JP3964590B2

JP3964590B2 - 光半導体パッケージ

Info

Publication number: JP3964590B2
Application number: JP36937499A
Authority: JP
Inventors: 原士内; 村英男田; 崎雅之杉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001185763A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体パッケージに関し、特に、低熱抵抗を実現する光半導体パッケージの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術による光半導体パッケージについて図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図３（ａ）は、従来の光半導体パッケージの一例を示す正面図であり、また、同図（ｂ）は、（ａ）における破線内の領域の拡大図である。
【０００４】
同図に示す光半導体パッケージ５０は、２つの金属片５１，５２でなるリードフレーム５３と、導電性接着剤５４を介してリードフレーム５３上に固着された光半導体素子２２と、樹脂封止体５６とを備える。
【０００５】
光半導体素子２２は、図３（ｂ）に示すように、カソードが導電性接着剤５４によりリードフレームの金属片５１に電気的に接続され、また、アノードが金属ワイヤ２６を介してリードフレーム５３の金属片５２に電気的に接続されている。
【０００６】
図３に示すような従来の光半導体パッケージにおいて、通電により入力電流に比例して光半導体素子２２が発熱する。発生した熱は、導電性接着剤５４に伝導した後リードフレーム５３に伝導し、その後外気に放出される。熱の一部は、封止樹脂５６を経由して外気に放出されるが、リードフレーム５３は、一般に熱伝導性が非常に良好な金属で形成されるため、大部分の熱は、リードフレーム５３を通じて放出される。
【０００７】
光半導体素子の特性は、熱による温度上昇で劣化し、この結果、光の取出し効率が低下する。従来、放熱性を向上させ、パッケージの熱抵抗を低減してこのような問題に対処するため、リードフレームタイプのパッケージについては、以下の方法が採用されてきた。
【０００８】
即ち、第１の方法としてリードフレームの幅を太くする方法や、第２の方法として導電性接着剤について熱伝導性が良好なものを選択する方法、第３の方法としてパッケージ全体の容量を増加させる方法、などが用いられた。
【０００９】
また、リードフレームタイプではなく、パッケージの熱抵抗が低いステムタイプなどを用いる場合もあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体素子は、一般的に、より一層の軽薄短小化が求められている。この一方、上述した第１および第３の方法によれば、パッケージの容積が大きくなってしまう。第２の方法によれば、パッケージの容積に影響を与えることはないが、大幅な効果は期待できない。また、ステムタイプのパッケージでは、部品の単価が高いことに加え、多数の部品を組立てなければならないため、大量生産には不向きである。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低熱抵抗を実現するリードフレームタイプの光半導体パッケージを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１３】
本発明によれば、
光半導体素子と、
上記光半導体素子の第１の端子に接続されて上記光半導体素子を主面に実装する第１の部分と上記第１の部分に一体成形され上記第１の部分から外側へ延設された第２の部分とを有する第１の金属部と、金属ワイヤにより上記光半導体素子の上記第２の端子に接続された第２の金属部と、を含むリードフレームと、
透光性樹脂により成型され、上記光半導体素子を覆うように配設された第１の樹脂成型体と、
遮光性樹脂により成型され、上記リードフレームを支持する底部と、上記第１の樹脂成型体を支持する側部と、を有する第２の樹脂成型体と、を備え、
上記第１の部分は、その裏面が上記第２の樹脂成型体の底部を貫通して外部に露出するように形成されて第１の放熱領域をなし、
上記第２の部分の上記第２の樹脂成型体から外側の領域は第２の放熱領域をなし、
上記第２の金属部の上記第２の樹脂成型体から外側の領域は、第３の放熱領域をなし、
上記第１の放熱領域と上記第２の放熱領域の少なくとも一部と上記第３の放熱領域の少なくとも一部とはほぼ同じ面に位置し、
上記第１の金属部は、外側端部と上記第１の領域との間で上記第１および上記第２の樹脂成型体に覆われるように折り曲げて形成される、
光半導体パッケージが提供される。
【００１４】
上記リードフレームの裏面のうち、光半導体素子の実装領域に対応する領域が上記第２の樹脂成型体の底部を貫通して外部に露出する第１の放熱領域をなすので、上記リードフレームのアウタリード部と上記第１の樹脂成型体の表面領域に加え、光半導体素子で発生した熱を熱源に最も近い領域から外部に放出することができる。これにより、熱抵抗が大幅に低い光半導体パッケージが提供される。
【００１５】
また、上記第１の樹脂成型体と上記第２の樹脂成型体は、ともに樹脂により形成されるので、相互の固着面は、優れた密着性を有する。これにより、外部からの水分や不純物の進入を確実に防止することができる。
【００１６】
上記リードフレームは、上記光半導体素子を搭載するとともにこの光半導体素子の第１の端子と接続された第１の金属部と、上記光半導体素子の第２の端子と金属ワイヤにより接続された第２の金属部と、を有し、上記第１の金属部は、上記実装領域から互いに異なる方向で外部へ延在するように形成され、そのアウタリード部が複数の上記第２の放熱領域をなすと良い。
【００１７】
上記第１の金属片のアウタリード部が複数の上記第２の放熱領域をなすので、上記第２の放熱領域の表面積が大きくなる。この結果、上記実装領域で発生しインナーリード部を介して伝導する熱が効率良く外部へ放出される。これにより、熱抵抗がさらに低減することができる。
【００１８】
また、上記第１の金属部は、主面に上記光半導体素子を搭載し底面が上記第１の樹脂成型体の底面から突出するように配設される金属ブロックを含むものでも良い。
【００１９】
上記金属ブロックの底面が上記第１の樹脂成型体の底面から突出するので、光半導体素子で発生した熱をさらに効率よく放出できるとともに、パッケージを基板に実装した場合に、上記金属ブロックの底面以外の領域と基板との間に間隙が形成される。これにより、この間隙内の空間を介して熱がさらに高効率で放出される。
【００２０】
上記第１の樹脂成型体は、上記光半導体素子の光軸上で光学指向性が得られるレンズ形状で予め形成され、上記透光性樹脂により上記光半導体素子を覆って形成される第３の樹脂成型体を介して上記リードフレームおよび上記第２の樹脂成型体に固着されることが好ましい。
【００２１】
また、上記第１の樹脂成型体は、上記透光性樹脂により上記光半導体素子の光軸上で光学指向性が得られるレンズ形状をなすように鋳型を用いて一体的に形成されるものでも良い。
【００２２】
上記リードフレームは、インナーリード部に形成されその側面が中心に向うにつれて低くなって光を反射させる傾斜面をなしその底面が上記実装領域となる凹部を有することが望ましい。これにより、上記光半導体素子の光軸から外れた光を反射させて光軸と平行な軌道を通過させることができる。
【００２３】
また、上記第２の樹脂成型体についても、上記第１の樹脂成型体との接合面において光を反射させる傾斜面を側部に有することが望ましい。これによっても、上記光半導体素子の光軸から外れ、上記第１または第２の樹脂成型体を経由して到達した光を反射させて光軸と平行な軌道を通過させることができる。
また、本発明によれば、
光半導体素子と、
透光性樹脂により成型され、上記光半導体素子を覆うように配設された第１の樹脂成型体と、
遮光性樹脂により成型され、上記第１の樹脂成型体を支持する第２の樹脂成型体と、
上記光半導体素子を主面に実装する第１の部分と、上記第１の部分に一体形成され、上記第２の樹脂成形体に支持されて上記第２の樹脂成形体の内部から上記第２の樹脂成形体の外側へ張り出すように延設された第２の部分と、上記第１の部分の周縁近傍から上記第２の樹脂成形体の内部を貫通して上記第２の樹脂成形体の外側へ張り出すように延設された第３の部分と、を有するリードフレームと、
を備え、
上記リードフレームの上記第１の部分は、上記光半導体素子の第１の端子と接続され、その裏面が上記第２の樹脂成型体の底部を貫通して外部に露出するように形成されて第１の放熱領域をなし、
上記第２の部分の上記第２の樹脂の外側の領域は、第２の放熱領域をなし、
上記第３の部分は、上記光半導体素子の第２の端子と接続され、その上記第２の樹脂の外側の領域は第３の放熱領域をなし、
上記第１の放熱領域と、上記第２の部分の裏面の少なくとも一部と、上記第３の部分の裏面の少なくとも一部とはほぼ同じ面に位置し、
上記第１の金属部は、外側端部と上記第１の領域との間で上記第１および上記第２の樹脂成型体に覆われるように折り曲げて形成される、
光半導体パッケージが提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面において図３と同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。
【００２５】
（１）第１の実施の形態
まず、本発明にかかる光半導体パッケージの第１の実施の形態について図１を参照しながら説明する。同図に示すように、本実施形態の特徴は、光半導体素子により発生した熱を水平方向と底面方向に放出するリードフレーム１３と、このリードフレーム１３を保持するとともに透光性部材１６を支持する遮光性樹脂成型体１４とを備える点にある。
【００２６】
図１は、本実施形態の光半導体パッケージ１を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ切断面における断面図を示す。
【００２７】
図１に示す光半導体パッケージ１は、リードフレーム１３と、光半導体素子２２と、遮光性樹脂成型体１４と、透光性樹脂成型体１６とを備えている。
【００２８】
リードフレーム１３は、図１（ａ）に示すように、第１の金属部である金属片１２と、第２の金属部である金属片１１で構成される。金属片１２は、インナーリード部と、このインナリード部から紙面において上下方向と左方向に延在するアウタリード部とを有する略Ｔ字型の形状で形成される。金属片１２のインナーリード部とアウタリード部の境界領域には、後述する遮光性樹脂成型体と透光性樹脂成型体との間の密着性を高めるためのアンカーホール１８が設けられている。また、金属片１１は、インナリード部の先端が金属片１２に所定距離だけ隔てられて紙面右方向に延在するように配置された略ストライプ形状で形成される。これらの金属片１１，１２は、いずれもプレス加工または鋳造により形成することができ、各金属片１１，１２のアウタリード部は、第２の放熱領域をなす。
【００２９】
また、同図（ａ）および（ｂ）に示すように、金属片１２は、インナリード部中央の素子実装領域とアウタリード部の各端部とを除く領域がパッケージの底面よりも高くなるように、垂直方向に折曲げられて形成される。このような形状により、金属片１２の素子実装領域とアウタリード部の各端部は、それぞれの底面において光半導体パッケージ１が実装される図示しない基板の主面に接触し、また、これ以外の領域は、基板上の配線から絶縁状態となる。
【００３０】
光半導体素子２２は、金属片１２の実装領域上に載置され、導電性接着剤２４により金属片１２の主面に固着される。導電性接着剤２４の材料としては、後述する遮光性樹脂成型体１４の耐熱性を考慮すると、Ａｇ（銀）ペーストが好ましい。光半導体素子２２は、本実施形態においてはＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、端子の一つ、例えばカソードが金属片１２に電気的に接続される。
【００３１】
また、光半導体素子２２は、他の端子、例えばアノードが金属ワイヤ２６を介して金属片１１に電気的に接続される。
【００３２】
遮光性樹脂成型体１４は、本実施形態において第２の樹脂成型体を構成し、遮光性樹脂により底部と円筒状の側部とが一体的に形成されている。これにより、リードフレーム１３をなす金属片１１，１２は、アウタリード部とインナリード部との境界領域において遮光性樹脂成型体１４の側部により保持され、また、インナリード部は、金属片１２の素子実装領域を除いて遮光性樹脂成型体１４の底部主面により支持される。また、遮光性樹脂成型体１４の側部上面は、中心点に近づくに従い高さが逓減する複数の段部をなす形状を有するように形成される。遮光性樹脂成型体１４の上述した形状は、所定の鋳型にリードフレーム１３を主面が下面となるようにセットし、この鋳型内に遮光性樹脂を流し込むことにより容易に形成することができる。
【００３３】
透光性樹脂成型体１６は、本実施形態において第１の樹脂成型体を構成し、ＬＥＤの光軸上で光学的指向性が得られるレンズ形状を有するように成型される。透光性樹脂成型体１６は、本実施形態において、所望のレンズ形状に応じて成型された鋳型を遮光性樹脂成型体１４の側部上面の所定の段部に載置して透光性樹脂を流し込むことにより成型される。上述したように、金属片１１には、アンカーホール１８が設けられているので、これを介して透光性樹脂１６が遮光性樹脂成型体１４と接着されることにより、透光性樹脂成型体１６が遮光性樹脂成型体１４と強く固着する。遮光性樹脂の材料としては、屈折率がレンズそのものに近い樹脂、例えばゲル状のシリコン透明樹脂を用いる。
【００３４】
なお、透光性樹脂成型体１６の成型は、上記方法に限ることなく、例えば、ＬＥＤとの間で光学特性が調整された半球体を予め透光性樹脂により形成しておき、この半球体の材料と同一の透光性樹脂をＬＥＤを覆うように半球体の底面に対応する高さまで流し込み、その上に予め形成された半球体を載置して固着させても良い。また、透光性樹脂により一体的に固着させることなく、例えば乾燥窒素（Ｎ_２）を充填して半球体のみを遮光性樹脂成型体１４の側部上面の対応する段部に固着させても良い。
【００３５】
本実施形態の光半導体パッケージ１によれば、リードフレーム１３のインナリード部における素子形成領域裏面側がパッケージの外部に露出して第１の放熱領域を構成し、さらに、リードフレーム１３のアウタリード部においてパッケージの外部へ延在する第２の放熱領域を４つ備えるので、従来のパッケージと比較して熱抵抗を大幅に低減することができる。また、遮光性樹脂成型体１４が基台となってリードフレーム１３を保持するとともに、遮光性樹脂成型体１４が透光性樹脂成型体１６と固着されてこれを支持するので、接着性に優れ、外部から水分や汚染物質が進入することを確実に防止することができる。また、遮光性樹脂成型体１４の側部上面に複数の段部を設けるので、透光性樹脂成型体１６とＬＥＤ２２との距離を容易に調整することができる。さらに、リードフレーム１３の裏面うち、放熱に直接寄与しない領域は、透光性樹脂成型体１６の底面から所定距離だけ離隔するように形成されるので、基板への実装にあたり基板上配線の設計の自由度を妨げることもない。
【００３６】
（２）第２の実施の形態
次に、本発明にかかる光半導体パッケージの第２の実施の形態について図２を参照しながら説明する。
【００３７】
図２は、本実施形態の光半導体パッケージ２の説明図であり、（ａ）はその平面図であり、また、（２）は（ａ）のＣ−Ｃ切断面における断面図である。
【００３８】
図１に示す光半導体パッケージ１との対比において、図２に示す光半導体パッケージ２の特徴は、リードフレーム３４の構造にある。
【００３９】
即ち、本実施形態の光半導体パッケージ２は、図１に示す金属片１２の代りに、金属ブロック３３と金属片３２とを備えている。金属ブロック３３は、半径の異なる同心円の２つの円板を積載したような形状で一体形成され、頂部の円板部分には側面が中心に向って低くなる傾斜面Ｓ１をなすように切欠きが設けられ、その底面にＬＥＤ２２が載置される。ＬＥＤ２２は、導電性接着剤２４により切欠きの底面に固着されて金属ブロック３３と電気的に接続される。また、金属ブロック３３の底部は、頂部よりも半径が大きい円板形状を有し、その半径は、本実施形態において透光性樹脂成型体１６と略同一である。さらに、遮光性樹脂成型体３６は、その底面から金属ブロック３３の底部が突出するように形成される。このような形状により、金属ブロック３３が底面において図示しない基板上の配線に接続されるとともに、金属ブロック３３の大きな底面積および、遮光性樹脂成型体３６の実装領域に対応する領域を除く底面と基板との間の間隙により、ＬＥＤ２２で発生した熱が効率よく放出される。
【００４０】
また、金属ブロック３３の頂部の切欠きに形成された傾斜面Ｓ１により、ＬＥＤ２２の光軸から外れた光が反射して透光性樹脂成型体１６に入射し、光軸にほぼ平行な軌道で外部へ放射される。
【００４１】
さらに、遮光性樹脂成型体３６の側部は、図２（ｂ）に示すように、内側が中心に向って低くなる傾斜形状を有し、その表面Ｓ２には、反射材が塗布されて白い光沢面となっている。従って、この傾斜面Ｓ２によっても、光軸から外れた光が反射し、透光性樹脂成型体１６を介して光軸に平行な軌道で放射される。
【００４２】
なお、本実施形態においては、ＬＥＤ２２のカソードが金属ブロック３３を介して基板上配線に接続される構成としたが、これに限ることなく、実装される基板の設計に応じて、例えば同図の破線に示すように、金属ブロック３３の頂部周辺領域と金属片３２の先端部とを金属ワイヤ２７にて接続し、金属片３２のパッケージ外側の端部により基板上配線と接続しても勿論良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００４４】
即ち、本発明によれば、リードフレームが遮光性樹脂成型体により保持され、その主面に対向する裏面のうち光半導体素子実装領域に対応する領域が上記遮光性樹脂成型体の底部から露出して第１の放熱領域をなすので、上記光半導体素子で発生する熱が高い効率で外部に放出される。これにより、熱抵抗が大幅に低減された光半導体パッケージが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光半導体パッケージの第１の実施の形態の説明図である。
【図２】本発明にかかる光半導体パッケージの第２の実施の形態の説明図である。
【図３】従来の技術による光半導体パッケージの一例を示す正面図および拡大図である。
【符号の説明】
１，２光半導体パッケージ
１１，１２，３１，３２金属片
１３，３４リードフレーム
１４，３６遮光性樹脂成型体（第１の樹脂成型体）
１６透光性樹脂成型体（第２の樹脂成型体）
２２光半導体素子（ＬＥＤ）
２４導電性接着剤
２６，２７金属ワイヤ
Ｓ１，Ｓ２傾斜面

Claims

光半導体素子と、
前記光半導体素子の第１の端子に接続されて前記光半導体素子を主面に実装する第１の部分と前記第１の部分に一体成形され前記第１の部分から外側へ延設された第２の部分とを有する第１の金属部と、金属ワイヤにより前記光半導体素子の前記第２の端子に接続された第２の金属部と、を含むリードフレームと、
透光性樹脂により成型され、前記光半導体素子を覆うように配設された第１の樹脂成型体と、
遮光性樹脂により成型され、前記リードフレームを支持する底部と、前記第１の樹脂成型体を支持する側部と、を有する第２の樹脂成型体と、を備え、
前記第１の部分は、その裏面が前記第２の樹脂成型体の底部を貫通して外部に露出するように形成されて第１の放熱領域をなし、
前記第２の部分の前記第２の樹脂成型体から外側の領域は第２の放熱領域をなし、
前記第２の金属部の前記第２の樹脂成型体から外側の領域は、第３の放熱領域をなし、
前記第１の放熱領域と前記第２の放熱領域の少なくとも一部と前記第３の放熱領域の少なくとも一部とはほぼ同じ面に位置し、
前記第１の金属部は、外側端部と前記第１の領域との間で前記第１および前記第２の樹脂成型体に覆われるように折り曲げて形成される、
光半導体パッケージ。
前記リードフレームは、
前記第１の部分に形成され、側面が中心に向うにつれて低くなって光を反射させる傾斜面をなし、底面が前記実装領域となる凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の光半導体パッケージ。
光半導体素子と、
透光性樹脂により成型され、前記光半導体素子を覆うように配設された第１の樹脂成型体と、
遮光性樹脂により成型され、前記第１の樹脂成型体を支持する第２の樹脂成型体と、
前記光半導体素子を主面に実装する第１の部分と、前記第１の部分に一体形成され、前記第２の樹脂成形体に支持されて前記第２の樹脂成形体の内部から前記第２の樹脂成形体の外側へ張り出すように延設された第２の部分と、前記第１の部分の周縁近傍から前記第２の樹脂成形体の内部を貫通して前記第２の樹脂成形体の外側へ張り出すように延設された第３の部分と、を有するリードフレームと、
を備え、
前記リードフレームの前記第１の部分は、前記光半導体素子の第１の端子と接続され、その裏面が前記第２の樹脂成型体の底部を貫通して外部に露出するように形成されて第１の放熱領域をなし、
前記第２の部分の前記第２の樹脂の外側の領域は、第２の放熱領域をなし、
前記第３の部分は、前記光半導体素子の第２の端子と接続され、その前記第２の樹脂の外側の領域は第３の放熱領域をなし、
前記第１の放熱領域と、前記第２の部分の裏面の少なくとも一部と、前記第３の部分の裏面の少なくとも一部とはほぼ同じ面に位置し、
前記第１の金属部は、外側端部と前記第１の領域との間で前記第１および前記第２の樹脂成型体に覆われるように折り曲げて形成される、
光半導体パッケージ。
前記リードフレームの厚みは一定であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光半導体パッケージ。
前記第１の樹脂成型体は、前記透光性樹脂により前記光半導体素子の光軸上で光学指向性が得られるレンズ形状をなすように鋳型を用いて成型されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光半導体パッケージ。
前記第１の樹脂成型体は、前記光半導体素子の光軸上で光学指向性が得られるレンズ形状で予め成型され、前記透光性樹脂により前記光半導体素子を覆って形成される第３の樹脂成型体を介して前記リードフレームおよび前記第２の樹脂成型体に固着されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光半導体パッケージ。