KR100798216B1 - 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트 및 상기 시트를 갖는 광학 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

광학 반도체 소자 캡슐화용 시트 및 상기 시트를 갖는 광학 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 광학 반도체 소자와 접촉하게 되는 최외부 수지층 A, 상기 최외부 층 A상에 형성되고 광 확산 입자를 함유하는 광 확산 층, 및 상기 광 확산 층상에 형성되고 상기 최외부 층 A보다 낮은 굴절률을 갖는 수지 층 B를 포함하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 제공한다. 또한 본 발명은 상기 시트를 사용하여 광학 반도체 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

광학 반도체 소자 캡슐화용 시트 및 상기 시트를 갖는 광학 반도체 장치의 제조 방법{SHEET FOR OPTICAL-SEMICONDUCTOR-ELEMENT ENCAPSULATION AND PROCESS FOR PRODUCING OPTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE WITH THE SAME}
도 1은 본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트의 하나의 실시양태를 도시한 도면이다.
도 2는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 광학 반도체 소자상에 중첩하는 본 발명의 방법중 단계 (1)의 하나의 실시양태를 도시한 도면이다.
도 3은 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 스탬퍼로 가압 성형하는 발명의 방법중 단계 (2)의 하나의 실시양태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 공정에 의해 제조된 광학 반도체 장치의 하나의 실시양태를 도시한 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트 2 : 층 A
3 : 광 확산 층 4 : 층 B
5 : 배선 회로 기판 6 : 광학 반도체 소자
7 : 스탬퍼
본 발명은 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트 및 광학 반도체 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
2종 이상의 수지 층으로 캡슐화된 하나 이상의 광학 반도체 소자를 포함하는 광학 반도체 장치로서, 광학 반도체 소자와 직접 접촉하는 제 1 캡슐화용 수지가 침지 또는 포팅(potting)에 의해 형성되고 개선된 광 효율을 수득하기 위해 광학 반도체 소자측으로부터 최외부 층으로 굴절률이 층마다 단계별로 감소되도록 이루어진 수지 층이 배치된 것이 공지되어 있다(일본 특허공개 공보 제 평성 10-65220 호 참조).
그러나, 침지 또는 포팅에 의해 수지를 캡슐화하는 것은, 소정량으로 개별적인 광학 반도체 소자상에 액체 수지를 적가하는 작업이 곤란한 작업이라는 결점이 있다. 더욱이, 굴절률이 상이한 2종 이상의 수지 층으로 광학 반도체 소자를 캡슐화하는 것은 2가지 이상의 단계를 필요로 하기 때문에 성가시다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광학 반도체 장치의 제조시에 광학 반도체 소자의 수지 캡슐화를 용이하게 수행할 수 있고, 광학 반도체 소자에 의해 방출되는 광의 지향성(directivity)을 발산하는 기능을 하여, 이로써 광학 반도체 장치가 높은 효율의 광 취출을 가능하게 하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 시트를 이용하는 광학 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 효과는 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
즉, 본 발명은,
[1] 하나 이상의 광학 반도체 소자와 접촉하게 되는 최외부 수지 층 A,
상기 층 A상에 형성되고 광 확산 입자를 함유하는 광 확산 층, 및
상기 광 확산 층상에 형성되고 상기 층 A보다 낮은 굴절률을 갖는 수지 층 B를 포함하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트,
[2] (1) 배선 회로 기판의 광학 반도체 소자 탑재면에 상기 [1]에 기재된 바와 같은 시트를, 상기 층 A가 광학 반도체 소자와 접촉하도록 중첩하는 단계, 및
(2) 단계 (1)에서 중첩된 시트를 가압 성형하는 단계를 포함하는 광학 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 광학 반도체 장치의 제조시에 광학 반도체 소자의 수지 캡슐화가 용이하게 수행될 수 있고, 수득된 광학 반도체 소자가 높은 효율의 광 취출을 유지한다는 이점을 갖는다.
본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트의 한가지 특징은, 하나 이상의 광학 반도체 소자와 접촉하게 되는 측의 최외부 층으로서의 수지 층[층 A], 층 A상에 형성되고 광 확산 입자를 함유하는 광 확산 층, 및 광 확산 층상에 형성되고 층 A보다 낮은 굴절률을 갖는 수지 층[층 B]을 포함한다는 점이다.
본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트(1)의 하나의 실시양태가 도 1에 도시되어 있다. 시트(1)는 층 A(2), 그 상에 중첩된 광 확산 층(3), 및 광 확산 층(3)상에 중첩되는 층 B(4)를 포함한다.
층 A(2)를 형성하는데 사용되는 수지의 예에는, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 방향족 폴리아미드, 폴리카보디이미드, 에폭시 수지 및 트리아세틸셀룰로오스가 포함된다. 광학 반도체 소자를 캡슐화하기 위해, 수지는 후술하는 방법에 의해 열적으로 경화된다. 층 A의 굴절률, 즉 경화된 수지의 굴절률은, 광학 반도체 소자로부터 취출되는 광 효율을 향상시키기 위해, 바람직하게 1.5 이상, 보다 바람직하게 1.5 내지 2.1, 더욱 바람직하게 1.7 내지 2.1이다. 굴절률은 후술될 제조예에 기술된 방법에 의해 측정될 수 있다. 층 A의 굴절률은 층 A를 구성하는 수지의 종류, 수지의 성분, 이들의 양 등을 적절하게 선택함으로써 소정값으로 조절될 수 있다.
층 A의 형성시에 사용되는 수지 중에, 폴리카보디이미드는, 고 굴절률이 얻어지므로 바람직하다. 하기의 화학식 1로 나타내는 폴리카보디이미드가 보다 바람직하다.
Figure 112005065358635-pat00001
상기 화학식에서,
R은 디이소시아네이트 잔기이고,
R1은 모노이소시아네이트 잔기이고,
n은 1 내지 100의 정수를 나타낸다.
사용되는 이들 수지는 시판중인 것일 수 있다. 폴리카보디이미드와 관련하여, 하기에 기술된 바와 같은 방식으로, 하나 이상의 디이소시아네이트를 축합 반응시키고 생성된 중합체의 말단을 모노이소시아네이트로 블록킹함으로써 제조될 수 있다. 화학식 1에서, R은 출발 물질로서 사용되는 디이소시아네이트 잔기를 나타내고, R1은 또다른 출발 물질로서 사용되는 모노이소시아네이트 잔기를 나타낸다. 화학식 1에서의 기호 n은 1 내지 100의 정수이다.
출발 물질로서 사용되는 디이소시아네이트 및 모노이소시아네이트는 방향족 또는 지방족일 수 있다. 디이소시아네이트 및 모노이소시아네이트는 각각 하나 이상의 방향족 이소시아네이트 또는 하나 이상의 지방족 이소시아네이트로 구성되거나, 방향족 이소시아네이트와 지방족 이소시아네이트의 조합을 포함할 수 있다. 고 굴절률을 갖는다는 점에서, 본 발명에서 방향족 이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 디이소시아네이트 및 모노이소시아네이트 중 적어도 어느 하나는 방향족 이소시아네이트를 포함하거나 하나 이상의 방향족 이소시아네이트로 구성되는 것이 바람직하거나, 또는 디이소시아네이트 및 모노이소시아네이트 각각이 하나 이상의 방향족 이소시아네이트로 구성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 것은 디이소시아네이트가 지방족 이소시아네이트와 방향족 이소시아네이트의 조합을 포함하고, 모노이소시아네이트가 하나 이상의 방향족 이소시아네이트로 구성된 경우이다. 특히 바람직한 것은 디이소시아네이트 및 모노이소시아네이트 각각이 하나 이상의 방향족 이소시아네이트로 구성된 경우이다.
본 발명에 사용될 수 있는 디이소시아네이트의 예로는, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 도데카메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트라이메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 4,4'-디클로로헥실메탄 디이소시아네이트, 자일릴렌 디이소시아네이트, 테트라메틸자일릴렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 시클로헥실 디이소시아네이트, 라이신 디이소시아네이트, 메틸시클로헥산 2,4'-디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐 에테르 디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트, 1-메톡시페닐 2,4-디이소시아네이트, 3,3'-디메톡시-4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐 에테르 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-디페닐에테르 디이소시아네이트, 2,2-비스[4-(4-이소시아나토페녹시)페닐]-헥사플루오로프로판, 및 2,2-비스[4-(4-이소시아나토페녹시)-페닐]프로판을 들 수 있다.
고 굴절률을 수득하기 위해, 디이소시아네이트로서 톨릴렌 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 및 나프탈렌 디이소시아네이트로 구성된 군중에서 선택된 하나 이상의 성분을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 것은 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트이다.
이들 디이소시아네이트는 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
출발 물질로서 사용되는 하나 이상의 디이소시아네이트는, 바람직하게는 하나 이상의 방향족 디이소시아네이트를 전체 디이소시아네이트를 기준으로 바람직하게는 10몰% 이상(상한치; 100몰%)으로 포함한다. 바람직하게는, 이들 디이소시아네이트는 바람직한 예로서 상기 열거된 것들이다.
본 발명에 사용될 수 있는 모노이소시아네이트의 예는 시클로헥실 이소시아네이트, 페닐 이소시아네이트, p-니트로페닐 이소시아네이트, p- 및 m-톨릴 이소시아네이트, p-폼일페닐 이소시아네이트, p-이소프로필페닐 이소시아네이트, 및 1-나프틸 이소시아네이트를 포함한다.
바람직한 모노이소시아네이트는 방향족 모노이소시아네이트인데, 이는 이들이 서로 반응하지 않고 폴리카보디이미드를 이러한 모노이소시아네이트로 말단 블록킹하는 것이 효율적으로 진행되기 때문이다. 1-나프틸 이소시아네이트를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이들 모노이소시아네이트는 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
말단 블록킹에 사용되는 모노이소시아네이트의 양은 사용될 디이소시아네이트 성분 100몰당 1 내지 10몰의 범위가 바람직하다. 모노이소시아네이트 성분이 디이소시아네이트 성분 100몰당 1몰 이상의 양으로 사용되는 경우, 수득된 폴리카보디이미드의 분자량이 지나치게 높아지거나, 가교 반응이 발생하지 않는다. 따라서, 폴리카보디이미드 용액은 예컨대 점성의 상승 또는 상기 용액의 고화가 발생하거나, 저장 안정성의 저하가 발생하지 않는다. 이에 따라 이러한 모노이소시아네이트 성분의 양이 바람직하다. 한편, 모노이소시아네이트 성분이 디이소시아네이트 성분 100몰당 10몰 이하의 양으로 사용된 경우, 생성된 폴리카보디이미드 용액은 적절한 점성을 갖는다. 이로써, 용액으로부터의 성막은, 예컨대 도포 및 건조를 통하여 만족스럽게 수행될 수 있다. 이에 따라, 이러한 모노이소시아네이트 성분의 양이 바람직하다. 상술한 범위내의 양으로 사용된 모노이소시아네이트에 의해 말단 블록킹한 폴리카보디이미드 용액은, 디이소시아네이트 성분의 양에 대한 그의 양의 견지에서, 저장 안정성이 특히 우수하다.
본 발명에 따라 사용하기 위한 폴리카보디이미드는 출발 물질로서의 하나 이상의 디이소시아네이트를, 카보디이미드 형성용 촉매의 존재하에 예정된 용매중에서 축합 반응을 통해 카보디이미드로 전환시키고, 생성된 카보디이미드 중합체의 말단을 모노이소시아네이트로 블록킹함으로써 제조될 수 있다.
디이소시아네이트 축합 반응은 일반적으로 0 내지 150℃, 바람직하게 10 내지 120℃에서 수행된다.
지방족 디이소시아네이트 및 방향족 디이소시아네이트가 조합되어 출발 물질 디이소시아네이트로서 사용되는 경우, 디이소시아네이트를 저온에서 반응시키는 것이 바람직하다. 반응 온도는 바람직하게 0 내지 50℃, 보다 바람직하게 10 내지 40℃이다. 상기 범위의 반응 온도의 사용은, 지방족 디이소시아네이트와 방향족 디이소시아네이트의 축합이 충분히 진행되기 때문에 바람직하다.
반응 혼합물에 존재하는 과량의 방향족 디이소시아네이트가, 지방족 디이소시아네이트 및 방향족 디이소시아네이트로부터 형성된 폴리카보디이미드와 추가로 반응하는 것이 바람직한 경우, 반응 온도는 바람직하게 40 내지 150℃, 보다 바람직하게 50 내지 120℃이다. 반응 온도가 상기 범위에 있는 한, 반응을 원활히 수행하기 위해 임의의 바람직한 용매가 사용될 수 있다. 따라서, 상기 반응 온도 범위가 바람직하다.
반응 혼합물에서 디이소시아네이트 농도는 바람직하게 5 내지 80중량%이다. 디이소시아네이트 농도가 상기 범위에 있는 한, 카보디이미드 형성이 충분히 진행되고 반응 조절이 용이하다. 따라서, 상기 디이소시아네이트 농도 범위가 바람직하다.
모노이소시아네이트로의 말단 블록킹은 디이소시아네이트(들)로부터의 카보디이미드 형성의 처음, 중간, 또는 마지막 단계 또는 카보디이미드 형성 전 단계에서 반응 혼합물에 모노이소시아네이트를 첨가함으로써 달성될 수 있다. 모노이소시아네이트는 바람직하게 방향족 모노이소시아네이트이다.
카보디이미드 형성을 위한 촉매로서, 임의의 공지된 인 화합물 촉매가 유리하게 사용될 수 있다. 이들의 예로는 포스폴렌 산화물, 예컨대 1-페닐-2-포스폴렌 1-옥시드, 3-메틸-2-포스폴렌 1-옥시드, 1-에틸-2-포스폴렌 1-옥시드, 3-메틸-1-페닐-2-포스폴렌 1-옥시드, 3-메틸-1-페닐-2-포스폴렌 2-옥시드, 및 이들의 3-포스폴 렌 이성체를 포함한다.
폴리카보디이미드 제조에 사용되는 용매(유기 용매)는 공지된 것이다. 이들의 예로는 할로겐화 탄화수소(예; 테트라클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 및 클로로폼), 케톤 용매(예; 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 및 시클로헥사논), 환상 에테르 용매(예; 테트라하이드로퓨란 및 다이옥산), 및 방향족 탄화수소 용매(예; 톨루엔 및 자일렌)를 포함한다. 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다. 이들 용매는 또한 수득된 폴리카보디이미드를 용해시키는데 사용될 수 있다.
반응의 종말점은 적외선 분광 기법(IR 분석)에 의해 카보디이미드 구조(N=C=N)로 인한 흡광(2,135cm-1)의 발생 및 이소시아네이트로 인한 흡광(2,270cm-1)의 소실로부터 확인될 수 있다.
카보디이미드-형성 반응이 종결된 후, 폴리카보디이미드는 대개 용액의 형태로 수득된다. 그러나, 수득된 용액을 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜, 또는 헥산과 같은 빈용매(poor solvent)에 부어서 폴리카보디이미드를 침전시키고 미반응된 단량체 및 촉매를 제거한다.
침전물로서 회수된 폴리카보디이미드의 용액을 제조할 때에는, 침전물은 세척하고 소정의 방식으로 건조한 후, 다시 유기 용매에 용해시킨다. 이러한 작업을 수행함으로써, 폴리카보디이미드 용액은 개선된 저장 안정성을 가질 수 있다.
폴리카보디이미드 용액이 부산물을 함유하는 경우, 이러한 용액은, 예컨대 부산물을 적절한 흡착제로 흡착 제거함으로써 정제될 수 있다. 흡착제의 예로는, 알루미나겔, 실리카겔, 활성탄, 제올라이트, 활성 산화마그네슘, 활성 보크사이트, 표토(Fuller's earth), 활성 점토, 및 분자체 탄소를 포함한다. 이들 흡착제는 단독으로 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
전술된 방법에 의해, 폴리카보디이미드를 수득한다. 이러한 폴리카보디이미드는 주쇄 구조가 방향족 및 지방족 디이소시아네이트로 구성되고 말단이 방향족 모노이소시아네이트로 블록킹된 것이 바람직하다. 보다 바람직한 것은, 주쇄 구조가 하나 이상의 방향족 디이소시아네이트로 구성되고 말단이 방향족 모노이소시아네이트로 블록킹된 것이다.
특히, 폴리카보디이미드는, 바람직하게 화학식 1에서 R로 표시되는 디이소시아네이트 잔기의 10몰% 이상(상한치; 100몰%)이 하나 이상의 방향족 디이소시아네이트의 잔기이고, 화학식 1에서 R1로 표시되는 모노이소시아네이트 잔기가 하나 이상의 방향족 모노이소시아네이트의 잔기인 것이다. 방향족 디이소시아네이트 잔기는 바람직하게 톨릴렌 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 및 나프탈렌 디이소시아네이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 잔기이고, 보다 바람직하게는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 잔기이다. 방향족 모노이소시아네이트 잔기는 1-나프틸 이소시아네이트 잔기가 바람직하다.
이에 따라 수득된 폴리카보디이미드를 포함하는 층 A의 굴절률은 1.5 내지 2.1인 것이 바람직하다.
층 A는 층 A의 굴절률을 조절하기 위해 그 내부에 분산된 무기 산화물(예; 산화티탄 또는 산화지르코늄)을 함유한 수지 층일 수 있다.
층 A는, 예컨대 수지 용액을 제조하기 위해 20 내지 50중량%의 농도에 이르는 양으로 유기 용매(예; 톨루엔, 시클로헥사논 또는 메틸 에틸 케톤)내에서 수지를 용해하고, 상기 수지 용액을, 캐스팅, 스핀 코팅 또는 롤 코팅과 같은 기법에 의해 실리콘 처리 표면을 갖는 릴리즈 시트(예컨대, PET 세퍼레이터)상에 적절한 두께의 막으로 수지 용액을 형성한 다음, 경화 반응이 유발되지 않고 용매를 제거할 수 있는 온도에서 막을 건조함으로써 수득된다. 수지 용액을 막으로 건조시키는 온도는, 수지 및 용매의 종류에 따라서 변하기 때문에 무조건적으로 결정될 수 없다. 그러나, 온도는 바람직하게 20 내지 350℃, 보다 바람직하게 50 내지 250℃, 특히 바람직하게 70 내지 200℃이다. 가열로 건조하여 수득된 수지 층의 두께는 광학 반도체 소자의 추종성을 고려할 때 바람직하게 2 내지 50㎛, 보다 바람직하게 5 내지 30㎛이다.
광 확산 층(3)을 형성하는 수지의 예로는, 층 A에 대해 상기 열거한 것과 동일한 수지가 포함된다. 수지는, 광 확산 층에 인접하고 광학 반도체 소자측에 분산된 수지 층으로 구성된 수지와 동일한 종이 바람직하다. 광학 반도체 소자 캡슐화를 위해, 이러한 수지는 후술하는 방식으로 열적으로 경화된다. 본 발명에서, 광 확산 층은 "수지 층"과 명확하게 구별되고, 광 확산 층내의 수지의 굴절률은 층 A, 층 B를 포함하는 수지 층 각각의 굴절률 이하, 그 이상 또는 그와 동일할 수 있다.
광 확산 층내에 함유된 광 확산 입자의 예로는 무기 산화물(예; 실리카, 산화아연, 알루미나, 산화티탄, 및 산화지르코늄)이 포함된다. 분산성 및 입경 조절의 용이성의 견지에서, 이들중에 실리카가 바람직하다. 이들 미립형 광 확산 물질은 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 또한, 청색 LED 또는 자주색 LED에 의해 방출되는 광을 백색광으로 변환하는 형광 물질이 광 확산 입자로서 사용될 수 있다. 광 확산 입자의 입경은 광 확산 특성 및 광 투과를 유지하는 견지에서 바람직하게 500nm 내지 10㎛, 보다 바람직하게 500nm 내지 1㎛이다. 광 확산 층내 광 확산 입자의 함유량은 광 확산 특성 및 광 투과를 유지하는 견지에서 바람직하게 10 내지 50체적%, 보다 바람직하게 10 내지 30체적%이다.
층 A와 동일한 방법으로 수지 용액을 제조하고, 이 수지 용액에 광 확산 입자를, 바람직하게는 건조 고체 기준으로 10 내지 50체적%의 양으로 가하고, 상기 성분들을 교반하면서 혼합한 다음, 상기 층 A와 동일한 방법으로 후속 단계를 수행하여 광 확산 층을 얻을 수 있다. 가열에 의한 건조를 통해 얻어진 광 확산 층의 두께는, 광학 반도체 소자에 대한 추종성, 광 확산 특성 및 광 투과를 유지하는 견지에서, 바람직하게 1 내지 50㎛, 보다 바람직하게 10 내지 40㎛이다.
층 B(4)를 형성하는데 사용되는 수지의 예로는 상기 층 A에 관해 상기 열거한 바와 같은 수지를 포함한다. 광학 반도체 소자의 캡슐화를 위해, 수지는 하기 기술하는 방법으로 열경화된다. 층 B의 굴절률, 즉 경화 수지의 굴절률은 층 A의 굴절률보다 낮은 한, 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 광학 반도체 소자로부터 취출되는 광 효율성을 향상시키는 견지에서, 상기 층 B의 굴절률은 바람직하게 1.1 내지 1.5, 보다 바람직하게 1.3 내지 1.5이다. 굴절률은, 하기에 기술되는 제조 실시예에서 기술하는 방법에 의해 측정할 수 있다. 상기 층 B의 굴절률은 층 B를 구성하는 수지의 종류, 수지의 성분, 이들의 양 등을 적절하게 선택함으로써 소정의 값으로 조절할 수 있다.
상기 층 B를 형성하는데 사용가능한 수지중에서, 에폭시 수지가 성형의 용이성 및 낮은 비용의 견지에서 바람직하다. 상기 층 B의 굴절률을 조절하기 위한 목적으로, 무기 산화물(예, 산화티탄 또는 산화지르코늄)이 이러한 수지 층에 분산될 수 있다. 더욱이, 가시광의 투과를 방해하지 않는 투명 고무 또는 엘라스토머가 상기 층 B의 가요성을 개선시키는 목적으로 혼입될 수 있다.
상기 층 B를 구성하는 수지 층은 상기 층 A에 대한 것과 동일한 방법으로 얻어질 수 있다. 막으로 형성된 수지 용액이 건조되는 온도는 수지 및 용매의 종류에 따라 변할 수 있기 때문에, 무조건적으로 결정될 수는 없다. 그러나, 상기 온도는 바람직하게 20 내지 180℃, 보다 바람직하게 50 내지 150℃, 특히 바람직하게 70 내지 120℃이다. 가열과 건조를 통해 얻어진 상기 층 B의 두께는 광학 반도체 소자에 대한 추종성이 얻어지는 견지에서, 바람직하게 25 내지 500㎛, 보다 바람직하게 50 내지 300㎛이다. 따라서, 이렇게 수득된 수지 층은 상기 층 B로서 사용될 수 있다. 한편으로, 2종 이상의 상기 수지 층의 적층물이 상기 층 B로서 사용될 수 있다.
전술한 층 A, 광 확산층 및 층 B 이외에, 본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트에 추가로 하나 이상의 수지 층이 포함될 수 있다. 이 경우에, 이들 광학 수지 층을 형성하는데 사용되는 수지의 예로는, 상기 층 A에 관해 상기 나열한 바와 동일한 수지를 포함한다. 상기 시트를 구성하는 수지 층의 굴절률이 층 A로부터 층 B로 갈수록 층마다 감소하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 전술한 바와 같은 각각의 광 확산 층은 매 인접한 2개의 수지 층 사이에 배치될 수 있다. 그러나, 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트가 하나의 광 확산 층을 갖는 것이 투과의 견지에서 바람직하다.
본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트는 예컨대, 층 A, 광 확산 층, 층 B 및 다른 수지 층을 별도로 형성한 다음, 층 A, 광 확산 층, 층 B 및 다른 수지 층을 공지된 방법(예, 가열/가압, 진공 적층, 또는 진공 가압)으로 적층함으로써 제조된다. 광 취출 효율성 및 층 중첩의 곤란성을 고려할 때, 본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트는 바람직하게 2 내지 5개의 수지 층 및 1개의 광 산란 층을 포함하고, 보다 바람직하게 2개의 수지 층 및 1개의 광 확산 층을 포함한다. 이와 같이 수득된 시트의 두께는, 스탬퍼로 광학 반도체 소자 및 성형물의 높이를 측정할 때, 바람직하게 약 150 내지 300㎛이다.
본 발명의 층 A 및 층 B의 바람직한 조합은, 광 취출 효율성 및 성형의 용이성의 견지에서, 층 A는 폴리카보디이미드 층이고, 층 B은 에폭시 수지 층인 것이다.
전술한 방법으로 수득된 본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 갖는 광학 반도체 장치를 제조하는 방법은 하기에 설명할 것이다.
본 발명의 광학 반도체 장치를 제조하기 위한 방법의 주요 특징은 하기와 같다:
(1) 배선 회로 기판의 광학 반도체 소자(들) 설치면상에 상기 수득된 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 중첩함으로써, 상기 층 A를 상기 광학 반도체 소자(들)와 접하게 하고;
(2) 단계 (1)에서 중첩된 시트를 가압 성형시킨다.
하나 이상의 광학 반도체 소자가 설치된 배선 회로 기판 측에 본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 중첩하는 단계의 예로는, 본 발명의 시트(이 순서에 따라 중첩되는 층 A(2), 광 확산층(3) 및 층 B를 포함하는 시트)가, 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 설치된 광학 반도체 소자(6)를 갖는 배선 회로 기판(5)상에 라미네이터에 의해 적층하는 방법을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 광학 반도체 소자(6)는 이들이 광학 반도체 장치에서 통상적으로 사용하기 위한 것인 한, 특별히 제한적이지는 않다. 그의 예로는 갈륨 니트라이드(GaN; 굴절률 2.5), 갈륨 포스파이드(GaP; 굴절률 2.9) 및 갈륨 아르세나이드(GaAs; 굴절률 3.5)를 포함한다. 이들중에서 GaN가, 형광 물질이 함께 사용될 때 청색광 및 백색 LED를 방출하기 때문에, 바람직하다.
또한 광학 반도체 소자가 설치되는 배선 회로 기판(5)은 특별히 한정되지 않는다. 이들의 예로는 유리-에폭시 기재상에 구리 회로를 중첩시킴으로써 제조되는 단단한 배선 회로 기판 및 폴리이미드 막상에 구리 회로를 중첩시킴으로써 제조되는 가요성 배선 회로 기판을 포함한다.
배선 회로 기판(5)상에 광학 반도체 소자(6)를 설치하는 방법의 예로는 광 방출면상에 배치된 전극을 갖는 광학 반도체 소자를 설치하기에 적합한 페이스 업(face-up) 결합 방법, 및 광 방출면의 반대면상에 배치된 전극을 갖는 광학 반도체 소자를 설치하기에 적합한 플립 칩(flip chip) 결합 방법을 포함한다.
본 발명의 시트가 용융되고, 라미네이터 등을 사용하여 가열에 의한 가압 결합에 의해 배선 회로 기판상에 적층되는 경우에, 시트는 바람직하게 70 내지 250℃, 보다 바람직하게 100 내지 200℃로 가열하고, 바람직하게 0.1 내지 10MPa, 보다 바람직하게 0.5 내지 5MPa로 가압하는 것이 바람직하다. 라미네이터를 사용하는 경우에, 그의 회전 속도는 바람직하게 100 내지 2,000rpm, 보다 바람직하게 500 내지 1,000rpm이다.
다음으로, 생성된 구조물은 단계 (2)로 이어진다. 본 발명의 주요 특징은 또한 단계 (2)에 있다. 굴절률이 다른 수지 층이 동시에 가압 성형될 수 있기 때문에, 광학 반도체 장치의 광 취출 효율성의 손상 없이 광학 반도체 장치가 쉽게 제조될 수 있다.
상기 시트의 가압 성형은 스탬퍼 등으로 수행할 수 있다. 본 발명에서, 사용되는 스탬퍼는, 예컨대, 레이저 공정으로 폴리이미드 시트 또는 폴리카보네이트 시트를 미리 예정된 형태의 다이로 성형함으로써 얻어지거나, 금속(예, 니켈)으로 마스터(원본)와 같은 다이를 도금함으로써 얻어지는 것일 수 있다.
스탬퍼에 의한 시트의 가압 성형은 예컨대 하기의 방법으로 수행될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스탬퍼(7)가, 광학 반도체 소자(6)상에 오목부 또는 돌출부를 갖는 수지 층이 형성되도록, 정렬된다. 이 조립체는 가열된 가압판과 다른 가열 가압판 사이의 공간으로 삽입되어 가열/가압되고, 이에 따라 단계 (1)에서 형성된 시트가, 도 4에 도시한 바와 같이, 열경화되어 성형될 수 있다.
가열/가압을 위한 조건의 예로는 바람직하게 70 내지 250℃, 보다 바람직하게 100 내지 200℃의 가열 온도, 바람직하게 0.1 내지 10MPa, 보다 바람직하게 0.5 내지 5MPa의 가압 및 바람직하게 5초 내지 3분, 보다 바람직하게 10초 내지 1분의 가열/가압 시간을 포함한다.
광학 반도체 소자 상에 수지 층을 오목부 또는 볼록부를 갖는 형태로 성형함으로써, 생성된 렌즈로 인해 광 조절 및 광 취출 효율성의 개선을 이룰 수 있다.
본 발명에서와 같이, 굴절률이 다른 수지 층들을 포함하고 또한 상기 수지층들 사이에 광 확산 층을 갖는 시트를 배선 회로 기판 상에 중첩하고, 스탬퍼로 광학 반도체 소자상에 상기 수지층들을 가압 성형함으로써, 광 취출 효율성의 손상 없이 광학 반도체 소자의 수지 캡슐화가 이루어질 수 있다.
실시예
본 발명은 하기 실시예를 참고로 하여 보다 상세하게 예시될 것이지만, 본 발명을 이에 한정시키려는 것은 아니다.
하기 실시예에서, 모든 합성 반응은 질소 스트림에서 수행하였다. IR 분석은 FT/IR-230(제올 리미티드(JEOL Ltd.)로부터 제조됨)으로 하였다.
제조 실시예 1
폴리카보디이미드 시트의 제조
교반기, 적하 깔대기, 환류 응축기 및 온도계를 구비한 500ml 들이 4목 플라스크에 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 98.85g(395mmol), 3-메틸-1-페닐-2-포스폴렌 1-옥시드 0.38g(1.975mmol) 및 시클로헥사논 191.18g을 넣었다. 생성된 혼합물을 1시간동안 교반하면서 40℃로 유지시켰다. 반응의 진행도를 IR 분석으로 확 인하였고, 1-나프틸 이소시아네이트 10.02g(59.25mmol)을 가했다. 이 혼합물을 교반하면서 100℃로 가열하였다.
반응의 진행도를 하기 방법에 따라 IR 분석으로 확인하였다. 이소시아네이트에 기인한 N=C=O 신축 진동에 의한 흡광량(2,270cm-1)의 감소 및 카보디이미드에 기인한 N=C=N 신축 진동에 의한 흡광량(2,135cm-1)의 증가가 나타났다. 반응의 종결부를 IR 분석으로 확인한 후에, 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 이와 같이, 폴리카보디이미드 용액을 300.43g의 양으로 얻었다. 이 폴리카보디이미드는 상기 기술한 화학식 1로 나타내지고, 여기서 n은 1 내지 83의 분포도를 가졌다.
이어서, 상기 폴리카보디이미드 용액을, 이형제(플루오르화 실리콘)로 처리된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 막으로 구성된 세퍼레이터(두께, 50㎛)(미쯔비시 폴리에스테르 필름 코포레이션(Mitsubishi Polyester Film Corp.)으로부터 제조됨)에 피복기를 사용하여 도포하였다(도포 속도: 1m/분). 생성된 피복물을 1분 동안 110℃로 가열한 다음, 1분 동안 130℃로 가열하였다. 그런 다음, 상기 세퍼레이터를 제거하여 시트 형태로 일시적으로 경화된 폴리카보디이미드(두께 15㎛)를 수득하였다.
수득된 시트형 폴리카보디이미드를 150℃ 경화 오븐에서 경화시키고, 589nm의 파장에서 다파장 아베(Abbe) 굴절계(DR-M4, 아타고사(ATAGO)에 의해 제조됨)로 250℃에서 생성된 경화 수지의 굴절률을 측정하였다. 경화 수지의 굴절률은 1.715로 나타났다.
제조 실시예 2
광 확산용 시트의 제조
건조 고체 기준으로 폴리카보디이미드 100g당 80g의 양으로, 실리카 충전물(SE-2050TA, 아드마테크 캄파니 리미티드(Admatechs Co., Ltd)로부터 제조됨)을 제조 실시예 1에서 제조된 폴리카보디이미드 용액과 혼합하였다. 교반기로 상기 충전물을 균일하게 분산시켜 분산액을 제조하였다. 건조 상태 기준으로, 충전물의 양은 폴리카보디이미드 용액의 28.6체적%에 해당한다.
이어서, 이형제(플루오르화 실리콘)로 처리된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 막으로 구성된 세퍼레이터(두께, 50㎛)(미쯔비시 폴리에스테르 필름 코포레이션(Mitsubishi Polyester Film Corp)로부터 제조됨)에 상기 분산액을 피복기를 사용하여 도포하였다(도포 속도: 1m/분). 생성된 피복물을 1분 동안 110℃로 가열한 다음, 1분 동안 130℃로 가열하였다. 그런 다음, 상기 세퍼레이터를 제거하여 일시적으로 경화된 광 확산용 시트(두께 20㎛)를 수득하였다.
제조 실시예 3
에폭시 수지 시트의 제조
50℃에서 교반하면서 에폭시 수지(NT-8528, 니토 덴코 코포레이션(Nitto Denko Corp.)로부터 제조됨) 분말 200g을 메틸 에틸 케톤(MEK) 200g에 점차적으로 가하였다. 수지를 완전히 용해시켜 50중량%의 고체 농도를 갖는 수지 용액을 제조하였다. 수득된 상기 수지 용액을 이형제(플루오르화 실리콘)로 처리된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 막으로 구성된 세퍼레이터(두께, 50㎛)(미쯔비시 필름 코포레이션로부터 제조됨)에 도포하였다. 생성된 피복물을 2분 동안 100℃로 가열한 다음, 2분 동안 120℃로 가열하였다. 그런 다음, 상기 세퍼레이터를 제거하여 시트형 일시적으로 경화된 에폭시 수지(두께 50㎛)를 수득하였다.
수득된 시트형 에폭시 수지를 120℃ 경화 오븐에서 경화시키고, 589nm의 파장에서 다파장 아베 굴절계(DR-M4, 아타고사에 의해 제조됨)에 의해 25℃에서 생성된 경화 수지의 굴절률을 측정하였다. 경화 수지의 굴절률은 1.520으로 나타났다.
실시예 1
제조 실시예 3에서 수득된 것으로 일시적으로 경화된 시트형 에폭시 수지의 시트 3장을 100℃ 및 1,500rpm에서 고온 라미네이터(NLE-550ST, 니토 세이키 인코포레이티드(Nitto Seiki Inc.)로부터 제조됨)에 의해 적층시켜, 150㎛의 두께를 갖는 층 B를 제조하였다. 제조 실시예 2에서 수득된 광 확산 시트를, 100℃ 및 1,500rpm에서 고온 라미네이터(NLE-550ST, 니토 세이키 인코포레이티드로부터 제조됨)에 의해 층 B상에 광 확산 층으로서 중첩시켰다. 더욱이, 제조 실시예 1에서 수득된 일시적으로 경화된 시트형 폴리카보디이미드를, 100℃ 및 1,500rpm에서 고온 라미네이터(NLE-550ST, 니토 세이키 인코포레이티드로부터 제조됨)로 광 확산 층에 층 A로서 중첩시켰다. 따라서, 본 발명의 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트는 185㎛의 두께를 가졌다.
진공 라미네이터(V-130, 니치고-모르톤 캄파니 리미티드(Nichigo-Morton Co., Ltd)로부터 제조됨)를 사용하여 상부에 설치된 GaN을 포함하는 광학 반도체 소자를 갖는 배선 회로 기판상에 상기 시트를 적층시켜, 층 A가 광학 반도체 소자와 접촉되도록 하였다.
이어서, 30㎛의 깊이로 15㎛의 직경 오목부를 갖는 스탬퍼(폴리이미드로 제조됨)를 사용하여 60초 동안 150℃ 및 0.1MPa에서 생성된 적층물을 가압 성형시킴으로써 적층물을 30초 동안 진공하에서 유지시켰다. 이렇게, 광학 반도체 장치를 제조하였다.
비교 실시예 1
광 확산용 시트를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 제조하였다. 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 반도체 장치를 제조하였다.
비교 실시예 2
스핀 피복기를 사용하여 상부에 광학 반도체 소자가 설치된 배선 회로 기판상에 폴리카보디이미드 용액을 도포함으로써 층 A를 형성하였다. 이어서, 캡슐화용 주형을 배선 회로 기판상에 놓고 액상 에폭시 수지를 주형에 부었다. 이들 주형을 덮고 에폭시 수지를 12시간 동안 120℃에서 경화시킴으로써 광학 반도체 장치를 제조하였다.
시험 실시예
실시예 1, 비교 실시예 1 및 2에서 얻어진 광학 반도체 장치에 전압을 가하여 각각의 장치에 의해 방출되는 광량을 측정하였다. 이러한 광량 측정에서, 적분구(integrating sphere)를 사용하는 MCPD-3000(오츠카 일렉트로닉스 캄파니 리미티드(Otsuka Electronics Co., Ltd.)로부터 제조됨)으로 방출되는 전체 광량을 측정하였다. 얻어진 결과는 표 1에 나타낸다.
Figure 112005065358635-pat00002
얻어진 결과로부터 다음을 알 수 있다. 실시예 1에서 얻어진 광학 반도체 장치는 비교 실시예 1에서 얻어진 광학 반도체 장치보다 더 큰 광량을 방출함으로써 높은 광 취출 효율성을 가졌다. 더욱이, 비교 실시예 2는 각각의 광학 반도체 소자에 대하여 캡슐화용 주형의 설치 및 수지 캐스팅을 필연적으로 동반하였다. 즉, 비교 실시예 2의 제조 단계는 실시예 1과 비교하여 까다로웠다.
본 발명에 의해 제조되는 광학 반도체 장치는 개인용 컴퓨터, 휴대전화 등에 대한 표면 광원과 같은 용도에 유용하다.
본 발명은 그의 특정 실시양태를 참고로 하여 상세하게 기술하고 있지만 그의 진의 및 범주에서 벗어나지 않고 다양한 변화 및 개조가 이루어질 수 있음을 당업자들은 명확하게 알 것이다.
본 출원은 일본 특허 출원 제 2004-329887 호를 기초로 하고 있으며, 그의 내용은 본원에 인용되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 시트는 굴절률이 다른 수지 층들을 포함하고 또한 상기 수지층들 사이에 놓인 광 확산 층을 갖는 것으로, 이러한 시트 를 사용함으로써, 높은 광 취출 효율성을 유지하면서 광학 반도체 소자의 수지 캡슐화를 용이하게 수행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 하나 이상의 광학 반도체 소자와 접촉하게 되는 최외부 수지 층 A,
    상기 층 A상에 형성되고 광 확산 입자를 함유하는 광 확산 층, 및
    상기 광 확산 층상에 형성되고 상기 층 A보다 낮은 굴절률을 갖는 수지 층 B를 포함하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 층 A와 층 B 사이에 하나 이상의 수지층을 추가로 포함하되, 시트를 구성하는 수지층들의 굴절률이 상기 층 A로부터 상기 층 B로 갈수록 층마다 감소하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    광 확산 입자가 하나 이상의 무기 산화물을 포함하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    광 확산 입자가 500nm 내지 10㎛의 입경을 갖는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    층 A가 폴리카보디이미드를 포함하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    광 확산 층이 폴리카보디이미드 및 이것에 함유된 광 확산 입자를 포함하는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    광 확산 층이 1 내지 50㎛의 두께를 갖는 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    광 확산 층에서의 광 확산 입자의 함유량이 10 내지 50체적%인 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트.
  9. (1) 배선 회로 기판의 광학 반도체 소자 탑재면에 제 1 항에 따른 시트를, 층 A가 광학 반도체 소자와 접촉하도록 중첩하는 단계, 및
    (2) 단계 (1)에서 중첩된 시트를 가압 성형하는 단계를 포함하는 광학 반도체 장치의 제조 방법.
KR1020050108604A 2004-11-15 2005-11-14 광학 반도체 소자 캡슐화용 시트 및 상기 시트를 갖는 광학 반도체 장치의 제조 방법 KR100798216B1 (ko)

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