JP2015109333A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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【解決手段】発光装置が、台座を備え、正又は負の一方のリードを構成する金属板からなる第1リードと、台座の上面に設けられた発光素子と、台座の上面において発光素子を覆う第1樹脂と、台座の周りの前記第1リードの上面に設けられた絶縁樹脂と、を備え、第1樹脂の外縁が絶縁樹脂の表面に位置する。
【選択図】図7
Description
また、発光装置には用途により異なる仕様の発光ダイオードが求められ、これらの要求に応えるため、種々のタイプの発光ダイオードが提供されている。
また、特許文献1に開示された発光装置は、複数の電極が突出した表面に発光素子を覆う樹脂を形成しているので、当該樹脂を所望の形状に形成することが容易でないという問題があった。
また、本発明は、発光素子を覆う樹脂を所定の形状に精度よく容易に形成することができ、取り出し効率の高い発光装置の製造が可能な発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
台座を備え、正又は負の一方のリードを構成する金属板からなる第1リードと、
前記台座の上面に設けられた発光素子と、
前記台座の上面において前記発光素子を覆う第1樹脂と、
前記台座の周りの前記第1リードの上面に設けられた絶縁樹脂と、を備え、
前記第1樹脂の外縁は、前記絶縁樹脂の表面に位置することを特徴とする。
台座を備え、正又は負の一方のリードを構成する金属板からなる第1リードを準備する工程と、
前記台座の上面に発光素子を実装する工程と、
前記発光素子が実装される前、又は前記発光素子が実装された後に、前記台座の周りの前記第1リードの上面に絶縁樹脂を形成する工程と、
前記発光素子を前記台座の上面で覆い、外縁が前記絶縁樹脂上に画定された第1樹脂を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る発光装置の製造方法によれば、発光素子を覆う樹脂を所定の形状に精度よく容易に形成することができ、取り出し効率の高い発光装置の製造が可能な発光装置の製造方法を提供することができる。
図7は、本発明に係る実施形態1の発光装置100の概略構成を示す斜視図である。また、図8は、実施形態1に係る発光装置100の構成を示す上面図であり、図9は、実施形態1に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。 以下、図7等を参照しながら実施形態1に係る発光装置100の構成を具体的に説明する。
実施形態1の発光装置100は、第1リード11と、第2リード12と、台座11aの周りに設けられた絶縁樹脂3と、台座11a上に設けられた発光素子4と、発光素子4を覆う第1樹脂5と、さらに絶縁樹脂3及び第1樹脂5を覆う第2樹脂6とを備えている。
第1リード11と第2リード12は、それぞれの下面が略同一平面上に位置するように成形樹脂13によって固定されている。また、第1リード11の厚さ(台座部分を除く、台座の周りの金属板の厚さ)と第2リード12の厚さは同一であることが好ましい。尚、本明細書では、第1リード11と第2リード12とそれらを固定する成形樹脂13(又は成形樹脂13の代わりに形成される第2樹脂の一部)とによって構成されるベース部分を支持体という。
この第1樹脂5の厚みは、特に限定されるものではなく、中央部が外周部より厚くなるように形成しても、略均一な厚みになるように形成してもかまわない。特に、略ドーム状ないし中央部が外周部より厚い形状の第1樹脂5は、滴下法によって容易に形成できるので好ましい。また、第1樹脂5が発光素子4の発光面上において比較的均一な厚さで形成されていると、発光面上における発光輝度を均一にできる。さらに、第1樹脂5が蛍光体を含んでいる場合は、色むらも抑制することができる。
いずれにしても、絶縁樹脂3の表面まで延在して設けられた第1樹脂5により、発光領域が絶縁樹脂3の表面まで拡大され、光の取り出しを向上させることができる。さらに、絶縁樹脂3が台座11aと略同じ高さなので、発光素子4から側方に出射された光を効果的に取り出すことが可能である。
第2樹脂6は、実施形態1のように第1リード及び第2リード(と成形樹脂13)によって構成される基体と一体に形成されていてもよく、鍔部6bを有していてもかまわない。
実施形態1に係る発光装置の製造方法は、金属表面からなる台座上面と、その周りに設けられた絶縁樹脂表面の第1樹脂に対する濡れ性の違いを利用して、第1樹脂を所定の形状に形成している。以下、図1〜7を参照しながら、本発明に係る実施形態1の発光装置の製造方法について説明する。
まず、複数の第1リード11と複数の第2リード12とを含むリードフレームを準備する。このリードフレームは、図1に示すように配置された第1リード11と第2リード12からなるペアーが繰り返し配列され連結された金属板からなる。このリードフレームにおいて、第1リード11と第2リード12は、一部で繋がっており、所定の位置関係を保持した状態で支持されている。リードフレームは、例えば、金属板を打ち抜きプレス加工又はエッチング加工することにより作製される。
また、第1リード11は、第2リード12より大きく形成されており、上面に発光素子4が実装される台座11aを有している。第1リード11及び第2リード12は、正又は負のリードを構成し、正のリードが、台座11aに実装される発光素子の正電極と接続され、他方の負のリードが、発光素子の負電極と接続される。
第1リード11と第2リード12の金属材料は特に限定されないが、電気抵抗が低く、例えば、200W/(m・K)程度以上の熱伝導率の比較的大きな金属材料で形成することが好ましい。このような材料で形成することにより、消費電力を抑え、かつ発光素子4において発生する熱を効率的に外部へ逃がすことができる。このような金属材料として、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅、鉄入り銅等あるいはこれらの表面に銀、アルミニウム、銅、金等の金属メッキ膜が被膜されたものが挙げられる。第1リード11及び第2リード12の表面は、未硬化の第1樹脂に対する濡れ性を良好にしかつ発光素子の光に対する反射率を向上させるために平滑であることが好ましい。
第1リード11及び第2リード12は、通常、台座11aが形成されている部分を除いて、均一な厚みで形成されるが、必要に応じて部分的に厚く又は薄く形成されていてもよい。台座11aの形状は、平面視で略矩形状のほか、略円状、多角形状等、適宜所望の形状に形成することができる。
つづいて、図2に示すように、第1リード11と第2リード12とを所定の位置関係を保った状態で保持する成形樹脂13を形成する。成形樹脂13は、図2に示すように、第1リード11と第2リード12の間だけでなく、その間から第1リード11の側面に沿って延在し、第2リード12の側面に沿って延在するように形成することが好ましい。
尚、成形樹脂13と固着する第1リード11と第2リード12の側面には、段差、凹部若しくは凸部、凹部と凸部からなるアンカー部が形成されていてもよく、これにより第1リード11と第2リード12とが成形樹脂13によって確実に固定される。
尚、後述する第2樹脂形成工程において、図10に示されるように第2樹脂を形成することで、成形樹脂形成工程は省略することが可能である。
つづいて、図3に示すように、台座11aを囲むように、絶縁樹脂3を第1リード11の上面に形成する。この絶縁樹脂3は、後に形成する第1樹脂の外縁を画定するものである。絶縁樹脂3は、例えば、粘度が約440Pa・S程度に調整された樹脂を用いて、ディスペンサなどにより第1リード11の上面に吐出した後、硬化して形成する。尚、実施形態1の製造方法では、絶縁樹脂3をより効率的に配置できる吐出法により形成したが、少なくともその表面に第1樹脂を止められるように形成しさえすれば、予め台座11aの少なくとも一部と密着するような形状に加工した絶縁樹脂を接着部材によって接着してもよいし、成型によって配置することもできる。
絶縁樹脂3は、第1樹脂の外縁を画定することができるよう、台座11aの周囲の少なくとも一部に設けられる。絶縁樹脂3は、台座11aの側面から離れた位置に形成(すなわち、台座11aの側面と絶縁樹脂3の間に隙間を有するように形成)することもできるが、本発明では、絶縁樹脂3は台座側面と少なくとも一部が隙間なく密着するように形成する。そうすることで、第1樹脂の形成が容易になるだけでなく、発光素子からの光の取り出しの低下を防ぐことができる。絶縁樹脂3は、台座側面の略全てと密着するように形成すると最も好ましい。
尚、この絶縁樹脂形成工程は、発光素子載置工程およびワイヤボンディング工程の後に行ってもよい。
続いて、図4に示すように、発光素子4を第1リード11の台座上面に実装(ダイボンディング)する。ここでは、例えば、図4に示すように、それぞれ複数の発光素子が配列された複数の行と複数の列からなるマトリクス状に実装する。発光素子4のダイボンディングには、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、半田等の接合部材を用いることができる。
ここでは、例えば、1つの行を構成する発光素子について一方の端に配置された発光素子の正電極から隣接する発光素子の正電極を順次ワイヤ8によって接続し、最後に第1リード11の上面に接続する。一方、他方の端に配置された負電極については、当該1つの行を構成する発光素子について隣接する発光素子の負電極を順次ワイヤ8によって接続し、最後に第2リード12の上面に接続する。以上のワイヤボンディングを全ての行について行い、全ての発光素子の正電極及び負電極をそれぞれ第1リード11及び第2リード12に電気的に接続する。しかし、これに限らず、各発光素子と各リードを接続することができれば、適宜自由にワイヤボンディングすることができる。
ここで、発光素子4としては、例えば、窒化物半導体(InxAlyGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)の発光素子を用いることができる。
ワイヤの材料としては、Au,Cu,Ag,Pt,Al又はこれらの合金の金属線を用いることができる。特に、封止部材である第1樹脂や第2樹脂からの応力による破断が生じにくく、熱抵抗などに優れるAuが好ましい。また、ワイヤは、光の取り出し効率を高めるために、少なくとも表面がAgで構成されていると好適である。
続いて、図6に示すように、発光素子4を覆う第1樹脂5を形成する。
この第1樹脂5は、例えば、蛍光体を含んでおり、実施形態1の発光装置100のように台座11a上の複数の発光素子4を一体に被覆するように形成する。
また、蛍光体としては、例えば、ユーロピウム、セリウム等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、より具体的には、ユーロピウムで賦活されたα又はβサイアロン型蛍光体、各種アルカリ土類金属窒化シリケート蛍光体、ユーロピウム等のランタノイド系元素、マンガン等の遷移金属系元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類のハロシリケート蛍光体、アルカリ土類金属シリケート蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、セリウム等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はユーロピウム等のランタノイド系元素で主に賦活される有機物及び有機錯体等が挙げられる。また、赤色蛍光体であるKSF等も用いることができる。前記以外でも同様の性能、効果を有する蛍光体を使用することができる。
また、第1樹脂5の表面が絶縁樹脂3から立ち上がる角度は、未硬化の第1樹脂5の絶縁樹脂3に対する接触角により決まる。例えば、第1樹脂5を薄く形成しようとすると未硬化状態の第1樹脂の粘度を低くする必要があるが、その場合には、臨界表面張力が低い樹脂により絶縁樹脂3を形成することが好ましい。
続いて、図7に示すように、第2樹脂6を、絶縁樹脂3および第1樹脂5を覆い、かつ、絶縁樹脂3よりも外側に接続されるワイヤ8の少なくとも一部を覆うように形成する。実施形態1では、図7及び図8に示すように、第2樹脂6は、第1及び第2リードと成形樹脂からなる基体と一体に形成されており、鍔部6bを有している。
第2樹脂6は、例えば、トランスファー成形により形成する。トランスファー成形によれば、第2樹脂6の表面(出射面16)を任意の形状に形成することができ、所望の指向特性を実現できる。
尚、本発明において、第2樹脂6の形成は、トランスファー成形に限定されるものではなく、例えば、滴下法で形成してもよい。第2樹脂6を滴下法で形成するときには、第1樹脂5と同様に、例えば、絶縁樹脂3に対する接触角が大きい樹脂を用いてもよい。例えば、樹脂の粘度を高くして滴下量を多くすることにより、第2樹脂6をドーム状に形成することが可能である。また、第1樹脂5の母材と第2樹脂6の母材は、同じ樹脂であってもよく、例えば、第1樹脂5と第2樹脂とを、例えば、同じシリコーン樹脂により形成することができる。さらに、第2樹脂6は、第1樹脂5を完全に硬化させた後に形成してもよいが、第1樹脂5が半硬化又は未硬化の状態において形成することで、第1樹脂5と第2樹脂6の密着性を高めることができる。
前述のように成形樹脂が形成されていない場合は、第2樹脂6を第1リードと第2リードの間及び側面に沿って形成することもできる。第2樹脂6を構成する材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂を例示することができる。
臨界表面張力が低い樹脂を用いて絶縁樹脂3を形成しているので、滴下する樹脂の粘度が低い場合であっても、確実に絶縁樹脂3の表面で第1樹脂5の外縁を確定することができる。このように、滴下法により第1樹脂5が形成できるので、第1樹脂5を成形法で形成するよりも薄く設けることができ、発光素子からの光の取り出し効率を向上させることが可能である。
本発明に係る実施形態2の発光装置200は、図10に示すように、第1リードと第2リードが成形樹脂ではなく、第2樹脂6によって一体に固定されている。それ以外は、実施形態1の発光装置100と同様に構成されている。
本発明に係る発光装置は、絶縁樹脂3を第1リード11の上面に形成するので、絶縁樹脂形成工程よりも前に、第1リードと第2リードの間が固定(充填)されている必要がない。したがって、実施形態2の発光装置200のように、最終工程で第1リードと第2リードの間を第2樹脂で充填することで両者を固定してもかまわない。実施形態2の発光装置200において、第2樹脂6は、略ドーム状のレンズ部6aとレンズ部6aの下端から拡がった鍔部6bからなり、鍔部6bによって第1リード11と第2リード12とがリードフレームから分離された後も所定の位置関係を保った状態で支持される。
具体的には、複数の第1リード11と複数の第2リード12とが所定の位置に支持されたリードフレームを準備し、各第1リード11の台座11aの上面にそれぞれ発光素子4を実装する。以下、実施形態1と同様にして、図3〜図6に示す、(III)絶縁樹脂形成工程、(IV)発光素子載置工程およびワイヤボンディング工程、(V)第1樹脂形成工程を行い、続いて、鍔部6bを含む第2樹脂6をトランスファー成形等により形成する。
以上のようにすると、成形樹脂成形工程を省略することができ、発光装置の製造が効率的に行える。
4 発光素子
5 第1樹脂
6 第2樹脂
8 ワイヤ
11 第1リード
11a 台座
12 第2リード
13 成形樹脂
16 出射面
100,200 発光装置
Claims (14)
- 台座を備え、正又は負の一方のリードを構成する金属板からなる第1リードと、
前記台座の上面に設けられた発光素子と、
前記台座の上面において前記発光素子を覆う第1樹脂と、
前記台座の周りの前記第1リードの上面に設けられた絶縁樹脂と、を備え、
前記第1樹脂の外縁は、前記絶縁樹脂の表面に位置することを特徴とする発光装置。 - 前記第1リードと前記発光素子とを接続するワイヤをさらに含み、
前記ワイヤは、前記絶縁樹脂よりも外側で前記第1リードと接続されている請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1リード上で、前記絶縁樹脂および前記第1樹脂を覆う第2樹脂をさらに有する請求項1又は2に記載の発光装置。
- 正又は負の他方のリードを構成する金属板からなる第2リードをさらに含み、
前記発光素子の正電極又は負電極の一方の電極が前記第1リードに接続され、正電極又は負電極の他方の電極が前記第2リードに接続されている請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記絶縁樹脂の上面の高さは、前記発光素子の発光面よりも低い請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1樹脂は、中央部が外周部より厚い請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記第1樹脂が蛍光体を含む請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記絶縁樹脂が反射性部材を含む請求項1〜7のうちのいずれか1つに記載の発光装置。
- 台座を備え、正又は負の一方のリードを構成する金属板からなる第1リードを準備する工程と、
前記台座の上面に発光素子を実装する工程と、
前記発光素子が実装される前、又は前記発光素子が実装された後に、前記台座の周りの前記第1リードの上面に絶縁樹脂を形成する工程と、
前記発光素子を前記台座の上面で覆い、外縁が前記絶縁樹脂上に画定された第1樹脂を形成する工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記第1樹脂は、滴下法で形成する請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記絶縁樹脂を形成する工程の後に、前記第1リードと前記発光素子とを接続するワイヤボンディング工程を含む請求項9又は10に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1リードを準備する工程において、前記第1リードと、正又は負の他方のリードを構成する金属板からなる第2リードとを有するリードフレームを準備する請求項9〜11のうちいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子を実装する工程の前に、前記第1リードと前記第2リードとを固定する成形樹脂を形成する工程を含む請求項12のうちいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1樹脂を形成した後に、前記第1樹脂を覆う第2樹脂を形成する工程を含み、
前記第2樹脂によって、前記第1リードと前記第2リードとを固定する請求項12又は13に記載の発光装置の製造方法。
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