(57)【要約】【課題】光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備す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】本発明に係る半導体発光装置は、基材上に搭載された半導体発光素子がボンディングワイヤによって前記基材の金属部と接続されている半導体発光装置であって、前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、前記光反射/ワイヤボンディング部は、銀からなる第１下地層とチタンからなる第２下地層とアルミニウムからなり厚さが0.05μm以上2μm以下である光反射層とがその順に積層された構造を有し、かつ前記光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さが45 Hv以下であり、前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤのステッチ幅が前記ボンディングワイヤの径の3倍以下であることを特徴とする。【選択図】図２
2013235984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に搭載された半導体発光素子がボンディングワイヤによって前記基材の金属部と接続されている半導体発光装置であって、
前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、
前記光反射/ワイヤボンディング部は、銀からなる第１下地層とチタンからなる第２下地層とアルミニウムからなり厚さが0.05μm以上2μm以下である光反射層とがその順に積層された構造を有し、かつ前記光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さが45 Hv以下であり、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤのステッチ幅が前記ボンディングワイヤの径の3倍以下であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光装置において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、前記光反射層が貫通され、前記第２下地層と前記ボンディングワイヤとの金属接合、および/または前記第１下地層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体発光装置において、
前記第１下地層はその厚さが0.5μm以上4μm以下であり、
前記第２下地層はその厚さが0.01μm以上0.2μm以下であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光装置において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの2ndボンディング強度が60 mN以上であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体発光装置において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤのステッチ長さが50μm未満であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項６】
基材上に搭載された半導体発光素子がボンディングワイヤによって前記基材の金属部と接続されている半導体発光装置であって、
前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、
前記光反射/ワイヤボンディング部は、ニッケルからなる第１下地層とパラジウムからなる第２下地層とアルミニウムからなり厚さが0.3μm以上2μm以下である光反射層とがその順に積層された構造を有し、かつ前記光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さが350 Hv以下であり、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤのステッチ幅が前記ボンディングワイヤの径の3倍以下であり、前記ボンディングワイヤのステッチ長さが50μm以上であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体発光装置において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、少なくとも前記光反射層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の半導体発光装置において、
前記第１下地層はその厚さが0.5μm以上4μm以下であり、
前記第２下地層はその厚さが0.01μm以上0.2μm以下であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の半導体発光装置において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの2ndボンディング強度が60 mN以上であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の半導体発光装置を製造する方法であって、
前記光反射/ワイヤボンディング部への前記ボンディングワイヤの接続は、先端の径が175μm以上であるキャピラリを用いて行われるステッチボンディング工程であ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、半導体発光装置に関し、特に、長期信頼性に優れた半導体発光装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置（例えば、発光ダイオード（LED）やレーザーダイオード（LD））は、一般的に、接続端子が形成された基材（例えば、金属基材や金属樹脂複合基材）の上に半導体発光素子が搭載され、半導体発光素子と基材の一部とが外囲器（例えば、モールド樹脂による）で包囲された構成となっている。基材に形成された接続端子の一端は、外囲器内でボンティングワイヤ等により半導体発光素子と電気的に接続され、接続端子の他端は、外囲器から露出して外部端子となる。
【０００３】
このような構成の半導体発光装置のなかでLEDでは、半導体素子（チップ）で発生した光を効率よく外部に取り出すために、チップを搭載する基材の表面に光反射層を形成する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、一対の導電部と、一方の導電部に設けられた素子実装部上に接合されると共に、双方の導電部に対して電気的に接続された半導体発光素子とを含み、透明樹脂部、または、枠状部と枠状部内を充填する透明樹脂部にて、上記半導体発光素子及び各導電部の一部を覆う半導体発光装置において、上記各導電部は、少なくとも表面が金属層から構成され、上記各導電部は、素子実装部及びその周辺領域において、上記金属層の表面にAg（銀）層を備え、上記各導電部は、上記透明樹脂部、または、枠状部から導出される端子部において、上記金属層の最表面にAu（金）層を備え、当該Au層の上記素子実装部側の端部は、上記透明樹脂部または枠状部により覆われていることを特徴とする半導体発光装置が、開示されている。特許文献１によると、半導体発光素子から基材側に向かって出射された光が光反射率の高いAg層で反射されるため、光の取り出し効率が向上するとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、基板と、上記基板の表面に形成された金属部と、上記基板上に搭載されたLEDチップと、上記金属部の少なくとも一部を覆う樹脂製のプライマーと、上記LEDチップと上記プライマーの少なくとも一部とを覆って上記LEDチップを封止する封止樹脂部とを備え、上記プライマーは、上記封止樹脂部よりもガス遮断性が高い樹脂で作製されていることを特徴とする発光装置が、開示されている。特許文献２によると、該プライマーは、封止樹脂部よりもガス遮断性が高い樹脂で作製されていて基板の表面に形成された金属部を覆っているので、熱や光を受ける環境下でもガス遮断性を向上でき、その結果、金属部の硫化を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９８２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された半導体発光装置では、外囲器として利用される透明樹脂部が透明エポキシ樹脂等から構成されており、硫化水素等の大気中のガスが透明樹脂部を透過してしまうことがある。その場合、該ガスと銀層とが反応して硫化物を生成して黒化するため、銀層の光反射率が大きく低下するという問題が生じる。特許文献２に記載された半導体発光装置は特許文献１の問題を解決する一方法を開示していると考えられるが、利用する外囲器樹脂材料の耐熱性・耐光性に起因した制限があるのは特許文献２に記載の通りである。
【０００７】
また、特許文献１の問題を解決する別の方法としては、銀層の表面に硫化防止用の薄い有機保護膜を施すことも提案されている。しかしながら、当該技術では、ワイヤボンディング性を安定化させるためにワイヤボンディング工程の前に通常行われるプラズマ洗浄工程等により、有機保護膜が劣化する可能性が高く、その結果、銀層の硫化防止効果が失われるという問題がある。
【０００８】
一方、近年では、半導体発光装置においてもチップの高密度実装化が求められており、チップと外部端子との接続ピッチの狭小化が急速に進展している。そして、接続ピッチの狭小化を実現するため、ワイヤボンディング用の接合ツール（キャピラリとも称す）の細径化が図られている。
【０００９】
しかしながら、上述したような従来の半導体発光装置では、銀層の硫化が生じると生成した硫化物皮膜がワイヤボンディングの接合状態を劣化させ、経時的にボンディングワイヤの接続不良（脱離）が生じるという問題も発生している。また、キャピラリの細径化はボンディングワイヤ接合面積の減少につながることから、ボンディングワイヤ接続不良の問題がより顕著になってきている。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、上記要求を満たすために、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（I）本発明の一態様によると、基材上に搭載された半導体発光素子がボンディングワイヤによって前記基材の金属部と接続されている半導体発光装置であって、前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、前記光反射/ワイヤボンディング部は、銀からなる第１下地層とチタンからなる第２下地層とアルミニウムからなり厚さが0.05μm以上2μm以下である光反射層とがその順に積層された構造を有し、かつ前記光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さが45 Hv以下であり、前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤのステッチ幅が前記ボンディングワイヤの径の3倍以下であることを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【００１２】
本発明は、上記の本発明に係る半導体発光装置（I）において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（i）前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、前記光反射層が貫通され、前記第２下地層と前記ボンディングワイヤとの金属接合、および/または前記第１下地層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされている。
（ii）前記第１下地層はその厚さが0.5μm以上4μm以下であり、前記第２下地層はその厚さが0.01μm以上0.2μm以下である。
（iii）前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの2ndボンディング強度は、60 mN以上である。
（iv）前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤのステッチ長さは、50μm未満である。
【００１３】
（II）本発明の他の態様によると、基材上に搭載された半導体発光素子がボンディングワイヤによって前記基材の金属部と接続されている半導体発光装置であって、前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、前記光反射/ワイヤボンディング部は、ニッケルからなる第１下地層とパラジウムからなる第２下地層とアルミニウムからなり厚さが0.3μm以上2μm以下である光反射層とがその順に積層された構造を有し、かつ前記光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さが350 Hv以下であり、前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤのステッチ幅が前記ボンディングワイヤの径の3倍以下であり、前記ボンディングワイヤのステッチ長さが50μm以上であることを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【００１４】
本発明は、上記の本発明に係る半導体発光装置（II）において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（v）前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、少なくとも前記光反射層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされている。
（vi）前記第１下地層はその厚さが0.5μm以上4μm以下であり、前記第２下地層はその厚さが0.01μm以上0.2μm以下である。
（vii）前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの2ndボンディング強度は、60 mN以上である。
【００１５】
（III）本発明の更に他の態様によると、上記の本発明に係る半導体発光装置を製造する方法であって、前記光反射/ワイヤボンディング部への前記ボンディングワイヤの接続は、先端の径が175μm以上であるキャピラリを用いて行われるステッチボンディング工程であ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】
【００１６】
本発明によれば、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る半導体発光装置の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。
【図３】実施例５における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。
【図５】実施例９における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。
【図６】比較例４における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る半導体発光装置およびその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら、具体的な実施例および比較例により詳細に説明する。なお、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
（半導体発光装置）
以下では、半導体発光装置の代表としてLEDについて説明する。図１は、本発明に係る半導体発光装置の一例を示す断面模式図である。図１に示したように、半導体発光装置10は、基材に形成された金属部20（ダイパッド21、インナーリード22、アウターリード23）の上に半導体発光素子30が搭載され、半導体発光素子30と基材の金属部20の一部（ダイパッド21、インナーリード22）とが外囲器40で包囲された構成となっている。半導体発光素子30の端子とインナーリード22とは外囲器40内でボンティングワイヤ50により接続され、アウターリード23は外囲器40から露出して外部端子となる。
【００２０】
ワイヤボンディングは、通常、次のような手順で行われる。まず、ワイヤボンディング用の接合ツール（キャピラリ）の先端から突出させたボンティングワイヤ50に対して、放電によって線端に球（フリーエアーボール）を形成する。次に、該フリーエアーボールを半導体発光素子30側の電極にボールボンディングする（1stボンディング領域51）。次に、半導体発光素子30側の電極に対応するインナーリード22に該ボンディングワイヤ50をステッチボンディングする（2ndボンディング領域52）。その後、フリーエアーボールの形成工程に戻る。
【００２１】
また、前述したように、本発明に係る半導体発光装置10は、金属部20（特に、ダイパッド21、インナーリード22）における半導体発光素子30が搭載される面側に、光反射/ワイヤボンディング部が形成されている。当該光反射/ワイヤボンディング部は、第１下地層と第２下地層とアルミニウムからなる光反射層とがその順に積層された構造を有している。光反射/ワイヤボンディング部について、以下でより詳細に説明する。
【００２２】
［本発明の第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。図２に示したように、ワイヤボンディングされる金属部であるインナーリード22における半導体発光素子が搭載される面側には光反射/ワイヤボンディング部60が形成され、当該光反射/ワイヤボンディング部60に対してボンディングワイヤ50がステッチボンディング（2ndボンディング）されている。本実施形態では、2ndボンディング領域52において、ボンディングワイヤ50の接合は、光反射層63が貫通され、第２下地層62および/または第１下地層61との金属接合によってなされている。
【００２３】
第１下地層61は、銀（Ag）からなることが好ましく、光反射/ワイヤボンディング部60を基材の金属部20に接合するための接合層として機能する。良好な接合性を実現するためには、第１下地層61（銀層）の厚さは0.5μm以上が望ましい。一方、4μmを超えると、材料コストが増大することに加えて、第１下地層61（銀層）の表面平滑性が低下して光反射層63の反射効率が低下するため、第１下地層61（銀層）の厚さは4μm以下が望ましい。なお、本発明において、銀は銀合金を含むものとする。
【００２４】
光反射/ワイヤボンディング部60を構成する第２下地層62は、チタン（Ti）からなることが好ましく、前述の第１下地層61（銀層）と後述する光反射層63（アルミニウム層）との金属反応を抑制する層（バリア層）として機能する。第２下地層62（チタン層）の厚さは、0.01μm以上であればバリア層として十分機能する。一方、0.2μmを超えると、チタン層の表面平滑性が低下し、光反射層63の反射効率が低下するため、第２下地層62（チタン層）の厚さは0.2μm以下が望ましい。なお、本発明において、チタンはチタン合金を含むものとする。
【００２５】
光反射/ワイヤボンディング部60を構成する光反射層63は、アルミニウム（Al）からなり、光反射層として機能する。アルミニウムは、銀に比してはるかに硫化しにくい金属である。また、アルミニウムは高い光反射率を有し、その紫外線領域での反射率は、銀のそれの３倍以上と高い。なお、本発明において、アルミニウムはアルミニウム合金を含むものとする。また、言うまでもないが、アルミニウムは有機保護膜よりもはるかに高い耐熱性を有する。
【００２６】
光反射層63（アルミニウム層）の厚さは、光反射率の観点から、0.05μm以上が望ましい。一方、2μmを超えると、光反射層63（アルミニウム層）の表面平滑性が低下して光の反射効率が低下するため、光反射層63（アルミニウム層）の厚さは2μm以下が望ましい。
【００２７】
半導体発光素子を搭載する基材に特段の限定はなく、従前のものを利用できる。例えば、金属リードフレームや、金属シートと樹脂材との複合材が挙げられる。金属種としては、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などが挙げられ、複合する樹脂材としては、ガラスエポキシ基板、ポリイミド樹脂シートなどが挙げられる。
【００２８】
また、ボンディングワイヤ接続不良を防止するため、光反射/ワイヤボンディング部60におけるボンディングワイヤ50の2ndボンディング強度は、60 mN以上であることが望まれている。そのような2ndボンディング強度を実現するためには、光反射/ワイヤボンディング部60の等価硬さが45 Hv以下であることが好ましい。光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さは、各構成層のビッカース硬さ（Hv）と厚さとから下記の式（１）の複合則で与えられる。
「等価硬さ」＝（「第１下地層のHv」×「第１下地層の厚さ」＋「第２下地層のHv」×「第２下地層の厚さ」＋「光反射層のHv」×「光反射層の厚さ」）/（「第１下地層の厚さ」＋「第２下地層の厚さ」＋「光反射層の厚さ」）                ・・・式（１）
光反射/ワイヤボンディング部60の等価硬さを40 Hv以下に制御することにより、ボンディングワイヤ50の接合が、第２下地層62および/または第１下地層61との金属接合によってなされるようになり、60 mN以上の2ndボンディング強度が達成される。
【００２９】
（実施例１〜８および比較例１，２のLEDの作製）
次のような手順により、本実施形態に係るLEDの基材を４種類作製した。まず、銅合金製のリードフレームを用意し、LED素子が搭載される面に第１下地層（Ag層、厚さ3μm）を電解めっきにより形成した。次に、第１下地層（Ag層）上に、第２下地層（Ti層、厚さ0.01μm）と光反射層（Al層、厚さ0.05〜0.2μm）とを連続的にスパッタ成膜して、光反射/ワイヤボンディング部を形成した。光反射層が厚さ0.05μmの基材（実施例１，５用）、光反射層が厚さ0.1μmの基材（実施例２，６用）、光反射層が厚さ0.14μmの基材（実施例３，７用）、光反射層が厚さ0.2μmの基材（実施例４，８用）を用意した。スパッタ成膜には、２元ターゲットのDCマグネトロンスパッタ装置を用い、低圧アルゴン雰囲気下（1 Pa）で行った。単位時間あたりの成膜厚さを事前に測定し、成膜時間を変化させることで膜厚を制御した。
【００３０】
また、Ti層とAl層とを成膜せずにAg層（厚さ3μm）のみで光反射/ワイヤボンディング部とした従来技術の基材（比較例１，２用）を別途用意した。各基材の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）の構成を後述する表１，２に示す。
【００３１】
上記で用意した基材の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）にLED素子を搭載し、LR/WB部とLED素子とをワイヤボンディング（ボールボンディング方式）で接続して、実施例１〜８および比較例１，２のLEDを作製した。ワイヤボンディングを行う直前に、LR/WB部に対してアルゴンプラズマ洗浄を行った。ワイヤボンディングには、マニュアルワイヤーボンダ（キューリック・アンドソファ・ジャパン株式会社、Model 4522）を使用した。接合ツールとしては、実施例１〜４および比較例１に対して先端径200μmのキャピラリを用い、実施例５〜８および比較例２に対して先端径160μmのキャピラリを用いた。ボンディング条件は、ボンディングワイヤ（金（Au）線、直径25μm）を用い、超音波パワー0.12 J/s、超音波印加時間20 ms、荷重395 mNで統一した。なお、後述する試験・評価の簡便化のため、モールド樹脂による外囲器の形成は省略した。
【００３２】
（実施例１〜８および比較例１，２の試験・評価）
（１）光反射/ワイヤボンディング部の初期反射率
実施例１〜８および比較例１，２のLEDに対し、波長460 nmの光を利用して光反射/ワイヤボンディング部の初期反射率を測定した。光の反射率測定には、分光測色計（コニカミノルタセンシング株式会社、CM-2600d）を使用した。測定された反射率は、正反射と拡散反射との合計（全反射率）であり、当該波長（460 nm）における硫酸バリウムの反射率を基準（100％）とした。測定された反射率が、90％以上を「合格」と判定し、90％未満を「不合格」と判定した。結果を表１，２に併記する。
【００３３】
（２）2ndボンディング強度
実施例１〜８および比較例１，２のLEDに対し、2ndボンディング強度の測定を行った。ボンディング強度の測定は、ボンドテスタ（デイジ・ジャパン株式会社、シリーズ4000）を用いてワイヤピールテストで行った。測定された強度の平均（10点平均）が、60 mN以上を「合格」と判定し、60 mN未満を「不合格」と判定した。なお、使用したボンディングワイヤ（Au線、直径25μm）単体の破断強度は、約110 mNであった。結果を表１，２に併記する。
【００３４】
（３）光反射/ワイヤボンディング部の耐硫化特性
実施例１，５および比較例１，２のLEDに対し、加速硫化試験を施した後、光反射/ワイヤボンディング部の反射率を前記と同様に測定した。加速硫化試験の条件は、相対湿度80％の雰囲気中で、硫化水素（H2S）濃度3 ppmの水溶液（温度40℃）を連続噴霧した（JIS H 8502：めっきの耐食性試験方法に準拠）。加速硫化試験後の反射率比が、初期反射率の80％以上を「合格」と判定し、80％未満を「不合格」と判定した。また、加速硫化試験を施したLEDに対して動作試験を行い、「発光」または「非発光」を判定した。結果を表１，２に併記する。
【００３５】
【表１】
2013235984.tif 000003
【００３６】
【表２】
2013235984.tif 000004
【００３７】
表１，２に示したように、本実施形態に係る実施例１〜８は、従来技術の比較例１，２と同等の初期反射率が得られると共に、要求される2ndボンディング強度を満たしていた。また、耐硫化特性において、本実施形態に係る実施例１，５は、2000時間の加速硫化試験を施した後でも、硫化試験後反射率比が高く（すなわち、反射率の低下が小さく）、動作試験も良好な結果が得られた。一方、従来技術の比較例１，２では、24時間の加速硫化試験で反射率が大きく低下したと共にLEDも非発光となり、従来技術の問題点が再現された。
【００３８】
表１，２のような結果となった要因を確認するため、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、各LEDの2ndボンディング領域の微細組織を観察した。その結果、実施例１〜８では、ボンディングワイヤ（Au線）が、光反射層（Al層）を貫通し、第２下地層（Ti層）および/または第１下地層（Ag層）と良好な金属接合をしていた。また、硫化試験後においても、ボンディングワイヤ（Au線）は、第２下地層（Ti層）および/または第１下地層（Ag層）と良好な金属接合をしていた。
【００３９】
一方、比較例１，２では、硫化試験前において、ボンディングワイヤ（Au線）がAg層と良好な金属接合をしていたが、硫化試験後において、Ag層の表面（Au線との界面を含む）に硫化物層が形成しており、それによりAu線の接続不良が生じていることが判った。
【００４０】
図３は、実施例５における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。実施例１〜８および比較例１，２を通して、2ndボンディングのステッチ長さ（図２，３参照）は、ボンディングに用いたキャピラリの先端径によって異なり、先端径200μmの場合（実施例１〜４および比較例１）で約60μm、先端径160μmの場合（実施例５〜８および比較例２）で約40μmであった。
【００４１】
一方、2ndボンディングのステッチ幅（図３参照）は、実施例１〜８の場合と比較例１，２の場合とで差異があった。比較例１，２の場合は、いずれのキャピラリ先端径においてもボンディングワイヤ径の2倍以下であった。これに対し、実施例１〜８の場合は、いずれのキャピラリ先端径においてもボンディングワイヤ径の3倍以下であった。前述したように、実施例１〜８および比較例１，２はボンディング条件を統一していることから、ステッチ幅の差異は、光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さの差異に起因すると考えられた。言い換えると、光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さが高くなると、光反射/ワイヤボンディング部が相対的に変形しにくくなるため、ボンディングワイヤの変形量が大きくなりステッチ幅が増大すると考えられた。これらの結果および後述する実験結果（例えば、図６参照）を踏まえると、ステッチ幅がボンディングワイヤ径の少なくとも3倍以下であれば、要求される2ndボンディング強度を満たせることが判った。
【００４２】
なお、2ndボンディングの接合構造（第２下地層（Ti層）および/または第１下地層（Ag層）との金属接合、ステッチ長さ、ステッチ幅）は、ボンディング条件（例えば、超音波パワー、超音波印加時間）の影響をほとんど受けないことを別途確認した。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置が得られることが実証された。また、本実施形態に係る半導体発光装置は、ワイヤボンディングに用いるキャピラリの先端径を小さくしても、その優れた特性が維持されることから、チップの高密度実装化に大きく貢献できる。
【００４４】
［本発明の第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。図４に示したように、ワイヤボンディングされる金属部であるインナーリード22における半導体発光素子が搭載される面側には光反射/ワイヤボンディング部60’（第１下地層65、第２下地層64、光反射層63）が形成され、当該光反射/ワイヤボンディング部60’に対してボンディングワイヤ50がステッチボンディング（2ndボンディング）されている。本実施形態では、2ndボンディング領域52’において、ボンディングワイヤ50の接合は、少なくとも光反射層63との金属接合によってなされている。
【００４５】
第１下地層65は、ニッケル（Ni）からなることが好ましく、光反射/ワイヤボンディング部60’を基材の金属部20に接合するための接合層として機能する。良好な接合性を実現するためには、第１下地層65（ニッケル層）の厚さは0.5μm以上が望ましい。一方、4μmを超えると、光反射/ワイヤボンディング部60’の等価硬さが高くなり過ぎることに加えて、第１下地層65（ニッケル層）の表面平滑性が低下して光反射層63の反射効率が低下するため、第１下地層61（ニッケル層）の厚さは4μm以下が望ましい。なお、本発明において、ニッケルはニッケル合金を含むものとする。
【００４６】
光反射/ワイヤボンディング部60’を構成する第２下地層64は、パラジウム（Pd）からなることが好ましく、前述の第１下地層65（ニッケル層）と後述する光反射層63（アルミニウム層）との金属反応を抑制する層（バリア層）として機能する。第２下地層64（パラジウム層）の厚さは、0.01μm以上であればバリア層として十分機能する。一方、0.2μmを超えると、パラジウム層の表面平滑性が低下し、光反射層63の反射効率が低下するため、第２下地層64（パラジウム層）の厚さは0.2μm以下が望ましい。なお、本発明において、パラジウムはパラジウム合金を含むものとする。
【００４７】
第１の実施形態と同様に、光反射/ワイヤボンディング部60’を構成する光反射層63は、アルミニウム（Al）からなり、光反射層として機能する。光反射層63（アルミニウム層）の厚さは、光反射/ワイヤボンディング部60’の等価硬さの観点から、0.3μm以上が望ましく、0.4μm以上がより望ましい。一方、2μmを超えると、光反射層63（アルミニウム層）の表面平滑性が低下して光の反射効率が低下するため、光反射層63（アルミニウム層）の厚さは2μm以下が望ましい。
【００４８】
また、第１の実施形態と同様に、ボンディングワイヤ接続不良を防止するため、光反射/ワイヤボンディング部60’におけるボンディングワイヤ50の2ndボンディング強度は、60 mN以上であることが望まれている。そのような2ndボンディング強度を実現するためには、光反射/ワイヤボンディング部60’の等価硬さ（式（１）参照）が350 Hv以下であり、かつ2ndボンディングのステッチ長さが50μm以上であることが好ましい。光反射/ワイヤボンディング部60’の等価硬さを350 Hv以下とし、かつ2ndボンディングのステッチ長さを50μm以上に制御することにより、ボンディングワイヤ50の接合が少なくとも光反射層63との金属接合によってなされ、かつ2ndボンディングのステッチ幅がボンディングワイヤ50の径の3倍以下となり、60 mN以上の2ndボンディング強度が達成される。
【００４９】
（実施例９〜１１および比較例３〜７のLEDの作製）
次のような手順により、LEDの基材を５種類作製した。まず、銅合金製のリードフレームを用意し、LED素子が搭載される面に第１下地層（Ni層、厚さ0.7μm）を電解めっきにより形成した。次に、第１下地層（Ni層）上に、第２下地層（Pd層、厚さ0.05μm）を電解めっきにより形成した。さらに、第２下地層（Pd層）上に、光反射層（Al層、厚さ0.1〜0.6μm）をスパッタ成膜して、光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）を形成した。光反射層が厚さ0.1μmの基材（比較例３，５用）、光反射層が厚さ0.2μmの基材（比較例４用）、光反射層が厚さ0.3μmの基材（実施例９用、比較例６用）、光反射層が厚さ0.4μmの基材（実施例１０用）、光反射層が厚さ0.6μmの基材（実施例１１用、比較例７用）を用意した。スパッタ成膜には、DCマグネトロンスパッタ装置を用い、低圧アルゴン雰囲気下（1 Pa）で行った。単位時間あたりの成膜厚さを事前に測定し、成膜時間を変化させることで膜厚を制御した。各基材の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）の構成を後述する表３，４に示す。
【００５０】
上記で用意した基材の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）にLED素子を搭載し、LR/WB部とLED素子とをワイヤボンディング（ボールボンディング方式）で接続して、実施例９〜１１および比較例３〜７のLEDを作製した。ワイヤボンディングを行う直前に、LR/WB部に対してアルゴンプラズマ洗浄を行った。ワイヤボンディングに用いた装置およびボンディング条件は、前述した第１の実施形態と同じにした。接合ツールとしては、比較例３，４および実施例９〜１１に対して先端径200μmのキャピラリを用い、比較例５〜７に対して先端径160μmのキャピラリを用いた。また、試験・評価の簡便化のため、本実施形態においてもモールド樹脂による外囲器の形成は省略した。
【００５１】
（実施例９〜１１および比較例３〜７の試験・評価）
「光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）の初期反射率」および「2ndボンディング強度」について、第１の実施形態と同様に試験・評価した。また、「LR/WB部の耐硫化特性」について、実施例９に対して第１の実施形態と同様に試験・評価した。結果を表３，４に併記する。なお、第１の実施形態における比較例１，２の結果も表４に併記する。
【００５２】
【表３】
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【００５３】
【表４】
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【００５４】
表３，４に示したように、本実施形態に係る実施例９〜１１は、従来技術の比較例１，２と同等の初期反射率が得られると共に、要求される2ndボンディング強度を満たしていた。また、耐硫化特性において、本実施形態に係る実施例９は、2000時間の加速硫化試験を施した後でも、硫化試験後反射率比が高く（すなわち、反射率の低下が小さく）、動作試験も良好な結果が得られた。一方、比較例３〜７は、初期反射率において合格であったが、2ndボンディング強度において不合格であった。
【００５５】
表３，４のような結果となった要因を確認するため、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、各LEDの2ndボンディング領域の微細組織を観察した。その結果、実施例９〜１１および比較例３〜７で、ボンディングワイヤ（Au線）は、少なくとも光反射層（Al層）と金属接合をしていた。また、実施例9では、硫化試験後においても、ボンディングワイヤ（Au線）は、光反射層（Al層）と良好な金属接合をしていた。
【００５６】
図５は、実施例９における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。図６は、比較例４における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。第１の実施形態と同様に、キャピラリの先端径が200μmの場合（実施例９〜１１および比較例３，４）で2ndボンディングのステッチ長さは約60μmであり、先端径が160μmの場合（比較例５〜７）で約40μmであった。
【００５７】
一方、2ndボンディングのステッチ幅は、実施例９〜１１の場合と比較例３〜７の場合とで差異があった。実施例９〜１１の場合は、2ndボンディングのステッチ幅がいずれもボンディングワイヤ径の3倍以下であった（図５参照）。これに対し、比較例３〜７の場合は、いずれのキャピラリ先端径においても、ステッチ幅がボンディングワイヤ径の3倍超であった（図６参照）。
【００５８】
前述したように、本実施形態でもボンディング条件を統一していることから、ステッチ幅の差異は、光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さの差異に起因すると考えられる。ステッチ幅が増大することは、ボンディング部分でボンディングワイヤ厚さがより減少することを意味する。それにより、ワイヤに掛かる引張応力がボンディングワイヤの薄い部分に集中しやすくなり、2ndボンディング強度が低下したものと考えられた。比較例４と実施例９との結果から、本実施形態では、光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さは、少なくとも350 Hv以下であることが必要と判った。
【００５９】
一方、比較例５〜７においては、光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さが350 Hv以下になっても、ステッチ幅がボンディングワイヤ径の3倍超であり、2ndボンディング強度が不合格であった。これは、キャピラリの先端径が160μmと小さく、ボンディングワイヤに作用する面圧が高いために、ボンディングワイヤの変形量が大きくなったことに起因すると考えられた。言い換えると、ステッチ幅をボンディングワイヤ径の3倍以下にするためには、ステッチ長さを50μm以上に制御する必要があることが判った。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態によれば、光反射/ワイヤボンディング部の等価硬さとボンディングワイヤのステッチ長さとを制御することにより、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置が得られることが実証された。
【符号の説明】
【００６１】
10…半導体発光装置、
20…金属部、21…ダイパッド、22…インナーリード、23…アウターリード、
30…半導体発光素子、40…外囲器、50…ボンティングワイヤ、
51…1stボンディング領域、52，52’…2ndボンディング領域、
60，60’…光反射/ワイヤボンディング部、
61，65…第１下地層、62，64…第２下地層、63…光反射層。
【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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