JP6372973B2 - 光半導体素子の封止方法 - Google Patents
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Description
光半導体チップは特に限定されるものではなく、光を受光もしくは発光する機能を有していれば良く、市販のものを用いることができる。上記光半導体チップは基板に備えられた金属配線に電気が通じるように接着される。金属配線の材質は電気を通すものであれば特に限定はないが、電気伝導性の観点から、金、銀、銅を用いることが望ましい。
通電用金属部は光半導体が接着されている金属配線とは電気的に絶縁されており、金属ワイヤーによって光半導体と通電用金属部が互いに接続される。通電用金属および金属ワイヤーの材質については金属配線と同様である。また、図2に示したようなフリップチップ型の光半導体デバイスにおいては金属ワイヤーは不要である。
本発明の特徴である光反射用金属露出部(光を反射することが可能な金属部が露出した部分)について説明する。光反射用金属露出部の金属は光を反射する金属であれば特に限定されるものではない。このような金属の好適な例としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ロジウム、クロム、ニッケル、鉄またはそれらの合金などの金属が挙げられ、さらに好ましい金属としては紫外光領域においても高い反射率を有する銀、アルミニウム、ロジウムが挙げられる。また、この光反射用金属露出部は、光半導体が接着されている金属配線と通電用金属部が電気的に接続されないよう配置されなければならない。光反射用金属露出部の露出面積は、基板上に露出している全面積(ダイボンド材およびチップの面積を除く)に対して5〜100%が好ましく、更に20〜100%が好ましい(図4参照)。この範囲であれば、光硬化性シリコーン樹脂の深部硬化性が良好となる。
ダム材の材質および形状は両方とも特に限定されるものではなく、注入されたシリコーン樹脂の形状を保つ機能があれば良い。また、シリコーン樹脂が未硬化状態において単独でその形状を保つことができる場合、例えば、シリコーン樹脂が高チクソ性を持つ場合やシリコーン樹脂が固体状である場合にはダム材はなくても良い。
シリコーン樹脂封止層に用いられる光硬化性ポリオルガノシロキサンとしては、例えば、(A)アルケニル基を分子内に少なくとも2個以上含有したポリオルガノシロキサンと(B)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2個以上含有したポリオルガノシロキサンと(C)光活性型白金系触媒を含有し、任意にその他の成分を含んだポリオルガノシロキサン組成物が好ましいものとして挙げられる。以下、各々の成分について説明する。
成分(A)としては下記一般式(1)
(R1 3SiO1/2)l(R1 2SiO2/2)m(R1SiO3/2)n(SiO4/2)o (1)
(R1は、互いに独立に、水素原子、又は酸素原子、ハロゲン原子、窒素原子若しくは硫黄原子を含んでいてよい炭素数1〜18の一価炭化水素基であり、lは0〜10000の整数であり、mは0〜10000の整数であり、nは0〜10000の整数であり、oは0〜10000の整数である。)で表され、一分子内においてR1の少なくとも2個以上がアルケニル基であるポリオルガノシロキサンが好ましい。
成分(B)としては上記一般式(1)で表され、一分子内においてR1の少なくとも2個以上がヒドロシリル基であるポリオルガノシロキサンが好ましい。成分(B)の配合量は、上記(A)成分のアルケニル基1等量に対してヒドロシリル基が0.1〜4.0等量となる量が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2.0の範囲となる量である。この範囲であれば十分に硬化したシリコーン樹脂封止層を得ることができる。
成分(C)は、成分(A)と成分(B)のヒドロシリル化反応を光によって開始させる能力を有した金属錯体であれば特に限定されるものではないが、通常、例えば白金、ロジウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、及びパラジウムのような貴金属の錯体を含む。就中、貴金属含有触媒は白金を含有するものが好ましい。また、2種類以上の金属錯体触媒を同時に使用してもよい。好ましい白金錯体の例としては、β − ジケトネート白金錯体、(η5−シクロペンタジエニル)トリ(σ−脂肪族)白金錯体、及びC 7〜20−芳香族置換(η5 − シクロペンタジエニル)トリ(σ−脂肪族)白金錯体などが挙げられる。
成分(C)の添加量は、ヒドロシリル化反応を促進するのに十分な量であれば良く、ポリオルガノシロキサン組成物100質量部に対して、好ましくは0.00001〜1質量部、より好ましくは0.0001〜0.1質量部、さらに好ましくは0.0005〜0.05質量部である。
(D)蛍光体
(D)成分の蛍光体は、公知の蛍光体であればいずれのものであってもよく、その配合量は、蛍光体含有熱硬化性シリコーン樹脂層を構成する熱硬化性シリコーン樹脂組成物の(A)〜(C)成分の合計100質量部に対して、通常0.1〜2000質量部が好ましく、0.1〜300質量部がより好ましく、10〜300の範囲がさらに好ましい。(D)成分の蛍光体の平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めることができる。通常その平均粒径が10nm以上であればよく、好適には10nm〜10μm、より好適には10nm〜1μm程度のものが使用される。
シリコーン樹脂封止層は、上記成分の他、光増感剤や接着助剤、反応抑制剤、顔料などのフィラー、溶剤などを含んでいても良い。これらの成分は既知のものを使用して良く、市販のものを利用しても良い。
図2に示すように、鏡面加工されたアルミニウム板(365nmの光反射率=92%)の上に、ダム材として熱硬化性白色シリコーン樹脂(LPS−2428TW、信越化学工業株式会社製)を直径30mm、高さ2mmの円形となるよう自動ディスペンス装置(SHOTMASTER300、武蔵エンジニアリング株式会社製)により、塗布した。この結果、ダム材で囲われた部分の容積は1413mm3となった。次に円中央部に熱硬化性ダイボンド材(LPS−8445WTF、信越化学工業株式会社製)を少量塗布し、その上に光半導体チップ(3×3×3mm3)を1つ載せた。150℃で4時間加熱し、ダム材とダイボンド材を硬化させることにより、ダイボンド材およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が100%である試験基板を作製した。この円中に光硬化性シリコーン樹脂封止材(LPS−2429UV、信越化学工業株式会社製)を注入し、365nmのバンドパスフィルターで上面を覆った後、ベルトコンベア式紫外光照射装置(水銀ランプ、出力840mW/cm2)を用いて10000mJ/cm2の紫外光を照射した。
アルミニウム基板の代わりに、表面に銀メッキを施した銅板[365nmの光反射率=90%、ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が100%]を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
アルミニウム基板の代わりに、表面に金メッキを施した銅板(365nmの光反射率=44%、ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が100%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
アルミニウム基板の代わりに、図3のような、基板上表面の一部に3×3mm2の金メッキを4箇所施した黒色エポキシ基板(ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が5%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
アルミニウム基板の代わりに、図3のような、基板上表面の一部に6×6mm2の金メッキを4箇所施した黒色エポキシ基板(ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が20%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
アルミニウム基板の代わりに、図3のような、基板上表面の一部に9×9mm2の金メッキを4箇所施した黒色エポキシ基板(ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が45%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
アルミニウム基板の代わりに、図3のような、基板上表面の一部に6×6mm2の銀メッキを4箇所施した黒色エポキシ基板(ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が20%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
LEDパッケージ(TGR―2217ST、信越化学工業株式会社製)に熱硬化性ダイボンド剤(LPS−8445WTF、信越化学工業株式会社製)を用いて光半導体チップ(3×3×3mm3)を実装し、150℃、4時間でダイボンド材を硬化させ、ダイボンド剤およびチップの面積を除き、ダム材で囲われた面積(基板上に露出している全面積)の内、表面銀メッキ銅の露出面積が約70%である試験用パッケージを作製した。次いで、この試験用パッケージに光硬化性シリコーン樹脂封止材(LPS−2429UV、信越化学工業株式会社製)を注入し、365nmのバンドパスフィルターで上面を覆った後、ベルトコンベア式紫外光照射装置(水銀ランプ、出力840mW/cm2)を用いて10000mJ/cm2の紫外光を照射した。
アルミニウム基板の代わりに、酸化チタン粉末を50質量%含有した白色エポキシ基板(365nmの光反射率=12%、ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が0%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
アルミニウム基板の代わりに、アルミナ粉末を45質量%および酸化チタン粉末を5質量%含有した白色エポキシ基板(365nmの光反射率=21%、ダイボンド剤およびチップの面積を除いたダム材で囲った円中の面積(基板上に露出している全面積)の内、光反射用金属露出部の面積が0%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして封止を行った。
実施例および比較例で、紫外光を照射した後のシリコーン樹脂封止層上面の硬化の程度を触診することにより判断した。タック性がなく硬化が良好な物を○、タック性が残っており半硬化状態な物を△、液体状態であり未硬化な物を×として判定した。また、シリコーン樹脂封止層を基板から慎重に剥離した後、基板側のシリコーン樹脂封止層の表面タック性も同様に確認した。
2:金属配線
3:通電用金属部
4:金属ワイヤー
5:光反射用金属露出部
6:ダム材
7:シリコーン樹脂封止層
8:ダイボンド材およびチップの面積を除いたダム材で囲った部分
9:基板露出部
10:基板
11:封止材
Claims (9)
- 光半導体素子の封止方法であって、光を反射することが可能な金属部が露出した平面の基板上に光硬化性ポリオルガノシロキサンを注入し、該光硬化性ポリオルガノシロキサンの上面側から光照射する光半導体素子の封止方法であって、基板上面の露出している光を反射することが可能な金属部の面積が、露出している基板面積の20〜100%であることを特徴とする光半導体素子の封止方法。
- 基板上面の露出している光を反射することが可能な金属部の面積が、露出している基板面積の45〜100%であることを特徴とする請求項1記載の光半導体素子の封止方法。
- 光硬化性ポリオルガノシロキサンが、
(A)アルケニル基を分子内に少なくとも2個以上含有したポリオルガノシロキサンと、(B)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2個以上含有したポリオルガノシロキサンと、(C)光活性型金属錯体触媒
とを含有するポリオルガノシロキサン組成物である請求項1又は2記載の光半導体素子の封止方法。 - (A)アルケニル基を分子内に少なくとも2個以上含有したポリオルガノシロキサンが、下記一般式(1)
(R1 3SiO1/2)l(R1 2SiO2/2)m(R1SiO3/2)n(SiO4/2)o (1)
(R1は、互いに独立に、水素原子、又は酸素原子、ハロゲン原子、窒素原子若しくは硫黄原子を含んでいてよい炭素数1〜18の一価炭化水素基であり、lは0〜10000の整数であり、mは0〜10000の数であり、nは0〜10000の数であり、oは0〜10000の数である。)で表され、一分子内においてR1の少なくとも2個以上がアルケニル基であるポリオルガノシロキサンであり、
(B)ヒドロシリル基を分子内に少なくとも2個以上含有したポリオルガノシロキサンが、上記一般式(1)で表され、一分子内においてR1の少なくとも2個以上がヒドロシリル基であり、上記(A)成分のアルケニル基1等量に対してヒドロシリル基が0.1〜4.0等量であるポリオルガノシロキサンである請求項3に記載の光半導体素子の封止方法。 - (C)光活性型金属錯体触媒が、β−ジケトネート白金錯体触媒である請求項3又は4に記載の光半導体素子の封止方法。
- 光硬化性ポリオルガノシロキサンの硬化のために照射される光の波長が、発光スペクトルにおける300〜400nmの領域に最大ピーク波長を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光半導体素子の封止方法。
- 光硬化性ポリオルガノシロキサンを光照射と同時及び/又はその後、加熱することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光半導体素子の封止方法。
- 光硬化性ポリオルガノシロキサンが一種類以上の蛍光体(D)を含み、その含有量が、光硬化性ポリオルガノシロキサン100質量部に対し合計0.1〜2000質量部であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の半導体素子の封止方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体素子の封止方法を含む光半導体装置の製造方法。
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