JP3608496B2

JP3608496B2 - Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3608496B2
Application number: JP2000301907A
Authority: JP
Inventors: 俊之星場; 滋嗣幸田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: JP2002110704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックライト、照光式操作スイッチの光源、ディスプレイや各種インジケータ等に使用することができる半導体発光装置に係り、特に長期間の使用に対しても透過率を維持しつつ、高輝度に発光が可能な半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子は、小型で効率よく鮮やかな色の発光を呈し、また、半導体であるため寿命が長く消費電力も少ないことから各種光源として利用されている。その用途は、高輝度の青色発光を有する窒化物半導体の出現により益々拡がっている。このような半導体発光素子を用いた半導体発光装置である発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）は、半導体発光素子に電極を設けた半導体発光素子を基体上にダイボンド部材を用いて固定し、ワイヤー等の導電性部材によって外部電極と半導体発光素子に設けられた電極とを電気的に接続させると共に、半導体発光素子を保護するために封止樹脂で被覆されており、砲弾型やチップタイプなど様々な形態で用いることが出来る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなＬＥＤなどは、長時間の使用環境下でダイボンド部材が劣化して発光輝度の低下や色ズレが生じてしまい、半導体発光素子自体は劣化していないにも関わらず、ＬＥＤなどが使用不可になる等の弊害が生じていた。また、弱いダイシェア強度による位置ずれなどでワイヤーが剥がれるという問題もあり、これは長時間の使用による場合の他に、製造時に充分なダイシェア強度が得られていないことが原因の場合もあり、歩留まりを低下させる要因の１つにもなっている。従って、本発明は上記課題を解決し、長時間の使用環境下においても発光効率の低下や色ズレが極めて少なく、ダイシェア強度の強い半導体発光装置及びその半導体発光装置を歩留まり良く製造できる方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は種々の実験の結果、長時間の使用環境下における半導体発光装置の出力低下が、半導体発光素子のごく近傍に配置されたダイボンド部材の着色劣化に起因していること、及びこれらの部材を特定のエポキシ樹脂組成物とすることにより結果的に劣化を防止し、さらにダイボンド部材の硬化条件を特定のものとすることで、ダイボンド部材や樹脂製の基体の変性をも抑制できることで、信頼性の高い半導体発光装置とすることができることを見出し本発明を成すに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は、ポリブチレンテレフタレートを主成分とする樹脂からなる基体上にダイボンド部材によって半導体発光素子が固定された半導体発光装置であって、ダイボンド部材は、二重結合を含まない脂環式エポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂組成物であり、熱カチオン重合により硬化されていることを特徴とする。これによって、長時間の使用環境下におけるダイボンド部材の劣化を防ぎ、輝度の低下及び色ズレを抑制することができる。
また、本発明は、Ａｌ _２Ｏ _３若しくはＴｉＯ _２の微粒子を含有させてなる基体上にダイボンド部材によって主発光ピークが３７０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下である半導体発光素子が固定された半導体発光装置であって、前記ダイボンド部材は、二重結合を含まない脂環式エポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂組成物であり、該エポキシ樹脂組成物は熱カチオン重合により硬化されていることを特徴とする。
【０００６】
また、前記脂環式エポキシ樹脂は、下記化学式（１）で示される構造であることが好ましい。
【０００７】
【化２】

【０００８】
また、基体上にダイボンド部材によって固定された半導体発光素子と、半導体発光素子に設けられた電極と外部から導出された電極を接続する導電性ワイヤーとを有する半導体発光装置の製造方法であって、ポリブチレンテレフタレートを主成分とする樹脂からなる基体上に二重結合を含まない脂環式エポキシ樹脂からなるダイボンド剤を塗布する工程と、ダイボンド部材上に半導体発光素子を配置させる工程と、ダイボンド部材にダイボンド部材の硬化温度よりも低い温度で熱を加えて硬化させる工程と、導電性ワイヤーを接続する工程と、と有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の半導体発光装置は、図１に示すように、底部に半導体発光素子を載置可能な基体３と、基体３に設けられたリード電極４と、半導体発光素子に素子電極が設けられた半導体発光素子１と、半導体発光素子１を基体３に固定させるダイボンド部材５と、半導体発光素子１とリード電極４とを電気的に接続させる導電性ワイヤー２と、これらを保護するための封止部材６からなる。このような半導体発光装置の半導体発光素子に通電させることにより発光させることが出来る。以下、本発明の各構成部材について詳述する。
【００１１】
（ダイボンド部材）
ダイボンド部材は、半導体発光素子と基体の間に形成されるため、半導体発光素子からの光だけでなく、半導体発光素子と基体によって繰り返し反射される光にも曝されるため封止部よりも劣化し易い。特に波長の短い光はエネルギーが高いため青色発光の半導体発光素子を用いた場合のダイボンド部材の劣化は著しい。また、半導体発光素子をダイボンド後に導電性ワイヤーを接合する際に用いられる超音波や、封止部材の硬化時に生じる内部応力等に耐えうるために、優れた接着力（ダイシェア強度）が要求される。本発明においては、これらの条件を満たすダイボンド部材としてエポキシ樹脂組成物を用い、特に二重結合を含まない脂環式エポキシ樹脂を主成分としている。また、重合開始剤である触媒としてカチオン重合可能な触媒を含有させる。
【００１２】
（エポキシ樹脂）
特に本発明のエポキシ樹脂は、高い透光性、高度の耐光性と絶縁性及び接着性が要求されるため、着色原因となる二重結合を含まない脂環式エポキシ樹脂を主成分とすることが望ましく、同時に塩素含有量を５ｐｐｍ以下とすることができる脂環式エポキシ樹脂がより好ましい。このような脂環式エポキシ樹脂は、芳香族エポキシ樹脂を水素化反応して得ることができる。例えば、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル及びビスフェノールＳのジグリシジルエーテル等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ヒドロキシベンズアルデヒドフェノールノボラックエポキシ樹脂等のノボラック型のエポキシ樹脂、テトラヒドロキシフェニルメタンのグリシジルエーテル、テトラヒドロキシベンゾフェノンのグリシジルエーテル、エポキシ化ポリビニルフェノール等の多官能型のエポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１３】
このようなエポキシ樹脂は、例えば、次のようにして得ることができる。まず、攪拌機及び温度計を備えたオートクレーブ内に、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系の有機溶剤を用いて、ロジウム又はテルニウムをグラファイトに担持した触媒の存在下で水素化する。反応は、圧力１〜３０ＭＰａ、温度３０〜１５０℃、時間１〜２０時間の範囲内で行う。反応終了後、触媒を濾別し、減圧でエーテル系触媒が実質的に無くなるまで留去して水素化エポキシ樹脂を得ることができる。これに、硬化物の耐熱性を上げるために分子量は１００〜２０００程度の脂肪族環にエポキシ樹脂が結合している環状脂環式エポキシ樹脂を１０〜９０重量部の割合で混合させる。この範囲内で用いることで適度な粘度で揮発性を抑え、しかも成形性が良好な脂環式エポキシ樹脂とすることができる。
【００１４】
上記のようなエポキシ樹脂の中で、エポキシ当量が１５０〜３００ｇ／ｅｑ．の範囲内のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及びビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を水素化したものが好ましい。さらには、耐候性に優れており、また色相（ＡＰＨＡ）が１０〜５０と透明度が高いという特性を有する２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）シクロヘキシル］プロパンが好ましい。
【００１５】
（触媒）
上記のような脂環式エポキシ樹脂を硬化させるため、触媒として熱硬化性のカチオン重合触媒を用いるのが好ましい。また、光に対して安定なもので、比較的低い温度でエポキシ樹脂の重合を開始させるものが好ましく、プロトン酸やルイス酸が好ましい。更に芳香族スルホニウム塩及び６付加アニオンに水素付加させた化合物等が好ましく、短時間でかつ低温で硬化させることが出来る。また、ポットライフも長くすることができるので大量生産する場合でも歩留まりを下げることがなく有利である。硬化を開始させるための熱エネルギーとしては、ニクロムヒータ線、赤外線ランプ、遠赤外線ランプ、及び炉による加熱など種々のものが用いられる。熱エネルギーは１２０〜１５０℃程度を１０分〜２時間程度与えることが好ましい。
【００１６】
上記のようなエポキシ樹脂及び触媒を有するエポキシ樹脂組成物を用いることで、半導体発光素子などからの発光波長による劣化を防ぐことができる。また、比較的低温度で硬化させても充分なダイシェア強度を有するので他の部位に悪影響を及ぼしにくい。ダイボンド部材の硬化時には半導体発光素子と基体にも同程度の温度の熱が加えられるが、これらに高い温度を加えると、ダイボンド部材の硬化反応に伴いガスが発生し易くなるばかりでなく、基体が樹脂製の場合はその基体も変性してガスが発生する場合がある。この発生したガスにより導電性ワイヤーを接合する部位が汚染されて次工程での導電性ワイヤーの接着性が悪くなり、また、後述するようにＡｇ等をメッキして鏡面とした基体内壁の反射機能が損なわれる出力効率が低下する。基体はダイボンド部材に比べて使用量がかなり多いため、樹脂製の基体を用いる場合はこの影響は大きく、歩留まりを低下させる原因になる。しかし、本発明のダイボンド部材は樹脂の硬化温度（ガスが発生する温度）よりも低い温度で硬化させても充分なダイシェア強度を得ることができるため、ダイボンド部材だけでなく樹脂製の基体の変性によるガスの発生をも抑制できるので、導電性ワイヤーの接合及び鏡面の反射機能を阻害することがない。このようなダイシェア強度の強いものは、半導体発光素子の発光波長によらず、樹脂によってダイボンドさせる形態のものであれば如何なる発光波長のものに対しても有効である。
【００１７】
（導電性ワイヤー）
電気的接続部材である導電性ワイヤーとしては、半導体発光素子の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤーの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤーとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各半導体発光素子の電極と、外部から導出された電極などと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
【００１８】
（封止部材）
封止部材とは半導体発光素子及び導電性ワイヤーなどを外部環境から保護するために設けられるものである。このような封止部材は凸レンズ状や凹レンズ形状など所望に応じて種々の形態を利用することができる。用いる材料としてはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性の高い樹脂が好ましく、これらを単独あるいは組み合わせて用いてもよい。また、内部応力を緩和するためなどのために、フィラーを含有させることもできる。
【００１９】
（基体）
基体は、半導体発光素子を配置して固定し外部の衝撃から保護するために用いられるもので、リン青銅などの金属からなるリード電極のような外部から導出された導電性部材を設けることができる。基体の材料としては用途に応じた形状に加工し易く、かつ半導体発光素子などからの光によって劣化しにくいものがよく、安価で比較的低温度で加工可能なポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）や、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等の樹脂を用いるのが好ましい。特に、使用時の振動や衝撃に強いＰＢＴが好ましい。透光性樹脂などを用いる場合は外部への光の洩れを防ぐために顔料等を含有させて不透明化させることができる。例えば、Ａｌ２Ｏ３やＴｉＯ２等の微粒子を含有させることで、半導体発光素子からの光を外部に漏らさず、かつ反射効率の高い白色系の基体とすることで、光を効率よく出力することができる。また、基体に設けられるリード電極や樹脂などの表面にはＡｇやＡｌ等で金属メッキを施すことができ、これにより更に光を洩れにくく、かつ樹脂よりも反射効率の高い鏡面とすることができるので、半導体発光素子からの光を効率よく目的の方向に出力させることができる。このような基体には、半導体発光素子を１つ配置させても良いし、２つ以上配置することもでき、さらには、発光波長を調節させるために複数の発光波長を有する半導体発光素子を配置させることもできる。
【００２０】
（半導体発光素子）
半導体発光素子としては、ＭＯＣＶＤ法やＨＤＶＰＥ法等により形成された窒化物半導体が好適に用いられる。窒化物半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を発光層として利用させてある。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００２１】
窒化物半導体を形成させる基板にはサファイヤ、スピネル、窒化ガリウム系単結晶等の材料を用いることができる。結晶性の良い窒化ガリウム系半導体を量産性よく形成させるためにはサファイヤ基板を用いることが好ましく、サファイヤ基板との格子不整合を是正するためにバッファー層を形成することが望ましい。バッファー層は、低温で形成させた窒化アルミニウムや窒化ガリウムなどで形成させることができる。
【００２２】
窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する上述とは別の半導体発光素子例として、バッファー層上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げられる。
【００２３】
なお、窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化ガリウム系化合物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉等による加熱、低速電子線照射やプラズマ照射等により低抵抗化したｐ型とさせることが好ましい。
【００２４】
サファイアやスピネルなど絶縁性基板を用いた半導体発光素子の場合は、絶縁性基板の一部を除去する、或いは半導体表面側からｐ型及びｎ型用の電極面をとるためにｐ型半導体及びｎ型半導体の露出面をエッチングなどによりそれぞれ形成させる。各半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる。発光面側に設ける電極は、全被覆せずに発光領域を取り囲むようにパターニングするか、或いは金属薄膜や金属酸化物などの透明電極を用いることができる。このように形成された半導体発光素子をそのまま利用することもできるし、個々に分割した半導体発光素子として使用してもよい。
【００２５】
個々に分割された半導体発光素子として利用する場合は、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして半導体発光素子である半導体発光素子などを形成させることができる。本発明の半導体発光装置において半導体発光素子のスペクトルは、５５０ｎｍ以下の近紫外域から可視光に主発光ピークを発することで顕著な効果が生じやすく、樹脂劣化、白色系など蛍光物質との補色関係等を考慮する場合は、主発光ピークが３７０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下であることが好ましく、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。半導体発光素子の効率をより向上させるためには、４３０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
半導体発光素子の発光層に発光ピークが４５０ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体を用いた。半導体発光素子は、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることによってｎ型半導体やｐ型半導体を形成させる。半導体発光素子の構造としてはｎ型窒化ガリウム半導体であるコンタクト層と、ｐ型窒化ガリウム半導体であるクラッド層、ｐ型窒化ガリウム半導体であるコンタクト層を形成させた。ｎ型コンタクト層とｐ型クラッド層との間に厚さ約３ｎｍであり、単一量子井戸構造とされるＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎの活性層を形成した。（なお、サファイヤ基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
エッチングによりサファイア基板上のｐｎ各コンタクト層表面を露出させた後、スパッタリング法により各台座電極をそれぞれ形成させた。なお、ｐ型窒化物半導体上の全面には金属薄膜を透光性電極として形成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形成させてある。こうして出来上がった半導体ウエハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割させ半導体発光素子を形成させた。
【００２７】
ダイボンド部材として２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）シクロヘキシル］プロパンを主成分とし、熱カチオン重合開始剤を混合させたエポキシ樹脂組成物を用いた。この透光性エポキシ樹脂組成物を基体にスタンプピン（印加針）により塗着し、半導体発光素子をダイボンドした。なお基体としては、リード電極が設けられたＰＢＴ樹脂製基体を用い、樹脂及びリード電極は銀メッキされている。これを１５０℃で１時間加熱しダイボンド部材を硬化させ半導体発光素子を固定した。次に、半導体発光素子の各電極と、リード電極と金線でワイヤーボンディングし電気的導通を取った。
【００２８】
その後、半導体発光素子及び導電性ワイヤーを外部応力、水分及び塵芥などから保護する目的で透光性シリコーン樹脂で封止して１５０℃で４時間加温して硬化させた。
【００２９】
寿命試験として、温度２５℃２０ｍＡ通電、温度２５℃６０ｍＡ通電の各試験においても長時間にわたって、発光出力が維持できることを確認した。また、色ズレや色むらなく発光することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置とすることにより、長時間高輝度時の使用下においても発光効率の低下が極めて少なく、透光性、接着性を高いレベルで維持させることができる。また、ダイボンド部材の硬化時の加温によりダイボンド部材や樹脂製の基体からガスが発生するのを抑制できるため、工程が短くなり、生産性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体発光装置を説明する模式図
【符号の説明】
１・・・半導体発光素子
２・・・導電性ワイヤー
３・・・基体
４・・・リード電極
５・・・ダイボンド部材
６・・・封止部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device that can be used for a backlight, a light source of an illumination operation switch, a display, various indicators, and the like, and in particular, has high luminance while maintaining transmittance even for long-term use. The present invention relates to a semiconductor light emitting device capable of emitting light and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor light emitting element is small and efficiently emits brightly colored light, and since it is a semiconductor, it has a long life and low power consumption, and thus is used as various light sources. Its application has been expanded with the advent of nitride semiconductors having high-luminance blue light emission. A light emitting diode (LED) or a laser diode (LD), which is a semiconductor light emitting device using such a semiconductor light emitting element, fixes a semiconductor light emitting element in which an electrode is provided on the semiconductor light emitting element on a base using a die bond member, The external electrode and the electrode provided on the semiconductor light emitting element are electrically connected by a conductive member such as a wire, and are covered with a sealing resin to protect the semiconductor light emitting element. It can be used in various forms.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the LED as described above has a problem that the die-bonding member deteriorates under a long-time use environment, and the emission luminance decreases and the color shift occurs, and the semiconductor light-emitting element itself is not deteriorated. And other problems such as being unusable. In addition, there is also a problem that the wire peels off due to misalignment due to weak die shear strength, etc. This may be due to insufficient die shear strength at the time of manufacture as well as due to long time use, yield It is also one of the factors that decrease Therefore, the present invention solves the above-described problems, and provides a semiconductor light emitting device having a high die shear strength and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device with a high yield with extremely little decrease in light emission efficiency and color misalignment even under a long-term use environment. There is to do.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various experiments, the present inventor has found that the output decrease of the semiconductor light emitting device under a long-time use environment is caused by the color deterioration of the die bond member arranged in the very vicinity of the semiconductor light emitting element, and these By making the member a specific epoxy resin composition, as a result, preventing deterioration, and by making the curing conditions of the die bond member specific, it is possible to suppress the modification of the die bond member and the resin substrate, The inventors have found that a highly reliable semiconductor light emitting device can be obtained, and have achieved the present invention.
[0005]
That is, the present invention is a semiconductor light-emitting device in which a semiconductor light-emitting element is fixed by a die-bonding member on a substrate made of a resin mainly composed of polybutylene terephthalate, and the die-bonding member does not include a double bond. An epoxy resin composition comprising an epoxy resin, which is characterized by being cured by thermal cationic polymerization. Thereby, deterioration of the die-bonding member under a long-time use environment can be prevented, and a decrease in luminance and a color shift can be suppressed.
Further, the present invention is a semiconductor light emitting device in which a semiconductor light emitting element having a main light emission peak of 370 nm or more and 530 nm or less is fixed by a die bond member on a substrate containing Al ₂ O ₃ or TiO ₂ fine particles. The die bond member is an epoxy resin composition made of an alicyclic epoxy resin not containing a double bond, and the epoxy resin composition is cured by thermal cationic polymerization.
[0006]
Moreover, it is preferable that the said alicyclic epoxy resin is a structure shown by following Chemical formula (1).
[0007]
[Chemical 2]

[0008]
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device comprising: a semiconductor light emitting element fixed on a substrate by a die bond member; an electrode provided on the semiconductor light emitting element; and a conductive wire connecting an electrode derived from the outside, A step of applying a die bond agent made of an alicyclic epoxy resin not containing a double bond on a substrate made of a resin mainly composed of polybutylene terephthalate, a step of placing a semiconductor light emitting element on the die bond member, and a die bond member And a step of applying heat at a temperature lower than the curing temperature of the die bonding member and a step of connecting the conductive wire.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention are described below. As shown in FIG. 1, the semiconductor light-emitting device of the present invention has a base 3 on which a semiconductor light-emitting element can be placed, a lead electrode 4 provided on the base 3, and an element electrode provided on the semiconductor light-emitting element. Semiconductor light emitting element 1, die bonding member 5 for fixing semiconductor light emitting element 1 to base 3, conductive wire 2 for electrically connecting semiconductor light emitting element 1 and lead electrode 4, and sealing for protecting them It consists of member 6. Light can be emitted by energizing the semiconductor light emitting element of such a semiconductor light emitting device. Hereinafter, each component of the present invention will be described in detail.
[0011]
(Die bond member)
Since the die bond member is formed between the semiconductor light emitting element and the base, it is exposed not only to the light from the semiconductor light emitting element but also to the light repeatedly reflected by the semiconductor light emitting element and the base. Easy to do. In particular, since light having a short wavelength has high energy, the deterioration of the die bond member when a blue light emitting semiconductor light emitting element is used is remarkable. In addition, in order to withstand the ultrasonic wave used when bonding the conductive wire after die-bonding the semiconductor light-emitting element, the internal stress generated when the sealing member is cured, etc., excellent adhesive strength (die shear strength) is required. . In the present invention, an epoxy resin composition is used as a die bond member that satisfies these conditions, and an alicyclic epoxy resin that does not contain a double bond is used as a main component. Moreover, the catalyst which can be cationically polymerized is contained as a catalyst which is a polymerization initiator.
[0012]
(Epoxy resin)
In particular, the epoxy resin of the present invention is required to have high translucency, high light resistance, insulation, and adhesiveness, and therefore the main component is an alicyclic epoxy resin that does not contain a double bond that causes coloring. The cycloaliphatic epoxy resin which can make chlorine content 5 ppm or less simultaneously is more preferable. Such an alicyclic epoxy resin can be obtained by hydrogenating an aromatic epoxy resin. For example, bisphenol-type epoxy resins such as bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether and bisphenol S diglycidyl ether, phenol novolac epoxy resins, cresol novolac epoxy resins, hydroxybenzaldehyde phenol novolac epoxy resins and the like. Examples thereof include epoxy resins, glycidyl ethers of tetrahydroxyphenylmethane, glycidyl ethers of tetrahydroxybenzophenone, and polyfunctional epoxy resins such as epoxidized polyvinylphenol.
[0013]
Such an epoxy resin can be obtained, for example, as follows. First, hydrogenation is performed in an autoclave equipped with a stirrer and a thermometer in the presence of a catalyst in which rhodium or ternium is supported on graphite using an ether organic solvent such as tetrahydrofuran or dioxane. The reaction is carried out within a range of pressure 1-30 MPa, temperature 30-150 ° C., and time 1-20 hours. After completion of the reaction, the catalyst is filtered off and distilled off under reduced pressure until the ether catalyst is substantially eliminated to obtain a hydrogenated epoxy resin. In order to increase the heat resistance of the cured product, 10 to 90 parts by weight of a cyclic alicyclic epoxy resin in which an epoxy resin is bonded to an aliphatic ring having a molecular weight of about 100 to 2000 is mixed. By using it within this range, it is possible to obtain an alicyclic epoxy resin having an appropriate viscosity and suppressing volatility and having good moldability.
[0014]
Among the epoxy resins as described above, the epoxy equivalent is 150 to 300 g / eq. Hydrogenated bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin in the range of Furthermore, 2,2-bis [4- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] propane having excellent weather resistance and a high transparency (hue (APHA)) of 10 to 50 is preferable.
[0015]
(catalyst)
In order to cure the alicyclic epoxy resin as described above, it is preferable to use a thermosetting cationic polymerization catalyst as the catalyst. Further, those that are stable to light and that initiate polymerization of the epoxy resin at a relatively low temperature are preferred, and protonic acids and Lewis acids are preferred. Further, an aromatic sulfonium salt and a compound obtained by hydrogenating a 6-addition anion are preferable, and the compound can be cured at a low temperature in a short time. In addition, since the pot life can be extended, the yield is not lowered even in mass production, which is advantageous. As the heat energy for initiating the curing, various materials such as a nichrome heater wire, an infrared lamp, a far infrared lamp, and heating by a furnace are used. The thermal energy is preferably given at about 120 to 150 ° C. for about 10 minutes to 2 hours.
[0016]
By using the epoxy resin composition having the epoxy resin and the catalyst as described above, it is possible to prevent deterioration due to the emission wavelength from the semiconductor light emitting element or the like. Moreover, even if it is cured at a relatively low temperature, it has a sufficient die shear strength, so that it does not adversely affect other parts. When the die bond member is cured, heat of the same temperature is also applied to the semiconductor light emitting element and the substrate. However, when a high temperature is applied to these, not only the gas is easily generated along with the curing reaction of the die bond member, but also the substrate In the case of resin, the substrate may be modified to generate gas. The portion where the conductive wire is joined is contaminated by the generated gas, and the adhesive property of the conductive wire in the next process is deteriorated. Also, as will be described later, the reflecting function of the inner wall of the base body which is plated with Ag or the like to be a mirror surface The output efficiency is impaired. Since the amount of the substrate used is considerably larger than that of the die-bonding member, this influence is large when using a resin substrate, which causes a decrease in yield. However, since the die bond member of the present invention can obtain sufficient die shear strength even when cured at a temperature lower than the curing temperature of the resin (temperature at which gas is generated), not only the die bond member but also the modification of the resin substrate The generation of gas due to can also be suppressed, so that the bonding function of the conductive wires and the reflection function of the mirror surface are not hindered. Such a material having a high die shear strength is effective for any light emitting wavelength as long as it is in a die-bonded form with a resin, regardless of the light emitting wavelength of the semiconductor light emitting device.
[0017]
(Conductive wire)
The conductive wire that is an electrical connection member is required to have good ohmic properties, mechanical connectivity, electrical conductivity, and thermal conductivity with the electrodes of the semiconductor light emitting device. The thermal conductivity is preferably 0.01 cal / cm 2 / cm / ° C. or higher, more preferably 0.5 cal / cm 2 / cm / ° C. or higher. In consideration of workability and the like, the diameter of the conductive wire is preferably Φ10 μm or more and Φ45 μm or less. Specific examples of such conductive wires include conductive wires using metals such as gold, copper, platinum, and aluminum, and alloys thereof. Such a conductive wire can easily connect an electrode of each semiconductor light emitting element to an electrode derived from the outside by a wire bonding apparatus.
[0018]
(Sealing member)
The sealing member is provided to protect the semiconductor light emitting element and the conductive wire from the external environment. Such a sealing member can utilize various forms as desired, such as a convex lens shape and a concave lens shape. As a material to be used, a highly light-transmitting resin such as an epoxy resin or a silicone resin is preferable, and these may be used alone or in combination. Moreover, a filler can also be contained for relieving internal stress.
[0019]
(Substrate)
The base is used for arranging and fixing the semiconductor light emitting element and protecting it from an external impact, and can be provided with a conductive member derived from the outside such as a lead electrode made of a metal such as phosphor bronze. . The material of the substrate is preferably a polybutylene terephthalate (PBT), a liquid crystal polymer that can be easily processed into a shape according to the application and is not easily deteriorated by light from a semiconductor light emitting device, and can be processed at a relatively low temperature. It is preferable to use a resin such as (LCP) or polyphthalamide (PPA). In particular, PBT that is resistant to vibration and shock during use is preferable. When a translucent resin or the like is used, it can be made opaque by containing a pigment or the like in order to prevent leakage of light to the outside. For example, by containing fine particles such as Al 2 O 3 and TiO 2, light from the semiconductor light emitting element is not leaked to the outside, and the white base with high reflection efficiency can be output efficiently. Further, the surface of the lead electrode, resin, etc. provided on the substrate can be plated with Ag, Al, etc., thereby making it possible to make the mirror surface more difficult to leak light and having higher reflection efficiency than the resin. Therefore, the light from the semiconductor light emitting element can be efficiently output in the target direction. In such a substrate, one semiconductor light emitting element may be arranged, or two or more semiconductor light emitting elements may be arranged, and further, a semiconductor light emitting element having a plurality of emission wavelengths is arranged in order to adjust the emission wavelength. It can also be made.
[0020]
(Semiconductor light emitting device)
As the semiconductor light emitting device, a nitride semiconductor formed by MOCVD method, HDVPE method or the like is preferably used. As the nitride semiconductor, GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN or the like is used as the light emitting layer. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, and a pn junction, a heterostructure, and a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. In addition, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed in a thin film in which a quantum effect is generated can be used.
[0021]
For the substrate on which the nitride semiconductor is formed, a material such as sapphire, spinel, or gallium nitride single crystal can be used. A sapphire substrate is preferably used in order to form a gallium nitride semiconductor having good crystallinity with high productivity, and a buffer layer is preferably formed in order to correct lattice mismatch with the sapphire substrate. The buffer layer can be formed of aluminum nitride or gallium nitride formed at a low temperature.
[0022]
As another example of a semiconductor light emitting device having a pn junction using a nitride semiconductor, a first contact layer formed of n-type gallium nitride and a first contact layer formed of n-type aluminum gallium nitride are formed on a buffer layer. A double heterogeneous structure in which a clad layer 1, an active layer formed of indium gallium nitride, a second clad layer formed of p-type aluminum nitride / gallium, and a second contact layer formed of p-type gallium nitride are sequentially stacked. Examples include the configuration.
[0023]
Note that the nitride semiconductor exhibits n-type conductivity without being doped with impurities. When forming a desired n-type gallium nitride semiconductor such as improving luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C, etc. as an n-type dopant. On the other hand, when a p-type gallium nitride semiconductor is formed, a p-type dopant such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, or Ba is doped. Since gallium nitride compound semiconductors are not easily converted to p-type by simply doping with p-type dopant, after introduction of p-type dopant, the resistance may be reduced to p-type by heating with a furnace, low-energy electron beam irradiation, plasma irradiation, or the like. preferable.
[0024]
In the case of a semiconductor light emitting device using an insulating substrate such as sapphire or spinel, the p-type semiconductor and n are used to remove a part of the insulating substrate or to take p-type and n-type electrode surfaces from the semiconductor surface side. Each exposed surface of the mold semiconductor is formed by etching or the like. Each electrode having a desired shape is formed on each semiconductor layer by using a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like. The electrode provided on the light emitting surface side may be patterned so as to surround the light emitting region without being entirely covered, or a transparent electrode such as a metal thin film or a metal oxide may be used. The semiconductor light emitting element formed in this way can be used as it is, or may be used as an individually divided semiconductor light emitting element.
[0025]
When used as a semiconductor light-emitting device divided into individual parts, the formed semiconductor wafer or the like is directly fully cut by a dicing saw with a blade having a diamond blade edge, or a groove having a width wider than the blade edge width is formed. After cutting (half cut), the semiconductor wafer is broken by external force. Alternatively, after a very thin scribe line (meridian) is drawn on the semiconductor wafer by, for example, a grid shape by a scriber in which the diamond needle at the tip moves reciprocally linearly, the wafer is divided by an external force and cut into chips. In this manner, a semiconductor light emitting element which is a semiconductor light emitting element can be formed. In the semiconductor light-emitting device of the present invention, the spectrum of the semiconductor light-emitting element is likely to produce a remarkable effect by emitting a main light emission peak from the near-ultraviolet region of 550 nm or less to visible light. For example, the main emission peak is preferably 370 nm or more and 530 nm or less, and more preferably 400 nm or more and 490 nm or less. In order to further improve the efficiency of the semiconductor light emitting device, the wavelength is more preferably 430 nm or more and 475 nm or less.
[0026]
【Example】
Example 1
An In0.2Ga0.8N semiconductor having an emission peak of 450 nm was used for the light emitting layer of the semiconductor light emitting device. The semiconductor light emitting device is formed by flowing a TMG (trimethylgallium) gas, TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas and a dopant gas together with a carrier gas on a cleaned sapphire substrate and depositing a nitride semiconductor by MOCVD. I let you. An n-type semiconductor or a p-type semiconductor is formed by switching between SiH4 and Cp2Mg as the dopant gas. As a structure of the semiconductor light emitting device, a contact layer that is an n-type gallium nitride semiconductor, a cladding layer that is a p-type gallium nitride semiconductor, and a contact layer that is a p-type gallium nitride semiconductor are formed. An In0.2Ga0.8N active layer having a thickness of about 3 nm and having a single quantum well structure was formed between the n-type contact layer and the p-type cladding layer. (Note that a gallium nitride semiconductor is formed on the sapphire substrate at a low temperature to serve as a buffer layer. The p-type semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation.)
After exposing the surface of each pn contact layer on the sapphire substrate by etching, each pedestal electrode was formed by sputtering. A metal thin film is formed on the entire surface of the p-type nitride semiconductor as a translucent electrode, and then a pedestal electrode is formed on a part of the translucent electrode. The semiconductor wafer thus completed was drawn with a scribe line and then divided by an external force to form a semiconductor light emitting device.
[0027]
An epoxy resin composition containing 2,2-bis [4- (2,3-epoxypropoxy) cyclohexyl] propane as a main component and a thermal cationic polymerization initiator as a die bond member was used. This translucent epoxy resin composition was applied to a substrate with a stamp pin (application needle), and a semiconductor light emitting device was die-bonded. As the substrate, a PBT resin substrate provided with a lead electrode is used, and the resin and the lead electrode are silver-plated. This was heated at 150 ° C. for 1 hour to cure the die bond member and fix the semiconductor light emitting device. Next, each electrode of the semiconductor light emitting element, a lead electrode, and a gold wire were wire bonded to obtain electrical continuity.
[0028]
Thereafter, the semiconductor light emitting device and the conductive wire were sealed with a translucent silicone resin for the purpose of protecting them from external stress, moisture, dust, and the like, and heated at 150 ° C. for 4 hours to be cured.
[0029]
As a life test, it was confirmed that the light emission output could be maintained for a long time in each test of energization at a temperature of 25 ° C. and 20 mA and a temperature of 25 ° C. and 60 mA. Further, light can be emitted without color misregistration or color unevenness.
[0030]
【The invention's effect】
By using the semiconductor light-emitting device of the present invention, the light emission efficiency is hardly lowered even when used for a long time at high brightness, and the translucency and adhesiveness can be maintained at a high level. Moreover, since it can suppress that gas is emitted from a die-bonding member or a resin-made base | substrate by the heating at the time of hardening of a die-bonding member, a process becomes short and productivity improves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a semiconductor light emitting device according to the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor light emitting element 2 ... Conductive wire 3 ... Base | substrate 4 ... Lead electrode 5 ... Die-bonding member 6 ... Sealing member

Claims

A semiconductor light-emitting device in which a semiconductor light-emitting element is fixed by a die-bonding member on a substrate made of a resin mainly composed of polybutylene terephthalate , the die-bonding member being an epoxy made of an alicyclic epoxy resin that does not contain a double bond A semiconductor light-emitting device, which is a resin composition, wherein the epoxy resin composition is cured by thermal cationic polymerization.

A semiconductor light-emitting device in which a semiconductor light-emitting element having a main light emission peak of 370 nm or more and 530 nm or less is fixed on a substrate containing Al ₂ O ₃ or TiO ₂ fine particles by a die-bonding member. A semiconductor light-emitting device, which is an epoxy resin composition comprising an alicyclic epoxy resin that does not contain a heavy bond, and the epoxy resin composition is cured by thermal cationic polymerization.

The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the epoxy resin has a structure represented by the following chemical formula (1).

A method for manufacturing a semiconductor light-emitting device, comprising: a semiconductor light-emitting element fixed on a substrate by a die-bonding member; an electrode provided on the semiconductor light-emitting element; and a conductive wire connecting an electrode derived from the outside,
Applying a die bond member made of an alicyclic epoxy resin not containing a double bond on a base made of a resin mainly composed of polybutylene terephthalate ;
Placing the semiconductor light emitting element on the die bond member;
Curing the die bond member by applying heat at a temperature lower than the curing temperature of the die bond member;
And a step of connecting a conductive wire. A method for manufacturing a semiconductor light-emitting device.