JP2010021452A - 光半導体装置用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形金型内で最終的に樹脂流同士が合わさるウェルド部での機械強度の低下とウェルドラインの発生を抑えることを可能とした光半導体装置用パッケージを提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂からなる射出成形体２にリードフレーム３を包含してなり、射出成形体２の一外側面にリードフレーム３が露出する開口４を有し、一外側面と表裏反対の他外側面にリードフレーム３と対向するゲート２ａを有するものであって、ゲート２ａを複数個所に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体装置用パッケージに係り、より特定的には側面発光型ＬＥＤパッケージに関する。

近年の電子機器はその小型化が進み、中でも特に携帯電話やノートＰＣ（携帯型パーソナルコンピュータ）に代表される携帯機器の小型化がめざましく、それに伴って携帯機器に内蔵される電子部品にもその小型化がますます求められている。

例えば、携帯電話やノートＰＣにおける液晶画面のバックライトに用いられる光半導体装置は、実装面に対して平行な方向へ光を照射する側面発光型が採用されている。しかしながら、電子部品の小型化を実現するためにパッケージ自体の低背化と薄肉化を行うと、その影響を受けてパッケージを形成する際の樹脂充填性が損なわれる傾向がある。

すなわち、この種のパッケージの形成は、一般に熱可塑性樹脂を用いた射出成形にて行っており、金型へ金属フレームをインサートし、金型内へ樹脂を充填して金属フレームを伴う射出成形体をインサート成形する際に、樹脂充填性が損なわれる傾向がある。

従来の射出成形方法としては、例えば、特許文献１に記載するものがある。これは射出成形用金型において、スプルーと成形品キャビティとを接続するゲートに、ピンゲートあるいはピンポイントゲートといわれる断面積の小さなゲートを採用するものである。ピンゲートは射出成形用金型のゲートのうちで断面積を極めて小さくしたもので、主として３枚型構造の金型に使用されており、特許文献１ではピンゲートの先端を元来の円形状から楕円形状へ変更している。このピンゲートを備えた射出成形用金型では、成形品と、スプルーもしくはランナーとがゲートで切断されて、金型から取り出されるので、ゲート切断の手間が省ける利点がある。

このピンゲートを備えた射出成形用金型による従来の射出成形方法で形成した側面発光型ＬＥＤパッケージを図２から図４に示す。
図２は側面発光型ＬＥＤパッケージを示し、（ａ）はゲート側から見た斜視図、（ｂ）は開口側から見た斜視図、図３は側面発光型ＬＥＤパッケージを示し、（ａ）は開口側から見た正面図、（ｂ）は外部端子の側から見た平面図、（ｃ）はゲート側から見た背面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は側面発光型ＬＥＤパッケージを示し、（ａ）はゲートの拡大図、（ｂ）は樹脂流の流れを示す模式図であり、図中において、１０１は側面発光型ＬＥＤパッケージ、１０２は射出成形体、１０２ａはゲート、１０３はリードフレーム、１０３ａは外部端子、１０４は開口、１０５はＬＥＤ素子固着予定部、１０６は反射面を各々示している。

図２から図４において、側面発光型ＬＥＤパッケージ１０１は熱可塑性樹脂にて射出成形したものであり、熱可塑性樹脂からなる射出成形体１０２がリードフレーム１０３を包含している。射出成形体１０２は略方形体を成して一外側面（正面）に開口１０４が形成してあり、この開口１０４を有する一外側面と隣接する面にはリードフレーム１０３の一部をなす実装用の外部端子１０３ａが突出している。

開口１０４の底面にはＬＥＤ素子固着予定部１０５を含むリードフレーム１０３の一部が露出しており、開口１０４の側壁はＬＥＤ素子が発する光を反射する反射面１０６として機能する。

開口１０４を有する一外側面と表裏をなす反対側の他外側面（背面）にはゲート１０２ａ、つまり射出成形の際に熱可塑性樹脂を注入した部位を有しており、ゲート１０２ａを配置する位置は射出成形の金型内における樹脂の流動バランスの観点から決定し、射出成形体１０２の形状において実質的に中心部に配置している。

一般に、ゲート１０２ａの断面積を小さくすると射出成形後のゲートの切断が容易となるが、射出成形時に樹脂を充填する樹脂圧力の損失をまねくので充填性が悪くなる。また、ゲート１０２ａの断面積を大きくすると射出成形時の樹脂圧力の損失は減少して充填性が改善されるが、射出成形後のゲートの切断が困難となる。従って、ゲート断面積の最適化において、射出成形時の樹脂充填性と射出成形後のゲート切断性とはトレードオフの関係にある。

ここでは、ピンゲートの先端に相当する上述のゲート１０２ａの断面形状は、元来の円形から楕円形状に変形してあり、これによれば、図４（ａ）に示すように、射出成形後のゲート切断で残るゲート１０２ａの高さｈを低く抑える効果を奏した。また、側面発光型ＬＥＤパッケージ１０１の場合、パッケージ自体の全高を低く抑える薄型化が求められているので、図３（ｃ）に示すように、ゲート１０２ａを有する面での高さｂに大きな制約を受けるが、高さｂの寸法内で樹脂注入のゲート断面積を広くする効果も奏した。
特開平８−１９７５８３号公報

ところで、パッケージ自体の全高を低く抑える薄型化は、開口１０４の形状にも制約を与えており、開口１０４に所定の断面積を確保するために、開口１０４の開口上部縁および開口下部縁における射出成形体１０２の肉厚は、図３（ａ）中に寸法ｂとして示すように、極めて薄く形成してあり、この開口縁が薄肉であることは射出成形時の樹脂充填性に影響を及ぼす。

図４（ｂ）を用いて、射出成形時の樹脂充填のプロセスを説明する。射出成形金型において、側面発光型ＬＥＤパッケージ１０１の射出成形体１０２に相応するキャビティには、開口１０４を有する一外側面と表裏反対の他外側面の中央に位置するゲート１０２ａより熱可塑性樹脂が流入し、樹脂流Ｙは射出成形用金型にインサートしたリードフレーム１０３に対して垂直方向に流れ込む。

樹脂流Ｙの大半の樹脂はリードフレーム１０３に遮られて射出成形体１０２の長手方向へ分散して樹脂流Ｙ_１となり、いったん開口１０４の長手方向外側へ回り込んだ後に、開口１０４の開口上部縁および開口下部縁を成す薄肉の部分へ流れ込み、分散していた樹脂流Ｙ_１同士が合わさってウェルド部Ｂを形成して樹脂の充填が終了する。

ところで、元来、射出成形は熔融した熱可塑性樹脂を比較的高圧（例えば、１００ＭＰａ）の元圧で圧送するので、ゲート部には集中的に樹脂圧力が作用する。このため、ゲート１０２ａより流入する樹脂流Ｙの一部は、リードフレーム１０３の長手方向へ迂回することなく、リードフレーム１０３の上部辺を乗り越えてショートパスする樹脂流Ｙ_２として分流する場合がある。

この樹脂流Ｙ_２は直接的に開口１０４の開口上部縁および開口下部縁を成す薄肉の部分へ流れ込み、ウェルド部Ｂには樹脂流Ｙ_１よりも先に達する。図３（ａ）に示すように、ウェルド部Ｂは樹脂の肉厚が薄いので、この部分に達した樹脂は短時間で固化する。このため、先にウェルド部Ｂに達した樹脂流Ｙ_２が固化した後に、樹脂流Ｙ_１がウェルド部Ｂに達することになり、ウェルド部Ｂでは固化した樹脂流Ｙ_２に対して流動状態の樹脂流Ｙ_１が接合する傾向がある。

このように、固化した樹脂に流動状態の樹脂が接合してなるウェルド部Ｂは接合強度が低く、また目視でもウェルド部Ｂが確認できるほどにウェルドラインが発生する。従って、ウェルド部Ｂは樹脂強度が低くて割れやすく、外観上も好ましくなくて、最悪の場合はウェルド部Ｂでショートショットと称する樹脂の未充填部が発生する恐れがあり、技術的課題とするところであった。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、射出成形金型内で最終的に樹脂流同士が合わさるウェルド部での機械強度の低下とウェルドラインの発生を抑えることを可能とした光半導体装置用パッケージとその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の光半導体装置用パッケージは、熱可塑性樹脂からなる射出成形体にリードフレームを包含してなり、前記射出成形体の一外側面にリードフレームが露出する開口を有し、前記一外側面と表裏反対の他外側面に前記リードフレームと対向するゲートを有するものであって、前記ゲートを複数個所に設けたことを特徴とする。

また、前記ゲートは、それぞれが前記リードフレームの主面に対して垂直方向に対向し、かつ前記リードフレームの主面まで等距離に位置することを特徴とする。
また、前記ゲートは、その対向する前記リードフレームの主面までの距離が短いゲートの断面積に比べて、その対向する前記リードフレームの主面までの距離が長いゲートの断面積が大きいことを特徴とする。

また、前記ゲートは、それぞれが主として対応する前記射出成形体の各領域の樹脂体積によって断面積が異なり、樹脂体積の小さい領域に対応するゲートの断面積に比べて、樹脂体積の大きい領域に対応するゲートの断面積が大きいことを特徴とする。

また、前記ゲートは、前記射出成形体の形状における実質的な中心から相反する方向へ等距離の位置にある少なくとも二箇所に設けることを特徴とする。
また、前記ゲートは、前記射出成形体の形状における実質的な中心の位置にある箇所を含む複数箇所に設けることを特徴とする。

上記した構成により、射出成形金型により射出成形体を射出成形する際に、一箇所のゲートに集中的に樹脂圧力が作用することがなく、熔融した熱可塑性樹脂は複数箇所のゲートから分散して射出成形体のキャビティに流入し、キャビティを満たす。

このため、熔融した熱可塑性樹脂を射出成形金型へ圧送するのに際して、各ゲートにおける樹脂圧力を減少させても、熱可塑性樹脂の樹脂流はキャビティ内で各ゲートに対向するリードフレームを左右に迂回して射出成形体の開口側へ円滑に流入し、薄い肉厚の開口上部縁および開口下部縁を形成する狭い流路を満たす。

この際に、各ゲートにおける樹脂圧力の減少により、樹脂流はゲートに対向して流れを遮るリードフレームの上部を越えて直接的に開口上部縁および開口下部縁をなす狭い流路へ流れることがなく、リードフレームを左右に迂回した樹脂流よりも先に開口上部縁および開口下部縁に達して固化することもない。

よって、薄い肉厚の開口上部縁および開口下部縁では、リードフレームを左右に迂回した樹脂流のみが未固化のままで合わさって後に固化してウェルド部を形成するので、未充填部が発生することなく、均質なウェルド部を形成して十分な樹脂接合強度を確保でき、射出成形体の強度確保とウェルドラインの発生を防止することができる。

ゲートは、射出成形体の形状における実質的な中心から相反する方向へ等距離の位置、あるいは射出成形体の形状における実質的な中心から点対称の位置、さらには射出成形体の形状における実質的な中心の位置にある箇所を含む複数箇所に設けることにより、射出成形時の樹脂流のバランスを確実に取ることができ、樹脂充填の最後に未固化の樹脂が合わさってるウェルド部を形成するので、ウェルド部に十分な樹脂接合強度を確保するとともにウェルドラインの発生を防止することがより確実となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態における側面発光型ＬＥＤパッケージを示すものであり、（ａ）は開口側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）はゲート側から見た背面図、（ｄ）はゲートの拡大図であり、図中において、１は側面発光型ＬＥＤパッケージ、２は射出成形体、２ａはゲート、３はリードフレーム、３ａは外部端子、４は開口、５はＬＥＤ素子固着予定部、６は反射面を各々示している。

図１において、側面発光型ＬＥＤパッケージ１は熱可塑性樹脂にて射出成形したものであり、熱可塑性樹脂からなる射出成形体２がリードフレーム３を包含している。射出成形体２は略方形体を成して一外側面（正面）に開口４が形成してあり、この開口４を有する一外側面と隣接する面にはリードフレーム３の一部をなす実装用の外部端子３ａが突出している。

開口４の底面にはＬＥＤ素子固着予定部５を含むリードフレーム３の一部が露出しており、開口４の側壁はＬＥＤ素子が発する光を反射する反射面６として機能する。
開口４を有する一外側面と表裏をなす反対側の他外側面（背面）にはゲート２ａ、つまり射出成形の際に熱可塑性樹脂を注入した部位を有している。

本実施の形態において、側面発光型ＬＥＤパッケージ１には二箇所のゲート２ａを設けている。ゲート２ａは、それぞれがリードフレーム３の主面に対して垂直方向に対向し、かつリードフレーム３の主面まで等距離に位置し、その断面積が等しいものである。ゲート２ａを配置する位置は射出成形の金型内における樹脂の流動バランスの観点から決定し、射出成形体２の形状における実質的な中心から相反する方向へ等距離の位置にある少なくとも二箇所に設けている。さらに、ゲート２ａは、射出成形体２の形状における実質的な中心の位置にある箇所を含む複数箇所に設けることも可能である。

上記した構成により、図１（ｂ）に示すように、射出成形金型において射出成形体２を射出成形する際には、熔融した熱可塑性樹脂を射出成形金型へ所定の元圧で圧送する。射出成形金型内では、一箇所のゲート２ａに集中的に樹脂圧力が作用することがなく、熔融した熱可塑性樹脂の樹脂流Ｚは複数箇所の各ゲート２ａから分散して射出成形体２のキャビティに流入し、キャビティを満たす。

すなわち、熱可塑性樹脂の樹脂流Ｚはキャビティ内で各々のゲート２ａからリードフレーム３に対して垂直方向に流れ込み、その後樹脂流Ｚはリードフレーム３に遮られて射出成形体２の長手方向へ分散し、リードフレーム３を左右に迂回し、夫々が一旦開口４の長手方向外側へ回り込んだ後に、射出成形体２の開口側へ円滑に流入し、薄い肉厚の開口上部縁２ｂおよび開口下部縁２ｃを形成する狭い流路を満たし、分散していた樹脂流Ｚが合わさってウェルド部Ａを形成して樹脂の充填が終了する。

このため、複数のゲート２ａの断面積の和である総合断面積が、図２から図４に示した従来の構成におけるゲート１０２ａの断面積と等しいとする条件下にあって、熱可塑性樹脂を射出成形金型へ圧送するのに際して、従来の一箇所のゲート１０２ａから充填する場合に比べて、各ゲート２ａにおける樹脂圧力を減少させることができ、各ゲート２ａにおける樹脂圧力の減少により、樹脂流Ｚはゲート２ａに対向して流れを遮るリードフレーム３の上部を越えて直接的に開口上部縁２ｂおよび開口下部縁２ｃをなす狭い流路へ流れることがなく、リードフレーム３を左右に迂回した樹脂流Ｚよりも先に開口上部縁２ｂおよび開口下部縁２ｃに達して固化することもない。つまり先に図４（ｂ）に示したように、ゲート１０２ａからリードフレーム１０３の上部を越えてウェルド部Ｂに達する樹脂流Ｙ_２が発生することを抑制できる。

よって、薄い肉厚の開口上部縁２ｂおよび開口下部縁２ｃでは、リードフレーム３を左右に迂回した流動状態にある樹脂流Ｚのみが未固化のままで合わさって後に固化してウェルド部Ａを形成するので、未充填部が発生することなく、均質なウェルド部Ａを形成してウェルド部Ａで接合される樹脂同士の機械強度を向上させて十分な樹脂接合強度を確保でき、ウェルドラインの発生を防止することができる。

ゲート２ａは、射出成形体２の形状における実質的な中心から相反する方向へ等距離の位置に設けることにより、射出成形時の樹脂流Ｚのバランスを確実に取ることができ、樹脂充填の最後に未固化の樹脂が合わさっているウェルド部Ａを形成するので、ウェルド部Ａに十分な樹脂接合強度を確保するとともにウェルド部Ａがウェルドラインとして現れることを確実に防止することができる。

また、各々のゲート２ａの断面積は、従来のゲート１０２ａに比べて半減するのでゲート切断が容易であり、図１（ｄ）に示すように、ゲート高さｈ´も従来のものよりも低くできる。

また、図１（ｃ）に示すように、ゲート２ａの外径の寸法も小さくなるので、側面発光型ＬＥＤパッケージ１においてゲート２ａを配置する面の寸法ｂを抑制して低背化を実現できる。

なお、本実施の形態においては、光半導体装置用パッケージとして側面発光型ＬＥＤパッケージを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のＬＥＤパッケージにも採用が可能である。

また、二箇所のゲート２ａを設けて説明したが、これに限定されるものでは無く、射出成形体２の形状における実質的な中心の位置にゲート２ａを増設して三箇所としても良く、更に複数個所に設けても良い。

また、従来の構成において一箇所のみに設けたゲート１０２ａの断面積と本発明の二箇所のゲート２ａの総合断面積が等しいものとして説明したが、これに限定されるものでは無く、ゲート２ａの断面積は射出成形における樹脂充填性とゲート切断性とを勘案して決定すれば良い。

また、本実施の形態では、射出成形体２が略方形体を成し、ゲート２ａは、それぞれがリードフレーム３の主面に対して垂直方向に対向し、かつリードフレーム３の主面まで等距離に位置し、その断面積が等しいことを前提に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、ゲート２ａの数や断面積の大きさや樹脂圧力、あるいはゲート２ａの相互の位置関係は、射出成形体２の形状、リードフレーム３の形状等の相違を配慮して設定することも可能である。

例えば、射出成形体２がその形状における実質的な中心に対して非対称な形状をなし、各ゲート２ａとその対向するリードフレーム３の主面までの距離が異なる場合にあっては、リードフレーム３の主面までの距離が短いゲート２ａの断面積に比べて、リードフレーム３の主面までの距離が長いゲート２ａの断面積を大きく設定する。

あるいは、各ゲート２ａとその対向するリードフレーム３の主面までの距離が異なる場合にあっては、リードフレーム３の主面までの距離が短いゲート２ａにおける樹脂圧力に比べて、リードフレーム３の主面までの距離が長いゲート２ａにおける樹脂圧力を大きく設定する。さらに、ゲート２ａの断面積および樹脂圧力をともに大きく設定することも可能である。

また、射出成形体２がその形状における実質的な中心に対して非対称な形状をなす場合には、各ゲート２ａはその主として対応する射出成形体２の各領域の樹脂体積によって断面積が異なり、言い換えると射出成形体２の各領域に対する熱可塑性樹脂の充填を主として担うゲート２ａの断面積は当該領域の樹脂体積によって異なる。すなわち、樹脂体積の小さい領域に対応するゲート２ａの断面積に比べて、樹脂体積の大きい領域に対応するゲート２ａの断面積を大きく設定する。

あるいは、各ゲート２ａが主として対応する射出成形体２の各領域の樹脂体積が異なる場合に、樹脂体積の小さい領域に対応するゲート２ａにおける樹脂圧力に比べて、樹脂体積の大きい領域に対応するゲート２ａにおける樹脂圧力を大きく設定する。さらに、ゲート２ａの断面積および樹脂圧力をともに大きく設定することも可能である。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施が可能であることは言うまでもない。

本発明は、均質なウェルド部を形成して十分な樹脂接合強度を確保でき、射出成形体の強度確保とウェルドラインの発生を防止することができるので、光半導体装置用パッケージとして有用であり、特に小型で薄型の側面発光型ＬＥＤパッケージに適している。

本発明の実施の形態における側面発光型ＬＥＤパッケージを示し、（ａ）は開口側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）はゲート側から見た背面図、（ｄ）はゲートの拡大図 従来の側面発光型ＬＥＤパッケージを示し、（ａ）はゲート側から見た斜視図、（ｂ）は開口側から見た斜視図 従来の側面発光型ＬＥＤパッケージを示し、（ａ）は開口側から見た正面図、（ｂ）は外部端子の側から見た平面図、（ｃ）はゲート側から見た背面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図 従来の側面発光型ＬＥＤパッケージを示し、（ａ）はゲートの拡大図、（ｂ）は樹脂流の流れを示す模式図

符号の説明

１、１０１ 側面発光型ＬＥＤパッケージ
２、１０２ 射出成形体
２ａ、１０２ａ ゲート
２ｂ 開口上部縁
２ｃ 開口下部縁
３、１０３ リードフレーム
３ａ、１０３ａ 外部端子
４、１０４ 開口
５、１０５ ＬＥＤ素子固着予定部
６、１０６ 反射面

Claims (6)

1. 熱可塑性樹脂からなる射出成形体にリードフレームを包含してなり、前記射出成形体の一外側面にリードフレームが露出する開口を有し、前記一外側面と表裏反対の他外側面に前記リードフレームと対向するゲートを有するものであって、前記ゲートを複数個所に設けたことを特徴とする光半導体装置用パッケージ。
2. 前記ゲートは、それぞれが前記リードフレームの主面に対して垂直方向に対向し、かつ前記リードフレームの主面まで等距離に位置することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置用パッケージ。
3. 前記ゲートは、その対向する前記リードフレームの主面までの距離が短いゲートの断面積に比べて、その対向する前記リードフレームの主面までの距離が長いゲートの断面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置用パッケージ。
4. 前記ゲートは、それぞれが主として対応する前記射出成形体の各領域の樹脂体積によって断面積が異なり、樹脂体積の小さい領域に対応するゲートの断面積に比べて、樹脂体積の大きい領域に対応するゲートの断面積が大きいことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光半導体装置用パッケージ。
5. 前記ゲートは、前記射出成形体の形状における実質的な中心から相反する方向へ等距離の位置にある少なくとも二箇所に設けることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置用パッケージ。
6. 前記ゲートは、前記射出成形体の形状における実質的な中心の位置にある箇所を含む複数箇所に設けることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光半導体装置用パッケージ。

Images