JP2010098276A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ放熱性を高めて高輝度化を図ることができる半導体発光装置を提供すること。
【解決手段】１以上の半導体発光素子と、上記半導体発光素子を囲む樹脂パッケージ４と、を備える半導体発光装置Ａ１であって、上記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を有するとともに、このダイボンディングパッドの反対側の露出面１２が樹脂パッケージ４から露出し、かつこの露出面１２が樹脂パッケージ４によって囲われているリードを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば携帯電話機の光源装置や高精細なドットマトリクス表示器の画素光源として用いられる半導体発光装置、およびその製造方法に関する。

図１３は、従来の半導体発光装置の一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された半導体発光装置Ｘは、１対の電極９２Ａ，９２Ｂが形成された基板９１にＬＥＤチップ９４がボンディングされた構成とされている。ＬＥＤチップ９４およびボンディングワイヤ９６は、樹脂パッケージ９５によって覆われている。電極９２Ａには、ダイボンディングパッド９２Ａａが形成されている。ＬＥＤチップ９４は、Ａｇペースト９３を用いてダイボンディングパッド９２Ａａにダイボンディングされている。電極９２Ｂには、ボンディングワイヤ９４をボンディングするためのボンディングパッド９２Ｂａが形成されている。

特開２００１−１９６６４１号公報

しかしながら、近年、たとえば携帯電話機の小型化が強く指向されている。このため、半導体発光装置Ｘに対しても、小型化の要請が強い。一方、半導体発光装置ＸにおいてＬＥＤチップ９４の高輝度化を図ろうとすると、ＬＥＤチップ９４に流れる電流が増大し、ＬＥＤチップ９４からの発熱が増大する。基板９１は、ガラスエポキシ樹脂などからなるため、熱伝導率が比較的小さい。ＬＥＤチップ９４からの放熱を促進しつつ、全体の小型化を図る上で、半導体発光装置Ｘはいまだ改善の余地があった。

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、小型化を図りつつ放熱性を高めて高輝度化を図ることができる半導体発光装置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装置は、１以上の半導体発光素子と、上記半導体発光素子を囲む樹脂パッケージと、を備える半導体発光装置であって、上記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を有するとともに、このダイボンディングパッドの反対側の面が上記樹脂パッケージから露出し、かつこの露出面がその面内方向において上記樹脂パッケージによって囲われているリードを備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記リードを介して上記半導体発光素子からの熱を効率よく逃がすことができる。また、上記リードを上記半導体発光素子を搭載するのに最低限必要な大きさとすることが可能である。したがって、上記半導体発光装置の小型化と高輝度化と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、上記ダイボンディングパッドには、複数の上記半導体発光素子がダイボンディングされている。このような構成によれば、複数の上記半導体発光素子を互いに近接して配置することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記リードには、厚さ方向において上記ダイボンディングパッド側に位置する薄肉縁部が形成されている。このような構成によれば、リードが上記樹脂パッケージから抜け落ちる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装置は、１以上の半導体発光素子と、上記半導体発光素子を搭載するものを含む１以上のリードと、上記リードを部分的に覆う樹脂パッケージとを備え、上記リードは、上記半導体発光素子が搭載される面とは反対側が窪む薄肉部と、この薄肉部に面内方向につながる厚肉部とを有しており、上記厚肉部における上記反対側の面が上記樹脂パッケージから露出し、かつ上記薄肉部における上記反対側の面が上記樹脂パッケージによって覆われていることを特徴としている。

このような構成によっても、半導体発光素子から発せられる熱を、リードを介して効率よく外部に逃がすことができる。一方、リードには薄肉部が設けられており、この薄肉部においては、半導体発光素子が搭載される面とは反対側の面が樹脂パッケージによって覆われている。したがって、薄肉部が樹脂パッケージに引っ掛かることにより、リードが樹脂パッケージから脱落するのを防止することができる。このことは、半導体発光装置の小型化（薄型化）に有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記半導体発光素子が搭載される上記リードは、少なくとも上記薄肉部の一部が上記半導体発光素子と重なっている。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の上記リードが上記面内方向のうち第１方向に離間して並ぶとともに、上記薄肉部および厚肉部は上記面内方向において上記第１方向に対して直角である第２方向に沿って並んでおり、複数の上記リードの上記薄肉部と上記厚肉部との境界は、いずれも上記第１方向に沿った一直線上にある。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記厚肉部には、その厚み方向と直角である方向に突出する突起が形成されている。

本発明の第３の側面によって提供される半導体発光装置の製造方法は、金属板に対して、一方の面において一部が窪むようにプレス加工を施すことにより、他方の面において互いに面一となる薄肉部および厚肉部を有するリードを形成する工程と、上記リードの上記他方の面に半導体発光素子を搭載する工程と、上記リードの上記一方の面において上記厚肉部が露出し、かつ上記薄肉部が覆われるようにして、上記リードを部分的に覆う樹脂パッケージを形成する工程と、を有することを特徴としている。このような製造方法によれば、本発明の第２の側面によって提供される半導体発光装置を効率よく、かつ適切に製造することができる。

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。

本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置を示す背面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置を示す背面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置を示す背面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。 薄肉部の形成方法を説明するための図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）、（ｃ）は要部断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置を示す平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。 従来の半導体発光装置の一例を示す断面図である。

図１〜図４は、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の一例を示している。第１実施形態の半導体発光装置Ａ１は、複数のリード１Ａ，１Ｂ、３つのＬＥＤチップ２、樹脂パッケージ４、および封止樹脂５を備えている。図１においては、便宜上封止樹脂５を省略している。半導体発光装置Ａ１は、平面視寸法が３ｍｍ角程度、厚さが０．５〜０．６ｍｍ程度とされており、小型でありかつ非常に薄型の半導体発光装置として構成されている。

複数のリード１Ａ，１Ｂは、ＬＥＤチップ２を支持するとともに、ＬＥＤチップ２に電力を供給するためのものである。複数のリード１Ａ，１Ｂは、たとえばＣｕ、その合金、またはＦｅ−Ｎｉ合金からなり、その厚さが０．１ｍｍ弱程度とされている。リード１Ａは、ダイボンディングパッド１１、露出面１２、および薄肉縁部１３を有している。ダイボンディングパッド１１は、ＬＥＤチップ２をダイボンディングするための部分であり、略帯状とされている。図２に示すように、ダイボンディングパッド１１の裏側にある露出面１２は、樹脂パッケージ４から露出しており、四方を樹脂パッケージ４によって囲われている。図３および図４に示すように、薄肉縁部１３は、ダイボンディングパッド１１を囲むように形成されている。薄肉縁部１３は、ダイボンディングパッド１１と面一とされており、露出面１２が露出している側には露出していない。

複数のリード１Ｂは、ワイヤボンディングパッド１４、端子１５、および薄肉縁部１６を有している。ワイヤボンディングパッド１４は、ワイヤ３をボンディングするためのものである。端子１５は、ワイヤボンディングパッド１４とは反対側にある面であり、図２に示すように樹脂パッケージ４から露出している。図３に示すように、薄肉縁部１６は、ワイヤボンディングパッド１４から延出しており、端子１５が露出している側には露出していない。

ＬＥＤチップ２は、半導体発光装置Ａ１の光源であり、たとえばｎ型半導体層およびｐ型半導体層と、これらに挟まれた活性層とが積層された構造とされている。本実施形態においては、３つのＬＥＤチップ２が搭載されている。これらのＬＥＤチップ２は、たとえば赤色光、緑色光、および青色光を発光する。

樹脂パッケージ４は、複数のリード１Ａ，１Ｂの一部ずつを覆っており、たとえば白色樹脂によって形成されている。樹脂パッケージ４には、３つのＬＥＤチップ２を囲む内向き傾斜面４ａが形成されている。この内向き傾斜面４ａは、３つのＬＥＤチップ２から側方に出射された光を半導体発光装置Ａ１の外部に向けて反射させるリフレクタとして機能する。樹脂パッケージ４は、たとえばリード１Ａ，１Ｂが配置された金型（図略）内に溶融状態の樹脂材料を注入することにより一体成形される。

封止樹脂５は、ＬＥＤチップ２およびワイヤ３を保護するためのものである。封止樹脂５は、内向き傾斜面４ａによって囲われた空間に充填されている。封止樹脂５は、ＬＥＤチップ２からの光に対して透光性を有するたとえばエポキシ樹脂を用いて形成されている。

次に、半導体発光装置Ａ１の作用について説明する。

第１実施形態によれば、ＬＥＤチップ２からの熱を露出面１２を介してたとえば半導体発光装置Ａ１が実装される回路基板（図示略）に効率よく逃がすことができる。これにより、半導体発光装置Ａ１の高輝度化を図ることができる。

また、リード１Ａは、露出面１２がその四方から樹脂パッケージ４に囲われており、樹脂パッケージ４の端縁まで延出していない。一方、ＬＥＤチップ２は、半導体発光装置Ａ１の中央寄りに設けることが、高輝度化の観点から好ましい。このため、リード１Ａを、ＬＥＤチップ２を搭載するのに最低限必要なサイズとすることができる。これは、半導体発光装置Ａ１の小型化に好ましい。

ダイボンディングパッド１１に３つのＬＥＤチップ２を搭載することにより、これらのＬＥＤチップ２を互いに近接して配置することができる。これは、３つのＬＥＤチップ２からの光の混色を促進するのに適している。

薄肉縁部１３，１６を設けることにより、複数のリード１Ａ，１Ｂが樹脂パッケージ４から抜け落ちることを防止することができる。

図５および図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置を示している。第２実施形態の半導体発光装置Ａ２は、ダイボンディングパッド１１（リード１Ａ）の形状が上述した第１実施形態と異なっている。なお、これらの図において、第１実施形態と同一または類似の要素には、第１実施形態と同一の符号を付している。

第２実施形態においては、図５に示すように、ダイボンディングパッド１１は、その幅が長手方向において段階的に異なる形状とされている。比較的幅広である部分１７には、２つのＬＥＤチップ２がダイボンディングされている。また、比較的狭幅である部分１８には、１つのＬＥＤチップ２がダイボンディングされている。このような実施形態によれば、３つのＬＥＤチップ２を、それぞれが三角形の頂点に位置する配置とすることができる。これは、３つのＬＥＤチップ２からの光を混色させるのに好適である。

図７〜図９は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置を示している。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。また、第３実施形態においては、図７の紙面における左右方向をＸ方向、それに直交する方向をＹ方向とする。

第３実施形態の半導体発光装置Ａ３では、１つのリード１Ａと複数のリード１Ｂとが配置されていた第１および第２実施形態の半導体発光装置Ａ１，Ａ２に対し、リード１Ａ，１Ｂが対をなし、その対の組み合わせが複数配置されている点で第１および第２実施形態の半導体発光装置Ａ１，Ａ２と異なる。すなわち、複数のリード１Ａ，１Ｂは、図７に示すように、Ｙ方向に離間して対をなすリード１Ａ，１ＢがＸ方向に離間して３つ並んだ態様となっている。

各リード１Ａ，１Ｂは、図９に示すように、相対的に厚さの大きい厚肉部２１、および相対的に厚さの小さい薄肉部２２がＹ方向につながった板状とされている。薄肉部２２は、上面２２ａが厚肉部２１と面内方向に面一状である一方、上面２２ａとは反対側が窪んでいる。厚肉部２１の下面２１ｂは、樹脂パッケージ４から露出しており、半導体発光装置Ａ３を図示しない回路基板に面実装するための端子として用いられる。薄肉部２２の下面２２ｂは、樹脂パッケージ４によって覆われている。リード１Ａ，１Ｂの厚さは、厚肉部２１が０．１５ｍｍ程度、薄肉部２２が０．１ｍｍ弱程度とされている。

図７に示すように、各リード１Ａの厚肉部２１と薄肉部２２との境界は、Ｘ方向に沿った直線Ｌ１上にある。また、各リード１Ｂの厚肉部２１と薄肉部２２との境界は、Ｘ方向に沿った直線Ｌ２上にある。このような薄肉部２２を有するリード１Ａ，１Ｂは、たとえばプレス加工によって形成することができる。

薄肉部２２の形成手順の具体例を、図１０を参照して以下に示す。まず、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、厚さが均一な複数の金属板１Ａ’，１Ｂ’をバックアップ用の金型２３Ａおよびプレス用の金型２３Ｂ間にセットする。金型２３Ｂは、平面視矩形状とされている。ここで、金属板１Ａ’，１Ｂ’は、リードフレーム（図示略）などによって一体的に支持されている。次いで、図１０（ｃ）に示すように、金型２３Ｂを押し下げて金属板１Ａ’，１Ｂ’に所定の衝撃荷重を加えることにより、金属板１Ａ’，１Ｂ’のうち金型２３Ｂによって押圧された部位は窪む。この窪んだ部分が、薄肉部２２となる。このようにして、金属板１Ａ’，１Ｂ’から、１回のプレス操作によって、リード１Ａ，１Ｂが形成される。すなわち、リード１Ａ，１Ｂにおいて、薄肉部１１と厚肉部１２との境界は、金型２３Ｂの外形線と一致している。

第３実施形態においては、３つのＬＥＤチップ２は、たとえば赤色光、緑色光、青色光を発するＬＥＤチップ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂからなる。ＬＥＤチップ２は、図９に示すように、リード１Ａ，１Ｂの薄肉部２２の上面２２ａに各別に搭載されている。各ＬＥＤチップ２には、ワイヤ３の一端が接合されている。ワイヤ３の他端は、ＬＥＤチップ２が搭載されるリード１Ａ（１Ｂ）とＹ方向に対をなすリード１Ｂ（１Ａ）に接合されている。

第３実施形態では、ＬＥＤチップ２Ｒは、一組の電極が両側の主面に分散して配置される両面電極構造とされており、Ｘ方向中央のリード１Ｂにダイボンディングされている。リードＬＥＤチップ２Ｇ，２Ｂは、一組の電極が片方の主面にまとめて配置される片面電極構造とされており、Ｘ方向両端のリード１Ａにボンディングされている。また、Ｘ方向両端のリード１Ｂには、ＬＥＤチップ２Ｇ，２Ｂと逆バイアスになるように並列接続されたツェナーダイオード２４が搭載されており、ＬＥＤチップ２Ｇ，２Ｂに過剰な電流が流れるのを防止している。

次に、半導体発光装置Ａ３の作用について説明する。

第３実施形態によれば、ＬＥＤチップ２から発せられる熱を、リード１Ａ，１Ｂの露出面（厚肉部２１の下面２１ｂ）を介して、たとえば半導体発光装置Ａ３が面実装される回路基板（図示略）に効率よく逃がすことができる。一方、リード１Ａ，１Ｂには薄肉部２２が設けられており、この薄肉部２２の下面２２ｂは、樹脂パッケージ４によって覆われている。これにより、半導体発光装置Ａ３の小型化を図るべくリード１Ａ，１Ｂ全体の厚さを薄くしても、薄肉部２２が樹脂パッケージ４に引っ掛かることにより、リード１Ａ，１Ｂが樹脂パッケージ４から脱落するのを防止することができる。このことは、半導体発光装置Ａ３の小型化（薄型化）に有利である。

リード１Ａ，１Ｂにおいては、薄肉部２２にＬＥＤチップ２が搭載されており、この薄肉部２２は比較的広範囲に設けられている。したがって、リード１Ａ，１Ｂは、樹脂パッケージ４によって広い範囲にわたって覆われており、リード１Ａ，１Ｂが樹脂パッケージ４から脱落するのを確実に防止することができる。また、ＬＥＤチップ２を薄肉部２２に搭載することにより、図７に示すように、複数のＬＥＤチップ２を互いに近接して配置することができる。このことは、半導体発光装置Ａ３の小型化に有利である。

第３実施形態では、リード１Ａ，１Ｂの薄肉部２２は、矩形状の金型２３Ｂでプレスすることにより一括して形成される。したがって、薄肉部２２の形成を簡単に行うことが可能であり、また、薄肉部２２の寸法の安定化を図ることができる。このことは、半導体発光装置Ａ３の小型化を図るうえで有利である。

図１１および図１２は、本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置を示している。第４実施形態の半導体発光装置Ａ４は、各リード１Ａ，１Ｂに突起３１が形成されている点で第３実施形態の半導体発光装置Ａ３と異なる。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。

第４実施形態では、図１１に示すように、リード１Ａおよびリード１Ｂの厚肉部２１の両側面、すなわち樹脂パッケージ４に接触する面において、厚肉部２１の厚み方向と直角である方向に突出する複数の突起３１が形成されている。各突起３１は、平面視略矩形状とされている。各突起３１は、その厚さが薄肉部１２の厚さと同じとされ、半導体発光装置Ａ４の背面には露出していない。

この第４実施形態によれば、リード１Ａ，１Ｂの厚肉部２１に突起３１が形成されているので、リード１Ａ，１Ｂの表面積を実質的に増大させることができる。そのため、リード１Ａ，１Ｂと樹脂パッケージ４との接触面積を増やすことができるので、樹脂パッケージ４との密着性を高めることができる。したがって、リード１Ａ，１Ｂが樹脂パッケージ４から抜け落ちることをより一層効果的に抑制することができる。

また、リード１Ａ，１Ｂと、樹脂パッケージ４との密着性を高める方法としては、たとえばリード１Ａ，１ＢがＣｕ以外の材質で形成されている場合、リード１Ａ，１Ｂのダイボンディングおよびワイヤボンディングされる部分を除く表面に、樹脂パッケージ４とのなじみがよいＣｕめっきを施してもよい。また、ダイボンディングおよびワイヤボンディングされる部分を除く表面にたとえばショット・ブラストを施し、当該表面を微細な凹凸状に形成するようにしてもよい。さらに、これらの方法を必要に応じて組み合わせて用いてもよい。

本発明に係る半導体発光装置は、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装置の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

上記実施形態で示したように、たとえば３つのＬＥＤチップ２から赤色光、緑色光、青色光を発光させる構成に限定されず、たとえば、青色光を発光するＬＥＤチップ２と蛍光物質が混入された封止樹脂５とを備える構成としてもよい。この場合、白色光を出射することができる。また、３つのＬＥＤチップ２は、全て同じ色（たとえば青色光）を発光するものでもよい。ＬＥＤチップ２が同じ色を発光すれば、より輝度の高い半導体発光装置とすることができる。

また、第３実施形態においては、ＬＥＤチップ２がリード１Ａ，１Ｂの薄肉部２２に搭載される構成とされているが、これに限定されるものではない。ＬＥＤチップ２が薄肉部２２と厚肉部２１とに跨って搭載される、あるいは厚肉部２１に搭載される構成であってもよい。

Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 半導体発光装置
１Ａ，１Ｂ リード
１Ａ’，１Ｂ’ 金属板
２ ＬＥＤチップ（半導体発光素子）
３ ワイヤ
４ 樹脂パッケージ
５ 封止樹脂
１１ ダイボンディングパッド
１２ 露出面
１３ 薄肉縁部
１４ ワイヤボンディングパッド
１５ 端子
１６ 薄肉縁部
２１ 厚肉部
２１ｂ 下面（半導体発光素子が搭載される面とは反対側の面）
２２ 薄肉部
２２ａ 上面（半導体発光素子が搭載される面）
２２ｂ 下面（半導体発光素子が搭載される面とは反対側の面）
３１ 突起
Ｌ１，Ｌ２ 直線

Claims (8)

1. １以上の半導体発光素子と、
   上記半導体発光素子を囲む樹脂パッケージと、
   を備える半導体発光装置であって、
   上記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を有するとともに、このダイボンディングパッドの反対側の面が上記樹脂パッケージから露出し、かつこの露出面がその面内方向において上記樹脂パッケージによって囲われているリードを備えることを特徴とする、半導体発光装置。
2. 上記ダイボンディングパッドには、複数の上記半導体発光素子がダイボンディングされている、請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 上記リードには、厚さ方向において上記ダイボンディングパッド側に位置する薄肉縁部が形成されている、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. １以上の半導体発光素子と、
   上記半導体発光素子を搭載するものを含む１以上のリードと、
   上記リードを部分的に覆う樹脂パッケージとを備え、
   上記リードは、上記半導体発光素子が搭載される面とは反対側が窪む薄肉部と、この薄肉部に面内方向につながる厚肉部とを有しており、
   上記厚肉部における上記反対側の面が上記樹脂パッケージから露出し、かつ上記薄肉部における上記反対側の面が上記樹脂パッケージによって覆われていることを特徴とする、半導体発光装置。
5. 上記半導体発光素子が搭載される上記リードは、少なくとも上記薄肉部の一部が上記半導体発光素子と重なっている、請求項４に記載の半導体発光装置。
6. 複数の上記リードが上記面内方向のうち第１方向に離間して並ぶとともに、上記薄肉部および厚肉部は上記面内方向において上記第１方向に対して直角である第２方向に沿って並んでおり、
   複数の上記リードの上記薄肉部と上記厚肉部との境界は、いずれも上記第１方向に沿った一直線上にある、請求項４または５に記載の半導体発光装置。
7. 上記厚肉部には、その厚み方向と直角である方向に突出する突起が形成されている、請求項４ないし６のいずれかに記載の半導体発光装置。
8. 金属板に対して、一方の面において一部が窪むようにプレス加工を施すことにより、他方の面において互いに面一となる薄肉部および厚肉部を有するリードを形成する工程と、
   上記リードの上記他方の面に半導体発光素子を搭載する工程と、
   上記リードの上記一方の面において上記厚肉部が露出し、かつ上記薄肉部が覆われるようにして、上記リードを部分的に覆う樹脂パッケージを形成する工程と、
   を有することを特徴とする、半導体発光装置の製造方法。

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