JP5431646B2 - 成形チップの製造方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスのコーティングに関し、より詳細には、１つまたは複数の光変換材料を含むマトリックス材料で発光ダイオード（ＬＥＤ）をコーティングする方法および装置に関する。
ＬＥＤは、電気エネルギーを光に変換する固体デバイスであり、一般には２つの反対にドープされた層の間に挟まれた半導体材料の活性層を備える。ドープされた層の間にバイアスが印加されると正孔および電子が活性層に注入され、そこで正孔と電子が再結合し、活性層およびＬＥＤの全表面から全方向に放射される光を生成する。（ＩＩＩ族窒化物ベースのＬＥＤなど）最近のＬＥＤの進歩により、フィラメントベースの光源の効率にまさる非常に効率的な光源が得られ、入力電力に対して同等またはより高い輝度を有する光が提供される。
照明用に使用される従来のＬＥＤの１つの欠点は、その活性層から白色光を生成できないことである。従来のＬＥＤから白色光を生成する１つの方法は、異なるＬＥＤからの異なる波長の光を合わせることである。例えば、赤、緑、および青色ＬＥＤからの光を合わせることによって、または青および黄色ＬＥＤからの光を合わせることによって白色光を生成することができる。
この手法の１つの欠点は、単色光を生成するのに複数のＬＥＤを使用する必要があり、全体のコストおよび複雑さが増大することである。また、異なる色の光は、異なる材料系から作製された異なるタイプのＬＥＤから生成される。異なるＬＥＤタイプを組み合わせて白色ランプを形成することはコストのかかる製造技法であり、各デバイスが異なる電気的要件を有し、（例えば温度、電流、または時間に関する）様々な動作条件下で異なる振舞いをすることがあるので、複雑な制御回路を必要とする可能性がある。
より最近では、ＬＥＤを黄色のリン光体、ポリマー、またはダイでコーティングすることによって単一の青色ＬＥＤからの光が白色光に変換された。典型的なリン光体は、セリウムドープのイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）である（非特許文献１および特許文献１参照）。周囲のリン光体材料は、ＬＥＤの青色光の一部の波長を「ダウンコンバート（ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔ）」し、その色を黄色に変更する。例えば、窒化物ベースの青色ＬＥＤが黄色のリン光体によって囲まれる場合、青色光の一部は変化することなくリン光体を通過するが、光の大部分は黄色にダウンコンバートされる。ＬＥＤは青色光と黄色光を共に放射し、それらが合わさって白色光が得られる。
リン光体層でＬＥＤをコーティングする１つの従来の方法は、ＬＥＤの上にリン光体を含むエポキシを注入する注入器（ｓｙｒｉｎｇｅ）またはノズルを使用する。この方法の１つの欠点は、リン光体層の幾何形状および厚さを制御することがしばしば困難であることである。これにより異なる角度でＬＥＤから放射される光が通過する変換材料の量が異なる場合があり、その結果、見る角度に応じて色温度が一様でないＬＥＤが得られる可能性がある。注入器による方法の別の欠点は、幾何形状および厚さの制御が難しいので同一または類似の発光特性を有するＬＥＤを一貫して複製することが難しいことである。
ＬＥＤをコーティングする別の従来の方法は、ステンシル（ｓｔｅｎｃｉｌ）印刷による方法である（特許文献２参照）。複数の発光半導体デバイスが、隣接するＬＥＤ間に所望の距離を有して基板上に配置される。ＬＥＤと位置合わせされた開口を有するステンシルが設けられ、穴はＬＥＤよりもわずかに大きく、ステンシルはＬＥＤよりも厚い。各ＬＥＤがステンシルの開口内にそれぞれ位置付けられた状態で、ステンシルが基板上に置かれる。次いで、組成物がステンシル開口内に堆積され、ＬＥＤが覆われる。典型的な組成物は、熱または光で硬化させることのできるシリコーンポリマー中のリン光体である。穴が充填された後、ステンシルが基板から除去され、ステンシル組成物が固体まで硬化される。
この方法の１つの欠点は、上記の注入器による方法と同様に、リン光体を含むポリマーの幾何形状および層の厚さを制御することが難しい可能性があることである。ステンシル組成物がステンシル開口を完全には充填せず、得られる層が一様でない可能性がある。また、リン光体を含む組成物はステンシル開口にくっつく可能性があり、それによりＬＥＤ上に残る組成物の量が減少する。こうした問題は、一様でない色温度を有するＬＥＤ、および同一または類似の発光特性で一貫して複製することが難しいＬＥＤをもたらす可能性がある。
リン光体でＬＥＤをコーティングする別の従来の方法は、電気泳動析出法を利用するものである。変換材料粒子を電解質ベースの溶液中に浮遊させる。複数のＬＥＤが導電性基板上に配置され、次いでその導電性基板が電界液中にほぼ完全に浸される。電源からの一方の電極が溶液に浸されない位置で導電性基板に結合され、他方の電極が電解液内に配置される。電源からのバイアスが電極間に印加され、それにより電流が溶液を通じて基板およびそのＬＥＤまで流れる。これにより、変換材料をＬＥＤまで引き寄せる電場が生成され、ＬＥＤが変換材料で覆われる。
この方法の１つの欠点は、ＬＥＤが変換材料で覆われた後、ＬＥＤおよびその変換材料を保護エポキシで覆うことができるように基板を電解液から取り出すことである。これはプロセスに追加のステップを加え、変換材料（リン光体粒子）がエポキシの塗布前に乱される可能性がある。このプロセスの別の欠点は、電解液中の電場が変化し、それによって各ＬＥＤにわたって異なる濃度の変換材料が堆積する可能性があることである。変換粒子は溶液中に沈殿する可能性もあり、その結果、各ＬＥＤにわたって変換材料濃度が異なる可能性がある。沈殿を防止するために電解液を撹拌することができるが、これは既にＬＥＤ上にある粒子を乱す危険がある。
本発明は、半導体デバイスをコーティングする方法および装置であって、コーティング層の幾何形状および厚さを制御できる方法および装置を提供することを目的としている。本発明による方法および装置は、変換粒子を有する「マトリックス材料」からなる制御された層で発光ダイオード（ＬＥＤ）をコーティングすることに特に適合されている。この方法および装置は単純で使用し易く、コーティング層の幾何形状および厚さがほぼ同一であるコーティングされた半導体デバイスの複製を可能にする。
本発明による複数の半導体デバイスをコーティングする方法の一実施形態は、形成空洞（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｖｉｔｙ）を有するモールドを設けることを含む。複数の半導体デバイスがモールド形成空洞（ｍｏｌｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｖｉｔｙ）内に取り付けられ、コーティング材料がモールド内に注入されてモールド形成空洞が充填され、半導体デバイスが少なくとも部分的に覆われる。コーティング材料が硬化または他の方法で処理され、その結果、半導体デバイスがコーティング材料内に少なくとも部分的に埋め込まれる。埋め込まれた半導体デバイスを有する硬化したコーティング材料が形成空洞から取り出される。半導体デバイスが、それぞれがコーティング材料の層によって少なくとも部分的に覆われているように分離される。
本発明による方法の別の実施形態は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）をコーティングすることに特に適合され、形成空洞を有するモールドを設けることを含む。複数のＬＥＤがモールド形成空洞内に取り付けられ、マトリックス材料がモールド内に注入または他の方法で導入されて形成空洞が充填され、ＬＥＤが少なくとも部分的に覆われる。次いで、マトリックス材料が硬化または他の方法で処理され、その結果、ＬＥＤがマトリックス材料に少なくとも部分的に埋め込まれる。埋め込まれたＬＥＤを有するマトリックス材料が形成空洞から取り出され、それぞれがマトリックス材料の層によって少なくとも部分的に覆われているように埋め込まれたＬＥＤが分離される。
複数の半導体デバイスをコーティングする装置の一実施形態は、半導体デバイスを保持するように構成された形成空洞を有するモールドハウジング（ｍｏｌｄ ｈｏｕｓｉｎｇ）を備える。形成空洞は、コーティング材料を注入または他の方法で導入することができ、コーティング材料が形成空洞を充填して半導体デバイスを少なくとも部分的に覆うようにも構成されている。
本発明による装置の別の実施形態は、ＬＥＤをコーティングすることに特に適合され、複数のＬＥＤを保持するように構成された形成空洞を有するモールドハウジングを備える。形成空洞は、少なくとも頂面（ｔｏｐ ｓｕｒｆａｃｅ）および底面（ｂｏｔｔｏｍ ｓｕｒｆａｃｅ）を備え、ＬＥＤは頂面または底面に配置されている。モールドハウジングは、マトリックス材料をその形成空洞に注入でき、そしてＬＥＤが覆われ、形成空洞が充填されるようにも構成されている。
本発明に従って、コーティングされたＬＥＤが分離された後、バイアスをそれぞれに印加し、光を全方向に放射させることができる。ＬＥＤ光はマトリックス材料の層を通過し、そこでＬＥＤ光の少なくとも一部が変換粒子によって異なる波長の光に変換される。形成空洞の構成および隣接するＬＥＤ間の切断位置により、ＬＥＤからその表面上の異なる点で放射される光が本質的に同じ量の変換材料を通過するように、分離される各ＬＥＤ上のマトリックス材料の層の幾何形状および厚さを制御することが可能となる。この結果、見る角度に応じてより一様な色温度を有するＬＥＤが得られる。
本発明の上記および他のさらなる特徴および利点は、添付の図面と共に参照することで、以下の詳細な説明から当業者に明らかとなるであろう。
コーティング方法
図１は、本発明による半導体デバイスをコーティングする方法１０の一実施形態を示しており、モールドを設ける第１のステップ１２を含む。好ましいモールドは、半導体デバイスをその中に保持することができ、コーティング材料をその中に注入または他の方法で導入してデバイスを覆うことができるように構成された形成空洞を備える。空洞は、多数の異なる形状を有することができ、好ましくは少なくとも平行な上面（ｕｐｐｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）および下面（ｌｏｗｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）によって画定される。他の実施形態で、上面と下面との間の側面によって空洞をさらに画定することができる。形成空洞の様々な形状には、これらに限定されないが、円盤型、ボックス型、またはレンズ型が含まれる。側面は、上面および下面の縁全体に及ぶことができ、または断続的でもよい。
図１は、本発明による半導体デバイスをコーティングする方法１０の一実施形態を示しており、モールドを設ける第１のステップ１２を含む。好ましいモールドは、半導体デバイスをその中に保持することができ、コーティング材料をその中に注入または他の方法で導入してデバイスを覆うことができるように構成された形成空洞を備える。空洞は、多数の異なる形状を有することができ、好ましくは少なくとも平行な上面（ｕｐｐｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）および下面（ｌｏｗｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）によって画定される。他の実施形態で、上面と下面との間の側面によって空洞をさらに画定することができる。形成空洞の様々な形状には、これらに限定されないが、円盤型、ボックス型、またはレンズ型が含まれる。側面は、上面および下面の縁全体に及ぶことができ、または断続的でもよい。
ステップ１４で、半導体デバイスが形成空洞内に配置され、好ましい方法１０では、デバイスが所定のパターンに正確に配置される。デバイスは、多数の異なる方法を使用して多数の異なるやり方で形成空洞内に配置されることができる。好ましい配置方法では、上面を下面から分離し、精密ピックアンドプレイス（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ）システムを使用してデバイスを配置することによってデバイスが下面に配置される。あるいは、下面と類似のサイズおよび形状を有し、半導体デバイスの所望の位置に対応する開口を有する薄い金属箔などの型板を使用してデバイスを下面に配置することもできる。箔を下面に配置することができ、半導体デバイスを箔の開口内に配置することができる。デバイスを配置した後、箔を除去することができる。どちらの方法でも、デバイスを配置した後、次いで上面を下面の上に戻すことができる。以下でさらに説明するように、隣接するデバイス間の横方向のスペース、ならびに上面と下面との間のスペースが、半導体デバイスを覆う所望のコーティング厚をもたらす。
ステップ１６で、コーティング材料が、モールドの形成空洞に注入または他の方法で導入され、空洞が充填され、半導体デバイスが覆われる。ステップ１８で、コーティング材料が処理および安定化され、その結果コーティング材料が硬化され、半導体がコーティング材料に少なくとも部分的に埋め込まれる。半導体デバイスおよびコーティング材料のシートが形成される。好ましい方法１０では、コーティング材料は、エポキシ、シリコーン、または他のポリマーであり、好ましい処理および安定化ステップ１８は、コーティング材料の硬化スケジュールによって指示される、従来の方法を使用した硬化するステップを含む。これは、熱硬化、光硬化、または室温での硬化を含むことができる。あるいはマトリックス材料またはコーティング材料は、様々な熱硬化性、熱可塑性、射出成形、または他のポリマーもしくは関連する材料を含むことができる。
ステップ２０で、半導体デバイスおよびコーティング材料のシートが、次の処理のためにモールドの形成空洞から取り出される。ステップ２２で、デバイス間のコーティング材料を切断することによって個々の半導体デバイスが分離される。このことは、従来のソーイング（ｓａｗｉｎｇ）またはダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）などの多数の異なる方法を使用して、またはスクライブアンドブレーク（ｓｃｒｉｂｅ ａｎｄ ｂｒｅａｋ）を使用して実施することができる。
上述のように、好ましいステップ１４では、半導体デバイスが、隣接するデバイス間に一様な横方向の距離を伴い下面に配置される。形成空洞の上面および下面も平行であることが好ましい。同一の高さを有する類似の半導体デバイスが形成空洞の下面に配置される場合、各デバイスの上端と上面との間の距離が同じになるべきである。この結果、各デバイスの上のコーティング材料の層の厚さがほぼ同じになる。デバイスが分離されるとき、好ましくは各デバイスの側部を覆う層が同じ厚さを有するように位置決めされて切断が行われる。本発明による方法の一実施形態では、隣接するデバイスから等しい距離で切断が行われる。このプロセスは、ほぼ一様なコーティング材料の層を有するデバイスを生成し、このプロセスを反復して類似のデバイスを生成することができる。他の実施形態では、異なるタイプの切断を異なる角度で行って、半導体デバイス上の異なる位置でコーティング材料厚を変えることができる。
方法１０を使用して多数の異なるタイプの半導体デバイスをコーティングすることができ、好ましいデバイスは発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光エミッタである。ＬＥＤを覆う方法において好ましいコーティング材料は、硬化可能材料および１つまたは複数の光変換材料を備える「マトリックス材料」である（以下でさらに説明する）。
図２に、方法１０と類似しているが複数のＬＥＤをコーティングするのに使用される、本発明による方法３０の流れ図を示す。ステップ３２で、平行である上面および下面を少なくとも有する形成空洞を有するモールドが設けられるが、形成空洞は、多数の異なる形状を有することができる。好ましくは、モールド表面は平坦であり、硬化などの処理ステップ中にマトリックス材料またはＬＥＤに強力に接着されない材料からなる。接着されないことにより、ＬＥＤ上のマトリックス材料の層を非一様にする可能性のある損傷なしに、上面および下面をマトリックス材料およびＬＥＤから除去することができる。上面および下面を、多くの異なる材料で作製することができ、シートメタルまたはガラススライドによって提供することができる。
上面および下面がマトリックス材料またはＬＥＤに接着する危険をさらに低減するために、形成空洞の表面を、マトリックス材料への接着に抵抗し処理および硬化による熱にも耐えるコーティング層またはフィルム層で覆うこともできる。フィルムは、上面および下面を形成するガラスまたは金属と、ＬＥＤを形成する半導体材料とにくっつくために両側に十分な粘着性があるべきである。フィルムは、これらの材料またはマトリックス材料に結合すべきではなく、そのことは、半導体デバイスおよび硬化したマトリックス材料を損傷なしにモールド表面から容易に分離することを可能にする。多くの異なるフィルムを使用することができ、好ましいフィルムは、Ｇｅｌ−Ｐａｋ、ＬＬＣが提供するＧｅｌ−Ｐａｋ（登録商標）と呼ばれる市販のテープである。
ステップ３４で、ＬＥＤが、モールドの形成空洞内の所定の配列またはパターンで配置され、好ましい実施形態では、フィルム層がＬＥＤと空洞の表面との間に配置される。好ましくは、ＬＥＤは形成空洞の下面に配置され、上述の方法１０のステップ１４で使用したのと同じ方法を使用して配置することができる。
ＬＥＤと表面との間でマトリックス材料のアンダーフロー（ｕｎｄｅｒｆｌｏｗ）を回避するように、ＬＥＤと形成空洞の表面との間に十分な接着力を有することが望ましい。横型（ｌａｔｅｒａｌ）ＬＥＤは、一方の表面にコンタクトを有し、この表面が通常は形成空洞の表面（またはフィルム層）に隣接する。縦型（ｖｅｒｔｉｃａｌ）ＬＥＤは通常、対向する表面上にコンタクトを有し、そのどちらも形成空洞の表面に隣接することができる。処理後にＬＥＤを電気的に接触できるように、コンタクトを覆う可能性があるマトリックス材料のアンダーフローを回避することが望ましい。アンダーフローが発生した場合、通常はエッチングによってマトリックス材料を接触面から除去しなければならず、それはＬＥＤおよびコンタクトに損傷を与える可能性がある。接着を改善し、アンダーフローを低減する１つの方法は、ＬＥＤとモールド表面またはフィルムとの間にシリコーンなどの少量の低粘着性接着剤を塗布することである。この追加の層は、アンダーフローを防止し、硬化などの熱処理ステップ中のコンタクトのための表面保護としての役割を果たすこともできる。シリコーンは、ＬＥＤまたはコンタクトに損傷を与えない従来のクリーニングステップを使用することによって除去することができる。
ステップ３６で、マトリックス材料がモールドの空洞に注入または他の方法で導入され、モールドの空洞を充填し、ＬＥＤを覆う。マトリックス材料は、多数の異なる化合物で作製することができるが、好ましくは、熱的または光学的に硬化可能なまたは室温で硬化することのできるエポキシまたはシリコーン結合剤（ｂｉｎｄｅｒ）内に分散したリン光体などの１つまたは複数の感光変換材料を含む。一様なＬＥＤ光放射を達成するために、変換材料はエポキシまたはシリコーン全体にわたって一様に分布されるべきである。非一様な光を放射することが望ましい実施形態では、異なる角度で放射されるＬＥＤ光が異なる量のマトリックス材料を通過するように、マトリックス材料内で変換材料を非一様にすることができる。あるいはマトリックス材料は、ＬＥＤからの光取出しを増大させる高屈折率などの様々な有用な特性を示す材料を示し、または含むことができる。
以下に、励起に続いてそれぞれが放射する再発光色によってグループ化された、変換材料として単独で、または組み合わせて使用することのできるリン光体のほんの一部のリストを示す。
多くの他のリン光体および他の材料を本発明による変換材料として使用できることを理解されたい。
一定の望ましい特性に基づき、上記のリストから下記のリン光体を変換材料として使用することが好ましい。それぞれは、青および／またはＵＶ発光スペクトルで励起され、望ましいピーク発光を与え、効率的な光変換を有し、許容されるストークスシフトを有する。
覆われたＬＥＤからの光放射の一様性をさらに改善するために、マトリックス材料は散乱粒子も備え、光がマトリックス材料を通過するときに光をランダムに屈折させることができる。光を効果的に散乱させるために、散乱粒子の直径は散乱される光の波長の約半分であるべきである。ＬＥＤからの光は粒子を通過し、光を混合および広げるように屈折される。好ましい散乱粒子は、実質上ＬＥＤ光を吸収せず、それが埋め込まれている材料（例えばエポキシ）とは大きく異なる屈折率を有する。散乱粒子は、可能な限り高い屈折率を有するべきである。適切な散乱粒子は、高屈折率（ｎ＝２．６から２．９）を有する酸化チタン（ＴｉＯ２）から作ることができる。小さい間隙（ｖｏｉｄ）または細孔（ｐｏｒｅ）などの他の要素を使用して光を散乱させることもできる。
ステップ３８で、ＬＥＤが少なくとも部分的にマトリックス材料に埋め込まれるようにマトリックス材料が硬化される。形成空洞が平行な上面および下面を有する実施形態では、ＬＥＤおよびマトリックス材料は、ＬＥＤがマトリックス材料に少なくとも部分的に埋め込まれたシートを形成する。マトリックス材料は、室温で、光学的硬化のために光の下で、または熱硬化のための高い温度で、材料の硬化スケジュールによって硬化させることが可能である。方法３０の好ましい実施形態では、ＬＥＤの全表面がその底面を除いて覆われる。ステップ４０で、ＬＥＤおよびマトリックス材料のシートがモールドの形成空洞から取り出される。１つの方法は、モールドの上面と下面を分離してシートを解放することであるが、多くの他の方法も使用することができる。ステップ４２で、各ＬＥＤを個別化することができ、好ましくは、シート中のＬＥＤをそれぞれの周りのマトリックス材料の厚さが類似する個々のデバイスに分離することにより行う。ソーイングまたはダイシングまたはスクライブアンドブレークを含む、方法１０のステップ２０で述べた方法を使用することができる。
モールドは、形成空洞の上面と下面との間の距離および隣接するＬＥＤ間の横方向の分離により、分離される各ＬＥＤ上に所望の一様なマトリックス材料厚が得られるように設計されている。この結果、一様な色温度を発光するコーティングされたＬＥＤが得られ、同一または類似の発光特性で一貫して複製することのできるＬＥＤが得られる。
下記でより十分に説明するように、コーティングされるＬＥＤのタイプに応じて、モールドを異なるやり方で配置することができる。正端子と負端子がどちらも同じＬＥＤ表面上にある横型デバイスでは、コンタクトを空洞の下面に隣接させてＬＥＤを配置することができる。上面と下面との間にスペーサを備え、ＬＥＤの上端と形成空洞の上面との間に空間があるように上面と下面との間の所望の距離を維持することができる。空洞がマトリックス材料で充填されるとき、各ＬＥＤの頂面が、類似の厚さを有するマトリックス材料の層で覆われる。
縦型コンタクト配置を有するＬＥＤでは、一方のコンタクトは各ＬＥＤの頂面にあることができ、他方のコンタクトはＬＥＤの底面にあることができる。マトリックス材料の注入中に上端のコンタクト端子がマトリックス材料によって覆われないように、上端のコンタクト端子を保護すべきである。一実施形態では、空洞の上面がＬＥＤの頂面のコンタクトに載り、両者の間の接点が、注入されるマトリックス材料によって上端のコンタクトが完全に覆われるのを防止する。
上記のそれぞれの方法で、モールドの形成空洞を頂面なしに設けることができる。そうした実施形態では、横型ＬＥＤでは最上層の所望の厚さをもたらし、縦型ＬＥＤでは頂部コンタクト面を覆うのを防止するために、注意深く、より制御されたやり方でマトリックスを塗布すべきである。
コーティング装置
図３および４に、多数の異なる半導体デバイスをコンパクトコーティング（ｃｏｍｐａｃｔ ｃｏａｔｉｎｇ）するのに使用することができるが、横型ＬＥＤをマトリックス材料でコンパクトコーティングするのに特に適合された、本発明によるコンパクトコーティング装置５０の一実施形態を示す。装置５０は、その頂面にＬＥＤ５５が配置された底部
リジッドサポートブロック（ｒｉｇｉｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｂｌｏｃｋ）５４を備える下部５２を備えるモールドハウジング５１を備える。好ましくは、底部サポートブロック５４の頂面５６は平坦であり、ブロック５４は、多くの異なる厚さを有する多くの異なる材料で作製することができる。ブロック材料は、硬化プロセス中にＬＥＤまたはマトリックス材料に接着すべきではない。適切な材料には、アルミニウム、ガラス、およびステンレス鋼が含まれ、底部サポートブロック５４は、層形成プロセス中に曲がらないように十分な厚さであるべきである。
図３および４に、多数の異なる半導体デバイスをコンパクトコーティング（ｃｏｍｐａｃｔ ｃｏａｔｉｎｇ）するのに使用することができるが、横型ＬＥＤをマトリックス材料でコンパクトコーティングするのに特に適合された、本発明によるコンパクトコーティング装置５０の一実施形態を示す。装置５０は、その頂面にＬＥＤ５５が配置された底部
リジッドサポートブロック（ｒｉｇｉｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｂｌｏｃｋ）５４を備える下部５２を備えるモールドハウジング５１を備える。好ましくは、底部サポートブロック５４の頂面５６は平坦であり、ブロック５４は、多くの異なる厚さを有する多くの異なる材料で作製することができる。ブロック材料は、硬化プロセス中にＬＥＤまたはマトリックス材料に接着すべきではない。適切な材料には、アルミニウム、ガラス、およびステンレス鋼が含まれ、底部サポートブロック５４は、層形成プロセス中に曲がらないように十分な厚さであるべきである。
ＬＥＤ５５は、上述の精密配置方法を使用してサポートブロック上に配置することができる。両面接着フィルム５８をＬＥＤ５５と底部ブロックの平面５６との間に備えることもできる。上述のようにフィルム５８は、ブロック表面５６にくっつき、ＬＥＤ５５を保持する粘着面も与える。フィルム５８は処理ステップおよび硬化ステップに耐えると共に、マトリックス材料に接着しない。フィルム５８用の適切な材料は、Ｇｅｌ−Ｐａｋ（登録商標）（図１の方法１０で説明した）である。フィルム５８は、底部サポートブロック５４の表面にくっつくマトリックス材料の量を削減する助けになる。横型ＬＥＤ５５と共に示す実施形態では、各ＬＥＤ５５の正端子および負端子５９、６０が第１のフィルム５８に隣接する各ＬＥＤの表面上にあり、その結果、マトリックス材料がモールド５０に注入されるときに正端子および負端子がマトリックス材料によって覆われない。
モールドハウジング５０はまた、下部５２の上に配置された上部６１も備える。上部６１は、平坦な頂面６４を提供する頂部リジッドサポートブロック６２を備え、頂部リジッドサポートブロック６２は、底部リジッドサポートブロック５４と同じまたは異なる厚さで、同じ材料で作製することができる。また、マトリックス材料への接着に抵抗し処理ステップおよび硬化ステップに耐える表面を設けるために、平坦な頂面６４上に接着フィルム６３の第２の層を備えることができる。
上部６１は下部５２の上に配置され、両者の間のスペースが、モールドの形成空洞６８を少なくとも部分的に画定する。両者の間のスペースは、ＬＥＤ５５の上端と第２の接着フィルム６３との間に空間を設けるのに十分な大きさであるべきである。図４を参照すると、マトリックス材料７０が下部５２と上部６１との間のスペースを充填し、各ＬＥＤがマトリックス材料７０によって覆われるように、マトリックス材料７０を形成空洞６８内に注入または他の方法で導入することができる。正端子および負端子５９、６０はマトリックス材料によって覆われることから保護され、個々のＬＥＤが分離された（個別化された）後、端子５９、６０がコンタクトのために利用可能となる。
マトリックス材料７０の注入および後続の処理／硬化ステップの間、下部５２と上部６１との間の距離は維持されるべきである。下部５２および上部６１は、それらの間に第１および第２の垂直スペーサ６５、６６（図２および４に示す）を有することができる。スペーサ６５、６６は、ＬＥＤ５４の頂面で所望のマトリックス材料層厚が達成されるように、下部５２と上部６１との間の距離を維持するように配置されている。スペーサ６５、６６は、多くの異なるやり方で配置することができ、形成空洞６８全体の縁部の周りの単一のスペーサとして形成することができ、または複数のスペーサを使用することができる。
スペーサ６５、６６の内面は、マトリックス材料７０が注入される形成空洞６８をさらに画定する。本発明による多数の異なる方法でマトリックス材料７０を空洞６８に注入または導入することができる。そのような方法の１つは、上部６１を外すこと、注入器を使用して材料７０を空洞に注入すること、および上部６１をもとへ戻すことを含む。あるいは、モールド５０は、そのリジッドブロック５４、６２のうちの１つ、またはそのスペーサ６５、６６のうちの１つを通るアクセス開口を有することができ、それによって下部５２および上部６１、またはスペーサ６５、６６のうちの１つを外すことなくマトリックス材料７０を空洞に注入することができる。マトリックス材料７０は、上記の方法３０のステップ３６で述べたのと同じ材料で作製することができ、好ましくは硬化可能なエポキシ、シリコーン、または他のポリマー全体にわたって、一様に分布した１つまたは複数の異なるタイプのリン光体変換粒子を備える。
マトリックス材料７０が形成空洞６８に注入された後、熱硬化、光硬化、または室温冷却などの、エポキシまたはシリコーンのタイプによって決定されるプロセスを使用して、マトリックス材料７０が硬化される。硬化プロセスが完了した後、マトリックス材料７０およびＬＥＤ５５がシートを形成し、そのシートは、下部５２および上部６１の一方または両方、および／またはスペーサ６５、６６の一方または両方を除去することによってモールドの形成空洞６８から取り出すことができる。
図５に、モールド装置５０の形成空洞６８から取り出された後の、マトリックス材料７０およびＬＥＤ５５のシート７２を示す。このとき、シートは、ソーイング、ダイシングによって、またはスクライブアンドブレークを使用して、個々のコーティングされたＬＥＤに分離することができる。
図６に、図５に示すシート７２から分離された２つのコーティングされたＬＥＤ７６を示す。図示された実施形態では、各コーティングされたＬＥＤ７６が、隣接するＬＥＤ５５間のマトリックス材料を通る垂直切断を行うことによって分離されている。層が各ＬＥＤ５５にわたって異なる厚さを有するように、または同じシートから切断される異なるＬＥＤ５５が異なる厚さを有する層を有することができるように、マトリックス材料を多くの異なる形で切断することができる。図６に示したコーティングされたＬＥＤ７６は立方体形であり、各コーティングされたＬＥＤ７６上のマトリックス材料の側部の厚さが同じになるように、マトリックス材料の切断は好ましくは隣接するＬＥＤ５５間の中間点で行われる。他の実施形態では、中間点を外れて切断を行うことができ、または、マトリックス材料の側部の厚さがやはり各ＬＥＤについて同じになるように、それぞれが中間点を外れるが隣接するＬＥＤ５５の一方にそれぞれが近い２つの切断を行うことができる。このタイプの立方体形の構成は、正方形のＬＥＤに特に適用可能であるが、図示するような角度の付いた表面を有するＬＥＤでも使用することができる。
異なる形状のＬＥＤについて、マトリックス材料層がＬＥＤの形状に合致するようにマトリックス材料を切断することもできる。図７および８に、各ＬＥＤ５５の形状により正確に合致するマトリックス材料８０の層を有する、個々にコーティングされた、角度の付いた側面を備えたコーティングされたＬＥＤ７９を示す。通常、ＬＥＤ光取出しを増大させるために、角度の付いた側面が備えられる。マトリックス層８０の形状は様々な方法を使用して得ることができるが、好ましい方法は、アングルドポイント（ａｎｇｌｅｄ ｐｏｉｎｔ）を有するより広いソーイング（ダイシング）ブレード（ｂｌａｄｅ）を使用して、マトリックス材料を深さ８４まで切断することである。次いで、マトリックス材料の残りを、標準の狭いソーイング（ダイシング）ブレードを使用して切断することができる。ＬＥＤ５５から放射される光がほぼ同量のマトリックス材料を通過するように、層８０はＬＥＤの形状により正確に合致する。したがって、コーティングされたＬＥＤ７９から放射される光はより一様であり、内部全反射が低減される。各コーティングされたＬＥＤ７９は、底部の未コーティング表面８６上に両方のコンタクトを有し、図８は、コンタクトの両端間にバイアスを印加してＬＥＤ５５に光を放射させるのに使用することのできる第１および第２の導線８８、８９も示している。
図９および１０に、図３および４に示した装置５０と同じ多くの特徴を備える、本発明によるコンパクトコーティング装置９０の別の実施形態を示す。装置９０は、正方形ＬＥＤ９２をコーティングするのに使用される。装置５０と同一の装置９０の特徴は、図９および１０で同じ参照番号を使用する。したがって、それらの参照番号および対応する多くの特徴は、図９および１０への参照では再度導入または説明しない。
図３および４のＬＥＤ５５と同様に、正方形ＬＥＤ９２が、サポートブロック５４の頂面５６に配置され、または第１のフィルム５８と共に示した実施形態では、フィルムの一部がＬＥＤ９２とサポートブロック５４との間に挟まれるように、接着フィルム５８の頂面に配置されている。ＬＥＤ９２は、ブロック５４またはフィルム５８により、マトリックス材料によってその頂面が覆われることから保護されている底部のコンタクト９３を有する。図１０を参照すると、マトリックス材料９４を形成空洞６８に注入してＬＥＤ９２を覆うことができ、ＬＥＤ９２がマトリックス材料９４に埋め込まれるようにマトリックス材料９４を硬化させることができる。
図１１に、上記の図４および５の議論の中で説明した方法によって形成空洞から取り出された後の、ＬＥＤ９２およびマトリックス材料９４のシート９６を示す。図１２に、上述の分離方法を使用してシート９６から分離された後の、個々のコーティングされたＬＥＤ９８を示す。コーティングされたＬＥＤ９８が同様の光を放射するように、各正方形ＬＥＤ９２はほぼ一様なマトリックス材料９４の層を有する。
図１３に、異なる半導体デバイスをコンパクトコーティングするのにも使用することのできるが、頂面にコンタクトを有する半導体デバイスをコーティングするのに特に適合された別の実施形態のモールド装置１００を示す。そのようなデバイスの１つは、底面の第１のコンタクト１０３と頂面の第２のコンタクト１０４とを有する縦型ＬＥＤ１０２である。装置１００は、図３で説明した下部５４と類似した下部１０６を備えるモールドハウジング１０１を備え、底部サポートブロック１０８および第１の両面接着フィルム１１０（例えばＧｅｌ−Ｐａｋ（登録商標））を備える。垂直ＬＥＤ１０２が層１１０上に配置され、その第１のコンタクト１０３が層１１０に隣接する。
装置１００はまた、図３および４で説明した上部６１と類似した上部１１２を備え、頂部リジッドブロック１１４および第２の両面接着フィルム１１６を備える。しかし、装置１００にはスペーサが存在しない。その代わりに、第２の接着フィルム１１６がＬＥＤ１０２の第２のコンタクト１０４上に載り、下部１０６と上部１１２との間の適切な距離を維持し、さらにコンタクト９４の頂部がマトリックス材料によって覆われることから保護する。望むなら、装置１００は、形成空洞１１９をさらに画定する側面（図示せず）を備えることができる。
図１４に、形成空洞１１９を少なくとも部分的に画定する下部１０６と上部１１２との間にマトリックス材料１１８が注入または他の方法で導入された装置１００を示す。次いで、上述のプロセスを使用してマトリックス材料１１８を硬化させることができ、その結果、ＬＥＤ１０２およびマトリックス材料１１８がシート１２０を形成する。各ＬＥＤ１０２の第１のコンタクト１０３は、第１の接着フィルム１１０によりマトリックス材料１１８によって覆われることから保護され、第２のコンタクト１０４は、第２の接着フィルム１１６によりマトリックス材料によって完全に覆われることから保護されている。したがって、第１のコンタクト１０３と第２のコンタクト１０４とは共に、それ以上の処理またはエッチングなしに電気的コンタクトのために利用可能である。
図１５に、装置１００から取り出された後のシート１２０を示す。図１６に、分離後の個々のコーティングされたＬＥＤ１２２を示す。好ましい分離方法は、隣接するＬＥＤ１０２間のマトリックス材料を通り、立方体形デバイスを形成する垂直切断である。図１７および１６に、ＬＥＤ９２の角度の付いた側部に合致するように切断された後のＬＥＤ１２３を示す。これは、角度の付いた刃（ｂｌａｄｅ）を有するより広い鋸（ｓａｗ）を使用してマトリックス材料を第１の深さ１２４まで切断し、標準の狭い刃を使用してマトリックス材料の残りを切断するという上述のツー・カット法（ｔｗｏ ｃｕｔ ｍｅｔｈｏｄ）を使用して実施することができる。図１８に、第２のコンタクト１０４と結合された第１の導線１２８と接触させるのに利用可能な第２のコンタクト１０４を示す。底部の導線１２９が、ＬＥＤの第１のコンタクト１０３（図１７に示す）に結合されている。導線１２８および１２９の両端間に印加されるバイアスがコーティングされたＬＥＤ１０２に光を放射させる。
図１９および２０に、図１３および１４に示す装置１００と同じ多くの特徴を有する、本発明による別の実施形態のコンパクトコーティング装置１３０を示す。装置１３０は、正方形ＬＥＤ１３２をコーティングするのに使用される。図１３および１４の装置１００と同一の図１９および２０の装置１３０の特徴は、同じ特徴に対して同一の参照番号を使用する。したがって、それらの参照番号および対応する多くの特徴は、図１９および２０への参照では再度導入または説明しない。
図１３および１４のＬＥＤ１０２と同様に、正方形ＬＥＤ１３２は、第１のコンタクト１３３および第２のコンタクト１３４を有し、ＬＥＤ１３２がブロック１０８の頂面に配置され、または第１のフィルム１１０と共に示した実施形態では接着フィルム１１０の頂面に配置されている。フィルム１１０の一部が、ＬＥＤ１３２とサポートブロック１０８との間に挟まれ、第１のコンタクト１３３が保護されている。ＬＥＤの第２のコンタクト１３４も保護されるように、上部１１２がそれらの上に配置されている。
図２０を参照すると、形成空洞にマトリックス材料１３６を注入または他の方法で導入してＬＥＤ１２３を覆うことができ、ＬＥＤ１３２がマトリックス材料１３６に埋め込まれるようにマトリックス材料１３６を硬化させることができる。
図２１に、上記の図４および５の議論の中で説明した方法によって形成空洞から取り出された後の、ＬＥＤ１３２およびマトリックス材料１３６のシート１３８を示す。図２２に、図６、７、および８の議論で上述した方法を使用してシート１３８から分離した後の、個々のコーティングされたＬＥＤ１３９を示す。ＬＥＤ１３２が同様の光を放射するように、各正方形ＬＥＤ１３２は、同様のマトリックス材料１３６の層を有する。
上述の各装置は、図１の方法１０で述べたように、ＬＥＤコンタクトとモールド表面またはフィルムとの間にシリコーンなどの少量の低粘着性接着剤を備えることができる。上述のように、この追加の層はアンダーフローを防止し、硬化などの熱処理ステップ中のコンタクトのための表面保護としての役割を果たすこともできる。次いで、シリコーンは、ＬＥＤまたはコンタクトに損傷を与えない従来のクリーニングプロセスを使用することによって除去することができる。
本発明の特定の好ましい構成を参照しながらかなり詳細に本発明を説明したが、他のバージョンが可能である。異なる硬化可能材料および光変換粒子を使用することができる。モールドは、異なる形状を取ることができ、異なる構成要素を有することができ、半導体デバイスをモールドの形成空洞内に異なるやり方で配置することができる。個々のＬＥＤは、多くの異なるソーイングまたはダイシング方法を使用してシートから分離することができ、切断は、マトリックス材料を通って直線的であり、または角度が付けられる。上述の異なるコーティング装置を上部なしに提供することができ、それらの実施形態では、所望のマトリックス材料の層を設けるために、注意深く制御されたやり方でマトリックス材料を導入すべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の精神および範囲を、そこに含まれる好ましいバージョンに限定すべきではない。
Claims (13)
- 複数の半導体素子をコーティングする装置であって、
底部リジッドブロックサポートと、前記底部リジッドブロックサポートの上に配置された頂部リジッドブロックサポートとを備え、形成空洞を少なくとも部分的に画定する両者の間のスペースを有する、複数の別々の半導体素子を保持するように構成された前記形成空洞を有するモールドハウジングと、
前記形成空洞に配置され、前記別々の半導体素子のそれぞれを少なくとも部分的に覆うコーティング材料と、
前記形成空洞内に配置され、前記底部リジッドブロックサポートの頂面上に直接の第１のフィルムと、前記頂部リジッドブロックサポートの底面上に直接の第２のフィルムとを備え、前記半導体素子は、前記第１または第２のフィルム上に配置されており、かつ、前記半導体素子のそれぞれの少なくとも１つの電気的コンタクトが接着フィルムと直接接触し、それにより、前記少なくとも１つの電気的コンタクトが、前記接着フィルムと前記半導体素子の前記少なくとも１つの電気的コンタクトの部分以外の前記半導体素子との間に入るように配置される前記接着フィルムと、
を備えることを特徴とする装置。 - 前記半導体素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記コーティング材料は、硬化可能なエポキシ、シリコーン、または他のポリマー中に分散している光変換粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記半導体素子は、前記形成空洞内の、前記底部ブロックサポートの頂面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記底部リジッドブロックサポートと前記頂部リジッドブロックサポートとの間のスペースを維持するために、両者の間にスペーサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記モールドハウジングは、前記形成空洞内で前記硬化可能コーティング材料を硬化または他の方法で硬く（ｈａｒｄｅｎ）することができるように構成され、前記コーティング材料に前記半導体素子が少なくとも部分的に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記第１および第２のフィルムは、前記コーティング材料に接着しないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記第１および第２のフィルムは、処理及び硬化ステップからの熱に耐えるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電気的コンタクトは、前記半導体素子の１つの表面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電気的コンタクトは、前記半導体素子の１つの表面上に配置されたコンタクト端子を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電気的コンタクトは、前記コーティング材料を貫いて延びることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電気的コンタクトは、前記コーティング材料に隣接していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電気的コンタクトは、前記コーティング材料により覆われておらず、かつ、前記コーティング材料の隣接する表面と同一表面上にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電気的コンタクトは、前記半導体素子の１つに不可欠であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
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