JP2012186388A

JP2012186388A - Ｌｅｄ素子用リードフレーム基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2012186388A
Application number: JP2011049536A
Authority: JP
Inventors: Junko Toda; 順子戸田; Masashi Sawadaishi; 将士澤田石; Shuji Goto; 秀二後藤; Osamu Yoshioka; 修吉岡
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】実装されるＬＥＤチップの接続信頼性が高いＬＥＤ素子用リードフレーム基板を提供する。
【解決手段】本発明のＬＥＤ素子用リードフレーム基板２は、複数の貫通孔１５が形成され、ＬＥＤ素子３が搭載されるパッド部１１と、ワイヤーを用いてＬＥＤ素子と電気的に接続される接続エリア１２とを有するリードフレーム１０と、平面視においてパッド部および接続エリアを囲むリフレクター部２２と、貫通孔を埋める充填部２１とを有し、リードフレームに取り付けられた樹脂部２０とを備え、パッド部および接続エリアの周囲において、充填部の上面２１ａがパッド部および接続エリアの上面よりも低い位置に設定されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、発光ダイオード）素子が搭載、実装されるＬＥＤ素子用リードフレーム基板およびその製造方法に関する。

従来、金属製リードフレームと絶縁樹脂の複合体からなるＬＥＤ素子用リードフレーム基板（以下、単に「リードフレーム基板」と称する。）にＬＥＤ素子が実装されたＬＥＤパッケージが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

通常、リードフレーム基板は、ＬＥＤチップを搭載するための一つ乃至複数のパッド部と、ＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）と電気的接続を行うための電気的接合エリアを同一平面に備え、パッド部と電気的接合エリア間、およびそれらとリードフレーム外周部の間に存在する空隙が絶縁性のモールド樹脂によって埋められて形成されている。モールド樹脂の成形にはトランスファーモールドが用いられることが多い。
ＬＥＤ素子は、モールド樹脂の成形後に、ワイヤーボンディング等により電気的接合エリアと接続されてパッド部に搭載され、実装される。

特開２００４−１７２１６０号公報

しかしながら、トランスファーモールドでは液状の樹脂が高圧で充填されるため、上述のパッド部や電気的接合エリアの表面には、樹脂バリや樹脂汚染（以下、「樹脂バリ等」と称する。）が生じることが多い。樹脂バリ等は、ＬＥＤチップ実装時におけるワイヤーボンディングの信頼性に悪影響を及ぼすという問題がある。また、樹脂バリ等の量が多いと、パッド部や電気的接合エリアを完全に被覆してしまい、そのままでは実装が困難となる場合もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、実装されるＬＥＤチップの接続信頼性が高いＬＥＤ素子用リードフレーム基板を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、パッド部や電気的接合エリア上に樹脂バリ等が発生しにくいＬＥＤ素子用リードフレーム基板の製造方法を提供することである。

本発明の第一の態様であるＬＥＤ素子用リードフレーム基板は、複数の貫通孔が形成され、ＬＥＤ素子が搭載されるパッド部と、ワイヤーを用いて前記ＬＥＤ素子と電気的に接続される接続エリアとを有するリードフレームと、平面視において前記パッド部および前記接続エリアを囲むリフレクター部と、前記貫通孔を埋める充填部とを有し、前記リードフレームに取り付けられた樹脂部とを備え、前記パッド部および前記接続エリアの周囲において、前記充填部の上面が前記パッド部および前記接続エリアの上面よりも低い位置に設定されていることを特徴とする。

本発明の第二の態様は、ＬＥＤ素子が搭載されるパッド部と、ワイヤーを用いて前記ＬＥＤ素子と電気的に接続される接続エリアとを有するリードフレームと、平面視において前記パッド部および前記接続エリアを囲むリフレクター部と、前記パッド部と前記接続エリアとの間隙に充填される充填部とを有し、前記リードフレームに取り付けられた樹脂部とを備えたＬＥＤ素子用リードフレーム基板の製造方法であって、金属板にエッチングにより貫通孔を形成し、前記パッド部および前記接続エリアを有する前記リードフレームを形成するエッチング工程と、前記パッド部および前記接続エリアの周囲に形成された前記貫通孔に対応する形状の凸部を有する上型を、前記凸部の少なくとも一部が前記貫通孔に進入するように取り付けて樹脂を注入し、前記リードフレームに対して前記樹脂部を形成する樹脂部形成工程とを備えることを特徴とする。

本発明のＬＥＤ素子用リードフレーム基板によれば、実装されるＬＥＤチップの接続信頼性が高いＬＥＤ素子用リードフレーム基板とすることができる。
また、本発明のＬＥＤ素子用リードフレーム基板の製造方法によれば、パッド部や電気的接合エリア上に樹脂バリ等が発生を抑えてＬＥＤ素子用リードフレーム基板を製造することができる。

本発明の第一実施形態におけるＬＥＤ素子用リードフレーム基板を用いたＬＥＤパッケージを示す平面図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。（ａ）から（ｇ）は、同ＬＥＤパッケージの製造方法の流れを示す図である。（ａ）から（ｆ）は、本発明の第二実施形態における同ＬＥＤパッケージの製造方法の流れを示す図である。

本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態のＬＥＤパッケージ１を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。ＬＥＤパッケージ１は、図１および図２に示すように、金属製のリードフレーム１０と、リードフレーム１０に取り付けられた樹脂部２０とを有するリードフレーム基板２と、リードフレーム基板２に実装されたＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）３とを備えている。

リードフレーム１０は、金属合金製の板状の材料にエッチング加工を施し、当該材料の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１５を設けることにより形成されており、ＬＥＤチップ３が搭載されるパッド部１１と、平面視においてパッド部１１を挟んで対向する接続エリア１２とを備えている。

図２に示すように、パッド部１１および接続エリア１２はリードフレーム１０の厚さ方向の一方の面（上面）に形成されており、上面と反対側の下面には、パッド部１１および接続エリア１２と接続された放熱部１３Ａおよび１３Ｂがそれぞれ形成されている。放熱部１３Ａおよび１３Ｂの下面上における面積は、それぞれパッド部１１および接続エリア１２の上面における面積よりも大きく形成されており、ＬＥＤチップ３から発生する駆動熱やＬＥＤチップ３の周辺環境条件による熱を外部に拡散させ、ＬＥＤチップ３に熱が蓄積されることを抑制している。

樹脂部２０は、エッチングによりリードフレーム１０に形成された貫通孔１５を埋める充填部２１と、リードフレーム１０の上面に形成されるリフレクター部２２とを備えている。
充填部２１は、パッド部１１および接続エリア１２と、放熱部１３Ａおよび１３Ｂとを露出させるように形成されている。リフレクター部２２は、図１に示すように、ＬＥＤパッケージ１の平面視においてパッド部１１および接続エリア１２を囲むように形成されており、図２に示すように、リフレクター部２２に囲まれた領域が、ＬＥＤチップ３が実装されるキャビティＣとなっている。リフレクター部２２のうちキャビティＣを規定する内面２２Ａは、上端から下端に向かうに従いキャビティＣの面方向（リードフレーム１０の上面と平行な方向）における断面積が小さくなるようにテーパー状に形成されている。
パッド部１１および接続エリア１２の周囲であって、平面視においてリフレクター部２２に囲まれた領域の充填部２１は、図２に示すように、厚さｔ１がリードフレーム１０の厚さｔ２よりも小さく、その上面２１ａがパッド部１１および接続エリア１２の上面よりも低い位置に設定されている。

パッド部１１および接続エリア１２の上面には、メッキ層１４が形成され、ＬＥＤチップ３実装時の電気的接続の信頼性が高められている。ＬＥＤチップ３は、パッド部１１の上面に固着して搭載され、各接続エリア１２の上面とＬＥＤチップ３の図示しない端子とが金線等のワイヤー４を用いたワイヤーボンディングにより電気的に接続されてリードフレーム基板２に実装されている。

キャビティＣ内には透明性を有する封止樹脂４１が充填されており、実装されたＬＥＤチップ３および各ワイヤー４が封止されている。

上記のように構成されたリードフレーム基板２およびＬＥＤパッケージ１の製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、リードフレームとなる金属板３０を準備し、金属板３０の上面３０Ａおよび下面３０Ｂにレジスト層３１を積層する。レジスト層３１の積層は、感光性レジストを塗布する、ドライフィルムレジストを貼付する等の方法により行うことができる。

次に、所定のパターンを有するフォトマスク(不図示)を用いてレジスト層３１に対して露光、現像処理等を行い、図３（ｂ）に示すように、金属板３０の上面３０Ａおよび下面３０Ｂにレジストパターン３２を形成する（レジストパターン形成工程）。フォトマスクのパターンは、上面側においては、パッド部１１および接続エリア１２の位置および形状に対応し、下面側においては、放熱部１３Ａおよび１３Ｂの位置および形状に対応している。

次に、金属板３０の上面３０Ａおよび下面３０Ｂ側から塩化第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工する。これにより、レジストパターン３２の存在しない部位が金属板３０の厚さ方向にエッチングされて複数の貫通孔１５が形成される。レジストパターン３２を除去すると、パッド部１１および接続エリア１２と、放熱部１３Ａおよび１３Ｂとを有するリードフレーム１０が完成する（エッチング工程）。

さらに、パッド部１１および接続エリア１２の上面にメッキ処理を行い、図３（ｃ）に示すように、メッキ層１４を形成する（メッキ処理工程）。メッキの種類としては、銀メッキ、金メッキ、パラジウムメッキなどを用いることができる。また、これらのメッキ処理を施す前に、耐熱拡散性が優れたニッケルメッキなどの下地メッキを施してもよい。
本実施形態では、パッド部１１および接続エリア１２の上面のみにメッキ層１４を形成しているが、これに加えて放熱部１３Ａ、１３Ｂにメッキ層を形成してもよいし、リードフレーム１０をメッキ浴につける等によりリードフレーム１０の外面全体にメッキ層１４が形成されてもよい。

続く樹脂部形成工程では、図３（ｄ）に示すように、上型１０１と下型（不図示）とでリードフレーム１０を厚さ方向に挟み、公知のトランスファーモールドによって樹脂部２０の樹脂材料を充填し、樹脂部２０を形成する。
ここで、上型１０１には、パッド部１１および接続エリア１２の周囲に形成された貫通孔１５に対応した形状の複数の凸部１０２が設けられている。すなわち、各凸部１０２は、対応する貫通孔に進入して嵌合することにより、貫通孔の上部開口をほぼ隙間なく密閉することができる。
樹脂部２０の樹脂材料は、上型１０１の各凸部１０２が対応する貫通孔に進入、嵌合するようにリードフレーム１０に取り付けられた状態で注入される。
樹脂部形成工程が終了すると、リードフレーム基板２が完成する。

図３（ｅ）は、充填部２１およびリフレクター部２２を有する樹脂部２０が形成されたリードフレーム基板２を示す図である。パッド部１１および接続エリア１２の周囲の貫通孔１５の上部は、上型１０１が進入していたため樹脂材料が充填されていない。その結果、充填部の上面２１ａがパッド部１１および接続エリア１２の上面よりも低くなっている。
樹脂部形成工程においては、上型１０１とリードフレーム１０との隙間から漏れた樹脂材料により樹脂バリ等が生じることがあるが、充填部の上面２１ａがパッド部１１および接続エリア１２の上面よりも低いため、ほとんどの樹脂バリ等は貫通孔１５の内面上に形成されるにとどまり、パッド部１１および接続エリア１２上にはほとんど樹脂バリは発生しない。

次に、図３（ｆ）に示すように、パッド部１１にＬＥＤチップ３を搭載し、ワイヤー４によるワイヤーボンディングでＬＥＤチップ３と各接続エリア１２とを電気的に接続して、ＬＥＤチップ３を実装する。パッド部１１および接続エリア１２に樹脂バリ等が生じていないため、ＬＥＤチップを接続信頼性が高い状態で実装することができる。

最後に、キャビティＣ内の空間を埋めるように封止樹脂４１を充填すると、図３（ｇ）に示すように、ＬＥＤパッケージ１が完成する。

本実施形態のリードフレーム基板２およびその製造方法によれば、樹脂部形成工程において、凸部１０２を有する上型１０１を使用し、各凸部１０２がリードフレーム１０の対応する貫通孔に進入、嵌合するようにリードフレーム１０に取り付けられた状態で樹脂材料が注入される。このため、充填部２１の上面２１ａがパッド部１１および接続エリア１２の上面よりも低い位置になり、発生する樹脂バリ等のほとんどが貫通孔の壁面上に位置する。したがって、ＬＥＤチップ３実装時の接続信頼性に大きく影響するパッド部１１および接続エリア１２に対する樹脂バリ等の悪影響を著しく低減し、実装されるＬＥＤチップの接続信頼性が高いＬＥＤ素子用リードフレーム基板を製造することができる。

本発明のリードフレーム基板およびその製造方法において、パッド部および接続エリアに対する樹脂バリ等の影響を充分に抑制するためには、充填部の上面とパッド部および接続エリアの上面との高さの差を１μｍ以上とするのが好ましい。

次に本発明の第二実施形態について、図４（ａ）から図４（ｆ）を参照して説明する。第二実施形態のリードフレーム基板の製造方法は、メッキ処理工程のタイミングのみが第一実施形態と異なっており、製造されたリードフレーム基板は、第一実施形態のリードフレーム基板２と実質的に同一である。
なお、以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

まず、第一実施形態と同様の手順で、エッチング工程まで行い、図４（ａ）に示すように、リードフレーム１０を形成する。ここでは、まだメッキ処理工程を行わない。

次に、図４（ｂ）に示すように、リードフレーム１０に上型１０１を取り付けて樹脂部形成工程を行い、図４（ｃ）に示すように、樹脂部２０を形成する。

樹脂部２０が形成された後、メッキ処理工程を行い、図４（ｄ）に示すように、パッド部１１および接続エリア１２にメッキ層１４を形成する。これで、リードフレーム基板２が完成する。
図４（ｅ）および図４（ｆ）に示すその後の工程は第一実施形態と同様である。

本実施形態のリードフレーム基板の製造方法においても、第一実施形態と同様に、パッド部１１および接続エリア１２に対する樹脂バリ等の悪影響を著しく低減し、実装されるＬＥＤチップの接続信頼性が高いＬＥＤ素子用リードフレーム基板を製造することができる。

また、樹脂部２０の形成後にメッキ処理工程を行うため、メッキ層１４の形成前にパッド部１１および接続エリア１２状に樹脂バリ等が存在しないかどうかを確認することができる。したがって、万一パッド部１１および接続エリア１２に樹脂バリ等が存在していた場合は、製造ラインから外したり、バリ取り処理等の必要な工程を加えたりする等により、最終製品における不良品発生率を低減することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したり、各実施形態の構成を組み合わせたりすることが可能である。

例えば、上述の各実施形態では、上型のみ凸部を有する例を説明したが、これに代えて、下型にも放熱部１３Ａ、１３Ｂ等の周囲の貫通孔に対応する形状の凸部を設け、上型と同様に凸部を当該貫通孔に進入、嵌合させて樹脂部形成工程を行ってもよい。このようにすると、放熱部においても樹脂バリ等の発生を抑えることができ、外部基板等との接続信頼性を高めることができる。

また、本発明のＬＥＤパッケージの製造方法においては、メッキ処理工程は必須ではないため、省略されてもよい。

２ＬＥＤ発光素子用リードフレーム基板
３ＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）
４ワイヤー
１０リードフレーム
１１パッド部
１２接続エリア
１５貫通孔
２０樹脂部
２１充填部
２１ａ上面
２２リフレクター部
３０金属板
１０１上型
１０２凸部

Claims

複数の貫通孔が形成され、ＬＥＤ素子が搭載されるパッド部と、ワイヤーを用いて前記ＬＥＤ素子と電気的に接続される接続エリアとを有するリードフレームと、
平面視において前記パッド部および前記接続エリアを囲むリフレクター部と、前記貫通孔を埋める充填部とを有し、前記リードフレームに取り付けられた樹脂部と、
を備え、
前記パッド部および前記接続エリアの周囲において、前記充填部の上面が前記パッド部および前記接続エリアの上面よりも低い位置に設定されていることを特徴とするＬＥＤ素子用リードフレーム基板。
ＬＥＤ素子が搭載されるパッド部と、ワイヤーを用いて前記ＬＥＤ素子と電気的に接続される接続エリアとを有するリードフレームと、
平面視において前記パッド部および前記接続エリアを囲むリフレクター部と、前記パッド部と前記接続エリアとの間隙に充填される充填部とを有し、前記リードフレームに取り付けられた樹脂部とを備えたＬＥＤ素子用リードフレーム基板の製造方法であって、
金属板にエッチングにより貫通孔を形成し、前記パッド部および前記接続エリアを有する前記リードフレームを形成するエッチング工程と、
前記パッド部および前記接続エリアの周囲に形成された前記貫通孔に対応する形状の凸部を有する上型を、前記凸部の少なくとも一部が前記貫通孔に進入するように取り付けて樹脂を注入し、前記リードフレームに対して前記樹脂部を形成する樹脂部形成工程と、
を備えることを特徴とするＬＥＤ素子用リードフレーム基板の製造方法。