KR100821436B1 - 광반도체 소자 캡슐화용 시이트 및 상기 시이트를 이용한광반도체 장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2 이상의 수지층을 포함하는 다층 구조의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트로서, 하나 이상의 광반도체 소자와 접하게 되는 최외 수지층(층 A)상에 상기 층 A의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 수지층(층 B)이 적층되어 있는 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 시이트를 이용한 광반도체 장치의 제조방법을 개시한다.
Description
도 1은 본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트의 한 실시양태이다.
도 2는 본 발명의 공정(1)에 있어서, 광반도체 소자상에 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 적층할 때의 한 실시양태이다.
도 3은 본 발명의 공정(2)에 있어서, 스탬퍼에 의해 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 가압 성형할 때의 한 실시양태이다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 광반도체 장치의 한 실시양태이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 층 A
2 층 B
3 광반도체 소자 캡슐화용 시이트
4 배선기판
5 광반도체 소자
6 라미네이터(laminator)
7 스탬퍼(stamper)
본 발명은 광반도체 소자 캡슐화(encapsulation, 封止)용 시이트 및 광반도체 장치의 제조방법에 관한 것이다.
광반도체 장치는 2층 이상의 수지층으로 캡슐화된 광반도체 소자를 포함하는 것으로 알려져 있다. 이러한 장치에서는, 광반도체 소자에 직접 접하는 제 1 캡슐화 수지가 디핑(dipping) 또는 포팅(potting)에 의해 형성되고, 광취출 효율을 향상시키기 위해 광반도체 소자 측으로부터 최외층을 향하여 굴절률이 순차적으로 작아지도록 다수의 수지층이 배치된다(일본 특허공개 제1998-65220호 공보 참조).
그러나, 디핑 또는 포팅에 의한 수지 캡슐화는 액상 수지를 개개의 광반도체 소자에 소정량으로 적하하는 번거로움이 있다. 또한, 굴절률이 다른 다수의 수지층으로 광반도체 소자를 캡슐화하는 경우, 다수의 공정이 필요하게 되어 번거롭다.
따라서, 본 발명은 광반도체 장치의 제조시 광반도체 소자의 수지 캡슐화를 간편히 수행할 수 있으며, 또한 수득된 광반도체 장치의 광취출 효율을 높게 유지할 수 있는 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 시이트를 사용하여 광반도체 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적 및 효과는 하기의 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명은,
〔1〕 2 이상의 수지층을 포함하는 다층 구조의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트로서, 상기 수지층이, 하나 이상의 광반도체 소자와 접하게 되는 최외 수지층(층 A); 및 상기 층 A상에 배치되고 상기 층 A의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 수지층(층 B)을 포함하는 광반도체 소자 캡슐화용 시이트,
〔2〕 상기 층 B상에 배치된 하나 이상의 수지층을 추가로 포함하고, 시이트를 구성하는 수지층의 각 굴절률이 상기 층 A로부터 광반도체 소자 반대쪽 수지층을 향하여 감소하는 상기 〔1〕에 기재된 시이트,
〔3〕 상기 층 A의 굴절률이 1.6 이상인 상기 〔1〕 또는 〔2〕에 기재된 시이트,
〔4〕 상기 층 A가 폴리카보다이이미드로 이루어지는 상기 〔1〕 내지 〔3〕 중 어느 하나에 기재된 시이트,
〔5〕 상기 층 B가 에폭시 수지로 이루어지는 상기 〔4〕에 기재된 시이트, 및
〔6〕 (1) 배선회로 기판의 광반도체 소자 탑재면상에 상기 〔1〕 내지 〔5〕중 어느 하나에 기재된 시이트를 층 A가 광반도체 소자와 접촉되도록 적층하는 공정, 및 (2) 공정(1)에서 적층한 시이트를 가압 성형하는 공정을 포함하는, 광반도체 장치의 제조방법
에 관한 것이다.
본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트는, 2 이상의 수지층을 포함하는 다층 구조를 갖는 것으로, 상기 수지층이, 하나 이상의 광반도체 소자와 접하는 면에 배치된 최외 수지층(층 A)상에, 상기 층 A상에 적층되고 층 A의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 수지층(층 B)을 포함하는 것을 주요 특징의 하나로 한다.
본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트(3)의 일례를 도 1에 나타낸다. 시이트(3)는 층 A(1) 및 그 위에 적층된 층 B(2)를 포함한다.
본 발명의 시이트가 적용되는 광반도체 소자(5)는, 보통 광반도체 장치에 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예컨대 질화갈륨(GaN, 굴절률: 2.5), 갈륨인(GaP, 굴절률: 2.9), 갈륨비소(GaAs, 굴절률: 3.5) 등을 들 수 있으며, 이들 중, 청색 발광하고 형광체를 통해 백색 LED의 제조가 가능하다는 관점에서 GaN이 바람직하다.
광반도체 소자가 탑재되는 배선회로 기판(4)도 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 유리-에폭시 기판에 구리 배선을 적층하여 제조한 경성(rigid) 기판, 폴리이미드 필름 상에 구리배선을 적층하여 제조한 가요성 기판 등을 들 수 있다.
상기 배선회로 기판(4)에 광반도체 소자(5)를 탑재하는 방법으로서는, 발광 면에 전극이 배치된 광반도체 소자를 탑재하는 데 바람직한 페이스업(face up) 탑재법, 발광 반대쪽 면에 전극이 배치된 광반도체 소자를 탑재하는 데 바람직한 플립 칩(flip chip) 탑재법 등을 들 수 있다.
층 A(1)를 형성하는데 사용되는 수지로서는, 폴리에터설폰, 폴리이미드, 방향족 폴리아마이드, 폴리카보다이이미드, 에폭시 수지, 트라이아세틸셀룰로스 등을 들 수 있으며, 상기 수지를 후술하는 바와 같은 방식으로 열경화함으로써 광반도체 소자가 캡슐화된다. 따라서, 층 A의 굴절률, 즉 수지 경화체의 굴절률은 광반도체 소자로부터의 광취출 효율을 높이는 관점에서 바람직하게는 1.6 이상, 더욱 바람직하게는 1.6 내지 2.1, 특히 바람직하게는 1.7 내지 2.1이다. 상기 굴절률은 하기 실시예 1에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 층 A의 굴절률은 층 A를 구성하는 수지의 종류, 성분, 양 등을 적절히 선정함으로써 원하는 값으로 조정할 수 있다.
층 A에 사용되는 수지 중, 고굴절률이 얻어진다는 관점에서 폴리카보다이이미드가 바람직하며, 하기 화학식 1을 갖는 폴리카보다이이미드가 더욱 바람직하다.
상기 식에서,
R은 다이아이소사이아네이트 잔기이고,
R1은 모노아이소사이아네이트 잔기이고,
n은 1 내지 100의 정수이다.
이들 수지는 시판되는 것을 사용할 수 있으며, 폴리카보다이이미드에 대해서는, 예컨대 하기와 같은 1종 또는 2종 이상의 다이아이소사이아네이트를 축합반응시키고, 모노아이소사이아네이트로 폴리머의 말단을 봉쇄하는 것에 의해 제조할 수도 있다. 또한, 상기 화학식 1에서, R은 원료로서 사용되는 다이아이소사이아네이트의 잔기, R1은 또다른 원료로서 사용되는 모노아이소사이아네이트의 잔기를 나타낸다.
원료인 다이아이소사이아네이트 및 모노아이소사이아네이트는 방향족계 또는 지방족계 어느 것이어도 좋고, 각각 1종 이상의 방향족 아이소사이아네이트 또는 1종 이상의 지방족 아이소사이아네이트이거나, 양자의 조합을 포함할 수 있다. 고굴절률이 얻어진다는 관점에서, 방향족 아이소사이아네이트가 바람직하게 사용된다. 즉, 다이아이소사이아네이트 및 모노아이소사이아네이트 중 적어도 하나가 방향족 아이소사이아네이트를 포함하거나 또는 1종 이상의 방향족 아이소사이아네이트이거나, 또는 각각이 방향족 아이소사이아네이트인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 다이아이소사이아네이트가 지방족계와 방향족계를 포함하는 것, 또한 모노아이소사이아네이트가 1종 이상의 방향족 아이소사이아네이트인 것이 보다 바람직하며, 다이아이소사이아네이트 및 모노아이소사이아네이트 어느 것이든 1종 이상의 방향족 아이소사이아네이트인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서 사용되는 다이아이소사이아네이트로서는, 예컨대 헥사메틸렌 다이아소사이아네이트, 도데카메틸렌 다이아이소사이아네이트, 2,2,4-트라이메틸헥사메틸렌 다이아이소사이아네이트, 4,4'-다이클로로헥실메테인 다이아이소사이아네이트, 자일렌 다이아이소사이아네이트, 테트라메틸자일렌 다이아이소사이아네이트, 아이소포론 다이아이소사이아네이트, 사이클로헥실 다이아이소사이아네이트, 라이신 다이아이소사이아네이트, 메틸사이클로헥세인-2,4'-다이아이소사이아네이트, 4,4'-다이페닐메테인 다이아이소사이아네이트, 4,4'-다이페닐 에터 다이아이소사이아네이트, 2,6-톨릴렌 다이아이소사이아네이트, 2,4-톨릴렌 다이아이소사이아네이트, 나프탈렌 다이아이소사이아네이트, 1-메톡시페닐-2,4-다이아이소사이아네이트, 3,3'-다이메톡시-4,4'-다이페닐메테인 다이아이소사이아네이트, 4,4'-다이페닐 에터 다이아이소사이아네이트, 3,3'-다이메틸-4,4'-다이페닐 에터 다이아이소사이아네이트, 2,2-비스[4-(4-아이소사이아네이토페녹시)페닐]헥사플루오로프로페인, 2,2-비스[4-(4-아이소사이아네이토페녹시)페닐]프로페인 등을 들 수 있다.
이 중에서도, 고굴절률이 얻어진다는 관점에서, 다이아이소사이아네이트로서는 톨릴렌 다이이소사이아네이트, 4,4'-다이페닐메테인 다이아이소사이아네이트 및 나프탈렌 다이아이소사이아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 바람직하게 사용되며, 나프탈렌 다이아이소사이아네이트가 더욱 바람직하게 사용된다.
이들 다이아이소사이아네이트는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
원료인 1종 이상의 다이아이소사이아네이트로서는, 사용되는 전체 다이아이소사이아네이트 중 방향족 다이아이소사이아네이트가 바람직하게는 10몰% 이상(상한은 100%) 포함되는 것이 적합하다. 상기 다이아이소사이아네이트로서는 상기한 것을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 사용되는 모노아이소사이아네이트로서는, 예컨대 사이클로헥실 아이소사이아네이트, 페닐 아이소사이아네이트, p-나이트로페닐 아이소사이아네이트, p- 및 m-톨릴 아이소사이아네이트, p-폼일페닐 아이소사이아네이트, p-아이소프로필페닐 아이소사이아네이트, 1-나프틸 아이소사이아네이트 등을 들 수 있다.
모노아이소사이아네이트로서는, 모노아이소사이아네이트 간의 반응이 발생하지 않고, 또한 효율적으로 폴리카보다이이미드의 말단 봉쇄가 진행한다는 관점에서, 방향족 모노아이소사이아네이트가 바람직하게 사용되며, 1-나프틸 아이소사이아네이트가 더욱 바람직하게 사용된다.
이들 모노아이소사이아네이트는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 이용하는 것이 가능하다.
말단 봉쇄에 사용되는 모노아이소사이아네이트는, 사용하는 다이아이소사이아네이트 성분 100몰에 대하여 1 내지 10몰의 범위의 양으로 이용하는 것이 바람직하다. 다이아이소사이아네이트 성분 100몰에 대하여 모노아이소사이아네이트 성분을 1몰 이상으로 이용하면, 수득되는 폴리카보다이이미드의 분자량이 지나치게 커지거나 가교반응이 생기는 일이 없기 때문에, 예컨대 폴리카보다이이미드 용액의 점도가 상승하거나 상기 용액의 고화가 생기거나, 상기 용액의 보존 안정성의 저하가 발생하는 일이 없으므로 바람직하다. 한편, 다이아이소사이아네이트 성분 100몰에 대하여 모노아이소사이아네이트 성분을 10몰 이하로 이용하면, 수득되는 폴리카보다이이미드 용액의 점도가 적당해지기 때문에, 예컨대 상기 용액의 도포 건조에 의한 필름 형성에 있어서 양호한 성막을 실시할 수 있으므로 바람직하다. 모노아이소사이아네이트를 다이아이소사이아네이트 성분에 대하여 상기 범위의 양으로 이용하여 말단 봉쇄한 폴리카보다이이미드 용액은 특히 보존 안정성이 우수하다.
본 발명에 사용되는 폴리카보다이이미드는, 소정의 용매 중에서 카보다이이미드화 촉매의 존재하에 원료로서의 1종 이상의 다이아이소사이아네이트를 축합 반응에 의해 카보다이이미드로 전환하고, 수득되는 카보다이이미드 폴리머를 모노아이소사이아네이트에 의해 말단 봉쇄함으로써 제조될 수 있다.
다이아이소사이아네이트의 축합 반응의 반응 온도로서는, 보통 0 내지 150℃이며, 바람직하게는 10 내지 120℃이다.
원료인 다이아이소사이아네이트에 지방족 다이아이소사이아네이트와 방향족 다이아이소사이아네이트를 병용하는 경우는 저온으로 반응시키는 것이 바람직하다. 반응 온도로서는 0 내지 50℃가 바람직하며, 10 내지 40℃가 더욱 바람직하다. 반응 온도가 이러한 범위내이면, 지방족 다이아이소사이아네이트와 방향족 다이아이소사이아네이트의 축합 반응이 충분히 진행하기 때문에 바람직하다.
지방족 다이아이소사이아네이트와 방향족 다이아이소사이아네이트로 이루어지는 폴리카보다이이미드에 대하여, 반응 혼합물 중에 과량으로 존재하는 방향족 다이아이소사이아네이트를 추가로 반응시키고자 할 경우의 반응 온도는 40 내지 150℃가 바람직하며, 50 내지 120℃가 더욱 바람직하다. 반응 온도가 이러한 범위내이면, 임의의 용매를 이용하여 반응을 원활히 진행시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
반응 혼합물 중의 다이아이소사이아네이트 농도는 5 내지 80중량%인 것이 적합하다. 다이아이소사이아네이트 농도가 이러한 범위내에 있으면, 카보다이이미드화가 충분히 진행하고, 또한 반응의 제어가 용이하기 때문에 바람직하다.
모노아이소사이아네이트에 의한 말단 봉쇄는, 다이아이소사이아네이트의 카보다이이미드화의 초기, 중기, 말기 또는 전반에 걸쳐 모노아이소사이아네이트를 반응 혼합물 중에 가함으로써 수행할 수 있다. 상기 모노아이소사이아네이트로서는 방향족 모노아이소사이아네이트가 바람직하다.
카보다이이미드화 촉매로서는, 공지된 인계 촉매 어느 것이나 바람직하게 사용된다. 예컨대, 1-페닐-2-포스폴렌 1-옥사이드, 3-메틸-2-포스폴렌 1-옥사이드, 1-에틸-2-포스폴렌 1-옥사이드, 3-메틸-1-페닐-2-포스폴렌 2-옥사이드, 또는 이들의 3-포스폴렌 이성질체 등의 포스폴렌옥사이드를 들 수 있다.
폴리카보다이이미드의 제조에 사용되는 용매(유기 용매)로는 공지된 것이 사용된다. 구체적으로는, 테트라클로로에틸렌, 1,2-다이클로로에테인, 클로로폼 등의 할로젠화 탄화수소, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 아이소뷰틸 케톤, 사이클로헥산온 등의 케톤계 용매, 테트라하이드로퓨란, 다이옥산 등의 환상 에터계 용매, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소계 용매를 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다. 또한, 이들 용매는 수득된 폴리카보다이이미드를 용해하는 경우에도 사용될 수 있다.
또한, 반응의 종점은, 적외선 분광법(IR 분석)에 의한 카보다이이미드 구조(N=C=N) 유래의 흡수(2140 cm-1)의 관측 및 아이소사이아네이트 유래의 흡수(2280 cm-1)의 소실에 의해 확인할 수 있다.
카보다이이미드화 반응의 종료 후, 보통 폴리카보다이이미드는 용액으로서 얻어지지만, 추가로 메탄올, 에탄올, 아이소프로필알코올, 헥산 등의 빈용매에 수득된 용액을 투입하여 폴리카보다이이미드를 침전시켜 미반응의 모노머나 촉매를 제거할 수 있다.
또한, 일단 침전물로서 회수된 폴리카보다이이미드의 용액을 제조하기 위해서는 상기 침전물을 소정의 조작에 의해 세정하고, 건조한 후, 다시 유기 용매에 용해시킨다. 이러한 조작을 실시함으로써, 폴리카보다이이미드 용액의 보존 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
추가로, 폴리카보다이이미드 용액 중에 부생성물이 함유되는 경우에는, 예컨대 적당한 흡착제를 이용하여 부생성물을 흡착 제거하여 정제할 수도 있다. 흡착제로서는, 예컨대 알루미나겔, 실리카겔, 활성탄, 제올라이트, 활성 산화마그네슘, 활성 보크사이트, 훌러스어스(Fuller's earth), 활성 백토, 분자체 카본 등을 들 수 있으며, 이들 흡착제는 단독으로 사용하거나 2종 이상을 병용할 수 있다.
이상과 같은 방법으로 폴리카보다이이미드가 수득된다. 상기 폴리카보다이이미드로서는 주쇄 구조가 방향족 및 지방족 다이아이소사이아네이트로 구성되고, 말단 봉쇄가 방향족 모노아이소사이아네이트로 되는 것이 적합하며, 주쇄 구조가 1종 이상의 방향족 다이아이소사이아네이트로 구성되고, 또한 말단 봉쇄가 방향족 모노아이소사이아네이트로 되는 것이 더욱 적합하다.
구체적으로는, 폴리카보다이이미드로서는, 상기 화학식 1의 R로 표시되는 다이아이소사이아네이트 잔기 중, 10몰% 이상(상한은 100몰%임)이 1종 이상의 방향족 다이아이소사이아네이트 잔기인 것이 바람직하며, 상기 화학식 1의 R1로 표시되는 모노아이소사이아네이트 잔기가 1종 이상의 방향족 모노아이소사이아네이트 잔기인 것이 바람직하다. 또한, 상기 방향족 다이아이소사이아네이트 잔기로서는, 톨릴렌 다이이소사이아네이트 잔기, 4,4'-다이페닐메테인다이아이소사이아네이트 잔기 및 나프탈렌 다이아이소사이아네이트 잔기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 바람직하고, 나프탈렌 다이아이소사이아네이트 잔기가 더욱 바람직하며, 상기 방향족 모노아이소사이아네이트 잔기로서는 1-나프틸 아이소사이아네이트 잔기가 바람직하다.
이상과 같이 수득된 폴리카보다이이미드를 포함하는 층 A의 굴절률은 바람직하게는 1.6 내지 2.1이다.
또한, 층 A의 굴절률을 조정할 목적으로, 산화타이타늄, 산화지르코늄 등의 무기 미립자를 수지층에 분산시켜 층 A를 형성할 수도 있다.
층 A를 구성하는 수지층은, 예컨대 상기 수지를 톨루엔, 사이클로헥산온, 메틸 에틸 케톤 등의 유기 용매에 바람직하게는 20 내지 50중량%의 농도가 되도록 용해시켜 수지 용액을 제조하고, 이 용액으로 예컨대 표면을 실리콘 처리한 이형 시이트, 또는 층 B 위에 캐스팅, 스핀 코팅, 롤 코팅 등의 방법에 의해 적당한 두께로 막을 형성하고, 이 막을 경화 반응을 진행시키지 않으면서 용매의 제거가 가능한 정도의 온도로 건조시켜 수득된다. 막을 형성한 수지 용액을 건조시키는 온도는, 수지와 용매의 종류에 따라 달라지기 때문에 일괄적으로 결정할 수 없지만, 20 내지 350℃가 바람직하며, 50 내지 200℃가 더욱 바람직하고, 70 내지 200℃가 특히 바람직하다. 또한, 가열 건조후의 상기 수지층의 두께는, 광반도체 소자에의 추종성을 고려하면, 2 내지 50㎛가 바람직하며, 5 내지 30㎛가 더욱 바람직하다. 이상과 같이 하여 수득된 수지층을 층 A로서 이용할 수 있으며, 또한 상기 수지층을 복수개 적층한 것을 층 A로서 이용할 수도 있다.
층 B(2)를 형성하는데 사용되는 수지로서는, 층 A에 관하여 예시한 수지와 동일한 수지를 들 수 있으며, 상기 수지를 후술한 바와 같은 방식으로 열경화함으로써 광반도체 소자가 캡슐화된다. 층 B의 굴절률, 즉 수지 경화체의 굴절률은 층 A의 굴절률보다 낮으면 특별히 한정되지 않지만, 광반도체 소자로부터의 광취출 효율을 높이는 관점에서, 바람직하게는 1.1 내지 1.6, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 1.6이다. 상기 굴절률은 하기 제조예에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 층 B의 굴절률은 층 B를 구성하는 수지의 종류, 성분, 양 등을 적당히 선정함으로써 원하는 값으로 조정할 수 있다.
층 B에 사용되는 수지 중, 성형의 용이성 및 저비용의 관점에서, 에폭시 수지가 바람직하다. 또한, 층 B의 굴절률을 조정할 목적으로, 산화타이타늄, 산화지르코늄 등의 무기 미립자를 수지층에 분산시킬 수 있고, 층 B의 유연성을 향상시킬 목적으로, 가시광 투과성을 저해하지 않는 투명한 고무·엘라스토머를 혼합시킬 수 있다.
층 B를 구성하는 수지층은, 예컨대 시판되고 있는 상기 수지를 톨루엔, 사이클로헥산온 또는 메틸 에틸 케톤 등의 유기 용매에 바람직하게는 20 내지 50중량%의 농도가 되도록 용해하여 수지 용액을 제조하고, 이 용액으로 예컨대 표면을 실리콘 처리한 이형 시이트 또는 층 A상에 캐스팅, 스핀 코팅, 롤 코팅 등의 방법에 의해 적당한 두께로 막을 형성하고, 이 막을 경화 반응을 진행시키지 않으면서 용매의 제거가 가능한 정도의 온도로 건조시켜 수득된다. 막을 형성한 수지 용액을 건조시키는 온도는, 수지나 용매의 종류에 따라 다르기 때문에 일괄적으로 결정할 수 없지만, 20 내지 180℃가 바람직하며, 50 내지 150℃가 더욱 바람직하고, 70 내지 120℃가 더더욱 바람직하다. 또한, 가열 건조 후의 상기 수지층의 두께는, 광반도체 소자에의 추종성을 고려하면, 10 내지 500㎛가 바람직하고, 15 내지 250㎛가 더욱 바람직하다. 이상과 같이 하여 수득된 수지층을 층 B로서 이용할 수 있으며, 또한 상기 수지층을 복수개 적층한 것을 층 B로서 이용할 수도 있다.
본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트는, 예컨대 층 A와 층 B를 각각 제조한 후, 공지된 방법(예컨대, 가열·가압 라미네이트, 진공 라미네이트, 진공 프레스 등)을 이용하여 층 A와 층 B를 접합하여 제조할 수 있고, 미리 제조된 층 A상에 직접 층 B를 적층하여 제조할 수 있거나, 또는 미리 제조된 층 B상에 직접 층 A를 적층하여 제조할 수 있다. 또한, 목적에 따라, 층 B상에 다수개의 수지층이 적층될 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 수지층에 이용되는 수지로서는 층 A에 관하여 예시한 수지와 동일한 수지를 들 수 있고, 상기 수지층의 굴절율은 층 A로부터 광반도체 소자 반대쪽 수지층을 향하여 점점 작아지도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 광취출 효율 및 적층 문제를 고려하면, 본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트는, 2 내지 5층의 수지층을 갖는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2층의 수지층을 갖고 있다. 이렇게 하여 수득된 시이트의 두께는 광반도체 소자의 높이나 스탬퍼에 의한 성형을 고려하면, 150 내지 300㎛ 정도가 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 층 A와 층 B의 조합은, 광취출 효율 및 성형의 용이성의 관점에서, 층 A가 폴리카보다이이미드이고 층 B가 에폭시 수지인 것이 바람직하다.
이어서, 상기에서 수득한 본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 이용한 광반도체 장치의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 광반도체 장치의 제조방법은, (1) 배선회로 기판의 광반도체 소자 탑재면상에 상기에서 수득된 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 적층하는 공정, 및 (2) 공정(1)에서 적층한 시이트를 가압 성형하는 공정을 포함하는 것을 하나의 주요 특징으로 한다.
배선 회로 기판의 광반도체 소자 탑재면 상에 본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 적층하는 공정으로서는, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시이트(3)(층 A(1) 및 층 B(2)가 중첩된 시이트)를 광반도체 소자(5)가 탑재된 배선 회로 기판(4) 상에 라미네이터(6) 등을 이용하여 접합하는 방법을 들 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 라미네이터(6) 등을 이용하여 가열 압착에 의해 본 발명의 시이트를 용융하여 배선 회로 기판에 접합하는 경우, 상기 시이트는 바람직하게는 70 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 200℃로 가열하고, 바람직하게는 0.1 내지 10 MPa, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 MPa에서 가압하는 것이 바람직하다. 라미네이터를 이용하는 경우의 회전수는, 100 내지 2000 rpm이 바람직하며, 500 내지 1000 rpm이 더욱 바람직하다.
계속해서, 공정(2)가 이어진다. 본 발명은, 공정(2)에서도 주요한 특징을 가진다. 굴절률이 다른 수지층을 한번에 가압 성형할 수 있기 때문에. 광반도체 장치의 광취출 효율을 손상시키지 않으면서 간편히 광반도체 장치를 제조할 수 있다.
시이트의 가압 성형은 스탬퍼 등을 이용하여 할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 스탬퍼로서, 예컨대 폴리이미드시이트나 폴리카보네이트시이트를 레이저 가공에 의해 소정의 틀에서 가공한 것, 또는 그와 같은 틀을 마스터(원본)로 하여 니켈 도금 등의 금속 도금에 의해 제작한 것 등을 사용할 수 있다.
스탬퍼에 의한 시이트의 가압 성형은, 예컨대 도 3에 도시한 바와 같이, 스탬퍼(7)를 광반도체 소자(5)상에 요(凹)형상 또는 철(凸)형상으로 형성할 수 있도록 배열하고, 이를 가열 프레스판과 다른 가열 프레스판의 공간에 삽입하여 가열·가압을 하는 것에 의해, 공정(1)에서 형성한 시이트를 열경화시켜 도 4에 도시한 바와 같이 성형할 수 있다.
가열·가압의 조건으로서는, 바람직하게는 70 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 200℃에서의 가열 및 바람직하게는 0.1 내지 10 MPa, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 MPa에서의 가압을 바람직하게는 5초 내지 3분간, 더욱 바람직하게는 10초 내지 1분간 하는 조건을 들 수 있다.
광반도체 소자상의 수지층을 요형상 또는 철형상으로 성형함으로써, 수득된 렌즈에 의한 광의 제어와 취출 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명과 같이, 굴절률이 다른 다수개의 수지층을 갖는 시이트를, 배선 회로 기판에 적층하고 스탬퍼 등을 이용하여 광반도체 소자 상의 수지층을 가압 성형함으로써, 광취출 효율을 손상시키지 않으면서 광반도체 소자의 수지 캡슐화를 간편히 수행할 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 이하에서, 합성 반응은 모두 질소 기류하에 실시했다. IR 측정은 FT/IR-230(일본분광사 제품)을 이용하여 실시했다.
제조예 1 : 폴리카보다이이미드 시이트의 제조
교반 장치, 적하 깔때기, 환류 냉각기, 및 온도계를 부착한 500㎖의 4구 플라스크에 톨릴렌 다이아이소사이아네이트(이성질체 혼합물: 미쓰이 다케다 케미칼(Mitsui Takeda Chemical)사 제품; T-80) 29.89g(171.6밀리몰), 4,4'-다이페닐메테인다이아이소사이아네이트 94.48g(377.52밀리몰), 나프탈렌 다이아이소사이아네이트 64.92g(308.88밀리몰), 및 톨루엔 184.59g을 넣고 혼합했다.
또한, 1-나프틸 아이소사이아네이트 8.71g(51.48밀리몰) 및 3-메틸-1-페닐-2-포스폴렌-2-옥사이드 0.82g(4.29밀리몰)을 첨가하고, 교반하면서 100℃로 승온시켜, 2시간 유지했다.
반응의 진행은 IR 측정에 의해 확인했다. 구체적으로는, 아이소사이아네이트의 N=C=O 신축 진동(2280 cm-1)의 흡수량의 감소와 카보다이이미드의 N=C=N 신축 진동(2140 cm-1)의 흡수량의 증가가 관찰되었다. IR 측정으로써 반응의 종점을 확인하고, 반응 혼합물을 실온으로 냉각함으로써, 폴리카보다이이미드 용액(비교예 2로 사용)을 수득했다. 또한, 폴리카보다이이미드의 다이아이소사이아네이트 잔기의 100몰%가 방향족 다이아이소사이아네이트 잔기였다. 또한, 상기 화학식 1에서의 n은 15 내지 77로 분포되어 있었다.
이어서, 폴리카보다이이미드 용액을 박리제(불화 실리콘)로 처리한 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름으로 이루어지는 세퍼레이터(두께 50㎛)(미츠비시 폴리에스터사 제품) 위에 도포했다. 이를 130℃에서 1분간 가열한 후, 150℃에서 1분간 가열하고, 세퍼레이터를 제거하여 가경화된 시이트상 폴리카보다이이미드(두께 20㎛)를 수득했다.
수득된 시이트상 폴리카보다이이미드를 150℃의 경화 화로에서 경화시키고, 그 굴절률을 다파장 아베(Abbe) 굴절률계(ATAGO사 제품; DR-M4)로 파장 589㎚ 및 온도 25℃에서 측정했다. 상기 경화체의 굴절률은 1.758였다.
제조예 2 : 에폭시 수지 시이트의 제조
에폭시 수지(닛토덴코사 제품; NT-300S)의 태블릿을 모르타르로 분체 형상으로 분쇄했다. 다음으로 200g의 에폭시 수지 분체를 200g의 메틸 에틸 케톤(MEK)에 교반하면서 서서히 가하고, 완전히 용해시켜, 고형분 농도 50중량%의 수지 용액을 제조했다. 수득된 수지 용액을 박리제(불화 실리콘)로 처리한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름으로 이루어지는 세퍼레이터(두께 50㎛)(미츠비시 폴리에스터사 제품) 위에 도포했다. 이를 100℃에서 2분간 가열한 후, 120℃에서 2분간 가열하고, 세퍼레이터를 제거하여, 가경화한 시이트상 에폭시 수지(필름 두께 50㎛)를 수득했다.
수득된 시이트상 에폭시 수지를 120℃의 경화 화로에서 경화시키고, 그 굴절률을 다파장 아베 굴절률계(ATAGO 사 제품; DR-M4)로 파장 589㎚ 및 온도 25℃에서 측정했다. 상기 경화체의 굴절률은 1.520였다.
실시예 1
상기 제조예 2에서 수득한 가경화된 시이트상 에폭시 수지 3장을, 가열 라미네이터(닛토세이키사 제품; NLE-550 ST)를 이용하여 100℃에서 적층시켜, 두께 150㎛의 층 B을 제조했다. 층 B 위에 층 A으로서 상기 제조예 1에서 수득한 가경화된 시이트상 폴리카보다이이미드를 가열 라미네이터(닛토세이키사 제품; NLE-550ST)를 이용하여 100℃에서 적층시켜, 두께 170㎛의 본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 제조했다.
이러한 시이트를 GaN으로 이루어지는 광반도체 소자가 탑재된 배선 회로 기판에 진공 라미네이터(니치고 모튼(Nichigo Morton)사 제품; V-130)를 이용하여 층 A가 광반도체 소자와 접하도록 적층했다.
이어서, 0.74㎜ Φ, 깊이 0.17㎜의 스템퍼(폴리이미드제)를 이용하고, 170℃ 및 0.1 MPa의 분위기하에서 1.5 MPa로 30초간 가압 성형하여 광반도체 장치를 제조했다.
비교예 1
제조예 2에서 제조한 가경화된 시이트상 에폭시 수지 4장만 이용하여 광반도체 소자 캡슐화용 시이트를 제조하는 것 외에는 실시예 1과 같이 하여 광반도체 장치를 제조했다.
비교예 2
광반도체 소자가 탑재된 배선 회로 기판에 제조예 1에서 수득된 폴리카보다이이미드 용액을 스핀 코터를 이용하여 도포하여 층 A를 형성했다. 다음으로, 캡슐화용 다이(die)를 기판상에 설치하고, 그 다이에 액상 에폭시 수지를 따라 붓고, 뚜껑을 덮고, 120℃에서 12시간 경화하여 광반도체 장치를 제조했다.
시험예
실시예 1 및 비교예 1과 2에서 수득한 광반도체 장치에 전압을 인가하여, 발광량을 측정했다. 발광량의 측정은, 적분구를 사용하여, 전체 발광량을 MCPD-3000(오츠카(Otsuka) 전자사 제품)으로 측정하여 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
| 발광량(μW/cm2/nm) | |
| 실시예 1 | 1.00 |
| 비교예 1 | 0.72 |
| 비교예 2 | 0.97 |
이상의 결과로부터, 실시예 1의 광반도체 장치는, 비교예 1에서 수득된 광반도체 장치에 비해 발광량의 증가가 인정됨에 따라 광취출 효율이 높은 것임을 알 수 있다. 또한, 실시예 1과 비교하여, 비교예 2에서는 각 광반도체 소자 각각에 대해 캡슐화용 다이를 설치하고 수지를 따라 부어야 하는 등의 제조 공정의 번거로움이 있었다.
본 발명에 따라 제조되는 광반도체 장치는 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화 등의 면광원 등에 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태를 참조하여 상세히 기술하였으나, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않으면서 여러 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 당 분야의 숙련자에게 자명할 것이다.
본 출원은 2004년 4월 5일자로 출원된 일본 특허 출원 제 2004-111050호에 기초하는 바, 그 내용은 본원에 참조로 인용한다.
본 발명의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트에 의하면, 광반도체 장치의 제조시 광반도체 소자의 수지 캡슐화를 간편히 수행할 수 있으며, 또한 수득된 광반도체 장치의 광취출 효율을 높게 유지할 수 있다.
Claims (6)
- 2 이상의 수지층을 포함하는 다층 구조의 광반도체 소자 캡슐화용 시이트로서, 상기 수지층이, 하나 이상의 광반도체 소자와 접하게 되는 최외 수지층(층 A); 및 상기 층 A상에 배치되고 상기 층 A의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 수지층(층 B)을 포함하는 광반도체 소자 캡슐화용 시이트.
- 제 1 항에 있어서,상기 층 B상에 배치된 하나 이상의 수지층을 추가로 포함하고, 시이트를 구성하는 상기 수지층의 각 굴절률이 상기 층 A로부터 광반도체 소자 반대쪽 수지층을 향하여 감소하는 광반도체 소자 캡슐화용 시이트.
- 제 1 항에 있어서,상기 층 A의 굴절률이 1.6 내지 2.1인 광반도체 소자 캡슐화용 시이트.
- 제 1 항에 있어서,상기 층 A가 폴리카보다이이미드로 이루어지는 광반도체 소자 캡슐화용 시이트.
- 제 4 항에 있어서,상기 층 B가 에폭시 수지로 이루어지는 광반도체 소자 캡슐화용 시이트.
- (1) 배선 회로 기판의 광반도체 소자 탑재면상에 제 1 항의 시이트를 층 A가 광반도체 소자와 접촉되도록 적층하는 공정, 및 (2) 공정(1)에서 적층한 시이트를 가압 성형하는 공정을 포함하는, 광반도체 장치의 제조방법.
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