JP6641807B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光半導体素子搭載用リードフレーム及び光半導体装置、並びにそれらの製造方法に関する。

近年、携帯機器向けを中心として、半導体装置（半導体パッケージ）の小型化が進んでいる。このため様々なＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が市場に投入されているが、特許文献１に記載された半導体装置は、これらの中でも、構成が単純で低コスト化が可能であり、また多ピン化も可能であることから、ＦＰＢＧＡ（Ｆｉｎｅ Ｐｉｔｃｈ Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）の代替製品として期待されている。

特許文献１に記載された第１の実施形態の半導体装置の製造方法では、金属材料として主にリードフレーム用の銅材を用い、一方の面（表面側）のワイヤボンディング部と、他方の面（裏面側）の半導体素子搭載部の反対面及びワイヤボンディング部の反対面に相当する外部接続端子面の部分にめっきを施し、半導体素子搭載用リードフレームを完成させる。

次に上記リードフレームを用いて、所定の領域に半導体素子を搭載し、ボンディングワイヤにて半導体素子の電極とリードフレームのワイヤボンディング部を接続後、半導体素子及びボンディングワイヤ等をエポキシ樹脂などで封止する。

その後、外部接続端子面として形成しためっき層をエッチング用マスクとして銅材をエッチングし、半導体素子搭載部および外部接続端子部を各々電気的に独立させ、最後にパッケージの大きさに切断し、個々のパッケージを完成する。ここで、エポキシ樹脂封止後に裏面に露出した金属材料をエッチングすることを、特にエッチバックとして以後明記し、リードフレームのパターン形成のためのエッチングと区別することとする。

特許文献１に記載されたもう１つの第２の実施形態の半導体装置の製造方法は、金属材料として主にリードフレーム用の銅材を用い、一方の面（表面側）のワイヤボンディング部と、他方の面（裏面側）の半導体素子搭載部の反対面及びワイヤボンディング部の反対面に相当する外部接続端子面の部分にめっき層を形成する。その後、裏面側の全面にレジストによるマスクを形成し、表面側は、形成しためっき層をエッチング用マスクとして使用し、銅材に表面側から所定の深さとなるハーフエッチングを施し、半導体素子搭載用リードフレームを完成させる。そして、半導体素子を搭載し、ボンディングワイヤにて半導体素子の電極とリードフレームのワイヤボンディング部を接続後、半導体素子及びボンディングワイヤ等をエポキシ樹脂などで封止する。

その後、外部接続端子面として形成しためっき層をエッチング用マスクとして銅材をエッチバックし、半導体素子搭載部および外部接続端子部を各々電気的に独立させ、最後にパッケージの大きさに切断し個々のパッケージを完成させる。

特許文献１に記載された半導体装置の製造方法によれば、樹脂封止まではそれぞれの端子部（ワイヤボンディング部と外部接続端子部）が金属材料又はそのハーフエッチングの残部でつながっており、樹脂封止後に金属材料又はそのハーフエッチングの残部をエッチバックで除去するため、それぞれの外部接続端子を外形フレームと接続しておく必要がない。そのため、従前のリードフレームのような支持部が必要なく、設計の自由度が増す。例えば、外部接続端子を２列以上に並べることも可能であり、小型のパッケージサイズでの多ピン化が可能となる。

上述の内容は、一般的な半導体装置に関するものであるが、当然、光半導体装置についても、同様な要求があり、例えば、特許文献２のような光半導体装置が開示されている。特許文献２では、導電性基板の表面にダイパッド部やリード部をめっき加工で作製し、ダイパッド部に素子を搭載し、ワイヤボンディングし、透明樹脂で樹脂封止後、導電性基板を除去している。導電性基板を使用し、封止後に導電性基板を除去することで、光半導体装置の小型化、薄型化が可能となる。

特開平１１−１９５７４２号公報 特開２０１１−０９６９７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された第１の実施形態の半導体装置は、内部端子上面と封止樹脂との接触のみで接続されているため密着強度が弱い。このため、樹脂封止後のエッチバックで金属材料をエッチング中に、内部端子が封止樹脂から抜けてしまい、工程歩留りを悪化させコストが増加するという問題点を有する。また、半導体装置完成後においても上述の理由により外部からの衝撃に弱く、場合によっては衝撃で端子部が抜け落ちる可能性もある。

また、特許文献１に記載された第２の実施形態の半導体装置は、内部端子形状を表面からハーフエッチング加工し、窪み形状にして封止樹脂との接触面を増やし、接続強度を上げようとする半導体装置の製造方法が提案されている。内部端子が窪み形状を持つことで、端子と封止樹脂との密着性は向上するが、高価なエッチング液を使用し表面からハーフエッチング加工をする工程を追加する必要がありコストが増加する問題があった。

また、光半導体装置を開示した特許文献２では、導電性基板を使用し封止後に除去することで、小型化、薄型化を可能としている。しかし、一般的なリードフレームを使用する光半導体装置では、反射樹脂等を使用し、ＬＥＤ素子からの側面や下面方向への光を上方へ反射させるリフレクターを形成して光を上方に集約している。しかしながら、特許文献２においては、ダイパッド部及びリード部がめっき層で厚みが薄く、リフレクターを形成出来ず光半導体素子からの光は拡散しやすい状態となっており、集光性が良くないという問題があった。

そこで、本発明は、樹脂封止後のエッチバックで金属材料をエッチングして完成される光半導体装置において、エッチバックで金属材料をエッチングする際の端子抜けを防止できるとともに、光の集光性が高く、小型化、薄型化が可能な光半導体装置を提供することを目的とする。また、その光半導体装置に使用される光半導体素子搭載用リードフレームにおいて、高価なエッチングプロセスを必要とせず、安価に製造可能な光半導体素子搭載用リードフレームを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光半導体素子搭載用リードフレームは、表面が平坦面のみからなる連続した金属板と、
該金属板の表面上に設けられ、光半導体素子を搭載するためのダイパッド表面めっき層と、
前記金属板の前記表面上に前記ダイパッド表面めっき層に対向して設けられたリード表面めっき層と、
前記金属板の裏面上の前記ダイパッド部の反対側の位置に、上面視にて少なくとも一部が前記ダイパッド部と重なるように設けられたダイパッド裏面めっき層と、
前記金属板の前記裏面上の前記リード部の反対側の位置に、上面視にて少なくとも一部が前記リード部と重なるように配置されたリード裏面めっき層と、を有し、
前記ダイパッド表面めっき層及び前記リード表面めっき層は、逆台形の断面形状を有する逆テーパー形状を有し、
前記ダイパッド裏面めっき層及び前記リード裏面めっき層は、前記逆テーパー形状を有しない構造を有する。

本発明の他の態様に係る光半導体装置は、第１の金属柱からなり、半導体素子を搭載可能なダイパッド部と、
第２の金属柱からなり、前記ダイパッド部に対向して配置されたリード部と、
前記ダイパッド部の表面上に設けられたダイパッド表面めっき層と、
該ダイパッド表面めっき層の表面上に搭載された光半導体素子と、
前記ダイパッド部の裏面上に設けられたダイパッド裏面めっき層と、
前記リード部の表面上に設けられたリード表面めっき層と、
前記リード部の裏面上に設けられたリード裏面めっき層と、
前記光半導体素子の電極と前記リード表面めっき層とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記光半導体素子、前記ボンディングワイヤ、前記リード表面めっき層の前記ボンディングワイヤとの接続箇所を少なくとも含む中央領域を取り囲むように設けられた第１の封止樹脂部と、
前記中央領域を覆うように設けられた透明樹脂部と
前記ダイパッド部、前記リード部、前記ダイパッド裏面めっき層及び前記リード裏面めっき層の側面を覆うように設けられた第２の封止樹脂部と、を有し、
前記ダイパッド表面めっき層及びリード表面めっき層は、逆台形の断面形状を有する逆テーパー形状を有するとともに、前記ダイパッド部及び前記リード部から内側にはみ出して庇形状をなすように突出し、
前記ダイパッド裏面めっき層及びリード裏面めっき層は、前記逆テーパー形状を有しない構造を有する。

本発明の他の態様に係る光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法は、金属板の表面及び裏面を第１のレジスト層で覆う工程と、
前記金属板の前記表面上の前記第１のレジスト層に、逆台形の断面形状を有する開口を形成して第１のめっきマスクを形成する工程と、
該第１のめっきマスクを用いて前記金属板の前記表面上に逆台形の断面形状を有する第１のめっき層を形成する工程と、
前記第１のレジスト層を除去する工程と、
前記金属板の前記表面及び前記裏面を第２のレジスト層で覆う工程と、
前記金属板の前記裏面上の前記第２のレジスト層に開口を形成して第２のめっきマスクを形成する工程と、
該第２のめっきマスクを用いて前記金属板の前記裏面上に前記逆台形の断面形状を有しない第２のめっき層を形成する工程と、
前記第２のレジスト層を除去する工程と、を有し、
前記金属板の前記表面及び前記裏面は平坦面のみからなり、前記第２のレジスト層を除去する工程終了後も前記平坦面は維持される。

本発明の他の態様に係る光半導体装置の製造方法は、前記光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法により製造された光半導体素子搭載用リードフレームの前記表面上において、少なくとも前記ダイパッド部の前記光半導体素子を搭載可能な領域と、前記リード部にワイヤボンディングが行われる接続箇所とを含む中央領域を取り囲むように第１の封止樹脂で樹脂封止する第１の樹脂封止工程と、
前記ダイパッド部上に前記光半導体素子を搭載する工程と、
前記光半導体素子の電極と前記リードとをワイヤボンディングにより接続する工程と、
前記中央領域を透明樹脂で封止する第２の樹脂封止工程と、
前記第２のめっき層をエッチングマスクとして、前記金属板を前記裏面側からエッチングし、前記第１のめっき層が、前記ダイパッド部及び前記リード部から内側にはみ出して庇形状をなすように突出するように金属柱を形成する工程と、
前記金属板の前記裏面上を樹脂封止する第３の樹脂封止工程と、を有する。

本発明によれば、光半導体素子搭載用リードフレームにおいて、パターン形成エッチングを不要とし、簡素化された製造工程により安価に製造できる。

本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した平面図である。図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。図５（ａ）は、金属板用意工程の一例を示した図である。図５（ｂ）は、第１のレジスト層被覆工程の一例を示した図である。図５（ｃ）は、第１の露光・現像工程の一例を示した図である。図５（ｄ）は、第１のめっき・第１のレジスト除去工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。図６（ａ）は、第２のレジスト層被覆工程の一例を示した図である。図６（ｂ）は、第２の露光・現像工程の一例を示した図である。図６（ｃ）は、第２のめっき工程の一例を示した図である。図６（ｄ）は、第２のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る光半導体装置の製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。図７（ａ）は、第１の樹脂封止工程の一例を示した図である。図７（ｂ）は、光半導体素子搭載工程の一例を示した図である。図７（ｃ）は、ワイヤボンディング工程の一例を示した図である。図７（ｄ）は、透明樹脂封止工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る光半導体装置の製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。図８（ａ）は、エッチバック工程の一例を示した図である。図８（ｂ）は、第２の樹脂封止工程の一例を示した図である。図８（ｃ）は、切断工程の一例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。本実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレーム５０は、金属板１０を用いて構成される。金属板１０は、光半導体素子を搭載するダイパッド部領域１１と、光半導体素子の電極部と電気的に接続される内部端子となるリード部領域１２とを有する。金属板１０には、表面上に表面めっき層２０が設けられ、裏面上には裏面めっき層３０が設けられる。表面めっき層２０は、ダイパッド表面めっき層２１とリード表面めっき層２２を含み、裏面めっき層３０は、ダイパッド裏面めっき層３１とリード裏面めっき層３２とを含む。より詳細には、金属板１０の表面側のダイパット部領域１１及びリード部領域１２にそれぞれダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２が設けられ、裏面側のダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２の反対側の位置にそれぞれダイパッド裏面めっき層３１及びリード裏面めっき層３２が設けられている。ダイパッド表面めっき層２１は、表面上に光半導体素子を搭載するためのめっき層であり、ダイパッド部を構成する。リード表面めっき層２２は、ダイパッド表面めっき層２１上に搭載された光半導体素子の電極部と電気的に接続される内部端子となるめっき層であり、リード部を構成する。裏面めっき層３０は、金属板１０の裏面上であって、表面めっき層２０の反対側の位置に設けられ、ダイパッド裏面めっき層３１及びリード裏面めっき層３２の双方とも、外部機器が接続可能な外部端子として機能する。

金属板１０は、種々の金属材料が用いられてよいが、例えば銅材又は銅合金材が用いられてもよく、通常のリードフレームで用いられている高強度の金属材料を用いることが望ましい。金属板１０の厚みは、ハンドリングの容易性等を考慮し、５０〜２００μｍの範囲で選択することが好ましい。エッチバックの生産性を考慮して、５０〜１５０μｍの厚さの金属板を用いると更に好ましい。ここで、厳密には金属板１０には表面、裏面は存在せず、どちらを表面としてもよいが、説明の便宜上、半導体素子が搭載されて電気的に接続される表面めっき層２０のパターンニング面を以後は表面と呼び、外部機器と電気的に接続される裏面めっき層３０のパターンニング面を以後は裏面と呼ぶこととする。

上述のように、ダイパッド表面めっき層２１は、光半導体素子を搭載するめっき層であり、リード表面めっき層２２は、ダイパッド表面めっき層２１に搭載された光半導体素子（図１には図示せず）の電極をワイヤボンディングにより接続するためのめっき層である。よって、リード表面めっき層２１は、ダイパッド表面めっき層２１の表面上に光半導体素子が搭載されたときに、光半導体素子の電極とボンディングワイヤを介して接続が可能なように、ダイパッド表面めっき層２１と同一面である金属板１０の表面上であって、かつダイパッド表面めっき層２１と対向して近接した位置に設けられる。以下、ダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２を区別せず包括的に指す場合には、これらをまとめて表面めっき層２０と呼ぶ。同様に、ダイパッド裏面めっき層３１とリード裏面めっき層３２とを区別せずに包括的に指す場合には、これらをまとめて裏面めっき層３０と呼ぶこととする。

表面めっき層２０は、透明樹脂部及び第１の封止樹脂からの抜けを防止する樹脂抜け防止構造を有して構成される。具体的には、図１に示されるように、表面めっき層２０は、逆台形の断面形状を有するとともに、逆テーパー状の側面を有して構成される。かかる形状を有することにより、金属板１０の表面上が封止樹脂で覆われた際、封止樹脂からの抜け不良の発生を防止することができる。つまり、逆台形の形状を有することにより、先端の広がった部分が封止樹脂に引っ掛かる状態となり、表面めっき層２０が抜け難い状態となる。本実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレーム５０の表面めっき層２０は、このような、先端が根元よりも広い形状を有することにより、樹脂抜けを効果的に防止する。

表面めっき層２０の逆台形又は逆テーパー形状のテーパー角度は、用途に応じて種々の角度に設定されてよいが、例えば、３０°以上７０°以下に設定されてもよい。なお、逆台形の断面形状又は逆テーパーの側面形状は、例えば、このような形状を有するめっきマスクを露光により作製することにより形成されるが、この点の詳細については後述する。

裏面めっき層３０は、外部機器が接続される外部端子として機能するめっき層である。裏面めっき層３０は、樹脂抜けを防止する必要は無いので、通常の矩形の断面形状を有するめっき層として形成されてよい。なお、外部端子用めっき層３０は、金属板１０の裏面上であって、表面めっき層２０の反対側の位置に形成される。

図２は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した図である。本実施形態に係る光半導体装置１００は、ダイパッド部１３と、リード部１４と、表面めっき層２０と、裏面めっき層３０と、光半導体素子６０と、ボンディングワイヤ７０と、第１の封止樹脂８０と、第２の封止樹脂部８１と、透明樹脂部９０とを有する。また、表面めっき層２０は、ダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２を有し、裏面めっき層３０は、ダイパッド裏面めっき層３１及びリード裏面めっき層３２を有する。

図１に示した光半導体素子搭載用リードフレーム５０の金属板１０を、裏面めっき層３０をエッチングマスクとして裏面側からエッチバックすることにより、ダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２が各々分離し、ダイパッド部１３及びリード部１４を構成している。ダイパッド部１３及びリード部１４は、エッチング方向が同一であるため、裏面から表面方向に広がる緩やかな曲線あるいはテーパー形状となっている側面を有する金属柱として構成される。リード部１４の表面上にはリード表面めっき層２２が形成されており、裏面上にはリード裏面めっき層３２が形成されている。また、ダイパッド部１３の表面上にはダイパッド表面めっき層２１が形成され、その表面上に半導体素子６０が搭載される。ダイパッド表面めっき層２１と反対側の裏面上にはダイパッド裏面めっき層３１が形成されている。

また、光半導体素子６０の電極６１は、ボンディングワイヤ７０を介してリード表面めっき層２２の表面上に接続されている。また、少なくとも光半導体素子６０、ボンディングワイヤ７０、リード表面めっき層２２のワイヤボンディング箇所（接続箇所）を含む中央領域を取り囲むように、上方が広がるように円錐台状の開口部を有する第１の封止樹脂部８０が形成されている。この第１の封止樹脂部８０の開口部を埋める形で光半導体素子６０、ボンディングワイヤ７０、リード表面めっき層２２のワイヤボンディング箇所（接続箇所）を含む中央領域は、透明樹脂部９０で封止されている。ダイパッド部１３、リード部１４及び裏面めっき層３０の側面は、第２の封止樹脂部８１により封止されており、裏面めっき層３０の表面が外部接続端子として第２の封止樹脂部８１から露出している。

ここで、図１の光半導体素子搭載用リードフレーム５０の状態から、図２の光半導体装置１００に加工される際、ダイパッド部１３及びリード部１４の表面上を第１の封止樹脂８０及び透明樹脂部９０で封止した後、金属板１０を裏面側からエッチバックするという手順になる。その際、金属板１０のエッチングが進行するにつれて、ダイパッド部１３及びリード部１４は分離してゆき、最終的な支持箇所は第１の封止樹脂部８０及び透明樹脂部９０に支持されている表面めっき層２０と、ダイパッド部１３とリード部１４の接合面のみとなってしまう。エッチバックは、エッチング液を金属板１０に噴射することにより行われるので、金属板１０にはある程度の強さの圧力が加わる。よって、このエッチングの圧力に耐え得る接合力を有することが必要である。本実施形態に係る光半導体装置１００では、各表面めっき層２０が逆台形の断面形状を有し、逆テーパー状の側面形状を有するので、根元よりも広い周長を有する側面部が第１の封止樹脂部８０及び透明樹脂部９０と係合する状態となり、効果的にダイパッド部１３及びリード部１４の端子抜けを防止することができる。

なお、裏面側の第２の封止樹脂８１は、表面側の第１の封止樹脂８０と同一の樹脂で構成されることが好ましい。

次に、図３及び図４を用いて、表面めっき層２０及び裏面めっき層３０の位置について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した平面図である。図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の一例を示した断面図である。

本実施形態に係る光半導体装置１００は、光半導体素子６０からの発光を効率的に上方に集約するため、光半導体素子６０の横方向には、上方向に広がりのあるテーパー形状の側面を有する第１の封止樹脂部８０を形成し、光半導体素子６０の下側方向では、ダイパッド部１３及びリード部１４の表面を表面めっき層２０で覆い、反射率の高い貴金属めっき層で表面めっき層２０を構成することで、横方向及び下方向に向かう光を上方に反射させている。また、ダイパッド部１３とリード部１４とが向かいあう隙間は、第２の樹脂封止部８１が反射面となる。

但し、ダイパッド部１３とリード部１４の対向面側のダイパッド部１３、リード部１４の縁部は、一般的に表面めっきが施されず、金属部が表面に露出している。これは、表面めっき層２０と裏面めっき層３０は一般的に上面視において同じ位置、つまり重なる位置に形成するが、第１の封止樹脂部８０を封止後、裏面側からエッチバック加工した時、裏面から表面方向に広がる緩やかな曲線あるいはテーパー形状となっている。このため、表面めっき層２０よりダイパッド部１３やリード部１４の上面の形状が大きくなり、縁部に金属部が露出する。光半導体装置１００ではなく、一般的な半導体装置では光を反射させる必要がないため、表面めっき層２０の縁部からダイパッド部１３やリード部１４の金属部が露出しても問題ない。光半導体装置では、この露出した金属部は、貴金属めっきが施されていないため、露出部分の面積において反射率が低下するという問題を生ずる。

そこで、本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレーム５０及び光半導体装置１００においては、図３に示すように、少なくとも透明樹脂部９０の底面が接触し、かつ、ダイパッド部１３とリード部１４とが対向する側のダイパッド部１３及びリード部１４の縁部の金属部が表面に露出しないように、表面めっき層２０よりもダイパッド部１３とリード部１４の金属部の上面が小さい形状になるようにエッチング加工をする。つまり、ダイパッド部１３とリード部１４が対向する側の表面めっき層２０の縁部と、ダイパッド部１３やリード部１４の金属部の上面の縁部とでは、表面めっき層２０がダイパッド部１３及びリード部１４の上面を完全に覆い、更に内側に突出して庇形状になるように構成する。図３（ｂ）においては、寸法Ｘが０以上となるようする。好ましくは、ダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２が内側に突出した庇形状箇所の寸法Ｘは、５μｍ以上２５μｍ以内の範囲内にあることが好ましい。なお、この庇寸法Ｘの値は、ダイパッド部１３、リード部１４で同じであってもよいし、異なっていてもよい。

光半導体素子搭載用リードフレーム５０及び光半導体装置１００をかかる構成とするためには、光半導体素子搭載用リードフレームの製造時において、裏面めっき層３０の位置を表面めっき層２０の位置より外側に配置する。

図４は、本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した断面図である。図４に示すように、光半導体素子搭載用リードフレーム５０においては、ダイパッド部１３とリード部１４が対向する側の裏面めっき層３０の位置は、表面めっき層２０の縁部よりダイパッド部１３やリード部１４がテーパー形状等になる量以上の距離Ｙを表面めっき層２０から離間させた位置に設定する。好ましくは、半導体装置１００において、上述の庇寸法Ｘになるように設定する。なお、テーパー形状等の量は、エッチング液やエッチング条件等により適宜設定する。

なお、上述したような表面めっき層２０の縁部を庇形状にする構成は、本実施形態のように、先に表面めっき層２０を透明樹脂部９０等で覆い、その後、下側からエッチング加工をする手順で行うことで可能となった。例えば、従来の方法である特許文献１の第２の実施形態の製法で、表面めっき層２０をマスクとして上側からエッチング加工をした場合、表面めっき層２０はエッチングされにくく、下側の導電性リードフレーム（金属板１０）がエッチングされるため、外周部が庇形状となるが表面めっき層２０は薄くめっきバリとなり、剥離や脱落が発生する。本発明の実施形態では、めっき層は薄いものの、下面に金属板１０がある状態で先に透明樹脂９０等で封止され、その後下側からエッチングしているため、表面めっき層２０は透明樹脂部９０等に密着しており、庇部分の剥離や脱落の発生はない。

上述のように、表面めっき層２０と裏面めっき層３０の位置を適切に設定することにより金属部の露出がなく、光半導体素子６０から下側に向かう光の反射量を低下させない光半導体装置１００を得ることができる。

次に、本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法について説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。

図５（ａ）は、金属板用意工程の一例を示した図である。金属板用意工程においては、金属板１０が用意される。なお、金属板１０には、上述のように、例えば、厚さ５０〜２００μｍの銅板を用いてもよい。

図５（ｂ）は、第１のレジスト層被覆工程の一例を示した図である。第１のレジスト層被覆工程においては、最初に、金属板１０の両面にレジスト層４０を形成し、金属板１０の表面及び裏面の全面をレジスト層４０で覆う。レジスト層４０の形成は、種々のレジストを用いてよく、例えば、金属板１０の両面にドライフィルムレジストをラミネートしてもよい。また、ドライフィルムレジストの種類、厚みは特に限定されないが、通常感光部が硬化するネガタイプのものを用いる。この他にポジタイプのドライフィルムレジストを用いても良い。また液状のフォトレジストを塗布しても良い。レジスト層４０の厚みは、形成するパターンの線幅・線間距離で決定されるが、１５〜４０μｍの範囲を用いることが多い。

図５（ｃ）は、第１の露光・現像工程の一例を示した図である。第１の露光工程においては、レジスト層４０に、所定の位置に所定の形状の表面めっき層２０を形成するためのパターンを露光する。これは、一般的な方法と同じで、レジスト層４０にパターンを形成したフォトマスク（図示せず）を密着させ、紫外線を照射することでフォトマスクのパターンをドライフィルムレジストに露光する。このとき、半導体素子６０が搭載される面側となる表面側と反対側の外部接続端子となる裏面側の露光形状が区別される。表面側には各表面めっき層２０のめっきパターンを露光し、裏面側には全面露光にてパターンニングしない構造とする。

なお、露光の際、紫外線の散乱光を用いて露光し、散乱光が斜めから入射するようにし、逆台形の断面形状となるようにパターニングを行う。図５（ｃ）に示されるように、硬化しないレジスト層４０が逆台形の断面形状を構成するように紫外線の散乱光を照射し、散乱光が照射した部分は硬化部分４１となる。

第１の現像工程では、露光工程後のレジスト層４０が現像され、未硬化部分が溶解除去され、開口部４２が形成される。これにより、めっきマスク４３が完成する。なお、レジスト層４０として、アルカリ現像型のフォトレジストを用いる場合は指定の現像液を用いる。このようにして、金属板１０の表面側に所定形状の開口部４２が形成された表面めっき層２０用のレジストマスクを形成する。

なお、図５（ｂ）〜図５（ｃ）が、第１のめっきマスク形成工程となる。第１のめっきマスク形成工程により、逆台形の断面形状、つまり逆テーパー形状の側面形状の開口部４２を有するめっきマスク４３が形成される。

図５（ｄ）は、第１のめっき・第１のレジスト除去工程の一例を示した図である。第１のめっき工程においては、めっきマスク４３の開口部４２にめっきを行ない、表面めっき層２０を形成する。めっき金属の種類は特に限定はされないが以下を考慮し選定する。ダイパッド部領域１１、リード部領域１２の表面めっき層２０の最上面は、光半導体素子６０からの下方向への光をダイパッド部１３やリード部１４の最表面で光を反射させ、上面に光を集約させる機能がある。このため、反射率の高いめっきの種類を選定する。また、リード部表面めっき層２２は、ワイヤボンディングにより接続するため、ボンディングワイヤ７０の接続に適しためっき金属を選定する。ダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２は、上述の両方の条件を満たすものであればよく、種々のめっき金属材料を選択することができる。例えば、光沢のあるＡｇめっき等を用いてもよい。上述のように、めっきマスク４３の開口部４２が逆テーパー形状を有するため、金属板１０の表面上に、テーパーめっきが施されることになる。

上述のように、テーパーめっきは、光半導体素子６０を搭載し、ワイヤボンディングした光半導体素子搭載側に透明樹脂部９０及び第１の封止樹脂８０を封止した後のダイパッド部１３及びリード部１４の密着強度を向上させる目的がある。例えば、テーパーめっきのテーパー角度を３０°以上７０°以下にすることで、密着強度を十分に向上させるテーパーめっき層が得られる。めっき形状のテーパー角度が３０°未満のときには、樹脂が表面めっき層２０との間に充填し難くなり、未充填を生じるおそれがある。また、テーパー角度が７０°を超えたときには、樹脂と表面めっき層２０との密着強度が不足し、エッチバック時に端子剥がれが生じるおそれがある。

第１のめっき工程後、第１のレジスト層剥離工程において、めっきマスク４３及び裏面のレジスト層４１が剥離される。なお、レジスト層４０としてアルカリ現像型のフォトレジストを用いている場合には、指定の剥離液を用いる。

図６は、本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。

図６（ａ）は、第２のレジスト層被覆工程の一例を示した図である。第２のレジスト層被覆工程においては、表面めっき層２０がめっきパターンニングされた金属板１０の両面の全面に、レジスト層４４が形成される。レジスト層４４の形成は、種々のレジストを用いて行われてよく、例えば、ドライフィルムレジストをラミネートしてレジスト層４４を形成してもよい。ドライフィルムレジストの種類、厚みは特に限定されないが、通常感光部が硬化するネガタイプのものを用いる。この他に、ポジタイプのドライフィルムレジストでも良い。また液状のフォトレジストを塗布することでも良い。レジスト層４４の厚みは形成するパターンの線幅・線間距離で決定されるが、１５〜４０μｍの範囲を用いる場合が多い。

図６（ｂ）は、第２の露光・現像工程の一例を示した図である。第２の露光工程においては、レジスト層４４に、所定の位置に所定の形状の裏面めっき層３０を形成するためのパターンを露光する。これは、一般的な方法と同じで、レジスト層４０にパターンを形成したフォトマスクを密着させ、紫外線を照射することでフォトマスクのパターンをレジスト層４４に露光する。表面側の表面めっき層２０のめっきパターン上にラミネートされたレジスト層４４は全面露光し、裏面側は裏面めっき層３０のめっきパターンを露光する。なお、裏面側は、通常のめっき層の形成でよいので、散乱光ではない一般的な紫外線を照射してよい。なお、紫外線が照射されたレジスト層４４は、硬化部分４５となる。

第２の現像工程では、現像により、未硬化の部分のレジスト層４４が溶解除去され、開口部４６が形成される。これにより、裏面側にめっきマスク４７が形成される。なお、レジスト層４４にアルカリ現像型のフォトレジストを用いる場合は指定の現像液を用いる。

このようにして金属板１０の裏面側に所定形状の開口部４６が形成された裏面めっき層３０用のめっきマスク４７が形成される。なお、図６（ａ）、（ｂ）が、第２のめっきマスク形成工程となる。

図６（ｃ）は、第２のめっき工程の一例を示した図である。第２のめっき工程では、めっきマスク４７の開口部４６にめっきを行なう。めっきの金属は耐熱性、外部機器との半田接合性等を考慮し、通常の電気めっきで良く、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ等の単層めっきあるいは２種以上の積層めっきをする。例えば、Ｎｉめっき０．５μｍ、Ｐｄめっき０．０１μｍ、Ａｕめっき０．００３μｍとしてもよい。特にここでは、エッチバック後の裏面めっき層３０のダレ込みやバリを防止する目的で、Ｎｉめっきの厚付けめっきを用いることが好ましい。Ｎｉめっきの厚付けめっきは、エッチバック後の裏面めっき層３０のダレ込みやバリを防止する目的が有り、例えば、スルファミン酸ニッケルめっきで、Ｎｉめっき層を２μｍ以上２０μｍ以下の厚さで形成する。その後、Ｐｄめっき層を０．０１μｍ形成し、Ａｕめっき層を０．００３μｍ形成すれば、エッチバック後の裏面めっき層３０のダレ込みやバリの発生を防止することができる。Ｎｉめっき層の厚さが２μｍ未満の場合には、エッチバック後の外部端子用めっき層３０のダレ込みやバリを生じるおそれがある。一方、Ｎｉめっき層が２０μｍを超えた場合には、めっき厚みが厚くなり生産性が低下する。よって、裏面めっき層３０の一部として、Ｎｉめっき層を２μｍ以上２０μｍ以下の範囲で形成してもよい。このように、裏面めっき層３０は、多層のめっき層で構成してもよい。

図６（ｄ）は、第２のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。第２のレジスト層剥離工程では、表面側のレジスト層４５及び裏面側のめっきマスク４７を剥離する。レジスト層４４として、アルカリ現像型のフォトレジストを用いている場合には、第２のレジスト層剥離工程では、指定の剥離液を用いる。

次に、シート状に金属板１０をカッティングし、必要であれば洗浄し本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレーム５０が得られる。

このように、本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法では、高価なエッチングプロセスを必要とせず、めっき加工のみで安価に製造可能な光半導体素子搭載用リードフレーム５０を提供することが出来る。

次に、本発明の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームを用いた光半導体装置の製造方法について説明する。

図７は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。

図７（ａ）は、第１の樹脂封止工程の一例を示した図である。第１の樹脂封止工程においては、光半導体素子搭載用リードフレーム５０のダイパッド表面めっき層２１の光半導体素子６０が搭載される領域と、光半導体素子６０と、リード表面めっき層２２のボンディングワイヤ７０が接続される箇所を少なくとも含む中央領域１５を取り囲むように封止樹脂で樹脂封止し、第１の封止樹脂部８０を形成する。第１の封止樹脂部８０に用いる樹脂の種類は、光の反射率が高い樹脂を選定する。

図７（ｂ）は、光半導体素子搭載工程の一例を示した図である。光半導体素子搭載工程においては、光半導体素子搭載用リードフレーム５０のダイパッド表面めっき層２１上に、光半導体素子６０を搭載する。なお、光半導体素子６０の搭載は、銀ペースト等を用いて搭載してもよい。

図７（ｃ）は、ワイヤボンディング工程の一例を示した図である。ワイヤボンディング工程では、光半導体素子６０の電極６１が、ワイヤボンディングによりボンディングワイヤ７０を介してリード表面めっき層２２に電気的に接続される。ボンディングワイヤ７０には、金ワイヤや銅ワイヤなど２０〜４０μｍφの大きさのワイヤを用いてもよい。

図７（ｄ）は、透明樹脂封止工程の一例を示した図である。透明樹脂封止工程においては、図７（ａ）で形成した、第１の封止樹脂部８０の開口部、即ち中央領域１５を透明樹脂により樹脂封止し、透明樹脂部９０を形成する。これにより、光半導体素子６０、ボンディングワイヤ７０、ダイパッド表面めっき層２１及びリード表面めっき層２２が封止される。

図８は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。

図８（ａ）は、エッチバック工程の一例を示した図である。エッチバック工程では、各裏面めっき層３０をエッチングマスクとして、裏面側から金属板１０がエッチバックされる。このように、金属板１０をエッチバック加工することで、ダイパッド部１３及びリード部１４が独立する。ここで、エッチバック加工は、裏面めっき層３０側の一方向からエッチバックされることにより、エッチバック後のダイパッド部１３及びリード部１４の断面形状が、裏面から表面方向に広がる緩やかな曲線あるいはテーパー形状となる。これにより、第２の封止樹脂部８１からの端子抜け不良を無くすことが出来る。例えば、エッチバック工程では、エッチバックに使用される銅材選択エッチング液をノズル噴射して、光半導体搭載用リードフレーム５０の裏面側に吹き付けるが、この時に噴射圧と噴射時間とノズル搖動角度の調整等で、エッチバック後のダイパッド部１３及びリード部１４の断面形状が、上述のテーパー形状となる様に調整すればよい。

図８（ｂ）は、第２の樹脂封止工程の一例を示した図である。第２の樹脂封止工程においては、金属板１０のエッチバック加工後の裏面側を樹脂封止する。特許文献１では、エッチバック後第２の樹脂封止はされていない。このため、外部端子部側面が金属面のまま露出している。このため、この露出部は、酸化や変色等不具合が発生しやすい。本発明の実施形態に係る光半導体装置及びその製造方法では、この第２の樹脂封止工程で端子部の側面を封止することで、酸化や変色等の不具合の発生を防止できる。また、特許文献１の第１の実施形態では、エッチバックにてダイパッド部１３及びリード部１４を形成しているが、樹脂部との接続は、表面めっき層２０を含む端子上面のみである。このため、密着強度が弱く、外部からの衝撃に弱い。場合によっては端子が抜ける不具合が発生することがある。本発明の実施形態に係る光半導体装置及びその製造方法では、この第２の樹脂封止工程で端子部の側面を封止するとともに、端子の形状を裏面から表面方向に広がる緩やかな曲線あるいはテーパー形状にする。これにより、端子部と樹脂部の密着性を向上することができ、外部からの衝撃を防止することができる。

図８（ｃ）は、切断工程の一例を示した図である。最後に、ソーイングなどの方法で、光半導体装置１００の集合体を、個々のパッケージサイズに切断する。

本発明の実施形態に係る光半導体素子搭載用リードフレーム及び光半導体装置、並びにそれらの製造方法によれば、光半導体素子搭載用リードフレームにおいて、パターン形成エッチングを不要とし、簡素化された製造工程により安価に製造できる。また、樹脂封止後のエッチバック工程で金属材料をエッチングの際の端子抜けを防止できる。光半導体装置においては、ダイパッド部、リード部の間を第２の封止樹脂で封止することにより、外部からの衝撃等で端子部が抜け落ちることのない信頼性の高い光半導体装置を得られる。また、第１の封止樹脂部を形成すること等で、集光性が高く、かつ、小型化及び薄型化が可能な光半導体装置を提供できる。

〔実施例〕
〔実施例１〕
次に、本発明の光半導体素子搭載用リードフレーム及び光半導体装置、並びにそれらの製造方法の実施例を説明する。

金属板１０として、厚さ０．１２５ｍｍの銅系合金材（古河電工製ＥＦＴＥＣ６４−Ｔ）を用いて、両面にドライフィルムレジスト（旭化成製２５５８）をラミネートした。

次に所定のパターンで両面に露光を行った。表面側は、ダイパッド表面めっき層及びリード表面めっき層を配置するパターン、裏面側は、全露光するパターンとした。なお、露光の際、紫外線の散乱光を用いて露光し、散乱光が斜めから入射するようにし、開口部が逆台形の断面形状となるようにパターンとした。
次に、現像して表面めっき層が必要な部分が開口されためっきマスクを形成した。

次に、形成しためっきマスクの開口部から露出している金属板に、Ａｇめっきを５μｍの厚さで形成し、ダイパッド表面めっき層及びリード部表面めっき層となる表面めっき層を形成した。

次に、めっきマスク及びレジスト層を剥離した。

次に、両面にドライフィルムレジスト（旭化成製２５５８）をラミネートした。

次に所定のパターンで両面に露光を行った。表面側は全露光するパターン、裏面側はダイパッド裏面めっき層及びリード裏面めっき層を配置するパターンとした。なお、裏面めっき層は通常のめっき層の形成でよいので、散乱光ではない一般的な紫外線を照射した。次に、現像して裏面めっき層が必要な部分が開口されためっきマスクを形成した。また、ダイパッド部とリード部の対向する面においては、ダイパッド部、リード部の裏面めっき層の位置は、エッチング時の拡がり量を１００μｍ、庇寸法を１０μｍとし、表面めっき層の縁部から０．１１０μｍ外側の位置とした。

次に、形成しためっきマスクの開口部から露出している金属板に、スルファミン酸ニッケル浴にてＮｉを２μｍめっきし、Ｐｄを０．０１μｍ、Ａｕを０．００３μｍの厚さで順次めっきし、裏面めっき層を形成した。

次に、めっきマスク及びレジスト層を剥離した。

次に、シート状にカッティングした。この様にして本発明の実施例に係る光半導体素子搭載用リードフレームが得られた。

次に、上述の工程で得られた光半導体素子搭載用リードフレームを用いて、第１の封止樹脂を封止し、その後、光半導体素子の搭載とボンディングワイヤによる接続を行った後、表面側より、第１の封止樹脂部の開口部を透明樹脂により封止した。

次に、裏面側に形成した裏面めっき層をエッチングマスクとして、金属板をエッチバック加工した。

次に、裏面側から第２の樹脂封止を行った。なお、第１の樹脂封止と第２の樹脂封止は同種の樹脂を使用した。

その後に、ソーイングにより小片化し光半導体装置を作製した。

次に効果の確認として、実施例の表面めっき層の封止樹脂密着性の確認と、ダイパッド部とリード部との対向面側において、ダイパッド部、リード部の縁部に金属部の露出があるか否かについて、顕微鏡にて外観確認を行った。

表面めっき層の封止樹脂密着性の確認については、樹脂封止後のエッチバック工程で金属板をエッチバック中に、ダイパット部やリード部が樹脂部から抜け不具合が発生するかを確認した。本発明の実施例においては、抜け不具合の発生はなく良好であった。

更に、ダイパッド部、リード部の縁部における金属部の露出の有無については、金属部の露出がないことを確認できた。

以上、本発明の実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０ 金属板
１１ ダイパッド部領域
１２ リード部領域
１３ ダイパッド部
１４ リード部
１５ 中央領域
２０ 表面めっき層
２１ ダイパッド表面めっき層
２２ リード表面めっき層
３０ 裏面めっき層
３１ ダイパッド裏面めっき層
３２ リード裏面めっき層
４３、４７ めっきマスク
５０ 半導体素子搭載用リードフレーム
６０ 半導体素子
６１ 電極
７０ ボンディングワイヤ
８０ 第１の封止樹脂部
８１ 第２の封止樹脂部
９０ 透明樹脂部
１００ 光半導体装置

Claims (6)

1. 第１の金属柱からなり、半導体素子を搭載可能なダイパッド部と、
   第２の金属柱からなり、前記ダイパッド部に対向して配置されたリード部と、
   前記ダイパッド部の表面上に設けられたダイパッド表面めっき層と、
   該ダイパッド表面めっき層の表面上に搭載された光半導体素子と、
   前記ダイパッド部の裏面上に設けられたダイパッド裏面めっき層と、
   前記リード部の表面上に設けられたリード表面めっき層と、
   前記リード部の裏面上に設けられたリード裏面めっき層と、
   前記光半導体素子の電極と前記リード表面めっき層とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
   前記光半導体素子、前記ボンディングワイヤ、前記リード表面めっき層の前記ボンディングワイヤとの接続箇所を少なくとも含む中央領域を取り囲むように設けられた第１の封止樹脂部と、
   前記中央領域を覆うように設けられた透明樹脂部と
   前記ダイパッド部、前記リード部、前記ダイパッド裏面めっき層及び前記リード裏面めっき層の側面を覆うように設けられた第２の封止樹脂部と、を有し、
   前記ダイパッド表面めっき層及びリード表面めっき層は、逆台形の断面形状を有する逆テーパー形状を有するとともに、前記ダイパッド部及び前記リード部から内側にはみ出して庇形状をなすように突出し、
   前記ダイパッド裏面めっき層及びリード裏面めっき層は、前記逆テーパー形状を有しない光半導体装置。
2. 前記逆テーパー形状のテーパー角度は３０°以上７０°以下である請求項１に記載の光半導体装置。
3. 少なくとも前記ダイパッド部とリード部の対向面側における上面視にて、前記ダイパッド表面めっき層と前記リード表面めっき層の各々の対向縁部から、前記ダイパッド裏面めっき層及び前記リード裏面めっき層の対向縁部がはみ出さない請求項１又は２に記載の光半導体装置。
4. 前記ダイパッド表面めっき層及び前記リード表面めっき層はＡｇめっき層であり、
   前記ダイパッド裏面めっき層及び前記リード裏面めっき層は、前記第１及び第２の金属柱の前記裏面上から、Ｎｉめっき層、Ｐｄめっき層、Ａｕめっき層が順次積層されて構成された積層めっき層である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光半導体装置。
5. 前記第１の金属柱からなる前記ダイパッド部及び前記第２の金属柱からなる前記リード部の断面形状が、裏面から表面方向に広がる緩やかな曲線あるいはテーパー形状である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体装置。
6. 金属板の表面及び裏面を第１のレジスト層で覆う工程と、
   前記金属板の前記表面上の前記第１のレジスト層に、逆台形の断面形状を有する開口を形成して第１のめっきマスクを形成する工程と、
   該第１のめっきマスクを用いて前記金属板の前記表面上に逆台形の断面形状を有し、光半導体素子を搭載可能な領域を有するダイパッド部と、該ダイパッド部に対向して配置されたリード部とを含む第１のめっき層を形成する工程と、
   前記第１のレジスト層を除去する工程と、
   前記金属板の前記表面及び前記裏面を第２のレジスト層で覆う工程と、
   前記金属板の前記裏面上の前記第２のレジスト層に開口を形成して第２のめっきマスクを形成する工程と、
   該第２のめっきマスクを用いて前記金属板の前記裏面上に前記逆台形の断面形状を有しない第２のめっき層を形成する工程と、
   前記第２のレジスト層を除去する工程と、を有し、
   前記金属板の前記表面及び前記裏面は平坦面のみからなり、前記第２のレジスト層を除去する工程終了後も前記平坦面は維持される光半導体素子搭載用リードフレームの製造方法により製造された光半導体素子搭載用リードフレームの前記表面上において、少なくとも前記ダイパッド部の前記光半導体素子を搭載可能な領域と、前記リード部にワイヤボンディングが行われる接続箇所とを含む中央領域を取り囲むように第１の封止樹脂で樹脂封止する第１の樹脂封止工程と、
   前記ダイパッド部上に前記光半導体素子を搭載する工程と、
   前記光半導体素子の電極と前記リード部とをワイヤボンディングにより接続する工程と、
   前記中央領域を透明樹脂で封止する第２の樹脂封止工程と、
   前記第２のめっき層をエッチングマスクとして、前記金属板を前記裏面側からエッチングし、前記第１のめっき層が、前記ダイパッド部及び前記リード部から内側にはみ出して庇形状をなすように突出するように金属柱を形成する工程と、
   前記金属板の前記裏面上を樹脂封止する第３の樹脂封止工程と、を有する光半導体装置の製造方法。

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