WO2023084899A1 - 発光装置及びリードフレーム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a light-emitting device and a leadframe used for the light-emitting device, particularly to a light-emitting device having a semiconductor light-emitting element such as a light-emitting diode (LED) and a leadframe used for the light-emitting device.
- a semiconductor light-emitting element such as a light-emitting diode (LED)
- a leadframe used for the light-emitting device.
- a light-emitting device that is formed by providing a resin body in a lead frame by insert molding and cutting it with a dicer.
- Patent Document 1 discloses a method of forming a frame-shaped resin molding on a lead frame provided with a notch, and cutting the resin molding and the lead frame along the notch to form a light emitting device. is disclosed.
- a frame-shaped lead is formed by integrally molding a first lead for mounting a light emitting element and a second lead electrically connected to the first lead.
- a surface-mounted light-emitting device is disclosed that has one resin molded body and a second resin molded body that covers the light-emitting element and joins the first lead and the second lead on the lower side. Both the first resin molded body and the second resin molded body of this surface mount type light emitting device are made of thermosetting resin.
- the resin of the resin molding is filled into the notch of the lead frame, thereby increasing the adhesion between the resin molding and the lead frame.
- the height of the contact surface between the resin and the notch is at most the thickness of the lead frame, and the increase in contact area is limited.
- the adhesion between the second resin molded body and the lead frame is improved, and accordingly, the first thermosetting resin is in close contact with the second resin molded body with the thermosetting resin. There is a possibility that the adhesion between the second resin formed body and the lead frame is enhanced through the second resin formed body.
- the present invention has been made in view of the above-described viewpoints, and has excellent adhesion between a resin frame and a metal lead frame, and as a result, separation between the resin of the frame and the lead frame is prevented. It is also an object of the present invention to provide a light-emitting device having a structure in which disconnection or the like is unlikely to occur, and a lead frame used for the light-emitting device.
- the light-emitting device of the present invention is a plurality of leads formed from a common lamination structure in which at least two layers are laminated, the plurality of leads having a through portion penetrating through at least two layers from an upper layer of the lamination structure; a lead frame in which the upper layer and the lower layer of the two layers protrude with different protruding amounts with respect to the through portion to form a step; a resin frame having openings for exposing the plurality of leads, filling the through-holes, and provided in an upper part of the lead frame so as to surround the openings; a light emitting element placed in the opening and connected to the plurality of leads; have
- the lead frame of the present invention is having a plurality of leads formed from a common laminate structure in which at least two layers are laminated; the plurality of leads have penetrating portions penetrating through at least two layers from the upper layer of the laminated structure; Of the two layers having the penetrating portion, the upper layer and the lower layer protrude with different protruding amounts with respect to the penetrating portion to form a step.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing a light emitting device according to a first embodiment of the invention
- FIG. It is a figure which shows the upper surface of a light-emitting device. It is a top view which shows the inside of a light-emitting device typically.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion along line IV-IV in FIG. 3;
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG. 2; 6 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged right half of FIG. 5;
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 3;
- FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion along line IV-IV in FIG. 3
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG. 2
- 6 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged right half of FIG
- FIG. 3 is a side view when viewed from the direction indicated by arrow VIIIB in FIG. 2; FIG. 3 is a side view when viewed from the direction indicated by arrow VIIIC in FIG. 2; 3 is a top view of the lead frame of the first embodiment;
- FIG. 9B is a bottom view of the lead frame of FIG. 9A;
- FIG. 9B is a cross-sectional view along line IXC-IXC of FIG. 9A;
- FIG. 9B is a cross-sectional view along line IXD-IXD of FIG. 9A;
- FIG. 10 is a top view of a lead frame of Modification 1 of the first embodiment;
- FIG. 10B is a cross-sectional view along line XB-XB of FIG. 10A;
- FIG. 11 is a top view of leads included in a lead frame of Modification 2 of the first embodiment;
- FIG. 11B is a diagram showing a cross-sectional structure of a first example of a lead viewed from arrow XIB in FIG. 11A;
- FIG. 11B is a diagram showing a cross-sectional structure of a second example of a lead viewed from arrow XIB in FIG. 11A;
- FIG. 11B is a diagram showing a cross-sectional structure of a third example of a lead viewed from arrow XIB in FIG. 11A;
- FIG. 11B is a diagram showing a cross-sectional structure of a fourth example of a lead viewed from arrow XIB in FIG. 11A;
- FIG. 11B is a diagram showing a cross-sectional structure of a first example of a lead viewed from arrow XIB in FIG. 11A
- FIG. 11B is a diagram showing a cross-sectional structure of
- FIG. 11B is a cross-sectional view showing a state where the lead of FIG. 11B is provided with a frame;
- FIG. 11B is a cross-sectional view showing a state in which the cross section of the lead of the XIG-XIG line of FIG. 11A is provided with a frame.
- 1 is a structural diagram of a lead frame;
- FIG. It is a figure which shows STEP2 of the manufacturing method of a light-emitting device.
- STEP3 of the manufacturing method of a light-emitting device.
- STEP4 of the manufacturing method of a light-emitting device.
- It is a top view which shows the upper surface of a light-emitting device typically.
- FIG. 13B is a side view when viewed from the direction indicated by XIIIC in FIG. 13A;
- FIG. 13B is a cross-sectional view along XIIID-XIIID of FIG. 13A;
- FIG. 13B is a cross-sectional view along XIIIE-XIIIE of FIG. 13A;
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing a light emitting device 10 according to a first embodiment of the invention
- FIG. 2 is a top view of the light emitting device 10.
- a three-axis coordinate system is added for the convenience of indicating corresponding directions among a plurality of drawings.
- the Z direction corresponds to the vertical direction of the light emitting device 10
- the X direction and the Y direction correspond to the horizontal direction and the vertical direction of the light emitting device 10, respectively.
- the light emitting device 10 has a substrate 15 composed of a rectangular frame 11 on the upper side and a lead frame 12 on the lower side.
- the substrate 15 has a rectangular parallelepiped outer periphery.
- the lead frame 12 has spaced apart leads 12a and 12b.
- a covering member 13 is provided inside the frame 11 and the phosphor plate 14 is exposed from the covering member 13 .
- the frame 11 is made of a thermosetting resin material, for example, and has an opening 20 .
- the frame 11 extends over the entire circumference of the light-emitting device 10 with a width capable of ensuring a predetermined contact area with the lead frame 12 made of plate-like metal.
- FIG. 3 is a top view schematically showing the inside of the light emitting device 10.
- FIG. FIG. 3 does not show the covering member 13 (see FIG. 1) covering the opening 20.
- the upper surface 23 a of the lead 12 a and the upper surface 23 b of the lead 12 b are exposed through the opening 20 of the frame 11 .
- the thermosetting resin of the frame 11 is filled in the slits 39 to enhance the adhesion between the frame 11 and the lead frame 12 .
- FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion along line IV-IV in FIG.
- the upper surface 23a of the lead 12a and the upper surface 23b of the lead 12b are partially exposed in the opening 20.
- the LED 28 and the protective element 41 are mounted on the portion where the upper surface 23 a and the upper surface 23 b are exposed inside the opening 20 .
- the LED 28 is connected to the upper surface 23b of the lead 12b via two bonding wires 43a.
- the protective element 41 is connected to the top surface 23a of the lead 12a via a bonding wire 43b.
- the protection element 41 is, for example, a Zener diode, a varistor, or a capacitor, and prevents overcurrent from flowing through the LED 28 .
- leads 12a and 12b are used as a cathode and an anode, respectively.
- the voltage applied to the leads 12a and 12b is supplied from outside the light emitting device 10.
- FIG. The reason why two bonding wires 43a are provided in parallel is to ensure the amount of power supplied to the LED 28. As shown in FIG. However, the number of bonding wires 43a is not limited to this.
- the bonding wire 43b also connects the top surface 23a and the protection element 41 via bumps on the top surface 23a of the lead 12a and the electrode pads (not shown) on the top surface of the protection element 41, respectively, similar to the bonding wire 43a.
- FIG. 5 is a cross-sectional view along line VV in FIG.
- the opening 20 of the frame 11 has the shape of an inverted truncated quadrangular pyramid with a rectangular bottom. Further, inside the frame 11, an LED 28 is mounted on the lead 12a, and a phosphor plate 14, which is a wavelength converter, is provided on the LED 28. As shown in FIG.
- FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged right half of FIG. Note that the center line Lc of the substrate 15 is shown as an auxiliary line. More specifically, referring to FIG. 6, the LED 28 is placed on the upper surface 23a of the lead 12a with the bonding layer 30 interposed therebetween. The bonding layer 30 is made of a solder material. The phosphor plate 14 is adhered to the upper surface of the LED 28 via a transparent adhesive layer 29 .
- the covering member 13 is filled in the opening 20 to seal the opening 20 .
- the covering member 13 is made of, for example, a silicone resin containing titanium oxide particles of ⁇ 200 nm to 300 nm as a light reflecting material.
- the LED 28 is a light emitting element that emits blue light, for example.
- a part of the blue light emitted upward (+Z direction) from the LED 28 is wavelength-converted into yellow light, for example, when passing through the phosphor plate 14 .
- the emitted light from the light emitting device 10 becomes white, which is a mixture of blue light and yellow light that have passed through the phosphor plate 14 without being wavelength-converted.
- the light emitted from the LED 28 sideways (in the X direction and the Y direction) and incident on the covering member 13 hits the light-reflecting substance contained in the covering member 13 and is reflected.
- the light emitted by the LED 28 is not limited to blue light, but may be light in the visible light band such as red or green, or light outside the visible light band such as ultraviolet light or infrared light. Moreover, on the LED 28, not only the wavelength converter (phosphor plate 14) but also an optical element having translucency may be provided.
- FIG. 7 is a cross-sectional view along line VII-VII in FIG.
- the laminated structure of the lead frame 12 and the through portion 125 will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
- FIG. The lead frame 12 has a laminated structure composed of a plurality of metal plate layers in which a first layer metal plate 121, a second layer metal plate 122 and a third layer metal plate 123 are arranged in order from the top.
- the leads 12a and 12b are structural units composed of an anode electrode and a cathode electrode of the light emitting device 10 obtained by vertically separating the lead frame 12 with the slit 39.
- the laminated structure of the lead frame 12 is also a laminated structure in the thickness direction common to the leads 12a and 12b.
- upper and lower adjacent metal plates are diffusion-bonded or brazed.
- the upper surface of the first layer metal plate 121 constitutes the upper surface 23a of the lead 12a and the upper surface 23b of the lead 12b.
- the lower surface of the third layer metal plate 123 constitutes the lower surface 24a of the lead 12a and the lower surface 24b of the lead 12b.
- the penetrating portion 125 is formed as a hole penetrating the lead frame 12 in the light emitting device 10 . Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the penetrating portion 125 is formed between the upper and lower surfaces of each of the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122, and the third layer metal plate 123. It is a blanked part that is made to penetrate.
- the second layer metal plate 122 has overhanging portions 126 that overhang the edges of the first layer metal plate 121 above it and the third layer metal plate 123 below it toward the through portion 125 .
- the second layer metal plate 122 has a larger amount of protrusion than the first layer metal plate 121 and the third layer metal plate 123 when compared with the amount of protrusion into the through portion 125 .
- the expanded portions 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127a, 127b are formed.
- the resin of the frame 11 is filled in the through portion 125 . Therefore, the resin of the frame 11 filling the expanded portions 127a and 127b of the through portion 125 sandwiches the projecting portion 126 of the second layer metal plate 122 from both sides in the vertical direction.
- the upper surface 23a and the lower surface 24a of the lead 12a are covered with plating films 231, 241.
- the side surfaces of the first layer metal plate 121 , the second layer metal plate 122 and the third layer metal plate 123 are covered with an oxide film 235 .
- the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122 and the third layer metal plate 123 are made of copper (Cu), for example.
- the plated films 231 and 241 have, for example, a two-layer structure (Ni/Au) of a lower layer of nickel (Ni) and an upper layer of gold (Au).
- the oxide film 235 is made of copper oxide, for example.
- the plating films 231 and 241 improve solder adhesion and wettability. On the other hand, the oxide film 235 improves the adhesion between the resin forming the frame body 11 in the through portion 125 and the surface forming the through portion 125 of the lead frame 12 .
- FIG. 7 is a cross-sectional view along line VII-VII in FIG.
- the lead 12b is exposed on the bottom surface of the light emitting device 10 and defines a part of the bottom surface of the light emitting device 10.
- the lead 12b is covered with a frame 11 covering both ends of the side surface and the upper surface 23b.
- Covering member 13 fills opening 20 defined by upper surface 23 b of lead 12 b and inner surface of frame 11 .
- the protective element 41 placed on the upper surface 23b of the lead 12b via a bonding layer (not shown) is covered with the covering member 13 filling the opening 20.
- FIG. 1 is a cross-sectional view along line VII-VII in FIG.
- FIG. 8A is a bottom view of the light emitting device 10.
- FIG. 8B is a side view seen from the direction indicated by arrow VIIIB in FIG. 2
- FIG. 8C is a side view seen from the direction indicated by arrow VIIIC in FIG.
- holes (cut-out portions) provided in the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122, and the third layer metal plate 123 are overlapped and formed.
- the resin of the frame body 11 is filled in the through portions 125 at a total of five locations. Each penetration is defined by edges of leads 12a and/or leads 12b.
- Four of the five penetrating portions 125 extend along each of the four sides of the light emitting device 10 except for the four corner portions of the lead frame 12 .
- the remaining one penetrating portion 125 is a portion where the lead 12a and the lead 12b are opposed to each other, and also serves as a slit 39. As shown in FIG.
- each outer surface of the substrate 15 has a rectangular shape and is composed of the frame 11 and the lead frame 12, and is mostly occupied by the outer surface of the frame 11.
- the leads 12a or 12b of the lead frame 12 are exposed at both ends of the lower side on each outer surface.
- a region sandwiched by the leads 12a or 12b forms a through portion 125, which is filled with the resin of the frame 11. As shown in FIG.
- a pair of second layer metal plates 122 are isolated and exposed in the middle portion of the frame 11 in the vertical direction (the Y direction in FIG. 8C).
- the pair of second layer metal plates 122 isolated and exposed in the intermediate portion one (left side in the drawing) is the end of the portion extending from the lead 12a, and the other (right side in the drawing) is the lead. 12b is the end of the portion extending from 12b.
- FIG. 9A is a top view of the lead frame 12 of the first embodiment
- FIG. 9B is a bottom view of the lead frame 12 of FIG. 9A.
- the lead frame 12 has a three-layer structure consisting of a first layer metal plate 121, a second layer metal plate 122 and a third layer metal plate 123, and has a slit that divides the lead frame into two in the vertical direction (Y direction). 39, and four through portions 125 penetrating through the entire thickness of the lead frame 12. As shown in FIG.
- the slit 39 is sandwiched between the second layer metal plate 122 of the lead 12a and the second layer metal plate 122 of the lead 12b in the vertical direction (Y direction) of the lead frame 12, while being sandwiched in the horizontal direction (X direction). extends over the entire length of the lead frame 12 .
- the opposing edges of the second layer metal plate 122 protruding along the slit 39 reach the vertical peripheral edge of the outer surface of the light emitting device 10 in the horizontal direction of the lead frame 12 .
- the upper surface 23a of the lead 12a and the upper surface 23b of the lead 12b are also the upper surface of the first layer metal plate 121 forming the uppermost layer of the lead frame 12's laminated structure. Areas to be die pads 53 and 54 are set on the upper surfaces 23a and 23b, respectively. An LED 28 and a protective element 41 are mounted on the die pads 53 and 54, respectively.
- FIG. 9C is a cross-sectional view along line IXC-IXC in FIG. 9A
- FIG. 9D is a cross-sectional view along line IXD-IXD in FIG. 9A.
- the left and right side surfaces of the lead 12a are the side surfaces of the through portion 125.
- the protruding portion 126 of the second layer metal plate 122 protrudes toward the through portion 125 from the first layer metal plate 121 and the third layer metal plate 123 above and below, respectively. Thereby, a step is formed in the penetrating portion 125 .
- both left and right side surfaces of the lead 12 a are exposed to the outer side surface of the light emitting device 10 . That is, the side surfaces of the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122 and the third layer metal plate 123 are flush with each other.
- the lead frame 12 preferably has a symmetrical structure with respect to the longitudinal center line.
- FIG. 10A is a top view of the lead frame 12 of Modification 1 of the first embodiment
- FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line XB-XB of FIG. 10A.
- the same structural parts as those of the lead frame 12 in FIG. 9A are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 9A, and descriptions thereof are omitted.
- a feature of the lead frame 12 of Modification 1 of the first embodiment of FIG. 10A is that the leads 12 a have alignment grooves 56 .
- the alignment grooves 56 are formed in the uppermost first layer metal plate 121 in the metal plate laminated structure of the lead frame 12 .
- the LED 28 is mounted on the die pad 53 of the first layer metal plate 121 with the bonding layer 30 interposed therebetween.
- the alignment groove 56 is formed in a rectangular shape outside the die pad 53 along three sides of the four sides of the die pad 53 excluding one side on the slit 39 side, as shown in the drawing.
- the alignment grooves 56 are formed at the same time as the pattern forming process of the copper plate (base plate) that becomes the first layer metal plate 121, which will be described later.
- the alignment groove 56 prevents the solder forming the bonding layer 30 from flowing out of the die pad 53 while it is in a molten state when bonding the LED 28 to the die pad 53, and at the same time, the LED 28 is self-aligned within the area of the die pad 53.
- FIG. 11A is a top view of the lead 12b of the lead frame 12 of Modification 2 of the first embodiment.
- 11B-11E are diagrams showing various cross-sectional structures of the lead 12b viewed from arrow XIB in FIG. 11A.
- 11F is a cross-sectional view showing the lead 12b of FIG. 11B integrally molded with the frame 11, and
- FIG. 11G shows the lead 12b integrally molded with the frame 11 along line XIG-XIG of FIG. 11A. It is a sectional view.
- the lead 12b of the lead frame 12 of Modification 2 has anchor holes 71 (collective term for anchor holes 71a, 71b, and 71c).
- the lead 12b having the anchor hole 71 preferably has a symmetrical structure with respect to the vertical centerline of the lead frame 12. As shown in FIG.
- the anchor holes 71a are circularly formed at two corners of the lead 12b among the four corners of the rectangular lead frame 12. As shown in FIG.
- the anchor holes 71b and 71c are formed along the edges of the bottom (rectangle) of the opening 20 indicated by broken lines in FIG. 11A.
- the anchor hole 71b is formed in a circular shape at the corner of the bottom surface of the opening 20, and the anchor hole 71c is formed as an ellipse extending along the short side (side in the X direction) of the bottom surface. ing.
- a part or all of the anchor holes 71 are embedded in the frame 11 as shown in FIGS. 11E and 11F.
- the resin filling the anchor holes 71 is part of the frame 11 .
- the anchor hole 71 may be circular, oval, elliptical, or polygonal, such as triangular, quadrangular, or pentagonal.
- Each anchor hole 71 increases the contact area between the lead frame 12 and the frame 11, thereby improving the separation resistance of both. Further, since the anchor hole 71 is recessed and the frame 11 is partly protruded, the interlocking structure improves the peel resistance strength structurally.
- the anchor holes 71a in FIGS. 11B and 11C are formed as cylindrical holes. Anchor holes 71 a in FIG. 11B are formed only in the first layer metal plate 121 . Anchor holes 71a in FIG. 11C are formed with a depth of two layers, the first layer metal plate 121 and the second layer metal plate 122 from the upper surface. By making the anchor hole 71 deep, the peeling resistance between the lead frame 12 and the frame 11 can be improved. In addition, by adopting a structure in which the anchor holes are not exposed on the back surface of the lead frame 12 (the bottom surface of the light emitting device 10), it is possible to prevent voids from being introduced into the solder that fixes the light emitting device 10 to the circuit board.
- the anchor hole 71a is formed with a depth penetrating the two layers of the first layer metal plate 121 and the second layer metal plate 122 from the upper surface. .
- the diameter of the circle is larger in the second layer metal plate 122 on the lower side than in the first layer metal plate 121 on the upper side.
- the diameter of the circle of the anchor hole 71a in FIG. 11E is smaller in the lower second layer metal plate 122 than in the upper first layer metal plate 121 .
- the vertical separation resistance between the part of the frame 11 embedding the anchor hole 71 and the lead frame 12 is improved when the hole diameter of the second layer metal plate 122 is larger than the hole diameter of the first layer metal plate 121 .
- the anchor hole 71a in FIGS. 11D and 11E has a small hole diameter, but penetrates the two layers of the first layer metal plate 121 and the second layer metal plate 122 and has a step, so it functions as a through portion. . Also, the number and positions of the anchor holes 71a are not limited to those illustrated. Further, the anchor holes 71b and 71c can also be stepped through holes, like the anchor hole 71a.
- the anchor hole 71 of the lead 12b has been described above, the anchor hole 71 can be similarly provided in the lead 12a. Also, the anchor holes 71 can be provided in the vertical direction (Y direction) of the leads 12a and/or 72b. The anchor holes 71 not only improve the separation resistance between the lead frame 12 and the frame 11, but also improve the mechanical strength against bending or twisting of the substrate 15. FIG. This can prevent cracking of the covering member 13 filling the opening 20 and disconnection of the bonding wires 43a and 43b of the light emitting device 10 and the protective element 41 mounted on the leads 12a and 12b.
- FIG. 12A shows a lead frame 66 (on the right side in the drawing) to which the lead frames 12 to be a plurality of light emitting devices 10 are connected, a first molding metal plate 61 to be the lead frame 66 in a connected state, and a second molding.
- molding metal plate 63 (left side in the figure) from the upper surface is shown.
- only the upper right corners of the lead frame 66 and the formed metal plates 61, 62, 63 are shown in this figure.
- the first molded metal plate 61, the second molded metal plate 62, and the third molded metal plate 63 are members that become the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122, and the third layer metal plate 123, respectively.
- the first molded metal plate 61, the second molded metal plate 62, and the third molded metal plate 63 are referred to as molded metal plates unless otherwise specified.
- the lead frame 66 is composed of a plurality of unitary regions 81 arranged in a lattice and margins 82 surrounding the arranged unitary regions 81 .
- the unitary section 81 corresponds to one lead frame 12 in the light-emitting device 10, and includes three unitary sections 61a, 62a, and 63a of the first molded metal plate 61, the second molded metal plate 62, and the third molded metal plate 63, respectively. It consists of a laminated structure of one unitary compartment.
- Ni/Au nickel (Ni)/gold (Au) are laminated in the order described on one side of a planar copper plate (surface layer forming step). Specifically, one surface of the copper plate was protected with a protective resin, and a Ni/Au layer was laminated on the other surface by electroplating. A single layered plate in which a Ni/Au layer is laminated on a copper plate is used to form the first molded metal plate 61 and the third molded metal plate 63 in the next step.
- the Ni/Au layer can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD (chemical vapor deposition) method, or the like, in addition to the electroplating method.
- the single-sided layered plate and the copper plate are pattern-formed to form a first molded metal plate 61, a second molded metal plate 62 and a third molded metal plate 63 (pattern forming step).
- the single-sided laminated plate is processed into the first molded metal plate 61 and the third molded metal plate 63 by press die-cutting.
- a copper plate is processed into a second shaped metal plate 62 .
- Pattern formation can also be performed by laser cutting, water jet cutting, etching, etc., in addition to press die cutting.
- the through-holes that become the alignment grooves 56 in Modification 1 and/or the through-holes that become the anchor holes 71 in Modification 2 can be formed by processing the corresponding single-layered laminate and/or copper plate in this step. can.
- the molded metal plates 61, 62, and 63 are overlapped and joined to form a lead frame 66 (lead joining step). Specifically, the lower surface (copper exposed surface) of the first molded metal plate 61 is overlaid on the upper surface of the second molded metal plate 62, and the third molded metal plate 63 is placed on the lower surface of the second molded metal plate 62. Overlap so that the upper surfaces (copper exposed surfaces) face each other.
- the lead frame 66 is formed by integrating the first molded metal plate 61, the second molded metal plate 62 and the third molded metal plate 63 by thermal diffusion bonding. In addition to the thermal diffusion bonding method, brazing, ultrasonic bonding, electric welding, or the like can be used to bond the molded metal plates 61, 62, and 63 together.
- the surface where copper is exposed is oxidized (lead oxidation process).
- the lead frame 66 is exposed in a dry air atmosphere at 150 to 200° C. for 30 to 180 minutes to form a copper oxide film on the exposed copper surface of the lead frame 66 .
- Adhesion to the resin material forming the frame 11 is improved by providing a metal oxide film surface on the surface of the copper plate.
- the alignment groove 56 repels the melted solder that forms the bonding layer 30 , solder leakage from the area of the die pad 53 can be prevented. Note that the portion where Ni/Au is laminated on the copper plate is not oxidized because the surface is Au.
- the lower right lead frame 66 in FIG. 12A is prepared.
- the lead frame 66 is composed of a plurality of unitary divisions 81 arranged in a lattice and margins 82 surrounding the lattice arrangement region of the plurality of unitary divisions 81 . It is created by the steps described above.
- horizontal dicing lines 84 and vertical dicing lines 85 that divide the lead frame 66 into unitary divisions 81 are indicated by dashed lines extending in the horizontal direction and the vertical direction, respectively.
- the horizontal dicing lines 84 and the vertical dicing lines 85 do not exist as structures in the actual lead frame 66, but are added to the boundary lines of the unitary divisions 81 as auxiliary lines for convenience of explanation.
- the frame 11 is formed on the lead frame 66 by transfer molding. Specifically, the lead frame 66 is set at a predetermined position on the lower mold, and the upper mold having a concave portion that becomes the frame 11 is placed over and closed. Next, a resin that will form the frame 11 is fed into the gap of the closed mold and cured by heating to form the frame 11 on the lead frame 66 .
- Each frame 11 has an opening 20 that opens upward at the center. Upper surfaces 23 a and 23 b of leads 12 a and 12 b are exposed through opening 20 .
- solder for example, gold-tin solder
- the bonding layer 30 is applied to the die pads 53 and 54 (FIG. 9A) on the upper surface 23a of the frame 11a and the upper surface 23b of the frame 11b exposed in the opening 20.
- the LED 28 and the protective element 41 are placed thereon.
- the solder is melted and solidified by a solder reflow device to join the LED 28 and the protective element 41 together.
- the LEDs 28 are coated with translucent silicone resin as the adhesive layer 29, and the phosphor plate 14 is placed thereon. Subsequently, the phosphor plate 14 is adhered by heating to harden the silicone resin. After that, the LED 28 and the upper surface 23b are connected by a bonding wire 43a, and the protective element 41 and the upper surface 23a are connected by a bonding wire 43b.
- the opening 20 is covered and sealed with the covering member 13 .
- a light-reflective resin in which titanium oxide particles having a particle size of 200 nm to 300 nm are mixed in a silicone resin is poured into the opening 20 to cover the side surfaces of the frame 11 and the phosphor plate 14, and the phosphor plate 14 is Fill so that the top surface is exposed.
- the coating member 13 is formed by heating at 150° C. for 90 minutes to cure the light-reflective resin. In this way, a plurality of light emitting devices 10 are completed in a grid arrangement connected state on the common lead frame 66 .
- FIG. 13A-13E relate to a light emitting device 90.
- FIG. FIG. 13A is a top view schematically showing the top surface of the light emitting device 90.
- FIG. 13B is a bottom view of the light emitting device 90.
- FIG. 13C is a side view when viewed from the direction indicated by XIIIC in FIG. 13A
- FIG. 13D is a side view when viewed from the direction indicated by XIIID in FIG. 13A
- FIG. 13E is XIIIE-XIIIE in FIG. 13A.
- 1 is a cross-sectional view along .
- the light emitting device 90 has a rectangular upper surface shape, and as shown in FIG. The upper surface of the phosphor plate 14 is exposed at the central portion of the member 13 . Further, as shown in FIG. 13B, the bottom surface of the light emitting device 90 has rectangular leads 12a and 12b spaced apart and arranged in the vertical direction (Y direction). embedded with resin.
- the rectangular side surface (the side surface on the short side) of the light emitting device 90 viewed from the XIIIC direction has the lead 12a at the bottom and the frame 11 at the top in layers.
- the rectangular side surface (side surface on the long side) of the light emitting device 90 viewed from the XIIID direction has the leads 12a and 12b at the bottom and the frame 11 at the top in layers. It has a structure in which a certain slit 39 is filled with the resin of the frame 11 .
- FIG. 13E is a cross-sectional view showing a cross section across the lead 12a in the lateral direction (X direction).
- the configuration of the penetrating portion 125 is the same as the configuration of the penetrating portion 125 of FIG. 13E, except that the lead 12a of FIG. 13E is replaced with the lead 12b.
- the penetrating portions 125 other than the slits 39 are formed inside the periphery of the lead frame 12 as holes whose bottom faces the upper surface of the third layer metal plate 123.
- the penetrating portion 125 is formed along the outer periphery of the light emitting device 90 , but the outer peripheral walls of the first layer metal plate 121 and the second layer metal plate 122 are formed on the outer peripheral surface side of the light emitting device 90 . defined by the Department. That is, the through portion 125 of the light emitting device 90 is surrounded by the first layer metal plate 121 and the second layer metal plate 122 all around.
- the penetrating portion 125 does not penetrate the lead 12a in its thickness direction.
- the penetrating portion 125 is formed so as to communicate only with the first layer metal plate 121 and the second layer metal plate 122 . That is, the penetrating portion 125 is closed with the third layer metal plate 123 of the bottom layer.
- the depth of the penetrating portion 125 is limited to the uppermost two layers from the upper surface of the lead frame 12, so that the projecting portion 126 is formed not in the second layer metal plate 122 but in the first layer. It is formed on the metal plate 121 .
- the step in the penetrating portion 125 is formed in the expanded portion 127c under the projecting portion 126 of the first layer metal plate 121. As shown in FIG.
- the frame 11 When the frame 11 tries to move away from the lead frame 12 in the direction perpendicular to the main surface of the lead frame 12, the frame 11 abuts against the upper projecting portion 126 at the step and is prevented from moving. As a result, in the light-emitting device 90 as well, the adhesion between the frame 11 and the lead frame 12 is improved as in the light-emitting device 10 of the first embodiment.
- the lead frame 12 is formed from a common laminated structure including the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122 and the third layer metal plate 123 which are arranged continuously from the top. It has a plurality of leads 12a, 12b connected to each other.
- a penetrating portion 125 that penetrates at least two layers from the upper surface of the laminated structure is formed (eg, FIG. 13E), and the first layer metal plate 121 and the second layer metal plate 122 A step is formed by protruding with different protruding amounts with respect to the portion 125 .
- the through portion 125 is filled with the resin of the frame 11 (eg, FIGS. 5 and 13E).
- the frame 11 abuts on the step of the through portion 125, thereby preventing the frame 11 from moving in the separation direction. adhesion is improved. Furthermore, as a result, peeling of the metal of the frame 11 and the lead frame 12 is prevented, and a structure in which connection failures of the bonding wires 43a and 43b are less likely to occur due to strong vibrations during dicing can be achieved.
- the projecting portions 126 are formed on the second layer metal plate 122 (eg, FIG. 5) and the first layer metal plate 121 (eg, FIG. 13E), respectively.
- the space for forming the through portion can be saved by the slit 39 also serving as the through portion.
- the leads 12 a and 12 b have a three-layer laminated structure of a first layer metal plate 121 , a second layer metal plate 122 and a third layer metal plate 123 .
- the number of steps formed by projecting portion 126 is increased, and the adhesion between frame 11 and lead frame 12 can be further improved.
- the first embodiment, the modified example of the first embodiment, and the second embodiment have been described above. can do.
- the modified example of the first embodiment can also be applied to the second embodiment.
- an LED 28 is used as the semiconductor light emitting element.
- the light-emitting element of the present invention is not limited to the LED 28, and other light-emitting elements such as a vertical cavity laser light-emitting element (eg, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) can also be selected.
- a vertical cavity laser light-emitting element eg, Vertical Cavity Surface Emitting Laser
- the light emitting devices 10, 90 of the embodiment have two leads 12a, 12b.
- the light emitting device of the present invention may have three or more leads.
- the number of leads can be three or more.
- the opening 20 has the shape of an inverted truncated square pyramid, but is not limited to this.
- the opening 20 may have a shape such as a truncated cone (including a long truncated cone), a prismatic shape, or a cylindrical shape.
- the structure of the stepped penetration portion by the lead frame of the laminated structure in the lead frame of the present invention can be applied to EMC (Electromagnetic Compatibility) packages in general.
- EMC Electromagnetic Compatibility
- the amount of protrusion to the penetrating portion 125 is maximized (Fig. 6).
- the second layer metal plate 122 of the three layers can be the least overhanging amount.
- the amounts of projection of the first layer metal plate 121 and the third layer metal plate 123 are equal to each other, but they may be different. That is, the amounts of projection of the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122, and the third layer metal plate 123 with respect to the through portion 125 of the light emitting device 10 can all be made different.
- making the thickness (Z direction) of the first layer metal plate 121, the second layer metal plate 122, and the third layer metal plate 123 equal contributes to the simplicity and cost of manufacture. It is preferable in view of However, the metal plates 121, 122, 123 may have different thicknesses.
- the thickness of the first layer metal plate 121 is preferably made thinner than the other second and third layer metal plates 122 and 123 .
- the volume of the resin filled below the overhanging portion 126 of the penetrating portion 125 can be increased, so that the peel resistance strength between the lead frames 12 and 66 and the frame 11 can be improved.
- the thicknesses of the metal plates 121, 122, and 123 can be appropriately adjusted according to the structure of the through portion 125. FIG.
- the adhesion between the resin frame and the metal lead frame is excellent, and as a result, separation between the resin of the frame and the lead frame is prevented.
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Abstract
発光装置10は、リードフレーム12と、開口部20を有しリードフレーム12との一体成形により形成されている枠体11と、リードフレーム12のリード12a,12bに接続されて開口部20内に配設されているLED28とを備える。リードフレーム12は、上側の第2層金属板122と下側の第3層金属板123とを含む積層構造を有し、貫通部125が積層構造を上下方向に貫通している。第2層金属板122は、第3層金属板123より貫通部125内に張り出して、段差を形成する。貫通部125内には、枠体11の樹脂が充填されている。
Description
本発明は、発光装置及び当該発光装置に用いられるリードフレーム、特に発光ダイオード(LED)などの半導体発光素子を有する発光装置及び当該発光装置に用いられるリードフレームに関する。
従来、インサート成形によって樹脂体をリードフレームに設け、ダイサーで切断して形成される発光装置が知られている。
例えば、特許文献1には、切り欠き部を設けたリードフレームに枠状の樹脂成形体を形成し、切り欠き部に沿って樹脂成形体とリードフレームとを切断して発光装置を形成する方法が開示されている。
また、特許文献2には、発光素子を載置するための第1のリードと、当該第1のリードに電気的に接続されている第2のリードとを一体成形してなる枠状の第1の樹脂成形体と、発光素子を被覆しつつ下側において第1のリードと第2のリードとに接合する第2の樹脂成形体とを有する表面実装型発光装置が開示されている。この表面実装型発光装置の第1の樹脂成形体と第2の樹脂成形体とは、共に、熱硬化性樹脂となっている。
特許文献1の発光装置は、樹脂成形体の樹脂が、リードフレームの切欠き部内に充填されることにより、樹脂成形体とリードフレームとの密着性が高まる。しかしながら、樹脂と切欠き部との接触面の高さは、せいぜいリードフレームの厚さであり、接触面積の増大は限定的である。
特許文献2の表面実装型発光装置では、第2の樹脂成形体とリードフレームとの密着性が向上し、それに伴い、第2の樹脂形成体に熱硬化性樹脂同士で密着している第1の樹脂形成体が、第2の樹脂形成体を介してリードフレームとの密着性が高められている可能性がある。
しかしながら、従来技術においては、樹脂成形体とリードフレームとの密着性について十分な改善の余地がある。
本発明は、上記した観点に鑑みてなされたもので、樹脂製の枠体と金属製のリードフレームとの密着性に優れ、その結果として、枠体の樹脂とリードフレームとの剥離が防止されるとともに、断線不良等が生じ難い構造を有する発光装置及び当該発光装置に用いられるリードフレームを提供することを目的とする。
本発明の発光装置は、
少なくとも2層が積層された共通の積層構造から形成された複数のリードを有し、前記複数のリードは、前記積層構造の上層から少なくとも2層を貫通する貫通部を有し、前記貫通部を有する2層のうち上側層と下側層とは前記貫通部に対して異なる張出し量で張り出して段差を形成しているリードフレームと、
前記複数のリードを露出する開口部を有し、前記貫通部に充填されるとともに、前記リードフレームの上部において前記開口部を囲うように設けられた樹脂製の枠体と、
前記開口部内に載置され、前記複数のリードに接続された発光素子と、
を有する。
少なくとも2層が積層された共通の積層構造から形成された複数のリードを有し、前記複数のリードは、前記積層構造の上層から少なくとも2層を貫通する貫通部を有し、前記貫通部を有する2層のうち上側層と下側層とは前記貫通部に対して異なる張出し量で張り出して段差を形成しているリードフレームと、
前記複数のリードを露出する開口部を有し、前記貫通部に充填されるとともに、前記リードフレームの上部において前記開口部を囲うように設けられた樹脂製の枠体と、
前記開口部内に載置され、前記複数のリードに接続された発光素子と、
を有する。
本発明のリードフレームは、
少なくとも2層が積層された共通の積層構造から形成された複数のリードを有し、
前記複数のリードは、前記積層構造の上層から少なくとも2層を貫通する貫通部を有し、
前記貫通部を有する2層のうち上側層と下側層とは前記貫通部に対して異なる張出し量で張り出して段差を形成している。
少なくとも2層が積層された共通の積層構造から形成された複数のリードを有し、
前記複数のリードは、前記積層構造の上層から少なくとも2層を貫通する貫通部を有し、
前記貫通部を有する2層のうち上側層と下側層とは前記貫通部に対して異なる張出し量で張り出して段差を形成している。
以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態による発光装置10を模式的に示す斜視図、図2は、発光装置10の上面を示す図である。なお、複数の図間で対応方向を示す便宜のために、3軸座標系を付記している。Z方向は、発光装置10の上下方向に対応し、X方向及びY方向は、それぞれ発光装置10の横方向及び縦方向に対応している。
図1は、本発明の第1の実施形態による発光装置10を模式的に示す斜視図、図2は、発光装置10の上面を示す図である。なお、複数の図間で対応方向を示す便宜のために、3軸座標系を付記している。Z方向は、発光装置10の上下方向に対応し、X方向及びY方向は、それぞれ発光装置10の横方向及び縦方向に対応している。
図1において、発光装置10は、上側の矩形形状の枠体11と下側のリードフレーム12とからなる基板15を有している。本実施形態の発光装置10においては、基板15は外周が直方体形状を有している。リードフレーム12は、離間したリード12aとリード12bとを有している。
図1及び図2に示すように、枠体11の内側には被覆部材13が設けられ、被覆部材13から蛍光体板14が露出している。枠体11は、例えば熱硬化性樹脂の材料からなり、開口部20を有している。枠体11は、板状金属からなるリードフレーム12との所定の密着面積を確保可能とする幅で発光装置10の全周にわたって延在している。
図3は、発光装置10の内部を模式的に示す上面図である。図3には、開口部20を被覆している被覆部材13(図1参照)は、図示されていない。リード12aの上面23a及びリード12bの上面23bは、枠体11の開口部20に露出している。枠体11の熱硬化性樹脂は、スリット39内に充填され、枠体11とリードフレーム12との密着性を高めている。
図4は、図3の線分IV―IVに沿った部分の断面図である。図3及び図4に示すように、開口部20には、リード12aの上面23a及びリード12bの上面23bが部分的に露出している。LED28及び保護素子41は、上面23a及び上面23bが開口部20内に露出している部分に載置されている。LED28は、2本のボンディングワイヤ43aを介してリード12bの上面23bに接続されている。保護素子41は、ボンディングワイヤ43bを介してリード12aの上面23aに接続されている。保護素子41は、例えばツェナーダイオード、バリスタ、又はコンデンサからなり、LED28に過電流が流れるのを防止する。
この実施形態では、リード12a,12bは、それぞれ陰極(カソード)及び陽極(アノード)として使用されている。リード12a,12bへの印加電圧は、発光装置10の外から供給される。ボンディングワイヤ43aを並列に2本にしているのは、LED28への給電量を確保するためである。しかしながら、ボンディングワイヤ43aの本数はこれに限定されない。
ボンディングワイヤ43bも、ボンディングワイヤ43aと同様に、リード12aの上面23aと保護素子41の上面の電極パッド(図示せず)とのそれぞれにおけるバンプを介して上面23aと保護素子41とを接続している。
図5は、図2のV-V線に沿った断面図である。枠体11の開口部20は、底面が矩形である倒立型の四角錐台の形状を有している。また、枠体11の内部において、リード12a上にはLED28が実装され、LED28上には、波長変換体である蛍光体板14が設けられている。
図6は、図5の右側半部を拡大して示す拡大断面図である。なお、基板15の中心線Lcを補助線として示している。図6を参照してより詳細に説明すると、LED28は、リード12aの上面23a上に接合層30を介して載置されている。接合層30は、半田材料からなる。蛍光体板14は、透明な接着層29を介してLED28の上面に接着されている。
被覆部材13は、開口部20に充填されて、開口部20を封止している。被覆部材13は、例えば光反射性物質としてのφ200nm~300nmの酸化チタン粒子を含むシリコーン樹脂からなる。
LED28は、例えば青色の光を出射する発光素子である。LED28から上方(+Z方向)に出射された青色の光の一部は、蛍光体板14を通過する際に、例えば黄色の光に波長変換される。この結果、発光装置10からの出射光は、蛍光体板14により波長変換されずに透過した青色の光と黄色の光との混色である白色となる。
LED28から側方(X方向及びY方向)に出射され、被覆部材13に入射された光は、被覆部材13に含まれる光反射性物質に当たって、反射される。
LED28の発光は、青色光に限らず、赤色、緑色等の可視光帯域の光、紫外光、赤外光等の可視光帯域外の光であってもよい。また、LED28上には、波長変換体(蛍光体板14)に限らず、透光性を有する光学素子が設けられていてもよい。
図7は、図3のVII-VII線に沿った断面図である。図5-図7を参照して、リードフレーム12の積層構造及び貫通部125について説明する。リードフレーム12は、上から順番に第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123を並べた複数の金属板層からなる積層構造を有している。なお、リード12a,12bは、リードフレーム12をスリット39で縦方向に分離した発光装置10の陽極電極と陰極電極とからなる構造単位である。対して、リードフレーム12の積層構造は、リード12a,12bに共通の厚さ方向の積層構造でもある。
リードフレーム12の積層構造において、上下の隣接金属板同士は、拡散接合されているか、又はろう付けされている。第1層金属板121の上面は、リード12aの上面23a及びリード12bの上面23bを構成している。第3層金属板123の下面は、リード12aの下面24a及びリード12bの下面24bを構成している。
一方、貫通部125は、発光装置10において、リードフレーム12を貫通する孔部として形成されている。具体的には、貫通部125は、図5及び図6に示すように、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の各々の金属板の上面と下面を貫通させた板抜き部である。
第2層金属板122は、それより上側の第1層金属板121及び下側の第3層金属板123の縁より貫通部125の方へ張り出している張出し部126を有している。貫通部125内への張出量で対比すると、第2層金属板122は、第1層金属板121及び第3層金属板123より大きな張出量を有している。
この結果、貫通部125において、第2層金属板122の張出し部126に対して第1層金属板121の側と下側層の第3層金属板123の側には、拡開部127a,127bが形成されている。枠体11の樹脂は、貫通部125内に充填されている。したがって、貫通部125の拡開部127a,127bに充填されている枠体11の樹脂は、第2層金属板122の張出し部126を上下方向の両側から挟み込んでいる。
図6の拡大図において、リード12aの上面23a及び下面24aは、メッキ膜231,241により被覆されている。貫通部125内において、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の側面は酸化膜235によって被覆されている。
この発光装置10では、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123は、例えば銅(Cu)からなる。メッキ膜231,241は、例えば、下層のニッケル(Ni)と上層の金(Au)との2層構造(Ni/Au)になっている。酸化膜235は、例えば酸化銅からなる。メッキ膜231,241は、半田の付着性と濡れ性を向上する。対して、酸化膜235は、貫通部125内における枠体11となる樹脂と、リードフレーム12の貫通部125を構成する面との密着性を向上する。
図7は、図3のVII-VII線に沿った断面図である。図7の断面図において、リード12bは発光装置10の下面に露出して当該発光装置10の底面の一部を画定している。また、リード12bは側面及び上面23bの両端部を覆う枠体11で覆われている。リード12bの上面23bと枠体11の内側面で画定された開口部20を被覆部材13が埋設している。また、リード12bの上面23b上に接合層(図示せず)を介して載置されている保護素子41は、開口部20を埋設している被覆部材13に覆われている。
図8Aは、発光装置10の下面図である。また、図8Bは、図2の矢印VIIIBで示す方向から見たときの側面図、図8Cは、図2の矢印VIIICで示す方向から見たときの側面図である。
図8Aの下面図において、リードフレーム12の下面には、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123に設けられた孔部(板抜き部)が重なって形成された計5個所の貫通部125に枠体11の樹脂が充填されている。各貫通部は、リード12a及び/又はリード12bの縁部により画成されている。5個所のうちの4個所の貫通部125は、リードフレーム12の4隅の部分を除いて、発光装置10の4辺の各々に沿って延在している。残りの1個所の貫通部125は、リード12aとリード12bとが対向して離間した部分であり、スリット39を兼ねている。
図8B及び図8Cにおいて、基板15の各外側面は、矩形状であり、枠体11とリードフレーム12とからなり、大半が枠体11の外側面により占められている。リードフレーム12のリード12a又はリード12bは、各外側面において下辺部の両端部に露出している。当該各外側面において、リード12a又はリード12bにより挟まれている領域は、貫通部125を形成しており、枠体11の樹脂が充填されている。
図8Cにおいて、1対の第2層金属板122が、枠体11の縦方向(図8Cの図中Y方向)の中間部に孤立して露出している。当該中間部に孤立して露出している1対の第2層金属板122は、一方(図中左側)がリード12aから延在した部分の端部であり、他方(図中右側)がリード12bから延在した部分の端部である。
次に、リードフレーム12の詳細な構造について説明する。図9Aは、第1の実施形態のリードフレーム12の上面図、図9Bは、図9Aのリードフレーム12の下面図である。
リードフレーム12は、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の3層構造となっており、縦方向(Y方向)にリードフレームを2つに分割するスリット39、及びリードフレーム12の厚さ方向の全体にわたり貫通している4つの貫通部125を有している。
図9Aにおいて、スリット39は、リードフレーム12の縦方向(Y方向)にリード12aの第2層金属板122とリード12bの第2層金属板122とに挟まれつつ、横方向(X方向)にリードフレーム12の全長にわたり延在している。そして、スリット39に沿って張り出している第2層金属板122の対向した縁は、リードフレーム12の横方向において発光装置10の外側面の縦方向の周縁に達している。この結果、前述の図8Cにおいてスリット39を両側から挟んでいる1対の第2層金属板122は、発光装置10の縦方向の側面に露出している。
リード12aの上面23a及びリード12bの上面23bは、リードフレーム12の積層構造の最上層を構成する第1層金属板121の上面でもある。上面23a,23bには、それぞれダイパッド53,54となる領域が設定されている。ダイパッド53,54には、それぞれLED28及び保護素子41が載置されている。
図9Cは、図9AのIXC-IXC線に沿った断面図、図9Dは、図9AのIXD-IXD線に沿った断面図である。
図9C及び図9Aにおいて、リード12aの左右両側面は、貫通部125の側面である。第2層金属板122の張出し部126は、それよりそれぞれ上側及び下側の第1層金属板121及び第3層金属板123より貫通部125の方へ張り出している。これにより、貫通部125には、段差が形成されている。
一方、図9Dにおいて、リード12aの左右両側面は、発光装置10の外側面に露出する。すなわち、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の側面が面一に揃えられている。
なお、リードフレーム12は、縦方向の中心線に対して左右対称の構造を有していることが好ましい。
次に第1の実施形態の変形例について説明する。各種変形例において、第1の実施形態と同様な部分についての説明は省略し、差異についてのみ説明する。
まず、変形例1について説明する。図10Aは、第1の実施形態の変形例1のリードフレーム12の上面図、図10Bは、図10AのXB-XB線に沿った断面図である。図9Aのリードフレーム12と同一の構造部分には、図9Aで付けた参照符と同一の参照符を付して、説明は省略する。
図10Aの第1の実施形態の変形例1のリードフレーム12の特徴は、リード12aが、アライメント溝56を有していることである。なお、図10Bから分かるように、アライメント溝56は、リードフレーム12の金属板積層構造において最上層の第1層金属板121に形成されている。
第1層金属板121のダイパッド53には、LED28が接合層30を介して載置されている。アライメント溝56は、図示のように、ダイパッド53の4辺のうちスリット39側の1辺を除く3辺に沿ってダイパッド53の外側に矩形に形成されている。アライメント溝56は、後述する第1層金属板121となる銅板(素板)のパターン形成工程の際に同時に形成する。
アライメント溝56は、LED28をダイパッド53に接合する際において、接合層30となる半田が溶融状態の間にダイパッド53から流出することを防ぎ、同時にLED28がダイパッド53の領域内でセルフアライメントされることを可能にする。
次に第1の実施形態の変形例2について説明する。図11Aは、第1の実施形態の変形例2のリードフレーム12のリード12bの上面図である。図11B-図11Eは、図11AのXIB矢視のリード12bの種々の断面構造を示す図である。図11Fは、図11Bのリード12bを枠体11との一体成形状態で示す断面図、図11Gは、リード12bを図11AのXIG-XIG線に沿って枠体11との一体成形状態で示す断面図である。
変形例2のリードフレーム12のリード12bは、アンカー孔71(アンカー孔71a,71b,71cの総称)を有している。アンカー孔71を有するリード12bは、リードフレーム12の縦方向の中心線に対して左右対称の構造を有していることが好ましい。
アンカー孔71aは、矩形のリードフレーム12の4隅のうちリード12bに存在する2つの隅に円形に形成されている。アンカー孔71b,71cは、図11Aの破線で示す開口部20の底面(矩形)の縁に沿って形成されている。詳細には、アンカー孔71bは、開口部20の底面の角部に円形状に形成され、アンカー孔71cは、底面の短辺(X方向の辺)に沿って延在する長円として形成されている。
アンカー孔71の一部又は全部は、図11E及び図11Fに示すように、枠体11に埋設されている。言い換えれば、アンカー孔71を埋設する樹脂は枠体11の一部である。また、アンカー孔71は、円形、長円形、楕円などの円形状、また三角形、四角形、五角形などの多角形とすることもできる。各アンカー孔71は、リードフレーム12と枠体11との接触面積を増すことで双方の耐剥離性を向上する。また、アンカー孔71が凹状、枠体11の一部が凸状となる噛み合わせ構造となることから構造的に耐剥離強度が向上する。
図11B及び図11Cのアンカー孔71aは、円柱孔として形成されている。図11Bのアンカー孔71aは、第1層金属板121のみに形成されている。図11Cのアンカー孔71aは、上面から第1層金属板121と第2層金属板122との2層の深さで形成されている。アンカー孔71は深くすることでリードフレーム12と枠体11の耐剥離性を向上することができる。また、リードフレーム12の裏面(発光装置10の下面)にアンカー孔が露出しない構造とすることで、発光装置10を回路基板に固定する半田内にボイドが導入されることを防止できる。
図11D及び図11Eのアンカー孔71aは、図11Cのアンカー孔71aと同様に、上面から第1層金属板121と第2層金属板122との2層を貫通する深さで形成されている。
図11Dのアンカー孔71aは、円の直径が上側の第1層金属板121より下側の第2層金属板122において大きい。図11Eのアンカー孔71aは、円の直径が、逆に、上側の第1層金属板121より下側の第2層金属板122において小さい。アンカー孔71を埋設する枠体11の一部とリードフレーム12の上下方向の耐剥離性は、第2層金属板122の孔径が、第1層金属板121の孔径より大きい方が向上する。
図11D及び図11Eのアンカー孔71aは、孔径は小さいものの、第1層金属板121と第2層金属板122との2層を貫通しかつ段差を有しているので、貫通部として機能する。また、アンカー孔71aの個数及び位置は、図示のものに限定されない。さらに、アンカー孔71b,71cも、アンカー孔71aと同様に、段差付きの貫通孔とすることができる。
上述では、リード12bのアンカー孔71について説明したが、アンカー孔71はリード12aにも同様に設けることができる。また、アンカー孔71はリード12a及び/又は72bの縦方向(Y方向)に設けることもできる。アンカー孔71はリードフレーム12と枠体11との耐剥離性を向上するだけでなく、基板15の撓み又はねじりなどに対する機械的強度も向上する。これにより、開口部20を埋設する被覆部材13の割れ、リード12a及びリード12bに載置された発光装置10及び保護素子41のボンディングワイヤ43a及び43bの断線を防止できる。
(製造方法)
製造方法については、初めに第1の実施形態に用いるリードフレームの製造方法について説明し、次いで第1の実施形態の発光装置10の製造方法について説明する。なお、製造の過程においては発光装置10が複数繋がった状態で製造される例で説明する。
製造方法については、初めに第1の実施形態に用いるリードフレームの製造方法について説明し、次いで第1の実施形態の発光装置10の製造方法について説明する。なお、製造の過程においては発光装置10が複数繋がった状態で製造される例で説明する。
(リードフレームの製造方法)
図12Aは、複数の発光装置10となるリードフレーム12が繋がっている状態のリードフレーム66(図中、右側)と、繋がった状態のリードフレーム66となる第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63(図中左側)を上面から見た模式図を示している。また、本図では、リードフレーム66及び成形金属板61,62,63は、各々の右上隅のみ図示している。なお、第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63は、それぞれ第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123となる部材である。以下、第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63を特別に区別しない場合は成形金属板と記載する。
図12Aは、複数の発光装置10となるリードフレーム12が繋がっている状態のリードフレーム66(図中、右側)と、繋がった状態のリードフレーム66となる第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63(図中左側)を上面から見た模式図を示している。また、本図では、リードフレーム66及び成形金属板61,62,63は、各々の右上隅のみ図示している。なお、第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63は、それぞれ第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123となる部材である。以下、第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63を特別に区別しない場合は成形金属板と記載する。
リードフレーム66は、格子状に配列された複数の単位区画81と、これら配列された複数の単位区画81の周囲を囲うマージン82とからなる。単位区画81は、発光装置10における1つのリードフレーム12に対応し、第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63のそれぞれの単位区画61a,62a,63aの3つの単位区画の積層構造からなる。
まず、平面状の銅板の片面にニッケル(Ni)/金(Au)を記載順に積層する(表面層形成工程)。具体的には、銅板の一方の面を保護樹脂で保護し、他方の面に電解メッキ法によってNi/Au層を積層した。銅板にNi/Au層を積層した片面積層板は、次工程において、第1成形金属板61、第3成形金属板63を形成するのに用いる。Ni/Au層は、電解メッキ法以外に蒸着法、スパッタ法、CVD(chemical vapor deposition)法などで形成することができる。
次に、片面積層板と銅板とにパターン成形加工をして第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63を形成する(パターン形成工程)。具体的には、プレス型抜き加工によって、片面積層板を第1成形金属板61、第3成形金属板63に加工する。同様に、銅板を第2成形金属板62に加工する。パターン形成は、プレス型抜き加工以外にレーザ切断加工、ウォータージェット切断加工、エッチング加工などで行うこともできる。
なお、変形例1のアライメント溝56となる貫通孔、又は/及び変形例2のアンカー孔71となる貫通孔は、本工程において対応する片面積層板又は/及び銅板を加工して形成することができる。
次に、各成形金属板61、62、63をリードフレーム66となるように重ねて接合する(リード接合工程)。具体的には、第2成形金属板62の上面に第1成形金属板61の下面(銅露出面)が対向するように重ね、第2成形金属板62の下面に第3成形金属板63の上面(銅露出面)が対向するように重ねる。次に、熱拡散接合法によって、第1成形金属板61、第2成形金属板62及び第3成形金属板63を一体化してリードフレーム66を形成する。成形金属板61、62、63の接合には、熱拡散接合法以外にロウ付け法、超音波接合法、電気溶接法などを用いることもできる。
最後に、リードフレーム66の貫通部125の内面などの銅が露出面する表面を酸化処理する(リード酸化工程)。具体的には、リードフレーム66をドライ空気雰囲気下で150~200℃、30~180分暴露して、リードフレーム66の銅露出面に銅酸化膜を形成する。枠体11となる樹脂材料との接着力は、銅板の表面に金属酸化膜面を設けることで向上する。また、アライメント溝56においては、接合層30となる半田の融液を弾くのでダイパッド53の領域からの半田漏れを防止できる。なお、銅板にNi/Auを積層した部分は、表面がAuであるので、酸化されることはない。
(発光装置の製造方法)
次に発光装置10の製造方法について説明する。図12A-図12Dは、発光装置10の製造方法の工程順に示している。
次に発光装置10の製造方法について説明する。図12A-図12Dは、発光装置10の製造方法の工程順に示している。
STEP1では、図12Aの右下のリードフレーム66が用意される。リードフレーム66は、格子状に配列された複数の単位区画81と、これら複数の単位区画81の格子配列領域の周囲を囲うマージン82とからなる。前述の工程により作成される。
以下のSTEP2-STEP4を示す図12B-図12Dにおいて、リードフレーム66を単位区画81に区画する横ダイシング線84及び縦ダイシング線85がそれぞれ横方向及び縦方向に延在して破線で記載されている。横ダイシング線84及び縦ダイシング線85は、実際のリードフレーム66に構造として存在しているものではなく、説明の便宜上、単位区画81の境界線を補助線として付加したものである。
図12BのSTEP2では、枠体11を、トランスファモールド法によりリードフレーム66の上に形成する。具体的には、下型にリードフレーム66を所定に位置にセットし、枠体11となる凹部を備えた上型を被せて閉じる。次いで、枠体11となる樹脂を閉じた型の隙間に送液し、加熱硬化してリードフレーム66に枠体11を形成する。各枠体11は、中央部に上方に開口する開口部20を有する。リード12a,12bの上面23a,23bは、開口部20に露出している。
図12BのSTEP2では、さらに、開口部20に露出している枠体11aの上面23a及び枠体11bの上面23bのダイパッド53,54(図9A)に接合層30となる半田(例えば金錫半田)を塗布し、その上にLED28及び保護素子41を載置する。続いて、半田リフロー装置で半田を溶融固化してLED28と保護素子41を接合する。
次に、LED28の上に接着層29となる透光性のシリコーン樹脂を塗布し、その上に蛍光体板14が載置される。続いて、加熱してシリコーン樹脂を硬化して蛍光体板14を接着する。その後、LED28と上面23bとがボンディングワイヤ43aにより接続され、保護素子41と上面23aとがボンディングワイヤ43bにより接続される。
図12CのSTEP3では、開口部20を被覆部材13により被覆、封止する。具体的には、シリコーン樹脂に粒径200nm~300nmの酸化チタン粒子が混入された光反射性の樹脂を開口部20へ、枠体11及び蛍光体板14の側面を覆い、蛍光体板14の上面が露出されるように充填する。続いて、150℃で90分加熱して光反射性の樹脂を硬化して被覆部材13を形成する。こうして、複数の発光装置10が共通のリードフレーム66において格子配列の連結状態で完成する。
図12DのSTEP4では、STEP3の複数の発光装置10の格子配列に対して横ダイシング線64及び縦ダイシング線65に沿ってダイシングブレード68によりダイシングを行う。これにより、個々の発光装置10が、完成する。
[第2実施形態]
次に、第2の実施形態について説明する。図13A-図13Eは、発光装置90に関するものである。図13Aは、発光装置90の上面を模式的に示す上面図である。図13Bは、発光装置90の下面図である。さらに、図13Cは、図13AのXIIICで示す方向から見たときの側面図、図13Dは、図13AのXIIIDで示す方向から見たときの側面図、図13Eは、図13AのXIIIE-XIIIEに沿った断面図である。
次に、第2の実施形態について説明する。図13A-図13Eは、発光装置90に関するものである。図13Aは、発光装置90の上面を模式的に示す上面図である。図13Bは、発光装置90の下面図である。さらに、図13Cは、図13AのXIIICで示す方向から見たときの側面図、図13Dは、図13AのXIIIDで示す方向から見たときの側面図、図13Eは、図13AのXIIIE-XIIIEに沿った断面図である。
発光装置90の上面形状は矩形状をしており、図13Aに示すように、外形周囲に枠体11が配置され、枠体11の開口部20を被覆部材13が埋設しており、当該被覆部材13の中央部に蛍光体板14の上面が露出している。また、発光装置90の底面は、図13Bに示すように、離間した矩形のリード12aとリード12bが縦方向(Y方向)に配置され、離間したリード12aと12のスリット39に枠体11の樹脂が埋設されている。
XIIIC方向から見た発光装置90の矩形状の側面(短辺側の側面)は、図13Cに示すように、下部にリード12a、上部に枠体11が層状に配置されている。XIIID方向から見た発光装置90の矩形状の側面(長辺側の側面)は、下部にリード12aと12bが、上部に枠体11が層状に配置され、リード12aとリード12bの離間部であるスリット39に枠体11の樹脂が充填された構造となっている。
次に、図13Eの断面図を参照して、発光装置90における貫通部125の構成を詳説する。なお、図13Eは、リード12aを横方向(X方向)に横切る断面を示す断面図である。なお、リード12bを横切る断面においては、図13Eのリード12aがリード12bに置き換えられるだけで、貫通部125の構成は、図13Eの貫通部125の構成と同一である。
発光装置90においては、図13Eに示すように、スリット39以外の貫通部125は、リードフレーム12の周縁の内側に、第3層金属板123の上面を底面とする孔として形成されている。
すなわち、発光装置90において、貫通部125は、発光装置90の外周に沿って形成されているものの、発光装置90の外周面側において第1層金属板121及び第2層金属板122の外周壁部により画成されている。すなわち、発光装置90の貫通部125は、全周を第1層金属板121及び第2層金属板122により包囲されている。
即ち、発光装置90では、貫通部125は、リード12aを、その厚さ方向にわたり貫通していない。言い換えれば、貫通部125は、第1層金属板121及び第2層金属板122の2層にのみに連通して形成されているだけである。すなわち、貫通部125は、最下層の第3層金属板123で塞がれている。
また、発光装置90では、貫通部125の深さを、リードフレーム12の上面から最上層の2層に留めたことに伴い、張出し部126は、第2層金属板122ではなく、第1層金属板121に形成されている。これにより、貫通部125内の段差は、第1層金属板121の張出し部126の下の拡開部127cに形成されている。
枠体11がリードフレーム12に対してリードフレーム12の主面に対して垂直方向に離反しようとするとき、段差において枠体11が上側の張出し部126に当接して、移動が阻止される。これにより、発光装置90においても、第1実施形態の発光装置10と同様に、枠体11とリードフレーム12との密着性が向上する。
第1の実施形態及び第2の実施形態においては、その構造によって次のような効果も奏する。
発光装置10,90では、リードフレーム12が、上から順に連続して配列されている第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123を含む共通の積層構造から形成された複数のリード12a,12bを有している。この積層構造には、当該積層構造の上面から少なくとも上から2層を貫通する貫通部125が形成され(例:図13E)、第1層金属板121と第2層金属板122とは、貫通部125に対して異なる張出し量で張り出して、段差を形成している。そして、枠体11の樹脂が貫通部125に充填されている(例:図5及び図13E)。
これにより、枠体11とリードフレーム12とを離反させる離反力に対し、枠体11が貫通部125の段差に当接することにより離反方向の移動が阻まれるので、枠体11とリードフレーム12との密着性が改善される。さらに、その結果として、枠体11とリードフレーム12の金属との剥離が防止されるとともに、ダイシング時の強い振動に対してボンディングワイヤ43a,43bの接続不良の生じ難い構造とすることができる。
発光装置10,90では、張出し部126がそれぞれ第2層金属板122(例:図5)及び第1層金属板121(例:図13E)に形成されている。これにより、枠体11がリードフレーム12に対して離反しようとする移動に対し、枠体11が段差に当たって、移動が阻まれ、離反を有効に防止することができる。
発光装置10、90は、スリット39が貫通部を兼ねることにより、貫通部の形成スペースを節約することができる。
発光装置10では、リード12a,12bが、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の3層の積層構造を備える。これにより、張出し部126によって形成される段差の個数が増加し、枠体11とリードフレーム12との密着性を一層、改善することができる。
以上、第1の実施形態、第1の実施形態の変形例、第2の実施形態について説明してきたが、本発明の主旨の範囲において、各部の形状変更、材料の変更、寸法の変更などをすることができる。例えば、第1の実施形態の変形例を第2の実施形態に適用することもできる。
実施形態では、半導体発光素子としてLED28が用いられている。本発明の発光素子は、LED28に限定することなく、その他の発光素子、例えば垂直共振器型レーザ発光素子(例:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)を選択することもできる。
実施形態の発光装置10、90は、2つのリード12a,12bを有している。本発明の発光装置は、3以上のリードを有していてもよい。例えば、発光装置10,90が複数の発光素子を備えるときには、リードの個数が3以上とすることもできる。
実施形態の発光装置10,90では、開口部20は、倒立四角錐台の形状を有しているが、これに限定されない。開口部20は、円錐台(長円錐台を含む)、角柱形状又は円柱形状等の形状を有していてもよい。
本発明のリードフレームにおける積層構造のリードフレームによる段差付き貫通部の構造は、EMC(Electromagnetic Compatibility/電磁両立性)パッケージ全般に適用することができる。
実施形態の発光装置10では、貫通部125への張出し量が、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の3層のうち、第2層金属板122が最大にされている(図6)。張出し量は、3層のうち第2層金属板122を最小にすることもできる。さらに、発光装置10では、第1層金属板121及び第3層金属板123の張出し量は、相互に等しくなっているが、相違させてもよい。すなわち、発光装置10の貫通部125に対する第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の張出し量は、すべて相違させることもできる。
また、実施形態の発光装置10、90では、第1層金属板121、第2層金属板122及び第3層金属板123の厚み(Z方向)を等しくすることが、製造の簡便性及びコストを鑑みると好ましい。しかしながら、金属板121、122、123の厚みは、各々異なっていても良い。
例えば、第1層金属板121に張出し部126を設けた場合、第1層金属板121の厚みを他の第2及び第3層金属板122、123より薄くすることが好ましい。これにより、貫通部125の張出し部126の下方に充填される樹脂体積を大きくできるのでリードフレーム12、66と枠体11の耐剥離強度を向上できる。このように、貫通部125の構造に合わせて金属板121、122、123の厚みは適宜調整できる。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、樹脂製の枠体と金属製のリードフレームとの密着性に優れ、その結果として、枠体の樹脂とリードフレームとの剥離が防止されるとともに、断線不良等が生じ難い構造を有する発光装置及び発光装置の製造方法を提供することができる。
10,90・・・発光装置、11・・・枠体、12,66・・・リードフレーム、12a,12b・・・リード、20・・・開口部、28・・・LED(発光素子)、39・・・スリット、121・・・第1層金属板、122・・・第2層金属板、123・・・第3層金属板、125・・・貫通部、126・・・張出し部、127a,127b・・・拡開部。
Claims (10)
- 少なくとも2層が積層された共通の積層構造から形成された複数のリードを有し、前記複数のリードは、前記積層構造の上層から少なくとも2層を貫通する貫通部を有し、前記貫通部を有する2層のうち上側層と下側層とは前記貫通部に対して異なる張出し量で張り出して段差を形成しているリードフレームと、
前記複数のリードを露出する開口部を有し、前記貫通部に充填されるとともに、前記リードフレームの上部において前記開口部を囲うように設けられた樹脂製の枠体と、
前記開口部内に載置され、前記複数のリードに接続された発光素子と、
を有することを特徴とする発光装置。 - 前記張出し量は、前記下側層より前記上側層の方が大きいことを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記複数のリードを相互に分離するとともに、前記貫通部を兼ねるスリットを備えることを特徴とする請求項1又は2記載の発光装置。
- 前記リードフレームの前記積層構造は、上から下に順番に連続する第1層、第2層及び第3層の3層の積層構造を有し、
前記上側層及び前記下側層は、それぞれ前記第1層及び前記第2層であるか、それぞれ前記第2層及び前記第3層であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第2層は、前記第1層及び前記第3層より前記貫通部内に張り出していることを特徴とする請求項4記載の発光装置。
- 少なくとも2層が積層された共通の積層構造から形成された複数のリードを有し、
前記複数のリードは、前記積層構造の上層から少なくとも2層を貫通する貫通部を有し、
前記貫通部を有する2層のうち上側層と下側層とは前記貫通部に対して異なる張出し量で張り出して段差を形成していることを特徴とするリードフレーム。 - 前記張出し量は、前記下側層より前記上側層の方が大きいことを特徴とする請求項6記載のリードフレーム。
- 前記複数のリードを相互に分離するとともに、前記貫通部を兼ねるスリットを備えることを特徴とする請求項6又は7記載のリードフレーム。
- 前記積層構造は、上から下に順番に連続する第1層、第2層及び第3層の3層の積層構造を有し、
前記第1層は、前記積層構造の最上層であり、
前記上側層及び前記下側層は、それぞれ前記第1層及び前記第2層であるか、それぞれ前記第2層及び前記第3層であることを特徴とする請求項6~8のいずれか1項に記載のリードフレーム。 - 前記第2層は、前記第1層及び前記第3層より前記貫通部内に張り出していることを特徴とする請求項9記載のリードフレーム。
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