CN101546802B - 用于封装光学半导体元件的树脂片和光学半导体器件 - Google Patents

用于封装光学半导体元件的树脂片和光学半导体器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于封装光学半导体元件的树脂片，所述树脂片包含封装树脂层、粘合树脂层、金属层和保护树脂层，其中：所述封装树脂层和粘附到粘合树脂层的金属层相邻设置，所述保护树脂层层压在所述封装树脂层和所述金属层上以覆盖所述封装树脂层和所述金属层两者，所述封装树脂层具有向所述保护树脂层扩展的锥形；本发明还提供一种含使用所述树脂片封装的光学半导体元件的光学半导体器件。本发明的光学半导体元件封装树脂片可适用于液晶显示屏的背景灯、交通信号、大型的户外显示器、广告牌等。

Description

用于封装光学半导体元件的树脂片和光学半导体器件
技术领域
本发明涉及用于封装光学半导体元件的树脂片以及使用所述封装的光学半导体元件制得的光学半导体器件。
背景技术
在光学半导体器件中，已经对把多个发光体安装到衬底表面上并使得这些发光体发光，由此将它们用作平面发光源进行了研究。特别地，已经对将发光二极管裸片(bare chip)(LED裸片)用作发光体进行了研究。关于这类发光源，存在例如一种包含如下元件的发光源：衬底、在所述衬底表面上安装的多个LED裸片、用于单独封装这些LED裸片的树脂体、具有与所述树脂体相对应的反射开孔并且其背面粘附到所述衬底的反射板、以及覆盖所述整个衬底并具有部分地与所述LED裸片相对应的透镜的透镜板(参见JP-A-2005-223216)。因此，至今仍分别进行封装光学半导体元件的步骤和在衬底上设置金属层作为反射板的步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于封装光学半导体元件的树脂片(以下也称其为“光学半导体封装树脂片”)，其能够简化封装光学半导体元件的步骤和在衬底上设置金属层的步骤，由此有效进行光学半导体元件的封装；还提供一种光学半导体器件，其包含使用光学半导体元件封装树脂片来封装的光学半导体元件。
也就是，本发明提供如下第1～4项：
1.用于封装光学半导体元件的树脂片，所述树脂片包含封装树脂层、粘合树脂层、金属层和保护树脂层；
其中所述封装树脂层和粘附到所述粘合树脂层的金属层相邻设置，
其中所述保护树脂层层压在所述封装树脂层和金属层上以覆盖所述封装树脂层和金属层两者，以及
其中所述封装树脂层具有向所述保护树脂层扩展的锥形。
2.如第1项所述的树脂片，其中在所述封装树脂层的形状中向所述保护树脂层扩展的角度为30～50度。
3.如第1项所述的树脂片，其中所述金属层包含铜或铝。
4.一种光学半导体器件，所述光学半导体器件包含使用第1项的树脂片封装的光学半导体元件。
本发明的光学半导体封装树脂片能够简化封装光学半导体元件的步骤和在衬底上设置金属层的步骤，由此有效进行光学半导体元件的封装。此外，能够有效制造一种光学半导体器件，该光学半导体器件包含使用树脂片封装的光学半导体元件。
附图说明
图1A为显示本发明光学半导体元件封装树脂片的一种实施方案的示意图。图1B为显示一种实施方案的示意图，其中使用本发明的光学半导体元件封装树脂片来封装安装到衬底上的光学半导体元件。
图2A～2E为示意图，其示例性地说明本发明光学半导体元件封装树脂片的制造方法的一种实施方案。图2A显示了在衬底上形成粘合树脂层的步骤。图2B显示了在所述粘合树脂层上形成金属层的步骤。图2C显示了形成穿过所述粘合树脂层和所述金属层的通孔(through-hole)的步骤。图2D显示了将封装树脂填入通孔中以形成封装树脂层的步骤。图2E显示了在图2D中获得的层上层压保护树脂层的步骤。
附图标记说明
1：光学半导体元件封装树脂片
2：保护树脂层
3：封装树脂层
4：粘合树脂层
5：金属层
6：在衬底上形成的光学半导体元件
7：基底材料
8：通孔
9：向保护树脂层扩展的角
具体实施方式
本发明涉及光学半导体元件封装树脂片，所述树脂片至少包含封装树脂层、粘合树脂层、金属层和保护树脂层，其中所述封装树脂层和粘附到所述粘合树脂层的金属层相邻设置，所述保护树脂层层压在封装树脂层和金属层上以覆盖所述封装树脂层和所述金属层两者，以及所述封装树脂层具有向所述保护树脂层扩展的锥形。
在这类光学半导体元件封装树脂片中，金属层和封装树脂层相互结合为整体，使得上述封装光学半导体元件和在衬底上设置金属层的两个步骤简化为使用所述片来封装光学半导体元件的一个步骤。
在本发明中，表述“封装树脂层和粘附到粘合树脂层上的金属层相邻设置”是指封装树脂层与粘附到粘合树脂层上的金属层以如下方式相邻设置：所述封装树脂层能够封装衬底上的光学半导体元件，同时，能够把粘附到金属层下侧的粘合树脂层粘附到安装了光学半导体元件的衬底上。图1A为显示本发明一种实施方案的示意图。封装树脂层3和粘附到粘合树脂层4的金属层5可以在一处或多处相邻设置。也就是，所述封装树脂层和粘附到所述粘合树脂层上的金属层可以连续地相继相邻设置。此外，通过适当调节与光学半导体元件的数量及其布置间距相对应的封装树脂层和金属层的数量、尺寸等，能够相邻设置所述封装树脂层和金属层。顺便提一句，为了实现粘合树脂层和金属层的相邻设置，所需要的是，例如，在粘合树脂层上形成金属层、形成至少一个穿过所述两个层的锥形通孔、以及在其中形成包封树脂层。
在本发明中，表述“保护树脂层层压在封装树脂层和金属层上以覆盖所述封装树脂层和所述金属层两者”是指，把保护树脂层层压在封装树脂层和金属层上以覆盖所述两个层而保护所述封装树脂层和所述金属层不受外部环境的损害，如图1A中所示。为了层压所述保护树脂层，例如，通过熟知的方法(例如，层压、压制等)把保护树脂层层压在封装树脂层和金属层这两层上，或者在保护树脂层层压在具有通孔的金属层上以后，可以把封装树脂填入通孔中以形成封装树脂层。
在本发明中，表述“封装树脂层具有向保护树脂层扩展的锥形”是指，封装树脂层具有向保护树脂层加宽的形状。也就是，封装树脂层具有这样的形状，其使得在垂直于其厚度方向的方向上从未设置保护树脂层的一侧向设置保护树脂层的一侧其横截面积增加。在封装树脂层的形状中，向保护树脂层扩展的角度(例如，在图1A中附图标记9所示)优选为30～50度，更优选30～45度。
为了封装光学半导体元件如LED，本发明中的封装树脂层优选为半固化状态的热固性树脂。特别地，从耐热性考虑，其优选由有机硅树脂、聚硼硅氧烷树脂、聚铝硅氧烷树脂、环氧树脂或类似物形成。此外，按需要可向封装树脂层添加用于调节LED发光颜色的荧光剂。
考虑到LED的高度、布线电线的高度以及树脂的光吸收，所述封装树脂层的厚度优选为0.3～1mm，更优选为0.3～0.5mm。
所述封装树脂层为锥形且具有上述厚度。对其形状未作特殊限制，只要不损害本发明的效果，具有至少能够封装光学半导体元件的形状就足够了。例如，所述封装树脂层的底面(在基底材料一侧的面)形状为圆形、椭圆形或四边形等，未做特殊限制。而且，所述底面的尺寸，例如在圆形情况下，直径优选为1.5～5mm，在四边形情况下，优选为1.5～5mm×1.5～5mm。例如通过冲孔或钻孔等来制造至少一个穿过粘合树脂层和金属层的通孔，所述通孔具有上述底面形状并在向上变宽的锥形中扩展；向所述通孔中填入封装树脂，然后半固化所述封装树脂，从而形成具有这类底面形状的封装树脂层。
根据放置在衬底上的待封装光学半导体元件的数量，可适当改变本发明的光学半导体元件封装树脂片中的封装树脂层的数目。然而，按所述片的单位面积(cm2)计，其优选为1～20，更优选为1～9。还可使得它们之间的间距与衬底上的光学半导体元件相对应，且所述封装树脂层可为等间距的。
当把半固化状态的热固性树脂用于封装树脂层时，例如在80～120℃下将上述未交联的热固性树脂加热30分钟。此外，在封装所述光学半导体元件以后进行固化处理时，可以对所述封装树脂层进行二次固化，例如在100～150℃下持续1～24小时。
为了将本发明中的粘合树脂层粘附到衬底，所述粘合树脂层优选为半固化状态的热固性树脂。特别地，考虑到粘附性，其优选由环氧树脂或聚碳化二亚胺树脂形成。
例如，通过如下方法能够获得上述粘合树脂层：制备树脂溶液，其中将上述商购获得的树脂溶于有机溶剂如甲苯、环己烷或甲基乙基酮中，优选浓度为10～30wt％；通过诸如流延(casting)、旋涂以及辊涂的方法在脱离处理(release-treated)的衬底上形成适当厚度的膜；再在能够除去溶剂而不会发生固化反应的温度下对其干燥。根据树脂或溶剂的种类来改变待形成膜的树脂溶液的干燥温度或时间，不能一概而论。然而，温度优选为80～150℃，更优选为100～120℃。时间优选为1～30分钟，更优选为3～10分钟。按上述获得的树脂层能够单独使用或以其多层形成的层压材料使用。
考虑到阻止杂散光，所述粘合树脂层的厚度优选为5～50μm，更优选为10～20μm。
为了辐射在光学半导体元件中产生的热量，本发明的金属层优选由具有良好导热性的铜或铝形成。例如，通过在100～180℃、0.2～0.5MPa下，在粘合树脂层上层压上述金属的箔可形成所述金属层。另外，为了防止成型时金属层的变形，可对所述金属进行退火处理。例如，通过在氮气气氛中于350℃下进行热处理1～2小时，然后将温度返回至常温，可进行铝的退火。
所述金属层的厚度可以为任意值，只要其足以用于用相邻的封装树脂层封装光学半导体元件，所述金属层的厚度优选为0.5～1mm。
本发明中的保护层可以为热固性树脂或热塑性树脂。所述热固性树脂的例子包括半固化状态的环氧树脂，所述热塑性树脂的例子包括具有高透明度的树脂如聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及聚碳酸酯。这些树脂可以成型为片的形式来形成所述保护树脂层。
考虑到由树脂造成的光损耗，所述保护树脂层的厚度优选为20～3000μm，更优选为20～100μm。
如果需要，可以通过插入一层或多层其它层(中间层)来层压所述保护树脂层。这类中间层包括折射率比封装树脂层低的层、在其上形成了微细不平度的层等。
作为一种实施方案，本发明的光学半导体元件封装树脂片优选包含：由聚铝硅氧烷树脂、有机硅树脂或环氧树脂等形成的封装树脂层；由环氧树脂形成的粘合树脂层；由丙烯酸类树脂或环氧树脂等形成的保护树脂层；以及由铝形成的金属层。
考虑到重量轻、微型化以及后续加工性，本发明的光学半导体元件封装树脂片的厚度期望为0.4～1mm，更优选为0.4～0.6mm。
在图1A中显示了本发明光学半导体元件封装树脂片1的一种实施方案的示意图。封装树脂层3和粘附到粘合树脂层4的金属层5相邻设置，保护树脂层2层压在封装树脂层3和金属层5两者上。所述封装树脂层3具有以角度9向所述保护树脂层扩展的锥形。此外，图1B中显示了一种实施方案，其中使用本发明的光学半导体元件封装树脂片1对安装到衬底上的光学半导体元件6进行封装。
在本发明中，本发明的光学半导体元件封装树脂片1的制造方法的一种实施方案可包括至少以下步骤：
a)在脱离处理的基底材料上形成粘合树脂层；
b)在所述粘合树脂层上形成金属层；
c)形成锥形通孔，所述通孔用于形成穿过粘合树脂层以及金属层的封装树脂层，所述金属层粘附到所述粘合树脂层；
d)向形成的通孔中填入用于形成封装树脂层的封装树脂，并半固化所述封装树脂；以及
e)在所述封装树脂层和所述金属层上层压保护树脂层以覆盖所述封装树脂层和所述金属层两者。
根据这类制造方法，能够制造光学半导体元件封装树脂片，所述树脂片能够有效进行封装。此外，图2A-2E中示意显示了这类制造方法的一种实施方案。
举例说明更具体的实施方案。在上述步骤a)或图2A中，脱离处理的基底材料7优选为PET膜。为了形成所述粘合树脂层4，例如，将40～70重量份的传递成型的透明环氧树脂以10～30wt％的基准溶于甲基乙基酮溶剂中以制备涂布溶液。然后，将所述涂布溶液施加到经脱离处理的基底材料7上，优选施加厚度为5～50μm，更优选厚度为10～20μm，然后在80～120℃下干燥5～30分钟。由此获得的层能够单独使用或以其多层形成的层压材料使用，由此形成了所述粘合树脂层4。
在上述步骤b)或图2B中，优选的是，在100～180℃、0.2～0.5MPa下，在粘合树脂层4上层压厚度为0.3～1mm的铝箔作为金属层5。
在上述步骤c)或图2C中，用于形成封装树脂层的锥形通孔8可以为任意通孔，只要其为穿过所述粘合树脂层4和粘附到所述粘合树脂层的金属层5的孔。在这种情况下，形成具有锥形的通孔，使其在封装树脂层上形成保护树脂层时向保护树脂层扩展，其角度9优选为30～50度，更优选为30～45度。
穿过粘合树脂层4和粘附到所述粘合树脂层的金属层5的这类通孔8的数量和尺寸，可以根据安装到衬底上的LED的数量和布置来适当选择。例如通过冲孔或钻孔等能够形成这类通孔8。
在上述步骤d)或图2D中，填入通孔8的封装树脂优选为未交联的树脂，并期望使用例如分配器等将其向通孔8中灌入，然后优选在80～120℃下加热，并优选持续5～30分钟以形成半固化状态的封装树脂层3。
在上述步骤e)或图2E中，例如可优选在100～160℃下，并优选花费10～60秒将保护树脂层2层压在相邻形成的金属层5和封装树脂层3两者上。
上面获得的光学半导体元件封装树脂片适用于例如在其上安装了蓝色或白色LED元件的光学半导体器件(液晶显示屏的背景光、交通信号、大型的户外显示器、广告牌等)。
此外，本发明提供一种含光学半导体元件的光学半导体器件，其中使用上述光学半导体元件封装树脂片来封装所述光学半导体元件。因为使用了上述树脂片，所以能够有效制造这类光学半导体器件。
接着，下面将描述使用本发明光学半导体元件封装树脂片来制造光学半导体器件的方法。一种制造本发明光学半导体器件的方法的实施方案可包括如下步骤：
(1)在其上安装了光学半导体元件的衬底的表面上层压本发明的光学半导体元件封装树脂片，以便将所述封装树脂片安置到面对所述光学半导体元件的位置上；以及
(2)对在步骤(1)中层压的树脂片进行加压固化。
在步骤(1)中，用于进行层压以将封装树脂层安置在面对光学半导体元件的位置上的方法的例子包括，通过使用层压机(laminator)或真空压制机等在其上安装了光学半导体元件的衬底上层压本发明的片的方法。
在步骤(2)中，关于对片进行加压固化的条件，优选在80～150℃下，更优选在80～100℃下，以及优选在0.2～0.5MPa下，更优选在0.2～0.3MPa下，使用真空压制机在所述衬底上压制所述片；然后，优选在100～150℃下，更优选在100～120℃下进行后固化(第二次固化)，并优选持续1～24小时，更优选持续1～2小时。此外，可以在进行步骤(1)的同时进行步骤(2)。
尽管在下面的实施例中对本发明的实施方案进行描述，但本发明不限于此。
实施例
实施例1
把传递成型的透明环氧树脂(NT-8528，日东电工(Nitto DenkoCorporation)制造)的30wt％的甲基乙基酮溶液施加到作为基底材料的脱离处理PET膜上，在80～100℃下干燥10～15分钟以形成50μm厚的半固化状态的环氧树脂层(粘合树脂层)(图2A)。接着，在100℃和0.3MPa下将作为金属层的0.6mm厚的铝箔层压在上述环氧树脂层(粘合树脂层)上(图2B)。然后，通过冲孔形成穿过金属层和粘合树脂层的锥形通孔(底面(在基底材料侧的面)形状为圆形，所述底面的直径大小为3mm)，所述通孔在封装树脂层的形状中向保护树脂层扩展的角度为30度(图2C)。此外，使用分配器向形成的通孔中灌入传递成型的透明环氧树脂(NT-8528，日东电工制造)，然后在100℃下加热0.5小时以形成半固化状态的封装树脂层(650μm厚)，由此使得所述封装树脂层和粘附到粘合树脂层的金属层相邻设置(图2D)。最后，在与上述相同的PET膜上形成与用作上述粘合树脂层相同的环氧树脂层(100μm厚)，并在100℃和0.3MPa下进行层压，以获得光学半导体元件封装树脂片(750μm厚)，其中在所述封装树脂层和所述金属层上层压保护树脂层以覆盖这两种层，所述封装树脂层具有向所述保护树脂层扩展的锥形(图2E)。在使用时，剥离PET膜。
制造光学半导体器件
把实施例1的光学半导体元件封装树脂片层压至在其上安装了蓝色发光二极管的衬底的表面上，将所述封装树脂层安置在面对所述光学半导体元件的位置上，在150℃和0.3MPa下压制，然后在150℃下进行后固化2小时，以获得含封装的光学半导体元件的光学半导体器件。
本发明的光学半导体元件封装树脂片能够简化封装光学半导体元件的步骤和在衬底上设置金属层的步骤，由此有效进行光学半导体元件的封装。因此，能够有效制造如下光学半导体器件，其包含使用所述树脂片封装的光学半导体元件。
本发明的光学半导体元件封装树脂片可适用于液晶显示屏的背景光、交通信号、大型的户外显示器、广告牌等。
尽管通过参考其具体实施方案，对本发明进行了详细描述，但是应明白，本领域的技术人员能够对其完成各种变化和修改而不背离其范围。
该申请是以2008年3月25日提交的日本专利申请2008-078352号为基础的，其完整内容在此通过引用并入到本文中。

Claims (4)

1.一种用于封装光学半导体元件的树脂片，所述树脂片包含封装树脂层、粘合树脂层、金属层和保护树脂层，
其中所述封装树脂层和粘附到所述粘合树脂层上的所述金属层相邻设置，
其中所述保护树脂层层压在所述封装树脂层和所述金属层上以覆盖所述封装树脂层和所述金属层两者，以及
其中所述封装树脂层具有向所述保护树脂层扩展的锥形。
2.如权利要求1所述的树脂片，其中在所述封装树脂层的形状中向所述保护树脂层扩展的角度为30～50度。
3.如权利要求1所述的树脂片，其中所述金属层包含铜或铝。
4.一种光学半导体器件，所述光学半导体器件包含使用权利要求1的树脂片封装的光学半导体元件。
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