JP7476241B2 - 光半導体装置用パッケージ及び光半導体装置 - Google Patents
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Description
[光半導体装置及び光半導体装置用パッケージの構成]
まず、実施の形態に係る光半導体装置1及び光半導体装置用パッケージ2の構成について、図1~図3を用いて説明する。図1は、本開示の実施の形態に係る光半導体装置1の平面図であり、図2は、図1のII-II線における同光半導体装置1の断面図である。図3は、同光半導体装置1の部分断面図であり、図2の破線で囲まれる領域IIIの拡大図である。なお、図2及び図3において、第1金属層12のポーラス形状の孔は模式的に示しており、図2と図3とにおいて、第1金属層12のポーラス形状の孔の数及び形状は一致していない。
リードフレーム本体11は、導電性を有する剛体である。リードフレーム本体11は、例えば、銅、鉄、ニッケル、アルミニウム又はそれらの少なくとも二つを含む合金からなる金属材料によって構成される。本実施の形態において、リードフレーム本体11は、銅によって構成されている。リードフレーム本体11の厚さは、一例として、0.1mm~0.3mmであるが、これに限定されるものではない。
上記のように、第1金属層12は、ポーラス形状(多孔質形状)を有する。つまり、第1金属層12は、表面が平滑な平滑金属層ではなく、無数の細孔を有するポーラス金属層である。
第1金属層12のポーラス形状は、第1金属層12を構成する金属膜に複数の孔が形成された形状である。図5Aに示すように、第1金属層12のポーラス形状の複数の孔は、上面視したときに、二次元にランダムに分布している。図5Aは、本開示の実施の形態に係る光半導体装置用パッケージ2の第1金属層12の表面のSEM像である。なお、図5Bは、同光半導体装置用パッケージ2における第1金属層12と樹脂枠体20との境界付近の断面のSEM像である。
ポーラス形状を有する第1金属層12は、樹脂枠体20との密着性を高めるとの観点から、ポーラス形状の孔の上部の幅であるポーラス径(図3のa)は、0.05μm以上2.0μm以下であることが望ましい。樹脂枠体20に含有するミネラルフィラーは、通常2μm以上20μm以下のフィラー径のものを使用することが多いので、ポーラス径が2.0μmを超えると、ミネラルフィラーがポーラス形状の孔に入り込みやすくなって第1金属層12と樹脂枠体20との密着性を阻害してしまう。一方、ポーラス径が0.05μm未満になると、樹脂枠体20のベースレジンの成型時の流動性から、ポーラス形状の孔へのベースレジンの入り込みが少なくなり、十分なアンカー効果が得られず、第1金属層12と樹脂枠体20との密着性が低下するおそれがある。
図3に示すように、第1金属層12のポーラス形状の各孔の深さ(本実施の形態では第1金属層12の膜厚)であるポーラス深さdは、0.2μm以上2μm以下であることが望ましい。ポーラス深さdが0.2μm未満になると、樹脂枠体20のポーラス形状の孔へのベースレジンの入り込みが少なくなり、十分なアンカー効果が得られず、第1金属層12と樹脂枠体20との密着性が低下するおそれがある。一方、ポーラス深さdが2μmを超えると、第1金属層12を電気ニッケルめっき法で形成したときに、ニッケルめっきの被膜中に応力が大きくなってポーラス形状が形成されにくくなったり、ニッケル析出途中にポーラス径を維持することができずに上記の比率(b/a)が1.3を下回るおそれがあったりする。この結果、アンカー効果を確保するためのポーラス形状を形成することができないおそれがある。
第1金属層12のポーラス形状の孔(ポーラス孔)の個数は、第1金属層12を平面視したときに任意に指定された10μm×10μmの矩形領域に、5個以上有するとよい。10μm×10μmの矩形領域にポーラス孔の個数が5個未満であると、十分なアンカー効果が得られず、第1金属層12と樹脂枠体20との密着性が低下するおそれがある。
図5Bから見てとれるように、ポーラス形状を有する第1金属層12の表面積(ポーラス表面積)は、多孔質形状を有さない場合の平滑な第1金属層12(つまり、平滑なめっき金属)に対して、1.1倍以上であることが望ましい。このポーラス表面積が1.1倍未満になると、アンカー効果が十分に得られず、第1金属層12と樹脂枠体20との密着性が低下するおそれがある。なお、ポーラス表面積の上限は、上記の比率(b/a)が4.0以下であれば、特に限定されるものではない。
第2金属層13は、単一の金属膜によって構成された単層であってもよいが、複数の金属膜によって構成され金属層群であってもよい。
次に、樹脂枠体20とポーラス形状を有する第1金属層12との接触面について説明する。リードフレーム10における樹脂枠体20と接触する面は、第1金属層12の表面である。具体的には、第1金属層12として形成されたポーラス形状を有するニッケルめっき膜のポーラス孔を構成する凹凸面が樹脂枠体20の一部と接触していればよい。
次に、本実施の形態に係る光半導体装置用パッケージ2の製造方法について、図2を参照しながら説明する。
まず、リードフレーム本体11として、例えば、銅又は銅合金からなる基材を準備する。その後、リードフレーム本体11の表面全体に、ポーラス形状を有する第1金属層12を形成する。具体的には、第1金属層12として、層全体がポーラス状になっているニッケル金属膜を形成する。
ポーラス形状を有する第1金属層12を形成した後は、第1金属層12を部分的に覆うように第2金属層13を形成する。具体的には、少なくとも樹脂枠体20を形成する部分では第1金属層12が露出するように第2金属層13を形成する。つまり、樹脂枠体20を形成する部分では第2金属層13が存在しないように(開口部13bが存在するように形)第2金属層13を形成する。
第2金属層13を形成した後は、樹脂枠体20を形成する。樹脂枠体20は、リードフレーム10の光半導体素子搭載部10bを囲うように樹脂成型することで形成することができる。このとき、第2金属層13が形成されておらず第1金属層12が露出する部分に接するように樹脂枠体20を形成する。これにより、樹脂枠体20の一部が、第1金属層12のポーラス形状の孔に入り込むので、アンカー効果によって樹脂枠体20と第1金属層12との密着性を向上させることができる。
ここで、上記実施の形態に係る光半導体装置用パッケージ2の実施例について、封止樹脂40の漏れ出し抑制の効果とはんだ浸透抑制の効果とを検証する実験を行ったので、以下、この実験結果について説明する。なお、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。
上記実施の形態に係る光半導体装置用パッケージ2の実施例のサンプルとして、次のものを作製した。
次に、実施例と比較するための従来例の光半導体装置用パッケージのサンプルとして、次のものを作製した。
次に、実施例1~7のサンプルと従来例のサンプルについて、封止樹脂の漏れ出しの評価を行うために実験を行ったので、その実験結果について説明する。
次に、はんだ浸透の評価を行うための実験を行ったので、その実験結果について説明する。この実験では、上記の封止樹脂の漏れ出し評価で作製した実施例1~7のサンプル及び従来例サンプルの光半導体装置用パッケージを用いて行った。
以上、本開示に係る光半導体装置1及び光半導体装置用パッケージについて、実施の形態及び実施例に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものではない。
2、2A 光半導体装置用パッケージ
10、10A リードフレーム
10a はんだ付け部
10b 光半導体素子搭載部
11 リードフレーム本体
12 第1金属層
13 第2金属層
13a 埋め込み部
13b 開口部
14 平滑金属層
20 樹脂枠体
20a 埋め込み部
30 光半導体素子
31 ダイボンディング材
32 ワイヤ
40 封止樹脂
50 絶縁層
Claims (16)
- 光半導体素子を封止樹脂で封止するための光半導体装置用パッケージであって、
リードフレーム本体と、
前記リードフレーム本体を覆う第1金属層と、
前記第1金属層の上に設けられた樹脂枠体と、
前記第1金属層と前記樹脂枠体との間に位置する第2金属層と、を備え、
前記第1金属層は、ポーラス形状を有し、
前記樹脂枠体の一部は、前記第2金属層に形成された開口部を介して、前記ポーラス形状の孔に埋め込まれている、
光半導体装置用パッケージ。 - 前記第1金属層は、ニッケルによって構成されている、
請求項1に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記第1金属層は、純度99%以上のニッケルによって構成されている、
請求項2記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記第2金属層の一部は、前記ポーラス形状の孔に埋め込まれている、
請求項1~3のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記第2金属層は、複数の金属膜によって構成されており、
前記複数の金属膜の各々は、ニッケル、パラジウム、金、銀、又は、それらを含む合金によって構成されている、
請求項1~4のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - さらに、前記リードフレーム本体と前記第1金属層との間に位置する平滑金属層を備える、
請求項1~5のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記平滑金属層の膜厚は、0.2μm以上1.0μm以下である、
請求項6に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記ポーラス形状の孔のポーラス径は、0.05μm以上2.0μm以下である、
請求項1~7のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記ポーラス形状の孔は、上部よりも底部のほうが広い、
請求項1~8のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記第1金属層を断面視したときに、前記上部の幅をaとし、前記底部の幅をbとすると、1.3≦b/a≦4.0である、
請求項9に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記ポーラス形状の孔は、前記第1金属層を平面視したときに前記孔の面積が前記第1金属層の平面状の表面から下方に向かうにしたがって大きくなる形状である、
請求項1~10のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記ポーラス形状の孔の深さは、0.2μm以上2μm以下である、
請求項1~11のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記ポーラス形状の孔の個数は、前記第1金属層を平面視したときに任意に指定された10μm×10μmの矩形領域に、5個以上50個以下である、
請求項1~12のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記ポーラス形状において、隣り合う2つの孔の距離は、1.2μm以上3.0μm以下である、
請求項1~13のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 前記ポーラス形状を有する前記第1金属層の表面積は、前記ポーラス形状を有さない場合の平面状の前記第1金属層の表面の表面積に対して、1.1倍以上である、
請求項1~14のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージ。 - 請求項1~15のいずれか1項に記載の光半導体装置用パッケージと、
前記第1金属層の上に位置し、前記樹脂枠体に囲まれた光半導体素子と、
前記樹脂枠体内に設けられ、前記光半導体素子を封止する封止樹脂と、を備える、
光半導体装置。
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