JP6122423B2 - Ｌｅｄパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、搭載部材上に搭載したＬＥＤ素子の電極部と該搭載部材側の電極部との間を接続する配線の信頼性を向上させたＬＥＤパッケージ及びその製造方法に関する発明である。

従来より、ＬＥＤ素子等の半導体素子の実装工程では、半導体素子を搭載部材（回路基板、リードフレーム等）にダイボンドした後に、該半導体素子側の電極部と搭載部材側の電極部との間をワイヤボンディングで配線するのが一般的である。

しかし、特許文献１（特許第３９９２０３８号公報）に記載されているように、ワイヤボンディングを行うときの機械的なストレスによって不良が発生する可能性があるため、ワイヤボンディングに代わる接続信頼性の高い実装構造を低コストで実現することを目的として、配線基板上に搭載した半導体素子の周囲に流動性の樹脂材料をディスペンサで吐出して硬化させて、半導体素子の上面と配線基板の表面との間を傾斜面でつなぐ樹脂スロープを形成した後、半導体素子上面の電極部と配線基板の電極部との間を接続する配線の経路に沿ってインクジェット等の液滴吐出法で導電性のインクを吐出して配線を形成することが提案されている。

或は、特許文献２（特開２００５−５０９１１号公報）に記載されているように、搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載することで、半導体素子上面の電極部と該搭載部材の素子搭載凹部の外側に設けた電極部とを同一高さとすると共に、該搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と半導体素子の外周側面との間の隙間（溝）に絶縁体を埋め込むことで、半導体素子上面の電極部と搭載部材の電極部との間の配線経路を平坦化して、該配線経路に沿ってインクジェット等の液滴吐出法で導電性のインクを吐出して配線を形成することが提案されている。

特許第３９９２０３８号公報 特開２００５−５０９１１号公報

上記特許文献１，２の配線構造では、半導体素子上面の電極部と搭載部材の電極部との間を接続する配線は、配線経路に位置する複数の材料（半導体チップの電極部、半導体チップ、スロープ樹脂・埋込み樹脂、搭載部材、搭載部材の電極部等）に跨がって形成する必要がある。配線経路の材料境界部に出来る大きな段差は、樹脂スロープや埋込み樹脂によって埋めるようにしているが、実際には材料境界部の段差を完全に０にすることは困難であり、微小な段差が残ってしまう。また、半導体チップ上面と電極部との間や、搭載部材上面と電極部との間にも、微小な段差が存在する。液滴吐出法や印刷法では、配線経路に微小な段差があっても配線を描画できる利点があるが、配線描画後に配線を所定の焼成温度で乾燥・焼成するため、乾燥・焼成時の加熱・放熱により配線が膨張・収縮したり、製造後の通電使用時の温度サイクルによって配線が膨張・収縮する。この際、配線と下地との膨張・収縮の差によって該配線の段差部の角部に応力が集中的に作用して、該段差部の角部で該配線が断線することがあった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤ素子の電極部と該搭載部材側の電極部との間を接続する配線が膨張・収縮の繰り返しにより段差部の角部で断線することを極力防止できるＬＥＤパッケージ及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、搭載部材上にＬＥＤ素子が搭載され、該ＬＥＤ素子側の電極部と該搭載部材側の電極部との間を接続する配線が形成されたＬＥＤパッケージにおいて、前記ＬＥＤ素子は、前記ＬＥＤ素子側の電極部と前記搭載部材側の電極部が、同じ高さとなるように前記搭載部材に埋め込まれ、前記ＬＥＤ素子の周囲には透明な埋込み樹脂層が形成され、前記配線の下地となる、前記ＬＥＤ素子側の電極部、該ＬＥＤ素子の上面、前記透明な埋込み樹脂層、前記搭載部材、及び、該搭載部材側の電極部上に、該ＬＥＤ素子側の電極部、該ＬＥＤ素子の上面、該透明な埋込み樹脂層、該搭載部材、及び、該搭載部材側の電極部により形成される段差部と該配線との膨張・収縮の差によって該配線に加わる応力を緩和するための応力緩和膜が、該ＬＥＤ素子側の電極部のうちの該搭載部材側の電極部に近い側の一部と該搭載部材側の電極部のうちの該ＬＥＤ素子側の電極部に近い側の一部とに跨がって直線状又は直線帯状に形成され、該応力緩和膜上に、該ＬＥＤ素子側の電極部のうちの該応力緩和膜で覆われていない部分と該搭載部材側の電極部のうちの該応力緩和膜で覆われていない部分とに跨がって該配線が形成されていることを特徴とするものである。このようにすれば、配線の下地の段差部と配線との膨張・収縮の差によって配線の段差部に作用する応力を応力緩和膜によって緩和できるため、液滴吐出法や印刷法で形成した配線が膨張・収縮の繰り返しにより段差部の角部で断線することを極力防止できる。

この場合、応力緩和膜は、配線との線膨張率の差が所定値以下（例えば４０ｐｐｍ／℃以下）となる材料で形成すれば良い。要するに、応力緩和膜は、配線との線膨張率の差ができるだけ小さい材料で形成すれば良い。応力緩和膜と配線との線膨張率の差が小さくなるほど、応力緩和膜による応力緩和効果が大きくなるためである。

また、応力緩和膜を液滴吐出法又は印刷法で形成すれば、配線と同程度の位置精度で応力緩和膜を能率良く形成できる。その他、応力緩和膜として用いる絶縁フィルム又は固体状の絶縁物を下地や配線に接合するようにしても良い。

図１は本発明の実施例１のＬＥＤパッケージの構造を示す断面図である。 図２は本発明の実施例１のＬＥＤパッケージの平面図である。 図３は本発明に関連する参考例としての実施例２のＬＥＤパッケージの構造を示す断面図である。 図４は本発明の実施例３のＬＥＤパッケージの構造を示す断面図である。 図５は本発明の実施例４のＬＥＤパッケージの構造を示す断面図である。 図６は本発明の実施例５のＬＥＤパッケージの平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１及び図２に基づいて説明する。
搭載部材１０は、リードフレーム１１に素子搭載凹部１２を有するパッケージ本体１３を絶縁性樹脂で成形して構成されている。このパッケージ本体１３の素子搭載凹部１２の底面中央部には、半導体素子であるＬＥＤ素子１４（発光素子）がダイボンディング（接合）されている。素子搭載凹部１２の深さ寸法（高さ寸法）は、ＬＥＤ素子１４の高さ寸法とほぼ同一に設定され、素子搭載凹部１２内に搭載したＬＥＤ素子１４上面の電極部１５がパッケージ本体１３上面のリードフレーム１１の電極部１１ａとほぼ同じ高さとなっている。

パッケージ本体１３の素子搭載凹部１２内のうちのＬＥＤ素子１４の周囲に、透明な絶縁性樹脂をインクジェット、ディスペンサ等の液滴吐出法により充填して透明な埋込み樹脂層１６が形成されている。これにより、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａとの間をつなぐ配線経路は、ＬＥＤ素子１４の周囲に充填された埋込み樹脂層１６により段差（凹凸）が小さくなっており、該埋込み樹脂層１６の上面に、後述する配線１７とその下地との間に介在させる絶縁性の応力緩和膜１８がＬＥＤ素子１４上面の電極部１５のうちのパッケージ本体１３上面の電極部１１ａに近い側の一部とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａのうちの該ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５に近い側の一部とに跨がって直線線状又は直線帯状に形成されている。本実施例１では、図１に示すように、配線１７の下地は、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５、該ＬＥＤ素子１４の上面、透明な埋込み樹脂層１６、パッケージ本体１３、及び、その電極部１１ａから構成されている。

この応力緩和膜１８は、配線１７との線膨張率の差が所定値Ａ以下（例えば４０ｐｐｍ／℃以下）で且つヤング率が所定値Ｂ以上（例えば２．８ＧＰａ以上）の絶縁性材料、より好ましくは、配線１７との線膨張率の差ができるだけ小さく、且つヤング率ができるだけ大きい絶縁性材料で形成されている。この応力緩和膜１８の形成方法は、インクジェット、ディスペンサ等の液滴吐出法又は印刷法により、上記絶縁性材料のインクを配線経路上に吐出又は印刷して、応力緩和膜１８のパターンを配線経路上に線状又は帯状に描画して乾燥・硬化させて応力緩和膜１８を形成する。

ここで、応力緩和膜１８の材料としては、例えば、エポキシ樹脂系、ポリイミド樹脂系、ガラス（ＳｉＯ₂ ）系等の絶縁性材料があり、これらの絶縁性材料の中から、線膨張率とヤング率とその他の特性（例えば光透過性、耐湿性、埋込み樹脂層１６及び配線１７に対する密着性等）を考慮して選択すれば良い。

そして、応力緩和膜１８の乾燥・硬化後に、インクジェット、ディスペンサ等の液滴吐出法又は印刷法により導電性のインク（Ａｇ等の導体粒子を含むインク）を応力緩和膜１８上に吐出又は印刷して、配線１７のパターンをＬＥＤ素子１４上面の電極部１５のうちの応力緩和膜１８で覆われていない部分とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａのうちの応力緩和膜１８で覆われていない部分とに跨がって応力緩和膜１８上に描画し、これを乾燥して焼成して、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａとの間を配線１７で接続する。この際、配線１７の焼成温度は、２００℃程度（例えば１８０℃以上）で、焼成時間は３０分〜６０分程度である。

この場合、応力緩和膜１８は、配線１７が該応力緩和膜１８からはみ出さないように該配線１７の線幅よりも製造ばらつき相当値以上太い線幅に形成されている。具体的には、応力緩和膜１８の線幅は、例えば、配線１７の線幅の１．２〜２．５倍、より好ましくは、１．５〜２．０倍の範囲で設定すると良い。

ところで、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａとの間を接続する配線１７は、配線経路に位置する複数の材料（ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５、ＬＥＤ素子１４の上面、埋込み樹脂層１６、パッケージ本体１３、リードフレーム１１の電極部１１ａ等）に跨がって形成する必要がある。前述したように、配線経路の材料境界部に出来る大きな段差（凹部）は、埋込み樹脂層１６によって埋めるようにしているが、実際には材料境界部の段差を完全に０にすることは困難であり、微小な段差が
残ってしまう。また、ＬＥＤ素子１４上面と電極部１５との間や、パッケージ本体１３上面と電極部１１ａとの間にも、微小な段差が存在し、更には、ＬＥＤ素子１４の上面にも、微小な段差が存在する。液滴吐出法や印刷法では、配線経路に微小な段差があっても配線１７を描画できる利点があるが、描画後に配線１７を所定の焼成温度で乾燥・焼成するため、乾燥・焼成時の加熱・放熱により配線１７が膨張・収縮したり、製造後の通電使用時の温度サイクルによって配線１７が膨張・収縮する。このため、前述した従来構造のものでは、配線と下地との膨張・収縮の差によって該配線の段差部の角部に応力が集中的に作用して、該段差部の角部で該配線が断線することがあった。

これに対し、本実施例１では、配線１７を形成する下地（配線経路）に、該下地と該配線１７との膨張・収縮の差によって該配線１７に加わる応力を緩和するための応力緩和膜１８を形成し、該応力緩和膜１８上に該配線１７を液滴吐出法又は印刷法で形成するようにしたので、段差部での下地と配線１７との膨張・収縮の差によって配線１７の段差部に作用する応力を応力緩和膜１８によって緩和することが可能となり、液滴吐出法や印刷法で形成した配線１７が膨張・収縮の繰り返しにより段差部の角部で断線することを極力防止でき、配線１７の信頼性を向上できる。

次に、図３を用いて本発明に関連する参考例としての実施例２を説明する。
本実施例２では、搭載部材である配線基板２１上にＬＥＤ素子１４がダイボンディングされている。このＬＥＤ素子１４の周囲には、流動性の樹脂材料をディスペンサで吐出して、ＬＥＤ素子１４の上面と配線基板２１の上面との間を傾斜面でつなぐ絶縁性の樹脂スロープ２２を形成し、該樹脂スロープ２２の表面に、前記実施例１と同様の応力緩和膜１８が液滴吐出法又は印刷法によりＬＥＤ素子１４上面の電極部１５と配線基板２１上面の電極部２３とに跨がって線状又は帯状に描画している。

そして、応力緩和膜１８の乾燥・硬化後に、液滴吐出法により導電性のインク（Ａｇ等の導体粒子を含むインク）を応力緩和膜１８上に吐出して、配線１７のパターンをＬＥＤ素子１４上面の電極部１５と配線基板２１上面の電極部２３とに跨がって応力緩和膜１８上に描画し、これを乾燥して焼成して、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５と配線基板２１上面の電極部２３との間を配線１７で接続する。
以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、図４を用いて本発明の実施例３を説明する。
本実施例３では、前記実施例１の構造のＬＥＤパッケージにおいて、配線１７の上面にも、該配線１７の下面側の応力緩和膜１８と同様の応力緩和膜２５を液滴吐出法又は印刷法により形成し、該配線１７の上下両面を応力緩和膜２５，１８でサンドイッチ状に挟み込んだ構成としている。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

本実施例３では、配線１７の上下両面を応力緩和膜１８，２５でサンドイッチ状に挟み込んでいるため、応力緩和膜１８，２５による配線１７の応力緩和効果が大きくなり、液滴吐出法や印刷法で形成した配線１７が膨張・収縮の繰り返しにより段差部の角部で断線することをより確実に防止できる。

尚、前記実施例２（図３参照）の構造のＬＥＤパッケージについても、本実施例３と同様に、配線１７の上面に、該配線１７の下面側の応力緩和膜１８と同様の応力緩和膜を液滴吐出法又は印刷法により形成するようにしても良い。

次に、図５を用いて本発明の実施例４を説明する。
本実施例４では、前記実施例１の構造のＬＥＤパッケージにおいて、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａとの間をつなぐ配線経路に、応力緩和膜１８を形成することなく、液滴吐出法又は印刷法により配線１７のパターンを描画し、これを乾燥して焼成して、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａとの間を配線１７で接続する。この後、配線１７の上面に、前記実施例３と同様の応力緩和膜２５を液滴吐出法又は印刷法により形成する。

以上説明した本実施例４においても、段差部での下地と配線１７との膨張・収縮の差によって配線１７の段差部に作用する応力をその上面に形成した応力緩和膜２５によって緩和することが可能となり、液滴吐出法や印刷法で形成した配線１７が膨張・収縮の繰り返しにより段差部の角部で断線することを極力防止できる。

尚、前記実施例２（図３参照）の構造のＬＥＤパッケージについても、本実施例４と同様に、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５と配線基板２１上面の電極部２３との間をつなぐ配線経路に、応力緩和膜１８を形成することなく、液滴吐出法又は印刷法により配線１７を形成し、該配線１７の上面に、前記実施例３と同様の応力緩和膜を液滴吐出法又は印刷法により形成するようにしても良い。

次に、図６を用いて本発明の実施例５を説明する。
本実施例５では、前記実施例１の構造のＬＥＤパッケージにおいて、前記実施例４と同様に、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５とパッケージ本体１３上面の電極部１１ａとの間をつなぐ配線経路に、応力緩和膜１８を形成することなく、液滴吐出法又は印刷法により配線１７を形成する。この後、配線１７の両側面（又は片方の側面）に沿って前記実施例３と同様の応力緩和膜２７を液滴吐出法又は印刷法により形成する。

以上説明した本実施例５においても、段差部での下地と配線１７との膨張・収縮の差によって配線１７の段差部に作用する応力をその両側面（又は片方の側面）に沿って形成した応力緩和膜２７により緩和することが可能となり、液滴吐出法や印刷法で形成した配線１７が膨張・収縮の繰り返しにより段差部の角部で断線することを極力防止できる。

尚、前記実施例２（図３参照）の構造のＬＥＤパッケージについても、本実施例５と同様に、ＬＥＤ素子１４上面の電極部１５と配線基板２１上面の電極部２３との間をつなぐ配線経路に、応力緩和膜１８を形成することなく、液滴吐出法又は印刷法により配線１７を形成し、該配線１７の両側面（又は片方の側面）に沿って応力緩和膜を液滴吐出法又は印刷法により形成するようにしても良い。

また、配線１７の上面に応力緩和膜を形成する場合に、応力緩和膜が配線１７の幅をはみ出すように応力緩和膜を幅広に形成することで、配線１７の上面及び両側面（又は片方の側面）に跨がって応力緩和膜を形成するようにしても良い。同様に、配線１７の下面側に応力緩和膜を形成する場合に、応力緩和膜が配線１７の幅を両側（又は片側）にはみ出すように応力緩和膜を幅広に形成することで、配線１７の下面及び両側面（又は片方の側面）に跨がって応力緩和膜を形成するようにしても良い。また、配線１７の下面側に応力緩和膜を形成する場合は、埋込み樹脂層１６や樹脂スロープ２２の上面のほぼ全体に応力緩和膜を形成するようにしても良い。また、ＬＥＤパッケージにおいて、応力緩和膜を広範囲に形成する場合は、応力緩和膜がＬＥＤ素子１４の光の放射を遮らないように、透明な材料で応力緩和膜を形成することが望ましい。

上記各実施例１〜５では、配線１７のほぼ全長にわたって応力緩和膜１８，２５，２７
を形成するようにしたが、下地と配線１７との膨張・収縮の差によって配線１７の段差部に応力が集中することを考慮して、段差部のみに応力緩和膜を形成したり、或は、段差部及びその周辺部のみに応力緩和膜を形成するようにしても良い。

また、配線１７を形成する方法は、液滴吐出法又は印刷法に限定されず、めっき、ＰＶＤ、導電部材の実装等のいずれかで形成するようにしても良い。

また、応力緩和膜を形成する方法も、液滴吐出法又は印刷法に限定されず、応力緩和膜として用いる絶縁フィルム又は固体状の絶縁物を下地や配線に接合するようにしても良い。

その他、本発明は、各実施例のＬＥＤパッケージに限定されず、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１０…搭載部材、１１…リードフレーム、１１ａ…電極部、１２…素子搭載凹部、１３…パッケージ本体、１４…ＬＥＤ素子（半導体素子）、１５…電極部、１６…埋込み樹脂層、１７…配線、１８…応力緩和膜、２１…配線基板（搭載部材）、２２…樹脂スロープ、２３…電極部、２５，２７…応力緩和膜

Claims (6)

1. 搭載部材上にＬＥＤ素子が搭載され、該ＬＥＤ素子側の電極部と該搭載部材側の電極部との間を接続する配線が形成されたＬＥＤパッケージにおいて、
   前記ＬＥＤ素子は、前記ＬＥＤ素子側の電極部と前記搭載部材側の電極部が、同じ高さとなるように前記搭載部材に埋め込まれ、前記ＬＥＤ素子の周囲には透明な埋込み樹脂層が形成され、
   前記配線の下地となる、前記ＬＥＤ素子側の電極部、該ＬＥＤ素子の上面、前記透明な埋込み樹脂層、前記搭載部材、及び、該搭載部材側の電極部上に、該ＬＥＤ素子側の電極部、該ＬＥＤ素子の上面、該透明な埋込み樹脂層、該搭載部材、及び、該搭載部材側の電極部により形成される段差部と該配線との膨張・収縮の差によって該配線に加わる応力を緩和するための応力緩和膜が、該ＬＥＤ素子側の電極部のうちの該搭載部材側の電極部に近い側の一部と該搭載部材側の電極部のうちの該ＬＥＤ素子側の電極部に近い側の一部とに跨がって直線状又は直線帯状に形成され、該応力緩和膜上に、該ＬＥＤ素子側の電極部のうちの該応力緩和膜で覆われていない部分と該搭載部材側の電極部のうちの該応力緩和膜で覆われていない部分とに跨がって該配線が形成されていることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記配線のうちの少なくとも該配線の段差部の上面及び／又は側面にも、該配線の段差部での前記下地と該配線との膨張・収縮の差によって該配線に加わる応力を緩和するための応力緩和膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記配線は、液滴吐出法、印刷法、めっき、ＰＶＤ、導電部材の実装のいずれかで形成されている特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記応力緩和膜は、前記配線との線膨張率の差が所定値以下となる材料で形成されてい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ＬＥＤパッケージ。
5. 前記応力緩和膜は、液滴吐出法又は印刷法で形成されてい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ＬＥＤパッケージ。
6. 搭載部材上にＬＥＤ素子を搭載し、該ＬＥＤ素子側の電極部と該搭載部材側の電極部との間を接続する配線を形成するＬＥＤパッケージの製造方法において、
   前記ＬＥＤ素子側の電極部と前記搭載部材側の電極部が、同じ高さとなるように前記搭載部材上に該ＬＥＤ素子を搭載する工程と、
   前記ＬＥＤ素子の周囲に透明な埋込み樹脂層を形成する工程と、
   前記配線の下地となる、前記ＬＥＤ素子側の電極部、該ＬＥＤ素子の上面、前記透明な埋込み樹脂層、前記搭載部材、及び、該搭載部材側の電極部上に、該ＬＥＤ素子側の電極部、該ＬＥＤ素子の上面、該透明な埋込み樹脂層、該搭載部材、及び、該搭載部材側の電極部により形成される段差部と該配線との膨張・収縮の差によって該配線に加わる応力を緩和するための応力緩和膜を、該ＬＥＤ素子側の電極部のうちの該搭載部材側の電極部に近い側の一部と該搭載部材側の電極部のうちの該ＬＥＤ素子側の電極部に近い側の一部とに跨がって直線状又は直線帯状に形成する工程と、
   前記応力緩和膜上に、該ＬＥＤ素子側の電極部のうちの該応力緩和膜で覆われていない部分と該搭載部材側の電極部のうちの該応力緩和膜で覆われていない部分とに跨がって前記配線を液滴吐出法、印刷法、めっき、ＰＶＤ、導電部材の実装のいずれかで形成する工程と
   を含むことを特徴とするＬＥＤパッケージの製造方法。

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