(57)【要約】【課題】高輝度の白色ＬＥＤに耐久性を示す樹脂を用いて、光半導体の封止を一括して行うことができ、さらに、色度のバラツキが小さく、高輝度を維持することができる光半導体封止用シート、該シートで封止してなる光半導体素子パッケージ及び光半導体装置、ならびに該シートを用いる光半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】セパレーターの上に、第１樹脂層及び第２樹脂層がこの順に、直接又は間接的に積層されてなる光半導体封止用シートであって、前記第１樹脂層が波長変換機能を有する粒子を含有し、前記第２樹脂層が該粒子を含有しないか、あるいは第１樹脂層における含有量より低濃度で含有し、該第２樹脂層の150℃の貯蔵弾性率が1.0×105Pa以下、200℃１時間加熱硬化後の150℃の貯蔵弾性率が5.0×105Pa以上である、光半導体封止用シート。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレーターの上に、第１樹脂層及び第２樹脂層がこの順に、直接又は間接的に積層されてなる光半導体封止用シートであって、前記第１樹脂層が波長変換機能を有する粒子を含有し、前記第２樹脂層が該粒子を含有しないか、あるいは第１樹脂層における含有量より低濃度で含有し、該第２樹脂層の150℃の貯蔵弾性率が1.0×105Pa以下、200℃１時間加熱硬化後の150℃の貯蔵弾性率が5.0×105Pa以上である、光半導体封止用シート。
【請求項２】
第１樹脂層の応力緩和率が20％以下であり、かつ、150℃の貯蔵弾性率が1.0×105〜1.0×107Paである、請求項１記載の光半導体封止用シート。
【請求項３】
第１樹脂層及び第２樹脂層が主成分としてシリコーン樹脂を含有してなる、請求項１又は２記載の光半導体封止用シート。
【請求項４】
セパレーターが主成分として熱可塑性樹脂を含有してなる、請求項１〜３いずれか記載の光半導体封止用シート。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載の光半導体封止用シートを、光半導体素子搭載基板に積層して凹構造の金型で加圧成型後、セパレーターを剥離してなる、光半導体素子パッケージ。
【請求項６】
請求項１〜４いずれか記載の光半導体封止用シートで封止してなる、光半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜４いずれか記載の光半導体封止用シートを用いて半導体デバイスを封止する、光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体封止用シートに関する。さらに詳しくは、発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子の封止用パッケージに関するもので、一括して封止することができる光半導体封止用シート、該シートで封止してなる光半導体素子パッケージ及び光半導体装置、ならびに該シートを用いる光半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球や蛍光灯にかわり光半導体〔発光ダイオード(ＬＥＤ)〕の発光装置が普及している。白色ＬＥＤの発光装置としては種々の形態のものがあるが、なかでも、青色の発光素子、及び青色を黄色に変換させる蛍光体を含有する封止樹脂を用いる形態は、青色と黄色の混色により白色を発光することができ、現在の白色ＬＥＤの主流である。
【０００３】
最近では、発光素子の開発が急ピッチで進んでおり、従来の砲弾型をメインとした低輝度の白色ＬＥＤパッケージにかわり、ヘッドライトにも使用できるような高輝度の白色ＬＥＤパッケージが主流になりつつある。しかしながら、高輝度の白色ＬＥＤパッケージを従来使用されているエポキシ樹脂を用いて封止する場合、エポキシ樹脂はＬＥＤによる光と熱によって劣化し、透明性が低下する問題が生じる。従って、シリコーン等の耐久性が高い樹脂が高輝度の白色ＬＥＤパッケージの封止に用いられる。
【０００４】
一方、一般的なシリコーン樹脂は、耐久性が良好であるものの液状を呈することから、液体状態のシリコーン樹脂を用いてパッケージを成形する必要があり、封止時の作業性が悪いことが、低いスループット、さらには高コストの要因となっている。
【０００５】
また、一般的なパッケージでは、チップ近傍に蛍光体含有樹脂層を形成した後、その外側に保護層やレンズを設けることが多いが、パッケージの構造上、チップからの光取り出し効率を上げるためには、蛍光体をチップよりなるべく遠ざけた構造、即ち、封止樹脂の最も外側に蛍光体が均一に分散した層を配置させるのが好ましい(特許文献１参照)。
【特許文献１】特許第３６７８６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、蛍光体が分散した層を封止樹脂層の外側に配置させる場合、チップ近傍の封止樹脂層を成形した後、蛍光体含有樹脂層を成形することになり、操作が煩雑であるという課題がある。また、封止樹脂層の形状に応じて、蛍光体含有樹脂層を均一な厚みで成形することは困難であり、さらに、外部からの圧力によって蛍光体含有樹脂層の厚みが変化しやすいために、光の透過性が変動しやすいことから、得られるパッケージは色度がばらつき、輝度が低下しやすいという課題がある。
【０００７】
本発明の課題は、高輝度の白色ＬＥＤに耐久性を示す樹脂を用いて、光半導体の封止を一括して行うことができ、さらに、色度のバラツキが小さく、高輝度を維持することができる光半導体封止用シート、該シートで封止してなる光半導体素子パッケージ及び光半導体装置、ならびに該シートを用いる光半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決する為に検討を重ねた結果、セパレーター、第１樹脂層、第２樹脂層をこの順に３層構造を有する光半導体封止用シートにおいて、前記第１及び第２樹脂層が耐久性が良好なシリコーン樹脂によって構成されたシート状物とすることによって、封止層の厚みが変動せず、かつ、第２樹脂層が特定の弾性率を示す場合にＬＥＤチップを破損せずに包埋することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、
〔１〕  セパレーターの上に、第１樹脂層及び第２樹脂層がこの順に、直接又は間接的に積層されてなる光半導体封止用シートであって、前記第１樹脂層が波長変換機能を有する粒子を含有し、前記第２樹脂層が該粒子を含有しないか、あるいは第１樹脂層における含有量より低濃度で含有し、該第２樹脂層の150℃の貯蔵弾性率が1.0×105Pa以下、200℃１時間加熱硬化後の150℃の貯蔵弾性率が5.0×105Pa以上である、光半導体封止用シート、
〔２〕  前記〔１〕記載の光半導体封止用シートを、光半導体素子搭載基板に積層して凹構造の金型で加圧成形後、セパレーターを剥離してなる、光半導体素子パッケージ、
〔３〕  前記〔１〕記載の光半導体封止用シートで封止してなる、光半導体装置、ならびに
〔４〕  前記〔１〕記載の光半導体封止用シートを用いて半導体デバイスを封止する、光半導体装置の製造方法
に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光半導体封止用シートは、色度のバラツキが小さく、高輝度を維持することができるという優れた効果を奏する。また、シート形状をとるために、チップ搭載基板に設置して加圧、加熱するのみで一括して封止を行うことができることから、封止作業の効率が向上し、パッケージ等の光半導体装置を高いスループットで製造することができ、ひいては、コスト面での抑制も達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の光半導体封止用シートは、セパレーターの上に、第１樹脂層及び第２樹脂層がこの順に、直接又は間接的に積層されてなる光半導体封止用シートであって、前記第１樹脂層が波長変換機能を有する粒子(以下、蛍光体ともいう)を含有し、前記第２樹脂層が該粒子を含有しないか、あるいは第１樹脂層における含有量より低濃度で含有するものである。本明細書において、「直接積層」しているシートとは、セパレーター、第１樹脂層及び第２樹脂層が直接積層されて形成されているシートのことを意味し、「間接的に積層」しているシートとは、セパレーターと第１樹脂層の間、及び／又は第１樹脂層と第２樹脂層の間に、常法に従って他の層を介して積層されて形成されているシートのことを意味する。
【００１２】
本発明の光半導体封止用シートは、ＬＥＤチップを搭載する基板と第２樹脂層とを対向させた後、接着させて封止に用いられることから、ＬＥＤチップは第２樹脂層に包埋され、第１樹脂層はセパレーター剥離後には、最外層に位置することになる。従って、最外層に蛍光体が含有されるため、ＬＥＤチップからの光取り出し効率を高くすることができる。
【００１３】
また、第１樹脂層は、応力緩和率が20％以下であり、かつ、150℃の貯蔵弾性率が1.0×105〜1.0×107Paの値を示すものであることが好ましい。かかる値を示す場合には、外力や封止時の圧力によって層の形状が変化することなく一定の厚みを維持することができるため、色度のバラツキを小さくして、高輝度を維持することが可能になる。またさらに、第２樹脂層は、150℃の貯蔵弾性率が1.0×105Pa以下であり、200℃１時間加熱硬化後の150℃での貯蔵弾性率が5.0×105Pa以上の値を示すものである。かかる低弾性の値を示す場合には、封止時の圧力によって層の形状が変化するため、ワイヤーを断線せずにチップを包埋することができ、かつ、加熱することにより硬化して強度を高くすることで衝撃等に耐えうるものとなる。従って、このような物性を有する樹脂を含有するシートを用いてパッケージや半導体装置を製造する場合、チップ搭載基板に該シートを重ねて圧力をかけるのみで、簡便に封止ができ、かつ、封止樹脂層の外側に均一な蛍光体含有層を設けることができることから、得られる装置は、色度のバラツキが小さく、高輝度を示すものとなる。
【００１４】
本発明の光半導体封止用シートは、セパレーター、第１樹脂層及び第２樹脂層を含有する。
【００１５】
第１樹脂層は、波長変換機能を有する粒子(蛍光体)を含有する。
【００１６】
第１樹脂層を構成する樹脂としては、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の透明樹脂が挙げられるが、耐久性、耐熱性及び耐光性等の観点から、シリコーン樹脂を主成分として用いることが好ましい。また、凹凸金型工法による成型への適用を考慮すると、金型への追従性の観点からもシリコーン樹脂が好ましい。本明細書において「主成分」とは、樹脂層又はセパレーターを構成する成分のうち、70重量％以上の成分のことを言う。
【００１７】
シリコーン樹脂としては、シロキサン骨格の架橋数により、ゲル状物、半硬化物、硬化物等のシリコーン樹脂が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、成形性の観点から、ゲル状物及び半硬化物が好ましい。
【００１８】
シロキサン骨格としては、特に限定はなく、ジメチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、メチルフェニルシロキサン等が挙げられるが、ジメチルシロキサンは高架橋でも低弾性率であることから好ましい。
【００１９】
なお、本発明における第１樹脂層は、外力や封止時の圧力によっても一定の厚みを維持するような低弾性を有することから、かかる物性を有するためには、公知の方法で、シロキサン骨格の架橋数を調整すればよい。
【００２０】
かかる樹脂としては、市販されているものを使用してもよいし、別途、製造したものを使用してもよい。市販品としては、旭化成ワッカー社製のシリコーンエラストマー(LR7556)が好適に使用される。
【００２１】
シリコーン樹脂の含有量は、第１樹脂層を構成する樹脂中、好ましくは70重量％以上、より好ましくは90重量％以上、さらに好ましくは実質的に100重量％である。
【００２２】
波長変換機能を有する粒子(蛍光体)としては、特に限定はなく、光半導体装置で用いられる公知の蛍光体が挙げられる。具体的には、青色を黄色に変換する機能を有する好適な市販品の蛍光体として、黄色蛍光体(α−サイアロン)、YAG、TAG等が例示され、赤色に変換する機能を有する好適な市販品の蛍光体として、CaAlSiN3等が例示される。
【００２３】
蛍光体の種類及び第１樹脂層の厚みによって白色化の程度が異なることから、蛍光体の含有量は一概には決定されない。
【００２４】
また、第１樹脂層には、前記樹脂及び蛍光体に加えて、硬化剤や硬化促進剤、さらに老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤が原料として配合されていてもよい。
【００２５】
第１樹脂層は、例えば、前記樹脂もしくは樹脂の有機溶媒溶液に好ましくは20〜50重量％の濃度になるように蛍光体を添加して攪拌混合し、例えば、後述のセパレーター(例えば、テフロン（登録商標）フィルム)の上にキャスティング、スピンコーティング、ロールコーティングなどの方法により、適当な厚さに製膜し、さらに、硬化反応を進行させず、溶媒の除去が可能な程度の温度で乾燥することにより、シート状に成形される。製膜した樹脂溶液を乾燥させる温度は、樹脂や溶媒の種類によって異なるため一概には決定できないが、80〜150℃が好ましく、90〜150℃がより好ましい。
【００２６】
また、加熱乾燥後の第１樹脂層のシート厚さは、白色化の観点から、30〜200μmが好ましく、70〜120μmがより好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して熱プレスすることにより、上記範囲の厚みを有する１枚のシートとして成形することもできる。
【００２７】
第１樹脂層の応力緩和率は、20％以下が好ましく、1〜10％がより好ましく、2〜5％がさらに好ましい。なお、本明細書において、応力緩和率は、後述の実施例に記載の方法により測定される。
【００２８】
第１樹脂層の150℃の貯蔵弾性率は1.0×105〜1.0×107Paが好ましく、5.0×105〜5.0×106Paがより好ましく、8.0×105〜2.0×106Paがさらに好ましい。なお、本明細書において、貯蔵弾性率は、後述の実施例に記載の方法により測定される。
【００２９】
第２樹脂層は、蛍光体を含有しないか、あるいは上記第１樹脂層における含有量より低濃度で含有する。
【００３０】
第２樹脂層を構成する樹脂としては、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂が挙げられるが、耐久性、耐熱性及び耐光性等の観点から、シリコーン樹脂を主成分として含有することが好ましい。
【００３１】
本発明における第２樹脂層は、封止時の圧力によって層の形状が変化するような柔軟性を有し、かつ、硬化した際に衝撃等に耐えうる強度を有するというような、温度によって異なる強度を示すことが好ましいことから、シリコーン樹脂としては、２つの反応系を有するシリコーン樹脂、及び変性シリコーン樹脂が好ましい。
【００３２】
２つの反応系を有するシリコーン樹脂としては、例えば、シラノール縮合反応とエポキシ反応の２つの反応系を有するものや、シラノール縮合反応とヒドロシリル化反応の２つの反応系を有するものが例示される。
【００３３】
変性シリコーン樹脂としては、シロキサン骨格中のSi原子をB、Al、P、Tiなどの原子に一部置換した、ボロシロキサン、アルミノシロキサン、ホスファーシロキサン、チタナーシロキサン等のヘテロシロキサン骨格を有する樹脂が例示される。
【００３４】
なお、本発明における第２樹脂層は、前記のように柔軟性と強度を両立するために、シロキサン骨格又はヘテロシロキサン骨格の架橋数を、公知の方法で調整すればよい。
【００３５】
かかる樹脂は、公知の製造方法により製造することができるが、ヘテロシロキサン骨格を有する樹脂を例に挙げて説明する。例えば、両末端シラノール型ポリシロキサン誘導体0.2molにアルミニウムイソプロポキシド40.2molを添加後、室温で24時間攪拌し、得られた混合物から遠心分離にて不溶物を除去し、減圧下、50℃２時間濃縮することによりポリアルミノシロキサンを得ることができる。
【００３６】
また、得られたシリコーン樹脂は、後硬化の観点から、公知のカップリング剤、例えば、エポキシ型シランカップリング剤によって、さらに架橋させてもよい。本発明において、好適なカップリング剤としては、エポキシ型シランカップリング剤(信越化学工業社製、KBM-403)等の市販品が挙げられる。
【００３７】
架橋方法としては、特に限定はなく、例えば、シリコーン樹脂とカップリング剤を混合し、減圧下、80℃７分間攪拌することにより行うことができる。
【００３８】
カップリング剤の使用量としては、架橋前のシリコーン樹脂100重量部に対して、2〜20重量部が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。
【００３９】
シリコーン樹脂の含有量は、第２樹脂層を構成する樹脂中、好ましくは70重量％以上、より好ましくは90重量％以上、さらに好ましくは実質的に100重量％である。
【００４０】
第２樹脂層に含有される蛍光体としては、特に限定はなく、第１樹脂層で例示される蛍光体が同様に挙げられる。なお、第１樹脂層に含有される蛍光体と同一であっても、異なっていてもよい。
【００４１】
蛍光体の含有量は、第１樹脂層に含有される量より低濃度であればよく、透明性の観点から、蛍光体を含有しないことが好ましい。
【００４２】
また、第２樹脂層には、前記樹脂及び蛍光体に加えて、硬化剤や硬化促進剤、さらに老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤が原料として配合されていてもよい。
【００４３】
第２樹脂層は、例えば、前記樹脂もしくは樹脂の有機溶媒溶液を、例えば、表面を離型処理したシート(例えば、２軸延伸ポリエステルフィルム)の上にキャスティング、スピンコーティング、ロールコーティングなどの方法により、適当な厚さに製膜し、さらに、硬化反応を進行させず、溶媒の除去が可能な程度の温度で乾燥することにより、シート状に成形される。製膜した樹脂溶液を乾燥させる温度は、樹脂や溶媒の種類によって異なるため一概には決定できないが、80〜150℃が好ましく、90〜130℃がより好ましい。
【００４４】
また、加熱乾燥後の第２樹脂層のシート厚さは、チップの封止性や作業性、白色化の観点から、300〜800μmが好ましく、400〜600μmがより好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して熱プレスすることにより、上記範囲の厚みを有する１枚のシートとして成形することもできる。
【００４５】
第２樹脂層の150℃の貯蔵弾性率は、1.0×105Pa以下であり、1.0×102〜1.0×105Paが好ましく、5.0×102〜9.0×104Paがより好ましい。200℃１時間加熱硬化後の150℃での貯蔵弾性率は、5.0×105Pa以上であり、1.0×106Pa以上が好ましく、1.0×106〜2.0×109Paがより好ましい。
【００４６】
セパレーターとしては、第１樹脂層から剥離できるものであればよいが、剥離段階、即ち、本発明のシートからセパレーターを剥離後にシートの樹脂層部分を硬化させる場合と、シートの樹脂層部分を硬化後にセパレーターを剥離させる場合によって異なる材質が挙げられる。
【００４７】
シートからセパレーターを剥離後にシートの樹脂層部分を硬化させる場合に使用可能なセパレーターとしては、第１樹脂層の表面を被覆保護できるものであれば特に限定されず、PETフィルム等が挙げられ、２軸延伸ポリエステルフィルム(三菱化学ポリエステル社製、厚さ50μm)等が好適な市販品として例示される。
【００４８】
一方、シートの樹脂層部分を硬化後にセパレーターを剥離させる場合に使用可能なセパレーターとしては、チップを封止する際の金型成形での追従性が必要となるので、常温では剛直であるものの硬化温度、例えば150℃の貯蔵弾性率が1.0×106Pa以下である材質が挙げられ、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリルフィルム、シリコーン樹脂フィルム、スチレン樹脂フィルム、フッ素樹脂フィルム等が例示される。なかでも、耐熱性、剥離性、及び追従性の観点から、フッ素樹脂(テフロン（登録商標）)フィルムが好ましく、日東電工社製のテフロン（登録商標）フィルム(商品名「ニトフロン」、NO900、厚さ40μm)が好適に用いられる。
【００４９】
セパレーターの25℃の貯蔵弾性率は、1.0×107Pa以上が好ましく、5.0×107〜2.0×109Paがより好ましく、1.0×108〜1.0×109Paがさらに好ましい。また、150℃の貯蔵弾性率は、1.0×107Pa以下が好ましく、1.0×104〜5.0×106Paがより好ましく、5.0×104〜1.0×106Paがさらに好ましい。
【００５０】
セパレーターの厚みは、特に限定されないが、金型に追従させる場合には、20〜100μmが好ましく、30〜50μmがより好ましい。
【００５１】
セパレーター、第１樹脂層、及び第２樹脂層の積層方法としては、特に限定はなく、例えば、第１樹脂層をシート状に成形する際に、本発明のシートに用いるセパレーターの上に直接、第１樹脂層を成形し、その後、上記のようにして得られたシート状の第２樹脂層を積層して、20〜100℃で熱プレスして圧着させる方法が挙げられる。
【００５２】
かくして、セパレーター、第１樹脂層及び第２樹脂層がこの順に積層した３層構造を含む本発明の光半導体封止用シートが得られる。また、本発明のシートは、前記３層構造が基板上のチップの配列に対向して、本発明の効果を損なわない範囲であれば、第１樹脂層及び第２樹脂層の一方、又はいずれの層も不連続であってもよい。シートの製造効率の観点から、セパレーター、第１樹脂層及び第２樹脂層が積層した３層構造が連続しているシートが好ましい。
【００５３】
本発明の光半導体封止用シートの使用態様としては、特に限定はないが、例えば、以下の態様が挙げられる。
態様１：平板なＬＥＤチップ搭載基板の上に、本発明のシートを第２樹脂層がＬＥＤチップと対向するよう設置して、セパレーターを付けたまま加圧して接着させた後に、セパレーターを剥離する態様
態様２：底部にＬＥＤチップが存在する凹部が形成された基板の上に本発明のシートを第２樹脂層がＬＥＤチップと対向するよう設置して、セパレーターを付けたまま加圧することにより成形させて接着させた後に、セパレーターを剥離する態様
態様３：平板なＬＥＤチップ搭載基板の上に本発明のシートをそのまま設置して、凹構造の金型を押し付けて加圧成型して接着させた後に、セパレーターを剥離する態様
【００５４】
態様１の一例を図１に示す。態様１で得られる光半導体装置は、第２樹脂層内にＬＥＤチップが包埋されるため、均一な厚みを有する平板構造のＬＥＤアレイとなる。しかしながら、側面部分にはシート、即ち、蛍光体が存在しないため、視野角の違いにより僅かの色度変化が認められる。
【００５５】
態様２の一例を図２に示す。態様２で得られる光半導体装置は、凹部に存在するＬＥＤチップを第２樹脂層が凹部に追従して包埋することにより、態様１で得られる装置に比べてチップから水平に放射される光量が大幅に減少し、視野角の違いによる色度変化が小さくなる。なお、凹部ではない部分には、第２樹脂層が薄膜で存在することになり第１樹脂層と基板との接着力を向上させる機能を有する。
【００５６】
態様３の一例を図３に示す。態様３で得られる光半導体装置は、凹構造の金型にシート全体、即ち、セパレーター、第１樹脂層、及び第２樹脂層の全てが追従することにより、ＬＥＤチップを第２樹脂層内に包埋することが可能となる。この場合も、態様２と同様に視野角の違いによる色度変化が小さくなり、さらに、ＬＥＤチップが平板上にあることから高輝度が維持される。従って、本発明の別の態様として、本発明の光半導体封止用シートを、光半導体素子搭載基板に積層して凹構造の金型で加圧成型後、セパレーターを剥離してなる、光半導体素子パッケージを提供する。なお、成型時に金型の凸部が接着する部分は、第２樹脂層が薄膜で形成されることになり第１樹脂層と基板との接着力を向上させる機能を有する。
【００５７】
かくして、本発明の光半導体封止用シートを用いて、種々の構造のＬＥＤチップ搭載基板を封止することが可能となる。よって、本発明は、本発明の光半導体封止用シートで封止してなる、光半導体装置を提供する。
【００５８】
本発明の光半導体装置は、本発明の光半導体封止用シートを用いて、一括して簡便に光半導体素子が封止されている。色度のバラツキが小さく、かつ、ＬＥＤ素子の高輝度を維持することができる光半導体封止シートを光半導体素子封止材として含有するために、青色又は白色ＬＥＤ素子を搭載した光半導体装置であっても、発光輝度を高い状態で取り出すことが可能となり、好適に使用することができる。
【００５９】
本発明の光半導体装置は、ＬＥＤ素子が搭載された基板の上に、上記の光半導体封止用シートを積層して、ラミネーター等を用いて貼り合わせることにより、光半導体装置を製造することができる。従って、本発明は、また、本発明の光半導体封止用シートを用いて半導体デバイスを封止することを特徴とする、光半導体装置の製造方法を提供する。
【００６０】
本発明の光半導体装置の製造方法としては、本発明の光半導体封止用シートを用いて半導体デバイスを一括して封止する工程を含むものであれば、特に限定はない。シートを用いて一括して封止を行うことができることから、本発明の製造方法によると、封止作業の効率が向上し、パッケージ等の光半導体装置を高いスループットで製造することができ、ひいては、コスト面での抑制も達成できる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。
【００６２】
〔樹脂層の応力緩和率〕
長さ5cm、幅1cmに樹脂層を切断し、得られた樹脂層の長さ3cm、幅1cmの部分(試料)についてテンシロン(島津製作所社製)にて引張り試験を行う。具体的には、上記試料に100gの荷重をかけて固定し、その状態で１時間放置する。１時間後の荷重値を装置より読み取り、以下の式より、応力緩和率を算出する。
応力緩和率(％)＝100−１時間後の荷重値／100g×100
【００６３】
〔樹脂層の貯蔵弾性率〕
各樹脂層を複数枚貼りあわせることで約1mmの厚みのシートを成形し、動的粘弾性測定装置(DMS-200、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)にて、せん断時の粘弾性測定を行い、150℃の貯蔵弾性率を求める。なお、200℃１時間加熱硬化後の貯蔵弾性率とは、樹脂層を200℃の乾燥機内にて１時間加熱して硬化させたサンプルについて、上記測定を行って求めることができる。
【００６４】
実施例１
＜第１樹脂層＞
攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、シリコーンエラストマー(旭化成ワッカー社製、商品名「LR7556」、ジメチルシロキサン骨格誘導体)溶液、及び、黄色蛍光体(α−サイアロン)を粒子濃度40重量％となるようにそれぞれ添加し、１時間攪拌した。得られた溶液をテフロン（登録商標）フィルム(日東電工社製、商品名「ニトフロン」、NO900、40μm)上に100μmの厚さに塗工し、150℃で10分乾燥することにより、セパレーター上に積層された第１樹脂層を得た(厚さ100μm)。
【００６５】
＜第２樹脂層＞
攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、両末端シラノール型シリコーンオイル(信越化学工業社製、商品名「KF-9701」、ジメチルシロキサン骨格誘導体)0.2mol、アルミニウムイソプロポキシド40.2molを添加し、室温(25℃)で24時間攪拌混合した。その後、得られた混合物を遠心分離して不溶物を除去し、減圧下(4.0kPa)、50℃で２時間濃縮して、ポリアルミノシロキサンオイルを得た。得られたポリアルミノシロキサンオイル100重量部に対して、エポキシ型シランカップリング剤(信越化学工業社製、KBM-403)10重量部を添加して、減圧下(4.0kPa)、80℃で７分間攪拌してシリコーン樹脂溶液を得た。
【００６６】
次に、上記で得られたシリコーン樹脂溶液を２軸延伸ポリエステルフィルム(三菱化学ポリエステル社製、50μm)上に500μmの厚さに塗工し、100℃で10分乾燥することにより、第２樹脂層を得た(厚さ500μm)。なお、第２樹脂層側の２軸延伸ポリエステルフィルムは後述の試験直前に剥離した。
【００６７】
＜シート成形＞
上記で得られた、第１樹脂層と第２樹脂層を樹脂同士が接するように積層してラミネートし、半導体封止用シートＡを得た(厚さ600μm)。
【００６８】
実施例２
＜第１樹脂層＞
攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、シリコーンゲル(旭化成ワッカー社製、商品名「612S」、ジメチルシロキサン骨格誘導体)溶液、及び、黄色蛍光体(α−サイアロン)を粒子濃度40重量％となるようにそれぞれ添加し、１時間攪拌した。得られた溶液をテフロン（登録商標）フィルム(日東電工社製、商品名「ニトフロン」、NO900、40μm)上に100μmの厚さに塗工し、150℃で10分乾燥することにより、セパレーター上に積層された第１樹脂層を得た(厚さ100μm)。
【００６９】
＜第２樹脂層、シート成形＞
実施例１と同様にして第２樹脂層を成形後、上記で得られた第１樹脂層と第２樹脂層を樹脂同士が接するように積層してラミネートし、半導体封止用シートＢを得た(厚さ600μm)。なお、第２樹脂層側の２軸延伸ポリエステルフィルムは後述の試験直前に剥離した。
【００７０】
比較例１
＜第１樹脂層＞
攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、シリコーンエラストマー(旭化成ワッカー社製、LR7556)溶液、及び、黄色蛍光体(α−サイアロン)を粒子濃度40重量％となるようにそれぞれ添加し、１時間攪拌した。得られた溶液をテフロン（登録商標）フィルム(日東電工社製、商品名「ニトフロン」、NO900、40μm)上に100μmの厚さに塗工し、150℃で10分乾燥することにより、セパレーター上に積層された第１樹脂層を得た(厚さ100μm)。
【００７１】
＜第２樹脂層＞
シリコーンエラストマー(旭化成ワッカー社製、LR7556)溶液を２軸延伸ポリエステルフィルム(三菱化学ポリエステル社製、50μm)上に500μmの厚さに塗工し、100℃で10分乾燥することにより、第２樹脂層を得た(厚さ500μm)。
【００７２】
＜シート成形＞
実施例１と同様にして、上記で得られた第１樹脂層と第２樹脂層をラミネートして、半導体封止用シートＣを得た(厚さ600μm)。なお、第２樹脂層側の２軸延伸ポリエステルフィルムは後述の試験直前に剥離した。
【００７３】
比較例２
第１樹脂層を含有せずに、セパレーター、及び第２樹脂層からなる半導体封止用シートを調製した。
【００７４】
＜第２樹脂層、シート成形＞
攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、両末端シラノール型シリコーンオイル(信越化学工業社製、KF-9701)0.2mol、アルミニウムイソプロポキシド40.2molを添加し、室温(25℃)で24時間攪拌混合した。その後、得られた混合物を遠心分離して不溶物を除去し、減圧下(4.0kPa)、50℃で２時間濃縮して、ポリアルミノシロキサンオイルを得た。得られたポリアルミノシロキサンオイル10重量部に対して、エポキシ型シランカップリング剤(信越化学工業社製、KBM-403)1重量部を添加して、減圧下(4.0kPa)、80℃で７分間攪拌してシリコーン樹脂溶液を得た。
【００７５】
次に、攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、得られたシリコーン樹脂溶液、及び黄色蛍光体(α−サイアロン)を粒子濃度20重量％となるようにそれぞれ添加し、１時間攪拌した。得られた溶液を２軸延伸ポリエステルフィルム(三菱化学ポリエステル社製、50μm)上に600μmの厚さに塗工し、100℃で10分乾燥することにより、半導体封止用シートＤを得た(厚さ600μm)。
【００７６】
アレイパッケージの作製
次に、上記で得られた半導体封止用シートを用いて、以下の方法に従って各アレイパッケージを作製した。なお、参考例１として、液状のシリコーン樹脂を用いて封止を行うアレイパッケージ４を作製した。
【００７７】
＜アレイパッケージ１＞
1cm間隔で７つの青色ＬＥＤチップが搭載されているアレイ基板(1cm×8cm、メタル基板)上に、第２樹脂層がチップに接するように重ねて、真空ラミネーター(ニチゴーモートン社製)を用いて、0.1MPaの圧力下で、150℃で10分加熱した。その後、真空ラミネーターから取り出し、200℃の乾燥機にて１時間ポストキュアを行った後、セパレーターを剥離してアレイパッケージを得た。
【００７８】
＜アレイパッケージ２＞
9mmφ、深さ450μmの凹部(1cm間隔)に７つの青色ＬＥＤチップが搭載されているアレイ基板(1cm×8cm、メタル基板)上に、第２樹脂層がチップに接するように重ねて、真空ラミネーター(ニチゴーモートン社製)を用いて、0.1MPaの圧力下で、150℃で10分加熱した。その後、真空ラミネーターから取り出し、200℃の乾燥機にて１時間ポストキュアを行った後、セパレーターを剥離してアレイパッケージを得た。
【００７９】
＜アレイパッケージ３＞
1cm間隔で７つの青色ＬＥＤチップが搭載されているアレイ基板(1cm×8cm、メタル基板)上に、実施例１〜２又は比較例１のシートは第２樹脂層側のセパレーターを剥離してから第２樹脂層がチップに接するように、比較例２のシートはそのまま第２樹脂層がチップに接するように重ねた。次に、その上に、8mm×8mm、深さ500μmの凹部(1cm間隔)が形成されている金型(1cm×8cm、厚さ2mm、鉄製)を、金型の凹部が基板上のチップと対向するように重ねて、真空ラミネーター(ニチゴーモートン社製)を用いて、0.1MPaの圧力下で、150℃で10分加熱した。その後、真空ラミネーターから取り出し、200℃の乾燥機にて１時間ポストキュアを行った後、金型をはずし、さらにセパレーターを剥離して、アレイパッケージを得た。
【００８０】
＜アレイパッケージ４＞
深さ2mm、直径4mmの半球状の凹構造が７つ(1cm間隔)形成されている金型に、第２樹脂層として、シリコーンエラストマー(旭化成ワッカー社製、LR7556)溶液をポッティングして金型凹部を充填した。次に、1cm間隔で７つの青色ＬＥＤチップが搭載されているアレイ基板(1cm×8cm、メタル基板)を、チップが上記金型凹部のシリコーンエラストマーに包埋するように対向させて重ね、200gの荷重下、200℃でキュアさせることにより、透明なシリコーンエラストマー(第２樹脂層)で封止されたアレイパッケージ(封止アレイパッケージ)を得た。
【００８１】
次に、深さ2.5mm、直径5mmの半球状の凹構造が７つ(1cm間隔)形成されている金型に、第１樹脂層として、シリコーンエラストマー(旭化成ワッカー社製、LR7556)溶液に黄色蛍光体(α−サイアロン)を粒子濃度40重量％となるように添加して調製した液をポッティングして、金型凹部を蛍光体含有シリコーン溶液で充填した。その後、上記で調製した封止ＬＥＤアレイパッケージを、チップの封止層が前記蛍光体含有シリコーン溶液に接するように重ね、200gの荷重下、200℃でキュアさせることにより、蛍光体が外層に配置されたアレイパッケージを得た。
【００８２】
得られたアレイパッケージについて、以下の試験例１〜３に従って、特性を評価した。結果を表１に示す。
【００８３】
試験例１(点灯可否)
上記で得られたアレイパッケージの７個のＬＥＤチップが直列配列で点灯するよう配線を設置し、直流電源につないだ場合に点灯するか否かを確認した。
【００８４】
試験例２(輝度)
各アレイパッケージに350mAの電流を流して７個のチップを点灯させた状態で、アレイパッケージより50cm離れた位置における照度を照度計にて測定した。なお、照度が高いほど、輝度が高いことを示す。
【００８５】
試験例３(色度のバラツキ)
試験例２の試験時に、各チップの真上の色度を、CIE色度指標で測定し、７個のチップの最大色度と最小色度の差を、最大色度差として算出した。なお、最大色度差が小さいほど、色度のバラツキが小さいことを示す。
【００８６】
【表１】
2010123802.tif 000002
【００８７】
結果、実施例のシートを用いたアレイパッケージは、比較例のシートを用いたアレイパッケージより、色度のバラツキが小さく、かつ、高輝度を維持できていることが分かる。なかでも、実施例１のシートは、第１樹脂層がより低い弾性率を有する樹脂層であるために、封止層の厚みが変動することなく、色度のバラツキがより小さくなっていることが示唆される。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の光半導体封止用シートは、例えば、液晶画面のバックライト、信号機、屋外の大型ディスプレイや広告看板等の半導体素子を製造する際に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の光半導体封止用シートの使用態様の一例を示す図である。左が封止前、右が封止後の状態である。
【図２】図２は、本発明の光半導体封止用シートの使用態様の一例を示す図である。左が封止前、右が封止後の状態である。
【図３】図３は、本発明の光半導体封止用シートの使用態様の一例を示す図である。左が封止前、右が封止後の状態である。
【符号の説明】
【００９０】
１  セパレーター
２  第１樹脂層
３  第２樹脂層
４  ＬＥＤチップ
５  基板
６  金型
【図１】
2010123802.tif 000003
【図２】
2010123802.tif 000004
【図３】
2010123802.tif 000005