JP2016111210A - ダイボンド材を用いた導電接続方法及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光半導体素子と配線板とを容易に導電接続することが可能であり、効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことができる方法を提供する。【解決手段】ダイボンド材を用いて光半導体素子と配線板とを導電接続する方法であって、前記ダイボンド材として、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種を含み、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、２ｒｐｍで測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、５０ｒｐｍで測定した粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲を満たし、硬化した際の硬化物の２ｍｍ厚さにおける全光線透過率が８０％以上、かつヘイズ値が２０％以下となる硬化性樹脂組成物からなるダイボンド材を用いる方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイボンド材を用いて半導体素子と配線板とを導電接続する方法、及び該方法によって導電接続された光半導体装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光半導体素子は電力消費量が少ないという優れた特性を有するため、屋外照明用途や自動車用途の光半導体デバイスへの適用が増えてきている。このような光半導体デバイスは、一般に青色光、近紫外光あるいは紫外光を発光する光半導体発光素子から発する光を、波長変換材料である蛍光体によって波長変換して疑似白色が得られるようにした発光装置である。

近年、光半導体素子の更なる発光効率の向上を目的として、垂直型光半導体素子の開発がなされている。垂直型（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）光半導体素子は、電極を垂直構造で配置したものであり、単に垂直型ＬＥＤチップとも呼ばれる。垂直型ＬＥＤチップは、発光層に均一に電流が流れることにより、電極を水平配置した構造である同サイズの水平型（ｌａｔｅｒａｌ）ＬＥＤチップに比べ、数十倍の電流を流すことが可能であり、発光層の温度上昇を抑え、発光効率を高めることができる。更に、水平型ＬＥＤチップに見られた局所的な電流密度の増加が抑制され、ＬＥＤの大電流化が可能となるなど、優れた特長を持つため、その実用が進んでいる。

一方で、垂直型ＬＥＤチップは、前述の通り電極を垂直構造で配置していることから理解されるように、垂直型ＬＥＤチップを配線板に搭載する場合、一方の電極は従来と同様ワイヤーボンドなどの方法を用いて電気的に接続し、もう一方の電極は共晶半田や導電性接着剤などを用いて電気的に接続する必要がある。

従来、垂直型ＬＥＤチップを配線板に搭載するための接着剤として、共晶半田やエポキシ樹脂組成物に導電性粒子を配合した導電性接着剤が広く用いられている。しかしながら、共晶半田を用いる方法では、ダイボンド（導電接続）時に必要な半田を溶融するための熱により、光半導体の発光層にダメージを与えるため好ましくない。また、近年では、前述の共晶半田やエポキシ樹脂組成物に導電性粒子を配合した導電性接着剤を用いる方法では、光の反射が十分ではなく、光の取り出し効率に劣ることが問題となっている。更に、光半導体デバイスとしたときの設計の自由度の面からも、ダイボンド材として高透明なダイボンド材を用いることが求められている。

一方、導電性接着剤を用いた例として、例えば、特許文献１では、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂を併用し、さらに紫外線吸収剤としてベンゾトリアゾール誘導体を添加することで４５０〜５００ｎｍ付近の光に対する耐光性を改善した導電性接着剤が提案されている。しかしながら、前述の通り、光半導体素子が垂直型となり、より一層高出力化するに伴い、このようなエポキシ樹脂導電性組成物では、波長の短い青色光や紫外線に対する耐光性が伴わず、依然、光による劣化で経時で変色、分解するという問題が生じている。また、この発明における組成物は、白色の酸化チタンや、有色の導電性粒子を多く含有するため、高透明な接着剤とはならない。

特許文献２には、特定の導電性粉末、（３，５−ジグリシジルイソシアヌリル）アルキル基を有するオルガノポリシロキサン及びグリシジル基と反応する硬化触媒（アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤）を含有する、光半導体素子用のダイボンド材が提案されている。しかしながら、イソシアヌリル基に代表される有機基が、短波長の光により劣化を受け、経時で変色、分解するという問題が生じている。更に、該発明では樹脂成分の合計１００質量部に対し３５０〜８００質量部の導電性粒子を添加するため、高透明な接着剤とはならない。

特許文献３には、（ａ）（メタ）アクリル酸アルキルエステル−ブタジエン−スチレン共重合体又は複合体、及び、シリコーン−（メタ）アクリル酸共重合体又は複合体からなる群より選択される少なくとも１種を含む有機微粒子と、（ｂ）ラジカル重合性化合物と、（ｃ）ラジカル重合開始剤と、（ｈ）導電性粒子とを含有し、（ｈ）導電性粒子の含有量が、接着剤組成物の固形分全体積を基準として０．１〜３０体積％である、接着剤組成物、及び該接着剤組成物からなるフィルム状接着剤が提案されている。しかしながら、上記と同様に、（ｂ）ラジカル重合性化合物にはグリシジル基に代表される有機基が含まれており、短波長の光により劣化を受け、経時で変色、分解するという問題が生じている。また、導電性粒子は接着剤組成物の固形分全体積を基準として０．１〜３０体積％含有されるとあるが、硬化物の光透過率、透明性に関する記述は見られず、かつ、本発明者らが検証した結果、この範囲の添加量では高透明な材料とはならない。更に、該発明では、導電性粒子の平均粒径は、良好な分散性及び導電性を得る観点から、１〜１８μｍであることが好ましい、との記載があるが、この範囲の平均粒径を有する導電性樹脂材料では、光半導体素子を配線板に導電接続した際のＢＬＴ（Ｂｏｎｄ ｌｉｎｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）が厚くなり、放熱性にも劣る結果となり、有用な高透明ダイボンド材とはならない。

以上のように、従来用いられてきたダイボンド材は透明性が低く、このようなダイボンド材を用いた導電接続方法では、光の取り出し効率に劣ることが問題となっていた。

特許３７６９１５２号公報 特開２０１２−５２０２９号公報 特開２０１２−１４９２７４号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、光半導体素子と配線板とを容易に導電接続することが可能であり、効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことができる方法を提供することを目的とする。さらに、該方法によって光半導体素子を導電接続した光半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、ダイボンド材を用いて光半導体素子と配線板とを導電接続する方法であって、
前記ダイボンド材として、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種を含み、
Ｅ型粘度計を用いて２５℃、２ｒｐｍで測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、５０ｒｐｍで測定した粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲を満たし、
硬化した際の硬化物の２ｍｍ厚さにおける全光線透過率が８０％以上、かつヘイズ値が２０％以下となる硬化性樹脂組成物からなるダイボンド材を用いる方法を提供する。

このような方法であれば、光半導体素子と配線板とを容易に導電接続することが可能であり、効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことができる。

また、前記硬化性樹脂組成物が、導電性粒子を含まないことが好ましい。

このような硬化性樹脂組成物であれば、硬化した際の硬化物がより高透明となり、一層効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことができる。

更に本発明では、上記の方法によって光半導体素子と配線板とが導電接続された光半導体装置を提供する。

本発明の方法によって導電接続された光半導体装置は、光の取り出し効率が高く、耐熱性及び耐光性を有するものとなる。

本発明の導電接続方法は、従来の導電性ダイボンド材を用いた導電接続方法と比較して、導電性粒子の添加を削減することができ、より効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことが可能となる。また、本発明の方法では、上記の範囲の粘度を有する硬化性樹脂組成物からなるダイボンド材を用いることによって、光半導体素子と配線板との間の距離を小さくし、各部材を部分的に直接接触させることができる。このような方法であれば、導電性粒子が含まれなくても、光半導体素子と配線板とを容易に導電接続することが可能であり、また、光半導体素子の放熱性に優れるため、ＬＥＤチップ、特に垂直型ＬＥＤチップを配線板に搭載して導電接続するための方法として好適に用いることができる。更に、本発明の方法によって導電接続された光半導体装置は、光の取り出し効率が高く、耐熱性及び耐光性を有するものとなる。

本発明の方法によって光半導体素子と配線板とが導電接続された光半導体装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、光半導体素子と配線板とを容易に導電接続することが可能であり、効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことができる方法が求められていた。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、
ダイボンド材を用いて光半導体素子と配線板とを導電接続する方法であって、
前記ダイボンド材として、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種を含み、
Ｅ型粘度計を用いて２５℃、２ｒｐｍで測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、５０ｒｐｍで測定した粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲を満たし、
硬化した際の硬化物の２ｍｍ厚さにおける全光線透過率が８０％以上、かつヘイズ値が２０％以下となる硬化性樹脂組成物からなるダイボンド材を用いる方法であれば、従来の透明性の低いダイボンド材を用いて導電接続した方法よりも光半導体素子からの光の取り出し効率が高まることを見出し、本発明を成すに至った。

以下、本発明についてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［硬化性樹脂組成物］
上記の硬化性樹脂組成物は、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種を含むものである。

このような硬化性樹脂組成物としては、目的の物性、透明性を有する樹脂又は組成物（すなわち、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、２ｒｐｍで測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、５０ｒｐｍで測定した粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲を満たし、硬化した際の硬化物の２ｍｍ厚さにおける全光線透過率が８０％以上、かつヘイズ値が２０％以下となるもの）を選択すればよく、２種以上を任意に組み合わせて用いてもよい。上記硬化性樹脂組成物は、透明性、耐熱性、耐光性の観点から、シリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂を含むことが好ましい。また、上記硬化性樹脂組成物として、本発明の範囲を満たす市販品を用いてもよい。例えば、製品名ＤＸ−２０Ｃ（ヘンケル社製）、製品名ＫＥＲ−３０００−Ｍ２（信越化学工業社製）、製品名ＳＣＲ−３２０００−Ｓ５（信越化学工業社製）のような組成物が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。

［ダイボンド材の粘度］
本発明で用いられるダイボンド材は、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、２ｒｐｍで測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下、好ましくは３０Ｐａ・ｓ以上７０Ｐａ・ｓ以下の範囲を満たす硬化樹脂組成物からなる。上記粘度が１０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下の範囲であれば、ダイボンド材使用時の糸引き、液切れ等の作業性の面で使いやすく良好なダイボンド材となり、本発明の方法に好適に用いることができる。上記粘度が１０Ｐａ・ｓ未満となると、塗布工程における不具合、具体的にはディスペンスあるいはスタンプ工程等で液滴の飛散等が発生する。上記粘度が１００Ｐａ・ｓを超えると、塗布工程における不具合、具体的にはディスペンスあるいはスタンプ工程等において樹脂の糸引きによる外観不良、塗布液量のバラツキ、及びデバイスの汚れ等が発生する。

また、上記硬化樹脂組成物は、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、５０ｒｐｍで測定した粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下、好ましくは１Ｐａ・ｓ以上８Ｐａ・ｓ以下の範囲を満たすものである。上記粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲であれば、光半導体素子と配線板との導電接続が可能となる。上記粘度が１Ｐａ・ｓ未満となると、光半導体素子の搭載工程における不具合、具体的にはダイボンド工程で液滴の飛散、樹脂の滲み出しによるフィレットの形成不良等が発生する。上記粘度が１０Ｐａ・ｓを超えると、ダイボンド材を硬化した際の硬化物の厚みが大きくなりすぎて光半導体素子と配線板との導電接続ができなくなる。

本発明の導電接続方法は、例えば光半導体素子の底面の凸部、又は配線板表面の凸部が、それぞれ対向する部材と部分的に接触していることを特徴とする。本発明で用いるダイボンド材を構成する硬化性樹脂組成物の粘度を上記の範囲に調整することで、ダイボンド材を硬化した際の硬化物の厚み、すなわち光半導体素子と配線板との間の距離を小さくすることができ、その結果、光半導体素子と配線板とを部分的に接触させることができる。この接触部分により、各部材間を有効に電気的に接続することができる。

更に、光半導体素子と配線板との間の距離が小さい方が、熱抵抗が低減されることから、本発明の導電接続方法は、光半導体素子の発光によって発せられた熱の放熱にも有利である。

光半導体素子と配線板との間の距離の確認方法としては、ＦＩＢ（集束イオンビーム）やブレードを用いて切断した試料の断面を光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて直接観察すればよい。

［ダイボンド材の透明性］
本発明に用いられるダイボンド材は、硬化した際の硬化物の２ｍｍ厚さにおける全光線透過率が８０％以上、かつヘイズ値が２０％以下となる硬化性樹脂組成物からなる。この範囲を満たすダイボンド材を用いることによって、光半導体素子からの光を損なうことなく外部に取り出すことができる。

全光線透過率が８０％未満となると、硬化後のダイボンド材は着色、あるいは濁りが生じていることを意味し、高透明とはならない。好ましい全光線透過率は９０％以上であるが、全光線透過率の上限は特に制限はなく、より大きければ硬化物は透明になり、光半導体素子からの光の取り出しの妨げになることもないため好ましい。

また、（ヘイズ値（％））＝（拡散光透過率）／（全光線透過率）×１００で定義されることから理解されるように、拡散光成分の増大及び全光線透過率の減少に伴いヘイズ値は増大し、硬化物は半透明から微濁、さらには白濁に至る。

本発明で用いられるダイボンド材を構成する硬化性樹脂組成物は、２ｍｍ厚の硬化物とした時のヘイズ値が２０％以下である必要がある。このことは、硬化物が透明から半透明の曇りを有する状態であることを意味する。上記ヘイズ値は好ましくは１０％以下である。ヘイズ値が２０％を超えると、硬化物は曇り、光が散乱し、高透明ではない。ヘイズ値が２０％以下であれば、効率的に光半導体素子から光を取り出すことができる。ヘイズ値の下限は特に制限はなく、より小さければ硬化物の曇りが少なくなり、すなわち、透明になり、光半導体素子からの光の取り出しの妨げになることもないため好ましい。

［導電性粒子］
上記硬化性樹脂組成物は、導電性粒子が添加されていてもよいが、導電性粒子を含まないことが好ましい。本発明の方法は、硬化性樹脂組成物の粘度を上記の範囲に調整することで、ダイボンド材を硬化した際の硬化物の厚み、すなわち光半導体素子と配線板との間の距離を小さくすることができる。そのため、本発明の方法であれば、硬化性樹脂組成物に導電性粒子が含まれていなくても、光半導体素子と配線板との間を有効に電気的に接続することができる。さらに、導電性粒子を含有しないことによって、硬化した際の硬化物がより高透明となり、一層効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことができる。

上記硬化性樹脂組成物に導電性粒子を添加する場合には、平均粒径が１μｍ以下の導電性粒子を用いることが好ましく、１次粒径で１００ｎｍ以下の導電性ナノ粒子を用いることがより好ましい。平均粒径が１μｍ以下であれば、粗大粒子の影響でＢＬＴが大きくなることがないため、安定した導電性を得ることができる。平均粒径の下限に特に制限はない。このような導電性粒子としては、金属粒子、導電性無機酸化物を用いることができ、単独又は２種以上混合して使用することができる。粒子の好ましい形状として、球状、フレーク状、針状、無定型等が挙げられるが、この限りではない。

本発明における平均粒径は、体積基準粒度分布におけるメジアン径（Ｄ_５０）であり、Ｄ_５０値は、レーザー回折・散乱法により得られた粒度分布から求められるほか、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて観測された粒子像から算出することができる。

金属粒子としては、例えば、金、ニッケル、銅、銀、半田、パラジウム、アルミニウム、それらの合金、それらの多層化物（例えば、ニッケルメッキ／金フラッシュメッキ物）等を挙げることができる。中でも、導電性粒子による着色の影響が小さい、銀が好ましい。

また、導電性無機酸化物として、無機酸化物（無機粒子）に導電性を付与したものを使用することができる。このような導電性を付与した無機粒子としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ系酸化物）、ＡＴＯ（スズ−アンチモン系酸化物）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、無機ガラスなどが挙げられる。中でも、硬化性樹脂組成物中に分散した時に、透明となりやすいＩＴＯ、ＡＴＯ、酸化ケイ素が好ましい。導電性無機酸化物の被覆層は、導電性を付与されていれば良く、無機粒子を銀などの金属材料で被覆したものであっても良いし、酸化錫にアンチモンをドープ、酸化インジウムに錫をドープするなど、導電性の被覆層を設けても良い。無機粒子の形状としては無定型、球状、鱗片状、針状等を挙げることができる。

導電性粒子の配合量は、硬化性樹脂組成物の固形分体積を基準として０体積％以上、０．１体積％未満であることが好ましく、０体積％が透明性の点から特に好ましい。より安定した導電性を得るために導電性粒子を添加する場合には、０．００１以上０．１体積％未満の範囲がよい。導電性粒子の添加量が０．１体積％未満であれば、上記硬化性樹脂組成物の高透明性が損なわれず、全光線透過率の低下及びヘイズ値の上昇を抑えることができるため、高透明なダイボンド材となり、本発明の導電接続方法に好適に用いることができる。更に、光半導体素子からの光の取り出し効率が低下しない。

［その他の成分］
本発明で用いられるダイボンド材の透明性を更に維持し、硬化物の着色、酸化劣化等の発生を抑えるために、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール等の従来公知の酸化防止剤を上記硬化性樹脂組成物に配合することができる。また、光劣化に対する抵抗性を付与するために、ヒンダードアミン系安定剤等の光安定剤を上記硬化性樹脂組成物に配合することもできる。

本発明で用いられるダイボンド材の強度を向上させ、チクソ性を付与するために、更に、ヒュームドシリカ、ナノアルミナ等の無機質充填剤を上記硬化性樹脂組成物に配合してもよい。また、必要に応じて、上記硬化性樹脂組成物に、染料、顔料、難燃剤等を配合してもよい。

また、作業性の改善、粘度を調整する目的で溶剤等を添加して使用することも可能である。溶剤の種類は特に制限されるものでなく、硬化前のダイボンド材を溶解し、均一かつ高透明なダイボンド材を提供できる溶剤であればよい。該溶剤の配合割合はダイボンド材等を使用する作業条件、環境、使用時間等に応じて沸点等から適宜調整すればよい。溶剤は２種以上を併用してもよい。このような溶剤として市販のものを用いても良く、制限はない。

また、本発明で用いられるダイボンド材は、その接着性を向上させるための接着付与剤を含有してもよい。この接着付与剤としては、シランカップリング剤やその加水分解縮合物等が例示される。シランカップリング剤としては、エポキシ基含有シランカップリング剤、（メタ）アクリル基含有シランカップリング剤、イソシアネート基含有シランカップリング剤、イソシアヌレート基含有シランカップリング剤、アミノ基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤等公知のものが例示される。

本発明で用いられるダイボンド材は、上記各成分を、公知の混合方法、例えば、ミキサー、ロール等を用いて混合することによって製造することができる。

本発明の方法において、光半導体素子と配線板とを接続する手段としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、まず、上記ダイボンド材を配線板に塗布し、ダイボンド材が塗布された配線板に光半導体素子を搭載する。ダイボンド材を塗布する方法は特に制限されず、例えば、スピンコーティング、印刷、及び圧縮成形等が挙げられる。ダイボンド材の厚みは適宜選択すればよく、通常５〜５０μｍ、特には１０〜３０μｍである。例えば、ディスペンス装置を用いて２３℃の温度、０．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で吐出することで容易に塗布することができる。また、スタンピング装置を用いることで、所定の量のダイボンド材を基板に転写することでも容易に塗布することができる。

次に塗布されたダイボンド材を硬化させ、光半導体素子と配線板とを電気的に接続する。本発明の方法において、ダイボンド材を硬化する方法は特に制限されず、公知の硬化条件下で公知の硬化方法により硬化させることができる。具体的には、通常、８０〜２００℃、好ましくは１００〜１６０℃で加熱することにより、該ダイボンド材を硬化させることができる。加熱時間は、０．５分〜５時間程度、特に１分〜３時間程度でよい。上記硬化方法は、作業条件、生産性、発光素子、及び筐体耐熱性とのバランスから適宜選定することができる。

光半導体素子の搭載方法は特に制限されず、例えば、ダイボンダーが挙げられる。ダイボンド材の厚みを決定する要素は、前述のダイボンド材の粘度に加え、光半導体素子の圧着荷重、圧着時間、圧着温度が挙げられる。これら条件は、光半導体素子の外形形状、目的とするダイボンド材厚みに応じて適宜選択すればよく、圧着荷重は一般的に１ｇｆ以上１ｋｇｆ以下である。好ましくは１０ｇｆ以上１００ｇｆ以下である。１ｇｆ以上の圧着荷重であれば、ダイボンド材を十分に圧着することができる。また１ｋｇｆ以下の圧着荷重を用いれば、光半導体素子表面の発光層にダメージを与えることがない。圧着時間は工程の生産性との兼ね合いで適宜選択すればよく、一般的に０ｍｓｅｃを超え１ｓｅｃ以下である。好ましくは１ｍｓｅｃ以上３０ｍｓｅｃである。１ｓｅｃ以下であれば生産性の点で好ましい。圧着温度は特に制限はなく、ダイボンド材の使用温度範囲に従えばよいが、一般的に１５℃以上１００℃以下であると好ましい。ダイボンダーの圧着ステージに加温設備が無い場合は室温付近での温度帯で使用すればよい。１５℃以上であれば、ダイボンド材の粘度が高くなりすぎないため十分に圧着することができる。１００℃以下であれば、ダイボンド材の硬化が始まることがないため、目的とするダイボンド材の厚さに到達することができる。

以上のように、本発明の方法であれば、光半導体素子と配線板とを容易に導電接続することが可能であり、効果的に光半導体素子から発せられた光を取り出すことができる。従って、本発明の方法は、垂直型ＬＥＤチップをパッケージに固定し導電接続する方法として好適に用いることができる。また、その他発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機電界発光素子（有機ＥＬ）、レーザーダイオード、及びＬＥＤアレイ等の光半導体素子にも好適に用いることができる。

更に本発明では、上記の方法によって光半導体素子と配線板とが導電接続された光半導体装置を提供する。

本発明の光半導体装置は、本発明の方法によって光半導体素子を導電接続することにより製造することができる。本発明の方法によって製造された光半導体装置は、光の取り出し効率が高く、耐熱性及び耐光性を有するものとなる。

以下、本発明の光半導体装置の一態様について図面を参照して説明する。図１は、本発明の方法によって光半導体素子と配線板とが導電接続された光半導体装置の一例を示す断面図である。この光半導体装置は、光半導体素子４の下部電極と第１のリード２をダイボンド材１により、電気的に接続し、光半導体素子４の上部電極と第２のリード３をワイヤー５により電気的に接続し、光半導体素子４を封止材６で封止したものである。

図１の光半導体装置の製造方法としては、以下の方法を例示できる。
パッケージ基板上の第１のリード２に、ダイボンド材１を定量転写し、その上に光半導体素子４を搭載する。次にダイボンド材１を加熱硬化させ、光半導体素子４の下部電極と第１のリード２を電気的に接続する。次いで、光半導体素子４が搭載されたパッケージ基板を、光半導体素子４の上部電極と第２のリード３に対してワイヤー５を用いて電気的に接続し、光半導体素子４が搭載されたパッケージ基板を得る。次いで、封止材６を定量塗布し、封止材６の加熱硬化を行う。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例等に制限されるものではない。なお、下記の例において、各成分の平均組成を示す記号は以下の通りの単位を示す。また、各成分のモル数は、該成分中に含有されるビニル基又はＳｉＨ基のモル数を示すものである。
Ｍ^Ｈ：（ＣＨ_３）_２ＨＳｉＯ_１／２
Ｍ：（ＣＨ_３）_３ＳｉＯ_１／２
Ｍ^Ｖｉ：（ＣＨ_２＝ＣＨ）（ＣＨ_３）_２ＳｉＯ_１／２
Ｄ^Ｈ：（ＣＨ_３）ＨＳｉＯ_２／２
Ｄ：（ＣＨ_３）_２ＳｉＯ_２／２
Ｑ：ＳｉＯ_４／２

（配合例１）
平均組成式：Ｍ^ＶｉＤ_４０Ｍ^Ｖｉのシリコーンオイル３５質量部、
Ｍ単位とＭ^Ｖｉ単位とＱ単位とから構成され、Ｍ^Ｖｉ単位に対するＭ単位のモル比が６．２５であり、Ｑ単位に対するＭ単位とＭ^Ｖｉ単位との合計のモル比が０．８であるシリコーンレジン６５質量部、
平均構造式：ＭＤ^Ｈ _８０Ｍで表されるメチルハイドロジェンシロキサン８質量部、
塩化白金酸／１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として１質量％含有するトルエン溶液０．０６質量部、
エチニルシクロヘキサノール０．０５質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３質量部
を撹拌混合して組成物（ｉ）を調製した。

（配合例２）
平均組成式：Ｍ^ＶｉＤ_３００Ｍ^Ｖｉのシリコーンオイル３５質量部、
Ｍ単位とＭ^Ｖｉ単位とＱ単位とから構成され、Ｍ^Ｖｉ単位に対するＭ単位のモル比が６．２５であり、Ｑ単位に対するＭ単位とＭ^Ｖｉ単位との合計のモル比が０．８であるシリコーンレジン６５質量部、
平均構造式：ＭＤ^Ｈ _８０Ｍで表されるメチルハイドロジェンシロキサン８質量部、
塩化白金酸／１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を白金原子含有量として１質量％含有するトルエン溶液０．０６質量部、
エチニルシクロヘキサノール０．０５質量部、及び
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３質量部
を撹拌混合して組成物（ｉｉ）を調製した。

〈硬化性樹脂組成物の調製〉
（調製例１）
市販の硬化性シリコーン組成物、製品名ＫＥＲ−３０００−Ｍ２（信越化学工業社製）１００質量部に、低粘度化のための溶剤として、キシレン５質量部、チクソ性付与材として、煙霧状シリカ（製品名：レオシロールＤＭ−３０Ｓ）７質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して硬化性樹脂組成物（Ｉ）を調製した。

（調製例２）
市販の硬化性エポキシ樹脂組成物、製品名ＤＸ−２０Ｃ（ヘンケル社製）１００質量部に、低粘度化のための溶剤として、キシレン５質量部、チクソ性付与材として、煙霧状シリカ（製品名：レオシロールＤＭ−３０Ｓ）３質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して硬化性樹脂組成物（ＩＩ）を調製した。

（調製例３）
配合例１で得られた組成物（ｉ）１００質量部に、低粘度化のための溶剤として、キシレン５質量部、チクソ性付与材として、煙霧状シリカ（製品名：レオシロールＤＭ−３０Ｓ）５質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して硬化性樹脂組成物（ＩＩＩ）を調製した。

（比較調製例１）
市販の硬化性シリコーン組成物、製品名ＫＥＲ−３０００−Ｍ２（信越化学工業社製）を硬化性樹脂組成物（ＩＶ）として、そのまま用いた。

（比較調製例２）
配合例２で得られた組成物（ｉｉ）１００質量部に、低粘度化のための溶剤として、キシレン５質量部、チクソ性付与材として、煙霧状シリカ（製品名：レオシロールＤＭ−３０Ｓ）５質量部を混合し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して硬化性樹脂組成物（Ｖ）を調製した。

（比較調製例３）
配合例１で得られた組成物（ｉ）１００質量部に、導電性粒子として平均粒径６．９μｍの銀粉（製品名 シルベストＴＣＧ−７、比重１０．５、徳力科学研究所社製）２０質量部を添加し、さらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して硬化性樹脂組成物（ＶＩ）を調製した。

調製例１〜３及び比較調製例１〜３で得られた硬化性樹脂組成物について、それぞれ以下の諸特性を測定した。結果を表１、表２に示す。

［粘度の測定］
Ｅ型粘度計（東機産業株式会社製 ＲＥ８０Ｕ）を用いて、各硬化性樹脂組成物の粘度を２５℃、２ｒｐｍ及び２５℃、５０ｒｐｍでそれぞれ測定した。

［ヘイズ測定、及び全光線透過率の測定］
日本電色工業社製 ヘイズメーターＮＤＨ−５０００ＳＰを用いてヘイズ測定及び全光線透過率の測定を行った。
上記の条件で調製した試料を、２ｍｍ厚のセルに流し込み、所定の条件（調製例１，３及び比較調製例１〜３は１５０℃ １時間、調製例２は１７０℃ １時間）で加熱硬化を行い、表面が清浄な２ｍｍ厚の硬化物を得、これを測定部にセットし測定した。測定は同一手順で３度行った。３度の測定におけるヘイズ値、全光線透過率の平均値を求めた。

（実施例１〜３、比較例１〜３）
［光半導体パッケージの作製］
配線板として、光半導体素子を載置する凹部を有し、その底部に銀メッキされた第１のリードと第２のリードが設けられたＬＥＤ用パッケージ基板［ＳＭＤ５０５０（Ｉ−ＣＨＩＵＮ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＣＯ．，社製、樹脂部ＰＰＡ（ポリフタルアミド））］、光半導体素子として、主発光ピークが４５０ｎｍの垂直型ＬＥＤ（ＳｅｍｉＬＥＤｓ社製 ＥＶ−Ｂ３５Ａ）を、それぞれ用意した。

ダイボンダー（ＡＳＭ社製 ＡＤ−８３０）を用いて、パッケージ基板の銀メッキされた第１のリードに、調製例１〜３及び比較調製例１〜３に示す硬化性樹脂組成物からなる各ダイボンド材をスタンピングにより定量転写し、その上に垂直型光半導体素子を搭載した。このときの光半導体素子の搭載条件は、圧着時間１３ｍｓｅｃ、圧着荷重６０ｇｆであり、加温装置を用いず室温２５℃の環境で行った。次にパッケージ基板をオーブンに投入し各ダイボンド材を加熱硬化させ（調製例１，３及び比較調製例１〜３は１５０℃ １時間、調製例２は１７０℃ １時間）、光半導体素子の下部電極と第１のリードを電気的に接続した。次いでワイヤーボンダーを用いて、該光半導体素子が搭載された該ＬＥＤ用パッケージ基板を、光半導体素子の上部電極と第２のリードに対して金ワイヤー（田中電子工業社製 ＦＡ ２５μｍ）を用いて電気的に接続し、光半導体素子が搭載されたＬＥＤ用パッケージ基板各１枚（パッケージ数にして１２０個）を得た。

次いで、上記で得られた光半導体素子が搭載されたＬＥＤ用パッケージ基板に対し、ディスペンス装置（武蔵エンジニアリング製、ＳｕｐｅｒΣ ＣＭ ＩＩ）を用いて、シリコーン封止材（製品名：ＫＥＲ２５００、信越化学工業株式会社製）を定量塗布し、１５０℃、４時間で封止材の加熱硬化を行った。

上記のようにして、ダイボンド材の異なる光半導体パッケージ（実施例１〜３、比較例１〜３）を作製し、以下の試験に用いた。

［点灯数の確認］
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージ全数（１２０個）の点灯検査を行い（印加電流ＩＦ＝２０ｍＡ）、点灯した光半導体装置の数を数えた。

［全光束の測定］
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージ１０個を、全光束測定システム ＨＭ−９１００（大塚電子（株）製）を用い、全光束値（Ｌｍ）を測定し（印加電流ＩＦ＝３５０ｍＡ）、平均値を求めた。

［高温点灯試験］
上記の方法で得られた封止材が充填された光半導体パッケージのうち１０個を、高温下（８５℃）で、３５０ｍＡ通電、１０００時間点灯した後、試験後の試料の通電試験を行い、点灯した試験片数／総試験片数を数えた。

得られた結果を表１、表２に示す。

表１に示すように、本発明の方法によって導電接続された光半導体パッケージ（実施例１〜実施例３）では、すべてのパッケージで点灯可能であり全光束値も高い値を示した。すなわち、明るいパッケージであった。また、高温通電試験（高温点灯試験）でもダイボンド材に外観の変化はなく、すべてのパッケージで点灯可能であった。これらの結果から、本発明の方法であれば、光の取り出し効率が高く、信頼性の高い光半導体装置を製造できることがわかった。

一方、表２に示すように、比較例１では、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、５０ｒｐｍで測定した粘度が本発明の範囲を満たさなかったため、導電接続が良好になされず、点灯可能なパッケージが１２０個中５４個と、信頼性の低いものとなった。

比較例２は、粘度は本発明の範囲を満たすものであり、導電接続は良好であったが、ダイボンド材を硬化した際の硬化物の全光線透過率が本発明の範囲を満たさなかった。このため、得られたＬＥＤパッケージの全光束測定結果は低いものとなった。

比較例３で用いたダイボンド材は、一般的な導電ダイボンド材であり、粘度は本発明の範囲を満たすものであるが、硬化物の全光線透過率、ヘイズ値が本発明の範囲を満たすものではなかった。そのため、導電接続は良好であったが、ＬＥＤパッケージの全光束測定結果は低いものとなった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…ダイボンド材、 ２…第１のリード、 ３…第２のリード、 ４…光半導体素子、 ５…ワイヤー、 ６…封止材。

Claims (3)

1. ダイボンド材を用いて光半導体素子と配線板とを導電接続する方法であって、
   前記ダイボンド材として、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、及び変性エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種を含み、
   Ｅ型粘度計を用いて２５℃、２ｒｐｍで測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下、Ｅ型粘度計を用いて２５℃、５０ｒｐｍで測定した粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲を満たし、
   硬化した際の硬化物の２ｍｍ厚さにおける全光線透過率が８０％以上、かつヘイズ値が２０％以下となる硬化性樹脂組成物からなるダイボンド材を用いることを特徴とする方法。
2. 前記硬化性樹脂組成物が、導電性粒子を含まないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の方法によって光半導体素子と配線板とが導電接続されていることを特徴とする光半導体装置。

Images