JP5432045B2 - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はＬＥＤ等の半導体発光素子を備えた発光装置及びその製造方法に関するものであり、詳しくは放熱特性が良く、小型、薄型化が可能な半導体発光装置の構成及びその製造方法に関する。
近年、ＬＥＤ発光素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においても半導体発光装置として、ＬＥＤ発光装置を実施形態として説明する。
特に近年、放熱特性と薄型小型を目的として、放熱特性に優れた金属板上に直にＬＥＤを実装し、この金属板を出力電極として用いる構成のＬＥＤ発光装置が提案されている。（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３）
以下従来の金属板方式のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
図８は，特許文献１における従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。図８においてＬＥＤ発光装置１００は、ＬＥＤ１０１を実装する第１金属板１０２と、ＬＥＤ１０１の電極をワイヤー１０６によってワイヤーボンディングする電極用の第２金属板１０３を有し、ＬＥＤ１０１の実装面側を封止樹脂１０７で封止した構成となっている。そして第１金属板１０２と、第２金属板１０３との間は封止樹脂7によって接続一体化されている。
図９、図１０、図１１は特許文献２における従来のＬＥＤ発光装置を示し、図９はリードフレームの平面図、図１０はＬＥＤを実装したリードフレームの平面図、図１１は、ＬＥＤ発光装置の断面図であり、趣旨を逸脱しない範囲で簡素化している。図９はリードフレーム２１０の平面図であり、型抜き加工によって第１金属板２１２と、第２金属板２１３が形成され、第１金属板２１２と第２金属板２１３には各々接続電極板２１４が形成されている。
なお、図９は多数個同時生産するための構成を示しており、第１金属板２１２と第２金属板２１３と接続電極板２１４によるＬＥＤ発光装置用のセット部材が複数個形成され、接続フレームによって接続された状態を示している。
図１０は図９のリードフレーム２１０にＬＥＤ１を実装した状態を示す平面図であり、第１金属板２１２にＬＥＤ１をダイボンディングした後、ワイヤー６によって第１金属板２１２と第２金属板２１３に電気的接続を行い、点線で示す封止樹脂２０７で封止した状態である。なおＬＥＤ１の周辺に点線で示す封止樹脂２０７ａはＬＥＤ発光装置２００（後述する）の封止範囲を示している。
図１１はＬＥＤ発光装置２００の製造工程を示す断面図であり、図１１（ａ）は図１０の点線で示す封止樹脂２０７ａの部分を切断分離したＡ−Ａ断面図、図１１（ｂ）は接続電極板２１４を下面側に曲げ加工を行ってＬＥＤ発光装置２００の外部回路への接続電極としている。また図１１（ｃ）はＬＥＤ発光装置２００の側面図であり、内部にＬＥＤ１やリードフレームを点線で示している。すなわち切断分離工程において切断された状態において、接続フレームの一部が切断面２１５として側面に露出している。
図１２、図１３で特許文献３における従来のＬＥＤ発光装置を説明する。図１２は金属ベースの構成を示し、図１２（ａ）は金属ベース３１０の平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す金属ベース３１０のＢ−Ｂ断面図である。金属ベース３１０には整列した島状の凸部３１０ａとその間の凹部３１０ｂが設けられ、裏面側の底部３１０ｃで一体化されている。
図１３はＬＥＤ発光装置３００の製造工程を示す断面図であり、図１３（ａ）は３個の凸部３１０ａにＬＥＤ１を実装した状態であり、ＬＥＤ１は銀ペースト等のマウント材３２０によって金属ベース３１０に固定され、ワイヤー６によって周囲の凸部３１０ａにワイヤーボンディングされている。この状態においては各凸部３１０ａは全て底部３１０ｃによって電気的に短絡状態にある。
図１３（ｂ）は金属ベース３１０のＬＥＤ１の実装側を封止樹脂３０７で封止した状態を示しており、この状態において裏面側より点線Ｃで示す位置まで、研削加工を行うことによって図１３（ｃ）に示す状態となる。すなわち研削加工によって底部３１０ｃが削られ、凹部３１０ｂの一部まで削られることによってＬＥＤ１を実装した凸部３１０ａ１とワイヤーボンディングされた凸部３１０ａ２とが電気的に切り離され、ワイヤーボンディングされた凸部３１０ａ２は外部への接続電極として機能する。
特開２００１−３２６２９５号公報 特開２００８−１８６９４６号公報 特開２００１−２１０７４３号公報
上記特許文献１の提案では、第１金属板１０２と第２金属板１０３とを並べて配置し、第１金属板１０２にダイボンディングしたＬＥＤ１０１の電極をワイヤー１０６によって第２金属板１０３にワヤイヤーボンディングし、ＬＥＤ１０１の実装面側を封止樹脂１０７で封止した構成となっている。しかし、第１金属板１０２と、第２金属板１０３との間は封止樹脂１０7によって接続一体化しているが、封止樹脂１０7は透明なシリコーン樹脂、または蛍光材料を混入したシリコーン樹脂であるため、シリコーン樹脂の強度では、第１金属板１０２と、第２金属板１０３との間を強固に接続することができず、このために第１金属板１０２と第２金属板１０３との形状を複雑にして、下面側に樹脂を係止するための段差部１０２ａ、１０３ａを設ける必要がある。
また特許文献２の提案では、金属板としてリードフレームを封止樹脂でモールドした後に、樹脂と金属の複合体を切断する必要があるため、ＬＥＤ発光装置の切断方法が実用上プレス加工に限定され、さらに図１０（ｃ）に示す如く、接続フレームの一部が切断面２１５として側面に露出している部分から水分が侵入してＬＥＤ発光装置としての特性を劣化させる心配がある。
さらに特許文献３の提案では、ＬＥＤ発光装置３００の完成工程において金属フレーム３１０を点線Ｃで示す位置まで、研削加工を行う必要があり、製造工程が量産に向かないという問題がある。
本発明の目的は上記問題点を解決しようとするものであり、基本的に放熱特性に優れた金属板上に直にＬＥＤを実装し、この金属板を出力電極として用いる構成を採用しながら、量産性及び信頼性に優れたＬＥＤ発光装置及び、その製造方法を提供するものである。
半導体発光装置の製造方法において、第１金属板を位置決する第１凹部と、第２金属板を位置決する第２凹部とを有する位置決め枠に、各々第１金属板と第２金属板とを載置する工程と、載置された第１金属板と第２金属板との上面に粘着板を貼り付けて、第１金属板と第２金属板とを位置決め転写する工程と、粘着板上の第１金属板と第２金属板の間に接続樹脂を流し込んで、第１金属板と第２金属板とを樹脂接着して略平面形状のベース基板を形成する工程と、前記ベース基板の第１金属板上に半導体発光素子をダイボンディングする工程と、半導体発光素子の電極を前記第２金属板にワイヤーボンディングする工程と、前記ベース基板の半導体発光素子実装面側を封止樹脂で封止する工程とを有することを特徴とする。
前記位置決め枠は複数の第１凹部及び第２凹部の組み合わせを有する大判の位置決め枠であり、大判の粘着板上に複数の第１金属板と第２金属板の組合わせを位置決め転写する工程と、すべての第１金属板と第２金属板間に接続樹脂を流し込んで、大判のベース基板を形成する工程と、各第１金属板と第２金属板の組み合わせに半導体発光素子をダイボンディングする工程と、各半導体発光素子の電極を前記第２金属板にワイヤーボンディングする工程と、前記大判ベース基板の半導体発光素子実装面側を封止樹脂で封止して複数の半導体発光装置を形成する工程と、各半導体発光装置間を接続樹脂の部分で切断して複数の半導体発光装置に切断分離する工程とを有すると良い。
上記製造方法によれば、大判の位置決め枠と、大判の粘着板を用いて複数の第１金属板と第２金属板の位置決め固着を行うことによって、複数の半導体発光装置を量産することが可能となり、さらに各半導体発光装置間の切断分離を接続樹脂の部分で切断することができるため、切断方法に制約がなく特に量産に適している。
上記の如く本発明によれば、半導体発光素子を実装する第１金属板と、半導体発光素子の電極を接続する電極用の第２金属板との側面を固着力の強い樹脂により接続することによって、堅牢で略平面形状のベース基板を構成し、そのベース基板の金属板上にＬＥＤを実装し、蛍光粒子を混入可能な封止に適したモールド樹脂によって封止しているので、基本的に放熱特性に優れた構成を採用しながら、量産性及び信頼性に優れたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
また本発明の製造方法によれば、大判の位置決め枠と、大判の粘着板を用いて複数の第１金属板と第２金属板の位置決め固着を行うことによって、複数の半導体発光装置を量産することが可能となり、さらに各半導体発光装置間の切断分離を接続樹脂の部分で切断することができるため、切断方法に制約がなく特に量産に適している。
本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の裏面側の平面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の集合基板方式による製造方法を示す断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の集合基板方式による製造方法を示す断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の集合基板方式による製造方法を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図６に示すＬＥＤ発光装置の裏面側の平面図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。 従来のＬＥＤ発光装置を構成するリードフレームの平面図である。 図９に示すリードフレームにＬＥＤを実装した平面図である。 図１０に示すリードフレームを用いたＬＥＤ発光装置の製造工程を示す断面図である。 従来のＬＥＤ発光装置を構成する金属ベースを示し、図１２（ａ）は金属ベースの平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す金属ベースのＢ−Ｂ断面図である。 図１２に示す金属ベースを用いたＬＥＤ発光装置の製造工程を示す断面図である。
（第１実施形態）
以下図面により、本発明の第１実施形態を説明する。図１と図２は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示すものであり、図１はＬＥＤ発光装置の断面図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置の裏面側の平面図を示すものである。
図１においてＬＥＤ発光装置１０は、第１金属板２と第２金属板３とが固着力の強い樹脂材、例えばエポキシ樹脂（又はシリコーン樹脂）等よりなる接続樹脂４により接続することによって、堅牢で略平面形状のベース基板５を形成している。そして第１金属板２の上にＬＥＤ１が実装され、ＬＥＤ１の電極がワイヤー６によって第２金属板３にワイヤーボンディングされ、さらに透明または蛍光粒子を混入した蛍光樹脂である封止樹脂７によって封止されている。
なお、この封止樹脂７としては蛍光粒子の混入や加工性を考慮してシリコーン樹脂等が使用されている。
図２に示す如くＬＥＤ発光装置１０の底面側はＬＥＤを実装した第１金属板２とワイヤーボンディングされた第２金属板３の裏面が露出しており、この第１金属板２及び第２金属板３を外部回路へ電気的に接続することによって、ＬＥＤ１を点灯駆動すると共に、ＬＥＤ１からの発熱を熱容量の大きい第１金属板２を通して外部に放出することができる。
（第１実施形態によるＬＥＤ発光装置の製造方法）
次に図３から図５により図１に示すＬＥＤ発光装置１０の製造方法を説明する。図３は位置決め枠を用いて第１金属板２と第２金属板３とを所定の間隔に位置決め保持するまでの工程、図４はベース基板を作成し、ＬＥＤ１を実装するまでの工程、図５は封止樹脂による封止後、切断分離して複数のＬＥＤ発光装置を完成させるまでの工程をそれぞれ示している。
図３（ａ）は樹脂製または金属製よりなる位置決め枠２０の断面図であり、複数の第１金属板２を位置決めする第１凹部２１と第２金属板３を位置決めする第２凹部２２とを有している。図３（ｂ）は位置決め枠２０の第１凹部２１と第２凹部２２とに、それぞれ第１金属板２と第２金属板３とをはめ込んで位置決めした状態を示している。
図３（ｃ）は位置決め枠２０の第１凹部２１と第２凹部２２とに、それぞれ位置決めされた、第１金属板２と第２金属板３の上に粘着板３０を乗せることにより、第１金属板２と第２金属板３とを粘着板３０側に粘着させた状態を示す。
図３（ｄ）は第１金属板２と第２金属板３とを粘着させた粘着板３０を位置決め枠２０から取り外した状態を示し、この状態では粘着板３０の上に第１金属板２と第２金属板３とが、位置決め枠２０の第１凹部２１と第２凹部２２とによって位置決めされた所定の間隔に配列されている。
図４（ｅ）は図３（ｄ）の第１金属板２と第２金属板３とを粘着させた粘着板３０を成型枠４０にはめ込んだ状態を示し、この成型枠４０内において第１金属板２と第２金属板３との間に接続樹脂４を注入して固化させることにより第１金属板２と第２金属板３とを固着して大判ベース基板５Ｌを構成する。図４（ｆ）は成型枠４０から固着板３０に固着された大判ベース基板５Ｌを取り出した状態を示し、図４（ｇ）は粘着板３０を剥離した大判ベース基板５Ｌの完成状態を示す。さらに図４（ｈ）は第１金属板２にＬＥＤ１を実装し、ＬＥＤ１の電極を第１金属板２と第２金属板３とにワイヤー６によってワイヤーボンディングした状態を示す。
図５（ｉ）は複数のＬＥＤ１を実装した大判ベース基板５Ｌの全面を封止樹脂７で被覆した状態を示し、図５（ｊ）は大判ベース基板５Ｌの上に形成された２個の隣接するＬＥＤ１、すなわちＬＥＤ１ａの第２金属板３と、隣接するＬＥＤ１ｂの第１金属板２との間の接続樹脂４の中心位置をスクライバー５０によって切断分離する。同様にＬＥＤ１ｂと隣接するＬＥＤ１ｃ間、及びＬＥＤ１ｃと隣接するＬＥＤ１ｄ間を各々スクライバー５０により全て切断分離することによって、図５（ｋ）に示すように複数のＬＥＤ発光装置１０が量産される。
（第２実施形態）
次に図６、図7により、本発明の第２実施形態を説明する。図６と図７は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示すものであり、図６はＬＥＤ発光装置の断面図、図７は図６に示すＬＥＤ発光装置の裏面側の平面図を示すものである。なお、図６、図７に示すＬＥＤ発光装置７０は、図1及び図２に示すＬＥＤ発光装置１０と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。
第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置７０が第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と異なる部分は、第１金属板７２と第２金属板７３の形状であり、第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０の第１金属板２と第２金属板３の形状が、矩形形状であったのに対し、第１金属板７２と第２金属板７３の形状は、おのおの突起部７２ｔ、７３ｔを有することである。
すなわち、ＬＥＤ発光装置７０の第１金属板７２と第２金属板７３の形状は、おのおの突起部７２ｔ、７３ｔを有することによって、接続樹脂４との結合面積の増加と形状変化によるアンカー効果により、より強固な結合を行うことができるため、ベース基板５の強度が高まり、実装の安定性を高めることができる。
なお、第１金属板７２と第２金属板７３の変形形状は、実施例の突起部７２ｔ、７３ｔの形状に限定されるものではなく、凹凸形状の組み合わせや、円弧形状の組み合わせ等、より強固な結合力を得るための変形を含むものである。
上記の如く本発明におけるＬＥＤ発光装置は、放熱性に優れた金属板を結合力の強い樹脂によって結合一体化してベース基板を構成し、この強固なベース基板を用いてＬＥＤの実装を行い、また透明性や蛍光材料の混入性に優れた封止樹脂を用いて封止を行うという最適材料の使い分けを行うことで、放熱性に優れ、かつ薄型小型化が可能なＬＥＤ発光装置を提供するものである。
なお、各実施形態においてＬＥＤの電極と電極用の第２金属板との接続をワイヤーボンディングで行う形態を例示したが、これに限定されるものではなく、フリップチップ実装で行うことも可能なことは当然である。さらに第１金属板と第２金属板を同一形状の共通部品にすると部品点数の削減及び、位置決め枠に配置する工程が簡素化し、さらに形状が正方形であれば、さらにこの工程が簡素化する。
１、１ａ，１ｂ，１ｃ、１ｄ ＬＥＤ
２、７２、１０２，２１２ 第１金属板
３、７３、１０３、２１３ 第２金属板
４ 接続樹脂
５ ベース基板
５Ｌ 大判ベース基板
６ ワイヤー
７、１０７，２０７，２０７ａ、３０７ 封止樹脂
１０，７０、１００，２００，３００ ＬＥＤ発光装置
２０ 位置決め枠
２１ 第１凹部
２２ 第２凹部
３０ 粘着板
４０ 成形型
５０ スクライバー
２１０ リードフレーム
２１４ 接続電極板
２１５ 切断面
３１０ 金属ベース
３１０ａ 凸部
３１０ｂ 凹部
３１０ｃ 底部
３２０ マウント材

Claims (2)

  1. 第１金属板を位置決する第１凹部と、第２金属板を位置決する第２凹部とを有する位置決め枠に、各々第１金属板と第２金属板とを載置する工程と、載置された第１金属板と第２金属板との上面に粘着板を貼り付けて、第１金属板と第２金属板とを位置決め転写する工程と、粘着板上の第１金属板と第２金属板の間に接続樹脂を流し込んで、第１金属板と第２金属板とを樹脂接着して略平面形状のベース基板を形成する工程と、前記ベース基板の第１金属板上に半導体発光素子をダイボンディングする工程と、半導体発光素子の電極を前記第２金属板にワイヤーボンディングする工程と、前記ベース基板の半導体発光素子実装面側を封止樹脂で封止する工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
  2. 前記位置決め枠は複数の第１凹部及び第２凹部の組み合わせを有する大判の位置決め枠であり、大判の粘着板上に複数の第１金属板と第２金属板の組合わせを位置決め転写する工程と、すべての第１金属板と第２金属板間に接続樹脂を流し込んで、大判のベース基板を形成する工程と、各第１金属板と第２金属板の組み合わせに半導体発光素子をダイボンディングする工程と、各半導体発光素子の電極を前記第２金属板にワイヤーボンディングする工程と、前記大判ベース基板の半導体発光素子実装面側を封止樹脂で封止して複数の半導体発光装置を形成する工程と、各半導体発光装置間を接続樹脂の部分で切断して複数の半導体発光装置に切断分離する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
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