リードフレーム、成形金型、半導体装置及びパッケージ

【課題】半導体装置のパッケージを成形するにあたり、成形金型のキャビティ内からエアーを外部に確実に送り出し、樹脂の充填不足による成形不良の発生を防止して歩留まりを向上させる。
【解決手段】端子リード１３を有するリードフレーム１を成形金型に設置して樹脂成形を行うことにより樹脂成形体が一体となったパッケージ２を成形するにあたり、リードフレーム１に樹脂成形体の周辺部に連結して支持する複数の吊りリード１４、１４を設け、この吊りリード１４、１４の表面に複数のベント溝１４ａを形成し、キャビティ内のエアーをベント溝１４ａから外部へと送り出す。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として発光素子が実装されるパッケージのリードフレームの構造、パッケージを成形するための成形金型、これらにより成形されるパッケージと半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２に示される、パッケージ内に半導体素子を封止した半導体装置は、リードフレーム１００のタブ（ダイパッド）１０１上に半導体素子１０２を搭載し、半導体素子１０２の電極とインナーリードをワイヤボンディングして接続した後、モールド金型により樹脂モールドしてパッケージ１０３を形成し、このパッケージ１０３の周辺にできた樹脂バリとともにリードフレームを切断し、併せてアウターリード１０４を折り曲げる加工工程を経て形成される。
【０００３】
このような半導体装置の前記パッケージの成形工程において、モールド金型には通常そのキャビティ内に残留したエアーを外部に送り出すエアベント部がゲート以外の角部に設けられているが、エアベント部は狭幅なため封止樹脂が付着して詰りやすく、キャビティ内のエアーが十分に外部に送り出されず、封止樹脂の注入が不十分となって充填不足を引き起こすことがある。
これを解決する手段として、同図に示されるように、リードフレーム１００のアウターリード１０４やタブ吊りリードにエアベント部１０５を設け、このエアベント部１０５を通じてモールド金型のキャビティ内のエアーがキャビティ外部に送り出されるようにした構成のものが知られている（例えば特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１１３０５号公報
【特許文献２】特開平１１−２２００８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光ファイバ通信などに使われるＬＤ素子やＬＥＤランプに使われるＬＥＤ素子などの発光素子を搭載した表面実装型の光半導体装置のうち、リードがパッケージの二側面と底面から表出したタイプのパッケージを、反射特性や耐熱性に優れた熱硬化性樹脂などの樹脂材料を用いてリードフレームに一体に成形した形態ものが製品化されている。
【０００６】
かかるパッケージにおいて、熱硬化性樹脂のような粘度が低く成形流動性が良好な材料を用いると、成形金型の隙間に樹脂が流れ込んでバリや樹脂被りができやすく、また、キャビティ内のエアーを外部に送り出すために成形金型の周辺部に形成されたエアベント部に流入して詰らせやすく、樹脂の硬化が速く固化時間が短いことと相俟って、エアベント部に付着し硬化した樹脂によってキャビティ内のエアーが十分に外部に送り出されず、エアー溜まりによる樹脂の充填不足を引き起こしやすいという成形技術上の問題があった。
この場合、前記従来技術において樹脂に封止されるアウターリードやタブ吊りリードにエアベント部を設けたように、リードフレームのキャビティ内に装填される部分にエアベント部を設けたとしても、成形流動性が良好な樹脂がエアベント部に流入・固化して詰まり、キャビティ内のエアー溜まりによって樹脂の充填不足を引き起こすことは避けられない。特に熱硬化性樹脂のうちでシリコーン樹脂のような粘度の低い樹脂材料を用いて前記タイプのパッケージを形成する態様には前記従来技術は適用できない。
【０００７】
また、前記パッケージは、その周辺部に吊りリードが連結されてリードフレームと一体に成形され、前記吊りリードを介してリードフレーム内に支持された状態で、発光素子を装着する工程、リードフレームの端子リードと発光素子の電極をワイヤで接続する工程、発光素子とワイヤにより接続された部分を保護樹脂で被覆する工程の各工程を経て半導体装置に加工され、完成した半導体装置は吊りリードとの連結部分を分断してリードフレームから取り外し、電子機器の回路基板に取付けられる。
従って、パッケージから半導体装置に加工する間、パッケージが取り外れないようにリードフレームに固定しておく必要があるが、特にシリコーン樹脂などは粘度が低く硬化後も柔らかいため、パッケージと吊りリードの連結部分が脆く崩れてパッケージがリードフレームから取り外れやすく、また、リードフレームから取り外す際に前記パッケージと吊りリードの連結部分から屑が生じやすかった。
【０００８】
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、半導体装置のパッケージを成形するにあたり、成形金型のキャビティ内からエアーを外部に確実に送り出し、樹脂の充填不足による成形不良の発生を防止して歩留まりを向上させ、また、パッケージを半導体装置に加工する工程でパッケージがリードフレームに確実に保持されるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため本発明は、半導体素子が装着されるダイパッドと電極を構成する端子リードを有するリードフレームであって成形金型内に設置されて樹脂成形を行うことにより前記ダイパッド及び端子リードと樹脂成形体が一体となったパッケージを形成するためのリードフレームにおいて、前記樹脂成形体の周辺部に連結して支持する複数の吊りリードを備えるともに、前記複数の吊りリードのうちの少なくも一つの吊りリードの表面にベント溝が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、吊りリードの表面にベント溝を設けることで、パッケージ成形時に成形金型のキャビティ内のエアーを前記ベント溝から成形金型の外部へと送り出すことができ、成形金型の側にベント溝を設けなくとも、キャビティ内にエアー溜まりができること効果的に防止することができる。
また、吊りリードにベント溝を設けることで、パッケージ成形時に前記ベント溝に樹脂が流入して詰まり、ベント効果が失われたとしても、成形金型に樹脂は付着せず、次段のパッケージ成形の際にはベント溝に樹脂が付着していない新たなリードフレーム上での成形となるため、樹脂の充填不足を起こすことなく、成形金型にリードフレームを逐次設置してパッケージを連続的に成形することができる。
さらに、リードフレームの吊りリードにベント溝を設けることで、パッケージ成形後或いはパッケージを半導体装置に加工した後、リードフレームの端子リードを切断してパッケージをリードフレームから取り外して個片にした場合に、前記吊りリードもパッケージから分離してパッケージ内にベント溝が残ることはなく、パッケージの機能や外観に支障を及ぼすことはない。
【００１１】
前記構成のリードフレームにおいて、ベント溝の表面に、摩擦抵抗を増加させる粗加工処理がなされていることが好ましい。
ベント溝の表面が成形金型の表面よりも粗くなっていれば、パッケージ成形時に生じる樹脂のバリはベント溝に付着して成形金型に残ることはない。粗加工処理は、ベント溝の表面に凹筋や凸筋、凸凹な部分などを設けるなどして、前記成形金型の表面よりも摩擦抵抗を増加させるための処理であり、この処理はベント溝の形成と同時に、或いはベント溝を形成した後の加工により行うことができる。通常リードフレームの打ち抜きと同時に押圧型でベント溝を形成する際に、ベント溝の表面には微細な凹凸や筋が形成され、摩擦抵
抗は大きくなる。
【００１２】
また、前記構成のリードフレームにおいて、吊りリードの先端部に、当該リードの上面先端側から下面根元側へ傾斜したテーパ部を設けてなることが好ましい。
これによれば、吊りリードの先端部にテーパ部を設けて、これをパッケージの周辺部に連結することにより、パッケージは吊りリードを介してリードフレーム内に安定して支持され、また、吊りリードをパッケージから分離する際に、吊りリードの先端部をパッケージの周辺部から簡単に取り外すことができ、パッケージと連結した部分から屑が生じることもない。
【００１３】
また、本発明の成形金型は、前記構成のリードフレームに樹脂成形体を一体に形成するための成形金型であって、キャビティに樹脂を流入するためのゲートの位置が、吊りリードが樹脂の充填末端部となるように配置してあることを特徴とする。
これによれば、パッケージの成形に必要な樹脂流入口であるゲートの位置を前記のように配置することにより、キャビティ内の前記充填端末部に発生しやすいエアー溜まりを、吊りリードのベント溝を通して成形金型の外部に効率的に排出することができる。
【００１４】
また、本発明の成形金型は、前記構成のリードフレームに樹脂成形体を一体に形成するための成形金型であって、成形金型を構成する上金型と下金型が、当該上下の金型の間に設置された前記リードフレームの端子リードと吊りリードの縁部に挟持圧接するように設けてあることを特徴とする。
リードフレームは鋼板を打ち抜きプレスして形成され、打ち抜かれたフレームの縁部に「だれ」が形成されるが、前記のように上下の金型でリードフレームの端子リードと吊りリードの縁部を強制的に挟んで圧接することにより、前記「だれ」た縁部が変形せしめられ、リードフレームとパッケージの接合部の密着性を高めることがきる。
【００１５】
また、本発明の半導体装置は、前記構成のリードフレームに半導体素子を装着し、前記半導体素子の電気端子とリードフレームの端子リードとを電気的に接続するとともに、前記半導体素子を樹脂で覆って形成されていることを特徴とする。
この場合、半導体装置は、リードフレームに半導体素子を装着し、半導体素子の電極端子や信号端子をリードフレームの端子リードにワイヤなどで電気的に接続し、この半導体素子が実装されたリードフレームを成形金型にセットし、キャビティ内に樹脂を充填して硬化させて前記半導体素子の周囲を樹脂で被覆するモールド成形を行うことにより形成することができる。
このように、半導体装置をモールド成形により形成する場合にも、成形金型のキャビティ内のエアーをリードフレームのベント溝から成形金型の外部へと送り出してキャビティ内にエアー溜まりができ難く、樹脂の充填不足による成形不良の発生を効果的に防止することができる。
【００１６】
また、本発明のパッケージは、前記構成のリードフレーム、或いは成形金型を用いて形成されることを特徴とする。
さらに、本発明の発光装置は、前記パッケージに半導体素子を装着し、この発光素子の電極部とリードフレームの端子リードとを電気的に接続するとともに、前記パッケージ内に装着された発光素子を封止材で覆って形成してなることを特徴とする。前記封止材としては、透光性を有する封止材料、エポキシ系の樹脂やシリコーンからなる封止材料、これらに無機充填材を配合した樹脂などを用いることができる。
【００１７】
なお、本発明のリードフレーム、成形金型及びパッケージは、発光素子を実装してなる発光装置の他に、受光素子を実装してなる受光装置や、その他の半導体装置の作製にも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のリードフレームにパッケージを成形した状態の上面図（Ａ）と下面図（Ｂ）である。
【図２】図１のリードフレームの上面図（Ａ）と下面図（Ｂ）である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った拡大切断端面図である。
【図４】図１のパッケージを成形する成形金型にリードフレームを設置した状態における吊りリードの先端部の位置を示した成形金型の概略断面図である。
【図５】図４と同じく一対の吊りリードの位置を示した成形金型の概略断面図である。
【図６】図５で示した成形金型のキャビティ内に樹脂を流入したときのエアーと樹脂の流れを示した図である。
【図７】図１のパッケージをリードフレームから取り外してＬＥＤ素子を実装した状態の外観図である。
【図８】本発明の他の実施形態のリードフレームにパッケージを成形した状態の上面図（Ａ）、下面図（Ｂ）及びベント溝の断面図（Ｃ）である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態のリードフレームにパッケージを成形した状態の上面図（Ａ）と下面図（Ｂ）である。
【図１０】吊りリードの端部形状が異なる他の形態のリードフレームを成形金型に設置した状態における成形金型の概略断面図である。
【図１１】吊りリードの端部形状が異なるさらに他の形態のリードフレームを成形金型に設置した状態における成形金型の概略断面図である。
【図１２】従来の半導体装置の一例の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
本形態は半導体装置としてＬＥＤ素子を装着して発光装置を構成するパッケージを本発明のリードフレームを適用して成形したものであり、図１は本発明の一実施形態のリードフレーム１を成形金型に設置してパッケージ２を一体に成形した状態の上面と下面をそれぞれ示している。図中、符号２１はパッケージ２の下面に配置されたゲート部である。
【００２０】
リードフレーム１は、例えば銅合金等の導電金属条板からなり、これをプレスにより所定形状に打ち抜き及び打ち出し加工し、表面に銀や銀−パラジウム合金、金−パラジウム合金などでメッキ加工を施して形成されたものを用いることができる。
また、パッケージ２の成形材料は、反射特性、耐ＵＶ特性、耐熱性に優れたシリコーン樹脂が好適であるが、エポキシ樹脂などのシリコーン樹脂以外の熱硬化性樹脂や、ＰＰＡやＰＡ９Ｔなどの熱可塑性樹脂を用いてパッケージ２を成形してもよい。
【００２１】
図２は前記リードフレーム１の上面と下面をそれぞれ示しており、図示されるように、リードフレーム１は、四方を囲う外枠リード１１と一体にその内側に、半導体素子３が装着されるダイパッド１２と、一対の電極を構成する端子リード１３、１３と、一対の吊りリード１４、１４とを設けて形成してある。
【００２２】
より詳しくは、吊りリード１４、１４は、それぞれパッケージ２の対向側壁の全長に略接合する幅に設けられており、吊りリード１４、１４の上面側にはそれぞれ幅方向に等間隔離して三本のベント溝１４ａを同じ深さに設けて形成してある。
【００２３】
図３に示されるように、ベント溝１４ａは、吊りリード１４の先端から根元部分の外枠リード１１に至る長さに亘って厚さ方向に適宜な深さで吊りリード１４の表面を帯状に切り欠かいてなるものであり、吊りリード１４の下面側は平坦な面としてある。
【００２４】
また、吊りリード１４、１４の先端部は、図５に示されるように、吊りリード１４の上面先端側から下面根元側へ傾斜したテーパ部１４ｂを設けてあり、パッケージ２を成形した際に、このテーパ部１４ｂがパッケージ２の側壁内部に没入してパッケージ２を支持するようになっている。
【００２５】
前記ベント溝１４ａは、リードフレーム１を成形金型に設置してパッケージ２を成形する際に、キャビティ内のエアーを成形金型の外側へ送り出すための部位であり、エアーの送り出しが可能であれば、角溝断面のものやＶ字ノッチ溝断面などの適宜な断面形状に設けることができる。後述するように、充填端末部のウエルドに合わせた位置に複数配置してもよい。
また、図示されているように各吊りリード１４の複数のベント溝１４ａを同数だけ設ける他に、各吊りリード１４に一つのベント溝１４ａを設けたり、各吊りリード１４で設置数を異ならせて一つ又は複数のベント溝１４ａを設けたりしてもよい。複数の吊りリード１４のうちの一つの吊りリード１４の表面にのみ一つ又は複数のベント溝１４ａを設けてもよい。吊りリード１４に形成されるベント溝１４ａの幅や断面形状は、キャビティ内のエアーを成形金型の外側へ効率的に送り出すことができるように、成形条件などに応じて適宜に設定される。
また、パッケージ２を成形する際に、樹脂が成形金型の側に付着し難くなるよう、ベント溝１４の表面に凹筋や凸筋を設けるなどの摩擦抵抗を増加させる粗加工処理が施されていることが好ましい。なお、ベント溝１４は、幅広よりも幅狭に設ける方が、樹脂がベント溝１４に流入して詰った場合にベント溝１４から樹脂が剥がれて成形金型に付着し難くなって好ましい。
さらに、パッケージ２の側壁に吊りリード１４が広く接合するように吊りリード１４の幅を大きく確保し、その吊りリード１４にベント溝１４ａを適宜な幅及び深さで適宜な数を設けることで、パッケージ２を成形する際にキャビティの内部全体からバランス良くエアーを排出させてベント効果を高めることができる。
【００２６】
このように形成された本形態のリードフレーム１を用いてパッケージ２を成形するには、図４及び図５に示される、成形金型３を用いることができる。
ここで成形金型３は、上金型３１と下金型３２からなり、上下の金型３１、３２の間に設置されたリードフレーム１は、図４に示されるように、その端子リード１３、１３と吊りリード１４、１４の縁部が上下の金型３１、３２の端部で挟持圧接されてキャビティ３３内に支持されるように構成してある。
また、図６に示されるように、成形金型３は、キャビティ３３に樹脂を流入するためのゲート３４の位置が、吊りリード１４が樹脂の充填末端部となるように配置してある。
【００２７】
そして、リードフレーム１を成形金型３に設置してゲート３４からキャビティ３３内に樹脂を流入させれば、図６に示されるように、樹脂の流入に伴ってキャビティ３３内のエアーが吊りリード１４、１４のベント溝１４ａを通って成形金型３の外部へと送り出される。
この場合、成形金型３のゲート３４が前記吊りリード１４が樹脂の充填末端部となるように配置してあるので、キャビティ３３内の充填端末部に発生しやすいエアー溜まりを、吊りリード１４のベント溝１４ａを通して成形金型３の外部に効率的に排出し、樹脂の充填不足のないパッケージ２を成形することができる。
成形時にベント溝１４ａに樹脂が流入して詰まり、ベント効果が失われたとしても、成形金型３に樹脂が付着しないので、次段のパッケージ２を成形する際にはベント溝１４ａに樹脂が付着していない新たなリードフレーム１上での成形となるため、成形金型３にリードフレーム１を逐次設置してパッケージ２を連続的に成形することが可能である。
【００２８】
リードフレーム１と一体に成形されたパッケージ２は、パッケージ２内のダイパッド１２にＬＥＤ素子４を装着した後、端子リード１３、１３を切断するとともにパッケージ２の側壁に連結した吊りリード１４、１４を分離して、図７に示されるように、個片の完成品として取り扱うことができる。
また、リードフレーム１にパッケージ２を支持させた状態のままで、ＬＥＤ素子４を装着する工程、リードフレーム１の端子リード１２、１２とＬＥＤ素子４の電極をワイヤで接続する工程、ＬＥＤ素子４とワイヤにより接続された端子リード１２、１２の部分を封止材で被覆する工程の各工程を経て発光装置に加工し、その後、リードフレーム１から加工されたパッケージ２を取り外してもよい。
吊りリード１４の先端部に設けたテーパ部１４ｂがパッケージ２の周辺部に連結しているので、パッケージ２は吊りリード１４を介してリードフレーム１内に安定して支持されてパッケージ２を加工する際にリードフレーム１から外れることはなく、また、吊りリード１４をパッケージ２から分離するときには前記テーパ部１４ｂを設けた吊りリード１４の先端部を簡単に取り外すことができ、パッケージ２と連結した部分から屑が生じることもない。
【００２９】
図８は、本発明の他の実施形態のリードフレーム１を成形金型３に設置してパッケージ２を一体に成形した状態を示しており、この形態のリードフレーム１は、同図（Ｃ）に示されるように、吊りリード１４、１４に設ける複数のベント溝１４ａを各々Ｖ字断面形状で前記形態のものよりも幅狭に形成したものである。
【００３０】
また、図９は、本発明のさらに他の実施形態のリードフレーム１を成形金型３に設置してパッケージ２を一体に成形した状態を示しており、この形態のリードフレーム１は、一方の吊りリード１４の表面に等間隔開けて三本のベント溝１４ａを設け、他方の吊りリード１４の表面には六本のベント溝１４ａを設けるとともに、このうちの成形金型３のゲート部２１から遠く、樹脂の充填端末部となる位置の三本のベント溝１４ａの配置間隔を狭めて形成して、成形金型３のキャビティ３３内に均一に樹脂が充填されるように設けたものである。
【００３１】
さらに、図１０及び図１１はリードフレーム１の他の形態を示しており、図１０は吊りリード１４、１４の先端部の厚みの略中間部分から吊りリード１４の下面根元側へ傾斜したテーパ部１４ｂを設けたもの、図１１はテーパ部１４ｂを角度が異なる二段の傾斜面で形成したものである。
これら図示した何れのテーパ部１４ｂであっても、パッケージ２を吊りリード１４、１４を介してリードフレーム１内に安定して支持し、また、吊りリード１４、１４をパッケージ２から分離する際には吊りリード１４、１４の先端部を簡単に取り外すことが可能である。
【００３２】
なお、図示したリードフレーム１、パッケージ２及び成形金型３は、本発明の実施形態の一例を示すものであり、本発明はこれに限定されず、他の適宜な形態で構成することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１リードフレーム、１１外枠リード、１２ダイパッド、１３端子リード、１４吊りリード、１４ａベント溝、１４ｂテーパ部、２パッケージ、３成形金型、３１上側金型、３２下側金型、４ＬＥＤ素子

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が装着されるダイパッドと電極を構成する端子リードを有するリードフレームであって成形金型内に設置されて樹脂成形を行うことにより前記ダイパッド及び端子リードと樹脂成形体が一体となったパッケージを形成するためのリードフレームにおいて、
前記樹脂成形体の周辺部に連結して支持する複数の吊りリードを備えるともに、前記複数の吊りリードのうちの少なくも一つの吊りリードの表面にベント溝が形成されてなることを特徴とするリードフレーム。
【請求項２】
ベント溝の表面に摩擦抵抗を増加させる粗加工処理がなされてなる請求項１に記載のリードフレーム。
【請求項３】
吊りリードの先端部に、当該リードの上面先端側から下面根元側へ傾斜したテーパ部を設けてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のリードフレーム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のリードフレームに樹脂成形体を一体に形成するための成形金型であって、キャビティに樹脂を流入するためのゲートの位置が、吊りリードが樹脂の充填末端部となるように配置してあることを特徴とするパッケージ用成形金型。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかに記載のリードフレームに樹脂成形体を一体に形成するための成形金型であって、成形金型を構成する上金型と下金型が、当該上下の金型の間に設置された前記リードフレームの端子リードと吊りリードの縁部に挟持圧接するように設けてあることを特徴とするパッケージ用成形金型。
【請求項６】
請求項１〜３の何れかに記載のリードフレームに半導体素子を装着し、前記半導体素子の電気端子とリードフレームの端子リードとを接続するとともに、前記半導体素子を樹脂で覆って形成してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜３の何れかに記載のリードフレームを用いて形成されるパッケージ。
【請求項８】
請求項７に記載のパッケージに発光素子を装着し、前記発光素子の電極部と端子リードとを接続するとともに、前記パッケージ内に装着された発光素子を封止材で覆って形成してなることを特徴とする発光装置。

【図１】