JP2009016636A - 半導体装置およびその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造費用を低く抑えた信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、半導体素子１０８と、その半導体素子１０８を配置する搭載部を有するリード電極１１１と、そのリード電極１１１を保持し、半導体素子１０８を収納する凹部を有する支持部１１０と、半導体素子をリード電極に接着する接着剤と、半導体素子の電極をリード電極に接続する導電性ワイヤ１１２と、を備えた半導体装置であって、リード電極１１１は、少なくとも、凹部の側壁１１５と搭載部との間における第一の溝部１０１と、導電性ワイヤ１１２の接続部と搭載部との間における第二の溝部１０２と、を有しており、第一の溝部１０１と第二の溝部１０２とは、延長方向がそれぞれ異なり、それらの溝部の端部が少なくとも一箇所で交差されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子が搭載された半導体装置およびその形成方法に関し、特に、液晶ディスプレイのバックライト、パネルメーター、表示灯や携帯用電子機器などに用いられる発光装置に関する。

近年、発光素子を搭載した半導体装置は、一つのパッケージに複数の発光素子を搭載させたり、異なる発光色の発光素子を搭載させたり、発光素子とは機能が異なる別の半導体素子と一緒に搭載させたりすることにより、多様な用途に利用できる製品が開発されてきている。例えば、発光素子の信頼性確保のため、発光素子の過電圧による破壊から守るための保護素子を発光素子と共に搭載した半導体装置が提供されている。

このような半導体装置の一例について、以下、より具体的に説明する。半導体装置は、半導体素子を収納するための凹部が設けられた支持体と、その凹部の底面に露出されたリード電極と、そのリード電極上に配置された発光素子と、凹部内のリード電極と接続された保護素子と、それらの半導体素子の電極と支持体のリード電極とを接続する導電性ワイヤと、各素子および導電性ワイヤを凹部内にて被覆する封止部材と、を備える。ここで、支持体は、フレームインサート型のパッケージ、即ち、リード電極を狭持した金型内に成型樹脂を注入して、成型樹脂を硬化させて形成される成型体が好適に利用される。また、搭載部に接着される裏面側での電気的接続を要しない発光素子や保護素子は、エポキシ樹脂などの絶縁性接着剤にてリード電極の搭載部に接着される。一方、搭載部に接着される裏面側に電極を有する発光素子や保護素子は、銀ペーストなどの導電性接着剤にてリード電極の搭載部に接着される。ここで、保護素子は、導電性接着剤や導電性ワイヤによりリード電極に電気的に接続され、発光素子に対して逆並列となる回路を構成する。

このような半導体装置において、リード電極上に塗布された接着剤の一部が、導電性ワイヤの接続部までリード電極上を流動すると、導電性ワイヤの接続部が接着剤により被覆されてしまい、接続部へ導電性ワイヤの接続強度が低下する懸念がある。また、発光素子をリード電極に接着する絶縁性接着剤と、保護素子を接着する導電性接着剤が相互に干渉することで、それぞれの機能が損なわれることがある。

そこで、例えば、接着剤の流動を阻止するための切り欠き部をリード電極の一部に設けたり、発光素子を配置するリード電極と保護素子を配置するリード電極とを支持体に別々に設けたりすることがある。また、リード電極上における接着剤の流動を阻止するために、より簡便な手段として、下記特許文献１に開示される如く、発光素子の搭載部と、導電性ワイヤの接続部との間に断面がＶ字型の溝を設けることがある。このようにリード電極に溝を設けることとすれば、上述したような切り欠き部によるリード電極形状の複雑化や別々のリード電極を配置する必要がなくなる。そのため、同一のリード電極に複数種の半導体素子を配置したとしても半導体装置の構成を比較的簡略化させることができる。

さらに、リード電極上の溝にて接着剤の流動を阻止する方策をとったとき、接着剤の流動を確実に阻止するためには、発光素子の搭載部の四方を包囲するように、発光素子の外観形状に沿った形状で溝を設ける必要がある。このような溝を設ける方法として、例えば、特許文献２に開示される如く、リードフレームの表面に金型を押し当て、圧力を加えることにより、リードフレームの表面を変形させて溝を形成する、いわゆるプレス加工が挙げられる。特許文献２に開示されたプレス加工において、溝の形状が格子状となるように、溝の形状に対応させた格子状の凸部を加工面に有する金型が利用されている。

特開２００２−２６１１８７号公報 特開２００６−１５６４３７号公報

上述したような半導体装置においては、リード電極の配置や形状を複雑化させることなく、同一リード電極上に異なる種類の接着剤にて複数種の半導体素子を接着させることが要求される。さらに、半導体素子の小型化に伴い接着剤の相互干渉や、導電性ワイヤの接続部への流動の可能性が高くなり、このような半導体装置において、接着剤の流動を確実に抑制するため、リード電極上へ形成される溝部は、半導体素子の搭載部を確実に包囲するように形成されることが好ましい。

しかしながら、半導体素子の搭載部を確実に包囲するため、溝部のパターン形状が複雑化すると、リード電極の形成工程において、溝部を形成することが難しくなる。つまり、上述の先行技術に示されるようなプレス加工において、形成される形状が複雑になると、それに伴う金型設計の費用が嵩むこととなる。また、そのような複雑な形状を成型する金型の加工面の消耗を考慮すると、溝部の形成について高い精度を維持するためには金型の早期交換が必要となる。

そこで、本発明は、製造費用を抑えた信頼性の高い半導体装置およびその形成方法を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、その半導体素子を配置する搭載部を有する正負一対のリード電極と、それらのリード電極が配置され、上記半導体素子を収納する凹部を有する支持部と、上記半導体素子を上記リード電極に接着する接着剤と、上記半導体素子の電極を上記リード電極に接続する導電性ワイヤと、を備えた半導体装置であって、上記リード電極は、上記凹部の側壁と上記搭載部との間に設けられた第一の溝部と、上記導電性ワイヤの接続部と上記搭載部との間に設けられた第二の溝部と、を少なくとも有しており、上記第一の溝部と上記第二の溝部は、少なくとも一箇所で交差されていることを特徴とする。

上記リード電極は、複数の搭載部を有しており、それらの搭載部の間に、上記第一の溝部または上記第二の溝部のうち少なくとも一方と交差する第三の溝部が設けられていることが好ましい。

上記支持部は、正負一対のリード電極の間に設けられた絶縁分離部を有しており、上記リード電極の少なくとも一方は、上記絶縁分離部に沿って延伸された第四の溝部を有することが好ましい。

また、以上の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、その半導体素子を配置する搭載部を有するリード電極と、そのリード電極を配置する支持部と、上記半導体素子を上記リード電極に接着する接着剤と、上記半導体素子の電極を上記リード電極に接続する導電性ワイヤと、を備えた半導体装置であって、上記リード電極は、一部が交差された複数の溝部を有しており、それらの溝部のうち少なくとも一つは、上記導電性ワイヤの接続部と上記半導体素子の搭載部との間に設けられていることを特徴とする。

また、以上の目的を達成するために本発明に係る半導体装置の形成方法は、半導体素子と、その半導体素子を配置する搭載部を有するリード電極と、そのリード電極を配置する支持部と、上記半導体素子を上記リード電極に接着する接着剤と、上記半導体素子の電極を上記リード電極に接続する導電性ワイヤと、を備えた半導体装置の形成方法であって、上記リード電極の主面に第一の溝部を形成する第一の工程と、上記第一の溝部を形成させた後、上記第一の溝部の一部と交差する第二の溝部を形成する第二の工程と、上記半導体素子を上記接着剤にて上記リード電極の搭載部に接着する第三の工程と、上記第一の溝部または上記第二の溝部のうち、少なくとも一方の溝部を跨いで上記導電性ワイヤを延長させて、上記半導体素子の電極と、上記リード電極とを接続する第四の工程と、を有することを特徴とする。

上記第二の工程の後、上記搭載部と上記支持部の側壁との間に上記第一の溝部が配置され、上記搭載部と上記導電性ワイヤの接続部との間に上記第二の溝部が配置されるように、上記支持部の側壁を形成する工程を有することが好ましい。

上記第四の工程は、上記第二の溝部を跨いで上記導電性ワイヤを延長させて、上記半導体素子の電極と、上記リード電極とを接続する工程を有することが好ましい。

複数設けられた搭載部の間に第三の溝部を形成する工程を有することが好ましい。

上記第一乃至第三の溝部は、金型を上記リード電極の主面に押し当てて圧力を加えることにより形成されることが好ましい。

上記第一乃至第三の溝部は、上記リード電極の主面の一部を切削することにより形成されることが好ましい。

本発明により、リード電極の配置や形状を複雑化させることなく、同一リード電極上に複数種の接着剤にて複数の半導体素子を接着した場合であっても、接着剤の流動が溝部によって抑制されるため、半導体素子の接着不良や導電性ワイヤの接続不良を生じさせることがない信頼性の高い半導体装置とすることができる。また、本発明は、そのような信頼性の高い半導体装置の製造費用を低く抑えて形成させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体装置およびその形成方法を例示するものであって、本発明は、半導体装置およびその形成方法を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１は、本形態における半導体装置１００の上面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ方向における半導体装置１００の断面図である。図５は、本形態における半導体装置１００におけるリード電極１０６、１１１の断面の一部を模式的に拡大して示す断面図である。

図１に示されるように、本形態における半導体装置１００は、半導体素子１０８と、その半導体素子１０８を配置する搭載部を有する第二のリード電極１１１と、その第二のリード電極１１１および第一のリード電極１０６を保持し、半導体素子１０８を収納する凹部を有する支持部１１０と、半導体素子１０８を第二のリード電極１１１に接着する接着剤と、半導体素子１０８の一方の電極を第一のリード電極１０６に接続する第一の導電性ワイヤ１０７と、半導体素子１０８の他方の電極を第二のリード電極１１１に接続する第二の導電性ワイヤ１１２と、を備えた半導体装置である。なお、第一のリード電極１０６および第二のリード電極１１１の端部は、支持部の凹部底面において間隔を空けて配置されており、それらの端部の間に絶縁分離部１０５が設けられている。また、半導体素子の搭載部および導電性ワイヤの接続部は、支持部１１０の凹部底面にて露出されたリード電極の主面上に設けられている。

このような半導体装置について、製造費用を抑えた信頼性の高い半導体装置を提供するため、本件発明者は、種々の検討を行った。その結果、上記リード電極は、少なくとも、凹部の側壁と半導体素子の搭載部との間における第一の溝部と、導電性ワイヤの接続部と搭載部との間における第二の溝部と、を有しており、さらに第一の溝部と第二の溝部とは、延伸方向がそれぞれ異なる溝を含み、それらの溝が延伸方向の少なくとも一箇所で交差されていることを特徴とすることにより課題を解決するに至った。

すなわち、本発明は、半導体素子を配置するリード電極の主面上に溝部を有しており、この溝部は、少なくとも、支持体の凹部の側壁と半導体素子の搭載部との間に設けられた溝部と、半導体素子の搭載部と導電性ワイヤのリード電極上への接続部との間に設けられた溝部と、から構成されている。なお、本形態における溝部を構成する溝は、図示されたように各溝部について一条づつであるが、延伸方向が略同じ溝が各溝部に複数条づつ含まれていても構わない。各溝部に複数の溝が含まれることにより、接着剤の流動を抑制する効果を高めることができる。

さらに、それらの溝部に含まれる溝が、それぞれリード電極上を延伸されており、それらの溝の一部が互いに重なり合って十文字形状の交差部とされている。このような交差部により、別々の工程にて形成される、延長方向が異なる溝同士の接続が確実となり、半導体素子を接着するための接着剤が支持体の凹部の壁面や、導電性ワイヤの接続部へ流出することがなくなる。そのため、本発明の半導体装置は、半導体素子や導電性ワイヤのリード電極への接続を強固なものとし、信頼性の高い半導体装置とすることができる。なお、交差部の形状は、本形態のような十文字形状に限定されることはない。すなわち、本発明の交差部は、延伸方向の異なる複数の溝が直角に交わるものに限定されることなく、各溝の延伸方向を所定の角度だけ異ならせることで少なくとも一箇所で交わっていればよい。

また、上記リード電極は、複数の半導体素子の搭載部を有しており、それらの搭載部の間に、第一の溝部または第二の溝部の少なくとも一方と交差する端部を有する第三の溝部が設けられていることが好ましい。これにより、半導体素子をリード電極に接着する接着剤の相互干渉を抑制することができるからである。

さらに、上記リード電極は、支持部に正負一対設けられており、対向するリード電極の端部間に設けられた絶縁分離部に沿って、半導体素子が搭載された一方のリード電極または導電性ワイヤが接続された他方のリード電極のうち少なくとも一方に、上記第一乃至第三の溝部とは別の第四の溝部が設けられていることが好ましい。接着剤が絶縁分離部を伝って、導電性ワイヤの接続部まで流動することを抑えることができるからである。また、上述の第一乃至第三の溝部の先端部を絶縁分離部に接続させない構成をとったとき、溝部の絶縁分離部側の先端部と絶縁分離部の間のリード電極上を経由して接着剤が流動することを回避できるからである。

本発明の半導体装置の形成方法は、半導体素子と、その半導体素子を配置する搭載部を有するリード電極と、そのリード電極を保持し、半導体素子を収納する凹部を有する支持部と、半導体素子を前記リード電極に接着する接着剤と、半導体素子の電極をリード電極に接続する導電性ワイヤと、を備えた半導体装置の形成方法である。このような半導体装置の形成方法について、製造費用を抑えて信頼性の高い半導体装置の形成方法を提供するため、本発明者は、種々の検討を行った。その結果、本発明にかかる半導体装置の形成方法は、少なくとも以下の工程を有することにより課題を解決するに至った。

（１）半導体素子や導電性ワイヤを接続するリード電極の主面に第一の溝部を形成する工程、（２）先の工程にて形成させた第一の溝部の端部と、溝の端部を交差させて第二の溝部を形成する工程、（３）半導体素子を接着剤にてリード電極上の搭載部に接着する工程と、（４）上記第一の溝部または上記第二の溝部のうち、少なくとも一方の溝部を跨ぐように導電性ワイヤを延長させて、半導体素子の電極と、リード電極とを導電性ワイヤにて接続する工程。以下、本形態にかかる半導体装置の形成方法について詳述する。

リードフレームに形成させる溝部は、金型を利用したプレス加工や、切削加工により比較的容易に形成させることができる。リード電極上において半導体素子の搭載部と導電性ワイヤの接続部の領域とを十分に分断するため、半導体素子の搭載部を包囲する溝部の形状が幾何学的に複雑になると、プレス加工に利用する金型の設計が複雑になり、設計費用も嵩むこととなる。

そこで、本形態における半導体装置の形成方法は、リード主面に溝部を一度に形成させるのではなく、溝部を形成する工程を細分化することにより、延長方向が異なる複数の溝をそれぞれ別々に形成する。すなわち、リード電極の主面上に一つの溝を形成させる工程を経た後、その溝とは延長方向が異なる別の溝を、先に形成させた溝と共に半導体素子の搭載部が包囲されるように別の工程で形成する。さらに、このように溝部の形成工程を分割すると、ある溝部の端部と別の溝部の端部を接続させようとしても、接続が上手くいかず、溝部が一部で不連続となることがある。このような溝部の不連続箇所では、接着剤の流動を抑制する機能が十分に果せない。そこで、本発明の半導体装置の形成方法は、溝部の不連続を確実に防ぐ目的で、溝部の一部が、他の溝部の一部と十文字に重なるように形成する。これにより、延長方向が異なる複数の溝が少なくとも一箇所で交差された溝部が形成される。

これにより、搭載部の周囲で溝部の不連続が生じることなく、半導体素子を接着する接着剤の流動を十分に阻止することができる半導体装置の製造費用を低く抑えることができる。

本形態においては、凹部を有する支持部を備えた半導体装置について主に説明するが、本発明にかかる半導体装置およびその形成方法は、凹部を形成する側壁を有した支持部を備えた半導体装置に限定されることはない。すなわち、半導体素子を収納するための凹部を有していない平板状の支持部に配置されたリード電極についても適用することができる。凹部を形成する側壁を有した支持部とするとき、リード電極の溝部と凹部の側壁とが側壁の底部で接続されていると、搭載部から溝部を経由して凹部の側壁まで流動した接着剤が、凹部の内壁を伝ってさらに流動範囲を広げる懸念がある。そこで、リード電極上の溝部は、凹部の側壁の底部との間に間隔をあけて設けられていることが好ましい。

さらに、凹部を有する支持部は、別々の工程にて形成された第一の溝部および第二の溝部が、リード電極主面において、それぞれ半導体素子の搭載部および導電性ワイヤの接続部と、支持部の凹部を形成する側壁との間に位置するように形成することが好ましい。例えば、半導体素子の搭載部とする領域の外側において異なる方位に第一および第二の溝部を形成させた後、半導体素子の搭載部と支持部の凹部側壁との間に第一の溝部が配置され、かつ半導体素子の搭載部と導電性ワイヤの接続部との間に第二の溝部が配置されるように、支持部を形成することが好ましい。

本形態における凹部を有するパッケージは、支持部の形成と一体的に凹部を形成させたりすることもできる他、平板状の支持部に貫通孔を有する板材を配置することにより貫通孔内面を凹部内壁面としたりすることもできる。このような凹部を有するパッケージとしたときには、凹部を形成した後、リード電極に溝部を形成することもできるが、リード電極に溝部を形成した後、凹部を形成することが好ましい。後者の方法によることにより、凹部を形成した後リード電極に溝部を形成する工程と比較して、凹部の側壁が障害となることがないので、溝部の形成が容易に行えるからである。なお、半導体素子を収納するための凹部を含まない半導体装置を形成する場合、凹部の側壁が障害となることがないので、溝部は、支持部にリード電極を配置する工程の前後を問わずに容易に形成することができる。

半導体素子を複数搭載した半導体装置とするとき、複数の搭載部を設けて支持体を形成する工程と、それらの搭載部の間に溝部を形成する工程と、を有することが好ましい。半導体素子の搭載部と別の半導体素子の搭載部との間に形成される溝部も、溝部の形成工程を分割させることにより、半導体装置の製造費用も低く抑えることができる。

溝部は、金型をリード電極の主面に押し当てて圧力を加えることによりリード電極主面を変形させて形成する方法、いわゆるプレス加工により形成されることが好ましい。この方法によると、押し圧を変更することで、溝の深さを調整することが容易であり、また他の形成方法と比較して簡単に溝を形成させることができるため、製造費用を低く抑えることができる。あるいは、溝部は、リード電極の主面の一部を切削することにより形成される。これによると、プレス加工によるものと比較して、容易に溝の深さを深くしたりして、搭載部の周囲に溝部を確実に形成させることができる。

導電性ワイヤを半導体素子の電極およびリード電極に接続するワイヤーボンディング工程において、延長させた導電性ワイヤが跨ぐ溝は、溝部を形成する複数の工程において、後の工程で形成させた溝であることが好ましい。すなわち、半導体素子の搭載部と導電性ワイヤの接続部との間に形成させる溝は、先に形成されていた溝に端部を交差させて、後の工程で形成させた溝であることが好ましい。先に形成させた溝よりも後の方に形成させた溝のほうが、溝の形状が崩れていないため、接着剤を導電性ワイヤの接続部への流動を抑止する効果が高いからである。以下、本形態の半導体装置およびその形成方法並びに各構成部材について詳述する。

［リード電極を形成する工程］
まず、金属平板に打ち抜き加工を施し正負一対のリード電極となる突出部を複数対有するリードフレームを形成する。なお、リード電極の主面における溝は、複数回に分けておこなわれる金属平板への打ち抜き工程の間あるいは打ち抜き工程の後、リード電極主面に対するプレス加工や切削により形成することができる。あるいは、一つのリード電極に対して、それらの形成方法を組み合わせることにより溝部を形成してもよい。

リード電極の材料は、導電性であれば特に限定されないが、半導体素子と電気的に接続する部材である導電性ワイヤやバンプ等との接着性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩ−ｃｍ以下である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及びアルミニウム等が好適に挙げられる。

リード電極の表面は、金属平板への打ち抜き工程および溝部の形成の後、銀、金あるいはパラジウムを材料とする金属により被覆されていることが好ましい。これにより、発光素子を搭載したとき、リード電極の表面における光反射率を向上させることができる。これらの金属材料は、好適には鍍金やスパッタリングなどの方法によりリード電極表面に配置させることができる。

図５は、プレス加工によりリード電極主面に形成された溝について、リード電極主面に垂直な方向における断面を部分的に拡大して示す断面図である。溝をプレス加工により形成するとき、リード電極の強度、作業性および接着剤の流動阻止効果を考慮して、溝の深さＤ（リード電極の主面から溝の最深部までの距離）は、５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。また、溝の幅Ｗは、接着剤の流動阻止効果を考慮して、５μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。さらに、断面がＶ字形の溝を形成する内面の傾斜角度φは、溝をプレス加工により形成するときの作業性および接着剤の流動阻止効果を考慮して、リード電極主面に対して１５°以上７５°以下であることが好ましい。

［パッケージを形成する工程］
本形態におけるパッケージとは、半導体素子や封止部材を配置することができる支持体であり、正負一対のリード電極と、そのリード電極を絶縁して保持する絶縁性材料である支持部と、を備えた部材である。本形態のパッケージにおいては、リードフレームに成型材料を射出成型により成型させた成型体が好適に利用される。

リード電極は、半導体装置の外部から半導体素子に電力を供給する導電体である。特に、本形態にかかるリード電極は、一方の端部がパッケージ側面からパッケージ内部に挿入され、他方の端部がパッケージ側面から突出するようにパッケージ成型時に一体成型される。

主面に溝部が形成されたリードフレームを、凸型および凹型にて狭持する。このとき、リード電極の端部が凸型および凹型により形成された内部空間に配置されるようにする。次に、型の背面に設けられたゲートより内部空間に成型材料を注入して、少なくともリード電極の端部を被覆する。

パッケージの成型材料は、特に限定されず、液晶ポリマー、ポリフタルアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などとすることができる。特に、ポリフタルアミド樹脂のように高融点結晶が含有されてなる半結晶性ポリマー樹脂は、封止部材（例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂）との密着性が良好なため、パッケージの材料として好適に利用される。また、発光素子からの光の反射率を向上させるために、成型材料に酸化チタンなどの白色顔料を含有させることができる。最後に、充填された成型材料を硬化させた後、凸型および凹型から成型体を取り外す。

［半導体素子を配置する工程］
リード電極の主面上に設けられた半導体素子の搭載部に接着剤を配置し、その接着剤にて発光素子や保護素子などの半導体素子を接着する。ここで、本形態における「搭載部」とは、リード電極上に設けられた領域のうち、配置される半導体素子の接着面の外形と略同じ大きさを有する領域をいう。本形態では、発光素子を保護素子と共に支持体に配置させた半導体装置について説明するが、これに限定されることなく、発光素子を単独で、あるいは受光素子、別の種類の保護素子（例えば、ツェナーダイオード、コンデンサ等）、あるいはそれらを少なくとも二種以上組み合わせたものを搭載した半導体装置とすることもできる。以下、特に、発光素子について詳述する。

（発光素子）
本形態における発光素子は、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を材料とした半導体発光素子を挙げることができる。さらに、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。

発光素子の材料として窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮなどの材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。また、半導体用基板は、半導層を積層した後、取り除くこともできる。

白色系の混色光を発光させる発光装置とするときには、蛍光物質からの発光波長との補色関係や封止樹脂の劣化などを考慮して、発光素子の発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。

（接着剤）
半導体素子をリード電極に固定する接着剤は、導電性接着剤や絶縁性接着剤から選択され、その種類や材料など特に限定されない。

導電性接着剤は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｐｂ、ＳｎおよびＺｎから選択された少なくとも一種を含む金属ペーストや共晶材（例えば、Ａｕ−Ｓｎ）、カーボンペーストあるいは鑞材とすることができる。このような接着剤とすることにより、半導体素子の裏面に配置された電極と、支持体の導体配線とを電気的に接続させたり、半導体素子からの放熱性を向上させたりすることができる。金属ペーストに含有される金属材料は、Ａｇが好ましく、Ａｇの含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れた半導体装置が得られる。

絶縁性接着剤は、例えば、ガラス、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂などを主材料とする接着剤を挙げることができる。

（導電性ワイヤ）
発光素子や保護素子を接着剤で支持体に固定した後、各半導体素子の各電極とリード電極とをそれぞれ導電性ワイヤにて接続する。

導電性ワイヤは、発光素子の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ^２）（℃／ｃｍ）以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。封止部材に蛍光物質を含有させるとき、蛍光物質が含有された部位と、蛍光物質が含有されていない部位との界面で導電性ワイヤが断線しやすい。そのため、導電性ワイヤの直径は、２５μｍ以上がより好ましく、発光素子の発光面確保や扱い易さの観点から３５μｍ以下がより好ましい。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。

導電性ワイヤと、リード電極との接合部は、導電性ワイヤとリード電極との電気的接続不良を防ぐため、一本の導電性ワイヤについて、リード電極に複数設けられることが好ましい。

［封止部材を形成する工程］
半導体素子を外部環境から保護するため、透光性の封止部材を設ける。半導体素子または導電性ワイヤを覆うようにパッケージの凹部内に充填した封止部材の材料を硬化させることにより半導体素子や導電性ワイヤを封止部材にて被覆する。

（封止部材）
封止部材の材料は、特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、および、それらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた透光性樹脂を用いることができる。また、封止部材は有機物に限られず、ガラス、シリカゲルなどの耐光性に優れた無機物を用いることもできる。また、本形態の封止部材は、粘度増量剤、光拡散剤、顔料、蛍光物質など、用途に応じてあらゆる部材を添加することができる。光拡散剤として例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、二酸化珪素、炭酸カルシウム、および、それらを少なくとも一種以上含む混合物などを挙げることができる。更にまた、封止部材の光出射面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができる。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた形状にすることができる。

（蛍光物質）
本形態の半導体装置は、発光素子を備えるとともに、封止部材に蛍光物質を含有させることができる。このような蛍光物質の一例として、以下に述べる希土類元素を含有する蛍光物質がある。

具体的には、Ｙ、Ｌｕ，Ｓｃ、Ｌａ，Ｇｄ、ＴｂおよびＳｍの群から選択される少なくとも１つの元素と、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎの群から選択される少なくとも１つの元素とを有するガーネット（石榴石）型蛍光物質が挙げられる。特に、アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、ＡｌとＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素とを含み、かつ希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、発光素子から出射された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。例えば、イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）の他、Ｔｂ_２．９５Ｃｅ_０．０５Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_２．９０Ｃｅ_０．０５Ｔｂ_０．０５Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_２．９４Ｃｅ_０．０５Ｐｒ_０．０１Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_２．９０Ｃｅ_０．０５Ｐｒ_０．０５Ａｌ_５Ｏ_１２等が挙げられる。これらのうち、特に本実施の形態において、Ｙを含み、かつＣｅあるいはＰｒで付活され組成の異なる２種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体が利用される。

また、窒化物系蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体である。窒化物系蛍光体として、例えば、（Ｓｒ_０．９７Ｅｕ_０．０３）_２Ｓｉ_５Ｎ_８、（Ｃａ_{０．９８５}Ｅｕ_{０．０１５}）_２Ｓｉ_５Ｎ_８、（Ｓｒ_{０．６７９}Ｃａ_{０．２９１}Ｅｕ_０．０３）_２Ｓｉ_５Ｎ_８、等が挙げられる。

［リード電極をフォーミングする工程］
図１に示されるように、パッケージの外壁面から突出されたリード電極を、パッケージの外壁面にそって折り曲げ、実装基板に設けられた導体配線などに接続させるための接続端子を形成する。

本形態の半導体装置は、図１に示されるように、光を出射させる発光面をパッケージの上面に有する。図示されるように、半導体素子に電力を供給する一対の正負のリード電極がパッケージの側面から突出されている。これらの側面は、互いに向かい合う一対の側面である。リード電極の突出部は、リード電極が突出されたパッケージの側面からその側面に隣接する裏面側に沿って折り曲げ、さらにリード電極の端部をパッケージの背面に配置させることが好ましい。これにより、実装基板と半導体装置を接続する半田が発光面側に悪影響を及ぼすことなく半導体装置を配線基板に実装することができる。

［半導体装置として個片化する工程］
リードフレームと各リード電極との接続部位を切断することにより、リードフレームに形成させた半導体装置の集合体から、本形態の半導体装置を個々に分離する。パッケージを支持するハンガーリードをリードフレームに設けたとき、フォーミングの工程後、パッケージをハンガーリードによる支持から解放させる。このように、ハンガーリードを利用することにより、フォーミングの工程が各半導体装置のリード電極に対してまとめて行えるため、半導体装置の量産性を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

図１は、本実施例における半導体装置１００の上面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ方向における半導体装置１００の断面図である。図５は、本実施例における半導体装置１００におけるリード電極の断面の一部を模式的に拡大して示す断面図である。

本実施例における半導体装置１００は、複数の半導体素子１０８と、それらの半導体素子１０８を配置する搭載部を有するリード電極１１１と、そのリード電極１１１を保持し、半導体素子１０８を収納する凹部を有する支持部１１０と、半導体素子１０８をリード電極１１１に接着する接着剤と、半導体素子１０８の上面側の電極をリード電極１１１に接続する導電性ワイヤ１１２と、を備えた半導体装置である。以下、本実施例における半導体装置について詳述する。

本実施例におけるリード電極には、リードフレームの段階で、予め、溝が形成されている。本実施例におけるリードフレームは、鉄入り銅を主材料とする金属平板の打ち抜き加工により形成されており、そのリードフレームのリード電極主面にプレス加工により溝部を形成する。本実施例の溝の深さＤ（リード電極の主面から溝の最深部までの距離）は、２０μｍであり、また、溝の幅Ｗは、２３μｍである。さらに、断面がＶ字形の溝を形成する内面の傾斜角度φは、リード電極主面に対して６０°である。

本実施例における支持体は、リードフレームを金型により狭持して、ポリフタルアミド系樹脂を材料とする射出成型により、リード電極の配置と絶縁性の支持部の形成を一体的に行うことにより形成させたパッケージである。支持部は、その上面側の中央に開口部が略円形の凹部を有する。リードフレームの一部から形成された正負一対のリード電極１０６、１１１は、凹部の底面に一端部が露出されており、他端部がパッケージの外壁面の一部から突出されている。なお、本実施例におけるパッケージは、向かい合う一対の側面から正負一対のリード電極がそれぞれ突出されている。また、正負一対のリード電極（第一のリード電極１０６および第二のリード電極１１１）は、パッケージの凹部底面にて、それぞれの端部が間隔をあけて向かい合わせにされており、パッケージは、第一のリード電極１０６および第二のリード電極１１１端部の間から支持部１１０の一部が露出されてなる絶縁分離部１０５を有する。この絶縁分離部１０５は、リード電極の主面から突出された凸部を有することが好ましい。本実施例における絶縁分離部は、支持部１１０の一部がパッケージの背面側から延在されており、凹部の開口側から見て、絶縁分離部１０５に沿ってその長手方向に延長する凸部を有する。これにより、接着剤が、絶縁分離部１０５を越えて、第一の導電性ワイヤ１０７の接続部まで流動することを阻止することができる。以下、第一のリード電極１０６および第二のリード電極１１１が突出する方向をＹ軸方向とし、それに垂直な方向をＸ軸方向として説明をする。

本実施例における半導体素子は、外形が２４０μｍ×４２０μｍ四方の長方形である三つのＬＥＤチップ１０８と、それらのＬＥＤチップ１０８を過電圧による破壊から保護するツェナーダイオード１０４と、を有する。これらの半導体素子は、図示されるように、凹部底面をＸ軸方向へ直線状に配列されている。ＬＥＤチップ１０８は、長手方向をＹ軸方向に向けて、エポキシ樹脂を主材料とする絶縁性接着剤にてリード電極１１１上の搭載部に接着されている。また、ツェナーダイオード１０４は、その裏面に設けられた電極をリード電極１１１に電気的に接続させるべく、Ａｇペーストにて、ＬＥＤチップ１０８が接着されたリード電極と同じリード電極１１１に接着されている。なお、パッケージの凹部を形成している側壁１１５は、半導体装置１００を上面方向から見た外観形状が略円形であるが、その側壁１１５の一部が切り欠かれて、その切り欠かれた部位（以下、「切り欠き部」と呼ぶ。）の底面にリード電極の主面の一部が露出されている。本実施例のツェナーダイオード１０４は、その切り欠き部内に配置されている。これにより、凹部の中央にツェナーダイオード１０４を配置する領域を考慮することなく、ＬＥＤチップ１０８を凹部の中央に配列させ、配光性を良好にすることができる。

本実施例において、凹部底面から露出されたリード電極上に設けられた溝部は、Ｙ軸方向に延伸する第一の溝１０１と、Ｘ軸方向に延伸する第二の溝１０２と、ＬＥＤチップの搭載部とツェナーダイオードの搭載部との間をＹ軸方向に延伸する第三の溝１０３と、を有する。なお、第二の溝１０２は、第一の溝１０１および第三の溝１０３を形成させた後、その第一の溝１０１および第三の溝１０３における各一端部の上に、第二の溝１０２の両端部が重なるようにして形成されたものである。また、リード電極上において、半導体素子の搭載部の中心と導電性ワイヤの接続箇所を結ぶ仮想的な線上を第二の溝部１０２が横切るように設けられている。

第一の溝１０１および第三の溝１０３は、絶縁分離部１０５の側を始点として、凹部側壁１１５と間隔をあけて直線状に延長され、ＬＥＤチップ１０８搭載部の長手方向の大きさよりも長く、Ｙ軸方向に凹部側壁１１５の手前まで延伸されている。第一の溝１０１および第三の溝１０３における絶縁分離部１０５側の端部は、絶縁分離部１０５から所定の間隔をあけて設けている。すなわち、第一の溝１０１および第三の溝１０３は、絶縁分離部１０５に接続されていない。これにより、パッケージ成型時に、支持部を形成する材料が、絶縁分離部１０５を経由して溝部に侵入することを防ぎ、溝をリード電極の主面に溝部を確実に形成させることができる。

また、第二の溝１０２は、一方の端部が第一の溝１０１の端部と交差されており、他方の端部が第三の端部１０３と交差されている。これらの溝の端部が交差されてなる交差部（第一の溝と第二の溝の交差部１０９および第二の溝と第三の溝の交差部）は、それぞれ十文字形状であり、パッケージの凹部側壁１１５から所定の間隔をあけて設けている。なお、交差部の形状は、本実施例にあるような十文字形状に限定されることはない。すなわち、本発明は、延伸方向の異なる複数の溝が直角に交わるものに限定されることなく、各溝の延伸方向を所定の角度だけ異ならせることで少なくとも一箇所で交わっていればよい。交差部を設けることにより、パッケージ成型時に、支持部を形成する材料が溝部に侵入することを防ぎ、溝をリード電極の主面に溝部を確実に形成させることができる。

第一乃至第三の溝により形成された溝部により囲まれた領域の面積は、接着剤の量なども考慮して、３つのＬＥＤチップ１０８搭載部の総面積より、約４倍大きくなるようにされている。

ＬＥＤチップ１０８上面に正負一対設けられた電極と正負リード電極とを接続する導電性ワイヤの一つである第一の導電性ワイヤ１０７は、絶縁分離部１０５を越えて延長されて、第一のリード電極１０６に接続されている。また、もう一方の第二の導電性ワイヤ１１２は、溝部を構成する溝のうち、第二の溝部１０２を越えて第二のリード電極１１１に接続されている。この第二の溝１０２を越えて延長された導電性ワイヤ１１２は、第二のリード電極１１１に２箇所で接合されている。凹部内にて導電性ワイヤと１１２第二のリード電極１１１との接続部を複数設けるため、第二の溝１０２と凹部の側壁１１５との間隔は、第一の溝１０１と凹部側壁１１５との間隔よりも大きくなるように支持部が形成されている。

図３は、本実施例における半導体装置２００の上面図である。本実施例における半導体装置２００は、リード電極主面の溝部が、実施例１における第一乃至第三の溝とは別に、絶縁分離部１０５に沿った第四の溝２０４を有していることと、絶縁分離部１０５にリード電極主面から突出する凸部を設けないことの他は、実施例１と同様の構成である。

すなわち、本実施例において溝部を構成する溝は、実施例１における第一乃至第三の溝のほか、ツェナーダイオードを配置するための切り欠き部内を起点として、複数のＬＥＤチップ１０８の短手側と絶縁分離部１０５との間を通過して、第一の溝部１０１における絶縁分離部１０５側端部と交差する位置まで延伸された第四の溝２０４を有する。

本実施例のように、絶縁分離部１０５にリード電極主面から突出する凸部を設けない場合であっても、本実施例の第四の溝２０４により、半導体素子の接着剤が、半導体素子の搭載部から絶縁分離部１０５を越えて、第一の導電性ワイヤ１０７の接続部まで流出することを阻止することができる。

実施例１の溝部は、第一の溝および第三の溝における絶縁分離部１０５側の端部と、第一のリード電極および第二のリード電極間の絶縁分離部１０５とが接続されていない。すなわち、第一の溝および第三の溝が絶縁分離部１０５まで貫通されていない。そのため、溝が形成されていない箇所から接着剤の流動を生じる虞がある。

一方、本実施例の溝部は、第一の溝１０１および第三の溝１０３の絶縁分離部１０５側端部と、絶縁分離部１０５に沿って延伸された第四の溝２０４の一部を交差させることにより、複数のＬＥＤチップ１０８の四方を、連続した複数の溝から構成された溝部で包囲している。このような溝部により、接着剤の流動を確実に阻止することができる。

図４は、本実施例における半導体装置３００の上面図である。本実施例における半導体装置３００は、実施例２における第一乃至第四の溝とは別の溝を、ＬＥＤチップ１０８と、その隣に配置されたＬＥＤチップ１０８との間にも設けた他は、実施例２と同様の構成である。

すなわち、本実施例においてリード電極の溝部を構成する溝は、実施例２における第一乃至第四の溝のほか、ＬＥＤチップ１０８と、その隣に配置されたＬＥＤチップとの間を、絶縁分離部１０５の側を起点として、Ｙ軸方向に、第二の溝１０２に端部が交差するまで延長されて設けられた第五の溝３０５を有する。また、第五の溝３０５における絶縁分離部１０５の側の端部は、第四の溝２０４に交差して接続されている。この第五の溝３０５により、ＬＥＤチップ１０８を第二のリード電極１１１に接着する接着剤が、複数のＬＥＤチップ１０８の搭載部間に跨って配置されることを阻止することができる。

本発明による発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト、パネルメーター、表示灯や携帯用電子機器などに用いられる光源として利用できる。

図１は、本発明の一実施例における半導体装置を模式的に示す上面図である。 図２は、本発明の一実施例における半導体装置を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の一実施例における半導体装置を模式的に示す上面図である。 図４は、本発明の一実施例における半導体装置を模式的に示す上面図である。 図５は、本発明の一実施例における半導体装置の断面の一部を模式的に示す拡大図である。

符号の説明

１００、２００、３００・・・半導体装置
１０１・・・第一の溝
１０２・・・第二の溝
１０３・・・第三の溝
１０４・・・保護素子
１０５・・・絶縁分離部
１０６・・・第一のリード電極
１０７・・・第一の導電性ワイヤ
１０８・・・発光素子
１０９・・・第一の溝と第二の溝の交差部
１１０・・・支持部
１１１・・・第二のリード電極
１１２・・・第二の導電性ワイヤ
１１３・・・第二の溝と第三の溝の交差部
１１４・・・封止部材
１１５・・・凹部側壁
２０４・・・第四の溝
３０５・・・第五の溝

Claims (10)

1. 半導体素子と、その半導体素子を配置する搭載部を有する正負一対のリード電極と、それらのリード電極が配置され、前記半導体素子を収納する凹部を有する支持部と、前記半導体素子を前記リード電極に接着する接着剤と、前記半導体素子の電極を前記リード電極に接続する導電性ワイヤと、を備えた半導体装置であって、
   前記リード電極は、前記凹部の側壁と前記搭載部との間に設けられた第一の溝部と、前記導電性ワイヤの接続部と前記搭載部との間に設けられた第二の溝部と、を少なくとも有しており、前記第一の溝部と前記第二の溝部は、少なくとも一箇所で交差されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記リード電極は、複数の搭載部を有しており、それらの搭載部の間に、前記第一の溝部または前記第二の溝部のうち少なくとも一方と交差する第三の溝部が設けられている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記支持部は、正負一対のリード電極の間に設けられた絶縁分離部を有しており、前記リード電極の少なくとも一方は、前記絶縁分離部に沿って延伸された第四の溝部を有する請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 半導体素子と、その半導体素子を配置する搭載部を有するリード電極と、そのリード電極を配置する支持部と、前記半導体素子を前記リード電極に接着する接着剤と、前記半導体素子の電極を前記リード電極に接続する導電性ワイヤと、を備えた半導体装置であって、
   前記リード電極は、一部が交差された複数の溝部を有しており、それらの溝部のうち少なくとも一つは、前記導電性ワイヤの接続部と前記半導体素子の搭載部との間に設けられていることを特徴とする半導体装置。
5. 半導体素子と、その半導体素子を配置する搭載部を有するリード電極と、そのリード電極を配置する支持部と、前記半導体素子を前記リード電極に接着する接着剤と、前記半導体素子の電極を前記リード電極に接続する導電性ワイヤと、を備えた半導体装置の形成方法であって、
   前記リード電極の主面に第一の溝部を形成する第一の工程と、
   前記第一の溝部を形成させた後、前記第一の溝部の一部と交差する第二の溝部を形成する第二の工程と、
   前記半導体素子を前記接着剤にて前記リード電極の搭載部に接着する第三の工程と、
   前記第一の溝部または前記第二の溝部のうち、少なくとも一方の溝部を跨いで前記導電性ワイヤを延長させて、前記半導体素子の電極と、前記リード電極とを接続する第四の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
6. 前記第二の工程の後、前記搭載部と前記支持部の側壁との間に前記第一の溝部が配置され、前記搭載部と前記導電性ワイヤの接続部との間に前記第二の溝部が配置されるように、前記支持部の側壁を形成する工程を有する請求項５に記載の半導体装置の形成方法。
7. 前記第四の工程は、前記第二の溝部を跨いで前記導電性ワイヤを延長させて、前記半導体素子の電極と、前記リード電極とを接続する工程を有する請求項５または６に記載の半導体装置の形成方法。
8. 複数設けられた搭載部の間に第三の溝部を形成する工程を有する請求項５から７のいずれか一項に記載の半導体装置の形成方法。
9. 前記第一乃至第三の溝部は、金型を前記リード電極の主面に押し当てて圧力を加えることにより形成される請求項５から８のいずれか一項に記載の半導体装置の形成方法。
10. 前記第一乃至第三の溝部は、前記リード電極の主面の一部を切削することにより形成される請求項５から８のいずれか一項に記載の半導体装置の形成方法。

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