(57)【要約】【課題】色むらの少ない発現色を形成できる半導体発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】所定の無機粒子を含有しない１次封止剤を発光素子パッケージに注入する１次封止工程と、さらに所定の無機粒子と熱硬化性樹脂とを含有する２次封止剤を注入し、無機粒子を所定領域に沈降させ、均質に分散させる２次封止工程と、第１熱硬化性樹脂と第２熱硬化性樹脂とを硬化させる熱処理工程とを含む半導体発光装置の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子パッケージに形成される封止剤注入部に、第１熱硬化性樹脂を含有する１次封止剤を注入させ、第１熱硬化性樹脂の硬化温度より低い温度で前記発光素子を封止させる１次封止工程と、
前記封止剤注入部内部の前記１次封止剤層上の少なくとも一箇所に、第２熱硬化性樹脂と無機粒子とを含有する２次封止剤をさらに注入し、前記無機粒子を、前記封止剤注入部を形成する発光素子搭載面に沈降させ、１次封止剤と２次封止剤とを注入させた発光素子パッケージを前記１次封止剤および２次封止剤のいずれの硬化温度よりも低い温度で静置し、静置後、加熱することにより１次封止剤および２次封止剤の粘度を一時的に低下させ、前記無機粒子を発光素子近傍に均一に拡散させる２次封止工程と、
封止剤注入部内の第１熱硬化性樹脂と第２熱硬化性樹脂とを硬化させる熱処理工程とを含む、半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記２次封止剤に含有される無機粒子の比重が3.0〜10g/cm2である、請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記２次封止剤100質量部に対し、無機粒子が、50〜70質量部含有される請求項１又は請求項２に記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機粒子を分散させた封止剤により発光素子を封止する半導体発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光装置の製造方法としては、装置のパッケージに形成された封止剤注入部に、蛍光剤等の無機粒子を熱硬化性樹脂に分散させた封止剤を注入する方法がある。注入された蛍光剤等は発光素子の発光によって励起され、発光素子の発光色と混色して所望の色を発現させる。したがって、発光素子と蛍光剤との配置関係の制御は、半導体発光装置で発現させる色の調整において重要な意義を持つ。
【０００３】
従来の半導体発光装置の製造方法を図２を用いて説明する。図２は、従来の半導体発光装置の製造方法を表す模式図である。図２ａにおいて、３０は無機粒子３２と熱硬化性樹脂３３とを含む封止剤、４０はパッケージ、４１は封止剤注入部、４２は発光素子搭載面、４３は発光素子、４４は発光素子４３を発光素子搭載面４２にワイヤーボンディングするワイヤ、４５は封止剤３０をパッケージ４０に供給するシリンジ、４６はシリンジ４５に装着されるノズルである。
【０００４】
図２ａ、図２ｂにおいて、シリンジ４５内の封止剤３０がノズル４６からパッケージ４０の封止剤注入部４１に供給される。封止剤３０が供給されたパッケージ４０は、所定量の無機粒子３２が封止剤注入部４１の発光素子搭載面４２に沈降するまで静置される。図２ｃは、無機粒子３２を発光素子搭載面４２に沈降させたパッケージ４０である。無機粒子３２を沈降させたパッケージ４０を熱処理して、注入された封止剤３０を硬化させる。熱処理工程により無機粒子３２が発光素子搭載面上で拡散される（図２ｃ）。
【０００５】
蛍光剤等の無機粒子は封止剤に用いられる熱硬化性樹脂と比較して、比重が極めて大きい。したがって、パッケージに注入された封止剤内において、無機粒子は速やかに発光素子搭載面４３に沈降する。したがって、封止剤注入部内の所望の領域にむらなく無機粒子を配置させるためには、シリンジ内にあって注入前の封止剤において、無機粒子濃度が均質に保たれることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2012−9905号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来の方法においては、封止剤注入部４１に１度に封止剤３０を注入する。そのためシリンジ内の封止剤３０は、多量の熱硬化性樹脂と所定量の無機粒子とにより調整され、シリンジ内の封止剤に含有される無機粒子の濃度が低い。一般に無機粒子を含有する封止剤においては、粒子径が大きい無機粒子ほどシリンジ底部に沈降する傾向がある。無機粒子の濃度が低い封止剤３０においては、その傾向が顕著に表れるため、シリンジ内の無機粒子の濃度が極めて不均一になる。
【０００８】
シリンジを用いて封止剤をパッケージにドット注入する場合、無機粒子はシリンジのノズル直下領域に集中的に沈降しやすい。したがって、上記の濃度不均一な封止剤をドット注入する場合、注入工程前半は無機粒子濃度が高い封止剤が注入されるため、注入工程前半に注入した箇所では無機粒子の注入量が多くなる。一方、注入工程後半は、無機粒子濃度が低い封止剤が注入されるため、注入工程後半で注入した箇所では無機粒子の注入量が少なくなる。その結果、発光素子搭載面上における無機粒子の存在量が不均一になる。このような発光素子搭載面上における無機粒子の不均一な分散は、半導体発光装置の発現色のばらつきを招来したり、所望の色を発現できなくなったりする問題がある。
【０００９】
本発明は、半導体発光装置パッケージ内の無機粒子の不均一な分散を抑制することにより、発現される色のばらつきを低減し、所望の色を発現させうる半導体発光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】
【００１０】
本発明は、無機粒子の半導体発光パッケージの所望の領域に均質に配置することができる半導体発光装置の製造方法である。
【００１１】
本発明は、発光素子パッケージに形成される封止剤注入部に、第１熱硬化性樹脂を含有する１次封止剤を注入させ、第１熱硬化性樹脂の硬化温度より低い温度で前記発光素子を封止させる１次封止工程と、前記封止剤注入部において前記１次封止剤層上の少なくとも一箇所に、第２熱硬化性樹脂と無機粒子とを含有する２次封止剤をさらに注入し、前記無機粒子を、前記封止剤注入部を形成する発光素子搭載面に沈降させ、１次封止剤と２次封止剤とを注入させた発光素子パッケージを、前記１次封止剤および２次封止剤のいずれの硬化温度よりも低い温度で静置し、静置後、加熱することにより１次封止剤および２次封止剤の粘度を一時的に低下させ、前記無機粒子を発光素子近傍に均一に拡散させる２次封止工程と、封止剤注入部内の１次封止剤と２次封止剤とに含有される熱硬化性樹脂を硬化させる加熱工程とを含む、半導体発光装置の製造方法である。前記２次封止剤に含有される無機粒子の比重は3.0〜10g/cm2であることが好ましい。さらに前記２次封止剤100質量部に対し、無機粒子が、50〜70質量部含有されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、封止剤に含有される無機粒子をパッケージ内で均質に分散させることができる。これにより、得られる半導体発光装置の発現色のむらを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の１次封止工程、２次封止工程および熱処理工程を表す模式図である。
【図２】従来の半導体発光装置の製造方法を表す模式図である。
【図３】本発明により得られる半導体発光装置の断面のイメージ図である。
【図４】従来の半導体発光装置の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、１次封止工程と、２次封止工程と、熱処理工程とを含む。上記の各工程を図１に例示される模式図を用いて説明する。図１において、図１ａ、１ｂは１次封止工程の模式図である。図１ｃ、１ｄは、２次封止工程の模式図である。図１ｆは熱処理工程の模式図である。また、図１ｅは、本発明の２次封止工程の他の例を表す模式図であり、図１ｈは図１ｅの２次封止工程の後に行われる熱処理工程の模式図である。本発明の半導体発光装置の製造方法の例としては、上記の模式図において図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図１ｄ、図１ｆの順に工程が進められる。また本発明の他の例としては、図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図１ｅ、図１ｈの順に工程が進められる。
【００１５】
図１において、１０は第１熱硬化性樹脂１３を含む１次封止剤である。４０はパッケージ、４１は発光素子搭載面４２を備える封止剤注入部、４３はワイヤ４４を用いてワイヤーボンディングされた発光素子、４５はシリンジ、４６はシリンジに装着されるノズルである。２０は２次封止剤であり、無機粒子２２と第２熱硬化性樹脂２３とを含む。
本発明は、１次封止工程において、所定の無機粒子を含有しない１次封止剤をパッケージに注入した後、２次封止工程において、高濃度で所定の無機粒子を含有する２次封止剤を注入することを特徴とする。これらの工程後に適切な熱処理を行うことにより、無機粒子を所望の領域に均質に分散させることができる。
【００１６】
（１次封止工程）
本発明の１次封止工程においては、半導体発光装置のパッケージ４０に形成された封止剤注入部４１に、１次封止剤１０が注入される。上記封止剤注入部４１の発光素子搭載面４２には発光素子４３が搭載されている（図１ａ）。１次封止剤１０は、封止剤注入部４１内に、後の２次封止工程で、所要量の無機粒子を含有する量の２次封止剤２０を注入できる程度の容積を残し、かつ該発光素子４３が被覆される程度に注入される（図１ｂ）。注入方法は、シリンジ４５内の１次封止剤１０をノズル４６から圧入する等の公知の注入方法を用いることができる。
【００１７】
本工程で用いられる１次封止剤１０に含有される第１熱硬化性樹脂１３は、半導体発光装置用封止剤に用いられる公知の透光性熱硬化性樹脂である。該透光性熱硬化性樹脂は、屈折率が1.4〜1.6のものが好ましく用いられ、1.41〜1.53のものがより好ましい。そのような透光性熱硬化性樹脂としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が例示される。上記の透光性熱硬化性樹脂は、単独で用いることができ、２種以上を混合して用いてもよい。
【００１８】
本発明の１次封止剤１０に、後に詳説する２次封止剤に含有される無機粒子、例えば蛍光剤等が意図的に含有されることはない。ただし上記の無機粒子が不純物として少量含まれることは許容される。また本発明の作用効果を損なわない範囲で他の成分が含まれていてもよい。
【００１９】
該１次封止剤１０の注入時の粘度は、取扱性の観点から増粘剤等を用いて、適宜好ましい粘度に調整される。上記粘度としては、１〜５Ｐａ・ｓが好ましく、２〜３Ｐａ・ｓがより好ましい。
【００２０】
パッケージ４０は、封止剤注入部４１に１次封止剤１０が注入された後、１次封止剤に含有される第１熱硬化性樹脂１３が完全に硬化しない温度で静置される。一般的な透光性熱硬化性樹脂の硬化温度は、120〜170℃である。したがって、１次封入工程後のパッケージ４０の静置温度は120℃より低い温度であればよいが、通常は１次封止剤注入後のパッケージ４０を放冷し、常温で静置させる。第１熱硬化性樹脂１３は、封止剤注入部内で完全に硬化することはないが、静置時間の経過に伴い粘度が自然に上昇する。１次封止工程においては、１次封止剤１０は好ましくは粘度が５Ｐａ・ｓ以下の状態で静置させ得る。１次封止剤１０の粘度が５Ｐａ・ｓより高い場合、封止剤注入部４１に２次封止剤を注入したときに、２次封止剤２０に含有される無機粒子２２の沈降速度を抑制できないなど、無機粒子の挙動を制御することが困難になる。そのため、無機粒子を所望の位置に配置させることが困難になる。
【００２１】
（２次封止工程）
本発明の２次封止工程においては、封止剤注入部４１内に注入された１次封止剤層上の少なくとも１箇所に２次封止剤２０が注入される（図１ｃ、１ｄ）。２次封止剤には、第２熱硬化性樹脂と無機粒子とが含有される。２次封止剤がパッケージ４０の封止剤注入部４１に注入されると、１次封止剤１０と２次封止剤２０とが封止剤注入部内で混合される。無機粒子２２は、混合された封止剤内を発光素子搭載面へ向かって沈降する。これにより、無機粒子を発光素子搭載面の所望の領域に配置させることができる。
【００２２】
２次封止剤の注入位置の例としては、発光素子４３の外周領域や、発光素子４３の直上領域が挙げられる。上記注入位置の例を図１ｄ、図１ｄ’、図１ｅ、図１ｅ’に示す。
図１ｄは、２次封止剤２０が発光素子４３の外周領域にドット注入される例を示す２次封止工程の模式図である。また、図１ｄ’は図１ｄを封止剤注入部４１の開口部側から表した模式図である。図１ｄおよび図１ｄ’においては、無機粒子２２が発光素子４３の外周領域に配置されている。
【００２３】
図１ｅは、発光素子４３の直上領域に２次封止剤２０をドット注入した本発明の２次封止工程の模式図である。図１ｅ’は図１ｅを封止剤注入部４１の開口部側から示した模式図である。図１ｅおよび図１ｅ’においては、無機粒子２２が発光素子４３の直上領域に配置されている。
【００２４】
なお、無機粒子２２は熱硬化性樹脂内に沈降しているため、該開口部側からは現実には目視できないが、図１ｄ’、図１ｅ’では説明のため無機粒子２２を図示している。
【００２５】
２次封止剤２０の注入は、上記に例示する注入位置に２次封止剤２０を圧入したり、塗布したりすることにより行われる。ただし注入方法はこれらに限られず、所望の位置に２次封止剤２０を配置させることができる限りにおいて、他法により行われてもよい。２次封止剤２０は、封止剤注入部４１内部が、１次封止剤１０と２次封止剤２０とで充満するまで注入される。
【００２６】
上記の２次封止剤は、第２熱硬化性樹脂２３に無機粒子２２を分散させてなる。
２次封止剤２０に含有される無機粒子２２は、得られる半導体発光装置の発光色の制御に用いられる無機粒子である。該無機粒子２２は、本発明の２次封止工程および熱処理工程により樹脂内で沈降、拡散される。したがって、第１熱硬化性樹脂と第２熱硬化性樹脂とに対し、比重が極めて大きい無機粒子が用いられる。無機粒子の好ましい比重は、第１熱硬化性樹脂および第２熱硬化性樹脂との相対性によって決まるが、3.0〜10g/cm2の比重の無機粒子が好ましく、5.0〜10g/cm2のものがより好ましい。比重が3.0g/cm2より小さい無機粒子を用いる場合、無機粒子が適切に沈降せず、発光色のむらの原因となりうるため好ましくない。また沈降に時間がかかり生産性が劣る。
【００２７】
本発明に用いる無機粒子の具体例としては、セリウム添加イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＡＧ）系，サイアロン系，バリウム・オルソシリケート（ＢＯＳ）系等の公知の蛍光体粒子、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化バリウム等の非伝導性白色反射材料を挙げることができる。
【００２８】
無機粒子の粒径は、上記の所定の比重を備える範囲のものであれば限定されないが、5〜30μｍのものが好ましく、6〜15μｍのものがより好ましい。
【００２９】
第２熱硬化性樹脂としては、半導体発光装置用封止剤に用いられる公知の透光性熱硬化性樹脂を用いることができる。上記の透光性熱硬化性樹脂は、屈折率が1.4〜1.6のものが好ましく用いられ、1.41〜1.53のものがより好ましい。
【００３０】
そのような透光性熱硬化性樹脂としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が好ましい。
第２熱硬化性樹脂は、第１熱硬化性樹脂と同じものを用いてもよく、異なるものを用いることもできる。第１熱硬化性樹脂と第２熱硬化性樹脂とに同じ熱硬化性樹脂を用いる場合には、１次封止剤と２次封止剤とがよくなじみ、後に行う熱処理工程によって硬化された樹脂層が強固になるため好ましい。２次封止剤の注入時の粘度は、含有される無機粒子の分散性や取扱性の観点から、分散剤、増粘剤等を用いて適宜調整される。上記粘度は、１〜５Ｐａ・ｓが好ましく、２〜３Ｐａ・ｓがより好ましい。
【００３１】
２次封止剤２０中の無機粒子２２の濃度は、２次封止剤100質量部に対し、50〜70質量部が好ましく、より好ましくは、60〜70質量部である。上記の濃度で、所定の注入時粘度に調整された２次封止剤中に無機粒子を含有させることにより、上記濃度より低濃度で無機粒子を含有させた封止剤と比較して均質に無機粒子が分散された第２封止剤を得ることができる。
【００３２】
無機粒子２２を高濃度かつ均質に含有させ２次封止剤２０を用いることにより、２次封止剤の注入工程の前半と後半とで、無機粒子の注入量が大きく異ならなくなる。これにより無機粒子２２は、封止剤注入部４１の所定の注入領域内にむらなく注入される。
【００３３】
２次封止剤２２には、第２熱硬化性樹脂２３および所定の無機粒子２２の他、分散剤、増粘剤、無機フィラー等の他の成分を、本発明の作用効果を妨げない範囲で適宜含有させることができる。
【００３４】
２次封止剤２０の注入完了後、パッケージ４０は、第１熱硬化性樹脂１３および第２熱硬化性樹脂２３の硬化温度より少し低い温度で静置される。静置温度としては、上記の硬化前の第１熱硬化性樹脂１３および第２熱硬化性樹脂２３の粘度がいったん下がる温度が選択される。
【００３５】
静置温度は、用いる樹脂により具体的な温度は異なるが、50〜100℃の範囲内であり、60〜80℃が好ましい。上記の静置温度下で第１熱硬化性樹脂１３および第２熱硬化性樹脂２３は樹脂内の無機粒子２２が沈降しやすい粘度に保たれる。上記の温度条件において、静置時間は、45〜90分間であり、好ましくは60〜75分間である。
【００３６】
１次封止剤１０と２次封止剤２０とは、上記の静置温度の範囲内になるように熱処理されることにより、粘度が一時的に低下する。これにより、２次封止工程において発光素子搭載面４２の所定領域に安定的に配置された無機粒子２２が発光素子搭載面４２に沿ってむらなく均質に分散させることができる。
【００３７】
（熱処理工程）
無機粒子２２が完全に沈降し所望の領域に安定的に配置された後、１次封止剤１０と２次封止剤２０とを硬化させる。硬化条件は用いられる熱硬化性樹脂の種類により異なるが、温度条件としては120〜170℃が好ましく、140〜160℃がより好ましい。上記の温度において熱硬化性樹脂が完全に硬化されるまで熱処理を行う。熱処理時間としては、60〜240分間が好ましい。上記の２次封止工程において無機粒子が均質に分散されているため、熱処理工程後の封止剤注入部内においては、無機粒子が、発光素子搭載面の所望の領域内に均一な密度で配置されていることが確認できる。
【００３８】
熱処理が完了すると、第１熱硬化性樹脂および第２熱硬化性樹脂が完全に硬化され、無機粒子を所望の領域内に均質に分散させた状態で発光素子を封止したパッケージを得ることができる。
【実施例】
【００３９】
以下に実施例と比較例とにより、本発明をさらに説明する。ただし本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
［実施例１］
（１次封止工程）
直径2.0ｍｍ、深さ0.5ｍｍの封止剤注入部内の発光素子搭載面に、発光素子をワイヤーボンディングした半導体発光素子パッケージを用意した。
シリコン樹脂（製品名：OE-6630、屈折率1.53）を公知の方法により粘度を２Ｐａ・ｓに調整し、１次封止剤を調製した。
【００４１】
１次封止剤をシリンジに充填し、口径０．３ｍｍのノズルを用いて封止剤注入部に注入した。注入は、１次封止剤によって発光素子が封止されるまで行った。１次封止剤の注入完了後、室温で約１時間静置した。
【００４２】
（２次封止工程）
１次封止剤と同じシリコン樹脂100質量部に対し、比重3.0、平均粒子径６μｍのＬＡＧ：Ｃｅを70質量部混練させ、２次封止剤を調製した。２次封止剤の粘度は、２Ｐａ・ｓであった。
【００４３】
シリンジに充填した２次封止剤を、図１ｄ’に示した発光素子の外周領域の４か所にドット注入し、封止剤注入部の１次封止剤層上に２次封止剤を充満させ、ＬＡＧ：Ｃｅ粒子を発光素子の外周領域に沈降させ、80℃で１時間パッケージを静置した。
続いて前記静置温度より高く、第１熱硬化樹脂および第２熱硬化樹脂の硬化温度より低い温度で加熱することより一時的にシリコン樹脂の粘度を低下させ、ＬＡＧ：Ｃｅ粒子を発光素子の外周領域に沈降させ、均質に分散させた。
【００４４】
（熱処理工程）
その後、パッケージを150℃で１時間加熱し、本発明の半導体発光装置を得た（実施例１）。
図３は、実施例１で得られた半導体発光装置の断面のイメージ図である。図３においてパッケージ内の白い部分が蛍光剤（無機粒子）２２の存在箇所である。図３においては、無機粒子２２が均質に分散されている。
【００４５】
［比較例１］
（封止剤注入工程）
実施例１で使用した半導体発光素子パッケージと同じ半導体発光パッケージを用意した。
シリコン樹脂（製品名：OE-6630、屈折率1.53）を公知の方法により、粘度を２Ｐａ・ｓに調整した。シリコン樹脂100質量部に対し、比重3.0、平均粒子径６μｍのＬＡＧ：Ｃｅを7質量部混練させた。混練後のシリコン樹脂をシリンジに充填し、口径３μｍのノズルを用いて封止剤注入部に注入した。注入は、封止剤によって発光素子が封止されるまで行った。
シリコン樹脂の注入完了後、パッケージを室温で約１時間静置し、ＬＡＧ：Ｃｅ粒子を発光素子の外周領域に沈降させた。
【００４６】
（熱処理工程）
ＬＡＧ：Ｃｅ粒子を発光素子搭載面に完全に沈降させた後、パッケージを150℃で１時間加熱し、一時的に粘度が低下したシリコン樹脂内のＬＡＧ：Ｃｅ粒子を発光素子搭載面上で流動させ、比較例１の半導体発光装置を得た。図４ａは、比較例１の半導体発光装置の断面写真である。
【００４７】
［比較例２］
シリコン樹脂注入完了後、静置時間を設けずに熱処理した他は、上記の比較例１と同様にして、比較例２の半導体発光装置を得た。図４ｂは、比較例２の半導体発光装置の断面写真である。
【００４８】
図４ａ、図４ｂにおいてパッケージ内の白い部分は無機粒子３２である。特に比較例１において、蛍光剤（無機粒子）のむらが顕著である。比較例２においては蛍光剤（無機粒子）が十分に沈降していないことが示されている。
【符号の説明】
【００４９】
１０  １次封止剤
１３  第１熱硬化性樹脂
２０  ２次封止剤
２２  無機粒子
２３  第２熱硬化性樹脂
３０  封止剤
３２  無機粒子
３３  熱硬化性樹脂
４０  パッケージ
４１  封止剤注入部
４２  発光素子搭載面
４３  発光素子
４４  ワイヤ
４５  シリンジ
４６  ノズル
【図１】
2014116560.tif 000003
【図２】
2014116560.tif 000004
【図３】
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【図４】
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