JP5871254B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置及びその製造方法に関する発明である。

従来より、半導体素子の実装工程では、半導体素子を搭載部材（回路基板、リードフレーム等）にダイボンドした後に、該半導体素子の電極部と搭載部材の電極部との間をワイヤボンディングで配線するのが一般的である。

しかし、特許文献１（特許第３９９２０３８号公報）に記載されているように、ワイヤボンディングを行うときの機械的なストレスによって不良が発生する可能性があるため、ワイヤボンディングに代わる接続信頼性の高い実装構造を低コストで実現することを目的として、配線基板上に搭載した半導体素子の周囲に流動性の樹脂材料をディスペンサで吐出して、半導体素子の上面と配線基板の表面との間を傾斜面でつなぐ樹脂スロープを形成した後、半導体素子上面の電極部と配線基板の電極部との間を接続する配線パターンを、インクジェット等の液滴吐出法により樹脂スロープ上に形成する配線技術が提案されている。

上記特許文献１の実装構造では、半導体素子上面の電極部と配線基板の電極部との間の配線経路に半導体素子の高さ相当分の段差ができるため、配線パターンを液滴吐出法で形成するには、半導体素子の側面上端から配線基板上面に跨がる樹脂スロープを形成して、半導体素子上面の電極部と配線基板の電極部との間を、段差のない傾斜面で結ぶ必要がある。

そこで、搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載することで、半導体素子上面の電極部と該搭載部材の素子搭載凹部の外側に設けた電極部とを同一高さとしたものがある。このような構造に対しては、特許文献２（特開２００５−５０９１１号公報）に記載されているように、搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と半導体素子の外周側面との間の隙間（溝）に絶縁体を埋め込むことで、半導体素子上面の電極部と搭載部材の電極部との間の配線経路を平坦化して、該配線経路にインクジェット等の液滴吐出法で導電性のインクを吐出して配線を形成することが提案されている。

特許第３９９２０３８号公報 特開２００５−５０９１１号公報

搭載部材の素子搭載凹部内に搭載する半導体素子は、少し寸法が異なっても、機能的に同等の半導体素子であれば、同じ仕様の搭載部材の素子搭載凹部内に搭載可能であり、搭載部材を共通化してコストダウンが可能である。

しかし、上記特許文献２の配線技術では、半導体素子上面の電極部と搭載部材の電極部の高さ位置が同一である必要があるため、高さ寸法が異なる半導体素子に対しては、その高さ寸法に応じて素子搭載凹部の高さ寸法（搭載部材の電極部の高さ位置）が異なる搭載部材を使用する必要があり、搭載部材を共通化できない。

尚、搭載部材の素子搭載凹部の底面と半導体素子との間にスペーサを介在させて、当該スペーサの厚みを調整することで、半導体素子上面の電極部の高さ位置を搭載部材の電極部の高さ位置に合わせることが考えられるが、この方法では、スペーサが必要となり、部品数が増加すると共に、スペーサの接合等の工程を追加する必要があり、コストアップにつながる欠点がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、搭載部材の素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置において、高さ寸法の異なる半導体素子を搭載する搭載部材を共通化することが可能となり、搭載部材の共通化によるコストダウンを実現できる半導体装置及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置において、前記素子搭載凹部の側面に前記半導体素子上面の電極部と接続する電極部をその下端から上端までの高さ範囲内に前記半導体素子上面の電極部の高さが収まるように形成し、前記素子搭載凹部の側面と前記半導体素子との間の隙間に絶縁性樹脂を充填して前記半導体素子上面の電極部と前記素子搭載凹部側面の電極部との間の配線経路をその上面が前記半導体素子上面の電極部と同一高さとなるように前記絶縁性樹脂で平坦化し、前記配線経路の上面に配線を形成して前記半導体素子上面の電極部と前記素子搭載凹部側面の電極部との間を該配線で接続した構成としたものである。

この構成では、前記特許文献２のように、搭載部材の上面に電極部を形成する場合とは異なり、素子搭載凹部の側面に電極部を形成しているため、電極部の高さ位置がその下端から上端までの範囲に広がる。このため、搭載部材の素子搭載凹部内に搭載する半導体素子の高さ寸法が異なっていても、該半導体素子の高さ寸法が該素子搭載凹部側面の電極部の下端から上端までの高さ範囲内に収まっていれば、半導体素子上面の電極部と素子搭載凹部側面の電極部との間の配線経路を絶縁性樹脂で平坦化して配線することができる。これにより、高さ寸法の異なる半導体素子を搭載する搭載部材を共通化することが可能となり、搭載部材の共通化によるコストダウンを実現できる。

この場合、素子搭載凹部の側面に形成する電極部の高さ方向の幅が広くなるほど、搭載可能な半導体素子の高さ寸法の範囲が広がることを考慮して、請求項２のように、素子搭載凹部側面の電極部は、該素子搭載凹部側面の上部から下部まで延びるように形成すると良い。このようにすれば、素子搭載凹部の側面に形成する電極部の高さ方向の幅を最大にすることができ、素子搭載凹部内に搭載する半導体素子の高さ寸法が該素子搭載凹部の高さ寸法以下であれば、搭載可能である。但し、本発明は、例えば、素子搭載凹部の側面の中間部から上部に延びるように電極部を形成しても良い等、素子搭載凹部の側面に形成する電極部の高さ方向幅を素子搭載凹部側面の高さ方向幅より小さくしても良いことは言うまでもない。

また、請求項３のように、半導体素子上面の電極部と素子搭載凹部側面の電極部との間を接続する配線は、厚膜パターン又は導電板により形成するようにしても良い。いずれの構成を採用しても、半導体素子上面の電極部と素子搭載凹部側面の電極部との間の配線経路が絶縁性樹脂で平坦化されているため、配線可能である。

本発明は、上面に電極部が設けられた様々な半導体素子の搭載構造に適用可能であり、例えば、ＬＥＤ等の発光素子の搭載構造に適用しても良い。

本発明を発光素子の搭載構造に適用する場合は、請求項４のように、素子搭載凹部の側面を傾斜状に形成して、該素子搭載凹部側面の電極部が発光素子の光を反射する反射板（リフレクター）としても機能するように形成しても良い。このようにすれば、反射板付きの発光素子パッケージを低コストで製造することができる。

また、半導体素子を搭載する搭載部材は、回路基板を用いて形成しても良いし、リードフレームを用いて形成しても良い。リードフレームを用いる場合は、請求項５のように、リードフレームに素子搭載凹部を有するパッケージ本体を樹脂で成形し、該素子搭載凹部側面の電極部をリードフレームに一体に形成しても良い。このようにすれば、リードフレームの製造時に素子搭載凹部側面の電極部を一括して容易に形成できると共に、素子搭載凹部側面の電極部とリードフレームとを接続する配線手段が不要となり、半導体素子搭載パッケージを低コストで製造することができる。

或は、請求項６のように、リードフレームに素子搭載凹部を有するパッケージ本体を樹脂で成形し、該素子搭載凹部側面の電極部を、厚膜パターン又は導電板により形成し、これをリードフレームの所定位置に接続した構成としても良い。この場合、素子搭載凹部の側面を傾斜状に形成すれば、インクジェット、ディスペンサ等の液滴吐出法を用いて素子搭載凹部側面に電極部を形成できる。本発明は、素子搭載凹部の側面を傾斜させない構成としても良く、この場合でも、素子搭載凹部の側面に、めっき、エッチング、導電板の貼付のいずれかにより電極部を形成したり、或は、素子搭載凹部側面の電極部をリードフレームに一体に形成すれば良い。また、素子搭載凹部の底面にリードフレームを露出させれば、素子搭載凹部側面に形成する電極部を該素子搭載凹部の底面にまで延ばして、該電極部をリードフレームに直接接続することができ、製造も容易である。

尚、請求項７に係る発明は、請求項１に係る「半導体装置」の発明と実質的に同一の技術思想を「半導体装置の製造方法」の発明として記載したものである。

図１（ａ）は本発明の実施例１における高さ寸法の低いＬＥＤ素子の搭載例を示す主要部の縦断面図、同図（ｂ）は高さ寸法の高いＬＥＤ素子の搭載例を示す主要部の縦断面図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例１のＬＥＤパッケージの製造工程を説明する工程図である。 図３（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例２のＬＥＤパッケージの製造工程を説明する工程図である。 図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例３のＬＥＤパッケージの製造工程を説明する工程図である。

以下、本発明を実施するための形態をＬＥＤパッケージに適用して具体化した３つの実施例１〜３を説明する。

本発明の実施例１を図１及び図２を用いて説明する。
まず、図１に基づいてＬＥＤパッケージの構成を説明する。

搭載部材１１は、リードフレーム１２に素子搭載凹部１３を有するパッケージ本体１４を樹脂で成形して構成され、該素子搭載凹部１３の側面が傾斜状に形成されている。素子搭載凹部１３の底面には、リードフレーム１２の素子搭載部１２ａ（ダイパッド）が露出し、該素子搭載部１２ａ上に半導体素子であるＬＥＤ素子１５（発光素子）がダイボンド（接合）されている。ＬＥＤ素子１５の上面には、プラスとマイナスの２つの電極部１６が形成されている。

素子搭載凹部１３の傾斜状の側面には、ＬＥＤ素子１５上面の２つの電極部１６と接続する２つの電極部１７が形成されている。各電極部１７は、それぞれリードフレーム１２に一体に形成されている。この場合、素子搭載凹部１３の側面に形成する電極部１６の高さ方向の幅が広くなるほど、搭載可能なＬＥＤ素子１５の高さ寸法の範囲が広がることを考慮して、本実施例１では、素子搭載凹部１３に側面に形成する電極部１７は、該素子搭載凹部１３の側面の上部から下部まで延びるように形成され、搭載可能なＬＥＤ素子１５の高さが該電極部１７の下端から上端までの高さ範囲内に収まるように構成され、且つ、該電極部１７がＬＥＤ素子１５の光を反射する反射板（リフレクター）としても機能するように構成されている。

搭載部材１１の素子搭載凹部１３内に搭載可能なＬＥＤ素子１５は、高さ寸法が該素子搭載凹部１３の側面（電極部１７）の高さ寸法以下で且つリードフレーム１２の素子搭載部１２ａ上に搭載可能なサイズのＬＥＤ素子である。これにより、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、高さ寸法の異なる複数種のＬＥＤ素子１５を同一仕様・寸法の搭載部材１１の素子搭載凹部１３内に搭載できるようになっている。

素子搭載凹部１３の側面とＬＥＤ素子１５との間の隙間には、透明な絶縁性樹脂１８が充填され、該絶縁性樹脂１８の上面の高さ位置がＬＥＤ素子１５の電極部１６上面の高さ位置と一致することで、ＬＥＤ素子１５上面の電極部１６と素子搭載凹部１３側面の電極部１７との間の配線経路がその上面をＬＥＤ素子１５上面の電極部１６と同一高さとするように絶縁性樹脂１８で平坦化されている。そして、この配線経路の上面に配線１９が形成され、ＬＥＤ素子１５上面の電極部１６と素子搭載凹部１３側面の電極部１７との間が配線１９で接続されている。この配線１９は、液滴吐出法、印刷法、めっき法、エッチング法のいずれかで形成した厚膜パターン又は導電板の貼付により形成されている。ここで、液滴吐出法では、例えばインクジェット、ディスペンサ等で導電材料を配線経路の上面に吐出して配線１９の厚膜パターンを形成する。

尚、図示はしないが、素子搭載凹部１３内には、ＬＥＤ素子１５上面及び配線１９等を封止するように透明な封止樹脂が充填されている。

次に、上記構成のＬＥＤパッケージの製造工程を図２を用いて説明する。
まず、図２（ａ）の素子搭載凹部成形工程で、リードフレーム１２に素子搭載凹部１３を有するパッケージ本体１４を樹脂で成形して、該素子搭載凹部１３の側面を傾斜状に形成すると共に、該リードフレーム１２に一体に形成された反射板兼用の電極部１７を、該素子搭載凹部１３の側面に露出させる。

この後、図２（ｂ）のＬＥＤ素子搭載工程に進み、素子搭載凹部１３の底面に露出するリードフレーム１２の素子搭載部１２ａ上に、ＬＥＤ素子１５をダイボンド（接合）する。

この後、図２（ｃ）の絶縁性樹脂充填工程（配線経路平坦化工程）に進み、素子搭載凹部１３の側面とＬＥＤ素子１５との間の隙間に、液状の透明な絶縁性樹脂１８（例えば紫外線硬化型樹脂）を充填して硬化させ、該絶縁性樹脂１８の上面の高さ位置をＬＥＤ素子１５の電極部１６上面の高さ位置と一致させることで、ＬＥＤ素子１５上面の電極部１６と素子搭載凹部１３側面の電極部１７との間の配線経路を絶縁性樹脂１８で平坦化する。

この後、図２（ｄ）の配線形成工程に進み、ＬＥＤ素子１５上面の電極部１６と素子搭載凹部１３側面の電極部１７との間の配線経路の上面に配線１９を形成して、ＬＥＤ素子１５上面の電極部１６と素子搭載凹部１３側面の電極部１７との間を配線１９で接続する。この配線１９は、液滴吐出法、印刷法、めっき法、エッチング法のいずれかで形成した厚膜パターン又は導電板の貼付により形成する。

この後、図示はしないが、樹脂封止工程に進み、素子搭載凹部１３内に、ＬＥＤ素子１５上面及び配線１９等を封止するように透明な封止樹脂を充填する。これにより、ＬＥＤパッケージが完成する。

以上説明した本実施例１では、素子搭載凹部１３の側面に電極部１７を形成し、電極部１７の高さ位置がその下端から上端までの範囲に広がりを持つようになるため、素子搭載凹部１３内に搭載するＬＥＤ素子１５の高さ寸法が異なっていても、該ＬＥＤ素子１５の高さ寸法が該素子搭載凹部１３側面の電極部１７の下端から上端までの高さ範囲内に収まっていれば、ＬＥＤ素子１５上面の電極部１６と素子搭載凹部１３側面の電極部１７との間の配線経路を絶縁性樹脂１８で平坦化して配線することができる。これにより、高さ寸法の異なるＬＥＤ素子１５を搭載する搭載部材１１を共通化することが可能となり、搭載部材１１の共通化によるコストダウンを実現できる。

この場合、素子搭載凹部１３の側面に形成する電極部１７の高さ方向の幅が広くなるほど、搭載可能なＬＥＤ素子１５の高さ寸法の範囲が広がることを考慮して、本実施例１では、素子搭載凹部１３側面の電極部１７を、該素子搭載凹部１３側面の上部から下部まで延びるように形成しているため、素子搭載凹部１３の側面に形成する電極部１７の高さ方向の幅を最大にすることができ、素子搭載凹部１３内に搭載するＬＥＤ素子１５の高さ寸法が該素子搭載凹部１３の高さ寸法以下であれば、搭載可能である。

但し、本発明は、例えば、素子搭載凹部１３の側面の中間部から上部に延びるように電極部を形成しても良い等、素子搭載凹部１３の側面に形成する電極部の高さ方向幅を素子搭載凹部１３側面の高さ方向幅より小さくしても良い。

また、本実施例１では、素子搭載凹部１３の側面を傾斜状に形成して、該素子搭載凹部１３側面の電極部１７がＬＥＤ素子１５の光を反射する反射板としても機能するように形成したので、反射板付きのＬＥＤパッケージを低コストで製造することができる。

しかも、本実施例１では、素子搭載凹部１３側面の電極部１７をリードフレーム１２に一体に形成しているため、リードフレーム１２の製造時に素子搭載凹部１３側面の電極部１７を一括して容易に形成できると共に、素子搭載凹部１３側面の電極部１７とリードフレーム１２とを接続する配線手段が不要となり、ＬＥＤパッケージの一層の低コスト化が可能である。

次に、図３を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。

前記実施例１では、素子搭載凹部１３側面の電極部１７をリードフレーム１２に一体に形成したが、本実施例２では、素子搭載凹部１３側面の電極部２１を液滴吐出法、印刷法、めっき法、エッチング法のいずれかで形成した厚膜パターン又は導電板の貼付により形成し、これをリードフレーム１２の所定位置に接続した構成としている。

具体的には、まず、図３（ａ）の素子搭載凹部成形工程で、リードフレーム１２に素子搭載凹部１３を有するパッケージ本体１４を樹脂で成形する。

この後、図３（ｂ）の電極部形成工程に進み、素子搭載凹部１３の側面の電極部２１を液滴吐出法、印刷法、めっき法、エッチング法のいずれかで形成した厚膜パターン又は導電板の貼付により形成し、これをリードフレーム１２の所定位置に接続する。この場合、素子搭載凹部１３の側面を傾斜状に形成すれば、インクジェット、ディスペンサ等の液滴吐出法を用いて素子搭載凹部１３側面に電極部２１を形成できる。この場合も、素子搭載凹部１３側面の電極部２１がＬＥＤ素子１５の光を反射する反射板としても機能するように形成すると良い。

但し、本発明は、素子搭載凹部１３の側面を傾斜させない構成としても良く、この場合でも、素子搭載凹部１３の側面に、めっき、エッチング、導電板の貼付のいずれかにより電極部２１を形成することができる。また、素子搭載凹部１３の底面にリードフレーム１２を露出させれば、素子搭載凹部１３側面に形成する電極部２１を該素子搭載凹部１３の底面にまで延ばして、該電極部２１をリードフレーム１２に直接接続することができ、製造も容易である。

尚、図３（ｃ）〜（ｅ）に示すＬＥＤ素子搭載工程、絶縁性樹脂充填工程（配線経路平坦化工程）、配線形成工程等は、前記実施例１と同じである。

以上説明した本実施例２でも、高さ寸法の異なるＬＥＤ素子１５を搭載する搭載部材１１を共通化することが可能となり、搭載部材１１の共通化によるコストダウンを実現できる。

次に、図４を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。

本実施例３では、素子搭載凹部１３側面の電極部２３は、厚いリードフレーム２２をエッチングして形成されている。

具体的には、まず、図４（ａ）の素子搭載凹部成形工程で、厚いリードフレーム２２に素子搭載凹部１３を有するパッケージ本体１４を樹脂で成形する。

この後、図４（ｂ）の電極部形成工程（エッチング工程）に進み、素子搭載凹部１３の内側部分をエッチングして素子搭載凹部１３側面に電極部２３を形成すると共に、素子搭載凹部１３底面に素子搭載部２２ａを形成する。

尚、素子搭載凹部成形工程の前に、電極部形成工程（エッチング工程）を実行して、厚いリードフレーム２２に電極部２３と素子搭載部２２ａを形成した後、素子搭載凹部成形工程を実行して、電極部２３と素子搭載部２２ａが形成されたリードフレーム２２に、素子搭載凹部１３を有するパッケージ本体１４を樹脂で成形するようにしても良い。

図４（ｃ）〜（ｅ）のＬＥＤ素子搭載工程、絶縁性樹脂充填工程（配線経路平坦化工程）、配線形成工程等は、前記実施例１と同じである。

以上説明した本実施例３でも、高さ寸法の異なるＬＥＤ素子１５を搭載する搭載部材１１を共通化することが可能となり、搭載部材１１の共通化によるコストダウンを実現できる。

尚、上記各実施例１〜３では、いずれも素子搭載凹部１３の側面を傾斜状に形成したが、素子搭載凹部１３の側面を傾斜させない構成としても良く、この場合でも、素子搭載凹部１３の側面に、めっき、エッチング、導電板の貼付のいずれかにより電極部を形成したり、或は、リードフレームに一体に電極部を形成すれば良い。

その他、本発明は、上記各実施例１〜３のようなＬＥＤ素子の搭載構造に限定されず、上面に電極部が設けられた様々な半導体素子の搭載構造に適用可能であり、また、搭載部材は、上記各実施例１〜３のようなリードフレームを用いた構成に限定されず、回路基板を用いて搭載部材を形成しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

１１…搭載部材、１２…リードフレーム、１２ａ…素子搭載部、１３…素子搭載凹部、１４…パッケージ本体、１５…ＬＥＤ素子（発光素子，半導体素子）、１６…電極部、１７…電極部、１８…絶縁性樹脂、１９…配線、２１…電極部、２２…リードフレーム、２２ａ…素子搭載部、２３…電極部

Claims (7)

1. 搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置において、
   前記素子搭載凹部の側面に前記半導体素子上面の電極部と接続する電極部をその下端から上端までの高さ範囲内に前記半導体素子上面の電極部の高さが収まるように形成し、
   前記素子搭載凹部の側面と前記半導体素子との間の隙間に絶縁性樹脂を充填して前記半導体素子上面の電極部と前記素子搭載凹部側面の電極部との間の配線経路をその上面が前記半導体素子上面の電極部と同一高さとなるように前記絶縁性樹脂で平坦化し、
   前記配線経路の上面に配線を形成して前記半導体素子上面の電極部と前記素子搭載凹部側面の電極部との間を該配線で接続したことを特徴とする半導体装置。
2. 前記素子搭載凹部側面の電極部は、該素子搭載凹部側面の上部から下部まで延びるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記配線は、厚膜パターン又は導電板により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体素子は、発光素子であり、
   前記素子搭載凹部の側面は、傾斜状に形成され、
   前記素子搭載凹部側面の電極部は、前記発光素子の光を反射する反射板としても機能するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記搭載部材は、リードフレームを用いて形成され、該リードフレームに前記素子搭載凹部を有するパッケージ本体が樹脂で成形され、
   前記素子搭載凹部側面の電極部は、前記リードフレームに一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 前記搭載部材は、リードフレームを用いて形成され、該リードフレームに前記素子搭載凹部を有するパッケージ本体が樹脂で成形され、
   前記素子搭載凹部側面の電極部は、厚膜パターン又は導電板により形成され、前記リードフレームの所定位置に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
7. 搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置の製造方法において、
   前記素子搭載凹部の側面に前記半導体素子上面の電極部と接続する電極部をその下端から上端までの高さ範囲内に前記半導体素子上面の電極部の高さが収まるように形成する工程と、
   前記素子搭載凹部内に前記半導体素子を搭載する工程と、
   前記素子搭載凹部の側面と前記半導体素子との間の隙間に絶縁性樹脂を充填して前記半導体素子上面の電極部と前記素子搭載凹部側面の電極部との間の配線経路をその上面が前記半導体素子上面の電極部と同一高さとなるように前記絶縁性樹脂で平坦化する工程と、 前記配線経路の上面に配線を形成して前記半導体素子上面の電極部と前記素子搭載凹部側面の電極部との間を該配線で接続する工程と
   とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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