JP2013183067A - 半導体発光装置、半導体発光装置の製造方法、リードフレームおよびリードフレームの製造方法 - Google Patents
半導体発光装置、半導体発光装置の製造方法、リードフレームおよびリードフレームの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】電気接合層2、光反射層4がこの順に基材上に積層されたリードフレーム10と、リードフレーム10上に実装される半導体発光素子5と、一端が半導体発光素子5の電極に接続され、他端の少なくとも一部が光反射層4を貫通して電気接合層2に直接接合される実装用ワイヤ7と、を備える。
【選択図】図2
Description
Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層と、Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上である光反射層とがこの順に基材上に積層されたリードフレームと、
前記リードフレーム上に実装される半導体発光素子と、
一端が前記半導体発光素子の電極に接続され、他端の少なくとも一部が前記光反射層を貫通して前記電気接合層に直接接合される実装用ワイヤと、を備える
半導体発光装置が提供される。
前記リードフレームには、
Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層が、前記基材上の前記電気接合層と前記光反射層との間に設けられ、
前記実装用ワイヤは、
前記他端の少なくとも一部が前記光反射層と前記バリア層とを貫通して前記電気接合層に直接接合されている
第1の態様に記載の半導体発光装置が提供される。
前記光反射層は厚さが0.02μm以上1.0μm以下である
第1又は第2の態様に記載の半導体発光装置が提供される。
前記実装用ワイヤはAuを主成分とする材料からなる
第1〜第3の態様のいずれかに記載の半導体発光装置が提供される。
前記光反射層は厚さが0.01μm超0.1μm未満のAlからなり、
前記バリア層は厚さが0.001μm超0.1μm未満のTiからなり、
前記電気接合層は厚さが1.0μm以上3.0μm以下のAgからなり、
前記実装用ワイヤはAuからなり、
前記実装用ワイヤの前記他端の少なくとも一部が前記光反射層と前記バリア層とを貫通し、前記電気接合層と冶金的に接合している
第2又は第4の態様に記載の半導体発光装置が提供される。
前記実装用ワイヤと前記電気接合層との界面に、
前記実装用ワイヤを構成する成分と前記バリア層を構成する成分との反応物、又は前記実装用ワイヤを構成する成分と前記電気接合層を構成する成分との反応物の少なくともいずれかが生成されている
第2〜第5の態様のいずれかに記載の半導体発光装置が提供される。
前記実装用ワイヤに対する前記光反射層、前記バリア層、前記電気接合層のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下となっている
第2〜第6の態様のいずれかに記載の半導体発光装置が提供される。
Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層、Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上である光反射層がこの順に基材上に積層されたリードフレーム上に半導体発光素子を搭載する工程と、
実装用ワイヤの一端を前記半導体発光素子の電極に接続する工程と、
前記実装用ワイヤの他端の少なくとも一部を、前記光反射層を貫通させて前記電気接合層に直接接合させる工程と、を有する
半導体発光装置の製造方法が提供される。
前記半導体発光素子を搭載する工程では、
Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層が、前記基材上の前
記電気接合層と前記光反射層との間に設けられた前記リードフレーム上に前記半導体発光素子を搭載し、
前記実装用ワイヤの他端を接合させる工程では、
前記他端の少なくとも一部を、前記光反射層と前記バリア層とを貫通させて前記電気接合層に直接接合させる
第8の態様に記載の半導体発光装置の製造方法が提供される。
前記実装用ワイヤの他端を接続するときに前記リードフレーム上にワイヤボンディングツールの圧痕がつかないように、
前記ワイヤボンディングツールの押付け荷重を含む前記実装用ワイヤの接合条件と、前記電気接合層、前記バリア層、前記光反射層の各材料と、の少なくともいずれかを決定する
第9の態様に記載の半導体発光装置の製造方法が提供される。
半導体発光素子が実装されるリードフレームであって、
Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層と、
Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上の光反射層と、がこの順に基材上に積層されている
リードフレームが提供される。
Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層が、前記基材上の前記電気接合層と前記光反射層との間に設けられている
第11の態様に記載のリードフレームが提供される。
前記光反射層の厚さが0.02μm以上1.0μm以下である
第11又は12の態様に記載のリードフレームが提供される。
前記光反射層は厚さが0.01μm超0.1μm未満のAlからなり、
前記バリア層は厚さが0.001μm超0.1μm未満のTiからなり、
前記電気接合層は厚さが1.0μm以上3.0μm以下のAgからなる
第12の態様に記載のリードフレームが提供される。
半導体発光素子が実装されるリードフレームの製造方法であって、
Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層と、
Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上の光反射層と、をこの順に基材上に積層する工程を有する
リードフレームの製造方法が提供される。
前記基材上に各層を積層する工程では、
Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層を前記電気接合層上に形成し、
前記光反射層を前記バリア層上に形成する
第15の態様にリードフレームの製造方法が提供される。
本発明の一実施形態に係る半導体発光装置は、図2を参照して、リードフレーム10と、リードフレーム10上に実装される半導体発光素子5と、半導体発光素子5及びリードフレーム10に接続される実装用ワイヤ7と、を備える。係る半導体発光装置20について、以下に説明する。
まずは、半導体装置20の製造方法について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態に係るリードフレーム10の断面図である。図2は、本実施形態に係る半導体発光装置20の断面図である。なお、以下に説明する半導体装置20の製造工程には、リードフレーム10の製造工程が含まれる。
まず、リードフレーム10に用いる基材1を準備し、図1に示すリードフレーム10を製造する。
次に、準備した基材1の少なくとも片側の面の全面に、例えば銀(Ag)又はスズ(Sn)のいずれかを主成分とするめっきを施して電気接合層2を形成する。すなわち、電気接合層2は、Ag又はSnからなり、或いは、これらいずれかの金属の合金等からなることとすることができる。
上記のように各金属層2〜4が積層された基材1を金属板から完全に切り離す。これにより、搭載予定領域Dと接続予定領域Jとが電気的に分離した状態となる。
次に、図2に示す半導体発光装置20を製造する。リードフレーム10に半導体発光素子5を実装するにあたり、まずは、半導体発光素子5の周囲を囲うこととなる外周器8を形成する。
次に、リードフレーム10上の外周器8で包囲された領域内に半導体発光素子5を実装する。すなわち、まずは、ダイボンダ等を用い、導電性ペースト材6等を介して、半導体発光素子5の図示しない裏面電極をリードフレーム10の搭載予定領域Dにダイボンディングする。
続いて、ワイヤボンダ等を用い、半導体発光素子5とリードフレーム10とを実装用ワイヤ7で接続するワイヤボンディングを行う。なお、ワイヤボンディング時には、実装用ワイヤ7の材料となる金(Au)線が用いられる。以下の説明では、切り離し前の状態を主にAu線と呼び、或いは、切り離し前であっても便宜的に実装用ワイヤ7と呼ぶことがある。
続いて、外周器8で包囲されたすり鉢状の領域内に封止樹脂9を充填し、半導体発光素子5を封止する。封止樹脂9には、シリコーン樹脂等の光透過性の樹脂を用いることができるほか、蛍光体材料を混ぜた封止樹脂9を用いて所定波長の光を放射することとしてもよい。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
やバリア層3の貫通を容易にする。なお、電気接合層2の厚さの上限は特に設ける必要はないが、リードフレーム10に用いられ得る妥当な厚さとして、例えば3.0μm以下とする。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
る。
まずは、実施例1〜11及び比較例1〜8に係るリードフレームの製作手順、及び評価方法について説明する。
まずは、上述の実施形態と同様の手法、手順にて、実施例1〜11に係るリードフレームを製作した。具体的には、銅合金からなる厚さが0.15mm、長さが100mm、幅が50mmの基材上に、電気接合層、バリア層、光反射層を順次形成した。このとき、各金属層の材料および厚さを適宜変更した。同様に、比較例1〜8に係るリードフレームを製作した。但し、比較例1〜8については構成を外れる処理等を含むようにした。
まずは、上記リードフレームの反射率を測定した。具体的には、波長460nmの光を用い、係る波長における硫酸バリウムの反射率を100%とし、80%以上の反射率が得られたものを良好(○)、80%未満のものを不良(×)とした。係る反射率の測定は、各金属層の成膜後、熱負荷試験後、硫化水素(H2S)ガス試験後についてそれぞれ行った。
Kulicke & Soffa(K&S)社製の手動式ワイヤボンダNo.4522を用い、実装用ワ
イヤ(Au線)にてリードフレームと接続した。ワイヤボンディングツールの先端径は160μmとし、Au線の直径を25μmとした。ワイヤボンディング条件は、超音波出力を0.12J/sとし、出力時間を20msとし、押付け荷重を395mNとした。
また、上記と同様に半導体発光素子が実装されたリードフレームを上記と同様のH2Sガス環境下に曝した後、半導体発光素子の動作安定性を評価した。
接合強度の測定にあたり、上記と同様の手法及び条件で、リードフレーム上の接続予定領域Jにあたる領域にAu線を接合した。但し、押付け荷重については、395mNを基準としていくつか条件を振った。
また、上記と同様に押付け荷重をいくつか変更してAu線を接合したリードフレームの外観および断面の観察を行った。外観観察では、基材上のステッチ部近傍の表面状態を観察した。断面観察では、Au線と金属層との接合部分を含むサンプルを樹脂に埋め込み、断面研磨した後にイオンミリング処理を行い、走査型電子顕微鏡で係る断面を観察した。これにより、基材上の圧痕の有無や、Au線と冶金的に接合した界面を判定した。
続いて、実施例1〜11及び比較例1〜8に係るリードフレームの評価結果について説明する。
まずは、電気接合層、バリア層、光反射層の各金属層の有無による各リードフレームの特性を比較した。係る金属層の構成による比較を以下の表1に示す。
続いて、電気接合層、バリア層、光反射層を有する構成において、光反射層の厚さを変化させたときのリードフレームの特性を比較した。結果を以下の表2に示す。
続いて、バリア層の厚さを変化させたときのリードフレームの特性を比較した。結果を以下の表3に示す。
次に、電気接合層の厚さを変化させたときのリードフレームの特性を比較した。結果を以下の表4に示す。
次に、電気接合層の材質を変化させたときのリードフレームの特性を比較した。結果を
以下の表5に示す。
続いて、バリア層の材質を変化させたときのリードフレームの特性を比較した。結果を以下の表6に示す。
次に、Au線を接合する際の押付け荷重を変化させたときのリードフレームのAu線との接合強度を比較した。測定結果を図4に示す。
半導体発光素子が実装されたリードフレームについての実施例1〜11及び比較例1〜8に係る評価結果のうち、主要なものを以下の表8に示す。
続いて、実施例2に係るリードフレームを用いた半導体発光装置に対して行った以下の評価について説明する。
上述の実施例2に係るリードフレームを用い、上述の実施形態と同様の手法、手順にて、実施例2に係る半導体発光装置を製作した。
上記のように製作した実施例2に係る半導体発光装置について、上記と同様のH2Sガス環境下で長時間に亘って点灯動作をさせたところ、極めて優れた動作安定性が得られた。
以下に本発明の望ましい態様について付記する。
電気接合層、バリア層、光反射層がこの順に基材上に積層されたリードフレームと、
前記リードフレーム上に実装される半導体発光素子と、
一端が前記半導体発光素子の電極に接続され、他端の少なくとも一部が前記光反射層と前記バリア層とを貫通して前記電気接合層に直接接合される実装用ワイヤと、を備える
半導体発光装置である。
前記光反射層はAlを主成分とする材料からなり反射率が80%以上であり、
前記バリア層はTi,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなり、
前記電気接合層はAg又はSnのいずれかを主成分とする材料からなり、
前記実装用ワイヤはAuを主成分とする材料からなり、
前記実装用ワイヤに対する前記光反射層、前記バリア層、前記電気接合層のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下となっている
本発明の第1の態様に記載の半導体発光装置である。
前記光反射層の厚さが0.02μm以上1.0μm以下であり、
前記実装用ワイヤに対する前記光反射層、前記バリア層、前記電気接合層のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下となっている
本発明の第1の態様に記載の半導体発光装置である。
前記光反射層は厚さが0.01μm超0.1μm未満のAlからなり、
前記バリア層は厚さが0.001μm超0.1μm未満のTiからなり、
前記電気接合層は厚さが1.0μm以上3.0μm以下のAgからなり、
前記実装用ワイヤはAuからなり、
前記実装用ワイヤに対する前記光反射層、前記バリア層、前記電気接合層のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下となっており、
前記実装用ワイヤの少なくとも一部が前記光反射層と前記バリア層とを貫通し、前記電気接合層と冶金的に接合している
本発明の第1の態様に記載の半導体発光装置である。
前記実装用ワイヤに対する前記光反射層、前記バリア層、前記電気接合層のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下となっており、
前記実装用ワイヤと前記電気接合層との界面に、
前記実装用ワイヤを構成する成分と前記バリア層を構成する成分との反応物、又は前記実装用ワイヤを構成する成分と前記電気接合層を構成する成分との反応物の少なくともいずれかが生成されている
本発明の第1の態様に記載の半導体発光装置である。
半導体発光素子が実装されるリードフレームであって、
前記半導体発光素子が搭載される搭載予定領域と、
前記半導体素子の電極に一端が接続される実装用ワイヤの他端が接続される接続予定領域と、を備え、
前記接続予定領域は、
電気接合層、バリア層、光反射層がこの順に基材上に積層された構造となっている
リードフレームである。
前記接続予定領域には、
前記実装用ワイヤの前記他端の少なくとも一部が、前記光反射層と前記バリア層とを貫通して前記電気接合層に直接接合されることとなる
本発明の第2の態様に記載のリードフレームである。
2 電気接合層
3 バリア層
4 光反射層
5 半導体発光素子
6 導電性ペースト材
7 実装用ワイヤ
8 外周器
9 封止樹脂
10 リードフレーム
20 半導体発光装置
D 搭載予定領域
J 接続予定領域
S ステッチ部
Claims (16)
- Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層と、Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上である光反射層とがこの順に基材上に積層されたリードフレームと、
前記リードフレーム上に実装される半導体発光素子と、
一端が前記半導体発光素子の電極に接続され、他端の少なくとも一部が前記光反射層を貫通して前記電気接合層に直接接合される実装用ワイヤと、を備える
ことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記リードフレームには、
Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層が、前記基材上の前記電気接合層と前記光反射層との間に設けられ、
前記実装用ワイヤは、
前記他端の少なくとも一部が前記光反射層と前記バリア層とを貫通して前記電気接合層に直接接合されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。 - 前記光反射層は厚さが0.02μm以上1.0μm以下である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光装置。 - 前記実装用ワイヤはAuを主成分とする材料からなる
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体発光装置。 - 前記光反射層は厚さが0.01μm超0.1μm未満のAlからなり、
前記バリア層は厚さが0.001μm超0.1μm未満のTiからなり、
前記電気接合層は厚さが1.0μm以上3.0μm以下のAgからなり、
前記実装用ワイヤはAuからなり、
前記実装用ワイヤの前記他端の少なくとも一部が前記光反射層と前記バリア層とを貫通し、前記電気接合層と冶金的に接合している
ことを特徴とする請求項2又は4に記載の半導体発光装置。 - 前記実装用ワイヤと前記電気接合層との界面に、
前記実装用ワイヤを構成する成分と前記バリア層を構成する成分との反応物、又は前記実装用ワイヤを構成する成分と前記電気接合層を構成する成分との反応物の少なくともいずれかが生成されている
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の半導体発光装置。 - 前記実装用ワイヤに対する前記光反射層、前記バリア層、前記電気接合層のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下となっている
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の半導体発光装置。 - Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層、Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上である光反射層がこの順に基材上に積層されたリードフレーム上に半導体発光素子を搭載する工程と、
実装用ワイヤの一端を前記半導体発光素子の電極に接続する工程と、
前記実装用ワイヤの他端の少なくとも一部を、前記光反射層を貫通させて前記電気接合層に直接接合させる工程と、を有する
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記半導体発光素子を搭載する工程では、
Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層が、前記基材上の前記電気接合層と前記光反射層との間に設けられた前記リードフレーム上に前記半導体発光素子を搭載し、
前記実装用ワイヤの他端を接合させる工程では、
前記他端の少なくとも一部を、前記光反射層と前記バリア層とを貫通させて前記電気接合層に直接接合させる
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体発光装置の製造方法。 - 前記実装用ワイヤの他端を接続するときに前記リードフレーム上にワイヤボンディングツールの圧痕がつかないように、
前記ワイヤボンディングツールの押付け荷重を含む前記実装用ワイヤの接合条件と、前記電気接合層、前記バリア層、前記光反射層の各材料と、の少なくともいずれかを決定する
ことを特徴とする請求項9に記載の半導体発光装置の製造方法。 - 半導体発光素子が実装されるリードフレームであって、
Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層と、
Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上の光反射層と、がこの順に基材上に積層されている
ことを特徴とするリードフレーム。 - Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層が、前記基材上の前記電気接合層と前記光反射層との間に設けられている
ことを特徴とする請求項11に記載のリードフレーム。 - 前記光反射層の厚さが0.02μm以上1.0μm以下である
ことを特徴とする請求項11又は12に記載のリードフレーム。 - 前記光反射層は厚さが0.01μm超0.1μm未満のAlからなり、
前記バリア層は厚さが0.001μm超0.1μm未満のTiからなり、
前記電気接合層は厚さが1.0μm以上3.0μm以下のAgからなる
ことを特徴とする請求項12に記載のリードフレーム。 - 半導体発光素子が実装されるリードフレームの製造方法であって、
Ag又はSnのいずれかを主成分とする材料からなる電気接合層と、
Alを主成分とする材料からなり反射率が80%以上の光反射層と、をこの順に基材上に積層する工程を有する
ことを特徴とするリードフレームの製造方法。 - 前記基材上に各層を積層する工程では、
Ti,Pd,Auのいずれかを主成分とする材料からなるバリア層を前記電気接合層上に形成し、
前記光反射層を前記バリア層上に形成する
ことを特徴とする請求項15に記載のリードフレームの製造方法。
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