JP2009260222A - 半導体発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

半導体発光モジュールおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高輝度化を図ることが可能な半導体発光モジュールおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】LEDチップ2と、LEDチップ2がダイボンディングされたダイボンディングパッド11Aを有するリード1Aと、ボンディングパッド11Bを有するリード1Bと、LEDチップ2を収容する細長空間51を有するケース5と、を備える半導体発光モジュールA1であって、リード1Aは、ダイボンディングパッド11Aからy方向に延出する延出部13A、および延出部13Aに繋がり、かつy方向に対して直角に広がる実装端子部15Aを有しており、延出部13Aは、x方向においてLEDチップ2と重なっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、いわゆるサイドビュー型と称される半導体発光モジュールおよびその製造方法に関する。
図8および図9は、従来の半導体発光モジュールの一例を示している。同図に示された半導体発光モジュールXは、リード91A,91B、LEDチップ92、ケース93、および封止樹脂94を備えており、いわゆるサイドビュー型半導体発光モジュールとして構成されている。リード91A,91Bは、たとえばCu,Niなどの合金にAgメッキが施されたプレート状部品である。リード91Aには、LEDチップ92が搭載されている。LEDチップ92は、たとえば青色光を出射可能に構成されている。LEDチップ92とリード91Bとは、ワイヤ95によって接続されている。ケース93は、たとえば白色樹脂からなり、LEDチップ92の四方を囲っている。リード91A,91Bのうちケース93から露出する部分は、実装端子部91Aa,91Baとされている。封止樹脂94は、ケース93によって囲われた空間に充填されており、たとえば蛍光体材料が混入された透明樹脂からなる。LEDチップ92から発せられた光によって上記蛍光体材料が励起されることにより、たとえば黄色光が発せられる。LEDチップ92からの青色光と封止樹脂94からの黄色光とを混色させることにより、半導体発光モジュールXからは白色光が出射される。
しかしながら、半導体発光モジュールXの高輝度化を図ろうとするほど、LEDチップ92からの発熱量が多くなる。このため、LEDチップ92からの放熱が十分でないと、LEDチップ92が不当に高温になってしまったり、封止樹脂94が変質したりするという不具合があった。
特開2006−253551号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高輝度化を図ることが可能な半導体発光モジュールおよびその製造方法を提供することをその課題とする。
本発明の第1の側面によって提供される半導体発光モジュールは、半導体発光素子と、上記半導体発光素子がダイボンディングされたダイボンディングパッドを有する第1リードと、上記第1リードに対して上記ダイボンディングパッドの面内方向に沿う第1方向に離間しており、一端が上記半導体発光素子に接続されたワイヤの他端がボンディングされたボンディングパッドを有する第2リードと、上記第1方向を長手方向とし、上記第1方向と直角であり、かつ上記ダイボンディングパッドの面内方向に沿う第2方向を短手方向とするとともに、上記半導体発光素子を収容する細長空間を有するケースと、を備える半導体発光モジュールであって、上記第1リードは、上記ダイボンディングパッドから上記第2方向に延出する延出部、および上記延出部に繋がり、かつ上記第2方向に対して直角に広がる実装端子部を有しており、上記延出部は、上記第1方向において上記半導体発光素子と重なっていることを特徴としている。
このような構成によれば、上記半導体発光素子からの熱が上記延出部を介して上記実装端子部へと伝達される。したがって、上記半導体発光素子からの放熱を促進することが可能であり、上記半導体発光モジュールの高輝度化を図ることができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第1リードは、上記ダイボンディングパッドから上記第1方向において上記第2リードに近づく方向に延出し、かつ上記細長空間において上記第2方向一方寄りに位置する追加のダイボンディングパッドを有しており、上記追加のダイボンディングパッドには、ツェナーダイオードがダイボンディングされており、上記第2リードの上記ボンディングパッドは、上記細長空間において上記第2方向他方寄りに位置し、かつ上記第1方向において上記追加のダイボンディングパッドと重なっている。このような構成によれば、たとえば上記半導体発光モジュールの搬送作業や実装作業において過大な静電気による逆電圧が負荷されることによりに上記半導体発光素子が破損してしまうことを防止することができる。また、上記追加のダイボンディングパッドと上記第2リードのボンディングパッドとをいわば千鳥状に配置することにより、上記ツェナーダイオードおよび上記ツェナーダイオードに接続されたワイヤを比較的コンパクトに配置することが可能である。これは、上記半導体発光モジュールのたとえば上記第1方向寸法を縮小するのに適している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記実装端子部は、上記第1および第2方向のいずれに対しても直角である第3方向を向き、かつ上記実装端子部の材質よりもハンダ濡れ性が高い材質からなるメッキ層によって覆われた端面を有している。このような構成によれば、上記半導体発光モジュールをハンダを用いて実装する際に、上記端面に沿って上記ハンダにフィレット状部を形成しやすい。これは、上記半導体発光モジュールを確実に実装するのに有利である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ケースには、上記第2方向において実装端子部とは反対側に位置し、かつ上記実装端子部と平行である保持用面が形成されている。このような構成によれば、上記保持用面をたとえば吸着ノズルによって吸着すれば、上記実装端子部をたとえば回路基板に押し付けるときに、上記半導体発光モジュールを上記回路基板に対してまっすぐ押し付けやすい。このため、上記半導体発光モジュールが誤って転倒してしまうことを防止することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記細長空間は、上記半導体発光素子を収容する広幅部と、この広幅部を上記第1方向において挟み、かつ上記第2方向寸法が上記広幅部よりも小である2つの狭幅部と、を有しており、上記ケースは、上記第2方向上記実装端子部側部分が上記広幅部および上記2つの狭幅部を形成しうる段付き形状とされており、上記第2方向上記実装端子部反対側部分が面一とされている。このような構成によれば、上記ケース全体の上記第2方向寸法を縮小しつつ、上記半導体発光素子を適切に収容することができる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ケースには、上記第1方向において上記実装端子部に対して上記第2リード寄りに位置し、かつ上記実装端子部と面一とされた載置面が形成されている。このような構成によれば、上記半導体発光モジュールをたとえば回路基板にハンダ付けするときに、上記載置面が上記半導体発光モジュールを支えうる。これにより、上記半導体発光モジュールが誤って転倒してしまうことを防止することができる。
本発明の第2の側面によって提供される半導体発光モジュールの製造方法は、互いに直角である第1および第2方向に広がり、かつ半導体発光素子をダイボンディングするためのダイボンディングパッド、上記ダイボンディングパッドから上記第2方向に延出する延出部、上記延出部に繋がる実装端子部、および上記実装端子部よりも上記第1方向寸法が小である連結部を介して上記実装端子部が連結されたフレームを有するリードフレームを用い、上記リードフレームに対して、上記リードフレームの材質よりもハンダ濡れ性が高い材質を用いて上記リードフレームに対してメッキ処理を施す工程と、上記ダイボンディングパッドに、上記第1方向において上記延出部と重なる位置に上記半導体発光素子をダイボンディングする工程と、上記第1方向を長手方向とし、上記第2方向を短手方向とするとともに、上記半導体発光素子を収容する細長空間を有するケースを形成する工程と、上記連結部を上記第2方向において分割するように切断する工程と、上記実装端子部が上記第2方向に対して直角に広がるように上記延出部を折り曲げる工程と、を有することを特徴としている。
このような構成によれば、本発明の第1の側面によって提供される半導体発光モジュールを、上述したハンダのフィレット状部を形成するのに適した上記端面を有するものとして製造するのに適している。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図1から図3は、本発明の第1実施形態に基づく半導体発光モジュールを示している。本実施形態の半導体発光モジュールA1は、リード1A,1B、LEDチップ2、ツェナーダイオード3、ケース5、および封止樹脂6を備えている。半導体発光モジュールA1は、たとえば青色光と黄色光とを混色させることにより白色光を出射可能であり、図3に示すように、回路基板7に実装された状態でz方向に光を出射する、いわゆるサイドビュー型の半導体発光モジュールとして構成されている。半導体発光モジュールA1のサイズは、たとえばx方向の長さが3.5mm程度、y方向の幅が2mm程度、z方向の高さが2mm程度とされている。なお、理解の便宜上、図1においては、封止樹脂6を省略している。
リード1A,1Bは、LEDチップ2に対して給電するためのものであり、Cu,Niなどの合金にAgメッキが施されたプレート状部品である。リード1A,1Bは、x方向に離間配置されている。
リード1Aは、ダイボンディングパッド11A、ダイボンディングパッド12、延出部13A,14A、および実装端子部15Aを有している。ダイボンディングパッド11Aは、たとえば矩形状の比較的大きい部位であり、LEDチップ2をダイボンディングするためのものである。ダイボンディングパッド12は、ツェナーダイオード3をダイボンディングするためのものであり、ダイボンディングパッド11Aのy方向における一端寄り部分からx方向においてリード1Bに向かって延出している。
延出部13A,14Aは、ダイボンディングパッド11Aからy方向に延出しており、互いにx方向において離間している。延出部13Aは、x方向における位置がLEDチップ2とほぼ一致している。延出部13A,14Aは、先端寄り部分がz方向を向くように折り曲げられている。実装端子部15Aは、延出部13A,14Aを介してダイボンディングパッド11Aに連結されており、y方向を向く矩形状部分である。図3に示すように、実装端子部15Aは、半導体発光モジュールA1をたとえば回路基板7に実装するために用いられ、配線パターン72に対してハンダ73によって接合される。実装端子部15Aは、z方向を向く端面15Aaを有している。端面15Aaは、Agからなるメッキ層19によって覆われており、ハンダ73がフィレット状に付着しやすい部分となっている。
リード1Bは、ボンディングパッド11B、延出部13B、および実装端子部15Bを有している。ボンディングパッド11Bは、LEDチップ2およびツェナーダイオード3に一端が接続されたワイヤ4の他端がボンディングされている。本実施形態においては、ボンディングパッド11Bは、y方向においてダイボンディングパッド12と並んで配置されており、x方向位置がダイボンディングパッド12と重なる配置とされている。
延出部13Bは、ボンディングパッド11Bからy方向に延出しており、先端寄り部分がz方向を向くように折り曲げられている。実装端子部15Bは、延出部13Bを介してボンディングパッド11Bに連結されており、y方向を向く矩形状部分である。実装端子部15Bは、半導体発光モジュールA1をたとえば回路基板7に実装するために用いられ、配線パターン72に対してハンダ73によって接合される。
LEDチップ2は、半導体発光モジュールA1の光源であり、本発明で言う半導体発光素子の一例である。LEDチップ2は、たとえばGaNを主成分とするn型半導体層、活性層、p型半導体層が積層された構造とされており、青色光を発する。LEDチップ2の上面には、電極(図示略)が形成されている。この電極は、ワイヤ4によってボンディングパッド11Bに接続されている。
ツェナーダイオード3は、LEDチップ2に過大な逆電圧が負荷されることを防止するためのものであり、所定電圧以上の逆電圧が印加されたときのみ、逆電圧方向に電流が流れることを許容する。ツェナーダイオード3は、ダイボンディングパッド12にダイボンディングされており、ワイヤ4によってボンディングパッド11Bに接続されている。
ケース5は、たとえば白色樹脂製であり、全体が略細長直方体形状とされている。ケース5は、リード1A,1Bの大部分を覆っている。ケース5には、x方向を長手方向、y方向を短手方向とする細長空間51が形成されている。細長空間51は、LEDチップ2およびツェナーダイオード3を収容している。また、図3に示すように、ケース5には、保持用面52が形成されている。保持用面52は、y方向において実装端子部15Aとは反対側に位置しており、実装端子部15Aと平行な面となっている。保持用面52は、たとえば吸着ノズル8によって吸着するのに用いられる面である。吸着ノズル8は、保持用面52を吸着することにより半導体発光モジュールA1を保持する。
封止樹脂6は、細長空間51に充填されており、LEDチップ2およびツェナーダイオード3を覆っている。封止樹脂6は、透明な樹脂に蛍光体材料が混入された材料からなる。この蛍光体材料としては、たとえば青色光によって励起されることにより黄色光を発するYAG:Ce3+などが用いられる。
次に、半導体発光モジュールA1の製造方法の一例について、図4および図5を参照しつつ以下に説明する。なお、これらの図においては、理解の便宜上封止樹脂6を省略している。
まず、図4に示すように、リードフレーム1を用意する。リードフレーム1は、たとえばCu,Niなどの合金からなるプレートに対して型抜き加工を施した後に、Agメッキを施したものであり、ダイボンディングパッド11A、ボンディングパッド11B、ダイボンディングパッド12、延出部13A,13B,14A、実装端子部15A,15B、連結部16A,16B、およびフレーム17を有している。本図は、1つの半導体発光モジュールA1を製造するために必要な要素を示しているが、複数の半導体発光モジュールA1を製造可能な要素を備えたリードフレーム1を用いれば、複数の半導体発光モジュールA1を一括して効率よく製造することができる。
ダイボンディングパッド11A、ダイボンディングパッド12、延出部13A,14A、および実装端子部15Aは、2つの連結部16Aを介してフレーム17に連結されている。2つの連結部16Aは、それぞれがy方向に延びており、x方向において離間している。これらの連結部16Aは、x方向寸法が実装端子部15Aよりも小とされている。フレーム17は、x方向に延びる帯状部分である。
次いで、リードフレーム1にたとえば金型を用いてケース5を形成する。そして、LEDチップ2およびツェナーダイオード3をダイボンディングし、ワイヤ4をボンディングする。LEDチップ2は、x方向における位置が延出部13Aとほぼ一致するようにダイボンディングする。また、封止樹脂6(図示略)を形成する。この後に、たとえばブレードBlによって、連結部16A,16Bを切断する。これにより、図5に示すように、リード1A,1Bが形成される。そして、延出部13A,13B,14Aを略直角に折り曲げることにより、図1〜図3に示す半導体発光モジュールA1が得られる。
次に、半導体発光モジュールA1およびその製造方法の作用について説明する。
本実施形態によれば、LEDチップ2からの熱が延出部13Aを介して実装端子部15Aへと伝達される。実装端子部15Aは、たとえば回路基板7の配線パターン72にハンダ73を介して接合されており、実装端子部15Aに伝えられた熱を、配線パターン72へと放散できる。したがって、LEDチップ2からの放熱を促進することが可能であり、半導体発光モジュールA1の高輝度化を図ることができる。
保持用面52を吸着ノズル8によって吸着すれば、たとえば半導体発光モジュールA1の実装端子部15Aを回路基板7に押し付けるときに、半導体発光モジュールA1を回路基板7に対してまっすぐ押し付けやすい。このため、半導体発光モジュールA1が誤って転倒してしまうことを防止することができる。
端面15Aaは、CuやNiよりもハンダ濡れ性が高いAgからなるメッキ層19によって覆われているため、ハンダ73にフィレット状部を形成するのに適している。これは、半導体発光モジュールA1を確実に実装するのに有利である。図4に示す連結部16AをブレードBlを用いて切断すれば、端面15Aaを適切に形成することができる。たとえば、連結部16Aの切断面は、半導体発光モジュールA1の製造完了時には、端面15Aaと同様にz方向を向く面となりうるが、メッキ層19によって覆われていない点が端面15Aaと異なる。このような切断面は、ハンダ73にフィレット状部を形成するには適していない。
ツェナーダイオード3を備えることにより、たとえば半導体発光モジュールA1の搬送作業や実装作業において過大な静電気による逆電圧が負荷されることによりにLEDチップ2が破損してしまうことを防止することができる。また、ダイボンディングパッド12をボンディングパッド11Bといわば千鳥状に配置することにより、ツェナーダイオード3およびツェナーダイオード3に接続されたワイヤ4を比較的コンパクトに配置することが可能である。これは、半導体発光モジュールA1のたとえばx方向寸法を縮小するのに適している。
図6および図7は、本発明の第2実施形態に基づく半導体発光モジュールを示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。本実施形態の半導体発光モジュールA2は、上述した半導体発光モジュールA1と比べてx方向寸法に対するy方向寸法の比が顕著に小である形状とされている。また、半導体発光モジュールA2には、上述した実施形態のツェナーダイオード3は備えられていない。
本実施形態においては、細長空間51が広幅部51aと2つの狭幅部51bとからなる。広幅部51aは、細長空間51のx方向中央寄りに位置しており、LEDチップ2を収容している。2つの狭幅部51bは、x方向において広幅部51aを挟むように配置されており、y方向寸法が広幅部51aよりも小さい。また、広幅部51aのy方向中心は、2つの狭幅部51bのy方向中心に対して実装端子部15A,15B側にシフトしている。このような配置を達成するために、ケース5は、実装端子部15A,15B側部分が、x方向中央部分が隆起した段付き形状となっている。また、ケース5のうち実装端子部15A,15Bとは反対の部分は、段を有さない面一形状とされている。
ケース5には、載置面53が設けられている。載置面53は、x方向においてリード1Aとリード1Bとの間に位置しており、実装端子部15A,15Bのいずれとも面一とされている。また、図7に示すように、載置面53は、z方向において実装端子部15A,15Bに対して出射方向寄りに配置されている。
このような構成によれば、広幅部51aを設けることにより、LEDチップ2を適切に配置し、さらにワイヤ4を不当な干渉無くボンディングする一方で、半導体発光モジュールA2のy方向寸法を縮小することができる。また、半導体発光モジュールA2を回路基板7などにハンダ付けするときに、載置面53が回路基板7と接触することにより、半導体発光モジュールA2が支えられる格好となる。これにより、半導体発光モジュールA2が不当に転倒してしまうことを防止することができる。
本発明に係る半導体発光モジュールおよびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光モジュールおよびその製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本発明の第1実施形態に基づく半導体発光モジュールを示す平面図である。 本発明の第1実施形態に基づく半導体発光モジュールを示す側面図である。 図1のIII−III線に沿う断面図である。 図1に示す半導体発光モジュールの製造方法の一例において、リードフレームへのLEDチップの搭載およびケースの形成を終えた状態を示す要部平面図である。 図1に示す半導体発光モジュールの製造方法の一例において、リードフレームを切断する工程を示す要部平面図である。 本発明の第2実施形態に基づく半導体発光モジュールを示す平面図である。 本発明の第2実施形態に基づく半導体発光モジュールを示す側面図である。 従来の半導体発光モジュールの一例を示す平面図である。 図8のIX−IX線に沿う断面図である。
符号の説明
A1,A2 半導体発光モジュール
x (第1)方向
y (第2)方向
z (第3)方向
1 リードフレーム
1A (第1)リード
1B (第2)リード
2 LEDチップ(半導体発光素子)
3 ツェナーダイオード
4 ワイヤ
5 ケース
6 封止樹脂
11A ダイボンディングパッド
12 (追加の)ダイボンディングパッド
13A,14A 延出部
15A 実装端子部
15Aa 端面
11B ボンディングパッド
13B 延出部
15B 実装端子部
16 連結部
17 フレーム
19 メッキ層
51 細長空間
51a 広幅部
51b 狭幅部
52 保持用面
53 載置面

Claims (7)

  1. 半導体発光素子と、
    上記半導体発光素子がダイボンディングされたダイボンディングパッドを有する第1リードと、
    上記第1リードに対して上記ダイボンディングパッドの面内方向に沿う第1方向に離間しており、一端が上記半導体発光素子に接続されたワイヤの他端がボンディングされたボンディングパッドを有する第2リードと、
    上記第1方向を長手方向とし、上記第1方向と直角であり、かつ上記ダイボンディングパッドの面内方向に沿う第2方向を短手方向とするとともに、上記半導体発光素子を収容する細長空間を有するケースと、
    を備える半導体発光モジュールであって、
    上記第1リードは、上記ダイボンディングパッドから上記第2方向に延出する延出部、および上記延出部に繋がり、かつ上記第2方向に対して直角に広がる実装端子部を有しており、
    上記延出部は、上記第1方向において上記半導体発光素子と重なっていることを特徴とする、半導体発光モジュール。
  2. 上記第1リードは、上記ダイボンディングパッドから上記第1方向において上記第2リードに近づく方向に延出し、かつ上記細長空間において上記第2方向一方寄りに位置する追加のダイボンディングパッドを有しており、
    上記追加のダイボンディングパッドには、ツェナーダイオードがダイボンディングされており、
    上記第2リードの上記ボンディングパッドは、上記細長空間において上記第2方向他方寄りに位置し、かつ上記第1方向において上記追加のダイボンディングパッドと重なっている、請求項1に記載の半導体発光モジュール。
  3. 上記実装端子部は、上記第1および第2方向のいずれに対しても直角である第3方向を向き、かつ上記実装端子部の材質よりもハンダ濡れ性が高い材質からなるメッキ層によって覆われた端面を有している、請求項1または2に記載の半導体発光モジュール。
  4. 上記ケースには、上記第2方向において実装端子部とは反対側に位置し、かつ上記実装端子部と平行である保持用面が形成されている、請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体発光モジュール。
  5. 上記細長空間は、上記半導体発光素子を収容する広幅部と、この広幅部を上記第1方向において挟み、かつ上記第2方向寸法が上記広幅部よりも小である2つの狭幅部と、を有しており、
    上記ケースは、上記第2方向上記実装端子部側部分が上記広幅部および上記2つの狭幅部を形成しうる段付き形状とされており、上記第2方向上記実装端子部反対側部分が面一とされている、請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体発光モジュール。
  6. 上記ケースには、上記第1方向において上記実装端子部に対して上記第2リード寄りに位置し、かつ上記実装端子部と面一とされた載置面が形成されている、請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体発光モジュール。
  7. 互いに直角である第1および第2方向に広がり、かつ半導体発光素子をダイボンディングするためのダイボンディングパッド、上記ダイボンディングパッドから上記第2方向に延出する延出部、上記延出部に繋がる実装端子部、および上記実装端子部よりも上記第1方向寸法が小である連結部を介して上記実装端子部が連結されたフレームを有するリードフレームを用い、
    上記リードフレームに対して、上記リードフレームの材質よりもハンダ濡れ性が高い材質を用いて上記リードフレームに対してメッキ処理を施す工程と、
    上記ダイボンディングパッドに、上記第1方向において上記延出部と重なる位置に上記半導体発光素子をダイボンディングする工程と、
    上記第1方向を長手方向とし、上記第2方向を短手方向とするとともに、上記半導体発光素子を収容する細長空間を有するケースを形成する工程と、
    上記連結部を上記第2方向において分割するように切断する工程と、
    上記実装端子部が上記第2方向に対して直角に広がるように上記延出部を折り曲げる工程と、
    を有することを特徴とする、半導体発光モジュールの製造方法。
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