JP2005294736A - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、リードフレームとランプハウスが一体形成されたパッケージに半導体発光素子を搭載した表面実装型の半導体発光装置において、光取り出し効率及び光の利用効率を高めて高輝度の半導体発光装置を実現する製造方法を提供する。
【解決手段】多数の半導体発光素子が搭載されたリードフレーム１ａ、１ｂをインサートとして多数個取りの金型５に挿入して密閉し、金型内にキャビティ６とＬＥＤチップ２を包含する密閉空間７を形成する。そして、キャビティ６内に成形材料となる高反射率の非透光性樹脂を圧入して固化させ、その後、半導体発光素子が搭載された成形品を金型５から取り出して順次ワイヤボンディング及び半導体発光素子とボンディングワイヤの透光性樹脂による封止の工程を経て完成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体発光装置の製造方法に関するものであり、詳しくはリードフレームを使用した表面実装型の半導体発光装置の製造方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）はプリント基板に実装するときの実装方法によって二種類に大別することができる。一種は両面スルーホールプリント基板のスルーホールにＬＥＤチップが搭載されたリードフレームを挿入してプリント基板の反対側から半田付けによって固定するものであり、他の一種はプリント基板上にＬＥＤを配置して同一面上に形成された回路導体パターンに電極を半田付けして固定するものである。
後者は表面実装型ＬＥＤと呼ばれ、片面のみに回路導体パターンを設けたプリント基板が採用できるためにコストダウンに寄与する半導体発光装置となる。また、一般的に前者に比べて著しく小型化が進んでおり、現在では携帯電話、ＰＤＡなどの小型機器を構成する液晶やテンキー等の照明用光源、カメラ付携帯電話の補助光源やストロボ用光源等として使用されている。
また、表面実装型ＬＥＤの構造は二種類に大別でき、一種はプリント基板に形成された回路導体パターンに共晶接合或いは半田接合等の接合方法でＬＥＤチップを固定（ダイボンディング）することによってＬＥＤチップの下方の電極と回路導体パターンとの電気的導通を図り、ＬＥＤチップの上方の電極とＬＥＤチップが固定された回路導体パターンとは分離した回路導体パターンをボンディングワイヤを介して接続（ワイヤボンディング）することによって電気的導通を図り、前記ＬＥＤチップ及びボンディングワイヤを透光性樹脂で封止することによってＬＥＤチップを水分、塵埃及びガス等の外部環境から保護し、且つボンディングワイヤを振動及び衝撃等の機械的応力から保護したものである。
他の一種は略平板状のリードフレームが擂鉢形状の凹部が形成された高反射率を有する非透光性樹脂からなるランプハウスに埋め込まれて一体形成されてパッケージが構成され、前記パッケージのランプハウスの凹部の底部に露出したリードフレームに共晶接合或いは半田接合等の接合方法でＬＥＤチップをダイボンディングすることによってＬＥＤチップの下方の電極とリードフレームとの電気的導通を図り、ＬＥＤチップの上方の電極とＬＥＤチップがダイボンディングされたリードフレームとは分離したリードフレームをワイヤボンディングすることによってボンディングワイヤを介して接続して電気的導通を図り、凹部内に透光性樹脂を充填することによってＬＥＤチップ及びボンディングワイヤを封止したものである。
なお、後者の表面実装型ＬＥＤの従来の製造方法は、図６（ａ）及び図７（ａ）のリードフレーム３１ａ、３１ｂを成形する工程、図６（ｂ）及び図７（ｂ）の成形金型３２にリードフレーム３１ａ、３１ｂを埋め込んでセットし、高反射率の非透光性樹脂をキャビティ４０に圧入してリードフレーム３１ａ、３１ｂとランプハウス３３が一体形成されたパッケージ３４に成形する工程、図６（ｃ）及び図７（ｃ）のパッケージのランプハウス３３に形成された凹部３５の底部のリードフレーム３１ａ上に接合部材３９を介してＬＥＤチップ３６を搭載するダイボンディング工程、図６（ｄ）及び図７（ｄ）のダイボンディングされたＬＥＤチップ３６の上方電極とリードフレーム３１ｂをボンディングワイヤ３７で接続するワイヤボンディング工程、図６（ｅ）及び図７（ｅ）のパッケージのランプハウス３３の凹部３５内に透光性樹脂３８を充填、硬化してＬＥＤチップ３６及びボンディングワイヤ３７を封止する工程、図６（ｆ）及び図７（ｆ）のリードフレーム３１ａ、３１ｂをカット・フォーミングする工程を順次経て製造されるものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２４９７６９号公報
しかしながら、上述した従来の表面実装型ＬＥＤの製造方法は、ＬＥＤチップをリードフレームに共晶接合或いは半田接合等の接合方法でダイボンディングする際の高温環境下でパッケージの非透光性樹脂からなるランプハウスに変形や焦げを生じ易いという問題を有している。
一方、この問題を回避するために共晶接合時或いは半田接合時の高温環境下に耐えられる非透光性樹脂をランプハウスを形成する材料として採用することが考えられるが、その場合は採用する樹脂の選択範囲が限定され、高反射率の非透光性樹脂であっても耐熱性が低いために採用できない場合が生じ、その結果、満足するような優れた光学特性の製品を作り上げることができないことになる。
従って、従来の表面実装型ＬＥＤの製造方法は、共晶接合及び半田接合等の接合方法でＬＥＤチップをリードフレームにダイボンディングするには適した方法であるとは言い難いものである。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、光の利用効率を高くして高輝度化された表面実装型ＬＥＤの製造方法を提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ランプハウスに設けられた擂鉢形状の凹部の底部に配置されたリードフレームに半導体発光素子がダイボンディングされ、前記半導体発光素子に設けられた電極と前記半導体発光素子がダイボンディングされたリードフレームとは分離した前記凹部の底部に配置されたリードフレームがボンディングワイヤによって接続され、前記凹部内に充填された透光性樹脂によって前記半導体発光素子及び前記ボンディングワイヤが封止されている半導体発光装置の製造方法であって、前記リードフレームを形成する第１の工程と、前記リードフレームに前記半導体発光素子をダイボンディングする第２の工程と、前記リードフレームと前記ランプハウスを一体形成する第３の工程と、前記半導体発光素子に設けられた電極と前記半導体発光素子がダイボンディングされたリードフレームとは分離したリードフレームをボンディングワイヤを介して接続するためにワイヤボンディングする第４の工程と、前記半導体発光素子と前記ボンディングワイヤを透光性樹脂で封止する第５の工程とを有することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１の前記第３の工程において、前記リードフレームにダイボンディングされた前記半導体発光素子が前記ランプハウスを形成する成形材料に埋没しないように、且つ成形材料から発生するガスに汚染されないように前記半導体発光素子に保護手段を施したことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２の何れか１項において、前記保護手段は前記半導体発光素子を包含する密閉空間を形成したことであることを特徴とするものである。
リードフレームに半導体発光素子を搭載した後にリードフレームとランプハウスを一体形成することにより、ランプハウスがリードフレームに半導体発光素子を搭載するときの高温環境下に曝されることがないため、ランプハウスを形成する高反射率の成形材料を高耐熱性の拘束なく選択・採用することができるという利点がある。
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図１は本発明の半導体発光装置の製造方法に係わる工程フローチャート、図２は同じく半導体発光装置の製造方法に係わる工程図である。以降、図１と図２を対比しながら製造工程の詳細な説明を行う。
まず、図１（ａ）に示すように、リードフレームを形成する工程である。上述したように、本発明の表面実装型ＬＥＤは小型化の傾向が進んでおり、現状一例として縦・横とも３ｍｍ程度、高さが２ｍｍ程度の寸法で製品化されているものがある。このような小型の部品は量産開始から完成に至るまでの製造工程を１個単位で流すのではなく、多数個取りの状態で流して一括大量生産を行う場合がほとんどである。
従って、リードフレームにおいても、多数のＬＥＤチップが搭載できるように銅、鉄及び４２アロイ系等の素材からなる一枚の金属板をプレス打抜き加工やエッチング手法によって所望する形状に形成し、金メッキ及び銀メッキ等の表面処理を行って図２（ａ）に示すようなリードフレーム１ａ、１ｂを成形する。
次に、図１（ｂ）に示すダイボンディング工程である。これは、図２（ｂ）に示すように、高温環境下での共晶接合や半田接合等の接合方法でＬＥＤチップ２をリードフレーム１ａに固定し、同時にＬＥＤチップ２の下方電極とリードフレーム１ａとを接合部材３を介して電気的導通を図る。
次に、図１（ｃ）に示すパッケージ成形工程である。これは一般的には射出成形で行われ、図２（ｃ）に示すようにリードフレーム１ａ、１ｂをインサートとして、リードフレーム１ａのＬＥＤチップ２が搭載された面をパーティング面４とする二つの多数個取りの金型５に挿入して密閉すると二つの金型５でキャビティ６が形成されると共に、リードフレーム１ａに搭載されたＬＥＤチップ２が成形材料に埋没しないように、また成形材料から発生するガスに汚染されないように二つの金型５とリードフレーム１ａによってＬＥＤチップ２を包含する密閉空間７が形成される。
そして、上記インサートを挿入してセットが完了した金型５のキャビティ６内に成形材料となる高反射率の非透光性樹脂を圧入して固化させ、その後金型５から成形品を取り出すと図２（ｃ）のような半導体発光装置のパッケージ８が出来上がる。
半導体発光装置のパッケージ８の高反射率の非透光性樹脂で成形されたランプハウス９は底部にＬＥＤチップ２が配置された擂鉢形状の凹部１０が形成され、その内周面は反射面１１が形成されている。また、凹部１０の底部に位置するリードフレーム１ａ、１ｂは表面が大気中に露出しており、表面を覆う物は何も存在しない。
次は図１（ｄ）のワイヤボンディング工程である。これは図２（ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ２の上方電極と、ＬＥＤチップ２が搭載されたリードフレーム１ａと分離したリードフレーム１ｂがランプハウス９の凹部１０の底部に露出した部分とを金あるいはアルミニウムを主成分とする細線のボンディングワイヤ１２によって接続し、両者の電気的導通を図ったものである。
次は図１（ｅ）の封止・硬化工程である。これは図２（ｅ）に示すように、ランプハウス９に形成された凹部１０内にエポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂からなる透光性樹脂１３を充填してＬＥＤチップ２及びボンディングワイヤ１２を封止し、硬化させる。
ＬＥＤチップ２とボンディングワイヤ１２を透光性樹脂１３で封止する目的の一つはＬＥＤチップ２を水分、ガス及び塵埃などの外部環境から保護し、ボンディングワイヤ１２を振動、衝撃などの機械的応力から保護することである。
同様に目的の一つは、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂からなる透光性樹脂１３を透光性樹脂１３と界面を形成するＬＥＤチップ２の光出射面１４を構成する半導体材料の屈折率に近い屈折率を有するものから選択・採用する。するとＬＥＤチップ２内で発光した光のうち、ＬＥＤチップ２の光出射面１４で全反射してＬＥＤチップ２内に戻る光を極力少なくし、出来る限り多くの光をＬＥＤチップ２の光出射面１４から界面を形成する透光性樹脂１３内に入射させてＬＥＤチップ２からの光取り出し効率を高めることができるからである。
そして最後は図１（ｆ）に示すカット・フォーミングの工程である。これは、リードフレーム１ａ、１ｂによって連結された多数個の半導体発光装置のリードフレーム１ａ、１ｂをカットして個々の半導体発光装置に分離し、リードフレーム１ａ、１ｂを所望する形状にフォーミングするものである。図２（ｆ）はリードフレームをフォーミングして完成した半導体発光装置の断面図であり、図３は図２（ｆ）の上面図である。
なお、ランプハウスを形成する樹脂に高反射率の部材を使用する効果は、半導体発光素子から発せられる光のうちランプハウスに形成された擂鉢形状の凹部の内周面方向に向かう光を内周面に形成された反射面で反射して半導体発光装置の放射方向に向け、集光効果によって光取り出し効率及び光の利用効率を高め、光源としての高輝度化を実現するものである。従って、凹部の内周面の反射率が高いほど光源の高輝度化が可能になる。
図４はリードフレームに内周面を反射面とする擂鉢形状の凹部を形成し、これを上記製造工程に投入して半導体発光装置を完成させるまでの工程を抜粋して表したもので、（ａ）は成形されたリードフレームの形状を示す断面図、（ｂ）は半導体発光素子を搭載したリードフレームを金型にセットした状態を示す断面図、（ｃ）完成品の断面図である。更に図５は図４（ｃ）の完成品の上面図である。なお、ここではリードフレームを投入してから完成品に至るまでの製造工程は上記同様であるので全工程のなかから一部の工程図を記号を付して示し、同時に工程の説明は重複するので省略する。
この場合、リードフレームの凹部１５内周面に形成された反射面１６とランプハウス９の凹部１０内周面に形成された反射面１１が２段重ねで形成されており、反射面が一段のときに比べて反射面で反射される確率が高くなり、その分、光取り出し効率及び光の利用効率が高くなって、光源の高輝度化に繋がる。
また、リードフレーム１ａ、１ｂとランプハウス９を一体形成する場合、金型５によってリードフレーム１ａの凹部１５を覆うことによって密閉空間７が確保できるためにその中に包含された半導体発光素子２を確実に樹脂及び樹脂から発生するガスから保護することができる。更に、金型５の端面１７を平面に形成することで密閉空間７が確実に確保できるために金型の製作コスト低減でき、その結果、製品コストも低減することができる。
次に、本発明の半導体発光装置の製造方法の効果について説明する。まず、半導体発光素子がダイボンディングされたリードフレームを非透光性樹脂からなるランプハウスと一体形成するようにした。言い換えると、リードフレームを非透光性樹脂からなるランプハウスと一体形成する前にリードフレームに半導体発光素子をダイボンディングした。これにより、非透光性樹脂からなるランプハウスが半導体発光素子をリードフレームに共晶接合或いは半田接合等の接合方法でダイボンディングする際の高温環境下に曝されることがない。従って、ランプハウスに使用される樹脂の選択範囲が前記接合温度に拘束されることがなくなり、前記接合温度よりも耐熱温度が低い高反射率の樹脂であってもランプハウスを形成する樹脂として採用することができるために、光取り出し効率及び光の利用効率の高い高輝度の半導体発光装置を実現することができる。
当然、ランプハウスには半導体発光素子とリードフレームの接合時の温度が加わらないため、ランプハウスに変形や焦げを生じることはなく、高品質の製品に仕上げることができる。などの優れた効果を奏するものである。
本発明の半導体発光装置の製造方法に係わる実施形態を示すフローチャートである。 本発明の半導体発光装置の製造方法に係わる実施形態を示す工程図である。 図２（ｆ）の上面図である。 本発明の半導体発光装置の製造方法に係わる別のリードフレームを使用したときの（ａ）はリードフレームの断面図、（ｂ）は金型セット時の断面図、（ｃ）は完成品の断面図である。 図５（ｃ）の上面図である。 従来の半導体発光装置の製造方法に係わるフローチャートである。 従来の半導体発光装置の製造方法に係わる工程図である。
符号の説明
１ａ、１ｂ リードフレーム
２ ＬＥＤチップ
３ 接合部材
４ パーティングメン
５ 金型
６ キャビティ
７ 密閉空間
８ パッケージ
９ ランプハウス
１０ 凹部
１１ 反射面
１２ ボンディングワイヤ
１３ 透光性樹脂
１４ 光出射面
１５ 凹部
１６ 反射面
１７ 端面

Claims (3)

  1. ランプハウスに設けられた擂鉢形状の凹部の底部に配置されたリードフレームに半導体発光素子がダイボンディングされ、前記半導体発光素子に設けられた電極と前記半導体発光素子がダイボンディングされたリードフレームとは分離した前記凹部の底部に配置されたリードフレームがボンディングワイヤによって接続され、前記凹部内に充填された透光性樹脂によって前記半導体発光素子及び前記ボンディングワイヤが封止されている半導体発光装置の製造方法であって、前記リードフレームを形成する第１の工程と、前記リードフレームに前記半導体発光素子をダイボンディングする第２の工程と、前記リードフレームと前記ランプハウスを一体形成する第３の工程と、前記半導体発光素子に設けられた電極と前記半導体発光素子がダイボンディングされたリードフレームとは分離したリードフレームをボンディングワイヤを介して接続するためにワイヤボンディングする第４の工程と、前記半導体発光素子と前記ボンディングワイヤを透光性樹脂で封止する第５の工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
  2. 前記第３の工程において、前記リードフレームにダイボンディングされた前記半導体発光素子が前記ランプハウスを形成する成形材料に埋没しないように、且つ成形材料から発生するガスに汚染されないように前記半導体発光素子に保護手段を施したことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
  3. 前記保護手段は前記半導体発光素子を包含する密閉空間を形成したことであることを特徴とする請求１または２の何れか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
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