CN102034918A - 光半导体封装用套件 - Google Patents

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赤泽光治
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Abstract

本发明涉及光半导体封装用套件。具体地，本发明涉及包括含有无机粒子的液态第一封装材料和含有磷光体的液态第二封装材料的光半导体封装用套件；包括含有无机粒子的片状第一封装材料和含有磷光体的液态第二封装材料的光半导体封装用套件；以及包括含有无机粒子的液态第一封装材料和含有磷光体的片状第二封装材料的光半导体封装用套件。

Description

光半导体封装用套件
技术领域
本发明涉及光半导体封装用套件。更具体地说，本发明涉及用于封装发光元件如发光二极管或半导体激光器的封装件(package)，并涉及光半导体封装用套件，所述套件在点亮使用其封装的发光元件和光半导体装置时抑制了封装树脂的温度上升。
背景技术
通常，使用蓝色LED发白光的方法包括使用含有磷光体的树脂涂布LED芯片的方法、将含有磷光体的树脂罐封(potting)至帽状LED装置中的方法、还有对含有磷光体的片状树脂层进行层压然后进行封装的方法。
例如，专利文献1公开了一种发光装置，其中将半透明树脂围绕LED芯片封装并固化，接着使用含有荧光材料的树脂将固化的半透明树脂封装。在这样的装置中，荧光材料在LED芯片发光强度强的上表面方向中几乎能够均匀分布，从而使其变得能够阻止该发光元件的发光颜色的颜色不均匀性和改进归因于荧光材料的波长转换效率。而且，降低了昂贵的荧光材料的使用，这使得能够实现低成本的发光元件。
专利文献1：JP-A-2000-156528
发明内容
然而，在具有如专利文献1中所述的这种结构的光半导体装置中，发射的光被原样照射到直接位于LED芯片上的荧光材料上，从而存在以下问题：在波长转换时，通过损失能量极大地提高了含有荧光材料的树脂部分(含磷光体的树脂)的温度，从而导致树脂容易劣化。
本发明的目的是提供一种光半导体封装用套件以及使用所述套件封装的光半导体装置，所述套件包括用于涂布LED芯片的封装树脂(半透明树脂)和布置在所述树脂上的含有磷光体的树脂(含磷光体的树脂)，其中所述套件能够抑制在LED照明时封装树脂的温度上升。
本发明人已经进行了深入的研究，用于解决上述问题。结果，已经发现，在包括半透明树脂的第一封装材料和含磷光体树脂的第二封装材料的光半导体封装用套件中，通过将无机粒子分散在第一封装材料中，能够抑制第二封装材料的温度上升，由此导致本发明的完成。
即，本发明涉及以下(1)至(7)项。
(1)一种光半导体封装用套件，所述套件包括：
含有无机粒子的液态第一封装材料；和
含有磷光体的液态第二封装材料。
(2)一种光半导体封装用套件，所述套件包括：
含有无机粒子的片状第一封装材料；和
含有磷光体的液态第二封装材料。
(3)一种光半导体封装用套件，所述套件包括：
含有无机粒子的液态第一封装材料；和
含有磷光体的片状第二封装材料。
(4)根据(1)至(3)中任一项的光半导体封装用套件，其中第一封装材料的构成树脂包含硅树脂。
(5)根据(1)至(4)中任一项的光半导体封装用套件，其中无机粒子包含选自二氧化硅和硫酸钡的至少一种。
(6)根据(1)至(5)中任一项的光半导体封装用套件，其中第二封装材料的构成树脂包含硅树脂。
(7)一种光半导体装置，所述装置包括：
光半导体元件；和
根据(1)至(6)中任一项的光半导体封装用套件，
其中所述光半导体元件利用所述第一封装材料和第二封装材料按此顺序封装。
本发明的光半导体封装用套件是包括半透明树脂的第一封装材料和含磷光体树脂的第二封装材料作为构成成分的光半导体封装用套件，并且显示出在LED照明时能够抑制第二封装材料温度上升的优异效果。
附图说明
图1是例示性地示出使用本发明实施方式1的光半导体封装用套件对LED芯片进行封装的图，其中左边示出了第一封装材料被罐封的状态；中间示出了在使用第一封装材料封装之后第二封装材料被罐封的状态；右边示出了使用所有封装材料封装之后的状态。
图2是例示性地示出使用本发明实施方式3的光半导体封装用套件对LED芯片进行封装的图，其中左边示出了封装之前的状态；右边示出了封装之后的状态。
标号和标记说明
1：第一封装材料
2：无机粒子
3：含磷光体的第二封装材料
4：模具
5：基材
6：LED芯片
具体实施方式
在本发明的光半导体封装用套件中，所述套件包括第一封装材料和第二封装材料作为构成成分，其中第一封装材料包含无机粒子且第二封装材料包含磷光体。通过使用第一封装材料和第二封装材料以此顺序对LED芯片(光半导体元件)进行封装，来具体得到使用具有这种构成的套件封装的光半导体装置。由此，从LED发出的光穿过第一封装材料，其波长被第二封装材料中的磷光体转换，接着就此发射。因此，得到了具有高亮度的发射光。然而，穿过第一封装材料的发射光就此到达磷光体，并在那里转换其波长。因此，在波长转换时磷光体损失的能量被第二封装材料吸收，从而导致第二封装材料温度上升。因此，在本发明中，通过向第一封装材料中引入无机粒子，由所述无机粒子的光散射效果能够将到达第二封装材料的光分散，从而使由于磷光体引起的生热密度(每单位体积封装材料的生热量)降低。结果认为，整体上能够抑制生热。顺便提及，作为本发明的半导体封装用套件，根据各构成成分的形状对以下三个实施方式进行举例说明。
实施方式1：包括含有无机粒子的液态第一封装材料和含有磷光体的液态第二封装材料的实施方式；
实施方式2：包括含有无机粒子的片状第一封装材料和含有磷光体的液态第二封装材料的实施方式；和
实施方式3：包括含有无机粒子的液态第一封装材料和含有磷光体的片状第二封装材料的实施方式。
实施方式1至3的第一封装材料含有无机粒子。
无机粒子不受特别限制，只要它们能够散射可见光即可。然而，无机粒子优选包括选自二氧化硅和硫酸钡的至少一种，更特别为含有二氧化硅的粒子，因为通过封装处理不会降低亮度。
无机粒子的平均粒度可以是任意值，只要其能够散射可见光并等于或小于由第一封装材料形成的层的厚度即可。其优选为0.1至200μm，更优选为0.3至40μm。而且，从抑制由封装处理造成的温度降低的观点来看，更加优选为5至40μm。顺便提及，在本说明书中，能够通过后述的实施例中所述的方法来测定无机粒子的平均粒度。
无机粒子的形状可以是任何形状，只要其能够散射可见光即可，以球状和破碎状为例。但是，从抑制LED亮度降低的观点来看，优选球状。
从可均匀分散在第一封装材料中和抑制第二封装材料温度上升的观点来看，第一封装材料中无机粒子的含量优选为0.1至70重量％。而且，从抑制LED亮度降低的观点来看，更优选为0.1至55重量％。
第一封装材料的构成树脂不受特别限制，只要其是已常规用于光半导体封装的树脂即可。其例子包括半透明树脂如硅树脂、环氧树脂、苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚氨酯树脂和聚烯烃树脂。可以单独使用或作为其两种以上的组合使用这些树脂。尤其是，从耐久性的观点来看，优选硅树脂。
实施方式1至3的第二封装材料含有磷光体。
磷光体不受特别限制，其例子包括在光半导体装置中使用的已知磷光体。具体地，例举黄色磷光体(α-sialon)、YAG、TAG等作为具有将蓝色转换成黄色的功能的合适市售磷光体。
因为颜色混合的程度随磷光体的种类和由第二封装材料形成的层的厚度而变化，所以没有彻底确定磷光体的含量。
第二封装材料的构成树脂不受特别限制，只要其是已常规用于光半导体封装的树脂即可。作为第二封装材料的构成树脂例举的树脂，与作为第一封装材料的那些构成树脂所例举的类似。可以单独使用或作为其两种以上的组合使用这些树脂。尤其是，从耐久性的观点来看，优选硅树脂。
除了上述无机粒子、磷光体和构成树脂之外，可以将添加剂如固化剂、固化促进剂、防老剂、改性剂、表面活性剂、染料、颜料、变色抑制剂和UV吸收剂作为原材料引入第一封装材料和第二封装材料中。
可通过本领域技术人员已知的方法来制备第一封装材料和第二封装材料，只要获得上述组合物即可。下面对各形状进行详细说明。
例如，通过将用于第一封装材料的无机粒子和用于第二封装材料的磷光体分别添加到封装材料的构成树脂或所述树脂的有机溶剂溶液中来获得液态封装材料。混合方法不受特别限制。顺便提及，有机溶剂不受特别限制，可使用本领域已知的溶剂。
可通过以下方法来形成片状封装材料：例如，将用于第一封装材料的无机粒子和用于第二封装材料的磷光体分别添加到封装材料的构成树脂或所述树脂的有机溶剂溶液中，接着搅拌混合，通过使用涂布器等将所得材料涂布到例如表面经剥离处理的剥离片材(例如聚乙烯基材)上至适当的厚度，并在可除去溶剂的温度下加热来对其进行干燥。加热温度不能彻底确定，因为其随树脂或溶剂的种类而变化。然而，其优选为80到150℃，更优选为90到150℃。顺便提及，可以将通过层压多个片材并通过在20至100℃下对其进行热压来压制它们从而使它们一体化而得到的片材用作一个片状封装材料。片状第一封装材料的厚度与片状第二封装材料的厚度不同。从对光半导体元件的封装性能来看，片状第一封装材料的厚度优选为100到1,000μm，更优选为300到800μm，并且从磷光体浓度和涂布性能的观点来看，片状第二封装材料的厚度优选为20到300μm，更优选为30到200μm。
由此，获得了具有各种形状的第一和第二封装材料。从增加亮度的观点来看，本发明的光半导体封装用套件可包含除上述第一和第二封装材料之外的另一种封装材料，只要将第二封装材料布置得比第一封装材料更远离LED芯片即可。例如，当第一封装材料是片状封装材料时，从对基材的粘附性的观点来看，使用包括半透明树脂的液体封装材料(也称作第三封装材料)。在这种情况下，第三封装材料、第一封装材料和第二封装材料在基材上以此顺序使用。第三封装材料的构成树脂不受特别限制，但是优选与第一封装材料的构成树脂相同。
而且，本发明提供了使用本发明的光半导体封装用套件封装的光半导体装置。这样的装置是通过使用第一封装材料和第二封装材料，以此顺序在光半导体元件上进行封装的装置，并且不受特别限制，只要以此顺序使用第一封装材料和第二封装材料即可。该装置能够通过本领域技术人员已知的方法来制造。下面将描述用于各实施方式的光半导体封装用套件。
通过首先将液态第一封装材料罐封在LED芯片上，接着固化，然后在第一封装材料上罐封第二封装材料，接着固化来获得使用实施方式1的光半导体封装用套件的光半导体装置。
通过首先将片状第一封装材料层压在LED芯片上，接着固化，然后在第一封装材料上罐封第二封装材料，接着固化来获得使用实施方式2的光半导体封装用套件的光半导体装置。顺便提及，当使用第三封装材料时，通过将液态第三封装材料罐封在LED芯片上，接着固化，在其上层压片状第一封装材料，接着固化，然后在第一封装材料上罐封第二封装材料，接着固化来得到上述装置。
通过首先将液态第一封装材料罐封在LED芯片上，然后在其上层压片状第二封装材料，接着作为整体进行固化来得到使用实施方式3的光半导体封装用套件的光半导体装置。
根据本领域技术人员已知的方法，例如通过使用模具并在优选0.1至0.5MPa、更优选0.1至0.3MPa的压力下和优选100至160℃下加热1至10分钟，能够进行各实施方式中树脂的固化。顺便提及，在压力成形的情况下，在静置到形状变得即使在室温下也不变之后，去掉模具并可进行后固化。例如，可通过使用优选具有100至150℃温度的干燥器，静置优选15分钟至6小时来进行后固化。
本发明的光半导体装置包含抑制封装树脂温度上升的本发明光半导体封装用套件作为封装材料。因此，即使在装备有高强度LED元件例如蓝色元件、绿色LED元件等的光半导体装置中，也抑制了封装材料的温度上升，从而抑制其劣化，同时取得高发光亮度的状态。因此能够合适地使用。
实施例
下面将参考实施例、比较例和参考例来描述本发明。然而，本发明不应该被解释为受限于这些实施例。
[无机粒子的平均粒度]
在本说明书中，无机粒子的平均粒度是指初始粒子的平均粒度且是指通过动态光散射法对无机粒子的粒子分散溶液进行测定并计算得到的50％体积累积粒径(D50)。
实施例1
<第一封装材料>
向9.95g硅弹性体(ELASTOSIL LR-7665，由瓦克旭化成有机硅株式会社制造)中，加入0.05g(无机粒子含量：0.5重量％)的二氧化硅(FB-7SDC，由电气化学工业株式会社制造，平均粒度：5.8μm，球状)，并手动搅拌来使其均匀地分散，从而获得液态的含二氧化硅树脂。
<第二封装材料>
向8.4g硅弹性体(LR-7665)中，加入1.6g(磷光体含量：16重量％)的YAG，并手动搅拌使其均匀分散，从而获得液态的含磷光体树脂。
<光半导体封装>
将适中量的液态第一封装材料放置在其上安装了光半导体元件(波长区域：450nm)的平面基材上。将直径为8mm且高度为500μm的模具置于其上，并且在0.1MPa和160℃的条件下使用真空压制装置(V-130，由日合摩顿株式会社(Nichigo-Morton Co.，Ltd.)制造)压制5分钟，从而以第一封装材料进行封装。然后，将适中量的液态第二封装材料置于第一封装材料上，以与上述相同的方式来进行压力成形，从而获得光半导体装置。
实施例2
<第一封装材料>
向9.95g硅弹性体(LR-7665)中，加入0.05g(无机粒子含量：0.5重量％)的二氧化硅(FB-7SDC)，并手动搅拌使其均匀分散，从而获得液态的含二氧化硅树脂。
<第二封装材料>
向8.4g硅弹性体(LR-7665)中，加入1.6g(磷光体含量：16重量％)的YAG，并手动搅拌使其均匀分散。通过使用涂布器将所得含磷光体的树脂涂布至100μm的厚度，并在100℃下干燥10分钟以获得含磷光体的树脂片。
<光半导体封装>
将适中量的液态第一封装材料放置在其上安装了光半导体元件(波长区域：450nm)的平面基材上，并将含磷光体的树脂片置于其上。在含磷光体的树脂片上放置直径为8mm且高度为500μm的模具，在0.1MPa和160℃的条件下使用真空压制装置(V-130)压制5分钟，从而获得光半导体装置。
实施例3
除了将第一封装材料中的硅弹性体(LR-7665)和二氧化硅(FB-7SDC)的量分别变为9.5g和0.5g(无机粒子含量：5重量％)之外，以与实施例2中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例4
除了将第一封装材料中的硅弹性体(LR-7665)和二氧化硅(FB-7SDC)的量分别变为7.0g和3.0g(无机粒子含量：30重量％)之外，以与实施例2中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例5
除了将第一封装材料中的硅弹性体(LR-7665)和二氧化硅(FB-7SDC)的量分别变为5.0g和5.0g(无机粒子含量：50重量％)之外，以与实施例2中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例6
除了将第一封装材料中的硅弹性体(LR-7665)和二氧化硅(FB-7SDC)的量分别变为3.0g和7.0g(无机粒子含量：70重量％)之外，以与实施例2中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例7
除了将第一封装材料中二氧化硅的种类变为二氧化硅(FB-40S，由电气化学工业株式会社制造，平均粒度：39.8μm，球状)之外，以与实施例4中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例8
除了将第一封装材料中二氧化硅的种类变为二氧化硅(SFP-20M，由电气化学工业株式会社制造，平均粒度：0.3μm，球状)之外，以与实施例4中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例9
除了将第一封装材料中二氧化硅的种类变为二氧化硅(Crystalite5X，由龙森株式会社制造，平均粒度：1.5μm，破碎状)之外，以与实施例4中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例10
除了将第一封装材料中无机粒子的种类变为硫酸钡(W-6，由竹原化学工业株式会社制造，平均粒度：5.0μm，破碎状)之外，以与实施例3中相同的方式来得到光半导体装置。
实施例11
除了将第一封装材料中二氧化硅的种类变为二氧化硅(FB-40S)之外，以与实施例5中相同的方式来得到光半导体装置。
比较例1
除了不向第一封装材料中添加无机粒子之外，以与实施例2中相同的方式来得到光半导体装置。
参考例1
除了将第一封装材料中无机粒子的种类变为氧化铝(AS-50，由昭和电工株式会社制造，平均粒度：9μm，球状)之外，以与实施例3中相同的方式来得到光半导体装置。
对于所得光半导体装置，根据以下试验例1和2来评价特性。其结果示于表1中。
试验例1(第二封装材料的温度)
将适中量的热辐射有机硅(SCH-30，由サンハヤト株式会社(Sunhayato Corp.)制造，热导率：0.96W/mK)滴在散热器(材料：铜)上，并将光半导体装置固定于其上。将电流值以100mA/秒的速度增加直至从开始发光起达10秒，并在达到500mA之后的3分钟后，对第二封装材料的最高温度进行测定。顺便提及，通过使用温度记录仪(CPA1000，由Chino Corp.制造)并从光半导体装置的上方关注发光(lighting)来进行温度测定。而且，优选较低的封装材料温度。
试验例2(发光亮度)
使每个光半导体装置在50mA下发光，并根据半球面亮度测定来对那时的发光亮度进行测定。顺便提及，将积分球用于亮度测定，并通过使用多个测光系统(MCPD-3000，由大冢电子株式会社制造)来进行测定。而且，发光亮度(Y值)更优选为2,000以上。
Figure BSA00000305018400131
从表1中可以看出，在含有二氧化硅或硫酸钡的光半导体装置中，抑制了第二封装材料的温度上升。
尽管已参考其具体实施方式详细描述了本发明，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明主旨和范围的情况下，其中能够进行各种变化和修改。
顺便提及，本申请基于2009年10月7日提交的日本专利申请No.2009-233346，并通过参考将其内容引入本文中。
本文中引用的所有参考文献以它们的全部引入到这里。
工业实用性
本发明的光半导体封装用套件适合用在例如制造液晶屏、交通信号灯、大型户外显示器、广告招牌等所用背光的半导体元件时。

Claims (15)

1.一种光半导体封装用套件，所述套件包含：
含有无机粒子的液态第一封装材料；和
含有磷光体的液态第二封装材料。
2.一种光半导体封装用套件，所述套件包含：
含有无机粒子的片状第一封装材料；和
含有磷光体的液态第二封装材料。
3.一种光半导体封装用套件，所述套件包含：
含有无机粒子的液态第一封装材料；和
含有磷光体的片状第二封装材料。
4.权利要求1所述的光半导体封装用套件，其中第一封装材料的构成树脂包含硅树脂。
5.权利要求1所述的光半导体封装用套件，其中无机粒子包含选自二氧化硅和硫酸钡的至少一种。
6.权利要求1所述的光半导体封装用套件，其中第二封装材料的构成树脂包含硅树脂。
7.一种光半导体装置，所述装置包含：
光半导体元件；和
权利要求1的光半导体封装用套件，
其中所述光半导体元件利用所述第一封装材料和第二封装材料按此顺序封装。
8.权利要求2所述的光半导体封装用套件，其中第一封装材料的构成树脂包含硅树脂。
9.权利要求2所述的光半导体封装用套件，其中无机粒子包含选自二氧化硅和硫酸钡的至少一种。
10.权利要求2所述的光半导体封装用套件，其中第二封装材料的构成树脂包含硅树脂。
11.一种光半导体装置，所述装置包含：
光半导体元件；和
权利要求2的光半导体封装用套件，
其中所述光半导体元件利用所述第一封装材料和第二封装材料按此顺序封装。
12.权利要求3所述的光半导体封装用套件，其中第一封装材料的构成树脂包含硅树脂。
13.权利要求3所述的光半导体封装用套件，其中无机粒子包含选自二氧化硅和硫酸钡的至少一种。
14.权利要求3所述的光半导体封装用套件，其中第二封装材料的构成树脂包含硅树脂。
15.一种光半导体装置，所述装置包含：
光半导体元件；和
权利要求3的光半导体封装用套件，
其中所述光半导体元件利用所述第一封装材料和第二封装材料按此顺序封装。
CN2010105083869A 2009-10-07 2010-10-08 光半导体封装用套件 Pending CN102034918A (zh)

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