CN102971874A - 光半导体封装体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的光半导体封装体及其制造方法和光半导体装置通过使用不饱和聚酯等热固化性树脂作为反射板5或者在光半导体元件的周围露出的树脂6，能够抑制树脂的劣化，且抑制反射率的低下。

Description

光半导体封装体及其制造方法

技术领域

本发明涉及以树脂保持引线，在引线上具有光半导体元件的搭载区域的光半导体封装体及其制造方法和光半导体装置。

背景技术

光半导体封装体由多个引线和保持引线的树脂形成。引线分为搭载光半导体元件的引线，以及作为外部端子起作用的与所搭载的光半导体元件的端子进行电连接的1个或者多个引线。另外，还存在在光半导体封装体中形成有反射板(日文：リフレクタ)以至少包围光半导体元件的搭载区域的光半导体封装体。

该反射板既可以采用与保持引线的树脂相同的树脂形成，也可以采用不同的树脂形成，其设置目的是将光半导体元件产生的光进行反射，提高自光半导体装置射出的光的发光效率。为此，通常是至少反射板由光的反射率高的热塑性树脂形成(例如，参照专利文献1)。

以往是通过注塑成形制造光半导体封装体，这是因为热塑性树脂的粘度高且流动性低。此时，例如，要将模具温度定为150℃－200℃左右，将注入前的树脂的温度定为300℃－330℃左右，将树脂注入，在模具内冷却树脂以使树脂固化。再者，注塑成形时，因热塑性树脂的吸水率为3％－1％左右，较高，热塑性树脂在吸收有水分的状态下会进行水解，所以要预先干燥热塑性树脂之后再进行注塑成形。

现有文献

专利文献1：日本专利特开平11－87780号公报。

发明内容

但是在以热塑性树脂形成反射板的情况下，进行长时间发光动作等情况下，发光产生的光中所含有的紫外线等会将热塑性树脂变质，产生变色，出现使用的过程中反射率下降的问题。例如，在使用聚酰胺作为热塑性树脂时，添加50％－70％的芳香族成分、10％－40％的氧化钛、10％－20％的玻璃纤维。此时，在150℃下使光半导体装置进行发光动作1000小时，树脂变色，反射率降到70％以下。

伴随着近年的光半导体元件的高输出功率化，强烈要求解决因反射板的劣化所造成的反射率低下的问题。

为了解决上述问题点，本发明的目的是抑制树脂的劣化，抑制发光产生的光的反射率低下。

为了达到上述目的，本发明的光半导体封装体包括在其主面上具有光半导体元件的搭载区域的第一引线，在其主面上具有用于与所述光半导体元件导通的导电材料的连接区域的1个或者多个的第二引线，以及保持所述第一引线和所述第二引线的保持树脂；至少从所述搭载区域的周围露出的所述保持树脂是热固化性树脂。

所述的光半导体封装体还具有至少将所述搭载区域和所述连接区域开口，形成在所述第一引线和所述第二引线的主面上的反射板；所述反射板可以是热固化性树脂。

所述热固化性树脂较好是不含有芳香族成分的树脂。

所述热固化性树脂可以为环氧树脂、有机硅树脂、改性有机硅树脂中的任意一种。

所述热固化性树脂较好为环状脂肪族类环氧树脂。

所述热固化性树脂较好为不饱和聚酯树脂。

在所述不饱和聚酯树脂中较好添加由玻璃纤维和球状二氧化硅构成的填料。

在所述不饱和聚酯树脂中较好添加氧化钛。

在所述不饱和聚酯树脂中添加由玻璃纤维和球状二氧化硅构成的填料、氧化钛和任意的添加剂；将所述不饱和聚酯树脂的成分比定为A，将所述玻璃纤维的成分比定为B，将所述氧化钛的成分比定为C，将所述二氧化硅的成分比定为D，将所述添加剂的成分比定为E时，15％＜A＜25％、5％＜B＜20％、30％＜C＜40％、20％＜D＜30％、1％＜E＜3％、A＋B＋C＋D＋E＝100％。

本发明的光半导体封装体的制造方法是所述的光半导体封装体的制造方法；包括将所述第一引线和所述第二引线载置在模具内的步骤，使所述热固化性树脂流入所述模具内，传递成形(日文：トランスファーモールド成形)所述保持树脂和所述反射板的步骤，使所述热固化性树脂固化的步骤；所述热固化性树脂为环氧树脂或者环状脂肪族类环氧树脂。

本发明的光半导体封装体的制造方法是所述的光半导体封装体的制造方法，包括将所述第一引线和所述第二引线载置在模具内的步骤，使所述热固化性树脂流入所述模具内，注塑成形所述保持树脂和所述反射板的步骤，使所述热固化性树脂固化的步骤；所述热固化性树脂为有机硅树脂、改性有机硅树脂或者不饱和聚酯树脂。

较好将所述模具保持在150℃－200℃，将所述热固化性树脂加热到50℃－90℃，并将其流入或者注入所述模具内。

再者，本发明的光半导体装置具有所述光半导体封装体、搭载在所述搭载区域的所述光半导体元件、电连接所述光半导体元件的端子和所述连接区域的所述导电材料、至少覆盖所述光半导体元件和所述导电材料且形成在所述第一引线和所述第二引线的所述主面上的透镜。

本发明的光半导体装置具有所述光半导体封装体、搭载在所述搭载区域的所述光半导体元件、电连接所述光半导体元件的端子和所述连接区域的所述导电材料、在所述反射板的开口内密封所述光半导体元件和所述导电材料的透光性树脂。

所述热固化性树脂较好为环氧树脂、环状脂肪族类环氧树脂、有机硅树脂、改性有机硅树脂或者不饱和聚酯树脂中的任意一种。

如上所述，通过使用不饱和聚酯等热固化性树脂作为在反射板或者光半导体元件周围露出的树脂以抑制树脂的劣化且抑制反射率的低下。

附图说明

图1是说明实施方式1的具有反射板的光半导体封装体的结构的图。

图2是说明实施方式1的不具有反射板的光半导体封装体的结构的图。

图3是显示以传递成形制造光半导体封装体的方法的步骤截面图。

图4是显示以注塑成形制造光半导体封装体的方法的步骤截面图。

图5是显示本发明的光半导体装置的结构的截面图。

具体实施方式

使用附图对本发明的光半导体封装体及其制造方法和光半导体装置的实施方式进行说明。

(实施方式1)

首先利用图1和图2对实施方式1中的光半导体封装体的结构进行说明。

图1是说明实施方式1中具有反射板的光半导体封装体的结构的图。图1(a)是平面图，图1(b)是图1(a)的X-X’的截面图。图2是说明实施方式1中不具有反射板的光半导体封装体的结构的图。图2(a)是平面图，图2(b)是图2(a)的X-X’的截面图。

用于光半导体装置的光半导体封装体如图1所示，由成为外部端子的引线1和2、保持引线1和2的保持树脂20以及反射板5构成。引线1起到作为外部端子的作用的同时，其主面具有搭载光半导体元件的搭载区域3。引线2由1个或者多个引线构成，且在起到作为外部端子的作用的同时，各个主面具有与光半导体元件的端子进行电连接的连接区域4。反射板5具有使光半导体元件发光所产生的光向光半导体装置的射出方向进行反射的功能。为此，反射板5如下形成：将引线1的搭载区域3和引线2的连接区域4开口，且形成在设置引线1和2的搭载区域3和连接区域4的主面上以将搭载区域3和连接区域4进行包围。反射板5因为使发光所产生的光反射，所以至少需要提高开口内部的反射率。

光半导体封装体如图2所示，也可以形成为不具有反射板的结构。即，在具有搭载区域3的引线1和具有连接区域4的引线2周围形成有既能将引线1和引线2进行电隔离也能同时进行保持的树脂6。因此至少需要提高在树脂6的搭载区域3周围露出的部分的反射率。

以往，作为光反射率高且劣化耐性高的材料，曾经有以陶瓷用作反射板5等的情况存在，但是存在陶瓷的材料成本高、很难以夹物模压形成引线以及难以降低热电阻值的问题。

实施方式1的光半导体封装体的特征在于，以热固化性树脂形成反射板5或者树脂6。

以往运用至今的热塑性树脂为线状聚合物，热容易将线状聚合物分子的主链或者侧链切断，碳和碳之间的结合能低于紫外线波长，所以热塑性树脂容易受到紫外线的影响。对此，热固化性树脂具有网络结构等的强固结合结构，所以原子的结构不会简单地被热和UV照射破坏，因此劣化耐性增强。

通过使用热固化性树脂作为反射板5或树脂6，因热固化性树脂的反射效率高且对紫外线等的劣化耐性高，所以即使在光半导体元件搭载于实施方式1的光半导体封装体中的光半导体装置长时间发光的情况下，也能够抑制反射板5或树脂6的劣化以及劣化产生的变色，可维持高反射率和发光的光效率。特别是热固化性树脂是容易进行组成变化的结构，能切离芳香族成分，所以能够形成不具有芳香族成分的结构，以热固化性树脂不具有芳香族成分的结构就能够提高劣化耐性。

可以以同样的热固化性树脂形成反射板5、树脂6以及保持引线1和2的保持树脂20，但也可以仅将反射板5的开口内表面或者树脂6的搭载区域3的周围露出的部分以热固化性树脂形成。

(实施方式2)

实施方式2的光半导体封装体是在实施方式1的光半导体封装体中，用环氧树脂、有机硅树脂、改性有机硅树脂作为热固化性树脂的光半导体封装体。这些树脂因其反射效率高且对紫外线等的劣化耐性高，所以即使在使光半导体装置长时间发光的情况下，也能抑制反射板或树脂的劣化以及劣化所造成的变色，可维持高反射率和发光的光效率。

即，环氧树脂具有网络状结构，所以容易进行组成变化，切离芳香族成分，形成不具有芳香族成分的环状脂肪族类环氧树脂等。通过形成不具有芳香族成分的环状脂肪族类环氧树脂，无碳和碳之间的结合，很难受到紫外线的影响。另外，与热塑性树脂相比，为较为强固结构的网络状结构，所以分子主链和侧链因热不容易切断，能够提高劣化耐性。

同样，有机硅类的树脂与线状聚合物和网络状结构等的通常高分子的结合相比，形成为结合力较强的螺旋结构的分子结构，所以其耐热性和耐候性都优异，能够提高劣化耐性。

以下通过图3就以环氧树脂、有机硅树脂、改性有机硅树脂作为热固化性树脂的光半导体封装体的制造方法进行说明。

图3是显示以传递成形制造光半导体封装体的方法的步骤截面图。

首先，准备模具，将该模具的内表面形成为引线1和2、保持树脂和反射板的形成区域的形状，并设置了树脂13的注入口9。在模具的下模7的内部的规定位置载置引线1和引线2(图3(a))。

然后将下模7和上模8合模，从注入口9使熔融了的环氧树脂等流入模具内。此时，例如模具的温度约为150℃－200℃，树脂13的温度约为50℃－90℃(图3(b))。

最后，树脂13被加热到模具温度，固化后，将成形品从模具中取出(图3(c))。

藉此，能够形成以反射率高且对紫外线等的劣化耐性高的环氧树脂、有机硅树脂和改性有机硅树脂作为反射板5的光半导体封装体，所以即使在使光半导体装置长时间发光的情况下，也能抑制树脂的劣化以及劣化产生的变色，可维持高反射率和发光的光效率。

以上，以一并成形反射板5和保持树脂20的情况为例进行了说明，但是也可以以不同的材料分别成形反射板5和保持树脂20。

即使是在成形图2所示的不设置反射板的光半导体封装体的树脂6的情况下，也能够通过采用与此相适应的模具以传递成形形成光半导体封装体。

(实施方式3)

实施方式3的光半导体封装体的特征在于，在实施方式1的光半导体封装体中使用不饱和聚酯树脂作为热固化性树脂。不饱和聚酯树脂的反射率高且对紫外线等的劣化耐性高，所以即使在使光半导体装置长时间发光的情况下，也能抑制反射板或树脂的劣化以及劣化产生的变色，可维持高反射率和发光的光效率。

以下，通过图4来说明使用了不饱和聚酯树脂作为热固化性树脂的光半导体封装体的制造方法。

图4是显示以注塑成形制造光半导体封装体的方法的步骤截面图。

首先，准备模具，将该模具的内表面形成为引线1和引线2、保持树脂和反射板的形成区域的形状，并设置了树脂14的注入口9。然后，在模具的下模7的内部的规定位置上载置引线1和引线2(图4(a))。

然后，将下模7和上模8合模，将配置在筒体(日文：シリンダ)11的前端的喷嘴10插入注入口9内。在筒体11上连接有保持熔融了的不饱和聚酯树脂14的装料斗12。熔融了的不饱和聚酯树脂14通过筒体11从注入口9加压注入到模具内。此时，例如，颗粒形状的不饱和聚酯树脂在装料斗12内被加热到50℃－90℃，在筒体11内通过螺杆熔融混练后，通过喷嘴10且以注塑压力80Mpa－250MPa一并将不饱和聚酯树脂14射出到加热到150℃－200℃的模具内(图4(b))。

最后，将不饱和聚酯树脂14在模具温度下固化约15秒钟－30秒钟后，将成形品从模具中取出(图4(c))。

藉此，能够形成以反射率高且对紫外线等的劣化耐性高的不饱和聚酯树脂作为反射板5的光半导体封装体，所以即使在使光半导体装置长时间发光的情况下，也能抑制树脂的劣化以及劣化产生的变色，可维持高反射率和发光的光效率。

使用不饱和聚酯树脂时，不饱和聚酯树脂不具有羟基(－OH基团)等反应性官能团，与金属不形成化学键，所以在成形步骤中较难产生树脂毛刺(日文：樹脂バリ)，即使产生了树脂毛刺也容易将其剥离。因为在反射板5开口内部使光反射，所以对开口内部的表面形状的精度有要求。但是，使用环氧树脂容易与金属形成化学键，容易产生毛刺。为此，在反射板5的开口内部必须进行湿式和干式的毛刺除去工序。对此，使用不饱和聚酯树脂就能够抑制毛刺的产生，对工艺进行控制，能够提高生产性。再者，没有因毛刺除去而对反射板5的开口内部的引线1和引线2的表面造成损害的情况发生，所以能够维持高反射率，因此不饱和聚酯树脂特别适合光半导体封装体。

此外，以往的热塑性树脂因其吸水性高，因此在装料斗中进行保持的过程中或者保持前需要使树脂干燥的工序。但是，不饱和聚酯树脂的吸水率为0.07％，较低，所以不需要干燥工序就能够更容易地形成光半导体封装体。

再者，热塑性树脂(尼龙)的情况下，以接近其熔点(约300℃)的300℃－330℃进行注塑成形，所以所添加的有机物被碳化形成黑点，容易出现成形缺陷。对此，以不饱和聚酯树脂进行注塑成形的情况下，塑化温度(日文：可塑化温度)为80℃－100℃左右，所以以50℃－90℃作为树脂的温度进行注塑成形，能够抑制材料的特性变化，可抑制成形缺陷。

在使用不饱和聚酯树脂的情况下，因其熔融温度为50℃－90℃左右，所以即使利用使用以往的热塑性树脂为冷却被保持在150℃－200℃的模具，也能够在模具内将树脂加热从而使其固化，就可以直接使用以往的模具，容易进行从热塑性树脂往热固化性树脂的变化。

使用以往的热塑性树脂时，该树脂的流动度(日文：流度)较低，所以需要以高压将树脂注入模具内，为了防止引线1和引线2的变形，需要在模具设置保持引线1和引线2的部件。对此，不饱和聚酯树脂与热塑性树脂相比，其树脂的流动度高，所以能够以低于热塑性树脂的注入压力将树脂进行注塑成形。为此，引线1和引线2变形的可能性变低，在注塑成形中，不需要对引线1和引线2进行保持，所以能够将模具简单化。

另外，在使用环氧树脂制造光半导体封装体的情况下，因为环氧树脂的塑化温度和固化温度通常比较接近，所以在注塑筒体内不能够熔融混练，通常的方法是通过传递成形慢慢将树脂熔融进行注塑的方法。但是因为是通过传递成形以低压进行注塑，所以会出现树脂流入困难的地方，因成形区域的不同容易出现树脂硬度的不一致。另外，利用传递成形时，需要每回投入颗粒树脂到模具内的加热室，所以成形周期变长，制造效率下降。再者，有机硅树脂是以液状类型进行注塑成形，但是该制造会成为对应于有机硅树脂的材料特性的专用制造流水线，所以不具有通用性，且维护次数多，所以生产率低下。对此，使用不饱和聚酯树脂的情况下，塑化温度和固化温度相差较大，所以能够在注塑筒体内进行熔融，以注塑成形能够进行高压树脂注入，所以树脂均匀地流入模具内，可抑制树脂硬度的不一致。另外，熔融了的树脂被加热后固化反应激烈进行，所以能够在短时间内进行树脂成形。另外，由于可以注塑成形进行制造，所以能够预先将熔融树脂保持在装料斗内以连续地进行光半导体封装体的形成，生产效率提高。再者，可使用通常的注塑成形装置，不需要专用流水线，通用性高，维护性也高，所以可防止生产效率的低下。

以上，以一并成形反射板5和保持树脂20的情况为例进行了说明，但也可以以不同材料分别成形反射板5和保持树脂20。

即使是在成形图2所示的不具有反射板的光半导体封装体的树脂6的情况下，也可通过使用与此相适应的模具以注塑成形形成光半导体封装体。

(实施方式4)

对于实施方式3的不饱和聚酯树脂，通过进一步添加由纤维较长的玻璃纤维和球状的二氧化硅构成的填料以提高树脂的强度。

通过添加氧化钛能够提高光的反射率。

在所述填料或者氧化钛或者该两者中，还可适当组合添加以下物质：马来酸酐(日文：無水マレイン酸)、富马酸、苯乙烯、填充材料、增强剂、固化剂、脱模剂、颜料等其他的添加剂。

例如，通过含有15％－25％的作为主剂的不饱和聚酯成分并添加作为添加剂的玻璃纤维5％－20％、氧化钛30％－40％、二氧化硅20％－30％、其他的添加剂1％－3％，可在提高光的反射率增的同时提高劣化耐性。

在注塑成形不饱和聚酯树脂而形成光半导体封装体的情况下，因不饱和聚酯树脂具有硬脆的特点，因此会出现开裂和破裂、或被卷入螺杆中不能充分混练、或擦上物质而使树脂变色的情况。在本实施方式中，通过将不饱和聚酯材料的比例、玻璃纤维的比例、氧化钛的比例、脱模剂的比例等的树脂配比进行最优化，就可解决上述的课题，使不饱和聚酯树脂在反射板等中的应用成为可能。

由所述不饱和聚酯形成的树脂的制造方法为如下：首先在容器中投入15％－25％的不饱和聚酯成分，作为添加剂的玻璃纤维5％－20％、氧化钛30％－40％、二氧化硅20％－30％以及其他的添加剂1％－3％，进行搅拌，成形为细长的圆柱状后，裁切为颗粒状，成为投入装料斗12中的树脂材料。

(实施方式5)

接着以图5对本发明的光半导体装置的结构进行说明。

图5是显示本发明的光半导体装置的结构的截面图。图5(a)是例示具有反射板的光半导体装置的图；图5(b)是例示不具有反射板的光半导体装置的图；图5(c)是例示将保持树脂设置在引线内面的光半导体装置的图。

如图5(a)所示，对于实施方式1－实施方式4所示的具有反射板的光半导体封装体，在引线1的搭载区域3上接合半导体元件15，以导线16等导电材料将半导体元件15的端子和引线2的连接区域4进行电连接。再者，为了密封半导体元件15和导线16，在反射板5的开口内部填充透光性树脂17。通过这样结构的光半导体装置就可维持光的反射率，同时即使在使光半导体装置长时间发光的情况下，也能够抑制反射板5或者露出的保持树脂20的劣化以及劣化所产生的变色，维持高反射率和发光的光效率。

如图5(b)所示，对于实施方式1－实施方式4所示的不具有反射板的光半导体封装体，在引线1的搭载区域3上接合半导体元件15，以导线16等导电材料将半导体元件15的端子和引线2的连接区域4进行电连接。再者，为了至少覆盖半导体元件15和导线16的周围，将透镜18接合在引线1和引线2上。通过这样结构的光半导体装置就可维持光的反射率，同时即使在使光半导体装置长时间发光的情况下，也能够抑制露出的树脂6的劣化以及劣化所产生的变色，维持高反射率和发光的光效率。

另外，在相对于引线1和引线2的主面的内面也可以设置用于保持引线1和引线2的树脂。

例如，如图5(c)所示，对于实施方式1－实施方式4所示的具有反射板的光半导体封装体，在相对于引线1和引线2的主面的内面也能够设置用于保持引线1和引线2的树脂19。此时，为了引线1和引线2不从内面露出，将引线1和引线2进行弯折以形成沿着内面的树脂19的端子，也可以形成海鸥状(日文：ガルウィング状)的端子。然后对于这样形成的光半导体封装体，在引线1的搭载区域3上接合半导体元件15，以导线16等导电材料将半导体元件15的端子和引线2的连接区域4进行电连接。再者，为了密封半导体元件15和导线16，在反射板5的开口内部填充透光性树脂17。通过这样结构的光半导体装置就可维持光的反射率，同时即使在使光半导体装置长时间发光的情况下，也能够抑制反射板5或者露出的保持树脂20的劣化以及劣化所产生的变色，维持高反射率和发光的光效率。

产业上的利用可能性

本发明能够抑制树脂的劣化和反射率的低下，适用于以树脂保持引线、在引线上具有光半导体元件的搭载区域的光半导体封装体及其制造方法和光半导体装置等。

Claims (12)

1.光半导体封装体，其包括

第一引线：在其主面上具有光半导体元件的搭载区域；

1个或者多个的第二引线：在其主面上具有用于与所述光半导体元件导通的导电材料的连接区域；

保持树脂：保持所述第一引线和所述第二引线；

至少从所述搭载区域的周围露出的所述保持树脂是热固化性树脂。

2.如权利要求1所述的光半导体封装体，还具有

反射板：至少将所述搭载区域和所述连接区域开口，形成在所述第一引线和所述第二引线的主面上；

所述反射板是热固化性树脂。

3.如权利要求2所述的光半导体封装体，所述热固化性树脂为环氧树脂、有机硅树脂、改性有机硅树脂中的任意一种。

4.如权利要求2所述的光半导体封装体，所述热固化性树脂为环状脂肪族类环氧树脂。

5.如权利要求2所述的光半导体封装体，所述热固化性树脂为不饱和聚酯树脂。

6.如权利要求5所述的光半导体封装体，在所述不饱和聚酯树脂中添加由玻璃纤维和球状二氧化硅构成的填料。

7.如权利要求5所述的光半导体封装体，在所述不饱和聚酯树脂中添加氧化钛。

8.如权利要求5所述的光半导体封装体，在所述不饱和聚酯树脂中添加由玻璃纤维和球状二氧化硅构成的填料、氧化钛和任意的添加剂；将所述不饱和聚酯树脂的成分比定为A，将所述玻璃纤维的成分比定为B，将所述氧化钛的成分比定为C，将所述二氧化硅的成分比定为D，将所述添加剂的成分比定为E时，15％＜A＜25％、5％＜B＜20％、30％＜C＜40％、20％＜D＜30％、1％＜E＜3％、A＋B＋C＋D＋E＝100％。

9.如权利要求1－8任一项所述的光半导体封装体，所述热固化性树脂是不含有芳香族成分的树脂。

10.光半导体封装体的制造方法，它是权利要求2所述的光半导体封装体的制造方法；包括

将所述第一引线和所述第二引线载置在模具内的步骤；

使所述热固化性树脂流入所述模具内，传递成形所述保持树脂和所述反射板的步骤；

使所述热固化性树脂固化的步骤；

所述热固化性树脂为环氧树脂或者环状脂肪族类环氧树脂。

11.光半导体封装体的制造方法，它是权利要求6所述的光半导体封装体的制造方法；包括

将所述第一引线和所述第二引线载置在模具内的步骤；

使所述热固化性树脂流入所述模具内，注塑成形所述保持树脂和所述反射板的步骤；

使所述热固化性树脂固化的步骤；

所述热固化性树脂为有机硅树脂、改性有机硅树脂或者不饱和聚酯树脂。

12.如权利要求10或11所述的光半导体封装体的制造方法，将所述模具保持在150℃－200℃，将所述热固化性树脂加热到50℃－90℃，并将其流入或者注入所述模具内。

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