JP2012094787A - 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これらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、明暗コントラストおよび出力ならびに反射率の低化を抑制することを目的とする。
【解決手段】リフレクター部１０６を、あらかじめ形成した窪み部１０５の周辺の淡色セラミック成形体１０８で形成し、リフレクター部１０６の周辺に濃色の樹脂成形体１０９を形成すると共に、リフレクター部１０６とリードフレーム１０３ａ，１０３ｂを樹脂成形体１０９で保持することにより、簡易な構成で、明暗コントラストおよび出力ならびに反射率の低化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リフレクターを有す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これらの製造方法に関するものである。

従来の表示装置に用いるための発光装置においては、図４に示すように、ＬＥＤの点灯時と非点灯時のコントラスト比を向上させると共に、高い光出力を得る目的で、窪み部４０５内に反射効率の良い白色樹脂を、支持体部には黒色樹脂を用いて形成しているものがあった。

図４は従来の光半導体装置の構成を示す概略断面図である。従来の発光装置４０１は、２種類の樹脂を順次に射出成形してパッケージを形成しており、２種類の樹脂には黒色樹脂と白色樹脂を用いていた。この場合、先に黒色樹脂の射出成形を行い、支持体部の黒色樹脂成形体４１４を製造し、当該黒色樹脂成形体４１４が固化した後に、窪み部４０５内に白色樹脂の射出成形を行い、リフレクター部となる白色樹脂成形体４１３を製造していた。このように、金属性リードフレーム４０３ａ、４０３ｂを射出成形機内で搬送しながら複数回の射出成形を行い、リードフレーム４０３ａ、４０３ｂの所定位置に黒色樹脂成形体４１４および白色樹脂成形体４１３を形成していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１３０７１４号公報

しかしながら、従来の構成では、経年変化や樹脂の熱劣化に起因する変色により白色樹脂成形体４１３の反射率の低下が起こっていた。
これは、有機高分子材料では、約２００℃以上に昇温すると炭化が発生し、分子間の結合が崩壊し始めるため、パッケージの熱分解、劣化が生じるという問題があり、その影響で白色樹脂は、黒色、黄色、茶色等の変色によって反射率が経時的に低下するといった課題があった。

さらに、反射率が低下することで発光時の出力が低下し、出力不足になるという問題あり、発光時の出力が低下することで非発光時の黒色樹脂との明暗コントラストが低下するといった課題があった。

また、２種類の樹脂を順番に射出成形してパッケージを形成する場合、第１段階に成形する樹脂の溶融温度が、第２段階として後に成形する樹脂の溶融温度より高く設定することが必須の条件となる。そのため、各々の樹脂の溶融温度の組合せが限定されるという課題があった。

上記問題点を解決するために、簡易な構成で、明暗コントラストおよび出力ならびに反射率の低化を抑制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、複数のリードフレームと、前記各リードフレームの表面の少なくとも１部を露出するように前記リードフレーム上に設けられる環状の淡色セラミック成形体と、前記リードフレームおよび前記淡色セラミック成形体を保持するように少なくとも前記淡色セラミック成形体の周囲に形成される濃色の樹脂成形体とを有することを特徴とする。

また、前記淡色セラミック成形体がセラミック成分にガラスを混合した材料で形成されることが好ましい。
また、前記セラミック成分が、アルミナ、チタニア、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、溶融シリカ、無水珪酸の内から選択された少なくとも１成分であることが好ましい。

また、前記樹脂成形体が、熱可塑性樹脂に黒色系着色剤が添加された成形体であることが好ましい。
また、前記樹脂成形体を、前記リードフレームの前記淡色セラミック成形体に囲まれた露出面上の一部にも形成しても良い。

また、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を用い、前記リードフレームの１つの前記淡色セラミック成形体に囲まれた露出面上に搭載される光半導体素子と、他の前記リードフレームの露出面と前記光半導体素子とを電気的に接続するワイヤと、前記光半導体素子と前記ワイヤとを封止するように前記淡色セラミック成形体の環内に充填される透光性封止部材とを有す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、環状の淡色セラミック成形体を形成する工程と、複数のリードフレームおよび前記淡色セラミック成形体を金型内に配置して型締めする工程と、前記金型内へ濃色樹脂を充填して前記リードフレームと前記環状リフレクターを保持する樹脂成形体を形成する工程とを有し、前記樹脂成形体が少なくとも前記淡色セラミック成形体の周囲に形成されることを特徴とする。

さらに、本発明の光半導体装置の製造方法は、前記光半導体装置用パッケージの前記リードフレームの１つの前記淡色セラミック成形体に囲まれた露出面上に光半導体素子を搭載する工程と、他の前記リードフレームの露出面と前記光半導体素子とをワイヤで電気的に接続する工程と、前記光半導体素子と前記ワイヤとを封止するように前記淡色セラミック成形体の環内に透光性封止部材を充填する工程とを有することを特徴とする。

以上により、簡易な構成で、明暗コントラストおよび出力ならびに反射率の低化を抑制することができる。

以上のように、リフレクター部を、あらかじめ形成した窪み部の周辺の淡色セラミック成形体で形成し、リフレクター部の周辺に濃色の樹脂成形体を形成すると共に、リフレクター部とリードフレームを樹脂成形体で保持することにより、簡易な構成で、明暗コントラストおよび出力ならびに反射率の低化を抑制することができる。

実施の形態１における光半導体装置の構成を示す図 実施の形態１の樹脂成形体を窪み部の一部にも配した光半導体装置の構成を示す図 実施の形態２における光半導体装置の製造方法を示す工程断面図 従来の光半導体装置の構成を示す概略断面図

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）
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図であり、図１（ａ）は光半導体装置の上面図、図１（ｂ）は底面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）において、光半導体装置である発光装置１０１に用いる光半導体装置用パッケージは、中空部を備える樹脂成形体１０９からなる支持体１０７と、中空部にはめ込まれて窪み部１０５を備えるセラミック成形体１０８からなるリフレクター部１０６と、窪み部１０５の底部１０５ａに第一主面の一端を露出したリードフレーム１０３ａ、１０３ｂとが、一体成形されている。リードフレーム１０３ａ、１０３ｂは、第一主面の一端であるリードフレーム１０３ａのパッド１０３ｃ、リードフレーム１０３ｂのパッド１０３ｄを窪み部１０５に露出し、もう一端であるリードフレーム１０３ａのリード１０３ｅ、リードフレーム１０３ｂのリード１０３ｆを支持体１０７外部に延出し、第二主面は支持体１０７の底部１０５ａの背面に位置する底面１０７ａから露出している。

樹脂成形体１０９は、表面の非反射特性と遮光特性に優れたポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳと称す），ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（以下、ＰＥＥＫと称す）、ポリカーボネート樹脂（以下、ＰＣと称す）、ポリイミド樹脂（以下、ＰＩと称す）、ポリフタルアミド樹脂（以下、ＰＰＡと称す）などの濃色の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂（以下、ＰＦと称す）などの濃色の熱硬化性樹脂からなり、着色剤としてカーボンブラック、カーボンナノチューブ等、粒形若しくは線状フィラーのいずれか一方もしくは両方を添加している。着色剤は反射率が１０％以下となるようにその添加量を調整することが好ましく、熱放射率を高める効果も有する。

また、ＰＰＳ，ＰＥＥＫ，ＰＣ，ＰＩを用いた場合は機械的強度を向上するのに好適である。
このように、リフレクター部１０６の外周部に例反射率の樹脂成形体１０９を形成ことにより、光を視認する際の明暗コントラストの暗領域の特性に優れる構成とすることができる。

窪み部１０５の内壁面は環状のセラミック成形体１０８からなる。
セラミック成形体１０８は、白色または淡色のセラミックで構成される。また、質量分率にしてアルミナ５５％、ガラス４５％の組成から成る混合体であり、樹脂成形体１０９のインサートモールド工程とは別の金型工程にてあらかじめ成形される。

セラミック成形体１０８の成形の際には、まず、アルミナ及びガラスの粉末を有機溶剤に溶かし顆粒を分級する。そして上金型と下金型の間に上記顆粒を配置、加圧し、まず常温にて成型する。その後、約７００〜１１００℃の加熱炉内で固化させてセラミック成形体１０８とする。セラミック成形体１０８は、下記に示すようなセラミック成分単体のみから構成されていても良いが、上記のようにガラスと混合させることが望ましい。何故ならば、セラミック成分単体で成形する場合、セラミックの各分子を結合させるためには約１５００℃以上に昇温させなければならず、工程が煩雑になってしまうからである。しかし、比較的低融点で溶融するガラスを混合させることによって、約７００〜１１００℃程度で成形体を得ることが可能となり、簡易な工程でセラミック成形体１０８を成形することができる。主なセラミック成分については、アルミナ、チタニア、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、溶融シリカ、無水珪酸等が挙げられる。また、屈折率の異なる物質間の界面にて反射が起こるため、上記のようにそれぞれ屈折率の異なるアルミナとガラスを混合させることによって、高反射率が期待できる。例えば、一般的には、アルミナの屈折率ｎ１＝１．７６、ガラスの屈折率ｎ１＝１．５０〜２．６０とされている。よって、ガラスを混合させたセラミック成形体１０８からなるリフレクター部１０６は、成形が比較的容易であり反射率も向上させることができる。

また、セラミック成形体１０８からなるリフレクター部１０６は、結合力の高い酸素共有結合であるため、発光装置１０１動作時の１００℃〜２００℃の発熱に対しても分子構造を維持することができ、初期的な発光特性を長期間維持することができる。

特に、高出力で発熱の影響が大きい発光装置１０１の場合、樹脂成形体１０９の可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの劣化は顕著なものとなるが、リフレクター部１０６は発熱の影響による劣化は殆どない。

このように、窪み部１０５の周囲領域であるリフレクター部１０６を、セラミック製またはセラミックとガラスとの混成体のセラミック成形体１０８とすることにより、窪み部１０５の周壁が、発光素子１０２の発光に対して反射率が高く、熱劣化に耐えうるセラミック部材となるため、従来の樹脂によるリフレクターと比較し、発光装置の出力および反射率の低下を防ぐことができる。

従来のような樹脂成形体からなるリフレクター部１０６では、ＬＥＤ点灯時の発熱の影響を受け、昇温するに従い樹脂の酸化反応が進み、分子間結合が分解するといった熱劣化が発生してしまう。その結果、ポリマー骨格に欠陥が生じ、機械特性や反射率が低下する等、樹脂特性に影響を及ぼしていた。

このように、リフレクター部１０６を窪み部１０５の周辺に形成される淡色のセラミック成形体１０８で形成し、その外周に濃色の樹脂成形体１０９を形成することにより、リフレクター部１０６の熱劣化を抑制することができると共に、高コントラストを得ることができる。

さらに、セラミック成形体１０８を、アルミナとガラスとの混合体で形成する場合、アルミナとガラスとの屈折率差により反射性が向上し、ＬＥＤ使用時の熱の影響を受けず機械特性が安定しており、輝度低下、コントラスト低下を抑制できるので、簡易な構成で、経時変化による発光特性の減衰が殆どなく、初期的な発光特性を長期間維持することができる。

なお、図２は実施の形態１の樹脂成形体を窪み部の一部にも配した光半導体装置の構成を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。

窪み部１０５の底部１０５ａに支持体１０７と連続した樹脂被覆部１１２を設ける。樹脂被覆部１１２は、少なくともセラミック成形体１０８の一部を包むように被覆している。かかる構成によれば、樹脂被覆部１１２がセラミック成形体１０８を物理的に保持する形態となり、セラミック成形体１０８を強固に保持することができる。

さらに、パッド１０３ｃ、パッド１０３ｄの各々においても、その端部を包むように被覆してもよい。
かかる構成によれば、樹脂被覆部１１２がパッド１０３ｃ、パッド１０３ｄを物理的に保持する形態となり、パッド１０３ｃ、パッド１０３ｄを強固に保持することができる。

さらに、リードフレーム１０３ａ、１０３ｂと、支持体１０７との界面の隙間を発生させることがないので、その密着性を高めることができる。よって、光漏れを抑えるとともに窪み部１０５内に充填されるエポキシ樹脂等の透光性封止部材１１０が、リードフレーム１０３ａ、１０３ｂと、支持体１０７との界面から外部へ漏れ出すことをも防止することができる。

つまり、隙間や隙間に入る充填透光性封止部材１１０の箇所から光の漏れを抑え、発光時と非発光時の明暗コントラストおよび出力ならびに反射率の低化を抑制することができる。

このような光半導体装置用パッケージのパッド１０３ｄに光半導体素子１０２を搭載し、光半導体素子１０２とパッド１０３ｃとをワイヤ１０４で接続し、窪み部１０５内を透光性樹脂部材１１０で封止することにより、光半導体装置である発光装置１０１が形成される。光半導体素子１０２は、エポキシ、シリコーン等の樹脂、Ａｕ−Ｓｎ共晶等の半田、低融点金属等のろう材、また銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等の接着剤を介してパッド１０３ｄに接着されている。
（実施の形態２）
図３は実施の形態２における光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。

図３（ａ）〜（ｄ）において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
なお、本実施の形態２の説明では、インサートモールドによる一体成型を行った場合を例に説明する。

まず、所定の形状を有するリードフレーム１０３ａ、１０３ｂと共に、予め別工程にて形成した、窪み部１０５を備える環状のセラミック成形体１０８を上金型（図示せず）及び下金型（図示せず）で挟み込む（図３（ａ））。

次に、金型内（図示せず）に加熱加圧された黒色樹脂を流し込み、黒色樹脂を硬化させた樹脂成形体１０９で、リードフレーム１０３ａ、１０３ｂとセラミック成形体１０８を保持し、光半導体装置用パッケージを形成する。この時、樹脂成形体１０９は環状のセラミック成形体１０８の外周に沿っても形成される（図３（ｂ））。

次に、発光素子１０２を、窪み部１０５底面に露出させた負極側のリードフレーム１０３ｂの上に、接着剤を用いて搭載し、ワイヤ１０４を用いて発光素子１０２と窪み部１０５内のリードフレーム１０３ａとを電気的に接続し、窪み部１０５内にエポキシ樹脂等の透光性封止部材１１０を充填し、熱を加えて硬化させ保護する（図３（ｃ））。

最後に、パッケージの側面から突出したリードフレーム１０３ａ、１０３ｂを適当な位置で切断して個片化し、光半導体装置とする（図３（ｄ））。
このように、あらかじめセラミック製のセラミック成形体１０８を形成しておき、リードフレーム１０３ａ、１０３ｂとセラミック成形体１０８を保持すると同時にコントラストを高める黒色樹脂からなる樹脂成形体１０９を形成することにより、製造工程で使用する樹脂が１種類であるため、樹脂の溶融温度の組合せを考慮する必要がない。さらに、樹脂によって保持されるのは、金属製のリードフレームとセラミック製の環状リフレクターであるため、樹脂の溶融温度が問題になることはないので、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のどちらも適用可能である。

例えば、高出力で発熱が著しい光半導体装置のような高温に曝されるような場合においても、支持体１０７にエポキシ系、シリコーン系の熱硬化性樹脂を用いた場合、セラミック成形体１０８に近いレベルの高温熱に対する信頼性を維持することができる。

さらに、環状のリフレクター表面に光半導体素子１０２の発光波長に応じて適宜表面処理を施すことで、一層、光反射率を向上することができる。例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉなどをめっき、蒸着、スパッタリングなどで形成すれば良い。

また、以上の各実施の形態の説明では、２つのリードフレームから構成される例を用いて説明したが、リードフレームは外部端子に対応して２以上の構成とすることができる。

本発明は、簡易な構成で、明暗コントラストおよび出力ならびに反射率の低化を抑制することができ、リフレクターを有す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これらの製造方法等に有用である。

１０１、４０１ 発光装置
１０２、２０２ 発光素子
１０３ａ、１０３ｂ、４０３ａ、４０３ｂ リードフレーム
１０３ｃ、１０３ｄ パッド
１０３ｅ、１０３ｆ リード
１０４ ワイヤ
１０５、４０５ 窪み部
１０５ａ 底部
１０６ リフレクター部
１０７ 支持体
１０７ａ 底面
１０８ セラミック成形体
１０９ 樹脂成形体
１１０ 透光性封止部材
１１２ 樹脂被覆部
４１３ 白色樹脂成形体
４１４ 黒色樹脂成形体

Claims (8)

1. 複数のリードフレームと、
   前記各リードフレームの表面の少なくとも１部を露出するように前記リードフレーム上に設けられる環状の淡色セラミック成形体と、
   前記リードフレームおよび前記淡色セラミック成形体を保持するように少なくとも前記淡色セラミック成形体の周囲に形成される濃色の樹脂成形体と
   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. 前記淡色セラミック成形体がセラミック成分にガラスを混合した材料で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. 前記セラミック成分が、アルミナ、チタニア、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、溶融シリカ、無水珪酸の内から選択された少なくとも１成分であ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. 前記樹脂成形体が、熱可塑性樹脂にカーボンからなる黒色系着色剤が添加された成形体であ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. 前記樹脂成形体を、前記リードフレームの前記淡色セラミック成形体に囲まれた露出面上の一部にも形成す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. 請求項１〜請求項５記載の光半導体装置用パッケージを用い、
   前記リードフレームの１つの前記淡色セラミック成形体に囲まれた露出面上に搭載される光半導体素子と、
   他の前記リードフレームの露出面と前記光半導体素子とを電気的に接続するワイヤと、
   前記光半導体素子と前記ワイヤとを封止するように前記淡色セラミック成形体の環内に充填される透光性封止部材と
   を有することを特徴とする光半導体装置。
7. 環状の淡色セラミック成形体を形成する工程と、
   複数のリードフレームおよび前記淡色セラミック成形体を金型内に配置して型締めする工程と、
   前記金型内へ濃色樹脂を充填して前記リードフレームと前記環状リフレクターを保持する樹脂成形体を形成する工程と
   を有し、前記樹脂成形体が少なくとも前記淡色セラミック成形体の周囲に形成され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。
8. 請求項１〜請求項５記載の光半導体装置用パッケージの前記リードフレームの１つの前記淡色セラミック成形体に囲まれた露出面上に光半導体素子を搭載する工程と、
   他の前記リードフレームの露出面と前記光半導体素子とをワイヤで電気的に接続する工程と、
   前記光半導体素子と前記ワイヤとを封止するように前記淡色セラミック成形体の環内に透光性封止部材を充填する工程と
   を有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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