JP2011192936A - 光半導体装置用パッケージおよびその製造方法ならびに光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光半導体装置リードフレームとパッケージ樹脂部との間に隙間が生じたとしても、光半導体装置の外部に透光性樹脂が漏れ出すことを防止することを目的とする。
【解決手段】パッケージ樹脂１４と接触するリードフレーム１３に凹部１９を有し、リードフレーム１３の凹部１９とパッケージ樹脂１４で空隙２０が形成されることにより、透光性樹脂１８の充填時にリードフレーム１３とパッケージ樹脂１４との間に隙間が発生した場合でも、透光性樹脂１８はリードフレーム１３の凹部１９の空隙２０に収容され、そのまま硬化してしまうため、毛細管現象の影響を受けやすい構成であっても、光半導体装置１０の外部に透光性樹脂１８が漏れ出さない構成とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、搭載された光半導体素子を透光性樹脂で封止してなる光半導体装置およびそれに用いる光半導体装置用パッケージならびにその製造方法に関するものである。

光半導体装置は、光半導体装置用パッケージに光半導体素子を搭載し、光半導体素子とリードフレームとを導電材で電気的接続の後、光半導体素子および導電材を透光性樹脂で封止することにより形成される。この時、透光性樹脂がリードフレームとパッケージ樹脂部との隙間から外部に漏れ出した場合、半田付け不具合が発生する。このために、従来の光半導体装置用パッケージおよび光半導体装置では、リードフレームの粗面化や、パッケージ樹脂の材料工夫等により、リードフレーム（基板）とパッケージ樹脂部との密着性を向上させ、リードフレームとパッケージ樹脂部との隙間から外部に透光性樹脂が漏れ出すことを防止していた。

従来の光半導体装置について、図５、図６を用いて説明する。
例えば、従来の光半導体装置では、図５、図６に示すようにリードフレームとパッケージ樹脂との密着力を改善させている場合があった。

図５は、従来のセラミック反射環に凹部を備える光半導体装置の構成を示す断面図である。
図５に示すように、発光ダイオードダイス５０とボンディング材５１が実装されたセラミック基板５２（リードフレームに相当）とセラミック反射環５３（パッケージ樹脂に相当）を、耐高温エポキシ樹脂５４を介して結合させる。ここで、セラミック反射環５３の耐高温エポキシ樹脂５４と接触する面には凹槽５６が設けられており、高耐熱エポキシ樹脂５４がセラミック反射環５３の凹槽５６内に入り込むことにより、セラミック基板５２とセラミック反射環５３とが緊密に結合される構造である。さらに、セラミック反射環５３内に透光性樹脂１８を充填させて発光ダイオードダイス５０とボンディング材５１とを封止することにより、光半導体装置を形成している（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来のリードフレームに凹部を備える光半導体装置の構成を示す断面図である。
図６に示す従来の光半導体装置は、リードフレーム６３が樹脂基板６４に埋設され、リードフレーム６３に半導体チップ６１とワイヤ６２が実装される。樹脂基板６４に埋設されたリードフレーム６３には、凹形状の減厚部６５が形成されており、樹脂基板６４に埋設される際に、樹脂が減厚部６５に流入することにより、樹脂基板６４とリードフレーム６３との密着力を向上させる構造である（例えば、特許文献２参照）。

実用新案登録第３１５１３３１号公報 特開２００６−０３２７０３号公報

しかしながら、前記従来の光半導体装置による密着力の向上では、リードフレームとパッケージ樹脂部との熱膨張係数の違いや、透光性樹脂を充填させる際の熱ストレスにより、リードフレームとパッケージ樹脂部に隙間が発生する場合があり、その隙間から毛細管現象により透光性樹脂が依然として外部に漏れ出すという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光半導体装置リードフレームとパッケージ樹脂部との間に隙間が生じたとしても、光半導体装置の外部に透光性樹脂が漏れ出すことを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光半導体装置用パッケージは、光半導体素子の搭載部または導電材との接続部を備えて互いに電気的に独立する複数のリードフレームと、前記搭載部を含むキャビティ領域を開口して前記リードフレームと一体成形されるパッケージ樹脂部と、少なくとも１つの前記リードフレームの前記パッケージ樹脂部との接触面の一面に形成される凹部と、前記パッケージ樹脂部が未充填の前記凹部の空隙とを有することを特徴とする。

また、前記リードフレーム毎に前記凹部が１つ以上形成されることが好ましい。
また、前記凹部が連続して形成されることが好ましい。
また、前記凹部が前記リードフレームの前記接触面の一面に対する裏面にも形成されることが好ましい。

また、前記凹部が断面Ｖ字状の溝であっても良い。
また、前記溝は鋭角であっても良い。
さらに、本発明の光半導体装置は、前記光半導体装置用パッケージに対して、前記搭載部に搭載される前記光半導体素子と、前記光半導体素子と前記接続部とを電気的に接続する前記導電材と、前記キャビティ領域を封止する透光性樹脂とをさらに備えてなることを特徴とする。

また、本発明の光半導体装置用パッケージの製造方法は、前記光半導体装置用パッケージであって、前記パッケージ樹脂を形成する際に、前記パッケージ樹脂を前記凹部内に流入させずに、前記凹部内に前記空隙を形成することを特徴とする。

以上により、リードフレームとパッケージ樹脂部との間に隙間が生じたとしても、光半導体装置の外部に透光性樹脂が漏れ出すことを防止できる。

以上のように、パッケージ樹脂と接触するリードフレームに凹部を有し、リードフレームの凹部とパッケージ樹脂で空隙が形成されることにより、透光性樹脂の充填時にリードフレームとパッケージ樹脂との間に隙間が発生した場合でも、透光性樹脂はリードフレームの凹部の空隙に収容され、そのまま硬化してしまうため、毛細管現象の影響を受けやすい構成であっても、光半導体装置の外部に透光性樹脂が漏れ出さない構成とすることができる。

実施の形態１における光半導体装置の断面図 実施の形態１における光半導体装置の要部拡大断面図 実施の形態２における光半導体装置の断面図 実施の形態２における光半導体装置の要部拡大断面図 従来のセラミック反射環に凹部を備える光半導体装置の構成を示す断面図 従来のリードフレームに凹部を備える光半導体装置の構成を示す断面図

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における光半導体装置の断面図である。図２は、実施の形態１における光半導体装置の要部拡大断面図であり、図１のＡ部を拡大した図である。

図１において光半導体装置１０は、凹部１９が形成されたリードフレーム１３と、リードフレーム１３上の搭載部１１に実装される光半導体素子１６と、光半導体素子１６の電極（図示せず）とリードフレーム１３の接続部１２とを電気的に接続させる導電材１７と、光半導体素子１６の搭載領域であるキャビティ領域を開口し、内面の光の反射率が高く形成されたパッケージ樹脂１４が設けられる。また、リードフレーム１３には、光半導体素子１６を搭載する搭載部１１を備えるリードフレーム１３や、外部端子と一体に形成されて導電材１７との接続部１２を備えるリードフレーム１３があり、互いに電気的に独立した状態でパッケージ樹脂１４で保持されている。パッケージ樹脂１４は搭載部１１と接続部１２とパッケージ樹脂１４の外側で外部接続されるアウターリード１５を除きリードフレーム１３を覆うように構成される。さらに、パッケージ樹脂１４の形成の際に、パッケージ樹脂１４に覆われているリードフレーム１３の凹部１９はパッケージ樹脂１４で覆われ、凹部１９内部には樹脂１４が流入させず空隙２０を形成するようにする。これにより、本発明の光半導体装置用パッケージが形成される。その後、光半導体装置用パッケージに、光半導体素子１６を搭載し、導電材１７で光半導体素子１６と接続部１２とを電気的に接続した後、光半導体素子１６と導電材１７とをシリコンやエポキシ等の熱硬化性の透光性樹脂１８で封止することにより、光半導体装置が形成される。

かかる構成によれば、リードフレーム１３の凹部１９に空隙２０が形成されているため、熱膨張係数の差等によりリードフレーム１３とパッケージ樹脂１４との間に隙間が生じたとしても、透光性樹脂１８による封止の際に、リードフレーム１３の凹部１９とパッケージ樹脂１４との隙間に流れ込んだ透光性樹脂１８は、凹部１９の空隙２０に流れ込んで、そのまま硬化してしまうため、パッケージ樹脂１４の外部に漏れ出すことがなく、光半導体装置１０の半田付け不具合の発生を抑えることができる。

ここで、凹部１９は、例えば、リードフレーム１３の表面から深くなるほど狭くなるような断面Ｖ字状の溝形状とする。そして、パッケージ樹脂１４の形成時の条件ではパッケージ樹脂１４が凹部１９に流入せずに空隙２０を形成し、透光性樹脂１８の形成時の条件では、リードフレーム１３とパッケージ樹脂１４との間にできた隙間を介して流出してきた透光性樹脂１８が空隙２０に流入することができるように凹部１９の形状や深さ等を決定している。例えば、凹部１９のＶ字状の角度が３０°でパッケージ樹脂１４の粘度は６０Ｐａ・ｓ以上で透光性樹脂１８の粘度が５Ｐａ・ｓ以下であることで、リードフレーム１３の凹部１９とパッケージ樹脂１４との隙間に流れ込んだ透光性樹脂１８は、凹部１９の空隙２０に流れ込んで、そのまま硬化する。

なお、本実施の形態において、凹部２０はリードフレーム１３の透光性樹脂１８が接触する面の一つの面上に形成されているが、さらに、パッケージ樹脂１４が接触するのなら、リードフレーム１３の反対面にも形成しても良い。さらに、リードフレーム１３の両面に形成しても良い。

また、図においては、凹部１９を各々のリードフレームに１ヶ所形成しているが、複数の凹部１９を連続または断続的にして形成しても良い。つまり、リードフレーム１３の片側の面に、複数の凹部１９を互いに間隔を空けて繋がらないように形成しても良い。

また、本実施の形態において、凹部１９の形状は、鋭角なＶ字状としているが、パッケージ樹脂の粘度を調整することで鈍角なＶ字状としながら空隙２０を形成しても良い。
さらに、凹部１９の形状はＶ字状以外の台形あるいは矩形でも可能で、凹部１９の形状および深さは、パッケージ樹脂１４が流入せずに空隙２０が形成され、透光性樹脂１８が流入するように、パッケージ樹脂１４および透光性樹脂１８の粘度や形成条件を考慮して決定することができる。さらに、凹部１９の形状やパッケージ樹脂１４および透光性樹脂１８の粘度や形成条件によって空隙２０を形成する例を示したが、その他、パッケージ樹脂１４の製造工程等において、最終的に凹部１９に、透光性樹脂１８が退避可能な空隙２０が形成されていれば良く、その形成方法は限定しない。

また、パッケージ樹脂の材料は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のどちらを使用しても良い。
（実施の形態２）
図３は実施の形態２の光半導体装置の断面図である。図４は、実施の形態２における光半導体装置の要部拡大断面図であり、図３のＢ部を拡大した図である。

図３において、光半導体装置１０は、凹部形状以外は実施の形態１と同じ構成である。実施の形態２の凹部２９はパッケージ樹脂１４に覆われているリードフレーム１３に凹部２１と凹部２１に隣接して形成される凹部２２を形成した構成である。

このような構成とすることで、パッケージ樹脂１４が凹部２９に流入するとしても、優先的に凹部２２に流入させることで、凹部２１に確実の空隙２０を形成することができる。そして、凹部２１の周囲に凹部２２を形成することにより、透光性樹脂１８は凹部２２に空隙２０が形成されている場合には、まず凹部２２に入り込み、凹部２２の内部で硬化する。透光性樹脂１８がより多い場合は、さらに凹部２１の空隙２０に入り込み硬化する。また、凹部２２にパッケージ樹脂１４が流入して空隙２０ができなかった場合でも、凹部２１の空隙２０に透光性樹脂１８が流入してパッケージ樹脂１４の外部への流出を防止している。

かかる構成によれば、リードフレーム１３の凹部２９に空隙２０が形成されているため、熱膨張係数の差等によりリードフレーム１３とパッケージ樹脂１４との間に隙間が生じたとしても、リードフレーム１３とパッケージ樹脂部１４との隙間に流れ込んだ透光性樹脂１８は、凹部２２または凹部２１の空隙２０に収容され、そのまま硬化してしまうため、パッケージ樹脂１４の外部に漏れ出すことがなく、光半導体装置１０の半田付け不具合の発生を抑えることができる。

なお、凹部２９は凹部２１と凹部２２で形成されているが、十分に透光性樹脂１８を受容するために、凹部２１と凹部２２は複数あるいは複合的に連接されることも可能であり、より効果的な作用が得られる。つまり、凹部２１の隣に凹部２２を形成し、その凹部２２を挟んで更に凹部２１が連続して、凹部２１＋凹部２２＋凹部２１＋・・・・、と連なる構成とすることも可能である。

例えば、一般的な光半導体装置１０は、幅２．０ｍｍ、パッケージ樹脂１４の長さ３〜４ｍｍ、全高１ｍｍ程度である。また、リードフレーム１３の厚さは約０．２ｍｍである。

この時の、リードフレーム１３への凹部２１と凹部２２の形成方法を説明する。まず、リードフレーム１３に凹部２１を約０．１ｍｍの深さで９０°のＶ字形状に形成する。続けて凹部２１の両側に隣接するように約０．０７ｍｍの深さで９０°のＶ字形状に凹部２２を形成し、凹部２１の形状を凹部２２で変形させることで、楔状の凹みを形成する。この時、凹部２１のＶ字の頂点と凹部２２のＶ字の頂点との間隔は、凹部２１の形状を連続した凹部２２の形状を形成する際にこの二つの凹部が十分な楔状の状態を形成するために、約０．０３ｍｍ以上、約０．１７ｍｍ以下であることが好適である。

なお、凹部２１および凹部２２の形状はＶ字形状に限らず、台形あるいは矩形でも可能であり、形状は限定せず、楔状の凹みを形成することが可能であれば、凹部２１と凹部２２との間隔および深さは、パッケージ樹脂１４が流入せずに空隙２０が形成され、透光性樹脂１８が流入するように、パッケージ樹脂１４および透光性樹脂１８の粘度や形成条件を考慮して決定することができる。

また、実施の形態１および実施の形態２の光半導体装置のアウターリード部１５の形状は任意であり、Ｊベンド形状やガルウィング形状等の端子形状に対応可能である。

本発明は、リードフレームとパッケージ樹脂部との間に隙間が生じたとしても、光半導体装置の外部に透光性樹脂が漏れ出すことを防止でき、搭載された光半導体素子を透光性樹脂で封止してなる光半導体装置およびそれに用いる光半導体装置用パッケージならびにその製造方法等に有用である。

１０ 光半導体装置
１１ 搭載部
１２ 接続部
１３ リードフレーム
１４ パッケージ樹脂
１５ アウターリード
１６ 光半導体素子
１７ 導電材
１８ 透光性樹脂
１９ 凹部
２０ 空隙
２１ 凹部
２２ 凹部
２９ 凹部
５０ 発光ダイオードダイス
５１ ボンディング材
５２ セラミック基板
５３ セラミック反射環
５４ 高温エポキシ樹脂
５６ 凹槽
６１ 半導体チップ
６２ ワイヤ
６３ リードフレーム
６４ 樹脂基板
６５ 減厚部

Claims (8)

1. 光半導体素子の搭載部または導電材との接続部を備えて互いに電気的に独立する複数のリードフレームと、
   前記搭載部を含むキャビティ領域を開口して前記リードフレームと一体成形されるパッケージ樹脂部と、
   少なくとも１つの前記リードフレームの前記パッケージ樹脂部との接触面の一面に形成される凹部と、
   前記パッケージ樹脂部が未充填の前記凹部の空隙と
   を有することを特徴とする光半導体装置用パッケージ。
2. 前記リードフレーム毎に前記凹部が１つ以上形成されることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置用パッケージ。
3. 前記凹部が連続して形成されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光半導体装置用パッケージ。
4. 前記凹部が前記リードフレームの前記接触面の一面に対する裏面にも形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光半導体装置用パッケージ。
5. 前記凹部が断面Ｖ字状の溝であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光半導体装置用パッケージ。
6. 前記溝は鋭角であることを特徴とする請求項５記載の光半導体装置用パッケージ。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光半導体装置用パッケージに対して、
   前記搭載部に搭載される前記光半導体素子と、
   前記光半導体素子と前記接続部とを電気的に接続する前記導電材と、
   前記キャビティ領域を封止する透光性樹脂と
   をさらに備えてなることを特徴とする光半導体装置。
8. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光半導体装置用パッケージであって、前記パッケージ樹脂を形成する際に、
   前記パッケージ樹脂を前記凹部内に流入させずに、前記凹部内に前記空隙を形成することを特徴とする光半導体装置用パッケージの製造方法。

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