JP6565895B2

JP6565895B2 - 半導体装置用パッケージ及び半導体装置

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Publication number: JP6565895B2
Application number: JP2016251579A
Authority: JP
Inventors: 聡片岡
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2019-08-28
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Description

本発明は、半導体装置用パッケージ及びそれを用いた半導体装置に関する。

セラミック基板を用いた半導体装置を配線基板上に半田付けする際に、セラミック基板と配線基板と間の熱膨張係数差によって、半田接続部に熱履歴による熱ストレスが作用し、半田クラックが生じることが知られている。
特許文献１に開示される発光素子用セラミックパッケージでは、一対の電極用ソルダーパッドよりも外側に、基板のコーナー部を避けて補助ソルダーパッドを設けることで、接続信頼性に優れるとともに、パッケージを安定的に配線基板に支持することを可能としている。

特開２００７−２１４５１４号公報

しかしながら、外側に設けられるソルダーパッドが小さくなると、セルフアライメント力が低下するため、パッケージを配線基板に半田付けする際の実装精度が低下するおそれがある。このため、より実装性の高いパッケージが求められている。

本発明に係る実施形態は、接続信頼性及び実装性に優れた半導体装置用パッケージ及び半導体装置を提供することを課題とする。

本発明の実施形態に係る半導体装置用パッケージは、半導体素子を上面側に搭載するための半導体装置用パッケージであって、平面視形状が略矩形である板状の基材と、前記半導体素子が前記基材の上面側に搭載されたときに前記半導体素子と電気的に接続されるとともに、前記基材の下面側に設けられ、第１方向において互いに対向する一対の電極用ソルダーパッドと、前記基材の下面側に設けられ、平面視において、前記一対の電極用ソルダーパッドを外側から挟むように配置される一対の補助ソルダーパッドと、を有し、前記第１方向と直交する方向である第２方向において、前記電極用ソルダーパッドの長さよりも前記補助ソルダーパッドの長さが長く構成される。
また、本発明の実施形態に係る半導体装置は、前記した半導体発光装置用パッケージに半導体素子が実装されることで構成される。

本発明に係る実施形態によれば、接続信頼性及び実装性に優れた半導体装置用パッケージ及び半導体装置を提供することができる。

第１実施形態に係る発光装置の平面図である。第１実施形態に係る発光装置の断面図であり、図１及び図３のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す。第１実施形態に係る発光装置の底面図である。第１実施形態に係る発光装置を実装するための、実装基板のランドの例を示す平面図である。第２実施形態に係る発光装置の底面図である。第３実施形態に係る発光装置の底面図である。比較例に係る発光装置の底面図である。比較例で用いた実装基板のランドの形状を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る発光装置について説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明の実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図や底面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。

また、実施形態に係る発光装置において、「上」、「下」、「左」及び「右」などは、状況に応じて入れ替わるものである。本明細書において、「上」、「下」などは、説明のために参照する図面において構成要素間の相対的な位置を示すものであって、特に断らない限り絶対的な位置を示すことを意図したものではない。

また、各図面において、説明の便宜上、ＸＹＺ座標軸を用いて観察方向を示している。基材１０の主面に平行な面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸方向としている。基材１０主面の形状である矩形の一辺と平行な方向をＸ軸方向とし、当該一辺に直交する辺と平行な方向をＹ軸方向としている。発光装置１００の光取り出し方向をＺ軸のプラス方向としている。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る発光装置について、図１〜図３を参照して説明する。
第１実施形態に係る発光装置（半導体装置）１００は、平面視形状が略矩形である平板状のパッケージ（半導体装置用パッケージ）１と、パッケージ１の上面側に配置された発光素子２、光反射部材３、透光性部材５及び封止部材６と、を備えている。
本実施形態では、半導体装置用のパッケージ１に半導体素子として発光素子２が搭載されており、半導体装置として発光装置１００が構成されている。パッケージ１に搭載される半導体素子は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子に限られず、トランジスタやＩＣ、ＬＳＩ、ツェナーダイオード、受光素子なども用いることができる。

（パッケージ）
パッケージ１は、平板状の基材１０と、基材１０の上面である第１主面１０ａ側に設けられた配線１１と、基材１０の下面である第２主面１０ｂ側に設けられた一対の電極用ソルダーパッド１２及び一対の補助ソルダーパッド１３と、を有している。
なお、本明細書において、「パッケージ」とは、発光素子２などの半導体素子を実装するための部材を指し、基材１０、配線１１、電極用ソルダーパッド１２、及び補助ソルダーパッド１３などを有する。また、「半導体装置」とは、パッケージに半導体素子が実装されたものを指し、更に、光反射部材３、枠体４、透光性部材５及び封止部材６などを有していてもよい。

（基材）
基材１０は、平面視形状が矩形、より具体的には、平面視形状が正方形である平板状の部材である。
基材１０の第１主面１０ａは、発光素子２を搭載する面であり、搭載した発光素子２と電気的に接続される配線１１が設けられている。
基材１０の第２主面１０ｂは、発光装置１００を実装基板と接合するための実装面であり、一対の電極用ソルダーパッド１２と、一対の補助ソルダーパッド１３とが設けられている。

（配線）
配線１１は、基材１０の第１主面１０ａ側に設けられる配線パターンであり、発光素子２と、半田やワイヤなどの導電性部材を用いて電気的に接続される。また、配線１１は、電極用ソルダーパッド１２と、直接に又はビアホールなどを介して電気的に接続されている。

（電極用ソルダーパッド及び補助ソルダーパッド）
電極用ソルダーパッド１２は、発光装置１００を実装基板と半田付けによって電気的に接続するための端子電極である。
電極用ソルダーパッド１２の面積が大きくなるほど、基材１０と実装基板との線膨張係数差による応力を受け易く、半田部分にクラックが生じて電圧上昇などの不具合が発生し、発光装置１００が不灯に至る可能性がある。本実施形態では、電極用ソルダーパッド１２は、発光装置１００を実装する実装基板との線膨張係数差による熱応力の影響を小さくするため、基材１０の外側周縁を避けて、好ましくは中央部に配置される。

一方、基材１０の外側周縁付近にソルダーパッド（半田パッド）が存在しないと、溶融半田の表面張力を利用したセルフアライメント効果が効き難く、位置合わせの点で実装性が低下する。
本実施形態ではセルフアライメント効果を得るために、電極用ソルダーパッド１２とは別に、一対の補助ソルダーパッド１３を有している。一対の補助ソルダーパッド１３は、基材１０の第２主面１０ｂの外側周縁において、平面視形状である矩形の互いに対向する一対の辺のそれぞれに分かれて形成されている。基材１０の外側周縁付近にソルダーパッドが存在するので、セルフアライメント効果が大きくなり、実装性が向上する。
また、補助ソルダーパッド１３を設けることで、基材１０の平面積に対して比較的小さな面積の電極用ソルダーパッド１２のみを設ける場合よりも溶融半田を載置する領域が大きくなり、ソルダーパッドと半田との接触面積が増加する。このため、各ソルダーパッド上に設けられる半田量の差が生じ難くなり、実装時において、実装基板の面に対する発光装置１００の傾きを抑制することができる。
なお、基材１０の外側周縁付近にソルダーパッドが存在するとは、基材１０の外縁とソルダーパッドの外縁との離間距離が、離間する方向（第１方向）の基材１０の幅の１０％以下であることを指す。

また、電極用ソルダーパッド１２は基材１０の平面積に比べて小さめに形成されているため、電極用ソルダーパッド１２を接合する半田にクラックが生じ難い。なお、補助ソルダーパッド１３は電極用ソルダーパッド１２とは電気的に非接続とされているため、補助ソルダーパッド１３を接合する半田にクラックが生じても、発光装置１００が不灯に至ることはない。

また、平面視において、補助ソルダーパッド１３の配置面積は、電極用ソルダーパッド１２の配置面積よりも大きいことが好ましい。電極用ソルダーパッド１２よりも外側に、より面積の大きな補助ソルダーパッド１３を有することで、電極用ソルダーパッド１２にかかる熱膨張に伴う応力や外部応力を緩和することができる。このため、電極用ソルダーパッド１２の半田による接合状態を、より良好に維持することができる。

セルフアライメント力は、ソルダーパッドと半田とが接触する部分の外周の長さに比例する。そのため、補助ソルダーパッド１３は基材１０の外側周縁に沿ってなるべく長く形成されることが好ましい。

より具体的には、本実施形態では、一対の電極用ソルダーパッド１２が、第１方向（Ｘ軸方向）に互いに離間するように、第２主面１０ｂの略中央部に配置されている。ここで、第１方向は、基材１０の平面視形状である矩形の一辺と平行であることが好ましい。また、一対の補助ソルダーパッドは、第１方向に互いに離間して配置され、基材１０の平面視形状である矩形の一辺とその対辺とに沿ってそれぞれ配置されている。

一対の電極用ソルダーパッド１２は、平面視において、一対の補助ソルダーパッド１３よりも内側に形成されている。一対の補助ソルダーパッド１３よりも内側とは、一対の補助ソルダーパッド１３に挟まれた領域内であることを意味する。本実施形態では、電極用ソルダーパッド１２及び補助ソルダーパッド１３は、平面視で、略左右対称となるように配置されている。また、一対の補助ソルダーパッド１３は、平面視において第１方向と直交する方向である第２方向（Ｙ軸方向）の長さが、電極用ソルダーパッド１２よりも長く設けられている。セルフアライメント効果を高めるためには、補助ソルダーパッド１３の第２方向の長さは長いほど好ましい。このために、補助ソルダーパッド１３は、平面視形状が第２方向を長手方向とする略長方形であり、当該長手方向を基材１０の平面視形状である矩形の一辺と略平行に配置することが好ましい。更に、補助ソルダーパッド１３の第２方向の長さは、基材１０の平面視形状である矩形の一辺と略同じ長さであることがより好ましい。

また、電極用ソルダーパッド１２は、平面視形状が略長方形であり、その長方形の長手方向が第２方向と略平行となるように設けることが好ましい。つまり、電極用ソルダーパッド１２の長手方向と補助ソルダーパッド１３の長手方向とを略平行とすることで、セルフアライメント効果をより大きくすることができる。

また、量産性の観点からは、補助ソルダーパッド１３は、基材１０の第２主面１０ｂの外縁よりも内側に設けられることが好ましい。量産性を高めるために、複数個分の基材１０をマトリクス状に配列したサイズの集合体を準備し、配線１１、電極用ソルダーパッド１２及び補助ソルダーパッド１３を一括して形成した後、各パッケージ１に区画する境界線で基材１０を切断することで個片化するパッケージ１の製造方法がある。このとき、切断される境界線上に補助ソルダーパッド１３があると、例えばセラミックスからなる基材１０と、セラミックスとは材質の異なる金属からなる補助ソルダーパッド１３とを同時に切断する必要があり、個片化の効率が低下することとなる。補助ソルダーパッド１３を境界線上に設けないようにすることで、基材１０のみの切断でパッケージ１を個片化できるため、個片化の効率を高めることができる。
基材１０の外縁と補助ソルダーパッド１３との離間距離は、個片化する際の切断の精度によるが、例えば、１００μｍ程度以上とすることが好ましい。

ここで、発光装置１００を実装するための実装基板に設けられるランドの例について、図４を参照して説明する。
図４に示すように、実装基板２００は、平板状の基材２１０の上面に、発光装置１００の一対の電極用ソルダーパッド１２及び一対の補助ソルダーパッド１３に対応して、一対の電極用ソルダーパッド用ランド２１１及び一対の補助ソルダーパッド用ランド２１２が設けられている。電極用ソルダーパッド用ランド２１１及び補助ソルダーパッド用ランド２１２の寸法は、対応する電極用ソルダーパッド１２及び補助ソルダーパッド１３と略同じ寸法で形成することが好ましい。
図４に示した例では、電極用ソルダーパッド１２及び補助ソルダーパッド１３の寸法に対して、対応する電極用ソルダーパッド用ランド２１１及び補助ソルダーパッド用ランド２１２の寸法は、第１方向（Ｘ軸方向）についてはやや大きく形成されており、第２方向（Ｙ軸方向）については同じに形成されている。また、本例では、補助ソルダーパッド用ランド２１２は、外側に突出するように設けられた突出部２１２ａが設けられている。
なお、突出部２１２ａは、放熱設計の確認のために、半田部分の温度の測定用に設けられている。

なお、図４では、発光装置１００の電極用ソルダーパッド１２及び補助ソルダーパッド１３と接合される電極用ソルダーパッド用ランド２１１及び補助ソルダーパッド用ランド２１２のみを示している。電極用ソルダーパッド用ランド２１１は、配線やビアホールなどと接続されて、所定の回路の一部として組み込まれる。
以下、図１〜図３に戻って、発光装置１００の構成について説明を続ける。

（発光素子（半導体素子））
発光素子２は、例えば、絶縁基板上に半導体層が積層され、半導体層側の一面に少なくとも一対の正負の電極が形成されたものである。本実施形態では、発光素子２は、半田や金属バンプなどの導電性の接合材料を用いて、基材１０の第１主面１０ａ側にフリップチップ実装され、配線１１と電気的に接続されている。また、本実施形態では、発光素子２の側面と接して被覆するように、光反射部材３が設けられており、発光素子２の上面側から光が取り出されるように構成されている。
本実施形態では、発光素子２は平面形状が略正方形であり、図１に示すように、３×３のマトリクス状に９つ配置されている。また、各発光素子２は、配線１１を介して、電極用ソルダーパッド１２と電気的に接続されている。
なお、発光素子２は、基材１０の第１主面１０ａ上に半田やダイボンド樹脂などを用いてフェイスアップ実装し、金属ワイヤを用いて配線１１と電気的に接続するようにしてもよい。

平面視において、隣接する発光素子２同士の間隔は、特に限定されるものではないが、例えば発光素子２の一辺の長さよりも狭いことが好ましい。特に、１μｍ〜３００μｍ、更に好ましくは５０μｍ〜１００μｍとすることにより、蛍光体や拡散材を用いて発光素子２間の非発光領域に光を拡散させることができる。このため、隣接する発光素子２間には光反射部材３が配置されていることが好ましい。

（光反射部材）
光反射部材３は、基材１０の第１主面１０ａ側に設けられ、発光素子２からの光が、他の発光素子２や基材１０、配線１１などに吸収されるのを抑制するために設けられる部材である。光反射部材３は、基材１０の第１主面１０ａ側において、発光素子２の上面を除く全ての領域を被覆することが好ましい。また、光反射部材３は、その上面が平坦であることが好ましい。光反射部材３の上面は、発光素子２の上面と略同一平面（いわゆる「面一（つらいち）」）であってもよいし、発光素子２の上面よりも高い位置に配置されていてもよい。ここで「同一平面」とは、樹脂の自重によってその表面に意図しない若干の凹部が形成されることが許容され、つまり、数１０μｍ程度の高低差が許容されることを意図する。更に光反射部材３は、基材１０上に載置された、発光素子２以外の部品（例えば保護素子７など）を埋設していてもよい。また、本実施形態では、極性を示すために、一方の電極用ソルダーパッド１２の近傍に、円形のカソードマークＣＭが設けられている。一対の電極用ソルダーパッド１２の形状を、例えば切り欠き等を用いて互いに若干異ならせることで、極性を表示するためのアノードマークやカソードマークとしてもよい。

（枠体）
枠体４は、平面視において発光素子２が配置されている領域を環状に囲むように、光反射部材３の上面に設けられている。枠体４は、光反射性を有する物質を混合した樹脂材料により形成することができ、発光素子２からの光を枠体４の内側面で反射させる。
最も外側に配置される発光素子２の外側の側面と枠体４の内側面との距離は、例えば３００μｍ以下が好ましく、０〜１００μｍ程度がより好ましい。枠体４を設けて発光装置１００の発光領域を限定することで、発光装置１００の高輝度化を実現することができる。

（透光性部材）
透光性部材５は、枠体４内、すなわち枠体４によって取り囲まれて形成される凹部内に配置される。本実施形態では、当該凹部は、発光素子２の上面及び光反射部材３の上面により形成される底面と、枠体４の内側面によって形成される側面とを有しており、この凹部内に透光性部材５が配置される。

透光性部材５は、樹脂材料に蛍光体粒子等の波長変換物質が含有されたものを好適に用いることができる。このような樹脂材料を枠体４内に滴下（ポッティング）することで透光性部材５を形成することができる。蛍光体を用いる場合、波長変換時に生じる蛍光体からの発熱を効率よく放熱するために、蛍光体は発光素子２の上面と接していることが好ましい。このために、透光性部材５内において、蛍光体は凹部の底面に、すなわち発光素子２側に沈降して配置されていることが好ましい。

（封止部材）
封止部材６は、光反射部材３、枠体４、及び透光性部材５を被覆する透光性の部材である。封止部材６は、発光素子２からの光、すなわち透光性部材５を通って出射される光を効率よく外部に取り出すために設けられる。また、封止部材６は、レンズ部６ａと、レンズ部６ａの下方においてレンズの外周側に延出されてなる鍔部６ｂと、を有する。

図１に示すように、枠体４の一部は、鍔部６ｂで被覆されている。光取り出し効率を向上させるためには、レンズ部６ａは発光素子２から出射された光が、レンズ部６ａと外部との界面で全反射しない程度に大きく設定することが好ましい。しかし、発光装置１００を小型化しようとすると、レンズを大きくするには限界がある。そこで、枠体４の一部が鍔部６ｂで被覆されるようにする。言い換えると、平面視において、枠体４はレンズ部６ａと鍔部６ｂとに跨って配置されている。更に好ましくは、枠体４の外縁の一部が鍔部６ｂに被覆されているのに対し、枠体４の内側面、すなわち透光性部材５の平面視での外縁は、その全てがレンズ部６ａの下に配置される。これにより、光取り出し効率の低下を抑制しつつ、発光装置１００の小型化を実現することができる。
また、平面視において基材１０の外縁と封止部材６の外縁とが一致するように、つまり、基材１０の側面と封止部材６の鍔部６ｂの側面とが同一平面とされていることが好ましい。

以上、図１〜図３を参照して説明したが、本実施形態の基材１０は平板状に限られず、半導体素子を搭載する部分が凹状に形成された基板であってもよい。また、光反射部材３、枠体４、透光性部材５及び封止部材６は任意で設ければよく、これらの一部又は全部を省略することができる。

［各構成部材の材料］
以下に、本実施形態に係る発光装置１００の各構成部材に適した材料等について説明する。
（基材）
発光素子２などの半導体素子が載置される基材１０の材料は、セラミックスに限定されることなく、後記する各種材料を用いることができる。本実施形態の半導体装置用のパッケージ１は、基材１０とパッケージ１を用いた発光装置１００を実装する実装基板との線膨張係数差が大きい場合に、実装に用いられる半田にクラックが生じ易くなると考えられる。このため、実装基板の基材と基材１０との線膨張係数差が３．０×１０^−６／Ｋ以上、更に好ましくは１５×１０^−６／Ｋ以上である実装基板を用いる場合に、特にパッケージ１の有用性が高い。

基材１０は、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックス（ＨＴＣＣ（高温焼成セラミックス）、ＬＴＣＣ（低温焼成セラミックス））などの絶縁性材料、絶縁性材料と金属部材との複合材料等によって形成することができる。基材１０は、耐熱性及び耐候性の高いセラミックス又は熱硬化性樹脂を利用したものが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが挙げられる。特に、放熱性の高い窒化アルミニウムが好ましい。これらのセラミックス材料に、例えば、ＢＴレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料を組み合わせて形成されたものでもよい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、トリアジン誘導体エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂などを利用することができる。なかでも、トリアジン誘導体エポキシ樹脂を用いることがより好ましい。基材１０の形状は、発光素子２などの半導体素子を搭載する表面が平坦な板状体であることが好ましい。

（電極用ソルダーパッド）
電極用ソルダーパッド１２は、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等を用いて、単層又は多層で形成することができる。電極用ソルダーパッド１２の厚さは、例えば、数μｍから数百μｍとすることができる。
電極用ソルダーパッド１２は、メッキ法、スパッタリング法、蒸着法などによって形成することができる。また、板状の金属からなるリードフレームを基材１０と一体成形し、リードフレームの基材１０の第２主面１０ｂ側から露出する部分を電極用ソルダーパッド１２とするようにしてもよい。

（補助ソルダーパッド）
補助ソルダーパッド１３は、電極用ソルダーパッド１２と同様の材料、厚さとすることができる。これにより、補助ソルダーパッド１３では給電機能を持たせずに実装性を向上させ、電極用ソルダーパッド１２で給電を取るという機能分離をすることができる。これにより、補助ソルダーパッド１３と接続される半田にクラックが生じたとしても、接続信頼性が損なわれることはない。
補助ソルダーパッド１３は、電極用ソルダーパッド１２と同様に、メッキ法、スパッタリング法、蒸着法などによって形成することができる。

（配線）
配線１１は、電極用ソルダーパッド１２と同様の材料を、同様の方法を用いて形成することができる。また、リードフレームの一部を基材１０の第１主面１０ａ側に露出させて、発光素子２と電気的に接続するための配線として用いてもよい。

（発光素子）
半導体素子の一例として用いられる発光素子２としては、例えば発光ダイオードチップ等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、透光性基板と、その上に形成された半導体積層体とを含むことができる。透光性基板には、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料（例えば、窒化物系半導体材料）を用いることができる。

半導体積層体は、例えば、ｎ型半導体層、発光層（活性層）及びｐ型半導体層等の複数の半導体層を含む。半導体層には、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系の半導体材料を用いることができる。

発光素子２の電極としては、電気良導体を用いることができ、例えばＣｕ、Ａｕ等の金属が好適である。

（光反射部材）
光反射部材３は、絶縁体であり、ある程度の強度を有する光反射性樹脂により構成することができる。光反射性樹脂とは、発光素子２からの光に対する反射率が高く、例えば、反射率が７０％以上の樹脂を意味する。

光反射性樹脂としては、例えば透光性樹脂に、光反射性物質を分散させたものが使用できる。光反射性物質としては、例えば、酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどが好適である。光反射性物質は、粒状、繊維状、薄板片状などが利用できるが、特に、繊維状のものは光反射部材３の熱膨張率を低くして、例えば、発光素子２との間の熱膨張率差を小さくできるので、好ましい。透光性樹脂としては、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましい。

（枠体）
枠体４は、その内側面で発光素子２から側方へ出射した光を上方へ反射させて発光装置１００の発光効率を向上させるための反射板として機能させることができる。

更に、枠体４は、光反射部材３上へ液状やペースト状で成形してそのまま固化又は硬化させて形成できる材料を適用することが好ましい。枠体４を、透光性部材５を充填する際の堰として十分な高さに形成するために、ペースト状すなわち高粘度（例えば、２５℃のときの粘度が３８０〜４５０Ｐａ・ｓ）の液状の材料を用いることが好ましい。このような材料として熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられ、具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＡ、シリコーン樹脂等が挙げられる。また、枠体４は、反射率を高くするために白色であることが好ましい。更に枠体４は、反射率をいっそう高くするために、前記樹脂材料に、発光素子２が発光した光を吸収し難く、かつ母材である当該樹脂に対して屈折率差の大きい光反射材料（例えばＴｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＭｇＯ，ＺｎＯ等）の粉末を、予め分散させて形成してもよい。

（透光性部材）
透光性部材５は、発光ダイオード等を搭載した一般的な発光装置の封止に用いられる透光性樹脂材料を適用することができ、具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。また、透光性樹脂は、先に形成された枠体４が堰になるので、比較的低粘度の液状の樹脂材料（例えば、２５℃のときの粘度が０．０１〜５．０Ｐａ・ｓ）を用いることができ、小さな領域であっても充填を容易とすることができる。

更に、透光性部材５として、このような低粘度の樹脂材料に波長変換物質（ある程度の比重を有する、例えば蛍光体の粒子）を混合した場合、硬化するまでに波長変換物質が沈殿し易い。このため、波長変換物質が発光素子２の上面の近傍に偏って分布して、発光素子２が発光した光が好適に波長変換される。また、これらの樹脂材料に、目的や用途に応じて前記波長変換物質の他に、着色剤、光拡散剤、その他のフィラー等を含有させてもよい。
波長変換物質としては、少なくとも発光素子２から出射された光によって励起されて、異なる波長の発光をするものであればよい。例えば、蛍光体やナノクリスタル、量子ドット（Ｑ−Ｄｏｔｓ）と称される発光物質などを用いることができる。

（封止部材）
封止部材６を構成する透光性材料としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る発光装置について、図５Ａを参照して説明する。
第２実施形態に係る発光装置１００Ａは、第１実施形態に係る発光装置１００において、補助ソルダーパッド１３を有するパッケージ１に代えて、補助ソルダーパッド１３Ａを有するパッケージ１Ａを備えることが異なる。補助ソルダーパッド１３Ａの形状以外は、発光装置１００と同様であるから、発光装置１００Ａの他の部材についての説明は省略する。

本実施形態における補助ソルダーパッド１３Ａは、第２方向であるＹ軸方向の長さが電極用ソルダーパッド１２よりも長く形成されているが、第１実施形態における補助ソルダーパッド１３よりも第２方向の長さが短く設けられている。すなわち、補助ソルダーパッド１３Ａは、実質的に基材１０の平面視形状である矩形の角部を避けて設けられている。このため、補助ソルダーパッド１３Ａの半田付け部分において、熱応力によるクラックが発生し難くすることができるため、経時における発光装置１００Ａと実装基板との間の接合強度の低下を抑制することができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る発光装置について、図５Ｂを参照して説明する。
第３実施形態に係る発光装置１００Ｂは、第１実施形態に係る発光装置１００において、補助ソルダーパッド１３を有するパッケージ１に代えて、補助ソルダーパッド１３Ｂを有するパッケージ１Ｂを備えることが異なる。補助ソルダーパッド１３Ｂの形状以外は、第１実施形態に係る発光装置１００と同様であるから、発光装置１００Ｂの他の部材についての説明は省略する。

本実施形態における補助ソルダーパッド１３Ｂは、図５Ｂに示すように、基材１０の外側周縁に沿って、第２方向に延伸する主部１３Ｂａと、主部１３Ｂａの両端から第１方向の内側に延伸する延伸部１３Ｂｂとを有するカギ括弧“［”形状に設けられている。言い換えると補助ソルダーパッド１３Ｂは、基材１０の平面視形状である矩形の隣接する二辺に沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向に延びる延伸部１３Ｂｂ及び主部１３Ｂａを有している。補助ソルダーパッド１３Ｂをカギ括弧形状とすることによってＸ軸方向に加えて、Ｙ軸方向への位置ずれを抑制することができる。また、補助ソルダーパッド１３Ｂをカギ括弧形状とすることで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置決めに効果の高い角が増えるため、ＸＹ平面内での回転ずれを低減することができる。
なお、主部１３Ｂａは、第２方向の長さは長い方が好ましく、第１実施形態における補助ソルダーパッド１３と同様とすることができるが、第２実施形態における補助ソルダーパッド１３Ａのように、角部を避けて短く設けるようにしてもよい。

次に、本発明の第１実施形態に係るパッケージの実施例について説明する。
第１実施形態に係るパッケージの実施例及び比較例として、それぞれ図３及び図６に示す形状の電極用ソルダーパッド及び補助ソルダーパッドを有するパッケージを以下に示す条件で作製する。次に、これらのパッケージを、図４に示す形状のランドを有する実装基板に半田付けによって実装した後に、熱衝撃試験を行い、半田付けした箇所のクラック率を測定する。

（実施例）
・パッケージ
（基材）材料：ＡｌＮ、厚さ：０．４ｍｍ
（電極用ソルダーパッド及び補助ソルダーパッド）材料：Ｃｕ、厚さ：３０μｍ
（ソルダーパッド（Ｃｕ）表面のメッキ層）材料：Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ積層膜、厚さ：２μｍ／０．０５μｍ／０．０５μｍ
図３におけるパッケージの各部の寸法は、以下の通りである。
Ｗ１，Ｄ１：７．００ｍｍ
Ｗ２，Ｄ２：６．６５ｍｍ
Ｗ３，Ｄ３：３．６０ｍｍ
Ｗ４：０．７０ｍｍ
・実装基板：株式会社日本理化工業所製、ＮＲＡ−Ｅ６．５Ｗ
（基材）材料：Ａｌ，厚さ：１．６ｍｍ，
（ランド）材料：Ｃｕ，厚さ：１０５μｍ
図４におけるランドの寸法は、以下の通りである。
Ｗ２１：６．７５ｍｍ
Ｗ２２：４．９５ｍｍ
Ｗ２３：３．７５ｍｍ
Ｗ２４：０．７０ｍｍ
Ｄ２１：６．６５ｍｍ
Ｄ２２：３．６０ｍｍ
・半田：千住金属工業株式会社製、Ｐｂフリー半田Ｍ７０５
（組成）Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ

（比較例）
・パッケージ
基材及び電極用ソルダーパッド（メッキ層を含む）の材料及び厚さは、実施例と同じである。
図６におけるパッケージの各部の寸法は、以下の通りである。
Ｗ１１，Ｄ１１：７．００ｍｍ
Ｗ１２，Ｄ１２：６．６５ｍｍ
Ｗ１３：０．７０ｍｍ
・実装基板
基材及びランドの材料及び厚さは、実施例で用いた実装基板と同じである。
実装基板のランドは、図７に示した形状のものを用いた。実装基板に設けられているランド１２１１は、図７に示すように、比較例の電極用ソルダーパッド１０１２と略同じ大きさの矩形に形成されている。ランド１２１１の寸法は、以下の通りである。
Ｗ３１：６．７５ｍｍ
Ｗ３２：０．７０ｍｍ
Ｄ３１：６．６５ｍｍ
・半田
半田は、実施例と同じものを用いた。

（熱衝撃試験）
・−４０℃で１５分間維持と、１００℃で１５分間維持とを交互に１０４０サイクル繰り返す。
・各サンプルの側面を奥行き方向（Ｙ軸方向）に研磨して、Ｙ軸方向の中央部におけるパッケージのＸＺ平面に平行な断面を観察することで、半田のクラック率を測定する。クラック率は、以下に示す式で算出する。なお、半田の全長は、電極用ソルダーパッドの幅と略同じである。
クラック率［％］＝半田が割れた部分の長さ／半田の全長×１００

（評価結果）
実施例及び比較例のクラック率を、以下に示す。
実施例：１２．２％〜４９．４％、平均で２９．９％であった。
比較例：７０．８％〜１００％、平均で９２．７％であった。

ここで、実施例及び比較例ともに、それぞれ２個のサンプルについて試験を行い、各サンプルの２つの電極用ソルダーパッドのそれぞれに用いられた半田のクラック率を測定した。上記のクラック率は、実施例及び比較例ともに、４つの電極用ソルダーパッドにおけるクラック率の平均値である。
なお、補助ソルダーパッドにおける半田のクラック率は、略１００％であった。

電極用ソルダーパッドにおけるクラック率は、従来のパッケージを想定した比較例では１００％近いのに対し、実施例では３０％程度であり、実施例では実用上の電気的な接続状態を維持することができる。すなわち、本発明に係るパッケージを用いることにより、発光装置の実装の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

本発明に係る半導体装置は、照明器具、ディスプレイ、携帯電話の液晶表示装置用のバックライト、動画照明補助光源、その他の一般的民生用光源などの他に、発光装置以外の半導体装置にも利用することができる。

１，１Ａ，１Ｂパッケージ（半導体装置用パッケージ）
１０基材
１０ａ第１主面
１０ｂ第２主面
１１配線
１２電極用ソルダーパッド
１３補助ソルダーパッド
２発光素子（半導体素子）
３光反射部材
４枠体
５透光性部材
６封止部材
６ａレンズ部
６ｂ鍔部
７保護素子
１００，１００Ａ，１００Ｂ発光装置（半導体装置）
２００実装基板
２１０基材
２１１電極用ソルダーパッド用ランド
２１２補助ソルダーパッド用ランド
２１２ａ突出部
ＣＭカソードマーク

Claims

半導体素子を上面側に搭載するための半導体装置用パッケージであって、
平面視形状が略矩形である板状の基材と、
前記半導体素子が前記基材の上面側に搭載されたときに前記半導体素子と電気的に接続されるとともに、前記基材の下面側に設けられて第１方向に互いに対向する一対の電極用ソルダーパッドと、
前記基材の下面側に設けられ、前記一対の電極用ソルダーパッドを前記第１方向における外側から挟むように配置される一対の補助ソルダーパッドと、を有し、
前記第１方向と直交する方向である第２方向において、前記電極用ソルダーパッドの長さよりも前記補助ソルダーパッドの長さが長く、
前記第１方向において、前記補助ソルダーパッドと前記基材の外縁との距離が、前記基材の長さの２．５％以下である半導体装置用パッケージ。
半導体素子を上面側に搭載するための半導体装置用パッケージであって、
平面視形状が略矩形である板状の基材と、
前記半導体素子が前記基材の上面側に搭載されたときに前記半導体素子と電気的に接続されるとともに、前記基材の下面側に設けられて第１方向に互いに対向する一対の電極用ソルダーパッドと、
前記基材の下面側に設けられ、前記一対の電極用ソルダーパッドを前記第１方向における外側から挟むように配置される一対の補助ソルダーパッドと、を有し、
前記補助ソルダーパッドは、前記基材の平面視形状である前記略矩形の隣接する二辺に沿って前記第１方向及び前記第１方向と直交する方向である第２方向に延びるように形成され、
前記第２方向において、前記電極用ソルダーパッドの長さよりも前記補助ソルダーパッドの長さが長い半導体装置用パッケージ。
半導体素子を上面側に搭載するための半導体装置用パッケージであって、
平面視形状が略矩形である板状の基材と、
前記半導体素子が前記基材の上面側に搭載されたときに前記半導体素子と電気的に接続されるとともに、前記基材の下面側に設けられて第１方向に互いに対向する一対の電極用ソルダーパッドと、
前記基材の下面側に設けられ、前記一対の電極用ソルダーパッドを前記第１方向における外側から挟むように配置される一対の補助ソルダーパッドと、を有し、
前記補助ソルダーパッドは、前記基材の外縁に沿うように、前記第１方向と直交する方向である第２方向に延伸する主部と、前記主部の両端から前記第１方向の内側に延伸する延伸部と、を有し、
前記第２方向において、前記電極用ソルダーパッドの長さよりも前記補助ソルダーパッドの長さが長い半導体装置用パッケージ。
半導体素子を上面側に搭載するための半導体装置用パッケージであって、
平面視形状が略矩形である板状の基材と、
前記半導体素子が前記基材の上面側に搭載されたときに前記半導体素子と電気的に接続されるとともに、前記基材の下面側に設けられて第１方向に互いに対向する一対の電極用ソルダーパッドと、
前記基材の下面側に設けられ、前記一対の電極用ソルダーパッドを前記第１方向における外側から挟むように配置される一対の補助ソルダーパッドと、を有し、
前記第１方向と直交する方向である第２方向において、前記電極用ソルダーパッドの長さよりも前記補助ソルダーパッドの長さが長く、
前記第２方向における前記補助ソルダーパッドと前記基材の外縁との距離が、前記第１方向における前記補助ソルダーパッドと前記基材の外縁との距離よりも長い半導体装置用パッケージ。
前記第１方向において、前記補助ソルダーパッドと前記基材の外縁との距離が、前記基材の長さの１０％以下である請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージ。
前記補助ソルダーパッドの前記第２方向の長さが、前記基材の前記第２方向の長さと略同じである請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージ。
前記一対の補助ソルダーパッドは、それぞれ、前記基材の平面視形状である前記略矩形の、前記第２方向と平行な一辺及びその対辺に沿って配置されている請求項１又は請求項４に記載の半導体装置用パッケージ。
前記補助ソルダーパッドは、平面視において、前記第２方向を長手方向とする略長方形であり、前記基材の平面視形状である前記略矩形の一辺と略平行に配置されている請求項１又は請求項４に記載の半導体装置用パッケージ。
前記補助ソルダーパッドは、平面視において、前記基材の外縁よりも内側に設けられている請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージ。
前記電極用ソルダーパッドは、平面視形状が略長方形であり、前記電極用ソルダーパッドの平面視形状である長方形の長手方向が前記第２方向と略平行となるように配置される請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージ。
平面視において、前記補助ソルダーパッドの配置面積は、前記電極用ソルダーパッドの配置面積よりも大きい請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージ。
前記基材はセラミックスである請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージ。
前記補助ソルダーパッドは、前記電極用ソルダーパッドと電気的に接続されていない請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージ。
請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の半導体装置用パッケージと、
前記半導体装置用パッケージの前記基材の上面側に設けられた半導体素子と、を備える半導体装置。
平面視形状が略矩形である板状の基材を有する半導体装置用パッケージと、前記基材の上面側に搭載された半導体素子と、前記基材の上面側に設けられて前記半導体素子を被覆する部材と、を備える半導体装置であって、
前記半導体装置用パッケージは、前記半導体素子と電気的に接続されるとともに、前記基材の下面側に設けられて第１方向に互いに対向する一対の電極用ソルダーパッドと、
前記基材の下面側に設けられ、前記一対の電極用ソルダーパッドを前記第１方向における外側から挟むように配置される一対の補助ソルダーパッドと、を有し、
前記第１方向と直交する方向である第２方向において、前記電極用ソルダーパッドの長さよりも前記補助ソルダーパッドの長さが長い半導体装置。
前記半導体装置用パッケージは、前記第１方向において、前記補助ソルダーパッドと前記基材の外縁との距離が、前記基材の長さの１０％以下である請求項１５に記載の半導体装置。
前記半導体装置用パッケージは、前記補助ソルダーパッドの前記第２方向の長さが、前記基材の前記第２方向の長さと略同じである請求項１５又は請求項１６に記載の半導体装置。
前記半導体素子が発光素子であり、
前記半導体装置用パッケージの前記基材の上面側に設けられて、前記発光素子をその上面を除いて被覆する光反射部材と、前記発光素子の上面を被覆する透光性部材と、を備える請求項１５乃至請求項１７の何れか一項に記載の半導体装置。
平面視において前記発光素子が配置されている領域を環状に囲むように、光反射性を有する物質を含む枠体が前記光反射部材の上面に設けられ、前記透光性部材が前記枠体内に配置されている請求項１８に記載の半導体装置。
前記半導体装置用パッケージの前記基材の線膨張係数との差が３．０×１０ ^−６／Ｋ以上の線膨張係数を有する実装基板に実装される請求項１４乃至請求項１９の何れか一項に記載の半導体装置。