JP6987871B2 - 封止光半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、封止フィルムを用いた封止光半導体デバイスの製造方法に関する。
本願は、２０１７年９月８日に、日本に出願された特願２０１７−１７２９２８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

フォトカプラー、発光ダイオード、固体撮像素子等の光半導体素子を搭載する光半導体装置において、光半導体素子は、光半導体素子の信頼性を向上させるために封止剤を用いて封止される。光半導体装置を封止する方法としては、封止フィルムを用いて封止する方法が知られている。

例えば、特許文献１には、少なくとも１つのＬＥＤ素子を基材上に載置し、第１及び第２の表面を有し、該第１の表面が基材フィルムで支持されたバインダーと、蛍光体粒子とを含む、所定の形状のラミネーション層を前記したＬＥＤ素子上に配置し、前記ラミネーション層を第１の温度まで加熱し、該ラミネーション層を軟化させ、前記ラミネーション層とＬＥＤ素子の周囲の基材との間で気密シールを形成し、次いで、前記基材フィルムを取り除いた上で、減圧下でラミネーション層を第２の温度まで加熱して前記ラミネーション層と基材の間の空気を除去し、その後、大気圧下に戻すことにより前記基材に対してラミネーション層をプレスしてＬＥＤ素子を覆うラミネーション層を形成する、ＬＥＤデバイスの製造方法が記載されている。

特許文献２には、基材ウエハーの第１の面の内側部分に載置された発光ダイオードアレイ等の物品を所定形状のラミネーション層でコンフォーマルコートする前に、前記したラミネーション層の中央部分を加熱して流動可能な状態にする１回の加熱工程を含む減圧ラミネーション方法であって、前記したラミネーション層の端部と前記第１の面の外側部分とで形成された気密シールと、前記したラミネーション層と、前記した第１の面とで構成された気密された内側領域により、加熱して流動可能な状態となった前記したラミネーション層の中央部分が前記した第１の面の内側部分から離れて配置される工程を含む、減圧ラミネーション方法が記載されている。

特許文献３には、光半導体素子を封止するように使用される封止層を備える封止シートであって、前記した封止層を、周波数１Ｈｚおよび昇温速度１０℃／分の条件で動的粘弾性測定することにより得られる貯蔵剪断弾性率Ｇ’と温度Ｔとの関係を示す曲線が、極小値を有し、前記した極小値における温度Ｔが、６０℃以上、２００℃以下の範囲にあり、前記した極小値における貯蔵剪断弾性率Ｇ’が、５Ｐａ以上、１，０００Ｐａ以下の範囲にある封止シートを用意するシート用意工程と、基材に配置される光半導体素子を用意する素子用意工程と、前記した封止シートを、６０℃以上、２００℃以下の温度で、前記した光半導体素子に対して熱プレスする熱プレス工程と、を備えることを特徴とする、封止光半導体素子の製造方法が記載されている。

特許文献４には、光半導体素子に直接的または間接的に貼着するように使用される貼着層を備える貼着シートであって、前記した貼着層を、周波数１Ｈｚおよび昇温速度２０℃／分の条件で動的粘弾性測定することにより得られる貯蔵剪断弾性率Ｇ’と温度Ｔとの関係を示す曲線が、極小値を有し、前記した極小値における温度Ｔが、４０℃以上、２００℃以下の範囲にあり、前記した極小値における貯蔵剪断弾性率Ｇ’が、１，０００Ｐａ以上、９０，０００Ｐａ以下の範囲にある貼着シートを用意するシート用意工程と、基材に配置される光半導体素子を用意する素子用意工程と、前記した貼着シートを、４０℃以上、２００℃以下の温度で、前記した光半導体素子に対して直接的または間接的に熱プレスする熱プレス工程と、を備えることを特徴とする、貼着光半導体素子の製造方法が記載されている。

国際公開第２０１２／０２３１１９号 国際公開第２０１６／０６５０１６号 特開２０１６−１７１３１４号公報 特開２０１６−１７１３１５号公報

しかしながら、封止フィルムを用いて、より簡便に光半導体素子を封止することができる、封止光半導体デバイスの製造方法が望まれている。

本発明の目的は、封止フィルムを用いて簡便に且つ高い信頼性で光半導体素子を封止できる、封止光半導体デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討し、封止フィルムを用いて光半導体素子を封止する場合に、特定の温度条件でラミネート工程を行うことにより、簡便且つ高い信頼性で基板上に搭載された光半導体素子を封止できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法は、
減圧チャンバー内で光半導体素子を搭載する光半導体素子搭載基板上に封止フィルムを載置し、前記減圧チャンバー内を減圧する工程、
前記封止フィルムを加熱して、前記封止フィルムの少なくとも周辺部を前記光半導体素子搭載基板の表面に熱融着させる工程、
前記減圧チャンバー内の減圧を解除して、前記封止フィルムで前記光半導体素子搭載基板を封止する工程を含み、
前記減圧チャンバー内の減圧を解除する時点の前記光半導体素子搭載基板の温度Ｔ_２が、前記封止フィルムが０．０２〜０．１５ＭＰａの引張強度及び１５０〜４５０％の破断伸度を示す温度であることを特徴にする。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法において、封止フィルムが、熱硬化性シリコーン樹脂で構成されることが好ましい。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法において、封止フィルムが蛍光体を含有する場合、前記の封止フィルム中に９０質量％以下の蛍光体を含むことが好ましい。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法において、封止フィルムが、１０μｍ以上３００μｍ以下の厚さを有することが好ましい。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法において、温度Ｔ_２が、７０℃以上１８０℃以下であることが好ましい。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法において、光半導体素子間の最小距離が、封止フィルムの厚さよりも長いことが好ましい。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法において、光半導体素子の高さＴと、光半導体素子間の距離Ｌとのアスペクト比（Ｔ／Ｌ）が、最大で３以下であることが好ましい。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法は、簡便且つ高い信頼性で封止光半導体デバイスを製造できるという特徴がある。

図１は、リフトピン昇降機構を有する真空ラミネータを用いて実施される、本発明に係る方法の一例を示す模式的な断面図である。 図２は、ダイアフラム型真空ラミネータ及びラミネーション治具を用いて実施される、本発明に係る方法の一例を示す模式的な断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

[封止光半導体デバイスの製造方法]
本発明に係る封止光半導体デバイスの製造方法は、
（１） 減圧チャンバー内で光半導体素子を搭載する光半導体素子搭載基板上に封止フィルムを載置して、前記減圧チャンバー内を減圧する工程、
（２） 前記封止フィルムを加熱して、前記封止フィルムの少なくとも周辺部を前記光半導体素子搭載基板の表面に熱融着させる工程、及び、
（３） 前記減圧チャンバー内の減圧を解除して、前記封止フィルムで前記光半導体素子搭載基板を封止する工程を含み、
前記減圧チャンバー内の減圧を解除する時点の前記光半導体素子搭載基板の温度Ｔ_２が、前記封止フィルムが０．０２〜０．１５ＭＰａの引張強度及び１５０〜４５０％の破断伸度を示す温度であることに特徴がある。

こうした本発明によれば、減圧下で封止フィルムを加熱して封止フィルムの周辺部を光半導体素子搭載基板の表面に熱融着させる工程により、封止フィルムと光半導体素子搭載基板の封止される領域の表面の間に気密空間を形成する工程と、減圧を解除して封止フィルムにより光半導体素子搭載基板を封止する工程とを一連した操作で行うことができるので、簡便に封止光半導体デバイスを製造できる。また、減圧チャンバー内の減圧を解除する時点の光半導体素子搭載基板の温度Ｔ_２が、封止フィルムが光半導体素子の形状に沿って光半導体素子を被覆する（以下、「コンフォーマルラミネーション」とも言う）ことが可能な力学的物性を示す温度に設定されているので、高い信頼性で光半導体デバイスを封止できる。以下、各工程について詳細に説明する。

（１） 減圧チャンバー内で光半導体素子を搭載する光半導体素子搭載基板上に封止フィルムを載置して、減圧チャンバー内を減圧する工程は、減圧チャンバー内に封止対象である光半導体素子を搭載する光半導体素子搭載基板上に封止フィルムを配置した後、減圧チャンバー内を減圧する工程である。封止フィルムは封止対象である光半導体素子を封止するのに適した位置で光半導体素子搭載基板上に載置される。

減圧チャンバーは、光半導体素子搭載基板及び封止フィルムを加熱する加熱手段を内部に備える。好ましくは、減圧チャンバーは、加熱手段として、光半導体素子搭載基板及び封止フィルムを加熱するための熱板を内部に備える。こうした減圧チャンバーとしては、例えば、真空ラミネート装置が例示される。工程の安定上、減圧チャンバーは、内部の減圧が完了する前に封止フィルムの周辺部が光半導体素子搭載基板に熱融着することを防ぐために、好ましくは、内部の減圧が完了するまで光半導体素子搭載基板と加熱手段とが接触するのを防ぐための機構を備える。こうした減圧チャンバーとしては、特に限定されないが、例えば、リフトピン昇降機構を有する真空ラミネータが挙げられる。また、専用のラミネーション治具を用いることにより、ダイアフラム型真空ラミネータを用いることもできる。例えば、ラミネーション治具は、スプリング等の弾性体で光半導体素子搭載基板を支える構造を有しており、ダイアフラムゴム膜が定常位置にある場合は、光半導体素子搭載基板を加熱手段から離しておくことができ、ダイアフラムゴム膜に圧力がかかった場合、ラミネーション治具に備えられた弾性体を押圧して光半導体素子搭載基板を加熱手段に接することができるように設計される。また、ラミネーション治具は、ダイアフラムゴム膜がラミネーション治具を押圧する場合であっても、ダイアフラムゴム膜が光半導体素子搭載基板及び封止フィルムに直接接しないように、光半導体素子搭載基板及び封止フィルムを保護する構造を有する。

光半導体素子は、特に限定されないが、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、固体撮像、フォトカプラー用発光体と受光体が例示され、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが好ましい。

光半導体素子搭載基板は、光半導体素子を搭載又は実装している基板である。こうした基板としては、光透過率が高いか、反射率の高い材料が好ましい。光半導体素子搭載する基板としては、例えば、銀、金、および銅等の導電性金属；アルミニウム、およびニッケル等の非導電性の金属；ＰＰＡ、およびＬＣＰ等の白色顔料を混合した熱可塑性樹脂；エポキシ樹脂、ＢＴ樹脂、ポリイミド樹脂、およびシリコーン樹脂等の白色顔料を含有する熱硬化性樹脂；アルミナ、および窒化アルミナ等のセラミックス等が挙げられる。

封止フィルムは、封止対象である光半導体素子を封止するためのものであり、封止剤をフィルム形状に加工したものである。封止フィルムは単独で用いてもよいし、２枚以上で用いてもよい。２枚以上の封止フィルムを用いる場合、同じ種類の封止フィルムを２枚以上用いてもよいし、異なる種類の封止フィルムを組み合わせて用いてもよい。

封止フィルムを構成する封止剤は、熱可塑性材料又は熱硬化性材料で構成され得る。こうした材料としては、有機ポリマー又はシリコーンであり得る。有機ポリマーとしては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂、例えば、ポリオレフィン樹脂、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリレート樹脂、又はポリ（ビニルブチラール）樹脂が挙げられる。シリコーンとしては、熱可塑性シリコーン又は熱硬化性シリコーンが挙げられ、例えば、ホットメルトシリコーン又は線状シリコーン（又は「直鎖状シリコーン」）が挙げられる。シリコーンはまた、縮合反応、ヒドロシリル化反応、又はフリーラジカル反応により硬化され得る。ある実施形態によれば、封止フィルムは、熱可塑性樹脂で構成され得る。別の実施形態によれば、封止フィルムは、熱硬化性樹脂で構成され得る。さらに別の実施形態によれば、封止フィルムは、熱硬化性シリコーン樹脂で構成され得る。封止フィルムとしては、例えば、国際公開第２０１６／０６５０１６号により開示されているものを使用することができる。このような封止フィルムとしては、東レ・ダウコーニング株式会社製の商品名ＬＦ−１２００やＬＦ−１２０１として入手可能である。

封止フィルムは、透明性を有する封止フィルムとして使用することもできるが、蛍光体を含有してもよい。蛍光体としては、特に限定されないが、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）に広く利用されている、酸化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、窒化物系蛍光体、硫化物系蛍光体、酸硫化物系蛍光体等からなる黄色、赤色、緑色、青色発光蛍光体が挙げられる。酸化物系蛍光体としては、セリウムイオンを包含するイットリウム、アルミニウム、ガーネット系のＹＡＧ系緑色〜黄色発光蛍光体、セリウムイオンを包含するテルビウム、アルミニウム、ガーネット系のＴＡＧ系黄色発光蛍光体、および、セリウムやユーロピウムイオンを包含するシリケート系緑色〜黄色発光蛍光体が例示される。酸窒化物系蛍光体としては、ユーロピウムイオンを包含するケイ素、アルミニウム、酸素、窒素系のサイアロン系赤色〜緑色発光蛍光体が例示される。窒化物系蛍光体としては、ユーロピウムイオンを包含するカルシウム、ストロンチウム、アルミニウム、ケイ素、窒素系のカズン系赤色発光蛍光体が例示される。硫化物系蛍光体としては、銅イオンやアルミニウムイオンを包含するＺｎＳ系緑色発色蛍光体が例示される。酸硫化物系蛍光体としては、ユーロピウムイオンを包含するＹ_２Ｏ_２Ｓ系赤色発光蛍光体が例示される。これらの蛍光体は、１種または２種以上の混合物を用いてもよい。

蛍光体の平均粒子径は、限定されないが、通常１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上で、５０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下の範囲内である。平均粒子径は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定法で体積累積平均粒子径（Ｄ₅₀）を測定することにより測定できる。

蛍光体の含有量は、特に限定されないが、封止フィルム中に通常９０質量％以下の量である。一方、その含有量の下限は限定されず、好ましくは、５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上の量である。

封止フィルムは、その他任意成分として、沈降シリカないし湿式シリカ、ヒュームドシリカのような補強性充填剤、これらの充填剤をオルガノハロシラン、オルガノアルコキシシラン、ヘキサオルガノジシラザン等の有機ケイ素化合物により疎水化処理したもの、アルミナ、焼成シリカ、酸化チタン、ガラス、石英、アルミノケイ酸、酸化鉄、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の無機質増量充填剤；シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の有機樹脂微粉末、染料、顔料、難燃剤、耐熱剤等を配合することができる。

封止フィルムの厚さは、特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上で、３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下である。

光半導体素子搭載基板において、光半導体素子は１つ実装されていてもよいし、２つ以上の複数で実装されていてもよい。好ましくは、光半導体素子搭載基板は複数の光半導体素子を搭載している。光半導体素子搭載基板が複数の光半導体素子を搭載している場合、光半導体素子間の最小距離は、封止フィルムによる光半導体素子の形状に沿った被覆、すなわち、コンフォーマルラミネーションの形成を確保するために、封止フィルムの厚さよりも長いことが好ましい。そのため、光半導体素子間の最小距離は、通常１０μｍ以上であり、好ましくは２０μｍ以上である。また、光半導体素子間の最大距離は、特に限定されないが、通常、封止フィルムの厚さの２倍よりも短い。そのため、光半導体素子間の最大距離は、通常６００μｍ以下であり、好ましくは４００μｍ以下である。また、コンフォーマルラミネーションの形成を確保するために、光半導体素子の頂面から光半導体素子搭載基板の表面までの距離、すなわち、光半導体素子の高さＴと、光半導体素子間の距離Ｌとのアスペクト比（Ｔ／Ｌ）は、好ましくは最大で３以下であり、より好ましくは最大で２．５以下、さらに好ましくは最大で２以下となるように設計される。

減圧チャンバー内の減圧は、従来公知の減圧手段によって行うことができ、例えば、減圧チャンバーの内部と接続された真空ポンプを稼働させることにより行われる。通常、減圧チャンバー内の気圧は３００Ｐａ以下、好ましくは、２００Ｐａ以下、あるいは１３３Ｐａ以下まで減圧される。

（２） 封止フィルムを加熱して、封止フィルムの少なくとも周辺部を光半導体素子搭載基板の表面に熱融着させる工程は、封止フィルムを温度Ｔ_１以上に加熱して、封止フィルムを柔軟にして撓ませることにより封止フィルムと光半導体素子搭載基板を接触させ、封止フィルムの少なくとも周辺部を光半導体素子搭載基板の封止される領域の周辺部に熱融着させて、封止フィルムと光半導体素子搭載基板の封止される領域の表面の間に気密空間を形成する工程である。この工程により、封止フィルムにコンフォーマルラミネーションのための適した柔軟性を付与すると共に、封止フィルムと光半導体素子搭載基板の封止される領域の表面の間の空間を密閉（「シール」とも言う）して気密状態にすることができる。

封止フィルムの加熱は、減圧チャンバーに備えられた加熱手段により行われる。例えば、加熱手段としては、減圧チャンバー内に備えられた熱板を利用できる。通常、封止フィルムは、光半導体素子搭載基板を加熱することにより加熱される。例えば、加熱手段として熱板を利用する場合、光半導体素子搭載基板と熱板を接触させることにより、光半導体素子搭載基板より封止フィルムに熱が伝わり、封止フィルムが加熱される。

この工程において、封止フィルムは、温度Ｔ_１以上の温度であって、温度Ｔ_２以下の温度に保持される。温度Ｔ_１は、チャンバー減圧中にフィルムの熱融着が発生して、封止される領域を気密にできない（空気がトラップされて残留する）ほど高温でなければ特に限定されず、高くとも６０℃である。また、封止フィルムは、通常、温度Ｔ_１以上Ｔ_２以下の温度に１分以上１０分以下の間保持される。これは、１０分を超えて保持されると、封止フィルムの硬化が進行し、ラミネート不良を起こしやすくなるからである。

封止フィルムを加熱して、封止フィルムの少なくとも周辺部を光半導体素子搭載基板に熱融着させる工程は、上記（１）工程が完了した後で行われてもよいし、上記（１）工程が完了する前に、上記（１）工程の実行中に行われてもよい。すなわち、減圧チャンバー内の減圧が所定の範囲まで減圧される前に封止フィルムの温度Ｔ_１以上への加熱を開始してもよい。工程の安定性から、（２）工程は、上記（１）工程の減圧チャンバー内の減圧が完了してから行われることが好ましい。

（３） 減圧チャンバー内の減圧を解除して、封止フィルムで光半導体素子搭載基板を封止する工程は、減圧チャンバー内の減圧を解除して、封止フィルムと光半導体素子搭載基板の封止される領域の表面の間の気密空間と、外気との気圧差により、封止フィルムを光半導体素子搭載基板に対して圧着させ、光半導体素子搭載基板をラミネートする工程である。

「減圧チャンバー内の減圧を解除する」とは、通常、減圧チャンバーを大気に開放して減圧チャンバー内の減圧を大気圧まで戻すこと意味する。大気圧まで直ぐに戻す必要はなく、封止フィルムを光半導体素子搭載基板に対して圧着させて光半導体素子のコンフォーマルラミネーションを可能にする範囲で徐々に減圧を解除してもよい。通常、減圧チャンバー内の減圧は１０ｋＰａ／秒の速度、好ましくは、５０ｋＰａ／秒の速度、あるいは１００ｋＰａ／秒の速度で大気圧まで戻される。これは、減圧から大気圧までの速度があまりに遅いと、気密のリークが発生し、ラミネーションが十分にできないおそれがあるからである。

減圧チャンバー内の減圧を解除する時点での光半導体素子搭載基板の温度Ｔ_２は、封止フィルムが光半導体素子のコンフォーマルラミネーションの形成を可能にするのに適した物理的特性を有する温度に設定される。具体的には、温度Ｔ_２は、封止フィルムが０．０２〜０．１５ＭＰａの引張強度及び１５０〜４５０％の破断伸度を示す温度である。好ましくは、Ｔ_２は、封止フィルムが０．０３ＭＰａ以上の引張強度を示す温度である。好ましくは、Ｔ_２は、封止フィルムが０．１２ＭＰａ以下の引張強度を示す温度である。また、好ましくは、Ｔ_２は、封止フィルムが２００％以上の破断伸度を示す温度である。好ましくは、Ｔ_２は、封止フィルムが４００％以下の破断伸度を示す温度である。封止フィルムの引張強度及び破断伸度は、本発明の実施前に予め当該技術分野の通常の方法により測定される。例えば、ＴＡインスツルメント社製、ＲＳＡ−Ｇ２動的粘弾性測定機を用いて測定することができる。封止フィルムが温度Ｔ_２で上記した物理的特性を示すことにより、高い信頼性で基板上に搭載された光半導体素子を封止できる。

減圧チャンバー内の減圧を解除する時点での光半導体素子搭載基板の温度Ｔ_２は、上記した条件を満たせば特に限定されないが、例えば、７０℃以上、好ましくは９０℃以上であり、１８０℃以下、好ましくは１５０℃以下である。

以下、図面を用いて本願発明の特定の実施形態をより詳細に説明する。

図１は、減圧チャンバーとして、リフトピン昇降機構を有する真空ラミネータ１０を用いて実施される本発明に係る製造方法の一例を示す模式的な断面図である。

図１(ａ)は、当該実施形態における本発明の工程（１）を示している。この工程（１）において、光半導体素子２を搭載する光半導体素子搭載基板１上に、封止フィルム３が載置されている。また、光半導体素子搭載基板１は、リフトピン１３によって昇降可能な中板１２上に配置されている。真空ラミネータ１０の内部は、開口１４を介して減圧手段（図示せず）と接続しており、減圧手段の働きにより真空ラミネータ１０の内部が減圧される。ここで、工程（１）の開始時点では、中板１２はリフトピン１３によって熱板１１から離れて設置されており、真空ラミネータ１０内部の減圧が十分に進行する前に熱板１１によって封止フィルム３が温度Ｔ_１以上に加熱されるのを防ぐことができる。このため、工程の安定性が確保できる。

図１(ｂ)は、当該実施形態における本発明の工程（２）を示している。この工程（２）において、リフトピン１３を下降させ、中板１２を熱板１１と接触するように移動させる。その結果、熱板１１からの熱が光半導体素子搭載基板１を介して封止フィルム３に伝わり、封止フィルム３が温度Ｔ_１より高い温度まで加熱される。封止フィルム３が加熱されると、封止フィルム３は柔軟になって変形し、封止フィルム３の周辺部２０が光半導体素子搭載基板１の表面と接触し、周辺部２０は半導体素子搭載基板１の表面に熱融着される。この時、封止フィルム３と光半導体素子搭載基板１の封止される領域の表面の間に気密空間２１が形成される。

図１（ｃ）は、当該実施形態における本発明の工程（３）を示している。この工程（３）において、半導体素子搭載基板１の温度がＴ_２となった時点で、開口１４を介して真空ラミネータ１０内部の減圧を解除することにより、外気と気密空間２１（図１（ｃ）には図示されていない）との気圧差によって封止フィルム３が光半導体素子搭載基板１に対して圧着され、光半導体素子２が封止される。その結果、封止光半導体デバイス３０が得られる。工程（３）において、光半導体素子搭載基板１の温度が、封止フィルムが光半導体素子のコンフォーマルラミネーションの形成を可能にするのに適した物理的特性を示す温度である、温度Ｔ_２となった時点で真空ラミネータ１０の内部の減圧を解除することにより、封止フィルム３による光半導体素子２の形状に沿った被覆を高い信頼性で形成できる。

図２は、減圧チャンバーとして、ダイアフラム型真空ラミネータ４０及びラミネーション治具５０を用いて実施される、本発明に係る製造方法の一例を示す模式的な断面図である。

図２(ａ)は、当該実施形態における本発明の工程（１）を示している。ダイアフラム型真空ラミネータ４０の内部は、ダイアフラムゴム膜４１を介して上室４２と下室４３に分かれており、上室４２と下室４３の内部は、それぞれの開口１５及び１６を介して減圧手段（いずれも図示せず）に接続しており、減圧手段の働きにより上室４２と下室４３の内部が減圧される。なお、上室４２の開口１５は、加圧手段にも接続されていてもよい。この図では、下室４３内で、光半導体素子２を搭載する光半導体素子搭載基板１上に封止フィルム３が載置されている。さらに、光半導体素子搭載基板１は、専用のラミネーション治具５０の内部に配置されている。このラミネーション治具５０は、スプリング５１を備えており、スプリング５１により、ラミネーション治具５０は熱板１１から離れて設置されており、下室４３の減圧が十分に進行する前に熱板１１によって封止フィルム３が温度Ｔ_１以上に加熱されるのを防ぐことができる。このため、工程の安定性が確保できる。

図２(ｂ)は、当該実施形態における本発明の工程（２）を示している。この工程（２）において、上室４２の減圧を、開口１５を介して解除する。これにより、上室４２と下室４３（図２（ｂ）には図示されていない）の減圧差によりダイアフラムゴム膜４１が下室４３を押圧するように変形し、スプリング５１が押圧されて、ラミネーション治具５０が熱板１１と接触する。その結果、熱板１１からの熱が光半導体素子搭載基板１を介して封止フィルム３に伝わり、封止フィルム３がＴ_１以上の温度まで加熱される。封止フィルム３が温度Ｔ_１以上に加熱されると、封止フィルム３は柔軟になって変形し、封止フィルム３の周辺部２０が光半導体素子搭載基板１の表面と接触する。その結果、周辺部２０は半導体素子搭載基板１の表面に熱融着され、封止フィルム３と光半導体素子搭載基板１の封止される領域の表面の間に気密空間２１が形成される。この実施形態において、ラミネーション治具５０の上枠５２の構造により、ダイアフラムゴム膜４１が下室４３を押圧した場合であっても、ダイアフラムゴム膜４１により封止フィルム３が半導体素子搭載基板１に対して押圧されるのを防ぐことができ、その結果、気密空間２１の形成を確保できる。

図２（ｃ）は、当該実施形態における本発明の工程（３）を示している。この工程（３）において、半導体素子搭載基板１の温度がＴ_２となった時点で、開口１６を介して下室４３内部の減圧を解除することにより、外気と気密空間２１（図２（ｃ）には図示されていない）との気圧差によって封止フィルム３が光半導体素子搭載基板１に対して圧着され、光半導体素子２が封止される。その結果、封止光半導体デバイス３０が得られる。工程（３）において、光半導体素子搭載基板１の温度が、封止フィルム３が光半導体素子２のコンフォーマルラミネーションの形成を可能にするのに適した物理的特性を示す温度である、温度Ｔ_２となった時点で、下室４３の内部の減圧を解除することにより、封止フィルム３による光半導体素子２の形状に沿った被覆を高い信頼性で形成できる。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法を実施例および比較例により詳細に説明する。但し本発明は以下の実施例の記載に限定されない。

［封止フィルム］
熱硬化性シリコーン組成物（東レ・ダウコーニング株式会社製、商品名ＬＦ−１２００）に対して、７５質量％、及び８５質量％の量でＹＡＧ系黄色発光蛍光体粒子（Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ社製、商品名ＮＹＡＧ４４５４−Ｓ、平均粒径８μｍ）を混合し、厚さ１００μｍの封止フィルムＡ（蛍光体粒子７５質量％含有）、及び封止フィルムＢ（蛍光体粒子８５質量％含有）を調製した。

同様に、熱硬化性シリコーン組成物（東レ・ダウコーニング株式会社製、商品名ＬＦ−１２０１）に対して、７５質量％、及び８５質量％の量でＹＡＧ系黄色発光蛍光体粒子（Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ社製、商品名ＮＹＡＧ４４５４−Ｓ、平均粒径８μｍ）を混合し、厚さ１００μｍの封止フィルムＣ（蛍光体粒子７５質量％含有）、及び封止フィルムＤ（蛍光体粒子８５質量％含有）を調製した。

封止フィルムＡ〜Ｄの９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、及び／又は１３０℃での引張強度及び破断伸度を、ＴＡインスツルメント社製、ＲＳＡ−Ｇ２動的粘弾性測定機を用いて測定した。長さ１０ｍｍ、幅２５ｍｍのサイズの測定サンプルを調製し、引張速度を１０ｍｍ／分として測定した。結果を以下の表１に示す。

［光半導体素子搭載基板］
光半導体素子搭載基板として、ガラス基板上に、奥行き１ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ０．１５ｍｍの直方体状の光半導体素子を、縦に１０個、横に１０個配置した光半導体素子搭載基板を用いた。光半導体素子間の距離Ｌは均等に０．１５ｍｍであり、光半導体素子の高さＴと光半導体素子間の距離Ｌとのアスペクト比（Ｔ／Ｌ）は１であった。

［実施例１〜５及び比較例１〜９］
封止フィルムＡ〜Ｄを用いて、上記半導体素子搭載基板に対して真空ラミネーションを行った。減圧チャンバーとしては、真空ポンプと接続したリフトピン昇降機構を有する真空ラミネータ（日清紡メカトロニクス社製、商品名ＰＶＬ−０５０５Ｓリフトピン機構付き）を用いた。まず、真空ラミネータ内の熱板から離れた位置に配置されたリフトピン昇降機構により昇降可能な中板上に光半導体素子搭載基板を設置し、その上に封止フィルムＡ、Ｂ、Ｃ、又はＤを載置した。次いで、真空ポンプを駆動させて真空ラミネータ内を１３３Ｐａまで減圧させた。次いで、中板を下降させて１００℃〜１８０℃に加熱された熱板に接触させた。その後、封止フィルムを３分〜７分間かけて加熱し、光半導体素子搭載基板の温度が所定の温度Ｔ_２に達した時点で１０秒間かけて減圧を大気圧まで戻して、封止光半導体デバイスを得た。

得られた封止半導体デバイスを目視により観察して、ボイド及び／又はクラックの発生の有無を確認した。結果を以下の表１に示す。

表１から、実施例１〜５の製造方法で製造された封止光半導体デバイスは、ボイド及び／又はクラックの発生を生じることがなく、封止フィルムにより、光半導体素子の形状に沿った被覆が形成されていることが確認された。

本発明の封止光半導体デバイスの製造方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、固体撮像、フォトカプラー用発光体及び受光体等の光半導体素子の封止方法として有用である。

１ 光半導体素子搭載基板
２ 光半導体素子
３ 封止フィルム
１０ 真空ラミネータ
１１ 熱板
１２ 中板
１３ リフトピン
１４〜１６ 開口
２０ 封止フィルムの周辺部
２１ 気密空間
３０ 封止光半導体デバイス
４０ ダイアフラム型真空ラミネータ
４１ ダイアフラムゴム膜
４２ 上室
４３ 下室
５０ ラミネーション治具
５１ スプリング
５２ 上枠

Claims (7)

1. 減圧チャンバー内で光半導体素子を搭載する光半導体素子搭載基板上に封止フィルムを載置し、前記減圧チャンバー内を減圧する工程、
   前記封止フィルムを加熱して、前記封止フィルムの少なくとも周辺部を前記素子搭載基板の表面に熱融着させる工程、及び
   前記減圧チャンバー内の減圧を解除して、前記封止フィルムで前記光半導体素子搭載基板を封止する工程を含む、封止光半導体デバイスの製造方法であって、
   前記減圧チャンバー内の減圧を解除する時点の前記光半導体素子搭載基板の温度Ｔ_２は、前記封止フィルムが０．０２〜０．１５ＭＰａの引張強度及び１５０〜４５０％の破断伸度を示す温度である、封止光半導体デバイスの製造方法。
2. 前記封止フィルムが、熱硬化性シリコーン樹脂で構成される、請求項１に記載の封止光半導体デバイスの製造方法。
3. 前記封止フィルムが、９０質量％以下の蛍光体を含む、請求項１又は２に記載の封止光半導体デバイスの製造方法。
4. 前記封止フィルムが、１０μｍ以上３００μｍ以下の厚さを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の封止光半導体デバイスの製造方法。
5. 前記温度Ｔ_２が、７０℃以上１８０℃以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の封止光半導体デバイスの製造方法。
6. 前記光半導体素子搭載基板において、光半導体素子が複数搭載され、前記光半導体素子間の最小距離が、前記封止フィルムの厚さよりも長い、請求項１〜５のいずれか一項に記載の封止光半導体デバイスの製造方法。
7. 前記光半導体素子搭載基板において、光半導体素子が複数搭載され、前記光半導体素子の高さＴと、隣り合う２つの光半導体素子間の距離Ｌとのアスペクト比（Ｔ／Ｌ）が、最大で３以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の封止光半導体デバイスの製造方法。

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