JP2015115407A - 発光素子用配線基板、半導体発光装置、および、それらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子が接合される領域の周囲における樹脂との接着性が高く、耐熱性が高く、かつ、量産性に優れた発光素子用配線基板、半導体発光装置、および、それらの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の発光素子用配線基板１００は、発光素子が接合されるダイボンディング領域１１１を有するダイボンディング部材１１０と、ワイヤが接合されるワイヤボンディング領域１２１を有するワイヤボンディング部材１２０と、ダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０を包摂して支持する樹脂成形体１３０と、を備え、ダイボンディング領域１１１およびワイヤボンディング領域１２１は樹脂成形体１３０から露出しており、樹脂成形体１３０において、ダイボンディング領域１１１の周囲には、表面が粗面化された粗面化領域１３１が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子用配線基板、半導体発光装置、および、それらの製造方法に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等の半導体発光装置用の基板として、チップオンボード型の発光素子用配線基板が広く用いられている。チップオンボード型の発光素子用配線基板は、基板上に直接発光素子がボンディングされるため、基板本体はアルミニウムやセラミックス（例えば、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３）等の耐熱性の高い材料により形成されていることが多い。特許文献１には、基板本体の材料に耐熱樹脂を用いたチップオンボード型の発光素子用配線基板が記載されている。

特開２０１２−２３４９４７号公報

特許文献１に記載の発光素子用配線基板を用いた半導体発光装置では、発光素子用配線基板上に発光素子が接合されてワイヤボンディングがなされた状態で、発光素子の周囲の樹脂成形体表面に樹脂によりダム部材が形成され、ダム部材で囲まれた領域に封止樹脂が充填されている。アルミニウムやセラミックスと比べて樹脂は表面の凹凸が少ないため、特許文献１に記載の発光素子用配線基板では、発光素子用配線基板からダム部材が剥がれやすいという問題があった。また、ダム部材がワイヤを包摂して形成されている場合には、ダム部材が剥がれることにより、ワイヤが外れてしまうという問題もあった。

本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、発光素子が接合される領域の周囲における樹脂との接着性が高く、耐熱性が高く、かつ、量産性に優れた発光素子用配線基板、半導体発光装置、および、それらの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発光素子用配線基板は、
発光素子が接合されるダイボンディング領域を有するダイボンディング部材と、
ワイヤが接合されるワイヤボンディング領域を有するワイヤボンディング部材と、
前記ダイボンディング部材および前記ワイヤボンディング部材を包摂して支持する樹脂成形体と、を備え、
前記ダイボンディング領域および前記ワイヤボンディング領域は前記樹脂成形体から露出しており、
前記樹脂成形体において、前記ダイボンディング領域の周囲には、表面が粗面化された粗面化領域が設けられている。

樹脂成形体に粗面化領域を設けることにより、樹脂成形体に樹脂を接着するときの接着性を向上することができる。また、樹脂成形体への樹脂の接着性を向上できることにより、樹脂成形体にダム部材を接着したときにダム部材が樹脂成形体から剥がれにくくなるので、発光素子用配線基板の材料に耐熱樹脂を用いることができる。さらに、樹脂成形体がダイボンディング部材およびワイヤボンディング部材を包摂して支持する構造にすることにより、発光素子用配線基板を樹脂成形により製造できる。
これにより、発光素子が接合される領域の周囲における樹脂との接着性が高く、耐熱性が高く、かつ、量産性に優れた発光素子用配線基板を提供できる。

本発明では、
前記粗面化領域の表面粗さが、前記樹脂成形体の厚さの１％以上で５０％以下である
ことが好ましい。
さらに、本発明では、
前記粗面化領域の表面粗さが、前記樹脂成形体の厚さの１％以上で１０％以下である
ことが好ましい。

粗面化領域の表面粗さが樹脂成形体の厚さと比較して小さすぎると十分に接着性が向上しない。他方、粗面化領域の表面粗さが樹脂成形体の厚さと比較して大きすぎると、樹脂成形体の強度が弱くなるため折れやすくなる。樹脂成形体の厚さが厚いほど、粗面化領域の表面粗さを大きくしても、十分な強度を保つことができる。

本発明では、
前記樹脂成形体が、融点が３００℃以上の耐熱樹脂で形成されている
ことが好ましい。
樹脂成形体が融点３００℃以上の耐熱樹脂で形成されているので、発光素子用配線基板を高温環境下においたとしても、樹脂成形体が溶融しない。これにより、発光素子を共晶接合することができる樹脂製の発光素子用配線基板を提供できる。

本発明の半導体発光装置は、
上述の発光素子用配線基板を備える半導体発光装置であって、
前記ダイボンディング領域に接合された発光素子と、
前記発光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ワイヤと、
前記粗面化領域に接着されたダム部材と、
前記ダム部材と前記ダイボンディング領域に囲まれた領域内に充填された封止樹脂と、を備える。

上述の発光素子用配線基板を用いることにより、ダム部材が樹脂成形体から剥がれにくくなる。よって、ダム部材が剥がれることによりワイヤがワイヤボンディング領域から外れることを防止することができる。

本発明では、
前記発光素子は、前記ダイボンディング領域に共晶接合により接合されている
ことが好ましい。
共晶接合することにより、ダイボンディング領域に複数の発光素子を同時に接合することができる。

本発明の発光素子用配線基板の製造方法は、
発光素子が接合されるダイボンディング領域を有するダイボンディング部材と、ワイヤが接合されるワイヤボンディング領域を有するワイヤボンディング部材と、を備えるフレームを、金属板を打ち抜いて一体的に形成するフレーム形成工程と、
前記ダイボンディング部材および前記ワイヤボンディング部材の周囲に溶融した樹脂を流し込んで固化させ、樹脂成形体を形成する樹脂成形工程と、
前記樹脂成形体において、前記ダイボンディング領域の周囲に粗面化された粗面化領域を形成する粗面形成工程と、
前記ダイボンディング部材および前記ワイヤボンディング部材を前記フレームから切り離す切り離し工程と、を備える。

これにより、発光素子が接合される領域の周囲における樹脂との接着性が高く、耐熱性が高く、かつ、量産性に優れた発光素子用配線基板の製造方法を提供できる。

本発明では、
前記ダイボンディング領域および前記粗面化領域の双方の形状を有する金型を用いて、前記樹脂成形工程および前記粗面形成工程を同時に行う
ことが好ましい。
樹脂成形工程および粗面形成工程を同時に行うことにより、工程を一つ減らすことができるので、発光素子用配線基板の製造コストを低減できる。

本発明の半導体発光装置の製造方法は、
上述の発光素子用配線基板の製造方法により発光素子用配線基板を製造する配線基板製造工程と、
製造された前記発光素子用配線基板の前記ダイボンディング領域に発光素子を接合する発光素子実装工程と、
前記発光素子と前記ワイヤボンディング領域とを前記ワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング工程と、
前記ダイボンディング領域の周囲にディスペンサを用いて樹脂を塗布することによりダム部材を形成するダム部材形成工程と、
前記ダム部材と前記ダイボンディング領域に囲まれた領域内に封止樹脂を充填する封止工程と、を備える。

上述の発光素子用配線基板を用いることにより、ダム部材が樹脂成形体から剥がれにくくなる。よって、ダム部材が剥がれることによりワイヤがワイヤボンディング領域から外れることを防止することができる半導体発光装置の製造方法を提供できる。

本発明によれば、発光素子が接合される領域の周囲における樹脂との接着性が高く、耐熱性が高く、かつ、量産性に優れた発光素子用配線基板、半導体発光装置、および、それらの製造方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる発光素子用配線基板の構成を示す平面図である。 実施の形態１にかかる発光素子用配線基板の構成を示す裏面図である。 実施の形態１にかかる発光素子用配線基板の構成を示す断面図である。 実施の形態１にかかる発光素子用配線基板の断面の一部を拡大した図である。 実施の形態１にかかる発光素子用配線基板における、ダイボンディング部材およびワイヤボンディング部材の構成を示す平面図である。 実施の形態１にかかる半導体発光装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１にかかる半導体発光装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１にかかる発光素子用配線基板の製造に用いられるフレームの構成を示す図である。 実施の形態１にかかる発光素子用配線基板の製造工程において、フレームに樹脂成形体を形成した状態を示す図である。 実施の形態１にかかる発光素子用配線基板の製造工程において、発光素子用配線基板がフレームから切り離された状態を示す図である。 実施の形態１の変形例にかかる発光素子用配線基板の構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例にかかる発光素子用配線基板における、ダイボンディング部材およびワイヤボンディング部材の構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例にかかる発光素子用配線基板の製造に用いられるフレームの構成を示す図である。 実施の形態１の変形例にかかる発光素子用配線基板の製造工程において、フレームに樹脂成形体を形成した状態を示す図である。 実施の形態１の変形例にかかる発光素子用配線基板の製造工程において、発光素子用配線基板がフレームから切り離された状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
［実施の形態１］
図１〜図４を用いて、本実施形態にかかる発光素子用配線基板１００の構成を説明する。図１は平面図、図２は裏面図、図３は断面図、図４は断面図の一部を拡大した図である。
発光素子用配線基板１００は、ダイボンディング部材１１０と、ワイヤボンディング部材１２０と、樹脂成形体１３０と、を備える。

図５は、ダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０の構成を示す平面図である。
ダイボンディング部材１１０は、発光素子が接合されるダイボンディング領域１１１と、第１電極部１１２と、を有する。ダイボンディング部材１１０の材料としては、導電性材料が用いられており、例えば、銅又は銅合金の表面に銀めっき処理を施したものが用いられる。
ダイボンディング部材１１０には、金属等の熱伝導率の高い材料が用いられているため、ダイボンディング部材１１０はヒートシンクとしても作用する。このため、ダイボンディング部材１１０に接合される発光素子の発熱量が大きくても十分に放熱することができる。

ワイヤボンディング部材１２０は、ワイヤが接合されるワイヤボンディング領域１２１と、第２電極部１２２と、を有する。ワイヤボンディング部材１２０の材料としては、ダイボンディング部材１１０と同様、導電性材料が用いられる。

樹脂成形体１３０は、ダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０を包摂して支持する。樹脂成形体１３０の厚さは、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが好ましい。樹脂成形体１３０の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂が用いられる。樹脂成形体１３０に用いられる熱可塑性樹脂は、融点が３００℃以上の耐熱樹脂であることが好ましい。発光素子をダイボンディング部材１１０に共晶接合により接合するときには、樹脂成形体１３０が高温環境下にさらされるからである。耐熱樹脂としては、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）が用いられる。また、樹脂成形体１３０の材料としてシリコーン系樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。

ダイボンディング領域１１１およびワイヤボンディング領域１２１は樹脂成形体１３０から露出している。第１電極部１１２および第２電極部１２２も樹脂成形体１３０から露出している。
樹脂成形体１３０において、ダイボンディング領域１１１の周囲には、表面が粗面化された粗面化領域１３１が設けられている。粗面化領域１３１には、微細な凹凸が設けられている。粗面化領域１３１は、樹脂成形体１３０の成形時に金型により凹凸を設けてもよいし、樹脂成形体１３０の成形後にエッチングにより樹脂成形体１３０の表面を荒らしてもよい。

粗面化領域１３１の表面粗さは、樹脂成形体１３０の厚さの１％以上で５０％以下であることが好ましい。例えば、樹脂成形体１３０の厚さが１．０ｍｍの場合、粗面化領域１３１の表面粗さが１０μｍ以上で５００μｍ以下であることが好ましい。粗面化領域１３１の表面粗さが１０μｍを下回ると、ダム部材と粗面化領域１３１との接着力が弱まり、ダム部材が粗面化領域１３１から剥がれやすくなる。粗面化領域１３１の表面粗さが５００μｍを上回ると、樹脂成形体１３０の最薄部が薄くなりすぎて、樹脂成形体１３０の強度が弱くなる。

粗面化領域１３１の表面粗さは、樹脂成形体１３０の厚さの１％以上で１０％以下であることが好ましい。例えば、樹脂成形体１３０の厚さが０．１ｍｍの場合、粗面化領域１３１の表面粗さが１μｍ以上で５０μｍ以下であることが好ましい。粗面化領域１３１の表面粗さが１μｍを下回ると、ダム部材と粗面化領域１３１との接着力が弱まり、ダム部材が粗面化領域１３１から剥がれやすくなる。粗面化領域１３１の表面粗さが５０μｍを上回ると、樹脂成形体１３０の最薄部が薄くなりすぎて、樹脂成形体１３０の強度が弱くなる。なお、粗面化領域１３１の表面粗さは、例えば、１０点平均粗さＲｚにより算出される。

図６および図７を用いて、発光素子用配線基板１００を備える半導体発光装置２００の構成について説明する。図６は平面図、図７は断面図である。
半導体発光装置２００は、発光素子用配線基板１００と、発光素子２１０と、ワイヤ２２０と、ダム部材２３０と、封止樹脂２４０と、を備える。

発光素子２１０は、電流を流すと発光する素子であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が用いられる。発光素子２１０は、ダイボンディング領域１１１に接合されている。発光素子２１０は、例えば、ダイボンディング領域１１１に共晶接合により接合されている。

ワイヤ２２０は、発光素子２１０とワイヤボンディング領域１２１とを電気的に接続する。ワイヤ２２０は導電性部材であり、金、銅、又はアルミニウム等の金属細線が用いられる。

ダム部材２３０は、封止樹脂２４０をダイボンディング領域１１１上にせき止めるための部材である。ダム部材２３０は、粗面化領域１３１に接着されている。ダム部材２３０は、ディスペンサから粗面化領域１３１に樹脂を吐出することにより形成される。ダム部材は、ダイボンディング領域１１１の外周ぎりぎりに、ディスペンサにより１回で吐出される幅の樹脂で形成される。これにより、ダム部材に使用される樹脂の量を減らすことができる。例えば、ダム部材２３０は、ダイボンディング領域１１１の外周より０．０５ｍｍ外側に２ｍｍの幅で形成される。

封止樹脂２４０は、ダム部材２３０とダイボンディング領域１１１に囲まれた領域内に充填されている。封止樹脂２４０には、光透過性の樹脂が用いられ、例えば、シリコーン系樹脂が用いられる。封止樹脂２４０は、発光素子２１０とおよびワイヤ２２０を包摂して保護する。封止樹脂２４０は、蛍光剤が分散配合されており、発光素子２１０が発する光の色調が所望のものとなるように調光する役割を担っている。また、封止樹脂２４０の表面を曲面にすることにより、封止樹脂２４０にレンズの役割を担わせることができる。

図８〜図１０を用いて、発光素子用配線基板１００の製造方法について説明する。
まず、ダイボンディング部材１１０とワイヤボンディング部材１２０と、を備えるフレーム４００を、金属板を打ち抜いて一体的に形成する。例えば、フレーム４００はプレス成形により形成される。図８は、フレーム４００の構成を示す図である。ダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０は連結部４０１を介してフレーム４００に繋がっている。

次に、図９に示すように、ダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０の周囲に金型を配置し、金型に溶融した樹脂を流し込んで固化させ、樹脂成形体１３０を形成する。

次に、樹脂成形体１３０の表面にダイボンディング領域１１１の周囲に粗面化された粗面化領域１３１を形成する。樹脂成形体１３０の形成に用いられる金型に、粗面化領域１３１に対応する凹凸を設けることにより、樹脂成形体１３０の形成と同時に粗面化領域１３１を形成することができる。また、樹脂成形体１３０を形成した後に、サンドブラストやエッチングにより粗面化領域１３１を形成することもできる。

最後に、ダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０を、連結部４０１を切断することによりフレーム４００から切り離す。切断された連結部４０１の一部は、発光素子用配線基板１００の内部に残留する。図１０に示すように、図８に示したフレーム４００からは、３個の発光素子用配線基板１００が製造できる。

発光素子用配線基板１００を用いた半導体発光装置２００の製造方法について説明する。
まず、上述の発光素子用配線基板の製造方法により発光素子用配線基板１００を製造する。
次に、製造された発光素子用配線基板１００のダイボンディング領域１１１に発光素子２１０を接合する。ダイボンディング領域１１１と発光素子２１０との接合は、例えば、共晶接合により行う。

次に、発光素子２１０とワイヤボンディング領域１２１とをワイヤ２２０により電気的に接続する。発光素子２１０およびワイヤボンディング領域１２１とワイヤ２２０とは、はんだにより接着する。
次に、ダイボンディング領域１１１の周囲にディスペンサを用いて樹脂を吐出することによりダム部材２３０を形成する。
最後に、ダム部材２３０とダイボンディング領域１１１に囲まれた領域内に封止樹脂２４０を充填する。

以上説明したように、本実施形態によれば、発光素子が接合される領域の周囲における樹脂との接着性が高く、耐熱性が高く、かつ、量産性に優れた発光素子用配線基板１００、半導体発光装置２００、および、それらの製造方法を提供できる。

（変形例）
図１１〜図１５を用いて、発光素子用配線基板１００の変形例を説明する。
変形例にかかる発光素子用配線基板５００では、平面図に示すと図１と同じであるが、断面の形状が異なる。図１１は、変形例にかかる発光素子用配線基板５００の断面図である。樹脂成形体１３０の側面に凹部１３２が設けられている点が、上述の発光素子用配線基板１００とは異なっている。凹部１３２は樹脂成形体１３０の成形時に、フレーム６００の樹脂支持部６０２を挿入するために用いられる。図１２は、変形例にかかる発光素子用配線基板５００に用いられるダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０の構成を示す平面図である。図５と図１２とでは、ダイボンディング部材１１０およびワイヤボンディング部材１２０の製造時におけるフレーム６００との連結部４０１の配置のみが異なっている。

図１３〜図１５を用いて、変形例にかかる発光素子用配線基板５００の製造方法について説明する。
図１３は、変形例にかかる発光素子用配線基板５００の製造に用いられるフレーム６００の構成を示す図である。フレーム６００の短手方向には樹脂支持部６０２が設けられており、長手方向のみに連結部４０１が設けられている点が、図８に示すフレーム６００とは異なっている。

図１４は、変形例にかかる発光素子用配線基板５００の製造工程において、フレーム６００に樹脂成形体１３０を形成した状態を示す図である。フレーム６００の短手方向では、樹脂成形体１３０が樹脂支持部６０２により支持されている点が、図９とは異なっている。

図１５は、変形例にかかる発光素子用配線基板５００の製造工程において、発光素子用配線基板５００がフレーム６００から切り離された状態を示す図である。樹脂成形体１３０の短手方向には樹脂支持部６０２が残留しない点が、図１０とは異なっている。樹脂支持部６０２をたわませることにより、樹脂支持部６０２を凹部１３２から容易に取り外すことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明にかかる発光素子用配線基板に搭載される発光素子はＬＥＤに限定されるものではなく、レーザーダイオード等でもよい。

１００ 発光素子用配線基板
１１０ ダイボンディング部材
１１１ ダイボンディング領域
１１２ 第１電極部
１２０ ワイヤボンディング部材
１２１ ワイヤボンディング領域
１２２ 第２電極部
１３０ 樹脂成形体
１３１ 粗面化領域
１３２ 凹部
２００ 半導体発光装置
２１０ 発光素子
２２０ ワイヤ
２３０ ダム部材
２４０ 封止樹脂
４００ フレーム
４０１ 連結部
５００ 発光素子用配線基板
６００ フレーム
６０２ 樹脂支持部

Claims (9)

1. 発光素子が接合されるダイボンディング領域を有するダイボンディング部材と、
   ワイヤが接合されるワイヤボンディング領域を有するワイヤボンディング部材と、
   前記ダイボンディング部材および前記ワイヤボンディング部材を包摂して支持する樹脂成形体と、を備え、
   前記ダイボンディング領域および前記ワイヤボンディング領域は前記樹脂成形体から露出しており、
   前記樹脂成形体において、前記ダイボンディング領域の周囲には、表面が粗面化された粗面化領域が設けられている
   発光素子用配線基板。
2. 前記粗面化領域の表面粗さが、前記樹脂成形体の厚さの１％以上で５０％以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子用配線基板。
3. 前記粗面化領域の表面粗さが、前記樹脂成形体の厚さの１％以上で１０％以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子用配線基板。
4. 前記樹脂成形体が、融点が３００℃以上の耐熱樹脂で形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子用配線基板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子用配線基板を備える半導体発光装置であって、
   前記ダイボンディング領域に接合された発光素子と、
   前記発光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ワイヤと、
   前記粗面化領域に接着されたダム部材と、
   前記ダム部材と前記ダイボンディング領域に囲まれた領域内に充填された封止樹脂と、を備える
   半導体発光装置。
6. 前記発光素子は、前記ダイボンディング領域に共晶接合により接合されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 発光素子が接合されるダイボンディング領域を有するダイボンディング部材と、ワイヤが接合されるワイヤボンディング領域を有するワイヤボンディング部材と、を備えるフレームを、金属板を打ち抜いて一体的に形成するフレーム形成工程と、
   前記ダイボンディング部材および前記ワイヤボンディング部材の周囲に溶融した樹脂を流し込んで固化させ、樹脂成形体を形成する樹脂成形工程と、
   前記樹脂成形体において、前記ダイボンディング領域の周囲に粗面化された粗面化領域を形成する粗面形成工程と、
   前記ダイボンディング部材および前記ワイヤボンディング部材を前記フレームから切り離す切り離し工程と、を備える
   発光素子用配線基板の製造方法。
8. 前記ダイボンディング領域および前記粗面化領域の双方の形状を有する金型を用いて、前記樹脂成形工程および前記粗面形成工程を同時に行う
   ことを特徴とする請求項７に記載の発光素子用配線基板の製造方法。
9. 請求項７又は８に記載の発光素子用配線基板の製造方法により発光素子用配線基板を製造する配線基板製造工程と、
   製造された前記発光素子用配線基板の前記ダイボンディング領域に発光素子を接合する発光素子実装工程と、
   前記発光素子と前記ワイヤボンディング領域とを前記ワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング工程と、
   前記ダイボンディング領域の周囲にディスペンサを用いて樹脂を塗布することによりダム部材を形成するダム部材形成工程と、
   前記ダム部材と前記ダイボンディング領域に囲まれた領域内に封止樹脂を充填する封止工程と、を備える
   半導体発光装置の製造方法。

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