JP5366587B2

JP5366587B2 - 光半導体封止用加工シート

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Publication number: JP5366587B2
Application number: JP2009038302A
Authority: JP
Inventors: 光治赤沢; 龍一木村
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2010192844A

Description

本発明は、光半導体封止用加工シートに関する。さらに詳しくは、発光ダイオード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、一括して封止することができる光半導体封止用加工シート、該シートで封止してなる光半導体装置、及び該シートを用いる光半導体装置の製造方法に関する。

白熱電球や蛍光灯に代わり、光半導体(発光ダイオード)の発光装置が普及している。白色の発光ダイオードの発光装置(白色ＬＥＤ)には種々の様式のものがあるが、近年、青色の発光素子(素子)と、封止樹脂に含有させた青色を黄色に変換する蛍光体とを組み合わせて、青色と黄色の混色によって白色を発光させる様式が主流となっている。

また、最近では発光素子の開発も急ピッチで進んでおり、従来の砲弾型をメインとした低輝度の白色パッケージに代わり、ヘッドライトにも使用できるような高輝度の白色パッケージが開発されている。このようなパッケージにおいては、従来封止樹脂として使用されてきたエポキシ樹脂は、光と熱による劣化によって透明性が低下する問題が生じ、シリコーン等の耐久性に優れる樹脂が使用されている。

シリコーン樹脂は耐久性に優れるものの通常液状を呈するために、液体状態のシリコーン樹脂を用いてパッケージを成形する必要があり、封止時の作業性が悪いことが、低いスループット、さらには高コストの要因となっている。これに対して、作業性が大幅に改善される封止用加工シートが開発されている。

一方、光半導体パッケージの光取り出し効率は年々増加しているものの、未だ発光している全エネルギーの半分にも満たない光しか取り出せていないのが現状であり、パッケージの光取り出し効率を向上させる検討が行われている。

素子から放たれた光の多くは、パッケージ内を何度か導波しながらパッケージの外に出て行くので、パッケージの界面や基板界面での反射が無数に生じる。従って、基板反射時のわずかな光吸収であってもトータルでの光取り出し量に大きく影響することから、基板界面での反射率向上が重要であり、なかでも、近年の表面実装型パッケージでは、パッケージ内の封止樹脂の基板に接する面積が大きいことから、基板界面での反射率がより重要な因子となっている。これに対して、比較的反射率の高いセラミックを基板に使用したり、銀等でメッキ加工を行ったりしている(特許文献１参照)。

特開平７−１０７２３８号公報

セラミック基板の反射率は十分に満足できるものではなく、また、銀メッキ加工を施した基板は反射率が高いものの基板全面を銀メッキ加工することは、高コストの要因となっている。

本発明の課題は、光半導体の封止を一括して行うことができ、かつ、光取り出し効率を高くすることができる光半導体封止用加工シート、該シートで封止してなる光半導体装置、及び該シートを用いる光半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決する為に検討を重ねた結果、光半導体封止用加工シートの基板に接する部分に高反射率の層を設けることにより、基板の反射率に関わらず反射率を向上することができることを見出した。また、高反射率の層が設けられた側面とは異なる側の最外層、即ち、基板から最遠位に光波長変換粒子を含有する波長変換層をさらに設けることで、素子から放たれた光が高反射率の層と波長変換層の間で導波を繰り返して出て行くので、さらに光取り出し効率を向上することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、
〔１〕光半導体素子を埋設可能なシリコーン樹脂からなる封止樹脂層と無機粒子を含有するシリコーン樹脂の無機粒子層とを含む層からなる光半導体封止用加工シートであって、光半導体素子に対向するシート表面には封止樹脂層が存在して無機粒子層は存在せず、かつ、光半導体素子を封止樹脂層中に埋設して封止した際に、該光半導体素子を搭載する基板表面が無機粒子層と接するように、該無機粒子層の上に、前記封止樹脂層が直接又は間接的に積層されてなる光半導体封止用加工シート、
〔２〕前記〔１〕記載の光半導体封止用加工シートの封止樹脂層に光半導体素子を無機粒子層を介することなく埋設して封止してなる、光半導体装置、及び
〔３〕前記〔１〕記載の光半導体封止用加工シートを用いて半導体デバイスを封止する、光半導体装置の製造方法
に関する。

本発明の光半導体封止用加工シートは、光取り出し効率を高く維持することができるという優れた効果を奏する。また、シート形状をとるために、素子搭載基板に設置して加圧、加熱するのみで一括して封止を行うことができることから、封止作業の効率が向上し、パッケージ等の光半導体装置を高いスループットで製造することができ、ひいては、コスト面での抑制も達成できる。

図１は、本発明の光半導体封止用加工シートを用いてＬＥＤ素子を封止した一例(態様１)を示す図である。(Ａ)が封止前、(Ｂ)が封止後の状態である。図２は、本発明の光半導体封止用加工シートを用いてＬＥＤ素子を封止した一例(態様２)を示す図である。(Ａ)が封止前、(Ｂ)が封止後の状態である。

本発明の光半導体封止用加工シートは、光半導体素子(ＬＥＤ素子、あるいは単に素子ともいう)を埋設可能な封止樹脂層と無機粒子層とを含む層からなるものであって、光半導体素子を封止樹脂層中に埋設して封止した際に、該光半導体素子を搭載する基板表面が無機粒子層と接するように、該無機粒子層の上に、前記封止樹脂層が直接又は間接的に積層されていることに大きな特徴を有する。無機粒子層は、高屈折率を有する無機粒子を含有する樹脂層であり、素子から放たれた光が封止樹脂層において導波する際に、素子搭載基板への光の吸収を抑制して高効率で反射させるものである。よって、本発明では前記無機粒子層を反射層として用い、反射層は基板への光の吸収を抑制する観点から、素子搭載基板表面の素子が存在しない部分全てを覆うようにして存在することが望ましい。従って、本発明の光半導体封止用加工シートは、ＬＥＤ素子を埋設する封止樹脂層と、基板表面に直接接する無機粒子層とが直接又は間接的に積層されたシートであるが、ＬＥＤ素子が無機粒子層を介さずに封止樹脂層に直接埋設されるよう、本発明のシートのＬＥＤ素子に対向する部分には無機粒子層が存在せず、封止樹脂層がそのままＬＥＤ素子に接する形となっている。なお、本明細書において「埋設可能」とは、ＬＥＤ素子及び該素子に配線された金ワイヤーを破損せずに包埋することができることを意味する。また、「直接積層」しているシートとは、封止樹脂層上に無機粒子層が直接積層されて形成されているシートを意味し、「間接的に積層」しているシートとは、封止樹脂層と無機粒子層の間に、常法に従って他の層、例えば、エポキシ樹脂等の公知の接着層を介して積層され形成されているシートを意味する。

また、本発明の光半導体封止用加工シートは、さらに、光波長変換粒子を含有する波長変換層が、上記封止樹脂層の上に直接又は間接的に積層されていてもよい。波長変換層は素子から放たれた光の波長を変換して放出するものであり、光取り出し効率の観点から、素子から最遠位に位置することが好ましい。従って、波長変換層は封止樹脂層と無機粒子層が積層しているシートにおいて、封止樹脂層の上に、即ち、光半導体封止用加工シートの基板に接する側が無機粒子層、最外層が波長変換層となるように直接又は間接的に積層されることが好ましい。このように波長変換層を有する場合、素子から放射された光は反射層と波長変換層の間で導波を繰り返して出て行くので、さらに光取り出し効率を向上することができる。従って、本発明の光半導体封止用加工シートの態様としては、無機粒子層と封止樹脂層が直接又は間接的に積層されているシート(態様１)、無機粒子層と封止樹脂層と波長変換層がこの順に直接又は間接的に積層されているシート(態様２)が挙げられる。態様１のシートでは、素子から放射される光がそのままの色で放出され、態様２のシートでは素子から放射される光が所望の色に変換されて放出される。

態様１及び２の光半導体封止用加工シートにおける封止樹脂層としては、ＬＥＤ素子を埋設可能な樹脂層であればよく、ＬＥＤを封止する際に、ＬＥＤ素子及び該素子に配線された金ワイヤーに対して物理的なダメージを与えないようにしてＬＥＤ素子を包埋することができる低弾性と、その後硬化して形状を保持する特性を有する樹脂によって構成されている。

かかる樹脂としては、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の透明樹脂が挙げられるが、耐久性の観点から、シリコーン樹脂を主成分として含有することが好ましい。なお、本明細書において「主成分」とは、樹脂層を構成する成分のうち、50％以上の成分のことを言う。

シリコーン樹脂は、シロキサン骨格の架橋数により、ゲル状物、半硬化物、硬化物等のシリコーン樹脂が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができるが、本発明における封止樹脂層は、封止時の圧力によって層の形状が変化するような柔軟性を有し、かつ、硬化した際に衝撃等に耐えうる強度を有するというような、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、２つの反応系を有するシリコーン樹脂、及び変性シリコーン樹脂が好ましい。

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原子にエポキシ基等の有機官能基を付加した樹脂が例示される。なかでも、ジメチルシロキサンは高架橋でも低弾性率であることから、ジメチルシロキサンにヘテロ原子を組み込んだ、あるいは有機官能基を付加した変性シリコーン樹脂がより好ましい。なお、封止樹脂層が前記のような強度を有するためには、公知の方法で、シロキサン骨格の架橋数を調整すればよい。

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、ヘテロシロキサン骨格を有する樹脂を例に挙げて説明する。例えば、両末端シラノール型ポリシロキサン誘導体0.2molにアルミニウムイソプロポキシド40.2molを添加後、室温で24時間攪拌し、得られた混合物から遠心分離にて不溶物を除去し、減圧下、50℃で２時間濃縮することによりポリアルミノシロキサンを得ることができる。

また、得られたシリコーン樹脂は、後硬化の観点から、公知のカップリング剤、例えば、エポキシ型シランカップリング剤によって、さらに架橋させてもよい。本発明において、好適なカップリング剤としては、エポキシ型シランカップリング剤(信越化学工業社製、KBM-403)等の市販品が挙げられる。

架橋方法としては、特に限定はなく、例えば、シリコーン樹脂とカップリング剤を混合し、減圧下、80℃にて７分間攪拌することにより行うことができる。

カップリング剤の使用量としては、架橋前のシリコーン樹脂100重量部に対して、2〜20重量部が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。

シリコーン樹脂の含有量は、封止樹脂層を構成する樹脂中、好ましくは70重量％以上、より好ましくは90重量％以上、さらに好ましくは実質的に100重量％である。

封止樹脂層には、前記樹脂に加えて、硬化剤や硬化促進剤、蛍光体、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が原料として配合されていてもよい。なお、これらの添加剤を含有しても、封止樹脂層としては、ＬＥＤ素子を包埋することができる低弾性と、その後硬化して形状を保持する特性を有する樹脂であればよい。

封止樹脂層は、前記樹脂もしくは樹脂の有機溶媒溶液を、例えば、表面を離型処理したシート(例えば、２軸延伸ポリエステルフィルム)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などの方法により、適当な厚さに製膜し、さらに、硬化反応を進行させず、溶媒の除去が可能な程度の温度で乾燥することにより、シート状に成形される。製膜した樹脂溶液を乾燥させる温度は、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。

また、加熱乾燥後の封止樹脂層のシート厚さは、素子を包埋できる観点から、300〜800μmが好ましく、400〜600μmがより好ましく、450〜550μmがさらに好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して熱プレスすることにより、上記範囲の厚みを有する１枚のシートとして成形することもできる。

封止樹脂層の150℃の貯蔵弾性率は、1.0×10⁵Pa以下が好ましく、1.0×10²〜5.0×10⁴Paがより好ましく、5.0×10²〜2.0×10⁴Paがさらに好ましい。また、シート硬化後にはＬＥＤ素子等を外部衝撃から保護する観点から、200℃で１時間加熱硬化後の150℃の貯蔵弾性率は、5.0×10⁵Pa以上が好ましく、1.0×10⁶Pa以上がより好ましく、1.0×10⁶〜2.0×10⁹Paがさらに好ましい。なお、樹脂層の貯蔵弾性率は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。

また、封止樹脂層は、ＬＥＤ素子から発光された光線を吸収しないことから、透明性に優れ、例えば、100〜500μm厚のシート状に成形された場合、可視光領域の波長を有する入射光に対する透過率が、好ましくは95％以上、より好ましくは97％以上、さらに好ましくは98〜100％である。

次に、態様１及び２の光半導体封止用加工シートにおける無機粒子層について説明する。

無機粒子層は無機粒子を含有する樹脂層であり、基板と対向させて積層されて封止加工されるが、その際、光半導体素子は無機粒子層を介さずに、上記封止樹脂層に直接埋設される。

無機粒子層における無機粒子としては、高反射率、即ち、高屈折率を有するものであれば特に限定はなく、硫酸バリウム、炭酸バリウム、二酸化ケイ素(シリカ)、チタン酸バリウム等が例示される。これらは単独で又は２種以上組み合わせて用いてもよいが、高反射率の観点から、硫酸バリウム及びシリカが好ましい。なお、銀などの導電性の粒子を用いてもよいが、その場合には、該粒子による短絡を防止するために、基板に予め絶縁性樹脂をコーディングする等して絶縁処理を行えばよい。

無機粒子の粒子サイズは、大きすぎると無機粒子層の厚さが大きくなるため好ましくなく、逆に小さすぎると反射率が低下するため好ましくない。無機粒子の平均粒子径は、1〜40μmが好ましく、3〜15μmがより好ましい。なお、本明細書において、無機粒子の平均粒子径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。

無機粒子の含有量は、無機粒子層の厚さによって一概には決定できないが、無機粒子層中、好ましくは10〜50重量％、より好ましくは15〜45重量％、さらに好ましくは20〜40重量％である。

無機粒子層における樹脂としては、基板への接着力がなければ基板との界面でシート剥離が生じることから、半硬化状態の樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられるが、耐久性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。

シリコーン樹脂としては、上記で挙げたシリコーン樹脂が同様に挙げられ、ジメチルシロキサンにヘテロ原子を組み込んだ、あるいは有機官能基を付加した変性シリコーンが好ましい。

無機粒子層には、前記樹脂及び無機粒子に加えて、封止樹脂層と同様の添加剤が原料として配合されていてもよい。

無機粒子層は、前記無機粒子を含有する樹脂もしくは樹脂の有機溶媒溶液を、例えば、表面を離型処理したシート(例えば、２軸延伸ポリエステルフィルム)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などの方法により、適当な厚さに製膜し、さらに、硬化反応を進行させず、溶媒の除去が可能な程度の温度で乾燥することにより、シート状に成形される。製膜した樹脂溶液を乾燥させる温度は、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。

加熱乾燥後の無機粒子層のシート厚さは、光取り出し効率向上の観点から、5〜100μmが好ましく、20〜50μmがより好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して熱プレスすることにより、上記範囲の厚みを有する１枚のシートとして成形することもできる。

かくして無機粒子層のシートが得られるが、本発明の光半導体封止用加工シートにおいては、ＬＥＤ素子に対向する部分に無機粒子層が存在しないため、無機粒子層と封止樹脂層とを積層する態様としては、
態様Ａ：封止樹脂層のＬＥＤ素子が対向する部分以外に、無機粒子層を細断して積層する態様
態様Ｂ：無機粒子層にＬＥＤ素子が対向する部分に貫通孔を形成してから、該貫通孔を有する無機粒子層と封止樹脂層とを積層する態様
が挙げられる。本発明ではいずれの態様で無機粒子層と封止樹脂層との積層を行ってもよいが、反射効率を高める観点から、態様Ｂが好ましい。

無機粒子層に貫通孔を形成する方法としては、特に限定はないが、例えば、ＬＥＤ素子に応じた所望の孔径を有する金型を用いて形成することができる。

貫通孔の直径は、ＬＥＤ素子の形状に応じて一概には決定されないが、1〜5mmが好ましく、2〜4mmがより好ましい。

無機粒子層の150℃の貯蔵弾性率は、1.0×10⁶Pa以下が好ましく、1.0×10⁴〜5.0×10⁵Paがより好ましく、5.0×10⁴〜2.0×10⁵Paがさらに好ましい。また、シート硬化後にはＬＥＤ素子等を外部衝撃から保護する観点から、200℃で１時間加熱硬化後の150℃の貯蔵弾性率は、1.0×10⁵Pa以上が好ましく、1.0×10⁶Pa以上がより好ましく、1.0×10⁶〜2.0×10⁹Paがさらに好ましい。

態様２の光半導体封止用加工シートにおける波長変換層は、光波長変換粒子を含有する樹脂層である。

波長変換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、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の透明樹脂が挙げられるが、耐久性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。

シリコーン樹脂としては、上記封止樹脂層や無機粒子層で使用されるシリコーン樹脂と同様のものが使用可能である。

光波長変換粒子(蛍光体ともいう)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、平均粒子径20μm)、YAG、TAG等が例示され、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。

蛍光体の種類及び波長変換層の厚さによって混色程度が異なることから、蛍光体の含有量は一概には決定されない。

また、波長変換層には、前記樹脂及び蛍光体に加えて、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が原料として配合されていてもよい。

波長変換層は、例えば、前記樹脂もしくは樹脂の有機溶媒溶液に好ましくは20〜50重量％の濃度になるように蛍光体を添加して攪拌混合し、例えば、セパレーター(例えば、テフロン(登録商標)フィルム)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などの方法により、適当な厚さに製膜し、さらに、硬化反応を進行させず、溶媒の除去が可能な程度の温度で乾燥することにより、シート状に成形される。製膜した樹脂溶液を乾燥させる温度は、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。

また、加熱乾燥後の波長変換層の厚さは、シートの白色化の観点から、50〜200μmが好ましく、70〜120μmがより好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して熱プレスすることにより、上記範囲の厚さを有する１枚のシートとして成形することもできる。

波長変換層の150℃の貯蔵弾性率は1.0×10⁷a以下が好ましく、5.0×10⁵〜5.0×10⁶Paがより好ましく、8.0×10⁵〜2.0×10⁶Paがさらに好ましい。

態様１における封止樹脂層及び無機粒子層の積層方法としては、特に限定はなく、例えば、封止樹脂層をシート状に成形する際に、貫通孔を形成した無機粒子層のシートの上に直接、封止樹脂層を成形して積層させる方法や、シート状の封止樹脂層と貫通孔を形成したシート状の無機粒子層とを積層して熱プレスもしくはラミネーターを用いて圧着させる方法が挙げられる。また、態様２のシートは、前記態様１のシートの封止樹脂層の上に、直接波長変換層を成形、あるいは、波長変換層のシートを成形してから積層させることができる。なお、各層をシート状に成形する際に用いるセパレーターは、各層を貼り合わせる際に剥離する以外は、無機粒子層が基板に接するのであれば、封止前に剥離しても、封止時にそのまま加圧加温してから剥離してもよい。なお、シート状の封止樹脂層と貫通孔を形成したシート状の無機粒子層とを熱プレスによって圧着させる場合には、無機粒子層の貫通孔には封止樹脂層が流入してもよい。

かくして、無機粒子層及び封止樹脂層、あるいは無機粒子層、封止樹脂層及び波長変換層がこの順に積層した本発明の光半導体封止用加工シートが得られる。

また、本発明は、本発明の光半導体封止用加工シートで封止してなる、光半導体装置を提供する。

本発明の光半導体装置は、光取り出し効率に優れる本発明の光半導体封止用加工シートを光半導体素子封止材として含有するために、青色素子等の高輝度ＬＥＤ素子や緑色ＬＥＤ素子等を搭載した光半導体装置であっても、発光輝度を高い状態で取り出すことが可能となり、好適に使用することができる。

本発明の光半導体装置は、本発明の光半導体封止用加工シートで封止しているのであれば特に限定なく製造することができる。本発明の光半導体装置の好ましい製造方法としては、本発明の光半導体封止用加工シートを用いて半導体デバイスを封止することを特徴とする製造方法であり、具体的には、例えば、ＬＥＤ素子が搭載された基板の上に、上記の光半導体封止用加工シートを、無機粒子層が基板に対向し、かつ、ＬＥＤ素子が無機粒子層によって被覆されないように配置して積層し、貼り合わせる工程を含む方法である。

本発明の光半導体封止用加工シートと基板との貼り合わせは、常法に従って行うことができ、例えば、真空ラミネーター等を用いて、好ましくは25〜200℃の温度で、好ましくは0.1〜0.5MPa、より好ましくは0.1〜0.3MPaの圧力で加温加圧して行うことができる。

加圧成型後は、室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、金型をはずして、封止樹脂層の硬化(ポストキュア)を行うことができる。なお、ポストキュアは、例えば、好ましくは100〜150℃の温度の乾燥機で、好ましくは15分〜6時間放置して行うことができる。

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。

〔樹脂層の貯蔵弾性率〕
各樹脂層を複数枚貼りあわせることで約1mmの厚さのシートを成形し、動的粘弾性測定装置(DMS-200、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)にて、せん断時の粘弾性測定を行い、150℃の貯蔵弾性率を求める。

〔無機粒子の平均粒子径〕
本明細書において、金属酸化物微粒子の平均粒子径とは一次粒子の平均粒子径を意味し、金属酸化物微粒子の粒子分散液について動的光散乱法で測定して算出される体積中位粒径(Ｄ₅₀)のことである。

実施例１
＜無機粒子層＞
攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、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」、ジメチルシロキサン骨格誘導体)0.2mol、及びアルミニウムイソプロポキシド40.2molを添加し、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、エポキシ型シランカップリング剤(信越化学工業社製、KBM-403)10重量部を添加して、減圧下、80℃で７分間攪拌してシリコーン樹脂溶液を得た。得られたシリコーン樹脂溶液に、平均粒子径5nmの硫酸バリウムを30重量％となるように加えて混合した液を、２軸延伸ポリエステルフィルム(三菱化学ポリエステル社製、50μm)上に40μmの厚さに塗工し、100℃で10分乾燥後、ＬＥＤ素子搭載基板の素子間隔に合わせて、円柱金型を用いて3mmφの貫通孔をあけて無機粒子層を得た(厚さ40μm)。

＜封止樹脂層＞
攪拌機、還流冷却機、及び窒素導入管を備えた容器に、両末端シラノール型シリコーンオイル(KF-9701)0.2mol、及びアルミニウムイソプロポキシド40.2molを添加し、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、エポキシ型シランカップリング剤(KBM-403)10重量部を添加して、減圧下、80℃で７分間攪拌してシリコーン樹脂溶液を得た。得られたシリコーン樹脂溶液を２軸延伸ポリエステルフィルム(三菱化学ポリエステル社製、50μm)上に500μmの厚さに塗工し、100℃で10分乾燥して封止樹脂層を得た(厚さ500μm)。

＜波長変換層＞
シリコーンエラストマー(旭化成ワッカー社製、商品名「LR7556」、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、平均粒子径20μm)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、テフロン(登録商標)フィルム(日東電工社製、商品名「ニトフロン」、NO900、40μm)上に100μmの厚さに塗工し、150℃で10分乾燥することにより、波長変換層を得た(厚さ100μm)。

＜光半導体封止用加工シート＞
波長変換層に封止樹脂層を貼り合わせ、封止樹脂層のセパレーターを剥離後、そこに無機粒子層を貼り合わせて、実施例１の光半導体封止用加工シートを得た(厚さ640μm)。

実施例２
実施例１と同様にして無機粒子層を調製後、実施例１の封止樹脂層の成形において２軸延伸ポリエステルフィルム(50μm)を用いる代わりに、テフロン(登録商標)フィルム(ニトフロン)を用いる以外は、実施例１と同様にして封止樹脂層を調製した。その後、得られた無機粒子層と封止樹脂層を貼り合わせて、実施例２の光半導体封止用加工シートを得た(厚さ540μm)。

実施例３
実施例１における無機粒子層を調製する際に、用いる硫酸バリウムを平均粒子径が5nmのものから10μmのものに変更した以外は、実施例１と同様にして光半導体封止用加工シートを得た(厚さ640μm)。

実施例４
実施例１における無機粒子層を調製する際に、平均粒子径5nmの硫酸バリウムを用いる代わりに、平均粒子径5μmのシリカを用いる以外は、実施例１と同様にして光半導体封止用加工シートを得た(厚さ640μm)。

実施例５
実施例１における無機粒子層を調製する際に、硫酸バリウムを分散させる樹脂溶液として、両末端シラノール型シリコーンオイル(信越化学社製、商品名「X-21-5842」)200g(17.4mmol)、ビニル(トリメトキシ)シラン1.75g(11.8mmol)及び2-プロパノール20mLの混合物に、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(濃度10％)0.32mL(0.35mmol)を加えて室温(25℃)で２時間攪拌混合後、オルガノハイドロジェンポリシロキサン1.50g及び白金カルボニル錯体溶液(白金濃度2重量％)1.05mLを加えて得られたシリコーン樹脂溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして光半導体封止用加工シートを得た(厚さ640μm)。

比較例１
実施例１において無機粒子層を調製しない以外は、実施例１と同様にして、比較例１の光半導体封止用加工シートを得た(厚さ600μm)。

比較例２
実施例２において無機粒子層を調製しない以外は、実施例２と同様にして、比較例２の光半導体封止用加工シートを得た(厚さ500μm)。

＜アレイパッケージ＞
表１又は２に示す、1cm間隔でＬＥＤ素子(1mm×1mm、厚さ120μm)が搭載されているアレイ基板(1cm×8cm)上に、実施例１〜５の光半導体封止用加工シートは無機粒子層のセパレーターを剥離後、貫通孔と素子の中心が対向するように位置を合わせ無機粒子層が基板に接するように積層し、比較例１及び２の光半導体封止用加工シートは封止樹脂層のセパレーターを剥離後、封止樹脂層が基板と接するように積層し、その上から、1cm間隔で７つの直方体型の凹部(8mm×8mm、深さ500μm)が形成されている鉄製金型(1cm×8cm、厚さ2mm)を、素子と凹部の中心が対向するように重ねて、真空ラミネーター(ニチゴーモートン社製)を用いて、0.1MPaの圧力下で、150℃で10分加熱した。その後、真空ラミネーターから取り出して150℃の乾燥機にて５時間ポストキュアを行った後、室温(25℃)に戻してから金型をはずし、残りのセパレーターを剥離してアレイパッケージを得た。また、比較例３は、ＬＥＤ素子が搭載されているアレイ基板がセラミック基板である以外は、比較例１と同様にして、比較例１の光半導体封止用加工シートを用いてアレイパッケージを得た。

得られたアレイパッケージについて、以下の試験例１〜２に従って、特性を評価した。結果を表１及び２に示す。

試験例１(点灯可否)
上記で得られたアレイパッケージの７個のＬＥＤチップが直列配列で点灯するよう配線を設置し、直流電源につないだ場合に点灯するか否かを確認した。

試験例２(輝度)
各アレイパッケージに350mAの電流を流して７個のチップを点灯させた状態で、アレイパッケージより50cm離れた位置における照度を照度計にて測定した。なお、照度が高いほど、輝度が高いことを示す。

結果、実施例１の光半導体封止用加工シートを用いたアレイパッケージは比較例１の光半導体封止用加工シートを用いたアレイパッケージに比べて、実施例２の光半導体封止用加工シートを用いたアレイパッケージは比較例２の光半導体封止用加工シートを用いたアレイパッケージに比べて、それぞれ高輝度を維持できていることが分かる。また、実施例１と比較例３の比較から、セラミック基板を用いるより、本発明のように無機粒子層を基板表面に配置させることで、より輝度を向上させることが出来ることが判明した。なお、実施例３〜５と実施例１との比較より、輝度は、無機粒子層を構成する無機粒子の種類や平均粒子径、又は構成樹脂の種類によって若干変化するものの、無機粒子層を基板表面に配置させる本発明の光半導体封止用加工シートは、セラミック基板を用いるより、より高い輝度向上効果が得られることが示唆される。

本発明の光半導体封止用加工シートは、例えば、液晶画面のバックライト、信号機、屋外の大型ディスプレイや広告看板等の半導体素子を製造する際に好適に用いられる。

１金型
２封止樹脂層
３無機粒子層
４ＬＥＤ素子
５基板
６波長変換層

Claims

光半導体素子を埋設可能なシリコーン樹脂からなる封止樹脂層と無機粒子を含有するシリコーン樹脂の無機粒子層とを含む層からなる光半導体封止用加工シートであって、光半導体素子に対向するシート表面には封止樹脂層が存在して無機粒子層は存在せず、かつ、光半導体素子を封止樹脂層中に埋設して封止した際に、該光半導体素子を搭載する基板表面が無機粒子層と接するように、該無機粒子層の上に、前記封止樹脂層が直接又は間接的に積層されてなる光半導体封止用加工シート。
さらに、光波長変換粒子を含有する波長変換層が、直接又は間接的に封止樹脂層上に積層されてなる、請求項１記載の光半導体封止用加工シート。
請求項１又は２記載の光半導体封止用加工シートの封止樹脂層に光半導体素子を無機粒子層を介することなく埋設して封止してなる、光半導体装置。
請求項１又は２記載の光半導体封止用加工シートを用いて半導体デバイスを封止する、光半導体装置の製造方法。