JP2017076701A - 光半導体装置、樹脂付きリードフレーム、蛍光体層の製造方法 - Google Patents

光半導体装置、樹脂付きリードフレーム、蛍光体層の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光の利用効率を向上させるとともに、見る角度に応じて光の色味が変化してしまうのを抑制することができる光半導体装置、それに用いる樹脂付きリードフレーム、蛍光体層の製造方法を提供する。【解決手段】光半導体装置1は、複数の端子部11、12を有するリードフレーム10と、端子部11の表面に設けられるLED素子2と、リードフレーム10の端子部間の空隙部Sに設けられるフレーム樹脂部21と、リードフレーム10の表面側に、LED素子2を囲むようにして設けられるリフレクタ樹脂部22と、複数の蛍光体を含有し、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面と、リフレクタ樹脂部22の内周側面とに設けられた蛍光体層40とを備え、蛍光体層40は、リフレクタ樹脂部22の内周側面において、リフレクタ樹脂部22の高さまで設けられていることを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、光半導体素子を実装する光半導体装置、それに用いられる樹脂付きリードフレーム、光半導体装置に設けられる蛍光体層の製造方法に関するものである。
従来、LED素子等の光半導体素子は、電気的に絶縁され樹脂層で覆われた2つの端子部を有するリードフレームに固定され、その周囲を透明樹脂層によって覆い、光半導体装置として照明装置等の基板に実装されている。
このような光半導体装置の中には、光の色味を調整するために、光半導体素子を覆う透明樹脂に蛍光体を分散させたものがある(例えば、特許文献1)。
しかし、上述の特許文献1のように透明樹脂に蛍光体を分散させた場合、LED素子から照射される光の利用効率が低下してしまう場合があった。また、光の利用効率を向上させるために、透明樹脂の硬化前に透明樹脂中の蛍光体を沈殿させることが考えられる。しなし、この場合、沈殿した蛍光体が端子部の表面やLED素子の表面に主に配置されるため、LED素子の表面から出光する光と、側面から出光する光とで光の変換具合が相違してしまい、光半導体装置から出射する光の色味が見る角度によって相違してしまう場合があった。
特開2015−56649号公報
本発明の課題は、光の利用効率を向上させるとともに、見る角度に応じて光の色味が変化してしまうのを抑制することができる光半導体装置、それに用いる樹脂付きリードフレーム、蛍光体層の製造方法を提供することである。
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。また、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
第1の発明は、複数の端子部(11、12)を有するリードフレーム(10)と、前記端子部のうち少なくとも一つの表面に設けられる光半導体素子(2)と、前記リードフレームの前記端子部間の空隙部(S)に設けられるフレーム樹脂部(21)と、前記リードフレームの表面側に、前記光半導体素子を囲むようにして設けられるリフレクタ樹脂部(22)と、複数の蛍光体を含有し、前記端子部及び前記フレーム樹脂部の表面と、前記リフレクタ樹脂部の内周側面とに設けられた蛍光体層(40)とを備え、前記蛍光体層は、前記リフレクタ樹脂部の内周側面において、前記リフレクタ樹脂部の高さまで設けられていること、を特徴とする光半導体装置(1)である。
第2の発明は、第1の発明の光半導体装置(1)において、前記蛍光体層(40)は、前記光半導体素子(2)の表面及び側面にも設けられていること、を特徴とする光半導体装置である。
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明の光半導体装置(1)において、前記リフレクタ樹脂部(22)の内周側面に設けられる蛍光体層(40)の厚みは、前記端子部(11、12)及び前記フレーム樹脂部(21)の表面に設けられる蛍光体層の厚みに比して厚いこと、を特徴とする光半導体装置である。
第4の発明は、第1の発明又は第2の発明の光半導体装置(1)において、前記端子部(11、12)及び前記フレーム樹脂部(21)の表面に設けられる蛍光体層(40)の厚みは、前記リフレクタ樹脂部(22)の内周側面に設けられる蛍光体層の厚みに比して厚いこと、を特徴とする光半導体装置である。
第5の発明は、複数の端子部(11、12)を有し、前記端子部のうち、少なくとも一つの表面に光半導体素子(2)が載置されるリードフレーム(10)と、前記リードフレームの前記端子部間の空隙部(S)に設けられるフレーム樹脂部(21)と、前記リードフレームの表面に、前記光半導体素子が載置される領域を囲むようにして設けられるリフレクタ樹脂部(22)と、複数の蛍光体を含有し、前記端子部及び前記フレーム樹脂部の表面と、前記リフレクタ樹脂部の内周側面とに設けられた蛍光体層(40)とを備え、前記蛍光体層は、前記リフレクタ樹脂部の内周側面において、前記リフレクタ樹脂部の高さまで設けられていること、を特徴とする樹脂付きリードフレーム(R)である。
第6の発明は、第5の発明の樹脂付きリードフレーム(R)を備え、前記蛍光体層(40)は、前記光半導体素子(2)及び前記端子部(11、12)間にも設けられていること、を特徴とする光半導体装置(1)である。
第7の発明は、第1の発明から第4の発明までのいずれかの発明、又は、第6の発明の光半導体装置(1)に設けられる蛍光体層(40)の製造方法であって、蛍光体層を構成する樹脂が溶解されるとともに、複数の蛍光体が分散された揮発性溶媒を、前記端子部(11、12)及び前記フレーム樹脂部(21)の表面と、前記リフレクタ樹脂部(22)の内周側面によって囲まれる領域に滴下する溶媒滴下工程と、前記溶媒滴下工程によって滴下された前記揮発性溶媒を揮発させる揮発工程と、を備える蛍光体層の製造方法である。
本発明によれば、光の利用効率を向上させるとともに、見る角度に応じて光の色味が変化してしまうのを抑制することができる。
第1実施形態の光半導体装置の全体構成を示す図である。 第1実施形態のリードフレームの多面付け体の詳細を説明する図である。 第1実施形態の樹脂付きリードフレームの多面付け体の詳細を説明する図である。 第1実施形態のリードフレームの製造過程を説明する図である。 第1実施形態の光半導体装置の製造過程を説明する図である。 第1実施形態の光半導体装置の多面付け体を示す図である。 トランスファ成形の概略を説明する図である。 インジェクション成形の概略を説明する図である。 蛍光体層の他の形態を説明する図である。 第2実施形態の光半導体装置の全体構成を示す図である。 第2実施形態の樹脂付きリードフレームの多面付け体の詳細を説明する図である。 第2実施形態の光半導体装置の製造過程を説明する図である。
(実施形態)
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1は、実施形態の光半導体装置1の全体構成を示す図である。
図1(a)は、光半導体装置1の平面図を示し、図1(b)は、光半導体装置1の側面図を示し、図1(c)は、光半導体装置1の裏面における端面図を示す。図1(d)は、図1(a)のd−d断面における端面図を示す。
図2は、実施形態のリードフレームの多面付け体MSの詳細を説明する図である。
図2(a)、図2(b)は、それぞれリードフレームの多面付け体MSの平面図、裏面図を示し、図2(c)、図2(d)は、それぞれ図2(a)のc−c断面における端面図、d−d断面における端面図を示す。
図3は、実施形態の光反射樹脂層20が形成された樹脂付きリードフレームの多面付け体Rの詳細を説明する図である。図3(a)、図3(b)は、それぞれ、樹脂付きリードフレームの多面付け体Rの平面図、裏面図を示し、図3(c)、図3(d)は、それぞれ図3(a)のc−c断面における端面図と、d−d断面における端面図を示す。
各図において、光半導体装置1、リードフレーム10、樹脂付きリードフレーム10’の平面視における端子部11、12の配列方向をX方向とし、端子部11、12の端子面内において、そのX方向に直交する幅方向をY方向とし、XY平面に直交する端子部の厚み方向をZ方向とする。また、光半導体装置1、リードフレーム10、樹脂付きリードフレーム10’のLED素子が載置される面を表面、その反対側の面を裏面とし、Z方向のうち、+Z側を表面側、−Z側を裏面側とする。更に、表面及び裏面に交差する面を側面とする。
光半導体装置1は、外部機器等の基板に取り付けられることによって、実装したLED素子2が発光する照明装置である。光半導体装置1は、図1に示すように、LED素子2(光半導体素子)、リードフレーム10、光反射樹脂層20(樹脂層)、透明樹脂層30、蛍光体層40を備える。
光半導体装置1は、多面付けされたリードフレーム10(リードフレームの多面付け体MS、図2参照)に光反射樹脂層20を形成して樹脂付きリードフレーム10’(樹脂付きリードフレームの多面付け体R、図3参照)を作製し、LED素子2を電気的に接続し、蛍光体層40及び透明樹脂層30を形成して、各光半導体装置単位に切断(ダイシング)することによって製造される(詳細は後述する)。
LED素子2は、発光層として一般に用いられるLED(発光ダイオード)の素子であり、例えば、GaP、GaAs、GaAlAs、GaAsP、AlInGaP等の化合物半導体単結晶、又は、InGaN等の各種GaN系化合物半導体単結晶からなる材料を適宜選ぶことにより、紫外光から赤外光に渡る発光波長を選択することができる。
リードフレーム10は、一対の端子部、すなわち、LED素子2が載置、接続される端子部11と、ボンディングワイヤ2aを介してLED素子2に接続される端子部12とから構成される。
端子部11、12は、それぞれ導電性のある材料、例えば、銅、銅合金、42合金(Ni40.5%〜43%のFe合金)等により形成されており、本実施形態では、熱伝導及び強度の観点から銅合金から形成されている。
端子部11、12は、図2に示すように、互いに対向する辺の間に空隙部Sが形成されており、電気的に独立している。端子部11、12は、1枚の金属基板(銅板)をプレス又はエッチング加工することにより形成されるため、両者の厚みは同等である。
端子部11は、図1に示すように、その表面にLED素子2が載置、接続されるLED端子面11aが形成され、また、その裏面に外部機器に実装される外部端子面11bが形成される、いわゆるダイパッドを構成する。端子部11は、LED素子2が載置されるため、端子部12に比べ、その外形が大きく形成されている。
端子部12は、その表面にLED素子2のボンディングワイヤ2aが接続されるLED端子面12aが形成され、また、その裏面に外部機器に実装される外部端子面12bが形成される、いわゆるリード側端子部を構成する。
端子部11、12は、その表面及び裏面にめっき層Cが形成されており(図7(e)参照)、表面側のめっき層Cは、LED素子2の発する光を反射する反射層としての機能を有し、裏面側のめっき層Cは、外部機器に実装されるときの半田の溶着性を高める機能を有する。なお、図1〜図3等においては、各端子部に設けられためっき層Cの図示は省略している。
端子部11、12は、図2に示すように、それぞれの裏面側の外周部に、端子部11、12の中央部よりも厚みの薄くなる段部Mが設けられている。
段部Mは、リードフレーム10の裏面側から見て、各端子部11、12の外周縁に設けられ、外部端子面11b、12bから落ち込んだ部分、換言すれば、端子部11、12の厚みと比較して1/3〜2/3程度に形成されている部分である。
リードフレーム10は、端子部11、12の周囲や、端子部11、12間の空隙部S等に、光反射樹脂層20を形成する樹脂が充填される場合に、図3に示すように、段部Mにも樹脂が充填され、光反射樹脂層20と各端子部11、12との接触面積を大きくしている。また、リードフレームのうち、後述するリフレクタ樹脂部22、樹脂突起部21aのように、表面上に光反射樹脂層20が形成され、裏面側に段部Mが形成されている部分は、厚み方向(Z方向)において、リードフレーム10が光反射樹脂層20に挟持される構成にすることができる。これにより、段部Mは、厚み方向において、光反射樹脂層20がリードフレーム10から剥離してしまうのを抑制することができる。
連結部13は、枠体F内に多面付けされた各リードフレーム10の端子部11、12を、隣接する他のリードフレーム10の端子部や、枠体Fに連結している。連結部13は、多面付けされた各リードフレーム10上にLED素子2等が搭載され、光半導体装置1の多面付け体(図6参照)が形成された場合に、リードフレーム10を形成する外形線(図2(a)及び図2(b)中の破線)でダイシング(切断)される。
連結部13は、端子部11、12を形成する各辺のうち、端子部11、12が対向する辺を除いた辺に形成されており、本実施形態では、連結部13a〜13dから構成されている。
具体的には、連結部13aは、図2(a)に示すように、端子部12の右(+X)側の辺と、右側に隣接する他のリードフレーム10の端子部11の左(−X)側の辺とを接続し、また、端子部11の左側の辺と、左側に隣接する他のリードフレーム10の端子部12の右側の辺とを接続している。枠体Fに隣接する端子部11、12に対しては、連結部13aは、端子部11の左側の辺又は端子部12の右側の辺と、枠体Fとを接続している。
連結部13bは、端子部11の上(+Y)側の辺と、上側に隣接する他のリードフレーム10の端子部11の下(−Y)側の辺とを接続し、また、端子部11の下側の辺と、下側に隣接する他のリードフレーム10の端子部11の上側の辺とを接続する。枠体Fに隣接する端子部11に対しては、連結部13bは、端子部11の上側又は下側の辺と、枠体Fとを接続している。
連結部13cは、端子部12の上側の辺と、上側に隣接する他のリードフレーム10の端子部12の下側の辺とを接続し、また、端子部12の下側の辺と、下側に隣接する他のリードフレーム10の端子部12の上側の辺とを接続する。枠体Fに隣接する端子部12に対しては、連結部13cは、端子部12の上側又は下側の辺と、枠体Fとを接続している。
連結部13d(補強部)は、端子部11及び端子部12間の空隙部Sの延長上を横切るようにして形成される。ここで、空隙部Sの延長上とは、空隙部Sを上下(Y)方向に延長させた領域をいう。本実施形態では、連結部13dは、一の端子部(12、11)と、その端子部の空隙部Sを挟んだ対向する側に位置し、上又は下に隣接する他のリードフレームの端子部(11、12)とを連結するために、端子部11の上側の辺及び端子部12の下側の辺に対して、傾斜(例えば、45度)した形状に形成される。
具体的には、連結部13dは、端子部12の上側の辺と、上側に隣接する他のリードフレーム10の端子部11の下側の辺とを接続し、また、端子部11の下側の辺と、下側に隣接する他のリードフレーム10の端子部12の上側の辺とを接続する。また、枠体Fに隣接する端子部11、12に対しては、連結部13dは、端子部12の上側の辺又は端子部11の下側の辺と、枠体Fとを接続している。
連結部13dが設けられることによって、リードフレームの多面付け体MSは、光反射樹脂層20を形成する工程において、端子部11と端子部12との間隔がずれたり、各端子部11、12が枠体Fに対して捩れたりするのを抑制することができる。また、連結部13dは、光半導体装置1の空隙部Sの強度を向上させることができ、空隙部Sにおいて破損してしまうのを抑制することができる。
なお、端子部11、12は、連結部13によって、隣り合う他のリードフレーム10の端子部11、12と連結されるが、光半導体装置1の多面付け体を形成した後に、光半導体装置1(リードフレーム10)の外形(図2(a)の破線)に合わせて各連結部13を切断(ダイシング)することによって絶縁される。また、個片化された場合に、各々の個片を同じ形状にすることができる。
連結部13は、図2(b)、図2(c)に示すように、端子部11、12の厚みよりも薄く、かつ、その表面が端子部11、12の表面と同一平面内に形成されている。具体的には、連結部13は、その裏面が、各端子部11、12の段部Mと同様に端子部11、12よりも厚みが薄く形成されている。図2(b)、図2(c)においては、連結部13は、その裏面が、各端子部11、12の段部Mの底面(窪んだ部分)と略同一面内に形成されている。これにより、光反射樹脂層20の樹脂が充填された場合に、図3(b)、図3(c)に示すように、連結部13の裏面にも樹脂が流れ込み、光反射樹脂層20がリードフレーム10から剥離してしまうのを抑制することができる。
また、光反射樹脂層20が形成されたリードフレーム10(樹脂付きリードフレーム10‘)の裏面には、図3(b)に示すように、略矩形状の外部端子面11b、12bが表出することとなり、光半導体装置1の外観を向上させることができることに加え、半田で基板に実装する場合に、基板側への半田印刷を容易にしたり、半田を均一に塗布したり、リフロー後に半田内へのボイドの発生を抑制したりすることができる。また、光半導体装置1の面内(XY平面内)の幅方向(Y方向)の中心線に対して線対称であることから、熱応力等に対する信頼性を向上させることができる。
なお、リードフレームの多面付け体MSは、上述のリードフレーム10を枠体F内に多面付けしたものをいう。枠体Fは、多面付けされたリードフレーム10を固定する部材である。
光反射樹脂層20は、図3に示すように、フレーム樹脂部21と、リフレクタ樹脂部22とから構成されている。
フレーム樹脂部21は、端子部11、12の外周側面(リードフレーム10の外周や、空隙部S)に、端子部11、12と略同一の厚みに設けられている。また、フレーム樹脂部21は、各端子部に設けられた段部M、連結部13の裏面にも形成されている。
リフレクタ樹脂部22は、リードフレーム10の表面側(リードフレーム10のLED素子2が接続される側)に突出するように形成され、リードフレーム10に接続されるLED素子2から発光する光の方向等を制御するリフレクタを構成する。このリフレクタ樹脂部22は、リードフレーム10の表面側に突出しており、LED端子面11aに接続されるLED素子2を囲むようにして設けられている。
リフレクタ樹脂部22は、リードフレーム10の多面付け体MSの状態において、その外形が、枠体Fの内周縁に沿うようにして形成されており、その厚み(高さ)寸法が、LED端子面11aに接続されるLED素子2の厚み寸法よりも大きい寸法で形成される。リフレクタ樹脂部22は、端子部11、12の外周部や、各端子部11、12間の空隙部Sに形成されたフレーム樹脂部21の表面に形成されており、フレーム樹脂部21と結合している。
光反射樹脂層20は、リードフレーム10に載置されるLED素子2の発する光を反射させるために、光反射特性を有する熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂が用いられる。
光反射樹脂層20を形成する樹脂は、リードフレームのうち厚みが薄い部分への樹脂充填に関しては、樹脂形成時には流動性が高いことが、リードフレームのうち厚みが薄い部分での接着性に関しては、分子内に反応基を導入しやすいためにリードフレームとの化学接着性を得られることが必要なため、熱硬化性樹脂が望ましい一方、金型内で熱反応による重合を行うため、成形のサイクルが長くなる(例えば、2分〜5分)問題がある。熱可塑性樹脂の場合、特に薄い金型内に樹脂を流し込むと冷えかたまりが速く、樹脂の合流点を混ざり合わせることが難しい一方、短いサイクル(例えば、10秒〜30秒)で成形が可能である。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリエーテルサルホン、ポリブチレンテレフタレート、ポリオレフィン等を用いることができる。
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、シリコーン、エポキシ、ポリエーテルイミド、ポリウレタン及びポリブチレンアクリレート等を用いることができる。
さらに、これらの樹脂中に光反射材として、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素のうちいずれかを添加することによって、光の反射率を増大させることができる。
また、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂を射出成形等で成形した後に、電子線や電離放射線を照射することで架橋させる方法を用いた、いわゆる電子線硬化樹脂や電子線架橋樹脂を用いてもよい。この樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維などを入れることで機械強度を向上させるための充填材が入っていても良い。
以上より、リードフレームの多面付け体MSに多面付けされるリードフレーム10に光反射樹脂層20を形成する樹脂が充填されることによって、樹脂付きリードフレームの多面付け体Rが形成される。
蛍光体層40は、蛍光体を含有した樹脂から構成される光透過性を有する層であり、LED素子2の発光色を蛍光体層40に含まれる蛍光体によって異なる色味に変換するために設けられている。例えば、LED素子2から発光される色味が青色であり、蛍光体により励起される色味が黄色である場合、光半導体装置1は、LED素子2の青色と蛍光体の黄色とが混色し、白色の光を出射することができる。
ここで、従来、光半導体装置から出光する光の色味を調整するために、光半導体素子を覆う透明樹脂に蛍光体を分散させた光半導体装置(以下、比較例の光半導体装置という)がある。しかし、このように透明樹脂中に蛍光体を分散させた場合、LED素子から照射される光の利用効率が低下してしまう場合があった。また、光の利用効率を向上させるために、透明樹脂の硬化前に透明樹脂中の蛍光体を沈殿させることが考えられる。しかし、この場合、沈殿した蛍光体が端子部の表面やLED素子の表面に主に配置されるため、LED素子の表面から出光する光と、側面から出光する光とで光の変換具合が相違してしまい、光半導体装置から出射する光の色味が見る角度によって相違してしまう場合があった。また、蛍光体が完全に沈殿するまでには所定の時間を待つ必要があるため、光半導体装置の製造効率が低下してしまい、また、沈殿した蛍光体の配置位置にバラつきが生じやすくなってしまう場合があった。
そこで、本実施形態の蛍光体層40は、図1に示すように、端子部11、12(リードフレーム10)及びフレーム樹脂部21の表面と、リフレクタ樹脂部22の内周側面とに設けられている。また、蛍光体層40は、リフレクタ樹脂部22の内周側面においては、リフレクタ樹脂部22の高さ(リフレクタ樹脂部22の表面(+Z側の面))まで設けられている。すなわち、蛍光体層40は、断面視において、リフレクタ樹脂部22の内周側面の下端(−Z側端部)から上端(+Z側端部)まで形成されている。
ここで、本実施形態では、上述したように端子部にLED素子2を接続した後に蛍光体層40が形成されるので、蛍光体層40は、LED素子2が接続された状態の樹脂付きリードフレーム10’の表面側に表出する各端子部11、12の表面(LED端子面)と、フレーム樹脂部21の表面とに設けられている。すなわち、本実施形態の蛍光体層40は、各端子部11、12の表面とフレーム樹脂部21の表面のうち、リフレクタ樹脂部22と接する部分やLED素子2が載置された部分を除く領域に形成されている。
このように蛍光体層40を設けることによって、LED素子2から出射する光が入射する面、すなわち端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面と、リフレクタ樹脂部22の内周側面とに、複数の蛍光体を沿うようにして配置することができる。これにより、光の変換効率の低下を抑制するとともに、光半導体装置1から出光する光の色味が見る角度に応じて異なってしまうのを抑制することができる。
特に、本実施形態の蛍光体層40は、リフレクタ樹脂部22の内周側面において、リフレクタ樹脂部22の高さ(リフレクタ樹脂部22の表面(+Z)側の面)まで設けられているので、LED素子2の側面から出射し、内周側面に入射した光を効率よく変換することができる。
また、各端子部11、12とフレーム樹脂部21との境界を蛍光体層40により覆うことができるので、光半導体装置1は、境界部分からの水分等の浸入による各部材の変色の発生や、光半導体装置1の製造時における透明樹脂の裏面への漏れ出しを防ぐことができる。
更に、蛍光体層40は、LED素子2の表面及び側面にも設けられている。これにより、LED素子2から出光する光の変換効率を更に向上させることができる。
ここで、蛍光体層40に含有する蛍光体は、例えば、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体を用いることができる。また、YAG蛍光体の他、CASNや、SCASN蛍光体、SiAlON蛍光体を使用することも可能である。蛍光体には、例えば、3μm〜70μmの粒子状のものを使用することができる。
また、蛍光体層40の母材となる樹脂は、例えば、セルロース樹脂や、PVA樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂を使用することができる。
蛍光体層40の厚みは、主に含有する蛍光体の粒径により決定されるが、例えば、20μm〜100μmの範囲で形成される。
なお、本実施形態では、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面に設けられる蛍光体層40と、リフレクタ樹脂部22の内周側面に設けられる蛍光体層40とは、それぞれ同等の厚みに形成されている。また、蛍光体層40は、リフレクタ樹脂部22の内周側面において、その厚さが均一になるよう形成されていることが好ましい。リフレクタ樹脂部22の内周側面において、均一な光変換が可能となり、光の方向等の発光特性を向上させることができるからである。
透明樹脂層30は、リードフレーム10上に載置されたLED素子2を保護するとともに、発光したLED素子2の光を外部に透過させるために設けられた透明又は略透明に形成された樹脂層である。透明樹脂層30は、図1に示すように、LED素子2を覆うようにして、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面上であって、リフレクタ樹脂部22の内周側面によって囲まれる領域に設けられている。
透明樹脂層30は、光の取り出し効率を向上させるために、LED素子2の発光波長において光透過率が高く、また、屈折率が高い材料を選択するのが望ましい。例えば、耐熱性、耐光性、及び機械的強度が高いという特性を満たす樹脂として、エポキシ樹脂や、シリコーン樹脂を選択することができる。特に、LED素子2に高輝度LED素子を用いる場合、透明樹脂層30は、強い光にさらされるため、高い耐光性を有するシリコーン樹脂からなることが好ましい。また、波長変換用の蛍光体を使用してもよく、透明樹脂に分散させてもよい。
次に、リードフレーム10の製造方法について説明する。
図4は、第1実施形態のリードフレーム10の製造過程を説明する図である。
図4(a)は、レジストパターンを形成した金属基板100を示す平面図と、その平面図のa−a断面図とを示す。図4(b)は、エッチング加工されている金属基板100を示す図である。図4(c)は、エッチング加工後の金属基板100を示す図である。図4(d)は、レジストパターンが除去された金属基板100を示す図である。図4(e)は、めっき処理が施された金属基板100を示す図である。
なお、図4においては、1枚のリードフレーム10の製造過程について図示するが、実際には、1枚の金属基板100からリードフレームの多面付け体MSが製造される。
リードフレーム10の製造において、金属基板100を加工してリードフレーム10を形成するが、その加工は、プレス加工でも良いが、薄肉部を形成しやすいエッチング処理が望ましい。以下にエッチング処理によるリードフレーム10の製造方法について説明する。
まず、平板状の金属基板100を用意し、図4(a)に示すように、その表面及び裏面のエッチング加工を施さない部分にレジストパターン101a、101bを形成する。なお、レジストパターン101a、101bの材料及び形成方法は、エッチング用レジストとして従来公知の技術を用いることができるが、アクリル系、カゼイン、ゼラチンなどのタンパク質系、ポリビニルアルコール(PVA)系などが酸性のエッチング液耐性が高く、望ましい。
次に、図4(b)に示すように、レジストパターン101a、101bを耐エッチング膜として、金属基板100に腐食液でエッチング処理を施す。腐食液は、使用する金属基板100の材質に応じて適宜選択することができる。本実施形態では、金属基板100として銅板を使用しているため、塩化第二鉄水溶液を使用し、金属基板100の両面からスプレーエッチングすることができる。
ここで、リードフレーム10には、端子部11、12の外周部や、各端子部11、12間の空隙部S、のように貫通した空間と、段部M、連結部13の裏面のように貫通せずに厚みが薄くなった窪んだ空間とが存在する(図2参照)。本実施形態では、金属基板100の板厚の半分程度までをエッチング加工する、いわゆるハーフエッチング処理を行い、貫通した空間に対しては、金属基板100の両面にレジストパターンを形成しないようにし、金属基板100の両面からエッチング加工して、貫通した空間を形成する。また、窪んだ空間に対しては、厚みが薄くなる側とは反対側の面にのみレジストパターンを形成して、レジストパターンがない面のみをエッチング加工して、窪んだ空間を形成する。
エッチング処理により金属基板100には、図4(c)に示すように、段部Mが形成された端子部11、12が形成され、金属基板100上にリードフレーム10が形成される。
次に、図4(d)に示すように、金属基板100(リードフレーム10)からレジストパターン101を除去する。
そして、図4(e)に示すように、リードフレーム10が形成された金属基板100にめっき処理を行い、端子部11、12にめっき層Cを形成する。めっき処理は、例えば、シアン化銀を主成分とした銀めっき液を用いた電界めっきを施すことにより行われる。
なお、めっき層Cを形成する前に、例えば、電解脱脂工程、酸洗工程、銅ストライク工程を適宜選択し、その後、電解めっき工程を経てめっき層Cを形成してもよい。
以上により、リードフレーム10は、図2に示すように、枠体Fに多面付けされた状態で製造される。なお、図2において、めっき層Cは省略されている。
次に、光半導体装置1の製造方法について説明する。
図5は、第1実施形態の光半導体装置の製造過程を説明する図である。
図5(a)は、光反射樹脂層20が形成されたリードフレーム10の断面図であり、図5(b)は、LED素子2が電気的に接続されたリードフレーム10の断面図を示す。図5(c)は、蛍光体層40が形成されたリードフレーム10の断面図を示す。図5(d)は、透明樹脂層30が形成されたリードフレーム10の断面図を示す。図5(e)は、ダイシングにより個片化された光半導体装置1の断面図を示す。
図6は、第1実施形態の光半導体装置の多面付け体を示す図である。
なお、図5においては、1台の光半導体装置1の製造過程について図示するが、実際には、1枚のリードフレームの多面付け体MSから複数の光半導体装置1が製造されるものとする。また、図5(a)〜(e)は、それぞれ図4(a)の断面図に基づくものである。
図5(a)に示すように、金属基板100上にエッチング加工により形成されたリードフレーム10の外周等に上述の光反射特性を有する樹脂を充填し、光反射樹脂層20を形成する。光反射樹脂層20は、例えば、トランスファ成形や、インジェクション成形(射出成形)のように、樹脂成形金型にリードフレーム10(金属基板100)をインサートし、樹脂を注入する方法や、リードフレーム10上に樹脂をスクリーン印刷する方法等によって形成される。このとき、樹脂は、各端子部11、12の外周側から段部M、連結部13の裏面へと流れ込み、フレーム樹脂部21が形成され、リードフレーム10と接合する。
また、これと同時に、リフレクタ樹脂部22が、リードフレームの表面側に突出して、各端子部11、12のLED端子面11a、12aを囲むようにして形成される。以上により、図3に示す樹脂付きのリードフレームの多面付け体Rが形成される。これにより、樹脂付きリードフレームの多面付け体Rの表面及び裏面には、それぞれ、各端子部11、12のLED端子面11a、12aと、外部端子面11b、12bとが表出した状態となる(図3(a)、図3(b)参照)。
次に、図5(b)に示すように、端子部11のLED端子面11aに、ダイアタッチペーストや半田等の放熱性接着剤を介してLED素子2を載置し、また、端子部12のLED端子面12aに、ボンディングワイヤ2aを介してLED素子2を電気的に接続する。ここで、LED素子2とボンディングワイヤ2aは複数あってもよく、一つのLED素子2に複数のボンディングワイヤ2aが接続されてもよく、ボンディングワイヤ2aをダイパッドに接続させてもよい。また、LED素子2を載置面で電気的に接続してもよい。ここで、ボンディングワイヤ2aは、例えば、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)等の導電性の良い材料からなる。
続いて、蛍光体層40を構成する樹脂成分(ポリマー)が溶解され、複数の蛍光体が分散された揮発性溶媒を、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面上であって、リフレクタ樹脂部22の内周側面によって囲まれる領域に滴下する(溶媒滴下工程)。このとき揮発性溶媒は、リフレクタ樹脂部22の内周側面において、リフレクタ樹脂部の高さ(リフレクタ樹脂部22の表面(+Z側の面))まで蛍光体層40を形成する観点から、リフレクタ樹脂部22の表面(+Z側の面)と同等の高さまで滴下される。
そして、滴下した揮発性溶媒を加熱して揮発させることによって(揮発工程)、図5(c)に示すように、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面と、リフレクタ樹脂部22の内周側面とに沿うようにして蛍光体層40が形成される。また、このとき、LED素子2の表面や側面にも蛍光体層40が形成される。
ここで、揮発性溶媒には、例えば、水や、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタート(PGMEA)、エーテルを用いることができる。
また、揮発性溶媒、樹脂成分、蛍光体の配合率は、揮発させる時間や、作製する蛍光体層の厚み等に応じて適宜設定することができるが、例えば、配合率は、重量比で8:4:1とすることができる。
そして、図5(d)に示すように、リフレクタ樹脂部22に囲まれたLED素子2を覆うようにして透明樹脂層30を形成する。
透明樹脂層30は平坦な形状のほかレンズ形状、屈折率勾配等、光学的な機能を持たせてもよい。以上により、図6に示すように、光半導体装置の多面付け体が製造される。
最後に、図5(e)に示すように、光半導体装置1の外形(図6の破線部)に合わせて、光反射樹脂層20及び透明樹脂層30とともに、リードフレーム10の連結部13を切断(ダイシング、パンチング、カッティング等)して、1パッケージに分離(個片化)された光半導体装置1(図1参照)を得る。
次に、上述の図5(a)におけるリードフレーム10に光反射樹脂層20を形成するトランスファ成形及びインジェクション成形について説明する。
図7は、トランスファ成形の概略を説明する図である。図7(a)は、金型の構成を説明する図であり、図7(b)〜図7(i)は、樹脂付きリードフレームの多面付け体Rが完成するまでの工程を説明する図である。
図8は、インジェクション成形の概略を説明する図である。図8(a)〜図8(c)は、樹脂付きリードフレームの多面付け体Rが完成するまでの工程を説明する図である。
なお、図7及び図8において、説明を明確にするために、リードフレーム10の単体に対して光反射樹脂層20が成形される図を示すが、実際には、リードフレームの多面付け体MSに対して光反射樹脂層20が形成される。
(トランスファ成形)
トランスファ成形は、図7(a)に示すように、上型111(表面側成形型)及び下型112(裏面側成形型)等から構成される金型110を使用する。
まず、作業者は、上型111及び下型112を加熱した後、図7(b)に示すように、上型111と下型112との間にリードフレームの多面付け体MSを配置するとともに、下型112の設けられたポット部112aに光反射樹脂層20を形成する樹脂を充填する。
そして、図7(c)に示すように、上型111及び下型112を閉じて(型締め)、樹脂を加熱する。樹脂が十分に加熱されたら、図7(d)及び図7(e)に示すように、プランジャー113によって樹脂に圧力をかけて、樹脂を金型110内へと充填(トランスファ)させ、所定の時間その圧力を一定に保持する。
所定の時間の経過後、図7(f)及び図7(g)に示すように、上型111及び下型112を開き、上型111に設けられたイジェクターピン111aにより、上型111から光反射樹脂層20が成形されたリードフレームの多面付け体MSを取り外す。その後、図7(h)に示すように、上型111の流路(ランナー)部等の余分な樹脂部分を、製品となる部分から除去し、図7(i)に示すように、光反射樹脂層20が形成された樹脂付きリードフレームの多面付け体Rが完成する。
(インジェクション成形)
インジェクション成形は、図8(a)に示すように、上から順に、ノズルプレート121、スプループレート122、ランナープレート123(裏面側成形型)、下型124(表面側成形型)等から構成される金型120を使用する。
まず、作業者は、ランナープレート123及び下型124間にリードフレームの多面付け体MSを配置して、金型120を閉じる(型締め)。
そして、図8(b)に示すように、ノズル125をノズルプレート121のノズル穴に配置して、光反射樹脂層20を形成する樹脂を金型120内に射出する。ノズル125から射出された樹脂は、スプループレート122のスプルー122aを通過し、ランナープレート123のランナー123a及びゲートスプルー123bを通過した上で、リードフレームの多面付け体MSが配置された金型120内へと樹脂が充填される。
樹脂が充填されたら所定の時間保持した後に、作業者は、図8(c)に示すように、ランナープレート123を下型124から開き、下型124に設けられたイジェクターピン124aによって、光反射樹脂層20が形成されたリードフレームの多面付け体MSを下型124から取り外す。そして、光反射樹脂層20が形成されたリードフレームの多面付け体MSから余分なバリなどを除去して樹脂付きリードフレームの多面付け体Rが完成する。
なお、本実施形態のインジェクション成形の金型120は、樹脂の流路が、一つのスプルーからランナーを介して複数のゲートへと分岐されているので、リードフレームの多面付け体MSに対して、複数個所から均等に樹脂を射出するようにしている。これにより、リードフレームの多面付け体MSの各リードフレーム10に対して、樹脂を適正に充填させることができ、樹脂ムラのない樹脂付きリードフレームの多面付け体Rを得ることができる。
次に、光半導体装置1に設けられる蛍光体層40の別な形態について説明する。
図9は、蛍光体層40の別な形態を説明する図である。図9の各図は、それぞれ図1(d)に対応する断面図である。
上述の説明では、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面に設けられる蛍光体層40と、リフレクタ樹脂部22の内周側面に設けられる蛍光体層40とは、同等の厚みに形成される例を示したが、これに限定されるものでない。
例えば、図9(a)に示すように、リフレクタ樹脂部22の内周側面に設けられる蛍光体層40の厚みが、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面に設けられる蛍光体層40の厚みよりも厚くなるように形成してもよい。これにより、リフレクタ樹脂部22の内周側面に入射した光の変換効率を向上させることができる。
この場合、蛍光体層40を形成する揮発性溶媒に、図1に示す光半導体装置1に用いた溶媒よりも沸点の低い溶媒(例えば、沸点が66度のテトラヒドロフラン)を用いることにより、リフレクタ樹脂部22の内周側面に、端子部等の表面に比して厚みの厚い蛍光体層40を形成することができる。
また、図9(b)に示すように、リードフレーム10及びフレーム樹脂部21の表面に設けられる蛍光体層の厚みが、リフレクタ樹脂部22の内周側面に設けられる蛍光体層の厚みよりも厚くなるように形成してもよい。これにより、端子部11、12や、フレーム樹脂部21の表面に入射した光の変換効率を向上させることができる。
この場合、蛍光体層を形成する揮発性溶媒に、図1に示す光半導体装置1に用いた溶媒よりも沸点の高い溶媒(例えば、沸点が145度のPGMEA)を用いることにより、端子部等の表面に、リフレクタ樹脂部22の内周側面に比して厚みの厚い蛍光体層40を形成することができる。
更に、端子部等の表面に設けられた蛍光体層40及びリフレクタ樹脂部22の内周側面の蛍光体層40の両方の厚みを、図1に示す光半導体装置1の蛍光体層40の厚みよりも厚くするようにしてもよい。この場合、揮発性溶媒に対して蛍光体の配合量を多くしたり、2回に分けて溶媒滴下工程を設けたりする必要がある。
また、蛍光体層40は、図9(c)に示すように、リフレクタ樹脂部22の表面(上側の面)にも設けられるようにしてもよい。こうすることにより、例えば、光半導体装置1の外部に反射板等が設けられている場合において、光半導体装置1から出射し、反射板を反射してリフレクタ樹脂部22の表面に入射した光を変換することができる。
本実施形態の発明には、以下のような効果がある。
(1)本実施形態の光半導体装置1は、複数の蛍光体を含有した蛍光体層が、端子部11、12(リードフレーム10)及びフレーム樹脂部21の表面と、リフレクタ樹脂部22のLED素子2を囲む内周側面とに設けられている。また、蛍光体層40が、リフレクタ樹脂部22の内周側面において、リフレクタ樹脂部22の高さまで設けられている。これにより、本実施形態の光半導体装置1は、LED素子2から照射される光が入射する面、すなわち端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面と、リフレクタ樹脂部22の内周側面とに、複数の蛍光体を沿うようにして配置することができる。そのため、光の利用効率の低下を抑制するとともに、光半導体装置1から出光する光の色味が見る角度に応じて異なってしまうのを抑制することができる。
(2)本実施形態の光半導体装置1は、蛍光体層40がLED素子2の表面及び側面にも設けられているので、LED素子2から出光する光の変換効率を向上させることができる。
(3)本実施形態の光半導体装置1は、図9(a)に示すように、リフレクタ樹脂部22の内周側面に設けられる蛍光体層40の厚みを、端子部11、12(リードフレーム10)及びフレーム樹脂部21の表面に設けられる蛍光体層40の厚みに比して厚くすることができる。これにより、リフレクタ樹脂部22の内周側面に入射した光の変換効率を向上させることができる。
(4)本実施形態の光半導体装置1は、図9(b)に示すように、端子部11、12(リードフレーム10)及びフレーム樹脂部21の表面に設けられる蛍光体層40の厚みを、リフレクタ樹脂部22の内周側面に設けられる蛍光体層40の厚みに比して厚くすることができる。これにより、端子部11、12や、フレーム樹脂部21の表面に入射した光の変換効率を向上させることができる。
(5)本実施形態の蛍光体層の製造方法は、蛍光体層40を構成する樹脂が溶解されるとともに、複数の蛍光体が分散された揮発性溶媒を、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面上であって、リフレクタ樹脂部22の内周側面によって囲まれる領域に滴下する溶媒滴下工程と、揮発性溶媒を揮発させる揮発工程とを備えている。これにより、より簡易な方法で、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面と、リフレクタ樹脂部22の内周側面とに、蛍光体層40を効率よく形成することができ、蛍光体層40を有する光半導体装置1の製造効率を向上させることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図10は、第2実施形態の光半導体装置の全体構成を示す図である。
図11は、第2実施形態の樹脂付きリードフレームの多面付け体の詳細を説明する図である。
図12は、第2実施形態の光半導体装置の製造過程を説明する図である。図12の各図は、リードフレーム10から光半導体装置1が製造されるまでの過程を示す図である。
なお、以下の説明及び図面において、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
本実施形態の光半導体装置1は、蛍光体層40が、各端子部11、12の表面と、フレーム樹脂部21の表面のうち、LED素子2が載置された部分にも形成され、LED素子2の上部には形成されていない点で、上述の第1実施形態の光半導体装置1と相違している。
本実施形態の蛍光体層40は、図12に示すように、上述の第1実施形態と相違して、樹脂付きリードフレームの多面付け体RにLED素子2が接続される前に、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面や、リフレクタ樹脂部22の内周側面に形成される。
なお、本実施形態の蛍光体層40は、上述の第1実施形態の蛍光体層40と同様に、リフレクタ樹脂部22の内周側面において、リフレクタ樹脂部22の高さ(リフレクタ樹脂部22の表面(+Z側の面))まで設けられている。
そのため、本実施形態の樹脂付きリードフレーム10’(樹脂付きリードフレームの多面付け体R)は、図11に示すように、端子部11、12及びフレーム樹脂部21の表面の全面と、リフレクタ樹脂部22の内周側面の全面とに蛍光体層40が形成される。
また、本実施形態の光半導体装置1は、図10に示すように、LED素子2の裏面、すなわちLED素子2と端子部11との間にも蛍光体層40が設けられた状態となる。
また、本実施形態の光半導体装置1は、上述のように、蛍光体層40が形成された後にLED素子2が接続されているので、LED素子2の表面や側面には蛍光体層40が形成されていない。なお、LED素子2は、その裏面において端子部11と導通することができなくなるので、ボンディングワイヤ2aを別途設けて端子部11のLED端子面11aに接続する必要がある。
以上より、本実施形態の光半導体装置1は、上述の第1実施形態の光半導体装置1と同等の効果を奏することができる。また、本実施形態の光半導体装置1は、LED素子2の裏面側から出光する光も蛍光体層40により特定の色味に変換した上で出光させることができ、光の利用効率を更に向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
(変形形態)
(1)上述の実施形態において、蛍光体層40がリフレクタ樹脂部22の内周側面により容易に形成され易くする観点から、リフレクタ樹脂部22の内周側面には、微細な凹凸形状が形成され粗面化されるようにしてもよい。
(2)実施形態においては、リードフレーム10は、端子部11及び端子部12を備える例を示したが、リードフレームは、3以上の端子部を備えていてもよい。例えば、端子部を3つ設け、その1つにはLED素子2を実装し、他の2つにはボンディングワイヤ2aを介してLED素子2と接続してもよい。
(3)実施形態において、リードフレーム10は、LED素子2を載置、接続するダイパッドとなる端子部11と、LED素子2とボンディングワイヤ2aを介して接続されるリード側端子部となる端子部12とから構成する例を説明したが、これに限定されない。例えば、LED素子2が2つの端子部を跨ぐようにして載置、接続されるようにしてもよい。この場合、2つの端子部のそれぞれの外形は、同等に形成されてもよい。
1 光半導体装置
2 LED素子
10 リードフレーム
10’ 樹脂付きリードフレーム
11 端子部
12 端子部
13 連結部
20 光反射樹脂層
21 フレーム樹脂部
22 リフレクタ樹脂部
30 透明樹脂層
40 蛍光体層
F 枠体
M 段部
MS リードフレームの多面付け体
R 樹脂付きリードフレームの多面付け体
S 空隙部

Claims (7)

  1. 複数の端子部を有するリードフレームと、
    前記端子部のうち少なくとも一つの表面に設けられる光半導体素子と、
    前記リードフレームの前記端子部間の空隙部に設けられるフレーム樹脂部と、
    前記リードフレームの表面側に、前記光半導体素子を囲むようにして設けられるリフレクタ樹脂部と、
    複数の蛍光体を含有し、前記端子部及び前記フレーム樹脂部の表面と、前記リフレクタ樹脂部の内周側面とに設けられた蛍光体層とを備え、
    前記蛍光体層は、前記リフレクタ樹脂部の内周側面において、前記リフレクタ樹脂部の高さまで設けられていること、
    を特徴とする光半導体装置。
  2. 請求項1に記載の光半導体装置において、
    前記蛍光体層は、前記光半導体素子の表面及び側面にも設けられていること、
    を特徴とする光半導体装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の光半導体装置において、
    前記リフレクタ樹脂部の内周側面に設けられる蛍光体層の厚みは、前記端子部及び前記フレーム樹脂部の表面に設けられる蛍光体層の厚みに比して厚いこと、
    を特徴とする光半導体装置。
  4. 請求項1又は請求項2に記載の光半導体装置において、
    前記端子部及び前記フレーム樹脂部の表面に設けられる蛍光体層の厚みは、前記リフレクタ樹脂部の内周側面に設けられる蛍光体層の厚みに比して厚いこと、
    を特徴とする光半導体装置。
  5. 複数の端子部を有し、前記端子部のうち、少なくとも一つの表面に光半導体素子が載置されるリードフレームと、
    前記リードフレームの前記端子部間の空隙部に設けられるフレーム樹脂部と、
    前記リードフレームの表面に、前記光半導体素子が載置される領域を囲むようにして設けられるリフレクタ樹脂部と、
    複数の蛍光体を含有し、前記端子部及び前記フレーム樹脂部の表面と、前記リフレクタ樹脂部の内周側面とに設けられた蛍光体層とを備え、
    前記蛍光体層は、前記リフレクタ樹脂部の内周側面において、前記リフレクタ樹脂部の高さまで設けられていること、
    を特徴とする樹脂付きリードフレーム。
  6. 請求項5に記載の樹脂付きリードフレームを備え、
    前記蛍光体層は、前記光半導体素子及び前記端子部間にも設けられていること、
    を特徴とする光半導体装置。
  7. 請求項1から請求項4までのいずれか1項、又は、請求項6に記載の光半導体装置に設けられる蛍光体層の製造方法であって、
    蛍光体層を構成する樹脂が溶解されるとともに、複数の蛍光体が分散された揮発性溶媒を、前記端子部及び前記フレーム樹脂部の表面と、前記リフレクタ樹脂部の内周側面によって囲まれる領域に滴下する溶媒滴下工程と、
    前記溶媒滴下工程によって滴下された前記揮発性溶媒を揮発させる揮発工程と、
    を備える蛍光体層の製造方法。
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