(57)【要約】【課題】電極に凸部がほとんどないにも係らずリードフレームにフリップチップ実装してもマイグレーションの影響を受けづらいＬＥＤ装置を提供する。【解決手段】一対のリードフレーム２４，２５は上面側がＬＥＤダイ２７の実装部となり、下面側がマザー基板との接続部となっている。このリードフレーム２４，２５は上面に凸部２４ａ，２５ａを有し、この凸部２４ａ，２５ａがＬＥＤダイ２７の電極と当接する。この結果、ＬＥＤダイ２７の半導体層とリードフレーム２４，２５の上面との間に一定レベルの間隙が確保されるためマイグレーションの発生が抑圧される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のリードフレーム上に半導体発光素子をフリップチップ実装した半導体発光装置において、
前記リードフレームの上面側が前記半導体発光素子の実装部となり、下面側がマザー基板との接続部となり、
前記リードフレームが凸部を有し、該凸部が前記半導体発光素子の電極と当接することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記リードフレームの一方が凹部を備え、該凹部に保護素子を実装し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】
前記リードフレームの周囲に白色反射部材を充填していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記保護素子の上部に形成された電極と、前記保護素子を実装していない方の前記リードフレームとを印刷により形成した配線で接続していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記保護素子の上部に形成された電極と、前記保護素子を実装していない方の前記リードフレームとを金属片で接続していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
個片化すると前記半導体発光装置に含まれる一対のリードフレームが得られ、該リードフレームが上面に凸部を有する大判リードフレームを準備する大判リードフレーム準備工程と、
前記大判リードフレームの金属部の間隙に白色反射部材を充填する充填工程と、
前記凸部の上面に半田ペーストを印刷する印刷工程と、
前記凸部に半導体発光素子の電極が当接するように半導体発光素子をフリップチップ実装する実装工程と、
前記半導体発光素子を被覆する被覆工程と、
前記大判リードフレームを切断して個片化した半導体発光装置を得る個片化工程と
を備えることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記大判リードフレーム準備工程の後に前記大判リードフレームに形成された凹部に保護素子を実装する保護素子実装工程があることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記印刷工程において前記保護素子の上面に接続する配線を印刷することを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームに半導体発光素子をフリップチップ実装した半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハーから切り出された半導体発光素子（以後とくに断らない限りＬＥＤダイと呼ぶ）をリードフレームや回路基板に実装し、樹脂やガラス等で被覆してパッケージ化した半導体発光装置（以後とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）が普及している。このＬＥＤ装置は用途に応じて様々な形態をとるが、一対のリードフレームを樹脂で固定し、上面をＬＥＤダイ実装面とし、下面をマザー基板との接続電極とすることがある。
【０００３】
例えば特許文献１の図１にはリードフレーム１２ａ，１２ｂの上面に半導体素子１１（ＬＥＤダイ）がフリップチップ実装されている様子が示されている。そこで特許文献１の図１を図６に再掲示し、その構造を説明する。図６は従来の半導体パッケージ１０（ＬＥＤ装置）の主要な構成を示す断面図である。
【０００４】
半導体パッケージ１０は、半導体素子１１と、リードフレーム１２と、樹脂ハウジング１３と、透明樹脂１４とをその主要な構成部として備えている。半導体素子１１は、リードフレーム１２ａ，１２ｂの一部であるリード１６ａ，１６ｂ上でスリット１７を跨ぐようにしてフリップチップ実装されている。リードフレーム１２は、板厚の厚い部分である肉厚部１５ａ，１５ｂと、板厚の薄い部分であるリード１６ａ，１６ｂとを有し、下面が電気的接続をとるための下面電極（接続電極）となっている。なお樹脂ハウジング１３の外側にはいわゆるアウターリード（図示せず）が存在している。またリードフレーム１２ａ，１２ｂの間の溝部１８は回転カッターを使った切削加工により形成し、そこにハウジング１３の一部が入り込んでいる。上部のハウジング１３の窓部１９には透明樹脂１４が充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２１３７４号公報  （図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまでＬＥＤダイをフリップチップ実装する場合、ＬＥＤダイの電極に１０〜３０μｍ程度の突起電極を設けることが多かった。最近ではこの突起電極が追加的な工程を必要とするため、突起電極を省くことが要請されるようになっている。しかしながら突起電極をなくすとＬＥＤダイの半導体層とリードフレームが接近し、さらに半導体層とリードフレーム間の電界強度が上がるため、しばしばＡｇなどリードフレーム表面にある金属によりマイグレーションが発生する。このマイグレーションは半導体層の側面においてｐ型半導体層又はリードフレームとｎ型半導体層をショートさせ、点灯不良を起こすことがある。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フリップチップ実装に際し、ＬＥＤダイの電極に突起電極を設けなくてもマイグレーションの影響を受けづらい半導体発光装置及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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、一対のリードフレーム上に半導体発光素子をフリップチップ実装した半導体発光装置において、
前記リードフレームの上面側が前記半導体発光素子の実装部となり、下面側がマザー基板との接続部となり、
前記リードフレームが凸部を有し、該凸部が前記半導体発光素子の電極と当接することを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体発光装置は一対のリードフレームを備えている。このリードフレームは上側が半導体発光素子をフリップチップする面となり、下側がマザー基板との接続をとる面になる。またリードフレームの上面には凸部があり、この凸部が半導体発光素子の電極と当接する。この凸部に半導体発光素子の電極を当接させると、半導体発光素子の電極に突起電極がなくても、半導体発光素子の半導体層とリードフレーム上面との間に一定レベルの間隙が確保されるため、マイグレーションの発生が抑圧される。
【００１０】
前記リードフレームの一方が凹部を備え、該凹部に保護素子を実装しても良い。
【００１１】
前記リードフレームの周囲に白色反射部材を充填しても良い。
【００１２】
前記保護素子の上部に形成された電極と、前記保護素子を実装していない方の前記リードフレームとを印刷により形成した配線で接続していても良い。
【００１３】
前記保護素子の上部に形成された電極と、前記保護素子を実装していない方の前記リードフレームとを金属片で接続していても良い。
【００１４】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置の製造方法は、
個片化すると半導体発光装置に含まれる一対のリードフレームが得られ、該リードフレームが上面に凸部を有する大判リードフレームを準備する大判リードフレーム準備工程と、
前記大判リードフレームの金属部の間隙に白色反射部材を充填する充填工程と、
前記凸部の上面に半田ペーストを印刷する印刷工程と、
前記凸部に半導体発光素子の電極が当接するように半導体発光素子をフリップチップ実装する実装工程と、
前記半導体発光素子を被覆する被覆工程と、
前記大判リードフレームを切断して個片化した半導体発光装置を得る個片化工程と
を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記大判リードフレーム準備工程の後に前記大判リードフレームに形成された凹部に保護素子を実装する保護素子実装工程があっても良い。
【００１６】
前記印刷工程において前記保護素子の上面に接続する配線を印刷しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明の半導体発光装置は、ＬＥＤダイの電極に突起電極が設けられてなくても、リードフレームに形成した凸部によりＬＥＤダイの半導体層とリードフレーム上面との間に一定レベルの間隙が確保されるため、マイグレーションの発生が抑圧される。
【００１８】
また以上のように本発明の半導体発光装置の製造方法は、リードフレームの凸部にＬＥＤダイの電極が当接するように実装するので、ＬＥＤダイの半導体層とリードフレーム上面との間に一定レベルの間隙ができ、マイグレーションが抑圧された半導体発光装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の外形図。
【図２】図１に示したＬＥＤ装置の断面図。
【図３】図１に示したＬＥＤ装置の製造に使われる大判リードフレームの平面図。
【図４】図１に示したＬＥＤ装置の製造方法の説明図。
【図５】図１に示したＬＥＤ装置の製造方法の説明図。
【図６】従来のＬＥＤ装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図１〜５を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。さらに特許請求の範囲に記載した発明特定事項との関係をカッコ内に記載している。
（第１実施形態）
【００２１】
まず図１により本実施形態におけるＬＥＤ装置２０（半導体発光装置）の外形を説明する。図１はＬＥＤ装置２０の外形図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が底面図、（ｄ）が右側面図である。ＬＥＤ装置２０を上部から眺めると長方形の蛍光被覆部材２１のみが見える（ａ）。ＬＥＤ装置２０を正面から眺めると蛍光被覆部材２１の下にある白色反射部材２２と、白色反射部材２２の中にリードフレームの連結部２３が見える（ｂ）。なお連結部２３の詳細については図３の説明のなかで後述する。ＬＥＤ装置２０を底面側から眺めると、白色反射部材２２の内側に２本のリードフレーム２４，２５が見える（ｃ）。ＬＥＤ装置２０を右側面から眺めると、蛍光被覆部材２１の下にある白色反射部材２２と、白色反射部材２２の中に２個のリードフレーム２４，２５の連結部２３が見える（ｄ）。なおＬＥＤ装置２０は、厚さが５００μｍ程度で、平面サイズが１．１ｍｍ×１．２ｍｍ程度である。
【００２２】
次に図２によりＬＥＤ装置２０の内部構造を説明する。図２はＬＥＤ装置２０の断面図であり、（ａ）が図１（ａ）のＡＡ線に沿って描いたＬＥＤ装置２０の断面図、（ｂ）が図１（ａ）のＢＢ線に沿って描いたＬＥＤ装置２０の断面図、（ｃ）が図１（ａ）のＣＣ線に沿って描いたＬＥＤ装置２０の断面図である。
【００２３】
図２（ａ）では、リードフレーム２５が凸部２５ａと凹部２５ｂを備えている状況が示されている。凸部２５ａ上には半田層２９ａが積層し、凸部２５ａが半田層２９ａを介してＬＥＤダイ２７の半導体層２７ｂに形成された電極（図示せず）に当接している。凹部２５ｂ中にはツェナーダイオード２８（保護素子）が実装されている。ツェナーダイオード２８の下面は凹部２５ｂの底部と導電ペーストで機械的及び電気的に接続している。リードフレーム２５の側部及びツェナーダイオード２８の側部には白色反射部材２２が充填されている。ＬＥＤダイ２７の周囲及びリードフレーム２５の上面は蛍光被覆部材２１で被覆されている。なおＬＥＤダイ２７は半導体層２７ｂ上に透明絶縁基板２７ａを積層したものとして示している。
【００２４】
図２（ｂ）では、リードフレーム２４，２５がそれぞれ凸部２４ａ，２５ａを備えている状況が示されている。凸部２４ａ，２５ａ上には半田層２９ａが積層し、凸部２４ａ，２５ａが半田層２９ａを介してＬＥＤダイ２７の半導体層２７ｂに形成された電極（図示せず）に当接している。リードフレーム２４，２５の側部及び間隙には白色反射部材２２が充填されている。ＬＥＤダイ２７の周囲及びリードフレーム２４，２５の上面は蛍光被覆部材２１で被覆されている。
【００２５】
すなわち図２（ａ），（ｂ）から明らかなように、ＬＥＤダイ２７に突起電極を設けなくても、凸部２４ａ，２５ａにより、ＬＥＤダイの半導体層とリードフレーム上面との間に一定レベルの間隙ができ、マイグレーションが抑圧される。
【００２６】
図２（ｃ）では、凹部２５ｂに実装されたツェナーダイオード２８がリードフレーム２４と電気的に接続している状況が示されている。ツェナーダイオード２８の側部及びリードフレーム２４，２５の側部並びにリードフレーム２５の上面は白色反射部材２２で被覆されている。このときツェナーダイオード２８の上面とリードフレーム２４の上面は半田層２９ｂで電気的に接続している。リードフレーム２４の上面及びツェナーダイオード２８の上面並びに半田層２９ｂは蛍光被覆部材２１で被覆されている。
【００２７】
ＬＥＤダイ２７の透明絶縁基板２７ａはサファイア基板であり厚さが８０〜１２０μｍである。透明絶縁基板２７ａの下面に形成された半導体層２７ｂには、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が含まれ、厚さが１０μｍ弱である。ＬＥＤダイ２７の電極（アノード及びカソード）は層間絶縁膜及び金属配線を使ってＬＥＤダイ２７の端部に形成する。発光層はｎ型半導体層とｐ型半導体層の境界面に形成される。また半導体層２７ｂの下面は絶縁保護膜で被覆されているが、ｎ型半導体層の側面は露出している。
【００２８】
リードフレーム２４，２５はＮｉ，Ａｇ，Ａｕ等をメッキした銅板であり、厚さが１００〜４００μｍ程度であり、本実施形態では２００μｍとした。凸部２４ａ，２５ａの高さは５０μｍ程度であり、凹部２５ｂの深さは１００μｍ程度である。リードフレーム２４，２５の間隙は幅が２００〜４００μｍ程度であり、リードフレーム２４，２５の上面側でＬＥＤダイ２７がその間隙を跨ぐようにフリップチップ実装される。リードフレーム２４，２５の下面は、様々な電子部品が実装されるマザー基板と接続するための電極面になる。
【００２９】
リードフレーム２４，２５のうち外気に対し露出している部分（連結部２３、図１（ｂ）、図１（ｄ）参照）は半田等でメッキしておくのが良い。リードフレーム２４，２５をＡｇメッキしている場合は、酸化や硫化を防止するためＬＥＤダイ２７を実装したらリードフレーム２４，２５の上面にＳｉＯ２等の無機透明絶縁膜を形成しておくと良い。リードフレーム２４，２５の凸部２４ａ，２５ａ上に配置された半田層２９ａは、ＬＥＤ装置２０をマザー基板に実装する際のリフロー温度で溶融してはならないので高融点半田とすると良い。
【００３０】
蛍光被覆部材２１は蛍光体を含有したシリコーン樹脂である。白色反射部材２２はアルミナや酸化チタン等の反射性微粒子を混練したシリコーン樹脂である。
【００３１】
次に図３により、個片化するとＬＥＤ装置２０に含まれる一対のリードフレーム２４，２５が得られる大判リードフレーム３０を説明する。図３は大判リードフレーム３０の平面図であり、図中、一個のＬＥＤ装置２０に使われる部分を点線で囲んだ。また参考のためＬＥＤダイ２７及びツェナーダイオード２８の実装領域を破線で示している。大判リードフレーム３０では、図の上下方向にリードフレーム２４が連結部２３で連結し、同様にリードフレーム２５が連結部２３で連結している。また図の左右方向にリードフレーム２４とリードフレーム２５が連結部２３で連結している。なおこのリードフレーム２４とリードフレーム２５は個片化すると別々のＬＥＤ装置２０に含まれる。リードフレーム２４，２５には凸部２４ａ，２５ａが形成されており、リードフレーム２５には凹部２５ｂが形成されている。
【００３２】
次に図４と図５によりＬＥＤ装置２０の製造方法を説明する。図４、図５はＬＥＤ装置２０の製造方法の説明図であり、各工程の特徴的な状態を斜視図により示している。なお
各工程は、実際には大判リードフレーム３０（図３参照）上で行われるが、図には、個別のリードフレーム２４，２５に係る部分のみを示す。また大判リードフレーム３０は薄いため支持フィルムを底面に貼りつけて各工程を進めるが、支持フィルムについては図示していない。同様にリードフレーム２４，２５の連結部２３（図１参照）についても図示していない。
【００３３】
図４（ａ）は大判リードフレーム３０を準備する大判リードフレーム準備工程を示している。このとき大判リードフレーム３０に含まれるリードフレーム２４，２５は凸部２４ａ，２５ａを備えている。なお、前述のように本工程は、実際には大判リードフレーム３０上で行われるが、図には個別のリードフレーム２４，２５のみを示している（以下同様）。大判リードフレーム３０は銅版を複数回エッチングし所望の開口部を形成したものである。凸部２４ａ，２５ａと凹部２５ｂはそれぞれ別々のエッチング工程で作成する。すべてのエッチングが終了したら大判リードフレーム３０の表面をメッキする。
【００３４】
図４（ｂ）は大判リードフレーム３０に形成された凹部２５ｂにツェナーダイオード２８（保護素子）を実装する保護素子実装工程を示している。ツェナーダイオード２８の底面若しくは凹部２５ｂの底部に導電ペースト塗布し、ツェナーダイオード２８を実装する。その後大判リードフレーム３０全体を加熱し、導電ペーストを硬化する。
【００３５】
図４（ｃ）は大判リードフレーム３０の金属部の間隙に白色反射部材２２を充填する充填工程を示している。ディスペンサを使って大判リードフレーム３０の金属部の間隙に白色反射部材２２を充填する。なおこのとき大判リードフレーム３０及びツェナーダイオード２８の上面が埋まらないようにする。
【００３６】
図４（ｄ）は凸部２４ａ，２５ａの上面とツェナーダイオード２８の上面部に半田ペーストを印刷する印刷工程を示している。半田ペーストは半田粒子をバインダーに混練したものでも良いし、半田コートした粒子をバインダーに混練したものでも良い。このとき凸部２４ａ，２５ａの上面に半田ペーストを印刷するとともに、ツェナーダイオード２８の上面とリードフレーム２４の上面が電気的に接続するように半田ペーストを印刷する。
【００３７】
図５（ｅ）は凸部２４ａ，２５ａにＬＥＤダイ２７の電極が当接するようにＬＥＤダイ２７をフリップチップ実装する実装工程を示している。ＬＥＤダイ２７の電極は、前述したようにＬＥＤダイ２７の端部に形成されている。つまりＬＥＤダイ２７をリードフレーム２４，２５に実装し易くするため、半導体層２７ｂ（図２（ｂ）参照）の底面の端部にアノード電極（図２（ｂ）では図示していない）を形成している。このアノード電極は、層間絶縁膜や金属配線を使って半導体層２７ｂに含まれるｐ型半導体層と端部以外の場所で接続している。同様に半導体層２７ｂの底面の他方の端部に形成されたカソード電極（図２（ｂ）では図示していない）も層間絶縁膜や金属配線を使って半導体層２７ｂに含まれるｎ型半導体層と接続している。さらに実装しやすくするため本実施形態のＬＥＤダイ２７ではアノード及びカソード電極のサイズを大きくしており、同時にアノード電極とカソード電極の間を広くとるようにしている。このため凸部２４ａ，２５ａとＬＥＤダイ２７の電極との位置合わせ精度は数１０μｍ程度で良い。大判リードフレーム３０にＬＥＤダイ２７をフリップ実装したら大判リードフレーム３０を加熱し半田ペーストを硬化させる。
【００３８】
図５（ｆ）はＬＥＤダイ２７を被覆する被覆工程と大判リードフレーム３０を切断して個片化したＬＥＤ装置２０を得る個片化工程を示している。大判リードフレーム３０にＬＥＤダイ２７を実装したら、スキージや金型成型等により大判リードフレーム３０やＬＥＤダイ２７等を蛍光被覆部材２１で被覆する。蛍光被覆部材２１は加熱して硬化させる。最後に大判リードフレーム３０を蛍光被覆部材２１及び白色反射部材２２とともにダイサ
ーを使って切断し、個片化したＬＥＤ装置２０を得る。
【００３９】
本実施形態では保護素子としてツェナーダイオード２８を使用していた。しかしながら静電破壊を起こさないようにしてマザー基板にＬＥＤ装置を実装すれば保護素子を不要にできる。またツェナーダイオード２８のかわりにバリスタ粉末を含むペーストを凹部２５ｂに充填しても良い。ツェナーダイオード２８を使用せず、印刷法により一対のリードフレーム間を、バリスタ粉末を含むペーストで接続しても良い。
【００４０】
本実施形態ではリードフレーム２４，２５の周囲に白色反射部材２２を充填していた。白色反射部材２２は反射機能とともにリードフレーム２４，２５を支持する構造部材としても機能している。すなわち構造部材として機能する部材は白色反射部材２２に限定されず、例えば反射率の低い樹脂でリードフレーム２４，２５を支持しても良い。この場合、その樹脂の上面に反射層を形成すれば発光効率を損なわないで済む。なお前述の変形例に関連するものとして、一対のリードフレームを支持する構造部材中にバリスタ粉末を混練すれば静電気による破壊を防止できる。
【００４１】
本実施形態では保護素子として使用していたツェナーダイオード２８の上面側の電極とリードフレーム２４とを半田層２９ｂで接続していた。しかしながら保護素子と保護素子を実装していない側のリードフレームとの接続方法は半田層に限られず、例えば、ワイヤや金属片であってもよい。金属片で接続する場合は、保護素子上面と対応するリードフレームの接続部位に導電ペーストを塗布し、それぞれを一片の金属（金属片）で接続すればよい。このようにしても本実施形態と同様にワイヤボンダーを準備しなくて良いため製造設備を簡単化できる。
【符号の説明】
【００４２】
２０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
２１…蛍光被覆部材、
２２…白色反射部材、
２３…連結部、
２４，２５…リードフレーム、
２４ａ，２５ａ…凸部、
２５ｂ…凹部、
２７…ＬＥＤダイ（半導体発光素子）、
２７ａ…透明絶縁基板、
２７ｂ…半導体層、
２８…ツェナーダイオード、
２９ａ，２９ｂ…半田層、
３０…大判リードフレーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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