JP2012142364A - 封止部材、封止方法、および、光半導体装置の製造方法 - Google Patents

封止部材、封止方法、および、光半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】封止対象を、効率よく連続的に封止することができる封止部材、その封止部材を用いた封止方法、および、その封止方法を備える光半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】
長尺な剥離フィルム2と、剥離フィルム2の長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、剥離フィルム2の上に積層される複数の封止樹脂層6とを備える封止部材1を用いて、封止部材1を長手方向に搬送しながら、封止樹脂層6とLED20とを対向させ、対向された封止樹脂層6を、LED20に向かって押圧して、LED20を封止樹脂層6により封止することを繰り返す。
【選択図】図4

Description

本発明は、封止部材、詳しくは、光半導体素子を封止する封止部材、その封止部材を用いた封止方法、および、その封止方法を備える光半導体装置の製造方法に関する。
従来、発光ダイオード(LED)などの光半導体素子を、樹脂で封止することが知られている。
例えば、半導体チップや回路部品が搭載された被成型品と、被成型品を封止する封止樹脂を成形する金型とを対向配置し、金型の金型面をリリースフィルムで覆いながら、封止樹脂を金型内に充填し、被成型品と封止樹脂とを押接するようにして、被成型品を樹脂封止する方法が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。
この方法によれば、金型の金型面をリリースフィルムで覆いながら樹脂封止するため、封止樹脂を金型から容易に離型させることができるとともに、封止樹脂が金型内に残存することを防止できる。
特開2002−43345号公報
しかるに、上記した特許文献1に記載の方法では、被成型品を封止するごとに、リリースフィルムを繰り出し、その後、封止樹脂を金型内に充填している。
そのため、今回の封止作業の後、次回の封止作業までの間に、封止樹脂を金型内に再充填するための時間が必要であり、作業効率が劣る場合がある。
そこで、本発明の目的は、封止対象を、効率よく連続的に封止することができる封止部材、その封止部材を用いた封止方法、および、その封止方法を備える光半導体装置の製造方法を提供することにある。
上記した目的を達成するため、本発明の封止部材は、長尺な剥離フィルムと、封止樹脂からなり、前記剥離フィルムの長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、前記剥離フィルムの上に積層される複数の封止樹脂層とを備えることを特徴としている。
また、本発明の封止部材は、光半導体素子を封止することが好適である。
また、本発明の封止部材は、レンズを形成するレンズ形成樹脂からなり、前記剥離フィルムと各前記封止樹脂層との間に介在されるレンズ形成樹脂層を、さらに備えることが好適である。
また、本発明の封止部材は、前記封止樹脂が、熱硬化性樹脂であり、前記封止樹脂層が、前記熱硬化性樹脂のBステージ樹脂から形成されていることが好適である。
また、本発明の封止方法は、上記した封止部材を長手方向に搬送しながら、前記封止樹脂層と封止対象とを対向させる工程と、対向された前記封止樹脂層および/または前記封止対象を、それらが近接する方向に押圧して、前記封止対象を前記封止樹脂層により封止する工程とを繰り返すことを特徴としている。
また、本発明の光半導体装置の製造方法は、封止対象が光半導体素子であり、上記した封止方法を備えることを特徴としている。
本発明の封止方法によれば、長尺な剥離フィルムと、剥離フィルムの長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、剥離フィルムの上に積層される複数の封止樹脂層とを備える封止部材を用いて、封止部材を長手方向に搬送しながら、封止樹脂層と封止対象とを対向させ、対向された封止樹脂層および/または封止対象を、それらが近接する方向に押圧して、封止対象を封止樹脂層により封止することを繰り返している。
そのため、封止部材をその長手方向に沿って搬送して、剥離フィルムとともに各封止樹脂層を順次繰り出しながら、連続的に封止対象を封止することができる。
これにより、封止対象の封止時には、剥離フィルムと封止樹脂層とを毎回同時に準備することができ、封止樹脂層を再準備するための時間を短縮することができる。
その結果、封止対象を、効率よく連続的に封止することができ、封止対象が光半導体素子である場合、効率よく光半導体装置を製造することができる。
本発明の封止部材の一実施形態の断面図である。 図1に示す封止部材の製造方法を説明するための工程図であって、(a)は、ベースフィルムの上に封止樹脂層を形成する工程、(b)は、剥離フィルムの上にレンズ形成樹脂層を形成する工程を示す。 図2に続いて、封止部材の製造方法を説明するための工程図であって、(c)は、封止樹脂層とレンズ形成樹脂層とを積層する工程、(d)は、ベースフィルム、封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層に所定形状の切り込みを形成する工程、(e)所定形状以外の部分のベースフィルム、封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層を除去する工程、(f)ベースフィルムを取り除く工程を示す。 本発明の封止方法の一実施方法を説明する説明図であって、封止部材を光半導体素子と対向させる工程を示す。 図4に示す封止方法を説明する説明図であって、光半導体素子を封止する工程を示す。
図1は、本発明の封止部材の一実施形態の断面図である。
封止部材1は、図1に示すように、剥離フィルム2と、剥離フィルム2の上に積層される複数の封止層3と、封止層3を被覆するように剥離フィルム2の上に積層される保護フィルム4とを備えている。封止部材1は、例えば、発光ダイオード(LED)などの発光素子、例えば、受光素子などの光半導体素子などの封止対象を封止するために用いられる。本実施形態では、封止対象として、LEDを封止する場合を説明する。
剥離フィルム2は、長尺な平帯形状に形成されている。
封止層3は、平面視略円形状に形成され、剥離フィルム2の長手方向に沿って互いに間隔を隔てて並列配置されている。また、封止層3は、レンズを形成するレンズ形成樹脂層5と、LEDを封止する封止樹脂層6とを備えている。
レンズ形成樹脂層5は、透明であり、平面視略円形状に形成され、剥離フィルム2の上に積層されている。
封止樹脂層6は、透明であり、レンズ形成樹脂層5と略同径の平面視略円形状に形成され、レンズ形成樹脂層5と中心を共有するように、レンズ形成樹脂層5の上に形成されている。
つまり、レンズ形成樹脂層5は、剥離フィルム2と封止樹脂層6との間に介在されている。
保護フィルム4は、剥離フィルム2と略同一形状(長尺な平帯形状)に形成されている。
図2および図3は、図1に示す封止部材の製造方法を説明するための工程図である。
封止部材1を製造するには、図2(a)に示すように、まず、ベースフィルム11の上に封止樹脂層6を形成する。
ベースフィルム11は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートのポリエステル、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンなどから、長尺な平帯形状に形成されている。
ベースフィルム11の厚みは、例えば、12〜250μm、好ましくは、25〜75μmである。
封止樹脂層6を形成する封止樹脂としては、例えば、熱硬化性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられ、好ましくは、熱硬化性シリコーン樹脂が挙げられる。
封止樹脂層6を形成するには、ベースフィルム11の上に、封止樹脂の溶液を塗布し、乾燥して、封止樹脂層6を半硬化状態(Bステージ)として得る。なお、封止樹脂を溶解する溶媒は、特に限定されず、公知の有機溶媒が挙げられる。
封止樹脂層6をBステージにするには、例えば、40〜150℃で、1〜60分加熱する。
また、封止樹脂層6を完全硬化させるには、例えば、125〜250℃で、5分〜24時間加熱する。
封止樹脂の溶液には、例えば、蛍光体粒子や、シリカ粒子などを配合することができる。
蛍光体粒子としては、例えば、YAl12:Ce(YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット):Ce)などの蛍光体からなる粒子が挙げられる。
蛍光体粒子は、封止樹脂の溶液の総固形分に対して、例えば、1〜10質量%の割合で配合される。
シリカ粒子としては、例えば、平均粒子径(体積基準、動的光散乱法により測定)20nm以下のシリカ粒子が挙げられる。
シリカ粒子は、封止樹脂の溶液の総固形分に対して、例えば、5〜20質量%の割合で配合される。
封止樹脂の溶液をベースフィルム11上に塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、グラビアコーター法、ファウンテンコーター法などの方法が挙げられる。
また、ベースフィルム11上に塗布された封止樹脂の溶液は、特に限定されないが、例えば、100〜150℃で、5〜30分加熱されることにより、乾燥される。
得られた封止樹脂層6の厚みは、例えば、300〜500μmである。
また、封止部材1を製造するには、図2(b)に示すように、別途、剥離フィルム2の上にレンズ形成樹脂層5を形成する。
剥離フィルム2は、例えば、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂などのフッ素系樹脂から、長尺な平帯形状に形成されている。
剥離フィルム2の厚みは、例えば、12〜250μm、好ましくは、25〜75μmである。
レンズ形成樹脂層5を形成するレンズ形成樹脂としては、例えば、上記した封止樹脂と同様の樹脂が挙げられる。
レンズ形成樹脂層5を形成するには、上記した封止樹脂層6と同様に、剥離フィルム2の上に、レンズ形成樹脂あるいはその溶液を塗布し、加熱または乾燥して、レンズ形成樹脂層5を半硬化状態(Bステージ)として得る。なお、レンズ形成樹脂を溶解する溶媒は、特に限定されず、公知の有機溶媒が挙げられる。
封止樹脂の溶液には、例えば、上記したシリカ粒子を配合することができる。
シリカ粒子は、レンズ形成樹脂の溶液の総固形分に対して、例えば、5〜20質量%の割合で配合される。
レンズ形成樹脂の溶液を剥離フィルム2上に塗布する方法としては、例えば、コンマコーター法、ドクターブレード法、グラビアコーター法、ファウンテンコーター法などの方法が挙げられる。
また、剥離フィルム2上に塗布された封止樹脂の溶液は、特に限定されないが、例えば、100〜150℃で、5〜30分加熱されることにより、乾燥される。
得られたレンズ形成樹脂層5の厚みは、例えば、100〜1200μm、好ましくは、600〜900μmである。
次いで、封止部材1を製造するには、図3(c)に示すように、封止樹脂層6とレンズ形成樹脂層5とを貼り合わせ、常温下、所定圧力で加圧する。
これにより、封止樹脂層6とレンズ形成樹脂層5とが積層され、封止層3が形成される。
次いで、図3(d)に示すように、ベースフィルム11と封止層3(封止樹脂層6およびレンズ形成樹脂層5)とに、円形状の刃型を用いて、平面視略円形状の切り込みを、剥離フィルム2の長手方向に沿って互いに間隔を隔てて複数形成し、図3(e)に示すように、平面視略円形状以外の部分のベースフィルム11および封止層3を除去する。
これにより、剥離フィルム2の長手方向に沿って互いに間隔を隔てて、複数の封止層3が形成される。
封止層3の直径は、例えば、50〜300mm、好ましくは、100〜200mmである。また、各封止層3の間隔は、例えば、20〜1000mm、好ましくは、50〜200mmである。
そして、図3(f)に示すように、残ったベースフィルム11を取り除いた後、図1に示すように、封止層3を被覆するように剥離フィルム2の上に保護フィルム4を積層する。
保護フィルム4は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンから、長尺な平帯形状に形成されている。
保護フィルム4の厚みは、例えば、12〜250μm、好ましくは、25〜50μmである。
これにより、封止部材1を得る。
なお、上記した封止部材1を製造するための各工程は、工業的にはロールトゥロール法により実施される。
図4および図5は、本発明の封止方法の一実施形態を説明する説明図である。
次に、得られた封止部材1を用いてLED20を封止して、LED装置を製造する方法について説明する。この方法では、図4に示すように、封止装置21を用いて、封止部材1を順次繰り出しながら、封止層3と、LED20を備える発光基板22とを対向させて、連続的にLED20を封止する。
詳しくは、封止装置21は、プレス部23と、封止部材搬送部24と、保護フィルム剥離部25と、剥離フィルム回収部26とを備えている。
プレス部23は、発光基板22が載置されるベース部27と、ベース部27の上方に対向配置され、半球形状の凹みを複数有する金型28とを備えている。プレス部23は、対向された封止層3と発光基板22とを、加熱しながら、それらが近接する方向に押圧する。
封止部材搬送部24は、プレス部23に対して封止部材1の搬送方向上流側に配置され、封止部材1をロール状に保持し、保持している封止部材1を、封止部材1の長手方向に沿って、プレス部23(ベース部27と金型28との間)に向かって搬送する。
保護フィルム剥離部25は、封止部材1の搬送方向において、プレス部23と封止部材搬送部24との間に配置され、封止部材1から保護フィルム4を剥離させるとともに、剥離された保護フィルム4をロール状に巻き取る。
剥離フィルム回収部26は、プレス部23に対して封止部材1の搬送方向下流側に配置され、使用済みの剥離フィルム2を巻き取って回収する。
そして、封止装置21を用いて、連続的にLED20を封止するには、まず、プレス部23のベース部27の上に、複数のLED20が実装されている発光基板22を載置する。同時に、封止部材搬送部24から金型28と発光基板22との間に向かって、封止部材1を繰り出す。
このとき、封止部材搬送部24からプレス部23へ至る途中において、保護フィルム剥離部25により、封止部材1から保護フィルム4が剥離され、封止層3の封止樹脂層6が露出される。
そして、引き続き封止部材1を繰り出し、封止樹脂層6が下方に向かって露出されるとともに、剥離フィルム2が金型28と対向されるように、封止層3を、LED20が実装されている発光基板22の上方に配置する。これにより、封止樹脂層6とLED20とが上下方向に対向される。
次いで、金型28を、加熱しながら、ベース部27に向かって近接させて、封止層3を、加熱しながら、発光基板22に向かって押圧する。
金型28の温度は、例えば、120〜200℃、好ましくは、140〜165℃である。
ベース部27の金型28に対する押圧力は、例えば、0.01〜10MPa、好ましくは、0.1〜4MPaである。
すると、LED20が、封止樹脂層6内に埋没される。また、封止層3のレンズ形成樹脂層5が、金型28の凹み内に充填される。このとき、剥離フィルム2は、金型28の凹みに追従するように屈曲されて、金型28の凹みの内面を保護するとともに、レンズ形成樹脂層5の金型28の凹み内への進入を許容する。
そして、図5に示すように、引き続き封止層3を加熱することにより、封止樹脂層6およびレンズ形成樹脂層5を完全に硬化させる。
次いで、金型28を、ベース部27から離間するように上方へ退避させて、型開きする。すると、剥離フィルム2が金型28の凹みから剥離する。
これによって、LED20が封止樹脂層6により封止されるとともにレンズ形成樹脂層5がレンズに成形される。
次いで、封止層3によりLED20が封止された発光基板22から剥離フィルム2を剥離させながら、封止層3によりLED20が封止された発光基板22を、ベース部27から取り除き、新たな発光基板22を、ベース部27に載置する。
同時に、剥離フィルム回収部26において剥離された剥離フィルム2を巻き取りながら、封止部材搬送部24から封止部材1を繰り出す。
すると、再び、上記したようにして、封止樹脂層6とLED20とが上下方向に対向される。
このようにして、封止部材1を搬送しながら、封止樹脂層6とLED20とを対向させる工程と、対向された封止樹脂層6をLED20に向かって押圧して、LED20を封止樹脂層6により封止する工程とが繰り返される。
これにより、封止装置21を用いて、連続的にLED20を封止することができる。
この封止方法によれば、図4に示すように、長尺な剥離フィルム2と、剥離フィルム2の長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、剥離フィルム2の上に積層される複数の封止樹脂層6とを備える封止部材1を用いて、封止部材1を長手方向に搬送しながら、封止樹脂層6とLED20とを対向させ、対向された封止樹脂層6を、LED20に向かって押圧して、LED20を封止樹脂層6により封止することを繰り返している。
そのため、封止部材1をその長手方向に沿って搬送して、剥離フィルム2とともに各封止樹脂層6を順次繰り出しながら、連続的にLED20を封止することができる。
これにより、LED20の封止時には、剥離フィルム2と封止樹脂層6とを毎回同時に準備することができ、封止樹脂層6を再準備するための時間を短縮することができる。
その結果、LED20を、効率よく連続的に封止することができる。
また、この封止方法によれば、封止部材1がレンズ形成樹脂層5を備えている。
そのため、LED20を封止すると同時に、レンズを形成することができる。
その結果、この封止方法により、LED20を封止すれば、効率よくLED装置を製造することができる。
なお、上記の封止方法では、封止層3として、封止樹脂層6とレンズ形成樹脂層5とを準備したが、封止層3として、封止樹脂層6のみを準備してもよい。
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、何らそれらに限定されない。
1.封止部材の製造
Al12:Ce蛍光体粒子5質量%と、平均粒子径(体積基準、動的光散乱法により測定)20nm以下のシリカ粒子10質量%とを含有する熱硬化性シリコーン樹脂を、ポリエチレンテレフタレートからなる厚み50μmの長尺状のベースフィルムの離型面に塗布し、120℃×10分加熱して、厚み400μmの半硬化状態(Bステージ)の封止樹脂層を得た(図2(a)参照)。
別途、平均粒子径(体積基準、動的光散乱法により測定)20nm以下のシリカ粒子10質量%を含有する熱硬化性シリコーン樹脂を、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂からなる厚み50μmの長尺状の剥離フィルムに塗布し、120℃×10分加熱して、厚み600μmの半硬化状態(Bステージ)のレンズ形成樹脂層を得た(図2(b)参照)。
次いで、得られた封止樹脂層とレンズ形成樹脂層とを貼り合わせ、常温下、所定圧力で加圧し、封止樹脂層とレンズ形成樹脂層とを積層して、封止層を形成した(図3(c)参照)。
次いで、ベースフィルムと封止層(封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層)とに、円形状の刃型を用いて、直径150mmの平面視略円形状の切り込みを、剥離フィルムの長手方向に沿って互いに150mmの間隔を隔てて複数形成し(図3(d)参照)、平面視略円形状以外の部分のベースフィルムおよび封止層を除去した(図3(e)参照)。
これにより、剥離フィルムの長手方向に沿って互いに150mmの間隔を隔てて、直径150mmの平面視略円形状の封止層を複数形成した。
そして、残ったベースフィルムを取り除いた後(図3(f)参照)、封止層を被覆するように、剥離フィルムの上に、ポリプロピレンからなる長尺状の保護フィルムを積層した(図1参照)。
これにより、封止部材を得た。
2.光半導体素子の封止
図4に示す封止装置を用いて、封止部材を順次繰り出しながら、封止層と、LEDを備える発光基板とを対向させて、連続的にLEDを封止した。
詳しくは、プレス部のベース部の上に、複数のLEDが実装されている発光基板を載置した。同時に、封止部材搬送部から金型と発光基板との間に向かって、封止部を繰り出した。
このとき、封止部材搬送部からプレス部へ至る途中において、保護フィルム剥離部により、封止部材から保護フィルムを剥離し、封止層の封止樹脂層を露出させた。
引き続き、封止部材を繰り出し、封止樹脂層が下方に向かって露出されるとともに、剥離フィルムが金型と対向されるように、封止層を、LEDが実装されている発光基板の上方に配置した。これにより、封止樹脂層とLEDとを上下方向に対向させた(図4参照)。
次いで、金型を、160℃で加熱しながら、ベース部に向かって、2.77MPaの押圧力で近接させて、封止層を、加熱しながら、発光基板に向かって押圧した。
これにより、LEDを封止樹脂層内に埋没させた。また、封止層のレンズ形成樹脂層を、金型の凹み内に充填した。
引き続き、封止層を加熱し、封止樹脂層およびレンズ形成樹脂層を完全に硬化させた(図5参照)。
次いで、金型を、ベース部から離間するように上方へ退避させて、型開きした。
これによって、LEDを封止樹脂層により封止するとともに、レンズ形成樹脂層をレンズに成形した。
次いで、封止層によりLEDが封止された発光基板から剥離フィルムを剥離させながら、封止層によりLEDが封止された発光基板を、ベース部から取り除き、新たな発光基板を、ベース部に載置した。
同時に、剥離フィルム回収部において剥離された剥離フィルムを巻き取りながら、封止部材搬送部から封止部材を繰り出した。
これにより、封止樹脂層とLEDとを、再び上下方向に対向させた。
このようにして、封止部材を搬送しながら、封止樹脂層とLEDとを対向させる工程と、対向された封止樹脂層をLEDに向かって押圧して、LEDを封止樹脂層により封止する工程とを繰り返した。
1 封止部材
2 剥離フィルム
5 レンズ形成樹脂層
6 封止樹脂層
20 LED

Claims (6)

  1. 長尺な剥離フィルムと、
    封止樹脂からなり、前記剥離フィルムの長手方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されるように、前記剥離フィルムの上に積層される複数の封止樹脂層と
    を備えることを特徴とする、封止部材。
  2. 光半導体素子を封止することを特徴とする、請求項1に記載の封止部材。
  3. レンズを形成するレンズ形成樹脂からなり、前記剥離フィルムと各前記封止樹脂層との間に介在されるレンズ形成樹脂層を、さらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の封止部材。
  4. 前記封止樹脂が、熱硬化性樹脂であり、
    前記封止樹脂層が、前記熱硬化性樹脂のBステージ樹脂から形成されてい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封止部材。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の封止部材を長手方向に搬送しながら、前記封止樹脂層と封止対象とを対向させる工程と、
    対向された前記封止樹脂層および/または前記封止対象を、それらが近接する方向に押圧して、前記封止対象を前記封止樹脂層により封止する工程と
    を繰り返すことを特徴とする、封止方法。
  6. 封止対象が光半導体素子であり、請求項5に記載の封止方法を備えることを特徴とする、光半導体装置の製造方法。
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