JP2012142364A - 封止部材、封止方法、および、光半導体装置の製造方法 - Google Patents

封止部材、封止方法、および、光半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】封止対象を、効率よく連続的に封止することができる封止部材、その封止部材を用いた封止方法、および、その封止方法を備える光半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】
長尺な剥離フィルム２と、剥離フィルム２の長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、剥離フィルム２の上に積層される複数の封止樹脂層６とを備える封止部材１を用いて、封止部材１を長手方向に搬送しながら、封止樹脂層６とＬＥＤ２０とを対向させ、対向された封止樹脂層６を、ＬＥＤ２０に向かって押圧して、ＬＥＤ２０を封止樹脂層６により封止することを繰り返す。
【選択図】図４

Description

本発明は、封止部材、詳しくは、光半導体素子を封止する封止部材、その封止部材を用いた封止方法、および、その封止方法を備える光半導体装置の製造方法に関する。
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光半導体素子を、樹脂で封止することが知られている。
例えば、半導体チップや回路部品が搭載された被成型品と、被成型品を封止する封止樹脂を成形する金型とを対向配置し、金型の金型面をリリースフィルムで覆いながら、封止樹脂を金型内に充填し、被成型品と封止樹脂とを押接するようにして、被成型品を樹脂封止する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
この方法によれば、金型の金型面をリリースフィルムで覆いながら樹脂封止するため、封止樹脂を金型から容易に離型させることができるとともに、封止樹脂が金型内に残存することを防止できる。
特開２００２−４３３４５号公報
しかるに、上記した特許文献１に記載の方法では、被成型品を封止するごとに、リリースフィルムを繰り出し、その後、封止樹脂を金型内に充填している。
そのため、今回の封止作業の後、次回の封止作業までの間に、封止樹脂を金型内に再充填するための時間が必要であり、作業効率が劣る場合がある。
そこで、本発明の目的は、封止対象を、効率よく連続的に封止することができる封止部材、その封止部材を用いた封止方法、および、その封止方法を備える光半導体装置の製造方法を提供することにある。
上記した目的を達成するため、本発明の封止部材は、長尺な剥離フィルムと、封止樹脂からなり、前記剥離フィルムの長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、前記剥離フィルムの上に積層される複数の封止樹脂層とを備えることを特徴としている。
また、本発明の封止部材は、光半導体素子を封止することが好適である。
また、本発明の封止部材は、レンズを形成するレンズ形成樹脂からなり、前記剥離フィルムと各前記封止樹脂層との間に介在されるレンズ形成樹脂層を、さらに備えることが好適である。
また、本発明の封止部材は、前記封止樹脂が、熱硬化性樹脂であり、前記封止樹脂層が、前記熱硬化性樹脂のＢステージ樹脂から形成されていることが好適である。
また、本発明の封止方法は、上記した封止部材を長手方向に搬送しながら、前記封止樹脂層と封止対象とを対向させる工程と、対向された前記封止樹脂層および／または前記封止対象を、それらが近接する方向に押圧して、前記封止対象を前記封止樹脂層により封止する工程とを繰り返すことを特徴としている。
また、本発明の光半導体装置の製造方法は、封止対象が光半導体素子であり、上記した封止方法を備えることを特徴としている。
本発明の封止方法によれば、長尺な剥離フィルムと、剥離フィルムの長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、剥離フィルムの上に積層される複数の封止樹脂層とを備える封止部材を用いて、封止部材を長手方向に搬送しながら、封止樹脂層と封止対象とを対向させ、対向された封止樹脂層および／または封止対象を、それらが近接する方向に押圧して、封止対象を封止樹脂層により封止することを繰り返している。
そのため、封止部材をその長手方向に沿って搬送して、剥離フィルムとともに各封止樹脂層を順次繰り出しながら、連続的に封止対象を封止することができる。
これにより、封止対象の封止時には、剥離フィルムと封止樹脂層とを毎回同時に準備することができ、封止樹脂層を再準備するための時間を短縮することができる。
その結果、封止対象を、効率よく連続的に封止することができ、封止対象が光半導体素子である場合、効率よく光半導体装置を製造することができる。
本発明の封止部材の一実施形態の断面図である。 図１に示す封止部材の製造方法を説明するための工程図であって、（ａ）は、ベースフィルムの上に封止樹脂層を形成する工程、（ｂ）は、剥離フィルムの上にレンズ形成樹脂層を形成する工程を示す。 図２に続いて、封止部材の製造方法を説明するための工程図であって、（ｃ）は、封止樹脂層とレンズ形成樹脂層とを積層する工程、（ｄ）は、ベースフィルム、封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層に所定形状の切り込みを形成する工程、（ｅ）所定形状以外の部分のベースフィルム、封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層を除去する工程、（ｆ）ベースフィルムを取り除く工程を示す。 本発明の封止方法の一実施方法を説明する説明図であって、封止部材を光半導体素子と対向させる工程を示す。 図４に示す封止方法を説明する説明図であって、光半導体素子を封止する工程を示す。
図１は、本発明の封止部材の一実施形態の断面図である。
封止部材１は、図１に示すように、剥離フィルム２と、剥離フィルム２の上に積層される複数の封止層３と、封止層３を被覆するように剥離フィルム２の上に積層される保護フィルム４とを備えている。封止部材１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子、例えば、受光素子などの光半導体素子などの封止対象を封止するために用いられる。本実施形態では、封止対象として、ＬＥＤを封止する場合を説明する。
剥離フィルム２は、長尺な平帯形状に形成されている。
封止層３は、平面視略円形状に形成され、剥離フィルム２の長手方向に沿って互いに間隔を隔てて並列配置されている。また、封止層３は、レンズを形成するレンズ形成樹脂層５と、ＬＥＤを封止する封止樹脂層６とを備えている。
レンズ形成樹脂層５は、透明であり、平面視略円形状に形成され、剥離フィルム２の上に積層されている。
封止樹脂層６は、透明であり、レンズ形成樹脂層５と略同径の平面視略円形状に形成され、レンズ形成樹脂層５と中心を共有するように、レンズ形成樹脂層５の上に形成されている。
つまり、レンズ形成樹脂層５は、剥離フィルム２と封止樹脂層６との間に介在されている。
保護フィルム４は、剥離フィルム２と略同一形状（長尺な平帯形状）に形成されている。
図２および図３は、図１に示す封止部材の製造方法を説明するための工程図である。
封止部材１を製造するには、図２（ａ）に示すように、まず、ベースフィルム１１の上に封止樹脂層６を形成する。
ベースフィルム１１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートのポリエステル、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンなどから、長尺な平帯形状に形成されている。
ベースフィルム１１の厚みは、例えば、１２〜２５０μｍ、好ましくは、２５〜７５μｍである。
封止樹脂層６を形成する封止樹脂としては、例えば、熱硬化性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられ、好ましくは、熱硬化性シリコーン樹脂が挙げられる。
封止樹脂層６を形成するには、ベースフィルム１１の上に、封止樹脂の溶液を塗布し、乾燥して、封止樹脂層６を半硬化状態（Ｂステージ）として得る。なお、封止樹脂を溶解する溶媒は、特に限定されず、公知の有機溶媒が挙げられる。
封止樹脂層６をＢステージにするには、例えば、４０〜１５０℃で、１〜６０分加熱する。
また、封止樹脂層６を完全硬化させるには、例えば、１２５〜２５０℃で、５分〜２４時間加熱する。
封止樹脂の溶液には、例えば、蛍光体粒子や、シリカ粒子などを配合することができる。
蛍光体粒子としては、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２:Ｃｅ（ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）：Ｃｅ）などの蛍光体からなる粒子が挙げられる。
蛍光体粒子は、封止樹脂の溶液の総固形分に対して、例えば、１〜１０質量％の割合で配合される。
シリカ粒子としては、例えば、平均粒子径（体積基準、動的光散乱法により測定）２０ｎｍ以下のシリカ粒子が挙げられる。
シリカ粒子は、封止樹脂の溶液の総固形分に対して、例えば、５〜２０質量％の割合で配合される。
封止樹脂の溶液をベースフィルム１１上に塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、グラビアコーター法、ファウンテンコーター法などの方法が挙げられる。
また、ベースフィルム１１上に塗布された封止樹脂の溶液は、特に限定されないが、例えば、１００〜１５０℃で、５〜３０分加熱されることにより、乾燥される。
得られた封止樹脂層６の厚みは、例えば、３００〜５００μｍである。
また、封止部材１を製造するには、図２（ｂ）に示すように、別途、剥離フィルム２の上にレンズ形成樹脂層５を形成する。
剥離フィルム２は、例えば、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂などのフッ素系樹脂から、長尺な平帯形状に形成されている。
剥離フィルム２の厚みは、例えば、１２〜２５０μｍ、好ましくは、２５〜７５μｍである。
レンズ形成樹脂層５を形成するレンズ形成樹脂としては、例えば、上記した封止樹脂と同様の樹脂が挙げられる。
レンズ形成樹脂層５を形成するには、上記した封止樹脂層６と同様に、剥離フィルム２の上に、レンズ形成樹脂あるいはその溶液を塗布し、加熱または乾燥して、レンズ形成樹脂層５を半硬化状態（Ｂステージ）として得る。なお、レンズ形成樹脂を溶解する溶媒は、特に限定されず、公知の有機溶媒が挙げられる。
封止樹脂の溶液には、例えば、上記したシリカ粒子を配合することができる。
シリカ粒子は、レンズ形成樹脂の溶液の総固形分に対して、例えば、５〜２０質量％の割合で配合される。
レンズ形成樹脂の溶液を剥離フィルム２上に塗布する方法としては、例えば、コンマコーター法、ドクターブレード法、グラビアコーター法、ファウンテンコーター法などの方法が挙げられる。
また、剥離フィルム２上に塗布された封止樹脂の溶液は、特に限定されないが、例えば、１００〜１５０℃で、５〜３０分加熱されることにより、乾燥される。
得られたレンズ形成樹脂層５の厚みは、例えば、１００〜１２００μｍ、好ましくは、６００〜９００μｍである。
次いで、封止部材１を製造するには、図３（ｃ）に示すように、封止樹脂層６とレンズ形成樹脂層５とを貼り合わせ、常温下、所定圧力で加圧する。
これにより、封止樹脂層６とレンズ形成樹脂層５とが積層され、封止層３が形成される。
次いで、図３（ｄ）に示すように、ベースフィルム１１と封止層３（封止樹脂層６およびレンズ形成樹脂層５）とに、円形状の刃型を用いて、平面視略円形状の切り込みを、剥離フィルム２の長手方向に沿って互いに間隔を隔てて複数形成し、図３（ｅ）に示すように、平面視略円形状以外の部分のベースフィルム１１および封止層３を除去する。
これにより、剥離フィルム２の長手方向に沿って互いに間隔を隔てて、複数の封止層３が形成される。
封止層３の直径は、例えば、５０〜３００ｍｍ、好ましくは、１００〜２００ｍｍである。また、各封止層３の間隔は、例えば、２０〜１０００ｍｍ、好ましくは、５０〜２００ｍｍである。
そして、図３（ｆ）に示すように、残ったベースフィルム１１を取り除いた後、図１に示すように、封止層３を被覆するように剥離フィルム２の上に保護フィルム４を積層する。
保護フィルム４は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンから、長尺な平帯形状に形成されている。
保護フィルム４の厚みは、例えば、１２〜２５０μｍ、好ましくは、２５〜５０μｍである。
これにより、封止部材１を得る。
なお、上記した封止部材１を製造するための各工程は、工業的にはロールトゥロール法により実施される。
図４および図５は、本発明の封止方法の一実施形態を説明する説明図である。
次に、得られた封止部材１を用いてＬＥＤ２０を封止して、ＬＥＤ装置を製造する方法について説明する。この方法では、図４に示すように、封止装置２１を用いて、封止部材１を順次繰り出しながら、封止層３と、ＬＥＤ２０を備える発光基板２２とを対向させて、連続的にＬＥＤ２０を封止する。
詳しくは、封止装置２１は、プレス部２３と、封止部材搬送部２４と、保護フィルム剥離部２５と、剥離フィルム回収部２６とを備えている。
プレス部２３は、発光基板２２が載置されるベース部２７と、ベース部２７の上方に対向配置され、半球形状の凹みを複数有する金型２８とを備えている。プレス部２３は、対向された封止層３と発光基板２２とを、加熱しながら、それらが近接する方向に押圧する。
封止部材搬送部２４は、プレス部２３に対して封止部材１の搬送方向上流側に配置され、封止部材１をロール状に保持し、保持している封止部材１を、封止部材１の長手方向に沿って、プレス部２３（ベース部２７と金型２８との間）に向かって搬送する。
保護フィルム剥離部２５は、封止部材１の搬送方向において、プレス部２３と封止部材搬送部２４との間に配置され、封止部材１から保護フィルム４を剥離させるとともに、剥離された保護フィルム４をロール状に巻き取る。
剥離フィルム回収部２６は、プレス部２３に対して封止部材１の搬送方向下流側に配置され、使用済みの剥離フィルム２を巻き取って回収する。
そして、封止装置２１を用いて、連続的にＬＥＤ２０を封止するには、まず、プレス部２３のベース部２７の上に、複数のＬＥＤ２０が実装されている発光基板２２を載置する。同時に、封止部材搬送部２４から金型２８と発光基板２２との間に向かって、封止部材１を繰り出す。
このとき、封止部材搬送部２４からプレス部２３へ至る途中において、保護フィルム剥離部２５により、封止部材１から保護フィルム４が剥離され、封止層３の封止樹脂層６が露出される。
そして、引き続き封止部材１を繰り出し、封止樹脂層６が下方に向かって露出されるとともに、剥離フィルム２が金型２８と対向されるように、封止層３を、ＬＥＤ２０が実装されている発光基板２２の上方に配置する。これにより、封止樹脂層６とＬＥＤ２０とが上下方向に対向される。
次いで、金型２８を、加熱しながら、ベース部２７に向かって近接させて、封止層３を、加熱しながら、発光基板２２に向かって押圧する。
金型２８の温度は、例えば、１２０〜２００℃、好ましくは、１４０〜１６５℃である。
ベース部２７の金型２８に対する押圧力は、例えば、０．０１〜１０ＭＰａ、好ましくは、０．１〜４ＭＰａである。
すると、ＬＥＤ２０が、封止樹脂層６内に埋没される。また、封止層３のレンズ形成樹脂層５が、金型２８の凹み内に充填される。このとき、剥離フィルム２は、金型２８の凹みに追従するように屈曲されて、金型２８の凹みの内面を保護するとともに、レンズ形成樹脂層５の金型２８の凹み内への進入を許容する。
そして、図５に示すように、引き続き封止層３を加熱することにより、封止樹脂層６およびレンズ形成樹脂層５を完全に硬化させる。
次いで、金型２８を、ベース部２７から離間するように上方へ退避させて、型開きする。すると、剥離フィルム２が金型２８の凹みから剥離する。
これによって、ＬＥＤ２０が封止樹脂層６により封止されるとともにレンズ形成樹脂層５がレンズに成形される。
次いで、封止層３によりＬＥＤ２０が封止された発光基板２２から剥離フィルム２を剥離させながら、封止層３によりＬＥＤ２０が封止された発光基板２２を、ベース部２７から取り除き、新たな発光基板２２を、ベース部２７に載置する。
同時に、剥離フィルム回収部２６において剥離された剥離フィルム２を巻き取りながら、封止部材搬送部２４から封止部材１を繰り出す。
すると、再び、上記したようにして、封止樹脂層６とＬＥＤ２０とが上下方向に対向される。
このようにして、封止部材１を搬送しながら、封止樹脂層６とＬＥＤ２０とを対向させる工程と、対向された封止樹脂層６をＬＥＤ２０に向かって押圧して、ＬＥＤ２０を封止樹脂層６により封止する工程とが繰り返される。
これにより、封止装置２１を用いて、連続的にＬＥＤ２０を封止することができる。
この封止方法によれば、図４に示すように、長尺な剥離フィルム２と、剥離フィルム２の長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、剥離フィルム２の上に積層される複数の封止樹脂層６とを備える封止部材１を用いて、封止部材１を長手方向に搬送しながら、封止樹脂層６とＬＥＤ２０とを対向させ、対向された封止樹脂層６を、ＬＥＤ２０に向かって押圧して、ＬＥＤ２０を封止樹脂層６により封止することを繰り返している。
そのため、封止部材１をその長手方向に沿って搬送して、剥離フィルム２とともに各封止樹脂層６を順次繰り出しながら、連続的にＬＥＤ２０を封止することができる。
これにより、ＬＥＤ２０の封止時には、剥離フィルム２と封止樹脂層６とを毎回同時に準備することができ、封止樹脂層６を再準備するための時間を短縮することができる。
その結果、ＬＥＤ２０を、効率よく連続的に封止することができる。
また、この封止方法によれば、封止部材１がレンズ形成樹脂層５を備えている。
そのため、ＬＥＤ２０を封止すると同時に、レンズを形成することができる。
その結果、この封止方法により、ＬＥＤ２０を封止すれば、効率よくＬＥＤ装置を製造することができる。
なお、上記の封止方法では、封止層３として、封止樹脂層６とレンズ形成樹脂層５とを準備したが、封止層３として、封止樹脂層６のみを準備してもよい。
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、何らそれらに限定されない。
１．封止部材の製造
Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２:Ｃｅ蛍光体粒子５質量％と、平均粒子径（体積基準、動的光散乱法により測定）２０ｎｍ以下のシリカ粒子１０質量％とを含有する熱硬化性シリコーン樹脂を、ポリエチレンテレフタレートからなる厚み５０μｍの長尺状のベースフィルムの離型面に塗布し、１２０℃×１０分加熱して、厚み４００μｍの半硬化状態（Ｂステージ）の封止樹脂層を得た（図２（ａ）参照）。
別途、平均粒子径（体積基準、動的光散乱法により測定）２０ｎｍ以下のシリカ粒子１０質量％を含有する熱硬化性シリコーン樹脂を、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂からなる厚み５０μｍの長尺状の剥離フィルムに塗布し、１２０℃×１０分加熱して、厚み６００μｍの半硬化状態（Ｂステージ）のレンズ形成樹脂層を得た（図２（ｂ）参照）。
次いで、得られた封止樹脂層とレンズ形成樹脂層とを貼り合わせ、常温下、所定圧力で加圧し、封止樹脂層とレンズ形成樹脂層とを積層して、封止層を形成した（図３（ｃ）参照）。
次いで、ベースフィルムと封止層（封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層）とに、円形状の刃型を用いて、直径１５０ｍｍの平面視略円形状の切り込みを、剥離フィルムの長手方向に沿って互いに１５０ｍｍの間隔を隔てて複数形成し（図３（ｄ）参照）、平面視略円形状以外の部分のベースフィルムおよび封止層を除去した（図３（ｅ）参照）。
これにより、剥離フィルムの長手方向に沿って互いに１５０ｍｍの間隔を隔てて、直径１５０ｍｍの平面視略円形状の封止層を複数形成した。
そして、残ったベースフィルムを取り除いた後（図３（ｆ）参照）、封止層を被覆するように、剥離フィルムの上に、ポリプロピレンからなる長尺状の保護フィルムを積層した（図１参照）。
これにより、封止部材を得た。
２．光半導体素子の封止
図４に示す封止装置を用いて、封止部材を順次繰り出しながら、封止層と、ＬＥＤを備える発光基板とを対向させて、連続的にＬＥＤを封止した。
詳しくは、プレス部のベース部の上に、複数のＬＥＤが実装されている発光基板を載置した。同時に、封止部材搬送部から金型と発光基板との間に向かって、封止部を繰り出した。
このとき、封止部材搬送部からプレス部へ至る途中において、保護フィルム剥離部により、封止部材から保護フィルムを剥離し、封止層の封止樹脂層を露出させた。
引き続き、封止部材を繰り出し、封止樹脂層が下方に向かって露出されるとともに、剥離フィルムが金型と対向されるように、封止層を、ＬＥＤが実装されている発光基板の上方に配置した。これにより、封止樹脂層とＬＥＤとを上下方向に対向させた（図４参照）。
次いで、金型を、１６０℃で加熱しながら、ベース部に向かって、２．７７ＭＰａの押圧力で近接させて、封止層を、加熱しながら、発光基板に向かって押圧した。
これにより、ＬＥＤを封止樹脂層内に埋没させた。また、封止層のレンズ形成樹脂層を、金型の凹み内に充填した。
引き続き、封止層を加熱し、封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層を完全に硬化させた（図５参照）。
次いで、金型を、ベース部から離間するように上方へ退避させて、型開きした。
これによって、ＬＥＤを封止樹脂層により封止するとともに、レンズ形成樹脂層をレンズに成形した。
次いで、封止層によりＬＥＤが封止された発光基板から剥離フィルムを剥離させながら、封止層によりＬＥＤが封止された発光基板を、ベース部から取り除き、新たな発光基板を、ベース部に載置した。
同時に、剥離フィルム回収部において剥離された剥離フィルムを巻き取りながら、封止部材搬送部から封止部材を繰り出した。
これにより、封止樹脂層とＬＥＤとを、再び上下方向に対向させた。
このようにして、封止部材を搬送しながら、封止樹脂層とＬＥＤとを対向させる工程と、対向された封止樹脂層をＬＥＤに向かって押圧して、ＬＥＤを封止樹脂層により封止する工程とを繰り返した。
１ 封止部材
２ 剥離フィルム
５ レンズ形成樹脂層
６ 封止樹脂層
２０ ＬＥＤ

Claims (6)

  1. 長尺な剥離フィルムと、
    封止樹脂からなり、前記剥離フィルムの長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、前記剥離フィルムの上に積層される複数の封止樹脂層と
    を備えることを特徴とする、封止部材。
  2. 光半導体素子を封止することを特徴とする、請求項１に記載の封止部材。
  3. レンズを形成するレンズ形成樹脂からなり、前記剥離フィルムと各前記封止樹脂層との間に介在されるレンズ形成樹脂層を、さらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の封止部材。
  4. 前記封止樹脂が、熱硬化性樹脂であり、
    前記封止樹脂層が、前記熱硬化性樹脂のＢステージ樹脂から形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の封止部材。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の封止部材を長手方向に搬送しながら、前記封止樹脂層と封止対象とを対向させる工程と、
    対向された前記封止樹脂層および／または前記封止対象を、それらが近接する方向に押圧して、前記封止対象を前記封止樹脂層により封止する工程と
    を繰り返すことを特徴とする、封止方法。
  6. 封止対象が光半導体素子であり、請求項５に記載の封止方法を備えることを特徴とする、光半導体装置の製造方法。
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