JP2010206034A - 光半導体装置用リードフレーム，光半導体装置用パッケージ，光半導体装置，光半導体装置用リードフレームの製造方法，光半導体装置用パッケージの製造方法および光半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光特性を安定させながら、安定して良好な発光率を確保することを目的とする。
【解決手段】リードフレーム用基材００２上に形成された１または複数層の被膜（００３，００４，００５）上に、犠牲アノードとして作用する被膜００６を介して銀被膜００７を形成することにより、銀被膜００７が加熱により変色することや金属元素が拡散されることを抑制でき、発光特性を安定させながら、安定して良好な発光率を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表層に銀被膜を形成した光半導体装置用リードフレーム，それを用いた光半導体装置用パッケージ，この光半導体装置用パッケージを用いた光半導体装置およびそれらの製造方法に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｎｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などの光半導体装置は高い発光効率が求められている。さらに、小型化、高出力化ともに長時間高い信頼性を維持する光半導体装置用パッケージが強く求められている。

また、最近では、最表層に４００ｎｍ近辺の可視光波長の反射率に優れた銀皮膜を形成した光半導体装置用パッケージとそれを用いた光半導体装置があり、さらに、製造工程など加熱されることによる茶色変色等の加熱による影響を低減するために放熱性を高める構成を採る光半導体装置用パッケージとそれを用いた光半導体装置がある。

図７は従来の光半導体装置用パッケージおよび光半導体装置の構成を示す断面図であり、図７（ａ）は光半導体装置用パッケージの断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の光半導体装置用パッケージを用いた光半導体装置であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のＢ部拡大図である。

図７において、光半導体装置用パッケージ１０１は絶縁材として、例えば、アルミナセラミックからなる基体１０２の表面側を開口してキャビティ１０３が形成されている。キャビティ１０３の底面１０３ａには金属層からなる導電性パッド１０３ｂが形成され、半導体素子１０４が搭載されて導電性ワイヤー１０５で接続されている。基体１０２は外部端子１０３ｃが露出され、キャビティ１０３内の導電性パッド１０３ｂに接続され半導体装置１０７を構成している。

導電性パッド１０３ｂの下に施される銀めっき層１０６を５μｍ以上にすることで放熱性を高め、加熱による影響を緩和して茶色変色を防止若しくは抑制している（例えば特許文献１参照）。
特開２００８−１６５９３号公報

しかしながら、基体１０２上に直接銀めっき層１０６を形成する構成では、銀めっき層１０６を厚くすることで加熱による影響を緩和することが出来るが、銀めっき層１０６に加わる熱量の増加に比例して銀めっき層１０６を厚く形成する必要がある。その結果、皮膜形成時の厚さ寸法の精度が不安定となり、半導体素子１０４が搭載される位置精度も低くなり発光特性が安定しない。さらに、材料使用量の増加にも繋がりコスト的な負担が増加する。

また、熱履歴および経時変化により、銀めっき層１０６への、その上に形成された導電性パッド１０３ｂからの金属拡散が促進され、銀めっき層１０６表面に拡散物質が出現することになり、銀めっき層１０６表面が変色して反射率を安定して維持できなくなるため反射率の低下を招く。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、発光特性を安定させながら、安定して良好な発光率を確保することを目的とする。

前記従来技術の課題を解決するために、本発明の光半導体装置用リードフレームは、光半導体素子を搭載する搭載領域を備える光半導体装置用リードフレームであって、リードフレーム用基材と、前記リードフレーム用基材上に形成される１または複数層の皮膜と、前記皮膜上の前記搭載領域に形成される銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜と、前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に形成される銀皮膜とを有することを特徴とする。

また、前記皮膜が、最下層の第１層としてニッケル又はその合金皮膜、第２層としてパラジウム又はその合金皮膜、最上層の第３層として金又はその合金皮膜の積層膜であることを特徴とする。

また、前記犠牲アノードとして作用する皮膜が、銅又はその合金皮膜、ニッケル又はその合金皮膜、スズ又はその合金皮膜、もしくは亜鉛又はその合金皮膜あるいはこれらの混合層であることを特徴とする。

また、本発明の光半導体装置用パッケージは、前記光半導体装置用リードフレームに対して、前記搭載領域の周辺の前記銀皮膜上に樹脂外囲器を形成することを特徴とする。
また、本発明の光半導体装置は、前記光半導体装置用パッケージに対して、前記搭載領域に光半導体素子が搭載され、前記光半導体素子を透光性樹脂で封止することを特徴とする。

さらに、本発明の光半導体装置用リードフレームの製造方法は、光半導体素子を搭載する搭載領域を備える光半導体装置用リードフレームを製造するに際し、リードフレーム用基材上に１または複数層の皮膜を形成する工程と、前記皮膜上の前記搭載領域に銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜を形成する工程と、前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に選択的に銀皮膜を形成する工程とを有することを特徴とする。

また、本発明の光半導体装置用パッケージの製造方法は、リードフレーム用基材上に１または複数層の皮膜を形成する工程と、前記皮膜上の前記搭載領域に銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜を形成する工程と、前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に選択的に銀皮膜を形成する工程と、前記搭載領域の周辺の前記銀皮膜上に樹脂外囲器を形成する工程とを有することを特徴とする。

また、本発明の光半導体装置の製造方法は、リードフレーム用基材上に１または複数層の皮膜を形成する工程と、前記皮膜上の前記搭載領域に銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜を形成する工程と、前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に選択的に銀皮膜を形成する工程と、前記搭載領域の周辺の前記銀皮膜上に樹脂外囲器を形成する工程と、前記搭載領域に光半導体素子を搭載する工程と、前記光半導体素子を透光性樹脂で封止する工程とを有することを特徴とする。

以上により、発光特性を安定させながら、安定して良好な発光率を確保することができる。

以上のように、基材上に形成された１または複数層の被膜上に、犠牲アノードとして作用する被膜を介して銀被膜を形成することにより、銀被膜が加熱により変色することや金属元素が拡散されることを抑制でき、発光特性を安定させながら、安定して良好な発光率を確保することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の光半導体装置用リードフレームの構造を示す断面図である。

図１に示すように、光半導体装置用リードフレーム００１は、鉄合金又は銅合金などのリードフレーム用基材００２をプレス又はエッチングなどの成形技術により形成した後、金属皮膜を形成して得られる。金属皮膜の構成としては、例えば、第１層としてニッケル又はその合金皮膜００３、第２層としてパラジウム又はその合金皮膜００４、第３層として金又はその合金皮膜００５である。さらに、前記金又はその合金皮膜００５上で、且つ後述の光半導体装置用パッケージにおいて付加される樹脂外囲器内の領域となるリード部の一部に、第４層として銅又はその合金皮膜、ニッケル又はその合金皮膜、スズ又はその合金皮膜、もしくは亜鉛又はその合金皮膜、あるいはこれらの混合皮膜のような犠牲アノードとして作用する皮膜００６、そして第５層として銀皮膜００７がこの順番で積層される。このような構成の光半導体装置用リードフレーム００１において、前記樹脂外囲器内リード部では、犠牲アノードとして作用する皮膜００６により銀被膜００７表面の変色が抑制されて優れた光反射率が得られ、銀表面の金属酸化物等の生成が抑制される為ワイヤーボンディング性の低下を抑制し、且つ光半導体装置において封止樹脂として、シリコーン樹脂などの水分や空気を透過させやすい封止樹脂を使用する場合でも、下地銅又はその合金皮膜、ニッケル又はその合金皮膜、スズ又はその合金皮膜、亜鉛又はその合金皮膜が犠牲アノードとして優先的に腐食されるため、前記最表面の銀皮膜００７は腐食しにくい特性を持ち、また前記樹脂外囲器以外の部分で、金又はその合金皮膜００５が露出しているため、耐食性と鉛フリー半田による高温半田付け性に優れた特性を持つ。さらに、加熱による影響も緩和されるため、銀皮膜００７を５μm以上の厚膜にする必要もなくなる。

それぞれの膜厚は、例えばニッケルが０．５から２．０μｍ、パラジウムが０．００５から０．０７μｍ、金が０．００３から０．０１μｍ、銅が０．０１μｍ以上、および銀が２．０μｍである。ここで銀皮膜はＤ／ＢやＷ／Ｂ工程での熱履歴による銅の拡散を防止するため、少なくとも１．５μｍの膜厚が必要である。

ここで、犠牲アノードについて説明する。通常、水分、酸素が存在する環境下において、異なる２種の金属が接触すると、より卑な金属（イオン化傾向の大きい金属）から腐食が進行するという電池作用腐食が発生する。前記金属皮膜構成において、犠牲アノードとして作用する皮膜００６が存在しない場合、金又はその合金皮膜００５と銀皮膜００７が直に接触し、より卑な金属である銀皮膜００７から腐食が進行する。そのため、金又はその合金皮膜００５と銀皮膜００７の層間に銀よりも卑な金属皮膜を犠牲アノードとして存在させることで、その金属から優先的に腐食させ、最表層の銀皮膜００７の腐食を抑制させることができる。このとき、犠牲アノードとして作用する皮膜００６は、金又はその合金皮膜００５と銀皮膜００７が全く接触しないように形成させる必要がある。

図２は本発明の光半導体装置用パッケージの構造を示す断面図であり、図２（ａ）は光半導体装置用パッケージの断面図、図２（ｂ），図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ部拡大図である。

なお、光半導体装置用リードフレーム００１については図１と同様であり、説明は省略する。樹脂外囲器００８は光半導体装置用リードフレーム００１の光半導体素子が搭載される領域の周囲に形成される。ここで、図２（ｂ）に示すように、犠牲アノードとして作用する皮膜００６が銀皮膜００７の直下にのみ設けられる構成でも良いが、図２（ｃ）に示すように、前記樹脂外囲器００８と光半導体装置用リードフレーム００１が接している部分の一部または全部に、犠牲アノードとして作用する皮膜００６が前記樹脂外囲器００８と直に接する形で存在すると、犠牲アノードとして作用する皮膜００６の最表面に、封止樹脂中に含まれて極性を持つ官能基との結合力を向上させる金属酸化物が生成するため、光半導体装置用リードフレーム００１と前記樹脂外囲器００８との微小な隙間に流れ込んだ封止樹脂により、密着性が向上するためなお良い。

図３は本発明の光半導体装置の構造を示す断面図である。
なお、前記図１〜図２と同様または相当する部分には同一の符号を付し、その説明を省略している。

図３において、光半導体素子００９が光半導体装置用パッケージの光半導体素子が搭載される領域に搭載されており、ワイヤーボンディングされた後に封止樹脂０１０によって樹脂封止されて光半導体装置となる。このとき使用する封止樹脂としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などがあるが、シリコーン樹脂のような水分や空気を透過させやすい封止樹脂を使用する場合でも、前記下地である銅又はその合金皮膜、ニッケル又はその合金皮膜、スズ又はその合金皮膜、もしくは亜鉛又はその合金皮膜が犠牲アノードとして優先的に腐食されるため、前記最表面の銀皮膜００７は腐食しにくい特性を持つ。

以上のように、本発明の光半導体装置用リードフレームおよびそれを用いた光半導体装置用パッケージならびに光半導体装置において、基体上に形成された１または複数層の被膜上の少なくとも光半導体素子が搭載される領域の周囲の樹脂外囲器が形成される領域に、犠牲アノードとして作用する被膜を介して銀被膜を形成することにより、銀被膜が加熱により変色することや金属元素が拡散されることを抑制でき、銀被膜の膜厚を厚くする必要がなくなるために半導体素子搭載精度が確保されて発光特性を安定させながら、銀被膜表面の光沢を維持し、安定して良好な発光率を確保することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の光半導体装置用リードフレームの製造方法を示す工程断面図であり、図４（ｅ），図４（ｆ）はＢ部の拡大図である。

図４（ａ）のような鉄合金又は銅合金などのリードフレーム用基材００２をプレス加工やエッチング加工により、図４（ｂ）のような光半導体装置用リードフレーム００１に形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、光半導体装置用リードフレーム００１上にめっき処理などにより、金属皮膜を形成する。この皮膜の構成は例えば、第１層にニッケル又はその合金皮膜００３、第２層にパラジウム又はその合金皮膜００４、第３層に金又はその合金皮膜００５である。その後、図４（ｄ）に示すように、金属皮膜上、例えば前記金又はその合金皮膜００５上で、且つリード上の樹脂外囲器００８が形成される部分に銅又はその合金皮膜、ニッケル又はその合金皮膜、スズ又はその合金皮膜、もしくは亜鉛又はその合金皮膜のような犠牲アノードとして作用する皮膜００６、銀皮膜００７をこの順に形成する。このとき、犠牲アノードとして作用する皮膜００６は、金又はその合金皮膜００５と銀皮膜００７が全く接触しないように形成させる。

このような皮膜の作製方法としては、前記銅又はその合金皮膜００６、前記銀皮膜００７両方ともにメカニカルマスクもしくはレジスト膜によるマスキングで部分めっきをする方法、前記銅またはその合金皮膜００６は全面めっき、前記銀皮膜００７はメカニカルマスクもしくはレジスト膜によるマスキングで部分めっきを行い、その後銅の剥離剤や化学研磨液などで余分の銅を除去する方法、前記銅又はその合金皮膜００６は全面めっき、前記銀皮膜００７はメカニカルマスクもしくはレジスト膜によるマスキングで部分めっきを行い、前記樹脂外囲器００８を成形した後、銅の剥離剤や化学研磨液などで余分の銅を除去する方法などがあるが、部分銀めっき後に余分の銅を剥離する方法では、銅めっきの断面部が凹凸になる為、アンカー効果により封止樹脂との密着性が向上し（図４（ｅ））、また成形後に銅めっきを剥離する方法では、前記樹脂外囲器００８と前記リードフレーム００１の層間が銅めっきとなり、銅最表面に生成した酸化皮膜０１１が、前記リードフレーム００１と前記樹脂外囲器００８との微小な隙間に流れ込んだ封止樹脂との密着性を向上させるためなお良い（図４（ｆ））。このような製造方法で作製した光半導体装置用リードフレームは、前記最表面の銀皮膜００７を腐食させにくいという特性を持つ。

図５は本発明の光半導体装置用パッケージの製造方法を示す工程断面図であり、図５（ｅ），図５（ｆ）はＣ部の拡大図である。
図５（ａ）のような光半導体装置用リードフレーム００１を、図５（ｂ）のように樹脂外囲器成形金型０１２に密着させて設置する。前記樹脂外囲器成形金型０１２には空間（キャビティ）が形成されており、この空間内にＰＰＡ（ポリフタルアミド）などの熱可塑性樹脂を注入して、図５（ｃ）のような光半導体装置用リードフレーム００１が封止された樹脂外囲器００８を形成し、光半導体装置用パッケージを形成する。この樹脂外囲器００８のインサート成形時において、熱収縮によって光半導体装置用リードフレーム００１と前記樹脂外囲器００８間の微小な隙間０１３が形成され、その後の樹脂封止の際に、封止樹脂が前記微小な隙間０１３に流れ込み、露出している銅と接触することで密着性が向上する（図５（ｅ），図５（ｆ））。

図６は本発明の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
図６（ａ）のような光半導体装置用パッケージに、図６（ｂ）のように半導体素子０１４を光半導体装置用リードフレーム００１に載置して、前記半導体素子０１４と光半導体装置用リードフレーム００１の電気的接続領域とを、金線、アルミニウム線などの導電性ワイヤーでワイヤーボンディングする。次に、図６（ｃ）に示すように透明シリコーン樹脂などの光透過性を有する封止樹脂０１５で封止して光半導体装置が完成する。この時、成形時の熱収縮によって発生した光半導体装置用リードフレーム００１と前記樹脂外囲器００８の微小な隙間０１３（図５参照）に流れ込む前記封止樹脂０１５は、露出している銅と強力に密着する。このような方法で製造された光半導体装置は、前記樹脂外囲器内リード部では、優れた光反射率とワイヤーボンディング性が得られ、且つシリコーン樹脂などの水分や空気を透過させやすい前記封止樹脂を使用する場合でも、下地銅又はその合金皮膜、ニッケル又はその合金皮膜、スズ又はその合金皮膜、亜鉛又はその合金皮膜等が犠牲アノードとして優先的に腐食されるため、前記最表面の銀皮膜００７（図５参照）は腐食しにくい特性を持つ。

また、前記樹脂外囲器以外の部分では耐食性と鉛フリー半田による高温半田付性に優れた特性を持つ。

本発明は、発光特性を安定させながら、安定して良好な発光率を確保することができ、光半導体装置用リードフレーム，光半導体装置用パッケージ，光半導体装置，光半導体装置用リードフレームの製造方法，光半導体装置用パッケージの製造方法および光半導体装置の製造方法等に有用である。

本発明の光半導体装置用リードフレームの構造を示す断面図 本発明の光半導体装置用パッケージの構造を示す断面図 本発明の光半導体装置の構造を示す断面図 本発明の光半導体装置用リードフレームの製造方法を示す工程断面図 本発明の光半導体装置用パッケージの製造方法を示す工程断面図 本発明の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図 従来の光半導体装置用パッケージおよび光半導体装置の構成を示す断面図

００１ 光半導体装置用リードフレーム
００２ リードフレーム用基材
００３ ニッケル又はその合金皮膜
００４ パラジウム又はその合金皮膜
００５ 金又はその合金皮膜
００６ 犠牲アノードとして作用する皮膜
００７ 銀皮膜
００８ 樹脂外囲器
００９ 光半導体素子
０１０ 封止樹脂
０１１ 酸化皮膜
０１２ 樹脂外囲器成形金型
０１３ 微小な隙間
０１４ 半装置素子
０１５ 封止樹脂
１０１ 光半導体装置用パッケージ
１０２ 基体
１０３ キャビティ
１０３ａ 底面
１０３ｂ 導電性パッド
１０３ｃ 外部端子
１０４ 半導体素子
１０５ 導電性ワイヤー
１０６ 銀めっき層
１０７ 半導体装置

Claims (8)

1. 光半導体素子を搭載する搭載領域を備える光半導体装置用リードフレームであって、
   リードフレーム用基材と、
   前記リードフレーム用基材上に形成される１または複数層の皮膜と、
   前記皮膜上の前記搭載領域に形成される銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜と、
   前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に形成される銀皮膜と
   を有することを特徴とする光半導体装置用リードフレーム。
2. 前記皮膜が、最下層の第１層としてニッケル又はその合金皮膜、第２層としてパラジウム又はその合金皮膜、最上層の第３層として金又はその合金皮膜の積層膜であることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置用リードフレーム。
3. 前記犠牲アノードとして作用する皮膜が、銅又はその合金皮膜、ニッケル又はその合金皮膜、スズ又はその合金皮膜、もしくは亜鉛又はその合金皮膜あるいはこれらの混合層であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光半導体装置用リードフレーム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光半導体装置用リードフレームに対して、
   前記搭載領域の周辺の前記銀皮膜上に樹脂外囲器を形成することを特徴とする光半導体装置用パッケージ。
5. 請求項４記載の光半導体装置用パッケージに対して、
   前記搭載領域に光半導体素子が搭載され、
   前記光半導体素子を透光性樹脂で封止することを特徴とする光半導体装置。
6. 光半導体素子を搭載する搭載領域を備える光半導体装置用リードフレームを製造するに際し、
   リードフレーム用基材上に１または複数層の皮膜を形成する工程と、
   前記皮膜上の前記搭載領域に銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜を形成する工程と、
   前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に選択的に銀皮膜を形成する工程と
   を有することを特徴とする光半導体装置用リードフレームの製造方法。
7. リードフレーム用基材上に１または複数層の皮膜を形成する工程と、
   前記皮膜上の前記搭載領域に銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜を形成する工程と、
   前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に選択的に銀皮膜を形成する工程と、
   前記搭載領域の周辺の前記銀皮膜上に樹脂外囲器を形成する工程と
   を有することを特徴とする光半導体装置用パッケージの製造方法。
8. リードフレーム用基材上に１または複数層の皮膜を形成する工程と、
   前記皮膜上の前記搭載領域に銀よりも卑な金属皮膜からなる犠牲アノードとして作用する皮膜を形成する工程と、
   前記犠牲アノードとして作用する皮膜上に選択的に銀皮膜を形成する工程と、
   前記搭載領域の周辺の前記銀皮膜上に樹脂外囲器を形成する工程と、
   前記搭載領域に光半導体素子を搭載する工程と、
   前記光半導体素子を透光性樹脂で封止する工程と
   を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。

Images