WO2010098156A1

WO2010098156A1 - フレームパッケージ型発光装置およびその製造方法

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Publication number: WO2010098156A1
Application number: PCT/JP2010/050497
Authority: WO
Inventors: 孝二言水
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2011-08-25

Abstract

【課題】小型化を図ることが可能なフレームパッケージ型発光装置を提供する。【解決手段】このフレームパッケージ型発光装置は、半導体レーザ素子１と、その半導体レーザ素子１が電気的に接続されるとともに、一方面側の外縁にバリ１１ａが生じ、他方面側の外縁にダレ１１ｂが生じているフレーム１１とを備えている。そして、バリ１１ａが生じることで形成される段差１１ｃを埋める導電層１１ｅがフレーム１１の一方面側に設けられており、そのフレーム１１の一方面側に半導体レーザ素子１が搭載され、かつ、ボンディングワイヤ３を介して電気的に接続されている。

Description

フレームパッケージ型発光装置およびその製造方法

　本発明は、フレームパッケージ型発光装置およびその製造方法に関する。

　従来、半導体レーザ素子などの発光素子をフレームパッケージと称されるものに搭載したフレームパッケージ型発光装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

　上記した従来のフレームパッケージ型発光装置のフレームパッケージは、一般的に、互いに電気的に絶縁された主フレーム部および副フレーム部からなる金属製のフレームを少なくとも備えており、その主フレーム部および副フレーム部が樹脂成形部によって互いに固着された構造となっている。なお、主フレーム部とは、発光素子が実際に搭載され、かつ、ボンディングワイヤを介して発光素子の一方電極と電気的に接続される部分である。また、副フレーム部とは、ボンディングワイヤを介して発光素子の他方電極と電気的に接続される部分である。

　また、従来のフレームパッケージ型発光装置は、たとえば、以下のような工程を経て製造される。

　すなわち、まず、金属板に対して打ち抜き加工を行うことにより、主フレーム部および副フレーム部からなるフレームが一体的に複数連結された金属構造体を作製する。次に、樹脂成形を行い、主フレーム部および副フレーム部が樹脂成形部によって互いに固着された状態にする。そして、主フレーム部に発光素子を搭載した後、ボンディングワイヤを介して、発光素子の一方電極を主フレーム部に電気的に接続するとともに、発光素子の他方電極を副フレーム部に電気的に接続する。これにより、複数のフレームパッケージ型発光装置が一体的に連結されたものが得られる。最後に、それを個片に分離することにより、従来のフレームパッケージ型発光装置が製造される。

　ところで、上記した従来の製造方法を用いてフレームパッケージ型発光装置を製造した場合には、図１７に示すように、フレーム１１１の一方面側の外縁に打ち抜き加工によるダレ１１１ａが生じるとともに、フレーム１１１の他方面側の外縁に打ち抜き加工によるバリ１１１ｂが生じる。したがって、フレーム１１１の他方面側の外縁に生じたバリ１１１ｂの影響により、フレーム１１１の他方面側の外縁近傍には段差１１１ｃが形成された状態となる。すなわち、フレーム１１１の他方面側（外縁にバリ１１１ｂが生じている側）は凹凸が存在する面となり、平坦な面にはならない。このため、従来では、略平坦な面になっているフレーム１１１の一方面側（外縁にダレ１１１ａが生じている側）を基準面とし、そのフレーム１１１の一方面側に発光素子やボンディングワイヤをボンディングしている。

特開２００２－４３６７９号公報

　しかしながら、上記した従来の構成では、樹脂成形工程（主フレーム部および副フレーム部を樹脂成形部１１４で互いに固着する工程）の際に、溶融樹脂がフレーム１１１の一方面側（外縁にダレ１１１ａが生じている側）にまで回り込み、フレーム１１１の一方面側の外縁領域が樹脂成形部１１４で覆われた状態になってしまう。したがって、ボンディングエリア（ダイボンディングやワイヤボンディングが可能なエリア）ＢＡ１００が狭くなるという不都合が生じる。この場合、フレームパッケージ型発光装置の小型化を図ろうとすると、ボンディングエリアＢＡ１００がさらに狭くなってしまうので、フレームパッケージ型発光装置を小型化するのが困難になるという問題点がある。

　なお、上記した問題点を解消するために、フレーム１１１の他方面側（外縁にバリ１１１ｂが生じている側）を基準面とし、そのフレーム１１１の他方面側に発光素子やボンディングワイヤをボンディングすることが考えられる。しかしながら、フレーム１１１の他方面側（外縁にバリ１１１ｂが生じている側）は平坦な面ではないので、基準面としては利用し難い。

　本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、小型化を図ることが可能なフレームパッケージ型発光装置およびその製造方法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、本発明の第１の局面によるフレームパッケージ型発光装置は、発光素子と、発光素子が電気的に接続されるとともに、一方面側の外縁にバリが生じ、その一方面側とは反対の他方面側の外縁にダレが生じている金属製のフレームと、フレームの一部を覆う樹脂成形部とを備えている。そして、バリが生じることで形成される段差を埋める導電層がフレームの一方面側に設けられており、そのフレームの一方面側に発光素子が搭載され、かつ、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。

　第１の局面では、上記のように、フレームの一方面側に導電層を設け、その導電層で段差を埋めることによって、フレームの一方面側には凹凸がなくなり、フレームの一方面側が全域（バリが生じている外縁領域を含む）にわたって略平坦な面となる。この場合、フレームの一方面側に発光素子を搭載し、かつ、ボンディングワイヤを介して電気的に接続するようにすれば、フレームの一方面側の外縁領域（バリが生じている領域）もボンディングエリアとして活用することができる。したがって、フレームパッケージ型発光装置の小型化を図ったとしても、十分な広さのボンディングエリアを確保することができる。その結果、容易に、小型化されたフレームパッケージ型発光装置を得ることが可能となる。また、ボンディングエリアが広くなるので、ボンディング作業が容易になるという効果も得られる。

　上記第１の局面によるフレームパッケージ型発光装置において、段差の凹側の部分に導電層が選択的に埋め込まれているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、フレームの一方面側を全域にわたって略平坦な面にすることができる。

　上記第１の局面によるフレームパッケージ型発光装置において、フレームの板厚方向と直交する方向にバリが延びているのが好ましい。このように構成すれば、フレームの板厚方向と直交する方向へのバリの突出分だけ、フレームの一方面側の略平坦となった面の面積をより広くすることができる。すなわち、ボンディングエリアをより広くすることができる。

　上記第１の局面によるフレームパッケージ型発光装置において、フレームの一方面側への樹脂成形部の回り込みがバリによってせき止められた状態になっているのが好ましい。このように構成すれば、フレームの一方面側に樹脂成形部が回り込むことに起因する不都合（フレームの一方面側の外縁領域が樹脂成形部で覆われることによりボンディングエリアが狭くなってしまうという不都合）が発生するのを抑制することができる。

　また、本発明の第２の局面によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法は、金属板を準備し、その金属板に対して打ち抜き加工を行うことによって、一方面側の外縁にバリが生じ、一方面側とは反対の他方面側の外縁にダレが生じている金属製のフレームを作製する工程と、フレームの一部を樹脂成形部で覆う工程と、フレームに発光素子を電気的に接続する工程とを備えている。そして、フレームの一部を樹脂成形部で覆う工程に先立って、フレームの一方面側に対してメッキ処理を施すことによって、バリが生じることで形成される段差を埋める導電層をフレームの一方面側に設ける工程をさらに備え、そのフレームの一方面側に発光素子を搭載し、かつ、ボンディングワイヤを介して電気的に接続する。

　この第２の局面では、上記のような製造方法を用いてフレームパッケージ型発光装置を製造することによって、フレームの一方面側には凹凸がなくなり、フレームの一方面側が全域（バリが生じている外縁領域を含む）にわたって略平坦な面となる。この場合、フレームの一方面側に発光素子を搭載し、かつ、ボンディングワイヤを介して電気的に接続するようにすれば、フレームの一方面側の外縁領域もボンディングエリアとして活用することができる。したがって、フレームパッケージ型発光装置の小型化を図ったとしても、十分な広さのボンディングエリアを確保することができる。その結果、容易に、小型化されたフレームパッケージ型発光装置を得ることが可能となる。また、ボンディングエリアが広くなるので、ボンディング作業が容易になるという効果も得られる。

　以上のように、本発明によれば、容易に、フレームパッケージ型発光装置の小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の平面図である。図１に示したフレームパッケージ型発光装置のフレームの平面図である。図２に示したフレームの詳細な構造を説明するための平面図である。図３の領域Ａの断面図である。図１に示したフレームパッケージ型発光装置の樹脂成形部の形状を説明するための平面図（発光素子が搭載される側から見た場合の図）である。図１に示したフレームパッケージ型発光装置の樹脂成形部の形状を説明するための平面図（発光素子が搭載される側とは反対の裏面側から見た場合の図）である。図５および図６の領域Ｂの断面図である。本発明の効果を説明するための図である。本発明の一実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法を説明するための平面図（後にフレームとなる金属板に対して打ち抜き加工を行った状態の図）である。図９の一部（後にフレームとなる部分）を拡大した平面図である。図１０の領域Ｃの断面図である。本発明の一実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法を説明するための断面図（１回目のメッキ処理を施した状態の図）である。本発明の一実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法を説明するための断面図（２回目のメッキ処理を施した状態の図）である。本発明の一実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法を説明するための平面図（樹脂成形部を成形した状態の図）である。本発明の一実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法を説明するための平面図（樹脂成形部を成形した状態の図）である。本発明の一実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法を説明するための平面図（発光素子を搭載した状態の図）である。従来の問題点を説明するための図である。

　以下に、図１～図７を参照して、本実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の構成について説明する。

　本実施形態によるフレームパッケージ型発光装置は、図１に示すように、半導体レーザ素子１や、その半導体レーザ素子１が搭載されるフレームパッケージ１０などによって構成されている。そして、半導体レーザ素子１と外部機器（図示せず）との間の電気的な接続がフレームパッケージ１０を介して行われるようになっている。なお、半導体レーザ素子１は、本発明の「発光素子」の一例である。

　この半導体レーザ素子１は、ジャンクションダウン方式でサブマウント２に取り付けられており、その状態でフレームパッケージ１０に搭載されている。また、半導体レーザ素子１は２波長レーザ素子であって、ｐ側電極が２つに分割され、ｎ側電極が共通となっている。そして、半導体レーザ素子１のｐ側電極およびｎ側電極は、ボンディングワイヤ３を介してフレームパッケージ１０に電気的に接続されている。なお、半導体レーザ素子１のｐ側電極はサブマウント２に形成された電極パッドに電気的に接続されているため、ｐ側電極用のボンディングワイヤ３はサブマウント２の電極パッドにボンディングされている。

　また、フレームパッケージ１０は、半導体レーザ素子１が搭載され、かつ、電気的に接続されるフレーム１１を少なくとも備えている。このフレーム１１は、図１および図２に示すように、１つの主フレーム部１２と２つの副フレーム部１３とを含んでおり、それらが互いに電気的に絶縁された構造となっている。また、フレーム１１は、約０．２ｍｍ～約０．５ｍｍの厚みを有する金属板（銅板や鉄板など）を加工したものであって、熱伝導性および導電性に優れている。

　主フレーム部１２は、半導体レーザ素子１が実際に搭載されるとともに、半導体レーザ素子１のｎ側電極が電気的に接続される部分である。すなわち、主フレーム部１２は、半導体レーザ素子１が搭載され、かつ、ｎ側電極用のボンディングワイヤ３がボンディングされる素子搭載部１２ａを少なくとも有している。そして、その素子搭載部１２ａから一体的に延びるように、外部機器に接続されるリード部１２ｂが設けられている。

　また、副フレーム部１３は、半導体レーザ素子１のｐ側電極（サブマウント２の電極パッド）が電気的に接続される部分であって、ｐ側電極用のボンディングワイヤ３がボンディングされるワイヤ接続部１３ａと、そのワイヤ接続部１３ａから一体的に延びるリード部（外部機器に接続される部分）１３ｂとを有している。そして、この副フレーム部１３は、主フレーム部１２のリード部１２ｂを挟むように配置されている。

　ところで、上記したフレーム１１は、打ち抜き加工を金属板に対して行うことによって形成されたものである。このため、図３および図４に示すように、フレーム１１の一方面側の外縁にはバリ１１ａが生じているとともに、フレーム１１の一方面側とは反対の他方面側にはダレ１１ｂが生じている。なお、バリ１１ａは、金属板に対する打ち抜き加工の後に押し潰されることによって、横方向（フレーム１１の板厚方向と直交する方向）に延ばされている。また、このようなバリ１１ａがフレーム１１の一方面側の外縁に生じているため、フレーム１１の一方面側の外縁近傍には段差１１ｃが形成された状態となっている。

　また、フレーム１１は、その全面にわたって、所定のメッキ処理（銀メッキ、パラジウムメッキおよび金メッキなど）が約１μｍ～約３μｍの厚みで施されている。すなわち、フレーム１１の全面上に、約１μｍ～約３μｍの厚みを有するメッキ層１１ｄが形成されていることになる。なお、このメッキ層１１ｄは、段差１１ｃの存在によって生じる凹凸を反映した形状となっている。そして、フレーム１１に対してメッキ処理が施された状態において、バリ１１ａの横方向への突出量Ｌは約３０μｍであり、段差１１ｃの高低差（板厚方向の高さ）Ｈは約５μｍである。

　ここで、本実施形態では、段差１１ｃを埋める導電層１１ｅがフレーム１１の一方面側に設けられている。具体的に言うと、約５μｍの厚みを有する導電層１１ｅを段差１１ｃの凹側の部分に選択的に埋め込むことによって、フレーム１１の一方面側を略平坦な面としている。このため、バリ面側（外縁にバリ１１ａが生じているフレーム１１の一方面側）がダレ面側（外縁にダレ１１ｂが生じているフレーム１１の他方面側）よりも広い面積を持つ平坦面となっている。なお、導電層１１ｅは、フレーム１１の一方面側に対して選択的にメッキ処理（銀メッキ、パラジウムメッキおよび金メッキなど）を施すことによって得られるメッキ層である。

　そして、本実施形態では、メッキ処理によって略平坦な面となったフレーム１１の一方面側に半導体レーザ素子１（図１参照）が搭載され、かつ、ボンディングワイヤ３（図１参照）を介して電気的に接続されている。なお、本実施形態では、そのフレーム１１の一方面側の面を基準面（フレーム１１を治具などに当て付けて作業する場合に基準となる面）としている。

　また、図１に示すように、主フレーム部１２および副フレーム１３は、それぞれの一部が樹脂成形部１４で覆われており、その樹脂成形部１４によって互いに固着されている。この樹脂成形部１４は、半導体レーザ素子１が搭載される側（素子搭載側）からの平面視において、図５に示すような形状となっている。すなわち、樹脂成形部１４の素子搭載側の部分は、平面的に見て、素子搭載領域およびその周辺領域を包含する領域を３方向から囲み、半導体レーザ素子１（図１参照）の光出射側が開放された略コの字形状となっている。一方、樹脂成形部１４を素子搭載側とは反対側から見ると、図６に示すような形状となっている。そして、本実施形態では、図７に示すように、フレーム１１の一方面側への樹脂成形部１４の回り込みがバリ１１ａによってせき止められた状態となっている。

　　本実施形態では、上記のように、フレーム１１の一方面側に導電層１１ｅを設け、その導電層１１ｅで段差１１ｃを埋めることによって、フレーム１１の一方面側には凹凸がなくなり、フレーム１１の一方面側が全域（バリ１１ａが生じている外縁領域を含む）にわたって略平坦な面となる。この場合、フレーム１１の一方面側に半導体レーザ素子１を搭載し、かつ、ボンディングワイヤ３を介して電気的に接続するようにすれば、フレーム１１の一方面側の外縁領域（バリ１１ａが生じている領域）もボンディングエリアとして活用することができるので、図８に示すように、ボンディングワイヤ３をボンディングするためのボンディングエリアＢＡ１が従来のボンディングエリアＢＡ１００に比べて広くなる。なお、図示しないが、半導体レーザ素子１をボンディングするためのボンディングエリアについても、従来のものに比べて広くなる。したがって、フレームパッケージ型発光装置の小型化を図ったとしても、十分な広さのボンディングエリアを確保することができ
る。その結果、容易に、小型化されたフレームパッケージ型発光装置を得ることが可能となる。また、ボンディングエリアが広くなるので、ボンディング作業が容易になるという効果も得られる。また、半導体レーザ素子１の共振器方向の長さをより大きくしたとしても、ボンディングエリアが広いので、その変更への対応が容易になる。

　また、本実施形態では、上記のように、平坦化のための導電層１１ｅを段差１１ｃの凹側の部分に選択的に埋め込むことによって、容易に、フレーム１１の一方面側を全域にわたって略平坦な面にすることができる。

　また、本実施形態では、上記のように、バリ１１ａを横方向に延ばすことによって、横方向へのバリ１１ａの突出分だけ、フレーム１１の一方面側の略平坦となった面の面積をさらに広くすることができる。すなわち、ボンディングエリアをさらに広くすることができる。

　以下に、図９～図１６を参照して、本実施形態によるフレームパッケージ型発光装置の製造方法について説明する。

　本実施形態のフレームパッケージ型発光装置の製造方法としては、まず、金属板（図示せず）を準備し、その準備した金属板に対してプレスによる打ち抜き加工を行うことによって、図９および図１０に示すような金属構造体（後にフレーム１１となるもの）２０を作製する。すなわち、主フレーム部１２および副フレーム部１３をそれぞれ含む複数のフレーム１１（図９および図１０のハッチングが施された部分）が一体的に連結された金属構造体２０を作製する。

　なお、金属板に対して打ち抜き加工を行うことでフレーム１１を作製すると、図１１に示すように、フレーム１１の一方面側の外縁にバリ１１ａが生じ、フレーム１１の他方面側の外縁にダレ１１ｂが生じる。また、フレーム１１の一方面側の外縁に生じたバリ１１ａの影響により、フレーム１１の一方面側の外縁近傍には段差１１ｃが形成される。ところで、バリ１１ａの先端がフレーム１１の板厚方向と直交する方向（横方向）に向いているのは、フレーム１１の板厚方向からバリ１１ａをプレスで押し潰したためである。

　次に、図１２に示すように、フレーム１１の全面に対して所定のメッキ処理を施すことによって、フレーム１１の全面上にメッキ層１１ｄを形成する。なお、この１回目のメッキ処理では、段差１１ｃは埋められずに残存する。すなわち、フレーム１１の一方面側は平坦な面にはなっていない。

　続いて、本実施形態では、図１３に示すように、フレーム１１の一方面側に導電層１１ｅを設けることによって、その導電層１１ｅで段差１１ｃを埋める。具体的には、段差１１ｃの凹側の部分のみが露出するようにメッキマスク２１を配置し、その状態で、フレーム１１の一方面側に対して所定のメッキ処理を施す。これにより、導電層（メッキ層）１１ｅが段差１１ｃの凹側の部分に選択的に埋め込まれ、フレーム１１の一方面側が略平坦な面となる。この後、メッキマスク２１を取り外す。

　次に、インサート成形を行うことによって、図１４および図１５に示すように、主フレーム部１２および副フレーム部１３を樹脂成形部１４で互いに固着する。なお、この工程の際には、フレーム１１の一方面側への溶融樹脂（硬化することで樹脂成形部１４となるもの）の回り込みがバリ１１ａ（図１３参照）によってせき止められる。これにより、フレーム１１の一方面側の外縁領域が樹脂成形部１４で覆われた状態になるのを抑制することができる。

　この後、図１６に示すように、フレーム１１の一方面側に、半導体レーザ素子１をサブマウント２に取り付けられた状態で搭載する。そして、ボンディングワイヤ３を介して、半導体レーザ素子１をフレーム１１に電気的に接続する。これにより、複数のフレームパッケージ型発光装置が一体的に連結されたものが得られる。最後に、それをプレスやダイシングなどにより個片に分割するとともに、主フレーム部１２と副フレーム部１３との間の連結部分を切断することによって、図１に示したフレームパッケージ型発光装置が製造される。

　今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

　　１　半導体レーザ素子（発光素子）
　　３　ボンディングワイヤ
　　１１　フレーム
　　１１ａ　バリ
　　１１ｂ　ダレ
　　１１ｃ　段差
　　１１ｅ　導電層
　　１４　樹脂成形部

Claims

　発光素子と、
　前記発光素子が電気的に接続されるとともに、一方面側の外縁にバリが生じ、前記一方面側とは反対の他方面側の外縁にダレが生じている金属製のフレームと、
　前記フレームの一部を覆う樹脂成形部とを備え、
　前記バリが生じることで形成される段差を埋める導電層が前記フレームの一方面側に設けられており、
　前記フレームの一方面側に前記発光素子が搭載され、かつ、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とするフレームパッケージ型発光装置。
　前記段差の凹側の部分に前記導電層が選択的に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のフレームパッケージ型発光装置。
　前記フレームの板厚方向と直交する方向に前記バリが延びていることを特徴とする請求項１または２に記載のフレームパッケージ型発光装置。
　前記フレームの一方面側への前記樹脂成形部の回り込みが前記バリによってせき止められた状態になっていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のフレームパッケージ型発光装置。
　金属板を準備し、前記金属板に対して打ち抜き加工を行うことによって、一方面側の外縁にバリが生じ、前記一方面側とは反対の他方面側の外縁にダレが生じている金属製のフレームを作製する工程と、
　前記フレームの一部を樹脂成形部で覆う工程と、
　前記フレームに発光素子を電気的に接続する工程とを備え、
　前記フレームの一部を前記樹脂成形部で覆う工程に先立って、前記フレームの一方面側に対してメッキ処理を施すことによって、前記バリが生じることで形成される段差を埋める導電層を前記フレームの一方面側に設ける工程をさらに備え、
　前記フレームの一方面側に前記発光素子を搭載し、かつ、ボンディングワイヤを介して電気的に接続することを特徴とするフレームパッケージ型発光装置の製造方法。