JP2009224752A - 半導体パッケージ構造と、これのためのリードフレーム及び伝導性組立品 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージング処理中に異なる応力下で起こり得る配線の破損を防止することと、リードフレームの空間を効率的に利用して、除去する動作バーの容量をさらに低減すること。
【解決手段】発光ダイオードパッケージ構造は伝導性組立品、半導体チップ、パッケージ本体を含んでいる。伝導性組立品は、チップ支持部とボンディング支持部を含んでいる。チップ支持部にはキャリア面があり、ボンディング支持部にはキャリア面を包囲する少なくとも１個の配線部分がある。半導体チップはキャリア面上に配置され、配線を介して配線部分に電気的に接続している。次に、パッケージは、半導体チップ、配線、キャリア面、配線部分を封入するために使用され、発光ダイオードパッケージ構造を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオードパッケージ構造に関し、具体的には、発光ダイオードパッケージ構造と、これのためのリードフレーム及び伝導性組立品に関する。

光電技術の絶え間ない進歩により、発光ダイオード（ＬＥＤ）技術は成熟しつつある。ＬＥＤは、その長期サービス寿命、節電、小型の利点によって、照明又は警告の目的で使用される従来の白熱電球に徐々に取って代わってきた。
近年、ユーザのより高い効率性の要求を満たす高性能のＬＥＤが開発され、中でもピラニアタイプのＬＥＤは最も傑出している。従来のＬＥＤと比べて、このピラニアタイプＬＥＤはより高い輝度と、より幅広い照明角度を提供する。さらに、ピラニアタイプＬＥＤには４本の電気ピンがあり、これらのピンは熱消散に貢献し、ＬＥＤをしっかり支持する。

図１Ａ、図１Ｂは、従来のピラニアタイプＬＥＤのための伝導性組立品とリードフレームの概略図である。
図１Ａを参照すると、従来のピラニアタイプＬＥＤの伝導性組立品１０は、チップ支持部１１とボンディング支持部１２を設けている。チップ支持部１１は、発光チップ１４を載せるためのキャリア面１３がある。発光チップ１４は、配線１５を介してボンディング支持部１２に電気的に接続し、これにより、キャリア面１３が中心になったチップボンディング範囲が形成される。その後、エポキシ樹脂、シリカゲル、燐光体パウダで製造されたパッケージ本体１６を使用してチップボンディング範囲を封入し、完全なピラニアタイプＬＥＤを形成する。
図１Ｂを参照すると、ピン空間１２．７ｍｍを設けた共通のリードフレーム２０を例にとっている。各半仕上げ状態の伝導性組立品の両側から電気ピン１７が延び、それぞれ２本の動作バー２１に接続していることで、半仕上げ状態の伝導性組立品が連続的に接続する。伝導性組立品の製造中に、動作バーが、自動製造の目的を達成するべく、スタンピング及び電気めっき処理を通過するためにコンベヤマシンによってクランプ留めされる。最後に、伝導性組立品のパッケージングが終了すると、動作バーが取り除かれ、ピラニアタイプＬＥＤの単体の仕上がり製品が出来上がる。

従来のピラニアタイプＬＥＤのパッケージ構造では、チップボンディング範囲はチップ支持部のキャリア面外周に限定され、又、発光チップは、配線とボンディング支持部を電気的に接続して形成された１つのボンディング範囲のみに依存する。そのため、パッケージング処理中に、パッケージ本体の応力変化、熱膨張、冷却収縮がパッケージ本体と伝導性組立品の接合点に集中する。さらに、樹脂材料から成るパッケージ本体の熱拡張は、金属材料から成る伝導性組立品の熱膨張係数とは異なるため、パッケージ構造内部で配線が応力（引っ張り力）の影響によって破損し易く、これによりピラニアタイプＬＥＤが発光不能となることがある。
金属材料の価格は現在上昇を続けており、例えば、ピラニアタイプＬＥＤに使用される銅と鉄の価格は約１１０〜２００％上昇している。最終的には廃棄材料として廃棄される動作バーと、特大サイズのリードフレームの電気めっき処理に使用される電気めっき用銀の増加した量とが、ピラニアタイプＬＥＤの材料コストが大幅な上昇の原因である。そのため、製造業者はこれらのコストのバランスをとるために製造価格を値上げせざるを得ない。あるいは、利益を減少させて販売を刺激しなければならい。

そのため、パッケージング処理中に異なる応力下で起こり得る配線の破損を防止することと、リードフレームの空間を効率的に利用して、除去する動作バーの容量をさらに低減することは早急な解決を要する問題である。したがって、製造業者はピラニアタイプＬＥＤの品質を向上させ、製造コストを低減することができる。

上述の問題を斟酌し、本発明は、発光ダイオードパッケージ構造と、このためのリードフレーム及び伝導性組立品を提供することにより、従来のピラニアタイプＬＥＤの異なる応力下での配線の破損によって製品の信頼性が低下してしまう問題を解決する。

本発明の発光ダイオードパッケージ構造は、伝導性組立品、半導体チップ、パッケージ本体を含んでいる。伝導性組立品はさらに、チップ支持部とボンディング支持部を設けている。チップ支持部にはキャリア面と、キャリア面から伸張した少なくとも１個の第１電気パッドがある。ボンディング支持部は、キャリア面を包囲し、キャリア面と噛み合った少なくとも１個の配線部分と、配線部分から延びた少なくとも１個の第２電気パッドとを具備している。半導体チップは、キャリア面上に配置されており、少なくとも１本の配線を介して配線部分と電気的に接続している。パッケージ本体は半導体チップ、配線、キャリア面、配線部分を封入して発光ダイオードパッケージ構造を形成している。
これに加えて、本発明によるボンディング支持部は、キャリア面を包囲し、これと噛み合った延長部分を設け、さらに、パッケージ本体によって封入されているため、選択可能ないくつかのボンディング範囲を設けたリードフレームが提供される。

本発明の利点は、半導体のパッケージング中にパッケージ本体と伝導性組立品の異なる熱膨張係数により生じた内部応力（引っ張り力）によって配線が破損し易いという問題を解決するために、少なくとも１個の配線部分がボンディング支持部から延びており、このために発光ダイオードパッケージ構造の信頼性が向上する。
本発明は、以下に示す、例証のみを目的とし、したがって本発明を限定することのない詳細な記述によってさらに十分に理解される。

図２は、本発明の発光ダイオードパッケージ構造用のリードフレームを示す概略図である。本発明によるこのリードフレーム１２０は、チップ支持部１１１、ボンディング支持部１１２、２本の動作バー１２１を具備している。チップ支持部１１１にはキャリア面１１３と、それぞれのキャリア面１１３からＹ方向、及び−Ｙ方向へ伸張した２個の第１電気パッド１１７がある。ボンディング支持部１１２は、中央配線部分１１２３と、この中央配線部分１１２３からＹ方向及びＹ方向へそれぞれ延びた２個の第２電気パッド１１８とを設けている。

リードフレーム１２０は、２本の動作バー１２１を具備するように設計されている。２本の動作バー１２１はリードフレーム１２０の上方側と下方側にそれぞれ配設されており、さらに、２個の第１電気パッド１１７と２個の第２電気パッド１１８にそれぞれ接続している。２本の動作バー１２１はさらに、搬送用の位置制御ユニット（媒体）として機能する、即ちチェーンコンベヤのように動作することで、自動製造の目的を達成する。リードフレーム１２０の片側（Ｙ方向に見る）のみを考慮する限り、第１電気パッド１１７と第２電気パッド１１８が第１端部１１７１、第２端部１１８１をそれぞれ設け、２つの端部１１７１、１１８１は動作バー１２１内に配置されている。又さらに、２つの端部１１７１、１１８１は動作バー１２１の第１外部境界Ｂ１と第１内部境界Ｂ１’の間に配置されている。

したがって、電気パッド１１７、１１８の端部の位置によって、動作バー１２１の内部／外部境界の位置を決定することができる。 同様に、リードフレーム１２０のこれと反対側（−Ｙ方向に見る）にある第１電気パッド１１７、第２電気パッド１１８も、第１端部１１７２、第２端部１１８２をそれぞれ設けており、その２つの端部は、こちら側の動作バー１２１の第２外部境界Ｂ２と第２内部境界Ｂ２’の間に配置されている。

本発明のリードフレーム１２０の構造は、上述したように、動作バーの搬送及び位置決め機能、自動スタンピング及び電気めっき処理に影響せずに、リードフレーム１２０の構造強度を拡張するだけでなく、従来のリードフレーム１２０の幅を２５．４ｍｍから２０．４ｍｍへと短縮する。これにより、リードフレーム１２０の総容量が大幅に減少するため、リードフレーム１２０に使用する材料の量と、電気めっき処理の材料及び製造コストが減少する。
これに加えて、ボンディング支持部１１２はキャリア面１１３の外周を包囲する配線位置１１２１、１１２２をさらに設けているため、選択可能ないくつかのボンディング範囲がリードフレーム１２０に提供される。

図３Ａ、図４は、本発明による発光ダイオードパッケージ構造と、このための伝導性組立品の斜視図である。本発明の発光ダイオードパッケージ構造１００は伝導性組立品１１０、半導体チップ１４０、パッケージ本体１６０を含んでいる。本発明の発光ダイオードパッケージ構造１００は、ＬＥＤパッケージ構造である。

本発明の伝導性組立品１１０はチップ支持部１１１とボンディング支持部１１２を設けている。チップ支持部１１１はキャリア面１１３及び前記キャリア面１３から伸張する２個の電気パッド１１７がある。ボンディング支持部１１２は、キャリア面１１３の外周を包囲している２個の配線部分１１２１、１１２２と、この２個の配線部分１１２１、１１２２それぞれ延びた第２電気パッド１１８を装備している。第１配線１５０、第２配線１５１のそれぞれは、半導体チップ１４０、配線部分１１２１、１１２２に電気的に接続している。本発明では、チップ支持部１１１とボンディング支持部１１２のそれぞれに、２個の電気パッド１１７、１１８がある。チップ支持部１１１及びボンディング支持部１１２のそれぞれの電気パッド１１７、１１８の一方は、電極（図示せず）に電気的に接続して伝導性組立品１１０に給電するための第１端部１１７２、第２端部１１８２を設けている。又、チップ支持部１１１及びボンディング支持部１１２の他方の電気パッド１１７、１１８にもそれぞれ第１端部１１７１、第２端部１１８１があり、これらの端部が発光ダイオードパッケージ構造１００の熱消散に寄与し、それによって発光ダイオードパッケージ構造１００の熱消散範囲を増加させる。

さらに、２個の配線部分１１２１、１１２２とキャリア面１１３は噛み合い構造を形成している。複数のボンディング範囲の選択に加え、フレーム曲げ角度の内部応力の衝撃から保護された安全範囲も提供される。これにより、後続の処理で内部応力によって生じる配線破損又はフレーム変形等の問題を回避できる。

さらに、図３Ｂに示すように、図３Ａ中のキャリア面１１３を包囲する２個の配線部分１１２１、１１２２の設計の他に、キャリア面１１３を包囲する単線部分１１２２を採用することも可能である。第２電気パッド１１８は、配線部分１１２２から延びた電極に電気的に接続している。これに加え、第１配線１５０は半導体チップ１４０と配線部分１１２２に電気的に接続している。

本発明の半導体チップ１４０は、チップ支持部１１１のキャリア面１１３上に配設された発光チップである。半導体チップ１４０をボンディング支持部１１２の一方の第２電気パッド１１８（電極に電気的に接続している）に電気的に接続させる第１配線１５０又は第２配線１５１を介して、半導体チップ１４０は光を発するように電導される。半導体チップ１４０の設計により、本発明のボンディング支持部１１２は、さらに、２個の第２電気パッド１１８を電極に選択的に電気的に接続させることによって、半導体チップ１４０が２本の配線１５０、１５１を介してボンディング支持部１１２の２個の配線部分１１２１、１１２２とそれぞれ接続するようにすることができ、これにより単線の破損が回避され、製品の信頼度が拡張される。

しかし、本発明による伝導性組立品１１０のチップ支持部１１１とボンディング支持部１１２を、それぞれが１個の電気パッド１１７、１１８を設けるように設計することも可能である。第１端部１１７２、第２端部１１８２は、電極に電気的に接続するべくそれぞれ電気パッド１１７、１１８から延びているが、しかしこれは本発明の実施形態に限定されるものではない。

さらに、図４を参照すると、パッケージ本体１６０は、主に燐光体パウダでコーティング又は混合したエポキシ樹脂又はシリコンで製造されており、キャリア面１１３、少なくとも1個の配線部分１１２１、１１２２、半導体チップ１４０、第１配線１５０を封入して発光ダイオードパッケージ構造１００を形成している。ボンディング支持部１１２の配線部分１１２１、１１２２がキャリア面１１３の外周上に配置されていることで、パッケージ本体１６０への応力による最小の衝撃と変形に耐える安全なボンディング範囲が形成される。そのため、ボンディング支持部１１２とパッケージ本体１６０の間の樹脂及び金属材料の異なる熱膨張係数によって生じた応力衝撃を効率的に低減でき、これにより、パッケージ本体１６０の硬化時に生成された内部応力によって第１配線１５０が破損することを防止できる。

換言すれば、発光ダイオードパッケージ構造１００のボンディング支持部１１２とチップ支持部１１１の噛み合わせは部分的であってよい。噛み合った範囲は、ボンディング支持部１１２の任意の側方に伸びた部分（例えば、Ｘ方向に見た配線部分１１２１、１１２２）とキャリア面１１３により形成されている。そのため、パッケージ本体１６０の内部応力が半導体切り欠き部上に集中せず、組み合わさった範囲（中央範囲）に集中するようになる。その結果、パッケージ本体１６０の硬化処理中に、パッケージ本体１６０と伝導性組立品１１０の間の接合点にて生成され外方へ引っ張られた内部応力が減少する。

さらに、第１配線１５０は、内部応力の外方への引っ張りが大きくなっている方向にではなく、最大応力の方向に対して垂直な位置に配置されている。
これに加え、本発明の配線部分１１２１、１１２２は、有限要素解析（ＦＥＡ）の分析結果に従ってチップ支持部１１１のキャリア面１１３を包囲するように設計されている。以下に分析シミュレーションデータを記述する。従来のピラニアタイプのＬＥＤのチップボンディング範囲の変形量は０．０１７２〜０．０３１５ｍｍであり、本発明による「伝導性組立品１１０のチップボンディング範囲の変形量は０．０１６１〜０．０２９５ｍｍで、従来のピラニアタイプのＬＥＤよりも明らかに小さい。そのため、本発明の配線部分１１２１の設計は、発光ダイオードパッケージ構造１００内で、パッケージ本体１６０に採用された材料と伝導性組立品１１０の材料の間の熱膨張係数の差によって生じた応力（引っ張り力）下にて第１配線１５０が容易に破損してしまうという問題を効率的に解決することができる。

本発明に従った発光ダイオードパッケージ構造、及びこのためのリードフレームと伝導性組立品によれば、キャリア面を包囲する少なくとも１個の配線部分がボンディング支持部から延びることで、パッケージング中に応力（引っ張り力）下で配線が破損する確率が低下し、これにより発光ダイオードパッケージ構造の信頼度が拡張する。

従来の伝導性組立品の斜視図である。 従来のリードフレームの略平面図である。 本発明によるリードフレームの略平面図である。 本発明による伝導性組立品の斜視図である。 本発明による伝導性組立品の斜視図である。 本発明による発行ダイオードパッケージ構造の斜視図である。

Claims (15)

1. 発光ダイオードパッケージ構造であって、
   チップ支持部とボンディング支持部を含んだ伝導性組立品を備えており、前記チップ支持部はキャリア面を有し、又、少なくとも１個の配線部分は前記ボンディング支持部から延びたキャリア面を包囲しており、
   前記キャリア面上に配置され、少なくとも１本の配線を介して前記配線部分に電気的に接続した半導体チップを備え、
   前記半導体チップ、前記配線、前記キャリア面、前記配線部分を封入するパッケージ本体を備える、
   発光ダイオードパッケージ構造。
2. 前記キャリア面を包囲している前記２個の配線部分は前記ボンディング支持部から延びている、請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
3. 前記半導体チップは、任意で、前記配線を介して前記配線部分の１個に電気的に接続している、請求項２に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
4. 前記半導体チップは、前記２個の配線部分に２本の配線を介してそれぞれ電気的に接続している、請求項２に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
5. 発光ダイオードパッケージ構造であって、
   チップ支持部とボンディング支持部を含んだ伝導性組立品を備え、前記チップ支持部はキャリア面を有し、前記ボンディング支持部は前記キャリア面と噛み合った延長部分を有しており、
   前記キャリア面上に配設され、前記ボンディング支持部に電気的に接続している半導体チップを備え、
   前記半導体チップ、前記配線、前記キャリア面、前記延長部分を封入するパッケージ本体を備えている、
   発光ダイオードパッケージ構造。
6. 前記半導体チップは、第１配線を介して前記延長部分に電気的に接続している、請求項５に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
7. 前記半導体チップは、第２配線を介して前記延長部分に電気的に接続している、請求項６に記載の発光ダイオードパッケージ構造。
8. 発光ダイオードパッケージ構造のための伝導性組立品であって、
   キャリア面と、前記キャリア面から延びている少なくとも１つの第１電気パッドとを含んだチップ支持部と、
   前記キャリア面を包囲している少なくとも１個の配線部分と、前記配線部分から延びている少なくとも１個の第２電気パッドとを含んだボンディング支持部とを備える、
   発光ダイオードパッケージ構造のための伝導性組立品。
9. 前記ボンディング支持部は、前記キャリア面を包囲する２個の配線部分を備えている、請求項８に記載の発光ダイオードパッケージ構造のための伝導性組立品。
10. 発光ダイオードパッケージ構造のためのリードフレームであって、
    キャリア面と、前記キャリア面から延びた第１電気パッドとを含んだチップ支持部と、
    配線部分と、前記配線部分から延びた第２電気パッドとを含んだボンディング支持部と、
    前記第１電気パッドと前記第２電気パッドのそれぞれ接続した動作バーとを備え、前記動作バーは第１境界と第２境界を有し、前記第１電気パッドと前記第２電気パッドのエッジは前記第１境界と第２境界の間に配置している、
    発光ダイオードパッケージ構造のためのリードフレーム。
11. 前記ボンディング支持部は前記キャリア面を包囲する延長部分を有する、請求項１０に記載の発光ダイオードパッケージ構造のためのリードフレーム。
12. 前記ボンディング支持部は前記キャリア面を包囲する２個の延長部分を有する、請求項１０に記載の発光ダイオードパッケージ構造のためのリードフレーム。
13. 前記ボンディング支持部と前記チップ支持部は噛み合った構造を形成している、請求項１０に記載の発光ダイオードパッケージ構造のためのリードフレーム。
14. 前記噛み合った構造は、前記キャリア面と、前記配線部分から延びた２個の延長部分とによって形成されている、請求項１３に記載の発光ダイオードパッケージ構造のためのリードフレーム。
15. 前記キャリア面から延びている前記第１電気パッドの延長方向と、前記配線部分から延びている第２電気パッドの延長方向とは同じである、請求項１０に記載の発光ダイオードパッケージ構造のためのリードフレーム。

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