JP2005116937A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱効果を向上させるとともに樹脂パッケージのクラックを防止する半導体発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】凹部の内周に反射壁を有する樹脂パッケージと、一端部が前記凹部の底面に露出し、他端部が前記樹脂パッケージの外側面から突出した一対のリードフレームと、前記凹部内の前記リードフレームの一端部に搭載された半導体発光素子とを有する半導体発光装置において、前記リードフレームを、複数枚を重ねて配置すると、半導体発光素子で発生した熱が、上側のリードフレームに伝達されて、さらに下側のリードフレームに伝達される。複数枚のリードフレームが重ねて配置されているので、熱が厚み方向に伝達され、また、各リードフレームが別部材なので、これを重ねて曲げたときの変形量が、２枚分の厚みを有するリードフレームを折り曲げたときの変形より小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂パッケージとリードフレームを一体成型したパッケージ半導体発光装置およびその製造方法に関する。

従来、半導体発光装置は、光取り出し用の凹部が形成された樹脂パッケージと対となるリードフレームとを一体成型し、リードフレーム上に半導体発光素子を搭載した構造のものが多く用いられている。

このような半導体発光装置の駆動電流を増加させて高輝度化を実現しようとするとき、温度上昇による輝度特性の低下や、樹脂パッケージの変形等の不具合を防止するため、半導体発光素子からの放熱特性を向上させる必要がある。

図４は、従来の半導体発光装置の平面図である。図４に示すように、従来の半導体発光装置７０は、対となるリードフレーム７１，７２の面積を広くして放熱面を拡大したものである。半導体発光素子７３の熱は、リードフレーム７１，７２に伝達され、リードフレーム７１，７２から樹脂パッケージ７４の外部に伝導する。このリードフレーム７１，７２の外側端部は、屈曲されて電極端子となる。

図５は、従来の他の半導体発光装置の断面図である。図５に示すように、従来の他の半導体発光装置７５は、リードフレーム７６，７７の厚みを厚くしたものである。半導体発光素子７８の熱は、リードフレーム７６，７７に伝達され、リードフレーム７６，７７から樹脂パッケージ７９の外部に伝導する。このリードフレーム７６，７７の外側端部は、屈曲されて電極端子となる。

また、１枚の板材からなるリードフレームに電極端子とは別に、樹脂パッケージの外側に露出する放熱部を形成した発光装置も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−８７７８０号公報（第２−６頁、第２図）

しかしながら、図４に示す従来の半導体発光装置のように、リードフレームの面積を広くして放熱面を拡大すると、樹脂とリードフレームとの境界面も広くなるため、樹脂がリードフレームの界面から剥離しやすくなり、信頼性が低下するという問題がある。

また、図５に示す従来の他の半導体発光装置のように、リードフレームの厚みを厚く形成して、放熱部分の断面積を拡大すると、リードフレームの剛性が増加するので、リードフレームの突出部分を曲げて電極端子を形成するときに、リードフレームの基部から樹脂パッケージに伝達される応力が大きくなり、樹脂パッケージにクラックが発生するので、後加工が困難になるという問題がある。

また、特許文献１に示すような放熱部を形成しても、空気への放熱効果は低く、他の部材に接触させなければ放熱効果は得られないので、結局は面積を広く形成しないと放熱効果は向上しない。

そこで本発明は、放熱効果を向上させるとともに樹脂パッケージのクラックを防止する半導体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。

本発明の半導体発光装置においては、リードフレームとして、異なる材質からなる接続用フレームと放熱用フレームとを、重ねて配置した半導体発光装置としたものである。

また、本発明の半導体発光装置の製造方法においては、リードフレームを無接合状態で重ね、上型および下型で挟持して成型している。

この発明によれば、放熱効果を向上させるとともに樹脂パッケージのクラックを防止する半導体発光装置およびその製造方法が得られる。

本発明によれば、樹脂パッケージと、一対のリードフレームと、半導体発光素子とを有する半導体発光装置において、リードフレームを複数枚重ねて配置したので、半導体発光素子で発生した熱が、上側のリードフレームに伝達されて、さらに下側のリードフレームに伝達されることになり、放熱効果が向上する。また、２枚重ねているので、２枚分の厚みを有するリードフレームを折り曲げたときの変形より小さくなり、樹脂パッケージにクラックが入ることを防止できる。

本願の請求項１に記載の発明は、凹部の内周に反射壁を有する樹脂パッケージと、一端部が前記凹部の底面に露出し、他端部が前記樹脂パッケージの外側面から突出した一対のリードフレームと、前記凹部内の前記リードフレームの一端部に搭載された半導体発光素子とを有する半導体発光装置において、前記リードフレームは、複数枚が重ねて配置されていることを特徴とする半導体発光装置としたものであり、半導体発光素子から発生した熱は、上側のリードフレームに伝達されて、さらに下側のリードフレームに伝達される。複数枚のリードフレームが重ねて配置されているので、熱が厚み方向に伝達され、また、各リードフレームが別部材なので、これを重ねて曲げたときの変形量が、２枚分の厚みを有するリードフレームを折り曲げたときの変形より小さくなるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、前記リードフレームは、材質が異なる接続用フレームおよび放熱用フレームからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置としたものであり、半導体発光素子との接続の信頼性を向上させる材質で接続用フレームを形成し、放熱性に優れる材質で放熱用フレームを形成すると、半導体発光素子の熱は接続用フレームを介して放熱用フレームに伝達された後、迅速に拡散するとともに、接続用フレームと半導体発光素子との剥離が防止される。

請求項３に記載の発明は、前記接続用フレームの表面には銀めっきが施され、前記凹部内にある前記接続用フレームの一端部は、前記凹部内にある前記放熱用フレームの一端部より小さく形成され、前記凹部内には、光透過性を有する樹脂により封止されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置としたものであり、接続用フレームに銀めっきを施すことにより、半導体発光素子との接続性をよくし、また、樹脂との密着性が悪い接続用フレームを小さくして、樹脂を放熱用フレームに密着させるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、前記放熱用フレームの他端部は、前記樹脂パッケージ内で複数に分岐して前記外側面からそれぞれ突出し、前記接続用フレームの他端部とは重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光装置としたものであり、樹脂パッケージの外側には、放熱用フレームの他端部と接続用フレームの他端部とがそれぞれ１枚ずつ突出するという作用を有する。また、樹脂パッケージの内部では、分岐した放熱用フレームの間に樹脂パッケージを形成する樹脂が充填され、リードフレームの上下の樹脂が接続される。

請求項５に記載の発明は、前記放熱用フレームの他端部は、前記接続用フレームの他端部と同形状に折り曲げられていることを特徴とする請求項２から４のいずれかの項に記載の半導体発光装置としたものであり、使用時に、接続用フレームが接続される電極部に放熱用フレームも接続されるという作用を有する。

請求項６に記載の発明は、半導体発光素子が搭載される複数のリードフレームを成型金型に配置し、熱可塑性樹脂を用いて樹脂パッケージの成形を行う一体成型工程を有する半導体発光装置の製造方法において、複数の前記リードフレームは、無接合状態で重ねられ、前記成型金型の上型および下型で挟持されて成型されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法としたものであり、成型時には、複数のリードフレームが密接した状態で熱可塑性樹脂が流入し、密接しているリードフレームの間の界面へ、流動性が悪い熱可塑性樹脂が浸入することがなく、重なっているリードフレームの周囲を覆って硬化するという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。

図１（Ａ）は本発明の一実施の形態の半導体発光装置の平面図、（Ｂ）は同半導体発光装置の断面図を示す。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一実施の形態の半導体発光装置１は、凹部２の内周に反射壁３を有する樹脂パッケージ４と、一端部が凹部２の円形の底面２７に露出し、他端部が樹脂パッケージ４の外側面から突出した一対のリードフレーム５，６と、凹部２内のリードフレーム５，６の一端部に搭載された半導体発光素子７とを有している。凹部２内の半導体発光素子７は、光透過性を有するエポキシ等からなる封止樹脂２８により封止されている。なお、リードフレーム５，６の一端部とは樹脂パッケージ４の中央側、他端部とは樹脂パッケージ４の両外側を示している。

リードフレーム５は、接続用フレーム８および放熱用フレーム１０を片側に重ねて配置し、その反対側に接続用フレーム９および放熱用フレーム１１を重ねて配置している。

半導体発光素子７のｎ電極およびｐ電極は、サブ基板１２にバンプ（図示せず）を介して接続されている。サブ基板１２のｎ電極は、片側の接続用フレーム８に導電性接着剤を用いて固着され、ｐ側電極は、その反対側の接続用フレーム９に金線２９をワイヤボンディングすることにより接続されている。

樹脂パッケージ４は、ガラス繊維を混入した白色の熱可塑性樹脂からなり、直方体状に形成されている。凹部２は、樹脂パッケージ４の光取り出し面に形成されている。凹部２は、断面円形で、奥側に行くほど徐々に縮径する形状に形成されている。

図２は放熱用フレーム１０，１１の平面図を示す。図２に示すように、放熱用フレーム１０、１１は、アルミニウム合金等の放熱性がよい材料により形成され、対向する一端部の両角部にそれぞれ面取り部１５〜１８を形成している。

また、放熱用フレーム１０，１１の他端部は、樹脂パッケージ４内で２つに分岐して外側面からそれぞれ突出している。すなわち、放熱用フレーム１０，１１は、Ｕ字状に形成され、それぞれの開口部１３，１４を他端側に配置し、それぞれの溝底部を一端側に配置している。また、対向した面取り部１５，１７および面取り部１６，１８の間の隙間１９，２０は三角形状に形成されている。

図３は接続用フレーム８，９の平面図を示す。図３に示すように、接続用フレーム８，９は、鉄合金や銅合金等の表面に銀めっきを施したもので、半導体発光素子７との接続性がよい材料を使用している。

接続用フレーム８，９は、それぞれの一側端部に幅狭の素子接続部２１，２２を有し、中間部に放熱用拡形部２３，２４を有し、他側に接続端子部２５，２６を有している。

図１に示すように、素子接続部２１，２２および放熱用拡形部２３，２４は、放熱用フレーム１０，１１に当接した状態で重ねて配置され、接続端子部２５，２６は、放熱用フレーム１０，１１とは重ならない位置に配置されている。

接続用フレーム８，９の一端部であって、樹脂パッケージ４の凹部２の底面２７に露出している部分は、放熱用フレーム１０，１１の露出している部分より小さく形成されている。

放熱用フレーム１０，１１の他端部は、接続用フレーム８，９の他端部と同じ形状に折り曲げられている。すなわち、放熱用フレーム１０，１１の他端部および接続用フレーム８，９の他端部は、樹脂パッケージ４の外側で下方に屈曲し、その先部がそれぞれ一側に屈曲し、樹脂パッケージ４の下面に当接している。

次に半導体発光装置１の製造方法について説明する。

リードフレーム５，６は、平板状の材料をそれぞれプレスで打ち抜いて形成されるが、インサート成型を行うときには、それぞれの他端部が支持フレーム（図示せず）から分離していない状態で行われる。

対となる接続用フレーム８，９が多数形成された支持フレームと、対となる放熱用フレーム１０，１１が多数形成された支持フレームとは、同じ外形に形成され、放熱用フレーム１０，１１が形成された支持フレームに接続用フレーム８，９が形成された支持フレームを重ねると、図１に示すように製品と同じ配置となる。両支持フレームは接着剤等を用いずに無接合状態で重ねられる。

これを成型金型にセットし、樹脂パッケージ４が設けられる部分の外側を上型および下型で挟持する。放熱用フレーム１０，１１の一側部分と接続用フレーム８，９の一側部を隙間なく重ねた状態で、キャビティ内に熱可塑性樹脂を流入させて充填する。使用される熱可塑性樹脂はガラス繊維等が混入されているので、流動性が悪く、接続用フレーム８，９と放熱用フレーム１０，１１との間の隙間には浸入しない。従って、接続用フレーム８，９と放熱用フレーム１０，１１とが直接当接した状態で成型されるので、熱伝達率が向上し、放熱を効率よく行うことができる。なお、放熱用フレーム１０，１１の表面は、熱可塑性樹脂で覆われ、凹部２内には露出しない。

樹脂パッケージ４を製造した後は、接続用フレーム８，９にサブ基板１２に搭載された半導体発光素子７を接続し、その後、凹部２内にエポキシ樹脂を充填して硬化させる。エポキシ樹脂は、銀めっきされた接続用フレーム８，９との密着性が悪いが、接続用フレーム８，９の大きさが小さく形成されているので、エポキシ樹脂の密着性をよくすることができ、装置の信頼性が向上する。

そして、支持フレームから各他端部を切断し、屈曲させることにより、図１に示すような半導体発光装置１を製造することができる。

次に、半導体発光装置１の使用状態について説明する。

半導体発光装置１は、例えば、回路基板上の電極端子に接続用フレーム８，９の他端部を導通接続されて面実装される。このとき、放熱用フレーム１０，１１の他端部も接続用フレーム８，９の他端部と同じ形状に形成されているので、回路基板上の電極端子に接続することができる。

回路基板上の電極端子に電圧が加わると、半導体発光素子７内に電流が流れ発光層が発光し、熱を発生させる。光は、封止樹脂２８内を通過し、反射壁３で反射して外側に取り出される。

一方、発生した熱は、半導体発光素子７の底面から接続用フレーム８の素子接続部２１に伝達される。また、半導体発光素子７から発生した熱の一部は金線２９を介して接続用フレーム９の素子接続部２２に伝達される。

素子接続部２１，２２に伝達された熱は、放熱用拡形部２３，２４に伝導されるとともに放熱用フレーム１０，１１に伝達される。そして、放熱用拡形部２３，２４および放熱用フレームの一側部内を伝導されてそれぞれの他端部を介して回路基板の電極に熱を放出する。このように迅速に熱を放出するので、半導体発光素子７の温度上昇が抑えられ、この分だけ駆動電流を増加させることができる。

また、半導体発光装置１は、放熱用フレーム１０，１１と接続用フレーム８，９を重ねて配置しているので、面積を小さくしても十分な放熱性を有している。面積を小さくすることにより、開口部１３，１４および隙間１９，２０で上下の樹脂を一体的に接続することができ、リードフレーム５，６から樹脂が剥離することが防止される。

本発明の半導体発光装置は接続用フレームと放熱用フレームとを、重ねて配置することによって、放熱効果が必要な用途にも適用できる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態の半導体発光装置の平面図、（Ｂ）は同半導体発光装置の断面図 放熱用フレームの平面図 接続用フレームの平面図 従来の半導体発光装置の平面図 従来の他の半導体発光装置の断面図

符号の説明

１ 半導体発光装置
２ 凹部
３ 反射壁
４ 樹脂パッケージ
５，６ リードフレーム
７ 半導体発光素子
８，９ 接続用フレーム
１０，１１ 放熱用フレーム
１２ サブ基板
１３，１４ 開口部
１５〜１８ 面取り部
１９，２０ 隙間
２１，２２ 素子接続部
２３，２４ 放熱用拡形部
２５，２６ 接続端子部
２７ 底面
２８ 封止樹脂
２９ 金線

Claims (6)

1. 凹部の内周に反射壁を有する樹脂パッケージと、一端部が前記凹部の底面に露出し、他端部が前記樹脂パッケージの外側面から突出した一対のリードフレームと、前記凹部内の前記リードフレームの一端部に搭載された半導体発光素子とを有する半導体発光装置において、
   前記リードフレームは、複数枚が重ねて配置されていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記リードフレームは、材質が異なる接続用フレームおよび放熱用フレームからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記接続用フレームの表面には銀めっきが施され、前記凹部内にある前記接続用フレームの一端部は、前記凹部内にある前記放熱用フレームの一端部より小さく形成され、前記凹部内には、光透過性を有する樹脂により封止されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記放熱用フレームの他端部は、前記樹脂パッケージ内で複数に分岐して前記外側面からそれぞれ突出し、前記接続用フレームの他端部とは重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光装置。
5. 前記放熱用フレームの他端部は、前記接続用フレームの他端部と同形状に折り曲げられていることを特徴とする請求項２から４のいずれかの項に記載の半導体発光装置。
6. 半導体発光素子が搭載される複数のリードフレームを成型金型に配置し、熱可塑性樹脂を用いて樹脂パッケージの成形を行う一体成型工程を有する半導体発光装置の製造方法において、
   複数の前記リードフレームは、無接合状態で重ねられ、前記成型金型の上型および下型で挟持されて成型されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。

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