(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に光電素子がダイボンド樹脂により固着された光電装置の製造方法であって、
前記光電素子は透光性を有する基板上に窒化物系化合物半導体が形成されたＬＥＤチップが用いられており、前記支持体は銀メッキが施された外部電極が用いられており、
前記外部電極上に光硬化性触媒及び熱硬化性触媒が含有されたダイボンド樹脂を塗布する工程と、
前記ダイボンド樹脂上に前記光電素子を配置させる工程と、
前記ダイボンド樹脂上に配置された前記光電素子に光エネルギーを照射し、前記ダイボンド樹脂を仮硬化させる工程と、
前記ダイボンド樹脂に熱エネルギーを加え、前記ダイボンド樹脂を本硬化させる工程と、を有する光電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＬＥＤディスプレイ、光プリンタヘッドの光源、バックライト光源、光センサーやインジケータなどに用いられる光電装置に係わり、特に量産性に優れた光電装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
今日、砲弾型や表面実装型など種々の光電装置が種々の分野に利用されている。光電装置の一例である発光ダイオードは、リードフレームなどの上にＬＥＤチップを樹脂によってダイボンディングさせている。また、ＬＥＤチップの各電極とワイヤーなどを用いて電気的に接続させると共に所望に応じてＬＥＤチップを保護するモールド樹脂で被覆してある。
【０００３】
ＬＥＤチップをダイボンドする際、一般に接着剤には、銀ペーストのように導電性を有し熱硬化性の材料が使用される。ＬＥＤチップは、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、などの半導体材料からなる。これらの半導体材料からなるＬＥＤチップは何れも半導体基板の表面に積層される。したがって、半導体基板側から電極をとるため銀ペーストのような導電性を有して十分な接着力がある材料が選択されている。
【０００４】
ダイボンド樹脂はエポキシ樹脂など熱硬化型であるためＬＥＤチップをダイボンド後、ダイボンド樹脂硬化のため加熱を行う。この加熱によりＬＥＤチップを固定係止させることができる。
【０００５】
しかしながら、加熱硬化に伴う昇温のため、ダイボンド樹脂のチキソ性が急激に低下する。チキソ性が低下するとダイボンド樹脂材は、中央から周囲に向かって流動する。流動に伴いダイボンド樹脂上に配置されたＬＥＤチップも移動し、ダイボンド終了後ＬＥＤチップの配置が図３（ａ）の如く、水平方向にずれる場合がある。また、図３（ｂ）の如く、ダイボンド樹脂によりＬＥＤチップが垂直方向に傾くなどの不具合が生ずる場合があった。このようなＬＥＤチップのズレは光プリンターのプリンタヘッドや光センサーに使用される場合においては特に大きな問題となる。
【０００６】
一方、これらの弊害を防止するためにダイボンド樹脂中に紫外線硬化剤を使用することも考えられる。ダイボンド樹脂中に紫外線硬化剤を含有させ紫外線照射により、チキソ性の低下なくダイボンド樹脂の硬化を行いＬＥＤチップの配置ずれを防止することが可能となる。これにより、ＬＥＤチップを所望の定位置に配置可能な発光ダイオードとすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、より量産性よく発光ダイオードを形成させる場合は上記方法のみでは十分ではない場合があった。ＬＥＤチップを固定させる場合は、硬化エネルギーの高い紫外線を長時間強照射する必要がある。強度の高い紫外線は、ＬＥＤチップを保持する支持体にも照射される。そのため支持体の材質によっては変色或いは表面劣化を生ずる場合があった。また、長時間高エネルギー光を照射させるとダイボンド樹脂そのものが劣化することも考えられる。ダイボンド樹脂の劣化に伴い発光効率の低下が生ずる場合も考えられる。さらに、電極などＬＥＤチップの一部が紫外線を遮蔽或いは吸収するような部材であったとき、部分的に紫外線がダイボンド樹脂に到達せず硬化不十分となる場合もあった。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明は、上記課題を解決するため支持体上に光電素子がダイボンド樹脂により固着された光電装置であって、前記光電素子は、透光性を有する基板上に窒化物系化合物半導体が形成されたＬＥＤチップであり、前記光電素子は、前記支持体に設けられた外部電極上に固着されており、前記外部電極は銀メッキが施されており、前記ダイボンド樹脂は光硬化性触媒及び熱硬化性触媒を含有させたものである。
【０００９】
前記ダイボンド樹脂は、エポキシ樹脂が好適に挙げられる。
【００１０】
請求項３に記載された光電装置は、ダイボンド樹脂が透光性樹脂である。
【００１１】
請求項４に記載された光電装置は、ダイボンド樹脂中に導電性フィラーが含有されている。
【００１２】
光電装置の製造方法は、支持体上に光電素子がダイボンド樹脂により固着される。特に前記光電素子は透光性を有する基板上に窒化物系化合物半導体が形成されたＬＥＤチップが用いられており、前記支持体は銀メッキが施された外部電極が用いられており、前記外部電極上に光硬化性触媒及び熱硬化性触媒が含有されたダイボンド樹脂を塗布する工程と、前記ダイボンド樹脂上に前記光電素子を配置させる工程と、前記ダイボンド樹脂上に配置された前記光電素子に光エネルギーを照射し、前記ダイボンド樹脂を仮硬化させる工程と、前記ダイボンド樹脂に熱エネルギーを加え、前記ダイボンド樹脂を本硬化させる工程と、を有する。
【００１３】
【作用】
本発明は、ダイボンド樹脂中に、光硬化性触媒及び熱硬化性触媒を含有させる。ダイボンド樹脂による光電素子を固定係止を光エネルギーと熱エネルギーにより行う。それぞれダイボンド樹脂の硬化を光硬化による仮硬化と熱硬化による本硬化とに機能分離させる。これにより光電素子を所望通りの定位置に配置させ歩留まりの高い発光装置を効率よく形成させることができる。また、耐久性を維持させつつ発光特性などを向上させるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々実験の結果、特定の硬化性触媒を含有させた樹脂を用いて光電素子をダイボンドすることにより光電装置の発光特性の安定化及び耐候性を維持できることを見いだし本発明を成すに至った。
【００１５】
即ち、ＬＥＤチップを支持体上にダイボンド樹脂を用いて固着させる場合、熱エネルギーのみを用いて硬化させるとチキソ性が低下し樹脂流動のために所望の発光特性を得られない場合がある。また、紫外線のみを用いて硬化させると、十分硬化できない箇所があったりＬＥＤチップ以外のパッケージに用いられる樹脂などに損傷を与える場合がある。本発明者は、ダイボンド樹脂の固定係止を機能分離し光硬化触媒及び熱硬化触媒を含有させダイボンド樹脂の表面を硬化させる光硬化工程と、全硬化させる熱硬化工程と、にそれぞれ２段階以上に分離して光電素子のダイボンド固着係止させるものである。なお、本発明の光電装置は、原因は定かでないが温湿度サイクル試験においても極めて耐候性の高いことが確認された。これは、仮硬化及び本硬化とを分離させたことによりダイボンド樹脂の収縮応力などが分散したためと考えられる。
【００１６】
以下、本発明の光電装置の一例として表面実装型ＬＥＤ（以下、発光ダイオードとも呼ぶ）を説明する。図１に本発明の模式的断面図を示す。白色液晶ポリマーでＬＥＤチップを被覆したパッケージ１０３を構成する。支持体であるパッケージ１０３にはＬＥＤチップ１０２と外部とを電気的に接続させるための外部電極１０５がはめ込まれている。外部電極１０５は、光反射性を高めるために銀でメッキされている。ＬＥＤチップ１０２が配置されるパッケージ１０３表面には、光硬化性触媒及び熱硬化性触媒が含有されたダイボンド樹脂１０１が塗布されている。ＬＥＤチップは塗布されたダイボンド樹脂により固着係止されている。具体的には、ダイボンド機器により樹脂をパッケージ開口部表面上に塗布した後、ＬＥＤチップ１０２を配置させる。ＬＥＤチップ１０２が配置された状態で紫外線などの高エネルギー光を照射する。照射された光は、直接或いはＬＥＤチップ１０２を透過しダイボンド樹脂１０１にも照射される。高エネルギー光が照射されたダイボンド樹脂１０１は、照射表面側から硬化し始める。ダイボンド樹脂１０１を本硬化（全硬化）させる前に光エネルギーの照射を中止し仮硬化を行う。仮硬化に続いて発光ダイオードを加熱させダイボンド樹脂の本硬化を行う。これによりＬＥＤチップ１０２の移動を防止しつつ固定係止させることができる。
【００１７】
その後、ＬＥＤチップ１０２上に設けられた電極とパッケージの電極とを金線１０４によりワイヤーボンディングさせ発光ダイオードを形成させることができる。以下本発明の各構成について詳述する。
【００１８】
（光硬化性触媒）
光硬化性触媒とは、ダイボンド樹脂中に含有させ光エネルギーを照射させることによりダイボンド樹脂の硬化を促進させる光重合開始剤である。光硬化触媒が含有された樹脂に照射される光としては、ダイボンド樹脂や光硬化性触媒によって種々選択することができる。特に、光電素子を構成する半導体層が比較的大きなワイドバンドギャップを有する場合、照射される光が吸収されないよう紫外線或いは可視紫や青色光線など比較的高エネルギー光を照射することが好ましい。
【００１９】
光エネルギーが吸収されるとダイボンド樹脂が加熱されチキソ性が低下する場合があるからである。
【００２０】
高エネルギー光は、各種光源として高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノン灯、カーボンアークランプ、ケミカルランプなどのランプ照射やＬＥＤ照射など種々ものが好適に用いられる。光エネルギー及び熱エネルギーを用いて硬化を行う場合、光エネルギーはダイボンド樹脂の仮硬化のみで良いため照射される紫外線は１０００ｍｊ／ｃｍ2以下とすることができる。また、照射時間は、ダイボンド樹脂に応じて種々調節させることができるが５秒から２０秒が好ましい。
【００２１】
光エネルギー照射装置例として図２の如き連続的に光エネルギーを照射しつつ光電素子を移動可能な装置が挙げられる。図２には、搬送手段２０３上に配置された光電装置２０２が搬入口２０４から搬出口２０５へ向かって順次移動している。移動中、紫外線照射ランプ２０１により光エネルギーが付与され仮硬化が行われる。
【００２２】
光硬化性触媒として具体的には、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、スルホニウム塩、アルミニウム錯体やシラノール化合物など種々のものが好適に挙げられる。なお、光エネルギー付与による仮硬化とは、少なくともダイボンド樹脂表面が硬化し未硬化樹脂のチキソ性が低下しても光電素子が実質的に移動しないことをいう。
【００２３】
（熱硬化性触媒）
熱硬化性触媒とは、ダイボンド樹脂中に含有させ熱エネルギーを加えることによりダイボンド樹脂の硬化を促進させる熱重合開始剤である。熱硬化性触媒が含有された樹脂に加えられる熱エネルギーは、ニクロムヒータ線、赤外線ランプ、遠赤外線ヒータ、赤外線ランプ、遠赤外線ヒータや炉による加熱など種々のものが好適に用いられる。熱硬化触媒として具体的には、アミン系化合物、酸無水物系化合物などが好適に用いられる。熱エネルギーとしては、用いられる熱硬化性触媒やダイボンド樹脂により種々選択することができるが量産性よく形成できる温度範囲として１２０から１５０℃程度を１０分から２時間程度与えることが好ましい。なお、本硬化とは、ダイボンド樹脂中に未硬化部分が実質的にない状態をいう。
【００２４】
（ダイボンド樹脂１０１）
ダイボンド樹脂１０１とは、支持体１０３上に光電素子を固定係止させるために用いられる樹脂であり種々のものが挙げられる。ダイボンド樹脂１０１は、光電素子１０２を支持体１０３上に固定係止させると共に電気的に接続させることもできる。金、銀、銅やカーボンなどの導電性部材を含有させることにより電気的接続をとることができる。本発明は光エネルギーを照射させることによりダイボンド樹脂の少なくとも一部（表面）が硬化すれば良い。そのためダイボンド樹脂は、導電性部材の少ない或いは全くない透光性を有することがより好ましいが、導電性部材を多く含有した樹脂でも適用可能である。透光性を有するダイボンド樹脂により接続係止される光電素子として、絶縁性を有するサファイア基板上に窒化物系化合物半導体を形成させた光電素子を利用することがより好ましい。基体となるサファイア基板は、絶縁性を有すると共に透光性を有するため効果的に光硬化及び熱硬化を行うことができる。そのため他の発光素子と異なりダイボンド樹脂に光硬化時の光吸収や反射が行われる電気伝導性部材を少量しか含有させない或いは含有させないものを用いることが可能である。この場合、ダイボンド樹脂のチキソ性は、ほぼ樹脂そのものの粘度にのみ依存するため本発明のチップ移動防止効果がより顕著に現れる。本発明に用いられる光硬化性触媒及び熱硬化性触媒を含有した接着剤としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂や不飽和ポリエステルなどのラジカル硬化系の樹脂などが好適に挙げられる。これらは、単独又は２種類以上混合して使用することもできる。ダイボンド樹脂１０１は、支持体１０３上にスタンピング或いはディスペンシングにより滴下することができる。
【００２５】
（光電素子１０２）
本発明に用いられる光電素子１０２とは、光エネルギーにより電気エネルギーを発生する。逆に、電気エネルギーにより光エネルギーを発生する種々の半導体素子が挙げられる。このような半導体素子例として液相成長法やＭＯＣＶＤ法等により基板上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を活性層として形成させた物が挙げられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体は、単結晶で形成されても非晶質や多結晶などの悲嘆結晶で形成されていても良い。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。また、受光感度を紫外光から赤外光まで種々選択することもできる。高輝度に発光可能な半導体材料或いは高起電力を発生可能な半導体材料として窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましが、用途によって種々利用できることは言うまでもない。こうして形成された光電素子は、支持体上に１個配置しても良いし２以上配置することもできる。
【００２６】
（支持体１０３）
支持体１０３は、ダイボンド樹脂１０１により光電素子１０２を固定係止可能なものであり直接支持体１０３上に配置させても支持体１０３に設けられた外部電極１０５などを介して配置しても良い。支持体１０３は光電素子１０２を保護できるよう図１のパッケージ形状など種々の形状をとることができる。支持体１０３は、光電素子１０２からの光を効率よく外部に放出させる或いは外部から効率よく光を吸収させるために白色系に着色などしていることが好ましい。また、光電素子１０２を保護するために絶縁性を有すると共に内部に外部電極１０５を有することが好ましい。外部電極としては、外部から効率的に光電素子１０２に電力を供給する或いは、光電素子１０２から外部に効率よく電力を供給可能なものが挙げられる。支持体１０３としてそれぞれ液晶ポリマー樹脂やＰＢＴ樹脂などが好適に用いられる。また、外部電極は、銅やアルミニウム上に銀メッキなど導電性を有しかつ光反射部材である貴金属メッキが施されているものを好適に用いることができる。以下本発明の具体的実施例について詳述するが本発明がこれのみに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
支持体材料として白色液晶ポリマー樹脂を用いた。支持体は、開口部を有し外部電極が一体成形されたパッケージを用いた。また、光電素子としてサファイア基板上にＭＯＣＶＤ法を用いて窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させた。
【００２８】
ダイボンド機器を用いて、透光性エポキシ樹脂を塗布した。エポキシ樹脂には光硬化性触媒として芳香族スルホンニウムが１モル％含有されている。同様に熱硬化性触媒としてアミン系化合物であるジシアンジアミドが１０重量％含有されている。ダイボンド機器によりパッケージ開口部内にダイボンド樹脂を塗布後、パッケージ開口部の中心に光電素子であるＬＥＤチップを配置させた。ＬＥＤチップが配置されたパッケージは、図２に示す紫外線照射装置により光照射を行う。紫外線照射装置は、支持体が連続的に搬入及び搬出される。支持体が紫外線照射装置中にある間、紫外線は低圧ハロゲンランプにてダイボンド樹脂を介して支持体上に配置されたＬＥＤチップに照射される。このとき、１０００ｍｊ／ｃｍ2の低強度紫外線を１０秒照射させることによりダイボンド接着剤の表面が硬化する。
【００２９】
次に、ダイボンド樹脂が仮硬化されたパッケージは、紫外線照射装置から搬出され赤外線ランプが配置された加熱装置に配置される。加熱装置では、１２０度１５分において、残るダイボンド樹脂の未硬化部を本硬化させる。熱による本硬化工程で未硬化ダイボンド樹脂のチキソ性が低下する場合がある。しかしながら、本発明においては紫外線照射によりダイボンド樹脂の表面が既に硬化されている。そのためＬＥＤチップがパッケージ内の所望の定位置よりずれることは実質的にない。
【００３０】
ダイボンド樹脂が硬化した後は、ＬＥＤチップの各電極とパッケージ電極の各電極とをそれぞれ金線によりワイヤーボンディングさせ表面実装型の発光ダイオードを形成することができた。発光ダイオードを１０００個形成させパッケージに対するＬＥＤチップの位置ずれを測定した。測定は、パッケージ開口部中心から開口部の端部までを１００として中心部からのずれを測定した。本発明で形成された発光ダイオードは９８％以上が中心部からのずれが１％以内で配置され極めて正確な位置に配置されていることがわかった。同様に垂直方向においてもダイボンド樹脂の流動に伴うＬＥＤチップの移動は認められなかった。また、パッケージには光硬化に伴う黄変現象はほとんど見られなかった。ダイボンド樹脂硬化前の支持体反射率に対して青色（４５０ｎｍ）付近の波長域における反射率の低下が２％未満であった。これにより反射率の高い発光ダイオードを形成させることが確認できた。また、温湿度サイクル試験として、−２０度３０分、８０度３０分を２００サイクル行った。形成された発光ダイオードは、全て発光可能であった。
【００３１】
（比較例１）
ダイボンド樹脂に熱硬化性触媒を含有させず、紫外線照射強度を５０００ｍｊ／ｃｍ2とした以外実施例１と同様にして発光ダイオードを形成させた。形成された発光ダイオードは、実施例１と同様極めて正確な位置に配置されてはいたが支持体であるパッケージ表面全体が黄色に着色しており青色（４５０ｎｍ）付近の波長域での反射率が紫外線照射前と比較して１０％程度低下していた。実施例１と同様に温湿度サイクル試験を行った。形成された発光ダイオードのうち２％は非発光のものが観測された。
【００３２】
（比較例２）
ダイボンド樹脂に紫外線硬化性触媒を含有させず、熱硬化時間を１時間とした以外は実施例１と同様にして発光ダイオードを形成させた。形成された発光ダイオード表面には着色は観測されなかった。形成された発光ダイオード１０００個を実施例１と同様にして測定したところ中心からずれが１％以内に配置された発光ダイオードは、７２％にしか過ぎず、中心からのずれが最大約４０％の発光ダイオードも観測された。実施例１と同様に温湿度サイクル試験を行った。形成された発光ダイオードのうち５％は非発光或いは輝度低下したものが観測された。非発光或いは輝度低下した発光ダイオードを分解して調べたところダイボンド樹脂の部分的な収縮が生じていた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、ダイボンド樹脂中に光硬化性触媒及び熱硬化性触媒を含有させることによりダイボンド樹脂の硬化を機能分離させる。ダイボンド樹脂の硬化中に表面硬化された接着剤は、チキソ性が低下したとしても流動が阻止される。
【００３４】
加熱初期には接着剤の未硬化部分のチキソ性が低下する。チキソ性が低下すると接着剤及び接着剤上に配置された半導体チップが極めて流動しやすくなる。しかしながら、本発明においてはチキソ性が低下するが熱硬化に先立って光硬化によりダイボンド樹脂の表面が硬化されておりダイボンド樹脂が仮止めされた状態となっている。そのため、加熱硬化時においても半導体チップの移動などが生ずることが実質的にない。
【００３５】
特に、請求項１記載の光電装置とすることにより、歩留まりよく反射率の高い光電装置を形成させることができる。
【００３６】
請求項２記載の光電装置とすることにより、より信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００３７】
請求項３記載の光電装置とすることにより、より信頼性の高い光電装置とすることができる。
【００３８】
請求項４記載の光電装置とすることにより、光電素子の係止と共に電気的接続をとることもできる。
【００３９】
請求項５記載の方法により光電装置を形成させることにより、信頼性に優れ且つ、量産性に優れた光電装置の製造方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電装置を示し図１（ａ）は、光電装置の模式的平面図であり、図１（ｂ）は、光電装置の模式的断面図である。
【図２】本発明の形成に用いられる紫外線照射装置の模式的断面図である。
【図３】本発明と比較のために示した光電装置であり、図３（ａ）は、光電装置の模式的平面図であり図３（ｂ）は、光電装置の模式的断面図である。
【符号の説明】
１０１・・・ダイボンド樹脂
１０２・・・光電素子であるＬＥＤチップ
１０３・・・支持体
１０４・・・ワイヤー
１０５・・・外部電極
２０１・・・紫外線照射ランプ
２０２・・・光電装置
２０３・・・光電装置を搬送する搬送手段
２０４・・・搬入口
２０５・・・搬出口
３０１・・・ダイボンド樹脂
３０２・・・光電素子であるＬＥＤチップ
３０３・・・支持体
３０４・・・ワイヤー
３０５・・・外部電極
【図１】
0003941155.tif 000002
【図２】
0003941155.tif 000003
【図３】
0003941155.tif 000004