JP2011253969A - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封止樹脂の光半導体装置外への漏れ出しや、封止樹脂内での気泡の発生を抑制することを目的とする。
【解決手段】樹脂１０４の、リードフレーム１０３または放熱体あるいはその両方との界面に空隙部１０７を設けることにより、封止樹脂１０８が前記界面に形成された隙間を浸透したとしても、空隙部１０７に溜り、封止樹脂１０８の光半導体装置１０１外部への漏れや封止樹脂１０８中での気泡の発生を抑制する事ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレームや放熱体を樹脂モールドしてなる光半導体装置とその製造方法に関するものである。

近年、光半導体装置は高輝度高出力化に伴い発光時の発熱量が非常に大きくなり、その熱を放熱するために搭載される放熱板の熱容量を増すために放熱板をできる限り大型化する必要性が大きくなっている。一方で、小型化、高密度実装化の市場要求も依然として高いものがある。そのため、従来の放熱板付き光半導体装置は、リードフレームに放熱板を嵌合固定し、接着剤を使用して固定してリードフレームと放熱板とを固定した後、成形樹脂により一体成形していた（例えば、特許文献１参照）。

以下、図４を用いて従来の光半導体装置について説明する。
図４は従来の光半導体装置の構成を示す断面図であり、図４（ａ）は全体構成を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ部を拡大する概略拡大図である。

図４において、半導体発光装置４０１は、第一のリードフレーム４０２と、金属体４０７に搭載されたＬＥＤ素子４０３と、金属細線のボンディングワイヤ４０４を介してＬＥＤ素子４０３と導通接続された第二のリードフレーム４０５と、ＬＥＤ素子４０３を囲繞すると共に、第一と第二のリードフレーム４０２、４０５を固定する樹脂部４０６とを備え、さらに、ＬＥＤ素子４０３が搭載された第一のリードフレーム４０３の下部に熱伝導体の放熱板としての金属体４０７が嵌め入れ形成されており、半導体発光装置４０１内に封止樹脂４０８が充填されていた。

特開２００４−２１４４３６号公報

しかしながら、従来の光半導体装置では、リードフレームと放熱板としての金属体４０７を有し、金属体４０７をリードフレームに嵌入し固定させた後、封止樹脂で樹脂部４０６を一体成形する構成となる。そのため、金属体４０７と樹脂部４０６との境界は、密着性が弱くなり僅かながら隙間を有していた。一方、光半導体装置は、主にＬＥＤ素子４０６とボンディングワイヤ４０４とを保護するため、透光性樹脂である封止樹脂４０８で樹脂封止される。透光性樹脂が、封止樹脂部と樹脂部４０６と金属体４０７の境界からが容易に浸透し、半導体発光装置４０１の底部に透光性樹脂が漏れ出し、外観不良や半田付け性の低下等を引き起こし、また、隙間に溜まっていた空気が気泡４０９として封止樹脂４０８内に発生するといった課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、封止樹脂の光半導体装置外への漏れ出しや、封止樹脂内での気泡の発生を抑制することを目的とする。

前記従来の目的を達成するために、本発明の光半導体装置は、搭載部あるいはワイヤボンディング領域を備える複数のリードフレームと、前記搭載部および前記ワイヤボンディング領域を露出する凹部を備えて前記リードフレームをモールドする樹脂と、前記搭載部に搭載される光半導体素子と、前記光半導体素子と前記ワイヤボンディング領域とを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記凹部を封止する封止樹脂と、前記樹脂と前記リードフレームとの境界部分の前記樹脂表面に形成される１または複数の空隙部とを有することを特徴とする。

また、前記空隙部を、前記リードフレームの前記搭載部形成面に対する裏面と境界を接する前記樹脂表面に形成することが好ましい。
また、前記空隙部は、光半導体装置の外端近傍に形成することが好ましい。

また、ワイヤボンディング領域を備える複数のリードフレームと、搭載部を備える放熱体と、前記搭載部および前記ワイヤボンディング領域を露出する凹部を備えて前記リードフレームおよび放熱体をモールドする樹脂と、前記搭載部に搭載される光半導体素子と、前記光半導体素子と前記ワイヤボンディング領域とを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記凹部を封止する封止樹脂と、前記リードフレームまたは前記放熱体と接する前記樹脂表面の少なくとも１箇所に形成される１または複数の空隙部とを有することを特徴とする。

また、前記空隙部が、前記リードフレームと接する前記樹脂表面および前記放熱体と接する前記樹脂表面の両方に形成され、前記リードフレームと接する前記樹脂表面および前記放熱体と接する前記樹脂表面に形成される前記空隙部が互いに接続されることが好ましい。

また、前記リードフレームと接する前記空隙部は光半導体装置の外端近傍に形成し、前記放熱体と接する前記空隙部は前記放熱体と前記樹脂とが接する面の外端から内端の中間点近傍に形成することが好ましい。

さらに、本発明の光半導体装置の製造方は、前記光半導体装置を製造する際に、前記放熱体を嵌入する貫通孔を設けながら前記リードフレームを前記樹脂でモールドする工程と、前記放熱体を前記貫通孔に嵌入する工程と、前記搭載部に前記光半導体素子を搭載する工程と、前記光半導体素子と前記ワイヤボンディング領域とを前記ボンディングワイヤで電気的に接続する工程と、前記凹部を前記封止樹脂で封止する工程とを有し、前記モールドする工程にて、前記樹脂に前記空隙部を同時に形成することを特徴とする。

以上により、封止樹脂の光半導体装置外への漏れ出しや、封止樹脂内での気泡の発生を抑制することができる。

以上のように、樹脂の、リードフレームまたは放熱体あるいはその両方との界面に空隙部を設けることにより、封止樹脂が前記界面に形成された隙間を浸透したとしても、空隙部に溜り、封止樹脂の光半導体装置外部への漏れや封止樹脂中での気泡の発生を抑制する事ができる。

実施の形態１における光半導体装置の構成を示す断面図 実施の形態２における光半導体装置の構成を示す断面図 実施の形態３における光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図 従来の光半導体装置の構成を示す断面図

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。
（実施の形態１）
まず、図１を用いて実施の形態１における光半導体装置の構成について説明する。

図１は実施の形態１における光半導体装置の構成を示す断面図であり、図１（ａ）は全体構成を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部を拡大する要部拡大図である。
図１に示すように、リードフレーム１０３と、リードフレーム１０３を囲んで形成された樹脂成形体１０４を有し、光半導体素子１０５と非接触のリードパット部１０３ｂと電気的にボンディングワイヤ１０６で接触させ、その光半導体素子１０５を覆うように樹脂成形体１０４の凹部内に注入した封止樹脂１０８を有し、リードフレーム１０３の裏面に空隙部１０７を形成することにより光半導体装置１０１が形成される。このときリードフレーム１０３の裏面とは、光半導体素子１０５とボンディングワイヤ１０６が施される面の裏側を表す。また、樹脂成形体１０４はリードフレーム１０３の表面側に形成される第一樹脂１０４ａと、リードフレーム１０３の裏面側に形成される第二樹脂１０４ｂとから構成される。

リードフレーム１０３の表面に窪みや突起などの流れ止めを施すことは一般的に知られている。しかしながら、リードフレーム１０３の表面側に沿って流れる封止樹脂１０８を抑制する際には有効であるが、リードフレーム１０３の裏面側に沿って封止樹脂１０８が流れる際には窪みや突起はほとんど作用を成さないため、樹脂漏れの発生を抑制することはできない。そこで、第一樹脂１０４ａとリードフレーム１０３との境界を浸透する封止樹脂１０８は、リードフレーム１０３上面にＶ溝１０９を付けることで抑制する。一方リードフレーム１０３の裏面に空隙部１０７を形成することにより、その空隙部１０７が第２樹脂１０４ｂとリードフレーム１０３との境界を浸透する封止樹脂１０８の溜まり場となるために樹脂漏れを防ぐことができる。ここでは、空隙部の例としてＶ溝１０９を形成する構成を例に説明したが、Ｖ溝１０９を形成しない構成であっても良い。また、空隙部１０７をリードフレーム１０３の裏面に形成する構成を例に説明したが、表面あるいは表裏両面にそれぞれ１または複数の空隙部１０７を形成する構成とすることもできる。

また、空隙部１０７の形成位置として、気泡防止のために空隙内の空気を逃がし易くするため、第二樹脂１０４ｂの外端部にできるだけ近い位置で開口するように形成し、封止樹脂１０８部への空気の流入を抑えるために封止樹脂１０８部から遠ざけるように形成することが好ましい。よって、第一樹脂２０４ａから成る反射枠体内端とリードフレーム１０３裏面の第二樹脂１０４ｂの外端の中間点より第二樹脂１０４ｂ外端部にできるだけ近い位置に空隙部１０７を設けることが望ましい。つまり、リードフレーム１０３と樹脂成形体１０４とが接する面において、空隙部１０７を光半導体装置１０１の外端近傍に形成することが望ましい。

リードフレーム１０３の界面の隙間を浸透する封止樹脂１０８を空隙部１０７に留置し、光半導体装置１０１底面へ漏れ出す速度を抑制する事により封止樹脂１０８の自然硬化を促進させ、空隙部１０７の内部に封止樹脂１０８の成型体を形成させる。その結果、固化された封止樹脂１０８によって、新たに浸透してくる封止樹脂１０８が光半導体装置１０１底面へ漏れる事を防止する事が可能となる。

また、封止樹脂１０８を空隙部１０７に充填することで、固化した後、係止効果を発揮が発揮され、リードフレーム１０３，樹脂成形体１０４および封止樹脂１０８が強固に固定され、光半導体装置１０１が強固な構造となるという効果も奏する。

さらに、隙間の発生状況や封止樹脂の状態など場合によっては、この光半導体装置１０１の形状では、第２樹脂１０４ｂとリードフレーム１０３の境界を気泡１１０が通過し封止樹脂１０８内部に侵入することを防止するため、空隙部１０７の位置を光半導体装置１０１の中心よりも外周寄りに位置付ける事で光半導体装置１０１の外側に空気を逃がし易くする事ができ、封止樹脂１０８内に気泡が発生することを抑制することができる。

以上のように、リードフレーム１０３と樹脂成形体１０４との間に隙間が生じた場合であっても、樹脂成形体１０４のリードフレーム１０３との境界に空隙部１０７を形成することにより、隙間から流れ出た封止樹脂１０８を空隙部１０７に留めることができるため、封止樹脂の光半導体装置外への漏れ出しや、封止樹脂内での気泡の発生を抑制することができる。
（実施の形態２）
次に、図２を用いて実施の形態２における光半導体装置の構成について説明する。実施の形態２として、高輝度、高出力の光半導体装置に用いられる放熱板の役割を持つ金属体を備える光半導体装置について説明する。

図２は実施の形態２における光半導体装置の構成を示す断面図である。
空隙部２０７には、漏れ出た封止樹脂２０８を充填する効果があり、空隙部２０７を形成するための一つの方法として金属体２０２を用いる構造を下記に記す。

図２において、リードフレーム２０３と、リードフレーム２０３を囲んで形成された樹脂成形体２０４と、樹脂成形体２０４に嵌入された放熱体として例えば金属体２０２と、金属体２０２の搭載部２０２ａに光半導体素子２０５を載せ、その光半導体素子２０５を覆うように樹脂成型体２０４の凹部内に注入した封止樹脂２０８を有し、リードフレーム２０３の裏面に設けられる樹脂成型体２０４に空隙部２０７を形成することにより光半導体装置２０１が形成される。このときリードフレーム２０３の裏面とは、リードフレーム２０３のボンディングワイヤ２０６が施される面の裏側を表す。また、樹脂成形体２０４はリードフレーム２０３の表面側に形成される第一樹脂２０４ａと、リードフレーム２０３の裏面側に形成される第二樹脂２０４ｂとから構成される。

リードフレーム２０３の表面に窪みや突起などの流れ止めを施すことは一般的に知られている。しかしながら、リードフレーム２０３の表面側に沿って流れる封止樹脂２０８を抑制する際には有効であるが、リードフレーム２０３の裏面側に沿って封止樹脂２０８が流れる際には窪みや突起はほとんど作用を成さないため、樹脂漏れが発生し易いという問題がある。そこで、第一樹脂２０４ａとリードフレーム２０３との境界を浸透する封止樹脂２０８は、リードフレーム２０３上面にＶ溝２０９を付けることで抑制する。一方リードフレーム２０３の裏面に空隙部２０７を形成することにより、その空隙部２０７が第二樹脂２０４ｂとリードフレーム２０３の境界と第二樹脂２０４ｂと金属体２０２の境界に形成された隙間を浸透した封止樹脂２０８の溜まり場となるため樹脂漏れを防ぐことが可能となる。ここでは、Ｖ溝２０９を形成する構成を例に説明したが、Ｖ溝２０９を形成しない構成であっても良い。また、空隙部２０７をリードフレーム２０３の裏面に形成する構成を例に説明したが、表面あるいは表裏両面にそれぞれ１または複数の空隙部２０７を形成する構成とすることもできる。

さらに、封止樹脂２０８を空隙部２０７に留置し、光半導体装置２０１底面へ漏れ出す速度を抑制する事により封止樹脂２０８の自然硬化を促進させ、空隙部２０７の内部に封止樹脂２０８の成型体を形成させる。その結果、固化された封止樹脂２０８によって、新たに浸透してくる封止樹脂２０８が光半導体装置２０１底面に漏れる事を防止する事が可能となる。

また、空隙部２０７は、第二樹脂２０４ｂとリードフレーム２０３との界面または第二樹脂２０４ｂと金属体２０２との界面あるいはその両方に形成し、その形状は任意である。また、リードフレーム２０３から金属体２０２に第二樹脂２０４ｂを貫通するように空隙部２０７を形成しても良い。この場合、空隙部２０７の最適な上端位置（リードフレーム２０３と空隙部２０７が接している箇所）として、気泡防止のために空隙内の空気を逃がし易くするため、上端は第二樹脂２０４ｂの外端部にできるだけ近い位置で開口するように設置し、封止樹脂２０８部への空気の流入を抑えるために封止樹脂２０８部から遠ざけるように形成することが好ましい。よって、第一樹脂２０４ａから成る反射枠体内端とリードフレーム２０３裏面の第二樹脂２０４ｂの外端の中間点より第二樹脂２０４ｂ外端部にできるだけ近い位置に空隙部２０７の開口部を設けることが望ましい。最適な下端位置（金属２０２と空隙部２０７が接している箇所）として、光半導体装置２０１底部へ封止樹脂２０８が漏れる場合、金属体２０２と第二樹脂２０４ｂとの隙間への侵入が起こっている。また、封止樹脂３０８に気泡が発生する場合、金属体２０２と第二樹脂２０４ｂとの隙間に空隙内の空気が侵入し発生している。そこで、両不具合を防ぐために、空隙部２０７の下端は、第二樹脂２０４ｂの下面と金属体３０２との界面の中間点近傍に位置することが望ましい。

また、図２に示すように、金属体２はリードフレーム２０３に嵌入して形成される。 本発明は、金属体２０２上に光半導体素子２０５が設けられ、前記金属体２０２とリードフレーム２０３は、第一樹脂２０４ａと第二樹脂２０４ｂとに覆われた構造をとる。また、光半導体素子２０５とボンディングワイヤ２０６で電気的に接続されるリードフレーム２０３とを合成樹脂である封止樹脂２０８により樹脂封止する。前記リードフレーム２０３は導通を図るために金属めっきが施された銅あるいは銅合金を主材とする導電性金属配線で、そのリードフレーム２０３と第二樹脂２０４ｂと金属体２０２が嵌合することで、金属体２０２付き光半導体装置２０１といったデバイス構成が可能となっている。

その後、リードフレーム２０３下面の第二樹脂２０４ｂと金属体２０２とを固定するように合成樹脂を射出成形することで、前記金属体２０２と前記リードフレーム２０３とを前記第一樹脂２０４ａと第二樹脂２０４ｂとを一体成形する。

また、このとき樹脂成形体２０４とリードフレーム２０３と金属体２０２の位置決めの際に、第二樹脂２０４ｂを金属体２０２と嵌合させるように形成する事で第二樹脂２０４ｂを成形した際に開放されていた空隙部２０７を密閉させる事が可能となり、空隙部２０７を形成する。

このように、リードフレーム２０３下部の第二樹脂２０４ｂと、リードフレーム２０３または金属体２０２あるいはその両方との境界に空隙部２０７を形成することにより、第二樹脂２０４ｂとリードフレーム２０３あるいは金属体２０２とに隙間が生じたとしても、隙間から封止樹脂２０８が外部に漏れだすことを抑制できる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３として、実施の形態２における光半導体装置の製造方法を説明する。

図３は実施の形態３における光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
図３において、図３（ａ）の第一成形工程は、リードフレーム３０３と第一樹脂３０４ａと第二樹脂３０４ｂとを一体成形した工程である。このとき、リードフレーム３０３裏面の押さえとして成形金型（図示せず）のコアピン（図示せず）を挿入しておく、樹脂成形後コアピン（図示せず）を抜くと第二樹脂３０４ｂとリードフレーム３０３で囲まれた凹形状の空隙部３０７が形成される。同時に、金属体３０２を嵌入させる貫通孔３１０も形成する。

次に、図３（ｂ）の金属体位置決め工程では、前記第二樹脂３０４ｂと金属体３０２を射出成形用金型により位置決めし、前記金属体３０２を貫通孔３１０に嵌入する。位置決めの際には、第二樹脂３０４ｂの下部と、金属体３０２の鍔部とが接するように成形金型（図示せず）の面で付き合わせることとする。

最後に、図３（ｃ）の第二成形工程および完成体構造では、図３（ｂ）の金属体位置決め工程後、リードフレーム３０３下面の第二樹脂３０４ｂと金属体３０２とを固定するように第三樹脂３０４ｃを射出成形することで、金属体３０２とリードフレーム３０３とを第一樹脂３０４ａと第二樹脂３０４ｂとで一体成形する。また、射出成形により前記金属体３０２と前記リードフレーム３０３と前記第一樹脂３０４ａと第二樹脂３０４ｂとをモールドし、光半導体素子３０５を搭載してリードフレーム３０３とボンディングワイヤ３０６で電気的に接続した後に封止樹脂３０８を注入することにより、所望の光半導体装置３０１を得た様子を示す。

また、金属体３０２を第一樹脂３０４ａと第二樹脂３０４ｂ形成後に嵌入するので、金属体３０２上面に第一樹脂３０４ａと第二樹脂３０４ｂからなる樹脂バリの発生を防止することができる。

これによれば、金属体３０２の高さ寸法公差を厳しく管理する必要がなく、金属体３０２の嵌入は樹脂と行なわれるので金属体３０２のダメージ（カジリ）の発生を防止することができる。

本発明は、封止樹脂の光半導体装置外への漏れ出しや、封止樹脂内での気泡の発生を抑制することができ、リードフレームや放熱体を樹脂モールドしてなる光半導体装置とその製造方法等に有用である。

１０１、２０１、３０１ 光半導体装置
１０３、２０３，３０３ リードフレーム
１０３ｂ リードパット部
１０４、２０４，３０３ 樹脂成形体
１０４ａ、２０４ａ、３０４ａ 第一樹脂
１０４ｂ、２０４ｂ、３０４ｂ 第二樹脂
１０５、２０５、３０５ 光半導体素子
１０６、２０６，３０６ ボンディングワイヤ
１０７，２０７，３０７ 空隙部
１０８，２０８，３０８ 封止樹脂
１０９，２０９，３０９ Ｖ溝
１１０ 気泡
２０２、３０２ 金属体
２０２ａ 搭載部
３０４ｃ 第三樹脂
３１０ 貫通孔
４０１ 半導体発光装置
４０２ 第一のリードフレーム
４０３ ＬＥＤ素子
４０４ ボンディングワイヤ
４０５ 第二のリードフレーム
４０６ 樹脂部
４０７ 金属体
４０８ 封止樹脂
４０９ 気泡

Claims (7)

1. 搭載部あるいはワイヤボンディング領域を備える複数のリードフレームと、
   前記搭載部および前記ワイヤボンディング領域を露出する凹部を備えて前記リードフレームをモールドする樹脂と、
   前記搭載部に搭載される光半導体素子と、
   前記光半導体素子と前記ワイヤボンディング領域とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
   前記凹部を封止する封止樹脂と、
   前記樹脂と前記リードフレームとの境界部分の前記樹脂表面に形成される１または複数の空隙部と
   を有することを特徴とする光半導体装置。
2. 前記空隙部を、前記リードフレームの前記搭載部形成面に対する裏面と境界を接する前記樹脂表面に形成することを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
3. 前記空隙部は、光半導体装置の外端近傍に形成す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。
4. ワイヤボンディング領域を備える複数のリードフレームと、
   搭載部を備える放熱体と、
   前記搭載部および前記ワイヤボンディング領域を露出する凹部を備えて前記リードフレームおよび放熱体をモールドする樹脂と、
   前記搭載部に搭載される光半導体素子と、
   前記光半導体素子と前記ワイヤボンディング領域とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
   前記凹部を封止する封止樹脂と、
   前記リードフレームまたは前記放熱体と接する前記樹脂表面の少なくとも１箇所に形成される１または複数の空隙部と
   を有することを特徴とする光半導体装置。
5. 前記空隙部が、前記リードフレームと接する前記樹脂表面および前記放熱体と接する前記樹脂表面の両方に形成され、前記リードフレームと接する前記樹脂表面および前記放熱体と接する前記樹脂表面に形成される前記空隙部が互いに接続されることを特徴とする請求項４記載の光半導体装置。
6. 前記リードフレームと接する前記空隙部は光半導体装置の外端近傍に形成し、前記放熱体と接する前記空隙部は前記放熱体と前記樹脂とが接する面の外端から内端の中間点近傍に形成することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の光半導体装置。
7. 請求項４〜請求項６のいずれかに記載の光半導体装置を製造する際に、
   前記放熱体を嵌入する貫通孔を設けながら前記リードフレームを前記樹脂でモールドする工程と、
   前記放熱体を前記貫通孔に嵌入する工程と、
   前記搭載部に前記光半導体素子を搭載する工程と、
   前記光半導体素子と前記ワイヤボンディング領域とを前記ボンディングワイヤで電気的に接続する工程と、
   前記凹部を前記封止樹脂で封止する工程と
   を有し、前記モールドする工程にて、前記樹脂に前記空隙部を同時に形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。

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