JP2008072010A - 片面封止型光半導体装置の製造方法およびそれにより得られる片面封止型光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂クラック無く光半導体素子を樹脂封止することができる信頼性の高い片面封止型光半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】プリント基板２の光半導体素子搭載面に光半導体素子４を搭載してダイボンド剤３により固着したのち、電極ワイヤー５を用いてワイヤーボンドにより電極接続し、ついで光半導体素子４を封止樹脂により樹脂封止する工程を備えた片面封止型光半導体装置の製造方法であって、上記プリント基板２の光半導体素子搭載面に対して反対側になる面に粘着テープ１を貼付し、その状態で上記光半導体素子４を樹脂封止したのち、上記粘着テープ１をプリント基板２から取り除くことにより、樹脂クラックを生じることなく片面封止型光半導体装置を製造することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光半導体素子を樹脂封止により保護された片面封止型光半導体装置の製造方法およびそれにより得られる片面封止型光半導体装置に関するものである。

近年、電子部品の小型化・高密度化に伴い、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光半導体素子の表面実装などにより、光半導体装置の小型化・高密度化が広く普及しつつある。光半導体装置の封止樹脂においては、このようなＬＥＤ、特に青色あるいは白色ＬＥＤの普及に伴い、より短波長側での耐光性が要求され、また光半導体素子の発熱に耐えうるよう、さらに高い耐熱性が求められるようになっている。従来より半導体素子の封止樹脂としては、安価かつ成形性、耐熱性、接着性、機械強度等に優れた特性を有するエポキシ樹脂組成物が広く用いられてきた。そして、これをＬＥＤ使用に対応させるためには、エポキシ樹脂組成物の耐光性および耐熱性を向上させる必要がある。耐光性を向上させる手法としては、エポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂をシリコーン変性する方法、すなわちシリコーン変性エポキシ樹脂を用いる方法（特許文献１参照）、あるいはエポキシ樹脂組成物にシリコーンを混合した複合封止材料を用いる方法（特許文献２参照）などが一般に行なわれている。他方、耐熱性を向上させる手法としては、多官能のエポキシ樹脂または硬化剤を用いることによりガラス転移温度（以下「Ｔｇ」という）を高くする方法が一般に行なわれている。
特開平６−２４０００１号公報 特開２００５−１５８７６６号公報

しかしながら、上記のような耐光性、耐熱性の向上要請に対し、シリコーン変性エポキシ樹脂や、エポキシ樹脂とシリコーンとの複合封止材料を用いる方法を実施すると、シリコーン自体の強度が低いため、封止樹脂として曲げ強度低下を引き起こす恐れがある。またエポキシ樹脂組成物硬化体のＴｇを高くする手法を実施すると、通常、封止樹脂組成物硬化体は架橋密度が高まることから曲げ強度は低下する。したがって、これらの方法により、例えば光半導体素子を樹脂封止した際には、熱収縮により樹脂クラックが発生するという問題が生じる。

なお、上記の特定の方法による封止樹脂組成物以外にも、表面実装、すなわち片面封止構造の光半導体装置の場合においては、基板と、成形後の封止樹脂層の収縮量の違いにより両者の間で応力が発生し、その結果パッケージに反りが発生し、樹脂クラックが発生するという問題が生じている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、樹脂クラック無く光半導体素子を樹脂封止することができる片面封止型光半導体装置の製造方法およびそれにより得られる片面封止型光半導体装置の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、プリント基板の光半導体素子搭載面に光半導体素子を搭載してダイボンドしたのち、ワイヤーボンドにより電極接続し、ついで光半導体素子を樹脂封止する工程を備えた片面封止型光半導体装置の製造方法であって、上記プリント基板の光半導体素子搭載面に対して反対側になる面に粘着テープを貼付し、その状態で上記光半導体素子を樹脂封止したのち、上記粘着テープをプリント基板から取り除く片面封止型光半導体装置の製造方法を第１の要旨とする。

また、本発明は、上記片面封止型光半導体装置の製造方法により製造された片面封止型光半導体装置を第２の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、樹脂クラックの発生を抑制することのできる信頼性の高い片面封止型光半導体装置の製造方法を求めて鋭意検討を重ねた。その結果、樹脂封止工程前において、プリント基板の一面に、粘着テープを貼付するという作業を行うだけで、大きな効果が得られることを見出し本発明に到達した。すなわち、プリント基板の光半導体素子搭載面に対して反対側になる面に粘着テープを貼付し、その状態で上記光半導体素子を樹脂封止することにより、プリント基板と封止樹脂層との収縮量の差に基づくパッケージの反りを抑えることができ、樹脂クラックの発生を抑制することができるようになる。

このように、本発明は、上記プリント基板の光半導体素子搭載面に対して反対側になる面に粘着テープを貼付し、その状態で上記光半導体素子を樹脂封止する。このため、プリント基板と封止樹脂層との収縮量の差に基づくパッケージの反りが上記粘着テープ自体の腰（弾力・粘り等）により防がれ、得られる片面封止型光半導体装置の封止樹脂層における樹脂クラックの発生を防止するようになる。

また、プリント基板に粘着テープを貼付することを、プリント基板に光半導体素子を搭載するに先立って行うと、貼付作業が容易となると同時に、貼付体の腰が強くなるため、半導体素子の搭載作業も容易となる。

さらに、上記樹脂封止する封止樹脂組成物の硬化体のＪＩＳ Ｋ６９１１に基づく室温での曲げ強度が８０Ｎ／ｍｍ² 以下である曲げ強度の弱い封止樹脂組成物硬化体であると、得られる片面封止型光半導体装置における樹脂クラックの発生をより有効に防止することができる。

そして、樹脂封止する封止樹脂組成物が、エポキシ樹脂を必須成分としシリコーン樹脂を任意成分とするものであると、得られる片面封止型光半導体装置は、耐光性、耐熱性等にも優れるようになる。

本発明の片面封止型光半導体装置の製造方法について、一例をあげて説明する。すなわち、本発明の片面封止型光半導体装置の製造方法は、図１に示すように、まず片面実装用のプリント基板２における光半導体素子搭載面の反対側の面に粘着テープ１を貼り合わせる。ついで、図２に示すように、その光半導体素子搭載面に、光半導体素子４を、その電極が形成されていない面を対面させた状態で、ダイボンド剤３を介して固着（ダイボンド）し、プリント基板２上に光半導体素子４を搭載する。つぎに、図３に示すように、プリント基板２上に搭載された上記光半導体素子４の電極と上記プリント基板２上の導電部とを電極ワイヤー５により電気的に接続する（ワイヤーボンド）。ついで、このようにワイヤーボンドした後、図４に示すように、プリント基板２上に搭載された光半導体素子４と、電極ワイヤー５とを包含するように、封止樹脂組成物を用いて樹脂封止して封止樹脂層６を形成する。これにより粘着テープ１面上に片面封止型光半導体装置が形成される。そして、この片面封止型光半導体装置から粘着テープ１を取り除くことにより、図５に示す構造の片面封止型光半導体装置が得られる。

上記光半導体素子としては、光半導体装置に用いるものであれば特に限定はないが、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等があげられる。

また、上記プリント基板２の基材としては、特に限定するものではないが、例えば、ポリエステル，ポリアミド，ポリフェニレンスルフィド，ポリエーテルイミド，ポリイミド，ポリエチレンナフタレート，エポキシ樹脂，ビスマレイミドトリアジン樹脂等のプラスチック製基材、およびこれらの多孔質基材、グラシン紙，上質紙，和紙等の紙製基材、セルロース，ポリアミド，ポリエステル，アラミド等の不織布製基材、Ｃｕ，Ａｌ，ＳＵＳ，ニッケル，あるいはこれらの表面にＡｇやＡｕがコートされた金属等の金属製フレーム基材等があげられる。特に、プラスチック製基材としては、耐熱性の観点から、ＦＲ−４およびＦＲ−５等の耐熱性ガラス基材エポキシ樹脂積層板や、ビスマレイミドトリアジン樹脂等からなる基材が好ましい。また、取り扱い性の容易さという観点から、金属製フレーム基材を用いることも好ましい。このような基材からなるプリント基板２の寸法は、通常、縦１０〜３００ｍｍ、横１０〜３００ｍｍ、厚み０．１〜１．５ｍｍに設定される。

上記粘着テープ１としては、特に限定されるものではないが、樹脂封止後の冷却過程における封止樹脂層の収縮速度に適応させる観点から、粘着テープの熱伝導率は１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。

一般に、粘着テープは、粘着剤と基材フィルムの２層構造の構成からなっており、上記粘着剤としては、例えば、アクリル系、シリコーン系、ゴム系等があげられるが、耐熱性の観点からアクリル系、シリコーン系が好ましい。この粘着剤のＪＩＳ Ｚ０２３７に基づく粘着力は１．０〜５．０Ｎ／２０ｍｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは１．５〜３．０Ｎ／２０ｍｍである。１．０Ｎ／２０ｍｍ未満では、製造工程において粘着テープのずれ等が生じ、クラックの発生を防止できない等の不具合が生じる傾向がみられ、５．０Ｎ／２０ｍｍを超える場合では粘着テープをプリント基板から取り除くため剥離する際、重剥離や粘着剤層が残存してしまう等の原因となる傾向がみられるからである。

また、粘着剤の弾性率は、ワイヤーボンドを実施する温度領域で１×１０⁵ Ｐａ以上が好ましい。弾性率が１×１０⁵ Ｐａ未満では、ワイヤーボンド工程においてボンド時にかかる力に対して充分な抗力を発揮できなくなる傾向がみられるからである。なお、上記弾性率は、例えば、装置名：ＲＳＡＩＩ（Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓ Ｉｎｃ．）を用い、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、周波数１．０Ｈｚ、引っ張りモードにて測定することができる。

また、上記基材フィルムとしては、例えば、セルロース（紙）、ＰＥＴ、ポリイミド、ポリオレフィン等があげられるが、耐熱性の観点からＰＥＴあるいはポリイミドが好ましい。このような基材フィルムは、通常、厚み２５〜１００μｍに設定され、粘着テープ全体の厚みは、作業性および熱伝導性の観点から、通常、３０〜１１０μｍに設定される。

このような粘着テープは、通常、粘着テープの粘着剤層上には、離型紙が重ねられており、使用に際して離型紙が取り除かれる。また、粘着テープをプリント基板に貼り合わせる方法としては、従来の貼り合わせ方式に従い、特に限定することなく貼り合わせることが可能であるが、例えば、ロール貼り合わせ方式やプレス方式等があげられる。

光半導体素子４をプリント基板２に固着する上記ダイボンド剤３としては、特に限定するものではなく、従来公知の接着剤等が用いられる。接着は、例えば、光半導体素子と基板等との圧着の後、加熱工程等により硬化させて行う。

また、プリント基板２上に搭載された上記光半導体素子４の電極と上記プリント基板２上の導電部とを電気的に接続する電極ワイヤー５としても、特に限定するものではなく、従来公知の金線、アルミニウム線又は銅線等が用いられる。ワイヤーボンドを行う際の温度は、８０〜２５０℃、好ましくは１００〜２２０℃の範囲内で行われる。また、その加熱時間は数秒〜数分間行われる。

上記プリント基板２上に搭載された光半導体素子４と、電極ワイヤー５とを包含した状態で樹脂封止する封止樹脂組成物としては、特に限定されるものではないが、耐熱性および接着性の観点から、熱硬化型樹脂組成物が用いられ、例えば、樹脂成分と、硬化剤と、必要な場合には硬化促進剤とを含有するものであり、通常、液状、粉末状、もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。なお、液状である場合には、少なくとも樹脂成分と硬化剤とをそれぞれ別々に保管しておき、使用する直前に混合する、いわゆる２液タイプとして用いればよい。

上記樹脂成分としては、特に限定されるものではないが、特に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂が好ましく、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。エポキシ樹脂としては、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂等があげられる。シリコーン変性エポキシ樹脂とは、エポキシ樹脂の官能基にシリコーン樹脂を反応させたものであり、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂とを混合して所定時間加熱することにより得られる。シリコーン樹脂としては、従来から公知のものを用いることができる。耐光性の観点からは、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂との混合樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂が特に好ましく、耐熱性の観点からは、多官能型エポキシ樹脂が特に好ましい。本発明では、エポキシ樹脂に、上記のような変性エポキシ樹脂も含める趣旨である。

上記エポキシ樹脂等の樹脂成分を硬化させる硬化剤としては、特に限定されるものではないが、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、多官能型硬化剤、上記酸無水物系硬化剤をアルコールで部分エステル化したもの、または、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸等のカルボン酸の硬化剤等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。耐熱性の観点から、多官能型硬化剤を用いることが好ましい。

上記樹脂成分と硬化剤の配合割合は、例えば、樹脂成分中のエポキシ基１当量に対して、硬化剤におけるエポキシ基と反応可能な活性基（酸無水物基または水酸基）が０．５〜２．０当量となるように配合することが好ましい。より好ましくは、０．８〜１．２当量である。

上記硬化剤とともに必要に応じて用いられる硬化促進剤は、例えば、アミン型、リン型等のものがあげられる。上記アミン型としては、２−イミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミン、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７等の三級アミン類等があげられる。また、上記リン型としては、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

そして、この硬化促進剤の配合量は、封止樹脂組成物全体の０．１〜２．０重量％の割合に設定することが好ましく、特に好ましくは、０．１５〜１．５重量％である。

上記封止樹脂組成物には、上記各成分以外に必要に応じて、石英ガラス粉末、シリカ粉末、アルミナ、タルク等の無機質充填剤、カーボンブラック等の顔料や着色料、シランカップリング剤、難燃剤、難燃助剤、イオントラップ剤、低応力化剤、粘着付与剤等の他の添加剤を適宜配合することができる。

上記封止樹脂組成物を用いての樹脂封止は、例えば、金型を用いてトランスファー成形法，射出成形法などにより行われる。特に好ましくは、射出成形法である。

樹脂封止の際の加熱温度は、特に限定されないが、例えば、１００〜２００℃で数分間加熱硬化することができる。そして、樹脂封止工程の後に、封止樹脂を後硬化するアニール工程を行っても良い。本工程においては、樹脂封止工程で硬化不足の封止樹脂層を完全に硬化させる。本工程における加熱温度は、封止樹脂組成物の種類により異なるが、例えば１００〜２００℃の範囲内であり、加熱時間は０．５〜１０時間程度である。

成形後の封止樹脂組成物硬化体についての曲げ強度は、特に限定されるものではないが、ＪＩＳ Ｋ６９１１に基づく室温での曲げ強度が８０Ｎ／ｍｍ² 以下であることが好ましい。樹脂クラックの発生をより一層防止する傾向にあるからである。

上記実施の形態では、プリント基板に光半導体素子を搭載するに先立って、粘着テープを貼付しているが、樹脂封止する前であればどの工程で貼付してもよい。また、貼付した粘着テープの除去は、樹脂封止した後であればどの段階で行ってもよく、例えば、封止後にアニール工程等の他の工程が入った後で行ってもよい。

つぎに、本発明を実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

まず、実施例に先立って下記に示す封止樹脂組成物の各成分および粘着テープを準備した。

〔エポキシ樹脂ａ〕
シクロヘキサン骨格および末端エポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂（固形樹脂）（ＥＨＰＥ−３１５０、ダイセル化学工業社製）

〔エポキシ樹脂ｂ〕
トリアジン核を骨格に持つエポキシ樹脂（ＴＥＰＩＣ−Ｓ、日産化学工業社製）

〔シリコーン樹脂〕
市販シリコーン樹脂（ＹＲ３３７０、ＧＥ東芝シリコーン社製）

〔硬化剤〕
ヘキサヒドロフタル酸無水物

〔硬化促進剤〕
Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン

〔粘着テープａ〕
ＴＲＭ−６２５０Ｌ、日東電工社製

〔粘着テープｂ〕
ＴＲＭ−３６５０Ｓ、日東電工社製

〔封止樹脂組成物の調製〕
上記封止樹脂組成物の各成分について、後記の表１に示す割合で配合し、封止樹脂組成物のパウダーを得た。このようにして得られた各封止樹脂組成物を用いて、下記に示す方法にしたがって特性評価を行い、その結果を後記の表１に併せて示す。

（曲げ強度の測定）
ＪＩＳ Ｋ６９１１の測定方法に基づき、封止樹脂組成物を１５０℃で３分間射出成形することにより幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み４ｍｍの試験片を作成し、２５℃にてオートグラフ（島津製作所製、ＡＧ５００Ｃ）により、ヘッドスピード５ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離６４ｍｍで測定した。

（ガラス転移温度の測定）
封止樹脂組成物を１５０℃で３分間射出成形することにより幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み５ｍｍの試験片を作成し、ついで１５０℃で３時間加熱処理した後、熱分析装置（ＴＭＡ、島津製作所製、ＴＭＡ−５０）により、２℃／ｍｉｎの昇温速度でガラス転移温度を測定した。

つぎに、上記の封止樹脂組成物および粘着テープを用いて、つぎのようにして各片面封止型光半導体装置を作製した。そして、各片面封止型光半導体装置の作製に用いた封止樹脂組成物および粘着テープを後記の表２に示す。また、得られた各片面封止型光半導体装置を用いて、その封止樹脂層における樹脂クラックの有無を評価し、その結果を後記の表２に併せて示す。

〔実施例１〕
まず、粘着テープａをプリント基板（材質：ＦＲ−４、サイズ：８２ｍｍ×８２ｍｍ、厚み：０．８ｍｍ）の底面（光半導体素子搭載面に対して反対側になる面）全体に貼り合わせ、図６（Ａ）の平面図に示すように、光半導体素子相応のシリコンチップ（サイズ：３ｍｍ×３ｍｍ、厚み：０．３７ｍｍ）を、ダイボンド剤（日立化成工業社製、ＥＮ−４０００）を用いて、４個×４個の格子状に上記プリント基板の表面に１６個配置した。その後、１５０℃で３時間加熱処理することにより、上記ダイボンド剤を熱硬化させ、ついで封止樹脂組成物Ａを金型成形機を用いて１５０℃で３分間射出成形することにより樹脂封止して封止樹脂層６（サイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚み：１．０ｍｍ）を形成した。つぎに、成形金型から片面封止型光半導体装置を取り出し、さらに１５０℃で３時間加熱処理したのち、粘着テープａを取り除くことにより、図６に示す構造の評価用の片面封止型光半導体装置を得た。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す片面封止型光半導体装置のＡ−Ａ’断面図である。

〔実施例２〕
封止樹脂組成物を、前記の表１に示す封止樹脂組成物Ｂに変更する以外は、上記実施例１と同様にして評価用の片面封止型光半導体装置を作製した。

〔実施例３〕
封止樹脂組成物を、前記の表１に示す封止樹脂組成物Ｃに変更する以外は、上記実施例１と同様にして評価用の片面封止型光半導体装置を作製した。

〔実施例４〕
封止樹脂組成物を、前記の表１に示す封止樹脂組成物Ｄに変更する以外は、上記実施例１と同様にして評価用の片面封止型光半導体装置を作製した。

〔実施例５〕
粘着テープａを粘着テープｂに変更する以外は、上記実施例４と同様にして評価用の片面封止型光半導体装置を作製した。

〔比較例１〕
プリント基板に粘着テープを貼付しなかった。その変更以外は、上記実施例１と同様にして評価用の片面封止型光半導体装置を作製した。

〔比較例２〕
プリント基板に粘着テープを貼付しなかった。その変更以外は、上記実施例４と同様にして評価用の片面封止型光半導体装置を作製した。

上記の表２に示す評価結果のように、実施例１〜５は、樹脂クラックが発生していないのに対し、比較例１および２は、樹脂クラックが発生していることが観察された。

本発明の片面封止型光半導体装置の製造においてプリント基板の底面に粘着テープを貼付した状態の断面図である。 本発明の片面封止型光半導体装置の製造においてプリント基板上に光半導体素子をダイボンドした状態の断面図である。 本発明の片面封止型光半導体装置の製造においてワイヤーボンドした状態の断面図である。 本発明の片面封止型光半導体装置の製造において光半導体素子等を樹脂封止した状態の断面図である。 本発明の片面封止型光半導体装置の製造方法により得られる片面封止型光半導体装置の一例を示す断面図である。 実施例・比較例の評価に用いる片面封止型光半導体装置の平面図（Ａ）およびそのＡ−Ａ’断面図（Ｂ）である。

符号の説明

１ 粘着テープ
２ プリント基板
３ ダイボンド剤
４ 光半導体素子
５ 電極ワイヤー
６ 封止樹脂層

Claims (5)

1. プリント基板の光半導体素子搭載面に光半導体素子を搭載してダイボンドしたのち、ワイヤーボンドにより電極接続し、ついで光半導体素子を樹脂封止する工程を備えた片面封止型光半導体装置の製造方法であって、上記プリント基板の光半導体素子搭載面に対して反対側になる面に粘着テープを貼付し、その状態で上記光半導体素子を樹脂封止したのち、上記粘着テープをプリント基板から取り除くことを特徴とする片面封止型光半導体装置の製造方法。
2. 上記プリント基板に粘着テープを貼付することを、プリント基板に光半導体素子を搭載するに先立って行うことを特徴とする請求項１記載の片面封止型光半導体装置の製造方法。
3. 上記樹脂封止する封止樹脂組成物硬化体のＪＩＳ Ｋ６９１１に基づく室温での曲げ強度が８０Ｎ／ｍｍ² 以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の片面封止型光半導体装置の製造方法。
4. 上記樹脂封止する封止樹脂組成物は、エポキシ樹脂を必須成分としシリコーン樹脂を任意成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の片面封止型光半導体装置の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の片面封止型光半導体装置の製造方法により製造された片面封止型光半導体装置。

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