(57)【要約】【課題】半導体発光素子の接着性が改善された半導体発光装置用のリードフレームとこれを用いた半導体発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子がマウントされる部分に設けられ複数の溝が形成された溝部と、前記溝部の周囲に設けられた平坦面からなる平坦部と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置用のリードフレームが提供され、また、その前記溝部の上にマウントされた半導体発光素子と、前記溝部と前記半導体発光素子とを接着する半田材と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。【選択図】図１
2008103606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子がマウントされる部分に設けられ複数の溝が形成された溝部と、
前記溝部の周囲に設けられた平坦面からなる平坦部と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置用のリードフレーム。
【請求項２】
前記溝は、幅及び深さの少なくともいずれかが変化することを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置用のリードフレーム。
【請求項３】
前記溝は、前記溝部の一端と他端との間において不連続に設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置用のリードフレーム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置用のリードフレームと、
前記溝部の上にマウントされた半導体発光素子と、
前記溝部と前記半導体発光素子とを接着する半田材と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
複数の溝が形成された溝部と前記溝部の周囲に設けられた平坦面からなる平坦部とを有するリードの前記溝部の上に半田材を載置し、
加熱して溶融させた前記半田材の上に半導体発光素子を載置し、前記半導体発光素子の上方から加圧しつつ前記リードと前記半導体発光素子とを相対的に変位させ、
前記半田材を冷却して凝固させ半導体発光素子を前記溝部に接着することを特徴とする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、半導体発光装置用のリードフレーム、半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置は、表示、液晶表示装置用バックライト、照明、車載及び交通信号などの各用途において、高輝度の要求が強く、半導体発光素子の動作電流は数百ｍＡ以上とするためにチップサイズも大きくなっている。より厳しい使用環境で高輝度を実現するには、半導体発光装置の放熱性を良好に保ちつつ、チップ状の半導体発光素子をパッケージに確実に接着することが必要である。
【０００３】
このため、有機材料を用いた接着よりも、半田材や低融点金属を用いた接着が好ましい。この場合、チップとリードフレームとの接着界面の空洞部およびチップ側面への半田材の這い上がりなどを抑制する必要がある。
【０００４】
配線基板に半田付け溜まり受け部を設けて、アウターリードへのハンダの這い上がりを防止する技術開示例がある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２００５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、半導体発光素子の接着性が改善された半導体発光装置用のリードフレームとこれを用いた半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、半導体発光素子がマウントされる部分に設けられ複数の溝が形成された溝部と、前記溝部の周囲に設けられた平坦面からなる平坦部と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置用のリードフレームが提供される。
【０００７】
本発明の他の一態様によれば、上記のリードフレームと、前記溝部の上にマウントされた半導体発光素子と、前記溝部と前記半導体発光素子とを接着する半田材と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の一態様によれば、複数の溝が形成された溝部と前記溝部の周囲に設けられた平坦面からなる平坦部とを有するリードの前記溝部の上に半田材を載置し、加熱して溶融させた前記半田材の上に半導体発光素子を載置し、前記半導体発光素子の上方から加圧しつつ前記リードと前記半導体発光素子とを相対的に変位させ、前記半田材を冷却して凝固させ半導体発光素子を前記溝部に接着することを特徴とする半導体発光装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、半導体発光素子の接着性が改善された半導体発光装置用のリードフレームとこれを用いた半導体発光装置及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態につき説明する。  
図１は、本発明にかかる半導体発光装置用リードフレームであり、図１（ａ）は部分拡大模式平面図、図１（ｂ）は部分拡大模式側面図、図１（ｃ）はＦＦ線に沿った部分拡大模式断面図である。第１のリード２０は、アウターリード２０Ａ及びインナーリード２０Ｂから構成されている。また、第２のリード３０は、アウターリード３０Ａ及びインナーリード３０Ｂから構成されている。第１のリード２０のインナーリード２０Ｂの端部は、第２のリード３０のインナーリード３０Ｂの端部と対向している。インナーリード２０Ｂにはカップ状の凹部２０Ｃが設けられている。
【００１１】
凹部２０Ｃの底面の中央領域には、例えばメッシュ状に複数の溝が形成された溝部２２が設けられ、溝部２２は平坦部２４により囲まれている。半導体発光素子は、この溝部２２に半田などによりマウントされる。このような溝部２２を設けることにより、半導体発光素子の側面への半田の這い上がりを防止できる。また、半導体発光素子の下に形成される半田の接合部に空洞が生ずることも抑制できる。また一方、溝部２２の周囲に平坦面からなる平坦部２４を設けることにより、カップ状の凹部２０Ｃの底面の反射率を高くすることができる。
【００１２】
また、溝部２２の上面と平坦部２４の上面とは略連続した平面とされている。または、溝部２２の上面は、平坦部２４の上面よりもやや低く形成してもよい。つまり、溝部２２に設けられた溝の端部は平坦部２４との境界において露出していない。このようにすると、溝部２２の周囲に半田が流出して広がる範囲を制限でき、半導体発光素子の下から周囲に半田が流出して半田不足による半導体発光素子の接合が不十分となることも防止できる。なお、溝部２２の形状については、後に詳細に説明する。
【００１３】
また、第１及び第２のリード２０、３０には、アンカーホール４０、凹凸２０Ｐ、３０Ｐ）、テーパ部２０Ｔ、３０Ｔなどが設けられている。なお、アンカーホール４０は、第１のリード２０の側面に切り欠き状にも設けられている。
【００１４】
一対をなす第１及び第２のリード２０、３０は、金属により形成することが望ましい。例えば、銅（Ｃｕ）系の合金を用いると、高い熱伝導率が得られ有利である。なお、凹部２０Ｃが無くとも良いが、光反射率を改善できるので高輝度半導体発光装置の場合にはあったほうが好ましい。
【００１５】
また、図１において、インナーリード部２０Ｂ、３０Ｂの厚みＴ１は、例えば１．２ｍｍ、半導体発光素子のチップが接着される凹部２０Ｃの部分の深さＴ２は、例えば０．７ｍｍ、アウターリード部２０Ａ、３０Ａの厚みＴ３は、例えば０．５ｍｍ程度とすることができる。また、溝部２２のサイズは、ここにマウントする半導体発光素子のチップよりもやや大きい程度とすることができ、具体的には例えば、一辺が約１ｍｍの正方形状とすることができる。
【００１６】
次に、溝部２２の形状について説明する。  
図２は、溝部２２の形状を表し、図２（ａ）は、部分拡大模式斜視図、図２（ｂ）〜（ｄ）は溝部２２の部分模式平面図である。溝部２２を構成する溝２３の間隔は、例えば３０〜１００μｍであり、溝断面積は、例えば４〜１００μｍ２である。
【００１７】
溝部２２は、Ｃｕなどからなるリードフレームの表面に叩きを入れて加工する。すなわち、溝部２２に対応する凹凸が形成された押し型をリードフレームの表面にプレスすることにより溝部２２を形成する。この際に、溝部２２の表面の平坦度を改善することができる。溝部２２により、凹部２０Ｃの底面とチップとの間に隙間が発生することを抑制し、接着面の全面に半田材を均一に広げることができる。その結果として、放熱性及び接着強度を良好にできる。溝部２２は、図２（ｂ）のような並列に配置された線群、図２（ｃ）のようなほぼ直交するメッシュ、図２（ｄ）のような斜め交差するメッシュなどとすることができる。
【００１８】
また、溝部２２に沿って余分の半田材及び空気を逃がすので、接合部における気泡の巻き込みによる空洞と未接合を生じることなく接着面の全面に半田材を均一に広げることができ、チップの側面への半田の這い上がりを抑制でき、放熱性及び接着強度をさらに良好にできる。また、図１に例示したように、カップ状の凹部２０Ｃの底面の全体を溝部２２とするのではなく、溝部２２の周囲の底面に平坦部２４を設け、半導体発光素子から放出された光に対する反射率を高くし、光の取り出し効率を高くできる。
【００１９】
また、溝部２２の上面と平坦部２４の上面とを略連続的な面とすることにより、溝２３の端部から平坦部２４の上に半田に流出することを防止できる。すなわち、半田が広がる範囲を溝部２２のみに制限できる。従って、半田が平坦部２４の上に広がって、光の反射率が低下するという問題を解消できる。また、溝部２２の大きさを半導体発光素子よりもやや大きい程度の大きさに制限すれば、半田が溝２３を流れて周囲の平坦部２４に広がってしまい半導体発光素子の下において半田が不足するという問題を解消できる。  
なお、平坦部２４への半田の流出を防ぐためには、溝部２２の上面を平坦部２４の上面よりも低くしてもよい。
【００２０】
図３は、溝２３の部分拡大平面図である。溝２３の平面形状を図３（ａ）〜（ｄ）のように、幅が広い領域と狭い領域とを交互に配置する。幅が広い領域があるために、封止樹脂が毛細管現象などにより半導体発光素子とリードフレームとの界面に沿って入り込むことを抑制できる。
【００２１】
図４は、溝２３の深さを説明する図であり、図４（ａ）は部分拡大模式平面図、図４（ｂ）はＡＡ線に沿う部分拡大模式断面図、図４（ｃ）は幅及び深さが変化する溝２３の模式斜視図、図４（ｄ）は溝の断面形状である。図４（ａ）及び（ｂ）では、溝２３には深い領域と浅い領域とが交互に配置され、毛細管現象などにより封止樹脂が半導体発光素子のチップと溝部２２との界面に沿って入り込むことを抑制できる。また、図４（ｃ）では、深さ及び幅が変化することにより封止樹脂の入り込みをより抑制できる。
【００２２】
封止樹脂のひとつのシリコーン樹脂は、熱膨張係数が大きい。このため半導体発光素子のチップと接着面との間に空洞部があると、入り込んだ樹脂が膨張及び収縮しチップ剥離などを生じる場合がある。しかし、本具体例の溝部２２を用いることにより、毛細管現象による樹脂の入り込みを抑制できる。
【００２３】
図４（ｄ）に表す溝２３の断面は、例えば矩形、Ｕ字形、Ｖ字形などとされ、断面積は４〜１００μｍ２とされる。
【００２４】
次に、リードフレーム８に半導体発光素子が接着された構造につき説明する。
【００２５】
図５は、図３及び４の溝形状を有したリードフレーム２０に半導体発光素子１０を接着した場合を表し、図５（ａ）は部分拡大模式平面図、図５（ｂ）はＤＤ線に沿う模式断面図、図５（ｃ）はＢＢ線に沿う模式断面図、図５（ｄ）はＣＣ線に沿う模式断面図である。半田材１３によって図５（ｃ）のように溝止めがなされ、封止樹脂などの毛細管現象による入りこみを抑制する。図５（ｄ）のように溝部２３の幅が広い部分では空洞部１４を生じることがあっても、半田材１３により閉じこめられるので毛細管現象を抑制できる。
【００２６】
以上説明した具体例においては、溝部２２が、その一端から他端に至る連続した複数の溝により構成されていた。しかし本発明はこれには限定されず、溝部２２は、その一端と他端との間において不連続に設けられたものとすることもできる。  
図６（ａ）〜（ｈ）は、溝部２２を構成する不連続なパターンの基本形状を例示する模式平面図である。図６（ａ）〜（ｈ）に例示したような基本形状のうち、同一または異なる複数の基本形状が二次元的に配列された不連続なパターンによっても、連続した溝で構成される溝部２２と同様に半導体発光素子１０の接着性を改善することができる。
【００２７】
図７は、本具体例にかかるリードフレーム８を用いた半導体発光装置の模式断面図である。図１に例示されたリードフレーム８の第１のリード２０に設けられた凹部２０Ｃの底面に、半導体発光素子１０が半田材１３により接着される。凹部２０Ｃの底面の中央部には溝部２２が形成されており、平坦度が改善されている。そして、溝部２２の周囲には平面からなる平坦部２４が設けられている。
【００２８】
半導体発光素子１０が接着された後、例えば熱可塑性樹脂４２により樹脂成形され、半導体発光素子１０からワイヤボンディング２５により第２のリード３０へ接続される。さらに封止樹脂４１により半導体発光素子１０及びボンディングワイヤ２５が封止される。なお、封止樹脂４１中に蛍光体２１を分散配置することにより、半導体発光素子１０からの放射光と、蛍光体２１による波長変換光との混合色を得ることができる。溝部２２を設けることにより、凹部２０Ｃの底面の平坦度を改善でき、チップが確実に接着され、放熱性が改善される。
【００２９】
また、溝部２２に沿って余分の半田材１３及び空気を逃がすので、空洞部を生じることなく接着面の全面に半田材１３を均一に広げることができ、放熱性及び接着強度を良好にできる。さらに、溝部２２の幅または深さを変化させ、封止樹脂２３が毛細管現象により隙間に入り込むことを抑制でき、半導体発光素子１０の剥離や接着強度の低下を抑制できる。この結果、チップサイズの大きな半導体発光素子１０が確実に接着でき、駆動電流を数百ｍＡ以上とすることが容易となり、高輝度の半導体発光装置が可能となる。
【００３０】
次に、半導体発光装置の製造方法につき説明する。  
図８は、本具体例にかかるリードフレーム８を用いて半導体発光素子１０のチップを接着する工程を表す。まず、図８（ａ）のように、第１のリード２０上には溝部２２が設けられており、プリフォーム状の半田材１３が載置される。なお、半田材は、ＡｕＳｎ，ＡｕＳｉ，ＡｕＴｅ，ＰｂＳｎ，ＡｕＰｂＳｎなどを含む共晶半田及びＩｎ、Ｓｎなどを含む低融点金属マウント材とする。また、プリフォームの厚みは、例えば数〜十数μｍとされるが、薄い方が半田材１３のチップ側面への這い上がりを抑制できる。
【００３１】
続いて、図８（ｂ）のように、半田材１３の融点に対応した温度に加熱してプリフォームを溶融し、半導体発光素子１０をその上に載置する。この場合、溶融したプリフォームの表面に生じやすい酸化膜などの影響を低減するために、図８（ｃ）のように、半導体発光素子１０を加圧しつつリードフレーム８の溝部２２の表面に沿ってスクラブ（マウント面と平行な面内において、半導体発光素子１０とリード２０とを相対的に変位させる運動）を行う。この場合、溝２３はスクラブにより半導体発光素子１０の側面へ半田材１３が這い上がることを抑制する。すなわち、半導体発光素子１０の接着に必要な量以外の半田材１３を溝２３に沿って外方向に逃がし、空洞部の発生を抑えつつ半田材１３の厚みを減らし、半導体発光素子１０の側面への半田材１３の這い上がりを抑制できる。半田材１３の厚みを減らすことにより熱抵抗の低減ができ、より大きな電流での駆動が容易となる。
【００３２】
図８（ｄ）及び（ｅ）は、スクラブを行うループを表す。一辺が２０〜２００μｍの領域において閉ループを描くようにスクラブを行う。また、加圧は、例えば１００〜２５００ｍＮとする。
【００３３】
図９は、半導体発光装置の電圧−電流特性を表し、実線は本具体例の溝部２２が設けられたリードフレーム８を用いた半導体発光装置、破線は溝部が設けられないリードフレームを用いた比較例である。本具体例においては、２．４Ｖの順方向電圧に対して電流はほぼゼロであり、リーク電流は極めて小さい。これに対して、比較例では、半田によるショートのためショットキー性のリーク電流が電圧の増加に伴い次第に増大する。例えば、２．４Ｖにおいて約１ｍＡのリーク電流を生じる。
【００３４】
ジャンクションダウン構造では、ｐｎ接合とマウント面との距離が１０μｍ程度となることがある。このような場合、半導体発光素子１０の側面への半田材１３の這い上がりがｐｎ接合に及ぶこともある。しかし本具体例にかかる製造方法により、半田材１３の這い上がりを抑制でき、信頼性が改善された半導体発光装置が実現できる。
【００３５】
以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。リードフレーム及び半導体発光装置を構成する半導体発光素子、リード、溝部、半田材などの材質、形状、サイズなどに関して、当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の具体例にかかるリードフレームを表す模式図である。
【図２】本具体例のリードフレームに設けられる溝部を表す模式図である。
【図３】本具体例のリードフレームに設けられた溝の平面形状を表す模式平面図である。
【図４】本具体例のリードフレームに設けられた溝の他の形状を表す模式図である。
【図５】本具体例のリードフレームに半導体発光素子が接着された状態を表す模式図である。
【図６】溝部を構成する不連続パターンの模式平面図である。
【図７】本発明の具体例にかかる半導体発光装置の模式断面図である。
【図８】本発明の具体例にかかる半導体発光素子の接着工程を表わす模式図である。
【図９】半導体発光装置の電流−電圧特性を表わすグラフ図である。
【符号の説明】
【００３７】
８  リードフレーム、１０  半導体発光素子、１３  半田材、２０  第１のリード、２０Ｃ  凹部、２２  溝部、２３  溝、２４  平坦部、３０  第２のリード
【図１】
2008103606.tif 000003
【図２】
2008103606.tif 000004
【図３】
2008103606.tif 000005
【図４】
2008103606.tif 000006
【図５】
2008103606.tif 000007
【図６】
2008103606.tif 000008
【図７】
2008103606.tif 000009
【図８】
2008103606.tif 000010
【図９】
2008103606.tif 000011