JP2012204754A - Ｌｅｄ発光素子用リードフレーム、およびその製造方法、並びにそれを用いたｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂と金属の一体構造であるＬＥＤ発光素子搭載用リードフレームを成型する際、樹脂バリが発生しない、もしくは、樹脂バリが発生しても少量となるような構造を提供する。
【解決手段】少なくとも、ＬＥＤチップを搭載するための１乃至複数箇所のパッド部および、それに対面する放熱部と、ＬＥＤチップと電気的接続を行うための電気接続エリアを有するリード部はそれぞれ電気的に絶縁された状態であり、該パッド部および、リード部を取り囲むようにかつ、機能面が出来る限り大きく確保できるように設計された溝が形成されているＬＥＤ発光素子搭載用リードフレームである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diodo）発光素子を搭載する発光素子用リードフレーム、およびそれを用いたＬＥＤパッケージ、およ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搭載するためのリードフレームは、板状のFe-Ni等の合金薄板、Cu-Ni-Sn等の合金薄板からなるリードフレーム用金属材料を、その片面または両面から塩化第二鉄等のエッチング液を用いてフォトエッチング加工をして製造され、半導体集積回路やＬＥＤ素子を搭載するためのパッド部と、該パッド部とは絶縁状態に離反し、ＬＥＤ発光素子と接続が行われるインナーリード部および、外部基板と電気的接続を行うアウトリード部を備えている。あるいは、プレス加工によって、パット部と、該パット部と絶縁状態で離反しているインナーリード部、および外部基板と電気的接続を行うアウトリード部を製造し、断面をコ字状に折り曲げ加工することによって形成されている。

ＬＥＤパッケージの構成は、大きく分けると、上記のようなエッチングによる工法、あるいは、プレス加工によって作製されたＬＥＤ発光素子搭載用のパッド部、およびＬＥＤ発光素子と電気的に接続用のリード部を備えたベース基板と、ＬＥＤ光源から光を効率よく取り出すための反射機能を発揮するリフレクター部分からなる。これらは、同一の材料で一体成型されているもの、数種類の材料を張り合わせることによって作製されている場合がある。

前記のＬＥＤパッケージにおいて、トランスファーモールド工法などで、リフレクター部分をリードフレームに樹脂を充填して作製されたものがある。金型を用いて所定の位置に樹脂を充填することで、リフレクター形状が出来上がる。トランスファーモールド工法の場合、液状樹脂を高速かつ、高圧で金型内に注入するため、金型とリードフレームの隙間から樹脂が染み出してバリとなってしまうことがある。この樹脂バリの問題は、IC向け基板などでも同様に発生してしまっており、これらを簡単に除去あるいは、有効に防止するための技術が開示されている。

特開平１−１２３４４８号公報 特開平１−１５２７４５号公報

ＬＥＤ発光素子用の基板として、例えばセラミック基板を用いた場合は、放熱性は良好であり、信頼性も優秀であるが、価格が高いという欠点があった。プリント基板を用いた場合は、ＬＥＤ光源の高反射性のセラミックインクを塗布する工程が必要となり、この場合も価格が高いという欠点があった。

価格面をクリアすべく基板として、熱可塑性の白色樹脂を用いて、リードフレームに射出成型することで、リフレクター付きの高反射性ＬＥＤ基板が作製されている。しかし、この基板の場合、樹脂の耐熱性が低く、昨今のＬＥＤに求められる信頼性を満足させらせないという問題があった。

そこで、耐熱性の高い熱硬化型樹脂を用いたＬＥＤ基板が期待されている。ただし、熱硬化性樹脂は、タブレット（固体）状の樹脂を高温で熱する事で液状にし、それを高速高圧の条件下で金型に充填するトランスファーモールド工法が用いられる。トランスファーモールド法は、精度の高い成型が可能であるが、高圧で金型に充填するため、金型とリードフレームの隙間から、樹脂が漏れ出してしまうことがある。それが樹脂バリとなってチップ搭載エリアや、放熱エリア上を覆ってしまうという問題がある。

樹脂バリは、後工程の妨げとなるので除去しなければならない。樹脂によっては、リードフレームとの密着が高く、バリを除去するためにはバリ以外の部分に負荷がかかってしまう場合がある。バリ以外の部分にダメージを与えてしまった場合、例えばリフレクター表面が粗化されてしまった場合、光出力が低下してしまうといったように、本来の機能が低下してしまうという問題が想定される。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、高反射性、高信頼性、高光利得性を兼ね備えたＬＥＤ発光素子用リードフレームおよび、その製造方法、並びにそれによるＬＥＤパッケージを提供する事を課題とする。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、請求項１の発明は、少なくとも、ＬＥＤチップを搭載するための１乃至複数箇所のパッド部と、ＬＥＤチップと電気的接続を行うための電気接続エリアを有するリード部とを有するＬＥＤ発光素子用リードフレームにおいて、パッド部およびリード部の外周部に溝が形成されていることを特徴とするＬＥＤ発光素子用リードフレームである。

本発明の、請求項２の発明は、白色樹脂が前記パッド部とリード部の間、および、該パッド部およびリード部の外周部に形成された溝部分に充填されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光素子用リードフレームである。

本発明の、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ発光素子用リードフレームを用いたＬＥＤパッケージの製造方法において、
（ａ）金属板の第一面にレジストを塗布し、少なくとも、ＬＥＤチップを搭載するための１乃至複数箇所のパッド部と、該ＬＥＤチップと電気的接続を行うための電気接続エリアを有するリード部と、該バッド部および、リード部の外周部に溝部と、を形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
（ｂ）金属板の第二面にレジストを塗布し、前記チップ搭載面に対向する放熱面と、放熱面の外周部に溝部と、を形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
（ｃ）前記（ａ）、（ｂ）により形成されたレジスト塗布面をエッチング加工することによって、パッド部、リード部、放熱面、および溝部を形成する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）部に金型を用いて白色樹脂を充填しリフレクターを形成する工程と、を含むことを特徴とするＬＥＤパッケージの製造方法である。

本発明の、請求項４の発明は、請求項３に記載のＬＥＤパッケージの製造方法により製造されたＬＥＤパッケージにおいて、ＬＥＤ発光素子用リードフレームには、パッド部にＬＥＤチップが搭載され、ワイヤーでＬＥＤチップとリード部が電気的に接続され、白色樹脂面がほとんど粗化されていない事を特徴とするＬＥＤパッケージである。

本発明によれば、チップ搭載部、電気接続部、放熱面の周囲を取り囲むように溝が形成さている。本発明のリードフレームを用いる事で、機能面を確保したまま、樹脂バリを防止もしくは、抑制する事が出来る効果がある。

本発明によれば、リードフレームに樹脂を充填する際に、金型とリードフレームの隙間から充填樹脂の一部が漏れ出してきても、チップ搭載部、電気接続部、放熱面の外周部に形成された溝に樹脂が溜まるため、樹脂バリが発生せず、機能面は正常に露出できた状態が保てる。本発明のリードフレームを用いる事で、バリ取り工程を省くことが出来るという効果がある。もし、溝に溜まりきらない程に多くの樹脂が漏れ出してきたとしても、一部の樹脂は溝に溜まるため、機能面に被さる樹脂バリの量は少なくなる。本発明のリードフレームを用いる事で、バリ取り作業が容易になる効果がある。

ここで機能面とは、チップ搭載部、電気接続部、放熱面のそれぞれの溝より内側の部分を示す。溝の形成に当たっては、機能面が出来る限り大きく確保されるように設計することが望ましい。

本発明によれば、バリ取り作業がなされていないため、リフレクター部分はダメージを全く受けず、成型直後の良好な状態が保てる。もし、バリ取り作業が行われたとしても、樹脂バリの量が少ないため、簡単にバリ取りが出来る。よって、リフレクター部分の樹脂はほとんどダメージを受けることがない。本発明のリードフレームを用いることで、リフレクター部分をはじめ、全体がほとんど粗化されず、光出力の高いＬＥＤパッケージを作製できるという効果がある。

本発明の実施例におけるＬＥＤパッケージの上面図 本発明の実施例におけるＬＥＤパッケージの下面図 本発明の実施例におけるＬＥＤ パッケージにチップを搭載した後のX-X断面図 本発明の実施例におけるＬＥＤパッケージの工程図 従来のＬＥＤリードフレームの場合のX-X断面図 本発明におけるＬＥＤリードフレームの多面付けした例の上面図

本発明を実施の形態に基づいて以下に詳細を説明する。図１は、本発明に関わるＬＥＤ発光素子用リードフレームを用いて製造した本発明のＬＥＤパッケージの第１実施例を示す上面図、図２はその裏面図である。また、図３は図１のX-X線における側断面図を示す。

本発明の第１実施例は、金属合金製の板状の基材をフォトエッチング加工することによって形成される。図１、図３に示すように本例のパッケージは、ＬＥＤチップ１０を搭載するための１乃至複数箇所に形成されたパッド部１を備える。図では１箇所とした。該パッド部１は、上部構造体を、裏面に上部構造体と一体である放熱部である下部構造体を備えている。図３中、１１はワイヤーの一例を示し、パッド部１のチップ搭載用表面AのＬＥＤチップ１０と、リード部２のワイヤーボンディングエリアCとの間をワイヤーボンディングによってつないだワイヤーである。

図１、３に示すように、該パッド部１の表面はＬＥＤチップ１０を搭載するための搭載用表面Aとなっており、該パッド部１と対面する裏面側の放熱部４の外面は、ＬＥＤチップ１０本体から発生する駆動熱や、ＬＥＤチップ１０の周囲環境による熱を放散させて、ＬＥＤチップ１０に熱が蓄積されないように、パッド部１裏面側から外界側に熱を放散させるための放熱用裏面となっている。なお、リード部用放熱部が、パッド部用放熱部とは分離して別に設けられている。

また、金属合金製の板状の基材をフォトエッチング加工することにより形成された前記パッド部１に対して、所定の間隔をおいて離反して隣接する位置には、１乃至複数箇所に
形成されたリード部２を備えている。図では１箇所とした。該リード部は、上部構造体と対向する下部構造体は一体であり、下部構造体には放熱部４を備えている。リード部２は、板状の基材をフォトエッチングする際にパッド部１と同時に形成される。該リード部２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２との電気的接続を行う際に、持続性を向上させるため、また、チップ１０から光を効率よく取り出すためにAgめっき等がほどこされた電気接続エリアCとなっていて、該リード部２の電気接続的エリアAと対向する裏面は、放熱用裏面Bとなっている。

前記リード部２の電気接続エリアは、パッド部１のチップ搭載面A上に実装されるＬＥＤ発光素子１０に対してワイヤーボンディングやチップボンディングによって接続される。なお、電気接続エリアCへのめっきは、Agめっき等のめっきが施されている。また、電気接続エリアCにこれらのめっきに先立ち、耐熱拡散性に優れたNiめっき等の下地めっきを行っても構わない。さらには、ＬＥＤ発光素子を外部基板に搭載、接続するために、放熱用裏面にもAgめっき、金めっき、パラジウムめっき等を行っても構わない。

図３に示すように、前記リード部２の表面は、前記パッド部１の搭載用表面Aと同一の電気接続エリアCとなっていて、パッド部２の搭載用上面Aに搭載したＬＥＤチップ１０を搭載するためのワイヤーがボンディングされる領域、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ングされる領域となっており、該エリアCと対向して、前記パッド部１の放熱用裏面Bと同一面になる放熱用裏面Dを備えている。

図１、２に示す本発明リードフレームのパッド部１、リード部２、リフレクター部２０は、板状のFe-Ni等の合金薄板または、Cu-Ni-Sn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CuまたはCu合金を用いる方が、放熱性を向上するために望ましい。

本発明に関わるパッド部１、リード部２は、金属板の表裏面にフォトレジスト５（感光性樹脂）を塗布し、フォトレジストへのパターン露光と現像処理等をすることによって、レジストパターンを形成し、塩化第二鉄等のエッチャントを用いて、レジスト非形成部分をフォトエッチング加工することによって、ＬＥＤ素子を搭載するためのパッド部１と、該パッド部１とは絶縁状態に離反しているリード部２、裏面部４、および、これらの周囲を取り囲むように形成された溝部６を形成するための構造が形成されている。

次に、本発明のＬＥＤパッケージの製造方法を図４に即して説明する。まず、Fe-Ni等の合金薄板または、Cu-Ni-Sn等の金属合金製の板状のリードフレーム用金属材料（図４−a）の表裏に、フォトレジストを塗布してレジスト５を形成し、所定のパターン露光用フォトマスクを用いてフォトレジスト層にパターンを露光し、次いで現像、必要に応じて硬膜処理をする（図４-b）。さらに、塩化第二鉄等のエッチャントを用いて、エッチングする。これにより、パッド部、リード部、その裏面部（放熱部）を残してフォトレジストが現像除去され、チップ搭載面、リード部、それらの裏面部、溝部、が形成されて、図4-cのような凹凸が形成される。

上記の凹部に、トランスファーモールド成型によって熱硬化性の白色樹脂をモールドし、パッド部１および、リード部２が電気的に絶縁された状態になると同時に、反射機能を持つリフレクター部２０が成型される（図４-ｄ）。この際、パッド部、リード部、その裏面部の周囲を取り囲む溝部６がなかった場合、図５に示したように、これらの周囲には金型とリードフレームの隙間から樹脂が染み出したことによる樹脂バリ７が広範囲に、不均一で、しかも厚く発生してしまうが、本発明の場合はバリとなるはずの樹脂分は溝６に充填されている。

上記のように、染み出した樹脂が溝６に全て充填された場合、チップ搭載エリア等の機
能面は確保されているので、バリ取り工程は行う必要がない。もし、溝６から少しはみ出してしまった場合は、それを除去する工程が必要となる。

その後、凹部内のCuが露出している部分に、耐熱拡散性に優れたNiめっき等の下地めっきを行った後、さらに、ＬＥＤ発光素子搭載面にはAgめっき等のめっきを、また、放熱用の裏面にも同様のめっきを行っても構わない（図４-ｅ）。

凹部内のめっきが施されたチップ搭載部にＬＥＤチップを搭載し、パッド部に沸いたーボンディングを行い（図４-ｆ）、該凹部に透明の封止樹脂を充填し、硬化する事で、本発明のＬＥＤパッケージが形成される（図４-ｇ）。

本発明のＬＥＤパッケージにおいては、ＬＥＤ素子１０が透明樹脂層２０内に埋設された状態で発光するため、ＬＥＤ素子１０から発せられた光を透明樹脂２０から外側に効率よく取り出すにあたり、高い利特性を持たせることが重要である。そのためには、例えば、ポリメチルメタクリレートといった光透過性のあるアクリル系の樹脂など、透明性の高い樹脂を選択することはもちろんであり、銀めっき表面との密着性が高い事が望ましい。

次に、本発明のＬＥＤパッケージを説明する。図３に示すように、ＬＥＤチップ１０を搭載した１乃至複数箇所のパッド部１と、前記ＬＥＤチップ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２、裏面部B、D、および、それらの周囲を取り囲むように作製されている溝６が形成されている本発明のリードフレームを用いて作られたＬＥＤパッケージは、一般的な工法で作られたものよりも工程が簡便であるので、安価で、かつ、信頼性が高い高性能なパッケージの供給を可能とする。

前記パッド部１のチップ搭載用表面Aより上側、および、リード部２の電気接続エリアCより上面側であり、リフレクター２０の内面側には、ＬＥＤチップ１０および、電気的接続エリアCを含めて、透明樹脂２１が充填されている。この透明樹脂は、耐熱性、耐光性、熱伝導性、高い光拡散性を有する事も望ましい。

通常、本発明のＬＥＤパッケージは、図６に示すように、本発明におけるパッド部１、リード部２を、その表裏面を同一平面とする１単位フレームとしている。そして、１単位フレームは、枚葉状、あるいは、帯状の金属材料に、複数の１単位フレームを互いに縦横方向に多面付け配列されて製造されている。

１単位のフレームの複数単位を多面付けして、フォトエッチングにて製造された平坦状のフレームは、搭載用表面Aと、放熱用裏面Bのそれぞれ、電気的接続エリアCと、放熱用裏面Dのそれぞれが露呈し、多面付けされたＬＥＤパッケージが形成される。

その後、多面付けされたＬＥＤパッケージを切断し、切り離された１単位のＬＥＤパッケージが得られる。

A・・・搭載用表面
B・・・放熱用裏面
C・・・電気接続エリア
D・・・放熱用裏面
１・・・パッド部
２・・・リード部
４・・・放熱部
５・・・リード部、パッド部、溝部形成用レジスト
６・・・溝部
７・・・樹脂バリ
１０・・・ＬＥＤチップ
１１・・・ワイヤー
２０・・・透明樹脂
２１・・・透明樹脂
４０・・・銀めっき

Claims (4)

1. 少なくとも、ＬＥＤチップを搭載するための１乃至複数箇所のパッド部と、ＬＥＤチップと電気的接続を行うための電気接続エリアを有するリード部とを有するＬＥＤ発光素子用リードフレームにおいて、パッド部およびリード部の外周部に溝が形成されていることを特徴とするＬＥＤ発光素子用リードフレーム。
2. 白色樹脂が前記パッド部とリード部の間、および、該パッド部およびリード部の外周部に形成された溝部分に充填されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光素子用リードフレーム。
3. 請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ発光素子用リードフレームを用いたＬＥＤパッケージの製造方法において、
   （ａ）金属板の第一面にレジストを塗布し、少なくとも、ＬＥＤチップを搭載するための１乃至複数箇所のパッド部と、該ＬＥＤチップと電気的接続を行うための電気接続エリアを有するリード部と、該バッド部および、リード部の外周部に溝部と、を形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
   （ｂ）金属板の第二面にレジストを塗布し、前記チップ搭載面に対向する放熱面と、放熱面の外周部に溝部と、を形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
   （ｃ）前記（ａ）、（ｂ）により形成されたレジスト塗布面をエッチング加工することによって、パッド部、リード部、放熱面、および溝部を形成する工程と、
   （ｄ）前記（ｃ）部に金型を用いて白色樹脂を充填しリフレクターを形成する工程と、を含むことを特徴とするＬＥＤパッケージの製造方法。
4. 請求項３に記載のＬＥＤパッケージの製造方法により製造されたＬＥＤパッケージにおいて、ＬＥＤ発光素子用リードフレームには、パッド部にＬＥＤチップが搭載され、ワイヤーでＬＥＤチップとリード部が電気的に接続され、白色樹脂面がほとんど粗化されていない事を特徴とするＬＥＤパッケージ。