JP5287889B2 - 半導体発光装置用リードフレーム及び半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置用リードフレーム及び半導体発光装置 Download PDF

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Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)などの発光素子を担持、搭載する半導体発光装置用リードフレームおよび、それを用いた半導体発光装置に関する。
一般的に、LEDチップなどの半導体発光素子を担持、搭載して半導体発光装置を構成するリードフレームは、板状の鉄−ニッケル等の合金薄板、銅−ニッケル−錫等の合金薄板からなるリードフレーム用金属板を、その片面又は両面から塩化第二鉄等のエッチャントを用いてフォトエッチング加工して製造され、LEDチップなどの半導体発光素子を搭載するためのパッド部(アイランド部)と、該パッド部とは絶縁状態に離反し、半導体発光素子と電気的に接続が行われるインナーリード部及びアウトリード部を備えている。
LEDチップなどの半導体発光素子を担持するための基板としては、合金薄板からなるリードフレームを用いる以外に、セラミック基板やプリント基板等が使用される。特許文献1〜3には、LED等の半導体発光素子の担持体へのマウント技術が記載されている。
特許文献3には、リードフレーム基材に桟フレームを設け、リードフレームの隙間部に樹脂を充填し、樹脂に接しないように設けた光反射リングを備え、リードフレーム上に設置した半導体発光素子からの光を光反射リングの反射面で反射する半導体発光装置が開示されていた。
そして、これらの従来技術は、リードフレームのLEDチップ側の表面には銀めっき層が形成されてLEDチップからの光を反射して明るさを増した半導体発光装置を形成していた。
特開2003−8071号公報 特開2004−172160号公報 特開2008−227166号公報
しかし、これらの従来技術では、LEDチップからの光を反射するべくリードフレームのLEDチップ側の表面に形成した銀めっき層が、大気中に含まれる極微量のS(硫黄)成分と結びつき容易に黒変化(硫化Ag)する欠点があった。このように銀めっき層を採用したLED光源である半導体発光装置の場合、光反射率の高い銀めっき層を採用しても、短時間で変色(黒色化)がおきるため、LED光源として高い光反射率を維持するのが難しい欠点があった。
また、銀にはいわゆるマイグレーションが起き易い欠点があり、耐圧が低下したり短絡が発生しやすい欠点もあった。
しかし、その対策として用いることを考えられる耐硫化性銀合金として提案されている銀合金は、LEDチップをダイボンディングし、あるいは金線等のワイヤーをワイヤーボンディングして金属接合する場合に、その銀合金に添加した耐硫化成分がワイヤーとの金
属接合を妨げ、接合の信頼性を損なう問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、LEDチップからの光を反射するべくリードフレームのLEDチップ側の表面に形成した銀めっき層が硫化し黒色化し易い欠点を解消し、と同時にリードフレームへのワイヤーボンディング性を劣化させない半導体発光装置を得ることを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、半導体発光素子を搭載するパッド部と、前記半導体発光素子とワイヤーボンディングにより電気接続するリード部とを有するリードフレームであって、該リードフレームの前記半導体発光素子側の表面に銀めっき層と、該銀めっき層の上に銀合金めっき層が積層され、前記銀合金めっき層は、Zn,Au,Pd,Mg,Rh,Cu,In,Snのうち一つ以上とCeとを含有し、前記銀合金めっき層の厚さを下層である前記銀めっき層の厚さより薄くしたことを特徴とする半導体発光装置用
リードフレームである。
また、本発明は、上記の半導体発光装置用リードフレームであって、前記銀合金めっき層の前記、Zn,Au,Pd,Mg,Rh,Cu,In,Snのうち一つ以上とCeとの含有量が0.1wt%以上5wt%以下であり、前記銀合金めっき層の厚さを0.02μm以上3μm以下の厚さに形成したことを特徴とする半導体発光装置用リードフレームである。
また、本発明は、上記の半導体発光装置用リードフレームであって、前記パッド部と前記リード部との間の空隙部分に樹脂が充填されて成ることを特徴とする半導体発光装置用リードフレームである。
また、本発明は、上記の半導体発光装置用リードフレームを用いた半導体発光装置であって、前記パッド部に半導体発光素子を搭載し、前記半導体発光素子と前記半導体発光素子側の前記リード部の表面とをワイヤーボンディングにより電気接続したことを特徴とする半導体発光装置である。
本発明によれば、リードフレームの金属板1aの表面に銀めっき層1bを形成し、更にその上に、X成分として、Zn,Au,Pd,Mg,Ce,Rh,Cu,In,Snなどの耐硫化成分のうち一つ以上を含有するAg−X合金めっき層1cを、その厚さを銀めっき層1bの厚さより薄く形成することで、X成分が大気中のS(硫黄)成分と銀との結合を抑制して良好な耐硫化性を付与して高い光反射率を大気中で長期間維持できる膜を形成できる効果がある。
また、Ag−X合金めっき層1cの膜の厚さを銀めっき層1bの厚さより薄くすることで、ワイヤーボンディングのワイヤーがAg−X合金めっき層1cを突き破って銀めっき層1bへ直接接合することができ、ワイヤーの接合部を強固に接合できる効果がある。
更に、そのAg−X合金めっき層1cは銀めっき層1bの銀のマイグレーションを抑制できる効果がある。
本発明の半導体発光装置用リードフレームの側断面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームの上面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームを分割して得る半導体発光装置LEの上面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームを用いた半導体発光装置LEのX1−X1側断面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームを用いた半導体発光装置LEのX2−X2側断面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームを用いた半導体発光装置LEのY−Y側断面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームに施す少なくとも2層のめっき層の層構成を示す断面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームへの充填樹脂のモールド成型方法を示す側断面図である。 本発明の半導体発光装置用リードフレームに施す少なくとも2層のめっき層の効果の実験結果を示す図である。
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態を図1〜図9を用いて説明する。図1(a)は、充填樹脂4を充填する以前のリードフレーム1の側断面図を示す。図1(b)は、充填樹脂4を充填して成るリードフレーム1の側断面図を示す。図1(c)は、リードフレーム1を用いて製造した半導体発光装置用リードフレームの側断面図を示し、図2は、その上面図を示す。
図3は、図1(c)の半導体発光装置用リードフレームを個片に分割して得る半導体発光装置LEを示す上面図である。また、図4は、図3中のX1−X1線における側断面図を、図5は、図3中のX2−X2線における側断面図を、図6は図3中のY−Y線における側断面図を各々示す。図7は、リードフレーム1の板状機材の層構成を示す断面図である。また、図8は、本発明の半導体発光装置用リードフレームのモールド成型による製造方法を示す側断面図である。図9は、本発明のリードフレーム1に施す少なくとも2層のめっき層の効果の実験結果を示す図である。
(リードフレーム)
図1(a)に示すリードフレーム1は、枚葉状あるいは帯状の金属板1aに、図2の点線Z部で示す1単位フレームZ毎にパッド部2及びリード部2aとを形成し、その1単位フレームZを縦横方向に多面付け配列して構成する。
リードフレーム1は、金属合金製の金属板1aの表面側と裏面側からフォトエッチング加工することにより形成する。リードフレーム1の構成は、図1(a)に示すように、金属合金製の厚さt1(例えば0.2mm)の金属板1aを両面からフォトエッチング加工することにより形成された表面側の厚さt2(例えば0.1mm)の上部構造と、裏面側の厚さt3(例えば0.1mm)の下部構造のパターンから構成し、パッド部2とリード部2aでは上部構造と下部構造を一体に形成する。
リードフレーム1は、板状の鉄−ニッケル等の合金薄板又は銅−ニッケル−錫等の合金薄板を金属板1aとして用いるが、熱伝導率が高い銅又は銅合金を金属板1aとして用いる方が放熱性が向上するため好ましい。その他には、アルミニウム合金等の金属板1aをリードフレーム1の材料として用いることも可能である。
リードフレーム1用の金属板1aとして、厚さt1(例えば0.2mm)の銅材を用いて、厚さ0.015mm〜0.030mmのエッチングレジスト層のパターンを金属板1aの両面に形成して金属板1aの両面からエッチングを行うことにより、図1(a)に断面を示すように、金属板1aの側断面の上下の角部分を鈍角な形状にしたリードフレーム1を製造する。
図2に、リードフレーム1の平面パターンを、それに充填した充填樹脂4とともにあらわす。図1(a)と図2に示すように、リードフレーム1の厚さt2の上部構造のパターンは、パッド部2と、それから離反して所定の間隔で隣接する1乃至複数箇所に形成されたリード部2aと、それらを連結する吊りバー20とタイバー30を備えている。
厚さt3の下部構造のパターンは、パッド部2に裏面側で一体である放熱部3(放熱板)と、リード部2aに裏面側で一体である放熱部3a(放熱板)としている。
そして、図1(b)のようにリードフレーム1のパッド部2とリード部2aの間に充填樹脂4を充填し、図1(c)のように、パッド部2の半導体発光素子側の面である半導体発光素子搭載用表面Aに厚さが0.05mmから0.1mmのLEDチップ(半導体発光素子)10を搭載する。
(半導体発光装置LE)
半導体発光装置用リードフレームは、図2のように個片への分割線BXとBYとで前後左右に分割して個片に分割することで、個々の半導体発光装置LEを製造する。図3から図6は、図1(c)の半導体発光装置用リードフレームを個片に分割して得る半導体発光装置LEを示す図であり、図3はその上面図であり、図4から図6はその側断面図である。
リードフレーム1のパッド部2の半導体発光素子搭載用表面Aと、リード部2aの電気的接続エリアCの面とは、リードフレーム1の同一の金属板から形成されるため同一平面上にあり高さが同じである。
また、パッド部2の裏面と一体の下部構造の放熱部3(放熱板)の放熱用裏面Bと、リード部2aの裏面と一体の下部構造の放熱部3a(放熱板)の放熱用裏面Dとは同一平面上にあり高さが同じである。
パッド部2の半導体発光素子搭載用表面A上にLEDチップ10を搭載し、そのLEDチップ10上の電極端子とリード部2aの電気的接エリアCを、ワイヤーボンディングで金線のワイヤーWを接続する。これにより、LEDチップ10とリード部2aが電気接続される。
(リードフレームの構造)
本実施形態のリードフレーム1は、図4のように、パッド部2の表面(上面)の半導体発光素子搭載用表面Aは、LEDチップ10を搭載するための面積S1を有する。
パッド部2において、その上部構造と対向する裏面側の放熱部3の放熱用裏面B(放熱板)は、LEDチップ10本体から発生する駆動熱やLEDチップ10の周囲環境条件による熱を放散させて、ICチップ10に熱が蓄積されないように、パッド部2裏面側から外界側に熱を放散させるための面積S2を有する。
リードフレーム1のパッド部2の半導体発光素子搭載用表面Aの面積S1と、パッド部2の、半導体発光素子搭載用表面Aと対向する放熱用裏面Bの面積S2との関係は、0<
S1<S2とし、その半導体発光素子搭載用表面Aの面積よりも放熱用裏面Bの面積が広くなるように設定する。このようにすることで、放熱部位が広く設定でき、放熱性に優れた半導体発光装置LEが得られる効果がある。
また、リードフレーム1のパッド部2とリード部2aの上部構造の側面部には、その上部構造の表面(半導体発光素子搭載用表面A及び電気的接続エリアCを含む面)側から下部構造の裏面(放熱用裏面B及び放熱用裏面Dを含む面)側の方向に拡がる、段差状部又はテーパー状部Eを形成する。この段差状部又はテーパー状部Eは、樹脂モールド時の充填樹脂4を保持する。
リードフレーム1のパッド部2とリード部2aの下部構造の放熱部3及び3aの側面部には、その下部構造の裏面側から上部構造の表面側の方向に拡がるテーパー状部E1を形成する。このテーパー状部E1は、樹脂モールド時の充填樹脂4を保持する。
また、本実施形態のリードフレーム1においては、図1〜図2に示すように、リード部2aで、上部構造が例えば厚さt2(=0.1mm)で下部構造が厚さt3(=0.1mm)の放熱部3a(放熱板)とが一体になったリード部2aの構造を、厚さt2の上部構造と厚さt3の下部構造が一体となったパッド部2から離反させて1乃至複数箇所に備えている。
図5に示すリード部2aの表面の電気的接続エリアCは、パッド部2の半導体発光素子搭載用表面Aと同じ高さの面であり、LEDチップ10と電気配線する金線のワイヤーWがボンディングされるワイヤーボンディング領域となる領域であり、その面積はS3である。また、リード部2aの電気的接続エリアCに対向する放熱部3aの面は放熱用裏面D(放熱板)であり、その面積はS4である。
(金属板1a上の金属めっき層の層構成)
図7(a)の側断面図により、図1(a)のリードフレーム1の金属板1aとその表面に形成した金属めっき層の層構成を示す。リードフレーム1のLEDチップ(半導体発光素子)10搭載側の表面(上面)に少なくとも2層のめっき層を形成する。その2層のめっき層の下層は、リードフレーム1の上面の金属板1aの側に厚さが0.5μm以上8μm以下の銀めっき層1bを形成する。すなわち、図1(a)のパッド部2の上面の半導体発光素子搭載用表面Aとリード部2aの上面の電気的接続エリアCの表面に銀めっき層1bを施す。
金属板1aのパッド部2の半導体発光素子搭載用表面Aの表面及びリード部2aの表面の電気接続エリアCに銀めっき層1bが施されることで、半導体発光素子搭載用表面Aの光の反射率が高くなり、LEDチップ10が発光した光を反射させて半導体発光装置LEの輝度を高めることができる。これにより、LEDチップ10から発せられた光を効率よく利用することができる効果がある。また、電気的接続エリアCの表面は、銀めっき層1bが施されることで、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2aとの電気的接続を行う際の接続性が向上する。
半導体発光素子側の表面に施す2層のめっき層の上層として、先に形成した銀めっき層1bの表面(上面)に、X成分として、耐硫化性を有するZn,Au,Pd,Mg,Ce,Rh,Cu,In,Snのうち一つ以上を含有し、その成分の含有量が0.1wt%以上5wt%以下である銀合金めっき層、すなわちAg−X合金めっき層1cを形成する。
このAg−X合金めっき層1cは、銀めっき層1bの表面に合金めっきして形成する。このAg−X合金は、その厚さを銀めっき層1bの厚さ以下の膜に、厚さが0.02μm
以上3μm以下に形成する。
これらZn,Au,Pd,Mg,Ce,Rh,Cu,In,Snの1つ以上から成るX成分を含むAg−X合金めっき層1cは、高い反射率を有するとともに、銀中に微量含有したX成分が大気中のS(硫黄)成分と銀との結合を抑制することで、良好な耐硫化性を有する。そのため、Ag−X合金めっき層1cが銀めっき層1bの表面を保護してめっき膜の耐硫化性を向上させ、めっき膜の高光反射率を維持できる効果がある。
銀めっき層1bのみでは、大気中に含まれる極微量のS成分と結びつき容易に黒変化(硫化Ag)する欠点があったが、本実施形態は、その銀めっき層1bの欠点を、銀めっき層1bの表面上にAg−X合金めっき層1cを重ねて形成して大気から保護する2層のめっき層を形成することで改善する。本実施形態は、それにより、銀めっき層1bの高光反射率を大気中で長期間維持することができる効果がある。
これらのX成分を含むAg−X合金めっき層1cの膜は硬く、応力を加えると破損し易い問題があったが、本実施形態では、Ag−X合金めっき層1cの膜の厚さを銀めっき層1bの厚さ以下にして銀めっき層1bの表面に形成することにより、Ag−X合金めっき層1cに加えられる応力を下地の銀めっき層1bがクッションとなって吸収することで、硬いAg−X合金めっき層1cが応力により破損し易い欠点を改善できる効果がある。
特に、本実施形態では、Ag−X合金めっき層1cのX成分の含有量を5wt%以下にすることで、下地の銀めっき層1bの銀の結晶の格子定数と近い格子定数を有する膜にAg−X合金めっき層1cを形成することで、Ag−X合金めっき層1cが下地の銀めっき層1bと良く馴染んでAg−X合金めっき層1cと銀めっき層1bが強く結合してその界面で剥離しないように一体化できる効果がある。
すなわち、図9に示すように、Ag−X合金めっき層1cの厚さの推奨値はX成分の重量%によって変わるが、X成分が0.1wt%以上5wt%以下において、Ag−X合金めっき層1cの厚さが0.02μm以上3μm以下の厚さにおいて、耐硫化性が改善され、また、ワイヤーボンディング性が維持される。
本実施形態ではワイヤーボンディング性が維持されるのは以下の理由による。すなわち、Ag−X合金めっき層1cの表面から金線のワイヤーWをワイヤーボンディングする際に、金線のワイヤーWが銀めっき層1bより薄いAg−X合金めっき層1cを突き破って銀めっき層1bに達して銀めっき層1bと直接接合させる。このように、Ag−X合金めっき層1cの厚さを銀めっき層1bの厚さより薄くすることで、ワイヤーボンディングのワイヤーWが薄いAg−X合金めっき層1cの膜を突き破って銀めっき層1bに達して銀めっき層1bへ直接接合することができ、ワイヤーWの接合部を強固に接合できる効果がある。
また、以上に説明した効果に加え、Ag−X合金めっき層1cは、銀めっき層1bの表面を保護して銀のイオン化を抑制することで、銀めっき層1bの銀のマイグレーションを抑制できる効果がある。
(変形例1)
変形例1として、Ag−X合金めっき層1cを、銀めっき層1bの表面に蒸着やスパッタリング、あるいは、イオンプレーティング等の乾式めっきによりX成分を成膜して、加熱してX成分を下地の銀めっき層1bに熱拡散させることでAg−X合金めっき層1cを形成することも可能である。特に、Ag−X合金めっき層1cにする銀の量の30分の1の量のX成分を銀めっき層1bの表面に成膜して、加熱してX成分を下地の銀めっき層1
bに熱拡散させることで、目的のAg−X合金めっき層1cを銀めっき層1bの表面に形成することができる。
(変形例2)
変形例2として、銀めっき層1bの表面に、Ce系光沢剤とZn成分を含む低シアン銀めっき液を用いた湿式めっきにより、X成分としてZnとCeの混合成分を含むAg−X合金めっき層1cを形成する。
変形例2は、光沢剤のCeを含むことで、Ag−X合金めっき層1cの表面が平滑化されLEDチップ10の発する光の反射効率を高めることができる効果がある。
(変形例3)
変形例3として、図7(b)に示す層構成のように、リードフレーム1のLEDチップ(半導体発光素子)10搭載側の金属板1aの表面(上面)に3層のめっき層を形成する。その3層のめっき層の最下層は、金属板1aの表面(上面)に耐熱拡散性に優れたNi(ニッケル)めっきあるいはCo(コバルト)めっき等の硬質の下地めっき層1dを形成する。その下地めっき層1dの上に先に述べた2層のめっき層を形成する。
例えば、金属板1aの表面に光沢或いは半光沢のNi下地めっきから成る硬質の下地めっき層1dを0.5〜8μm形成し、この上に0.5〜8μmの銀めっき層1bを設け、更にその上にZn,Au,Pd,Mg,Ce,Rh,Cu,In,SnのX成分のうち一つ以上を含有量が0.1wt%〜5wt%含むAg−X合金めっき層1cを、その厚さを銀めっき層1bよりも薄く、0.02μm〜3μm程度設ける。
変形例3では、下地めっき層1dを銀めっき層1bと金属板1aの間に設けることで、銅合金などから成る金属板1aの銅金属成分が銀めっき層1bに熱拡散して銀めっき層1bを変色させることを防ぐ金属熱拡散バリアとして働く効果があり、高価な銀めっき層1bの膜厚を薄く形成することができ、銀めっき層1bの形成コストを低減できる効果がある。
(変形例4)
変形例4として、金属板1aの表面にAu、Pd、Znなどの耐硫化性に優れたストライクめっきを厚さを0.02μmから0.5μm設けることで下地めっき層1dを形成し、その下地めっき層1dの上に先に述べた2層のめっき層を形成する。
すなわち、この下地めっき層1dの上に、0.5〜8μmの銀めっき層1bを設け、更にその上にAg−X合金めっき層1cの厚さを銀めっき層1bよりも薄く、0.02μm〜3μm程度設ける。
これにより、変形例4は、銀めっき層1bが表面側からはAg−X合金めっき層1cで保護され、金属板1a側ではストライクめっきから成る下地めっき層1dで保護され、金属板1a側の銅などの金属成分が銀めっき層1bに熱拡散して銀めっき層1bを変色させることを防ぐ効果があり、また、銀めっき層1bを上下面両面とも保護して硫化を妨げることができる効果がある。
(変形例5)
また、変形例5として、図7(c)に示す層構成のように、半導体発光装置LEを外部基板に搭載、接続させるための外部接続電極として、金属板1aの下面の放熱用裏面D及び放熱用裏面Bに先に述べた少なくとも2層のめっき層を形成する。
すなわち、金属板1aの下面に下面銀めっき層1eを形成し、更に、その下面に下面Ag−X合金めっき層1fを形成する。金属板1aの下面に形成した下面銀めっき層1eも、下面Ag−X合金めっき層1fで保護されることで、下面銀めっき層1eの銀のイオン化を抑制し銀のマイグレーションを防止できる効果がある。
(リードフレームの構造(2))
リードフレーム1の電気的接続エリアCの面積S3と放熱用裏面Dの面積S4との関係は、0<S3<S4にする。すなわち、ワイヤーボンディングする電気的接続エリアCの面積よりも放熱用裏面Dの面積が広くなるように設定する。このようにすることで、放熱部位が広く設定でき、放熱性に優れた半導体発光装置LEが得られる効果がある。
そして、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dとの間における上部構造のリード部2aの側面側には、その電気的接続エリアCから放熱用裏面Dの方向に拡がる段差状部又はテーパー状部Eを形成し、樹脂モールド時の充填樹脂4をフレーム表面側から裏面側の方向に脱落しないように保持するようにしている。一方、下部構造の放熱部3(放熱板)の側面部には、その放熱用裏面Dから電気的接続エリアCの方向に拡がるテーパー状部E1を形成し、樹脂モールド時の充填樹脂4をフレーム裏面側から表面側の方向に脱落しないように保持するようにしている。
このリードフレーム1は、上部構造部のテーパー状部Eのテーパーは例えばハの字状であり、下部構造部のテーパー状部E1のテーパーは例えば逆ハの字状と、上部構造部と下部構造部の各々のテーパー方向は逆方向となっている。そのため、例えば、パッド部2とリード部2aとで挟まれた部位の充填樹脂4は、上側の面(上部構造部側の面)と下側の面(下部構造部側の面)との間にくびれた部位を有するようになり、図6に示すように断面視で鼓状(あるいは、砂時計状)となる。リードフレーム1は、このくびれ部の上下で各々逆の方向のテーパ部となった側面で充填樹脂4を保持するため、充填樹脂4のリードフレーム1からの脱落を防止できる効果がある。
リードフレーム1は、LEDチップ10を搭載するためのパッド部2を下部構造の放熱部3と重ならせて形成し、パッド部2と離反させたリード部2aを下部構造の放熱部3aと重ならせて形成し、それらを、図1(a)と図2のような吊りバー20とタイバー30で接続する。吊りバー20とタイバー30は、上部構造で形成し、それが下部構造の放熱部3又は放熱部3aと重なる領域では、それらの下部構造と一体に形成し、それ以外の領域では、リードフレーム1の上部構造のみで形成する。
(半導体発光装置用リードフレームの製造方法)
次に本実施形態による半導体発光装置用リードフレームの製造方法を説明する。
(リードフレーム1の形成)
まず、鉄−ニッケル等の合金薄板又は銅−ニッケル−錫等の金属合金製の金属板1aの表面に、フォトレジスト(感光性樹脂)を塗布してフォトレジスト層を形成する。次いで、パッド部2の面積S1からなる半導体発光素子搭載用表面A、及びリード部2aの面積S3からなる電気的接続エリアC、吊りバー20及びタイバー30を形成する部分にレジストパターンを形成するために、所定のパターンを有するパターン露光用フォトマスクを介してフォトレジスト層にパターンを露光する。次いで、フォトレジスト層に現像、必要に応じて硬膜処理を行う。これにより、パッド部2の半導体発光素子搭載用表面A及びリード部2aの電気的接続エリアCとなる部分と吊りバー20及びタイバー30となる部分を残してフォトレジストが現像除去される。そして、パッド部2の半導体発光素子搭載用表面Aを形成する部位、リード部2aの電気的接続エリアC、及び、吊りバー20とタイバー30を形成する部位にレジストパターンが形成される。
同様に、金属板1aの裏面にもフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成後、パターン露光、現像等という一連の処理を行う。パターン露光にあたっては、放熱部3の面積S2からなる放熱用裏面B、及び放熱部3aの面積S4からなる放熱用裏面Dを形成するためのパターンを露光し、次に現像する。これにより、放熱部3の放熱用裏面Bとなる部分、及び放熱部3aの放熱用裏面Dとなる部分を残して、フォトレジストが現像除去されたレジストパターンが形成される。
次に、金属板1aの裏面に耐腐食用の樹脂フィルムを貼着し、金属板1aの表面側から表面のフォトレジスト非形成部を所定の深度(図1(a)に示す厚さt2)まで塩化第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工処理(ハーフエッチング処理)を行う。次に、洗浄後にその表面に耐腐食用の樹脂フィルムを貼着する。
次に、金属板1aの裏面の耐腐食用の樹脂フィルムを剥がし、金属板1aの裏面側から、裏面のフォトレジスト非形成部を所定の深度(図1(a)に示す厚さt3)まで塩化第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工処理を行う。これにより、表面、裏面に各々対応するレジストパターンが形成されていない金属部位に貫通部が形成され、図1(a)と図2に示すようなリードフレーム1が形成される。
ここで、図2に示すように、エッチング後にリードフレーム1の各1単位フレームZが金属板1aから脱離することを防止するために、各1単位フレームZを連結する格子状の枠部のタイバー30を形成する。すなわち、1単位フレームZは、枠部であるタイバー30の開口部の領域内にタイバー30と連結するよう形成する。
また、図2に示すように、ダイバー30から分岐させた吊りバー20を介して1単位フレームZとタイバー30とを連結させる。この吊りバー20により、リードフレーム1のエッチング加工処理後に、パッド部2及びリード部2aが金属板1aから脱落するのを防止して、必要な期間、パッド部2及びリード部2aを金属板1aに連結保持しておく。
なお、仕様によっては、吊りバー20を形成せずに、1単位フレームZとタイバー30とを直接に連結させることであっても構わない。
上述した説明では、リードフレーム1を形成するエッチング加工は、表裏の面に各々1回ずつ行い、計2回行っているが、表裏から同時に1回のエッチングで金属板1aにエッチング加工を行っても構わない。
なお、以上の処理でリードフレーム1をエッチングして形成する際、レジストパターンから露出した金属板1a部位には等方的にエッチングが行われる。そのため、金属板1aの両面から各々エッチングを行うことで、テーパー状部Eのテーパー方向と、テーパー状部E1のテーパー方向とが逆となったリードフレーム1が得られる。
すなわち、半導体発光素子搭載用表面Aと放熱用裏面Bとの間におけるパッド部の側面部に、その半導体発光素子搭載用表面Aから放熱用裏面Bの方向に拡がる、モールド時に充填される充填樹脂4を保持するための段差状部E又はテーパー状部Eが形成される。また、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dとの間におけるリード部2aの側面側には、その電気的接続エリアCから放熱用裏面Dの方向に拡がる、モールド時に充填される充填樹脂4を保持するための段差状部E又はテーパー状部Eが形成されたリードフレーム1が形成される。
次に、リード部2aの電気的接続エリアCに、Ni(ニッケル)の下地めっき層1dを形成し、その上に銀めっき層1bを形成する。そして、更にその上に、X成分として、Z
n,Au,Pd,Mg,Ce,Rh,Cu,In,Snの耐硫化成分のうち一つ以上を含有し、該X成分の含有量が0.1wt%以上5wt%以下であるAg−X合金めっき層1cを形成する。
なお、電気的接続エリアCへのめっきは、後で説明する、充填樹脂4をリードフレーム1に充填してモールド成型する工程の後に、充填樹脂4から露出した電気的接続エリアCにめっきする処理により行っても良い。
(充填樹脂のモールド成型)
次に、このようにして形成したリードフレーム1に対し、以下に説明するように、金型を用いた樹脂モールド成型を行うことで充填樹脂4を成型し、半導体発光素子搭載用表面Aと放熱用裏面Bのそれぞれの面、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dのそれぞれの面が充填樹脂4から露呈するように充填樹脂4が充填されたリードフレーム1を製造する。
樹脂モールド成型で用いる金型は、図8のように、リードフレーム1を収める所定の内部形状とした凹部を予め形成している金型を用いる。金型は、図8に示すように、蓋となる板状の上金型40と下金型41とで1組の金型を形成する構成にする。下金型41には、溶融する充填樹脂4を注入する注入口42と、リードフレーム1を装填可能な凹部43を内部空間として形成しておく。
なお上金型40には、充填樹脂4の上部に約0.3mmの高さの光反射リング4aを形成するための型となる、深さ約0.3mmの光反射リング用凹部40aを内部空間として形成しておく。
樹脂モールド成型は、先ず、下金型41の凹部43にリードフレーム1を装填し、次に、上金型40で下金型41上に蓋をして型締めする。
次に、注入口42から、凹部43と光反射リング用凹部40aとの内部空間内に加熱溶融した充填樹脂4を注入して、装填されたリードフレーム1に充填樹脂4をモールド成型して樹脂が充填されたリードフレームを得る。
ここで、充填樹脂4が金型に注入される際、リードフレーム1のうち、樹脂の注入口42の近傍の1単位フレームZから、注入口から離れた部位にある1単位フレームZへと、順次に樹脂が流れていき、樹脂モールドされていく。
また、樹脂モールドの際にリードフレーム1の表面と裏面に充填樹脂4が付着しないよう、下金型41の凹部43の深さ(内部空間の高さ)はリードフレーム1の厚みと略同一に形成する。それにより、金型内にリードフレーム1を装填した際に、リードフレーム1の表面は上金型40の面に密着させ、裏面は下金型41の面に密着させる。
そうすることで、凹部(内部空間)に樹脂を注入した際に、リードフレーム1の表面と裏面とへの樹脂の付着を防止し、リードフレーム1の表面(半導体発光素子搭載用表面A、電気的接続エリア)と裏面(放熱用裏面)とを各々充填樹脂4から露出させる。
これにより、充填樹脂4が、パッド部2の半導体発光素子搭載用表面Aとリード部2aの電気的接続エリアCの高さから、それに対向する放熱用裏面Bと放熱用裏面Dの高さまでの範囲のリードフレーム1の厚さに充填されてモールド成型される。
充填樹脂4をリードフレーム1に充填してモールド成型した後、上金型40を外し、樹脂が充填されたリードフレームを下金型41から取り出す。これにより、図1(b)のよ
うにリードフレーム1のパッド部2とリード部2a間に充填樹脂4が充填され、タイバー30及び吊りバー20の下に充填樹脂4の層が形成され、かつ、半導体発光素子搭載用表面Aと放熱用裏面B、及び、電気的接続エリアCと放熱用裏面Dが充填樹脂4から外面に露呈した半導体発光装置用リードフレームが形成される。
上金型40に形成した光反射リング用凹部40aに充填樹脂4を注入して、その充填樹脂4を光反射リング4aの形に成形する。すなわち、上金型40は、光反射リング4aが、半導体発光素子搭載用表面Aと電気的接続エリアCの高さから放熱用裏面Bと放熱用裏面Dの高さまでの充填樹脂4と一体化した構造となって、リードフレーム1の上面の上に突出するように形成される形にする。
これにより、図1(b)のように、この樹脂モールドで形成する充填樹脂4によって、リードフレーム1の上面の上に突出させて形成する光反射リング4aと、リードフレーム1の上面と下面の間の空間と充填樹脂4で一体化された構造で半導体発光装置用リードフレームを形成する。
すなわち、光反射リング4aと、リードフレーム1のパッド部2とリード部2a間に充填された充填樹脂4とは、一体化して形成し、両者の間に樹脂の界面は存在させない。
そのため、充填樹脂4の光反射リング4aと充填樹脂4の本体とは強固に接続され密着性が高い。また、光反射リング4aと充填樹脂4の本体との間に界面が無いので、界面に水蒸気が拡散して剥離し易くなることも無く、接続信頼性の高い光反射リング4aが得られる効果がある。更に、光反射リング4aを充填樹脂4の他の充填部分と同時に形成するため、一回の樹脂モールド成型で済む。
充填樹脂4で形成する反射リング4aの形については、図3から図6のように、リードフレーム1上に、リード部2aの外側に、中心の円形の領域を取り囲む傾斜面ですり鉢状の斜面を有する外壁状の形に形成する。
すなわち、図3のように、設置したLEDチップ10の発光部(LED)を中心とする、平面視で円状の中心領域を、充填樹脂4のすり鉢状の傾斜面で囲む。そして、その傾斜面の外側の傾斜面の上部を平坦な台地状に形成する。その台地状の領域に、個片への分割線BXとBYを設定する。
あるいは、すり鉢状の斜面の外側の傾斜面の上部を一定の幅の平坦な台地上に形成し、その外側を光反射リング4aの外側の同心円状の壁面に形成しても良い。すなわち、光反射リング4aの外側の壁面の外の充填樹脂4をリードフレーム1の金属板1aの上面の高さと同じ高さにしても良い。
充填樹脂4の光反射リング4aの内周面の具体的形状としては、光を効率よく反射できるように、円錐面、楕円錐面、球面または放物面の一部としてもよい。なお、この光反射リング4aの平面視での形状は、円環に限定されず、LEDチップ10の発光部を中心にした楕円形の環状に形成しても良い。また、発光部が円環の中心に近ければ、光反射リング4aである円環の中心は発光部から少しずれていても良い。
光反射リング4aの傾斜面の断面形状は、LEDチップ10の発光部に対向する傾斜面である内周面を、半導体発光素子搭載用表面Aと電気的接続エリアCの成す面から30度から85度傾斜した斜面に形成する。それにより、光反射リング4aの傾斜面に入射する反射光を効率よく再反射させることが可能になり、さらには、LEDチップ10から発せられた光が直接に光反射リング4aの傾斜面に入射する場合であっても、入射光を効率よ
く外部に向け反射させることが可能になる。
このモールド成型で用いる充填樹脂4には、光反射効率の高い白色樹脂を用いるのが望ましい。また、充填樹脂4は、その他に、耐熱性、耐光性、熱導電性、高い光拡散性を有することも望ましい。充填樹脂は熱可塑性樹脂、あるいは、熱硬化性樹脂を用いることができる。そのため、充填樹脂4として、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シルセシキオキサン系樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、芳香族系ポリエステル樹脂(不飽和ポリエステル樹脂)、ポリアミド系樹脂、ポリフタルアミド(PPA)、液晶ポリマ(LCP)、シクロオレフィン系樹脂などの有機高分子材料が望ましく、1種の樹脂又は、複数種の樹脂の混合樹脂を用いて構わない。
また、充填樹脂4として、上記の1種の樹脂又は複数種の樹脂の混合樹脂を主体とする樹脂に、粉状物質の添加剤を混合した光拡散性樹脂を使用するのが望ましい。充填樹脂4に添加する添加剤としては、例えば、SiO2 、TiO2 、Al23 、酸化ジルコニウム、酸化鉛、セラミック材などの白色粉末、又はそれらの混合物などの微粒子が上げられ、主体樹脂に対する添加剤の混合比率は本発明においては適宜に設定することができる。例えば1%〜20%、若しくはそれ以上である。かかる充填樹脂4は、その添加剤により光拡散性を高くできる効果がある。それとともに、充填樹脂4は、その添加剤により屈折率nを2以上にすることができる。それにより、後に充填樹脂4上に形成する透明樹脂5よりも屈折率を高くできる。その屈折率差により、充填樹脂4と透明樹脂5との境界面における高い光反射性が得られる効果がある。
図1(a)に示すように、リードフレーム1に形成された各1単位フレームZの上部構造のパッド部2及びリード部2aは、厚さt3の下部構造の上に形成するため、その上面の下部構造の裏面に対する高さは金属板1aの厚みと略同一のt1である。一方、吊りバー20、タイバー30の厚さは金属板1aの厚みt1よりも薄い上部構造の厚さt2に設定する。
これにより、充填樹脂4の注入時に、樹脂は吊りバー20、タイバー30と金型との間に出来た隙間を流れることができ、樹脂の流れが妨げられず、また、堰き止められない効果がある。その結果、リードフレーム1に、充填樹脂4に気泡を入れずにモールド成型することが可能になり、半導体発光装置用リードフレームの品質を良くできる効果がある。
以上の、リードフレーム1への充填樹脂4のモールド処理により、図1〜図6に示すように、LEDチップ10を搭載する1乃至複数箇所のパッド部2と、LEDチップ10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2aとを同一平面に備えた半導体発光装置用リードフレームを得る。
また、充填樹脂4は、その添加剤により屈折率nを2以上にし、充填樹脂4の光屈折率n1と透明樹脂5の光屈折率n2との関係を、n1>n2にする。その屈折率差により、充填樹脂4と透明樹脂5との境界面における高い光反射性が得られる効果がある。屈折率の差が大きいほど高い光反射を行える。通常の樹脂の屈折率は概ね2以下であり、樹脂だけで屈折率差を大きくするには限界が有るが、充填樹脂4に、添加剤として、SiO2 、TiO2 、Al23 、酸化ジルコニウム、セラミック材、又はそれらの混合物などの微粒子を添加し、主体樹脂に対する添加剤の混合比率を例えば1%〜20%、若しくはそれ以上添加することで、充填樹脂4の屈折率を2以上にし、透明樹脂5との屈折率差を大きくすることができる。それにより、充填樹脂4と透明樹脂5との境界面における高い光反射性が得られる効果がある。
このように、充填樹脂4に高い光反射率を持たせることで、LEDチップ10から発せ
られた光を効率よく外部に放出させることが可能となる。さらに充填樹脂4の表面に、光反射率の優れたセラミックインクなどをコーティングすることも、LEDチップ10から発せられた光を効率よく利用する上で好ましい。
(LEDチップの搭載)
こうして得た半導体発光装置用リードフレームのパッド部2の上面に、例えば導電接着剤によりLEDチップ10を貼着(ダイボンド)し、その後にワイヤーボンダーにより、LEDチップ10の上面の端子と他方のリード部2aの上面の電気的接続エリアCに金線等のワイヤーWをワイヤーボンディングすることで、LEDチップ10とリードフレーム1を電気接続する。こうして、導体発光装置用リードフレームにLEDチップ10が搭載された半導体発光装置を製造する。
(透明樹脂のモールド成型)
次に、図8のように、LEDチップ10を半導体発光装置用リードフレームに搭載した半導体発光装置に対し、金型を用いた樹脂モールド成型を行うことで、図1(c)のように、パッド部2の半導体発光素子搭載用表面Aより上面側、及びリード部2aの電気的接続エリアCより上面側のLEDチップ10と、電気的接続エリアCにボンディングした金線のワイヤーWと、光反射リング4aを被覆する透明樹脂5を形成する。
透明樹脂5は、光透過性のあるアクリル系樹脂(ポリメタメチルアクリレート樹脂)などの透明性の良好な樹脂を用いる。それにより、LEDチップ10が透明樹脂層5の層内に埋設された状態で発光する際に、LEDチップ10から発せられた光が透明樹脂5から外側に出射するにあたり高い光利得性を持たせることができる。なお、図1(c)では、透明樹脂5は層状に形成しているが、ドーム状に形成しても構わない。
以下、本発明の実施例について説明する。
図7(b)のように、銅合金の金属板1aの表面に光沢Niめっきの下地めっき層1dを形成し、その下地めっき層1dの表層に銀めっき層1bを形成し、その銀めっき層1bの表側に、X成分としてZn,Au,Pd,Mg,Ce,Rh,Cu,In,Sn,Cd,Pb,その他の金属の各々を、0.05wt%から5wt%以上の種々の割合の濃度で含有させた各種のX成分を用いたAg−X合金めっき層1cを積層形成したサンプル群を作製した。
図9に、銀めっき層1b上のAg−X合金めっき層1cの含有するX成分をZn,Au,Pd,Mg,Ce,Rh,Cu,In,Snの何れかにした場合において、Ag−X合金めっき層1cの含有するX成分の濃度を変えて得たリードフレーム1のサンプルの特性の実験結果を、X成分の濃度を縦軸にし、Ag−X合金めっき層1cの厚さを横軸にしたグラフ上に示す。すなわち、図9のグラフにより、Ag−X合金めっき層1cを形成したリードフレーム1のサンプルの、大気中の硫黄成分に対する耐硫化性の改善効果の有無を実験により調査した結果と、サンプルの表面にワイヤーWをワイヤーボンディングした場合のワイヤーWとリードフレーム1の表面との接合強度のワイヤーボンディング性を実験した結果のリードフレーム1の性能を、Ag−X合金めっき層1cの厚さ及びX成分の濃度の関数としてあらわした。
図9に示すように、Ag−X合金めっき層1cの厚さの推奨値はX成分の重量%に応じてて変わるが、X成分の濃度が0.1wt%以上5wt%以下の場合に、Ag−X合金めっき層1cの厚さが0.02μm以上3μm以下の厚さにおいて、概ね良好な特性が得られた。すなわち、その条件においては、耐硫化性が改善され、また、ワイヤーボンディング性が維持された。
この実験の結果は、第1のX成分として、Zn,Au,Pd,Mg,Ceを用いた場合に、図9における特性が良好な有効領域の範囲が広くなり、耐硫化性効果が大きかった。次に、第2のX成分としてRh,Cu,In,Snを用いた場合、第1のX成分の場合に比べると有効領域の広さが劣るものの、有効領域の広さが広がる効果があった。
次に有効領域の広さが広い第3のX成分はCd,Pbを用いた場合であり、それ以外の金属では有効領域の広さが狭くなった。
すなわち、実験の結果、有効領域が広くなり耐硫化性の効果が大きい金属の効果の大きい順は,Zn,Au,Pd,Mg,Ce>Rh,Cu,In,Sn>Cd,Pb>その他の金属、の順になる知見を得た。
また、実験の結果、銀光沢剤のCeを、他のX成分の元素と一緒に添加することで光沢を改善することができる格別な効果があることがわかった。
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、光反射リング4aは、充填樹脂4で一体成型せずに、別途形成した光反射リング4aをリードフレームに貼り合わせて半導体発光装置用リードフレームを形成しても良い。あるいは、光反射リング4aを形成しない半導体発光装置用リードフレームを形成することも可能である。
1・・・リードフレーム
1a・・・金属板
1b・・・銀めっき層
1c・・・Ag−X合金めっき層
1d・・・下地めっき層
1e・・・下面銀めっき層
1f・・・下面Ag−X合金めっき層
2・・・パッド部
2a・・・リード部
3、3a・・・放熱部
4・・・充填樹脂
4a・・・光反射リング
5・・・透明樹脂
10・・・LEDチップ(半導体発光素子)
20・・・吊りバー
30・・・タイバー
40・・・上金型
40a・・・光反射リング用凹部
41・・・下金型
42・・・注入口
43・・・凹部
50・・・上金型
A・・・半導体発光素子搭載用表面
B・・・放熱用裏面
BX、BY・・・個片への分割線
C・・・電気的接続エリア
D・・・放熱用裏面
E・・・段差状部又はテーパー状部
E1・・・テーパー状部(又は角面取り部)
LE・・・半導体発光装置
W・・・ワイヤー
Z・・・1単位フレーム

Claims (4)

  1. 半導体発光素子を搭載するパッド部と、前記半導体発光素子とワイヤーボンディングにより電気接続するリード部とを有するリードフレームであって、該リードフレームの前記半導体発光素子側の表面に銀めっき層と、該銀めっき層の上に銀合金めっき層が積層され、前記銀合金めっき層は、Zn,Au,Pd,Mg,Rh,Cu,In,Snのうち一つ以上とCeとを含有し、前記銀合金めっき層の厚さを下層である前記銀めっき層の厚さより薄くしたことを特徴とする半導体発光装置用リードフレーム。
  2. 請求項1記載の半導体発光装置用リードフレームであって、前記銀合金めっき層の前記、Zn,Au,Pd,Mg,Rh,Cu,In,Snのうち一つ以上とCeとの含有量が0.1wt%以上5wt%以下であり、前記銀合金めっき層の厚さを0.02μm以上3μm以下の厚さに形成したことを特徴とする半導体発光装置用リードフレーム。
  3. 請求項1又は2に記載の半導体発光装置用リードフレームであって、前記パッド部と前記リード部との間の空隙部分に樹脂が充填されて成ることを特徴とする半導体発光装置用リードフレーム。
  4. 請求項1乃至3の何れか一項記載の半導体発光装置用リードフレームを用いた半導体発光装置であって、前記パッド部に半導体発光素子を搭載し、前記半導体発光素子と前記半導体発光素子側の前記リード部の表面とをワイヤーボンディングにより電気接続したことを特徴とする半導体発光装置。
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