JP2005129640A - 半導体発光装置の製法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 比較的大きな電流を流して高輝度で発光できる半導体発光装置を容易に製造する。
【解決手段】 底面(6)及び底面(6)から外側に向かって拡大する反射面(7)を有する凹部(5)を上面(8)に設けた支持板(1)を用意し、支持板(1)の上面(8)を成形型(30)のキャビティ(31)の頂面に当接させ支持板(1)の凹部(5)をキャビティ(31)の頂面で塞いで、成形型(30)のキャビティ(31)内に支持板(1)を配置する。次に、キャビティ(31)内に流動化した樹脂を注入して、凹部(5)を除く支持板(1)の上面(8)と少なくとも対向する一対の側面(11,12)とを樹脂封止体(4)により被覆し、支持板(1)を成形型(30)から取出した後に、半導体発光装置を完成する。光反射性の反射面(7)を備えた支持板(1)を一体にプレス成型できると共に、樹脂成形の際に凹部(5)内への樹脂の流入を確実に阻止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光装置、特に比較的大きな電流を流して高輝度で発光できる半導体発光装置の製法に関する。
近年、半導体発光装置の高輝度化の要求が高まっているが、半導体発光装置の高輝度化を図るためには、半導体発光素子に大きな電流を流すため、放熱性に優れたパッケ−ジ構造を有する必要がある。
従来の半導体発光装置として、例えば、下記特許文献１は、一方の主面にアイランド配線導体（ダイパッド）とターミナル配線導体（ボンディングパッド）とを個別に形成した絶縁性基板と、アイランド配線導体の上に固着された半導体発光素子（発光ダイオードチップ）と、半導体発光素子の上面に形成された電極とターミナル配線導体とを電気的に接続するリード細線（ワイヤ）と、絶縁性基板の一方の主面のアイランド配線導体及びターミナル配線導体の一部、半導体発光素子及びリード細線を被覆する樹脂封止体とから構成される半導体発光装置を開示する。
この半導体発光装置では、熱伝導性の低い絶縁性基板のアイランド配線導体上に半導体発光素子を固着するため、半導体発光素子が発光する際に生ずる熱を外部へ効率よく放出できず、従って、半導体発光素子に大きな電流を流して高輝度で発光させることができない問題があった。この問題を解決するために、下記の特許文献２は、放熱性に優れた金属製の支持板（スラグ）上に半導体発光素子（ＬＥＤダイ）を固着し、支持板とは電気的に絶縁する状態で配線導体（金属リード）を配置し、支持板、半導体発光素子及び配線導体を樹脂製の外囲体により一体的に封止した半導体発光装置（ＬＥＤ：発光ダイオード）を開示する。この半導体発光装置では、半導体発光素子の発光の際に生ずる熱を支持板を通じて外部に効率的に放出して、半導体発光素子を高輝度で発光させることができる。
特開平１１−３４０５１７号公報（第１０頁、図１８） 特開２０００−１５０９６７公報（第５頁、図２）
しかしながら、特許文献２に開示される半導体発光装置では、配線導体（金属リード）及び樹脂製の外囲体を一体的に形成したリードフレーム組立体と、半導体発光素子を固着した金属製の支持板（スラグ）とを用意し、リードフレーム組立体及び支持板を所定の位置関係に配置して一体化する必要があるため、部品点数が多く、製造が煩雑となる欠点があった。
そこで、本発明の目的は、比較的大きな電流を流して高輝度で発光できる半導体発光装置の製法を提供することにある。また、本発明の目的は、部品点数が少なく且つ製造が容易な半導体発光装置の製法を提供することにある。
本発明による半導体発光装置の製法は、底面(6)及び底面(6)から外側に向かって拡大する反射面(7)を有する凹部(5)を上面(8)に設けた支持板(1)を用意する工程と、支持板(1)の上面(8)を成形型(30)のキャビティ(31)の頂面に当接させ支持板(1)の凹部(5)をキャビティ(31)の頂面で塞いで、成形型(30)のキャビティ(31)内に支持板(1)を配置する工程と、キャビティ(31)内に流動化した樹脂を注入して、凹部(5)を除く支持板(1)の上面(8)と少なくとも対向する一対の側面(11,12)とを樹脂封止体(4)により被覆する工程と、支持板(1)を成形型(30)から取出す工程とを含む。光反射性の反射面(7)を備えた支持板(1)を一体にプレス成型できるので、別途反射部材を設ける必要がなく、部品数を削減することができる。また、支持板(1)の凹部(5)をキャビティ(31)の頂面で覆いながら樹脂成形するので、凹部(5)内への樹脂の流入を確実に阻止できる。更に、樹脂成形技術を利用して支持板(1)及び各リード(3,17)を一体的に被覆する樹脂封止体(4)を形成できるので、発光ダイオード装置の生産性が向上する。
バックライト用光源等に最適な高輝度の半導体発光装置を容易に製造できる。
以下、本発明による半導体発光装置の製法を発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の製法に適用した実施の形態を図１〜図８について説明する。
本実施の形態の発光ダイオード装置を製造する際に、まず、例えば銅、アルミニウム又はこれらの合金等の放熱性及び導電性が良好な金属板材を用意し、プレス加工等により図１に示す支持板(1)を形成すると共に、別途第１のリード(3)と第２のリード(17)とをプレス成型する。支持板(1)は、上面(8)に形成された凹部(5)と、凹部(5)を挟んで離間した支持板(1)の上面(8)及び両側面(14)に第１の溝(9)及び第１の溝(9)と並行な第２の溝(16)と、第２の溝(16)内の所定の位置に上方に突出するピン(18)とを備え、凹部(5)は、中心部に円形状の底面(6)と、底面(6)から外側に向かって逆円錐状に拡径する反射面(7)とを有する。第１の溝(9)及び第２の溝(16)の幅と深さは、スペーサ(10)を含む第１のリード(3)を嵌合できる幅と深さに設定される。
次に、支持板(5)の上面(8)と両側面(14)とに形成された溝(9)内に電気絶縁性のスペーサ(10)を取り付けた後、支持板(1)とは電気的に絶縁された状態で溝形断面を有するスペーサ(10)の溝内に第１のリード(3)を配置して支持板(1)の第１の溝(9)内に固定する。スペーサ(10)を第１の溝(9)に取り付ける際に、接着剤を使用して貼着するか又はスペーサ(10)の幅を第１の溝(9)より若干大きく成形して、とまり嵌め又はしまり嵌めによりスペーサ(10)を第１の溝(9)内に圧入してもよい。第１のリード(3)の第１の溝(9)との対向面を被覆する樹脂製フィルムを第１のリード(3)若しくは第１の溝(9)に被着するか又は樹脂コーティングを施すことによりスペーサ(10)を形成してもよい。また、第２のリード(17)の略中央に穿設された孔(20)に第２の溝(16)のピン(18)を挿入してその頭部(21)を加締めて拡径することにより、支持板(1)の凹部(5)から右側に離間した位置に形成された第２の溝(16)内に第２のリード(17)を固定する。この場合に、ピン(18)の頭部(21)が第２の溝(16)より上方に突出しないように、第２の溝(16)の幅と深さが設定される。これにより、図２に示すように、支持板(1)に対し電気的に絶縁された第１のリード(3)と、支持板(1)に対し電気的に接続された第２のリード(17)とを凹部(5)を挟んで設けた支持板組立体(25)が形成される。
次に、図３に示す上型(30a)及び下型(30b)を有する成形型としての成形金型(30)を使用して樹脂封止体(4)を成形するため、成形金型(30)のキャビティ（空所）(31)内に支持板組立体(25)を収容する。成形金型(30)を構成する上型(30a)には、キャビティ(31)内に突出し且つ支持板(1)の凹部(5)と相補的な形状を有する閉鎖突起(32)と、閉鎖突起(32)に隣接し且つ第１のリード(3)のワイヤボンディング領域(19)を形成する押圧突起(33)とが設けられる。成形金型(30)を構成する下型(30b)には、支持板(1)より若干大きな幅及び奥行きを有する拡大凹部(34)と、拡大凹部(34)の底面に形成され且つ支持板(1)の底面(15)に当接する係合凹部(35)とが設けられる。上型(30a)と下型(30b)とから成る成形型(30)の下型(30b)の係合凹部(35)に支持板(1)の底面(15)を当接させて、支持板組立体(25)を下型(30b)の拡大凹部(34)内に配置する。また、キャビティ(31)の頂面を支持板(1)の上面(8)に当接させて、支持板(1)の凹部(5)をキャビティ(31)の頂面で覆い且つ押圧突起(33)を第１のリード(8)に当接させながら、支持板(1)を成形型(30)のキャビティ(31)内に配置する。これにより、上型(30a)及び下型(30b)を閉じたとき、形成すべき樹脂封止体(4)の外形に合致するキャビティ（空所）(31)が成形金型(30)内に形成される。
その後、図示しないランナ及びゲートを通じて成形金型(30)のキャビティ(31)内に流動化したエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂又はポリイミド樹脂等の封止用樹脂を注入し、樹脂硬化後に上型(30a)及び下型(30b)を離型して支持板組立体(25)を成形金型(30)から取り出す。これにより、支持板(1)の凹部(5)の上面及び第１のリード(3)上のワイヤボンディング領域(19)を除く支持板(1)の上面(8)と、互いに対向する一対の側面(11,12)と、第１のリード(3)及び第２のリード(17)を含む両側面(14)とを被覆する樹脂封止体(4)が形成される。樹脂封止体(4)は、底面を除く支持板(1)の略全面を被覆するので、支持板(1)に対し強固に固着されると共に、支持板(1)又はリード(3,17)と外部との電気的短絡事故を防止することができる。
支持板組立体(25)の一部を樹脂封止体(4)で被覆した後、発光ダイオードチップ(2)を支持板(1)の凹部(5)の底面(6)に配置して半田等の導電性を有する接着材により固着する。これにより、発光ダイオードチップ(2)の底面側の他方の電極が半田等の導電性を有する接着材を介して支持板(1)に電気的に接続される。その後、公知のワイヤボンディング法により発光ダイオードチップ(2)の上面側の一方の電極と第１のリード(3)のワイヤボンディング領域(19)との間を金等の金属から成るリード細線(13)で接続して、リード細線(13)を介して発光ダイオードチップ(2)の上面側の一方の電極を第１のリード(3)に電気的に接続する。実際には支持板(1)の凹部(5)及び第１のリード(3)上のワイヤボンディング領域(19)を含む樹脂封止体(4)の未被覆部分にメタクリル等の光透過性及び電気的絶縁性を有する樹脂を充填することにより、図５〜図８に示す本実施の形態の発光ダイオード装置が完成する。図示しない配線基板の配線パターンに電気的に第１のリード(3)を接続し、図示しない配線基板の他の配線パターン（例えば接地パターン）に第２のリード(17)を電気的に接続することができる。図７に示すように、支持板(1)の底面(15)は樹脂封止体(4)により被覆されないので、支持板(1)の底面(15)を図示しない配線基板の他の配線パターン（例えば接地パターン）に電気的に接続することも可能である。特に図示しないが、凹部(5)の開口面（上面）にレンズを形成することもできる。
本実施の形態の発光ダイオード装置の製法では、光反射性の反射面(7)を備えた支持板(1)を一体に同時プレス成型できるので、別途反射部材を設ける必要がなく、部品数を削減することができる。また、成形型(30)のキャビティ(31)の頂面を支持板(1)の上面(8)に当接させて、支持板(1)の凹部(5)をキャビティ(31)の頂面で覆いながら、支持板(1)を成形型(30)のキャビティ(31)内に配置するので、凹部(5)内への樹脂の流入を確実に阻止することができる。リード(3)を支持板(1)の上面(8)に形成された溝(9)内に配置するので、半導体発光装置の高さを抑えて、半導体発光装置の小型化が可能となる。更に、樹脂封止体(4)が支持板(1)の上面(8)と少なくとも対向する一対の側面(11,12)を被覆するので、樹脂封止体(4)と支持板(1)との接続強度が十分に高く得られる。また、樹脂成形技術を利用して支持板(1)及び各リード(3,17)を一体的に被覆する樹脂封止体(4)を形成できるので、発光ダイオード装置の生産性が向上する。更に、支持板(1)の凹部(5)と相補的な形状を有する閉鎖突起(32)を支持板(1)の凹部(5)内に装着して、支持板組立体(20)の一部を樹脂封止体(4)で被覆するので、凹部(5)内への樹脂の流入を確実に阻止することができる。
金属により形成される支持板(1)は、良好な放熱性と、高い機械的強度と、優れた光反射性と、金属製のリードフレームへの良好な取付性を有する。半導体発光素子(2)からの光を低光損失で反射する所定の表面粗度を有する反射面(7)を支持板(1)のプレス成型により同時に形成することができる。半導体発光素子(2)を金属製の支持板(1)上に固着するので、支持板(1)を通じて半導体発光素子(2)から熱を良好に放出できる。このため、半導体発光素子(2)に比較的大きな電流を流して、半導体発光素子(2)を高輝度で発光させることができる。また、半導体発光素子(2)から放出される光は、反射面(7)上で所定の方向に反射されるので、半導体発光素子(2)から発生する光を一定の方向に指向させて、輝度を増加することができる。
本発明の実施態様は前記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、図９に示すように、上型(30a)に閉鎖突起(32)を形成せずに、凹部(5)の入口の周囲に環状溝(5a)を支持板(1)に形成し、環状溝(5a)に嵌合する環状突起(36)を上型(30a)に形成して、環状溝(5a)と環状突起(36)とを嵌合させて、凹部(5)内への樹脂の流入を阻止してもよい。また、上記の実施の形態では、円形の底面(6)とその底面(6)から外側に向かって逆円錐状に拡径する反射面(7)とを支持板(1)の凹部(5)に設けたが、方形の底面とその底面から外側に向かって逆角錐状に拡大する三角錐若しくは四角錐等の錐体面、回転放物面、回転楕円面、回転双曲面又は球面の一部から選択される反射面を設けてもよい。底面の形状は円形又は方形に限らず、楕円形、三角形又は多角形でもよい。また、不要ならば第２の溝(16)と第２のリード(17)とを省略してもよい。また、上記の実施の形態では支持板(1)の凹部(5)付近の樹脂封止体(4)の未被覆部分を方形状としたが、凹部(5)の開口部と相似な円形状にしても良い。また、樹脂封止後の支持板組立体(25)を成形型(30)から離型する押し出しピンを上型(30a)又は下型(30b)に設けてもよい。
本発明は、小型且つ薄型で高輝度の半導体発光装置を製造する際に効果が顕著である。
本発明による半導体発光装置の製法に使用する支持板の斜視図 図１に示す支持板にリードを取り付けた支持組立体を示す斜視図 図２の支持組立体を成形型のキャビティ内に配置した状態を示す断面図 支持板組立体を成形型のキャビティ内に収容して、樹脂封止体を形成する状態を示す断面図 本発明による半導体発光装置の製法により製造した発光ダイオード装置の斜視図 図１の平面図 図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図 図６のＡ−Ａ線に沿う断面図 本発明による製法の他の実施の形態を示す成形型の断面図
符号の説明
(1)・・支持板、 (2)・・発光ダイオードチップ（半導体発光素子）、 (3)・・第１のリード（リード）、 (4)・・樹脂封止体、 (5)・・凹部、 (6,15)・・底面、 (7)・・反射面、 (8)・・上面、 (9)・・第１の溝（溝）、 (10)・・スペーサ、 (11,12,14)・・側面、 (13)・・リード細線、 (16)・・第２の溝、 (17)・・第２のリード、 (18)・・ピン、 (19)・・ワイヤボンディング領域、 (25)・・支持板組立体、 (30)・・成形型、 (30a)・・上型、 (30b)・・下型、 (31)・・キャビティ、 (32)・・閉鎖突起、 (33)・・押圧突起、 (34)・・拡大凹部、 (35)・・係合凹部、

Claims (3)

  1. 底面及び該底面から外側に向かって拡大する反射面を有する凹部を上面に設けた支持板を用意する工程と、
    前記支持板の上面を成形型のキャビティの頂面に当接させ前記支持板の凹部を前記キャビティの頂面で塞いで、前記支持板を成形型のキャビティ内に配置する工程と、
    前記キャビティ内に流動化した樹脂を注入して、前記凹部を除く前記支持板の上面と少なくとも対向する一対の側面とを樹脂封止体により被覆する工程と、
    前記支持板を成形型から取出す工程とを含むことを特徴とする半導体発光装置の製法。
  2. 前記支持板を成形型のキャビティ内に配置する工程は、前記成形型のキャビティ内に突出し且つ前記支持板の凹部と相補的な形状を有する突起を前記支持板の凹部内に装着する工程を含む請求項１に記載の半導体発光装置の製法。
  3. 前記支持板を成形型のキャビティ内に配置する工程は、前記支持板の凹部を包囲する環状溝を前記支持板に形成し、該環状溝に嵌合する環状突起を成形型に形成して、前記環状溝と環状突起とを嵌合させる工程を含む請求項１に記載の半導体発光装置の製法。
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