CN102823084B - 发光装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
使用各向异性导电粘接剂将发光二极管(LED)元件等发光元件在布线板上进行倒装片安装来制造发光装置时,即使不在LED元件上设置导致制造成本增加的光反射层,也可以改善发光效率,并且可使发光元件不产生龟裂或缺口。因此,在发光元件与应连接该发光元件的布线板之间,配置含有热固化性树脂组合物、导电粒子和光反射性绝缘粒子的光反射性各向异性导电粘接剂后,将发光元件对于布线板用挤压面的邵尔A橡胶硬度(JIS?K6253)为40以上且不足90的弹性体头进行加热加压,从而进行各向异性导电连接。
Description
技术领域
本发明涉及将LED元件等发光元件在布线板上进行各向异性导电连接而成的发光装置的制造方法。
背景技术
以往在将LED元件安装到布线板上时,进行通过金引线接合法(Gold
Wire Bonding)的连接,但通过金线的连接强度不能说充分,此外,由于与密封树脂之间的热膨胀系数的差较大,存在连接可靠性低的问题。进一步地,还存在通过金线的光吸收,光取出效率(发光效率)降低的问题,或由于用于向LED元件的布线板固定的芯片焊接的固化速度慢,而存在生产节拍时间(tact time)增大的问题。
这里,为了改善连接可靠性和生产节拍时间,通常使用具备加热加压用的金属头的焊接机,通过各向异性导电粘接剂将LED元件在布线板上进行倒装片安装,此时,由于各向异性导电粘接剂中的导电粒子或粘合剂树脂吸收发光元件发出的光,因而提出为了提高发光效率,应该将从LED元件的内部射出至下方(布线板侧)的光从上方提取,在面向布线板侧的LED元件表面的一对电极间设置光反射层(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-168235号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
然而,这样的光反射层必须通过金属蒸镀法等进行设置以使其与LED元件的表面的一对电极绝缘,在制造上存在无法避免成本上升的问题。此外,通过加热加压头进行倒装片安装时,存在由于布线板或发光元件的接合面的凹凸,加热加压头对发光元件的挤压的面内均匀性降低,发光元件产生龟裂或缺口的问题。
本发明的目的在于解决以上以往的技术问题,在用各向异性导电粘接剂将发光二极管(LED)元件等发光元件在布线板上进行倒装片安装而制造发光装置时,即使不在LED元件上设置导致制造成本增加的光反射层,也可以改善发光效率,并且可使发光元件不产生龟裂或缺口地进行制造。
解决问题的技术手段
本发明人等在基于若使各向异性导电粘接剂本身具有光反射功能,则可以不降低发光效率的假定下,进行了深入研究,结果发现通过在各向异性导电粘接剂中配混光反射性绝缘粒子,从而可使发光元件的发光效率不降低,本发明人等发现,通过将焊接机的加热加压头的材质从金属变更为弹性体,从而可以不使发光元件上产生龟裂或缺口地进行挤压而通常不损害连接可靠性,发现在各向异性导电粘接剂中配混上述那样的光反射性绝缘粒子时,有时发光元件上产生龟裂或缺口,进一步发现为了防止产生这样的龟裂或缺口,作为应当使用的弹性体,使用特定橡胶硬度的弹性体即可,从而完成了本发明。
即,本发明提供将发光元件在布线板上进行各向异性导电连接而成的发光装置的制造方法,其中,具备以下的工序(A)和(B):
工序(A)
在发光元件与应连接该发光元件的布线板之间,配置含有热固化性树脂组合物、导电粒子和光反射性绝缘粒子的光反射性各向异性导电粘接剂的工序;和
工序(B)
将发光元件对于布线板利用挤压面的邵尔A橡胶硬度(JIS K6253)为40以上且不足90的弹性体头进行加热加压,从而进行各向异性导电连接的工序。
需要说明的是,该制造方法可以进一步具备以下工序(C)
工序(C)
用透明树脂将在布线板上进行了各向异性导电连接的发光元件进行密封的工序。
此外,本发明提供通过前述制造方法制造的发光装置。
本发明的发光装置的制造方法中使用的光反射性各向异性导电粘接剂由于含有光反射性绝缘粒子,因而可以反射发光元件发出的光。因此,本发明的发光装置的制造方法可以将发光元件在布线板上进行各向异性导电连接而不使发光元件的发光效率降低。
此外,本发明的发光装置的制造方法中使用的加热加压头是设定为最适硬度的弹性体头,因而可以以最适的挤压将发光元件对于布线板进行均匀地加压加热。因此,本发明的发光装置的制造方法在使用含有光反射性绝缘粒子的光反射性各向异性导电粘接剂进行各向异性导电连接时,可以防止发光元件上发生龟裂或缺口。
附图说明
图1A是本发明的制造方法的工序说明图。
图1B是本发明的制造方法的工序说明图。
图1C是本发明的制造方法的工序说明图。
图1D是本发明中制造的发光装置的截面示意图。
图1E是本发明中制造的发光装置的截面示意图。
图2A是本发明中使用的光反射性导电粒子的截面图。
图2B是本发明中使用的多层化光反射性导电粒子的截面图。
具体实施方式
本发明为将发光元件在布线板上进行各向异性导电连接而成的发光装置的制造方法,其具备在发光元件与应连接该发光元件的布线板之间,配置含有热固化性树脂组合物、导电粒子和光反射性绝缘粒子的光反射性各向异性导电粘接剂的工序(A);和将发光元件对于布线板用挤压面的邵尔A橡胶硬度(JIS K6253)为40以上且不足90的弹性体头进行加热加压,从而进行各向异性导电连接的工序(B)。可以进一步具备用透明树脂将布线板上各向异性导电连接了的发光元件进行密封的工序(C)。
下面参照附图按照工序的顺序具体地说明本发明。需要说明的是,各图中,同一符号表示相同或同等的构成要素。
<工序(A)>
首先,如图1A所示,在发光元件1与应连接发光元件1的布线板2之间,通常使应相互连接的发光元件1的电极1a和布线板的电极2a互相相对,并在其之间将光反射性各向异性导电粘接剂3根据其形态(液态、糊状、膜状等)等通过公知的方法例如丝网印刷法(スクリーン印刷法)、移转印刷(パッド転写法 pad transfer printing method)、点胶涂布法等进行配置。具体而言,在布线板2的至少电极2a上暂时贴附光反射性各向异性导电粘接剂3,以夹住该光反射性各向异性导电粘接剂3的方式使发光元件1的电极1a与布线板2的电极2a相对。
需要说明的是,为了提高连接可靠性,可以通过公知的方法在这些电极1a和电极2a的任一方或双方上形成凸块。
作为本发明中使用的发光元件1,可以使用与在以往的发光装置中使用的元件相同的发光元件,可以列举出,例如发光二极管元件(LED元件)、激光二极管元件(LD元件)等。
作为本发明中使用的布线板2,也可以使用与在以往的发光装置中使用的布线板相同的布线板,可以使用例如硅半导体基板、玻璃布线板、陶瓷布线板等。此外,对于布线板2的布线的原材料、L/S间距等也可以采用以往公知的构成。
工序(A)中使用的光反射性各向异性导电粘接剂3不仅有助于发光元件1与布线板2之间的各向异性导电连接,还有助于反射发光元件1发出的光、提高发光效率,其含有热固化性树脂组合物3a、分散于其中的导电粒子3b和光反射性绝缘粒子3c。
光反射性绝缘粒子3c将入射至各向异性导电粘接剂中的光反射至外部,赋予各向异性导电粘接剂光反射性。
一般而言,具有光反射性的粒子包括金属粒子、将金属粒子进行树脂被覆而成的粒子、自然光下为灰色至白色的金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物等无机粒子、用无机粒子被覆树脂芯粒子而成的粒子、不依据粒子的材质但其表面具有凹凸的粒子。但是,这些粒子中,由于本发明中可以使用的光反射性绝缘粒子被要求显示绝缘性的关系,因此不含有金属粒子。此外,金属氧化物粒子之中,不能使用ITO那样的具有导电性的粒子。此外,通常优选使用折射率为1.4以上的粒子。
作为这样的光反射性绝缘粒子3c的优选具体例,可以列举出,氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氮化硼(BN)、氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al2O3)、钛酸钡、钛酸锶、硫化锌、铅白、硫酸钡、氧化镁、硫化锌、碳酸钙、氢氧化铝、云母、粘土矿物等。这些光反射性绝缘粒子3c可以组合2种以上使用。这里,为了通过光反射性各向异性导电粘接剂3而赋予高反射率,在这些光反射性绝缘粒子3c之中,可以优选使用比使用该折射率的热固化性树脂组合物3a的折射率更高的粒子,具体而言,可以使用氧化钛(TiO2)、氮化硼(BN)、氧化锌(ZnO)及氧化铝(Al2O3)等,特别可以优选使用氧化钛(TiO2)。
作为光反射性绝缘粒子3c的形状,可以是球形、鳞片状、不定形状、针状等,若考虑到反射效率,则优选球形、鳞片状。此外,作为其平均粒径,粒径为入射波长的1/2时,成为散射效率最高的Mie区域,若考虑对粒子的入射光无损失地进行反射以及可见光波长为380~780nm,则优选为150nm~500nm,更优选为190~390nm。这种情况下,优选根据发光元件的发光波长来决定粒径。例如,在使用蓝色LED元件的情况下,发光波长分布在400~550nm,因而优选的平均粒径变为200~275nm。需要说明的是,鳞片状粒子的情况下粒径优选以长径为基准。这里,“平均”粒径是指通过激光衍射式粒度分布测定装置(例如、SALD-2000J、岛津制作所制)测定的平均粒径。
本发明中,可以将以上说明的无机粒子作为光反射性绝缘粒子使用,也可以将用透明的绝缘性树脂被覆鳞片状或球形金属粒子的表面而得到的树脂被覆金属粒子作为光反射性绝缘粒子使用。这里,作为金属粒子,可以列举出镍、银、铝等。作为粒子的形状,可以列举出无定形、球形、鳞片状、针状等,其中,从光扩散效果的角度出发优选球形,从全反射效果的角度出发优选鳞片状的形状。从光的反射率的角度出发特别优选鳞片状银粒子。这些金属粒子优选在用绝缘性树脂被覆前,预先通过硅烷偶联剂将γ-环氧丙氧基或乙烯基等导入金属表面。
作为光反射性绝缘粒子的树脂被覆金属粒子的大小根据形状而不同,通常过大时,有阻碍利用了各向异性导电粒子的连接的可能,过小时,光变得难以反射,因而在球形的情况下,平均粒径优选为0.1~30μm,更优选为0.2~10μm。此外,鳞片状的情况下,从与上述相同的观点出发,平均长径优选为0.1~100μm,更优选为1~50μm,平均厚度优选为0.01~10μm,更优选为0.1~5μm。这里,光反应性粒子的大小在被绝缘被覆的情况下,为包括该绝缘被覆在内的大小。
作为这样的树脂被覆金属粒子中的被覆用的树脂,可以使用各种绝缘性树脂。从机械强度、透明性等观点出发,可以优选利用丙烯酸系树脂的固化物。可以优选列举出在过氧化苯甲酰等有机过氧化物等自由基引发剂的存在下,使甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸2-羟基乙酯进行自由基共聚而得到的树脂。这种情况下,更优选用2,4-甲苯二异氰酸酯等异氰酸酯系交联剂进行交联。
这样的树脂被覆金属粒子可以通过例如在甲苯等溶剂中投入金属粒子和硅烷偶联剂,在室温下搅拌约1小时后,投入自由基单体、自由基聚合引发剂、和根据需要的交联剂,一边加热至自由基聚合引发温度一边搅拌,从而制造。
以上说明的光反射性绝缘粒子3c的光反射性各向异性导电粘接剂中的配混量过少时,无法实现充分的光反射,此外过多时,基于并用的导电粒子的连接受到阻碍,因而在热固化性树脂组合物中优选为1~50体积%,更优选为2~25体积%,进一步优选为3~20体积%。
作为构成本发明中使用的光反射性各向异性导电粘接剂3的导电粒子3b,可以利用在各向异性导电连接用的以往导电粒子中使用的金属粒子。可以列举出,例如金、镍、铜、银、软焊料、钯、铝、它们的合金、它们的多层化物(例如镀镍/薄镀金层物)等。其中,金、镍、铜由于使导电粒子变成茶色,可以比其他金属材料更加享有本发明的效果。
此外,作为导电粒子,可以使用用金属材料被覆树脂粒子而成的金属被覆树脂粒子。作为这样的树脂粒子,可以列举出苯乙烯系树脂粒子、苯代三聚氰胺树脂粒子、尼龙树脂粒子等。作为用金属材料被覆树脂粒子的方法,也可以采用以往公知的方法,可以利用非电解电镀法、电解电镀法等。此外,被覆的金属材料的层厚是对于确保良好的连接可靠性为足够的厚度,根据树脂粒子的粒径或金属种类而不同,通常为0.1~3μm。
此外,树脂粒子的粒径过小时,产生导通不良,过大时,有图案间发生短路的倾向,因而优选为1~20μm,更优选为3~10μm,特别优选为3~5μm。这种情况下,作为芯粒子1的形状,优选球形,也可以是薄片状、橄榄球形。
优选的金属被覆树脂粒子为球形形状,该粒径过大时连接可靠性降低,因而优选为1~20μm,更优选为3~10μm。
本发明中,优选将对上述导电粒子赋予光反射性而得到的光反射性导电粒子作为导电粒子使用。图2A和图2B是这样的光反射性导电粒子200和多层化光反射性导电粒子300的截面图。首先从图2A的光反射性导电粒子开始说明。
光反射性导电粒子200由用金属材料被覆的芯粒子21、和在其表面上由选自氧化钛(TiO2)粒子、氧化锌(ZnO)粒子或氧化铝(Al2O3)粒子中的至少一种无机粒子22所形成的光反射层23构成。氧化钛粒子、氧化锌粒子或氧化铝粒子是在太阳光下呈现白色的无机粒子。因此,由它们形成的光反射层23呈现白色~灰色。呈现白色~灰色的意思是反射特性对可见光的波长的依赖性小,且容易反射可见光。
需要说明的是,在氧化钛粒子、氧化锌粒子或氧化铝粒子中,存在固化的各向异性导电粘接剂的热固化性树脂组合物的固化物的光劣化的可能时,可以优选使用对光劣化无催化性能、折射率也高的氧化锌。
由于芯粒子21是供于各向异性导电连接的粒子,因而其表面由金属材料构成。这里,作为表面用金属材料被覆的形式,可以列举出,如前述所述,芯粒子21本身是金属材料的形式,或者树脂粒子的表面用金属材料被覆的形式。
关于由无机粒子22形成的光反射层23的层厚,从与芯粒子21粒径的相对大小的观点来看,相对于芯粒子21的粒径过小时,反射率显著降低,过大时发生导通不良,因而优选为0.5~50%,更优选为1~25%。
此外,光反射性导电粒子200中,构成光反射层23的无机粒子22的粒径过小时,光反射现象难以产生,过大时,有难以形成光反射层的倾向,因而优选为0.02~4μm,更优选为0.1~1μm,特别优选为0.2~0.5μm。这种情况下,从光反射的光的波长的观点来看,无机粒子22的粒径为了使应当反射的光(即,发光元件发出的光)不透过,优选为该光的波长的50%以上。这种情况下,作为无机粒子22的形状,可以列举出无定形、球形、鳞片状、针状等,其中,从光扩散效果的观点出发,优选球形,从全反射效果的观点出发,优选鳞片状的形状。
图2A的光反射性导电粒子200可以通过公知的成膜技术(所谓机械融合法)来制造,即通过使大小粉末之间进行物理性冲撞,从而可以在大粒径粒子的表面形成由小粒径粒子构成的膜。这种情况下,无机粒子22以陷入芯粒子21表面的金属材料中的方式固定,另一方面,由于无机粒子之间难以熔接固定,因此无机粒子的单层构成光反射层23。因此,可以认为在图2A的情况下,光反射层23的层厚与无机粒子22的粒径同等乃至比其稍薄。
然后,对图2B的多层化光反射性导电粒子300进行说明。在该多层化光反射性导电粒子300中,光反射层23含有起粘接剂作用的热塑性树脂24,通过该热塑性树脂24,无机粒子22之间也被固定,从无机粒子22也是多层化(例如多层化至2层或者3层)的方面考虑,与图2A的光反射性导电粒子200是不同的。通过含有这样的热塑性树脂24,光反射层23的机械强度提高,难以产生无机粒子的剥落等。
作为热塑性树脂24,出于环境低负荷的考虑可以优选使用无卤素的热塑性树脂,可以优选使用例如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃或聚苯乙烯、丙烯酸树脂等。
这样的多层化光反射性导电粒子300也可以通过机械融合法(Mechano-fusion)制造。适用于机械融合法的热塑性树脂24的粒径过小时,粘接功能降低,过大时,难以附着于芯粒子,因而优选为0.02~4μm,更优选为0.1~1μm。此外,这样的热塑性树脂24的配混量过少时,粘接功能降低,过多时,形成粒子的凝集体,因而相对于100质量份无机粒子22,优选为0.2~500质量份,更优选为4~25质量份。
此外,作为构成本发明中使用的光反射性各向异性导电粘接剂3的热固化性树脂组合物3a,尽量优选使用无色透明的物质。因为可以不使各向异性导电粘接剂中的光反射性绝缘粒子等的光反射效率降低,并且可以不改变入射光的光色而进行反射。这里,无色透明是指,各向异性导电粘接剂的固化物对波长380~780nm的可见光的、光路长1cm的光透射率(依据JIS K7105进行测定)为80%以上,优选为90%以上。
本发明中使用的光反射性各向异性导电粘接剂3中,导电粒子3b相对于100质量份热固化性树脂组合物3a的配混量过少时,发生导通不良,过多时,有发生图案间短路的倾向,因而优选为1~100质量份,更优选为10~50质量份,进一步优选为10~30质量份。
作为构成本发明中使用的光反射性各向异性导电粘接剂3的热固化性树脂组合物3a,可以利用在以往的各向异性导电粘接剂或各向异性导电膜中使用的物质。通常这样的热固化性树脂组合物是在绝缘性粘合剂树脂中配混固化剂而成。作为绝缘性粘合剂树脂,可以优选列举出以脂环式环氧化合物、杂环系环氧化合物和氢加成环氧化合物等为主要成分的环氧系树脂。
作为脂环式环氧化合物,可以优选列举出分子内具有2个以上环氧基的化合物。这些化合物可以是液态,也可以是固体状。具体而言,可以列举出缩水甘油六氢双酚A、3,4-环氧环己烯甲基-3′,4′-环氧环己烯羧酸酯等。其中,从可以确保固化物的适合于LED元件的安装等的光透过性,速固化性也优异的观点出发,可以优选使用缩水甘油六氢双酚A、3,4-环氧环己烯甲基-3′,4′-环氧环己烯羧酸酯。
作为杂环系环氧化合物,可以列举出具有三嗪环的环氧化合物,可以特别优选列举出1,3,5-三(2,3-环氧丙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮。
作为氢加成环氧化合物,可以使用前述的脂环式环氧化合物或杂环系环氧化合物的氢加成物、或其他公知的氢加成环氧树脂。
脂环式环氧化合物、杂环系环氧化合物和氢加成环氧化合物等可以单独使用,也可以将2种以上组合使用。此外,除了这些环氧化合物,在不损害本发明效果的范围内,还可以组合使用其他的环氧化合物。可以列举出,例如使双酚A、双酚F、双酚S、四甲基双酚A、二芳基双酚A、对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚、甲酚、四溴双酚A、三羟基联苯、二苯甲酮、双间苯二酚、双酚六氟丙酮、四甲基双酚A、四甲基双酚F、三(羟基苯基)甲烷、二甲酚、线型酚醛、甲酚酚醛等多元酚与表氯醇反应而得到的缩水甘油醚;使甘油、新戊二醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等脂肪族多元醇与表氯醇反应而得到的聚缩水甘油醚;使对羟基苯甲酸、β-羟基萘甲酸这样的羟基羧酸与表氯醇反应而得到的缩水甘油醚酯; 由邻苯二甲酸、甲基邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、桥亚甲基四氢邻苯二甲酸、桥亚甲基六氢邻苯二甲酸、偏苯三酸、聚合脂肪酸这样的多元羧酸得到的聚缩水甘油酯; 由氨基苯酚、氨基烷基苯酚得到的缩水甘油氨基缩水甘油醚; 由氨基苯甲酸得到的缩水甘油氨基缩水甘油酯;由苯胺、甲苯胺、三溴苯胺、苯二甲胺、二氨基环己烷、双氨基甲基环己烷、4,4′-二氨基二苯基甲烷、4,4′-二氨基二苯基砜等得到的缩水甘油胺;环氧化聚烯烃等公知的环氧树脂类。
作为固化剂,可以列举出酸酐系固化剂、咪唑化合物系固化剂、双氰系固化剂、二胺系固化剂等。其中,可以优选使用使固化物难以变色的酸酐系固化剂、特别是脂环式酸酐系固化剂。具体而言,可以优选列举出甲基六氢邻苯二甲酸酐等。
在本发明中使用的光反射性各向异性导电粘接剂3的热固化性树脂组合物3a中,使用脂环式环氧化合物和脂环式酸酐系固化剂的情况下,作为其各自的用量,当脂环式酸酐系固化剂过少时,未固化环氧化合物变多,过多时,有由于剩余的固化剂的影响而促进被粘体材料的腐蚀的倾向,因而相对于100质量份脂环式环氧化合物,以优选为80~120质量份、更优选为95~105质量份的比例来使用脂环式酸酐系固化剂。
环氧系树脂与酸酐系固化剂的当量比(酸酐当量/环氧当量)优选为0.85~1.2,更优选为0.9~1.1。在该范围内时,可以实现良好的耐热光特性。
为了提高耐热光特性,可以在光反射性各向异性导电粘接剂3中将DBU-对甲苯磺酸盐、季铵盐、有机膦类等固化促进剂以相对于环氧系树脂和酸酐系固化剂的合计100质量份优选为0.1~5质量份、更优选为0.5~3质量份的比例进行配混。
进一步地,在光反射性各向异性导电粘接剂3中,作为抗老化剂,可以配混补充一次抗氧化剂(劣化过程中生成的过氧化自由基(ROO・)的自由基链抑制剂、例如酚系抗老化剂或胺系抗老化剂)、或二次抗氧化剂(补充不稳定的过氧化物(ROOH),并积极地分解而变成稳定化合物的过氧化物分解剂,例如硫系抗氧化剂、磷系抗氧化剂)。这样的抗老化剂可以以相对于环氧系树脂和酸酐系固化剂的合计100质量份优选为0.1~5质量份、更优选为0.5~2质量份的比例进行配混。
可以在光反射性各向异性导电粘接剂3中根据需要配混紫外线吸收剂、偶联剂、阻燃剂等添加剂。
本发明中使用的光反射性各向异性导电粘接剂3可以通过均匀地混合热固化性树脂组合物3a、导电粒子3b和光反射性绝缘粒子3c而制造。此外,制造膜状形态的光反射性各向异性导电膜的情况下,将它们与甲苯等溶剂一同分散混合,在经剥离处理的PET膜上以达到所期望的厚度的方式进行涂布,在约80℃左右的温度下干燥即可。
关于以上说明的光反射性各向异性导电粘接剂的反射特性,为了提高发光元件的发光效率,光反射性各向异性导电粘接剂的固化物的波长380~780nm的全部区域的分光反射率(依据JIS K7105测定)优选为30%以上,更优选为50%以上,进一步优选为80%以上,在简单评价反射特性的情况下,对波长450nm的光的分光反射率(依据JIS K7105测定)优选为30%以上,更优选为50%以上,进一步优选为80%以上。为了达到这样的分光反射率,适当调整使用的光反射性绝缘粒子等的反射特性或配混量、热固化性树脂组合物的配混组成等即可。通常有若反射特性良好的光反射性绝缘粒子等的配混量增加,则反射率也增大的倾向。
此外,光反射性各向异性导电粘接剂的反射特性也可以从折射率的观点进行评价。即,这是因为若该固化物的折射率比除去导电粒子和光反射性绝缘粒子后的热固化性树脂组合物的固化物的折射率大,则光反射性绝缘粒子与环绕其的热固化性树脂组合物的固化物的界面上的光反射量增大。具体而言,优选光反射性绝缘粒子的折射率(依据JIS K7142测定)比热固化性树脂组合物的固化物的折射率(依据JIS K7142测定)大,更优选两者的差为0.02以上,进一步优选为0.2以上。需要说明的是,通常以环氧树脂为主体的热固化性树脂组合物的折射率约为1.5。
<工序(B)>
工序(A)之后,通过将发光元件对于布线板进行加热加压,进行各向异性导电连接。具体而言,如图1B所示,在可以挤压发光元件1的位置上,设置用于加热加压的弹性体头4,如图1C所示,将发光元件1按压至布线板2上,将弹性体头4的挤压面4a根据需要隔着保护膜(未图示出)进行加热加压。由此,使光反射性各向异性导电粘接剂3流动后固化,可以将发光元件1在布线板2上进行各向异性导电连接,可以获得如图1D所示的发光装置100。该发光装置100中,发光元件1发出的光之中,朝向布线板2侧发出的光用光反射性各向异性导电粘接剂的固化物3′中的光反射性绝缘粒子3c进行反射,从发光装置100的上面射出。因此,可以防止发光效率的降低。
该工序中使用的弹性体头4在各向异性导电连接时变形,因而可以消除各向异性导电连接部的凹凸,实现挤压的面内均匀性。因此,通过使用弹性体头4,根据本申请发明的制造方法,即使在将多个发光元件在布线板上进行各向异性导电连接来制造发光装置的情况下,也可以消除这些连接用电极的形状或厚度的差异、尺寸误差,将多个发光元件在布线板上一并进行各向异性导电连接。此外,可以对由发光元件1与布线板2之间溢出的光反射性各向异性导电粘接剂3形成的角焊缝部3d进行加热挤压,使其充分固化,也可以提高发光元件1的粘附性。
特别是本发明中,作为弹性体头4,使用其挤压面4a的硬度为以邵尔A橡胶硬度(JIS K6253(5~35℃))计为40以上且不足90,优选为65以上且80以下的弹性体头。这是因为,邵尔A橡胶硬度为不足40时,对发光元件的压力不充分,有初始电阻和连接可靠性降低的倾向,邵尔A橡胶硬度为90以上时,有发光元件上产生龟裂或缺口的倾向。由此,通过使用邵尔A橡胶硬度为40以上且不足90的弹性体头4,即使在光反射性各向异性导电粘接剂3中配混光反射性绝缘粒子3c或导电粒子3b,也可以在各向异性导电连接时进行加热挤压而不使发光元件1上产生龟裂或缺口。
作为这样的弹性体,可以使用天然橡胶、合成橡胶、热固化性或热塑性弹性体等中的任一种,从耐热性、耐压性的观点出发,优选使用硅橡胶、氟系橡胶等。
如图1B所示,这样的弹性体头4通常通过内置有加热用加热器(未图示出)的不锈钢等的金属头基底5保持。弹性体头4的挤压面4a的大小优选为在进行挤压时,可以挤压由发光元件1与布线板2之间溢出的光反射性各向异性导电粘接剂的角焊缝部的程度的大小。此外,弹性体头4的厚度优选至少与发光元件1的最大厚度为同等以上。
需要说明的是,关于各向异性导电连接时的加热的程度,为了提高连接可靠性等,优选加热光反射性各向异性导电粘接剂3,以使光反射性各向异性导电粘接剂3的熔融粘度达到优选的范围。具体而言,光反射性各向异性导电粘接剂的熔融粘度不足1.0×102mPa・s时,有加热加压时的粘合剂树脂的流动性大、产生空隙、初始电阻和连接可靠性劣化的倾向,熔融粘度比1.0×105mPa・s大时,有加热加压时连接用电极部分中粘合剂树脂的排除不完全、产生空隙、初始电阻和连接可靠性劣化的倾向,因而优选加热光反射性各向异性导电粘接剂3,使其的熔融粘度达到优选为1.0×102~1.0×105mPa・s、更优选为1.0×103~1.0×104mPa・s。
为了达到这样的熔融粘度,弹性体头4的表面温度的设定可以根据光反射性各向异性导电粘接剂3的组成等而适当进行,例如,以弹性体头4的挤压面4a的表面温度达到50~350℃的方式进行加热。这种情况下,从对发光元件1周围的角焊缝部充分地加热,确实地防止空隙发生的观点出发,加热加压时,优选从布线板2侧以布线板2比发光元件1达到更高温的方式进行加热。例如,优选一方面以弹性体头4的挤压面4a的表面温度达到100℃左右的方式进行加热,另一方面,以光反射性各向异性导电性粘接剂3的温度达到200℃左右的方式从布线板2侧进行加热。
此外,各向异性导电连接时的压力优选为对每个发光元件1以2~50Pa左右的压力加压10~60秒左右的时间。
<工序(C)>
如图1D所示,对于由工序(B)获得的发光装置100,如图1E所示,可以使用透明密封树脂6以覆盖发光元件1整体的方式进行密封。由此,成为耐久性提高的发光装置110。作为该透明密封树脂6,只要是可以用于发光元件1的树脂密封的通常的树脂就没有特别制限,例如从固化物的粘着性低,经时劣化少,固化时间短等观点出发,可以优选使用硅系或丙烯酸系的透明密封树脂。
此外,树脂密封的方法也只要是用于发光元件的树脂密封的通常的方法就没有特别制限,可以列举出,例如铸造法、浇灌法、成型法、印刷法等方法,优选浇灌法。
【实施例】
以下,举出实施例和比较例,更具体地说明本发明。
实施例1
(光反射性各向异性导电粘接剂的制备)
在包含作为主剂的脂环式环氧树脂(2021P、ダイセル化学工业(株))50质量份、作为固化剂的甲基六氢邻苯二甲酸酐50质量份、作为导电粒子的平均粒径5μm的Au被覆树脂导电粒子(对平均粒径4.6μm的球形丙烯酸树脂粒子实施0.2μm厚的非电解镀金而成的粒子(ブライト20GNB4.6EH、日本化学工业(株)))15质量份、有机膦系固化促进剂(TPP-BF、北兴化学工业(株))3质量份、磷系着色防止剂(HCA、三光(株))0.5质量份的热固化型环氧系各向异性导电粘接剂中,配混作为光反射性绝缘粒子的平均粒径210nm的二氧化硅粉末(シーホスター KE-E30、日本触媒(株)),使其达到15体积%,均匀地混合,从而获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂。
(发光元件与布线板的各向异性导电连接)
在具有对100μm间距的铜布线进行Ni/Au(5.0μm厚/0.3μm厚)镀敷处理而成的规定形状的布线的玻璃环氧布线板的连接用电极上,使用凸块焊接机(FB700、カイジョー(株))形成15μm高的金凸块。在带有该金凸块的玻璃环氧布线板上适用由上述获得的光反射性各向异性导电粘接剂,并在其上配置0.3mm见方的0.1mm厚的蓝色LED元件(峰波长455nm、额定电流20mA、额定电压3.2V)20个,使用具有邵尔A橡胶硬度(JIS K6253)65的挤压面的弹性体头(纵50mm×横50mm、厚度10mm),在250℃(弹性体头挤压面温度)、30秒、1N/芯片的条件下进行倒装片安装,获得作为发光装置的LED组件。
(透明树脂密封)
使用加成固化型甲基硅树脂(KER2500、信越化学工业(株)),通过铸造法对上述获得的发光装置进行树脂密封,获得经透明树脂密封的发光装置(LED组件)。
实施例2
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径225nm的氧化锌粉末(JIS规格氧化锌1种、ハクスイテック(株))15体积%,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例3
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径210nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))15体积%,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例4
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径190nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))15体积%,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例5
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径300nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))15体积%,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例6
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径210nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))5体积%,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例7
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径210nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))25体积%,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例8
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径210nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))15体积%,且替代邵尔A橡胶硬度为60的弹性体头,使用邵尔A橡胶硬度为40的弹性体头,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例9
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径210nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))15体积%,且替代邵尔A橡胶硬度为60的弹性体头,使用邵尔A橡胶硬度为80的弹性体头,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
实施例10
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用如以下说明进行制备的平均粒径1.2μm的光反射性绝缘粒子15体积%,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
(光反射性绝缘粒子的制备)
向带搅拌机的烧瓶中投入粒状银粒子(平均粒径1μm)5g和甲苯50ml,一边搅拌,一边向烧瓶中投入硅烷偶联剂(3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷)0.25g,在25℃下搅拌60分钟。然后,在该混合物中,投入甲基丙烯酸甲酯2g、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯2g、过氧化苯甲酰0.04g和2,4-甲苯二异氰酸酯1g,在80℃下搅拌12小时,从而获得作为光反射性绝缘粒子的绝缘被覆银粒子。包含绝缘被覆的光反射性绝缘粒子的平均粒径为1.2μm。该光反射性绝缘粒子的外观色为灰色。
实施例11
替代Au被覆树脂导电粒子,使用如以下说明进行制备的平均粒径5μm的光反射性导电粒子,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的光反射性各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
(光反射性导电粒子的制作)
将平均粒径0.5μm的氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))4质量份、和外观色为茶色的平均粒径5μm的Au被覆树脂导电粒子(对平均粒径4.6μm的球形丙烯酸树脂粒子实施了0.2μm厚的非电解镀金的粒子)20质量份投入到机械融合装置(AMS-GMP、ホソカワミクロン(株))中,在导电粒子的表面将包含氧化钛粒子的约0.5μm厚的光反射层成膜,从而获得光反射性导电粒子。该光反射性导电粒子的外观色为灰色。
比较例1
(各向异性导电粘接剂的制备)
获得外观色为茶色的糊状的各向异性导电粘接剂,其包含作为主剂的双酚A型环氧树脂(エピコート828、JER(株))10质量份、脂肪族多胺系固化剂(アデカハードナー EH4357S、(株)ADEKA)1质量份、和作为导电粒子的平均粒径5μm的Au被覆树脂导电粒子(对平均粒径4.6μm的球形丙烯酸树脂粒子实施了0.2μm厚的非电解镀金的粒子(ブライト20GNB4.6EH、日本化学工业(株))10质量份。
(LED元件与布线板的各向异性导电连接)
替代光反射性各向异性导电粘接剂,使用由上述获得的各向异性导电粘接剂,且替代邵尔A橡胶硬度为65的弹性体头,使用不锈钢制的金属头,除此以外,与实施例1同样地操作,获得透明树脂密封的LED组件。
比较例2
替代光反射性各向异性导电粘接剂,使用由上述比较例1得到的各向异性导电粘接剂,除此以外,与实施例1同样地操作,获得透明树脂密封的LED组件。
比较例3
(各向异性导电粘接剂的制备)
通过在加成固化型甲基硅树脂(KER2500、信越化学工业(株))100质量份中,均匀地混合作为导电粒子的平均粒径5μm的Au被覆树脂导电粒子(在平均粒径4.6μm的球形丙烯酸树脂粒子上实施了0.2μm厚的非电解镀金的粒子(ブライト20GNB4.6EH、日本化学工业(株))10质量份,从而获得外观色为茶色的糊状的各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,与实施例1同样地操作,获得透明树脂密封的LED组件。
比较例4
不配混光反射性绝缘粒子,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为茶色的糊状的各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
比较例5
替代邵尔A橡胶硬度为60的弹性体头,使用不锈钢制的金属头,除此以外,与实施例1同样地操作,获得透明树脂密封的LED组件。
比较例6
作为光反射性绝缘粒子,替代二氧化硅粉末,使用平均粒径210nm的二氧化钛粉末(KR-380、チタン工业(株))15体积%,且替代邵尔A橡胶硬度为60的弹性体头,使用邵尔A橡胶硬度为90的弹性体头,除此以外,与实施例1同样地操作,获得外观色为白色的糊状的各向异性导电粘接剂,进一步使用该光反射性各向异性导电粘接剂,获得透明树脂密封的LED组件。
<评价>
(光反射率评价试验)
将实施例和比较例中获得的各向异性导电粘接剂在玻璃环氧基板上以10mm见方、干燥厚度达到0.3mm的方式进行涂布,在250℃下加热30秒钟使其固化。利用氙灯光源发出的光对该固化物进行照射,使用利用积分球的分光测色计(CM3600d、コニカミノルタ(株)),针对垂直于固化物的轴成8度的角度的光,测定对波长450nm的光的反射率(JIS K7150)。在实用上期望反射率为30%以上。
(LED元件的缺口数的评价)
对于由实施例和比较例制作的各LED组件,目视观察20个LED元件的外观,数出产生了龟裂或缺口的LED元件的个数。得到的结果示于表1。需要说明的是,“芯片的缺口”评价的“0~1”的意思是,通常20个LED元件不产生龟裂或缺口,但有时极其少数产生芯片的缺口。
(LED元件的粘接力评价试验)
作为由实施例和比较例制作的各LED组件中的LED元件与布线板的粘接力,使用晶片抗切强度(ダイシェア强度)试验机(PTR-1100、(株)レスカ)在剪切速度20μm/sec的条件下,测定LED组件的300μm见方LED元件每1芯片的晶片抗切强度。测定对点灯前的初期状态的LED组件、和在85℃、85%RH的高温高湿环境下连续点灯300小时后的LED组件这2个样品进行。得到的结果示于表1。晶片抗切强度通过上述的测定方法进行测定,实用上理想的是300gf/芯片以上、优选为400gf/芯片以上。
(全光通量评价试验)
对于由实施例和比较例制作的各LED组件,作为透明性维持性的评价,使用全光通量测量***(积分全球)(LE-2100、大塚电子(株))测定全光通量(测定条件:If=20mA(额定电流控制))。测定对点灯前的初期状态的LED组件、和在85℃、85%RH的高温高湿环境下连续点灯300小时后的LED组件这2个样品进行。得到的结果示于表1。全光通量通过上述的测定方法进行测定,实用上理想的是200mlm以上、优选为350mlm以上。
[表1]
由表1可知,由实施例1~11制造的发光装置使用了分光反射率超过60%的各向异性导电粘接剂,通过邵尔A硬度为40以上且不足90的弹性体头进行各向异性导电连接,因而LED元件未产生缺口(实施例1~7和9~11)或几乎不产生(实施例8),显示出在实用上没问题的稳定全光通量,此外,显示出稳定良好的晶片抗切强度。由于显示出该稳定良好的晶片抗切强度,从而可知由实施例1~11制造的发光装置中,实现了良好的连接可靠性。
需要说明的是,作为光反射性绝缘粒子,使用了绝缘被覆Ag粒子的实施例10的情况下,与其他实施例的情况相比,粒径为1.2μm,较大,因而光对粒子不是正反射,进行几何学散射的比例增加,但与除了不使用这样的光反射性绝缘粒子以外,其它为相同条件的比较例4相比,显示出良好的光特性。此外,使用在Au被覆导电粒子的表面上设置了光反射层的光反射性导电粒子的实施例11的情况下,与除了使用Au被覆树脂导电粒子以外,其它为相同条件的实施例3相比,光学特性稍许降低,但与使用Au被覆树脂导电粒子而不使用光反射性绝缘粒子的比较例4相比,显示出良好的光特性。
与此相对,各向异性导电连接时用金属头进行加热加压的比较例1、5的情况下,LED元件产生了缺口。弹性体头的邵尔A硬度为90的比较例6的情况下,LED元件也产生了缺口。
需要说明的是,弹性体头的邵尔A硬度为40的实施例8的情况下,由于橡胶头柔软,从而以包围LED元件整体的方式进行加压。结果是有时LED元件的蚀刻部分产生负荷,一并挤压的情况下,有时极少地产生芯片缺口,由于产生芯片缺口的频率极低,因而可以将其作为实施例。因此,可知各向异性导电连接时需要使用邵尔A硬度为40(实施例8)以上且不足90(比较例6、实施例9)的弹性体头。
此外,不使用光反射性绝缘粒子的比较例1~4的情况下,全光通量不充分。因此,可知需要使用光反射性绝缘粒子。
需要说明的是,使用折射率不同的反射性绝缘粒子的实施例1(SiO2、折射率1.46)、实施例2(ZnO、1.9~2.01)、实施例3(TiO2、折射率2.72或2.52)的情况下,可知随着折射率变大,分光反射率和LED全光通量一同提高。
由反射性绝缘粒子的含量不同的实施例6(5vol%)、实施例3(15vol%)和实施例7(25vol%)可知,光反射性绝缘粒子的含量增多时,树脂固化物变得过硬的同时变得脆弱,从而有晶片抗切强度降低的倾向,此外,含量减少时,有全光通量降低的倾向。需要说明的是,含量减少时,有作为糊状粘接剂的处理性降低的倾向。
由比较例3可知,使用加成固化型硅系树脂作为各向异性导电粘接剂的主剂时,与使用脂环式环氧的情况相比,晶片抗切强度变低,连接可靠性降低。
产业上的利用性
本发明的发光装置的制造方法中,将发光元件安装至布线板时,使用光反射性各向异性导电粘接剂,因而可以将发光元件在布线板上进行各向异性导电连接而不降低发光元件的发光效率。此外,为了进行各向异性导电连接时的加热加压而使用具有特定表面硬度的弹性体头,因而可以防止发光元件产生龟裂或缺口,同时使用光反射性各向异性导电粘接剂进行优异的连接可靠性的各向异性导电连接。因此,本发明的发光装置的制造方法、以及通过其制造的发光装置在使用LED元件等发光元件的显示用显示装置、照明装置、背光源、检查仪器光源等电子仪器及其制造领域中有用。
附图元件说明
1 发光元件
1a 发光元件的电极
2 布线板
2a 布线板的电极
3 光反射性各向异性导电粘接剂
3a 热固化性树脂组合物
3b 导电粒子
3c 光反射性绝缘粒子
3d 角焊缝部
4 弹性体头
4a 弹性体头的挤压面
5 头部基底
6 透明密封树脂
21 芯粒子
22 无机粒子
23 光反射层
24 热塑性树脂
100、110 发光装置
200 光反射性导电粒子
300 多层化光反射性导电粒子
Claims (14)
1.发光装置的制造方法,所述发光装置通过在布线板上将发光元件进行各向异性导电连接而成,所述发光装置的制造方法具有以下的工序(A)和(B):
工序(A)
在发光元件与应连接该发光元件的布线板之间,配置含有热固化性树脂组合物、导电粒子和光反射性绝缘粒子的光反射性各向异性导电粘接剂的工序;和
工序(B)
利用挤压面的基于JIS K6253测定的邵尔A橡胶硬度为40以上且小于90的弹性体头将发光元件对于布线板进行加热加压,由此进行各向异性导电连接的工序。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其中,光反射性各向异性导电粘接剂基于JIS K7105测定的对于波长450nm的光的分光反射率为30%以上。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,光反射性绝缘粒子为选自氧化硅、氧化钛、氮化硼、氧化锌和氧化铝中的至少一种无机粒子。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,光反射性绝缘粒子的平均粒径为150nm~550nm。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,光反射性绝缘粒子的基于JIS K7142测定的折射率大于热固化性树脂组合物的固化物的基于JIS K7142测定的折射率。
6.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,光反射性绝缘粒子为用绝缘性树脂被覆鳞片状或球状银粒子的表面而成的树脂被覆金属粒子。
7.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,热固化性树脂组合物中的光反射性绝缘粒子的配混量为1~50体积%。
8.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,热固化性树脂组合物含有环氧树脂和酸酐系固化剂。
9.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,弹性体头的挤压面的基于JIS K6253测定的邵尔A橡胶硬度为65~80。
10.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,进一步具有以下的工序(C),
(C)用透明树脂将在布线板上进行了各向异性导电连接的发光元件进行密封的工序。
11.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,导电粒子为包含用金属材料被覆的芯树脂粒子、和在所述芯树脂粒子表面由选自氧化钛粒子、氧化锌粒子或氧化铝粒子中的至少一种无机粒子形成的光反射层的光反射性导电粒子。
12.根据权利要求11所述的制造方法,其中,相对于100质量份热固化性树脂组合物,光反射性导电粒子的配混量为1~100质量份。
13.发光装置,其通过权利要求1~12中任一项所述的制造方法制造。
14.根据权利要求13所述的发光装置,其中,发光元件为发光二极管。
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CB02 | Change of applicant information |
Address after: Tokyo, Japan, Japan Applicant after: Dexerials Corporation Address before: Tokyo, Japan, Japan Applicant before: Sony Chemicals & Information Device Co., Ltd. |
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COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: + TO: DEXERIALS ELECTRONIC MATERIAL LTD. |
|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |