JPWO2020045604A1 - 半導体素子搭載用パッケージ及び半導体装置 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る半導体素子搭載用パッケージは、リードフレーム（２）と、リードフレーム（２）上にリードフレーム（２）からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部（６）を有する樹脂枠体（３）と、樹脂枠体（３）の収容部（６）に対応する開口部を有し、収容部（６）に嵌合する金属反射体とを備える。金属反射体（４）は、リードフレーム（２）からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部（５）を有し、フランジ部（５）は樹脂枠体（３）の上面に載置されている。

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージに関するものであり、特に、気密性、放熱性、耐食性に優れた光の取り出し効率の良好な高出力、高信頼性ＬＥＤパッケージに関するものである。
ＬＥＤパッケージには、青色ＬＥＤチップの開発により、蛍光体で変換した白色ＬＥＤ用のパッケージが要求される様になった。また、ＬＥＤパッケージでは、テレビ、スマートフォン、カメラ、車載のインパネなどの小型のバックライト用パッケージから、ＬＥＤ照明用、車載ヘッドライト用など大型で高出力のＬＥＤパッケージまで展開が進んでいる。さらに近年では、スマートフォン、ＰＣの顔認証、虹彩認証もしくは監視カメラなどのセキュリティシステムの夜間光源、または、車載の自動運転システムのセンサーとして赤外線ＬＥＤの需要が増加してきている。また、産業用もしくは殺菌などの医療用、または水銀ランプの置き換えなどの用途としては、紫外線ＬＥＤが注目を集めている。
そこで、今、市場では、白色ＬＥＤはもちろんのこと、赤外線ＬＥＤまたは紫外線ＬＥＤとして使える低コストで高出力かつ高信頼性のオールマイティーなパッケージが必要となっている。
特開２００８−４７９１６号公報
近年市場要求が高まっている紫外線ＬＥＤ及び一部の赤外線ＬＥＤでは、気密性を要求されることがあり、半導体素子を載置する部分を平面ガラスまたはガラスレンズで封着し気密性を確保する必要がある。
例えば特許文献１に開示される構成では、リードフレーム１６２２とリング１３４とがインサート成形により一体化されており、さらに、リング１３４がケーシング１２２に覆われている。このため、特許文献１に開示される構成では、平面ガラスまたはガラスレンズを接合するためには接着剤を使用しなければならない。しかしながら、特許文献１に開示される構成では、パッケージの構造上、平面ガラスまたはガラスレンズに接着剤を塗布する領域がごく僅かとなるので、気密性を確保するのが困難という課題がある。
さらに、特許文献１に開示される構成では、リング１３４がケーシング１２２の上方の面よりも低い位置にある。このため、リング１３４の内側の面積が制約を受け、発光素子から発光する光の反射量を十分に確保できなくなるという課題も発生する。
したがって、特許文献１に開示される構成では、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを実現できないという課題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体素子搭載用パッケージは、リードフレームと、前記リードフレーム上に前記リードフレームからその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部を有する樹脂枠体と、前記樹脂枠体の収容部に対応する開口部を有し、前記収容部に嵌合する金属反射体とを備え、前記金属反射体は、前記リードフレームからその上方に向かうにつれて前記開口部の面積が大きくなり、前記開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部を有し、前記フランジ部は前記樹脂枠体の上面に載置されている。
この構成により、気密性を確保することが出来て、さらに光取り出し効率が良く、またリードフレームを裏面放熱が出来る様に樹脂枠体を成形することで放熱性が良く、光が照射される部分の樹脂枠体を金属反射体で覆うことで樹脂の劣化を抑制できるので、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供することができる。
より具体的には、樹脂枠体の上面に載置されているフランジ部と、平面ガラスまたはガラスレンズなどとをＡｕ／Ｓｎ封着することで、半導体素子搭載用パッケージのパッケージ内部の気密性を確保することができる。さらに、樹脂枠体の収容部に嵌合する金属反射体は、光が照射される樹脂枠体のさらに上面まで覆い被さり、また開口面積が小さい側の開口面積を容易に変更することが出来るので、光学設計に自由度がある。また、当該金属反射体には、さらに半導体素子から照射する波長に最適なめっきを施してあるため、光取り出し効率が良く、樹脂の劣化を抑制することができる。このように構成することにより、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供することが出来る。
さらに、本構成によれば、フランジ部は樹脂枠体の上面に載置されており、金属反射体は樹脂枠体に載置し接合するだけなので、特許文献１のインサート成形の様に工数が掛かることもなく低コスト化を実現することが出来る。
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体素子搭載用パッケージは、パターン配線されたベース基板と、前記ベース基板上に前記ベース基板から上方に向かってまたは上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部を有するセラミック枠体と、前記セラミック枠体の収容部に対応する開口部を有し、前記収容部に嵌合する金属反射体とを備え、前記金属反射体は前記ベース基板からその上に向かうにつれて前記開口部の面積が大きくなり、前記開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部を有し、前記フランジ部は前記セラミック枠体の上面に載置されている。
この構成により、気密性を確保することが出来て、さらに光取り出し効率が良く、またリードフレームを裏面放熱が出来る様に樹脂枠体を成形することで放熱性が良く、光が照射される部分の樹脂枠体を金属反射体で覆うことで樹脂の劣化を抑制できるので、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供することができる。
より具体的には、セラミック枠体の上面に載置されているフランジ部と、平面ガラスまたはガラスレンズなどとをＡｕ／Ｓｎ封着することで、半導体素子搭載用パッケージのパッケージ内部の気密性を確保することができる。さらに、セラミック枠体の収容部に嵌合する金属反射体は、光が照射されるセラミック枠体のさらに上面まで覆い被さり、また開口面積が小さい側の開口面積を容易に変更することが出来るので、光学設計に自由度がある。また、当該金属反射体には、さらに半導体素子から照射する波長に最適なめっきを施してあるため、光取り出し効率が良い。よって、本構成により、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供することが出来る。
本発明によれば、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供することが出来る。
図１Ａは、本発明における実施例１の半導体素子搭載用パッケージの斜視図である。 図１Ｂは、本発明における実施例１の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。 図１Ｃは、本発明における実施例１の半導体装置の断面図である。 図２は、図１Ｂに示す金属反射体の特徴を説明するための断面図である。 図３は、本発明における実施例１の樹脂塗布量を示した断面図である。 図４は、本発明における実施例２の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。 図５は、本発明における実施例４の金属反射面の角度違いを示した断面図である。 図６Ａは、本発明における実施例５の半導体素子搭載用パッケージの斜視図である。 図６Ｂは、本発明における実施例５の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。 図６Ｃは、本発明における実施例５の半導体装置の断面図である。 図７は、本発明における実施例６の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。 図８は、本発明における実施例７の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。 図９は、本発明における実施例７の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。 図１０は、本発明における実施例８の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。 図１１は、本発明における実施例９の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で説明する実施例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
（実施例１）
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明における実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１を説明するための図である。図１Ａは、本発明における実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１の斜視図である。図１Ｂは、本発明における実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１の断面図である。図１Ｃは、本発明における実施例１の半導体装置の断面図である。図１Ａにより、実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１のイメージが把握できたと思うので、図１Ｂの断面図を用いて以下説明する。
図１Ｂに示すように、実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１は、リードフレーム２と、収容部６を有する樹脂枠体３と、フランジ部５を有する金属反射体４とを備える。なお、樹脂枠体３は、枠体の一具体例である。より具体的には、半導体素子搭載用パッケージ１は、リードフレーム２と、リードフレーム２上にリードフレーム２からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有する樹脂枠体３と、樹脂枠体３の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６に嵌合する金属反射体４とを備える。金属反射体４は、リードフレーム２からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５を有し、フランジ部５は樹脂枠体３の上面に載置されている。
ここで、実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１の特徴は、金属反射体４のフランジ部５が樹脂枠体３の上面に載置されているところにある。このため、リードフレーム２の上面からのフランジ部５の最上面の高さＨ２は、リードフレーム２の上面からの樹脂枠体３の最上面の高さＨ１よりも高くなる。
ところで、紫外線ＬＥＤ及び赤外線ＬＥＤの一部の製品用途には気密性を必要とするものがある。
特許文献１に開示されるパッケージは、製品の上面が樹脂で覆われているので、平面ガラスまたはガラスレンズを接合する際には、接着剤を使用する方法が最適な工法となる。しかし、パッケージの構造上、平面ガラスまたはガラスレンズに、接着剤を塗布する領域がごく僅かとなるので、気密性を保つことが難しい。このため、特許文献１に開示されるパッケージは、信頼性の低いパッケージとなってしまう。
一方、実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１では、金属反射体４のフランジ部５が樹脂枠体３の上面に載置される。このため、例えば金属反射体４にＡｕめっきを施せば、平面ガラスまたはガラスレンズを接合する際にＡｕ／Ｓｎ封着が可能となるので、気密性、信頼性の高い半導体素子搭載用パッケージ１を提供することが出来る。なぜなら金属反射体４に施されたＡｕめっきのＡｕ原子と平面ガラスまたはガラスレンズに蒸着されたＡｕ原子とが、接合面でＡｕ／Ｓｎはんだに移動して共昌接合をおこなうからである。したがって、接合領域がごく僅かとしても、気密性のある接合が出来るからである。なお、平面ガラスまたはガラスレンズを接合しない場合であれば、パッケージ自体が持つ熱を大気中に放熱する効果を持ち合わす。例えば、半導体素子搭載用パッケージ１に用いられるのが赤外線ＬＥＤであれば、ＬＥＤ素子から放出する輻射熱も金属反射体４が受け止めフランジ部５から大気中に放熱することができる。つまり、平面ガラスまたはガラスレンズを接合しない場合でも、金属反射体４にＡｕめっきを施すことで、放熱性に優れた半導体素子搭載用パッケージ１を提供することが出来る。
さらに、半導体素子搭載用パッケージ１では、金属反射体４のめっきの種類またはめっきの厚みを変えることにより、高反射／高出力なパッケージまたは高信頼性パッケージに対応することが出来る。つまり、金属反射体４には、厚みが０．００５ｕｍ〜３．０ｕｍの、Ａｇ、Ａｕ、ＮｉまたはＰｄからなるめっきが形成されてもよい。また、さらには、金属反射体４には、厚みが０．０８μｍ〜０．１μｍの、Ａｕめっきが形成されていてもよい。半導体素子搭載用パッケージ１では、例えばＣｕ合金材のリードフレーム２及び／または金属反射体４に、ごく薄くＣｕをめっきして、Ａｇ３．０ｕｍ厚をめっきすれば、白色ＬＥＤの高反射／高出力パッケージが提供できる。また、例えばＣｕ合金材からなるリードフレーム２及び／または金属反射体４に、Ｎｉ１．５ｕｍ／Ｐｄ０．０３５ｕｍ／Ａｕ：０．００５ｕｍ及び／またはＡｕが５１％以上でＡｇが４９％以下の合金めっきを施せば、硫化及びマイグレーションに優れた高信頼性パッケージを提供することが出来る。Ａｇは硫化及びマイグレーションし易い一方で、Ａｕは硫化及びマイグレーションしにくい。そのため、Ａｕが５１％以上でＡｇが４９％以下のように、Ａｇの成分を抑えてＡｕの成分を増やすことで硫化とマイグレーションとを抑制できるからである。また、半導体素子搭載用パッケージ１では、例えばＣｕ合金材のリードフレーム２及び／または金属反射体４に、Ｎｉめっき１．５ｕｍ、Ａｕめっき０．１ｕｍを施せば、赤外線ＬＥＤに於ける光の取り出し効率が良い高出力／高信頼性のパッケージを提供することが出来る。Ａｕは、赤外線に対する反射に優れており、さらに厚みが０．０８ｕｍ以上あれば赤外線が透過してしまい赤外線をロスすることもないので、反射率が向上し、光の取り出し効率が向上するからである。
また、半導体素子搭載用パッケージ１では、金属反射体４の材質は、めっき及び加工がしやすく放熱性に優れているＣｕ合金材を使うが、これに限らない。金属反射体４の材質は、半導体素子搭載用パッケージ１の製品用途に応じて最適な金属材料が設定されれば良い。金属反射体４の材質が例えばＡｌ合金材であれば、紫外線の反射率が良いので、Ａｌ合金材は、前述の紫外線ＬＥＤパッケージに最適な金属材料と言える。
なお、半導体素子搭載用パッケージ１では、光学設計の自由度を持たせるため、また光の反射を高めるために、金属反射体４は、樹脂枠体３の収容部６に嵌合する全面が金属反射面となっている。そして、図１Ｂに示されるように、金属反射体４の下端部は、樹脂枠体３の下面よりも上方に位置している。金属反射体４の最下面の高さを、樹脂枠体３の最下面の高さより高い位置に配置しなければ、リードフレーム２のアノードとカソードとをショートさせてしまうことになるからである。
図２は、図１Ｂに示す金属反射体４の特徴を説明するための断面図である。図１Ｂと同様の要素には同一の符号を付している。
さらに、図２に示される様に、金属反射体４では、収容部６に嵌合する部分の第１の厚みＤ１が、フランジ部５の第２の厚みＤ２よりも薄いことを特徴としている。ここで、第１の厚みＤ１を第２の厚みＤ２で除した値は、０．５以上０．９９以下である。なお、第１の厚みＤ１を第２の厚みＤ２で除した値は、０．９以上０．９９以下であってもよい。この工夫により、小さなパッケージであっても半導体素子の搭載領域を少しでも大きくして、ハイパワーの製品に対応することができる。さらには、この工夫により、金属材料の使用量を少なくすることができるので、コスト低減にもつながる。但し、金属反射体４では、収容部６に嵌合する部分の第１の厚みＤ１をフランジ部５の第２の厚みＤ２で除した値が０．５以上である必要がある。なぜなら、金属反射体４を加工する上で、収容部６と嵌合する部分の材肉がフランジ部５の上面に移動して平坦度に影響を及ぼしてしまい、平面ガラスまたはガラスレンズなどを封着する場合に、隙間が発生し気密性を保てなくなる可能性があるからである。
次に、樹脂枠体３と金属反射体４との接合について、図３を用いて説明する。図３は、本発明における実施例１の樹脂塗布量を示した断面図である。
樹脂枠体３と金属反射体４とは、インサート成形ではなく接着剤７で接合する。つまり、半導体素子搭載用パッケージ１では、樹脂枠体３と金属反射体４とは、接着剤７により接着されている。このように、インサート成形を行わない接合方法により樹脂枠体３と金属反射体４とを接合する。これにより、樹脂枠体３の収容部６に嵌合する金属反射面には、アウトガスによるくもりなどの悪影響及び異物付着などが無く、反射率の低下がないので光の取り出し効率が良い上、成形の工数が掛からず低コストで行える。しかも、樹脂枠体３は金属反射体４で覆われているので、樹脂の劣化を抑制できる。
以上のように、実施例１によれば、樹脂の劣化を抑制した長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージ１を提供することが出来る。
但し、信頼性を高めるには接着剤７の塗布量のコントロールが重要となる。接着剤７の塗布量が多く、接着剤７が、金属反射体４の開口面積が小さい側の下端部すべてを通り越し、リードフレーム２まで到達してしまうと、リードフレーム２に搭載する半導体素子の接着力が弱まり、素子剥がれが生じたり、ワイヤーボンド不着が発生したりするリスクがあるからである。そこで、実施例１の半導体素子搭載用パッケージ１では、このリスクを回避するために、金属反射体４の開口面積が小さい側の周囲には接着剤７が形成されていない領域８を有する。より具体的には、半導体素子搭載用パッケージ１では、図３に示すように、金属反射体４の開口面積が小さい側の下端部に接着剤７が形成されていない領域８を有する様な、接着剤７の塗布量にしている。
次に、半導体素子搭載用パッケージ１において、リードフレーム２の上面の収容部６内に、発光素子１７が搭載されてもよい。すなわち、図１Ｃに示す様に、長寿命、高出力、高信頼性の半導体素子搭載用パッケージ１に、発光素子１７をダイボンディングし、通電させるためワイヤーボンドを実施すれば、半導体装置が出来る。なお、このあと製品の特性により気密性が必要であれば、平面ガラスまたはガラスレンズなどを用いてＡｕ／Ｓｎ接合を行ってもよいし、封止樹脂をポッティングするだけでもよい。
なお、リードフレーム２は、厚み０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのＣｕ合金からなってもよいし、Ｃｕ合金にＡｇ、Ａｕ、Ｐｄ等のめっきが施されたものでもよい。また、樹脂枠体３の材質は、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂としてもよい。また、金属反射体４の材質は、Ｃｕ、Ａｌまたはその他の金属を母材としていてもよい。また、金属反射体４の有する斜面と、樹脂枠体３の有する斜面とは相似形あるいは非相似形であってもよい。
（実施例２）
以下の実施例２では、図４を用いて、実施例１と異なる点を中心に説明する。
図４は、本発明における実施例２の半導体素子搭載用パッケージ９の断面図である。図１Ｂ等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
実施例２の半導体素子搭載用パッケージ９は、実施例１と同様に、リードフレーム２と、リードフレーム２上にリードフレーム２からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有する樹脂枠体３と、樹脂枠体３の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６に嵌合する金属反射体４とを備える。金属反射体４は、リードフレーム２からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５を有し、フランジ部５は樹脂枠体３の上面に載置されている。
さらに、半導体素子搭載用パッケージ９では、図４に示すように、金属反射体４が収容部６に嵌合する領域において、樹脂枠体３と金属反射体４の開口面積が小さい側の部分との第１の間隔Ｌ１は、樹脂枠体３と金属反射体４の開口面積が大きい側の部分との第２の間隔Ｌ２よりも大きいことを特徴としている。
実施例２では、金属反射体４は、樹脂枠体３内の上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６のサイズ内であれば、金属反射体４の開口面積が小さい側の部分と樹脂枠体３との第１の間隔Ｌ１を自由に広げることができる。これにより、樹脂枠体３の収容部６に嵌合する金属反射体４の金属反射面の角度を自由に調整できるので、光の取り出し効率を最大限に上げることができる。
ところで、例えばＬＥＤは、チップの種類により光の出方が異なり、また製品の用途によっても指向性を持たせることがある。このような場合でも、半導体素子搭載用パッケージ９では、最大限に光の取り出し効率を上げるために、樹脂枠体３の収容部６に嵌合する金属反射体４の金属反射面の角度を自由に調整できることが可能な設計となっている。これにより、半導体素子及び製品用途に応じた光の取り出し効率が良い高出力な半導体素子搭載用パッケージ９を提供することが出来る。
（実施例３）
以下の実施例３では、図１Ｂを用いて、金属反射体４の実施例１及び実施例２と異なった接着方法について説明する。
実施例３の半導体素子搭載用パッケージ１は、実施例１と同様に、リードフレーム２と、リードフレーム２上に、リードフレーム２からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有する樹脂枠体３と、樹脂枠体３の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６に嵌合する金属反射体４とを備える。金属反射体４は、リードフレーム２からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５を有し、フランジ部５は樹脂枠体３の上面に載置されている。
さらに、実施例３の半導体素子搭載用パッケージ１では、樹脂枠体３と金属反射体４とが直接接触している。
すなわち、実施例３では、金属反射体４を樹脂枠体３に、接着剤を使わず固定する。以下、この接合方法について説明する。
例えば樹脂枠体３が熱可塑性樹脂の場合、樹脂材料にもよるが金属反射体４を３００℃以上で熱した状態で樹脂枠体３に嵌合すればよい。これにより、樹脂枠体３の表面が溶融し金属反射体４に樹脂が絡みつき、温度が下がった時点で樹脂が固まり接着することができる。なお、この接合方法は溶融接合とも称される。この接合方法もインサート成形を行わないので金属反射面にアウトガスによるくもりなどの悪影響及び異物付着などが無く、反射率の低下もないので光の取り出し効率が良い上、成形の工数及び接着剤塗布の工数が掛からず低コストで行える。さらに、樹脂枠体３は金属反射体４で覆われているので、樹脂の劣化を抑制できる。
以上のように、実施例３によれば、樹脂の劣化を抑制した長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージ１を提供することが出来る。
（実施例４）
金属反射体４が有するフランジ部５の構造は、実施例１で説明した構造に限らない。以下の実施例４では、図５を用いて、実施例１と比較して異なる構造のフランジ部５を有する金属反射体４を備える場合について説明する。なお、以下では、実施例１と異なる点を中心に説明する。
図５は、本発明における実施例４の金属反射面の角度違いを示した断面図である。図１Ｂ等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
実施例４の半導体素子搭載用パッケージ１２は、実施例１と同様に、リードフレーム２と、リードフレーム２上にリードフレーム２からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有する樹脂枠体３と、樹脂枠体３の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６に嵌合する金属反射体４とを備える。金属反射体４は、リードフレーム２からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５を有し、フランジ部５は樹脂枠体３の上面に載置されている。
さらに、半導体素子搭載用パッケージ１２では、フランジ部５の下面は凸部１０を有し、樹脂枠体３の最上面は凹部１１を有し、凸部１０が凹部１１に係合する。
これにより、半導体素子搭載用パッケージ１２は、金属反射体４の位置決めをすることが出来る。例えば樹脂枠体３の収容部６に嵌合する金属反射体４の金属反射面の角度が光学設計により非対称の形状にするのが最適な場合、位置決めがあることにより位置ずれによる光学特性の精度を低下させることなく金属反射体４を樹脂枠体３に載置出来る。また、接着剤での接合または前述の熱可塑性樹脂材料に於ける熱での溶融接合では、凸部１０及び凹部１１それぞれを、上面視した場合における円周上に数多く設ければ設けるほど接着強度が高まるので、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージ１２を提供することができる。
（実施例５）
枠体としての樹脂枠体３の構造は、実施例１等で説明した構造に限らない。以下の実施例５では、図６Ａ〜図６Ｃを用いて、実施例１等と比較して異なる構造の樹脂枠体３を備える場合について説明する。なお、以下では、実施例１と異なる点を中心に説明する。
図６Ａは、本発明における実施例５の半導体素子搭載用パッケージ１３の斜視図の断面図である。図６Ｂは、本発明における実施例５の半導体素子搭載用パッケージの断面図である。図６Ｃは、本発明における実施例５の半導体装置の断面図である。図６Ａにより、実施例５の半導体素子搭載用パッケージ１３のイメージが把握できたと思うので、図６Ｂの断面図を用いて以下説明する。
実施例５の半導体素子搭載用パッケージ１３は、リードフレーム２と、リードフレーム２上にリードフレーム２からその上方に向かうにつれて幅広となるような、開口面で形成された収容部６を有する樹脂枠体３と、樹脂枠体３の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６の面に係合する金属反射体４とを備え、樹脂枠体３の開口部の開口面積が大きい側に、樹脂枠体３の最上面から掘り込まれた第１の段差部３ａを有する。金属反射体４は、リードフレーム２からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５が第１の段差部３ａに係合し、リードフレーム２の上面から樹脂枠体３の最上面の高さと、リードフレームの上面から金属反射体４の最上面の高さとは同じである。
つまり、半導体素子搭載用パッケージ１３では、実施例１〜４で説明した半導体素子搭載用パッケージ１等と比較して、フランジ部５が樹脂枠体３の中に入り込んでいる。このため、低背な半導体素子搭載用パッケージ１３を提供することができる。現在においても市場では軽薄短小の時代は続いており、半導体素子搭載用パッケージの高さも低くする要求が高まっている。半導体素子搭載用パッケージ１３は、その要求に応えることができる。
また、半導体素子搭載用パッケージ１３では、樹脂枠体３の最上面の高さと、フランジ部５の最上面の高さとが同じなので、気密性の要求がある場合でも、平面ガラスまたはガラスレンズなどを用いてＡｕ／Ｓｎ接合を行うことができる。さらに、半導体素子搭載用パッケージ１３では、樹脂枠体３と金属反射体４との接着剤による接合領域が長くなるので気密性に於ける信頼性は向上する。
なお、半導体素子搭載用パッケージ１３は、実施例１〜４に示す半導体素子搭載用パッケージ１等と構成が共通することから、実施例１〜４で説明した効果も同等に発揮できる。
したがって、実施例５によれば、低背で低コスト、気密性と放熱性を兼ね備えた、長寿命で高出力、高信頼性の半導体素子搭載用パッケージ１３を提供することができる。
また、半導体素子搭載用パッケージ１３において、リードフレーム２の上面の、収容部６内に発光素子１７が搭載されてもよい。すなわち、図６Ｃに示す様に、低背を特徴とした長寿命、高出力、高信頼性の半導体素子搭載用パッケージ１３に、発光素子１７をダイボンディングし、通電させるためワイヤーボンドを実施すれば、半導体装置が出来る。なお、このあと製品の特性により気密性が必要であれば、平面ガラスまたはガラスレンズなどを用いてＡｕ／Ｓｎ接合を行なってもよいし、封止樹脂をポッティングするだけでもよい。
（実施例６）
以下の実施例６では、図７を用いて、実施例１〜５と比較して異なる構造の樹脂枠体３を備える場合について説明する。なお、以下では、実施例１等と実施例５と異なる点を中心に説明する。
図７は、本発明における実施例６の半導体素子搭載用パッケージ１４の断面図である。図１Ｂ、図６Ｂ等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
実施例６の半導体素子搭載用パッケージ１４は、リードフレーム２と、リードフレーム２上にリードフレーム２からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有する樹脂枠体３と、樹脂枠体３の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６の面に係合する金属反射体４とを備え、樹脂枠体３の開口部の開口面積が大きい側に、樹脂枠体３の最上面から掘り込まれた第１の段差部３ａを有する。金属反射体４は、リードフレーム２からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５が第１の段差部３ａに係合する。リードフレーム２の上面から樹脂枠体３の最上面の高さと、リードフレーム２の上面から金属反射体４の最上面の高さとは同じである。
さらに、実施例６の半導体素子搭載用パッケージ１４では、樹脂枠体３の第１の段差部３ａの周囲側に、リードフレームの方向に掘り込まれた溝部１５を有しており、金属反射体４のフランジ部５の周囲で、フランジ部５の最上面に第２の段差部１６が形成されている。
ここで、半導体素子搭載用パッケージ１４では、接着剤が溝部１５に形成されていてもよいし、接着剤が第２の段差部１６に形成されていてもよい。このように、接着剤により樹脂枠体３と金属反射体４とを接合する場合には、フランジ部５の段差（第２の段差部１６）に接着剤が塗布された時点で、接着されたかの確認が一目で分かり、半接着のリスクを無くすことが出来る。さらに樹脂枠体３の溝部１５に接着剤が入り込むことでフランジ部の段差（第２の段差部１６）にある接着剤との合わせ接着強度がさらに向上する。また、樹脂枠体３の溝部１５は、接着剤の塗布量をコントロールする役目を持つ。例えば塗布量が少なかった場合は溝部１５の溝の半分で止まり、多すぎた場合は溝部１５全体に充填される。これにより塗布量の精度管理が不要となる。
なお、半導体素子搭載用パッケージ１４は、実施例１〜５に示す半導体素子搭載用パッケージ１等と構成が共通することから、実施例１〜５で説明した効果も同等に発揮できる。
（実施例７）
上記の実施例１〜実施例６では、枠体の一具体例として樹脂枠体３を例に挙げて説明したが、これに限らない。枠体は、セラミック枠体であってもよい。
以下の実施例７では、図８及び図９を用いて、枠体としてセラミック枠体１９等を備える場合について説明する。なお、以下では、実施例１〜実施例６と異なる点を中心に説明する。
図８は、本発明における実施例７の半導体素子搭載用パッケージ２０の断面図である。図９は、本発明における実施例７の半導体素子搭載用パッケージ２１の断面図である。図１Ｂ等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
実施例７の半導体素子搭載用パッケージ２１または２０は、パターン配線されたベース基板１８と、ベース基板１８上にベース基板１８から垂直に上方に向かってまたは上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有するセラミック枠体１９と、セラミック枠体１９の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６に嵌合する金属反射体４とを備える。金属反射体４は、ベース基板１８からその上に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５を有し、フランジ部５はセラミック枠体１９の上面に載置されている。
図８に示す半導体素子搭載用パッケージ２０に使用するセラミック枠体１９の場合、ベース基板１８上からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６は、薄いセラミックシートを積み重ねて形成、焼成される。このため、図８に示される様に、半導体素子搭載用パッケージ２０では、セラミック枠体１９の内側部分すなわちリフレクタ部分が階段状の面で仕上がる。この階段状の段差は、貼り付け装置の精度も含め１０ｕｍ〜１００ｕｍを有するが、１０ｕｍの段差があれば光の乱反射が起こるなどにより光の反射に悪影響を及ぼしてしまう。
したがって、一般的にセラミックパッケージを形成する場合、加工が容易な図９に示す半導体素子搭載用パッケージ２１の様に、セラミック枠体１９の内側部分すなわちリフレクタ部分をベース基板１８と垂直な面に仕上げる場合が多くなる。ただし、図９に示す半導体素子搭載用パッケージ２１では、側面発光のＬＥＤ素子を搭載した場合、収容部６から上面への光の取り出し効率が悪くなるため、上面発光のＬＥＤ素子を搭載しなければならず、ＬＥＤ素子の選択範囲が限定されてしまう。
なお、側面発光のＬＥＤ素子を搭載した場合または上面発光のＬＥＤ素子を搭載した場合のいずれの場合も、上面への十分な発光効率を確保する必要がある。そのために、図８に示される半導体素子搭載用パッケージ２０及び図９に示される半導体素子搭載用パッケージ２１の様に、金型を再製作、改造することなく既存のセラミック枠体１９の上面にある収容部６へ金属反射体４を嵌合すればよい。
このように、セラミック枠体１９に金属反射体４を嵌合することにより、樹脂枠体３とは異なり、高輝度、高出力で２５０℃以上の温度に耐えることの出来る半導体素子搭載用パッケージ２０、２１を簡単に提供することができる。
なお、セラミック枠体１９に金属反射体４を嵌合したときの構成は、実施例１，２，４における樹脂枠体３に金属反射体４を嵌合したときの構成と同様となるため、セラミック枠体１９に金属反射体４を嵌合したときの効果も同様となる。
以上のように、実施例７によれば、枠体に熱伝導率の良いセラミックを使用することで、気密性を確保することが出来て、光取り出し効率及び放熱性が良く、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージ２０、２１を提供することが出来る。
（実施例８）
枠体としてのセラミック枠体１９の構造は、実施例７等で説明した構造に限らない。以下の実施例８では、図１０を用いて、実施例７等と比較して異なる構造のセラミック枠体１９を備える場合について説明する。なお、以下では、実施例７と異なる点を中心に説明する。
図１０は、本発明における実施例８の半導体素子搭載用パッケージ２２の断面図である。図１Ｂ〜図９等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
実施例８の半導体素子搭載用パッケージ２２は、パターン配線されたベース基板１８と、ベース基板１８上にベース基板１８から上方に向かってまたは向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有するセラミック枠体１９と、セラミック枠体１９の収容部６に対応する開口部を有し、収容部６に嵌合する金属反射体４とを備え、セラミック枠体１９の開口部の開口面積が大きい側に、セラミック枠体１９の最上面から掘り込まれた第１の段差部３ｂを有する。金属反射体４は、ベース基板１８上からその上方に向かうにつれて開口部の面積が大きくなり、開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部５が第１の段差部３ｂに係合する。
なお、図１０に示す半導体素子搭載用パッケージ２２では、ベース基板１８上からその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部６を有するセラミック枠体１９を備える場合が示されているが、限らない。図８に示す半導体素子搭載用パッケージ２２は、ベース基板１８と垂直な面となる開口面で形成された収容部６を有するセラミック枠体１９を備えてもよい。
また、半導体素子搭載用パッケージ２２では、図１０に示すように、ベース基板１８の上面からセラミック枠体１９の最上面の高さと、ベース基板１８の上面から金属反射体４の最上面の高さとは同じである。つまり、半導体素子搭載用パッケージ２２では、実施例７で説明した半導体素子搭載用パッケージ２０、２１と比較して、フランジ部５がセラミック枠体１９の中に入り込んでいる。このため、低背な半導体素子搭載用パッケージ２２を提供することできる。
なお、半導体素子搭載用パッケージ２２は、実施例５、６に示す半導体素子搭載用パッケージ１３，１４と構造が共通することから、実施例５、６で説明した効果も同等に発揮できる。
以上のように、実施例８によれば、枠体に熱伝導率の良いセラミックを使用することで、気密性を確保することが出来て、光取り出し効率及び放熱性が良く、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージ２２を提供することが出来る。
（実施例９）
上記の実施例１〜実施例８では、パッケージが枠体を備えるとして説明したが、これに限らない。パッケージが枠体を備えない場合も考えられる。
以下の実施例９では、図１１を用いて、パッケージが枠体を備えない場合について説明する。なお、以下では、実施例１〜実施例８と異なる点を中心に説明する。
図１１は、本発明における実施例９の半導体素子搭載用パッケージ２３の断面図である。図１Ｃ及び図７〜図１０等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
実施例９の半導体素子搭載用パッケージ２３は、パターン配線されたベース基板１８と、ベース基板１８上に嵌合する金属反射体４ａとを備える。金属反射体４ａは、ベース基板１８と嵌合する部分にフランジ部５ａがあってベース基板１８より上方に向かうにつれ開口部の面積が大きくなる。
ところで、近年、上面発光タイプのＬＥＤ素子が開発され、枠体なしのセラミックベース基板またはガラスエポキシ基板のベースに、直接ＬＥＤ素子を載置し、樹脂封止だけを行うコストパフォーマンスの良い製品が開発されている。しかし、このような製品では、ＬＥＤ素子の仕様がフリップチップタイプの上面発光素子に限定されてしまいＬＥＤ素子の選定に自由度がない。
一方、実施例９の半導体素子搭載用パッケージ２３では、金属反射体４ａをベース基板１８に嵌合させることにより、上面発光に、より指向性を持たすことが出来るだけでなく、ワイヤーボンド仕様の側面発光のＬＥＤ素子でも指向性を持たせることが出来る。なお、半導体素子搭載用パッケージ２３にワイヤーボンド仕様の側面発光のＬＥＤ素子を搭載する場合、金属反射体４ａがワイヤー倒れの防止に役立つので、設計の自由度が広がり無限の商品展開を繰り広げることが可能となる。
以上のように、本発明によれば、気密性があり、光取り出し効率が良く、またリードフレームを裏面放熱が出来る様に樹脂枠体を成形することで、放熱性が良く、また光が照射される部分の樹脂枠体は金属反射体で覆われているので、樹脂の劣化を抑制することが出来る。したがって、長寿命で高出力・高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供するが出来る。
また、本発明によれば、熱伝導率の良いセラミックの使用に於いても、気密性があり、光取り出し効率及び放熱性が良く、長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージを提供することができる。
これにより、白色ＬＥＤはもちろん、赤外線ＬＥＤまたは紫外線ＬＥＤとしてオールマイティーな半導体装置が出来る。
以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る半導体素子搭載用パッケージについて、実施例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施例に施したものや、異なる実施例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
本発明は、半導体素子搭載用パッケージ及び半導体装置に利用でき、特に長寿命で高出力、高信頼性な半導体素子搭載用パッケージ及び、白色ＬＥＤはもちろん、赤外線ＬＥＤまたは紫外線ＬＥＤとしてオールマイティーな半導体装置に利用することができる。
１、９、１２、１３、１４、２０、２１、２２、２３ 半導体素子搭載用パッケージ
２ リードフレーム
３ 樹脂枠体
３ａ、３ｂ 第１の段差部
４、４ａ 金属反射体
５、５ａ フランジ部
６ 収容部
７ 接着剤
８ 領域
１０ 凸部
１１ 凹部
１５ 溝部
１６ 第２の段差部
１７ 発光素子
１８ ベース基板
１９ セラミック枠体

Claims (22)

  1. リードフレームと、
    前記リードフレーム上に前記リードフレームからその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部を有する樹脂枠体と、
    前記樹脂枠体の前記収容部に対応する開口部を有し、前記収容部に嵌合する金属反射体とを備え、
    前記金属反射体は、前記リードフレームからその上方に向かうにつれて前記開口部の面積が大きくなり、前記開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部を有し、
    前記フランジ部は、前記樹脂枠体の上面に載置されている
    ことを特徴とする半導体素子搭載用パッケージ。
  2. 前記リードフレームの上面からの前記フランジ部の最上面の高さは、前記リードフレームの上面からの前記樹脂枠体の最上面の高さよりも高い
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  3. 前記金属反射体には、
    厚みが０．００５ｕｍ〜３．０ｕｍの、ＡｇまたはＡｕまたはＮｉまたはＰｄからなるめっきが形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  4. 前記金属反射体の下端部は、
    前記樹脂枠体の下面よりも上方に位置している
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  5. 前記金属反射体は、
    前記収容部の面に嵌合する部分の第１の厚みが、前記フランジ部の第２の厚みよりも薄い
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  6. 前記金属反射体は、
    前記第１の厚みを前記第２の厚みで除した値が０．５以上０．９９以下である
    ことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  7. 前記第１の厚みを前記第２の厚みで除した値は、０．９以上０．９９以下である
    ことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  8. 前記樹脂枠体と前記金属反射体とは、接着剤により接着されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  9. 前記金属反射体の開口面積が小さい側の周囲には、前記接着剤が形成されていない領域を有する
    ことを特徴とする請求項８に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  10. 前記金属反射体が前記収容部に嵌合する領域では、
    前記樹脂枠体と、前記金属反射体の開口面積が小さい側の部分との第１の間隔は、前記樹脂枠体と、前記金属反射体の開口面積が大きい側の部分との第２の間隔よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  11. 前記樹脂枠体と前記金属反射体とは、直接接触している
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  12. 前記フランジ部の下面は、凸部を有し、
    前記樹脂枠体の最上面は凹部を有し、
    前記凸部は、前記凹部に係合する
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  13. リードフレームと、
    前記リードフレーム上に前記リードフレームからその上方に向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部を有する樹脂枠体と、
    前記樹脂枠体の収容部に対応する開口部を有し、前記収容部の面に係合する金属反射体とを備え、
    前記樹脂枠体の前記開口部の開口面積が大きい側に、前記樹脂枠体の最上面から掘り込まれた第１の段差部を有し、
    前記金属反射体は、前記リードフレームからその上方に向かうにつれて前記開口部の面積が大きくなり、前記開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部が前記第１の段差部に係合する
    こと特徴とする半導体素子搭載用パッケージ。
  14. 前記リードフレームの上面から前記樹脂枠体の最上面の高さと、前記リードフレームの上面から前記金属反射体の最上面の高さとは、同じである
    ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  15. 前記樹脂枠体の前記第１の段差部の周囲側に、
    前記リードフレームの方向に掘り込まれた溝部を有する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  16. 前記金属反射体の前記フランジ部の周囲で、前記フランジ部の最上面に第２の段差部が形成されている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  17. 接着剤が前記溝部に形成されている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  18. 接着剤が前記第２の段差部に形成されている
    ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子搭載用パッケージ。
  19. 請求項１〜１８のいずれか１項の半導体素子搭載用パッケージにおいて、前記リードフレームの上面の、前記収容部内に発光素子が搭載されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  20. パターン配線されたベース基板と、
    前記ベース基板上に前記ベース基板から上方に向かってまたは向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部を有するセラミック枠体と、
    前記セラミック枠体の前記収容部に対応する開口部を有し、前記収容部に嵌合する金属反射体とを備え、
    前記金属反射体は、前記ベース基板からその上に向かうにつれて前記開口部の面積が大きくなり、前記開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部を有し、
    前記フランジ部は、前記セラミック枠体の上面に載置されている
    ことを特徴とする半導体素子搭載用パッケージ。
  21. パターン配線されたベース基板と
    前記ベース基板上に前記ベース基板から上方に向かってまたは向かうにつれて幅広となるような開口面で形成された収容部を有するセラミック枠体と、
    前記セラミック枠体の前記収容部に対応する開口部を有し、前記収容部に嵌合する金属反射体とを備え、
    前記セラミック枠体の前記開口部の開口面積が大きい側に、前記セラミック枠体の最上面から掘り込まれた第１の段差部を有し、
    前記金属反射体は、前記ベース基板上からその上方に向かうにつれて前記開口部の面積が大きくなり、前記開口部の開口面積が大きい側の周囲にフランジ部が前記第１の段差部に係合する
    こと特徴とする半導体素子搭載用パッケージ。
  22. パターン配線されたベース基板と
    前記ベース基板上に嵌合する金属反射体とを備え
    前記金属反射体は前記ベース基板と嵌合する部分にフランジ部があって前記ベース基板より上方に向かうにつれ開口部の面積が大きくなる
    ことを特徴とする半導体素子搭載用パッケージ。
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