JP4676735B2 - 光半導体装置の製造方法および光半導体装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の半導体装置は、上記の方法により製造されたことを特徴とする。
本方法では、光半導体装置を金型中に載置して、該金型と該光半導体装置との間に供給した透明ないし半透明の硬化性シリコーン組成物を圧縮成形することにより、光半導体装置を透明ないし半透明のシリコーン硬化物で封止する。このような金型を有する圧縮成形機としては、一般に使用されている圧縮成形機を用いることができ、光半導体装置を挟持して、金型と光半導体装置のキャビティに供給された硬化性シリコーン組成物を圧縮成形することのできる上型と下型、これらを加圧するためのクランプ、硬化性シリコーン組成物を加熱により硬化させるためのヒーター等を備えていればよい。このような圧縮成形機としては、特開平8−244064号公報、特開平11−77733号公報、あるいは特開2000−277551号公報に記載されている圧縮成形機が例示され、特に、装置が簡単であることから、特開2000−277551号公報により記載されている圧縮成形機であることが好ましい。
(A)平均単位式:
R1 aSiO(4-a)/2
{式中、R1は炭素原子数1〜10の置換または非置換一価炭化水素基(但し、一分子中、全R1の20モル%以上はフェニル基であり、R1の少なくとも2個はアルケニル基である。)であり、aは0.5≦a≦2.2の数である。}
で表されるオルガノポリシロキサン、
(B)平均単位式:
R2 bHcSiO(4-b-c)/2
{式中、R2は炭素原子数1〜10の置換または非置換一価炭化水素基(但し、アルケニル基を除く。)であり、bおよびcはそれぞれ、1.0<b<2.2、0.002<c<1、かつ1.0<(b+c)<3.0を満たす数である。}
で表され、一分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、および
(C)ヒドロシリル化反応用触媒
から少なくともなるものであることが好ましい。
R1 aSiO(4-a)/2
で表され、一分子中に少なくとも2個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンである。上式中、R1は炭素原子数1〜10の置換または非置換一価炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基が例示される。但し、一分子中、全R1の20モル%以上はフェニル基であり、R1の少なくとも2個はアルケニル基である。また、上式中、aは0.5≦a≦2.2の数である。
R1 dSiO(4-d)/2
(式中、R1は前記と同じであり、dは1.9≦d≦2.2の数である。)
で表される、25℃における粘度が10〜10,000,000mPa・sであるオルガノポリシロキサンと(A2)平均単位式:
R1 eSiO(4-e)/2
(式中、R1は前記と同じであり、eは0.5≦e≦1.7の数である。)
で表されるオルガノポリシロキサンレジンとの混合物であり、該混合物中、(A1)成分が99〜30重量%の範囲内であり、(A2)成分が1〜70重量%の範囲内であるものが好ましく、特には、(A1)成分が90〜40重量%の範囲内であり、(A2)成分が10〜60重量%の範囲内であるものが好ましい。
R2 bHcSiO(4-b-c)/2
で表され、一分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。上式中、R2はアルケニル基を除く炭素原子数1〜10の置換または非置換一価炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基が例示される。シリコーン硬化物が高屈折率で、光透過性が良好であることから、一分子中、全R2の20モル%以上がフェニル基であることが好ましく、さらには、25モル%以上がフェニル基であることが好ましい。また、上式中、bおよびcはそれぞれ、1.0<b<2.2、0.002<c<1、かつ1.0<(b+c)<3.0を満たす数であり、(A)成分との反応性が良好であることから、cは0.02<c<1の数であることが好ましい。
で示されるシロキサン化合物、平均組成式:
で示されるシロキサン化合物が例示される。
本発明の光半導体装置は、上記の方法により製造されたことを特徴とする。このような光半導体装置は、シリコーン硬化物中にボイドの混入がないので、外観不良や耐湿性の低下を招来することがない。また、本発明の光半導体装置は、シリコーン硬化物の厚さが精度良くコントロールされているので、電子機器の小型化、薄型化に対応することができる。また、シリコーン硬化物で封止された本発明の光半導体装置は、ボンディングワイヤーの断線や接触がなく、光半導体素子への応力の集中が少なく、長時間使用しても、封止樹脂の変色や光半導体素子と封止樹脂との剥離による輝度の低下等が少ないので、信頼性が要求される、より広範囲の分野で使用することができる。このような光半導体素子としては、発光用半導体素子、受光用半導体素子が例示され、光半導体素子としては、LED(発光ダイオード)素子であり、液相成長法やMOCVD法により基板上にInN、AlN、GaN、ZnSe、SiC、GaP、GaAs、GaAlAs、GaAlN、AlInGaP、InGaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成したものが好適である。このような本発明の光半導体装置としては、LEDの他に、フォトカプラー、CCDが例示される。
硬化性シリコーン組成物および硬化性エポキシ樹脂組成物の25℃、可視光(589nm)における屈折率をアッベ式屈折率計により測定した。
2枚のガラス板で挟まれた0.2mmの隙間に硬化性シリコーン組成物を注入し、150℃で1時間加熱することにより前記組成物を硬化させ、シリコーン硬化物(光路長0.2mm)の試料セルを作製した。対照セルとして、2枚のガラス板で挟まれた0.2mmの隙間を水で充填したものを用いた。可視光領域(波長400nm〜700nm)において任意の波長で測定できる自記分光光度計を用いて、25℃、波長450nmにおけるシリコーン硬化物の光透過率を測定した。また、硬化性シリコーン組成物の代わりに硬化性エポキシ樹脂組成物を用いて、150℃で1時間加熱した後、さらに180℃で1時間加熱処理した以外は、前記と同様にして、エポキシ樹脂硬化物の光透過率を測定した。
硬化性シリコーン組成物を150℃で1時間プレス成形することによりシート状のシリコーン硬化物を作製した。この硬化物の硬さをJIS K 6253に規定されるタイプAデュロメータあるいはタイプDデュロメータにより測定した。また、硬化性シリコーン組成物の代わりに硬化性エポキシ樹脂組成物を用いて、150℃で1時間加熱した後、さらに180℃で1時間加熱処理した以外は、前記と同様にしてエポキシ樹脂硬化物の硬さを測定した。
2枚のアルミニウム板(幅25mm、長さ75mm、厚さ1mm)の間にポリテラフルオロエチレン樹脂製スペーサ(幅10mm、長さ20mm、厚さ1mm)を挟み込んだ後、2枚のアルミニウム板で挟まれた1mmの隙間に硬化性シリコーン組成物を注入し、150℃で1時間加熱することにより前記組成物を硬化させ、接着試験片を作製した。この接着試験片をJIS K 6850に規定の引張せん断接着強さ試験を行い、接着力を測定した。また、硬化性シリコーン組成物の代わりに硬化性エポキシ樹脂組成物を用いて、150℃で1時間加熱した後、さらに180℃で1時間加熱処理した以外は、前記と同様にしてエポキシ樹脂硬化物の接着力を測定した。
次の各成分を表1に示す組成で混合して硬化性シリコーン組成物を調製した。この硬化性シリコーン組成物の25℃における粘度、屈折率、およびシリコーン硬化物の光透過率、硬さ、接着力を表2に示した。
・オルガノポリシロキサン(A1):粘度15,000mPa・sであり、平均式:
(CH2=CH)(CH3)2SiO{(C6H5)(CH3)SiO}118Si(CH2=CH)(CH3)2
で表される分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたメチルフェニルポリシロキサン{平均単位式:(CH2=CH)0.02(C6H5)0.98(CH3)1.02SiO0.99、ケイ素原子結合一価炭化水素基中のフェニル基の含有量=48.5モル%}
・オルガノポリシロキサン(A2):標準ポリスチレン換算の重量平均分子量が2,400であり、平均シロキサン単位式:
(C6H5SiO3/2)0.75{(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2}0.25
で表される、トルエン可溶性の白色固体状オルガノポリシロキサン{平均単位式:
(CH2=CH)0.25(C6H5)0.75(CH3)0.50SiO1.25、ケイ素原子結合一価炭化水素基中のフェニル基の含有量=50.0モル%}
・オルガノポリシロキサン(A3):粘度150mPa・sであり、式:
{(CH2=CH)(CH3)2SiO}3SiOSi(C6H5)(CH3)2
で表されるオルガノポリシロキサン{平均単位式:(CH2=CH)0.60(C6H5)0.20(CH3)1.60SiO0.80}
・オルガノポリシロキサン(A4):粘度150mPa・sであり、式:
(CH3SiO3/2)0.85{(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2}0.15
で表されるオルガノポリシロキサン{平均単位式:(CH2=CH)0.15(CH3)1.15SiO1.35}
・オルガノポリシロキサン(A5):粘度50,000mPa・sであり、平均式:
(CH2=CH)(CH3)2SiO{(CH3)2SiO}718Si(CH2=CH)(CH3)2
で表される分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン{平均単位式:(CH2=CH)0.002(CH3)2.000SiO0.999}
・オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1):粘度400mPa・sであり、平均シロキサン単位式:
(C6H5SiO3/2)0.60{(CH3)2HSiO1/2}0.40
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン{平均単位式:(C6H5)0.60(CH3)0.80H0.40SiO1.10、ケイ素原子結合一価炭化水素基中のフェニル基の含有量=42.9モル%}
・オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2):粘度150mPa・sであり、平均式:
(CH3)3SiO{(CH3)HSiO}35Si(CH3)3
で表される分子鎖両末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたメチルハイドロジェンポリシロキサン{平均単位式:(CH3)1.11H0.95SiO0.97}
・ヒドロシリル化反応用触媒(C):白金の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体の1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン溶液
・接着促進剤(D):平均組成式:
・硬化抑制剤(E):2−フェニル−3−ブチン−2−オール
エピコート828(油化シェルエポキシ株式会社製の液状エポキシ樹脂)59重量部、HN-5500(日立化成工業株式会社製の液状酸無水物)41重量部、DBU(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7−エン)0.6重量部を混合して硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。この硬化性エポキシ樹脂組成物の25℃における粘度と屈折率、およびこのエポキシ樹脂硬化物の光透過率、硬さ、接着力について測定し、それらの結果を表2に示した。
参考例1−3の硬化性シリコーン組成物および参考例4の硬化性エポキシ樹脂組成物を用いてて図3に示される光半導体装置を作製した。
すなわち、部分的に銀被覆したBTレジン基板の一方に電極に光半導体素子(LED素子)をダイボンドして搭載し、該素子から基板上のもう一方の電極にワイヤボンディングして、樹脂封止前の光半導体装置を作製した。同一基板に同様の装置を基板表面に20個並べて1列として、20列を搭載して樹脂封止前基板とした(基板の大きさ:100mm×100mm)。次に、この光半導体素子を搭載した回路基板1上の所定の箇所に総量20gの硬化性シリコーン組成物あるいは硬化性エポキシ樹脂組成物を室温で塗布した後、この回路基板を図1で示される圧縮成形機の下型に載置した。次に、この圧縮成型機の下型と上型(金型の汚染防止、シリコーン硬化物あるいはエポキシ樹脂硬化物の離型性向上のため、この上型の内側にはテトラフルオロエチレン樹脂製剥離性フィルムがエア吸引により密着している。)を合わせ、回路基板を狭持した状態で、150℃で10kgf/cm2の荷重をかけて10分間圧縮成形した(なお、硬化性エポキシ樹脂組成物を用いた場合には、150℃で30分間圧縮成形した)。その後、樹脂封止した光半導体装置を金型から取り出し、これを150℃のオーブンで1時間加熱処理した(なお、硬化性エポキシ樹脂組成物を用いた場合には、180℃で1時間加熱処理した)。この光半導体装置は、光半導体素子表面上における厚さが600μmであるシリコーン硬化物あるいはエポキシ樹脂硬化物で封止されており、これらの硬化物の表面は平滑でボイドもなく、外観と充填性はすべてが良好であった。シリコーン硬化物あるいはエポキシ樹脂硬化物で封止した光半導体装置の回路基板を各光半導体装置の中間点で切断して、個別の光半導体装置とした。これらの光半導体装置の特性を表3に示した。
12 回路基板
16 光半導体装置
20 固定プラテン
22 下型ベース
23 下型
24 ヒータ
26 下クランプストッパ
30 可動プラテン
32 上型ベース
33 上型ホルダ
34 上型
34a キャビティ凹部
36 クランパ
36a、36b エア孔
37 スプリング
38 ヒータ
39 上クランプストッパ
40a、40b 剥離性フィルム
42a、42b 供給ロール
44a、44b 巻取りロール
46 ガイドローラ
48 静電除去装置
50 硬化性シリコーン組成物
70 シリコーン硬化物で封止した光半導体装置
72 シリコーン硬化物
Claims (11)
- 光半導体装置を金型中に載置して、該金型と該光半導体装置との間に供給した透明ないし半透明の、
(A)平均単位式:
R 1 a SiO (4-a)/2
{式中、R 1 は炭素原子数1〜10の置換または非置換一価炭化水素基(但し、一分子中、全R 1 の20モル%以上はフェニル基であり、R 1 の少なくとも2個はアルケニル基である。)であり、aは0.5≦a≦2.2の数である。}
で表されるオルガノポリシロキサン、
(B)平均単位式:
R 2 b H c SiO (4-b-c)/2
{式中、R 2 は炭素原子数1〜10の置換または非置換一価炭化水素基(但し、アルケニル基を除く。)であり、bおよびcはそれぞれ、1.0<b<2.2、0.002<c<1、かつ1.0<(b+c)<3.0を満たす数である。}
で表され、一分子中に少なくとも2個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、および
(C)ヒドロシリル化反応用触媒
から少なくともなるヒドロシリル化反応硬化性シリコーン組成物を圧縮成形することを特徴とする、透明ないし半透明のシリコーン硬化物で封止した光半導体装置の製造方法。 - 下型に光半導体装置を載置して、上型と該光半導体装置との間に透明ないし半透明の硬化性シリコーン組成物を供給した後、該上型と該下型とで該光半導体装置を挟持して該硬化性シリコーン組成物を圧縮成形することを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。
- 少なくとも2つの光半導体装置を透明ないし半透明のシリコーン硬化物で封止した後、個片の光半導体装置に切断することを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。
- 金型の内面に剥離性フィルムが密着していることを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。
- 剥離性フィルムがエア吸引により金型の内面に密着していることを特徴とする、請求項4記載の光半導体装置の製造方法。
- 光半導体装置が、回路基板上に光半導体素子がボンディングワイヤにより電気的に接続されているものであることを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。
- 光半導体装置が発光ダイオードであることを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。
- シリコーン硬化物の可視光における光透過率が90%以上であることを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。
- (B)成分の含有量が、(A)成分中のアルケニル基に対する(B)成分中のケイ素原子結合水素原子のモル比が0.3〜5となる量であり、(C)成分が白金系触媒であり、その含有量が、(A)成分と(B)成分の合計重量に対して白金金属の重量が0.1〜2,000ppmとなる量であることを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。
- (A)成分が、
(A 1 )平均単位式:
R 1 d SiO (4-d)/2
{式中、R 1 は炭素原子数1〜10の置換または非置換一価炭化水素基(但し、一分子中、全R 1 の20モル%以上はフェニル基であり、R 1 の少なくとも2個はアルケニル基である。)であり、dは1.9≦d≦2.2の数である。}
で表される、25℃における粘度が10〜10,000,000mPa・sであるオルガノポリシロキサン99〜30重量%と(A 2 )平均単位式:
R 1 e SiO (4-e)/2
(式中、R 1 は前記と同じであり、eは0.5≦e≦1.7の数である。)
で表されるオルガノポリシロキサンレジン1〜70重量%との混合物であることを特徴とする、請求項1記載の光半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法により製造された光半導体装置。
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