KR102330418B1 - 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

봉지 필름을 사용하여 간단하고 매우 신뢰할 수 있게 광학 반도체 소자를 봉지할 수 있는 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 후술하는 단계를 포함한다: 감압 챔버 내에서 광학 반도체 소자가 탑재된 광학 반도체 소자 기판 상에 봉지 필름이 배치되고, 감압 챔버 내를 감압하는 단계; 봉지 필름이 가열되어 봉지 필름의 적어도 주변부가 광학 반도체 소자 탑재 기판의 표면에 열 융착되는 단계; 및 감압 챔버 내의 감압이 해제되고 광학 반도체 소자 탑재 기판이 봉지 필름으로 봉지되는 단계. 감압 챔버 내의 감압이 해제될 때의 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도 T2는 봉지 필름이 0.02 내지 0.15 MPa의 인장 강도 및 150 내지 450%의 파단 신율을 나타내는 온도이다.

Description

봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은 봉지 필름을 사용하는 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 9월 8일에 일본에 출원된 특허 출원 번호 제2017-172928호에 근거한 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
포토커플러, 발광 다이오드, 또는 고체 촬상 장치 등의 광학 반도체 소자가 탑재되는 광학 반도체 장치에 있어서, 광학 반도체 소자는, 광학 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키기 위해, 봉지제를 사용하여 봉지된다. 광학 반도체 장치를 봉지하는 방법으로서, 봉지 필름을 사용하는 봉지 방법이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 적어도 하나의 LED 소자를 기판 상에 탑재하고; 제1 면 및 제2 면을 가지며, 제1 면이 기재 필름에 지지된 바인더와, 형광체 입자를 포함하는, 미리 설정된 형상의 라미네이션 층을 LED 소자 상에 배치하고; 라미네이션 층을 제1 온도까지 가열하여, 라미네이션 층을 연화시키고 라미네이션 층 및 LED 소자 주위의 기판 사이에 기밀 밀봉을 형성한 다음; 기재 필름을 제거한 후에, 감압 하에서 라미네이션 층을 제2 온도로 가열하여 라미네이션 층 및 기판 사이의 공기를 제거하며; 이에 후속하여, 대기압으로 복귀하는 것에 의해 기판에 대하여 라미네이션 층을 가압하여 LED 소자를 덮는 라미네이션 층을 형성하는, LED 장치의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 기판 웨이퍼의 제1 면의 내측부에 배치된 발광 다이오드 어레이 등의 물품을 미리 설정된 형상을 갖는 라미네이션 층으로 컨포멀 코팅하기 전에 라미네이션 층의 중심부를 가열하여 유동 가능한 상태로 하는 단일의 가열 단계를 포함하는 진공 라미네이션 방법에 있어서, 라미네이션 층의 에지부 및 제1 면의 외측부로 형성되는 기밀 밀봉과, 라미네이션 층 및 제1 면으로 구성된 기밀 밀봉된 내측 영역에 의해, 가열되어 유동 가능한 상태로 된 라미네이션 층의 중심부가 제1 면의 내측부로부터 이격되게 배치되는 단계를 포함하는, 진공 라미네이션 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 광학 반도체 소자를 봉지하는 데에 사용되는 봉지층을 구비하는 봉지 시트에 있어서, 1 Hz의 주파수 및 10 ℃/min의 승온 속도의 조건 하에서 봉지층의 동적 점탄성을 측정하는 것에 의해 얻어진 저장 전단 탄성률(G')과 온도(T)의 관계를 나타낸 곡선이 최소값을 갖고, 최소값에서의 온도(T)가 60℃ 이상, 200℃ 이하의 범위이고, 최소값에서의 저장 전단 탄성률(G')이 5 Pa 이상 1000 Pa 이하의 범위에 있는 봉지 시트를 준비하는 봉지 시트 준비 단계; 기판 상에 배치되는 광학 반도체 소자를 준비하는 소자 준비 단계; 및 60℃ 이상 200℃ 이하의 온도에서 봉지 시트를 광학 반도체 소자에 대하여 열 프레스(hot press)하는 열 프레스 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 봉지 광학 반도체 소자의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 4에는, 광학 반도체 소자에 직접 또는 간접적으로 점착되도록 사용되는 점착층을 구비하는 점착 시트에 있어서, 1 Hz의 주파수 및 20℃/min의 승온 속도의 조건으로 점착층의 동적 점탄성을 측정하는 것에 의해 얻어지는 저장 전단 탄성률(G')과 온도(T)의 관계를 나타내는 곡선이 최소값을 갖고, 최소값에서의 온도(T)가 40℃ 이상 200℃ 이하의 범위이고, 최소값에서의 저장 전단 탄성률(G')이 1,000 Pa 이상 90,000 Pa 이하의 범위인 점착 시트를 준비하는 점착 시트 준비 단계; 기판 상에 배치되는 광학 반도체 소자를 준비하는 소자 준비 단계; 및 40℃ 이상 200℃ 이하의 온도에서 점착 시트를 광학 반도체 소자에 대하여 직접 또는 간접적으로 열 프레스하는 열 프레스 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점착 광학 반도체 소자의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1: WO 2012/023119 특허문헌 2: WO 2016/065016 특허문헌 3: JP 2016-171314 A 특허문헌 4: JP 2016-171315 A
그러나, 봉지 필름을 사용하여 광학 반도체 소자를 보다 용이하게 봉지할 수 있는 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 봉지 필름을 사용하여 간편하고 매우 신뢰할 수 있게 광학 반도체 소자를 봉지할 수 있는 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는, 상술한 과제를 해결하기 위해 집중적으로 연구하여, 봉지 필름을 사용하여 광학 반도체 소자를 봉지하는 경우, 특정의 온도 조건에서 라미네이팅 공정을 수행하는 것에 의해, 간편하고 매우 신뢰할 수 있게 기판 상에 탑재되는 광학 반도체 소자를 봉지할 수 있음을 알아냄으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법은:
감압 챔버 내에서 광학 반도체 소자가 탑재된 광학 반도체 소자 탑재 기판 상에 봉지 필름을 배치하고, 감압 챔버 내를 감압하는 단계;
봉지 필름을 가열하여, 봉지 필름의 적어도 주변부를 광학 반도체 소자 탑재 기판의 표면에 열 융착하는 단계; 및
감압 챔버 내의 감압을 해제하여, 봉지 필름으로 광학 반도체 소자 탑재 기판을 봉지하는 단계를 포함하고,
감압 챔버 내의 감압이 해제될 때의 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도 T2는 봉지 필름이 0.02 내지 0.15 MPa의 인장 강도 및 150 내지 450%의 파단 신율을 나타내는 온도인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 봉지 필름은 바람직하게는 열경화성 실리콘 수지로 형성된다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 봉지 필름이 형광체를 포함하는 경우, 봉지 필름은 바람직하게는 90 질량% 이하의 형광체를 포함한다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 봉지 필름은 바람직하게는 10 μm 이상 300 μm 이하의 두께를 갖는다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 온도 T2는 바람직하게는 70℃ 이상 180℃ 이하이다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 광학 반도체 소자들 사이의 최소 거리는 바람직하게는 봉지 필름의 두께보다 크다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 광학 반도체 소자의 높이 T 및 광학 반도체 소자의 거리 L 사이의 종횡비(T/L)는 바람직하게는 최대로 3 이하이다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법은, 용이하고 매우 신뢰할 수 있게 봉지 광학 반도체 장치를 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 리프트 핀 승강 기구를 갖는 진공 라미네이터를 사용하여 실시된 본 발명에 따른 방법의 일 예를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 다이어프램형 진공 라미네이터 및 라미네이션 지그를 사용하여 실시되는 본 발명에 따른 방법의 일 예를 도시하는 모식적 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하의 실시의 형태에 한정되지 않으며, 그 요지의 범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
[봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법]
본 발명에 따른 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법은:
(1) 감압 챔버 내에서 광학 반도체 소자가 탑재된 광학 반도체 소자 탑재 기판 상에 봉지 필름을 배치한 다음, 감압 챔버 내를 감압하는 단계;
(2) 봉지 필름을 가열하여, 봉지 필름의 적어도 주변부를 광학 반도체 소자 탑재 기판의 표면에 열 융착하는 단계; 및
(3) 감압 챔버 내의 감압을 해제하여, 봉지 필름으로 광학 반도체 소자 탑재 기판을 봉지하는 단계를 포함하고,
감압 챔버 내의 감압이 해제될 때의 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도 T2는 봉지 필름이 0.02 내지 0.15 MPa의 인장 강도 및 150 내지 450%의 파단 신율을 나타내는 온도인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 감압 하에서 봉지 필름을 가열하여 봉지 필름의 주변부를 광학 반도체 소자 탑재 기판의 표면에 열 융착시키는 단계에 의해 봉지 필름과 광학 반도체 소자 탑재 기판에 봉지되는 영역의 표면 사이에 기밀 공간을 형성하는 단계와 감압을 해제하여 봉지 필름으로 광학 반도체 소자 탑재 기판을 봉지하는 단계가 연속적인 공정으로 수행될 수 있으므로, 봉지 광학 반도체 장치를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 감압 챔버 내의 감압이 해제될 때의 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도 T2가 봉지 필름이 광학 반도체 소자의 형상에 따라 광학 반도체 소자를 피복하는 것(이하, "컨포멀 라미네이션"이라고도 함)이 가능한 기계적 특성을 나타내는 온도로 설정되므로, 광학 반도체 장치가 매우 신뢰할 수 있게 봉지될 수 있다. 이하, 각 단계에 대하여 상세하게 설명한다.
(1) 감압 챔버 내에서 광학 반도체 소자가 탑재된 광학 반도체 소자 탑재 기판 상에 봉지 필름을 배치하고 감압 챔버를 감압하는 단계는, 감압 챔버 내에서 봉지될 광학 반도체 소자가 탑재된 광학 반도체 소자 탑재 기판 상에 봉지 필름이 배치된 다음 감압 챔버가 감압되는 단계이다. 봉지될 광학 반도체 소자를 봉지하기에 적합한 위치에서 광학 반도체 소자 탑재 기판에 봉지 필름이 배치된다.
감압 챔버는 광학 반도체 소자 탑재 기판 및 봉지 필름을 가열하는 가열 수단을 내부에 구비한다. 바람직하게는, 감압 챔버는 가열 수단으로서 광학 반도체 소자 탑재 기판 및 봉지 필름을 가열하는 가열 플레이트를 내부에 구비한다. 예를 들면, 이러한 감압 챔버는 진공 라미네이션 장치이다. 공정을 안정화하기 위해, 감압 챔버는 바람직하게는, 내부 압력의 감압 완료 전에 봉지 필름의 주변부가 광학 반도체 소자 탑재 기판에 열 융착되는 것을 방지하기 위해, 내부 압력의 감압이 완료될 때까지 광학 반도체 소자 탑재 기판이 가열 수단과 접촉하는 것을 방지하는 기구를 구비한다. 이러한 감압 챔버는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 리프트 핀 승강 기구를 갖는 진공 라미네이터를 포함한다. 또한, 특수 라미네이션 지그를 사용하여, 다이어프램형 진공 라미네이터가 사용될 수 있다. 예를 들면, 라미네이션 지그는, 스프링 등의 탄성체로 광학 반도체 소자 탑재 기판을 지지하는 구조를 가지며, 고무 다이어프램 멤브레인이 정상 위치에 있을 때, 광학 반도체 소자 탑재 기판이 가열 수단으로부터 이격될 수 있지만, 고무 다이어프램 멤브레인으로 압력이 가해지는 경우, 라미네이션 지그에 구비된 탄성체가 가압되어, 광학 반도체 소자 탑재 기판을 가열 수단과 접촉할 수 있도록 설계된다. 라미네이션 지그는, 고무 다이어프램 멤브레인이 라미네이션 지그를 가압하는 경우에도, 고무 다이어프램 멤브레인이 광학 반도체 소자 탑재 기판 또는 봉지 필름에 직접적으로 접촉하지 않도록, 광학 반도체 소자 탑재 기판 및 봉지 필름을 보호하는 구조를 갖는다.
광학 반도체 소자는 특별히 한정되지 않지만, 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 고체 촬상, 포토커플러용 발광기 및 수광기를 예로 들 수 있으며, 발광 다이오드(LED)가 특히 바람직하다.
광학 반도체 소자 탑재 기판은 광학 반도체 소자가 탑재되거나 실장되는 기판이다. 이러한 기판으로서는, 광 투과율이 높거나 반사율이 높은 재료가 바람직하다. 광학 반도체 소자 탑재 기판으로서는, 은, 금, 및 구리 등의 전도성 금속; 알루미늄 및 니켈 등의 비전도성 금속; PPA 및 LCP 등의 백색 안료가 혼합된 열가소성 수지; 에폭시 수지, BT 수지, 폴리이미드 수지, 및 실리콘 수지 등의 백색 안료를 함유하는 열경화성 수지; 알루미나 및 알루미나 질화물 등의 세라믹; 등을 예로 들 수 있다.
봉지 필름은, 봉지 대상인 광학 반도체 소자를 봉지하기 위한 것으로, 봉지제를 필름 형태로 가공한 것이다. 봉지 필름은 단독으로 사용될 수 있거나 둘 이상의 필름이 사용될 수 있다. 둘 이상의 봉지 필름이 사용되는 경우, 동일한 유형의 둘 이상의 봉지 필름이 사용될 수 있거나 상이한 유형의 봉지 필름이 조합되어 사용될 수 있다.
봉지 필름을 구성하는 봉지제는 열가소성 재료 또는 열경화성 재료로 형성될 수 있다. 이러한 재료는 유기 중합체 또는 실리콘일 수 있다. 유기 중합체로서, 폴리올레핀 수지, 에틸 초산 비닐(EVA) 수지, 에폭시 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 또는 폴리(비닐 부티랄) 수지 등의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 언급될 수 있다. 실리콘으로서, 핫 멜트 실리콘 또는 선형 실리콘(또는 "직쇄(straight-chain) 실리콘") 등의 열가소성 실리콘 또는 열경화성 실리콘이 언급될 수 있다. 또한, 응축 반응, 수소 규소화(hydrosilylation) 반응, 또는 프리 라디칼 반응에 의해 실리콘이 경화될 수 있다. 특정 실시형태에 따르면, 봉지 필름은 열가소성 수지로 형성될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 봉지 필름은 열경화성 수지로 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태에 따르면, 봉지 필름은 열경화성 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 예를 들면, WO 2016/065016에 개시된 봉지 필름이 봉지 필름으로서 사용될 수 있다. 이러한 봉지 필름은 Dow Corning Toray Co. Ltd.에서 만든 상품명 LF-1200 및 LF-1201로서 이용 가능하다.
봉지 필름은 투명 봉지 필름으로서 사용될 수 있거나, 형광체를 함유할 수 있다. 형광체의 예는, 특별히 한정되지 않지만, 발광 다이오드(LED)에 많이 사용되며, 산화물계 형광체, 산질화물계 형광체, 질화물계 형광체, 황화물계 형광체, 산황화물계 형광체 등을 포함하는 황색, 적색, 녹색, 및 청색 발광 형광체이다. 산화물계 형광체의 예는 세륨 이온을 함유하는 이트륨, 알루미늄 및 가닛계 YAG계 녹색 내지 황색 발광 형광체, 세륨 이온을 함유하는 터븀, 알루미늄 및 가닛계 TAG계 황색 발광 형광체, 및 세륨 및 유로퓸 이온을 함유하는 규산염계 녹색 내지 황색 발광 형광체이다. 산질화물계 형광체의 예는 유로퓸 이온을 함유하는 실리콘, 알루미늄, 산소, 및 질소계 SiAlON계 적색 내지 녹색 발광 형광체이다. 질화물계 형광체의 예는 유로퓸 이온을 함유하는 칼슘, 스트론튬, 알루미늄, 실리콘, 및 질소계 CASN계 적색 발광 형광체이다. 황화물계 형광체의 예는 구리 이온 및 알루미늄 이온을 함유하는 ZnS계 녹색 발광 형광체이다. 산황화물계 형광체의 예는 유로퓸 이온을 함유하는 Y2O2S 유형 적색 발광 형광체이다. 한 종류의 형광체 또는 두 종류 이상의 형광체의 혼합물이 사용될 수 있다.
형광체의 평균 입경은, 한정되지 않지만, 통상 1 μm 이상, 바람직하게는, 5 μm 이상 50 μm 이하, 바람직하게는 20 μm 이하의 범위이다. 평균 입경은, 예를 들면, 레이저 회절 산란식 입경 분포 측정 방법으로 누적 체적 평균 입경(D50)을 측정하는 것에 의해 측정될 수 있다.
형광체 함량은, 특별히 한정되지 않지만, 통상 봉지 필름의 90 질량% 이하의 양이다. 한편, 그 함량의 하한은, 한정되지 않지만, 바람직하게는 50 질량% 이상이며, 더 바람직하게는 60 질량% 이상이다.
봉지 필름은, 다른 임의 성분으로서, 침강 실리카 또는 습식 실리카, 흄 실리카와 같은 보강성 충전제, 이러한 충전제를 오가노할로실란, 오가노알콕시실란, 헥사오가노디실라잔 등의 유기 실리콘 화합물로 소수화처리한 충전제, 알루미나, 소성 실리카, 티타늄 산화물, 유리, 석영, 알루미노규산염, 산화철, 산화아연, 탄산칼슘, 탄화 규소, 질화 규소, 질화 보론 등의 무기 증량 충전제; 실리콘 수지, 에폭시 수지, 및 불소 수지 등의 유기 수지 미세 분말, 염료, 안료, 난연제, 내열제 등을 배합한 것일 수 있다.
봉지 필름의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 10 μm 이상, 바람직하게는 20 μm 이상, 300 μm 이하, 바람직하게는 200 μm 이하이다.
광학 반도체 소자 탑재 기판 상에는, 하나의 광학 반도체 소자가 실장될 수 있거나, 둘 이상의 복수의 광학 반도체 소자가 실장될 수 있다. 바람직하게는, 광학 반도체 소자 탑재 기판 상에 복수의 광학 반도체 소자가 탑재된다. 광학 반도체 소자 탑재 기판 상에 복수의 광학 반도체 소자가 탑재되는 경우, 광학 반도체 소자들 사이의 최소 거리는, 봉지 필름에 의한 광학 반도체 소자의 형상을 따르는 피복, 즉, 컨포멀 라미네이션의 형성을 확보하기 위해, 봉지 필름의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 따라서, 광학 반도체 소자들 사이의 최소 거리는 통상 10 μm 이상, 바람직하게는 20 μm 이상이다. 광학 반도체 소자들 사이의 최대 거리는, 특별히 한정되지 않지만, 통상, 봉지 필름의 두께의 두 배보다 작다. 따라서, 광학 반도체 소자들 사이의 최대 거리는, 통상 600 μm 이하, 바람직하게는 400 μm 이하이다. 컨포멀 라미네이션의 형성을 확보하기 위해, 광학 반도체 소자의 상면으로부터 광학 반도체 소자 탑재 기판의 표면까지의 거리, 즉, 광학 반도체 소자의 높이(T)와, 광학 반도체 소자들 사이의 거리(L)에 대한 종횡비(T/L)가, 최대 3 이하, 보다 바람직하게는, 최대 2.5 이하, 훨씬 더 바람직하게는, 최대 2 이하가 되도록 통상적으로 설계된다.
감압 챔버 내의 감압은, 종래의 알려진 감압 수단에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들면, 감압 챔버의 내부와 연결된 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해 수행될 수 있다. 통상, 감압 챔버 내의 압력은 300 Pa 이하, 바람직하게는 200 Pa 이하, 또는 133 Pa 이하까지 감압된다.
봉지 필름을 가열하여 봉지 필름의 적어도 주변부를 광학 반도체 소자 탑재 기판의 표면에 열 융착시키는 단계는, 봉지 필름을 T1 이상의 온도로 가열하여, 봉지 필름을 연화시킴으로써 절곡하여, 봉지 필름 및 광학 반도체 소자 탑재 기판을 서로 접촉시켜, 봉지될 광학 반도체 소자의 영역의 주변부에 봉지 필름의 적어도 주변부를 열 융착시킴으로써, 봉지 필름과 광학 반도체 소자 탑재 기판의 봉지될 영역의 표면 사이에 기밀 공간을 형성하는 단계이다. 이러한 단계에 의해, 봉지 필름에 컨포멀 라미네이션을 위해 적합한 가요성이 부여되며, 봉지 필름과 광학 반도체 소자 탑재 기판의 봉지될 영역의 표면 사이의 공간을 밀폐("봉지"라고도 함)하여 기밀 상태로 할 수 있다.
봉지 필름의 가열은 감압 챔버에 구비되는 가열 수단에 의해 수행된다. 예를 들면, 감압 챔버 내에 구비된 가열 플레이트가 가열 수단으로서 사용될 수 있다. 통상, 광학 반도체 소자 탑재 기판을 가열하는 것에 의해 봉지 필름이 가열된다. 예를 들면, 가열 수단으로서 가열 플레이트가 사용되는 경우, 광학 반도체 소자 탑재 기판 및 가열 플레이트를 서로 접촉시키는 것에 의해 광학 반도체 소자 탑재 기판으로부터 봉지 필름으로 열이 전달되어, 봉지 필름이 가열된다.
이 단계에서, 봉지 필름은 온도 T1 이상 온도 T2 이하의 온도에서 유지된다. 온도 T1는, 챔버 감압 중에 필름의 열 융착을 발생하여 봉지되는 영역을 기밀로 할 수 없을 정도(공기가 가둬진(trapped) 상태로 잔류)로 고온이 아니라면 특별히 한정되지 않지만, 최대 60℃이다. 또한, 봉지 필름은 통상 T1 내지 T2의 온도로 1분 이상 10분 이하로 유지된다. 이는 10분을 초과하여 유지된다면, 봉지 필름의 경화가 진행되어, 라미네이션의 불량을 초래하는 경향이 있기 때문이다.
봉지 필름을 가열하여, 봉지 필름의 적어도 주변부를 광학 반도체 소자 탑재 기판에 열 융착하는 단계는, 단계 (1)이 완료된 이후에 수행될 수 있고, 단계 (1)이 완료하기 전에 단계 (1) 도중에 수행될 수 있다. 즉, 감압 챔버 내의 감압이 미리 설정된 범위로 수행되기 전에 봉지 필름을 온도 T1 이상으로 가열하는 것을 개시할 수 있다. 공정의 안정성의 관점에서, 단계 (2)는 바람직하게는 단계 (1)에서 감압 챔버 내의 감압이 완료된 이후에 수행된다.
(3) 감압 챔버 내의 감압을 해제하여, 봉지 필름으로 광학 반도체 소자 탑재 기판을 봉지하는 단계는, 감압 챔버 내의 감압을 해제하여, 봉지 필름과 광학 반도체 소자 탑재 기판의 봉지될 영역의 표면 사이의 기밀 공간과 외부 공기와의 압력차에 의해, 봉지 필름을 광학 반도체 소자 탑재 기판에 대하여 압착시켜, 광학 반도체 소자 탑재 기판을 라미네이션하는 단계이다.
"감압 챔버 내의 감압을 해제하는 것"이라는 표현은, 통상, 감압 챔버를 대기로 개방하여 감압 챔버 내의 감압을 대기압까지 되돌리는 것을 의미한다. 대기압으로 즉시 되돌릴 필요는 없지만, 봉지 필름을 광학 반도체 소자 탑재 기판에 대하여 압착시켜 광학 반도체 소자의 컨포멀 라미네이션을 가능하게 하는 범위에서 감압이 점진적으로 해제될 수 있다. 통상, 감압 챔버 내의 감압은 10 kPa/sec, 바람직하게는 50 kPa/sec, 또는 100 kPa/sec의 속도로 대기압까지 되돌아 간다. 이는 감압으로부터 대기압까지의 변화 속도가 너무 느리면 기밀의 누설이 발생하고 라미네이션이 불완전할 수 있기 때문이다.
감압 챔버 내의 감압이 해제될 때의 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도 T2는 봉지 필름이 광학 반도체 소자의 컨포멀 라미네이션의 형성을 가능하게 하는 데에 적합한 물리적 특징을 갖는 온도로 설정된다. 구체적으로, 온도 T2는 봉지 필름이 0.02 내지 0.15 MPa의 인장 강도 및 150 내지 450%의 파단 신율을 나타내는 온도이다. 바람직하게는, T2는 봉지 필름이 0.03 MPa 이상의 인장 강도를 나타내는 온도이다. 바람직하게는, T2는 봉지 필름이 0.12 MPa 이하의 인장 강도를 나타내는 온도이다. 바람직하게는, T2는 봉지 필름이 200% 이상의 파단 신율을 나타내는 온도이다. 바람직하게는, T2는 봉지 필름이 400% 이하의 파단 신율을 나타내는 온도이다. 봉지 필름의 인장 강도 및 파단 신율은 본 발명의 실시 전에 미리 당해 기술분야의 통상의 방법에 의해 측정된다. 예를 들면, TA Instruments에서 만든 RSA-G2 동적 점탄성 측정 기기를 사용하여 측정이 수행될 수 있다. 봉지 필름은 온도 T2에서 상술한 물리적 특징을 나타내기 때문에, 기판 상에 탑재된 광학 반도체 소자가 매우 신뢰할 수 있게 봉지될 수 있다.
감압 챔버 내의 감압이 해제될 때의 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도 T2는, 상술한 조건이 만족된다면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 70℃ 이상, 바람직하게는 90℃ 이상이며, 180℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이하이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 감압 챔버로서, 리프트 핀 승강 기구를 갖는 진공 라미네이터(10)를 사용하여 실시되는 본 발명에 따른 제조 방법의 일 예를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 1의 (a)는 본 실시형태에 있어서 본 발명의 단계 (1)을 도시한다. 단계 (1)에서, 광학 반도체 소자(2)가 탑재되는 광학 반도체 소자 탑재 기판(1) 상에 봉지 필름(3)이 배치된다. 또한, 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)은 리프트 핀(13)에 의해 승강 가능한 중간 플레이트(12) 상에 배치된다. 진공 라미네이터(10)의 내부는 개구(14)를 통하여 감압 수단(미도시)에 연결되고, 감압 수단을 작동시키는 것에 의해 진공 라미네이터(10)의 내부가 감압된다. 여기에서, 단계 (1)의 개시 시, 중간 플레이트(12)는 리프트 핀(13)에 의해 가열 플레이트(11)로부터 이격되게 배치되어, 진공 라미네이터(10) 내부의 감압이 충분히 진행되기 전에 가열 플레이트(11)에 의해 봉지 필름(3)이 온도 T1 이상으로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 공정의 안정성이 확보될 수 있다.
도 1의 (b)는 본 실시형태에 있어서 본 발명의 단계 (2)를 도시한다. 이 단계 (2)에서, 리프트 핀(13)이 하강되어, 중간 플레이트(12)가 가열 플레이트(11)와 접촉하도록 이동된다. 이에 따라, 가열 플레이트(11)로부터의 열이 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)을 통하여 봉지 필름(3)에 전달되어, 봉지 필름(3)이 T1보다 높은 온도로 가열된다. 봉지 필름(3)이 가열되면, 봉지 필름(3)이 연화되어 변형되어, 봉지 필름(3)의 주변부(20)가 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)의 표면과 접촉하여, 주변부(20)가 반도체 소자 탑재 기판(1)의 표면에 열 융착된다. 이 때, 봉지 필름(3)과 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)의 봉지될 영역의 표면 사이에 기밀 공간(21)이 형성된다.
도 1의 (c)는 본 실시형태에 있어서 본 발명의 단계 (3)를 도시한다. 이 단계 (3)에서, 반도체 소자 탑재 기판(1)의 온도가 T2에 도달하면, 개구(14)를 통하여 진공 라미네이터(10) 내부의 감압이 해제되어, 외부 공기 및 기밀 공간(21)(도 1의 (c)에 미도시) 사이의 압력차에 의해 봉지 필름(3)이 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)에 대하여 압착되어, 광학 반도체 소자(2)가 봉지된다. 이에 따라, 봉지 광학 반도체 장치(30)가 얻어진다. 단계 (3)에서, 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)의 온도가, 봉지 필름이 광학 반도체 소자의 컨포멀 라미네이션의 형성을 가능하게 하는 데에 적합한 물리적 특징을 나타내는 온도인, 온도 T2에 도달하면, 진공 라미네이터(10) 내부의 감압이 해제되어, 봉지 필름(3)에 의해 광학 반도체 소자(2)의 형상을 따른 피복이 매우 신뢰할 수 있게 형성될 수 있다.
도 2는 감압 챔버로서의 다이어프램형 진공 라미네이터(40)와, 라미네이션 지그(50)를 사용하여 실시되는, 본 발명에 따른 제조 방법의 일 예를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2의 (a)는 본 실시형태에 있어서 본 발명의 단계 (1)을 도시한다. 다이어프램형 진공 라미네이터(40)의 내부는 고무 다이어프램 멤브레인(41)에 의해 상부 챔버(42) 및 하부 챔버(43)로 분할되며, 상부 챔버(42)의 내부 및 하부 챔버(43)의 내부는 각각 개구(15, 16)를 통하여 감압 수단(어디에도 도시되지 않음)에 연결되어, 감압 수단의 작동에 의해 상부 챔버(42) 및 하부 챔버(43)의 내부가 감압된다. 상부 챔버(42)의 개구(15)는 가압 수단에도 연결될 수 있다. 이 도면에서는, 하부 챔버(43) 내에서, 광학 반도체 소자(2)가 탑재된 광학 반도체 소자 탑재 기판(1) 상에 봉지 필름(3)이 배치된다. 또한, 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)은 전용 라미네이션 지그(50)의 내부에 배치된다. 라미네이션 지그(50)는 스프링(51)을 구비하고, 스프링(51)에 의해 라미네이션 지그(50)가 가열 플레이트(11)로부터 이격되게 배치되어, 하부 챔버(43)의 감압이 충분히 진행되기 전에 가열 플레이트(11)에 의해 봉지 필름(3)이 온도 T1 이상으로 가열되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 공정의 안정성이 확보될 수 있다.
도 2의 (b)는 본 실시형태에 있어서 본 발명의 단계 (2)를 도시한다. 이 단계 (2)에서, 상부 챔버(42)의 감압이 개구(15)를 통하여 해제된다. 이에 따라, 상부 챔버(42) 및 하부 챔버(43)(도 2의 (b)에 미도시) 사이의 감압 차이에 의해 고무 다이어프램 멤브레인(41)이 하부 챔버(43)를 가압하도록 변형하여, 스프링(51)이 가압되어, 라미네이션 지그(11)가 가열 플레이트(50)와 접촉된다. 이에 따라, 가열 플레이트(11)로부터의 열이 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)을 통하여 봉지 필름(3)으로 전달되어, 봉지 필름(3)이 온도 T1 이상으로 가열된다. 봉지 필름(3)이 온도 T1 이상으로 가열되면, 봉지 필름(3)이 연화되어 변형되고, 봉지 필름(3)의 주변부(20)가 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)의 표면과 접촉한다. 이에 따라, 주변부(20)가 반도체 소자 탑재 기판(1)의 표면에 열 융착되어, 봉지 필름(3)과 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)의 봉지될 영역의 표면 사이에 기밀 공간(21)이 형성된다. 이 실시형태에서는, 고무 다이어프램 멤브레인(41)이 하부 챔버(43)를 가압하는 경우에도, 라미네이션 지그(50)의 상부 프레임(52)의 구조에 의해, 봉지 필름(3)이 고무 다이어프램 멤브레인(41)에 의해 반도체 소자 탑재 기판(1)에 대하여 가압되는 것이 방지될 수 있고, 이에 따라, 기밀 공간(21)의 형성이 확보될 수 있다.
도 2의 (c)는 본 실시형태에 있어서 본 발명의 단계 (3)를 도시한다. 이 단계 (3)에서, 반도체 소자 탑재 기판(1)의 온도가 T2에 도달하면, 개구(16)를 통하여 하부 챔버(43) 내부의 감압이 해제되어, 외부 공기 및 기밀 공간(21)(도 2의 (c)에 미도시) 사이의 압력차에 의해 봉지 필름(3)이 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)에 대하여 압착되어, 광학 반도체 소자(2)가 봉지된다. 이에 따라, 봉지 광학 반도체 장치(30)가 얻어진다. 단계 (3)에서, 광학 반도체 소자 탑재 기판(1)의 온도가, 봉지 필름(3)이 광학 반도체 소자(2)의 컨포멀 라미네이션의 형성을 가능하게 하는 데에 적합한 물리적 특징을 나타내는 온도인, 온도 T2에 도달하면, 하부 챔버(43) 내부의 감압이 해제되어, 봉지 필름(3)에 의해 광학 반도체 소자(2)의 형상을 따른 피복이 매우 신뢰할 수 있게 형성될 수 있다.
실시예
실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 후술하는 실시예의 설명에 한정되지 않는다.
[봉지 필름]
열경화성 실리콘 조성물(Dow Corning Toray Co. Ltd.에 의해 제조된 LF-1200)에 대하여 75 질량% 및 85 질량%의 양으로 YAG계 황색 발광 형광체 입자(Intematix Corporation에 의해 제조된 상품명 NYAG 4454 S, 평균 입경 8 μm)를 혼합하여, 100 μm의 두께를 갖는 봉지 필름 A(75 wt% 형광체 입자 함유) 및 봉지 필름 B(85 wt% 형광체 입자 함유)를 제조하였다.
마찬가지로, 열경화성 실리콘 조성물(Dow Corning Toray Co. Ltd.에 의해 제조된 LF-1201)에 대하여 75 질량% 및 85 질량%의 양으로 YAG계 황색 발광 형광체 입자(Intematix에 의해 제조된 상품명 NYAG 4454 S, 평균 입경 8 μm)를 혼합하여, 100 μm의 두께를 갖는 봉지 필름 C(75 wt% 형광체 입자 함유) 및 봉지 필름 D(85 wt% 형광체 입자 함유)를 제조하였다.
봉지 필름 A 내지 D의 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 및/또는 130℃에서의 인장 강도 및 파단 신율을 TA Instruments에 의해 제조된 RSA-G2 동적 점탄성 측정 기기를 사용하여 측정하였다. 10 mm의 길이 및 25 mm의 폭을 갖는 측정 샘플을 제조하여 인장 속도를 10 mm/min로 하여 측정하였다. 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.
[광학 반도체 소자 탑재 기판]
광학 반도체 소자 탑재 기판으로서, 유리 기판 상에 1 mm의 깊이, 1 mm의 폭, 0.15 mm의 높이를 갖는 입방체 형상의 광학 반도체 소자를, 종방향으로 10개의 소자 및 횡방향으로 10개의 소자를 배치한 광학 반도체 소자 탑재 기판을 사용하였다. 광학 반도체 소자들 사이의 거리(L)는 균일하게 0.15 mm이었고, 광학 반도체 소자의 높이(T) 및 광학 반도체 소자들 사이의 거리(L) 사이의 종횡비(T/L)는 1이었다.
[실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 9]
봉지 필름 A 내지 D를 사용하여 반도체 소자 탑재 기판 상에 진공 라미네이션이 수행되었다. 진공 펌프에 연결된 리프트 핀 승강 기구(리프트 핀 기구를 갖는 Nisshinbo Mechatronics Corporation에 의해 제조된 상품명 PVL-0505S)를 갖는 진공 라미네이터가 감압 챔버로서 사용되었다. 먼저, 진공 라미네이터 내에서 가열 플레이트로부터 떨어진 위치에 배치되어 리프트 핀 승강 기구에 의해 승강 가능한 중간 플레이트 상에 광학 반도체 소자 탑재 기판을 설치하고, 그 위에, 봉지 필름 A, B, C, 또는 D를 배치하였다. 그 다음, 진공 펌프를 구동하여 진공 라미네이터 내부를 133 Pa까지 감압하였다. 다음으로, 중간 플레이트를 하강시켜, 100℃ 내지 180℃로 가열된 가열 플레이트와 접촉시켰다. 그 후, 봉지 필름을 3분 내지 7분동안 가열하여, 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도가 미리 설정된 온도 T2에 도달하면, 10 초에 걸쳐 감압을 대기압까지 되돌려, 봉지 광학 반도체 장치를 얻었다.
이렇게 얻은 봉지 반도체 장치를 시각적으로 관찰하여, 보이드 및/또는 크랙의 발생 여부를 확인하였다. 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.
봉지 필름 온도 T2(℃) 온도 T2에서의 인장 강도(MPa) 온도 T2에서의 파단 신율(%) 보이드/크랙 존재
실시예 1 A 110 0.12 200 없음
실시예 2 A 120 0.05 350 없음
실시예 3 A 130 0.03 400 없음
실시예 4 C 100 0.11 210 없음
실시예 5 C 110 0.06 360 없음
비교예 1 A 100 0.20 170 있음
비교예 2 A 140 0.01 450 있음
비교예 3 B 110 0.20 10 있음
비교예 4 B 120 0.18 44 있음
비교예 5 B 130 0.16 160 있음
비교예 6 C 90 0.34 106 있음
비교예 7 C 120 0.01 500 있음
비교예 8 D 100 0.16 20 있음
비교예 9 D 110 0.12 100 있음
표 1에 따르면, 실시예 1 내지 5의 제조 방법으로 제조된 봉지 광학 반도체 장치에는, 보이드 및/또는 크랙이 발생하지 않고, 봉지 필름에 의해, 광학 반도체 소자의 형상에 따라 피복이 형성되어 있는 것이 확인되었다.
본 발명의 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법은, 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 고체 촬상 장치, 또는 포토커플러용 발광기 및 수광기 등의 광학 반도체 소자를 봉지하는 방법으로서 유용하다.
1 광학 반도체 소자 탑재 기판
2 광학 반도체 소자
3 봉지 필름
10 진공 라미네이터
11 가열 플레이트
12 중간 플레이트
13 리프트 핀
14~16 개구
20 봉지 필름의 주변부
21 기밀 공간
30 봉지 광학 반도체 장치
40 다이어프램형 진공 라미네이터
41 고무 다이어프램 멤브레인
42 상부 챔버
43 하부 챔버
50 라미네이션 지그
51 스프링
52 상부 프레임

Claims (7)

  1. 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    감압 챔버 내에서 광학 반도체 소자가 탑재된 광학 반도체 소자 탑재 기판 상에 봉지 필름을 배치하고, 상기 감압 챔버 내를 감압하는 단계;
    상기 봉지 필름을 가열하여, 상기 봉지 필름의 적어도 주변부를 상기 소자 탑재 기판의 표면에 열 융착시키는 단계; 및
    상기 감압 챔버 내의 감압을 해제하여, 상기 봉지 필름으로 상기 광학 반도체 소자 탑재 기판을 봉지하는 단계를 포함하고,
    상기 감압 챔버 내의 감압이 해제될 때의 상기 광학 반도체 소자 탑재 기판의 온도 T2는 상기 봉지 필름이 0.02 내지 0.15 MPa의 인장 강도 및 150 내지 450%의 파단 신율을 나타내는 온도인, 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 봉지 필름은 열경화성 실리콘 수지로 형성되는, 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 봉지 필름은 90 질량% 이하의 형광체를 포함하는, 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 봉지 필름은 10 μm 이상 300 μm 이하의 두께를 갖는, 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 온도 T2는 70℃ 이상 180℃ 이하인, 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 반도체 소자 탑재 기판 상의 상기 광학 반도체 소자들 사이의 최소 거리는 상기 봉지 필름의 두께보다 큰, 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 반도체 장치의 높이(T)와 상기 광학 반도체 소자 탑재 기판 상의 상기 광학 반도체 장치들 사이의 거리(L) 사이의 종횡비(T/L)는 최대로 3 이하인, 봉지 광학 반도체 장치의 제조 방법.
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