1355324 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種半導體光學元件用樹脂透 方法，特別是有關一種載置於用來密封半導體光 液狀的密封樹脂材料上，藉由使該密封樹脂材料 該硬化.物即密封材一體化者。 【先前技術】 發光二極體.（LED )係有砲彈型、晶片型等 彈型的發光二極體一般成爲以透光性樹脂密封陰 陽極導引、發光半導體晶片、導引細線等發光體 構件而成之構造.。又，爲晶片型發光二極體時， 爲開口的箱形之發光體收容構件的內底使一對的 出至發光體收容構件的外部，在該發光體收容構 收容發光半導體晶片或導引細線等，使此等連接 透光性樹脂密封收容構件內部之構造，此等的發 因應其使.用目的，亦有設置用來限制在密封材上 光的行進方向之聚光透鏡的情況。 此等的發光二極體中，有在晶片型發光二極 鏡之情況，將發光半導體晶片等收容在發光體收 繼而，在該收容構件充塡液狀的密封用樹脂材料 封用樹脂材料上載置透鏡使密封用樹脂材料硬化 密封材與透鏡一體化的方法，惟此時，在密封材 間殘留有氣泡，當氣泡殘留時，所殘留的氣泡將 鏡之製造 學元件之 硬化，與 種類，砲 極導引、 以及導電 係從上面 導引框延 件的內部 1成爲以 光二極體 所發出之 體設置透 容構件， ，在該密 ，並且使 與透鏡之 成爲光之 、 -5- (2) 1355324 不規則反射或散射的原因，而使亮度降低，引 的問題。 【發明內容】 〔用以解決課題之方案〕 本發明係有鑑於上述問題而硏創者，目的 種可以最佳生產性製造的半導體光學元件用樹 半導體光學元件用樹脂透鏡係如用於晶片型的 之透鏡，使用在載置於用來密封半導體光學元 密封樹脂材料上，藉由使該密封樹脂材料硬化 即密封材一體化，將透鏡載置於液狀的密封樹 使密封樹脂材料硬化之際，可防止在密封材與 泡的殘留。 本發明者等爲了解決上述課題而進行精闢 果，首先，將透鏡與密封材之接合面設爲凸面 沿著該凸面逸逃，可避免氣泡的殘留。此雖可 鏡的兩面構成凸面的凸透鏡，惟藉由壓縮.成型 的樹脂透鏡成形時，爲了使半導體光學元件即 樹脂透鏡成形，在必須使用進行微細加工的高 於成形品容易產生溢料之問題。雖然溢料係與 合的障礙而必須除去，但是在半導體光學元件 脂透鏡中，除掉溢料係極爲繁瑣的作業，甚不 產生溢料者爲立刻成爲不良品，故以這種壓縮 導體光學元件用的樹脂透鏡將使產率變差。 起產品不良 在於提供一 脂透鏡，該 發光二極體 件之液狀的 與該硬化物 脂材料上， 透鏡之間氣 的硏討之結 ，發現氣泡 使用例如透 使這種形狀 比較小型的 價模具時’ 密封材接 用的小型樹 實用，由於 成形製造半 -6 ~ (3) (3)1355324 因此，本發明者等再重複檢討之結果，藉由在成形型 設置模穴凹部，該模穴凹部係具備有剖面圓弧狀凹陷部， 該剖面圓弧狀凹陷部係具有用來形成成爲透鏡的聚光面之 凸面的凹面，在上述模穴凹部充塡液狀的密封樹脂材料， i 特別是在上述模穴凹部上方藉由透鏡用樹脂材料的表面張 力成爲構成凸面之液滴的方式充塡該透鏡用樹脂材料，然 後加熱上述透鏡用樹脂材料的液體滴使之硬化，製造出半 導體光學元件用樹脂透鏡，獲得兩面構成凸面的樹脂透鏡 ，將與上述成形型的凹面對應的面設爲聚光面，以聚光面 與相反側的面之凸面作爲與密封樹脂材料（密封材）之接 合面，具有聚光透鏡的功能，且獲得具有使透鏡與密封樹 脂材料之間的氣泡逸逃且可避免氣泡的殘留之凸面的透鏡 ’並且該透鏡由於在成形時未壓縮，故不會產生溢料，可 獲得極佳的產率，上述半導體光學元件用之樹脂透鏡，特 別發現可以高生產性製造用於發光二極體之比較小型的樹 脂透鏡，而達成本發明。 亦即，本發明係提供一種半導體光學元件用樹脂透鏡 之製造方法，其特徵在於：使用在載置於用來密封半導體 光學元件之液狀的密封樹脂材料上，藉由使該密封樹脂材 料硬化’與該硬化物即密封材一體化者，在成形型設置模 穴凹部’該模穴凹部係具備有剖面圓弧狀凹陷部，該剖面 圓弧狀凹陷部係具有用來形成成爲透鏡的聚光面之凸面的 凹面’在上述模穴凹部充塡液狀的密封樹脂材料，然後加 熱上述透鏡用樹脂材料的液滴使之硬化。 (4) (4)1355324 此時，以藉由透鏡用樹脂材料之表面張力在上述模穴 凹部的上方成爲構成凸面的液滴之方式充塡液狀的透鏡用 樹脂材料最佳。在這種半導體光學元件用樹脂透孿中，其 一方的面必須爲具有期望的曲率之凸面，惟根據本發明之 製造方法，可製造藉由將上述成形型的凹面設爲期望的曲 率之凹面，形成與該凹面之曲率相當的期望之凸面作爲聚 光.面之透鏡。 另外，成爲與密封材的接合面之面由於在硬化之後使 透鏡與密封材接合，故不需要嚴密的曲率之調整，成爲可 .使氣泡逸逃的曲率之凸面，惟根據本發明之製造方法，在 由透鏡用樹脂材料的表面張力形成凸面而硬化，與密封樹 脂材料一體化之際，可形成於透鏡與密封樹脂材料之間殘 留的氣泡逸逃之具有足夠曲率的凸面。 在本發明之製造方法中，上述模穴凹部形成具有圓板 狀凹陷部、及形成於其中央下部的剖面圓弧狀凹陷部之形 狀’與振動等外力抗衡，可穩定形成且維持藉由表面張力 形成的透鏡用樹脂材料之液滴，可防止在硬化之前上述液 滴崩落之情事最爲理想。 根據本發明，不會產生溢料且可以較佳生產性製造具 有聚光透鏡的功能且具有可使透鏡與密封樹脂材料之間的 氣泡逸逃，且避免氣泡的殘留之凸面的半導體光學元件用 之樹脂透鏡。 【實施方式】 -8- (5) (5)1355324 本發明之半導體光學元件用樹脂透鏡之製造方法係使 用在：載置於用來密封半導體光學元件之液狀的密封樹脂 材料上且藉由使該密封樹脂材料硬化，與該硬化物即密封 材一體化，藉由在成形型設置模穴凹部，該模穴凹部係具 備有剖面圓弧狀凹陷部··該剖面圓弧狀凹陷部係具有用來 形成成爲透鏡的聚光面之凸面的凹面，在上述模穴凹部充 塡液狀的透鏡用樹脂材料，然後，藉由加熱並使上述透鏡 用樹脂材料的液滴硬化而製造者。 本發明雖以應用在凸透鏡、凹透鏡、非球面透鏡、平 面透鏡（佛瑞奈透鏡（Fresne丨lens ))等較爲理想，但 作爲凸透鏡的製造方法最爲理想，此時，該透鏡用樹脂材 料以藉由其表面張力在上述模穴凹部的上方成爲構成凸面 之液滴的方式，在上述模穴凹部充塡液狀的透鏡用樹脂材 料較佳。 成形型具體而言，例如列舉第1圖（A )至（C )所 示的成形型2。第丨圖中，2爲成形型，在其上面22形成 有模穴凹部21。此時，該模穴凹部21具有：由圓板狀的 凹陷部211、及形成於該圓板狀的凹陷部211的中央下部 之剖面圓弧狀凹陷部2 1 2構成的形狀，該剖面圓弧狀凹陷 部212的壁面212a成爲用來形成成爲透鏡的聚光面之凸 面的凹面，而在模穴凹部21充塡液狀的透鏡用樹脂材料 〇 在本發明中，如後所述，在成形時，由於沒有壓縮液 狀的透鏡用樹脂材料，雖可應用金屬製、樹脂製、橡膠製 -9- (6) (6)1355324 中任一種作爲成形型，惟當考慮加熱硬化時或冷卻時之熱 傳導性時，以使用金屬製的成形型（模具）最佳。 在本發明的製造方法中，特別以使用上述模穴凹部形 成具有圓板狀凹陷部、及形成於其中央下部的剖面圓弧狀 凹陷部之形狀的成形型最佳。更具體而言，例如第1圖（ A)至（C)所示的成形型2，若模穴凹部21具有：由圓 板狀凹陷部211、及形成於該圓板狀凹陷部211中央下部 的剖面圓弧狀凹陷部2 1 2構成的形狀，則使形成模穴凹部 21的圓板狀凹陷部211的周面211a與成形型2的上面22 垂直，例如第2圖（A )所示，模穴凹部2 1僅由剖面圓 弧狀凹陷部212.構成，比其壁面212a與成形型的上面22 以鈍角交叉之成形型，更可與振動等外力抗衡，穩定形成 且維持藉由表面張力形成的透鏡用樹脂材料的液滴，在硬 化之前’可防止上述液滴崩落，又可形成曲率大的凸面。 此外’在本發明中，可使用第2圖（A)所示的成形 型。又’如第2圖（B)所示，以使用模穴凹部21具有由 圓板狀凹陷部211、及與形成於該圓板狀凹陷部211的下 部之上述該圓板狀凹陷部2 1 1同徑的剖面圓弧狀凹陷部 212構成之形狀的成形型最佳。 透鏡用樹脂材料的充塡及所充塡的透鏡用樹脂材料之 硬化例如第3圖所示，以該透鏡用樹脂材料3藉由其表面 張力在模穴凹部21的上方構成成爲凸面31】之液滴31的 方式’以定量供給裝置4 —邊調整充塡量一邊充塡液狀的 透鏡用樹脂材料3(第3圖（B) ' (C))至形成於成形 -10- (7) (7)1355324 型2的模穴凹部21(第3圖（A))，使用遠紅外線加熱 器51、IH加熱器52或其二者加熱該透鏡用樹脂材料的液 滴31(第3圖（D))，使透鏡用樹脂材料的液滴31硬 化（第3圖（D))之方法最爲理想。 使透鏡用樹脂材料的液滴31硬化之後，以送風機61 空冷，.經由散熱板62水冷或藉由其兩方冷卻（第3圖（E ))，以取出機7從成形型2離型（第3圖（F))，可 獲得透鏡1。所獲得的透鏡1係如第4圖（A)至（D)所 示，具有：用以形成成爲模穴凹部21的透鏡之聚光面的 凸面之凹面，亦即與剖面圓弧狀凹陷部212的壁面212a 對應的凸面11;以及與藉由透鏡用樹脂材料的液滴31之 表面張力形成的凸面311對應的凸面13，凸面11成爲透 鏡的聚光面，凸面13成爲透鏡與密封材之接合面。 此外，在上述圖面中，雖例示在成形型形成有一個模 穴凹部，惟並不限定於此，在一個成形型的上面設計複數 個模穴凹部，在各個模穴凹部依序或使用複數個定量供給 裝置，一次充塡透鏡用樹脂材料亦可製造透鏡。又，以氟 樹脂塗佈成形型2的上面22特別是與該模穴凹部21的外 周緣相接的部分。藉此，改變透鏡用樹脂材料的液滴31 之模穴凹部21的外周緣之接觸角，可調整所獲得的透鏡 之曲面的形狀。根據該方法，即使是比較大徑的透鏡，亦 可使液滴膨脹，可製造良好形狀的透鏡。 在本發明中，使用液狀的透鏡用樹脂材料。該透鏡用 樹脂材料雖可使用用於製造樹脂透鏡的以往周知的液狀樹 -11 - (8) 1355324 脂材料，惟特別以使用矽樹脂組成物最爲理想。 種液狀的矽樹脂組成物硬化，雖可獲得矽樹脂製 但是矽樹脂組成物尤以液狀的附加反應硬化型之 成物最佳。液狀的附加反應硬化型之矽樹脂組成 溶媒因此無需發泡，可使表面與內部均勻硬化。 上述附加反應硬化型之矽樹脂組成物雖藉由 成透明的矽樹脂，惟亦無特別限定，例如以聚有 (organo polysiloxane)作爲基礎聚合物（bas< )，列舉包含：有機氫化二烯基聚矽氧烷 hydrodiene-polysiloxane )、及白金系觸媒等重 者。 上述聚有機砂氧院（organo polysiloxane) 平均單位式表示：RaSiO(4_a)/2 (式中，R爲非置 —價碳氫基，以碳數1~10，特別是1〜8者最 0.8~2’以1~1.8的正數最佳）。在此，R列舉有 乙基、丙基、丁基等烷基；乙烯基、丙烯基、丁 烯基；苯基、甲苯基等芳基；苄基等芳烷基；或 置換與此等碳原子鍵結的氫原子之一部分或全部 、氣丙基、3,3,3-二氟丙基（trifluoro-propyl ) 換碳氫基；或是以氰基置換的2 -氫乙基等之氰 氫基等’ R可爲相同或相異，惟以包含苯基者作 從光學透鏡的耐熱性及透明性之點來看特別以爸 5〜80mol%爲苯基者較佳。 又’以包含乙烯基等鏈烯基者作爲R時，
藉由使這 的透鏡， 矽樹脂組 物由於無 熱硬化形 機矽氧烷 polymer (organo- 金屬觸媒 係以下述 換或置換 佳，a爲 :甲基、 燒基等鍵 以鹵原子 之氯甲基 等的鹵置 基置換碳 爲R時， :部R中 以全部R -12- 1355324 ⑼ 中1〜20mol%爲鏈烯基者較佳，其中，使用在1個分子中 具有兩個以上的鏈烯基者最佳。這種聚有機矽氧烷例如有 :在末端具有乙烯基等的鏈烯基之二甲基聚矽氧烷 '或在
之二聚有機砂氧院（diorganopolysiloxane)。 另外，有機氫化二烧基聚砂氧院（〇rgano-hydro· diene-polysiloxane)以在3官能以上（亦即在1分子中具 有3個以上與矽原子鍵結之氫原子（Si-H基）者）較佳 ，例如有：甲基氣化二稀基聚砂氧院（methyl-hydro-diene-polysiloxane)聚砂氧院、甲基苯基有機氫化二稀基 聚砂氧院（organo-hydro-diene-polysiloxane)等，特別是 在常溫下爲液體狀者最佳。又，觸媒列舉有：白金、白金 化合物、二丁基錫二乙酸（di acetate )或二丁基錫二肉桂 酸（dilaurate)等有機金屬化合物，或是如辛烯酸錫等的 金屬脂肪酸鹽等。此等有機氫化二烯基聚矽氧烷（ organo-hydro-diene-polysiloxane)或觸媒的種類或量係考 慮交聯度或硬化速度而適當決定。又，除了上述成份以外 ，在不損及所獲得的矽樹脂的強度或透明度的程度內，添 加充塡劑、耐熱材、可塑劑等亦可。上述矽樹脂組成物可 使用：信越化學工業株式會社製KE 1 93 5 ( A/B )，KJR632 、GE 東芝 POLYSILOXANE 株式會社製 XE1 4-062，XE14-907、以及 TORAY DOW CORNING 株式會社製 SH6103, DX-3 5 -54 7等市售品。此外，在矽樹脂組成物含有二氧化 矽、碳酸鈣等的擴散劑、氧化鈦 '氧化鋅等紫外線吸收材 -13- (10) 1355324 ，使此等分散在透鏡。 在本發明中，將以上述方法獲得的透鏡載置於 封半導體光學元件的液狀之密封樹脂材料上，藉由 封樹脂材料硬化，與該硬化物及密封材一體化而使 例如以使用在發光二極體用的透鏡、特別是晶片型 二極體用透鏡較佳。 .晶片型的發光二極體如第5圖所示，從上面爲 箱形之發光體收容構件105的內底使一對的導引件 102延伸至發光體收容構件1〇5的外部，在該發光 搆件105的內部收容發光體即發光半導體晶片103 細線1 04、104，使此等連接，可成爲以密封材（ 樹脂）1 06密封發光體收容構件1〇5內部之構造， 1.係與該密封材106上接合而使用。 該透鏡1將發光半導體晶片103等收容在發光 構件105 ’在連接後，在發光體收容構件105內充 的密封樹脂材料1 06，使凸面1 3朝向密封樹脂材 側將透鏡1載置於密封樹脂材料1 0 6上，藉由加熱 密封樹脂材料1 06硬化且一體接合，但如第6圖（ 示’在充塡密封樹脂材料106之際捲入至密封樹 106中的氣泡a、或在透鏡1載置於密封樹脂材料 之際的透鏡1與密封樹脂材料106之間的空氣層b 發光體收容構件1 05內部完全除掉，則使密封樹 1 06硬化之後，殘留的氣泡將成爲光之不規則反射 的原因’使亮度降低，因此使發光二極體成爲不良 用來密 使該密 用，惟 的發光 開口的 101、 體收容 或導引 透光性 該透鏡 體收容 塡液狀 料106 等使該 A )所 脂材料 106上 等若從 脂材料 或散射 品。然 -14- (11) 1355324 而’此時，如第6圖（B)所示，儲存在密封樹 1 〇 6的氣泡a或密封樹脂材料丨〇 6與透鏡1之間的 b藉由浮力上昇’沿著透鏡1的凸面13，如圖中箭 ’移動至透鏡1的外周側，從透鏡1與發光體收 1 〇5之間隙1 07排出至外部，因此使密封樹脂材料 化之後’在密封材與構件之間不會殘留氣泡。 本發明之製造方法係在製造徑爲l~30mm左右 爲0.5〜30mm左右的小型樹脂透鏡時最佳。又，在 中’雖例示將半導體光學元件用於晶片型之發光二 情況，惟並不限定於此’例如，亦可作爲組裝有受 晶片的畫像形成用受光元件等之透鏡使用。 以下’雖然更舉出實施例具體說明本發明，但 明並非限定於下述實施例者。 〔實施例1〕 使用以具有與矽原子鍵結之苯基的有機聚矽氧 鏡用樹脂材料作爲基礎聚合物之液體狀的矽樹脂組 (XE 1 4-907 ) GE 東芝 POLYSILOXANE 株式會社 使用定量供給裝置對形成100個光學加工此之第1 形狀之模穴凹部的模具，以藉由表面張力構成凸面 滴的方式充塡液體狀的矽酮組成物，加熱且硬化此 冷卻後，從成形型離型，製造100個如第4圖所示 矽樹脂製透鏡（徑6mm、厚度3mm )。即使此等 透鏡沒有產生溢料，皆藉由表面張力形成凸面。 脂材料 空氣層 號所示 容構件 106硬 ，厚度 上述例 極體的 光元件 是本發 烷之透 成物（ 製）， 圖所示 的液體 等，在 形狀之 任一個 -15- (12) (12)1355324 然後’使用該透鏡，將發光半導體晶片等收容在發光 體收容構件’在連接後，於發光體收容構件內充塡液體狀 的密封樹脂材料，藉由表面張力形成的凸面朝向密封樹脂 材料側載置透鏡於密封樹脂材料上，藉由加熱等使該密封 樹脂材料硬化，在第5圖所示的密封材料上製造一體接合 有透鏡的晶片型之發光二極體。雖然製造這種晶片型發光 二極體100個，但是在任一個發光二極體的透鏡與密封材 之間沒有殘留不規則反射或散射來自發光半導體晶片的光 之氣泡，顯示充分的亮度。 【圖式簡單說明.】 第1圖係本發明之製造方法使用的成形型之一例的圖 ，（A)爲斜視圖，（B)爲平面圖，（C)爲沿著（B) 之X - X '線的剖面圖。 第2圖係本發明之製造方法使用的成形型之其他例之 面圖。 第3圖係藉由本發明之製造方法製造透鏡的步驟之說 明圖。 第4圖係藉由本發明之製造方法製造的透鏡之一例， 係使用第】圖所示的成形型製造的透鏡之圖，（A)爲斜 視圖’ （B)爲平面圖，（C)爲沿著（b)之Y-Y，線的 剖面圖’ （D)爲返回（A )的天地之狀態的斜視圖。 第5圖係使用藉由本發明之製造方法製造的透鏡之半 導體光學元件的一例’表示晶片型的發光二極體之剖面圖 -16- (13) (13)1355324 第6圖係使用藉由本發明之製造方法製造的透鏡，表 示製造晶片型的發光二極體之過程的說明圖。 【主要元件符號說明】 1 :透鏡 2 :成形型 3 :液狀的透鏡用樹脂材料 4 :定量供給裝置 7 :取出機 11、 13、 311:凸面 2 1 :模穴凹部 22 :上面 3 1 :液滴 5 1 :遠紅外線加熱器 52 : IH加熱器 61 :送風機 62 :散熱板 ]01、 ]02 :導引 103 :半導體晶片 104 ·_導引細線 105:發光體收容構件 1 0 6 :密封材 1 〇 7 :間隙 -17- (14) (14)1355324 2 1 1 :圓板狀凹陷部 2 1 1 a :周面 2 1 2 :剖面圓弧狀凹陷部 212a：壁面 a :氣泡 b :空氣層
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