JP3708490B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はリードフレームに設けられた発光素子を樹脂によってパッケージする光半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体装置は、ＬＥＤなどの発光素子を樹脂によってパッケージして形成される。最近では表面実装用の光半導体装置の需要が高まり、温度２４０℃で１０秒間の熱的衝撃を受けるはんだリフローや温度２６０度で１０秒間の熱的衝撃を受けるはんだフローに対応したパッケージが開発されつつある。
【０００３】
パッケージは、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂をキャスティングもしくはトランスファーモールドすることによって形成される。光半導体装置を製造する一例としては、たとえばリードフレーム上に発光素子を搭載し、ワイヤボンディングによってリードフレームと電気的に接続した後、透明エポキシ樹脂をキャスティングすることで形成される。
【０００４】
また、他の構造のパッケージとしては、ガラスエポキシ基板に発光素子を搭載した後、この発光素子を透明エポキシ樹脂で封止した構造が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの構造においても、はんだリフローやはんだフロー時に熱的衝撃が加わると、リードフレームと透明エポキシ樹脂或いは基板と透明エポキシ樹脂との界面に剥離が生じる。
【０００６】
それによって、発光素子とリードフレーム或いは基板との電気的接続が不良となり、発光素子が点灯しない、不点灯不良が発生する。また、パッケージが熱的衝撃を受けることで、エポキシ樹脂にリードフレーム、基板或いは発光素子のエッジ部を始点とするクラックが発生するということがある。
【０００７】
この発明は、リードフレームに発光素子をマウントし、この発光素子を樹脂で覆うようにした場合に、熱的衝撃を受けても、点灯不良が発生したり、樹脂にクラックが生じることがない光半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明は、リードフレームと、このリードフレームの一部を露出させる空間部を形成した熱可塑性樹脂からなるベース部材と、上記リードフレームの上記空間部内にマウントされ上記リードフレームと電気的に接続された発光素子と、熱硬化性樹脂からなり、上記空間部に充填され上記発光素子から出射される光を透過する充填材と、この充填材に対してほぼ同じ線膨張係数かつ弾性率の低い樹脂からなり、上記充填材が上記空間部に充填される前にこの空間部に露出した発光素子、リードフレーム及びベース部材に設けられた被覆材と、を具備した光半導体装置を提供する。
【０００９】
このとき、上記被覆材はポリアミド樹脂であって、上記ベース部材はポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンのうちの少なくとも１つであることが好ましい。
【００１０】
また、上記ポリアミド樹脂は、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]以下で、曲げ弾性率が１６００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、リードフレームに、このリードフレームの一部が露出する空間部を形成するよう熱可塑性樹脂をモールドする工程と、上記リードフレームの上記空間部内に露出した部分に発光素子をマウントする工程と、この発光素子と上記リードフレームとを電気的に接続する工程と、上記空間部に上記発光素子から出射される光を透過する熱硬化性樹脂を充填する工程と、上記空間部に上記熱硬化性樹脂を充填する前に、この空間部に露出した発光素子、リードフレーム及びベース部材をポリアミドによって被覆する工程とを具備した光半導体装置の製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１はこの発明の光半導体装置１を示す断面図で、図２はこの光半導体装置１の製造工程を示す。
【００１４】
上記光半導体装置１は金属製、たとえば銅製で、表面にはＮｉ、Ｐｄ及びＡｕが所定の厚さで順次メッキされた、リードフレーム２を備えている。このリードフレーム２には、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンなどの熱可塑性樹脂からなるベース部材３がモールドされる。この実施の形態ではポリフタルアミドを用いて金型温度１３０℃、樹脂溶融粘度３３０Ｐａ・ｓ、保圧１２０ＭＰａの成形条件で成形した。上記ポリフタルアミドには重量比５％以上の酸化チタンを添加した。
【００１５】
上記ベース部材３は、図２（ａ）に示すようにリードフレーム２の下面と上面とにわたってモールドされ、上面にはリードフレーム２の一部を露出させる空間部４が形成される。この空間部４の内周面は、上端にゆくにつれて外方に向かって傾斜したテーパ状になっている。
【００１６】
リードフレーム２にベース部材３をモールドした後、図２（ｂ）に示すように、リードフレーム２の空間部４内に露出した部分には銀フレークを含んだマウントペースト６を塗布し、このマウントペースト６に発光素子５をマウントする。
【００１７】
マウント後、リードフレーム２と、このリードフレーム２にマウントされた発光素子５を、図２（ｃ）に示すようにワイヤボンディングし、ワイヤ７によって電気的に接続する。
【００１８】
ついで、図２（ｄ）に示すように、上記空間部４に露出した発光素子５、リードフレーム２及び空間部４の内周面はポリアミド樹脂からなる被覆材８によって被覆する。この被覆材８は１０〜３０μｍの厚さで設けられる。
【００１９】
空間部４の内面を被覆材８で被覆したならば、図２（ｅ）に示すように、上記空間部４に１液性の透明エポキシ樹脂からなる充填材９を充填する。エポキシ樹脂は高温度条件下で数時間放置して硬化させる必要がある。充填後、一次硬化として９０℃の雰囲気中で２時間以上放置して硬化させた後、硬化を促進させるために二次硬化として１３５℃の温度で４時間放置する。
【００２０】
上記被覆材８としては、上記空間部４に充填される充填材９よりも弾性率の低いポリアミド樹脂、つまり柔軟性の高い樹脂を用いるようにした。その結果、光半導体装置１を表面実装する場合に、はんだリフローやはんだフロ−によって熱的衝撃を受けても、上記被覆材８がその衝撃を吸収緩和する作用を呈する。
【００２１】
そのため、充填材９が空間部４の内面や発光素子５或いはリードフレーム２から剥離するのが防止されるから、発光素子５とリードフレーム２との電気的接続状態が損なわれて発光素子５が不点灯が生じたり、リードフレーム２や発光素子５のエッジを始点として充填材９にクラックが発生するのを防止することができる。
【００２２】
下記［表１］は、被覆材８として物性の異なる６種類のポリアミド樹脂を用いた場合に、発光素子５が不点灯になるか否かと、空間部４に充填した充填材９としてのエポキシ樹脂にクラックが発生するか否かを、各種類ごとに２５個のサンプルを用意して確認したものである。
【００２３】
ポリアミド樹脂は物性の異なるＡ〜Ｆの６種類で、これらのポリアミド樹脂はそれぞれ線膨張係数と、曲げ弾性率が異なる。各光半導体装置１は、はんだフロー処理を行なうことで熱的衝撃を与えた。１５０℃で３０秒間放置する前処理を行なった後、２６０℃に加熱したＳｎ−Ｐｂのはんだに浸漬してはんだフロー処理を行なうようにした。そして、はんだフロー処理後にリードフレーム２を介して発光素子５に所定の電圧と電流を加え、発光素子５が点灯するか否かと、充填材９にクラックが発生しているか否かを確認した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
この［表１］から明らかなように、不点灯については、Ａ〜Ｆの物性のポリアミド樹脂のうち、線膨張係数が１．０×１０−４[１／℃]と、１．５×１０−４[１／℃]で、曲げ弾性率が６８０ＭＰａのＡとＢの２種類のポリアミド樹脂を用いた２５個のサンプル中、２５個が不点灯になった。
【００２６】
クラックについては、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]で、曲げ弾性係数が２５００ＭＰａの物性Ｅのポリアミド樹脂を用いた場合に２５個のサンプル中、１０個に発生し、また線膨張係数が５．５×１０−５[１／℃]で、曲げ弾性率が２６００ＭＰａの物性Ｆのポリアミド樹脂を用いた場合に２５個のサンプル中、２０個にクラックが発生した。
【００２７】
以上のことから、発光素子５が不点灯とならず、しかも充填材９にクラックが発生しないためのポリアミド樹脂の物性としては、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]以下で、曲げ弾性率が１６００ＭＰａ以下であればよいことになる。これら線膨張係数と、曲げ弾性率との値は、当然、Ｔｇ点までの範囲である。
【００２８】
つまり、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]よりも大きくなる物性Ａ、Ｂのポリアミド樹脂では、充填材９として用いられるエポキシ樹脂の線膨張係数６．０×１０−５[１／℃]との線膨張係数差が大きくなることで、ワイヤ７の断線やマウントペースト６の剥離による不点灯、さらにはクラックの発生を招くことになる。
【００２９】
また、曲げ弾性率が充填材９として用いられるエポキシ樹脂とほぼ同等の物性Ｅ，Ｆのポリアミド樹脂を用いた場合には、熱応力を緩和することができないため、クラックの発生を招くことになる。
【００３０】
したがって、以上のことから、被覆材８としては、充填材９に用いられるエポキシ樹脂と線膨張係数がほぼ同等で、曲げ弾性率の低いポリアミド樹脂を用いることで、不点灯やクラックの発生を防止することができることになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、衝撃が加わっても、リードフレームと発光素子との電気的接続状態が不良となって発光素子が不点灯となったり、発光素子を被覆する樹脂にクラックが発生するのを防止することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光半導体装置を示す断面図。
【図２】本発明の光半導体装置の製造工程を順次示す説明図。
【符号の説明】
２…リードフレーム、３…ベース部材、４…空間部、５…発光素子、
６…マウントペースト、７…ワイヤ、８…被覆材、９…充填材
【発明の属する技術分野】
この発明はリードフレームに設けられた発光素子を樹脂によってパッケージする光半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体装置は、ＬＥＤなどの発光素子を樹脂によってパッケージして形成される。最近では表面実装用の光半導体装置の需要が高まり、温度２４０℃で１０秒間の熱的衝撃を受けるはんだリフローや温度２６０度で１０秒間の熱的衝撃を受けるはんだフローに対応したパッケージが開発されつつある。
【０００３】
パッケージは、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂をキャスティングもしくはトランスファーモールドすることによって形成される。光半導体装置を製造する一例としては、たとえばリードフレーム上に発光素子を搭載し、ワイヤボンディングによってリードフレームと電気的に接続した後、透明エポキシ樹脂をキャスティングすることで形成される。
【０００４】
また、他の構造のパッケージとしては、ガラスエポキシ基板に発光素子を搭載した後、この発光素子を透明エポキシ樹脂で封止した構造が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの構造においても、はんだリフローやはんだフロー時に熱的衝撃が加わると、リードフレームと透明エポキシ樹脂或いは基板と透明エポキシ樹脂との界面に剥離が生じる。
【０００６】
それによって、発光素子とリードフレーム或いは基板との電気的接続が不良となり、発光素子が点灯しない、不点灯不良が発生する。また、パッケージが熱的衝撃を受けることで、エポキシ樹脂にリードフレーム、基板或いは発光素子のエッジ部を始点とするクラックが発生するということがある。
【０００７】
この発明は、リードフレームに発光素子をマウントし、この発光素子を樹脂で覆うようにした場合に、熱的衝撃を受けても、点灯不良が発生したり、樹脂にクラックが生じることがない光半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明は、リードフレームと、このリードフレームの一部を露出させる空間部を形成した熱可塑性樹脂からなるベース部材と、上記リードフレームの上記空間部内にマウントされ上記リードフレームと電気的に接続された発光素子と、熱硬化性樹脂からなり、上記空間部に充填され上記発光素子から出射される光を透過する充填材と、この充填材に対してほぼ同じ線膨張係数かつ弾性率の低い樹脂からなり、上記充填材が上記空間部に充填される前にこの空間部に露出した発光素子、リードフレーム及びベース部材に設けられた被覆材と、を具備した光半導体装置を提供する。
【０００９】
このとき、上記被覆材はポリアミド樹脂であって、上記ベース部材はポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンのうちの少なくとも１つであることが好ましい。
【００１０】
また、上記ポリアミド樹脂は、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]以下で、曲げ弾性率が１６００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、リードフレームに、このリードフレームの一部が露出する空間部を形成するよう熱可塑性樹脂をモールドする工程と、上記リードフレームの上記空間部内に露出した部分に発光素子をマウントする工程と、この発光素子と上記リードフレームとを電気的に接続する工程と、上記空間部に上記発光素子から出射される光を透過する熱硬化性樹脂を充填する工程と、上記空間部に上記熱硬化性樹脂を充填する前に、この空間部に露出した発光素子、リードフレーム及びベース部材をポリアミドによって被覆する工程とを具備した光半導体装置の製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１はこの発明の光半導体装置１を示す断面図で、図２はこの光半導体装置１の製造工程を示す。
【００１４】
上記光半導体装置１は金属製、たとえば銅製で、表面にはＮｉ、Ｐｄ及びＡｕが所定の厚さで順次メッキされた、リードフレーム２を備えている。このリードフレーム２には、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンなどの熱可塑性樹脂からなるベース部材３がモールドされる。この実施の形態ではポリフタルアミドを用いて金型温度１３０℃、樹脂溶融粘度３３０Ｐａ・ｓ、保圧１２０ＭＰａの成形条件で成形した。上記ポリフタルアミドには重量比５％以上の酸化チタンを添加した。
【００１５】
上記ベース部材３は、図２（ａ）に示すようにリードフレーム２の下面と上面とにわたってモールドされ、上面にはリードフレーム２の一部を露出させる空間部４が形成される。この空間部４の内周面は、上端にゆくにつれて外方に向かって傾斜したテーパ状になっている。
【００１６】
リードフレーム２にベース部材３をモールドした後、図２（ｂ）に示すように、リードフレーム２の空間部４内に露出した部分には銀フレークを含んだマウントペースト６を塗布し、このマウントペースト６に発光素子５をマウントする。
【００１７】
マウント後、リードフレーム２と、このリードフレーム２にマウントされた発光素子５を、図２（ｃ）に示すようにワイヤボンディングし、ワイヤ７によって電気的に接続する。
【００１８】
ついで、図２（ｄ）に示すように、上記空間部４に露出した発光素子５、リードフレーム２及び空間部４の内周面はポリアミド樹脂からなる被覆材８によって被覆する。この被覆材８は１０〜３０μｍの厚さで設けられる。
【００１９】
空間部４の内面を被覆材８で被覆したならば、図２（ｅ）に示すように、上記空間部４に１液性の透明エポキシ樹脂からなる充填材９を充填する。エポキシ樹脂は高温度条件下で数時間放置して硬化させる必要がある。充填後、一次硬化として９０℃の雰囲気中で２時間以上放置して硬化させた後、硬化を促進させるために二次硬化として１３５℃の温度で４時間放置する。
【００２０】
上記被覆材８としては、上記空間部４に充填される充填材９よりも弾性率の低いポリアミド樹脂、つまり柔軟性の高い樹脂を用いるようにした。その結果、光半導体装置１を表面実装する場合に、はんだリフローやはんだフロ−によって熱的衝撃を受けても、上記被覆材８がその衝撃を吸収緩和する作用を呈する。
【００２１】
そのため、充填材９が空間部４の内面や発光素子５或いはリードフレーム２から剥離するのが防止されるから、発光素子５とリードフレーム２との電気的接続状態が損なわれて発光素子５が不点灯が生じたり、リードフレーム２や発光素子５のエッジを始点として充填材９にクラックが発生するのを防止することができる。
【００２２】
下記［表１］は、被覆材８として物性の異なる６種類のポリアミド樹脂を用いた場合に、発光素子５が不点灯になるか否かと、空間部４に充填した充填材９としてのエポキシ樹脂にクラックが発生するか否かを、各種類ごとに２５個のサンプルを用意して確認したものである。
【００２３】
ポリアミド樹脂は物性の異なるＡ〜Ｆの６種類で、これらのポリアミド樹脂はそれぞれ線膨張係数と、曲げ弾性率が異なる。各光半導体装置１は、はんだフロー処理を行なうことで熱的衝撃を与えた。１５０℃で３０秒間放置する前処理を行なった後、２６０℃に加熱したＳｎ−Ｐｂのはんだに浸漬してはんだフロー処理を行なうようにした。そして、はんだフロー処理後にリードフレーム２を介して発光素子５に所定の電圧と電流を加え、発光素子５が点灯するか否かと、充填材９にクラックが発生しているか否かを確認した。
【００２４】
【表１】
この［表１］から明らかなように、不点灯については、Ａ〜Ｆの物性のポリアミド樹脂のうち、線膨張係数が１．０×１０−４[１／℃]と、１．５×１０−４[１／℃]で、曲げ弾性率が６８０ＭＰａのＡとＢの２種類のポリアミド樹脂を用いた２５個のサンプル中、２５個が不点灯になった。
【００２６】
クラックについては、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]で、曲げ弾性係数が２５００ＭＰａの物性Ｅのポリアミド樹脂を用いた場合に２５個のサンプル中、１０個に発生し、また線膨張係数が５．５×１０−５[１／℃]で、曲げ弾性率が２６００ＭＰａの物性Ｆのポリアミド樹脂を用いた場合に２５個のサンプル中、２０個にクラックが発生した。
【００２７】
以上のことから、発光素子５が不点灯とならず、しかも充填材９にクラックが発生しないためのポリアミド樹脂の物性としては、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]以下で、曲げ弾性率が１６００ＭＰａ以下であればよいことになる。これら線膨張係数と、曲げ弾性率との値は、当然、Ｔｇ点までの範囲である。
【００２８】
つまり、線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]よりも大きくなる物性Ａ、Ｂのポリアミド樹脂では、充填材９として用いられるエポキシ樹脂の線膨張係数６．０×１０−５[１／℃]との線膨張係数差が大きくなることで、ワイヤ７の断線やマウントペースト６の剥離による不点灯、さらにはクラックの発生を招くことになる。
【００２９】
また、曲げ弾性率が充填材９として用いられるエポキシ樹脂とほぼ同等の物性Ｅ，Ｆのポリアミド樹脂を用いた場合には、熱応力を緩和することができないため、クラックの発生を招くことになる。
【００３０】
したがって、以上のことから、被覆材８としては、充填材９に用いられるエポキシ樹脂と線膨張係数がほぼ同等で、曲げ弾性率の低いポリアミド樹脂を用いることで、不点灯やクラックの発生を防止することができることになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、衝撃が加わっても、リードフレームと発光素子との電気的接続状態が不良となって発光素子が不点灯となったり、発光素子を被覆する樹脂にクラックが発生するのを防止することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光半導体装置を示す断面図。
【図２】本発明の光半導体装置の製造工程を順次示す説明図。
【符号の説明】
２…リードフレーム、３…ベース部材、４…空間部、５…発光素子、
６…マウントペースト、７…ワイヤ、８…被覆材、９…充填材
Claims (4)
- リードフレームと、
このリードフレームの一部を露出させる空間部を形成した熱可塑性樹脂からなるベース部材と、
上記リードフレームの上記空間部内にマウントされ上記リードフレームと電気的に接続された発光素子と、
熱硬化性樹脂からなり、上記空間部に充填され上記発光素子から出射される光を透過する充填材と、
この充填材に対してほぼ同じ線膨張係数かつ弾性率の低いポリアミド樹脂によって形成され、上記充填材が上記空間部に充填される前にこの空間部に露出した上記発光素子、上記リードフレーム及び上記ベース部材を被覆する、線膨張係数が８．０×１０ −５ [ １／℃ ] 以下で曲げ弾性率が１６００ＭＰａ以下である被覆材と、
を具備することを特徴とする光半導体装置。 - 上記熱可塑性樹脂はポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
- リードフレームに、このリードフレームの一部が露出する空間部を形成するよう熱可塑性樹脂をモールドする工程と、
上記リードフレームの上記空間部内に露出した部分に発光素子をマウントする工程と、
この発光素子と上記リードフレームとを電気的に接続する工程と、
上記空間部に上記発光素子から出射される光を透過する熱硬化性樹脂を充填する工程と、
上記空間部に上記熱硬化性樹脂を充填する前に、上記空間部に露出した上記発光素子、上記リードフレーム及び上記ベース部材を線膨張係数が８．０×１０−５[１／℃]以下で曲げ弾性率が１６００ＭＰａ以下であるポリアミド樹脂によって被覆する工程と、
を具備することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 上記熱可塑性樹脂はポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンのうちの少なくとも１つで成形することを特徴とする請求項３記載の光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002050771A JP3708490B2 (ja) | 2001-09-12 | 2002-02-27 | 光半導体装置及びその製造方法 |
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