JP6627490B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、例えば発光ダイオード等の半導体発光素子及びその製造方法に関する。

近年、一般照明用の灯具等において、従来の白熱電球に代わって、より低消費電力の発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」ともいう。）の利用が進んでおり、その応用分野もバックライト用途や照明、車載用途等、各分野に拡大している。このような発光装置１０００は、図１０の斜視図に示すように、リードフレーム１０２２上にＬＥＤ１００１が実装されている。このリードフレーム１０２２は外部との導通に利用される。またリードフレーム１０２２は図１１の断面図に示すように、樹脂パッケージ１０３０に埋設されている。

このような発光装置では、耐久性を増すために、樹脂パッケージの強度を増すことが求められている。また、近年の高出力化の要求により、ＬＥＤを多数実装して光量を増すことが行われている。この結果、より一層の放熱性が求められるようになっている。さらに、高出力化のため投入電力量も増え、素子の高耐圧化を図ることも重要となっている。加えて、使用と共に経年劣化し、リードフレームのＡｇメッキの硫化による変色を防止することも求められている。

特表２０１３−５４０３６２号公報 特開２００６−０９３７３８号公報

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的の一は、機械的な強度を増した発光装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

以上の目的を達成するために、本発明の一の側面に係る発光装置によれば、発光素子と、前記発光素子をその一面上に実装するための第一リードフレームと、前記発光素子と電気的に接続するための第二リードフレームと、前記第一リードフレーム及び第二リードフレームを被覆する樹脂部とを有するパッケージとを備える発光装置であって、前記第一リードフレームと第二リードフレームとは、互いに隙間を有して分離され、かつ少なくとも平面視でＸ字状に交差する交差部を有し、前記交差部は前記樹脂部に埋設されており、前記第一リードフレームと第二リードフレームとを、異なる金属板で構成する、又は異なる種類の金属膜で被覆することができる。

また、本発明の他の側面に係る発光装置の製造方法によれば、発光素子と、前記発光素子をその一面上に実装するための第一リードフレームと、前記発光素子と電気的に接続するための第二リードフレームと、前記第一リードフレーム及び第二リードフレームを被覆する樹脂部とを有するパッケージとを備える発光装置の製造方法であって、前記第一リードフレームと、該第一リードフレームと異なる金属板で構成された、又は異なる種類の金属膜で被覆された第二リードフレームとを、互いに隙間を有して分離され、かつ少なくとも平面視でＸ字状に交差する交差部を有する形状で保持する工程と、前記交差部を埋設するよう、前記第一リードフレームと第二リードフレームを樹脂材で被覆して前記パッケージを形成する工程とを含むことができる。

上記構成により、第一リードフレームと第二リードフレームとが重なる交差部を樹脂部に埋設させることで機械的な強度を向上させている。

実施の形態１に係る発光装置を示す斜視図である。 図１の発光装置の平面図である。 図１の発光装置を底面側から見た斜視図である。 図１の発光装置の第一リードフレームと第二リードフレームの位置関係を示す透視斜視図である。 図４の第一リードフレームと第二リードフレームの位置関係を示す透視平面図である。 図６Ａは、図１のＶＩＡ−ＶＩＡ線における断面図、図６Ｂは図４のＶＩＢ−ＶＩＢ線における断面図である。 実施の形態２に係る発光装置を示す斜視図である。 図７の発光装置を底面側から見た斜視図である。 製造工程を示す斜視図である。 背景技術の発光装置を示す斜視図である。 背景技術の発光装置の垂直断面図である。

以下、本発明に係る実施形態及び実施例を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化したものを例示するものであって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一つの部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一つの部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）

実施の形態１に係る発光装置を、図１〜図６Ｂに示す。これらの図において図１は斜視図、図２は平面図、図３は底面側から見た斜視図、図４は第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０の位置関係を示す透視斜視図、図５は第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０の位置関係を示す透視平面図、図６Ａは、図１のＶＩＡ−ＶＩＡ線における断面図、図６Ｂは図４のＶＩＢ−ＶＩＢ線における断面図を、それぞれ示している。なお図６Ｂにおいては第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とが重なる状態を示すため、枠体を省略して図示している。これらの図に示す発光装置１００は、発光素子１と、発光素子１をその一面上に実装するための第一リードフレーム１０と、発光素子１と電気的に接続するための第二リードフレーム２０と、第一リードフレーム１０及び第二リードフレーム２０を被覆する樹脂部３０とを有するパッケージ４とを備えている。第一リードフレーム１０は、主に発光素子１を実装し、この発光素子１が発する光を光取り出し面側に反射させる機能を担う。一方第二リードフレーム２０は、発光素子１と電気接続して、発光素子に給電する機能を担う。第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とは、互いに離間され、かつ少なくとも一部が、この第二リードフレーム２０が第一リードフレーム１０の上方に位置した状態で交差させた形状で、樹脂部３０に埋設されている。また第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とは、好ましくは異なる金属板で構成するか、あるいは異なる種類の金属膜で被覆されている。
（発光素子１）

発光素子１は、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子が好適に利用できる。このような半導体発光素子は、液相成長法、ＨＤＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法により基板上にＺｎＳ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。半導体層の材料やその混晶度の選択により、半導体発光素子の発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。特に、野外でも好適に利用することができる表示装置とするときには、高輝度発光可能な発光素子が求められる。そこで、緑色系及び青色系の高輝度な発光する発光素子の材料として、窒化物半導体を選択することが好ましい。例えば、発光層の材料として、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）等が利用できる。また、このような発光素子と、その発光により励起され、発光素子の発光波長と異なる波長を有する光を発する種々の蛍光体（詳細は後述）とを組み合わせた発光素子とすることもできる。赤色系の発光する発光素子の材料として、ガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジウム・ガリウム・燐系の半導体を選択することが好ましい。なお、カラー表示装置とするためには、赤色系の発光波長が６１０ｎｍから７００ｎｍ、緑色が４９５ｎｍから５６５ｎｍ、青色の発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍのＬＥＤチップを組み合わせることが好ましい。

発光素子１は第一リードフレーム上に実装され、そのために接合部材が用いられる。例えば、青及び緑発光を有し、サファイア基板上に窒化物系半導体層を成長させて形成された発光素子の場合、接合部材は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、発光素子からの光や熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にＡｌ等の金属メッキをしてもよいし、接合部材に樹脂を使用せず、Ａｕ−Ｓｎ共晶等の半田、低融点金属等のろう材を用いてもよい。さらに、ＧａＡｓ等からなり、赤色発光を有する発光素子のように、両面に電極が形成された発光素子の場合には、銀、金、パラジウム等の導電性ペースト等によってダイボンディングしてもよい。

発光素子１は、第一リードフレーム１０及び第二リードフレーム２０と電気的に接続される。接続方法は、ワイヤを介したワイヤボンディングや、発光素子１の電極形成面を実装面として、ワイヤを介さずに実装する方式等が適宜利用できる。

発光素子１を複数実装する場合、第一リードフレーム１０の発光素子実装面である載置部１１上において、一方向に偏ることなく、均等に配置することが好ましい。また発光素子１を一個実装する場合は、中心近傍に配置することが好ましい。このような配置によって発光素子１の偏りをなくして均一な発光が実現される。この例では、発光装置１００を照明用として、複数の発光素子１を実装している。図１の例では、発光素子１をマトリックス状に６行×６列の計３６個を実装している。ただ、発光素子の数や配置パターンは、任意のものが利用できる。例えば、縦横の数を変化させた長方形状としたり、あるいは円形状や多角形状に配置してもよい。さらには発光素子を１個とすることもできる。
（樹脂部３０）

樹脂部３０は、上面に発光素子１を収容する凹部を有する。図１、図２等に示すように、樹脂部３０は、外形を平面視略矩形状とし、平面視において発光素子実装面を囲む枠体状に構成される。つまり、樹脂部３０は、枠体３１を有し、枠体３１の内側に凹部を形成している。また凹部の底面には、第一リードフレーム１０が露出するように、これを埋設している。さらに樹脂部３０は、第二リードフレーム２０も埋設すると共に、側面から突出させている。このような樹脂部３０は、絶縁性に優れた樹脂製とすることが好ましい。

樹脂部３０の材料としては、例えば、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンテレフタレート、不飽和ポリエステル、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、ポリビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、などの熱硬化性樹脂が挙げられる。また、これらの樹脂材中に、充填剤又は着色顔料として、ガラス、シリカ、酸化チタン、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、ワラストナイト、マイカ、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、酸化アンチモン、スズ酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、カーボンブラックなどの粒子又は繊維を混入させることができる。

なお樹脂部の平面視における外形は、矩形状とする他、八角形等の多角形状や、円形状とすることもできる。また必要に応じて、樹脂部の上面にレンズ等の光学部材を配置してもよい。

また、凹部の平面視における外形は、矩形状とする他、八角形等の多角形状や、円形状とすることもできる。さらに凹部の底面と開口部分とで異なる形状としてもよい。
（封止樹脂４０）

樹脂部３０の凹部には、図６Ａに示すように封止樹脂４０が充填されている。封止樹脂４０は、発光素子やワイヤ、リードの一部を封止して、塵芥や煙、水分、外力等から保護する部材である。封止樹脂の材料としては、絶縁性を有し、発光素子から出射される光を透過可能な材料（好ましくは透過率７０％以上）であることが好ましい。具体的にはエポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＴＰＸ樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの樹脂を１種類以上含むハイブリッド樹脂等が挙げられる。なかでも絶縁性や耐候性に優れたシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂が好適に利用できる。
（波長変換部材）

また、必要に応じて発光素子１の発する光の波長を変換する波長変換部材を付加しても良い。波長変換部材は、発光素子１の発光面に面する位置やその近傍に配置される。例えば発光素子１を封止する封止樹脂４０に、波長変換部材を分散させる。あるいは、波長変換部材を含む板状の部材を別途構成し、これを発光素子の発光面と接合させても良い。この構成であれば、波長変換部材を発光素子と離間させることができ、発光素子の発熱で波長変換部材が劣化する影響を低減できる。発光素子と波長変換部材の接合は、接着剤等の介在物を用いた方法や、直接接合等が利用できる。直接接合は、例えば表面活性化結合、水酸基結合、原子拡散結合が利用できる。

波長変換部材には蛍光体が利用できる。例えば、発光素子として青色ＬＥＤを用い、波長変換部材としてこの青色ＬＥＤが発する青色光で励起されて黄色光を発する蛍光体、例えばＹＡＧ蛍光体や、赤色光を発する蛍光体、例えばＫＳＦ蛍光体等が利用できる。一例として、半導体発光素子にＩｎＧａＮのＬＥＤを利用し、蛍光体に希土類元素で賦活されたＹＡＧを利用することで、ＬＥＤの青色光と、この青色光で蛍光体が励起されて波長変換させた黄色の蛍光とが得られ、これらの混色によって白色光が得られ、これにより白色の発光装置を得ることができる。また、必要に応じて蛍光体は複数種類を用いることができる。例えば赤色系の蛍光体を付加して、赤み成分を加えた暖色系の発光色を得ることができる。また白色光以外の発光色を得ることも可能である。ここでは、発光ダイオードのピーク波長を４４５〜４５５ｎｍの青色、蛍光体には、この青色光で励起されて黄色の蛍光を発するＹＡＧ、黄緑の蛍光を発するＬＡＧ、赤色の蛍光を発するＳＣＡＳＮを組み合わせて、これらの混色により電球色の白色光を出力光として生成する発光装置を得ている。

さらに、封止樹脂４０には光拡散材を付加しても良い。光拡散材としては、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、ガラス、カーボンブラック等を用いることができる。

封止樹脂４０は、波長変換部材を分散させた層状の波長変換部材含有層と、この波長変換部材含有層の上に、拡散材を分散させた拡散材含有層を配置した二層構造とすることができる。さらにまた、封止樹脂を、蛍光体等の波長変換部材を配合して波長変換を行う第一樹脂モールド層と、拡散剤を配合して発光むらを軽減するための第二樹脂モールド層とに分離した多層構造とすることもできる。
（第一リードフレーム１０）

第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０は、好ましくは金属板で構成される。図４の例では、第一リードフレーム１０は、平板状に形成された載置部１１と、載置部１１の端縁から延長された一以上の延長部１２とを備えている。延長部１２は、載置部１１の四隅から互いに平行に突出している。好ましくは、図４、図６Ｂに示すように延長部１２と載置部１１とは同一平面上となるように形成される。また載置部１１の裏面は、樹脂部３０の裏面側から露出されている。第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０は、樹脂部３０の底面と同一平面となるように樹脂部３０に埋設している。

この例では、金属板である第一リードフレーム１０上に発光素子１を実装しているが、この第一リードフレーム１０と発光素子１とは、電気的に絶縁されている。また第一リードフレーム１０は、外部と電気的に絶縁されている。この第一リードフレーム１０は、発光素子１が発する熱を熱伝導する放熱性を発揮させやすい構成としている。具体的には、熱伝導性に優れた金属材料で構成し、又は熱伝導性に優れた金属材料で被膜している。

さらに図３に示すように、裏面側で第一リードフレーム１０を露出させている。これにより、樹脂部３０の裏面側にヒートシンク等の外部の放熱部材を熱的に結合させて、一層の放熱性能を発揮できる。このように、第一リードフレーム１０を電気的に絶縁したことで、第一リードフレーム１０には放熱性に特化した構成を採用できる。

第一リードフレーム１０は、放熱性に優れた金属板で構成し、例えばＣｕ製とすることができる。さらに第一リードフレーム１０は、第二リードフレーム２０よりも光反射率の高い第一金属膜１３で被覆されている。これにより、発光素子１から出射されて底面側に向かう光を第二リードフレーム２０よりも光反射率の高い第一金属膜１３の表面で反射させて、光取り出し面側に向かわせることができ、光出力の向上が図られる。このような第一金属膜１３には、Ａｇが好適に利用できる。この例では第一リードフレーム１０を構成するＣｕの金属板に第一金属膜１３としてＡｇめっきを施している。

また延長部１２は、図１の斜視図に示すように樹脂部３０の側面から露出させている。すなわち延長部１２の端面を、樹脂部３０の側面とほぼ同一平面となるように構成している。このようにすることで、この部分からの放熱を図ることが可能となる。また、発光装置を実装基板に実装する際に、位置決めを精度よく行わせることが可能となる。
（第二リードフレーム２０）

第二リードフレーム２０は、正極及び負極となる一対のリードフレーム片２０Ａ、２０Ｂで構成される。一対のリードフレーム片２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ、樹脂部３０の外側に配置された第一接続端子２１と、第一接続端子２１から連続して、樹脂部３０の内側に配置され、互いに近付く方向に延伸する第二接続端子２２とを備えている。第一接続端子２１は、樹脂部３０の外部に配置され、主に発光装置の外部との電気接続を担う外部接続端子として機能する。一方第二接続端子２２は、主に樹脂部３０の内部で、発光素子１や保護素子２（後述）との導通を図るための内部接続端子として機能する。

第一接続端子２１は、図１の斜視図に示すように一部の発光素子１（例えば直列接続された発光素子の内、端縁に位置する発光素子１Ｂ）とワイヤボンディングにより接続される。したがって、このようなワイヤボンディングに適した、機械的接続性に優れた特性の材質とする。また電気抵抗の少ない、高い導電率を備える材質とする。

第二接続端子２２は、第一接続端子２１と一体である。ここでは、一方向に延長された第一接続端子２１の左右端部から連続して、該延長方向に直交する方向にそれぞれが平行に、互いに近付く方向に延伸する第二接続端子２２を、金属板の折曲加工によって形成している。一対のリードフレーム片２０Ａ、２０Ｂは、好ましくは略対称な形状とする。これにより、共通のリードフレーム片として製造コストの削減、製造工程の簡素化に寄与できる。

第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とは、図４、図５、図６Ｂに示すように、第二リードフレーム２０の第二接続端子２２が第一リードフレーム１０の上方に位置した状態で樹脂部３０に埋設されている。具体的には、第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とは、図５に示すように平面視で、第一リードフレーム１０の延長部１２と、第二リードフレーム２０の第二接続端子２２とが重なる交差部ＣＲを有し、この交差部ＣＲが樹脂部３０に埋設されている。これによりパッケージ４の機械的強度を高めることが可能となる。特に交差部ＣＲを各リードフレームの両端部を除く一部に配置することで、交差部ＣＲをリードフレームの端部に配置した時よりも、さらに機械的強度を高めることが可能となる。なお、交差部ＣＲでは第一リードフレームと第二リードフレームとは平面視では重なっているが、実際には接触しておらず、上下に違った高さで立体的に交差している。本明細書において、両端部を除く一部が重なる交差部とは、第一リードフレームと第二リードフレームとがＴ字状に交差するのではなく、Ｘ字状に交差することを意味する。なお、その際の交差角度は特に限定されないが、パッケージの強度を考慮すると、直角に近い角度で交差する交差部であることが好ましい。

第二リードフレーム２０は、第一リードフレーム１０よりも導電率の高い第二金属膜２３で被覆されていることが好ましい。第二金属膜２３は、良好な電気接続を実現し、また硫化による劣化を防止する材質とすることが望ましい。例えばＡｕを含むことが好ましい。これによって、電気接合に有利となる。特に発光素子と第二リードフレームとをワイヤボンディングで接合する場合はＡｕワイヤを用いることにより、Ａｕを含む第二金属膜２３との接合性が良好となる。さらにワイヤの硫化による断線を抑制して信頼性を高めた給電用のリードフレームを実現できる。この例では、銅合金の金属板に下地層としてＮｉ、Ｐｄをコーティングした上に、第二金属膜２３としてＡｕめっきを施した構成としている。また金属板は銅合金に限らず、例えば鉄製としてもよい。

第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とはそれぞれ樹脂部３０に被覆されている。その際、第一リードフレーム１０と、第二リードフレーム２０の第一接続端子２１とが、図６Ｂの断面図に示すように同じ高さとなるように樹脂部３０で被覆されている。一方、第二リードフレーム２０の第二接続端子２２が位置する平面は、第一接続端子２１が位置する平面よりも高い位置となるように、第一接続端子側に位置する一部が折曲されている。

なお、第二金属膜２３を被膜させる場合は、第二リードフレーム２０の折曲加工の後に被膜を行うことが好ましい。このようにすることで、折曲加工時にめっきやめっきの下地材の割れが発生することを防止できる。

第二接続端子２２は、樹脂部３０の上面から露出している。第二接続端子２２は、第一リードフレーム１０の上方に位置し、延長部１２の一部と交差する形状に配置される。このような第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とが互いに重なる交差部ＣＲを設けることで、樹脂部３０内部で金属板同士を立体的に離間させつつ、交差する形状に配置させた芯材として機能させることができ、パッケージ４の機械的強度の向上が図られる。

さらに、正極及び負極の電極として利用する一対のリードフレーム片は、電気的な絶縁を図る必要があることから、離間させて配置している。例えば図１１の断面図に示す発光装置１０００では、矢印で示す位置で、金属板で構成されたリードフレーム１０２２同士の間に隙間が生じるため、この部分の機械強度が弱くなり、例えば製造時にリード板を切断する際に曲げ応力が加わって、樹脂パッケージ１０３０が破損することが考えられた。

これに対して本実施の形態では、電気接続を担う一対のリードフレームの隙間に沿って割れる方向と交差するように、別のリードフレームを配置することで、曲げ応力に対抗する補強を図っている。具体的には、図４の斜視図に示すように、電気接続を担う一対のリードフレーム片２０Ａ、２０Ｂは、略対称な形状をしており、それぞれが正極、負極となるように離間して配置される。この際、第二接続端子２２同士が離間して対向する領域、いわゆるｐｎギャップＰＮＧの部分の機械強度が弱くなる。図４の例では、各第二リードフレーム２０は、一方向に延長された第一接続端子２１の左右に、互いに近付く方向に延伸する第二接続端子２２を設けているので、一対のリードフレーム片２０Ａ、２０Ｂの間では、図４において第二接続端子２２間にｐｎギャップＰＮＧがそれぞれ形成されている。この結果、ｐｎギャップＰＮＧ同士を結ぶ領域（図４において一点鎖線で示す脆弱領域ＦＡ）が、曲げ応力に対して機械的に弱くなることが考えられる。そこで本実施の形態では、別部材である第一リードフレーム１０を、この脆弱領域ＦＡに対して交差する形状に配置している。これによって、脆弱領域ＦＡが機械的に補強されて、応力に対する抗力を高めて信頼性が向上され、製造時の歩留まりも改善が期待できる。特に第一リードフレーム１０は、金属板であり、かつ載置部１１を平板状としているので、図１１に示したような従来の構成と比べ機械的強度は各段に向上される。

各リードフレームは、樹脂部３０の凹部の内側において、その一部が露出されている。すなわち第一リードフレーム１０及び第二リードフレーム２０の上面を、樹脂部３０の凹部内に露出させて、この露出面でもって発光素子１やリードフレームの導通を図っている。このようにパッケージ４の内部における発光素子１同士の電気接続は、リードフレームの上面を利用する一方、外部との電気接続は、樹脂部３０の底面に露出されたリードフレームの底面や、樹脂部３０の側面から露出されたリードフレームの側面側を利用できる。

図６Ｂの断面図に示すように、第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とは、ワイヤボンディングが必要な箇所はほぼ同一平面に位置させる一方、交差部ＣＲは、第二リードフレーム２０を第一リードフレーム１０よりも上方に位置させている。このようにして、ワイヤボンディングが必要な部位は同一平面として、リードフレーム間のワイヤボンディング作業を容易に行うことができる一方、リードフレーム上のワイヤボンディングが接合されない部分においては、リードフレーム間に高低差を設けてそれぞれのリードフレームの両端部を除く一部が重なるように配置することで、機械強度の維持を図っている。また、一対のリードフレーム片２０Ａ、２０Ｂの、第一リードフレーム１０よりも上方に位置させた部分は、ほぼ同じ高さとしている。これにより、図４の斜視図に示すように、この部分に保護素子２を実装して、第二リードフレーム２０間をワイヤボンディングする作業を容易にしている。
（保護素子２）

また、必要に応じて発光素子１を静電気等から保護するための保護素子２を設けることもできる。保護素子２は、逆電圧が印加された際に発光素子１が破損される事態を回避する。このような保護素子２には発光素子１の導通方向と逆向きに並列に接続されたツェナーダイオード等が好適に利用できる。あるいは、保護素子にバリスタ等を使用してもよい。図１、図２等の例では、互いに対向して配置された第二接続部同士の間に、保護素子２が接続される。ここでは、一方の第二接続部上に、上下面に電極を有する両面電極のツェナーダイオードを実装し、このツェナーダイオードの上面を、他方の第二接続部とワイヤで接続している。いいかえると、第一リードフレーム１０上に発光素子１を実装し、第二リードフレーム２０上に保護素子２を実装して、物理的に離隔させている。さらに第二リードフレーム２０の内、第一リードフレーム１０よりも高い位置に折曲させた第二接続部上に保護素子２を実装したことで、発光素子１と保護素子２の実装された高さを異ならせている。このように配置したことで、保護素子に発光素子からの光が直接照射されにくくなり、保護素子による光吸収を低減することができる。なお、図１の例では両面電極のツェナーダイオードを用いているが、本発明はこの構成に限定されるものでなく、片面電極のツェナーダイオードを用いて二本のワイヤで実装する等、他の形態も適宜利用できる。

さらに図２の平面図に示すように、保護素子２を設けた第二接続端子２２は、樹脂部３０の枠体３１上にて導通面を露出させている。いいかえると、発光素子１を実装した凹部の底面には保護素子２は配置されない。このような配置としたことで、発光素子１が発する光の保護素子２による光吸収を低減して、光出力の低下を避けることができる。

また第二接続端子２２を樹脂部３０の上面から露出させる場合、樹脂部３０の枠体３１の上面よりも低い位置で露出させることが好ましい。これにより、不要な導通を回避できる。図１の斜視図に示すように、樹脂部３０の枠体３１の内側面の上面よりも低い位置に第二底面を形成し、この第二底面の上面に第二接続端子２２を露出させている。この第二底面上に保護素子２を載置した後、封止樹脂４０を凹部に充填することにより、第二接続端子２２を含めて凹部内を保護できる。保護素子２をワイヤボンディングで接続する構成においては、ワイヤが封止樹脂４０で埋設されるように、ワイヤの高さや第二底面の形成位置を設計する。

図２等の例では、保護素子２は樹脂部３０の凹部内の第二底面上に配置されているが、第二接続端子及び保護素子は樹脂部内部に埋設させてもよい。

このように、リードフレームを第一リードフレーム１０、第二リードフレーム２０に分離して立体的に交差させ、交差部ＣＲを樹脂部に埋設させることで発光装置の機械強度を向上させると共に、第一リードフレーム１０を発光素子１の実装用、第二リードフレーム２０を発光素子１への給電用にそれぞれ適した材質とすることで、信頼性を高めた発光装置を実現している。
（実施の形態２）

以上の例では、樹脂部３０の側面から第一接続端子２１を突出させた構成を説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、第一接続端子を樹脂部の側面から突出させない構成とすることもできる。この場合は例えば、第一接続端子を樹脂部の側面と同一面となる高さとしつつ、電極端子の表面を樹脂部から露出させたり、あるいは樹脂部３０の上面の一部を切り欠く等して、外部との電気接続が可能な電極を構成することができる。このような例を実施の形態２に係る発光装置２００として、図７〜図８に示す。これらの図において、図７は斜視図、図８は底面側から見た斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す発光装置２００も、発光素子１と、発光素子１をその一面上に実装するための第一リードフレーム１０’と、発光素子１と電気的に接続するための第二リードフレーム２０’と、第一リードフレーム１０’及び第二リードフレーム２０’を被覆する樹脂部３０’とを有するパッケージ４とを備えている。第一リードフレーム１０’は平板状に形成された載置部１１’と載置部１１’の端縁から延長された延長部１２’で構成され、また第二リードフレーム２０’は第一接続端子２１’と第二接続端子２２’で構成される。実施の形態１と同様の構成を備える部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。

第一接続端子２１’は、樹脂部３０’の側面から突出させない代わりに、樹脂部３０’の上面の内、端縁から側面に連続して切り欠いた切り欠き領域３２を設けたことで、第一接続端子２１’を上面側に露出させている。これにより、樹脂部３０’の側面からの突起をなくして外形を小型化しつつ、外部と接続するための領域を確保している。

また第一リードフレーム１０’は、ここに実装した発光素子１を放熱させやすいように、放熱性に特化した構造を採用する。例えば放熱性に優れた特性の金属を採用したり、図８に示すように裏面側を樹脂部３０’から露出させて放熱面積を稼ぎ、かつ外部のヒートシンク等と熱伝導させている。
（発光装置の製造工程）

次に発光装置の製造工程を、図９Ａ〜図９Ｄの斜視図に基づいて説明する。まず、第一リードフレーム１０及び第二リードフレーム２０を、それぞれ金属板シートの打ち抜き等により複数連結した状態のフレーム材１５、２５を用意する。この例では、長方形状のシートに、４行×２列の計８個のリードフレームを形成する。各フレーム材１５、２５は、それぞれのリードフレームに求められる特性に応じて、適切な金属材料やめっき材料が選択される。例えば図９Ａに示す第二リードフレーム２０用のフレーム材２５は、安価なＦｅの板材に、第二金属膜２３としてＦｅよりも導電率の高いＡｕをめっきしたものを用いる。ＡｕはＡｇやＣｕほど導電率は高くないが、化学的に安定しているため端子の材料として優れている。一方図９Ｂに示す第一リードフレーム１０用のフレーム材１５は、放熱性に優れたＣｕの板材に、第一金属膜１３として光反射率の高いＡｇめっきを施したものを使用する。なお、各フレーム材１５、２５のパターンを形成した打ち抜きは、金属膜のめっきの前に行うことで効率よく製造できる。ただ、打ち抜き後にめっき処理を行うことで、打ち抜かれた切断面も含めた被膜が形成され、信頼性の面で好ましい。

次に、図９Ｃに示すように、フレーム材１５、２５を重ねて保持し、さらに図９Ｄに示すように樹脂成型等により樹脂部３０を形成する。樹脂部３０の形成は、第一リードフレーム１０と第二リードフレーム２０とが互いに離間し、かつ、平面視で一部が重なる交差部ＣＲを有する形状となるようフレーム材１５、２５を保持した状態で、フレーム材１５、２５を樹脂材で被覆する。このようにして、交差部ＣＲが樹脂部３０に埋設されたパッケージ４が形成される。樹脂部３０の形成には、射出成形やトランスファーモールド等、既知の方法を適宜採用できる。さらにこの状態で、発光素子１や保護素子２を実装し、ワイヤボンディングを行った後、封止樹脂４０を樹脂部３０の凹部に充填する。最後に、フレーム材を第一リードフレーム１０及び第二リードフレーム２０の外側の位置で切断し、フレーム材から各発光装置１００を分離する。このようにして、複数の発光装置が得られる。

以上のように、本実施の形態に係る発光装置によれば、リードフレームを発光素子１の給電用と実装用に分離させ、かつこれを樹脂部内部で部分的に交差させたことで、高強度、高耐圧を両立させた高品質の発光装置を実現できる。

本発明に係る発光装置及びその製造方法は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に用いるＬＥＤ、レーザ素子等の半導体発光素子のみならず、半導体発光素子の製造に広範囲に利用することができる。

１００、２００、１０００…発光装置
１、１Ｂ…発光素子
２…保護素子
４…パッケージ
１０、１０’…第一リードフレーム
１１、１１’…載置部
１２、１２’…延長部
１３…第一金属膜
１５…第一リードフレーム用フレーム材
２０、２０’…第二リードフレーム；２０Ａ、２０Ｂ…リードフレーム片
２１、２１’…第一接続端子
２２、２２’…第二接続端子
２３…第二金属膜
２５…第二リードフレーム用フレーム材
３０、３０Ｂ、３０’…樹脂部
３１…枠体
３２…切り欠き領域
４０…封止樹脂
１００１…ＬＥＤ
１０２２…リードフレーム
１０３０…樹脂パッケージ
ＣＲ…交差部
ＰＮＧ…ｐｎギャップ
ＦＡ…脆弱領域

Claims (16)

1. 発光素子と、
   前記発光素子をその一面上に実装するための第一リードフレームと、前記発光素子と電気的に接続するための第二リードフレームと、前記第一リードフレーム及び第二リードフレームを被覆する樹脂部とを有するパッケージと、
   を備え、
   前記第一リードフレームと第二リードフレームとは、互いに隙間を有して分離され、かつ少なくとも平面視でＸ字状に交差する交差部を有し、
   前記交差部は前記樹脂部に埋設されており、
   前記第一リードフレームと第二リードフレームとを、異なる金属板で構成してなる、又は異なる種類の金属膜で被覆してなる発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記第二リードフレームが前記第一リードフレームの上方に位置した状態で前記樹脂部に埋設されてなる発光装置。
3. 請求項１又は２に記載の発光装置であって、
   前記第一リードフレームと第二リードフレームとは、同一平面で互いに前記隙間を有して分離されており、
   前記第二リードフレームの一部が曲げられて前記第一リードフレームの上方に位置した状態とされ、
   前記交差部は、前記第一リードフレームの上方に位置した前記第二リードフレームが、前記隙間に沿う方向で、前記第一フレームと交差してなる発光装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記第一リードフレームが、前記発光素子と電気的に絶縁されてなる発光装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記第一リードフレームが、外部と電気的に絶縁されると共に、前記発光素子が発する熱を熱伝導する放熱性を備えている発光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記第一リードフレームが、前記第二リードフレームよりも光反射率の高い第一金属膜で被覆されてなる発光装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記第一リードフレームが、Ａｇを含む第一金属膜で被覆されてなる発光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記第二リードフレームが、前記第一リードフレームよりも導電率の高い第二金属膜で被覆されてなる発光装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記第二リードフレームが、Ａｕを含む第二金属膜で被覆されてなる発光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記第一リードフレームが、
    平板状に形成された載置部と、
    前記載置部と同一平面上に、前記載置部の端縁から突出した一以上の延長部とを備えており、
    前記載置部の裏面が、前記樹脂部の裏面側から露出されてなる発光装置。
11. 請求項１０記載の発光装置であって、
    前記第二リードフレームが、正極及び負極となる一対のリードフレーム片で構成され、
    前記一対のリードフレーム片は、それぞれ、
    前記樹脂部の外側に配置された第一接続端子と、
    前記第一接続端子から連続して、前記樹脂部の内側に配置され、互いに近付く方向に延伸される第二接続端子と
    を備えており、
    前記交差部は、前記第二接続端子と前記延長部とが重なってなる発光装置。
12. 請求項１１に記載の発光装置であって、
    前記第二接続端子が位置する平面が、前記第一接続端子が位置する平面よりも高い位置となるように、該第一接続端子側に位置する一部が折曲されてなる発光装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の発光装置であって、
    前記第二接続端子が、前記樹脂部の上面に露出されてなる発光装置。
14. 請求項１１〜１３のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記リードフレーム片が、略対称な形状に形成されてなる発光装置。
15. 請求項１１〜１４のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記一対のリードフレーム片が、前記樹脂部内で、互いに分離して対向して配置されており、
    該分離して配置された一対のリードフレーム片の間の領域に、前記第一リードフレームが配置されてなる発光装置。
16. 発光素子と、
    前記発光素子をその一面上に実装するための第一リードフレームと、前記発光素子と電気的に接続するための第二リードフレームと、前記第一リードフレーム及び第二リードフレームを被覆する樹脂部とを有するパッケージとを備える発光装置の製造方法であって、
    前記第一リードフレームと、該第一リードフレームと異なる金属板で構成された、又は異なる種類の金属膜で被覆された第二リードフレームとを、互いに隙間を有して分離され、かつ少なくとも平面視でＸ字状に交差する交差部を有する形状で保持する工程と、
    前記交差部を埋設するよう、前記第一リードフレームと第二リードフレームを樹脂材で被覆して前記パッケージを形成する工程と
    を含む発光装置の製造方法。

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