JP3967314B2 - 発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は発光素子チップなどの半導体チップがボンディングされ、発光素子や半導体装置を組み立てる際に用いられるリードフレームに工夫が施された発光素子に関する。さらに詳しくは、発光素子チップや半導体チップとリード端子とをワイヤボンディングする場合に、チップがボンディングされるリード端子とチップの電極端子にワイヤボンディングされるワイヤとが接触しないように工夫が施された発光素子に関する。
たとえば発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）のチップはそのｐｎ接合部で発光し、表面だけではなく、裏面や側面からも光が放射される。この側面から放射される光も有効に利用するため、ＬＥＤチップは通常凹面形状にされたパラボラ内にボンディングされる。これらの発光素子は最近では組立工程の容易さおよびコストダウンの点から薄い板状体から形成されたリードフレームを用いて製造される。リードフレームは通常０.２〜０.４ｍｍ程度の薄い板材からなっており、図３に斜視図およびそのＢ4−Ｂ4線断面図が示されるように、薄い板材が打ち抜かれてダイパッド１やリード４が形成される際に、同時にダイパッド１の中心部を板材ごと下側に押し下げる成形により凹部（パラボラ）２０が形成されている。そしてその凹部２０にＬＥＤチップ３がダイボンディングされ、リード４の端部とワイヤ５により電気的に接続されている。その後図示しない透明樹脂などにより被覆されて発光素子が形成される。
従来のダイパッド１に凹部２０を形成する場合、前述のように、板材ごと押し下げる成形がなされている。そのため、板材が薄いといえども板材にストレスがかかり、凹部２０の周囲やその近傍に変形が生じやすい。その結果、ＬＥＤチップ３の電極端子とリード４とを電気的に接続するワイヤ５がダイパッド１の端部と接触しやすい（図３（ｂ）のＡ参照）という問題がある。
さらに、ダイパッド１の凹部内にＬＥＤチップ３をマウントしてその表面の電極と他のリードとをワイヤボンディングすると、ＬＥＤチップ３表面と他のリード４の表面とが殆ど同一面になるため、ワイヤがＬＥＤチップ３をボンディングしたリード１の端部と接触しやすいという問題がある。また、ＬＥＤチップと他の半導体チップなど、複数の半導体チップをマウントする場合で、その高さ（厚さ）が異なると、ワイヤボンディングをする場合の画像認識のときに焦点のずれによりボンディング位置がずれるなどの不都合が発生するという問題がある。
本発明はこのような問題を解決し、ＬＥＤチップを凹部内にボンディングすることによりＬＥＤチップ表面とワイヤボンディングするリード表面との差が小さくても、ワイヤボンディングがＬＥＤチップをボンディングするリードと接触しないようにすると共に、ワイヤボンディングの際の画像認識を正確に行うことができる構造の発光素子を提供することを目的とする。
本発明の発光素子は、板状体の裏面が平らで表面側に凹部が形成されたダイパッドと、該ダイパッドの凹部にボンディングされた発光素子チップと、前記ダイパッドと隣接して設けられたリードと、前記発光素子チップの電極端子と前記リードの端部とを電気的に接続するワイヤとからなり、前記ワイヤは、その一端部が前記発光素子チップ上で垂直に延びるようにボンディングされ、他端部が前記隣接するリード側に延ばされて該リードの表面上にボンディングされ、前記凹部の側壁は欠落することなく全周に亘って形成され、かつ、前記ダイパッドの前記リード側の端部に切欠部が形成されている。
本発明の発光素子によれば、切欠部が形成されていることにより、ＬＥＤチップの電極端子とワイヤボンディングされるリードとがほぼ同じ高さの状態でワイヤボンディングされ、ワイヤ５が少々垂れ下がってもワイヤとＬＥＤチップがボンディングされるダイパッドとが接触することがない。その結果、ショート不良が発生することがなく、高品質で信頼性の高い発光素子が得られる。
つぎに、図面を参照しながら本発明の発光素子について説明をする。
図１の（ａ）は本発明の発光素子でチップのボンディングを終わった状態の斜視説明図、（ｂ）はそのＢ2−Ｂ2線断面説明図、（ｃ）はそのリードフレームの製造工程の要部の断面説明図である。
図１において、１はダイパッドで、その中心部に凹部２が形成されており、その凹部２内にＬＥＤチップ３がダイボンディングされると共に、その一方の電極がリード４の端部とワイヤ５により接続されている。図１では発光素子の１個分だけが図示されているが、このボンディングがなされる状態では、このダイパッド１およびリード４の部分がたくさん連結されたリードフレームの状態になっており、この後、透明なエポキシ樹脂などにより被覆されてリードフレームから切り離されることにより発光素子が大量に製造される。
本発明による発光素子のリードフレームは、リードフレームのダイパッド１の中心部に形成される凹部２を、まずエッチングにより板状体の一部をえぐり取ることにより貫通しないエッチング穴２ａを形成し、その後金型により整形してきれいなパラボラ形状にすることより形成されている。さらに、ＬＥＤチップ３の電極端子とリード４とを連結するワイヤ５の下のダイパッド１の端部、すなわちリード４と隣接するダイパッド１の部分の端部に切欠部６が形成されていることに特徴がある。
このように切欠部６が形成されていることにより、ＬＥＤチップ３の電極端子とリード４とがほぼ同じ高さの状態でワイヤ５により連結されてワイヤ５が少々垂れ下がってもワイヤ５とダイパッド１とが接触することがない。その結果、ショート不良が発生することがなく、信頼性の高い発光素子が得られる。この切欠部６の形成は発光素子に限らず、他の半導体装置についても同様の効果がある。
そして、凹部２に関しては、板状体の一部をエッチングすることにより凹部２を形成しているため、リードフレームの下側に突出することがなく、裏面は平らでダイボンディングやワイヤボンディングをする場合、リードフレームを各素子共用のボンディング用機台に載置することにより簡単にボンディングをすることができる。この場合、板材の一部をエッチングすることなく、直接金型で押し潰して裏面に突出させないで凹部を形成することもできるが、凹部の肉が周辺に移動しリードフレームが一層変形し、また歪みが残り後からも変形し、ワイヤボンディングに支障を来す。また、機械加工や放電加工により板状体の一部を削りとることにより凹部を形成すれば金型整形をしなくてもきれいな形状のパラボラを形成することができるが、これらの加工はコストアップとなるため大量生産品には採用できない。
このリードフレームを製造するには、図１（ｃ）に示されるように、まず板状体１０の状態で、ダイパッド１が形成される部分に塩化第二鉄溶液などのエッチング液によりエッチングを施し、たとえば０.２５ｍｍ程度の厚さの板材の７０％程度の厚さを除去し、エッチング穴２ａおよび切欠部６を形成する。このエッチング穴２ａおよび切欠部６は、その部分のマスクに開口部を形成しておいてエッチング液に浸漬するだけで同時にエッチングされ、切欠部６を形成するのに余計な工数を必要とするこよなく簡単に形成される。その後、板状体１０からダイパッド１やリード４を形成するためのパンチングの際に、エッチング穴２ａを金型２２により整形して底面が平らな凹部２とすることにより形成する。ここで、切欠部６の形状は余り問題にならないため、切欠部６を金型整形する必要はない。その結果、金型２２で凹部２が形成されても整形だけで板状体１０の変形は殆どなく、したがって歪みも殆ど生じない。
本発明の発光素子を製造するには、このリードフレームを用いて前述のように、ダイパッド１の凹部２内にＬＥＤチップ３をダイボンディングし、ワイヤボンディングをし、さらにＬＥＤチップ３およびリード４の端部部分を透明樹脂で被覆することにより発光素子を形成することができる。
図２は半導体装置を製造する一工程の説明図である。図２はたとえば複数のＩＣチップ（以下、単にＩＣという）７、８などを同じパッケージ内に組み込むため、同じリードフレーム上に異なる高さのＩＣ７、８をボンディングする半導体装置の例で、リードフレームの一部を予めエッチングしておくことによりＩＣ７、８の高さを実質的に同じ高さにするものである。すなわち、ダイボンディング後にワイヤボンディングをする場合に、画像認識によりボンディング位置を特定するが、ＩＣ７、８の表面同士で高さが異なると焦点距離が異なり、ボケにより位置ずれが生じやすいという問題がある。
しかし、本発明では高さが高いＩＣ７がボンディングされるダイパッド９にあらかじめ凹部１２を形成しておくことにより、図２（ｂ）に（ａ）のＢ3−Ｂ3断面図が示されるように、ＩＣ７、８の表面を実質的に同じ高さに合わせることができ、ボンディング時の画像認識の不都合をなくしたものである。たとえばＩＣ７の高さが０.４ｍｍで、ＩＣ８の高さが０.２３ｍｍでリードフレームの板厚が０.２５ｍｍの場合、ＩＣ７、８の表面の高さはリードフレームの底面からそれぞれ０.６５ｍｍおよび０.４８ｍｍと０.１７ｍｍの高さの差がある。このＩＣ７の方のダイパッド９をエッチングにより０.１８ｍｍ程度除去して凹部１２を形成すればＩＣ７、８の表面の高さをほぼ同じ高さにすることができる。
この凹部１２の形成は、図１に示されるパラボラのための凹部２と同様に、予めエッチングをしておき、リードフレームの打抜き形成の際に金型で整形をすることにより簡単に形成することができる。なお、この例では光を反射させるパラボラにする必要がないため、図２に示されるように、ダイパッド９に打ち抜く際に凹部の側壁をなくして、ダイパッド９の端面が薄いままで終端していても構わない。また、その意味で金型による完全な整形がなされていなくてもよい。図２において、１１はＩＣ８側のダイパッド、１３はＩＣ７の電極端子と接続されるリード、１４はＩＣ７の電極端子とリード１３とを電気的に接続するワイヤである。
本発明の発光素子およびリードフレームの製法を説明する図である。 複数の半導体チップの表面がほぼ同一面になるように配列する構成例を示す図である。 従来の発光素子のダイパッド部の形状を示す図である。
符号の説明
１ ダイパッド
２ 凹部
２ａ エッチング穴
３ ＬＥＤチップ
４ リード
５ ワイヤ
６ 切欠部

Claims (1)

  1. 板状体の裏面が平らで表面側に凹部が形成されたダイパッドと、該ダイパッドの凹部にボンディングされた発光素子チップと、前記ダイパッドと隣接して設けられたリードと、前記発光素子チップの電極端子と前記リードの端部とを電気的に接続するワイヤとからなり、前記ワイヤは、その一端部が前記発光素子チップ上で垂直に延びるようにボンディングされ、他端部が前記隣接するリード側に延ばされて該リードの表面上にボンディングされ、前記凹部の側壁は欠落することなく全周に亘って形成され、かつ、前記ダイパッドの前記リード側の端部に切欠部が形成されてなる発光素子。
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