JP2011258634A - 光半導体用封止シート - Google Patents

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Abstract

【課題】金型成型によってシートの一部がパッケージの外側に漏れ出すことのない光半導体用封止シート、及び該シートを用いて封止した光半導体装置を提供すること。
【解決手段】蛍光体を含有する蛍光体含有層と封止樹脂を含有する封止樹脂層とが積層されてなる光半導体用封止シートであって、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍であることを特徴とする光半導体用封止シート。
【選択図】なし

Description

本発明は、光半導体用封止シートに関する。さらに詳しくは、発光ダイオード(ＬＥＤ)や半導体レーザー等の発光素子の封止用パッケージに関するもので、成型時のパッケージからの樹脂漏れが抑制される光半導体用封止シート、及び該シートを用いて封止した光半導体装置に関する。
近年、白熱電球や蛍光灯に代わり、光半導体(発光ダイオード、ＬＥＤ)の発光装置が普及している。白色ＬＥＤの発光装置の中では、青色を放射する発光素子、及び青色を黄色に変換する蛍光体を含有する樹脂を用いる形態が主流である。
一般的に、白色ＬＥＤを作製する方法としては、蛍光体含有樹脂でＬＥＤチップをコートする方法や、カップ形状のＬＥＤ装置に蛍光体含有樹脂をポッティングする方法等が挙げられる。また、例えば、特許文献１の光半導体装置では、蛍光体を含む樹脂を射出成形することにより形成した蛍光体カバーが使用されており、該カバーによって蛍光体をパッケージの外側全体に薄く配置することが可能となり、チップからの光取り出し効率が向上し、かつ、蛍光体による光散乱を抑制して、所望の光指向性を得ることが可能であると報告されている。
一方、ハンドリング性やスループットの観点からは、シート状の蛍光体含有樹脂層を用いて成型する方法が好ましい。かかるシートとしては、封止層及び蛍光体含有樹脂層(蛍光体含有層)等が積層されたシートを用いることが好ましく、該シートの上から金属金型を用いて成型することにより、蛍光体をパッケージの外側全体に配置することが可能となる。
特許第３６７８６７３号公報
しかし、封止樹脂層と蛍光体含有層が積層したシートであっても、これらの層が同じ大きさ(底面の形状・サイズが同じ)であるシートを用いて金型成型を行った場合には、金型が押し当たった際にシートの一部(主に、封止樹脂層)が破損して、成型時にパッケージの外側に漏れるため、得られるパッケージの外観を損ねたり(図１参照)、漏れた樹脂の除去工程が新たに必要となったりするという問題がある。
本発明の課題は、金型成型によってシートの一部がパッケージの外側に漏れ出すことのない光半導体用封止シート、及び該シートを用いて封止した光半導体装置を提供することにある。
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、封止樹脂層の方が蛍光体含有層より特定サイズ小さいシートは、凹型金型を用いた金型成型に使用しても、成型後にパッケージ外部に樹脂漏れが発生することなく、良好な外観を呈する光半導体装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、
〔１〕 蛍光体を含有する蛍光体含有層と封止樹脂を含有する封止樹脂層とが積層されてなる光半導体用封止シートであって、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍であることを特徴とする光半導体用封止シート、
〔２〕 蛍光体を含有する蛍光体含有層の上に、封止樹脂を含有する封止樹脂層が所定の間隔を置いて複数個所に積層されてなり、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍であり、かつ、隣接する封止樹脂層間の長さが封止樹脂層の厚みの２〜１０倍であることを特徴とする光半導体用封止シート、及び
〔３〕 前記〔１〕又は〔２〕記載の光半導体用封止シートを、封止樹脂層が光半導体素子に対向するよう配置し、前記封止樹脂層と同形状の凹構造を有する凹型金型を用いて加圧成型してなる、光半導体装置
に関する。
本発明の光半導体用封止シートは、金型成型に使用しても、成型後のパッケージからの樹脂漏れが抑制されるため、良好な外観を呈する光半導体装置を得ることができる。
図１は、同じ大きさ(底面の形状・サイズが同じ)を有する封止樹脂層と蛍光体含有層とが積層したシートを用いて、金型成型することにより得られた光半導体装置の一例を示す図である。左図が金型成型前、右図が成型後の状態を示す図である。 図２は、本発明の光半導体用封止シートの調製方法の一態様を示す図である。左図が封止樹脂層構成溶液を充填した状態、右図が成型後の状態を示す図である。 図３は、本発明の光半導体用封止シートの調製方法の一態様を示す図である。上段左図が封止樹脂層構成溶液を充填した状態、上段右図が封止樹脂層の成型後の状態、下段が封止樹脂層の成型体を別途準備した蛍光体含有層に配置した状態を示す図である。 図４は、本発明の光半導体用封止シートを用いて、１個のＬＥＤチップを封止する態様を示す図である。左図がＬＥＤチップ上に本発明の光半導体用封止シートを配置した状態、中図が凹型金型を用いて封止加工した状態、右図が凹型金型とセパレーターを剥離した状態を示す図である。 図５は、本発明の光半導体用封止シートを用いて、複数個のＬＥＤチップを個々に封止する態様を示す図である。左図がＬＥＤチップ上に本発明の光半導体用封止シートを配置した状態、中図が凹型金型を用いて封止加工した状態、右図が凹型金型とセパレーターを剥離した状態を示す図である。 図６は、本発明の光半導体用封止シートを用いて、複数個のＬＥＤチップを一括して封止する態様を示す図である。左図がＬＥＤチップ上に本発明の光半導体用封止シートを配置した状態、中図が凹型金型を用いて封止加工した状態、右図が凹型金型とセパレーターを剥離した状態を示す図である。 図７は、実施例５及び６において、本発明の光半導体用封止シートを用いて封止される、６個のＬＥＤチップの整列状態を示す図である。図中に示される長さの単位は(mm)である。
本発明の光半導体用封止シートは、蛍光体を含有する蛍光体含有層と封止樹脂を含有する封止樹脂層とが積層された光半導体用封止シートであって、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍であることを特徴とする。かかるシートとしては、蛍光体含有層の端部から封止樹脂層の厚みの１〜１０倍長さ分内側に封止樹脂層の端部がくるように、封止樹脂層が蛍光体含有層上に積層しているのであればよく、具体的な態様としては、例えば、１個の封止樹脂層が蛍光体含有層の所定の位置に積層された態様(態様１)及び複数個の封止樹脂層が全て蛍光体含有層の所定の位置に積層された態様(態様２)が挙げられる。なお、本明細書において、蛍光体含有層の端部が封止樹脂層の端部からはみ出した長さ(はみ出し長さ)とは、封止樹脂層の端部から、蛍光体含有層の最も近い端部までの距離を意味し、蛍光体含有層の全端部において設定される。
底面が同じ大きさ・形状を有する封止樹脂層と蛍光体含有層とが積層したシートの上から、凹型金型を用いて成型した場合、シートが凹型金型の内部に折り込まれて成型されることになるが、その際にシートの一部が破損して、凹型金型の内部に入りきらなかった樹脂(主に、封止脂層)があふれ出るため、得られるパッケージには樹脂漏れが認められるようになる(図１参照)。そこで、本発明の光半導体用封止シートは、蛍光体含有層と封止樹脂層を、それらの積層面において、封止樹脂層の端部より蛍光体含有層の端部が封止樹脂層の厚みの１〜１０倍長さ分はみ出すように配置させた。また、封止樹脂層が複数個配置される場合(態様２)は、前記に加えて、隣接する封止樹脂層間の長さが封止樹脂層の厚みの２〜１０倍長さとなるように配置させた。これにより、例えば、本発明の光半導体用封止シートをＬＥＤ装置に配置して、封止樹脂層と同形状の凹構造を有する凹型金型を用いて封止成型した場合には、該凹構造には封止樹脂層が破損することなく蛍光体含有層に表面被覆されながら充填されることになる。また、蛍光体含有層のはみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１０倍以下であることから、蛍光体の使用量を低減することができるため、本発明の光半導体用封止シートを用いることにより、外観に優れた光半導体装置を生産性高く提供することが可能となる。
本発明の光半導体用封止シートとしては、具体的には、以下の態様が挙げられる。
態様１：蛍光体を含有する蛍光体含有層と封止樹脂を含有する封止樹脂層とが積層された光半導体用封止シートであって、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍である光半導体用封止シート
態様２：蛍光体を含有する蛍光体含有層の上に、封止樹脂を含有する封止樹脂層が所定の間隔を置いて複数個所に積層されており、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍であり、かつ、隣接する封止樹脂層間の長さが封止樹脂層の厚みの２〜１０倍である光半導体用封止シート
＜蛍光体含有層＞
態様１及び２における蛍光体含有層は後述の蛍光体を含有する樹脂層であるが、蛍光体含有層を構成する樹脂としては、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられ、これらは、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。なかでも、耐久性、耐熱性、及び耐光性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。
また、蛍光体含有層は、外力や封止時の圧力が負荷された場合にも一定の厚みを維持することができるような低弾性を有することが好ましいため、シリコーン樹脂としては、公知の方法に従って、シロキサン骨格の架橋数を調整して用いてもよい。
かかる樹脂は、公知の方法に従って製造して用いてもよいし、市販品を用いてもよい。好適な市販品としては、旭化成ワッカー社製のシリコーンエラストマー(LR7665)が挙げられる。
蛍光体含有層を構成する樹脂中、シリコーン樹脂の含有量は、70重量％以上が好ましく、90重量％以上がより好ましく、実質的に100重量％がさらに好ましい。
本発明における蛍光体としては、特に限定はなく、光半導体装置で用いられる公知の蛍光体が挙げられる。具体的には、青色を黄色に変換する機能を有する好適な市販品の蛍光体として、黄色蛍光体(α−サイアロン)、YAG、TAG等が例示される。また、青色を赤色に変換する機能を有する好適な市販品の蛍光体として、CaAlSiN3等が例示される。これらは、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
蛍光体の配合比や含有量は、蛍光体の種類及び蛍光体含有層の厚み、パッケージの形状によって混色程度が異なることから、一概には決定されない。
また、本発明における蛍光体含有層は、前記以外に、無機粒子、硬化剤、硬化促進剤、さらに老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を含有することができる。
蛍光体含有層は前記組成となるのであれば、当業者に公知の方法に従って調製することができる。具体的には、前記構成樹脂又は該樹脂の有機溶媒溶液に、蛍光体を添加して攪拌混合して得られた樹脂溶液(蛍光体含有層構成溶液ともいう)を、例えば、表面を剥離処理した離型シートや後述のセパレーターの上に、キャスティング、スピンコーティング、ロールコーティング等の方法により、適当な厚さに塗工し、溶媒の除去が可能な程度の温度で加熱して乾燥することにより、シート状に成形することができる。加熱温度は、樹脂や溶媒の種類によって異なるため一概には決定できないが、80〜150℃が好ましく、90〜150℃がより好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して20〜180℃で熱プレスして圧着させて一体化したものを、一枚の蛍光体含有層として用いてもよい。
蛍光体含有層の大きさ(上面の辺あるいは直径の長さ)は、封止樹脂層の形状・大きさによって一概には決定されないが、ＬＥＤチップを封止樹脂層によって封止後、蛍光体含有層は該封止樹脂層を覆う必要がある。よって、このような観点から、蛍光体含有層の大きさは、蛍光体含有層と封止樹脂層の積層面において比較した場合、蛍光体含有層の端部が封止樹脂層の端部よりはみ出す程度の大きさを有することが好ましい。はみ出し長さとしては、蛍光体含有層と基板との密着性の観点から、封止樹脂層の厚みの好ましくは１倍以上、より好ましくは２倍以上である。また、蛍光体の使用量を低減する観点から、封止樹脂層の厚みの好ましくは１０倍以下、より好ましくは５倍以下である。よって、蛍光体含有層のはみ出し長さは、封止樹脂層の厚みの１〜１０倍が好ましく、２〜５倍がより好ましい。
蛍光体含有層の厚みは、白色化の観点から、30〜200μmが好ましく、70〜120μmがより好ましい。
＜封止樹脂層＞
態様１及び２における封止樹脂層は、蛍光体含有層上に配置される個数が異なるものの、それぞれ同じ構成を有する。封止樹脂層を構成する封止樹脂としては、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、蛍光体含有層を構成する樹脂と同じ樹脂が例示される。なかでも、耐久性、耐熱性、及び耐光性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。
また、封止樹脂は、素子を包埋することができる低弾性(可塑性)と、その後硬化して形状を保持して衝撃等に耐えうる特性(後硬化性)を有するというように、温度によって異なる強度を示すことが好ましいことから、シリコーン樹脂として、２つの反応系を有するシリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂を用いてもよい。
２つの反応系を有するシリコーン樹脂としては、例えば、シラノール縮合反応とエポキシ反応の２つの反応系を有するものや、シラノール縮合反応とヒドロシリル化反応の２つの反応系を有するもの(縮合-付加硬化型シリコーン樹脂)が例示される。
変性シリコーン樹脂としては、シロキサン骨格中のSi原子をB、Al、P、Tiなどの原子に一部置換した、ボロシロキサン、アルミノシロキサン、ホスファーシロキサン、チタナーシロキサン等のヘテロシロキサン骨格を有する樹脂や、シロキサン骨格中のSi原子にメタ(アクリル)基等の有機官能基を付加した樹脂が例示される。
これらの樹脂は、公知の製造方法により製造することができるが、変性シリコーン樹脂を例に挙げて説明する。例えば、両末端シラノール型シリコーンオイルとアルミニウムイソプロポキシドを室温で攪拌混合した後、得られたオイルにメタクリル型シランカップリング剤を添加して攪拌混合することにより、メタクリル変性ポリアルミノシロキサンを得ることができる。
封止樹脂層を構成する封止樹脂中、シリコーン樹脂の含有量は、70重量％以上が好ましく、90重量％以上がより好ましく、実質的に100重量％がさらに好ましい。
また、本発明における封止樹脂層は、強靭性や低線膨張性の観点から、無機粒子を含有することができる。無機粒子としては、二酸化ケイ素(シリカ)、硫酸バリウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウム等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。
封止樹脂層における無機粒子の含有量は、強靭性や低線膨張性の観点から、10〜70重量％が好ましく、40〜60重量％がより好ましい。
なお、本発明における封止樹脂層は、前記以外に、硬化剤や硬化促進剤、さらに老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を含有することができる。
封止樹脂層は前記組成となるのであれば、当業者に公知の方法に従って調製することができる。詳細は後述するが、例えば、封止樹脂層を構成する樹脂、該樹脂の有機溶媒溶液、又は必要により無機粒子を添加したもの(これらをまとめて、封止樹脂層構成溶液ともいう)を、所望の形状となるよう成型して加熱乾燥することにより、調製することができる。加熱温度は、樹脂や溶媒の種類によって異なるため一概には決定できないが、80〜150℃が好ましく、90〜150℃がより好ましい。なお、かくして得られる封止樹脂層のことを、封止樹脂層成型体ともいう。
封止樹脂層の形状としては、蛍光体含有層との一体化の観点から、蛍光体含有層との積層面が平らであれば特に限定はなく、直方体、立方体、円柱、テーパー付円柱(上部の方が小さいもの)、シート状のもの等が挙げられる。なお、シート状のものとしては、複数枚のシートを積層して20〜180℃で熱プレスして圧着させて一体化したものも含まれる。
封止樹脂層の大きさ(蛍光体含有層との積層面又はその対向面の辺あるいは直径の長さ)は、光半導体素子(ＬＥＤチップ)を封止できる大きさであれば特に限定はないが、ＬＥＤチップ周辺のワイヤーも損傷せずに封止する観点から、また、装置からの発光の色目の角度依存性を良好にする観点から、封止樹脂層の外縁が、ＬＥＤチップ及びその周辺ワイヤー(複数個のＬＥＤチップを一括封止する場合には、最も外側に配置されたＬＥＤチップ及びその周辺ワイヤー)からはみ出す程度の大きさを有することが好ましい。はみ出す長さとしては、1〜20mmが好ましく、1〜5mmがより好ましい。
封止樹脂層の厚みとしては、ＬＥＤチップを封止可能であれば特に限定はなく、ＬＥＤチップの厚みより大きければよい。また、蛍光体がＬＥＤチップの近傍に存在する場合には、ＬＥＤ点灯時に蛍光体含有層が波長変換ロス等によって極端に発熱してしまうため、1mm以上であることが好ましい。また、封止シートの操作性の観点から、3mm以下であることが好ましい。
封止樹脂層は封止する光半導体素子に対応するものであり、複数個の光半導体素子を封止する場合には、一括して封止しても個々に封止してもよい。よって、本発明の蛍光体含有シートは、蛍光体含有層上に配置される封止樹脂層の個数によって態様が異なり、１個の場合が態様１、複数個の場合が態様２となる。なお、態様２における封止樹脂層は、光半導体素子を個々に封止するものであり、所定の間隔を置いて蛍光体含有層上に配置されている。隣接する封止樹脂層間の長さは、確実に光半導体素子を封止するという観点から、封止樹脂層の厚みの好ましくは２倍以上、より好ましくは３倍以上である。また、蛍光体含有層に含有される蛍光体のロスを少なくする観点から、封止樹脂層の厚みの好ましくは１０倍以下、より好ましくは５倍以下である。よって、蛍光体含有層のはみ出し長さは、封止樹脂層の厚みの２〜１０倍が好ましく、３〜５倍がより好ましい。
＜セパレーター＞
また、本発明の光半導体用封止シートは、態様１及び２のいずれもが、前記蛍光体含有層と封止樹脂層以外に、セパレーターを有するものであってもよく、セパレーターの上に、蛍光体含有層、封止樹脂層がこの順に積層されていることが好ましい。
セパレーターとしては、蛍光体含有層から剥離できるものであればよいが、剥離段階、即ち、本発明の光半導体用封止シートからセパレーターを剥離後にシートを成型する場合と、本発明の光半導体用封止シートを成型後にセパレーターを剥離させる場合によって異なる材質が挙げられる。
セパレーターを剥離後にシート成型を行う場合に使用可能なセパレーターとしては、蛍光体含有層の表面を被覆保護できるものであれば特に限定されず、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム等が挙げられる。好適な市販品としては、ニッパ社製のポリエステルフィルム(商品名「SS4C」、厚さ50μm)等が例示される。
一方、シート成型後にセパレーターを剥離させる場合に使用可能なセパレーターとしては、成型の際の金型追従性が必要となるので、常温では剛直であるものの、硬化温度、例えば150℃の貯蔵弾性率が1.0×108Pa以下である材質が挙げられる。具体的には、ポリスチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリルフィルム、シリコーン樹脂フィルム、スチレン樹脂フィルム、フッ素樹脂フィルム等が例示される。なかでも、耐熱性、剥離性、及び追従性の観点から、ポリカーボネートフィルムが好ましく、カネカ社製のポリカーボネートフィルム(商品名「TRフィルム無延伸品」、厚さ45μm)が好適に用いられる。
なお、本発明においては、蛍光体含有層からの剥離を容易にさせる観点から、セパレーター表面に公知の方法に従って離型処理を施したものを用いてもよい。
セパレーターの厚みは、特に限定されないが、金型に追従させる場合には、20〜100μmが好ましく、30〜50μmがより好ましい。
本発明の光半導体用封止シートは、蛍光体含有層及び封止樹脂層を含有し、かつ、該封止樹脂層の配置が蛍光体含有層上の特定の位置に配置されるのであれば、その調製方法に特に限定はない。また、封止樹脂層の個数によって異なるが、態様１及び態様２の光半導体用封止シートを製造する態様としては、例えば、以下の態様Ａ及びＢが挙げられる。なお、態様２の光半導体用封止シートを調製する場合には、態様Ａにおいては、封止樹脂層に対応する数の空孔を有するスクリーンを用いればよく、態様Ｂにおいては、封止樹脂層の個数の封止樹脂層成型体を調製すればよい。
態様Ａ：セパレーターに積層した蛍光体含有層の上に、空孔を有するスクリーンを配置し、該空孔内に封止樹脂層構成溶液を充填して表面を平滑化した後、加熱乾燥し、スクリーンを剥離して調製する態様
態様Ｂ：セパレーター上に空孔を有するスクリーンを配置し、該空孔内に封止樹脂層構成溶液を充填して表面を平滑化した後、加熱乾燥し、スクリーンを剥離して封止樹脂層成型体を調製後、別途調製した、セパレーターと蛍光体含有層の積層体の蛍光体含有層上に、前記封止樹脂層成型体を配置し、熱圧着して調製する態様
態様Ａの一例を図２に示す。なお、態様Ａは、蛍光体含有層に直接、封止樹脂層を形成することから、態様Ａの調製方法を「直接形成方法」ともいう。
図２の左図中、セパレーターと蛍光体含有層の積層体は、例えば、蛍光体含有層をシート状に成形する際に、セパレーターの上に直接、蛍光体含有層を成形することにより調製することができる。また、別途シート状に調製した蛍光体含有層を、セパレーター上に積層後、ラミネートや熱圧着により調製してもよい。
スクリーンの空孔としては、特に限定はないが、スクリーンの空孔と同じ形状の封止樹脂層が得られることから、封止樹脂層がＬＥＤチップ及びその周辺ワイヤーを損傷せずに封止できるサイズとなるよう、空孔の大きさと厚みを設定することが好ましい。
スクリーンの空孔への封止樹脂層構成溶液の充填は、特に限定はなく、例えば、スクリーン印刷法等の公知の方法に従って行うことができる。
スクリーンの空孔に充填された封止樹脂層構成溶液は、へら等でその表面が平らになるよう平滑化処理をした後、好ましくは80〜150℃、より好ましくは90〜150℃で加熱して乾燥することにより、封止樹脂層成型体の調製と、該封止樹脂層成型体の蛍光体含有層上への被着を同時に行うことができる。なお、スクリーンの剥離は、封止樹脂層成型体が十分に硬化してハンドリング操作が可能となる状態になってから行うことが好ましい。
態様Ｂの一例を図３に示す。なお、態様Ｂは、蛍光体含有層に別途調製した封止樹脂層を貼付することから、態様Ｂの調製方法を「間接形成方法」ともいう。
図３の上段は、封止樹脂層成型体の調製について示すが、これは前記態様Ａにおいて、スクリーンを、セパレーターと蛍光体含有層の積層体上に配置する代わりに、別途用意した封止樹脂層成型体調製用セパレーター、例えば、表面を剥離処理した離型シート(例えば、ポリエステルフィルム)上に配置する以外は、態様Ａと同様にして調製することができる。
図３の下段は、封止樹脂層と蛍光体含有層の一体化を示す。具体的には、前記で調製した封止樹脂層成型体を封止樹脂層成型体調製用セパレーターから剥離した後、態様Ａと同様にして調製したセパレーターと蛍光体含有層の積層体の蛍光体含有層上に配置して、熱圧着することにより、封止樹脂層と蛍光体含有層を一体化することができる。なお、態様２の光半導体用封止シートを調製する場合には、複数個の封止樹脂層を一定間隔となるように蛍光体含有層上に配置してから、熱圧着すればよい。
かくして、封止樹脂層と蛍光体含有層を有する本発明の光半導体用封止シートが得られる。
本発明の光半導体用封止シートの使用態様としては、特に限定はないが、例えば、本発明の光半導体用封止シートがセパレーターを有する場合、以下の態様が挙げられる。
態様ａ：ＬＥＤチップが１個搭載された平板な基板の上に、封止樹脂層がＬＥＤチップと対向するように本発明の光半導体用封止シートを配置して、セパレーターを付けたまま凹型金型を押し付けて加圧成型後、凹型金型とセパレーターを順に剥離する態様
態様ｂ：ＬＥＤチップが１個搭載された平板な基板の上に、封止樹脂層がＬＥＤチップと対向するように本発明の光半導体用封止シートを配置して、セパレーターを剥離した後、凹型金型を押し付けて加圧成型後、凹型金型を剥離する態様
態様ｃ：ＬＥＤチップが複数個搭載された平板な基板の上に、ＬＥＤチップ毎に、封止樹脂層がＬＥＤチップと対向するように本発明の光半導体用封止シートを配置して、セパレーターを付けたまま凹型金型を押し付けて加圧成型後、凹型金型とセパレーターを順に剥離する態様
態様ｄ：ＬＥＤチップが複数個搭載された平板な基板の上に、ＬＥＤチップ毎に、封止樹脂層がＬＥＤチップと対向するように本発明の光半導体用封止シートを配置して、セパレーターを剥離した後、凹型金型を押し付けて加圧成型後、凹型金型を剥離する態様
態様ｅ：ＬＥＤチップが複数個搭載された平板な基板の上に、本発明の光半導体用封止シートを封止樹脂層が全てのＬＥＤチップを覆うように配置して、セパレーターを付けたまま凹型金型を押し付けて加圧成型後、凹型金型とセパレーターを順に剥離する態様
態様ｆ：ＬＥＤチップが複数個搭載された平板な基板の上に、本発明の光半導体用封止シートを封止樹脂層が全てのＬＥＤチップを覆うように配置して、セパレーターを剥離した後、凹型金型を押し付けて加圧成型後、凹型金型を剥離する態様
これらの態様のうち代表的な態様について、図４〜６を用いて説明する。
図４は、態様ａの一例として、セパレーターを有する本発明の光半導体用封止シートを用いて、１個のＬＥＤチップを封止する態様を示す。かかる態様に好適に用いられる光半導体用封止シートは、態様１のシートである。
図４左図は、ＬＥＤチップが１個搭載された平板な基板の上に、本発明の光半導体用封止シートをセパレーターが付いたままの状態で、封止樹脂層がＬＥＤチップと対向するよう、封止樹脂層底面とＬＥＤチップ上面の中心を合わせて配置した状態を示す。
図４中図は、ＬＥＤチップに対応した大きさを有する凹型金型を、該金型の底面中心とＬＥＤチップの上面中心とが合わさるように配置し、押し付けて加圧成型した状態を示す。なお、ここで用いる凹型金型としては、ＬＥＤチップとその周辺ワイヤーが封止樹脂層により封止されるのであれば特に限定はないが、加圧成型により封止樹脂層の樹脂漏れを抑制する観点から、封止樹脂層成型体と同じサイズの凹形状を有する金型であることが好ましい。
図４右図は、加圧成型後に、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型を剥離し、次いで、セパレーターを剥離した状態を示す。
図５は、態様ｃの一例として、セパレーターを有する本発明の光半導体用封止シートを用いて、複数個のＬＥＤチップを個々に封止する態様を示す。この態様においては、封止されるＬＥＤチップの個数と同数の態様１の光半導体用封止シートが用いられてもよく、封止されるＬＥＤチップの個数と同数の封止樹脂層を有する態様２の光半導体用封止シートが用いられてもよい。
図５左図は、ＬＥＤチップが複数個搭載された平板な基板の上に、本発明の光半導体用封止シートをセパレーターが付いたままの状態で、ＬＥＤチップ毎に、封止樹脂層がＬＥＤチップと対向するよう、封止樹脂層底面とＬＥＤチップ上面の中心を合わせて本発明の光半導体用封止シートを配置した状態を示す。
図５中図は、ＬＥＤチップを個々に封止でき、かつ、それらを一括封止できるような櫛形状の凹型金型を、該金型の凹構造底面中心とＬＥＤチップ上面中心とをそれぞれ合わせ、押し付けて加圧成型した状態を示す。なお、ここで用いる櫛形状の凹型金型としては、ＬＥＤチップ毎に、ＬＥＤチップとその周辺ワイヤーを封止樹脂層で封止でき、かつ、それらの封止を一括して行えることが可能であれば特に限定はないが、加圧成型により封止樹脂層の樹脂漏れを抑制する観点から、櫛の各凹構造は、封止樹脂層と同じサイズであることが好ましい。
図５右図は、加圧成型後に、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型を剥離し、次いで、セパレーターを剥離した状態を示す。
図６は、態様ｅの一例として、セパレーターを有する本発明の光半導体用封止シートを用いて、複数個のＬＥＤチップを同一の封止樹脂層で一括封止する態様を示す。この態様においては、使用する本発明の光半導体用封止シートは、ＬＥＤチップの個数に関わらず態様１の光半導体用封止シート１部である。
図６左図は、ＬＥＤチップが複数個搭載された平板な基板の上に、本発明の光半導体用封止シートを封止樹脂層が全ての全てのＬＥＤチップを覆うように配置した状態を示す。
図６中図は、すべてのＬＥＤチップを一個の封止樹脂層で封止できる大きさを有する凹型金型を押し付けて加圧成型した状態を示す。なお、ここで用いる凹型金型としては、全てのＬＥＤチップとその周辺ワイヤーが同一の封止樹脂層により封止されるのであれば特に限定はないが、加圧成型により封止樹脂層の樹脂漏れを抑制する観点から、封止樹脂層成型体と同じサイズの凹形状を有する金型であることが好ましい。
図６右図は、加圧成型後に、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型を剥離し、次いで、セパレーターを剥離した状態を示す。
なお、いずれの態様においても、凹型金型を用いた成型条件としては、特に限定はないが、加熱温度は、120〜200℃が好ましく、140〜180℃がより好ましい。加熱時間は、0.5〜30分が好ましく、1〜10分がより好ましい。また、封止樹脂層への気泡の混入を防止する観点から、減圧下で成型してもよい。
加圧成型後は、凹型金型やセパレーターを剥離する前に、封止樹脂層の硬化に必要な時間まで加温加圧してポストキュアを行ってもよい。
また、本発明においては、ＬＥＤチップ上に本発明の光半導体用封止シートを配置する際に、外力や成型時の圧力によってＬＥＤチップ周辺のワイヤーが破損することを防ぐ観点から、予め、ＬＥＤチップ及び周辺ワイヤー上に保護用樹脂(ポッティング樹脂ともいう)を滴下し、加熱乾燥することにより保護してもよい。
ポッティング樹脂としては、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂等の透光性樹脂が挙げられ、これらは、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。なかでも、耐久性、耐熱性、及び耐光性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。
また、ポッティング樹脂は、強靭性や低線膨張性の観点から、添加剤として、二酸化ケイ素(シリカ)、硫酸バリウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウム等の無機粒子を含有することができる。これらは、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。なお、無機粒子の含有量としては、ポッティング樹脂中、10〜70重量％が好ましい。
ポッティング樹脂は、ＬＥＤチップやその周辺ワイヤーを被覆できれば、使用量は特に制限されないが、本発明の光半導体用封止シートを用いた封止加工後の形状が良好となる観点から、1mm×1mmサイズのＬＥＤチップ１個あたり、2〜20mgが好ましく、3〜10mgがより好ましい。
かくして、本発明の光半導体用封止シートを用いて、種々の形態のＬＥＤチップを封止することが可能となる。よって、本発明は、本発明の光半導体用封止シートで封止した光半導体装置を提供する。
本発明の光半導体装置は、本発明の光半導体用封止シートを用いて、簡便に光半導体素子が封止されている。本発明の光半導体用封止シートを用いることにより、加圧成型時の樹脂漏れが抑制されるため、成型後のパッケージは良好な外観を呈し、好適に使用することができる。また、樹脂漏れ部分の除去工程が必要ではないため、結果的にスループットの向上にも繋がる。
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。
封止樹脂層(封止樹脂層構成溶液)の調製例１
両末端シラノール型シリコーンオイル(信越化学工業社製、商品名「KF-9701」、平均分子量3000)600g(0.200mol)、及びアルミニウムイソプロポキシド8.22g(40.2mol)を、室温(25℃)で24時間攪拌混合した。その後、得られた混合物を遠心分離して不溶物を除去し、減圧下、50℃で２時間濃縮して、ポリアルミノシロキサンオイルを得た。得られたポリアルミノシロキサンオイル100重量部に対して、メタクリル型シランカップリング剤(信越化学工業社製、KBM-503)10重量部を添加して、減圧下、80℃で10分間攪拌して、メタクリル変性ポリアルミノシロキサン(封止樹脂層構成溶液Ａ、シリカ非含有樹脂溶液)を得た。
封止樹脂層(封止樹脂層構成溶液)の調製例２
封止樹脂層(封止樹脂層構成溶液)の調製例１において得られたメタクリル変性ポリアルミノシロキサンに、シリカ微粒子を50重量％となるように添加混合して、シリカ含有メタクリル変性ポリアルミノシロキサン(封止樹脂層構成溶液Ｂ、シリカ含有樹脂溶液)を得た。
蛍光体含有層の調製例１
シリコーンエラストマー(旭化成ワッカー社製、商品名「LR7665」、ジメチルシロキサン骨格誘導体)溶液に、黄色蛍光体(α-サイアロン)を粒子濃度40重量％となるように添加し１時間攪拌した。得られた溶液を、ポリエステルフィルム(ニッパ社製、商品名「SS4C」、厚み50μm)上に100μmの厚さに塗工し、100℃で10分乾燥することにより、セパレーター上に積層された蛍光体含有層(ポリエステルフィルム一体型蛍光体含有層)を得た。
蛍光体含有層の調製例２
セパレーターをポリカーボネートフィルム(カネカ社製、商品名「TRフィルム無延伸品」、厚み45μm)に変更する以外は、蛍光体含有層の調製例１と同様にして、セパレーター上に積層された蛍光体含有層(ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層)を得た。
実施例１
(光半導体用封止シート)
ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層の上に、大きさ8mm×8mmの空孔を有するSUS板(厚み1mm)を配置し、該空孔部に封止樹脂層構成溶液Ａを充填し、表面をゴムベラで平滑化した。その後、該SUS板を配置した状態で、100℃で10分乾燥させた後、SUS板を取り除き、蛍光体含有層上に直方体の封止樹脂層(大きさ8mm×8mm、高さ1mm)が積層された成型物を得た。得られた成型物は、該封止樹脂層の底面中心と蛍光体含有層の底面中心が合わさるように、底面のポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層を10mm×10mmの大きさに切断して、光半導体用封止シートを得た。
(光半導体装置)
ＬＥＤチップが１個搭載された基板上に、得られた光半導体用封止シートを封止樹脂層がＬＥＤチップと対向して、該封止樹脂層の中心とＬＥＤチップ上面の中心が合わさるように配置し、深さ1mm、大きさ8mm×8mmの凹形状を有する凹型SUS金型を用いて、160℃、0.1MPaの条件で5分間成型した。その後、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型とセパレーターを順に剥離して、光半導体装置を製造した。
実施例２
(光半導体用封止シート)
実施例１において、ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層の代わりに、ポリエステルフィルム一体型蛍光体含有層を用いた以外は、実施例１と同様にして、光半導体用封止シートを調製した。
(光半導体装置)
ＬＥＤチップが１個搭載された基板上に、得られた光半導体用封止シートを封止樹脂層がＬＥＤチップと対向して、該封止樹脂層の中心とＬＥＤチップ上面の中心が合わさるように配置し、セパレーターを剥離後、実施例１と同様の条件で成型処理を行った。その後、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型を剥離して、光半導体装置を製造した。
実施例３
(光半導体装置)
ＬＥＤチップが６個搭載された基板(図７参照)上に、実施例１と同じ光半導体用封止シート６部を、それぞれ、封止樹脂層がＬＥＤチップと対向して、封止樹脂層の中心とＬＥＤチップ上面の中心が合わさるように、ＬＥＤチップの上に配置し、深さ1mm、大きさ8mm×8mmの凹形状を６個有する凹型SUS金型を用いて、実施例１と同様の条件で成型処理を行った。その後、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型とセパレーターを順に剥離して、光半導体装置を製造した。
実施例４
(光半導体装置)
実施例３と同じ基板上に、実施例２と同じ光半導体用封止シート６部を実施例３と同様にしてＬＥＤチップ上に配置し、セパレーターを剥離後、実施例３と同じ金型を用いて同様にして成型処理を行った。その後、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型を剥離して、光半導体装置を製造した。
実施例５
(光半導体用封止シート)
ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層の上に、大きさ20mm×31mmの空孔を有するSUS板(厚み1mm)を配置し、該空孔部に封止樹脂層構成溶液Ａを充填し、表面をゴムベラで平滑化した。その後、該SUS板を配置した状態で、100℃で10分乾燥させた後、SUS板を取り除き、蛍光体含有層上に直方体状の封止樹脂層(大きさ20mm×31mm、高さ1mm)が積層された成型物を得た。得られた成型物は、該封止樹脂層の底面中心と蛍光体含有層の底面中心が合わさるように、底面のポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層を大きさ22mm×33mmに切断して、光半導体用封止シートを得た。
(光半導体装置)
実施例３と同じ基板上に、得られた光半導体用封止シートを封止樹脂層がＬＥＤチップ６個全てを覆うように配置し、深さ1mm、大きさ20mm×31mmの凹形状を有する凹型SUS金型を用いて、実施例１と同様の条件で成型処理を行った。その後、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型とセパレーターを順に剥離して、光半導体装置を製造した。
実施例６
(光半導体用封止シート)
実施例５において、ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層の代わりに、ポリエステルフィルム一体型蛍光体含有層を用いた以外は、実施例５と同様にして、光半導体用封止シートを調製した。
(光半導体装置)
実施例３と同じ基板上に、得られた光半導体用封止シートを実施例５と同様にしてＬＥＤチップ上に配置し、セパレーターを剥離後、実施例５と同じ金型を用いて同様にして成型処理を行った。その後、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型を剥離して、光半導体装置を製造した。
実施例７
(光半導体用封止シート)
ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層の上に、大きさ8mmφの空孔を有するSUS板(厚み1mm)を配置し、該空孔部に封止樹脂層構成溶液Ａを充填し、表面をゴムベラで平滑化した。その後、該SUS板を配置した状態で、100℃で10分乾燥させた後、SUS板を取り除き、蛍光体含有層上に円柱状の封止樹脂層(大きさ8mmφ、高さ1mm)が積層された成型物を得た。得られた成型物は、該封止樹脂層の底面中心と蛍光体含有層の底面中心が合わさるように、底面のポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層を10mmφの大きさに切断して、光半導体用封止シートを得た。
(光半導体装置)
得られた光半導体用封止シートを用いて、ＬＥＤチップが１個搭載された基板上に封止樹脂層がＬＥＤチップと対向するよう、該封止樹脂層の中心とＬＥＤチップ上面の中心が合わさるように配置し、深さ1mm、大きさ8mmφの凹形状を有する凹型SUS金型を用いて、実施例１と同様の条件で成型処理を行った。その後、封止樹脂層が室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、凹型金型とセパレーターを順に剥離して、光半導体装置を製造した。
実施例８
(光半導体用封止シート)
ポリエステルフィルム(ニッパ社製、商品名「SS4C」、厚み50μm)上に、大きさ8mm×8mmの空孔を有するSUS板(厚み1mm)を配置し、該空孔部に封止樹脂層構成溶液Ａを充填し、表面をゴムベラで平滑化した。その後、該SUS板を配置した状態で、100℃で10分乾燥させた後、SUS板を取り除き、直方体の封止樹脂層成型体を得た。次に、ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層を10mm×10mmの大きさとなるように切断して、その上に、前記封止樹脂層の底面中心と蛍光体含有層の底面中心が合わさるように配置し、熱圧着して、光半導体用封止シートを得た。
(光半導体装置)
前記で得られた光半導体用封止シートを用いる以外は、実施例１と同様にして光半導体装置を製造した。
実施例９
実施例１において、ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層を12mm×12mmの大きさとなるように切断する以外は、実施例１と同様にして光半導体用封止シートを調製後、該シートを用いて、実施例１と同様にして光半導体装置を製造した。
実施例１０
ＬＥＤチップが１個搭載された基板上に、ポッティング樹脂として、シリカを50重量％となるよう配合したシリコーン樹脂3mgを、ＬＥＤチップ及びその周辺ワイヤー部に滴下、180℃で10分加熱乾燥することにより保護を行った。その後、実施例１と同じ光半導体用封止シートを、封止樹脂層がＬＥＤチップ(ポッティング樹脂で保護されたＬＥＤチップ)と対向するように配置して、実施例１と同様にして光半導体装置を製造した。
実施例１１
実施例１において、空孔部に充填する樹脂として、封止樹脂層構成溶液Ａ(シリカ非含有)を用いる代わりに、封止樹脂層構成溶液Ｂ(シリカ含有)を用いる以外は実施例１と同様にして光半導体用封止シートを調製後、該シートを用いて、実施例１と同様にして光半導体装置を製造した。
実施例１２
実施例１１と同じ光半導体用封止シートを用いる以外は、実施例１０と同様にして光半導体装置を製造した。
比較例１
(光半導体用封止シート)
ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層の上に、封止樹脂層構成溶液Ａを1mmの厚みに塗工し、100℃で10分乾燥させた。得られたシートを10mm×10mmの大きさとなるように切断して、光半導体用封止シートを得た。
(光半導体装置)
前記で得られた光半導体用封止シートを用いる以外は、実施例１と同様にして光半導体装置を製造した。
比較例２
実施例１において、ポリカーボネートフィルム一体型蛍光体含有層を8mm×8mmの大きさに切断して用いる以外は、実施例１と同様にして光半導体用封止シートを調製後、該シートを用いて、実施例１と同様にして光半導体装置を製造した。
得られた光半導体装置について、以下の試験例１に従って、特性を評価した。結果を表１に示す。
試験例１(外観)
成型後の光半導体装置において、樹脂漏れが確認されるか否かを目視により観察し、樹脂漏れが確認される場合を「あり」、確認されない場合を「なし」とした。
Figure 2011258634
結果、実施例の光半導体装置は、いずれも樹脂漏れがなく良好な外観を呈するものであることが分かる。一方、比較例１は、封止樹脂が漏れるので外観不良を生じた。また、比較例２は、パッケージの側面に蛍光体含有層が存在しないので、ＬＥＤチップからの直接の光が側面から漏れて発光ムラが生じる。
本発明の光半導体用封止シートは、例えば、ＬＥＤを発光源とする一般照明器具、ディスプレイのバックライト、自動車のヘッドライト等ハイパワー用途の光半導体装置の封止に好適に用いられる。
１ 凹型金型
２ 蛍光体含有層
３ 封止樹脂層
４ 光半導体素子(ＬＥＤチップ)
５ パッケージ外部に漏れた樹脂
６ セパレーター
７ スクリーン
８ へら
９ 封止樹脂層成型体調製用セパレーター
１０ 基板

Claims (4)

  1. 蛍光体を含有する蛍光体含有層と封止樹脂を含有する封止樹脂層とが積層されてなる光半導体用封止シートであって、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍であることを特徴とする光半導体用封止シート。
  2. 蛍光体を含有する蛍光体含有層の上に、封止樹脂を含有する封止樹脂層が所定の間隔を置いて複数個所に積層されてなり、積層した面において、前記蛍光体含有層の端部が前記封止樹脂層の端部からはみ出しており、はみ出し長さが封止樹脂層の厚みの１〜１０倍であり、かつ、隣接する封止樹脂層間の長さが封止樹脂層の厚みの２〜１０倍であることを特徴とする光半導体用封止シート。
  3. さらに、セパレーターが蛍光体含有層の封止樹脂層積層面とは反対の面に積層されてなる、請求項１又は２記載の光半導体用封止シート。
  4. 請求項１〜３いずれか記載の光半導体用封止シートを、封止樹脂層が光半導体素子に対向するよう配置し、前記封止樹脂層と同形状の凹構造を有する凹型金型を用いて加圧成型してなる、光半導体装置。
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