JP2007036133A - 表面実装型半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、実装性が良好で実装再現性があり、耐環境性、放熱特性、光学特性及び電気特性に優れ、信頼性の高い表面実装型半導体装置を提供することにある。
【解決手段】第一のリードフレーム２ａの一方の端部側に凹部を形成して該凹部の内底面にＬＥＤチップを載置し、第二のリードフレーム２ｂの一方の端部側に一方の端部をＬＥＤチップの電極に接続したボンディングワイヤの他方の端部を接続し、ＬＥＤチップ及びボンディングワイヤを封止樹脂３で封止した。第一のリードフレーム２ａ及び第二のリードフレーム２ｂの夫々を封止樹脂３から外部に突出させて封止樹脂３の底面９側に回り込ませると共に、封止樹脂３の底面９の中央部に溝１１を形成して凹部の外周面１２及び外底面１３の夫々の少なくとも一部を封止樹脂３から溝１１内に露出させた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、表面実装型半導体装置に関するものであり、詳しくは、ＩＣ、ダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトトランジスタ等の半導体素子を載置した表面実装型半導体装置に関する。
従来、表面実装型半導体装置は種々の構造のものが提案されており、その中には例えば以下に示すよう構造のものがある。それは、図１２に示すように、分離・独立して３ヶ所に配置されたリードフレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうちの第一のリードフレーム５０ａ上に熱伝導性接着剤を介して半導体素子（例えば、ＬＥＤチップ５１）が載置され、ＬＥＤチップ５１の上側に設けられた２ヶ所の電極が夫々ボンディングワイヤ５２ｂ、５２ｃを介して第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃに接続されて、ＬＥＤチップ５１の上側電極の夫々と第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃとの電気的導通が図られている。
そして、ＬＥＤチップ５１、ボンディングワイヤ５２ｂ、５２ｃ及びリードフレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの夫々の一部とが、透光性樹脂５３によって樹脂封止されている。このとき、一方の端部が透光性樹脂５３によって封止された第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃの夫々の他方の端部は透光性樹脂５３内から外部に突出し、第一のリードフレーム５０ａはその最下面５４ａが透光性樹脂５３から外部に露出している。そして、第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃの夫々の透光性樹脂５３から突出した部分の最下面５４ｂ、５４ｃと第一のリードフレーム５０ａの最下面５４ａとは略同一平面上に位置している。
このような構造を有する表面実装型ＬＥＤ装置（以下、ＬＥＤ装置と略称する）は、例えば回路基板に分離・独立して形成された３ヶ所の導体パターン５５ａ、５５ｂ、５５ｃに、ＬＥＤ装置のリードフレームの夫々の最下面５４ａ、５４ｂ、５４ｃを導電性及び熱伝導性を有するはんだ５７を介して接合し、実装されている。
これにより、ＬＥＤチップ５１の発熱が、ＬＥＤ装置の第一のリードフレーム５０ａ及びはんだ５７を経て導体パターン５５ａ及び回路基板５６に伝導され、そこから大気中に放熱される。その結果、ＬＥＤチップ５１の温度上昇が抑制されて発光効率（明るさ）の維持が確保できると共に、ＬＥＤチップ５１の劣化を促進する要因が低減されて長寿命化（信頼性の向上）が図られる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２５２３７３号公報
ところで、上記構造のＬＥＤ装置を回路基板へ実装する場合、以下のような不具合を生じることがある。それは、図１３に示すように、ＬＥＤ装置の透光性樹脂５３から突出した第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃと回路基板５６に形成された導体パターン５５ｂ、５５ｃとのはんだ接合と、ＬＥＤチップ５１が載置された第一のリードフレーム５０ａと導体パターン５５ａとのはんだ接合とでは、はんだ接合の条件が異なり、そのためにＬＥＤ装置が回路基板５６に垂直な基準線に対して該ＬＥＤ装置の光軸Ｘがα°傾いた状態（ＬＥＤ装置が回路基板５６に対してα°傾いた状態）に実装されることがある。
このような不具合が生じる要因は、ＬＥＤチップ５１が載置された第一のリードフレーム５０ａのはんだ接合面（外部露出面）と導体パターン５５ａのはんだ接合面との間に介するはんだは、はんだの濡れ広がりが抑制されるため、リードフレーム５０ａのはんだ接合面と導体パターン５５ａのはんだ接合面との間にはんだが溜まり、両接合面との間に所定のはんだ厚みが形成されることにある。
ここで、リードフレーム５０ａのはんだ接合面と導体パターン５５ａのはんだ接合面との間に上記所定のはんだ厚みが形成されていない場合を仮定すると、第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃの夫々のはんだ接合面と導体パターン５５ｂ、５５ｃの夫々のはんだ接合面との接合部は、両接合面との間のはんだの一部が側面へ回り、接合時にはんだフィレット５８形成する。従って、両接合面の間のはんだ厚みは、はんだ印刷厚みよりも側面へ回ったはんだの分、薄くなる。また、この場合の第二及び第三のリードフレーム５０ｂ、５０ｃの夫々のはんだ接合面と導体パターン５５ｂ、５５ｃの夫々のはんだ接合面との間のはんだ厚みは、リードフレーム５０ａのはんだ接合面と導体パターン５５ａのはんだ接合面との間の上記所定のはんだ厚みより薄いものとなる。
従って、リードフレーム５０ａのはんだ接合面と導体パターン５５ａのはんだ接合面との間に上記所定のはんだ厚みが形成されている場合、その所定のはんだ厚みの影響を受けて、第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃのいずれかが浮き、ＬＥＤ装置が回路基板５６に対して傾いた状態となる。
特に、ＬＥＤチップ５１が載置された第一のリードフレーム５０ａの最下面と、その両側に配置された第二のリードフレーム５０ｂ及び第三のリードフレーム５０ｃの夫々の最下面とが略同一面上にある場合は、ＬＥＤ装置の実装後の回路基板５６に対する傾きは、より顕著なものとなる。
そのため、上述のようにはんだ接合部の形成状態が均一にならないことによってＬＥＤ装置の実装性が悪く不安定であり、はんだ接合に対する信頼性が乏しいものになっていた。
本来、ＬＥＤチップ５１が載置された第一のリードフレーム５０ａの一部を直接外部に露出することによってＬＥＤチップ５１の放熱効果が期待されるものであるが、ＬＥＤ装置の実装性の悪さに起因するはんだ接合の信頼性の欠如により、回路基板５６及び回路基板５６に形成された導体パターン５５ａへの熱伝導性が低下し、放熱効果を十分発揮することができなかった。
特に、ＬＥＤチップ５１を大電流で駆動するタイプのＬＥＤ装置に於いては、良好な放熱効果が得られないことは、発光効率の低下に大きな影響を与えるものであった。
また、ＬＥＤ装置の回路基板５６に対する実装傾きは傾斜角度αに対する再現性が乏しく、ＬＥＤ光の配光特性のばらつき等の光学特性の悪化を招くものとなっていた。
また、リードフレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃのうち、互いに隣合う２つのリードフレーム間の間隔は比較的短く、リードフレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃの夫々と導体パターン５５ａ、５５ｂ、５５ｃの夫々とを接合するはんだ接合部同士が接触して電気的な不具合を生じることがあった。
更に、回路基板５６にＬＥＤ装置を実装した状態では、リードフレーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃと導体パターン５５ａ、５５ｂ、５５ｃとの接合状態を画像認識や目視等によって確認することができず、不良品の発生を製造工程内で阻止することが不可能であった。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、実装性が良好で実装再現性があり、耐環境性、放熱特性、光学特性及び電気特性に優れ、信頼性の高い表面実装型半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、少なくとも１個の半導体素子と、
前記半導体素子を載置する外底面が金属からなる凹部と、
前記半導体素子の電極に一方の端部が接続されたボンディングワイヤの他方の端部が接続された少なくとも１つの配線導体と、
前記半導体素子及びボンディングワイヤを覆うように封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂と一体あるいは別体に形成され、前記配線導体を支持し前記凹部を囲む成形体と、
前記成形体の底面に形成された所定の幅および深さの溝と、
を有する表面実装型半導体装置であって、
前記凹部の外底面が前記成形体から露出し、かつ、前記凹部の外周面の少なくとも一部が前記成形体から前記溝内に露出していることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、少なくとも１個の半導体素子と、
前記半導体素子を載置する凹部の形成された第一のリードフレームと、
前記半導体素子の電極に一方の端部が接続されたボンディングワイヤの他方の端部が接続された前記半導体素子が載置されたリードフレームと分離・独立した少なくとも１つの第二のリードフレームと、
前記半導体素子およびボンディングワイヤを覆うように封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂と一体あるいは別体に形成され、前記第一のリードフレームおよび前記第二のリードフレームの一部を支持する成形体と、
を有する表面実装型半導体装置であって、
前記半導体素子の前記成形体の底面には、所定の幅および深さの溝が形成され、前記凹部の外底面および外周面の夫々の面の少なくとも一部が前記成形体から前記溝内に露出していることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項２において、前記第一のリードフレーム、および、前記成形体側面から突出する前記第二のリードフレームの夫々の最下面は、略同一平面上にあると共に、前記凹部の外底面に対して略同一平面上あるいは実装時のはんだ印刷厚み未満の距離をおいた下方に位置することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項において、前記半導体素子は、ＬＥＤチップであり、前記成形体は透光性樹脂と反射性樹脂とで構成され、前記ＬＥＤチップおよびボンディングワイヤを覆う成形体が透光性樹脂、前記凹部の外周面を覆う成形体が反射性樹脂であることを特徴とするものである。
本発明の表面実装型半導体装置は、リードフレームの一方の端部側に凹部を形成して該凹部の内底面に半導体素子を載置し、前記半導体素子が載置されたリードフレームとは分離・独立した少なくとも１つ以上の他のリードフレームの一方の端部側に一方の端部を半導体素子の電極に接続したボンディングワイヤの他方の端部を接続し、半導体素子及びボンディングワイヤを封止樹脂３で封止した。また、半導体素子が載置されたリードフレーム及び半導体素子が載置されたリードフレームとは分離・独立した少なくとも１つ以上の他のリードフレームの夫々を封止樹脂から外部に突出させると共に、封止樹脂の底面の中央部に溝を形成して凹部の外周面及び外底面の夫々の少なくとも一部を封止樹脂から溝内に露出させた。凹部は円錐台形状、円柱状、それら側面に段差を設けた形状等種々の形状をとり得る。
上記構造の表面実装型半導体装置を導体パターンが形成された回路基板に実装する場合、封止樹脂から突出した半導体素子が載置されたリードフレーム及び半導体素子が載置されたリードフレームとは分離・独立した少なくとも１つ以上の他のリードフレームの夫々と導体パターンとの間のはんだ接合で形成されるはんだフィレットと、溝内に露出した凹部の外周面及び外底面と導体パターンとの間のはんだ接合で形成されるはんだフィレットとは夫々立体的なはんだ接合を可能にするものである。
そのため、表面実装型半導体装置が回路基板に対して安定した実装が確保されると共に、半導体素子に対して該半導体素子の直下に位置する回路基板の導体パターンに短経路を経て電気的及び／又は熱的に接続される。その結果、実装性が良好で実装再現性があり、耐環境性、放熱特性、光学特性及び電気特性に優れ、信頼性の高い表面実装型半導体装置が実現できる。
実装性が良好で実装再現性があり、耐環境性、放熱特性、光学特性及び電気特性に優れ、信頼性の高い表面実装型半導体装置を実現するという目的を、リードフレームに形成された凹部の内底面に半導体素子を載置して樹脂封止し、該凹部の外底面及び外周面の夫々の少なくとも一部を封止樹脂から外部に露出させた構造とし、凹部の露出部を回路基板の導体パターンに導電性及び／又は熱伝導性を有する接合剤を介して接合するような実装手段が採用できるようにして達成した。
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１１を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１は本発明の表面実装型半導体装置に係わる実施例１を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図である。図２は実施例１を底面側から見た斜視図である。なお、本発明の表面実装型半導体装置に載置する半導体素子は、ＩＣ、ダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトトランジスタ等が可能であるが、以下に述べる実施例においては、例えばＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）を使用し、表面実装型半導体装置も表面実装型ＬＥＤ装置として、以下、単にＬＥＤ装置と略称する。
本発明のＬＥＤ装置は主にＬＥＤチップ１と、リードフレーム２ａ、２ｂと、封止樹脂３とで構成されている。
ＬＥＤチップは１、ＬＥＤ装置の発光源となるものであり、紫外線〜可視光〜赤外線の波長領域の光を発光する半導体素子である。
リードフレーム２ａ、２ｂは、ＬＥＤチップ１に駆動電力を供給する電気的役割、ＬＥＤ装置の光取出効率を高める光学的役割、及びＬＥＤチップ１の発熱の放熱に寄与する熱的役割を担うリード電極である。
封止樹脂３は、ＬＥＤチップ１を水分、塵埃及びガス等の外部環境から保護し、且つボンディングワイヤ４を振動及び衝撃等の機械的応力から保護する。また、ＬＥＤチップ１の光出射面とで界面を形成してＬＥＤチップ１の発光光の封止樹脂内への出射効率を高める機能も有している。
そこで、ＬＥＤ装置の構造について詳細に説明する。分離・独立した一対のリードフレーム２ａ、２ｂのうち、第一のリードフレーム２ａの一方の端部側に少なくとも内周面５を反射面とする凹部６が形成され、凹部６の内底面７に導電性接着剤を介してＬＥＤチップ１が載置されて、ＬＥＤチップ１の下側電極と第一のリードフレーム２ａとの電気的導通が図られている。
また、一対のリードフレーム２ａ、２ｂのうち、第二のリードフレーム２ｂの一方の端部側には、一方の端部をＬＥＤチップ１の上側電極に接続されたボンディングワイヤ４の他方の端部が接続されて、ＬＥＤチップ１の上側電極と第二のリードフレーム２ｂとの電気的導通が図られている。
更に、ＬＥＤチップ１及びＬＥＤチップ１が載置された第一のリードフレーム２ａの凹部６部、ボンディングワイヤ４及びボンディングワイヤ４が接続された第二のリードフレーム２ｂの端部の夫々が透光性を有する封止樹脂３で一体に樹脂封止されている。
一対のリードフレーム２ａ、２ｂの他方の端部側は夫々透光性封止樹脂３の対向する側面８から側方に突出して側面８に沿って略直角に曲げられ、側面８側を経て再度略直角に曲げられて底面９側に回り込んでいる。
ＬＥＤチップ１の上方には、透光性封止樹脂３による球面あるいは非球面の凸形状のレンズ１０が形成されており、ＬＥＤ光をＬＥＤ装置の外部に放出する際に光を一方向に集めてＬＥＤ装置の光度を上げる役割を担っている。
また、図２に示すように透光性封止樹脂３の底面９側の略中央部には、対向する一対のリードフレーム２ａ、２ｂを結ぶ方向に略直角な方向に所定の幅及び底面９から所定の深さの溝１１が形成されている。
そして、内底面７にＬＥＤチップ１を載置した凹部６の外周面１２の一部と外底面１３とが透光性封止樹脂３から溝１１内に露出している。
図３は封止樹脂３の底面９側に回り込んだリードフレーム２ａ、２ｂの最下面１４ａ、１４ｂと溝１１内に露出した凹部６の外底面１３との位置関係を示したものである。これらの各面は図１（ｃ）に示すように、ＬＥＤ装置を実装する回路基板の導体パターンと対向し、導体パターンにはんだを介して接合される部分である。従って、第一のリードフレーム２ａの最下面１４ａと第二のリードフレーム２ｂの最下面１４ｂとは略同一平面上に位置しており、凹部６の外底面１３に対して略同一平面上或いは実装時のはんだ印刷厚み未満の距離をおいた下方に位置している。言い換えると、リードフレーム２ａ、２ｂの最下面１４ａ、１４ｂと凹部６の外底面１３とは、高低差は０〜はんだ印刷厚み未満の範囲内で凹部６の外底面１３がリードフレーム２ａ、２ｂの最下面１４ａ、１４ｂより実装時の回路基板に対して高い位置にあることを意味している。
次に、上記構成のＬＥＤ装置を例えば回路基板に実装したときのはんだ接合状態を説明する。図４は回路基板に於けるＬＥＤ装置の実装状態を示すものであり、（ａ）は透光性封止樹脂の底面側に形成された溝に直角な面で切断したときの断面図、（ｂ）は前記溝に平行な面で切断したときの断面図である。
（ａ）より、回路基板１５上に分離・独立した一対の導体パターン１６ａ、１６ｂが形成されている。そして、第一の導体パターン１６ａには第一のリードフレーム２ａの凹部６の外底面１３と外周面１２の一部、及び透光性封止樹脂３の側面８から突出して側面８側を経て透光性封止樹脂３の底面９側に回り込んだ同じく第一のリードフレーム２ａの最下面１４ａと外側面１７ａの夫々の面がはんだ接合されている。
また、第二の導体パターン１６ｂには透光性封止樹脂３の側面８から突出して側面８側を経て封止樹脂３の底面９側に回り込んだ第二のリードフレーム２ｂの最下面１４ｂと外側面１７ｂの夫々の面がはんだ接合されている。
この場合、第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａの外側面１７ａとのはんだ接合部には、夫々に面に施されるはんだ濡れ広がりによってはんだフィレット１８が形成され、はんだ接合が立体的に、且つ広面積に行なわれている。
また、第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａの凹部６の外周面１２とのはんだ接合部にも、夫々に施されるはんだ濡れ広がりによってはんだフィレット１８が形成されているが、第一の導体パターン１６ａ側のはんだ濡れ広がりが溝１１の側面１９によって阻止されるため、第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａのＬＥＤチップ１の載置された部分の接合面１４ｃとを接合するはんだと、第二の導体パターン１６ｂと第二のリードフレーム２ｂの最下部１４ｂとを接合するはんだとが橋渡ししてつながることにより発生する短絡を防止することができる。また、第一のリードフレーム２ａのＬＥＤチップ１の載置された部分の接合面１４ｃとを接合するはんだと、第一のリードフレーム２ａとを接合するはんだとが橋渡ししてつながることを防止し、安定した接合を得ることができる。第一のリードフレーム２ａのＬＥＤチップ１の載置された部分の接合面１４ｃとを接合するはんだと、第一のリードフレーム２ａの最下面１４ａとを接合するはんだとがつながっても短絡の問題は生じないが、はんだ接合面積が左右非対称となることにより、左右のはんだ接合面の表面張力差により、位置ずれ、傾き等の不具合が発生する場合がある。
更に、第二の導体パターン１６ｂと第二のリードフレーム２ｂの外側面１７ａとのはんだ接合部には、夫々に施されるはんだ濡れ広がりによってはんだフィレット１８が形成され、はんだ接合が立体的に、且つ広面積に行なわれている。ここで形成されるはんだフィレット１８は上記第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａの外側面１７ａとの間で形成されるはんだフィレット１８と略同一の大きさである。
ところで、（ｂ）によると、第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａの凹部６の外周面１２とのはんだ接合部は、夫々に施されるはんだ濡れ広がりによってはんだフィレット１８が形成されているが、第一の導体パターン１６ａ側のはんだ濡れ広がりが溝１１に沿って延びているため、上記第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａの外側面１７ａ、及び第二の導体パターン１６ｂと第二のリードフレーム２ｂの外側面１７ｂ、の夫々の間で形成されるはんだフィレット１８とほぼ同等の大きさ及び接合面積を確保している。
つまり、溝１１を設けることによって、第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａの凹部６とのはんだ接合をより強固なものにすることができる。
図５は実施例２を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図である。
実施例２は、構造、形状、ＬＥＤ装置のリードフレームをはんだ接合する回路基板の導体パターン及び実装時のはんだ接合状態は図１と同様であるが、成形体の構成が異なる。実施例１では、透光性を有する封止樹脂のみによってＬＥＤチップ、ボンディングワイヤ及び一対のリードフレームの夫々の一部を一体に樹脂封止していたが、実施例２に於いては、凹部６の外周面１２を包み込むように反射性を有する樹脂２０で封止し、その外側を透光性封止樹脂で樹脂封止しており、２つの成形体から構成されている。
それにより反射性樹脂２０の表面に至ったＬＥＤ光を反射してＬＥＤ装置の外部放出光として有効に活用し、光取出し効率の向上を図っている。
このように、成形体の構成は、用途や機能に合わせて種々の構成をとり得るものであり、更に、図５の（ｄ）〜（ｆ）に示すような構成をとり得る。図５の（ｄ）は正面図、（ｅ）は底面図、（ｆ）は前記溝に平行な面で切断したときの断面図を示したものである。
絶縁体に貫通孔２２を設け、金属メッキ等により形成された反射部２３、配線導体２４を有する。絶縁体として、樹脂またはセラミック等の種々の材料を用いることができる。貫通孔２２の底面側開口部に銅等の金属板２５を設け、その金属板２５上にＬＥＤチップ１が載置されている。貫通孔２２内周面５が凹部６内面、開口部に設けられた金属板２５が凹部６内底面７を構成する。成形体は、配線導体２４を支持する絶縁体で構成された第一の成形体２６と、ＬＥＤチップ１、ボンディングワイヤ４および配線導体２４の一部を封止する樹脂からなる第二の成形体２７とで構成されている。第一の成形体２６の底面には、溝１１が形成されており、溝１１方向以外へはんだが広がることを抑制し、凹部６底面と分離した配線導体２４部との間にはんだブリッジが形成されるのを防ぐことができる。また、溝１１形成により凹部６外周面１２が形成され、凹部６外周面１２が溝１１内に露出されるが、その凹部６外周面１２および溝１１部に金属メッキ２８を施すことにより、はんだの濡れが向上し、はんだフィレット１８が形成され、より安定な接合を得ることができる。
図６は実施例３を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）及び（ｄ）は底面図である。
実施例３は、実施例１のＬＥＤ装置の一部を溝に略平行に切取った形状をしている。従って、実装時のＬＥＤ装置のリードフレームと回路基板の導体パターンとのはんだ接合部は、第一のリードフレームについては凹部６の外周面１２及び外底面１３と第一の導体パターン１６ａ、第二のリードフレームについては最下面１４ｂ及び外側面１７ｂと第二の導体パターン１６ｂの２ヶ所である。この場合、はんだ接合面となる導体パターンは１６ａ、１６ｂは（ｃ）或いは（ｄ）のような形状が可能であるが、ＬＥＤ装置実装時のはんだ接合状態は上記実施例１及び２と同様である。
ＬＥＤ装置をこのような形状にすることによって小型化が可能となり、実装の自由度が増すと共に、実装密度を高めることができる。また、製造工程に於いて、小型化により多面取りの数量を多くできるために生産効率が向上し、１個当たりの製造コストを低減することができる。更に、実装工程に於いては、はんだ接合部の箇所が少なく、実装効率の向上に寄与する。
図７は実施例４を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図である。溝１１の幅を細くし、深さを浅くすることにより、はんだを溝方向へ移動しやすくなり、より安定した接合とすることができる。溝の深さを調整し、凹部６の外周面を露出することにより、溝方向に部分的に、第一の導体パターン１６ａと第一のリードフレーム２ａの外側面１７ａとの間にはんだフィレットを形成することができる。
実施例４は、実施例１に対して封止樹脂３の底面９側に形成する溝１１の幅を細くし、深さを浅くしたものである。具体的には、凹部６の外底面１３の直径よりも溝１１幅を小さくし、透光性封止樹脂３の底面９から凹部６の外底面１３までを溝１１の深さとした。よって、凹部６の外底面１３の一部が外部に露出することになる。
図８は実施例５を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は底面側に形成された溝に平行な面で切断したときの断面図である。
実施例５は、実施例１に対して封止樹脂３の底面９側に形成する溝１１の幅を凹部６の外底面１３の直径よりも細くしたものである。よって、凹部６の外底面１３の一部及び外周面１２の溝１１側の面の一部が透光性封止樹脂３から外部に露出することになる。また、溝の幅を細くすることにより、はんだは、溝の幅方向への広がりが抑制されるため、より溝の長さ方向へ広がる。図８（ｄ）に示すように、溝の長さ方向への広がりにより形成されるはんだフィレットは、溝の外まで及ぶため、ＬＥＤ装置実装時に凹部の外周面と外底面にかかるはんだ接合状態の画像認識や目視による確認を容易なものとすることができる。
また、前記実施例１〜５に示されるＬＥＤ装置のパッケージは、そのはんだ接合面と接合する回路基板等の導体パターンを図１１のように形成することにより、安定した接合を得ることができる。図１１において、４箇所の独立した導体パターン（そのうち２箇所は細幅部２１により繋がっているため擬似的に独立しているとみなすことができる）が形成され、そのうち溝部に対応する導体パターンは、凹部に対応する位置を中心に略対称に形成されている。このような導体パターンを用いると、はんだ溶解時のはんだの表面張力によって導体パターンに対するＬＥＤ装置側のはんだ面の平面的（ＸＹ方向）アライメントが行なわれ、実装位置精度の向上が図られるものである。従って、本発明のＬＥＤ装置のパッケージを用いることにより、溝により形成されるはんだ接合部のセルフアライメント機能を利用した安定なＬＥＤ照明装置を得ることができる。
ところで、上記実施例１〜５に於いて、ＬＥＤチップの上方に透光性封止樹脂による球面あるいは非球面の凸形状のレンズを形成していたが、必ずしもレンズを設ける必要はなく、外部に対する光出射面の形状は所望する配光特性に基づいて適宜決定されるものである。
次に、本発明の表面実装型半導体装置の効果を実施例１〜５に基づいて説明する。まず、実施例１については、ＬＥＤ装置の一方の電極となる第一のリードフレームは、その一方の端部に少なくとも内周面を反射面とする反射凹部を形成して該反射凹部の内底面に発光源となるＬＥＤ装置を載置し、反射凹部の外底面と外周面とがＬＥＤ装置の封止樹脂から外部に露出するようにした。また、第一のリードフレームの他方の端部も封止樹脂から外部に突出させて封止樹脂の底面側に回り込むように成形した。一方、ＬＥＤ装置の他方の電極となる第二のリードフレームの一方の端部も封止樹脂から外部に突出させて封止樹脂の底面側に回り込むように成形した。
そして、回路基板にＬＥＤ装置を実装するにあたっては、回路基板の導体パターンとはんだ接合する部分が、第一のリードフレームについては封止樹脂から外部に露出した凹部の外周面と外底面及び封止樹脂から外部に突出させて封止樹脂の底面側に回り込むように成形された一方の端部の最下面、第二のリードフレームについては封止樹脂から外部に突出させて封止樹脂の底面側に回り込むように成形された一方の端部の最下面の３ヶ所である。
その結果、振動や衝撃等に対するはんだ接合部の耐環境性能が向上し、高い信頼性を確保することができる。
また、回路基板の導体パターンとはんだ接合されるリードフレームの最下面と同様に、凹部の外周面と外底面の両面に係わるはんだ接合部に於いても立体的なはんだフィレットが形成され、回路基板に対してＬＥＤ装置の実装時の傾きが抑制される。
そのため、ＬＥＤ装置の配光特性の再現性が確保され、光学特性に優れたＬＥＤ光源が実現できる。
また、ＬＥＤチップを載置した凹部の内底面の反対面となる外底面が導電性及び熱伝導性を有するはんだを介して回路基板の導体パターンに接合されており、ＬＥＤ装置の発熱が直下の導体パターンに伝導されて導体パターン及び回路基板によって放熱される。
そのため、良好な放熱性によってＬＥＤチップの温度上昇が抑制され、ＬＥＤチップの発光効率の低下が阻止されてＬＥＤ装置の所定の輝度を確保することができと共に、ＬＥＤチップの熱による劣化が抑制されて寿命及び信頼性が向上する。
また、ＬＥＤ装置実装時に凹部の外周面と外底面に係わるはんだ接合の状態が溝を通して画像認識や目視によって確認できるためにはんだ不良の修正が可能となり、ＬＥＤ装置実装基板の信頼性を向上させることができる。更に、溝の幅を調整することによって、はんだが溝を越えてフィレットを形成することができ、より容易に画像認識及び目視を行なうことができる。
また、図９（ａ）のように従来はＬＥＤチップ１の下側電極に印加される電圧は第一のリードフレーム２ａ及び回路基板１５の第一の導体パターン１６ａを介し外部電源（図示せず）から供給されていたが、本実施例では（ｂ）のようにＬＥＤチップ１の下側電極から直下の第一の導体パターン１６ａを介して外部電源から供給される。
そのため、従来のＬＥＤ装置に対して本実施例はＬＥＤチップ１の下側電極から第一の導体パターン１６ａまでの伝導路長が短く、且つ第一のリードフレーム２ａの凹部６の外底面１３と回路基板１５の第一の導体パターン１６ａとのはんだを介した接合面積が大きく、ＬＥＤチップ１の下側電極から外部電源までの抵抗Ｒｓも小さいものとなる。
その結果、本実施例のＬＥＤ装置を図１０のような駆動回路でＯＮ−ＯＦＦ駆動した場合、ＬＥＤ装置の応答速度を決める要素となるＣＲ（Ｃ：Ｔｒの内部接合容量、Ｒ＝Ｒ０＋Ｒｓ）が小さくなり、より高速応答が可能となる。
更に、Ｒｓが小さくなることによってＲｓで消費される電力が少なくなり、電源電圧の利用効率が向上する。電源電圧が同一の場合はより大きな電流が流れて輝度を上げることができる。Ｔｒの代わりに定電流駆動素子（回路）を使用した場合、上記Ｒ０が不要になるためにＲｓが小さくなる利点はより大きくなる。なお、このような電気的効果は後述する実施例２〜５についても共通する効果である。
上述したように、本発明の表面実装型半導体装置に係わる実施例１は、耐環境性適合効果、光学的効果、熱的効果、及び電気的効果等の各効果が発揮されるものである。
次に、実施例２は、実施例１の内底面にＬＥＤチップが載置された凹部の外周面を包み込むように反射性を有する樹脂で封止し、反射性樹脂の表面に至ったＬＥＤ光を反射してＬＥＤ装置の外部放出光として有効に活用し、光取出し効率の向上を図っている。そのため、実施例１の効果と共に、より高輝度化が実現できる優れた光学的効果を有するものである。
次に、実施例３は、実施例１の一部を削除した形状としている。そのため、実施例１の効果と共に、ＬＥＤ装置の小型化が実現でき、実装の自由度が増すと共に、実装密度を高めることができる。また、製造工程に於いて、小型化により多面取りの数量を多くできるために生産効率が向上し、１個当たりの製造コストを低減することができる。更に、実装工程に於いては、はんだ接合部の箇所が少なく、実装効率の向上に寄与する。
次に、実施例４は、実施例１の溝を浅くし、凹部の外底面の一部のみが外部に露出するようにしている。そのため、実施例１に対して凹部のはんだフィレットの形成が小さくなることによる効果の減少はあるが、封止樹脂の成形金型が簡素化でき、製造コストの低下を促すことができる。
最後に、実施例５は、実施例１の溝の幅を凹部の外底面の直径よりも細くしたものであり、溝の幅を細くすることにより、はんだは、溝の幅方向への広がりが抑制されるため、はんだフィレットはより溝の長さ方向へ広がって溝の外まで及び、ＬＥＤ装置実装時に凹部の外周面と外底面にかかるはんだ接合状態の画像認識や目視による確認を容易なものとすることができる。
本発明の表面実装型半導体装置は、トランスファ成形やキャスティング成形等の従来の製造手法がそのまま活用でき、同様に従来のリードフレームを活用して凹部の内周面を反射面とすることによりＬＥＤ光に対する反射機能を持たせることができる。
また、本発明に係わる実施例においては、リードフレームはＬＥＤチップを載置するリードフレームと、ＬＥＤチップを載置したリードフレームと分離・独立したリードフレームの２つの部分で構成していたが、必ずしもこの構成に限られるものではなく、載置する半導体素子の電極数、電極構成等を考慮してリードフレームの数が決定される。
また、本発明に係わる実施例においては、溝形状および溝断面形状は長方形で示したが、必ずしもこの構成に限られるものではなく、載置する半導体素子および凹部の形状、大きさ、回路基板上の導体パターン、はんだ印刷厚み等を考慮して、種々の形状、大きさが選択されるものである。
本発明の表面実装型半導体装置の実施例１を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図である。 実施例１を底面側から見た斜視図である。 図１（ｂ）の部分図である。 実施例１を回路基板に実装した状態を示す断面図である。 本発明の表面実装型半導体装置の実施例２を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は他の構成の表面実装型半導体装置の正面図、（ｅ）は底面図、（ｆ）は回路基板に実装した状態を底面側に形成された溝に平行な面で切断したときの断面図である。 本発明の表面実装型半導体装置の実施例３を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の表面実装型半導体装置の実施例４を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の表面実装型半導体装置の実施例５を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は回路基板に実装した状態を底面側に形成された溝に平行な面で切断したときの断面図である。 回路基板に表面実装型半導体装置を実装した状態を示す断面図であり、（ａ）は従来の表面実装型半導体装置、（ｂ）は本発明の表面実装型半導体装置である。 本発明の表面実装型半導体装置の駆動方法の一例を示す回路図である。 回路基板に形成された導体パターンの一例を示す平面図である。 従来の表面実装型半導体装置を回路基板に実装した状態を示す断面図である。 従来の他の表面実装型半導体装置を回路基板に実装した状態を示す断面図である。
符号の説明
１ ＬＥＤチップ
２ａ、２ｂ リードフレーム
３ 封止樹脂
４ ボンディングワイヤ
５ 内周面
６ 凹部
７ 内底面
８ 側面
９ 底面
１０ レンズ
１１ 溝
１２ 外周面
１３ 外底面
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 最下面
１５ 回路基板
１６ａ、１６ｂ 導体パターン
１７ａ、１７ｂ 外側面
１８ はんだフィレット
１９ 側面
２０ 反射性樹脂
２１ 細幅部
２２ 貫通孔
２３ 反射部
２４ 配線導体
２５ 金属板
２６ 第一の成形体
２７ 第二の成形体
２８ 金属メッキ

Claims (4)

  1. 少なくとも１個の半導体素子と、
    前記半導体素子を載置する外底面が金属からなる凹部と、
    前記半導体素子の電極に一方の端部が接続されたボンディングワイヤの他方の端部が接続された少なくとも１つの配線導体と、
    前記半導体素子及びボンディングワイヤを覆うように封止する封止樹脂と、
    前記封止樹脂と一体あるいは別体に形成され、前記配線導体を支持し前記凹部を囲む成形体と、
    前記成形体の底面に形成された所定の幅および深さの溝と、
    を有する表面実装型半導体装置であって、
    前記凹部の外底面が前記成形体から露出し、かつ、前記凹部の外周面の少なくとも一部が前記成形体から前記溝内に露出していることを特徴とする表面実装型半導体装置。
  2. 少なくとも１個の半導体素子と、
    前記半導体素子を載置する凹部の形成された第一のリードフレームと、
    前記半導体素子の電極に一方の端部が接続されたボンディングワイヤの他方の端部が接続された前記半導体素子が載置されたリードフレームと分離・独立した少なくとも１つの第二のリードフレームと、
    前記半導体素子およびボンディングワイヤを覆うように封止する封止樹脂と、
    前記封止樹脂と一体あるいは別体に形成され、前記第一のリードフレームおよび前記第二のリードフレームの一部を支持する成形体と、
    を有する表面実装型半導体装置であって、
    前記半導体素子の前記成形体の底面には、所定の幅および深さの溝が形成され、前記凹部の外底面および外周面の夫々の面の少なくとも一部が前記成形体から前記溝内に露出していることを特徴とする表面実装型半導体装置。
  3. 前記第一のリードフレーム、および、前記成形体側面から突出する前記第二のリードフレームの夫々の最下面は、略同一平面上にあると共に、前記凹部の外底面に対して略同一平面上あるいは実装時のはんだ印刷厚み未満の距離をおいた下方に位置することを特徴とする請求項２に記載の表面実装型半導体装置。
  4. 前記半導体素子は、ＬＥＤチップであり、前記成形体は透光性樹脂と反射性樹脂とで構成され、前記ＬＥＤチップおよびボンディングワイヤを覆う成形体が透光性樹脂、前記凹部の外周面を覆う成形体が反射性樹脂であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表面実装型半導体装置。
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