JP2004104153A - Light emitting element and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光素子チップなどの半導体チップがボンディングされ、発光素子や半導体装置を組み立てる際に用いられるリードフレームに工夫が施された発光素子および半導体装置に関する。さらに詳しくは、発光素子チップや半導体チップとリード端子とをワイヤボンディングする場合に、チップがボンディングされるリード端子とチップの電極端子にワイヤボンディングされるワイヤとが接触しないように工夫が施された発光素子および半導体装置に関する。 The present invention relates to a light emitting element and a semiconductor device in which a semiconductor chip such as a light emitting element chip is bonded and a lead frame used when assembling the light emitting element or the semiconductor device is devised. More specifically, when the light emitting element chip or the semiconductor chip is wire-bonded to the lead terminal, a device has been devised so that the lead terminal to which the chip is bonded and the wire which is wire-bonded to the electrode terminal of the chip do not contact. The present invention relates to a light emitting element and a semiconductor device.
たとえば発光ダイオード(以下、LEDという)のチップはそのpn接合部で発光し、表面だけではなく、裏面や側面からも光が放射される。この側面から放射される光も有効に利用するため、LEDチップは通常凹面形状にされたパラボラ内にボンディングされる。これらの発光素子は最近では組立工程の容易さおよびコストダウンの点から薄い板状体から形成されたリードフレームを用いて製造される。リードフレームは通常0.2〜0.4mm程度の薄い板材からなっており、図3に斜視図およびそのB4−B4線断面図が示されるように、薄い板材が打ち抜かれてダイパッド1やリード4が形成される際に、同時にダイパッド1の中心部を板材ごと下側に押し下げる成形により凹部(パラボラ)20が形成されている。そしてその凹部20にLEDチップ3がダイボンディングされ、リード4の端部とワイヤ5により電気的に接続されている。その後図示しない透明樹脂などにより被覆されて発光素子が形成される。
For example, a light emitting diode (LED) chip emits light at its pn junction and emits light not only from the front surface but also from the back surface and side surfaces. In order to make effective use of the light radiated from this side, the LED chip is usually bonded in a parabolic concave shape. These light-emitting elements are recently manufactured using a lead frame formed of a thin plate-shaped member in terms of ease of assembly process and cost reduction. Lead frame is composed of a thin plate material generally about 0.2 to 0.4 mm, as a perspective view and a B 4 -B 4 cross-sectional view taken along
従来のダイパッド1に凹部20を形成する場合、前述のように、板材ごと押し下げる成形がなされている。そのため、板材が薄いといえども板材にストレスがかかり、凹部20の周囲やその近傍に変形が生じやすい。その結果、LEDチップ3の電極端子とリード4とを電気的に接続するワイヤ5がダイパッド1の端部と接触しやすい(図3(b)のA参照)という問題がある。
場合 When forming the
さらに、ダイパッド1の凹部内にLEDチップ3をマウントしてその表面の電極と他のリードとをワイヤボンディングすると、LEDチップ3表面と他のリード4の表面とが殆ど同一面になるため、ワイヤがLEDチップ3をボンディングしたリード1の端部と接触しやすいという問題がある。また、LEDチップと他の半導体チップなど、複数の半導体チップをマウントする場合で、その高さ(厚さ)が異なると、ワイヤボンディングをする場合の画像認識のときに焦点のずれによりボンディング位置がずれるなどの不都合が発生するという問題がある。
Further, when the
本発明はこのような問題を解決し、LEDチップを凹部内にボンディングすることによりLEDチップ表面とワイヤボンディングするリード表面との差が小さくても、ワイヤボンディングがLEDチップをボンディングするリードと接触しないようにすると共に、高さの異なる半導体チップを複数個マウントして、その表面の電極端子とワイヤボンディングをする半導体装置でも、ワイヤボンディングの際の画像認識を正確に行うことができる構造の発光素子および半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a problem, and even if the difference between the LED chip surface and the wire bonding lead surface is small by bonding the LED chip into the recess, the wire bonding does not contact the LED chip bonding lead. In addition, a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips having different heights are mounted and wire bonding is performed with an electrode terminal on the surface of the semiconductor chip is also capable of accurately performing image recognition during wire bonding. And a semiconductor device.
本発明の発光素子は、板状体の裏面が平らで表面側に凹部が形成されたダイパッドと、該ダイパッドの凹部にボンディングされた発光素子チップと、前記ダイパッドと隣接して設けられたリードと、前記発光素子チップの電極端子と前記リードとを電気的に接続するワイヤとからなり、前記ダイパッドの前記リード側の端部に切欠部が形成されている。 The light emitting device of the present invention includes a die pad having a flat back surface with a concave portion formed on the front surface side, a light emitting device chip bonded to the concave portion of the die pad, and a lead provided adjacent to the die pad. And a wire for electrically connecting the electrode terminal of the light emitting element chip to the lead, and a cutout is formed at an end of the die pad on the lead side.
本発明の半導体装置は、高さの異なる半導体チップがそれぞれダイパッドにボンディングされ、1つのパッケージに包含される半導体装置であって、前記半導体チップのうちの背の高いチップがボンディングされるダイパッドに予め凹部が形成され、各半導体チップの表面の高さが実質的に同じ高さに形成されている。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which semiconductor chips having different heights are respectively bonded to die pads and is included in one package, wherein a tall chip among the semiconductor chips is bonded to a die pad in advance. A recess is formed, and the height of the surface of each semiconductor chip is formed at substantially the same height.
ここで、実質的に同じ高さとは、ワイヤボンディングをする場合の画像認識のときに、焦点のずれによりボンディング位置がずれるなどの不都合が生じない程度の高さにそろっていることを意味する。 Here, substantially the same height means that the height is set to such a level that does not cause inconvenience such as displacement of the bonding position due to a focus shift in image recognition in wire bonding.
本発明の発光素子によれば、切欠部が形成されていることにより、LEDチップの電極端子とワイヤボンディングされるリードとがほぼ同じ高さの状態でワイヤボンディングされ、ワイヤ5が少々垂れ下がってもワイヤとLEDチップがボンディングされるダイパッドとが接触することがない。その結果、ショート不良が発生することがなく、高品質で信頼性の高い発光素子が得られる。
According to the light emitting device of the present invention, since the cutout portion is formed, the electrode terminal of the LED chip and the lead to be wire-bonded are wire-bonded at substantially the same height, and even if the
また、本発明の半導体装置によれば、半導体チップ高さの異なるものを同一パッケージに組み込む場合でも、半導体チップ表面がほぼ同一面となり、ワイヤボンディングの際の画像認識を正確に行うことができ、ワイヤボンディング不良が発生することがなく信頼性の高い半導体装置が得られる。 Further, according to the semiconductor device of the present invention, even when components having different semiconductor chip heights are incorporated in the same package, the surface of the semiconductor chip is substantially the same, and image recognition at the time of wire bonding can be performed accurately. A highly reliable semiconductor device without a wire bonding defect can be obtained.
つぎに、図面を参照しながら本発明の発光素子および半導体装置について説明をする。 Next, the light emitting element and the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1の(a)は本発明の発光素子でチップのボンディングを終わった状態の斜視説明図、(b)はそのB2−B2線断面説明図、(c)はそのリードフレームの製造工程の要部の断面説明図である。 FIG. 1A is a perspective view showing a state in which a chip has been bonded with the light emitting device of the present invention, FIG. 1B is a sectional view taken along the line B 2 -B 2, and FIG. FIG. 4 is an explanatory sectional view of a main part of FIG.
図1において、1はダイパッドで、その中心部に凹部2が形成されており、その凹部2内にLEDチップ3がダイボンディングされると共に、その一方の電極がリード4の端部とワイヤ5により接続されている。図1では発光素子の1個分だけが図示されているが、このボンディングがなされる状態では、このダイパッド1およびリード4の部分がたくさん連結されたリードフレームの状態になっており、この後、透明なエポキシ樹脂などにより被覆されてリードフレームから切り離されることにより発光素子が大量に製造される。
In FIG. 1,
本発明による発光素子のリードフレームは、リードフレームのダイパッド1の中心部に形成される凹部2を、まずエッチングにより板状体の一部をえぐり取ることにより貫通しないエッチング穴2aを形成し、その後金型により整形してきれいなパラボラ形状にすることより形成されている。さらに、LEDチップ3の電極端子とリード4とを連結するワイヤ5の下のダイパッド1の端部、すなわちリード4と隣接するダイパッド1の部分の端部に切欠部6が形成されていることに特徴がある。
In the lead frame of the light emitting device according to the present invention, the
このように切欠部6が形成されていることにより、LEDチップ3の電極端子とリード4とがほぼ同じ高さの状態でワイヤ5により連結されてワイヤ5が少々垂れ下がってもワイヤ5とダイパッド1とが接触することがない。その結果、ショート不良が発生することがなく、信頼性の高い発光素子が得られる。この切欠部6の形成は発光素子に限らず、他の半導体装置についても同様の効果がある。
Since the
そして、凹部2に関しては、板状体の一部をエッチングすることにより凹部2を形成しているため、リードフレームの下側に突出することがなく、裏面は平らでダイボンディングやワイヤボンディングをする場合、リードフレームを各素子共用のボンディング用機台に載置することにより簡単にボンディングをすることができる。この場合、板材の一部をエッチングすることなく、直接金型で押し潰して裏面に突出させないで凹部を形成することもできるが、凹部の肉が周辺に移動しリードフレームが一層変形し、また歪みが残り後からも変形し、ワイヤボンディングに支障を来す。また、機械加工や放電加工により板状体の一部を削りとることにより凹部を形成すれば金型整形をしなくてもきれいな形状のパラボラを形成することができるが、これらの加工はコストアップとなるため大量生産品には採用できない。
Since the
このリードフレームを製造するには、図1(c)に示されるように、まず板状体10の状態で、ダイパッド1が形成される部分に塩化第二鉄溶液などのエッチング液によりエッチングを施し、たとえば0.25mm程度の厚さの板材の70%程度の厚さを除去し、エッチング穴2aおよび切欠部6を形成する。このエッチング穴2aおよび切欠部6は、その部分のマスクに開口部を形成しておいてエッチング液に浸漬するだけで同時にエッチングされ、切欠部6を形成するのに余計な工数を必要とするこよなく簡単に形成される。その後、板状体10からダイパッド1やリード4を形成するためのパンチングの際に、エッチング穴2aを金型22により整形して底面が平らな凹部2とすることにより形成する。ここで、切欠部6の形状は余り問題にならないため、切欠部6を金型整形する必要はない。その結果、金型22で凹部2が形成されても整形だけで板状体10の変形は殆どなく、したがって歪みも殆ど生じない。
In order to manufacture the lead frame, as shown in FIG. 1C, first, in a state of the plate-
本発明の発光素子を製造するには、このリードフレームを用いて前述のように、ダイパッド1の凹部2内にLEDチップ3をダイボンディングし、ワイヤボンディングをし、さらにLEDチップ3およびリード4の端部部分を透明樹脂で被覆することにより発光素子を形成することができる。
In order to manufacture the light emitting device of the present invention, as described above, the
図2は本発明の半導体装置を製造する一工程の説明図である。図2はたとえば複数のICチップ(以下、単にICという)7、8などを同じパッケージ内に組み込むため、同じリードフレーム上に異なる高さのIC7、8をボンディングする半導体装置の例で、リードフレームの一部を予めエッチングしておくことによりIC7、8の高さを実質的に同じ高さにするものである。すなわち、ダイボンディング後にワイヤボンディングをする場合に、画像認識によりボンディング位置を特定するが、IC7、8の表面同士で高さが異なると焦点距離が異なり、ボケにより位置ずれが生じやすいという問題がある。
FIG. 2 is an explanatory view of one step of manufacturing the semiconductor device of the present invention. FIG. 2 shows an example of a semiconductor device in which
しかし、本発明では高さが高いIC7がボンディングされるダイパッド9にあらかじめ凹部12を形成しておくことにより、図2(b)に(a)のB3−B3断面図が示されるように、IC7、8の表面を実質的に同じ高さに合わせることができ、ボンディング時の画像認識の不都合をなくしたものである。たとえばIC7の高さが0.4mmで、IC8の高さが0.23mmでリードフレームの板厚が0.25mmの場合、IC7、8の表面の高さはリードフレームの底面からそれぞれ0.65mmおよび0.48mmと0.17mmの高さの差がある。このIC7の方のダイパッド9をエッチングにより0.18mm程度除去して凹部12を形成すればIC7、8の表面の高さをほぼ同じ高さにすることができる。
However, by IC7 height higher in the present invention is formed in
この凹部12の形成は、図1に示されるパラボラのための凹部2と同様に、予めエッチングをしておき、リードフレームの打抜き形成の際に金型で整形をすることにより簡単に形成することができる。なお、この例では光を反射させるパラボラにする必要がないため、図2に示されるように、ダイパッド9に打ち抜く際に凹部の側壁をなくして、ダイパッド9の端面が薄いままで終端していても構わない。また、その意味で金型による完全な整形がなされていなくてもよい。図2において、11はIC8側のダイパッド、13はIC7の電極端子と接続されるリード、14はIC7の電極端子とリード13とを電気的に接続するワイヤである。
The
1 ダイパッド
2 凹部
2a エッチング穴
3 LEDチップ
4 リード
5 ワイヤ
6 切欠部
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