光半導體封裝體及光半導體裝置的製作方法

2023-07-22 20:17:51 2

專利名稱：光半導體封裝體及光半導體裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及安裝以LED為主的光半導體元件的光半導體封裝體及使用其的光半導體裝置。
背景技術：
作為用於封裝發光二極體(LED)等光半導體元件的光半導體封裝體，已知具有安裝有光半導體元件的元件安裝部、設置有用於從光半導體元件與外部電路進行電連接的引線的光半導體封裝體。然後，將光半導體元件安裝於該光半導體封裝體的元件安裝部，對光半導體元件和引線進行引線鍵合，以透明樹脂進行密封，從而形成半導體發光裝置。圖7是表示現有的光半導體封裝體的外觀結構的俯視圖。圖8是表示現有的光半導體封裝體的結構的剖視圖，是沿圖7的C-C』線的剖視圖。對於現有的光半導體封裝體中安裝有光半導體元件的光半導體裝置，如圖7、圖8 所示，包括金屬塊33，該金屬塊33在主表面的元件安裝部放置有光半導體元件22，利用導電性粘接劑與光半導體元件22進行電連接；引線31，該引線31利用金屬線沈與光半導體元件22進行電連接；引線32，該引線32利用金屬線27通過金屬塊33與光半導體元件22 進行電連接；透光性構件16，該透光性構件16由透光性樹脂形成，以覆蓋光半導體元件22 的方式進行配置；以及基座14。基座14由遮光性樹脂形成，用遮光性樹脂形成包括底部， 該底部支承引線31、32的內部引線部和金屬塊33 ；以及側部，該側部支承透光性構件16。此處，由基座14、內部引線部、及金屬塊33包圍的區域成為裝載有光半導體元件22的空腔區域。為了提高該空腔區域的內部引線部及金屬塊33表面的反射率而實施鍍銀。在上述現有的光半導體裝置中，金屬塊33使得與安裝有光半導體元件22的安裝區域相對應的背面區域貫通基座14的底部來露出到外部作為散熱區域(例如，參照日本專利特開2001-185763 號公報)。

發明內容
然而，在上述的現有的光半導體封裝體中，存在以下問題S卩，因由遮光性樹脂形成的基座14的劣化而導致反射率及機械強度的降低。例如，在所述發光裝置中，對於光半導體元件22安裝部即金屬塊33的周邊由遮光性樹脂形成的基座14，會因光半導體元件22發射出的光(特別是紫外線)、和由光半導體元件22發出的經由金屬塊33傳遞的熱而受到損壞。一般而言，遮光性樹脂使用反射率高的白色的熱可塑性樹脂，但因受到熱、紫外線等外部能量而導致高分子原材料成為化學性質不穩定，在樹脂中產生成為變色原因的分子結構體，在大多數情況下變為黃色。另外，該遮光性樹脂的變色集中發生在最直接接收到來自光半導體元件22的光和熱的影響的空腔底面部。因該變色導致空腔內表面的反射率下降，發光裝置的發光量下降。而且，由於因熱、紫外線等影響而產生遮光性樹脂變質，基座14和其他構件的接合強度降低，遮光性樹脂本身的機械強度降低，因此，由於遮光性樹脂的剝離、脫落等會引起外形不良。為了解決上述問題，本發明的光半導體封裝體及光半導體裝置的目的在於維持空腔底部的反射率、和機械強度。為了達到以上目的，本發明的光半導體封裝體的特徵在於，包括基座，該基座包含環狀的環及形成於上述環的下部、比上述環的內徑要大的環狀的基座下部；引線，該引線包含成為外部電極的外部引線；塊，該塊設置於上述基座下部內，上部表面的一部分露出到上述環內；元件安裝部，該元件安裝部設置於露出到上述環內的上述塊的表面，成為光半導體元件的安裝區域；引線放置部，該引線放置部與上述元件安裝部設置階梯，形成於上述上部表面，成為上述引線的放置區域；密封材料，該密封材料在上述下部區域內對上述塊和上述引線進行密封並保持；以及空腔，該空腔是由上述環的側面和上述塊的上部表面包圍的區域，用對于波長460nm的光的反射率為83%以上的無機材料來形成上述塊中的至少上述上部表面部分，在上述空腔的底部只露出上述塊的上部表面。另外，也可以用對于波長460nm的光的反射率為83%以上的無機材料形成整個上述塊。另外，最好對於上述波長460nm的光的平均反射率為8 3 %以上的無機材料是 Au-Ag合金。另外，最好上述塊的與上述上部表面相對的背面從上述密封材料露出。另外，也可以設置多個上述塊，各上述塊在電學上是獨立的。另外，最好用陶瓷或玻璃陶瓷構成上述環。另外，最好用氧化鋁含有量為50 60質量％的高反射玻璃陶瓷構成上述環。另外，最好用玻璃或熱固化性樹脂構成上述密封材料。而且，本發明的光半導體裝置的特徵在於，包括上述光半導體封裝體；光半導體元件，該光半導體元件安裝於上述元件安裝部，與上述引線進行電連接；以及透光性樹脂， 該透光性樹脂密封在上述空腔內。


圖1是表示本發明的光半導體封裝體的結構例的俯視圖。圖2是表示本發明的光半導體封裝體的結構例的剖視圖。圖3是表示本發明的光半導體封裝體的結構例的仰視圖。圖4是說明本發明的光半導體封裝體的空腔的結構的剖視立體圖。圖5A是表示本發明的光半導體裝置的結構的圖。圖5B是表示本發明的光半導體裝置的結構的圖。圖6是用於說明光半導體封裝體所用的空腔材料的反射率劣化的圖。圖7是表示現有的光半導體封裝體的外觀結構的俯視圖。圖8是表示現有的光半導體封裝體的結構的剖視圖。
具體實施例方式圖1是表示本發明的光半導體封裝體的結構例的俯視圖。圖2是表示本發明的光半導體封裝體的結構例的剖視圖，是沿圖1的A-A』的剖視圖。圖3是表示本發明的光半導體封裝體的結構例的仰視圖。圖4是說明本發明的光半導體封裝體的空腔的結構的剖視立體圖。圖5A、B是表示本發明的光半導體裝置的結構的圖，圖5A是俯視圖，圖5B是沿圖5A 的A-A』的剖視圖。如圖1 圖3所示，光半導體封裝體6(以下，簡單稱為封裝體6)包括基座1、金屬塊2、及引線3。基座1包括在背面側有階梯的環狀的環la、以及將金屬塊2和引線3進行接合的密封材料lb，都由絕緣材料構成。環Ia通過設置階梯，從而不使密封材料Ib露出在空腔內表面，而形成填充密封材料Ib的間隙。環Ia是由反射率高、不會因光及熱而變色的陶瓷、玻璃陶瓷等構成，密封材料Ib是由耐熱性好的玻璃或熱固化性樹脂構成。用於環 Ia的玻璃陶瓷添加有氧化鋁，在氧化鋁含有量為50質量％以下時則反射率降低，在60質量％以上時則機械強度降低。因而，最好用於環Ia的玻璃陶瓷的氧化鋁含有量為50 60 質量％以上。另外，環Ia並不限於是含有氧化鋁的玻璃陶瓷，只要是反射率高、因光及熱而變色、變質較少的材料，則也可以使用其他材料。而且，由於環Ia只構成空腔的側面，因此越是接近空腔底面越是不受到光、熱的影響，因而只要在光、熱的影響範圍內是能夠抑制變色、變質的材料即可。金屬塊2包括安裝光半導體元件的元件安裝部2a、散熱襯墊2b、及形成比元件安裝部2a要低的面的階梯部2c。金屬塊2由熱傳導特性優異的無氧銅等金屬構成，設置於環 Ia內。引線3由彎曲衝壓加工成預定的形狀，與環Ia相鄰設置。引線3的內引線部放置在由金屬塊2的階梯部2c形成得較低的面上。形成階梯部2c，使得將引線3設置在與元件安裝部2a相同的高度以下。由此，能夠防止引線3遮斷來自光半導體元件的光。由環Ia的階梯形成的間隙中設有金屬塊2和引線3，向環Ia的間隙中填充密封材料Ib以保持金屬塊2和引線3。引線3是由金屬材料形成，用金屬線連接安裝於金屬塊2 的元件安裝部2a的LED元件等光半導體元件，並連接外部電路。密封材料Ib固定金屬塊 2和引線3，並實現電絕緣。密封材料Ib使用熱固化性樹脂或玻璃材料，環Ia使用玻璃陶瓷或陶瓷材料等。然後，使用圖4，詳細說明空腔的結構。空腔10是由基座1的環Ia的側面和金屬塊2的包含元件安裝面2a的上表面構成的區域，使得從安裝於空腔10內的光半導體元件射出的光在空腔10內進行反射，使光射出到空腔10外，從而提高光半導體裝置的發光效率。如圖4所示，基座1由階梯部Ic分割為成為空腔10構成區域的環狀的環Ia和比環Ia的內徑要大的環狀的基座下部Id。金屬塊2的安裝有光半導體元件的面露出到空腔 10內，露出的面由階梯部2c分割為元件安裝部2a、形成得比元件安裝面2a要低而放置有引線3的引線放置部2d。在基座1中安裝有金屬塊2的狀態下，在階梯部2c和引線放置部 2d之間設有間隙，在該間隙中放置引線3。另外，利用密封材料Ib密封由基座下部Id包圍的區域內，由密封材料Ib保持引線3和金屬塊2。通過採用以上結構，由環Ia和金屬基板 2包圍的區域成為空腔10。此時，由於通過對基座1設置基座下部ld，從而能夠將引線3在由基座下部Id包圍的區域內進行密封，因此，不需要在空腔10內設置密封材料lb，在空腔10的底部僅露出金屬塊2。這樣，由於在易受到光、熱影響的空腔10底部是由不易因光、熱發生變色或變質的金屬形成的，因此能夠抑制發光率的降低、機械強度的降低。如圖5A、B所示，向本發明的光半導體封裝體的元件安裝部2a安裝光半導體元件 4，由金屬線5將光半導體元件4和引線3進行電連接，還利用透光性樹脂(未圖示)將空腔10內進行密封，從而形成光半導體裝置。這樣，由於通過使用本發明的光半導體封裝體來形成光半導體裝置，從而易受到光、熱影響的空腔10底部是由不易因光、熱發生變色或變質的金屬形成的，因此能夠抑制發光率的降低、機械強度的降低。其結果在於，能夠實現由空腔內表面的反射率降低所引起的發光量降低較少的具有高可靠性的光半導體封裝體及光半導體裝置。一般的照明用LED中，由於轉換藍色光源來作為白色光，因此，對於460nm附近的射出光的空腔內的反射率很重要。圖6是用於說明光半導體封裝體所用的空腔材料的反射率劣化的圖，是對用於LED封裝體的空腔材料的反射率進行測定的圖。如圖6所示，在歷來所使用的白色樹脂中，對于波長460nm的輸出光，示出了在初始狀態下有87%的反射率，但在溫度150°C的環境試驗後，因熱的影響，反射率在48小時後成為84%，在120小時後成為81%，在1000小時後成為60%以下。在實際使用中，加上來自光半導體元件的熱的影響，在加上因光而發生的樹脂的劣化變質，反射率進一步下降。 特別是在與光半導體元件相鄰的空腔底面部可以觀察到因顯著的變色而引起的反射率降低。另外，可以觀察到內部引線及對金屬塊表面所實施的鍍銀比白色樹脂的反射率的降低要少。其原因是鍍銀的表面硫化所引起的。另一方面，在本發明中通過改變密封材料Ib的位置，從而能夠用無機材料構成環 la，不會發生樹脂材料那樣顯著的變色劣化。此處，一般的無機材料相比構成現有的半導體裝置的基座的樹脂材料，由於具有較高的耐變色性、耐變質性，因此，作為環la，通過使用光反射率高、耐變色性、耐變質性也高的無機材料，能夠維持光的反射率和機械強度。特別是作為無機材料，最好儘可能使用光的反射率高、耐變色性、耐變質性也高的無機材料。另外， 其效果也能通過對構成空腔10底面部的金屬塊2實施Ag的表面處理來獲得，但是若進一步實施耐變色性高的Au-Ag合金等的表面處理，則能進一步抑制反射率的下降。在初始狀態下，示出了比Ag要低的88%的反射率，但在溫度150°C的環境試驗後，因熱影響則在48 小時後成為86%，在120小時後成為84%，在1000小時後仍限於降低為80%。另外，空腔側面部是由玻璃陶瓷材料形成的，在上述試驗中幾乎觀察不到反射率的劣化。此外，對於以上內容，若光半導體封裝體的金屬塊2是具有高熱傳導特性和耐變質性的材料，則也可以將一般的銅、銅-鐵類合金等銅合金、包含銅、銅合金的複合金屬材料等作為原材料，由實施Ag-Au合金等表面處理的材料構成。另外，對於來自光半導體元件4的散熱性，對於成為元件安裝部2a的金屬塊2，使用熱傳導率高的銅材，使其突出到封裝體背面，從而防止光半導體元件4及空腔10底面部的溫度上升。通過安裝到由鋁材等形成的金屬基板，其效果可進一步提高。另外，最好通過使露出的金屬塊2與封裝體背面大致在同一面，從而使其容易安裝到基板。另外，在以上說明中，對整個金屬塊2都是由金屬構成的例子進行了說明，但也可以使用光波長460nm的反射率為83%以上、對於因光或熱引起的變色、變質而具有的耐變色性、耐變質性比熱可塑性樹脂要高的無機材料來僅形成元件安裝部2a的表面、包含引線放置部2d的上部表面的整個面，用任意材料形成其他區域。此時，若除表面以外都用熱傳導性高的金屬或非金屬材料構成，則同時也能確保散熱性，因而是優選的。另外，也可以用光反射率高、對於因熱、光而引起的變色、變質而具有的耐變色性、耐變質性高的非金屬材料構成整個金屬塊2。另外，在附圖中，示出了引線沿著封裝體的側面的形態，但是也可以是在背面形成連接端子的形態或海鷗展翅(gull wing)狀等，引線的形態可以是任意的。引線的數量也不限於一根或兩根，能夠包括任意根。另外，也可以對光半導體元件設置背面端子，在背面與金屬塊進行電連接，將金屬塊作為一個外部端子。另外，在將多個光半導體元件4安裝於一個封裝體6內時，設置多個金屬塊2，使其分別在電學上獨立，從而在電學電路結構中可確保自由度。例如，在光半導體元件的電極是形成於安裝面(背面)側及發光面(表面)的表面、背面電極類型的情況下，通過使各元件安裝部2a電絕緣，從而也能串聯連接多個光半導體元件4。另外，在光半導體元件4的電極是在安裝面側形成有兩個電極的背面雙電極類型的情況下，能通過將兩個金屬塊2隔開間隔安裝來安裝光半導體元件4。由此，能夠確保高耐久性、高散熱性、高電路設計自由度，從而能夠提供一種比現有的光半導體封裝體具有更少的發光量劣化和機械強度劣化的高可靠性的光半導體封裝體及光半導體裝置。
權利要求
1.一種光半導體封裝體，其特徵在於，包括基座，該基座包含環狀的環及形成於所述環的下部、比上述環的內徑要大的環狀的基座下部；引線，該引線包含成為外部電極的外部引線； 塊，該塊設置於所述基座下部內，上部表面的一部分露出到所述環內； 元件安裝部，該元件安裝部由光半導體元件的安裝區域構成，該光半導體元件設置於露出到所述環內的所述塊的表面；引線放置部，該引線放置部與所述元件安裝部設置階梯，形成於所述上部表面，成為所述引線的放置區域；密封材料，該密封材料在所述下部區域內對所述塊和所述引線進行密封並保持；以及空腔，該空腔是由所述環的側面和所述塊的上部表面包圍的區域， 用對于波長460nm的光的反射率為83%以上的無機材料來形成所述塊的至少所述上部表面部分，在所述空腔的底部只露出所述塊的上部表面。
2.如權利要求1所述的光半導體封裝體，其特徵在於，用對於所述波長460nm的光的反射率為83%以上的無機材料形成整個所述塊。
3.如權利要求1所述的光半導體封裝體，其特徵在於，對於所述波長460nm的光的反射率為83%以上的無機材料是Au-Ag合金。
4.如權利要求1所述的光半導體封裝體，其特徵在於， 所述塊的與所述上部表面相對的背面從所述密封材料露出。
5.如權利要求1所述的光半導體封裝體，其特徵在於， 設置多個所述塊，各所述塊在電學上獨立。
6.如權利要求1所述的光半導體封裝體，其特徵在於， 用陶瓷或玻璃陶瓷構成所述環。
7.如權利要求1所述的光半導體封裝體，其特徵在於，用氧化鋁含有量為50 60質量％的高反射玻璃陶瓷構成所述環。
8.如權利要求1所述的光半導體封裝體，其特徵在於， 用玻璃或熱固化性樹脂構成所述密封材料。
9.一種光半導體裝置，其特徵在於，包括 如權利要求1所述的光半導體封裝體；光半導體元件，該光半導體元件安裝於所述元件安裝部，與所述弓I線進行電連接；以及透光性樹脂，該透光性樹脂密封在所述空腔內。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種光半導體封裝體及光半導體裝置。僅在以基座下部(1d)包圍的區域對引線(3)和金屬塊(2)進行樹脂密封，並在成為空腔(10)底面部的金屬塊(2)表面不使用樹脂，而由金屬構件或耐變色性、耐變質性高的材料構成。
文檔編號H01L33/48GK102194975SQ20111003323
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月24日 優先權日2010年3月12日
發明者中井博 申請人:松下電器產業株式會社