JP5672714B2 - Led発光素子用リードフレームの製造方法 - Google Patents

Led発光素子用リードフレームの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)発光素子(LEDチップ)を搭載するLED発光素子用リードフレームの製造方法に関する。
半導体集積回路やLED発光素子等の電子素子を搭載するためのリードフレームは、Fe−NiやCu−Ni−Sn等の合金薄板からなるリードフレーム用金属材料を、その片面または両面から塩化第二鉄等のエッチング液を用いてフォトエッチング加工をして製造される。このようにして製造されるリードフレームは、半導体集積回路やLED素子を搭載するためのパッド部と、該パッド部とは絶縁状態に離反され、LED発光素子との接続及び外部基板との電気的接続を行なうリード部とを備えた構成とされる。
従来、上記のようなLED発光素子を搭載するリードフレームとしては、光を効率的に取り出すべく、LED発光素子から放射された光を反射するリフレクター部を備えたものが知られている。このリフレクター部は、LED発光素子を周囲から取り囲むように配置されたすり鉢状をなしており、LED発光素子の設置箇所から離間するに従って拡径する円錐面状の反射面を備えている。この反射面によってLED発光素子から放射された光を反射することにより、光の利用効率の向上が図られる。
このようなリフレクター部は、形成方法によってその構成が異なるが、LED発光素子から発せられた光を外部に多く放出すべく、反射面に対してメッキ加工を施したものや、該反射面に対して高反射性を有するセラミックインクを塗布したものがある。
このリフレクター部を有するリードフレームを簡便かつ安価に作製する方法は広く検討されており(例えば特許文献1〜3参照)、照明を初め電子部品等に広く利用されている。
特開2006−245032号公報 特開2006−253229号公報 特開2006−13144号公報
ところで、上記従来のリフレクター部を備えたリードフレームにおいては、パッド部及びリード部を備える部材は金属材料で成形される一方、反射面を有するリフレクター部は例えばセラミックス等の絶縁材料を用いて別途成形される。そして、これらを接着剤等で張り合わせることによって、LED発光素子用リードフレームを製造している。
また、他の製造方法として、上記パッド部、リード部及びリフレクター部を同一の金属材料から一体的に成形する手法もある。この場合、これらパッド部、リード部及びリフレクター部を電気的に独立させるため、予め金属材料に絶縁材料を接着剤等で張り合わせた複合基板を作製し、当該複合基板に対してプレス工法を施すことによってリードフレームを製造する。したがって、使用する材料点数及び工程数が多くなり生産コストが増加してしまうという問題がある。
さらに、上記2つの製造方法では、いずれも接着剤を用いた張り合わせを含んでいるため、当該張り合わせ部分における剥離等が生じるおそれがあり、製品としての信頼性に乏しいという欠点があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、信頼性を向上させることができるとともに生産コストを低廉に抑えることが可能なリフレクター部を備えたLED発光素子用リードフレームの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係るLED発光素子用リードフレームの製造方法は、LED発光素子が搭載される搭載面を有するパッド部と、前記LED発光素子と電気的に接続される接続面を有するリード部と、前記搭載面と前記接続面とを環状に取り囲むとともに、これら搭載面及び接続面から離間するに従って漸次拡径する円錐面状の反射面を備えたリフレクター部と、前記パッド部、前記リード部及び前記リフレクター部との間にトランスファーモールド法により充填された絶縁樹脂とを備え、前記パッド部、前記リード部及び前記リフレクター部が同一の金属材料から成形されているLED発光素子用リードフレームの製造方法であって金属板の第一面に施した第一パターン加工によって凹溝を形成し、該凹溝により前記金属板の前記第一面側にパッド部形成領域、リード部形成領域及びリフレクター部形成領域を区画形成する第一パターン工程と、前記凹溝に前記絶縁樹脂をトランスファーモールド法により充填する樹脂充填工程と、前記第一面の反対側の第二面に第二パターン加工を施すことにより円錐台形状の凹部を形成して前記絶縁樹脂を露出させる第二パターン工程とを備えることを特徴とする
このような特徴のLED発光素子用リードフレームの製造方法によれば、パッド部、リード部及びリフレクター部を同一の金属材料により一度に成形することができるため、生産性を向上させることができる。また、熱伝導性の高い金属を用いることで放熱性を向上させることが可能となる。
また、パッド部、リード部及びリフレクター部の間には絶縁樹脂が充填されており、即ち、この充填された絶縁樹脂によってパッド部、リード部及びリフレクター部が電気的に独立されるとともに固定一体化された構成のため、絶縁状態を維持しながら各部材の一体性を高めることができる。したがって、これら各部材が互いに剥離することはなく、耐久性を高めて信頼性を向上させることが可能となる。
このような特徴のLED発光素子用リードフレームの製造方法によれば、第一パターン加工工程、樹脂充填工程及び第二パターン加工工程の3点の工程でもって、上記LED発光素子用リードフレームを確実かつ簡便に製造することができる。したがって、生産コストを低減させながら、信頼性の優れたLED発光素子用リードフレームを製造することが可能となる。特に、接着剤を用いた接合工程を含まないでため、リフレクター部が剥離等することなく、耐久性を向上させることが可能となる。
また、本発明に係るLED発光素子用リードフレームの製造方法においては、前記第一パターン工程が、前記第一面における前記パッド部形成領域、前記リード部形成領域及び前記リフレクター部形成領域を形成すべき箇所にレジストを塗布した後に、該レジストをマスクとして施すエッチング処理を行う工程であるが好ましい。
これによって、パッド部、リード部及びリフレクター部となるパッド部形成領域、リード部形成領域及びリフレクター部形成領域を容易かつ確実に形成することができる。
さらに、本発明に係るLED発光素子用リードフレームの製造方法においては、前記第二パターン工程が、前記第二面における前記凹部を形成すべき箇所の周囲にレジストを塗布した後に、該レジストをマスクとして施すエッチング処理を行う工程であることが好ましい。
これにより、反射面を備えた凹部を容易かつ確実に形成することができる。
本発明に係るLED発光素子用リードフレーム及びLEDパッケージによれば、リフレクター部の剥離等を防止することができるため、製品としての信頼性を向上させることができる。また、パッド部、リード部及びリフレクター部を同一の金属材料を用いて一度に成形することができるため、生産性を向上させることができる。
また、本発明に係るLED発光素子用リードフレームの製造方法によれば、上記のように信頼性の高いLED発光素子用リードフレームを簡便かつ確実に製造することができる。
実施形態に係るLED発光素子用リードフレームの上面図である。 実施形態に係るLED発光素子用リードフレームの下面図である。 (a)は図1のX1−X1断面図、(b)は図1のX2−X2断面図である。 図1のY−Y断面図である。 実施形態に係るLEDパッケージにおける図1のYーY断面図に対応する図である。 LED発光素子用リードフレームの製造方法における第一パターン加工工程及び樹脂充填工程を説明する図である。 LED発光素子用リードフレームの製造方法における第二パターン加工工程を説明する図である。 多面付けリードフレームの平面図である。
以下、実施形態に係るLED発光素子用リードフレーム、LEDパッケージの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1から図4に示すように、LED発光素子用リードフレーム(以下、単にリードフレームと称する)80は、パッド部2と、リード部3と、リフレクター部4と、絶縁樹脂5とから構成されている。
パッド部2は、金属合金製の部材であって、後述するLED発光素子10を搭載する役割を有している。このパッド部2は、上方を向く表面(上面)がLED発光素子10を搭載するための搭載面Aとされており、該搭載面Aの反対側に位置して下方を向く裏面(下面)はパッド放熱面Bとされている。これら搭載面A及びパッド放熱面Bは互いに平行をなし、それぞれ絶縁樹脂5から露呈して配されている。
該パッド放熱面Bは、LED発光素子10から発生する駆動熱や該LED発光素子10の周囲環境条件から熱を放散させる放熱部として機能する。なお、このパッド部2における搭載面Aとパッド放熱面Bとを接続する面は、パッド側面2aとされている。
リード部3は、パッド部2と同一の金属合金製の部材であって、LED発光素子10に電力を供給する回路としての役割を備えている。このリード部3は、上記パッド部2の水平方向に所定間隔離間した位置に配置されており、本実施形態においては、パッド部2を水平方向から挟むようにして一対が配置されている。
リード部3は、上記パッド部2と同様の厚みを有しており、該リード部3の表面(上面)が、LED発光素子10に電気的に接続される接続面Cとされ、接続面Cの反対側の裏面(下面)が、リード部3において発生する熱を放熱する放熱部として機能するリード放熱面Dとされている。これら接続面C及びリード放熱面Dは互いに平行をなし、それぞれ絶縁樹脂5から露呈して配されている。なお、このリード部3における接続面Cとリード放熱面Dとを接続する面は、リード側面3aとされている。
また、図4に示すように、搭載面Aと接続面Cとはリードフレーム80の表面側において同一平面上に配置されており、パッド放熱面Bとリード放熱面Dとはリードフレーム80の裏面側において同一平面上に配置されている。
リフレクター部4は、パッド部2及びリード部3と同一の金属合金製の部材であって、外形略四角形板状をなし、その中央には板厚方向に貫通する円形孔が形成されている。この円形孔の内周面における下方側の部分は、充填された絶縁樹脂5が接触する樹脂接触内周面4aとされている。この樹脂接触内周面4aの上下方向(板厚方向)の寸法は、上記パッド部2及びリード部3と略同一とされており、この樹脂接触内周面4aの内側に上記パッド部2及びリード部3が樹脂接触内周面4aと離間した状態で配置されている。
このリフレクター部4の円形孔の内周面における樹脂接触内周面4aのさらに上方には、該樹脂接触内周面4aから一段拡径するとともに上方に向かうに従って一定の傾斜率で漸次拡径していく円錐面状の反射面4bが形成されている。なお、樹脂接触内周面4aと反射面4bとの境界における段部は、上記搭載面A及び接続面Cと略面一の環状面4cとされている。このようにして、リフレクター部4は、搭載面Aと接続面Cとの側方周囲から、これら搭載面A及び接続面Cから離間するに従って拡径する反射面4bが取り囲んだ配置関係をなしている。
なお、搭載面A、接続面C、反射面4b及び環状面4cには、メッキ層8が積層されていることが好ましい。このメッキ層8としては、銀メッキ、金メッキ、パラジウムメッキ等の中から用途に合わせて自由に選択することができるが、特に銀メッキを採用することが好ましい。また、このメッキ層8を形成するのに先立って、搭載面A、接続面C、反射面4b及び環状面4cに対して耐熱性及び熱拡散性に優れたニッケルメッキ等の下地メッキを行なってもよい。
絶縁樹脂5は、リフレクター部4における樹脂接触内周面4a内において、パッド部2及びリード部3を封止するようにして例えばトランスファーモールド法によって充填されている。これによって、リフレクター部4、パッド部2及びリード部3はそれぞれ絶縁状態にて離反して固定一体化されている。この絶縁樹脂5としては、熱伝導率上昇のためのフィラー等の添加物が混入された白色樹脂が採用されている。また、この絶縁樹脂5によって光を反射して当該光を外部に効率良く取り出すため、採用される白色樹脂としては、高い光拡散性を有するとともに、耐熱性、耐光性に優れ、高熱伝導性を備えていることが好ましい。
また、この絶縁樹脂5はパッド部2におけるパッド側面2a、リード部3におけるリード側面3a及びリフレクター部4における樹脂接触内周面4aにのみに接触しており、これにより、パッド部2の搭載面Aとリード部3の接続面Cは上方に露呈し、パッド部2のパッド放熱面Bとリード部3のリード放熱面Dとは下方に露呈している。この絶縁樹脂5における上方を向く面は、搭載面A及び接続面Cと面一かこれら搭載面A及び接続面Cよりも僅かに上方に向かって突出した樹脂表面5aとされており、絶縁樹脂5における下方を向く面は、パッド放熱面B及びリード放熱面Dと面一の樹脂裏面5bとされている。
このようにして、本実施形態のリードフレーム80は、LED発光素子10が搭載される搭載面Aを有するパッド部2と、搭載面Aと面一に配置されてLED発光素子10と電気的に接続される接続面Cを有するリード部3と、搭載面Aと接続面Cとを環状に取り囲み、これら搭載面A及び接続面Cから離間するに従って、即ち、上方に向かうに従って漸次拡径する円錐面状の反射面4bを備えたリフレクター部4と、パッド部2、リード部3及びリフレクター部4との間にそれぞれ充填された絶縁樹脂5とを備えた構成とされている。換言すれば、リードフレーム80の上部に反射面4bを備えた凹部70が形成され、当該凹部70の底面に搭載面A及び接続面Cが配置された構成とされている。
次に実施形態に係るLEDパッケージ100について図5を参照して説明する。
図5に示すように、LEDパッケージ100は、上記説明したリードフレーム80と、LED発光素子10と、透明樹脂12とを備えている。
LED発光素子10は、搭載面A上に搭載されるとともに一対のリード部3の接続面Cに対して金属製のワイヤー10aを介したワイヤーボンディングにより電気的に接続されており、リード部3に通電されることにより電力供給を受けて発光するように構成されている。なお、このLED発光素子10はワイヤーボンディングにより接続面Cに接続される他、LED発光素子10に形成された接続用電極及び半田等を介したチップボンディングによって接続面Cに接続される構成であってもよい。
また、透明樹脂12は、リフレクター部4の反射面4bの内側、即ち、反射面4bを内周面、樹脂表面5aを底部とした凹部70内に層状に充填された樹脂であって、搭載面A、接続面C及びLED発光素子10を封止する役割を有している。
本実施形態においては、透明樹脂12として、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフタルアミド等を用いることができ、これらのうちの2種又は3種以上の混合系を用いてもよい。
なお、当該透明樹脂12は透明な樹脂から構成されているため、LED発光素子10を封止したとしてもLED発光素子10から放射される光を外部に導くことができるようになっている。また、この透明樹脂12は層状に限られず、例えばドーム状であってもよい。
次に、実施形態に係るリードフレーム80及びLEDパッケージ100の製造方法について図6及び図7を参照して説明する。
まず、Fe−Ni等の合金薄膜やCu−Ni−Sn等の合金薄膜からなるリードフレーム用金属材料としての金属板20を用意する(図6(a))。そして、この金属板20に対して第一パターン加工工程を施す。
この第一パターン加工工程としては、まず、金属板20の第一面(図6における上側を向く面)20aにフォトレジスト(感光性樹脂)を塗布してレジスト層21を形成し、当該レジスト層21へのパターン露光、現像処理及び必要に応じて硬膜処理を施すことによって、所定のレジストパターンを形成する。この際、第一面20aの反対側に位置する第二面20bにもレジスト層21を形成してもよい。
次いで、塩化第二鉄等のエッチャントを用いて、レジスト層21の非形成部分に対してフォトエッチング加工を施す。これにより、金属板20の第一面に所定の凹溝22が形成されるとともに、この凹溝22によって、パッド部2を形成すべき箇所にパッド部形成領域23、リード部3を形成すべき箇所にリード部形成領域24、及び、リフレクター部4を形成すべき箇所にリフレクター部形成領域25がそれぞれ区画形成され(図6(c)参照)、第一パターン加工工程が終了する。
その後、樹脂充填工程として、凹溝22内に、トランスファーモールド等の工法を用いて絶縁樹脂5を金属板20の第一面20aと面一になるまで充填する。この絶縁樹脂5としては、高反射率、高耐熱性、高耐光性を維持するためのフィラー等の添加剤が含有された組成のエポキシ樹脂等の白色樹脂を採用することが望ましい。
この絶縁樹脂5が硬化した後、第一面20aに対して腐食防止用のフィルム26を塗布し金属板20を反転させるとともに、第二面20bに対して第二パターン加工工程を施す。この第二パターン加工工程としては、まず、金属板20の第二面20bにおける外縁部にレジスト層27を塗布する(図7(a))。
そして、第二面20bにおけるレジスト層27の非形成部分に対して、塩化第二鉄や酸第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工し、金属板20を第二面20b側から溶解して凹部70を形成する。このエッチング加工は、絶縁樹脂5が第二面20b側に露出するまで施される。これによって、パッド部形成領域23、リード部形成領域24及びリフレクター部形成領域25がそれぞれ絶縁樹脂5によって電気的に独立させられ、それぞれパッド部2、リード部3及びリフレクター部4が形成される。また、このリフレクター部4には、パッド部2の搭載面A及びリード部3の接続面Cから上方に向かって広がるように設計された円錐面状をなす反射面4bが形成される(図7(b))。
その後、搭載面A、接続面C及び反射面4bに対して銀メッキ等のメッキ加工を施してメッキ層8を形成する(図7(c))。この際、耐熱拡散性に優れたNiメッキ等の下地メッキを行ってもよい。そして、第二面20bのレジスト層27と第一面20aのフィルム26を除去することで、図4に示すリードフレーム80が完成する。
次いで、このリードフレーム80を用いてLEDパッケージ100を製造する際には、搭載面AにLED発光素子10を搭載し、該LED発光素子10をワイヤー10aを介してリード部3の接続面Cにワイヤーボンディングを行った後、反射面4bの内側に透明樹脂12を充填し硬化させる。そこれによって、図5に示すようなLEDパッケージ100が完成する。
なお、本実施形態のLEDパッケージ100においては、LED発光素子10が透明樹脂12内に埋設された状態で発光するため、該LED発光素子10から発せられた光を透明樹脂12から外側に効率よく取り出すにあたり、高い利得性を持たせることが重要となる。そのため、透明樹脂12としては、例えば、ポリメチルアクリレート樹脂のような光透過性の高いアクリル系樹脂等を選定することが必要なのはもちろんであるが、絶縁樹脂5及びメッキ層8表面との密着が高いことが望ましい。
このように製造されるリードフレーム80及びLEDパッケージ100においては、図5に示すように一対のリード部3に通電してLED発光素子10に電力を供給すると、LED発光素子10が発光する。これによりLED発光素子10から放射される光は、直接的に正面方向(図5おける上方向)に進行し、又は、反射面4bにおける反射を介して正面方向に進行する。
そして、本実施形態のリードフレーム80は、上述のようにパッド部2、リード部3及びリフレクター部4が同一の金属板20により形成されているため、一の金属板20により一度にパッド部2、リード部3及びリフレクター部4を成形することができる。これによって生産工程の簡略化を図り、リードフレーム80の生産性を向上させることが可能となる。また、熱伝導性の高い金属板20を用いてこれらパッド部2、リード部3及びリフレクター部4を成形することで放熱性を向上させることが可能となる。
さらに、パッド部2、リード部3及びリフレクター部4の間に絶縁樹脂5が充填されており、この充填された絶縁樹脂5によってパッド部2、リード部3及びリフレクター部4が電気的に独立されるとともに固定一体化された構成のため、各部材の一体性を高めることができる。したがって、これらパッド部2、リード部3及びリフレクター部4が互いに剥離することはなく、リードフレーム80の製品としての信頼性を向上させることが可能となる。
また、搭載面A、接続面C、反射面4b及び環状面4cにメッキ層8が積層されているため、光の反射率を向上させることができる。したがって、LED発光素子10から放出される光の利用効率を向上させることが可能となる。
さらに、絶縁樹脂5が白色樹脂であることから、絶縁樹脂5表面における光の反射率を向上させることができ、LED発光素子10から放出される光の利用効率をより一層向上させることが可能となる。
また、上記のリードフレーム80の製造方法によれば、第一パターン加工工程、樹脂充填工程及び第二パターン加工工程の3点の工程でもって、上記リードフレーム80を確実かつ簡便に製造することができる。したがって、生産コストを低減させながら、信頼性の優れたリードフレーム80を製造することが可能となる。
また、特に、第一パターン加工工程と第二パターン加工工程とは、一般的なフォトエッチング法にて安価に施すことができるため、リードフレーム80及びLEDパッケージ100の供給コストを低廉に抑えることが可能となる。さらに、接着剤を使用した接合等を含んでいないため、リフレクター部4の剥離の問題が生じることもない。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、LEDパッケージ100を製造するに当たっては、図8に示すように、一のパッド部2と一対のリード部3とからなる単位フレーム60が、枚葉状あるいは帯状の金属材料に対して縦横の二次元方向に多面付け配列されることで構成された多面付けリードフレーム50を用いて製造してもよい。
この場合、1単位のフレームの複数単位を多面付けして、フォトエッチングにて製造された平坦状のフレームは、片面ずつエッチングを行い、パッド部2及びリード部3を電気的に離反した状態にすべく絶縁樹脂5及び透明樹脂12によって保持する。これにより、搭載面A、パッド放熱面B、接続面C及びリード放熱面Dがそれぞれ露呈し、多面付けされたLEDパッケージ100が形成される。そして、その後、多面付けされたLEDパッケージ100を切断し、それぞれ切り離すことで1単位のLEDパッケージ100が得ることができる。これにより、より一層生産効率を向上させることができる。
2 パッド部
2a パッド側面
3 リード部
3a リード側面
4 リフレクター部
4a 樹脂接触内周面
4b 反射面
4c 環状面
5 絶縁樹脂
5a 樹脂表面
5b 樹脂裏面
8 メッキ層
10 LED発光素子
10a ワイヤー
12 透明樹脂
20 金属板
20a 第一面
20b 第二面
21 レジスト層
22 凹溝
23 パッド部形成領域
24 リード部形成領域
25 リフレクター部形成領域
26 フィルム
27 レジスト層
50 多面付けリードフレーム
60 単位フレーム
70 凹部
80 LED発光素子用リードフレーム(リードフレーム)
100 LEDパッケージ
A 搭載面
B パッド放熱面
C 接続面
D リード放熱面

Claims (3)

  1. LED発光素子が搭載される搭載面を有するパッド部と、
    前記LED発光素子と電気的に接続される接続面を有するリード部と、
    前記搭載面と前記接続面とを環状に取り囲むとともに、これら搭載面及び接続面から離間するに従って漸次拡径する円錐面状の反射面を備えたリフレクター部と、
    前記パッド部、前記リード部及び前記リフレクター部との間にトランスファーモールド法により充填された絶縁樹脂とを備え、
    前記パッド部、前記リード部及び前記リフレクター部が同一の金属材料から成形されているLED発光素子用リードフレームの製造方法であって
    金属板の第一面に施した第一パターン加工によって凹溝を形成し、該凹溝により前記金属板の前記第一面側にパッド部形成領域、リード部形成領域及びリフレクター部形成領域を区画形成する第一パターン工程と、
    前記凹溝に前記絶縁樹脂をトランスファーモールド法により充填する樹脂充填工程と、
    前記第一面の反対側の第二面に第二パターン加工を施すことにより円錐台形状の凹部を形成して前記絶縁樹脂を露出させる第二パターン工程とを備えることを特徴とするLED発光素子用リードフレームの製造方法。
  2. 前記第一パターン工程が、前記第一面における前記パッド部形成領域、前記リード部形成領域及び前記リフレクター部形成領域を形成すべき箇所にレジストを塗布した後に、該レジストをマスクとして施すエッチング処理を行う工程であることを特徴とする請求項1に記載のLED発光素子用リードフレームの製造方法。
  3. 前記第二パターン工程が、前記第二面における前記凹部を形成すべき箇所の周囲にレジストを塗布した後に、該レジストをマスクとして施すエッチング処理を行う工程であることを特徴とする請求項1又は2に記載のLED発光素子用リードフレームの製造方法。
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