JPH07221350A - 発光ダイオード性能改善方法 - Google Patents

発光ダイオード性能改善方法

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JPH07221350A
JPH07221350A JP2335995A JP2335995A JPH07221350A JP H07221350 A JPH07221350 A JP H07221350A JP 2335995 A JP2335995 A JP 2335995A JP 2335995 A JP2335995 A JP 2335995A JP H07221350 A JPH07221350 A JP H07221350A
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クリストファー・エイチ・ローリー
David K Mcelfresh
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Abstract

(57)【要約】 【目的】発光ダイオードが厳しい温度条件下に置かれた
場合の性能の劣化や寿命の短縮を防止する。 【構成】ダイ２３にリードフレーム１３、１５を取り付
けた後、液体のコーティング２１をかける。これによ
り、ダイ、ハスジング等の熱膨張率の違いによるダイの
応力を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体素子製造の
分野に関し、具体的には発光ダイオード（“ＬＥＤ”）
の製造に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】ＬＥＤそれ自体は公知であ
る。製造中、ＬＥＤは一般に外界から防護するためにエ
ポキシ、ポリエステルまたはこれに類似した熱硬化性材
料に封入される。これまでこのような封入は個々のＬＥ
Ｄと、ディスプレイ、ランプ及びその他の装置を形成す
るため複合的に製造されるＬＥＤ群の双方において行わ
れてきた。
【０００３】ＬＥＤを含む半導体の製造中、ダイを封入
する前にダイにコーティングをかけることが一般的であ
る。この被覆の目的は、湿気やその他の物質がダイと接
触して、これを損傷することを防止する防護層として役
立てることにある。これらのコーティングは、軟質ゲル
から、ガラス転移温度（“Ｔｇ”）が１８０℃またはも
っと高温の硬質の外殻まである。
【０００４】動作時には、ＬＥＤが曝される温度の変化
によって、ＬＥＤの発光部品を構成する半導体ダイに応
力がかかる。これらの応力は、ＬＥＤが極端な環境に曝
されたときに、ＬＥＤの種々の材料の膨張率が異なるこ
とによって引き起こされる。これらの応力はダイを損傷
し、ある環境下、具体的にはＬＥＤが極端な温度に曝さ
れた場合には、ＬＥＤの光量を著しく低下させることが
知られている。
【０００５】ダイに対するこのような応力の影響を除去
し、または緩和するために多くの努力が払われてきたも
のの、完全に満足できる解決方法は未だに発見されてい
ない。現在使用されているコーティングはこれらの問題
を解決するに至っていない。ゲル化コーティングでは熱
硬化物質との界面で分離が生ずることが多く、それによ
って光トラップが生じて光出力が低減する。ボンドワイ
ヤの破壊を含むその他の故障モードもこれらのコーティ
ングに起因するものであった。
【０００６】
【発明の概要】第１の実施例では、本発明は熱硬化性の
封入材(encapsulating material)によるものであって、
熱硬化性封入材を付与する前にダイに液体コーティング
を被覆することによって、ダイにかかる応力を軽減する
方法である。この液体コーティングは封入材の硬化期間
中硬化せず、またＬＥＤの寿命に亘って液状を保ち続け
る。この液体コーティングはまた封入材料と混ざり合わ
ない。このコーティングによって、ダイと封入材との膨
張率の相違と、ダイと接触した時の封入材の接着強度が
強いことの相乗作用によってダイにかかる応力が軽減さ
れる。ＬＥＤの製造工程に液体コーティングを組み入れ
ることによって、極端な温度下でのＬＥＤの動作寿命が
大幅に延びた。
【０００７】
【実施例】公知の技術を用いて製造したＬＥＤを図１に
示す。ＬＥＤ１０は実際に光を発生する半導体材料を含
むダイ１１と、第１リードフレーム１３と、第２リード
フレーム１５と、エポキシ、ポリエステルまたはこれと
同類の熱硬化性の透明または着色封入材を含むハウジン
グ１９から構成されている。
【０００８】動作時には、図１に示したようなＬＥＤは
極端な温度下では故障したり、極めて低い光量しか発し
ないことがよくある。最近までは、このような欠陥の厳
密な理由が判明していなかった。
【０００９】本願発明者の研究の結果、ダイにかかる応
力は封入材料のダイ及び／またはリードフレームへの接
着に直接関連があることが判明した。ダイに対する封入
材の接着力が測定され、ダイ付着エポキシ(die attach
epoxy)を除くＬＥＤのその他の全ての構成材料に対する
封入材の接着力よりも強いことが判明した。事実、封入
材の接着力はダイの強度を越えるものであった。エホキ
シ封入材は冷却すると金属製のリードフレーム、または
ダイよりも大きく収縮するので、このような収縮率の差
によってダイにかかる応力は、封入材の大きな接着力と
の相乗作用によってしばしばＬＥＤを破壊していた。
【００１０】上記の発見によって、封入材によりダイに
かかる応力を軽減すれば、ＬＥＤの寿命が著しく延びる
ことが明らかになった。この目的のため、発明者は製造
中にダイとリードフレームにかけられ、熱硬化製封入材
の硬化期間中に液状を保つ液体コーティングを開発し
た。この液体コーティング材は実質的に熱硬化性封入材
に混じり合わない。
【００１１】図２は本発明の一実施例のＬＥＤを示し、
その（Ａ）は、ＬＥＤ全体の断面図、（Ｂ）は（Ａ）中
で２Ｂで示す部分を表わしている。図２に示すように、
コーティング２１はダイ２３と、リードフレーム１３及
び１５に被覆される。コーティング２１の量はダイ２１
とリードフレーム１３及び１５の表面が単に湿る程度よ
り多くてもよい。本発明の教示に従って形成された種々
のＬＥＤの試験で、コーティング２１の量を図２に示し
た量と等しくすることで、ＬＥＤの動作寿命の最適の改
善をもたらすことが見出された。
【００１２】従来技術から公知のコーティングとは異な
り、本発明のコーティングはダイ及びリードフレームに
対するエホキシ封入材の接着力を低減することを特に意
図したものである。これは、コーティングがＬＥＤの動
作寿命全体に亘って液状を保ち、また熱硬化性エポキシ
封入材と混じり合わないようにすることによって達成さ
れる。液体コーティングを開発する他の挑戦は、その反
射率がダイスから封入材へと光線が透過するのに最適な
屈折率になることを保証することにあった。
【００１３】液体コーティングには他の幾つかの特性が
必要であった。コーティングが導電性構造と接触する場
合には、この液体コーティングは電気を導通してはなら
ない。従って、イオン材料または金属粒子を含む材料は
使用できない。必要な特性を有する入手可能な多くの材
料中、幾つかの種類の市販の高分子シリコーン成分を使
用できることが実証された。ポリアリルアルキルシロク
サン(polyarylalkylsiloxane)、ポリアルキルメチルシ
ロクサン(polyalkylmethylsiloxane)及びジメチルポリ
シロクサン(dimethylposlysiloxane)（特にＧＥシリコ
ンから市販のＳＦ１１４７）が最良であることが判明し
ている。
【００１４】ＬＥＤに液体コーティングを被覆すること
によるＬＥＤの製造に必要なコストと時間の増大はほん
の僅かである。リードフレームにダイを配した後に行わ
れるリードのダイへの取付けの後、製造中のＬＥＤ上に
マスクを置き、その上に液体コーティングが噴射され
る。コーティング材は相当に厚く被覆される。これは、
そうした方がＬＥＤに対する最適な熱衝撃への抵抗力を
与えることが判明したからである。
【００１５】最初の試験（その結果を図３に示す）で
は、低温に極めて敏感なダイ、すなわちＧａＰ上の１０
ミル平方の黄色ＧａＡｓＰのＬＥＤダイが標準形の組立
技術を利用して５ｍｍのランプ内に封入された。サンプ
ル数としては２８個のランプが使用され、これらのラン
プが基準グループとされた。同時に、上記のグループ以
外に別の２８個のランプのグループ、すなわち試験グル
ープが組立られ、封入前にそれらのダイに本発明の液体
層を被覆した。双方のＬＥＤグループは低温下動作寿命
（Low Temperature Operating Life, 以下ＬＴＯＬと称
する）試験にかけられ、その試験中にＬＥＤは−４０℃
の温度に保たれたまま２０ｍＡの駆動電流を受けた。Ｌ
ＥＤの初期光量が測定され、全体の経過時間が１，００
０時間に及ぶ期間である間隔で光量が測定された。
【００１６】図３に示すように、本発明に従って製造し
たＬＥＤ（図３では、オイル・コート・グループと表示
されている）の光量は全体で１，０００時間の試験を経
た後もそれほど劣化せず、一方、試験ロット（基準グル
ープ）のＬＥＤでは６時間で約９０％もの光量が失われ
た。
【００１７】再度のＬＴＯＬ、高湿温度動作寿命（８５
℃、相対湿度８５％、駆動電流１０ｍＡ）、温度サイク
ル（−５５℃から１００℃）、及び熱衝撃（−４０℃か
ら１１０℃、液液）を含むその後に行った別の試験で
も、本発明の教示に従って製造されたＬＥＤグループに
は有害な影響は認められなかった。熱衝撃試験の結果は
図４に示す通りである。８００サイクルの試験後、基準
グループのＬＥＤの約５０％が故障した。１，５００サ
イクルを経た後でも、本発明の教示に従って製造したＬ
ＥＤは僅か５％しか故障しなかった。
【００１８】ここに本発明を特定の実施例を基に説明し
てきた。本発明の範囲または趣旨から離れることなく、
多くの変更と修正が可能であることが当業者には明らか
であろう。例えば、各種の液体コーティングを使用する
ことが可能であり、ここでコーティングは半導体素子が
使用されることが想定される具体的な環境に応じて最適
化される。異なる環境と、異なる被覆材料で最適な結果
を達成するには、被覆される液体コーティングの量を変
更することも必要であろう。本発明のその外の変更、修
正及び用途は、これまでの説明から当業者には明らかで
あろう。従って、本発明は本願特許請求の範囲によって
のみ限定されるものである。
【００１９】以下に、本発明の実施態様の例を列挙す
る。
【００２０】〔実施態様１〕少なくとも一つの発光ダイ
と、第１及び第２のリードフレームと、封入層とを有す
る発光ダイオードの性能改善方法において、前記ダイを
第１及び第２のリードフレームと連結して配置した後
で、ダイ上に液体コーティングを被覆するステップを設
け、前記ダイ上に封入層を配置するステップはダイとリ
ードフレームとの上に液体コーティングを被覆するステ
ップに先行することを特徴とする発光ダイオード性能改
善方法。
【００２１】〔実施態様２〕前記液体コーティングが、
封入層に実質的に混和せず、発光ダイオードの寿命に亘
って液状の状態を維持する非導電性材料から成ることを
特徴とする実施態様１記載の発光ダイオード性能改善方
法。
【００２２】〔実施態様３〕以下の(a)ないし()を設け
たことを特徴とする発光ダイオード： (a)上面と底面とを有する発光ダイ； (b)前記発光ダイの底面と連結された第１リードフレー
ム； (c)前記発光ダイの上面と連結された第２リードフレー
ム； (d)前記発光ダイと前記第１及び第２のリードフレーム
の上に施された液体コーティング； (e)前記液体コーティングの上に配置され、前記液体コ
ーティングとは混和しない封入層：前記封入層は熱硬化
性であって発光ダイオードのための硬質の外表面を形成
すると共に、前記液体コーティングは前記封入層の熱硬
化中及び発光ダイオードのそれ以降の寿命に亘って液状
の状態を維持する。
【００２３】〔実施態様４〕前記液体コーティングが、
ポリアルキルメチルシロクサン、ジメチルポリシロクサ
ン及びポリアリルアルキルシロクサンの群から選択され
た一つを含むことを特徴とする実施態様２記載の方法。
【００２４】〔実施態様５〕前記液体コーティングが、
ポリアルキルメチルシロクサン、ポリジメチルシロクサ
ン及びポリアリルアルキルシロクサンの群から選択され
た一つを含むことを特徴とする実施態様３記載の発光ダ
イオード。
【００２５】〔実施態様６〕少なくとも一つの能動半導
体素子を備えていて、この能動半導体素子が少なくとも
第１と第２の電気接点と結合され、前記能動素子と、前
記第１及び第２の電気接点が熱硬化性材料から成るパッ
ケージ内に実装されている形式の半導体素子の信頼性を
高める方法において、前記電気接点を前記能動半導体素
子に結合した後であって前記能動半導体素子と前記電気
接点とを前記熱硬化性材料に封入する前のステップで、
前記能動半導体素子と前記第１及び第２の電気接点に液
体コーティングを被覆するステップを有することを特徴
とする方法。
【００２６】〔実施態様７〕前記液体コーティングが前
記熱硬化性材料内に実質的に混和せず、前記液体コーテ
ィングが半導体素子の寿命に亘って液状の状態を維持す
ることを特徴とする実施態様６記載の方法。
【００２７】〔実施態様８〕前記液体コーティング材が
ポリアリルアルキルシロクサンから成ることを特徴とす
る実施態様７記載の方法。
【００２８】〔実施態様９〕少なくとも第１の能動半導
体素子と、前記能動半導体素子に結合された少なくとも
第１と第２の電気接点と、前記能動半導体素子と前記第
１及び第２の電気接点に被覆された液体コーティング
と、半導体素子と電気接点との上に配置された熱硬化性
封入材を設け、前記液体コーティングが熱硬化性封入材
の硬化後も液状の状態を維持し、前記液体コーティング
は熱硬化性封入材内に混和せず、極端な温度や温度の変
動に起因する応力から半導体素子を防護することを特徴
とする半導体装置。
【００２９】〔実施態様１０〕前記液体コーティングが
ポリアリルアルキルシロクサンを含むことを特徴とする
実施態様９記載の半導体装置。
【００３０】〔実施態様１１〕前記液体コーティングが
熱硬化性材料と実質的に同一の屈折率を有することを特
徴とする実施態様７記載の方法。
【００３１】
【効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば、
極端な温度条件下における発光ダイオードの劣化を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のＬＥＤの断面図。
【図２】本発明の教示内容を取り入れたＬＥＤの構造の
断面図。
【図３】公知のＬＥＤと、本発明の教示に従って製造し
たＬＥＤの双方の動作寿命に対する低温の影響を示した
グラフ。
【図４】公知のＬＥＤと、本発明の教示に従って製造し
たＬＥＤで行われた熱衝撃試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１３：リードフレーム １５：リードフレーム １９：ハウジング ２１：コーティング ２３：ダイ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも一つの発光ダイと、第１及び第
    ２のリードフレームと、封入層とを有する発光ダイオー
    ドの性能改善方法において、 前記ダイを第１及び第２のリードフレームと連結して配
    置した後で、ダイ上に液体コーティングを被覆するステ
    ップを設け、 前記ダイ上に封入層を配置するステップはダイとリード
    フレームとの上に液体コーティングを被覆するステップ
    に先行することを特徴とする発光ダイオード性能改善方
    法。
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