ層よりも高くなることが好ましい。
【００６１】
なお、光反射性及び電気絶縁性を有する粉末としては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウム等を用いることができる。また、コーティング樹脂７に用いる透光性樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。コーティング樹脂における粉末の含有量が０．３重量％未満の場合、硬化後の光反射率が低いことがあり好ましくない。一方、コーティング樹脂７における粉末の含有量が５０重量％を超える場合、硬化前のコーティング樹脂７の粘度が高くなり充填時の作業性が低下することがあり好ましくない。従って、コーティング樹脂７における粉末の含有率は、０．３〜５０重量％の範囲内で反射光学特性や作業性を考慮して適宜決定することが好ましく、１〜３０重量％の範囲内で決定することがより好ましい。
【００６２】
図１１を実施形態とする半導体発光装置１は、反射枠２０の凹部２１内の底部２２の厚みを部分的に変えたものである。具体的には、凹部２１内において、ＬＥＤ素子３を載置する領域とその近傍を他の領域（底部２２）よりも上方に突出する突出部２４とする。すなわち、凹部２１内において、ＬＥＤ素子３を載置する面がＬＥＤ素子３を載置しない面よりも高い位置となるようにする。そして、凹部２１内の突出部２４よりも低い部分をコーティング樹脂７で充填する。
【００６３】
つまり、反射枠２０の凹部２１内においては、突出部２４のＬＥＤ素子３を載置する面より低い全ての底部２２をコーティング樹脂７で被覆する。
【００６４】
本実施形態は、特に、反射枠２０の凹部２１内に複数の貫通孔２３を設けた半導体発光装置１を製造する場合に好適である。凹部２１内の複数の貫通孔２３にコーティング樹脂７を充填する際、基板１０と底部２２とが当接しているか、あるいは両者間に隙間があってもその隙間が極めて狭い場合、一箇所の貫通孔２３からコーティング樹脂７を充填しても他の貫通孔２３までは浸入しない。そのため、個々の貫通孔２３に対してコーティング樹脂７を充填する作業が必要となる。
【００６５】
それに対し、図１１に例示した本実施形態では、凹部２１内の貫通孔２３に適量のコーティング樹脂７を充填すれば、ＬＥＤ素子３が載置された突出部２４の上面２２ｃより低い領域を一括して充填することができる。これによってコーティング樹脂７の充填作業が簡略化され生産効率が向上する。
【００６６】
図１２に例示する半導体発光装置１は、上記２例の実施形態に組み込むことができる。例えば、図１０の構成を基本構成とし、基板１０の導体パターン（記載せず）上にＥＳＤ保護素子８を実装してコーティング樹脂７により樹脂封止することができる。
【００６７】
白色半導体発光装置を作製する場合、発光源となるＬＥＤ素子３に、例えばＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子を使用することがある。ＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子は、静電気放電に対して弱く、製造工程や製品の取り扱い中に発生した静電気によって破損する恐れがある。
【００６８】
そこで、図１２に例示した本実施形態のように、半導体発光装置１にＥＳＤ保護素子８を搭載することにより、静電気放電に起因するＬＥＤ素子３の破損を防止し、半導体発光装置１の製造時の歩留まり及び信頼性を高めることができる。
【００６９】
ＥＳＤ保護素子は、一般的に、双方向ツェナーダイオードやバリスタをＬＥＤ素子に並列に設けたり、ツェナーダイオードを逆並列に設けたりしたものである。
【００７０】
本発明においてＥＳＤ保護素子８を用いる場合、ＥＳＤ保護素子８を貫通孔２３内に載置すると共に、コーティング樹脂７で被覆することが好ましい。ＥＳＤ保護素子８をコーティング樹脂７で被覆しない場合、ＥＳＤ保護素子８がＬＥＤ素子３から放出された光を遮り配光に悪影響を及ぼす恐れがある。そのため、貫通孔２３内にコーティング樹脂７を充填し、ＥＳＤ保護素子８を被覆すると共に良好な配光特性を確保することが好ましい。
【００７１】
また、ＥＳＤ保護素子８が双方向ツェナーダイオードやツェナーダイオードの場合、ＥＳＤ保護素子８に光が照射されると、光電効果によってリーク電流が増加しツェナー特性が悪化する恐れがある。特に、半導体発光装置１が屋外で使用される場合、太陽光の中の赤外線波長領域の光はツェナー特性の悪化を招きＥＳＤ保護機能を低下させる。そのため、本実施形態のように、ＥＳＤ保護素子８を、光反射性及び電気絶縁性を有する粉末を含有するコーティング樹脂７で樹脂封止し遮光することが好ましい。これにより、ＥＳＤ保護機能の低下を防止して信頼性の高い半導体発光装置を実現できる。
【００７２】
さらに、本発明において、反射枠２０の凹部２１内に透光性樹脂を充填する場合には、蛍光体を含有する透光性樹脂を用いることができる。前記蛍光体としては、ＹＡＧ系蛍光体、オルトシリケート系蛍光体、窒化物系蛍光体等を用いることができる。蛍光体の配合量としては、透光性樹脂１００重量部に対し、５〜３０重量部用いることが好ましい。
【００７３】
本発明におけるＬＥＤ素子の実装数は、ＬＥＤ素子の発光色の種類、半導体発光装置としての明るさ、ＬＥＤ素子の実装領域の大きさ等の要求特性や設計条件に基づいて任意に設定できるものである。従って、本発明の半導体発光装置に実装されるＬＥＤ素子は、６個よりも多い場合も６個より少ない場合もある。
【００７４】
図１３〜図１５は、ＬＥＤ素子３の実装数の例として、それぞれ１個（図１３参照）、２個（図１４参照）、３個（図１５参照）実装したときのＬＥＤ素子３の配置状態を示したものである。ＬＥＤ素子３の数が奇数であっても偶数であっても、全てのＬＥＤ素子３は反射枠２０の凹部底面の中心軸Ｘを中心とする同一円に沿って等間隔で配置する。これにより、半導体発光装置１からの照射光の光量分布あるいは色調分布が、偏らないで均一となる。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・ 半導体発光装置
２・・・ パッケージ
３・・・ 半導体発光素子（ＬＥＤ素子）
４・・・ ボンディングワイヤ
５・・・ 封止樹脂
６・・・ 嵌合部
７・・・ コーティング樹脂
８・・・ ＥＳＤ保護素子
１０・・・ 基板
１０ａ・・・ 表面
１１・・・ 導体パターン
１１ａ・・・ 導体パターン
１１ｂ・・・ 導体パターン
２０・・・ 反射枠
２１・・・ 凹部
２２・・・ 底部
２２ａ・・・ 底部下面
２２ｂ・・・ 接着部材貼着面
２２ｃ・・・ 底部上面
２３・・・ 貫通孔
２４・・・ 突出部
３０・・・ 接着部材
４０・・・ 光学レンズ
４１・・・ 光入射面
４２・・・ 光出射面
４３・・・ 嵌合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を発光源とする半導体発光装置に関するものであり、特に、表面実装型と称される半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体発光装置は、大別して２種類の構造のものが実用化されている。一つは、基板上に半導体発光素子を実装し、トランスファーモールドによって該半導体発光素子を透光性樹脂で樹脂封止した構造のものである。他の一つは、半導体発光素子を実装する基板上に窓孔（キャビティ）を有する反射枠を設けてパッケージを形成し、該パッケージの窓孔内の基板上に半導体発光素子を実装し、更に窓孔内を透光性樹脂によって樹脂封止した構造のものである。
【０００３】
前者と後者とを比較すると、前者は反射枠がない分、後者よりも小型化が容易であり、一方、後者は反射枠がある分、前者よりも光取り出し効率を高くすることができる。そのため、光源として小型化よりも光取り出し効率の高効率化が求められる場合は、後者の構造を有する半導体発光装置が用いられる。
【０００４】
基板と反射枠とが一体に形成されたパッケージを用いた半導体発光装置の具体的な例としては、例えば図１６に示す構造の半導体発光装置が提案されている。
【０００５】
それは、基板表面に上面から側面を経て下面まで延びる導電性パターン１０１ａ、１０１ｂを形成したセラミック基板（第１セラミック基板）１００と窓孔を有するセラミック反射枠（第２セラミック基板）１０２とからなり、セラミック基板１００とセラミック反射枠１０２とは、導電性パターン１０１ａ、１０１ｂを挟んで貼り合わされてパッケージ１０３を形成している。
【０００６】
セラミック反射枠１０２の窓孔内のセラミック基板１００上には、複数の半導体発光素子（以下、ＬＥＤ素子とも称することもある）１０４ａ〜１０４ｄを載置する。そして、隣接するＬＥＤ素子の電極同士をボンディングワイヤ１０５を介して電気的に接続すると共に、両端の電極と導電性パターン１０１ａ、１０１ｂとをそれぞれボンディングワイヤ１０５を介して電気的に接続する。
【０００７】
更に、窓孔内には、ＬＥＤ素子１０４ａ〜１０４ｄを囲繞するように金属反射板１０６を配置すると共に、透光性樹脂を充填してＬＥＤ素子１０４ａ〜１０４ｄ、ボンディングワイヤ１０５、及び金属反射板１０６を樹脂封止する。
【０００８】
このような構造を有する半導体発光装置は、発光源のＬＥＤ素子を複数用いること、及びＬＥＤ素子を実装する基板にセラミック基板を用いることにより光学的及び熱的な不具合の発生を抑制している。
【０００９】
半導体発光装置に複数のＬＥＤ素子を用いる目的は、発光色の異なる複数種のＬＥＤ素子を用いて加法混色でいずれの光源光とも異なる色調の光（例えば、白色光）を得るため、或いは発光色が同一のＬＥＤ素子を複数用いて各光源光の混合によって高輝度化を図るためである。
【００１０】
このうち、半導体発光装置の高輝度化に際しては、発光面積の大きい大サイズのＬＥＤ素子を実装することも可能であるが、発光面積の小さい小サイズのＬＥＤ素子を複数実装する方が点灯時に発生する熱の拡散が効率良く行われ、ＬＥＤ素子の温度上昇を抑制することができる。その結果、ＬＥＤ素子の良好な発光効率を確保することが可能となる。
【００１１】
また、小サイズのＬＥＤ素子は、大サイズのＬＥＤ素子と比較して単位発光面積当たりの価格が廉価であるため、小サイズのＬＥＤ素子を用いることにより半導体発光装置を低価格化できる。
【００１２】
更に、セラミック基板は樹脂基板と比較して耐熱性が高く、基板上に形成した導電性パターンにＬＥＤ素子をはんだ接合する際、接合温度の高い無鉛はんだを使用することができる。
【００１３】
また、セラミック基板は樹脂基板と比較して熱伝導率が高く、ＬＥＤ素子の点灯時に発生する熱の拡散が効率良く行われ、ＬＥＤ素子の温度上昇を抑制することができる。その結果、上述した小サイズのＬＥＤ素子を複数実装することとの相乗効果によって、更なる発光効率の高効率化が可能となる（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１９７９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上記構造の半導体発光装置はそのまま光源として用いることもあるが、所望の配光特性を得るために更に配光制御用の光学レンズを取り付けた状態で用いることも多い。
【００１６】
所望の配光特性を精度良く且つ再現性良く実現するためには、複数のＬＥＤ素子と配光制御用の光学レンズとの位置関係を精度良く且つ再現性よく確保することが必要である。その点、上記従来例の半導体発光装置は、セラミック基板（第１セラミック基板）に反射枠（第２セラミック基板）を貼り合わせた構造であり、配光制御用の光学レンズを取り付けるとすれば、例えば反射枠の窓孔に取り付けることになる。この場合、貼り合わせ時のセラミック基板に対する反射枠の位置ずれや、反射枠の焼成時の収縮によって、セラミック基板上のＬＥＤ素子の実装位置と反射枠の窓孔の位置関係が必ずしも一定とはならない。そのため、配光制御用の光学レンズを取り付けたとしても配光特性を精度良く且つ再現性良く確保することは難しい。
【００１７】
また、セラミック基板に廉価なアルミナセラミックを使用した場合には、表面の光反射率が良くない。従って、ＬＥＤ素子から放出された光の取り出し効率を高めるために、図１６のように反射枠１０２の窓孔内にＬＥＤ素子１０４ａ〜１０４ｄを囲繞するように金属反射板１０６を配置したり、セラミック基板１００上の導電性パターン１０１ａ、１０１ｂを広範囲に設けたりして、反射光の有効利用を図る。
【００１８】
そのうち、導電性パターンをＬＥＤ素子から放出された光の反射に利用する方法は、特別な部品及び特別な製造工程を必要とせず極めて廉価な方法である。但し、その場合、反射効率を高めるために、導電性パターンの表面にＡｇ（銀）又はＡｕ（金）のメッキ層を設ける場合が多い。
【００１９】
Ａｇメッキ層は、反射率が非常に高く且つ可視光の全波長領域に亘って略均一な反射率を有しているが、周囲環境の影響による硫化や塩化等の変質で変色し、反射効率が低下することがある。一方、Ａｕメッキ層は、周囲環境の影響に対して安定しているため反射率が低下することはないが、反射率の波長依存性がある。例えば、Ａｕメッキ層は、５５０ｎｍより長波長領域の光に対して高い反射率を有するが、５２０ｎｍ付近の光では急激に反射率が低下し、それ以下の短波長領域においては光反射率が低くなる。
【００２０】
そのため、Ａｕメッキ層は、赤、橙、黄、黄緑といった長波長領域の光に対しては反射率が高いが、青緑、青といった短波長領域の光に対しては反射率が低い。よって、従来の青色ＬＥＤ素子を発光源とする青色半導体発光装置や、青色光の混合光を照射光とする半導体発光装置（例えば、白色半導体発光装置）においては、光取り出し効率の高効率化は困難であった。
【００２１】
本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的は、光取り出し効率が高く、且つ照射光の配光特性の精度及び再現性が良好な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】
【００２２】
本願の第１の発明は、表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に一箇所以上貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子と前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２３】
また本願の第２の発明は、上記第１に発明において、前記反射枠の光反射率が、前記基板の光反射率より高いことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２４】
また本願の第３の発明は、上記本願の第１又は第２の発明において、前記貫通孔内を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２５】
また本願の第４の発明は、上記本願の第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記反射枠の凹部内の半導体発光素子を載置する領域を、前記凹部内の底面より上方に突出する突出部に設け、前記凹部内の前記半導体発光素子を載置する面よりも低い部分を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２６】
また本願の第５の発明は、上記本願の第３又は第４の発明において、前記反射枠の貫通孔内に、前記コーティング樹脂で封止された静電気放電保護素子（以下、ＥＳＤ保護素子と称する）が搭載されたことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２７】
また本願の第６の発明は、上記本願の第３〜第５の発明において、前記コーティング樹脂中の前記粉末の含有量が、０．３〜５０重量％であることを特徴とする半導体発光装置である。
【００２８】
また本願の第７の発明は、上記本願の第１〜第６の発明において、さらに前記反射枠の凹部内を、透光性樹脂、又は蛍光体を含有する透光性樹脂で充填したことを特徴とする半導体発光装置である。
【００２９】
また本願の第８の発明は、上記本願の第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記半導体発光素子を、前記反射枠の凹部底面の中心軸を中心とする同一円に沿って等間隔で配置したことを特徴とする半導体発光装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子を前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続した半導体発光装置に関するものである。
【００３１】
その結果、基板及び導体パターンに起因する光学的な不具合が最低限にまで抑制されると共に、半導体発光素子から放出された光の取り出し効率が高められ、半導体発光装置の高輝度化及び安定した輝度、色調を維持できる。
【００３２】
また、本発明における半導体発光装置に配光制御用の光学レンズを用いる場合、光学レンズは半導体発光素子を載置する反射枠に取り付けるため、半導体発光素子と光学レンズとの位置関係はほとんど半導体発光素子の載置精度のみによって決まる。
【００３３】
そのため、半導体発光素子と光学レンズとの位置関係を、高精度に且つ再現性良く確保することができ、照射光の配光特性の精度及び再現性を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るパッケージの分解図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るパッケージの組立図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るパッケージの説明図である。
【図４】同じく、本発明の一実施形態に係るパッケージの説明図である。
【図５】同じく、本発明の一実施形態に係るパッケージの説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の上面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態の説明図である。
【図９】本発明の光学レンズを用いた場合の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態の説明図である。
【図１１】同じく、本発明の他の実施形態の説明図である。
【図１２】同じく、本発明の他の実施形態の説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態における半導体発光素子の実装に係る説明図である。
【図１４】同じく、本発明の他の実施形態における半導体発光素子の実装に係る説明図である。
【図１５】同じく、本発明の他の実施形態における半導体発光素子の実装に係る説明図である。
【図１６】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１５を参照しながら詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明を説明するものであり、本発明は何らこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
図１に示すように、本発明の半導体発光装置におけるパッケージ２は、基板１０、反射枠２０及び接着部材３０の３つの部分によって構成されている。
【００３７】
パッケージ２を構成する基板１０は、廉価なアルミナセラミックからなるセラミック製の基板を用いることができる。該基板１０には、上面から側面に延びる独立した２つの導体パターン１１ａ、１１ｂが形成されており、導体パターン１１ａ、１１ｂの表面にはＡｇ（銀）又はＡｕ（金）のメッキ層が設けられている。この導体パターン１１ａ、１１ｂは外部接続端子及び回路配線等の機能を有している。
【００３８】
反射枠２０は、ガラスフリットとアルミナとの混合物からなるセラミック製の反射枠を用いることができる。このセラミック製反射枠２０はセラミック製基板１０よりも高い光反射率を有することが好ましい。また、反射枠２０は凹部２１を有し、凹部２１の平板状の底部２２には所定の形状で底部２２を貫通する貫通孔２３が設けられている。
【００３９】
なお、基板１０と反射枠２０とはその形状及び光学機能の違いから作製方法が異なる。基板１０はグリーンシートを焼成してその焼成体上に導体パターン１１ａ、１１ｂを形成するものであり、反射枠２０はセラミックの原料粉末をプレス成形してその成形品を焼成して焼成体を得るものである。
【００４０】
そして、基板１０と反射枠２０とを、接着部材３０を用いて貼着することにより、図２に示すようなパッケージ２を形成する。このとき、接着部材３０としては、両面接着テープなどのシート状の部材を用いても良く、あるいは基板１０にペースト状の接着剤を印刷した接着剤層を用いてもよい。
【００４１】
ところで、反射枠２０において、凹部２１の底部２２の下面（基板１０側の面）と接着部材３０が貼着される面との上下方向の位置関係は、図３のように、底部２２の下面２２ａと接着部材３０が貼着される面２２ｂが面一にある状態が好ましい。あるいは図４のように、接着部材３０を貼着する面２２ｂに対して、底部２２の下面２２ａが上方（基板１０と反対側の方向）にある状態が好ましい。つまり、底部２２の下面２２ａは、接着部材３０が貼着される面２２ｂより基板１０側に突出しない状態にあることが好ましい。
【００４２】
但し、図５のように、底部２２の下面２２ａが、接着部材３０が貼着される面２２ｂより基板１０側に突出した場合は、接着部材３０を用いて基板１０と反射枠２０とを貼り合わせたときに、底部２２の下面２２ａが基板１０の表面１０ａに当接するか、あるいは下面２２ａが表面１０ａから浮いた状態となるように、下面２２ａの突出する高さ又は接着部材３０の厚みを調整すればよい。これにより、基板１０と反射枠２０とを貼りあわせたときに、底部２２の突出部に起因する接着力の低下が防止され、基板１０と反射枠２０との強固な貼着状態が確保できる。
【００４３】
図６及び図７は、上記構成のパッケージを用いて組み立てた半導体発光装置の構造を示している。図６は上面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図である。
【００４４】
なお、本実施形態は、発光源となる半導体発光素子３（具体例としてＬＥＤ素子が挙げられ、以下、ＬＥＤ素子と称する）を６個使用し、すべてのＬＥＤ素子３のアノード電極同士及びカソード電極同士を電気的に接続した並列接続の回路構成の場合を示した。
【００４５】
発光源となる６個のＬＥＤ素子３は、反射枠２０の凹部２１内の所望の位置に接着層（図示せず）を介して載置する。
【００４６】
前記ＬＥＤ素子３は、素子の下部（反射枠２０の凹部２１内の底部２２に接着層を介して固定される側の部分）が絶縁性のサファイア基板であり活性層がＩｎＧａＮのものを用いることができる。また、素子のアノード電極及びカソード電極が、いずれも素子の上部に形成されたものを用いることができる。その具体例として青色発光ＬＥＤ素子が挙げられる。
【００４７】
すべてのＬＥＤ素子３のアノード電極及びカソード電極は、凹部２１の底部２２を貫通する貫通孔２３を挿通するボンディングワイヤ４を介して導体パターン１１ａ又は１１ｂに、並列回路を構成するように電気的に接続する。
【００４８】
そして、凹部２１内に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂を充填して、凹部２１内、搭載されたすべてのＬＥＤ素子３及びすべてのボンディングワイヤ４を樹脂封止する。なお、ＬＥＤ素子の光源光と異なる色調の光が必要とされる場合には、透光性樹脂５に所望の色調の蛍光を発する一種又は複数種の蛍光体を適宜混合させた透光性樹脂５を用いることもできる。
【００４９】
以上のように、本発明の半導体発光装置１は、ＬＥＤ素子３を凹部２１内の底部２２に載置し、ＬＥＤ素子３の各電極と基板１０の導体パターン１１ａ、１１ｂとを、凹部２１内の底部２２に設けられた貫通孔２３を挿通するボンディングワイヤ４を介して接続する。
【００５０】
従って、図８のように、この貫通孔２３の大きさを、ワイヤボンディング時の作業領域とボンディングワイヤ４の挿通領域とを兼ねる必要最小限の大きさにすることにより、基板１０の表面１０ａ、及び基板１０に形成された導体パターン１１ａ、１１ｂの多くの部分を、底部２２で覆い隠すことができる。これにより、基板表面、導体パターン、及び導体パターン表面のメッキ層による光学的な悪影響を最低限に抑制することができる。
【００５１】
それと同時に、基板１０より良好な光反射率を有するセラミック材料からなる凹部２１の底部２２が最大限の広さに確保されるため、ＬＥＤ素子３から放出された光が底部２２によって効率よく反射されて有効に活用される。よって、ＬＥＤ素子３から放出された光の取り出し効率が高くなり、半導体発光装置１を高輝度化できる。
【００５２】
つまり、半導体発光装置を上述した構造とすることにより、光の取り出し効率が高く高輝度で、且つ照射光量、輝度及び色調の経時変化が少ない半導体発光装置が実現できる。
【００５３】
なお、上述した半導体発光装置はそのままでも光源として使用できるが、例えば、高光度化を図るために集光用の光学レンズを取り付けて狭指向性の照射光を得ることもできる。
【００５４】
その場合は、図９（ａ）のように、まず個別に作製した半導体発光装置１と光学レンズ４０を準備する。光学レンズ４０は、所望の配光特性が得られるように、半導体発光装置１側の光入射面４１及び照射方向側の光出射面４２のそれぞれを適切な形状にする。また、半導体発光装置１及び光学レンズ４０には、それぞれ互いに嵌合及び位置合わせのための嵌合部６、４３を設けることができる。
【００５５】
その後、図９（ｂ）のように、半導体発光装置１の嵌合部６と光学レンズ４０の嵌合部４３とを嵌着して、所望の配光特性を有する半導体発光装置を提供する。
【００５６】
このとき、ＬＥＤ素子３と光学レンズ４０との位置ずれは、底部２２上におけるＬＥＤ素子３の載置精度のみによって決まる。すなわち、光学レンズ４０はＬＥＤ素子３を実装した反射枠２０に取り付けるため、基板１０と反射枠２０との貼着位置精度に影響されない。
【００５７】
そのため、ＬＥＤ素子３を凹部２１内の底部２２に載置する際、例えば画像認識によって、反射枠２０の所定の位置を基準とするＬＥＤ素子３の位置決めを行うことにより、底部２２上の所定の位置に高精度で載置でき、ＬＥＤ素子３と光学レンズ４０との位置関係を高精度に且つ再現性良く確保できる。
【００５８】
次に、上述した半導体発光装置を基本構成とする他の実施形態について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【００５９】
図１０を実施形態とする半導体発光装置１は、凹部２１内の底部２２のＬＥＤ素子を載置した面より低い部分をコーティング樹脂７で充填している。前記コーティング樹脂７は、光反射性及び電気絶縁性を有する粉末を透光性樹脂に混合したものである。
【００６０】
基板１０及び基板１０の表面に形成された導体パターン（図示せず）をコーティング樹脂７で被覆することにより、これらの部分の光反射率を向上できる。また、導体パターン表面にメッキ層を設けた場合においても、メッキ層の変色や波長依存性による光取り出し効率の低下を防止できる。従って、コーティング樹脂７は、硬化後の光反射率が、基板１０、導体パターン、及び導体パターン表面のメッキ層よりも高くなることが好ましい。
【００６１】
なお、光反射性及び電気絶縁性を有する粉末としては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウム等を用いることができる。また、コーティング樹脂７に用いる透光性樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。コーティング樹脂における粉末の含有量が０．３重量％未満の場合、硬化後の光反射率が低いことがあり好ましくない。一方、コーティング樹脂７における粉末の含有量が５０重量％を超える場合、硬化前のコーティング樹脂７の粘度が高くなり充填時の作業性が低下することがあり好ましくない。従って、コーティング樹脂７における粉末の含有率は、０．３〜５０重量％の範囲内で反射光学特性や作業性を考慮して適宜決定することが好ましく、１〜３０重量％の範囲内で決定することがより好ましい。
【００６２】
図１１を実施形態とする半導体発光装置１は、反射枠２０の凹部２１内の底部２２の厚みを部分的に変えたものである。具体的には、凹部２１内において、ＬＥＤ素子３を載置する領域とその近傍を他の領域（底部２２）よりも上方に突出する突出部２４とする。すなわち、凹部２１内において、ＬＥＤ素子３を載置する面がＬＥＤ素子３を載置しない面よりも高い位置となるようにする。そして、凹部２１内の突出部２４よりも低い部分をコーティング樹脂７で充填する。
【００６３】
つまり、反射枠２０の凹部２１内においては、突出部２４のＬＥＤ素子３を載置する面より低い全ての底部２２をコーティング樹脂７で被覆する。
【００６４】
本実施形態は、特に、反射枠２０の凹部２１内に複数の貫通孔２３を設けた半導体発光装置１を製造する場合に好適である。凹部２１内の複数の貫通孔２３にコーティング樹脂７を充填する際、基板１０と底部２２とが当接しているか、あるいは両者間に隙間があってもその隙間が極めて狭い場合、一箇所の貫通孔２３からコーティング樹脂７を充填しても他の貫通孔２３までは浸入しない。そのため、個々の貫通孔２３に対してコーティング樹脂７を充填する作業が必要となる。
【００６５】
それに対し、図１１に例示した本実施形態では、凹部２１内の貫通孔２３に適量のコーティング樹脂７を充填すれば、ＬＥＤ素子３が載置された突出部２４の上面２２ｃより低い領域を一括して充填することができる。これによってコーティング樹脂７の充填作業が簡略化され生産効率が向上する。
【００６６】
図１２に例示する半導体発光装置１は、上記２例の実施形態に組み込むことができる。例えば、図１０の構成を基本構成とし、基板１０の導体パターン（記載せず）上にＥＳＤ保護素子８を実装してコーティング樹脂７により樹脂封止することができる。
【００６７】
白色半導体発光装置を作製する場合、発光源となるＬＥＤ素子３に、例えばＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子を使用することがある。ＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子は、静電気放電に対して弱く、製造工程や製品の取り扱い中に発生した静電気によって破損する恐れがある。
【００６８】
そこで、図１２に例示した本実施形態のように、半導体発光装置１にＥＳＤ保護素子８を搭載することにより、静電気放電に起因するＬＥＤ素子３の破損を防止し、半導体発光装置１の製造時の歩留まり及び信頼性を高めることができる。
【００６９】
ＥＳＤ保護素子は、一般的に、双方向ツェナーダイオードやバリスタをＬＥＤ素子に並列に設けたり、ツェナーダイオードを逆並列に設けたりしたものである。
【００７０】
本発明においてＥＳＤ保護素子８を用いる場合、ＥＳＤ保護素子８を貫通孔２３内に載置すると共に、コーティング樹脂７で被覆することが好ましい。ＥＳＤ保護素子８をコーティング樹脂７で被覆しない場合、ＥＳＤ保護素子８がＬＥＤ素子３から放出された光を遮り配光に悪影響を及ぼす恐れがある。そのため、貫通孔２３内にコーティング樹脂７を充填し、ＥＳＤ保護素子８を被覆すると共に良好な配光特性を確保することが好ましい。
【００７１】
また、ＥＳＤ保護素子８が双方向ツェナーダイオードやツェナーダイオードの場合、ＥＳＤ保護素子８に光が照射されると、光電効果によってリーク電流が増加しツェナー特性が悪化する恐れがある。特に、半導体発光装置１が屋外で使用される場合、太陽光の中の赤外線波長領域の光はツェナー特性の悪化を招きＥＳＤ保護機能を低下させる。そのため、本実施形態のように、ＥＳＤ保護素子８を、光反射性及び電気絶縁性を有する粉末を含有するコーティング樹脂７で樹脂封止し遮光することが好ましい。これにより、ＥＳＤ保護機能の低下を防止して信頼性の高い半導体発光装置を実現できる。
【００７２】
さらに、本発明において、反射枠２０の凹部２１内に透光性樹脂を充填する場合には、蛍光体を含有する透光性樹脂を用いることができる。前記蛍光体としては、ＹＡＧ系蛍光体、オルトシリケート系蛍光体、窒化物系蛍光体等を用いることができる。蛍光体の配合量としては、透光性樹脂１００重量部に対し、５〜３０重量部用いることが好ましい。
【００７３】
本発明におけるＬＥＤ素子の実装数は、ＬＥＤ素子の発光色の種類、半導体発光装置としての明るさ、ＬＥＤ素子の実装領域の大きさ等の要求特性や設計条件に基づいて任意に設定できるものである。従って、本発明の半導体発光装置に実装されるＬＥＤ素子は、６個よりも多い場合も６個より少ない場合もある。
【００７４】
図１３〜図１５は、ＬＥＤ素子３の実装数の例として、それぞれ１個（図１３参照）、２個（図１４参照）、３個（図１５参照）実装したときのＬＥＤ素子３の配置状態を示したものである。ＬＥＤ素子３の数が奇数であっても偶数であっても、全てのＬＥＤ素子３は反射枠２０の凹部底面の中心軸Ｘを中心とする同一円に沿って等間隔で配置する。これにより、半導体発光装置１からの照射光の光量分布あるいは色調分布が、偏らないで均一となる。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・ 半導体発光装置
２・・・ パッケージ
３・・・ 半導体発光素子（ＬＥＤ素子）
４・・・ ボンディングワイヤ
５・・・ 封止樹脂
６・・・ 嵌合部
７・・・ コーティング樹脂
８・・・ ＥＳＤ保護素子
１０・・・ 基板
１０ａ・・・ 表面
１１・・・ 導体パターン
１１ａ・・・ 導体パターン
１１ｂ・・・ 導体パターン
２０・・・ 反射枠
２１・・・ 凹部
２２・・・ 底部
２２ａ・・・ 底部下面
２２ｂ・・・ 接着部材貼着面
２２ｃ・・・ 底部上面
２３・・・ 貫通孔
２４・・・ 突出部
３０・・・ 接着部材
４０・・・ 光学レンズ
４１・・・ 光入射面
４２・・・ 光出射面
４３・・・ 嵌合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に一箇所以上貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、
該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子と前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続したことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記反射枠の光反射率が、前記基板の光反射率より高い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】
前記貫通孔内を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記反射枠の凹部内の半導体発光素子を載置する領域を、前記凹部内の底面より上方に突出する突出部に設け、前記凹部内の前記半導体発光素子を載置する面よりも低い部分を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記反射枠の貫通孔内に、前記コーティング樹脂で封止された静電気放電保護素子が搭載されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記コーティング樹脂中の前記粉末の含有量が、０．３〜５０重量％であることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
さらに前記反射枠の凹部内を、透光性樹脂、又は蛍光体を含有する透光性樹脂で充填したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記半導体発光素子を、前記反射枠の凹部底面の中心軸を中心とする同一円に沿って等間隔で配置したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１】
表面に導体パターンを形成したセラミック製の基板と、凹部を有し前記凹部内に一箇所以上貫通孔を設けたセラミック製の反射枠とを貼着してパッケージを形成し、
該パッケージの前記反射枠の凹部内に載置した半導体発光素子と前記基板の表面の導体パターンとを、前記貫通孔を挿通するボンディングワイヤを介して電気的に接続したことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記反射枠の光反射率が、前記基板の光反射率より高い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】
前記貫通孔内を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記反射枠の凹部内の半導体発光素子を載置する領域を、前記凹部内の底面より上方に突出する突出部に設け、前記凹部内の前記半導体発光素子を載置する面よりも低い部分を、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ジルコニウム、酸化アルミニウムから選択される１種以上の粉末と透光性樹脂とを含むコーティング樹脂で充填したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記反射枠の貫通孔内に、前記コーティング樹脂で封止された静電気放電保護素子が搭載されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記コーティング樹脂中の前記粉末の含有量が、０．３〜５０重量％であることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
さらに前記反射枠の凹部内を、透光性樹脂、又は蛍光体を含有する透光性樹脂で充填したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記半導体発光素子を、前記反射枠の凹部底面の中心軸を中心とする同一円に沿って等間隔で配置したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【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】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１２９６３２（Ｐ２０１１−１２９６３２Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８５３２１（Ｐ２００９−２８５３２１）
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【出願人】（０００００４５９２）日本カーバイド工業株式会社 (165)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【出願人】（０００００４５９２）日本カーバイド工業株式会社 (165)
【Ｆターム（参考）】
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