JP2009206222A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性の高い導電ワイヤを備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体発光装置１０は、導電ワイヤ６により配線導体に電気的に接続された半導体発光素子３を備える。導電ワイヤ６と半導体発光素子３は、エポキシ樹脂からなる封止樹脂により覆われている。導電ワイヤ６の少なくとも再結晶領域上には、離型剤等の封止樹脂より粘着性の低い材料で形成された被覆層を備えることにより、温度変化における導電ワイヤ６の破断を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子が樹脂により封止されてなる半導体装置に関し、特に信頼性が向上した半導体発光装置に関する。
特許文献１の図１６にて開示された半導体発光装置は、ガラスエポキシ基板上にダイボンド電極とワイヤボンド電極を設け、ダイボンド電極上に発光素子が載置され、発光素子の電極とワイヤボンド電極とを導電ワイヤを介して接続されている。また、発光素子と導電ワイヤはエポキシ樹脂により封止されている。
特開２０００−２１６４４３号公報
特許文献１の図１６のような半導体発光装置は、熱衝撃試験や、回路基板等へリフロー方式でのはんだ付けにて実装する際に、導電ワイヤの破断の問題が生じる場合があり、より信頼性の高い半導体発光装置が提供されることが望まれていた。
本願発明者は、上記問題が温度変化による熱膨張および/または熱収縮により生じた応力に起因するものと考えた。また、上記問題が、特に、導電ワイヤの再結晶領域において起こりやすいこと、封止樹脂部が凸形状に形成された比較的封止樹脂部の高さの高いものにおいて起こりやすいことを見出した。
そこで、本発明は、導電ワイヤの破断等を防ぎ、信頼性の向上した半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子の電極と導電ワイヤを介して電気的に接続された配線導体と、半導体素子、導電ワイヤ、および配線導体の一部を覆う封止樹脂部と、導電ワイヤの少なくとも再結晶領域上に、封止樹脂部の材料より粘着性の低い材料で形成された被覆層と、を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置によれば、封止樹脂部の材料より粘着性の低い材料からなる被覆層が導電性ワイヤの再結晶領域の表面に形成されているため、被覆層が形成されていないものと比較して、熱衝撃試験や、リフロー方式のはんだ付けなどの温度変化による導電ワイヤの破断を防ぐことができる。被覆層の材料の粘着性を封止樹脂部の材料の粘着性より低くすることにより、封止樹脂部と導電ワイヤの接着強度より被覆層と導電ワイヤの接着強度を弱くすることができるためである。そして、封止樹脂部の材料より粘着性の低い材料からなる被覆層を介しての封止樹脂部と導電ワイヤとの接着強度が弱くなることにより、温度変化による封止樹脂部の熱膨張および/または熱収縮により導電ワイヤを伸縮させる応力が弱くなること、特に、熱膨張時に封止樹脂部が導電ワイヤを引っ張って伸ばす力が弱くなることによると考えられる。
本発明における半導体素子としては、半導体発光素子あるいは半導体受光素子を用いることができ、その一対の電極が半導体素子の上面と下面に形成されているもの、あるいは、上面のみに形成されているものを用いることができる。
本発明における導電ワイヤは、金線、アルミニウム線などを用いることができる。また、本発明における導電ワイヤは、ボール部とボール形成時により発生する熱により形成される再結晶領域を有する。
本発明における被覆層は、少なくとも導電ワイヤの再結晶領域の表面上に形成される。粗粒化している再結晶領域は、導電ワイヤへの応力の影響を受けやすいと考えられ、再結晶領域表面上に被覆層を形成することにより好適に導電ワイヤの破断を防止することができる。
本発明における被覆層は、導電ワイヤのボール部上にも形成されることが好ましい。この場合、導電ワイヤのボール部上に形成されていないものと比較して、熱衝撃試験や、回路基板等へリフロー方式でのはんだ付け実装により、導電ワイヤのボール部が半導体素子の電極から剥離する不具合を有効に防止することができる。
本発明における被覆層は、再結晶領域と通常結晶領域との間を両領域に亘って覆うことが好ましい。この場合、熱衝撃試験や、回路基板等へリフロー方式でのはんだ付け実装により、導電ワイヤが再結晶領域と通常結晶領域との間で破断するのを防止することができる。この領域に被覆層を設けない場合には、通常結晶領域と再結晶領域の境界部分においても破断する場合があり、通常結晶領域と再結晶領域の境界部分には、ワイヤの破断強度が弱い結晶粒界面が形成されるためと考えている。再結晶領域を超えて被覆層を設けることで導電ワイヤの破断を好適に防ぐことができる。
本発明における被覆層は、導電ワイヤ全体を覆うように形成することができる。この場合、導電ワイヤの破断および導電ワイヤの素子電極からの剥がれを好適に防止することができる。
また、本発明における被覆層は、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン系樹脂、蝋、高級脂肪酸、および高級脂肪酸の塩など、一般的に成形樹脂の離型剤として利用される材料を好適に用いることができる。これら成形樹脂用離型剤は、封止樹脂部に用いられる樹脂材料より低い粘着性を有するためである。
また、本発明の半導体装置において、被覆層にシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン系樹脂を用いることが好ましい。この場合、耐熱性にも優れているため、高温環境下においても、良好に離型性能を発揮し、被覆層を介しての封止樹脂部と導電ワイヤとの接着強度を弱めることができる。
また、本発明の半導体装置において、封止樹脂部は、半導体素子の中心上に頂部を有する凸形状に形成してレンズ機能をもたせることができ、被覆層は、導電ワイヤにおける半導体素子の直上に位置する領域に形成することが好ましい。
この場合、導電ワイヤの破断を有効に防ぐことができる。この領域に被覆層が形成されない場合には、半導体素子の光軸中心に凸レンズ中心が一致するように形成されるため、半導体素子上の封止樹脂部の樹脂量が多く、導電ワイヤは、半導体素子上に位置する領域で、他の領域と比較して熱膨張・収縮による伸縮が大きくなり破断を発生しやいためである。
また、本発明の半導体装置において、封止樹脂部はエポキシ樹脂から形成することができ、この場合、被覆層はシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン系樹脂で形成することができる。
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
以下、本発明の第一の実施例について、図1、２を参照して説明する。図１は、本発明の半導体装置の第一の実施例にかかる要部の断面図であり、図２は、その一部の拡大図である。
ガラスエポキシ基板１の表面上に形成された配線導体２上にＡｇの粒子をエポキシ樹脂に分散した導電性の接着剤７を介して、半導体発光素子３が取り付けられている。
半導体発光素子３は、略正方形であり、その一対の電極４、５が上面と底面に設けられ、底面側の電極５は導電性の接着剤７を介して配線導体２の搭載部に電気的に接続されており、上面側の電極４は、半導体発光素子３の上面の略中央に設けられ、直径２５μｍのＡｕからなる導電ワイヤ６を介して配線導体２の結線部に電気的に接続されている。
半導体発光素子３および導電ワイヤ６は、配線導体２の一部と共に、エポキシ樹脂からなる封止樹脂部９で覆われている。
配線導体２は、銅箔上にＣｕ、Ｎｉ、Ａｕからなるメッキ層で構成されており、正負の電極パターンから構成される。配線導体２は、ガラスエポキシ基板１の半導体発光素子３の取り付けられる面と反対側の底面に側面を通して形成されており、底面には、回路基板等へはんだ付け等により実装を行うための端子部２ａを有する。底面に形成された端子部２ａは、実装基板へリフロー方式ではんだ付けして発光装置を作製する場合に好適に用いることができる。
先端をトーチにより溶融してＡｕボールの形成された導電ワイヤ４は、素子上の電極４上に超音波等を用いて圧着接続され、配線導体２の結線部に導いて圧着接続する。このとき、電極４上にボール部６ａが形成され、ボール部６ａから５０〜１５０μｍの範囲（図１においてＩで示すボール部６ａからの立ち上がり部分）で、放電により発生する熱により結晶粒度の大きい再結晶領域６ｂが形成される。
被覆層８は、ポリエチレン系樹脂の入った槽へ、半導体素子を搭載して導電ワイヤ６を結線した基板を逆さにして導電ワイヤ６をボール部６ａが覆われる位置まで浸すことで形成される。そのため、被覆層８は、導電ワイヤのボール部６ａ、再結晶領域６ｂ、再結晶領域と通常結晶領域との境界領域、および通常結晶領域の一部を覆うように形成されている。また、被覆層８は、導電ワイヤにおける半導体素子の直上に位置する領域（図１においてＩＩで示す部分）を覆うよう形成されている。
また、被覆層８は、半導体発光素子３の発光面に達することのないよう設けられている。被覆層が、半導体発光素子の発光面に達すると、半導体発光素子と封止樹脂との間で剥離が発生し、光学特性へ悪影響を及ぼす場合があるためである。
エポキシ樹脂からなる封止樹脂部９は、被覆層８を形成後、トランスファ成形によりレンズ機能を有する凸形状に形成され、凸形状の頂部中心が半導体発光素子３の光軸上に位置している。
上記した実施例の半導体発光装置と、比較例として作製した、実施例の半導体発光装置において被覆層を有さない構成の半導体発光装置について、同様の熱衝撃試験を行った。
比較例の半導体発光装置において１／２０の確率で導電ワイヤの破断が確認される条件においても、実施例の半導体発光装置においては、導電ワイヤの破断は観測されなかった。
被覆層８を形成することにより、被覆層８を形成した領域において、被覆層８を介した封止樹脂部と導電ワイヤとの接着強度が弱くなり、温度変化による封止樹脂部の熱膨張および/または熱収縮により導電ワイヤを伸縮させる力、特に、熱膨張時に封止樹脂部が導電ワイヤを引っ張って伸ばす力が弱くなったものと考えられる。被覆層の材料の粘着性を封止樹脂部の材料の粘着性より低くしたことにより、封止樹脂部と導電ワイヤの接着強度より被覆層と導電ワイヤの接着強度を弱くすることができたためと考えられる。また、部分的に被覆層８を形成することにより封止樹脂部の熱膨張および/または熱収縮による応力、および導電ワイヤを伸縮させる応力が緩和されたものと考えられる。被覆層が形成されていない比較例においては、封止樹脂部と導電ワイヤとが強固に接着されているため、封止樹脂の熱膨張および/または熱収縮に追従して導電ワイヤが伸縮してしまい導電ワイヤの破断が確認されたものと考えられる。
次に、本発明の第二の実施例について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の半導体装置の第二の実施例にかかる断面図の要部である。本実施例の半導体装置の基本的な構成は、第一の実施例の半導体装置と同じであるので、詳細な説明は第一の実施例を参照して省略する。
上記第一の実施例においては、半導体発光素子は、基板上に形成されためっきにより形成された配線導体上に搭載されているが、第二の実施例においては、図３に示すように成形樹脂により支持されたリード上に搭載されている。また、第一の実施例においては、半導体発光素子は、凸形状にトランスファ成形した封止樹脂により覆われているが、第二の実施例においては、図３に示すように成形樹脂ケース１にエポキシ樹脂を注入後硬化して形成されている。
尚、本発明の半導体発光装置は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることは勿論である。
例えば、上記実施例において、半導体発光素子は、一対の電極が半導体素子の上面と下面に形成されているが、一対の電極が上面のみに形成されているものでもよく、両電極が導電ワイヤを介して配線導体に接続されていてもよい。
本発明の第一の実施例における要部の断面図である。 上記図１の要部の拡大図である。 本発明の第二の実施例における要部の断面図である。
符号の説明
１：基板、樹脂ケース
２：配線導体
３：半導体発光素子
４：電極
５：電極
６：導電ワイヤ
６ａ：ボール部
６ｂ：再結晶領域
７：接着剤
８：被覆層
９：封止樹脂部
１０：半導体発光装置

Claims (4)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子の電極と導電ワイヤを介して電気的に接続された配線導体と、
    前記半導体素子、前記導電ワイヤ、および前記配線導体の一部を覆う封止樹脂部と、
    前記導電ワイヤの少なくとも再結晶領域上に、前記封止樹脂部の材料より粘着性の低い材料で形成された被覆層と、を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記被覆層は、前記導電ワイヤのボール部上にも形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記封止樹脂部は、前記半導体素子の中心上に頂部を有する凸形状に形成され、
    前記被覆層は、前記導電ワイヤの前記半導体素子の直上に位置する領域に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記封止樹脂部がエポキシ樹脂からなり、前記被覆層がシリコーン樹脂、フッ素樹脂、あるいはポリエチレン系樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
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