JP2009200172A - 光半導体装置の製造方法、および光半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の輝度および色度を安定化させ、信頼性に優れる光半導体装置を製造する。
【解決手段】半導体チップ１が固着された回路基板１０を、上型２１ａと下型２１ｂとからなる金型２１を用いて、半導体チップ１からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する蛍光体粒子を含む液状樹脂３１を硬化して封止する光半導体装置の製造方法であって、金型２１のキャビティ２６を形成する上型２１ａが、回路基板１０の樹脂封止面に密着するように、金型２１を締めるステップと、回路基板１０を固定した金型２１を傾けた状態に設置するステップと、傾斜状態に設置した金型２１のキャビティ２６に、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲で、蛍光体粒子を含む液状樹脂３１を流し込むステップとを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、光半導体装置の製造方法、および光半導体装置の製造装置に関するものであり、詳細には、光半導体装置の製造工程における樹脂封止技術に関する。

発光ダイオードなどの半導体装置は、基板に装着した半導体チップを樹脂により封止したパッケージ構造を有している。従来、封止樹脂としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が一般的に使用されてきた。しかし、発光ダイオードの高輝度化に伴い、熱による硬化樹脂の変色や信頼性の低下が問題視されている。そのため、近年では、弾性や耐熱性、高密着性などの性能を有する樹脂材料として、熱硬化性樹脂のうち、例えば、硬化性シリコーン樹脂などのニーズが高まっている。これに伴って、使用される樹脂材料は、低粘度である液状材料に変わってきている。

半導体チップなどを樹脂で封止する方法には、例えば、射出成形法、トランスファー成形法、ファインモールド（ＦＭ成形）法、および圧縮成形法などの種々の方法が提案されている。

射出成形法は、固着した半導体チップとダイボンディングワイヤーで接続された基板を金型にインサートさせ、射出成形機を使用して、低粘度の液状材料を上記金型のキャビティ内に射出充填して、上記液状材料を硬化させることにより成型する方法である（例えば、特許文献１参照。）。

トランスファー成形法は、固着した半導体チップとダイボンディングワイヤーで接続された基板を金型にインサートさせ、圧力を加えて液状化させた熱硬化性樹脂を上記金型のキャビティ内に圧入して、上記液状樹脂を熱硬化させることにより成型する方法である（例えば、特許文献２参照。）。圧縮成型法は、熱硬化性樹脂を金型のキャビネット内に入れ、圧力および熱を加え成型する方法である。

ファインモールド法は、トランスファー成形法や圧縮成型法の成型法に加えて離型フィルムを使用し、離型フィルムを金型のキャビティ面に強制的に吸引して、キャビティ面の形状に沿って確実にフィットさせた後に、熱硬化性樹脂をキャビティ内に供給し、半導体チップが搭載された基板をセットしプレス機構にてクランプして、熱硬化性樹脂を硬化させることにより成型する方法である（例えば、特許文献３，４参照。）。

ところで、発光ダイオードには、白色光を発する白色発光ダイオード（以下、白色ＬＥＤと略記する。）がある。代表的な白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤチップの周囲に、青色光を吸収することで黄色発光する黄色系蛍光体粒子を分散させて白色光を得る白色ＬＥＤである。このような白色ＬＥＤにおいて、高品質の白色光を得るためには、封止樹脂の厚さと蛍光体粒子の均一性とを高精度で制御しなければならない。しかし、低粘度が故に、封止用の液状材料は、樹脂封止する際にエアー（気泡）を巻き込み易い性質を有している。白色ＬＥＤにおいて、封止樹脂に巻き込まれたエアーは、色度、輝度、および信頼性の低下を招く。

そこで、液状材料を専用に成形するＬＩＭ型射出成形機が知られている。この種の成型機では、特許文献１に開示されているような、金型を立ててセットする縦型射出成型機や、特許文献５に開示されているような、金型を寝かせてセットする横型射出成形機が主流である。樹脂封止する際のエアー巻き込みを回避する方法としては、縦型射出成型機の方が優れている。
特開２００６−１５０６４８号公報（平成１８年６月１５日公開） 特開２００２−７６４４４号公報（平成１４年３月１５日公開） 特開２００５−３０５９５４号公報（平成１７年１１月４日公開） 特開２００６−９３３５４号公報（平成１８年４月６日公開） 特開２０００−１５８４９８号公報（平成１９年８月２日公開）

しかしながら、縦型射出成型機を使用する場合、白色ＬＥＤの樹脂封止では、液状材料の供給中に下方へ蛍光体粒子および光拡散物質が沈降してしまい、上方下方で蛍光体粒子および光拡散物質のバラツキが発生する。それゆえ、縦型射出成型機を使用する場合、白色ＬＥＤの色度バラツキの原因となるという問題点を有している。

また、特許文献２で開示されているような、トランスファー成形により樹脂材料を充填する方法では、上型と下型とからなる二型構造の金型を用いて、封止樹脂の厚みを精度良くコントロールすることができるという利点があるが、発光ダイオードに接続してあるダイボンディングワイヤーに、封止樹脂の流動圧力により、変形や断線を引き起こすという問題点がある。しかも、白色ＬＥＤでは光拡散物質の均一性に高い精度が必要であるにも関わらず、射出圧力が高いために、キャビティ内や基板内において光拡散物質の偏りが発生するので、光拡散物質の分散の均一性が良くない。

さらに、トランスファー成形用の二型構造の金型では、成型後の硬化樹脂を金型から離型する際、硬化樹脂が高密着性の樹脂の場合型面に付着しやすい。それゆえ、キャビティ面から硬化樹脂をうまく離型するために、シリコーンオイルやフッ素化合物を主成分とした離型剤をキャビティ面に塗布する方法が用いられる。しかし、硬化樹脂の表面に離型剤が転写され、色度、輝度および信頼性に影響を与える場合がある。

これに対して、特許文献３，４に開示されているようなファインモールド法は、硬化後、エアーブローなどにより硬化樹脂を離型フィルムごと取り出すので、離型し難いという問題はない。しかし、離型フィルムを毎回交換する必要があるため、コストアップが発生するという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、光の輝度および色度を安定化させ、信頼性に優れる光半導体装置を製造することができる光半導体装置の製造方法、および光半導体装置の製造装置を提供することにある。

本発明の光半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、光素子が固着された回路基板を、上型と下型とからなる金型を用いて、上記光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する蛍光体粒子を含む液状樹脂を硬化して封止する光半導体装置の製造方法であって、上記金型のキャビティを形成する型が、上記回路基板の樹脂封止面に密着するように、上記金型を締めるステップと、上記回路基板を固定した金型を、傾けた状態に設置するステップと、上記傾斜状態に設置した金型のキャビティに、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲で、上記蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込むステップとを含むことを特徴としている。

上記の構成によれば、傾斜状態に設置した金型のキャビティに、蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込むことにより、液状樹脂充填中の蛍光体粒子の沈降が抑制される。また、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲といった、極めて低圧または低速で、蛍光体粒子を含む液状樹脂を金型のキャビティへ流し込むので、液状樹脂充填中の蛍光体粒子のバラツキが抑制される。

よって、充填した液状樹脂内に蛍光体粒子が均一に分布されるので、液状樹脂を硬化させ成形した後の光半導体装置の色度バラツキを低減することが可能となり、光半導体装置から発せられる光の輝度および色度を安定化させ、個体差を小さくすることが可能となる。したがって、信頼性に優れる光半導体装置を製造することが可能となる。

また、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記金型のキャビティを形成する型には、ポリテトラフルオロチレン樹脂からなるものを使用することが望ましい。または、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記金型のキャビティを形成する型には、ポリテトラフルオロチレン樹脂からなる入れ子がキャビティ側に設けられていることが望ましい。これにより、金型のキャビティ内に流し込まれた液状樹脂が硬化した後、硬化樹脂を型から取り外す際、硬化樹脂は、離型性に優れたポリテトラフルオロチレン樹脂からなる型に接しているので、容易に離型することが可能となる。

また、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記金型のキャビティを形成する型には、上記光素子を装着する回路基板面の位置に、上記金型のキャビティに上記蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込む供給口が設けられており、上記回路基板を固定した金型を傾けた状態に設置するとき、上記供給口が設けられている端側が下方となるように傾けることが好ましい。これにより、液状樹脂内に蛍光体粒子を均一に分布させるように、金型のキャビティに好適に液状樹脂を充填することが可能となる。

また、液状樹脂を注入中に蛍光体粒子が供給口側に沈降することを抑制するために、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記回路基板を固定した金型が地面となす傾斜角度θは、５°＜θ≦２５°であることが望ましい。

また、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記供給口から上記金型のキャビティに上記蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込むとき、上記回路基板を固定した金型を傾けたときのキャビティの上方に設けられた空気路により、該キャビティ内の空気を排出させることが好ましい。

上記の構成によれば、流し込んだ液状樹脂は、金型のキャビティ内で下方から上方に充填されていくので、その上方に空気路が設けられていることにより、充填した液状樹脂に気泡が混入することを防止することが可能となる。

なお、上記金型のキャビティを形成する型に、ポリテトラフルオロチレン樹脂からなる入れ子がキャビティ側に設けられている場合は、上記空気路は、上記入れ子の一部に設けられていることが望ましい。

また、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記液状樹脂は、光拡散物質をさらに含んでいることが好ましい。これにより、充填した液状樹脂内に蛍光体粒子に加えて光拡散物質が均一に分布されるので、光半導体装置から発せられる光の輝度および色度を向上させ、信頼性に非常に優れる光半導体装置を製造することが可能となる。

また、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記光素子は、上記回路基板の金属部分とボンディングワイヤーにより電気的に接続されていることが好ましい。回路基板を封止する際、低圧または低速で蛍光体粒子を含む液状樹脂が流し込んでいるので、上記の構成であっても、ボンディングワイヤーの変形や断線が発生しないように成形することが可能となる。

また、本発明の光半導体装置の製造方法は、上記光半導体装置は、発光ダイオードであることが好ましい。これにより、高品質な発光ダイオードを製造することが可能となる。

また、本発明の光半導体装置の製造装置は、光素子が固着された回路基板を、上型と下型とからなる金型を用いて、上記光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する蛍光体粒子を含む液状樹脂を硬化して封止する光半導体装置の製造装置であって、上記上型と下型とで挟まれ固定された回路基板とともに上記金型を所定の角度で傾斜させて静置する機構と、上記傾斜された金型のキャビティに、上記液状樹脂を、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲で流し込む機構とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、金型のキャビティには、回路基板とともに金型が所定の角度で傾斜されて静置された状態で、蛍光体粒子を含む液状樹脂が流し込まれることにより、液状樹脂充填中の蛍光体粒子の沈降が抑制される。また、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲といった、極めて低圧または低速で、蛍光体粒子を含む液状樹脂が金型のキャビティへ流し込まれるので、液状樹脂充填中の蛍光体粒子のバラツキが抑制される。

よって、充填した液状樹脂内に蛍光体粒子が均一に分布されるので、液状樹脂を硬化させ成形した後の光半導体装置の色度バラツキを低減することが可能となり、光半導体装置から発せられる光の輝度および色度を安定化させ、個体差を小さくすることが可能となる。したがって、信頼性に優れる光半導体装置を製造することが可能となる。

以上のように、本発明の光半導体装置の製造方法は、上型と下型とからなる金型のキャビティを形成する型が、光素子が固着された回路基板の樹脂封止面に密着するように、上記金型を締めるステップと、上記回路基板を固定した金型を傾けた状態に設置するステップと、上記傾斜状態に設置した金型のキャビティに、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲で、上記光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込むステップとを含む方法である。

それゆえ、傾斜状態に設置した金型のキャビティに、蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込むことにより、液状樹脂充填中の蛍光体粒子の沈降が抑制される。また、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲といった、極めて低圧または低速で、蛍光体粒子を含む液状樹脂を金型のキャビティへ流し込むので、液状樹脂充填中の蛍光体粒子のバラツキが抑制される。

よって、充填した液状樹脂内に蛍光体粒子が均一に分布されるので、液状樹脂を硬化させ成形した後の光半導体装置の色度バラツキを低減することができ、光半導体装置から発せられる光の輝度および色度を安定化させ、個体差を小さくすることができる。したがって、信頼性に優れる光半導体装置を製造することができる光半導体装置の製造方法を提供するという効果を奏する。

また、本発明の光半導体装置の製造装置は、上型と下型とで挟まれ固定された回路基板とともに金型を所定の角度で傾斜させて静置する機構と、上記傾斜された金型のキャビティに、上記液状樹脂を、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲で流し込む機構とを備えている構成である。

それゆえ、金型のキャビティには、回路基板とともに金型が所定の角度で傾斜されて静置された状態で、蛍光体粒子を含む液状樹脂が流し込まれることにより、液状樹脂充填中の蛍光体粒子の沈降が抑制される。また、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲といった、極めて低圧または低速で、蛍光体粒子を含む液状樹脂が金型のキャビティへ流し込まれるので、液状樹脂充填中の蛍光体粒子のバラツキが抑制される。

よって、充填した液状樹脂内に蛍光体粒子が均一に分布されるので、液状樹脂を硬化させ成形した後の光半導体装置の色度バラツキを低減することができ、光半導体装置から発せられる光の輝度および色度を安定化させ、個体差を小さくすることができる。したがって、本発明の光半導体装置の製造装置は、信頼性に優れる光半導体装置を製造することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

本発明は、光素子が固着され、かつ該光素子とボンディングワイヤーにより接続された回路基板が、液状樹脂により封止された構造を有する光半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、樹脂封止工程に特徴点を有するものである。回路基板に固着された光素子を樹脂により封止したパッケージ構造を有する光半導体装置としては、発光ダイオード（発光装置）がある。

以下で説明する実施例では、光半導体装置の一例として発光ダイオードを用い、最初に発光ダイオードの構成、次に樹脂封止工程において使用する樹脂封止装置の構成、最後に樹脂封止方法について順番に説明する。なお、本実施例では光半導体装置の一例として発光ダイオードを用いて説明するが、これに限るものではなく、本発明は幅広い種類にわたる光半導体装置の製造に適応することができる。

（発光ダイオードの構成）
図１は、発光ダイオードＡの一構成例を示す側面断面図である。

図１に示すように、発光ダイオードＡは、半導体チップ１（光素子）、基板２、第１端子３、第２端子４、ワイヤ５（ボンディングワイヤー）、第１封止材６、および第２封止材９により構成されている。ここで、基板２を基準にして、半導体チップ１が設けられている側を発光ダイオードＡの表側とし、半導体チップ１が設けられている側と反対側を発光ダイオードＡの裏側とする。

半導体チップ１は、青色光を発するＬＥＤチップである。半導体チップ１は、第１端子３の上に固着（ボンディング）されている。半導体チップ１の表面には、半導体チップ１に電力を供給するチップ端子が少なくとも２つ設けられている。ワイヤ５は、半導体チップ１のチップ端子と第１端子３とを、および、半導体チップ１のチップ端子と第２端子４とを、それぞれ電気的に接続する。

基板２には、第１端子３と第２端子４とが形成されている。第１端子３と第２端子４とは、基板２の表面のほぼ全面にわたって互いに絶縁されるように形成されるとともに、基板２の側面をそれぞれ介して、基板２の裏面に延びるように形成されている。第１端子３および第２端子４は、銅からなり、互いに逆の極性になるように、基板２の裏面に形成されている部分が外部端子に接続される。

第１封止材６は、基板２上に設けられた半導体チップ１およびワイヤ５を少なくとも覆うように被覆されている。第１封止材６は、エポキシやシリコーンをベースとした透明または半透明の樹脂材料からなり、蛍光体粒子７および光拡散物質８が予め混合されている。すなわち、蛍光体粒子７および光拡散物質８を含む第１封止材６が、基板２上に供給されている。

なお、光拡散物質８を含まない構成であっても蛍光体粒子７の沈降は、封止樹脂（第１封止材６）を低速で注入することや、緩やかな角度に金型を傾けることで十分抑制できるが、光拡散物質８（沈降防止材）を混入すると、さらに蛍光体粒子７の沈降を抑制することができる。

蛍光体粒子７は、半導体チップ１からの発光の少なくとも一部を吸収し、波長変換して異なる波長の光を発光する。例えば、第１封止材６内において、半導体チップ１から発した青色光が、蛍光体粒子７により黄色光に変換されるとする。この場合、半導体チップ１から発した青色光と蛍光体粒子７から発した黄色光との合成によって、第１封止材６から白色光が出射される。また、光拡散物質８により、第１封止材６と第２封止材９との界面全域から白色光が出射される。

第２封止材９は、第１封止材６と該第１封止材６が設けられていない基板２の表面とを覆い、かつ発光ダイオードＡの外形形状をなすように被覆されている。第２封止材９は、第１封止材６から出射された光を、減衰無く、発光ダイオードＡの外部に出射するような樹脂材料からなればよい。第１封止材６および第２封止材９の樹脂材料としては、例えばシリコーンなどの熱硬化性樹脂が好ましい。

上記構成を有する発光ダイオードＡは、第１端子３および第２端子４が外部端子にそれぞれ接続されるように裏側がプリント基板などに実装され、第１端子３、ワイヤ５、半導体チップ１、ワイヤ５、および第２端子４とつながる経路を導電させ、半導体チップ１を発光させることにより、第２封止材９の露出面から白色光が出射される。

また、発光ダイオードＡでは、第１封止材６および第２封止材９により２段階で樹脂封止が行われているが、第２封止材９を用いずに、第１封止材６のみで発光ダイオードＡの外形形状をなすように被覆して構成してもよい。

図２は、発光ダイオードＢの一構成例を示す側面断面図である。

図２に示すように、発光ダイオードＢは、発光ダイオードＡの構成から第２封止材９を除いた構成と同様の構成を有している。つまりは、第１封止材６が、発光ダイオードＢの外形形状をなすように基板２の表面全域に被覆されている。これにより、発光ダイオードＢでは、樹脂封止部分の全域に、蛍光体粒子７および光拡散物質８が散らされているので、発光ダイオードＡよりも発光強度が大きい。

なお、発光ダイオードＡおよび発光ダイオードＢでは、半導体チップ１は１つ設けられているが、少なくとも１つ設けていればよく、所望する発光強度に応じて決定すればよい。また、発光ダイオードＡおよび発光ダイオードＢでは、表側のみに半導体チップを備え樹脂材料で封止する構成であったが、これに限らず、パッケージ仕様に応じて両側を樹脂材料で封止する構成でもよい。

また、半導体チップ１は、基板２の第１端子３の上に固着される構成に限らず、第２端子４の上に固着されたり、回路パターンが形成されたリードフレームの上に固着されていてもよい。半導体チップ１は、伝導性または非伝導性の接着剤で固着される。

発光ダイオードＡおよび発光ダイオードＢは、初期工程から個別に製造されるのではなく、１枚の大きな基板に、複数の半導体チップ１が配置・固着され、ワイヤ５が接続されて、樹脂材料で封止された後、最終的にブレードにより切断されて個片化されている。

（樹脂封止装置の構成）
図３は、樹脂封止装置２０の一構成例を示す側面断面図である。

図３に示すように、樹脂封止装置２０は、上型２１ａと下型２１ｂとからなる金型２１に、樹脂封止を行う回路基板１０をインサートさせて、ノズルタッチ面２４（供給口）から樹脂を流し込むことにより、回路基板１０の片面側のみに樹脂封止を行う構成を有している。なお、図３では樹脂封止装置２０において本発明の特徴点となる箇所を示しており、樹脂封止装置２０における図示しない残りの部分は、従来の一般的な構成で実現可能である。

金型２１では、上型２１ａが可動型となり、下型２１ｂが固定型となっている。上型２１ａおよび下型２１ｂは、金属からなる。上型２１ａは、断面コの字型の形状を有しており、断面コの字型の開口側が下型２１ｂに対面するように設置されている。上型２１ａの凹部には、該凹部に嵌合した断面コの字型の形状を有する入れ子２２が設けられている。下型２１ｂは平板形状を有している。上型２１ａと下型２１ｂとを閉じると、金型２１には、入れ子２２と下型２１ｂとにより囲まれるキャビティ２６が形成されている。

上型２１ａの内部および下型２１ｂの内部には、ヒーター２３がそれぞれ設けられている。ヒーター２３は、キャビティ２６を一様に温めるように配設されており、例えば、棒状のものが等間隔で配設されている。

上型２１ａの上方側の表面（下型２１ｂに対向する面とは反対側の面）における中央位置よりも端側へオフセットさせた位置に、ノズルタッチ面２４（スプルブッシュ）が設けられている。ノズルタッチ面２４は、後述する射出機構部の射出口が容易に嵌まるような窪み形状を有している。ノズルタッチ面２４は、上型２１ａの上方側の表面に垂直な方向に、外部から、上型２１ａおよび入れ子２２を通ってキャビティ２６に抜ける通路が形成されている。これにより、外部からキャビティ２６に封止材料が流し込まれる。

入れ子２２には、エアーベント２５（空気路）が設けられている。エアーベント２５は、入れ子２２における断面コの字型の開口側の面であり、ノズルタッチ面２４が配設されている側とは反対側に、ノズルタッチ面２４の通路と略垂直な方向に溝形状を有するように形成されている。エアーベント２５は、気泡を放出させる空気逃げとしての役割を有している。エアーベント２５は上型２１ａへ設けてもよいが、キャビティ２６に流し込まれた封止材料が上型２１ａと接する事を回避するためにも、入れ子２２に設けることが望ましい。

入れ子２２は、封止樹脂材料との離型性（剥離性）を目的として、ポリテトラフルオロチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなっているが、これに限らず、金型温度に耐える耐熱性、かつ封止材料と容易に離型できる材料であればよい。このような材料としては、例えば、テトラフルオロチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、テトラフルオロチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）がある。

上記構成を有する樹脂封止装置２０により、回路基板１０の片面側が樹脂封止される。回路基板１０は、例えば発光ダイオードＡ，Ｂを作製する場合、半導体チップ１、第１端子３、第２端子４、およびワイヤ５が複数設けられる、個片化される前の大きな基板である。回路基板１０は、第１封止材６により封止される際、裏側の面が下型２１ｂに接し、表側の面すなわち半導体チップ１が設けられている側が入れ子２２に対向するように、金型２１に挟まれる。言い換えると、金型２１のキャビティ２６は、回路基板１０にて蓋をされたような形態となる。なお、図３では、簡略化のために、回路基板１０における第１端子３、第２端子４、およびワイヤ５の図示は省略している。

樹脂封止装置２０は、回路基板１０の片面側のみに樹脂封止を行うように構成されているが、勿論、回路基板１０の両面側に樹脂封止を行うように構成させてもよく、上型２１ａが可動型で下型２１ｂが固定型に限るわけでもない。また、樹脂封止装置２０では、入れ子２２が設けられた上型２１ａを用いたが、入れ子２２を設けずに、上型２１ａのみでキャビティ２６を形成するように構成させてもよい。この場合、上型２１ａは、ポリテトラフルオロチレン樹脂により構成される。

また、樹脂封止装置２０は、後述する樹脂封止を行う際、成形装置（製造装置）の設置台に設置される。樹脂封止装置２０への樹脂注入は、回路基板１０が固定された樹脂封止装置２０を所定の角度で傾斜させて静置して行うので、上記設置台は、樹脂封止装置２０を所定の角度で傾斜させて静置する機構として構成されている。

具体的には、図４に示すように、樹脂封止装置２０は、基台３２に設けられた軸３４に固定されているＬ字型台３３の上に搭載される。Ｌ字型台３３は、軸３４周りに所定の角度の範囲で回転可能に、断面Ｌ字型の直角部分を軸３４が貫通して固定されている。

また、基台３２には、樹脂封止装置２０の重量を支え、所定の角度で安定して支持するために、Ｌ字型台３３を所定の角度に傾斜させてＬ字型台３３の一端を保持する保持部３５が設けられている。保持部３５は、基台３２の表面に対して垂直に立設しており、基台３２にまで達する細長い穴３７が形成されている。この穴３７に固定ねじ３６のねじ部を通し、固定ねじ３６をＬ字型台３３の一端の側面に取り付けることによって、Ｌ字型台３３を、基台３２に対して所定の角度に傾けて静置させている。固定ねじ３６を緩めて、Ｌ字型台３３を、前記軸３４を中心として保持部３５に沿って移動させることで所望の傾斜角度に調整でき、固定ねじ３６を締めて所望の傾斜角度に固定できるようになっている。

なお、樹脂封止装置２０を所定の角度に傾け保持する機構は、上述した構成に限らず、樹脂封止装置２０の重量や角度調整の要求精度などに応じて、適宜周知の機構を適用しても構わない。

（樹脂封止方法）
本実施例では、一例として、上述した発光ダイオードＢを作製するために、上述した樹脂封止装置２０を用いて樹脂封止を行う場合について説明する。以下では、まず、発光ダイオードＢの全体的な製造工程について簡単に説明し、その次に、その製造工程における樹脂封止装置２０を用いた樹脂封止方法について詳細に説明する。

発光ダイオードＢの製造工程では、始めに、回路基板１０に、第１端子３および第２端子４をエッチングにより形成する。回路基板１０の表面では、後に発光ダイオードＢに個片化することを考慮して、切断幅（切断ライン）と発光ダイオード形成領域とが設定されている。

続いて、半導体チップ１を、回路基板１０の半導体チップ１の搭載部分に連続してボンディングする。このとき、チップ端子が設けられている面が上側に位置するように、半導体チップを固着する。そして、半導体チップ１のチップ端子と回路基板１０の第１端子３とを、また、該半導体チップ１の別のチップ端子と第２端子４とを、従来のワイヤボンディングプロセスにより、ワイヤ５を用いてそれぞれ接続する。

続いて、ワイヤボンディングを完了した回路基板１０を、樹脂封止装置２０にセットする。すなわち、回路基板１０を金型２１にインサートするようにセットする。そして、半導体チップ１およびワイヤ５などを覆うように、回路基板１０上に液状樹脂を供給する。そして、上型２１ａと下型２１ｂとを閉じたまま熱を与えて液状樹脂を硬化させた後、上型２１ａを上方に移動させて、上型２１ａの入れ子２２から硬化樹脂を離型する。そして、高温条件下でアフターキュアを行う。例えば、１５０℃程度のオーブンで５時間程度、アフターキュアすればよい。

続いて、樹脂封止した回路基板１０を、樹脂封止装置２０から切断装置にセットする。そして最終的に、ブレードにより、切断ラインに沿って回路基板１０を切断する。これにより、個片化された発光ダイオードＢが作製され得る。

次いで、発光ダイオードＢの製造工程における樹脂封止装置２０を用いた樹脂封止方法について、詳細に説明する。

図４は、樹脂封止装置２０において、回路基板１０をインサートさせた金型２１に、液状樹脂３１を流し込んでいる際の様子を示す図である。

ワイヤボンディングを完了した回路基板１０を樹脂封止装置２０にセットした後、詳細には、回路基板１０の裏側の面が下型２１ｂに接し、かつ半導体チップ１が設けられている側の面が入れ子２２に対向するように、回路基板１０を上型２１ａと下型２１ｂとで挟んだ後、上型２１ａと下型２１ｂとをクランプする。このとき、入れ子２２が、回路基板１０の半導体チップ１が設けられている側の面（樹脂封止面）に、隙間なく確実に密着するように、上型２１ａと下型２１ｂとを締める。クランプの方法としては、例えば、上型２１ａと下型２１ｂとをネジ２７により締め付ける方法を行う。

続いて、回路基板１０を固定した樹脂封止装置２０を、上型２１ａが上位に位置するようにＬ字型台３３に載せる。そして、固定ねじ３６の締め付け位置を調整することにより、ノズルタッチ面２４が設けられている側が下方となり、地面となだらかな角度θ（５＜θ≦２５°）をなすように、金型２１を傾けた状態に設置する。そして、上記のように設置した金型２１に対して、ノズルタッチ面２４に射出機構部３０の射出口をタッチさせながら、液状樹脂３１を流し込む。

射出機構部３０は成形装置に備えられており、液状樹脂３１が射出した分、随時補給される仕組みとなっている。液状樹脂３１は、回路基板１０上の封止材料となるものであり、発光ダイオードＢを作製する場合、蛍光体粒子７および光拡散物質８を含む第１封止材６に相当する。

なお、クランプする場合、既存のクランプ装置を使用してもよいが、その場合クランプ装置自身を角度θだけ傾ける必要がある。また、射出機構部３０を有した成形装置の場合では、図４に示すような、金型２１を角度θだけ傾けて設置できるような機構に限らず、樹脂封止装置２０自身を角度θ傾けることで対応させてもよい。

液状樹脂３１を流し込む際には、エアーによる圧送やプランジャによる機械的な注入により流し込む。低粘度の液状樹脂３１は、圧送中や注入中にエアー（気泡）を巻き込み易い性質を有している。このため、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）〜１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）といった極めて低圧または低速で、液状樹脂３１を金型２１のキャビティ２６内へ流し込む。

これにより、液状樹脂３１は、キャビティ２６内において下から上に移動するとともに、キャビティ２６内の気泡を浮上させながら充填されていく。そして、上方まで浮上した気泡は、入れ子２２に設けたエアーベント２５から放出される。

キャビティ２６内に液状樹脂３１を満たした後、金型２１を傾けたまま、熱を加えて液状樹脂３１を硬化させる。そして硬化後、金型２１を元の位置に戻し、上型２１ａを上方に移動させて、液状樹脂３１の硬化後の形態である第１封止材６により封止された回路基板１０を離型する。

従来では、蛍光体粒子および光拡散物質を含む液状樹脂は、シリンジの様な容器に入れられ、定量吐出装置を用いて半導体チップ上に供給されていた。毎回、一定量を正確に供給することは本質的に困難であるため、半導体チップ上に供給される蛍光体粒子および光拡散物質の量は、サンプル毎によって異なってしまう。また、半導体チップ上に供給する方法では、半導体チップからの厚みの均一性がなく、ここでも蛍光体粒子および光拡散物質の量は異なってしまっていた。

また、蛍光体粒子および光拡散物質を混合させた液状樹脂を成形する際、高圧での注入では、ノズルタッチを行うゲート側とエアーを放出するエアーベント側とにおいて蛍光体粒子および光拡散物質のバラツキが発生していた。さらには、従来の縦型射出成型機のように金型を立ててセットする方法においても、液状樹脂を注入中に蛍光体粒子および光拡散物質がゲート側に沈降してしまい、ゲート側とエアーベント側とにおいて蛍光体粒子および光拡散物質のバラツキが発生していた。

青色光と蛍光体粒子および光拡散物質との組み合わせにより白色光を得る発光ダイオードでは、蛍光体粒子および光拡散物質のバラツキは、そのまま色度バラツキにつながり、製品歩留りが低下する。

これに対し、上述した樹脂封止方法では、傾斜状態に設置した金型２１のキャビティ２６に、蛍光体粒子７および光拡散物質８を含む液状樹脂３１を流し込むことにより、液状樹脂３１充填中の蛍光体粒子７および光拡散物質８の沈降が抑制される。また、低圧または低速で蛍光体粒子７および光拡散物質８を含む液状樹脂３１を流し込むことにより、液状樹脂３１充填中の蛍光体粒子７および光拡散物質８のバラツキが抑制される。

よって、充填した液状樹脂３１内に蛍光体粒子７および光拡散物質８が均一に分布されるので、液状樹脂３１を硬化させ成形した後の発光ダイオードＢの色度バラツキを低減することが可能となる。それゆえ、発光ダイオードＢから発せられる光の輝度および色度を安定化させ、個体差を小さくすることが可能となる。したがって、信頼性に優れる発光ダイオードＢを製造することが可能となる。

また、ノズルタッチ面２４が設けられている側を下方、エアーベント２５が設けられている側を上方に金型２１をなだらかに傾けた状態にして、液状樹脂３１を流し込んでいるので、キャビティ２６内における、樹脂注入側であるゲート側（ノズルタッチ面２４が設けられている側）とエアーを放出するエアーベント側（エアーベント２５が設けられている側）とにおいて、蛍光体粒子７および光拡散物質８のバラツキを抑えることが可能となる。さらに、流し込んだ液状樹脂３１は、金型２１のキャビティ２６内で下方から上方に充填されていきながら、エアーはエアーベント２５に排出される。よって、充填した液状樹脂３１に気泡が混入することを防止することが可能となる。

また、上型２１ａと下型２１ｂとからなる二型構造の金型２１を用いることにより、封止樹脂（第１封止材６）の厚みおよび形状を精度良くコントロールすることが可能となる。さらに、入れ子２２が離型性に優れたポリテトラフルオロチレン樹脂からなることにより、金型２１のキャビティ２６内に流し込まれた液状樹脂３１が硬化した後、硬化樹脂を型から取り外す際、硬化樹脂は、ポリテトラフルオロチレン樹脂からなる型に接しているので、容易に離型することが可能となる。

また、トランスファー成形などでは、半導体チップに接続してあるボンディングワイヤーが封止樹脂の流動圧力により、変形や断線を起こすという問題があるが、上述した樹脂封止方法では、低圧または低速で液状樹脂３１を射出充填し成形しているので、ワイヤ５の変形や断線が発生しないように成形することが可能である。

このように、金型２１をなだらかな傾斜状態で設置し、かつ、低圧または低速で液状樹脂３１を注入する樹脂封止方法は、半導体チップの光と蛍光体粒子および光拡散物質との組み合わせにより白色光などを得る発光ダイオードの製造において最も有効となる。また、白色光などを得るためには、液状樹脂３１に少なくとも蛍光体粒子７を含んでいればよい。さらに光拡散物質８を加えることにより、発光ダイオードＢから発せられる光の輝度および色度を向上させることが可能である。

なお、上述した樹脂封止方法では、発光ダイオードＢを用いる場合について説明したが、これに限るわけではない。例えば、４つ以上の半導体チップ１を含む発光ダイオード、また、マトリクス状の多数の半導体チップ１を含む発光ダイオード、などの製造にも同様の適用が可能であり、同様の効果が得られる。

また、本実施例では、図４に示したように、上型２１ａを上位に設置してノズルタッチおよび樹脂注入を実施しているが、これに限らず、図５に示すように、上型２１ａと下型２１ｂとを上下反対に設置した状態で、下側から樹脂注入を実施してもよい。

図５は、下型２１ｂが上位に位置するように設置した樹脂封止装置２０に、液状樹脂３１を流し込んでいる際の様子を示す図である。

図５に示すように下側から液状樹脂３１を注入する場合、樹脂封止装置２０がＬ字型台３３から動いてしまう。そこで、Ｌ字型台３３に取り付けられた押さえ固定部３９と、押さえ固定部３９に固定された押さえ部３８とが設けられている。押さえ部３８により樹脂封止装置２０を押さえることで、樹脂封止装置２０を動かないように固定することが可能となっている。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、半導体チップがボンディングされた基板上を樹脂で封止する樹脂封止技術に関する分野に好適に用いることができるだけでなく、封止樹脂に何らかの物質を均一に分布させる必要がある半導体装置に関する分野、例えば、発光ダイオードに関する分野に好適に用いることができ、さらには、半導体装置を備える機器の分野にも広く用いることができる。

発光ダイオードの一構成例を示す側面断面図である。 発光ダイオードの他の構成例を示す側面断面図である。 本発明における光半導体装置の製造方法にて用いる樹脂封止装置の一構成例を示す側面断面図である。 上記樹脂封止装置において、樹脂封止を行っている際の様子を示す図である。 図４に示す金型の状態から上型と下型とを反対にした状態で、樹脂封止を行っている際の様子を示す図である。

符号の説明

１ 半導体チップ（光素子）
２ 基板
３ 第１端子
４ 第２端子
５ ワイヤ（ボンディングワイヤー）
６ 第１封止材
７ 蛍光体粒子
８ 光拡散物質
９ 第２封止材
１０ 回路基板
２０ 樹脂封止装置
２１ 金型
２１ａ 上型
２１ｂ 下型
２２ 入れ子
２３ ヒーター
２４ ノズルタッチ面（供給口）
２５ エアーベント（空気路）
２６ キャビティ
３０ 射出機構部
３１ 液状樹脂
３２ 基台
３３ Ｌ字型台
３４ 軸
３５ 保持部
３６ 固定ねじ
３７ 穴
３８ 押さえ部
３９ 押さえ固定部
Ａ，Ｂ 発光ダイオード（光半導体装置）

Claims (11)

1. 光素子が固着された回路基板を、上型と下型とからなる金型を用いて、上記光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する蛍光体粒子を含む液状樹脂を硬化して封止する光半導体装置の製造方法であって、
   上記金型のキャビティを形成する型が、上記回路基板の樹脂封止面に密着するように、上記金型を締めるステップと、
   上記回路基板を固定した金型を、傾けた状態に設置するステップと、
   上記傾斜状態に設置した金型のキャビティに、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲で、上記蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込むステップとを含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
2. 上記金型のキャビティを形成する型には、ポリテトラフルオロチレン樹脂からなるものを使用することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
3. 上記金型のキャビティを形成する型には、ポリテトラフルオロチレン樹脂からなる入れ子がキャビティ側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
4. 上記金型のキャビティを形成する型には、上記光素子を装着する回路基板面の位置に、上記金型のキャビティに上記蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込む供給口が設けられており、
   上記回路基板を固定した金型を傾けた状態に設置するとき、上記供給口が設けられている端側が下方となるように傾けることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
5. 上記回路基板を固定した金型が地面となす傾斜角度θは、５°＜θ≦２５°であることを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置の製造方法。
6. 上記供給口から上記金型のキャビティに上記蛍光体粒子を含む液状樹脂を流し込むとき、上記回路基板を固定した金型を傾けたときのキャビティの上方に設けられた空気路により、該キャビティ内の空気を排出させることを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置の製造方法。
7. 上記金型のキャビティを形成する型には、ポリテトラフルオロチレン樹脂からなる入れ子がキャビティ側に設けられており、
   上記空気路は、上記入れ子の一部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置の製造方法。
8. 上記液状樹脂は、光拡散物質をさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
9. 上記光素子は、上記回路基板の金属部分とボンディングワイヤーにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
10. 上記光半導体装置は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。
11. 光素子が固着された回路基板を、上型と下型とからなる金型を用いて、上記光素子からの発光の少なくとも一部を吸収するとともに波長変換して異なる波長の光を発光する蛍光体粒子を含む液状樹脂を硬化して封止する光半導体装置の製造装置であって、
    上記上型と下型とで挟まれ固定された回路基板とともに上記金型を所定の角度で傾斜させて静置する機構と、
    上記傾斜された金型のキャビティに、上記液状樹脂を、０．０３（ｃｃ／ｓｅｃ）以上かつ１．０（ｃｃ／ｓｅｃ）以下の範囲で流し込む機構とを備えていることを特徴とする光半導体装置の製造装置。

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