JP2016207728A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材からの揮発分の発生を抑制することにより、その揮発分が電極の表面に付着して汚染物が生成されるのを防止可能な発光装置の製造方法を低コストに提供する。
【解決手段】工程１（図１（Ａ）参照）では、パッケージ樹脂部１９の封止枠部１９ｃ内にて露出しているリード電極１７の表面に対して、ペースト状のダイボンド材２０を塗布する。工程２（図１（Ｂ）参照）では、ダイボンド材２０の上にＬＥＤチップ１１を載置し、硬化させたダイボンド材２０を介してＬＥＤチップ１１の下面をリード電極１７の表面に接着固定することにより、リード電極１７にＬＥＤチップ１１をマウントする。ダイボンド材２０はシリコーン樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂であり、工程２では、パッケージ部材１６を外部から加熱することによりダイボンド材２０を熱硬化させ、ダイボンド材２０の２０℃から１５０℃への到達時間の範囲は１０min以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は発光装置の製造方法に係り、詳しくは、発光素子をダイボンド材を用いて実装部材にマウントする発光装置の製造方法に関するものである。

特許文献１には、電極を表面に有する半導体発光素子を、シリコーンを含むダイボンディングペーストによりマウント基板上に固定する工程と、マウント基板を加熱することによりダイボンディングペーストを硬化させる工程と、ダイボンディングペーストを硬化させた後、半導体発光素子を固定したマウント基板を、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行う工程とを備える半導体発光装置の製造方法が開示されている。

特許文献２には、珪素原子に結合した水素原子を有する第１のシリコーン樹脂と、 珪素原子に結合した水素原子を有さず且つアルケニル基を有する第２のシリコーン樹脂と、ヒドロシリル化反応用触媒と、多孔質シリカとを含んだ光半導体装置用ダイボンド材が開示されている。

特開２０１３−１１０１５２号公報 特開２０１２−７２２０７号公報

従来より、発光装置を製造する際に、発光素子を実装基板（マウント基板）に取付固定するためのダイボンド材（ダイボンディングペースト）として、エポキシ樹脂を主成分とするものが広く用いられていた。
しかし、発光装置を長期間使用すると、エポキシ樹脂を主成分とするダイボンド材は劣化し、ダイボンド材の熱伝導率および光反射率が低下するという欠点があった。
そこで、近年では、発光装置を長期間使用しても、熱伝導率および光反射率が低下し難いシリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材が用いられるようになってきた。

しかし、シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材を硬化させるために加熱すると、シリコーン樹脂の一部またはその分解物が揮発し、その揮発分が発光素子の電極や実装基板の電極の表面に付着し、前記揮発分により前記電極の表面にオルガノポリシロキサンなどの汚染物が生成される。
すると、発光素子の電極および実装基板の電極にボンディングワイヤをボンディングする際に、前記電極の表面の汚染物により、ボンディングワイヤと前記電極との接続強度が低下すると共に、ボンディングワイヤと前記電極との間の電気抵抗が増大するという問題が発生する。

特許文献１には、アルゴンおよびフルオロカーボンを含む混合ガスのプラズマによってクリーニングするプラズマ処理を行うことにより、前記電極の表面の汚染物のみを選択的に効率良く除去できると記載されている。
しかし、特許文献１の技術では、プラズマ処理を行う工程を設ける分だけ製造工程が複雑になり、製造時間が増大すると共に製造コストも増大するという問題がある。

特許文献２には、ダイボンド材中の揮発分が、ダイボンド材に含まれる多孔質シリカ内に保持され、揮発分の発生量が少なくなるため、揮発分が前記電極の表面に付着し難くなると記載されている。
しかし、特許文献２の技術では、多孔質シリカを用いる分だけ製造コストが増大するという問題がある。

本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材からの揮発分の発生を抑制することにより、その揮発分が電極の表面に付着して汚染物が生成されるのを防止可能な発光装置の製造方法を低コストに提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
＜第１の局面＞
第１の局面は、
少なくとも一つの電極を表面に有する実装部材の表面上に、ペースト状のダイボンド材を塗布する第１工程と、
少なくとも一つの電極を表面に有する発光素子を、前記ダイボンド材の上に載置した状態で前記ダイボンド材を硬化させ、その硬化させた前記ダイボンド材を介して前記発光素子の下面を前記実装部材の表面に接着固定することにより、前記実装部材に前記発光素子をマウントする第２工程と
を備えた発光装置の製造方法であって、
前記ダイボンド材は、シリコーン樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂であり、
前記第２工程では、前記実装部材を外部から加熱することにより前記ダイボンド材を熱硬化させ、前記ダイボンド材の２０℃から１５０℃への到達時間の範囲は１０min以下である。

第１の局面では、シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材からの揮発分の発生を抑制することが可能になり、その揮発分が各電極の表面に付着して汚染物が生成されるのを防止できる。
そして、第１の局面では、ダイボンド材を熱硬化させる際の温度条件を最適化するだけで、特許文献１のような特別な工程（プラズマ処理を行う工程）を設ける必要がなく、特許文献２のような特別な材料（多孔質シリカ）を用いる必要もないため、低コスト化を図ることができる。
＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、前記ダイボンド材の２０℃から１５０℃への到達時間の範囲は２〜１０minであり、このようにすれば第１の局面の前記作用・効果を更に確実に得ることができる。

＜第３の局面＞
第３の局面は、第１の局面または第２の局面において、前記第２工程では、前記ダイボンド材が硬化温度である１５０℃へ到達後に、１５０〜２００℃に保持する。
第３の局面では、ダイボンド材への影響を最小限にした上で、硬化時間を更に短縮し、前記揮発分による汚染物の生成を抑制することができる。
＜第４の局面＞
第４の局面は、第１〜第３の局面において、前記ダイボンド材には、前記ダイボンド材よりも熱伝導性が高い材料のフィラーが添加されている。
第４の局面では、前記ダイボンド材よりも熱伝導性が高い材料（例えば、酸化アルミニウム、酸化チタンなど）のフィラーをダイボンド材に添加することにより、ダイボンド材の熱伝導性が高められるため、第１の局面の前記作用・効果を更に確実に得ることができる。
＜第５の局面＞
第５の局面は、第４の局面において、前記フィラーの濃度は５０〜９０ｗｔ％であり、このようにすれば第４の局面の前記作用・効果を更に確実に得ることができる。
＜第６の局面＞
第６の局面は、第４の局面または第５の局面において、前記フィラーは酸化アルミニウムであり、酸化アルミニウムは熱伝導率が高いためフィラーに好適である。

本発明を具体化した一実施形態の発光装置１０の製造方法を説明するための概略縦断面の端面図。 一実施形態の作用・効果を説明するための図表。 一実施形態の作用・効果を説明するための特性図。 一実施形態の作用・効果を説明するための特性図。 一実施形態の作用・効果を説明するための特性図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、図１では、説明を分かり易くするために、一実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。

［発光装置１０の構成］
図１（Ｄ）に示すように、本実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１１、ＬＥＤ電極１２，１３、ボンディングワイヤ１４，１５、パッケージ部材１６、リード電極１７，１８、パッケージ樹脂部１９（基体部１９ａ、絶縁部１９ｂ、封止枠部１９ｃ）、ダイボンド材２０、封止樹脂部２１などを備える。

発光装置１０は、トップビュータイプのＳＭＤ（Surface Mount Device）型の発光装置である。
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ１１は、扁平な直方体状のフェイスアップ型であり、その表面に各ＬＥＤ電極（アノード電極、カソード電極）１２，１３が形成されており、各ＬＥＤ電極１２，１３にそれぞれボンディングワイヤ１４，１５の第１端部がボンディングされている。

パッケージ部材１６は、リード電極（リードフレーム）１７，１８およびパッケージ樹脂部１９を備える。
リード電極１７，１８は、高い導電性および熱伝導性を有する１枚の金属板材（例えば、銅板、アルミニウム板など）から成形されている。
ＬＥＤチップ１１は、ダイボンド材２０を介して、リード電極１７の表面にマウント（実装、搭載）されている。
リード電極１７の表面には、ボンディングワイヤ１４の第２端部がボンディングされており、リード電極１７におけるボンディングワイヤ１４がボンディングされている領域がボンディング領域となる。
リード電極１８の表面には、ボンディングワイヤ１５の第２端部がボンディングされており、リード電極１８におけるボンディングワイヤ１５がボンディングされている領域がボンディング領域となる。

パッケージ樹脂部（ケース部）１９は、基体部１９ａ、絶縁部１９ｂ、封止枠部１９ｃを備え、各リード電極１７，１８との高い密着性と、高い絶縁性とを有する合成樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、シリコーン樹脂など）の射出成形により一体形成されている。
各リード電極１７，１８はパッケージ樹脂部１９にインサート成形され、各リード電極１７，１８はパッケージ樹脂部１９の基体部１９ａによって保持されている。
パッケージ樹脂部１９の絶縁部（絶縁領域）１９ｂは、各リード電極１７，１８間に存在する部分であり、各リード電極１７，１８を電気的に絶縁する。

パッケージ樹脂部１９の封止枠部１９ｃは、基体部１９ａの表面に接続され、封止枠部１９ｃ内には各リード電極１７，１８の表面が露出している。
封止枠部１９ｃの内周壁面は各リード電極１７，１８との接続部分が鋭角を成す傾斜面になっており、各リード電極１７，１８の表面から離れるにつれて封止枠部１９ｃの内面積が広がる。
そのため、封止枠部１９ｃの内周壁面は、ＬＥＤチップ１１の放射光を反射して封止枠部１９ｃの開口部から効率的に放射するリフレクタとして機能する。

封止樹脂部２１は、ＬＥＤチップ１１、各ボンディングワイヤ１４，１５、各リード電極１７，１８との高い密着性と、高い透光性とを有する合成樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）から成り、封止枠部１９ｃの内部に充填されてＬＥＤチップ１１および各ボンディングワイヤ１４，１５を封止している。

［発光装置１０の製造方法］
工程１（図１（Ａ）参照）：パッケージ樹脂部１９の封止枠部１９ｃ内にて露出しているリード電極１７の表面に対して、ペースト状のダイボンド材２０を塗布する。
工程２（図１（Ｂ）参照）：ダイボンド材２０の上にＬＥＤチップ１１を載置した状態でダイボンド材２０を硬化させ、その硬化させたダイボンド材２０を介してＬＥＤチップ１１の下面をリード電極１７の表面に接着固定することにより、リード電極１７にＬＥＤチップ１１をマウントする。

ここで、ダイボンド材２０は熱硬化性樹脂であり、パッケージ部材１６を外部からリフロー加熱することによりダイボンド材２０を熱硬化させる。
このとき、リフロー加熱は大気圧で行い、リフロー加熱の雰囲気に不活性ガス（例えば、窒素、アルゴンなど）を導入しておくことにより、各リード電極１７，１８の表面が酸化するのを防止する。
尚、シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材２０として、例えば、メチルシリコーン、フェニルシリコーン、ポリイミドシリコーン、エポキシ変性シリコーンなどを用いることができる。
ちなみに、ダイボンド材２０は、各化学メーカー（例えば、東レ・ダウコーニング株式会社、信越化学工業株式会社など）などから販売されている。

工程３（図１（Ｃ）参照）：ボンディングワイヤ１４をＬＥＤ電極１２とリード電極１７との間にボンディングすると共に、ボンディングワイヤ１５をＬＥＤ電極１３とリード電極１８との間にボンディングすることにより、ＬＥＤチップ１１と各リード電極１７，１８とを電気的に接続する。
工程４（図１（Ｄ）参照）：封止枠部１９ｃの内部に封止樹脂部２１の形成材料を充填した後に硬化させ、封止樹脂部２１によりＬＥＤチップ１１および各ボンディングワイヤ１４，１５を封止する。その結果、発光装置１０が完成する。

［発光装置１０の作用・効果］
本実施形態の発光装置１０によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

工程２において、シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材２０を硬化させるためにリフロー加熱すると、シリコーン樹脂の一部またはその分解物が揮発し、その揮発分が各ＬＥＤ電極１２，１３や各リード電極１７，１８の表面に付着し、前記揮発分により各電極１２，１３，１７，１８の表面にオルガノポリシロキサンなどの汚染物が生成される。
すると、工程３において、各ボンディングワイヤ１４，１５をボンディングする際に、各電極１２，１３，１７，１８の表面の汚染物により、各ボンディングワイヤ１４，１５と各電極１２，１３，１７，１８との接続強度が低下すると共に、各ボンディングワイヤ１４，１５と各電極１２，１３，１７，１８との間の電気抵抗が増大するという問題が発生する。

図２に示すように、ダイボンド材２０が硬化温度（＝１５０℃）まで昇温した時点の温度勾配Δｔ（℃／min）を変更した４つのデータNO.[1]〜NO.[4]をとる実験を行ったところ、温度勾配Δｔが大きくなるほど、常温（＝２０℃）から１５０℃への到達時間が短くなり、前記揮発分の揮発量が少なくなる。
尚、ダイボンド材２０として、熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍＫ）のシリコーン樹脂に、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）の酸化アルミニウムを６０ｗｔ％添加することにより、ダイボンド材２０全体の熱伝導率を０．６Ｗ／（ｍＫ）にしたものを使用した。
また、前記揮発分の揮発量は、ダイボンド材２０の硬化前後の質量の減少率により算出した。
そして、この実験では、ダイボンド材２０が硬化温度（＝１５０℃）へ到達後に、その硬化温度（＝１５０℃）よりも高温の１９５℃に保持することで、硬化時間を更に短縮し、前記揮発分による汚染物の生成を抑制している。
ここで、パッケージ部材１６およびダイボンド材２０への影響を最小限にするべく、加熱温度は１５０〜２００℃の範囲にするのが望ましい。

図３に示すように、図２に示すNO.[1]〜NO.[4]の硬化温度プロファイルを見ると、NO.[4]では温度が過剰に高くなった後に下がるオーバーシュートが発生している。

図４に示すように、図２に示すNO.[1]〜NO.[4]の硬化温度プロファイル毎の揮発量の推移を見ると、温度勾配Δｔが約３５℃／min未満では温度勾配Δｔが大きくなるほど揮発量が少なくなるが、温度勾配Δｔが約３５℃／min以上では温度勾配Δｔに関係なく揮発量が一定になる。

図５に示すように、図２に示すNO.[1]〜NO.[4]の硬化温度プロファイル毎の前記揮発分の揮発量の推移を見ると、２０℃から１５０℃への到達時間が約４（min）以上では前記到達時間が長くなるほど揮発量が多くなるが、前記到達時間が約４（min）未満では前記到達時間に関係なく揮発量が一定になる。

図２〜図５に示す実験結果から、ダイボンド材２０の２０℃から１５０℃への到達時間の範囲は１０min以下が適当であり、望ましくは２〜１０min、特に望ましくは２〜５minであることがわかる。
また、温度勾配の範囲は３０〜６５℃／minが適当であることがわかる。
ダイボンド材２０の２０℃から１５０℃への到達時間がこの範囲より長くなると、前記揮発分の揮発量が大きくなる傾向がある。また、前記到達時間がこの範囲より短くなると、温度が過剰に高くなった後に下がるオーバーシュートが発生し易くなり、パッケージ部材１６およびダイボンド材２０に悪影響を及ぼすおそれがある。

このように、ダイボンド材２０の２０℃から１５０℃への到達時間の範囲を設定すれば、シリコーン樹脂を主成分とするダイボンド材２０からの揮発分の発生を抑制することが可能になり、その揮発分が各電極１２，１３，１７，１８の表面に付着して汚染物が生成されるのを防止できる。
そして、本実施形態では、ダイボンド材２０を熱硬化させる際の温度条件を最適化するだけで、特許文献１のような特別な工程（プラズマ処理を行う工程）を設ける必要がなく、特許文献２のような特別な材料（多孔質シリカ）を用いる必要もないため、低コスト化を図ることができる。

また、ダイボンド材２０よりも熱伝導性が高い材料（例えば、酸化アルミニウム、酸化チタンなど）のフィラーをダイボンド材２０に添加すれば、ダイボンド材２０の熱伝導性が高められてダイボンド材２０を内部まで加熱し易くなるため、ダイボンド材２０の２０℃から１５０℃への到達時間を短くすることが可能になり、揮発分の発生を抑制できる。
ここで、フィーラーとしては、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）と高い酸化アルミニウムが好ましい。
また、フィラーの濃度は、ダイボンド材２０に添加する溶剤（例えば、イソパラフィン、ブチルカルビトールアセテートなど）の濃度を調整することで１００％近くまで高めることが可能であり、例えば、溶剤濃度を３％にするとフィラーの濃度を９０％にすることができる。
但し、フィラーの濃度を高くし過ぎると、ダイボンド材２０の粘度が過剰に高くなるため、工程１においてリード電極１７の表面にダイボンド材２０を塗布するのが困難になる。
また、フィラーの濃度を高くし過ぎると、溶剤が多量に必要となり、その溶剤がダイボンド材２０の硬化時に揮発して汚染物が形成され易くなる。
そのため、フィラーの濃度の範囲は５０〜９０ｗｔ％が適当であり、望ましくは６０〜８０ｗｔ％である。
例えば、フィラーとして酸化アルミニウムを用い、その濃度を６０ｗｔ％以上にすることで、ダイボンド材２０の熱伝導率を０．６Ｗ／（ｍＫ）にすることが可能であり、フィラーを添加しない場合のダイボンド材２０の熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍＫ）であるのに比べて、熱伝導率を大幅に向上できる。

＜別の実施形態＞
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［Ａ］ＬＥＤチップ１１は、どのような半導体発光素子（例えば、ＬＤ（Laser Diode）など）に置き換えてもよい。
また、ＬＥＤチップ１１は、半導体発光素子に限らず、表面に電極を有するチップ部品であれば、どのようなチップ部品に置き換えてもよい。

［Ｂ］発光装置１０は、トップビュータイプに限らず、サイドビュータイプに置き換えてもよい。
また、ＬＥＤチップ１１は、フェイスアップ型に限らず、上下電極型に置き換えてもよく、上下電極型の場合にはダイボンド材２０を導電性にすればよい。

［Ｃ］前記実施形態ではリード電極１７，１８およびパッケージ樹脂部１９を備えるパッケージ部材１６（実装部材）を用いたが、少なくとも一つの電極を表面に有する実装部材であれば、どのような実装部材（例えば、絶縁基板の表面上に電極を有する配線層が形成された実装部材など）に置き換えてもよい。

本発明は、前記各局面および前記実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１０…発光装置
１１…ＬＥＤチップ（発光素子）
１２，１３…ＬＥＤ電極
１４，１５…ボンディングワイヤ
１６…パッケージ部材（実装部材）
１７，１８…リード電極
１９…パッケージ樹脂部
１９ａ…基体
１９ｂ…絶縁部
１９ｃ…封止枠部
２０…ダイボンド材
２１…封止樹脂部

Claims (6)

1. 少なくとも一つの電極を表面に有する実装部材の表面上に、ペースト状のダイボンド材を塗布する第１工程と、
   少なくとも一つの電極を表面に有する発光素子を、前記ダイボンド材の上に載置した状態で前記ダイボンド材を硬化させ、その硬化させた前記ダイボンド材を介して前記発光素子の下面を前記実装部材の表面に接着固定することにより、前記実装部材に前記発光素子をマウントする第２工程と
   を備えた発光装置の製造方法であって、
   前記ダイボンド材は、シリコーン樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂であり、
   前記第２工程では、前記実装部材を外部から加熱することにより前記ダイボンド材を熱硬化させ、前記ダイボンド材の２０℃から１５０℃への到達時間の範囲は１０min以下である、発光装置の製造方法。
2. 前記ダイボンド材の２０℃から１５０℃への到達時間の範囲は２〜１０minである、
   請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記第２工程では、前記ダイボンド材が硬化温度である１５０℃へ到達後に、１５０〜２００℃に保持する、
   請求項１または請求項２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記ダイボンド材には、前記ダイボンド材よりも熱伝導性が高い材料のフィラーが添加されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
5. 前記フィラーの濃度は５０〜９０ｗｔ％である、
   請求項４に記載の発光装置の製造方法。
6. 前記フィラーは酸化アルミニウムである、
   請求項４または請求項５に記載の発光装置の製造方法。

Images