WO2023095429A1 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device using a lead frame as an electrode for mounting a light emitting element.
- a semiconductor device in which a semiconductor element is sealed inside.
- a semiconductor light-emitting device is also well known in which a semiconductor light-emitting element is mounted on a substrate and the semiconductor light-emitting element is hermetically sealed with a translucent member such as resin or glass having a concave portion.
- the surface-mounted light-emitting device of Patent Document 1 has a light-emitting element, a first resin molded body on which the light-emitting element is mounted, and a second resin molded body that covers the light-emitting element.
- the first resin molding is integrally formed including first leads for mounting the light emitting element and second leads electrically connected to the light emitting element.
- the first lead and the second lead are each provided with an uneven shape to expand the contact area with the first resin molding. This prevents the first lead and the second lead from coming off from the first resin molding (Patent Document 1/paragraph 0110, FIG. 4).
- one wire connects the electrode of the light emitting element placed on the first lead and the second inner lead portion of the second lead. Therefore, if the first lead and the second lead are displaced in a direction in which they are separated from each other, there is a problem that the wire is broken.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting device capable of preventing misalignment of lead electrodes during solder mounting or the like.
- a semiconductor light emitting device includes: a plurality of plate-like lead electrodes spaced apart from each other in a rectangular shape; a frame made of resin and having openings for exposing the plurality of lead electrodes, and a light-emitting element mounted on the plurality of lead electrodes exposed from the openings,
- the plurality of lead electrodes include one lead electrode having a first adjacent side with a convex portion provided at a portion spaced apart at the predetermined interval, and a concave shape into which the convex portion of the one lead electrode is fitted. and another lead electrode having a second adjacent side provided with a portion, wherein the first lead electrode and the other lead electrode are such that the convex portion of the first lead electrode is the other lead electrode.
- the lead electrode of the first and a region surrounded by the gouged portion of each of the other lead electrodes is filled with a part of the resin forming the frame.
- FIG. 1 is a perspective view of a light emitting device according to a first embodiment of the invention
- FIG. 1 is a top view of a light emitting device according to a first embodiment of the invention
- FIG. FIG. 3 is a top view of the light emitting device with the covering member removed
- 3 is a cross-sectional view of the light emitting device of FIG. 2 taken along line AA
- FIG. It is a back view of the light-emitting device of the 1st Embodiment of this invention.
- 4 is a top view of the lead frame of the light emitting device;
- FIG. FIG. 4 is a back view of the lead frame of the light emitting device;
- 6B is an enlarged view of region R of FIG. 6A;
- FIG. 6B is a cross-sectional view of the lead frame of FIG. 6A along line BB.
- FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of a flip-chip type light emitting device (modification); 4 is a flow chart showing a method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment of the present invention; It is a top view which shows process S11 of a manufacturing method. It is a top view which shows process S12 of a manufacturing method. It is a top view which shows process S13 of a manufacturing method. It is a top view which shows process S14 of a manufacturing method. It is a top view which shows process S15 of a manufacturing method. It is a top view of the light-emitting device of the 2nd Embodiment of this invention.
- FIG. 12 is a cross-sectional view of the light emitting device of FIG. 11 taken along line CC.
- FIG. 14 is an enlarged view of region S in FIG. 13;
- FIG. 6 is a flow chart showing a method for manufacturing the light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing the light emitting device 10 of the first embodiment.
- 2 is a diagram showing the surface side of the light emitting device 10. As shown in FIG. Each figure is accompanied by a three-axis coordinate system for convenience of indicating corresponding directions among the figures.
- the Z-axis direction corresponds to the vertical direction of the light emitting device 10
- the X-axis direction and the Y-axis direction correspond to the horizontal direction and the vertical direction of the lead frame 12, respectively.
- the light-emitting device 10 of this embodiment includes a substrate 15 including a frame 11 and a pair of lead frames 12, and an LED (Light Emitting Diode), which is a semiconductor light-emitting element, in an opening 20 of the substrate 15. It is a semiconductor light-emitting device comprising an emitting diode 28, a phosphor plate 14, and a reflective covering member 13 embedded around the LED 28 and the phosphor plate 14.
- LED Light Emitting Diode
- a light-emitting device 10 (semiconductor light-emitting device) has a rectangular shape and is composed of a substrate 15 composed of a rectangular frame 11 on the upper side and a lead frame 12 on the lower side.
- a covering member 13 is provided inside the frame 11 , and a phosphor plate 14 is exposed from a substantially central portion of the covering member 13 .
- the frame 11 is formed on the lead frame 12 with thermosetting resin.
- the frame 11 is made of silicone resin and/or epoxy resin, and contains light-reflective particles such as titanium oxide particles (hereinafter referred to as frame resin).
- the frame 11 may contain a light absorbing material such as carbon black.
- the frame 11 has an opening 20 which is an inner region of the frame, and an LED 28 (under the phosphor plate 14), which is a semiconductor light emitting device, is mounted in the opening 20. As shown in FIG.
- FIG. 3 is a top view schematically showing the inside of the opening 20 from the top view of the light emitting device 10 shown in FIG. 2 with the covering member 13 removed.
- 4 is a schematic cross-sectional view (free cross-sectional view) of a portion of the light emitting device 10 shown in FIG. 2 cut along line AA (one-dot chain line).
- the lead frame 12 is composed of a lead electrode 12A (first electrode) and a lead electrode 12B (second electrode) which are plate-like electrodes with a thickness of 0.2 to 0.3 mm.
- the lead electrodes 12A and 12B are made of copper (Cu), and their surfaces are plated with nickel (Ni)/gold (Au). Note that the expression Ni/Au indicates that Ni is the first layer and Au is the second layer.
- the lead electrode 12A and the lead electrode 12B are spaced apart from each other by a slit 39 (the "separating portion" of the present invention) on substantially the same plane.
- the LED 28 of this embodiment is, for example, a semiconductor light emitting element that emits blue light, but may be another element such as a surface emitting laser diode. More specifically, the lead electrode 12A is a cathode electrode, and the lead electrode 12B is an anode electrode. The n-electrode of the LED 28 is connected to the lead electrode 12A and placed thereon, and the p-electrode of the LED 28 is connected to the lead electrode 12B by a bonding wire.
- a phosphor plate 14 is provided on the upper surface side of the LEDs 28 .
- a portion of the blue light emitted upward from the LED 28 is wavelength-converted into, for example, yellow light when passing through the phosphor plate 14 .
- the emitted light from the light emitting device 10 is not wavelength-converted by the phosphor plate 14, and becomes white light which is a mixture of the transmitted blue light and yellow light.
- the phosphor plate 14 is not particularly limited, various phosphors such as YAG (yttrium aluminum garnet), LuAG (lutetium aluminum garnet), GYAG (gadolinium aluminum garnet), ⁇ , ⁇ sialon, SCASN, CASN, KFS, etc. are appropriately used. be able to.
- the phosphor plate 14 may be an optical element such as translucent glass or a light distribution control plate. In this case, the light emitted from the light emitting device 10 has the color of the light emitted by the LED 28 .
- the space around the LED 28 and the phosphor plate 14 is filled with the covering member 13, which is a sealing resin or covering resin. Further, the surface (upper surface) of the phosphor plate 14 is exposed from the covering member 13 .
- the coating member 13 a light-reflective resin containing titanium oxide particles or the like in a silicone resin can be exemplified, but the coating member 13 is not limited to this.
- An LED 28 and a protection element 41 which is a Zener diode, are provided on the lead electrodes 12A and 12B exposed from the opening 20.
- the protective element 41 may be any element that can prevent overcurrent from flowing through the LED 28, and may be a varistor, capacitor, resistor, light receiving element, or the like.
- anchor posts 11H are provided in the opening 20 of the frame 11 at symmetrical positions with respect to the center line extending in the Y-axis direction (the "lead electrode juxtaposition direction" of the present invention).
- the anchor post 11H is a portion formed as a columnar resin body by filling a region formed by arranging concave portions provided on the outer circumferences of the lead electrodes 12A and 12B so as to face each other with a frame resin ( details will be described later).
- the substrate 15 has an opening 20 defined by the frame 11 and lead electrodes 12A and 12B.
- the opening 20 has the shape of an inverted truncated pyramid with a rectangular bottom.
- an LED 28 is mounted on the lead electrode 12A, and the phosphor plate 14 is placed on the LED 28 .
- the surroundings of the LEDs 28 and the phosphor plate 14 are filled with the covering member 13 .
- each end portion on the back surface side of the lead electrodes 12A and 12B (only the right side in FIG. 4) has a stepped portion formed by half-etching (details will be described later).
- the "rear side" of the lead electrodes 12A and 12B means the lower side.
- FIG. 5 is a diagram showing the back side of the light emitting device 10.
- FIG. 6A is a diagram showing the upper surface side of the lead frame 12
- FIG. 6B is a diagram showing the lower surface side.
- FIG. 7 is an enlarged view of a region R surrounded by a dashed line in FIG. 6A.
- the lead frame 12 is composed of a lead electrode 12A ("one lead electrode” of the present invention) and a lead electrode 12B ("another lead electrode” of the present invention), and a slit 39 is formed between them.
- the width of the slit 39 (the gap in the X-axis direction and the gap in the Y-axis direction) is equal to the thickness of the lead electrodes 12A and 12B, eg, about 0.2 to 0.3 mm.
- the lead electrode 12A has a projecting portion As (the "convex portion” of the present invention) with the slit 39 interposed therebetween.
- the lead electrode 12B has an inclusion portion Bt (“recessed portion” of the present invention).
- the projecting portion As has a nested structure that fits into the containing portion Bt.
- the first adjacent side s on the side of the lead electrode 12A adjacent to the lead electrode 12B includes two base sides s1 extending from the outside of the lead electrode 12A to the base of the projecting portion As projecting toward the lead electrode 12B. , a top side s2 forming the top of the protrusion As, and two protrusion sides s3 connecting the base side s1 and the top side s2.
- the second adjacent side t of the lead electrode 12B adjacent to the lead electrode 12A is two base sides extending from the outside of the lead electrode 12B to the edge of the inclusion portion Bt that includes the projecting portion As of the lead electrode 12A. t1, a bottom side t2 forming the bottom of the inclusion portion Bt, and two inclusion sides t3 connecting the base side t1 and the bottom side t2.
- the protruding side s3 and the included side t3 are parallel to the line BB, which is the center line, because the external stress acting on the lead electrodes 12A and 12B becomes equivalent.
- the base side s1 and the top side s2, and the bottom side t2 and the base side t1 are orthogonal to the BB line, thereby facilitating formation of the lead electrodes 12A and 12B.
- the shapes of the protrusion As of the lead electrode 12A and the inclusion portion Bt of the lead electrode 12B are not limited to rectangles, and may include trapezoids or partial circles. However, it is essential that each side forming the projecting portion As and the containing portion Bt extends in the Y-axis (major axis) direction.
- the inside of the slit 39 is filled with a frame body resin. Also, in the slit 39, a pair of anchor posts 11H (broken line portions) are provided symmetrically with respect to the line BB, which is the center line extending in the direction (Y-axis direction) in which the lead electrodes 12A and 12B are juxtaposed. ing.
- the anchor column 11H is a columnar resin body surrounded by opposed gouged portions s4 and t4 provided on the protruding side s3 and inclusion side t3 of each of the lead electrodes 12A and 12B.
- the positions of both the lead electrodes 12A and 12B can be fixed by the anchor columns 11H arranged in this way.
- One or more pairs of anchor columns 11H may be provided, and a plurality of anchor columns 11H may be provided symmetrically or asymmetrically.
- FIG. 6A shows the surface side of the lead frame 12 (lead electrodes 12A, 12B).
- the interval (slit width) in the X-axis direction and the interval (slit width) in the Y-axis direction between the lead electrodes 12A and 12B are equal.
- the gouged portions s4 and t4 provided on the adjacent sides s and t of the lead electrodes 12A and 12B are arranged to face each other, and are surrounded by the gouged portions s4 and t4 by the filled frame resin.
- An anchor post 11H is formed in the region.
- FIG. 6B shows the back side of the lead frame 12.
- the protruding portion As of the lead electrode 12A and the containing portion Bt of the lead electrode 12B are formed by reducing the thickness of the lead frame 12 along their peripheral edges (entire slits 39). 12N.
- the stepped portions 12M and 12N form a recessed groove portion on the back side, and the groove portion (12M and 12N) is also filled with the frame body resin (see FIG. 4).
- the line width of the straight portion (the gap in the X-axis direction) is H1
- the distance from the straight line to the end of the circle is Let the lengths be H2 and H3.
- the lead electrodes 12A and 12B are integrated via the anchor posts 11H by the filled frame resin, thereby preventing misalignment.
- the same force acts on the lead electrode 12B via the anchor post 11H. That is, even if a force acts on one lead electrode (12A or 12B), the force also acts on the other lead electrode (12A or 12B), so one lead electrode will not easily come off.
- both lead electrodes (12A and 12B) are integrated by the anchor post 11H, only one of the lead electrodes (12A or 12B) will not come off.
- a circular anchor post 11H is preferable because the force acting on the anchor post 11H from the lead electrode (12A or 12B) is dispersed.
- FIG. 8A is a cross-sectional view of the vicinity of the slit 39 along line BB (chain line) of the lead frame 12 in FIG. 6A.
- the LED 28 is mounted on the lead electrode 12A via a joint member 40. As shown in FIG.
- the LED 28 is connected to the lead electrode 12B via a bump 45 provided on the p-electrode of the LED 28 using two bonding wires 43A (see FIG. 3).
- the lead electrodes 12A and 12B are the cathode and the anode of the light emitting device 10, respectively, and an applied voltage is supplied from outside the light emitting device 10. As shown in FIG.
- FIG. 8B shows a cross-sectional view when the light emitting element is a flip chip (modification).
- the LED 29 is mounted across the lead electrodes 12A and 12B via the lower electrode 29A.
- the size and depth of the stepped portions 12M and 12N are the same as those of the light emitting device 10 of FIG. 8A, but the width of the slit 39 is narrower.
- by providing the anchor column 11H as described above it is possible to prevent positional displacement between the lead electrodes 12A and 12B, thereby preventing breakage of the bonding portion.
- FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing the light emitting device 10.
- FIG. 10A to 10E are top views showing each step. A method for manufacturing the light emitting device 10 will be described below with reference to FIGS. 10A to 10E.
- Step S11 is a half-etching, die-cutting and plating process for the lead frame.
- the lead frame 12 has a plurality of unitary sections 12U arranged in a matrix. More specifically, the lead frame 12 is divided into a plurality of unitary divisions 12U by vertical dicing lines 51 and horizontal dicing lines 52 (both indicated by dashed lines) arranged at equal intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction. ing. Each unitary domain 12U corresponds to the lead frame 12 of one light emitting device 10. As shown in FIG.
- stepped portions 12M and 12N are formed by first half-etching the back side of the copper plate to be the lead frame 12 to a predetermined width and depth (see FIG. 6B or FIG. 8A). ). Next, the slit 39 and the notch 12K are formed by performing die cutting (pressing). By providing a large number of notches 12K in the lead frame 12, the step of singulating (dicing), which will be described later, is facilitated. After that, the front and rear surfaces of the lead frame 12 are plated with Ni/Au.
- Step S12 is an insert molding process for the frame resin.
- a molded resin body 11F is formed by insert-molding the frame resin. More specifically, the molded resin body 11F is formed by sandwiching the lead frame 12 between an upper mold and a lower mold and injecting a thermosetting resin made of silicone resin containing titanium oxide particles. The molded resin body 11F is filled inside the opening 20, the slit 39 and the notch 12K in the inner region of the frame 11 corresponding to each of the unitary sections 12U.
- Step S13 is a process of die bonding, wire bonding, and phosphor plate adhesion.
- the LED 28 (existing on the lower surface side of the phosphor plate 14) is mounted on the lead electrode 12A using a bonding member 40 (in this embodiment, a gold-tin (AuSn) alloy) (die bonding). ).
- the protective element 41 is also joined to the lead electrode 12B. After that, they are wire-bonded and connected to the lead electrodes 12B and 12A provided on the upper surfaces of the LED 28 and the protection element 41, respectively, using gold wires.
- the phosphor plate 14 is adhered onto the LEDs 28 using a translucent silicone adhesive, and the LEDs 28 , the phosphor plate 14 and the protective element 41 are placed inside the opening 20 .
- Step S14 is a covering member filling and curing step. As shown in FIG. 10D, the opening 20 of the frame 11 is coated with a light-reflective silicone resin containing titanium oxide particles so that the surface of the phosphor plate 14 is exposed, and then heated and cured. A member 13 is formed.
- Step S15 is a singulation (dicing) step. As shown in FIG. 10E, dicing is performed along vertical dicing lines 51 and horizontal dicing lines 52 . That is, the light emitting devices 10 are separated by cutting the molded resin body 11F.
- Step S16 is an energization check step. Finally, an electrical characteristic test such as an energization check of each light emitting device 10 is performed. The manufacturing of the light emitting device 10 is completed through the above steps.
- FIG. 11 is a top view of the light emitting device 60.
- FIG. 12 is a rear view (bottom view) of the light-emitting device 60
- FIG. 13 is a cross-sectional view (free cross-sectional view) of the light-emitting device 60 of FIG. 11 along line CC (chain line).
- the light emitting device 60 of the second embodiment has a boundary between the lead electrode 12C (first electrode) and the lead electrode 12D (second electrode) where the frame 11 contacts. Only the layer structure is different. 11, which is a top view, and FIG. 12, which is a back view, and the arrangement of the LED 28, the protective element 41, and the phosphor plate 14 placed in the opening 20 are the same as those of the first embodiment. is identical to
- FIG. 14 is an enlarged view of region S in FIG.
- the protruding portion As of the lead electrode 12C and the inclusion portion Bt of the lead electrode 12D are stepped portions formed by half-etching processing along their peripheral edges (entire slits 39). 12M and 12N. Further, groove portions (12M and 12N) are formed by stepped portions 12M and 12N.
- a metal oxide film M which is a copper oxide film, is provided at the interface between the frame body resin and the lead frame 12 .
- the metal oxide film M is an oxide film continuous from the copper material, which is the core material of the lead electrodes 12C and 12D, and is integrated.
- FIG. 15 is a flowchart showing a method for manufacturing the light emitting device 60.
- Step S21 is a step of half-etching the lead frame, cutting out the die, and oxidizing the lead frame.
- step portions 12M and 12N are formed by half-etching the back surface of a copper plate to be the lead frame 12 to a predetermined width and depth (see FIG. 14).
- the slit 39 and the notch 12K are formed by performing die cutting (pressing) with a press molding machine.
- the surface (upper surface, lower surface and side surface) of the die-cut lead frame 12 is oxidized.
- the metal oxide film M is formed by oxidizing the surface of the die-cut lead frame 12 in an atmosphere of oxygen and nitrogen gas (150° C., 5 minutes).
- Step S22 is an insert molding process for the frame resin. This process is the same as the frame resin insert molding process in step S12 of the first embodiment, except that the lead frame 12 having the metal oxide film M applied thereto is used.
- Step S23 is the Ni/Au plating process for the exposed surface.
- the metal oxide film M made of copper oxide on the surface of the lead frame 12 exposed from the frame 11 of the substrate 15 formed in step S22 is removed with an acid aqueous solution. Subsequently, a Ni/Au layer is formed on the removed portion of the lead frame 12 by electroplating. The metal oxide film M existing at the interface between the frame resin and the lead frame 12 remains as it is (see FIG. 14).
- Step S24 Die bonding, wire bonding, phosphor plate bonding process
- Step S25 Coating member filling and curing process
- Step S26 Singulation (dicing) process
- Step S27 Current checking process
- the present invention can provide a method for manufacturing a light-emitting device capable of preventing misalignment of lead electrodes during solder mounting or the like.
- anchor post 11H is illustrated as being circular, it may have an arc shape such as an elliptical column (elliptical column), a rectangular column such as a square column, a hexagonal column, or a polygonal column.
- a plurality of anchor posts 11H can also be provided in the slit 39 in the vertical direction (Y direction).
- the numerical values such as the thickness of the lead frame 12 and the processing temperature in the manufacturing method are merely examples, and can be appropriately changed and applied.
- SYMBOLS 10 Light-emitting device 11... Frame body 11H... Anchor post 12... Lead frame 12A, 12B, 12C, 12D... Lead electrode 12K... Notch part 12M, 12N... Step part 12U... Unit division 13... Coating member 14 Phosphor plate 15 Substrate 20 Opening 28, 29 LED 29A Lower electrode 39 Slit 40 Joining member 41 Protective element 43A Bonding wire 45 Bump, 51...vertical dicing line, 52...horizontal dicing line.
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Abstract
発光装置(10)は、リード電極(12A)及びリード電極(12B)と、リード電極(12A,12B)の外側部及び離間部(39)を覆うとともに、リード電極(12A,12B)を露出する開口部(20)を有する樹脂製の枠体(11)と、LED(28)を備えている。リード電極(12A)に設けられた突出部(As)は、リード電極(12B)に設けられた包含部(Bt)に嵌入され、入れ子構造をなしている。突出部(As)と包含部(Bt)の対向する各々の隣接辺(s,t)には抉り部(s4,t4)が設けられ、抉り部(s4)と抉り部(t4)とで囲まれた領域に樹脂の一部が充填され、アンカー柱(11H)が形成されている。
Description
本発明は、半導体発光装置、特に発光素子を載置する電極としてリードフレームが用いられた半導体発光装置に関する。
従来、内部に半導体素子を封入して成る半導体装置が知られている。また、基板上に半導体発光素子が実装され、当該半導体発光素子が凹部を有する樹脂又はガラス等の透光性部材によって気密封止されて成る半導体発光装置もよく知られている。
特許文献1の表面実装型発光装置は、発光素子と、発光素子を載置する第1の樹脂成形体と、発光素子を被覆する第2の樹脂成形体とを有する。第1の樹脂成形体は、発光素子を載置するための第1のリードと、発光素子と電気的に接続される第2のリードとを含んで一体成形されている。
第1のリード及び第2のリードは、それぞれ凹凸形状を設けることで、第1の樹脂成形体との接触面積を拡げている。これにより、第1のリード及び第2のリードが第1の樹脂成形体から抜脱するのを防止している(特許文献1/段落0110、図4)。
しかしながら、1本のワイヤが第1のリード上に載置された発光素子の電極と第2のリードの第2のインナーリード部とを接続している。そのため、第1のリードと第2のリードとが互いに離れる方向に位置ずれを起こすと、ワイヤが断線するという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、はんだ実装時等にリード電極の位置ずれを防止することができる半導体発光装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る半導体発光装置は、互いに所定の間隔で離間して矩形状に並置された板状の複数のリード電極と、前記複数のリード電極の外側部及び前記複数のリード電極間の離間部を覆うとともに、前記複数のリード電極を露出する開口部を有する、樹脂からなる枠体と、前記開口部から露出する前記複数のリード電極上に実装された発光素子と、を備え、
前記複数のリード電極は、前記所定の間隔で離間する部分に凸状部が設けられた第1の隣接辺を有する1のリード電極と、前記1のリード電極の前記凸状部が嵌入する凹状部が設けられた第2の隣接辺を有する他のリード電極とを有し、前記1のリード電極及び前記他のリード電極は、前記1のリード電極の前記凸状部が前記他のリード電極の前記凹状部に嵌入されて入れ子構造をなし、前記第1の隣接辺と前記第2の隣接辺に、各々の隣接辺の双方に跨る所定形状の抉り部が設けられ、前記1のリード電極及び前記他のリード電極の各々の前記抉り部で囲まれた領域に前記枠体をなす樹脂の一部が充填されていることを特徴とする。
前記複数のリード電極は、前記所定の間隔で離間する部分に凸状部が設けられた第1の隣接辺を有する1のリード電極と、前記1のリード電極の前記凸状部が嵌入する凹状部が設けられた第2の隣接辺を有する他のリード電極とを有し、前記1のリード電極及び前記他のリード電極は、前記1のリード電極の前記凸状部が前記他のリード電極の前記凹状部に嵌入されて入れ子構造をなし、前記第1の隣接辺と前記第2の隣接辺に、各々の隣接辺の双方に跨る所定形状の抉り部が設けられ、前記1のリード電極及び前記他のリード電極の各々の前記抉り部で囲まれた領域に前記枠体をなす樹脂の一部が充填されていることを特徴とする。
以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の発光装置10を模式的に示す斜視図である。また、図2は、発光装置10の表面側を示す図である。各図面は、複数の図間で対応方向を示す便宜のため、3軸座標系を付記している。Z軸方向は発光装置10の上下方向に対応し、X軸方向及びY軸方向はそれぞれリードフレーム12の横方向及び縦方向に対応している。
図1は、第1の実施形態の発光装置10を模式的に示す斜視図である。また、図2は、発光装置10の表面側を示す図である。各図面は、複数の図間で対応方向を示す便宜のため、3軸座標系を付記している。Z軸方向は発光装置10の上下方向に対応し、X軸方向及びY軸方向はそれぞれリードフレーム12の横方向及び縦方向に対応している。
本実施形態の発光装置10は、当該発光装置10の躯体となる枠体11と一対のリードフレーム12とからなる基板15と、当該基板15の開口部20内に半導体発光素子であるLED(Light Emitting Diode)28及び蛍光体板14と、当該LED28及び蛍光体板14の周囲を埋設する反射性の被覆部材13とを備えた半導体発光装置である。
図1において、発光装置10(半導体発光装置)は矩形形状を有し、上側の矩形形状の枠体11と下側のリードフレーム12とからなる基板15で構成されている。枠体11の内側には被覆部材13が設けられ、被覆部材13の略中央部からは蛍光体板14が露出している。
枠体11は、熱硬化性樹脂によりリードフレーム12上に形成されている。枠体11はシリコーン樹脂及び/又はエポキシ樹脂で形成され、酸化チタン粒子等の光反射性粒子が含まれている(以下、枠体樹脂という)。枠体11は、カーボンブラック等の光吸収材が含まれていてもよい。また、枠体11は枠体の内側領域である開口部20を有し、開口部20内に半導体発光装置であるLED28(蛍光体板14の下部)が実装されている。
図3は、図2に示す発光装置10の上面図から被覆部材13を除いて開口部20の内部を模式的に示す上面図である。また、図4は、図2に示す発光装置10をA-A線(一点鎖線)で切断した部分の模式的な断面図(自由断面図)である。
リードフレーム12は、厚さが0.2~0.3mmの板状電極であるリード電極12A(第1電極)とリード電極12B(第2電極)とで構成されている。リード電極12A及びリード電極12Bは銅(Cu)からなり、表面にはニッケル(Ni)/金(Au)がめっきされている。なお、Ni/Auと表記した場合、Niが第1層、Auが第2層であることを示す。リード電極12A及びリード電極12Bは、略同一面上にスリット39(本発明の「離間部」)によって互いに離間して並置されている。
本実施形態のLED28は、例えば青色光を出射する半導体発光素子であるが、面発光型のレーザダイオード等の他の素子であってもよい。より詳細には、リード電極12Aがカソード電極、リード電極12Bがアノード電極である。リード電極12A上にLED28のn電極が接続されて載置され、LED28のp電極がリード電極12Bにボンディングワイヤで接続されている。
図4に示すように、LED28の上面側に蛍光体板14が設けられている。LED28から上方に出射された青色光の一部は、蛍光体板14を通過する際に、例えば黄色光に波長変換される。その結果、発光装置10からの出射光は蛍光体板14により波長変換されず、透過した青色光と黄色光との混色である白色光となる。
蛍光体板14は特に限定されないが、例えばYAG(イットリウムアルミニウムガーネット)、LuAG(ルテチウムアルミニウムガーネット)、GYAG(ガドリニウムアルミニウムガーネット)、α、βサイアロン、SCASN、CASN、KFS等の各種蛍光体を適宜用いることができる。なお、蛍光体板14は、透光性のガラス又は配光制御板等の光学素子であってもよい。この場合、発光装置10からの出射光は、LED28の発光色となる。
枠体11の開口部20において、LED28と蛍光体板14の周囲の空間は、封止樹脂又は被覆樹脂である被覆部材13によって充填されている。また、蛍光体板14の表面(上面)は、被覆部材13から露出している。被覆部材13としては、シリコーン樹脂に酸化チタン粒子等が含有された光反射性の樹脂を例示することができるが、これに限定されない。
開口部20から露出するリード電極12A及びリード電極12B上には、LED28と、ツェナーダイオードである保護素子41とが設けられている。保護素子41はLED28に過電流が流れるのを防止できる素子であればよく、バリスタ、キャパシタ、抵抗、受光素子等を用いてもよい。
また、図3に示すように、枠体11の開口部20内には、Y軸方向に延びる中心線(本発明の「リード電極の並置方向」)に対して対称の位置にアンカー柱11Hが1つずつ設けられている。アンカー柱11Hは、リード電極12Aとリード電極12Bの各々の外周部に設けられた凹部を対向配置してできた領域が枠体樹脂で充填され、柱状の樹脂体として形成された部分である(詳細は後述する)。
図3及び図4に示すように、基板15は、枠体11とリード電極12A,12Bで画定された開口部20を有している。その開口部20は、底面が矩形である倒立型の四角錐台の形状を有している。基板15の内部において、リード電極12A上にはLED28が実装され、LED28上には蛍光体板14が載置されている。また、LED28及び蛍光体板14の周囲は、被覆部材13によって充填されている。
リードフレーム12の上面端部は、枠体樹脂で充填されている。また、リード電極12Aとリード電極12Bの裏面側の各端部(図4の右側のみ)は、ハーフエッチング加工による段差部を有している(詳細は後述する)。なお、本明細書において、リード電極12Aとリード電極12Bの「裏面側」とは、下面側のことである。
次に、リードフレーム12の詳細について説明する。図5は、発光装置10の裏面側を示す図である。図6Aはリードフレーム12の上面側を示す図であり、図6Bは下面側を示す図である。また、図7は、図6Aの破線で囲んだ領域Rの拡大図である。
リードフレーム12は、リード電極12A(本発明の「1のリード電極」)とリード電極12B(本発明の「他のリード電極」)とで構成され、その間の領域がスリット39である。スリット39の幅(X軸方向のギャップ及びY軸方向のギャップ)はリード電極12A,12Bの厚みと等しく、例えば0.2~0.3mm程度である。
図5及び図6Aに示すように、スリット39を挟んでリード電極12Aは、突出部As(本発明の「凸状部」)を有している。また、リード電極12Bは、包含部Bt(本発明の「凹状部」)を有している。突出部Asは、包含部Btに嵌入する入れ子構造をなしている。
具体的には、リード電極12Aのリード電極12Bに隣接する側の第1の隣接辺sは、リード電極12Aの外側からリード電極12B側へ突出する突出部Asの基部に至る2つの基底辺s1と、突出部Asの頂部を形成する頂部辺s2と、基底辺s1と頂部辺s2を結ぶ2つの突出辺s3とで画定されている。
また、リード電極12Bのリード電極12Aに隣接する側の第2の隣接辺tは、リード電極12Bの外側からリード電極12Aの突出部Asを包含する包含部Btの縁部に至る2つの基上辺t1と、包含部Btの底部を形成する底部辺t2と、基上辺t1と底部辺t2を結ぶ2つの包含辺t3とで画定されている。
突出辺s3と包含辺t3は、中心線であるB-B線に対して平行にすることで、リード電極12A及びリード電極12Bに働く外部応力が等価になるので好ましい。また、基底辺s1と頂部辺s2、及び底部辺t2と基上辺t1は、B-B線に対して直交させることで、リード電極12A,12Bの形成が容易になる。
なお、リード電極12Aの突出部As及びリード電極12Bの包含部Btの形状は矩形に限られず、台形又は一部円形を含んでいてもよい。ただし、突出部As及び包含部Btを構成する各辺がY軸(長軸)方向に延びていることは必須である。
スリット39内には、枠体樹脂が充填されている。また、スリット39内には、リード電極12Aとリード電極12Bが並置された方向(Y軸方向)に延びる中心線であるB-B線に対称に一対のアンカー柱11H(破線部)が設けられている。
アンカー柱11Hは、リード電極12A,12Bの各々の突出辺s3と包含辺t3に設けられた対向した抉り部s4,t4で囲まれた柱状の樹脂体である。このように配置されたアンカー柱11Hにより、リード電極12Aとリード電極12Bの双方の位置を固定することができる。なお、アンカー柱11Hは、1対以上設けられていればよく、対称又は非対称に複数個設けられていてもよい。
図6Aは、リードフレーム12(リード電極12A,12B)の表面側を示している。リード電極12A,12BのX軸方向の間隔(スリット幅)とY軸方向の間隔(スリット幅)は等しい。また、リード電極12Aとリード電極12Bの各々の隣接辺s,tに設けられた抉り部s4,t4が対向配置されており、充填された枠体樹脂によって、抉り部s4,t4で囲まれた領域にアンカー柱11Hが形成されている。
図6Bは、リードフレーム12の裏面側を示している。図示するように、リード電極12Aの突出部As及びリード電極12Bの包含部Btは、その周縁(スリット39全体)に沿ってリードフレーム12の厚みを薄くして形成された各々の段差部12M,12Nを有している。段差部12M及び12Nによって裏面側が窪んだ溝部が形成され、当該溝部(12M及び12N)内にも枠体樹脂が充填されている(図4参照)。
図7に示すように、抉り部s4,t4からなる円形のアンカー柱11Hを形成する部分において、直線部分の線幅(X軸方向のギャップ)をH1とし、当該直線から円形の端部までの長さをH2,H3とする。このとき、H1≦H2≒H3の関係が成立することが好ましい。これにより、充填された枠体樹脂によって、アンカー柱11Hを介してリード電極12Aとリード電極12Bとが一体化され、位置ずれを防止することができる。
具体的には、リード電極12Aに対し、縦方向(Y軸方向)に引き抜かれる力が働いた場合、同様の力がアンカー柱11Hを介してリード電極12Bにも働く。すなわち、一方のリード電極(12A又は12B)に働く力であっても他方のリード電極(12A又は12B)にも力が働くので、一方のリード電極が簡単に抜けることはない。また、アンカー柱11Hによって、両リード電極(12A及び12B)と一体化しているので、一方のリード電極(12A又は12B)だけが抜けることはない。アンカー柱11Hが円形の場合、リード電極(12A又は12B)からアンカー柱11Hに働く力が分散されるので好適である。
図8Aは、図6Aのリードフレーム12のB-B線(一点鎖線)に沿ったスリット39付近の断面図である。LED28は、接合部材40を介してリード電極12Aに実装されている。LED28は、2本のボンディングワイヤ43A(図3参照)を用い、LED28のp電極に設けたバンプ45を介してリード電極12Bに接続されている。リード電極12A,12Bは、発光装置10のそれぞれ陰極(カソード)及び陽極(アノード)であり、印加電圧が発光装置10の外から供給される。
また、図8Bは、発光素子がフリップチップの場合の断面図を示している(変更形態)。図示するように、LED29は、下部電極29Aを介してリード電極12Aとリード電極12Bに跨るように実装されている。段差部12M,12Nの大きさ及び深さは、図8Aの発光装置10と同じであるが、スリット39の幅は狭くなっている。フリップチップの場合、上述したようにアンカー柱11Hを設けた態様とすることで、リード電極12Aとリード電極12Bの位置ずれを防止できるので、ボンディング部の破断を防止することができる。
(製造方法)
以下では、発光装置10の製造方法についてフローチャート及び図面を参照して詳細に説明する。
以下では、発光装置10の製造方法についてフローチャート及び図面を参照して詳細に説明する。
図9は、発光装置10の製造方法を示すフローチャートである。また、図10A~図10Eは、各工程を示す上面図である。以下では、図10A~図10Eを参照しつつ、発光装置10の製造方法について説明する。
ステップS11は、リードフレームのハーフエッチング、型抜き及びめっき工程である。図10Aに示すように、リードフレーム12は、マトリクス状に配列された複数の単位区画12Uを有している。より詳細には、リードフレーム12は、X軸方向及びY軸方向に等間隔で配置された縦ダイシング線51及び横ダイシング線52(何れも破線で示す)により、複数の単位区画12Uに区画されている。各単位区画12Uは、1つの発光装置10のリードフレーム12に対応している。
このようなリードフレーム12において、まず、リードフレーム12となる銅板の裏面側をハーフエッチングによって所定の幅及び深さで削ることで、段差部12M,12Nが形成される(図6B又は図8A参照)。次に、型抜き(プレッシング)を行うことで、スリット39及び切欠部12Kが形成される。リードフレーム12内に切欠部12Kを多数設けておくことで、後述する個片化(ダイシング)の工程が容易になる。その後、リードフレーム12の表面及び裏面にNi/Auめっきが施される。
ステップS12は、枠体樹脂のインサート成形工程である。図10Bに示すように、枠体樹脂のインサート成形を行うことで、成形樹脂体11Fが形成される。より詳細には、リードフレーム12を上金型及び下金型で挟み込み、酸化チタン粒子を含有したシリコーン樹脂からなる熱硬化性樹脂を注入することで、成形樹脂体11Fが形成される。成形樹脂体11Fは、単位区画12Uの各々に対応して、枠体11の内側領域の開口部20、スリット39及び切欠部12Kの内部に充填される。
ステップS13は、ダイボンディング、ワイヤボンディング、蛍光体板の接着工程である。図10Cに示すように、LED28(蛍光体板14の下面側に存在)がリード電極12A上に接合部材40(本実施形態では、金錫(AuSn)合金)を用いて実装される(ダイボンディング)。同様に、保護素子41もリード電極12Bに接合される。その後、LED28及び保護素子41の上面に設けられたリード電極12B及びリード電極12Aに、各々金ワイヤによってワイヤボンディングされ、接続される。
次に、LED28上に透光性のシリコーン接着剤を用いて蛍光体板14が接着され、開口部20の内部にLED28、蛍光体板14、保護素子41が載置される。
ステップS14は、被覆部材充填及び硬化工程である。図10Dに示すように、蛍光体板14の表面が露出するように枠体11の開口部20を、酸化チタン粒子を含有する光反射性のシリコーン樹脂によって被覆し、加熱、硬化させることで被覆部材13が形成される。
ステップS15は、個片化(ダイシング)工程である。図10Eに示すように、縦ダイシング線51及び横ダイシング線52に沿ってダイシングされる。すなわち、成形樹脂体11Fを切断することで、発光装置10がそれぞれ分離される。
ステップS16は、通電チェック工程である。最後に、各発光装置10の通電チェック等、電気的特性の試験が行われる。以上の工程により、発光装置10の製造が完了する。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態の発光装置60について説明する。第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を付している。第2の実施形態の構造及び製造方法は第1の実施形態と略同一であるため、異なる部分のみを記載する。
次に、本発明の第2の実施形態の発光装置60について説明する。第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を付している。第2の実施形態の構造及び製造方法は第1の実施形態と略同一であるため、異なる部分のみを記載する。
図11は、発光装置60の上面図である。また、図12は発光装置60の裏面図(下面図)であり、図13は図11の発光装置60のC-C線(一点鎖線)に沿った断面図(自由断面図)である。
第2の実施形態の発光装置60は、第1の実施形態の発光装置10に対して、リード電極12C(第1電極)とリード電極12D(第2電極)の枠体11と接する部分の境界層の構造が異なるだけである。よって、上面図である図11、裏面図である図12の目視可能な部分、また、開口部20に載置されたLED28、保護素子41、蛍光体板14の配置等も第1の実施形態と同一である。
図14は、図13の領域Sの拡大図である。
リード電極12A,12Bと同様に(図4及び図6B参照)、リード電極12Cの突出部Asとリード電極12Dの包含部Btは、その周縁(スリット39全体)に沿ったハーフエッチング加工による段差部12M,12Nを有している。また、段差部12M,12Nからなる溝部(12M及び12N)が形成されている。
また、第2の実施形態の発光装置60には、枠体樹脂とリードフレーム12との界面に銅酸化膜である金属酸化膜Mが設けられている。金属酸化膜Mは、リード電極12C,12Dの芯材である銅材から連続する酸化膜であり、一体化している。これにより、アンカー柱11Hによるリードフレーム12の固定効果に加え、リードフレーム12と枠体樹脂の接着力が向上し、枠体樹脂とリードフレーム12が一体化した外部応力に対して高い強度の基板15となる。
(製造方法)
以下では、発光装置60の製造方法についてフローチャートを参照して詳細に説明する。
以下では、発光装置60の製造方法についてフローチャートを参照して詳細に説明する。
図15は、発光装置60の製造方法を示すフローチャートである。
ステップS21は、リードフレームのハーフエッチング、型抜き及びリードフレームの酸化処理工程である。まず、リードフレーム12となる銅板の裏面をハーフエッチングによって所定の幅及び深さで削ることで、段差部12M,12Nが形成される(図14参照)。次に、プレス成型機による型抜き(プレッシング)を行うことで、スリット39及び切欠部12Kが形成される。
次に、型抜きしたリードフレーム12の表面(上面、下面及び側面)に対して酸化処理が施される。具体的には、型抜きを行ったリードフレーム12の表面を酸素、窒素ガス雰囲気下(150℃、5分)にて酸化することで、金属酸化膜Mが形成される。
ステップS22は、枠体樹脂のインサート成形工程である。本工程は、金属酸化膜Mを施したリードフレーム12を用いる以外は、第1の実施形態のステップS12の枠体樹脂のインサート成形工程と同じである。
ステップS23は、露出面のNi/Auめっき工程である。ステップS22で形成した基板15の枠体11から露出したリードフレーム12の表面の酸化銅からなる金属酸化膜Mは、酸水溶液によって除去される。続いて、除去されたリードフレーム12の部分に電界めっきよってNi/Au層が形成される。なお、枠体樹脂とリードフレーム12との界面に存在する金属酸化膜Mは、そのまま残る(図14参照)。
続いて、以下の各工程を実行するが、第1の実施形態の製造方法(図9:ステップS13~S16)と同じであるため、具体的な説明は省略する。
ステップS24:ダイボンディング、ワイヤボンディング、蛍光体板の接着工程
ステップS25:被覆部材充填及び硬化工程
ステップS26:個片化(ダイシング)工程
ステップS27:通電チェック工程
ステップS24:ダイボンディング、ワイヤボンディング、蛍光体板の接着工程
ステップS25:被覆部材充填及び硬化工程
ステップS26:個片化(ダイシング)工程
ステップS27:通電チェック工程
以上の各工程により、発光装置60の製造が完了する。以上で説明したように、本発明は、はんだ実装時等にリード電極の位置ずれを防止可能な発光装置の製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態及び変更形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
例えば、アンカー柱11Hは、円形のものを例示したが、楕円柱(長円柱)等の円弧形状、四角柱、六角柱等の矩形柱又は多角柱形状を有していてもよい。アンカー柱11Hは、縦方向(Y方向)のスリット39部に複数個設けることもできる。また、上記のリードフレーム12の厚み、製造方法における処理温度等の数値等は例示に過ぎず、適宜変更して適用することができる。
10…発光装置、11…枠体、11H…アンカー柱、12…リードフレーム、12A,12B,12C,12D…リード電極、12K…切欠部、12M,12N…段差部、12U…単位区画、13…被覆部材、14…蛍光体板、15…基板、20…開口部、28,29…LED、29A…下部電極、39…スリット、40…接合部材、41…保護素子、43A…ボンディングワイヤ、45…バンプ、51…縦ダイシング線、52…横ダイシング線。
Claims (8)
- 互いに所定の間隔で離間して矩形状に並置された板状の複数のリード電極と、
前記複数のリード電極の外側部及び前記複数のリード電極間の離間部を覆うとともに、前記複数のリード電極を露出する開口部を有する、樹脂からなる枠体と、
前記開口部から露出する前記複数のリード電極上に実装された発光素子と、を備え、
前記複数のリード電極は、前記所定の間隔で離間する部分に凸状部が設けられた第1の隣接辺を有する1のリード電極と、前記1のリード電極の前記凸状部が嵌入する凹状部が設けられた第2の隣接辺を有する他のリード電極とを有し、
前記1のリード電極及び前記他のリード電極は、前記1のリード電極の前記凸状部が前記他のリード電極の前記凹状部に嵌入されて入れ子構造をなし、
前記第1の隣接辺と前記第2の隣接辺に、各々の隣接辺の双方に跨る所定形状の抉り部が設けられ、
前記1のリード電極及び前記他のリード電極の各々の前記抉り部で囲まれた領域に前記枠体をなす樹脂の一部が充填されている半導体発光装置。 - 前記抉り部が、前記1のリード電極と前記他のリード電極の並置方向に延びる前記枠体の中心線に対して対称の位置に1つずつ設けられている、請求項1に記載の半導体発光装置。
- 前記1のリード電極及び前記他のリード電極は、裏面側に前記第1の隣接辺及び前記第2の隣接辺に沿って形成された段差部を有し、前記段差部に前記樹脂が充填されている、請求項1又は2に記載の半導体発光装置。
- 前記発光素子の周囲を被覆するように前記開口部に充填された被覆部材を有する、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
- 前記発光素子は、発光ダイオードと前記発光ダイオード上に載置された光学部材とを有している、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
- 前記段差部の前記樹脂との界面が金属酸化膜で被覆されている、請求項3に記載の半導体発光装置。
- 前記発光素子が前記1のリード電極及び前記他のリード電極の両方に跨るように載置されている、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
- 前記抉り部で囲まれた領域は、円形、楕円形又は矩形の形状を有している、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
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