(57)【要約】【課題】転写性のよい半導体発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】発光部１０を固定部１２４に固定したのち、母型内部に混合溶液２０Ｂを多めに注入する。その後、母型内部の混合溶液２０Ｂの界面に対して大気圧よりも高い圧力を加えた状態で、母型内部の混合溶液２０Ｂを加熱し硬化させて混合溶液２０Ｂから封止部２０を得る。これにより、混合溶液２０Ｂが母型内で収縮硬化している間ずっと、母型の内壁に対して混合溶液２０Ｂを押し付けることができる。【選択図】図６
2007273765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に圧力を伝達するための伝達路と、半導体発光素子を内部に固定するための固定部とを有する母型の前記固定部に前記半導体発光素子を固定するステップと、
前記母型内部に透明な熱硬化性樹脂を注入するステップと、
前記固定部に前記半導体発光素子が固定され、かつ前記母型内部に熱硬化性樹脂が注入された状態で、前記母型内部に対して前記伝達路を介して大気圧よりも高い圧力を加えるステップと、
前記大気圧よりも高い圧力を加えた状態で、前記母型内部の熱硬化性樹脂を加熱し硬化させるステップと
を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体発光素子の固定された前記母型内部に、前記母型内部のうち前記導入路および伝達路を除いた容積を超える量の前記熱硬化性樹脂を注入する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記伝達路に加圧ピンを挿入することにより、前記母型内部に注入した熱硬化性樹脂に対して大気圧よりも高い圧力を加える
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
不活性ガスを前記伝達路に注入することにより、前記母型内部に注入した熱硬化性樹脂に対して大気圧よりも高い圧力を加える
ことを特徴とする請求項１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】
本発明はレンズ兼用の封止部を備えた半導体発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）等の半導体発光装置はその用途に応じて様々な構成を採り得るが、例えば、リードの付いた半導体発光素子と、半導体チップを覆う封止部とを備えたものがある。この半導体発光装置は、主に照明装置に適用されるものであり、封止部は、半導体チップを外部環境から保護するだけでなく、レンズとして兼用されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−２０２７０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、封止部をレンズとして兼用する場合には、封止部の材料として、例えば、特許文献１〜特許文献４に記載されているような、屈折率の高い熱硬化性樹脂（屈折率ｎ２＝１．６以上１．８以下）が用いられる場合がある。ところが、この熱硬化性樹脂は、加熱により収縮硬化するという性質を有しているので、キャスティングモールドによって、例えば、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、上記したような熱硬化性樹脂１００を母型１１０に流し込み、その後、半導体チップにリードフレームを付けた半導体発光素子１２０を母型１１０内の熱硬化性樹脂１００に浸し、加熱により熱硬化性樹脂１００を硬化させて封止部１３０を形成させると、封止部１３０に「ひけ」と呼ばれる収縮変形が発生し、母型から封止部１３０への転写性が悪化する。
【０００５】
ここで、母型により形成される理想的な封止部１３０の形状と、成型加工により得られる封止部１３０の形状とを対比して、最も大きく変位する箇所の変位量を封止部１３０の重心点からの距離で割った値を、「ひけ」によるずれ量と定義すると、ずれ量は、理論的にはおよそ０．１％〜５％となる。したがって、半導体発光素子１２０から出力される光を正確に配光制御することが必要な用途では、「ひけ」による収縮変形が許容できない場合がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、転写性のよい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】
【０００７】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、内部に圧力を伝達するための伝達路と、半導体発光素子を内部に固定するための固定部とを有する母型を用意したのち、以下に示した（Ａ）〜（Ｄ）のステップを行うものである。
（Ａ）半導体発光素子を固定部に固定するステップ
（Ｂ）母型内部に透明な熱硬化性樹脂を注入するステップ
（Ｃ）固定部に半導体発光素子が固定され、かつ母型内部に熱硬化性樹脂が注入された状態で、母型内部に対して伝達路を介して大気圧よりも高い圧力を加えるステップ
（Ｄ）大気圧よりも高い圧力を加えた状態で、母型内部の熱硬化性樹脂を加熱し硬化させるステップ
【０００８】
本発明の半導体発光装置の製造方法では、母型内部に対して大気圧よりも高い圧力を加えた状態で熱硬化性樹脂を収縮硬化するようにしたので、母型の内壁に対して熱硬化性樹脂が押し付けるられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、母型内部に熱硬化性樹脂に対して大気圧よりも高い圧力を加えた状態で熱硬化性樹脂を収縮硬化するようにしたので、母型の内壁に対して熱硬化性樹脂を押し付けることができる。これにより、「ひけ」が生じる虞がなくなるので、母型から封止部への転写性が極めてよくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る発光ダイオード１（半導体発光装置）の断面構造を表すものである。なお、図１は、模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。この発光ダイオード１は、発光部１０（半導体発光素子）上に封止部２０を備えたものである。ここで、発光部１０は、リードフレーム１１上に半導体チップ１２を載置して構成されている。
【００１２】
リードフレーム１１は、半導体チップ１２を載置するための金属製の枠であり、例えば、半導体チップ１２を載置すると共に固定するダイパッド部（図示せず）と、半導体チップ１２のｎ側電極およびｐ側電極（後述）と結線する内部端子部（図示せず）と、半導体チップ１２とは反対側の面に突出すると共に内部端子部に接続された外部端子部１１Ａとを有している。なお、リードフレーム１１の内側端子部と半導体チップ１２の電極とは、例えばワイヤ（図示せず）で電気的に接続されている。
【００１３】
半導体チップ１２は、例えば、基板１２Ａ（図２参照）上に、ｎ型半導体層（図示せず）、発光領域を含む活性層（図示せず）およびｐ型半導体層（図示せず）をこの順に積層して構成されたものである。半導体チップ１２にはまた、ｎ型半導体層に電気的に接続されたｎ側電極（図示せず）と、ｐ型半導体層に電気的に接続されたｐ側電極（図示せず）とがそれぞれ設けられている。ここで、基板１２Ａは、半導体チップ１２のリードフレーム１１とは反対側に設けられており、発光領域からの光を透過することが可能な材料、例えばサファイアからなる。つまり、半導体チップ１２は、発光領域からの光を、基板１２Ａ側（上面側）から出力することの可能な上面発光型の発光素子である。ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層はそれぞれ、例えば、ＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系の半導体材料からなる。ｐ側電極は、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層した構造を有しており、ｎ側電極は、例えば、Ａｕとゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）およびＡｕをこの順に積層した構造を有している。
【００１４】
封止部２０は、発光部１０の半導体チップ１２側に設けられたものであり、例えば、鈍角からなる多面体や、回転対称軸を持ち一般非球面式で表される曲面形状を有する立体である。半球の平面側の中央部分に、半導体チップ１２と、リードフレーム１１のダイパッド部および内側端子部と、ワイヤとが埋め込まれており、外部端子部１１Ａが封止部２０から突出している。これにより、封止部２０は、半導体チップ１２などを外部環境から保護するだけでなく、レンズとしても機能するようになっている。
【００１５】
封止部２０は、屈折率の高い熱硬化性樹脂（屈折率ｎ２＝１．６以上１．８以下）により構成されている。このような高屈折率の熱硬化性樹脂としては、例えば、硫黄や環状炭化水基を含有するエポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリチオウレタン系樹脂がある。なお、この熱硬化性樹脂は、モノマーの熱硬化性樹脂と、重合触媒との混合溶液２０Ｂ（図４（Ｂ）参照）を、重合反応による硬化によって得られるものである。これにより、半導体チップ１２の光射出側の表面（基板１２Ａの表面）がエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率ｎ３＝１．５程度）よりも高い材料、例えばサファイア（屈折率ｎ１＝１．７６程度）からなる場合（図２参照）には、封止部２０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が基板１２Ａ側から封止部２０側に進んだときに、基板１２Ａと封止部２０との界面１２Ｂにおける臨界角が極めて大きくなる。なお、基板１２Ａの表面が封止部２０より低い屈折率の材料からなる場合には、光が基板１２Ａ側から封止部２０側に進んだときに、界面１２Ｂで全反射することはない。
【００１６】
ところで、この封止部２０は、半導体チップ１２から出力される全ての光の配光制御を行うレンズとして機能させるために、後述するように母型でその外形全体をレンズ状に成型加工されたものである。光の配光制御を行うためには、封止部２０が所定の精度で形成されていることが必要となるが、例えば数％程度のずれ量も許容できないような用途では、母型を精度よく形成しておいたとしても、成型加工の際に生じる「ひけ」が問題となり得る。この「ひけ」は、混合溶液２０Ｂの収縮硬化に起因して生じるものである。混合溶液２０Ｂの硬化は通常、母型に接している部分から進行するので、外側が硬く、内側が軟らかい状態を経て、全体が硬化する。このように外側から内側に固まるときに、硬化収縮の影響で「ひけ」が発生する。ここで、図１０のような母型の場合には、重力の作用で混合溶液が母型の内壁に押し付けられるので、「ひけ」の影響は比較的小さいが、例えば、本実施の形態のように、上面側母型１１０および下面側母型１２０（図３（Ａ），（Ｂ）参照）を互いに重ね合わせて外形全体をレンズ状に成型加工する分離型の母型を用いる場合には、重力の作用をほとんど受けない母型の上側の部分で「ひけ」が顕著に発生する。そこで、本実施の形態では、母型内に注入された混合溶液２０Ｂに対して大気圧よりも高い圧力をかけて、混合溶液２０Ｂ全体を母型の内壁等に押し付けるようにしている。なお、その詳細については、以下の製造過程において説明する。
【００１７】
次に、本実施の形態の発光ダイオード１の製造方法の一例について、図３（Ａ），（Ｂ）〜図６を参照して説明する。図３（Ａ）は製造過程における金型等の断面構成（図３（Ｂ）のＡ−Ａ矢視方向の断面構成）を表すものであり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の上面図である。図４（Ａ），（Ｂ）〜図５（Ａ），（Ｂ）は各製造過程を説明するための金型等の断面構成を表すものである。図６は、発光ダイオード１の製造方法の流れ図である。
【００１８】
なお、発光部１０は公知の製造方法で製造することが可能であることから、その製造方法についての説明は省略し、以下では、発光部１０に封止部２０を設ける工程の一例について説明する。
【００１９】
さて、発光部１０に封止部２０を設けるに際しては、図３（Ａ），（Ｂ）に示したような分離型の母型が用いられる。この母型は、上面側母型１１０および下面側母型１２０を備えている。ここで、上面側母型１１０には、その中央部分に成型加工用の窪み１１１が、その外縁部分にシール用リング１１２がそれぞれ設けられている。シール用リング１１２は、母型内部から混合溶液２０Ｂが漏れ出さないようにするためのものであり、例えば、エラストマーシールや、メタルオーリングである。他方、下面側母型１２０には、上面側母型１１０の窪み１１１に対応して成型加工用の窪み１２１が、上面側母型１１０のシール用リング１１２に対応してそのシール用リング１１２と噛み合わせるための窪み１２２がそれぞれ設けられている。なお、窪み１２２の代わりに一般のＪＩＳフランジのような平面フランジを設けてもよい。下面側母型１２０にはまた、その外縁部に切欠き１２３（伝達路）が、窪み１２２の底部に固定部１２４がそれぞれ設けられている。切欠き１２３は、上面側母型１１０および下面側母型１２０を互いに重ね合わせて容器を形成した際に母型の内部と外部とを互いに導通させる通路となるものである。従って、この切欠き１２３は、母型外部からその内部に混合溶液２０Ｂを注入したり、母型内部に注入された混合溶液２０Ｂに対して圧力を加える加圧ピン１４１（図５（Ａ）参照）を挿入することが可能な径および形状（例えば半円柱形状）を有している。固定部１２４は、発光部１０を母型内部に固定するためのものであり、例えば、発光部１０の外部端子部１１Ａを嵌合により固定することの可能な径を有する孔からなる。なお、固定部１２４に混合溶液２０Ｂが流れ込まないようにするために、例えば、孔の入り口にシール用リング（図示せず）を設けるようにしてもよい。なお、図示していないが、この母型はチャンバ内に配置されている。このチャンバ内には、加熱・冷却する加熱冷却器（図示せず）が設けられており、これを用いて母型内の混合溶液２０Ｂを加熱・冷却することができるようになっている。
【００２０】
まず、下面側金型１２０の固定部１２４に発光部１０を固定した後、上面側金型１１０および下面側金型１２０を互いに重ね合わせ、母型内を気密状態とする（ステップＳ１、図４（Ａ））。続いて、樹脂注入器１３０から混合溶液２０Ｂを吐出して、切欠き１２３を介して金型内部へ注入する（ステップＳ２、図４（Ｂ））。このとき、混合溶液２０Ｂの加熱による収縮量を見込んで、多めに注入する。すなわち、母型内部のうち切欠き１２３を除いた容積を超える量の混合溶液２０Ｂを母型内部に注入する。なお、母型内に注入される混合溶液２０Ｂはあらかじめ脱泡されているので、母型内に注入される前から混合溶液２０Ｂが気泡を含んでいる虞はない。
【００２１】
次に、加圧器１４０の加圧ピン１４１を切欠き１２３に挿入して、金型内の混合溶液２０Ｂの界面に対して大気圧よりも高い圧力を加える（ステップＳ３、図５（Ａ））。これにより、混合溶液２０Ｂ全体が母型の内壁および発光部１０の表面に押し付けられる。続いて、その状態で、加熱冷却器を用いて、４０℃付近から１５０℃程度の温度範囲で適切な温度制御を行いながら、所定の期間で、混合溶液２０Ｂを加熱し重合硬化させる（ステップＳ４）。その後、母型を開いて発光ダイオード１を取り出す（図５（Ｂ））。このようにして、本実施の形態の発光ダイオード１が製造される。
【００２２】
次に、本実施の形態の発光ダイオード１の作用・効果について説明する。この発光ダイオード１では、ｐ側電極とｎ側電極との間に所定の電圧が印加されると、ｎ側電極から電子が、ｐ側電極から正孔がそれぞれ活性層へ注入される。そして、この活性層に注入された電子と正孔が再結合することにより活性層から光子が発生し、その結果、発光光が基板１２Ａの裏面から封止部２０を介して外部に射出される。
【００２３】
ここで、封止部２０の材料として、仮にエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率（ｎ３＝１．５程度）の材料を用いた場合に、半導体チップ１２の基板１２Ａとして例えば屈折率ｎ１が１．７６程度のサファイアを用いたときには、図２（Ａ）に示したように、界面１２Ｂにおける屈折率差が大きくなる。そのため、光が基板１２Ａ側から封止部２０側に進んだときに、界面１２Ｂにおける臨界角が小さくなるので、界面１２Ｂで全反射したりフレネル反射を起こす割合が多くなる。その結果、反射された光の多くは半導体チップ１２内の活性層などで吸収されてしまうので、このような構成をとった場合には、光取り出し効率は低くなる。
【００２４】
一方、本実施の形態では、封止部２０の材料として屈折率の高い熱硬化性樹脂（屈折率ｎ２がおよそ１．６以上１．８以下のもの）を用いるようにしたので、半導体チップ１２の基板１２Ａとしてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率ｎ３＝１．５程度）よりも高い材料、例えば屈折率ｎ１が１．７６程度のサファイアを用いた場合には、封止部２０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が半導体チップ１２側から封止部２０側に進んだときに、界面１２Ｂにおける臨界角を極めて大きくすることができる。したがって、基板１２Ａ側から封止部２０側に進む光が界面１２Ｂで全反射したりフレネル反射を起こす割合を極めて小さくすることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。なお、半導体チップ１２の基板１２Ａとして封止部２０よりも低い屈折率の材料を用いた場合には、光が基板１２Ａ側から封止部２０側に進んだときに、界面１２Ｂで全反射することはないので、基板１２Ａの屈折率が封止部２０のそれよりも高い場合と比べて、取り出し効率の低下は少ない。
【００２５】
なお、上記の作用・効果は、図２（Ｂ）に示したように、基板１２Ａと封止部２０とが隙間なく互いに接していることが前提となる。つまり、基板１２Ａと封止部２０との間にサブミクロンでも空隙がある場合には、臨界角は基板１２Ａと空隙との関係で規定されてしまうので、たとえ封止部２０の材料として屈折率の高い熱硬化性樹脂を用いたとしても、光取り出し効率を向上させることはできない。一方、本実施の形態では、発光部１０を混合溶液２０Ｂ中に入れると共に、金型内の混合溶液２０Ｂの界面に対して大気圧よりも高い圧力を加えた状態で混合溶液２０Ｂを収縮硬化するようにしたので、基板１２Ａと封止部２０との間に空隙が生じる虞はない。従って、確実に光取り出し効率を向上させることができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、金型内の混合溶液２０Ｂの界面に対して大気圧よりも高い圧力を加えた状態で混合溶液２０Ｂを収縮硬化するようにしたので、混合溶液２０Ｂが母型内で収縮硬化している間ずっと、母型の内壁に対しても混合溶液２０Ｂを押し付けることができる。これにより、「ひけ」が生じる虞がなくなるので、母型から封止部２０への転写性が極めてよくなる。その結果、発光部１０から出力される光を正確に配光制御することが可能となる。
【００２７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００２８】
例えば、上記実施の形態では、加圧器１４０の加圧ピン１４１を切欠き１２３に挿入することにより混合溶液２０Ｂの界面に対して圧力を加えるようにしていたが、その他の方法、例えば、図７に示したように、ガス注入器１５０から窒素ガスやアルゴンガスなどの、混合溶液２０Ｂの硬化を阻害しないガスを切欠き１２３に注入することにより混合溶液２０Ｂの界面に対して圧力を加えるようにしてもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態では、封止部２０の形状を鈍角からなる多面体としていたが、他の形状とすることはもちろん可能である。例えば、図８に示したように、封止部２０の形状を非球面と平面とを有する多面体としてもよい。ただし、この場合には、図９に示したように、非球面を有する金型が必要となるが、金型の内部に鋭角状の領域が存在するとその領域には「ひけ」が発生し易い。しかし、上記実施の形態と同様に、金型内の混合溶液２０Ｂの界面に対して大気圧よりも高い圧力を加えた状態で混合溶液２０Ｂを収縮硬化させた場合には、「ひけ」が生じる虞はなく、母型から封止部２０への転写性を極めてよくすることができる。
【００３０】
また、上記実施の形態では、リードフレーム上に半導体チップを有する発光ダイオード１に対して本発明を適用した場合について説明したが、他の種類の発光ダイオード、例えば、中間基板またはプリント基板上に半導体チップをフリップチップ接続して構成された発光ダイオードに対してももちろん適用可能である。
【００３１】
また、上記実施の形態では、本発明を発光ダイオードに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の半導体発光装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光ダイオードの断面構成図である。
【図２】基板と封止部との界面およびその近傍における屈折率の分布図である。
【図３】図１の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図４】図３の続きの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図５】図４の続きの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図６】図１の発光ダイオードの製造工程を説明するための流れ図である。
【図７】発光ダイオードの他の製造方法を説明するための断面構成図である。
【図８】一変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。
【図９】図７の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図１０】従来の発光ダイオードの製造方法を説明するための断面構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…発光ダイオード、１０…発光部、１１…リードフレーム、１１Ａ…外部端子部、１２…半導体チップ、１２Ａ…基板、１２Ｂ…界面、２０…封止部、２０Ｂ…混合溶液、１１０…上面側母型、１１１…窪み、１１２…リング、１２０…下面側母型、１２１，１２２…窪み、１２３…切欠き、１２４…固定部、１３０…樹脂注入器、１４０…加圧器、１４１…加圧ピン、１５０…ガス注入器。
【図１】
2007273765.tif 000003
【図２】
2007273765.tif 000004
【図３】
2007273765.tif 000005
【図４】
2007273765.tif 000006
【図５】
2007273765.tif 000007
【図６】
2007273765.tif 000008
【図７】
2007273765.tif 000009
【図８】
2007273765.tif 000010
【図９】
2007273765.tif 000011
【図１０】
2007273765.tif 000012