JP5871174B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

本発明は、LED素子を載置するLED用リードフレームまたは基板およびその製造方法、このようなLED用リードフレームまたは基板を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
従来より、LED(発光ダイオード)素子を光源として用いる照明装置が、各種家電、OA機器、車両機器の表示灯、一般照明、車載照明、およびディスプレイ等に用いられている。このような照明装置の中には、LED用基板とLED素子とを有する半導体装置を含むものがある。
このような半導体装置として、例えば特許文献1には、Cu基板の一面側に凹部を形成して、LED素子をこの凹部に搭載し、該凹部側に配設された絶縁層上に接続用のCu配線層を形成し、LEDの端子部とCu配線層とをワイヤボンディング接続し、樹脂封止したものが記載されている。また特許文献1において、Cu配線層表面にはAgめっきが施されている。
特開2006−245032号公報
ところで、とりわけ高輝度LEDを用いる場合、LED用半導体装置を封止する樹脂が強い光にさらされる。このため近年、樹脂に対して耐候性が要求されるようになってきており、このような樹脂としてシリコーン樹脂を使用する要求が高まっている。しかしながら、シリコーン樹脂を用いた場合、ガスバリア性が劣る傾向があるため、半導体装置内部のAg層にまで空気中の酸素や硫化水素ガス等の腐食性ガスが浸透してしまう。Agは容易に硫化水素ガスなどと反応し硫化銀などの生成物を得るため、この結果、外観上はAg層が変色し、Ag層の反射率を可視領域全域において著しく低下させるという問題が生じている。
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、LED素子からの光を効率良く反射するとともに、ガスによる腐食を抑えてLED素子からの光の反射特性を維持することが可能なLED用リードフレームまたは基板およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、LED素子を載置するLED用リードフレームまたは基板において、LED素子を載置するダイパッドと、ダイパッドから離間して設けられたリード部とを有する本体部と、本体部のダイパッドおよびリード部の双方に設けられた銀めっき層と、銀めっき層上に設けられ、LED素子からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層とを備えたことを特徴とするリードフレームまたは基板である。
本発明は、本体部と銀めっき層との間に、本体部と銀めっき層との接合性を高める下地めっき層を設けたことを特徴とするリードフレームまたは基板である。
本発明は、LED素子を載置するダイパッドと、ダイパッドから離間して設けられたリード部とを含む本体部を有するLED用リードフレームまたは基板と、リードフレームまたは基板の本体部のダイパッド上に載置されたLED素子と、リードフレームまたは基板とLED素子とを電気的に接続する導電部と、LED素子と導電部とを封止する封止樹脂部とを備え、LED用リードフレームまたは基板の本体部のダイパッドおよびリード部の双方に銀めっき層が設けられ、銀めっき層上に、LED素子からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層が設けられていることを特徴とする半導体装置である。
本発明は、本体部と銀めっき層との間に、本体部と銀めっき層との接合性を高める下地めっき層を設けたことを特徴とする半導体装置である。
本発明は、封止樹脂部はシリコーン樹脂からなることを特徴とする半導体装置である。
本発明は、LED素子を取り囲むとともに凹部を有する外側樹脂部を更に備え、封止樹脂部は、この外側樹脂部の凹部内に充填されていることを特徴とする半導体装置である。
本発明は、LED素子を載置するLED用リードフレームまたは基板を製造するLED用リードフレームまたは基板の製造方法において、LED素子を載置するダイパッドと、ダイパッドから離間して設けられたリード部とを有する本体部を準備する工程と、本体部のダイパッドおよびリード部の双方に銀めっき層を形成する工程と、銀めっき層上に、反射層として機能するインジウムめっき層を形成する工程とを備えたことを特徴とするLED用リードフレームまたは基板の製造方法である。
本発明は、銀めっき層を形成する工程の前に、本体部上に、本体部と銀めっき層との接合性を高める下地めっき層を設ける工程が設けられていることを特徴とするLED用リードフレームまたは基板の製造方法である。
本発明は、半導体装置の製造方法において、LED用リードフレームまたは基板の製造方法によりリードフレームまたは基板を作製する工程と、リードフレームまたは基板の本体部のダイパッド上にLED素子を載置する工程と、LED素子とリードフレームまたは基板とを導電部により接続する工程と、LED素子および導電部を封止樹脂により樹脂封止する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明によれば、本体部の載置面に、LED素子からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層を設けている。インジウムめっき層は、LED素子からの光を効率良く反射することができるとともに、空気中の酸素や硫化水素ガス等の腐食性ガスによって腐食しにくいので、半導体装置の反射層の反射特性を良好に維持することができる。
本発明の実施の形態によるリードフレームまたは基板を示す断面図。 本発明の実施の形態によるリードフレームまたは基板の変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置を示す平面図。 本発明の実施の形態によるリードフレームの製造方法を示す図。 本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置の一変形例を示す断面図。 本発明の実施の形態において、耐蝕試験を行った際の各基板の変化を示す図。 実施例1−Aにおいて、反射率の変化を示すグラフ。 実施例1−Bにおいて、反射率の変化を示すグラフ。 比較例1−Aにおいて、反射率の変化を示すグラフ。
次に、本発明の実施の形態について、図1乃至図18を参照して説明する。
LED用リードフレームまたは基板の構成
まず、図1および図2により、LED用リードフレームまたは基板の概略について説明する。なお図1および図2においては、LED用リードフレームまたは基板の層構成を説明するため、便宜上、LED用リードフレームまたは基板の断面を矩形形状として表示している。
図1に示すように、LED用リードフレームまたは基板10B(以下、リードフレーム10B、あるいは基板10Bともいう)は、LED素子21(後述)を載置するために用いられるものであり、LED素子21を載置する載置面11aを有する本体部11と、本体部11の載置面11a側に設けられたインジウムめっき層12Bとを備えている。
このうち本体部11は金属板からなっている。本体部11を構成する金属板の材料としては、例えば銅、銅合金、42合金(Ni41%のFe合金)等を挙げることができる。この本体部11の厚みは、半導体装置の構成にもよるが、リードフレーム10Bの場合で0.05mm〜0.5mm、基板10Bの場合で0.005mm〜0.03mmとすることが好ましい。
インジウムめっき層12Bは、LED素子21からの光を反射するための反射層として機能するものであり、LED用リードフレームまたは基板10Bの最表面側に位置している。このインジウムめっき層12Bは、インジウム(In)のめっき層からなっており、可視光の反射率が高く、かつ酸素および硫化水素ガスに対する高い耐腐食性を有している。また、インジウムめっき層12Bは、その厚みが極薄く形成されており、具体的には0.005μm〜0.2μmとされることが好ましい。
一方、本体部11とインジウムめっき層12Bとの間には、本体部11側から順に、下地めっき層13Bおよび銀めっき層14が介在されている。
このうち下地めっき層13Bは、銀めっき層14のための下地層として用いられるものであり、銀めっき層14と本体部11との接合性を高める機能を有している。下地めっき層13Bを構成する金属めっきとしては、例えば銅めっきまたはニッケルめっきを挙げることができる。この下地めっき層13Bの厚みは、0.005μm〜0.1μmとすることが好ましい。
また銀めっき層14は、インジウムめっき層12Bのための下地層として用いられるものであり、下地めっき層13Bとインジウムめっき層12Bとの接合性を高める機能を有している。なお銀めっき層14の厚みは、インジウムめっき層12Bより厚く、例えば1μm〜5μmとすることが好ましい。
銀めっき層14は、無光沢銀めっきまたは光沢銀めっきのいずれからなっていても良い。上述したように、インジウムめっき層12Bの厚みは極めて薄いので、銀めっき層14のプロファイルを表出させることができる。例えば、銀めっき層14が無光沢めっきからなる場合には、インジウムめっき層12Bの表面も無光沢とすることができ、銀めっき層14が光沢めっきからなる場合には、インジウムめっき層12Bの表面も光沢を帯びさせることができる。
なお、図2に示すように、下地めっき層13Bを設けない構成も可能である。この場合、LED用リードフレームまたは基板10Bは、本体部11と、本体部11の載置面11aに設けられた銀めっき層14と、銀めっき層14上に設けられたインジウムめっき層12Bとを有している。
半導体装置の構成
次に、図3および図4により、図1に示すLED用リードフレームまたは基板を用いた半導体装置の実施の形態について説明する。図3および図4は、本発明の実施の形態による半導体装置(SONタイプ)を示す図である。
図3および図4に示すように、本実施の形態による半導体装置20Bは、LED用リードフレーム10Bと、リードフレーム10Bの本体部11の載置面11a上に載置されたLED素子21と、リードフレーム10BとLED素子21とを電気的に接続するボンディングワイヤ(導電部)22とを備えている。
また、LED素子21を取り囲むように、凹部23aを有する外側樹脂部23が設けられている。この外側樹脂部23は、リードフレーム10Bと一体化されている。さらに、LED素子21とボンディングワイヤ22とは、透光性の封止樹脂部24によって封止されている。この封止樹脂部24は、外側樹脂部23の凹部23a内に充填されている。
以下、このような半導体装置20Bを構成する各構成部材について、順次説明する。
リードフレーム10Bは、載置面11aを有する本体部11と、本体部11上に設けられた下地めっき層13Bと、下地めっき層13B上に設けられた銀めっき層14と、銀めっき層14上に設けられ、LED素子21からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層12Bとを有している。リードフレーム10Bの表面(上面)には、リードフレーム10Bと外側樹脂部23との密着性を高めるための溝19が形成されている。このリードフレーム10Bの層構成については、図1を用いて既に説明した構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、リードフレーム10Bの層構成としては、図2に示すものを用いても良い。
本実施の形態において、リードフレーム10Bの本体部11は、LED素子21側の第1の部分25(ダイパッド)と、第1の部分25から離間した第2の部分26(リード部)とを有している。これら第1の部分25と第2の部分26との間には、外側樹脂部23が充填されており、第1の部分25と第2の部分26とは互いに電気的に絶縁されている。また第1の部分25の底面に第1のアウターリード部27が形成され、第2の部分26の底面に第2のアウターリード部28が形成されている。第1のアウターリード部27および第2のアウターリード部28は、それぞれ外側樹脂部23から外方に露出している。
LED素子21は、発光層として例えばGaP、GaAs、GaAlAs、GaAsP、AlInGaP、またはInGaN等の化合物半導体単結晶からなる材料を適宜選ぶことにより、紫外光から赤外光に渡る発光波長を選択することができる。このようなLED素子21としては、従来一般に用いられているものを使用することができる。
またLED素子21は、はんだまたはダイボンディングペーストにより、外側樹脂部23の凹部23a内において本体部11の載置面11a上(厳密にはインジウムめっき層12B上)に固定されている。なお、ダイボンディングペーストを用いる場合、耐光性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなるダイボンディングペーストを選択することが可能である。
ボンディングワイヤ22は、例えば金等の導電性の良い材料からなり、その一端がLED素子21の端子部21aに接続されるとともに、その他端がリードフレーム10Bの本体部11の第2の部分26表面上に接続されている。
外側樹脂部23は、例えばリードフレーム10B上に熱可塑性樹脂を例えば射出成形またはトランスファ成形することにより形成されたものである。外側樹脂部23の形状は、射出成形またはトランスファ成形に使用する金型の設計により、様々に実現することが可能である。例えば、外側樹脂部23の全体形状を、図4に示すように直方体としても良く、あるいは円筒形または錐形等の形状とすることも可能である。また凹部23aの底面は、矩形、円形、楕円形または多角形等とすることができる。凹部23aの側壁の断面形状は、図3のように直線から構成されていても良いし、あるいは曲線から構成されていてもよい。
外側樹脂部23に使用される熱可塑性樹脂については、特に耐熱性、耐候性および機械的強度の優れたものを選ぶことが望ましい。熱可塑性樹脂の種類としては、ポリアミド、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、ポリエーテルサルホン、シリコーン、エポキシ、ポリエーテルイミドおよびポリブチレンテレフタレート等を使用することができる。さらにまた、これらの樹脂中に光反射剤として、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、窒化アルミニウムおよび窒化ホウ素のうちいずれかを添加することによって、凹部23aの底面及び側面において、発光素子からの光の反射率を増大させ、半導体装置20B全体の光取り出し効率を増大させることが可能となる。
封止樹脂部24としては、光の取り出し効率を向上させるために、半導体装置20Bの発光波長において光透過率が高く、また屈折率が高い材料を選択するのが望ましい。したがって耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂として、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を選択することが可能である。特に、LED素子21として高輝度LEDを用いる場合、封止樹脂部24が強い光にさらされるため、封止樹脂部24は高い耐候性を有するシリコーン樹脂からなることが好ましい。
LED用リードフレームの製造方法
次に、図3および図4に示す半導体装置20Bに用いられるLED用リードフレーム10Bの製造方法について、図5(a)−(g)により説明する。
まず図5(a)に示すように、金属基板からなる本体部11を準備する。この本体部11としては、上述のように銅、銅合金、42合金(Ni41%のFe合金)等からなる金属基板を使用することができる。なお本体部11は、その両面に対して脱脂等を行い洗浄処理を施したものを使用することが好ましい。
次に、本体部11の表裏に感光性レジストを塗布、乾燥し、これを所望のフォトマスクを介して露光した後、現像してエッチング用レジスト層32、33を形成する(図5(b))。なお感光性レジストとしては、従来公知のものを使用することができる。
次に、エッチング用レジスト層32、33を耐腐蝕膜として本体部11に腐蝕液でエッチングを施す(図5(c))。腐蝕液は、使用する本体部11の材質に応じて適宜選択することができ、例えば、本体部11として銅を用いる場合、通常、塩化第二鉄水溶液を使用し、本体部11の両面からスプレーエッチングにて行うことができる。
次いで、エッチング用レジスト層32、33を剥離して除去する。このようにして、第1の部分25と、第1の部分25から離間した第2の部分26とを有する本体部11が得られる(図5(d))。またこの際、ハーフエッチングにより本体部11の表面(上面)に溝19が形成される。
次に、本体部11の表面および裏面に各々所望のパターンを有するめっき用レジスト層30、31を設ける(図5(e))。このうち表面側のめっき用レジスト層30は、インジウムめっき層12Bの形成部位に相当する箇所に開口部30aが形成され、この開口部30aからは本体部11の載置面11aが露出している。他方、裏面側のめっき用レジスト層31は、本体部11の裏面全体を覆っている。
次にめっき用レジスト層30、31に覆われた本体部11の表面側に電解めっきを施す。これにより本体部11上に金属を析出させて、本体部11上に下地めっき層13Bを形成する。下地めっき層13Bが銅からなる場合、下地めっき層13Bを形成する電解めっき用めっき液としては、シアン化銅およびシアン化カリウムを主成分とした銅めっき液を用いることができる。
続いて同様にして、電解めっきにより下地めっき層13B上に金属(銀)を析出させて、銀めっき層14を形成する。この場合、銀めっき層14を形成する電解めっき用めっき液のとしては、シアン化銀およびシアン化カリウムを主成分とした銀めっき液を用いることができる。
さらに同様にして、電解めっきにより銀めっき層14上に金属(インジウム)を析出させて、インジウムめっき層12Bを形成する(図5(f))。インジウムめっき層12Bを形成するための電解めっき用のめっき液としては、有機酸インジウム塩を主成分としたフラッシュめっき液を用いることができる。
次いでめっき用レジスト層30、31を剥離することにより、半導体装置20Bに用いられるリードフレーム10Bを得ることができる(図5(g))。
なお、図5(a)−(g)において、エッチングを施すことにより本体部11を所定形状とした後(図5(a)−(d))、本体部11上に下地めっき層13B、銀めっき層14、およびインジウムめっき層12Bを形成している(図5(e)−(g))。しかしながらこれに限らず、まず本体部11上に下地めっき層13B、銀めっき層14、およびインジウムめっき層12Bを順次形成し、その後、エッチングにより本体部11を所定の形状に加工してもよい。
半導体装置の製造方法
次に、図3および図4に示す半導体装置20Bの製造方法について、図6(a)−(g)により説明する。
まず、上述した工程により(図5(a)−(g))、載置面11aを有する本体部11と、本体部11の載置面11a側に設けられた銀めっき層14と、銀めっき層14上に設けられ、LED素子21からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層12Bとを備えたリードフレーム10Bを作製する(図6(a))。
次に、このリードフレーム10Bに対して熱可塑性樹脂を射出成形またはトランスファ成形することにより、外側樹脂部23を形成する(図6(b))。これにより、外側樹脂部23とリードフレーム10Bとが一体に形成される。またこのとき、射出成形またはトランスファ成形に使用する金型を適宜設計することにより、外側樹脂部23に凹部23aを形成するとともに、この凹部23a底面においてインジウムめっき層12Bが外方(上方)に露出するようにする。
次に、リードフレーム10Bの本体部11の載置面11a上に、LED素子21を搭載する。この場合、はんだまたはダイボンディングペーストを用いて、LED素子21を本体部11の載置面11a上(インジウムめっき層12B上)に載置して固定する(ダイアタッチ工程)(図6(c))。
次に、LED素子21の端子部21aと、本体部11の第2の部分26表面とを、ボンディングワイヤ22によって互いに電気的に接続する(ワイヤボンディング工程)(図6(d))。
その後、外側樹脂部23の凹部23a内に封止樹脂部24を充填し、封止樹脂部24によりLED素子21とボンディングワイヤ22とを封止する(図6(e))。
次に、各LED素子21間の外側樹脂部23をダイシングすることにより、リードフレーム10Bを各LED素子21毎に分離する(図6(f))。この際、まずリードフレーム10Bをダイシングテープ37上に載置して固定し、その後、例えばダイヤモンド砥石等からなるブレード38によって、各LED素子21間の外側樹脂部23を垂直方向に切断する。
このようにして、図3および図4に示す半導体装置20Bを得ることができる(図6(g))。
本実施の形態の作用効果
次に、本実施の形態による作用効果について説明する。本実施の形態による半導体装置20Bにおいては、上述したように、本体部11の載置面11a側に、反射層として機能するインジウムめっき層12Bが設けられている。このことにより、以下のような作用効果が得られる。
すなわち半導体装置20Bを製造してから一定時間が経過した後、例えば外側樹脂部23と封止樹脂部24との間から、半導体装置20B内部に空気中の酸素や硫化水素ガス等の腐食性ガスが浸透する場合がある。本実施の形態によれば、本体部11の載置面11aに反射層として機能するインジウムめっき層12Bを設けたことにより、半導体装置20B内部に腐食性ガスが浸透した場合であっても、反射層(インジウムめっき層12B)が変色したり腐食したりすることが少なく、その反射率が低下することがない。他方、比較例として、反射層が銀めっき層のみからなる場合、腐食性ガスが浸透した際、反射層に変色や腐食が生じるおそれがある。
また本実施の形態によれば、インジウムめっき層12Bは高い反射特性を有しているので、LED素子21からの光を効率良く反射することができる。
さらに本実施の形態によれば、インジウムめっき層12Bは、上述したように極めて薄い(0.005μm〜0.2μm)膜からなっている。したがって、ダイアタッチ時あるいはワイヤボンディング時に、その際に加えられるエネルギーによりインジウムめっき層12Bが部分的に破かれる。したがって、銀めっき上に直接ダイアタッチあるいはワイヤボンディングを行う場合とほぼ同等の接合強度を得ることができる。
変形例
以下、本実施の形態による半導体装置の各変形例について、図7乃至図14を参照して説明する。図7乃至図14において、図3および図4に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
図7乃至図14に示す各変形例において、図3および図4に示す実施の形態と同様、本体部11の載置面11a側に銀めっき層14が設けられ、この銀めっき層14上に、LED素子21からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層12Bが設けられている。
(変形例1)
図7は、半導体装置の変形例1(SONタイプ)を示す断面図である。図7に示す実施の形態は、導電部としてはんだボール41a、41bを用いる点が異なるものであり、他の構成は上述した図3および図4に示す実施の形態と略同一である。
図7に示す半導体装置40B(変形例1)において、リードフレーム10Bの本体部11の載置面11a上に、LED素子21が載置されている。この場合、LED素子21は、本体部11の第1の部分25(ダイパッド)と第2の部分26(リード部)とに跨って載置されている。またLED素子21は、ボンディングワイヤ22に代えて、はんだボール(導電部)41a、41bによってリードフレーム10Bのインジウムめっき層12Bに接続されている(フリップチップ方式)。なお図7に示すように、はんだボール41a、41bのうち、一方のはんだボール41aは第1の部分25に接続され、他方のはんだボール41bは第2の部分26に接続されている。
(変形例2)
図8は、半導体装置の変形例2(LGAタイプ)を示す断面図である。図8に示す実施の形態は、基板10Bの構成等が図3および図4に示す実施の形態と異なるものである。
図8に示す半導体装置50B(変形例2)において、基板10Bは、LED素子21を載置する載置面11aを有する本体部11と、本体部11の載置面11aに設けられLED素子21からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層12Bとを有している。
このうち本体部11は、LED素子21が載置される第1の部分(ダイパッド)51と、第1の部分51から離間した第2の部分(端子部)52とを有している。これら第1の部分51と第2の部分52との間には封止樹脂部24が充填されており、第1の部分51と第2の部分52とは互いに電気的に絶縁されている。また第1の部分51の底面に第1の外部端子53が形成され、第2の部分52の底面に第2の外部端子54が形成されている。第1の外部端子53および第2の外部端子54は、それぞれ封止樹脂部24から外方に露出している。なお図8において、本体部11は、1つのめっき層または複数のめっき層を積層した構成からなっていても良い。
この場合、LED素子21は、第1の部分51において本体部11の載置面11a上に載置されている。また基板10Bの第2の部分52とLED素子21とは、ボンディングワイヤ(導電部)22によって電気的に接続されている。すなわちボンディングワイヤ22の一端がLED素子21の端子部21aに接続され、ボンディングワイヤ22の他端が第2の部分52の表面上に接続されている。他方、透光性の封止樹脂部24は、基板10Bの上側部分、LED素子21、およびボンディングワイヤ22を封止している。
なお図8において外側樹脂部23は設けられていないが、これに限られるものではなく、図3および図4と同様に、LED素子21を取り囲むように外側樹脂部23を設けても良い。
(変形例3)
図9は、半導体装置の変形例3(PLCCタイプ)を示す断面図である。図9に示す実施の形態は、リードフレーム10Bの構成が図3および図4に示す実施の形態と異なるものである。
図9に示す半導体装置60B(変形例3)において、リードフレーム10Bは、LED素子21を載置する載置面11aを有する本体部11と、本体部11の載置面11a側に設けられた銀めっき層14と、銀めっき層14上に設けられ、LED素子21からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層12Bとを有している。
このうち本体部11は、LED素子21が載置される第1の部分(ダイパッド)61と、第1の部分61から離間した第2の部分(端子部)62および第3の部分(端子部)63とを有している。これら第1の部分61と第2の部分62との間、および第1の部分61と第3の部分63との間には、それぞれ外側樹脂部23が充填されている。これにより、第1の部分61と第2の部分62とは互いに電気的に絶縁され、かつ第1の部分61と第3の部分63とは互いに電気的に絶縁されている。また第2の部分62および第3の部分63は、それぞれ断面略J字状またはU字状に湾曲されている。さらに第2の部分62の端部には第1のアウターリード部64が形成され、第3の部分63の端部には第2のアウターリード部65が形成されている。これら第1のアウターリード部64および第2のアウターリード部65は、それぞれ外側樹脂部23から外方に露出している。
この場合、LED素子21は、第1の部分61において本体部11の載置面11a上に載置されている。またLED素子21は、リードフレーム10Bの本体部11の第2の部分62および第3の部分63に、それぞれボンディングワイヤ(導電部)22を介して電気的に接続されている。
(変形例4)
図10は、半導体装置の変形例4(基板タイプ)を示す断面図である。図10に示す実施の形態は、リードフレーム10Bが非導電性基板74上に配置されている点等が図3および図4に示す実施の形態と異なるものである。
図10に示す半導体装置70B(変形例4)において、基板10Bは、LED素子21を載置する載置面11aを有する本体部11と、本体部11の載置面11a側に設けられた銀めっき層14と、銀めっき層14上に設けられ、LED素子21からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層12Bとを有している。
このうち本体部11は、第1の部分71と、この第1の部分71から離間した第2の部分72とを有している。これら第1の部分71と第2の部分72の間には封止樹脂部24が充填されており、第1の部分71と第2の部分72とは互いに電気的に絶縁されている。この場合、LED素子21は、第1の部分71と第2の部分72とに跨って載置されている。またLED素子21は、ボンディングワイヤ22に代えて、はんだボール(導電部)73a、73bによってリードフレーム10Bのインジウムめっき層12Bに接続されている(フリップチップ方式)。なお図10に示すように、はんだボール73a、73bのうち、はんだボール73aは第1の部分71に接続され、はんだボール73bは第2の部分72に接続されている。
ところで図10において、基板10Bは非導電性基板74上に配置されている。非導電性基板74は、有機基板であっても無機基板であってもよい。有機基板としては、例えば、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリノルボルネン系樹脂、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、又は熱可塑性ポリイミド等からなる有機基板、又はそれらの複合基板を挙げることができる。また、無機基板としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、セラミックス基板等を挙げることができる。
非導電性基板74には複数のスルーホール75が形成されている。また各スルーホール75内にはそれぞれ導電性物質76が充填されている。そして本体部11の第1の部分71および第2の部分72は、それぞれ各スルーホール75内の導電性物質76を介して、第1の外部端子77および第2の外部端子78に電気的に接続されている。なお、導電性物質76としては、めっきによりスルーホール75内に形成された銅等の導電性金属、あるいは銅粒子、銀粒子等の導電性粒子を含有した導電性ペースト等が挙げられる。
なお図10において外側樹脂部23は設けられていないが、これに限られるものではなく、図3および図4に示す実施の形態と同様に、LED素子21を取り囲むように外側樹脂部23を設けても良い。
(変形例5)
図11は、半導体装置の変形例5(モジュールタイプ)を示す断面図である。図11に示す実施の形態は、1つの非導電性基板74上に複数の基板10Bを配置した点が異なるものであり、他の構成は上述した図10に示す実施の形態(変形例4)と略同一である。
図11に示す半導体装置80B(変形例5)において、1つの非導電性基板74上に複数の基板10Bが配置されている。各基板10Bは、LED素子21を載置する載置面11aを有する本体部11と、本体部11の載置面11aに設けられ、LED素子21からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層12Bとを有している。
このほか、図11において、図10に示す実施の形態(変形例4)と同一部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
(変形例6)
図12は、半導体装置の変形例6(SONタイプ)を示す断面図である。図12に示す実施の形態は、本体部11の第1の部分(ダイパッド)91の周囲に、2つのリード部(第2の部分92および第3の部分93)が設けられている点が異なるものであり、他の構成は上述した図3および図4に示す実施の形態と略同一である。
すなわち図12に示す半導体装置90B(変形例6)において、本体部11は、LED素子21を載置する第1の部分(ダイパッド)91と、第1の部分(ダイパッド)91の周囲であって、第1の部分91を挟んで互いに対向する位置に設けられた、一対のリード部(第2の部分92および第3の部分93)とを有している。
図12において、LED素子21は一対の端子部21aを有しており、この一対の端子部21aは、それぞれボンディングワイヤ22を介して、第2の部分92および第3の部分93に接続されている。
(変形例7)
図13は、半導体装置の変形例7(レンズ付一括モールドタイプ)を示す断面図である。図13に示す実施の形態は、LED素子21の周囲には外側樹脂部23が設けられていない点、封止樹脂部24にレンズ101が設けられている点が異なるものであり、他の構成は上述した図7に示す実施の形態(変形例1)と略同一である。
すなわち図13に示す半導体装置100B(変形例7)において、外側樹脂部23は、本体部11の第1の部分25と第2の部分26との間に充填されている。他方、図7に示す実施の形態(変形例1)と異なり、リードフレーム10B上には外側樹脂部23が設けられていない。
また図13において、封止樹脂部24の表面(上面)に、LED素子21からの光の照射方向を制御するドーム状のレンズ101が形成されている。
(変形例8)
図14は、半導体装置の変形例8(一括モールド)を示す断面図である。図14に示す実施の形態は、封止樹脂部24のみによってLED素子21とボンディングワイヤ22とを封止している点が異なるものであり、他の構成は上述した図3および図4に示す実施の形態と略同一である。
すなわち図14に示す半導体装置110B(変形例8)において、外側樹脂部23を用いることなく、封止樹脂部24のみによってLED素子21とボンディングワイヤ22とが一括封止されている。本体部11の第1の部分25と第2の部分26との間には、封止樹脂部24が充填されている。
以上説明した変形例1乃至8による半導体装置40B、50B、60B、70B、80B、90B、100B、110B(図7乃至図14)においても、図3および図4に示す半導体装置20Bと略同一の作用効果を得ることができる。
[実施例]
次に、図15乃至図17を用いて本実施の形態によるLED用リードフレームまたは基板の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
まず矩形状の銅板からなる本体部11上に、下地めっき層13Bとしてニッケルめっきを施した。次にこの下地めっき層13B上に、電解めっきにより光沢性の銀めっき層14を形成した。その後、銀めっき層14上に、電解めっき(フラッシュめっき)によりインジウムめっき層12Bを形成することにより、基板10B(実施例1)を作製した。
(比較例1)
矩形状の銅板上に、下地めっき層としてニッケルめっきを施し、次いでこの下地めっき層上に銀めっき層を形成することにより、基板(比較例1)を作製した。この場合、銀めっき層が、LED素子からの光を反射する反射層として機能する。
次に、これら2つの基板(実施例1および比較例1)の表面の光沢度を測定した。なお、光沢度の測定には、微小面分光色差計(日本電色工業株式会社製VSR300)を用いた。この結果、実施例1に係る基板10Bについては、光沢度が1.33となった。他方、比較例1に係る基板の光沢は、1.28であった。結果として、これら2つの基板(実施例1および比較例1)の光沢度は、いずれも、LED素子からの光を反射する反射層として用いるのに十分な値であった。
続いて、上述した2つの基板(実施例1および比較例1)に対して耐蝕試験を行った。具体的には、これらの基板を直に、それぞれSO(10ppm)およびHS(3ppm)を含む混合ガス中に放置した。なお、この間、基板周囲の温度を40℃に維持し、湿度を75%Rhに維持した。その後、放置を開始してから2時間後、5時間後、および10時間後の基板の表面状態を目視で観察し、その優劣を比較検討した(図15)。
この結果、比較例1に係る基板は、2時間後にはすでに変色が生じ始めており、10時間後には完全に変色してしまった。これに対して、実施例1に係る基板10Bは、10時間経過後にもほとんど変色が見られなかった。このことから、基板10Bの銀めっき層14上に設けられたインジウムめっき層12Bが、高い耐食性を有していることが分かった。
次に、以下に示す3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)を作製した。
(実施例1−A)
銅板からなる本体部11上の全面に、ニッケルめっきからなる下地めっき層13B(厚さ0.1μm)を形成し、この下地めっき層13B上に銀めっき層14(厚さ3μm)を施した。次に、銀めっき層14上に、電解めっき(フラッシュめっき)によりインジウムめっき層12B(厚さ約50nm)を形成することにより、基板10B(実施例1−A)を作製した。
(実施例1−B)
インジウムめっき層12Bの厚みを約10nmとしたこと、以外は、実施例1−Aと同様にして、基板10B(実施例1−B)を作製した。
(比較例1−A)
銅板からなる本体部11上に、銅めっき層(厚さ0.1μm)を形成し、この銅めっき層上に銀めっき層(厚さ3μm)を形成することにより、基板(比較例1−A)を作製した。
<初期反射率>
これら3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)の表面の反射率(初期反射率)を測定した。なお、反射率の測定には、島津製作所製、分光光度計、MPC−2200、UV−2550を用いた。
<溶液試験後の反射率>
また、上記3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)の耐硫化性を調査するために、各基板に対して溶液試験を行い、溶液試験後の反射率を測定した。具体的には、各基板を0.25%硫化アンモニウム水溶液(R.T)に5分間浸漬した。その後、上記初期反射率の場合と同様の方法で反射率(溶液試験後の反射率)を測定した。
<ガス試験後の反射率>
さらに、上記3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)の耐硫化性を調査するために、各基板に対してガス試験を行い、溶液試験後の反射率を測定した。具体的には、各基板を3ppmのHSを含む、温度40℃、湿度80%Rhのガス中に1時間曝露した。その後、上記初期反射率の場合と同様の方法で反射率(ガス試験後の反射率)を測定した。
この結果を図16、図17および図18に示す。図16、図17および図18は、それぞれ実施例1−A、実施例1−Bおよび比較例1−Aについて、初期反射率、溶液試験後の反射率、およびガス試験後の反射率を示すグラフである。
この結果、実施例1−A(In約50nm)の基板は、初期反射率が比較例1−A(銀)と比べ、紫外領域での反射率が高く良好である上、初期反射の溶液試験後の反射率およびガス試験後の反射率のいずれも、紫外・可視領域全般にわたって、初期反射率からほとんど変化せず、インジウムめっき層12Bが硫化水素ガス等の腐食性ガスによって腐食するおそれが小さいことが分かった。
実施例1−B(In約10nm)の基板は、初期反射率が可視領域全般で比較例1−A(銀)と同等で良好である上、ガス試験後の反射率については、初期反射率からの低下が紫外可視領域全般で小さかった。一方、溶液試験後の反射率については、長波長領域での低下はわずかであり、かつ青色領域についても初期反射率からやや低下したが、問題のない値であった。
比較例1−A(銀)の基板は、溶液試験後の反射率およびガス試験後の反射率のいずれも初期反射率からの低下が大きく、銀めっき層が硫化水素ガス等の腐食性ガスによって腐食するおそれがあるといえる。
<ワイヤボンディング(W/B)の連続性>
上記3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)の表面に連続的にワイヤボンディングを行うことが可能であるか調査した。具体的には、ワイヤーボンディング試験装置(パナソニックファクトリーソリューションズ社製、HW27U−HF)を用い、基板に対して連続的に20回ワイヤボンディングを行い、このときボンディングワイヤが切断したか否かを調査した。なお、ワイヤボンディング面は、実施例1−A、実施例1−Bの作製で述べためっき層がそれぞれ形成されている。
<ワイヤボンディング(W/B)強度>
上記3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)の表面にワイヤボンディングを行った場合のワイヤボンディング強度について調査した。具体的には、プル試験機(DAGE社製ボンドテスター4000)を用い、0.2mm/secでボンディングワイヤを引っ張ったとき、ボンディングワイヤが切断した荷重を測定した。
<はんだ濡れ性>
上記3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)のはんだ濡れ性について調査した。具体的には、ソルダーチェッカー(レスカ社製、SAT−5200)を用い、メニスコグラフ法により基板のはんだ濡れ性を測定した。このとき、はんだ温度:240℃、浸漬時間:10sec、浸漬深さ:2mm、速度:2mm/secという条件とした。なお、メニスコグラフ法とは、溶融したはんだ中へ試験片(基板)を浸漬し、はんだが試験片に濡れずに反発する力が、濡れた後に試験片を引っ張る力へ変わる時間を測定し、はんだ濡れ性の評価を行うものである。この場合、はんだが試験片に濡れる濡れ力のベクトルが変わるまでの時間「ゼロクロスタイム」を測定した。
なお、はんだ形成する面は、実施例1−A、実施例1−Bの作製で述べたように本発明に係るめっき層が形成されている。例えば図3に示す半導体装置では、本体部のアウターリード部27,28にはんだ形成することで評価することとなる。
この結果、上記3種類の基板(実施例1−A、実施例1−B、比較例1−A)のうち、実施例1−Bおよび比較例1−Aに係る基板は、ワイヤボンディング(W/B)の連続性、ワイヤボンディング(W/B)強度、およびはんだ濡れ性の全てが良好となった。実施例1−Aに係る基板は、ワイヤボンディング(W/B)の連続性、ワイヤボンディング(W/B)強度、およびはんだ濡れ性について、実施例1−Bに係る基板より低下したが、使用される箇所によっては問題のないレベルであった。以上の結果をまとめて表1に示す。本実施例では、リードをエッチング形成した銅板の本体部の全面に、めっき層を形成し上記の評価をした。特に反射面に用いられないアウターリードにめっき層を形成した場合でもはんだ濡れ性に問題なく、半導体装置の外部端子として使用できることを確認した。
また、全面にインジウムめっき層が形成されているため、反射面として機能する部分のみに形成するのに比べて、製造工程を簡単にできる。比較例のような銀めっき層が外部に露出しないため、本体部の酸化や硫化を防止することができる。
10B LED用リードフレームまたは基板
11 本体部
11a 載置面
12B インジウムめっき層
13B 下地めっき層
14 銀めっき層
20B、40B、50B、60B、70B、80B、90B、100B、110B 半導体装置
21 LED素子
22 ボンディングワイヤ(導電部)
23 外側樹脂部
24 封止樹脂部
25 第1の部分
26 第2の部分
27 第1のアウターリード部
28 第2のアウターリード部

Claims (9)

  1. LED素子を載置するLED用リードフレームにおいて、
    LED素子を載置するダイパッドと、ダイパッドから離間して設けられたリード部とを有する本体部と、
    本体部のダイパッドおよびリード部の双方に設けられた銀めっき層と、
    銀めっき層上に設けられ、LED素子からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層とを備え、
    前記本体部の表面のうち、外側樹脂部と接触する部分に溝が形成され、
    前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記溝には設けられておらず、前記溝から前記本体部の素材が露出し、
    前記ダイパッドに形成された前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記リード部に対向する端部から、前記溝よりも前記リード部側かつ前記外側樹脂部によって覆われる領域まで延び、
    前記リード部に形成された前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記ダイパッドに対向する端部から、前記溝よりも前記ダイパッド側かつ前記外側樹脂部によって覆われる領域まで延び、
    前記ダイパッドと前記リード部とが対向する側面には、それぞれ前記銀めっき層および前記インジウムめっき層が設けられておらず、前記本体部の素材が露出していることを特徴とするLED用リードフレーム。
  2. 本体部と銀めっき層との間に、本体部と銀めっき層との接合性を高める下地めっき層を設けたことを特徴とする請求項1記載のLED用リードフレーム。
  3. LED素子を載置するダイパッドと、ダイパッドから離間して設けられたリード部とを含む本体部を有するLED用リードフレームと、
    LED用リードフレームの本体部のダイパッド上に載置されたLED素子と、
    LED用リードフレームとLED素子とを電気的に接続する導電部と、
    LED素子と導電部とを封止する封止樹脂部とを備え、
    LED用リードフレームの本体部のダイパッドおよびリード部の双方に銀めっき層が設けられ、
    銀めっき層上に、LED素子からの光を反射するための反射層として機能するインジウムめっき層が設けられ、
    前記本体部の表面のうち、外側樹脂部と接触する部分に溝が形成され、
    前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記溝には設けられておらず、前記溝から前記本体部の素材が露出し、
    前記ダイパッドに形成された前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記リード部に対向する端部から、前記溝よりも前記リード部側かつ前記外側樹脂部によって覆われる領域まで延び、
    前記リード部に形成された前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記ダイパッドに対向する端部から、前記溝よりも前記ダイパッド側かつ前記外側樹脂部によって覆われる領域まで延び、
    前記ダイパッドと前記リード部とが対向する側面には、それぞれ前記銀めっき層および前記インジウムめっき層が設けられておらず、前記本体部の素材が露出していることを特徴とする半導体装置。
  4. 本体部と銀めっき層との間に、本体部と銀めっき層との接合性を高める下地めっき層を設けたことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  5. 封止樹脂部はシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  6. LED素子を取り囲むとともに凹部を有する外側樹脂部を更に備え、封止樹脂部は、この外側樹脂部の凹部内に充填されていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  7. LED素子を載置するLED用リードフレームを製造するLED用リードフレームの製造方法において、
    LED素子を載置するダイパッドと、ダイパッドから離間して設けられたリード部とを有する本体部を準備する工程と、
    本体部のダイパッドおよびリード部の双方に銀めっき層を形成する工程と、
    銀めっき層上に、反射層として機能するインジウムめっき層を形成する工程とを備え、
    前記本体部の表面のうち、外側樹脂部と接触する部分に溝が形成され、
    前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記溝には設けられておらず、前記溝から前記本体部の素材が露出し、
    前記ダイパッドに形成された前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記リード部に対向する端部から、前記溝よりも前記リード部側かつ前記外側樹脂部によって覆われる領域まで延び、
    前記リード部に形成された前記銀めっき層および前記インジウムめっき層は、前記ダイパッドに対向する端部から、前記溝よりも前記ダイパッド側かつ前記外側樹脂部によって覆われる領域まで延び、
    前記ダイパッドと前記リード部とが対向する側面には、それぞれ前記銀めっき層および前記インジウムめっき層が設けられておらず、前記本体部の素材が露出していることを特徴とするLED用リードフレームの製造方法。
  8. 銀めっき層を形成する工程の前に、本体部上に、本体部と銀めっき層との接合性を高める下地めっき層を設ける工程が設けられていることを特徴とする請求項7記載のLED用リードフレームの製造方法。
  9. 半導体装置の製造方法において、
    請求項7記載のLED用リードフレームの製造方法によりLED用リードフレームを作製する工程と、
    LED用リードフレームの本体部のダイパッド上にLED素子を載置する工程と、
    LED素子とLED用リードフレームとを導電部により接続する工程と、
    LED素子および導電部を封止樹脂により樹脂封止する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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