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 PDF

Info

Publication number
JP2013183067A
JP2013183067A JP2012046517A JP2012046517A JP2013183067A JP 2013183067 A JP2013183067 A JP 2013183067A JP 2012046517 A JP2012046517 A JP 2012046517A JP 2012046517 A JP2012046517 A JP 2012046517A JP 2013183067 A JP2013183067 A JP 2013183067A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
lead frame
semiconductor light
light emitting
light reflecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012046517A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihide Wadayama
芳英 和田山
Mineo Wajima
峰生 和島
Takao Miwa
崇夫 三輪
Kazuhiro Takahata
一博 高畑
Satoshi Chinda
聡 珍田
Sunao Kawanobe
直 川野辺
Norio Okabe
則夫 岡部
Masanobu Ino
昌信 猪野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
SH Precision Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
SH Precision Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd, SH Precision Co Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2012046517A priority Critical patent/JP2013183067A/ja
Priority to KR1020120060170A priority patent/KR20130100659A/ko
Publication of JP2013183067A publication Critical patent/JP2013183067A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/48Semiconductor 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
    • H01L33/62Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/48Semiconductor 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/4501Shape
    • H01L2224/45012Cross-sectional shape
    • H01L2224/45015Cross-sectional shape being circular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/48455Details of wedge bonds
    • H01L2224/48456Shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/852Applying energy for connecting
    • H01L2224/85201Compression bonding
    • H01L2224/85205Ultrasonic bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

【課題】被膜の硫化による反射率の低下を抑制し、かつ、実装用ワイヤの接続信頼性を高める。
【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

本発明は、半導体発光装置、半導体発光装置の製造方法、前記半導体発光装置に用いるリードフレームおよびリードフレームの製造方法に関する。
一般に発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)に代表される半導体発光素子を用いた半導体発光装置は、例えばリードフレームが備える基材上に半導体発光素子が搭載され、モールド樹脂等からなる外周器が半導体発光素子を包囲するよう基材上に設けられ、外周器内の半導体発光素子が封止樹脂にて封止された構成となっている。リードフレームには、例えば銅(Cu)等からなる金属製の基材や金属と樹脂との複合材からなる基材等が用いられ、外周器内に露出した部分は、例えば半導体発光素子が搭載される搭載部や、実装用ワイヤにより半導体発光素子と接続される外部端子となる。また、例えば外周器より外にはみ出した部分はもう一方の外部端子となる。
また、このようなリードフレームの基材として、半導体発光素子を搭載する基材の表面に光の反射率の高い銀(Ag)等からなる金属めっきの光反射層を形成した構造が知られている(例えば、特許文献1を参照)。これにより、半導体発光素子から下方の基材側に放射された光を基材の上方の光取り出し側に反射させ、光を効率よく外部に取り出すことができる。
特開2009−055006号公報
しかしながら、上記の特許文献1に記載された半導体発光装置等では、外周器に使用される樹脂が大気中の硫化水素(HS)等のガスを透過させてしまうため、これらのガスにより光反射層を構成するAg等が硫化し、黒化してしまうことがあった。このため、光反射層の反射率が急激に低下してしまうとともに、実装用ワイヤの接続部で被膜の硫化等による断線が生じ易くなり接続信頼性が低下してしまう場合があった。
本発明の目的は、被膜の硫化による反射率の低下を抑制し、かつ、実装用ワイヤの接続信頼性を高めることができる半導体発光装置、半導体発光装置の製造方法、係る半導体発光装置に用いるリードフレームおよびリードフレームの製造方法を提供することである。
本発明の第1の態様によれば、
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。
本発明の第2の態様によれば、
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。
本発明の第3の態様によれば、
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。
本発明の第4の態様によれば、
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。
本発明の第5の態様によれば、
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。
本発明の第6の態様によれば、
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。
本発明の第7の態様によれば、
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。
本発明の第8の態様によれば、
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。
本発明の第9の態様によれば、
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。
本発明の第10の態様によれば、
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。
本発明の第11の態様によれば、
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。
本発明の第12の態様によれば、
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。
本発明の第13の態様によれば、
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。
本発明の第14の態様によれば、
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。
本発明の第15の態様によれば、
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。
本発明の第16の態様によれば、
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。
本発明によれば、被膜の硫化による反射率の低下を抑制し、かつ、実装用ワイヤの接続信頼性を高めることができる半導体発光装置、半導体発光装置の製造方法、係る半導体発光装置に用いるリードフレームおよび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リードフレームの断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。 (a)は本発明の一実施形態に係る半導体発光装置に実装用ワイヤが接続されたステッチ部の模式図であり、(b)は比較例に係る半導体発光装置に実装用ワイヤが接続されたステッチ部の模式図である。 本発明の実施例及び比較例に係るリードフレームのワイヤボンディングの接合強度と、Au線の接合時の押付け荷重との関係を示すグラフである。 本発明の実施例及び比較例に係るリードフレームにAu線が接続されたステッチ部における外観写真である。
<本発明の一実施形態>
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。
(1)半導体発光装置の製造方法
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。
(基材の準備工程)
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。
すなわち、例えば銅(Cu)または銅合金を主成分とする金属板等にパンチング等による型抜きを行って、半導体発光素子5が搭載される搭載予定領域Dと、一端が半導体素子5の電極に接続される実装用ワイヤ7の他端が接続される接続予定領域Jとを備える所定形状の基材1とする。このとき、基材1の外形の一部を残して型抜きし、金属板から基材1を完全に切り離すことなく以下の工程を行う。基材1は、所定の工程を終えた後に金属板から完全に切り離され、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。
上記のように、例えば基材1を金属板等から構成することで、リードフレーム10に実装される後述の半導体発光素子5との電気的導通を、基材1を介して取ることができる。
(各金属層の形成工程)
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。
続いて、DCマグネトロン方式のスパッタ装置等を用い、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス雰囲気の減圧下で、例えばチタン(Ti)、パラジウム(Pd)、金(Au)等のいずれかを主成分とするターゲット材をスパッタし、これと同一の主成分からなるバリア層3を電気接合層2上に形成する。すなわち、バリア層3は、例えばTi,Pd又はAu等からなり、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。なお、Pd層、或いは、Au層を形成する場合には、めっき法を用いても良い。
さらに、DCマグネトロン方式のスパッタ装置等を用い、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス雰囲気の減圧下で、例えばアルミニウム(Al)を主成分とするターゲット材をスパッタし、光反射層4をバリア層3上に形成する。すなわち、光反射層4は、例えばAl等からなり、或いは、Alの合金等からなることとすることができる。このとき、光反射層4の反射率が80%以上となるよう材料および厚さを選択する。一例として、Alを用いた場合の光反射層4の好ましい厚さは、光の反射機能の観点からみると例えば0.02以上1.0μm以下である。
なお、バリア層3及び光反射層4の形成時、例えばTi等からなるターゲット材及びAl等からなるターゲット材等の複数のターゲット材を備える多元対向ターゲット方式のスパッタ装置を用いれば、同一装置内にてバリア層3と光反射層4とを連続的に形成することができ、簡便である。
また、このとき、基材1上の少なくとも外周器8(図2参照)で包囲されることとなる領域が覆われるようにバリア層3及び光反射層4を形成する。このように、バリア層3や光反射層4を電気接合層2上の一部に形成するには、例えば所定の開口を有するメタルマスク等を、電気接合層2の形成された基材1上に保持し、順次、所定材料のターゲット材をスパッタすればよい。或いは、レジストマスクを用いたリフトオフ方式を採ることも可能である。または、電気接合層2上の全面にTiやAl等をスパッタし、フォトリソグラフィ法等により、不要な部分をエッチング除去してもよい。
以上により、搭載予定領域Dと、接続予定領域Jとは、電気接合層2、バリア層3、光反射層4がこの順に基材1上に積層された構造となる。すなわち、主に各金属層2〜4の形成工程が実施されることにより、各金属層2〜4を有する搭載予定領域Dおよび接続予定領域Jを形成する工程が行われたこととなる。
(基材の切り離し工程)
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。
以上により、電気接合層2、バリア層3、光反射層4がこの順に基材1上に積層されたリードフレーム10が製造される。
また、以上のように各金属層2〜4が構成されることで、後述の半導体発光素子5との接続に用いられ、例えば金(Au)等を主成分とする実装用ワイヤ7(図2参照)に対する光反射層4、バリア層3、電気接合層2のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下となる。または、実装用ワイヤ7に対する光反射層4、バリア層3、電気接合層2のビッカース硬さがいずれも25倍未満となる。
また、接続予定領域Jには、一端が半導体発光素子5の電極に接続される実装用ワイヤ7の他端の少なくとも一部が、光反射層4とバリア層3とを貫通して電気接合層2に直接接合されることとなる。
ここで、上記に挙げたような条件を満たす各金属層2〜4の具体的な構成を例示すると、電気接合層2、バリア層3、光反射層4は、例えばそれぞれAg,Ti,Alで構成することができる。その場合、各層厚は、例えば電気接合層2は0.5μm超、バリア層3は0.001μm超0.1μm未満、光反射層4は0.01μm超0.1μm未満とすることができる。また、好ましくは、電気接合層2は1.0μm以上3.0μm以下、バリア層3は0.003μm以上0.05μm以下、光反射層4は0.03μm以上0.05μm以下とすることができる。
(外周器の形成工程)
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。
すなわち、半導体発光素子5が実装される領域を含むリードフレーム10の周囲を金型等で囲い、係る金型内に高温で溶融させたモールド樹脂を圧入し、その後モールド樹脂を冷却して外周器8を形成する。外周器8は、例えば搭載予定領域Dと接続予定領域Jとを含むリードフレーム10の各金属層2〜4が設けられた領域を底部に露出させたすり鉢状に成形される。
これにより、半導体発光素子5が発した光の分散を抑え、主に基材1の上方の光取り出し側に光を放射させることができる。外周器8を構成するモールド樹脂に反射率の高い白色系樹脂等を用い、すり鉢状の壁面で半導体発光素子5からの光を上方へと反射させるよう構成してもよい。
(半導体発光素子の搭載工程)
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。
なお、半導体発光素子5をダイボンディングする前、又は、後述の実装用ワイヤ7をワイヤボンディングする前には、リードフレーム10の基材1に、例えばアルゴン(Ar)プラズマによるプラズマ洗浄を施しておく。
(実装用ワイヤの接続工程)
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。
半導体発光素子5が備える図示しない表面電極上に、ワイヤボンダが備えるワイヤボンディングツール(キャピラリ)から繰り出したAu等を主成分とするAu線の先端を接続し(実装用ワイヤ7の一端の接続工程)、先端から所定距離離れたAu線の所定位置をリードフレーム10の接続予定領域Jにステッチ接続する(実装用ワイヤ7の他端の接続工程)。ステッチ接続では、Au線が扁平に押しつぶされて接続予定領域Jに接続したステッチ部が形成されるとともにAu線が切断される。以上により、両端がそれぞれ所定位置に接続された実装用ワイヤ7となる。
接続予定領域Jへのステッチ接続では、ワイヤボンディングツールにより、所定の押付け荷重で接続予定領域JにAu線を押しつけて超音波振動を与える。つまり、接続予定領域Jにおいては、基材1上に形成された各金属層2〜4の最上層である光反射層4の表面に、所定の押付け荷重でAu線が押しつけられる。また、Au線及び基材1上の各金属層2〜4には、超音波振動が与えられる。
このように、Au線及び各金属層2〜4に荷重及び振動を加えることで、Au線が下地の金属層方向に加圧変形し、変形したAu線の接続面の少なくとも一部が光反射層4及びバリア層3を貫通して電気接合層2と直接的に接合される。このとき、ワイヤボンディングツールの先端が強く押し付けられすぎると、ステッチ部近傍の金属層に圧痕がついてしまう。本実施形態では、係る圧痕がつかないよう、押付け荷重及び超音波振動の強度を調整する。
上記のような、Au線から構成される実装用ワイヤ7と電気接合層2との接合は、冶金的な接合となっている。また、実装用ワイヤ7と電気接合層2との界面には、実装用ワイヤ7を構成するAu等の成分とバリア層3を構成するTi,Pd,Au等の成分との反応物、又は、実装用ワイヤ7を構成するAu等の成分と電気接合層2を構成するAg又はSn等の成分との反応物の少なくともいずれかが生成する。
(半導体発光素子の封止工程)
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。
以上により、本実施形態に係る半導体発光装置20が製造される。
すなわち、半導体発光装置20は、上記のリードフレーム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の表面電極に接続され、他端の少なくとも一部が光反射層4とバリア層3と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。
(2)本実施形態に係る効果
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。
(a)すなわち、本実施形態では、光反射層4は、反射率が高く、かつ、硫化され難いAl等を主成分とする材料からなる。これにより、被膜の硫化による反射率の低下を抑制し、かつ、ステッチ部での実装用ワイヤ7の断線等を抑制して接続信頼性を高めることができる。
(b)また、本実施形態では、電気接合層2は、電気伝導率が比較的高く、かつ、金(Au)等を主成分とする実装用ワイヤ7と電気的、機械的に優れた接合性を有するAgやSn等を主成分とする材料からなる。これにより、電気接合層2と実装用ワイヤ7との間で強固で安定的な接続が得られ、金属板等からなるリードフレーム10の基材1と半導体発光素子5との電気的導通をより確実なものとすることができる。
(c)また、本実施形態では、バリア層3は、拡散バリア性の高いTiやPd,Au等を主成分とする材料からなる。これにより、基材1や電気接合層2を構成する金属の光反射層4側への拡散を抑制することができる。よって、例えばAl等を主成分とする光反射層4の優れた反射率を長期に亘り維持することができる。
(d)また、本実施形態では、実装用ワイヤ7の他端の少なくとも一部が光反射層4とバリア層3とを貫通して電気接合層2と直接接合している。つまり、実装用ワイヤ7の他端の少なくとも一部が電気接合層2と冶金的に接合している。これにより、実装用ワイヤ7との接続信頼性をいっそう高めることができる。
すなわち、本実施形態では、硫化の懸念がなく高反射率が得られるものの、例えば実装用ワイヤ7等との接合特性に劣る光反射層4等を貫通させ、硫化し易く光反射機能は劣化するものの、電気的、機械的特性に優れる電気接合層2と実装用ワイヤ7とを接合する。このように、電気接合層2と光反射層4とに分けてそれぞれの役割を担わせることで、被膜の硫化による反射率の低下を抑制し、かつ、実装用ワイヤ7の接続信頼性を高めることができる。更にバリア層3を介在させることで、反射率の低下を一層抑制できる。
また、光反射層4を貫通させて実装用ワイヤ7を接続するので、長期間にわたり高温環境下に曝された場合でも、実装用ワイヤ7のAu等と光反射層4のAl等との化合物の生成が抑制される。また、係る生成反応に伴うカーケンダルボイドの発生も抑制され、ステッチ部での断線が起こり難くなる。
(e)また、本実施形態では、実装用ワイヤ7と電気接合層2との界面に、実装用ワイヤ7を構成する成分とバリア層3を構成する成分との反応物、又は実装用ワイヤ7を構成する成分と電気接合層4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している。係る反応物により、硫化による断線等が一層抑制されると考えられる。
すなわち、光反射層4等を貫通して実装用ワイヤ7が電気接合層2に接合されると、実装用ワイヤ7と電気接合層2との接合面は外周が露出した状態となる。よって、ここからHSガス等が侵入して実装用ワイヤ7と電気接合層2との界面を硫化させ、断線を引き起こすおそれがある。実装用ワイヤ7と電気接合層2との界面に上記反応物が存在することで、係る界面での硫化の抑制に寄与している可能性がある。
(f)また、本実施形態では、実装用ワイヤ7に対する上記各金属層2〜4のビッカース硬さの少なくともいずれかが5倍以下、または、いずれもが25倍未満となっている。これにより、光反射層4やバリア層3を貫通させて、より確実に実装用ワイヤ7と電気接合層2とを接合させることができる。
すなわち、図3(b)に示すように、実装用ワイヤ57に対し、基材51上に形成される各金属層52〜54が硬すぎると、超音波接続によりAu線を加圧し振動させた際、Au線が塑性流動変形してしまう。よって、Au線が光反射層54の表面酸化被膜(自然酸化層)を充分に破ることができず、ステッチ部S5において、接合特性に劣るAl等の光反射層54が冶金的な接合界面となってしまい、より接合特性の優れた下地の電気接合層52等と直接接合されない。
しかしながら、本実施形態では、図3(a)に示すように、Ag等からなる電気接合層2を用いるなど、各金属層2〜4のビッカース硬さを所定値以下としたので、Au線の変形が多少抑制され、下地の金属層側にめり込むように加圧変形される。これにより、ステッチ部Sにおいて、光反射層4やバリア層3を貫通したAu線が、略同等の硬さを有するAg等の電気接合層2と冶金的に接合される。
(g)また、本実施形態では、例えば電気接合層2がAgのとき、厚さを1.0μm以上3.0μm以下としている。このように、電気接合層2を所定厚さ以上とすることで、Au線の接続時にクッション材としての役割を果たすことができ、Au線による光反射層4
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。
(h)また、本実施形態では、例えばバリア層3がTiのとき、厚さを0.001μm超0.1μm未満としている。このように、バリア層3を所定厚さ以上としたので、上述の光反射層4側への下地金属の拡散を充分に抑制できる。また、バリア層3を所定厚さ以下とすることで、Au線をより確実に貫通させ、電気接合層2と接合させることができる。
(i)また、本実施形態では、例えば光反射層4がAlのとき、厚さを0.01μm超0.1μm未満としている。このように、光反射層4を所定厚さ以上とすることで、例えば光反射層4の表面にAl等の透明な自然酸化層が形成されてもその影響は小さく、充分な反射率を確保することができる。また、光反射層4を所定厚さ以下としたので、Au線をより確実に貫通させ、実装用ワイヤ7と電気接合層2との接合領域を充分確保することができる。よって、実装用ワイヤ7との接合強度が、より高まる。
或いは、上述のように、上記Alからなる光反射層4について、光の反射機能の観点から、その厚さを0.02μm以上1.0μm以下と規定することもできる。光反射層が薄いうち、つまり、約0.01μmの厚さまでは、下地の反射特性が反射率に反映されてしまう。よって、下地の反射特性の影響がほぼ無くなる0.02μmを下限値とすることができる。また、厚さ0.02μm以降、光反射層の厚さの増加と共に反射率も増加し、やがて頭打ちとなる。よって、反射率が頭打ちとなる1.0μmを上限値とすることができる。
(j)また、本実施形態では、リードフレーム10上にワイヤボンディングツールの圧痕がつかないよう、押付け荷重を含む実装用ワイヤ7の接合条件と、各金属層2〜4の材料と、の少なくともいずれかを決定する。これにより、実装用ワイヤ7との充分な接合強度が得られる。
すなわち、例えば押付け荷重を圧痕がつかないような所定値に抑えることで、ステッチ部においてAu線が過度に押しつぶされることがなく、縦方向の断面積を確保して断線し難くなる。また、例えばビッカース硬さを圧痕がつかないような所定値以下とする材料を各金属層2〜4について選択することで、同様に、Au線の過度の圧縮が低減される。つまり、条件や材料の選択にあたり、圧痕がつかないことが目安となる。
(k)また、本実施形態では、上記各金属層2〜4を、例えば外周器8で包囲される領域内に形成する。これにより、少なくとも半導体発光素子5を包囲する外周器8内では、光反射層4の被膜により電気接続層2の硫化が抑制され、高い反射率を維持することができる。また、外周器8内に配置されることとなるステッチ部での実装用ワイヤ7の断線等を抑制することができる。
<本発明の他の実施形態>
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。
例えば、上述の実施形態では、リードフレーム10は、電気接合層2、バリア層3、光反射層4をこの順に基材1上に有することとしたが、バリア層3は必須の構成要件ではない。つまり、バリア層3が無くとも、本願発明の被膜の硫化による反射率の低下を抑制し、かつ、実装用ワイヤの接続信頼性を高めるという効果は得られる。但し、バリア層3を設けることで、光反射層4への下地金属の拡散が抑制され、反射率の低下が一層抑えられ
る。
また、上述の実施形態では、バリア層3及び光反射層4を外周器8で包囲される領域内に形成することとしたが、基材1上の全面に形成してもかまわない。
また、上述の実施形態では、各金属層2〜4の形成工程後に基材1の切り離しを行うこととしたが、外周器8の形成工程後や、半導体発光素子5を実装し封止する工程の後に切り離しを行ってもよい。
また、上述の実施形態では、リードフレーム10が備える基材1は、銅等の金属板としたが、基材には、他の金属を用いてもよく、セラミック、樹脂等の電気伝導性の低い材料を用いてもよい。基材の電気伝導性が低い場合、基材を介しての電気的導通は得られ難いが、電気接合層2を介しての導通は得られるため、リードフレームとしての機能は確保される。
次に、本発明の実施例1〜11に係るリードフレーム、および実施例2に係る半導体発光装置の評価について比較例1〜8とともに説明する。
(1)リードフレームの評価方法
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。
(リードフレームの製作)
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。
上記バリア層と光反射層とは、多元対向ターゲットを用いたDCマグネトロン方式のスパッタ装置を用い、減圧下のArガス雰囲気中で連続的に形成した。その際、単位時間あたりの成膜厚さを事前に測定しておき、成膜時間を変化させることで、各金属層の厚さを変化させた。
以上のように製作した各リードフレームについて、以下に述べる種々の測定を行った。
(リードフレームの反射率評価)
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(HS)ガス試験後についてそれぞれ行った。
熱負荷試験の条件は、大気中にて、170℃で3時間保持し、更に150℃で4時間保持とした。係る条件は、リードフレームに外周器をモールド成形する際の熱履歴のうちでも、特に厳しい熱履歴が加わる条件を想定したものである。
Sガス試験は、各リードフレームに半導体発光素子を実装した状態で行った。半導体発光素子は、Arプラズマ洗浄を施したリードフレーム上にダイボンディングした後、
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。
Sガス試験の条件は、JIS H 8502の「めっきの耐食性試験」のうちの「ガス腐食試験」に規定される条件に準ずるものとした。すなわち、半導体発光素子が実装されたリードフレームに対し、温度40℃、湿度80%で、3ppmのHSガスを連続噴霧した。HSガス中での保持時間(噴霧時間)については、2000時間を基準としていくつか条件を振った。
(半導体発光素子の動作評価)
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HS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。
(リードフレームの接合強度評価)
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。
上記Au線を接合したリードフレームに対し、DAGE社製ボンドテスタNo.4000を用いてプル強度試験を行った。プル強度試験には、Au線により形成されるループに荷重フックをかけて、上方へ引っ張る方法を用いた。荷重フックの位置は、Au線がリードフレーム上にステッチ接続されて形成されるステッチ部に近い位置とした。接合強度の判定基準としては、Au線の破断強度が約110mNであること、また、金属層としてAgのみを有するリードフレーム(後述する比較例1)の接合強度(引張強度)が86.9mNであったことを受けて、86.9mNの90%にあたる78mN以上を良好(○)とし、78%未満を不良(×)とした。
(リードフレームの観察)
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。
(2)リードフレームの評価結果
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。
(金属層の構成比較)
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。
表1に示すように、Agからなる電気接合層のみを有する比較例1においては、電気接合層が光反射層を兼ねることとなり、成膜後の初期には良好な反射率が得られた。また、Au線との充分な接合強度が得られ、電気接合層としても充分に機能していることがわかった。
また、バリア層を有さない実施例1においては、今回のような厳しい熱負荷試験後には電気接合層のAgと光反射層のAlとが反応して反射率の低下がみられるものの、成膜後の初期には良好な結果が得られており、Alからなる光反射層に所定の効果が認められた。接合強度も充分であった。
また、Tiからなるバリア層を介在させた実施例2においては、熱負荷試験後においても反射率の低下を抑制することができた。接合強度も充分であった。
以上のことから、Al等からなる光反射層を配することにより、Agを光の反射に用いた場合と遜色のない反射率が得られることがわかった。更に、Ti等からなるバリア層を介在させることで、光反射層の反射率の低下を抑制することができることがわかった。
(光反射層の厚さ比較)
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。
表2に示すように、Alからなる光反射層の厚さが0.01μmの比較例2では、成膜後の初期においても充分な反射率が得られなかった。Alの表面に形成される自然酸化層(Al層)の全体に対する比率が高まり、透明な自然酸化層を透過した光の反射が、下地のTiからなるバリア層の反射率に依存してしまったためと考えられる。
また、光反射層の厚さが0.1μmの比較例3では、充分な接合強度が得られなかった。光反射層が厚すぎてAu線の貫通する領域が狭くなり、Au線が電気接合層と直接接合される領域が小さくなったためと考えられる。
以上のことから、光反射層にAlを用いた場合の厚さは、0.01μm超0.1μm未満であることが好ましく、より好ましくは、0.03μm以上0.05μm以下であればよいことがわかった。
(バリア層の厚さ比較)
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。
表3に示すように、Tiからなるバリア層の厚さが0.001μmの実施例6では、今回のような厳しい熱負荷試験に対しては拡散を抑制する効果が弱く、熱負荷試験後にAlからなる光反射層の反射率の低下がみられた。
また、Tiからなるバリア層の厚さが0.1μmの比較例4では、充分な接合強度が得られなかった。バリア層が厚すぎてAu線が貫通せず、電気接合層と直接接合されなかったためと考えられる。一方で、バリア層の厚さが所定値以下の実施例2,4〜6では、充分な接合強度が得られており、いずれもAu線の少なくとも一部が光反射層とバリア層とを貫通し、電気接合層と直接接合していることが認められた。また、これらの接合面にはAuとAgとの化合物が生成していた。
以上のことから、バリア層にTiを用いた場合の厚さは、0.001μm超0.1μm未満であることが好ましく、より好ましくは、0.003μm以上0.05μm以下であればよいことがわかった。
(電気接合層の厚さ比較)
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。
表4に示すように、Agからなる電気接合層の厚さが0.5μmの比較例5では、接合強度が若干不足していた。電気接合層が薄すぎて、クッション材としての機能が充分に発揮されなかったためと考えられる。また、Agからなる電気接合層は、1.0μm以上の厚さがあれば充分な接合強度を確保でき、本評価の範囲内では特に上限は認められなかった。
以上のことから、電気接合層にAuを用いた場合の厚さは、0.5μm超であることが好ましく、より好ましくは、1.0μm以上3.0μm以下であればよいことがわかった。
なお、実施例7,8については、成膜後の反射率についての測定も行い、実施例4と同様、良好な反射率が得られた。
(電気接合層の材質比較)
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。
表5に示すように、それぞれAg,Snからなる電気接合層を有する実施例2,9では、充分な接合強度が得られた。これに比較して、Niからなる電気接合層を有する比較例6では、充分な接合強度が得られなかった。
これら各金属層を構成するAg,Sn,Niおよび実装用ワイヤを構成するAuのビッカース硬さをみると、Auに対するAg,Snのビッカース硬さは5倍以内となっているのに比べ、Niは25倍の極めて高いビッカース硬さを有していることがわかる。このように、電気接合層をNiのような硬い材料から構成したため、クッション材としての機能が充分得られず、Au線が各層を貫通せずに電気接合層との充分な接合が得られなかったと考えられる。
なお、比較例6においてバリア層に用いたPdは、Tiよりも軟らかい材料であり、上記のような低い接合強度は主にNiからなる電気接合層の影響といえる。
(バリア層の材質比較)
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。
表6に示すように、バリア層をTi,Pd,Auから構成したもの全てについて、優れた反射特性と接合強度とを確保することができた。バリア層を構成する上記材料のビッカース硬さは、いずれもAu線に対して5倍以下となっている。
以上のことから、実装用ワイヤに対する光反射層、バリア層、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と、充分な接合強度が得られることがわかった。または、実装用ワイヤに対する光反射層、バリア層、電気接合層のビッカース硬さがいずれも25倍未満となっているとよい。
(Au線の押付け荷重比較)
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。
図4は、実施例及び比較例に係るリードフレームのワイヤボンディングの接合強度(引張強度)と、Au線の接合時の押付け荷重との関係を示すグラフである。使用したワイヤボンディングツール(キャピラリ)の先端径は160μmである。図4の横軸は、Au線の接合時の押付け荷重(mN)であり、縦軸は、ワイヤボンディングの接合強度(mN)である。また、グラフ中には、Tiからなるバリア層の厚さ(Ti層厚)を変化させた場合及び電気接合層とバリア層とをそれぞれNiおよびPdから構成(Ni/Pd)した場合のデータを示した。すなわち、グラフ中、Ti層厚が0.001μmの場合を◇印で示し、Ti層厚が0.005μmの場合を*印で、0.01μmの場合を●印で、0.05μmの場合を■印で、0.10μmの場合を△印で、Ni/Pdの場合を□印で、それぞれ示した。
図4に示すように、押付け荷重が本実施例における基準とした395mN近傍で接合強度は最大値となり、395mNを超えると低下する傾向にあった。押付け荷重が大きすぎると、過度に押しつぶされたAu線の縦方向の断面積が小さくなり、断線し易くなってしまうことがわかる。
上記グラフ中のデータから代表例を以下の表7に示す。
また、上記表7のデータに係るリードフレームの外観観察の結果を図5に示す。それぞれ、図5(a)が実施例2に、(b)が比較例7に係るリードフレームにAu線が接続されたステッチ部における外観写真である。
図5に示すように、比較例7については、実施例2には存在しないワイヤボンディングツールの圧痕が認められた。このような外観形状と接合強度の関係は、実施例1〜11び比較例1〜8に係るリードフレーム全てについて同様の傾向にあった。つまり、係る圧痕は、例えば上述の電気接合層をNiから構成した場合にも生じており、この場合、材料の選択が適切ではないことを示している。
以上のことから、各金属層の好ましい材料や、押付け荷重をはじめとするワイヤボンディングの条件を決定するにあたり、圧痕がつかないことが目安となることがわかった。
(半導体発光素子実装リードフレームの評価結果)
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。
表8に示すように、Agからなる電気接合層のみを有する比較例1においては、電気接合層が光反射層を兼ねることとなる。よって、成膜後の初期には良好な反射率が得られたものの、HSガス環境下に曝したことで反射率が短時間に低下し、また、実装用ワイヤを接続したステッチ部において断線が生じて半導体発光素子が動作しない状態となってしまった。
これに比べ、Alからなる光反射層を有するものは、バリア層を有さない実施例1も含め、いずれも耐硫化特性に優れる結果となった。但し、ワイヤボンディング時にワイヤボンディングツールによる圧痕がついてしまった比較例8は、圧痕の部分に硫化し易いAgがわずかに露出していた。このため、若干の反射率の低下が認められた。
このように、Alの光反射層を有するリードフレームでは、専ら光の反射に寄与するAlからなる光反射層と、専らAu線との接合に寄与するAgからなる電気接合層とに役割が分担されているので、HSガス環境下に曝した後の半導体発光素子の動作安定性が大幅に改善した。
また、バリア層を有さない実施例1においても、耐硫化特性が良好であったことから、バリア層を有さなくとも、光反射層を設けることで所定の効果が得られることがわかった。
(3)半導体発光装置の評価方法及び評価結果
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。
(半導体発光装置の製作)
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。
(半導体発光装置の評価結果)
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HS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。
<付記>
以下に本発明の望ましい態様について付記する。
本発明の第1の態様は、
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。
また、好ましくは、
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。
また、好ましくは、
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。
また、好ましくは、
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。
また、好ましくは、
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。
本発明の第2の態様は、
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。
また、好ましくは、
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。
1 基材
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
JP2012046517A 2012-03-02 2012-03-02 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 Pending JP2013183067A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012046517A JP2013183067A (ja) 2012-03-02 2012-03-02 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
KR1020120060170A KR20130100659A (ko) 2012-03-02 2012-06-05 반도체 발광장치, 반도체 발광장치의 제조방법, 리드 프레임 및 리드 프레임의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012046517A JP2013183067A (ja) 2012-03-02 2012-03-02 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013183067A true JP2013183067A (ja) 2013-09-12

Family

ID=49273508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012046517A Pending JP2013183067A (ja) 2012-03-02 2012-03-02 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

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2013183067A (ja)
KR (1) KR20130100659A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9202990B2 (en) 2014-02-04 2015-12-01 Samsung Display Co., Ltd. Light emitting diode package and backlight unit including the same
KR20160014197A (ko) * 2014-07-28 2016-02-11 삼성전자주식회사 발광다이오드 패키지 및 이를 이용한 조명장치
CN109599476A (zh) * 2017-09-28 2019-04-09 日亚化学工业株式会社 发光装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007324451A (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Sony Corp 半導体発光装置
JP2008226889A (ja) * 2007-03-08 2008-09-25 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光装置およびその製造方法
JP2009206461A (ja) * 2008-02-29 2009-09-10 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とその製造方法
JP2009272345A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Panasonic Electric Works Tatsuno Co Ltd 発光素子用リードフレームのめっき構造
JP2011204790A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Toshiba Corp 半導体発光装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007324451A (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Sony Corp 半導体発光装置
JP2008226889A (ja) * 2007-03-08 2008-09-25 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光装置およびその製造方法
JP2009206461A (ja) * 2008-02-29 2009-09-10 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とその製造方法
JP2009272345A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Panasonic Electric Works Tatsuno Co Ltd 発光素子用リードフレームのめっき構造
JP2011204790A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Toshiba Corp 半導体発光装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9202990B2 (en) 2014-02-04 2015-12-01 Samsung Display Co., Ltd. Light emitting diode package and backlight unit including the same
KR20160014197A (ko) * 2014-07-28 2016-02-11 삼성전자주식회사 발광다이오드 패키지 및 이를 이용한 조명장치
KR102188500B1 (ko) * 2014-07-28 2020-12-09 삼성전자주식회사 발광다이오드 패키지 및 이를 이용한 조명장치
CN109599476A (zh) * 2017-09-28 2019-04-09 日亚化学工业株式会社 发光装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130100659A (ko) 2013-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5470673B2 (ja) 半導体発光装置及び半導体発光素子
TWI514629B (zh) A semiconductor light-emitting element mounting substrate, and a semiconductor light-emitting device using the same
JP4655029B2 (ja) 発光装置および半導体発光素子の製造方法
JP5245594B2 (ja) 発光装置及びその製造方法
US9054270B2 (en) Method for manufacturing light emitting diode chip
JP5368809B2 (ja) Ledモジュールの製造方法およびledモジュール
JP6947995B2 (ja) 発光装置
JP2013183067A (ja) 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
JP5871174B2 (ja) Led用リードフレームまたは基板、半導体装置、およびled用リードフレームまたは基板の製造方法
US10283686B2 (en) Optoelectronic semiconductor component, optoelectronic arrangement and method of producing an optoelectronic semiconductor component
JP6176287B2 (ja) 発光装置およびその製造方法
JP2007165442A (ja) モールドパッケージ
JP2014049594A (ja) 光半導体装置用リードフレーム及びそれを用いた光半導体装置
US9853195B2 (en) Semiconductor light-emitting device and method for producing the same
JP2007273744A (ja) Led用共晶基板及びその製造方法
US20180240935A1 (en) Method for manufacturing light emitting device
JP2013235985A (ja) 半導体発光装置用基材およびそれを用いた半導体発光装置
JP6409457B2 (ja) 半導体発光素子及び発光装置
US20110241026A1 (en) Light-emitting diode chip and package structure thereof
JP2013235984A (ja) 半導体発光装置およびその製造方法
WO2012005073A1 (ja) 半導体装置、半導体パッケージ及びそれらの製造方法
JP2016178135A (ja) 発光装置の製造方法および発光装置
JP2016072364A (ja) リードフレーム及び発光装置
KR20130044772A (ko) 개선된 광추출 효율을 가진 발광다이오드 및 그 제조방법
TW200847461A (en) Vertical LED with eutectic layer

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20130920

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131101

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20131101

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131213

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140508

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20140508

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140522

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140724

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150218

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150414

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150609