JP2012079958A - 多面付け樹脂充填リードフレーム及びその製造方法 - Google Patents

多面付け樹脂充填リードフレーム及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】多面付けリードフレームを、バリの不具合を発生せずに個片に分割する。
【解決手段】金属板をエッチングすることで金属板の表面側の上部構造と金属板の裏面側の下部構造とが一体となった複数の構造体を、前記上部構造のみから構成されるタイバー又は吊りバーで連結した多面付けリードフレームを形成し、前記多面付けリードフレームに充填樹脂をモールドすることで前記タイバー又は吊りバーの下に充填樹脂の層を形成するとともに前記多面付けリードフレームの上部に光反射リングを形成し、金型のV字楔によって、前記光反射リングの上部から形成した第1のV字溝と、前記充填樹脂の層の側から形成し前記タイバー又は吊りバーの金属材料に食い込ませた第2のV字溝を、多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線の位置で狭い範囲で先端を対向させた多面付け樹脂充填リードフレームを製造する。
【選択図】図1

Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)をリードフレームで担持、搭載した多面付け樹脂充填リードフレーム及びその製造方法に関する。
一般的に、半導体集積回路やLED発光素子などの電子素子を担持、搭載するためのリードフレームは、板状の鉄−ニッケル等の合金薄板、銅−ニッケル−錫等の合金薄板からなるリードフレーム用金属材料を、その片面又は両面から塩化第二鉄等のエッチャントを用いてフォトエッチング加工して製造され、半導体集積回路やLEDチップを搭載するためのパッド部(アイランド部)と、該パッド部とは絶縁状態に離反し、電子素子と電気的に接続が行われるインナーリード部及びアウトリード部を備えている。
半導体集積回路やLED発光素子など電子素子を担持するための基板としては、合金薄板からなるリードフレームを用いる以外に、セラミック基板やプリント基板等が使用される。特許文献1〜3には、LED等の電子的発光素子の担持体へのマウント技術が記載されている。
特許文献3には、リードフレームの周縁をリードフレームの厚み以下の厚みを有する樹脂部で取り囲み、その樹脂部によって半導体発光装置の外形を形成する技術が開示されていた。そして、熱伝導率の大きな金属製のリードフレームの主表面上に半導体発光素子を搭載し放熱性のよい半導体発光装置を形成していた。また、リードフレーム上に発光素子からの光を反射する光反射面を有する光反射リングを形成する技術が開示されていた。
特開2003−8071号公報 特開2004−172160号公報 特開2008−227166号公報
LED発光素子を担持する基板として、特許文献1のようにセラミック基板を用いた場合は、放熱特性は良好であり、信頼性も優秀であるが、価格が高いという欠点があった。また、特許文献3の技術は、LED発光素子担持用(及びリード用)の基板として、合金薄板からなるリードフレームを用いている。そして、特許文献3には、多面付けリードフレームから個片の半導体発光装置を分割する際に、リードフレームの金属材料と樹脂とを同時にダイシングカットすると、金属材料から切断バリを生じるなどのカット不良が発生する問題が記載されている。そして、引用文献3では、その第4の実施形態により、多面付けリードフレームから個片の半導体発光装置を分割する際に、リード端子を金型により切断することで、ダイシングカットの際のバリ不良を解決する技術が提案されていた。
しかし、特許文献3の方法によっても、金型により多面付けリードフレームを切断する場合に金型の状態によって良好な切断面が得られない場合があり、切断バリを誘発する場合がある問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、発光素子(LEDモジュール)を担持した多面付けリードフレームから、切断バリの不具合を発生せずに個片に分割して個々
の半導体発光装置を容易に得ることができる多面付け樹脂充填リードフレーム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、本発明は、金属板をエッチングすることで金属板の表面側の上部構造と金属板の裏面側の下部構造とが一体となった複数の構造体を、前記上部構造のみから構成されるタイバー又は吊りバーで連結した多面付けリードフレームに充填樹脂をモールドすることで前記タイバー又は吊りバーの下に形成した充填樹脂の層と、前記多面付けリードフレームの上部に形成した光反射リングを有する多面付け樹脂充填リードフレームであって、前記光反射リングの上部から形成した第1のV字溝と、前記充填樹脂の層の側から形成し先端を前記タイバー又は吊りバーの金属材料に食い込ませて形成した第2のV字溝が、前記多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線の位置で互いに狭い範囲で対向することで、前記第1のV字溝と第2のV字溝の先端の間の狭い範囲に応力を集中させて前記個片への分割線の部分で折り取り可能にしたことを特徴とする多面付け樹脂充填リードフレームである。
また、本発明は、金属板をエッチングすることで金属板の表面側の上部構造と金属板の裏面側の下部構造とが一体となった複数の構造体を、前記上部構造のみから構成されるタイバー又は吊りバーで連結した多面付けリードフレームを形成する工程と、前記多面付けリードフレームに充填樹脂をモールドすることで前記タイバー又は吊りバーの下に充填樹脂の層を形成するとともに前記多面付けリードフレームの上部に光反射リングを形成する工程と、金型のV字楔によって、前記光反射リングの上部から形成した第1のV字溝と、前記充填樹脂の層の側から形成し前記タイバー又は吊りバーの金属材料に食い込ませた第2のV字溝を、多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線の位置で狭い範囲で先端を対向させて形成する工程とを有することを特徴とする多面付け樹脂充填リードフレームの製造方法である。
本発明によれば、多面付けリードフレームのターバー又は吊りバーの下面に形成した充填樹脂の層の側から形成し先端をリードフレームの金属材料に食い込ませた第1のV字溝を形成し、多面付けリードフレームの上面に形成した光反射リングに食い込ませた第2のV字溝を形成し、その第1のV字溝と第2のV字溝を個片への分割線の位置で互いに対向させる。それにより、個片への分割線の位置の第1のV字溝と第2のV字溝の先端が対向する狭い範囲に上下から応力を集中させて個片への分割線の部分を小さな力で容易に折り取ることができ、また、その折り取り部分には切断バリが発生しない効果がある。
本発明の多面付け樹脂充填リードフレームの側断面図である。 本発明の多面付け樹脂充填リードフレームの上面図である。 本発明の多面付け樹脂充填リードフレームを分割して得る半導体発光装置LEの上面図である。 本発明の多面付け樹脂充填リードフレームを分割して得る半導体発光装置LEのX1−X1側断面図である。 本発明の多面付け樹脂充填リードフレームを分割して得る半導体発光装置LEのX2−X2側断面図である。 本発明の多面付け樹脂充填リードフレームを分割して得る半導体発光装置LEのY−Y側断面図である。 本発明の第1の実施形態の、多面付けリードフレームへの充填樹脂のモールド成形方法を示す側断面図である。 本発明の第1の実施形態の、多面付け樹脂充填リードフレームへの透明樹脂のモールド成形方法とV字溝の形成方法を示す側断面図である。 本発明の第2の実施形態の、多面付けリードフレームへの充填樹脂のモールド成形方法とV字溝の形成方法を示す側断面図である。
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態を図1〜図8を用いて説明する。図1(b)と図1(c)は、多面付けリードフレーム1を用いて製造した本発明の多面付け樹脂充填リードフレームの側断面図を示し、図2は、その上面図を示す。また、図1(a)は、充填樹脂4を充填する以前の多面付けリードフレーム1の側断面図を示す。図3は、図1(c)の多面付け樹脂充填リードフレームを個片に分割して得る半導体発光装置LEを示す上面図である。また、図4は、図3中のX1−X1線における側断面図を、図5は、図3中のX2−X2線における側断面図を、図6は図3中のY−Y線における側断面図を各々示す。また、図7と図8は第1の実施形態の多面付け樹脂充填リードフレームの製造方法を示す側断面図である。
(多面付けリードフレーム)
図1(a)に示す多面付けリードフレーム1は、枚葉状あるいは帯状の金属材料に、図2の点線Z部で示す1単位フレーム毎にパッド部2及びリード部2aとを形成し、その1単位フレームを縦横方向に多面付け配列して構成する。すなわち、多面付けリードフレーム1は、金属合金製の板状の基材をその金属板の表面側と裏面側からフォトエッチング加工することにより形成する。多面付けリードフレーム1の構成は、図1(a)に示すように、金属合金製の厚さt1(例えば0.2mm)の板状の基材を両面からフォトエッチング加工することにより形成された表面側の厚さt2(例えば0.1mm)の上部構造と、裏面側の厚さt3(例えば0.1mm)の下部構造のパターンから構成し、パッド部2とリード部2aでは上部構造と下部構造を一体に形成する。
多面付けリードフレーム1は、板状の鉄−ニッケル等の合金薄板又は銅−ニッケル−錫等の合金薄板を金属材料として用いるが、熱伝導率が高い銅又は銅合金を金属材料として用いる方が放熱性が向上するため好ましい。その他には、アルミニウム合金等の金属材料を多面付けリードフレーム1の材料として用いることも可能である。具体的には、多面付けリードフレーム1の板状の金属合金製の板状の基材として、厚さt1(例えば0.2mm)の銅材を用いて、厚さ0.015mm〜0.030mmのエッチングレジスト層のパターンを基材の両面に形成して基材の両面からエッチングを行うことにより図1(a)に断面を示すように基材の上下面の断面が鈍角な形状をした多面付けリードフレーム1を製造する。図2に、多面付けリードフレーム1の平面パターンを、それに充填した充填樹脂4とともにあらわす。
図1(a)と図2に示すように、多面付けリードフレーム1の厚さt2の上部構造のパターンは、パッド部2と、それから離反して所定の間隔で隣接する1乃至複数箇所に形成されたリード部2aと、それらを連結する吊りバー20とタイバー30を備えている。また、厚さt3の下部構造のパターンは、パッド部2に裏面側で一体である放熱部3(放熱板)と、リード部2aに裏面側で一体である放熱部3a(放熱板)としている。そして、図1(b)のように多面付けリードフレーム1のパッド部2とリード部2aの間に充填樹脂4を充填し、図1(c)のように、パッド部2のチップ搭載用表面Aに厚さが0.05mmから0.1mmの発光素子(LEDチップ)10を搭載する。
(半導体発光装置LE)
多面付け樹脂充填リードフレームは、個片への分割線BXとBYとで前後左右に分割して個片に分割することで、個々の半導体発光装置LEを製造する。図3から図6は、図1
(c)の多面付け樹脂充填リードフレームを個片に分割して得る半導体発光装置LEを示す図であり、図3はその上面図であり、図4から図6はその側断面図である。パッド部2のチップ搭載用表面Aと、リード部2aの電気的接続エリアCの面とは、多面付けリードフレーム1の同一の板状基材から形成されるため同一平面上にあり高さが同じである。また、パッド部2の裏面と一体の下部構造の放熱部3(放熱板)の放熱用裏面Bと、リード部2aの裏面と一体の下部構造の放熱部3a(放熱板)の放熱用裏面Dとは同一平面上にあり高さが同じである。パッド部2のチップ搭載用表面A上にLEDチップ10が搭載され、そのLEDチップ10上の電極端子とリード部2aの電気的接エリアCには、ワイヤーボンディングで金線のワイヤーWが接続され、LEDチップ10とリード部2aが電気接続される。
(多面付けリードフレームの形)
本実施形態の多面付けリードフレーム1は、パッド部2の表面(上面)のチップ搭載用表面Aは、図4のようにLEDチップ10を搭載するための面積S1を有する。その上部構造のパッド部2と対向する裏面側の放熱部3の放熱用裏面B(放熱板)は、LEDチップ10本体から発生する駆動熱やLEDチップ10の周囲環境条件による熱を放散させて、ICチップ10に熱が蓄積されないように、パッド部2裏面側から外界側に熱を放散させるための面積S2を有する。そして、多面付けリードフレーム1のパッド部2のLEDチップ搭載用表面Aの面積S1と、チップ搭載用表面Aと対向するパッド部2の放熱用裏面Bの面積S2との関係は、0<S1<S2とし、そのチップ搭載用表面Aの面積よりも放熱用裏面Bの面積が広くなるように設定する。このようにすることで、放熱部位が広く設定でき、放熱性に優れた半導体発光装置LEが得られる効果がある。
そして、上部構造のパッド部2の側面部には、その上部構造の表面(チップ搭載用表面A及び電気的接続エリアCを含む面)側から下部構造の裏面(放熱用裏面B及び放熱用裏面Dを含む面)側の方向に拡がる、樹脂モールド時の充填樹脂4を保持するための段差状部又はテーパー状部Eを形成する。一方、下部構造の放熱部3(放熱板)の側面部には、その下部構造の裏面側から上部構造の表面側の方向に拡がるテーパー状部E1を形成し、樹脂モールド時の充填樹脂4を保持するようにしている。
また、本実施形態の多面付けリードフレームにおいては、図1〜図2に示すように、リード部2aで、上部構造が例えば厚さt2(=0.1mm)で下部構造が厚さt3(=0.1mm)の放熱部3a(放熱板)とが一体になったリード部2aの構造を、厚さt2の上部構造と厚さt3の下部構造が一体となったパッド部2から離反させて1乃至複数箇所に備えている。リード部2aの表面の電気的接続エリアCは、図5のように、パッド部2のチップ搭載用表面Aと同じ高さの面であり、LEDチップ10と電気配線するワイヤーWがボンディングされるワイヤーボンディング領域、または、LEDチップ10に形成された接続用電極と半田などを介してチップボンディグされる領域となる領域であり、その面積はS3である。また、リード部2aの電気的接続エリアCに対向する放熱部3aの面は放熱用裏面D(放熱板)であり、その面積はS4である。
図5のようなリード部2aの上面の電気的接続エリアCの表面は、ワイヤーボンディングやチップボンディング等により、LEDチップ10とリード部2aとの電気的接続を行う際に接続性を向上させるため、銀メッキ等を施す。この電気的接続エリアCへのメッキは、銀メッキに変えて、金メッキ、パラジウムメッキ、あるいは錫メッキとしても構わない。また、電気的接続エリアC面に銀メッキ、金メッキ、パラジウムメッキを行うのに先立ち、耐熱拡散性に優れたNi(ニッケル)メッキあるいはCo(コバルト)メッキ等の下地メッキを行うことであっても構わない。放熱用裏面Dにも、半導体発光装置LEを外部基板に搭載、接続させるための外部接続電極として、放熱用裏面Dに銀メッキ、金メッキ、パラジウムメッキや、Ni(ニッケル)メッキ等の下地メッキを行っても構わない。
ここで、電気的接続エリアCの面積S3と放熱用裏面Dの面積S4との関係は、0<S3<S4にする。すなわち、ワイヤーボンディングする電気的接続エリアCの面積よりも放熱用裏面Dの面積が広くなるように設定する。このようにすることで、放熱部位が広く設定でき、放熱性に優れた半導体発光装置LEが得られる効果がある。そして、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dとの間における上部構造のリード部2aの側面側には、その電気的接続エリアCから放熱用裏面Dの方向に拡がる段差状部又はテーパー状部Eを形成し、樹脂モールド時の充填樹脂4をフレーム表面側から裏面側の方向に脱落しないように保持するようにしている。一方、下部構造の放熱部3(放熱板)の側面部には、その放熱用裏面Dから電気的接続エリアCの方向に拡がるテーパー状部E1を形成し、樹脂モールド時の充填樹脂4をフレーム裏面側から表面側の方向に脱落しないように保持するようにしている。
この多面付けリードフレーム1は、上部構造部のテーパー状部Eのテーパーは例えばハの字状であり、下部構造部のテーパー状部E1のテーパーは例えば逆ハの字状と、上部構造部と下部構造部の各々のテーパー方向は逆方向となっている。そのため、例えば、パッド部2とリード部2aとで挟まれた部位の充填樹脂4は、上側の面(上部構造部側の面)と下側の面(下部構造部側の面)との間にくびれた部位を有するようになり、図6に示すように断面視で鼓状(あるいは、砂時計状)となる。多面付けリードフレーム1は、このくびれ部の上下で各々逆の方向のテーパ部となった側面で充填樹脂4を保持するため、充填樹脂4の多面付けリードフレーム1からの脱落を防止できる効果がある。
多面付けリードフレーム1は、LEDチップ10を搭載するためのパッド部2を下部構造の放熱部3と重ならせて形成し、パッド部2と離反させたリード部2aを下部構造の放熱部3aと重ならせて形成し、それらを、図1(a)と図2のような吊りバー20とタイバー30で接続する。吊りバー20とタイバー30は、上部構造で形成し、それが下部構造の放熱部3又は放熱部3aと重なる領域では、それらの下部構造と一体に形成し、それ以外の領域では、多面付けリードフレーム1の上部構造のみで形成する。
(多面付け樹脂充填リードフレームの製造方法)
次に多面付け樹脂充填リードフレームの製造方法を説明する。
(多面付けリードフレームの形成)
まず、鉄−ニッケル等の合金薄板又は銅−ニッケル−錫等の金属合金製の板状の金属材料の表面に、フォトレジスト(感光性樹脂)を塗布してフォトレジスト層を形成する。次いで、パッド部2の面積S1からなるチップ搭載用表面A、及びリード部2aの面積S3からなる電気的接続エリアC、吊りバー20及びタイバー30を形成する部分にレジストパターンを形成するために、所定のパターンを有するパターン露光用フォトマスクを介してフォトレジスト層にパターンを露光する。次いで、フォトレジスト層に現像、必要に応じて硬膜処理を行う。これにより、パッド部2のチップ搭載用表面A及びリード部2aの電気的接続エリアCとなる部分と吊りバー20及びタイバー30となる部分を残してフォトレジストが現像除去される。そして、パッド部2のチップ搭載用表面Aを形成する部位、リード部2aの電気的接続エリアC、及び、吊りバー20とタイバー30を形成する部位にレジストパターンが形成される。
同様に、金属材料の裏面にもフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成後、パターン露光、現像等という一連の処理を行う。パターン露光にあたっては、放熱部3の面積S2からなる放熱用裏面B、及び放熱部3aの面積S4からなる放熱用裏面Dを形成するためのパターンを露光し、次に現像する。これにより、放熱部3の放熱用裏面Bとなる部分、及び放熱部3aの放熱用裏面Dとなる部分を残して、フォトレジストが現像除去されたレジストパターンが形成される。
次に、金属材料の裏面に耐腐食用の樹脂フィルムを貼着し、金属材料の表面側から表面のフォトレジスト非形成部を所定の深度(図1(a)に示す厚さt2)まで塩化第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工処理(ハーフエッチング処理)を行う。次に、洗浄後にその表面に耐腐食用の樹脂フィルムを貼着する。
次に、金属材料の裏面の耐腐食用の樹脂フィルムを剥がし、金属材料の裏面側から、裏面のフォトレジスト非形成部を所定の深度(図1(a)に示す厚さt3)まで塩化第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工処理を行う。これにより、表面、裏面に各々対応するレジストパターンが形成されていない金属部位に貫通部が形成され、図1(a)と図2に示すような多面付けリードフレーム1が形成される。
ここで、図2に示すように、エッチング後に多面付けリードフレーム1の各1単位フレームが金属材料から脱離することを防止するために、各1単位フレームを連結する格子状の枠部のタイバー30を形成する。すなわち、1単位フレームは、枠部であるタイバー30の開口部の領域内にタイバー30と連結するよう形成する。また、図2に示すように、ダイバー30から分岐させた吊りバー20を介して1単位フレームZとタイバー30とを連結させる。この吊りバー20により、多面付けリードフレーム1のエッチング加工処理後に、パッド部2及びリード部2aが金属材料から脱落するのを防止して、必要な期間、パッド部2及びリード部2aを金属材料に連結保持しておく。なお、仕様によっては、吊りバー20を形成せずに、1単位フレームZとタイバー30とを直接に連結させることであっても構わない。
上述した説明では、多面付けリードフレーム1を形成するエッチング加工は、表裏の面に各々1回ずつ行い、計2回行っているが、表裏から同時に1回のエッチングで金属材料にエッチング加工を行っても構わない。
なお、以上の処理で多面付けリードフレーム1をエッチングして形成する際、レジストパターンから露出した金属材料部位には等方的にエッチングが行われる。そのため、金属材料の両面から各々エッチングを行うことで、テーパー状部Eのテーパー方向と、テーパー状部E1のテーパー方向とが逆となった多面付けリードフレーム1が得られる。すなわち、チップ搭載用表面Aと放熱用裏面Bとの間におけるパッド部の側面部に、そのチップ搭載用表面Aから放熱用裏面Bの方向に拡がる、モールド時に充填される充填樹脂4を保持するための段差状部E又はテーパー状部Eが形成され、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dとの間におけるリード部2aの側面側には、その電気的接続エリアCから放熱用裏面Dの方向に拡がる、モールド時に充填される充填樹脂4を保持するための段差状部E又はテーパー状部Eが形成された多面付けリードフレーム1が形成される。
次に、リード部2aの電気的接続エリアCに、Ni(ニッケル)下地メッキを行い、その上に銀メッキ、あるいは、金メッキ、パラジウムメッキを行う。なお、電気的接続エリアCへのメッキは、後で説明する、充填樹脂4を多面付けリードフレーム1に充填してモールド成型する工程の後に、充填樹脂4から露出した電気的接続エリアCにメッキする処理により行っても良い。
(充填樹脂のモールド成形)
次に、このようにして形成した多面付けリードフレーム1に対し、以下に説明するように、金型を用いた樹脂モールド成型を行うことで充填樹脂4を成型し、チップ搭載用表面Aと放熱用裏面Bのそれぞれの面、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dのそれぞれの面が充填樹脂4から露呈するように充填樹脂4が充填された多面付け樹脂充填リードフレームを製造する。
樹脂モールド成型で用いる金型は、図7のように、多面付けリードフレーム1を収める所定の内部形状とした凹部を予め形成している金型を用いる。金型は、図7に示すように、蓋となる板状の上金型40と下金型41とで1組の金型を形成する構成にする。下金型41には、溶融する充填樹脂4を注入する注入口42と、多面付けリードフレーム1を装填可能な凹部43を内部空間として形成しておく。なお上金型40には、充填樹脂4の上部に約0.3mmの高さの光反射リング4aを形成するための型となる、深さ約0.3mmの光反射リング用凹部40aを内部空間として形成しておく。樹脂モールド成型は、先ず、下金型41の凹部43に多面付けリードフレーム1を装填し、次に、上金型40で下金型41上に蓋をして型締めする。
次に、注入口42から、凹部43と光反射リング用凹部40aとの内部空間内に加熱溶融した充填樹脂4を注入して、装填された多面付けリードフレーム1に充填樹脂4をモールド成型して多面付け樹脂充填リードフレームを得る。充填樹脂4が金型に注入される際、多面付けリードフレーム1のうち、樹脂の注入口42の近傍の1単位フレームから、注入口から離れた部位にある1単位フレームへと、順次に樹脂が流れていき、樹脂モールドされていく。
樹脂モールドの際に多面付けリードフレーム1の表面と裏面に充填樹脂4が付着しないよう、下金型41の凹部43の深さ(内部空間の高さ)は多面付けリードフレーム1の厚みと略同一に形成する。それにより、金型内に多面付けリードフレーム1を装填した際に、多面付けリードフレーム1の表面は上金型40の面に密着させ、裏面は下金型41の面に密着させる。そうすることで、凹部(内部空間)に樹脂を注入した際に、多面付けリードフレーム1の表面と裏面とへの樹脂の付着を防止し、多面付けリードフレーム1の表面(LEDチップ搭載用表面A、電気的接続エリア)と裏面(放熱用裏面)とを各々充填樹脂4から露出させる。これにより、充填樹脂4が、パッド部2のLEDチップ搭載用表面Aとリード部2aの電気的接続エリアCの高さから、それに対向する放熱用裏面Bと放熱用裏面Dの高さまでの範囲の多面付けリードフレーム1の厚さに充填されてモールド成型される。
充填樹脂4を多面付けリードフレーム1に充填してモールド成型した後、上金型40を外し、多面付け樹脂充填リードフレームを下金型41から取り出す。これにより、図1(b)のように多面付けリードフレーム1のパッド部2とリード部2a間に充填樹脂4が充填され、タイバー30及び吊りバー20の下に充填樹脂4の層が形成され、かつ、チップ搭載用表面Aと放熱用裏面B、及び、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dが充填樹脂4から外面に露呈した多面付け樹脂充填リードフレームが形成される。
図1(b)のように、この樹脂モールドで形成する充填樹脂4によって、多面付けリードフレーム1の上面の上に突出させて形成する光反射リング4aと、多面付けリードフレーム1の上面と下面の間の空間と充填樹脂4で一体化された構造で形成する。すなわち、光反射リング4aと、多面付けリードフレーム1のパッド部2とリード部2a間に充填された充填樹脂4とは、一体化して形成し、両者の間に樹脂の界面は存在させない。そのため、充填樹脂4の光反射リング4aと充填樹脂4の本体とは強固に接続され密着性が高いといえる。また、光反射リング4aと充填樹脂4の本体との間に界面が無いので、界面に水蒸気が拡散して剥離し易くなることも無く、接続信頼性の高い光反射リング4aが得られる効果がある。更に、光反射リング4aを充填樹脂4の他の充填部分と同時に形成するため、一回の樹脂モールド成型で済む。
充填樹脂4で形成する反射リング4aの形については、図3から図6のように、多面付けリードフレーム1上に、リード部2aの外側に、中心の円形の領域を取り囲む傾斜面で
すり鉢状の斜面を有する外壁状の形に形成する。すなわち、図3のように、設置したLEDチップ10の発光部(LED)を中心とする、平面視で円状の中心領域を、充填樹脂4のすり鉢状の傾斜面で囲む。そして、その傾斜面の外側の傾斜面の上部を平坦な台地状に形成する。その台地状の領域に、個片への分割線BXとBYを設定する。充填樹脂4の光反射リング4aの内周面の具体的形状としては、光を効率よく反射できるように、円錐面、楕円錐面、球面または放物面の一部としてもよい。なお、この光反射リング4aの平面視での形状は、円環に限定されず、LEDチップ10の発光部を中心にした楕円形の環状に形成しても良い。また、発光部が円環の中心に近ければ、光反射リング4aである円環の中心は発光部から少しずれていても良い。
光反射リング4aの傾斜面の断面形状は、LEDチップ10の発光部に対向する傾斜面である内周面を、チップ搭載用表面Aと電気的接続エリアCの成す面から30度から85度傾斜した斜面に形成する。それにより、光反射リング4aの傾斜面に入射する反射光を効率よく再反射させることが可能になり、さらには、LEDチップ10から発せられた光が直接に光反射リング4aの傾斜面に入射する場合であっても、入射光を効率よく外部に向け反射させることが可能になる。
上金型40には光反射リング用凹部40aを形成しておき、モールド成型時に充填樹脂4を注入して、その充填樹脂4を光反射リング4aの形に成形する。すなわち、上金型40は、光反射リング4aが、チップ搭載用表面Aと電気的接続エリアCの高さから放熱用裏面Bと放熱用裏面Dの高さまでの充填樹脂4と一体化した構造となって、多面付けリードフレーム1の上面の上に突出するように形成される形にする。
樹脂モールド成型時には加熱溶融した樹脂が金型内に注入される。そのため、充填樹脂4を形成後に、別に光反射リング4aを樹脂モールド成型で形成すると、充填樹脂4は複数回熱にさらされるため熱により劣化することになる。しかし本発明の多面付け樹脂充填リードフレームでは、充填樹脂4の樹脂モールド成型の処理を複数回繰り返すことがないので、複数回のモールド成型による複数回の加熱熱による充填樹脂4の劣化、例えば、充填樹脂4の熱劣化による光反射特性の低下を防止でき、充填樹脂4の光反射率を高く保つことができる効果がある。
このモールド成型で用いる充填樹脂4には、光反射効率の高い白色樹脂を用いるのが望ましい。また、充填樹脂4は、その他に、耐熱性、耐光性、熱導電性、高い光拡散性を有することも望ましい。充填樹脂は熱可塑性樹脂、あるいは、熱硬化性樹脂を用いることができる。そのため、充填樹脂4として、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シルセシキオキサン系樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、芳香族系ポリエステル樹脂(不飽和ポリエステル樹脂)、ポリアミド系樹脂、ポリフタルアミド(PPA)、液晶ポリマ(LCP)、シクロオレフィン系樹脂などの有機高分子材料が望ましく、1種の樹脂又は、複数種の樹脂の混合樹脂を用いて構わない。
また、充填樹脂4として、上記の1種の樹脂又は複数種の樹脂の混合樹脂を主体とする樹脂に、粉状物質の添加剤を混合した光拡散性樹脂を使用するのが望ましい。充填樹脂4に添加する添加剤としては、例えば、SiO2 、TiO2 、Al23 、酸化ジルコニウム、酸化鉛、セラミック材などの白色粉末、又はそれらの混合物などの微粒子が上げられ、主体樹脂に対する添加剤の混合比率は本発明においては適宜に設定することができる。例えば1%〜20%、若しくはそれ以上である。かかる充填樹脂4は、その添加剤により光拡散性を高くできる効果がある。それとともに、充填樹脂4は、その添加剤により屈折率nを2以上にすることができる。それにより、後に充填樹脂4上に形成する透明樹脂5よりも屈折率を高くできる。その屈折率差により、充填樹脂4と透明樹脂5との境界面における高い光反射性が得られる効果がある。
図1(a)に示すように、多面付けリードフレーム1に形成された各1単位フレームの上部構造のパッド部2及びリード部2aは、厚さt3の下部構造の上に形成するため、その上面の下部構造の裏面に対する高さは金属材料の厚みと略同一のt1である。一方、吊りバー20、タイバー30の厚さは金属材料の厚みt1よりも薄い上部構造の厚さt2に設定する。
もし、吊りバー20、タイバー30の厚みが、多面付けリードフレーム1の厚みと同じ程度に厚い場合は、吊りバー20、タイバー30が樹脂の流れを妨げる、あるいは、堰き止めることで、多面付けリードフレーム1に充填樹脂4が充填されない部位を生じる問題を生じる。そうなれば、充填樹脂4が充填されなかった部位は気泡を有する部位となり、多面付け樹脂充填リードフレームの品質、ひいては、半導体発光装置LEの品質が低下し、はなはだしい場合は欠陥品として廃棄する場合もある問題がある。
この対策のため、本実施形態では、吊りバー20とタイバー30の厚みを金属材料の上部構造の厚さt2まで薄くする。これにより、充填樹脂4の注入時に、樹脂は吊りバー20、タイバー30と金型との間に出来た隙間を流れることができ、樹脂の流れが妨げられず、また、堰き止められない効果がある。その結果、多面付けリードフレーム1に、充填樹脂4に気泡を入れずにモールド成型することが可能になり、多面付け樹脂充填リードフレームの品質を良くできる効果がある。また、欠陥品が無くなるため製造歩留まりを上げることができる効果があり、ひいては、多面付け樹脂充填リードフレームの製造コストを下げることが可能になる効果がある。
以上の、多面付けリードフレーム1への充填樹脂4のモールド処理により、図1〜図6に示すように、LEDチップ10を搭載する1乃至複数箇所のパッド部2と、LEDチップ10との電気的接続を行う電気的接続エリアCを有するリード部2aとを同一平面に備えた多面付け樹脂充填リードフレームを得る。
チップ搭載用表面Aと放熱用裏面Bとの間、及び電気的接続エリアCと放熱用裏面Dとの間におけるパッド部2、及びリード部2aの側面部には、放熱用裏面B、Dの方向に拡がる段差状部E又はテーパー状部Eを呈しているため、充填樹脂4を溶融状態にてモールド成型する際、及びモールド成型後は、充填樹脂4が、この段差状部E又はテーパー状部Eによって保持され、かつ、充填樹脂4と多面付けリードフレーム1との接触面積は大きくなる。そのため、充填樹脂4と多面付けリードフレーム1とは強固に密着することになり、充填樹脂4からの多面付けリードフレーム1の脱落、もしくは、多面付けリードフレーム1からの充填樹脂4の脱落を防止できる。
また、充填樹脂4は、その添加剤により屈折率nを2以上にし、充填樹脂4の光屈折率n1と透明樹脂5の光屈折率n2との関係を、n1>n2にする。その屈折率差により、充填樹脂4と透明樹脂5との境界面における高い光反射性が得られる効果がある。屈折率の差が大きいほど高い光反射を行える。通常の樹脂の屈折率は概ね2以下であり、樹脂だけで屈折率差を大きくするには限界が有るが、充填樹脂4に、添加剤として、SiO2 、TiO2 、Al23 、酸化ジルコニウム、セラミック材、又はそれらの混合物などの微粒子を添加し、主体樹脂に対する添加剤の混合比率を例えば1%〜20%、若しくはそれ以上添加することで、充填樹脂4の屈折率を2以上にし、透明樹脂5との屈折率差を大きくすることができる。それにより、充填樹脂4と透明樹脂5との境界面における高い光反射性が得られる効果がある。
このように、充填樹脂4に高い光反射率を持たせることで、LEDチップ10から発せられた光を効率よく外部に放出させることが可能となる。また、LEDチップ10のチッ
プ搭載用表面A、電気的接続エリアCに金属メッキを行った場合、メッキ面にても光を反射させることができるので、LEDチップ10から発せられた光を効率よく利用するには好ましい。さらに充填樹脂4の表面に、光反射率の優れたセラミックインクなどをコーティングすることも、LEDチップ10から発せられた光を効率よく利用する上で好ましいといえる。
(LEDチップの搭載)
こうして得た多面付け樹脂充填リードフレームのパッド部2の上面に、例えば導電接着剤によりLEDチップ10を貼着(ダイボンド)し、その後にワイヤーボンダーにより、LEDチップ10の上面の端子と他方のリード部2aの上面の電気的接続エリアCに金線等のワイヤーWをワーヤーボンディングすることで、LEDチップ10と多面付けリードフレーム1を電気接続する。こうして、LEDチップ10が搭載された多面付け樹脂充填リードフレームを製造する。
(透明樹脂のモールド成形)
次に、このようにしてLEDチップ10を搭載した多面付け樹脂充填リードフレームに対し金型を用いた樹脂モールド成型を行うことで、図1(c)のように、パッド部2のチップ搭載用表面Aより上面側、及びリード部2aの電気的接続エリアCより上面側のLEDチップ10と、電気的接続エリアCにボンディングしたワイヤーWと、光反射リング4aを被覆する透明樹脂5を形成する。透明樹脂5は、光透過性のあるアクリル系樹脂(ポリメタメチルアクリレート樹脂)などの透明性の良好な樹脂を用いる。それにより、LEDチップ10が透明樹脂層5の層内に埋設された状態で発光する際に、LEDチップ10から発せられた光が透明樹脂5から外側に出射するにあたり高い光利得性を持たせることができる。なお、図1(c)では、透明樹脂5は層状に形成しているが、ドーム状に形成しても構わない。
図2のようなタイバー30と吊りバー20の部位を、個片への分割線BXとBYの位置で折り取って前後左右に分割して個々の半導体発光装置LEの個片に分割できるようにするため、図1(c)のように、この個片への分割線BXとBYの部分に互いに狭い範囲で対向する第1のV字溝4bと第2のV字溝4cを形成する。これらのV字溝は、透明樹脂5のモールド形成用の上金型50の第1のV字楔50bと下金型51の第2のV字楔51bにより、個片への分割線BX及び個片への分割線BYの位置に、互いに対向して形成する。すなわち、上金型50の第1のV字楔50bによって、多面付けリードフレーム1の上の光反射リング4aの上部に第1のV字溝4bを形成する。また、下金型51の第2のV字楔51bによって、多面付けリードフレーム1のタイバー30と吊りバー20の下の充填樹脂4の層の下側から、先端をタイバー30と吊りバー20の金属材料に食い込ませた第2のV字溝4cを形成する。
この第1のV字溝4bと第2のV字溝4cを、多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線BX及びBYの位置で互いの先端を対向させて形成することで、その第1のV字溝4bと第2のV字溝4cの先端の間の狭い範囲を支点として上下から応力を集中させることができ、それにより、多面付け樹脂充填リードフレームが、軽い力を加えるだけで容易に折り取られて個片に分割されて個々の半導体発光装置LEが得られる効果がある。なお、タイバー30と吊りバー20の平面パターンは、図2の平面図のように、多面付け樹脂充填リードフレームが個片への分割線BXとBYの部分で分割されることで多面付けリードフレーム1のパッド部2とリード部2aとが電気的に切り離されるようなパターンに形成しておく。
透明樹脂5の樹脂モールド成型で用いる金型は、図8のように、蓋となる板状の上金型50と下金型51とで1組の金型を形成する構成にする。上金型50と下金型51の間の
空間に透明樹脂5を充填してモールドすることで、LEDチップ10を覆う形の透明樹脂5を形成する。
上金型50には、多面付け樹脂充填リードフレームを個片の半導体発光装置LEに分離する格子状の個片への分割線BX及びBYの位置の光反射リング4aの上部に第1のV字楔50bを設けておく。その上金型50の第1のV字楔50bによって、多面付け樹脂充填リードフレームの、充填樹脂4で形成された光反射リング4aの上部に約0.15mmの深さの第1のV字溝4bを形成する。なお、光反射リング4aの上部の第1のV字溝4bは、先の充填樹脂4による光反射リング4aの形のモールド成形の際に、予め第1のV字溝4bを光反射リング4aの上部に形成しておいても良い。その場合にも、上金型50に第1のV字楔50bを形成しておき、その第1のV字楔50bを光反射リング4aの上部の第1のV字溝4bに嵌め込んで光反射リング4aの上部を押さえるようにする。
下金型51にも、多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線BX及びBYの位置に第2のV字楔51bを形成する。その下金型51の第2のV字楔51bによって、吊りバー20及びタイバー30の下の充填樹脂4の層の側から、約0.18mmの深さの第2のV字溝4cを形成する。また、第2のV字溝4cは、吊りバー20及びタイバー30の金属材料の一部に食い込ませて形成する。ここで、吊りバー20とタイバー30の金属材料の厚みが薄いため、下金型51の第2のV字楔51bが、吊りバー20とタイバー30の金属材料に容易に食い込んで第2のV字溝4cを形成することができる効果がある。
透明樹脂5の樹脂モールド成型は、先ず、下金型51にLEDチップ10を搭載した多面付け樹脂充填リードフレームを装填し、次に、上金型50で下金型51上に蓋をして型締めする。この型締めにより、上金型50の第1のV字楔50bが、光反射リング4aの上部に食い込んで深さが0.15mmの第1のV字溝4bを形成し、下金型51の第2のV字楔51bが、充填樹脂4と吊りバー20及びタイバー30の金属材料の一部に食い込む第2のV字溝4cを0.18の深さで形成する。この第1のV字溝4bと第2のV字溝4cの先端同士を0.17mm程度の狭い範囲で接近させ、その狭い範囲に応力が集中され易くする。
次に、上金型50の下の内部空間内に加熱溶融した透明樹脂5を注入して、装填された多面付け樹脂充填リードフレームに透明樹脂5をモールド成型し、その後、上金型50を外し、多面付け樹脂充填リードフレームを下金型51から取り出す。これにより、搭載したLEDチップ10を透明樹脂5で覆い、個片への分割線BXとBYの部分に互いに狭い範囲で対向する第1のV字溝4bと第2のV字溝4cが形成されて個片への分割線BXとBYの部分のそれらのV字溝の頂点に応力が集中するようにされた多面付け樹脂充填リードフレームを得る。すなわち、この多面付け樹脂充填リードフレームには、個片への分割線BXとBYの部分に第1のV字溝4bが、光反射リング4aの上部から下に向けて形成され、それに対向する第2のV字溝4cが、吊りバー20又はタイバー30の下の充填樹脂4の層の下側からその金属材料に食い込ませて下から上に向けて形成する。
(多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割処理)
以上の処理で多面付けリードフレーム1に充填樹脂4と透明樹脂5を形成した多面付け樹脂充填リードフレームを製造し、後に、それを個片の半導体発光装置LEに分割する。その分割処理は、個片への分割線BXとBYの位置の吊りバー20とタイバー30の金属材料に食い込ませた第2のV字溝4cの先端と、光反射リング4aの上部に形成された第1のV字溝4bの先端の間の狭い範囲に上下から応力を集中させて、吊りバー20とタイバー30の金属材料の連結部を折り取り、個片を分離して個々の半導体発光装置LEを得る。
すなわち、個片への分割線BXとBYの位置で対向する第1のV字溝4bと第2のV字溝4cの先端の間を厚さ0.17mm程度の狭い範囲にすることで、多面付け樹脂充填リードフレームを小さな力で曲げるだけで、その狭い範囲を支点として応力を集中させて、その部分が折り取られ易くできる効果がある。つまり、多面付け樹脂充填リードフレームが個片への分割線BXとBYの部分で容易に折り取られて個々の半導体発光装置LEを容易に得ることができる効果がある。また、多面付けリードフレーム1が個片への分割線BXとBYの部分で折り取りられた折り取り部分には、リードフレームの金属材料の切断バリが発生しない効果がある。
<第2の実施形態>
図9の側断面図により第2の実施形態を説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態と同様の形状の多面付けリードフレーム1を用い、その多面付けリードフレーム1の充填樹脂4をモールド成形する際に、そのモールド金型の上金型40と下金型41によって多面付け樹脂充填リードフレームに第1のV字溝4bと第2のV字溝4cを形成する。
すなわち、充填樹脂4をモールド成形する際に、そこで用いる下金型41に第2のV字楔41bを形成しておき、その第2のV字楔41bの先端をタイバー30又は吊りバー20の金属材料に食い込ませる。そして、タイバー30及び吊りバー20の下面と、多面付けリードフレーム1の下面の高さにある下金型41の上面との間に充填樹脂4を充填する。それにより、充填樹脂4と第2のV字楔41bの先端が食い込んだタイバー30又は吊りバー20の部分とで第2のV字溝4cを形成する。また、上金型40の光反射リング用凹部40a内に第1のV字楔40bを形成し、その光反射リング用凹部40aと多面付けリードフレーム1の間に充填樹脂4を充填することで、光反射リング用凹部40a内の第1のV字楔40bを型にして光反射リング4aの上部に第1のV字溝4bを形成する。その第1のV字溝4bと第2のV字溝4cを、多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線BXとBYの部分に、狭い範囲で対向させて形成する。このモールド成形により、多面付け樹脂充填リードフレームの充填樹脂4の面からパッド部2とリード部2aの上面を露出させる。
次に、この多面付け樹脂充填リードフレームのパッド部2上にLEDチップ10を搭載してLEDチップ10とリード部2aをワイヤボンディングによりワイヤーWで配線し、そのLEDチップ10とワイヤーWを透明樹脂5で覆う。その透明樹脂5はモールド形成するか、又は、熱硬化性樹脂を塗布して熱硬化させて形成する。
第2の実施形態でも、第1のV字溝4bと第2のV字溝4cを多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線BX及びBYの位置に、互いに対向して形成することにより、第1のV字溝4bと第2のV字溝4cの先端を支点として、上下からそれらのV字溝の先端の間の狭い範囲に応力を集中させることにより、分割線BX及びBYの位置で容易に折り取れるようにする。これにより、多面付け樹脂充填リードフレームが、軽い力を加えるだけで容易に折り取られて個片に分割されて個々の半導体発光装置LEが得られる効果がある。
1・・・多面付けリードフレーム
2・・・パッド部
2a・・・リード部
3、3a・・・放熱部
4・・・充填樹脂
4a・・・光反射リング
4b・・・第1のV字溝
4c・・・第2のV字溝
5・・・透明樹脂
10・・・LEDチップ(発光素子)
20・・・吊りバー
30・・・タイバー
40・・・上金型
40a・・・光反射リング用凹部
40b・・・第1のV字楔
41・・・下金型
41b・・・第2のV字楔
42・・・注入口
43・・・凹部
50・・・上金型
50b・・・第1のV字楔
51・・・下金型
51b・・・第2のV字楔
A・・・チップ搭載用表面
B・・・放熱用裏面
BX、BY・・・個片への分割線
C・・・電気的接続エリア
D・・・放熱用裏面
E・・・段差状部又はテーパー状部
E1・・・テーパー状部(又は角面取り部)
LE・・・半導体発光装置
W・・・ワイヤー
Z・・・1単位フレーム

Claims (2)

  1. 金属板をエッチングすることで金属板の表面側の上部構造と金属板の裏面側の下部構造とが一体となった複数の構造体を、前記上部構造のみから構成されるタイバー又は吊りバーで連結した多面付けリードフレームに充填樹脂をモールドすることで前記タイバー又は吊りバーの下に形成した充填樹脂の層と、前記多面付けリードフレームの上部に形成した光反射リングを有する多面付け樹脂充填リードフレームであって、前記光反射リングの上部から形成した第1のV字溝と、前記充填樹脂の層の側から形成し先端を前記タイバー又は吊りバーの金属材料に食い込ませて形成した第2のV字溝が、前記多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線の位置で互いに狭い範囲で対向することで、前記第1のV字溝と第2のV字溝の先端の間の狭い範囲に応力を集中させて前記個片への分割線の部分で折り取り可能にしたことを特徴とする多面付け樹脂充填リードフレーム。
  2. 金属板をエッチングすることで金属板の表面側の上部構造と金属板の裏面側の下部構造とが一体となった複数の構造体を、前記上部構造のみから構成されるタイバー又は吊りバーで連結した多面付けリードフレームを形成する工程と、
    前記多面付けリードフレームに充填樹脂をモールドすることで前記タイバー又は吊りバーの下に充填樹脂の層を形成するとともに前記多面付けリードフレームの上部に光反射リングを形成する工程と、
    金型のV字楔によって、前記光反射リングの上部から形成した第1のV字溝と、前記充填樹脂の層の側から形成し前記タイバー又は吊りバーの金属材料に食い込ませた第2のV字溝を、多面付け樹脂充填リードフレームの個片への分割線の位置で狭い範囲で先端を対向させて形成する工程とを有することを特徴とする多面付け樹脂充填リードフレームの製造方法。
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