JP6128254B2 - リードフレーム及び半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、LED素子を載置するために用いられるリードフレーム、及びこのようなリードフレームを備えた半導体装置に関する。
従来、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)素子を光源として用いる照明装置が、各種家電、OA機器、車両機器の表示灯、一般照明、車載照明、ディスプレイ等に用いられている。このような照明装置の中には、リードフレームとLED素子とを有する半導体装置を含むものがある。
このような半導体装置として、例えば特許文献1には、配線基板上に配置されたLED素子載置部材及び配線導体と、LED素子載置部材上に載置され、配線導体とボンディングワイヤによって接続されたLED素子と、LED素子載置部材、LED素子、配線導体及びボンディングワイヤを封止する封止樹脂部とを備えたものが開示されている。特許文献1では、LED素子載置部材の中央がLED素子載置領域となっており、LED素子載置領域の周縁に位置する周縁領域からLED素子載置領域に向かって下方へ落ち込む凹部が形成され、LED素子載置領域及び周縁領域の表面は、LED素子からの光を反射する反射面として機能するようになっている。
LED素子からの光の一部は封止樹脂部の表面で反射するため、封止樹脂部内では光が散乱(多重反射)する。上述のような従来の半導体装置では、LED素子載置部材と配線導体との間の領域を介して配線基板側へ光が漏れることによる光の損失が生じ、光取り出し効率が低下するという問題があった。
特開2011−96970号公報
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、LED素子からの光の取り出し効率を向上させることができるリードフレーム及び半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によるリードフレームは、LED素子が載置されるリードフレームであって、前記LED素子が載置されるLED素子載置部と、前記LED素子載置部に離間して配置されたリード部と、を備え、前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面、又は前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面に、高さ方向全長にわたって、上方からの光を上方へ戻すよう反射する傾斜面が形成されているものである。
本発明の一態様によるリードフレームにおいては、前記傾斜面は、前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面及び前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面の両方に形成されていることが好ましい。
本発明の一態様によるリードフレームにおいては、前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面に前記傾斜面が形成され、前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面に、前記傾斜面とは逆向きの傾斜となる逆傾斜面が形成されていることが好ましい。
本発明の一態様によるリードフレームにおいては、前記傾斜面に金属層が形成されていることが好ましい。
本発明の一態様による半導体装置は、LED素子載置部と、前記LED素子載置部に載置されたLED素子と、前記LED素子載置部に離間して配置されたリード部と、前記LED素子と前記リード部とを電気的に接続する導電部と、前記LED素子載置部、前記LED素子、前記リード部、及び前記導電部を封止する封止樹脂部と、を備え、前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面、又は前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面に、高さ方向全長にわたって、上方からの光を上方へ戻すよう反射する傾斜面が形成されているものである。
本発明の一態様による半導体装置においては、前記傾斜面は、前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面及び前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面の両方に形成されていることが好ましい。
本発明の一態様による半導体装置においては、前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面に前記傾斜面が形成され、前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面に、前記傾斜面とは逆向きの傾斜となる逆傾斜面が形成されていることが好ましい。
本発明の一態様による半導体装置においては、前記傾斜面に金属層が形成されていることが好ましい。
本発明の一態様による半導体装置においては、前記封止樹脂部は、光反射性フィラーを含むことが好ましい。
本発明の一態様による半導体装置においては、前記封止樹脂部は、蛍光体を含むことが好ましい。
本発明によれば、LED素子載置部に離間して配置されたリード部のLED素子載置部側の端面又はLED素子載置部のリード部側の端面に、光を上部へ反射させる傾斜面を形成するので、基板側へ光が漏れることによる光の損失を抑制し、光の取り出し効率を向上させることができる。
本実施形態によるリードフレームの断面図である。 本実施形態によるリードフレームのリード部の傾斜面における光の反射例を示す図である。 本実施形態による半導体装置の断面図である。 本実施形態による半導体装置のリード部の傾斜面における光の反射例を示す図である。 傾斜面の断面形状の例を示す図である。 本実施形態によるリードフレームの製造方法を説明する工程断面図である。 変形例による半導体装置の断面図である。 変形例による半導体装置の断面図である。 変形例による半導体装置の断面図である。 変形例によるリードフレームの断面図である。 リードフレームの上面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態によるリードフレームの断面を示している。図1に示すようにLED用リードフレーム10(以下、リードフレーム10ともいう)は、LED素子21(後述)を載置する載置面11aを有するLED素子載置部11と、LED素子載置部11から離間して設けられたリード部12とを備えている。
リード部12のうちLED素子載置部11側の端面(LED素子載置部11に対向する端面)は、高さ方向(厚み方向)全長にわたって、上向きの傾斜面13になっている。図2に示すように、この傾斜面13は、上方からLED素子載置部11とリード部12との間の領域に向かって入射された光Lを、上方へ戻すように反射させることができる。
LED素子載置部11及びリード部12は、1枚の金属基板をエッチング加工することにより形成されたものである。LED素子載置部11及びリード部12の材料としては、例えば、銅、銅合金、42合金(Ni41%のFe合金)等を挙げることができる。LED素子載置部11及びリード部12の厚みは、0.05mm〜0.8mmとすることが好ましい。
リード部12の表面(図1の上面)には、後述するボンディングワイヤ22が接続されるボンディング面12aが形成されている。また、リード部12の裏面(図1の下面)には、外部端子12bが形成されている。
次に、図3を用いて、本実施形態による半導体装置の概略について説明する。図3は、本実施形態による半導体装置の断面を示している。
図3に示すように、半導体装置30は、図1に示すリードフレーム10と、LED素子載置部11の載置面11aに載置されたLED素子21と、LED素子21とリード部12とを電気的に接続するボンディングワイヤ(導電部)22とを備えている。LED素子載置部11、LED素子21、リード部12、及びボンディングワイヤ22は封止樹脂部23により封止されている。
LED素子21は従来一般に用いられているものを使用することができる。また、LED素子21の発光層として、例えばGaP、GaAs、GaAlAs、GaAsP、ALInGaP又はInGaN等の化合物半導体単結晶からなる材料を適宜選ぶことにより、紫外光から赤外光にわたる発光波長を選択することができる。
また、LED素子21は、はんだ、またはダイボンディングペースト(図示せず)により、LED素子載置部11の載置面11a上に固定されている。このようなダイボンディングペーストとしては、耐光性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなるダイボンディングペーストを選択することができる。
ボンディングワイヤ22は、例えば金等の導電性のよい材料からなり、その一端がLED素子21の端子部21aに接続されるとともに、その他端がリード部12のボンディング面12aに接続されている。
封止樹脂部23は、LED素子21の発光波長において光透過率が高く、また屈折率が高い材料を選択することが好ましい。耐熱性、耐光性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリオレフィン等を選択することができる。封止樹脂部23の形状は、様々に実現することが可能であるが、例えば、封止樹脂部23の全体形状を直方体、円筒形または錐形等の形状とすることが可能である。LED素子21からの光は、封止樹脂部23の上面や側面から放出される。
封止樹脂部23により封止されているLED素子載置部11、LED素子21、リード部12、及びボンディングワイヤ22からなるLED素子パッケージは、配線基板35上に配置して用いることができる。このような配線基板35は、基板本体36と、基板本体36上に形成された配線端子部37、38とを有している。配線端子部37は、接続金属部33を介してLED素子載置部11の下面に接続されている。また、配線端子部38は、接続金属部34を介してリード部12の外部端子12bと接続されている。接続金属部33、34は、例えば、はんだから構成することができる。
配線端子部37、38間に電流を流した場合、LED素子載置部11上のLED素子21に電流が流れ、LED素子21が点灯する。
このとき、LED素子21からの光は、図4に示すように、様々な方向に放出される。
例えば、LED素子21から上方へ放出された光L1は、封止樹脂部23の外方へ放出される。また、LED素子21から斜め下方向へ放出された光L2は、リード部12の傾斜面13で反射して上方に戻り、封止樹脂部23の外方へ放出される。また、また、LED素子21から斜め上方向へ放出された光L3は、封止樹脂部23の上面23aで反射した後、リード部12の傾斜面13で反射して上方に戻り、封止樹脂部23の外方へ放出される。
このように、リード部12の傾斜面13は、LED素子21から斜め下方向へ放出された光や、封止樹脂部23の界面等で反射した光などの、上方からLED素子載置部11とリード部12との間の領域に向かって入射される光を、上方へ戻すように反射させることができる。そのため、本実施形態によれば、LED素子載置部11とリード部12との間から配線基板35側へ光が漏れることによる光の損失を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
本実施形態による半導体装置は、PLCC(plastic leaded chip carrier)のような、パッケージ側面からリードが引き出されるものでもよいし、SON(small outline non-lead)パッケージのような、リード裏面に外部端子があるものでもよい。特に、SONパッケージのような構成では、パッケージ裏面への光の漏れがパッケージ側面から取り出せないため、より効果的である。
なお、傾斜面13の断面形状は、図5(a)に示すように、リード部12の内方に向けて湾曲する1つの曲線形状からなっているが、これに限られるものではない。傾斜面13の断面形状は、図5(b)に示すように、リード部12の内方に向けて湾曲する2つの曲線を上下に連結したような形状からなっていてもよい。あるいは、傾斜面13の断面形状は、図5(c)に示すように、リード部12の上面から下面へ延びる略直線形状からなっていてもよい。
次に、図1に示すリードフレーム10の製造方法について図6(a)〜(d)を用いて説明する。
まず、図6(a)に示すように、平板状の金属基板41を準備する。この金属基板41としては、上述のように銅、銅合金、42合金(Ni41%のFe合金)等からなる金属基板を使用することができる。なお、金属基板41は、その両面に対して脱脂等を行い、洗浄処理を施したものを使用することが好ましい。
次に、金属基板41の表裏に感光性レジストを塗布、乾燥し、これを所望のフォトマスクを介して露光した後、現像してエッチング用レジスト層42、43を形成する(図6(b))。なお、感光性レジストとしては、従来公知のものを使用することができる。
次に、エッチング用レジスト層42、43をマスクとして金属基板41にウェットエッチングを施す。例えば、金属基板41として銅を用いる場合、塩化第二鉄水溶液を使用してウェットエッチングを行うことができる。
その後、図6(c)に示すように、金属基板41が厚さ方向に貫通して空間44が形成され、同時に、空間44を介してLED素子載置部11及びリード部12が形成される。
また、リード部12のうちLED素子載置部11側の端面に、高さ方向(厚み方向)全長にわたって上向きの傾斜面13が形成される。
続いて、図6(d)に示すように、エッチング用レジスト層42、43を剥離して除去する。このようにして、LED素子載置部11と、LED素子載置部11から離間して設けられたリード部12とを備えたリードフレーム10が得られる。
なお、傾斜面13の断面形状は、図6(b)に示す工程で形成されるエッチング用レジスト層42、43のパターン形状に応じて変化する。そのため、図6(b)に示す工程では、傾斜面13の断面形状が所望の形状となるように、エッチング用レジスト層42、43を形成する。
また、図6(c)では、LED素子載置部11のリード部12側の端面が垂直平面に示されているが、エッチングの進行に伴い、LED素子載置部11の内方に向けて多少湾曲した形状になり得る。
図3に示す半導体装置30を作製する場合は、まず、図6(a)〜(d)に示す工程によりリードフレーム10を作製した後、LED素子載置部11に、はんだ又はダイボンディングペーストを用いて、LED素子21を載置して固定する。次に、LED素子21とリード部12とをボンディングワイヤ22によって接続する。次に、LED素子載置部11、LED素子21、リード部12、及びボンディングワイヤ22を封止樹脂部23により封止する。その後、配線基板35の配線端子部37及び38と、LED素子載置部11の下面及びリード部12の外部端子12bとをそれぞれはんだ等の接続金属部33、34を介して接続する。このようにして、図3に示す半導体装置30を得ることができる。
なお、上記実施形態では、リード部12のうちLED素子載置部11側の端面を上向きの傾斜面13としていたが、図7に示すように、LED素子載置部11のうちリード部12側の端面(リード部12に対向する端面)を上向きの傾斜面14としてもよい。傾斜面14は、傾斜面13と同様に、封止樹脂部23の界面等で反射した光などの、上方からLED素子載置部11とリード部12との間の領域に向かって入射される光を、上方へ戻すように反射させることができる。そのため、図7に示すような構成によっても、LED素子載置部11とリード部12との間から配線基板35側へ光が漏れることによる光の損失を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
また、図8に示すように、リード部12のうちLED素子載置部11側の端面とLED素子載置部11のうちリード部12側の端面の両方を上向きの傾斜面13、14としてもよい。2つの傾斜面13、14が、上方からLED素子載置部11とリード部12との間の領域に向かって入射される光を、上方へ戻すように反射させる。そのため、図8に示すような構成にすることで、LED素子載置部11とリード部12との間から配線基板35側へ光が漏れることによる光の損失をさらに抑制し、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
また、図9に示すように、LED素子載置部11のうちリード部12側の端面を、傾斜面13とは逆向きの傾斜、すなわち下向きの逆傾斜面15としてもよい。このような逆傾斜面15を設けることで、上述した効果に加え、リードフレーム10と封止樹脂部23との密着性が向上し、封止樹脂部23がリードフレーム10から外れることを防止できるため、LED素子パッケージを容易に取り扱うことができる。これとは逆に、LED素子載置部11のうちリード部12側の端面を上向きの傾斜面、リード部12のうちLED素子載置部11側の端面を逆傾斜面とすることもできる。
また、図10に示すように、傾斜面13に金属層16を形成してもよい。金属層16は例えば電界メッキ法により形成することができる。金属層16には、例えば銀、金、パラジウム、ニッケル/パラジウム/金の三層構造等の、可視光の反射率が高い材料が使用される。金属層16の厚みは、例えば銀の場合は1μm〜5μmとすることが好ましい。金属層16を形成することで、傾斜面13における光反射率が高まり、半導体装置30における光取り出し効率をさらに向上させることができる。図7、図8に示す構成では、傾斜面14に金属層16を形成するで、傾斜面14における光反射率が高まり、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
金属層をリードフレーム全面に設けるようにしてもよい。これにより、パッケージ裏面に漏れた僅かな光も取り出すことができる。特に、はんだ接合に供されない外部端子がある場合は、より有効である。
上記実施形態において封止樹脂部23に光反射性フィラーを含有させてもよい。光反射性フィラーを含有させることで、封止樹脂部23内で光をより散乱させて、光取り出し効率をさらに向上させることができる。光反射性フィラーとしては、銀、ニッケル、コバルト、白金、チタン、鉛、スズ、タングステン、アルミニウム、亜鉛、金、銅、鉄、クロム等の金属やこれらの合金の金属微粒子を用いることができる。
また、上記実施形態において封止樹脂部23に蛍光体を含有させてもよい。例えばLED素子21に青色LEDを使用し、封止樹脂部23に黄色発光蛍光体を含有させた場合、青色LEDからの光が蛍光体に吸収されると、蛍光体が黄色光を発し、この黄色光と、蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざり合って、白色光を得ることができる。黄色発光蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活したイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)を用いることができる。また、封止樹脂部23に蛍光体を含有させることで、封止樹脂部23内で光をより散乱させて、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
上記実施形態において、リードフレーム10のリード部12は、図11(a)に示すように、LED素子載置部11に対向する端面を1つ有し、この端面が傾斜面13となっていてもよいし、図11(b)に示すように、リード部12がLED素子載置部11を囲むように設けられ、リード部12の複数の端面のうち、LED素子載置部11に対向する複数の端面が傾斜面13になっていてもよい。リード部12が、LED素子載置部11に対向する端面を複数有している場合、LED素子載置部11に対向するすべての端面を傾斜面13にしてもよいし、一部を傾斜面13にするのでもよい。なお、図11(a)、(b)はリードフレーム10の上面図であり、A−A線に沿った断面、B−B線に沿った断面が図1に対応している。
同様に、LED素子載置部11が、リード部12に対向する端面を複数有する場合は、リード部12に対向するすべての端面を傾斜面14にしてもよいし、一部を傾斜面14にするのでもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10 リードフレーム
11 LED素子載置部
12 リード部
13、14 傾斜面
15 逆傾斜面
16 金属層
21 LED素子
22 ボンディングワイヤ
23 封止樹脂部
30 半導体装置
33、34 接続金属部
35 配線基板
36 基板本体
37、38 配線端子部
41 金属基板
42、43 エッチング用レジスト層
44 空間

Claims (12)

  1. 平板状の金属基板からなり、前記金属基板の表面にLED素子が載置されるリードフレームであって、
    前記LED素子が載置されるLED素子載置部と、
    前記LED素子載置部に離間して配置されたリード部と、
    を備え、
    前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面、又は前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面に、高さ方向全長にわたって、上方からの光を上方へ戻すよう反射する傾斜面が形成され
    前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面、又は前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面に、前記傾斜面とは逆向きの傾斜となる逆傾斜面が形成され、
    前記傾斜面及び前記逆傾斜面の断面形状は、それぞれ前記LED素子載置部または前記リード部の内方に向けて湾曲する曲線形状であることを特徴とするリードフレーム。
  2. 前記傾斜面に金属層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のリードフレーム。
  3. 前記傾斜面の断面形状は、前記LED素子載置部または前記リード部の内方に向けて湾曲する1つの曲線形状であることを特徴とする請求項1または2に記載のリードフレーム。
  4. 前記傾斜面の断面形状は、前記LED素子載置部または前記リード部の内方に向けて湾曲する2つの曲線を上下に連結した形状であることを特徴とする請求項1または2に記載のリードフレーム。
  5. 前記リード部が前記LED素子載置部を囲むように設けられ、前記リード部が前記LED素子載置部に対向する複数の端面を有し、前記複数の端面のうち少なくとも1つが前記傾斜面になっていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のリードフレーム。
  6. 平板状の金属基板からなるLED素子載置部と、
    前記LED素子載置部に載置されたLED素子と、
    平板状の金属基板からなり、前記LED素子載置部に離間して配置されたリード部と、 前記LED素子と前記リード部とを電気的に接続する導電部と、
    前記LED素子載置部、前記LED素子、前記リード部、及び前記導電部を封止する封止樹脂部と、
    を備え、
    前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面、又は前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面に、高さ方向全長にわたって、上方からの光を上方へ戻すよう反射する傾斜面が形成され
    前記LED素子載置部の端面のうち前記リード部に対向する端面、又は前記リード部の端面のうち前記LED素子載置部に対向する端面に、前記傾斜面とは逆向きの傾斜となる逆傾斜面が形成され、
    前記傾斜面及び前記逆傾斜面の断面形状は、それぞれ前記LED素子載置部または前記リード部の内方に向けて湾曲する曲線形状であることを特徴とする半導体装置。
  7. 前記傾斜面に金属層が形成されていることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
  8. 前記傾斜面の断面形状は、前記LED素子載置部または前記リード部の内方に向けて湾曲する1つの曲線形状であることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置。
  9. 前記傾斜面の断面形状は、前記LED素子載置部または前記リード部の内方に向けて湾曲する2つの曲線を上下に連結した形状であることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置。
  10. 前記リード部が前記LED素子載置部を囲むように設けられ、前記リード部が前記LED素子載置部に対向する複数の端面を有し、前記複数の端面のうち少なくとも1つが前記傾斜面になっていることを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載の半導体装置。
  11. 前記封止樹脂部は、光反射性フィラーを含むことを特徴とする請求項乃至10のいずれかに記載の半導体装置。
  12. 前記封止樹脂部は、蛍光体を含むことを特徴とする請求項乃至11のいずれかに記載の半導体装置。
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