TWI517454B - Optical semiconductor device - Google Patents

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TWI517454B
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Katsuyuki Imazawa
Tsutomu Kashiwagi
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Shinetsu Chemical Co
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Description

光半導體裝置
本發明係關於光半導體裝置，詳細而言，係關於在硫化氣體環境下之反射效率之耐久性優異之光半導體裝置。
作為發光二極體(LED)等之光半導體元件之被覆保護用樹脂組成物，其硬化物要求具有透明性，一般使用由雙酚A型環氧樹脂或脂環式環氧樹脂等之環氧樹脂及酸酐系硬化劑所構成之環氧樹脂組成物(專利文獻1：日本特許第3241338號公報、專利文獻2：特開平7-25987號公報參照)。但，此般環氧樹脂組成物之硬化物，因其對具有短波長之光線的透過性低，而產生耐光耐久性低，又或因光劣化而著色之問題。
又，於1分子中至少含有2個與SiH基具有反應性之碳-碳雙鍵之有機化合物、於1分子中至少含有2個SiH基之矽化合物，以及由羥基矽烷化觸媒所構成之加成硬化型聚矽氧樹脂組成物亦已有被提案(專利文獻3：特開2002-327126號公報、專利文獻4：特開2002-338833號公報參照)。但，此般聚矽氧樹脂組成物之硬化物，相較於以往之環氧樹脂，因氣體透過性大，而遭保管環境或使用環境中存在之硫化氣體穿透，因硫化氣體與發光元件封裝之引線框架之鍍銀表面之硫化反應，鍍銀面變化成黑色的硫化銀，其結果，鍍銀面的光反射效率降低，發光元件的發光強度隨時間經過而劣化，有無法維持長期信賴性之問題。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第3241338號公報
[專利文獻2]日本特開平7-25987號公報
[專利文獻3]日本特開2002-327126號公報
[專利文獻4]日本特開2002-338833號公報
本發明係有鑑於上述情事而完成者，以提供在硫化氣體環境下之反射效率之耐久性優異之光半導體裝置為目的。
本發明者們，為達成前述目的，嚴密研討後之結果，發現用於光半導體裝置之被鍍銀的引線框架的表面粗度在一定數值以上的話，密封樹脂之聚矽氧樹脂無法侵入該鍍銀表面的凹凸面，因在有殘留空隙的狀態下密封樹脂及鍍銀表面接著，此般光半導體裝置放置於有硫化氣體存在之環境下時，硫化氣體穿透密封樹脂，而滯留於存在鍍銀表面與密封樹脂界面之空隙內，在引起鍍銀表面的硫化反應之同時，該硫化反應破壞鍍銀表面與密封樹脂的接著，而使硫化反應更加迅速。
於此，為防止此般硫化反應，被認為有必要在密封樹脂與鍍銀表面之界面為無空隙之狀態下使其接著，並發現使鍍銀的表面粗度為中心線平均粗度(Ra)：0.3μm以下且十點平均粗度(Rz)：2μm以下，可得到在硫化氣體環境下之反射效率之耐久性優異之光半導體裝置，遂完成本發明。
即，本發明提供下述光半導體裝置。
請求項1：
一種光半導體裝置，其係在內部底面配置有引線框架且一體成形之杯狀之預成型封裝內部，光半導體元件之電極經由導電性接著劑或導電性線材而連接前述引線框架，將光半導體元件予以實裝之同時，將前述預成型封裝內部以密封樹脂所密封之光半導體裝置，其特徵為前述引線框架係以具有中心線平均粗度(Ra)：0.3μm以下且十點平均粗度(Rz)：2μm以下之表面之鍍銀所被覆者。
請求項2：
如請求項1之光半導體裝置，其中引線框架之材質為銅或銅系合金。
請求項3：
如請求項1或2之光半導體裝置，其中密封樹脂為加成硬化型聚矽氧樹脂組成物之硬化物。
依據本發明可提供在硫化氣體環境下之反射效率之耐久性優異之光半導體裝置。
以下，更加詳細說明關於本發明。
圖1為本發明具代表性之光半導體裝置1之概略剖面圖。
本發明之光半導體裝置1，係在內部底面配置有引線框架6且一體成形之杯狀之預成型封裝2內部中，將無圖示之光半導體元件3之電極經由導電性接著劑4或導電性線材5而連接前述引線框架6，將光半導體元件3予以實裝之同時，將前述預成型封裝2內部以密封樹脂7所密封之光半導體裝置1，其中前述引線框架6係以具有中心線平均粗度(Ra)：0.3μm以下且十點平均粗度(Rz)：2μm以下之表面之鍍銀所被覆者。
尚且，於此，前述Ra及Rz可基於JIS B 0601(1982)進行測定。
如此般，因藉由將引線框架6以具有Ra：0.3μm以下且Rz：2μm以下之表面之鍍銀被覆，如圖2，而可將密封樹脂7與前述鍍銀表面之界面在無空隙的狀態下使其接著，故此般光半導體裝置1放置於在存在有硫化氣體之環境下時，即便硫化氣體穿透密封樹脂7，由於硫化氣體可滯留之鍍銀表面與密封樹脂7之界面上因無空隙，故幾乎不會引起鍍銀表面的硫化反應，鍍銀表面與密封樹脂7的接著亦不會被破壞。故，可得到在硫化氣體環境下之反射效率之耐久性優異之光半導體裝置1。
另一方面，鍍銀表面的Ra及Rz若超過前述值時，密封樹脂7無法侵入鍍銀表面的凹凸面，如圖3，因在殘留有空隙8之狀態下接著密封樹脂與鍍銀表面，此般光半導體裝置放置在存在有硫化氣體環境下時，由於硫化氣體穿透密封樹脂7，而滯留於鍍銀表面與密封樹脂7界面之空隙8，在引起鍍銀表面的硫化反應之同時，因該硫化反應而破壊鍍銀表面與密封樹脂7的接著，進而使硫化反應更加迅速。特別係，此般鍍銀表面的硫化反應係為產生黑色硫化銀之反應，故變成反射效率顯著劣化的光半導體裝置。
尚且，被覆引線框架6之鍍銀表面的Ra及Rz係以越小者越佳，但從鍍敷技術及表面加工的觀點看來，各以Ra：0.03μm以上及Rz：0.1μm以上較為實際。
具有此般Ra及Rz之鍍銀，可藉由電解鍍敷、無電解鍍敷、溶融鍍敷、真空蒸著鍍敷等對引線框架6施以鍍銀處理，依需要，以浸染過化學研磨劑等之研磨布進行擦光輥研磨再配合該值後取得。
引線框架6本體的材質，從導電性及成本觀點看來，以使用公知之Cu、Sn/Cu、Cu/Sn/Bi、及Sn/Ag/Cu等之銅或銅系合金為佳。
又，導電性接著劑4，以使用公知的銀膠漿為佳。
接著，位於光半導體元件3下方之無圖示之電極與位於其正下方之鍍銀引線框架6間的連接，係經由導電性接著劑4(銀膠漿)以150～300℃、數分～數小時而連接，又，位於光半導體元件3上方之無圖示之前述電極的相對電極與導電性線材5(Au製等)的連接，以及導電性線材5與鍍銀引線框架6的連接，係採公知之銲結合(wire bonding)連接之。
將如此所得之光半導體元件3實裝於預成型封裝2內部，最後以密封樹脂7密封，成為光半導體裝置1。
此般密封樹脂7，特別係適用於以(A)具有非共價鍵性雙鍵基之有機矽化合物、(B)有機氫聚矽氧烷、及(C)鉑系觸媒為必要成分之加成硬化型聚矽氧樹脂組成物。
(A)成分：
(A)成分可使用下述一般式(1)：
R1R2R3SiO-(R4R5SiO)a-(R6R7SiO)b-SiR1R2R3　(1)
(式中，R1表示含有非共價鍵性雙鍵基之一價烴基、R2～R7各自表示同種或異種之一價烴基，其中R4～R7較佳表示除去脂肪族不飽和鍵結之一價烴基，又，R6及/或R7表示芳香族一價烴基，0≦a+b≦500、以10≦a+b≦500之整數為佳，0≦a≦500、以10≦a≦500為佳，0≦b≦250、以0≦b≦150之整數為佳)。所示之有機聚矽氧烷。
此時，R1係具有碳數2～8、特別是2～6之烯基所代表之脂肪族不飽和鍵結，R2～R7係以碳數1～20、特別係1～10範圍內之物為適宜，可列舉出烷基、烯基、芳基、芳烷基等，其中R4～R7適宜為除烯基等之脂肪族不飽和鍵結外可舉出烷基、芳基、芳烷基等。又，R6及/或R7以苯基或甲苯基等之碳數6～12之芳基等之芳香族一價烴基為佳。
上述一般式(1)之有機聚矽氧烷，係可藉由與構成主鏈之環狀二甲基聚矽氧烷、環狀二苯基聚矽氧烷、環狀甲基苯基聚矽氧烷等之環狀二有機聚矽氧烷、及構成末端基之二乙烯四甲基二矽氧烷、二甲基四乙烯二矽氧烷、六乙烯二矽氧烷、二苯基四乙烯二矽氧烷、二乙烯四苯基二矽氧烷等之二矽氧烷的鹼平衡化反應而得，但此時，通常，不含有矽烷醇基及氯成份。
上述一般式(1)之有機聚矽氧烷，可具體例示下述者。
(於上述式中，k,m係為滿足0≦k+m≦500之整數，更佳係以滿足5≦k+m≦250、0≦m/(k+m)≦0.5之整數)。
(A)成分，除可使用具有前述一般式(1)的直鏈構造之有機聚矽氧烷以外，依需要，可併用含有3官能性矽氧烷單位、4官能性矽氧烷單位等之具有三次元網狀構造之有機聚矽氧烷。
(A)成分中非共價鍵性雙鍵基的含有量為全一價烴基之1～50莫耳%、以2～40莫耳%為佳、5～30莫耳%更佳。非共價鍵性雙鍵基的含有量若少於1莫耳%則無法取得硬化物，多於50莫耳%則因有機械性特性變差之情況故不理想。
又，(A)成分中芳香族基的含有量為全一價烴基之0～95莫耳%、以10～90莫耳%為佳、20～80莫耳%更佳。樹脂中含有適量芳香族基時，有機械性特性佳且容易製造之優點。又，藉由導入芳香族基而可控制折射率一事亦可作優點舉出。
(B)成分：
(B)成分，使用一分子中具有與矽原子結合之氫原子2個以上之有機氫聚矽氧烷。此般有機氫聚矽氧烷，係作用為交聯劑，且該成分中之SiH基與(A)成分之乙烯基等之含有非共價鍵性雙鍵之基(以烯基為典型)藉由加成反應而可形成硬化物者。
又，有機氫聚矽氧烷，因具有芳香族烴基，具有前述(A)成分之非共價鍵性雙鍵基之有機矽化合物在高折射率時相溶性提升，可賦予透明之硬化物。因此，於(B)成分之有機氫聚矽氧烷中，可將具有芳香族一價烴基之有機氫聚矽氧烷，作為(B)成分的一部份或全部而含有。
又，於(B)成分之有機氫聚矽氧烷中，可將具有環氧丙基構造之有機氫聚矽氧烷，作為(B)成分的一部份或全部而含有，有機氫聚矽氧烷藉由具有含有環氧丙基構造之基，可賦與與基板接著性高之光半導體用密封樹脂組成物。
作為上述有機氫聚矽氧烷，可列舉出1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、參(二甲基氫矽烷氧基)甲基矽烷、參(二甲基氫矽烷氧基)苯基矽烷、1-環氧丙氧基丙基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1,5-環氧丙氧基丙基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1-環氧丙氧基丙基-5-三甲氧基矽烷基乙基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、兩末端三甲基矽烷氧基封閉甲基氫聚矽氧烷、兩末端三甲基矽烷氧基封閉二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端二甲基氫矽烷氧基封閉二甲基聚矽氧烷、兩末端二甲基氫矽烷氧基封閉二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽烷氧基封閉甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽烷氧基封閉甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、三甲氧基矽烷聚合物、由(CH3)2HSiO1/2單位與SiO4/2單位所構成之共聚物、由(CH3)2HSiO1/2單位與SiO4/2單位與(C6H5)SiO3/2單位所構成之共聚物等，但不侷限於此等。
又，亦可使用運用下述構造所示之單位所得之有機氫聚矽氧烷。
作為此般有機氫聚矽氧烷可舉出下述者。
此般有機氫聚矽氧烷之分子構造，係以直鎖狀、環狀、分岐狀、三次元網目構造中任一種皆可，可使用一分子中之矽原子之數(或聚合度)為2個以上，較佳為2～1,000個、更佳為2～300個左右者。
此般有機氫聚矽氧烷之配合量，以每個(A)成分之非共價鍵性雙鍵基(以烯基為典型)，以含有可充份賦予0.75～2.0個之(B)成分中之矽原子鍵結氫原子(SiH基)之量為佳。
(C)成分：
(C)成分係使用鉑系觸媒。鉑系觸媒可列舉出氯化鉑酸、醇改質氯化鉑酸、具有螯合構造之鉑錯合物等。此些可單獨亦可將2種以上組合使用。
此些觸媒成分之配合量係硬化有效量即所謂之觸媒量即可，通常以前述(A)及(B)成分的合計量每100質量份，以鉑族金屬質量換算為0.1～500ppm、特別係0.5～100ppm之範圍內使用。
(D)其他成分：
本發明中使用之加成硬化型聚矽氧樹脂組成物，以前述(A)～(C)成分為必要成分，但亦可視需要添加各種矽烷耦合劑。
例如，可列舉出乙烯三甲氧基矽烷、乙烯三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、N-2(胺基乙基)3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-2(胺基乙基)3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-2(胺基乙基)3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷等，或三甲氧基矽烷、四甲氧基矽烷及其寡聚物等。此些矽烷耦合劑，可單獨亦可混合2種以上使用。
矽烷耦合劑的配合量，以組成物全體的10質量%以下(0～10質量%)、特別以5質量%以下(0～5質量%)左右配合為佳。
又，本發明所使用之加成硬化型聚矽氧樹脂組成物，在不使光半導體裝置的性能劣化之範圍內依需要，例如，亦可添加作為防氧化劑之BHT、維生素B等，或眾知之防變色劑例如有機磷系防變色劑等，或受阻胺般之光劣化防止劑等，或作為反應性稀釋劑之乙烯醚類、乙烯醯胺類、環氧樹脂、氧環丁烷類、酞酸烯丙酯類、己二酸乙烯酯等，或亦可添加氣相二氧化矽及沈降性二氧化矽等之補強性填充材、難燃性提升劑、螢光物、有機溶劑等而作成密封樹脂組成物。又，經著色成分著色亦無妨。
加成硬化型聚矽氧樹脂組成物的調製方法等：
加成硬化型聚矽氧樹脂組成物，係將上述(A)～(C)成分，及所希望之前述其他(D)成分同時或各別依需要藉由於加熱處理之際同時攪拌、溶解、混合、及分散後可得。
此些操作所使用之裝置並無特別限定，可使用具備攪拌、加熱裝置之擂潰機、三輥壓光機、分散機、攪拌機等。又，亦可適當組合使用此些裝置。
如此所得之加成硬化型聚矽氧樹脂組成物，係用於光半導體裝置之密封者，光半導體元件可列舉出LED、發光二極體、CCD、CMOS、光電耦合器等，特別對LED之密封有效果。
作為密封方法，依發光元件的種類而採用公知之方法，加成硬化型聚矽氧樹脂組成物之硬化條件，係採用室溫(20～30℃)至200℃左右之溫度範圍，由數十秒至數日左右之時間範圍，但從硬化品質及作業性等之觀點看來，以採用80～180℃之溫度範圍由1分左右至10小時左右之時間範圍為佳。
由如此所得之加成硬化型聚矽氧樹脂組成物之硬化物所密封之光半導體裝置，與具有上述表面粗度之鍍銀引線框架相互作用，其耐熱、耐濕、耐光性優異，於硫化氣體環境下，發揮反射板的功能之鍍銀表面不會變色，其結果，可提供反射效率之耐久性優異之光半導體裝置。
[實施例]
以下，基於實施例及比較例為具體說明關於本發明，但本發明係不侷限於下述實施例者。以下之例中，份係表示質量份。
[實施例1]
使用具有表面粗度(Ra,Rz)=(0.05μm,0.5μm)之鍍銀引線框架6及Solvay公司製之熱可塑性樹脂，藉由射出成形法，製作圖1所示般之與鍍銀引線框架6一體成形之剖面為具有凹形狀之底面預成型封裝2。
其次，於預成型封裝2之底面之鍍銀引線框架6上，裝載主發光峰值為460nm之InGaN半導體作為LED晶片3，其兩電極經由銀膠漿4及金線5各自連接至鍍銀引線框架6，作成樹脂密封前之LED裝置。尚且，銀膠漿的硬化條件及金線的連接方法(線結合(wire bonding)方法)係依循公知之方法。
更且，對下述(i)式所示之兩末端乙烯二甲基矽烷氧基封閉二甲基聚矽氧烷100份中，將下述(ii)式所示之有機氫聚矽氧烷，配合相對於(i)式中之乙烯基之(ii)式中之SiH基的莫耳比為1.5之量，且對此配合鹽化鉑酸之辛醇改質溶液0.05份，仔細攪拌後調製成加成硬化型聚矽氧樹脂組成物，同時使其流入前述樹脂密封前之LED裝置之凹部，以150℃、4小時的條件下使其硬化，而作為密封樹脂7進行密封，完成LED裝置1。
(但，L=450)
(但，L=10、M=8)
[實施例2,3]
除使用具有表面粗度(Ra,Rz)=(0.10μm,0.8μm)及(0.2μm,1.5μm)之鍍銀引線框架6以外，以與實施例1完全相同之方式完成LED裝置1。將此等各別作為實施例2、3。
[比較例1,2]
除使用具有表面粗度(Ra,Rz)=(0.35μm,2.5μm)及(0.5μm,3.5μm)之鍍銀引線框架以外，以與實施例1完全相同之方式完成LED裝置。將此等各別作為比較例1、2。
將如此般所得之實施例1～3及比較例1、2之各LED裝置，放入硫化氫氣體產生容器(濃度：30ppm)內且密封、放置，以25mA電流通過點燈之同時，在每0、10、30、50及100hr時觀察各LED裝置基板(引線框架)表面之外觀及測定相對初期發光強度之發光強度的衰減率。
結果如表1所示。
實施例1～3中，即便放置於產生硫化氫氣體之容器內100小時，LED裝置的基板(鍍銀引線框架)不會產生因硫化所造成之黑化，亦幾乎不會引起發光強度之降低。
但，比較例1中，放置10小時後，可觀察到LED裝置基板(鍍銀引線框架)之硫化所造成之黑化，發光強度亦降低10%。更且，鍍銀面粗度為粗之比較例2，放置10小時後，因基板之硫化而發光強度降低15%，100小時後，降至初期發光強度的64%。
1‧‧‧光半導體裝置
2‧‧‧預成型封裝
3‧‧‧光半導體元件
4‧‧‧導電性接著劑
5‧‧‧導電性線材
6‧‧‧引線框架(已鍍銀)
7‧‧‧密封樹脂
8‧‧‧空隙
〔圖1〕係為本發明之代表性之光半導體裝置之概略剖面圖。
〔圖2〕係表示本發明之代表性之光半導體裝置中密 封樹脂與引線框架的鍍銀表面之界面狀態之剖面圖。
〔圖3〕係表示以往之代表性之光半導體裝置中密封 樹脂與引線框架的鍍銀表面之界面狀態之剖面圖。
1．．．光半導體裝置
2．．．預成型封裝
3．．．光半導體元件
4．．．導電性接著劑
5．．．導電性線材
6．．．引線框架(已鍍銀)
7．．．密封樹脂

Claims (3)

  1. 一種光半導體裝置，其係在於內部底面配置有引線框架且一體成形之杯狀之預成型封裝內部處，將光半導體元件之電極經由導電性接著劑或導電性線材而連接前述引線框架，且將光半導體元件予以實裝之同時，將前述預成型封裝內部以密封樹脂而密封；其中前述引線框架係以具有中心線平均粗度(Ra)：0.3μm以下且十點平均粗度(Rz)：2μm以下之表面之鍍銀所被覆者；該密封樹脂係由加成硬化型聚矽氧樹脂組成物之硬化物所構成，該加成硬化型聚矽氧樹脂組成物係將下述(A)~(C)成分作為必須成分；(A)包含下述一般式(1)所示有機聚矽氧烷之具有非共價鍵性雙鍵基之有機矽化合物R1R2R3SiO-(R4R5SiO)a-(R6R7SiO)b-SiR1R2R3 (1)式中，R1表示含有非共價鍵性雙鍵基之一價烴基、R2~R7各自表示同種或異種之一價烴基，0≦a+b≦500，0≦a≦500，0≦b≦250之整數；(B)一分子中具有與矽原子結合之氫原子2個以上之有機氫聚矽氧烷；(C)鉑系觸媒。
  2. 如請求項1之光半導體裝置，其中引線框架之材質為銅或銅系合金。
  3. 如請求項1或2之光半導體裝置，其中在前述加成 硬化型聚矽氧樹脂組成物中，成分(A)之有機聚矽氧烷為選自下述式之有機聚矽氧烷， 上述式中，k、m係為滿足5≦k+m≦500之整數，滿足0≦m/(k+m)≦0.5之整數)。
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