JP3708490B2 - Optical semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はリードフレームに設けられた発光素子を樹脂によってパッケージする光半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光半導体装置は、LEDなどの発光素子を樹脂によってパッケージして形成される。最近では表面実装用の光半導体装置の需要が高まり、温度240℃で10秒間の熱的衝撃を受けるはんだリフローや温度260度で10秒間の熱的衝撃を受けるはんだフローに対応したパッケージが開発されつつある。
【0003】
パッケージは、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂をキャスティングもしくはトランスファーモールドすることによって形成される。光半導体装置を製造する一例としては、たとえばリードフレーム上に発光素子を搭載し、ワイヤボンディングによってリードフレームと電気的に接続した後、透明エポキシ樹脂をキャスティングすることで形成される。
【0004】
また、他の構造のパッケージとしては、ガラスエポキシ基板に発光素子を搭載した後、この発光素子を透明エポキシ樹脂で封止した構造が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの構造においても、はんだリフローやはんだフロー時に熱的衝撃が加わると、リードフレームと透明エポキシ樹脂或いは基板と透明エポキシ樹脂との界面に剥離が生じる。
【0006】
それによって、発光素子とリードフレーム或いは基板との電気的接続が不良となり、発光素子が点灯しない、不点灯不良が発生する。また、パッケージが熱的衝撃を受けることで、エポキシ樹脂にリードフレーム、基板或いは発光素子のエッジ部を始点とするクラックが発生するということがある。
【0007】
この発明は、リードフレームに発光素子をマウントし、この発光素子を樹脂で覆うようにした場合に、熱的衝撃を受けても、点灯不良が発生したり、樹脂にクラックが生じることがない光半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明は、リードフレームと、このリードフレームの一部を露出させる空間部を形成した熱可塑性樹脂からなるベース部材と、上記リードフレームの上記空間部内にマウントされ上記リードフレームと電気的に接続された発光素子と、熱硬化性樹脂からなり、上記空間部に充填され上記発光素子から出射される光を透過する充填材と、この充填材に対してほぼ同じ線膨張係数かつ弾性率の低い樹脂からなり、上記充填材が上記空間部に充填される前にこの空間部に露出した発光素子、リードフレーム及びベース部材に設けられた被覆材と、を具備した光半導体装置を提供する。
【0009】
このとき、上記被覆材はポリアミド樹脂であって、上記ベース部材はポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンのうちの少なくとも1つであることが好ましい。
【0010】
また、上記ポリアミド樹脂は、線膨張係数が8.0×10−5[1/℃]以下で、曲げ弾性率が1600MPa以下であることが好ましい。
【0011】
また、本発明は、リードフレームに、このリードフレームの一部が露出する空間部を形成するよう熱可塑性樹脂をモールドする工程と、上記リードフレームの上記空間部内に露出した部分に発光素子をマウントする工程と、この発光素子と上記リードフレームとを電気的に接続する工程と、上記空間部に上記発光素子から出射される光を透過する熱硬化性樹脂を充填する工程と、上記空間部に上記熱硬化性樹脂を充填する前に、この空間部に露出した発光素子、リードフレーム及びベース部材をポリアミドによって被覆する工程とを具備した光半導体装置の製造方法を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【0013】
図1はこの発明の光半導体装置1を示す断面図で、図2はこの光半導体装置1の製造工程を示す。
【0014】
上記光半導体装置1は金属製、たとえば銅製で、表面にはNi、Pd及びAuが所定の厚さで順次メッキされた、リードフレーム2を備えている。このリードフレーム2には、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、シンジオタクチックポリスチレンなどの熱可塑性樹脂からなるベース部材3がモールドされる。この実施の形態ではポリフタルアミドを用いて金型温度130℃、樹脂溶融粘度330Pa・s、保圧120MPaの成形条件で成形した。上記ポリフタルアミドには重量比5%以上の酸化チタンを添加した。
【0015】
上記ベース部材3は、図2(a)に示すようにリードフレーム2の下面と上面とにわたってモールドされ、上面にはリードフレーム2の一部を露出させる空間部4が形成される。この空間部4の内周面は、上端にゆくにつれて外方に向かって傾斜したテーパ状になっている。
【0016】
リードフレーム2にベース部材3をモールドした後、図2(b)に示すように、リードフレーム2の空間部4内に露出した部分には銀フレークを含んだマウントペースト6を塗布し、このマウントペースト6に発光素子5をマウントする。
【0017】
マウント後、リードフレーム2と、このリードフレーム2にマウントされた発光素子5を、図2(c)に示すようにワイヤボンディングし、ワイヤ7によって電気的に接続する。
【0018】
ついで、図2(d)に示すように、上記空間部4に露出した発光素子5、リードフレーム2及び空間部4の内周面はポリアミド樹脂からなる被覆材8によって被覆する。この被覆材8は10〜30μmの厚さで設けられる。
【0019】
空間部4の内面を被覆材8で被覆したならば、図2(e)に示すように、上記空間部4に1液性の透明エポキシ樹脂からなる充填材9を充填する。エポキシ樹脂は高温度条件下で数時間放置して硬化させる必要がある。充填後、一次硬化として90℃の雰囲気中で2時間以上放置して硬化させた後、硬化を促進させるために二次硬化として135℃の温度で4時間放置する。
【0020】
上記被覆材8としては、上記空間部4に充填される充填材9よりも弾性率の低いポリアミド樹脂、つまり柔軟性の高い樹脂を用いるようにした。その結果、光半導体装置1を表面実装する場合に、はんだリフローやはんだフロ−によって熱的衝撃を受けても、上記被覆材8がその衝撃を吸収緩和する作用を呈する。
【0021】
そのため、充填材9が空間部4の内面や発光素子5或いはリードフレーム2から剥離するのが防止されるから、発光素子5とリードフレーム2との電気的接続状態が損なわれて発光素子5が不点灯が生じたり、リードフレーム2や発光素子5のエッジを始点として充填材9にクラックが発生するのを防止することができる。
【0022】
下記[表1]は、被覆材8として物性の異なる6種類のポリアミド樹脂を用いた場合に、発光素子5が不点灯になるか否かと、空間部4に充填した充填材9としてのエポキシ樹脂にクラックが発生するか否かを、各種類ごとに25個のサンプルを用意して確認したものである。
【0023】
ポリアミド樹脂は物性の異なるA〜Fの6種類で、これらのポリアミド樹脂はそれぞれ線膨張係数と、曲げ弾性率が異なる。各光半導体装置1は、はんだフロー処理を行なうことで熱的衝撃を与えた。150℃で30秒間放置する前処理を行なった後、260℃に加熱したSn−Pbのはんだに浸漬してはんだフロー処理を行なうようにした。そして、はんだフロー処理後にリードフレーム2を介して発光素子5に所定の電圧と電流を加え、発光素子5が点灯するか否かと、充填材9にクラックが発生しているか否かを確認した。
【0024】
【表1】
【0025】
この[表1]から明らかなように、不点灯については、A〜Fの物性のポリアミド樹脂のうち、線膨張係数が1.0×10−4[1/℃]と、1.5×10−4[1/℃]で、曲げ弾性率が680MPaのAとBの2種類のポリアミド樹脂を用いた25個のサンプル中、25個が不点灯になった。
【0026】
クラックについては、線膨張係数が8.0×10−5[1/℃]で、曲げ弾性係数が2500MPaの物性Eのポリアミド樹脂を用いた場合に25個のサンプル中、10個に発生し、また線膨張係数が5.5×10−5[1/℃]で、曲げ弾性率が2600MPaの物性Fのポリアミド樹脂を用いた場合に25個のサンプル中、20個にクラックが発生した。
【0027】
以上のことから、発光素子5が不点灯とならず、しかも充填材9にクラックが発生しないためのポリアミド樹脂の物性としては、線膨張係数が8.0×10−5[1/℃]以下で、曲げ弾性率が1600MPa以下であればよいことになる。これら線膨張係数と、曲げ弾性率との値は、当然、Tg点までの範囲である。
【0028】
つまり、線膨張係数が8.0×10−5[1/℃]よりも大きくなる物性A、Bのポリアミド樹脂では、充填材9として用いられるエポキシ樹脂の線膨張係数6.0×10−5[1/℃]との線膨張係数差が大きくなることで、ワイヤ7の断線やマウントペースト6の剥離による不点灯、さらにはクラックの発生を招くことになる。
【0029】
また、曲げ弾性率が充填材9として用いられるエポキシ樹脂とほぼ同等の物性E,Fのポリアミド樹脂を用いた場合には、熱応力を緩和することができないため、クラックの発生を招くことになる。
【0030】
したがって、以上のことから、被覆材8としては、充填材9に用いられるエポキシ樹脂と線膨張係数がほぼ同等で、曲げ弾性率の低いポリアミド樹脂を用いることで、不点灯やクラックの発生を防止することができることになる。
【0031】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、衝撃が加わっても、リードフレームと発光素子との電気的接続状態が不良となって発光素子が不点灯となったり、発光素子を被覆する樹脂にクラックが発生するのを防止することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る光半導体装置を示す断面図。
【図2】本発明の光半導体装置の製造工程を順次示す説明図。
【符号の説明】
2…リードフレーム、3…ベース部材、4…空間部、5…発光素子、
6…マウントペースト、7…ワイヤ、8…被覆材、9…充填材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor device in which a light emitting element provided on a lead frame is packaged with a resin, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The optical semiconductor device is formed by packaging a light emitting element such as an LED with a resin. Recently, demand for optical semiconductor devices for surface mounting has increased, and packages have been developed that support solder reflow that receives a thermal shock for 10 seconds at a temperature of 240 ° C and solder flow that receives a thermal shock for 10 seconds at a temperature of 260 ° C. It's getting on.
[0003]
The package is formed by casting or transfer molding a thermosetting resin mainly composed of an epoxy resin. As an example of manufacturing an optical semiconductor device, for example, a light emitting element is mounted on a lead frame, electrically connected to the lead frame by wire bonding, and then formed by casting a transparent epoxy resin.
[0004]
Further, as a package having another structure, a structure in which a light emitting element is mounted on a glass epoxy substrate and then the light emitting element is sealed with a transparent epoxy resin is known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any structure, if a thermal shock is applied during solder reflow or solder flow, peeling occurs at the interface between the lead frame and the transparent epoxy resin or between the substrate and the transparent epoxy resin.
[0006]
As a result, the electrical connection between the light-emitting element and the lead frame or the substrate becomes poor, and the light-emitting element does not light up and a non-lighting failure occurs. Further, when the package is subjected to thermal shock, a crack starting from the edge portion of the lead frame, the substrate, or the light emitting element may occur in the epoxy resin.
[0007]
In the present invention, when a light-emitting element is mounted on a lead frame and the light-emitting element is covered with a resin, light that does not cause a lighting failure or crack in the resin even when subjected to a thermal shock. A semiconductor device and a manufacturing method thereof are provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a lead frame, a base member made of a thermoplastic resin in which a space part for exposing a part of the lead frame is formed, and mounted in the space part of the lead frame. A light emitting element electrically connected to the lead frame, a filler made of a thermosetting resin, filled with the space and transmitting light emitted from the light emitting element, and substantially the same line with respect to the filler A light comprising a resin having a low expansion coefficient and a low elastic modulus, and a light emitting element exposed to the space before the filler is filled into the space, a lead frame, and a covering material provided on the base member. A semiconductor device is provided.
[0009]
At this time, the covering material is preferably a polyamide resin, and the base member is preferably at least one of polyphthalamide, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer, and syndiotactic polystyrene.
[0010]
The polyamide resin preferably has a linear expansion coefficient of 8.0 × 10 −5 [1 / ° C.] or less and a flexural modulus of 1600 MPa or less.
[0011]
The present invention also includes a step of molding a thermoplastic resin on the lead frame so as to form a space where a part of the lead frame is exposed, and mounting a light emitting element on the portion of the lead frame exposed in the space. A step of electrically connecting the light emitting element and the lead frame, a step of filling the space with a thermosetting resin that transmits light emitted from the light emitting element, and a step of filling the space Provided is a method of manufacturing an optical semiconductor device comprising a step of coating a light emitting element, a lead frame, and a base member exposed in the space portion with polyamide before filling with the thermosetting resin.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a sectional view showing an optical semiconductor device 1 of the present invention, and FIG. 2 shows a manufacturing process of the optical semiconductor device 1.
[0014]
The optical semiconductor device 1 is made of metal, for example, copper, and has a lead frame 2 on the surface of which Ni, Pd, and Au are sequentially plated with a predetermined thickness. A base member 3 made of a thermoplastic resin such as polyphthalamide, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer, or syndiotactic polystyrene is molded on the lead frame 2. In this embodiment, polyphthalamide was used for molding under molding conditions of a mold temperature of 130 ° C., a resin melt viscosity of 330 Pa · s, and a holding pressure of 120 MPa. Titanium oxide having a weight ratio of 5% or more was added to the polyphthalamide.
[0015]
As shown in FIG. 2A, the base member 3 is molded over the lower surface and the upper surface of the lead frame 2, and a
[0016]
After the base member 3 is molded on the lead frame 2, as shown in FIG. 2 (b), a
[0017]
After the mounting, the lead frame 2 and the
[0018]
Next, as shown in FIG. 2 (d), the
[0019]
When the inner surface of the
[0020]
As the covering
[0021]
Therefore, the
[0022]
The following [Table 1] shows whether or not the light-emitting
[0023]
There are six types of polyamide resins A to F having different physical properties, and these polyamide resins have different linear expansion coefficients and bending elastic moduli, respectively. Each optical semiconductor device 1 was subjected to a thermal shock by performing a solder flow process. After pre-treatment of leaving at 150 ° C. for 30 seconds, it was immersed in Sn—Pb solder heated to 260 ° C. to perform solder flow treatment. Then, a predetermined voltage and current were applied to the
[0024]
[Table 1]
[0025]
As is clear from this [Table 1], for non-lighting, among the polyamide resins having physical properties A to F, the linear expansion coefficient is 1.0 × 10 −4 [1 / ° C.] and 1.5 × 10 6. -4 [1 / ° C.], 25 out of 25 samples using two types of polyamide resins, A and B, having a flexural modulus of 680 MPa, turned off.
[0026]
For cracks, a linear expansion coefficient of 8.0 × 10 −5 [1 / ° C.] and a flexural modulus of elasticity of 2500 MPa when using a polyamide resin having a physical property E occurred in 10 out of 25 samples, Further, when a polyamide resin having a physical property F having a linear expansion coefficient of 5.5 × 10 −5 [1 / ° C.] and a flexural modulus of 2600 MPa was used, 20 out of 25 samples were cracked.
[0027]
From the above, as a physical property of the polyamide resin for preventing the
[0028]
That is, in the polyamide resin having the physical properties A and B having a linear expansion coefficient larger than 8.0 × 10 −5 [1 / ° C.], the linear expansion coefficient of the epoxy resin used as the
[0029]
In addition, when a polyamide resin having physical properties E and F having a flexural modulus substantially equal to that of the epoxy resin used as the
[0030]
Therefore, as a covering
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if an impact is applied, the electrical connection state between the lead frame and the light emitting element is poor and the light emitting element is not turned on, or the resin covering the light emitting element is cracked. It is possible to prevent the occurrence.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory views sequentially showing manufacturing steps of the optical semiconductor device of the invention. FIGS.
[Explanation of symbols]
2 ... lead frame, 3 ... base member, 4 ... space, 5 ... light emitting element,
6 ... Mount paste, 7 ... Wire, 8 ... Coating material, 9 ... Filler
Claims (4)
このリードフレームの一部を露出させる空間部を形成した熱可塑性樹脂からなるベース部材と、
上記リードフレームの上記空間部内にマウントされ上記リードフレームと電気的に接続された発光素子と、
熱硬化性樹脂からなり、上記空間部に充填され上記発光素子から出射される光を透過する充填材と、
この充填材に対してほぼ同じ線膨張係数かつ弾性率の低いポリアミド樹脂によって形成され、上記充填材が上記空間部に充填される前にこの空間部に露出した上記発光素子、上記リードフレーム及び上記ベース部材を被覆する、線膨張係数が8.0×10 −5 [ 1/℃ ] 以下で曲げ弾性率が1600MPa以下である被覆材と、
を具備することを特徴とする光半導体装置。A lead frame,
A base member made of a thermoplastic resin in which a space for exposing a part of the lead frame is formed;
A light emitting element mounted in the space of the lead frame and electrically connected to the lead frame;
A filler made of a thermosetting resin, filled in the space and transmitting light emitted from the light emitting element;
The light emitting element, the lead frame, and the filler, which are formed of a polyamide resin having substantially the same linear expansion coefficient and low elastic modulus with respect to the filler, and are exposed in the space before the filler is filled in the space. A covering material that covers the base member and has a linear expansion coefficient of 8.0 × 10 −5 [ 1 / ° C. ] or less and a flexural modulus of 1600 MPa or less ;
An optical semiconductor device comprising:
上記リードフレームの上記空間部内に露出した部分に発光素子をマウントする工程と、
この発光素子と上記リードフレームとを電気的に接続する工程と、
上記空間部に上記発光素子から出射される光を透過する熱硬化性樹脂を充填する工程と、
上記空間部に上記熱硬化性樹脂を充填する前に、上記空間部に露出した上記発光素子、上記リードフレーム及び上記ベース部材を線膨張係数が8.0×10−5[1/℃]以下で曲げ弾性率が1600MPa以下であるポリアミド樹脂によって被覆する工程と、
を具備することを特徴とする光半導体装置の製造方法。Molding a thermoplastic resin in the lead frame so as to form a space where a part of the lead frame is exposed;
Mounting a light emitting element on a portion exposed in the space of the lead frame;
Electrically connecting the light emitting element and the lead frame;
Filling the space with a thermosetting resin that transmits light emitted from the light emitting element;
Before filling the thermosetting resin in the space portion, the light emitting device exposed in the space portion, the lead frame and the linear expansion coefficient the base member is 8.0 × 10 -5 [1 / ℃ ] or less And a step of coating with a polyamide resin having a flexural modulus of 1600 MPa or less,
An optical semiconductor device manufacturing method comprising:
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